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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schleimittelzusammensetzung
zur Verwendung zum Polieren von Substraten für Halbleiter, Fotomasken und
verschiedene Speicherplatten, insbesondere zum Polieren zur Planierung
der Oberfläche
von Waferbauelementen, in zum Beispiel der Halbleiterindustrie.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Schleifmittelzusammensetzung,
die hocheffizient ist, eine hohe Selektivität liefert und zum Bearbeiten
von Waferbauelementen zur Ausbildung einer hervorragend polierten
Oberfläche
beim Polieren von Halbleiterbauelementen anwendbar ist, bei denen
die so genannte chemisch-mechanische Poliertechnologie angewendet
wird, und ein Polierverfahren, das eine solche Zusammensetzung verwendet.
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Der
Fortschritt der Computerprodukte war in den letzten Jahren bemerkenswert,
und für
solche Produkte zu verwendende Teile, wie zum Beispiel ULSI-Vorrichtungen,
wurden Jahr für
Jahr für
eine hohe Integration und hohe Geschwindigkeit entwickelt. Zusammen
mit diesem Fortschritt wurden die Konstruktionsprinzipien für Halbleiterbauelemente
Jahr für
Jahr fortschreitend verfeinert, und die Bettungstiefe in einem Verfahren
zur Herstellung von Bauelementen tendiert dazu, flach zu sein und
die für
die Muster bildende Oberfläche erforderliche
Planierung wird zunehmend strikt.
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Um
die Erhöhung
des Widerstands der Verdrahtung aufgrund der Verfeinerung der Verdrahtung
auf dem Bauelement zu bewältigen,
wurde außerdem
untersucht, Kupfer anstelle von Wolfram oder Aluminium als Verdrahtungsmaterial
zu verwenden. Aufgrund seiner Natur ist Kupfer durch anisotropes Ätzen schwer
zu verarbeiten, und erfordert deshalb das folgende Verfahren.
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Nach
Ausbilden der Verdrahtungsvertiefungen und Wege auf einer Isolierschicht
wird die Kupferverdrahtung durch Sputtern oder Plattieren (so genannte
Damaszier-Methode) aus gebildet, und dann eine auf der Isolierschicht
abgelagerte unnötige
Kupferschicht durch chemisch-mechanisches Polieren (nachstehend "CMP" genannt) entfernt,
das eine Kombination eines mechanischen Polierens und eines chemischen
Polierens ist.
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In
einem solchen Verfahren kann es jedoch vorkommen, dass Kupferatome
in die Isolierschicht diffundieren und die Eigenschaften des Bauelements
verschlechtern. Um eine Diffusion von Kupferatomen zu verhindern,
wurde untersucht, eine Sperrschicht auf der Isolierschicht vorzusehen,
die ausgebildete Verdrahtungsvertiefungen oder -wege aufweist. Als
Material für
eine solche Sperrschicht ist im Hinblick auf die Verlässlichkeit
des Bauelements metallisches Tantal oder eine Tantal enthaltende
Verbindung, wie zum Beispiel Tantalnitrid, vom Standpunkt der Verlässlichkeit
der Vorrichtung besonders geeignet und es wird angenommen, dass
dieses in Zukunft am meisten verwendet wird. In der vorliegenden
Erfindung umfasst "eine
Tantal enthaltende Verbindung" nicht
nur eine Verbindung, wie zum Beispiel Tantalnitrid, sondern auch
metallisches Tantal, und unter "Kupfer" umfasst nicht nur
Kupfer, sondern auch eine Kupferlegierung mit zum Beispiel Aluminium.
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In
einem solchen CMP-Verfahren für
ein Halbleiterbauelement, das eine solche Kupferschicht und eine
Tantal enthaltende Verbindung enthält, wird zuerst die Kupferschicht
als äußerste Schicht
und dann die Schicht aus der Tantal enthaltenden Verbindung als
Sperrschicht poliert, und das Polieren wird beendet, wenn es die
Isolierschicht aus zum Beispiel Siliciumdioxid oder Monofluorsiliciumoxid
erreicht hat. Als ideales Verfahren wird gewünscht, dass durch Verwenden
von nur einer Art einer Polierzusammensetzung die Kupferschicht
und die Schicht aus Tantal enthaltender Verbindung gleichmäßig durch
Polieren in einer einzigen Polierstufe entfernt werden, und das
Polieren wird sicher beendet, wenn es die Isolierschicht erreicht
hat.
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Kupfer
und eine Tantal enthaltende Verbindung sind jedoch in ihrer Härte, chemischen
Stabilität
und anderen mechanischen Eigenschaften und damit in der Verarbeitbarkeit
verschieden, und es ist deshalb schwierig, ein solches ideales Polierverfahren
anzuwenden. Es wird deshalb das folgende Zweistufen-Polierverfahren,
das heißt,
ein in zwei Stufen unterteiltes Polierverfahren, untersucht.
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In
der ersten Polierstufe (nachstehend als erste Polierstufe bezeichnet)
wird zunächst
unter Verwendung einer Polierzusammensetzung, die dazu fähig ist,
eine Kupferschicht mit hoher Effizienz abzuschleifen, die Kupferschicht
unter Verwendung von zum Beispiel einer Schicht aus Tantal enthaltender
Verbindung als Stoppschicht poliert, bis eine Schicht aus der Tantal
enthaltenden Verbindung erreicht ist. Um nicht verschiedene Oberflächenbeschädigungen,
wie zum Beispiel Ausbuchtungen, Erosion, tellerförmige Vertiefungen, usw. auf
der Oberfläche
der Kupferschicht auszubilden, kann die erste Polierstufe kurz vor
Erreichen der Schicht aus Tantal enthaltender Verbindung beendet
werden, das heißt,
während
eine Kupferschicht immer noch etwas verbleibt. Dann wird in der
zweiten Polierstufe (nachstehend als zweite Polierstufe bezeichnet)
unter Verwendung einer Polierzusammensetzung, die dazu fähig ist,
hauptsächlich
eine Schicht aus Tantal enthaltender Verbindung mit hoher Effizienz
zu polieren (abzuschleifen), wobei die verbleibende dünne Kupferschicht
und die Schicht aus Tantal enthaltender Verbindung unter Verwendung
der Isolierschicht als Stoppschicht abgeschliffen werden, und das
Polieren beendet wird, wenn es die Isolierschicht erreicht hat.
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Vertiefungen,
Erosionen und tellerförmige
Vertiefungen sind hier Oberflächenschäden aufgrund
eines übermäßigen Polierens
des Verdrahtungsteils. Unter Vertiefungen werden Kerben im Verdrahtungsteil
(in diesem Fall Kupfer) verstanden, und sie werden üblicherweise
durch eine chemische Ätzwirkung
auf den Verdrahtungsteil verursacht. Unter Erosion wird ein solches
Phänomen
verstanden, das in einem ausgerichteten Kupferverdrahtungsteil und
einem Isolierteil die Isolierschicht im Vergleich zu einer Isolierfläche (nicht
ausgerichteter Teil) übermäßig poliert
wird, und wird üblicherweise
durch elastische Deformierung eines Polierschwamms, einer hohen
Materialentfernungsrate der Isolierschicht oder einer übermäßigen Druckkonzentration
auf den Isolierteil verursacht. Unter tellerförmiger Vertiefung wird ein
Phänomen
verstanden, bei dem in einem Kupferverdrahtungsteil mit relativ
großer
Breite der zentrale Teil der Verdrahtung tellerförmig vertieft wird, was üblicherweise
durch Deformation eines Polierschwamms verursacht wird.
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Im
Zuge der Miniaturisierung von Bauelementen wurde die Querschnittsfläche einer
Verdrahtungsschicht klein, wobei es wahrscheinlich ist, dass die
vorstehend genannten Oberflächenschäden auftreten, wenn
Bauelemente hergestellt werden, und der Bereich der Verdrahtung
dadurch weiter verringert wird, wodurch sich der Widerstand erhöhen kann,
oder in einem Extremfall ein Kontaktfehler resultieren kann. In
der ersten Polierstufe ist es deshalb wichtig, die Ausbildung von
Oberflächenschäden auf
der Verdrahtungsschicht nicht zu erlauben, die durch die zweite
Polierstufe nicht entfernt werden können, während die Materialentfernungsrate
gegen die Kupferschicht nicht beeinträchtigt werden sollte.
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Als
Beispiel der für
die erste Polierstufe zu verwendenden Polierzusammensetzung beschreibt JP-A-7-233485
(Stand der Technik 1) eine Polierflüssigkeit für eine Metallschicht vom Kupfertyp,
die mindestens eine organische Säure
umfasst, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Aminoessigsäure (nachstehend als Glycin
bezeichnet) und Amidoschwefelsäure,
und ein Oxidationsmittel und Wasser, und eine Methode zur Herstellung
eines Halbleiterbauelements unter Verwendung einer solchen Polierflüssigkeit.
Außerdem
beschreibt JP-A-8-83780 ein Schleifmittel, das Aminoessigsäure und/oder
Amidoschwefelsäure,
ein Oxidationsmittel, Wasser und Benzotriazol oder ein Derivat davon
enthält,
und eine Poliermethode unter Verwendung eines solchen Schleifmittels.
Wenn eine Kupferschicht unter Verwendung einer solchen Polierflüssigkeit
(oder eines Schleifmittels) poliert wird, kann eine relativ hohe
Materialentfernungsrate erreicht werden.
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US 6217416 B1 beschreibt
chemisch-mechanische Polieraufschlämmungen zur Verwendung für das Polieren
eines Substrats einschließlich
eines Kupferanteils und eines Tantal- oder Tantalnitridanteils. Eine Zusammensetzung
umfasst ein Oxidationsmittel, ein Komplexiermittel zur Zerstörung einer
Passivationsschicht, eine organische Aminoverbindung, die auf dem
polierten Substrat absorbiert wird und die Entfernungsrate des Substratmaterials
inhibiert, und gegebenenfalls ein filmbildendes Mittel. Als Oxidationsmittel
wird unter anderem Wasserstoffperoxid erwähnt. Als Komplexiermittel werden
unter anderem Citronen-, Oxal- und Weinsäure erwähnt. Als filmbildendes Mittel
werden unter anderem Imidazol, Benzotriazol und Benzimidazol erwähnt. Zusätzlich kann
ein oberflächenaktives
Mittel vorhanden sein, um eine Stabilisierung der Aufschlämmung zu
erzielen. Genannte Beispiele sind TRITON
® DF-16,
ein Alkyloxyether, und SURFYNOL
®, ein
Acetylendiol.
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US-A-2001/0005009
beschreibt eine Aufschlämmung
für ein
chemisch-mechanisches Polierverfahren, die geeignet ist zur Ausbildung
eines Kupfer-Damaszierverbunds, die θ-Aluminiumoxid verwendet. Andere Komponenten
schließen
ein nicht-ionische oberflächenaktive
Mittel, wie zum Beispiel Polyoxyethylenalkylether, Oxidationsmittel,
wie zum Beispiel Wasserstoffperoxid, Carbonsäure, wie zum Beispiel Oxal-,
Wein- und Citronensäure,
und Antioxidantien, wie zum Beispiel Benzotriazol und Triazol. Als
Aminosäure
kann Alanin oder Glycin vorhanden sein.
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Als
Ergebnis von durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführte Experimente
wurde jedoch bestätigt,
dass, wenn ein Wafer, der ein Muster einschließlich einer darauf ausgebildeten
Kupferverdrahtung aufweist, unter Verwendung einer Polierflüssigkeit,
die nur ein Schleifmittel, Glycin und Wasserstoffperoxid enthält, poliert
wird, der chemische Ätzeffekt
auf Kupfer und die Erosion an der Kupferoberfläche nach dem Polieren beträchtlich
ist, und die Bildung von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil
tendiert dazu, beträchtlich
zu sein. Im Fall, in dem Benzotriazol, das die Funktion aufweist,
die chemische Ätzwirkung
auf Kupfer zu unterdrücken,
eingebaut ist, um eine Erosion an der Kupferoberfläche zu unterdrücken, wenn
die zugegebene Menge an Benzotriazol zu hoch ist, zeigt die Materialentfernungsrate
der Kupferschicht die Tendenz, signifikant niedrig zu sein, und
das Polieren erfordert eine lange Zeit, was nicht effizient ist.
Wenn die zugegebene Menge an Benzotriazol andererseits zu gering
ist, kann keine ausreichende Wirkung zur Unterdrückung der chemischen Ätzwirkung
erhalten werden, und es ist deshalb unmöglich, die Bildung von Vertiefungen
am Kupferverdrahtungsteil ausreichend zu unterdrücken.
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Gemäß den durch
die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführten Experimenten wurde deshalb
gefunden, dass es nicht möglich
ist, eine ausreichende Materialentfernungsrate zu erhalten und gleichzeitig
die Bildung von Vertiefungen am Kupferverdrahtungsteil zufriedenstellend
zu unterdrücken,
wenn die Kupferverdrahtung unter Verwendung einer Schleifmittelzusammensetzung
poliert wird, die ein Schleifmittel, Glycin, Benzotriazol und Wasser,
wie in vorstehend genanntem Stand der Technik 1, enthält, poliert
wird. Unter Bezugnahme auf 1 wird
das Phänomen
der Ausbildung von Vertiefungen vom physikalisch-chemischen Standpunkt
aus erläutert. 1(a) veranschaulicht den Zustand eines Bauelements,
wenn das Polieren eine Sperrschicht (Tantal enthaltende Verbindung:
Ta) erreicht hat. Die 1(b) und 1(c) sind vergrößerte Ansichten von Teil A
in 1(a), um die Wirkungen zu veranschaulichen. 1(d) zeigt den Zustand des Bauelements nach dem
Polieren. Wie in den 1(a) bis 1(d) gezeigt, kann angenommen werden, dass Vertiefungen
durch zwei Effekte gebildet werden, die nachstehend beschrieben
werden.
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Der
erste Effekt ist ein Effekt durch eine durch die Reibungskraft und
den Druck während
des Polierens ausgebildete Spannung. Wie in den 1(a) und 1(b) gezeigt,
wird die Oberfläche
der Tantal enthaltenden Verbindung durch die Polierzusammensetzung
oxidiert und wird leicht in Tantaloxid (Ta2O5) geändert.
Tantaloxid ist eine dielektrische und piezoelektrische Substanz,
und wenn ein Druck auf dieses Tantaloxid ausgeübt wird, bildet sich somit
eine Spannung aus. Wenn ein Druck und Reibungskräfte auf die Oberfläche des Bauelements
während
des Polierens ausgeübt
werden, wird sich deshalb eine Spannung durch einen piezoelektrischen
Effekt auf der Oberfläche
der zu Tantaloxid überführten Tantal
enthaltenden Verbindung ausbilden (die Seite der Oberflächenschicht
ist negativ geladen, und die Tantal-Grenzflächenseite ist positiv geladen).
Der zweite Effekt ist ein Effekt durch eine so genannte galvanische
Zelle, die zwischen Kupfer und der Tantal enthaltenden Verbindung
ausgebildet wird. Dieser Effekt wird durch eine Differenz im spezifischen
elektrochemischen Potential zwischen Kupfer (Cu) und der Tantal
enthaltenden Verbindung verursacht. Kupfer ist im Vergleich zu der
Tantal enthaltenden Verbindung ein unedles Metall und in Wasser
leicht löslich.
Wenn eine Spannung durch den ersten Effekt ausgebildet wird, werden
somit Elektronen durch das positiv geladene Tantaloxid entfernt,
wobei Kupfer dazu tendiert, leicht zu ionisieren, und, wie in 1(c) gezeigt, wird Kupfer selektiv einem chemischen Ätzen unterworfen,
wodurch, wie in 1(d) gezeigt, nach dem Polieren
entlang dem Kupferverdrahtungsteil tiefe Vertiefungen ausgebildet
werden. Zu diesem Zeitpunkt dient die Schleifmittelzusammensetzung
als Elektrolyt und fördert
so den chemischen Ätzeffekt.
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Es
besteht deshalb das starke Bedürfnis,
eine Schleifmittelzusammensetzung zu entwickeln, die eine ausreichende
Materialentfernungsrate der Kupferschicht aufweist und mit der ein
Polieren ohne Ausbilden von Vertiefungen am Kupferverdrahtungsteil
durchgeführt
werden kann, das heißt,
obwohl die chemische Ätzwirkung
auf Kupfer verringert wird, sind beim Polieren eines zu polierenden
Objekts Kupfer und die Tantal enthaltende Verbindung koexistent.
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Die
vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die vorstehend beschriebenen
Probleme zu lösen, und
ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Schleifmittelzusammensetzung, mit der das Polieren mit einem
geringen chemischen Ätzeffekt
gegenüber
Kupfer, d.h. durch Unterdrücken
der Bildung von Vertiefungen an dem Kupferverdrahtungsteil, ohne
die Materialentfernungsrate einer Kupferschicht zu verschlechtern,
in einem CMP-Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements,
das mindestens eine Schicht aus Kupfer und eine Schicht aus einer
Tantal enthaltenden Verbindung auf einem Substrat enthält, durchgeführt werden
kann, und ein Polierverfahren, das eine solche Schleifmittelzusammensetzung
verwendet.
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Die
erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
ist im Anspruch 1 angegeben.
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Vorzugsweise
ist die organische Verbindung (b1) ein Polyoxyalkylen-Additionspolymer,
das eine C≡C-Dreifachbindung
aufweist, repräsentiert
durch die Formel (1). Besonders bevorzugt als Polyoxyalkylen-Additionspolymer
mit einer C≡C-Dreifachbindung
der Formel (1) ist ein durch Formel (2) repräsentierter Dialkyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether:
worin jeder der Reste R
1 und R
2 eine C
1-10-Alkylgruppe ist, und jedes m und n eine
positive Zahl von 1 bis 20 ist.
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Das
Polierverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Polieren
eines Halbleiterbauelements, das mindestens eine Schicht aus Kupfer
und eine Schicht aus einer Tantal enthaltenden Verbindung auf einem Substrat
ausgebildet aufweist, mit der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun näher
unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
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In
den anliegenden Zeichnungen sind die 1(a) bis 1(d) schematische Darstellungen, die den Mechanismus
der Bildung von Vertiefungen auf einem Kupferverdrahtungsteil eines
Bauelements veranschaulichen.
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Schleifmittel
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Das
Schleifmittel als eine der Komponenten der Schleifmittelzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung spielt im CMP-Verfahren die Rolle eines
mechanischen Polierens. Erfindungsgemäß wird Siliciumdioxid verwendet.
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Das
Siliciumdioxid umfasst viele Arten, die sich in den Eigenschaften
oder in den Verfahren ihrer Herstellung unterscheiden, einschließlich von
kolloidalem Siliciumdioxid, Quarzstaub unter anderen. In der vorliegenden
Erfindung kann eins von ihnen, oder eine Mischung von mehreren von
ihnen, verwendet werden. Die Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid
ist jedoch mehr bevorzugt.
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Das
Schleifmittel poliert die zu polierende Oberfläche durch eine mechanische
Wirkung von Schleifmittelkörnern,
und die Teilchengröße beeinflusst
die Materialentfernungsrate oder die Qualität der polierten Oberfläche. Im
Hinblick auf die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Materialentfernungsrate
und das Unterdrücken
einer Bildung von Fehlstellen auf der Oberfläche des Bauelements beträgt die bevorzugte
Teilchengröße 10 bis
10 nm, insbesondere 20 bis 80 nm, in erster Linie 30 bis 60 nm,
als durchschnittliche Teilchengröße, erhalten
aus der durch die BET-Methode gemessenen Oberfläche.
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Die
Konzentration des Schleifmittels in der Schleifmittelzusammensetzung
beträgt
vorzugsweise 0,5 bis 200 g/l, insbesondere 5 bis 100 g/l. Wenn die
Konzentration des Schleifmittels zu gering ist, tendiert die mechanische
Schleifkraft dazu, abzunehmen, wodurch die Materialentfernungsrate
der Kupferschicht in einigen Fällen
abnehmen kann. Wenn die Konzentration des Schleifmittels andererseits
zu hoch ist, tendiert die mechanische Schleifwirkung dazu, anzusteigen,
wodurch die Polierrate der Schicht aus Tantal enthaltender Verbindung
zu hoch werden kann, und sich wahrscheinlich Erosion ergibt.
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Organische Verbindung
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Die
organischen Verbindungen, die Komponenten der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
sind, sind ein Polyethylenoxid, ein Polypropylenoxid, ein Polyoxyethylenalkylether,
ein Polyoxypropylenalkylether, ein Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
und ein Polyoxyalkylen-Additionspolymer, das eine C≡C-Dreifachbindung
aufweist, repräsentiert
durch die Formel (1):
worin jeder der Reste R
1 bis R
6 H oder eine
C
1-10-Alkyl-Gruppe ist, jedes X und Y eine
Ethylenoxy-Gruppe oder eine Propylenoxy-Gruppe ist, und jedes m
und n eine positive Zahl von 1 bis 20 ist.
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Das
Polyethylenoxid wird üblicherweise
Polyethylenglykol bezeichnet und weist die folgende Strukturformel
auf H-(OCH2CH2)n-OH worin n eine
ganze Zahl ist, die die Mole an zugegebenem Ethylenglykol repräsentiert.
Das Polypropylenoxid wird üblicherweise
Polypropylenglykol bezeichnet und weist die folgende Strukturformel
auf H-(OCH(CH3)CH2)m-OH worin m eine
ganze Zahl ist, die die Mole des zugegebenen Polypropylenoxids repräsentiert.
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Die
Molekulargewichte des Polyethylenoxids und des Polypropylenoxids
sind nicht besonders beschränkt,
es sind aber vorzugsweise Verbindungen, die ein mittleres Molekulargewicht
von 100 bis 10 000, insbesondere von 200 bis 1 000, aufweisen.
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Das
Polyethylenoxid und das Polypropylenoxid spielen eine Rolle beim
Unterdrücken
von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil beim Polieren eines
Bauelements. Um die Rolle zufriedenstellend zu erfüllen, beträgt die zugegebene
Menge vorzugsweise 1 bis 200 g/l, insbesondere 10 bis 100 g/l, bezogen
auf die gesamte Zusammensetzung. Wenn die Menge zu gering ist, kann
kein ausreichender Effekt zur Unterdrückung von Vertiefungen erwartet
werden. Wenn die Menge andererseits zu hoch ist, weisen die das
Polieren beschleunigenden Effekte des Schleifmittels oder der das
Polieren beschleunigenden Verbindung die Tendenz einer Verhinderung
auf, und die Materialentfernungsrate kann wahrscheinlich verringert
sein.
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Der
Polyoxyethylenalkylether weist die folgende Strukturformel auf und
ist ein solcher, der eine zu einem linearen oder verzweigten höheren Alkohol
polymerisierte Ethylenoxid-Addition
aufweist. R-O-(CH2CH2O)n-H worin R eine
Alkyl-Gruppe ist, und n eine ganze Zahl ist, die die Mole des addierten
Ethylenglykols repräsentiert.
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Der
Polyoxypropylenalkylether weist die folgende Strukturformel auf
und ist ein solcher, der eine zu einem linearen oder verzweigten
höheren
Alkohol polymerisierte Propylenoxid-Addition aufweist. R-O-(CH2CH(CH3)Om-H worin
R eine Alkyl-Gruppe ist, und m eine ganze Zahl ist, die die Mole
des addierten Propylenglykols repräsentiert.
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Der
Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether weist die folgende Strukturformel
auf und ist ein solcher, der eine zu einem linearen oder verzweigten
höheren
Alkohol polymerisierte Propylenoxid- und Ethylenoxid-Addition aufweist. R-O-(CH2CH(CH3)O)m-(CH2CH2O)n-H worin
R eine Alkyl-Gruppe ist, und m eine ganze Zahl, die die Mole des
addierten Propylenglykols repräsentiert,
und n eine ganze Zahl ist, die die Mole des addieren Ethylenglykols
repräsentiert.
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Das
Polyoxyalkylen-Additionspolymer, das eine C≡C-Dreifachbindung aufweist,
repräsentiert
durch die Formel (1), ist vorzugsweise ein Dialkyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether,
repräsentiert
durch die Formel (2):
worin jeder der Reste R
1 und R
2 eine C
1-10-Alkyl-Gruppe ist, und jedes m und n
eine positive Zahl von 1 bis 20 ist.
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Die
Molekulargewichte des Polyoxyethylenalkylethers, des Polyoxypropylenalkylethers,
des Polyoxyethylenpolyoxypropylenealkylethers und des Polyoxyalkylen-Additionspolymers
mit einer C≡C-Dreifachbindung,
repräsentiert
durch die Formel (1), sind nicht besonders beschränkt. Es
sind jedoch vorzugsweise Verbindungen mit einem mittleren Molekulargewicht
von 1 000 bis 30 000, insbesondere von 2 000 bis 20 000. Aus der
Tatsache, dass keine Effekte erhalten werden können, wenn nur hydrophile Gruppen
oder hydrophobe Gruppen im Molekül
vorhanden sind, ist es ersichtlich, dass das Gleichgewicht der Mole
der addierten hydrophilen Gruppen (Ethylenoxid) und der addierten
hydrophoben Gruppen (Alkyl) von Bedeutung ist. Die Menge der addierten
hydrophilen Gruppen im Molekül
beträgt
vorzugsweise 10 bis 80 %. Der Polyoxyethylenalkylether, der Polyoxypropylenalkylether
und der Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether können außerdem gegebenenfalls
eine Alkyl-Gruppe innerhalb eines Bereichs aufweisen, der die Effekte
der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt.
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Der
Polyoxyethylenalkylether, der Polyoxypropylenalkylether und der
Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether spielen eine Rolle bei der
Unterdrückung
von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil beim Polieren eines
Bauelements. Um die Rolle zufriedenstellend auszuführen, beträgt die Menge
ihrer Zugabe vorzugsweise 1 bis 50 g/l, insbesondere 2 bis 30 g/l,
bezogen auf die gesamte Zusammensetzung. Die Menge des Polyoxyalkylen-Additionspolymers
mit einer C≡C-Dreifachbindung,
repräsentiert
durch die Formel (1), beträgt
vorzugsweise 0,5 bis 100 g/l, insbesondere 1 bis 50 g/l, bezogen
auf die gesamte Zusammensetzung. Wenn die Menge zu gering ist, kann
kein zufrieden stellender Effekt zur Unterdrückung von Vertiefungen erwartet
werden. Wenn andererseits die Menge übermäßig hoch ist, ist es wahrscheinlich,
dass der das Polieren beschleunigende Effekt des Schleifmittels
oder der das Polieren beschleunigende Verbindung verhindert wird, und
die Materialentfernungsrate wahrscheinlich verringert wird.
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Jede
der Verbindungen von Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyoxyethylenalkylether,
Polyoxypropylenalkylether, Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
und das Polyoxyalkylen-Additionspolymr mit einer C≡C-Dreifachbindung,
repräsentiert
durch die Formel (1), ist eine organische Verbindung vom nicht-ionischen Typ
und ist nicht eine, die die elektrische Leitfähigkeit der Schleifmittelzusammensetzung
erhöht.
Es wird deshalb angenommen, dass, selbst wenn eine solche organische
Verbindung in die Schleifmittelzusammensetzung eingebaut wird, die
elektrische Leitfähigkeit
der Schleifmittelzusammensetzung niedrig gehalten werden kann, und
die Schleifmittelzusammensetzung dazu tendiert, während des
Polierens kaum als Elektrolyt zu wirken. Spezifischerweise beträgt die elektrische
Leitfähigkeit
vorzugsweise höchstens
100 μm·cm.
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Das
Polyethylenoxid, das Polypropylenoxid, der Polyoxyethylenalkylether,
der Polyoxypropylenalkylether, der Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
und das Polyoxyalkylen-Additionspolymer mit einer C≡C-Dreifachbindung,
repräsentiert
durch die Formel (1), müssen
in der Zusammensetzung gelöst
oder suspendiert werden. Eine Vielzahl der obigen organischen Verbindungen
kann in Kombination innerhalb eines Bereichs verwendet werden, der
die erfindungsgemäßen Effekte
nicht beeinträchtigt,
und sie können
in optionalen Proportionen kombiniert werden.
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Es
wird ferner erwartet, dass Copolymere eines solchen Polyoxyethylenalkylethers,
Polyoxypropylenalkylethers und Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylethers,
d.h. ein Polyoxyethylen-Copolymer, ein Polyoxypropylen-Copolymer
und ein Polyoxyethylenpolyoxypropylen-Copolymer, ähnliche
Effekte aufweisen.
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Das Polieren beschleunigende
Verbindung
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Die
das Polieren beschleunigende Verbindung als eine der Komponenten
der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
ist mindestens eine solche ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Citronensäure,
Oxalsäure,
Weinsäure,
Glycin, α-Alanin
und Histidin. Unter "das
Polieren beschleunigende Verbindung" wird hier eine Verbindung verstan den,
durch die das Kupfer leichter gelöst werden kann, wenn diese
das Polieren beschleunigende Verbindung in einer Lösung enthalten
ist, die Wasserstoffperoxid in reinem Wasser gelöst aufweist, und eine solche
Verbindung dient dazu, um Kupfer zu chelatisieren, um dadurch das
Polieren der Kupferschicht zu beschleunigen. Unter ihnen ist Glycin
besonders bevorzugt.
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Die
Menge einer solchen das Polieren beschleunigenden Verbindung beträgt vorzugsweise
2 bis 20 g/l, insbesondere 5 bis 15 g/l, bezogen auf die gesamte
Zusammensetzung. Wenn die Menge geringer als 2 g/l ist, tendiert
die Materialentfernungsrate der Kupferschicht dazu, gering zu sein,
was unerwünscht
ist. Wenn andererseits die Menge 20 g/l übersteigt, tendiert die Materialentfernungsrate
der Kupferschicht dazu, zu hoch zu sein, wodurch eine Polierkontrolle
schwierig wird. Zur Zeit ihrer Verwendung ist deshalb Sorgfalt erforderlich.
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Antikorrosionsmittel
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Das
Antikorrosionsmittel als eine der Komponenten der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
ist mindestes ein solches ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Benzotriazol, Benzimidazol, Triazol,
Imidazol und Tolyltriazol. Das Antikorrosionsmittel ist hier ein
solches, das die Funktion aufweist, die Kupferoberfläche während und
nach dem Polieren zu schützen
und die Erosion der Kupferoberfläche
zu unterdrücken.
Unter ihnen ist Benzotriazol besonders bevorzugt.
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Die
Menge eines solchen Antikorrosionsmittels beträgt vorzugsweise 0,01 bis 0,2
g/l, insbesondere 0,02 bis 0,1 g/l, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung.
Wenn die Menge geringer als 0,01 g/l ist, zeigt die Kupferoberfläche nach
dem Polieren die Tendenz, leicht korrodiert zu werden, was unerwünscht ist.
Wenn andererseits die Menge 0,2 g/l übersteigt, weist der Effekt
zur Ausbildung einer Schutzschicht für Kupfer die Tendenz auf, stark
zu sein, wodurch wahrscheinlich eine Nichtgleichmäßigkeit
im Polieren veranlasst wird, und die Materialentfernungsrate des
Kupfers wird wahrscheinlich verschlechtert, was unerwünscht ist.
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Wasserstoffperoxid
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Das
Wasserstoffperoxid als eine der Komponenten der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
dient als Oxidationsmittel. Das Wasserstoffperoxid weist eine angemes sene
Oxidationskraft auf, um Kupfer zu oxidieren, und besitzt die Eigenschaft,
dass ein solches, das kein Metallion als Verunreinigung enthält, leicht
erhältlich
ist. Es ist für
die erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
deshalb besonders geeignet.
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Die
Menge an Wasserstoffperoxid in der Schleifmittelzusammensetzung
beträgt
vorzugsweise 2 bis 40 g/l, insbesondere 5 bis 20 g/l, bezogen auf
die gesamte Zusammensetzung. Wenn die Menge an Wasserstoffperoxid
zu gering oder zu groß ist,
wird die Materialentfernungsrate der Kupferschicht wahrscheinlich
gering.
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Wasser
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Das
Wasser als eine der Komponenten der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
ist vorzugsweise ein solches, in dem Verunreinigungen so weit wie
möglich
verringert sind, damit die vorstehend genannten entsprechenden Komponenten
ihre Aufgaben genau erfüllen
können.
Vorzugsweise ist es nämlich destilliertes
Wasser oder ein solche, in dem verunreinigende Ionen durch ein Ionenaustauscherharz
entfernt sind, und in dem suspendierte Stoffe durch ein Filter entfernt
sind.
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Schleifmittelzusammensetzung
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Die
erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
wird hergestellt durch Lösen
oder Dispergieren der vorstehend beschriebenen entsprechenden Komponenten
in Wasser. In einigen Fällen
kann ferner ein das Ätzen
unterdrückendes
Mittel zugegeben und zugemischt werden.
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Die
Methode und die Reihenfolge des Auflösens oder Dispergierens der
entsprechenden Komponenten sind optional. Es kann zum Beispiel das
Rühren
mittels eines Flügelrührers oder
eine Ultraschalldispersion verwendet werden. Durch eine solche Methode
werden die von Schleifmittel verschiedenen Komponenten gelöst, und
das Schleifmittel wird in Wasser dispergiert, wodurch die Zusammensetzung
eine gleichförmige
Dispersion wird.
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Zum
Zeitpunkt der Herstellung der vorstehenden Schleifmittelzusammensetzung
kann zweckmäßigerweise
eine basische Verbindung, verschiedene oberflächenaktive Mittel und andere
Stoffe zum Zweck des Aufrechterhaltens der Qualität des Produkts
oder um Sicherheit zu ergeben, oder abhängig von der Art des zu polierenden
Objekts, der Polierbedingungen und anderer Erfordernisse des Polierens,
zugemischt werden.
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Der
pH-Wert der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
ist nicht besonders beschränkt, es
ist aber bevorzugt, dass die Zusammensetzung auf einen pH-Wert von
3 bis 10 eingestellt wird. Verschiedene basische Verbindungen können als
Mittel zur Erhöhung
des pH-Werts genannt werden. Spezifisch können zum Beispiel genannt werden
Ammoniak, Ethylendiamin, Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid,
Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Piperidin, Piperazin und Ethanolamin,
Unter diesen sind solche, die eine geringe Ätzwirkung gegenüber Kupfer
aufweisen, und die Schleifmittelkörner kaum agglomerieren, bevorzugt,
und solche, die keine anderen Metalle als Verunreinigungen enthalten,
sind bevorzugt. Aus solchen Gesichtspunkten heraus ist Tetramethylammoniumhydroxid
bevorzugt. Als pH-steuerndes Mittel zur Erniedrigung des pH-Werts
können
andererseits die vorstehend erwähnte
Citronensäure,
Oxalsäure,
Weinsäure
und ein das Ätzen
unterdrückendes
Mittel solche Effekte aufweisen. Als andere Beispiele können zum Beispiel
genannt werden anorganische Säuren,
wie zum Beispiel Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Kohlensäure, Phosphorsäure und
Chloressigsäure.
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Die
erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
kann ein das Ätzen
unterdrückendes
Mittel enthalten, um eine statische chemische Ätzwirkung gegenüber Kupfer
zu unterdrücken. "Statisch" bedeutet hier eine
chemische Ätzwirkung,
wenn das Objekt der Schleifmittelzusammensetzung ohne irgendeine
mechanische Wirkung vor oder nach dem Polieren ausgesetzt wird.
Das das Ätzen
unterdrückende
Mittel bedeutet eine Verbindung, die mindestens eine Carboxyl-Gruppe
in einem Grundgerüst
aus einem gesättigten
Kohlenwasserstoff oder einem Kohlenwasserstoff, der eine oder zwei
ungesättigte
Bindungen aufweist, aufweist. Unter solchen Verbindungen ist eine
solche, die eine Kohlenstoffzahl von mindestens 10 aufweist, bevorzugt.
Bevorzugt ist ferner eine solche, die eine Löslichkeit in Wasser von höchstens
0,2 g/100 g aufweist. Spezifischer können zum Beispiel genannt werden
Laurinsäure,
Linolsäure,
Myristinsäure,
Palmitinsäure,
Stearinsäure, Ölsäure, Sebacinsäure und
Dodecandisäure.
Besonders bevorzugt ist ein solches, das eine Carboxyl-Gruppe aufweist,
und aus diesem Gesichtspunkt sind Laurinsäure, Linolsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure oder Ölsäure bevorzugt,
und Laurinsäure
oder Linolsäure
ist besonders bevorzugt.
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Die
Menge des das Ätzen
unterdrückenden
Mittels in der Schleifmittelzusammensetzung beträgt üblicherweise 0,01 bis 1 g/l,
vorzugsweise 0,02 bis 0,1 g/l, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung.
Wenn die Menge des das Ätzen
unterdrückenden
Mittels geringer als 0,01 g/l ist, ist dies nicht ausreichend, um
die chemische Ätzwirkung
gegenüber
Kupfer zu unterdrücken.
Wenn andererseits die Menge des das Ätzen unterdrückenden
Mittels 1 g/l übersteigt,
zeigt es die Tendenz, die Materialentfernungsrate der Kupferschicht übermäßig zu unterdrücken, und
seine Auflösung
in der Schleifmittelzusammensetzung wird schwierig.
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In
der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
kann ferner ein oberflächenaktives
Mittel verwendet werden, um die Dispergierbarkeit des Schleifmittels
zu erhöhen
oder um die Viskosität
oder die Oberflächenspannung
der Schleifmittelzusammensetzung einzustellen. Die oberflächenaktiven
Mittel umfassen zum Beispiel ein Dispersionsmittel, ein Netzmittel,
ein Verdickungsmittel, ein Entschäumungsmittel, ein Schaummittel,
ein Hydrophobierungsmittel, usw. Das als Dispersionsmittel zu verwendende
oberflächenaktive Mittel
kann üblicherweise
ein solches vom Sulfonsäure-Typ,
Phosphorsäure-Typ,
Carbonsäure-Typ
oder nicht-ionischen Typ sein.
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Die
erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
kann in Form einer Vorratslösung,
die eine relativ hohe Konzentration aufweist, hergestellt, gelagert
oder transportiert werden, damit sie für die Verwendung zum Zeitpunkt
des Polierverfahrens verdünnt
werden kann. Der vorstehend erwähnte
bevorzugte Bereich der Konzentration ist einer für das aktuelle Polierverfahren.
Es braucht nicht darauf hingewiesen zu werden, dass im Falle eines
solchen Anwendungsverfahrens die Vorratslösung während der Lagerung oder dem
Transport eine Lösung
mit einer höheren
Konzentration ist.
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Das
Wasserstoffperoxid weist ferner die Eigenschaft auf, dass es sich
in Gegenwart von zum Beispiel Metallionen oder Ammoniumionen zersetzt.
Es ist deshalb empfehlenswert, es der Schleifmittelzusammensetzung
kurz vor der aktuellen Verwendung im Polierverfahren zuzugeben und
zu mischen. Eine solche Zersetzung von Wasserstoffperoxid kann durch
mindestens eine organische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus einem Polyethylenoxid, einem Polypropylenoxid, einem Polyoxyethylenalkylether,
einem Polyoxypropylenalkylether, einem Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
und einem Polyoxyalkylen-Additionspolymer mit einer C≡C-Dreifachbindung,
repräsentiert
durch die Formel (1), bis zu einem gewissen Grad unterdrückt werden,
aber es kann auch durch Zumischen eines anderen Alkohols oder einer
Carbonsäure
unterdrückt
werden. Außerdem
ist es möglich,
eine solche Wirkung durch das vorstehend erwähnte pH-Einstellmittel zu er halten.
Eine solche Zersetzung wird jedoch auch durch die Lagerungsumgebung
beeinflusst, und es besteht die Möglichkeit, dass ein Teil des
Wasserstoffperoxids aufgrund einer Temperaturveränderung während des Transports oder aufgrund
einer Beanspruchung einer Zersetzung unterliegt. Es ist deshalb
bevorzugt, das Wasserstoffperoxid kurz vor dem Polieren zuzumischen.
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Polierverfahren
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Das
erfindungsgemäße Polierverfahren
umfasst das Polieren eines Halbleiterbauelements, das mindestens
eine Schicht aus Kupfer und eine Schicht aus einer Tantal enthaltenden
Verbindung auf einem Substrat ausgebildet aufweist, mit der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung,
die die vorstehend beschriebenen entsprechenden Komponenten umfasst.
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Durch
dieses Polierverfahren kann das Polieren mit einer geringen chemischen Ätzwirkung
gegenüber Kupfer
durchgeführt
werden, d.h. die Bildung von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil
wird unterdrückt,
ohne die Materialentfernungsrate der Kupferschicht zu beeinträchtigen.
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Der
Grund für
eine solche geringe chemische Ätzwirkung
gegenüber
der Kupferschicht, d.h. Unterdrückung
der Bildung von Vertiefungen, wird als wie folgt betrachtet.
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Es
wurde möglich
gemacht, die Bildung von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil
durch Einbauen der organischen Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus einem Polyethylenoxid, einem Polypropylenoxid,
einem Polyoxyethylenalkylether, einem Polyoxypropylenalkylether,
einem Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether und einem Polyoxyalkylen-Additionspolymer,
das eine C≡C-Dreifachbindung aufweist,
repräsentiert
durch die Formel (1), in die Schleifmittelzusammensetzung. Durch
den Einbau solcher organischer Verbindungen unterdrückt die
erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
die Rolle als Elektrolyt, der die Auflösung von Kupfer durch die vorstehend
beschriebenen zwei Effekte am Kupferverdrahtungsteil beschleunigt
(siehe 1(a) bis 1(d)), und außerdem werden
die antikorrosiven Wirkungen durch das eingearbeitete Antikorrosionsmittel
gefördert,
um eine Schutzschicht an der Oberfläche der Kupferschicht auszubilden.
Außerdem
wird angenommen, dass der Einbau eines ein Ätzen verhindernden Mittels
dazu dient, eine statische chemische Ätzwirkung zu unterdrücken, und
sogar wenn das zu polierende Objekt der Schleifmittelzusammensetzung
vor oder nach dem Polieren ausgesetzt ist, kann die chemische Ätzwirkung
unterdrückt
werden.
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Die
Rollen, die die von den obigen verschiedenen entsprechenden Komponenten
beim Polieren von Kupfer spielen, werden als wie folgt angesehen.
Zunächst
dient das Schleifmittel dazu, ein so genanntes mechanisches Polieren
durchzuführen
und beschleunigt das Polieren. Wasserstoffperoxid oxidiert die Kupferoberfläche unter
Bildung einer spröden
oxidierten Schicht. Die das Polieren beschleunigende Verbindung
wirkt auf die oxidierte Kupferoberfläche ein unter Bildung eines
Chelats mit Kupferionen. Das Polieren des Kupfers schreitet durch
die kombinierte Wirkung des chemischen Effekts auf Kupfer des Wasserstoffperoxids
und der das Polieren beschleunigenden Verbindung und des mechanischen
Effekts des Schleifmittels fort. Das antikorrosive Mittel unterdrückt ferner
eine Erosion der Kupferoberfläche
nach dem Polieren, und unterdrückt
ferner eine übermäßige chemische Ätzwirkung
auf Kupfer. Es wird angenommen, dass durch diese Effekte die Bildung
von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil unterdrückt werden
kann, und eine hohe Materialentfernungsrate des Kupfers realisiert
werden kann.
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Wenn
ein Wafer, der ein Bauelementmuster aufweist, das Kupfer und eine
Tantal enthaltende Verbindung darauf ausgebildet enthält, unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Schleifmittelzusammensetzung
in den vorstehend genannten bevorzugten Konzentrationsbereichen
oder Mengen poliert wird, ist es möglich, zu erreichen, dass die
Materialentfernungsrate der Kupferschicht mindestens 500 nm/min
beträgt,
und die Tiefe der Vertiefungen an einem Kupferverdrahtungsteil mit
einer Drahtbreite von 10 μm
nicht mehr als 60 nm in einem Zustand, in dem nur die Kupferschicht
entfernt wird, beträgt.
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Die
praktischen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert unter Bezugnahme
auf Beispiele beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die
vorliegende Erfindung keinesfalls auf solche spezifischen Beispiele
beschränkt
ist.
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BEISPIEL 1 UND VERGLEICHSBEISPIELE
1 bis 8
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Herstellung und Gehalte
von Schleifmittelzusammensetzungen
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Kolloidales
Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 40 nm als Schleifmittel,
Glycin als das Polieren beschleunigende Verbindung, Benzotriazol
als Antikorrosionsmittel, Wasserstoffperoxid und organische Verbindungen,
wie in Tabelle 1 identifiziert, wur den Wasser so zugemischt, dass
sie in den in Tabelle 1 angegebenen Anteilen gemischt sind, um die
entsprechenden Schleifmittelzusammensetzungen des Beispiels 1 und
der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 herzustellen.
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In
Beispiel 1 wurden ein Polyethylenoxid (Molekulargewicht: 400) und
ein Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether (Molekulargewicht: 9
000) als zwei organischen Verbindungen zugegeben.
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Im
Vergleichsbeispiel 1 wurde keine organische Verbindung eingebaut.
In den Vergleichsbeispielen 2, 5 und 8 wurde kein Schleifmittel
eingebaut, und in den Vergleichsbeispielen 5 und 8 wurde Kaliumpolyacrylat (Molekulargewicht:
5 000) bzw. Polyvinylalkohol (Molekulargewicht: 5 000) als organische
Verbindung verwendet. In den Vergleichsbeispielen 3, 4, 6 und 7
wurde außerdem
Ammoniumpolyacrylat (Molekulargewicht: 5 000), Kaliumpolyacrylat
(Molekulargewicht: 5 000), Polyvinylalkohol (Molekulargewicht: 20
000) bzw. Polyvinylalkohol (Molekulargewicht: 5 000) als organische
Verbindung verwendet.
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Als
Wasserstoffperoxidlösung
wurde eine im Handel erhältliche
31 %ige wässrige
Lösung
verwendet, und sie wurde kurz vor dem Polieren zugemischt. Die Menge
an Wasserstoffperoxid in Tabelle 1 ist die tatsächliche Menge in der Zusammensetzung.
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In
Tabelle 1 bedeutet PEG Polyethylenoxid, POEPOPAE Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether, Pa-NH4 Ammoniumpolyacrylat, Pa-K Kaliumpolyacrylat
und PVA Polyvinylalkohol. Jedes Molekulargewicht ist außerdem auf
eine solche Weise angegeben, dass zum Beispiel ein Molekulargewicht
von 1 000 durch M1000 repräsentiert
wird. BTA bedeutet Benzotriazol.
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Poliertests
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Unter
Verwendung der entsprechenden Polierzusammensetzungen des Beispiels
1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 wurde ein Polieren unter den
folgenden Bedingungen gegenüber
der beschichteten Oberfläche
des zu polierenden Objekts durchgeführt. Polierbedingungen
| Poliermaschine: | Einseiten-Poliermaschine
für CMP
(Mirra, hergestellt von Applied Materials Company) |
| Zu
polierendes Objekt: | Kupferschicht-Wafer
(8 Inch-Silicium-Wafer mit einer durch elektrolytisches Plattieren
ausgebildeten Kupferschicht)
Kupfermuster-Wafer (854 Masken-Muster,
hergestellt von SEMATECH Company) |
| Polierschwamm: | Laminierter
Polierschwamm aus Polyurethan (IC-1000/Suba400), hergestellt von Rodel
Inc., USA) |
| Polierdruck: | 2
psi (circa 13,8 kPa) |
| Tischumdrehungsgeschwindigkeit: | 80
U/min |
| Zuführrate der
Polierzusammensetzung: | 200
cc/min |
| Trägerrotationsgeschwindigkeit: | 80
U/min |
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Eine
Bewertung der Materialentfernungsrate wurde mittels eines Kupferschicht-Wafers
durchgeführt. Das
Polieren wurde eine Minute lang durchgeführt, und die Schichtdicke vor
und nach dem Polieren des zu polierenden Objekts wurde mittels eines
Blattwiderstandsmessers (VR-120, hergestellt von Kokusai Denki System
Service K.K.) gemessen und die Schichtdickendifferenz berechnet,
und aus dem berechneten Wert wurde die Materialentfernungsrate erhalten.
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Die
Bewertung von Vertiefungen auf der Kupferverdrahtung wurde mittels
eines Kupfermuster-Wafers durchgeführt. Das Polieren wurde durchgeführt, bis
Kupfer auf dem Flächenanteil
vollständig
poliert und entfernt war, und die Differenz in der Höhe zwischen
dem Kupferverdrahtungsteil und der Grenzschicht nach dem Polieren
wurde mittels eines Profilmessers (Profiler) (HRP340, hergestellt
von KLA Tencole Company) gemessen, der ein Oberflächenmessgerät vom Kontakttyp
ist, um die Tiefe der Vertiefungen des Kupferverdrahtungsteils von
10 μm des
zu polierenden Objekts nach dem Polieren zu bestimmen.
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Die
Ergebnisse der Materialentfernungsrate und der Tiefe der Vertiefungen
sind in Tabelle 1 angegeben.
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Aus
Tabelle 1 ist es ersichtlich, dass im Beispiel 1 eine angemessene
Materialentfernungsrate von Kupfer erhältlich ist, und die Bildung
von Vertiefungen im Kupferverdrahtungsteil klein ist.
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Aus
Vergleichsbeispiel 1, in dem keine organische Verbindung eingebaut
wurde, ist es hingegen ersichtlich, dass auf dem Kupferverdrahtungsteil
tiefe Einschnitte ausgebildet wurden. Außerdem bestand in den Vergleichsbeispielen
2, 5 und 8, in denen kein Schleifmittel eingebaut wurde, das Problem,
dass die Materialentfernungsrate des Kupfers gering war, weil kein
angemessenes mechanisches Polieren durch das Schleifmittel durchgeführt wurde.
In den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 wurde außerdem ein Polyacrylat als
organische Verbindung eingebaut, und in den Vergleichsbeispielen
6 bis 8 wurde ein Polyvinylalkohol als organische Verbindung eingebaut,
aber in jedem dieser Fälle
wurden tiefe Einschnitte auf dem Kupferverdrahtungsteil ausgebildet,
und es ist ersichtlich, dass organische Verbindungen wie ein Polyacrylat
oder ein Polyvinylalkohol nicht dazu fähig sind, die Bildung von Vertiefungen
zu unterdrücken.
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BEISPIELE 61 BIS 101 UND
VERGLEICHSBEISPIELE 9 UND 10
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Herstellung und Gehalte
von Schleifmittelzusammensetzungen
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Kolloidales
Siliciumdioxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 40 nm
wurde als Schleifmittel, Glycin als das Polieren beschleunigende
Verbindung, Benzotriazol als Antikorrosionsmittel, Wasserstoffperoxid
und verschiedene in Tabelle 2 angegebene Arten als organische Verbindung
(organische Verbindung 1 und organische Verbindung 2) wurden Wasser
so zugemischt, dass sie in den in Tabelle 2 angegebenen Anteilen gemischt
waren, um die entsprechenden Schleifmittelzusammensetzungen der
Beispiele 61 bis 101 und Vergleichsbeispiele 9 und 10 herzustellen.
Die Beispiele 68 und 99 sind nicht innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens.
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In
den Beispielen 61 bis 73 wurden zwei Arten organischer Verbindungen,
d.h. die organische Verbindung 1, Diisobutyldimethylbuindiol-polyoxyethylenglykolether,
repräsentiert
durch die chemische Formel (3):
und organische Verbindung
2, ein Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether (Molekulargewicht:
8 000), verwendet, und ihre Mengen wurden verändert, und die Mengen der anderen
Komponenten, d.h. kolloidales Siliciumdioxid, Glycin, Benzotriazol
bzw. Wasserstoffperoxid, waren die gleichen.
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In
den Beispielen 74 bis 97 wurden die organischen Verbindungen in
den gleichen Mengen wie in Beispiel 64 verwendet. In den Beispielen
74 bis 79 wurde die Konzentration an kolloidalem Siliciumdioxid
geändert,
und in den Beispielen 80 bis 85 die Menge an Glycin geändert. Außerdem wurde
in den Beispielen 86 bis 91 die Menge an Benzotriazol geändert, und
in den Beispielen 92 bis 97 die Menge an Wasserstoffperoxid geändert, und
die Menge jeder der anderen Komponenten war die gleiche.
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In
Beispiel 98 wurden außerdem
zwei Arten organischer Verbindungen, d.h. organische Verbindung
1, Diisobutyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether, repräsentiert
durch die chemische Formel (4):
und organische Verbindung
2, die ein Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether (Molekulargewicht:
8 000) ist, verwendet, und ihre Mengen und die Mengen der anderen
Komponenten waren die gleichen wie in Beispiel 64. Außerdem wurde
in Beispiel 99 unter den organischen Verbindungen in Beispiel 98
nur die organische Verbindung 1 verwendet, und im Beispiel 100 die
organische Verbindung 2 unter den organischen Verbindungen in Beispiel
64 wurde auf Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether (Molekulargewicht:
4 000) geändert,
und in Beispiel 101 wurden die Mengen der organischen Verbindungen
in Beispiel 64, des Schleifmittels und anderer Komponenten erhöht (die
Mengen der entsprechenden Komponenten in Beispiel 64 wurden auf
das Zweifache erhöht).
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Im
Vergleichsbeispiel 9 wurde das Schleifmittel und die organische
Verbindung 2 unter den organischen Verbindungen nicht eingebaut,
und im Vergleichsbeispiel 10 wurde kein Schleifmittel eingebaut.
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Außerdem wurde
als Wasserstoffperoxidlösung
eine im Handel erhältliche
31 %ige wäßrige Lösung verwendet,
und sie wurde kurz vor dem Polieren zugemischt. Die Menge des Wasserstoffperoxids
in Tabelle ist die tatsächliche
Menge in der Zusammensetzung.
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Anmerkung:
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- *) Beim tatsächlichen
Polieren wurde die Zusammensetzung mit Wasser auf das Zweifache
verdünnt
(1 Teil Wasser wurde zu 1 Teil der Schleifmittelzusammensetzung
zugegeben).
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In
Tabelle 2 bedeutet A Diisobutyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether,
repräsentiert
durch die chemische Formel (3), und B bedeutet Diisobutyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether-
repräsentiert durch
die chemische Formel (4). C bedeutet einen Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
(Molekulargewicht: 8 000), und D bedeutet einen Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
(Molekulargewicht: 4 000).
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Poliertests
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Unter
Verwendung der entsprechenden Schleifmittelzusammensetzungen der
Beispiele 61 bis 100 und Vergleichsbeispiele 9 und 10 wurde ein
Polieren unter denselben Bedingungen wie im vorstehend beschriebenen
Beispiel 1, usw. auf der auf dem zu polierenden Objekt ausgebildeten
beschichteten Seite durchgeführt.
Im Beispiel 101 wurde jedoch ein solches Verfahren verwendet, bei
dem die Zusammensetzung mit reinem Wasser auf das Zweifache verdünnt wurde
(Schleifmittelzusammensetzung: reines Wasser = 1:1).
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Die
Bewertung der Materialentfernungsrate und die Bewertung der Vertiefungen
auf der Kupferverdrahtung wurde auf die gleiche Weise wie im vorstehend
beschriebenen Beispiel 1, usw. durchgeführt, und die Ergebnisse der
Materialentfernungsrate und der Bildung von Vertiefungen sind in
Tabelle 2 angegeben.
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Aus
der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass, wenn Diisobutyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether,
repräsentiert
durch die chemische Formel (4), B in Tabelle 2, und Polyoxyethylenpolyoxypropylenalkylether
C als organische Verbindungen verwendet wurden, eine angemessene
Materialentfernungsrate von Kupfer erhalten wurde, und die Ausbildung
von Vertiefungen im Kupferverdrahtungsteil gering war. Außerdem wurden
in den Beispielen 61 bis 97, in denen die Konzentration an kolloidalem
Siliciumdioxid und die Mengen der organischen Verbindungen (organische
Verbindungen 1 und 2), von Glycin, Benzotriazol und Wasserstoffperoxid,
geändert
wurden, gute Ergebnisse auch im Hinblick auf die Materialentfernungsrate
von Kupfer und Bildung von Vertiefungen erhalten. In den Beispielen
68 und 93 bis 100, in denen die Art der organischen Verbindungen geändert wurde,
oder der Diisobutyldimethylbutindiol-polyoxyethylenglykolether A,
repräsentiert
durch die chemische Formel (3), in Tabelle 2, oder B, repräsentiert
durch die chemische Formel (4), verwendet wurden, und in Beispiel
101, worin eine Zusammensetzung mit einer hohen Konzentration hergestellt
und kurz vor dem Polieren verdünnt
wurde, wurden ähnlich
gute Ergebnisse erhalten.
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Aus
den Vergleichsbeispielen 9 und 10, in denen kein Schleifmittel eingebaut
war, obwohl die organischen Verbindungen eingebaut waren, ist es
ersichtlich, dass das Problem vorhanden war, dass die Materialentfernungsrate
von Kupfer gering war, da kein angemessenes mechanisches Polieren
durch das Schleifmittel durchgeführt
wurde. Es ist außerdem
ersichtlich, dass in einem Fall, in dem keine organische Verbindung
eingebaut war, wie im Vergleichsbeispiel 1 in Tabelle 1, tiefe Einschnitte
auf dem Kupferverdrahtungsteil ausgebildet wurden.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es durch die erfindungsgemäße Schleifmittelzusammensetzung
möglich,
eine Schleifmittelzusammensetzung zu erhalten, mit der ein Polieren
mit einer geringen chemischen Ätzwirkung
gegenüber
Kupfer, d.h. Unterdrücken
der Bildung von Vertiefungen am Kupferverdrahtungsteil, ohne Beeinträchtigung
der Materialentfernungsrate der Kupferschicht im CMP-Verfahren bei
der Herstellung eines Halbleiterbauelements, das mindestens eine
Schicht aus Kupfer und eine Schicht einer Tantal enthaltenden Verbindung
auf einem Substrat enthält,
durchgeführt
werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Polierverfahren
ist ein Verfahren, das das Polieren eines Halbleiterbauelements,
das mindestens eine Schicht aus Kupfer und eine Schicht aus einer
Tantal enthaltenden Verbindung auf einem Substrat ausgebildet aufweist,
mit der vorstehend beschriebenen Schleifmittelzusammensetzung umfasst,
wobei das Polieren durchgeführt
werden kann, ohne die Materialentfernungsrate der Kupferschicht zu
beeinträchtigen,
wohingegen die Ausbildung von Vertiefungen auf dem Kupferverdrahtungsteil
unterdrückt wird.