对包含第Ⅷ族金属的表面采用固定磨料制品的平面化方法

1. 一种平面化方法，其中包括：
将基片的包含第VIII族金属的表面放到与固定磨料制品的界面上，其 中第VIII族金属选自铑、铱、钌、锇、钯、铂、和它们的组合；
在界面附近提供平面化组合物，其中该平面化组合物包括氧化剂、 络合剂、或它们的混合物，并且其中该平面化组合物具有约1.5-约3 的pH；和采用固定磨料制品使基片表面平面化；
其中固定磨料制品包括硬度不大于约6.5Mohs的许多磨料粒子，它 们分散在附着在底板材料至少一个表面上的粘合剂中。
2. 权利要求1的方法，其中基片的包含VIII族金属的表面具有不平的 外形。
3. 权利要求1或2的方法，其中基片包含VIII族金属的表面包括元素 形式的VIII族金属或它们的合金。
4. 权利要求3的方法，其中包含VIII族金属的表面包括元素铂。
5. 权利要求3的方法，其中包含VIII族金属的表面包括铂合金。
6. 权利要求1的方法，其中VIII族金属的存在量≥约10原子％。
7. 权利要求6的方法，其中VIII族金属的存在量≥约20原子％。
8. 权利要求7的方法，其中VIII族金属的存在量≥约50原子％。
9. 权利要求1的方法，其中基片是半导体基片或基片组件。
10. 权利要求9的方法，其中基片或基片组件包括至少一个包含铂的 表面区域，其中平面化包括采用固定磨料制品使至少一个包含铂的表面 区域平面化。
11. 权利要求1的方法，其中基片是晶片。
12. 权利要求11的方法，其中晶片具有在其上形成的介电材料图案 层和在介电材料图案层上形成的包含VIII族金属的层，其中在形成电容器 或阻挡层的过程中使用平面化方法。
13. 权利要求1的方法，其中许多磨料粒子包括CeO2、Y2O3、Fe2O3、 或它们的混合物。
14. 权利要求13的方法，其中许多磨料粒子的大多数是CeO2磨料粒 子。
15. 权利要求1的方法，其中除掉包含VIII族金属的表面相对于介电材 料层的选择性比例为至少约10∶1。
16. 权利要求1的方法，其中平面化组合物包括氧化剂。
17. 权利要求16的方法，其中氧化剂选自硝酸铵高铈和硫酸铵高铈。
18. 权利要求1的方法，其中平面化组合物是水溶液。
19. 权利要求1的方法，其中平面化组合物包括表面活性剂、增稠剂、 缓冲剂、或它们的混合物。

技术领域\n本发明涉及，特别是在半导体器件制造过程中，包含第VIII族金属(优 选包含铂)的表面的平面化方法。\n背景技术\n在半导体器件制造过程中形成各种表面。许多所述的表面都具有不 同的高度，因此晶片的厚度也不相同。而且有些表面可能还有缺陷，例 如晶格损坏、划痕、粗糙、或嵌入泥土或灰尘粒子。对于将要进行的各 种制造过程，例如平板印刷和蚀刻，必须减少或消除晶片表面高度的差 异和缺陷。可以使用各种平面化(planarization)技术提供所述的减少和/ 或消除。一种所述的平面化技术包括机械抛光和/或化学-机械抛光(这里 简缩为“CMP”)。\n使用平面化方法除掉材料，优选在整个芯片和晶片上获得平的表面， 有时称作“全局平面化(global planarity)”。平面化方法，特别是CMP， 通常包括使用固定晶片的晶片载体、抛光盘(polishing pad)、和磨料浆 体，磨料浆体包括许多磨料粒子在液体中的分散体。施加磨料浆体，使 其与晶片和抛光盘的表面接触。抛光盘放在抛光桌(table)或抛光台 (platen)上。抛光盘以一定压力施加在晶片上进行平面化。在相对另一 个的运动中，至少晶片和抛光盘之一是固定的。在某些平面化方法中， 晶片载体可以旋转也可以不旋转，抛光桌或抛光台可以旋转也可以不旋 转，和/或抛光台可以相对旋转作直线运动。有许多类型的平面化设备可 以使用，它们以不同的方式进行这个过程。\n已经证明，在晶片制造过程中，由于几个原因磨料浆体的使用是有 问题的。首先以分散体的形式包含许多磨料粒子的磨料浆体往往是不稳 定的。特别是不仅发生磨料粒子的沉降，而且磨料粒子往往还会结块， 这二种现象都使浆体组合物不均匀。这又产生抛光结果的多样性。其次， 在本领域内已经知道，浆体组合物与所需要的平面化方法往往是特定的， 即一种浆体不可能适合各种方法。\n常规的抛光盘也会造成平面化困难。所述的抛光盘在平面化过程中 可能变光滑，或嵌有碎片。这就要求调整抛光盘，使抛光盘可以重新使 用。调整一般包括在应用或不应用溶液的情况下，使用机械方法从抛光 盘上除掉碎片。被调整的抛光盘，由于在调整过程中从抛光盘本身除掉 碎片的不可预测性，随后一般会产生不可预测的平面化结果。\n现在也知道代替常规抛光盘使用的固定磨料制品，并在平面化过程 中使用它们。所述固定磨料制品，包括许多磨料粒子，它们分散在粘附 在底板材料(backing material)至少一个表面上的粘合剂中。对于某些情 况，固定磨料制品是有利的；然而，对于许多平面化过程，常规磨料浆 体一般与固定磨料制品是不兼容的。\n包括铂和其它VIII族金属的表面的平面化，在抛光过程中包括的机械 作用一般多于化学作用，因为它们在化学上是相当不活泼的和/或具有较 少的挥发产物。所述的机械抛光使用氧化铝和二氧化硅粒子。不幸的是， 机械抛光往往引起缺陷的生成(例如划痕和粒子)，但不能清除掉铂，可 以用光学方法检测划痕和粒子。\n因此，特别是在半导体器件的制造过程中，仍然需要使包含铂和/或 其它VIII族金属的基片暴露的表面平面化的方法。\n发明内容\n本发明提供解决包括铂和/或另一种VIII族第二和第三行金属(即第8、 9、和10族，优选Rh、Ru、Ir、Pd、和Pt)的表面平面化的许多问题的 方法。本文将所述的表面称作包含铂的表面，或更普遍地称作包含VIII族 金属的表面。“包含VIII族金属的表面”系指所暴露的包含VIII族金属(特别 是铂)的区域，优选VIII族金属的存在量为该区域组合物的至少约10原子 ％，更优选至少约20原子％，最优选至少约50原子％，该区域可以以按 照本发明将被平面化的层、膜、和覆层等形式提供。该表面优选包括一 种或多种元素形式的VIII族金属或它们的合金(它们彼此的合金和/或与周 期表中一种或多种其它金属的合金)(和更优选基本上由一种或多种元素 形式的VIII族金属或它们的合金组成)。即表面不包括大量的非金属，例如 不包含以硅化物或氧化物形式出现的硅或氧原子。\n本发明的方法包括使表面平面化。本文通常所说的“使...平面化” 或“平面化”，系指从表面上除掉材料，不管是大量还是少量材料，也不 管是采用机械方法、化学方法还是采用这二种方法。平面化也包括采用 抛光除掉材料。本文使用的“化学-机械抛光”和“CMP”，系指具有化 学成分和机械成分的双重机制，和在晶片抛光过程中一样，其中腐蚀化 学和断裂力学在除掉材料过程中都起作用。\n在本发明的一个方面，提供一种平面化方法，其中包括：将基片(优 选半导体基片或基片组件，例如晶片)包含VIII族金属的表面放到与固定 磨料制品的界面上；在界面附近提供平面化组合物；和采用固定磨料制 品使包含VIII族金属的表面平面化。VIII族金属选自铑、铱、钌、锇、钯、 铂、和它们的组合。固定磨料制品包括硬度不大于约6.5Mohs的许多磨 料粒子，它们分散在粘附在底板材料至少一个表面上的粘合剂中。\n在本发明的另一个方面，提供一种平面化方法，其中包括：提供半 导体基片或基片组件，其中包括至少一个包括铂的表面区域(优选表面 具有不平的外形)；提供固定磨料制品；在至少一个包含铂的表面区域和 固定磨料制品之间的界面上，提供平面化组合物(优选包括氧化剂和/或 络合剂，更优选氧化剂)；和采用固定磨料制品使至少一个包含铂的表面 区域平面化；其中固定磨料制品包括硬度不大于约6.5Mohs的许多磨料 粒子，它们分散在粘附在底板材料至少一个表面上的粘合剂中。\n本文使用的“半导体基片或基片组件”系指半导体基片，例如基本 半导体层或具有在其上形成的一个或多个层、结构、或区域的半导体基 片。基本半导体层一般是晶片上最下面的硅材料层，或配置在另一种材 料上的硅层，例如在蓝宝石上的硅层。当所指的是基片组件时，可以预 先使用各种工艺步骤形成或限定区域、结、各种结构或表面特征、和开 孔，例如通路、连接孔、长宽比(aspect ratio)高的开孔、导电区域、和 连接区域等。例如基片组件可以指在其上进行金属化的结构，例如为电 学互连功能制备金属线。\n本发明的另一个方面，提供一种在形成电容器或阻挡层过程中使用 的平面化方法。优选该方法包括：提供晶片，其中具有在其上形成的介 电材料图案层和在介电材料图案层上形成的包含VIII族金属的层，其中VIII 族金属选自铑、铱、钌、锇、钯、铂、和它们的组合；将固定磨料制品 的第一部分放到与包含铂的层接触的位置上；在固定磨料和包含VIII族金 属的层之间的接触面附近，提供平面化组合物；和采用固定磨料制品使 包含铂的层平面化；其中固定磨料制品包括硬度不大于约6.5Mohs的许 多磨料粒子，它们分散在粘附在底板材料至少一个表面上的粘合剂中。\n在按照本发明的任何方法中，固定磨料制品优选包括许多磨料粒子， 例如CeO2粒子、Y2O3粒子、Fe2O3粒子、或它们的组合。更优选许多磨 料粒子的大多数是CeO2磨料粒子。\n在按照本发明的任何方法中，平面化组合物一般不包括磨料粒子。 另一方面，平面化组合物优选包括氧化剂、络合剂、或它们的混合物。\n附图说明\n图1A和1B是按照本发明进行平面化加工前后晶片一部分的横截面 示意图。\n图2A和2B是按照本发明进行平面化加工前后晶片一部分的横截面 示意图。\n图3是按照本发明使用的化学-机械抛光系统的总示意图。\n图4是沿图3横剖面线A-A所取的放大横截面图。\n图5是按照本发明一个操作过程的示意图。\n具体实施方式\n本发明提供包括铂和/或一种或多种第VIII族的第二或第三行的其它金 属表面的平面化方法。第VIII族金属也称作VIIIB族元素，或周期表中第8、 9、和10族的过渡金属。第二和第三行VIIIB族金属包括Rh、Ru、Ir、Pd、 Pt、和Os。根据本发明的方法，可以优选使包括Rh、Ru、Ir、Pd、和/或 Pt的表面平面化。本文将所述的表面称作包含VIII族金属的表面(这系指 包含第二和/或第三行过渡金属的表面)。\n优选“包含VIII族金属的表面”，系指暴露的包含VIII族金属(特别是 铂)的区域，其中VIII族金属的存在量为该区域组合物的至少约10原子％， 更优选至少约20原子％，最优选至少约50原子％，该区域可以以按照 本发明将被平面化(例如通过化学-机械平面化、或机械平面化、或抛光) 的层、膜、和覆层等形式提供。\n所述表面的平面化，特别是包括铂的表面的平面化，一般包括采用 氧化铝(Al2O3)和/或二氧化硅(SiO2)粒子等较硬粒子的机械方法，这 种方法可能引起沾污(smearing)和缺陷的生成，而不能清除掉材料。令 人意外的是，使用包括硬度不大于约6.5Mohs的磨料粒子的固定磨料制 品，能减少并时常消除沾污和缺陷生成问题。所述的粒子包括例如硬度 约6.0Mohs的二氧化铈(CeO2)，以及硬度约5.5Mohs的三氧化二钇 (Y2O3)、和硬度约6.0Mohs的氧化铁(Fe2O3)。这与氧化铝和二氧化硅 磨料粒子不同，氧化铝的硬度为约8.5Mohs-约9.0Mohs，二氧化硅的 硬度为约7.5Mohs。\n在使用或不使用平面化组合物的情况下，可以使用包括硬度不大于 约6.5Mohs的许多磨料粒子的固定磨料制品，因此在包括机械的或化学- 机械的各种平面化方法中，也可以使用这种固定磨料制品。在按照本发 明的任何方法中，固定磨料优选包括许多CeO2、Y2O3、和Fe2O3粒子、 或它们的混合物。更优选许多磨料粒子的大多数是CeO2粒子。\n磨料粒子的平均粒度(即粒子的最大尺寸)一般为约10nm-约5000 nm，更时常为约30nm-约1000nm。对于优选的实施方案，适宜磨料 粒子的平均粒度为约100nm-约300nm。\n本发明的方法在使包括“不平的”(即非光学平的)外形的表面平 面化时，即在使包括有比其它区域高的区域的表面平面化时，显然特别 有利。具有不平的外形的表面的实例，包括具有起伏层的表面或具有像 电容器似的结构的表面。“不平的”(即非光学平的)表面一般具有比表 面上的其它区域高至少约200的区域，优选至少约500，更优选至少 约2000。当与平的或光学平的表面(例如在半导体基片组件上的空白 层，或具有高度差小于约200的区域的其它表面)相比时，在本发明 方法中使用的固定磨料制品，使从具有不平外形的表面上除掉材料的速 率较高。从具有不平外形的表面上除掉材料的速率，一般优选为从平的 或光学平的表面上除掉材料速率的至少约10倍，时常多达约25倍。\n重要的是，本发明的方法与其它材料尤其是比二氧化硅相比，能从表 面上优先除掉铂或其它VIII族金属。这在从包含铂或包含其它VIII族金属的 层中选择性除掉材料，而不除掉例如大量的氧化物层(例如TEOS或BPSG 层)等底层时是重要的。从外形不平的包含VIII族金属的表面——其中VIII 族金属是元素形式的(包括合金)——上除掉材料相对从介电材料层(例 如二氧化硅、氮化硅、和BPSG)中除掉材料的选择性，优选为约10∶1- 约25∶1，取决于化学和工艺条件。这种选择性比例，随着例如包括一种 或多种氧化剂和/或络合剂的平面化组合物的使用，甚至还会进一步增加。 比较起来，在采用相同的固定磨料制品和工艺条件时，从包含VIII族金属 的平的(即光学平的)表面上除掉材料，相对从包含氧化物的表面上除 掉材料的选择性为约1∶1。\n为了提高选择性，优选在本发明的方法中使用平面化组合物。适宜 的组合物优选包括有助于平面化的氧化剂和/或络合剂(更优选氧化剂) 以及其它添加剂，例如为增加湿润性和减少摩擦的表面活性剂、为达到 所需粘度的增稠剂、和为达到所需pH的缓冲剂等。优选组合物是这些成 分的水溶液。更优选平面化组合物的pH为约1.5-约3。优选的氧化剂 包括例如硝酸铵高铈、和硫酸铵高铈等。适宜的平面化组合物的实例，公 开在申请人的受让人的如下共同未决的美国专利申请中：在2001年12月 21日提交的题为包含VIII族金属的表面采用氧化剂的平面化方法，公报号 为US 20030119316A1，序号为10/028,249、在2001年12月21日提交的 题为包含VIII族金属的表面采用络合剂的平面化方法，公报号为US 20030119319A1，序号为10/028,040、和在2001年12月21日提交的题 为包含VIII族金属的表面采用氧化性气体的平面化方法，公报号为US 20030119321A1，序号为10/032,357。。\n应当理解，适合在本发明方法中使用的平面化组合物，在施加到固 定磨料制品和加工件表面的界面上时，优选基本上不包含磨料粒子。然 而，也考虑采用固定磨料制品和/或磨料粒子——可以是在固定磨料/表面 的界面上从固定磨料制品上脱离的磨料粒子——之一或这二者与平面化 组合物组合进行平面化。在任何情况下，在起初施加的组合物中，一般 都不存在磨料粒子，即不从抛光界面以外的来源提供它们。\n适合在本发明中使用的固定磨料是已知的，例如在US-5,692,950 (Rutherford等人)和国际专利公报WO 98/06541中所述的固定磨料。固定 磨料一般包括许多磨料粒子，它们分散在粘附在底板材料一个表面上形 成三维固定磨料元件的粘合剂中。在商业上可以利用的固定磨料制品， 可以从日本东京的二家公司Sumitsu Kageki和Ebera(Tokyo Sumitsu Kageki and Ebera，both of Japan)以及明尼苏达州圣保罗的明尼苏打采矿 制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing Company)(3M公司)获 得。优选的固定磨料制品的实例，是在市场上可以以商品名称“SWR 159” 从3M公司购买的二氧化铈基的抛光盘。\n一些图提供了关于本发明方法的进一步资料。图1A示出在按照本发 明平面化之前晶片的一部分10，其特征是在表面上充满了将通过平面化 除掉的材料。晶片部分10包括基片组件12，它具有在其上形成的结16。 此外，还在基片组件12和结16上形成电容器和/或阻挡层材料19。电容 器和/或阻挡层材料19可以是任何导电的材料，例如包含铂或任何其它适 宜的导电的第二或第三行VIII族金属的电容器和/或阻挡层材料。图1A所 示电容器和/或阻挡层19不平的上表面13，一般要按照本发明进行平面 化或其它加工。获得图1B所示的晶片10，其中包括被平面化的上表面17， 于是晶片10的厚度在整个晶片10上基本相同，所以晶片现在包括电容 器和/或阻挡层结构层14。\n图2A示出按照本发明平面化前晶片的一部分20，其特征是在表面 上具有将通过平面化除掉的类似材料层。晶片部分20包括基片组件22， 它具有在其上形成的介电材料图案层26。可以以各种结构，特别是电容 器结构，使用所述的介电材料图案层26。介电材料图案层26可以由在金 属区域之间提供电绝缘的任何材料(例如二氧化硅、氮化硅、或BPSG) 制成。然后在基片组件22和介电材料图案层26上形成电极层29。电极 层29可以是包含铂或任何其它适宜的导电的第二或第三行VIIIB族或IB 族金属的材料。图2A所示电极层29不平的上表面23，一般要按照本发 明进行平面化或其它加工。获得图2B所示的晶片20，其中包括被平面 化的上表面27，于是晶片20的厚度在整个晶片20上基本相同，所以晶 片现在包括隔离在介电图案材料26内的导电区域24，形成电容器结构。 如果需要，在平面化之前，可以采用在平面化之后被除掉的感光性树脂 或其它材料涂覆类似的层29和开孔24，所以磨料不会落入开孔24中。\n一个概括说明平面化组件100的示意图如图3所示，其中包括固定 晶片102的旋转的晶片载体平台135，晶片的一部分10(示于图1A和1B) 是晶片102的一部分。一般将平面化组合物加到固定磨料制品142和晶 片102之间的界面上或界面附近。然后在抛光台110和晶片102之间提 供固定磨料制品142。\n如图3所示，可以以连续方式提供固定磨料制品142，其中供给辊120 将长条状的固定磨料制品142供给抛光台110和晶片102之间的抛光界 面。在消耗固定磨料制品一部分抛光寿命之后，可以使固定磨料制品142 向前移动，在张紧辊123上卷紧。采用另一种方法，可以将规定尺寸的 固定磨料制品固定在抛光台110上，供以间断方式即不连续方式使用。\n可以任选提供操作台(未示出)，它可以用于在平面化之前预先弄湿 固定磨料制品，也可以用于在不同的晶片平面化之间冲洗固定磨料制品。 可以使固定磨料制品142向位置紧靠转鼓122a的操作台移动，给操作台 提供溶液，例如采用滴落、喷雾、或其它分配方式，将溶液施加到最终 将与晶片接触的固定磨料表面上。更优选溶液是水溶液，甚至更优选溶 液是水或按照本发明的平面化组合物。在施加溶液之后，再使固定磨料 制品142位于与晶片表面接触的位置进行平面化。\n在平面化过程中，固定磨料制品142在平面化组合物存在下与晶片 102的表面接触(例如图1A所示晶片10的表面13)。一般可以通过在固 定吸盘(holder)132的载体臂139上施加向下的力来施加压力，不过本 发明也考虑到可以从抛光台110上施加反面压力。按照本发明的方法， 优选在大气压下和在温度约4℃-约62℃下进行。在一个实施方案中， 可以利用本领域技术人员已经知道的马达或驱动装置(未示出)，使晶片 吸盘132和/或抛光台110旋转和移动。\n晶片吸盘132使晶片102在选择的速度下按照箭头“R”所示的圆周 方向旋转，和使晶片102在控制的压力下横过固定磨料制品142的一部 分移动。晶片102与移动的固定磨料制品142接触。正如本领域的技术 人员所熟知的，固定磨料制品142与晶片102表面发生接触的区域，随 着晶片102的移动而改变。例如固定磨料制品142可以移动小于晶片最 大直径的距离，使基本上抛光的晶片暴露在固定磨料的第二个位置上。 固定磨料上的第二个位置，优选至少包括紧靠它前面不用于抛光晶片的 部分。因此，在固定磨料上第二个位置的全部或一部分，可以包括紧靠 它前面不用于抛光晶片的部分。固定磨料制品142可以移动的一个适宜 距离，小于晶片最大直径的约1.0％。因此对于最大直径约8in(约20.3cm) 的晶片，固定磨料制品142可以移动的距离为约0.25in(约0.64cm)。 固定磨料制品142可以移动的另一个适宜距离，是基本上等于晶片最大 直径的距离。\n供给系统(未示出)以指定的流量将平面化组合物加到固定磨料制 品142上，优选加在晶片102的表面和固定磨料制品142之间的界面上 或界面附近，或加在接触面上或接触面附近。可以将平面化组合物加到 固定磨料附近的各个位置上。例如，可以采用例如滴落、喷雾、或其它 分配方式，从固定磨料制品142的上面加入平面化组合物。\n沿图3横剖面线A-A的横截面图如图4所示，可以通过将组合物直 接供给包括在晶片吸盘132——它包括在晶片载体平台135中——中的分 配机构，将组合物加到晶片/固定磨料制品的界面上或界面附近。在晶片 吸盘132的周边附近，配置多个加入口160，可以通过它们分配组合物。 在平面化过程中，在任何给定的时间，都可以通过全部或几个加入口分 配组合物。如图4所示，许多加入口160的一个优选的配置，是在晶片 吸盘132的晶片吸附部分102’的周围附近，不过，其它的配置也是可行 的。\n晶片吸盘132优选以约200-600mm/s的速度旋转。如图5所示， 在与包括固定磨料制品142的抛光台接触时，晶片吸盘132优选在箭头 “C”所示的路径上旋转。然后将晶片吸盘132的速度与“C”的长度关 联起来。保持晶片102的表面与固定磨料制品142对合，所以固定磨料 制品142能使该表面平面化。\n虽然在上面的说明中特别关注旋转的晶片吸盘，但应当理解，就平 面化而言，晶片吸盘和抛光台二者可以互相相对移动。例如，晶片吸盘 可以转动/旋转，抛光台可以转动或绕轨道旋转。此外，晶片吸盘或抛光 台也都可以是静止的。\n给出前面的详细说明只是为了清楚地理解本发明。应当理解，其中 没有不必要的限制。本发明不限于所给出的和所说明的准确细节，因为 本领域的技术人员显而易见的一些变动，都包括在权利要求所规定的本 发明内。例如，尽管上面的说明都集中在半导体基基片的平面化上，但 本发明的组合物和方法也可以应用到例如抛光玻璃和隐形镜片上，成为 许多其它可能的应用之一。好像曾经单独引入每一份文献作为参考，在 此再引入所列举的所有专利、专利文献、和公报的全部公开内容作为参 考。