FR2944986A1 - Procede de polissage mecano-chimique d'un substrat - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat. Le procédé comprend les étapes consistant : à fournir un substrat, le substrat comprenant de la silice ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique, la composition de polissage mécano-chimique comprenant : de l'eau, un abrasif ; un cation diquaternaire selon la formule (I) ; et éventuellement un composé d'alkylammonium quaternaire ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 2 à 6 et la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min.
Description
La présente invention concerne en général le domaine du polissage mécano-chimique. La présente invention concerne en particulier un procédé de polissage mécano-chimique de matériaux semi-conducteurs et plus particulièrement un procédé pour des processus de polissage mécano-chimique destinés à retirer de l'oxyde de silicium. Les fabricants de puces utilisent de multiples étapes de polissage mécano-chimique afin de planariser des plaquettes pour faciliter la production de surfaces de substrats plans. Ces surfaces planes facilitent la production de circuits intégrés de niveaux multiples sans faire l'expérience de déformation désavantageuse lors de l'application de matière diélectrique sur des substrats irréguliers. Le procédé de polissage mécano-chimique est typiquement réalisé dans une séquence à deux étapes afin d'améliorer la performance de polissage. Le procédé de polissage utilise dans un premier temps une suspension de "première-étape" spécifiquement mise au point pour retirer rapidement le métal d'interconnexion, tel que le cuivre. Après cette étape initiale de retrait du cuivre, une suspension de "seconde-étape" retire la couche barrière. Les suspensions de la seconde-étape présentent typiquement une sélectivité pour retirer la couche barrière sans avoir un effet désavantageux sur la structure physique ou les propriétés électriques de la structure d'interconnexion par "emboutissage" du métal d'interconnexion. La vitesse de retrait de la barrière en fonction de la vitesse de retrait de l'interconnexion métallique ou de la couche diélectrique est définie comme étant le rapport de sélectivité. La vitesse de retrait fait référence dans le but de cette description à une vitesse de retrait consistant en la modification de l'épaisseur par unité de temps, telle qu'en angstrôms par minute. Après le retrait de la couche barrière, la suspension retire typiquement une couche sous jacente, telle qu'un matériau contenant de l'oxyde de silicium. Les matériaux contenant de l'oxyde de silicium comprennent dans le but de cette invention des matériaux dérivés de silanes, tels que l'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) et d'autres revêtements contenant de l'oxyde de silicium utilisés pour fabriquer des semi-conducteurs différents de SiCO ou de SiOC. Les suspensions qui retirent les matériaux contenant de l'oxyde de silicium à des vitesses de retrait importantes ont malheureusement également tendance à retirer les masques, les coiffes, les revêtements anti-réflecteurs et les diélectriques sous-jacents, particulièrement les diélectriques de faible constante k et d'ultra-faible constante k à des vitesses de retrait inacceptables. Le retrait non contrôlé de ces couches sous-jacentes peut avoir un effet désavantageux sur la performance finale du circuit intégré. Dans plusieurs schémas d'intégration à diélectriques de faible constante k et d'ultra-faible constante k, le dépôt de matériaux de coiffe sur le haut des diélectriques protège les diélectriques d'une détérioration mécanique. Ensuite, au-dessus de la couche de coiffe, une couche de masque, telle que de TEOS, définit une zone pour un diélectrique ou un métal d'interconnexion dans le circuit intégré en retirant la couche de masque avec un procédé de gravure à motifs. Après la gravure, une couche barrière recouvre le substrat et une couche de métal, telle que de cuivre, remplit ensuite les canaux ou les voies. Ces schémas d'intégration de semi-conducteurs exigent typiquement, pour un CMP efficace, le retrait sélectif de couches de masques, telles que des couches de masque de TEOS, avec un emboutissage de faible niveau des interconnexions métalliques et un retrait minimal d'une couche de coiffe de fond. Il est cependant avantageux pour certains schémas d'intégration de retirer également la couche de coiffe inférieure et de s'arrêter au diélectrique de faible constante k. Puisque les couches contenant de l'oxyde de silicium, telles que du TEOS, présentent des constantes diélectriques plus élevées que les matériaux de faible constante k et d'ultra-faible constante k, on conseille le maintien de ces couches de TEOS aussi minces que possible afin de conserver la constante diélectrique faible-efficace de la plaquette. Puisque des couches de TEOS plus épaisses améliorent le contrôle du procédé pour l'intégration CMP, l'épaisseur finale choisie représente cependant un compromis entre ces deux fonctions en compétition. Les couches de TEOS "épaisses" résultant de ce compromis exigent une composition de polissage avec une étape efficace de retrait de masque avec une vitesse de retrait contrôlée du métal d'interconnexion. En résumé, ces schémas d'intégration de semi-conducteurs exigent le retrait sélectif de couches contenant de l'oxyde de silicium avec 35 une vitesse efficace de retrait et l'arrêt soit sur la couche de coiffe inférieure soit sur le diélectrique. On souhaite à la vue de ces considérations fournir des compositions de polissage qui permettent un retrait contrôlé de la couche contenant de l'oxyde de silicium. Il existe de plus un souhait constant pour retirer des couches contenant de l'oxyde de silicium, telles que des couches de masque de TEOS, avec une défectivité réduite. De plus, puisque les fabricants de semi-conducteurs se basent sur différents schémas d'intégration et des matériaux de faible constante k / ultra-faible constante k, les clients de semi-conducteurs ont différentes exigences pour les suspensions de CMP. Ces différents schémas d'intégration rendent la formulation d'une solution de polissage universelle plus difficile. Il est ainsi également avantageux d'ajuster la vitesse de retrait des couches contenant de l'oxyde de silicium, des couches de coiffe ainsi que de l'interconnexion métallique, telle que de cuivre, pour satisfaire des schémas d'intégration multiples.
Une composition de polissage pour retirer de l'oxyde de silicium est décrite dans le brevet US n° 7 018 560 au nom de Liu et al. Liu et al. décrivent une composition de polissage aqueuse comprenant : un inhibiteur de corrosion pour limiter le retrait d'un métal d'interconnexion ; un pH acide ; des particules abrasives ; et un sel d'ammonium contenant une matière organique formé avec
R1 R3 où R1, R2, R3 et R4 sont des radicaux, R1 est un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle non substitué qui présente une longueur de chaîne 30 carbonée de 2 à 15 atomes de carbone et le sel d'ammonium contenant une matière organique présente une concentration qui accélère le retrait de la silice et réduit le retrait d'au moins un revêtement choisi dans le groupe constitué de SiC, SiCN, Si3N4 et SiCO avec au moins une pression de polissage inférieure à 21,7 kPa.25 Il subsiste néanmoins un besoin de compositions de polissage mécano-chimique (CMP) capables de retirer sélectivement l'oxyde de silicium. Un aspect de la présente invention fournit un procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat comprenant les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend : de l'eau, de 0,1 à 30 % en masse d'abrasif ayant une taille moyenne de particules s 100 nm ; de 0,005 à 0,5 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 R3ùX R1-X R6 R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est indépendamment choisi parmi N et P ; dans laquelle RI est un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun indépendamment choisis parmi un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone ; et de 0 à 0,1 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 5 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 2 à 6 ; et dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min.
Un autre aspect de la présente invention fournit un procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat comprenant les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice déposée sur Si3N4 ; à fournir une composition de polissage mécano- chimique, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend : de l'eau, de 1 à 5 % en masse d'abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 20 à 30 nm ; de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 R3 ùX R1ùX R6 R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est N ; dans laquelle RI est un groupe alkyle en C2-C6 ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont indépendamment choisis parmi un groupe alkyle en C2-C6 ; de 0,005 à 0,055 % en masse de composé d'alkylammonium quaternaire choisi parmi l'hydroxyde de tétraéthylammonium et l'hydroxyde de tétrabutylammonium ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 5 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 3 à 4 ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 St/min ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; et, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une sélectivité de la silice au nitrure de silicium d'au moins 5 pour 1. Un autre aspect de la présente invention fournit un procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat comprenant les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice déposée sur Si3N4 ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend : de l'eau, de 1 à 5 % en masse d'abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 20 à 30 nm ; de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) :
R4 R5 R3ùX R1ùX R6 R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est N ; dans laquelle R1 est un groupe û(CH2)6û; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun un groupe û(CH2)3CH3 ; de 0,005 à 0,055 % en masse de composé d'alkylammonium quaternaire choisi parmi l'hydroxyde de tétraéthylammonium et l'hydroxyde de tétrabutylammonium ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 5 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 3 à 4 ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 2000 Â/min avec une vitesse de plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de la composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm dans laquelle le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une sélectivité de la silice à Si3N4 d'au moins 5 pour 1.
DESCRIPTION DETAILLEE Le choix de la formulation spécifique de la composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est essentiel pour fournir les vitesses de retrait de la silice ciblées. Le substrat utilisable dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention pour un polissage mécano-chimique comprend un substrat semi-conducteur présentant de la silice déposée sur son dessus. Le substrat présente de préférence de la silice déposée sur au moins un parmi SiC, SiCN, Si3N4, SiCO et le polysilicium. Le substrat présente, le plus préférablement, de la silice déposée sur Si3N4. Les abrasifs utilisables dans les compositions de polissage mécano-chimique utilisées dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprennent par exemple des oxydes inorganiques, des hydroxydes inorganiques, des hydroxyde-oxydes inorganiques, des borures de métaux, des carbures de métaux, des nitrures de métaux, des particules polymères et des mélanges comprenant au moins un des précédents. Les oxydes inorganiques appropriés comprennent par exemple la silice (SiO2), l'alumine (AI203), l'oxyde de zirconium (ZrO2), l'oxyde de cérium (Ce02), l'oxyde de manganèse (MnO2), l'oxyde de titane (TiO2) ou des combinaisons comprenant au moins un des oxydes précédents. On peut également utiliser si souhaité des formes modifiées de ces oxydes inorganiques, telles que des particules d'oxyde inorganique revêtues de polymère organique et des particules revêtues inorganiques. Les carbures, borures et nitrures de métaux appropriés comprennent 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 des combinaisons comprenant au moins un des carbures, borures et nitrures de métaux précédents. L'abrasif est de préférence un abrasif de silice colloïdale. L'abrasif de silice colloïdale utilisable dans la présente invention pour un polissage mécano-chimique contient au moins une parmi la silice pyrogénique, la silice précipitée ou la silice agglomérée.
L'abrasif dans la composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention présente de préférence une taille moyenne de particules 100 nm ; encore mieux de 1 à 100 nm. L'abrasif est dans certains modes de réalisation de la présente invention un abrasif de silice colloïdale et présente une taille moyenne de particules 100 nm, de préférence de 1 à 100 nm, encore mieux de 10 à 40 nm, bien mieux encore de 10 à 30 nm, le plus préférablement de 20 à 30 nm. L'abrasif dans la composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention contient de préférence de 0,1 à 30 % en masse, encore mieux de 0,1 à 20 % en masse, bien mieux encore de 1 à 20 % en masse, encore mieux de préférence de 1 à 10 % en masse, le plus préférablement de 1 à 5 % en masse d'abrasif. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de la présente invention comprend de préférence un abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 1 à 50 nm. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de l'invention comprend encore mieux de 1 à 5 % en masse d'un abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 1 à 50 nm. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de la présente invention comprend le plus préférablement de 1 à 5 % en masse d'un abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 20 à 30 nm. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend de préférence de 0,005 à 0,5 % en masse, de manière particulièrement préférée de 0,005 à 0,1 % en masse, bien mieux encore de 0,02 à 0,06 °la en masse d'un cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 R3ùj(+ R1_X R6 1 R2 R7 35 dans laquelle chaque X est indépendamment choisi parmi N et P, chaque X est de préférence N ; dans laquelle R1 est un groupe aryle, alkyle, aralkyle (I) ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence à 2 à 6 atomes de carbone ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun indépendamment choisis parmi un groupe aryle, alkyle, araikyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone, de préférence de 2 à 6 atomes de carbone. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend le plus préférablement de 0,005 à 0,1 % en masse ; bien mieux encore de 0,02 à 0,06 % en masse d'un cation diquaternaire selon la formule (I), dans laquelle chaque X est N ; RI est un groupe -(CH2)6- ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun un groupe -(CH2)3CH3. L'inclusion du cation diquaternaire selon la formule (I) accélère la vitesse de retrait de la silice. L'inclusion du cation diquaternaire abaisse également de préférence la vitesse de retrait d'au moins un matériau choisi parmi SiC, SiCN, Si3N4, SiCO et le polysilicium. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend éventuellement en plus de 0 à 0,1 % en masse, de préférence de 0,005 à 0,075 % en masse, bien mieux encore de 0,005 à 0,055 % en masse d'un composé d'ammonium quaternaire. Les composés d'ammonium quaternaire préférés comprennent 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 tétrasecbutylammonium, l'hydroxyde de tétracyclobutylammonium, l'hydroxyde de tétrapentylammonium, l'hydroxyde de tétracyclopentylammonium, l'hydroxyde de tétrahexylammonium, l'hydroxyde de tétracyclohexylammonium et des mélanges de ceux-ci. On préfère encore mieux que les composés d'ammonium quaternaire comprennent l'hydroxyde de tétraéthylammonium (TEAH), l'hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) et l'hydroxyde de tétrabutylammonium (TBAH).
L'eau contenue dans la composition de polissage mécano- chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est de préférence au moins une eau parmi l'eau déminéralisée et l'eau distillée pour limiter les impuretés accidentelles. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend éventuellement en plus des additifs supplémentaires choisis parmi les dispersants, les tensioactifs, les tampons et les biocides. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est éventuellement exempte d'agent inhibiteur de corrosion. Le terme "exempte d'agent inhibiteur de corrosion" comme utilisé ici et dans les revendications annexées indique que la composition de polissage mécano-chimique ne contient pas de benzotriazole ; le 1,2,3-benzotriazole, le 5,6-diméthyl-1,2,3-benzotriazole ; le 1-(1,2- dicarboxyéthyl)benzotriazole ; le 1-[N,N-bis(hydroxyléthyl)aminométhyl] benzotriazole ; ou le 1-(hydroxylméthyl)benzotriazole. La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est exempte d'agent d'oxydation. Le terme "exempte d'agent d'oxydation" comme utilisé ici et dans les revendications annexées indique que la composition de polissage mécano-chimique ne contient pas d'agent d'oxydation, tel que le peroxyde d'hydrogène, des sels de persulfate (par exemple le monopersulfate d'ammonium et le dipersulfate de potassium) et des sels de périodate (par exemple le périodate de potassium). La composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est efficace sur une plage de pH de 2 à 6. La composition de polissage mécano-chimique utilisée est efficace de préférence sur une plage de pH de 3 à 5. La composition de polissage mécano-chimique utilisée est le plus préférablement efficace sur une plage de pH de 3 à 4. Les acides utilisables pour ajuster le pH de la composition de polissage mécano- chimique comprennent par exemple l'acide phosphorique, l'acide nitrique, l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique. Les bases utilisables pour ajuster le pH de la composition de polissage mécano-chimique comprennent par exemple l'hydroxyde d'ammonium et l'hydroxyde de potassium. La composition de polissage mécano-chimique utilisée avec le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention exhibe une vitesse de retrait de la silice qui excède la vitesse de retrait de Si3N4 dans les conditions de polissage. La composition de polissage mécano-chimique utilisée exhibe de préférence une sélectivité de vitesse de retrait de la silice par rapport à Si3N4 5:1 dans les conditions de polissage. La composition de polissage mécano-chimique utilisée exhibe de manière particulièrement préférée une sélectivité de vitesse de retrait de la silice par rapport à Si3N4 6:1. La composition de polissage mécano-chimique utilisée avec le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention exhibe de préférence une vitesse de retrait de la silice 1500 Â/min ; encore mieux de 1800 Â/min ; bien mieux encore 2000 Â/min. La composition de polissage mécano-chimique utilisée avec le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend de préférence de l'eau ; de 0,1 à 30 % en masse, de préférence de 0,1 à 20 % en masse, encore mieux de 1 à 20 % en masse, bien mieux encore de 1 à 10 % en masse, le plus préférablement de 1 à 5 % en masse d'abrasif ayant une taille moyenne de particules 100 nm, de préférence de 1 à 100 nm, encore mieux de 10 à 40 nm, bien mieux encore de 10 à 30 nm, le plus préférablement de 20 à 30 nm ; de 0,005 à 0,5 % en masse, de préférence de 0,005 à 0,1 % en masse, bien mieux encore de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 R3ùX R1ùX R6 R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est indépendamment choisi parmi N et P, chaque X est de préférence N ; dans laquelle RI est un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone, RI est de préférence un groupe alkyle en C2-C6 ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R' sont chacun indépendamment choisis parmi un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone, R2, R3, R4, R5, R6 et R' sont de préférence indépendamment choisis parmi un groupe alkyle en C2-C6 ; et de 0 à 0,1 % en masse, de préférence de 0,005 à 0,075 % en masse, encore mieux de 0,005 à 0,055 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire ; dans laquelle la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice ? 1500 Â/min ; de préférence de 1800 St/min ; encore mieux 2000 Â/min. Le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice ; de préférence de la silice et au moins un parmi SiC, SiCN, Si3N4, SiCO et le polysilicium ; encore mieux de la silice déposée sur du nitrure de silicium ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend : de l'eau, de 0,1 à 30 % en masse, de préférence de 0,1 à 20 % en masse, encore mieux de 1 à 20 % en masse, bien mieux encore de 1 à 10 % en masse, le plus préférablement de 1 à 5 % en masse d'abrasif ayant une taille moyenne de particules 100 nm, de préférence de 1 à 100 nm, encore mieux de 10 à 40 nm, bien mieux encore de 10 à 30 nm, le plus préférablement de 20 à 30 nm ; de 0,005 à 0,5 % en masse, de préférence de 0,005 à 0,1 % en masse, encore mieux de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 R3ùX R1ùX R6 R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est indépendamment choisi parmi N et P, chaque X est de préférence N ; dans laquelle R1 est un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone, R1 est de préférence un groupe alkyle en C2-C6 ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun indépendamment choisis parmi un groupe aryle, alkyle, araikyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone, R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont de préférence chacun indépendamment choisis parmi un groupe alkyle en C2-C6 ; et de 0 à 0,1 % en masse, de préférence de 0,005 à 0,075 % en masse, encore mieux de 0,005 à 0,055 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 5 psi, de préférence de 0,1 à 3 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 2 à 6, de préférence de 3 à 5, encore mieux de 3 à 4 ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; et dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice >_ 1500 Â/min, de préférence de 1800 Â/min, encore mieux 2000 R/min. La composition de polissage mécano-chimique utilisée exhibe de plus de préférence une sélectivité de la silice au nitrure de silicium 5:1, encore mieux 6:1. L'abrasif utilisé dans la composition de polissage mécano-chimique est de préférence de la silice colloïdale et la composition de polissage mécano-chimique utilisée exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min, encore mieux d'au moins 1800 Â/min, bien mieux encore d'au moins 2000 A/min avec une vitesse de plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm (par exemple un dispositif de polissage Strasbaugh, modèle 6EC) où le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane (par exemple un feutre de polissage IC1010 A2 disponible chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.).
Le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend de préférence les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice et du nitrure de silicium, de préférence de la silice déposée sur du nitrure de silicium ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique comprenant : de l'eau, de 1 à 5 % en masse d'abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 20 à 30 nm, de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 X R1_X R6 R2 R7 (I) 15 dans laquelle chaque X est N ; dans laquelle R1 est choisi parmi un groupe alkyle en C4-C10 ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont individuellement choisis parmi un groupe alkyle en C2-C6 ; et de 0 à 0,1 en masse, de préférence de 0,005 à 0,075 % en masse, encore mieux de 0,005 à 0,055 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire ; 20 à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 5 psi, de préférence de 0,1 à 3 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre 25 le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 2 à 6, de préférence de 3 à 5, encore mieux de 3 à 4 ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; et dans lequel la composition de polissage mécano-chimique 30 exhibe une sélectivité de la silice au nitrure de silicium 5:1, de préférence 6:1. L'abrasif utilisé dans la composition de polissage mécano-chimique dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est de préférence de la silice colloïdale et la composition de polissage mécano-chimique utilisée exhibe une vitesse de 35 retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min, encore mieux d'au moins 1800 A/min, bien mieux encore de 2000 A/min avec une vitesse de R3 plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm (par exemple un dispositif de polissage Strasbaugh, modèle 6EC) où le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane (par exemple un feutre de polissage IC1010 A2 disponible chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.).
Le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend de préférence les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice et du nitrure de silicium, de préférence de la silice déposée sur du nitrure de silicium ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend : de l'eau, de 1 à 5 % en masse d'abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 20 à 30 nm, de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R5 R1ùX+ R6 i R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est N ; dans laquelle RI est un groupe û(CH2)6- ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun un groupe û(CH2)3CH3 ; et de 0,005 à 0,055 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire choisi parmi l'hydroxyde de tétraéthylammonium et l'hydroxyde de tétrabutylammonium ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 3 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 3 à 4 ; dans lequel la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; et dans lequel la composition de polissage mécano-chimique exhibe une sélectivité de la silice au nitrure de silicium 5:1, de préférence 6:1. L'abrasif utilisé dans la composition de polissage mécano-chimique utilisée dans le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention est de préférence de la silice colloïdale et la composition de polissage mécano-chimique utilisée exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min, encore mieux d'au moins 1800 Â/min, bien mieux encore d'au moins 2000 Â/min avec une vitesse de plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm (par exemple un dispositif de polissage Strasbaugh, modèle 6EC) où le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane (par exemple un feutre de polissage IC1010 A2 disponible chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.). On décrira maintenant en détail dans les exemples suivants 20 certains modes de réalisation de la présente invention.
EXEMPLES COMPARATIFS C1-C4 ET EXEMPLES Al-A20 Préparation d'une composition de polissage mécano-chimique Les compositions de polissage mécano-chimique utilisées dans 25 les exemples de polissage PC1-PC4 et PA1-PA20 (c'est-à-dire respectivement les compositions de polissage mécano-chimique C1-C4 et Al-A20) ont été préparées en combinant les constituants dans les quantités listées dans le tableau 1 et en ajustant le pH des compositions au pH final listé dans le tableau 1 avec de l'acide phosphorique ou de 30 l'acide nitrique comme indiqué.
Tableau 1 Ex. Abrasif* HMB HBHMAH TBAH TEAH H3PO4 pH n° (% en (% en (% en (% en (% en HNO3 masse) masse) masse) masse) masse) Cl 4 -- -- -- -- HNO3 4 C2 4 -- -- 0,085 -- H3PO4 2,6 C3 4 -- -- 0,085 -- H3PO4 3 C4 4 -- -- 0,085 -- HNO3 3,4 Al 4 -- 0,015 -- -- H3PO4 4 A2 4 -- 0,025 -- -- H3PO4 4 A3 4 -- 0,035 -- -- H3PO4 4 A4 4 -- 0,050 -- -- H3PO4 4 A5 4 -- 0,025 -- -- HNO3 3,5 A6 4 0,033 -- -- -- H3PO4 4 A7 4 0,033 -- -- -- HNO3 4 A8 4 0,066 -- -- -- H3PO4 4 A9 4 0,033 -- -- -- H3PO4 3,5 A10 4 -- 0,01 -- -- HNO3 4 Al1 4 -- 0,025 -- -- HNO3 4 Al2 4 -- 0,050 -- -- HNO3 4 A13 4 -- 0,010 -- -- HNO3 3,4 A14 4 -- 0,025 -- -- HNO3 3,4 A15 4 -- 0,050 -- -- HNO3 3,4 A16 4 -- 0,025 0,025 -- HNO3 3,6 A17 4 -- 0,025 0,050 -- HNO3 3,6 A18 4 -- 0,025 -- 0,025 HNO3 3,6 A19 4 -- 0,035 0,035 -- HNO3 3,6 A20 6 -- 0,035 0,035 -- HNO3 3,6 Abrasif : suspension de KlebosolTM PL1598-B25 fabriquée par AZ Electronic Materials 17 HMB : bromure d'hexaméthonium de chez Sigma-Aldrich Co. (qualité Sigma) : CH3 Br CH3 H3CùN CH2(CH2)4CH2 NiCH3 CH3 Br CH3 HBHMAH : dihydroxyde d'hexabutylhexaméthylènediammonium de chez 10 Sigma-Aldrich Co. (qualité Purum) : ,CH3 15 N+'CH3 H3C /N'CH2(CH2)4CH2 CH3 H3C/ HO- HO- 20 TBAH : hydroxyde de tétrabutylammonium de chez Sachem, Inc.: Hc \/N +'--.--/ CH i N 3 OH 25 H3C H3 TEAH : hydroxyde de tétraéthylammonium de chez Sachem, Inc.: CH3 H3Cù\ +~--CH3 N H3Cù~ OH- 3 30 35 COMPARATIFS PC2-PC3 ET EXEMPLES PA1-PA9 et PA16-PA20 Expériences de polissage mécano-chimique On a réalisé des tests de polissage pour la vitesse de retrait de la silice en utilisant les compositions de polissage mécano-chimique préparées selon les exemples comparatifs C2-C3 et les exemples Al-A9 et les exemples A16-A20, spécifiquement pour la vitesse de retrait de la silice pour chacune des compositions de polissage mécano-chimique C2-C3, A1-A9 et A16-A20 identifiées dans le tableau 1. On a réalisé ces expériences de vitesse de retrait de la silice sur huit plaquettes témoins d'un pouce présentant un film de silice sur un substrat de silicium en utilisant un dispositif de polissage Strasbaugh, modèle 6EC et un feutre de polissage de polyuréthane IC101OTM (disponible dans le commerce chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.) avec une pression de 20,7 kPa, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min, une vitesse de rotation de table de 93 tr/min et une vitesse de rotation de support de 87 tr/min. On a déterminé les vitesses de retrait de la silice en mesurant l'épaisseur du film avant et après le polissage en utilisant un outil de métrologie Jordan Valley JVX-5200T. Les résultats des expériences de la vitesse de retrait de la silice sont fournis dans le tableau 2.20 Tableau 2 Exemple de Composition Vitesse de retrait polissage n° de polissage de SiO2 (A/min) PC2 C2 1560 PC3 C3 1864 PA1 Al 1167 PA2 A2 2045 PA3 A3 1972 PA4 A4 2062 PA5 A5 2120 PA6 A6 1698 PA7 A7 1688 PA8 A8 1355 PA9 A9 798 PA16 A16 2114 PA17 A17 2279 PA18 A18 2275 PA19 A19 2293 PA20 A20 2452 COMPARATIF PC1 ET EXEMPLES PA10, PAl2-13 et PA15 5 Expériences de polissage mécano-chimique On a réalisé les tests de polissage pour la vitesse de retrait de la silice en utilisant les compositions de polissage mécano-chimique préparées selon l'exemple comparatif Cl et les exemples A10, Al2-13 et A15, spécifiquement pour la vitesse de retrait de la silice pour chacune des 10 compositions de polissage mécano-chimique Cl, A10, Al2-A13 et A15 identifiées dans le tableau 1. On a réalisé ces expériences de vitesse de retrait de la silice sur huit plaquettes témoins d'un pouce présentant un film de silice sur un substrat de silicium en utilisant un dispositif de polissage Applied Materials, Inc. Mirra 200 mm et un feutre de polissage 15 de polyuréthane IC101OTM (disponible dans le commerce chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.) avec une pression de 20,7 kPa, un débit de la composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min, une vitesse de rotation de table de 93 tr/min et une vitesse de rotation de 20 support de 87 tr/min. On a déterminé les vitesses de retrait de la silice en mesurant l'épaisseur du film avant et après le polissage en utilisant un outil de métrologie Jordan Valley JVX-5200T. Les résultats des expériences de vitesse de retrait de la silice sont fournis dans le tableau 3. Tableau 3 Exemple Composition Vitesse de retrait de polissage n° de polissage de SiO2 (A/min) PC1 Cl 112 PA10 A10 1414 PAl2 Al2 2107 PA13 A13 1778 PA15 A15 2121 COMPARATIF SC4 ET EXEMPLES SA11 ET SA14 10 Expériences de polissage mécano-chimique On a réalisé les tests de polissage concernant la sélectivité de la silice par rapport au nitrure de silicium en utilisant les compositions de polissage mécano-chimique préparées selon l'exemple comparatif C4 et les exemples All et A14. On a mesuré spécifiquement la vitesse de retrait de 15 la silice et la vitesse de retrait du nitrure de silicium pour chacune des compositions de polissage mécano-chimique C4, A11 et A14 identifiées dans le tableau 1. On a réalisé les expériences de vitesse de retrait de la silice sur huit plaquettes témoins d'un pouce présentant un film de silice sur un 20 substrat de silicium en utilisant un dispositif de polissage Applied Materials, Inc. Mirra 200 mm et un feutre de polissage de polyuréthane IC1010TM (disponible dans le commerce chez Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.) avec une pression de 20,7 kPa, un débit de la composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min, une vitesse de 25 rotation de table de 93 tr/min et une vitesse de rotation de support de 87 tr/min. On a déterminé les vitesses de retrait de la silice en mesurant l'épaisseur du film avant et après le polissage en utilisant un outil de métrologie Jordan Valley JVX-5200T. Les résultats des expériences de vitesse de retrait de la silice sont fournis dans le tableau 4.5 On a réalisé les expériences de vitesse de retrait du nitrure de silicium sur huit plaquettes témoins d'un pouce présentant un film de Si3N4 sur un substrat en silicium en utilisant un dispositif de polissage Applied Materials, Inc. Mirra et un feutre de polissage de polyuréthane IC101OTM en utilisant les mêmes conditions de polissage citées ci-dessus pour les plaquettes à film de silice. On a déterminé les vitesses de retrait du Si3N4 en mesurant l'épaisseur de film avant et après le polissage en utilisant un outil de métrologie Jordan Valley JVX-5200T. Les résultats des expériences de la vitesse de retrait du Si3N4 sont fournis dans le tableau 4.
On a calculé la sélectivité de la silice au nitrure de silicium (c'est-à-dire la vitesse de retrait de la silice divisée par la vitesse de retrait du nitrure de silicium) pour chacune des compositions de polissage mécano-chimique C4, A11 et A14 identifiées dans le tableau 1 en utilisant les vitesses de retrait de silice et de nitrure de silicium mesurées. Les sélectivités calculées sont fournies dans le tableau 4.
Tableau 4 Sélectivité Composition Vitesse de Vitesse de Sélectivité de de retrait de retrait de SiO2 à Si3N4 l'exemple n° polissage SiO2 (A/min) Si3N4 (A/min) SC4 C4 1893 373 5,1 SA11 A11 1994 234 8,5 SA14 A14 2071 319 6,6
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend de la silice ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique, dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend : de l'eau, de 0,1 à 30 % en masse d'abrasif ayant une taille moyenne de particules 100 nm ; de 0,005 à 0,5 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) : R4 R5 11--- Ri _X R6 R2 R7 (I) dans laquelle chaque X est indépendamment choisi parmi NetP; dans laquelle Ri est un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou 20 alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone ; et dans laquelle R2, R3, R4, R5, R6 et R7 sont chacun indépendamment choisis parmi un groupe aryle, alkyle, aralkyle ou alkylaryle saturé ou insaturé, éventuellement substitué, ayant 25 une longueur de chaîne carbonée de 1 à 15 atomes de carbone ; et de 0 à 0,1 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de 30 polissage mécano-chimique et le substrat avec une pression de 0,1 à 5 psi ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; 35 dans lequel la composition de polissage mécano-chimique présente un pH de 2 à 6 ; et dans lequel la composition de polissage R3 15mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de polissage mécano-chimique est exempte d'inhibiteur de corrosion.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'abrasif est une silice colloïdale ; et la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min avec une vitesse de plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm où le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane.
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat comprend en plus au moins un parmi SiC, SiCN, Si3N4, SiCO et le polysilicium.
- 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat comprend en plus Si3N4 ; l'abrasif est une silice colloïdale ; la composition de polissage mécano-chimique présente une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 Â/min avec une vitesse de plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm où le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane.
- 6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat fourni comprend de la silice déposée sur du nitrure de silicium ; la composition de polissage mécano-chimique fournie comprend de l'eau ; de 1 à 5 % en masse d'abrasif de silice colloïdale ayant une taille moyenne de particules de 20 à 30 nm ; de 0,02 à 0,06 % en masse de cation diquaternaire selon la formule (I) et de 0,005 à 0,055 % en masse d'un composé d'alkylammonium quaternaire choisi parmi l'hydroxyde de tétraéthylammonium et l'hydroxyde de tétrabutylammonium ; la pressionappliquée est de 0,1 à 3 psi ; la composition de polissage mécano-chimique fournie présente un pH de 3 à 4 ; la silice et le nitrure de silicium sont exposés à la composition de polissage mécano-chimique ; et la composition de polissage mécano-chimique exhibe une sélectivité de la silice au nitrure de silicium d'au moins 5 pour 1.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la composition de polissage mécano-chimique exhibe une vitesse de retrait de la silice d'au moins 1500 et/min avec une vitesse de plateau de 93 tr/min, une vitesse de support de 87 tr/min, un débit de composition de polissage mécano-chimique de 200 ml/min et une pression nominale de 3 psi sur une machine de polissage de 200 mm où le feutre de polissage mécano-chimique comprend une couche de polissage de polyuréthane contenant des microparticules polymères à noyau creux et un sous-feutre non tissé imprégné de polyuréthane.
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