Zukünftige low-k- und ultra-low-k-Integrationen der IC-Struktur werden geringe Metallverluste und geringe Verluste an Dielelektrika in der CMP-Stufe erfordern. Dementsprechend wird eine selektive Aufschlämmung zur Barriereentfernung mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit akzeptiert werden. Während neutrale bis basische Polieraufschlämmungen dem Fachmann bekannte Vorteile, wie die voranstehend Beschriebenen, aufweisen, neigen diese Aufschlämmungen auch dazu, niedrige Entfernraten für Tantal zu besitzen. Da Tantal zusätzlich dazu leicht oxidiert wird, können die Oxidationsmittel in der Aufschlämmung mit dem Tantal unter Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche reagieren. Angesichts des oben Gesagten besteht ein Bedarf nach einer Polieraufschlämmung für die zweite Stufe, die eine hohe Entfernrate für Barrierematerialien, eine ausgezeichnete Selektivität bezüglich Verbindungsmetallen und ein kontrolliertes Entfernen dielektrischer Materialien besitzt. Zusätzlich dazu besteht ein Bedarf nach einer Aufschlämmung mit einer ausreichenden zeitlichen Stabilität, um die nachteilige Farbänderung zu vermeiden, die mit sauren Barriereaufschlämmungen in Verbindung steht.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Polierlösung zur Verfügung, die zur bevorzugten Entfernung von Barrierematerialien in Anwesenheit von Nicht-Eisen-Verbindungsmetallen mit einer beschränkten Abtragung von Dielektrika geeignet ist, wobei die Polierlösung Folgendes umfasst: 0 bis 20 Gew.-% Oxidationsmittel, mindestens 0,001 Gew.-% Inhibitor zur Erniedrigung der Entfernrate der Nicht-Eisen-Verbindungsmetalle, 10 ppb bis 4 Gew.-% Komplexbildner, 0 bis 50 Gew.-% Schleifmittel und zum Rest Wasser; und die Lösung einen pH-Wert von weniger als 7 besitzt.

Unter einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung eine Polierlösung zur Verfügung, die zur bevorzugten Entfernung von Barrierematerialien in der Gegenwart von Nicht-Eisen-Verbindungsmetallen mit beschränkter Abtragung von Dielektrika geeignet ist, wobei die Polierlösung 0,01 bis 15 Gew.-% Oxidationsmittel, 0,001 bis 10 Gew.-% Inhibitor zur Erniedrigung der Entfernrate der Nicht-Eisen-Verbindungsmetalle, 100 ppb bis 2 Gew.-% Komplexbildner, 0 bis 10 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels, 0,1 bis 40 Gew.-% Schleifmittel und zum Rest Wasser umfasst und die Lösung einen pH-Wert von 5 oder weniger aufweist.

Unter einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Polieren von Halbleitersubstraten zur Verfügung, das die folgende Stufe enthält: Polieren des Halbleitersubstrats mit einer Polierlösung und einem Polierkissen, wobei die Polierlösung, die zur bevorzugten Entfernung von Barrierematerialien in der Gegenwart von Nicht-Eisen-Verbindungsmetallen mit beschränkter Abtragung von Dielektrika geeignet ist, 0 bis 20 Gew.-% Oxidationsmittel, mindestens 0,001 Gew.-% Inhibitor zur Erniedrigung der Entfernrate der Nicht-Eisen-Verbindungsmetalle, 10 ppb bis 4 Gew.-% Komplexbildner, 0 bis 50 Gew.-% Schleifmittel und zum Rest Wasser umfasst und die Lösung einen pH-Wert von unter 7 besitzt.

Es ist entdeckt worden, dass Komplexbildner saure Lösungen zur Barriereentfernung verbessern können, indem sie die Gelbfärbung der Polieraufschlämmungen verringern, ohne die Gleichförmigkeit des Wafers oder das selektive Entfernen der Barrierefilme bei gemusterten Wafern nachteilig zu beeinträchtigen. Dies erhöht das Haltbarkeitsverhalten der sauren Barriereaufschlämmung. Für die Zwecke dieser Beschreibung stellen Komplexbildner Bestandteile dar, die an Metallionen binden, als Chelatbildner fungieren oder in sonstiger weise mit freien Metallionen assoziieren, um die Konzentration an freien Metallionen von mindestens einem Metallion in der Polierlösung zu erniedrigen. Für die Zwecke der Beschreibung bezieht sich eine Polierlösung auf wässrige Polierlösungen, die Schleifmittel enthalten können oder nicht. Wenn die Polierlösung ein Schleifmittel enthält, dann ist die Polierlösung auch eine Polieraufschlämmung. Wahlweise kann die Polierlösung auch oberflächenaktive Mittel, pH-Puffer, Entschäumungsmittel und Biozide enthalten.

Für die Zwecke dieser Beschreibung beinhaltet der Begriff "Dielektrikum" Materialien auf Siliciumdioxid-Basis, wie TEOS, low-k-Materialien (Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante) und ultra-low-k-Materialien (einige ultra-low-k-Materialien sind nicht auf Basis von Siliciumdioxid). Zum Polieren von low-k- und ultra-low-k-Dielektrikamaterialien ist es wichtig, einen niedrigen Druck aufrecht zu erhalten, um das Delaminieren und Brechen dieser Materialien zu verringern. Jedoch führt ein niedriger Druck zu einer niedrigen Entfernrate für Barrierematerialien (Ta/TaN), was für den Durchsatz an Wafern nicht wünschenswert ist. Glücklicherweise haben saure Polierlösungen mit einem starken Oxidationsmittel hohe Barriereentfernraten im Vergleich zu herkömmlichen alkalischen Barriereaufschlämmungen gezeigt, die bei niedrigen Drücken arbeiten. Das Barrierematerial kann Folgendes beinhalten: Tantal, Tantalnitrid, Tantal-Siliciumnitride, Titan, Titannitride, Titan-Siliciumnitride, Titan-Titannitride, Titan-Wolfram, Wolfram, Wolframnitride und Wolfram-Siliciumnitride.

Die Barrieremetall-Polierzusammensetzung enthält wahlweise ein Schleifmittel zum "mechanischen" Entfernen des Barrierematerials. Die CMP-Zusammensetzung enthält ein Schleifmittel für "mechanisches" Entfernen von Barriereschichten. Das Schleifmittel ist vorzugsweise ein kolloidales Schleifmittel. Beispiele für das Schleifmittel beinhalten die Folgenden: anorganisches Oxid, Metallborid, Metallcarbid, Metallhydroxid, Metallnitrid oder eine Kombination, die mindestens eines der vorgenannten Schleifmittel umfasst. Geeignete organische Oxide beinhalten beispielsweise Siliciumdioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirconiumdioxid (ZrO₂), Ceroxid (CeO₂), Manganoxid (MnO₂) und Gemische davon. Aluminiumoxid ist in vielen Formen, wie alpha-Aluminiumoxid, gamma-Aluminiumoxid, delta-Aluminiumoxid, und amorphem (nicht-kristallinem) Aluminiumoxid erhältlich. Andere geeignete Beispiele für Aluminiumoxid sind Boehmit (AlO(OH))-Partikel und Gemische davon. Modifizierte Formen dieser anorganischen Oxide, wie Polymerbeschichtete anorganische Oxidpartikel, können ebenfalls verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. Geeignete Metallcarbide, -boride und -nitride beinhalten beispielsweise Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbonitrid (SiCN), Borcarbid, Wolframcarbid, Zirconiumcarbid, Aluminiumborid, Tantalcarbid, Titancarbid und Gemische, die mindestens eines der vorgenannten Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen. Diamant kann ebenfalls als ein Schleifmittel verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. Alternative Schleifmittel beinhalten auch Polymerpartikel und beschichtete Polymerpartikel. Das bevorzugte Schleifmittel ist Siliciumdioxid.

Das Schleifmittel hat eine Konzentration in der wässrigen Phase der Polierzusammensetzung von 0 bis 50 Gew.-% -- in dieser Beschreibung beziehen sich sämtliche Konzentrationsangaben auf Gew.-%, sofern nichts anderes speziell angemerkt ist. Bei Schleifmittel-freien Lösungen wirkt ein fixiertes Schleifkissen bei der Entfernung der Barriereschicht mit. Vorzugsweise beträgt die Schleifmittelkonzentration 0,1 bis 40 Gew.-%. Am stärksten bevorzugt beträgt die Schleifmittelkonzentration 0,25 bis 35 Gew.-%. Typischerweise erhöht eine zunehmende Schleifmittelkonzentration die Entfernrate an dielektrischen Materialien. Insbesondere erhöht dies die Entfernrate an low-k-Dielektrika-Materialien, wie Kohlenstoff-dotiertes Oxid. Wenn beispielsweise ein Halbleiterhersteller eine erhöhte Entfernrate für low-k-Dielektrika wünscht, kann eine Erhöhung des Schleifmittelgehalts die Dielektrika-Entfernrate auf ein gewünschtes Niveau anheben.

Das Schleifmittel besitzt vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 250 nm zur Verhinderung einer übermäßigen Eintiefung der Metalle ("metal dishing") und einer übermäßigen Abtragung der Dielektrika. Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff "Partikelgröße" auf die durchschnittliche Partikelgröße von kolloidalem Siliciumdioxid. Am stärksten bevorzugt besitzt das Siliciumdioxid eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 100 nm, um die Eintiefung des Metalls und die Abtragung der Dielektrika weiter zu reduzieren. Insbesondere entfernt eine durchschnittliche Schleifmittelteilchengröße von weniger als 15 nm das Barrieremetall mit einer annehmbaren Rate, ohne das dielektrische Material übermäßig zu entfernen. Beispielsweise treten das geringste Abtragen von Dielektrika und die geringste Eintiefung der Metalle bei kolloidalem Siliciumdioxid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 2 bis 15 nm auf. Eine sinkende Größe des kolloidalen Siliciumdioxids neigt dazu, die Selektivität der Lösung zu verbessern. Jedoch neigt dies ebenfalls dazu, die Barriere-Entfernrate zu senken. Zusätzlich dazu kann das bevorzugte kolloidale Siliciumdioxid Additive, wie Dispersionsmittel zur Verbesserung der Stabilität des Siliciumdioxids in sauren pH-Bereichen, enthalten. Ein derartiges Schleifmittel ist kolloidales Siliciumdioxid, das von Clariant S.A. aus Puteaux, Frankreich, bezogen werden kann.

Zusätzlich dazu können auch hochreine Siliciumdioxidpartikel dazu dienen, die Gelbfärbungsrate der Polierlösungen zu senken. Beispielsweise erhöht das Halten der Gesamt-Übergangsmetallkonzentration auf weniger als 1 ppm die Fähigkeit der Lösung weiter, das Gelbfärben zu verringern. Des Weiteren reduziert eine Beschränkung an Kalium und Natrium auf weniger als 1 ppm die nachteilige Diffusion dieser schädlichen Komponenten in die dielektrischen Schichten.

Optional wird die Entfernrate der Barriereschichten, wie Tantal, Tantalnitrid, Titan und Titannitrid, vorzugsweise durch die Verwendung eines Oxidationsmittels optimiert. Geeignete Oxidationsmittel beinhalten beispielsweise Wasserstoffperoxid, Monopersulfate, Iodate, Magnesiumperphthalat, Peressigsäure oder andere Persäuren, Persulfate, Bromate, Periodate, Nitrate, Eisensalze, Cersalze, Mangan(Mn)(III)-, Mn(IV)- und Mn(VI)-Salze, Silbersalze, Kupfersalze, Chromsalze, Kobaltsalze, Halogene, Hypochlorite oder Kombinationen, die mindestens eines der voranstehenden Oxidationsmittel umfassen. Das bevorzugte Oxidationsmittel ist Wasserstoffperoxid. Es soll angemerkt werden, dass das Oxidationsmittel typischerweise unmittelbar vor der Verwendung zur Polierzusammensetzung gegeben wird und in diesen Fällen das Oxidationsmittel in einer getrennten Verpackung enthalten ist.

Es ist wünschenswert, eine Menge an Oxidationsmittel von 0 bis 20 Gew.-% zu verwenden. Vorzugsweise beträgt die Oxidationsmittelmenge 0,001 bis 15 Gew.-%. Am stärksten bevorzugt enthält die Zusammensetzung 0,05 bis 10 Gew.-% Oxidationsmittel. Ein Einstellen der Menge an Oxidationsmittel, z.B. Peroxid, kann auch die Entfernrate der Metallverbindung kontrollieren. Beispielsweise erhöht eine Erhöhung der Peroxidkonzentration die Kupferentfernrate. Übermäßiges Erhöhen der Oxidationsmittelmenge führt jedoch zu einer nachteiligen Beeinträchtigung der Polierrate.

Zusätzlich dazu enthält die Lösung mindestens 0,001 Gew.-% Inhibitor zur Kontrolle der Entfernrate von Nicht-Eisen-Verbindungen durch statisches Ätzen oder andere Entfernungsmechanismen. Das Einstellen der Konzentration eines Inhibitors regelt die Entfernrate des Nicht-Eisen-Verbindungsmetalls durch Schutz des Metalls vor statischem Ätzen. Vorzugsweise enthält die Lösung 0,001 bis 10 Gew.-% Inhibitor zur Verhinderung des statischen Ätzens von Nicht-Eisenmetall, beispielsweise von Kupferverbindungen. Am stärksten bevorzugt enthält die Lösung 0,05 bis 2 Gew.-% Inhibitor. Der Inhibitor kann aus einem Gemisch von Inhibitoren bestehen. Azol-Inhibitoren sind für Kupfer- und Silberverbindungen besonders effektiv. Typische Azol-Inhibitoren beinhalten Benzotriazol (BTA), Mercaptobenzothiazol (MBT), Tolytriazol und Imidazol. BTA ist ein besonders effektiver Inhibitor für Kupfer- und Silberverbindungen.

Die Polierzusammensetzung weist einen pH-Wert unter 7 und zum Rest Wasser auf. Vorzugsweise ist der pH-Wert kleiner als oder gleich 5. Optional enthält die Polierzusammensetzung ein anorganisches Mittel zur pH-Einstellung, um den pH-Wert der Polierzusammensetzung auf einen sauren pH-Wert unter 7 mit Wasser zum Rest einzustellen. Vorzugsweise enthält das Mittel zur pH-Einstellung nur eine Konzentration an Metallionen auf Verunreinigungsniveau. Zusätzlich dazu basiert die Lösung am stärksten bevorzugt auf desionisiertem Wasser zum Rest, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken. Das Mittel zur pH-Einstellung kann entweder eine organische oder eine anorganische Säure sein. Beispiele organischer Säuren beinhalten mindestens eines aus Essigsäure, Citronensäure, Äpfelsäure, Maleinsäure, Glykolsäure, Phthalsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Milchsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure und Gemische davon. Vorzugsweise ist das Mittel zur pH-Einstellung eine anorganische Säure, wie Salpetersäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Flusssäure und Phosphorsäure. Das vorteilhafteste Mittel zur pH-Einstellung ist Salpetersäure (HNO₃). Typischerweise weist die Lösung einen pH-Wert von 1,5 bis 5 auf. Am stärksten bevorzugt beträgt der pH-Wert 2 bis 4.

Bei einem pH-Wert unter 5 kann die Polierzusammensetzung für eine hohe Entfernrate des Barrieremetalls sogar mit einer relativ niedrigen Konzentration an Schleifmittel sorgen. Diese niedrige Konzentration an Schleifmittel kann die Polierleistung eines CMP-Prozesses verbessern, indem sie unerwünschte, durch das Schleifmittel hervorgerufene Mängel, z.B. Kratzen, reduziert. Zusätzlich dazu kann die Polierzusammensetzung bei einem pH-Wert unter 4 mit Schleifmittelpartikeln mit einer relativ geringen Partikelgröße formuliert werden. Beispielsweise liefert eine Partikelgröße bei einem so niedrigen Wert wie ungefähr 10 nm immer noch eine annehmbare Entfernrate für die Ta/TaN. Durch Einsetzen eines Schleifmittels mit einer relativ geringen Partikelgröße und durch Formulieren der sauren Polierzusammensetzung bei geringer Konzentration an Schleifmittel werden Poliermängel auf ausgezeichnete Niveaus reduziert.

Typische Komplexbildner beinhalten Carbonsäuren, mehrwertige Carbonsäuren, Aminocarbonsäuren, mehrwertige Aminverbindungen und Gemische davon. Spezielle Komplexbildner beinhalten die Folgenden: Essigsäure, Alanin, Asparaginsäure, Ethylacetoacetat, Ethylendiamin, Trimethylendiamin, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Citronensäure, Milchsäure, Äpfelsäure, Maleinsäure, Malonsäure, Oxalsäure, Triethylentetramin, Diethylentriamin, Glycin, Glykolsäure, Glutarsäure, Salicylsäure, Nitrilotriessigsäure, Ethylendiamin, Hydroxyethylenethylendiamintetraessigsäure, Hydroxychinolin, Weinsäure, Natriumdiethyldithiocarbamat, Bernsteinsäure, Sulfosalicylsäure, Triglykolsäure, Thioglykolsäure, 3-Hydroxybuttersäure, Propionsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, 3-Hydroxysalicylsäure, 3,5-Dihydroxysalicylsäure, Gallussäure, Gluconsäure, Pyrocatechol, Pyrogallol, Gallussäure, Gerbsäure, Salze davon und Gemische davon. Einige organische Säuren, wie Citronensäure, können sowohl als Komplexbildner als auch als Mittel zur pH-Einstellung dienen.

Eine Menge von 10 ppb ("parts per billion") bis 4 Gew.-% Komplexbildner kann die Verfärbung der Polierlösung kontrollieren. Vorzugsweise enthält die Polierlösung 100 ppb bis 2 Gew.-% Komplexbildner. Am stärksten bevorzugt enthält die Polierlösung 1 ppm bis 1 Gew.-% Komplexbildner. Unzureichender Komplexbildner kann zu instabilen Polieraufschlämmungen führen (Polieraufschlämmungen, die innerhalb einer zu kurzen Zeitspanne eine Farbänderung erfahren), und übermäßiger Komplexbildner kann die Polierrate nachteilig beeinträchtigen.

Alternativ dazu können zusätzliche Komplexbildner oder wasserlösliche Polymere zur weiteren Erhöhung der Entfernrate des Nicht-Eisen-Verbindungsmetalls dienen. Beispielsweise kann ein Zusatz von 0,01 bis 5 Gew.-% wasserlösliches Polymer dazu dienen, die Rate eines Nicht-Eisen-Verbindungsmetalls auf ein annehmbares Niveau zu erhöhen. Beispielsweise ist Polyacrylsäure mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von 100 bis 100.000 zur schrittweisen Erhöhung der Kupfer-Entfernrate besonders wirksam. Vorzugsweise weist die Polyacrylsäure ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 200 bis 10000 auf.

Man hat gefunden, dass die optionale Zugabe von Ammoniumsalzen eine kontrollierte Entfernrate von Siliciumoxid-enthaltenden Schichten, wie TEOS-Schichten, bei sauren pH-Niveaus ermöglicht. Auf diese Weise erlauben sie die Kontrolle der Entfernrate für Siliciumoxidenthaltendes Material. Die Ammoniumsalze sind organische Ammoniumsalze, gebildet mit Verbindungen unter Einschluss der folgenden Struktur:

Eine bevorzugte Ammoniumsalzkombination ist diejenige, die durch die Umsetzung von Tetrabutylammoniumhydroxid mit Fluorwasserstoffsäure gebildet wird. Diese Kombination bildet bei niedrigen pH-Niveaus ein Tetrabutylammoniumfluoridsalz. Obwohl der exakte Mechanismus unklar ist (das Fluoridsalz dissoziiert unter Bereitstellung von Fluoridionen in Lösung), beschleunigt das Vorliegen organischer Ammoniumfluoridsalze in Lösung die TEOS-Entfernrate weiter.

R₁ ist ein organischer Rest, der eine Kohlenstoffkette mit einer Länge von 2 bis 15 Kohlenstoffatomen aufweist. Stärker bevorzugt weist R₁ eine Kohlenstoffkettenlänge von 2 bis 10 auf. Am stärksten bevorzugt weist R₁ eine Kohlenstoffkettenlänge von 2 bis 5 Kohlenstoffatomen auf. Der organische Rest R₁ kann eine substituierte oder unsubstituierte Aryl-, Alkyl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppe sein.

Vorzugsweise sind R₂, R₃ und R₄ organische Reste, wie eine substituierte oder unsubstituierte Aryl-, Alkyl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppe; oder Wasserstoff. Wenn R₂, R₃ oder R₄ ein organischer Rest ist, dann weist der organische Rest vorzugsweise eine Kohlenstoffkettenlänge von 2 bis 15 Kohlenstoffatomen auf; stärker bevorzugt weist er eine Kohlenstoffkettenlänge von 2 bis 10 Kohlenstoffatomen auf; und am stärksten bevorzugt weist er eine Kohlenstoffkettenlänge von 2 bis 5 Kohlenstoffatomen auf.

Geeignete Verbindungen zur Bildung von Ammoniumsalzen beinhalten Tetraethylammonium, Tetrabutylammonium, Benzyltributylammonium, Benzyltrimethylammonium, Benzyltriethylammonium, Diallyldimethylammonium, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Methacryloyloxyethyltrimethylammonium, 3-(Methacrylamido)propyltrimethylammonium, Triethylentetramin, Tetramethylguanidin, Hexylamin und Gemische davon. Spezielle Ammoniumsalze beinhalten Tetraethylammoniumnitrat, Tetrabutylammoniumfluorid, Tetraethylammoniumnitrat, Tetraethylammoniumfluorid, Benzyltributylammoniumchlorid, Benzyltrimethylammoniumchlorid, Benzyltriethylammoniumchlorid, Diallyldimethylammoniumchlorid, Diallyldiethylammoniumchlorid, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Methacryloyloxyethyltrimethylammoniumsulfat, Methacryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid, 3-(Methacrylamido)propyltrmethylammoniumchlorid, Triethylentetramin, Tetramethylguanidin, Hexylamin und Gemische, die mindestens eines der Vorangehenden umfassen. Die bevorzugten Ammoniumsalze sind Tetraethylammoniumsalze, Tetrabutylammoniumsalze, Benzyltributylammoniumsalze, Benzyltrimethylammoniumsalze, Benzyltriethylammoniumsalze und Gemische davon.

Die Ammoniumsalze liegen in einer Menge von 1 ppm bis 4 Gew.-% vor. Vorzugsweise liegt das Ammoniumsalz in einer Menge von 10 ppm bis 2 Gew.-% vor, und am stärksten bevorzugt beträgt die Menge des Ammoniumsalzes 25 ppm bis 1 Gew.-%.

Die Lösung ermöglicht es, dass die CMP-Apparatur mit einem geringen Kissendruck, z.B. bei 7,5 bis 25 kPa, und in bestimmten Fällen sogar unter 7,5 kPa, betrieben wird. Der geringe CMP-Kissendruck verbessert die Polierleistung, indem Kratzen und andere unerwünschte Polierdefekte reduziert werden, und verringert einen Schaden an brüchigen Materialien. Beispielsweise brechen Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante und Delaminieren, wenn sie hohen Kompressionskräften ausgesetzt werden. Des Weiteren ermöglicht die hohe Entfernrate für Barrieremetalle, die durch die saure Polierlösung erhalten werden, ein effektives Polieren der Barrieremetalle unter Verwendung einer geringen Schleifmittelkonzentration und einer geringen Teilchengröße.

Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "nützlich für ein bevorzugtes Entfernen von Barrierematerialien in der Gegenwart von Nicht-Eisen-Verbindungsmetallen" auf das Entfernen des Barrierematerials mit einer Rate, ausgedrückt in Angström pro Minute, die größer ist als die Entfernrate des Verbindungsmetalls. Typischerweise besitzt die Polierlösung eine Selektivität für Tantalnitrid gegenüber Kupfer von mindestens 1,5 zu 1, gemessen mit einem Polierkissendruck senkrecht zu einem Wafer von unter 15 kPa. Vorzugsweise besitzt die Polierlösung eine Selektivität für Tantalnitrid gegenüber Kupfer von mindestens 2 zu 1, gemessen mit einem Polierkissendruck senkrecht zu einem Wafer von unter 15 kPa. Am stärksten bevorzugt besitzt die Polierlösung eine Selektivität für Tantalnitrid gegenüber Kupfer von mindestens 3 zu 1. Ein spezielles Beispiel zum Testen der Selektivität sind die Bedingungen, einschließlich des Polyurethan-Polierkissens, aus Beispiel 3. Dieses hohe Niveau an Selektivität gestattet es einem Chip-Hersteller, das Barrierematerial ohne Entfernen von überschüssigem dielektrischen Material oder überschüssigem Verbindungsmaterial zu entfernen.

Für die Zwecke dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "beschränkte Abtragung von Dielektrikum" auf einen chemisch-mechanischen Polierprozess, worin das Dielektrikum nach dem Polieren eine ausreichende Dicke aufweist, um seinen beabsichtigten Zweck, z.B. ein halbleitendes Material, ein maskierendes Material oder ein Barrierematerial zu sein, zu erfüllen. Zusätzlich dazu sorgt die Polierlösung für eine flexible Selektivität für Tantalnitrid gegenüber Dielektrikum. Beispielsweise weist die Polierlösung eine Selektivität für Tantalnitrid gegenüber TEOS von 1 zu 2 bis zu einem so hohen Wert wie 10 zu 1 auf, gemessen mit einem Polierkissendruck senkrecht zu einem Wafer von weniger als 15 kPa. Ein spezielles Beispiel für das Testen der Selektivität sind die Bedingungen, einschließlich des Polyurethan-Polierkissens, aus Beispiel 3.

Die Polierzusammensetzung kann auch optional Puffer, wie verschiedene organische und anorganische Säuren und Aminosäuren oder deren Salze mit einem pKa im pH-Bereich von 1,5 bis unter 3, enthalten. Die Polierzusammensetzung kann des Weiteren optional Entschäumungsmittel, wie nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, einschließlich Estern, Ethylenoxiden, Alkoholen, Ethoxylat, Siliciumverbindungen, Fluorverbindungen, Ethern, Glykosiden und deren Derivaten und dergleichen, enthalten. Das Entschäumungsmittel kann auch ein amphoteres oberflächenaktives Mittel sein. Die Polierzusammensetzung kann optional Biozide, wie Kathon^® ICP III, das 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on und 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on als aktive Ingredientien enthält, enthalten (Kathon ist ein eingetragenes Warenzeichen von Rohm and Haas Company).

Aus den Daten ist ersichtlich, dass beide Addi tive ein Eliminieren oder Verlangsamen der Gelbfärbungsreaktion ermöglichen. EDTA ist besonders effektiv. Eine niedrige EDTA-Konzentration, wie 10 ppm, kann die Aufschlämmung 18 Tage lang vor Gelbfärbung bewahren.

Aus Beispiel 1 wurden die Aufschlämmungen A, 2, 3 und 10 für einen Poliertest ausgewählt, um zu bestimmen, ob das Vorliegen der Additive die Wafer-Entfernrate beeinträchtigt. In den Testaufschlämmungen wurden der pH-Wert und die Konzentration an H₂O₂ leicht erhöht. Darüber hinaus wurde EDTA in saurer Form durch das Natriumsalz von EDTA ersetzt, um die Gesamtkonzentration an Alkaliionen in der Aufschlämmung zu reduzieren. Ähnlich zu Beispiel 1, wiesen die Aufschlämmungen 12 und 13 dieselben effektiven molaren Konzentrationen an EDTA wie die Aufschlämmungen 2 und 3 auf.

Das Polierexperiment wurde unter Verwendung eines Polierwerkzeugs vom Modell Mirra^®, hergestellt von Applied Materials, durchgeführt. Das Polierkissen war ein poröses Polyurethankissen IC1010^TM, bezogen von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies. Das Kissen wurde vor jedem Durchgang mit einer Diamantschleifplatte, hergestellt von Kinik, mit 180 &mgr;m-Diamanten aufbereitet. Der Polierprozess wurde bei einem Membrandruck von 10,33 kPa (1,5 psi), einer Plattengeschwindigkeit von 93 Umdrehungen pro Minute (UpM) und einer Trägergeschwindigkeit von 87 UpM durchgeführt. Die Zufuhrrate für die Polierzusammensetzung betrug 200 ml/min unter Verwendung von 200 mm-Deckwafern. Die Entfernraten für Cu und TaN wurden auf einer Vier-Punkt-Sonde CDE-Resmap gemessen. Die Entfernraten für TEOS-Filme und Coral^®-Kohlenstoff-dotierte Oxid-(CDO)-Filme wurden durch ein ThermaWave Optiprobe^® 2600-Messgerät gemessen.

Anmerkung: Das Siliciumdioxid aus Tabelle 3 war PL150H25 von Clariant mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 25 nm.

Die Daten der Polierraten (in Å/min) sind in Tabelle 3 aufgeführt. Statistisch legen die Daten nahe, dass die Anti-Gelbfärbungsadditive keinen signifikanten Effekt auf die Film-Entfernraten besitzen.

Dieses Beispiel untersucht den Effekt der Anti-Gelbfärbungsadditive auf das Vorhandensein von Defekten/Fehlstellen des Wafers ("wafer defectivity").

Das Experiment wurde auf einem Polierwerkzeug, Modell Mirra^® von Applied Materials durchgeführt. Das Polierkissen war ein IC1010^TM, bezogen von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies. Das Kissen wurde vor jedem Durchgang mit einer Diamantschleifplatte, hergestellt von Kinik, mit 180 &mgr;m-Diamanten aufbereitet. Der Polierprozess wurde bei einem Druck von 10,3 kPa (1,5 psi), einer Plattengeschwindigkeit von 93 Umdrehungen pro Minute (UpM) und einer Trägergeschwindigkeit von 87 UpM durchgeführt. Die Zufuhrrate der PMC-Zusammensetzung (Flussrate der Aufschlämmung) betrug 200 Milliliter pro Minute (ml/min). Der 200 mm-Kupferfolienwafer für den Fehlstellentest wurde vorher mit einer im Handel erhältlichen Aufschlämmung EPL2362 (hergestellt von Eternal Chemical Co., Ltd.) 1 Minute lang unter Verwendung eines CUP4410-Kissens (bezogen von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies) und der Prozessparameter von 21,7 kPa (3 psi), 93 UpM Plattengeschwindigkeit, 87 UpM Trägergeschwindigkeit und 200 ml/min Flussrate der Aufschlämmung poliert. Diese Stufe dient zur Bereitung einer frischen Kupferoberfläche. Daraufhin wurde der vorpolierte Kupferfolienwafer durch die Aufschlämmungszusammensetzungen aus Tabelle 4 poliert. Nach dem Polieren wurde die Anzahl an Fehlstellen mit einem Orbot^®-Fehlstellen-Messgerät, hergestellt von Applied Materials, gemessen.

Die normierten Fehlstellendaten sind in Tabelle 4 gezeigt. Die Aufschlämmung A steht für den normierten Fehlstellenstandard und wurde als eine Kontrolle verwendet.

Die Daten zeigen, dass der Einschluss von Anti-Gelbfärbungsadditiven das Fehlstellenverhalten nicht verschlechtert, sondern das Vorhandensein von Defekten/Fehlstellen am Wafer verbesserte. Es gibt geringe Änderungen im Vorhandensein von Defekten/Fehlstellen mit der Topfzeit der Aufschlämmung und der Lagerungsalterung, was zeigt, dass diese Aufschlämmungen mit Anti-Gelbfärbungsadditiven stabil sind.

Dieses Beispiel untersucht den Effekt hochreiner kolloidaler Siliciumdioxidpartikel auf die Gelbfärbung von Topfzeit-Aufschlämmungsproben. Das Aufschlämmungsherstellungsverfahren und die Vorgehensweisen des Gelbfärbungstests waren dieselben, wie die in Beispiel 1 beschriebenen. Die Siliciumdioxid-Schleifmittelpartikel Fuso PL-3 von Fuso Chemical Co., Ltd., die in Vergleichsaufschlämmung B (Tabelle 5) verwendet worden waren, wiesen eine höhere Reinheit als die Siliciumdioxidpartikel PL150H25 von Clariant auf. Diese weisen einen sehr niedrigen Gehalt an Metallverunreinigung auf. Insbesondere beinhalten die Spezifikationen für das ultrahochreine Schleifmittel PL-3 von Fuso 19,5 Gew.-% Siliciumdioxid, eine Primärpartikelgröße von 34,6 ± 4,4 nm, eine Sekundärpartikelgröße von 70 ± 10 nm, max. 300 ppb Na, max. 200 ppb K, max. 50 ppb Fe, max. 200 ppb Al, max. 200 ppb Ca, max. 100 ppb Mg, max. 100 ppb Ti, max. 100 ppb Ni, max. 100 ppb Cr sowie max. 100 ppb Cu.

Die Tabelle 6 zeigt einen Gelbfärbungstest über einen Zeitraum von 7 Tagen bei Raumtemperatur.

Es ist klar, dass das hochreine Siliciumdioxid der Aufschlämmung die Gelbfärbungsreaktion weiter reduziert. Obwohl es nicht notwendig ist, liefert die Kombination von hochreinem Schleifmittel mit dem Komplexbildner die beste Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Verfärbung. Aus diesen Tests wird ersichtlich, dass zu den Schleifmittelpartikeln gehörige, in Spuren vorhandene Übergangsmetallionen eine Reaktion zwischen Benzotriazol und H₂O₂ unter Verfärbung der Aufschlämmung katalysieren und dass das Reaktionsprodukt die Polierlösung verfärbt.

Zusammenfassend liefert die Kombination einer Polierlösung mit niedrigem pH-Wert ausgezeichnete Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Farbänderung. Diese verbesserte Stabilität ermöglicht erhöhte Waferausbeuten, indem eine Polierlösung mit vorhersagbarer Polierleistung mit der Zeit zur Verfügung gestellt wird. Darüber hinaus besitzt sie sowohl ein schnelles Entfernen der Barrierematerialien, eine ausgezeichnete Selektivität gegenüber Verbindungsmetallen, ein ausgezeichnetes Fehlstellenverhalten des Wafers und eine kontrollierte Entfernrate für dielektrische Materialien. Optional kann ein organische Gruppen enthaltendes Ammoniumsalz die TEOS-Entfernrate erhöhen, Schleifmittelpartikel die Entfernrate für Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante erhöhen und Wasserstoffperoxid die Kupferentfernrate regeln, was Polierlösungen zur Verfügung stellt, die für mehrere Integrationsschemata angepasst werden können.