FR2961821A1 - Pate a polir de retrait de barriere polymere - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une pâte aqueuse utile pour le polissage chimique-mécanique d'un substrat semi-conducteur ayant des interconnexions en cuivre. La pâte comprend en pourcent en poids, de 0 à 25 d'agent oxydant, de 0,1 à 50 de particules abrasives, de 0,001 à 10 d'inhibiteur pour diminuer l'attaque statique des interconnexions en cuivre, de 0,001 à 5 de poly(éther méthylvinylique) ayant la formule suivante : et le poly(éther méthylvinylique) est hydrosoluble et n a une valeur d'au moins 5, de 0,005 à 1 d'acide aminobutyrique, de 0,01 à 5 de composé contenant du phosphore, de 0 à 10 d'agent de complexation du cuivre et le complément en eau.
Description
PÂTE À POLIR DE RETRAIT DE BARRIÈRE POLYMÈRE
ARPIEPE-PLAN DE L'INVENTION {0001] Au fur et à mesure due la technologie de circuit intégré a très grande échelle (Ultra-larde-scale-integrated ou ULSI) évolue vers des largeurs de ligne plus faibles, il apparaît de nouveaux défis pour l'intégration de procédés de polissage chimique-mécanique (Chemical mechanical polishing ou CMP}. De plus, l'introduction de films diélectrique à faible k et très faible k requiert l'utilisation de procédés CMP plus doux en raison de la faible résistance mécanique du film et de la faible adhésion aux couches adjacentes. De plus, des spécifications de défectuosité de plus en plus strictes ont ajouté de nouvelles exigences pour les pâtes à polir pour les films à faible k. [0002] L'intégration de différents films à faible k dans des ULSI peut également nécessiter de nombreuses étapes supplémentaires et l'incorporation de nouvelles technologies telles que le nettoyage supercritique, les coiffes diélectriques et métalliques, le dépôt conformé de barrières et de cuivre, la planarisation chimique-mécanique avec des pâtes à faible force descendante et sans abrasif. En plus de ces options techniques, les fabricants d'ULSI doivent considérer et gérer la complexité procedurale vis-a-vis du rendement, de la fiabilité, de le résistance mécanique et des performances, c'esLa dire la dissipation d'énergie due au délai résistance-capacité (WC). [0003] Les con)plerites entourant la mise en couvre de visite, iau,. fanée k ont introduit des défis plus importants pour Ic. nroe.ede marné rie, qui nécessitera la capacité a sentir( e!" les `,' ;rl hie comple,es et atteindre un rendement élevé et constant. L mu stem'e'nt des variables de traitement peut contribuer a diminuer l< variation du poli sage sur le film t faible Mals la rate CMP barrière l a plus souhaitable incorporera un agent active en surface, spécifique d'un diélectrique à faible k qui a une aptitude à l'ajustement des performances adaptable. Par exemple, Thomas et al. dans la publication de brevet U.S. 2007/00519, , décrivent une pâte qui ajuste la quantité de polyvinylpyrrolidone et de phosphate pour contrôler les vitesses de retrait de nitrure de tantale, de cuivre et d'oxyde dope au carbone (Carbon doped oxide ou CDO). L'ajustement des quantités de polyvinylpyrrolidone et de silice contrôle le rapport des vitesses de retrait du nitrure de tantale (barrière) et du CDO (diélectrique à très faible k) obtenu avec la pâte. Malheureusement, ces pâtes ont une vitesse de retrait de barrière insuffisante pour certaines applications. [0004] Il existe une demande pour une pâte à polir qui peut produire le retrait modulaire de barrières à des diélectriques à très faible k sans taux de retrait de cuivre excessifs. De plus, il existe une demande pour une pâte qui peut enlever une barrière avec une érosion de diélectrique à faible k contrôlée.
DESCRIPTION DE L'INVEN [ION [0005] Un aspect de l'invention concerne une pâte aqueuse utile pour le polissage chimique-mécanique d'un substrat semi-conducteur ayant des interconnexions en cuivre comprenant en pourcentage en poids, de 0 à 25 d'agent- n ydant de 0,1 et ho de particules abrasives, de 0,001. d'inhibiteur pour diminuer l'attaque statique des interconnexions en cuivre, de 0,001 0 5 de poiy( :ther métlhlylvinyliqu~.~) ayant la formol- uivonto (éther rnethylvinvliqu<2) étant hydrosoluble e c moins 5, de 0,005 0 i d'acide aminohutyr ic.lu ' 1C'. 0,0 compose contenant du phosphore, de 0 à 10 d'agent de complexatïon du cuivre et le complément en eau. [0006] Un autre aspect de l'invention concerne une p5te aqueuse utile pour le polissage chimique-mécanique d'un substrat semi-conducteur ayant des interconnexions en cuivre comprenant en pourcentage en poids, de 0 à 20 d'agent oxydant, de 0,5 à 50 de particules abrasives, de 0,005 à 10 d'inhibiteur pour diminuer l'attaque statique des interconnexions en cuivre, de 0,005 à 5 de poly(éther méthylvinylique) ayant la formule suivante 10 le poly(éther méthylvinylique) hydrosoluble et n ayant une valeur d'au moins 10, de 0,01 à 0,75 d'acide aminobutyrique, de 0,02 à 3 de composé contenant du phosphore, de 0 à 1.0 d'agent de complexation du cuivre et le complément en eau ; et la pâte aqueuse ayant un pH d'au moins 8. 15 [0007] Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de polissage d'un substrat semi-conducteur, le substrat semi-conducteur ayant une couche de cuivre, une couche de TEOS et une couche de diélectrique à faible k, le procédé comprenant les étapes suivantes . introduire de la pute à polir sur un tampon à polir, la ate a polir ayant Uni co position 20 comprenant en pourcentage en poids, de 0 à 25 d'agent oxydant, de 0,1 à 50 de particules abrasives, de 0,001 10 d'inhibiteur pour diminuer l'attique statique des interconnexions en cuivre, 0,00t poiy(etlrt_~r méthylvi~ ~ylique) oyant la formule suivante le poly(éther rnéthylvinylique étant hydrosoluble et .n ayant une valeur d'au moins 5, de 0,005 à 1 d'acide aminobutyrique, de 0,01 de composé contenant du phosphore, de 0 n 10 d'agent de complexution du cuivre et le complément en eau ; presser le substrat semi-conducteur contre le tampon à polir ; et créer un mouvement entre tampon à polir et le substrat semi-conducteur pour éliminer la couche de barrière avec une sélectivité par rapport à la vitesse de couche d'oxyde dopé au carbone d'au moins 1 à 1 pour une vitesse de retrait mesurée en angstréms par minute.
DESCRIPTION DES DESSINS [0008] La figure 1 est un tracé de la vitesse de retrait pour une pâte de poly(éther méthylvinylique) comparative qui ne comporte pas d'acide aminobutyrique, « MB ».
La figure 2 est un tracé de la vitesse de retrait pour des pâtes de poly(éther méthylvinylique) de l'invention qui contiennent 0,15 pourcent en poids (formes creuses) et 0,25 pourcent en poids (formes pleines) d'acide aminobutyrique.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0009] Tl a été decouvert que l'ajout dU .dly eth méti'/Ivinyliclu une pote pour barrière de diffusion au cuivre peut diminuer Io vite ;se de retrait d'oxyde dopé au carbone Dans efret indésirable sur les ;il:été h. retrait cle cuivre de substrat semi-conducteur. Dans contex de cc ' spécification, les substrats semiconducteurs comprennent c tranche ayant des i erconnexiions de conducteur metallIque dei" matériau dielectrigues séparés par des couches d'isolant d'une manière qui peut produire des électriques spécifique . De ph pates permettent une augmentation rie la Mneur en abra manière à augmenter plus avant. la vitesse de retrait de barrière sans un effet negat.ifi Brrr les ,yeuses de retrait de faible k ou de cuivre. Finalement, ces putes constituent une plate-forme pour ajuster les vitesses de retrait de barrière, de cuivre et de diélectrique pour satisfaire différentes applications de semi-conducteur exigeantes. [0010] Il a été découvert que le poly(éther méthylvinylique) hydrosoluble a un effet important sur la diminution de la vitesse de retrait de diélectriques u faible k, tels que l'oxyde dopé au carbone. Le poly(éther méthylvinylique) la formule suivante. ; 10 n [0011] n a une valeur d'au moins 5, de préférence au moins 10 et de manière préférée entre toutes au moins 20. Si n est trop élevé, le poly(éther méthylvinylique) perd son hydrosolubilité. De plus, étant donné 15 que les formulations de copolymère peuvent avoir des conséquences indésirables sur le polissage, il est important que le polymère de poly(éther méthylvinylique) ne contienne que des impuretés inévitables. Le poly(éther méthylvinylique) peut être efficace à des concentrations comprises entre 0,001 et 5 pourcent en poids. Cette spécification couvre toutes les concentrations en pourcentage en poids, sauf indication contraire spécifique. Avantegeusement, la pute e une (joncentration de poly(ether methylvinylique) comprise entre 0,005 et 5 pourcent en poids. De manière préférée entre toutes, la pâte e une concentration de poly(ether methylvinylique) comprise entre 0,01 et 1 pourcent en poids. 25 [0012] Le paie contient en outre de 0,005 à 1. pourcent en poids d'acide <.minobutyrique pour le retrait stable de films de cuivre, de TEOS et de diélectrique faible k. De préférence, la [Date contient en outre de 0,01 à erg poids d'acide aminobutyrique pour le retrait stable de films de cuivre, de TEOS et de diélectrique à faible k. De manière préférée entre toutes, la pâte contient en outre de 0,05 à 0,5 pourcent en poids d'acide aminobutyrique pour le retrait ,stable du films de cuivre, de TEOS et de diélectrique à faible k. [0013] La pâte contient facultativement de 0,01 à 5 pourcent en poids de composé contenant du phosphore. Dans le contexte de la présente spécification, un composé « contenant du phosphore » est un composé quelconque contenant un atome de phosphore. Facultativement, la pâte contient de 0,02 â 3 pourcent en poids de composé contenant du phosphore. Par exemple, la pâte contient facultativement de 0,05 à 2 pourcent en poids de composé contenant du phosphore. Par exemple, des composés contenant du phosphore comprennent des phosphates, des pyrophosphates, des polyphosphates, des phosphonates, des oxydes de phosphine, des sulfures de phosphine, des phosphorinanes, des phosphonates, des phosphites et des phosphinates comprenant, leurs acides, sels, sels d'acide mixtes, esters, esters partiels, esters mixtes, et des mélanges de ceux-ci, tels que, l'acide phosphorique. En particulier, la pâte à polir peut comprendre des composés contenant du phosphore spécifiques comme suit : phosphate de zinc, pyrophosphate de zinc, polyphosphate '!e zinc, phosphonate de zinc, phosphate d'ammonium, pyrophosphali mmoniurn, polyphosphate d'ammonium, phosphonate d'ammonium, phosphate de d'ammonium, pyrophosphate de diammonium, polyphosphate de d'ammonium, phosphonate de C iamruuniuni, phosphate de potassium, phosphate di potu ;fl ue, phosphate de quanidine, pyrophosphate de c,ua idine, polyphosphate de quanidine, phosphonate de quanidine, phosphate de fer, pyrophosphate de fer, polyphosphate de fer, phosphonate de fer, phosphate de cérium, pyrophosphate de cérium, polyphosphate de cérium, phosphonate de aérium, phosphate d"t ~th~~lénedlamine, phosphate de pipéra ine, pyrophosphate de pipérazine, phosphonate de piperazine, phosphate de mélamine, phosphate de dimélamïne, pyrophosphate de mélamine, polyphosphate de mélamine, phosphonate de mélamine, phosphate de mélam, pyrophosphate de mélem, polyphosphate de mélam, phosphonate 10 phosphate d'ammonium et l'acide phosphorique. Le phosphate d'ammonium en excès, cependant, peut introduire des quantités excessives d'ammonium libre en solution. Et un excès d'ammonium libre peut attaquer le cuivre de manière à produire une surface métallique rugueuse. L'ajout d'acide phosphorique réagit avec les métaux alcalins 15 libres in situ, tels que le potassium pour former le sel de phosphate de potassium et le sel de phosphate dipotassique qui sont particulièrement efficaces. [0015] Le composé de potassium présente également l'avantage de former un film protecteur qui protège le cuivre dans des solutions de nettoyage post-CMP agressives. Par exempte, le film de tranche post-CMP a une intégrité suffisante pour proteger la tranche dans des solution ; t l ayant des agents de cemplexation du cuivre acirr ssifs tels que rhydro,yde de tetraméthylammonium, V ethanolamine tut; l'acide dscorbiquc . [0016] L'agent optionel de retrait de bar r Ier. de tantale peut titre I accétaniidine, des sels d acetaniidine, des dérivés d acetanildlne, l'arginine, des sels d'argininc, des dérivés d'arginine, la formamidine, clos sels de formamidinci, des dérivés de formamidine, la quanldlnf clos del IVt s do quanldlne, clos sels do puanldlne et des nlelulnc)e s de CnH, -ci. Par exemple, la solution repose facultativement sur au moins un agent de de mélam, polyphosphate phosphate de mélem, pyrophosphate de mélem, de mélem, phosphonate de mélem, phosphate de phosphate d'urée, comprenant, leurs acides, sels, sels esters, esters partiels, esters mixtes, et des mélanges de dicyanodiami d'acide mixte ceux-Ci. [0014 Les composés préférés contenant du phosphore comprennent le retrait de barrière de tantale choisi dans Ce groupe comprenant ia formamidine, des dérivés de formamidine, des sels de formamidine, la guanidine, des dérivés de guanidine et des sels de guanidine mélanges de ceux-ci pour augmenter la vitesse de retrait de barrière. Des exemples spécifiques comprennent au moins un composé choisi parmi la guanidine, le chlorhydrate de guanidine, le sulfate de guanidine, le chlorhydrate d'amino-guanidine, l'acétate de guanidine, le carbonate de guanidine, le nitrate de guanidine, la formamidine, l'acide formamidinesulfinique, l'acétate de formamidine et des mélanges de ceux- ci. Facultativement, la solution contient de 0 à 12 pourcent en poids d'agent de retrait de barrière. Dans une autre variante, la solution contient facultativement de 0 à 10 pourcent en poids d'agent de retrait de barrière ; et pour certaines formulations, des concentrations d'agent de retrait de barrière facultatif de 0,1 à 5 ou 0,1 à 3 pourcent en poids peuvent augmenter les vitesses de retrait de barrière. Ces agents de retrait de barrière ont un impact plus important avec des formulations ayant une concentration plus faible en matières solides. De plus, suivant le niveau de pH, l'augmentation de l'ajout d'un oxydant tel que le peroxyde d'hydrogène peut augmenter plus avant l'impact de la vitesse de retrait de barrière. Par exemple, l'augmentation de la concentration de peroxyde d'hydrogène peut augmenter l'efficacité des agents de retrait de barrièr e, tels que la formamidine et la guanidine à des niveaux de pH acides. [0017] L'agent oxydant en une quantité facultative de 0 à 25 pourcent en poids peut faciliter l'élimination de couches de barrière, telle que le tantale, le nitrure de tantale, le titane et le nitrure de titane. Facultativement, la pate contient de 0 à 20 pourcent en poids d'adent o, ydent. De manière préfene c.rntre toutes, Id pète contient de 0,05 ~r ]0 pourcent en poids d'agent oxydant, Des oxydants ad apte= cemprCranent, par exemple, le peroxyde d'hydrogène, chus monopersulfates, è s ioda1us, le perphtalate de magnésium, l'acide peracétique et d'autres peracides, des persulfates, des bromates, des periodates, des nitrates, des sels de fer, des sels de cérium, des sels de manganèse (Mn) (III), Mn (IV) et Mn (VI), des sels de fer, des sels de cuivre, des sels de chrome, des sels de cobalt, des halogènes, des hypochlorites, ou des combinaisons comprenant au moins l'un des oxydants ci-dessus. L'oxydant préféré est le peroxyde d'hydrogène. Il doit étre noté que l'oxydant est typiquement ajouté à la composition de polissage juste avant utilisation et dans ce cas, l'oxydant est contenu dans un emballage séparé et mélangé sur le site d'utilisation. Cela est particulièrement utile pour les oxydants instables, tels que, le peroxyde d'hydrogène. [0018] L'ajustement de la quantité d'oxydant, tel que le peroxyde, peut également contrôler la vitesse de retrait d'interconnexion métallique. Par exemple, l'augmentation de la concentration de peroxyde augmente la vitesse de retrait du cuivre. Des augmentations excessives d'oxydant, cependant, présentent un effet indésirable sur le taux de polissage. [0019] La composition de polissage de la barrière métallique comprend un abrasif pour le retrait « mécanique » du matériau de barrière. L'abrasif est de préférence un abrasif colloïdal. Des exemples d'abrasifs comprennent les suivants : un oxyde inorganique, un borure de métal, un carbure de métal, un hydroxyde de métal, un nitrure dei métal, ou une combinaison comprenant. au moins l'un des abrasifs suivants. Des oxydes inorganiques adaptés comprennent, par exemple, la silice (SiO ), l'alumine (AI.O ), I'oxyde de zirconium (7_rO. ), l'oxyde de cérium (CeO. ), l'oxyde de manganèse (MnO:), et des mélanges de ceux-ci. L'alumine est disponrhie sous de nombreuses formes telles que l'alumine alpha, l'alumine gamma, l'alumine delta, et l ilumine amorphe (non cristalline). D'autres adaptes d'alumine sont des particules de boehmite (AIO()H)) et des m '`s e l ~u~,~~~,~ de ccllei. Des formcs modifiées de ces oxydes i. arciuniques telles que des particules d'oxyde inorganique enrobées de polymère 30 peuvent également étire utilisées, le cas échéant. Des carbures, borures ~t nitrures de métal adaptés comprennent, par exemple, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le carbonitrure de silicium (SiCN), le carbure de bore, le carbure de tungstène, le carbure de zirconium, le borure d'aluminium, le carbure de tantale, le carbure de titane, et des mélanges comprenant au moins un des carbures, borures et nitrures de métal ci-dessus. Le diamant peut également etre utilisé en tant qu'abrasif, le cas échéant. D'autres abrasifs comprennent en outre des particules polymères et des particules polymères enrobées. De manière préférée entre toutes, l'abrasif est choisi dans le groupe constitué de l'alumine, l'oxyde de cérium 10 et la silice et des mélanges de ceux-ci. Étant donné que la silice colloïdale érode les diélectriques à faible k à des vitesses faibles, la silice colloïdale représente l'abrasif préféré. [0020] L'abrasif a une concentration dans la phase aqueuse de la composition de polissage de 0,1 à 50 pourcent en poids. Pour des 15 solutions sans abrasif, un tampon abrasif fixe facilite le retrait de la couche de barrière. De préférence, la concentration abrasive est de 0,5 à 50 pourcent en poids. Et de manière préférée entre toutes, la concentration d'abrasif est de 1 à 40 pourcent en poids. Typiquement, l'augmentation de la concentration d'abrasif augmente la vitesse de retrait 20 des matériaux de cuivre, de TEOS et d'oxyde dopé au carbone. Par exemple, si un fabricant de semi-conducteur souhaite une v"tesse de retrait augmentée, alors l'augmentation de la teneur en abrasif peut augmenter la vitesse de retrait respective au niveau souhaite. [0021] L'abrasif a de préférence une taille de particule moyenne 25 Inférieure à 250 nm pour prevenir un bombage de métal et une érosion de diélectrique excessifs. Dans le contede de la présente spécification, ia taille de particule dé sigr e la taille de particule moyenne de silice collaiciale. De manière préférée entre toutes, la silice a une taille de particule moyenne inférieure a 150 nm pour réduire plus avant le bombage de 30 metal et l'érosion de dielectriciue. En particulier, une taille de particule moyenne d'abrasif inférieure à 75 nm élimine le métal de barrière à une vitesse acceptable sans élimination excessive du matériau diélectrique. Par exemple, une érosion de diélectrique et un bombage de métal les plus faibles se produisent avec une silice colloïdale ayant une taille de particule moyenne de 20 à 75 nm. La diminution de la taille cle la silice colloïdale a tendance à améliorer la sélectivité de la solution ; mais elle a également tendance à diminuer la vitesse de retrait de barrière. De plus, la silice colloidale préférée peut comprendre des additifs, tels que des dispersants pour améliorer la stabilité de la silice dans des plages de pH acides. Un tel abrasif est une silice colloïdale qui est commercialisée par AZ Electronic Materials France S.A.S., de Puteaux, France. [00223 Facultativement, de 0 à 10 pourcent en poids d'agent de complexation du cuivre prévient la précipitation de métaux non ferreux. Par exemple, la pâte peut contenir de 0,01 à 5 pourcent en poids d'agent de complexation du cuivre. De préférence, l'agent de complexation du cuivre est un acide organique. Des exemples d'agents de complexation du cuivre comprennent les suivants : acide acétique, acide citrique, acétoacétate d'éthyle, acide glycolique, acide lactique, acide malique, acide oxalique, acide salicylique, acide diéthyldithiocarbamate de sodium, acide succinique, acide tartrique, acide thioglycolique, glycine, alanine, acide aspartique, éthyleneciiamine, triméthyldiamine, acide malonique, acide glutérigue, acide 3-hydroxybutyrique, acide propionique, acide phtalique, acide isophtalique, acide 3-hydroxysalicylique, acide dihydr oxysalicylique, acide gallique, acide gluconique, pyr ocatéchol, 25 pyrogallol, acide tannique, et des sels de ceu= -ci. De préférence, I"agent c: ;mplr:: ation du cuivra est choisi dans le groupe constitué de l'acide rc tique l'acide citrique, I'ac tocc_étate d'éthyle, l'acide glycolique, i'acide lactique, l'acide malique, l'acide oxalique. De maniéré préferee entre toutes, l'agent de compiexation du cuivre est l'acide citrique. [0023] Un ajout de 0,001 à 1Ü pourcent en poids au total d'inhibiteur diminue la vitesse de retrait d'interconnexions en cuivre et protège le cuivre contre une attaque statique. Dans le contexte de la présente demande, l'interconnexion de cuivre désigne des interconnexions formées avec du cuivre ayant des impuretés inévitables ou des alliages à base de cuivre. L'ajustement de la concentration d'un inhibiteur ajuste la vitesse de retrait d'interconnexion de cuivre en protégeant le métal contre une attaque statique. De préférence, la pâte contient de 0,005 à 10 pourcent en poids d'inhibiteur. De manière préférée entre toutes, la solution contient de 0,01 à 2 pourcent en poids d'inhibiteur. L'inhibiteur peut être constitué d'un mélange d'inhibiteurs. Des inhibiteurs azole sont particulièrement efficaces pour les interconnexions en cuivre. Des inhibiteurs azole typiques comprennent le benzotriazole (BTA), le mercaptobenzothiazole (MBT), le tolytriazole et l'imidazole. BTA est un inhibiteur particulièrement efficace pour des interconnexions en cuivre et l'imidazole peut augmenter la vitesse de retrait de cuivre. [0024] La composition de polissage peut agir à des niveaux de pH acides et basiques Avantageusement, elle a un pH d'au moins 8 et le complément en eau. De préférence, le pH est compris entre 8 et 12 et de manière préférée entre toutes entre 9 et Il ,5. De plus, la solution, de manière préférée entre toutes, repose sur un complément d'eau déminéralisée afin de limiter les impuretés inévitables. Une source d'ions hydroxy, telle que l'ammoniaque, l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde dc_ potassium ajuste le pH dans la région basique. De maniere pré fqree entre 2.5 toutes, la source d'ions hydroxy est l'hydroxyde de potassium. [0025] Facultativement, la pute peut contenir des agents d'étalement tels que des chlorures ou en particulier, le chlorure d'ammonium, des tampons , des agents de dispersion et des tensioactifs. Par e,mple, la pàt.e contient facultativement de 0,000.1. à 1 pourcent en poids de chlorure 30 d'ammonium. Le chlorure d'ammonium produit une amélioration da l'aspect de surface et il peut également faciliter le retrait de cuivre en augmentant la vitesse de retrait de cuivre. En particulier, un ajout de 0,01 à 0,1 pourcent en poids rie chlorure d'ammonal peut augmenter la vitesse de retrait de cuivre. [0026] La composition de polissage peut également comprendre facultativement des agents tampons tels que différentes bases organiques et inorganiques ou leurs sels ayant un pila dans la plage de pH de plus de 8 à 12. La composition de polissage peut facultativement comprendre en outre des agents antimousse, tels que des tensioactifs non ioniques comprenant des esters, des oxydes d'éthylène, des alcools, l'éthoxylate, des composés de silicium, des composés de fluor, des éthers, des glycosides et leurs dérivés. L'agent antimousse peut également être un tensioactif amphotère. La composition de polissage peut facultativement contenir des biocides, tels que KordekTM MLX (9,5 à 9,9 % de méthyl-4- isothiazolin-3-one, de 89,1 à 89,5 % d'eau et 5_ 1,0 % de produit de réaction associé) ou KathonTM ICP III contenant des substances actives de 2-méthyl-4-isothiazolin-3-one et 5-chloro-2-méthyl-4-isothiazolin-3-one, tous fabriqués par Dow Advanced Materials, (Kathon et Kordek sont des marques de Dow Chemical Company ou ses filiales. [0027] De préférence, la pâte polit un substrat semi-conducteur par application de la pale sur un siihstrat sr'mi-conducteur e n appliquant 21 kPa ou moins de force descendante sur un tampon à polir. La force descendante représente Ira force du tampon polir conta' kc substrat semi-conducteur. Le tampon à polir peut avoir une forme circulaire, une forn1e de courroie ou une configuration de bande. Cette force descendante faible est particulièrement utile pour planariser le substrat semi-conducteur afin d'éliminer un matériau de barrière du substrat semi- conducteur. De manière preferee entre toutes, le polissage ec.tue avec une force descendante inférieure a 15 kPra. [0028] La solution produit la vitesse de retrait de nitrure de tantale supérieure à la vitesse de retrait d'oxyde dopé au carbone tel que mesuré en angstrdms par minute ou une sélectivité du nitrure de tantale par rapport à l'oxyde dopé au carbone d'au moins 1 à 1, respectivement, mesurée par la vitesse de retrait en angstrdms par minute avec une Pr ssion de tampon à polir en polyuréthane microporeux mesurée perpendiculairement à une tranche inférieure à 20,7 kPa. Un tampon à polir particulier utile pour déterminer la sélectivité est le tampon à polir en polyuréthane microporeux OptiVision 4540. Avantageusement, la solution 10 présente une sélectivité pour le nitrure de tantale par rapport à l'oxyde dopé au carbone d'au moins 1,5 à 1, respectivement, mesurée avec une pression de tampon à polir en polyuréthane microporeux, mesurée en angstrôms par minute perpendiculairement à une tranche de inférieure à 20,7 kPa ; et de manière préférée entre toutes, cette plage est d'au moins 1.5 2 à 1, respectivement, telle que mesurée avec une pression de tampon à polir en polyuréthane microporeux, mesurée en angstrôms par minute perpendiculairement à une tranche de inférieure à 20,7 kPa,
ExE mp~lcs 20 [0029] Une série de pâte A comparative et des exemples 1 â 45 mélangés avec un complément d'eau démi raF s sont présentés 45 dessous dans le tableau 1.
Tableau 1. H2O Acide LITA PMVE I k HPO., an1ln0 pH; H C), Pâte _en en en en butyrique H U. pH poids ) poids poids) poids) 000 en pH en poids ) poids) Poo-P ) A 0,0 )0 0/50 0 0,1.5 0,15 1 1,00 10,?6 1 0,050 0,750 0,01 0,:15 _ 11,00 10,2 7 0,15 2 0,050 0, 750 0,01 I 0,1.5 0 ,25 11,00 1.0,36 3 0,030 , 0,750 0,01 l 0,1.5 0 15 11,00 10,27 4 0,030 0 750 0,01 0,15 0,25 11,00 10,35 0,050 0,750 0,01 0,30 0,15 11,00 10,28 6 0,050 0,750 0,01 0,30 0,25 11,00 10,37 7 0,030 0,750 0,01 0,30 0,15 11,00 10,27 8 0,030 0,750. 0,01 0,30 0,25 11,00 10,35 9 0,050 0,750 0,005 0,15 0,15 11,00 10,25 0,050 0 ,7,50 0,005 0 15 0 25 11 00 10,35 0,030 0,750 0,005 0,15 0,1.5 11,00 10,25 12 0,030 0,750 i 0,005 0,15 0,25 11,00 10,36 1 13 0,050 0,750 0,005 = 0,30 0,15 11,00 10,30 14 0,050 X0,750 0,005 0,30 0,25 11,00 10,37 0,030 0,750 0,005 0,30 0,15 1.1,00 1.0,30 16 0,030 0,750 0,005 0,30 0,25 11,00 10,36 17 0,030 0,750 0 005 0 45 0 25 11,00 10,40 18 0,030 0,750 0,003 0,45 0,25 1,00 10,37 19 0,050 0,750 0,0025 0,15 0,15 11,00 10,25 0,075 0,750 0,0025 0,15 0,15 11,00 10,24 21 0,050 0,600 0,0025 0,15 0,15 11,00 10,33 22 0,050 0,900 0,0025 0,15 0,15 11,00 10,15 23 0,050 0,750 0,0025 0,1.00 0,15 11,00 10,24 24 0,050 0,750 0,0025 0,200 0,15 11,00 10,25 0,050 0,750 0,0025 0,15 0,10 11,00 10,15 26 0,050 0,750 0,0025 0,15 0,20 11,00 10,28 27 0,030 0,750 0,0003 0,15 0,15 11,00 10,24 28 0,030 0, 750 0,0010 0,15 0,15 11, 00 10,24 29 0,030 0,750 0,0025 0,15 0,15 1100 10,25 0030 0,750 0,0050 0,15 0,15 11500 10 24 31 0,0305 0,750 0,0075 0,15 0,15 11,00 10,25 32 0,030 0,750 0,0100 0,15 0,15 1,100 10,24 0,050 0,750 0,01_ 0,15 0,15 11,0(1 1(126 34 0,050 0,750 0,01 0,15 0,25 11,00 10,32 0,030 0 750 0,0025 0015 0,15 11,00 N.D. 36 0,050 0,750 0,0025 0,15 0,1.5 1 1,00 N.D. 37 0,075 0,750 0,0025 0,15 0,15 11,00 N.D. 38 0,050 0,500 0,0025 0,15 0,15 11,00 N.D. 39 0,050 1,000 0,0025 0,1.5 0,15 11,00 N.D. 0,050 07750 0,0025 0,050 0,'15 11,00 N.D. 41 0,050 0,750 0,0025 0, 300 0,15 1.1,00 N.D. 42 0,050 0,750 0,0025 0,15 0,05 1.1,00 N.D. 13 0,050 0 750 0,0025 0,15 0,30 11,00 N.D. 0,050 0,750 0,0025 0,15 0,15 10,80 N.D. j 45 _ 0,050 0,750 ~ 0,0025 , 0,15 0,15 10,60 N.D. o Tous les échantillons comprennent 6 pourcent en poids de silice colloïdale et 0,005 % en poids de biocide à un pH de 10,5, BTA = benzotriazole, biocide = Kordek MLX fabriqué par Dow Advanced Materials (9,5 à 9,9 .5 de méthyl-h-isothiazolin-3-one, 89,1 à 89,5 °/b d'eau et 0 1,0 5è de produit de réaction associé), Silice colloïdale = 1630-26, une particule de silice colloïdale ayant un diamètre moyen de 30 nm de AZ Electronic Materials France S.A.S., de Puteaux, France et Sigma-Aldrich Co, a fourni le poly(éther méthylvinylique). ND signifie Non Disponible 1 0 [0030]Pour les essais de polissage, il a été utilisé des tranches en feuille de 200 mm d'oxyde dopé au carbone (CDO) Cote de Novellus Systems, Inc. ou Black Diamond (CDOT de Applied Materials) sur des tranches modelées, du diélectrique TEOS, du nitrure de tantale, et du cuivre déposé 15 de façon électrolytique. Les données topographiques ont été obtenues par polissage de tranches en feuille avec ICIO1OTM et des tampons à polir PolitexTM bosselés de Dow Advanced Materials. [0031] Une plate-forme de polissage de type rotatif MIRRATM a été utilisée pour polir les tranches en feuille. La première étape de polissage 20 de cuivre a mis en oeuvre de la pâte Eternal EPL236O avec un tampon à polir OptivisionTM 4540. Le conditionneur de tampon est un disque de conditionnement en diamant à grille Kinik AD3CC-181060. Les conditions de polissage pour le polissage sont une vitesse de platine de 93 tours/min, une vite, «i de support de $7 tours min et une force descendante de 2 1,5 psi (10,3 kPa). [0032] Les vitesses de retrait ont éte caicuIdes à parlai de (Tai du film avant et après polissage. Tous les films optiquement transparents ont été nl ' -.gui e ; en utilisant un dispositif de mesure ellipsonietrique Tenc or Sf 300 configuré d 170 x 10 5? pour le cuivre et 28 000 10 S2 pour le +1 nitrure de tantale. L'uniformité de tranche est déterminée e partir d'un motif en spirale en utilisant un ellip>onaétre Tencor FX200. l_a défectuosité ci etc., dé`étcernmiode `rièeçc un >y'derme de balayacie de défaut optique Tencor 17 SPI. L'ensemble des vitesses de retrait dans fia description sont exprimées en unités de Amin.
Exempt _l [0033] Une série initiale de pâtes variant en termes de BTA, de poly(éther méthylvinylique), de phosphate de potassium et d'acide aminobutyrique a été préparée pour déterminer les caractéristiques de polissage. Les données de polissage sont présentées ci-dessous dans le tableau 2. Tableau 2 Pa te TEOS CDO Cu Non- Ta (A/min) (Â/min) (A/min} uniformité Cu %) 1 641 371 291 14,8 Éleva 2 643 353 .344 12,1 É lev0 3 629 278 360 7,6 É levé 4 666 360 411 5,6 Élevé 682 326 371 11,5 Eleve 6 731 530 7/3.3 11,5 Élevé 7 679 388 435 6,1 E/e vé 8 703 090 S Fie r o 9 1 66 9 010 2b', Ele vé _ if 6 78 I Il I 657 5 77 i 3 0 Î 5; J' E/r, Vt~ CDO est Coral de Novellus ; et E/c e désigne une vitesse de retrait de tantale attendue d'au moins -QUO Amin. [0034] Les données ci-dessus montrent que la variation des concentrations de BTA, de poly(~ ither méthylvinyliguede phosphate de potassium et d'acide aminobutyriquc n'ont pas d'influence notable sur les vitesses de retrait de TEOS, de CDO ei de cuivre. En rei mince aux figures 1 et 2, la figure 2 illustre la stabilité de la vitesse de retrait obtenue 20 avec l'acide aminobutyrique. 10 Exer71plç 2 [0035] Une deuxième série de Mes variant en termes de ESTA, de poly(éther méthylvinylique), de phosphate de potassium et d'acide aminobutyrique e été préparée pour déterminer les caractéristiques de polissage. Les données de polissage sont présentées ci-dessous dans le tableau
Tableau 3 15 12 16 17 18 TEOS (Â/min)
678 716 735 732 751 806 820 CDO (Â/min)
557 611 873 677 807 1124 1473 Cu (Â/min) 465 458 508 498 533 Non- uniformite Cu (%) 2,3 lev Élevé Élevé Élevé Élevé Élevé Élevé Pâte 14 590 579 3,6 2,4 Ta Le CDO est Coral de Novellus ; et Élevé désigne une vitesse de retrait de tantale attendue d'au moins 400 Â/min. 20 [0036] Les données ci-dessus montrent également que la variation des concentration_ (ether' tét,h r~ iI i que), phosphate de potassium et d'acide aminobutyrique n'ont pas d'influence notable. sur les vitesses de r-.-,trait de TEOS, de CDO et de cuivre_,. Tableau 2 3 [0037] Une troisieme serre de putes variant en termes de EST/\, poly(ether methylvinylique), de phosphate de potassium et: d'acide aminobutyrique a etr prt'purée pour déterminer les caractéristiques de polisaoe pour le crlivr : t I oxyde dope au carbone, comprenant l'oxyde dope au carbone pour des tranches (« wafer ») modelées. Les données de polissage sont présentées ci-dessous dans le tableau 4. Tableau 4 Pte CDO Cu Non- Tranche i { /min) (Â/min} uniformité modelée Ta Cu CDO %) (Â/min) 19 207 27 515 320 E/eve 20 l 116 31 562 354 E/evé 21 178 30 584 366 E/eve I 22 187 27 411 378 Élevé 23 15£1 26 428 305 Élevé 24 208 28 503 407 Élevé 25 148 24 343 266 Élevé 26 177 25 543 354 Élevé 27 207 27 515 320 E 'evc 28 116 31 562 354 Élevé Le CDO est Coral de Novellus ; la tranche modelée CDO est Black Diamond de Applied Materials et Élevé désigne une vitesse de retrait de tantale attendue d'au moins 400 Â/min. [0038] Les données ci-dessus montrent que la variation des concentrations de BTA, de poly(éther méthylvinylique), de phosphate de potassium et d'acide aminobutyrique n'ont pas d'influence notable sur les vitesses de retrait de CDO et de cuivre. De plus, les données ci-dessus montrent que la variation des concentrations de ESTA, de poly(éther méthylvinylique), de phosphate de potassium et d'acide aminobutyrique n ont pas d'influence notable sur les vitesses de retraits de CDO pour de ç tr anches modelées
Cx:emplç.:1 [0039] Une série de potes vu ria n Ç ri ternie de poly(e ber méthylvinylique) a été préparée pour déterminer les caractéristiques de poilssagc présente pour un oxyde dopé du carbone. Les données de polissage sont s ci-dessous dans le tableau 5. Tableau 5 Rate PMVE Cu Tranche Ta (c/o en (A/min) modelée poids) CDO (A/min) A 0 294 2 051 E/er e 27 0,0003 217 905 E/evé 28 0,0010 169 209 E/evd 29 0,0025 323 31 E1evé 30 0,0050 339 28 Élevé 31 0,0075 353 28 Élevé 32 0,0100 349 20 Élevé 33 0,0003 217 905 Élevé 34 0,0010 169 209 Élevé La tranche modelée CDO est Black Diamond de Applied Materials et Élevé désigne une vitesse de retrait de tantale attendue d'au moins 400 &/min. [0040] Les données ci-dessus illustrent que le poly(éther méthylvinylique) est un additif efficace pour diminuer la vitesse de retrait d'oxyde dopé au carbone. En particulier, un ajout de 0,0003 pourcent en poids produit une diminution mesurable de retrait d'oxyde dope au cerbnne.
E empl< 5 [0041] Un ensemble dry péta variant en termes d'acide aminobut:yrique pour vérifier la vitesse de retrait élevée de tantale obtenue avec les pates i,' de l'invention. Les données de polissage sont présentées ci-dessous dans fo tableau 6. 2961821 Tablerai! CDO Emin) 653 2 35 680 2 9 7 Le CDO est Cent de Novellus ; la tranche modelée CDO est Black Diamond de Applied Materials. [0042] Ces données illustrent que les pâtes de l'invention produisent des vitesses efficaces de retrait de barrière, telles que les vitesses de retraits de tantale.
Exemple 6 10 [0043] Une série finale de pâtes de BTA, poly(éther méthylvinylique), phosphate de potassium et acide aminobutyrique variables a été préparée pour déterminer les caractéristiques de polissage pour le cuivre et l'oxyde dopé au carbone, comprenant l'oxyde dopé au carbone pour des tranches modelées. Les données de polissage sont présentées ci-dessous dans le 1 tableau 7.
T !hie du 7 ranche ~`~ 7 E( _)5 Cu modelée. Ta Demuts (/min) (A/min) CDO (Nb (A/min) 61$ 3 51 1 19 618 E/",: i (l? 654 268 10 654 E/c,t,ë 79 6 70 222 38 680 Ei1)(~ 75 700 2 3 5 3 700 Est c 50 655 5 655 95 , 661 ND ,}» 661 E/ei (() 11 4r_') 11) I4<1 bote 5<ti, 676 19 1 676 floue 51 / 53 016 51 I 753 k Elfe o I oS Patio 34 Non- Tranche Cu 1 uniformité modelée Ta A/min) Cu I CDO (A/min) (A/min) 28 9 733 .11.
2J2 3 4 % 7 i 689 219 689É/e vé 54 É/e v6 66 signifie Non Disponible ; la Tranche modelée CDO est Black Diamond de Applied Materials et F/ovs' désigne une vitesse de retrait de tantale attendue d'au moins 400 Â/min, [0044] Ces données illustrent que les pâtes de l'invention produisent des vitesses de retrait de barrière efficaces avec une faible défectuosité. [0045] En résumé, l'invention concerne une formulation à vitesse de barrière élevée stable avec l'érosion contrôlée d'oxyde dopé au carbone. En particulier, ces pâtes ont des vitesses élevées de tantale avec des vitesses de retrait stables de TECKS, de cuivre et d'oxyde dopé au carbone. De plus, les pâtes produisent une uniformité de cuivre acceptable et une faible défectuosité. IO15
Claims (3)
- REVENDICATIONS1. Pâte aqueuse utile pour le polissage chimique-mécanique d'un substrat semi-conducteur ayant des interconnexions en cuivre comprenant en pourcent en poids, de d à 25 d'agent oxydant, de 0, l â 50 de particules abrasives, de 0,001 à 10 d'inhibiteur pour diminuer l'attaque statique des interconnexions en cuivre, de 0,001 à 5 de poly(éther méthylvinylique) ayant la formule suivante n le poly(éther méthylvinylique) étant hydrosoluble et n ayant une valeur d'au moins 5, de 0,005 à 1 d'acide aminobutyrique, de 0,01 à 5 de composé contenant du phosphore, de 0 à 10 d'agent de complexation du cuivre et le complément en eau.
- 2. Pâte aqueuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pâte comprend de 0,1 à 5 pourcent en poids d'au moins un composé choisi parmi la formamidine, des dérivés de formamidine, des ce si de tormamidine, la guanidine, dis dérivés de guanidinc sels de guenidine et un mélange de c u -ci.
- 3. Pote aqueuse selon la revendication 1 ou 2, caractérlr é ,gin ce que la pâte comprend de 1 â 40 pourcent en poids de irai icules abra ri silic colloldale. Pote aqueuse utile pour l ' polis aqe chimique rilt'(ï ]nlgrlE' d'un substrat serai-conducteur ayant des interconnexions en cuivre comprenant en pourcent en poids, de 0 à 20 d'agent oxydant, de 0,5 à 50de particules abrasives, de 0,005 à 10 d'inhibiteur pour diminuer l'attaque statique des interconnexions en cuivre, de 0005 à 5 de poly(éther méthylvinylique) ayant la formule suivante le poly(éther méthylvinylique) étant hydrosoluble et n ayant une valeur d'au moins 10, de 0,01 à 0,75 d'acide aminobutyrique, de 0,02 à 3 de composé contenant du phosphore, de 0 â 10 d'agent de complexation du cuivre et le complément en eau ; et la pâte aqueuse ayant un pH d'au moins 8. 5. Pâte aqueuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pâte comprend de 0,01 à 3 pourcent en poids d'au moins un composé choisi parmi la formamidine, des dérivés de formamidine, des sels de formamidine, la guanidine, des dérivés de guanidine et des sels de guanidine et un mélange de ceux-ci. 6. Pâte aqueuse selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la pâte comprend de 1 à 40 pourcent en poids de particules ves dV~ sl!ice. Pate aqueuse selon l'une des re'v'endication` caroc terisec en ce que Id pale comprend de 0,000 a 1 pourcent n 1 de chlorure d'ammonium. Date aqueuse selon ' une des ie'vendications , i a r caractérisée en ce que Id pâte comprend ce 0,01 ~a 5 pourcent en poids d agent de complexation du cuivre,. s ar)Procédé de polissage d'un substrat semi-conducteur, le substrat semi-conducteur ayant une couche de cuivre, une couche de TEOS et une couche de diélectrique à faible k, le procédé comprenant les étapes suivantes : - introduire de la pute à polir sur un tampon à polir, la pâte d polir ayant une composition comprenant en pourcent en poids, de O à 25 d'agent oxydant, de 0,1 à 50 de particules abrasives, de 0,001 à 10 d'inhibiteur pour diminuer l'attaque statique des interconnexions en cuivre, de 0,001 à 5 de poly(éther rnéthylvinylique) ayant la formule suivante : n le poly(éther méthylvinylique) étant hydrosoluble et n ayant une valeur d'au moins 5, de 0,005 à 1 d'acide aminobutyrique, de 0,01 à 5 de composé contenant du phosphore, de 0 à 10 d'agent de complexation du cuivre et le complément en eau ; - presser le substrat semi-conducteur contre le tampon à polir ; et - créer un mouvement entre le tampon à polir et le substrat semi-conducteur pour éliminer fa couche de barrière avec une sélectivité par rapport à la vitesse de r t de la couche d'oxyde dopé au carbone d`i, moins 1 à 1, pour une vitesse de retrait m -urée et angstrerns par minute. 1.0. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que Te procédé enlève une couche de nitrure de tantale à une vitesse plus élevée ou'une couche de diélectrique à faible k dopé au carbone. pour une tc ;,< mesurée en À/min.
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