WO2007028898A1 - Mechanochemical polishing composition, method for preparing and using same - Google Patents

Mechanochemical polishing composition, method for preparing and using same Download PDF

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Abstract

The invention concerns a mechanochemical polishing composition comprising abrasive particles including molecules of a metal oxide, a metal oxidizing agent, a first chemical attack agent of metals, a pH regulating agent, optionally a second chemical attack agent of metallic compounds, in particular of tantalum and tantalum nitride, a corrosion inhibitor, and a solvent. The invention is characterized in that the metal oxide is prepared via a sol-gel process. The invention also concerns a method for preparing and using the inventive composition.

Description

COMPOSITION DE POLISSAGE MECANO CHIMIQUE, PROCEDE DE PREPARATION ET UTILISATION CHEMICAL MECANO POLISHING COMPOSITION, PROCESS FOR PREPARATION AND USE
La présente invention concerne une composition adaptée à permettre un polissage mécano chimique, plus communément connu sous l'acronyme CMP (de l'anglais « Chemical Mechanical Polishing ») .The present invention relates to a composition adapted to allow chemical mechanical polishing, more commonly known by the acronym CMP (of the English "Chemical Mechanical Polishing").
Elle concerne également un procédé de préparation d'une telle composition, ainsi que son utilisation pour le polissage.It also relates to a process for preparing such a composition, as well as its use for polishing.
Plus précisément, l'invention concerne, selon son premier aspect, une composition de polissage mécano chimique comprenant des particules abrasives incluant des molécules d'un oxyde métallique, un agent oxydant les métaux, un premier agent d'attaque chimique des métaux, un agent de régulation du pH, éventuellement un deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, en particulier du tantale et du nitrure de tantale, un inhibiteur de corrosion, et un solvant. Une telle composition est connue de l'homme du métier, notamment par l'enseignement de la demande de brevet publiée US 2004/0046148.More specifically, the invention relates, in its first aspect, to a chemical mechanical polishing composition comprising abrasive particles including molecules of a metal oxide, a metal oxidizing agent, a first metal chemical etchant, an agent pH regulator, optionally a second chemical agent for etching metal compounds, in particular tantalum and tantalum nitride, a corrosion inhibitor, and a solvent. Such a composition is known to those skilled in the art, in particular by the teaching of the published patent application US 2004/0046148.
Dans ce document, la stabilité de la composition de polissage est augmentée par la mise en œuvre d'un revêtement des particules abrasives et/ou par la présence d'additifs classiques connus en tant qu'agent de stabilisation des compositions de polissage.In this document, the stability of the polishing composition is increased by the implementation of a coating of the abrasive particles and / or by the presence of conventional additives known as stabilizing agent polishing compositions.
Dans le domaine du polissage mécano chimique, on cherche continuellement à améliorer les compositions de polissage des couches minces afin d'obtenir des microcomposants de plus en plus performants.In the field of chemical mechanical polishing, it is continuously sought to improve the polishing compositions of the thin layers in order to obtain microcomponents increasingly efficient.
En particulier, la stabilité de la composition est une des propriétés qu'il est intéressant d'augmenter afin d'en conserver le plus longtemps possible les performances en polissage.In particular, the stability of the composition is one of the properties that it is interesting to increase in order to keep polishing performance as long as possible.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but - de proposer une composition de polissage améliorée par rapport à celles de l'art antérieur, en particulier par rapport à celle du document US 2004/0046148.In this context, it is an object of the present invention to provide an improved polishing composition compared to those of the prior art, in particular compared to that of document US 2004/0046148.
A cette fin, la composition de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu' en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que l'oxyde métallique est préparé par un procédé sol-gel .To this end, the composition of the invention, moreover in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the metal oxide is prepared by a sol-gel process.
L'invention présente l'avantage de constituer une composition prête à l'emploi. Autrement dit, l'utilisateur en possession de la composition selon l'invention peut directement, sans ajout d'un constituant, utiliser la composition dans une machine de polissage. La manipulation de la composition est ainsi réduite, ce qui représente un gain de temps et un confort voire une sécurité, en particulier quand la composition a un pH non neutre, pour l'utilisateur.The invention has the advantage of constituting a ready-to-use composition. In other words, the user in possession of the composition according to the invention can directly, without adding a constituent, use the composition in a polishing machine. The manipulation of the composition is thus reduced, which represents a saving of time and a comfort or a security, in particular when the composition has a non-neutral pH, for the user.
L'invention présente surtout l'avantage d'une excellente stabilité dans le temps, sans faire appel à un revêtement des particules abrasives et/ou à la présence d'additifs spécifiques. Sa stabilité est au moins égale à deux mois .The invention has especially the advantage of excellent stability over time, without resorting to a coating of abrasive particles and / or the presence of specific additives. Its stability is at least equal to two months.
On entend par stabilité de la composition de polissage la stabilité physique et chimique, et en particulier les stabilité du pH, stabilité de la concentration en agent oxydant les métaux, stabilité des particules en suspension et stabilité de la taille moyenne des particules mesurée par granulométrie laser.The stability of the polishing composition is understood to mean the physical and chemical stability, and in particular the stability of the pH, the stability of the concentration of the oxidizing agent, the stability of the particles in suspension and the stability of the average particle size measured by laser granulometry. .
Grâce à cette stabilité, la composition de l'invention peut être préparée industriellement, longtemps à l'avance, pour être prête à l'emploi, ce qui lui confère une grande facilité d'utilisation et permet un gain de temps considérable pour l'opération de polissage .Thanks to this stability, the composition of the invention can be prepared industrially, well in advance, to be ready for use, which gives it great ease of use and saves considerable time for the application. polishing operation.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'oxyde métallique est le dioxyde de silicium.In a preferred embodiment of the invention, the metal oxide is silicon dioxide.
De manière avantageuse, la composition selon l'invention comprend le solvant et, en pourcentage de sa masse totale : entre 1,25% et 5% de particules abrasives,Advantageously, the composition according to the invention comprises the solvent and, as a percentage of its total mass: between 1.25% and 5% of abrasive particles,
- entre 0,06% et 2,5% d'agent oxydant les métaux,between 0.06% and 2.5% of oxidizing agent for metals,
- entre 0,125% et 0,5% de premier agent d'attaque chimique des métaux, - entre 0,01% et 0,5% d'agent de régulation du pH,between 0.125% and 0.5% of the first chemical metal etching agent, between 0.01% and 0.5% of pH control agent,
- éventuellement, entre 0,03% et 0,15% de deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, et entre 0,015% et 0,15% d'inhibiteur de corrosion. Tout préférentiellement, la composition selon l'invention comprend de l'eau déionisée en tant que solvant et, en pourcentage de sa masse totale : entre 1,25% et 5% de dioxyde de silicium en tant que particules abrasives, entre 0,06% et 2,5% d'eau oxygénée en tant qu'agent oxydant les métaux, entre 0,125% et 0,5% d'acide lactique en tant que premier agent d'attaque chimique des métaux, entre 0,01% et 0,5% de potasse ou d'ammoniaque en tant qu'agent de régulation du pH, - éventuellement, entre 0,03% et 0,15% de fluorure d'ammonium ou de potassium en tant que deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, etoptionally, between 0.03% and 0.15% of the second chemical etching agent of the metal compounds, and between 0.015% and 0.15% of corrosion inhibitor. Most preferably, the composition according to the invention comprises deionized water as a solvent and, as a percentage of its total mass: between 1.25% and 5% of silicon dioxide as abrasive particles, between 0.06 and % and 2.5% hydrogen peroxide as the metal oxidizing agent, between 0.125% and 0.5% lactic acid as the first chemical etching agent for metals, between 0.01% and 0% 5% potassium hydroxide or ammonia as a pH regulating agent, optionally between 0.03% and 0.15% ammonium fluoride or potassium fluoride as the second chemical etchant metal compounds, and
- entre 0,015% et 0,15% de benzotriazole en tant qu'inhibiteur de corrosion. L'agent de régulation du pH est par exemple présent en une quantité permettant d'ajuster le pH de ladite composition entre 0 et 12, de préférence entre 4 et 8.between 0.015% and 0.15% of benzotriazole as a corrosion inhibitor. The pH control agent is for example present in an amount for adjusting the pH of said composition between 0 and 12, preferably between 4 and 8.
Selon une version avantageuse de l'invention, les particules abrasives forment des agrégats dont la taille moyenne est comprise entre 10 et 150 nm, de préférence entre 30 et 120 nm.According to an advantageous version of the invention, the abrasive particles form aggregates whose mean size is between 10 and 150 nm, preferably between 30 and 120 nm.
L'invention concerne, selon son deuxième aspect, un procédé de préparation d'une composition conforme à l'invention, comprenant les étapes suivantes : - la solubilisation de l'agent oxydant les métaux, du premier agent d'attaque chimique des métaux, du deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques le cas échéant et de l'inhibiteur de corrosion dans le solvant ; l'ajout de la solution obtenue à l'étape précédente dans une suspension d'oxyde métallique par exemple concentrée à 20% en poids, pendant une durée de deux heures, sous forte agitation ; et l'ajustement du pH du mélange obtenu à l'étape précédente, dans une plage allant de 0 à 12 et de préférence de 4 à 8, par l'ajout de l'agent de régulation du pH.The invention relates, according to its second aspect, to a process for the preparation of a composition in accordance with the invention, comprising the following steps: the solubilization of the metal oxidizing agent, of the first chemical etching agent for metals, of the second chemical etching agent of the compounds metal where applicable and the corrosion inhibitor in the solvent; adding the solution obtained in the preceding step in a suspension of metal oxide, for example concentrated to 20% by weight, for a period of two hours, with vigorous stirring; and adjusting the pH of the mixture obtained in the preceding step, in a range from 0 to 12 and preferably from 4 to 8, by adding the pH control agent.
Selon son troisième aspect, l'invention concerne l'utilisation d'une composition conforme à l'invention pour le polissage mécano chimique de couches appliquées sur un substrat portant au moins un microcomposant semi- conducteur.According to its third aspect, the invention relates to the use of a composition according to the invention for the chemical mechanical polishing of layers applied to a substrate carrying at least one semiconductor microcomponent.
De préférence, au moins une des couches appliquées sur le substrat est une couche métallique comprenant par exemple du cuivre.Preferably, at least one of the layers applied to the substrate is a metal layer comprising for example copper.
De manière avantageuse, au moins une des couches appliquées sur le substrat est une couche de matériau isolant, comprenant par exemple du dioxyde de silicium.Advantageously, at least one of the layers applied to the substrate is a layer of insulating material, comprising, for example, silicon dioxide.
Au moins une des couches appliquées sur le substrat est préférentiellement une couche d'adhérence comprenant par exemple du tantale et/ou du nitrure de tantale. De préférence, au moins une des couches appliquées sur le substrat est une couche d'isolation comprenant par exemple un alliage fer-nickel.At least one of the layers applied to the substrate is preferably an adhesion layer comprising, for example, tantalum and / or tantalum nitride. Preferably, at least one of the layers applied to the substrate is an insulating layer comprising, for example, an iron-nickel alloy.
Selon une version avantageuse de l'invention, le substrat est recouvert dans l'ordre : - d'une couche de matériau isolant, comprenant du dioxyde de silicium, d'un niveau barrière multicouche comprenant, à partir de la couche de matériau isolant, une première couche d'adhérence comprenant du tantale, une deuxième couche d'adhérence comprenant du nitrure de tantale, une couche d'isolation comprenant un alliage fer-nickel, une troisième couche d'adhérence comprenant du nitrure de tantale et une quatrième couche d' adhérence comprenant du tantale, etAccording to an advantageous version of the invention, the substrate is covered in the order of: a layer of insulating material, comprising silicon dioxide, of a multilayer barrier level comprising, from the layer of insulating material, a first adhesion layer comprising tantalum, a second adhesion layer comprising tantalum nitride, an insulation layer comprising an iron-nickel alloy, a third adhesion layer comprising nitride nitride, tantalum and a fourth adhesion layer comprising tantalum, and
- d'une couche métallique comprenant du cuivre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : les figures 1 et 2 représentent chacune un schéma d'un empilement de couches sur un substrat portant au moins un microcomposant semi-conducteur, avant et après polissage mécano chimique par une composition selon l'invention..; eta metal layer comprising copper. Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the detailed description which is given hereinafter, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which: FIGS. 1 and 2 each represent a diagram of a stack of layers on a substrate carrying at least one semiconductor microcomponent, before and after chemical mechanical polishing with a composition according to the invention; and
- la figure 3 représente un schéma de mise en œuvre de la composition de l'invention dans un procédé de polissage mécano chimique.FIG. 3 represents a diagram of implementation of the composition of the invention in a chemical mechanical polishing process.
Dans les figures 1 et 2, les éléments A et A' à polir, déposés chacun sur un substrat S, comprennent trois niveaux : un niveau I isolant, un niveau II dit « barrière » et un niveau III conducteur.In Figures 1 and 2, the elements A and A 'to be polished, each deposited on a substrate S, comprise three levels: an insulating level I, a level II called "barrier" and a level III conductor.
Le niveau I isolant est constitué d'une couche 1 de matériau isolant dans laquelle au moins un motif m est gravé. Ce motif m peut être tout motif classiquement gravé dans le domaine de la fabrication des microcomposants, tel qu'une via ou une tranchée.The insulating level I consists of a layer 1 of insulating material in which at least one pattern m is etched. This pattern m can be any pattern conventionally engraved in the field of the manufacture of microcomponents, such as a via or a trench.
Le niveau III conducteur est constitué d'une coucheLevel III conductor consists of a layer
4 métallique déposée par voie physique, telle que la pulvérisation au magnétron, ou par voie chimique, telle que le dépôt chimique en phase vapeur ou CVD et 1' électrodéposition.4 physically deposited metal, such as magnetron sputtering, or chemically, such as chemical vapor deposition or CVD and electroplating.
Le niveau II barrière, déposé sur l'ensemble de la couche 1 de matériau isolant, est constitué, dans l'élément A, de deux couches 2, 3 d'adhérence. Dans l'élément A', le niveau II barrière est multicouche. Il inclut au total quatre couches 2, 3, 6, 7 d'adhérence et une couche 5 d'isolation.The level II barrier, deposited on the entire layer 1 of insulating material, consists in the element A, two layers 2, 3 of adhesion. In the element A ', the level II barrier is multilayer. It includes a total of four layers 2, 3, 6, 7 of adhesion and an insulation layer 5.
De préférence, le matériau isolant est le dioxyde 'de silicium SiÛ2 et le métal formant la couche 4 métallique est le cuivre. Le cuivre peut être remplacé par un autre métal utilisé classiquement dans les couches métalliques des microcomposants, tel que le tungstène et l'aluminium.Preferably, the insulating material is silicon dioxide SiO 2 and the metal forming the metal layer 4 is copper. Copper can be replaced by another metal conventionally used in the metal layers of microcomponents, such as tungsten and aluminum.
Les couches 2, 3 d'adhérence sont de préférence une première couche 2 d' adhérence à base de tantale recouverte d'une deuxième couche 3 d'adhérence à base de nitrure de tantale.The adhesion layers 2, 3 are preferably a first tantalum adhesion layer 2 coated with a second tantalum nitride adhesion layer 3.
Les couches 6, 7 d'adhérence sont de préférence une troisième couche 6 d'adhérence à base de nitrure de tantale recouverte d'une quatrième couche 7 d'adhérence à base de tantale.The adhesion layers 6, 7 are preferably a third tantalum nitride adhesion layer 6 coated with a fourth tantalum adhesion layer 7.
Le tantale et le nitrure de tantale peuvent être respectivement remplacés par tout autre composé classiquement utilisé dans les couches d'adhérence des microcomposants, tel que le titane et le nitrure de titane, en particulier dans le cas où la couche 4 métallique est à base de tungstène.Tantalum and tantalum nitride can be respectively replaced by any other compound conventionally used in the adhesion layers of microcomponents, such as titanium and titanium nitride, in particular in the case where the metal layer 4 is based on tungsten.
La composition selon l'invention est utilisée de manière générale pour le polissage mécano chimique de couches appliquées sur un substrat S portant au moins un microcomposant semi-conducteur.The composition according to the invention is generally used for the chemical mechanical polishing of layers applied to a substrate S carrying at least one semiconductor microcomponent.
Au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 4 métallique comprenant par exemple du cuivre . Au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 1 de matériau isolant, comprenant par exemple du dioxyde de silicium.At least one of the layers applied to the substrate S is a metal layer 4 comprising, for example, copper. At least one of the layers applied to the substrate S is a layer 1 of insulating material, comprising, for example, silicon dioxide.
Au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 2, 3, 6, 7 d'adhérence comprenant par exemple du tantale et/ou du nitrure de tantale.At least one of the layers applied to the substrate S is a layer 2, 3, 6, 7 of adhesion comprising, for example, tantalum and / or tantalum nitride.
Au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 5 d' isolation comprenant par exemple un alliage fer-nickel.At least one of the layers applied to the substrate S is an insulation layer 5 comprising, for example, an iron-nickel alloy.
De préférence, le substrat S est recouvert dans l'ordre :Preferably, the substrate S is covered in order:
- d'une couche 1 de matériau isolant, comprenant du dioxyde de silicium, - d'un niveau II barrière multicouche comprenant, à partir de la couche 1 de matériau isolant, une première couche 2 d'adhérence comprenant du tantale, une deuxième couche 3 d'adhérence comprenant du nitrure de tantale, une couche 5 d'isolation comprenant un alliage fer- nickel, une troisième couche 6 d'adhérence comprenant du nitrure de tantale et une quatrième couche 7 d' adhérence comprenant du tantale, eta layer 1 of insulating material, comprising silicon dioxide, a level II multilayer barrier comprising, from the layer 1 of insulating material, a first adhesion layer 2 comprising tantalum, a second adhesion layer 3 comprising tantalum nitride, an insulation layer 5 comprising an iron-nickel alloy, a third adhesion layer 6 comprising tantalum nitride and a fourth adhesion layer comprising tantalum, and
- d'une couche 4 métallique comprenant du cuivre. Classiquement, le polissage mécano chimique d'éléments tels que les éléments A et A' se déroule en deux étapes. Une première étape consiste à polir en grande partie la couche 4 métallique, dont il reste cependant une couche résiduelle. Une seconde étape consiste à polir cette couche résiduelle ainsi que les couches du niveau II barrière, afin d'achever le polissage sur le niveau I isolant.a metal layer 4 comprising copper. Conventionally, chemical mechanical polishing of elements such as elements A and A 'takes place in two stages. A first step is to polish largely the metal layer 4, of which there is however a residual layer. A second step consists in polishing this residual layer as well as the level II barrier layers, in order to complete the polishing on the insulating level I.
La composition de l'invention est surtout adaptée pour effectuer la seconde étape de polissage. Selon l'invention, la composition de polissage mécano chimique comprend des particules abrasives incluant des molécules d'un oxyde métallique, un agent oxydant les métaux, un premier agent d'attaque chimique des métaux, un agent de régulation du pH, éventuellement un deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, en particulier du tantale et du nitrure de tantale, un inhibiteur de corrosion, et un solvant.The composition of the invention is especially adapted to perform the second polishing step. According to the invention, the chemical mechanical polishing composition comprises abrasive particles including molecules of a metal oxide, a metal oxidizing agent, a first metal etching agent, a pH regulating agent, optionally a second agent for etching metal compounds, in particular tantalum and tantalum nitride, a corrosion inhibitor, and a solvent.
L'oxyde métallique est synthétique, de nature colloïdale, et de taille de particules en suspension inférieure à un micron.The metal oxide is synthetic, of a colloidal nature, and has a particle size in suspension of less than one micron.
De préférence, l'oxyde métallique est le dioxyde de silicium.Preferably, the metal oxide is silicon dioxide.
Il est préparé par un procédé sol-gel, soit par hydrolyse et condensation en phase organique, par exemple dans un solvant de type alcool, de réactifs du type alcoxyde de silicium, de formule Si(OR)4 dans laquelle R est une chaîne hydrocarbonée. Le réactif le plus couramment utilisé est le tétraéthylorthosilicate ou tétraéthoxysilane ou TEOS.It is prepared by a sol-gel process, either by hydrolysis and condensation in the organic phase, for example in an alcohol-type solvent, of silicon-alkoxide type reactants, of formula Si (OR) 4 in which R is a hydrocarbon-based chain . The most reactive commonly used is tetraethylorthosilicate or tetraethoxysilane or TEOS.
Le mode de fabrication de la silice confère à la composition de l'invention une stabilité de l'ordre de plusieurs mois, et d'au moins deux mois.The method of manufacture of the silica gives the composition of the invention a stability of the order of several months, and at least two months.
En particulier, la pureté chimique de la silice, caractérisée par l'absence d'ions métalliques contaminants, permet de préserver l'agent oxydant les métaux, tel que l'eau oxygénée, dans la composition pendant des durées bien supérieures à ce que permettent les autres types de silice.In particular, the chemical purity of the silica, characterized by the absence of contaminating metal ions, makes it possible to preserve the oxidizing agent metals, such as hydrogen peroxide, in the composition for durations much longer than allowed by other types of silica.
En outre, les particules abrasives restent en suspension pendant plusieurs mois du fait de leur inertie vis-à-vis des autres constituants chimiques du mélange. L'absence de phénomènes d'agglomération des particules au cours du temps semble liée aux propriétés chimiques et électriques de leur surface, découlant de leur procédé de fabrication.In addition, the abrasive particles remain in suspension for several months because of their inertia vis-à-vis the other chemical constituents of the mixture. The absence of agglomeration phenomena of particles over time seems related to the chemical and electrical properties of their surface, resulting from their manufacturing process.
Par ailleurs, la composition selon l'invention est stable pour une large plage de pH, ce qui n' est pas le cas pour des compositions à base de particules abrasives synthétiques, non obtenues par un procédé sol-gel.Furthermore, the composition according to the invention is stable over a wide pH range, which is not the case for compositions based on synthetic abrasive particles, not obtained by a sol-gel process.
Selon un mode particulier de réalisation, la composition selon l'invention comprend le solvant et, en pourcentage de sa masse totale :According to a particular embodiment, the composition according to the invention comprises the solvent and, as a percentage of its total mass:
- entre 1,25% et 5% de particules abrasives, entre 0,06% et 2,5% d'agent oxydant les métaux, entre 0,125% et 0,5% de premier agent d'attaque chimique des métaux, - entre 0,01% et 0,5% d'agent de régulation du pH, éventuellement, entre 0,03% et 0,15% de deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, et entre 0,015% et 0,15% d'inhibiteur de corrosion. De préférence, la composition de l'invention comprend de l'eau déionisée en tant que solvant et, en pourcentage de sa masse totale : entre 1,25% et 5% d'oxyde de silicium en tant que particules abrasives, - entre 0,06% et 2,5% d'eau oxygénée en tant qu'agent oxydant les métaux,between 1.25% and 5% of abrasive particles, between 0.06% and 2.5% of metal oxidizing agent, between 0.125% and 0.5% of the first chemical etching agent for metals, 0.01% and 0.5% pH adjusting agent, optionally 0.03% to 0.15% second chemical etchant, and 0.015% to 0.15% d corrosion inhibitor. Preferably, the composition of the invention comprises deionized water as a solvent and, as a percentage of its total mass: between 1.25% and 5% of silicon oxide as abrasive particles, between 0.06% and 2.5% of oxygenated water as a metal oxidizing agent,
- entre 0,125% et 0,5% d'acide lactique en tant que premier agent d'attaque chimique des métaux, - entre 0,01% et 0,5% de potasse ou d'ammoniaque en tant qu'agent de régulation du pH, éventuellement, entre 0,03% et 0,15% de fluorure d'ammonium ou de potassium en tant que deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, et - entre 0,015% et 0,15% de benzotriazole, ou BTA, en tant qu'inhibiteur de corrosion.between 0.125% and 0.5% of lactic acid as the first chemical etching agent for metals, between 0.01% and 0.5% of potassium hydroxide or as ammonia control agent; pH, optionally between 0.03% and 0.15% of ammonium or potassium fluoride as the second chemical etching agent of the metal compounds, and - between 0.015% and 0.15% of benzotriazole, or BTA , as a corrosion inhibitor.
L'agent de régulation du pH est plus particulièrement présent en une quantité permettant d'ajuster le pH de ladite composition entre 0 et 12, de préférence entre 4 et 8.The pH regulating agent is more particularly present in an amount for adjusting the pH of said composition between 0 and 12, preferably between 4 and 8.
Les réactifs chimiques qui constituent la composition de l'invention sont de préférence d'une pureté chimique élevée, avantageusement supérieure à 99%. En particulier, l'eau déionisée est une eau ultra pure. Le dioxyde de silicium, ou silice, constituant les particules abrasives, permet l'élimination des matériaux à polir au cours du procédé de polissage au travers d'une action mécanique d'abrasion. La matière enlevée peut être le matériau lui-même ou un produit de transformation issu d'une réaction entre au moins un matériau à polir et au moins un constituant de la composition. Par exemple, un complexe Cu-BTA peut se former en surface de la couche de cuivre et constituer une couche adhérente qui est éliminée par l'abrasion. Le dioxyde de silicium peut être remplacé par tout oxyde métallique. On entend par oxyde métallique tout oxyde d'un métal, un métal étant tout élément chimique de la classification périodique auquel on attribue un comportement de métal, mais aussi l'oxyde de silicium Siθ2 et l'oxyde de cérium Ceθ2. Ainsi, l'oxyde de silicium SiU2 peut en particulier être remplacé par l'oxyde d'aluminium ou alumine AI2O3. L'eau oxygénée, en tant qu'agent oxydant les métaux, en particulier les métaux de transition tels que le cuivre Cu, le fer Fe, le nickel Ni et le tungstène W, permet une perte d' électrons du métal qui prend alors sa forme oxydée.The chemical reagents that constitute the composition of the invention are preferably of high chemical purity, preferably greater than 99%. In particular, deionized water is ultra pure water. The silicon dioxide, or silica, constituting the abrasive particles, allows the removal of polishing materials during the polishing process through a mechanical abrasion action. The material removed may be the material itself or a transformation product resulting from a reaction between at least one material to be polished and at least one constituent of the composition. For example, a Cu-BTA complex may form on the surface of the copper layer and form an adherent layer which is removed by abrasion. Silicon dioxide can be replaced by any metal oxide. The term "metal oxide" means any oxide of a metal, a metal being any chemical element of the periodic classification to which a metal behavior is attributed, but also the silicon oxide SiO 2 and the cerium oxide CeO 2 . Thus, the silicon oxide SiU 2 may in particular be replaced by aluminum oxide or Al 2 O 3 alumina. Oxygenated water, as an oxidizing agent for metals, in particular transition metals such as copper Cu, Fe iron, nickel Ni and tungsten W, allows a loss of electrons of the metal which then takes its place. oxidized form.
Il existe deux cas d'oxydation. Dans un premier cas, le métal est oxydé et forme un oxyde ou un hydroxyde métallique, insoluble dans le milieu. On parle de passivation. Dans un deuxième cas, le métal forme un cation métallique, soluble dans le milieu. On parle de corrosion.There are two cases of oxidation. In a first case, the metal is oxidized and forms a metal oxide or hydroxide, insoluble in the medium. We talk about passivation. In a second case, the metal forms a metal cation, soluble in the medium. We talk about corrosion.
Deux paramètres influent sur la passivation et la corrosion : le potentiel électrochimique E de la composition, conféré par l'espèce oxydo-réductrice, en l'occurrence l'eau oxygénée, et le pH.Two parameters influence passivation and corrosion: the electrochemical potential E of the composition, conferred by the redox species, in this case hydrogen peroxide, and pH.
L'eau oxygénée peut être remplacée par tout oxydant ayant un potentiel d' oxydoréduction supérieur à celui des couples M/Mn+ possibles à partir des métaux M à polir, soit par exemple les couples Cu/Cu+, Cu/Cu2+, Fe/Fe2+, Fe/Fe3+, Ni/Ni2+.Oxygenated water may be replaced by any oxidant having a redox potential greater than that of the M / M n + couples possible from the metals M to be polished, for example the Cu / Cu + , Cu / Cu 2+ , Fe / Fe 2+ , Fe / Fe 3+ , Ni / Ni 2+ .
On préfère donc choisir pour la composition de l'invention un oxydant dont le potentiel E est supérieur à 0,52 volts. L'oxydant peut donc être choisi par exemple parmi l'ion permanganate, l'ion ferrique, l'oxygène O2, l'ion nitrate, l'ion iodate, l'ion chlorate, l'ion chromate, l'ion cerrique et l'ion peroxodisulfate.It is therefore preferred to choose for the composition of the invention an oxidant whose potential E is greater than 0.52 volts. The oxidant may therefore be chosen for example from permanganate ion, ferric ion, oxygen O 2 , nitrate ion, iodate ion, chlorate ion, chromate ion, cerium ion and the peroxodisulfate ion.
L'acide lactique, en tant que premier agent d'attaque chimique des métaux, est une source d'ion hydrogène H+, responsable de l'attaque chimique, et d'anion complexant du cuivre oxydé sous formes Cu+ et Cu2+. La complexation entre 1 ' anion lactate et les ions cuivre déplace la réaction chimique vers la dissolution du cuivre métal, d'où une amplification de l'attaque chimique . Tout en restant dans le cadre de l'invention, l'acide lactique peut être remplacé par tout autre acide carboxylique. Par exemple, l'acide carboxylique est choisi parmi les monoacides à chaîne hydrocarbonée tels que l'acide formique HCOOH, l'acide acétique CH3COOH, l'acide propanoïque C2H5COOH et l'acide butanoïque C3H7COOH, les monoacides alpha ou bêta hydroxylés tels que l'acide lactique et l'acide gluconique, les diacides à chaîne hydrocarbonée tels que l'acide oxalique, l'acide malonique, l'acide succinique et l'acide glutarique, les diacides alpha ou bêta hydroxylés tels que l'acide tartrique et l'acide malique, les triacides alpha hydroxylés tels que l'acide citrique, et les acides aromatiques tels que l'acide benzoïque, l'acide phénylacétique et l'acide hydroxybenzoïque.Lactic acid, as the first chemical etching agent for metals, is a source of hydrogen ion H + , responsible for chemical etching, and a complexing anion of oxidized copper in Cu + and Cu 2+ forms. . The complexation between the lactate anion and the copper ions displaces the chemical reaction towards the dissolution of the copper metal, hence an amplification of the chemical attack. While remaining within the scope of the invention, lactic acid can be replaced by any other carboxylic acid. For example, the carboxylic acid is chosen from monoacids with a hydrocarbon chain such as formic acid HCOOH, acetic acid CH 3 COOH, propanoic acid C 2 H 5 COOH and butanoic acid C 3 H 7 COOH, monoacids alpha or beta hydroxylated such as lactic acid and gluconic acid, diacids with a hydrocarbon chain such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid and glutaric acid, diacids alpha or beta hydroxylated such as tartaric acid and malic acid, triacids hydroxylated alpha such as citric acid, and aromatic acids such as benzoic acid, phenylacetic acid and hydroxybenzoic acid.
De manière avantageuse, le premier agent d'attaque chimique des métaux est un mono-, di- ou triacide carboxylique incluant une fonction hydroxyle en position alpha et/ou bêta, tel que l'acide lactique.Advantageously, the first metal etching agent is a mono-, di- or triacid carboxylic acid including a hydroxyl function at the alpha and / or beta position, such as lactic acid.
L'agent de régulation du pH a pour fonction d'apporter des ions H0~ qui sont destinés à neutraliser au moins partiellement les ions hydrogènes libérés par le constituant acide. De préférence, il est choisi parmi la potasse KOH, l'ammoniaque NH4OH, la soude NaOH et l'ammoniac NH3, mais peut être toute base minérale forte ou toute base organique.The function of the pH control agent is to provide H0 ~ ions which are intended to neutralize at least partially the hydrogen ions released by the acid component. Preferably, it is chosen from KOH potash, NH 4 OH ammonia, NaOH sodium hydroxide and NH 3 ammonia, but may be any strong mineral base or any organic base.
Le deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, en particulier du tantale et du nitrure de tantale, est choisi de manière à fournir des ions fluorures F". En effet, les matériaux tels que le tantale et le nitrure de tantale possèdent une grande résistance à l'attaque chimique. On parle d'inertie. Or, l'ion fluorure F" est plus agressif sur ces matériaux que l'ion H+ ou HO". L'ion fluorure est sous forme de sel soluble, par exemple de potassium KF, de sodium NaF, d' ammonium NH4F, ou sous forme d'acide fluorhydrique HF.The second etchant metal compounds, in particular tantalum and tantalum nitride, is selected so as to provide fluoride ions F ". In effect, materials such as tantalum and tantalum nitride have a large resistance to chemical attack.We speak of inertia, but the fluoride ion F " is more aggressive on these materials than the ion H + or HO. " The fluoride ion is in the form of soluble salt, for example of potassium KF, sodium NaF, ammonium NH 4 F, or in the form of hydrofluoric acid HF.
L'agent inhibiteur de corrosion est classiquement le benzotriazole BTA, ou tout dérivé des composés azoles . Le BTA a pour rôle d'empêcher la corrosion du cuivre. Pour cela, il forme un complexe Cu^'-BTA'"' insoluble, qui se dépose sur la surface du matériau à polir et qui limite le phénomène d'attaque chimique du métal et donc de corrosion, qui s'explique par le déplacement vers la droite de la réaction de transformation du métal Cu non soluble en ions cuivreux Cu+ et/ou cuivriques Cu2+, espèces solubles. Le solvant, qui est de préférence l'eau, joue le rôle de vecteur des réactifs chimiques et des particules abrasives lors du polissage mécano chimique. Il permet le mélange intime des réactifs chimiques au travers de leur solubilisation. Il permet aussi la mise en suspension des particules abrasives. En outre, pendant le polissage, il assure l'évacuation des résidus de polissage, tels que les sous-produits de réaction et les débris solides.The corrosion inhibiting agent is conventionally benzotriazole BTA, or any derivative of the azole compounds. The role of the BTA is to prevent copper corrosion. For this, it forms an insoluble Cu '' - BTA '"' complex, which is deposited on the surface of the material to be polished and which limits the phenomenon of etching of the metal and therefore of corrosion, which is explained by the rightward shift of the transformation reaction of the non-soluble metal Cu Cu + ions cuprous and / or cupric Cu 2+, soluble species. The solvent, which is preferably water, acts as a vector of chemical reagents and abrasive particles during chemical mechanical polishing. It allows the intimate mixing of chemical reagents through their solubilization. It also allows the suspension of the abrasive particles. In addition, during polishing, it ensures the evacuation of polishing residues, such as reaction by-products and solid debris.
Avantageusement, le solvant est une eau déionisée, c'est-à-dire une eau dépourvue d'ions métalliques tels que le sodium, le potassium, le magnésium et le calcium. Son utilisation permet que la contamination de la composition de polissage en éléments alcalins et alcalino-terreux soit résiduelle.Advantageously, the solvent is a deionized water, that is to say a water free of metal ions such as sodium, potassium, magnesium and calcium. Its use allows the contamination of the polishing composition in alkaline and alkaline earth elements to be residual.
La composition selon l'invention est donc une dispersion aqueuse, de préférence de silice, obtenue par solubilisation de l'agent oxydant les métaux, du premier agent d'attaque chimique des métaux, du deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques le cas échéant et de l'inhibiteur de corrosion dans le solvant, suivi par l'ajout de la solution ainsi obtenue dans une suspension d'oxyde métallique par exemple concentrée à 20% en poids, pendant une durée de deux heures, sous forte agitation, puis par l'ajustement du pH du mélange ainsi obtenu. Le pH est ajusté dans une plage allant de 0 à 12 et de préférence de 4 à 8, par l'ajout de l'agent de régulation du pH, sans conséquence sur la stabilité chimique et physique de la suspension.The composition according to the invention is therefore an aqueous dispersion, preferably silica, obtained by solubilization of the metal oxidizing agent, the first metal etching agent, the second chemical etching agent of the metal compounds, the case and the corrosion inhibitor in the solvent, followed by the addition of the solution thus obtained in a suspension of metal oxide, for example concentrated to 20% by weight, for a period of two hours, with vigorous stirring, then by adjusting the pH of the mixture thus obtained. The pH is adjusted in a range from 0 to 12 and preferably from 4 to 8, by the addition of the pH regulating agent, without affecting the chemical and physical stability of the suspension.
La composition ainsi obtenue est un liquide opalescent de couleur blanche, qui présente une viscosité dynamique comprise entre 1,05 et 2 centipoises et une densité comprise entre 1,005 et 1,04. La taille élémentaire des particules abrasives de silice est comprise entre 15 et 70 nra, et est de préférence choisie égale à 60 nm.The composition thus obtained is a white opalescent liquid which has a dynamic viscosity of between 1.05 and 2 centipoises and a density of between 1.005 and 1.04. The elemental size of the silica abrasive particles is between 15 and 70 nr, and is preferably chosen to be equal to 60 nm.
Les particules abrasives forment des agrégats dont la taille moyenne est comprise entre 10 et 150 nm, de préférence entre 30 et 120 nm. La taille moyenne de ces agrégats, ou diamètre moyen des particules en volume, est mesurée selon la technique de spectroscopie de corrélation de photons . La variation de taille moyenne des agrégats, mesurée par granulométrie laser, est inférieure à 5 % pendant les deux premiers mois suivants la fabrication de la composition.The abrasive particles form aggregates whose average size is between 10 and 150 nm, preferably between 30 and 120 nm. The average size of these aggregates, or mean diameter of the particles in volume, is measured according to the technique of photon correlation spectroscopy. The average size variation of the aggregates, measured by laser granulometry, is less than 5% during the first two months following the manufacture of the composition.
Les caractéristiques évoquées ci-dessus sont présentées sous la forme de plages de valeurs du fait des ajustements possibles de la composition pour l'obtention d'une performance en application donnée.The characteristics mentioned above are presented in the form of ranges of values because of the possible adjustments of the composition to obtain a performance in a given application.
En outre, les particules élémentaires et les agrégats de silice sont de morphologie sensiblement sphérique. Elles présentent une stabilité en suspension d'au moins deux mois. Pendant au moins les deux premiers mois suivant la fabrication de la composition, aucune sédimentation de ces particules n'a lieu.In addition, the elementary particles and the silica aggregates are of substantially spherical morphology. They exhibit a suspension stability of at least two months. For at least the first two months after the manufacture of the composition, no sedimentation of these particles takes place.
La composition de l'invention présente une pureté élevée, maîtrisée par le niveau de pureté de chacun des constituants. La contamination en éléments Na, Ca et Mg est inférieure à 1 ppm. La contamination en éléments Fe, Al, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn est inférieure à 0,1 ppm.The composition of the invention has a high purity, controlled by the level of purity of each of the constituents. The Na, Ca and Mg element contamination is less than 1 ppm. Contamination in elements Fe, Al, Ni, Ti, V, Cr, Mn, Co, Cu, Zn is less than 0.1 ppm.
La stabilité chimique de la composition de l'invention est au minimum de deux mois. Pendant les deux premiers mois suivant la fabrication de la composition, la variation de pH enregistrée est inférieure à 0,05 unités et la variation de la concentration en eau oxygénée, molécule instable par nature, est inférieure à 3%.The chemical stability of the composition of the invention is at least two months. During the first two months after the manufacture of the composition, the recorded variation in pH is less than 0.05 units and the variation of the hydrogen peroxide concentration, an unstable molecule by nature, is less than 3%.
La composition de l'invention est homogène et prête à l'emploi ; elle ne nécessite aucune opération d'ajout de réactif chimique, ni aucune opération d'agitation mécanique avant son utilisation.The composition of the invention is homogeneous and ready for use; it does not require any add operation chemical reagent, nor any mechanical agitation operation prior to use.
La composition de l'invention est mise en œuvre dans des procédés classiques de polissage mécano chimique, sur une polisseuse telle que représentée à la figure 3.The composition of the invention is implemented in conventional chemical mechanical polishing processes, on a polisher as shown in FIG.
Pour les disques de silicium dont le diamètre varie de 100 à 300 mm, la tranche 8 à traiter, qui peut être un des éléments A et A' , est plaquée par sa face arrière 8a sur un portoir 9 tandis que sa face avant 8b, sur laquelle sont présents les dépôts à polir, est appliquée sur un plateau inférieur 10 revêtu d'un tapis 11 en matière plastique.For silicon disks whose diameter varies from 100 to 300 mm, the slice 8 to be treated, which may be one of the elements A and A ', is plated by its rear face 8a on a rack 9 while its front face 8b, on which are present polishing deposits, is applied on a lower plate 10 covered with a carpet 11 of plastic.
Des mouvements de rotation sont appliqués au portoir 9 ainsi qu'au plateau inférieur 10 afin d'uniformiser les vitesses linéaires de passage du tapis 11 sur la tranche 8.Rotational movements are applied to the rack 9 and to the lower plate 10 in order to standardize the linear speeds of passage of the belt 11 on the edge 8.
Une pression variable est appliquée par le portoir 9 sur le plateau inférieur 10.A variable pressure is applied by the rack 9 on the lower plate 10.
Le mécanisme d'abrasion des couches de l'élément A ou A' est assuré par la composition 12 de. polissage de l'invention, dispensée en continu par un dispositif 13 d'alimentation sur le tapis 11 pendant le déroulement du procédé et maintenue par le tapis 11 grâce à un effet éponge . La composition de l'invention est utilisée en particulier pour l'enlèvement des dépôts métalliques de Cu, Ta, TaN et éventuellement FeNi jusqu'à atteindre le niveau I isolant. Ainsi, les surplus 4a, 2a, 3a, 6a, 7a, 5a de couche 4 conductrice, de couches 2, 3, 6, 7 d'adhérence et de couche 5 d'isolation sont enlevés par polissage et les interconnexions, constituées des couches polies 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b remplissant chaque motif m, sont révélées .The mechanism of abrasion of the layers of the element A or A 'is ensured by the composition 12 of. polishing of the invention, continuously dispensed by a feeding device 13 on the belt 11 during the course of the process and maintained by the carpet 11 with a sponge effect. The composition of the invention is used in particular for the removal of metal deposits of Cu, Ta, TaN and optionally FeNi until reaching the insulating level I. Thus, the surplus 4a, 2a, 3a, 6a, 7a, 5a of conductive layer 4, layers 2, 3, 6, 7 of adhesion and insulation layer 5 are removed by polishing and the interconnections, consisting of layers polished 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b filling each pattern m, are disclosed.
Les couches polies 2b, 3b, 6b, 7b d'adhérence assurent la double fonction d'adhérence du niveau I isolant au niveau III conducteur et de barrière de diffusion d'ions métalliques du niveau III conducteur vers le niveau I isolant. La couche polie 5b d'isolation assure la fonction d' isolation électromagnétique de la piste conductrice constituée par la couche polie 4b métallique.The adhered polished layers 2b, 3b, 6b, 7b provide the dual function of adhesion of the insulating level I at the conductive level III and the conductive level III metal ion diffusion barrier towards the insulating level I. The polished layer 5b of insulation provides the electromagnetic isolation function of the conductive track constituted by the polished layer 4b metal.
Après le polissage, les opérations de dépôt de matériau isolant, gravure, dépôt de niveaux barrière et conducteur sont effectuées à nouveau, à partir de l'élément B, B' poli. Les connexions électriques sont par exemple réalisées selon une architecture « damascene », simple ou double. La composition selon l'invention peut être ajustée en fonction des résultats de polissage visés, soit des vitesses d'enlèvement et des sélectivités visées.After the polishing, the deposition operations of insulating material, etching, deposit of barrier levels and conductor are performed again, from the polished element B, B '. The electrical connections are for example made according to a "damascene" architecture, single or double. The composition according to the invention can be adjusted according to the polishing results referred to, namely the removal rates and selectivities targeted.
Par exemple, pour des objectifs de polissage qui sont des vitesses de polissage SiO2, Cu et niveau barrière multicouche toutes égales à 500 À/min, et donc des sélectivités SiO2/niveau barrière multicouche et Cu/niveau barrière multicouche égales à 1, une composition optimale comprend, en pourcentage de sa masse totale : - 5% d'oxyde de silicium en tant que particules abrasives,For example, for polishing objectives which are polishing rates SiO 2 , Cu and multilayer barrier level all equal to 500 A / min, and therefore selectivities SiO 2 / multilayer barrier level and Cu / multilayer barrier level equal to 1, an optimum composition comprises, as a percentage of its total mass: - 5% of silicon oxide as abrasive particles,
0,25% d'eau oxygénée à 30% en poids en tant qu'agent oxydant les métaux,0.25% hydrogen peroxide at 30% by weight as a metal oxidizing agent,
0,5% d'acide lactique en tant que premier agent d' attaque chimique des métaux,0.5% lactic acid as the first chemical etching agent for metals,
0,1% à 1% d'une solution de potasse à 40% en poids ou d'une solution d'ammoniaque à 30% en poids en tant qu' agent de régulation du pH pour avoir un pH égal à 4, - 0,125% de fluorure d'ammonium ou de potassium en tant que deuxième agent d' attaque chimique des composés métalliques,0.1% to 1% of a 40% by weight potassium hydroxide solution or 30% by weight aqueous ammonia solution as a pH regulating agent to have a pH equal to 4.10 0.125 % of ammonium or potassium fluoride as the second chemical agent for etching metal compounds,
0,12% de benzotriazole en tant qu'inhibiteur de corrosion, et - 93,005% à 93,905% d'eau déionisée en tant que solvant . Exemple d' application : La composition de l'invention est utilisée pour le polissage mécano chimique d'un élément présentant l'empilement de. couches de l'élément A' représenté à la figure 2, et plus précisément un empilement SiO2/Ta/TaN/FeNi/TaN/Ta/Cu sur un substrat S à base de silicium Si.0.12% benzotriazole as a corrosion inhibitor, and 93.005% to 93.905% deionized water as the solvent. Example of application: The composition of the invention is used for the chemical mechanical polishing of an element having the stack of. layers of the element A 'shown in Figure 2, and more specifically a stack SiO 2 / Ta / TaN / FeNi / TaN / Ta / Cu on a substrate S silicon-based Si.
On teste en particulier la composition comprenant de l'eau déionisée en tant que solvant et, en pourcentage de sa masse totale : - entre 1,25% et 5% de dioxyde de silicium en tant que particules abrasives,In particular, the composition comprising deionized water is tested as a solvent and, as a percentage of its total mass: between 1.25% and 5% of silicon dioxide as abrasive particles,
- entre 0,06% et 2,5% d'eau oxygénée en tant qu'agent oxydant les métaux,between 0.06% and 2.5% of oxygenated water as a metal oxidizing agent,
- entre 0,125% et 0,5% d'acide lactique en tant que premier agent d'attaque chimique des métaux, entre 0,01% et 0,5% de potasse ou d'ammoniaque en tant qu'agent de régulation du pH, entre 0,03% et 0,15% de fluorure d'ammonium ou de potassium en tant que deuxième agent d' attaque chimique des composés métalliques, et entre 0,015% et 0,15% de benzotriazole en tant qu'inhibiteur de corrosion.between 0.125% and 0.5% of lactic acid as the first chemical etching agent for metals, between 0.01% and 0.5% of potassium hydroxide or ammonia as a pH regulating agent , between 0.03% and 0.15% of ammonium or potassium fluoride as the second chemical agent for etching metal compounds, and between 0.015% and 0.15% of benzotriazole as a corrosion inhibitor .
La couche de silice SiO2 est obtenue sur un substrat de silicium par voie CVD TEOS. Le cuivre est déposé par voie électrolytique.The SiO 2 silica layer is obtained on a silicon substrate by TEOS CVD. The copper is deposited electrolytically.
La tranche ou l'élément à polir a un diamètre égal à 200 mm.The wafer or the element to be polished has a diameter equal to 200 mm.
Des objectifs techniques particuliers sont d'abord fixés. La vitesse de polissage doit être supérieure ou égale à 350 Â/min pour tous les matériaux rencontrés au sein de l'empilement.Specific technical objectives are first set. The polishing rate must be greater than or equal to 350 Â / min for all materials encountered within the stack.
Le procédé doit être non sélectif. Autrement dit, les vitesses de polissage doivent être équivalentes pour tous les matériaux de l'empilement et les sélectivités égales à 1.The process must be nonselective. In other words, the polishing rates must be equivalent for all the materials of the stack and the selectivities equal to 1.
En outre, on souhaite limiter au maximum les défauts générés par le polissage. Ainsi, un objectif à atteindre est l'absence de marque de corrosion au niveau des interconnexions cuivre. Un autre objectif est de minimiser les zones de creux, correspondant à l'effet « dishing » en anglais, en les limitant à 2000 À sur les motifs de cuivre de 100 microns de large et à 200 Â sur les lignes de cuivre de 10 microns de large. Le niveau d'érosion doit être inférieur à 100 Â sur les lignes de cuivre de 10 microns de large espacées par des barrières d'isolant de 2 microns de large. Les conditions opératoires sont définies comme suit. La polisseuse est une polisseuse mécanique à deux plateaux tournants, avec un tapis de polissage en polyuréthane (tapis mou) .In addition, it is desired to minimize the defects generated by the polishing. So, a goal to reach is the absence of corrosion mark at copper interconnections. Another objective is to minimize the zones of hollow, corresponding to the "dishing" effect in English, by limiting them to 2000 A on the patterns of copper of 100 microns wide and to 200 A on the lines of copper of 10 microns wide. The erosion level should be less than 100 Å on 10 micron wide copper lines spaced by 2 micron wide insulating barriers. The operating conditions are defined as follows. The polisher is a mechanical polisher with two rotating plates, with a polishing mat made of polyurethane (soft carpet).
Les vitesses de plateau et de portoir sont respectivement réglées à 75 tours/min et 50 tours/min. La pression exercée par le portoir sur le plateau est de 5 psi .The tray and rack speeds are respectively set at 75 rpm and 50 rpm. The pressure exerted by the rack on the tray is 5 psi.
Les vitesses d'enlèvement de matière conférées par la composition de l'invention sont évaluées par mesures d'épaisseur, avant et après polissage, sur tranches moniteurs, sur lesquelles le dépôt occupe uniformément la surface de la tranche. On parle de dépôt pleine plaque.The material removal rates imparted by the composition of the invention are evaluated by thickness measurements, before and after polishing, on monitor slices, on which the deposit uniformly occupies the surface of the wafer. We are talking about full plate deposit.
Les mesures d'épaisseur sont réalisées à la fois sur les divers dépôts métalliques (Cu, Ta/TaN, FeNi) et sur le dépôt isolant (SiO2) .Thickness measurements are performed on the various metal deposits (Cu, Ta / TaN, FeNi) and on the insulating deposit (SiO 2 ).
Les topologies de surface après polissage sont évaluées sur tranches gravées, soit en présence de motifs, par observations optiques au microscope et par mesures de profil de surface à l'aide d'un profilomètre haute résolution.The surface topologies after polishing are evaluated on etched slices, either in the presence of patterns, by optical observations under the microscope and by surface profile measurements using a high resolution profilometer.
Dans cet exemple d'application, la mise en oeuvre de la composition selon l'invention permet d'obtenir les résultats suivants .In this example of application, the implementation of the composition according to the invention makes it possible to obtain the following results.
Les vitesses d' enlèvement des différents matériaux déposés pleine plaque sont comprises entre 350 et 1500 À/min pour la couche de cuivre, entre 450 et 1300 Â/min pour le niveau barrière Ta/TaN/FeNi/TaN/Ta et entre 300 et 1100 Â/min pour le niveau isolant SiO2. A partir de ces vitesses d'enlèvement, les sélectivités calculées, comme rapports de ces vitesses, sont comprises entre 0,4 et 4 pour la sélectivitéThe rates of removal of the different full-ply deposited materials are between 350 and 1500 A / min for the copper layer, between 450 and 1300 A / min for the Ta / TaN / FeNi / TaN / Ta barrier level and between 300 and 1100 Â / min for the SiO 2 insulation level. From these removal rates, the calculated selectivities, as ratios of these speeds, are between 0.4 and 4 for the selectivity
Cu/niveau barrière multicouche, et entre 0,6 et 1,8 pour la sélectivité SiC^/niveau barrière multicouche.Cu / multilayer barrier level, and between 0.6 and 1.8 for the SiC 2 selectivity / multilayer barrier level.
En outre, aucune corrosion n'est générée sur les métaux et alliages métalliques . Les niveaux de creux et d'érosion obtenus sont également conformes aux objectifs fixés .In addition, no corrosion is generated on metals and metal alloys. The trough and erosion levels obtained are also in line with the objectives set.
Les techniques de fabrication des semi conducteurs et de leurs applications sur disques de silicium, monocristallin ou épitaxié, ou sur tout support plan où ont été déposées des couches multiples d'un matériau semi conducteur ou photo émissif, d'isolant et de matériaux conducteurs, utilisent la technique du polissage après dépôt afin de planifier ou enlever en partie, certaines des couches empilées.Semiconductor fabrication techniques and their applications on silicon disks, monocrystalline or epitaxial, or on any plane support where multiple layers of a semiconductor or photo emissive material, insulator and conductive materials have been deposited, use the post-depot polishing technique to partially plan or remove some of the stacked layers.
Les interconnexions des éléments fabriqués au cours de cet empilage de couches successives, tels que transistors, capacités, résistances, vannes, moteurs, et autres composants, sont réalisées à base d'éléments conducteurs, par exemple à base de cuivre.The interconnections of the elements made during this stack of successive layers, such as transistors, capacitors, resistors, valves, motors, and other components, are made based on conductive elements, for example based on copper.
La composition selon l'invention peut être utilisée dans la fabrication de consommables pour l'industrie de la microélectronique, de l'optique, et dans tous les domaines nécessitant l'obtention de surfaces planes, en présence en particulier de - silice, Cu, Ta, TaN et éventuellement FeNi. L'utilisation de la composition de l'invention peut par exemple être envisagée dans la fabrication des microsystèmes électromécaniques ou MEMS. The composition according to the invention can be used in the manufacture of consumables for the microelectronics, optics, and all areas requiring the production of flat surfaces, in the presence in particular of silica, Cu, Ta, TaN and optionally FeNi. The use of the composition of the invention may for example be considered in the manufacture of electromechanical microsystems or MEMS.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Composition de polissage mécano chimique comprenant : des particules abrasives incluant des molécules d'un oxyde métallique, un agent oxydant les métaux, un premier agent d'attaque chimique des métaux, - un agent de régulation du pH, éventuellement, un deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, en particulier du tantale et du nitrure de tantale, un inhibiteur de corrosion, et - un solvant, ladite composition étant caractérisée en ce que l'oxyde métallique est préparé par un procédé sol-gel.1 / chemical mechanical polishing composition comprising: abrasive particles including molecules of a metal oxide, a metal oxidizing agent, a first metal chemical etching agent, - a pH regulating agent, optionally, a second agent chemical etching of metal compounds, in particular tantalum and tantalum nitride, a corrosion inhibitor, and a solvent, said composition being characterized in that the metal oxide is prepared by a sol-gel process.
2/ Composition selon la revendication 1, dans laquelle l'oxyde métallique est le dioxyde de silicium.2 / The composition of claim 1, wherein the metal oxide is silicon dioxide.
3/ Composition selon la revendication 1 ou 2, comprenant le solvant et, en pourcentage de la masse totale de ladite composition : - entre 1,25% et 5% de particules abrasives, entre 0,06% et 2,5% d'agent oxydant les métaux, entre 0,125% et 0,5% de premier agent d'attaque chimique des métaux,3 / Composition according to claim 1 or 2, comprising the solvent and, as a percentage of the total mass of said composition: - between 1.25% and 5% of abrasive particles, between 0.06% and 2.5% of oxidizing agent for metals, between 0.125% and 0.5% of the first chemical etching agent for metals,
- entre 0,01% et 0,5% d'agent de régulation du pH, - éventuellement, entre 0,03% et 0,15% de deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, et entre 0,015% et 0,15% d'inhibiteur de corrosion.between 0.01% and 0.5% of pH control agent, optionally between 0.03% and 0.15% of second chemical agents for etching metal compounds, and between 0.015% and 0, 15% corrosion inhibitor.
4/ Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant de l'eau déionisée en tant que solvant et, en pourcentage de la masse totale de ladite composition : entre 1,25% et 5% de dioxyde de silicium en tant que particules abrasives,4 / Composition according to any one of claims 1 to 3, comprising deionized water as a solvent and, as a percentage of the total mass of said composition: between 1.25% and 5% of silicon dioxide as abrasive particles,
- entre 0,06% et 2,5% d'eau oxygénée en tant qu' agent oxydant les métaux, - entre 0,125% et 0,5% d'acide lactique en tant que premier agent d'attaque chimique des métaux, entre 0,01% et 0,5% de potasse ou d'ammoniaque en tant qu'agent de régulation du pH, éventuellement, entre 0,03% et 0,15% de fluorure d'ammonium ou de potassium en tant que deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques, et entre 0,015% et 0,15% de benzotriazole en tant qu'inhibiteur de corrosion.between 0.06% and 2.5% of hydrogen peroxide as a metal oxidizing agent, between 0.125% and 0.5% of lactic acid as the first chemical etching agent for metals, between 0.01% and 0.5% of potassium hydroxide or ammonia as a pH regulating agent, optionally between 0.03% and 0.15% of ammonium or potassium fluoride as the second agent etching of the metal compounds, and between 0.015% and 0.15% benzotriazole as a corrosion inhibitor.
5/ Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'agent de régulation du pH est présent en une quantité permettant d'ajuster le pH de ladite composition entre 0 et 12, de préférence entre 4 et 8.5 / A composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the pH regulating agent is present in an amount to adjust the pH of said composition between 0 and 12, preferably between 4 and 8.
6/ Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les particules abrasives forment des agrégats dont la taille moyenne est comprise entre 10 et 150 nm, de préférence entre 30 et 120 nm.6 / A composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the abrasive particles form aggregates whose average size is between 10 and 150 nm, preferably between 30 and 120 nm.
7/ Procédé de préparation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes : - la solubilisation de l'agent oxydant les métaux, du premier agent d'attaque chimique des métaux, du deuxième agent d'attaque chimique des composés métalliques le cas échéant et de l'inhibiteur de corrosion dans le solvant ; - l'ajout de la solution obtenue à l'étape précédente dans une suspension d'oxyde métallique par exemple concentrée à 20% en poids, pendant une durée de deux heures, sous forte agitation ; et l'ajustement du pH du mélange obtenu à l'étape précédente, dans une plage allant de 0 à 12 et de préférence de 4 à 8, par l'ajout de l'agent de régulation du pH.7 / A method for preparing the composition according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises the following steps: - the solubilization of the metal oxidizing agent, the first chemical etching agent of metals the second chemical agent for etching the metal compounds, if any, and the corrosion inhibitor in the solvent; the addition of the solution obtained in the preceding step in a suspension of metal oxide, for example concentrated at 20% by weight, for a period of two hours, with vigorous stirring; and adjusting the pH of the mixture obtained in the previous step, in a range from 0 to 12 and preferably from 4 to 8, by adding the pH control agent.
8/ Utilisation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour le polissage mécano chimique de couches appliquées sur un substrat S portant au moins un microcomposant semi-conducteur.8 / Use of the composition according to any one of claims 1 to 6 for the chemical mechanical polishing of layers applied to a substrate S carrying at least one semiconductor microcomponent.
9/ Utilisation selon la revendication 8, dans laquelle au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 4 métallique comprenant par exemple du cuivre .9 / The use of claim 8, wherein at least one of the layers applied to the substrate S is a metal layer 4 comprising for example copper.
10/ Utilisation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 1 de matériau isolant, comprenant par exemple du dioxyde de silicium.10 / The use of claim 8 or 9, wherein at least one of the layers applied to the substrate S is a layer 1 of insulating material, comprising for example silicon dioxide.
11/ Utilisation selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans laquelle au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 2, 3,11 / Use according to any one of claims 8 to 10, wherein at least one of the layers applied to the substrate S is a layer 2, 3,
6, 7 d'adhérence comprenant par exemple du tantale et/ou du nitrure de tantale.6, 7 comprising, for example, tantalum and / or tantalum nitride.
12/ Utilisation selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans laquelle au moins une des couches appliquées sur le substrat S est une couche 5 d'isolation comprenant par exemple un alliage fer-nickel.12 / Use according to any one of claims 8 to 11, wherein at least one of the layers applied to the substrate S is an insulation layer 5 comprising for example an iron-nickel alloy.
13/ Utilisation selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, dans laquelle ledit substrat S est recouvert dans l'ordre : - d'une couche 1 de matériau isolant, comprenant du dioxyde de silicium,13 / Use according to any one of claims 8 to 12, wherein said substrate S is covered in the order of: - a layer 1 of insulating material, comprising silicon dioxide,
- d'un niveau II barrière multicouche comprenant, à partir de la couche 1 de matériau isolant, une première couche 2 d'adhérence comprenant du tantale, une deuxième couche 3 d'adhérence comprenant du nitrure de tantale, une couche 5 d' isolation comprenant un alliage fer- nickel, une troisième couche 6 d'adhérence comprenant du nitrure de tantale et une quatrième couche 7 d' adhérence comprenant du tantale, eta level II multilayer barrier comprising, from the layer 1 of insulating material, a first adhesion layer 2 comprising tantalum, a second adhesion layer 3 comprising tantalum nitride, an insulation layer 5 comprising an iron-nickel alloy, a third adhesion layer 6 comprising tantalum nitride and a fourth adhesion layer 7 comprising tantalum, and
- d'une couche 4 métallique comprenant du cuivre. a metal layer 4 comprising copper.
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