ES2200804T3 - Procedimiento para pulimentacion mecanica-quimica y una capa de material conductor de aluminio o aleacion de aluminio. - Google Patents
Procedimiento para pulimentacion mecanica-quimica y una capa de material conductor de aluminio o aleacion de aluminio.Info
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Abstract
Un procedimiento para la pulimentación mecánica-química de una capa de un material conductor de aluminio o aleación de aluminio usado en la industria de los semiconductores microelectrónicos, caracterizado porque dicha capa de aluminio o aleación de aluminio se abrade usando una composición abrasiva que comprende una suspensión acuosa alcalina de partículas de sílice coloidal individualizadas no conectadas entre sí mediante enlaces siloxano, un hidróxido de tetraalquilamonio y un agente oxidante.
Description
Procedimiento para la pulimentación
mecánica-química y una capa de material conductor de
aluminio o aleación de aluminio.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la pulimentación mecánica-química
de una capa y un material conductor de aluminio o aleación de
aluminio usado en la industria de la microelectrónica para
semiconductores como un material que constituye gramos de
interconexión.
Los dispositivos electrónicos formados sobre una
rodaja de silicio deben conectarse entre sí por medio de tramos de
interconexión que constituyen el circuito electrónico deseado.
Actualmente, estos tramos de interconexión se definen lo más a
menudo usando una película basada en aluminio. El aluminio puede
asociarse con silicio o (y) cobre en proporciones escasas para
incrementar su resistencia a la electromigración.
Los tramos de interconexión de semiconductores se
forman habitualmente de acuerdo con la siguiente secuencia: una
película de aluminio o aleación de aluminio de aproximadamente 1 m
de grosor se deposita mediante el bombardeo de un blanco de aluminio
o aleación de aluminio por medio de un haz de electrones o un haz de
iones (pulverización catódica); el diseño del circuito de
interconexión se transfiere a continuación allí mediante
fotolitografía y a continuación mediante mordentado iónico reactivo
(RIE). Los tramos así definidos deben estar eléctricamente aislados,
también deben de cubrirse con una capa dieléctrica, habitualmente
basado en óxido de silicio, muy a menudo obtenida mediante
descomposición en fase de vapor de tetraetilortosilicato (TEOS).
Esta capa se planea a continuación mediante pulimentación
mecánica-química.
El procedimiento de damasquinado constituye una
solución alternativa que permite que los tramos de interconexión se
hagan de aluminio mientras se reduce el número de fases requeridas.
Consiste en depositar una capa dieléctrica basada en óxido de
silicio sobre un sustrato. En esta capa dieléctrica, los agujeros y
las zanjas de contacto que reproducen el diseño del circuito de
interconexión se forman a continuación mediante dos fotolitografías
y mordentados iónicos reactivos sucesivos. Se deposita a
continuación una capa de aluminio o aleación de aluminio, que se
pule mediante pulimentación mecánica-química hasta
que se alcanza la superficie de la capa dieléctrica. El aluminio
permanece así sólo en los contactos y las zanjas.
El procedimiento de damasquinado permite evitar
problemas asociados con el mordentado iónico reactivo de aluminio:
escasa selectividad del mordentado de aluminio en comparación con
su contra-plantilla en la resina y difícil control
del perfil de los trazos de aluminio.
Para llevar a cabo una pulimentación
mecánica-química de la capa de aluminio o aleación
de aluminio, deben evitarse dos fenómenos:
- un ataque sobre la capa de óxido de silicio
subyacente, también denominado erosión. Esto introduce crestas
localmente y es contraproducente para el objetivo deseado de la
planarización.
- una sobre-pulimentación de las
líneas de interconexión en las zanjas, también llamada
"abombamiento". No sólo este fenómeno también genera crestas,
sino que además reduce el grosor de las líneas de interconexión y,
por esta razón, incrementa su
\hbox{resistencia.}
Estos dos fenómenos se deben principalmente a una
uniformidad de pulimentación escasa del aluminio o la aleación de
aluminio. De hecho, una retirada imperfecta de la capa metálica
generalmente implica una sobrepulimentación significativa para
evitar cualquier riesgo de conducción eléctrica entre los
diferentes dispositivos electrónicos, lo que conduce a
sobrepulimentar las líneas de interconexión y las zonas dieléctricas
ya reveladas. La fase de pulimentación de aluminio no debe ser así
sólo uniforme sino también dar como resultado un estado superficial
excelente. De hecho, el aluminio es un metal blando y maleable que
es difícil de pulir sin arañazos.
Estos arañazos pueden generarse de dos modos
principales:
- el óxido de aluminio, que se forma naturalmente
sobre la superficie del aluminio, es un material más duro que el
aluminio. Las partículas de esta capa de óxido de aluminio, una vez
abradidas, pueden aglomerarse y a continuación arañan la superficie
del aluminio. Debe usarse así una composición abrasiva que minimice
la formación de óxido de aluminio superficial y/o evite la
aglomeración de partículas de óxido de aluminio abradidas,
- las partículas que constituyen la composición
abrasiva también pueden arañar la superficie del aluminio si se
forman y su rugosidad se controla escasamente, lo que favorece las
suspensiones coloidales de sílice más que los abrasivos basados en
sílice de pirólisis u óxido de aluminio.
Se propuso en
EP-A-0 779 655 usar una composición
abrasiva que comprendiera una suspensión de sílice de pirólisis para
pulir superficies de aluminio o aleación de aluminio.
WO-A-97/13889
describe un procedimiento destinado a pulir películas de aluminio,
cobre, níquel o tántalo usando una solución abrasiva que comprende
una suspensión de partículas de óxido de aluminio.
En una fase diferente de la fabricación de
circuitos electrónicos, muy anterior,
EP-A-0 520 109 describe un
procedimiento de pulimentación primaria para zanjas de silicio
usando una composición comprendida por una solución coloidal de
sílice estabilizada por hidróxido amónico, un bactericida de la
familia del hidróxido de amonio cuaternario y hasta 0,1% en peso de
clorita o hipoclorito sódico.
En otra fase diferente más de la fabricación de
circuitos electrónicos, EP-A-0 853
335 describe un procedimiento de pulimentación selectivo entre una
capa de óxido de silicio y una capa de nitruro de silicio usando una
suspensión modificada obtenida combinando una suspensión con una
sal de tetrametilamonio, una base y peróxido de hidrógeno, en la
que la relación en volumen de suspensión a peróxido de hidrógeno es
alta, particularmente comprendida entre 200 y 500 a 1.
EP-A-0 896 042
describe una composición de pulimentación
mecánica-química que comprende un compuesto capaz de
atacar volframio, tal como peróxido de hidrógeno, y al menos un
inhibidor del ataque de volframio, tal como hidróxido de
tetraalquilamonio, y cuyo pH es menor que 7.
Los abrasivos actualmente conocidos y destinados
a pulir aluminio o una aleación de aluminio, que son esencialmente
abrasivos basados en aluminio o sílice de pirólisis, no permiten
obtener una calidad superficial satisfactoria.
Ahora, el solicitante ha apreciado de modo
sorprendente e inesperado que el uso de una suspensión acuosa
alcalina de sílice coloidal estabilizada mediante hidróxido de
tetraalquilamonio y asociada con un agente oxidante permitía:
- una velocidad de pulimentación incrementada
para una placa de aluminio o aleación de aluminio,
- un estado superficial del aluminio
excelente.
Un objetivo de la presente invención es por lo
tanto un procedimiento para la pulimentación
mecánica-química de una capa de un material
conductor de aluminio o aleación de aluminio usado en la industria
de los semiconductores microelectrónicos, caracterizado porque una
capa de dicho material se abrade usando una composición abrasiva que
comprende una suspensión acuosa alcalina de partículas de sílice
coloidales individualizadas no conectadas entre sí por enlaces de
siloxano, un hidróxido de tetraalquilamonio y un agente
oxidante.
De acuerdo con la investigación llevada a cabo
por el solicitante, el agente oxidante es responsable de mejorar
las propiedades de pulimentación de las composiciones abrasivas de
la invención, mientras que el hidróxido de tetraalquilamonio
estabiliza la composición.
Las composiciones abrasivas usadas de acuerdo con
la invención tendrán notablemente un pH comprendido entre 8 y 12,
preferiblemente entre 10,5 y 11.
Estas composiciones abrasivas pueden obtenerse,
por ejemplo, usando una solución coloidal de sílice estabilizada con
sodio. Esta solución coloidal de sílice se tratará así sobre una
resina de intercambio iónico para eliminar el sodio presente, a
continuación mediante hidróxido de tetrametilamonio para obtener
una suspensión acuosa alcalina estable, un objetivo de la presente
invención.
Composiciones abrasivas ventajosas para usar de
acuerdo con la invención se obtienen usando sílice coloidal con
partículas individualizadas, no conectadas entre sí por enlaces de
siloxano y que tienen diámetros de partícula medios comprendidos
entre 12 nm y 100 nm, preferiblemente entre 35 nm y 50 nm y muy
particularmente de aproximadamente 50 nm.
En todas las composiciones usadas de acuerdo con
la invención, las partículas abrasivas están presentes
ventajosamente en una concentración en peso comprendida entre 5% y
50%, preferiblemente entre 25% y 35%, y muy particularmente en una
concentración de aproximadamente 30%.
El hidróxido de tetraalquilamonio usado para
estabilizar las composiciones abrasivas de acuerdo con la invención
se eligen preferiblemente de hidróxido de tetrametilamonio,
hidróxido de tetraetilamonio, hidróxido de tetrapropilamonio y, lo
más particularmente, hidróxido de tetrametilamonio.
Este hidróxido de tetraalquilamonio podría usarse
preferiblemente en una concentración comprendida entre 0,1% en peso
y 1% en peso con relación a la sílice inicial y lo más
particularmente en una concentración de aproximadamente 0,4% en peso
relativa a la sílice inicial.
Las composiciones abrasivas usadas en la
invención contienen preferiblemente entre 0,5% y 10% en volumen de
agente oxidante. Este se elige notablemente de cloratos,
percloratos, cloritos, yodatos, nitratos, sulfatos, persulfatos,
peróxidos, agua ozonizada y peróxido de hidrógeno.
El agente oxidante será preferiblemente peróxido
de hidrógeno. Una composición preferida previamente se caracteriza
porque la cantidad de peróxido de hidrógeno diluido hasta 30%
presente en dicha composición abrasiva está comprendida entre 0,5% y
10% en volumen con relación al total de dicha composición abrasiva
y notablemente es aproximadamente 7,5% en volumen con relación al
total de dicha composición abrasiva.
Las composiciones usadas en la invención tienen
propiedades notables que justifican su uso en la pulimentación de
una capa en un material conductor basado en aluminio o aleación de
aluminio, pudiendo ser, por ejemplo, una aleación de
aluminio-cobre o una aleación de
aluminio-silicio-cobre.
Finalmente, un objetivo de la presente solicitud
es el uso de una composición abrasiva que comprende una suspensión
acuosa alcalina de partículas de sílice coloidal individualizadas
no conectadas entre sí por enlaces de siloxano, un hidróxido de
tetraalquilamonio y un agente oxidante para la pulimentación
mecánica-química de un material conductor de
aluminio o aleación de aluminio usado en la industria de los
semiconductores microelectrónicos.
Condiciones preferidas para usar los
procedimientos de pulimentación descritos previamente también se
aplican a los otros objetivos de la invención previstos
previamente.
El alcance de la invención puede entenderse mejor
mediante referencia a los ejemplos dados más adelante, cuyo objetivo
es explicar las ventajas de la invención.
Se añade 7,5% en volumen de peróxido de hidrógeno
diluido hasta 30% a una suspensión de sílice coloidal estabilizada
mediante 0,4% en peso de hidróxido de tetrametilamonio (muestra PL
1509 de Clariant France SA), cuyas características son como
sigue:
- pH de la suspensión acuosa: 11
- superficie específica: 55 m^{2}/g
- diámetro medio de las partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso en sílice coloidal:
30%.
Se obtiene así una composición abrasiva de
acuerdo con la invención.
Sobre cada placa estudiada, aluminio de 10000
\ring{A}; de grosor se deposita sobre una capa de óxido de
silicio de 1600 \ring{A};. Las rodajas se pulen a continuación en
un pulimentador PRESI E 460 con las siguientes condiciones:
- presión aplicada 0,2 daN/cm^{2}
- velocidad de giro 30 rpm
- velocidad del cabezal 30 rpm
- temperatura del abrasivo 20ºC
- velocidad de abrasión 100 cm^{3}/nm
- tela IC 1000 furrows de Rodel Products
usando un abrasivo obtenido en el ejemplo 1. Esta
composición abrasiva permite obtener los siguientes resultados:
- una velocidad de pulimentación de aluminio de
1700 \ring{A}/mn,
- un estado superficial excelente (sin arañazos
observados bajo el microscopio óptico),
- una falta de uniformidad de pulimentación igual
a 8%.
Ejemplo de comparación
1
Ejemplo de pulimentación
mecánica-química con un abrasivo idéntico al del
ejemplo 1, sin la adición de peróxido de hidrógeno. Usando rodajas
idénticas a las del ejemplo 2 y bajo las mismas condiciones de
trabajo que las del ejemplo 2 y usando una suspensión acuosa
alcalina de sílice coloidal estabilizada mediante 0,4% en peso de
hidróxido de tetrametilamonio, cuyas características son las
siguientes:
- pH de la suspensión acuosa: 11
- superficie específica: 55 m^{2}/g
- diámetro medio de partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso en sílice coloidal:
30%
se obtienen los siguientes resultados:
- una velocidad de pulimentación de aluminio de
1450 \ring {A}/mn,
- una falta de uniformidad de pulimentación igual
a 15%.
Por otra parte, esta suspensión genera numerosos
arañazos sobre la superficie del aluminio. Este pobre estado
superficial impide el uso de este procedimiento para elaborar
tramos de interconexión en aluminio usando el procedimiento de
damasquinado.
Ejemplo de comparación
2
Ejemplo de pulimentación
mecánica-química con un abrasivo que comprende una
suspensión acuosa alcalina de sílice coloidal estabilizada mediante
1,2% en peso de NH_{3} (Klebosol® 30 N 50 PHN de Clariant France
SA) y que comprende 7,5% en volumen de peróxido de hidrógeno
diluido hasta 30%. Usando rodajas idénticas a las del ejemplo 2 y
bajo las mismas condiciones de trabajo que las del ejemplo 2, y
usando una suspensión acuosa alcalina de sílice coloidal
estabilizada mediante 1,2% en peso de NH_{3}, cuyas
características son como sigue:
- pH de la suspensión acuosa: 11
- superficie específica: 57 m^{2}/g
- diámetro medio de partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso en sílice coloidal:
30%
a la que se añade 7,5% en volumen de peróxido de
hidrógeno diluido hasta 30%, se obtienen los siguientes
resultados
- una velocidad de pulimentación de aluminio de
1600 \ring{A}/mn,
- una falta de uniformidad de pulimentación igual
a 10%.
Sin embargo, genera numerosos arañazos sobre la
superficie del aluminio. Este pobre estado superficial impide el uso
de este procedimiento para elaborar tramos de interconexión en
aluminio mediante el procedimiento del damasquinado.
Ejemplo de comparación
3
Ejemplo de pulimentación
mecánica-química con un abrasivo que comprende una
suspensión acuosa ácida de sílice coloidal (Klebosol® 30 H 50 PHN de
Clariant-France SA) y 7,5% en volumen de peróxido
de hidrógeno diluido hasta 30%. Usando rodajas idénticas a las del
ejemplo 2 y bajo las mismas condiciones de trabajo que las del
ejemplo 2, usando una suspensión acuosa ácida de sílice coloidal,
cuyas características son como las siguientes:
- pH de la suspensión acuosa: 2,2
- superficie específica: 54 m^{2}/g
- diámetro medio de partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso en sílice coloidal:
30%
a la que se añade 7,5% en volumen de peróxido de
hidrógeno diluido hasta 30%, se generan numerosos arañazos sobre la
superficie del aluminio. Este pobre estado superficial impide el
uso del procedimiento para elaborar tramos de interconexión en
aluminio mediante el procedimiento del damasquinado.
Claims (15)
1. Un procedimiento para la pulimentación
mecánica-química de una capa de un material
conductor de aluminio o aleación de aluminio usado en la industria
de los semiconductores microelectrónicos, caracterizado
porque dicha capa de aluminio o aleación de aluminio se abrade
usando una composición abrasiva que comprende una suspensión acuosa
alcalina de partículas de sílice coloidal individualizadas no
conectadas entre sí mediante enlaces siloxano, un hidróxido de
tetraalquilamonio y un agente oxidante.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el pH de dicha
suspensión acuosa alcalina de partículas de sílice coloidal
individualizadas no conectadas entre sí por enlaces siloxano está
comprendido entre 8 y 12.
3. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el pH de dicha
suspensión acuosa alcalina de partículas de sílice coloidal
individualizadas no conectadas entre sí mediante enlaces siloxano es
de 10,5 a 11.
4. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el diámetro
medio de las partículas abrasivas de partículas de sílice coloidal
individualizadas de dicha composición está comprendido entre 12 nm y
100 nm.
5. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el diámetro
medio de las partículas abrasivas de sílice coloidal de dicha
composición está comprendido entre 35 nm y 50 nm.
6. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la
concentración en peso en las partículas abrasivas de dicha
composición está comprendida entre 5% y 50%.
7. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la
concentración en peso en las partículas abrasivas de dicha
composición está comprendida entre 25 y 35%.
8. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el agente
estabilizante para las partículas de sílice coloidal
individualizadas no conectadas entre sí por enlaces siloxano es
hidróxido de tetrametilamonio, hidróxido de tetraetilamonio o
hidróxido de tetrapropilamonio.
9. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la cantidad de
hidróxido de tetraalquilamonio está comprendida entre 0,1% en peso
y 1% en peso con relación a la sílice inicial.
10. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la cantidad de
hidróxido de tetraalquilamonio es aproximadamente 0,4% en peso con
relación a la sílice inicial.
11. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el agente
oxidante se elige de cloratos, percloratos, cloritos, yodatos,
nitratos, sulfatos, persulfatos, peróxidos, agua ozonizada y
peróxido de hidrógeno.
12. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el agente
oxidante es peróxido de hidrógeno.
13. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizado porque la cantidad de
peróxido de hidrógeno diluido hasta 30% en dicha composición
abrasiva está comprendida entre 0,5% y 10% en volumen con relación
al total de dicha composición abrasiva.
14. Un procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 12 y 13, caracterizado porque la cantidad de
peróxido de hidrógeno diluido hasta 30% en dicha composición
abrasiva es aproximadamente 7,5% en volumen con relación al total de
dicha composición abrasiva.
15. Uso de una composición abrasiva que comprende
una suspensión acuosa alcalina de partículas de sílice coloidal
individualizadas no conectadas entre sí por enlaces siloxano, un
hidróxido de tetraalquilamonio y un agente oxidante, para la
pulimentación mecánica-química de un material
conductor de aluminio o aleación de aluminio usado en la industria
de los semiconductores microelectrónicos.
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