Partículas abrasivas para pulido químico-mecánico.

Composición abrasiva para pulir substratos, que comprende:

una pluralidad de partículas abrasivas de sílice coloidal con una distribución polidispersa del tamaño de partículacuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros,

un valor de la amplitud en volumen superior o igual aunos 20 nanómetros, el cual se mide restando el tamaño de partícula d10 del tamaño de partícula d90, mediante elempleo de microfotografías de transmisión electrónica, y una fracción de dichas partículas mayores de 100nanómetros inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

Partículas abrasivas para pulido químico-mecánico

ANTECEDENTES DE LA PRESENTE INVENCIÓN

La presente invención se refiere a partículas abrasivas y a suspensiones que contienen dichas partículas, así como a procesos de aplanado químico-mecánico (CMP) con el empleo de las suspensiones.

Las suspensiones que contienen partículas abrasivas y/o químicamente reactivas en un medio líquido se utilizan en diversas aplicaciones de pulido y alisado. Algunas aplicaciones incluyen el pulido de vidrio industrial, de discos de memoria mecánica, de obleas de silicio nativo y de acero inoxidable empleado en dispositivos médicos. El CMP se usa para allanar y alisar un substrato hasta un alto grado de uniformidad. El CMP se utiliza en diversas aplicaciones, incluyendo el pulimento de productos de vidrio, tales como las placas frontales de vidrio para paneles expositores planos, y el aplanado de dispositivos de obleas durante la fabricación de semiconductores. Por ejemplo, la industria de semiconductores utiliza CMP para aplanar láminas dieléctricas y metálicas, así como capas metálicas modeladas en varias etapas de la producción de circuitos integrados. Durante la fabricación, la superficie de la oblea se suele subdividir en varias áreas (normalmente rectangulares) sobre las cuales se forman imágenes fotolitográficas, por lo general modelos de circuito idénticos de un área a otra. Cada área rectangular puede ser una placa separada, una vez troquelada la oblea en piezas individuales.

Las placas de circuito integrado, especialmente los circuitos de semiconductores integrados a escala muy grande (VLSI) se fabrican depositando y modelando tanto la capa (o las capas) conductora como la capa (o las capas) no conductora (aislante) sobre una oblea semiconductora. La tecnología actual utiliza un aislante de dióxido de silicio,

aunque hay otros materiales cada vez más comunes. Las capas se apilan formando un laminado estratificado de topografía no plana. Una causa de falta de planicidad es que las capas no conductoras o dieléctricas se asientan sobre líneas conductoras u otros accesorios en relieve de las capas subyacentes, dando lugar a una estructura topográfica en las capas superiores. El aplanado es necesario para depositar y modelar las capas subsiguientes con precisión.

Otra causa de falta de planicidad es debido al proceso de damasquinado de cobre, con la creciente necesidad de discos duros planos o lisos. En el proceso de damasquinado de cobre (1) se graban surcos en una capa dieléctrica,

(2) se deposita una fina capa de barrera que forra el surco y recubre el dieléctrico entre los surcos, (3) se deposita un grosor de cobre necesario para rellenar el surco y al mismo tiempo quedan recubiertas las zonas intermedias entre los surcos y (4) se emplea un proceso CMP para quitar puliendo el cobre de dichas zonas intermedias, dejando el máximo cobre posible dentro del surco.

Como los dispositivos de circuito integrado se han vuelto más sofisticados y complejos, aumenta el número de capas que interactúan entre sí y por lo tanto también en general los problemas de planicidad. El aplanado de capas durante la elaboración de circuitos integrados ha supuesto un problema importante y un mayor gasto en la producción de dispositivos semiconductores. Los requerimientos de planicidad han motivado diversos enfoques y últimamente se han empleado técnicas de CMP para aplanar las obleas semiconductoras. El CMP consiste en mover una superficie no lisa y no pulida contra una almohadilla, con una suspensión de CMP dispuesta entre la almohadilla y la superficie tratada. Normalmente esto se consigue recubriendo continuamente la almohadilla con una suspensión y haciéndola 45 girar contra el substrato a velocidades bastantes bajas. La suspensión CMP lleva al menos uno o dos componentes: partículas abrasivas y uno o más reactivos para la eliminación mecánica y química, respectivamente, de material del substrato. Los reactivos son sencillamente agentes complejantes u oxidantes, dependiendo de los materiales que haya que pulir, y ácidos o bases para ajustar el pH.

Las suspensiones de CMP se pueden clasificar en categorías según los materiales a pulir. Pulimento oxidante se refiere al pulido del dieléctrico externo o entre capas de los circuitos integrados, mientras que el pulimento metálico es el pulido de los interconectores metálicos (contactos) en los circuitos integrados. La sílice y la alúmina son los agentes abrasivos más utilizados para el pulimento metálico, mientras que la sílice se usa casi exclusivamente para el pulimento oxidante. Para ciertas aplicaciones también se usa óxido de cerio, incluyendo el pulido de metales y el

pulido de polímeros.

Hay una serie de parámetros que caracterizan la acción de la suspensión pulidora y representan una escala de evaluación de la eficiencia de tales suspensiones. Estos parámetros incluyen: la velocidad de abrasión, es decir, la velocidad a la cual se elimina el material que hay que pulir; la selectividad, es decir, la relación de velocidades de pulido del material que debe pulirse, respecto a otros materiales presentes en la superficie del substrato; y otros parámetros que representan la uniformidad del aplanado. Usualmente los parámetros utilizados para representar la uniformidad del aplanado son: falta de uniformidad en la oblea (WIWNU) y falta de uniformidad de oblea a oblea (WTWNU) , así como el número de defectos por unidad de superficie.

En varias suspensiones CMP anteriores la materia prima usada para prepararlas han sido partículas de óxidos como la sílice, que comprenden agregados grandes de partículas primarias más pequeñas, es decir, partículas primarias pequeñas, en general esféricas, que se unen de manera segura, formando partículas más grandes de configuración irregular. Así, para producir suspensiones pulidoras hay que romper estos agregados en partículas tan pequeñas como sea posible, lo cual se consigue aportando energía de cizallamiento, que desmenuza los agregados de sílice. Sin embargo, como la eficiencia de la introducción de energía de cizallamiento depende del tamaño de partícula, con el uso de fuerzas de cizallamiento no pueden obtenerse partículas que tengan el tamaño y la forma de las primarias. La desventaja de las suspensiones pulidoras producidas de este modo es que los agregados no están totalmente disgregados. Esta fracción de partículas gruesas puede provocar una mayor formación de rayados o defectos en la superficie del substrato pulido.

Se han dedicado algunos trabajos al ajuste del componente de partículas abrasivas. Por ejemplo, la patente U.S. nº 5, 264, 010 describe una composición abrasiva para alisar la superficie de un substrato, cuyo componente abrasivo incluye 3 hasta 50% en peso de óxido de cerio, 8 hasta 20% en peso de sílice pirogénica y 15 hasta 45% en peso de sílice precipitada. La patente U.S. nº 5, 527, 423 revela una suspensión para el pulido químico-mecánico de capas metálicas. La suspensión incluye partículas abrasivas que son aglomerados de partículas muy pequeñas y están formados a partir de sílices o alúminas pirogénicas. Estos aglomerados de partículas, normalmente de materiales pirogénicos, tienen una forma irregular mellada. Tienen una distribución del tamaño agregado en que casi todas las partículas son menores de 1 micra, aproximadamente, y un diámetro medio agregado inferior a unas 0, 4 micras.

La patente U.S. nº 5, 693, 239 describe una suspensión CMP que incluye partículas abrasivas, un 15% en peso de las cuales son de alúmina cristalina y el resto de partículas son materiales menos abrasivos, tales como hidróxidos de aluminio, sílice y análogos.

La patente U.S. nº 5, 376, 222 revela el uso de soles de sílice básica que contienen partículas esféricas y tienen un pH entre 9 y 2, 5. Estas suspensiones pulidoras tienen la ventaja de llevar prácticamente solo partículas esféricas discretas, lo cual produce bajos niveles de rayados u otros defectos en la superficie pulida.

El inconveniente de estas suspensiones pulidoras es su baja tasa de pulimento, a pesar de minimizar la proporción de defectos.

Los esfuerzos para aumentar la tasa de pulimento, minimizando al mismo tiempo los defectos, se han concentrado en la distribución del tamaño de partícula del componente abrasivo. La patente U.S. nº 6, 143, 662 y las solicitudes de patente U.S. nº 2002/0003225 A1 y 2003/0061766 A1 describen suspensiones de CMP que contienen partículas abrasivas con una distribución del tamaño muy estrecha y son de naturaleza bimodal o multimodal. Aunque estas suspensiones poseen una elevada tasa de pulimento, dan lugar a mayores proporciones de defectos. La patente WO 01/85868 revela... [Seguir leyendo]

1. Composición abrasiva para pulir substratos, que comprende: una pluralidad de partículas abrasivas de sílice coloidal con una distribución polidispersa del tamaño de partícula

cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de la amplitud en volumen superior o igual a unos 20 nanómetros, el cual se mide restando el tamaño de partícula d10 del tamaño de partícula d90, mediante el empleo de microfotografías de transmisión electrónica, y una fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

2. Composición abrasiva según la reivindicación 1, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 15% en volumen de las partículas abrasivas.

3. Composición abrasiva según la reivindicación 1, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 10% en volumen de las partículas abrasivas.

4. Composición abrasiva según la reivindicación 1, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 5% en volumen de las partículas abrasivas.

5. Composición abrasiva según la reivindicación 1, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 18 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

6. Composición abrasiva según la reivindicación 1, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 20 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 2% en volumen de las partículas abrasivas.

7. Composición abrasiva según la reivindicación 1, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

8. Suspensión abrasiva para pulir substratos, que comprende: una pluralidad de partículas abrasivas de sílice coloidal con una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros y un valor de la amplitud en volumen superior o igual a unos 20 nanómetros, el cual se mide restando el tamaño de partícula d10 del tamaño de partícula d90, mediante el empleo de microfotografías de transmisión electrónica, y una fracción de dichas partículas mayores de 100

nanómetros que es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas; y una solución que contiene uno o más reactivos químicos.

9. Suspensión abrasiva según la reivindicación 8, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 10% en volumen de las partículas abrasivas.

10. Suspensión abrasiva según la reivindicación 8, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud

en volumen superior o igual a 18 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

11. Suspensión abrasiva según la reivindicación 8, en la cual dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

12. Método para pulir substratos con una composición abrasiva, que consiste en: aportar un substrato que debe pulimentarse y pulirlo mediante una pluralidad de partículas abrasivas con una

distribución polidispersa del tamaño de partícula, cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a unos 20 nanómetros, el cual se mide restando el tamaño de partícula d10 del tamaño de partícula d90, mediante el uso de microfotografías de transmisión electrónica, y una fracción de partículas mayores o iguales a unos 100 nanómetros inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

13. Método según la reivindicación 12, en que dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 10% en volumen de las partículas abrasivas.

14. Método según la reivindicación 12, en que dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 18 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.

15. Método según la reivindicación 12, en que dichas partículas abrasivas tienen una distribución polidispersa del tamaño de partícula cuya mediana en volumen es de 20 hasta 100 nanómetros, un valor de amplitud en volumen superior o igual a 15 nanómetros y la fracción de dichas partículas mayores de 100 nanómetros es inferior o igual al 20% en volumen de las partículas abrasivas.