DE602005002164T2

DE602005002164T2 - Polierzusammensetzung und Poliermethode

Info

Publication number: DE602005002164T2
Application number: DE602005002164T
Authority: DE
Inventors: Kazusei c/o Fujimi Incorporated Tamai; Yasuyuki c/o Fujimi Incorporated Yamato
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2025-03-19
Also published as: US20080210665A1; JP2005268664A; KR101110717B1; DE602005002164D1; ATE371709T1; KR20060044391A; EP1577357B1; US20050204637A1; EP1577357A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polierzusammensetzung, die zum Beispiel beim Polieren zum Bilden einer verdrahteten Struktur für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird und ein Polierverfahren, bei dem eine solche Polierzusammensetzung verwendet wird.
Eine Nickel und Eisen enthaltende Legierung (Ferronickellegierung), wie beispielsweise Permalloy, ist ein hoch permeables, magnetisches Material, das die Eigenschaft besitzt, in einem schwachen Magnetfeld leicht oxidiert zu werden, und in einem Transformator mit einem Niederspannungseingang, einem Unterbrecher bei einem übermäßigen elektrischen Strom, einem Magnetkopf und einer Magnetabschirmung verwendet wird. Aufgrund ihrer Eigenschaften wird die Legierung erwartungsgemäß in einer Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise einer Speichereinheit in einem Computer der nächsten Generation, verwendet.
Wenn die verdrahtete Struktur für eine Halbleitervorrichtung gebildet wird, wird eine Polierzusammensetzung verwendet, die so verbessert wurde, dass sie an eine Anwendung zum Polieren eines Kupfer enthaltenden, metallischen Überzugs angepasst wurde, wie es zum Beispiel in der offen gelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-94455 offenbart ist, oder es wird eine Polierzusammensetzung verwendet, die so verbessert wurde, dass sie an eine Anwendung zum Polieren von Kupfer und einer Tantal enthaltenden Verbindung angepasst wurde, wie es beispielsweise in der offen gelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-247853 offenbart ist. Jede dieser Polierzusammensetzungen ist jedoch nicht zum Polieren einer Ferronickellegierung geeignet.
Die Veröffentlichung der europäischen Patentanmeldung EP 823465 A2 offenbart eine Polierzusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren, die eine Carbonsäure, ein Oxidationsmittel und Wasser umfasst. Der pH dieser Polierzusammensetzung ist mit Alkali auf 5 bis 9 eingestellt.
Die veröffentlichte US-Patentanmeldung US 2001/0049913 A1 offenbart eine Polierzusammensetzung, die Alkalimetallionen, Schleifkörner, eine Carbonsäure, ein Oxidationsmittel und ein Antigeliermittel in einem wässrigen Medium einschließt. Der pH dieser Polierzusammensetzung liegt zwischen ungefähr 1 und ungefähr 5 und wurde durch die Zugabe von Alkalimetallhydroxid zu dem wässrigen Medium eingestellt.
Die veröffentlichte US-Patentanmeldung US 2004/0006924 A1 offenbart eine Polierzusammensetzung, die ein abrasives Mittel, Phosphorsäure und ein Oxidationsmittel umfasst, wobei die Polierzusammensetzung einen pH, der vorzugsweise zwischen 3 und 7,5 liegt, aufweist.
Das US-Patent 6,541,384 offenbart eine Zusammensetzung, die wahlweise eine oder mehrere der folgenden Verbindungsarten aufweist: einen Komplexbildner; einen Korrosionsinhibitor; eine Säure; und ein abrasives Mittel.
Das US-Patent Nr. 6,258,140 offenbart eine Polierzusammensetzung, die ein abrasives Mittel, ein den Polierwiderstand verringerndes Mittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem oberflächenaktiven Stoff, einem wasserlöslichen Polymer und einem Polyelektrolyten, und zumindest einen Polierbeschleuniger, der ausgewählt ist aus einer anorganischen Säure, einer organischen Säure und deren Aluminium-; Eisen-; Nickel- und Kobaltsalzen; und Wasser umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend, eine Polierzusammensetzung, die vorzugsweise in eine Anwendung zum Polieren einer Nickel und Eisen enthaltenden Legierung (einer Ferronickellegierung) verwendet wird, und ein Polierverfahren, bei dem eine solche Polierzusammensetzung verwendet wird, bereitzustellen.
Um das oben genannte und andere Ziele gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung zu erreichen wird eine Polierzusammensetzung bereitgestellt. Die Polierzusammensetzung zur Verwendung in eine Anwendung zum Polieren eines Gegenstands, der eine Nickel und Eisen enthaltende Legierung umfasst, schließt ein abrasives Mittel, einen Polyvinylalkohol, eine Phosphorsäure und ein Oxidationsmittel ein und weist einen pH von 6 oder darunter auf.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Polierverfahren bereit. Das Verfahren schließt das Herstellen der obigen Polierzusammensetzung und das Polieren eines Gegenstands, der eine Nickel und Eisen enthaltende Legierung umfasst, unter Verwendung der hergestellten Polierzusammensetzung, ein.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den begleitenden Figuren die Prinzipien der Erfindung beispielhaft erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen kann die Erfindung am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Figuren verstanden werden, in denen:
1(a) und 1(b) Schnittansichten eines zu polierenden Gegenstands sind, um ein Polierverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1(a) und 1(b) beschrieben werden.
Zunächst wird ein Verfahren zum Bilden der verdrahteten Struktur für eine Halbleiter-Speichereinheit beschrieben werden. Wenn die verdrahtete Struktur für die Halbleiter-Speichereinheit gebildet wird, werden zunächst, wie in 1(b) gezeigt ist, die erste Grenzschicht 14, eine magnetische Schicht 15, die zweite Grenzschicht 16 und eine Leiterschicht 17 nacheinander auf einer Isolatorschicht 13 mit einem Graben 12 zum Bilden eines geschichteten Körpers 18 angeordnet. Die Leiterschicht 17 weist eine anfängliche Eintiefung 19 auf, die dem Graben 12 auf der Oberfläche entspricht.
Eine Isolatorschicht 13 kann aus irgendeinem von SiO₂, SiOF und SiOC gebildet sein. Die Isolatorschicht 13 wird zum Beispiel durch ein chemisches Gasabscheidungs-(chemical vapor deposition, CVD-) Verfahren unter Verwendung von SiH₄, SiH₂C₁₂ oder Tetraethoxysilan (TEOS) als Ausgangsmaterial gebildet. Der Graben 12 wird so gebildet, dass er zum Beispiel mit einer allgemein bekannten Lithographietechnologie oder einer Technologie zum Ätzen von Muster, ein vorgegebenes Entwurfsmuster erhält.
Die erste Grenzschicht 14 wird so auf einer Isolatorschicht 13 angeordnet, dass sie die Oberfläche des Isolatorschicht 13 bedeckt, bevor eine magnetische Schicht 15 gebildet wird, und wirkt so, dass sie die Diffusion von metallischen Atomen in der magnetischen Schicht 15 und einer Leiterschicht 17 in die Isolatorschicht 13 verhindert. Die erste Grenzschicht 14 kann aus einer Tantal enthaltenden Verbindung, wie beispielsweise Tantalnitrid gebildet werden. Alternativ dazu kann die erste Grenzschicht 14 aus Tantal oder einer Titanverbindung gebildet werden. Die erste Grenzschicht 14 wird zum Beispiel mit einer Sputtertechnik gebildet. Verglichen mit der Tiefe des Grabens 12 weist die erste Grenzschicht 14 vorzugsweise ein ausreichend dünnes Dickenmaß auf.
Eine magnetische Schicht 15 wird so auf der ersten Grenzschicht 14 angeordnet, dass sie die Oberfläche der ersten Grenzschicht 14 bedeckt, bevor die zweite Grenzschicht 16 gebildet wird. Die magnetische Schicht 15 besteht aus einer Ferronickellegierung. Die Ferronickellegierung schließt zum Beispiel ein Permalloy ein, das 60 bis 90 Massen-% Nickel enthält. Das Permalloy ist ein weiches magnetisches Material das die Eigenschaften einer hohen magnetischen Permeabilität, einer geringen Koerzitikraft und eines geringen Verlusts besitzt. Die magnetische Schicht 15 wird bevorzugt aus dem Permalloy gebildet, um die Geschwindigkeiten des Wiederbeschreibens und Auslesens der gespeicherten Inhalte in einer Halbleiter-Speichervorrichtung zu erhöhen. Um die magnetischen Eigenschaften der magnetischen Schicht 15 zu verbessern, kann die Legierung, die die magnetische Schicht 15 bildet, ein anderes Metall als Nickel und Eisen, wie beispielsweise Molybdän, Chrom, Mangan und Kupfer enthalten. Der Gehalt an Molybdän, Chrom, Mangan oder Kupfer in einer Legierung beträgt vorzugsweise 0,1 bis 15 Massen-%. Verglichen mit der Tiefe des Grabens 12 weist die magnetische Schicht 15 ein ausreichend dünnes Dickenmaß auf. Da die magnetische Schicht 15 mit den Grenzschichten 14 und 16 bedeckt ist, wird sie kaum oxidiert.
Die zweite Grenzschicht 16 ist so auf einer magnetischen Schicht 15 angeordnet, dass sie die Oberfläche der magnetischen Schicht 15 bedeckt, bevor eine Leiterschicht 17 gebildet wird und wirkt so, dass sie die Diffusion von metallischen Atomen in der Leiterschicht 17 in die Isolatorschicht 13 verhindert. Die zweite Grenzschicht 16 kann aus einer Tantal enthaltenden Verbindung, wie beispielsweise einem Tantalnitrid, gebildet sein. Alternativ dazu kann die zweite Grenzschicht 16 aus Tantal oder einer Titanverbindung gebildet werden. Die zweite Grenzschicht 16 wird zum Beispiel mit einer Sputtertechnik gebildet. Verglichen mit der Tiefe des Grabens 12 weist die zweite Grenzschicht 16 ein ausreichend dünnes Dickenmaß auf.
Eine Leiterschicht 17 wird so auf der zweiten Grenzschicht 16 angeordnet, um zumindest einen Graben 12 aufzufüllen. Die Leiterschicht 17 wird aus einem Kupfer enthaltenden Metall, wie beispielsweise Kupfer, einer Kupfer-Aluminium-Legierung und einer Kupfer-Titan-Legierung gebildet.
Danach wird ein Teil der Leiterschicht 17, Teile der Grenzschichten 14 und 16 und ein Teil der magnetischen Schicht 15, die alle außerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) entfernt. Wie in 1(a) gezeigt ist, bleiben dabei die anderen Teile der Leiterschicht 17, die anderen Teile der Grenzschichten 14 und 16 und der andere Teil der magnetischen Schicht 15, die alle innerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, auf der Isolatorschicht 13 und der übrige Teil der Isolatorschicht 17 fungiert als elektrische Leitung.
Eine Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beim chemisch-mechanischen Polieren zum Entfernen der Teile der Schichten 14 bis 17, die außerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, verwendet. Das chemisch-mechanische Polieren zum Entfernen der Teile der Schichten 14 bis 17, die außerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, kann den ersten bis dritten Polierschritt einschließen. Im ersten Polierschritt wird ein Stück des Teils der Leiterschicht 17, das außerhalb des Grabens 12 angeordnet ist, entfernt, so dass die anfängliche Eintiefung 19 entfernt wird. In dem anschließenden zweiten Polierschritt wird ein anderes Stück des Teils der Leiterschicht 17, das außerhalb des Grabens 12 angeordnet ist, entfernt, so dass die Oberfläche der zweiten Grenzschicht 16, die außerhalb des Grabens 12 angeordnet ist, freigelegt wird. In dem nachfolgenden dritten Polierschritt werden die Teile der Grenzschichten 14 und 16 und der Teil der magnetischen Schicht 15, die alle außerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, und das übrige Stück des Teils der Leiterschicht 17, das außerhalb des Grabens 12 angeordnet ist, entfernt, so dass die Oberfläche der Isolatorschicht 13 freigelegt wird. Wenn ein chemisch-mechanisches Polierverfahren zum Entfernen der Teile der Schichten 14 bis 17, die außerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, den ersten bis dritten Polierschritt einschließt, kann eine Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in irgendeinem des erstens bis dritten Polierschritts verwendet werden. Die Zusammensetzung wird jedoch vorzugsweise in dem zweiten und/oder dritten der Polierschritte verwendet.
Eine Polierzusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform enthält ein abrasives Mittel, Phosphorsäure, ein Oxidationsmittel, einen Polyvinylalkohol und Wasser.
Das abrasive Mittel in der Polierzusammensetzung hat die Funktion, einen zu polierenden Gegenstand mechanisch zu polieren. Die Polierzusammensetzung enthält vorzugsweise ein abrasives Mittel, das aus mindestens einer Verbindung von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Ceroxid, Zirkonoxid, Titanoxid und Siliziumcarbid besteht. Von diesen werden Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid bevorzugt und Siliciumdioxid ganz besonders bevorzugt, um die Oberflächenrauheit eines polierten Gegenstands zu verringern. Das Siliziumdioxid kann irgendeines von Kolloid-Kieselerde, Kieselpuder und Kieselhydrogel sein. Von diesen wird besonders Kolloid-Kieselerde bevorzugt, da es in der Regel einen kleinen mittleren Partikeldurchmesser aufweist und die Oberfläche eines polierten Gegenstands leicht zu einer feinen Rauhigkeit veredelt. Mit einer Sol-Gel-Technik synthetisierte Kolloid-Kieselerde enthält eine extrem kleine Menge an Verunreinigungen, so dass Kolloid-Kieselerde, das in der Polierzusammensetzung enthalten sein soll, vorzugsweise mit der Sol-Gel-Technik synthetisiert wird. Kolloid-Kieselerde wird mit der Sol-Gel-Technik synthetisiert, indem Methylsilikat in ein aus Methanol, Ammoniak und Wasser bestehendes Lösungsmittel getropft und das Methylsilikat in dem Lösungsmittel hydrolysiert wird. Wenn es nicht erforderlich ist, die Verschmutzung infolge von Verunreinigungen zu beachten, kann Kolloid-Kieselerde, die mit einem Ionenaustauschverfahren synthetisiert wurde, verwendet werden. Wenn Kolloid-Kieselerde mit dem Ionenaustauschverfahren synthetisiert wird, wird Natriumsilikat als Ausgangsmaterial verwendet.
Wenn Aluminiumoxid als abrasives Mittel in der Polierzusammensetzung enthalten ist, beträgt der mittlere Partikeldurchmesser des abrasiven Mittels (Aluminiumoxid), der mit einem Verfahren des elektrischen Widerstands gemessen wurde (Coulter-Verfahren), im Hinblick auf ein Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Grenzschichten 14 und 16 und der Isolatorschicht 13, bevorzugt 0,05 μm oder mehr und weiter bevorzugt 0,2 μm oder mehr. Um die Oberflächenrauheit eines polierten Gegenstand zu verringern und Kratzer, die während des Polierens des Gegenstands auftreten, zu verhindern, beträgt der mittlere Teilchendurchmesser des abrasiven Mittels (Aluminiumoxid), der mit dem Verfahren des elektrischen Widerstands gemessen wurde, zum Anderen bevorzugt 1,3 μm oder weniger und weiter bevorzugt 0,8 μm oder weniger.
Wenn Kieselpuder als abrasives Mittel in der Polierzusammensetzung enthalten ist, beträgt der mittlere Partikeldurchmesser des abrasiven Mittels (Kieselpuder), der mit einem Laserbeugungsverfahren gemessen wurde, im Hinblick auf ein Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Grenzschichten 14 und 16 und der Isolatorschicht 13, bevorzugt 0,02 μm oder mehr und weiter bevorzugt 0,05 μm oder mehr. Um die Oberflächenrauheit eines polierten Gegenstand zu verringern und Kratzer, die während des Polierens des Gegenstands auftreten, zu verhindern, beträgt der mittlere Teilchendurchmesser des abrasiven Mittels (Kieselpuder), der mit dem Laserbeugungsverfahren gemessen wurde, zum Anderen bevorzugt 0,5 μm oder weniger und weiter bevorzugt 0,3 μm oder weniger.
Wenn Kolloid-Kieselerde als abrasives Mittel in der Polierzusammensetzung enthalten ist, beträgt der mittlere Partikeldurchmesser des abrasiven Mittels (Kolloid-Kieselerde), der mit einem Laserbeugungsverfahren gemessen wurde, im Hinblick auf ein Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Grenzschichten 14 und 16 und der Isolatorschicht 13, bevorzugt 0,01 μm oder mehr. Um die Oberflächenrauheit eines polierten Gegenstand zu verringern und Kratzer, die während des Polierens des Gegenstands auftreten, zu verhindern, beträgt der mittlere Teilchendurchmesser des abrasiven Mittels (Kolloid-Kieselerde), der mit dem Laserbeugungsverfahren gemessen wurde, zum Anderen bevorzugt 0,5 μm oder weniger und weiter bevorzugt 0,3 μm oder weniger.
Der Gehalt des abrasiven Mittels in der Polierzusammensetzung beträgt, im Hinblick auf ein Verstärken des Leistungsvermögens einer Polierzusammensetzung zum Polieren der magnetischen Schicht 15 und der Isolatorschicht 13, bevorzugt 0,1 Massen-% oder mehr, weiter bevorzugt 1 Massen-% oder mehr und besonders bevorzugt 5 Massen-% oder mehr. Im Hinblick auf ein Verstärken der Dispersionsstabilität der Polierzusammensetzung beträgt der Gehalt des abrasiven Mittels in der Polierzusammensetzung zum Anderen bevorzugt 20 Massen-% oder weniger, weiter bevorzugt 15 Massen-% oder weniger und besonders bevorzugt 10 Massen-% oder weniger.
Phosphorsäure in der Polierzusammensetzung besitzt die Funktion, einen zu polierenden Gegenstand durch Korrosion oder Ätzen chemisch zu polieren und fungiert als Polierbeschleuniger zu Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Grenzschichten 14 und 16 und der magnetischen Schicht 15 und insbesondere zum Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der magnetischen Schicht 15. Phosphorsäure, die in der Polierzusammensetzung enthalten sein soll, ist bevorzugt zumindest eine Verbindung, die ausgewählt ist aus Orthophosphorsäure, einer Polyphosphorsäure, Pyrophosphorsäure, Metaphosphorsäure und Hexamataphosphorsäure. Von diesen wird Orthophosphorsäure bevorzugt, da es die Stabilität während der Lagerung der Polierzusammensetzung verstärkt und verhindert, dass das Leistungsvermögen der Polierzusammensetzung zu Polieren im Laufe der Zeit abnimmt.
Der Gehalt an Phosphorsäure in der Polierzusammensetzung beträgt, im Hinblick auf ein Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Leiterschicht 17, bevorzugt 0,1 Massen-% oder mehr. Um zu verhindern, dass die Polierzusammensetzung aufgrund ihres hohen Säuregehalts zu einer Umweltbelastung wird und die Leichtigkeit ihres Gebrauchs abnimmt, beträgt der Gehalt an Phosphorsäure zum Anderen bevorzugt 5,0 Massen-% oder weniger und weiter bevorzugt 1,0 Massen-% oder weniger.
Ein Oxidationsmittel in der Polierzusammensetzung besitzt die Funktion, die Oberfläche eines zu polierenden Gegenstands zu oxidieren und spielt insbesondere beim Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Leiterschicht 17 eine Rolle. Ein Oxidationsmittel, das in der Polierzusammensetzung enthalten sein soll, ist bevorzugt zumindest eine Verbindung, die ausgewählt ist aus Perschwefelsäure, Periodsäure, Perchlorsäure, Peressigsäure, Perameisensäure, Salpetersäure und einem Salz davon und Wasserstoffperoxid. Von diesen wird Wasserstoffperoxid bevorzugt, da Wasserstoffperoxid, das kaum mit Metallverunreinigungen verunreinigt ist, kostengünstig und leicht erhältlich ist.
Der Gehalt eines Oxidationsmittels in der Polierzusammensetzung beträgt, im Hinblick auf ein Verstärken des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Leiterschicht 17, bevorzugt 0,01 Massen-% oder mehr und weiter bevorzugt 0,03 Massen-% oder mehr. Um zu verhindern, dass das Oxidationsmittel, das eine starke Wirkung zum Oxidieren der Leiterschicht 17 besitzt, die Leiterschicht 17 angreift, beträgt der Gehalt des Oxidationsmittels zum Anderen bevorzugt 3,0 Massen-% oder weniger und weiter bevorzugt 1,0 Massen-% oder weniger.
Wasser in der Polierzusammensetzung wirkt als Medium zum Dispergieren oder Auslösen von Verbindungen in der Polierzusammensetzung, die nicht Wasser sind. Wasser, das in der Polierzusammensetzung enthalten sein soll, enthält möglichst wenig Verunreinigungen, damit die Wirkungen der anderen Verbindungen nicht behindert werden und ist bevorzugt reines Wasser, aus dem verunreinigende Ionen durch ein Ionenaustauschharz entfernt wurden und dann fremde Materialien durch einen Filter entfernt wurden; ultrareines Wasser; oder destilliertes Wasser.
Um zu verhindern, dass die Polierzusammensetzung aufgrund ihres hohen Säuregehalts zu einer Umweltbelastung wird und die Leichtigkeit ihres Gebrauchs abnimmt, beträgt der pH der Polierzusammensetzung bevorzugt 1,5 oder mehr und weiter bevorzugt 2 oder mehr. Um das Leistungsvermögen einer Polierzusammensetzung zum Polieren der magnetischen Schicht 15 mit einer hohen Abschliffleistung zu besitzen, muss die Polierzusammensetzung im Wesentlichen einen pH von 6 oder weniger besitzen. Um das Leistungsvermögen einer Polierzusammensetzung zum Polieren der Leiterschicht 17 zu verstärken, besitzt die Polierzusammensetzung daneben bevorzugt einen pH von 5 oder weniger.
Um den pH einer Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf einen gewünschten Wert einzustellen, kann ein Mittel zum Einstellen des pH zu der Polierzusammensetzung gegeben werden. Ein Mittel zum Einstellen des pH, das zu der Polierzusammensetzung gegeben werden soll, ist bevorzugt eine basische Verbindung und ist besonders bevorzugt zumindest eine Verbindung von Ammoniak, einem Ammoniumsalz, einem Amin, einem quarternären Ammoniumhydroxid, einem quaternären Ammoniumsalz, einem Hydroxid eines Alkalimetalls und einem Alkalimetallsalz. Von diesen werden Ammoniak und ein Ammoniumsalz bevorzugt, da diese mit einer geringen Verschmutzung durch Metallverunreinigungen kostengünstig und leicht erhältlich sind.
Falls erforderlich kann ein Korrosionsinihitor zu einer Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben werden. Wenn ein Korrosionsinhibitor zu der Polierzusammensetzung gegeben wird, wird die Korrosion der Leiterschicht 17 durch die Phosphorsäure in der Polierzusammensetzung verhindert. Ein Korrosionsinhibitor, der zu der Polierzusammensetzung gegeben werden soll, ist bevorzugt zumindest eine Verbindung von Benzotriazol, Benzimidazol, Triazol, Imidazol, Tolyltriazol und einem Derivat davon. Von diesen werden Benzotriazol und ein Derivat davon bevorzugt, da sie eine starke korrosionsverhindernde Wirkung haben. Das Derivat von Benzotriazol schließt 1-(2,3-Dihydroxypropyl)benzotriazol, 1-[N,N-Bis(hydroxydimethyl)aminomethyl]benzotriazol und 1-(1,2-Dicarboxyethyl)benzotriazol ein.
Im Hinblick auf ein starkes Hemmen der Korrosion der Leiterschicht 17 beträgt der Gehalt eines Korrosionsinhibitors in der Polierzusammensetzung, zu der der Korrosionsinhibitor gegeben wird, bevorzugt 0,01 Massen-% oder mehr und weiter bevorzugt 0,1 Massen-% oder mehr. Im Hinblick auf ein Hemmen der Abnahme des Leistungsvermögens der Polierzusammensetzung zum Polieren der Leiterschicht 17 beträgt der Gehalt des Korrosionsinihibitors in der Polierzusammensetzung, zu der der Korrosionsinhibitor gegeben wird, zum Anderen bevorzugt 1,0 Massen-% oder weniger und weiter bevorzugt 0,6 Massen-% oder weniger.
Falls erforderlich, kann ein wasserlösliches Polymer zu einer Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben werden. Wenn ein wasserlösliches Polymer zu der Polierzusammensetzung gegeben wird, wird das Auftreten einer Stufe auf der Oberfläche eines zu polierenden Gegenstands während des Polierens verhindert. Ein wasserlösliches Polymer, das zu der Polierzusammensetzung gegeben werden soll, ist bevorzugt zumindest eine Verbindung aus: einem Vinylpolymer, wie beispielsweise einem Polyvinylalkohol und einem Polyvinylpyrrolidon; einem Polysaccharid, einschließlich einer wasserlöslichen Cellulose, wie beispielsweise Carboxymethylcellulose und Hydroxypropylcellulose; einem Polyethylenoxid; einem Polypropylenoxid; und einem Copolymer aus einem Polyethylenoxid und einem Polypropylenoxid. Von diesen wird ein Polyvinylalkohol bevorzugt, da er eine starke Funktion besitzt, das Auftreten einer Stufe auf der Oberfläche zu verhindern. Polyvinylalkohol wird durch Verseifen (Hydrolysieren) von Polyvinylacetat synthetisiert Polyvinylalkohol schließt einen vollständig verseiften Typ eines Polyvinylalkohols mit einem Verseifungsgrad von 98,0 Mol-% oder höher, einen partiell verseiften Typ eines Polyvinylalkohols mit einem Verseifungsgrad von 88,0 Mol-% oder höher und weniger als 98,0 Mol-% ein, wobei jedoch der vollständig verseifte Typ eines Polyvinylalkohols besonders bevorzugt wird.
Das Molekulargewicht eines wasserlöslichen Polymers, das zu der Polierzusammensetzung gegeben wird, beträgt bevorzugt 10.000 bis 500.000 und weiter bevorzugt 10.000 bis 100.000. Der Grund hierfür ist, dass ein wasserlösliches Polymer mit einem Molekulargewicht in dem oben beschriebenen Bereich in der Regel leicht erhältlich ist.
Der Gehalt eines wasserlöslichen Polymers in der Polierzusammensetzung, zu der das wasserlösliche Polymer zugegeben wird, um das Auftreten einer Stufe auf der Oberfläche stark zu verhindern, beträgt bevorzugt 0,001 Massen-% oder mehr und weiter bevorzugt 0,01 Massen-% oder mehr. Um das Leistungsvermögen der Polierzusammensetzung zum Polieren der Leiterschicht 17 zu verbessern, beträgt der Gehalt des wasserlöslichen Polymers in der Polierzusammensetzung, zu der das wasserlösliche Polymer zugegeben wird, zum Anderen bevorzugt 0,5 Massen-% oder weniger und weiter bevorzugt 0,2 Massen-% oder weniger.
Ein chemisch-mechanisches Polieren zum Entfernen der Teile der Schichten 14 bis 17, die außerhalb des Grabens 12 angeordnet sind, kann eine Erscheinung, die "Kumpeln" genannt wird und durch das die Höhe der Oberfläche des Teils der Leiterschicht 17, der außerhalb des Grabens 12 angeordnet ist, verringert wird und eine Erscheinung, die "Abtragung" genannt wird und durch das die Höhe der Oberfläche eines Bereichs, in dem der Graben 12 dick ausgebildet ist, verringert wird, verursachen. Wenn der Gegenstand unter Verwendung einer ein wasserlösliches Polymer enthaltenden Polierzusammensetzung poliert wird, wirkt das wasserlösliche Polymer jedoch als Schutz der Oberfläche des Gegenstands und verhindert so eine Ausweitung des Kümpelns und der Abtragung. Daneben wirken ein abrasives Mittel, Phosphorsäure und ein Oxidationsmittel zusammen und fördern die Wirkung des Polierens der Leiterschicht 17 und der magnetischen Schicht 15. Zum Beispiel fördert die Phosphorsäure die Funktion des Oxidationsmittels zum Oxidieren der Oberflächen der Leiterschicht 17 und der magnetischen Schicht 15 und verstärkt dadurch das Leistungsvermögen der Polierzusammensetzung zum chemischen Polieren eines zu polierenden Gegenstands. Eine Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann dementsprechend die Leiterschicht 17 und die magnetische Schicht 15 mit einer hohen Abschliffleistung polieren.
Es sollte für einen Fachmann offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen speziellen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, ohne dabei von dem eigentlichen Inhalt und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Es sollte insbesondere verstanden werden, dass die Erfindung in den folgenden Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
Die Gehalte an Nickel und Eisen in der Legierung, aus der die magnetische Schicht 15 besteht, sind frei wählbar und beide Gehalte können in geeigneter Weise geändert werden.
Zu der Polierzusammensetzung kann ein allgemein bekannter Zusatzstoff, wie beispielsweise ein Chelatbildner, ein Rostschutzmittel, ein Antiseptikum, ein Antischimmelmittel und ein Entschäumer, gegeben werden.
Die Polierzusammensetzung kann durch Verdünnen einer Stammlösung mit Wasser zum Zeitpunkt der Verwendung hergestellt werden. Die Stammlösung ist leicht zu lagern und zu transportieren.
Die Polierzusammensetzung kann in dem Zustand gelagert werden, bei dem ein Oxidationsmittel mit den anderen Bestandteilen abgetrennt ist. In dem obigen Fall wird die Polierzusammensetzung für eine Verwendung nach Mischen des Oxidationsmittels mit den anderen Bestandteilen bereitgestellt. Dadurch wird verhindert, dass sich das Oxidationsmittel in der Polierzusammensetzung während der Lagerung zersetzt.
Statt in einer Polieranwendung zum Bilden der verdrahteten Struktur für eine Halbleitervorrichtung verwendet zu werden, kann eine Polierzusammensetzung in einer Anwendung zum Polieren eines Magnetkopfs oder einer Magnetplatte, die aus einem Permalloy besteht, verwendet werden.
Das Wasser in der Polierzusammensetzung kann weggelassen werden. Die Polierzusammensetzung kann besonders aus einem abrasiven Mittel, Phosphorsäure und einem Oxidationsmittel bestehen.
Nachfolgend werden Beispiele und Vergleichsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Für die Herstellung einer Polierzusammensetzung gemäß den Beispielen 1 bis 27 und den Vergleichbeispielen 1 bis 6 wurde jeder in Tabelle 1 gezeigte Bestandteil mit Wasser gemischt. Die Ergebnisse der Messung des pH von jeder Polierzusammensetzung gemäß den Beispielen 1 bis 27 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 sind zusammen in Tabelle 1 gezeigt. Hier ist die Einheit von jedem Wert, der den Gehalt von jedem Bestandteil in der Tabelle 1 angibt, Massen-%. Tabelle 1

Bsp.20 entspricht nicht der Erfindung.

In der Spalte mit dem Titel "abrasives Mittel" in der Tabelle 1, gibt
"C1" Kolloid-Kieselgel mit dem mittleren Partikeldurchmesser von 0,03 μm,
"C2" Kolloid-Kieselgel mit dem mittleren Partikeldurchmesser von 0,07 μm,
"C3" Kolloid-Kieselgel mit dem mittleren Partikeldurchmesser von 0,022 μm,
"A" Aluminiumoxid mit dem mittleren Partikeldurchmesser von 0,3 μm und
"F" Kieselpuder mit dem mittleren Partikeldurchmesser von 0,2 μm an.
Die mittleren Partikeldurchmesser von Kolloid-Kieselgel und Kieselpuder wurden mit einem "N4 Plus Submicron Particle Sizer"-Partikelmessgerät von Beckman Coulter Inc. gemessen und der mittlere Partikeldurchmesser von Aluminiumoxid wurde mit einem "Coulter Multisizer II"-Partikelmessgerät von Beckman Coulter Inc. gemessen.
In der Spalte mit dem Titel "Phosphorsäure oder Verbindung statt dieser" in der Tabelle 1 gibt
"PA" Orthophosphorsäure und
"LA" Milchsäure an.
In der Spalte mit dem Titel "pH-Regulator" in der Tabelle 1 gibt "NH3" Ammoniak an.
In der Spalte mit dem Titel "Korrosionsinhibitor" in der Tabelle 1 gibt
"B-1" Benzotriazol
"B-2" 1-(2,3-Dihydroxypropyl)benzotriazol und
"B-3" 1-[N,N-Bis(hydroxydimehyl)aminomethyl]benzotriazol an.
In der Spalte mit dem Titel "wasserlösliches Polymer" in der Tabelle 1 gibt
"PVA" einen vollständig verseiften Typ eines Polyvinylalkohols mit einem Verseifungsgrad von 98 Mol-% oder höher und
"PVA*" einen partiell verseiften Typ eines Polyvinylalkohols mit einem Verseifungsgrad von ungefähr 88 Mol-% an.
In der Spalte mit dem Titel "Oxidationsmittel" in der Tabelle 1 gibt "HPO" Wasserstoffperoxid an.
Unter Verwendung von jeder der Polierzusammensetzungen gemäß den Beispielen 1 bis 27 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden ein Abdeck-Wafer aus Kupfer (ein Wafer A), ein Abdeck-Wafer aus Permalloy (ein Wafer B), ein Abdeck-Wafer aus Tantal (ein Wafer C) und ein Abdeck-Wafer aus Siliziumdioxid (ein Wafer D) unter den folgenden Polierbedingungen poliert. Die Dicke von jedem Wafer wurde vor und nach dem Polieren gemessen und eine Poliergeschwindigkeit durch Dividieren der Differenz zwischen den Dicken von jedem Wafer vor und nach dem Polieren durch die Polierstunden (30 Sekunden) berechnet. Die Ergebnisse sind in der Spalte "Abschliffleistung" in der Tabelle 2 gezeigt. Wie bei der Messung der Dicken wurden der Abdeck-Wafer aus Kupfer, der Abdeck-Wafer aus Permalloy und der Abdeck-Wafer aus Tantal mit einem Gerät zum Messen des Flächenwiderstands "VR-120" von Kokusai Electric System Service Co., Ltd. gemessen und der Abdeck-Wafer aus Siliziumdioxid wurde mit einem Gerät zum Messen der Dicke mit Hilfe der Lichtinterferenz "ASST-F5" von KIA-Tencor Corporation gemessen. Der Abdeck-Wafer aus Kupfer weist einen Überzug aus Kupfer auf, der mit einem Galvanisierverfahren auf einem 8 Inch dicken Silizium-Wafer gebildet wurde. Der Abdeck-Wafer aus Permalloy weist einen Überzug aus Permalloy auf (der aus 81,4 Massen-% Nickel und 18,6 Massen-% Eisen besteht), der mit einer Sputter-Technik auf einer 8 Inch dicken Silizium-Wafer gebildet wurde. Der Abdeck-Wafer aus Tantal weist einen Überzug aus Tantal auf, der mit einer Sputter-Technik auf einem 8 Inch dicken Silizium-Wafer gebildet wurde. Der Abdeck-Wafer aus Siliziumdioxid weist einen Überzug aus Siliziumdioxid auf, der mit einem CVD-Verfahren unter Verwendung von TEOS als Ausgangsmaterial auf einem 8 Inch dicken Silizium-Wafer gebildet wurde.
<Polierbedingungen>

Poliervorrichtung: Einseitige CMP-Poliermaschine "Mirra" von Applied Materials Inc.,
Polierkissen: mehrschichtiges Polierkissen "IC-1000/Suba400" aus Polyurethan von Rodel Corporation,
Druck beim Polieren: 17,3 kPa (= ungefähr 2,5 psi),
Rotationsfrequenz der Presswalze: 80 min^–1,
Geschwindigkeit des Zuführend der Polierzusammensetzung: 200 ml/min,
Rotationsfrequenz des Trägers zum Trägern des Wafers: 80 min^–1.

Ein gemusterter Wafer aus Kupfer von ADVANTEC Corp., der 854 Muster als Masken aufweist, wurde hergestellt. Der gemusterte Wafer aus Kupfer weist eine erste Grenzschicht aus Tantal mit einer Dicke von 15 bis 20 nm, eine magnetische Schicht aus einem Permalloy mit einer Dicke von 70 nm, eine zweite Grenzschicht aus Tantal mit einer Dicke von 15 bis 20 nm und eine Leiterschicht aus Kupfer mit einer Dicke von 1.000 mit auf, die nacheinander auf einer Isolatorschicht aus Siliziumdioxid mit Gräben, die eine anfängliche Eintiefung mit einer Tiefe von 800 nm auf der Oberfläche aufweist, angeordnet wurden. Zuerst wurde der gemusterte Wafer aus Kupfer vorwiegend unter Verwendung einer Aufschlämmung zum Polieren von Kupfer poliert. Danach wurde der Wafer unter Verwendung von jeder der Polierzusammensetzungen gemäß den Beispielen 1 bis 27 und den Vergleichbeispielen 1 bis 6 unter den obigen Polierbedingungen poliert. Der Poliervorgang wurde beendet, nachdem, nach dem Erfassen eines Signals am Endpunkt, für eine vorgegebene Zeitdauer weiter poliert worden war. Die vorgegebene Zeitdauer entspricht 20% der Polierdauer vor dem Erfassen des Signals am Endpunkt.

In dem Bereich, in dem vor und nach dem Polieren unter Verwendung von jeder der Polierzusammensetzungen ein Graben mit einer Breite von 100 μm gebildet wurde, wurde die Tiefe des Kümpelns gemessen. In dem Bereich, in dem vor und nach dem Polieren unter Verwendung von jeder der Polierzusammensetzungen ein Graben mit einer Breite von 10 μm gebildet wurde, wurde die Tiefe der Abtragung gemessen. Der Wert, der durch Subtrahieren der Tiefe des Kümpelns, die nach dem Polieren gemessen wurde, von der Tiefe des Kümpelns, die vor dem Polieren gemessen wurde, erhalten wurde, ist in der Spalte mit dem Titel "Kümpeln" in der Tabelle 2 gezeigt und der Wert, der durch Subtrahieren der Tiefe der Abtragung, die nach dem Polieren gemessen wurde, von der Tiefe der Abtragung, die vor dem Polieren gemessen wurde, erhalten wurde, ist in der Spalte mit dem Titel "Abtragung" in der Tabelle 2 gezeigt. Die Tiefe des Kümpelns und die Tiefe der Abtragung wurden mit einem Profilmesser "HRP340", einem Gerät zum Messen der Oberfläche mit Hilfe von Kontakten, von KLA-Tencor Corp. gemessen. Die Tiefe des Kümpelns betrug dann 10 nm und die Tiefe der Abtragung betrug 0 nm, wenn sie auf einem gemusterten Wafer aus Kupfer vor dem Polieren unter Verwendung von jeder der Polierzusammensetzungen poliert wurden. Ein positiver Wert bei der Tiefe des Kümpelns meint, dass der Teil der Leiterschicht, der innerhalb des Grabens angeordnet ist, vertieft wird und der negative Wert der Tiefe des Kümpelns meint, dass der Teil der Leiterschicht, der innerhalb des Grabens angeordnet ist, herausragt. In den Spalten mit dem Titel "Kümpeln" und "Abtragung" in der Tabelle 2 bedeutet die Markierung mit einem Sternchen (*), dass der gemusterte Wafer aus Kupfer nicht poliert werden konnte, da die Polierzusammensetzung nicht annähernd das Leistungsvermögen zum Polieren von Kupfer oder einem Permalloy besaß. Tabelle 2

	Abschliffleistung				Kümpeln [nm]	Abtragung [nm]
	Wafer A [nm/min]	Wafer B [nm/min]	Wafer C [nm/min]	Wafer D [nm/min]	Kümpeln [nm]	Abtragung [nm]
Bsp.1	190	170	70	90	–25	0
Bsp.2	190	170	120	130	–40	0
Bsp.3	190	170	110	120	–35	0
Bsp.4	190	170	45	60	100	5
Bsp.5	190	170	120	140	–55	10
Bsp.6	190	170	50	55	60	5
Bsp.7	190	170	70	90	–50	5
Bsp.8	160	160	70	90	–50	0
Bsp.9	180	170	70	90	–40	0
Bsp.10	210	170	70	90	30	5
Bsp.11	60	80	40	50	–50	0
Bsp.12	100	130	50	70	–40	0
Bsp.13	450	400	70	90	250	15
Bsp.14	150	170	70	90	150	5
Bsp.15	300	170	70	90	120	10
Bsp.16	200	170	70	90	60	5
Bsp.17	120	170	70	90	–60	0
Bsp.18	140	140	70	90	–45	0
Bsp.19	120	150	70	90	–50	0
Bsp.20	130	150	80	110	25	40
Bsp.21	200	170	75	80	–35	0
Bsp.22	200	165	80	80	–40	0
Bsp.23	200	160	85	80	–40	0
Bsp.24	140	140	35	10	80	5
Bsp.25	180	150	70	90	45	5
Bsp.26	180	160	70	90	45	5
Bsp.27	150	210	70	90	40	5
Vgl.-Bsp.1	30	40	0	0	*	*
Vgl.-Bsp.2	200	10	40	50	*	*
Vgl.-Bsp.3	220	10	30	40	*	0
Vgl.-Bsp.4	40	30	35	45	*	0
Vgl.-Bsp.5	10	30	110	120	*	*
Vgl.-Bsp.6	10	20	70	90	*	*

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, zeigten die Abschliffleistungen bei den Abdeck-Wafern aus Permalloy in den Beispielen 1 bis 27 höhere Werte als bei den Abdeck-Wafern aus Permalloy in den Vergleichsbeispielen 1 bis 6. Wenn die Ergebnisse für das Kümpeln und die Abtragung zwischen dem Beispiel 1 und dem Beispiel 24 verglichen wurden, hat sich gezeigt, dass ein vollständig verseifter Typ eines Polyvinylalkohols eine stärkere Funktion dabei zeigte, das Auftreten von Kümpeln und einer Abtragung (einer Stufe auf der Oberfläche) zu verhindern als ein partiell verseifter Typ eines Polyvinylakohols. Anhand der Ergebnisse der Beispiele 1 bis 10 wurde bestätigt, dass, wenn eine Polierzusammensetzung Phosphorsäure mit einem Gehalt von mehr als 0,4 Massen-% enthielt, die Polierzusammensetzung verbesserte Abschliffleistungen bei einem Abdeck-Wafer aus Kupfer und einem Abdeck-Wafer aus Permalloy zeigte.
Andererseits besaß keine der Polierzusammensetzungen aus den Vergleichsbeiepielen 1 bis 6 das Leistungsvermögen zum Polieren eines Abdeck-Wafers aus Permalloy mit einer hohen Abschliffleistung. Die Polierzusammensetzungen aus den Vergleichsbeispielen 1 und 4 bis 6 besaßen nicht das Leistungsvermögen zum Polieren eines Abdeck-Wafers aus Kupfer mit einer hohen Abschliffleistung. Die Ursache hierfür ist, dass die Polierzusammensetzung aus dem Vergleichsbeispiel 1 kein abrasives Mittel enthielt, die Polierzusammensetzungen aus den Vergleichsbeispielen 2 und 5 keine Phosphorsäure enthielten, die Polierzusammensetzung aus dem Vergleichsbeispiel 6 kein Oxidationsmittel enthielt und die Polierzusammensetzungen aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4 einen pH von mehr als 6 aufwiesen.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sollen als erläuternd und nicht einschränkend betrachtet werden und die Erfindung ist nicht auf die hierin angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims

Polierzusammensetzung, die zum Polieren einer magnetischen Schicht aus einer Nickel und Eisen enthaltenden Legierung einsetzbar ist, die auf einer Isolatorschicht mit einem Graben angeordnet ist, wobei die Polierzusammensetzung durch ein abrasives Mittel, Phosphorsäure, ein Oxidationsmittel, und einen Polyvinylalkohol gekennzeichnet ist, und wobei das Poliermittel einen pH-Wert von 6 oder darunter aufweist.
Polierzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphorsäure zumindest eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Orthophosphorsäure, Polyphosphorsäure, Pyrophosphorsäure, Metaphosphorsäure und Hexametaphosphorsäure.
Polierzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Phosphorsäure in der Poliermittelzusammensetzung 0,1 bis 1,0 Massen-% beträgt.
Polierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin gekennzeichnet durch einen Korrosionsinhibitor.
Polierzusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsinhibitor Benzotriazol oder ein Derivat hiervon ist.
Polierzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyvinylalkohol ein vollständig verseifter Polyvinylalkohol ist.
Polierverfahren, gekennzeichnet durch: Herstellen einer Polierzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und Polieren einer magnetischen Schicht aus einer Nickel und Eisen enthaltenden Legierung, die auf einer Isolartorschicht mit einem Graben angeordnet ist, unter Verwendung der hergestellten Polierzusammensetzung.