專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化的組合物與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于表面平面化的化學蝕刻方法與特別適合該方法的化學組合物。更具體地，本發(fā)明涉及在制造集成電路時典型地遇到的用于表面的旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化的組合物和方法。
現(xiàn)有技術(shù)的描述現(xiàn)代的集成電路(“IC”)設計典型地由其上蝕刻成圖案的多層材料組成。通常地，這些層由導電的、絕緣的和半導體材料組成，這些材料采用光刻技術(shù)(作為說明給出的，從而不打算排除其它的材料配置或其它的成圖或蝕刻方法)蝕刻。制造集成電路中幾乎普遍的趨勢是在給定的晶片面積上提高所生產(chǎn)元件的密度、提高IC的性能和可靠性、以及生產(chǎn)出較低成本的IC，并且因生產(chǎn)過程造成廢的和有缺陷的產(chǎn)品少。這些目標導致生產(chǎn)過程中更嚴格的幾何與尺寸的要求。特別地，在蝕刻開始階段，使用具有盡可能幾乎平表面的材料層有利于將精確的圖案蝕刻到材料層上。對于采用光刻技術(shù)的一般成圖情況，將入射光聚焦到待蝕刻表面上時，平的表面允許比較精確的定位和定尺寸，而使用具有與平面性有偏差的表面則可能差些。類似的結(jié)論適用于電子束或其它蝕刻方法。也就是說，與待蝕刻表面的平面性的偏差降低了承載精確定位和精確確定尺寸的圖案的載體的表面能力。在本發(fā)明的下面說明書中，我們集中于IC生產(chǎn)實踐時的典型蝕刻、平面化和成圖方法。但是，也就是作為說明并非限制，作為本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會意識到，本發(fā)明生產(chǎn)平面表面的技術(shù)在用除光刻技術(shù)之外的方法來提高蝕刻精度方面應具有適用性。另外，本發(fā)明不限于IC生產(chǎn)領(lǐng)域，在其它要求平表面的工藝領(lǐng)域中也會找到適用性。
化學蝕刻的一種方式涉及往旋轉(zhuǎn)表面涂布蝕刻試劑，即旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化(“SEP”)。進行蝕刻的基材旋轉(zhuǎn)運動對蝕刻試劑產(chǎn)生了離心力，因此蝕刻劑散開并流滿表面。SEP是IC生產(chǎn)中半導體晶片平面化所采用的一般技術(shù)，并將成為我們說明書的主要要點，但本發(fā)明并不特定限于IC。
根據(jù)一般以在IC生產(chǎn)中的典型地在薄膜(特別是銅)上實現(xiàn)SEP的應用來描述本發(fā)明。但是，本發(fā)明的組合物和方法并不是固有地限于這些特別的情況。本文描述的技術(shù)和化學組合物在生產(chǎn)利用與生產(chǎn)IC所使用的類似材料和方法的器件中也找到應用。有源矩陣型顯示器，微電機械系統(tǒng)(“MEMS”)是兩個這樣類似器件的實例。其它的將對該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。
具體的說，本說明書主要地針對銅薄膜平面化，因為期望這種特殊情況是本發(fā)明的主要應用領(lǐng)域。但是，本發(fā)明并不固有地受到如此制約。本文描述的化學配方可以用于在許多材料上完成SEP，其中包括(但不限于)在生產(chǎn)多層IC中使用的材料。這樣的材料應當包括鋁、硅、鉭、鎢及其合金。按照本發(fā)明描述的化學配方和方法，采用SEP也可以使絕緣材料和耐火材料平面化。采用本發(fā)明描述的化學配方和方法，也可以使特定材料平面化，其中包括(但不限于)有機聚合物、陶瓷、陶瓷-有機復合材料、砷化鎵以及對該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的類似材料。
在生產(chǎn)過程中用于集成電路表面平面化的一般方法(即制成平而光滑的)是

圖1示意性描述的化學機械拋光(“CMP”)。CMP典型地涉及待平面化的晶片1、使用基本上與被拋光晶片表面垂直的力6將晶片1緊緊地壓向拋光襯墊2。典型地，如圖1中通過3所描述的那樣，晶片1將被帶動旋轉(zhuǎn)，而拋光襯墊自身旋轉(zhuǎn)(圖1之4)。圖1描述了拋光襯墊和晶片以相同方向旋轉(zhuǎn)(例如從圖1上看到的逆時針方向地旋轉(zhuǎn))。但是，這僅僅在于說明的目的，晶片與拋光襯墊也可進行反向旋轉(zhuǎn)。
除了圖1中用3描述的晶片旋轉(zhuǎn)外，也可以使晶片1在與施加力6的平面基本垂直的被拋光平面中振蕩(這種振蕩運動在圖中未表示)。
典型地，用定位環(huán)將晶片1牢牢地固定到通常由萬向架固定的旋轉(zhuǎn)晶片架上。CMP過程典型地使用磨料漿5，在整個平面化過程中磨料漿5被連續(xù)引入(滴加)到拋光襯墊2上。磨料漿5還可以含有能夠與從晶片1表面除去的物質(zhì)反應的化學試劑，該反應產(chǎn)物離開晶片表面。因此，CMP典型地利用了機械摩擦和化學反應從晶片1表面上除去物質(zhì)，以便達到平的表面。
拋光襯墊3典型地用聚氨酯或浸漬聚氨酯的纖維制造，盡管也可以使用其它的材料。拋光襯墊典型地附著到硬的可控溫的臺板上，并如圖1中圖示描述的那樣旋轉(zhuǎn)。
在實施CMP時出現(xiàn)幾個嚴重缺陷，其中許多缺陷與使用拋光襯墊3相關(guān)。拋光襯墊積聚磨料漿和過量的化學反應劑以及通過摩擦和化學反應兩者從晶片上除去的物質(zhì)。因此，拋光襯墊需要通常稱之“襯墊精整”的附加過程，該過程典型地與圖1中描述的晶片平面化過程同時進行。襯墊精整涉及從拋光襯墊除去污染物的過程，為的是避免從一個晶片到下一個晶片，在某些情況下，在單晶片加工期間的性能降低。無襯墊精整，從晶片到晶片之間的除去速率、晶片材料的均勻性和平面性都是不穩(wěn)定的，因此使得不可能使用CMP于實際的IC生產(chǎn)過程。
典型地，使用壓向旋轉(zhuǎn)拋光襯墊的包含有金剛石的環(huán)形或盤形工具完成襯墊精整。這個過程從拋光襯墊除去了從晶片表面除去的材料，其中包括CMP反應產(chǎn)物、磨掉的材料和未消耗的磨料反應漿5。因此，襯墊精整對于防止材料在襯墊上積累以及隨之性能變壞是必不可少的。但是，金剛石可能偶然地從襯墊精整盤落到拋光襯墊上，因此造成晶片1表面擦傷。
典型的CMP之后，拋光襯墊2典型地需要清潔操作，以便盡可能除去平面化過程產(chǎn)生的許多污染物。典型地，使用涂專用清潔化學試劑機械刷擦洗進行這種CMP后的清潔。這種CMP后的清潔拋光襯墊會增加整個CMP過程的復雜性，需要附加的加工工具、處理時間和附加的消耗項目如清潔化學試劑。因此，雖然CMP在平面化表面中一般是成功的，但它是價格高的復雜的過程，有許多在典型生產(chǎn)環(huán)境中難以精確控制的加工參數(shù)。
Cibulsky等人(US 5 759 427)的工作中，與在加工過程中機械頭接觸和摩擦基材表面結(jié)合，將化學蝕刻用于平面化。在這項工作中，化學蝕刻溶液和旋轉(zhuǎn)平面化頭都與待平面化表面接觸。在Cibulsky發(fā)明的一種實施方案中使用了磨料添加劑，從而將固體帶入另外所有的液體蝕刻液中。
雖然CMP曾成功地用于許多平面化方法中，但也有幾個本發(fā)明試圖減少或消除的缺陷，。如上所述，CMP相當復雜，是價格高的多步驟方法，該方法的許多加工參數(shù)在實際生產(chǎn)環(huán)境下一般是難以控制的。此外，CMP是使晶片(典型地多層IC)受到切應力的機械方法。一些IC層可能由低介電常數(shù)的薄膜組成，它們相對于絕緣體在機械上是弱的，在CMP切應力下易于分層。對這種層的施加切應力禁忌的，并可能造成損害。
讓晶片1與拋光襯墊2之間接觸的向下的力6，將足以引起拋光襯墊2表面少量偏移。使用偏移的襯墊拋光會典型地造成部分從不易與平的拋光襯墊接近的表面較低部位的被拋光的表面除去物質(zhì)。因此，與使用無偏移的平的拋光襯墊相比，使用偏移的襯墊拋光需要時間更長，除去更多的材料才達到平面度。
來自漿5的磨料或其它微?？赡芪廴揪砻?或造成該表面許多劃痕。這兩種情況都是不期望的。漿5中存在固體物質(zhì)使得回收或循環(huán)該漿體變得不實際，還使來自CMP平面化的廢物處理變得更復雜。本發(fā)明打算減少或消除某些或所有這些在一般CMP平面化中的缺點，從而導致改進的平面化。
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化(“SEP”)以作為除去物質(zhì)和形成高度平表面的方法。SEP提供了比CMP好的幾個潛在優(yōu)點。其中有可能回收再使用SEP加工中未消耗的化學試劑，從而減少了試劑廢物，還降低了加工費用。SEP中污染的、反應的或另外不可再度使用的試劑一般是液體，通常在CMP中未見到的明顯量的溶解的固體。因此，這樣的SEP副產(chǎn)物一般比較容易處理。SEP需要相對不復雜的機器和相關(guān)設備又比CMP進一步降低SEP費用。
Tytgat和Magnus(US 4 981 553和5 098 517)的工作代表了銅的全液體化學蝕刻(或拋光)。在這個工作中，能夠以需要的速率和均勻性蝕刻基材(典型地銅)的化學品溶液是隨典型使用條件一起描述的。典型地，待蝕刻表面被浸漬、浸沒或浸泡在蝕刻溶液達到適當?shù)臅r間。
本發(fā)明使用化學蝕刻，通過旋轉(zhuǎn)蝕刻使表面，典型地銅表面平面化，無需讓該表面與旋轉(zhuǎn)拋光襯墊或類似設備接觸。本發(fā)明只是有液體形式的化學蝕刻劑，該蝕刻劑接觸旋轉(zhuǎn)表面進行平面化。本發(fā)明中描述的蝕刻化學品和使用條件提供了合適的控制蝕刻過程，以便在合理的時間內(nèi)達到合適的平面化，同時減少或消除了許多與前述CMP相關(guān)的缺陷。
本發(fā)明的簡要說明本發(fā)明描述了用于表面旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化的方法和化學組合物，特別是用于如在集成電路生產(chǎn)中可應用的銅和鉭的表面。晶片旋轉(zhuǎn)，待平面化的面朝上。讓蝕刻溶液通過噴嘴與旋轉(zhuǎn)面接觸。優(yōu)選的是通過擺動的噴嘴引入蝕刻溶液。蝕刻溶液具有氧化待蝕刻表面或另外地與待蝕刻表面反應形成在其上的鈍化層的組成。蝕刻溶液還含有反應劑以除去鈍化層，并露出進一步反應的下面的表面，導致表面的所需蝕刻。蝕刻溶液的特性如此調(diào)節(jié)，以致以相對慢的擴散速率將反應劑送到較低的表面部位。表面的較高部位處于遠離在快速運動的蝕刻溶液中的邊界層，因此在對影響反應速率的擴散限制不靈敏。因此，反應在較高表面部位比較低表面部位進行得更快，得到所希望的平面化。本發(fā)明的主要優(yōu)點是提供無機械接觸或機械摩擦的表面的平面化。
附圖簡要說明附圖只是示意性的，不是按照一定比例的繪圖。
圖1化學機械拋光(“CMP”)示意性說明。
圖2本發(fā)明旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化(“SEP”)示意性說明。
圖3液-固界面、邊界層、試劑流動和擴散的截面放大的示意性說明。
本發(fā)明的詳細說明在下述說明和附圖中，相同參考號用來表示相同的元件。
圖2中給出本發(fā)明一個實施方案的示意性說明。晶片1典型地固定在晶片夾盤10上，同時沿方向3繞軸旋轉(zhuǎn)。未證明精確的晶片旋轉(zhuǎn)速度在實施本發(fā)明時是高度敏感的。從幾乎零直到約5000轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)速度在實施本發(fā)明時都給出合適的結(jié)果。
蝕刻溶液或試劑9典型地通過試劑入口噴嘴7加到晶片1。在本發(fā)明這個實施方案中，如圖2中用8表示的，試劑噴嘴7在待蝕刻表面上橫過或擺動。在實施本發(fā)明時發(fā)現(xiàn)，在固定的試劑入口噴嘴下旋轉(zhuǎn)晶片對于達到均勻的平面化是可接受的，但不是最佳的。因此，試劑入口噴嘴9在待平面化表面1上移動。發(fā)現(xiàn)如圖2中用8表示的7的擺動是實施本發(fā)明達到有效平面化的一種技術(shù)。在實施本發(fā)明時，從每秒零到幾百轉(zhuǎn)的擺動速率是合適的。
圖2中說明的噴嘴擺動振幅對實施本發(fā)明來說不是關(guān)鍵。擺動振幅如晶片全直徑一樣大時得到合適的結(jié)果，而完全無擺動可給出可接受的結(jié)果。
圖2說明蝕刻試劑9通過噴嘴7流向晶片表面，該噴嘴的直徑約晶片直徑的10％。這在實施本發(fā)明時是作為說明而不是限制性的。噴嘴直徑如晶片本身一樣大和如約晶片直徑的百分之幾一樣小以及具有中間尺寸在實施本發(fā)明時都是可接受的。噴嘴大小在實施本發(fā)明時不是特別關(guān)鍵的參數(shù)，這與試劑流到晶片的流量同樣不是特別關(guān)鍵的參數(shù)這個事實相關(guān)。在實施本發(fā)明時發(fā)現(xiàn)，試劑的流量從幾乎為每秒零到幾升都是合適的。
本發(fā)明的一些實施方案可以利用施加到晶片1表面的外部加熱以激活或增加一種或多種蝕刻反應的速率。這樣的熱源在圖2中未說明，它包括現(xiàn)有技術(shù)已知的通常的聲、紅外、微波或其它的方法，將熱送向晶片1，類似地，可以控制蝕刻試劑9的溫度，以便有利于本發(fā)明的SEP。
本發(fā)明的其它實施方案通過多個噴嘴7(圖2未繪出)，或另外通過單個多通道噴嘴的不同部分將多種試劑送到晶片1上。在某些情況下在接觸待平面化表面時，或剛好在接觸待平面化表面前混合這樣的試劑會產(chǎn)生混合熱，化學反應或其它有助于本發(fā)明的SEP加工的化學或物理作用。
在接觸待蝕刻表面時，或剛好在接觸待蝕刻平面前物理混合多組分試劑是本發(fā)明實施方案的實例，其中在蝕刻時或接近蝕刻時導致有助于SEP的物理或化學作用。但是，物理混合多組分試劑只是一條達到這些有用作用的可能途徑。其它方法包括在接觸該表面時，或剛好在接觸該平面前加熱一種或多種試劑。試劑在送到表面之前采用通過熱交換器，典型地通過浸沒在恒溫浴中的管式熱交換器的方法加熱。采用定向聲能，通過微波、紅外等電磁熱加熱試劑，可以實現(xiàn)在表面(或在附近)加熱。除了加熱試劑，在接觸待蝕刻表面時，或剛好在接觸待蝕刻平面前可以引入特別的化學作用。通過光化學激發(fā)試劑混合物中一種或多種物質(zhì)，聲激發(fā)在待蝕刻表面或靠近蝕刻表面所使用的一種或多種特定反應或其它催化方法，都可達到上述的特別化學作用。在實施本發(fā)明時，可以使用上述方法中的一些或全部方法的組合。
本發(fā)明的SEP方法采用了幾種單個或組合的化學機制的一般類別。這些類別是a)優(yōu)選地蝕刻表面突出部分的以擴散控制的反應，從而有利于平面化。
b)氧化物的平衡的氧化和還原，有利于均勻除去相繼表面層的材料。
c)在蝕刻表面上的自電微偶合，這有利于對非常小尺度的均勻電作用，以便均勻除去材料和避免點蝕。
d)附加的化學試劑，有助于達到選擇性除去多層的不同材料而不失去平面化。
a)擴散控制的反應通過利用擴散-控制的反應可達到在本發(fā)明SEP過程中的重要控制作用。也就是說，在實施本發(fā)明時使用的一種或多種試劑的物理接觸可影響在待平面化表面上出現(xiàn)的化學蝕刻過程。試劑、稀釋劑(帶反應性蝕刻物質(zhì)的惰性溶劑)、溫度和其它條件的組合如此選擇，以致試劑通過溶液的擴散和到達表面上的反應位點來決定SEP速率。因此，在與表面垂直方向的擴散是本發(fā)明中一個重要的制約反應的機制。如果不是這種情況，由上述的晶片旋轉(zhuǎn)、噴嘴擺動和其它因數(shù)的SEP的機械控制在制約SEP過程中應是非常無效的。因此，在實施本發(fā)明時利用了SEP條件，其中試劑向表面擴散(和/或反應產(chǎn)物離開表面的擴散)影響SEP。
一般應理解，流體在表面上流動時，這時在液-固界面存在基本固定的邊界層，隨著離表面的距離增加，液體流動的速度也增加(沿平行于表面的方向)，直到達到在沒有表面時本體液體的流量。對于如圖3說明的光滑以及粗糙表面，這一般都是對的。待蝕刻表面的相對較高部位易于遇到比較快的移動流體。在實施本發(fā)明時，移動流體是一種或多種蝕刻試劑。因此，在擴散-控制的反應條件下，待蝕刻表面的相對較高部位遇到較多的一種或多種蝕刻試劑。這樣蝕刻較高部位可比凹陷部位更快，蝕刻產(chǎn)物可以向下擴散到待蝕刻表面，因此達到本發(fā)明所要求的平面化。
特別地，圖13中的14說明了隨距固體12表面的距離增加，流體速度的梯度。因此試劑物質(zhì)13比較容易流過表面向上突起的部分(示意性地圖3中的16)，于是蝕刻試劑連續(xù)補充與這樣突起接觸的流體。當試劑流14移動通過待平面化晶片表面12時，其較低的部分(在圖3中的12)不是典型地更快地接觸該試劑流14的流動部分。在本發(fā)明的反應條件下，導致平面化的反應速率是典型地由擴散-控制的反應速率。因此，與部位12相比，在部位16附近相對高的流體流動易于比較快地蝕刻部位16，因此有利于平面化。
在較低部位(鄰近表面)的近停滯的流體需要活性的化學蝕刻物質(zhì)垂直向下擴散很大的距離，在SEP期間的典型反應條件下，這種擴散進行得較緩慢。這種緩慢的擴散過程典型地限制了在反應位點蝕刻劑的總供給量，從而制約了蝕刻速率。因此，按照本發(fā)明實踐的SEP涉及擴散-限制的反應步驟。
與在靠近表面部位處試劑的近停滯相反，正好在突起部位上試劑快速流動連續(xù)地補充了在這些局部部位的蝕刻劑物質(zhì)。從流動的蝕刻劑到表面的突起部位的相對小的垂直距離允許較大的累積供應蝕刻劑物質(zhì)通過擴散到達這些部位。因此，可以預料在表面突起部位的反應速率較大，因此造成突起部位的蝕刻速率高于較低的表面部位。隨著突起部位比較快速地被蝕刻，表面也隨之平面化。
在擴散-控制條件下操作時，影響擴散的試劑溶液的物理性質(zhì)以及化學性質(zhì)變得重要了。因此控制粘度的添加劑，表面活性劑，潤濕劑和其它改變擴散的添加劑，它們都具有影響試劑溶液擴散性質(zhì)的作用。溫度以及某些化學反應也影響擴散，因此溫度在本發(fā)明某些實施方案中也是有用的控制參數(shù)。
b)平衡的氧化與還原作用利用本發(fā)明SEP的有效平面化涉及化學物質(zhì)與化學反應的結(jié)合。一種這樣的反應是生成氧化物的表面氧化作用與同選擇的共-反應劑反應結(jié)合，以便減少或除去如此生成的氧化物。
使用適當氧化物質(zhì)的氧化作用可均勻地氧化銅表面，從而“鈍化”金屬。該氧化物或類似的鈍化膜部分地保護了下面的金屬層(典型地在本發(fā)明實施例中為銅)，從而限制金屬進一步氧化。金屬的加速局部氧化作用常常造成點蝕和/或失去表面的平面性。
隨著鈍化膜的形成，就出現(xiàn)與共-反應劑的反應。選擇共-反應劑，以便通過還原或某些其它的化學機制除去鈍化膜。除去鈍化膜的共-反應僅僅需要產(chǎn)生可溶解的反應產(chǎn)物，其反應產(chǎn)物可在表面附近用化學溶液除去。新露出的金屬表面再次受到氧化作用，生成鈍化層與用共-反應劑除去其鈍化層。這種循環(huán)在SEP期間重復許多次，并有助于在實施本發(fā)明時保持平面性。
c)自電微偶合材料表面結(jié)構(gòu)與化學環(huán)境的微觀差別可導致同一表面上有不同電化學性質(zhì)的不同部位。純金屬、顆粒邊界、其它缺陷或位錯的部位都足以提供具有不同的電化學位的部位。因此，自電微偶合產(chǎn)生以陽極和陰極連接這些部位，導致典型地通過氧化/還原反應組電化學除去物質(zhì)。這些導致自電偶合的表面非均勻部位均勻地出現(xiàn)在該表面上，并具有微觀尺寸(“微偶合”)。因此，這樣的電偶合導致除去非常細的物質(zhì)，避免從任何局部的區(qū)域除去大量物質(zhì)(通常造成點蝕)。
d)附加的化學試劑在與本發(fā)明任何其他實施方案結(jié)合時，可以將附加的化學試劑加入試劑混合物中，其目的是改變(典型地減緩)反應速率。化學添加劑的其他應用包括在更寬的表面區(qū)域增強更均勻的化學反應性，當加工雙金屬或多金屬層時，允許優(yōu)選除去一類金屬而不是另一類金屬。選擇這樣的化學抑制劑，以保證材料去除而不損失平面性。
本發(fā)明不限于單一SEP步驟。在本發(fā)明范圍內(nèi)包括多步驟。實施例包括多種化學反應溶液的應用，可能包括開始的鈍化步驟，接著應用試劑混合物，以同樣鈍化和溶解該表面，從而得到控制的平滑平表面。這個程序典型地接最后的蝕刻步驟，以除去和鈍化材料，接著最后漂洗(典型地用去離子水)清潔。
本發(fā)明的其他實施方案涉及表面的化學蝕刻平面化，該表面中一種以上的物質(zhì)暴露于一種或多種蝕刻試劑中。在這個實施方案中，試劑混合物可以含有表面活性劑化學品，它們優(yōu)選地與一種(或一些)暴露的物質(zhì)結(jié)合，或選擇性地改變一種(或一些)表面構(gòu)成物質(zhì)的化學性質(zhì)。接著是優(yōu)選蝕刻，典型地造成這個本發(fā)明實施方案中表面選擇性的平面化。
我們在本文其他地方指出在實施本發(fā)明時有用的典型蝕刻試劑組分。實際工業(yè)應用還可能需要含有其他添加劑的試劑混合物，以抑制過早的反應、穩(wěn)定該混合物、增加試劑混合物的貯存時間、降低揮發(fā)性、抑制毒性，抑制光降解作用等。這樣的添加劑是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，本文不再作詳細說明。
其他類的添加劑是影響蝕刻劑粘度的添加劑，它們對蝕刻劑的化學蝕刻能力的影響最小。這些粘度調(diào)節(jié)劑(例如乙二醇)影響邊界層的厚度和速度分布。改性的邊界層有助于改進擴散-控制反應機制，以達到非平面表面平面化。
下表1-10是使銅表面或表中列出的其他表面平面化而在實施本發(fā)明時使用的有用試劑混合物的實施例。應用于其他表面的其他試劑組合是本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道的。
表1用于銅平面化的過氧化物-磷酸試劑水溶液
表2用于銅平面化的過氧化物-硫酸試劑水溶液
表3用于銅平面化的過氧化物-無機酸試劑水溶液
表4用于銅平面化的硝酸試劑水溶液
表5用于銅平面化的過氧化物-有機酸試劑水溶液
表6用于銅平面化的濃酸試劑水溶液
表7用于銅平面化的稀酸-金屬鹽試劑水溶液
表8用于銅平面化的稀堿-金屬鹽試劑水溶液
表9用于鉭平面化的酸/堿試劑水溶液
表10用于銅平面化的其它試劑
除了上表1-10中列出的添加劑外，其他的添加劑包括但不限于下述添加劑硼砂、硫酸鋅、碳酸銅、醇(其中包括低分子量醇，乙二醇、酚、脂族醇、聚乙烯醇等)、表面活性劑(其中包括陰離子的、陽離子的、氟碳基表面活性劑、非離子表面活性劑以及其他優(yōu)選地與某些物質(zhì)粘附，從而改變某些位點的化學反應性的表面活性劑)、溶液穩(wěn)定劑(其中包括聚乙烯醇和其他抑制氧化劑自發(fā)分解的試劑)、潤濕劑。
由于詳細描述了本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應意識到，根據(jù)本公開的內(nèi)容，人們可以對本發(fā)明作出修改，只要不超出本文描述本發(fā)明概念的精神實質(zhì)。因此，沒有打算將本發(fā)明的保護范圍限制于說明和描述的特定實施例和優(yōu)選實施例。而是要用附加的權(quán)利要求決定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于表面平面化的蝕刻溶液，該溶液含有a)具有氧化所述表面和在其表面上形成鈍化層性質(zhì)的氧化反應劑；以及b)具有與所述鈍化層反應并結(jié)束所述鈍化層鈍化性質(zhì)的去鈍化共-反應劑，以及c)一種反應劑，它用于調(diào)節(jié)所述氧化反應劑和所述去鈍化共-反應劑的擴散，以致在所述表面低凹部位進行反應的速率是受擴散限制的，并且該反應速率低于在所述表面高凸部位進行的反應速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是銅；以及所述氧化反應劑選自H2O2、HNO3和它們的混合物；以及所述鈍化共-反應劑選自H3PO4、H2SO4、HNO3、草酸、醋酸、有機酸及其混合物；以及所述用于調(diào)節(jié)擴散的反應劑包括選自HCl、脂族醇、丁基化羥基甲苯、2，6-二-叔丁基4[(二甲基氨基)甲基]苯酚、2，6-二-叔-4N，N-二甲基氨基甲酚、硼砂、乙二醇、ZnSO4、甲醇、丙醇、聚(氧乙烯)月桂醚、馬來酸、HOOC(CX2)nCOOH，式中X＝OH，胺，H和n＝1-4，3％酒石酸、1％乙二醇、1，2，4-三唑、1，2，3-三唑、四唑、非離子表面活性劑、乙醇、三氟乙醇、SiF6、有機鹽表面活性劑、聚乙烯醇、二苯基氨基磺酸、草酸鈉、苯并三唑、木質(zhì)磺酸鈉、乙二醇、明膠、羧甲基纖維素、胺、重金屬鹽、Cu和Ta鹽、丙二醇、2-乙基己胺、碳酸銅、低分子量醇類、二醇類、酚類、脂族醇、聚乙烯醇類、陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、氟碳基表面活性劑、具有優(yōu)選與某些物質(zhì)粘附從而改變被粘附物質(zhì)的化學反應性的非離子表面活性劑、聚乙烯醇溶液穩(wěn)定劑和抑制氧化劑自發(fā)分解的物質(zhì)、潤濕劑及其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蝕刻溶液，其中還含有選自CuCl、FeCl、KCl及其混合物的物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蝕刻溶液，其中所述的氧化反應劑是NaClO3，所述的鈍化共反應劑是NH4F和CuSO4的混合物，所述的添加劑是潤濕劑的EDTA鈉鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是鉭；以及所述的氧化反應劑選自H2O2、HNO3和它們的混合物；以及所述的去鈍化共-反應劑選自HF、H2O2、NaOH和KOH。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是銅，所述的蝕刻溶液是含有EDTA、NH4OH、H2O2的水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是銅，所述的蝕刻溶液是含有檸檬酸、異抗壞血酸、三乙醇胺的水溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是銅，所述的蝕刻溶液是含有檸檬酸三鈉、三乙醇胺、硝酸鈉的水溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是銅，所述的蝕刻溶液是含有H2SO4、H2O2、鉬酸鈉、苯酚磺酸的水溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其中所述表面是銅，所述的蝕刻溶液含有無機酸、鉬鹽。
11.一種使基材平面化方法，該方法包括下述步驟a)以待平面化面向上的方向旋轉(zhuǎn)所述的基材；以及b)將蝕刻溶液送到所述基材的面上，其中所述蝕刻溶液含有①氧化反應劑，它具有氧化所述表面并在其表面形成鈍化層的性質(zhì)，以及②去鈍化共反應劑，它具有與所述鈍化層反應并停止所述鈍化層的鈍化性質(zhì)的性質(zhì)；以及c)調(diào)節(jié)所述氧化反應劑和所述去鈍化共-反應劑的擴散，以致在所述表面低凹部位進行反應的速率是受擴散限制的，并且該反應速率低于在所述表面高凸部位進行的反應速率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面化方法，其中所述蝕刻溶液通過擺動的噴嘴加到所述基材的所述面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面化方法，其中所述蝕刻溶液通過橫過所述面的噴嘴加到所述基材的所述面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面化方法，其中所述蝕刻溶液的組分通過多個噴嘴分開加到所述基材的所述面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面化方法，其中在將所述蝕刻溶液加到所述面之前調(diào)節(jié)所述蝕刻溶液的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面化方法，其中控制所述面的溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平面化方法，其中在將所述蝕刻溶液加到所述面之前采用光化學方法激活所述蝕刻溶液。
全文摘要
本發(fā)明描述了用于表面,特別是銅和鉭表面的旋轉(zhuǎn)蝕刻平面化的方法與組合物。蝕刻溶液通過噴嘴,優(yōu)選地通過擺動噴嘴與旋轉(zhuǎn)晶片的上面接觸。蝕刻溶液具有氧化旋轉(zhuǎn)表面,在其表面上形成鈍化層的組成。蝕刻溶液還含有除去鈍化層,讓下面層表面暴露以達到所要求的表面蝕刻的反應劑。調(diào)節(jié)蝕刻溶液的特性,以致到表面較低部位的反應劑擴散限制其蝕刻速率。處在蝕刻溶液移動較快的表面的較高部位的反應進行較快,從而導致所要求的平面化。
文檔編號H01L21/321GK1382305SQ00812842
公開日2002年11月27日 申請日期2000年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月19日
發(fā)明者J·萊維爾特, D·L·托維里 申請人:聯(lián)合訊號公司