DE4124411C2 - Verfahren zum Zurückpolieren einer Wolframschicht auf einem Halbleiter-Wafer - Google Patents
Verfahren zum Zurückpolieren einer Wolframschicht auf einem Halbleiter-WaferInfo
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein das Zurückpolieren einer
Wolframschicht auf einem Halbleiter-Wafer.
Integrierte Schaltkreise werden chemisch und physikalisch in ein
Substrat, wie z. B. einen Silicium-Wafer, integriert, indem man das
Substrat musterförmig mit Bereichen und Schichten versieht. Diese
Bereiche und Schichten können leitfähig sein für die Leiter- und
Widerstands-Herstellung. Sie können auch von unterschiedlicher
Leitfähigkeit sein, was wesentlich ist
für Transistor- und Dioden-Herstellung.
Aufgebrachte Leiter sind ein integrierter Teil jedes
integrierten Schaltkreises und erfüllen den Zweck der
Oberflächenverdrahtung zur Leitung von Strom. Insbe
sondere werden die aufgebrachten Leiter dazu benutzt,
die verschiedenen Bestandteile, die in der Oberfläche des
Wafers ausgebildet sind, zusammenzuschalten. Inner
halb des Wafers ausgebildete elektronische An
ordnungen besitzen aktive Bereiche, die mit leit
fähigen Verbindern wie Metall in Kontakt gebracht
werden müssen. Typischerweise wird eine Schicht
isolierenden Materials auf den Wafer aufgebracht
und selektiv abgedeckt, um ein Kontaktöffnungs-Muster
zu schaffen. Die Schicht wird anschließend geätzt zur
Schaffung von Kontaktöffnungen von der oberen Ober
fläche der isolierenden Schicht nach unten in den
Wafer, um elektrischen Kontakt mit ausgewählten
aktiven Bereichen zu schaffen.
Bestimmte Metalle und Legierungen erzeugen nicht die
am meisten gewünschte Bedeckung innerhalb der Kontakt
öffnungen, wenn sie auf die Oberfläche eines Wafers
aufgebracht werden. Das wird unter Bezugnahme auf
Fig. 1 veranschaulicht. Fig. 1 ist die graphische
Darstellung eines Schnitts durch ein Wafer-Substrat
10 mit einem Paar darin ausgebildeter Kontaktöffnungen
12, 14. Wie dargestellt, schafft die Schicht 16 eine
schlechte, unvollständige Bedeckung innerhalb der
Öffnungen 12 und 14. Ein Beispiel eines Metalls, das
typischerweise derart schlechte Bedeckung erzeugt,
ist Aluminium oder Legierungen von Aluminium mit
Silicium und/oder Kupfer.
Ein Metall, das eine gute Bedeckung innerhalb der Kontaktwege schafft,
ist Wolfram. Fig. 2 zeigt eine auf den Wafer 10 aufgebrachte
Wolframschicht 18. Wie dargestellt, tritt vollständige Bedeckung
innerhalb der Kontaktöffnungen 12 und 14 auf. Wolfram ist jedoch nicht
so leitfähig wie Aluminium. Entsprechend werden Wolframkontakte
typischerweise zurückgeätzt oder zurückpoliert, um eine obere
Oberflächenschicht zu erzeugen, die mit dem oberen Bereich des
Substrats bündig ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Anschließend würde auf
den Wafer 10 eine Aluminiumschicht (nicht gezeigt) aufgebracht und
selektiv geätzt werden, um die gewünschten Verbindungswege zu
erzeugen.
Fig. 4 veranschaulicht ein Problem mit bestimmten Zurückätzungen von
Wolfram, nämlich eine Ätzung, die selektiv bezüglich des umgebenden
Wafers, ist, aber innerhalb der Kontakte überätzt. Das kann schlechte
Bedeckung innerhalb der Kontakte mit der Aluminium- oder
Aluminiumlegierung-Schicht, die anschließend aufgetragen würde,
erzeugen.
Aus der EP 0 305 691 A1 ist es bekannt, Wolframschichten mit Hilfe
von Schmirgelschlämmen zurückzupolieren, die Aluminiumoxidteilchen
und eine oxidierende Substanz wie H2O2 sowie ferner eine den pH-Wert
steuernde Substanz wie Salpetersäure oder Kaliumhydroxid enthalten.
Die Verwendung derartiger Schmirgelschlämme ermöglicht kein gut
dosiertes Ätzen.
Die US 3 798 060 offenbart ein Verfahren zum chemischen Ätzen von
Wolframschichten unter Verwendung einer wäßrigen Lösung, die
Wasserstoffperoxid und Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid
enthält. Dieses rein chemische Ätzverfahren erlaubt ebenfalls keine so
genaue Steuerung der abzutragenden Wolframmenge, wie es das Ätzen
eines Kontaktöffnungs-Musters erfordert.
Die US 4 295 923 offenbart ein Polierverfahren für
Halbleitermaterialien, bei dem der Halbleiter poliert wird mittels eines
Tuches, das mit Ammoniumhydroxid und Wasserstoffperoxid getränkt
ist.
Daher besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren zum Zurückpolieren
von Wolframschichten auf Halbleiter-Wafern. Ein derartiges Verfahren
ist in Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren offenbart zum Zurückpolieren einer
Wolframschicht auf einem Halbleiter-Wafer mittels eines verbesserten
Polier-Verfahrens.
Bei dem Verfahren wird
der zu polierende Wafer bei einer vorbestimmten
Temperatur einer Polierlösung ausgesetzt. Die Polier
lösung enthält einen oxidierenden Bestandteil, der
Wolfram auf dem Wafer zu Wolframoxid oxidiert. Der Wafer
wird mittels einer Polierplatte mechanisch poliert, um das Wolframoxid vom Wafer zu
entfernen und in die Polierlösung zu bringen. Die Polier
lösung enthält auch einen auflösenden Bestandteil,
nämlich KOH oder NH4OH oder Mischungen davon. Das von
dem Wafer entfernte Wolframoxid wird von dem auflösenden
Bestandteil in der Lösung im wesentlichen aufgelöst.
Der am meisten bevorzugte oxidierende Bestandteil enthält
H2O2. KOH, NH4OH und H2O2 sind nicht reaktiv
bezüglich SiO2 oder Si3N4 auf dem Wafer. Das ist
üblicherweise die Zusammensetzung des Materials, das
unter der zu ätzenden Wolframschicht liegt. Das H2O2
oxidiert das Wolfram leicht zu Wolframoxid in Form von
WO3. WO3 reagiert mit ROH unter Bildung von K2WO4
(Kaliumwolframat), das in Wasser leicht löslich ist.
WO3 reagiert mit NH4OH unter Bildung von
(NH4)2WO4 (Ammoniumwolframat), das auch leicht in
Wasser löslich ist.
H2O2 ist ein ausgezeichnetes Oxidationsmittel. Die
Oxidationsgeschwindigkeit von Wolfram in H2O2 wird
durch die Reaktions-Temperatur bestimmt. Je höher die
Temperatur, desto höher die Oxidationsgeschwindigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Reaktions
temperatur sowohl durch die mechanische Polierge
schwindigkeit als auch durch die Temperatur der Platte
im Poliergerät bestimmt. Der bevorzugte Temperatur
bereich für ein derartiges Polieren besträgt etwa
37°C bis 93°C, wobei 66°C bis 82°C
besonders bevorzugt sind.
Das bevorzugte Verfahren zum Durchführen des erfindungs
gemäßen Polierens beinhaltet zuerst das Bereitstellen des
auflösenden Bestandteils in Form einer wäßrigen Lösung im
Planarisierungs-Gerät. Während des Polierens wird ein
Strom einer H2O2 enthaltenden Lösung mit einer be
stimmten Geschwindigkeit in das Planarisierungs-Gerät
eingespeist. Aus dem Planarisierungs-Gerät wird die ver
mischte Polierlösung während des Polierens mit im
wesentlichen der bestimmten Rate bzw. Geschwindigkeit
abgezogen. Die bevorzugte Einspeisungs- und Abzugs-Ge
schwindigkeit beträgt etwa 75 bis 300 ml/min. Die bevor
zugte Einspeisungs-Lösung ist eine wäßrige
H2O2-Lösung von 30 Vol.-%. Die bevorzugte
Konzentration des auflösenden Bestandteils oder der auf
lösenden Verbindung ist 45 Vol.-% in wäßriger Lösung.
Ein Wafer mit einer Wolframschicht von 1 µm Dicke wurde
unter Verwendung eines Planarisierungsgeräts vom Typ
Westech Model No. 372 (Phoenix, Arizona) geätzt. Ein
Liter einer 45-prozentigen wäßrigen Lösung von KOH wurde
in den Planarisierer einge
bracht. Während des Polierens wurden 75 ml/min H2O2
in den Planarisierer eingespeist, und etwa 75 ml/min an
Polierlösung wurden während des Verfahrens aus dem
Planarisierer entfernt. Die Platten-Temperatur wurde bei
66°C gehalten. Die Drehgeschwindigkeit der Platte
war 100 Umdrehungen pro Minute (Upm), und die Wafer-Ge
schwindigkeit war 30 Upm in entgegengesetzter Richtung.
Derartiges chemisch/mechanisches Polieren wurde 2 Minuten
lang durchgeführt, um die Wolframschicht zu entfernen und
einen flachen, gleichförmigen Aufbau wie er in Fig. 3
gezeigt ist, zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polieren von Wolfram, wie es
oben beschrieben ist, ermöglicht ein schnelleres
und besser steuerbares Entfernen einer Wolframschicht
von einem Halbleiter-Wafer.
Claims (6)
1. Verfahren zum Zurückpolieren einer Wolframschicht auf einem
Halbleiter-Wafer durch ein chemisch und mechanisch arbeitendes
Polierverfahren, bei dem
- - der zu polierende Wafer bei einer vorbestimmten Temperatur einer Polierlösung ausgesetzt wird, die einen oxidierenden Bestandteil enthält, der das Wolfram auf dem Wafer zu Wolframoxid oxidiert,
- - das Wolframoxid mittels einer Polierplatte mechanisch von dem Wafer ab und in die Polierlösung hineinpoliert wird, und
- - eine Polierlösung verwendet wird, die ferner KOH und/oder NH4OH als auflösenden Bestandteil enthält, wobei das in die Polierlösung hineinpolierte Wolframoxid von dem auflösenden Bestandteil in der Lösung im wesentlichen aufgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- - die den auflösenden Bestandteil enthaltende Lösung eine wäßrige Lösung ist, die in ein Planarisierungsgerät gegeben wird,
- - mit einer bestimmten Rate ein Strom der den oxidierenden Bestandteil enthaltenden Lösung in das Planarisierungsgerät eingespeist wird, und
- - während des Polierens Polierlösung mit im wesentlichen der bestimmten Rate aus dem Planarisierungsgerät abgezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der oxidierende Bestandteil H2O2 enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die vorbestimmte Temperatur etwa 37°C bis 93°C beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die vorbestimmte Temperatur etwa 66°C bis 82°C beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
wobei die vorbestimmte Rate etwa 75 bis 300 ml/min beträgt.
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