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.

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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.
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.
Ejemplo 1 Composición abrasiva 1
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.
Ejemplo 2 Ejemplo de la pulimentación mecánica-química con la composición abrasiva 1
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.
Ejemplo 3 Composición abrasiva 2
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.
Ejemplo 4 Ejemplo de la pulimentación mecánica-química con la composición abrasiva 2
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.
Ejemplo 5 Composición abrasiva 3
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.
Ejemplo 6 Ejemplo de la pulimentación mecánica-química con la composición abrasiva 3
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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