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(1) Anwendungsbereich
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung
(CMP), die eine aus silanmodifizierten Metalloxidschleifpartikeln
bestehende Dispersion umfasst, die das Produkt der Kombination eines
Schleifmittels, welches Oberflächenmetallhydroxide
aufweist, und einer Silanverbindung sind, die mindestens einen nicht
hydrolisierbaren Substituenten umfasst. Die Erfindung ist auch ein
Verfahren zur Verwendung silanmodifizierter Schleifpartikeldispersionen
zum Polieren von mit einer Substratoberfläche in Verbindung stehenden
Merkmalen sowie Verfahren zum Polieren von Substratmerkmalen unter
Verwendung von schleifmittelhaltigen Polierkissen, die mit Silanverbindungen
modifiziert wurden.
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(2) Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei
der Miniaturisierung elektronischer Bauteile, die in der Computer-
und Elektronikindustrie verwendet werden, werden große Fortschritte
erzielt. Bei der Miniaturisierung elektronischer Bauteile ist typischer weise
Ablagerung, Ätzen
und/oder Polieren von Mehrfachmetall- und -oxidschichten zum Aufbauen
eines elektronischen Substrates beteiligt. Durch die Miniaturisierung
wurden jedoch Qualitätsbedenken
erzeugt, wovon viele durch das genaue Polieren der Computer- und der elektronischen
Substratwerkstoffe beseitigt werden. Um die Oberflächen elektronischer
Bauteile genau zu polieren, war es notwendig, chemisch-mechanische Polierschlämme zu entwickeln,
die mit der Kombination von polierten Oberflächen kompatibel sind.
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Eine
Komponente chemisch-mechanischer Polierschlämme, bei der es sehr wenige
Verbesserungen gab, ist das Schleifmittel. Typischerweise werden
Metalloxidschleifmittel in chemisch-mechanischen Polierschlämmen verwendet.
Es wurden nur wenige Bemühungen
unternommen, die über
die Verfeinerung der Schleifpartikelgröße oder die Art der in den
Schlämmen
verwendeten Schleifpartikel hinausgingen.
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Kürzlich gab
es mehrere Versuche, um die Oberflächenchemie von Schleifpartikeln
zu verändern.
So ist zum Beispiel in dem U.S.-Patent Nr. 5,645,736 ein Verfahren
zum Polieren eines Werkstückes
offenbart, bei dem Organopolysiloxanpolymere zum Dispergieren und
Halten der Schleifpartikel in einem vorübergehenden Film oder Matrix
auf dem polierten Substrat verwendet werden. In dem U.S.-Patent
Nr. 5,767,106 ist eine Polierzusammensetzung offenbart, die Schleifpartikel
umfasst, die mit organischen Metallverbindungen wie zum Beispiel γ-Aminopropyltriethoxysilan
kombiniert wurden. Die Par tikel werden nachfolgend in einem Schlamm
zum Polieren einer Halbleitervorrichtung verwendet.
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Trotz
dieser Verbesserungen bleibt ein Bedürfnis nach chemisch-mechanischen
Polierzusammensetzungen bestehen, die anwendungsspezifisch angefertigt
werden können,
um spezifische Kombinationen von mit einem elektronischen Substrat
in Verbindung stehenden Metall- und/oder Metalloxidschichten zu
polieren. Genauer ausgedrückt
bleibt ein Bedürfnis
nach Schleifpartikeln bestehen, die kundenspezifisch angefertigt werden
können,
um spezifische Metall- und/oder
dielektrische Schichten mit gesteuerten Raten bei gleichzeitiger
Minimierung der Substratfehlerhaftigkeit polieren zu können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung, die
eine Dispersion umfasst, die mindestens einen silanmodifizierten
Schleifpartikel aufweist, der das Produkt der Kombination eines
Metalloxidschleifmittels, welches mindestens ein Oberflächenmetallhydroxid
aufweist, und mindestens einer Silanverbindung mit folgender Formel
ist: Y-Si-(X1X2R)
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Dimere,
Trimere und Oligomere derselben, wobei Y ein Hydroxy (-OH) oder
ein hydrolisierbarer Substituent ist, X1 und
X2 jeweils unabhängig aus Hydroxy, einem hydrolisierbaren
Substituenten und einem nicht hydrolisierbaren Substituenten ausgewählt werden,
und R ein nicht hydrolisierbarer Substituent ist, wobei jeder nicht
hydrolisierbare Substituent jeweils unabhängig von der aus Alkyl, Zykloalkyl,
Aromat, funktionalisiertem Alkyl, funktionalisiertem Aromat, funktionalisiertem
Zykloalkyl, Alkenen, Disilan und Trisilan bestehenden Gruppe ausgewählt wird,
wovon jedes mit einem oder mehreren Atomen substituiert werden kann,
die aus Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Halogen und
Kombinationen derselben ausgewählt
werden, wobei das Silan kein Aminosilan ist; und mindestens ein
Lösungsmittel,
wobei das Lösungsmittel
Wasser ist, und die wässrige
Dispersion einen pH-Wert von 2 bis 11 aufweist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Erfindung Verfahren zum Polieren eines Substrates, welches
mindestens ein Oberflächenmerkmal
aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte der Herstellung einer
chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung des vorangegangenen
Absatzes.
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Die
Polierzusammensetzung wird dann auf eine Polierkissen aufgetragen,
das Substratmerkmal wird in Kontakt mit dem Polierkissen bewegt,
und das Polierkissen wird im Verhältnis zu dem Substratoberflächenmerkmal
bewegt, bis mindestens ein Teil des Merkmals von dem Substrat abgetragen
ist, wobei das Substratoberflächenmerkmal
ein Oxid, ein Adhäsionswerkstoff,
eine Me tallschicht oder -schichten oder eine Kombination derselben
ist.
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Die
Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung wurden
so befunden, dass sie steuerbare Poliermerkmale sowohl für die dielektrische
Schicht als auch die Metallschicht einer integrierten Schaltung
bereitstellen.
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BESCHREIBUNG
DER AKTUELLEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung betrifft chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen,
die eine Dispersion aus silanmodifizierten Schleifpartikeln umfassen,
die das Produkt der Kombination aus mindestens einem Metalloxidschleifmittel
sind, die mindestens ein Oberflächenmetallhydroxid
und mindestens eine Silanverbindung umfasst, die mindestens einen
nicht hydrolisierbaren Substituenten aufweist. Die Erfindung umfasst
auch ein Verfahren zum Polieren eines Substratmerkmals unter Verwendung
einer Dispersion aus silanmodifizierten Schleifpartikeln.
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Der
Begriff „Substratmerkmal", wie er in diesem
Dokument verwendet wird, bezieht sich auf elektronische Substratmerkmale
wie zum Beispiel Durchgänge
und Kupferzwischenverbindungsleitungen, und auf Schichten von Werkstoffen,
die auf oder in den Merkmalen wie zum Beispiel dielektrischen Schichten,
Werkstoffschichten mit niedrigem k-Wert, Adhäsionsschichten, Metallschichten
usw. abgelagert werden. Die Polierzusammen setzungen dieser Erfindung
sind zum Polieren von Substraten verwendbar, um Werkstoffschichten abzutragen,
sowie zum Polieren freigelegter Substratmerkmale.
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Schleifmittel,
die in den chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen der Erfindung
verwendbar sind, müssen
mindestens eine Oberflächenmetallhydroxidverbindung
umfassen. Der Begriff „Oberflächenmetallhydroxidverbindung" betrifft die Struktur
P-OH, wobei P den Schleifpartikel betrifft. Zusätzlich muss die Oberflächenmetallhydroxidverbindung
für eine
oder mehrere silanhaltige Verbindungen zugänglich sein, um die silanmodifizierten
Schleifmittel dieser Erfindung auszubilden. Daher kann die bevorzugte
Oberflächenmetallhydroxidverbindung,
die Schleifmittel dieser Erfindung enthält, aus Metalloxidschleifmitteln
ausgewählt
werden, die Aluminiumoxid, Titanerde, Zirkonoxid, Germanium, Kieselerde,
Zer(IV)-oxid, Tantaloxid (TaO2), Mischungen
derselben und chemische Beimischungen derselben umfassen. Der Begriff „chemische
Beimischung" betrifft
Partikel einschließlich
atomar gemischter oder überzogener
Metalloxidschleifmittelmischungen. Das bevorzugteste Metalloxidschleifmittel
ist Kieselerde (Siliziumdioxid).
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Die
in dieser Erfindung verwendbaren Schleifpartikel können aus
Metalloxidaggregaten oder individuellen einzelnen Partikeln bestehen.
Der Begriff „Partikel", wie er in diesem
Dokument verwendet wird, betrifft so wohl Aggregate von mehr als
einem Primärpartikel
als auch einzelne Partikel. Bevorzugte Metalloxidpartikel sind Kieselerde
und Aluminiumoxid, wobei Kieselerde am meisten bevorzugt wird.
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Die
bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Metalloxidschleifmittel
können
mittels beliebiger Techniken erzeugt werden, die Fachleuten auf
diesem Gebiet bekannt sind, um Schleifpartikel zu ergeben, welche
die oben erwähnten
Merkmale aufweisen. Bei dieser Erfindung verwendbare Metalloxidschleifmittel werden
von Prozessen abgeleitet, einschließlich Flammprozessen, Sol-Gel-Prozessen,
Hydrothermalprozessen, Plasmaprozessen, Aerogelprozessen, Fällprozessen,
mechanochemischem Mahlen, Bergbau bzw. Abbau und mittels jeder anderen
Kombination dieser Prozesse, solange das Schleifmittel Oberflächenmetallhydroxide
umfasst.
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Die
Metalloxidschleifmittel sind mit mindestens einer Silanzusammensetzung
kombiniert, um silanmodifizierte Schleifpartikel auszubilden.
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Die
Silanzusammensetzungen weisen die folgende Formel auf: Y-Si-(X1X2R) und umfassen
Dimere, Trimere und Oligomere derselben, wobei der Begriff „Oligomere" eine Verbindung
betrifft, die 4 bis 15 Siloxaneinheiten umfasst. In der obigen Formel
ist Y ein Hydroxy (-OH) oder ein hydro lisierbarer Substituent, wobei
X1 und X2 jeweils
unabhängig
aus Hydroxy, einem hydrolisierbaren Substituenten und einem nicht
hydrolisierbaren Substituenten ausgewählt werden, und R eine nicht
hydrolisierbare Hälfte
ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Silanzusammensetzung die obige Formel aufweisen, wobei
Y ein Hydroxy (-OH) oder ein hydrolisierbarer Substituent, R ein
nicht hydrolisierbarer Substituent ist, X1 und
X2 jeweils individuell nicht hydrolisierbare
Substituenten sind. An Hand der obigen Formeln ist es klar, dass
die bei der Erfindung verwendeten Silane einen hydrolisierbaren
Substituenten, Y umfassen müssen,
und dass sie einen nicht hydrolisierbaren Substituenten umfassen
müssen,
wobei R, X1 und X2 jeweils
hydrolisierbar, nicht hydrolisierbar können, oder einer ein hydrolisierbarer
Substituent sein kann, während
der andere ein nicht hydrolisierbarer Substituent ist.
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Im
Allgemeinen sind „hydrolisierbare" Substituenten solche
Verbindungen, die Si(OH) in einer wässrigen Form ausbilden werden.
Solche Hälften
umfassen Halogene wie zum Beispiel Cl, Karboxylate und Amide, sind
jedoch nicht darauf begrenzt. Nicht hydrolisierbare Hälften sind
Verbindungen, die keine Hydrolyse durchlaufen, um Si(OH) in einer
wässrigen
Lösung
auszubilden.
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Die
nicht hydrolisierbaren Substituenten werden jeweils aus Alkyl, Zykloalkyl,
Aromat, funktionalisiertem Alkyl, funktionalisiertem Aromat, funktionalisier tem
Zykloalkyl, Alkenen, Disilan und Trisilan ausgewählt, wobei eines oder mehrere
der Kohlenstoffatome mit einem oder mehreren Atomen substituiert
werden können, die
aus Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Halogen und Kombinationen
derselben ausgewählt
werden, wobei das Silan kein Aminosilan ist.
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Vorzugsweise
wird jeder nicht hydrolisierbare Substituent aus der aus Alkyl,
funktionalisiertem Alkyl, und Mischungen derselben bestehenden Gruppe
ausgewählt,
die 2 bis 25 Kohlenstoffatome aufweisen. Noch vorteilhafter ist
jeder nicht hydrolisierbare Substituent ein aus Alkylnitrilen, Alkylamiden,
Alkylkarbonsäuren,
Alkylhalogenid, Alkohol, Alkyluriedo und Mischungen derselben ausgewähltes funktionalisiertes
Alkyl. Am vorteilhaftesten ist mindestens einer der nicht hydrolisierbaren
Substituenten funktionalisiertes Propylalkyl.
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Wenn
X1 und X2 beide
ein Hydroxy oder ein hydrolisierbarer Substituent sind, dann wird
die Silanverbindung vorzugsweise aus der aus Glycidoxypropyltrialkoxysi-lan, Isocyanatopropyltrialkoxysilan,
Ureidopropyltrialkoxysilan, Mercaptopropyltrialkoxysilan, Cyanoethyltrialkoxysilan,
4,5-Dihydro-1-(3-trialkoxysilylpropyl)imidazol,
3-(Trialkoxysilyl)-Methylesterpropionsäure, Trialkoxy[3-(oxiranylalkoxy)propyl]-Silan,
2-Methyl, 3-(Trialkoxysilyl)propylester
2-Propionsäure,
(Trialkoxysilyl)propyl]harnstoff und Mischungen derselben bestehenden
Gruppe ausgewählt.
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Wenn
ein aus X1 und X2 ausgewählter Substituent
ein nicht hydrolisierbarer Substituent ist, dann wird das Silan
vorzugsweise aus der aus Chloropropylmethyldialkoxysilan, 1,2-Ethandiylbis[alkoxydimethyl]silan, Dialkoxymethylphenylsilan
und Mischungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt.
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Wenn
X1 und X2 jeweils
nicht hydrolisierbare Hälften
sind, dann wird das Silan vorzugsweise aus der aus Cyanopropyldimethylalkoxysilan,
N,N'-(Alkoxymethylsilylen)bis[N-Methyl-Benzamid],
Chloromethyldimethylalkoxysilan und Mischungen derselben bestehenden
Gruppe ausgewählt.
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Zum
Zwecke dieser Erfindung betrifft der Begriff „Alkoxy", wie er in den Silannamen verwendet
wird, die hydrolisierbare Gruppe, und kann -OR, Cl, Br, I und NRR' umfassen, wobei
R und R' 1 bis 20
Kohlenstoffatome umfassen können.
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Die
Auswahl von R, X1 und X2 wird
im Allgemeinen von den gewünschten
Poliereigenschaften des sich ergebenden silanmodifizierten Schleifmittels
abhängig
sein. Die Auswahl von R, X1 und X2 entsprechenden Komponenten ermöglicht es,
dass das silanmodifizierte Schleifmittel bei spezifischen Polieranwendungen
verwendbar ist. So können
zum Beispiel die Substituenten R, X1 und
X2 ausgewählt werden, um die Polierrate einer
ersten Metallschicht zu steigern und die Polierrate einer zweiten
Metallschicht zu hemmen. Alternativ können die Substituenten ausgewählt werden,
um die Polierraten von zwei oder mehr Metallen zu steigern, um die
Polierraten von zwei oder mehr Metallen zu hemmen oder um die Polierraten
von Kombinationen von Metall- und Oxidschichten zu hemmen oder zu
steigern.
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Die
silanmodifizierten Schleifpartikel dieser Erfindung werden im Allgemeinen
durch die Formel P---O(H)-Si-X1X2R dargestellt.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Silanverbindung
mit dem Schleifpartikel verbunden ist. Diese Verbindung wird in
der Formel durch die gestrichelte Linie (---) zwischen dem Partikel
(P) und dem Sauerstoffatom (O) dargestellt. Der Begriff „verbunden
mit", wie er in
diesem Dokument verwendet wird, betrifft jede Art von Bindung, die
den Schleifpartikel mit mindestens einer Silanolverbindung vereinigt.
Beispiele solcher Bindungen umfassen kovalente Bindungen von Kondensation,
chemischer Absorption, physikalischer Absorption, Wasserstoffbindung
und/oder van der Waalssche Bindung.
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Die
silanmodifizierten Schleifpartikel der Erfindung können ein
einzelnes Silan umfassen, welches mit einem Einzelpartikeloberflächenhydroxid
verbunden ist, oder eine mit dem Partikel an mehreren Standorten verbundene
Einzelsilanverbindung. Bei einer alternativen Ausführungsform
kann der silanmodifizierte Schleifpartikel mit einem Silandimer,
-trimer, -oligomer modifiziert werden, wobei jedes Silandimer, -trimer
oder -oligomer mit einer einzelnen oder mehreren Oberflächenmetallhydroxidstandorten
auf einem Partikel verbunden ist.
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Die
silanmodifizierten Partikel der Erfindung sollten eine Silan-„Abdeckung" aufweisen, die ausreichend
ist, um die gewünschten
Polierergebnisse zu erreichen. Der Begriff „Abdeckung" betrifft den Prozentsatz an Partikeloberflächenhydroxiden,
die mit einem Siloxan verbunden sind. Im Allgemeinen liegt die Silanabdeckung
im Bereich von etwa 10 bis etwa 99% oder mehr. Es ist jedoch mehr
als eine Monoschichtabdeckung annehmbar.
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Die
silanmodifizierten Schleifpartikel dieser Erfindung können in
chemisch-mechanische Polierschlämme
oder in schleifmittelhaltige Polierkissen integriert werden, die
zum Polieren einer Vielzahl von Substratschichten einschließlich Metallschichten,
Substratschichten und Oxidschichten in Verbindung mit der Herstellung
integrierter Schaltungen und anderer elektronischer Substrate verwendbar
sind. Beispiele von Schichten, die durch silanmodifizierte Schleifpartikel
dieser Erfindung poliert werden können, umfassen Kupfer, Aluminium,
Nickel, Nickelphosphid, Wolfram, Titan, Titannitrid, Wolframnitrid,
Silizium, Germanium, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Schichten,
die Kombinationen derselben aufweisen, usw.
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Wenn
die silanmodifizierten Schleifpartikel zum Polieren eines Oxids
oder eines mit einer Substratoberfläche in Verbindung stehenden
dielektrischen Merkmals wie zum Beispiel Werkstoff mit sehr niedrigem k-Wert,
Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Phosphor oder bordotierte Kieselerde
verwendet werden, und eine Polierratenverringerung erforderlich
ist, dann wird es bevorzugt, dass die zur Modifikation der Schleifpartikel
verwendete Silanzusammensetzung eine oder zwei Hydroxy- und/oder
hydrolisierbare Hälften
umfasst. Unter Bezugnahme auf die oben erwähnte Silanstruktur wird es
sich bei R und X1 vorzugsweise um einen
nicht hydrolisierbaren Substituenten handeln, X2 kann
aus Hydroxy, einem hydrolisierbaren Substituenten und einem nicht hydrolisierbaren
Substituenten ausgewählt
werden, und Y ist ein Hydroxy oder ein anderer hydrolisierbarer Substituent.
Die Minimierung von Hydroxygruppen und hydrolisierbaren Hälften bei
einer solchen Polieranwendung ist erwünscht, da das Vorhandensein
von Silanolen auf der Oberfläche
der Schleifpartikel ein schnelles und manchmal unkontrollierbares
Polieren einer Oxidschicht fördert.
Als Ergebnis wird durch die Minimierung und wesentliche Beseitigung
von Silanolverbindungen von der Schleifmitteloberfläche die
Steuerung des Oxidschichtpolierens gefördert.
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Der
R-Substituent des verwendbaren Silans kann angemessen bemessen sein,
um auf eine von zwei Arten zu funktionieren. Zunächst kann die Auswahl der Größe des R-Substituenten,
d. h. die Anzahl von Atomen, den mechanischen Aspekt des Partikels
verändern.
Das heißt,
dass wenn R eine große
Anzahl von Atomen aufweist, der R-Substituent die physikalischen
Merkmale des Partikels wie zum Beispiel Morphologie, Größe und Härte verändern kann,
was wiederum eine Auswirkung auf die Fehlerhaftigkeit des mit den
silanmodifizierten Schleifpartikeln polierten Substrates dieser
Erfindung hat. Eine große
R-Gruppe kann auch Schleifmitteloberflächenhydroxide abschirmen, die
nicht mit dem Silan reagierten, und kann sie während dem Polieren weniger
zugänglich
machen, wodurch verhindert wird, dass die verfügbaren Oberflächenhydroxide
an dem Polieren der Oxidschicht beteiligt sind. Alternativ können die
R-Gruppe und die anderen Substituenten so ausgewählt werden, dass sie die Art
beeinflussen, in welcher der silanmodifizierte Schleifpartikel chemisch
mit dem polierten Substratmerkmal in Wechselwirkung tritt. Durch
die Veränderung
der chemischen Aspekte der chemisch behandelten Schleifpartikel
wird es ermöglicht,
die Partikel anwendungsspezifisch als Polierförderer, Polierhemmer oder eine
Kombination derselben anzufertigen.
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Vorzugsweise
wird die Anzahl von Hydroxygruppen und mit den silanmodifizierten
Schleifmitteln der chemisch-mechanischen Zusammensetzungen dieser
Erfindung in Zusammenhang stehender hydrolisierbarer Hälften minimiert.
Daher wird es bevorzugt, dass entweder X1 oder
X2 gemeinsam mit R nicht hydrolisierbare
Hälften sind.
Am vorteilhaftesten sind X1, X2 und
R alle nicht hydrolisierbare Hälften.
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Beispiele
von Silanen, die nicht hydrolisierbare Hälften aufweisen, umfassen Alkylsilane;
funktionalisierte Alkylsilane wie zum Beispiel Alkylepoxide, Alkylhydroxide,
Alkylnitrile, Alkylkarbonsäuren
und Alkylamide; aromatische Silane; heterozyklische Silane und Mischungen
derselben. Spezifische Beispiele verwendbarer, nicht hydrolisierbarer
Silanzusammensetzungen umfassen
Glycidoxypropyltrialkoxysilan,
Isocyanatopropyltrialkoxysilan,
Ureidopropyltrialkoxysilan,
Mercaptopropyltrialkoxysilan,
Cyanoethyltrialkoxysilan,
4,5-Dihydro-1-(3-trialkoxysilylpropyl)imidazol,
3-(Trialkoxysilyl)-Methylesterpropionsäure, Trialkoxy[3-(oxiranylalkoxy)propyl]-Silan,
2-Methyl, 3-(Trialkoxysilyl)propylester
2-Propionsäure,
(Trialkoxysilyl)propyl]harnstoff,
Chloropropylmethyldialkoxysilan,
1,2-Ethandiylbis[alkoxydimethyl]silan,
Dialkoxymethylphenylsilan,
Cyanopropyldimethylalkoxysilan,
N,N'-(Alkoxymethylsilylen)bis[N-Methyl-Benzamid],
Chloromethyldimethylalkoxysilan
und Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf begrenzt.
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Die
zur Herstellung der silanmodifizierten Schleifmittel der Erfindung
verwendeten Silane können so ausgewählt werden,
dass sie Oxidmerkmalpolierraten steigern. Zur Steigerung von Oxidmerkmalpolierraten werden
zur Veränderung
der Schleifpartikel verwendete Silane vorzugsweise einen Substituenten
R umfassen, der einen Oxidpolierbeschleuniger wie zum Beispiel eine
Hydroxy- oder Fluoridhälfte
umfasst. Eine bevorzugte oxidratensteigernde Silanverbindung ist
Glycidoxypropyltrialkoxysilan, welches zu einem Diol hydrolisiert.
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Zusätzlich zum
Polieren von Oxidschichten können
die Polierzusammensetzungen dieser Erfindung zum Polieren einer
oder mehrerer mit Substraten in Verbindung stehender Metallmerkmale
verwendet werden. Silanmodifizierte Schleifpartikel, die zum Polieren
von Substratmetallmerkmalen verwendet werden, werden vorzugsweise
durch Silane modifiziert, welche die oben offenbarte Formel aufweisen,
wobei mindestens einer der nicht hydrolisierbaren Substituenten – R, und
optional X1 oder X2 oder
Kombinationen derselben eine Polierbeschleunigerhälfte umfasst.
Metallpolierbeschleunigerhälften
können
beliebige Hälften
sein, die in dem Bereich dahingehend bekannt sind, das sie Metallauflösung während chemisch-mechanischer Prozesse
fördern.
Beispiele von Metallpolierbeschleunigerhälften umfassen Karbonsäuren, Phosphonsäuren, Thiole,
Nitrile, Phosphate und Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf
begrenzt. Silanverbindungen, die zur Herstellung silanmodifizierter
Poliermittel für
gesteigertes Metallpolieren verwendbar sind, umfassen
Methakryloxypropyltrialkoxysilan,
Isocyanatopropyltrialkoxysilan,
Ureidopropyltrialkoxysilan,
Mercaptopropyltrialkoxysilan,
Cyanoethyltrialkoxysilan,
Isocyanatopropyltrialkoxysilan,
4,5-Dihydro-1-(3-trialkoxysilylpropyl)imidazol
und Mischungen derselben, sind jedoch nicht darauf begrenzt.
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Die
silanmodifizierten Schleifpartikel dieser Erfindung werden als eine
Dispersion hergestellt. Das in der Dispersion verwendete Lösungsmittel
ist Wasser, wobei die wässrige
Dispersion einen pH-Wert von 2 bis 11, vorzugsweise von 5 bis 9
aufweist.
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Die
Polierzusammensetzungen dieser Erfindung können eine oder mehrere optionale
chemisch-mechanische Polierschlammzusätze umfassen. Beispiele verwendbarer
Polierschlammzusätze
umfassen Komplexbildner, Oxidationsmittel, Katalysatoren, Stabilisatoren,
Dispersionsmittel, grenzflächenaktive
Stoffe, Korrosionshemmer, Pufferelemente, Verbindungen zur Einstellung
des pH-Wertes der
Lösung
usw. Bestandteile, die in diesem Bereich als zur Verwendung in chemisch-mechanischen
Polierzusammensetzungen als geeignet bekannt sind, können in
die silanmodifizierten Schleifpartikel-Polierzusammensetzungsdispersionen dieser
Erfindung integriert werden.
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Die
Polierzusammensetzungen dieser Erfindung können für bestimmte Polieranwendungen
durch die Modifikation der Schleifpartikel mit einer oder mehr als
einer Silanzusammensetzung anwendungsspezifisch angefertigt werden,
um mit einer Mischung von Silanen modifizierte Partikel zu ergeben.
Wenn der metallhydroxidhaltige Schleifpartikel mit mehr als einer
Silanzusammensetzung kombiniert wird, können die relativen Mengen von
Silanzusammensetzungen so eingestellt werden, dass sie einen silanmodifizierten
Schleifpartikel erreichen, der die gewünschten Poliereigenschaften
aufweist. Alternativ können
die silanmodifizierten Schleifpartikel dieser Erfindung einen ersten
modifizierten Schleifpartikel aufweisen, der mit einer ersten Silanzusammensetzung
modifiziert wurde, und einen zweiten modifizierten Schleifpartikel,
der mit einer zweiten Silanzusammensetzung modifiziert wurde. In
der Tat können
Mischungen aus zwei, drei oder vier oder mehr Schleifpartikeln,
die jeweils individuell mit unterschiedlichen Silanzusammensetzungen
modifiziert wurden, in die chemisch-mechanischen Polierschlämme dieser
Erfindung integriert werden.
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Die
silanmodifizierten Schleifpartikel dieser Erfindung und Kombinationen
derselben können
in einen chemisch-mechanischen Polierschlamm integriert werden.
Alternativ können
die Silane in eine Lösung
integriert, und auf ein schleifmittelhaltiges Kissen aufgetragen
werden, wodurch das Schleifmittel, welches metallhydroxidhaltig
ist, während
des Polierprozesses ununterbrochen modifiziert wird. Beispiele von
Polierkissen, einschließlich
Beispielen von schleifmittelhaltigen Kissen, sind in den U.S.- Patentnummern 5,849,051
und 5,849,052 offenbart. Schleifmittelhaltige Polierkissen können mit
silanhaltigen Lösungen
vor, während
oder nach dem Substratpolieren modifiziert werden, wobei die Modifikation
unmittelbar vor und während
dem Substratpolieren am vorteilhaftesten ist. Die oben abgehandelten
Silan-„Lösungen" umfassen Lösungen von
Silanen, die in einem Lösungsmittel
aufgelöst
sind, sowie Silan-/Lösungsmittelemulsionen.
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Es
gibt keine Begrenzungen in Bezug darauf, wie die Schleifpartikel
dieser Erfindung auf ein Substrat oder Polierkissen zum Polieren
aufgetragen werden. Von Bedeutung ist, dass die verwendeten Schleifpartikel ein
Oberflächenhydroxid
umfassen, welches mit einer Silanzusammensetzung kombiniert ist.
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Die
silanmodifizierten Schleifpartikel dieser Erfindung können mittels
beliebiger bekannter Verfahren hergestellt werden, die für die Verbindung
einer Silanzusammensetzung mit schleifmittelhaltigem Oberflächenmetallhydroxid
bekannt sind. Bei einem Verfahren können die Silanzusammensetzungen
in einem Lösungsmittel
wie zum Beispiel Wasser aufgelöst
und auf die Oberflächen
der Schleifpartikel gesprüht
werden, die danach getrocknet werden, um silanmodifizierte Schleifpartikel
zu erzeugen. Sobald sie getrocknet sind, können die silanmodifizierten
Schleifpartikel in eine Dispersion integriert werden. Alternativ
können
die silanmodifizierten Schleifpartikel durch die Kombination von oberflächenmetallhydroxidhaltigen
Schleifpartikeln mit einem Lösungsmittel
wie zum Beispiel Wasser und mechanischer Verteilung der Schleifmittel
in dem Lösungsmittel
hergestellt werden. Sobald die Schleifpartikel in dem Lösungsmittel
verteilt sind, kann der Dispersion eine Silanzusammensetzung oder
-lösung
beigemischt werden, um einen silanmodifizierten Schleifpartikel
zu erzeugen, bei dem das Silan an das Metallhydroxid der Oberfläche des
Schleifmittels überwiegend
mittels eines Verfahrens gebunden wird, welches anders als kovalente
Bindung wie zum Beispiel Wasserstoffbindung ist. Die silanmodifizierten
Schleifpartikel können
von der Behandlungslösung
abgeschieden und getrocknet werden, oder die Dispersion von silanmodifizierten
Schleifpartikeln kann direkt bei der Herstellung eines chemisch-mechanischen Polierschlammes
verwendet werden. Vorzugsweise umfasst die Dispersion und/oder der
chemisch-mechanische Polierschlamm, bei dem dispergierte silanmodifizierte
Schleifmittel dieser Erfindung verwendet werden, weniger als etwa
15 Gewichts-% silanmodifizierte Schleifpartikel. Am vorteilhaftesten
ist es, wenn die silanmodifizierten Schleifpartikel zum Polieren
von Metallschichten verwendet werden, dass die endgültige chemisch-mechanische Polierzusammensetzung
von etwa 0,1 bis 7 Gewichts-% silanmodifizierte Schleifpartikel
umfasst. Wenn das silanmodifizierte Schleifmittel zum Polieren einer
Oxidschicht verwendet wird, ist es vorteilhaft, dass die Polierzusammensetzung
von etwa 5 bis etwa 15 Gewichts-% silanmodifizierte Schleifpartikel
umfasst.
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Zusätzlich zu
der anwendungsspezifischen Anfertigung der Polierleistung der Polierzusammensetzung
durch die anwendungsspezifische Anfertigung der Silane, die zur
Modifikation der bei den Polierzusammensetzungen dieser Erfindung
verwendeten Schleifpartikel verwendet werden, können die Schleifpartikel, die
mit Silanzusammensetzungen modifiziert werden, die dispergierten
Polierzusammensetzungen stabilisieren, welche die modifizierten
Schleifpartikel enthalten. Genauer ausgedrückt können Dispersionen von silanmodifizierten
Schleifpartikeln weniger anfällig
für Zusammenballung
und Absetzen sein, wenn sie in eine wässrige Lösung integriert werden. Daher
können
silanmodifizierte Schleifpartikeldispersionen eine verbesserte Lagerzeitstabilität im Vergleich
zu unmodifizierten Schleifpartikeldispersionen aufweisen. Vorzugsweise
können
die silanmodifizierten Schleifmittel in die wässrigen, chemisch-mechanischen
Polierschlämme
als eine konzentrierte wässrige
Dispersion integriert werden, die im Bereich von etwa 3% bis etwa
45% an Feststoffen, und vorzugsweise zwischen 10% und 20% an Feststoffen
liegt. Die wässrige
Dispersion von silanmodifizierten Schleifmitteln kann unter Verwendung
herkömmlicher
Techniken hergestellt werden, wie zum Beispiel durch langsame Beimischung
des Metalloxidschleifmittels zu einem geeigneten Medium, zum Beispiel
entionisiertem Wasser, um eine kolloide Dispersion auszubilden.
Die Dispersion wird typischerweise dadurch vervollständigt, dass
sie hohen Schermischbedingungen ausgesetzt wird, die Fachleuten
auf diesem Gebiet bekannt sind.
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Die
Polierzusammensetzungen dieser Erfindung werden zum Polieren von
Substratmerkmalen mit herkömmlichen
Mitteln unter Verwendung von herkömmlichen Poliermaschinen verwendet.
Die Polierzusammensetzungen dieser Erfindung werden auf ein Polierkissen
aufgetragen, welches danach mit der Substratoberfläche in Kontakt
gebracht wird, wobei danach das Kissen im Verhältnis zu der Substratoberfläche bewegt wird,
um Substratpolieren zu erreichen. Bei der Substratoberfläche handelt
es sich um ein Oxid, einen Adhäsionswerkstoff,
eine Metallschicht oder -schichten oder Kombinationen derselben.
Polierzusammensetzungen dieser Erfindung werden dann ununterbrochen
oder unterbrochen auf das Polierkissen aufgetragen, um eine genügende Menge
an Polierzusammensetzung auf der Kissen-/Substratoberfläche zu halten.
Wenn der Polierendpunkt erreicht ist, wird der Strom von Polierzusammensetzung
zu dem Polierkissen unterbrochen, und überschüssige Polierzusammensetzung
wird von dem Substrat mit entionisiertem Wasser oder einem anderen Lösungsmittel
weggewaschen.
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Beispiel 1
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In
diesem Beispiel wurden silanmodifizierte Kieselerdeschleifpartikel
in chemisch-mechanische Polierschlämme integriert. Bei dem Schleifmittel
handelte es sich um eine Dispersion aus geräucherter Kieselerde (LM150-Qualität), die
von Cabot Corp. hergestellt, und in den Schlamm mit 5,0 Gewichts-%
integriert wurde. Zusätzlich
dazu, dass sie das Schleifmittel und eine Silanverbindung enthielten,
umfassten die Schlämme
4,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid, 0,018 Gewichts-% Eisennitrat-Nonahydrat, 0,014
Gewichts-% Malonsäure, 0,042
Gewichts-% Pyrazin. Der pH-Wert des Schlammes wurde mit Salpetersäure auf
2,3 eingestellt.
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Die
Schlämme
wurden zum Polieren von gemusterten Wolframmikroplättchen unter
Verwendung eines perforierten Rodel IC 1000-Kissens auf einer IPEC
472-Maschine bei
einer Anpresskraft von 5 psi, einer Tischdrehzahl von 60 U/min.,
einer Trägerdrehzahl
von 40 U/min. und einem Schlammdurchsatz von 150 ml/min. verwendet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten aufgeführt.
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Die
gemusterten Mikroplättchen
wurden bis zu einem visuellen Endpunkt poliert, und dann um zusätzliche
20% poliert, um restliches Metall abzutragen und die bei einer Herstellungsumgebung
erforderliche typische Verarbeitungsspanne bereitzustellen.
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Die
Polierergebnisse von Tabelle 1 zeigen eine wesentliche Verringerung
des Oxidverlustes in dem Feldbereich durch Verwendung der chemisch-mechanischen
Polierzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, die silanmodifizierte
Schleifpartikel (zum Beispiel ist das Feld dicker) enthalten. Die
Verringerung ist offensichtlich, obwohl der chemisch-mechanische
Polierschlamm mit dem silanmodifizierten Schleifmittel für eine längere Zeitdauer
auf dem Feld polierte.
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Beispiel 2
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In
diesem Beispiel wurden silanmodifizierte Kieselerdeschleifpartikel
in chemisch-mechanische Polierschlämme integriert. Bei den Schleifpartikeln
handelte es sich um eine Dispersion aus geräucherter Kieselerde (LM150-Qualität), die
von Cabot Corp. hergestellt, und in den Schlamm mit 2,0 Gewichts-%
integriert wurde. Der Schleifmitteldispersion wurde eine Silanverbindung,
außerdem
4,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid, 0,036 Gewichts-% Eisennitrat-Nonahydrat, 0,028
Gewichts-% Malonsäure
und 0,02 Gewichts-% Glyzin beigemischt. Der pH-Wert des Schlammes
wurde mit Salpetersäure
auf 2,3 eingestellt.
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Beide
Schlämme
wurden zum Polieren eines Wolframrohlings und von BPSG-Oxidmikroplättchen unter
Verwendung eines perforierten Rodel IC 1000-Kissens auf einer IPEC
472-Maschine bei einer Anpresskraft von 5 psi, einer Tischdrehzahl
von 60 U/min., einer Trägerdrehzahl
von 40 U/min. und einem Schlammdurchsatz von 150 ml/min. verwendet.
Die Polierergebnisse sind in Tabelle 2 unten aufgeführt.
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Die
BPSG-Mikroplättchen
wurden für
1 min. poliert und die Dispersion mit dem silanmodifizierten Schleifmittel
zeigte eine bedeutende Verringerung bei der Oxidrohlingspolierrate.
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Beispiel 3
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In
diesem Beispiel wurden silanmodifizierte Kieselerdeschleifpartikel
in chemisch-mechanische Polierschlämme integriert. Bei dem Schleifmittel
handelte es sich um eine Dispersion aus geräucherter Kieselerde (LM150-Qualität), die
von Cabot Corp. hergestellt, und in den Schlamm mit 3,0 Gewichts-%
integriert wurde. Der Schleifmitteldispersion wurde eine Silanverbindung,
außerdem
4,0 Gewichts-% Wasserstoffperoxid, 0,036 Gewichts-% Eisennitrat-Nonahydrat, 0,028
Gewichts-% Malonsäure
und 0,057 Gewichts-% Pyrazin beigemischt. Der pH-Wert des Schlammes
wurde mit Salpetersäure
auf 2,3 eingestellt.
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Die
Schlämme
wurden zum Polieren von Wolframrohlingen und gemusterten Wolframmikroplättchen unter
Verwendung eines perforierten Rodel IC 1000-Kissens auf einer IPEC
472-Maschine bei einer Anpresskraft von 5 psi, einer Tischdrehzahl
von 60 U/min., einer Trägerdrehzahl
von 40 U/min. und einem Schlammdurchsatz von 150 ml/min. verwendet,
und die Ergebnisse sind in Tabelle 3 unten aufgeführt.
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Die
gemusterten Mikroplättchen
wurden zuvor bis zu einem visuellen Endpunkt poliert, und dann um zusätzliche
20% poliert. Die Schlämme
dieses Beispiels wurden bewertet, um die Wirkung des silanmodifizierten
Schleifmittels bei den chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen
auf das Polieren während Überpolieren
von 45 Sekunden Dauer zu bestimmen, als Wolframdurchgänge und
PETEOS-Oxid freigelegt wurden. Die Daten zeigen eine Verringerung
des Oxidverlustes in dem Feldbereich nach der Beimischung des Silans,
3-Cyanopropyldimethylchlorosilan,
während
das Glycidoxypropyltrialkoxysilan, welches zu einem Diol hydrolisiert,
eine Erhöhung
bei der Oxidabtragung verursachte.
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Beispiel 4
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Bei
diesem Beispiel wird die Fähigkeit
der Polierschlämme,
die unterschiedliche Mengen von Silan in der Lösung aufweisen, zum Polieren
von Kupfermikroplättchen
untersucht. Jede der verwendeten Polierzusammensetzungen war eine
wässrige
Lösung
mit 3 Gewichts-% geräuchertem
Aluminium, 0,7 Gewichts-% Ammoniumoxalat und 2,5 Gewichts-% Wasserstoffperoxid.
Der pH-Wert eines jeden Schlammes wurde unter Verwendung von KOH
auf 7,7 eingestellt. Jede Polierzusammensetzung umfasste unterschiedliche
Arten und Mengen von Silanen. In Tabelle 4 unten ist die Menge und
die Art von in jeder getesteten Polierzusammensetzung enthaltenem
Silan, sowie die Menge an in der Lösung nach dem Polieren erkanntem
Silan aufgeführt.
In Tabelle 4 unten sind auch die Kupferpolierraten, TEOS-Polierraten,
Tantalabtragungsraten für
jeden getesteten Schlamm zusammengefasst.
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Mikroplättchenpolieren
wurde unter Verwendung einer Applied Materials Mirra-Poliermaschine
und eines Einzelschrittprozesses mit MP/IP/RRP/PS von 4/4,5/4/63/57
ausgeführt.
Polieren wurde mit einem Rodel IC1000 über ein Suba IV-Polierkissen
ausgeführt.
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Die
Polierergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass die silanmodifizierten
Schleifpartikel, die Polierzusammensetzungen umfassen, Kupfermerkmale
mit höheren
Raten, und Oxidmerkmale mit niedrigeren Raten polieren als Kontrollpolierzusammensetzungen
ohne Silane.
