專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體基片用的拋光劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光劑，它包括溶液和懸浮在該溶液中的拋光砂粒，還涉及該拋光劑半導(dǎo)體基片磨平方面的應(yīng)用。
一種在低于0.5μm技術(shù)中應(yīng)用的磨平方法是化學(xué)-機(jī)械拋光法(CMP)。這種方法或者理解為化學(xué)輔助的機(jī)械拋光或者理解為機(jī)械作用輔助的化濕法蝕刻。該拋光劑除了含有拋光砂粒(磨料)外，還含有活性化學(xué)添加劑?；瘜W(xué)添加劑有利于選擇性地磨蝕半導(dǎo)體片上的確定層，它取決于被磨蝕的層的材質(zhì)，拋光砂粒由二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)或氧化鈰(Ce2O3)組成。
已表明，利用較硬拋光砂粒加工較軟的層時(shí)可能產(chǎn)生微擦痕。為解決這個(gè)問(wèn)題，已知是采用較軟狀態(tài)的組成物質(zhì)來(lái)改變拋光砂粒的硬度。
例如氧化鋁(Al2O3)具有硬的六角形α-相(金剛砂)和軟的正方形γ-相(礬土)。二氧化硅(SiO2)甚至具有八種不同的變體石英、方英石、鱗石英、柯石英、超石英、熱液石英、黑方石英和纖維狀二氧化硅。所有這些物質(zhì)各自有確定的硬度和密度。所采用的拋光砂粒的硬度變化可能性受可用的變體的選擇所限制。這就不可能有連續(xù)的性能譜。因此，磨光方法與被磨平材料的硬度和性能間的適應(yīng)只能是受限的。
本發(fā)明的目的在于提出一類(lèi)拋光劑，以便克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，特別是該拋光劑應(yīng)在盡可能高的磨蝕速度下避免產(chǎn)生微擦痕。
達(dá)到此目的的措施是，拋光砂粒主要由一種玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG的物質(zhì)組成，該拋光砂粒含一種摻雜劑，其中該摻雜劑的濃度這樣確定，應(yīng)使摻雜過(guò)的物質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG’低于未摻雜的基質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG。
本發(fā)明同樣考慮，通過(guò)有目的的添加一種或幾種材料，使組成拋光砂粒的物質(zhì)發(fā)生變化即使其玻璃轉(zhuǎn)化溫度降低。其結(jié)果使該物質(zhì)變軟。
對(duì)于直徑為50-500nm范圍內(nèi)的磨料粒子而言，諸如硬度一類(lèi)的微觀量不再具有重大應(yīng)用價(jià)值。但仍然表明，與磨光過(guò)程有關(guān)的硬度是玻璃轉(zhuǎn)化溫度的單調(diào)函數(shù)。
摻雜劑的添加量尤宜加以限制，以便避免基質(zhì)的相轉(zhuǎn)變。在這種情況下，摻雜劑的添加量只使基質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)微變化，而不致發(fā)生相轉(zhuǎn)變。
摻雜材料的添加將削弱遠(yuǎn)距排列從而削弱晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)變化摻雜劑的濃度的方式可以準(zhǔn)確確定拋光砂粒的硬度。為了使其變軟不要求玻璃狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。
既然為了達(dá)到軟化拋光砂粒的目的不要求玻璃狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，則玻璃轉(zhuǎn)化溫度形成一個(gè)準(zhǔn)則，根據(jù)這個(gè)準(zhǔn)則可得到合適的軟的組成。這里的玻璃轉(zhuǎn)化溫度系指理想的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，即是這樣一種溫度，在這個(gè)溫度下在無(wú)限慢的冷卻過(guò)程中實(shí)現(xiàn)玻璃狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。從熱力學(xué)上這種溫度TG的特征在于，在這種溫度下熵S玻璃(T)大于熵S晶體(T)。這樣，為了達(dá)到軟化，采用的適宜措施不取決于玻璃轉(zhuǎn)化，而是以上述方式改性的晶體結(jié)構(gòu)。
在某種濃度下會(huì)產(chǎn)生分相的危險(xiǎn)(粉化)或者產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的粘度的危險(xiǎn)(即以體系B摻雜的體系A(chǔ)轉(zhuǎn)變成以體系A(chǔ)摻雜的體系B)，這種濃度構(gòu)成摻雜材料的添加上限。
為了達(dá)到使拋光性能發(fā)生有技術(shù)意義的變化，宜這樣確定摻雜材料的濃度，即與未摻雜的物質(zhì)相比，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度至少降低約10％。
拋光砂粒的基質(zhì)宜為金屬或兩性金屬的氧化物?；|(zhì)尤宜由已知的拋光砂粒材料如SiO2、Al2O3或Ce2O3等組成。已知的這類(lèi)物質(zhì)的磨蝕行為相當(dāng)于它們?cè)趻伖鈩┲兴幕砑觿┑慕M合作用。由于摻雜劑的加入，除弱化外其晶體結(jié)構(gòu)還仍保持，則在由被處理層、溶劑和其中所含的添加物組成的整個(gè)體系中交換作用僅發(fā)生這種程度的變化，即通過(guò)拋光砂粒的軟化防止了微擦痕的生成。磨平拋光過(guò)程的其余參數(shù)的匹配可以避免。這樣勿需開(kāi)發(fā)一種全新的拋光方法。因此，對(duì)相應(yīng)配制的拋光劑在化學(xué)-機(jī)械拋光方法中具有很高的應(yīng)用潛力。
通過(guò)與工藝相關(guān)的物理和化學(xué)的邊界條件，選擇適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作磨料的基質(zhì)是受限的。添加一種或幾種摻雜劑可使磨料的硬度與被拋光的基片相適應(yīng)，而不需更換磨料。
本發(fā)明提供的拋光劑可用來(lái)無(wú)擦痕地磨平半導(dǎo)體基片或涂復(fù)于其上的涂層。
將本拋光劑用于磨平半導(dǎo)體基片的方法中的如下構(gòu)思是有利的，即基質(zhì)的硬度為在未摻雜狀態(tài)應(yīng)用時(shí)會(huì)在半導(dǎo)體基片上的涂層或在半導(dǎo)體基片本身上產(chǎn)生微擦痕；但所選擇的摻雜劑的濃度足夠高，以致在摻雜狀態(tài)下，在涂層或半導(dǎo)體基片上不會(huì)產(chǎn)生任何擦痕。
在這種具體應(yīng)用中拋光劑的硬度可準(zhǔn)確地與被加工的半導(dǎo)體基片的硬度和穩(wěn)定性相適應(yīng)。
本發(fā)明的另一些優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)由從屬權(quán)利要求及基于附圖的優(yōu)選實(shí)例給出。


圖1表示玻璃轉(zhuǎn)化溫度和熔點(diǎn)之間的關(guān)系，以及圖2表示拋光砂粒的熔點(diǎn)和硬度之間的關(guān)系。
圖1所示的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和熔點(diǎn)之間的關(guān)系列于下表1<
從圖1可知對(duì)于所列的物質(zhì)其熔點(diǎn)隨玻璃轉(zhuǎn)化溫度單調(diào)上升。圖2表示莫氏刻痕硬度與熔點(diǎn)的關(guān)系，其值由下表2給出
圖2所示的熔點(diǎn)和刻痕硬度之間的關(guān)系表明刻痕硬度隨熔點(diǎn)單調(diào)上升。
由此得出硬度隨玻璃轉(zhuǎn)化溫度的升高單調(diào)上升。
從PSG(磷硅酸鹽玻璃)和BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)的例子得出，添加摻雜劑使玻璃轉(zhuǎn)化溫度降低，結(jié)果列于表3
適合作拋光劑的膠體體系的制備將以下面以SiO2作?；|(zhì)的例子加以說(shuō)明。當(dāng)然，這種方法同樣可用其它基質(zhì)和其它摻雜劑來(lái)實(shí)施。
可通過(guò)不同的方法制備帶有一種摻雜劑的膠體SiO2。
在一種熱解方法中，SiCl4/AlCl3-混合物在氫氧焰中反應(yīng)，并水解得到的反應(yīng)產(chǎn)物。在過(guò)程中產(chǎn)生的混合氧化物情況下，以氧化鋁Al2O3作為摻雜劑料引入基質(zhì)氧化物二氧化硅SiO2的基本結(jié)構(gòu)中。另外的摻雜劑如硼或磷的引入可相應(yīng)地通過(guò)SiCl4與BCl3或PCl5的反應(yīng)進(jìn)行。
制備膠體SiO2的另一種可能性是水玻璃的脫堿，這個(gè)過(guò)程中原硅酸分子冷凝以形成直徑為50-500nm的球形SiO2聚集體。如果在這個(gè)冷凝過(guò)程中，摻雜劑以一種化合物的形式如(NH4)2HPO4或H3PO4按相應(yīng)比例和pH值加入時(shí)，摻雜劑同樣能引入基質(zhì)氧化物的基本結(jié)構(gòu)中。
權(quán)利要求
1.一種含溶液和該溶液中的懸浮拋光砂粒的拋光劑，其特征在于，-拋光砂粒主要由玻璃轉(zhuǎn)化溫度為T(mén)G的基質(zhì)組成，-拋光砂粒含有一種摻雜劑，-其中摻雜劑的濃度的確定應(yīng)使摻雜后的物質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG’低于未摻雜的基質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG。
2.權(quán)利要求1的拋光劑，其特征在于，摻雜劑的濃度的確定應(yīng)使其玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG’比未摻雜的物質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度TG至少降低10％。
3.權(quán)利要求1或2的拋光劑，其特征在于，基質(zhì)為金屬或兩性金屬的氧化物。
4.權(quán)利要求3的拋光劑，其特征在于，基質(zhì)為SiO2、Al2O3或Ce2O3。
5.權(quán)利要求1-4中之一的拋光劑，其特征在于，摻雜劑至少含有B、P、As、Sb、Si、Al元素中的一種元素。
6.權(quán)利要求1-5中之一的拋光劑，其特征在于，拋光砂粒的直徑為50-500nm。
7.權(quán)利要求1-6中之一的拋光劑在無(wú)微擦痕地磨平半導(dǎo)體基片或半導(dǎo)體基片上的涂層方面的應(yīng)用。
8.權(quán)利要求7的拋光劑應(yīng)用，其特征在于，其基質(zhì)的硬度是如此高，即在未摻雜狀態(tài)使用時(shí)會(huì)在半導(dǎo)體基片上產(chǎn)生微擦痕，以及如此選擇摻雜劑的濃度，即摻雜后不會(huì)使半導(dǎo)體基片上產(chǎn)生任何擦痕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種拋光劑,它包括一種溶液和該溶液中懸浮的拋光砂粒。這種拋光劑的特點(diǎn)在于,拋光砂粒子主要由一種玻璃轉(zhuǎn)化溫度為T(mén)
文檔編號(hào)H01L21/304GK1265131SQ98807509
公開(kāi)日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1998年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月25日
發(fā)明者S·布拉德?tīng)? O·海茨施 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司