DE10261407A1 - CMP-Slurry für ein Metall und Verfahren zur Herstellung eines Metallleiter-Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Slurry - Google Patents

CMP-Slurry für ein Metall und Verfahren zur Herstellung eines Metallleiter-Kontaktstopfens einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Slurry

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Abstract

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.

Description

    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.

Claims (21)

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.
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