DE69624326T2

DE69624326T2 - Polierzusammensetzung

Info

Publication number: DE69624326T2
Application number: DE69624326T
Authority: DE
Inventors: Derryl D.J. Allman; William J. Crosby; James A. Maiolo
Original assignee: LSI Logic Corp
Current assignee: LSI Corp
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: JPH09285956A; EP0781822A2; KR970042941A; EP0781822A3; EP0781822B1; JP3121274B2; DE69624326D1; US5861055A

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind im Allgemeinen Zusammensetzungen, die zum Polieren und Planarisieren der Oberflächen von Arbeitsstücken, wie zum Beispiel der Oberflächen von Halbleitern, verwendet werden.
Zusammensetzungen, die zum Polieren der Oberflächen verschiedener Arbeitsstücke nützlich sind, sind im Fach überall bekannt. Konventionelle Polierzusammensetzungen, die zum Polieren der Oberflächen von Halbleitern, Glas-, Kristall-, Metall- und Keramikarbeitsstücken verwendet werden, umfassen im Allgemeinen wässrige Aufschlämmungen aus einem geeigneten Abrasivmittel oder Partikel oder Gemischen derartiger Partikel. Zu häufig verwendeten Abrasivmitteln zählen Ceroxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zinnoxid, Siliciumdioxid, Titanoxid usw. Polierzusammensetzungen, die sich derartige Mittel zunutze machen, werden im Allgemeinen verwendet, indem zuerst die Zusammensetzung auf ein Polierkissen oder auf die zu polierende Oberfläche aufgebracht wird. Das Polierkissen wird dann auf die Oberfläche aufgebracht, wodurch die in der Zusammensetzung enthaltenden abrasiven Partikel veranlasst werden, die Oberfläche mechanisch abzuschleifen, wodurch folglich die Polierwirkung bewirkt wird. Derartige konventionelle Polierzusammensetzungen, die im allgemeinen Polierfach verwendet werden, können jedoch nicht die hochspiegelnden und planaren Oberflächen herbeiführen, die in der Halbleiter- und Mikroelektronikkomponententechnologie erforderlich sind. Darüber hinausgehend haben konventionelle Polierzusammensetzungen Nachteile aufgewiesen, wie zum Beispiel schlechte Polierraten und schlechte Oberflächenqualität beim Polieren anderer Arbeitsstücke. So weisen zum Beispiel die mit derartigen Zusammensetzungen polierten Oberflächen von Glas, Metallen und Halbleitern verschiedene Defekte, wie zum Beispiel Schleierbildung, Flecke, Kratzer, Welligkeit, Unterätzungen, Mesas usw. auf.
Es wurden Versuche auf dem Stand der Technik zur Verbesserung der vorhandenen, kommerziell nützlichen Polierzusammensetzungen unternommen. Zwei Verfahren zum Erzielen einer Verbesserung in diesen Bereichen schließen (1) die Kombination verschiedener Abrasivmittel und (2) Zufügen verschiedener Adjuvantien zu den Zusammensetzungen ein.
Beispiele von Kombinationen abrasiver Partikel schließen Kombinationen von zum Beispiel Ceroxid und einem Seltenerdpyrosilikat ein. Beispiele der Verwendung von Adjuvantien in Polierzusammensetzungen schließen die Verwendung von Salzen, wie zum Beispiel Kaliumchlorid oder Ammoniumchlorid oder Kombinationen derartiger Salze zur Förderung der Wirksamkeit des Polierens der Metalloberfläche durch das Abrasivmittel ein. Selbst das Zufügen zusammenarbeitender Abrasivmittel oder das Zufügen von Adjuvansmaterialien vermochte jedoch nicht, vollständig zufriedenstellende Polierzusammensetzungen herbeizuführen, die dazu in der Lage sind, die planarisierten Oberflächen herbeizuführen, die in der modernen Halbleiter- und Mikrotelektroniktechnologie benötigt werden.
Zum Vorsehen überlegener Ergebnisse werden spezielle chemisch-mechanische Polierzusammensetzungen (CMP-Zusammensetzungen) zum Polieren oder Planarisieren der Oberfläche vorbereiteter Halbleiter-Arbeitsstücke verwendet. Derartige Zusammensetzungen müssen eine extrem flache und ebene Oberfläche mit einer hochwertigen Glätte, das heißt eine Planaroberfläche herbeiführen. Im Gegensatz zu konventionellem Polieren zum Vorsehen einer Planaroberfläche, muss die Polierwirkung jedoch auf die ebene Oberfläche des Arbeitsstückes beschränkt werden und darf sich nicht auf die Topographie, Morphologie und/oder Strukturen unter der Oberfläche auswirken. Nur eine derartig selektive Polierwirkung wird die gewünschte Planaroberfläche herbeiführen. Konventionelle Polierzusammensetzungen sind für derartige Verfahren nicht geeignet, da sie lediglich unebene, wellige Oberflächen durch Abschleifen bestimmter Regionen auf, unter und innerhalb der Oberfläche des Arbeitsstückes herbeiführen. Es hat sich als schwierig, wenn nicht unmöglich erwiesen, konventionelle Polierprodukte zur Erhaltung glatter, defektfreier Oberflächen zu verwenden, worin die Polierzusammensetzung sich nicht nachteilig auf die darunter liegende Struktur des Arbeitsstückes auswirkt.
Selbst wenn speziell entwickelte CMP-Zusammensetzungen als eine wässrige Aufschlämmung auf das Arbeitsstück aufgebracht werden, sind andere Mängel vorhanden, wie zum Beispiel die hohe Verbrauchsrate von Aufschlämmung ebenso wie Mängel bei der Abgabe der Aufschlämmung an das Zentrum des Halbleiter-Wafers über das Polierkissen, während die Oberfläche des Wafers flach poliert wird. Das verwendete Polierkissen verformt sich auch der Oberfläche des Wafers entsprechend, wodurch das Erlangen einer 100% perfekten Planarisierung verhindert wird. Ein anderes Problem mit Verfahren auf dem Stand der Technik besteht darin, dass der CMP-Arbeitsvorgang auf einem Oxid keine Endpunktfähigkeit besitzt und deshalb abhängig ist von Kenntnissen und der Kontrolle der Entfernungsrate dergestalt, dass der Arbeitsgang zur Kontrolle des Planarisierungsgrades zeitlich geregelt werden kann.
US-A-4 665 116 offenbart eine Reinigungs-/Polierzusammensetzung, einschließlich Poliermedien-Partikeln, eines filmbildenden Bindemittels und eines Benetzungsmittels.
Die vorliegende Erfindung versucht, eine Polierzusammensetzung mit Vorteilen gegenüber bekannten Zusammensetzungen vorzusehen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Polierzusammensetzung zum Polieren eines Zielsubstrats vorgesehen und umfassend:
Poliermedien-Partikel;
ein filmbildendes Bindemittel zum Suspendieren der Partikel und Bilden eines temporären Films auf dem Zielsubstrat, wobei der temporäre Film so aufgebracht wird, um in einem anschließend applizierten Polierwaschmittel auflösbar zu sein, wobei die Poliermedien-Partikel das Zielsubstrat polieren können;
ein Benetzungsmittel zum Verbessern der Benetzbarkeit der Zusammensetzung auf der exponierten Oberfläche des Substrats;
worin das filmbildende Bindemittel ein Polyorganosiloxan oder natürliches oder synthetisches Polymer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Acrylamid-Polymeren, Acrylsäure-Polymeren, Methacrylsäure-Polymeren, Maleinsäure-Polymeren, Ethylenoxid-Polymeren, Vinylpyrrolidon-Polymeren, Cellulose-Polymeren, Guar-Polymeren, Guar- und Cellulose-Pfropfcopolymeren und Xanthan-Polymeren besteht.
Die Zusammensetzung umfasst vorteilhafterweise ferner ein Lösungsmittel zum Suspendieren der Poliermedien-Partikel in dem filmbildenden Bindemittel, um das Bilden des temporären Films zu erleichtern.
Der Poliermedien-Partikel ist bevorzugt ein weniger als ein Mikron großer Siliciumdioxid-Partikel.
Das filmbildende Bindemittel kann ein natürliches oder synthetisches Polymer umfassen und kann ferner aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Polymeren mit Hauptketten aus Kohlenstoff Silicium, Cäsium oder Kombinationen dieser Elemente, mit oder ohne einem Sauerstoff oder Halogenelement in der Polymer-Hauptkette besteht.
In einer Ausführungsform wird das Lösungsmittel aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkoholen, Säuren und Wasser besteht.
Eine Polierzusammensetzung umfasst bevorzugt ferner ein Benetzungsmittel.
Das Verhältnis von Poliermedien-Partikel zu Polyorganosiloxan liegt bevorzugt in dem Bereich von 0,01 : 1 bis 20 : 1.
Das Verhältnis des Poliermedien-Partikels zu Polyorganosiloxan liegt bevorzugt bei ca. 1 : 1.
Das filmbildende Bindemittel kann vorteilhafterweise ein Polymer einschließen, das an den Poliermedien-Partikel gebunden ist, wodurch es als ein Bindungsmedium wirkt.
Die Erfindung ist vorteilhaft beim Vorsehen einer Polierzusammensetzung, die verbesserte Polieraktivität bei verbesserten Raten vorsieht und planare und defektfreie Oberflächen, besonders bei der modernen Halbleiter- und Mikroelektronik-Applikation, herbeiführt.
In der vorliegenden Erfindung kann eine Polierzusammensetzung zum Polieren eines Zielsubstrats vorgesehen sein. Die Polierzusammensetzung kann einen Poliermedien-Partikel und ein filmbildendes Bindemittel zum Suspendieren des Partikels und Bilden eines temporären Films auf dem Zielsubstrat umfassen. Der temporäre Film ist in einem anschließend aufgebrachten Polierwaschmittel vorteilhaft auflösbar, wodurch der Poliermedien-Partikel zum Polieren des Zielsubstrats freigegeben wird.
Die Polierzusammensetzung kann auch zum Polieren oder Planarisieren eines Arbeitsstückes, wie zum Beispiel der Oberfläche eines Halbleiters vorgesehen werden und worin die Zusammensetzung Folgendes umfasst: (1) einen Poliermedien-Partikel; (2) ein filmbildendes Bindemittel zum Suspendieren des Partikels und Bilden eines temporären Films auf einer exponierten Oberfläche des Arbeitstückes, wobei der temporäre Film auflösbar in einem anschließend aufgebrachten Polierwaschmittel auflösbar ist, wodurch der Poliermedien-Partikel zum Polieren des Arbeitsstückes freigegeben wird; (3) ein Lösungsmittel zum Suspendieren des Poliermedien-Partikels in dem filmbildenden Bindemittel, um das Bilden des temporären Films zu erleichtern und (4) ein Benetzungsmittel, um die Benetzbarkeit der Zusammensetzung auf der exponierten Oberfläche des Arbeitsstückes zu verbessern.
Der Poliermedien-Partikel kann, wie erwähnt, aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumtrioxid, Calciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Cäsiumoxid, natürlichen und synthetischen Diamanten, Wolframoxid, Titannitrid, Titanoxid, Silicium(IV)-oxid, anderen Materialien härter als Silicium(IV)-oxid und Kombinationen davon besteht. Das filmbildende Bindemittel ist bevorzugt ein Polyorganosiloxan und das Benetzungsmittel ist bevorzugt ein organofunktionelles Silan. Das Lösungsmittel kann jedwedes geeignete Lösungsmittel sein, das den Partikel und filmbildendes Bindemittel suspendiert und bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Wasser, Säuren und Alkoholen und Kombinationen davon besteht.
Die Zusammensetzungen, welche die Erfindung verwirklichen, wirken nur vorteilhaft an der ebenen Oberfläche des Arbeitsstückes, um eine planare, defektfreie Oberfläche vorzusehen, ohne sich auf die darunter liegende Morphologie und Struktur des Arbeitsstückes ungünstig auszuwirken.
Eine CMP-Zusammensetzung, wie sie den Fachleuten auf dem Gebiet geläufig sein wird, wirkt, um die Oberfläche des Arbeitsstückes in einem prädeterminierten und gewünschten Ausmaß mechanisch und chemisch abzuschleifen und aufzulösen. Die Polierzusammensetzungen der Erfindung sind zusätzlich härtbare chemische Lösungen, die zur Bildung eines temporären Films auf der Oberfläche eines zu polierenden Substrats verwendet werden. Die erste Komponente der Polierzusammensetzungen der Erfindung ist ein Poliermedien-Partikel, der aus der Gruppe ausgewählt werden kann, die aus Siliciumdioxid, Calciumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Cäsiumoxid, natürlichem und synthetischem Diamanten, Metallsiliciden, Wolframoxid, Titannitrid, Titanoxid, anderen härteren Materialien als das Poliersubstrat besteht. Diese Poliermedien-Partikel werden den Fachleuten auf dem Poliergebiet geläufig sein und sind im Handel von einer Anzahl von Quellen erhältlich. Die bevorzugten Poliermedien-Partikel sind Siliciumdioxid-Partikel. Die Partikelgröße der bevorzugten Siliciumdioxid-Partikel ist im Allgemeinen weniger als 1 Mikron. Der Begriff "Partikelgröße" wie hierin verwendet, bezieht sich auf den durchschnittlichen Durchmesser der Partikel oder wenn die Partikel im Wesentlichen nicht sphärisch sind, auf die durchschnittliche maximale Dimension der Partikel. Es wurde gefunden, dass größere Partikel tiefe Kratzer in Halbleiter-Substraten herbeiführen, die ein weniger als wünschenswertes Ergebnis herbeiführen.
Die Poliermedien-Partikel liegen in den Zusammensetzungen der Erfindung in einer Menge vor, welche einen Feststoffgehalt für die Zusammensetzungen definiert. Der Feststoffgehalt des Poliermedien-Partikels beträgt weniger als 80 Gew.-% der Zusammensetzungen der Erfindung. Der Begriff"Prozent" oder "%" wie hierin verwendet, sofern nicht anderweitig angegeben oder sofern nicht anderweitig aus dem Zusammenhang, in dem er verwendet wird, hervorgeht, verweist auf den prozentualen Gewichtsanteil der angezeigten Komponenten in Relation zu dem Gesamtgewicht der Polierzusammensetzung der Erfindung.
Wie erwähnt wurde, sind die bevorzugten Poliermedien-Partikel Siliciumdioxid-Partikel. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass in der Diskussion, die folgt, "Siliciumdioxid" bevorzugt pyrogenes Siliciumdioxid bedeutet. Verschiedene andere Siliciumdioxidformen existieren und sind von dem elementaren Silicium der Zusammensetzungen der Erfindung zu unterscheiden. Pyrogenes Siliciumdioxid ist im Handel von mehreren Quellen erhältlich und wird durch Hydrolyse einer flüchtigen Silanverbindung, wie zum Beispiel Siliciumtetrachlorid, in einer Sauerstoff-Wasserstoff-Gasflamme hergestellt. Gefälltes Siliciumdioxid ist auch im Handel von verschiedenen Quellen erhältlich. Im Allgemeinen wird gefälltes Siliciumdioxid durch Reaktion einer alkalischen Silicatlösung, wie zum Beispiel Natriumsilicat mit einer Mineralsäure, wie zum Beispiel Schwefelsäure, im Allgemeinen unter alkalischen Reaktionsbedingungen hergestellt. Siiciumdioxid ist ein wichtiges Reaktionsprodukt, das durch Ausfällung gebildet wird. Eine detaillierte Beschreibung der verschiedenen Formen von Silicium- und Siliciumdioxid-Materialien wird in US-A-5,352,277, das am 4. Oktober 1994 an Sasaki erteilt wurde, vorgelegt. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung werden Siliciumdioxid-Partikel und nicht Si als die bevorzugte Abrasivkomponente der Zusammensetzungen verwendet.
Die Polierzusammensetzungen der Erfindung schließen auch ein filmbildendes Bindemittel zum Suspendieren der Partikel und Bilden eines temporären Films auf dem Zielsubstrat ein, wobei der temporäre Film auflösbar ist oder graduell verschwindet oder in einem anschließend aufgebrachten Polierwaschmittel verarmt, wodurch der Poliermedien-Partikel zum Polieren des Zielsubstrats freigegeben wird. Das filmbindende Bindemittel ist Teil einer Lösung, die den Poliermedien-Partikel enthält, der mit einer Polymermatrix existiert oder an eine Polymermatrix gebunden ist oder der in einer Lösung aus Alkohol, Wasser oder Säure suspendiert ist.
Das Polymer, das zur Bildung des filmbildenden Bindemittels verwendet wird, kann eine Hauptkette aus Kohlenstoff, Silicium, Cäsium oder eine Kombination dieser Elemente, mit oder ohne einem Sauerstoff oder Halogenelement in der Hauptkette, aufweisen. Die Struktur des Polymers ist nicht kritisch. Das Polymer wird lediglich als ein Bindungs- oder Haltefilm oder eine Haltematrix für den Polierpartikel auf der Oberfläche des Substrats verwendet. Das Polymer, das als ein temporärer Film auf das Substrat aufgebracht wird, wird während dem Poliervorgang aufgelöst, wobei der Polierpartikel freigesetzt wird. Das bevorzugte Polymer, das zur Bildung eines temporären Films auf dem Zielsubstrat verwendet wird, ist ein Polyorganosiloxan. Andere polymere Kandidatenmaterialien schließen jedoch Polymere aus Acrylamid, Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Ethylenoxid und Vinylpyrrolidon, Cellulose-Polymere, Guar-Polymere, Propf-Copolymere aus Guar und Cellulose, Xanthin-Polymere, organische Polymere usw. ein. Es ist nur notwendig, dass das Polymer gleichmäßig dispergiert wird und die Poliermedien-Partikel in einem temporären Film oder einer Matrix auf dem zu polierenden Zielsubstrat hält und dass das Bindemittel in der anschließend aufgebrachten Polieraufschlämmung oder in dem Polierwaschmittel auflösbar oder verarmbar ist.
Die in den bevorzugten Matrices der Erfindung eingesetzten Organopolysiloxan-Polymere sind weithin bekannte Materialien und können durch Standardverfahren hergestellt werden, die im Fach bekannt sind. Das bevorzugte Polymer ist ein Organopolysiloxan, das Methyl, Vinyl, Phenyl und/oder 3,3,3-Trifluoropropyl-Radikale enthält, die an die Siliconatome des polymeren Siloxans gebunden sind. Beispiele von Organopolysiloxanen sind die Polymere, Copolymere und Gemische davon, worin die Siloxy-Einheiten wie folgt sein können: Dimethylsiloxan, Phenylmethylsiloxan, 3,3,3-Trifluoropropylmethylsiloxan, Diphenylsiloxan, Methylvinylsiloxan und Phenylvinylsiloxan. Eine Diskussion zur Herstellung derartiger Verbindungen kann zum Beispiel gefunden werden in: Eaborn, D., "Organo Silicone Compounds" [Organosiliconverbindungen], Academic Press, New York, 1959; Montermoso, J. C., "Silicone Rubbers" [Siliconkautschuke], Morton, E. D., "Introduction to Rubber Technology" [Einführung in die Kautschuk-Technologie], Reinhold Publishing Corp., New York, 1959; Rochow, E. G., "An Introduction to the Chemistry of Silicones" [Eine Einführung in die Chemie der Silicone], Hrsg. John Wiley and Sons, New York, 1951.
Das Polymer in Lösung kann zur Kontrolle der Polierselektivität von einem Material zu einem anderen auf dem zu polierenden Substrat verwendet werden. Ein auf einem Kohlenstoff basierendes Hauptketten-Polymer kann die Polierrate von SiO&sub2; in Bezug auf Metall retardieren. Die CeO-Polymer-Hauptkette kann die Polierrate von SiO&sub2; in Bezug auf ein Metall verbessern. Optionale R Gruppen, die an die Polymer-Hauptkette gebunden sind, können auch zur Verbesserung oder Retardierung der Polierwirkung an dem zu polierenden Material verwendet werden. Die R-Gruppen können NH&sub2;, F, Br, Cl, I, OH, NO, CeO oder andere Gruppen neben CHx-Gruppen enthalten.
Der prozentuale Anteil des Polymers zu dem Polierpartikel kann zur Kontrolle des selektiven Polierens oder der Polierraten verwendet werden. Die Länge oder Größe des Polymers in Lösung kontrolliert die Dicke des Films auf dem Substrat, seine lückenfüllende Fähigkeit und Produktlebenszeit. Das Polymer wird auch zur Verhinderung von Agglomeration der Polierpartikel verwendet und ermöglicht, dass mehr Polierpartikel in Suspension gehalten werden können.
Wenn das Polymer an den Partikel gebunden wird, kann es als ein Bindungsmedium wirken, das die Verweilzeit des Partikels auf dem Substrat erhöht, wobei folglich die Poliereffizienz verbessert wird. Organische Materialien, die Amin- oder Vinylgruppen enthalten, die an die Oberfläche des Partikels gebunden wurden, können diesen Effekt auch hervorrufen.
Die Polierzusammensetzung kann zusätzlich zu einem Poliermedien-Partikel und einem filmbildenden Bindemittel ein Lösungsmittel zum Suspendieren des Poliermedien-Partikels in dem filmbildenden Bindemittel einschließen, um die Bildung des temporären Films zu erleichtern. Es können verschiedene Lösungsmittel in der Lösung verwendet werden, einschließlich Alkoholen, Säuren und Wasser. Zulässige Säuren schließen aliphatische Carbonsäuren mit ca. 5 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel Adipinsäure und Citronensäure ein. Zulässige Alkohole schließen einfache, monofunktionelle und polyfunktionelle Alkohole ein. Beispielhafte Alkohole schließen Methanol und Isopropanol ein, die beide von einer Anzahl kommerzieller Quellen allgemein erhältlich sind. Die Wahl des Lösungsmittels oder von Lösungsmitteln wird durch die gewünschten Beschichtungscharakteristika der Lösung auf der Oberfläche eines IS-Wafers bestimmt. Die Lösungsmittel mit höherem Siedepunkt sind erwünscht, weil sie während des Beschichtungsvorgangs nicht so schnell verdampfen, wobei dem Film auf der Oberfläche des IS-Wafers ermöglicht wird, sich langsam aufzubauen, wobei eine sehr gleichmäßige Beschichtung über die Oberfläche des Wafers hinweg herbeigeführt wird.
Die Polierzusammensetzungen können auch ein Benetzungsmittel zur Verbesserung der Benetzbarkeit der Zusammensetzung auf der exponierten Oberfläche des Wafer-Arbeitsstückes einschließen. Das Benetzungsmittel ist bevorzugt ein organofunktionelles Silan. Das bevorzugteste Benetzungsmittel ist ein γ-Aminopropyl-triethoxysiloxan, das kommerziell von OSI SPECIALITIES Company als A-1100 erhältlich ist.
Besonders bevorzugte Polierzusammensetzungen der Erfindung schließen folglich Folgendes ein: (1) einen Poliermedien-Partikel aus Siliciumdioxid; (2) ein Polyorganosiloxan-Bindemittel; (3) ein organofunktionelles Silan-Benetzungsmittel und (4) ein Alkohol-Lösungsmittel. Der Siliciumdioxid-Partikel und Polysiloxan sind in dem Alkohol-Lösungsmittel suspendiert. Das Verhältnis von Siliciumdioxid zu Polysiloxan zu Alkohol ist am bevorzugtesten ca. 1 : 1 : 1 (gewichtsanteilmäßig). Das Verhältnis von Siliciumdioxid zu Polysiloxan, das von 0,01 : 1 bis 20 : 1 variiert werden kann, ist nominell 1 : 1. Das Verhältnis des Polier-Partikels und Polymer-Bindemittels zu Lösungsmittel, das von 0,01 : 1 bis 50 : 1 variiert werden kann, ist nominell 3 : 1.
Um die Polierzusammensetzungen der Erfindung zu bilden werden die Poliermedien-Partikel, Polyoxysilan-Polymerbindemittel und Alkohol-Lösungsmittel zur Bildung einer Stammlösung gemischt. Alle Komponenten der Mischung müssen destilliert (im Fall von Flüssigkeiten) oder mit einer Lösung oder Säure gewaschen werden (im Fall von Feststoffen), um die Lösung zu reinigen. Die Lösung kann an diesem Punkt von 10 Minuten bis mehrere Tage in einer inerten Atmosphäre oder einem geringen Vakuum zur Förderung einer Reaktion zwischen dem Polymer und Siliciumdioxid oder zur Förderung fortgesetzter Polymerisation des Polymers unter Rückfluss erhitzt werden. Nach dem Rückflusskochen kann der Lösung das organofunktionelle Silan-Benetzungsmittel zugefügt werden. Das Verhältnis von organofunktionellem Silan zu Polymer und Siliciumdioxid, das von 0,01 : 1 bis 100 : 1 betragen kann, ist nominell für A-1100 0,25 : 1, ist aber für andere organofunktionelle Silane höher. Das Zufügen des organofunktionellen Silans erhöht den pH der Lösung auf über 14. Das organofunktionelle Silan lässt sich sowohl mit dem Polysiloxan als auch dem Siliciumdioxid kombinieren. Die Reaktion kann durch Zufügen von Essigsäure oder Ameisensäure zu der Lösung terminiert werden. Die Reaktion kann von 10 Minuten bis mehrere Tage bei Raumtemperatur (24ºC) ablaufen. Die Stammlösung sollte auf einen pH von 5 bis 7 angesäuert werden, um die Reaktion zu beenden. Zusätzliche Säuren oder Basen können der Lösung zugefügt werden, um den endgültigen pH zu senken oder zu erhöhen. Die endgültige Lösung kann durch Zufügen von zusätzlichem Alkohol zu der Stammlösung verdünnt werden, bis die gewünschte Viskosität oder der gewünschte Feststoffgehalt erhalten wird. Der endgültige Feststoffgehalt kann in dem Bereich von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% liegen.
Der Poliermedien-Partikel kann mit dem organofunktionellen Silan in Lösung vor dem Zufügen des Polymer-Bindemittels behandelt werden. Diese Reaktion kann vor dem Zufügen des Polymer-Bindemittels terminiert werden, damit eine selektive Reaktion auftreten kann. Das organofunktionelle Silan kann gleichermaßen mit dem Polymer-Bindemittel vor dem Zufügen des Poliermedien-Partikels zur Reaktion gebracht werden. In einigen Fällen kann das organofunktionelle Silan, abhängig von der speziellen Beschaffenheit der Oberfläche des zu polierenden Arbeitsstückes, vollkommen ausgelassen werden.
Die Poliermedien-Partikel können auch mit Säuren oder Lösungsmitteln vorreagiert werden, um die an seine Außenfläche gebundenen funktionellen Gruppen zu verändern. Das Waschen der Siliciumdioxid-Partikel mit NH&sub4;OH fördert auch einen Austausch von OH-Gruppen durch Amingruppen an der Außenfläche der Partikel.
Die Partikel können auch in einer sauren oder basischen Hydrolysereaktion vor ihrem Zufügen zur Lösung wie folgt gezüchtet werden.
Passivierung des Siliciumdioxid-Partikels:
Hochdisperser Siliciumdioxid-Partikel, Hydrolysereaktion:
Die Poliermedien-Partikel können auch mit anderen metallorganischen Lösungen zur Erhöhung der Größe der Partikel oder Änderung der Härtecharakteristika der Partikel erneut behandelt werden. Zusätzliche Energie kann der Lösung zugefügt werden, damit die Reaktion stattfinden kann (Erhitzen, Rühren, Schütteln).
Obwohl sie unbegrenzte Verwendung beim Polieren verschiedener Arbeitsstücke haben, können die Zusammensetzungen der Erfindung vorteilhaft beim Polieren oder Planarisieren der Oberflächen von miteinander verbundenen, integrierten Schaltungen bei der Halbleiter-Herstellung verwendet werden. Die vorliegenden Zusammensetzungen werden zum Polieren der dielektrischen Schicht hinunter bis zu einer prädeterminierten planaren Ebene, die sich aus Komponenten verschiedener Größe, Form und Härte wie auch Gruben, Löchern und Tälern zusammensetzen können, verwendet.
Es wurde eine Erfindung mit mehreren Vorteilen vorgesehen. Die Polierzusammensetzungen der Erfindung können vorteilhaft bei CMP-Poliervorgängen zum Vorsehen eines verbesserten Grades globaler Planarität verwendet werden. Da die Poliermedien-Partikel in einer Polymermatrix zurückgehalten werden, die als ein Film auf das Zielsubstrat aufgebracht wird, liegt ein verminderter Verbrauch der Aufschlämmung vor. Ferner wird eine Agglomeration der Aufschlämmung durch ihr Suspendieren in einer Polymer haltenden Matrix verhindert. Die Verwendung der Zusammensetzungen der Erfindung führt zu verbesserter Sicherheit und verlängerter Lebenszeit von Verbrauchskomponenten. Der Siliciumdioxid-Partikel kann mit anderen Sole-Gel-Partikeln kombiniert werden, die mit anderen metallorganischen Lösungen vorbehandelt oder in einer sauren oder basischen Hydrolysereaktion zur Änderung der Eigenschaften des Verfahrens in Bezug auf Selektivität und Typ der erreichten Planarisierung gezüchtet werden. Das Verfahren der Erfindung kann für alle Typen des CMP-Verfahrens, einschließlich Oxid, Metall und organisch verwendet werden.
Während die Erfindung besonders unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, wird von den Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die Details der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

1. Polierzusammensetzung zum Polieren eines Zielsubstrats und umfassend:

Poliermedien-Partikel;

ein filmbildendes Bindemittel zum Suspendieren der Partikel und Bilden eines temporären Films auf dem Zielsubstrat, wobei der temporäre Film so aufgebracht wird, um in einem anschließend applizierten Polierwaschmittel auflösbar zu sein, wobei die Poliermedien-Partikel das Zielsubstrat polieren können;

ein Benetzungsmittel zum Verbessern der Benetzbarkeit der Zusammensetzung auf der exponierten Oberfläche des Substrats;

worin das filmbildende Bindemittel ein Polyorganosiloxan oder natürliches oder synthetisches Polymer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Acrylamid-Polymeren, Acrylsäure-Polymeren, Methacrylsäure-Polymeren, Maleinsäure-Polymeren, Ethylenoxid-Polymeren, Vinylpyrrolidon-Polymeren, Cellulose-Polymeren, Guar-Polymeren, Guar- und Cellulose-Pfropfcopolymeren und Xanthan-Polymeren besteht.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: Ein Lösungsmittel zum Suspendieren der Poliermedien-Partikel in dem filmbildenden Bindemittel zur Erleichterung der Bildung des temporären Films.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Poliermedien-Partikel ausgewählt werden aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: Siliciumdioxid, Calciumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumkarbid, Cäsiumoxid, natürlichem und synthetischem Diamanten, Metallsiliciden, Wolframoxid, Titannitrid, Titanoxid, anderen Materialien härter als das Zielsubstrat und Kombinationen davon.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Poliermedien-Partikel weniger als ein Mikron große Siliciumdioxidpartikel umfassen.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin das filmbildende Bindemittel ein natürliches oder synthetisches Polymer umfasst.

6. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: Alkoholen, Säuren und Wasser.

7. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche und aufgebracht zum Polieren oder Planarisieren eines Halbleiter-Arbeitsstückes, worin die Poliermedien-Partikel eine Partikelgröße von weniger als einem Mikron aufweisen und in einer Menge vorliegen, um einen Feststoffgehalt für die Zusammensetzung zu definieren, und worin der temporäre Film auf einer exponierten Oberfläche des Halbleiter-Arbeitsstückes gebildet wird und der temporäre Film allmählich in dem anschließend applizierten Polierwaschmittel entfernt wird und worin der Feststoffgehalt der Poliermedien-Partikel weniger als 80%-Gew. bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung beträgt.

8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Verhältnis von Poliermedien-Partikeln zu dem bildenden Bindemittel in dem Bereich von 0,01 : 1 bis 20 : 1 liegt.