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Patent Searching and Data


Title:
NOVEL USE OF ALKALINE EARTH METAL SALTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/054944
Kind Code:
A1
Abstract:
Strontium carbonate, barium carbonate, Strontium sulphate and barium sulphate having a sufficient degree of fineness, especially when produced synthetically, are suitable as abrasive agents in the chemical-mechanical polishing of microelectronic components such as semiconductors. The compounds are used as slurries which can contain a dispersing agent and whose pH value is advantageously greater than 8.

Inventors:
KOEHLER KARL (DE)
HARDINGHAUS FERDINAND (DE)
PARK JAI-WON (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/014221
Publication Date:
July 03, 2003
Filing Date:
December 13, 2002
Export Citation:
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Assignee:
SOLVAY BARIUM STRONTIUM GMBH (DE)
KOEHLER KARL (DE)
HARDINGHAUS FERDINAND (DE)
PARK JAI-WON (DE)
International Classes:
C09G1/02; C09K3/14; B24B37/00; H01L21/304; H01L21/306; (IPC1-7): H01L21/302; H01L21/306
Foreign References:
US6110832A2000-08-29
US5763325A1998-06-09
GB826332A1960-01-06
US4383936A1983-05-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 04 30 April 1999 (1999-04-30)
Attorney, Agent or Firm:
Fischer, Reiner (Hans-Böckler-Allee 20, Hannover, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verwendung von in Wasser schwerlöslichen Erdalkali metallsalzen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stron tiumcarbonat, Strontiumsulfat, Bariumsulfat und Bariumcarbo nat, vorzugsweise Strontiumcarbonat und Bariumsulfat, als Schleifmittel beim chemischmechanischem Polieren von mikro elektronischen Bauteilen.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Strontiumsulfat, Bariumcarbonat und Strontiumcarbonat und Bariumsulfat einsetzt, bei welchem die durchschnittliche Partikelgröße d50 kleiner oder gleich 0,3 um ist.
3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Strontiumsulfat, Bariumcarbonat und Strontiumcarbonat oder Bariumsulfat einsetzt, bei welchem die durchschnittliche Partikelgröße d50 kleiner als oder gleich 0, 2 um ist.
4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man synthetisches Strontiumsulfat, Bariumcarbonat und Strontiumcarbonat oder Bariumsulfat einsetzt.
5. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Strontiumsulfat, Bariumcarbonat und Strontiumcarbonat oder Bariumsulfat einsetzt, bei welchem d100 kleiner als oder gleich 4 um, vorzugsweise kleiner als oder gleich 1 um ist.
6. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Strontiumsulfat, Bariumcarbonat und Strontiumcarbonat oder Bariumsulfat in Form einer wäßrigen Aufschlämmung ein setzt.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Aufschlämmung 1 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 60 Gew. % an Strontiumsulfat, Bariumcarbonat, Stron tiumcarbonat bzw. Bariumsulfat enthält.
8. Aufschlämmung enthaltend 1 bis 80 Gew.%, vorzugs weise 5 bis 60 Gew. % Erdalkalimetallsalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bariumcarbonat, Strontiumsulfat, Stron tiumcarbonat oder Bariumsulfat, wobei der Rest auf 100 Gew.% durch Wasser und/oder organische Flüssigkeiten sowie gegebe nenfalls enthaltendes Stabilisierungsmittel gebildet wird.
9. Aufschlämmung nach Anspruch 8, basierend auf Wasser.
Description:
Neue Verwendung für Erdalkalimetallsalze Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung bestimmter Erdalkalimetallsalze als Hilfsmittel beim chemisch-mechani- schen Polieren (CMP-Verfahren) von mikroelektronischen Bau- teilen.

In bestimmten Gebieten der Technik werden oft Bauteile benötigt, die auf mindestens einer Seite zu einem bestimmten Profil poliert sein müssen, beispielsweise müssen sie gleich- förmig flach sein und eine niedrige Oberflächenrauheit auf- weisen. Hierzu gehören beispielsweise optische Komponenten, Halbleiterbauteile und Keramiken. Eine Methode, solche Bau- teile hochgradig poliert herzustellen, ist die Methode des chemisch-mechanischen Polierens unter Zuhilfenahme von polie- renden Aufschlämmungen ("polishing slurries"). Üblicherweise wird das chemisch-mechanische Polieren ("CMP") wie folgt be- schrieben durchgeführt. Das zu polierende Werkstück, bei- spielsweise ein Silicium-Wafer, wird mit der zu polierenden Fläche nach unten auf eine rotierende Druckplatte ("platen") positioniert. Dabei wird der Wafer durch einen Träger fixiert. Wafer und Druckplatte rotieren in der gleichen Rich- tung. Auf der Oberfläche der Druckplatte befindet sich ein Polierkissen oder eine Polierunterlage ("polishing pad") mit einer polierenden Aufschlämmung. Die polierende Aufschlämmung enthält sehr feine Schleifmittel, beispielsweise Siliciumdi- oxid oder Ceroxid. Wenn Oxidschichten poliert werden sollen, verwendet man gewöhnlich eine basische Aufschlämmung, bei- spielsweise eine Kalilauge oder Ammoniakwasser enthaltende Aufschlämmung mit einem pH-Wert im Bereich von 10 bis 11.

Um Metalle zu polieren, beispielsweise Wolfram, setzt man Aufschlämmungen ein, die typischerweise ein Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid enthalten und einen niedrigen pH-Wert, beispielsweise von 0,5 bis 4, aufweisen. Das US-Patent 5,695, 384 lehrt die Verwendung von Aufschlämmungen im neutralen pH-Bereich, wobei kolloidales Siliciumdioxid eingesetzt wird, dem ein lösliches Halogenidsalz, beispiels- weise Natriumchlorid, zugesetzt ist. Mit solchen. Aufschläm- mungen können Keramiken wie Bariumstrontiumtitanat, aber auch andere Materialien wie Galliumarsenid, Diamant, Siliciumcar- bid und andere Perowskitmaterialien poliert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, weitere gut brauchbare Schleifmittel zur Anwendung in CMP-Verfahren an- zugeben. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß werden in Wasser schwerlösliche Erdalka- limetallsalze ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stron- tiumcarbonat, Bariumsulfat, Strontiumsulfat und Bariumcarbo- nat als Schleifmittel beim chemisch-mechanischen Polieren von mikroelektronischen Bauteilen eingesetzt. Bevorzugt sind Strontiumcarbonat und Bariumsulfat.

Das Erdalkalimetallsalz wird in Form einer Aufschlämmung eingesetzt. Man kann wäßrige Aufschlämmungen einsetzen, oder Aufschlämmungen, die zusätzlich zu Wasser oder anstelle von Wasser organische Flüssigkeiten wie Dihydroxyverbindungen, z. B. Glycole enthalten.

Es wird möglichst feinteiliges Salz eingesetzt. Bevor- zugt ist die durchschnittliche Partikelgröße d50 kleiner oder gleich 0, 3 um, gemessen nach der Laserbeugungs-Methode (bei- spielsweise auf einem Coulter LS 230). Besonders bevorzugt ist die durchschnittliche Partikelgröße d50 kleiner als oder gleich 0,2 um. Besonders bevorzugt setzt man Erdalkalimetall- salz ein, bei welchem d100 kleiner als oder gleich 4 um, vor- zugsweise 1 um, insbesondere kleiner als oder gleich 0, 4 um ist.

Ganz besonders bevorzugt setzt man synthetische Erdal- kalimetallsalze ein. Man kann sie prinzipiell herstellen, indem man Erdalkalimetallhydroxid, beispielsweise als wäßrige Lösung, mit Kohlendioxid oder Alkalimetallcarbonaten bzw. mit Schwefelsäure oder Alkalisulfat umsetzt. Das benötigte fein- teilige Erdalkalimetallcarbonat bzw. Erdalkalimetallsulfat kann man herstellen wie in den internationalen Anmeldungen WO 97/15530, WO 01/49609 und der deutschen Anmeldung DE 100 26 791 beschrieben. Dabei fällt man die Carbonate bzw. Sulfate durch Umsetzen von entsprechenden Laugen mit Kohlendioxid bzw. Schwefelsäure in einem kontinuierlich arbeitenden Mischreaktor, in welchem Scher-, Schub-und Rei- bungskräfte von ineinandergreifenden Werkzeugen mit hoher Relativgeschwindigkeit auf die Reaktionsmischung einwirken.

Dabei arbeitet der Mischreaktor nach dem Rotor-Stator-Prinzip mit sehr hoher Drehzahl (mehrere tausend Umdrehungen pro Minute).

Die wäßrige Aufschlämmung enthält 1 bis 80 Gew.-% an Erdalkalimetallsalz. Eine gebrauchsfertige Aufschlämmung enthält vorteilhaft l bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% des Schleifmittels. Ein Konzentrat, beispielsweise für den Transport, enthält vorteilhaft hohe Konzentrationen des Schleifmittels, z. B. bis 80 Gew.-% vorzugsweise 5 bis 60 Gew.-%, gewünschtenfalls auch noch mehr. Die Aufschlämmung kann übliche Hilfsmittel enthalten. Der Rest auf 100 Gew.-% ist durch Wasser, organische Flüssigkeiten bzw. gegebenen- falls vorhandene übliche Hilfsmittel gebildet.

Bevorzugt sind Dispersionsadditive enthalten. Es sind die üblichen Dispergiermittel brauchbar, z. B. Polyacrylate.

Ein handelsübliches Mittel ist z. B. Dispex N40. Dispergier- mittel gewährleisten die feine Partikelgröße und verhindern Agglomerisation und Sedimentation.

Der pH-Wert liegt, beim Oxid-Schleifen, vorteilhaft oberhalb von 8.

Statt oder zusätzlich zu Wasser können auch andere Flüs- sigkeiten eingesetzt werden, z. B. die im US-Patent 5,695, 384 genannten Glycole und Alkohole.

Das Verfahren kann in üblichen CMP-Maschinen durchge- führt werden. Rotierende Maschinen können eingesetzt werden, aber auch Maschinen, die nach der Methode der linearen Plana- risation ("Linear Planarisation Technology", LPT) arbeiten.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Aufschlämmun- gen, die Strontiumcarbonat, Strontiumsulfat, Bariumsulfat oder Bariumcarbonat enthalten. Die genannten Salze weisen ein d50 von kleiner als oder gleich 0,3 um auf und sind in einer Menge von 1 bis 80 Gew.-% in der Aufschlämmung enthalten.

Bevorzugte Ausführungsformen sind weiter oben beschrieben.

Rest auf 100 Gew.-% wird durch Wasser und/oder organische Flüssigkeiten gebildet, wobei ein Teil des Wassers bzw. der organischen Flüssigkeit durch Hilfsmittel wie oben erwähnt ersetzt sein kann. Ein Teil des Erdalkalimetallsalzes, z. B. maximal bis zur Hälfte des Gewichtes, kann durch andere Schleifmittel wie SiO2 oder Ce02 ersetzt sein. Bevorzugt sind Dispergiermittel enthalten. Die Aufschlämmungen können z. B. unter Zusatz des Dispergiermittels in Perlmühlen hergestellt werden.

Der besondere Vorteil von Strontiumsalzen bzw. BaSO4 ist ihre Ungiftigkeit.