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HINTERGRUND
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I. GEBIET
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen das Gebiet der Herstellung
mikroelektronischer Bauelemente. Insbesondere betrifft eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Schlämme
zum chemisch-mechanischen Polieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen.
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2. DISKUSSION DER VERWANDTEN
TECHNIK
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Techniken
des chemisch-mechanischen Polierens (CMP) werden in der Halbleiterindustrie
verwendet, um dünne
Filme von der Oberfläche
von Halbleitersubstraten zu entfernen. Ein üblicher Einsatz dieser Techniken
ist es, metallische Verbindungslinien, Durchkontaktierungen oder
Kontakte zu bilden, indem (a) Gräben
oder Löcher
in eine dielektrische Schicht gemustert und geätzt werden, (b) eine Decke
aus Metall abgelegt wird und (c) das Metall, das über der
dielektrischen Schicht liegt, chemisch-mechanisch wegpoliert wird.
Die 1a bis 1c veranschaulichen
das Bilden von Aluminium-Verbindungsleitungen, bei dem dieser Prozeß verwendet
wird.
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1a zeigt
die Querschnittsansicht zweier Gräben 110, die in eine
dielektrischen Schicht 102 gemustert und geätzt sind.
Die dielektrische Schicht 102 liegt über einem Siliziumsubstrat 100. 1b zeigt
die Gräben 110 nach
der Deckablagerung einer Barrierenschicht 104 und einer
Schicht aus Aluminium 106. 1c zeigt
die Querschnittansicht zweier Verbindungslinien 112, die
gebildet worden sind, nachdem der Schritt des CMP beendet ist.
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Die
Vorrichtung eines typischen CMP-Prozesses ist in 2 veranschaulicht.
Das Wafersubstrat 200 wird mit der Vorderseite nach unten
auf ein Polierkissen 212 gelegt, das an einem Drehtisch 214 angebracht
ist. Auf diese Weise wird der dünne
Film, der poliert werden soll, in direkten Kontakt mit dem Kissen 212 gebracht.
Ein Träger 216 wird
verwendet, um einen nach unten gerichteten Druck F gegen die Rückseite
des Wafersubstrats 200 auszuüben. Während des Polierprozesses werden
der Träger
ebenso wie der Tisch 214 und das Kissen 212 gedreht,
während
eine chemisch reaktive und abtragende Lösung, üblicherweise als ein „Schlamm" 222 bezeichnet,
auf die Oberfläche
des Kissens 212 gepumpt wird.
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Der
Schlamm 222 vereinfacht den Polierprozeß, indem er chemisch mit dem
dünnen
Film reagiert und indem er ein Schleifmaterial zuführt, um
den dünnen
Film zu entfernen, während
sich der Tisch 214 dreht. Die Zusammensetzung des Schlammes ist
ein wichtiger Faktor bei der Durchführbarkeit des Prozesses.
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Schlammzusammensetzungen
des Standes der Technik zum Polieren von Aluminium enthielten starke
Oxidiermittel, so wie Wasserstoffperoxid (H2O2) oder Persulfationen (S2O8 2–) und starke Ätzmittel,
so wie Mineralsäuren,
oder stark oxidierende Ätzmittel,
so wie Kaliumfluorid (KF). Diese Chemikalien wurden benötigt, um
dicke Schichten aus Aluminiumoxid zu entfernen, die durch die starken
Oxidiermittel erzeugt wurden. Diese Kombination der Chemikalien
jedoch führt
zu einem chemischen Angriff, der die gebildete Ausnehmung bei einer
Metalleitung oder Durchkontaktierung aus Aluminium 103 unter die
Oberfläche
der dielektrischen Schicht bringt, wie es in 1c gezeigt
ist. In dem Fall der KF-Chemikalie führt es auch zu einem chemischen
Angriff auf die dielektrische Schicht 102. Das Bilden der
Ausnehmungen erzeugt Unebenheiten, die sich auf nachfolgende Schichten
fortpflanzen und die Möglichkeit verschlechtern,
schmale Linien mit hoher Dichte auf diesen Schichten zu drucken.
Das Bilden der Ausnehmungen kann auch die Unversehrtheit der metallischen
Leitungen oder Durchkontaktierungen beeinflussen, die während des
CMP-Schrittes gebildet worden sind, was Zuverlässigkeitsprobleme mit sich bringt.
Bei den geringen Metalldicken, die in hochwertigen Anwendungen verwendet
werden, kann die tiefe Ausnehmung zum vollständigen Beseitigen der Al-Schicht
führen.
Zusätzlich
erzeugt das Bilden einer dicken Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3) durch das Oxidiermittel
eine erhöhte
Konzentration an Aluminiumoxid. Dieses Aluminiumoxid wirkt als ein
aggressives Schleifmittel und ruft übermäßige Oberflächenrauhigkeit und Verkratzen
des Aluminiums 103 hervor. Da die Breite der Verbindungsleitungen
aus Aluminium 103 auf geringere und geringere Breiten verringert
wird, werden die nachteiligen Einflüsse des Bildens von Ausnehmungen,
der Oberflächenrauhigkeit
und des Verkratzens zunehmend problematisch.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A–1C veranschaulichen
die Querschnittsansichten eines Substrats, das Aluminium enthält, das
mit einem Schlamm zum chemisch-mechanischen Polieren nach dem Stand
der Technik poliert wird.
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2 ist
eine Veranschaulichung einer dreidimensionalen Ansicht einer Vorrichtung
zum chemisch-mechanischen Polieren des Standes der Technik, die
verwendet wird, um ein Substrat zu polieren, das Aluminium enthält, wobei
ein Schlamm gemäß dem Stand
der Technik verwendet wird.
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3A–3D veranschaulichen
die Querschnittsansicht des Bildens eines Substrats, welches Aluminium
enthält,
wobei ein neuer Schlamm zum chemischen-mechanischen Polieren verwendet
wird.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Schlämme für das chemisch-mechanische Polieren
und Verfahren zum chemisch-mechanischen
Polieren (CMP) von Substraten, die Aluminium enthalten, welche bei
der Herstellung integrierter Schaltungen eingesetzt werden, werden
beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche bestimmte
Einzelheiten ausgeführt,
so wie bestimmte Geräte,
Materialien und Dicken, um für
ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es wird dem Fachmann jedoch
offensichtlich sein, daß die
vorliegende Erfindung ohne diese bestimmten Einzelheiten in die
Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind andere gut bekannte
Prozesse und Geräte
nicht in besonderen Einzelheiten beschrieben worden, um die vorliegende
Erfindung nicht unnötigerweise
zu verschleiern.
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Die
neuen Schlämme
und CMP-Prozesse nach Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
verwendet werden, um ein Substrat, das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
enthält,
in einem Prozeß entweder
am vorderen Ende der Produktionslinie oder am hinteren Ende der
Produktionslinie zu polieren. Bei einem Prozeß am vorderen Ende der Produktionslinie
können
Aluminiumkontakte zu Transistorgattern poliert werden. Bei einem
Prozeß am
hinteren Ende der Produktionslinie können Verbindungsleitungen und
Durchkontaktierungen aus Aluminium, die in einem Dual Damascene-Prozeß gebildet
worden sind, poliert werden. Die Lehren der Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
jedoch auf andere Prozesse bei der Herstellung integrierter Schaltungen
angewendet werden, einschließlich,
jedoch nicht beschränkt
auf das Planarisieren verschiedener Schichten. Tatsächlich können die
Lehren der vorliegenden Erfindung bei CMP-Prozessen angewendet werden,
die in anderen Bereichen als der Herstellung integrierter Schaltungen
eingesetzt werden.
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Die 3A bis 3D veranschaulichen das
Bilden von Aluminiumkontakten in einem Prozeß am vorderen Ende der Produktionslinie
mit einem CMP-Prozeß,
bei dem die Schlämme
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Die Aluminiumkontakte
werden über
einem Substrat 300 gebildet. Das Substrat ist bevorzugt
ein Siliziumwafer, kann jedoch ein anderer Halbleiter sein, so wie
Galliumarsenid oder Germanium, oder kann auch irgendein anderes Material
sein, das kein Halbleiter ist, so wie Keramik. Eine dielektrische
Schicht 302 liegt über
dem Substrat. Verschiedene Schichten, die nicht gezeigt sind, können zwischen
dem Substrat 300 und der dielektrischen Schicht 302 liegen.
Diese Schichten könnten Gatterelektronen,
Isolationsbereiche, Kondensatoren oder andere Merkmale umfassen.
Die dielektrische Schicht ist im allgemeinen ein nicht dotiertes
Siliziumdioxid, ein Phosphosilikatglas oder ein Borphosphosilikatglas,
das durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD – Chemical Vapor Deposition) gebildet
ist. Andere dielektrische Schichten, so wie Siliziumnitrid, oder
aus mehreren Schichten zusammengesetzte Dielektrika, die solche
Substanzen wie Spin-on-Glas umfassen, können auch verwendet werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann
die dielektrische Schicht ein low k-Dielektrikum sein, so wie mit
Kohlenstoff dotiertes Oxid. Die Funktion der dielektrischen Schicht 302 besteht
darin, die anschließend
gebildeten Verbindungsleitungen von jedweder darunterliegenden leitenden
Schicht elektrisch zu isolieren. Die dielektrische Schicht 302 kann mit
Techniken gebildet werden, die auf dem Gebiet gut bekannt sind.
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Als
erstes werden Öffnungen 310 in
der dielektrischen Schicht 302 gebildet. Eine Photoresistschicht
wird über
der dielektrischen Schicht 302 gebildet, die dann maskiert,
belichtet und entwickelt wird, mit Techniken, die auf dem Gebiet
wohlbekannt sind, um Orte für
die Öffnungen 310 zu
definieren. Die dielektrische Schicht 302 wird dann mit
Techniken geätzt,
die auf dem Gebiet gut bekannt sind, so wie reaktivem Ionenätzen, um
die Öffnungen 310 zu bilden.
Die Öffnungen 310 können eine
Breite von ungefähr
1 μm oder
weniger haben, um Aluminiumkontakte mit derselben Breite zu bilden.
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Als
nächstes
wird eine Haftschicht 304 deckend über der dielektrischen Schicht 302 abgeschieden.
Die Funktion der Haftschicht 304 besteht darin, das gleichförmige Überdecken
der abgeschiedenen Aluminiumschicht 306 in den Öffnungen 310 sicherzustellen.
Die Haftschicht 304 wird zu einer Dicke von ungefähr 40 Ångstrøm durch
gut bekannte Verfahren, so wie Sputtern oder CVD, gebildet. Materialien,
so wie Titan oder Titannitrid oder eine Kombination aus diesen,
kann verwendet werden, um die Haftschicht 304 zu bilden.
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Als
nächstes
wird eine Aluminiumschicht 306 deckend über der Haftschicht 304 abgeschieden,
wobei gut bekannte Mittel verwendet werden, so wie Sputtern oder
CVD. Das Abscheiden bildet eine Aluminiumschicht 306 mit
einer Dicke zwischen 1000 Ångstrøm und
10000 Ångstrøm, jedoch
typischerweise mit ungefähr
2000 Ångstrøm, um
die Öffnungen 310 vollständig mit
Aluminium zu füllen.
Die Dicke der Aluminiumschicht 306 oberhalb der dielektrischen Schicht 302 kann
ungefähr
1500 Ångstrøm bis
2000 Ångstrøm sein.
Um ein gutes Füllen
der Öffnungen 310 zu
erreichen, wird das Aluminium auf wenigstens 350 Grad Celsius (C),
jedoch bevorzugt auf weniger als 550 Grad Celsius erhitzt. Man bemerke,
daß die Kom bination
der beschriebenen Prozeßschritte
konsistent mit einem Al-Damascene-Prozeß sind, der für die Back-End-Verbindungsbildung
eingesetzt werden könnte.
Das Abscheiden der Haftschicht, das Abscheiden der Aluminiumgräben und
das anschließende
Glühen
jedoch können
verwendet werden, um das metallische Füllen in dem Prozeß am vorderen Ende
der Produktionslinie zu vervollständigen, so wie den Prozeß zum Ersetzen
metallischer Gatter, wie es in der Literatur diskutiert worden ist.
Die anschließenden
Al-Polierprozesse bleiben für
den Prozeß sowohl am
vorderen Ende der Produktionslinie als auch am hinteren Ende der
Produktionslinie dieselben.
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Als
nächstes
werden die Aluminiumschicht 306 und die Haftschicht 304 chemisch-mechanisch poliert,
um Aluminiumkontakte mit einer Breite weniger als oder gleich ungefähr 1 μm zu bilden.
Bei einer Ausführungsform
kann die Vorrichtung, die in 3C veranschaulicht
ist, verwendet werden, um das Substrat, das Aluminium enthält, chemisch-mechanisch zu
polieren. Ein weitere ähnliche
Vorrichtung, so wie die, die in 2 gezeigt
ist, kann auch benutzt werden.
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Das
Substrat 300 wird mit der Vorderseite nach unten auf ein
Polierkissen 326 einer Kissenanordnung 327 gelegt,
die fest an der oberen Fläche
eines Tisches 324 angebracht ist. Auf diese Weise wird das
Substrat, das Aluminium, welches poliert werden soll, enthält, in direkten
Kontakt mit der Oberfläche des
Kissens 326 gebracht. Der Polierprozeß wird vereinfacht, wenn Schlamm
an der Grenzfläche
Substrat/Kissen gleichförmig
verteilt wird, während
das Kissen 326 um einen festen Punkt 328 umläuft und das
Substrat 300 sich im Gegenuhrzeigersinn um seine Mittelachse 338 dreht.
Die Strömungsgeschwindigkeit
des Schlammes kann in dem ungefähren
Bereich von 100 ml/Minute bis 300 ml/Minute liegen oder genauer
eine Strömungsgeschwindigkeit von
ungefähr
120 ml/min sein. Eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit für den Schlamm
ist wertvoll, da sie Kosten spart. Das Polieren wird auf diese Weise
weitergeführt,
bis die gewünschte
Menge an Aluminium entfernt ist.
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Um
das Polieren zu vereinfachen, kann ein Schaft 336, der
an dem Träger 330 befestigt
ist, verwendet werden, um einen nach unten gerichteten Druck FI auf die Rückseite des Substrats 300 auszuüben. Bei
einer Ausführungsform
ist der nach unten gerichtete Druck ein niedriger Druck in dem ungefähren Bereich
von 0.1 bis 2.0 psi und genauer in dem ungefähren Bereich von 1.0 bis 1.5
psi. Ein nach unten gerichteter Druck wird eingesetzt, um die Menge an
Aluminiumoxid zu verringern, die entfernt wird, und somit das Kratzen
zu reduzieren. Der geringe Druck dient auch dazu, Rauhigkeit, Erosion
und Kumpeln in Kombination mit der Ausführungsform der Schlämme der
vorliegenden Erfindung zu verringern. Die Rückseite des Substrats 320 kann
durch ein Vakuum oder einfach durch Naßoberflächenspannung in Kontakt mit
dem Träger 330 gehalten werden.
Bevorzugt polstert ein Einsetzkissen 331 das Substrat 300 gegenüber dem
Träger 330 ab.
Ein gewöhnlicher
Haltering 334 kann verwendet werden, um zu verhindern,
daß das
Substrat 300 während
der Bearbeitung seitlich unterhalb des Trägers 330 hervorrutscht.
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Um
die Gleichförmigkeit
des Polierens zu vereinfachen, laufen die Mittelachse 340 des
Tisches 324 und des Kissens 326 im Uhrzeigersinn
um einen festen Punkt 328, mit einem Umlaufradius, der
kleiner ist als der Radius des Substrats 300. Die Mittelachse 338 des
Substrats 300 ist von der Mittelachse 340 des
Kissens 326 und von der Umlaufachse 328 versetzt.
Eine Drehgeschwindigkeit, die ausreichend ist, um einen nach unten
gerichteten Druck innerhalb der oben beschriebenen Bereiche zu erzeugen,
kann verwendet werden. Beispielsweise kann für ein Polierkissen mit 12 Zoll
die Drehgeschwindigkeit ungefähr
in dem Bereich von 20 bis 50 Upm und genauer ungefähr bei 30
Upm liegen.
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Damit
der Schlamm in adäquater
Weise und gleichförmig über die
Grenzfläche
Substrat/Kissen zugeführt
wird, wird der Schlamm durch eine Vielzahl gleich beabstandeter
Löcher 342 eingespeist,
die durch das Polierkissen 326 gebildet sind. Das Polierkissen 326 kann
hart oder weich sein. Bei einer Ausführungsform wird ein auf Polyurethan
basierendes hartes Kissen RodelTM IC 1000
verwendet. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein weiches,
auf Filz basierendes porometrisches Kissen, so wie ein PolitexTM-Kissen, verwendet werden.
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Der
Schlüssel,
gute und fertigbare Ergebnisse beim CPM bei den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu erhalten, sind die neuen Schlämme zum
Polieren von Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Der Schlamm, der
zum Polieren der Aluminiumschicht 306 verwendet wird, ist
ein Schlamm, der ein ausgefälltes
Siliziumdioxid-Schleifmittel mit einem Durchmesser von weniger als
oder gleich 100 nm (Nanometer) und ein chelatbildendes Puffersystem,
das Zitronensäure
und Oxalsäure
aufweist, um einen pH-Wert für
den Schlamm in dem ungefähren
Bereich von 1.5 bis 4.0 zu liefern, umfaßt.
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Ein
ausgefälltes
Siliziumdioxid-Schleifmittel mit einem geringen Durchmesser ist
in dem Schlamm enthalten, weil es ein relativ weiches Schleifmittel
ist und weil es eine gleichförmigere
Größe und Form hat.
Siliziumdioxid-Teilchen sind weniger dicht und weicher als Aluminiumoxid.
Zusätzlich
ist es wegen der wäßrigen Bearbeitung
bei geringerer Temperatur für
Siliziumdioxid weniger wahrscheinlich, daß es harte, dichte Zusammenballungen
enthält,
die Kratzen hervorrufen und die typischerweise in Quarzglas- oder
Aluminiumoxidteilchen gefunden werden. Aufgrund ihrer gleichmäßigen Form
werden ausgefällte Siliziumdioxid-Teilchen auch in
Lösung
stabiler sein, und es wird weniger wahrscheinlich, daß sie sich
zu großen,
harten Teilchen zusammenballen, die Kratzen verursachen. Diese Eigenschaften
helfen bei der Vorbeugung gegenüber
Verkratzen und Aufrauhent der Oberfläche, die poliert wird. Ein
weiches Schleifmittel mit geringem Durchmesser ist wertvoll dahingehend,
daß es
das Verkratzen der Aluminiumoberfläche verringern kann und die
sich ergebende Rauhigkeit vermindern kann, was somit eine glatte
polierte Oberfläche
liefert. Das ausgefällte
Siliziumdioxid kann einen Durchmesser von weniger als 100 nm oder
in dem Bereich von 3 nm bis 100 nm oder genauer in dem ungefähren Bereich
von 10 nm bis 50 nm haben. Bei einer Ausführungsform kann der Durchmesser
des ausgefällten
Siliziumdioxids ungefähr
35 nm sein. Ausgefälltes
Siliziumdioxid ist auch wertvoll, da seine Oberfläche reaktiv
ist und Alumini umoxid von der Oberfläche des Substrats, das Aluminium
enthält,
aufnimmt, um das Aluminiumoxid entfernt von der Oberfläche zu halten,
wo es Verkratzen und Kumpeln verursachen kann. Die Menge an ausgefälltem Siliziumdioxid
in dem Schlamm kann in dem ungefähren
Bereich von 1.0 und 10.0 Gewichtsprozent sein, ist bevorzugt jedoch
in dem ungefähren Bereich
von 2 bis 5 Gewichtsprozent.
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Das
chelatbildende Puffersystem ist eine Kombination aus sowohl Zitronensäure als
auch Oxalsäure.
Die Kombination hält
den pH-Wert innerhalb eines engen Bereiches von ungefähr 1.5 bis
4.0 und genauer in dem ungefähren
Bereich von 1.8 bis 2.1. Ein niedriger pH-Wert ist wertvoll, weil
er dabei hilft, die oxidierte Aluminiumschicht auf der Oberfläche der
Aluminiumschicht 306 relativ dünn (geringer als 100 Ångstrøm) zu
halten, da weniger Aluminiumoxid (Dialuminiumtrioxid) gebildet wird.
Je weniger Aluminiumoxid gebildet wird, desto glatter wird die Oberfläche sein,
wegen einer Verringerung des Verkratzens der Oberfläche durch
das entfernte Aluminiumoxid. Zusätzlich
wird das Polieren der Aluminiumschicht 306 schneller, wenn
die Schicht aus oxidiertem Aluminium dünn ist. Diese Kombination ist
von besonderem Wert beim Polieren von Aluminiummerkmalen, so wie
Kontakten oder Verbindungsleitungen, die eine Breite von weniger
als 1 μm
haben. Die Menge an Zitronensäure,
die dem Schlamm hinzugefügt
wird, liegt in dem ungefähren
Bereich von 0.1 bis 1.0 Gewichtsprozent und genauer in dem ungefähren Bereich
von 0.2 bis 0.5 Gewichtsprozent. Die Menge an Oxalsäure, die
dem Schlamm hinzugefügt
wird, kann in dem ungefähren
Bereich von 0.1 bis 1.0 Gewichtsprozent liegen, ist jedoch genauer
in dem ungefähren
Bereich von 0.2 bis 0.5 Gewichtsprozent.
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Das
Bilden einer dünnen
Aluminiumoxidschicht wird durch die Verwendung von Oxalsäure in dem
Schlamm hervorgerufen. Oxalsäure
ist ein mildes Oxidiermittel und bildet somit keine dicke Schicht aus
Aluminiumoxid (Dialuminiumtrioxid). Oxalsäure ist auch wertvoll beim
Einsatz in Ausführungsformen von
Schlämmen,
die in dieser Erfindung beschrieben worden sind, da es ein chelatbildendes
Mittel ist, das Aluminiumoxid von der Oberfläche der Alumi niumschicht 306 entfernt,
um so beim Vorbeugen von Verkratzen der Oberfläche durch das Aluminiumoxid
zu helfen. Säuren ähnlich der
Oxalsäure
können
anstelle von Oxalsäure
verwendet werden, so wie andere schwache organische Säuren, z.B.
Ascorbinsäure.
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Zitronensäure ist
in dem Schlamm enthalten, um als ein Teil des Puffersystems zu wirken,
jedoch auch, weil es ein wirksames chelatbildendes Mittel für Aluminiumoxid
ist. Zitronensäure
ist ein sehr guter Komplexbildner für Aluminiumoxid in wäßrigen Lösungen und
kann daher Aluminiumoxid von der Oberfläche der Aluminiumschicht 306 entfernen.
Zitronensäure
ist auch wertvoll, weil es eine negative Ladung auf den Aluminiumoxidteilchen
stabilisiert, wenn sie einmal von der Oberfläche der Aluminiumschicht 306 abgehoben
worden sind. Die Ladung der Aluminiumoxidteilchen bei pH < 8 wird von einer
positiven Ladung in eine negative Ladung geändert. Die Ladung auf den Siliziumoxidteilchen
ist negativ bei pH > 2, und
bei pH < 2 ist
die Ladung neutral bis nur sehr leicht positiv. In dem pH-Bereich > 2 kann die Zitronensäure das
Bilden von Verballungen des ausgefällten Siliziumoxid-Schleifmittels
mit den Aluminiumoxidteilchen verhindern. Dies beruht darauf, daß das Aluminiumoxid
eine starke negative Ladung hat, die bewirken kann, daß es von
den negativ geladenen Siliziumoxidteilchen abgestoßen wird.
Hypothetisch wird angenommen, daß ein großer Anteil des Verkratzens
durch das Bilden der Verballungen hervorgerufen wird. Daher können die
verbesserten Oberflächen,
die sich aus dem Zusatz von Zitronensäure zu den Schlämmen ergeben,
um Aluminium zu polieren, wie es hierin beschrieben ist, zu einem
großen Teil
durch das Verhindern des Bildens von Verballungen aus Siliziumoxid
und Aluminiumoxid hervorgerufen sein.
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Der
Schlamm kann auch ein Störmittel
umfassen, so wie Tetraethylorthosilikat (TEOS). TEOS ist ein besonders
reaktives Silanolmittel, jedoch wird verstanden werden, daß auch andere
reaktive Silanonmittel in dem Schlamm verwendet werden können. Das
Störmittel
ist ein Zusatzstoff, der an jeglichen Verballungen aus Aluminiumoxidteilchen
während
ihrer Bildung anhaftet, um zu verhindern, daß die Verballungen aus Aluminiumoxidteilchen
relativ groß werden.
Für relativ
kleinere Verballungen aus Aluminiumoxiteilchen ist es weniger wahrscheinlich, daß sie die
Oberfläche,
die Aluminium enthält,
verkratzen. Das Störmittel
kann auch das Wachstum des Aluminiumoxidfilms auf der Oberfläche, die
Aluminium enthält,
welche poliert werden soll, stören. Der
Aluminiumoxidfilm kann daher relativ dünn bleiben (viel geringer als
100 Ångstrøm), was
wiederum weniger Aluminiumoxid erzeugt, aus dem sich die Verballungen
bilden können.
In der Summe können TEOS
oder andere Silanolmittel die Qualität der polierten Aluminiumoberfläche durch
Verringern des Anteils des Verkratzens verbessern. Die Menge an TEOS
in dem Schlamm kann in dem ungefähren
Bereich von 0.1 bis 1.0 Gewichtsprozent liegen und genauer in dem
ungefähren
Bereich von 0.2 bis 0.5 Gewichtsprozent. Die Komponenten des Schlamms werden
mit Wasser gemischt, um die Schlammlösung zu bilden.
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Die
Kombination des ausgefällten
Siliziumdioxid-Schleifmittels mit einem Durchmesser von weniger
als 100 nm mit dem chelatbildenden Puffersystem Zitronensäure/Oxalsäure und
mit dem Störmittel TEOS
erzeugt einen Schlamm für
das Polieren von Aluminium, der polierte Aluminumflächen hoher
Qualität
ohne wesentliches Verkratzen oder Bilden von Ausnehmungen erzeugt.
Die weitere Kombination des Schlammes mit der nach unten gerichteten
Kraft eines weichen Polierkissens verbessert weiter die Qualität der polierten
Oberflächen.
Der beschriebene Aluminiumschlamm liefert eine Lösung für das zuvor ungelöste Problem
des übermäßigen Verkratzens, der
Rauhigkeit und des Bildens von Ausnehmungen bei Aluminiummerkmalen
mit einer Breite von weniger als 1 μm.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
kann der Schlamm ein ausgefälltes
Siliziumdioxid-Schleifmittel
mit einem Durchmesser in dem ungefähren Bereich von 10 nm bis
50 nm haben, wobei das ausgefällte
Siliziumdioxid-Schleifmittel in dem Schlamm in dem ungefähren Bereich
von 2.0 bis 5.0 Gewichtsprozent vorliegt. Das chelatbildende Puffersystem
ist aus Zitronensäure
und Oxalsäure
gebildet, um für
einen pH-Wert des Schlammes in einem ungefähren Bereich von 1.8 bis 2.1
zu sorgen. Die Menge an Zitronensäure, die dem Schlamm hinzuge fügt wird, liegt
in dem ungefähren
Bereich von 0.2 bis 0.5 Gewichtsprozent. Die Menge an Oxalsäure, die
dem Schlamm hinzugefügt
wird, liegt in dem ungefähren Bereich
von 0.2 bis 0.5 Gewichtsprozent. Der Schlamm umfaßt auch
TEOS in einer Konzentration von ungefähr 0.01 bis 0.1 Gewichtsprozent.
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Die
bevorzugte Zusammensetzung des neuen Schlammes für Aluminium zeigt viele Qualitäten, die
den CMP-Prozeß extrem
herstellungsfreundlich machen. Die Geschwindigkeiten für das Entfernen von
Aluminium in dem ungefähren
Bereich von 1000 Ångstrøm/Sekunde
und 1500 Ångstrøm/Sekunde sind
ohne übermäßiges Verkratzen,
Bilden von Ausnehmungen oder Kumpeln erreicht worden. Diese Beseitigungsgeschwindigkeit
ist ausreichend, so daß Überpolieren
nicht benötigt
wird. Es soll angemerkt werden, daß die Wiederholbarkeit der
Ergebnisse von anderen Faktoren zusätzlich zu der Zusammensetzung
des Schlammes abhängen
kann, so wie dem Typ des Kissens, dem Polierdruck und der Kissenumlaufgeschwindigkeit.
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Das
chemisch-mechanische Polierverfahren, das oben beschrieben worden
ist, kann aufgrund der Dünnheit
der Aluminiumschicht, die entfernt werden soll, durchgeführt werden,
indem eine Einzelplatte verwendet wird. Bei einer alternativen Ausführungsform
jedoch können
zwei Platten verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform kann eine erste Platte
verwendet werden, um eine grobe Schicht der Aluminiumschicht 306 zu
entfernen, und die zweite Platte kann verwendet werden, um die Aluminiumschicht 306 zu
reinigen. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann eine zusätzliche
Platte eingesetzt werden, um die Oberfläche des Substrats, das Aluminium
enthält,
zu schwabbeln.
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Es
soll verstanden werden, daß die
neuen Schlämme
und Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um
andere Merkmale zu bilden als Verbindungsleitungen. Zum Beispiel
kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um Durchkontaktierungen,
Verbindungsleitungen oder andere elektrische Verbindungen zu bilden.
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In
der vorangehenden Beschreibung sind bestimmte Einzelheiten, so wie
die chemische Zusammensetzung des Schlammes, Filmzusammensetzungen
und Geräteparameter
aufgenommen worden, um die bevorzugte Ausführungsform am besten zu beschreiben.
Die vorliegende Erfindung ist durch diese Einzelheiten nicht beschränkt, und
verschiedene Änderungen
an diesen Einzelheiten sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung möglich.
Die Beschreibung und die Zeichnungen müssen in einem veranschaulichenden
und nicht in einem einschränkenden
Sinne betrachtet werden. Es ist beabsichtigt, daß der Umfang der vorliegenden
Erfindung durch die Ansprüche
definiert ist, die folgen. Mehrere Ausführungsformen der Erfindung
sind somit beschrieben worden. Somit werden die Durchschnittsfachleute
erkennen, daß die
Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern innerhalb des Umfangs und Gedankens der angehängten Ansprüche, die
folgen, mit Modifikation und Änderung
in die Praxis umgesetzt werden kann.
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Zusammenfassung
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Hierin
beschrieben sind Ausführungsformen eines
Schlammes, der für
das chemisch-mechanische
Polieren eines Substrates verwendet wird, das Aluminium- oder Aluminiumlegierungsmerkmale
mit einer Breite von weniger als 1 μm umfaßt. Der Schlamm enthält ein ausgefälltes Siliziumdioxid-Schleifmittel
mit einem Durchmesser von weniger als oder gleich 100 nm und ein
chelatbildendes-Puffersystem, das Zitronensäure und Oxalsäure aufweist,
um einen pH des Schlammes in dem ungefähren Bereich von 1.5 bis 4.0
zu liefern.