DE112006002323T5

DE112006002323T5 - Poliermittel

Info

Publication number: DE112006002323T5
Application number: DE112006002323T
Authority: DE
Inventors: Junhui Kiyosu Oh; Hiroshi Kiyosu Asano; Katsunobu Kiyosu Hori
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-07-10
Also published as: JPWO2007026862A1; CN101253606A; CN100536081C; TWI397577B; TW200726832A; US20080265205A1; KR20080037695A; KR101278666B1; WO2007026862A1

Abstract

Poliermittel, aufweisend:
einen Schutzfilmbildner;
ein Oxidationsmittel; und
ein Ätzmittel,
wobei der Schutzfilmbildner wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus Benzotriazol und einem Benzotriazolderivat ausgewählt ist, und wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung umfasst, die aus den Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel ROR'COOH und die allgemeine Formel ROR'OPO₃H₂ dargestellt werden (wobei R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe darstellt, und R' eine Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe darstellt), und der pH-Wert des Poliermittels 8 oder größer ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Poliermittel, das beim Polieren beispielsweise zum Bilden einer Verdrahtung eines Halbleiterbauelements zu verwenden ist.
Stand der Technik
Die Verdrahtung eines Halbleiterbauelements wird zuerst durch Formen einer Barriereschicht und einer Leitschicht nacheinander in dieser Reihenfolge auf einer Isolierschicht mit Gräben gebildet. Dann werden wenigstens ein Abschnitt der Leitschicht (äußerer Abschnitt der Leitschicht), der außerhalb der Gräben positioniert ist, und ein Abschnitt der Barriereschicht (äußerer Abschnitt der Barriereschicht), der außerhalb der Gräben positioniert ist, durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt. Das Polieren zum Entfernen wenigstens des äußeren Abschnitts der Leitschicht und des äußeren Abschnitts der Barriereschicht wird üblicherweise durch zwei separate Schritte durchgeführt: einen ersten Polierschritt und einen zweiten Polierschritt. In dem ersten Polierschritt wird der äußere Abschnitt der Leitschicht teilweise entfernt, um die Oberfläche der Barriereschicht freizulegen. In dem anschließenden zweiten Polierschritt werden wenigstens der übrige äußere Abschnitt der Leitschicht und der äußere Abschnitt der Barriereschicht entfernt, um die Isolierschicht freizulegen und eine ebene Fläche zu erzielen.
Wenn ein Abschnitt der Leitschicht mit Ausnahme eines Abschnitts der zu entfernenden Leitschicht, insbesondere ein in den Gräben positionierter Abschnitt der Leitschicht (innere Abschnitt der Leitschicht) entfernt wird, tritt eine Leitschichtabtragung (Dishing) auf, welche eine Erscheinung ist, wo das Niveau der Oberfläche der Leitschicht absinkt.
Demzufolge steigt der Drahtwiderstand an, und die Oberflächenebenheit sinkt ab. Aus den Gründen offenbaren die Patentdokumente 1 und 2 jeweils ein verbessertes Poliermittel, das in dem ersten Polierschritt verwendbar ist und die Leitschichtabtragung unterdrückt. Spezieller offenbaren die Patentdokumente 1 und 2 jeweils ein Poliermittel, das einen Schutzfilmbildner, wie Benzotriazol, ein Oxidationsmittel, wie Wasserstoffperoxid, und ein Ätzmittel, wie Glycin, enthält. Jedoch sind die Poliermittel der Patentdokumente 1 und 2 nicht in der Lage, die Anforderungen in Bezug auf die Leitschichtabtragung zu erfüllen, und haben noch Raum für Verbesserung.

Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 8-83780
Patentdokument 2: Internationale Veröffentlichung Nr. WO 00/39844

Offenbarung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Poliermittel zu schaffen, welches beim Polieren zum Bilden einer Verdrahtung eines Halbleiterbauelements zweckmäßiger verwendet wird.
Zum Erreichen des obigen Ziels und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Poliermittel vorgesehen, das einen Schutzfilmbildner, ein Oxidationsmittel und ein Ätzmittel enthält. Der Schutzfilmbildner ist wenigstens ein Typ einer Zusammensetzung, die aus Benzotriazol und einem Benzotriazolderivat ausgewählt ist, und wenigstens ein Typ einer Zusammensetzung, die aus den Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel ROR'COOH und die allgemeine Formel ROR'OPO₃H₂ dargestellt werden (wobei R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe darstellt, und R' eine Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe darstellt). Der pH-Wert des Poliermittels ist 8 oder größer.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1(a), 1(b) und 1(c) sind Querschnittsansichten eines zu polierenden Objektes zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bilden einer Verdrahtung eines Halbleiterbauelements; und
2 ist eine Querschnittsansicht eines zu polierenden Objektes zur Erläuterung der Leitschichtabtragung.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachstehend wird nun eine Ausführungsform erläutert.
Zuerst wird ein Verfahren zum Bilden einer Verdrahtung eines Halbleiterbauelements entsprechend den 1(a) bis 1(c) erläutert. Die Verdrahtung eines Halbleiterbauelements wird üblicherweise wie folgt gebildet. Zuerst werden, wie in 1(a) gezeigt, an einer Isolierschicht 12, die an einem Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) ausgebildet ist und Gräben 11 aufweist, eine Barriereschicht 13 und eine Leitschicht 14 nacheinander in dieser Reihenfolge gebildet. Danach werden wenigstens ein Abschnitt der Leitschicht 14 (äußerer Abschnitt der Leitschicht 14), der außerhalb der Gräben 11 positioniert ist, und ein Abschnitt der Barriereschicht 13 (äußerer Abschnitt der Barriereschicht 13), der außerhalb der Gräben positioniert ist, durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt. Demzufolge verbleiben, wie in 1(c) gezeigt, wenigstens ein Teil eines Abschnitts der Barriereschicht 13 (innerer Abschnitt der Barriereschicht 13), der in den Gräben 11 positioniert ist, und wenigstens ein Teil eines Abschnitts der Leitschicht 14 (innerer Abschnitt der Leitschicht 14), der in den Gräben 11 positioniert ist, an der Isolierschicht 12. Der Abschnitt der Leitschicht 14, der an der Isolierschicht 12 verbleibt, erlangt die Funktion als Verdrahtung eines Halbleiterbauelements.
Die Isolierschicht 12 wird zum Beispiel aus Siliziumdioxid, mit Fluor dotiertem Siliziumdioxid (SiOF) oder mit Kohlenstoff dotiertem Siliziumdioxid (SiOC) gebildet.
Bevor die Leitschicht 14 gebildet wird, wird die Barriereschicht 13 an der Isolierschicht 12 derart gebildet, dass sie die Oberfläche der Isolierschicht 12 überdeckt. Die Barriereschicht 13 wird zum Beispiel aus Tantal, einer Tantallegierung oder Tantalnitrid gebildet. Die Dicke der Barriereschicht 13 ist geringer als die Tiefe der Gräben 11.
Nachdem die Barriereschicht 13 gebildet ist, wird die Leitschicht 14 an der Barriereschicht 13 derart gebildet, dass sie wenigstens die Gräben 11 verbirgt. Die Leitschicht 14 ist zum Beispiel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet.
Wenn wenigstens der äußere Abschnitt der Leitschicht 14 und der äußere Abschnitt der Barriereschicht 13 durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt werden, wird zuerst der äußere Abschnitt der Leitschicht 14 teilweise derart entfernt, dass die Oberfläche des äußeren Abschnitts der Barriereschicht 13 freiliegt, wie in 1(b) gezeigt ist (erster Polierschritt). Danach werden, wie in 1(c) gezeigt, wenigstens der übrige äußere Abschnitt der Leitschicht 14 und der äußere Abschnitt der Barriereschicht 13 derart entfernt, dass die Isolierschicht 12 freiliegt und eine ebene Fläche erzielt wird (zweiter Polierschritt). Beim Polieren zum Bilden der Verdrahtung eines Halbleiterbauelements wird ein Poliermittel der Ausführungsform verwendet, das spezieller vor allem zur Verwendung in dem ersten Polierschritt geeignet ist.
Das Poliermittel gemäß der Ausführungsform wird durch Vermischung bestimmter Mengen von einem Schutzfilmbildner, einem Oxidationsmittel, einem Ätzmittel (Komplexbildner), Schleifkörnern und Wasser derart hergestellt, dass ein pH-Wert von 8 oder mehr erlangt wird. Dementsprechend ist das Poliermittel gemäß der Ausführungsform im Wesentlichen aus einem Schutzfilmbildner, einem Oxidationsmittel, einem Ätzmittel, Schleifkörnern und Wasser zusammengesetzt.
Der Schutzfilmbildner hat eine Funktion der Bildung eines Schutzfilms an der Oberfläche eines zu polierenden Objektes und bildet den Schutzfilm der Oberfläche der Leitschicht 14, um ein übermäßiges Entfernen des inneren Abschnitts der Leitschicht 14 zu unterdrücken, wodurch eine Leitschichtabtragung unterdrückt wird (siehe 2).
Der Schutzfilmbildner, der in dem Poliermittel enthalten sein soll, enthält wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus Benzotriazol und einem Benzotriazolderivat ausgewählt ist, und wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus Zusammensetzungen (anionische Netzmittel) ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel (1) und die allgemeine Formel (2) unten dargestellt werden. Mit anderen Worten enthält das Poliermittel einen ersten Schutzfilmbildner, der aus wenigstens einem Typ einer Zusammensetzung besteht, die aus Benzotriazol und einem Benzotriazolderivat ausgewählt ist, und einen zweiten Schutzfilmbildner, der aus wenigstens einem Typ einer Zusammensetzung besteht, die aus Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel (1) und die allgemeine Formel (2) dargestellt werden. Das Benzotriazolderivat wird zum Beispiel durch Ersetzen eines Wasserstoffatoms, das mit dem 5-gliedrigen Ring von Benzotriazol gebunden ist, durch eine andere Atomgruppe gebildet. ROR'COOH (1) ROR'OPO₃H₂ (2)
In den Formeln (1) und (2) stellt R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe dar, und R' stellt eine Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe dar.
Der erste Schutzfilmbildner, der in dem Poliermittel enthalten sein soll, ist vorzugsweise Benzotriazol, um eine stärkere Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion zu erreichen.
Wenn der Gehalt des ersten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel geringer als 0,001 g/l, und spezieller geringer als 0,01 g/l ist, kann kein ausreichender Schutzfilm zum Unterdrücken des übermäßigen Polierens der Leitschicht 14 an der Oberfläche der Leitschicht 14 gebildet werden. Demzufolge wird die Leitschichtabtragung nicht ausreichend unterdrückt, oder die Leitschicht 14 kann eine raue Oberfläche haben. Dementsprechend ist, um diese Probleme zu vermeiden, der Gehalt des ersten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel vorzugsweise 0,001 g/l oder größer, und bevorzugter 0,01 g/l oder größer. Anderenfalls, wenn der Gehalt des ersten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel größer als 1 g/l, und spezieller größer als 0,1 g/l ist, wird ein Schutzfilm übermäßig an der Oberfläche der Leitschicht 14 mit dem Ergebnis gebildet, dass das Polieren der Leitschicht 14 übermäßig unterdrückt werden kann. Dementsprechend ist, um eine angemessene Abtragungsrate des Polierens der Leitschicht 14 sicherzustellen, der Gehalt des ersten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel vorzugsweise 1 g/l oder geringer, und bevorzugter 0,1 g/l oder geringer.
Um eine stärkere Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion zu erreichen, ist der zweite Schutzfilmbildner, der in dem Poliermittel enthalten sein soll, vorzugsweise ein Polyoxyethylenalkyletheracetat, wie Polyoxyethylenlauryletheracetat, oder ein Polyoxyethylenalkylphenyletherphosphat.
Wenn der Gehalt des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel geringer als 0,05 g/l, spezieller geringer als 0,5 g/l, und noch spezieller geringer als 1 g/l ist, wird die Leitschichtabtragung nicht ausreichend unterdrückt. Dementsprechend ist der Gehalt des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel vorzugsweise 0,05 g/l oder größer, bevorzugter 0,5 g/l oder größer, und am bevorzugtesten 1 g/l oder größer. Anderenfalls, wenn der Gehalt des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel größer als 50 g/l, spezieller größer als 30 g/l, und noch spezieller größer als 15 g/l ist, kann das Polieren der Leitschicht 14 übermäßig unterdrückt werden. Dementsprechend ist, um eine angemessene Abtragungsrate des Polierens der Leitschicht 14 sicherzustellen, der Gehalt des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel vorzugsweise 50 g/l oder geringer, bevorzugter 30 g/l oder geringer, und am bevorzugtesten 15 g/l oder geringer.
Wenn das Molekulargewicht des zweiten Schutzfilmbildners, der in dem Poliermittel enthalten ist, geringer als 200, und spezieller geringer als 400 ist, kann die Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion nicht so stark sein. Dementsprechend ist, um eine stärkere Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion zu erreichen, das Molekulargewicht des zweiten Schutzfilmbildners, der in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 200 oder größer, und bevorzugter 400 oder größer. Anderenfalls, wenn das Molekulargewicht des zweiten Schutzfilmbildners größer als 1000, und spezieller größer als 700 ist, kann der zweite Schutzfilmbildner weniger in Wasser aufgelöst werden. Dementsprechend ist, um die Löslichkeit des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel zu verbessern, das Molekulargewicht des zweiten Schutzfilmbildners, der in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 1000 oder geringer, und bevorzugter 700 oder geringer.
Wenn die Anzahl von Wiederholungseinheiten in einer Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe in dem zweiten Schutzfilmbildner geringer als 2, und spezieller geringer als 3 ist, ist der zweite Schutzfilmbildner weniger in Wasser löslich. Dementsprechend ist, um die Löslichkeit des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel zu verbessern, die Anzahl von Wiederholungseinheiten in einer Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe in dem zweiten Schutzfilmbildner vorzugsweise 2 oder größer, und bevorzugter 3 oder größer.
Wenn der HLB-(Hydrophilie/Lipophilie-Gleichgewicht) Wert des zweiten Schutzfilmbildners geringer als 10, und spezieller geringer als 11,5 ist, kann der zweite Schutzfilmbildner weniger in Wasser aufgelöst werden, was zu einem Emulsionszustand führt. Dies ist beim Bilden eines gleichmäßigen Schutzfilms an einem zu polierenden Objekt nicht erwünscht. Dementsprechend ist, um die Löslichkeit des zweiten Schutzfilmbildners in dem Poliermittel zu verbessern, der HLB-Wert des zweiten Schutzfilmbildners, der in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 10 oder größer, und bevorzugter 11,5 oder größer. Anderenfalls, wenn der HLB-Wert des zweiten Schutzfilmbildners, der in dem Poliermittel enthalten ist, größer als 16, und spezieller größer als 14 ist, kann die Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion nicht so stark sein. Dementsprechend ist, um eine stärkere Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion zu erreichen, der HLB-Wert des zweiten Schutzfilmbildners, der in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 16 oder geringer, und bevorzugter 14 oder geringer. Der HLB-Wert des zweiten Schutzfilmbildners wird zum Beispiel durch das Griffin-Verfahren erzielt.
Das Oxidationsmittel hat eine Funktion des Oxidierens eines zu polierenden Objektes und trägt zur Verbesserung der Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 durch Oxidation der Leitschicht 14 bei. Um eine metallische Verunreinigung eines von einem Oxidationsmittel abstammenden Objektes zu reduzieren, ist das in dem Poliermittel enthaltene Oxidationsmittel vorzugsweise Wasserstoffperoxid.
Wenn der Gehalt eines Oxidationsmittels in dem Poliermittel geringer als 0,3 g/l, spezieller geringer als 1,5 g/l, und noch spezieller geringer als 3 g/l ist, kann die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 nicht so sehr verbessert werden. Dementsprechend ist, um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, der Gehalt eines Oxidationsmittels in dem Poliermittel vorzugsweise 0,3 g/l oder größer, bevorzugter 1,5 g/l oder größer, und am bevorzugtesten 3 g/l oder größer. Anderenfalls, wenn der Gehalt eines Oxidationsmittels in dem Poliermittel größer als 30 g/l, spezieller größer als 15 g/l, und noch spezieller größer als 10 g/l ist, ist die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 übermäßig hoch, mit dem Ergebnis, dass wahrscheinlich eine Leitschichtabtragung auftritt. Dementsprechend ist, um die Leitschichtabtragung zu unterdrücken, der Gehalt eines Oxidationsmittels in dem Poliermittel vorzugsweise 30 g/l oder geringer, bevorzugter 15 g/l oder geringer, und am bevorzugtesten 10 g/l oder geringer.
Das Ätzmittel hat eine Funktion des Ätzens eines zu polierenden Objektes und trägt dazu bei, die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 durch das Ätzen der Leitschicht 14 zu verbessern. Das Ätzmittel, das in dem Poliermittel enthalten sein soll, kann eine α-Aminosäure, wie Glycin, Alanin oder Valin, sein. Von diesen ist Glycin bevorzugt, um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren.
Wenn der Gehalt eines Ätzmittels in dem Poliermittel geringer als 0,5 g/l, spezieller geringer als 1 g/l, und noch spezieller geringer als 3 g/l ist, kann die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 nicht so sehr verbessert werden. Dementsprechend ist, um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, der Gehalt eines Ätzmittels in dem Poliermittel vorzugsweise 0,5 g/l oder größer, bevorzugter 1 g/l oder größer, und am bevorzugtesten 3 g/l oder größer. Anderenfalls, wenn der Gehalt eines Ätzmittels in dem Poliermittel größer als 50 g/l, spezieller größer als 30 g/l, und noch spezieller größer als 10 g/l ist, ist die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 übermäßig hoch, mit dem Ergebnis, dass wahrscheinlich eine Leitschichtabtragung auftritt. Dementsprechend ist, um die Leitschichtabtragung zu unterdrücken, der Gehalt eines Ätzmittels in dem Poliermittel vorzugsweise 50 g/l oder geringer, bevorzugter 30 g/l oder geringer, und am bevorzugtesten 10 g/l oder geringer.
Die Schleifkörner spielen eine Rolle beim mechanischen Polieren eines Objektes und tragen dazu bei, die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 zu verbessern. Die Schleifkörner, die in dem Poliermittel enthalten sein sollen, können Siliziumdioxid, wie pulvriges kalziniertes Siliziumdioxid, pyrogenes Siliziumdioxid oder kolloides Siliziumdioxid, oder Aluminiumoxid, wie kolloides Aluminiumoxid, sein. Um die Oberflächenmängel eines Objektes nach dem Polieren zu reduzieren, ist Siliziumdioxid bevorzugt. Von diesem ist kolloides Siliziumdioxid besonders bevorzugt.
Wenn der Gehalt von Schleifkörnern in dem Poliermittel geringer als 0,01 g/l, spezieller geringer als 0,05 g/l, und noch spezieller geringer als 0,1 g/l ist, wird die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 nicht viel besser. Dementsprechend ist, um die Leitschicht 14 mit höheren Abtragungsraten zu polieren, der Gehalt von Schleifkörnern in dem Poliermittel vorzugsweise 0,01 g/l oder größer, bevorzugter 0,05 g/l oder größer, und am bevorzugtesten 0,1 g/l oder größer. Anderenfalls, wenn der Gehalt von Schleifkörnern in dem Poliermittel größer als 200 g/l, spezieller größer als 20 g/l, und noch spezieller größer als 10 g/l ist, ist die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 übermäßig hoch, mit dem Ergebnis, dass wahrscheinlich eine Leitschichtabtragung auftritt. Dementsprechend ist, um die Leitschichtabtragung zu unterdrücken, der Gehalt von Schleifkörnern in dem Poliermittel vorzugsweise 200 g/l oder geringer, bevorzugter 20 g/l oder geringer, und am bevorzugtesten 10 g/l oder geringer.
Schleifkörner mit einem durchschnittlichen Primärteilchendurchmesser von weniger als 1 nm haben kaum eine Funktion zum Polieren eines Objektes. Dementsprechend ist, um ein Objekt mit einer hohen Abtragungsrate zu polieren, der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser der in dem Poliermittel enthaltenen Schleifkörner vorzugsweise 1 nm oder größer. Anderenfalls, wenn der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von Schleifkörnern größer als 500 nm ist, steigt die Oberflächenrauheit an und ein Kratzer wird erzeugt, mit dem Ergebnis, dass wahrscheinlich die Oberflächenqualität eines Objektes nach dem Polieren absinkt. Dementsprechend ist, um die Oberflächenqualität eines Objektes nach dem Polieren aufrechtzuerhalten, der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von Schleifkörnern vorzugsweise 500 nm oder geringer. Der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von Schleifkörnern wird aus der spezifischen Oberfläche von Schleifkörnern berechnet, welche zum Beispiel durch das BET-Verfahren gemessen wird.
Insbesondere kann, wenn die in dem Poliermittel enthaltenen Schleifkörner kolloides Siliziumdioxid sind, der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von kolloidem Siliziumdioxid, das als Schleifkörner in dem Poliermittel enthalten ist, wie folgt sein. Wenn der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von kolloidem Siliziumdioxid, das als Schleifkörner in dem Poliermittel enthalten ist, geringer als 3 nm, und spezieller geringer als 6 nm ist, wird die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 nicht viel besser. Dementsprechend ist, um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von kolloidem Siliziumdioxid, das als Schleifkörner in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 3 nm oder größer, und bevorzugter 6 nm oder größer. Anderenfalls, wenn der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von kolloidem Siliziumdioxid, das als Schleifkörner in dem Poliermittel enthalten ist, größer als 200 nm, spezieller größer als 100 nm, und noch spezieller größer als 50 nm ist, wird sich das kolloide Siliziumdioxid wahrscheinlich abscheiden. Dementsprechend ist, um die Abscheidung von kolloidem Siliziumdioxid zu verhindern, der durchschnittliche Primärteilchendurchmesser von kolloidem Siliziumdioxid, das als Schleifkörner in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 200 nm oder geringer, bevorzugter 100 nm oder geringer, und am bevorzugtesten 50 nm oder geringer.
Wenn der pH-Wert des Poliermittels geringer als 8 ist, kann die Leitschicht 14 nicht mit einer hohen Abtragungsrate poliert werden, oder Schleifkörner in dem Poliermittel sammeln sich an, was somit aus einem praktischen Gesichtspunkt ungünstig ist. Dementsprechend muss der pH-Wert des Poliermittels 8 oder größer sein. Anderenfalls, wenn der pH-Wert des Poliermittels übermäßig hoch ist, können Schleifkörner in dem Poliermittel aufgelöst werden. Dementsprechend ist, um eine Auflösung von Schleifkörnern zu verhindern, der pH-Wert des Poliermittels vorzugsweise 13 oder geringer, und bevorzugter 11 oder geringer.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt.
Ein Poliermittel gemäß der Ausführungsform enthält zusätzlich zu wenigstens einem Typ einer Zusammensetzung, die aus Benzotriazol und Benzotriazolderivat ausgewählt ist, wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt werden, als einen Schutzfilmbildner zur Unterdrückung der Leitschichtabtragung. Daher unterdrückt ein Poliermittel gemäß der Ausführungsform starker die Leitschichtabtragung im Vergleich zu herkömmlichen Poliermitteln, welche Benzotriazol als einen Schutzfilmbildner enthalten, jedoch nicht wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung enthalten, die aus Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt werden. Dementsprechend wird ein Poliermittel gemäß der Ausführungsform beim Polieren zum Bilden einer Verdrahtung eines Halbleiterbauelements zweckmäßig verwendet.
Die oben genannte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
Die Schleifkörner, die in einem Poliermittel gemäß der Ausführungsform enthalten sein sollen, können weggelassen werden. In diesem Falle ist es möglich, die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 infolge der Funktionen eines Ätzmittels und eines in dem Poliermittel enthaltenen Oxidationsmittels aufrechtzuerhalten. Um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, sind Schleifkörner in einem Poliermittel vorzugsweise enthalten.
Einem Poliermittel gemäß der Ausführungsform kann eine Zusammensetzung (nichtionisches Netzmittel) hinzugefügt werden, die durch die allgemeine Formel (3) unten dargestellt wird. Wenn eine Zusammensetzung hinzugefügt wird, die durch die allgemeine Formel (3) dargestellt wird, wird die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 verbessert. Obwohl eine Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel (3) dargestellt wird, eine Funktion zum Bilden eines Schutzfilms an der Oberfläche eines zu polierenden Objektes wie die Zusammensetzungen hat, die durch die allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt werden, ist der Schutzfilm, der aus einer Zusammensetzung gebildet wird, die durch die allgemeine Formel (3) dargestellt wird, in der Schutzfunktion geringer als jener, der aus den Zusammensetzungen gebildet wird, die durch die allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt wird. Daher ersetzt, wenn einem Poliermittel gemäß der Ausführungsform eine Zusammensetzung hinzugefügt wird, die durch die allgemeine Formel (3) dargestellt wird, ein Schutzfilm, der aus einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung gebildet wird und in der Schutzfunktion gering ist, teilweise einen Schutzfilm, der aus einer durch die allgemeine Formel (1) oder (2) dargestellten Zusammensetzung gebildet wird und eine relativ hohe Schutzfunktion hat, für ein Poliermittel gemäß der Ausführungsform. Dies kann als ein Grund betrachtet werden, warum die Effizienz eines Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 durch Hinzufügen einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellte Zusammensetzung zu dem Poliermittel verbessert wird. Um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, ist eine durch die allgemeine Formel (3) dargestellte Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten sein soll, vorzugsweise ein Polyoxyethylenalkylether, wie Polyoxyethylenlaurylether. ROR' (3)
In der Formel (3) stellt R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe dar, und R' stellt eine Polyoxyethylengruppe oder eine Polyoxyproylengruppe dar.
Wenn der Gehalt einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung in dem Poliermittel größer als 50 g/l, spezieller größer als 10 g/l, und noch spezieller größer als 5 g/l ist, kann die Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion durch Zusammensetzungen reduziert werden, die durch die allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt werden. Demzufolge tritt wahrscheinlich eine Leitschichtabtragung auf. Außerdem kann die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 absinken. Um diese Probleme zu vermeiden, ist der Gehalt einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung in dem Poliermittel vorzugsweise 50 g/l oder geringer, bevorzugter 10 g/l oder geringer, und am bevorzugtesten 5 g/l oder geringer.
Wenn das Molekulargewicht einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten sein soll, geringer als 300, spezieller geringer als 400, und noch spezieller geringer als 500 ist, kann die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 nicht so viel verbessert werden. Dementsprechend ist, um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, das Molekulargewicht einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 300 oder größer, bevorzugter 400 oder größer, und am bevorzugtesten 500 oder größer. Anderenfalls, wenn das Molekulargewicht einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung größer als 1500, spezieller größer als 1200, und noch spezieller größer als 1000 ist, ist die Zusammensetzung in Wasser weniger löslich. Außerdem kann, wenn das Molekulargewicht einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung so groß wie oben erwähnt ist, die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 absinken. Dementsprechend ist, um diese Probleme zu vermeiden, das Molekulargewicht einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung vorzugsweise 1500 oder geringer, bevorzugter 1200 oder geringer, und am bevorzugtesten 1000 oder geringer.
Wenn der HLB-Wert einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten ist, geringer als 13, und spezieller geringer als 14 ist, kann die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leitschicht 14 nicht so viel verbessert werden. Dementsprechend ist, um die Leitschicht 14 mit einer höheren Abtragungsrate zu polieren, der HLB-Wert einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 13 oder größer, und bevorzugter 14 oder größer. Anderenfalls, wenn der HLB-Wert einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten ist, größer als 18, und spezieller größer als 17 ist, kann die Leitschichtabtragungsunterdrückungsfunktion durch Zusammensetzungen reduziert werden, die durch die allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt werden, mit dem Ergebnis, dass wahrscheinlich eine Leitschichtabtragung auftritt. Dementsprechend ist, um die Leitschichtabtragung zu unterdrücken, der HLB-Wert einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung, die in dem Poliermittel enthalten ist, vorzugsweise 18 oder geringer, und bevorzugter 17 oder geringer. Der HLB-Wert einer durch die allgemeine Formel (3) dargestellten Zusammensetzung wird zum Beispiel durch das Griffin-Verfahren erzielt.
Einem Poliermittel gemäß der Ausführungsform kann ein pH-Wert-Einstellmittel je nach Bedarf hinzugefügt werden. Das dem Poliermittel hinzuzufügende pH-Wert-Einstellmittel kann willkürlich ausgewählt werden. Jedoch wird vorzugsweise ein Alkalimetallhydroxid, wie Potassiumhydroxid, oder ein Alkali, wie Ammoniak, verwendet, da sich die Effizienz des Poliermittels zum Polieren der Leiterschicht 14 verbessert.
Ein Poliermittel gemäß der oben genannten Ausführungsform kann durch Verdünnen einer konzentrierten Stammlösung vor der Benutzung aufbereitet werden. Die Konzentrationsrate der Stammlösung ist vorzugsweise 3fach oder geringer.
Einem Poliermittel gemäß der Ausführungsform können bekannte Additive, wie ein Konservierungsmittel und ein Entschäumer, je nach Bedarf hinzugefügt werden.
Nun werden Beispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele beschrieben.
Benzotriazol, Polyoxyethylenlauryletheracetat oder eine alternative Zusammensetzung davon, Polyoxyethylenlaurylether, eine 31% wässrige Wasserstoffperoxidlösung, Glycin, kolloides Siliziumdioxidsol und ein pH-Wert-Einstellmittel wurden zweckmäßig gemischt und je nach Bedarf mit Wasser verdünnt, um Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und Vergleichsbeispiele 1 bis 12 aufzubereiten. Sowohl die Details von Benzotriazol, Polyoxyethylenlauryletheracetat oder der alternativen Zusammensetzung davon, Polyoxyethylenlaurylether, einer 31% wässrigen Wasserstoffperoxidlösung, Glycin, kolloidem Siliziumdioxid, und eines pH-Wert-Einstellmittels in den jeweiligen Poliermitteln als auch der pH-Wert jedes Poliermittels sind in Tabelle 1 gezeigt.
Die Zahlenwerte, die in der Spalte „Abtragungsrate" der Tabelle 1 gezeigt sind, geben die Abtragungsraten an, wenn ein Kupferdeckenwafer von 200 mm im Durchmesser durch Verwendung der Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 unter den in Tabelle 2 gezeigten Polierbedingungen poliert wurden. Die Abtragungsrate jedes Wafers wurde durch Teilen der Differenz in der Dicke des Wafers zwischen vor und nach dem Polieren durch die Polierzeit erlangt. Die Dicke des Wafers wurde mit einer Flächenwiderstandsmessvorrichtung „VR-120" gemessen, die von International Electric System Service hergestellt wird.
Die in der Spalte „Leitschichtabtragung" der Tabelle 1 gezeigten Zahlenwerte geben die Mengen der Leitschichtabtragung eines von SEMATEC hergestellten Kupfermusterwafers (854 Maskenmuster) an, wenn dieser durch Verwendung der jeweiligen Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 poliert wurde. Spezieller wird der von SEMATEC hergestellte Kupfermusterwafer durch Vorsehen einer Tantalbarriereschicht und einer Kupferleitschicht mit einer Dicke von 10,000 Å nacheinander in dieser Reihenfolge an einer Siliziumdioxidisolierschicht mit Graben gebildet und hat einen anfänglich vertieften Abschnitt von 5,000 Å in der Tiefe in der Oberfläche. Bevor der Kupfermusterwafer durch Verwendung der jeweiligen Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 poliert wurde, wurde der Wafer einem vorläufigen Polieren durch Verwendung eines Poliermaterials „PLANERLITE-7105" das von Fujimi Incorporated hergestellt wird, unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen unterzogen, bis die Dicke der Leitschicht auf 300 nm reduziert wurde. Anschließend wurde der auf diese Weise vorläufig polierte Kupfermusterwafer einem Polieren durch Verwendung der jeweiligen Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen unterzogen, bis die obere Schicht der Barriereschicht freigelegt war. Danach wurde die Menge der Leitschichtabtragung durch Verwendung einer Oberflächenmessvorrichtung des Kontakttyps Profiler „HRP340", die von KLA Tencor Corporation hergestellt wird, in dem Bereich jedes Wafers gemessen, in welchem Gräben von 100 μm Breite unabhängig ausgebildet sind.
Die in der Spalte „Dispersionsstabilität" der Tabelle 1 gezeigten Bezugszeichen geben die Bewertungsergebnisse der Dispersionsstabilität in Bezug auf die Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und Vergleichsbeispiele 1 bis 12 an. Spezieller konnten die Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 in einer Thermostatkammer von 80°C für 30 Tage stehen, und dann wurde die Ansammlung und Ausscheidung beobachtet. Auf der Basis der Beobachtungsergebnisse wurde die Dispersionsstabilität der Poliermittel bewertet. Das Bezugszeichen o in der Spalte „Dispersionsstabilität" stellt dar, dass weder Ansammlung noch Ausscheidung beobachtet wurden, und das Bezugszeichen x stellt dar, dass Ansammlung oder Ausscheidung beobachtet wurde.
Tabelle 1
In Tabelle 1 bedeutet das Bezugszeichen B1 Polyoxyethylenlauryletheracetat, B2 bedeutet Kokosfettsäure-Sarkosin-Triethanolamin, B3 bedeutet Ammonium-Polyoxyethylenlaurylethersulfat, G1 bedeutet Potassiumhydroxid, G2 bedeutet Ammoniak, G3 bedeutet Glykolsäure, und G4 bedeutet Schwefelsäure.

Das in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendete Polyoxyethylenlauryletheracetat hat ein Molekulargewicht von 441, die Anzahl von Wiederholungseinheiten in einer Polyoxyethylengruppe ist 2,5, und einen HLB-Wert von 12,2. Das in den Vergleichsbeispielen verwendete Kokosfettsäure-Sarkosin-Triethanolamin hat ein Molekulargewicht von 444 und einen HLB-Wert von 9,8. Das in den Vergleichsbeispielen verwendete Ammonium-Polyoxyethylenlaurylethersulfat hat ein Molekulargewicht von 374,5, die Anzahl von Wiederholungseinheiten in einer Polyoxyethylengruppe ist 2, und einen HLB-Wert von 10,9. Das in den Beispielen verwendete Polyoxyethylenlaurylether hat ein Molekulargewicht von 802 und einen HLB-Wert von 15,8. Tabelle 2

Poliermaschine: Einseitige CMP-Poliermaschine „Mirra", hergestellt von Applied Materials Inc. Polierkissen: Laminatpolierkissen „IC-1000/Suba IV", gefertigt aus Polyurethan und hergestellt von Rohm und Haas Polierdruck: etwa 28 kPa (=2 psi) Drehzahl der Maschinenwalze: 100 U/min Zuführgeschwindigkeit des Poliermittels: 200 ml/min Trägerdrehzahl: 100 U/min

Wie in Tabelle 1 gezeigt, lieferten die Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 eine Leitschichtabtragungsmenge von 100 nm oder weniger, und eine Abtragungsrate von nicht weniger als 100 nm/Minute. Die Ergebnisse der Leitschichtabtragung und der Abtragungsrate waren praktisch zufriedenstellend. Außerdem lieferten die Poliermittel der Beispiele 1 bis 19 zufriedenstellende Ergebnisse in Bezug auf die Lagerfähigkeit. Im Gegensatz dazu waren bei den Poliermitteln der Vergleichsbeispiele 1 bis 12 die Ergebnisse von einer der Abtragungsrate und der Leitschichtabtragung unbefriedigend.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Poliermittel enthält einen Schutzfilmbildner, ein Oxidationsmittel, und ein Ätzmittel. Der Schutzfilmbildner umfasst wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus Benzotriazol und einem Benzotriazolderivat ausgewählt ist, und wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus den Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel ROR'COOH und die allgemeine Formel ROR'OPO₃H₂ dargestellt werden (wobei R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe darstellt, und R' eine Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe darstellt). Der pH-Wert des Poliermittels ist 8 oder größer. Das Poliermittel wird beim Polieren zum Bilden einer Verdrahtung eines Halbleiterbauelements zweckmäßig verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 8-83780 [0004]
- WO 00/39844 [0004]

Claims

Poliermittel, aufweisend: einen Schutzfilmbildner; ein Oxidationsmittel; und ein Ätzmittel, wobei der Schutzfilmbildner wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung, die aus Benzotriazol und einem Benzotriazolderivat ausgewählt ist, und wenigstens einen Typ einer Zusammensetzung umfasst, die aus den Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel ROR'COOH und die allgemeine Formel ROR'OPO₃H₂ dargestellt werden (wobei R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe darstellt, und R' eine Polyoxyethylengruppe, Polyoxypropylengruppe oder Poly(oxyethylen/oxypropylen)gruppe darstellt), und der pH-Wert des Poliermittels 8 oder größer ist.
Poliermittel nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Typ der Zusammensetzung, die aus den Zusammensetzungen ausgewählt ist, die durch die allgemeine Formel ROR'COOH und die allgemeine Formel ROR'OPO₃H₂ dargestellt werden, ein Polyoxyethylenalkyletheracetat oder ein Polyoxyethylenalkylphenyletherphosphat ist.
Poliermittel nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel ROR' dargestellt wird (wobei R eine Alkylgruppe oder eine Alkylphenylgruppe darstellt, und R' eine Polyoxyethylengruppe oder eine Polyoxypropylengruppe darstellt).
Poliermittel nach Anspruch 3, wobei die Zusammensetzung, die durch die allgemeine Formel ROR' dargestellt wird, ein Polyoxyethylenalkylether ist.
Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend Schleifkörner.
Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend ein Alkali.