TWI573863B - 包括氧化鋯顆粒的拋光漿料以及使用這種拋光漿料之方法 - Google Patents
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Description
本揭露係針對包括氧化鋯顆粒的拋光漿料以及使用該等拋光漿料的方法。
拋光被廣泛地用在微電子行業內。更小的特徵尺寸要求工件平面化以允許平版印刷的操作適當地進行。在另一應用中，一些金屬，例如銅，是不容易藉由乾法蝕刻技術去除的。可以進行一鑲嵌工藝步驟，其中將一金屬層沉積到一有圖案的絕緣層上並且在該有圖案的絕緣層的多個開口內。拋光可以用來除去位於該有圖案的層的多個開口外的金屬，從而留下與觸點、通孔(vias)、或互連部分(interconnect)對應的鑲嵌金屬圖案。
在微電子行業內，拋光作為化學機械拋光而進行，它涉及在工件的暴露的表面與拋光漿料的組分之間的化學反應或相互作用以形成一拋光的產品。該拋光漿料內的磨料顆粒移除了這個拋光的產品以便暴露工件的下面的部分。這種拋光繼續直至達到一基本上平面的表面、去除足夠量的層、滿足另一指標，或它們的任何組合。化學機械拋光漿料的發展由於該漿料內的該等組分之間潛在的不利的相互作用、在拋光過程中正在被拋光的層、在拋光過程中可能暴露的一不同的層、或它們的任何組合會係具有挑戰性的。
提供與該等附圖相結合的以下說明用來幫助理解在此揭露的傳授內容。以下討論將集中在該等傳授內容的具體實現方式和實施方式上。提供這種集中用來說明描述該等傳授內容並且不應該解釋為對該等傳授內容的範圍或適用性的一限制。
如在此所使用的，術語“10百分等級的粒徑(10th percentile particle size)”旨在表示在一特定的尺寸上，10%的顆粒具有此特定的尺寸或更大。如在此所使用的，術語“90百分等級的粒徑(90th percentile particle size)”旨在表示在一特定的尺寸上，90%的顆粒具有此特定的尺寸或更大。
術語“平均的”旨在是指一平均值、一中間值、或一幾何平均數。因此，平均值、中間值或幾何平均值係特定類型的平均後的值。
術語“稀土元素”旨在表示Sc、Y、或元素週期表中的任何鑭系元素(La至Lu)。
術語“穩定的ζ電勢”旨在是指在一漿料的兩個單位範圍的pH上，ζ電勢的最大範圍係不大於10 mV，並且術語“非常穩定的ζ電勢”旨在是指在四個單位範圍的pH上，一漿料的ζ電勢的最大範圍係不大於10 mV。
與元素週期表的列相對應的族編號使用了“新標記法”的約定，如從CRC化學與物理手冊(CRC Handbook of Chemistry and Physics)第81版本(2000-2001)中可見的。
術語“包括(comprises)”、“包括了(comprising)”、“包含(includes)”、“包含了(including)”、“具有(has)”、“具有了(having)”或它們的任何其他變形均旨在覆蓋一非排他性的涵蓋意義。例如，包括一系列特徵的一工藝、方法、物品或裝置並非必須僅限於那些特徵，而是可以包括對於該工藝、方法、物品或裝置的未明確列出或固有的其他特徵。另外，除非有相反意義的明確陳述，“或者”指的是一包含性的或者而不是一排他性的或者。例如，條件A或B係藉由以下的任一項而得到滿足：A係真(或者存在)且B係假(或者不存在)，A係假(或者不存在)且B係真(或者存在)，並且A和B均為真(或者存在)。
使用“一種/一個/一(a/an))”來描述在此所述的要素和部件。這樣做僅是為了方便並且給出本發明範圍的一般性意義。這種說法應該被閱讀為包括一個或至少一個，並且單數還包括複數，或反之亦然，除非它清楚地是另有所指。例如，當一個單數裝置在此被說明時，可以用多於一個的裝置代替一單數裝置。類似地，當多於一個的裝置在此被說明時，可以用一單數裝置代替這個的裝置。
除非另有定義，在此使用的所有技術和科學術語具有如熟習該項技術者通常理解的相同含義。該等材料、方法和實例僅是解說性的並且無意加以限制。就在此未經說明之範圍而言，關於具體材料和加工行為的許多細節係常規的並且可以在教科書以及化學機械拋光(“CMP”)領域內的其他原始數據中找到。
一拋光漿料可以包括氧化鋯顆粒。該等氧化鋯顆粒可以是僅有的磨料顆粒或者與具有其他組成的磨料顆粒結合使用。該等氧化鋯顆粒允許達到特別有用的拋光特徵，特別是當進行一CMP操作時。在一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒可以用在一為絕緣材料(例如氧化物)的拋光所定制的一拋光漿料中或用在另一為導電材料(例如含金屬的材料)的拋光所定制的拋光漿料中。
此外，該等氧化鋯顆粒的特徵可以為在該拋光漿料被適配為進行拋光的一材料的表面上具有化學活性或電子活性。在一實施方式中，氧化鋯顆粒可以與正在被拋光的材料進行反應或者可以與該漿料的一組分進行反應以形成一反應產物，該反應產物可以進一步與正在被拋光的材料反應。在另一實施方式中，該等氧化鋯顆粒可以與正在被拋光的材料傳遞(提供或接受)電子。在再另一實施方式中，該等氧化鋯顆粒可以與該拋光漿料內的一組分傳遞電子。在與該材料或該漿料中的組分發生電子傳遞之後，該材料變得更容易拋光。因此，該等氧化鋯顆粒可以不僅僅單是由於其機械特性而願意使用的一惰性材料。
該等氧化鋯顆粒可以包括一添加劑(還稱為一摻雜劑)，該添加劑影響該等氧化鋯顆粒的晶體結構或顯著地影響該拋光漿料的拋光特徵。該添加劑可以是一稀土元素，第2族元素、第8族元素、第9族元素、第13族元素、第15族元素、第16族非氧元素、第17族元素或一貴金屬(即，Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、或Au)。可以使用多於一種的添加劑。
氧化鋯的晶體結構包括單斜的、四方的或立方的。實質上純的氧化鋯在高達約1000℃的溫度下是單斜的，在約1000℃至約2370℃範圍內的溫度下是四方的，並且在更高的溫度下是立方的。可以加入一添加劑來穩定氧化鋯，使得它可以在室溫下保持與單斜結晶結構相對的四方或立方晶體結構。在一實施方式中，可將大量的四方ZrO2、立方ZrO2、或這兩種晶型用在一用來拋光的拋光漿料中並且可以包括超過使用單斜ZrO2的益處。在一具體實施方式中，大多數或基本上所有的氧化鋯顆粒可以是四方ZrO2、並且在另一具體實施方式中，大多數或基本上所有的氧化鋯顆粒可以是立方ZrO2。該氧化鋯可以是部分地穩定化的或完全地穩定化的。可以使用一稀土元素、第2族元素或它們的任何組合來穩定該氧化鋯。在一實施方式中，可以使用Y、Ce、或Ca來形成保持了其四方或立方晶體結構的穩定的氧化鋯。在一具體實施方式中，Ce可以是有用的，因為二氧化鈰被用在用於氧化物拋光、金屬拋光、合金拋光或它們的組合中的磨料CMP漿料中時具有良好的拋光特徵。在另一具體實施方式中，Y可以是有用的，因為氧化釔被用在用於氧化物拋光、金屬拋光、合金拋光或它們的組合中的磨料CMP漿料中時具有良好的拋光特徵。圖8示出了具有穩定的四方晶形的、包括釔摻雜的氧化鋯顆粒的漿料的一實施方式
在另一實施方式中，出於另一原因可以使用用在一不同的添加劑(也稱為摻雜劑)。例如，該添加劑可以說明局部地影響在正在被拋光的表面附近的條件。藉由在該等氧化鋯顆粒記憶體在一添加劑，在正在被拋光的層的表面處的化學反應或相互作用可以進行催化或者以其他方式來進行作用。例如，如果該添加劑係處於與Zr+4相比一不同的氧化態，則該添加劑可以影響該等顆粒的局部電荷。例如，一具有+1、+2、或+3氧化態的添加劑可以說明吸引電子，而具有+5、+6、或+7的氧化態的添加劑可以說明提供電子。可以使用許多不同的元素。在一實施方式中，該添加劑可以包括一第2族元素、第8族元素、第9族元素、第13族元素、第15族元素、第16族非氧元素、第17族元素。另一添加劑可以幫助催化一所希望的反應或抑制一不希望的反應。例如，一貴金屬可以幫助催化在該正在被拋光的層的材料與該拋光漿料內的一組分之間的反應。在一具體實施方式中，可以使用Pt、Pd、Rh、或它們的任何組合。
在該等氧化鋯顆粒中任何具體的添加劑或添加劑的組合的量值會對該等氧化鋯顆粒、拋光的特徵或它們的任何組合有著顯著的影響。在一實施方式中，該氧化鋯顆粒中添加劑的量值係小於可以在該等氧化鋯顆粒中將形成一單獨的相的量值。在一實例中，該添加劑的濃度至少約0.002 mol%，至少約0.02 mol%，或者至少約0.2 mol%。在另一實例中，該添加劑的濃度係不大於約9 mol%，不大於約7 mol%，或者不大於5 mol%。在一具體實例中，該添加劑的濃度係在約1 mol%至約5 mol%的範圍內，約1.5mol%至約4.5 mol%，或約2 mol%至約4 mol%。該等氧化鋯顆粒內加入的添加劑的量值可以是取決於正在加入的具體元素，並且因此數值係為了說明潛在的濃度，並且不是限制本發明的範圍。
轉向製造該等氧化鋯顆粒的方法，在一實施方式中，該等氧化鋯顆粒可以藉由沉澱並且煆燒的過程來形成。例如，可將一堿添加至一包括鋯鹽的溶液中，或可將鋯鹽添加至一包括堿的溶液中。具體地，該溶液可為鋯鹽的一水溶液。鋯鹽的例子包括：硝酸鋯、氯化鋯、氫氧化鋯、硫酸鋯、或它們的組合。在一具體實施方式中，鋯鹽包括一種硫酸鋯。
儘管可使用不同的堿，但處理典型地涉及將一金屬氫氧化物堿與鋯鹽水溶液進行混合。該金屬氫氧化物堿可為由一鹼金屬形成的堿或由一鹼土金屬所形成的堿。具體地，金屬氫氧化物堿的例子包括：氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、或其一組合。在一具體實施方式中，將氫氧化鈉與硫酸鋯水溶液進行混合。
在沉澱之前，可以將一添加劑以一鹽的形式加入到該溶液中。在一實施方式中，將Y或Ce的鹽在沉澱之前加入到該混合物中以形成一穩定的氧化鋯。
在沉澱之後，可將混合物進行乾燥以獲得處於一粉末形式的非晶相的氧化鋯微粒材料。例如，該混合物可使用例如噴霧乾燥法、冷凍乾燥法、或盤式乾燥法來乾燥。總體而言，藉由選擇乾燥方法可實現不同的團聚特徵。
如以上提及的，可以例如在足以促進晶體生長並增加微粒氧化鋯材料密度的溫度下使用一煆燒方法對乾燥的氧化鋯微粒進行熱處理以獲得不同的晶型。在一實施方式中，將該氧化鋯加熱到約1000℃的溫度以獲得一種單斜晶體結構。在另一實施方式中，藉由在約1000℃至約2370℃範圍內的溫度進行加熱而獲得四方晶體。在另一實施方式中，在更高的溫度下獲得立方形式。除非已經加入了一添加劑以穩定該氧化鋯，這樣它可以保持一種四方或立方的晶體結構，否則這種氧化鋯會在它冷卻到1000℃以下時會恢復到單斜形式。在一實施方式中，藉由對氧化鋯顆粒的熱處理獲得了一團聚的多晶氧化鋯塊體。在一實施方式中，該等多晶的氧化鋯顆粒係單斜的。在另一實施方式中，該等多晶的氧化鋯顆粒係四方的。在另一實施方式中，該等多晶的氧化鋯顆粒係立方的。在另一實施方式中，該等多晶的氧化鋯顆粒係單斜以及四方的一混合物。在另一實施方式中，該等多晶的氧化鋯顆粒係四方以及立方的一混合物。
總體上將理解的是在一熱處理過程(例如煆燒)之後，該等獲得的團聚體(它們係具有二次粒徑的二次顆粒)係由多個單獨的微晶(還稱為晶粒)組成的，該等微晶係具有一次粒徑的一次顆粒。該等一次顆粒係藉由頸縮現象(necking)以及處於多孔團聚體塊形式的晶間晶粒生長的而強烈結合的，這種多孔團聚體塊係二次顆粒。除非另行說明，所有的對氧化鋯顆粒的粒徑、粒徑分佈的提及是針對二次粒徑。
在一實施方式中，將這種煆燒的氧化鋯材料的團聚的塊體進行濕磨以獲得一希望的二次粒徑分佈。在一實施方式中，在一包含氧化釔穩定的氧化鋯的磨碎機中將該氧化鋯進行解聚。藉由預期的二次粒徑分佈來決定研磨時間以及條件。
在一替代的生產方法中，藉由將鋯石英砂引入到一電弧爐中來形成氧化鋯顆粒，其中它進行解離以形成一熔融的氧化鋯團聚體粉末。可以在一磨碎機中將獲得的熔融晶體的尺寸如先前描述的進行減小以獲得一希望的二次粒徑分佈。
氧化鋯顆粒的尺寸可以影響拋光特徵。如果該等氧化鋯顆粒太小，則拋光速率就太低，並且如果該等氧化鋯顆粒太大，則拋光速率就可能非常高，但是拋光的表面可能具有多條劃痕或另一表面缺陷。粒徑可以藉由平均粒徑、10百分等級的粒徑、90百分等級的粒徑或它們的任何組合進行表徵。對於標稱的小於100 nm的粒徑，該等粒徑可以藉由在水與HNO3或KOH中0.1 wt%的氧化鋯顆粒達到5和10的pH並且使用來自瑪律文儀器有限公司的Zetasizer Nano-ZSTM-***工具來確定。對於標稱的大於100 nm的粒徑，該等粒徑可以藉由將少許氧化鋯溶液(在水中約5wt%至10 wt%的氧化鋯顆粒)置於0.3 wt%的六偏磷酸鈉水溶液中使用來自株式會社堀場製作所(HORIBA,Ltd.)的LA-920TM-牌粒徑分佈分析儀來確定。粒徑的確定在分析儀的燈強度達到約70%至約75%時進行。
在一實施方式中，平均的粒徑可以是至少約50 nm，至少約80 nm，至少110 nm，或至少約130 nm。在另一實施方式中，該平均的粒徑係不大於約800 nm，不大於約770 nm，不大於約600 nm，不大於約555 nm，不大於約400 nm，不大於約380 nm，不大於約350 nm，不大於約330 nm，不大於約300 nm，不大於約250 nm，或不大於約200 nm。在另一實施方式中，該平均的粒徑係在約130 nm至350 nm的範圍內。在一具體實施方式中，該平均的粒徑係約330 nm。在另一實施方式中，該平均的粒徑係在約130 nm至約200 nm的範圍內。在另一實施方式中，該平均的粒徑係約150 nm至350 nm。在一具體實施方式中，該平均的粒徑係約180 nm。在一具體實施方式中，任何平均的粒徑可以是一中值粒徑。在一實施方式中，10百分等級的粒徑係至少約51 nm，至少約65 nm，至少約80 nm。在另一實施方式中，該10百分等級的粒徑係不大於約450 nm，不大於約350 nm，不大於250 nm，不大於約200 nm，或不大於約170 nm。在一具體實施方式中，該10百分等級的粒徑係在約80 nm至約130 nm的範圍內。在另一具體實施方式中，該10百分等級的粒徑係在約150 nm至約200 nm的範圍內。在一實施方式中，90百分等級的粒徑可以是至少約50 nm，至少約100 nm，或至少200 nm。在另一實施方式中，該90百分等級的粒徑係不大於約1600 nm，不大於約1200 nm，不大於約800 nm，不大於約700 nm，或不大於約300 nm。在一具體實施方式中，該90百分等級的粒徑係在約200 nm至約300 nm的範圍內。在另一具體實施方式中，該90百分等級的粒徑係在約600 nm至約720 nm的範圍內。圖7示出了漿料的一實施方式，該漿料包括具有180 nm的平均粒徑的氧化鋯顆粒。
該等氧化鋯顆粒的形狀可以是隨機的。許多氧化鋯顆粒可以具有的特徵為實質上球形的、實質上片狀的、或多面體的。在一具體實施方式中，氧化鋯顆粒可以藉由形狀而進行分離。因此，大多數或基本上所有的氧化鋯顆粒可以基本上是球形的，大多數或基本上所有的氧化鋯顆粒可以實質上是片狀的，或大多數或基本上所有的氧化鋯顆粒可以實質上是多面體的。
該等氧化鋯顆粒還可以藉由比表面積(“SSA”)表徵。在一實施方式中，該SSA係至少約5 m2/g，至少約6 m2/g，至少約7 m2/g，至少約8 m2/g，至少約9 m2/g，或至少約10 m2/g。在另一實施方式中，該SSA係不大於約55 m2/g，如不大於約45 m2/g、不大於約35 m2/g、或不大於約25 m2/g。在一具體實施方式中，該SSA係在約11 m2/g至約25 m2/g的範圍內。在另一具體實施方式中，該SSA係在約11 m2/g至約17 m2/g的範圍內。在另一具體實施方式中，該SSA係在約19 m2/g至約25 m2/g的範圍內。
該等氧化鋯顆粒可以具有部分地基於該粒徑變化的密度。具有50nm以及更小的標稱粒徑的氧化鋯顆粒可以形成一膠體溶液，並且具有130nm以及更大的標稱尺寸的氧化鋯顆粒不能形成一膠體溶液。在一實施方式中，該密度係至少約3.20g/cm3，至少約4.00g/cm3，至少約5.00g/cm3，或者至少約5.25g/cm3。在另一實施方式中，該密度係不大於約5.80g/cm3，不大於約5.78g/cm3，或者不大於約5.76g/cm3。在一具體實施方式，該密度係在約5.50g/cm3至約5.75g/cm3的範圍內。在另一具體實施方式，該密度係在約5.50g/cm3至約5.65g/cm3的範圍內。在另一具體實施方式，該密度係在約5.66g/cm3至約5.75g/cm3的範圍內。
該等氧化鋯顆粒還可以藉由一平均的孔徑進行表徵。該孔徑可以由麥克儀器公司(Micromeritics Instrument Corporation)的TriStar 3000TM-牌表面積分析儀而基於巴雷特-喬伊納-海倫達(Barrett-Joyner-Halenda)(“BJH”)法進行測量。N2氣可以用作吸附質。在一實施方式中，該平均的孔徑可以是至少約1nm，至少約5nm，或至少約11nm。在另一實施方式中，該平均的孔徑係不大於約30nm，不大於約29nm，或不大於約28nm。在一具體實施方式中，該平均的孔徑係在約15nm至約26nm的範圍內。在另一具體實施方式中，該平均的孔徑係在約15nm至約20nm的範圍內。在另一具體實施方式中，該平均的孔徑係在約15nm至約26nm的範圍內。
該等氧化鋯顆粒的ζ電勢穩定性可以是對於CMP中拋光漿料的一重要因數。該ζ電勢可以影響一拋光產品是否被一磨料顆粒吸引或排斥，並且此種吸引或排斥有多強。儘管該拋光漿料具有一總的pH值，但是局部的pH可以基於正在被拋光的材料或在拋光過程中變得暴露的一材料而變化。如果該等氧化鋯顆粒的ζ電勢在一寬的pH範圍內不顯著地變化的話，則一拋光漿料可以具有更可預測的行為。
圖1包括對於不同的氧化鋯粒徑(包括一穩定的氧化鋯的)的ζ電勢隨pH變化的一圖。該等曲線對於每種粒徑係不同的。對於每種不同尺寸的氧化鋯顆粒的ζ電勢數據使用一漿料而獲得，該漿料僅僅包括水，約0.01 wt%的氧化鋯或穩定的氧化鋯顆粒(對於每個具體的尺寸)，並且如果需要的話，控制背景離子強度的KCl溶液、以及調節pH的一種酸(例如HNO3)或一種堿(例如KOH)。該漿料不包括一表面活性劑或任何其他添加劑。在一具體實施方式中，使用附接到瑪律文粒徑分析儀上的瑪律文MPT-自動滴定計進行自動滴定。使用三種滴定劑，0.25MKOH、0.025M HNO3、以及0.25M HNO3。為了控制背景離子的強度，使用0.001M KCl溶液。滴定藉由約0.5 pH單位的增量從高pH(12.0)至低pH(2.0)而完成。在每個pH下，收集至少兩個ζ電勢測量值。對於每個pH處的ζ電勢測量的平均值用如圖1所示的曲線表示。
參見圖1，對於標稱的130 nm粒徑的的單斜氧化鋯、180 nm的單斜氧化鋯、390 nm的單斜氧化鋯、以及327 nm的四方氧化釔穩定的氧化鋯，該等ζ電勢的曲線係類似的，但並不是相同的。具有130 nm的標稱粒徑的氧化鋯顆粒對於範圍從約9.5至約11.6的pH具有不大於10 mV的ζ電勢差值。因此，130 nm的標稱粒徑可以被用於在約9.5的pH處開始具有穩定的ζ電勢的漿料。此外，等電點被確定為約6.6 pH。
具有180 nm的標稱粒徑的氧化鋯顆粒對於從約8.8至約11.5的pH具有不大於10 mV的ζ電勢差值。因此，180 nm的標稱粒徑可以被用於在約8.8的pH處開始具有穩定的ζ電勢的漿料。此外，等電點被確定為約6.4 pH。
具有390 nm的標稱粒徑的氧化鋯顆粒對於從約8.5至約11.3的pH具有不大於10 mV的ζ電勢差值。因此，390 nm的標稱粒徑可以被用於在約8.5的pH處開始具有穩定的ζ電勢的漿料。此外，等電點被確定為約6.0 pH。
具有327 nm標稱粒徑的釔摻雜的氧化鋯顆粒對於從約9.4至約11.5的pH具有不大於10 mV的ζ電勢差值。因此，327 nm的標稱粒徑可以被用於在約9.45的pH處開始具有穩定的ζ電勢的漿料。此外，等電點被確定為約7.8 pH。在一實施方式中，該等氧化鋯顆粒可以在至少約8.0、至少約8.25、至少約8.5、至少約8.75、至少約9.0、至少約9.25、或至少約9.5的pH處開始具有一穩定的ζ電勢。在另一實施方式中，該等氧化鋯顆粒可以在不大於約12.0，不大於約11.75，不大於約11.5，不大於約11.25，或不大於約11.0的pH處開始具有一穩定的ζ電勢。在一具體實施方式中，該拋光漿料可以在約8.5至約11.6的範圍內的pH處開始具有一穩定的ζ電勢。
該等氧化鋯顆粒的等電點藉由其中ζ電勢係零的pH進行表徵。氧化鋯已經被報告了具有在5至6的pH處的等電點。以上該等數據表明了等電點會受粒徑的影響。對於130 nm的標稱尺寸的單斜氧化鋯、180 nm的標稱尺寸的單斜氧化鋯、380 nm的標稱尺寸的單斜氧化鋯、以及327 nm的標稱尺寸的四方氧化釔穩定的氧化鋯顆粒，等電點可以係在大於6.0的pH處。然而，對於130 nm標稱尺寸、180 nm標稱尺寸、以及380 nm標稱尺寸的單斜氧化鋯，該等電點總體上是不大於6.75 pH。另一方面，327 nm標稱尺寸的四方氧化釔穩定的氧化鋯顆粒可以具有在可以是大於7.0的pH，或者甚至大於7.5，但是總體上是小於8.2 pH的處的等電點。在一實施方式中，該等電點可以藉由至少6.3、至少約6.4、或至少約6.5的pH進行表徵。在另一實施方式中，該等氧化鋯顆粒的等電點藉由不大於約8.5、不大於約8.25或不大於約8.0的pH進行表徵。在一具體實施方式中該等氧化鋯顆粒的等電點藉由在約5.8至約6.8範圍內的pH進行表徵。
具有氧化鋯磨料的拋光漿料的pH可以是在1至14的範圍內。對於拋光金屬，該拋光漿料可以是強酸性至中度鹼性的(例如從1至9的pH)，並且對於拋光氧化物材料，該拋光漿料可以是中度酸性到強鹼性的(例如從5至14的pH)。儘管對於CMP已經使用了多種磨料材料以及pH範圍，但是拋光可以在使得該拋光漿料的pH係處於正在進行拋光的材料的等電點與磨料顆粒的等電點之間的時候進行。使用如在此揭露的拋光漿料，CMP可以在使得正在被拋光的材料以及磨料顆粒的等電點均低於或高於該拋光漿料的pH的時候進行。在一實施方式中，該拋光漿料具有的pH係至少約1.0，至少約3.0，或至少約4.0。在另一實施方式中，該拋光漿料具有的pH係不大於約14.0，不大於約12.0，或不大於約11.0。在一具體實施方式中，該拋光漿料具有的pH的範圍為約4.3至約10.0。在非限制性的實施方式中，在此描述的許多拋光漿料可以是對於在從約4.3至約12的pH處拋光氧化物有用的。在閱讀了本說明之後，熟練的業內人士能夠確定對於一具體的拋光應用而言具體的pH或pH的範圍。
關於該拋光漿料內的磨料含量，如果磨料含量太低的話，則拋光的速率可能太低，並且如果磨料含量太高的話，則多條劃痕或其他表面缺陷可能是個問題。在一實施方式中，該拋光漿料可以包括至少約0.2 wt%的氧化鋯顆粒，在另一實施方式中，至少約0.3 wt%的氧化鋯顆粒，並且在再另一實施方式中，至少約0.5 wt%的氧化鋯顆粒。在又一實施方式中，該拋光漿料可以包括不大於約20 wt%的氧化鋯顆粒，在又另一實施方式中，不大於約9 wt%的氧化鋯顆粒，並且在再又一實施方式中，不大於約5 wt%的氧化鋯顆粒。在一具體實施方式中，該拋光漿料具有範圍為約0.5 wt%至約1.5 wt%的氧化鋯顆粒。
在一實施方式中，如在此描述的該等氧化鋯顆粒可以是該拋光漿料內僅有的研磨材料。在另一實施方式中，具有另一組成的磨料顆粒可以與該等氧化鋯顆粒一起使用，或者可以僅部分地而不是全部地代替該等氧化鋯顆粒。此種其他的磨料顆粒可以包括矽石、氧化鋁、二氧化鈰、二氧化鈦、另一陶瓷材料、或它們的任何組合。
該拋光漿料可以包括另一組分。該拋光漿料可以包括一液體介質。在一實施方式中，該液體介質可以包括：水、醇、二醇、或它們的任何組合。該拋光漿料可以包括一添加劑。所選擇的具體添加劑或多種添加劑的組合可以取決於正在被拋光的具體材料。這種添加劑可以包括一水解劑、氧化劑、表面活性劑、分散劑、腐蝕抑制劑、酸或堿、pH緩衝劑、變形劑、殺生物劑、或它們的任何組合。該拋光漿料可以包括一單獨的添加劑、多種添加劑的一組合或沒有添加劑。任何具體的添加劑可以起到一單獨的目的或多個目的的一組合。例如，可以使用一酸作為氧化劑並且來調節該拋光漿料的pH。在一具體實施方式中，這種拋光漿料可以不包括：水解劑、氧化劑、表面活性劑、分散劑、腐蝕抑制劑、酸或堿、pH緩衝劑、變形劑、殺生物劑、或它們的任何組合。
在此描述的該等拋光漿料對於拋光氧化矽，並且更具體是含SiO2的表面是特別有用的。因此該等拋光漿料可以用於對微電子行業以及其他不同應用中的玻璃、光學部件、玻璃硬質盤、含氧化矽的層進行拋光。圖2至6包括對於包括氧化鋯顆粒的拋光漿料的具體應用的描述。此種應用係示例性的並且並非限制本發明的範圍。在使用如在此描述的包括氧化鋯顆粒的任何拋光漿料對一層進行拋光之後，該層可以具有的表面粗糙度係不大於約0.55 nm，不大於約0.50 nm，或不大於約0.45 nm。在一具體實施方式中，經拋光的層的表面粗糙度係在約0.20 nm至約0.42 nm的範圍內。
圖2展示了一拋光裝置10的一部分的圖。在一實施方式中，該拋光裝置10可以用來對一目標構件14進行CMP。該拋光裝置10包括一台板11以及附接到該台板11上的一拋光墊12。在拋光過程中，將拋光漿料18從噴嘴16分配到該拋光墊12上。該拋光漿料18可以是如之前在此的任何一拋光漿料。該拋光漿料18可以按約20 mL/分鐘至約900 mL/分鐘的速率來分配。
該目標構件14由一基底載體13保持並且由該基底載體13壓著抵靠在該拋光墊12上。可以由該基底載體13對該目標構件14施加在約1 kP(約0.14磅力/英寸2(“psi”))至約10 kPa(約1.4 psi)範圍內的背壓力，並且可以使用約5 kPa(約0.6 psi)至約70 kPa(約10 psi)的下壓力(downforce)的壓力。在一實施方式中，台板11以及基底載體13均進行轉動，這進而引起了拋光墊12以及目標構件14同樣地進行轉動。台板11以及基底載體13各自能以1至99轉/分鐘(“rpm”)進行轉動。在一實施方式中，該台板11以一個比該基底載體13更高的速率進行轉動。該基底載體13還可以振動或在另一方向上運動以降低在該目標構件14的拋光的表面上形成一圖案(例如渦旋或類似物)的可能性。所使用的實際參數將取決於多個因素，包括正在被拋光的材料，該目標構件14可以承受的外壓力梯度的限制、對於下層材料(如果適用的話)的選擇性、拋光墊12的組成、拋光漿料18的組成、另一適當的條件、或它們的任何組合。
圖3至6包括在一工藝步驟過程中目標構件的截面視圖的圖示，其中使用拋光將一層平面化並且除去一不同層的多個部分以形成一鑲嵌的圖案。圖3包括一目標構件20的圖示，該目標構件包括工件22。該工件22包括一半導體基底220，該基底可以處於一單晶半導體晶片的形式、一絕緣體上半導體(semiconductor-on-insulator)的晶片、或另一合適的形式。場隔離區222可以在該半導體基底220內形成。該半導體基底220進一步包括一電子部件，例如一電晶體24，如圖3所示。一柵極堆疊體(包括一柵極介電層242以及一柵極電極層244)可以在該半導體基底220上形成。側壁間隔物246沿著該柵極堆疊體的側面形成。源極/漏極區248可以在該半導體基底220內形成。該源極/漏極區248的延伸部分或輕度摻雜的漏極部分可以在形成該側壁間隔物246之前形成，並且該源極/漏極區248的相對更多摻雜的部分可以在形成該側壁間隔物246之後形成。一基底接觸區228可以在該半導體基底220內形成以允許隨後進行的與該半導體基底220的歐姆接觸。在如圖3所示的一具體實施方式中，該半導體基底220以及該基底接觸區域228具有與該源極/漏極區248相反的導電類型。
一層間介電層260在該工件22上形成。該層間介電(“ILD”)層260係一絕緣層，該絕緣層可以包括一單獨的絕緣材料膜或包括至少兩種不同的絕緣材料的膜的一組合。當該ILD層260包括多個膜的一組合時，一具體的膜可以包括：蝕刻停止(etch-stop)膜、拋光停止(polish-stop)膜、減反射膜、本體絕緣膜、或類似物。在該ILD層260內的任何膜可以包括氧化物、氧氮化合物、或氮化物。在一實施方式中，該氧化物可以係氧化矽或更具體地是SiO2，該氧氮化合物可以是氮氧化矽，並且該氮化物可以是一種氮化矽，或更具體地是Si3N4。可以使用另一具有低於SiO2的介電常數的絕緣材料。例如，可以使用一種氟化的氧化矽或一種碳摻雜的氧化矽。
該ILD層260藉由沉積該單獨的膜或多個膜的組合而形成。在圖2所示的實施方式中，包括柵極介電層242以及柵極電極244的柵極堆疊體係工件22的一特徵，其中這種特徵覆蓋了基底220。ILD層260具有一最上面的表面262，該表面具有一與在該ILD層260沉積之前該工件22的暴露表面相對應的拓撲結構(topology)。因此，該最上面的表面262包括基本上水平的表面以及在該等水平的表面之間傾斜的表面。該ILD層260可以在對該目標構件20進行進一步加工之前就被平面化。
將該目標構件20置於如之前所描述的拋光裝置10內。因為該ILD層260包括一絕緣材料，該拋光漿料可以是之前描述的、如對於拋光一絕緣材料所定制的那些中的任一種。在一實施方式中，該拋光漿料可以是一種氧化物拋光漿料或一種氧氮化合物拋光材料。在一具體實施方式中，拋光漿料被適配為拋光一含SiO2的材料。對該目標構件進行拋光以除去該ILD層的一部分以形成具有實質上平面的表面362的一被平面化的ILD層360，如圖4中所示。
如圖5中所示的對該目標構件進行進一步加工。對該ILD層360進行圖案化以形成多個用導電插頭(conductive plug)402填充的接觸開口。將一絕緣層沉積到該平面化的ILD360以及導電插頭402之上。將該絕緣層圖案化以形成一有圖案的絕緣層422。該有圖案的絕緣層422限定了一開口，該開口係一互連的溝道，其中隨後會形成一互連部分。一導電層460在該有圖案的絕緣層422、導電插頭402以及平面化的ILD層360上形成。與該ILD層260類似，該導電層460可以包括一單獨的膜或多個膜的一組合。在該多個膜的組合中的一膜可以包括一粘附膜、阻擋膜、種子膜(seed film)、本體鍍層的導電膜、或它們的任何組合。該導電層460可以包括一含金屬的材料，並且可以主要是難熔金屬(即，具有至少約1400℃的熔點的一金屬)、Cu、Al、貴金屬、或它們的一合金。
該導電層460具有一最上面的表面462，該表面具有一與在該導電層460形成之前該工件的暴露表面相對應的拓撲結構。因此，該最上面的表面462包括多個基本上水平的表面以及在該等水平的表面之間的多個傾斜的表面。該導電層460係有待被拋光的以使得基本上將所有覆蓋了該有圖案的絕緣層422的導電層460去除以形成一互連部分。
將該目標構件置於如之前所描述的拋光裝置10內。因為該導電層460包括一導電材料，該拋光漿料可以是之前描述的、對於拋光一導電材料所定制的那些中的任一種。對該目標構件進行拋光以除去該導電層的一部分以形成一互連部分560，該互連具有一基本上平面的表面562，如圖6中所示。該基底接觸區228以及該場隔離區222的相反側上的源極/漏極區248彼此電連接。該互連部分560可以連接到一信號線或一保持在一基本上恒定的電壓下的導軌上。在一具體實施方式中，該互連部分560電連接到一VSS或VDD終端上。
如果需要或希望的話可以形成一另外的互連水平。可以形成一鈍化層並且將其圖案化以暴露接觸墊從而製造一實質上完整的電子裝置。
拋光可以被用於其他在圖6中展示的特徵。例如，該等場隔離的區222以及導電插頭402可以部分地使用一CMP方法使用如在此描述的多種拋光漿料來形成。
在此描述的概念將在以下實例中進行進一步地說明，它們並不限制申請專利範圍中所說明的本發明的範圍。以下的一些參數為了方便起見是近似的。為了方便起見，除了在該等實例中明確地指出的，粒徑係指標稱的粒徑。
氧化鋯顆粒的製備
實例1-130 nm的氧化鋯
將500 g的二氯氧化鋯，ZrOCl2*8H2O，使用硫酸鈉進行處理以形成鹼性的硫酸鋯(ZBS)。然後該鹼性硫酸鋯用苛性鈉打進行滴定以沉澱Zr(OH)4。將該Zr(OH)4進行乾燥並且在1050℃下在空氣中煆燒4小時以形成單斜的氧化鋯晶體的團聚塊。這種氧化鋯晶體的團聚塊然後在一磨碎機中使用氧化釔穩定的氧化鋯作為磨碎機介質進行解聚。對產生的單斜的氧化鋯粉末評估具有在50 nm與110 nm之間的一次粒徑。該二次粒徑係130 nm。該等顆粒具有的密度係5.58 g/cm3，比表面積係23 m2/g並且平均孔徑係24.1 nm。
實例2-180 nm的氧化鋯
將500 g的二氯氧化鋯(ZrOCl2*8H2O)在1000℃下在空氣中煆燒4小時以產生一團聚的單斜的氧化鋯晶體的塊。這種氧化鋯晶體的團聚塊然後在一磨碎機中使用氧化釔穩定的氧化鋯作為磨碎機介質進行解聚以生產一種氧化鋯粉末。一次粒徑被評估為在70與120 nm之間。該二次粒徑係180 nm。所產生的材料具有的密度係5.72 g/cm3，比表面積係14 m2/g，並且平均孔徑係25.3 nm。
實例3-390 nm、550 nm、770 nm、820 nm、1200 nm、以及3400 nm的氧化鋯
將鋯石英砂在一電弧爐中在2800℃下進行解離以形成一種熔融的氧化鋯的團聚粉末。將該等熔融的晶體的尺寸在一磨碎機中使用氧化釔穩定的氧化鋯來減小以生產具有在0.39微米至3.4微米範圍內的二次粒徑的氧化鋯粉末。例如，獲得了具有390 nm、550 nm、770 nm、820 nm、1200 nm、以及3400 nm的二次粒徑的單斜氧化鋯粉末。390 nm的粉末具有的平均孔徑係18.4 nm。820 nm的粉末具有的密度係5.70 g/cm3，比表面積係6.5 m2/g，並且平均孔徑係13.9 nm。1200 nm以及3400 nm的粉末具有的平均孔徑係18.7 nm。
實例4-327 nm的釔摻雜的氧化鋯
將500 g的二氯氧化鋯，ZrOCl2*8H2O，如實例1中進行處理以形成ZBS。將一種釔鹽按為提供基於最終氧化鋯重量的3.0莫耳百分比的量值加入到該ZBS溶液中。將該溶液沉澱以形成具有良好分散的釔的水合鋯Zr(OH)4。將該水合物進行乾燥並且在1300℃下在空氣中煆燒在空氣中持續4小時以形成一摻雜的氧化鋯晶體的團聚塊。這種四方的釔摻雜的氧化鋯晶體的團聚塊在一磨碎機中進行解聚以生產具有327 nm的二次粒徑的顆粒。
矽晶片的拋光
在多個實例中所使用的目標構件藉由將200 mm的矽晶片進行熱氧化來製備。對該熱氧化物使用具有22英寸直徑的台板的Westech IPEC 372TM-牌CMP拋光機進行拋光。拋光墊係從陶氏電子材料(Dow Electronic Materials)可得的IC-1000A2TM-牌拋光墊。拋光使用45 rpm的台板旋轉速度、43 rpm的基底載體旋轉速度、28 kPa(4.0 psi)的下壓力的壓力、0.7 kPa(1.0 psi)的背壓力以及150 mL/分鐘的漿料速率來進行。該等拋光漿料係氧化物拋光漿料，該等漿料僅包括水、約1 wt%的氧化鋯顆粒(具有以下具體實例中所描述的尺寸)，以及(如果需要達到一具體的pH的話)一種酸或堿。該酸係HNO3，並且該堿係KOH。該拋光漿料不包括其他的組分。去除率藉由測量拋光之前以及之後氧化物的厚度來進行計算。氧化物的厚度使用來自美商菲樂公司(Filmetrics,Inc.)的F20TM-牌的薄膜分析儀進行測量。表面度量使用Zygo New View 100-牌干涉測量的輪廓儀並且藉由原子力顯微鏡術進行。表面外觀係在有並且沒有光學顯微鏡的說明下來進行目測的。
實例5和6展示了在不同粒徑的氧化鋯顆粒對於不同的pH水平時的氧化物拋光漿料的拋光特徵。使用兩組漿料來拋光從晶片上生長的熱氧化物。每組包括10nm、50nm、130nm、180nm、以及820nm的粒徑。以下是關於所使用的氧化鋯顆粒的屬性的數據。
D50、D10、和D90的值對應於中值粒徑、10百分等級的粒徑、和90百分等級的粒徑。對於10 nm和50 nm粒徑的拋光漿料係處於膠體的形式。因此，對於10 nm和50 nm顆粒的D50、D10、和D90數係基於供應商的數據。因為沒有獲得對於10 nm的粒徑的有意義的SSA值，所以對於10 nm的粒徑的SSA值沒有報告。
對於實例5，拋光在約5的pH下進行。表5包括對於實例5的數據。“Ra”係拋光之後的熱氧化物的表面粗糙度。如在該等表中使用的“MRR”意思係材料去除率，對於該等實例它係熱氧化物的拋光速率。如在該等表中使用的“SF”意思係表面光潔度。對於表面光潔度，“+”表示可接受的表面光潔度，“-”表示不可接受的表面光潔度，並且“NA”意思係不適用的，因為沒有發生顯著量的拋光。
包括10 nm以及50 nm的粒徑的該等拋光漿料沒有顯著地拋光該熱氧化物，並且因此MRR被報告為0 nm/分鐘。對於在130 nm以及更高的粒徑的拋光漿料，達到了可接受的拋光速率。對於130 nm、180 nm、390 nm、550 nm、以及770 nm粒徑的拋光漿料產生一了可接受的表面光潔度。然而，820 nm或更大的粒徑的拋光漿料沒有產生一可接受的表面光潔度。拋光之後，當使用820 nm的粒徑時熱氧化物的Ra係0.82 nm，而當使用180或更小的粒徑時熱氧化物的Ra係不大於0.42 nm。對於3400 nm粒徑的SSA係不可得到的。
對於實例6，拋光在約10的pH下進行。表6包括對於實例6的數據。
對於包括10 nm以及50 nm粒徑的拋光漿料，在10的pH下，拋光了顯著量的氧化物。對於在更小尺寸下的拋光漿料的拋光速率的變化可能是與拋光漿料的ζ電勢相關。在一低pH下，10 nm和50 nm粒徑的拋光漿料係膠體懸浮液；然而在10的pH下，10 nm和50 nm粒徑的拋光漿料，該等顆粒從該膠體懸浮液中產生凝聚。10 nm粒徑的拋光速率顯著地低於其他拋光漿料的速率。對於10 nm、50 nm、130 nm、以及180 nm粒徑的拋光漿料產生了一可接受的表面光潔度。然而，820 nm的粒徑的拋光漿料沒有產生一可接受的表面光潔度。
實例7-氧化釔摻雜的氧化鋯顆粒
實例7展示了對於包括約1 wt%的Y摻雜的ZrO2(約3 mol% Y)顆粒以及二氧化鈰顆粒的氧化物拋光漿料的拋光特徵。Y摻雜的ZrO2顆粒具有一種四方晶型。#1 CeO2樣品對應于來自美商嘉柏微電子材料公司(Cabot Microelectronics Corporation)的D6720TM-牌的氧化物拋光漿料，並且#2 CeO2拋光漿料係用聖戈班高功能塑膠有限公司製造的化學沉澱的二氧化鈰來製備的。對於#1 CeO2樣品的D10和D90值係不可取得的。
所有的該等拋光漿料具有約5的pH，除了#2 Y-ZrO2樣品，該樣品具有約10的pH。所有的拋光漿料具有可接受的拋光速率並且提供了可接受的表面光潔度。因此，二氧化鈰顆粒可以用氧化鋯顆粒代替，包括穩定的氧化鋯顆粒，而沒有不利地影響該拋光特徵。
關於實例5至7中的氧化鋯顆粒的數據進行了一些觀察。可以使用小於821 nm的中值粒徑並且達到了可接受的表面光潔度。具體地，在772 nm的中值粒徑下，該表面光潔度係可接受的。此外，當拋光氧化物時，當該等氧化鋯顆粒具有負的ζ電勢時產生了顯著的熱氧化物拋光。具有50 nm以及更大尺寸顆粒的拋光漿料提供了一可接受的拋光速率。具有130 nm以及更大尺寸顆粒的拋光漿料在5和10的pH下提供了一可接受的拋光速率。當拋光條件改變時或者當對一不同的材料進行拋光時，該等觀察係可見或是不可見的。因此，該等觀察並非意味著限制了本發明的範圍。
實例8-金屬拋光-銅以及鉭
CMP拋光機以及設置與以上對於氧化物拋光描述的相同，除了下壓力設定在2.0磅/平方英寸之外。用於去除的目標基底材料係Cu以及鉭。
該等拋光漿料既具有約5的pH，具有可接受的拋光速率，又提供了可接受的表面光潔度。因此，氧化鋯顆粒可以拋光金屬基底，包括Cu以及Ta，而沒有不利地影響該等拋光特徵。
如在此說明的實施方式在拋光漿料中使用了氧化鋯顆粒。與在拋光漿料內包括對於相同的磨料含量而言的二氧化鈰顆粒的拋光漿料相比，該等拋光漿料可以提供相同或更好的拋光特徵。在拋光漿料內的氧化鋯顆粒可以處於比其他磨料，例如氧化矽以及氧化鋁，顯著更低的含量。這種更低的磨料含量可以引起拋光漿料送料系統的更小的磨損並且允許管道設備以及其他夾具使用更長的時間。
許多不同的方面和實施方式係可能的。在此描述了那些方面和實施方式中的一些。在閱讀本說明書之後，熟練的技術人員將理解，那些方面和實施方式僅是說明性的而並非限制本發明的範圍。此外，熟習該項技術者將理解的是包括類似電路的一些實施方式可以使用數位電路同樣地實施，並且反之亦然。
在一第一方面，一拋光漿料可以包括氧化鋯顆粒。在一實施方式中，該拋光漿料可以具有以下特徵中的任一種或組合。該等氧化鋯顆粒可以不包括非晶相的ZrO2。該等氧化鋯顆粒可以包括單斜的ZrO2、四方的ZrO2、或立方的ZrO2顆粒。該等氧化鋯顆粒的特徵可以為在該拋光漿料被適配為進行拋光的一材料的表面上具有化學活性或電子活性。該等氧化鋯顆粒可以包括一除Zr以及O之外的元素，該元素影響該等氧化鋯顆粒的晶體結構或顯著地影響該拋光漿料的拋光特徵。該等氧化鋯顆粒在至少約3.0或不大於約9.0的pH下開始可以具有穩定的ζ電勢。該等氧化鋯顆粒在至少約4.0或不大於約9.0的pH下開始可以具有非常穩定的ζ電勢。該等氧化鋯顆粒可以具有特徵為至少約3.0或不大於約8.5的pH的等電點。該拋光漿料可以具有至少約1.0或小於約14.0的pH。該等氧化鋯顆粒可以具有至少約50 nm或不大於約800 nm的平均的粒徑。該等氧化鋯顆粒具有至少約51 nm或不大於約1100 nm的10百分等級的粒徑。該等氧化鋯顆粒具有至少約49 nm或不大於約300 nm的90百分等級的粒徑。大多數的氧化鋯顆粒係基本上球形的顆粒、基本上片狀的顆粒、或多面體的顆粒。該等氧化鋯顆粒具有的比表面積為至少約6 m2/g，或不大於約55 m2/g。該拋光漿料可以具有至少約3.0 g/cm3或不大於約5.8 g/cm3的密度。該等氧化鋯顆粒可以具有至少約1 nm或不大於約30 nm的平均的孔徑。該拋光漿料包括至少約0.2 wt%的氧化鋯顆粒，或不大於約20 wt%的氧化鋯顆粒。
在一第二方面，一對目標構件進行拋光的方法可以包括提供該目標構件，該目標構件具有一工件，該工件具有一特徵以及覆蓋該特徵的一層。該方法可以進一步包括使用一包括氧化鋯顆粒的拋光漿料對該層進行拋光。該拋光可以使用關於該第一方面描述的該等拋光漿料中的任一種進行。
在該第二方面的一實施方式中，該工件包括一電子部件。在一具體實施方式中，該層包括一絕緣材料。在一更具體實施方式中，該絕緣材料包括一種氧化物。在另一具體實施方式中，該絕緣材料包括一種氧化矽或氮氧化矽。在另一更具體實施方式中，拋光在使得該去除率係至少約150 nm/分鐘並且不大於約400 nm/分鐘時進行。
在該第二方面的另一具體實施方式中，該層包括一導電材料。在一更具體的實施方式中，該導電材料包括：含難熔金屬的材料、Cu、Al、或貴金屬。在另一實施方式中，拋光係使用一拋光墊進行的。在再又一實施方式中，拋光係使用一拋光漿料進行的，該拋光漿料具有高於該等氧化鋯顆粒的等電點以及該層的等電點的pH。在還又一實施方式中，在該層拋光之後，該層具有的表面粗糙度係不大於約0.55 nm，不大於約0.50 nm，或不大於約0.45 nm。在一具體實施方式中，Ra在約0.20 nm至約0.42 nm的範圍內。Ra係大於0.00 nm。
在以上方面或實施方式中的任一項中的一具體實施方式中，大多數或基本上所有的該等氧化鋯顆粒包括單斜的ZrO2和四方的ZrO2顆粒，大多數或基本上所有的該等氧化鋯顆粒包括四方的ZrO2顆粒，或大多數或基本上所有的該等氧化鋯顆粒包括立方的ZrO2顆粒。在以上方面或實施方式中的任一項中的又一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒的特徵為在該拋光漿料被適配為進行拋光的一材料的表面上具有化學活性或電子活性。在以上方面或實施方式中的任一項中的另一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒包括除Zr和O之外的元素，該元素顯著地影響該等氧化鋯顆粒的晶體結構或拋光漿料的拋光特徵。在以上方面或實施方式中的任一項中的一更具體實施方式中，該元素包括一稀土元素，第2族元素、第8族元素、第9族元素、第13族元素、第15族元素、第16族非氧元素、第17族元素或一貴金屬。
在以上方面或實施方式中的任一項中的又一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒在至少約3.0，至少約5.0，至少約6.0，不大於約9.0，不大於約8.5，不大於約8.0，或在約6.1至約7.9的範圍內的pH下開始具有穩定的ζ電勢。在以上方面或實施方式中的任一項中的再又一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒在至少約4.0，至少約5.0，至少約6.0，不大於約9.0，不大於約8.5，不大於約8.0，或在約6.1至約7.9的範圍內的pH下開始具有非常穩定的ζ電勢。在以上方面或實施方式中的任一項中的還又一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約3.0，至少約3.1，至少約3.2，不大於約8.5，不大於約5.0，不大於約4.7，不大於約4.3，或在約3.2至約4.0的範圍內的等電點。在以上方面或實施方式中的任一項中的又一具體實施方式中，該等拋光漿料可以具有至少約1.0，至少約3.0，至少約4.0，不大於約14.0，不大於約12.0，不大於約11.0，或在約4.3至約10.0的範圍內的pH。
在以上方面或實施方式中的任一項中的另一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約50nm，至少約80nm，至少約110nm，不大於約800nm，不大於約500nm，不大於約300nm，或在約130nm至約200nm的範圍內的平均粒徑。在以上方面或實施方式中的任一項中的再另一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約51nm，至少約65nm，至少約80nm，不大於約1600nm，不大於約1100nm，不大於約600nm，或在約90nm至約300nm的範圍內的10百分等級的粒徑。在以上方面或實施方式中的任一項中的還另一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約49nm，至少約60nm，至少約70nm，不大於約420nm，不大於約300nm，不大於約170nm，或在約80nm至約150nm的範圍內的90百分等級的粒徑。
在以上方面或實施方式中的任一項中的又一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約6m2/g，至少約7m2/g，至少約9m2/g，不大於約55m2/g，不大於約45m2/g，不大於約35m2/g，或在約11m2/g至約25m2/g的範圍內的比表面積。在以上方面或實施方式中的任一項中的還又一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約3.20g/cm3，至少約4.00g/cm3，至少約5.00g/cm3，不大於約5.80g/cm3，不大於約5.78g/cm3，不大於約5.76g/cm3，或在約5.50g/cm3至約5.75g/cm3的範圍內的密度。
在以上方面或實施方式中的任一項中的另一具體實施方式中，該等氧化鋯顆粒具有至少約1nm，至少約3nm，至少約5 nm，至少約11 nm，不大於約30 nm，不大於約29 nm，不大於約28 nm，或在約11 nm至約26 nm的範圍內的平均的孔徑。在以上方面或實施方式中的任一項中的再另一具體實施方式中，該等拋光漿料包括至少約0.2 wt%的氧化鋯顆粒，至少約0.3 wt%的氧化鋯顆粒，至少約0.5 wt%的氧化鋯顆粒，不大於約20 wt%的氧化鋯顆粒，不大於約9 wt%的氧化鋯顆粒，不大於約5 wt%的氧化鋯顆粒，或在約0.5 wt%的氧化鋯顆粒至約1.5 wt%的範圍內的氧化鋯顆粒。
在以上方面或實施方式中的任一項中的還又一具體實施方式中，該漿料包括一液體介質。在以上方面或實施方式中的任一項中的再又一具體實施方式中，這種漿料進一步包括：水解劑、氧化劑、表面活性劑、分散劑、腐蝕抑制劑、酸或堿、pH緩衝劑、變形劑、殺生物劑、或它們的任何組合。在以上方面或實施方式中的任一項中的還又一具體實施方式中，這種拋光漿料不包括：水解劑、氧化劑、表面活性劑、分散劑、腐蝕抑制劑、pH緩衝劑、變形劑、殺生物劑、酸或堿、或它們的任何組合。在以上方面或實施方式中的任一項中的另一具體實施方式中，該拋光漿料進一步包括其他磨料顆粒。在以上方面或實施方式中的任一項中的一更具體實施方式中，其他磨料顆粒包括：氧化矽、氧化鋁、二氧化鈰、氧化鈦或它們的任何組合。
在以上方面或實施方式中的任一項中的還又一更具體實施方式中，該漿料在酸性條件下(小於7 pH)具有的氧化物拋光速率係在鹼性條件(大於7 pH)下的1.09至1.9倍。在另一具體實施方式中，該漿料在酸性條件下(小於7 pH)具有的氧化物拋光速率係在鹼性條件(大於7 pH)下的1.1至1.9倍。在另一具體實施方式中，該漿料在酸性條件下(小於7 pH)具有的氧化物拋光速率係在鹼性條件(大於7 pH)下的1.11至1.9倍。
在以上方面或實施方式中的任一項中的還又一具體實施方式中，該漿料具有的Cu比Ta的拋光選擇性係大於約32，大於約33，大於約35。在另一具體實施方式中，該漿料具有的Cu比Ta的拋光選擇性係不小於約50，不小於約47，或不小於約45。
應注意，並不要求以上在一般性說明或該等實例中說明的所有該等活動，可以不要求一項特定活動的一部分，並且除了所描述的那些之外可以進行一或多種另外的活動。仍進一步地，將該等活動列出的順序並不必須是進行它們的順序。
為了清楚起見在多個分離的實施方式的背景下在此描述的某些特徵也可以組合在一起而提供在一單一的實施方式中。與此相反，為了簡潔起見，在一單一的實施方式的背景中描述的多個不同特徵還可以分別地或以任何子組合的方式來提供。另外，所提及的以範圍來說明的數值包括在該範圍之內的每一個值。
以上對於多個具體的實施方式說明了多種益處、其他的優點、以及問題的解決方案。然而，該等益處、優點、問題的解決方案、以及任何一項或多項特徵(它們可以致使任何益處、優點、或解決方案發生或變得更突出)不得被解釋為係任何或所有申請專利範圍的一關鍵性的、所要求的、或者必不可少的特徵。
在此描述的該等實施方式的說明和展示旨在提供不同的實施方式的結構的一般理解。該等說明和展示不旨在用作使用在此描述的該等結構或方法的裝置和系統的所有元件和特徵的一全面的和綜合的描述。對於熟練的技術人員，僅在閱讀本說明書之後可以清楚許多其他實施方式。其他實施方式可以被使用並且從本揭露衍生，這樣無需背離本揭露的範圍即可進行一結構代換、邏輯代換、或另一變更。因此，本揭露內容應被認為是說明性的而不是限制性的。
10．．．拋光裝置
11．．．台板
12．．．拋光墊
13．．．基底載體
14、20．．．目標構件
16．．．噴嘴
18．．．拋光漿料
22．．．工件
24．．．電晶體
220．．．半導體基
222．．．場隔離區
228．．．基底接觸區
242．．．柵極介電層
244．．．柵極電極層
246．．．側壁間隔物
248．．．源極/漏極區
260、360．．．層間介電層
262、362、462、562．．．表面
402．．．導電插頭
422．．．絕緣層
460．．．導電層
560．．．互連部分
多個實施方式藉由實例展示但不限於該等附圖。
圖1包括根據本發明的實施方式對於不同尺寸的氧化鋯顆粒以及氧化釔穩定的氧化鋯顆粒而言ζ電勢隨著pH變化的圖。
圖2包括根據本發明的一實施方式的拋光裝置的描繪。
圖3包括一目標構件的一部分的截面視圖的圖示，該構件包括一覆蓋基底的絕緣材料層以及一電子部件。
圖4包括圖3的目標構件在對層進行平面化之後的截面視圖的圖示。
圖5包括圖4的目標構件在形成一有圖案的絕緣層以及一導電材料層之後的截面視圖的圖示。
圖6包括圖5的目標構件在去除了覆蓋在該有圖案的絕緣層上的導電材料層的一部分之後的截面視圖的圖示。
圖7包括根據本發明的多個實施方式的氧化鋯顆粒(180 nm)的漿料的SEM圖像。
圖8包括根據本發明的多個實施方式的釔摻雜的氧化鋯顆粒的漿料的SEM圖像。
熟練的技術人員理解，在該等圖中的元件被簡單並且清楚地展示並且不是必須地按比例繪製。例如，在該等圖中的某些元件的尺寸可以相對於其他元件被放大以幫助改進對本發明的實施方式的理解。
Claims (18)
- 一種微粒材料，其包括：氧化鋯顆粒，該等顆粒具有至少80nm至不大於350nm之範圍內的平均粒徑，至少5.5g/cm3至不大於5.8g/cm3之密度，至少11m2/g至不大於55m2/g之比表面積，及在至少6.3pH且不大於8.2pH處之等電點，其中該等氧化鋯顆粒包括單斜的ZrO2、四方的ZrO2、立方的ZrO2顆粒，或它們的組合。
- 一種拋光漿料，其包括：氧化鋯顆粒，該等顆粒具有至少5.5g/cm3至不大於5.8g/cm3之密度，在至少6.3pH且不大於8.2pH處之等電點，至少80nm至不大於350nm之範圍內的平均粒徑，及至少11m2/g至不大於55m2/g之比表面積，其中該拋光漿料包括至少約0.2wt%至不大於約20wt%的氧化鋯顆粒，並且其中該等氧化鋯顆粒包括單斜的ZrO2、四方的ZrO2、立方的ZrO2顆粒，或它們的組合。
- 如請求項2之拋光漿料，其具有在約9.5至約11.6的pH範圍內之穩定的ζ電勢。
- 一種拋光漿料，其包括：至少1wt%的單斜氧化鋯顆粒；以及二氧化鈰顆粒， 其中該等氧化鋯顆粒具有110nm至350nm範圍內的二次粒徑，約11m2/g至25m2/g範圍內的比表面積，15nm至不大於30nm範圍內之平均孔徑，及在至少6.3pH且不大於8.2pH處之等電點。
- 如請求項4之拋光漿料，其中該等氧化鋯顆粒具有至少5.5g/cm3至不大於5.8g/cm3的密度。
- 如請求項2、4及5中任一項之拋光漿料，其中該等氧化鋯顆粒具有在約9.5至約11.6的pH範圍內之穩定的ζ電勢。
- 一種對目標構件進行拋光之方法，其包括：提供該目標構件，該目標構件具有一工件，該工件包括一特徵以及覆蓋該特徵的一個層；並且使用一包括氧化鋯顆粒的拋光漿料對該層進行拋光，其中：該等氧化鋯顆粒包括單斜的ZrO2、四方的ZrO2、或立方的ZrO2顆粒，並且該等氧化鋯顆粒的特徵為具有至少80nm至不大於350nm之範圍內的平均粒徑、至少5.5g/cm3至不大於5.8g/cm3之密度，在至少6.3pH且不大於8.2pH處之等電點，及至少11m2/g至不大於55m2/g之比表面積，且在該拋光漿料被適配為進行拋光的一材料的表面上具有化學活性或 電子活性。
- 如請求項7之方法，其中該工件包括氧化矽或氮氧化矽。
- 如請求項7至8中任一項之方法，其中該工件包括：含難熔金屬的材料、Cu、Al、或貴金屬。
- 如請求項7至8中任一項之方法，其中該氧化物在酸性條件下的拋光速率比在鹼性條件下的大1.1至1.9倍。
- 如請求項7至8中任一項之方法，其具有大於32的Cu比Ta的拋光選擇性。
- 如請求項1之微粒材料，其中該等氧化鋯顆粒具有不大於25m2/g的比表面積。
- 如請求項1之微粒材料，其中該等氧化鋯顆粒具有11m2/g至25m2/g之範圍內的比表面積。
- 如請求項1之微粒材料，其中該等氧化鋯顆粒具有約15nm至26nm之範圍內的孔徑。
- 如請求項1之微粒材料，其中該等氧化鋯顆粒具有120 nm至200nm的平均粒徑，5.5g/cm3至5.8g/cm3之密度，及11m2/g至25m2/g之範圍內的比表面積。
- 如請求項1之微粒材料，其中該等氧化鋯顆粒摻雜有Ce、Y、或Ca，且為四方及/或立體的ZrO2。
- 如請求項16之微粒材料，其具有在pH大於7.0處之等電點。
- 如請求項2之拋光漿料，其中該等氧化鋯顆粒摻雜有Ce、Y、或Ca，且為四方及/或立體的ZrO2。
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