FR2952376A1 - Composition de polissage mecano-chimique et procedes lies a celle-ci - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une composition de polissage mécano-chimique utile pour le polissage mécano-chimique d'un substrat, dans laquelle le substrat comprend un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium ; et des procédés de fabrication et d'utilisation de la composition de polissage mécano-chimique. La composition de polissage mécano-chimique comprend comme constituants initiaux : au moins une parmi une première substance et une seconde substance, dans laquelle la première substance est selon la formule I dans laquelle la seconde substance est selon la formule II un abrasif ; et de l'eau.
Description
La présente invention concerne Une composition Cie polissage Cano-chimique et des procédés de fabrication et d'utilisation de ' lr' CI. La présente Invention concerne plus particulierement une composition de polissage mecancmchrmique pour le polissage d'un substrat 5 comprenant un matériau d'oxyde de silicium et un matériau d~ nitrure de silicium. Les structures d'isolation en tranchées peu profondes STI) sont utilisées pour séparer les transistors et les constituants de transistor, tels que les jonctions source/drain et les arrêts de canaux.. Les structures STI 10 sont typiquement formées en déposant une série de matériaux diélectriques sur un substrat et en polissant ensuite le substrat pour éliminer les matériaux diélectriques en excès. Un exemple d'une structure STI classique comprend le dépôt d'une couche de nitrure de silicium sur une couche d'oxyde formée sur un substrat de silicium, la formation d'un 15 motif et la gravure du substrat pour former une définition caractéristique, le dépôt d'un remplissage d'oxyde de silicium des définitions caractéristiques et le polissage de la surface du substrat pour éliminer l'oxyde de silicium en excès afin de former une caractéristique. La couche de nitrure de silicium agit comme une couche barrière, comme un masque 20 dur pendant la gravure des caractéristiques dans le substrat et comme arrêt du polissage pendant des procédés de polissage subséquents. De tels procédés de fabrication STI exigent le polissage de la couche d'oxyde de silicium par rapport à la couche de nitrure de silicium avec une quantité minimale de retrait du nitrure de silicium afin d'éviter la détérioration des 25 matériaux se trouvant en dessous. L'approche la plus largement utilisée pour le polissage de substrats STI est un procédé de polis sage n1E'cano-chimique - isolation en teinch peu pl ?tondes (Cf'°ll'-STI; qui comprend toi`; étapes ci rroi . usprinS;uns de ne lissa ge di cter _'nteLa Dra'e e étape' dk pV lss c; utliise r, piqu 'lient une suspension a al rl -11 ~I cr' cl` ,__ un t_ 'uf" )r~ls~ t~oJlI u r~~t r~c d:) e /r- 'nient n e n ,,en lai n u ..ar un _ élec , ité ar r nit Jr'I ..r ~aépolt rJ~, nitro d ciun . E...I~' _. de polissage peut retirer une partie d'oxyde de silicium et de nitrure de silicium pour corriger la topographie. La troisième etape de polissage constitue l'étape finale, cette étape est critique selon la planarité t la défectivite de la surface du substrat.
Lorsque les géométries du dispositif sont réduites, les e . gences de planante. pour les procédés STI deviennent plus strictes. De plus erg plus de fabricants de puces se tournent, en raison de ces exigences associées aux contraintes toujours présentes du coût, vers un CMP-STI à polissage direct a la place des approches de préparation STI à masque inverse plus coûteuses et consommatrices de temps. Les mesures de performance d'un procédé clé pour un SMP-S I I sont l'épaisseur de l'oxyde de la tranchée post-polissage, les épaisseurs du nitrure de la surface active et les deux intervalles d'épaisseur à l'intérieur de la filière (WID) et à l'intérieur de la pastille (WIW).
Une approche destinée à satisfaire les besoins présentés par un procédé CMP-STI à polissage direct est décrite par Prabhu et al. dans le brevet U.S. 7 063 597. Prabhu et al. citent un procédé pour le traitement d'un substrat comprenant les étapes consistant à : fournir un substrat comprenant un matériau diélectrique en vrac disposé sur un matériau diélectrique muni d'un motif dans une quantité suffisante pour remplir les définitions caractéristiques du matériau diélectrique muni d'un motif ; à polir le substrat avec une première composition de polissage et un article de polissage exempt d'abrasif jusqu'à ce que le matériau diélectrique en vrac soit pratiquement retiré ; et à polir le substrat avec une seconde composition de polissage et un article de polissage muni d'un abrasif pour retirer le matériau diélectrique en vrac résiduel et exposer le matériau diélectrique muai d'un motif se trouvant entre les définitions caractéristiques. Il existedant toujours un h, soin pour de`i conipO ,Iti n` de p) ça m.; :no-cnimoiue (LINP) et des procédés qui peinent titre et qui facilitent e retriait. a la fo d<' o et ' de silicium et du éans I ; tale finu' du p( n l ~ct l p( ente rlv eut on 3~i>~ lmou no C h'ilii(.ci' un;' (rr< < )~_'r~ ~(l tans e _ 'Ion ~~~ fo?n 2952376 HO ' R2 N OH P OH HO HO /R3 HO dans laquelle chacun des R1, R2, R3, R4, R6, R6 et R2 est un groupe de pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre 15 entier de 1 et 10, et dans laquelle, éventuellement, un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; une seconde substance selon la formule II
20 5 10 \\ OH HO \Re Ni RI 0 HO R4 OH (I) R2 R1° R12 25 R11 dans laquelle chacun P12 choisi parmj l'h.,rdrnriène et un groupe alkyle ayant do i à 6 atomes carbone dans 30 laquelle, dv te Cernent, deux plusieurs psi mi R. sont combings dans une structure c et dans laquel emuet, un ou pus ,eurs des azote riens a seconde suhstanc e irnIs dans une forme quateri note , Un r.ilà)i p. r là 10 Comprenant les étapes consistant : à la formule I ournir une première substance selon HO O 0) R6
R7 N R1 O O p R2 N / OH P OH HO R3 HOC f HO OH 15 dans laquelle chacun des RI, R2, R3, R4, R5, R6 et R7 est un groupe de pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre entier de 1 à 10, et éventuellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive à fournir une 20 seconde substance selon la formule II R8 25 N R8 Min (Jans taque! e Chacun oes Pin, ut substunc 61f-1 grOUpE. elkyle ayant a 6 atumeui, de urbuneu entuellement, (leu>: plusieurs parmi P Ru et Pi sont combines dans une ructure ,,cligne, t e eentue'lemtnt, If d6lUisi 660teb uesue nt nitre f,_ urnes dans une `ernie cluaternair uns laquelle (96CfiÛ uf 6irlïjrC abrusif fournir dL. ni luf fi suspension ; et à ajouter ragent d'ajustement du pH à la suspension pour ajuster le pH la suspension à < t fourni dans un autre aspect de la présente invention un procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat comprenant les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium ; à fournir au moins une parmi une première substance et une seconde substance ; dans lequel la première substance est selon la formule 15 OH (I) 0 P -'--''' HOC R6 R4 OH nt pi inent, -iiux poisieurs imbu: •ri HO 20 dans laquelle chacun des RI, R2, R3, R4, R5, R6 et R2 est un groupe de pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre entier de 1 à 10, et éventuellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; et, dans 25 lequel la seconde substance est selon la formule II R8 30 misi n pmi
combinés dans une structure cyclique, et éventuellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotes dans la seconde substance peuvent étre fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; à fournir un abrasif ; à fournir de l'eau ; à fournir un agent d'ajustement du pH ; à combiner (a) au moins une parmi la première substance et la seconde substance, (h) l'abrasif et (c) l'eau pour former une composition de polissage mécano-chimique; et à ajouter l'agent d'ajustement du pH pour ajuster le pH de la composition de polissage mécano-chimique à < 7 ; à fournir un feutre de polissage mécano- chimique ; à créer un contact dynamique à l'Interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel au moins une partie du matériau d'oxyde de silicium et du matériau de nitrure de silicium est retirée du substrat.
DESCRIPTION DETAILLEE La composition de polissage mécano-chimique de la présente invention est utile pour le polissage d'un substrat comprenant un matériau d'oxyde de silicium (par exemple TEOS) et un matériau de nitrure de silicium (par exemple SI3N4). La composition de polissage mécano-chimique de la présente invention est particulièrement utile dans la troisième étape de polissage d'un procédé CMP-STI en trois étapes dans lequel la planahsation de la surface et la minimisation de la défectivité sont des éléments déterminants. La formulation unique de la composition de polissage mécano--chimique de la présente Invention permet l'adaptation de la éi 'ctivite de la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de silicium _ O de la composition d'e polissage mécano-chimique en faisant `/ rie' les ç onc<'ntratio nt) p f errll<'f s. ' l >`. tan .r ie 'condo substam g. tees a ;rl i 5 tlOn C .i fini ' ooristit nts nitiau r. l._a col,, n clam G~_le ie ~. Df 'llt~ ï)nti _l p1 t ~s_ de ~tf cllt oïl L _. ~I~ ä~n ï1~i~31 Uic de 1 ~ nn hln~ prff_._ ente 1"!tiC ré fé ru n rie Zorn, pour présenter une, sélectivité de a vitesse e retrait de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de silicium de 0,5 à 2,0 ; encore mieux «)i,75 à 1,5 ; bien mieux encore de 0,8 a 1,2 ; et particulièrement de 0,9 1,2. La composition do polissage mécano-chimique de la présente invention contient comme constituant initial une première substance selon la formule I HO \R6 R' ùN R1? OH R2 N R iP OH HO HO /R3 1 OH P HO dans laquelle chacun des RI, R2, R3, R4, R5, R6 et R7 est un groupe de pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre 20 entier de 1 et 10. n est de préférence indépendamment un nombre entier de 1 à 4 pour chacun des R', R2, R3, R4, R5, R6 et R7. n est encore mieux indépendamment un nombre entier de 2 à 4 pour chacun des RI, R2, R3, R4, R5, R6 et R7. La première substance est bien mieux encore l'acide diéthylènetrianilnepentakis(méthylphosphonique), lequel présente la 25 formule suivante HO OH ,ä--0 HO 10 15 (1) 30 35 N ùOH Un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent Être éventuellement fournis dans une forme quaternaire dans laquelle l'azote prend une charge positive, On a mis en évidence que l'addition de la première substance comme constituant initial de la composition de polissage mécano-chimique de la présente invention a potin effet d'augmenter la vitesse de retrait du nitrure de silicium tout en ayant un effet minimal sur la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium de la composition de polissage mécano-chimique à des niveaux de pH acide. On peut, par l'addition sélective de la première substance comme constituant initial de la composition de polissage mécano-chimique de la présente invention, adapter la vitesse de retrait du nitrure de silicium exhibée par la composition de polissage mécano-chimique à des applications de polissage spécifiques. La composition de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend comme constituant initial de 0,001 à 1 % en masse de la première substance. La quantité de la première substance utilisée dans la composition de polissage mécano-chimique est choisie pour adapter la vitesse de retrait du nitrure de silicium par rapport à la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium. La composition de polissage mécano- chimique comprend comme constituant initial dans certaines applications préférées de 0,001 à 0,2 % en masse, encore mieux de 0,008 à 0,03 % en masse, bien mieux encore de 0,009 à 0,015 % en masse de la première substance. La composition de polissage mécano-chimique de la présente invention contient égarement comme constituant initial une seconde substance selon la formule Il30 dans laquelle chacun des F.', R.`', , Rn et est choisi parmi l`hydrogène et un groupe alkyle ayant de 1 â 6 atomes de carbone (par exemple le N,N,M N' tétraméthyl N",N" diéthylguanidiniu ). Chacun des R', R°, R1° R et R. ' est de préférence indépendamment choisi parmi un groupe méthyle, un groupe éthyle, un groupe propyle et un groupe butyle. Chacun des R R', , R et R12 est encore mieux indépendamment choisi parmi un groupe méthyle et un groupe éthyle. Chacun des R", R9, R1°, Rn et R' est bien mieux encore un groupe méthyle et fa seconde substance est la tetraméthylguanidine. Un ou plusieurs parmi R8, R R1° R11 et R12 est éventuellement un groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, où le groupe alkyle est un groupe alkyle halogéné, tel qu'un groupe éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, sec-butyle ou tertbutyle complètement ou partiellement halogéné. Deux ou plusieurs parmi R8, R9, R1°, Rn et R12 peuvent éventuellement être combinés pour former une structure cyclique saturé ou insaturé (par exemple, le 1-méthyl-7-npropyl-1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]déc-5-énium). Un ou plusieurs des azotes dans la seconde substance peuvent éventuellement être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive. On a mis en évidence que l'addition de la seconde substance comme constituant initial de la composition de polissage mécano-chimique de la présente invention a pour effet d'augmenter la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium tout en abaissant la vitesse de retrait du nitrure de silicium de la composition de polissage mécano-chimique à des niveaux de pH acide. On peut, par l'addition sélective de la seconde substance en combinaison avec la première substance comme constituants initiaux de la composition de polissage mécano-chimique de la présente invention, adapter les vitesses de retrait de l'o yde de silicium et du nitrure de silicium exnlhées rrar lu Composition de polissage Tilt t c no chII1 IUE:' a des applications e ' polissag spécifiques.
La guantlté d Ica onde sut st ,nce utllis" _ dans lac ?i11,)r) ;ition mec..anc,-chimiq e est choisie pour adapter l s IC 'r'dr_' Cie sili n1 t.',t Gu n '''r' c `;ri ruai. L CC)Mfl ' Itl(_)n Can 1111r'II~III ~`e t 5 I~tt Invr'fitl0n comprend t .;m(?1 n n' Hl de 0,001 b (11a huatquo riipL i ii( ,L, , n i~ l mc t;n>tl'riaint :nl! le di... O,U 1 J3 1 •; en masse, encore mieux de 0,01 à 0,5 f/ç en masse, bien mieu/ encore 0,01 â 0,1 b en masse, et particulièrement de 0,02 à 0,06 % en masse de la seconde substance. La quantité d'abrasif utilisée dans la composition de polissage mécano-chimique de id présente invention peut être choisie pour adapter les vitesses de retrait de l'oxyde de silicium et du nitrure de silicium. Une augmentation de la concentration en abrasif dans la composition de polissage mécano-chimique a pour effet d'augmenter 1a vitesse de retrait de l'oxyde de silicium et la vitesse de retrait du nitrure de silicium. La composition de polissage mécano-chimique est de préférence formulée pour contenir une concentration suffisante d'abrasif afin de présenter une vitesse de retrait de l'oxyde de silicium de 400 à 1100 Â/min ; et une vitesse de retrait du nitrure de silicium de 400 à 1100 Â/min. Les abrasifs utilisables dans la composition de polissage mécano-chimique de la présente invention comprennent par exemple des oxydes inorganiques, des hydroxydes inorganiques, des hydroxydes-oxydes inorganiques, des borures métalliques, des carbures métalliques, des nitrures métalliques, des particules polymères et des mélanges comprenant au moins un des précédents. Les oxydes inorganiques appropriés comprennent par exemple la silice (SiO2), l'alumine (AI2O3), l'oxyde de zirconium (ZrO2), l'oxyde de cérium (CeO2), l'oxyde de manganèse (MnO2), l'oxyde de titane (TiO2) ou des combinaisons comprenant au moins un des oxydes précédents. On peut également utiliser, si souhaité, des formes modifiées de ces oxydes inorganiques, telles que des particules d'oxyde inorganique revêtues de polymère organique et des particules revêtues de matière inorganique. Les carbures, borures et nitrures métalliques sÇpropriés comprennent par en1pie le carburai de silicium, le nitrure de siIiciuni, le urbonitrr,re de silicium (SIUN), e carbure de b r, carbure de tungstène, le carbure de rcoeium, le bdru ! aIL.nlinr_,n1, ie carbure de tantale, !r_' carbure titane eu d' combinaisons cor? E tenant u moins un d 's eurbLir s, borures et nitrures niéta;iliques prt ._dents. L'abrasif est d` preterenc en rusé de oniale. LabrusIt die silice ~oll0dale utilisable dans pre de dL! p' ~a iLJ111, »- in1~LiuH cont.i nt èL les ii 'Il le 11 I.'_'l m L'abrasif utilisé dans ia composition de polissage mécano-chimique est dans certains modes de réalisation de la présente invention unie silice colloidale présentant une taille moyenne de particule ≤ 100 nm, La silice colloidale présente dans certains aspects de ces modes de réalisation une taille moyenne de particule de 1 à 100 mn. La silice colloïdale présente dans certains aspects de ces modes de réalisation une taille moyenne de particule de 1 à 50 nm. La silice colloidale présente dans certains aspects de ces modes de réalisation une taille moyenne de particule de 1 à 40 nm. La silice colloïdale présente dans certains aspects de ces modes de réalisation une taille moyenne de particule de 1 à 30 nm. La silice colloïdale présente dans certains aspects de ces modes de réalisation une taille moyenne de particule de 20 à 30 nm. La composition de polissage mécano-chimique utilisée contient dans certains modes de réalisation de la présente invention de 1 à 40 % en masse d'abrasif. La composition de polissage mécano-chimique utilisée contient dans certains aspects de ces modes de réalisation de 1 à 25 % en masse d'abrasif. La composition de polissage mécano-chimique utilisée contient dans certains aspects de ces modes de réalisation de 1 à 10 % en masse d'abrasif. La composition de polissage mécano-chimique utilisée contient dans certains aspects de ces modes de réalisation de 1 à 5 % en masse d'abrasif. La composition de polissage mécano-chimique utilisée contient dans certains modes de réalisation de la présente invention de 1 à 40 % en masse, de préférence de 1 à 25 % en masse, encore mieux de 1 à 10 % en masse, bien mieux encore de 1 à 5 % en masse d'abrasif de silice colloïdale, dans laquelle l'abrasif de silice colloidale présente une taille moyenne de particule 100, de préférence de 1. à 100 nm, encore rÎ l _'u di.' 1 à `)0 nm, Men mieu, encore de 1 u 1d nm, pi r tic,uli rement de 1 à d0 [lm, tout particui er nient de 20 à 30 nrn.
L'eac.l utlli dans a con p. rit on unir-risque de ~l présente in"» ntion est de préférence une parmi une eau éniinéraiisee et une clu distillée fin de Iiniit e ! ui t incidents. L Itl n nie i ?ïS55L1. n .limicIue pr ion prés te un pH - , eneor e rr t- us 7 Lien m 'u... nore cie f1 -i, pu rt.if ru t ,i ? l l <l ni i, ;<.~r , n di pu il sri un ICJ.' It) ;nitr et iju ,tentent du pl~.
Dans certains modes de réalisation de la présente invention, l'agent d'ajustement du pH est choisi parmi un acide inorganique (par exemple [acide nitrique, {'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique et l'acide phosphorique) et une base inorganique (par exemple l'hydroxyde de potassium), Dans certains aspects de ces modes de réalisation l'agent d'ajustement du pH est au moins un parmi l'acide nitrique (HNO) et l'hydroxyde de potassium (KOH). L'agent d'ajustement du pH est dans certains aspects de ces modes de réalisation l'acide phosphorique. La composition de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend éventuellement comme constituants initiaux r de 0,001 à 1 % en masse (de préférence de 0,001 à 0,2 % en masse, encore mieux de 0,008 à 0,03 % en masse, bien mieux encore de 0,009 à 0,015 % en masse) de la première substance ; de 0,001 à 5 % en masse (de préférence de 0,01 à 1 % en masse, encore mieux de 0,01 à 0,5 % en masse, bien mieux encore de 0,01 à 0,1 % en masse, particulièrement de 0,02 à 0,06 0/0 en masse) de la seconde substance ; de 1 à 40 % en masse (de préférence de 1 à 25 % en masse, encore mieux de 1 à 10 0/0 en masse, bien mieux encore de 1 à 5 % en masse) d'abrasif ; et de l'eau ; dans laquelle la composition de polissage mécano-chimique est formulée pour présenter une vitesse de retrait de l'oxyde de silicium de 400 à 1100 Â/min, une vitesse de retrait du nitrure de silicium de 400 à 1100 Â/min et une sélectivité de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de silicium de 0,2 à 4,0 (de préférence de 0,5 à 2,0, encore mieux de 0,75 à 1,5, bien mieux encore de 0,8 à 1,2, particulièrement de 0,9 à 1,1) à un pH de < 7 (de préférence 5, encore mieux de 2 à 4, bien mieux encore de 2 â 3) ; de préférence dans laquelle la première substance est l'acide diéthylenetriaminepentakis(méthylphusphonique) et la seconde substance est la tetraméth Iquanidine. La composition ce polis sage mécano-chllniciuee utilisée dans le proue rr` polissage niecano-chimique de la présente invention comprend 'lits 'llernent en nIus des additifs suppléai ente ires Isis narrai de s d spers.ants, des t nsiorlr_tifs, des tampons, clos a ;ors antl Tou de hi oui clv r; prs;s.~~~l~, aine iLaqelLi r nia end [Lie i,riants ini ic diéthylénethaminepentakis(méthylphosphonique) comme première substance et la tétraméthylguanidine comme seconde substance. Le procédé de fabrication de la composition de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend les étapes consistant: à fournir une première substance selon la formule I, dans laquelle chacun des RI, R2, Rr, R R ', R" et R .l est un groupe de pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre entier de 1 à 10 (n est de préférence un nombre entier choisi indépendamment parmi de 1 à 4 pour chacun des R', R2, R3, R4, R), R6, R7 ; n est encore mieux un nombre entier choisi indépendamment parmi de 2 à 4 pour chacun des R', R2, R3, R4, R5, R6, R' ; la première substance est encore mieux l'acide diéthylènetriaminepentakis(méthylphosphonique), (un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être éventuellement fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive) ; à fournir une seconde substance selon la formule II, dans laquelle chacun des R°, R9, R1°, Rn et R12 est choisi parmi l'hydrogène et un groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone (par exemple le N,N,N',N'-tétraméthyl-N",N"-diéthylguanidinium), (chacun des R8, R9, R1°, Rn et R12 est de préférence indépendamment choisi parmi un groupe méthyle, un groupe éthyle, un groupe propyle et un groupe butyle ; chacun des R8, R9, R1°, Rn et R12 est encore mieux indépendamment choisi parmi un groupe méthyle et un groupe éthyle ; chacun des R8, R9, R1°, Rn et R12 est bien mieux encore un groupe méthyle et la seconde substance est la tétraméthylguanidine), (un ou plusieurs parmi R8, R9, R1°, Rn et R12 est (sont) éventuellement un groupe alkyle ayant de 1 à f atomes de carbone, dans lequel le groupe alkyle est un groupe alkyle halogéné, tel qu'un groupe éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, sec-butyle ou tort-butyle complètement ou partiellement halogéné), (deux eu plusieurs parmi R', R R R et Ri peuvent éventuellement étre combine s pour former une structu e cyclique suturé ou insaturé (par .empli' lt' 1.-rTv_thyl -n-prOpyl-':, 'rl<" abiCVC C-) 4.4.0jdec- -eniurn», (un u p usiel_;' azote` ond-' substance p 'u'.ent ltuellenent ét:re fournis dans une for nie ouatrnai (7cun`i luuu_'le )nd ine _hurge ()rio on. ~nrus1 - u r -sir rcreri o ulu`~'t~~~in rt .'~~ pH r_3 ~~~I~ e la pr~~r r uh~tun, ~, ab if Cour former suspension ; et à ajouter [agent d'ajustement du pH à la suspension pour ajuster le pH de la suspension à < 7 (de préférence 5, encore mieux de 2 à 4, bien mieux encore de 2 à 3). tes agents d'ajustement du pH utilisés comprennent de préférence des agents inorganiques d'ajustement du pH.
L'agent d'ajustement du pH peut par exemple être choisi parmi un acide inorganique (par exemple [acide nitrique, [acide sulfurique, l'acide chlorhydrique et l'acide phosphorique) et une base inorganique (par exemple l'hydroxyde de potassium). L'agent d'ajustement du pH est au moins un parmi [acide nitrique (HNQ) et l'hydroxyde de potassium (KOH). Le procédé de la présente invention de polissage mécano-chimique d'un substrat comprend les étapes consistant: à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium ; à fournir une composition de polissage mécano-chimique selon la présente invention ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel au moins une partie du matériau d'oxyde de silicium et du matériau de nitrure de silicium est retirée du substrat. La composition de polissage mécano-chimique de la présente invention est de préférence formulée dans le procédé de la présente invention de polissage mécano-chimique du substrat comprenant un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium pour présenter une sfclect[,ute de la vit(-se de retrait de l'oxyde de silicium par apport au nitrure Cie siIicll.Jni de 0,2 a 4,0. pa (a)mposltlorl dt.' polissage Cll 'C(.3'10-chimiq ce e t encore rl'leux fornlulde pour présente!" une select `site de la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de c i l iciu(1 Cie d,5 a 2,0, encore mieux de 0, 75 a ? 5 bl 'il Il leu encore de 0,8 a 1 purticullelement de 0,9 a 1 La co m . sit..on ?c :-lissa oc hcca ~him Tn.'ent )r dans prcccl ~ cie I~ [ire en rio ~1 rc in -t hi vlgue 'u •t.rut Lc:11r) e feint S1 cii i un m~;1L!'al3 ,s ne rio rl, SIII~-un présenter unie vitesse dt retrait: de l'oxyde de silicium de 400 à 1100 Àmin ; et une vitesse de retrait du nitrure de silicium de 400 0 1100 Â,' gyrin. Le procédé de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend de préférence l'application d'une pression nominale pressant le substrat et le feutre de polissage mécano-chimique l'un contre l'autre (c'est-à-dire une pression du feutre de polissage). La pression du feutre de polissage est de préférence de 3 à 35 kPa. La pression du feutre de polissage est encore mieux de 10 à 30 kPa. La pression du feutre de polissage est bien mieux encore de 17 à 25 kPa. Le procédé de la présente invention de polissage mécano-chimique d'un substrat comprend de préférence les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium ; à fournir au moins une parmi une première substance et une seconde substance (à fournir de préférence à la fois une première substance et une seconde substance) ; dans lequel la première substance est selon la formule I, dans laquelle chacun des R', R2, R3, R4, R5, R6 et R7 est un groupe de pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre entier choisi parmi de 1 et 10 (n est de préférence un nombre entier indépendamment choisi parmi de 1 à 4 pour chacun des RI, R2, R3, R4, R5, R6, R7 ; n est encore mieux un nombre entier indépendamment choisi parmi de 2 à 4 pour chacun des R', R2, R3, R4, R5, R6 , R7 ; la première substance est encore mieux l'acide diéthylènetriaminepentakis(méthylphosphonique)), (un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être éventuellement fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive) ; et dans lequel la seconde substance est: selon a formule II, à fournir ue seconde substance selon la formule II, dans laquelle chacun des fZ~, R P P t P est choisi parmi l'hydrogène en groupe dl /le ayant de 1 a V atome`. de carbone (ne( N,N,N ,N'-tetranieti,y1-N",Ncliethylguanidinium), (chacun des F dr pré renie inéé enéaninient choke parme un are upe n Lmi c , pro; .1~ t meut nutvle ; et P ~st encore n i e a ci 'l'~_ 'miment X n C: re.e tf1,1 llo ri : der P , ~IIC'Li, un Caro, ne l'~ t'1~'I.. et ni IL35 substance est le tetramethylguanidine), (un ou plusieurs parmi Rr, et R.~' est éventuellement un groupe alkyle ayant de 1 ù 6 atomes carbone, où le groupe alkyle est un groupe alkyle halogéné, tel qu'un groupe éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyC , sec-butyle ou tert- butyle complètement ou partiellement halogéné), (deux eu plusieurs parmi R8, et R' peuvent éventuellement étre combinés pour former une structure cyclique saturé ou insaturé (par exemple, le 1-méthyl-7-2-propyl-1,5,7-triazabicyclo[4.4,0]dec-5-enium)), (un ou plusieurs des azotes dans la seconde substance peuvent éventuellement ètre fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive) ; à fournir de l'eau ; à fournir un agent d'ajustement du pH ; à combiner (a) au moins une parmi la première substance et la seconde substance, (b) l'abrasif et (c) l'eau pour former une composition de polissage mécano-chimique ; et à ajouter l'agent d'ajustement du pH pour ajuster le pH de la composition de polissage mécano-chimique à < 7 ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel au moins une partie du matériau d'oxyde de silicium et du matériau de nitrure de silicium est retirée du substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique fournie présente une sélectivité de la vitesse de retrait de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de silicium de 0,2 à 4,0 (encore mieux de 0,5 à 2,0, bien mieux encore de 0,75 à 1,5, particulièrement de 0,8 à 1,2, tout particuiiérement de 0,9 à 1,2) ; présente une vitesse de retrait de l'oxyde de silicium de 100 ù 1100 Â !min ; presente une Item( de iet:rait d'u nitrure de `silicium d 400 11.00 avec un itr_s de la table 92 Motu, une vitesse du support de 8 ï' tr/min, une vites - bgpport de la composition de :_,Ils aoe mecs no chin io ie de )00 nil:min .t pression nom nalt de 0 I,Pci ur un rra o ne nie p iissaCle de 200 mira ; dans lequel le teut:re Ge pGissa 'iec dn0-( hlnpU , or-et:hune po. ro demi) pl d un ouche e pol a_açe do l t rl ,i (sa. 10 trot sur un ubstr Le procédé de la présente invention de polissage mécano-chimique d'un substrat comprend de préférence les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium ; a fournir au moins une parmi une première substance et une seconde substance (à fournir de préférence à la fois une première substance et une seconde substance) ; dans lequel la première substance est selon la formule I, dans laquelle chacun des R1, R2, R3, R4, R5, R et R est un groupe de pontage présentant la formule -(CN2)re, dans laquelle n est un nombre entier choisi parmi de 1 à 10, (n est de préférence un nombre entier indépendamment choisi parmi de 1 à 4 pour chacun des R1 R2, R3, R4, R5, R" et R' ; n est encore mieux un nombre entier indépendamment choisi parmi de 2 à 4 pour chacun des R1, R2, R3, R4, R5, R6, R' ; la première substance est encore mieux l'acide diéthylénetriaminepentakis(méthylphosphonique)), (un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être éventuellement fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive) ; et dans lequel la seconde substance est selon la formule II, à fournir une seconde substance selon la formule II, dans laquelle chacun des R8, R9, R1°, Rn et R12 est choisi parmi l'hydrogène et un groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone (par exemple le N,N,N',N'-tétraméthyl-N",N"-diéthylguanidinium), (chacun des R8, R9, R1°, Rn et R12 est de préférence indépendamment choisi parmi un groupe méthyle, un groupe éthyle, un groupe propyle et un groupe butyle ; chacun des R8, R9, R1°, R11 et R12 est encore mieux indépendamment choisi parmi un groupe méthyle et un groupe éthyle ; chacun des R, R11 et R12 est bien mieux encore un groupe méthyle et la seconde substance est la en arnthylguaniciine), (un ou plusieurs parmi R`' ituellement un groupe alkyle ayant de 1 u 6 atomes de carbone, où l groupe alkyle est un gmupc alkyle halr gêné, tel qu'un d ourse eth y fe, propyle, Isopropyle, butyle, i sobuty ec butyle ou tert- butyle completement ou i artiel'iement halogéné), (deux plusrec parmi F.m ff et 1i. neuvent être eventuellemerrt combinés pour. forme yct gué saturé o in utur (par 1.-n et , ~1.~+ e~/'uM)) (Un 35 Onde SUIDS,,taanC. nt :Ment iemiS dans ' .rur I ~l'~e ~.lJ~aerr ah d'uns ~lilueui _' 3.'_r1, erlei positive) ; à fournir de l'eau ; à fournir un agent d'ajustement du p combiner (a) au moins une parmi la première substance et la seconde substance, (b) l'abrasif et (0) l'eau pour former une composition de polissage mécano-chimique ; et à ajouter l'agent d'ajustement du pH pour ajuster le pH de la composition de polissage mécano-chimique à < 7 ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat; et à distribuer la composition de polissage mécano-chimique sur le feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel au moins une partie du matériau d'oxyde de silicium et du matériau de nitrure de silicium est retirée du substrat ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique comprend comme constituants initiaux : de 0,001 à 1 % en masse (de préférence de 0,001 à 0,2 % en masse, encore mieux de 0,008 à 0,03 % en masse, bien mieux encore de 0,009 à 0,015 % en masse) de la première substance ; de 0,001 â 5 % en masse (de préférence de 0,01 à 1 % en masse, encore mieux de 0,01 à 0,5 % en masse, bien mieux encore de 0,01 à 0,1 % en masse, particulièrement de 0,02 à 0,06 % en masse) de la seconde substance de 1 à 40 % en masse (de préférence de 1 à 25 % en masse, encore mieux de 1 à 10 % en masse, bien mieux encore de 1 à 5 % en masse) d'abrasif ; et de l'eau ; dans lequel la composition de polissage mécano-chimique est formulée pour présenter une vitesse de retrait de l'oxyde de silicium de 400 à 1100 Â/min, une vitesse de retrait du nitrure de silicium de 400 à 1100 Â/min et une sélectivité de l'oxyde de silicium par rapport au nitrure de silicium de 0,2 à 4,0 (de préférence de 0,5 à 2,0, encore Plieur de 0,75 à 1,5, bien mleu x encore de 0,0 à 1,0, particulièrement dt 0,9 à 1,2) â un wieu Y. encore mieux. I acide d t` ylènetrlaminepentakis(nièth •'lphosphcnigue) et seconde su bs once est la tétramét`rylguanidin e) a. ur t vitesse de rie de 0).3 tr/niin, une tes e du support de 87 t."jr yin, une vites apport de la composition de pi.rLssaee n ecan , ~h nuque de 200 m0min norninu le de 20,1 kPa sur uni ". ne de po ege 200 rue ' :ïo l t, u.rpolr ,~3r;ï_ m~ r rl~{'~,~~ ~m Ifl~_. ~l(w X:hI`_,5<< 'lH<'il~' (de préférence encore mieux dt 2 à bien (dans Iequr_: â première ` ubs ince st encore substrat de feutre (par exemple feutres de polissage Polites.' disponibles chez Rohn~ aas Electronic Mater-lais CMP Inc.).
Exemples Cernpositions de polissage mécano- On e préparé les compositions de polissage mécano-chimique (CMPC) à tester en combinant les constituants dans les quantités indiquées dans le tableau 1 et en ajustant le pH des compositions au pH final indiqué dans le tableau 1 avec de l'acide nitrique ou de l'hydroxyde de potassium.
Tableau 1
1 1ère substance" 2e substance' Abrasif pH final CPMC L% en masse) j% en masse) (% en masse) a 0,02 4 3,0 0 0,03 3,0 0 0,04 3,0 4 0,05 4 3,0 5 o 0,1 3,0 0,03 6 3,0 0,05 6 3,0 8 0,01 0 2,5 9 o,o1 0,05 6 2,5 10 Pic: 0,05' n r-r~n~i.-rr-n substance ~~ c i ~ rinr i r4 !ti i i scie Y U L o i i~- c ~:thy netrii!minr.1,entaknàhylhhohoniqu-i oi~,poniblr. Chez A,dncn. la econde: ` ubstance utiiisé c était la t, tramé'thylcuanid ne disponible nez Aldrich. ab asif itili d ins ies mpl s était os_ 1' PL 8E325 s ;ilcid ils'. fahr!iqué , par A% Eli m f r onic f~1at risils. 20 dans tableau 1 eau utilisant pListiiles ! ertuce uà 200 mm, spécifiquement des pastilles diélectriques TEOS et des pastilles de nitrure de silicium. On a utilisé une machine de polissage Applieci Materials AMAT Mina 200 mm pour polir toutes les pastilles de couverture dans les exemples en utilisant un polyuréthane oromere en relief Polite '1 HI déposé sur un substrat de feutre et en relief de motif croisé (disponible dans le commerce chez Rohm et Huas Electronic [Materials CNIP Tnc). Les conditions du polissage utilisées dans tous les exemples comprenaient une vitesse de la table de 93 tr/min ; une vitesse du support de 87 tr/min ; avec une vitesse d'apport du milieu de polissage de 200 ml/min et une pression nominale de 20,7 kPa. Les vitesses de retrait pour chacune des expériences de polissage sont indiquées dans le tableau 2. On note que l'on a calculé les vitesses de retrait à partir de l'épaisseur du film avant et après le polissage sur les pastilles de couverture. Les vitesses de retrait pour les pastilles de TEOS et pour les pastilles de nitrure de silicium ont été spécifiquement déterminées en utilisant un système de métrologie optique pour couche mince SpectraFX 200 disponible chez KLA-Tencor. Tableau 2 CM PC Vitesse de retrait de TEOS (Â!min) Vitesse de retrait du nitrure de silicium (Â/min) Sélectivité TEOS/Si N4 511 671 0,76 675 c, r 70 uu hl 5 5 9 7 8 C
Claims (6)
- REVENDICATIONS1. Composition de polissage mécano-chimique caractérisée en qu'elle comprend comme constituants initiaux : une première substance selon la formule I, HO 0) HO O P \R4 O 15 dans laquelle chacun des R', R2, R3, R4, R5, R6 et R7 est un groupe de 20 pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre entier de 1 à 10, et dans laquelle, éventuellement, un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; une seconde substance selon la formule 1.1 25 0 r R9 H dl,i 1°0.« () bgUelle, éVOntUelleMent, deux ou plusieurs parmi - et Psont combinés dans une structure cyclique, et dans laquelle, éventuellement, un ou plusieurs des azotes dans la seconde substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; un abrasif ; et de l'eau.
- 2. Composition de polissage mécano-chimique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la suspension de polissage mécano-chimique comprend comme constituants initiaux : de 0,001 à 1 10 en masse de la première substance; de 0,001 à 5 % en masse de la seconde substance ; de 1 à 40 % en masse d'abrasif ; et de l'eau.
- 3. Composition de polissage mécano-chimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente un pH de 2 à
- 4. 15 4. Composition de polissage mécano-chimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première substance est l'acide diéthylènetriaminepentakis- (méthylphosphonique) et la seconde substance est la tétraméthylguanidine. 20
- 5. Composition de polissage mécano-chimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'abrasif est une silice colloïdale présentant une taille moyenne de particule de1à50nm.
- 6. Composition de polissage mécano-chimique selon l'une 25 quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en plus un additif supplémentaire choisi parmi un dispersant, un tensioactif, un tampon, un agent ant:l-mousse et aeS biocides. Procédé de fabrication d'une composition de poils sa1e mécano Chm tique Cara(.térl é en Cr' qu'il Comprend IeS et ;pe s consista nt, ; 30 à fournir une première substance selon la formule 1 10 HO (I) dans laquelle chacun des R', R2, R3, R4, R5, R6 et R2 est un groupe de 15 pontage présentant la formule -(CH2)n-, dans laquelle n est un nombre entier de 1 et 10 et, éventuellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; à fournir une seconde substance selon la formule II 20 R8 R11 dans laquelle chacun des Rs R9, P10, Rni et Rii est choisi parmi 30 l'hydroqene et un groupe alkyle ayant de . à. 6 atomes de carbone, dé ou plusieurs parmi M", P, Pi R. et. P. sont éventuellement comMm dans une structure cyclique, rituellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotés dans la seconde ..substance peuvent être fiournls dans un. sirmci quaternaires dans ogwiille l'azote prend une charge positii fournir un Mi-irasi fournir de I«muà fournïr un agent d'ajustement du pH à combiner la première substance, la seconde substance, l'abrasif et l'eau pour former une suspension ; et a ajouter l'agent d'ajustement du pH à la suspension pour ajuster le pH de la suspension à <7. 8. Procédé de polissage mécano-chimique d'un substrat caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant : à fournir un substrat, dans lequel le substrat comprend un matériau d'oxyde de silicium et un matériau de nitrure de silicium ; à fournir au moins une parmi une première substance et une seconde substance ; dans lequel la première substance est selon la formule I HO 20 0 R6 R7 N R1. O ~ ~ 2 N OH R2' R P OH HO HO P HO 25 dans laquelle chacun des R1, R2, R2, et R7 est un groupe de pontage présentant la formule -(CH;),,-, dans laquelle n est un nombre entier de 1 et 10, et éventuellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotes dans la première substance peuvent être fournis dans une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; et, dans 30 Lequel la seconde substance est selon la formule .1 O (1)5 R11 10 dans laquelle chacun des R8, R9, R1°, Rn et R12 est choisi parmi l'hydrogène et un groupe alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement deux ou plusieurs des R8, R9, R1°, Rn et R12 sont combinés dans une structure cyclique, et éventuellement, dans laquelle un ou plusieurs des azotes dans la seconde substance peuvent être fournis dans 15 une forme quaternaire, dans laquelle l'azote prend une charge positive ; à fournir un abrasif ; à fournir de l'eau ; à fournir un agent d'ajustement du pH ; à combiner (a) au moins une de la première substance et de la 20 seconde substance, (b) l'abrasif et (c) l'eau pour former une composition de polissage mécano-chimique ; et à ajouter l'agent d'ajustement du pH pour ajuster le pH de la composition de polissage mécano-chimique à < 7 ; à fournir un feutre de polissage mécano-chimique ; 25 à créer un contact dynamique à une interface entre le feutre de polissage mécano-chimique et le substrat ; et, à distribuer ia composition de polissage mécano-chimique sur ie feutre de polissage mécano-chimique à ou à proximité de l'interface nt e I feutre polissage mécano-chimique et le substrat ; dans lequel au moins une purée du matériau d'oxyde de silicium et du matériau de nitrure de silicium est rt tir(~e du substrat. 9. Procédé selon la revendit 1don i, C 3C cterl C' 'n coMposition d ' polls`sa3LiC= mecsno c 1ni qu présente une d retrait dtc 1 C?`'vd' ~ ' `.sils ium pal r apport lu nitrul 2952376 2(5 10. Procédé seron rune quelconque des revendications S et 9, caractérisé en ce que la composition de polissage mécano-chimique présente une vitesse de retrait de l'oxyde de silicium de 400 à 1100 Â/min ; et une vitesse de retrait du nitrure de silicium de 400 à 11010 Â/min,
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