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Verweis auf verwandte Anmeldung
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
Koreanischen Patentanmeldung Nr. 2002-48403 ,
eingereicht am 16. August 2002. Diese Anmeldung wird durch die Inbezugnahme
vollständig
in den vorliegenden Text aufgenommen.
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Technischer Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Breie bzw. Aufschlämmungen
für CMP
(chemical/mechanical polishing; chemisch-mechanisches Polieren)
zur Verwendung bei der Herstellung mikroelektronischer Vorrichtungen.
Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung CMP-Breie bzw.
-Aufschlämmungen,
mit denen schnell eine Target-Schicht entfernt werden kann und mit
hoher Selektivität
wirksam ein Polier-Stopper passiviert
werden kann.
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Hintergrund
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Halbleitervorrichtungen
wurden in zunehmendem Maße
stärker
integriert und kleiner und zwar bei Verbindungen mehrerer Schichten.
Folglich nahm die Menge der Verfahrensschritte zu, um mehrfach leitende Schichten
oder isolierende Schichten auf einem Wafer auszubilden. Um Schritte
bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen zu eliminieren,
wird CMP (chemical/mechanical polishing; chemisch/mechanisches Polieren)
verwendet, welches eine Kombination von chemischen und mechanischen
Verfahrensschritten ist. CMP wurde in den späten 1980ern durch International
Business Machines Corporation entwickelt. Seit seiner Einführung wurde
CMP als Kerntechnik für
Mikroprozessoren bei nahezu allen Stufen von Herstellungsverfahren von
Speicher-Vorrichtungen
und Nicht-Speicher-Vorrichtungen mit 64 Mbit oder größer angewendet.
Zur Zeit erhält
CMP große
Beachtung zur Verwendung bei der Herstellung von DRAM-Speicher-Vorrichtungen
mit Gigabit-Level der nächsten
Generation oder Nicht-Speicher-Vorrichtungen eines äquivalenten
Levels.
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Das
CMP-Verfahren ist ein Typ des Einebnungs-Verfahrens. Bei dem CMP-Verfahren
wird eine Wafer-Oberfläche,
die Unregelmäßigkeiten
aufweist, gegen ein Polier-Kissen
in relativer Rotation gepreßt,
während
man eine Abrasiv-Aufschlämmung
zu einer Kontaktfläche
zwischen dem Wafer und dem Polier-Kissen fließen läßt. Das CMP-Verfahren ebnet
die unregelmäßige Wafer-Oberfläche mittels
chemischer und physikalischer Reaktionen ein. Die Leistungsfähigkeit
des CMP-Verfahrens wird bestimmt durch Faktoren wie beispielsweise
den Betriebsbedingungen einer CMP-Vorrichtung, des Typs der Aufschlämmung und
des Typs des Polier-Kissens.
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Unter
solchen Faktoren ist der Typ der Aufschlämmung, die in dem CMP-Verfahren
verwendet wird, der kritischste Faktor, der die Polierleistung beeinflußt. Jedoch
liegt bei herkömmlichen
CMP-Aufschlämmungen,
die bei der Bildung einer Flach-Einschnitt-Isolierung (STI) oder
der Bildung einer dielektrischen Zwischenschicht (ILD) verwendet
werden, wobei ein selbstausrichtendes Kontaktloch gebildet wird,
das einen Source-/Drain-Bereich eines DRAM freilegt, die Selektivität der zu
polierenden Target-Schicht
(z. B. einer Oxidschicht) in bezug auf den Polier-Stopper (z. B.
eine Siliciumnitridschicht) bei einem Verhältnis von 4:1, was als schlechte
Selektivität
angesehen wird. Als Folge wird der Polier-Stopper übermäßig poliert.
Um das übermäßige Polieren
des Stoppers zu bekämpfen,
muß die
Dicke des Polier-Stoppers erhöht
werden. Darüber
hinaus weist bei herkömmlichen
Aufschlämmungen
der verbleibende Polier-Stopper nach dem CMP-Verfahren Abweichungen
in der Dicke auf, was zu einer unebenen Wafer-Oberfläche führt und
den Spielraum für
das nachfolgende Herstellungsverfahren der Vorrichtung reduziert.
Als Folge können
die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert werden.
Zum Stand der Technik wird auf
WO 99/64527 A1 ,
US 5759917 A ,
EP 1148538 A1 ,
JP 2000109811 A und
DE 10160174 A1 verwiesen.
Demgemäß besteht
ein Bedarf für
eine neue, hoch-selektive CMP-Aufschlämmung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist gerichtet auf CMP-Aufschlämmungen mit hoher Selektivität. Eine CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine schnelle Entfernung einer Target-Schicht und
eine wirksame Passivierung eines Polier-Stoppers mit hoher Selektivität sicher.
Eine CMP-Aufschlämmung
gemäß der Erfindung
kann eine Selektivität
der Target-Schicht zu dem Polier-Stopper in einem Bereich von 30:1
bis 50:1 bereitstellen.
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In
einem Aspekt der Erfindung umfaßt
die Aufschlämmung
Metalloxid-Abrasivteilchen, einen Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger,
ein anionisches polymeres Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht
in einem Bereich von etwa 1.000 bis etwa 100.000, ein anionisches
C1- bis C12-Passivierungsmittel und Wasser, wobei die Merkmale im
Einzelnen durch Anspruch 1 vorgegeben sind.
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Vorzugsweise
umfassen die Metalloxid-Abrasivteilchen Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid,
Titanoxid, Zirconiumoxid oder Germaniumoxid oder irgendeine Kombination
der vorangehenden Materialien. Erfindungsgemäß umfaßt der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger
eine Phosphat-Verbindung oder eine Phosphit-Verbindung. Erfindungsgemäß umfaßt das anionische
polymere Passivierungsmittel Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure), Poly(acrylsäure-acrylamid),
Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure)
oder Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure) oder ein Derivat oder
Salz der vorangehenden Materialien oder irgendeine Kombination der
vorangehenden Materialien.
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Eine
Aufschlämmung
gemäß der Erfindung
kann weiter einen pH-Regler umfassen. Die Aufschlämmung hat
vorzugsweise einen pH-Wert in einem Bereich von 3 bis 6.
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In
einem weiteren Aspekt wird eine CMP-Aufschlämmung gemäß der Erfindung in einem chemisch/mechanischen
Polier-Verfahren gemäß Nebenanspruch
17 oder Nebenanspruch 20 verwendet. Beispielsweise kann die Aufschlämmung für ein chemisch/mechanisches
Polieren eines Wafers verwendet werden, auf dem ein Polier-Stopper
und eine zu polierende Target-Schicht abgeschieden sind. Die zu
polierende Target-Schicht kann eine Oxidschicht sein, und der Polier-Stopper
kann eine Siliciumnitridschicht sein. Ein CMP-Verfahren umfaßt das Einlegen
des Wafers in eine CMP-Vorrichtung und die Durchführung des CMP-Verfahrens
auf der Target-Schicht auf der Oberfläche des Wafers, während eine
CMP-Aufschlämmung gemäß der Erfindung
zwischen der Oberfläche
der Target-Schicht auf dem Wafer und einem Polier-Kissen zugeführt wird.
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Diese
und andere Aspekte, Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlich aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,
die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen zu lesen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Fließdiagramm,
das ein Verfahren zur Herstellung einer chemisch/mechanischen Polier-Aufschlämmung (CMP)
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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2 ist
eine schematische Wiedergabe einer CMP-Vorrichtung, die verwendet
werden kann, um ein CMP-Verfahren unter Verwendung einer CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden
Erfindung durchzuführen.
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3 ist
ein Fließdiagramm,
das ein CMP-Verfahren gemäß einem
Aspekt der Erfindung veranschaulicht.
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4 ist
ein Diagramm, das eine Abweichung der Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit
(PE-TEOS) als Funktion der Menge von Ammoniumhydrogenphosphat veranschaulicht.
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5, 6 und 7 sind
Diagramme, die die Abweichungen der Siliciumnitrid-(SiN-) und der PE-TEOX-Entfernungsgeschwindigkeiten
und Selektivität
als Funktion von zugesetzter Menge der verwendeten verschiedenen
Additive für
verschiedene Aufschlämmungen
veranschaulicht.
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8 ist
ein Diagramm, das Abweichungen bei den SiN- und PE-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten
und der Selektivität
als Funktion des pH-Wertes der Aufschlämmung veranschaulicht.
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9 ist
ein Diagramm, das das Zeta-Potential von SiN und PE-TEOS als Funktion
des pH-Wertes der Aufschlämmung
veranschaulicht.
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10, 11 und 12 sind
Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Probe
veranschaulichen, die mit einer CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung
zu polieren ist.
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13 ist
eine Schnittansicht der Wafer-Probe nach dem CMP-Verfahren unter
Verwendung einer Aufschlämmung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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14 ist
ein Diagramm, das die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit als Funktion
der Selektivität
der CMP-Aufschlämmung
veranschaulicht.
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15 ist
ein beispielhaftes Diagramm eines Reaktionsschemas, welches ein
Verfahren zum Lösen eines
anionischen polymeren Passivierungsmittels veranschaulicht, um anionische
Polymere herzustellen.
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Detaillierte Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
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Chemisch/mechanische
Polier-(CMP-)Aufschlämmungen
gemäß verschiedenen
Ausführungsformen der
Erfindung und CMP-Verfahren, die solche Aufschlämmungen verwenden, werden nun
näher beschrieben unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen. Es versteht sich, daß die Erfindung in vielen verschiedenen
Formen ausgebildet sein kann, und daß die in der Beschreibung beschriebenen
Ausführungsformen
nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der Erfindung gedeutet werden
sollen. Tatsächlich
werden beispielhafte Ausführungsformen
bereitgestellt, so daß die
Offenbarung genau und vollständig
wird, und daß die
Idee der Erfindung denjenigen voll deutlich gemacht wird, die Fachmann
auf diesem Gebiet der Technik sind. Es versteht sich weiterhin,
daß in
den Zeichnungen die Dicke der Schichten und Bereiche vereinfacht
oder aus Gründen
der Klarheit übertrieben
dargestellt sind und daß gleiche
Bezugszeichen verwendet werden, um auf dieselben oder ähnliche
Elemente in den verschiedenen Ansichten hinzuweisen.
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Im
allgemeinen umfaßt
eine CMP-Aufschlämmung
mit hoher Selektivität
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Mischung aus Abrasivteilchen und ersten, zweiten
und dritten Zusatzstoffen, um Anpassungen der Aufschlämmungseigenschaften
bereitzustellen. Erfindungsgemäß umfaßt die CMP-Aufschlämmung ein Metalloxid
als Abrasivteilchen. Geeignete Metalloxide umfassen Ceroxid, Siliciumoxid,
Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Germaniumoxid oder ähnliche
Materialien oder Mischungen der vorgenannten Materialien. Vorzugsweise
werden die Metalloxid-Abrasivteilchen mit entionisiertem Wasser
in einer Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent
(nachfolgend Gew.-%) gemischt, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Aufschlämmung.
Wenn die Menge der Metalloxid-Abrasivteilchen geringer ist als 0,5
Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. Wenn die Menge
der Metalloxid-Abrasivteilchen größer ist als 25 Gew.-%, wird die
Stabilität
in der Aufschlämmungsdispersion
nicht sichergestellt. Aus diesen Gründen ist der obengenannte Konzentrationsbereich
bevorzugt für
die Abrasivteilchen.
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Ein
Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger wird als erster Zusatzstoff
verwendet. Ein Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger umfasst
ein Material, das in der Lage ist, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit
der eine zu polierende Target-Schicht entfernt wird. Erfindungsgemäße Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger
schließen
Phosphat-Verbindungen oder Phosphit-Verbindungen ein. Bevorzugte
Phosphat-Verbindungen schließen
beispielsweise ein Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat,
Kaliumdihydrogenphosphat, Bis(2-ethylhexyl-)phosphat, 2-Aminoethyldihydrogenphosphat,
4-Chlorbenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Nitrobenzoldiazoniumhexafluorphosphat,
Ammoniumhexafluorphosphat, Bis-(2,4-dichlorphenyl-)chlorphosphat,
Bis-(2-ethylhexyl-)hydrogenphosphat, Calciumfluorphosphate, Diethylchlorphosphat,
Diethylchlorthiophosphat, Kaliumhexafluorphosphat, Pyrophosphat,
Tetrabutylammoniumhexafluorphosphat, Tetraethylammoniumhexafluorphosphat
oder irgendeine Kombination der vorgenannten Materialien. Eine bevorzugte
Phosphit-Verbindung schließt
beispielsweise Bis(2-ethylhexyl-)phosphit
ein.
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In
einer Ausführungsform
wird der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger vorzugsweise
in einer Konzentration im Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-%
zugesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn
die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers geringer
ist als 0,001 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig.
Wenn die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers größer ist
als 10 Gew.-%, wird die Stabilität
der Aufschlämmungsdispersion
schlecht, und die Poliergeschwindigkeit ist nicht steuerbar. Aus
diesen Gründen
ist der obengenannte Konzentrationsbereich bevorzugt für den Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger.
In einer weiteren Ausführungsform
wird der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger vorzugsweise
in einer Menge in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugesetzt.
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Als
zweiter Zusatzstoff wird ein Passivierungsmittel für den Polier-Stopper verwendet,
das ebenso in der Lage ist, die Dispersionsstabilität der Abrasivteil chen
zu verbessern und die Fluidität
der Aufschlämmung einzustellen.
Wenn der Polier-Stopper
eine Siliciumnitrid-Schicht ist, und die Target-Schicht eine Oxidschicht ist,
ist es erfindungsgemäß, ein anionisches
polymeres Passivierungsmittels als zweiten Zusatzstoff zu verwenden.
Das anionische polymere Passivierungsmittel hat ein Molekulargewicht
von 1.000 bis 100.000, angegeben als Aufschlämmungs-Fluidität. Erfindungsgemäße anionische
polymere Passivierungsmittel schließen ein Monopolymere (Poly(acrylsäure) und
Poly(methacrylsäure)),
Copolymere (Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure) und
Poly(acrylsäure-acrylamid)), Terpolymere
(Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure)), Derivate
oder Salze der vorangehenden Materialien oder irgendeine Kombination
der vorangehenden Materialien.
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In
einer Ausführungsform
wird das anionische polymere Passivierungsmittel vorzugsweise in
einer Menge in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn die Menge des anionischen
polymeren Passivierungsmittels geringer ist als 0,001 Gew.-%, ist
die Passivierung nicht wirksam. Wenn die Menge des anionischen polymeren
Passivierungsmittels größer ist
als 10 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. In einer
weiteren Ausführungsform
wird das anionische polymere Passivierungsmittel in einer Menge
in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugesetzt, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
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Ein
weiteres Passivierungsmittel wird als dritter Zusatzstoff zur Verbesserung
des Passivierungseffekts auf dem Polier-Stopper verwendet. Wenn
der Polier-Stopper
eine Siliciumnitrid-Schicht ist, wird erfindungsgemäß ein anionisches
C1- bis C12-Passivierungsmittel
verwendet. Geeignete anionische C1- bis C12-Passivierungsmittel
schließen
beispielsweise ein Phthalat-Verbindungen, wie beispielsweise Calciumhydrogenphthalat.
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In
einer Ausführungsform
wird ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel vorzugsweise
in einer Menge in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn die Menge des anionischen
C1- bis C12-Passivierungsmittels geringer ist als 0,001 Gew.-%,
wird eine hohe Polierselektivität
nicht sichergestellt. Wenn die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels
größer ist
als 10 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. Aus diesen Gründen ist
der oben angegebene Konzentrationsbereich bevorzugt für das Passivierungsmittel.
In einer weiteren Ausführungsform
wird das Passivierungsmittel (dritter Zusatzstoff) vorzugsweise
in einer Menge in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugesetzt,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
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Eine
CMP-Aufschlämmung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
weiterhin einen pH-Regler, um einen optimalen pH-Wert der Aufschlämmung bereitzustellen.
Der pH-Wert der Aufschlämmung
variiert in Abhängigkeit
von den Bestandteilen der Target-Schicht und des Polier-Stoppers.
Wenn die zu polierende Target-Schicht eine Oxidschicht ist, und
der Polier-Stopper eine Siliciumnitrid-Schicht ist, ist es bevorzugt,
den pH-Wert der Aufschlämmung
im Bereich von 3 bis 6 einzustellen.
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Ein
geeigneter pH-Regler schließt
eine Base ein, wie beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid
(NH4OH), Natriumhydroxid (NaOH), Tetramethylammoniumhydroxid
(TMAH) oder Cholin. Alternativ dazu schließt ein geeigneter pH-Regler
ein Säure
ein, wie beispielsweise Schwefelsäure (H2SO4), Chlorwasserstoffsäure (HCl), Phosphorsäure (H3PO4), Salpetersäure (HNO3) oder Essigsäure (CH3COOH).
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Vorteilhafterweise
wird in einer wäßrigen CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgrund der Wechselwirkungen der ersten, zweiten und
dritten Zusatzstoffe die Geschwindigkeit zur Entfernung der Target-Schicht
erhöht,
und der Polier-Stopper wird wirksamer passiviert, was zu einer hohen
Selektivität
beim Polieren führt.
Beispielsweise kann unter Verwendung eines Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers
als erster Zusatzstoff eine Entfernungsgeschwindigkeit der zu polierenden Target-Schicht
(beispielsweise einer Oxidschicht) in einem Bereich von etwa 2.000
bis etwa 6.000 Å/min
eingestellt werden.
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Weiter
fungiert bei Verwendung des anionischen polymeren Passivierungsmittels
(erfindungsgemäß mit einem
Molekulargewicht in einem Bereich von 1.000 bis 100.000) als zweitem
Zusatzstoff, das anionische Polymer, das in der wäßrigen CMP-Aufschlämmung gelöst ist,
als Passivierungsmittel und beschränkt ebenso die Mobilität der Abrasivteilchen
in der Bulkphase, und beeinflußt
so die Fluidität
der Aufschlämmung.
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Das
anionische polymere Passivierungsmittel, das in einer wäßrigen Aufschlämmung gelöst ist,
erzeugt eine große
Menge anionischer Polymere, wie dies in dem Reaktionsschema veranschaulicht
ist, das in 15 dargestellt ist. Anionische
Polymere werden stark an der positiv geladenen Oberfläche durch
elektrostatische Anziehungskräfte
adsorbiert. Im Gegensatz dazu, werden anionische Polymere durch
eine negativ geladene Oberfläche
aufgrund elektrostatischer Abstoßungskräfte abgestoßen. Dementsprechend werden
die anionischen Polymere in der CMP-Aufschlämmung auf einer positiv geladenen
Oberfläche
zur Passivierung adsorbiert. Als Folge kann ein negativ geladener
Bereich des Wafers selektiv poliert werden, während der positiv geladene
Bereich davor geschützt
wird, poliert zu werden. Wie oben angegeben, fungiert das anonische Polymer,
das in der wäßrigen CMP-Aufschlämmung gelöst ist,
als Passivierungsmittel und beschränkt ebenso die Mobilität der Abrasivteilchen
in der Bulkphase, und beeinflußt
so die Fluidität
der Aufschlämmung.
Wenn ein Wafer verschiedene Abstufungen auf seiner Oberfläche aufweist,
kann der Bereich des Wafers mit großen Abstufungen schnell entfernt
werden, während
ein Bereich mit kleinen Abstufungen langsam durch das anionische
polymere Passivierungsmittel entfernt werden kann.
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Ein
anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel wird erfindungsgemäß als dritter
Zusatzstoff verwendet, um den Passivierungseffekt des oben beschriebenen
anionischen polymeren Passivierungsmittels zu verbessern. Es wird
ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel in der wäßrigen Aufschlämmung gelöst und ne gativ
geladen, beispielsweise als C8H4O –2 / 4,
wenn Kaliumhydrogenphthalat verwendet wird.
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Um
die Selektivität
beim Polieren unter Verwendung der Wirkungsweise der Passivierungsmittel
zu erhöhen,
sollte die zu polierende Oxid-Target-Schicht in der wäßrigen Aufschlämmung negativ
geladen sein, und der Nitrid-Polier-Stopper sollte in der wäßrigen Aufschlämmung positiv
geladen sein. Die Filmoberfläche
in der wäßrigen Aufschlämmung ist
positiv geladen, wenn der pH-Wert der Aufschlämmung niedriger ist als der
isoelektrische Punkt und ist negativ geladen, wenn der pH-Wert der
Aufschlämmung
größer ist
als der isoelektrische Punkt. Dementsprechend ist es durch Steuerung
des pH-Wertes der Aufschlämmung
möglich,
zwei verschiedene Filme mit gegensätzlichen Polaritäten zu laden.
Deshalb wird in einer Ausführungsform
der Erfindung der pH-Wert der Aufschlämmung vorzugsweise auf einen
optimalen Bereich unter Verwendung eines pH-Reglers eingestellt.
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Um
den Herstellungsspielraum zu erhöhen
und das Auftreten eines Dishing-Phänomens zu verringern, ist es
bevorzugt, die CMP-Aufschlämmung
gemäß der vorliegenden
Erfindung so einzustellen, daß die Selektivität von der
Target-Schicht zu dem Polier-Stopper im Bereich von 30:1 bis 50:1
liegt.
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Nachfolgend
wird ein Verfahren zur Herstellung einer CMP-Aufschlämmung mit
hoher Selektivität
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Zunächst werden
Abrasivteilchen in einen Mischer mit hoher Scherung, der entionisiertes
Wasser (Schritt F10) enthält, gegeben.
Das entionisierte Wasser und die Abrasivteilchen werden vorläufig gemischt
(Schritt F12). In dem vorläufigen
Mischschritt (Schritt S12) wird die Menge der Abrasivteilchen so
eingestellt, daß sie
in einem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% liegt, bezogen auf
das Gesamtgewicht der fertigen Aufschlämmung, und der pH-Wert der
Aufschlämmung
wird so eingestellt, daß er
entweder in einem schwach sauren Bereich oder in einem schwach alkalischen
Bereich liegt.
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Die
Aufschlämmungsmischung
wird in eine geeignete Dispersionsvorrichtung (z. B. eine Media-Mühle- oder
eine Ultrahochdruck-Dispersionsvorrichtung) unter Verwendung einer
Pumpe überführt und
anschließend
unter hohem Druck gründlich
dispergiert (Schritt S14). Jede Dispersionsvorrichtung kann verwendet
werden. Jedoch ist unter Berücksichtigung
einer Vielzahl von Faktoren wie beispielsweise der Reproduzierbarkeit der
Dispersionsbildung, der Verringerung der Kontamination während des
Dispergierens, der mittleren Teilchengröße und der Dispergierbarkeit
nach dem Dispergieren die Verwendung einer Ultrahochdruck-Dispergiervorrichtung
bevorzugt. In diesem Fall ist es unter Berücksichtigung der Haltbarkeit
bevorzugt, daß eine
ultraharte Dispersionskammer, die das Kernstück einer Ultrahochdruck-Dispersionsvorrichtung
ist, aus Diamant hergestellt ist. Während des Dispersionsverfahrens
unter hohem Druck wird ein passender Druck im Bereich von etwa 10.000
psi bis etwa 20.000 psi angewendet. Wenn der Druck niedriger ist
als dieser Bereich, wird die Effizienz des Dispergierens zu niedrig.
Wenn der Druck höher
ist als dieser Bereich, beeinflußt er nachteilig die Effizienz
des Systems und die Kammerhaltbarkeit.
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Nach
der Überprüfung der
mittleren Teilchengröße der Aufschlämmung über die
Ultrahochdruck-Dispersion kann entionisiertes Wasser weiter zugesetzt
werden, um die Konzentration der Abrasivteilchen in der Aufschlämmung passend
zu regulieren.
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Als
nächstes
werden der erste, zweite und dritte Zusatzstoff zugesetzt, um die
erwünschten
Eigenschaften der Aufschlämmung
zu erhalten (Schritt S16). Insbesondere wird ein Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger,
der die Entfernung der zu polierenden Target-Schicht erleichtert,
in einer Menge in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt.
Ein anionisches polymeres Passivierungsmittel und ein anionisches
C1- bis C12-Passivierungsmittel werden zugesetzt, jeweils in einer
Menge im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%.
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Wenn
ein optimaler pH-Wert der Aufschlämmung mit dem Zusatz des ersten,
zweiten und dritten Zusatzmittels nicht erreicht wird, kann gegebenenfalls
ein pH-Regler zugesetzt werden, um einen optimalen pH-Wert zu erreichen.
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Die
Mengen der Zusatzstoffe und/oder die Menge des pH-Reglers, die bei
der Herstellung einer CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung
zugesetzt werden, werden vorzugsweise bestimmt durch die Wechselwirkung
zwischen ihnen in der wäßrigen CMP-Aufschlämmung und
werden optimiert, um die beste Polierwirkung zu erhalten.
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Nachdem
die Zusatzstoffe gemischt sind und der pH-Wert der Aufschlämmung eingestellt
ist, läßt man die
Aufschlämmung
durch ein Filter laufen, um schnell relativ große Teilchen zu entfernen (Schritt
S18). Dieses Filtrationsverfahren verringert das Auftreten von Kratzern
auf der Oberfläche
der Target-Schicht während
des Polierens. Nach dem Aufschlämmungs-Filtrationsverfahren
wird die Aufschlämmung
analysiert, um allgemeine physikalische Eigenschaften und die Leistung
zu bestimmen.
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Nachfolgend
werden CMP-Verfahren gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beispielsweise unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird in einer CMP-Vorrichtung
eine Polierplatte 20 mit einem darauf befindlichen Polierkissen 21 in
Verbindung mit und um eine erste Rotationswelle 22 in Rotation
versetzt, die mittels eines Motors (nicht gezeigt) in Rotation versetzt
wird. Ein Polierkopf 30 ist über dem Polierkissen 21 angeordnet
und hängt
an einer zweiten Rotationswelle 32, die mittels eines Motors
(nicht gezeigt) in Rotation versetzt wird. Der Polierkopf 30 rotiert
in Gegenrichtung zu der Rotation der Polierplatte 20. Ein
Wafer 36 (der dem CMP-Verfahren unterzogen werden soll)
wird abnehmbar an dem Polierkopf 30 mittels einer Klammer 34 befestigt,
die an der Oberfläche
des Polierkopfs 30 befestigt ist. Eine Aufschlämmung 42 gemäß der Erfindung wird über eine
Aufschlämmungs-Zufuhrleitung 40 auf
eine Seite der Polierplatte 20 zugeführt.
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In
einem CMP-Verfahren gemäß der Erfindung
werden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 der
Wafer 36, der dem CMP-Verfahren unterworfen werden soll,
und die CMP-Aufschlämmung 42 hergestellt (Schritt
S50). Als nächstes
wird der Wafer 36 an dem Polierkopf 30 befestigt,
und die CMP-Aufschlämmung 42 wird
auf den Wafer 36 zugeführt
(Schritt S52). Der Wafer 36 kann eine Oxidschicht als zu
polierende Target-Schicht und eine Siliciumnitrid-Schicht als Polier-Stopper
einschließen.
Eine CMP-Aufschlämmung mit
hoher Selektivität
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auf den Wafer aufgebracht werden, auf dem eine Flach-Einschnitt-Isolierung
(STI) und die Bildung eines dielektrischen Zwischenschichtfilms
(ILD) durchgeführt werden.
In gegenwärtigen
STI- und ILD-Filmbildungs-Verfahren wird eine Oxidschicht, wie beispielsweise
eine Plasmaoxid-Schicht hoher Dichte, die durch chemische Abscheidung
aus der Dampfphase mittels Hochdichte-Plasma (HDPCVD) hergestellt
wird, oder eine plasmaverstärkte
Tetraethylorthosilicat-Schicht (PE-TEOS), die durch chemische Abscheidung
aus der Dampfphase unter Plasmaverstärkung (PECVD) hergestellt wird, eine
zu polierende Target-Schicht, und eine Siliciumnitrid-Schicht, die
durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase bei niedrigem Druck
(LPCVD) bei einem Druck von Hunderten mTorr oder weniger oder durch PECVD
bei einer hohen Temperatur von etwa 500 bis etwa 600°C hergestellt
wird, fungiert als Polier-Stopper.
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Nachdem
eine Aufschlämmung
mit hoher Selektivität
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf den Wafer aufgebracht wurde (Schritt S52), wird die
die Vertiefungen füllende
Oxidschicht oder die ILD-Schicht poliert (Schritt S54).
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Die
Erfindung wird nun noch mehr im Detail unter Bezugnahme auf die
nachfolgenden Versuchsbeispiele beschrieben. Technische Informationen,
die Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik vertraut sind und von
diesen leicht abgeleitet werden können, werden in den folgenden
Versuchsbeispielen nicht vollständig
beschrieben. Die folgenden Versuchsbeispiele dienen nur veranschaulichenden
Zwecken und es ist mit ihnen nicht beabsichtigt, den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
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Versuchsbeispiel (nicht erfindungsgemäß)
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Basierend
auf dem Verfahren, das im Hinblick auf 1 beschrieben
wurde, wurden in diesem Versuch verschiedene Aufschlämmungen
hergestellt durch Zugabe von Ammoniumhydrogenphosphat (AHP) als Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger
(als erster Zusatzstoff) in verschiedenen Mengen zu einer wäßrigen Lösung, die
1 Gew.-% Ceroxid (Metalloxid-Abrasivteilchen) enthielt.
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Wafer
mit einer PE-TEOS-Deckschicht, die jeweils eine 8.000 Å dicke
Oxid-Schicht (PE-TEOS)
aufwiesen, wurden als Proben-Wafer hergestellt. Das CMP-Verfahren
wurde danach an den Proben-Wafern durchgeführt, während die Auschlämmungen,
die verschiedene Mengen an AHP (wie in Tabelle 1 gezeigt) enthielten,
darauf zugeführt
wurden, und die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeiten wurden gemessen.
Das CMP-Verfahren wurde durchgeführt
unter Verwendung einer MIRRA_MESA-Vorrichtung (RODEL Co., Ltd.) unter
den folgenden Bedingungen: ein IC1000-Stapelkissen bei einer Membrankraft
von 3,5 psi, einer verbleibenden Ringkraft von 4,5 psi, einer Innenschlauchkraft
von 3,5 psi, einer Tischgeschwindigkeit von 110 upm, einer Kopfgeschwindigkeit
von 104 upm, einer Aufschlämmungs-Fließgeschwindigkeit
von 3.000 ml/min. Die Ergebnisse des CMP-Verfahrens sind in Tabelle
1 gezeigt.
4 ist eine graphische Veranschaulichung
der Ergebnisse. Tabelle 1
AHP,
Gew.-% | Oxid(PE-TEOS)-Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min | pH-Wert |
0 | 1655 | 5 |
0,05 | 4602 | 5 |
0,1 | 4499 | 5 |
0,5 | 2875 | 5 |
-
Wie
aus Tabelle 1 und 4 ersichtlich ist, steigt die
Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn AHP zugesetzt wurde, verglichen
mit dem Fall, in dem kein AHP zugesetzt wurde. Jedoch sinkt die
Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn die zugesetzte Menge an AHP
weiter erhöht
wurde. Es wird angenommen, daß dieses Ergebnis
auf die überschüssigen Phosphat-Gruppen
zurückzuführen ist,
die in der Aufschlämmung
gelöst
sind und an die Abrasivteilchen adsorbiert sind, und so das CMP-Verfahren
behindern, wie dies aus der Tatsache geschlossen werden kann, daß die Abrasivteilchen
ausgefällt
wurden, wenn AHP im Überschuß zugesetzt wurde.
Unter Berücksichtigung
einer passenden Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit und einer Verhinderung
der Abrasivteilchen-Fällung
wurde bestimmt, daß die
bevorzugte Menge an zugesetztem AHP 10 Gew.-% oder weniger und bevorzugt
etwa 1 Gew.-% ist.
-
Versuchsbeispiel 2 (nicht erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe
von 0,25 Gew.-% AHP und verschiedenen Mengen an Poly(methacrylsäure) (PMA)
als anionisches polymeres Passivierungsmittel zu einer wäßrigen 1
Gew-%igen Ceroxid-Lösung.
-
PE-TEOS-
und Siliciumnitrid (Si3N4)-Deckschicht-Wafer,
auf die eine Oxid(PE-TEOS)-Schicht
und eine Siliciumnitrid-Schicht in einer Dicke von 8.000 Å bzw. 2.000 Å abgeschieden
worden waren, wurden als Proben-Wafer hergestellt.
-
Das
CMP-Verfahren wurde an den Proben-Wafern durchgeführt, während die
Aufschlämmungen,
die mit den Zusammensetzungen aus Tabelle 2 hergestellt worden waren,
zugeführt
wurden unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben
Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 1. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten
und die Selektivität
wurden während
des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 2 gezeigt.
5 ist eine graphische Veranschaulichung
der Ergebnisse. Tabelle 2
AHP, Gew.-% | PMA, Gew.-% | pH-Wert | Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min | Selektivität |
Oxid (PE-TEOS) | Siliciumnitrid (Si3N4) |
0,25 | 0,05 | 5 | 3993 | 1078 | 3,7:1 |
0,25 | 0,1 | 5 | 3706 | 975 | 3,8:1 |
0,25 | 0,5 | 5 | 2448 | 679 | 3,6:1 |
0,25 | 1 | 5 | 1617 | 478 | 3,4:1 |
-
Wie
aus Tabelle 2 und 5 ersichtlich ist, erniedrigt
sich die Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeit,
wenn die Menge an PMA, das als anionisches polymeres Passivierungsmittel
verwendet wurde, erhöht wurde.
Der Effekt des anionischen polymeren Passivierungsmittels ist offensichtlich.
Wie gezeigt, verringert jedoch eine Erhöhung der Menge des anionischen
polymeren Passivierungsmittels linear die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit.
In allen Proben-Wafern, in denen nur PMA als Passivierungsmittel
verwendet wurde, war die Selektivität relativ niedrig.
-
Versuchsbeispiel 3 (nicht erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe
von 0,2 Gew.-% AHP und verschiedenen Mengen an Kaliumhydrogenphthalat
(PHP) als anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel zu einer wäßrigen 1
Gew.-%igen Ceroxid-Lösung.
-
Dieselben
Proben-Wafer wie in Versuchsbeispiel 2 wurden hergestellt, und das
CMP-Verfahren wurde in derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben
Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 2 durchgeführt. Die
Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten und die Selektivität wurden
während
des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 3 gezeigt.
6 ist eine graphische Veranschaulichung
der Ergebnisse. Tabelle 3
AHP, Gew.-% | PHP, Gew.-% | pH-Wert | Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min | Selektivität |
Oxid (PE-TEOS) | Siliciumnitrid (Si3N4) |
0 | 0 | 5 | 1242 | 542 | 2,3:1 |
0,2 | 0 | 5 | 2668 | 1206 | 2,2:1 |
0,2 | 0,01 | 5 | 2615 | 1155 | 2,3:1 |
0,2 | 0,1 | 5 | 2668 | 899 | 3,0:1 |
0,2 | 0,25 | 5 | 2744 | 772 | 3,6:1 |
-
Wie
aus Tabelle 3 und 6 ersichtlich ist, sinkt die
Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn die Menge an PHP,
das als anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel verwendet wird,
steigt. Der Passivierungseffekt des anionischen Passivierungsmittels
ist offensichtlich. Eine Erhöhung
der Menge des anionischen Passivierungsmittels erhöht auch
leicht die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, verglichen mit dem Fall,
in dem kein anionisches Passivierungsmittel zugesetzt wurde. Ähnlich zu
Versuchsbeispiel 2, in dem nur eine Art des Passivierungsmittels,
PMA, verwendet wurde, ist die Selektivität in allen Testproben, in denen
nur PHP als Passivierungsmittel zugesetzt wurde, relativ niedrig.
-
Versuchsbeispiel 4 (nicht erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurden – basierend
auf den Ergebnissen von den Versuchsbeispielen 1, 2 und 3 – verschiedene
Aufschlämmungen
hergestellt unter Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, PMA und PHP zu einer
wäßrigen 1
Gew.-%igen Ceroxid-Lösung.
Die Menge an PMA wurde auf 0,05 Gew.-% eingestellt, und die Menge an
PHP wurde variiert, um verschiedene Aufschlämmungen herzustellen.
-
Dieselben
Proben-Wafer wie in Versuchsbeispiel 2 wurden hergestellt, und das
CMP-Verfahren wurde durchgeführt
unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen
wie in Versuchsbeispiel 2. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten
und die Selektivität
wurden während
des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 4 gezeigt.
7 ist eine graphische Veranschaulichung
der Ergebnisse. Tabelle 4
AHP, Gew.-% | PMA, Gew.-% | PHP, Gew.-% | pH-Wert | Entfernungsgeschwindigkeit Å/min | Selektivität |
Oxid (PE-TEOS) | Siliciumnitrid
(Si3N4) |
0,05 | 0,05 | 0,01 | 5 | 4641 | 82 | 57:1 |
0,05 | 0,05 | 0,05 | 5 | 4890 | 75 | 65:1 |
0,05 | 0,05 | 0,1 | 5 | 4960 | 62 | 80:1 |
0,05 | 0,05 | 0,5 | 5 | 3902 | 41 | 95:1 |
-
Wie
aus Tabelle 4 und 7 ersichtlich ist, wurde dann,
wenn zwei Arten anionische Passivierungsmittel, PMA und PHP, zusammen
verwendet wurden, eine hohe Selektivität von Oxid zu Siliciumnitrid
erreicht.
-
Versuchsbeispiel 5 (erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen mit unterschiedlichen
pH-Werten hergestellt durch Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, 0,05 Gew.-%
PMA und 0,05 Gew.-% PHP zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung. Anschließend wurde
der pH-Wert eingestellt mit einer 1M H2SO4-Lösung und einer Kaliumhydroxid-Standardlösung. Dieselben
Proben-Wafer wie in Versuchsbeispiel 2 wurden hergestellt, und das
CMP-Verfahren wurde durchgeführt
unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen
wie in Versuchsbeispiel 2. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten
und die Selektivität
wurden während
des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 5 gezeigt.
8 ist eine graphische Veranschaulichung
der Ergebnisse. Tabelle 5
pH-Wert | Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min | Selektivität |
Oxid
(PE-TEOS) | Siliciumnitrid
(Si3N4) |
4 | 3544 | 40 | 89:1 |
4,5 | 3904 | 44 | 89:1 |
5 | 4214 | 61 | 69:1 |
5,5 | 4458 | 82 | 54:1 |
6 | 5190 | 129 | 40:1 |
7 | 4750 | 1197 | 4:1 |
-
Wie
aus Tabelle 5 und 8 ersichtlich ist, steigt die
Entfernunggeschwindigkeit des Oxids (PE-TEOS) und des Siliciumnitrids,
wenn der pH-Wert der Aufschlämmung
steigt, und die Entfernungsgeschwindigkeit des Siliciumnitrids steigt
signifikant, wenn der pH-Wert etwa 6 erreicht oder überschreitet.
-
Darüber hinaus
sinkt die Selektivität
abrupt bei einem pH-Wert von etwa 6 oder mehr. Offensichtlich ist
eine CMP-Aufschlämmung
mit einem pH-Wert von 6 oder weniger wirksam, die Selektivität von dem
Oxid zu dem Siliciumnitrid zu erhöhen. Die Verringerung dieser
Selektivität
bei einem höheren
pH-Wert ist auf weniger Passivierungsmittel zurückzuführen, das an die Siliciumnitrid-Schicht
adsorbiert ist. Dies ist grundsätzlich deswegen
der Fall, weil der Dissoziationsgrad der Passivierungsmittels und
die Oberflächenladungen
der Siliciumnitrid-Schicht mit dem pH-Wert variieren.
-
Im
Hinblick auf den Dissoziationsgrad hat die funktionelle Gruppe -COOH
von PHP und PMA eine Dissoziationskonstante von etwa 4,2, so daß sie vollständig dissoziiert
ist bei einem pH-Wert von 5 oder weniger. Wenn jedoch der pH-Wert
einen neutralen oder alkalischen pH-Wert erreicht, sinkt der Dissoziationsgrad. Dementsprechend
werden weniger negative Ladungen, die an der Passivierung beteiligt
sind, von den Passivierungsmitteln erzeugt und reduzieren die Selektivität.
-
Eine
Verringerung der Selektivität
kann im Hinblick auf Oberflächenladungen
von Siliciumnitrid wie nachfolgend erklärt werden. Die inhärente Oberflächenladung
einer Schicht kann ausgedrückt
werden als Zeta(ζ)-Potential
in mV. Der pH-Wert einer Lösung,
bei dem sich der Wert des Zeta-Potentials in einer Schicht ändert, wird
isoelektrischer Punkt genannt. Wie in 9 gezeigt
ist, ist der isoelektrische Punkt einer HDPCVD- oder PECVD-Oxid-Schicht
etwa pH 3, und der einer LPCVD- oder Hochtemperatur-PECVD-Siliciumnitrid-Schicht
ist etwa pH 6. Wenn der pH-Wert einer Aufschlämmung niedriger ist als der
isoelektrische Punkt einer Schicht, ist die Oberfläche der
Schicht in der Aufschlämmung
positiv geladen. Wenn der pH-Wert einer Aufschlämmung größer ist als der isoelektrische
Punkt einer Schicht, ist die Oberfläche der Schicht in der Aufschlämmung negativ
geladen. Dementsprechend ist dann, wenn der pH-Wert einer Aufschlämmung im
Bereich von etwa 3 bis etwa 6 liegt, die Oberfläche der Siliciumnitrid-Schicht
positiv geladen, und die Oberfläche der
Oxid-Schicht ist negativ geladen. Da das anionische polymere Passivierungsmittel
und das anionische C1- bis
C12-Passivierungsmittel dissoziiert und negativ geladen sind, werden
deshalb die Passivierungsmittel an der Oberfläche der Silicumnitrid-Schicht
adsorbiert und passivieren diese wirksam.
-
Versuchsbeispiel 6 (erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe
von 0,05 Gew.-% AHP, 0,05 Gew.-% PHP und eines anionischen polymeren
Passivierungsmittels zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen
Ceroxid-Lösung.
Anionische polymere Passivierungsmittel mit unterschiedlichen Molekulargewichten
wurden verwendet, um verschiedene Aufschlämmungen herzustellen.
-
Dieselben
Proben-Wafer, wie in Versuchsbeispiel 2, wurden hergestellt, und
das CMP-Verfahren wurde durchgeführt
unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen
wie in Versuchsbeispiel 2. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten
und die Selektivität
wurden während
des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6
Zusatzstoffe | Entfernungsgeschwindigkeit Å/min | Selektivität |
Oxid
(PE-TEOS) | Siliciumnitrid (Si3N4) |
AHP
+ PHP + PAA (Mw; 1.200) | 5567 | 140 | 40:1 |
AHP
+ PHP + PAA (Mw; 5.000) | 6414 | 139 | 46:1 |
AHP
+ PHP + PAA (Mw; 8.000) | 5179 | 123 | 42:1 |
AHP
+ PHP + PAA-co-MA (Mw; 3.000) | 4241 | 94 | 45:1 |
AHP
+ PHP + PAA-co-MA (Mw; 50.000) | 3982 | 117 | 34:1 |
-
In
Tabelle 6 ist ”PAA” die Abkürzung für Poly(acrylsäure), ist ”PAA-co-MA” die Abkürzung für Poly(acrylsäure-maleinsäure) und ”Mw” gibt das
Molekulargewicht an. Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, verringert sich
die Selektivität
von Oxid zu Siliciumnitrid, wenn das Molekulargewicht des anionischen
polymeren Passivierungsmittels steigt. Ein bevorzugter Selektivitätsbereich,
angegeben als Verarbeitungsspielraum, liegt im Bereich von 30:1
bis 50:1. Dementsprechend ist es erfindungsgemäß, ein anionisches polymeres
Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht von 1.000 bis 100.000
zu verwenden (laut Patentanspruch 1).
-
Versuchsbeispiel 7 (erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurden Proben-Wafer, die jeweils insgesamt 39 Chips
umfaßten,
durch ein STI-Verfahren für
DRAMS mit einem Bereich von 0,12 μm
hergestellt. Unter Bezugnahme auf 10 wurden eine
Polster-Oxid-Schicht 102 und eine Siliciumnitrid-Schicht 104 aufeinanderfolgend
auf einem Wafer 100 abgeschieden. Die Siliciumnitrid-Schicht 104 wurde
abgeschieden in einer Dicke von 550 Å durch LPCVD bei einem Druck
von Hunderten von mTorr oder weniger oder durch PECVD bei einer
hohen Temperatur im Bereich von etwa 500 bis etwa 600°C, unter
Verwendung von Dichlorsilan und Ammoniak (NH3) als Reaktionsgasen. Nach
der Bildung eines Photoresist-Musters 106, um einen Bereich
mit Vertiefungen zu definieren, wurde die Siliciumnitrid-Schicht 104 geätzt unter
Verwendung des Photoresist-Musters 106 als Ätzmaske,
um ein Siliciumnitrid-Schicht-Muster 104 zu bilden, das
als Hartmaske und Polier-Stopper fungierte. Wie in 11 gezeigt, wurde
als nächstes
das Photoresist-Muster 106 entfernt, und die Polster-Oxid-Schicht 102 und
der Wafer 100 wurden teilweise geätzt unter Verwendung des Siliciumnitrid-Schicht-Musters 104 als Ätzmaske,
wodurch eine Mehrzahl an flachen Vertiefungen 107 gebildet
wurde. Wie in 12 gezeigt, wurde als nächstes eine Oxid-Schicht 108 in
einer Dicke von 5.500 Å abgeschieden,
um die Vertiefungen 107 zu füllen und die Oberfläche des
Siliciumnitrid-Schicht-Musters 104 zu
bedecken. In diesem Fall wurde die Oxid-Schicht 108 aus
einer PE-TEOS-Schicht
unter Verwendung von PECVD gebildet.
-
Eine
Aufschlämmung
mit hoher Selektivität
gemäß der vorliegenden
Erfindung wurde hergestellt durch Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, 0,05
Gew.-% PMA und 0,05 Gew.-% PHP zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung; danach
wurde der pH-Wert
auf 5 eingestellt.
-
Das
CMP-Verfahren wurde an den Proben-Wafern unter Verwendung der Aufschlämmung durchgeführt, und
ein Siliciumnitrid-Schicht-Muster 104 auf dem Proben-Wafer wurde verwendet
als Polier-Stopper. Das CMP-Verfahren wurde durchgeführt unter
Verwendung einer 6ED-Vorrichtung (Strasbaugh Co., Ltd.), unter Verwendung
eines IC1000-Ober-Pads und eines Suba4-Unter-Pads. Die erhaltene
Endstruktur ist in 13 dargestellt.
-
Im
Hinblick auf die resultierende Struktur wurde die Restdicke des
Siliciumnitrid-Schicht-Musters
104 als
Polier-Stopper gemessen. Der Durchschnitt der Restdicke und ihre
Abweichungen wurden berechnet, und die Dish-Tiefe in einem Bereich
von 100 μm × 100 μm wurde gemessen.
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7
Proben-Wafer Nr. | CMP-Bedingungen
(aufgebrachter Druck-Platten-Geschwindigkeit) | Dicken-Abweichung
des verbleibenden Nitrid-Schicht-Musters, Å | Durchschnittliche Dicke
des verbleibenden Nitrid-Schicht-Musters, Å | Dish-Tiefe, Å |
1 | 3
psi–93
upm | 53 | 512 | 233 |
2 | 3,3
psi–93
upm | 55 | 502 | 278 |
3 | 3,5
psi–103
upm | 59 | 510 | 261 |
4 | 3,5
psi–110
upm | 54 | 505 | 250 |
-
Wie
aus Tabelle 7 ersichlich ist, wurde der Nitrid-Polier-Stopper entfernt
auf 30 bis 50 Å,
wenn eine Aufschlämmung
gemäß der Erfindung
aufgebracht wurde. Auch die Dicken-Abweichung der verbleibenden
Nitrid-Schicht war mit 50 bis 60 Å niedrig. Offensichtlich stellt
eine Aufschlämmung
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine hohe Selektivität
von Oxid zu Nitrid bereit. Wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist, kann
eine Aufschlämmung
gemäß der Erfindung
das Dish-Phänomen,
abhängig
von den CMP-Bedingungen,
verringern.
-
Versuchsbeispiel 8 (erfindungsgemäß)
-
In
diesem Versuch wurde die Oxid(PE-TEOS)-Entfernungsgeschwindigkeit
unter Verwendung von Aufschlämmungen
mit unterschiedlichen Selektivitäten
von Oxid zu Nitrid gemessen. Die Proben-Wafer-Herstellung und das
CMP-Verfahren wurden wie in Versuchsbeispiel 7 durchgeführt, und
die Oxid(PE-TEOS)-Entfernungsgeschwindigkeit wurde gemessen. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 8 und
14 gezeigt. Tabelle 8
Selektivität | Oxid-Entfernungsgeschwin-Digkeit, Å/min |
12:1 | 3030 |
19:1 | 3237 |
20:1 | 3327 |
26:1 | 2784 |
33:1 | 1200 |
36:1 | 1233 |
40:1 | 1080 |
45:1 | 1347 |
50:1 | 1396 |
79:1 | 1880 |
104:1 | 1822 |
108:1 | 1911 |
-
Wie
aus Tabelle 8 und 14 ersichtlich ist, lag die
Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit im Bereich von etwa 1.000 bis etwa
1.500 Å/min,
wenn die Aufschlämmung
eine Selektivität
im Bereich von etwa 30:1 bis etwa 50:1 aufwies. Unter Berücksichtigung
sowohl der Nitrid-Entfernungsgeschwindigkeit (die Ergebnisse sind
in 7 wiedergegeben) als auch der Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit,
um das Dish-Phänomen
zu verringern, liegt eine bevorzugte Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit
in einem Bereich von etwa 1.000 bis etwa 1.500 Å/min. Dementsprechend ist
es bevorzugt, eine Aufschlämmung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwenden, die eine Selektivität im Bereich von 30:1 bis 50:1
aufweist, um das Dish-Phänomen
zu verringern.
-
Wie
oben beschrieben, ist dann, wenn eine Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, die Dicken-Abweichung des Polier-Stoppers sehr gering,
und die Wafer-Oberfläche
ist sehr eben ohne ein Dish-Phänomen.
Dementsprechend ist der Spielraum für nachfolgende Verfahren erhöht. Darüber hinaus
können
die anfänglichen
Dicken des Polier-Stoppers und einer zu polierenden Schicht verringert
werden, verglichen mit herkömmlich
verwendeten CMP-Aufschlämmungen.