FR2901802A1 - Procede de production d'une composition de polissage mecano-chimique et procede de polissage mecano-chimique. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de production d'une composition pour polir la silice et le nitrure de silicium sur un substrat semiconducteur. Le procédé comprend :- la fourniture d'un polymère d'acide carboxylique dans une solution aqueuse ;- la mise en contact de la solution aqueuse avec une résine échangeuse d'ions pour retirer les cations solubles et l'ammoniac soluble de la solution aqueuse, la solution aqueuse fournissant un polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions en solution aqueuse ;- l'ajout ou l'addition (i) d'un abrasif, (ii) d'un composé d'ammonium quaternaire et (iii) d'acide phtalique ou d'un sel d'acide phtalique au polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions en solution aqueuse afin d'obtenir une suspension ayant 0,01 à 5 % en masse du polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions, 0,001 à 1 % en masse de composé d'ammonium quaternaire, 0,001 à 1 % en masse d'acide phtalique ou de sel d'acide phtalique et 0,01 à 5 % en masse d'abrasif.
Description
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Dans l'industrie des semiconducteurs, la
formation sélective et le retrait sélectif de couches sur un substrat sous-jacent sont des étapes critiques dans la production des circuits intégrés. Les couches sont constituées par différentes substances et peuvent être conductrices ou non conductrices. Les couches conductrices sont typiquement utilisées pour le câblage ou les connexions de câblage. Des couches non conductrices ou diélectriques sont utilisées dans plusieurs domaines, par exemple comme diélectriques interniveaux entre des couches de métallisation, ou comme isolations entre des éléments de circuit adjacents. Les étapes de traitement typiques comprennent : (1) le dépôt d'une couche, (2) la formation de motifs dans des zones de la couche par lithographie et gravure, (3) le dépôt d'une couche qui remplit les zones gravées, et (4) la planarisation de la structure par gravure ou polissage mécano-chimique (CMP). Des couches sont formées sur un substrat par différents procédés bien connus, par exemple le dépôt physique en phase vapeur (PVD) par pulvérisation cathodique ou évaporation, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Les couches sont retirées par des procédés quelconques parmi plusieurs procédés bien connus incluant le polissage mécano-chimique, la gravure sèche comme la gravure à ions réactifs (RIE), la gravure humide, la gravure électrochimique, la gravure en phase vapeur et la gravure à pulvérisation.
Il est extrêmement important dans le retrait des couches d'arrêter le processus quand l'épaisseur correcte a été retirée. En d'autres termes, pendant le retrait des couches, il est important de savoir quand le point limite a été atteint. En CMP, une couche est retirée sélectivement d'une plaquette semiconductrice en faisant tourner la plaquette contre un feutre de polissage (ou en faisant tourner le feutre contre la plaquette, ou les deux) avec une quantité de pression contrôlée en présence d'une suspension chimiquement réactive. Le surpolissage d'une couche conduit à des pertes de rendement, et le sous-polissage nécessite une nouvelle opération coûteuse, Ainsi, différents procédés ont été employés pour détecter le moment où le point limite souhaité pour le retrait a été atteint, et où le polissage devrait être arrêté.
Les procédés de l'état de la technique pour la détection des points limites en CMP appropriés pour tous les types de couches comprennent les types de mesure suivants : (1) simple chronométrage, (2) courant de frottement ou de moteur, (3) capacitive, (4) optique, (5) acoustique, (6) conductrice et (7) chimique. En particulier, la détection chimique des points limites (par exemple Li et al., brevet US n 6 021 679) a été populaire du fait de son aptitude à permettre une analyse en temps réel et continue de la suspension pendant le polissage, à fournir un point limite de signal direct dès que la couche de nitrure est polie et un temps de réponse rapide, typiquement inférieur à 1 s, en plus d'autres avantages. Il a été découvert que, lors du polissage mécano-chimique d'un substrat comportant une couche cible d'oxyde (SiO2) sur une couche d'arrêt de nitrure (Si3N4) avec une suspension contenant de l'hydroxyde de potassium (KOH), il se produit une réaction chimique quand l'interface oxyde/nitrure est atteinte, ce qui conduit à la production d'ammoniac (NH3). Dans le cas du polissage d'oxyde, la réaction suivante se produit :
SiO2 + 2KOH + H2O ---> K2SiO3 + 2H2O Dans le cas du polissage de nitrure, la réaction suivante se produit :
Si3N4 + 6KOH + 3H2O --> 3K2SiO3 + 4 25 L'ammoniac produit est dissous dans la suspension et est principalement sous forme de NH3 plutôt que de NH4. Ainsi, la présence d'ammoniac dans la suspension indique que la couche de nitrure sous-jacente a été atteinte et polie, et le point limite pour le retrait d'une 30 couche d'oxyde peut être déterminé en contrôlant le niveau d'ammoniac dans la suspension. Lorsque le point limite est atteint, le polissage est arrêté. Typiquement, pour détecter et surveiller l'ammoniac sous forme gazeuse, la suspension provenant d'un appareil de polissage est pompée 35 dans une unité d'extraction d'ammoniac. Le courant gazeux contenant l'ammoniac peut être analysé et surveillé pour la détection du point limite20 pour le retrait de la couche cible. L'analyse chimique en phase gazeuse, comme la spectrométrie de masse standard, peut être très sensible et avoir un temps de réponse rapide, ce qui serait souhaitable pour la détection du point limite. Malheureusement, avec le prélèvement d'échantillons de suspension, il peut se produire une interférence sensible avec tout ammoniac résiduel provenant de la composition de la suspension elle-même, ce qui rend extrêmement difficile la détection précise du point limite. Ainsi, ce qui est nécessaire c'est une composition et un procédé 10 pour le polissage mécano-chimique de la silice et du nitrure de silicium pour les procédés d'isolation de tranchée peu profonde ayant une capacité améliorée de détection du point limite.
EXPOSE DE L'INVENTION 15 Dans un premier aspect, la présente invention fournit un procédé de production d'une composition ou suspension pour polir la silice et le nitrure de silicium sur un substrat semiconducteur, comprenant : - la fourniture d'un polymère d'acide carboxylique dans une solution aqueuse ; 20 - la mise en contact de la solution aqueuse avec une résine échangeuse d'ions pour retirer les cations solubles et l'ammoniac soluble de la solution aqueuse, la solution aqueuse fournissant un polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions en solution aqueuse ; - l'ajout ou l'addition (i) d'un abrasif, (ii) d'un composé 25 d'ammonium quaternaire et (iii) d'acide phtalique ou d'un sel d'acide phtalique au polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions en solution aqueuse afin d'obtenir une suspension ayant 0,01 à 5 % en masse du polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions, 0,001 à 1 % en masse de composé d'ammonium quaternaire, 0,001 à 1 % 30 en masse d'acide phtalique ou de sel d'acide phtalique et 0,01 à 5 % en masse d'abrasif. Dans un second aspect, la présente invention fournit un procédé de polissage mécano-chimique de la silice et du nitrure de silicium sur un substrat semiconducteur, comprenant : 35 - la fourniture d'un feutre de polissage 4 - la fourniture d'une suspension obtenue par le procédé de production comme décrit dans la présente demande - le polissage du substrat semiconducteur au moyen du feutre de polissage et de la suspension.
Avantageusement, le procédé de polissage mécano-chimique comprend en outre la détection chimique d'un point limite de polissage et l'arrêt du polissage, la détection chimique comprenant le contrôle de la teneur en ammoniac dans la suspension.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1A représente les moyennes de résultats de post-polissage provenant de puces centrales, intermédiaires et du bord pour maintenir le degré d'uniformité à l'échelle d'une plaquette la figure 1B illustre les moyennes de résultats de post-polissage 15 provenant de puces centrales, intermédiaires et du bord pour maintenir le degré d'uniformité à l'échelle d'une plaquette ; la figure 2 illustre les résultats obtenus au moyen de différentes techniques de détection de point limite ; la figure 3A illustre les efficacités de planarisation obtenues au 20 moyen de différentes techniques de détection de point limite ; la figure 3B illustre les efficacités de planarisation obtenues au moyen de différentes techniques de détection de point limite.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 La composition et le procédé fournissent des signaux de détection de point limite améliorés en vue d'une utilisation dans des systèmes de détection chimique de point limite. En particulier, la composition et le procédé de la présente invention sont réduits en ammoniac, ce qui améliore la précision du système de détection chimique 30 de point limite. L'invention utilise avantageusement une résine échangeuse d'ions pour réduire la teneur en ammoniac de la composition afin de réduire l'interférence provenant de toute contamination de la suspension par l'ammoniac. En particulier, le polymère d'acide carboxylique est soumis à un échange d'ions pour réduire la teneur en 35 ammoniac dans la suspension à base d'oxyde de cérium. De plus, la composition confère une sélectivité inattendue pour retirer la silice par rapport au nitrure de silicium. La composition est basée avantageusement sur un agent chélatant ou un agent augmentant la sélectivité pour polir sélectivement la silice par rapport au nitrure de silicium pour les procédés d'isolation de tranchées peu profondes. En particulier, la composition comprend un composé d'ammonium quaternaire pour polir sélectivement la silice par rapport au nitrure de silicium, au pH de l'application. Les composés d'ammonium quaternaire de la présente invention incluent la structure suivante : où R1, R2, R3 et R4 sont indépendamment ou simultanément un composé organique qui a une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone. De préférence encore, RI, R2, R3 et R4 ont une longueur de 15 chaîne carbonée de 1 à 10. De manière particulièrement préférable, RI, R2, R3 et R4 ont une longueur de chaîne carbonée de 1 à 5 atomes de carbone. Le composé organique de R1, R2, R3 et R4 peut être un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle substitué ou non substitué. Les exemples d'anions incluent les anions nitrate, sulfate, halogénures 20 (comme bromure, chlorure, fluorure et iodure), citrate, phosphate, oxalate, malate, gluconate, hydroxyde, acétate, borate, lactate, thiocyanate, cyanate, sulfonate, silicate, per-halogénures (comme perbromate, perchlorate et periodate), chromate, et les mélanges comprenant au moins l'un des anions précédents. 25 Les composés d'ammonium quaternaire préférés incluent l'hydroxyde de tétraméthylammonium, l'hydroxyde de tétraéthylammonium, l'hydroxyde de tétrapropylammonium, l'hydroxyde de tétraisopropylammonium, l'hydroxyde de tétracyclopropylammonium, l'hydroxyde de tétrabutylammonium, l'hydroxyde de tétraisob 30 ammonium, l'hydroxyde de tétratertbutylammonium, l'hydroxyde de tétrasecbutylammonium, l'hydroxyde de tétracyclobutylammonium, l'hydroxyde de tétrapentylammonium, l'hydroxyde de tétracyclopentylammonium, l'hydroxyde de tétrahexylammonium, l'hydroxyde de R2 0 tétracyclohexylammonium et leurs mélanges. Le composé d'ammonium quaternaire particulièrement préféré est l'hydroxyde de tétraméthylammonium. La composition contient avantageusement 0,001 à 1 % en masse de composé d'ammonium quaternaire pour retirer sélectivement la silice par rapport au nitrure de silicium. Avantageusement, la composition contient 0,01 à 0,5 % en masse de composé d'ammonium quaternaire. En plus du composé d'ammonium quaternaire, la composition contient avantageusement 0,001 à 1 % en masse d'agent complexant.
Avantageusement, la composition contient 0,01 à 0,5 % en masse d'agent complexant. Les exemples d'agents complexants incluent les composés carbonylés (par exemple acétylacétonates et analogues), les carboxylates simples (par exemple acétates, carboxylates d'aryle et analogues), les carboxylates contenant un ou plusieurs groupes hydroxyle (par exemple glycolates, lactates, gluconates, acide gallique et ses sels, et analogues), les di-, tri- et polycarboxylates (par exemple oxalates, phtalates, citrates, succinates, tartrates, malates, édétates (par exemple EDTA de disodium), leurs mélanges, et analogues), les carboxylates contenant un ou plusieurs groupes sulfoniques et/ou phosphoniques. Egalement, d'autres agents 20 complexants appropriés incluent par exemple les di-, tri- ou polyalcools (par exemple éthylèneglycol, pyrocatéchol, pyrogallol, acide tannique et analogues) et les composés contenant du phosphate (par exemple sels de phosphonium et acides phosphoniques). De préférence, l'agent complexant est l'acide phtalique et ses sels. Les sels phtalates préférés 25 incluent l'hydrogénophtalate d'ammonium et l'hydrogénophtalate de potassium, et leurs mélanges. Avantageusement, la nouvelle composition de polissage contient environ 0,01 à 5 % en masse d'un polymère d'acide carboxylique. De préférence, la composition contient environ 0,05 à 3 % en masse d'un 30 polymère d'acide carboxylique. En outre, le polymère a de préférence une masse moléculaire moyenne en nombre d'environ 20 000 à 1 500 000. De plus, il est possible d'utiliser des mélanges de polymères d'acide carboxylique de masse moléculaire moyenne en nombre plus élevée et de masse moléculaire moyenne en nombre plus basse. Ces polymères d'acide 35 carboxylique sont généralement en solution mais peuvent être en dispersion aqueuse. La masse moléculaire moyenne en nombre des polymères mentionnés précédemment est déterminée par CPG (chromatographie par perméation de gel). Les polymères d'acide carboxylique sont formés à partir d'acides monocarboxyliques insaturés et d'acides dicarboxyliques insaturés. Les monomères d'acide monocarboxylique insaturé 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 cyclohexène dicarboxylique. De plus, il est possible aussi d'utiliser des sels hydrosolubles des acides mentionnés précédemment. En outre, il est possible d'utiliser des copolymères et terpolymères contenant un acide carboxylique dans lesquels le composant acide carboxylique constitue 5-75 % en masse du polymère. Sont typiques de tels polymères les polymères de l'acide (méth)acrylique et de l'acrylamide ou du méthacrylamide ; les polymères de l'acide (méth)acrylique et du styrène et d'autres monomères vinyliques aromatiques les polymères de (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, 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 vinylpyridine, une alkylvinylpyridine, le vinylbutyrolactame, le vinylcaprolactame, et d'un acide mono- ou dicarboxylique insaturé le polymère 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 ne sont que 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 de poly(acide acrylique) contenant des segments de copolymère de poly(acrylate-2-cyanoacrylate de méthyle).
Avantageusement, le polymère d'acide carboxylique de la présente invention est soumis à un échange d'ions pour réduire la teneur en ammoniac qui peut interférer avec un système de détection de point limite détectant l'ammoniac. En particulier, la résine échangeuse d'ions de la présente invention contient des groupes anioniques. Ces groupes anioniques rendent la résine échangeuse d'ions cationiques capable d'adsorber des cations solubles, comme des ions métalliques (par exemple Na+, K+, Ca2+, Fe3+, etc.) et l'ammoniac provenant d'une solution aqueuse. Les résines de la présente invention sont capables de réduire les concentrations de cations à 10 ppb à 2 ppm. De préférence encore, les résines de la présente invention sont capables de réduire les concentrations de cations à 50 ppb à 1 ppm. De manière particulièrement préférable, les résines de la présente invention sont capables de réduire la concentration en cations à moins de 100 ppb à 200 ppb. Ces résines échangeuses d'ions sont typiquement régénérées au moins d'acides forts pour désorber des ions adsorbés et pour les remplacer par des ions hydronium. Les résines échangeuses d'ions préférées incluent les résines échangeuses d'ions Amberlite de Rohm and Haas Company, de Philadelphie, PA. Une résine échangeuse d'ions préférée est Amberlite IRN-77. Les résines échangeuses de cations de la présente invention peuvent avoir la forme physique de billes de gel, par exemple de billes de gel sphériques, ou de billes macroporeuses, incluant des billes macroréticulaires ou des particules de résine pulvérisées qui sont sous forme de gel ou de résine macroporeuse. De telles particules pulvérisées 35 peuvent être obtenues à partir de polymères polymérisés en masse ou polymérisés en suspension au moyen de techniques de pulvérisation connues. Des particules de résines échangeuses d'ions préférées sont celles préparées par fonctionnalisation de billes de copolymère réticulé polymérisé en suspension qui sont bien connues dans la technique comme précurseurs de résines échangeuses d'ions. Les billes de copolymère sous forme de gel portent leurs groupes fonctionnels dans une enveloppe externe de profondeur uniforme. Du fait que les processus de fonctionnalisation utilisés pour préparer ces billes pénètrent le copolymère à une vitesse uniforme, l'épaisseur des couches fonctionnalisées a tendance à être uniforme pour toutes les billes quelle que soit la taille des billes, à condition seulement que les billes les plus petites ne soit pas fonctionnalisées complètement, c'est-à-dire ne soient pas sulfonées complètement. Il en résulte que les trajets de diffusion sont très uniformes, quelle que soit l'uniformité de la taille des billes. Les monomères appropriés pour préparer un copolymère réticulé incluent les monomères monovinyliques aromatiques, par exemple le styrène, le vinyltoluène, le vinylnaphtalène, l'éthylvinylbenzène, le vinylchlorobenzène, le chlorométhylstyrène et analogues, qui peuvent constituer d'environ 50 à environ 99,5 mol %, de préférence 80 à environ 99 mol %, des monomères à partir desquels le copolymère est préparé, et les monomères polyvinyliques ayant au moins deux groupes vinyle actifs polymérisables avec le monomère monovinylique, qui peuvent constituer d'environ 0,5 à environ 50 mol %, de préférence de 1 à environ 20 mol %, des monomères à partir desquels le copolymère est préparé. Des exemples de monomères polyvinyliques appropriés incluent le divinylbenzène, le triméthacrylate de triméthylolpropane, le diméthacrylate d'éthylèneglycol, le divinyltoluène, le trivinylbenzène, le divinylchlorobenzène, le phtalate de diallyle, la divinylpyridine, le divinylnaphtalène, le diacrylate d'éthylèneglycol, le diméthacrylate de néopentylglycol, le divinyléther de diéthylèneglycol, le diméthacrylate de bisphénol A, les tétra- et triméthacrylates de pentaérythritol, le divinylxylène, le divinyléthylbenzène, la diviny1sulfone, la divinylcétone, le sulfure de divinyle, l'acrylate d'allyle, le maléate de diallyle, le fumarate de diallyle, le succinate de diallyle, le carbonate de diallyle, le malonate de d'allyle, l'oxalate de diallyle, l'adipate de diallyle, le sébaçate de diallyle, le tartrate de diallyle, le silicate de diallyle, le tricarballylate de diallyle, l'aconitate de triallyle, le citrate de triallyle, le phosphate de triallyle, le ,N'-méthylène-diacrylamide, le N,N'-méthylène-di méthacrylamide, le N,N'-éthylènediacrylamide, le trivinylnaphtalène, les polyvinylanthracènes et les polyallyl- et polyvinyléthers de glycol, glycérol, pentaérythritol, résorcinol et les dérivés monothio et dithio de glycols. Le mélange de monomères peut contenir aussi jusqu'à environ 5 mol % d'autres monomères vinyliques qui n'affectent pas la nature basique de la matrice de résine résultante, par exemple l'acrylonitrile, le butadiène, l'acide méthacrylique et d'autres connus dans la technique. Dans un mode de réalisation de l'invention, les particules de copolymère sont les particules de copolymère d'ester acrylique. Une forme souhaitable de fonctionnalisation est la sulfonation, et la présente invention est capable de fournir des résines partiellement sulfonées qui sont sensiblement mieux capables de résister aux contraintes du cycle de chargement et de régénération dans des applications d'échange d'ions en milieu aqueux que les résines formées par sulfonation de copolymères conventionnels, à l'état gonflé dans un solvant ou à l'état non gonflé. 20 Avantageusement, la composition de polissage contient 0,01 à 5 Io 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 0,1 % en masse. Egalement, une quantité inférieure ou égale à 3 % en masse est souhaitable dans cette plage. 25 L'abrasif a une taille de particule moyenne entre 50 et 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 entre 80 et 150 nm. La diminution de la taille de l'abrasif à une 30 valeur inférieure ou égale à 80 nm a tendance à améliorer la planarisation de la composition de polissage mais a également tendance à abaisser la vitesse de retrait. Des 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 les combinaisons comprenant au moins l'un des oxydes précédents. Il est possible aussi d'utiliser si on le souhaite des formes modifiées de ces oxydes inorganiques, comme des particules d'oxyde inorganique recouvertes de polymère et des particules recouvertes de substances inorganiques. 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 les particules polymères et les particules polymères revêtues. L'oxyde de cérium est l'abrasif préféré. Les composés procurent une efficacité sur une large plage de pH dans les solutions contenant un complément d'eau. Cette plage de pH utile en solution s'étend d'au moins 4 à 7. De plus, la solution est basée avantageusement sur un complément d'eau désionisée pour limiter les impuretés accidentelles. Le pH du fluide de polissage de cette invention est de préférence de 4,5 à 6,8, de préférence encore de 5 à 6,5. 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. Des exemples de bases utilisés pour ajuster le pH de la composition de l'invention sont par exemple l'hydroxyde de potassium. Ainsi, la présente invention fournit une composition et un procédé, ayant des signaux de détection de point limite améliorés, destinés à être utilisés dans des systèmes de détection chimique de point limite. En particulier, la composition et le procédé de la présente invention sont réduits en ammoniac, ce qui améliore la précision du système de détection chimique de point limite. L'invention utilise avantageusement une résine échangeuse d'ions pour réduire la teneur en ammoniac de la composition afin de réduire les interférences dues à toute contamination de la suspension par l'ammoniac. En particulier, le polymère d'acide carboxylique subit un échange d'ions pour réduire la teneur en ammoniac de la suspension à base d'oxyde de cérium. De plus, la composition comprend avantageusement des composés d'ammonium quaternaire en vue d'une sélectivité améliorée. En particulier, la présente invention fournit une composition aqueuse utile pour polir la silice et le nitrure de silicium sur une plaquette semiconductrice comprenant un composé d'ammonium quaternaire, de l'acide phtalique et des sels de celui-ci, un polymère d'acide carboxylique, un abrasif et le complément d'eau. La composition présente en particulier une sélectivité améliorée dans une plage de pH de 4 à 7. On notera que, bien que le présent mode de réalisation concerne la réduction de la teneur en ammoniac par le polymère d'acide carboxylique, l'invention n'est pas limitée ainsi. En d'autres termes, tout constituant ou composant de la suspension, par exemple, le composé d'ammonium quaternaire, peut être soumis à un échange d'ions pour réduire toute teneur en ammoniac si nécessaire.
Exemple 1 Toutes les solutions de l'exemple contenaient 1,8 10 en masse d'oxyde de cérium, 0,18 0/0 en masse de poly(acide acrylique) et 0,21 % en masse d'hydrogénophtalate de potassium. De plus, les exemples de l'invention contenaient 0,12 Io en masse d'un composé d'ammonium quaternaire, en particulier l'hydroxyde de tétraméthylammonium. La suspension a été préparée en combinant un ensemble abrasif avec un ensemble chimique. L'ensemble abrasif a été produit par dissolution du concentré de poly(acide acrylique) dans de l'eau désionisée au moyen d'un mélange à pales et addition du concentré d'oxyde de cérium dans la solution de poly(acide acrylique). Avantageusement, le polymère de poly(acide acrylique) a été soumis à un échange d'ions avec une résine échangeuse d'ions Amberlite IRN-77. La résine échangeuse d'ions a été achetée en bouteilles chez Siemens Water Technologies, de Warrendale, PA. La solution de polymère d'acide carboxylique est diluée à 5 % pour réduire sa viscosité. La solution est pompée dans les bouteilles garnies de résine échangeuse d'ions cationiques. La solution traverse le lit de résine et sort à un pH inférieur à 3 et sensiblement dépourvue de toute espèce cationique comme les ions métalliques ou l'ammoniac. Puis, le mélange oxyde de cérium-poly(acide acrylique)-eau a été titré avec de l'acide nitrique. mélange a ensuite été introduit dans un broyeur à haut cisaillement Kady Mill. L'ensemble chimique a été préparé par dissolution de tous les produits chimiques restants dans de l'eau désionisée, en les quantités appropriées, mélange avec un mélangeur à pales et titrage au pH final selon ce que l'on souhaite avec de l'acide nitrique. La suspensionfinale est préparée en mélangeant l'ensemble abrasif avec l'ensemble chimique et en titrant au pH souhaité. Les plaquettes munies d'un motif étaient des masques STI-MIT-864TM de Praesagus, Inc. avec des couches de SiN de HDP et LPCVD. Le motif du masque MIT-864 avait des puces de 20 mm sur 20 mm consistant en éléments de 4 mm sur 4 mm. Les éléments dans le masque avaient des pas de 100 pm avec des densités allant de 10 % à 100 0/0 chacune, et des densités de 50 % avec des pas allant de 1 à 1 000 pm. Ici, la densité à 50 % est définie comme étant les espaces dans une rangée de structures répétées où la largeur d'espace/(largeur d'espace + largeur de ligne) x 100 % = 50 0/0. Par exemple, si la largeur d'espace + largeur de ligne = 100 pm, l'espace à 50 % a une largeur de 500 pm. Des feutres de polissage IC101OTm ont été utilisés pour tous les tests. Une machine de polissage Applied Materials Mirra de 200 mm utilisant un feutre de polissage en polyuréthane IC101OTm (Rohm and Haas Electronic 20 Materials CMP Inc. de Newark, DE) dans des conditions d'une force descendante de 2, 7 x 6,9 x Io' Pa (2,7 psi) et d'un débit de la solution de polissage de 85 cm3/min, d'une vitesse du plateau de 123 tr/min et d'une vitesse du support de 44 tr/min a planarisé les échantillons. Les solutions de polissage avaient un pH de 6,1 ajusté avec de l'acide nitrique. Toutes 25 les solutions contenaient un complément d'eau désionisée. Les épaisseurs des couches d'oxyde et de nitrure ont été mesurées au moyen d'un outil de métrologie Opti-probe 2600 de Therma-Wave, Inc. Comme le montrent les figures 1A et 1B, les moyennes des résultats de post-polissage pour des puces centrales, intermédiaires et du 30 bord pour maintenir le degré d'uniformité des informations à l'échelle des plaquettes sont représentées. Comme le montre la figure 1B, la plage moyenne de largeur de tranchée dans les puces était 300-400 x Io' m (St). Comme le montre la figure 1A, la plage moyenne d'épaisseur de nitrure dans les puces était 150 x m (Â). Les pertes totales d'oxyde des tranchées indiquent la combinaison de retrait excessif et d'érosion.
Exemple 2 Cette expérience comparait les résultats des données chimiques de point limite avec les données de frottement et optiques pour analyser la robustesse du point limite. Le système de détection chimique de point limite était un Eco Systems M17 N-EPD de Eco Physics. Tous les autres paramètres étaient les mêmes que ceux de l'exemple 1. Comme le montre la figure 2, le point limite chimique était le plus direct à interpréter ("allumé/éteint") ce qui permettait de grandes possibilités de fabrication. Le point limite chimique était déterminable 10- 0 15 s avant les points limites par frottement ou optiques. Le point limite chimique permettait une plus grande confiance concernant la plage de surpolissage et une plus grande robustesse du procédé.
Exemple 3 15 Cette expérience comparait les résultats des données de point limite chimique avec celui des données par frottement et optiques pour analyser l'efficacité de la planarisation. Le système de détection de point limite chimique était le même que dans l'exemple 2. Tous les autres paramètres étaient les mêmes que ceux de l'exemple 1.
20 Comme le montrent les figures 3A et 3B, le procédé optimisé utilisant le point limite chimique améliorait sensiblement l'efficacité de la planarisation. Le système de point limite chimique améliorait la confiance de dégagement d'oxyde et les conditions de surpolissage plus court. Ainsi, la présente invention fournit une composition et un 25 procédé, ayant des signaux de détection de point limite améliorés, destinés à être utilisés dans des systèmes de détection de point limite chimique. En particulier, la composition et le procédé de la présente invention sont réduits en ammoniac, ce qui améliore la précision du système de détection de point limite chimique. L'invention utilise 30 avantageusement une résine échangeuse d'ions pour réduire la teneur en ammoniac de la composition afin de réduire les interférences dues à toute contamination de la suspension par l'ammoniac.
Claims (4)
1. Procédé de production d'une composition ou suspension pour polir la silice et le nitrure de silicium sur un substrat semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend : - la fourniture d'un polymère d'acide carboxylique dans une solution aqueuse - la mise en contact de la solution aqueuse avec une résine échangeuse d'ions pour retirer les cations solubles et l'ammoniac soluble de la solution aqueuse, la solution aqueuse fournissant un polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions en solution aqueuse - l'ajout ou l'addition (i) d'un abrasif, (ii) d'un composé d'ammonium quaternaire et (iii) d'acide phtalique ou d'un sel d'acide phtalique au polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions en solution aqueuse afin d'obtenir une suspension ayant 0,01 à 5 % en masse du polymère d'acide carboxylique ayant subi un échange d'ions, 0,001 à 1 % en masse de composé d'ammonium quaternaire, 0,001 à 1 0/o en masse d'acide phtalique ou de sel d'acide phtalique et 0,01 à 5 % en masse d'abrasif.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé d'ammonium quaternaire est choisi dans le groupe comprenant l'hydroxyde de tétraméthylammonium, l'hydroxyde de tétraéthylammonium, l'hydroxyde de tétrapropylammonium, l'hydroxyde de tétraisopropylammonium, l'hydroxyde de tétracyclopropylammonium, l'hydroxyde de tétrabutylammonium, l'hydroxyde de tétraisobutylammonium, l'hydroxyde de tétratertbutylammonium, l'hydroxyde de tétrasecbu ammonium, l'hydroxyde de tétracyclobutylammonium, l'hydroxyde de tétrapentylammonium, l'hydroxyde de tétracyclopentylammonium, l'hydroxyde de tétrahexylammonium, l'hydroxyde de tétracyclohexylammonium et leurs mélanges.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le sel d'acide phtalique est l'hydrogénophtalate de potassium.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'abrasif est l'oxyde de cérium. . Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxyde de cérium a une taille de particule moyenne entre 50 et 200 nm. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'oxyde de cérium a une taille de particule moyenne entre 80 et 150 nm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension a un pH de 4 à 7. 8. Procédé de polissage mécano-chimique de la silice et du nitrure de silicium sur un substrat semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend : - la fourniture d'un feutre de polissage ; - la fourniture d'une suspension obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ; - le polissage du substrat semiconducteur au moyen du feutre de polissage et de la suspension. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - la détection chimique d'un point limite de polissage et l'arrêt du polissage, la détection chimique comprenant le contrôle de la teneur en ammoniac dans la suspension.
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