RU2687649C2 - Способ химико-механической полировки толстых слоев кобальтсодержащих сплавов - Google Patents
Способ химико-механической полировки толстых слоев кобальтсодержащих сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687649C2 RU2687649C2 RU2017134479A RU2017134479A RU2687649C2 RU 2687649 C2 RU2687649 C2 RU 2687649C2 RU 2017134479 A RU2017134479 A RU 2017134479A RU 2017134479 A RU2017134479 A RU 2017134479A RU 2687649 C2 RU2687649 C2 RU 2687649C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polishing
- cobalt
- chemical
- alloy
- mechanical polishing
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001853 inorganic hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OIRDTQYFTABQOQ-KQYNXXCUSA-N adenosine Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1O OIRDTQYFTABQOQ-KQYNXXCUSA-N 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 239000002126 C01EB10 - Adenosine Substances 0.000 claims description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 2
- 229960005305 adenosine Drugs 0.000 claims description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 25
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 12
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 12
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 4
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004181 carboxyalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 125000002768 hydroxyalkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 125000005097 aminocarbonylalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
- C23F1/10—Etching compositions
- C23F1/14—Aqueous compositions
- C23F1/16—Acidic compositions
- C23F1/28—Acidic compositions for etching iron group metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/06—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in markedly alkaline liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F3/00—Brightening metals by chemical means
- C23F3/04—Heavy metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химико-механической полировке толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов и может применяться при изготовлении элементов приборов и устройств в микро- и наноэлектронике. Способ химико-механической полировки толстого слоя ферромагнитного кобальтсодержащего сплава на поверхности пластины из оксида кремния с вытравленной канавкой включает обработку пластины полировальником в присутствии суспензии в два этапа, обеспечивающую равномерный съем материала и получение заданной толщины сплава в упомянутой канавке. На первом этапе полирование проводят со скоростью 400-600 нм/мин при давлении 6,9-10,3 кПа и при скорости подачи суспензии 150 мл/мин, при этом используют полирующую кислотную суспензию, содержащую оксид алюминия, диоксид кремния аморфный, азотную кислоту и воду, в которую добавляют НОдо достижения концентрации НО0,6-1,8 мас. % и рН 2-3. На втором этапе полирование проводят при давлении 15,9-19,3 кПа и при скорости подачи суспензии 300 мл/мин, при этом используют полирующую щелочную суспензию, содержащую диоксид кремния, неорганический гидроксид и воду, в которую добавляют НОдо достижения концентрации 0,8-1,2 мас. % и рН 9,5-11,2. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Способ химико-механической полировки толстых слоев ферро-магнитных кобальтсодержащих сплавов относится к полированию структур, включающих толстый слой ферро-магнитного кобальтсодержащего сплава на поверхности оксида кремния с канавкой, вытравленной в его объеме. Способ может быть использован для изготовления элементов приборов и устройств в микроэлектронике и наноэлектронике, работающих за счет использования металлических слоев с магнитными свойствами, в частности, слоев ферро-магнитных кобальтосодержащих сплавов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При изготовлении элементов нано- и микроэлектронных приборов и устройств, в которых используются относительно толстые металлические слои, содержащие кобальт, используют процесс химико-механической полировки (chemical–mechanical polishing (ХМП), позволяющий получить удаление и выравнивание (планаризацию) составных (оксид кремния-металл) плоских элементов с высокой чистотой и точностью толщины металла и оксида кремния получаемых поверхностей.
Известны способы химико-механической полировки (ХМП) получения тонких (толщиной порядка 1 мкм и менее) слоев металлов, в том числе, с содержанием кобальта, в которых используют стандартные суспензии, такие как суспензия компании Фуджифилм (FujiFilm) для полировки кобальта (представлена в 2014 г. на международной конференции «Planarization/CMP Technology (ICPT)», см. http://ieeexplore.ieee.org/document/7017287/).
Поскольку кобальт в настоящее время рассматривается как один из наиболее перспективных материалов для создания барьерных слоев при производстве свербольших интегральных схем следующего поколения, важно чтобы скорость ХМП была достаточно высокой. Однако большинство суспензий для процесса ХМП дают низкую скорость полировки кобальта в известных способах ХМП и не подходят для удаления достаточно толстых слоев толщиной 10 мкм, используемых для изготовления, например, сердечников микротрансформаторов, интегральных пассивных устройств (Integration passive devices IPD), в МЭМС, использующих в своей структуре магнитные и ферро-магнитные вещества.
Известны способы ХМП кобальтсодержащих слоев путем медленного травления с использованием обычных суспензий. В частности, известен способ полировки кобальтсодержащих слоев за счет синергетического эффекта составляющих, сходящих в полирующую суспензию, при котором скорость полировки составляет порядка 100 нм/мин (см. статью «Синергетическое влияние пероксида водорода и глицина ХМП кобальта в слабо щелочной среде» (Liang Jiang etc. Synergetic effect of H2O2 and glycine on cobalt CMP in weakly alkaline slurry//Microelectronic Engineering 122 (2014), рр. 82–86 - http://fulltext.study/preview/pdf/539478.pdf). Данная скорость низка для полировки толстых кобальтсодержащих слоев, т.к. сильно тормозит технологический процесс.
В других известных способах ХМП кобальтсодержащих слоев с более быстрой скоростью травления возникает коррозия металла. Например, известна композиция для ускорения полирования кобальта и способ с ее использованием по заявке на изобретение «Ускоритель полирования кобальта» США № US20160115353 A1 от 21.10.2015 https://patents.google.com/?q=slurry&q=corroding&q=material&q=cmp&q=cobalt&before=20151021(компании Cabot Microelectronics Corp.http://www.google.com/search?tbo=p&tbm=pts&hl=en&q=inassignee:%22Icp+Electronics+Inc.%22, заявленный приоритет 21.10.2014). Композиция включает в себя композицию из абразивных частиц, набора трех составляющих из водорода, карбоксиалкила, замещенный карбоксиалкил, гидроксиалкил, замещенный гидроксиалкил и аминокарбонилалкил с особенностью выбора этих составляющих, ингибитор коррозии кобальта, окислитель кобальта, и воду, причем рН композиции порядка 3- 8,5. Предложенные в указанной заявке композиция и способ, в отличие от патентуемого вызывают коррозию, что нежелательно. В частности, в заявке описаны композиции (суспензии), разработанные специально для полировки подложки, содержащей кобальт. Для уменьшения коррозии в композиции добавляют специальные добавки, подавляющие коррозию (suppressor). В тоже время для увеличения скорости полировки в суспензии добавляют ускорители (accelerator). Однако, для полировки сплавов, содержащих кобальт, эти суспензии не очень подходят, т.к. дают или слишком маленькую скорость полировки или вообще не полируют.
В отдельных случаях для ликвидации неровностей поверхности в процессе ХМП, образовавшихся после осаждения различных слоев, или для достижения планарности поверхности обходятся без ХМП и используют способ известный как lift-off (обратной (взрывной) фотолитографии) (https://snf.stanford.edu/SNF/processes/process-modules/photolithography/lift-off-lol-procedures/liftoff), однако этот метод применим лишь для тонких пленок.
Иногда в качестве альтернативы ХМП используют плазменное травление магнитных слоев, например, при формировании магнитных туннельных переходов в производстве MRAM. https://users.ece.cmu.edu/~jzhu/publications/mram_fab.pdf). Минус этого способа заключается в том, что травление происходит по всей поверхности с одинаковой скоростью. Этот способ не подходит для формирования канавок с кобальтосодержащими сплавами. Как видно на Фиг. 1, первоначальная толщина магнитного слоя по всей поверхности одинаковая, как в канавке, так и вне ее. Скорость плазменного травления по всей поверхности так же одинаковая. Соответственно, если в процессе травления с поверхности оксида магнитный слой (сплав кобальта) будет удален, то и в канавке его не останется - он будет удален на ту же толщину. Поэтому указанный способ не пригоден для случая, когда требуется, чтобы с поверхности оксида магнитный слой был удален, а в канавке остался.
Наиболее близким к патентуемому способу является двухступенчатый способ полировки Pt, описаннный в статье http://www.ece.ucdavis.edu/~saif/pub/papers/Ultraflat_Pt_APA_05.pdf. Однако он не подходит для полировки кобальтсодержащих сплавов, т.к. в известном способе речь идет о металле с другими физическими свойствами и для другого диапазона толщин слоев (способ предлагается для очень тонких пленок с толщиной порядка 500А), а заявленный способ по заявке – это способ полировки толстых слоев.
Таким образом, видно, что известные способы, используемые для аналогичных целей, не позволяют достигнуть требуемого технического результата - получить планарную поверхность с требуемой толщиной ферромагнитного слоя в канавке.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является преодоления указанных недостатков известных технических решений. Технический результат предложенного изобретения заключается в усовершенствовании процесса ХМП толстых слоев ферро-магнитных кобальтсодержащих сплавов в составе структур, включающих такой толстый слой ферро-магнитного кобальтсодержащего сплава на поверхности оксида кремния с канавкой, вытравленной в его объеме. Процесс ХМП делится на два этапа, благодаря чему за счет эмпирически подобранного состава компонентов полирующих композиций снижается время полировки и повышается пропускная способность оборудования. Обеспечивая более равномерный съем материла и получение заданной толщины сплава в канавке.
Задача решается, а технический результат обеспечивается тем, что процесс ХМП для полирования толстых слоев ферро-магнитных кобальт содержащих сплавов осуществляют как двухступенчатый, что позволяет в итоге избежать коррозии ферро-магнитного кобальтосодержащего сплава, ухудшающей его магнитные свойства, т.к. возникновение коррозии является причиной изменения свойств магнитного материала, и, как следствие, влечет изменение коэрцитивной силы ферромагнетика.
В отличие от одноступенчатых известных способов, изобретение позволяет не только достигнуть желаемой толщины кобальт содержащего сплава на первом этапе (которым, как правило, ограничиваются в известных способах), но и избавиться от коррозии на втором этапе за достаточно короткое время по сравнению с известными обычными способами ХМП, применяемыми для тонких пленок, а также преодолеть эффект искажения профиля полирования, что также очень важно, т.к. чем дольше процесс полировки, тем сложнее контролировать равномерность съема материала.
Для осуществления заявленного двухступенчатого ХМП на первом этапе используют кислотную суспензию (композицию) F7810 от производителя Cabot (или аналогичную ей), содержащую в своем составе оксид алюминия, диоксид кремния аморфный, которые обеспечивают механический эффект в процессе ХМП, азотную кислоту отвечающий за уровень pH раствора и деионизованная вода. Так же в состав входят другие химические компоненты, которые не разглашаются производителем.
В целом, заявленный состав представляет собой дисперсную систему, где вода - это дисперсная среда, в которой распределены оксид алюминия и диоксид кремния аморфный (дисперсная фаза). Процесс ХМП осуществляется за счет химической компоненты и абразивных частиц суспензии, приводящим к окислительно-восстановительным реакциям и механическому удалению продуктов реакции из зоны обработки. В результате мы получаем планарную поверхность с заданной толщиной сплава в канавке с отсутствие дефектов на поверхности (царапин, остатков суспензии, не до конца удаленный сплав с поверхности оксида и т.д.). Эта суспензия дает высокую скорость полировки 400 – 600нм/мин, процесс проводится при низких давлениях.
На втором этапе для удаления всего коррозийного слоя, образовавшегося на первом этапе ХМП, используют щелочную суспензию (композицию) Cu4545 от компании Versum, не дающую коррозии, а наоборот, удаляющую этот коррозийный слой. Эта композиция включает в себя диоксид кремния, обеспечивающий механический эффект в процессе ХМП, неорганический гидроксид, отвечающий за уровень pH раствора, деионизованную воду и другие компоненты, которые производителем не разглашаются. Указанная композиция, используемая на втором этапе ХМП характеризуется низкой скоростью полировки, что позволяет легко контролировать весь процесс ХМП и вовремя остановиться при достижении желаемой толщины слоя толстой пленки в диапазоне 600-800 нм. Скорость полировки с композицией от компании Versum составляет 15-20 нм/мин.
ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1. Схематическое изображение структуры перед началом процесса химико-механической полировки с канавкой, вытравленной в оксиде кремния глубиной 1 мкм, и осажденной пленкой CoFeB толщиной 2 мкм.
Фиг. 2. Схематическое изображение структуры после первого этапа химико-химической полировки при достижении толщины слоя CoFeB равной 1100-1200 нм.
Фиг. 3. Схематическое изображение структуры после окончания процесса химико-механической полировки при достижении толщины CoFeB в канавке 600-800 нм.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Процесс ХМП осуществляется на установке от американского производителя Applied materials на установке Reflexion LK. Процесс химико-механической полировки осуществляется с помощью полировальника от компании DOW марки VP3500 (полировальник крепиться к вращающемуся столику). Во время процесса ХМП суспензия подается на полировальник. Пластина крепится к держателю лицевой стороной вниз. Обрабатываемая пластина и полировальник находятся во вращательном движении относительно друг друга под давлением в присутствии суспензии. Вращающийся столик оснащен системой водяного охлаждения. После каждого этапа, пластина промывается - деионизованной водой в модуле ультрозвуковой очистки и затем ополаскивателем - химическим раствором Planar Clean от производителя ATMI GmbH (с разбавленнием деионизованной водой в соотношении 1:50). В состав этого раствора входят: этаноламин,
гидроксид тетраметиламония, аденозин. Также в состав композиции входят другие химические элементы, которые производителем не разглашаются.
Реализацию способа двухступенчатой химико-механической полировки толстых слоев ферро-магнитных кобальт содержащих сплавов для канавок со вставкой из кобальт содержащего сплава рассмотрим на примере толстой пленки CoFeB с начальной толщиной 2 мкм (аналогично он осуществляется и для других заявленных сплавов) с использованием установки от американской компании Applied materials марки Reflexion LK на первом этапе используют кислотную суспензию, содержащую в своем составе оксид алюминия, диоксид кремния аморфный, азотную кислоту, все вместе не более 15 мас. %. Так же в состав композиции входят другие компоненты, которые производителем не разглашаются. При этом для снижения высокой скорости полировки при использовании данной суспензии, процесс проводят при низком давлении (усилии прижатия).
Для подготовки композиции, все компоненты смешиваются в определенном порядке и пропорциях в предназначенной для этого емкости. Т.к. кислотная суспензия F7810 от производителя Cabot имеет высокую концентрацию, ее сначала разбавляют с водой в соотношении 1:5, после чего добавляют Н2О2 в качестве окислителя. Добавление компонентов производят в следующей последовательности: вода, суспензия, перекись водорода. Когда все компоненты загружены, композиция тщательно перемешивается в течение 10 минут. Концентрация Н2О2 в готовом растворе может составлять 0,6-1,8 мас. %, при этом уровень рН раствора может быть порядка 2-3. Данная суспензия достаточно агрессивна по отношению ферро-магнитному кобальтосодержащему сплаву, что приводит к возникновению коррозии
на поверхности металлического слоя. Было замечено, что наилучший результат достигается для концентрации Н2О2 равной 0,6-0,8 мас. % готового раствора и при рН раствора равной 2.1-2.3, в этом случае коррозия на поверхности меньше, а скорость полировки остается достаточно высокой 400-600 нм/мин при низком давлении порядка 6,9-10,3 кПа (1-1.5 psi), позволяющем снизить скорость полировки. Процесс останавливается, когда толщина CoFeB достигает значений порядка 1100-1200 нм.
На втором этапе ХМП используют ту же установку что и на первом этапе, удаляют образовавшийся на первом этапе коррозийный слой с использованием композиции на основе щелочной суспензии, не дающей коррозии. Щелочная суспензия включает в свой состав - диоксид кремния, неорганический гидроксид. Также в состав композиции входят другие компоненты, которые производителем не раскрываются. При этом скорость полировки данной суспензией является очень низкой порядка 15-20 нм/мин, ее осуществляют при более высоком давлении по сравнению с первым этапом 15,9-19,3 кПа (2.3-2.8 psi). Величина скорости полировки предварительно определяется на тестовых пластинах и по результатам этого теста, определяется время полировки. Концентрация Н2О2 составляет при этом 0,8-1,2%, при этом рН готового раствора равна 9.5-11.2. Данная суспензия не вызывает коррозии металлического сплава, а низкая скорость полировки позволяет легко контролировать процесс с использованием оптического микроскопа, в частности, неоднократно, например, 2 раза в течение 2-го этапа можно убедиться в том, что с поверхности оксида удален весь ферро-магнитный кобальтосодержащий сплав. Если в момент контроля обнаруживаются остатки ферро-магнитного материала, то пластину полируют дополнительно в том же составе. Т.к. скорость полировки
низкая, это позволяет своевременно остановиться в конце второго этапа при достижении толщины слоя CoFeB в канавке равной 600-800 нм, т.е. в момент, когда с поверхности оксида будет удален весь металлический слой ферро-магнитного кобальтосодержащего сплава, а останется он только в канавке.
Для осуществления способа имеет значение скорости потоков композиций, содержащих суспензии, которые устанавливаются для первого этапа - 150 мл/мин, а для второго 300 мл/мин.
Осуществление способа проверялось также для ХМП слоев CoFe. Принимая во внимание, что сплавы CoFeB, CoFe имеют физико-химические свойства аналогичные физико-химическим свойствам сплавов Со, CoxFeyBz (x+y+z=1), CoxFeyBzTa k Zr l (x+y+z+k+l=1), CoxZryTaz (x+y+z=1), CoxFeySiOz (x+y+z=1), заявленный способ может быть также использован для ХМП слоев всех перечисленных кобальтсодержащих сплавов.
Способ ХМП для слоев указанных сплавов ферромагнитных материалов названных толщин может быть использован для изготовления сердечников микротрансформаторов при формировании магнитного кольца, интегральных пассивных устройств (IPD - Integration passive devices), в МЭМС, использующих в своей структуре магнитные и ферро-магнитные вещества. Он пригоден также для получения планарных структур (выравнивания рельефа полупроводниковых структур).
Claims (10)
1. Способ химико-механической полировки толстого слоя ферромагнитного кобальтсодержащего сплава на поверхности пластины из оксида кремния с вытравленной канавкой, включающий обработку пластины полировальником в присутствии суспензии в два этапа, при которых обрабатываемая пластина и полировальник находятся во вращательном движении относительно друг друга под давлением с возможностью осуществления на любом этапе визуального контроля толщины оставшегося слоя, причем на первом этапе полирование проводят со скоростью 400-600 нм/мин при давлении 6,9-10,3 кПа и при скорости подачи суспензии 150 мл/мин, при этом используют полирующую кислотную суспензию, содержащую оксид алюминия, диоксид кремния аморфный, азотную кислоту и воду, в которую добавляют Н2О2 до достижения концентрации Н2О2 0,6-1,8 мас. % и рН 2-3, а на втором этапе полирование проводят при давлении 15,9-19,3 кПа и при скорости подачи суспензии 300 мл/мин, при этом используют полирующую щелочную суспензию, содержащую диоксид кремния, неорганический гидроксид и воду, в которую добавляют Н2О2 до достижения концентрации 0,8-1,2 мас. % и рН 9,5-11,2, причем каждый из этапов завершают промывкой полируемой поверхности деионизированной водой с последующей промывкой ополаскивателем, содержащим этаноламин, гидроксид тетраметиламмония, аденозин, а полирование завершают после удаления с поверхности обрабатываемой пластины из оксида кремния всего слоя ферромагнитного кобальтсодержащего сплава и достижения желаемой толщины слоя в упомянутой канавке.
2. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кобальтсодержащего сплава используют CoFeB.
3. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кобальтсодержащего сплава используют CoFe.
4. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кобальтсодержащего сплава используют сплав CoxFeyBz, где x+y+z=1.
5. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кобальтсодержащего сплава используют сплав CoxFeyBzTa k Zr l , где x+y+z+k+l=1.
6. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кобальтсодержащего сплава используют сплав CoxZryTaz, где x+y+z=1.
7. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кобальтсодержащего сплава используют сплав CoxFeySiOz, где x+y+z=1.
8. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ополаскивателя используют деионизованную воду и химический раствор Planar Clean.
9. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что для оптического контроля толщины оставшегося слоя используют оптический микроскоп.
10. Способ химико-механической полировки толстых слоев ферромагнитных кобальтсодержащих сплавов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ополаскивателя используют химический раствор Planar Clean, разбавленный деионизованной водой раствором в соотношении 1:50.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017134479A RU2687649C2 (ru) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Способ химико-механической полировки толстых слоев кобальтсодержащих сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017134479A RU2687649C2 (ru) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Способ химико-механической полировки толстых слоев кобальтсодержащих сплавов |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017134479A RU2017134479A (ru) | 2019-04-05 |
| RU2017134479A3 RU2017134479A3 (ru) | 2019-04-05 |
| RU2687649C2 true RU2687649C2 (ru) | 2019-05-15 |
Family
ID=66089485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017134479A RU2687649C2 (ru) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Способ химико-механической полировки толстых слоев кобальтсодержащих сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687649C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030013387A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-16 | Applied Materials, Inc. | Barrier removal at low polish pressure |
| RU2235747C2 (ru) * | 1999-10-06 | 2004-09-10 | Сент-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. | Способ химико-механической планаризации и полученные с его помощью изделия |
| US20130140273A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-06-06 | Haisheng Lu | Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt |
| US20160108286A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Cabot Microelectronics Corporation | Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt |
| US9534148B1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-01-03 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Method of polishing semiconductor substrate |
| CN106433479A (zh) * | 2016-07-19 | 2017-02-22 | 河北工业大学 | 多层铜布线钴阻挡层表面粗糙度的控制方法 |
-
2017
- 2017-10-04 RU RU2017134479A patent/RU2687649C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2235747C2 (ru) * | 1999-10-06 | 2004-09-10 | Сент-Гобэн Керамикс Энд Пластикс, Инк. | Способ химико-механической планаризации и полученные с его помощью изделия |
| US20030013387A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-16 | Applied Materials, Inc. | Barrier removal at low polish pressure |
| US20130140273A1 (en) * | 2011-07-05 | 2013-06-06 | Haisheng Lu | Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt |
| US20160108286A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Cabot Microelectronics Corporation | Slurry for chemical mechanical polishing of cobalt |
| US9534148B1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-01-03 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Method of polishing semiconductor substrate |
| CN106433479A (zh) * | 2016-07-19 | 2017-02-22 | 河北工业大学 | 多层铜布线钴阻挡层表面粗糙度的控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017134479A (ru) | 2019-04-05 |
| RU2017134479A3 (ru) | 2019-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11742314B2 (en) | Reliable hybrid bonded apparatus | |
| JP4750362B2 (ja) | Ｃｍｐのための正電荷高分子電解質で処理したアニオン性研磨粒子 | |
| TWI314576B (en) | Polishing slurry and method of reclaiming wafers | |
| TWI567811B (zh) | 拋光半導體晶圓兩面的方法 | |
| TW201013771A (en) | Method for forming through-base wafer vias in fabrication of stacked devices | |
| US9496130B2 (en) | Reclaiming processing method for delaminated wafer | |
| WO2007009365A1 (fr) | Liquide de polissage chimique mecanique | |
| WO2018120809A1 (zh) | 一种用于阻挡层平坦化的化学机械抛光液 | |
| WO2017114309A1 (zh) | 一种化学机械抛光液及其应用 | |
| US8652295B2 (en) | CMP tool implementing cyclic self-limiting CM process | |
| TW201823395A (zh) | 一種化學機械拋光液及其應用 | |
| WO2018120808A1 (zh) | 一种用于阻挡层的化学机械抛光液 | |
| RU2687649C2 (ru) | Способ химико-механической полировки толстых слоев кобальтсодержащих сплавов | |
| KR102464055B1 (ko) | 코발트, 지르코늄 산화물, 폴리실리콘, 및 실리콘 이산화물 막의 선택적 화학 기계적 연마 방법 | |
| JP2012531731A (ja) | 銅要素の結晶構造を修正する方法 | |
| KR20020010910A (ko) | 자성 연마유체 | |
| JP4574140B2 (ja) | 研磨用組成物及びそれを用いる研磨方法 | |
| Penta | Abrasive-free and ultra-low abrasive chemical mechanical polishing (CMP) processes | |
| US20230223301A1 (en) | Method of removing barrier layer | |
| CN111378382B (zh) | 一种化学机械抛光液及其应用 | |
| Hwang et al. | Investigations of the pad trajectory effect on the asymmetric profile and arc-shaped scratches in chemical mechanical polishing | |
| KR101799282B1 (ko) | 반도체 웨이퍼 및 디스플레이 패널 세정용 조성물 및 이의 제조방법 | |
| TW201835263A (zh) | 用於阻擋層平坦化的化學機械拋光液 | |
| Penta | Dow Electronic Materials, Newark, DE, United States | |
| US10035929B2 (en) | pH-adjuster free chemical mechanical planarization slurry |