Brevet FR3135006A1 — publié le 20231103

L'invention concerne un tampon de polissage convenant pour polir au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, optiques, magnétiques ou électromécaniques comprenant : une couche de polissage comprenant une polyurée ayant une phase molle et une phase dure, la phase molle étant un copolymère d'espèces aliphatiques exemptes de fluor et d'une espèce aliphatique fluorée, la polyurée étant durcie avec un agent de durcissement où la phase dure comprend une cristallinité où la polyurée est caractérisée par un point de fusion d'au moins 230°C et une ΔH f d'au moins 3, Joules/gramme tel que déterminé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) de la polyurée. Tampon de polissage mécano-chimique Domaine de l'invention La présente invention concerne le polissage mécano-chimique et les tampons utilisés dans le polissage mécano-chimique. Arrière-plan de l'invention La planarisation mécano-chimique (CMP) est une variante d'un procédé de polissage qui est largement utilisée pour aplatir, ou aplanir, les couches de construction d'un circuit intégré afin de construire avec précision un circuit tridimensionnel multicouche. La couche devant être polie est typiquement un film mince (moins de 10 000 Angströms) qui a été déposé sur un substrat sous-jacent. Les objectifs de la CMP sont le retrait du matériau en excès sur la surface d'une galette pour produire une couche extrêmement plate et d'épaisseur uniforme, l'uniformité s'étendant sur toute la superficie de la galette. Le contrôle du taux de retrait et l'uniformité du retrait ont une importance considérable. La CMP utilise un liquide, souvent appelé suspension ou bouillie (« slurry » de l’anglais), qui contient des particules de taille nanométrique. Il est délivré sur la surface d'une feuille ou d'un tampon en polymère multicouche en rotation, qui est monté sur une platine rotative. Les galettes sont montées dans une monture, ou un support, séparé, qui a des moyens de rotation séparés, et pressées contre la surface du tampon sous une charge contrôlée. Ceci conduit à un taux élevé de mouvement relatif entre la galette et le tampon de polissage (c'est-à-dire que le taux de cisaillement est élevé au niveau tant du substrat que de la surface du tampon). Les particules de suspension piégées à la jonction tampon/galette abrasent la surface de la galette, conduisant à un retrait. Afin de contrôler le taux, prévenir un aquaplanage, et convoyer efficacement la suspension sous la galette, divers types de texture sont incorporés dans la surface supérieure du tampon de polissage. Une texture à petite échelle est produite par abrasion du tampon avec un réseau de diamants fins. Ceci a pour but de contrôler et d'augmenter le taux de retrait, et est couramment appelé conditionnement. Des rainures à plus grande échelle de divers motifs et dimensions (par exemple en XY, circulaires, radiaux) sont également incorporées pour l'hydrodynamisme et pour une régulation du transport de la suspension. Il est largement observé que le taux de retrait durant une CMP suit l'équation de Preston, taux = K p *P*V, où P est la pression du tampon sur le substrat, V est la vitesse du tampon par rapport au substrat, et K p est ce que l'on appelle le coefficient de Preston. Le coefficient de Preston est une constante globale qui est caractéristique de l'ensemble consommable utilisé. Plusieurs des effets les plus importants contribuant au K p sont les suivants : (a) la superficie de contact du tampon (dérivant largement de la texture et des propriétés mécaniques en surface du tampon) ; (b) la concentration des particules de bouillie sur la superficie de contact disponibles pour faire le travail ; et (c) le taux de réaction entre les particules en surface et la surface de la couche devant être polie. L'effet (a) est largement déterminé par les propriétés du tampon et le procédé de conditionnement. L'effet (b) est déterminé tant par le tampon que par la bouillie, tandis que l'effet (c) est largement déterminé par les propriétés de la bouillie. L'apparition de dispositifs de mémoire multicouches haute capacité (par exemple mémoire flash 3D NAND) a conduit à la nécessité d'augmentations plus importantes du taux de retrait. La partie critique du procédé de fabrication de 3D NAND consiste à accumuler des empilements multicouches de films de SiO 2 et de Si 3 N 4 de façon alternée à la manière d'un escalier pyramidal. Une fois terminé, l'empilement est coiffé d'une surcouche épaisse de SiO 2 , qui doit être aplanie avant l'achèvement de la structure du dispositif. Ce film épais est couramment appelé diélectrique de pré-métallisation (PMD). La capacité du dispositif est proportionnelle au nombre de couches dans l'empilement stratifié. Les dispositifs du commerce actuels utilisent 32 et 64 couches, et l'industrie est en train de passer rapidement à 128 couches. L'épaisseur de chaque paire d'oxyde/nitrure dans l'empilement est d'environ 125 nm. Ainsi, l'épaisseur de l'empilement augmente directement avec le nombre de couches (32 = 4 000 nm, 64 = 8 000 nm, 128 = 16 000 nm). Pour l'étape PMD, la quantité totale de diélectrique de coiffage à retirer est approximativement égale à environ 1,5 fois l'épaisseur de l'empilement, étant supposée une déposition conforme du PMD. Les suspensions de CMP diélectriques conventionnelles ont des taux de retrait d'environ 250 nm/min. Ceci engendre des temps de traitement CMP longs non souhaités pour l'étape PMD, qui est maintenant le goulet d'étranglement principal dans le procédé de fabrication de 3D NAND. Par conséquent, il y a eu beaucoup de travaux concernant le développement de procédés CMP plus rapides. La plupart des améliorations se sont focalisées sur les conditions de procédé (P et V plus élevées), un changement du procédé de conditionnement du tampon, et des améliorations de la conception de la suspension, en particulier des suspensions à base d’oxyde de Cérium. Certains tampons présentent un avantage en taux de retrait à partir d'une force d'application plus élevée jusqu'à une certaine pression (ou force d'application) après quoi le taux de retrait peut plafonner ou même diminuer. Un tampon amélioré qui pourrait être utilisé à des pressions plus élevées et éventuellement associé à des suspensions d'oxyde de cérium pour obtenir un taux d'élimination plus élevé sans introduire d'effets négatifs constituerait une amélioration significative de la technologie CMP. [0008] L'invention concerne un tampon de polissage adapté au polissage d'au moins l'un des substrats semi-conducteur, optique, magnétique ou électromécanique comprenant : une couche de polissage comprenant une polyurée ayant une phase molle et une phase dure, la phase molle étant un copolymère d’espèce exempte de composé aliphatique fluoré et d’une espèce aliphatique fluorée, la polyurée étant durcie avec un agent de durcissement où la phase dure comprend une cristallinité où la polyurée est caractérisée par un point de fusion d'au moins 230 °C et une ΔH f d'au moins 3 Joule/gramme tel que déterminé par Calorimétrie dynamique à balayage de la polyurée. Il est fait référence aux figures, qui sont des exemples de modes de réalisation, et dans lesquelles les éléments similaires sont numérotés de la même manière. La est un thermographe DSC montrant les performances de diverses polyurées fluorées. La est un graphique du taux de retrait en fonction de la force d’application à une vitesse de platine de 90 tours par minute (tr/min) pour des tampons comparatifs et selon l’invention. La est un graphique du taux de retrait en fonction de la force d’application à une vitesse de platine de 120 tours par minute (tr/min) pour des tampons comparatifs et selon l’invention. Tampon de polissage adapté au polissage d’au moins un substrat parmi les substrats semi-conducteurs, optiques, magnétiques ou électromécaniques comprenant : une couche de polissage comprenant une polyurée ayant une phase molle et une phase dure, la phase molle étant un copolymère d'espèces aliphatiques exemptes de fluor et d'une espèce aliphatique fluorée, la polyurée étant durcie avec un agent de durcissement où la phase dure comprend une cristallinité où la polyurée est caractérisée par un point de fusion d'au moins 230°C et une ΔH f d'au moins 3, Joules/gramme tel que déterminé par calorimétrie différentielle à balayage de la polyurée. Le tampon selon la revendication 1, dans lequel la polyurée de la couche de polissage forme une matrice et la couche de polissage comprend en outre des micro-éléments polymères remplis de gaz ou de liquide dispersés dans la matrice. Le tampon de polissage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'agent de durcissement comprend un agent de durcissement de formule I : (Formule I) où, R 1 , R 2 et R 3 sont choisis parmi un atome d’hydrogène H, un halogène et des groupes alkyles de 1 à 3, à la condition qu'au moins un des R 1 , R 2 et R 3 , soit un groupe alkyle de 1 à 3 atomes de carbone, et qu'il n'y ait pas plus d'un halogène par noyau aromatique. Le tampon de polissage selon la revendication 3, dans lequel l’agent de durcissement de formule I est la 4,4'-méthylène-bis-(3-chloro-2,6-diéthylaniline). Le tampon de polissage selon la revendication 3, dans lequel l'agent de durcissement comprend en outre un ou plusieurs agents de durcissement supplémentaires choisis parmi la diéthyltoluène-diamine (DETDA) ; la 3,5-diméthylthio-2,4-toluène-diamine et ses isomères ; la 3,5-diéthyltoluène-2,4-diamine et ses isomères par exemple, la 3,5-diéthyltoluène-2,4-diamine et ses isomères ; la 3,5-diéthyltoluène-2,6-diamine) ; le 4,4'-bis-(sec-butylamino) diphénylméthane ; le 1,4-bis-(sec-butylamino)-benzène, le 4,4'-méthylène-bis-(2-chloroaniline) polytétraméthylèneoxy de-di-p-aminobenzoate ; le N,N-dialkyl diamino diphényl méthane ; la p,p'-méthylène dianiline (MDA) ; la m-phénylènediamine (MPDA) ; la 4,4'-méthylène-bis(2-chloroaniline) (MBOCA) ; la 4,4'-méthylène-bis-(2,6-diéthylaniline) (MDEA) ; la 4,4'-méthylène-bis-(2,3-dichloroaniline) (MDCA) ; le 4,4'-diamino-3,3'-diéthyl-5,5'-diméthyl diphénylméthane, 2,2',3,3-tétrachloro diamino diphénylméthane ; le triméthylène glycol di-p-aminobenzoate. Le tampon de polissage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le copolymère de la phase molle a une structure contenant un oxyde d'alkylène fluoré et un oxyde d'alkylène non fluoré, dans lequel le rapport molaire entre l'oxyde d'alkylène fluoré et l'oxyde d'alkylène non fluoré est inférieur à 3. Le tampon de polissage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'espèce aliphatique exempte de fluor est un éther de polytétraméthylène et dans lequel la phase dure comprend le produit de réaction de segments durs de diisocyanate et d'un agent de durcissement. Le tampon de polissage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de polissage a une surface de polissage comprenant une macrotexture. Le tampon de polissage selon la revendication 1 dans lequel le taux de retrait à 120 rotations par minute (RPM) à la pression de 345 hPa est le même ou plus élevé que le taux de retrait à 275 hPa. Le tampon de polissage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la couche de polissage reste hydrophile pendant le polissage dans des conditions de cisaillement.