DE69824282T2

DE69824282T2 - Planarisierungszusammensetzung zur entfernung von metallschichten

Info

Publication number: DE69824282T2
Application number: DE69824282T
Authority: DE
Inventors: E. James CURRIE; Michael Jones; J. Thomas GREBINSKI
Original assignee: Advanced Technology Materials Inc
Current assignee: Advanced Technology Materials Inc
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: KR100505860B1; JP4489191B2; KR20010005976A; WO1998044061A1; US6267909B1; EP0971993A1; DE69824282D1; US5993685A; TW565605B; JP2001518948A; EP0971993B1; ATE268368T1; AU6944598A

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Planierungszusammensetzung, welche besonders anwendbar ist zum Dünnermachen, Polieren und Planarisieren von integrierten Schaltungen, die abgeschieden ist auf Halbleiterwafern, welche mindestens eine 1eitende Metallfolie auf ihren Oberflächen abgelagert aufweisen. Das Dünnermachen, Polieren und Planarisieren dient dazu, die Metallfolie zu entfernen. Die Erfindung betrifft auch ein Gerät zum Dünnermachen, Polieren und Planarisieren und ein Verfahren zum Durchführen des Schrittes des Dünnermachens, Polierens und Planarisierens.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Halbleiterbearbeitung ist es üblich, ein hartes Material abzuscheiden, z.B. ein Metall oder Metallnitrid, wie etwa Wolfram, Titan, Titan/Wolfram oder Titannitrid, wobei das abgeschiedene Material Löcher füllt, die sich in den Körper eines isolierenden dünnen Filmes ausdehnen und einen elektrisch leitenden Weg von der halbleitenden oder leitenden Schicht unter die isolierende Oberfläche oder von dem Leiter zu einem Abstand oberhalb der Oberfläche liefert. Das abgeschiedene Material bildet, wie üblicherweise bezeichnet, eine Durchgangsleitung, Stecker (plug), Furche oder einen Kontakt. Wenn dieses Verfahren durchgeführt wird, wird eine dünne Beschichtung des Materials, das abgeschieden wird, um die Durchgangsleitung (via) zu bilden, ebenfalls generell auf der oberen Oberfläche der isolierenden Schicht abgeschieden. Die abgeschiedene Metallschicht über der Isolierschicht muss vor dem Durchführen zusätzlicher Arbeitsschritte an dem Wafer entfernt werden. Die Entfernung von Schichten dieser Natur wird allgemein durchgeführt durch einen Schritt des Dünnermachens, Polierens und Planarisierens unter Verwendung einer harten Oberfläche eines Polierkissens und einer Polieraufschlämmung, welche das Kissen befeuchtet und wird unter Reibung gegen die im Überschuss abgeschiedene Metalloberfläche, die zu entfernen ist, bewegt. Die Aufschlämmung umfasst im Allgemeinen Aluminiumoxidteilchen als das Abrasionsmaterial, zusammen mit einem flüssigen chemischen Träger und Reaktanten. Grundsätzlich sind Aluminiumoxid und der chemische Träger jeweils hart und reaktiv genug, um das im Überschuss abgeschiedene Metall zu entfernen, welches auf der isolierenden Oberfläche abgeschieden wurde beim Bilden der Durchgangsleitungen, Stecker oder Kontaktbereiche. Das Ergebnis ist jedoch eine dünner gewordene und verkratzte Oberfläche und ist nicht gleichmäßig (planar) genug, um geeignet zu sein zur Herstellung weiterentwickelter integrierter Schaltungen, welche Submikrogeometrien verwenden. Weiterhin wird der Schritt des Dünnermachens, Polierens und Planarisierens als zu langsam erachtet, da die Titanschicht gegenüber den derzeitigen Schritten des Dünnermachens, Polierens und Planarisierens zu widerstandsfähig ist.
Es ist allgemein bekannt, chemisches mechanisches Polieren (CMP) zu verwenden. In diesem Verfahren kann ein schnelleres Dünnerwerden, Polieren und Planarisieren auftreten durch Verwendung eines Abrasionsmaterials, im Allgemeinen Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid, zusammen mit einem flüssigen Träger und einer Verbindung, welche korrosiv oder oxidativ ist gegenüber dem Substrat oder es lösen wird. Zum Beispiel diskutiert das U.S. Patent Nr. 5,391,258 von Brancaleoni, et al. ein solches Verfahren zum Verbessern der Polierrate von Silicium, Siliciumdioxid oder Silicium-enthaltenden Gegenständen, einschließlich Verbundstoffen von Materialien und Siliciumdioxid. Die Zusammensetzung umfasst ein Oxidationsmittel zusammen mit einem Anion, welches die Entfernungsrate des relativ weichen Siliciumdioxiddünnfilmes unterdrückt. Das unterdrückende Anion kann eines sein aus einer Vielzahl von Carbonsäuren. Aluminiumoxid wird als das Abrasionsmaterial verwendet.
Es ist ebenfalls bekannt, ein anderes abrasives Material zu verwenden, im Besonderen Siliciumdioxid mit sehr kleiner Größe, um Substrate zu polieren, wie etwa raue geschnittene Siliciumwafer, vor dem Beginn ihrer Verarbeitung in integrierte Schaltkreisvorrichtungen. Beispielsweise lehrt Shimizu et al. in dem U.S. Patent 4,842,837 ein Verfahren zum Herstellen von feinem sphärischen Siliciumdioxid mit einer Teilchengröße von 0,5 μ und weniger. Das resultierende kolloidale Siliciumdioxid wird als ein Poliermittel für Halbleiterwafer verwendet, insbesondere Siliciumwafer. Die Teilchen sind monodispers, wobei das Polieren der relativ weichen Siliciumwaferoberfläche durchgeführt werden kann, um eine im Wesentlichen flache Waferoberfläche herzustellen. Derartige Teilchen sind jedoch an sich und ohne die Hilfe einer chemischen Wirkung nicht abrasiv genug, um verwendet zu werden, um wirkungsvoll die obigen Materialien, wie etwa Wolfram, Titan oder Titannitrid, abzupolieren. Tatsächlich ist ein solches kolloidales Siliciumdioxid, welches einen pH-Wert über 7 aufweist, und in der Abwesenheit eines Oxidierungsmittels, nicht in der Lage wirkungsvoll, d.h. in einer vertretbar großen Rate, Metall oder Metallnitride dünner zu machen und zu planarisieren. Darüber hinaus würde, da der pH-Wert über 7 ist, das ausgesetzte Siliciumdioxid vorzugsweise geätzt werden, während das Metall und die Metallnitridschichten, relativ gesprochen, nicht dünnergemacht verbeliben und unplanarisiert bleiben. Wesentliches und ungewünschtes Auftragen von Siliciumdioxid würde um das Metall und die Metallnitrid-Stecker bzw. Anschlüsse, Durchgangsleitungen usw. auftreten. Um eine effektive CMP-Aufschlämmung zum Dünnermachen und Planarisieren für Metalle und Metallnitride zu sein, ist es wesentlich, dass das Metall und Metallnitrid mit einer Rate dünnergemacht und planarisiert werden, die wesentlich höher ist, als die des der ausgesetzten Siliciumoxide.
Die PCT-Anmeldung WO 95/24054, veröffentlicht am 8. September 1995, zeigt, dass Oxidationsmittel, wie etwa Wasserstoffperoxid, zu Polieraufschlämmungen gegeben werden können, wenn die Aufschlämmungen ein Ion zum Begrenzen der Rate der Entfernung von Silicium und Silikaten enthalten, wie in dem U.S. Patent Nr. 5,391,258, unmittelbar oben, diskutiert. Die Oxidationsmittel sind ebenfalls genannt. Im Besonderen sind Kaliumjodat und Natriumjodat als Oxidationsmittel offenbart, die geeignet sind in solchen Polieraufschlämmungen. Wie bei U.S. Patent Nr. 5,391,258 ist das verwendete Abrasionsmittel Aluminiumoxid.
U.S. Patent Nr. 5,376,222 offenbart die Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid in einer alkalischen Lösung zum Polieren eines Siliciumdioxidfilms auf einem Halbleiter. Die Polierlösung umfasst ein Kation eines Alkalimetalls, eines Erdalkalimetalls oder ein Ammoniumion. Die bevorzugte Zusammensetzung umfasst ein Natrium- oder Kaliumion. Die Aufschlämmung wird nicht verwendet, um Metalle, sondern nur Siliciumdioxid zu entfernen.
U.S. Patent Nr. 3,877,183 offenbart die Verwendung von präzipitierten Silikaten und/oder Silikofluoriden als Poliersubstanzen für Halbleitermaterialien. Diese Poliersubstanzen werden verwendet, um den Halbleiter, nämlich Silicium, zu polieren.
Ein sehr großes Problem besteht im Hinblick auf Poliermaterialien, wie etwa Metalle und Metallnitride und Siliciumdioxidisolierschichten, um sie mit ausreichenden Raten und Selektivitäten zu entfernen. Im Besonderen, wenn Löcher in Isolierschichten gemacht werden, z.B. in dotierte Siliciumdioxidschichten, und dann Metalle in diesen Löchern abgeschieden werden, um leitende Metalldurchgänge von einem Niveau einer Halbleitervorrichtung in eine andere bereitzustellen, muss der resultierende überschüssige metallische leitende Film auf der ausgesetzten dotierten Oxidoberfläche des Wafers wegpoliert, dünnergemacht und planarisiert werden, ohne das neu freigelegte, dotierte oder undotierte Siliciumdioxid wesentlich dünner zu machen und zu planarisieren. Es ist wünschenswert, das Verfahren des Dünnermachens und Planarisierens zu beenden, wenn überschüssige Metalle und Metallnitrid abpoliert worden sind, wobei die darunterliegende dotierte Siliciumdioxidschicht freigelegt wird. Idealerweise sollten alle freigelegten Oberflächen des Metalls, Metallnitrids und dotierten Siliciumdioxids perfekt planar sein. Jedoch die am weitesten entwickelten abrasiven und flüssigen chemischen CMP-Aufschlämmungen nach dem Stand der Technik werden weniger effektiv, da Hersteller von integrierten Schaltungen verringerte Kratzerdichte, verbesserte Oberflächenrauigkeit, größeren Durchsatz, verbesserte Selektivität und verbesserte CMP-Nachbehandlungsoberflächensauberkeit anstreben.
Zu Beginn eines typischen Verfahrens zum Dünnermachen und Planarisieren (CMP) nach dem Stand der Technik wird eine Metallschicht freigelegt. Nach einem wesentlichen Dünnermachens und Planarisieren werden eine zweite Metallnitridschicht, eine dritte Metallschicht und eine Siliciumdioxidschicht dem Verfahren des Dünnermachens und Planarisierens ausgesetzt. Mit dem herkömmlichen Verfahren des Dünnermachens und Planarisierens auf Aluminiumoxidbasis, welches zusammengemischt mit dem Aluminiumoxidabrasionsmittel ein saures flüssiges System und ein Oxidationsmittel umfasst, wird jedes ausgesetzte Metall- und Metallnitrid mit einer verschiedenen Rate dünner und planarisiert. Zum Beispiel macht das am verbreitesten verwendete Aufschlämmungssystem das zweite ausgesetzte Metall, die sogenannte Titan-"Klebe"-Schicht mit einer wesentlich anderen Rate dünner und planar als die anderen ausgesetzten Metall- (Wolfram) und Metallnitrid(Titannitrid) Schichten. Das Ergebnis ist eine weniger planare Oberfläche als von den Herstellern für integrierte Schaltvorrichtungen gewünscht. Darüber hinaus, wenn sich das Polierverfahren auf der Titanschicht fortsetzt, "stoppt" oder verlangsamt sich das Polierverfahren auf eine Polierrate, die 1/6 der Rate ist, vor dieser Metallschicht. Bis heute gab es keine befriedigende Lösung für dieses Problem.
Heutige herkömmliche CMP-Aufschlämmungen auf Aluminiumoxidbasis besitzen eine Teilchengrößenverteilung, die +/– 300 Prozent übersteigt. Umso höher die Teilchengrößenverteilung ist, umso größer ist die Trübung, Oberflächenrauigkeit und die Kratzer. Hersteller von integrierten Schaltungen finden heute, dass sie die Teilchengrößenverteilung verringern müssen, aufgrund einer zukünftigen Anforderung, dass sie Fotolithografietechnologie verwenden, die eine flachere Fokustiefe aufweist. Mit der Anforderung einer flacheren Fokustiefe für die Zukunft, ist es ebenfalls erforderlich, dass die Oberfläche der integrierten Schaltung, wenn sie hergestellt wird, weniger Trübung, verbesserte Oberflächenrauigkeit und weniger Kratzer aufweist. Jeder der obigen Parameter kann, wenn er nicht verbessert ist, bewirken, dass die integrierte Schaltung versagt. Bis heute gab es wesentliche Anstrengungen, um die Teilchengrößenverteilung zu verringern und dadurch Trübung die zu verringern, die Oberflächenrauigkeit zu verbessern und die Kratzerdichte zu verringern, jedoch ohne wesentlichen Erfolg, der erforderlich ist, um die Leistungsanforderungen (Fokustiefe), die durch die Fotolithografie der Zukunft gefordert wird, zu erfüllen.
Darüber hinaus, aufgrund der positiven Nettoladung von Aluminiumabrasionsteilchen, binden sie und "kleben" sie beim Suspendieren in der flüssigen Chemikalie an die neu freigelegte, negativ geladene, dotierte Siliciumdioxidoberfläche, wodurch aufwändiges Lederpolieren und mechanische und chemische Reinigungsverfahren erforderlich sind, um Aluminiumoxidaufschlämmungsreste zu entfernen, welche, falls sie nicht entfernt werden, ein Schaltungsversagen bewirken können. Demgemäß wäre es sehr wünschenswert, falls möglich, eine Polierzusammensetzung und ein Polierverfahren zu entwickeln, welches es erleichtert, die Oberfläche nach dem Verfahren des Dünnermachens und Planarisierens zu reinigen.
Aufgrund der obigen Nachteile der heutigen herkömmlichen CMP-Aufschlämmung auf Aluminiumoxidbasis zum Dünnermachen und Planarisieren, suchte die Industrie nach einem verbesserten System zum Dünnermachen und Planarisieren, welches zu verbesserter Planarität, verbesserter Rate zum Dünnermachen und Planarisieren, verbesserter Oberflächentrübung, Rauigkeit und Oberflächenkratzerdichte führt und schließlich einer verbesserten CMP-Zusammensetzung, die zu verbesserter Oberflächenreinheit nach dem Verfahren des Dünnermachens und Planarisierens führt.
Die vorliegende Erfindung richtet sich darauf eines oder mehrere der angegebenen Probleme zu lösen.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Planarisierungszusammensetzung angegeben. Die Zusammensetzung umfasst sphärische Siliciumdioxidteilchen mit einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser von 0,5 bis 30 Gewichtsprozent, einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb des Bereichs von etwa 0,03 bis etwa 2 μm fällt und dahingehend monodispers ist, dass mindestens etwa 90 Gewichtsprozent der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa ± 20 aufweisen; einen flüssigen Träger, umfassend bis zu 20 Gewichtsprozent ROH und ein Aminhydroxid, welches NR₄OH oder NR₂NR₃OH ist, worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉ ist, in der Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent; ein Oxidationsmittel, welches in einer Menge von etwa 0,5 bis 15 Gewichtsprozent vorliegt; ein Säurestabilisierungsmittel zum Einstellen des pH-Werts, sodass er innerhalb des Bereichs von etwa 7,0 bis etwa 0,5 fällt, und worin der Rest Wasser ist.
Eine zweite Planarisierungszusammensetzung ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angegeben. Die Zusammensetzung umfasst sphärische Siliciumdioxidteilchen mit einer Siliciumdioxidteilchenkonzentration von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb des Bereichs von etwa 0,03 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer fällt, und monodispers dahingehend ist, dass mindestens etwa 90 Gewichtsprozent der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa +/– 15 % aufweisen; einen flüssigen Träger, der bis zu 45 Gewichtsprozent ROH und ein Aminhydroxid aufweist, welches NR₄OH oder NR₂NR₃OH ist, worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉ ist, in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, und worin der Rest Wasser ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Kissen angegeben, das befeuchtet ist mit der obigen Planarisierungszusammensetzung.
Eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Planarisieren eines Substrats mit einer harten Metall-, Metallnitrid- oder isolierenden Oberflächenbeschichtung, um die Beschichtung bzw. Schicht zu entfernen. Das Verfahren umfasst das Positionieren der Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung bis die Oberflächenbeschichtung entfernt worden ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle verwendeten Materialien von ultrareiner Qualität, wobei die Suspension einen Gesamtmetallgehalt von nicht mehr als 3000 Teile pro Milliarde bezüglich des Gewichts aufweist.
Eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Durchgangsleitungen und Steckern mit interdielektrischer und intermetallischer Schicht. Eine isolierende dünne Filmschicht wird auf der Oberfläche eines Substrats abgeschieden. Ein oder mehrere kleine Löcher, definiert durch entsprechende Seitenwände und Böden, werden in den Film geätzt und erstrecken sich mindestens bis zur Substratoberfläche. Ein erster dünner Metallfilm wird auf die isolierende dünne Filmoberseitenfläche und auf die entsprechenden Seitenwände und Böden aufgebracht, um die isolierende dünne Filmschicht und jeweils gebildete Seitenwände und Böden zu beschichten, ohne die Löcher zu füllen, wobei eine erste Metalloberfläche gebildet wird. Ein erster dünner Metallnitridfilm wird auf der ersten Metalloberfläche auf eine solche Art abgeschieden, dass er die Löcher beschichtet und eine erste Metallnitridoberfläche bildet. Ein zweiter Metallfilm wird auf der ersten Metallnitridoberfläche abgeschieden, auf eine solche Art, dass er die Löcher füllt und eine zweite Metalloberfläche bildet. Eine Planarisierungszusammensetzung, wie oben angegeben, wird zwischen der zweiten Metalloberfläche und einem Kissen angeordnet. Das Kissen wird gegen die zweite Metalloberfläche gerieben, um den ersten dünnen Metallfilm, den ersten dünnen Metallnitridfilm und den zweiten Metallfilm dünner zu machen und zu planarisieren.
Durch Verwendung aminierter, säurestabilisierter Siliciumdioxidteilchen die sphärisch und monodispers sind (mit einer einheitlichen Größe und innerhalb eines spezifischen und begrenzten Größenbereichs), zusammen mit einem Oxidationsmittel, welches geeignet ist zum Oxidieren der harten Materialien, welche zu entfernen sind, indem sie in Materialien übergeführt werden, welche entfernt werden können durch die relativ weichen und einheitlichen Siliciumdioxidteilchen, wurde die Fähigkeit gewonnen, sehr kontrollierbar harte Materialien zu polieren und zu einer resultierenden polierten Oberfläche zu gelangen, welche hoch planar ist. Wenn auch ein Oxidationsmittel vorliegt, was bevorzugt ist, dient es dazu, die Entfernbarkeit der oxidierten Verbindung zu beschleunigen, welche aus der Reaktion des harten Materials mit den Oxidationsmitteln resultiert. Die erhaltenen Ergebnisse waren Raten des Dünnermachens und Planarisierens, die doppelt so hoch waren wie die herkömmlichen Raten, die Hälfte der Oberflächenrauigkeitsgrade, wesentlich verringerte Waferuneinheitlichkeit, ein Zehntel der Kratzerdichte und eine wesentliche Verringerung der CMP-Teilchen- und Rückstandsgrade nach der Behandlung, welche vorliegen nach dem Dünnermachen mit der herkömmlichen Aufschlämmung auf Aluminiumoxidbasis.
Durch Arbeiten gemäß der Erfindung können solche herkömmlichen Durchgangsleitungmaterialien, wie etwa Titan, Titan/Wolfram, Titannitrid und Wolfram, als auch isolierendes Siliciumdioxid mit kontrollierten Raten entfernt werden, um eine planare Oberfläche verbesserter Planarität bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unter Bezug auf die Figuren und die Zeichnungen besser verstanden werden, worin gleiche Zahlen gleiche Teile bezeichnen und worin:
1 eine schematische Ansicht eines Kissens veranschaulicht, das befeuchtet ist durch die Planierungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung;
2 ein Kissen darstellt, das befeuchtet ist mit der Planierungszusammensetzung gemäß der Erfindung, in Position, um eine harte flache Oberflächenschicht einer teilgefertigten integrierten Schaltung dünner zu machen, zu polieren und zu planarisieren;
3 das Verfahren darstellt zum Planarisieren eines Substrats der vorliegenden Erfindung, durch Reiben des Kissens der 1 und 2 über die harte flache Oberflächenschicht von 2, zum Vorsehen des gewünschten Dünnermachens, Polierens und Planarisierens;
4 eine Querschnittsansicht ist, die eine Probenhalbleitervorrichtung veranschaulicht, hergestellt unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen von Durchgangsleitungen und Steckern mit interdielektrischer und intermetallischer Schicht der vorliegenden Erfindung vor dem Schritt des Dünnermachens, Polierens und Planarisierens; und
5 eine Querschnittsansicht der Probenhalbleitervorrichtung von 4 zeigt, nachfolgend auf einen Schritt des Dünnermachens, Polierens und Planarisierens, um die Metallfilme zu entfernen und welche weiterhin die Durchgangsleitungen darstellt, die in dem bearbeiteten Wafer gebildet werden.
Bestes Verfahren zum Ausführen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kissens 10, das befeuchtet ist mit der Planarisierungszusammensetzung 8 nach der vorliegenden Erfindung. Die Planarisierungszusammensetzung 8 bildet einen dünnen Planarisierungszusammensetzungsfilm 6 auf der oberen Oberfläche des Kissens 10, um dabei das Kissen 10 zu befeuchten. Ein Zuführsystem 7 bringt die Planarisierungszusammensetzung 8 überhalb das Kissens 10 auf, welches auf einer Oberfläche der Polierplatte 60 ist. Ein anderes Verfahren zum Befeuchten des Kissens 10 umfasst eine löchrige Platte (nicht gezeigt) mit Löchern (nicht gezeigt) von der oberen Oberfläche der Platte zur unteren Oberfläche der Platte. Die Planarisierungszusammensetzung 8 würde dann von der unteren Oberfläche des Kissens 10 über die untere Oberfläche der löchrigen Platte (nicht gezeigt) zugeführt, um einen einheitlichen dünnen Planarisierungszusammensetzungsfilm zu bilden. Es versteht sich, dass jedes Verfahren zum Befeuchten des Kissens 10 verwendet werden kann oder ein anderes Verfahren, das zu einem Kissen mit einem einheitlichen dünnen Planarisierungszusammensetzungsfilm führt.
2 zeigt eine schematische Ansicht des Kissens 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, befeuchtet durch die Planarisierungszusammensetzung (nicht gezeigt), um den Planarisierungsfilm 6 zu bilden. Eine Hohlwelle 40, die in einer Waferrotierrichtung 80 rotiert, hält den Wafer 30 in der Vorabriebsposition 5, um die Hohlwelle 40 und Wafer 30 in die Reibrichtung 50 in Richtung des Kissens 10 abzusenken. Das Kissen 10 wird von Polierplatten 60 gehalten und rotiert in einer Kissenrotierrichtung 70. Das Kissen 10 wird verwendet, um die harte flache Oberflächenschicht 20 einer teilweise fertiggestellten integrierten Schaltung (nicht gezeigt) auf Wafer 30 dünner zu machen, zu polieren und zu planarisieren.
3 zeigt eine Reibposition 90 der Hohlwelle 40 und Wafers 30, nach unten gerichtet, relativ zur Vorabriebsposition 5 von 2. In dieser Reibposition 90 reibt das Kissen 10, das befeuchtet ist mit der Planarisierungszusammensetzung, um den dünnen Planierungszusammensetzungsfilm 6 zu bilden, gegen die harte flache Oberflächenschicht 20 des Wafers 30, um das gewünschte Dünnermachen, Polieren und Planarisieren der harten flachen Oberflächenschicht 20 bereitzustellen. Das Kissen 10 wurde befeuchtet durch eine Planierungszusammensetzung mit einer folgenden Zusammensetzung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Planarisierungszusammensetzung angegeben, welche von etwa 0,5 bis etwa 30 Gewichtsprozent sphärische, monodisperse Siliciumdioxidteilchen umfasst. Die Teilchen haben einen gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb des Bereichs von etwa 0,03 μm bis etwa 2 μm fällt. Bevorzugter fällt der gewichtsgemittelte Teilchendurchmesser innerhalb des Bereichs von etwa 0,03 μm bis etwa 0,4 μm. Die Teilchen sind monodispers, d.h. mindestens etwa 90 Gewichtsprozent der Teilchen weisen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa ± 20 %, vorzugsweise weniger als ± 15 % auf. Dies ist eine kritische Anforderung für die Teilchen. Die sphärischen Siliciumdioxidteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung können auf die Art hergestellt werden, die in dem früher genannten U.S. Patent Nr. 4,842,837 angegeben ist. Die Zusammensetzung umfasst weiterhin einen flüssigen Träger, umfassend bis zu 20 Gewichtsprozent ROH und ein Aminhydroxid, welches NR₄OH oder NR₂NR₃OH ist, worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉, in der Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent; ein Oxidationsmittel, welches in der Menge von etwa 0,5 bis 15 Gewichtsprozent vorliegt; ein Säurestabilisierungsmittel zum Einstellen des pH-Werts, sodass er innerhalb eines Bereichs von etwa 7,0 bis 0,5 fällt; und wobei der Rest Wasser ist.
4 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Querschnitt einer Probenhalbleitervorrichtung 100 zeigt, die hergestellt wurde unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen von Durchgangsleitungen und Steckern mit interdielektrischer und intermetallischer Schicht der vorliegenden Erfindung. Ein dünner Film 110 aus isolierender Schicht auf Substrat 120 ist geätzt worden, um ein Loch 130, gebildet durch Seitenwände 140 und Boden 150, zu bilden. Das Ätzen wird durchgeführt unter Verwendung eines aus mehreren herkömmlichen Verfahren. Es versteht sich, dass wenngleich 4 ein einzelnes Loch 130 für eine Probenhalbleitervorrichtung zeigt, sich die vorliegende Erfindung auf mehr als eine Probenhalbleitervorrichtung bezieht und mehrere Löcher aufweisen kann. Der isolierende Film 110 ist im Allgemeinen ein dotiertes oder undotiertes Siliciumdioxid, kann jedoch ein Polyamid, Teflon, Bornitrid, Spin-on-Glas (SOG), FSG oder N-Parylens sein. Ein erster dünner Metallfilm 160 wird auf der Oberseite des dünnen Filmes 110 aus isolierender Schicht und entlang der Seitenwände 140 und Boden 150 abgeschieden. Der erste dünne Film aus Metall 160 beschichtet lediglich den isolierenden Film 110 und Loch 130, Seitenwände 140 und Boden 150, als das gesamte Loch 130 zu füllen. Der erste dünne Metallfilm 160 ist vorzugsweise Titan, während Wolfram oder ein anderes Metall mit ähnlichen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden kann. Der erste dünne Metallfilm 160 bildet eine erste Metalloberfläche 170.
Auf der Oberseite der ersten Metalloberfläche 170 ist ein erster dünner Film 180 aus Metallnitrid, der die erste Metalloberfläche 170 beschichtet und eine erste Metallnitridoberfläche 185 bildet. Ein zweiter Metallfilm 190 wird dann auf der Oberseite der ersten Metallnitridoberfläche 185 angeordnet. Der zweite Metallfilm 190 kann entweder Titan oder Wolfram sein oder ein anderes Metall mit ähnlichen Eigenschaften wie diese beiden Metalle. Während der erste dünne Metallfilm 160 und der erste dünne Metallnitridfilm lediglich die jeweilige Oberfläche unter jedem beschichten, füllt der zweite Metallfilm 190 das Loch 130 und bildet eine zweite Metalloberfläche 200. Es sollte deutlich sein, dass während die vorliegende Ausführungsform eine Probenhalbleitervorrichtung 100 mit einem ersten dünnen Metallfilm 160, einem ersten Metallnitridfilm 180 und einem zweiten Metallfilm 190 beschreibt, Variationen vorliegen können bezüglich der Anzahl von Filmen, welche weiterhin innerhalb der vorliegenden hier beanspruchten Erfindung fallen, so können z.B. Fälle vorliegen, bei welchen angenommen wird, dass das erste Metall 160 nicht erforderlich ist.
Bei der Anwendung ist es wünschenswert, durch Polieren, Dünnermachen und Planarisieren des ersten dünnen Metallfilms 160, des ersten dünnen Metallnitridfilms 180 und des zweiten Metallfilms 190 nur die darunterliegende isolierende dünne Filmschicht 110 (im Allgemeinen dotiertes Siliciumdioxid) freizulegen, wie in 5 gezeigt. Idealerweise würden alle die freigelegten Oberflächen des ersten dünnen Metallfilms 160, des ersten Metallnitridfilms 180 und des zweiten Metallfilms 190 perfekt planar sein in 210. Das Planarisieren wird verwirklicht durch Positionieren der Planierungszusammensetzung, die oben beschrieben ist, zwischen dem Kissen 110 gegenüber einer festen Oberflächenbeschichtung des Wafers 20 von 2. In dieser Ausführungsform würde die feste Oberflächenbeschichtung den zweiten dünnen Metallfilm 190, den ersten dünnen Metallnitridfilm 180 und den ersten dünnen Metallfilm 160 von 4 umfassen, wobei die zweite Metalloberfläche 200 in Kontakt steht mit dem Kissen 110, das mit der oben genannten Zusammensetzung befeuchtet ist, steht. Das Kissen 10 wird aufgrund des Rotierens des Wafers 20 und ds Kissens 10 gegen die zweite Metalloberfläche 200 gerieben und die perfekt planare Oberfläche 210 von 5 wird realisiert.
Ein zweites Planarisierungsverfahren, bekannt als "Leder-Polieren", ist manchmal erforderlich, nachdem das oben beschriebene Planarisierungsverfahren abgeschlossen ist. Das zweite Planarisierungsverfahren wird verwendet, wenn die Rauigkeit der resultierenden isolierenden dünnen Filmschicht 110 von 5 nicht befriedigend ist oder falls es erforderlich ist, stark anhaftende Aufschlämmungszusammensetzungsrückstände zu entfernen. Bestimmte Faktoren, wie etwa die Verwendung von Eisen-(III)-Nitrat als ein Oxidationsmittel in dem obigen Planarisierungsverfahren, bewirken, dass die Oberfläche der freigelegten isolierenden dünnen Schicht 110 zu rau ist, und daher das sekundäre Planarisieren erforderlich ist. Die Rauigkeit (Veränderlichkeit der Oberflächenbeschichtung) des isolierenden Films 110 sollte weniger als etwa 10 Angström sein, ansonsten ist das zweite Planarisierungsverfahren erforderlich. Es sollte deutlich sein, dass ein zweites Planarisierungsverfahren erforderlich sein kann, wenn zusätzliche Faktoren, die verschieden sind von der Verwendung eines Eisen-(III)-Nitrat-Oxidationsmittels in der obigen Planarisierungszusammensetzung (siehe Beispiel 1 unten) bewirken, dass die Oberflächenrauigkeit der isolierenden dünnen Filmschicht 110 zu rau ist, d.h. größer als 10 Angström.
Das sekundäre Planarisierungsverfahren verwendet eine sekundäre Planarisierungszusammensetzung, umfassend sphärische Siliciumdioxidteilchen mit einer Siliciumdioxidteilchenkonzentration von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb des Bereichs von etwa 0,03 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer fällt und dahingehend monodispergiers ist, dass mindestens etwa 90 Gewichtsprozent der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers vom mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als +/– 15 % aufweisen. Ein flüssiger Träger, umfassend bis zu 45 Gewichtsprozent ROH und ein Aminhydroxid, das NR₄OH oder NR₂NR₃OH ist, worin R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉ ist, in der Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent und wobei der Rest Wasser ist.
Das spezifische Verfahren zur Formulierung der Siliciumdioxidteilchen, welches derzeit bevorzugt ist, ist die Zugabe von Tetraethylorthosilikat (TEOS) zu einer Ammoniumhydroxidlösung in Wasser mit einem pH-Wert von ungefähr 9,0–12,0. Die durch die Reaktion gebildeten Produkte umfassen die Siliciumdioxidteilchen der gewünschten Größe, Ammoniak, Ammoniumion und Ethanol. Es resultiert eine Suspension sphärischer Siliciumdioxidteilchen in einer Ethanol/Ammoniumhydroxidlösung.
Die Reaktion kann zu einem gewissen Ausmaß variiert werden. Zum Beispiel kann das TEOS ausgetauscht werden durch ein Tetraalkylorthosilikat wenn die Alkylgruppe Methyl-, Propyl- oder Butylreste umfasst. Wenn dies durchgeführt wird, ist das Produkt nicht Ethanol, sondern anstelle dessen der entsprechende Alkohol. Darüber hinaus kann das Ammoniunihydroxid durch Verbindungen der Formeln NR₄OH und/oder NR₂NR₃OH ersetzt werden, worin jedes R eines aus CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉ ist. Der Aminhydroxidbestandteil mit der oben definierten Natur wird üblicherweise in der Menge von etwa 0,1 % bis etwa 10 bezüglich des Gewichts vorliegen.
Im Allgemeinen wird der Alkoholbestandteil von bis zu etwa 20 % der resultierenden Planarisierungszusammensetzung umfassen, wobei alle Prozente hier bezüglich des Gewichts sind.
Ein beliebiges aus einer Vielzahl von Oxidationsmitteln kann in dem flüssigen Träger enthalten sein. Besonders wünschenswert sind solche Oxidationsmittel wie etwa Wasserstoffperoxid, Kaliumjodat, Eisen-(III)-Nitrat, Eisen-(III)-Cyanid, Natriumjodat und Peroxyessigsäure. Das Oxidationsmittel liegt im Allgemeinen in einer Menge von etwa 0,5 % bis etwa 15 %, bevorzugter von etwa 3 % bis etwa 13 % vor. Der Rest der Zusammensetzung ist Wasser. Die Gesamtmenge Wasser wird etwa 70 % nicht übersteigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der pH-Wert eingestellt, um innerhalb eines Bereichs von etwa 0,5 bis etwa 7, bevorzugter etwa 0,5 bis etwa 6 zu fallen. Der pH-Wert wird vorzugsweise so eingestellt, dass die Rate der Entfernung des Oxids, das aufgrund der Oxidationsreaktion zwischen dem Oxidationsmittel und dem Metall gebildet wird, und der Metallnitridoberflächenbeschichtungen auf eine gewünschte im Wesentlichen äquivalente Rate eingestellt ist. Eine gewünschte äquivalente Rate bedeutet eine Rate, sodass die Beschichtung in einer relativ kurzen Zeit und mit einer im Wesentlichen äquivalenten Rate für jedes Metall und Metallnitrid, welche zu entfernen sind, entfernt werden kann. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die Menge Oxidationsmittel und der pH-Wert ausgewählt werden, sodass die Oberflächenpolierrate der folgenden Materialien, welche häufig zum Bilden von Durchgangsleitungen verwendet werden, wie folgt sind:
Wolfram, 2000 Å bis 6000 Å pro Minute;
Titannitrid, 2000 Å bis 6000 Å pro Minute; und
Titan, 2000 Å bis 6000 Å pro Minute.
Dotierte und undotierte Oxide, 50–200 Å pro Minute.
Geeigneterweise wird die pH-Wert-Einstellung so sein, um den pH-Wert so einzustellen, dass er im sauren Bereich liegt, im Allgemeinen im Bereich von unter 7 bis etwa 0,5, vorzugsweise von etwa 4 bis etwa 1. Dies wird die notwendige Acidität bereitstellen. Es ist nicht wünschenswert, die Zusammensetzung zu sauer zu machen, da Durchgangsleitungen angegriffen werden könnten und die Oxidationsrate zu schnell sein könnte.
Geeignete Säuren, die verwendet werden können, um den pH-Wert einzustellen, umfassen inter alia Essigsäure, Acetylsalicylsäure und andere Carbonsäuren, Dicarbonsäuren, Zitronensäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Es gibt eine gleichzeitige Reduktion des Aminhydroxidgehalts, wenn die Säure zu der Aufschlämmung gegeben wird, da der Aminhydroxidgehalt verringert wird, da die Produktion eines gelösten Aminsalzes der zugegebenen Säuren erhöht wird. Die umfasste Chemie wird durch den folgenden Mechanismus gezeigt:
I. Hydrolyse von TEOS
Das Ammoniumhydroxid weist fünf Komponenten auf:
H₂O, H₃O⁺, OH^–
NH₃(wässrig), NH₄ ⁺.
Dies sind zumindest zwei Mechanismen für die Hydrolyse von TEOS: (EtO)₄Si + 4N₂O → Si(OH)₄ + 4EtOH, gefolgt durch Si(OH)₄ → SiO₂ + 2H₂O, und (EtO)₄Si + 4OH^– → Si(OH)₄ + 4EtO^–, gefolgt durch EtO^– + NH₄ ⁺ (oder H₃O⁺) → EtOH + NH₃ (oder H₂O) und Si(OH)₄ → SiO₂ + 2H₂O.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Komponenten in dem System:
H₂O, H₃O⁺, OH^–
NH₃(wässrig), NH₄ ⁺,
EtOH,
SiO₂, (EtO)₄Si
II. Zugabe von Carbonsäure
Die Zugabe einer Carbonsäure, RCO₂H, fügt die folgenden zusätzlichen Komponenten hinzu:
RCO₂H, RCO₂ ^–,
EtOH₂ ⁺
III. Zugabe von Wasserstoffperoxid
Das Wasserstoffperoxid wird mit NH₃(wässrig) reagieren, um
NH₂-NH₂, NH₂-NH₃ ⁺,
NH₂-OH, NH₂-OH₂ ⁺,
N₂
zu erzeugen.
Es wird mit EtOH reagieren, um
CH₃CHO,
CH₃CO₂H, CH₃CO₂ zu bilden.
Zusätzlich werden Säure-Base-Reaktionen
H₃O₂ ⁺, HO₂ ^–
erzeugen.
IV. Zugabe von Nitration
Die Zugabe des Nitrations kann das folgende hinzufügen:
NO₃ ^–, N₂O₄, HNO₂, NO₂ ^–, NO, H₂N₂O₂, N₂O.
Zusätzlich können die folgenden Stickstoffspezies durch die Oxidation von NH₃ gebildet werden:
NH₂NH₂, NH₂NH₃ ⁺, NH₂OH, NH₃ ⁺OH, N₂.
Es wird ebenfalls die folgenden Oxidationsprodukte von EtOH geben:
CH₃CHO, CH₃CO₂H, CH₃CO₂.
V. Zusammenfassung der Komponenten

H₂O, H₃O⁺, OH^–,
NH₃(wässrig), NH₄ ⁺, NH₂NH₂, NH₂NH₃ ⁺,
NH₂OH, NH₂OH₂ ⁺, N₂, NH₃ ⁺OH,
NO₃, N₂O₄, HNO₂, NO₂ ^–, NO, H₂N₂O₂, N₂O,
CH₃CH₂OH, CH₃CH₂OH₂ ⁺, CH₃CHO, CH₂CO₂H, CH₃CO₂–,
RCO₂H, RCO₂ ^–,
H₂O₂, H₃O₂ ⁺, HO₂ ^–,
SiO₂, (EtO)₄Si,
NO₃ ^–, N₂O₄, HNO₂, NO₂ ^–, NO, H₂N₂O₂, N₂O,
Fe³⁺(wässrig), Fe²⁺(wässrig), Fe(H₂O)_x ³⁺, Fe(H₂O)_y ²⁺,
Fe(NH₃)_x ³⁺, Fe(NH₃)_y ²⁺, Fe(RCO₂ ^–)_x ^3–x, Fe(RCO₂ ^–)_y ^2–y.

VI. Zugabe von Kaliumjodat
Mit der Zugabe von Kaliumjodat können die folgenden zusätzlichen Spezies vorliegen:
K⁺, IO₃ ^–, HIO, IO^–, I₂, I^–, I₃ ^–.
VII. Zusammenfassung der Komponenten

H₂O, H₃O⁺, OH^–,
NH₃(wässrig), NH₃ ⁺, NH₂NH₂, NH₂NH₃ ⁺,
NH₂OH, N₂, NH₃ ⁺OH,
NO₃ ^–, N₂O₄, HNO₂, NO₂ ^–, NO, H₂N₂O₂, N₂O,
CH₃CH₂OH, CH₃CH₂OH₂ ⁺, CH₃CHO, CH₂CO₂H, CH₃CO₂ ^–,
RCO₂H, RCO₂ ^–,
SiO₂, (EtO)₄Si,
K⁺, IO₃ ^–, HIO, IO^–, I₂, I^–, I₃ ^–.

Die Temperatur des Schrittes zum Dünnermachen, Polieren und Planarisieren wird im Allgemeinen innerhalb eines nicht kritischen Bereichs von etwa 20 °C bis etwa 80 °C fallen. Tatsächlich wird der Arbeitsschritt im Allgemeinen anfangs bei etwa 20–50 °C sein, jedoch die Temperatur der Oberfläche und des flüssigen Trägers steigt an, da Reibung stattfindet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle verwendeten Materialien von ultrareiner Qualität, wobei die Suspension einen Gesamtmetallgehalt von nicht mehr als 3000 Teilen pro Milliarde bezüglich des Gewichts aufweist. Dies ist besonders geeignet für die Halbleiterindustrie, da selbst kleine Mengen Metall Fehler in Vorrichtungen hervorrufen können, wobei der Durchsatz erniedrigt wird.
Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden veranschaulichenden Versuchsbeispiele besser verstanden werden, welche einige der Zusammensetzungen und Vorteile der Erfindung zeigen.
Beispiel 1
Eine Planarisierungszusammensetzung wird gebildet unter Verwendung einer Ethylsilikataufschlämmung mit einem Gehalt bezüglich des Gewichts der folgenden Komponenten:

Komponenten Gew.-%

Ammoniumhydroxid 9,0

EtOH 42,0

SiO₂ 12,0
Der pH-Wert der Ethylsilikataufschlämmung war ungefähr 12,0 und die Teilchengröße war 188 nm +/– 13,5 %. Eisen-(III)-Nitrat und Salpetersäure wurden zu der Ethylsilikataufschlämmung in einem volumetrischen Verhältnis von 4:1:4 gegeben. Die resultierende Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, wird zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung, die die folgende Zusammensetzung aufweist, angeordnet:

Oberflächenbeschichtungen Dicke (Å)

Wolfram 6000

Titan 500

Titannitrid 500

Oxid 13.000
Das Polierkissen war ein Thomas West TWI C-22-Kissen. Das Beispiel umfasst das Positionieren der oben angegebenen Planarisierungszusammensetzung zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und das Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung entsprechend den folgenden Planarisierungsparametern:

Parameter

nach unten gerichtete Kraft 7 psi

Rückdruck 0 psi

Plattengeschwindigkeit 120 UpM

Hohlwellengeschwindigkeit 80 UpM

Planarisierungszeit 70 Sekunden
Innerhalb einer Planarisierungsdauer von 120 Sekunden wurden alle Oberflächenbeschichtungen, insgesamt 7000 Angström, bis zum darunterliegenden LPCVD-Oxid entfernt. Die gemessene Planarisierungsrate wurde als 5823 Angström pro Minute berechnet. Die Wolfram-, Titannitrid- und Titan-gefüllten Löcher, die sich in den Körper des LPCVD-Oxids erstrecken, waren planar mit der LPCVD-Oxidoberfläche. Die Selektivität der Wolfram/Titannitrid/Titan-Oberflächenbeschichtung während des Planarisierungsverfahrens wurde als 1:1:1 gemessen.
Ein zweites Planarisierungsverfahren wurde nach dem ersten Planarisierungsverfahren ausgeführt. Das zweite Planarisierungsverfahren wird typischerweise als "Leder-Polieren" bezeichnet. Eine zweite Planarisierungszusammensetzung wurde verwendet, welche aus der gleichen Ethylsilikataufschlämmung und ultrareinem (UHP D.I.) Wasser mit einem volumetrischen Verhältnis von jeweils 1:4 bestand.
Eine zweite Planarisierungszusammensetzung ist entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung angegeben. Die Zusammensetzung umfasst sphärische Siliciumdioxidteilchen mit der Siliciumdioxidteilchenkonzentration von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb des Bereichs von etwa 0,03 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer fällt und ist monodispers dahingehend, dass mindestens etwa 90 Gewichtsprozent der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa +/– 15 % aufweisen; einen flüssigen Träger, der bis zu 45 Gewichtsprozent ROH umfasst, und ein Aminhydroxid, das NR₄OH oder NR₂NR₃OH ist, worin jedes R ein beliebiges aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉ ist, in der Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent und wobei der Rest Wasser ist.
Das Leder-Polieren umfasst das Positionieren der zweiten Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung entsprechend folgender Planarisierungsparameter:

Parameter

nach unten gerichtete Kraft 7 psi

Rückdruck 0 psi

Plattengeschwindigkeit 120 UpM

Plattentemperatur 50 °C

Hohlwellengeschwindigkeit 80 UpM

Planarisierungszeit 30 Sekunden
Das Leder-Polieren glättet die Oxidoberfläche ohne die planarisierten Wolfram/Titannitrid/Titanlöcher weiter zu planarisieren. Die Oxidoberflächenrauigkeit verbessert sich im quadratischen Mittelwert ("RMS") von 20–30 Angström auf weniger als zehn Angström. Das gleiche Thomas West TWI-C22-Kissen wurde für das Leder-Polieren verwendet. Die Planarisierungsausstattung, die verwendet wurde, war ein Strasbaugh 6EC Einkopfpolierer.
Beispiel 2
Eine Planarisierungszusammensetzung wird gebildet unter Verwendung einer Ethylsilikataufschlämmung mit einem Gehalt in Gewichtsprozent der folgenden Komponenten:

Komponente Gew.-%

Ammoniumhydroxid 8,5 %

EtOH 47,1 %

SiO₂ 11,8 %
Der pH-Wert der Ethylsilikataufschlämmung war ungefähr 12,1 und die Teilchengröße war 323 nm +/– 20,0 %. Wasserstoffperoxid und Essigsäure wurden zu der Ethylsilikataufschlämmung in einem volumetrischen Verhältnis von 2:1:1 gegeben. Die resultierende Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, wies zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung die folgende Zusammensetzung auf:

Oberflächenbeschichtungen Dicke (Å)

Wolfram 6000

Titan 500

Titannitrid 500

Oxid 13.000
Das Polierkissen war ein Rodel Suba-500-Kissen. Das Beispiel umfasst das Positionieren der oben angegeben Planarisierungszusammensetzung zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und das Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung entsprechend den folgenden Planarisierungsparametern:

Parameter

nach unten gerichtete Kraft 9 psi

Rückdruck 0 psi

Plattengeschwindigkeit 120 UpM

Hohlwellengeschwindigkeit 120 UpM

Planarisierungszeit 175 Sekunden
Innerhalb einer Planarisierungszeit von 120 Sekunden waren alle Oberflächenbeschichtungen von insgesamt 7000 Angström abgereinigt bis auf das darunterliegende LPCVD-Oxid. Die gemessene Planarisierungsrate wurde als 2430 Angström pro Minute berechnet. Die Uneinheitlichkeit innerhalb des Wafers war +/– 3,5 %. Die Wolfram-, Titannitrid- und Titan-gefüllten Löcher, die sich in den Körper aus dem LPCVD-Oxid erstrecken, waren mit der LPCVD-Oxidoberfläche planar. Die Selektivität der Wolfram/Titannitrid/Titan-Oberflächenbeschichtung während des Planarisierungsverfahrens wurde als 1:1:1 gemessen.
Ein zweites Planarisierungsverfahren war nicht erforderlich, wie dies in Beispiel 1 der Fall war, da die Oxidoberflächenrauigkeit nach dem ersten Planarisierungsverfahren weniger als 6,0 Angström RMS war.
Beispiel 3
Eine Planarisierungszusammensetzung wird gebildet unter Verwendung einer Ethylsilikataufschlämmung mit einem Prozentgehalt bezüglich des Gewichts der folgenden Komponenten:

Komponente Gew.-%

Ammoniumhydroxid 9,0

EtOH 42,0

SiO₂ 13,1
Der pH-Wert der Ethylsilikataufschlämmung war ungefähr 12,1 und die Teilchengröße war 188 nm +/– 13,5 %. Wasserstoffperoxid und Essigsäure wurden zu der Ethylsilikataufschlämmung in einem volumetrischen Verhältnis von 1:1:1 gegeben. Die resultierende Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, war zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung, mit der folgenden Zusammensetzung:

Oberflächenbeschichtungen Dicke (Å)

Wolfram 6000

Titan 500

Titannitrid 500

Oxid 13.000
Das Polierkissen war ein Rodel IC1000-2A-Kissen. Das Beispiel umfasst das Positionieren der Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung entsprechend der folgenden Planarisierungsparameter:

Parameter

nach unten gerichtete Kraft 7 psi

Rückdruck 0 psi

Plattengeschwindigkeit 120 UpM

Hohlwellengeschwindigkeit 80 UpM

Planarisierungszeit 120 Sekunden
Die gemessene Planarisierungsrate wurde als 3469 Angström pro Minute berechnet. Die Nicht-Einheitlichkeit innerhalb des Wafers war 1,0 %. Die Selektivität der Wolfram/Titannitrid/Titan-Oberflächenbeschichtung während des Planarisierungsverfahrens wurde als 1:1:1 gemessen.
Ein zweites Planarisierungsverfahren war nicht erforderlich, wie dies in Beispiel 1 der Fall war, da die Oxidoberflächenrauigkeit nach dem ersten Planarisierungsverfahren weniger als 8 Angström RMS war.
Beispiel 4
Ethylsilikataufschlämmung mit einem Gehalt in Gewichtsprozent der folgenden Komponenten:

Komponente Gew.-%

Ammoniumhydroxid 6,0

EtOH 38,0

SiO₂ 13,0
Der pH-Wert der Ethylsilikataufschlämmung war ungefähr 11,5 und die Teilchengröße war 188 nm +/– 13,5 %. Eisen-(III)-Nitrat und Salpetersäure werden zu der Ethylsilikataufschlämmung in einem volumetrischen Verhältnis von 4:1:4 gegeben. Die resultierende Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, wird zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung angeordnet, wobei sie folgende Zusammensetzung aufweist:

Oberflächenbeschichtungen Dicke (Å)

Wolfram 6000

Titannitrid 500

Oxid 13.000
In diesem Beispiel lag keine Titanschicht vor. Das Polierkissen war ein Thomas West TWI C-22-Kissen. Das Beispiel umfasst das Anordnen der Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und das Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung entsprechend den folgenden Planarisierungsparametern:

Parameter

nach unten gerichtete Kraft 7 psi

Rückdruck 0 psi

Plattengeschwindigkeit 120 UpM

Hohlwellengeschwindigkeit 80 UpM

Planarisierungszeit 70 Sekunden
Innerhalb einer Planarisierungsdauer von 120 Sekunden waren alle Oberflächenbeschichtungen von insgesamt 7000 Angström von dem darunterliegenden LPCVD-Oxid entfernt. Die gemessene Planarisierungsrate wurde als 5823 Angström pro Minute berechnet. Die Wolfram-, Titannitrid- und Titan-gefüllten Löcher, die sich in den Körper des LPCVD-Oxids erstrecken, waren mit der LPCVD-Oxidoberfläche planar. Die Selektivität der Wolfram/Titannitrid/Titanoberflächenbeschichtung während des Planarisierungsverfahrens wurde als 1:1:1 gemessen.
Ein zweites Planarisierungsverfahren wurde nach dem ersten Planarisierungsverfahren durchgeführt. Das zweite Planarisierungsverfahren wird typischerweise als ein "Leder-Polieren" bezeichnet. Eine zweite Planarisierungszusammensetzung wurde verwendet, welche aus der gleichen Ethylsilikataufschlämmung und UHP D.I. Wasser bestand, bei einem volumetrischen Verhältnis von jeweils 1:4.
Die zweite Planarisierungszusammensetzung ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angegeben. Die Zusammensetzung umfasst sphärische Siliciumdioxidteilchen mit einer Siliciumdioxidteilchenkonzentration von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb des Bereichs von 0,03 Mikrometer bis etwa 2 Mikrometer fällt und ist dahingehend monodispers, dass mindestens etwa 90 Gewichtsprozent der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa +/– 15 % aufweisen; einen flüssigen Träger, umfassend bis zu 45 Gewichtsprozent ROH und ein Aminhydroxid, welches NR₄OH oder NR₂NR₃OH ist, worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ oder C₄H₉ ist, in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent und wobei der Rest Wasser ist.
Das Leder-Polieren umfasst das Positionieren der zweiten Planarisierungszusammensetzung, die oben angegeben ist, zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung und das Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung entsprechend den folgenden Planarisierungsparametern:

Parameter

nach unten gerichtete Kraft 7 psi

Rückdruck 0 psi

Plattengeschwindigkeit 120 UpM

Plattentemperatur 50 °C

Hohlwellengeschwindigkeit 80 UpM

Planarisierungszeit 60 Sekunden
Das Leder-Polieren glättete die Oxidoberfläche, ohne weiter die planarisierten Wolfram/Titannitrid/Titan-Löcher zu planarisieren. Die Oxidoberflächenrauigkeit verbessert sich von 20–30 Angström RMS auf weniger als 7 Angström. Das gleiche Thomas West TWI-C22-Kissen wurde für das Leder-Polieren verwendet. Die Planarisierungsausstattung, die verwendet wurde, war ein Strasbaugh 6EC-Einkopfpolierer.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung liefert eine Zusammensetzung, einen Herstellungsgegenstand und ein Verfahren zum Ausführen von CMP-Schritten zum Entfernen solcher Materialien, wie Titan, Titannitrid und Wolfram von den Oberflächen von Halbleiterwafern, nachfolgend auf die Abscheidung derartiger Materialien in Löcher, um Leitungsdurchgänge, Verbindungen und Anschlüsse von einem Niveau der Halbleitervorrichtung in ein anderes zu bilden.
Vorteilhafterweise liefert das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine viel einheitlicher planarisierte Oberfläche als durch Verfahren nach dem Stand der Technik erhältlich ist. Dies ist sehr wichtig für die Halbleiterindustrie, worin extreme Präzision in einem Nanometermaßstab wesentlich ist.

Claims

Planarisierungszusammensetzung mit einem pH-Wert von etwa 0,5 bis etwa 7, umfassend: von etwa 0,5 bis 30 Gew.-% sphärische Silikateilchen mit einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb eines Bereichs von etwa 0,03 μm bis etwa 2 μm fällt und dahingehend mono-dispers ist, dass mindestens etwa 90 Gew.-% der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa ± 20 % aufweisen; und einen flüssigen Träger, umfassend bis zu etwa 20 Gew.-% ROH, etwa 0,1 bis 10 Gew.-% eines Aminhydroxids, ausgewählt aus NR₄OH und NR₂NR₃OH; ein Oxidationsmittel, welches in der Menge von 0,5 bis 15 Gew.-% vorliegt; ein Säurestabilisierungsmittel zum Einstellen des pH-Werts, sodass er innerhalb des Bereichs von etwa 0,5 bis etwa 7 fällt; und wobei der Rest Wasser ist; worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ und C₄H₉ ist.
Planarisierungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus Wasserstoffperoxid, Kaliumjodat, Eisen(III)nitrat, Eisen(III)cyanid, Natriumjodat und Peroxyessigsäure.
Planarisierungszusammensetzung nach Anspruch 2, worin die Menge Oxidationsmittel und der pH-Wert ausgewählt sind, sodass bei Verwendung die Zusammensetzung in der Lage ist, eine Oberfläche aus Wolfram, Titannitrid oder Titan mit einer Rate von 2000 Angström bis 6000 Angström pro Minute zu polieren.
Planarisierungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gesamtgehalt gelöster Metalle von nicht mehr als etwa 3000 Teile pro Milliarde bezüglich des Gewichts aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Planarisierungszusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend: Zugeben eines Tetraalkylorthosilikats, worin Alkyl Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl ist, zu einer Lösung in Wasser eines Aminhydroxids, ausgewählt aus NR₄OH und NR₂NR₃OH, worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ und C₄H₉ ist, wobei die Lösung einen pH-Wert von ungefähr 9,0 bis 12,0 aufweist; einschließlich ein Oxidationsmittel und, falls gewünscht, ein Säurestabilisierungsmittel zum Einstellen des pH-Werts, sodass er innerhalb eines Bereichs von etwa 0,5 bis etwa 7 fällt.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Oxidationsmittel ausgewählt wird aus Wasserstoffperoxid, Kaliumjodat, Eisen(III)nitrat, Eisen(III)cyanid, Natriumjodat und Peroxyessigsäure.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Stabilisierungsmittel ausgewählt wird aus Essig-, Acetylsalicyl- und anderen Carbonsäuren, Dicarbonsäuren, Zitronensäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure.
Sekundäre Planarisierungszusammensetzung, umfassend: von etwa 0,5 bis 15 Gew.-% sphärische Silikateilchen mit einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser, der innerhalb eines Bereichs von etwa 0,03 μm bis etwa 2 μm fällt, und mono-dispers ist, dahingehend, dass mindestens etwa 90 Gew.-% der Teilchen eine Variation des Teilchendurchmessers von dem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser von nicht mehr als etwa ± 15 % aufweisen; und einen flüssigen Träger, umfassend bis zu etwa 45 Gew.-% ROH, 0,1 bis 10 Gew.-% eines Aminhydroxids, ausgewählt aus NR₄OH und NR₂NR₃OH; und wobei der Rest Wasser ist; worin jedes R eines aus H, CH₃, CH₂CH₃, C₃H₇ und C₄H₉ ist.
Verfahren zum Planarisieren eines Substrats mit einer festen Oberflächenbeschichtung, um die Beschichtung zu entfernen, umfassend die Schritte: (a) Anordnen einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zwischen einem Kissen und der Oberflächenbeschichtung; und (b) Reiben des Kissens gegen die Oberflächenbeschichtung bis die Oberflächenbeschichtung entfernt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend die Schritte: (c) Anordnen einer sekundären Planarisierungszusammensetzung gemäß Anspruch 8 zwischen dem Kissen und der Oberfläche; und (d) Reiben des Kissens gegen die Oberfläche bis die Rauigkeit der Oberfläche auf weniger als 10 Angström reduziert worden ist.
Verfahren zum Herstellen von Durchgangsleitungen und Steckern mit interdielektrischer und intermetallischer Schicht, umfassend die Schritte: (a) Abscheiden einer isolierenden dünnen Filmschicht mit einer oberen Oberfläche auf einer Oberfläche eines Substrats; (b) Ätzen eines oder mehrerer kleiner Löcher, definiert durch entsprechende Seitenwände und Böden, in den Film und welche sich mindestens bis zur Substratoberfläche erstrecken; (c) Aufbringen eines ersten dünnen Metallfilms auf die isolierende dünne Filmoberseitenoberfläche und auf die entsprechenden Seitenwände und Böden ohne Füllen der Löcher, wobei eine erste Metalloberfläche gebildet wird; (d) Abscheiden eines ersten dünnen Metallnitridfilms auf der ersten Metalloberfläche, auf eine solche Art, dass der erste dünne Metallnitridfilm die Löcher beschichtet und eine erste Metallnitridoberfläche bildet; (e) Abscheiden eines zweiten Metallfilms auf die erste Metallnitridoberfläche, auf eine solche Art, dass der zweite Metallfilm die Löcher füllt und eine zweite Metalloberfläche bildet; (f) Anordnen einer Planarisierungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zwischen der zweiten Metalloberfläche und einem Kissen; und (g) Ausreichend Reiben des Kissens gegen die zweite Metalloberfläche, um den ersten dünnen Metallfilm, den ersten dünnen Metallnitridfilm und den zweiten Metallfilm dünner zu machen und zu planarisieren.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend die Schritte: (h) Anordnen einer sekundären Planarisierungszusammensetzung nach Anspruch 8 zwischen dem Kissen und der Oberfläche; und (i) Reiben des Kissens gegen die Oberfläche bis die Rauigkeit der Oberfläche auf weniger als 10 Angström reduziert worden ist.