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Die
Erfindung betrifft einen chemisch-mechanischen Schleifschlamm. Der
chemisch-mechanische Schleifschlamm eignet sich zum Polieren der
Oberfläche
einer Halbleiterscheibe.
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Beim
chemisch-mechanischen Polierverfahren (CMP) handelt es sich um eine
Technik zum Planmachen, die entwickelt wurde, um die auf Höhenunterschiede
von Abscheidungsfilmen zurückzuführenden Schwierigkeiten
beim Fokussieren bei einem photolithographischen Verfahren zur Herstellung
von integrierten Schaltungen zu überwinden.
Eine chemisch-mechanische Poliertechnik wurde erstmals bei der Herstellung von
Bauteilen mit einer Größe im Bereich
von 0,5 μm
angewandt. Einhergehend mit der Verringerung der Größe von Bauteilen
konnte die chemisch-mechanische Poliertechnik auf eine erhöhte Anzahl
an Schichten angewandt werden. Mit der Entwicklung von Bauelementen
in der Größenordnung
von 0,25 μm
wurde das chemisch-mechanische Polierverfahren zur hauptsächlichen
und wesentlichen Technik zum Planmachen. Im allgemeinen umfasst
das Polierverfahren zur Herstellung einer Schaltung das Montieren
einer Halbleiterscheibe auf einer sich drehenden Platte, die mit
einem Schleifkopf ausgestattet ist, und das Aufbringen eines Schleifschlamms,
der Schleifteilchen und ein Oxidationsmittel umfasst, auf die Oberfläche der
Scheibe, um den Schleifwirkungsgrad zu erhöhen. Das US-Patent 5 225 034
beschreibt einen chemisch-mechanischen Schleifschlamm, der AgNO3, feste Schleifteilchen und ein unter H2O2, HOCl, KOCl,
KMgO4 oder CH3COOOOH
ausgewähltes
Oxidationsmittel enthält.
Der Schlamm wird zum Polieren einer Kupferschicht auf einer Halbleiterscheibe
verwendet, um auf der Scheibe eine Kupferverdrahtung zu erzeugen.
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Das
US-Patent 5 209 816 beschreibt ein Verfahren zum Polieren einer
Al oder Ti enthaltenden Metallschicht mit einem chemisch-mechanischen
Schleifschlamm. Der Schleifschlamm enthält neben einem festen Schleifmaterial
etwa 0,1–20
Vol.-% H3PO4 und
etwa 1–30
Vol.-% H2O2.
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Das
US-Patent 4 959 113 beschreibt ein Verfahren zur Verwendung einer
wässrigen
Schleifzusammensetzung zum Polieren von Metalloberflächen. Die
wässrige
Schleifzusammensetzung umfasst Wasser, ein Schleifmittel, z. B.
CeO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, SiC, SnO2 oder TiC, und ein Salz mit einem Metallkation
der Gruppen IIA, IIIA, IVA oder IVB und einem Chlorid-, Bromid-,
Iodid-, Nitrat-, Sulfat-, Phosphat- oder Perchloratanion. Dieses
Patent beschreibt ferner die Verwendung von Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure oder Schwefelsäure, um
den pH-Wert der
Schleifzusammensetzung im Bereich von 1 bis 6 einzustellen.
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Das
US-Patent 5 391 258 beschreibt eine Schleifzusammensetzung zum Polieren
eines Silicium-, Siliciumdioxid- oder eines Silicat-Verbundmaterials.
Die Schleifzusammensetzung umfasst neben Schleifteilchen Wasserstoffperoxid
und Kaliumhydrogenphthalat.
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Das
US-Patent 5 114 437 beschreibt eine Polierzusammensetzung für ein Aluminiumsubstrat,
das ein Aluminiumoxid-Poliermittel mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 0,2
bis 5 μm
und einen Polierbeschleuniger, der aus der Gruppe Chrom(III)-nitrat,
Lanthannitrat, Ammoniumcer(III)-nitrat und Neodymnitrat ausgewählt ist,
enthält.
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Das
US-Patent 5 084 071 beschreibt einen chemisch-mechanischen Polierschlamm
für ein
Substrat eines elektronischen Bauelements. Der Polierschlamm umfasst
nicht mehr als 1 Gew.-% Aluminiumoxid, Schleifteilchen (z. B. SiO2-, CeO2-, SiC-,
Si3N4- oder Fe2O3-Teilchen), ein Übergangsmetall-Chelatsalz
(z. B. Ammoniumeisen-EDTA) zur Verwendung als Polierbeschleuniger
und ein Lösungsmittel
für das
Salz.
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Das
US-Patent 5 336 542 beschreibt eine Polierzusammensetzung, die Aluminiumoxid-Schleifteilchen und
einen Chelatbildner, der aus der Gruppe Polyaminocarbonsäuren (z.
B. EDTA) und Natrium- und Kaliumsalze davon ausgewählt ist,
umfasst. Die Zusammensetzung kann ferner Boehmit oder ein Aluminiumsalz
enthalten.
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Das
US-Patent 5 340 370 beschreibt einen chemisch-mechanischen Polierschlamm
für einen
Wolfram- oder Wolframnitridfilm, der ein Oxidationsmittel, wie Kaliumhexacyanoferrat(III),
ein Schleifmittel und Wasser enthält und einen pH-Wert von 2
bis 4 aufweist.
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Das
US-Patent 5 516 346 beschreibt einen Schlamm zum chemischmechanischen
Polieren eines Titanfilms, wobei dieser Schlamm Kaliumfluorid in
einer Konzentration, die zur Komplexierung des Titanfilms ausreicht,
und ein Schleifmittel, wie Siliciumdioxid, umfasst und einen pH-Wert
von weniger als 8 aufweist.
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WO
96/16436 beschreibt einen chemisch-mechanischen Polierschlamm, der
Schleifteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser
von weniger als 0,400 μm,
ein Eisen(III)-Salz als Oxidationsmittel und eine wässrige Suspension
eines oberflächenaktiven
Mittels aus einem Gemisch aus Propylenglykol und Methylparaben umfasst.
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Bei
der Halbleiterbearbeitung besteht immer noch ein Bedürfnis nach
wirtschaftlich günstigen
Schleifkomponenten mit hochwertigem Polierverhalten.
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Die
Erfindung stellt einen chemisch-mechanischen Schleifschlamm zur
Verwendung bei der Halbleiterbearbeitung bereit, der im wesentlichen
aus einem Schleifmittel, einem wässrigen
Medium, einem Abriebverstärker,
bei dem es sich um phosphorige Säure
(Phosphor(III)säure)
handelt, einem Oxidationsmittel, einer Triazolverbindung und wahlweise
einem Abrieb-Coverstärker, bei
dem es sich um eine Aminosäure
oder um ein Salz davon, eine Carbonsäure oder ein Salz davon oder
eine Mischung der Säuren
und/oder Salze handelt, besteht. Der erfindungsgemäße chemischmechanische
Schleifschlamm kann 70–99,5
Gew.-% wässriges
Medium, 0,1–25
Gew.-% Schleifmittel und 0,01–2
% Abriebverstärker
umfassen.
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Erfindungsgemäß wird ein
chemisch-mechanischer Schleifschlamm zur Verwendung bei der Halbleiterbearbeitung
bereitgestellt, der phosphorige Säure als Abriebverstärker enthält. Der
erfindungsgemäße chemischmechanische
Schleifschlamm kann 70–99,5
Gew.-% wässriges
Medium, 0,1–25
Gew.-%, vorzugsweise 0,5–15
Gew.-% und insbesondere 0,5–8
Gew.-% Schleifmittel und 0,01–2
Gew.-%, vorzugsweise 0,03–1 Gew.-%
und insbesondere 0,03–0,5
Gew.-% Abriebverstärker
enthalten. Der erfindungsgemäße chemisch-mechanische
Schleifschlamm kann ferner einen Abriebverstärker enthalten, der aus der
Gruppe Aminosäuren,
Salze davon, Carbonsäuren,
Salze davon oder Gemische der Säuren
und/oder Salze ausgewählt ist.
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Wenn
ein Schleifschlamm mit phosphoriger Säure versetzt wird, lässt sich
die durch den Schleifschlamm erzielte Abriebrate erhöhen. Wenn
außerdem
der Schleifschlamm eine Aminosäure
oder eine Carbonsäure
enthält,
lässt sich
die durch den Schleifschlamm erzielte Abriebrate noch weiter erhöhen. Es
wurde jedoch festgestellt, dass dann, wenn nur eine Aminosäure oder
eine Carbonsäure
einem Schleifschlamm zugesetzt wird, die durch den Schleifschlamm
erzielte Abriebrate nicht weiter erhöht werden kann. Ferner ist
aus den nachstehenden Beispielen ersichtlich, dass phosphorige Säure ein
besseres Abriebverhalten als Phosphorsäure zeigt.
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Beim
Schleifmittel zur Verwendung im erfindungsgemäßen Schleifschlamm kann es
sich um beliebige handelsübliche
Schleifmittel in Teilchenform handeln, z. B. um SiO2,
Al2O3, ZrO2, CeO2, SiC, Fe2O3, TiO2,
Si3N4 oder Gemische
davon. Diese Schleifmittelteilchen weisen normalerweise eine hohe
Reinheit, eine große
Oberfläche
und eine enge Teilchengrößenverteilung
auf und eignen sich somit zur Verwendung in Schleifzusammensetzungen
als Schleifmittel.
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Bei
der erfindungsgemäß verwendeten
Aminosäure
oder Carbonsäure
kann es sich um beliebige handelsübliche Produkte handeln, wie
Glycin, Creatin, Alanin, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Hexansäure, Malonsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Citronensäure, Äpfelsäure, Weinsäure oder
Oxalsäure.
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Der
erfindungsgemäße chemisch-mechanische
Schleifschlamm kann als Medium Wasser enthalten. Bei der Herstellung
der Schleifzusammensetzung kann Wasser und vorzugsweise herkömmliches
entionisiertes Wasser dazu verwendet werden, die Schleifzusammensetzung
zu einem Schlamm zu verarbeiten.
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Der
erfindungsgemäße chemisch-mechanische
Schleifschlamm umfasst ein Oxidationsmittel. Es kann sich um ein
Oxidationsmittel handeln, das herkömmlicherweise verwendet wird.
Beispielsweise kann beim Kupfer-Bearbeitungsverfahren
der erfindungsgemäße Schleifschlamm
Benzotriazol und/oder Derivate davon enthalten, um Kupfer vor einer
raschen Korrosion zu schützen.
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Die
erfindungsgemäße Schleifzusammensetzung
kann nach einem beliebigen herkömmlichen
Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise lässt sich Schleifschlamm herstellen,
indem man zunächst
Wasser mit Schleifmittelteilchen versetzt und das Gemisch kontinuierlich
mit hoher Scherkraft rührt,
bis die Schleifmittelteilchen vollständig in Wasser suspendiert
sind. Anschließend
wird der Schlamm mit einer weiteren Wassermenge versetzt, so dass
die Schleifmittelteilchen im Schlamm im angestrebten Feststoffgehalt
vorliegen. Wenn beispielsweise ein erfindungsgemäß hergestellter Schleifschlamm
70–99,5
Gew.-% entionisiertes Wasser enthält, liegt der Feststoffanteil
des Schlammes im Bereich von 0,5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise von
0,5 bis 15 Gew.-% und insbesondere von 0,5 bis 8 Gew.-%. Die vorstehend
beschriebenen Additive werden sodann in den erhaltenen Schlamm eingeführt und
der pH-Wert des Schlammes wird mit einer Base auf den angestrebten
Bereich eingestellt. Wenn es sich beispielsweise beim zu polierenden
Metallfilm um einen Cu- oder TaN-Film
handelt, kann der pH-Wert im Bereich von 2,5 bis 7 eingestellt werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung durch die folgenden, nichtbeschränkenden
Beispiele näher
beschrieben. Beliebige Modifikationen oder Abänderungen, die die Erfindung
betreffen und die vom Fachmann leicht vorgenommen werden können, fallen
unter den Umfang der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele 2, 3
und 9 bis 11 fallen nicht unter den Umfang der Ansprüche. Beispiele Abriebtest
| A.
Vorrichtung: | IPEC/Westech
472 |
| B.
Bedingungen: | Druck:
5 psi
Gegendruck: 1,5 psi
Temperatur: 25 °C
Spindeldrehzahl:
55 U/min
Plattendrehzahl: 50 U/min
Kissentyp: IC 1400
Schlammfluss:
150 ml/min |
| C.
Scheibe: | Cu-Film
und TaN-Film: Handelsprodukte der Fa. Silicon Valley Microelectronics,
Inc.; erhältlich
durch PVD-Abscheidung eines Cu-Films und eines TaN-Films mit einer
Dicke von 0,85 (± 5
% ) μm auf
einer 6 Zoll-Siliciumscheibe |
| D.
Schlamm: | Hergestellt
durch Vermischen der Schlämme
der folgenden Beispiele mit 30 % H2O2 in einem Volumenverhältnis von 9:1 und gleichmäßiges Bewegen
der erhaltenen Gemische. |
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Abriebtestverfahren
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Vor
und nach einem Abriebtest ist die Dicke der zu polierenden Scheibe
mit einem Dickenmessgerät zu
messen. Der spezifische Flächenwiderstand
des Metallfilms wird mit einer Vierpunktsonde gemessen.
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Die
Dicke des Films wird gemäß folgender
Gleichung bestimmt: T × R = Widerstandskoeffizientwobei
T die Filmdicke (Å)
und R den spezifischen Flächenwiderstand
(Ω/cm2) bedeuten. Für verschiedene Metallfilme
handelt es sich beim Widerstandskoeffizienten um eine Konstante.
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Erfindungsgemäß wird zur
Bestimmung der Metallfilmdicke das Gerät Modell RS 75 der Fa. KLA-Tencor
Company verwendet. Die Abriebrate wird folgendermaßen bestimmt:
Zunächst wird
die Metallfilmdicke T1 mit dem vorstehenden
Gerät Modell
RS75 bestimmt. Der Film wird mit einem beispielhaften Schlamm 1
Minute unter den vorstehenden Bedingungen poliert. Anschließend wird
die Scheibe mit dem handelsüblichen
Gerät Evergreen
Modell 10X der Fa. Solid State Equipment Corporation gereinigt.
Nach Sprühtrocknung
der Scheibe wird die Metallfilmdicke T2 mit
der Vorrichtung Modell RS75 gemessen. Die Abriebrate des Metallfilms
für den
beispielhaften Schlamm wird mit T1 – T2 wiedergegeben.
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Beispiel 1
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Ein
Schleifschlamm wurde unter Verwendung von Quarzstaub als Abriebmittel
hergestellt. Der erhaltene Schlamm wies die folgende Zusammensetzung
auf:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
phosphorige Säure: 0,2
Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur Einstellung
des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 2
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
Glycin:
0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur
Einstellung des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 3
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
Adipinsäure: 0,2
Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur Einstellung
des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 4
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
phosphorige
Säure:
0,2 Gew.-%;
Glycin: 0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%;
und
eine Base zur Einstellung des pH-Werts und entionisiertes
Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 5
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
phosphorige
Säure:
0,2 Gew.-%;
Adipinsäure:
0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur
Einstellung des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 6
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
phosphorige
Säure:
0,2 Gew.-%;
Ameisensäure:
0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur
Einstellung des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 7
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Ein
Schleifschlamm wurde unter Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid
als Schleifmittel hergestellt. Der erhaltene Schlamm wies die folgende
Zusammensetzung auf:
kolloidales Siliciumdioxid: 12,0 Gew.-%;
phosphorige
Säure:
0,2 Gew.-%;
Adipinsäure:
0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur
Einstellung des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 8
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Ein
Schleifschlamm wurde unter Verwendung von Quarzstaub als Abriebmittel
hergestellt. Die erhaltene Aufschlämmung wies die folgende Zusammensetzung
auf:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
phosphorige Säure: 0,2
Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur Einstellung
des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 9
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 8 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
Glycin:
0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur
Einstellung des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 10
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
Phosphorsäure: 0,2
Gew.-%;
Glycin: 0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%;
und
eine Base zur Einstellung des pH-Werts und entionisiertes
Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 11
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Ein
Schleifschlamm der folgenden Zusammensetzung wurde auf ähnliche
Weise wie in Beispiel 1 hergestellt:
Quarzstaub: 8,0 Gew.-%;
Phosphorsäure: 0,2
Gew.-%;
Adipinsäure:
0,2 Gew.-%;
Benzotriazol: 0,1 Gew.-%; und
eine Base zur
Einstellung des pH-Werts und entionisiertes Wasser: Rest.
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Die
Ergebnisse des Abriebtests für
den erhaltenen Schlamm sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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