Eine Slurry zum chemisch-mechanischen Polieren (im folgenden als "CMP" bezeichnet) für ein Metall wird offenbart, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Metallleiter-Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung, bei dem eine saure CMP-Slurry für einen Oxidfilm verwendet wird, die weiterhin ein Oxidationsmittel und einen Komplexbildner aufweist, welche ein Metall, einen Oxidfilm und einen Nitridfilm mit ähnlichen Geschwindigkeiten poliert, wodurch ein Metallleiter-Kontaktstopfen leicht separiert wird.
Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung
Es wird eine Slurry bzw. Aufschlämmung zum
chemischmechanischen Polieren (im folgenden als "CMP" bezeichnet)
offenbart, und insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Metallleiter-Kontaktstopfens metal line contact plug
einer Halbleitervorrichtung offenbart, bei dem eine saure CMP-
Slurry für Oxidfilme eingesetzt wird, die weiterhin ein
Oxidationsmittel und einen Komplexbildner aufweist, welche das
Metall, einen Oxidfilm und sämtliche Nitridfilme bei ähnlichen
Geschwindigkeiten poliert, wodurch der Metallleiter-
Kontaktstopfen leicht abgetrennt wird.
Stand der Technik
Im allgemeinen kann bei hochintegrierten Halbleitern die
Integrationsvorrichtung etwa 8 000 000 Transistoren pro cm2
aufweisen. Daher ist ein mehrschichtiger Metallleiter hoher
Qualität erforderlich, welcher es ermöglicht, daß derartige
Vorrichtungen verbunden werden können. Derartige mehrschichtige
Metallleiter bzw. Metallleitungen können verwirklicht werden,
indem zwischen benachbarten Metallleitern eingeschobene
Dielektrika wirksam planarisiert werden.
Da ein präzises Verfahren zum Planarisieren des Wafers
erforderlich war, wurden CMP-Verfahren entwickelt. Während eines
CMP-Verfahrens werden Materialien, die entfernt werden müssen,
chemisch entfernt, indem chemische Materialien eingesetzt
werden, welche eine gute Reaktivität in CMP-Slurries aufweisen.
Gleichzeitig wird die Wafer-Oberfläche mechanisch mit
ultrafeinen Schleifmitteln poliert. Das CMP-Verfahren wird
durchgeführt, indem eine flüssige Slurry bzw. Aufschlämmung zwischen
die gesamte Oberfläche eines Wafers und einer rotierenden
elastischen Auflage bzw. einem rotierenden elastischen Kissen
zugeführt bzw. injiziert wird.
Eine herkömmliche Slurry, die in einem CMP-Verfahren für
ein Metall eingesetzt wird, umfaßt: Schleifmittel, wie
beispielsweise SiO2, Al2O3 oder MnO2; Oxidationsmittel, wie
beispielsweise H2O2, H5IO6 oder FeNO3 zum Oxidieren des Metalls, um
Oxidfilme zu bilden, wodurch der Ätzprozeß unterstützt wird;
geringe Mengen an Schwefelsäure, Salpetersäure oder
Chlorwasserstoffsäure, um die Slurry sauer zu machen; Dispergiermittel;
Komplexbildner und Puffer.
Wenn ein Metall durch ein CMP-Verfahren unter Verwendung
einer herkömmlichen Slurry entfernt wird, wird die
Metalloberfläche durch die Oxidationsmittel oxidiert, und der oxidierte
Teil wird anschließend mechanisch poliert und durch die in der
Slurry enthaltenen Schleifmittel entfernt.
Da die oben beschriebene CMP-Slurry für ein Metall jedoch
teuer ist, wodurch die Stückkosten des CMP-Verfahrens erhöht
werden, werden auch die Herstellungskosten der
Gesamtvorrichtung erhöht. Deshalb wurde eine neue Slurry entwickelt, mit
welcher mit geringen Mengen Metall poliert werden kann, um die
Kosten zu kontrollieren.
Im Folgenden wird ein herkömmliches Verfahren zur
Herstellung eines Metallleiter-Kontaktstopfens einer
Halbleitervorrichtung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
erläutert.
Fig. 1a ist eine Draufsicht nach Bildung eines Bit-
Leitungsmusters. Fig. 1b ist eine Draufsicht nach Ätzen eines
Metallleiter-Kontaktstopfens. Fig. 2a bis 2d zeigen schematisch
herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Metallleiter-
Kontaktstopfen von Halbleitervorrichtungen.
Fig. 2a zeigt eine schematische Ansicht eines Zustands,
bei dem ein Zwischenschicht-Isolationsfilm auf einen A-A'-
Querschnitt von Fig. 1a geschichtet ist.
Eine Bit-Leitungsschicht (nicht gezeigt) und ein Masken-
Isolationsfilm (nicht gezeigt) werden auf einem
Halbleitersubstrat 11 gebildet. Anschließend werden Bit-Leitungsmuster 13
mit darauf geschichteten Masken-Isolationsfilmmustern 15 auf
einem Halbleitersubstrat 11 gebildet, indem die erhaltene
Oberfläche geätzt wird.
Hier wird der Masken-Isolationsfilm (nicht gezeigt) unter
Verwendung eines Nitridfilms mit einer Dicke t1 gebildet.
Anschließend wird ein Zwischenschicht-Isolationsfilm 17 unter
Verwendung eines Oxidfilms auf der oberen Oberfläche der
erhaltenen Struktur gebildet.
Fig. 2b ist eine schematische Ansicht eines B-B'-
Querschnitts von Fig. 1b gezeigt.
Ein Zwischenschicht-Isolationsfilmmuster 17-1 und ein
Metallleiter-Kontaktloch 19 werden durch Ätzen des
Zwischenschicht-Isolationsfilms 17 unter Verwendung der Metallleiter-
Kontaktmaske (nicht gezeigt) als Ätzmaske gebildet. Der in Fig.
1b mit "C" bezeichnete Bereich stellt hier einen Bereich dar,
in welchem das Metallleiter-Kontaktloch 19 durch Ätzen des
Zwischenschicht-Isolationsfilms 17 gebildet wird, und der Bereich
"D" stellt einen Bereich dar, in welchem ein Metallleiter-
Kontaktloch 19 nicht gebildet wird.
Eine vorbestimmte Dicke eines Oxidfilms (nicht gezeigt)
auf der erhaltenen Struktur wird abgelagert, und anschließend
wird der Oxidfilm geätzt, um Oxid-Abstandshalter 21 an den
Seitenwänden des Metallleiter-Kontaktlochs 19, der Masken-
Isolationsfilmmuster 15 und Bit-Leitungen 13 zu bilden. Die
Dicke der in dem Metallleiter-Kontaktloch 19 gebildeten Masken-
Isolationsfilmmuster 15 wird hier aufgrund von Ätzprozessen zur
Bildung des Metallleiter-Kontaktlochs 19 und zur Bildung des
Oxidfilm-Abstandshalters 21 auf t2 vermindert.
Mit Bezug auf Fig. 2c wird eine Metallschicht 23 auf die
erhaltene Struktur geschichtet. Die Metallschicht 23 weist hier
eine Stufenbedeckung von t3 in dem Metallleiter-Kontaktloch 19
und von t4 von dem Masken-Isolationsfilmmuster 15-1 an auf.
Mit Bezug auf Fig. 2d wird ein Metallleiter-Kontaktstopfen
25 durch Entfernung von Teilen der Metallschicht 23, des
Zwischenschicht-Isolationsfilms 17-1 und der Oxidfilm-
Abstandshalter 21 unter Verwendung eines CMP-Verfahrens
gebildet. Damit der Metallleiter-Kontaktstonfen 25 hier in P1 und P2
unter Verwendung des CMP-Verfahrens abgetrennt wird, sollte
eine Tiefe von t4 unter Verwendung einer Slurry zur Entfernung
von Teilen der Metallschicht 23 eingesetzt werden.
Die Poliergeschwindigkeit sollte zwischen den Filmen
ähnlich sein, um die obigen mehrschichtigen Filme zu entfernen.
Die Poliergeschwindigkeit von Metallschichten ist jedoch mehr
als 20mal schneller als die von Oxid-Filmen, wenn ein Metall
unter Verwendung einer herkömmlichen CMP-Slurry für ein Metall
poliert wird.
Als ein Ergebnis wird, da eine Metallschicht mit einer
niedrigen Stufenbedeckung aufgrund der geringen
Poliergeschwindigkeiten bei einem Oxidfilm oder bei einem Nitridfilm nicht
entfernt wird, ein Metallleiter-Kontaktstopfen nicht
aufgetrennt und die Polierverfahrenszeit wird verlängert.
Mit anderen Worten wird, wie in 30 in Fig. 3 gezeigt ist,
die Gleichmäßigkeit in Wafern verschlechtert, und es wird ein
Vibrationsphänomen in der Vorrichtung erzeugt, was zu einer
verminderten Stabilität des Verfahrens führt.
Weiterhin werden, da das oben beschriebene CMP-Verfahren
eine schnelle Poliergeschwindigkeit in peripheren
Schaltkreisbereichen mit einer geringen Musterdichte aufweist,
Masken-Isolationsfilmmuster (nicht gezeigt) auf den Bit-Leitungen,
die auf peripheren Schaltkreisbereichen (nicht gezeigt sind)
gebildet werden, vor einer vollständigen Auftrennung der
Metallleiter-Kontaktstopfen beschädigt, wobei Bit-Leitungen
(nicht gezeigt) exponiert werden. Hierdurch werden Brücken
zwischen Vorrichtungen gebildet und der Leckstrom wird erhöht, was
zu einem Abbau der Zuverlässigkeit und der
Betriebseigenschaften der Vorrichtungen führt.
Um das oben beschriebene Problem zu überwinden, wurde eine
CMP-Slurry zum Polieren von mehreren Schichten verwendet.
Beispielsweise wurde in dem US-Patent Nr. 6,200,875 ein
Verfahren zum Bilden von Kondensatoren offenbart, bei dem
Kontaktstopfen durch gleichzeitiges Polieren von Siliziumfilmen
und Oxidfilmen unter Verwendung einer CMP-Slurry für Oxidfilme
gebildet wurden. Die Zusammensetzung der CMP-Slurry für
Oxidfilme ist darin jedoch nicht beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß wird eine CMP-Slurry für ein Metall offenbart,
mit welcher ein Metallleiter-Kontaktstopfen leicht auf- bzw.
abgetrennt werden kann, indem ein Nitridfilm, ein Oxidfilm und
eine Metallschicht alle mit einer ähnlichen Geschwindigkeit
poliert werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines
Metallleiter-Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der
obigen CMP-Slurry ist ebenfalls offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1a ist eine Draufsicht nach Bildung eines Bit-
Leitungsmusters,
Fig. 1b ist eine Draufsicht nach Ätzen eines Metallleiter-
Kontaktstopfens,
Fig. 2a bis 2d zeigen schematisch herkömmliche Verfahren
zur Herstellung von Metallleiter-Kontaktstopfen von
Halbleitervorrichtungen,
Fig. 3 ist eine CD-REM-Abbildung eines herkömmlichen
Metallleiter-Kontaktstopfens,
Fig. 4a ist eine Draufsicht nach Bildung eines Bit-
Leitungsmusters gemäß der Erfindung,
Fig. 4b ist eine Draufsicht nach Ätzen eines Metallleiter-
Kontaktstopfens gemäß der Erfindung,
Fig. 5a bis 5d zeigen schematisch hier offenbarte
Verfahren zur Herstellung von Metallleiter-Kontaktstopfen von
Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung,
Fig. 6 ist eine CD-REM-Abbildung eines Metallleiter-
Kontaktstopfens gemäß der Erfindung,
Fig. 7 ist eine Abbildung, die die Poliergeschwindigkeit
und Selektivität zeigt, wenn Metall-, Oxid- und Nitridfilme in
einem abgedeckten (blanket) Wafer unter Verwendung der
offenbarten CMP-Slurry poliert werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird eine CMP-Slurry für ein Metall offenbart, wobei
das saure Schleifmittel für einen Oxidfilm weiterhin ein
Oxidationsmittel und einen Komplexbildner aufweist, und mit dieser
leicht ein Metallleiter-Kontaktstopfen durch Polieren eines
Nitridfilms, eines Oxidfilms oder einer Metallschicht, alle mit
einer gleichen Geschwindigkeit, separierbar ist.
Es ist bevorzugt, daß eine CMP-Slurry für einen Oxidfilm
mit einem pH-Bereich von 2 bis 7 ein Oxidationsmittel und einen
Komplexbildner aufweist. Als ein Ergebnis weist die offenbarte
CMP-Slurry für ein Metall vorzugsweise einen pH-Bereich von 2
bis 3 auf.
Die offenbarte CMP-Slurry weist eine Polierselektivität im
Bereich von 1 : 1~2 : 1~3 auf für einen Nitridfilm : Oxidfilm :
Metallschicht. Die Polierselektivität ist ähnlich.
Das Oxidationsmittel, welches Metall zur Erhöhung der
Poliergeschwindigkeit oxidiert, wird ausgewählt aus H2O2, H5IO6
oder FeNO3 und Kombinationen hiervon. Das Oxidationsmittel
liegt hier in einem Anteil von 0,5 bis 10 Vol.-% vor und
vorzugsweise von 2 bis 6 Vol.-%, basierend auf der CMP-Slurry.
Der Komplexbildner bildet eine Komplex-Verbindung mit
einem bei dem Polierverfahren anfallenden Metall, um eine
Wiederzunahme von Nebenprodukten bei dem Polieren zu verhindern.
Der Komplexbildner wird aus der Gruppe ausgewählt,
bestehend aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen, enthaltend Karboxyl-
Gruppen(-COOH), wie beispielsweise Weinsäure; Nitro-Gruppen(-NO2)
enthaltenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen, wie
beispielsweise Nitroglyzerin, Ester-Gruppen(-COO-) enthaltenden
Kohlenwasserstoff-Verbindungen, Ether-Gruppen(-O-) enthaltenden
Kohlenwasserstoff-Verbindungen, Amino-Gruppen(-NH2)
enthaltenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen, wie beispielsweise
Ethylendiamin und Kombinationen davon.
Der Komplexbildner weist hier ein Molekulargewicht von 40
bis 1000 auf und wird vorzugsweise aus den Formeln 1 bis 13
ausgewählt:
wobei R eine verzweigte oder lineare substituierte
C1-C50-Alkyl- oder aromatische Gruppe ist.
Der Komplexbildner liegt in einem Anteil von 0,001 bis 5 Vol.-%,
basierend auf der CMP-Slurry, vor. Wenn der Anteil
0,001 bis 5 Vol.-% überschreitet, wird die chemische
Ätzfähigkeit aufgrund der Zunahme der chemischen Faktoren erhöht,
wodurch eine Verschlechterung des CMP-Verfahrens erhalten wird.
Demgemäß wird der Komplexbildner in einem Anteil unter 5 Vol.-%
zugegeben, vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 1 Vol.-%.
Ein allgemeines Komplexmittel, das in der für das
allgemeine Metall-CMP-Verfahren verwendeten Slurry vorliegt, bildet
eine Komplex-Verbindung mit bei dem Polierverfahren anfallenden
Metallen, um eine Wiederzunahme von Nebenprodukten beim
Polieren zu verhindern.
Der offenbarte Komplexbildner bewirkt, daß ein auf der
Metalloberfläche aufgrund des Oxidationsmittels gebildeter
Oxidfilm leicht polierbar ist und bricht zudem die Bindung des
Metalloxidfilms, um Metall zu entfernen. Wenn die in dem CMP-
Verfahren zur Bildung eines Metallleiter-Kontaktstopfens
verwendete saure Slurry kein Oxidationsmittel oder keinen
Komplexbildner enthält oder nur einen dieser enthält, ändert sich die
Poliergeschwindigkeit des Metalls nicht. Wenn die saure Slurry
jedoch sowohl ein Oxidationsmittel als auch einen
Komplexbildner enthält, vermischt in geeigneten Anteilen, kann die
Poliergeschwindigkeit des Metalls beträchtlich erhöht werden.
Die CMP-Slurry enthält ein Schleifmittel, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus SiO2, CeO2, ZrO2, Al2O3 und
Kombinationen davon. Die Slurry weist hier ein Schleifmittel in einem
Anteil von 0,5 bis 30 Gew.-% auf und vorzugsweise von 10 bis 30 Gew.-%,
basierend auf der CMP-Slurry.
Die CMP-Slurry enthält ein Schleifmittel in einer Menge
von 0,5 bis 30 Gew.-%, basierend auf der CMP-Slurry, H2O2 als
Oxidationsmittel in einem Volumenverhältnis im Bereich von 3~4 : 1
bezüglich Schleifmittel. Oxidationsmittel, und einen
Komplexbildner in einem Volumenverhältnis im Bereich von 20~50 : 1
bezüglich Oxidationsmittel : Komplexbildner, um dann die CMP-
Slurry für ein Metall mit einer Polierselektivität im Bereich
von 1 : 1~2 : 1~3 in einer Nitridfilm- : Oxidfilm- :
Metallstruktur zu erhalten.
Die offenbarte CMP-Slurry für ein Metall kann weiterhin
Dispergiermittel und Puffer enthalten.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
Metallleiter-Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung
bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bilden eines Schichtmusters einer Bit-Leitung und eines
Masken-Isolationsfilmmusters auf einem Halbleitersubstrat;
Bilden eines Zwischenschicht-Isolationsfilms auf der
gesamten Oberfläche der erhaltenen Struktur;
selektives Wegätzen des Zwischenschicht-Isolationsfilms,
um ein Metallleiter-Kontaktloch zu bilden;
Bilden eines Oxidfilm-Abstandshalters an den Seitenwänden
des Metallleiter-Kontaktlochs und der Schichtmuster der Bit-
Leitung und dem Masken-Isolationsfilm in dem Metallleiter-
Kontaktloch;
Abscheiden einer Metallschicht auf der gesamten Oberfläche
der erhaltenen Struktur; und
Durchführen eines CMP-Verfahrens unter Verwendung einer
hier offenbarten Slurry, um einen Metallleiter-Kontaktstopfen
zu bilden.
Der Masken-Isolationsfilm ist ein Nitridfilm, und der
Zwischenschicht-Isolationsfilm ist ein Oxidfilm.
Die Metallschicht wird aus der Gruppe ausgewählt,
bestehend aus TiN-, W-, Al-Schichten, Legierungen davon und
Kombinationen davon.
Die offenbarte CMP-Slurry und das offenbarte
Herstellungsverfahren werden mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
ausführlich beschrieben.
Fig. 4a ist eine Draufsicht nach Bildung eines Bit-
Leitungsmusters. Fig. 4b ist eine Draufsicht nach Ätzen eines
Metallleiter-Kontaktstopfens. Fig. 5a bis 5d zeigen Verfahren
zur Herstellung von Metallleiter-Kontaktstopfen von
Halbleitervorrichtungen unter Verwendung der hier offenbarten sauren CMP-
Slurries.
Mit Bezug auf Fig. 5a ist eine schematische Ansicht eines
Zustands gezeigt, bei dem ein Zwischenschicht-Isolationsfilm
auf einen E-E'-Querschnitt von Fig. 4a geschichtet ist.
Eine Bit-Leitungsschicht (nicht gezeigt), welche ein
Diffusionsbarrierenfilm (nicht gezeigt) ist, und eine
Metallschicht (nicht gezeigt) werden aufeinanderfolgend gebildet, und
ein Masken-Isolationsfilm (nicht gezeigt) wird auf einem
Halbleitersubstrat 101 gebildet.
Anschließend wird die erhaltene Struktur geätzt, um die
Bit-Leitungsmuster 103 zu bilden, auf welchen die Masken-
Isolationsmuster 105 gebildet werden.
Der Diffusionsbarrierenfilm (nicht gezeigt) wird hier
unter Verwendung eines chemischen
Gasphasen-Abscheidungsverfahrens (CVD) aus Ti/TiN gebildet, wobei TiCl4 als Quelle
verwendet wird. Die Metallschicht (nicht gezeigt) wird aus
Wolfram gebildet.
Der Masken-Isolationsfilm (nicht gezeigt) wird bei einer
Temperatur von 500 bis 600°C durch ein chemisches Plasma-
Abscheidungsverfahren aus einem Nitridfilm gebildet, dessen
Dicke t1 beträgt.
Anschließend wird ein Zwischenschicht-Isolationsfilm 107
auf der oberen Oberfläche der erhaltene Struktur unter
Verwendung eines Oxidfilms gebildet.
Mit Bezug auf Fig. 5b wird ein F-F'-Querschnitt von Fig.
4b dargestellt. Ein Zwischenschicht-Isolationsfilmmuster 107-1
und ein Metallleiter-Kontaktloch 109 werden durch Ätzen des
Zwischenschicht-Isolationsfilms 107 unter Verwendung einer
Metallleiter-Kontaktmaske (nicht gezeigt) als Ätzmaske gebildet.
Der in Fig. 4b mit "G" bezeichnete Bereich stellt hier
einen Bereich dar, in dem das Metallleiter-Kontaktloch 109 durch
Ätzen des Zwischenschicht-Isolationsfilms 107 gebildet wird,
und der Bereich "H" stellt einen Bereich dar, in dem das
Metallleiter-Kontaktloch 109 nicht gebildet wird.
Anschließend wird eine vorbestimmte Dicke des Oxidfilms
(nicht gezeigt) auf der erhaltenen Struktur gebildet, und
anschließend werden ein Oxidfilm-Abstandshalter 111 an
Seitenwänden des Metallleiter-Kontaktlochs 109, der Bit-Leitungsmuster
103 und das Masken-Isolationsfilm-Muster 105 durch Ätzen
gebildet, wobei er sich an der oberen Oberfläche hiervon abscheidet.
Die Dicke des Masken-Isolationsmusters 105 in dem
Metallleiter-Kontaktloch 109 wird hier auf t2 aufgrund des
Ätzverfahrens vermindert, wobei das Metallleiter-Kontaktloch 109 und der
Oxidfilm-Abstandshalter 111 gebildet werden.
Mit Bezug auf Fig. 5c wird eine Metallschicht 113 auf der
erhaltenen Oberfläche abgeschieden. Die aus TiN bestehende
Metallschicht 113 wird hier unter Verwendung eines Atomarschicht-
Abscheidungs(atomic layer deposition-ALD)-verfahrens
abgeschieden und weist eine Stufenbedeckung von t3 in dem Metallleiter-
Kontaktloch 109 und von t4 in dem Masken-Isolationsmuster 105
auf.
Da TiN eine hervorragende Aktivität aufweist, ist es
leicht mittels der offenbarten Slurry polierbar. Die offenbarte
Slurry kann während des Polier-Prozesses eines Metallleiters
unter Verwendung von W oder Al zusätzlich zu TiN verwendet
werden.
Mit Bezug auf Fig. 5d wird ein CMP-Prozeß auf der
Metallschicht 113, dem Zwischenschicht-Isolationsfilm
107-1, dem Oxidfilm-Abstandshalter und der vorbestimmten Dicke
des Masken-Isolationsfilm-Musters 105 unter Verwendung einer
offenbarten CMP-Slurry für ein Metall durchgeführt. Als ein
Ergebnis wird ein gleichmäßiger Metallleiter-Kontaktstopfen 115
gebildet, bei dem ein Bereich P1 und ein Bereich P2 vollständig
voneinander getrennt sind.
Da die Metallschicht 113, das Zwischenschicht-
Isolationsfilmmuster 107-1, der Oxidfilm-Abstandshalter 111 und
das Masken-Isolationsfilm-Muster 105 sequentiell bei einer
Dicke von mehr als t4 unter Verwendung des CMP-Verfahrens poliert
werden, vermindert sich die Dicke des Masken-Isolationsfilm-
Musters 105 auf den Bit-Leitungen 103 auf t5, was kleiner als
t2 ist.
Das gesamte Oberflächen-Ätzverfahren unter Verwendung
eines Trocken-Ätzverfahrens kann auf der Metallschicht 113
durchgeführt werden, wenn das Zwischenschicht-Isolationsfilmmuster
107-1 exponiert ist. Daher kann die abgeschiedene Dicke, die
von 80 bis 90% der Metallschicht reicht, anschließend entfernt
werden.
Die offenbarte CMP-Slurry kann verwendet werden, um ein
CMP-Verfahren auf einem Oxidfilm durchzuführen, und sie weist
zudem eine hervorragende Wirkung auf das Polieren einer
Metallschicht mit guter Aktivität auf. Mit anderen Worten ist es,
wenn ein CMP-Verfahren unter Verwendung einer hier offenbarten
CMP-Slurry, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, möglich,
das Phänomen zu verhindern, daß ein Metallleiter-Kontaktstopfen
nicht ausreichend getrennt wird, da eine Metallschicht, die
einen Teil mit einer geringen Stufenbedeckung aufweist, nicht
ausreichend entfernt wird, wodurch die Abhängigkeit von einer
CMP-Gerätschaft minimiert wird, der nachfolgende Prozeß durch
Planarisierung leicht durchgeführt werden kann und die
Isolationseigenschaften zwischen Metallleiter-Kontaktstopfen
verbessert werden können.
Um die Poliergeschwindigkeit beim Polieren eines
Nitridfilms, eines Oxidfilms und einer Metallschicht unter Verwendung
der offenbarten sauren CMP-Slurry für einen Oxidfilm, die
weiterhin ein Oxidationsmittel und einen Komplexbildner umfaßt, zu
bestimmen, werden ein Oxidfilm und eine Metallschicht auf einem
unbearbeiteten (blanket) Wafer ausführlicher mit Bezug auf die
Beispiele unten beschrieben, die nicht als einschränkend
angesehen werden sollen.
Vergleichsbeispiel
Ein Oxidfilm aus einem Plasma hoher Dichte (HDP), ein SiN-
Film und ein TiN-Film wurden auf einem unbearbeiteten Wafer
mittels einer CMP-Vorrichtung unter einem Verdichtungsdruck von
3 psi und einer Bandgeschwindigkeit von 700 fpm poliert, wobei
eine CMP-Slurry für einen Oxidfilm mit einem pH von 3 verwendet
wurde, die SiO2 mit 30 Gew.-% als Schleifmittel enthielt. Jede
gemessene Poliergeschwindigkeit ist in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 1
Zu einer CMP-Slurry für einen Oxidfilm mit einem pH von 3,
die 30 Gew.-% SiO2 als Schleifmittel enthielt, wurde H2O2 als
Oxidationsmittel zugegeben, wobei ein Gewichtsverhältnis im
Bereich von 4 : 1 bezüglich Schleifmittel : Oxidationsmittel
erhalten wurde. Anschließend wurde eine Verbindung von Formel 1
als Komplexbildner zu der CMP-Slurry zugegeben, wobei ein
Gewichtsverhältnis im Bereich von 40 : 1 bezüglich
Oxidationsmittel. Komplexbildner erhalten wurde, um eine CMP-Slurry für ein
Metall zu erhalten.
Es wurden ein HDP-Oxidfilm, ein SiN-Film und ein TiN-Film
auf einem unbearbeiteten Wafer durch eine CMP-Vorrichtung unter
einem Verdichtungsdruck von 3 psi und einer Bandgeschwindigkeit
von 700 fpm poliert, wobei die oben hergestellte CMP-Slurry für
ein Metall verwendet wurde. Die gemessenen
Poliergeschwindigkeiten sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 2
Zu einer CMP-Slurry für einen Oxidfilm mit einem pH von 3,
die 30 Gew.-% von SiO2 als Schleifmittel enthielt, wurde H2O2
als Oxidationsmittel zugegeben, wobei ein Gewichtsverhältnis in
dem Bereich von 3 : 1 bezüglich Schleifmittel.
Oxidationsmittel erhalten wurde, und anschließend wurde entionisiertes
Wasser mit dem gleichen Gewicht wie das Oxidationsmittel
zugegeben. Anschließend wurde eine Verbindung der Formel 1 als
Komplexbildner zu der CMP-Slurry zugegeben, wobei ein
Gewichtsverhältnis im Bereich von 40 : 1 bezüglich Oxidationsmittel :
Komplexbildner erhalten wurde, wodurch eine CMP-Slurry für ein
Metall erhalten wurde.
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde unter Verwendung der
oben hergestellten CMP-Slurry wiederholt. Die gemessenen
Poliergeschwindigkeiten sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 3
Zu einer CMP-Slurry für einen Oxidfilm mit einem pH von 3,
die 30 Gew.-% SiO2 als ein Schleifmittel enthielt, wurde H2O2
als Oxidationsmittel zugegeben, um ein Gewichtsverhältnis im
Bereich von 4 : 1 bezüglich Schleifmittel : Oxidationsmittel zu
erhalten. Anschließend wurde eine Verbindung der Formel 1 als
Komplexbildner zu der CMP-Slurry zugegeben, um ein
Gewichtsverhältnis im Bereich von 40 : 1 bezüglich Oxidationsmittel :
Komplexbildner zu erhalten, wodurch eine CMP-Slurry für ein Metall
erhalten wurde.
Ein HDP-Oxidfilm, ein SiN-Film und ein TiN-Film wurden auf
einem unbearbeiteten Wafer mittels einer CMP-Vorrichtung unter
einem Verdichtungsdruck von 5 psi und einer Bandgeschwindigkeit
von 700 fpm unter Verwendung der oben hergestellten CMP-Slurry
für ein Metall poliert. Die gemessenen Poliergeschwindigkeiten
sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 4
H2O2 wurde als Oxidationsmittel zu einer CMP-Slurry für
einen Oxidfilm mit einem pH von 3, der 30 Gew.-% von SiO2 als
Schleifmittel enthielt, zugegeben, um ein Gewichtsverhältnis im
Bereich von 4 : 1 bezüglich Schleifmittel : Oxidationsmittel zu
erhalten. Anschließend wurde eine Verbindung der Formel 1 als
Komplexbildner zu der CMP-Slurry zugegeben, um ein
Gewichtsverhältnis im Bereich von 40 : 1 bezüglich Oxidationsmittel :
Komplexbildner zu erhalten, wodurch eine CMP-Slurry für ein Metall
erhalten wurde.
Ein HDP-Oxidfilm, ein SiN-Film und ein TiN-Film wurden auf
einem unbearbeiteten Wafer mittels einer CMP-Vorrichtung unter
einem Verdichtungsdruck von 6 psi und einer Bandgeschwindigkeit
von 700 fpm poliert, wobei die oben hergestellte CMP-Slurry für
ein Metall verwendet wurde. Die gemessenen
Poliergeschwindigkeiten sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Das Diagramm von Fig. 7 zeigt eine Polierselektivität des
Oxidfilms/Nitridfilms, Oxidfilms/Metall- und
Metall-/Nitridfilms, die unter Verwendung der in den Beispielen
bestimmten Poliergeschwindigkeiten berechnet wurden. Als ein
Ergebnis ist gezeigt, daß der Oxidfilm, der Nitridfilm und das
Metall alle eine ähnliche Polierselektivität aufweisen, wenn
die hier offenbarte Aufschlämmung für Oxidfilme, die weiterhin
ein Oxidationsmittel und einen Komplexbildner aufweist,
verwendet wird, im Vergleich dazu, wenn eine Slurry für Oxidfilme
eingesetzt wird, die ein Oxidationsmittel und einen
Komplexbildner nicht enthält, verwendet wird.
Wie zuvor erläutert, kann ein Metallleiter-Kontaktstopfen
durch ein CMP-Verfahren, mit dem eine saure CMP-Slurry für
einen Oxidfilm, die weiterhin ein Oxidationsmittel und einen
Komplexbildner aufweist, welche einen Nitridfilm, einen Oxidfilm
und ein Metall alle mit einer ähnlichen Geschwindigkeit
poliert, leicht separiert werden.
Weiterhin ist eine herkömmliche CMP-Slurry für ein Metall
zehn mal teurer als eine herkömmliche CMP-Slurry für einen
Oxidfilm. Als ein Ergebnis werden, wenn ein CMP auf einem Metall
unter Verwendung der offenbarten CMP-Slurry für einen Oxidfilm
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, die Kosten des
Verfahrens vermindert und die Abhängigkeit von der CMP-Vorrichtung
minimiert. Weiterhin sind, da Bereiche der Metallleiter-
Kontaktstopfen vollständig voneinander separiert werden, die
Isoliereigenschaften zwischen Metallleiter-Kontaktstopien zur
leichten Durchführung der nachfolgenden Prozeßschritte
verbessert.
Eine Slurry zum chemisch-mechanischen Polieren (im folgenden
als "CMP" bezeichnet) für ein Metall wird offenbart,
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Metallleiter-
Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung, bei dem eine saure
CMP-Slurry für einen Oxidfilm verwendet wird, die weiterhin ein
Oxidationsmittel und einen Komplexbildner aufweist, welche ein
Metall, einen Oxidfilm und einen Nitridfilm mit ähnlicher
Geschwindigkeiten poliert, wodurch ein Metallleiter-
Kontaktstopfen leicht separiert wird.
Anspruch[de]
1. Slurry zum chemisch-mechanischen Polieren (CMP) für
Oxidfilme, die einen pH von 2 bis 7 aufweist, und ein
Oxidationsmittel und einen Komplexbildner enthält.
2. CMP-Slurry nach Anspruch 1, wobei die CMP-Slurry
einen pH im Bereich von 2 bis 3 aufweist.
3. CMP-Slurry nach Anspruch 1 oder 2, wobei die CMP-
Slurry eine Polierselektivität im Bereich von 1 : 1~2 : 1~3
aufweist für einen Nitridfilm : Oxidfilm : Metallschicht.
4. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus
H2O2, H5IO6 oder FeNO3 und Kombinationen davon.
5. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel in einem Anteil von
0,5 bis 10 Vol.-%, basierend auf der CMP-Slurry, vorliegt.
6. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Oxidationsmittel in einem Anteil von 2
bis 6 Vol.-%, basierend auf der CMP-Slurry, vorliegt.
7. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Komplexbildner aus der Gruppe
ausgewählt ist, bestehend aus Karboxyl-Gruppen(-COOH) enthaltenden
Kohlenwasserstoff-Verbindungen, Nitro-Gruppen(-NO2)
enthaltenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen, Ester-Gruppen(-COO-)
enthaltenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen, Ether-Gruppen(-O-)
enthaltenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen, Amino-Gruppen(-NH2)
enthaltenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen, und
Kombinationen davon.
8. CMP-Slurry nach Anspruch 7, wobei der Komplexbildner
aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Verbindungen mit
den Formeln 1 bis 13:
wobei R eine verzweigte oder lineare substituierte
C1-C50-Alkyl- oder eine aromatische Gruppe ist.
9. CMP-Slurry nach Anspruch 7 oder 8, wobei der
Komplexbildner ein Molekulargewicht im Bereich von 40 bis 1000
aufweist.
10. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Komplexbildner in einem Anteil
vorliegt, der von 0,001 bis 5 Vol.-% reicht, basierend auf der
CMP-Slurry.
11. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Komplexbildner in einem Anteil von
0,01 bis 1 Vol.-%, basierend auf der CMP-Slurry, vorliegt.
12. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Slurry ein Schleifmittel aufweist,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus SiO2, CeO2, ZrO2, Al2O3
und Kombinationen davon.
13. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Slurry ein Schleifmittel in einem
Anteil von 0,5 bis 30 Gew.-% in der CMP-Slurry aufweist.
14. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Slurry ein Schleifmittel in einem
Anteil von 10 bis 30 Gew.-% in der CMP-Slurry aufweist.
15. CMP-Slurry nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die CMP-Slurry ein Schleifmittel in einem
Anteil von 0,5 bis 30 Gew.-%, basierend auf der CMP-Slurry,
aufweist; ein Oxidationsmittel in einem Volumenverhältnis im
Bereich von 3~4 : 1 bezüglich Schleifmittel : Oxidationsmittel;
und einen Komplexbildner der nachfolgenden Formel 1 in einem
Volumenverhältnis im Bereich vor 20~50 : 1 bezüglich
Oxidationsmittel : Komplexbildner.
16. CMP-Slurry nach Anspruch 15, wobei das Schleifmittel
SiO2 und das Oxidationsmittel H2O2 ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Metallleiter-
Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung, umfassend ein CMP-
Verfahren, bei dem die CMP-Slurry nach Anspruch 1 verwendet
wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines Metallleiter-
Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung, umfassend:
Bilden eines Schichtmusters einer Bit-Leitung und eines
Masken-Isolationsfilmmusters auf einem Halbleitersubstrat;
Bilden eines Zwischenschicht-Isolationsfilms auf der
gesamten Oberfläche der erhaltenen Struktur;
selektives Wegätzen des Zwischenschicht-Isolationsfilms
zur Bildung eines Metallleiter-Kontaktlochs;
Bilden eines Oxidfilm-Abstandshalters an den Seitenwänden
des Metallleiter-Kontaktlochs und Schichtmustern der Bit-
Leitung und des Masken-Isolationsfilms in dem Metallleiter-
Kontaktloch;
Abscheiden einer Metallschicht auf der gesamten öhorfläche
der erhaltenen Struktur; und
Durchführen eines CMP-Verfahrens unter Verwendung einer
Slurry nach Anspruch 1 zur Bildung eines Metallleiter-
Kontaktstopfens.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Masken-
Isolationsfilm ein Nitridfilm ist.
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der
Zwischenschicht-Isolationsfilm ein Oxidfilm ist.
21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Metallscicht
aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus TiN, W, Al,
Legierungen davon und Kombinationen davon.
