DE69734138T2

DE69734138T2 - Suspension zum chemisch-mechanischen Polieren von Kupfersubstraten

Info

Publication number: DE69734138T2
Application number: DE69734138T
Authority: DE
Inventors: Vlasta Brusic Geneva Kaufman; Rodney C. St. Charles Kistler; Shumin Naperville Wang
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Current assignee: CMC Materials LLC
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2017-12-06
Also published as: EP1559762B1; EP0846742B1; IL130393A0; DK0846742T3; AU5373998A; JPH1121546A; EP0846742A2; US6309560B1; EP1559762A2; JP4494538B2; MY185089A; KR20000057476A; EP0846742A3; ATE304040T1; KR100690470B1; ES2248831T3; MY134702A; EP1559762A3; TW419714B; DE69734138D1

Description

(1) Anwendungsbereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen chemisch-mechanischen Polierschlamm, der einen Komplexbildner, mindestens ein Oxidationsmittel, mindestens ein Schleifmittel und ein Filmbildungsmittel aufweist. Der chemischmechanische Polierschlamm ist zum Polieren von mit der Halbleiterherstellung in Zusammenhang stehenden Metallschichten und Dünnfilmen verwendbar. Genauer ausgedrückt betrifft diese Erfindung einen Polierschlamm, der insbesondere zum Polieren von Mehrfachmetallschichten und Dünnfilmen geeignet ist, wobei eine der Schichten oder einer der Filme aus Kupfer oder aus einer kupferhaltigen Legierung besteht.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
Integrierte Schaltungen bestehen aus Millionen aktiver, in oder auf einem Siliziumsubstrat ausgebildeter Vorrichtungen. Die aktiven Vorrichtungen, die anfangs voneinander isoliert sind, werden miteinander verbunden, um funktionale Schaltungen und Komponenten auszubilden. Die Vorrichtungen sind durch die Verwendung gut bekannter Mehrebenenverdrahtungen miteinander verbunden. Verdrahtungsstrukturen weisen normalerweise eine erste Metallisierungsschicht, eine Verdrahtungsschicht, eine zweite Metallisierungsebene und manchmal eine dritte, und nachfolgende Metallisierungsebene auf. Dielektrische Zwischenebenen wie zum Beispiel dotiertes und undotiertes Siliziumdioxid (SiO₂), werden zur elektrischen Isolation der verschiedenen Metallisierungsebenen in einem Siliziumsubstrat oder -quelle verwendet. Die elektrischen Verbindungen zwischen verschiedenen Verdrahtungsebenen werden durch die Verwendung von metallisierten Durchgängen hergestellt. In dem U.S.-Patent Nr. 4,789,648, welches in diesem Dokument per Bezugnahme integriert ist, ist ein Verfahren zur Herstellung von Mehrfachmetallisierungsschichten und metallisierten Durchgängen in Isolatorfilmen beschrieben. Auf ähnliche Weise werden Metallkontakte zur Bildung elektrischer Verbindungen zwischen in einer Quelle ausgebildeten Verdrahtungsebenen und Vorrichtungen verwendet. Die Metalldurchgänge und – kontakte können mit verschiedenen Metallen und Legierungen gefüllt sein, die Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantal (Ta), Aluminiumkupfer (Al-Cu), Aluminiumsilizium (Al-Si), Kupfer (Cu), Wolfram (W) und Kombinationen derselben umfassen. Bei den Metalldurchgängen und -kontakten wird im Allgemeinen eine Adhäsionsschicht wie zum Beispiel aus Titannitrid- (TiN) und/oder Titan (Ti) verwendet, um die Durchgangsmetalle zum Anhaften an dem SiO₂-Substrat zu veranlassen. Auf der Kontaktebene funktioniert der Sperrfilm als eine Diffusionsbarriere, um ein Reagieren des Füllmetalls mit SiO₂ zu vermeiden.
Bei einem Halbleiterherstellungsverfahren werden Metalldurchgänge und/oder -kontakte durch eine dünnflächige Metallablagerung ausgebildet, woraufhin ein chemisch-mechanischer (CMP) Polierschritt folgt. Bei einem typischen Verfahren werden Durchgangslöcher durch einen Zwischenebenen-Nichtleiter/Interlevel Dielectric (ILD) zu Zwischenebenenleitungen oder zu einem Halbleitersubstrat geätzt. Danach wird im Allgemeinen über dem Zwischenebenen-Nichtleiter eine dünne Adhäsionsschicht wie zum Beispiel aus Titannitrid und/oder Titan ausgebildet und in das geätzte Durchgangsloch geleitet. Dann wird ein Metallfilm über der Adhäsionsschicht und in das Durchgangsloch hinein dünnflächig abgelagert. Die Ablagerung wird so lange fortgesetzt, bis das Durchgangsloch mit dem dünnflächig abgelagerten Metall gefüllt ist. Schließlich wird das überschüssige Metall durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) entfernt, um Metalldurchgänge auszubilden. Verfahren zur Herstellung und/oder für chemischmechanisches Polieren (CMP) von Zwischenebenen-Nichtleitern sind in den U.S.-Patenten Nr. 4,671,851, 4,910,155 und 4,944,836 offenbart.
Bei einem typischen chemisch-mechanischen Polierverfahren wird das Substrat in direktem Kontakt mit einem sich drehenden Polierkissen positioniert. Ein Träger übt Druck auf die Rückseite des Substrates aus. Wäh rend dem Poliervorgang werden das Kissen und der Tisch gedreht, während eine nach unten gerichtete Kraft gegen die Rückseite des Substrates aufrechterhalten wird. Eine schleifende und chemisch reagierende Lösung, die im Allgemeinen als „Schlamm" bezeichnet wird, wird während dem Polieren auf dem Kissen abgelagert. Der Schlamm startet den Poliervorgang, indem er mit dem gerade polierten Film chemisch reagiert. Der Poliervorgang wird durch die Drehbewegung des Kissens im Verhältnis zu dem Substrat erleichtert, wenn Schlamm auf die Grenzfläche zwischen Mikroplättchen und Kissen aufgetragen wird. Der Poliervorgang wird auf diese Weise fortgesetzt, bis der gewünschte Film auf dem Isolator abgetragen ist. Die Schlammzusammensetzung ist ein bedeutender Faktor bei dem chemischmechanischen Polierschritt. In Abhängigkeit von der Wahl des Oxidationsmittels, des Schleifmittels und anderer verwendbarer Zusätze kann der Polierschlamm so anwendungsspezifisch angefertigt sein, dass er ein wirksames Polieren von Metallschichten mit erwünschten Polierraten bietet, während er gleichzeitig Oberflächenfehler, -defekte, -korrosion und -erosion minimiert. Darüber hinaus kann der Polierschlamm verwendet werden, um für andere, bei der aktuellen integrierten Schaltungstechnologie verwendete Dünnfilmmaterialien, wie zum Beispiel Titan, Titannitrid und dgl. gesteuerte Polierselektivitäten bereitzustellen.
Typische chemisch-mechanische Polierschlämme enthalten einen Schleifwerkstoff, zum Beispiel Kieselerde oder Aluminiumoxid, der in einem oxidierenden wässrigen Me dium schwebt. In dem U.S.-Patent Nr. 5,244,523 von Yu et al. wird zum Beispiel ein Aluminiumoxid, Wasserstoffperoxid und entweder Kalium oder Ammoniumhydroxid enthaltender Schlamm erwähnt, der zur Abtragung von Wolfram mit vorhersagbaren Raten verwendbar ist, wobei nur wenig von der darunter liegenden Isolierschicht entfernt wird. In dem U.S.-Patent Nr. 5,209,816 von Yu et al. ist ein Schlamm offenbart, der Perchlorsäure, Wasserstoffperoxid und einen festen Schleifwerkstoff in einem wässrigen Medium enthält. In dem U.S.-Patent Nr. 5,340,370 von Cadien und Feller ist ein Wolfram-Polierschlamm offenbart, der etwa 0,1M rotes Blutlaugensalz, etwa 5 Gewichts-% Kieselerde und Kaliumacetat enthält. Essigsäure wird beigemischt, um den pH-Wert auf etwa 3,5 zu puffern.
In dem U.S.-Patent Nr. 4,789,648 von Beyer et al. ist eine Schlammformulierung unter Verwendung von Aluminiumoxidschleifmitteln in Verbindung mit Schwefel-, Salpeter- und Essigsäuren und entionisiertem Wasser beschrieben. In den U.S.-Patenten Nr. 5,391,528 und 5,476,606 sind Schlämme zum Polieren-eines aus Metall und Kieselerde bestehenden Verbundwerkstoffes offenbart, der ein wässriges Medium, Schleifpartikel und ein Anion umfasst, welches die Rate der Kieselerdeabtragung steuert. Weitere Polierschlämme zur Verwendung bei chemisch-mechanischen Polieranwendungen sind in dem U.S.-Patent Nr. 5,527,423 von Neville et al., U.S.-Patent 5,354,490 von Yu et al., U.S.-Patent Nr. 5;340,370 von Cadien et al., U.S.-Patent Nr. 5,209,816 von Yu et al, U.S.-Patent Nr. 5,157,876 von Medellin, U.S.-Patent Nr. 5,137,544 von Medellin und U.S.-Patent Nr. 4,956,313 von Cote et al beschrieben.
In der EP 0 831 136 sind Polierschlämme mit mindestens zwei Oxidationsmitteln und zusätzlich einer organischen Säure und einem Schleifmittel, und deren Verwendung zur Abtragung von Titan, Titannitrid oder einer Aluminiumlegierung von einem Substrat offenbart. In der WO 96/16436 ist ein Polierschlamm offenbart, der Schleifpartikel mit einem kleinen mittleren Durchmesser enthält, die vor ihrer Kombination mit einem Oxidationsmittel mit einem grenzflächenaktiven Suspensionsmittel vorgemischt werden.
Beim Stand der Technik werden verschiedene Mechanismen offenbart, durch die Metalloberflächen mit Schlämmen poliert werden können. Die Metalloberfläche kann unter Verwendung eines Schlammes poliert werden, bei dem keine Deckschicht ausgebildet wird, wobei in diesem Fall der Vorgang mit der mechanischen Abtragung von Metallpartikeln und ihrer Auflösung in dem Schlamm fortgesetzt wird. Bei einem solchen Mechanismus sollte die chemische Auflösungsrate gering sein, um Nassätzen zu vermeiden. Ein bevorzugterer Mechanismus ist jedoch einer, bei dem eine dünne abschleifbare Schicht ununterbrochen durch die Reaktion zwischen der Metalloberfläche und einer oder mehreren Komponenten in dem Schlamm, wie zum Beispiel einem Komplexbildner und/oder einer Filmbildungsschicht ausgebildet wird. Die dünne abschleifbare Schicht wird dann durch mechanische Einwirkung gesteuert abgetragen. Sobald der me chanische Vorgang angehalten ist, verbleibt ein dünner passiver Film auf der Oberfläche und steuert den Nassätzvorgang. Die Steuerung des chemisch-mechanischen Poliervorganges ist viel leichter, wenn das Polieren mit einem chemisch-mechanischen Polierschlamm unter Verwendung dieses Mechanismus durchgeführt wird.
Bemühungen zur Entwicklung von Kupferschlämmen zum chemisch-mechanischen Polieren sind in der Literatur offenbart. Der RPI-Ansatz (J. M. Steigerwald et al, Electrochemical Potential Measurements during the Chemical-Mechanical Polishing of Copper Thin Films/Elektrochemische Potentialmessungen während dem chemisch-mechanischen Polieren von Kupferdünn filmen, Mat. Res. Soc. Symp. 337, 133, (1994)) konzentriert sich auf die Verwendung von Ammoniumverbindungen (Ammoniumnitrat, Chlorid, Hydroxid), Salpetersäure und Aluminiumschleifmittel. Es wird angenommen, dass die Kupferauflösung von 2 nm/min. (nach elektrochemischer Messung) von einer filmfreien Fläche erfolgt. Es wird jedoch berichtet, dass die Polierraten über 400 nm/min. liegen. Die Diskrepanz wird erklärt, indem der mechanischen Einwirkung in Bezug auf die Ausbildung von Cu-Ablagerungen Bedeutung zugemessen wird, die dann durch eine Lösung aufgelöst werden. Es sind keine Selektivitätsfaktoren gegeben.
In Q. Luo et al. Chemical-Mechanical Polishing of Copper in Acidic Media Proceedings/Chemisch-mechanisches Polieren von Kupfer in sauren Medien, Verfahren – First International Chemical-Mechanical Polish (CMP) for VLSI/LSI Multilevel Interconnection Conference (CMP-MIC)/Erste Internationale Konferenz für chemisch-mechanisches Polieren bzw. VLSI/LSI-Mehrebenenverdrahtung (CMP-MIC), Santa Barbara, 22.-23. Februar (1996), ist die Verwendung eines chemischmechanischen Polierschlammes offenbart, der ein sehr aggressives Ätzmittel, Fe-Nitrat, pH-Wert 1-2 in Kombination mit einem Inhibitor (Benztriazol), einem schlammstabilisierenden grenzflächenaktiven Stoff (Polyethylenglykol) und Aluminiumoxid aufweist. Die chemische Reaktion wird offensichtlich durch eine Ausbildung eines korrosionshemmenden Filmes, nämlich Cu-Benztriazol gesteuert, wobei der grenzflächenaktive Stoff seine Schutzwirkung untergräbt. Die Selektivität gegenüber Oxid ist mit 15:1 zu 45:1 angegeben.
Die elektrochemische Arbeit in Bezug auf chemischmechanisches Polieren in den Sematech Labors ist in R. Carpio et al., Initial Study On Copper CMP Slurry Chemistries, Thin Solid Films/Erststudie über chemisch-mechanische Kupferpolierschlammchemien, massive Dünnfilme., 262 (1995) offenbart. In der Referenz wird die Anwendung von Elektrochemie bei der grundlegenden Charakterisierung plausibler Schlämme untersucht. Zusätzlich zu mehreren anderen wird Kaliumpermanganat als Schlammoxidationsmittel verwendet.
In H. Hirabayashi et al., Chemical-Mechanical Polishing of Copper using a Slurry Composed of Glycine and Hydrogen Peroxide, Proceedings/Chemisch- mechanisches Polieren von Kupfer unter Verwendung eines aus Glyzin und Wasserstoffperoxid bestehenden Schlammes, Verfahren – First International Chemical-Mechanical Polish (CMP) for VLSI/LSI Multilevel Interconnection Conference (CMP-MIC)/Erste Internationale Konferenz für chemisch-mechanisches Polieren bzw. VLSI/LSI-Mehrebenenverdrahtung (CMP-MIC), Santa Barbara, 22.-23. Februar (1996), und in dem U.S.-Patent Nr. 5,770,095 ist eine Mischung aus Glyzin, Wasserstoffperoxid und Kieselerde mit oder ohne Benztriazol für den chemisch-mechanischen Poliervorgang von Cu mit einer geringen Korrosionsrate und Fehlerquote offenbart. In den Referenzen wird offenbart, dass chemisch-mechanische Polierschlämme, die ein chemisches Mittel wie zum Beispiel Benztriazol und n-Benzoyl-n-Phenylhydroxylamine aufweisen, einen Schutzfilm auf Kupfer ausbilden. Die Abtragungsrate variiert in Abhängigkeit von der Konzentration von Schlammkomponenten. Es wurde über eine optimierte Rate von 120 nm/min. berichtet, mit einer TiN-Rate von 30 nm/min. und tellerförmigen Vertiefungen von 200 nm über die 15 μm breiten Strukturen.
Es wurden in der offenen Literatur mehrere relevante Cu-Chemien abgehandelt, wobei jede dahingehend versagte, einen Vorgang bereitzustellen, der erfolgreich allen Schlüsselanforderungen eines chemisch-mechanischen Polierschlammes anspricht, nämlich eine Metallabtragungsrate von mehr als 200 nm/min., Ratenselektivität von <5 gegenüber Metalldeckschichten, Selektivität ge genüber dielektrischen Oxidschichten von >50 und Gesamtfehlertiefe von <10% aufweist.
Obwohl die Verwendung eines Filmbildungsmechanismus bei einem chemisch-mechanischen Poliervorgang wünschenswert ist, bleiben Probleme mit der Formulierung von chemisch-mechanischen Polierschlämmen bestehen, welche die Dicke der Schicht des ausgebildeten Filmes sowie Probleme kontrollieren können, wobei sie sicherstellen, dass der ausgebildete Film abschleifbar ist. Diese Probleme können einen chemisch-mechanischen Polierschlamm zum Ergebnis haben, der unannehmbar niedrige Polierraten oder schlechte Polierergebnisse an den Tag legt. Somit bleibt das Bedürfnis nach einem chemisch-mechanischen Polierschlamm bestehen, der zur Ausbildung einer abtragbaren abschleifbaren Schicht auf einer Substratoberfläche und genauer ausgedrückt auf der Oberfläche eines eine Kupferlegierung enthaltenden Substrates in der Lage ist. Ein wünschenswerter chemisch-mechanischer Polierschlamm wird gute Dünnfilmpolierselektivitäten an den Tag legen und gleichzeitig gut polierte Substrate mit minimalen tellerförmigen Austiefungen und geringer Fehlerquote hervorbringen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen chemischmechanischen Polierschlamm, der zum Polieren von me tallhaltigen Substraten mit annehmbaren Raten in der Lage ist.
Zusätzlich weist der chemisch-mechanische Polierschlamm eine niedrige Isolatorpolierselektivität auf, während er hohe Polierselektivitäten gegenüber Kupfer und kupferlegierungshaltigen Metallschichten an den Tag legt.
Weiterhin betrifft diese Erfindung Verfahren zur Verwendung eines einzelnen chemisch-mechanischen Polierschlammes zum Polieren von Metallschichten und insbesondere Kupfer oder kupferlegierungshaltigen Schichten in einer integrierten Schaltung.
Bei einer Ausführungsform weist der chemischmechanische Polierschlamm Harnstoff-Wasserstoffperoxid als ein stabiles wirksames Oxidationsmittel auf.
Der chemisch-mechanische Polierschlamm weist ein Schleifmittel, ein Oxidationsmittel, einen Komplexbildner und ein Filmbildungsmittel auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der chemischmechanische Polierschlamm 1,0 bis 15,0 Gewichts-% eines Aluminiumoxidschleifmittels, 0,3 bis 12,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid, 0,5 bis 3,0 Gewichts-% Ammoniumoxalat oder Weinsäure, und 0,01 bis 0,2 Gewichts-% Benztriazol auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der chemischmechanische Polierschlamm 1,0 bis 15,0 Gewichts-% eines Aluminiumoxidschleifmittels, 1,0 bis 12,0 Gewichts-% Harnstoff-Wasserstoffperoxid, 0,5 bis 3,0 Gewichts-% Ammoniumoxalat oder Weinsäure, und 0,01 bis 0,2 Gewichts-% Benztriazol auf. Alle chemischmechanischen Polierschlammausführungsformen weisen auch entionisiertes Wasser auf.
Bei einer Ausführungsform beginnt das Verfahren zum Polieren eines Substrates, welches mindestens eine Metallschicht aufweist, mit dem Mischen von 1,0 bis 15,0 Gewichts-% eines Schleifmittels, 0,3 bis 12,0 Gewichts-% eines Oxidationsmittels und vorzugsweise mit Harnstoff-Wasserstoffperoxid, 0,5 bis 3,0 Gewichts-% mindestens eines Komplexbildners, 0,01 bis 0,2 Gewichts-% mindestens eines Filmbildungsmittels und von entionisiertem Wasser, um einen chemisch-mechanischen Polierschlamm zu ergeben. Dann wird der chemischmechanische Polierschlamm auf das Substrat aufgetragen. Schließlich wird mindestens ein Teil der Metallschicht von dem Substrat durch Inkontaktbringen eines Kissens mit dem Substrat und Bewegen des Kissens im Verhältnis zu dem Substrat abgetragen.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In 1 sind potentiodynamische Polarisationsraten dargestellt, die auf Kupfer in Lösungen gemessen wurden, die 4 Gewichts-% Ammoniumpersulfat und entweder 1 Gewichts-% Glyzin (Kurven 1 und 2) oder 1 Gewichts-% Ammoniumoxalat (Kurven 3 und 4) enthielten. Jeder Satz von Kurven wurde während des Schleifens der Kupferflä che (Kurven 1 und 3), und wieder nach Beendigung des Schleifens (Kurven 2 und 4) gemessen.
In 2 sind potentiodynamische Polarisationskurven auf Kupfer dargestellt in: 11 Gewichts-% H₂O₂-Oxidationsmittellösung (Kurve 1 nach dem Schleifen); in einem Elektrolyten mit demselben Oxidationsmittel und 1 Gewichts-% Glyzin (Kurve 2 nach dem Schleifen); und in demselben Oxidationsmittel mit 1 Gewichts-% Ammoniumoxalat (Kurve 3, ebenfalls nach dem Schleifen).
In 3 ist die Reproduzierbarkeit der Polierleistung dargestellt, das heißt Polierrate und Ungleichförmigkeit innerhalb eines Mikroplättchens, und zwar für Kupfer, unter Verwendung eines Polierschlammes dieser Erfindung, der 5,0 Gewichts-% Aluminiumoxidschleifmittel, 11,0 Gewichts-% H₂O₂, 1,5 Gewichts-% Ammoniumoxalat, 0,04 Gewichts-% Benztriazol und 50 ppm Benetzungsmittel (TRITON^® DF-16) aufweist.
BESCHREIBUNG DER AKTUELLEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung betrifft einen chemischmechanischen Polierschlamm, der ein Schleifmittel, mindestens ein Oxidationsmittel, einen Komplexbildner und ein Filmbildungsmittel aufweist. Der Komplexbildner ist zur Ausbildung eines Komplexes mit einem oxidierten Metall in der Lage, und ist aus der Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die Zitronensäure, Milchsäure, Weinsäure, Oxalsäure und Salze derselben umfasst. Das Filmbildungsmittel erleichtert die Ausbildung einer Passivierungsschicht aus Metalloxiden auf der Oberfläche einer Metallschicht. Der chemischmechanische Polierschlamm ist zum Polieren von Metallen, insbesondere von Kupfer und kupferhaltigen Metallschichten in Verbindung mit einem Substrat verwendbar, welches aus der integrierte Schaltungen, Dünnfilme, Mehrfachebenen-Halbleiter und Mikroplättchen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
Vor der Beschreibung der Details der verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung werden einige in diesem Dokument verwendete Begriffe definiert. Der chemisch-mechanische Polierschlamm („CMP-Schlamm") ist ein verwendbares Produkt dieser Erfindung, welches ein Oxidationsmittel, ein Schleifmittel, einen Komplexbildner, ein Filmbildungsmittel und andere optionale Bestandteile umfasst. Der chemischmechanische Polierschlamm ist zum Polieren einer Mehrfachebenenmetallisierung verwendbar, die Halbleiter-Dünnfilme, Dünnfilme integrierter Schaltungen umfassen kann, jedoch nicht darauf begrenzt ist, und für alle beliebigen anderen Filme, Oberflächen und Substrate, bei denen chemisch-mechanische Poliervorgänge anwendbar sind. Die Begriffe „Kupfer" und „kupferhaltige Legierungen" werden in diesem Dokument abwechselnd verwendet, da es innerhalb des Verständnisses von Fachleuten in diesem Bereich liegt, dass die Begriffe Substrate mit Schichten aus reinem Kupfer, Kupfer-Aluminiumlegierungen und Ti/TiN/Cu- und Ta/TaN/Cu-Mehrfachschichtsubstrate umfassen, jedoch nicht darauf begrenzt sind.
Der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung enthält mindestens ein Oxidationsmittel. Das Oxidationsmittel hilft bei der Oxidation der Substratmetallschicht oder -schichten in ihr entsprechendes Oxid, Hydroxid oder Ionen. So kann zum Beispiel das Oxidationsmittel bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, um eine Metallschicht in ihr entsprechendes Oxid oder Hydroxid, zum Beispiel Titan in Titanoxid, Wolfram in Wolframoxid, Kupfer in Kupferoxid und Aluminium in Aluminiumoxid zu oxidieren. Das Oxidationsmittel ist verwendbar, wenn es in einen chemisch-mechanischen Polierschlamm zum Polieren von Metallen und von auf Metall basierenden Komponenten einschließlich Titan, Titannitrid, Tantal, Kupfer, Wolfram, Aluminium und Aluminiumlegierungen wie zum Beispiel Aluminium-Kupferlegierungen und verschiedenen Mischungen und Kombinationen derselben integriert wird, indem die Metalle mechanisch poliert werden, um die jeweilige Oxidschicht abzutragen.
Das in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung verwendete Oxidationsmittel kann aus Verbindungen ausgewählt sein, die nach der Reduktion Hydroxylradikale ausbilden. Solche Oxidationsmittel legen gute Polierselektivitäten gegenüber Metall und metallhaltigen Substratschichten und insbesondere gegenüber Kupferlegierungsschichten an den Tag. Nicht ausschließliche Beispiele von metalloxidierenden Verbindungen, die nach der Reduktion Hydroxylradikale ausbilden, umfassen Peressigsäure, Harnstoff- Wasserstoffperoxid, Harnstoffperoxid und Wasserstoffperoxid und Mischungen derselben, wobei Wasserstoffperoxid und Harnstoff-Wasserstoffperoxid bevorzugte Oxidationsmittel sind. Das Oxidationsmittel kann in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm in einer Menge im Bereich von 0,3 bis 30,0 Gewichts-% vorhanden sein. Vorzugsweise ist das Oxidationsmittel in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung in einer Menge im Bereich von 0,3 bis 17,0 Gewichts-%, und am vorteilhaftesten von 1,0 bis 12,0 Gewichts-% vorhanden.
Ein bevorzugtes Oxidationsmittel ist Harnstoff-Wasserstoffperoxid. Da Harnstoff-Wasserstoffperoxid aus 34,5 Gewichts-% Wasserstoffperoxid und 65,5 Gewichts-% Harnstoff besteht, muss eine größere Gewichtsmenge an Harnstoff-Wasserstoffperoxid in chemisch-mechanischen Polierschlämmen dieser Erfindung enthalten sein, um die oben beschriebene Füllung an Oxidationsmittel zu erreichen. So entspricht zum Beispiel eine Menge im Bereich von 1,0 bis 12,0 Gewichts-Oxidationsmittel einem Harnstoff-Wasserstoffperoxidgewicht, welches drei Mal so groß ist oder 3,0 bis 36,0 Gewichts-% beträgt.
Ein Harnstoff-Wasserstoffperoxid enthaltender chemisch-mechanischer Polierschlamm kann in einer Anzahl von Verfahren formuliert werden, einschließlich der Kombination von Harnstoffperoxid mit Wasser und durch Kombination von Harnstoff und Wasserstoffperoxid in einer wässrigen Lösung in einem Molekularverhältnisbe reich von 0,75:1 bis 2:1, um ein Harnstoff-Wasserstoffperoxid-Oxidationsmittel zu erhalten.
Der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung weist auch ein Filmbildungsmittel auf. Das Filmbildungsmittel ist jede Verbindung oder Mischungen von Verbindungen, die in der Lage sind, die Ausbildung einer Passivierungsschicht von Metalloxiden und auflösungshemmenden Schichten auf der Oberfläche der Metallschicht zu erleichtern. Die Passivierung der Substratoberflächenschicht ist wichtig, um Nassätzen der Substratoberfläche zu vermeiden. Verwendbare Filmbildungsmittel sind zyklische Verbindungen wie zum Beispiel Imidazol, Benztriazol, Benzimidazol und Benzthiazol und ihre Derivative mit Hydroxy-, Amino-, Imino-, Karboxy-, Mercapto-, Nitro- und alkylsubstituierten Gruppen, sowie Harnstoff, Thioharnstoff und andere. Ein bevorzugtes Filmbildungsmittel ist Benztriazol („BTA"). Das Filmbildungsmittel sollte in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung in einer Menge vorhanden sein, die in der Lage ist, eine schnelle und vorzugsweise nahezu sofortige Ausbildung von Passivierungsschichten und von auflösungshemmenden Schichten auf der Substratoberfläche zu erleichtern. Das Filmbildungsmittel sollte in dem chemischmechanischen Polierschlamm dieser Erfindung in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gewichts-% vorhanden sein. Vorzugsweise ist das Filmbildungsmittel in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gewichts-% vorhanden.
Sobald sich eine Passivierungsschicht auf der Substratoberfläche ausgebildet hat, wird es wichtig in der Lage zu sein, die Passivierungsschicht zu unterbrechen, um Metalloxide mit der Schleifmittelkomponente des chemisch-mechanischen Polierschlammes dieser Erfindung von der Substratoberfläche abzuschleifen. Eine Klasse von Verbindungen, die verwendbar ist, um die Passivierungsschicht zu unterbrechen, sind Komplexbildner. Die in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm der Erfindung verwendeten Komplexbildner sind aus der aus Säuren wie zum Beispiel Zitronen-, Milch-, Wein- und Oxalsäuren umfassenden Gruppe von Verbindungen, sowie ihren Salzen ausgewählt. Ein bevorzugter Komplexbildner ist Ammoniumoxalat. Ein weiterer bevorzugter Komplexbildner ist Weinsäure.
Die Komplexbildner dienen in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung der Übernahme mindestens zweier nützlicher Funktionen. Der Komplexbildner unterbricht die Passivierungsschicht während des mechanischen Schleifschrittes, ohne die Schicht zu zerstören oder ihre Ausbildung während des Schleifschrittes, und insbesondere nach der Vollendung des Schleifschrittes zu hemmen. Zweitens wird angenommen, dass der Komplexbildner mit dem oxidierten Metall, und nicht mit dem darunter liegenden, nicht oxidierten Metall einen Komplex bildet und dadurch die Tiefe der Oxidationsschicht begrenzt. Der Komplexbildner ist vorzugsweise in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 5,0 Gewichts-%, und noch vorteilhafter in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 3,0 Gewichts-% vorhanden.
Weitere gut bekannte Polierschlammzusätze können in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung integriert werden. Eine Klasse optionaler Zusätze umfasst anorganische Säuren und/oder Salze derselben, die dem Polierschlamm beigemischt werden können, um die Polierrate der Sperrschichten in dem Mikroplättchen, wie zum Beispiel Titan und Tantal, weiter zu verbessern oder zu steigern. Verwendbare anorganische Zusätze umfassen Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure, HF-Säure, Ammoniumfluorid, Ammoniumsalze, Kalisalze, Natriumsalze, oder andere kationische Salze von Sulfaten, Phosphaten und Fluoriden.
Benztriazol (BTA) oder andere, in dem chemischmechanischen Polierschlamm dieser Erfindung enthaltene Filmbildungsmittel können die gleichförmige Dispersion von Schleifmittel in dem Schlamm destabilisieren. Um die Stabilisierung des ersten chemisch-mechanischen Polierschlammes gegen Absetzen, Ausflockung und Zersetzung zu fördern, kann eine Vielfalt optionaler Zusätze zu chemisch-mechanischem Polierschlamm wie zum Beispiel grenzflächenaktive Stoffe, Stabilisatoren oder Dispersionsmittel verwendet werden. Wenn dem ersten chemisch-mechanischen Polierschlamm ein grenzflächenaktiver Stoff beigemischt wird, kann es sich dabei um einen anionischen, kationischen, nichtionischen oder amphoteren grenzflächenaktiven Stoff handeln, oder es kann eine Kombination aus zwei oder mehr grenzflächenaktiven Stoffen verwendet werden. Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass die Beimischung eines grenzflächenaktiven Stoffes bei der Verringerung der „Within-wafer-non-uniformity (WIWNU/Mikroplättcheninterne Ungleichförmigkeit) der Mikroplättchen nützlich sein kann, wodurch die Oberfläche des Mikroplättchens verbessert wird und Mikroplättchenfehler vermieden werden.
Im Allgemeinen sollte die Menge eines solchen Zusatzes wie zum Beispiel eines grenzflächenaktiven Stoffes, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ausreichend sein, um eine wirksame Stabilisierung des Schlammes zu erreichen, wobei sie typischerweise in Abhängigkeit von dem speziellen ausgewählten grenzflächenaktiven Stoff und der Art der Oberfläche des Metalloxidschleifmittels variiert. Wenn zum Beispiel ein ausgewählter grenzflächenaktiver Stoff in nicht ausreichender Menge verwendet wird, wird er nur eine ganz schwache oder keine Wirkung auf die Stabilisierung des chemisch-mechanischen Polierschlammes haben. Andererseits kann zu viel grenzflächenaktiver Stoff in dem chemisch-mechanischen Polierschlamm eine nicht erwünschte Schaumbildung und/oder Ausflockung in dem Schlamm zur Folge haben. Folglich sollten Stabilisatoren wie zum Beispiel grenzflächenaktive Stoffe in dem Schlamm dieser Erfindung in einer Menge im Bereich von 0,001 Gewichts-% bis 0,2 Gewichts-%, und vorzugsweise von 0,001 bis 0,1 Gewichts-% vorhanden sein. Darüber hinaus kann der Zusatz direkt dem Schlamm beigemischt, oder unter Verwendung bekannter Techniken auf der Oberfläche des Metalloxidschleifmittels eingearbeitet werden. In beiden Fällen wird die Menge des Zusatzes so angepasst, dass die gewünschte Konzentration bei dem chemisch-mechanischen Polierschlamm erreicht wird. Bevorzugte grenzflächenaktive Stoffe umfassen Dodecylsulfatnatriumsalz, Natriumlaurylsulfat, Dodecylsulfatammoniumsalz und Mischungen derselben. Beispiele verwendbarer grenzflächenaktiver Stoffe umfassen TRITON^® DF-16, hergestellt von Union Carbide, und SURFYNOL^®, hergestellt von Air Products and Chemicals.
Der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung weist ein Schleifmittel auf. Das Schleifmittel ist typischerweise ein Metalloxidschleifmittel. Das Metalloxidschleifmittel kann aus der aus Aluminium, Titanerde, Zirkonoxid, Germanium, Kieselerde, Zer(IV)-oxid bestehenden Gruppe und aus Mischungen derselben ausgewählt werden. Der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung weist vorzugsweise 1,0 bis 15,0 Gewichts-% oder mehr eines Schleifmittels auf. Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn der chemischmechanische Polierschlamm dieser Erfindung 3,0 bis 6,0 Gewichts-% an Schleifmittel enthält.
Das Metalloxidschleifmittel kann mit jeder beliebigen Technik hergestellt werden, die Fachleuten in diesem Bereich bekannt ist. Metalloxidschleifmittel können unter Verwendung jedes beliebigen Hochtemperaturver fahrens wie zum Beispiel Sol-Gel-, Hydrothermal-, Plasmaverfahren, oder durch Verfahren zur Herstellung von geräucherten oder niedergeschlagenen Metalloxiden hergestellt werden. Vorzugsweise ist das Metalloxid ein geräuchertes oder niedergeschlagenes Schleifmittel, und noch vorteilhafter ist es ein geräuchertes Schleifmittel, wie zum Beispiel geräucherte Kieselerde oder geräuchertes Aluminiumoxid. Die Herstellung von geräucherten Metalloxiden ist zum Beispiel ein gut bekanntes Verfahren, welches die Hydrolyse von geeignetem Ausgangsmaterialdampf (wie zum Beispiel Aluminiumchlorid für ein Aluminiumoxid-Schleifmittel) in einer Flamme aus Wasserstoff und Sauerstoff umfasst. Geschmolzene, grob kugelförmige Partikel, deren Durchmesser sich durch die Verfahrensparameter verändern, werden beim Verbrennungsvorgang ausgebildet. Diese geschmolzenen Kugeln aus Aluminiumoxid oder einem ähnlichen Oxid, die typischerweise als Primärpartikel bezeichnet werden, verschmelzen miteinander, indem sie an ihren Kontaktpunkten Kollisionen durchlaufen, um verzweigte, dreidimensionale kettenähnliche Aggregate auszubilden. Die zum Zerbrechen von Aggregaten notwendige Kraft ist beträchtlich, und wird oftmals als unumkehrbar angesehen. Während dem Kühlen und Sammeln durchlaufen die Aggregate weitere Kollisionen, was einige mechanische Verwicklungen zum Ergebnis haben kann, wodurch sich Agglomerate bilden. Von Agglomeraten wird angenommen, dass sie durch van der Waals-Kräfte lose zusammengehalten, und durch geeignete Dispersion in einem geeigneten Medium umgekehrt, das heißt getrennt werden können.
Niedergeschlagene Schleifmittel können mit herkömmlichen Techniken wie zum Beispiel durch Koagulation der erwünschten Partikel von einem wässrigen Medium unter dem Einfluss von hohen Salzkonzentrationen, Säuren oder anderen Koagulationsmitteln hergestellt werden. Die Partikel werden gefiltert, gewaschen, getrocknet und von Rückständen anderer Reaktionsprodukte durch herkömmliche Techniken getrennt, die Fachleuten in diesem Bereich bekannt sind.
Ein bevorzugtes Metalloxid weist eine Oberfläche auf, wie sie nach dem Verfahren von S. Brunauer, P.H. Emmet und I. Teller, J. Am. Chemical Society, Band 60, Seite 309 (1938), allgemein als BET bezeichnet, berechnet wird, wobei sie im Bereich von 5 m²/g bis 430 m²/g, und vorzugsweise von 30 m²/g bis 170 m²/g liegt. Auf Grund strenger Reinheitsanforderungen der Halbleiterindustrie sollte es sich bei den bevorzugten Metalloxiden um solche mit hoher Reinheit handeln. Hochrein bedeutet, dass der Gesamtverunreinigungsgehalt von Quellen wie zum Beispiel Rohmaterialverunreinigungen und Verarbeitungs-Verunreinigungsspuren typischerweise unter 1%, und vorzugsweise unter 0,01 (das heißt 100 ppm) liegt.
Das in der Dispersion dieser Erfindung verwendbare Metalloxidschleifmittel kann aus Metalloxidaggregaten oder einzelnen kugelförmigen Partikeln bestehen. Der Begriff „Partikel", wie er in diesem Dokument verwen det wird, bezieht sich auf Aggregate aus mehr als einem Primärpartikel und auf einzelne Partikel.
Das Metalloxidschleifmittel besteht vorzugsweise aus Metalloxidaggregaten mit einer Größenverteilung von weniger als etwa 1,0 Mikron, einem durchschnittlichen Aggregatdurchmesser von weniger als etwa 0,4 Mikron und mit einer Kraft, die ausreicht, um die van der Waals-Kräfte zwischen Schleifmittelaggregaten selbst abzuwehren und zu überwinden. Es wurde festgestellt, dass ein solches Metalloxidschleifmittel wirksam bei der Minimierung oder Vermeidung von Kratzern, Mulden, abgelösten Partikeln und anderen, während dem Schleifen entstehenden Oberflächenfehlern ist. Die Aggregatgrößenverteilung bei der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung bekannter Techniken wie zum Beispiel der Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) bestimmt werden. Der durchschnittliche Aggregatdurchmesser bezieht sich auf den durchschnittlichen gleichwertigen kugelförmigen Durchmesser unter Verwendung der TEM-Bildanalyse, das heißt auf der Grundlage der Querschnittsfläche des Aggregates. Mit Kraft ist gemeint, dass entweder das Oberflächenpotential oder die Hydrationskraft der Metalloxidpartikel ausreichend sein muss, um die van der Waals-Anziehungskräfte zwischen den Partikeln abzuwehren und zu überwinden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Metalloxid-Schleifmittel aus diskreten, individuellen Metalloxid-Partikeln bestehen, die einen primä ren Partikeldurchmesser von weniger als 0,4 Mikron (400 nm) und eine Oberfläche im Bereich von 10 m²/g bis 250 m²/g aufweisen.
Vorzugsweise ist das Metalloxidschleifmittel als konzentrierte wässrige Dispersion von Metalloxiden in das wässrige Medium des Polierschlammes integriert, welches etwa 3% bis etwa 45% Feststoffe, und vorzugsweise zwischen 10% und 20% Feststoffe aufweist. Die wässrige Dispersion von Metalloxiden kann unter Verwendung herkömmlicher Techniken, wie zum Beispiel langsamem Beimischen des Metalloxidschleifmittels zu einem geeigneten Medium, zum Beispiel entionisiertem Wasser, zur Ausbildung einer kolloiden Dispersion hergestellt werden. Die Dispersion wird typischerweise fertiggestellt, indem sie Fachleuten in diesem Bereich bekannten Schermischbedingungen unterzogen wird. Der pH-Wert des Schlammes kann von dem isoelektrischen Punkt weg angepasst werden, um die kolloide Stabilität maximieren.
Es ist wünschenswert, den pH-Wert des chemischmechanischen Polierschlammes dieser Erfindung innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 12,0, vorzugsweise von 4,0 bis 9,0, und am vorteilhaftesten von 5,0 bis 8,0 aufrechtzuerhalten, um die Steuerung des chemisch-mechanischen Polierverfahrens zu erleichtern. Verarbeitungsprobleme mit dem Schlamm sowie Qualitätsprobleme beim Polieren des Substrates treten dann auf, wenn der pH-Wert des chemischmechanischen Polierschlammes dieser Erfindung zu niedrig liegt, zum Beispiel unter 2. Wenn es sich bei dem Komplexbildner um Ammoniumoxalat handelt, wird die Vorstufe des chemisch-mechanischen Polierschlammes oder der Schlamm typischerweise einen pH-Wert von 7,5 aufweisen, so dass keine Anpassung des pH-Wertes notwendig ist. Wenn jedoch Weinsäure als Komplexbildner ausgewählt wird, wird die Vorstufe des chemisch-mechanischen Polierschlammes oder der Schlamm typischerweise einen pH-Wert von 2,0 aufweisen, so dass eine Anpassung des pH-Wertes bevorzugt wird.
Der pH-Wert der Vorstufen zum chemisch-mechanischen Polieren, und der Schlämme dieser Erfindung kann unter Verwendung jeder beliebigen bekannten Säure, Lauge oder eines Amins angepasst werden. Die Verwendung von Säuren oder Basen, die keine Metallionen enthalten, wie zum Beispiel Ammoniumhydroxide und Amine, oder Salpeter-, Phosphor-, Schwefel- oder organische Säuren, wird jedoch bevorzugt, um eine unerwünschte Einleitung von Metallkomponenten in den chemischmechanischen Polierschlamm dieser Erfindung zu vermeiden.
Obwohl der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung zum Polieren jeder Art von Metallschicht verwendet werden kann, wurde herausgefunden, dass der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung eine hohe Kupfer-, Titan-, Titannitrid- und Tantalnitrid- und annehmbare Tantalpolierraten aufweist. Zusätzlich legt der chemisch-mechanische Polierschlamm wünschenswerte niedrige Polierraten in Bezug auf die Nichtleiter-Isolierschicht an den Tag.
Der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung kann unter Verwendung von Fachleuten in diesem Bereich bekannten herkömmlichen Techniken hergestellt werden. Typischerweise werden das Oxidationsmittel und andere nichtschleifende Mittel mit zuvor festgelegten Konzentrationen unter niedrigen Scherbedingungen in ein wässriges Medium, wie zum Beispiel entionisiertes oder destilliertes Wasser gemischt, bis diese Komponenten vollständig in dem Medium aufgelöst sind. Eine konzentrierte Dispersion des Metalloxidschleifmittels, wie zum Beispiel geräuchertes Aluminiumoxid, wird dem Medium beigemischt und auf das gewünschte Schleifmittel-Ladeniveau in dem endgültigen chemischmechanischen Polierschlamm verdünnt.
Die chemisch-mechanischen Polierschlämme der vorliegenden Erfindung können als ein Paketsystem geliefert werden (Oxidationsmittel, Schleifmittel, Filmbildungsmittel und Passivierungsmittel in einem stabilen wässrigen Medium). Um einen möglichen Abbau des chemisch-mechanischen Polierschlammes zu vermeiden, wird jedoch vorzugsweise mindestens ein Zwei-Paketsystem verwendet, wobei das erste Paket mindestens ein Oxidationsmittel und beliebige optionale Zusätze aufweist und das zweite Paket die wässrige schleifende Dispersion und ein Oxidationsmittel aufweist. Die verbleibende Komponente, ein Komplexbildner, kann entweder in dem ersten Behälter, dem zweiten Behälter oder in einem dritten Behälter positioniert werden. Andere Zwei-Behälter-Kombinationen mit den Zutaten des chemischmechanischen Polierschlammes dieser Erfindung liegen innerhalb der Kenntnisse gewöhnlicher Fachleute in diesem Bereich.
Es wurde festgestellt, dass chemisch-mechanische Polierschlämme dieser Erfindung mit Harnstoff-Wasserstoff durch Beimischung von Wasserstoffperoxid zu einer Harnstoff und alle beliebigen anderen verwendbaren Schlammkomponenten enthaltenden Schlammvorstufe formuliert werden können, um einen Harnstoff-Wasserstoffperoxid enthaltenden chemisch-mechanischen Polierschlamm zu erhalten. Die Formulierung chemischmechanischer Polierschlämme dieser Erfindung von einer Harnstoff enthaltenden Vorstufe eines chemischmechanischen Polierschlammes beseitigt Stabilitäts-, Versand- und Sicherheitsprobleme, die mit Wasserstoffperoxid enthaltenden Schlämmen in Zusammenhang stehen. Dies ist deshalb der Fall, weil die Harnstoff enthaltende Vorstufe eines chemisch-mechanischen Polierschlammes zubereitet und zu dem Standort versandt werden kann, an dem sie verwendet werden wird, und dann mit vor Ort verfügbarem Wasserstoffperoxid gemischt werden kann, um einen Harnstoff-Wasserstoffperoxid enthaltenden chemisch-mechanischen Polierschlamm zu ergeben.
Eine bevorzugte Schlammvorstufe dieser Erfindung enthält eine trockene oder wässrige Harnstoffmischung und mindestens ein Metalloxidschleifmittel. Zusätzliche Zutaten können in die Harnstoff enthaltende Schlammvorstufe integriert werden, die mindestens einen Komplexbildner, mindestens ein Filmbildungsmittel und beliebige andere grenzflächenaktive Stoffe aufweist, die bei chemisch-mechanischen Polierschlämmen verwendbar sind.
Die bevorzugteste Schlammvorstufe dieser Erfindung umfasst eine aus 2,0 bis 24,0 Gewichts-% Harnstoff, geräuchertem Aluminiumoxid, einem aus Ammoniumoxalat, Weinsäure oder Mischungen derselben ausgewählten Komplexbildner, und vorzugsweise Weinsäure, Benztriazol und einem grenzflächenaktiven Stoff in den oben offenbarten Mengen bestehende wässrige Dispersion. Die Schlammvorstufe oder Mischungen derselben weisen vorzugsweise einen pH-Wert von 4,0 bis 9,0 auf.
Es kann ein chemisch-mechanisches Polierschlamm-Mehrfachpaketsystem zusammen mit jeder beliebigen Standard-Polierausrüstung verwendet werden, die zur Verwendung auf der gewünschten Metallschicht des Mikroplättchens geeignet ist. Das Mehrfachpaketsystem weist eine oder mehrere chemisch-mechanische Polierschlammkomponenten je nach Eignung in wässriger oder trockener Form in zwei oder mehr Behältern auf. Das Mehrfachpaketsystem wird durch die Kombination der Komponenten aus den verschiedenen Behältern in den gewünschten Mengen zu einem Substrat verwendet, um einen chemisch-mechanischen Polierschlamm zu ergeben, der mindestens ein Oxidationsmittel, ein Filmbildungsmittel, einen Komplexbildner und mindestens ein Schleifmittel in den oben erwähnten Mengen enthält, was vor oder zu dem Zeitpunkt des Auftragens des Schlammes auf ein Substrat erfolgt. Das bevorzugte Paketsystem umfasst einen ersten Behälter, der eine Vorstufe eines chemisch-mechanischen Polierschlammes enthält, die Aluminiumoxid, Harnstoff, einen Komplexbildner aufweist, die aus Ammoniumoxalat, Weinsäure und Mischungen derselben ausgewählt sind, Benztriazol und einen grenzflächenaktiven Stoff mit einem pH-Wert von 4,0 bis 9,0, und einen zweiten Behälter, der Wasserstoffperoxid aufweist. An dem Polierstandort werden eine zuvor ausgewählte Menge der Vorstufe eines chemisch-mechanischen Polierschlammes und eine ausgewählte Menge an Wasserstoffperoxid zu dem Zeitpunkt des Polierens kombiniert, um einen chemisch-mechanischen Polierschlamm dieser Erfindung zu erhalten.
Der chemisch-mechanische Polierschlamm der vorliegenden Erfindung erhöht die Siliziumdioxidpolierrate nicht sehr stark. Der chemisch-mechanische Polierschlamm dieser Erfindung poliert jedoch Kupfer-, Titan-, Titannitrid-, Tantal- und Tantalnitridschichten mit guten Raten unter steuerbaren Bedingungen. Somit ist der chemisch-mechanische Polierschlamm der vorliegenden Erfindung bei der Steuerung von Polierselektivitäten von Titan, Kupfer und Titannitrid wirksam. Der Polierschlamm der vorliegenden Erfindung kann während der verschiedenen Stufen der Herstellung von Halbleitern mit integrierten Schaltungen verwendet werden, um ein wirksames Polieren mit gewünschten Polierraten bei gleichzeitiger Minimierung von Oberflächenfehlern und -defekten bereitzustellen.
BEISPIELE
Wir haben entdeckt, dass ein chemisch-mechanischer Polierschlamm, der mindestens ein Oxidationsmittel, einen Komplexbildner und ein Filmbildungsmittel aufweist, zum Polieren von Mehrfachmetallschichten und Dünnfilmen mit hohen Raten geeignet ist, die Kupferlegierungen, Titan und Titannitrid enthalten, während er eine annehmbare niedrige Polierrate gegenüber dielektrischen Schichten an den Tag legt.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sowie bevorzugte Verfahren zur Verwendung von Zusammensetzungen dieser Erfindung.
BEISPIEL I
Es werden elektrochemische Tests zur Bewertung von chemisch-mechanischen Poliermechanismen verwendet, und um Führung bei der Auswahl von Schlammkomponenten bereitzustellen. Das verwendete elektrochemische Element wurde in den IBM-Laboratorien entwickelt und ist in dem Dokument V. Brusic et al., Corrosion And Inhibition Of Thin Line Conductors In VLSI Structures/Korrosion und Inhibition von Dünnleitungsleitern in VLSI-Strukturen, IBM J R&D, 37, 173 (1993) beschrieben, welches durch Bezugnahme in diesem Dokument enthalten ist. Das elektrochemische Element ermöglicht die Bewertung des Elektrodenpotentials und die Metallauflösungsrate eines Substrates mit und ohne Flächenabtragung. Bei dem Verfahren wird ein PAR-Potentiostar Modell 273 mit PAR-Korrosionssoftware verwendet.
In 1 sind Verfahren veranschaulicht, welche die Auflösung von Kupfer bei Vorhandensein eines Oxidationsmittels bestimmen, das heißt 4 Gewichts-% Ammoniumpersulfat entweder mit Glyzin (1 und 2) (vergleichend) oder Ammoniumoxalat (3 und 4), die beide in der Menge von einem Gewichts-% bei einem pH-Wert 5,1 vorhanden sind. In beiden Fällen ist das aniodische Tafel-Gefälle ziemlich niedrig, und die Differenz zwischen den potentiodynamischen Polarisationskurven ist mit und ohne Abschleifen sehr klein. Die Ergebnisse des elektrochemischen Elementes geben an, dass die Cu-Fläche nicht von einem Oxidfilm bedeckt ist. Die Kupferauflösung ist jedoch bei Vorhandensein von Ammoniumoxalat mindestens zwanzig Mal langsamer. Bei einem Vergleich mit Glyzin ist Oxalat ein wirksamerer Inhibitor von Kupferauflösung. Es ist auch eine ständige Differenz bei den Korrosionspotentialen vorhanden, wobei das Potential in dem Ammoniumoxalat ständig geringer als das in Glyzin gemessene Potential ist, was darauf hinweist, dass ein Vorzugsauflösungsvorgang zu Cu⁺-Ionen führen würde, während mit Glyzin eine Ausbildung von Cu⁺+-Ionen möglich ist.
Bei höheren pH-Werten adsorbiert Oxalat immer noch an der Kupferfläche, wobei Ammoniumoxalat jedoch ebenfalls auf eine Erhöhung der Kupferauflösungsrate durch die Ausbildung von Cu (NH³)_x ⁺- und Cu (NH³)_x ⁺+-Komplexen hinwirkt. In 2 ist die Auflösung und Passivierung von Kupfer in 11% H₂O₂ (Kurve 1, nach Flächenabtragung), demselben Oxidationsmittel mit 1 Gewichts-% Glyzin (Kurve 2) und demselben Oxidationsmittel mit 1% Ammoniumoxalat (Kurve 3) dargestellt. Das Korrosionspotential ist bei Vorhandensein von Ammoniumoxalat am niedrigsten. Obwohl die Kupferauflösung in Ammoniumoxalat im Vergleich zu Peroxid alleine gesteigert wird und während der Abtragung etwa 200 nm/min. erreicht, tritt die Flächenrepassivierung ein, was zu der Auflösungsrate von nur 5,5 nm/min. nach der Abtragung führt. Durch die Beimischung kleiner Mengen an Benztriazol wird sichergestellt, dass die Passivierung sofort eintritt, wobei Cu-Benztriazol einen zusätzlichen Faktor bei der Kuferauflösungssteuerung bereitstellt. Im Gegensatz dazu ist die Kupferauflösung in Glyzin mit und ohne Abtragung dieselbe, wobei sie ohne Flächenrepassivierung die unkontrollierbaren Werte von über 300 nm/min. erreicht.
BEISPIEL 2
Cu- und Ti-Mikroplättchen wurden unter Verwendung einer Strasbaugh-Poliermaschine mit einer nach unten gerichteten Kraft von 3 psi, einer Tischdrehzahl von 45 U/min. und einer Spindeldrehzahl von 50 U/min. poliert. Der chemisch-mechanische Polierschlamm wurde formuliert, um die Konzentration von Wasserstoffperoxid, Ammoniumoxalat, Benztriazol und Benetzungsmittel wie in Tabelle 1 dargestellt zu variieren. Es wurden auch mehrere Raten für Schlämme nach dem Stand der Technik mit Wasserstoffperoxid und Glyzin bestimmt, und in Tabelle 2 aufgeführt. Alle Schlämme enthielten Aluminiumoxidschleifmittel mit 5% Feststoffen. Das verwendete Benetzungsmittel war das von Union Carbide Chemicals & Plastics Co., Danbury, Connecticut hergestellte TRITON^® DF16.
Tabelle 1 Polierraten von Cu und Ti in Peroxidschlämmen
Tabelle 2
Die Ergebnisse der in den Tabellen 1 und 2 aufgeführten chemisch-mechanischen Poliertests zeigen, dass die chemisch-mechanischen Polierschlämme dieser Erfindung in der Lage sind, bevorzugte Kupfer- und Titanpolierraten und -selektivitäten mit einer Cu-Rate von mindestens 100 nm/min. und eine [Cu:Ti]-Selektivität von höchstens 4:1 zu erreichen.
BEISPIEL 3
Die Reproduzierbarkeit von Cu-Abtragungsraten und die Ergebnisse für die mikroplättcheninterne Ungleichförmigkeit (WIWNU) eines chemisch-mechanischen Polierschlammes mit 11,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid, 1,5% Ammoniumoxalat, 0,04 Benztriazol, 50 ppm grenzflächenaktivem TRITON^® DF-16, hergestellt von Union Carbide, und 5% Aluminiumoxidschleifmittel, wurden in diesem Beispiel bewertet. Der chemisch-mechanische Polierschlamm wurde nachfolgend auf Kupfermikroplättchen auf einer Strasbaugh-Poliermaschine unter Verwendung eines Rodel 1158-Schwabbelkissens mit DF 200-Einsatz, einer nach unten gerichteten Kraft von 4 psi und einer Spindeldrehzahl von 50 U/min. aufgetragen.
Die in 3 geplotteten Versuchsergebnisse zeigen, dass die Schlammpolierleistung ziemlich konsistent ist, und zeigen eine gute Gleichförmigkeit der Mikroplättchen.
BEISPIEL 4 (nicht den aktuellen Ansprüchen entsprechend)
Bei diesem Beispiel wird die Wirksamkeit von Harnstoff-Wasserstoffperoxid und Wasserstoffperoxid als verwendbare Oxidationsmittel zum chemisch-mechanischen Polieren miteinander verglichen. Bei diesem Beispiel wird insbesondere die Zeitstabilität der zwei Oxidationsmittel miteinander verglichen.
Zwei Schlämme mit den folgenden Zusammensetzungen wurden in einem wässrigen Medium (entionisiertes Wasser) zubereitet. Jeder Schlamm wurde unter Verwendung einer SEMI-SPERSE^® W-A335 Aluminiumoxiddispersion zubereitet, und mit entionisiertem Wasser auf 5 Gewichts-% Aluminiumoxid verdünnt.
Schlamm A: 5 Gewichts-% Aluminiumoxid, 3% Wasserstoffperoxid [HP], 3% Bernsteinsäure, ursprünglicher pH-Wert 3,50.
Schlamm B: 5 Gewichts-% Aluminiumoxid, 8,5% Harnstoff-Wasserstoffperoxid [UHP] (welches etwa 3,0 Gewichts-% wässrigem H₂O₂ entspricht), 3% Bernsteinsäure, ursprünglicher pH-Wert 3,55.
Schlämme A und B wurden bei Raumtemperatur über eine Dauer von sieben Wochen stehengelassen. Muster von Schlamm A und B wurden regelmäßig in Bezug auf den pH-Wert analysiert und mit Kaliumpermanganat in Säurelösung titriert, um den Prozentsatz an aktivem Peroxid zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 unten aufgeführt.
Tabelle 3 – Stabilitätsstudie der Schlämme A und B
Die Testergebnisse zeigen, dass sich das aktive Peroxid in dem Schlamm, der Wasserstoffperoxid aufweist, mit einer viel schnelleren Rate verschlechtert als in dem Schlamm, der Harnstoff-Wasserstoffperoxid aufweist. Die pH-Stabilität beider Schlämme ist ähnlich.
Das bevorzugteste Oxidationsmittel ist Harnstoff-Wasserstoffperoxid. Das Harnstoff-Wasserstoffperoxid kann in dem gesamten chemisch-mechanischen Polierschlamm in einer Menge im Bereich von etwa 1,5 bis et wa 30,0 Gewichts-% vorhanden sein. Vorzugsweise ist Harnstoff-Wasserstoffperoxid in dem Schlamm in einer Menge im Bereich von etwa 3,0 bis etwa 17,0 Gewichts-%, und am vorteilhaftesten von etwa 5,0 bis etwa 12,0 Gewichts-% vorhanden.
BEISPIEL 5
Die Wirksamkeit von Polierschlämmen mit Harnstoff-Wasserstoffperoxid zum Polieren von Cu- und Ti-Mikroplättchen wurde in diesem Beispiel bewertet. Die in Tabelle 4 unten beschriebenen Schlämme wurden unter Verwendung eines von Rodel, Inc. hergestellten IC1000/SUBA IV-Kissenstapels mit einer nach unten gerichteten Kraft von 5 psi, einer Tischdrehzahl von 50 U/min. und einer Spindeldrehzahl von 60 U/min. auf Cu- und Ti-Mikroplättchen auf einer IPEC 472 Poliermaschine aufgebracht. Jeder Schlamm wies 5,0 Gewichts-% Aluminiumoxidschleifmittel auf. Das verwendete Benetzungsmittel war TRITON^® DF-16.
Die Cu- und Ti-Polierraten sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4: Polierraten von Cu und Ti in Harnstoffperoxidschlämmen
Die Polierergebnisse zeigen, dass die chemischmechanischen Polierschlämme dieser Erfindung in der Lage sind, bevorzugte Cu- und Ti-Polierraten von über 500 nm/min. und ein Cu:Ti-Selektivitätsverhältnis von weniger als 2,5 zu erreichen.
BEISPIEL 6
In diesem Beispiel wurde die Wirksamkeit chemischmechanischer Polierschlämme bewertet, die eine Polierschlammvorstufe und Wasserstoffperoxid-Kupferpolieren umfassen. Die in Tabelle 5 unten beschriebenen Schlämme wurden durch Kombination einer wässrigen Dispersion einer chemisch-mechanischen Schlammvorstufe zubereitet, die aus 5 Gewichts-% Aluminiumoxid, Ammoniumoxalat, Benztriazol und Benetzungsmittel (TRITON^® DF-16) mit einer 30 Gewichts-% Lösung von H₂O₂ besteht. Die sich ergebenden Schlämme wurden unter Verwendung eines von Rodel, Inc. hergestellten IC1000/SUBA 500-Kissenstapels mit einer nach unten gerichteten Kraft von 5 psi, einer Tischdrehzahl von 40 U/min. und einer Spindeldrehzahl von 60 U/min. auf Cu-Mikroplättchen auf einer IPEC 472 Poliermaschine aufgebracht. Die Cu-Polierraten sind unten in Tabelle 5 aufgeführt.
Tabelle 5
Die Ergebnisse zeigen, dass die chemisch-mechanischen Polierschlämme dieser Erfindung in der Lage sind, bevorzugte Cu- (und Ti-) -Polierraten von über 500 nm/min. und ein Cu:Ti-Selektivitätsverhältnis von weniger als 2,5 zu erreichen. Verwendbare Schlämme können entweder mit einem festen Harnstoffperoxid als Oxidationsmittel, wie in Tabelle 4 von Beispiel 5 dargestellt, oder durch Kombination von flüssigem Wasserstoffperoxid (im Paket als 30%ige Lösung) mit einer chemisch-mechanischen Polierschlammvorstufe hergestellt werden, die festen Harnstoff aufweist, wie in Tabelle 5 dargestellt.
BEISPIEL 7
Bei diesem Beispiel wurde die Wirksamkeit von chemisch-mechanischen Polierschlämmen mit Weinsäure und Ammoniumoxalat beim Kupfer-, Tantal- und PTEOS- Polieren bewertet. Es wurden zwei Schlämme durch Kombination von Bestandteilen zubereitet, um einen chemisch-mechanischen Polierschlamm mit 3 Gewichts-% Aluminiumoxid, 3,65 Gewichts-% Harnstoff, 2,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid, 50 ppm des grenzflächenaktiven Stoffes Triton DF-16 und 0,04 Gewichts-% Benztriazol zu erhalten. Schlamm 1 wies 1,0 Gewichts-% Ammoniumoxalat auf, während Schlamm 2 3,0 Gewichts-% Weinsäure aufwies. Der pH-Wert des Oxidationsmittel enthaltenden Schlammes betrug natürlicherweise 7,5, der pH-Wert des Weinsäure enthaltenden Schlammes wurde durch Beimischung von Ammoniumhydroxid zu dem Schlamm auf 7,5 eingestellt.
Beide chemisch-mechanischen Polierschlämme wurden unter Verwendung eines von Rodel, Inc. hergestellten IC1000/SUBA 500-Kissenstapels mit einer nach unten gerichteten Kraft von 3 psi, einem Gegendruck von 2 psi, einer Tischdrehzahl von 55 U/min. und einer Spindeldrehzahl von 30 U/min. auf Cu-, Weinsäure- und PETEOS-Mikroplättchen auf einer IPEC 472 Poliermaschine aufgetragen. Die Polierraten sind in Tabelle 6 unten aufgeführt.
TABELLE 6
Die Polierraten des Weinsäure enthaltenden Polierschlammes sind geringfügig niedriger als die Raten des Ammoniumoxalat enthaltenden Schlammes. Der Weinsäure enthaltende chemisch-mechanische Polierschlamm ist jedoch passivierender als der Oxidationsmittel enthaltende Schlamm, wodurch er eine stärkere Korrosionskontrolle bietet.
BEISPIEL 8
Die Korrosionsrate von Cu wurde unter Verwendung von fünf unterschiedlichen Schlämmen nach dem Verfahren von Beispiel I elektrochemisch bewertet. Alle fünf Schlämme enthielten 5% dispergiertes Aluminiumoxid, 2% H₂O₂, 3,65 Harnstoff und 50 ppm des grenzflächenaktiven Stoffes Triton DF-16. Der Komplexbildner, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Inhibitors und der pH-Wert des Schlammes sind in Tabelle 7 gemeinsam mit den gemessenen Korrosionsraten aufgeführt.
TABELLE 7
Die Korrosionsdaten zeigen an, dass die Weinsäure die Cu-Korrosionsrate im Vergleich zu Ammoniumoxalat verringert. Die Korrosionsrate wird weiterhin bei Vorhandensein von Tetraalkylammoniumhydroxid verringert.

Claims

Chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung, die Folgendes aufweist: Mindestens ein Oxidationsmittel; einen Komplexbildner, der zur Ausbildung eines Komplexes mit einem oxidierten Metall in der Lage ist und der aus der Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die Zitronensäure, Milchsäure, Weinsäure, Oxalsäure und Salze derselben umfasst, und ein Filmbildungsmittel, welches die Ausbildung einer-Passivierungsschicht aus Metalloxiden auf der Oberfläche einer Metallschicht erleichtert.
Chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines oder jedes Oxidationsmittel Harnstoff-Wasserstoffperoxid ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexbildner Ammoniumoxalat ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniumoxalat in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 3,0 Gewichts-% vorhanden ist.
Chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines oder jedes Oxidationsmittel Harnstoff-Wasserstoffperoxid ist, und der Komplexbildner Weinsäure ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Weinsäure in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 5,0 Gewichts-% vorhanden ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filmbildungsmittel Benztriazol ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Benztriazol in einer Menge im Bereich zwischen 0,01 bis 0,1 Gewichts-% vorhanden ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel eine Verbindung ist, die nach der Reduktion Hydroxylradikale ausbildet.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel aus der aus Wasserstoffperoxid, Harnstoff-Wasserstoffperoxid bestehenden Gruppe und Kombinationen derselben ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid oder Harnstoff-Wasserstoffperoxid ist, welches in einer Menge im Bereich von 0,3 bis 12 Gewichts-% vorhanden ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel mindestens ein Metalloxid ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel aus der Aluminiumoxid, Zer(IV)-oxid, Germanium, Kieselerde, Titanerde, Zirkonoxid umfassenden Gruppe und Mischungen derselben ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel eine wässrige Dispersion eines Metalloxids ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxidschleifmittel aus Metalloxidaggregaten besteht, die eine Größenverteilung von weniger als 1,0 Mikron und einen durchschnittlichen Aggregatdurchmesser von weniger als 0,4 Mikron aufweisen.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxidschleifmittel aus diskreten einzelnen Metalloxidkugeln besteht, die einen Primärpartikeldurchmesser von weniger als 0,400 Mikron und einen Oberflächenbereich im Bereich von 10 m²/g bis 250 m²/g aufweisen.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel einen Oberflächenbereich im Bereich von 5 m²/g bis 430 m²/g aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel einen Oberflächenbereich im Bereich von 30 m²/g bis 170 m²/g aufweist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel aus der aus niedergeschlagenen Schleifmitteln oder geräucherten Schleifmitteln bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 12 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen pH-Wert von 4 bis 9 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen pH-Wert von 5 bis 8 aufweist.
Chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass mindestens eines oder jedes Oxidationsmittel aus der aus Wasserstoffperoxid, Harnstoff-Wasserstoffperoxid und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wobei der Komplexbildner Ammoniumoxalat und das Filmbildungsmittel Benztriazol ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Folgendes aufweist: 1,0 bis 15,0 Gewichts-% eines Metalloxidschleifmittels; 0,3 bis 12,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid oder Harnstoff-Wasserstoffperoxid; 0,5 bis 3,0 Gewichts-% Ammoniumoxalat; und Benztriazol.
Zusammensetzung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass Benztriazol in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gewichts-% vorhanden ist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 23-25, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel Aluminiumoxid ist.
Chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung nach Anspruch 23, die Folgendes aufweist: Harnstoff-Wasserstoffperoxid; 0,5 bis 3,0 Gewichts-% Ammoniumoxalat; und 0,01 bis 0,2 Gewichts-% Benztriazol.
Zusammensetzung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 1,0 bis 15,0 Gewichts-% eines Aluminiumoxidschleifmittels und 0,3 bis 12,0 Gewichts-% Harnstoff-Wasserstoffperoxid aufweist.
Chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung nach Anspruch 1, die Folgendes aufweist: Ein Aluminiumoxid-Schleifmittel in einer Menge von 1,0 bis 15,0 Gewichts-%; ein Harnstoff-Wasserstoffperoxid-Oxidationsmittel in einer Menge von 0,3 bis 12,0 Gewichts-%; einen Weinsäure-Komplexbildner in einer Menge von 0,5 bis 3,0 Gewichts-%; und ein Benztriazol-Filmbildungsmittel in einer Menge von 0,01 bis 0,2 Gewichts-%, wobei die Zusammensetzung einen pH-Wert von 4,0 bis 9,0 aufweist.
Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1-29, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin mindestens einen grenzflächenaktiven Stoff aufweist.
Verfahren zum Polieren eines Substrates, welches die folgenden Schritte aufweist: (a) Auftragen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung nach den Ansprüchen 1-30 auf das Substrat; und (b) Abtragen mindestens eines Teils der Metallschicht von dem Substrat durch Inkontaktbringen eines Kissens mit dem Substrat und Bewegen des Kissens im Verhältnis zu dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine kupferlegierungshaltige Schicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat weiterhin eine Titan- und Titannitridschicht aufweist, wobei mindestens ein Teil der Titan- und Titannitridschicht abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch-mechanische Polierschlammzusammensetzung auf das Kissen aufgetragen wird, bevor das Kissen mit dem Substrat in Berührung gebracht wird.
Mehrfachpaketsystem einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die Folgendes aufweist: (a) einen ersten Behälter, der ein Filmbildungsmittel aufweist, welches die Ausbildung einer Passivierungsschicht aus Metalloxiden auf der Oberfläche einer Metallschicht erleichtert, und einen Komplexbildner, der zur Ausbildung eines Komplexes mit einem oxidierten Metall in der Lage ist, und der aus der Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die Zitronensäure, Milchsäure, Weinsäure, Oxalsäure und Salze derselben umfasst; (b) einen zweiten Behälter, der ein Oxidationsmittel aufweist; und (c) ein Schleifmittel, welches in einem Behälter positioniert ist, der aus der aus dem ersten Behälter, dem zweiten Behälter oder einem dritten Behälter bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxidschleifmittel Aluminiumoxid ist.