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Dokumentenidentifikation DE4301451A1 05.08.1993
Titel Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Stopfens in einer Isolierschicht
Anmelder Micron Technology, Inc., Boise, Id., US
Erfinder Yu, Chris C., Boise, Id., US;
Doan, Trung T., Boise, Id., US
Vertreter Klunker, H., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schmitt-Nilson, G., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Hirsch, P., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 20.01.1993
DE-Aktenzeichen 4301451
Offenlegungstag 05.08.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.08.1993
IPC-Hauptklasse H01L 21/90
IPC-Nebenklasse H01L 21/285   H01L 21/316   H01L 21/304   
Zusammenfassung Offenbart ist ein Verfahren zum Bilden leitfähiger Stopfen (14) in einem Isoliermaterial (10). Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem Stopfen (14) aus einem Material, wie z. B. Wolfram, der im Vergleich zu herkömmlichen Stopfenbildungstechniken gleichmäßiger zu der Oberfläche der Isolierschicht (10) ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine zweistufige chemisch-mechanische Planarisiertechnik. Es wird eine Isolierschicht (10) mit Kontaktöffnungen (16) gebildet, und darüber wird eine Metallschicht (14, 30) ausgebildet. Ein Polierkissen dreht sich in Berührung mit der Waferoberfläche, während ein Selektivität gegenüber dem Metall (14, 30) aufweisender Polierbrei das über der Waferoberfläche gelegene Metall entfernt und außerdem aufgrund der chemischen Ausbildung sowie der Faserelemente des Polierkissens das Metall (14, 30) innerhalb der Kontaktöffnungen (16) vertieft ausbildet. Ein zweiter chemisch-mechanischer Polierschritt verwendet einen Polierbrei mit einer Säure oder einer Base, die Selektivität gegenüber dem Isoliermaterial (10) besitzt, um dadurch das Isoliermaterial (10) um das Metall (14) herum zu entfernen. Außerdem enthält der Polierbrei Schleifmaterialien, die die Metalloberfläche (14, 30) polieren, um dadurch das Metall (14, 30) bündig mit der Oberfläche der Isolierschicht (10) auszubilden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Halbleiterherstellung und betrifft im spezielleren ein chemisch-mechanisches Waferpolierverfahren.

Integrierte Schaltungen werden chemisch und physisch in ein Substrat, wie z. B. einen Silizium- oder Galliumarsenid-Wafer, integriert, indem man Bereiche in dem Substrat sowie Schichten auf dem Substrat in ein Muster bringt. Diese Bereiche und Schichten können für die Herstellung von Leitern und Widerständen leitfähig sein. Sie können auch unterschiedliche Leitfähigkeitstypen aufweisen, was für die Herstellung von Transistoren und Dioden wesentlich ist. Bis zu eintausend oder mehr Vorrichtungen werden gleichzeitig auf der Oberfläche eines einzigen Wafers aus Halbleitermaterial gebildet.

Für eine hohe Vorrichtungsausbeute ist es von wesentlicher Bedeutung, die Herstellung mit einem ebenen Halbleiterwafer zu beginnen. Wenn die Verfahrensschritte zur Herstellung der Vorrichtungen auf einer Waferoberfläche durchgeführt werden, die nicht gleichmäßig ist, können verschiedene Probleme auftreten, die zu einer großen Anzahl nicht betriebsfähiger Vorrichtungen führen können.

Frühere Verfahren, die zur Gewährleistung der planaren Ausbildung der Waferoberfläche verwendet wurden, beinhalteten die Bildung eines Oxids, wie z. B. einer Borophosphosilikatglas-(BPSG-)Schicht auf der Waferoberfläche, sowie das anschließende Erwärmen des Wafers zur Wiederverflüssigung und planaren Ausbildung der Oxidschicht. Dieses "Wiederverflüssigungsverfahren" zur planaren Ausbildung der Waferoberfläche war bei ziemlich großen Vorrichtungsgeometrien zufriedenstellend, doch als die Technik kleinere Vorrichtungsmerkmalgrößen ermöglichte, erzielte man mit diesen Verfahren keine zufriedenstellenden Resultate.

Ein weiteres Verfahren, das zur Erzeugung einer planaren Waferoberfläche verwendet wurde, besteht in der Verwendung des vorstehend beschriebenen Oxid-Wiederverflüssigungsverfahrens, wonach der Wafer durch Aufschleuderbeschichtung mit Photoresist beschichtet wurde. Die Aufschleuderbeschichtung des Materials auf der Waferoberfläche füllt die Tiefstellen auf und erzeugt eine planare Oberfläche, von der der Herstellungsvorgang gestartet werden kann. Danach erfolgt eine Trockenätzung, die Photoresist und Oxid mit einer ausreichend nahe bei dem Verhältnis von 1:1 liegenden Rate entfernt, wodurch das Photoresist und die Erhebungsstellen des Wafers entfernt werden und dadurch auf der Waferoberfläche eine planare Oxidschicht gebildet wird.

In letzter Zeit hat man chemisch-mechanische Planarisierverfahren zum planaren Ausbilden der Oberfläche von Wafern in Vorbereitung für die Herstellung von Vorrichtungen verwendet. Bei dem chemisch- mechanischen Planarisierverfahren wird ein dünner ebener Wafer aus Halbleitermaterial unter einem vorbestimmten, nach unten gehenden Druck gegen eine rotierende, benetzte Polierkissenfläche gehalten. Dabei kann ein Polierbrei verwendet werden, bei dem es sich z. B. um eine Mischung entweder aus einer basischen oder einer sauren Lösung als chemische Ätzkomponente in Kombination mit Aluminiumoxid- oder Siliziumdioxidpartikeln als Abrieb- Ätzkomponente handelt. Typischerweise wird ein rotierender Polierkopf oder Waferträger zum Halten des Wafers unter einem gesteuerten Druck gegen eine rotierende Polierplatte verwendet. Die Polierplatte ist typischerweise mit einem relativ weichen benetzten Puffermaterial, wie aufgeblähtem Polyurethan, bedeckt.

Derartige Vorrichtungen zum Polieren dünner ebener Halbleiterwafer sind in der einschlägigen Technik allgemein bekannt, wobei solche Vorrichtungen z. B. in den US-PS 41 93 226, 48 11 522 und 38 41 031 offenbart sind.

Aufgebrachte Leiter sind ein integraler Bestandteil jeder integrierten Schaltung und übernehmen die Rolle der Oberflächenverschaltung zum Leiten von Strom. Genauer gesagt werden die aufgebrachten Leiter zum Zusammenschalten der verschiedenen Komponenten verwendet, die in der Oberfläche des Wafers ausgebildet sind. Innerhalb des Wafers ausgebildete elektronische Vorrichtungen besitzen aktive Bereiche, die mit leitfähigen Bahnen, wie z. B. Metallbahnen, kontaktiert werden müssen. Typischerweise wird eine Schicht aus isolierendem Material oben auf den Wafer aufgebracht und selektiv maskiert, um Kontaktöffnungsmuster zu schaffen. Die Schicht wird anschließend geätzt, z. B. durch einen Reaktivionenätzvorgang, um Kontaktöffnungen von der oberen Oberfläche der Isolierschicht her nach unten in den Wafer hinein zu schaffen, um einen elektrischen Kontakt mit ausgewählten aktiven Bereichen herzustellen.

Bestimmte Metalle und Legierungen, die durch Vakuumaufdampf- und Aufstäubungstechniken aufgebracht werden, schaffen nicht die wünschenswerteste Abdeckung innerhalb der Kontaktöffnungen, wenn sie auf die Oberfläche eines Wafers aufgebracht werden. Ein Beispiel für ein Metall, das typischerweise eine solche schlechte Abdeckung schafft, ist aufgestäubtes Aluminium oder Legierungen aus Aluminium mit Silizium und/oder Kupfer. Bei einem Metallisierungsverfahren, bei dem eine gute Abdeckung innerhalb von Kontaktdurchgängen entsteht, wird Wolfram durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase bzw. Dampfphasenabscheidung aufgebracht. Wolfram ist jedoch nicht so leitfähig wie Aluminium. Somit wird eine Wolframschicht typischerweise zurückgeätzt oder zurückpoliert, um einen Stopfen innerhalb der Isolierschicht zu schaffen, der eine ebene obere Oberfläche besitzt, die mit der Oberfläche des Isolators bündig ist. Normalerweise wird dann eine Schicht aus Aluminium oben auf die Waferoberfläche aufgebracht und dadurch mit dem Stopfen in Berührung gebracht. Die Aluminiumschicht wird dann selektiv geätzt, um die gewünschten Zwischenverbindungsbahnen zu schaffen, die das Wolfram mit anderen Schaltungseinrichtungen koppeln.

Fig. 1 zeigt ein wünschenswertes Resultat eines Verfahrens zur Erzeugung eines Wolframstopfens. Nach Maßgabe von Waferherstellungstechniken bedeckt ein Material, wie z. B. eine Oxidisolierschicht 10, das Material des Wafersubstrats 12. Das Wolfram 14, das die Kontaktöffnung 16 in dem Oxidmaterial 10 füllt, ist mit der Oberfläche der Oxidschicht bündig ausgebildet. Fig. 2 veranschaulicht ein Problem bei derzeitigen Verfahren von Wolfram-Rückätzvorgängen, nämlich eine Überätzung innerhalb der Kontakte, wodurch das Wolfram 14 innerhalb der Kontaktöffnung 16 in der Waferoberfläche 10 versenkt ausgebildet wird. Dies kann zu einem schlechten Kontakt zwischen dem Wolframstopfen 14 und der Aluminium- oder Aluminiumlegierungsschicht (nicht gezeigt) führen, die anschließend durch Aufstäuben aufgebracht wird. Es ist schwierig, zuverlässige Kontakte zwischen dem Aluminium und den vertieften Wolframstopfen zu schaffen, wie sie sich aus den herkömmlichen Wolfram-Rückätztechniken, wie z. B. Reaktionsionenätzen, ergeben.

Zusätzlich zu dem Reaktionsionenätzvorgang beinhaltet ein weiteres herkömmliches Wolfram-Rückätzverfahren ein einstufiges chemisch-mechanisches Planarisier-Rückätzverfahren unter Verwendung eines Polierbreis und eines Polierkissens. Eine Schicht aus Wolfram wird durch chemische Gasphasenabscheidung oder andere Mittel auf der Waferoberfläche gebildet, wodurch die Kontaktöffnungen in der Isolierschicht mit Wolfram gefüllt werden. Die Oberfläche des Wafers wird poliert, um das über der Oberfläche des Wafers liegende Wolfram zu entfernen, wodurch die mit Wolfram gefüllten Kontaktöffnungen übrigbleiben. Aufgrund der chemischen Ausbildung des Polierbreis und der zusammendrückbaren Ausbildung des Polierkissens wird eine gewisse Menge des Wolframmaterials aus den Kontaktöffnungen entfernt, wodurch die in Fig. 2 gezeigte vertieft ausgebildete Wolframstruktur 14 übrigbleibt.

Die US-PS 49 92 135 beschreibt ein Verfahren zum Rückätzen von Wolframschichten und wird durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Es besteht daher ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zum Rückätzen von Wolframschichten auf Halbleiterwafern zur Ermöglichung der Herstellung eines guten Kontakts mit anschließend aufgebrachten Schichten aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Bilden von Kontakten bzw. Stopfen aus Wolfram oder anderen leitfähigen Materialien, das zu einem gleichmäßigeren, nicht-vertieften Stopfen und dadurch zu einer besseren Kontaktherstellung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren erfindungsgemäß so geführt, wie es im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 6 angegeben ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bildung eines Stopfens aus Wolfram oder einem anderen leitfähigen Material, das aufgrund der gleichmäßigeren, nicht-vertieften Eigenschaften des Stopfens zu einer besseren Oberfläche zur Verbindung mit einem anderen Material, wie z. B. einer Schicht aus Aluminium, führt.

Weiterhin schafft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Stopfens aus Wolfram oder einem anderen leitfähigen Material, mit dem sich gleichmäßige, vorstehende Stopfen bilden lassen, die eine einfachere Kopplung mit nachfolgenden Schichten aus leitfähigem Material als die in herkömmlichen Verfahren gebildeten vertieften Stopfen ermöglichen.

Die Erfindung schafft also verbesserte bündige oder vorstehende Wolframstopfen anstatt der in herkömmlichen Wolframstopfen-Rückätztechniken erzeugten vertieften Stopfen. Eine Kopplung mit nachfolgenden Schichten aus leitfähigem Material, wie aufgestäubtem Aluminium, ist daher in einfacherer Weise möglich.

Die Erfindung erzielt dies mit einem zweistufigen Verfahren zur Stopfenbildung, das die chemisch- mechanische Planarisiertechnologie verwendet. Ein Substrat aus einem Material, wie z. B. Silizium, mit einer Schicht aus Oxid (Borophosphosilikatglas oder BPSG), wird mit Kontaktöffnungen versehen, und eine Schicht aus Metall, z. B. Wolfram, wird auf dem Substrat zum Füllen der Kontaktöffnungen ausgebildet. Ein erster chemisch-mechanischer Planarisierschritt, der Selektivität gegenüber dem Stopfenmaterial besitzt, entfernt die obere Schicht aus Wolfram von der Oxidoberfläche, während dabei nur sehr wenig oder gar kein Oxid von der Waferoberfläche entfernt wird. Während der letzten Phase des Schrittes, der Metallrückstände einschließlich Barrieren, wie Titannitrid und Titanschichten, über der Oberfläche des Wafers vollständig entfernt, wird auch ein Teil des Wolframs unterhalb der Ebene der Oxidoberfläche entfernt, wodurch die Wolframstopfen vertieft ausgebildet werden. Dieser vertiefte Stopfen, der für die herkömmliche Stopfenbildung typisch ist, läßt sich nur schwer mit einer nachfolgenden Schicht aus Metall oder einem anderen Material koppeln.

Aus diesem Grund wird ein zweiter chemisch-mechanischer Planarisierschritt durchgeführt, der gegenüber dem Oxidmaterial der Waferoberfläche Selektivität besitzt und einen Teil des Isoliermaterials bis auf ein Niveau entfernt, das auf gleicher Höhe oder geringfügig unter dem Niveau der Wolframstopfen liegt. Zur Formgebung des sich oberhalb der Oberfläche erstreckenden Wolframs in einer derartigen Weise, daß die sich aus der Stopfenvertiefung ergebende konkave Gestalt entfernt wird, läßt sich der Polierbrei aus dem chemisch-mechanischen Planarisier-Oxidmaterial in einer derartigen Weise zusammensetzen, daß eine gewünschte Menge Wolfram entfernt wird. Dies kann man erreichen durch Erhöhen der Mengen des Ätzmittels, das Selektivität gegenüber dem Material des Stopfens besitzt.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines wünschenswerten Stopfens;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines vertieften Stopfens, wie er typischerweise in einem herkömmlichen chemisch-mechanischen Planarisierverfahren gebildet wird;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines ersten Schritts in dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Darstellung einer Schicht aus leitfähigem Material (wie z. B. Wolfram), die über dem Substrat ausgebildet ist; und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform mit vorstehendem Stopfen, wie sie durch das erfindungsgemäße zweistufige Verfahren hergestellt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Stopfen aus einem leitfähigen Material (im vorliegenden Fall Wolfram) gebildet, die mit einer Isolierschicht, z. B. Oxid (im vorliegenden Fall BPSG oder auch andere Materialien, wie SiO2) bündig sind und in einem zweiten Ausführungsbeispiel von dieser Isolierschicht geringfügig hervorstehen. Die Form der vorstehenden Stopfen ist gesteuert konvex und gestattet die Bildung einer verbesserten Oberfläche, mit der sich eine nachfolgende Schicht aus leitfähigem Material, wie Aluminium, koppeln läßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einem Wafer, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, der auf bekannte Weise hergestellt wird und eine Schicht aus Isoliermaterial 10, wie einem Oxid (BPSG), mit einer Dicke von ca. 2-3 µm aufweist. Kontaktöffnungen 16 werden in einem beliebigen herkömmlichen Verfahren in dem Material 10 ausgebildet. Eine Metallschicht 30, im vorliegenden Fall Wolfram, füllt die Kontaktöffnungen 16 und erstreckt sich über die Oberfläche der Isolierschicht 10. Die Wolframschicht 30 wird durch chemische Dampfphasenabscheidung gebildet, um die Kontaktöffnungen 16 in der wirksamsten Weise zu füllen, doch es sind auch andere im Stand der Technik bekannte, verwendbare Verfahren möglich. Die Wolframschicht 30 über der Oxidfläche 10 war im vorliegenden Fall ca. 1000 nm dick, doch es sind auch andere Dicken möglich, da die Schicht in anschließenden Waferbearbeitungsschritten entfernt wird.

Der Wafer wird dann einem chemisch-mechanischen Polierverfahren unterzogen, das Selektivität gegenüber Wolfram besitzt. Bei diesem Verfahren wird ein Polierkissen verwendet, das an einer rotierenden Platte angebracht ist. Ein Polierbrei, der Schleifpartikel, wie Al2O3, sowie Ätzmittel, wie H2O2, sowie entweder KOH oder NH4OH oder andere Säuren oder Basen enthält, entfernt das Wolfram mit einer vorhersehbaren Rate, während dabei nur sehr wenig von der Isolierung entfernt wird. Dieses Verfahren ist in der US-PS 49 92 135 beschrieben. Dabei wird das Polierkissen für eine Zeitdauer von ca. 5-10 Minuten unter einem Druck von 7-9 psi (ca. 4,8-6,2 N/cm2) mit der Waferoberfläche in Berührung gehalten. Durch dieses Verfahren ergibt sich die Struktur der Fig. 2, wodurch ein Wolframstopfen 14 innerhalb der Kontaktöffnungen 16 in dem Oxid 10 gebildet wird. Bei dem geschilderten Verfahren ist das Wolfram 14 in diesem Stadium geringfügig vertieft ausgebildet, und zwar aufgrund der mechanischen Erosion des Wolframs durch die Fasern des Polierkissens. Die Größenordnung der Vertiefung variiert typischerweise von ca. 50 nm bis 300 nm unter der Oberfläche des Oxids 10. Zum selektiven Entfernen des Wolframs oxidiert die chemische Komponente des Polierbreis das Wolfram, während das Wolframoxid durch das in dem Polierbrei enthaltene Schleifmaterial mechanisch entfernt wird. Außerdem wird auch ein geringer Teil des Wolframs durch das Schleifmaterial entfernt. Das verwendete chemisch- mechanische Polierverfahren besitzt jedenfalls Selektivität gegenüber dem Wolfram und läßt die Isolierschicht relativ unbeeinträchtigt.

Bei dem zweiten Schritt handelt es sich um ein chemisch-mechanisches Polierverfahren, das Selektivität gegenüber dem Material der Isolierschicht aufweist, obwohl es wünschenswert sein kann, auch eine geringe Menge des Wolframs zu entfernen, um das Wolfram entweder zu polieren oder einen konvexen wegstehenden Stopfen zu schaffen. Wenn Wolfram in diesem Stadium entfernt wird, erfolgt dies mit einer viel langsameren Rate als das Entfernen des Isoliermaterials. Ein Polierbrei mit Ätzmitteln mit Selektivität gegenüber dem Oxid wird zwischen einem rotierenden Polierkissen und der Waferoberfläche zugegeben. Der in dem vorliegenden Fall verwendete kolloidale Siliziumdioxidbrei enthält Schleifmittel, wie sie vorstehend beschrieben wurden, sowie Ätzmittel, die gegenüber dem Oxid Selektivität besitzen, wie eine basische Mischung aus H2O und KOH. Wenn andere, nicht aus Oxid bestehende Isolierstoffe verwendet werden, sind in den meisten Fällen andere chemische Ätzmittel erforderlich. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Isoliermaterial 10 um den Wolframstopfen 14 herum entfernt worden, wodurch sich ein Stopfen 14 ergibt, der mit der Oberfläche des Isoliermaterials 10 bündig ist. Die Wirkung des Polierkissens hat zu einer Abriebwirkung auf der Oberfläche des Wolframs und des Oxidmaterials geführt, die zum Auspolieren von Oberflächenunregelmäßigkeiten ausreichend ist. Das Wolfram wird dabei in einer langsamen Rate poliert, und zwar weniger als 5 nm/min, während die Oxid- Unterschicht in einer hohen Rate von mehr als 250 nm/min poliert wird. Typischerweise wird eine 50 nm bis 300 nm dicke Schicht des Isoliermaterials in dem zweiten chemisch-mechanischen Polierschritt entfernt, da es sich dabei um das normale Ausmaß handelt, in dem das Wolfram innerhalb der Kontaktöffnung versenkt angeordnet ist.

Zur erfolgreichen Ausbildung der Wolframstopfen ist auch eine zweite Ausführungsform des ersten Schrittes möglich. Dieses Verfahren verwendet einen neuartigen Polierbrei mit Schleifpartikeln aus Aluminiumoxid (Al2O3) sowie einer basischen Mischung aus H2O und H2O2. Man hat festgestellt, daß die zweite Base der vorstehend beschriebenen Mischung, KOH oder NH4OH, nur geringfügige Auswirkungen auf die Geschwindigkeit oder die Qualität des Ätzvorgangs hat. Bei diesem neuartigen Polierbrei wird H2O2 zum Oxidieren der Wolframoberfläche verwendet, wodurch Wolframoxid gebildet wird. Das gebildete Wolframoxid wird anschließend durch den Poliervorgang entfernt, wodurch eine neue Wolframoberfläche für eine andauernde Oberflächenreaktion zwischen dem H2O2 und der Wolframoberfläche gebildet wird. Im Gegensatz dazu beschreibt die erste Ausführungsform des ersten Schrittes die Verwendung von H2O2 sowie einer zweiten chemischen Komponente, wie KOH oder NH4OH, die zum Entfernen von Wolframoxid auf chemischen Wege dient. Man hat festgestellt, daß das Wolframoxid durch den mechanischen Poliereffekt der Schleifpartikel innerhalb des Breis in ausreichender Weise entfernt wird. Bei diesem neuartigen Brei hat man eine Polierrate von 100 nm/min bis 300 nm/min als geeignet festgestellt, wobei dies von dem Verhältnis von H2O2 zu H2O abhängt. Eine zu 100 Prozent aus H2O2 bestehende Lösung hat das Wolframoxid in einer Rate von ca. 300 nm/min entfernt, während bei einem Volumenverhältnis von H2O2 zu H2O von 1:1 das Wolframoxid in einer Rate von ca. 50 nm/min entfernt wird. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Breis erhielt man eine gute Polierselektivität von Wolfram gegenüber der Isolierung (d. h. BPSG) wobei man festgestellt hat, daß das Verhältnis dieser guten Selektivität ca. 20:1 betrug.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der zweite Waferpolierschritt, in dem Oxidmaterial 10 entfernt worden ist, zum weiteren Entfernen von Isoliermaterial 10 fortgesetzt, um dadurch einen konvex gerundeten, vorstehenden Wolframstopfen 40 zu bilden, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, obwohl dies kein zwingendes Erfordernis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Die abgerundeten Oberflächen der Wolframstopfen 40 schaffen Oberflächen, die sich in einfacher Weise mit Aluminiumschichten (nicht gezeigt) koppeln lassen, welche durch Aufstäuben oder andere Mittel während nachfolgender Waferbearbeitungsschritte gebildet werden. Dabei werden Wolframstopfen mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm gebildet.

Zusätzlich zur Erzeugung gleichmäßiger Stopfen, die nicht innerhalb der Isolierschicht vertieft ausgebildet sind, führt das erfindungsgemäße zweistufige Verfahren aufgrund des Oxid-Poliervorgangs in dem zweiten Schritt zu einer planareren Waferoberfläche.

Abweichend von den beschriebenen ursprünglichen Verfahrensschritten und Materialien können auch andere Isoliermaterialien als Oxid verwendet werden, wie z. B. Si3N4. Für diese Nicht-Oxid-Isoliermaterialien ist jedoch höchstwahrscheinlich ein anderes chemisches Ätzmittel als KOH und Wasserlösung erforderlich. Außerdem können auch verschiedene Säuren, Basen und Schleifmaterialien in dem chemisch-mechanischen Polierbrei verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Bilden eines leitfähigen Stopfens in einer Isolierschicht gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. a) Entfernen eines Teils der Isolierschicht (10) zur Bildung einer Kontaktöffnung (16) innerhalb der Isolierschicht (10);
    2. b) Aufbringen einer Schicht aus leitfähigem Material (14, 30) auf einer Oberfläche der Isolierschicht (10) zum Füllen der Kontaktöffnung (16) mit dem leitfähigen Material (14) unter Bildung einer Schicht aus dem leitfähigen Material (30) auf der Oberfläche der Isolierschicht (10);
    3. c) Entfernen wenigstens eines Teils des leitfähigen Materials (30) von der Oberfläche der Isolierschicht (10), wobei die Kontaktöffnung (16) mit dem leitfähigem Material (14) im wesentlichen gefüllt bleibt; und
    4. d) Entfernen eines Teils der Isolierschicht (10) zum Absenken der Oberfläche der Isolierschicht gegenüber einer oberen Oberfläche des leitfähigen Materials (14).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktöffnung (16) durch Ätzen gebildet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Isolierschicht (14, 30) durch chemische Dampfphasenabscheidung gebildet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt c) durch chemisch-mechanische Planarisierung unter Verwendung eines Breis mit einem Schleifmaterial und einer Oxidationskomponente durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) solange anhält, bis die Oberfläche der Isolierschicht (10) auf einem niedrigeren Niveau als die obere Oberfläche des leitfähigen Materials (14) liegt, so daß das leitfähige Material (40) von der Oberfläche der Isolierschicht (10) hervorsteht.
  6. 6. Verfahren zum chemisch-mechanischen Planarisieren eines Oxidmaterials, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. a) Ätzen eines Teils des Oxidmaterials (10) zur Bildung einer Kontaktöffnung (16) innerhalb des Oxidmaterials (10);
    2. b) Aufbringen einer Schicht aus Wolfram (30, 14) auf eine Oberfläche des Oxidmaterials (10), wodurch die Kontaktöffnung (16) mit Wolfram (14) gefüllt wird und auf dem Oxidmaterial (10) eine Schicht aus Wolframmaterial (30) gebildet wird;
    3. c) Chemisches und mechanisches Entfernen wenigstens eines Teils des Wolframs (30) von der Oberfläche des Oxidmaterials (10) mit einer ersten Lösung, die H2O2 und ein Schleifmaterial enthält, wobei die Kontaktöffnung im wesentlichen mit Wolfram (14) gefüllt bleibt;
    4. d) Chemisches und mechanisches Entfernen eines Teils des Oxidmaterials (10) mit einer KOH und ein Schleifmaterial enthaltenden zweiten Lösung zum Absenken der Oberfläche des Oxidmaterials (10) gegenüber einer oberen Oberfläche des Wolframs (14), so daß ein Stopfen aus Wolfram in der Kontaktöffnung gebildet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lösung außerdem Wasser enthält und das Volumenverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Wasser im Bereich von 1:0 bis 1:1 liegt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) Oxidmaterial (10) in einer Stärke von 50 nm bis 300 nm entfernt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) anhält, bis die Oberfläche des Oxidmaterials (10) im wesentlichen bündig mit der oberen Oberfläche des Wolframs (14) ist.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt d) anhält, bis die Oberfläche des Oxidmaterials (10) auf einem niedrigeren Niveau als die obere Oberfläche des leitfähigen Materials (40) liegt, so daß das Wolfram (40) von der Isolierschicht (10) hervorsteht.






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