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DE60307111T2 - Verfahren zum chemisch mechanisch polieren von materialien mit einer niedrigen dielektrizitätskonstanten - Google Patents

Verfahren zum chemisch mechanisch polieren von materialien mit einer niedrigen dielektrizitätskonstanten Download PDF

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DE60307111T2
DE60307111T2 DE60307111T DE60307111T DE60307111T2 DE 60307111 T2 DE60307111 T2 DE 60307111T2 DE 60307111 T DE60307111 T DE 60307111T DE 60307111 T DE60307111 T DE 60307111T DE 60307111 T2 DE60307111 T2 DE 60307111T2
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DE
Germany
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polyoxyethylene
amphiphilic
polishing
surfactant
alkyl
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DE60307111T
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DE60307111D1 (de
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Cabot Microelectronics Corp. K.J. Aurora MOEGGENBORG
Cabot Microelectronics Corporation H. Aurora CHOU
Cabot Microelectronics Corporation J.D. Aurora HAWKINS
Cabot Microelectronics Corp. J.P. Auroa CHAMBERLAIN
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CMC Materials LLC
Original Assignee
Cabot Microelectronics Corp
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Publication date
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Publication of DE60307111T2 publication Critical patent/DE60307111T2/de
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

  • Die Erfindung betrifft chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen zum Polieren von dielektrischen Werkstoffen mit niedrigem k-Wert.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Zusammensetzungen und Verfahren zum Planen oder Polieren der Oberfläche eines Substrates sind auf diesem Gebiet gut bekannt. Polierzusammensetzungen (auch als Polierschlämme bekannt) enthalten typischerweise einen Schleifwerkstoff in einer wässrigen Lösung und werden gewöhnlich auf eine Oberfläche durch Inkontaktbringen der Oberfläche mit einem Polierkissen aufgetragen, welches mit der Polierzusammensetzung gesättigt ist. Typische Schleifwerkstoffe umfassen Siliziumdioxid, Zeroxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Zinndioxid. In dem U.S.-Patent 5,527,423 ist zum Beispiel ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren einer Metallschicht durch Inkontaktbringen der Oberfläche mit einem Polierschlamm beschrieben, der hochreine Feinmetalloxidpartikel in einem wässrigen Medium aufweist. Der Polierschlamm wird typischerweise in Verbindung mit einem Polierkissen (zum Beispiel Polier tuch oder -scheibe) verwendet. Geeignete Polierkissen sind in den U.S.-Patenten 6,062,968, 6,117,000 und 6,126,532 beschrieben, in denen die Verwendung gesinterter Polyurethan-Polierkissen offenbart ist, die ein Netzwerk aus feinporigen offenen Zellen aufweisen, und in dem U.S.-Patent 5,489,233, in dem die Verwendung massiver Polierkissen offenbart ist, die eine Oberflächenstruktur oder -muster aufweisen. Alternativ kann der Schleifwerkstoff in das Polierkissen integriert sein. In dem U.S.-Patent 5,958,794 ist ein fixiertes Schleifpolierkissen offenbart.
  • Polierzusammensetzungen für metallinterne dielektrische Schichten auf Siliziumbasis wurden in der Halbleiterindustrie entwickelt und die chemische und mechanische Art des Polierens und des Verschleißes der Nichtleiter auf Siliziumbasis wird vernünftigerweise gut verstanden. Ein Problem bei den dielektrischen Werkstoffen auf Siliziumbasis besteht jedoch darin, dass ihre Dielektrizitätskonstante relativ hoch ist, wobei sie in Abhängigkeit von Fakturen wie zum Beispiel dem Restfeuchtigkeitsgehalt annähernd 3,9 oder mehr beträgt. Als Ergebnis ist die Kapazitanz zwischen den leitenden Schichten ebenfalls relativ hoch, wodurch wiederum die Geschwindigkeit (Frequenz) begrenzt wird, mit welcher der Schaltkreis arbeiten kann. Entwickelte Strategien zur Verringerung der Kapazitanz umfassen (1) Integration von Metallen mit niedrigeren Widerstandswerten (zum Beispiel Kupfer), und (2) Bereitstellung elektrischer Isolierung mit Isolierstoffen, die im Verhältnis zu Siliziumdioxid niedrigere Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Solche Werkstoffe mit niedriger Dielektrizitätskonstante umfassen typischerweise organische Polymerwerkstoffe, anorganische und organische poröse, dielektrische Werkstoffe und gemischte bzw. organische und anorganische Verbundwerkstoffe, die porös oder nicht porös sein können. Es wäre sehr wünschenswert, Werkstoffe mit niedriger Dielektrizitätskonstante in Halbleiterstrukturen einzubinden und gleichzeitig immer noch in der Lage zu sein, die herkömmlichen chemisch-mechanischen Poliersysteme (CMP) zum Polieren der Oberfläche des sich ergebenden dielektrischen Werkstoffes während der Halbleiter-Mikroplättchenverarbeitung zu verwenden.
  • Es sind mehrere chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen für Substrate bekannt, die Werkstoffe mit niedriger Dielektrizitätskonstante enthalten. So ist zum Beispiel in dem U.S.-Patent 6,043,155 ein Schlamm auf Zeroxidbasis für anorganische und organische Isolierfolien offenbart. In dem U.S.-Patent 6,046,112 ist eine Polierzusammensetzung zum Polieren von Werkstoffen mit niedriger Dielektrizität offenbart, die Zirkonoxidschleifmittel und entweder Tetramethylammoniumhydroxid oder Tetrabutylammoniumhydroxid enthalten. In dem U.S.-Patent 6,270,395 ist eine Polierzusammensetzung für Werkstoffe mit niedriger Dielektrizität offenbart, die ein Schleifmittel und ein Oxidationsmittel enthalten.
  • Grenzflächenaktive Stoffe werden allgemein in chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen verwen det, um als Dispersionsmittel oder Ausflockungsmittel zu funktionieren. So ist zum Beispiel in dem U.S.-Patent 6,270,393 ein Schleifmittelschlamm offenbart, der Aluminium, ein anorganisches Salz, einen wasserlöslichen Chelatbildner und ein grenzflächenaktives Mittel enthält, welches zweckmäßigerweise als ein Dispersionsmittel für das Schleifmittel wirkt. In dem U.S.-Patent 6,313,039 ist eine Polierzusammensetzung offenbart, die ein Schleifmittel, eine Hydroxylaminverbindung, ein Oxidationsmittel und optional einen grenzflächenaktiven Stoff enthält, der zweckmäßigerweise die Oberflächenbelastung auf dem polierten Substrat verändert. In dem U.S.-Patent 6,348,076 sind Polierzusammensetzungen für offenbart, die grenzflächenaktive Stoffe, insbesondere anionische grenzflächenaktive Stoffe enthalten. In der veröffentlichten U.S.-Patentanmeldung 2001/0005009 A1 sind Polierzusammensetzungen offenbart, die grenzflächenaktive Stoffe umfassen, die anionische, kationische, ampholytische und nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe enthalten, um als Dispersionsmittel zu wirken. In der veröffentlichten U.S.-Patentanmeldung 2001/0008828 A1 ist eine wässrige Polierzusammensetzung zum Kupfer- und Sperrfilmpolieren mit einem Schleifmittel, einer organischen Säure, einer heterozyklischen Verbindung, einem Oxidationsmittel und optional einem grenzflächenaktiven Stoff offenbart. In der veröffentlichten U.S.-Patentanmeldung 2001/0013507 A1 ist ein Verfahren zum Polieren anorganischer Polymerschichten mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante offenbart, welches ein Zirkonoxidschleifmittel und einen nicht ionogenen, anionischen, kationischen oder amphoteren grenzflächenaktiven Stoff umfasst, welches zweckmäßigerweise dahingehend wirksam ist, dass es den Polierschlamm gegen Absetzen, Ausflockung und Zersetzung stabilisiert. In der WO 01/32794 A1 ist ein Tantalsperrschlamm für chemisch-mechanisches Polieren offenbart, der einen organischen Zusatz umfasst, der aus einem beliebigen einer Vielfalt von grenzflächenaktiven Stoffen bestehen kann, der zweckmäßigerweise Verbindungen mit der Oberfläche des Kieselerde- oder Kupfersubstrates ausbildet, und die Ausbildung von Kieselerdeniederschlägen und Kupferanfärbung unterdrückt. In der EP 810 302 B1 ist eine Polierzusammensetzung offenbart, die ein fettiges Sorbitansäureester und ein Polyoxyethylenderivat eines fettigen Sorbitansäureesters als Korrosionshemmer umfasst. In der EP 1 088 869 A1 ist eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren offenbart, welches Schleifpartikel und einen amphipathischen grenzflächenaktiven Stoff mit einem HLB-Wert von 6 oder niedriger aufweist. In der EP 1 148 538 A1 ist eine Polierzusammensetzung offenbart, die ein Zeroxidschleifmittel und einen grenzflächenaktiven Stoff (zum Beispiel anionisch, nicht ionogen, kationisch oder amphoter) umfasst, der zweckmäßigerweise als Dispersionsmittel agiert.
  • Obwohl die Verwendung grenzflächenaktiver Stoffe in chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen gut bekannt ist, erkennt keine der Referenzen des Standes der Technik die besonderen Vorteile nicht ionogener grenzflächenaktiver Stoffe im Vergleich zu an deren Arten grenzflächenaktiver Stoffe wie zum Beispiel anionischen, kationischen und amphoteren grenzflächenaktiven Stoffen. Es wurde herausgefunden, dass nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoffe eine verbesserte Selektivität bei Substratschichtabtragungsraten bereitstellen können. Diese und weitere Vorteile der Erfindung, sowie zusätzliche Merkmale der Erfindung werden an Hand der in diesem Dokument bereitgestellten Beschreibung der Erfindung ersichtlich.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates bereit, welches Folgendes umfasst: (i) Kontaktieren eines Substrates, welches eine dielektrische Schicht umfasst, mit einem chemischmechanischen Poliersystem, welches Folgendes umfasst: (a) ein Schleifmittel, ein Polierkissen oder eine Kombination derselben; (b) einen amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoff; und (c) eine Trägerflüssigkeit; und (ii) Abschleifen mindestens eines Teils des Substrates zum Polieren der dielektrischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von 3,5 oder niedriger aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Konzentration des grenzflächenaktiven Stoffes und der Abtragungsrate des dielektrischen Werkstoffes mit niedrigem k-Wert darstellt.
  • 2 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen dem HLB-Wert des grenzflächenaktiven Stoffes und den Abtragungsraten des Tantal- (Ta), Siliziumdioxid- (TEOS) und dielektrischen Werkstoffes mit niedrigem k-Wert (CDO) darstellt.
  • DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren eines Substrates, welches Folgendes umfasst: (i) Kontaktieren des Substrates, welches eine dielektrische Schicht umfasst, mit einem chemisch-mechanischen Poliersystem, welches Folgendes umfasst: (a) ein Schleifmittel, ein Polierkissen oder eine Kombination derselben; (b) einen amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoff; und (c) eine Trägerflüssigkeit; und (ii) Abschleifen mindestens eines Teils des Substrates zum Polieren des Substrates.
  • Das hierin beschriebene chemisch-mechanische Poliersystem umfasst ein Schleifmittel, ein Polierkissen oder beides. Vorzugsweise kann es jede geeignete Form aufweisen (zum Beispiel Schleifpartikel). Das Schleifmittel kann auf dem Polierkissen befestigt und/oder in Partikelform sein, und in der Trägerflüssigkeit schwebend gehalten sein. Das Polierkissen kann jedes geeignete Polierkissen sein. Das Schleifmittel (wenn vorhanden und in der Trägerflüssigkeit schwebend gehalten) und der amphiphile nicht ionogene grenzflächenaktive Stoff sowie beliebige andere, in der Trägerflüssigkeit schwebend gehaltene Komponenten, bilden die Polierzusammensetzung des chemisch-mechanischen Poliersystems aus.
  • Das Schleifmittel kann jedes geeignete Schleifmittel (zum Beispiel ein Metalloxid) sein. Das Schleifmittel kann ein Metalloxidschleifmittel sein, welches aus der aus Aluminiumoxid, Kieselerde, Titanoxid, Zer(IV)-oxid, Zirkonoxid, Germanium, Magnesium, Nebenprodukten derselben bestehenden Gruppe und Kombinationen derselben ausgewählt ist. Das Schleifmittel kann auch ein Polymerpartikel oder ein überzogener Partikel sein. Typischerweise wird das Schleifmittel aus der aus Aluminiumoxid, Kieselerde, Nebenprodukten derselben, überzogenen Metalloxidpartikeln, Polymerpartikeln und Kombinationen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt. Vorzugsweise ist das Schleifmittel Kieselerde. Das Poliersystem umfasst typischerweise 0,1 Gewichts-% bis 20 Gewichts-% (zum Beispiel 0,5 Gewichts-% bis 15 Gewichts-% oder 1 Gewichts-% bis 10 Gewichts-%) Schleifmittel auf der Grundlage des Gewichtes der Trägerflüssigkeit und beliebige, darin aufgelöste oder schwebend gehaltene Verbindungen.
  • Der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff ist ein grenzflächenaktiver Stoff, der einen hydrophilen Anteil und einen hydrophoben Anteil aufweist. Zum Zwecke dieser Erfindung wird der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff dahingehend definiert, dass er eine Kopfgruppe und eine Schwanzgruppe aufweist. Die Kopfgruppe ist der hydrophobe Anteil des grenzflächenaktiven Stoffes, und die Schwanzgruppe ist der hydrophile Anteil des grenzflächenaktiven Stoffes. Es kann jede beliebige geeignete Kopfgruppe und jede beliebige geeignete Schwanzgruppe verwendet werden. Der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff kann jede geeignete Kombination von Kopfgruppen und Schwanzgruppen sein. So kann der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff zum Beispiel nur eine Kopfgruppe in Kombination mit einer Schwanzgruppe, oder bei einigen Ausführungsformen mehrere (zum Beispiel 2 oder mehr) Kopfgruppen und/oder mehrere (zum Beispiel 2 oder mehr) Schwanzgruppen umfassen. Vorzugsweise ist der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff wasserlöslich.
  • Die Kopfgruppe kann jede geeignete Gruppe sein, die im Wesentlichen hydrophob ist. So weisen geeignete Kopfgruppen zum Beispiel Polysiloxane, Tetra-C1-4-Alkyldecyne, gesättigte oder teilweise ungesättigte C6-30-Alkyle, Polyoxypropylene, C6-12-Alkylphenyle oder Zyklohexyle, Polyethylene oder Mischungen derselben auf. Die gesättigten oder teilweise ungesättigten C6-30-Alkyle können optional mit funktionellen Gruppen, zum Beispiel kurzkettigen (C1-5)-Alkylen, C6-30-Arylen, kurzkettigen (C1-5)-Fluorkohlenwasserstoffen, Hydroxylgruppen, Halogenidgruppen, Karbonsäuren, Estern, Aminen, Amiden, Glykolen und dergleichen substituiert werden. Vorzugsweise ist der Substitutionsgrad mit hydrophilen Gruppen dann, wenn die Kopfgruppe ein ge sättigtes oder teilweise ungesättigtes C6-30-Alkyl ist, sehr niedrig (zum Beispiel niedriger als 3 oder niedriger als 2 hydrophile Gruppen). Noch vorteilhafter wird die Kopfgruppe nicht mit hydrophilen Gruppen (zum Beispiel Hydroxylgruppen und Karbonsäuregruppen) substituiert.
  • Die Schwanzgruppe kann jede geeignete Gruppe sein, die im Wesentlichen hydrophil ist. So umfassen geeignete Schwanzgruppen zum Beispiel solche, die eine Polyoxyethylengruppe mit vorzugsweise 4 oder mehr (zum Beispiel 6 oder mehr oder 8 oder mehr) Ethylenoxidwiederholungseinheiten, eine Sorbitangruppe, hoch substituierte gesättigte oder teilweise ungesättigte C6-30-Alkyle oder eine Mischung derselben (zum Beispiel Polyoxyethelensorbitan) aufweist. Die hoch substituierten oder teilweise ungesättigten C6-30-Alkyle werden vorzugsweise mit hydrophilen funktionellen Gruppen, zum Beispiel mit Hydroxylgruppen substituiert.
  • Der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff kann ein grenzflächenaktiver Stoff auf Azetylenglykolbasis sein, der eine Tetraalkyldecyn-Kopfgruppe und eine Oxyethylen-Schwanzgruppe umfasst, wie bei 2,4,7,9-Tetramethyl-5-Decyn-4,7-Diolethoxylat. Der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff kann auch aus der aus Polyoxyethylenalkylethern und Polyoxyethylenalkylsäureestern bestehenden Gruppe ausgewählt werden, wobei das Alkyl ein C6-30-Alkyl ist, welches gesättigt oder teilweise ungesättigt sein kann, und optional verzweigt ist. So kann der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylenmonolaurat, Polyoxyethylenmonostearat, Polyoxyethylendistearat, Polyoxyethylenmonooleat sein. Auf ähnliche Weise kann der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Polyoxyethylenalkylphenylether oder ein Polyoxyethylenalkylzyklohexylether sein, wobei das Alkyl ein C6-30-Alkyl ist, welches gesättigt oder teilweise ungesättigt sein kann und optional verzweigt sein kann, wie zum Beispiel ein Polyoxyethylenoktylphenylether oder ein Polyoxyethylennonylphenylether.
  • Der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff kann auch ein Sorbitanalkylsäureester oder ein Polyoxyethylensorbitanalkylsäureester sein, wobei das Alkyl ein C6-30-Alkyl ist, welches gesättigt oder teilweise ungesättigt sein kann und optional verzweigt sein kann. So kann der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff zum Beispiel Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonooleat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitanmonostearat, Sorbitansesquioleat, Sorbitantrioleat oder Sorbitantristearat sowie ein Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylensorbitanmonopalmitat, Polyoxyethylensorbitanmonostearat, Polyoxyethylensorbitantristearat, Polyoxyethylensorbitanmonooleat, Polyoxyethylensorbitantrioleat oder Polyoxyethylensorbitantetraoleat sein.
  • Der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff kann ein Block- oder Propfcopolymer sein, welches Polydimethylsiloxan und Polyoxyethylen, Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, oder Polyoxyethylen und Polyethylen aufweist. Der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff kann auch ein Polyoxyethylenalkylamin (zum Beispiel Polyoxyethylenlaurylamin, Polyoxyethylenstearylamin, Polyoxyethylenoleylamin), ein ethoxyliertes Amid, ein ethoxyliertes Alkylalkanolamid, eine Alkylpolyglukose (zum Beispiel von Henkel erhältliches grenzflächenaktives Plantaren®) oder ein Ethoxylatester oder Diester einer Alkylglukose (zum Beispiel von Amerchol erhältliches PEG-120-Methylglukosedioleat und dergleichen) sein.
  • Bevorzugte amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoffe umfassen Polyoxyethylensorbitanalkylsäureester (zum Beispiel Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylensorbitanmonopalmitat, Polyoxyethylensorbitansesquiolat und Polyoxyethylensorbitantrioleat), Alkylphenylpolyoxyethylene (zum Beispiel grenzflächenaktives Igepal®, Rhone-Poulenc) und grenzflächenaktive Stoffe auf der Basis von Azetyldiol (zum Beispiel grenzflächenaktives Surfynol®, Air Products).
  • Das Poliersystem weist typischerweise 0,002 Gewichts-% oder mehr an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff auf der Grundlage des Gewichtes der Trägerflüssigkeit und beliebiger, darin aufgelöster oder schwebend gehaltener Verbindungen auf. Vorzugsweise weist das Poliersystem 0,005 Ge wichts-% bis 1,0 Gewichts-% (zum Beispiel 0,01 Gewichts-% bis 0,5 Gewichts-%) an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff auf der Grundlage des Gewichtes der Trägerflüssigkeit und beliebiger, darin aufgelöster oder schwebend gehaltener Verbindungen auf. Die Menge an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff ist teilweise von der Art des grenzflächenaktiven Stoffes abhängig. Wenn zum Beispiel der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Copolymer von Ethylenoxid und Propylenoxid ist (zum Beispiel grenzflächenaktives Pluronic® L101 oder Pluronic® 31R1, BASF), beträgt die Menge an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff vorzugsweise 0,05 Gewichts-% oder weniger (zum Beispiel 0,02 Gewichts-% oder weniger, oder 0,01 Gewichts-% oder weniger). Wenn der grenzflächenaktive Stoff ein fettiges Sorbitansäureester ist (zum Beispiel Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitansesquioleat, Sorbitantrioleat), beträgt die Menge an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff vorzugsweise 0,01 Gewichts-% oder mehr (zum Beispiel 0,02 Gewichts-% oder mehr, oder 0,05 Gewichts-% oder mehr).
  • Der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff weist typischerweise einen hydrophilenlipophilen Gleichgewichtswert (HLB)-Wert von 7 oder größer (zum Beispiel 10 oder größer, oder 12 oder größer) auf. Der HLB-Wert zeigt die Löslichkeit eines grenzflächenaktiven Stoffes in Wasser an, und steht somit in Zusammenhang mit der Gewichts-%-Menge des hydrophilen Anteils des grenzflächenaktiven Stoffes (zum Beispiel die Gewichts-%-Menge von Ethylenoxid). Der HLB-Wert des grenzflächenaktiven Stoffes kann in einigen Fällen für nichtionogene, grenzflächenaktive Stoffe, die eine Ethylenoxidgruppe enthalten, dahingehend angenähert werden, dass er gleich der Gewichts-%-Menge der Ethylendioxidgruppen geteilt durch 5 ist. Ein niedriger HLB-Wert zeigt einen lipophilen grenzflächenaktiven Stoff an (d. h. der eine kleine Anzahl an hydrophilen Gruppen aufweist), und ein hoher HLB-Wert zeigt einen hydrophilen grenzflächenaktiven Stoff an (der eine hohe Anzahl an hydrophilen Gruppen aufweist.
  • Die Art des amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffes, der zur Verwendung in einem chemisch-mechanischen Poliersystem dieser Erfindung ausgewählt wird, ist teilweise von der Art des polierten Substrates abhängig. Wenn zum Beispiel die dielektrische Schicht mit niedrigem k-Wert ein kohlenstoffdotierter Siliziumdioxidwerkstoff ist, ist die Art des amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffes von dem Niveau der Kohlenstoffdotierung abhängig. Typische kohlenstoffdotierte Siliziumdioxid (CDO)-Werkstoffe mit niedrigem k-Wert weisen eine Formel von SiwCxOyHz auf, wobei x annähernd (0,10-0,25)y beträgt. Wenn x gleich Null ist, ist der Werkstoff derselbe wie ein undotiertes Siliziumdioxid, mit dem amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoffe wenig bis keine Wechselwirkung an den Tag legen. Wenn der Siliziumdioxidwerkstoff mit organischen Gruppen modifiziert wird (d. h. x > 0), wird die Oberfläche des Substrates zunehmend hydrophob. Obwohl keine Bindung an die Theorie erfolgen soll, wird angenommen, dass die hydrophobe Art der dotierten Dioxidwerkstoffe die Adsorption der amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffe auf die Oberfläche treibt. Bei niedrigen Niveaus von Kohlenstoffdotierung ist die hydrophobe Kopfgruppe wünschenswerterweise länger, um die Oberfläche der CDO-Schicht vollständiger zu bedecken. So kann die Kopfgruppe bei niedrigen Niveaus von Kohlenstoffdotierung ein Polypropylen oder Polypropylenoxid sein. Wenn sich das Niveau der Dotierung erhöht, kann die Größe der hydrophoben Kopfgruppe kleiner sein.
  • Die Länge der hydrophilen Schwanzgruppe ist von Bedeutung für die Steuerung der Polierumgebung über der Oberfläche des dielektrischen Werkstoffes mit niedrigem k-Wert. Wenn die hydrophilen Schwanzgruppen zu klein sind, ist die sterische Barriere nicht ausreichend, um chemische Angriffe und/oder Abtragung der Substratoberfläche durch Abrieb zu verhindern. Durch die Auswahl amphiphiler, nicht ionogener, grenzflächenaktiver Stoffe mit langen voluminösen, hydrophilen Schwanzgruppen kann eine dicke sterische Barriere an der Oberfläche des Werkstoffes mit niedrigem k-Wert erzeugt werden, wodurch im Wesentlichen die Abtragungsrate der dielektrischen Schicht mit niedrigem k-Wert verringert wird. Solche amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffe werden höhere Halb- Werte haben, welche die hohe Gewichts-%-Menge der hydrophilen Schwanzgruppe widerspiegeln.
  • Eine Trägerflüssigkeit wird verwendet, um das Auftragen des Schleifmittels (wenn es in der Trägerflüssigkeit vorhanden und dort schwebend gehalten wird), des amphiphilen, nichtionogenen, grenzflächenaktiven Stoffes und beliebiger optionaler Zusätze auf die Oberfläche eines geeigneten, zu polierenden Substrates (zum Beispiel planarisiert) zu erleichtern. Die Trägerflüssigkeit ist typischerweise ein wässriger Träger und kann ausschließlich Wasser sein, kann Wasser und ein mit Wasser vermischbares Lösungsmittel umfassen, oder kann eine Emulsion sein. Geeignete, mit Wasser vermischbare Lösungsmittel umfassen Alkohole wie zum Beispiel Methanol, Ethanol usw. vorzugsweise besteht der wässrige Träger aus Wasser, noch vorteilhafter aus entionisiertem Wasser.
  • Die Polierzusammensetzung kann jeden geeigneten pH-Wert aufweisen. Typischerweise weist die Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 6 oder größer auf (zum Beispiel 7 oder größer, oder 8 oder größer), und einen pH-Wert von 12 oder niedriger (zum Beispiel 11 oder niedriger).
  • Das in diesem Dokument beschriebene Poliersystem kann zum Polieren (zum Beispiel Planen) eines Substrates verwendet werden. Das Substrat umfasst eine Schicht mit einem niedrigen k-Wert, die eine Dielektrizitätskonstante von 3,5 oder weniger aufweist (zum Beispiel 3 oder weniger, oder 1 bis 3). So kann die dielektrische Schicht ein organisch modifiziertes Siliziumglas wie zum Beispiel ein kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid (CDO) oder einen aus der aus Polyimid, fluoriertem Polyimid, Polyarylenen und Polyarylethern (wie zum Beispiel SiLKTM von Dow Chemical, FLARETM von Allied Signal und VELOXTM von Schumacher), Polybenzocyklobuten, Divinylsiloxanbisbenzocyklobuten (DVS-BCB), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polysiloxan, Polynaphthylenether, Polyquinoline, Paralyne (wie zum Beispiel Paralyn AF4, ein aliphatisches tetrafluoriertes Poly-p-Xylylol), Copolymere desselben und Kombinationen desselben umfassen. Vorzugsweise weist die dielektrische Schicht mit niedrigem k-Wert kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid auf.
  • Optional weist das Substrat weiterhin eine dielektrische Schicht (zum Beispiel eine Siliziumdioxid- und/oder Metallschicht) auf. Die Metallschicht kann jedes geeignete Metall umfassen. So kann die Metallschicht zum Beispiel Kupfer, Tantal, Titan, Wolfram, Aluminum, Nickel, Platin, Ruthenium, Iridium, Rhodium, Legierungen derselben aufweisen (zum Beispiel binäre Legierungen derselben und ternäre Legierungen derselben), und Kombinationen derselben. Vorzugsweise umfasst die Metallschicht Kupfer und/oder Tantal. Der amphiphile, nichtionogene, grenzflächenaktive Stoff wirkt dahingehend, dass er die Abtragungsrate der dielektrischen Schicht mit niedrigem k-Wert unterdrückt, ohne die Abtragungsraten anderer Schichten wesentlich zu beeinflussen (zum Beispiel Oxidschichten, Metall schichten), die auf der Oberfläche des Substrates vorhanden sind.
  • Das in diesem Dokument beschriebene System umfasst weiterhin ein Oxidationsmittel. Das Oxidationsmittel kann jedes geeignete Oxidationsmittel sein. Geeignete Oxidationsmittel umfassen anorganische und organische Perverbindungen, Bromate, Nitrate, Chlorate, Chromate, Jodate, Eisen und Kupfersalze (zum Beispiel Nitrate, Sulfate, EDTE und Zitrate), Seltenerd- und Übergangsmetalloxide (zum Beispiel Osmiumtetraoxid), rotes Blutlaugensalz, Kaliumdichromat, Jodsäure und dergleichen. Eine Perverbindung, wie sie in Hawley's Condensed Chemical Dictionary definiert wird, ist eine Verbindung, die mindestens eine Peroxy-Gruppe (-O-O-) oder eine Verbindung enthält, die ein Element in seinem höchsten Oxidationszustand aufweist. Beispiele von Verbindungen, die mindestens eine Peroxy-Gruppe enthalten, umfassen Wasserstoffperoxid und dessen Addukte wie zum Beispiel Harnstoff-Wasserstoffperoxid und Percarbonate, organische Peroxide wie zum Beispiel Benzoylperoxid, Peressigsäure und Di-t-Butyl-Peroxid, Monopersulfate (SO5 2-), Dipersulfate (S2O8 2-) und Natriumperoxid, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele von Verbindungen, die ein Element in seinem höchsten Oxidationszustand aufweisen, umfassen Überjodsäure, Periodatsalze, Perbromsäure, Perbromatsalze, Perchlorsäure, Perchlorsalze, Perborsäure, Perboratsalze und Permanganate, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise ist das zweite Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid, Kaliummonopersulfat (auch als Kalium peroxymonopersulfat bekannt, und als Oxon®-Oxidationsmittel von DuPont erhältlich, mit einer mitgeteilten chemischen Formel von 2KHSO5·KHSO4·K2SO4 (FW 614.78), Ammoniumpersulfat oder eine Kombination derselben.
  • Das in diesem Dokument beschriebene Poliersystem weist weiterhin einen Komplexbildner oder Chelatbildner auf. Der Komplex- oder Chelatbildner ist jeder beliebige geeignete chemische Zusatz, der die Abtragungsrate der abgetragenen Substratschicht steigert. Geeignete Chelat- oder Komplexbildner können zum Beispiel Karbonylverbindungen (zum Beispiel Azetylazetonate und dergleichen), einfache Karboxylate (zum Beispiel Azetate, Arylkarboxylate und dergleichen), Karboxylate, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen (zum Beispiel Glykolate, Laktate, Glukonate, Gallussäure und Salze derselben, und dergleichen) enthalten, umfassen, Di-, Tri- und Polykarboxylate (zum Beispiel Oxalate, Phthalate, Zitrate, Succinate, Tartrate, Malate, EDTE-Salze (zum Beispiel Dinatrium-EDTE), Mischungen derselben, und dergleichen), Karboxylate, die eine oder mehrere Sulfon- und/oder Phosphongruppen enthalten, und dergleichen. Geeignete Chelat- oder Komplexbildner können zum Beispiel auch Di-, Tri- oder Polyalkohole (zum Beispiel Ethylenglykol, Brenzkatechin, Pyrogallol, Gerbsäure, und dergleichen) umfassen, und aminhaltige Verbindungen (zum Beispiel Ammoniak, Aminosäuren, Aminoalkohole, Di-, Tri- und Polyamine und dergleichen). Vorzugsweise ist der Komplexbildner ein Karboxylatsalz, noch vorteilhafter ein Oxalatsalz. Die Auswahl des Chelat- oder Komplexbildners wird von der Art der im Verlauf des Polierens eines Substrates mit der Polierzusammensetzung abgetragenen Substratschicht abhängig sein.
  • Es wird davon ausgegangen, dass viele der zuvor erwähnten Verbindungen in Form eines Salzes (zum Beispiel ein Metallsalz, ein Ammoniumsalz oder dergleichen), einer Säure oder eines Teilsalzes vorhanden sein können. So umfassen Zitrate zum Beispiel Zitronensäure sowie Mono-, Di- und Tri-Salze derselben. Phthalate umfassen Phthalsäure sowie Monosalze (zum Beispiel Kaliumwasserstoffphthalat) und Di-Salze desselben. Perchlorate umfassen die entsprechende Säure (d. h. Perchlorsäure) sowie Salze derselben. Weiterhin können bestimmte Verbindungen mehr als eine Funktion ausführen. So können zum Beispiel manche Verbindungen als Chelatbildner und Oxidationsmittel funktionieren (zum Beispiel bestimmte Eisennitrate und dergleichen).
  • Das in diesem Dokument beschriebene Poliersystem umfasst weiterhin optional einen Korrosionshemmer. Der Korrosionshemmer (d. h. ein Filmbildungsmittel) kann jeder beliebige geeignete Korrosionshemmer sein. Typischerweise ist der Korrosionshemmer eine organische Verbindung, die eine heteroatomhaltige funktionelle Gruppe enthält. So ist der Korrosionshemmer zum Beispiel eine heterozyklische organische Verbindung mit mindestens einem aus 5 oder 6 Elementen bestehenden heterozyklischen Ring als die aktive funktionelle Gruppe, wobei der heterozyklische Ring mindestens ein Stickstoffatom, zum Beispiel eine Azolverbindung enthält. Vorzugsweise ist der Korrosionshemmer ein Triazol, noch vorteilhafter 1,2,4-Triazol, 1,2,3-Triazol oder Benztriazol.
  • Das in diesem Dokument beschriebene Poliersystem weist optional weiterhin eine oder mehr Bestandteile, wie zum Beispiel pH-Anpasser, Regulatoren oder Pufferelemente und dergleichen auf. Geeignete pH-Anpasser, Regulatoren oder Pufferelemente können zum Beispiel Natriumhydroxid, Natriumkarbonat, Kaliumhydroxid, Kaliumkarbonat, Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Zitronensäure, Kaliphosphat, Mischungen derselben, und dergleichen umfassen.
  • Das in diesem Dokument beschriebene Poliersystem umfasst weiterhin einen oder mehrere Bestandteile wie zum Beispiel Schaumbildungshemmer und Biozide. Der Schaumbildungshemmer und das Biozid können beliebige geeignete Schaumbildungshemmer und Pilzbekämpfungsmittel sein. Der Schaumbildungshemmer ist vorzugsweise ein Polydimethylsiloxanpolymer. Das Biozid ist vorzugsweise ein Kathon®-Biozid (Rohm und Haas).
  • Das in diesem Dokument beschriebene Poliersystem ist insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einer chemisch-mechanischen Poliervorrichtung (CMP) geeignet. Typischerweise weist die Vorrichtung eine Platte auf, die sich bei Verwendung in Bewegung befindet und eine Geschwindigkeit aufweist, die sich aus einer orbitalen, linearen oder kreisförmigen Bewegung ergibt; ein Polierkissen, welches bei Gebrauch mit der Platte in Berührung steht und sich mit derselben bewegt; und einen Träger, der ein zu polierendes Substrat durch Berührung und relative Bewegung zu der Oberfläche des Polierkissens hält, welches ein zu polierendes Substrat berühren soll. Das Polieren des Substrates tritt dann auf, wenn das Substrat in Berührung mit dem sich im Verhältnis zu dem Substrat bewegenden Polierkissen positioniert wird, und zwar typischerweise mit einer Polierzusammensetzung der Erfindung dazwischen, um mindestens einen Teil des Substrates abzutragen, um das Substrat zu polieren. Die chemisch-mechanische Poliervorrichtung kann jede beliebige chemisch-mechanische Poliervorrichtung sein, wovon viele aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen weiter die Erfindung, sollten jedoch natürlich in keinster Weise als deren Umfang begrenzend angesehen werden.
  • BEISPIEL 1
  • Dieses Beispiel veranschaulicht den Vorteil von amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffe für die Substratabtragungsselektivität bei der Abtragung von Werkstoff mit niedriger dielektrischer k-Wert-Konstante im Vergleich zu den Abtragungsraten von Kupfer-, Tantal- und Siliziumdioxidwerkstoffen.
  • Ähnliche Rohlings-Mikroplättchensubstrate, die Tantal (Ta), Siliziumdioxid (SiO2) oder kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid (CDO) enthielten, wurden mit unterschiedlichen Polierzusammensetzungen (Polierzusammensetzungen 1A-1I) poliert. Jede Polierzusammensetzung enthielt 7 Gewichts-% kolloide Kieselerde (120 nm bis 150 nm mittlerer Partikeldurchmesser), 0,02 Gewichts-% Benztriazol, 0,30 Gewichts-% Essigsäure, 3 Gewichts-% Wasserstoffperoxid und verschiedene Konzentrationen unterschiedlicher grenzflächenaktiver Stoffe, und wies einen pH-Wert von 8 auf. Polierzusammensetzung 1A (Vergleich) enthielt den anionischen grenzflächenaktiven Stoff, Ammoniumpolymethakrylat (grenzflächenaktives Daxad®32, Hampshire Chemicals) bei einer Konzentration von 1000 ppm. Polierzusammensetzung 1B (Vergleich) enthielt kationisches Polyethylenamin (grenzflächenaktives Lupasol® SKA, BASF). Polierzusammensetzungen 1C-1E (Erfindung) enthielten jeweils nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoffe, insbesondere grenzflächenaktive EO/PO-Blockcopolymere, grenzflächenaktives Pluronic® 31R1 (PO/EO/PO, 10% Polyoxyethylen, MW = 3250, BASF), grenzflächenaktives Pluronic® L101 (EO/PO/EO, 10% Polyoxyethylen, MW = 3800, HLB = 1, BASF), Polydimethylsiloxan mit Polyoxyethylen-Copolyoxypropylen-Seitenketten (grenzflächenaktives Silwet® 7001, HLB 13-17, OSI Specialties), und Poly(2-Ethyl-2-Oxazolin) (grenzflächenaktives Aquazol® 50, MW = 50k, Polymer Chemistry Innovations). Polierzusammensetzungen 1F-1I (Erfindung) enthielten jeweils grenzflächenaktive Sorbitanester, insbesondere Sorbi tanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat, Sorbitansesquioleat und Sorbitantrioleat.
  • Die Abtragungsraten für jede der Polierzusammensetzungen 1A-1I wurden für die Tantal-, Siliziumdioxid- und kohlenstoffdotierten Siliziumdioxidschichten des Substrates bestimmt. Die prozentuale Verringerung (%-Abfall) der Abtragungsrate (RR) als Ergebnis des Vorhandenseins der grenzflächenaktiven Stoffe für jede Polierzusammensetzung ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
  • Tabelle 1:
    Figure 00250001
  • Die in Tabelle 1 zusammengefassten Ergebnisse zeigen, dass das Vorhandensein amphiphiler, nicht ionogener, grenzflächenaktiver Stoffe die Abtragungsrate einer dielektrischen Schicht mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,5 oder niedriger verringern kann, während die Abtragungsrate der anderen Substratwerkstoffe (zum Beispiel Metall- und/oder Oxidschichten) im Wesentlichen unverändert bleibt.
  • BEISPIEL 2
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen auf die Substratabtragungsrate von Werkstoff mit niedriger dielektrischer k-Wert-Konstante in Abhängigkeit von der Konzentration des grenzflächenaktiven Stoffes.
  • Ähnliche Rohlings-Mikroplättchensubstrate, die Tantal (Ta), Siliziumdioxid (PETEOS) oder Black Diamond®-Werkstoffe mit einer Dielektrizitätskonstante mit niedrigem k-Wert enthielten (Applied Materials), wurden mit unterschiedlichen Polierzusammensetzungen (Polierzusammensetzungen 2A-2E) poliert. Die Polierzusammensetzung 2A (Kontrolle) enthielt 12 Gewichts-% kolloide Kieselerde, 0,10 Gewichts-% Benztriazol, 0,3 Gewichts-% Essigsäure, 3 Gewichts-% Wasserstoffperoxid und keinen grenzflächenaktiven Stoff bei einem pH-Wert von 10 (mit KOH angepasst). Die Polierzusammensetzungen 2B-2E (Erfindung) waren dieselben wie die Polierzusammensetzung 2A, mit der Ausnahme, dass sie 50, 100, 200 und 400 ppm Polyoxyethylen(40)nonylphenylether (grenzflächenaktives Igepal® Co-890, Rhone-Poulenc) enthielten. Die Abtragungsraten (RR) von Tantal, PETEOS und der dielekrischen Schicht mit niedrigem k-Wert wurden für jede der Polierzusammensetzungen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 1 zusammengefasst.
  • Tabelle 2: Abtragungsrate in Abhängigkeit von der Konzentration von grenzflächenaktivem Stoff
    Figure 00270001
  • Die in Tabelle 2 zusammengefassten Ergebnisse zeigen, dass das Vorhandensein eines amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffes eine tiefgreifende Wirkung auf die Abtragungsrate von dielektrischem Werkstoff mit niedrigem k-Wert, jedoch nur eine minimale Wirkung auf die Abtragungsrate der Tantal- und PETEOS-Schichten hat.
  • BEISPIEL 3
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen auf die Substratabtragungsrate von Werkstoff mit niedriger dielektrischer k-Wert-Konstante in Abhängigkeit von dem HLB-Wert des grenzflächenaktiven Stoffes.
  • Ähnliche Rohlings-Mikroplättchensubstrate, die Tantal (Ta), Siliziumdioxid (TEOS) oder kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid (CDO) enthielten, wurden mit unterschiedlichen Polierzusammensetzungen (Polierzusammensetzungen 3A-3E) poliert. Jede der Polierzusammensetzungen enthielt 12 Gewichts-% kolloide Kieselerde, 0,10 Gewichts-% Benztriazol, 0,30 Gewichts-% Essigsäure, 3 Gewichts-% Wasserstoffperoxid und 200 ppm grenzflächenaktiven Stoff mit einem pH-Wert von 10. Die Polierzusammensetzungen 3A-3E (Erfindung) enthielten jeweils Polyoxyethylen(2)isooktylphenylether (grenzflächenaktives Igepal® CO-210, Rhone-Poulenc) mit einem HLB-Wert von 4,6, Polyoxyethylen(5)isooktylphenylether (grenzflächenaktives Igepal® CO-520, Rhone-Poulenc) mit einem HLB-Wert von 10, Polyoxyethylen(9)nonylphenylether (grenzflächenaktives Igepal® CO-630, Rhone-Poulenc) mit einem HLB-Wert von 13, Polyoxyethylen(40)nonylphenylether (grenzflächenaktives Igepal® CO-890, Rhone-Poulenc) mit einem HLB-Wert von 17,8, und Polyoxyethylen(100)nonylphenylether (grenzflächenaktives Igepal® CO-990, Rhone-Poulenc) mit einem HLB-Wert von 19. Die Abtragungsraten (RR) der Ta-, TEOS- und CDO-Schichten wurden für jede der Polierzusammensetzungen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 und 2 zusammengefasst.
  • Tabelle 3: Abtragungsrate in Abhängigkeit von dem HBL-Wert
    Figure 00290001
  • Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass sich die Abtragungsrate von dielektrischem Werkstoff mit niedrigem k-Wert mit einem steigenden HLB-Wert des grenzflächenaktiven Stoffes erhöht, während die Abtragungsraten von anderen Substratschichten (zum Beispiel Metall- und Oxidschichten) im Wesentlichen unverändert bleiben.
  • BEISPIEL 4
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung von amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen, die eine Kopfgruppe und zwei Schwanzgruppen enthalten, auf die Substratabtragungsselektivität von Werkstoff mit niedriger dielektrischer k-Wert-Konstante im Vergleich zu den Abtragungsraten von Tantal- und Siliziumdioxidwerkstoffen.
  • Ähnliche Rohlings-Mikroplättchensubstrate, die Tantal, Siliziumdioxid und kohlenstoffdotierte Siliziumdioxid (CDO)-Schichten enthielten, wurden mit unterschiedlichen Polierzusammensetzungen (Polierzusammensetzungen 4A-4F) poliert. Jede der Polierzusammensetzungen enthielt 7 Gewichts-% kolloide Kieselerde und 0,02 Gewichts-% Benztriazol bei einem pH-Wert von 8. Die Polierzusammensetzungen 4B-4E (Erfindung) enthielten jeweils 75, 150, 300 und 1000 ppm 2,4,7,9-Tetramethyl-5-Decyn-4,7-Diolethoxylat (30) (grenzflächenaktives Surfynol®, Air Products) mit einem HLB-Wert von 17. Jeder der amphiphilen, nichtionogenen, grenzflächenaktiven Stoffe, die mit den Polierzusammensetzungen 4B-4E verwendet wurden, enthält eine Kopfgruppe und zwei Schwanzgruppen. Die Polierzusammensetzung 4F (Vergleich) enthielt 200 ppm 2,4,7,9-Tetramethyl-5-Decyn-4,7-Diolethoxylat (grenzflächenaktives Surfynol®, Air Products) mit einem HLB-Wert von 4.
  • Die Abtragungsraten für jede der Polierzusammensetzungen 4A-4F wurden für die Tantal-, Siliziumdioxid- und kohlenstoffdotierten Siliziumdioxidschichten des Substrates bestimmt. Die prozentuale Verringerung (%-Abfall) der Abtragungsrate (RR) als Ergebnis des Vorhandenseins der grenzflächenaktiven Stoffe für jede Polierzusammensetzung ist in Tabelle 4 zusammengefasst.
  • Tabelle 4:
    Figure 00310001
  • Die in Tabelle 4 zusammengefassten Ergebnisse zeigen, dass grenzflächenaktives Azetylenglykol mit einer Tetramethyldecyn-Kopfgruppe und mehreren Polyoxyethylen-Schwanzgruppen eine dramatische Wirkung auf die Abtragungsrate von dielektrischem Werkstoff mit niedrigem k-Wert ausübt, ohne die Abtragungsraten der anderen Metall- oder Oxidschichten wesentlich zu beeinflussen.
  • BEISPIEL 5
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die vorteilhafte Wirkung von amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen auf die Substratabtragungsselektivität von Werkstoff mit niedriger dielektrischer k-Wert-Konstante im Vergleich zu der Abtragungsrate von Tantal- und Siliziumdioxidwerkstoffen.
  • Ähnliche Rohlings-Mikroplättchensubstrate, die Tantal, Siliziumdioxid oder kohlenstoffdotierte Siliziumdioxid (CDO)-Schichten enthielten, wurden mit unterschiedlichen Polierzusammensetzungen (Polierzusammensetzungen 5A-5K) poliert. Jede der Polierzusammensetzungen enthielt 12 Gewichts-% kolloide Schleifmittel, 0,02 Gewichts-% Benztriazol und einen grenzflächenaktiven Stoff mit 167 ppm, und hatte einen pH-Wert von 10. Die Polierzusammensetzung 5A (Vergleich) enthielt Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 600(EO14). Die Polierzusammensetzungen 5B-5F (Erfindung) enthielten jeweils Triblock-Copolymere von Polyoxyethylen und Polyoxypropylen (EO/PO/EO), insbesondere jeweils EO20-PO70-EO20, EO1-PO17-EO1, EO13-PO30-EO13, EO76-PO29-EO76 und EO11-PO16-EO11. Die Polierzusammensetzungen 5G-5I (Erfindung) enthielten jeweils Blockcopolymere von Polyethylen und Polyoxyethylen, insbesondere jeweils PE12-EO4, PE8-EO10 und PE8-EO41. Die Polierzusammensetzungen 5J und 5K (Erfindung) enthielten Oktylphenylpolyoxyethylen und Oktylzyklohexylpolyoxyethylen (grenzflächenaktives Triton® X-100 und Triton® X-100R, Union Carbide).
  • Die Abtragungsraten für die Tantal-, Siliziumdioxid- und CDO-Rohlings-Mikroplättchen wurden für jede der Polierzusammensetzungen bestimmt, und die prozentuale Verringerung (%-Abfall) bei den Abtragungsraten (RR) für die unterschiedlichen Schichten ist in Tabelle 5 zusammengefasst.
  • Tabelle 5:
    Figure 00340001
  • Die in Tabelle 5 zusammengefassten Ergebnisse zeigen, dass das Vorhandensein amphiphiler, nicht ionogener, grenzflächenaktiver Stoffe in dem Poliersys tem die Abtragungsrate von dielektrischem Werkstoff mit niedrigem k-Wert verringert, ohne die Abtragungsraten von anderen Substratschichten wesentlich zu beeinflussen.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Polieren eines Substrates, welches Folgendes umfasst: (i) Kontaktieren eines Substrates, welches eine dielektrische Schicht umfasst, mit einem chemisch-mechanischen Poliersystem, welches Folgendes umfasst: (a) ein Schleifmittel, ein Polierkissen oder eine Kombination derselben; (b) einen amphiphilen, nicht ionogenen, grenzflächenaktiven Stoff; und (c) eine Trägerflüssigkeit; und (ii) Abschleifen mindestens eines Teils des Substrates zum Polieren der dielektrischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht eine Dielektrizitätskonstante von 3,5 oder niedriger aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff einen HLB-Wert von 7 oder größer aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff eine Kopfgruppe und eine Schwanzgruppe aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwanzgruppe ein Polyoxyethylen mit 4 oder mehr Ethylenoxidwiederholungseinheiten, ein Sorbitan oder eine Mischung derselben aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfgruppe ein Polysiloxan, ein Tetra-C1-4-Alkyldecyn, ein gesättigtes oder teilweise ungesättigtes C6-30-Alkyl, ein Polyoxypropylen, ein C6-12-Alkylzyklohexyl, ein Polyethylen oder eine Mischung derselben aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene grenzflächenaktive Stoff ein 2,4,7,9-Tetramethyl-5-Decyn-4,7-Diolethoxylat ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff aus der aus Polyoxyethylenalkylethern und Polyoxyethylenalkylsäureestern bestehenden Gruppe ausgewählt wird, wobei das Alkyl ein C6-30-Alkyl ist, welches gesättigt oder teilweise ungesättigt sein kann und optional verzweigt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylenmonolaurat, Polyoxyethylenmonostearat, Polyoxyethylendistearat, Polyoxyethylenmonooleat oder eine Kombination derselben ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene grenzflächenaktive Stoff ein Polyoxyethylenalkylphenylether oder ein Polyoxyethylenalkylzyklohexylether ist, wobei das Alkyl ein C6-30-Alkyl ist, welches gesättigt oder teilweise ungesättigt sein kann und optional verzweigt sein kann.
  10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Polyoxyethylensorbitanalkylsäureester ist, wobei das Alkyl ein C6-30-Alkyl ist, welches gesättigt oder teilweise ungesättigt sein kann und optional verzweigt sein kann.
  11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Block- oder Propfcopolymer ist, welches Polydimethylsiloxan und Polyoxyethylen aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff ein Blockcopolymer ist, welches Polyoxyethylen und Polyoxypropylen, oder Polyoxyethylen und Polyethylen aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der amphiphile, nicht ionogene, grenzflächenaktive Stoff aus der aus Polyoxyethylenalkylaminen, Polyoxyethylenalkylalkanolamiden bestehenden Gruppe und Kombinationen derselben ausgewählt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass das System einen pH-Wert von 6 oder größer aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Schleifmittel aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel aus der aus Aluminiumoxid, Kieselerde, Nebenprodukten derselben, beschichteten Metalloxidpartikeln, Polymerpartikeln bestehenden Gruppe, und Kombinationen derselben ausgewählt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel in der Trägerflüssigkeit schwebend gehalten wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin ein Polierkissen aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit Wasser aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poliersystem 0,005 Gewichts-% oder mehr an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff auf der Grundlage des Gewichtes der Trägerflüssigkeit und beliebiger, darin aufgelöster oder schwebend gehaltener Verbindungen aufweist.
  21. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Poliersystem 0,005 Gewichts-% bis 0,05 Gewichts-% an amphiphilem, nicht ionogenem, grenzflächenaktivem Stoff auf der Grundlage des Gewichtes der Trägerflüssigkeit und beliebiger, darin aufgelöster oder schwebend gehaltener Verbindungen aufweist.
  22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht ein organisch modifiziertes Siliziumglas ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht ein kohlenstoffdotiertes Siliziumdioxid ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat weiterhin eine Metallschicht aufweist.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht Kupfer, Tantal, Titan, Wolfram, Aluminum, Nickel, Platin, Ruthenium, Iridium oder Rhodium aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht Kupfer oder Tantal aufweist.
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