FR2896804A1 - Compositions et procedes pour le polissage mecano-chimique de couches dielectriques inter-niveaux - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une composition aqueuse utile pour polir la silice et le verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice comprenant en % en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0 à 5 de composé cationique, 0 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, la polyvinylpyrrolidone ayant une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol, et un procédé pour polir la silice et le verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice utilisant cette composition.
Description
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION L'invention concerne la planarisation
mécano-chimique (chemical mechanical planarization (CMP)) de matériaux de type plaquettes semiconductrices et, plus particulièrement, des compositions de CMP et des procédés pour polir des couches diélectriques de structures semiconductrices dans des procédés diélectriques inter-niveaux (interlevel dielectric (ILD)). Les circuits intégrés modernes sont fabriqués par un procédé élaboré dans lequel des circuits électroniques composés de dispositifs semiconducteurs sont formés intégralement sur une petite structure semiconductrice. Les dispositifs semiconducteurs conventionnels qui sont formés sur la structure semiconductrice incluent des condensateurs, des résistances, des transistors, des diodes et analogues. Dans la fabrication avancée des circuits intégrés, des centaines de milliers de ces dispositifs semiconducteurs sont formés sur une seule structure semiconductrice. De plus, les circuits intégrés peuvent être disposés sous forme de puces contiguës sur un substrat de silicium commun de la structure semiconductrice. Typiquement, des régions d'inscription au niveau de la surface sont situées entre les puces, où les puces sont séparées par découpage pour former des circuits intégrés discrets. Dans les puces, la surface de la structure semiconductrice est caractérisée par des régions relevées qui sont dues à la formation des dispositifs semiconducteurs. Ces régions relevées forment des rangées ("lignes") et sont séparées par des régions abaissées de moindre hauteur ("espaces") sur le substrat de silicium de la structure semiconductrice. Conventionnellement, les dispositifs semiconducteurs de la structure semiconductrice sont formés par dépôt et configuration alternés de couches de matériau conducteur et de matériau isolant sur la surface de la structure semiconductrice. Fréquemment, dans la préparation pour le dépôt de couches successives, la surface de la structure semiconductrice doit être rendue uniforme et plane. Ainsi, pour préparer la surface de la structure semiconductrice pour une opération de dépôt de matériau, un procédé de planarisation doit être mis en oeuvre sur la surface de la structure semiconductrice.
La planarisation est typiquement réalisée en faisant croître ou en déposant une couche diélectrique inter-niveaux de matériau isolant comme un oxyde ou un nitrure sur la structure semiconductrice, pour remplir les zones rugueuses ou discontinues. Les couches diélectriques inter-niveaux sont déposées sous forme d'un film conforme, de sorte qu'il a une surface non plane caractérisée par des caractéristiques en saillie relevées verticalement de plus grande hauteur qui s'étendent vers le haut audessus des lignes et par des auges ouvertes de plus faible hauteur situées au-dessus des espaces. Le procédé de planarisation est utilisé pour réduire la hauteur ("hauteur de pas", ("step-height")) des caractéristiques qui font saillie verticalement vers le bas jusqu'à une hauteur cible qui est typiquement à une distance prédéfinie au-dessus du niveau des sommets des lignes où, idéalement, une surface planarisée sera formée. Actuellement, la CMP est la technique la plus avancée pour obtenir la planéité ou planarisation souhaitée. La CMP augmente le retrait du matériau de la surface, en opérant une abrasion mécanique de la surface tandis qu'une composition chimique ("suspension") attaque sélectivement la surface. Par exemple, le brevet US n 5 391 258 de Brancaleoni, et al., discute un procédé pour augmenter la vitesse de polissage du silicium, de la silice ou d'articles contenant du silicium incluant des composites de métaux et de silice. La composition inclut environ 33 Io en masse d'alumine pour augmenter la vitesse de retrait pour la couche diélectrique. La composition inclut aussi un agent oxydant ainsi qu'un anion qui supprime la vitesse de retrait du film mince de silice relativement tendre. L'anion suppresseur peut être un acide carboxylique quelconque parmi un certain nombre d'acides carboxyliques. Le verre de boro-phosphate-silicate (Boro-Phosphate-Silicate-Glass (BPSG)) a été largement utilisé dans l'industrie des semiconducteurs dans la création de films diélectriques inter-couches. Pour ces applications, le BPSG offre un bon remplissage des interstices et joue le rôle de barrière efficace contre la migration des ions alcalins vers les régions sensibles du dispositif. De plus, l'addition de bore à des films de BPSG abaisse efficacement la température de transition vitreuse des films d'oxyde, en permettant aux films d'oxyde de s'écouler à des températures relativement basses. Ainsi, le BPSG peut être utilisé pour remplir les ouvertures d'indice de forme élevé tout en réalisant en même temps un lissage de la surface de la topographie de dispositifs DRAM empilés.
Malheureusement, ainsi que cela est bien connu dans la technique, la vitesse de retrait du BPSG n'est pas aisément contrôlée. Ceci est attribué généralement à la concentration des impuretés dopant la couche de BPSG et au traitement thermique auquel la couche de BPSG polie a été soumise. Par exemple, le BPSG a une vitesse de retrait très élevée dans les caractéristiques élevées (lignes) et les zones basses (espaces). Bien que, du fait de différences de pression, l'oxyde des lignes (zones élevées d'oxyde) soit planarisé typiquement environ deux fois plus rapidement que les espaces. Ainsi, comme l'absence de hauteur de pas est souhaitée pour l'épaisseur d'oxyde requise finale, de l'oxyde en excès est déposé (c'est-à-dire surchargé), pour permettre au retrait de l'oxyde des lignes de continuer jusqu'à ce qu'il soit sensiblement plan avec l'oxyde des espaces. En d'autres termes, pour planariser une hauteur de pas de 3500 x 10-10 m (3500 Â), il est nécessaire de retirer 7000 x 10-10 m (7000 Â) d'oxyde des lignes et 3500 x 1010 m (3500 Â) d'oxyde des espaces. Ceci exige qu'une quantité en excès d'au moins 3500 x Io-l m (3500 Â) d'oxyde surchargé sacrificiel soit déposée, ce qui nécessite une durée et une dépense supplémentaires. Ainsi, ce qui est nécessaire c'est une composition et un procédé pour le polissage mécano-chimique de couches diélectriques ayant des vitesses de retrait améliorées et une sélectivité améliorée. En particulier, ce qui est nécessaire c'est une composition et un procédé pour polir la silice et le BPSG dans des procédés ILD, ayant des vitesses de retrait améliorées et une sélectivité améliorée, ainsi qu'une efficacité de planarisation améliorée.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Dans un premier aspect, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le verre de boro- phosphate-silicate sur une plaquette semi-conductrice comprenant en % en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0 à 5 de composé cationique, 0 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol.
Dans un second aspect, la présente invention fournit un procédé pour polir la silice et le verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice comprenant : la mise en contact de la silice et du verre de boro-phosphate-silicate sur la plaquette avec une composition de polissage, la composition de polissage comprenant en % en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0 à 5 de composé cationique, 0 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol ; et le polissage de la silice et du verre de boro-phosphate-silicate avec un feutre de polissage.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION La composition et le procédé permettent un retrait amélioré inattendu du dioxyde de silicium et du verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice. Avantageusement, la composition comprend de la polyvinylpyrrolidone pour améliorer la sélectivité et la contrôlabilité pendant le processus de polissage. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice comprenant de la polyvinylpyrrolidone, un polymère d'acide carboxylique, un abrasif et le complément d'eau. Eventuellement, la composition de la présente invention peut contenir un composé cationique pour favoriser la planarisation, réguler le temps de dégagement des plaquettes et le retrait de la silice. Egalement, la composition contient éventuellement un composé zwitterionique pour favoriser la planarisation et servir de suppresseur pour le retrait du verre de boro-phosphate-silicate. Les inventeurs ont découvert qu'en coiffant le BPSG par exemple avec de la silice (par exemple oxyde de tétraéthylorthosilicate ("TEOS")) et en utilisant la composition de la présente invention, il est possible d'abaisser les vitesses de retrait de l'oxyde des espaces par rapport à l'oxyde des lignes, de favoriser des temps de planarisation plus rapides et un moindre oxyde surchargé. La présente invention peut fournir des rapports de vitesses de retrait entre l'oxyde des espaces et l'oxyde des lignes d'environ 0,30 contre environ 0,50 pour une composition de suspension conventionnelle.
Avantageusement, la nouvelle composition de polissage contient environ 0,01 à 10 % en masse de polyvinylpyrrolidone pour fournir la réponse de seuil de pression pendant le retrait d'oxyde. De préférence, la polyvinylpyrrolidone est présente en une quantité de 0,015 à 5 % en masse. De préférence encore, la polyvinylpyrrolidone est présente en une quantité de 0,02 à 0,5 % en masse. De préférence encore, la polyvinylpyrrolidone est présente en une quantité de 0,02 à 1 % en masse. Egalement, la masse moléculaire moyenne en poids de la polyvinylpyrrolidone est 100 à 1 000 000 g/mol telle qu'elle est déterminée par chromatographie par perméation de gel (CPG). De préférence, la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne en poids de 500 à 500 000 g/mol. De préférence encore, la masse moléculaire moyenne en poids de la polyvinylpyrrolidone est d'environ 1 500 à environ 10 000 g/mol. De plus, des mélanges de polyvinylpyrrolidone de plus haute masse moléculaire moyenne en nombre et de polyvinylpyrrolidone de plus basse masse moléculaire moyenne en nombre peuvent être utilisés. En plus de la polyvinylpyrrolidone, la composition contient avantageusement 0,01 à 5 % en masse d'un polymère d'acide carboxylique pour servir de dispersant pour les particules abrasives (discuté ci-dessous). De préférence, la composition contient 0,05 à 1,5 À) en masse d'un polymère d'acide carboxylique. Egalement, le polymère a de préférence une masse moléculaire moyenne en nombre de 4 000 à 1 500 000. De plus, des mélanges de polymères d'acide carboxylique de plus haute masse moléculaire moyenne en nombre et de polymères d'acide carboxylique de plus basse masse moléculaire moyenne en nombre peuvent être utilisés. Ces polymères d'acide carboxylique sont généralement en solution mais peuvent être dans une dispersion aqueuse. Le polymère d'acide carboxylique peut avantageusement servir de dispersant pour les particules abrasives (discuté ci-dessous). La masse moléculaire moyenne en nombre des polymères mentionnés précédemment est déterminée par CPG. Les polymères d'acide carboxylique sont de préférence formés à partir d'acides monocarboxyliques insaturés et d'acides dicarboxyliques insaturés. Les monomères acides monocarboxyliques insaturés typiques contiennent 3 à 6 atomes de carbone et incluent l'acide acrylique, l'acide acrylique oligomère, l'acide méthacrylique, l'acide crotonique et l'acide vinylacétique. Les acides dicarboxyliques insaturés typiques contiennent 4 à 8 atomes de carbone et incluent leurs anhydrides et sont par exemple l'acide maléique, l'anhydride maléique, l'acide fumarique, l'acide glutarique, l'acide itaconique, l'anhydride itaconique et l'acide cyclohexènedicarboxylique. De plus, des sels solubles dans l'eau des acides mentionnés précédemment peuvent aussi être utilisés. Les "poly(acides (méth)acryliques)" ayant une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 1 000 à 1 500 000, de préférence de 3 000 à 250 000 et de préférence encore de 20 000 à 200 000 sont particulièrement utiles. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "poly(acide (méth)acrylique)" est défini comme étant des polymères de l'acide acrylique, des polymères de l'acide méthacrylique ou des copolymères de l'acide acrylique et de l'acide méthacrylique. Les mélanges de poly(acides (méth)acryliques) de masse moléculaire moyenne en nombre variable sont particulièrement préférés. Dans ces mélanges de poly(acides (méth)acryliques), un poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus basse ayant une masse moléculaire moyenne en nombre de 1 000 à 100 000 et de préférence de 4 000 à 40 000 est utilisé en combinaison avec un poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée ayant une masse moléculaire moyenne en nombre de 150 000 à 1 500 000, de préférence de 200 000 à 300 000. Typiquement, le rapport en % en masse du poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus basse au poly(acide (méth)acrylique) de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée est d'environ 10:1 à 1:10, de préférence de 5:1 à 1:5, et de préférence encore de 3:1 à 2:3. Un mélange préféré comprend un poly(acide (méth)acrylique) ayant une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 20 000 et un poly(acide (méth)acrylique) ayant une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 200 000 dans un rapport massique de 2:1. De plus, des copolymères et terpolymères contenant un acide carboxylique dans lesquels le composant acide carboxylique comprend 5-75 % en masse du polymère peuvent être utilisés. Sont typiques de tels polymères les polymères d'acide (méth)acrylique et d'acrylamide ou de méthacrylamide ; les polymères d'acide (méth)acrylique et de styrène et d'autres monomères vinyliques aromatiques ; les polymères de 7 (méth)acrylates d'alkyle (esters de l'acide acrylique ou méthacrylique) et d'un acide mono- ou dicarboxylique, comme l'acide acrylique ou méthacrylique ou l'acide itaconique ; les polymères de monomères vinyliques aromatiques substitués ayant des substituants, comme un halogène (c'est-à-dire chlore, fluor ou brome), nitro, cyano, alcoxy, halogénoalkyle, carboxyle, amino, aminoalkyle et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé et d'un (méth)acrylate d'alkyle les polymères de monomères monoéthyléniquement insaturés contenant un cycle azoté, comme la vinylpyrridine, une alkylvinylpyridine, le vinylbutyrolactame, le vinylcaprolactame, et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé ; les polymères d'oléfines, comme le propylène, l'isobutylène ou d'alkyloléfines à longue chaîne ayant 10 à 20 atomes de carbone et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé ; les polymères d'esters d'alcool vinylique, comme l'acétate de vinyle et le stéarate de vinyle ou d'halogénures de vinyle comme le fluorure de vinyle, le chlorure de vinyle, le fluorure de vinylidène ou de vinylnitriles, comme l'acrylonitrile et le méthacrylonitrile et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé les polymères de (méth)acrylates d'alkyle ayant 1-24 atomes de carbone dans le groupe alkyle et d'un acide monocarboxylique insaturé, comme l'acide acrylique ou l'acide méthacrylique. Ceux-ci sont seulement quelques exemples de la variété de polymères qui peuvent être utilisés dans la nouvelle composition de polissage de cette invention. Egalement, il est possible d'utiliser des polymères qui sont biodégradables, photodégradables ou dégradables par d'autres moyens. Un exemple d'une telle composition qui est biodégradable est un polymère poly(acide acrylique) contenant des segments de poly(acrylate co-2-cyanoacrylate de méthyle). Avantageusement, la composition de polissage contient 0,2 à 6% en masse d'abrasif pour faciliter le retrait de la silice. Dans cette plage, il est souhaitable que l'abrasif soit présent en une quantité supérieure ou égale à 0,5 % en masse. Egalement, une quantité inférieure ou égale à 2,5 % en masse est souhaitable dans cette plage. L'abrasif a une taille de particules moyenne de 50 à 200 nanomètres (nm). Pour les besoins de cette description, la taille de particule désigne la taille de particule moyenne de l'abrasif. De préférence encore, il est souhaitable d'utiliser un abrasif ayant une taille de particule moyenne de 80 à 150 nm. Le fait de faire décroître la taille de l'abrasif à une valeur inférieure ou égale à 80 nm a tendance à améliorer la planarisation de la composition de polissage mais a tendance également à réduire la vitesse de retrait. Les exemples d'abrasifs incluent les oxydes inorganiques, les hydroxydes inorganiques, les borures métalliques, les carbures métalliques, les nitrures métalliques, les particules de polymère et les mélanges comprenant au moins l'un des précédents. Les oxydes inorganiques appropriés incluent par exemple la silice (SiO2), l'alumine (AI203), la zircone (ZrO2), l'oxyde de cérium (CeO2), l'oxyde de manganèse (MnO2), ou des combinaisons comprenant au moins l'un des oxydes précédents. Des formes modifiées de ces oxydes inorganiques comme les particules d'oxyde inorganique recouvertes de polymère et les particules recouvertes de substances inorganiques peuvent aussi être utilisées si on le souhaite. Les carbures, borures et nitrures métalliques appropriés incluent par exemple le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le carbonitrure de silicium (SiCN), le carbure de bore, le carbure de tungstène, le carbure de zirconium, le borure d'aluminium, le carbure de tantale, le carbure de titane ou les combinaisons comprenant au moins l'un des carbures, borures et nitrures métalliques précédents. Le diamant peut aussi être utilisé comme abrasif si on le souhaite. D'autres abrasifs incluent aussi des particules polymères et des particules polymères revêtues. L'abrasif préféré est l'oxyde de cérium. Les composés présentent une efficacité sur une large plage de pH dans des solutions contenant un complément d'eau. Cette plage de pH utile pour la solution s'étend d'au moins 4 à 9. De plus, la solution est basée avantageusement sur un complément d'eau désionisée pour limiter les impuretés éventuelles. Le pH du fluide de polissage de cette invention est de préférence de 4,5 à 8, de préférence encore de 5,5 à 7,5. Les acides utilisés pour ajuster le pH de la composition de cette invention sont par exemple l'acide nitrique, l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique et analogues. Les exemples de bases utilisées pour ajuster le pH de la composition de cette invention sont par exemple l'hydroxyde d'ammonium et l'hydroxyde de potassium. Eventuellement, la composition contient avantageusement 0 à 35 5 % en masse d'un composé zwitterionique pour favoriser la planarisation et servir de suppresseur pour le retrait des nitrures. Avantageusement, la composition contient 0,01 à 1,5 % en masse de composé zwitterionique. Le composé zwitterionique de la présente invention peut favoriser avantageusement la planarisation et peut supprimer le retrait des nitrures. Le terme "composé zwitterionique" désigne un composé contenant des substituants cationiques et anioniques en des proportions sensiblement égales reliés par un pont physique, par exemple un groupe CI-12, de sorte que le composé est globalement neutre. Les composés zwitterioniques de la présente invention incluent la structure suivante : 10 n où n est un entier, Y comprend l'hydrogène ou un groupe alkyle, Z comprend carboxyle, sulfate ou l'oxygène, M comprend l'azote, le phosphore ou un atome de soufre, et X1, X2 et X3 comprennent 15 indépendamment des substituants choisis dans le groupe comprenant l'hydrogène, un groupe alkyle et un groupe aryle. Tel qu'il est défini ici, le terme "alkyle" (ou alkyl- ou alk-) désigne une chaîne hydrocarbonée linéaire, ramifiée ou cyclique, substituée ou non substituée, qui contient de préférence de 1 à 20 atomes 20 de carbone. Les groupes alkyle incluent par exemple méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, cyclopropyle, butyle, isobutyle, tert-butyle, sec-butyle, cyclobutyle, pentyle, cyclopentyle, hexyle et cyclohexyle. Le terme "aryle" désigne tout groupe carbocyclique aromatique substitué ou non substitué qui contient de préférence de 6 à 20 atomes de 25 carbone. Tout groupe aryle peut être monocyclique ou polycyclique. Les groupes aryle incluent par exemple phényle, naphtyle, biphényle, benzyle, tolyle, xylyle, phényléthyle, benzoate, alkylbenzoate, aniline et N-alkylanilino. Les composés zwitterioniques préférés incluent par exemple les 30 bétaïnes. Une bétaïne préférée selon la présente invention est le N,N,N-triméthylammonioacétate, représenté par la structure suivante : CH3 oe Eventuellement, la composition de la présente invention peut comprendre 0 à 5 % en masse de composé cationique. De préférence, la composition comprend éventuellement 0,01 à 1,5 % en masse de composé cationique. Le composé cationique de la présente invention peut favoriser avantageusement la planarisation, réguler le temps de dégagement des plaquettes et servir à supprimer le retrait d'oxyde. Les composés cationiques préférés incluent les alkylamines, les arylamines, les composés d'ammonium quaternaire et les alcoolamines. Les exemples de composés cationiques incluent la méthylamine, l'éthylamine, la diméthylamine, la diéthylamine, la tri méthylamine, la triéthylamine, l'aniline, l'hydroxyde de tétraméthylammonium, l'hydroxyde de tétraéthylammonium, l'éthanolamine et la propanolamine.
Ainsi, la présente invention fournit une composition utile pour polir la silice et le BPSG sur une plaquette semiconductrice pour des procédés ILD. La composition comprend avantageusement de la polyvinylpyrrolidone pour des performances de retrait excessif ("dishing") améliorées. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le BPSG sur une plaquette semiconductrice comprenant en % en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0 à 5 de composé cationique, 0 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, où la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol. La composition présente une réponse de pression de seuil particulièrement améliorée dans une plage de pH de 4 à 9. De plus, la présente invention est particulièrement utile quand elle est utilisée avec un feutre de polissage ayant une vitesse d'usure réduite à ou à proximité du centre de la piste de la plaquette. Les suspensions ILD présentent souvent des phénomènes "rapides au centre" (c'est-à-dire polissage à une plus grande vitesse à ou à proximité du centre de la piste de plaquette) par rapport aux autres zones de la () 1 H 3 // D C CH3 ùNùCH2 ---C 1 plaquette. Les inventeurs ont découvert que le polissage avec la composition de la présente invention fournit une réduction améliorée des phénomènes rapides au centre quand elle est utilisée avec un feutre de polissage ayant une vitesse d'usure moins agressive pour la plaquette, à ou à proximité du centre de la piste de la plaquette. En d'autres termes, le feutre de polissage comporte des rainures qui sont configurées pour produire un polissage réduit à proximité du centre de la piste de plaquette. Le feutre de polissage peut être poreux, non poreux ou une combinaison de ceux-ci. Egalement, le feutre de polissage peut avoir une géométrie ou une configuration des rainures quelconque selon ce que l'on souhaite, par exemple en spirale, circulaires, radiales, hachurées ou une combinaison de celles-ci. Une configuration de rainures particulièrement utile est une configuration spirale-radiale-spirale.
Exemples Dans les exemples, les chiffres représentent des exemples de l'invention et les lettres représentent des exemples comparatifs. Toutes les solutions des exemples contenaient, en % en masse, 1,8 d'oxyde de cérium, 0,27 de poly(acide acrylique), 0,5 de bétaïne et 0,15 d'éthanolamine. Les exemples de l'invention contenaient 0,1 % en masse de polyvinylpyrrolidone. La suspension a été préparée en combinant un ensemble abrasif avec un ensemble chimique. L'ensemble abrasif a été préparé en dissolvant le concentré de poly(acide acrylique) dans de l'eau désionisée au moyen d'un mélangeur à pales et en ajoutant le concentré d'oxyde de cérium à la solution de poly(acide acrylique). Puis, le mélange oxyde de cérium-poly(acide acrylique)-eau a été titré avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde d'ammonium. Le mélange a ensuite été introduit dans un broyeur Kady Mill à haut cisaillement. L'ensemble chimique a été préparé en dissolvant tous les produits chimiques restants dans de l'eau désionisée, en les quantités appropriées, en mélangeant avec un mélangeur à pales et en titrant au pH final selon ce que l'on souhaitait avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde d'ammonium. La suspension finale est préparée en mélangeant l'ensemble abrasif avec l'ensemble chimique et en titrant au pH souhaité.35 Exemple 1 Cette expérience mesurait l'effet de la présente suspension sur la réponse de pression de seuil et la sélectivité du retrait de dioxyde de silicium et de verre de boro-phosphate-silicate. En particulier, l'effet de la polyvinylpyrrolidone sur la réponse de pression de seuil et la sélectivité du retrait de dioxyde de silicium et de BPSG dans les lignes et les espaces de la plaquette test a été testé. Les plaquettes "coiffées" étaient des plaquettes à motif de masque MIT864TM de Sematech ayant un oxyde TEOS de 500 x 10-10 m (500 Â) disposé en coiffe sur du BPSG de 9500 x Io' m (9500 Â). Les plaquettes "non coiffées" étaient des plaquettes à motif de masque MIT864TM de Sematech ayant du BPSG de 10 000 x 10-10 m (10 000 Â). Les caractéristiques de la plaquette étaient une densité de 50 % à un pas de 1 000 pm/espace de 500 pm. Ici, la densité de 50 % est définie comme les espaces dans une rangée de structures répétées où la largeur des espaces/(largeur des espaces + largeur des lignes) x 100 % = 50 0/0. Par exemple, si la largeur des espaces + la largeur des lignes = 1 000 pm, l'espace à 50 % a une largeur de 500 pm. Une machine de polissage Applied Materials Mirra de 200 mm utilisant un feutre de polissage en polyuréthane IC100OTM (Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.) dans des conditions de force descendante de 1,5 x 6,9 x 103 Pa (1,5 psi) et un débit de la solution de polissage de 150 cm3/min, une vitesse du plateau de 52 tours/min et une vitesse du support de 50 tours/min a planarisé les échantillons. Les solutions de polissage avaient un pH de 6,5 ajusté avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde d'ammonium. Toutes les solutions contenaient un complément d'eau désionisée.
Tableau 1 Caractéristique des plaquettes (densité de 50 % à un pas de 1 000 pm/espace de 500 pm) Temps de Perte d'épaisseur Hauteur des pas polissage (s) des espaces restante (Io-l m BPSG (Â)) (Io-w m (Â Test A Coiffée 140 2550 45 Non coiffée 140 3200 40 Exemple 1 Coiffée 150 1480 24 Non coiffée 150 2100 265 Comme le montre le tableau 1 ci-dessus, l'addition de la polyvinylpyrrolidone conférait une réponse de pression de seuil et une sélectivité de la composition pour le dioxyde de silicium et le BPSG. Par exemple, dans l'exemple 1, la composition présentait une perte d'épaisseur des espaces de seulement 1480 x Io-l m (1480 Â) avec une hauteur des pas restante de 24 x 10 1 m (24 Â) pour la plaquette coiffée avec de l'oxyde TEOS. Egalement, la composition présentait unrapport des vitesses de retrait de l'oxyde des espaces/oxyde des lignes de 0,31. En d'autres termes, le BPSG dans la ligne était retiré à une vitesse qui était environ 3 fois supérieure à celle du BPSG dans l'espace. Par comparaison, la même composition quand elle est utilisée sur la plaquette non coiffée ne présentait pas de réponse de pression améliorée et ne présentait pas des résultats améliorés en ce qui concerne la réponse de pression et la sélectivité. Par exemple, la composition (exemple 1) présentait une perte d'épaisseur des espaces de 2100 x 10-10 m (2100 Â) avec une hauteur des pas restante de 265 x 10 1 m (265 Â) pour la plaquette non coiffée. Egalement, la composition présentait un rapport des vitesses de retrait de l'oxyde des espaces/oxyde des lignes de 0,44. De plus, la composition du test A ne présentait pas des résultats améliorés en ce qui concerne la réponse de pression et la sélectivité pour les plaquettes coiffées ou les plaquettes non coiffées. Par exemple, la composition du test A présentait une perte d'épaisseur des espaces de 2550 x m (2550 Â) pour la plaquette coiffée d'oxyde TEOS et de 3200 x Io-l m (3200 Â) pour la plaquette non coiffée. En d'autres termes, comme la composition du test A ne présentait pas la réponse de pression et la sélectivité améliorées de la composition de la présente invention, une bien plus grande perte de BPSG était nécessaire avant que l'oxyde des lignes/oxyde des espaces soient sensiblement plans.
10 Exemple 2 Cette expérience mesurait l'effet de la présente suspension sur la réponse de pression de seuil et la sélectivité du retrait de dioxyde de silicium et de verre de boro-phosphate-silicate. En particulier, l'effet de la polyvinylpyrrolidone sur la réponse de pression de seuil et la sélectivité du 15 retrait de dioxyde de silicium et de BPSG dans les lignes et les espaces de la plaquette test a été testé. Toutes les conditions étaient similaires à celles de l'exemple 1 ci-dessus à ceci près que les caractéristiques de la plaquette étaient une densité de 90 %.
20 Tableau 2 Caractéristiques de la plaquette (densité de 90 % à un pas de 100 dam/espace de 90 dam) Temps de Perte d'épaisseur Hauteur des pas polissage (s) des espaces restante (10-10 m BPSG (Â)) (10-10 m (Â Test B Coiffée 140 3412 10 Non coiffée 140 4180 17 Exemple 2 Coiffée 150 2000 38 Non coiffée 150 2800 64 Comme le montre le tableau 2 ci-dessus, l'addition de la polyvinylpyrrolidone conférait une réponse de pression de seuil et une sélectivité de la composition pour le dioxyde de silicium et le BPSG. Par exemple, dans l'exemple 2, la composition présentait une perte d'épaisseur des espaces de seulement 2 000 x 10-10 m (2 000 Â) avec une hauteur de pas restante de 38 x Io-l m (38 Â) pour la plaquette coiffée d'oxyde TEOS. Par comparaison, la même composition quand elle était utilisée sur la plaquette non coiffée ne présentait pas le même niveau de résultats améliorés concernant la réponse de pression et la sélectivité. Par exemple, la composition présentait une perte d'épaisseur des espaces de 2800 x Io' m (2800 Â) avec une hauteur des pas restante de 64 x Io-l m (64 Â) pour la plaquette non coiffée. De plus, la composition du test B ne présentait pas des résultats améliorés concernant la réponse de pression et la sélectivité pour les plaquettes coiffées ou les plaquettes non coiffées. Par exemple, la composition du test B présentait une perte d'épaisseur des espaces de 3 412 x Io' m (3 412 Â) pour la plaquette coiffée d'oxyde TEOS et de 4 180 x Io-l m (4 180 Â) pour la plaquette non coiffée. En d'autres termes, comme la composition du test B ne présentait pas la réponse de pression améliorée et la sélectivité améliorée de la composition de la présente invention, une bien plus grande perte de BPSG était nécessaire avant que l'oxyde des lignes/oxyde des espace soient sensiblement plans.
Exemple 3 Cette expérience mesurait l'effet de la présente suspension sur la réponse de pression de seuil et la sélectivité du retrait de dioxyde de silicium et de verre de boro-phosphate-silicate. En particulier, l'effet de la polyvinylpyrrolidone sur la réponse de pression de seuil et la sélectivité du retrait de dioxyde de silicium et de BPSG dans les lignes et les espaces de la plaquette test a été testé. Toutes les conditions étaient similaires à celles de l'exemple 1 ci-dessus à ceci près que les caractéristiques de la plaquette étaient une densité de 10 %.
Tableau 3 Caractéristiques de la plaquette (densité de 10 % à un pas de 100 pm/espace de 10 pm) Temps de Perte d'épaisseur Hauteur des pas polissage (s) des espaces restante (Io-l m BPSG (Â)) (Io-l m (Â Test C Coiffée 140 2600 35 Non coiffée 140 4100 35 Exemple 3 Coiffée 150 1600 29 Non coiffée 150 2140 93 Comme le montre le tableau 3 ci-dessus, l'addition de la polyvinylpyrrolidone conférait une réponse de pression de seuil et une sélectivité de la composition pour le dioxyde de silicium et le BPSG. Par exemple, dans l'exemple 3, la composition présentait une perte d'épaisseur des espaces de seulement 1 600 x 10-10 m (1 600 Â) avec une hauteur des pas restante de 29 x lo-l m (29 Â) pour la plaquette coiffée d'oxyde TEOS. Par comparaison, la même composition, quand elle était utilisée sur la plaquette non coiffée, ne présentait pas le même niveau de résultats améliorés concernant la réponse de pression et la sélectivité. Par exemple, la composition présentait une perte d'épaisseur des espaces de 2140 x Io-l m (2140 Â) avec une hauteur des pas restante de 93 x Iol m (93 Â) pour la plaquette non coiffée. De plus, la composition du test C ne présentait pas des résultats améliorés concernant la réponse de pression et la sélectivité pour les plaquettes coiffées ou les plaquettes non coiffées. Par exemple, la composition du test C présentait une perte d'épaisseur des espaces de 2600 x Io-l m (2600 Â) pour la plaquette coiffée d'oxyde TEOS et de 4 100 x 10-10 m (4 100 Â) pour la plaquette non coiffée. En d'autres termes, comme la composition du test C ne présentait pas la réponse de pression et la sélectivité améliorées de la composition de la présente invention, une bien plus grande perte de BPSG était nécessaire avant que l'oxyde des lignes/oxyde des espace soient sensiblement plans. Ainsi, la présente invention fournit une composition utile pour le polissage de la silice et du verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice pour des procédés d'isolation de tranchées peu profondes. La composition comprend avantageusement de la polyvinylpyrrolidone pour une sélectivité et une contrôlabilité améliorées pendant le procédé de polissage. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le verre de boro-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice comprenant de la polyvinylpyrrolidone, un polymère d'acide carboxylique, un abrasif et le complément d'eau. Eventuellement, la composition de la présente invention peut contenir un composé cationique pour favoriser la planarisation, réguler le temps de dégagement des plaquettes et le retrait de la silice. Egalement, la composition contient éventuellement un composé zwitterionique pour favoriser la planarisation et servir de suppresseur pour le retrait de BPSG. On notera que, tandis que les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus utilisent du BPSG coiffé d'oxyde TEOS, l'invention n'est pas limitée ainsi. Par exemple, la composition de la présente invention peut être utilisée sur du verre de phosphosilicate (PSG) coiffé d'oxyde TEOS, du verre de borosilicate (BSG), une couche d'oxyde de silicium à plasma haute densité (ND?), un verre de silicate non dopé (USG), un USG hautement thermique (HT), ou une couche d'oxyde de silicium améliorée par plasma (PE).
Claims (10)
1. Composition aqueuse utile pour polir la silice et le verre de bora-phosphate-silicate sur une plaquette semiconductrice, caractérisée en ce qu'elle comprend en % en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0 à 5 de composé cationique, 0 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, la polyvinylpyrrolidone ayant une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend 0,02 à 1 % en masse de polyvinylpyrrolidone.
3. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la polyvinylpyrrolidone a une masse moléculaire moyenne entre 1 500 g/mol et 10 000 g/mol.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composé zwitterionique a la structure suivante : Y e x [CH_1 / ze où n est un entier, Y comprend l'hydrogène ou un groupe alkyle, Z comprend carboxyle, sulfate ou l'oxygène, M comprend l'azote, le phosphore ou un atome de soufre, et XI, X2 et X3 comprennent indépendamment des substituants choisis dans le groupe comprenant l'hydrogène, un groupe alkyle et un groupe aryle.
5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère d'acide carboxylique est un polyacide acrylique).
6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composé cationique est choisi dans le groupe comprenant : les alkylamines, les arylamines, les composés d'ammonium quaternaire et les alcoolamines. n
7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'abrasif est l'oxyde de cérium.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition aqueuse a un pH de 4 à
9. 9. Procédé pour polir la silice et le verre de boro-phosphatesilicate sur une plaquette semiconductrice caractérisé en ce qu'il comprend : la mise en contact de la silice et du verre de bord-phosphate- silicate sur la plaquette avec une composition de polissage comprenant en % en masse 0,01 à 5 de polymère d'acide carboxylique, 0,02 à 6 d'abrasif, 0,01 à 10 de polyvinylpyrrolidone, 0 à 5 de composé cationique, 0 à 5 de composé zwitterionique et le complément d'eau, la polyvinylpyrrolidone ayant une masse moléculaire moyenne entre 100 g/mol et 1 000 000 g/mol ; et le polissage de la silice et du verre du boro-phosphate-silicate avec un feutre de polissage.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition comprend 0,02 à 1 % en masse de polyvinylpyrrolidone.
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