DE10048477B4

DE10048477B4 - Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Platingruppe

Info

Publication number: DE10048477B4
Application number: DE10048477A
Authority: DE
Inventors: Annette SÄNGER; Gerhard Beitel; Gerd Mainka; Florian Schnabel
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: US20030092360A1; WO2002026906A1; TWI226359B; US6821187B2; DE10048477A1

Abstract

Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Gruppe der Platinmetalle, Iridium, umfassend die Schritte:
a) eine Schicht aus einem Metall der Platingruppe wird bereitgestellt,
b) eine Polierflüssigkeit wird bereitgestellt, wobei die Polierflüssigkeit
ba) 1 bis 6 Gew.-% abrasiver Partikel aus α-Aluminiumoxid mit einer Mohs-Härte von mindestens 9,
bb) 2 bis 20 Gew.-% zumindest eines Oxidationsmittels ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ce(IV)-Salze, Salze der Chlorsäure, Salze der Peroxidschwefelsäure und Wasserstoffperoxid sowie dessen Salze und
bc) 97 bis 74 Gew.-% Wasser beinhaltet und
c) die Metallschicht wird mit Hilfe der Polierflüssigkeit chemisch-mechanisch poliert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Iridium. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Planarisierung und/oder Strukturierung einer Metallschicht aus einem Metall der Platingruppe, insbesondere Iridium.
Um die in einem Speicherkondensator einer Speicherzelle gespeicherte Ladung reproduzierbar auslesen zu können, sollte die Kapazität des Speicherkondensators mindestens einen Wert von etwa 30 fF besitzen. Gleichzeitig muß für die Entwicklung von DRAM Speicherzellen die laterale Ausdehnung des Kondensators ständig verkleinert werden, um weitere Erhöhungen der Speicherdichten erzielen zu können. Diese an sich gegenläufigen Anforderungen an den Kondensator der Speicherzelle führen zu einer immer komplexeren Strukturierung des Kondensators („Trench-Kondensatoren", „Stack-Kondensatoren", „Kronen-Kondensatoren"). Dementsprechend wird die Herstellung des Kondensators aufwendiger und damit immer teurer.
Ein anderer Weg, ausreichende Kapazitäten der Speicherkondensatoren zu gewährleisten, liegt in der Verwendung von Materialien mit sehr hoher Dielektrizitätskonstante zwischen den Kondensatorelektroden. In letzter Zeit werden daher anstatt des herkömmlichen Siliziumoxids/Siliziumnitrids neue Materialien, insbesondere hoch-ε Paraelektrika und Ferroelektrika, als Dielektrikum verwendet, die eine deutlich höhere relative Dielektrizitätskonstante (> 20) haben als das herkömmliche Siliziumoxid/Siliziumnitrid (< 8). Damit kann bei gleicher Kapazität die Kondensatorfläche und damit die benötigte Komplexität der Strukturierung des Kondensators deutlich vermindert werden. Wesentliche Vertreter dieser Materialien sind Bariumstrontiumtitanat (BST, (Ba,Sr)TiO₃), Bleizirkonattitanat (PZT, Pb(Zr,Ti)O₃) bzw. Lanthan-dotiertes Bleizirkonattitanat oder Strontiumbismuttantalat (SBT, SrBi₂Ta₂O₉).
Neben herkömmlichen DRAM-Speicherbausteinen werden in Zukunft auch ferroelektrische Speicheranordnungen, sogenannte FRAMs, eine wichtige Rolle spielen. Ferroelektrische Speicheranordnungen besitzen gegenüber herkömmlichen Speicheranordnungen, wie beispielsweise DRAMs und SRAMs, den Vorteil, daß die gespeicherte Information auch bei einer Unterbrechung der Spannungs- bzw. Stromversorgung nicht verloren geht sondern gespeichert bleibt. Diese Nichtflüchtigkeit ferroelektrischer Speicheranordnungen beruht auf der Tatsache, daß bei ferroelektrischen Materialien die durch ein äußeres elektrisches Feld eingeprägte Polarisation auch nach Abschalten des äußeren elektrischen Feldes im wesentlichen beibehalten wird. Auch für ferroelektrische Speicheranordnungen kommen die bereits genannten neuen Materialien wie Bleizirkonattitanat (PZT, Pb(Zr,Ti)O₃) bzw. Lanthan-dotiertes Bleizirkonattitanat oder Strontiumbismuttantalat (SBT, SrBi₂Ta₂O₉) zum Einsatz.
Leider bedingt die Verwendung der neuen Paraelektrika bzw. Ferroelektrika die Verwendung neuer Elektroden- und Barrierematerialien. Die neuen Paraelektrika bzw. Ferroelektrika werden üblicherweise auf bereits vorhandenen Elektroden (untere Elektrode) abgeschieden. Die Prozessierung erfolgt unter hohen Temperaturen, bei denen die Materialien, aus denen normalerweise die Kondensatorelektroden bestehen, so z. B. dotiertes Polysilizium, leicht oxidiert werden und ihre elektrisch leitenden Eigenschaften verlieren, was zum Ausfall der Speicherzelle führen würde.
Wegen ihrer guten Oxidationsbeständigkeit und/oder der Ausbildung elektrisch leitfähiger Oxide gelten 4d und 5d Übergangsmetalle, insbesondere Platinmetalle wie Ru, Rh, Pd, Os, Pt und insbesondere Ir bzw. IrO₂, als aussichtsreiche Kandidaten, die das dotierte Silizium/Polysilizium als Elektroden- und Barrierenmaterial ersetzen könnten.
Leider gehören die oben genannten, in integrierten Schaltungen neu eingesetzten Elektroden- und Barrierenmaterialien zu einer Klasse von Materialien, die sich nur schwer strukturieren lassen. Durch ihre chemische Inertheit sind sie nur schwer ätzbar, so daß der Ätzabtrag, auch bei der Verwendung „reaktiver" Gase, überwiegend oder fast ausschließlich auf dem physikalischen Anteil der Ätzung beruht. Beispielsweise wurde bisher Iridium in der Regel durch Trockenätzverfahren strukturiert. Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren ist die durch den hohen physikalischen Anteil der Ätzung bedingte, fehlende Selektivität des Verfahrens. Dies hat zur Folge, daß durch die Erosion der Masken, die unvermeidlich geneigte Flanken haben, nur eine geringe Maßhaltigkeit der Strukturen gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kommt es zu unerwünschten Redepositionen auf dem Substrat, auf der Maske oder in der genutzten Anlage.
Darüber hinaus erweisen sich diese Materialien auch bei der Verwendung von sogenannten CMP-Verfahren (chemical mechanical polishing) als äußerst widerstandsfähig.
In typischen CMP-Verfahren wird eine Halbleiterscheibe (Wafer), deren Oberfläche poliert werden soll, auf einem Scheibenträger (Waferträger) aufgebracht und von diesem auf eine elastische, perforierte Auflage (Polierpad), die auf einem Poliertisch angebracht ist, gedrückt. Dabei rotieren die Halbleiterscheibe und der Poliertisch, und somit die Polierauflage, in entgegengesetzte Richtung. Die Polierauflage enthält ein Poliermittel (Slurry), das neben Polierkörpern noch aktive chemische Zusätze enthält.
CMP-Standardverfahren zur Planarisierung und Strukturierung von Metalloberflächen existieren beispielsweise für Wolfram und Kupfer, sowie für die als Barriereschicht verwendeten Materialien wie Ti, TiN, Ta und TaN. Weiterhin Stand der Technik sind die CMP-Prozesse zur Planarisierung von Polysilizium, Siliziumoxid und Siliziumnitrid.
Solche Verfahren werden beispielsweise in den US-Patenten US-5,527,423 , US-5,976,928 , und US-5,863,838 beschrieben. In der US-Patentschrift US-5,783,489 wird ein Verfahren zum Abtragen von Schichten aus Titan-, Titannitrid- und Al-Legierungen beschrieben. In diesem Verfahren kommen Poliermittel zum Einsatz, die neben Wasser ein Abrasiv, z. B. Aluminiumoxid, zwei verschiedene Oxidationsmittel, wie unter anderem Peroxodisulfate (Ammoniumpersulfat) und Wasserstoffperoxid, und einen Stabilisator, wie z. B. verschiedene Phosphonsäurederivate, enthält.
Die in diesen Verfahren verwendeten Polierflüssigkeiten werden jedoch aufgrund der chemischen Inertheit und schweren Oxidierbarkeit der Edelmetalle und deren Oxide, wie Pt, Ir oder IrO₂, nicht für das Abtragen von Edelmetallschichten als geeignet angesehen. Somit sind Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Iridium, bisher noch nicht bekannt.
Die DE 100 24 874 beschreibt eine Polierflüssigkeit für einen chemisch-mechanischen Polier-Prozeßschritt für eine Metall- oder Metalloxidschicht, die Elemente der Gruppe 8b des Periodensystems enthält. Die Polierflüssigkeit enthält ein poly-kristallines Diamantpulver sowie zumindest ein Additiv aus der Gruppe Oxidationsmittel, Komplexbildner Tenside und organische Basen. Als Oxidationsmittel werden unter anderem Chlor-Sauerstoffverbindungen, Cer(IV)-Verbindungen sowie Peroxidsulfat in saurer oder alkalischer Lösung vorgeschlagen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren bereitzustellen, mit dem Schichten aus Metallen der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Iridium, poliert bzw. abgetragen und/oder strukturiert werden können, und das eine hinreichend hohe Abtragsrate gewährleistet.
Diese Aufgabe wird von dem Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Platinmetalle, insbesondere Iridium, gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Weiterhin wird ein Verfahren zur Planarisisierung und/oder Strukturieren von Schichten aus Metallen der Platinmetalle, insbesondere Iridium, nach dem Patentanspruch 17 bereitgestellt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Iridium, bereitgestellt welches die folgenden Schritte umfaßt:
Eine Schicht aus einem Metall der Platingruppe wird bereitgestellt. Eine Polierflüssigkeit wird bereitgestellt, die 1 bis 6 Gew.-% abrasive Partikel aus α-Aluminiumoxid mit einer Mohs-Härte von mindestens 9 enthält. Weiterhin enthält die Polierflüssigkeit 2 bis 20 Gew.-% zumindest eines Oxidationsmittels, das aus der Gruppe umfassend Ce(IV)-Salze, Salze der Chlorsäure, Salze der Peroxodischwefelsäure und Wasserstoffperoxid sowie dessen Salze ausgewählt wird. Darüber hinaus beinhaltet die Polierflüssigkeit 97 bis 74 Gew.-% Wasser. Die Metallschicht wird mit Hilfe der Polierflüssigkeit chemisch-mechanisch poliert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Verfahren bereitgestellt, in dem der Materialabtrag der zu polierenden Schicht durch chemischen und mechanischen Abtrag und nicht lediglich durch eine chemische Ätzung erfolgt. Dadurch wird der Einsatz von chemisch-mechanischem Polieren zum Strukturieren von reaktionsträgen und oxidationsbeständigen Metallschichten wie Schichten aus Metallen der Platingruppe, insbesondere Iridium, ermöglicht. Durch das Verfahren können z. B. für Iridiumschichten Abtragsraten von 30 bis 60 nm/min erreicht werden. Somit kann das Rückpolieren von Iridiumschichten mit für die Speicherherstellung typischen Dicken von zwischen 50 bis 150 nm in weniger als 3 Minuten bewerkstelligt werden. Die Abtragsrate von Iridium ist im erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich höher als die von Siliziumdioxid. Dadurch kann bei der Strukturierung einer Iridiumschicht mit einer Siliziumdioxidmaske gearbeitet werden, ohne dass diese beim CMP-Schritt signifikant abgetragen wird und wegen der Kantenschräge ihre Maßgenauigkeit verliert.
Darüber hinaus weist die im Verfahren verwendete Polierflüssigkeit eine nur geringe Korrosivität auf und ermöglicht somit den Einsatz von herkömmlichen Materialien und Gerätschaften, wie sie regelmäßig zum chemisch-mechanischen Polieren eingesetzt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen CMP-Verfahren werden Oberflächenrauhigkeiten erreicht, die vergleichbar mit denen des bereits etablierten Cu-CMP Prozesses sind. So beträgt die Rauhigkeit in der Regel etwa 0,5 bis 2 nm und die maximale Tiefe von Kratzern etwa 5 bis 15 nm.
Bevorzugt weisen die abrasiven Partikel eine Mohs-Härte von mehr als 7 auf. Wird das erfindungsgemäße Verfahren zum chemisch mechanischen Polieren von Iridium verwendet, ist es bevorzugt, wenn die abrasiven Partikel eine Mohs-Härte von mehr als 9 aufweisen. Der Begriff „Mohs-Härte" wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, bezieht sich auf die Härtegradklassifizierung fester, harter Materialien nach der Mohsschen Härteskala.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Polierflüssigkeit zusätzlich 2 bis 10 Gew.-% eines Stabilisators ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyacrylsäure oder Derivate der Phosphonsäure. Durch diesen Stabilisator wird eine stabile Suspension des Abrasivs in der Polierflüssigkeit gewährleistet.
Der Anteil des Stabilisators in der Polierflüssigkeit beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 5 Gew.-%, insbesondere 3 Gew.-%. Als Stabilisator wird vorzugsweise Polyacrylsäure mit einem Molgewicht von 500 bis 10000 g/mol, vorzugsweise 1000 bis 5000 g/mol, insbesondere ca. 2000 g/mol eingesetzt.
In Ausführungsformen der Erfindung werden abrasive Partikel aus α-Aluminiumoxid verwendet. Allgemein können in dem erfindungsgemäßen Verfahren abrasive Partikel einer Art oder auch Mischungen aus den verschiedenen geeigneten Arten der abrasiven Partikel verwendet werden. Der Anteil der abrasiven Partikel in der Polierlösung beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 3 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-%.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten abrasiven Partikel haben vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als etwa 1 μm.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Oxidationsmittel das Ce(VI)-Salz Ammoniumcernitrat, (NH₄)₂Ce(NO₃)₆, verwendet. In diesem Fall enthält die Polierflüssigkeit vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 7 bis 15 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% des Oxidationsmittels.
Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumchlorat, KClO₄, als Oxidationsmittel. In diesem Fall ist ein Anteil von bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% Kaliumchlorat in der Polierflüssigkeit bevorzugt. In den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, in denen Salze der Peroxodischwefelsäure als Oxidationssmittel verwendet werden, ist die Verwendung von Ammoniumperoxiddisulfat, (NH₄)₂S₂O₈, bevorzugt. Dabei ist ein Anteil von 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% des Oxidationsmittels in der Polierflüssigkeit bevorzugt.
Wird Wasserstoffperoxid, H₂O₂, in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Oxidationsmittel eingesetzt, so beträgt dessen Anteil in der Polierflüssigkeit vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-%.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der pH-Wert der Polierflüssigkeit größer als 1, insbesondere ist ein pH-Wert von zwischen 2 bis 12 bevorzugt, besonders bevorzugt ist ein pH-Wert von zwischen 4 bis 9.
Der chemisch-mechanische Polierschritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise bei einem Polierdruck von 20,7 bis 82,8 kPa (3 bis 12 psi), vorzugsweise 34,5 bis 69 kPa (5 bis 10 psi), insbesondere 41,4 bis 55,2 kPa (6 bis 8 psi) und bei einem zusätzlichen Druck auf die Rückseite des Wafers (backpressure) von 0 bis 34,5 kPa (0 bis 5 psi), insbesondere 20,7 bis 27,6 kPa (3 bis 4 psi) durchgeführt. Die Umdrehungsgeschwindigkeiten des im chemisch-mechanischen Polierschritt der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Wafercarrier und der Polierplatte beträgt vorzugsweise 20 bis 70 rpm, besonders bevorzugt 40 bis 70 rpm, insbesondere 60 bis 70 rpm. Die Flußrate der Polierflüssigkeit auf die zu polierende Oberfläche des Substrats beträgt während des chemisch-mechanischen Polierens vorzugsweise 50 bis 150 ml/min, insbesondere 60 bis 100 ml/min.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Planarisierung und/oder Strukturierung einer Metallschicht aus einem Metall der Platingruppe, insbesondere Iridium, bereitgestellt, das die folgenden Schritten umfaßt: Ein vorstrukturiertes Substrat wird bereitgestellt. Eine Metallschicht aus einem Metall der Platingruppe, insbesondere Iridium, wird zumindest in Teilbereichen der Oberfläche des Substrats aufgebracht. Die Metallschicht aus dem Metall der Platingruppe wird nach dem Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Platinmetalle, insbesondere Iridium, planarisiert und/oder strukturiert.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass Elektroden und Barrieren für hochintegrierte DRAMs auch aus Platinmetallen, insbesondere Iridium, mittels CMP-Schritten unter Vermeidung von Trockenätzschritten strukturiert werden können. Durch die hohe Selektivität des CMP-Schrittes zwischen Iridium und Siliziumdioxid ist dieser so einstellbar, das er nahezu beendet ist, sobald die Maskenoberfläche aus Siliziumdioxid erreicht ist. Beendet man den CMP-Prozess zu diesem Zeitpunkt, so erhält man die zu strukturierende Iridiumschicht so, wie sie durch die Maskenoberfläche vorgegeben ist. Geometrieverzerrungen durch chemisch oder mechanisch angegriffene Siliziumdioxidmasken werden weitgehend ausgeschlossen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1–7 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Strukturierung einer Iridiumschicht.
1–7 zeigen die Prozeßschritte einer Ausführungsform des Verfahrens zur Strukturierung einer Iridiumschicht mit Hilfe des CMP-Prozesses für die Herstellung einer Barriereschicht für DRAM/FeRAM Speicherkondensatoren.
Zunächst wird ein Siliziumsubstrat 1 mit bereits fertiggestellten Feldeffekttransistoren 4 bereitgestellt, die jeweils zwei Diffusionszonen 2 und ein Gate 3 aufweisen (1). Während die Diffusionszonen zusammen mit dem Transistorkanal an der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, ist das Gate 3 über ein Gateoxid von dem Kanal getrennt. Über das Gate 3 läßt sich die Leitfähigkeit des Transistorkanals zwischen den beiden Diffisionszonen steuern. Die Transistoren bilden zusammen mit den noch herzustellenden Speicherkondensatoren jeweils eine binären Speicherzelle. Die Transistoren 4 werden nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt, die hier nicht näher erläutert werden.
Auf das Siliziumsubstrat 1 mit den Transistoren 4 wird eine isolierende Schicht 5, beispielsweise eine SiO₂-Schicht, aufgebracht. In Abhängigkeit des für die Herstellung der Transistoren 4 verwendeten Verfahrens können auch mehrere isolierende Schichten aufgebracht werden. Die sich daraus ergebende Struktur ist in 1 gezeigt.
Anschließend werden durch eine Phototechnik die Kontaktlöcher 6 erzeugt. Diese Kontaktlöcher stellen eine Verbindung zwischen den Transistoren 4 und den noch zu erzeugenden Speicherkondensatoren her. Die Kontaktlöcher 6 werden beispielsweise durch eine anisotrope Ätzung mit fluorhaltigen Gasen erzeugt. Die sich daraus ergebende Struktur ist in 2 gezeigt.
Nachfolgend wird ein leitfähiges Material 7, beispielsweise in situ dotiertes Polysilizium, auf die Struktur aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch ein CVD-Verfahren geschehen. Durch das Aufbringen des leitfähigen Materials 7 werden die Kontaktlöcher 6 vollständig ausgefüllt und es entsteht eine zusammenhängende leitfähige Schicht auf der isolierenden Schicht 5 (3). Anschließend folgt ein CMP-Schritt (Chemical Mechanical Polishing), der die zusammenhängende Schicht auf der Oberfläche der isolierenden Schicht entfernt und eine ebene Oberfläche erzeugt. Zurück bleibt nur noch das Polysilizium in den Kontaktlöchern (4).
Im weiteren werden auf photolithographischem Weg Vertiefungen in die isolierende Schicht 5, überlappend mit den Kontaktlöchern, geätzt (5). Dementsprechend ist Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeschlossen, ein Substrat wurde bereitgestellt. Außerdem wirkt die isolierende Schicht 5 mit den Vertiefungen wie eine Maske zur Strukturierung der noch zu erzeugenden Iridium-Barriere.
Um diese Vertiefungen im Siliziumoxid 5 mit Ir als Barrierematerial aufzufüllen, wird eine Ir-Schicht 8 zunächst ganzflächig auf dem Substrat abgeschieden. Die Erzeugung der Ir-Schicht 8 kann beispielsweise durch ein Sputtern von Iridium erfolgen. Es folgt nun der erfindungsgemäße CMP-Schritt, mit dem die Ir-Schicht 8 bis zur isolierenden Schicht 5, die als Maske dient, abgetragen wird (7). Auf diese Weise werden die Barrieren oberhalb der Polysiliumplugs erzeugt. Nach der Erzeugung der Barriere werden die untere Elektrode, die dielektrische/ferroelektrische Schicht und die obere Elektrode erzeugt (nicht gezeigt). Dementsprechend ist eine Speicherzelle mit einem Auswahltransistor und einem Speicherkondensator fertiggestellt. Nachfolgend können in bekannter Weise die Metallisierung und die Passivierung des Bauteils erzeugt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen chemisch-mechanischen Polierverfahrens beschrieben. Dabei wird eine Iridiumschicht auf einer Unterlage aus Siliziumoxid chemisch-mechanisch poliert.
Für alle folgenden Ausführungsbeispiele wurden Polieranlagen vom Typ Westech 472 für 6 inch wafers verwendet. Die Abtragungsraten und die Selektivität wurden auf nicht strukturierten Wafern gemessen.
Ausführungsbeispiel 1:
Es wurde eine Suspension von Aluminiumoxid-Nanopartikeln (CR 30 der Firma Baikowsky) in deionisierten Wasser vorbereitet. Anschließend wurde als Oxidationsmittel Ammoniumcernitrat, (NH₄)₂Ce(NO₃)₆, und als Stabilisator Polyacrylsäure mit einem Molgewicht von ca. 2000 g/mol zu der Suspension gegeben. Der Anteil der Aluminiumoxidpartikel betrug 1 Gew.-%, der des Ammoniumcernitrats 10 Gew.-% und der der Polyacrylsäure 3 Gew.-%. Der pH-Wert der Polierflüssigkeit betrug 1,5.
Als Auflage für den Wafer wurde ein Polierpad vom Typ Rodel IC1000 k-grooved auf Suba IV verwendet. Alternativ könnte auch ein Polierpad vom Typ Rodel IC1000 k-grooved auf Suba IV only verwendet werden. Als "Backingfilm" wurde ein Film vom Typ Standard Rodel T3 verwendet.
Die Prozeßparameter wurden wie folgt eingestellt:

a.) Polierdruck: 55,2 kPa (8 psi)
b.) Backpressure: 0 kPa (0 psi)
c.) Umdrehungsgeschwindigkeit: Waferträger: 62 rpm Polierplatte: 65 rpm
d) Polierflüssigkeitsflussrate: 100 ml/min

Abtragsrate und Selektivität des Verfahrens sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Anwendungsbeispiel 2:
Es wurde eine Suspension von Aluminiumoxid-Nanopartikeln (CR 30 der Firma Baikowsky) in deionisierten Wasser vorbereitet.
Anschließend wurde als Oxidationsmittel Kaliumchlorat, KClO₃, zu der Suspension gegeben. Auf die Zugabe eines Stabilisators wurde verzichtet. Der Anteil der Aluminiumoxidpartikel betrug 1 Gew.-%, der des Kaliumchlorats 10 Gew.-%.
Als Auflage für den Wafer wurde ein Polierpad vom Typ Rodel IC1000 k-grooved auf Suba IV verwendet. Als "Backingfilm" wurde ein Film vom Typ Standard Rodel T3 verwendet.
Die Prozeßparameter wurden wie folgt eingestellt:

a.) Polierdruck: 41,4 kPa (6 psi).
b.) Backpressure: 0 kPa (0 psi)
c.) Umdrehungsgeschwindigkeit: Waferträger: 62 rpm Polierplatte: 65 rpm
d) Polierflüssigkeitsflussrate: 60 ml/min

Abtragsrate und Selektivität des Verfahrens sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Ausführungsbeispiel 3:
Es wurde eine Suspension von Aluminiumoxid-Nanopartikeln (CR. 30 der Firma Baikowsky) in deionisierten Wasser vorbereitet. Anschließend wurde als Oxidationsmittel Ammoniumperoxiddisulfat, (NH₄)₂S₂O₈, zu der Suspension gegeben. Auf die Zugabe eines Stabilisators wurde verzichtet. Der Anteil der Aluminiumoxidpartikel betrug 1 Gew.-%, der des Ammoniumperoxiddisulfat 10 Gew.-%. Der pH-Wert der Polierflüssigkeit betrug 4.
Als Auflage für den Wafer wurde ein Polierpad vom Typ Rodel IC1000 k-grooved auf Suba IV verwendet. Als "Backingfilm" wurde ein Film vom Typ Standard Rodel T3 verwendet.
Die Prozeßparameter wurden wie folgt eingestellt:

a.) Polierdruck: 55,2 kPa (8 psi)
b.) Backpressure: 24,15 kPa (3,5 psi)
c.) Umdrehungsgeschwindigkeit: Waferträger: 62 rpm Polierplatte: 65 rpm
d) Polierflüssigkeitsflussrate: 100 ml/min

Abtragsrate und Selektivität des Verfahrens sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Ausführungsbeispiel 4:
Es wurde eine Suspension von Aluminiumoxid-Nanopartikeln (CR 30 der Firma Baikowsky) in deionisierten Wasser vorbereitet. Anschließend wurde als Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid, H₂O₂, zu der Suspension gegeben. Auf die Zugabe eines Stabilisators wurde verzichtet. Der Anteil der Aluminiumoxidpartikel betrug 1 Gew.-%, der des Wasserstoffperoxids 5 Gew.-%.
Als Auflage für den Wafer wurde ein Polierpad vom Typ Rodel Suba IV only verwendet. Als "Backingfilm" wurde ein Film vom Typ Standard Rodel T3 verwendet.
Die Prozeßparameter wurden wie folgt eingestellt:

a.) Polierdruck: 55,2 kPa (8 psi)
b.) Backpressure: 0 kPa (0 psi)
c.) Umdrehungsgeschwindigkeit: Waferträger: 62 rpm Polierplatte: 65 rpm
d) Polierflüssigkeitsflussrate: 90 ml/min

Abtragsrate und Selektivität des Verfahrens sind in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1

Beispiel Abtragungsrate {nm/min] Selektivität Ir:SiO₂ (TEOS)

1 30 30:1

2 14 ---

3 20 20:1

4 60 1:2
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als einstufiges oder als zwei- bzw. mehrstufiges Verfahren verwendet werden. Bei einem einstufigen Verfahren wird während der Bearbeitungszeit mit einem festen Satz von Prozeßparametern bzw. einer vorgegebenen Polierflüssigkeit gearbeitet. Bei einem zwei- bzw. mehrstufigen Verfahren werden die Prozeßparameter und/oder die Polierflüssigkeit während der Bearbeitungszeit verändert. Zum chemisch mechanischen Polieren von Iridium kann beispielsweise mit einem Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 4 gestartet werden und nach einer vorgegeben Zeit auf ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 1 umgestellt werden. Auf diese Weise läßt sich die Gesamtbearbeitungszeit verkürzen und trotzdem eine ausreichende Selektivität gewährleisten.

Claims

Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Schichten aus Metallen der Gruppe der Platinmetalle, Iridium, umfassend die Schritte: a) eine Schicht aus einem Metall der Platingruppe wird bereitgestellt, b) eine Polierflüssigkeit wird bereitgestellt, wobei die Polierflüssigkeit ba) 1 bis 6 Gew.-% abrasiver Partikel aus α-Aluminiumoxid mit einer Mohs-Härte von mindestens 9, bb) 2 bis 20 Gew.-% zumindest eines Oxidationsmittels ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ce(IV)-Salze, Salze der Chlorsäure, Salze der Peroxidschwefelsäure und Wasserstoffperoxid sowie dessen Salze und bc) 97 bis 74 Gew.-% Wasser beinhaltet und c) die Metallschicht wird mit Hilfe der Polierflüssigkeit chemisch-mechanisch poliert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierflüssigkeit zusätzlich 2 bis 10 Gew.-% eines Stabilisators ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyacrylsäure oder Derivate der Phosphonsäure beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierflüssigkeit 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 7 bis 15 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-%, Ammoniumcernitrat, (NH₄)₂Ce(NO₃)₆, als Oxidationsmittel enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierflüssigkeit 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-%, Kaliumchlorat, KClO₃, als Oxidationsmittel enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierflüssigkeit 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-%, Ammoniumperoxiddisulfat, (NH4)₂S₂O₈, als Oxidationsmittel enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polierflüssigkeit 2 bis 10 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-% Wasserstoffperoxid, H₂O₂, als Oxidationsmittel enthält.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stabilisator eingesetzte Polyacrylsäure ein Molgewicht von 500 bis 10000 g/mol, vorzugsweise 1000 bis 5000 g/mol, insbesondere ca. 2000 g/mol, aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Stabilisators in der Polierflüssigkeit zwischen 2 und 5 Gew.-%, insbesondere 3 Gew.-%, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der abrasiven Partikel in der Polierflüssigkeit zwischen 1 und 3 Gew.-% insbesondere 1 Gew.-%, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der chemisch-mechanische Polierschritt c) bei einem Polierdruck von 3 bis 12 psi, vorzugsweise 10 bis 5 psi, insbesondere 6 bis 8 psi, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der chemisch-mechanische Polierschritt c) bei einem zusätzlichen Druck auf die Rückseite des Wafers von 0 bis 5 psi, insbesondere 3 bis 4 psi, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeiten des im chemisch-mechanische Polierschritt c) verwendeten Wafercarrier und der Polierplatte 20 bis 70 rpm, vorzugsweise 40 bis 70 rpm, insbesondere 60 bis 70 rpm, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des chemisch-mechanischen Polierschritts c) die Flußrate der Polierflüssigkeit auf die zu polierenden Oberfläche des Substrats 50 bis 150 ml/min, insbesondere 60 bis 100 ml/min, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Polierflüssigkeit größer als 1 ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Polierflüssigkeit zwischen 2 und 12, bevorzugt zwischen 4 und 9, beträgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht eine Iridiumschicht ist.
Verfahren zur Planarisierung und/oder Strukturierung einer Metallschicht aus einem Metall der Platingruppe, mit den folgenden Schritten: a) ein vorstrukturiertes Substrat wird bereitgestellt, b) eine Metallschicht aus einem Metall der Platingruppe, wird zumindest in Teilbereichen der Oberfläche des Substrats aufgebracht, c) die Metallschicht aus dem Metall der Platingruppe wird nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 planarisiert und/oder strukturiert.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Metallschicht eine Maske, bevorzugt aus Siliziumoxid, auf das Substrat aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht eine Iridiumschicht ist.