TW202325472A - 多晶矽材料之拋光 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用於硬表面(諸如鑽石表面)之最終加工之方法。在此方法中，結合使用具有約0.2 nm至約100 nm之一表面粗糙度及例如，具有約0.02 mm至約5 mm之一厚度及具有30或更高之一蕭氏D硬度之一光滑墊與已知研磨漿，以提供具有優異光滑光潔度之鑽石表面。

Description

多晶矽材料之拋光
本發明大體上係關於用於拋光鑽石及其他硬表面之改良方法。
微電子設備晶圓可被用於形成積體電路。該微電子設備晶圓包含一基底，諸如矽，在基底中區域經圖案化用於具有絕緣、導電或半導電性質之不同材料之沈積。為獲得正確圖案化，必須移除用於在該基底上形成層之多餘材料。此外，為製造功能性及可靠性之電路，在後續處理前製備一平坦或平面之微電子晶圓表面通常很重要。因此，有必要平坦化及/或拋光一微電子設備晶圓之某些表面。
化學機械拋光或平坦化(「CMP」)係一種程序，其中從一微電子設備晶圓之一表面移除材料，藉由耦合一物理程序(諸如磨損)與化學程序(諸如氧化或螯合)以對表面進行平坦化及拋光。在CMP之最基本的形式中，涉及將漿料(例如，一磨料及一活性化學物質之一溶液)施加至一拋光墊上，該拋光墊擦光一微電子設備晶圓之一表面，以達成移除、平坦化及拋光程序。通常，移除或拋光程序由純物理或純化學作用構成係非所欲的，而是由兩者之協同組合以達成快速、均勻之移除。在積體電路之製造中，CMP漿料亦應能夠較佳地移除包括金屬及其他材料之複合層之膜，從而可產生用於後續光刻、圖案化、蝕刻及薄膜處理之高度平坦之表面。在習知之CMP操作中，一基底載體或拋光頭經安裝至一載體總成上，且經定位與在一CMP裝置中之一拋光墊接觸。載體總成向基板提供一可控壓力，以將基板壓向拋光墊。相對於基板移動墊。
需要改良諸如鑽石等硬質材料之CMP拋光率。除其他外，鑽石材料可被用作用於積體電路(IC)及其他相關應用之電介質、蝕刻停止或相關功能。大體上，重要的係，CMP程序之總摩擦低，且基本上基底表面上不產生拋光缺陷。此外，隨著在拋光期間壓力及速度之增加，需要在拋光程序中降低溫度升高。拋光程序期間經降低之溫度升高使該程序更加穩定及可重複。
特定言之，小面積單晶鑽石(例如，5 mm至50 mm)及大面積多晶鑽石基底(例如，25 mm至150 mm)正被開發用於許多新應用，諸如EUV微影、用於6G通信之鑽石基底上氮化鎵(GaN)之生產及用於珠寶應用之鑽石之化學氣相沈積之鑽石種。在此類材料之拋光程序中所面臨之主要挑戰包含鑽石晶粒之非平面性。由於鑽石晶粒具有不同取向，不同晶體方向用於不同化學效應，導致一非平面表面。必須開發新方法以解決該等問題。
通常使用一機械程序(諸如，研磨及磨削)將某些硬漿料顆粒(諸如鑽石、立方氮化硼、碳化矽及碳化硼)施加至拋光硬基底(諸如鑽石)。顆粒之尺寸通常控制拋光速率(即材料移除)。然而，較大顆粒亦會導致更高表面及次表面損傷，使得機械拋光程序可採用數個步驟。例如，最初較大尺寸之顆粒可被用於(若干)初始CMP步驟，隨後在(若干)隨後CMP步驟中使用越來越小尺寸之顆粒，以試圖改良移除率，同時限制不所要之表面損傷。儘管如此，仍然需要改善(諸如鑽石等)硬材料之整體表面光潔度。
總之，本發明係關於一種用於硬表面(諸如，鑽石表面)之最終加工之方法。在此方法中，結合使用具有約0.2 nm至約100 nm之一表面粗糙度(Ra)、例如約0.02 mm至約5 mm之一厚度及30或更高之一蕭氏D硬度之一光滑墊與已知研磨漿，以提供具有優異光滑光潔度之鑽石表面。墊可由合成材料(諸如聚氯乙烯(PVC)或其他聚合物)製成。與用於鑽石表面且具有一較高粗糙度輪廓(＞100nm)之最終拋光之習知墊相比，本發明方法中所使用之墊非常光滑(0.2 nm至100 nm之平均粗糙度(Ra))。在本發明之方法中，我們使用CMP漿料拋光鑽石表面，且發現其在多晶鑽石膜及多晶碳化矽中具有更平坦之形貌及更低之粗糙度。
如在本說明書及隨附發明申請專利範圍中所用，除非內容另有明確規定，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」包含複數指稱。如在本說明書及隨附發明申請專利範圍中所用，除非內容另有明確規定，否則大體上採用術語「或(or)」之意義，其包含「及/或(and/or)」。
術語「約(about)」大體上係指被認為等同於所引用值之一系列數字(例如，具有相同函數或結果)。在許多情況下，術語「約(about)」可包含四捨五入到最接近之有效數字的數字。
使用端點表達之數值範圍包括在該範圍內所包含之所有數字(例如，1到5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)。
在一第一態樣中，本發明係關於一種用於拋光一鑽石表面之方法，該方法包括： a. 表面與包括用於有效研磨一鑽石表面之磨料顆粒的一漿料組合物接觸； b. 使用具有一旋轉拋光墊之一化學機械拋光裝置相對於表面移動組合物，其中墊具有約0.2 nm至約100 nm之一表面粗糙度及至少約30之一蕭氏D硬度，及 c. 研磨表面以移除表面之一部分，藉此提供一經拋光之鑽石表面。
在一個實施例中，鑽石表面包括一單一鑽石晶體。
在一個實施例中，鑽石表面包括聚晶鑽石(PCD)。
在另一態樣中，本發明係關於一種用於拋光一多晶氧化鋁表面之方法，該方法包括： a. 表面與包括用於有效研磨一多晶氧化鋁表面之磨料顆粒的一漿料組合物接觸； b. 使用具有一旋轉拋光墊之一化學機械拋光裝置相對於表面移動組合物，其中墊具有約0.2 nm至約100 nm之一表面粗糙度及至少約30之一蕭氏D硬度，及 c. 研磨表面以移除表面之一部分，藉此提供一經拋光之多晶氧化鋁表面。
在一個實施例中，拋光墊由一聚合物材料構成。在一個實施例中，聚合物材料選自聚(氯乙烯)、高密度聚乙烯(HDPE)等類似物。
如上文所述，表面粗糙度(Ra)為約0.2 nm至約100 nm。在某些實施例中，粗糙度小於約90、小於約80、小於約70、小於約60或小於約50 nm。
在一個實施例中，墊之孔隙率約為0至50 m.s/Kg。在一個實施例中，墊厚度為約50微米至約15 mm；在一個實施例中，墊可經堆疊或非堆疊，如圖3中所描繪；經堆疊墊之基座可為一標準(硬或軟)聚合物墊。
在一個實施例中，用於有效研磨一鑽石表面之漿料組合物係已知之漿料組合物，其中許多係市售的。例如，可使用包括磨料(諸如，鑽石、碳化矽、氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋯等類似物)之漿料組合物。市售漿料包含含有鑽石之漿料。已知漿液之其他實例包含以引用的方式併入本文之美國專利案第9,567,492中經描述之漿液。
實例
在平台轉速為120及壓頭轉速為60之Buehler Automet-250上執行實例1、實例2及實例3。用於PolySiC、Poly Diamond及Poly Crystalline Alumina之壓力為4 psi。將漿料流速保持在30毫升/分鐘，及在掃描尺寸為300μm x 255μm之Wyko光學輪廓儀上量測表面光潔度。
在ST-PCF-B墊上之不同壓力條件下，如上文所描述，在相同之參數下執行實例4。
ST-PCF-B係具有一標準聚合物墊底墊之一無孔超光滑墊，其具有為70之一蕭氏-D及約為55nm(Ra)之一表面粗糙度。
實例 -1 ： 在具有 SND-9200-FA 漿料 之 不同墊上 之 多晶 SiC 資料
墊 表面光潔度 光學輪廓儀
Suba-800 (DuPont) 2.2 nm
IC-1000(DuPont) 1.8 nm
D-100(Cabot) 1.2 nm
ST-PCF-B 0.5 nm
實例 -2 ： 在具有 SND-9200-FA 漿料 之 不同墊上 之 多晶鑽石資料
墊 表面光潔度 光學輪廓儀
Suba-800 4.6 nm
IC-1000 3.7 nm
D100 1.8 nm
ST-PCF-B 0.8 nm
實例- 3 ： 在具有 SND-9500-PCA 漿料 之 不同墊上 之 多晶氧化鋁資料
墊 表面光潔度 光學輪廓儀
Suba-800 8.8 nm
IC-1000 5.8 nm
D100 5.2 nm
ST-PCF-B 2.2 nm
實例 -4: 在具有一 壓力梯 之 SND-9200-FA 漿料 之 ST-PCF-B 墊上 之 多晶 SiC 資料
壓力 (psi) 表面光潔度 光學輪廓儀
2 0.7 nm
4 0.5 nm
6 0.4 nm
8 0.6 nm
在描述本發明之數個闡釋性實施例後，熟悉此項技術者將理解，在本文所附接之申請專利範圍內亦可製造及使用其他實施例。在上文描述中已經闡述本檔案所涵蓋之本發明之許多優點。然而，應瞭解，本發明在許多態樣僅為闡釋性的。當然，以隨附發明申請專利範圍中所表達之語言定義本發明之範圍。
圖1 (比較圖)係使用用於多晶鑽石基底之不同尺寸晶粒之一經拋光之鑽石基底之一光學輪廓儀3D視圖。初始粗糙度在10 nm至50 nm之間變化。習知墊被用於達成高達3 nm至5 nm之粗糙度，且具有高晶圓內不均勻性。
圖2係使用超光滑PVC墊之一經拋光之聚晶鑽石(PCD)基底之一光學輪廓儀3D視圖。在此實例中，可達成約0.3 nm至1 nm之一粗糙度。
圖3描述具有及不具有一標準聚合物墊底墊之一超光滑墊之使用情況。

Claims (10)

  1. 一種用於拋光一鑽石表面之方法，該方法包括： a. 該表面與包括用於有效研磨一鑽石表面之磨料顆粒的一漿料組合物接觸； b. 使用具有一旋轉拋光墊之一化學機械拋光裝置相對於該表面移動該組合物，其中該墊具有約0.2 nm至約100 nm之一表面粗糙度及至少約30之一蕭氏D硬度，及 c. 研磨該表面以移除該表面之一部分，藉此提供一經拋光之鑽石表面。
  2. 如請求項1之方法，其中該鑽石表面包括一單一鑽石晶體。
  3. 如請求項1之方法，其中該鑽石表面包括聚晶鑽石。
  4. 如請求項1之方法，其中該拋光墊由一聚合物材料構成。
  5. 如請求項1之方法，其中該聚合材料選自聚(氯乙烯)、高密度聚乙烯及交聯聚乙烯。
  6. 如請求項1之方法，其中該漿料組合物包括鑽石磨料。
  7. 一種用於拋光一多晶氧化鋁表面之方法，該方法包括： a. 該表面與包括用於有效研磨一多晶氧化鋁表面之磨料顆粒的一漿料組合物接觸； b. 使用具有一旋轉拋光墊之一化學機械拋光裝置相對於該表面移動該組合物，其中該墊具有約0.2 nm至約100 nm之一表面粗糙度及至少約30之一蕭氏D硬度，及 c. 研磨該表面以移除該表面之一部分，藉此提供一經拋光之多晶氧化鋁表面。
  8. 如請求項7之方法，其中該拋光墊由一聚合物材料構成。
  9. 如請求項8之方法，其中該聚合材料選自聚(氯乙烯)、高密度聚乙烯及交聯聚乙烯。
  10. 如請求項7之方法，其中該漿料組合物包括鑽石磨料。
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