ES2223441T3 - Composicion para la pulimentacion mecanica-quimica de capas de un material aislante a base de un polimero con una baja constante dielectrica. - Google Patents
Composicion para la pulimentacion mecanica-quimica de capas de un material aislante a base de un polimero con una baja constante dielectrica.Info
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Abstract
Una composición para la pulimentación mecánica- química de una capa de un material aislante a base de un polímero con una baja constante dieléctrica, caracterizada dicha composición de pulimentación por comprender una solución acuosa ácida de sílice coloidal cationizada que contiene partículas de sílice coloidal individualizadas no enlazadas entre sí por enlaces siloxano.
Description
Composición para la pulimentación
mecánica-química de capas de un material aislante a
base de un polímero con una baja constante dieléctrica.
La presente invención se refiere a una
composición para la pulimentación mecánica-química
de una capa de material aislante a base de un polímero con una baja
constante dieléctrica.
Los dispositivos electrónicos constituidos por
una loncha de sílice han de conectarse entre sí por medio de vías
metálicas de interconexión para constituir el circuito electrónico
deseado. Cada nivel de interconexión metálico debe ser aislado
eléctricamente. Para este fin, cada nivel se encapsula en una capa
dieléctrica.
Las vías metálicas de interconexión de circuitos
integrados suelen producirse con suma preferencia mediante
mordentado iónico reactivo de metales de acuerdo con la siguiente
secuencia: se deposita una película de aluminio o de aleación de
aluminio de un espesor de aproximadamente 0,5 x 10^{-6} m por
medio de un haz de electrones o haz de iones (bombardeo iónico); se
transfiere entonces allí el diseño del circuito de interconexión
mediante fotolitografía y posterior mordentado iónico reactivo
(RIE). Las vías así definidas se cubren entonces con una capa
dieléctrica, normalmente a base de óxido de silicio, obtenida muy
frecuentemente por descomposición en fase vapor de ortosilicato de
tetraetilo (TEOS). Esta capa se aplana entonces mediante
pulimentación mecánica-química.
Con el fin de reducir las capacitancias inducidas
por esta capa dieléctrica, una técnica consiste en utilizar
materiales con un baja constante dieléctrica. Los mejores candidatos
fueron pormenorizados por N. H. Hendricks - Mat. Res. Symp. Proc.,
vol. 443, 1997 p 3-14 y por L. Peters -
SemiConductor International - Sept. 1998,
p.64-74.
Las principales familias conservadas son:
- poli(arileteres) fluorados tal como
Flare®,
- poli(arileteres) tal como P A
E-2,
- poliimidas fluoradas,
- hidridosilsesquioxanos y
alquilsilsesquioxanos,
- bisbenzociclobutones tal como Cyclotene®,
- poli(p-xilileno) tal
como Parylene® N y
poli(\alpha,\alpha',\alpha'-tetrafluor-p-xilileno)
tal como Parylene® F,
- los polímeros de éteres aromáticos de
perfluorciclobutano,
- hidrocarburos aromáticos tal como SiLK®.
Para poder ser integrados en un proceso de
interconexión microelectrónica, dichos polímeros con una baja
constante dieléctrica han de satisfacer principalmente los
siguientes criterios:
- llenado de trincheras con anchos menores de
0,35 x 10^{-6} m,
- una temperatura de transición vítrea mayor de
400ºC,
- una baja absorción de humedad (< 1%),
- una alta estabilidad térmica (< 1%/h a
450ºC) y
- una excelente adherencia a capas metálicas y a
otras capas dieléctricas.
Además, la capa polimérica depositada ha de ser
capaz de poder ser aplanada mediante pulimentación
mecánica-química.
Y. L. Wang et al en Thin Solid
Films, (1997), 308-309. p.
550-554, pulimentaron una capa de alquilsiloxano
empleando una solución abrasiva que contiene partículas de sílice
ahumada en un medio básico (pH = 10,2) o partículas de óxido de
zirconio en un medio ácido (pH = 3,3 - 4,6).
G. R. Yang et al en J. of Electronic
Materials, Vol. 26, Nº 8, 1997, p. 935-940
estudiaron la calidad de la superficie de una capa de Parylene®
obtenida después de la pulimentación con diferentes soluciones
abrasivas que contienen partículas de alúmina en un medio ácido o
alcalino. Las velocidades de pulimentación obtenidas fueron bajas
independientemente de la solución abrasiva utilizada.
J. M. Neirynck et al en Mater. Res.
Soc. Symp. Proc., 1995, Vol.381, p. 229-235,
intentaron pulimentar tres tipos de polímeros con bajas constantes
dieléctricas, Parylene®, benzociclobuteno (BCB) y una poliimida
fluorada, empleando soluciones abrasivas que contienen partículas de
alúmina en un medio básico o ácido.
En la actualidad, la integración de capas de
polímero con una baja constante dieléctrica en un proceso de
interconexión microelectrónica compite principalmente contra los
comportamientos inadecuados obtenidos en este tipo de material
durante el aplanado mediante pulimentación
mecánica-química. Esta fase se encuentra todavía
pobremente dominada, en particular con respecto a la velocidad de
pulimentación y estado superficial de la superficie
pulimentada.
pulimentada.
Se ha observado de un modo sorprende e inesperado
que el uso de una suspensión acuosa ácida de sílice coloidal
cationizada, que contiene partículas de sílice coloidal no enlazadas
entre sí mediante enlaces siloxano, permite la pulimentación de una
capa de material aislante a base de un polímero con una baja
constante dieléctrica, en particular del tipo SiLK®, con el
resultado de que se obtiene un compromiso muy bueno respecto a la
velocidad de pulimentación, uniformidad de la pulimentación y estado
superficial de la superficie pulimentada.
Por tanto, un objeto de la presente invención
consiste en una composición para la pulimentación
mecánica-química de una capa de material aislante a
base de un polímero con una baja constante dieléctrica,
caracterizada dicha composición de pulimentación por comprender una
solución acuosa ácida de sílice coloidal cationizada que contiene
partículas de sílice coloidal individualizadas, no enlazadas entre
sí mediante enlaces siloxano, y agua como medio de suspensión.
Por la expresión "suspensión acuosa ácida de
sílice coloidal cationizada", se quiere dar a entender una
solución acuosa ácida de sílice coloidal modificada en la superficie
mediante óxidos de metales tri- o tetravalentes, tales como
aluminio, cromo, galio, titanio o zirconio y que, en particular, se
describen en el libro "The Chemistry of Silica - R. K.
Iler-Wiley Interscience (1979)" p.
410-411.
Bajo las condiciones preferidas para poner en
práctica la invención, la suspensión acuosa ácida de sílice coloidal
cationizada que contiene partículas de sílice coloidal, no enlazadas
entre sí por enlaces siloxano, se obtiene a partir de una solución
de hidroxicloruro de aluminio al 50% en peso aproximadamente en
donde se introduce, con agitación, un sol de sílice alcalina
estabilizado con sodio y a un pH de 9 aproximadamente. De este modo,
se obtiene una suspensión estable de partículas de sílice coloidal
cationizada con un pH comprendido entre 3,5 y 4.
En la presente invención, por la expresión
"material aislante a base de un polímero con una baja constante
dieléctrica del tipo SiLK®", se quiere dar a entender un material
como el descrito por P.H. Towsend et al en Mat. Soc. Symp.
Proc. 1997, 476, p. 9-17. Este material está
constituido por una solución oligomérica con una viscosidad de 30
mPa.s (centipoises) cuya polimerización no requiere un catalizador y
no conduce a la formación de agua. La red polimerizada es un
hidrocarburo aromático que no contiene flúor. Su constante
dieléctrica es de 2,65, su temperatura de transición vítrea es mayor
de 490ºC y su índice de refracción es de 1,63.
Bajo las condiciones preferidas para poner en
práctica la invención, la referida suspensión acuosa de sílice
coloidal es cationizada mediante óxidos de metales tri- o
tetravalentes tales como aluminio, cromo, galio, titanio o zirconio
y muy particularmente aluminio.
Bajo otras condiciones preferidas para poner en
práctica la invención, la composición anterior para la pulimentación
mecánica-química tendrá un pH comprendido entre 1 y
6, preferentemente entre 2 y 4.
Además, bajo otras condiciones para poner en
práctica la invención, la referida composición de pulimentación
contiene partículas de sílice coloidal cationizada, no enlazadas
entre sí por enlaces siloxano, con un diámetro comprendido entre 3 y
250 nanómetros, preferentemente entre 10 y 50 nanómetros.
Un objeto de la presente invención consiste
también en un procedimiento para la pulimentación
mecánica-química de una capa de material aislante a
base de un polímero con una baja constante dieléctrica, en donde la
abrasión de dicha capa de material aislante se lleva a cabo mediante
frotado de dicha capa utilizando un género que contiene un abrasivo,
caracterizado porque el abrasivo contiene una suspensión acuosa
ácida de sílice coloidal cationizada que contiene partículas de
sílice coloidal individualizadas, no enlazadas entre sí por enlaces
siloxano, y agua como medio de suspensión.
Un objeto de la presente invención consiste
también en un abrasivo que es de utilidad en particular para la
pulimentación mecánica-química de una capa de
material aislante a base de un polímero con una baja constante
dieléctrica, que comprende un género impregnado con una suspensión
acuosa ácida de sílice coloidal cationizada que contiene partículas
de sílice coloidal individualizadas, no enlazadas entre sí por
enlaces siloxano, con un diámetro comprendido entre 3 y 250
nanómetros, con un pH comprendido entre 1 y 6, y agua como medio de
suspensión.
Las condiciones preferidas para conseguir las
composiciones abrasivas anteriormente descritas, son también de
aplicación a los otros objetos de la invención expuestos
anteriormente.
El alcance de la invención podrá entenderse mejor
con referencia a los siguientes ejemplos, cuya finalidad es la de
explicar las ventajas de la invención.
La composición abrasiva 1 está constituida por
una solución acuosa ácida de sílice coloidal, que contiene
partículas de sílice de coloidal no enlazadas entre sí por enlaces
siloxano, y cationizada por hidroxicloruro de aluminio como se ha
descrito anteriormente y que tiene las siguientes
características:
- pH de la suspensión acuosa: 3,5
- diámetro medio de las partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso de sílice coloidal:
30%
Se obtiene un composición abrasiva 1 de acuerdo
con la invención.
Se efectúa un depósito de SiLK® con espesor de
100000 \ring{A} mediante centrifugado sobre lonchas de silicio de
200 mm de diámetro. Se polimeriza entonces la capa durante un curado
posterior a 450ºC.
Las lonchas son pulimentadas entonces en una
pulidora PRESI 2000 bajo las siguientes condiciones de
pulimentación:
| - presión aplicada | 0,5 x 10^{5} Pa (da N/cm^{2}) |
| - velocidad de la mesa giratoria | 30 rpm |
| - velocidad del cabezal | 42 rpm |
| - temperatura del abrasivo | 10ºC |
| - velocidad de abrasión | 100 cm^{3}/mn |
| - género | IC 1400 A1 de Rodel Products |
La velocidad de pulimentación y la falta de
uniformidad se determinan midiendo el espesor de SiLK® empleando un
elipsómetro antes y después de la pulimentación, en 17 puntos de la
loncha.
Esta composición abrasiva 1 permite obtener los
siguientes resultados:
- una velocidad de pulimentación de 4000
\ring{A}/mn,
- ausencia de rasguños al microscopio óptico.
La composición abrasiva 2 es similar a la
composición abrasiva 1, pero a una concentración en peso de sílice
coloidal de 15%.
Se obtiene una composición abrasiva 2 de acuerdo
con la invención.
Empleando los mismos parámetros de pulimentación
que en Ejemplo 2, esta composición abrasiva 2 permite obtener los
siguientes resultados:
- una velocidad de pulimentación de 6000
\ring{A}/mn,
- ausencia de rasguños al microscopio óptico.
Con respecto al Ejemplo 2, se aprecia una mejora
en la velocidad de pulimentación de SiLK® a pesar de que la
concentración de ingrediente activo es dos veces más baja.
La composición abrasiva 3 está constituida por
una solución acuosa ácida de sílice coloidal, que contiene
partículas de sílice de coloidal no enlazadas entre sí por enlaces
siloxano, y cationizada por hidroxicloruro de aluminio como se ha
descrito anteriormente y que tiene las siguientes
características:
- pH de la suspensión acuosa: 3,5
- diámetro medio de las partículas elementales de
sílice coloidal: 25 nm
- concentración en peso de sílice coloidal:
4,4%
Se obtiene un composición abrasiva 3 de acuerdo
con la invención.
Utilizando los mismos parámetros de pulimentación
que en Ejemplo 2, esta composición abrasiva 3 permite obtener los
siguientes resultados:
- una velocidad de pulimentación de 3560
\ring{A}/mn,
- ausencia de rasguños al microscopio óptico.
Ejemplo comparativo
1
La composición abrasiva está constituida por una
solución acuosa ácida de sílice coloidal, conteniendo partículas de
sílice coloidal no enlazadas entre sí por enlaces siloxano, cuyas
características son las siguientes:
- pH de la suspensión acuosa: 2,5
- diámetro medio de las partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso de sílice coloidal:
30%
Empleando los mismos parámetros de pulimentación
que en Ejemplo 2, esta composición abrasiva produjo el siguiente
resultado:
- una velocidad de pulimentación de SiLK® de 14
\ring{A}/mn,
Esta baja velocidad prohíbe el uso de esta
composición para la pulimentación de capas a base de un polímero con
una baja constante dieléctrica.
Por tanto, puede apreciarse el interés de
utilizar una suspensión acuosa ácida de sílice coloidal cationizada
contra el uso de una suspensión acuosa ácida de sílice coloidal.
Ejemplo comparativo
2
La composición abrasiva está constituida por una
solución acuosa básica de sílice coloidal, conteniendo partículas de
sílice coloidal no enlazadas entre sí por enlaces siloxano, cuyas
características son las siguientes:
- pH de la suspensión acuosa: 10,8
- diámetro medio de las partículas elementales de
sílice coloidal: 50 nm
- concentración en peso de sílice coloidal:
30%
Empleando los mismos parámetros de pulimentación
que en Ejemplo 2, esta composición abrasiva produjo el siguiente
resultado:
- una velocidad de pulimentación de SiLK® de 62
\ring{A}/mn,
Esta baja velocidad prohíbe el uso de esta
composición para la pulimentación de capas a base de un polímero con
una baja constante dieléctrica.
Por tanto, puede apreciarse el interés de
utilizar una suspensión acuosa ácida de sílice coloidal cationizada
contra el uso de una suspensión acuosa básica de sílice
coloidal.
Claims (10)
1. Una composición para la pulimentación
mecánica-química de una capa de un material aislante
a base de un polímero con una baja constante dieléctrica,
caracterizada dicha composición de pulimentación por
comprender una solución acuosa ácida de sílice coloidal cationizada
que contiene partículas de sílice coloidal individualizadas no
enlazadas entre sí por enlaces siloxano.
2. Una composición para la pulimentación
mecánica-química según la reivindicación 1,
caracterizada porque la suspensión acuosa ácida de sílice
coloidal está cationizada por aluminio, cromo, galio, titanio,
zirconio.
3. Una composición para la pulimentación
mecánica-química según la reivindicación 1,
caracterizada porque la suspensión acuosa ácida de sílice
coloidal está cationizada por hidroxicloruro de aluminio.
4. Una composición para la pulimentación
mecánica-química según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dicha
composición tiene un pH comprendido entre 1 y 6.
5. Una composición para la pulimentación
mecánica-química según la reivindicación 4,
caracterizada porque dicha composición tiene un pH
comprendido entre 2 y 4.
6. Una composición para la pulimentación
mecánica-química según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicha
composición comprende partículas de sílice individualizadas, no
enlazadas entre sí por enlaces siloxano, con un diámetro comprendido
entre 3 y 250 nanómetros.
7. Una composición para la pulimentación
mecánica-química según la reivindicación 6,
caracterizada porque dicha composición comprende partículas
de sílice individualizadas, no enlazadas entre sí por enlaces
siloxano, con un diámetro comprendido entre 10 y 50 nanómetros.
8. Procedimiento para la pulimentación
mecánica-química de una capa de material aislante a
base de un polímero con una baja constante dieléctrica, en donde la
abrasión de dicha capa de material aislante se lleva a cabo mediante
frotado de dicha capa utilizando un género que contiene un abrasivo,
caracterizado porque el abrasivo contiene una suspensión
acuosa ácida de sílice coloidal cationizada que contiene partículas
de sílice coloidal individualizadas, no enlazadas entre sí por
enlaces siloxano.
9. Procedimiento para la pulimentación
mecánica-química según la reivindicación 8,
caracterizado porque el material aislante a base de un
polímero con una baja constante dieléctrica es del tipo SiLK®.
10. Un abrasivo para la pulimentación
mecánica-química de una capa de material aislante a
base de un polímero con una baja constante dieléctrica, que
comprende un género impregnado con una suspensión acuosa ácida de
sílice coloidal cationizada que contiene partículas de sílice
coloidal individualizadas, no enlazadas entre sí por enlaces
siloxano, con un diámetro comprendido entre 3 y 250 nanómetros, con
un pH comprendido entre 1 y 6.
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