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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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ANWENDUNGSBEREICH
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Polierkissen, welches ein Polierkissensubstrat
und mindestens einen Katalysator mit mehrfachen Oxidationszuständen umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verwendung eines Polierkissens
mit einem Katalysator gemeinsam mit einem Oxidationsmittel zum chemisch-mechanischen Polieren
von Metallschichten in Verbindung mit integrierten Schaltungen und
anderen elektronischen Vorrichtungen, wobei der Katalysator ein
Metallkatalysator oder ein Katalysator mit mehrfachen Oxidationszuständen ist.
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Ein
Beispiel eines solchen Polierkissens und Polierverfahrens gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 19 ist in der US-A-4-5948697 offenbart.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Ein
Halbleiter-Mikroplättchen
umfasst typischerweise ein Substrat wie zum Beispiel ein Silizium- oder Galliumarsenid-Mikroplättchen,
auf dem eine Mehrzahl integrierter Schaltungen ausgebildet ist.
Integrierte Schaltungen sind chemisch und physikalisch durch die
Musterung von Bereichen in dem Substrat und von Schichten auf dem
Substrat in ein Substrat integriert. Die Schichten werden aus verschiedenen
Werkstoffen mit leitenden, isolierenden oder halbleitenden Eigenschaften
ausgebildet. Um Vorrichtungen mit einer hohen Ausbeute zu produzieren,
ist es entscheidend, mit einem flachen Halbleiter-Mikroplättchen zu
beginnen. Folglich ist es oftmals notwendig, ein Halbleiter-Mikroplättchen zu
polieren. Wenn die Verarbeitungsschritte zur Herstellung von Vorrichtungen
auf einer unebenen Mikroplättchenoberfläche ausgeführt werden,
können
verschiedene Probleme auftreten, die eine große Anzahl funktionsunfähiger Vorrichtungen
zum Ergebnis haben können.
So ist es zum Beispiel bei der Herstellung von modernen integrierten
Halbleiterschaltungen notwendig, leitende Linien oder ähnliche
Strukturen über
einer zuvor gebildeten Struktur auszubilden. Durch die vorherige
Ausbildung der Oberfläche
wird jedoch oftmals eine sehr unregelmäßige Topographie der oberen
Oberfläche
auf einem Mikroplättchen
mit Beulen, Bereichen mit unregelmäßigen Erhebungen, Mulden, Furchen
und anderen ähnlichen
Arten von Oberflächenfehlern
hinterlassen. Das gesamte Planen solcher Oberflächen ist notwendig, um eine
angemessene Schärfentiefe
während
der Photolithographie sicherzustellen, sowie das Entfernen aller Unregelmäßigkeiten
und Oberflächenfehler
während der
aufeinanderfolgenden Stufen des Herstellungsverfahrens.
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Obwohl
es mehrere Techniken zur Sicherstellung der Planheit der Mikroplättchenoberfläche gibt,
sind Verfahren zum chemisch-mechanischen Planen oder Poliertechniken
zu weitverbreiteter Verwendung gelangt. Mit den Polierplantechniken
wird die Oberfläche
von Mikroplättchen
während
der verschiedenen Stufen der Herstellung der Vorrichtung zur Verbesserung
von Ausbeute, Leistung und Zuverlässigkeit geplant. Im allgemeinen
umfasst das chemisch-mechanische Polieren („CMP") die kreisförmige Bewegung eines Mikroplättchens
unter einem kontrollierten, nach unten gerichteten Druck mit einem
Polierkissen, welches mit einem herkömmlichen, typischerweise chemisch
aktiven Polierschlamm gesättigt
ist.
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Damit
mit chemisch-mechanischem Polieren und anderen Poliertechniken wirksames
Planen möglich
ist, wird die Schlammzufuhr und -verteilung auf der Polieroberfläche wichtig.
Chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen umfassen typischerweise
eine Vielfalt von Bestandteilen, einschließlich Oxidationsmitteln, Filmbildungsmitteln, Korrosionsschutzmitteln,
Schleifmitteln usw. In dem kürzlich
erteilten U.S.-Patent Nr. 5,958,288 sind Polierzusammensetzungen
offenbart, die Katalysatoren mit mehrfachen Oxidationszuständen aufweisen.
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Die
Integration von Schleifmittelpartikeln in Polierkissen ist in mehreren
U.S.-Patenten einschließlich
den U.S.-Patenten Nr. 5,849,051 und 5,849,052 offenbart. Zusätzlich wurden
massive Metallkatalysatoren in Polierkissen integriert, wie in dem U.S.-Patent
Nr. 5,948,697 beschrieben. Die Katalysatoren, die in die Polierkissen
integriert sind, die in dem U.S.-Patent Nr. 5,948,697 beschrieben
sind, werden zum Katalysieren von Halbleiterpolieren nach dem Aufbringen
einer elektrischen Vorspannung auf dem Halbleiter verwendet.
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Trotz
dieser Fortschritte in Bezug auf chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen
und Polierkissen bleibt ein Bedürfnis
nach Polierkissen mit verbesserter Polierleistung bestehen. Es besteht auch
ein Bedürfnis
nach neuen Verfahren zum Polieren von Schichten von integrierten
Schaltungen und anderen elektronischen Bauteilen, die zuverlässig und
reproduzierbar sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung umfasst ein Polierkissen gemäß den Merkmalen von Anspruch
1.
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Die
Erfindung umfasst auch ein Polierkissen zum chemisch-mechanischen
Polieren, welches ein Polierkissensubstrat, ein Schleifmittel, einen
löslichen
Katalysator mit mehrfachen Oxidationszuständen aufweist, der aus Eisen
und Kupfer ausgewählt ist,
der die Reak tion eines Oxidationsmittels katalysiert, und wobei
das Metall eines Substratmetallmerkmals poliert wird.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Polieren eines Metallmerkmals
auf einer Substratoberfläche
gemäß den Merkmalen
von Anspruch 19.
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BESCHREIBUNG
DER AKTUELLEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator, der Polierkissen
umfasst, die ein Polierkissensubstrat und mindestens einen Katalysator
mit mehrfachen Oxidationszuständen
umfassen. Die einen Katalysator umfassenden Polierkissen sind zum chemisch-mechanischen Polieren
(CMP) von einem oder mehreren Metallmerkmalen verwendbar, die mit integrierten
Schaltungen und anderen elektronischen Vorrichtungen in Verbindung
stehen.
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Die
einen Katalysator umfassenden Polierkissen dieser Erfindung umfassen
ein Polierkissensubstrat und mindestens einen Katalysator. Das Polierkissensubstrat
kann jeder Art von Polierkissensubstrat entsprechen, die zum chemisch-mechanischen
Polieren verwendbar ist. Typische Polierkissensubstrate, die für Polieranwendungen
wie zum Beispiel chemisch-mechanisches Polieren erhältlich sind,
werden unter Verwendung von weichen und/oder harten Werkstoffen
hergestellt, und können in
mindestens vier Gruppen unterteilt werden: (1) mit Polymeren imprägnierte
Gewebe; (2) feinporige Folien; (3) zellenförmige Polymerschäume und
(4) feinporige gesinterte Substrate. So stellt zum Beispiel ein Kissensubstrat,
welches mit Polyurethanharz imprägniertes
Polyester-Verbundgewebe enthält,
die erste Gruppe dar. Polierkissensubstrate der zweiten Gruppe bestehen
aus feinporigen Urethanfolien, die als Beschichtung auf einen Basiswerkstoff
aufgetragen sind, der oftmals ein imprägniertes Gewebe der ersten
Gruppe ist. Diese feinporigen Folien bestehen aus einer Reihe vertikal
ausgerichteter, geschlossener und zylindrischer Poren. Polierkissen
der dritten Gruppe sind Polymerschäume mit geschlossenen Zellen
mit einer Großporigkeit,
die in allen drei Dimensionen auf Zufallsbasis und gleichmäßig verteilt sind.
Polierkissensubstrat der vierten Gruppe sind feinporige Substrate
mit offenen Zellen, die gesinterte Partikel aus Kunstharz aufweisen,
Repräsentative Beispiele
von in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polierkissen sind
in den U.S.-Patenten Nr.
4,728,552, 4,841,680, 4,972,432, 4,954,141, 5,020,283, 5,197,999,
5,212,910, 5,297,364, 5,394,655, 5,489,233 und 6,062,968 beschrieben.
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Bei
dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Polierkissensubstrat
kann es sich um eines der oben beschriebenen Substrate handeln.
Zusätzlich
kann das Polierkissensubstrat aus einem anderen Werkstoff als aus
einem Polymer, wie zum Beispiel aus Zellulosegewebe oder anderen
Werkstoffen hergestellt sein, die auf diesem Gebiet als für chemisch-mechanisches
Polieren verwendbar bekannt sind. Es ist von Bedeutung, dass das
ausgewählte Poliersubstrat
mit mindestens ei nem Katalysator kombinierbar sein muss, um ein
Polierkissen auszubilden, welches einen Katalysator umfasst.
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Die
Polierkissen dieser Erfindung umfassen mindestens einen Katalysator.
Der Zweck des Katalysators besteht in der Übertragung von Elektronen von
dem oxidierten Metall zu dem Oxidationsmittel (oder analog in der Übertragung
von elektrochemischem Strom von dem Oxidationsmittel zu dem Metall).
Der ausgewählte
Katalysator oder die Katalysatoren können metallisch, nichtmetallisch
oder eine Kombination derselben sein, und der Katalysator muss mehrfache
Oxidationszustände
umfassen. Das heißt,
der Katalysator muss in der Lage sein, Elektronen effizient und
schnell zwischen dem Oxidationsmittel und dem Metall einer Substratmetallfunktion
zu verschieben, um chemisch-mechanisches Polieren zu katalysieren.
Die Katalysatoren sind vorzugsweise metallische oder nichtmetallische
Verbindungen. Der Begriff „metallisch" betrifft eines oder
mehrere Metalle in ihrem Elementarzustand. Typischerweise sind Metallkatalysatoren
als kleine Metallpartikel in den Polierkissensubstraten integriert.
Der Begriff „nichtmetallisch", wie er in diesem
Dokument verwendet wird, betrifft Metalle, die in eine Verbindung
integriert sind, um eine Metallverbindung auszubilden, wobei das
Metall nicht in seinem Elementarzustand vorhanden ist. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Katalysator um eine oder mehrere lösliche Metallverbindungen,
die ein Metall umfassen, welches mehrfache Oxidationszustände umfasst,
welches aus der aus Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Nb, Nd, Ni, Os,
Pd, Rh, Ru, Sc, Sm, Sn, Ta, Ti, V, W bestehenden Gruppe und Kombinationen
derselben ausgewählt
ist. Der Begriff „mehrfache
Oxidationszustände" betrifft ein Atom
oder eine Verbindung, die eine Valenzzahl aufweist, die als Ergebnis
eines Verlustes einer oder mehrerer negativer Ladungen in Form von
Elektronen erhöht
werden kann. Am meisten bevorzugte Katalysatoren sind Verbindungen
von Ag, Cu und Fe und Mischungen derselben. Insbesondere bevorzugte
Katalysatoren sind Verbindungen von Fe wie zum Beispiel Eisen(III)-nitrat,
sind jedoch nicht darauf begrenzt.
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Der
Katalysator kann in dem Polierkissensubstrat in einer Menge vorhanden
sein, die zur Verbesserung des Polierens einer Metallsubstratschicht genügt, wenn
das Kissen mit einer wässrigen
Polierzusammensetzung verwendet wird, die ein Oxidationsmittel aufweist.
Dies wird typischerweise erfordern, dass das einen Katalysator umfassende
Polierkissen in der Lage ist, eine Menge an löslichem Metallkatalysator an
der Schnittstelle zwischen der Kissenoberfläche und dem polierten Metallmerkmal
im Bereich von 0,0001 bis 2,0 Gewichts-% abzugeben. Noch vorteilhafter
liegt die Menge an Katalysator an der Metalloberflächenschnittstelle
im Bereich von 0,001 bis 1,0 Gewichts-%. Um die erforderliche Menge
an Katalysator an die Kissenoberflächen-/Metallschichtschnittstelle
abzugeben, sollte das einen Katalysator umfassende Polierkissen
eine Menge an Katalysator im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 30 Gewichts-%
umfassen. Vorzugsweise ist der Katalysator in dem einen Katalysator
umfassenden Polierkissen in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 10,0
Gewichts-%, am vorteilhaftesten in einer Menge im Bereich von 1,0
bis 5,0 Gewichts-% vorhanden. Bei diesem bevorzugten Katalysatoreintragsniveau,
und wenn ein Oxidationsmittel wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid,
Harnstoff-Wasserstoffperoxid
oder Monopersulfat verwendet wird, wird der chemisch-mechanische
Poliervorgang im Wesentlichen metall- und „metallionenfrei".
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Die
Konzentrationsbereiche von Katalysatoren in dem Polierkissensubstrat
dieser Erfindung werden im Allgemeinen in Form von Gewichts-% der gesamten
Verbindung angegeben. Die Verwendung von metallhaltigen Verbindungen
mit hohem Molekulargewicht, die nur einen kleinen Gewichtsprozentsatz
an Katalysator enthalten, liegt deutlich innerhalb des Umfangs von
bei dieser Erfindung verwendbaren Katalysatoren. Daher umfasst der
Begriff Katalysator bei Verwendung in diesem Dokument auch Verbindungen,
bei denen das Katalysatormetall weniger als 10 Gewichts-% des Metalls
in der Zusammensetzung enthält,
wobei die Metallkatalysatorkonzentration an der Kissen-Metallschnittstelle
in Mengen von 2 bis 3000 ppm des Gesamtschlammgewichtes vorhanden
ist.
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Das
in Verbindung mit den Polierkissen dieser Erfindung, die einen Katalysator
umfassen, verwendete Oxidationsmittel sollte ein elektrochemisches
Potential aufweisen, welches größer als
das zum Oxidieren des Katalysators notwendige elektrochemische Potential
ist. Beispielsweise ist ein Oxidationsmittel mit einem Potential
größer als
0,771 Volt gegenüber
einer normalen Wasserstoffelektrode notwendig, wenn ein Hexa-Wasser-Eisen-Katalysator von
Fe(II) zu Fe(III) oxidiert wird. Wenn ein Wasser-Kupfer-Komplex
verwendet wird, ist ein Oxidationsmittel mit einem Potential größer als
0,153 Volt gegenüber
einer normalen Wasserstoffelektrode notwendig, um Cu(I) zu Cu(II)
zu oxidieren. Diese Potentiale gelten nur für spezifische Komplexe und
können sich
nach der Beimischung von Zusätzen
wie beispielsweise von Liganden (Komplexbildnern) zu den Zusammensetzungen
dieser Erfindung ändern,
wie dies auch bei den verwendbaren Oxidationsmitteln der Fall ist.
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Das
Oxidationsmittel ist vorzugsweise eine anorganische oder organische
Perverbindung. Eine Perverbindung, wie sie in Hawley's Condensed Chemical
Dictionary definiert wird, ist eine Verbindung, die mindestens eine
Peroxy-Gruppe (-O-O-) oder eine Verbindung enthält, die ein Element in seinem höchsten Oxidationszustand
aufweist. Beispiele von Verbindungen, die mindestens eine Peroxy-Gruppe enthalten,
umfassen Wasserstoffperoxid und dessen Addukte wie zum Beispiel
Harnstoff-Wasserstoffperoxid und Percarbonate, organische Peroxide
wie zum Beispiel Benzoylperoxid, Peroxymonoessigsäure und
Di-t-Butyl-Peroxid, Monopersulfate (SO5 =), Dipersulfate (S2O8 =) und Natriumperoxid,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Beispiele von Verbindungen, die ein Element in seinem höchsten Oxidationszustand
aufweisen, umfassen Überjodsäure, Periodatsalze,
Perbromsäure,
Perbromatsalze, Perchlorsäure,
Perchlor salze, Perborsäure
und Perboratsalze und Permanganate, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele
von Nicht-Perverbindungen, welche die elektrochemischen Potentialanforderungen erfüllen, umfassen
Bromate, Chlorate, Chromate, Jodate, Jodsäure und Cerium(IV)-Verbindungen wie beispielsweise
Ammoniumceriumnitrat, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Die
bevorzugtesten Oxidationsmittel sind Wasserstoffperoxid und dessen
Addukte, Monopersulfate und Dipersulfate.
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Die
Polierkissen dieser Erfindung, die einen Katalysator umfassen, werden
mit mindestens einem Oxidationsmittel verwendet, um mit elektrischen
Substraten wie zum Beispiel integrierten Schaltungen verbundene
Metallmerkmale zu planen. Die elektrischen Substrate können eines
oder mehrere Merkmale umfassen. Jedes Metallmerkmal auf der Oberfläche des
Substrates kann aus beliebigen Metallen und Legierungen ausgewählt werden,
die bei der Herstellung von elektronischen Substraten verwendbar
sind. Vorzugsweise umfassen die Metallmerkmale ein aus der aus Titan,
Titanlegierungen, Titannitrid, Wolfram, Wolframlegierungen, Kupfer,
Kupferlegierungen, Tantal, Tantallegierungen und Kombinationen derselben
ausgewähltes
Metall.
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Der
Katalysator des einen Katalysator umfassenden Polierkissens dieser
Erfindung arbeitet mit einem Oxidationsmittel, um ein wirksames
chemisch-mechanisches
Polieren einer Metalloberfläche zu
för dern.
Im Allgemeinen wird das einen Katalysator umfassende Polierkissen
mit der polierten Metallfläche
in Kontakt gebracht, und wird im Verhältnis zu der Metalloberfläche bewegt.
Das typischerweise als eine wässrige
Lösung
eingeführte
Oxidationsmittel muss an der Schnittstelle zwischen der Oberfläche des
einen Katalysator umfassenden Polierkissens und der polierten Metallschicht
vorhanden sein, um es dem Katalysator zu ermöglichen, die Oxidation der Metallmerkmaloberfläche durch
das ausgewählte Oxidationsmittel
zu katalysieren.
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Das
Oxidationsmittel kann alleine in einer Polierzusammensetzung oder
in Kombination mit anderen Polierzusammensetzungszusätzen verwendet werden.
Typischerweise ist das Oxidationsmittel in einer wässrigen
Lösung
in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 50,0 Gewichts-% vorhanden.
Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel in einer Lösung vorhanden, die auf die
Kissen-/Metallschnittstelle
aufgetragen wird, um an der Kissenschnittstelle eine Menge an Oxidationsmittel
im Bereich von 1,0 bis 10,0 Gewichts-% bereitzustellen. Zum Zwecke
dieses Auftragens wird die Menge an Oxidationsmittel, Katalysator
oder jedem anderen Bestandteil an der Kissen-/Metallmerkmalschnittstelle
durch Messen der Konzentration des Katalysators, Oxidationsmittels usw.
in der Polierzusammensetzung an dem Austrittspunkt aus der verwendeten
Poliermaschine bestimmt.
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Andere
gut bekannte Polierzusammensetzungszusätze können alleine oder in Kombination
in die che misch-mechanische Polierzusammensetzung dieser Erfindung
integriert werden. Solche Zusätze umfassen
anorganische Säuren,
organische Säuren, Alkylammoniumsalze
oder Hydroxide, Dispersionsmittel, Filmbildungsmittel, Inhibitoren,
Polierbeschleuniger usw.
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Damit
das chemisch-mechanische Polieren am wirksamsten durchgeführt wird,
wird gewöhnlich ein
Schleifmittel verwendet, um chemisch veränderte Werkstoffe von der Oberfläche der
polierten Metallschicht abzutragen. Das Schleifmittel kann in eine Lösung integriert
werden (mit oder ohne Oxidationsmittel), die auf die Schnittstelle
zwischen dem einen Katalysator umfassenden Polierkissen auf der
Metallsubstratoberfläche
aufgetragen wird, das Schleifmittel kann in das einen Katalysator
umfassende Polierkissen integriert werden, oder es kann eine Kombination
von beiden Schleifmittelabgabeverfahren verwendet werden. Das Schleifmittel
ist typischerweise ein Metalloxidschleifmittel. Das Metalloxidschleifmittel
kann aus der Aluminiumoxid, Titanerde, Zirkonoxid, Germanium, Kieselerde,
Zer(IV)-oxid und Mischungen derselben umfassenden Gruppe ausgewählt sein.
Das die Lösung
oder den Katalysator umfassende Polierkissen weist vorzugsweise
etwa 1,0 bis etwa 20,0 Gewichts-% oder mehr eines Schleifmittels
auf. Noch vorteilhafter weist die Schleifmittellösung oder das Polierkissen
von 3,0 bis 6,0 Gewichts-% Schleifmittel auf, wobei Kieselerde das
bevorzugteste Schleifmittel ist.
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Die
Katalysatoren können
in das Polierkissensubstrat durch jedes in dem Bereich bekannte Verfahren
zur Integration eines Feststoff- oder Flüssigpartikelwerkstoffes in
einem Polymersubstrat so integriert werden, dass das Laugen, die
Entwicklung oder die Freilegung des Katalysators von einem Polymersubstrat
ermöglicht
wird. Beispiele von Verfahren zur Integration des Katalysators in
ein Polierkissensubstrat umfassen die Verkapselung, Integration von
Zeitverzögerungskatalysatorpartikeln
in das Polierkissensubstrat, Imprägnierung, Erzeugung eines Polymer-/Katalysatorkomplexes,
Integration des Katalysators als ein kleines Molekül in die
Polierkissensubstratpolymermatrix, Einleiten des Katalysators als ein
Salz in das Polierkissensubstrat während seiner Herstellung, Integration
einer löslichen
oder laugbaren Form von Katalysator in das Polierkissensubstrat,
oder beliebige Kombinationen dieser Verfahren. Die Auswahl des Verfahrens
zur Integration eines Katalysators in ein Polierkissensubstrat ist
natürlich
von dem ausgewählten
Katalysator abhängig.
Wenn der Katalysator ein Metallpartikelkatalysator ist, wird der Katalysator
typischerweise durch Imprägnierung oder
während
der Kissenherstellung in das Polierkissensubstrat integriert.
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Bei
einem Verfahren zur Integration eines Katalysators in Form einer
löslichen
oder unlöslichen Metallverbindung
in ein Polierkissensubstrat kann der Katalysator innerhalb von während der
Herstellung der Kissensubstratpolymermatrix erzeugten Hohlräumen als unlöslicher,
halblöslicher
oder löslicher
Werkstoff verkapselt werden. Alternativ kann der Katalysator in
die Polymervorstufe integriert werden, bevor er in eine Matrix polymerisiert
wird, wodurch es ermöglicht
wird, dass das Kissensubstratpolymer den Katalysator in die Polymermatrix
integrieren und sichern kann.
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Eine
weitere Alternative besteht in der Integration eines löslichen
Metallkatalysators in zeitverzögert
freigegebenen Partikeln und in der Integration der zeitverzögert freigegebenen
Partikel in dem Kissensubstrat durch Verkapselung, wie oben beschrieben.
Typischerweise wird ein zeitverzögert
freigegebener Katalysator einen löslichen Metallkatalysator aufweisen,
der von einem pH-Wert-abhängigen
Bindemittel umgeben, oder darin integriert ist. Der lösliche Metallkatalysator
wird durch den Kontakt des einen Katalysator umfassenden Polierkissens
mit einer Lösung
freigesetzt, die einen pH-Wert aufweist, der das pH-Wert-abhängige Bindemittel
löst, um
den Katalysator während
des Poliervorganges über
die Zeit steuerbar freizugeben.
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Bei
einer weiteren Alternative können
die Katalysatoren dieser Erfindung in ein Kissensubstrat integriert
werden, nachdem das Kissensubstrat hergestellt wurde. Ein Verfahren
zur Integration des Katalysators in ein vorgefertigtes Kissensubstrat
besteht in der Imprägnierung
des Kissens mit einem Katalysator unter Verwendung herkömmlicher
Imprägnierungstechniken.
Die Imprägnierung
kann durch die Zubereitung ei ner Katalysatorlösung und das Auftragen der
Katalysatorlösung
auf das Polierkissen, und danach Trocknen des Polierkissens erfolgen.
Ein Vorteil der Imprägnierungstechnik
besteht darin, dass die Kissen wieder mit Katalysator imprägniert werden
können,
sobald der Katalysator in dem einen Katalysator umfassenden Polierkissen
so weit abgebaut ist, dass er nicht mehr wirksam ist. Auf diese Weise
kann das Polierkissen wiederverwendet werden, bis das Polierkissensubstrat
versagt.
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Einen
Katalysator umfassende Polierkissen dieser Erfindung werden zum
Planen von Substratmetallmerkmalen während der Herstellung integrierter
Schaltungen verwendet. Der Begriff „Metallmerkmal" betrifft einen freigelegten
Metallabschnitt der polierten Substratoberfläche. Ein Substrat kann eines oder
mehrere Metallmerkmale aufweisen. Der Begriff „Metallmerkmal" umfasst auch Substrate,
bei denen die gesamte Oberfläche
des Substrates aus einem einzigen Metall oder Legierung besteht.
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Die
einen Katalysator umfassenden Polierkissen werden gemeinsam mit
einer Poliermaschine verwendet und dann mit der polierten Oberfläche in Kontakt
gebracht. Typischerweise wird eine wässrige Lösung oder Polierzusammensetzung
mit einem Oxidationsmittel auf dem Kissen aufgetragen, entweder bevor
das Kissen mit dem polierten Substrat in Kontakt gebracht wird,
während
der Zeitdauer, während der
das einen Katalysator umfassende Polierkissen mit der polierten
Substrat oberfläche
in Kontakt gebracht wird, oder beides. Alternativ oder zusätzlich zu den
soeben beschriebenen Verfahren kann die wässrige Polierlösung oder
-zusammensetzung direkt auf die Substratoberfläche aufgetragen werden, wo
ihre Reaktion mit der Metalloberfläche durch den Katalysator in
dem einen Katalysator umfassenden Polierkissen katalysiert wird.
Wie oben erwähnt,
kann ein Schleifmittel optional in die Oxidationsmittellösung integriert
werden, oder ein Schleifmittel kann in das einen Katalysator umfassende
Polierkissen integriert werden. Sobald das einen Katalysator umfassende Polierkissen,
das Oxidationsmittel und das optionale Schleifmittel an der Polierkissen-/Substratschnittstelle
positioniert sind, wird das einen Katalysator umfassende Polierkissen
im Verhältnis
zu der metallhaltigen Substratschicht gedreht, um die Metallschicht
zu planen. Wenn das Planen fertig ist, wird das einen Katalysator
umfassende Polierkissen außer
Kontakt mit der Substratoberfläche
gebracht.
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BEISPIEL 1
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Mit
diesem Beispiel wurde die Polierleistung von Kissen mit und ohne
Katalysatoren bewertet. Bei dem verwendeten Kissen handelte es sich
um ein von Rodel hergestelltes IC1000-Polierkissen. Das Kissen wurde
zum Polieren von quadratisch geschnittenen Bereichen mit einer Größe von 1
Inch von Siliziummikroplättchen
mit einer Wolframfilmablagerung verwendet. Bei dem ersten Satz von
Tests wurde ein Polierschlamm mit 5 Gewichts-% Kieselerde und 4
Gewichts-% Was serstoffperoxid verwendet. Das Polieren wurde auf
einer von Struers, West Lake, Ohio, hergestellten Tischpoliermaschine
durchgeführt.
Bei der Tischpoliermaschine wurde eine Rotopol 31-Basis und eine
Rotoforce 3-Anpressdruckeinheit verwendet. Die Plattengeschwindigkeit
betrug 150 U/min. Die Polierträgergeschwindigkeit
betrug 150 U/min. und die Schlammdurchsatzrate betrug 100 ml/min.
Die verwendete Polierkraft betrug 50 n. Fünf Mikroplättchen wurden unter diesen
Bedingungen getestet, wobei die durchschnittliche Polierrate 270 Å/min, betrug.
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Dasselbe
Polierkissen wurde dann in einer 10 Gewichts-%-Lösung eines Katalysators aus
Eisen(III)-nitrat
getränkt.
Das Polierkissen wurde dann unter Verwendung des Polierschlammes,
der Poliermaschine und unter den oben beschriebenen Polierbedingungen
zum Polieren von quadratisch geschnittenen Bereichen mit einer Größe von 1
Inch von Siliziummikroplättchen
verwendet. 7 Mikroplättchen wurden
in diesem Lauf mit einer durchschnittlichen Polierrate von 652 Å/min. poliert.
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In
einem dritten Lauf wurde dasselbe Polierkissen dann in einer 10
Gewichts-%-Lösung
eines Katalysators aus Eisen(III)-nitrat während einer Zeitdauer von etwa
18 Stunden getränkt,
wobei man es dann 24 Stunden trocknen ließ. Das Polierkissen wurde nach
dem Trocknen und vor dem Polieren konditioniert. Das Kissen wurde
dann mit einer durchschnittlichen Polierrate von 489 Å/min. zum
Polieren von 5 Mikroplättchen
verwendet.
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Die
Polierergebnisse zeigen, dass durch die Verwendung eines Polierkissens
mit einem Katalysator, in diesem Fall ein Eisen(III)-nitratkatalysator,
zum Polieren einer Substratschicht verbesserte Polierergebnisse
im Vergleich zu einem Polierkissen ohne einen Katalysator bereitgestellt
werden.