DE60126758T2 - Verfahren für metal-cmp mit verminderter muldenbildung - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft ein chemisch-mechanisches Metallpolier-(CMP-)Verfahren für das Minimieren (Reduzieren) des Wölbens während der Herstellung von Halbleiterwafern. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren für das effektive Bekämpfen des Wölbens und der Erosion während des Metall-CMP bei jedem einer Mehrzahl derartiger Wafer, wodurch Metalllinien als Einzellinien in Gräben einer Isolierschicht im Wesentlichen ohne eine derartige Wölbung und/oder Erosion bereitgestellt werden. „Halbleiterwafer", wie hier verwendet, bedeutet irgendein Mikroelektronikgerät, Substrat oder Chip oder dergleichen, z.B. aus Silizium, die zum Bereitstellen einer integrierten Schaltung oder einer anderen damit verbundenen Schaltungsstruktur verwendet werden und insbesondere in der Lage sind, Metalllinien in einer Isolierschicht derselben zu bilden.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Beim Herstellen von mikroelektronischen Halbleitergeräten und dergleichen auf einem Halbleiterwafer (Substrat oder Chip), z.B. aus Silicium unter Bildung einer integrierten Schaltung (IS) usw. werden verschiedene Metallschichten und Isolierschichten in selektiver Reihenfolge auf dem Wafer bereitgestellt. Zum Maximieren der Integrierung der Komponenten des Geräts in dem verfügbaren Waferbereich, um für zahlreichere Komponenten in dem gleichen Bereich Raum zu schaffen, wird eine verstärkte IS-Miniaturisierung angewendet. Es werden reduzierte Teilungsdimensionen für das dichtere Zusammenpacken von Komponenten durch die Technik eines sehr hohen Integrationsgrads (VLSI), z.B. bei Submikrondimensionen, d.h. weniger als 1 Mikron oder 1.000 Nanometern (nm) oder 10.000 Ångström (Å) verwendet.
  • Es ist ein Metall-CMP-Verfahren bekannt für das Bereitstellen eines damaszierenden (Einlege-) Musters, d.h. einer Anordnung von in geringem Abstand voneinander gehaltenen Einzelmetalllinien, z.B. aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Wolfram (W), die nicht miteinander verbunden und in einer gleichen Anordnung von in geringem Abstand voneinander gehaltenen Gräben in einer Isolier-(Oxid-)Schicht, z.B. aus Siliciumdioxid (SiO2) gehalten werden, bei der IS-Herstellung eines Halbleiterwafers, z.B. aus Silicium (Si).
  • Beispielsweise ist bei dem Wafer, z.B. einer runden Scheibe eines Durchmessers von etwa 8 Zoll (200 mm) eine Aluminiumschicht auf der Oxidschicht aufgebracht, um Metalllinien in den Gräben der Oxidschicht bereitzustellen. Der Wafer wird typischerweise durch ein rotierendes Polierkissen, z.B. eines Durchmessers von etwa 20 Zoll, wie beispielsweise aus faserigem Polyurethankunststoffbahnmaterial, z.B. mit etwa 20–100 UpM, wie beispielsweise etwa 50 UpM, z.B. unter einer nach unten gerichteten Polierdruckkraft von etwa 2–8 psi, wie beispielsweise etwa 5 psi, z.B. für eine Polierzeit von etwa 35–350 Sekunden, wie beispielsweise etwa 160 Sekunden, bis zu einem Grad für das Bilden der Metalllinien als Einzellinien in den Gräben poliert.
  • Das Metall-CMP wird durchgeführt, während auf das Polierkissen eine wässrige Aufschlämmung von kolloidalen Schleifpolierteilchen, z.B. aus Aluminiumoxid (Al2O3) und einem damit verbundenen Oxidationsmittel in Wasser, z.B. bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 100–300 scm3 (Standardkubikzentimeter pro Minute) wie beispielsweise etwa 200 scm3 aufgegeben wird.
  • Während des fortschreitenden Polierens wird das Schichtmaterial, das poliert wird, örtlich zunehmend, z.B. durch chemisches Ätzen und mechanische Abrasion, entfernt unter Bildung von Trümmern, die einen gleichzeitig vorhandenen CMP-Rückstand darstellen, der eine Mischung von festen feinen Teilchen und flüssigen Reaktionsprodukten umfasst. Die feinen Teilchen der Poliertrümmer oder des Rückstands sind auf das damit verbundene Metallschichtmaterial, Isolierschichtmaterial und/oder Schleifpolierteilchenmaterial zurückzuführen und bestehen im Allgemeinen aus zerbrochenen kolloidalen Teilchen, die ihrer Natur nach abrasiv sind. Die flüssigen Reaktionsprodukte sind auf die Oxidationsmittel zurückführbar und umfassen chemische Substanzen, die ihrer Natur nach Ätzmittel sind und zum Schichtmaterialätzen neigen.
  • Nach Abschluss des Metall-CMP macht der Wafer typischerweise einen Wasserpolierschritt durch, um den gleichzeitig vorhandenen CMP-Rückstand zu entfernen. Dann wird die CMP-Arbeit für den nächsten Wafer wiederholt. Jedoch häuft sich etwas des gleichzeitig vorhandenen CMP-Rückstands steigend auf dem Polierkissen, z.B. aus faserigem Polyurethankunststoffbahnmaterial während der CMP-Arbeit bei jedem Wafer an, wodurch in zunehmendem Maße das Polierkissen steigend mit einem derartigen CMP-Rückstand beladen wird, trotz des Wasserpolierschritts, der auf jeden Wafer angewendet wird, nachdem er dem Metall-CMP unterworfen worden ist.
  • Typischerweise wird jeder einer Mehrzahl von Wafern, z.B. 25 Wafern, die eine erste Charge umfassen, jeweils der Metall-CMP-Arbeit (einschließlich des Wasserpolierschritts) unterworfen, gefolgt von einer weiteren Mehrzahl von Wafern, z.B. 25 weiteren Wafern, die eine zweite Charge umfassen, und dann noch eine weitere Mehrzahl von Wafern, z.B. 25 zusätzliche Wafer, die eine dritte Charge umfassen. Nachdem 3 derartige Chargen von Wafern, z.B. 75 Wafer, nacheinander bearbeitet worden sind, wird das mit dem gleichzeitig vorkommenden CMP-Rückstand beladene Polierkissen normalerweise durch ein frisches (sauberes) Polierkissen ersetzt und der nächste Zyklus von 3 Chargen wird der Metall-CMP-Arbeit unterworfen.
  • Die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass höchstens etwa 3 Chargen von Wafern, z.B. etwa 75 Wafer, ausreichend mit demselben Polierkissen poliert werden können, wegen der in zunehmendem Maße steigenden Beladung durch den gleichzeitig vorhandenen Metall-CMP-Rückstand darauf. In der Tat wird für Wafer der gleichen Charge zugegeben, dass diejenigen, die zuletzt poliert werden, ein stärkeres Wölben und eine stärkere Erosion erleiden als die früher behandelten, angesichts der zunehmenden Erhöhung der Beladung mit derartigem Metall-CMP-Rückstand auf dem Polierkissen und seiner Schleif- und Ätzwirkungen auf die Wafer.
  • Insbesondere leiden die so polierten Wafer gewöhnlich unter damit verbundenem Wölben im damaszierenden Musterbereich, der die Metalllinien in den Gräben enthält, sowie an Erosion danebenliegender Teile der Oxidschicht. Das Wölben ist die Bildung einer konkaven Vertiefung, z.B. in der Anordnung von Metalllinien in den Gräben, die während des Metall-CMP stattfindet. Die Erosion ist die damit verbundene nicht gleichförmige (ungleichmäßige) Entfernung von z.B. Oxid, Schichtmaterial, und zwar örtlich oder global, die auch während der Metall-CMP-Arbeit stattfindet.
  • Das Wölben wirkt sich negativ auf die Bahnresistenz-(BR-)Leistung jeder Metalllinie aus. In dieser Beziehung ist die BR bei einer vorgegebenen Breite der Metalllinie der Quotient der Widerstandsfähigkeit des Metallmaterials geteilt durch die Metallliniendicke (Höhe) und er ist ein Maß der Strommenge, die die Linie führen kann. Eine derartige Metalllinienhöhe nimmt mit steigender Wölbungstiefe ab. Je geringer der Querschnittsbereich der Metalllinie ist, desto geringer ist der Strom, den die Linie führen kann. So führt das Wölben während des Metall-CMP zu einer unerwünscht hohen Widerstandsfähigkeit der schließlich hergestellten Metallstruktur.
  • Die Erosion wirkt sich negativ auf die Leistungscharakteristiken darauffolgender (hoher) Metallisierungsniveaus aus. Durch Erosion wird eine Nichtplanarität auf der Waferoberfläche eingeführt, was zu schwierig entfernbaren Metallpfützen bei Metallisierungsarbeiten auf hohem Niveau führt und zu elektrischem Kurzschluss zwischen nebeneinanderliegenden Metalllinien, z.B. in einer damaszierenden Anordnung von höherem Niveau führen kann.
  • Die US 6,001,730 offenbart ein chemisch-mechanisches Polierverfahren für das Minimieren des Wölbens von Metalllinien, die in Gräben in einer Isolierschicht eines jeden von einer Mehrzahl von Halbleiterwafern während der Herstellung derselben gebildet wird, wobei jeder Wafer einem ersten und einem zweiten Polierschritt unterworfen wird, der mit zwei verschiedenen Polierkissen durchgeführt wird, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 aufgeführt.
  • Es ist wünschenswert, ein Metall-CMP-Verfahren für das Bilden von in engem Abstand voneinander gehaltenen Metalllinien als Einzelmetalllinien in Gräben in einer Isolierschicht jedes von einer Mehrzahl von Halbleiterwafern zur Hand zu haben, das die dabei entstehende Wölbung und Erosion minimiert (reduziert), ohne zusätzliche Verbrauchsmaterialien außer denjenigen, die normalerweise verwendet werden, zu erfordern und ohne den Waferdurchsatz oder die Produktausbeute signifikant zu reduzieren. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Wölben und die Erosion in dem Fall zu minimieren, in dem mehr als ein Polierapparat verwendet wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die obigen Nachteile werden erfindungsgemäß durch Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Metallpolier-(CMP-)Verfahrens zum Bilden von im geringem Abstand voneinander gehaltenen Metalllinien als Einzelmetalllinien in Gräben in einer Isolierschicht jedes von einer Mehrzahl von Halbleiterwafern umgangen, wodurch die dabei entstehende Wölbung und Erosion während der Herstellung derselben minimiert (reduziert) werden, ohne zusätzliche Verbrauchsmaterialien zu erfordern, außer denen, die normalerweise verwendet werden, und ohne den Waferdurchsatz oder die Produktausbeute signifikant zu reduzieren.
  • Erfindungsgemäß besitzt ein CMP-Verfahren für das Minimieren des Wölbens von Metalllinien, die in Gräben in einer Isolierschicht eines jeden einer Mehrzahl von Halbleiterwafern gebildet werden, die charakteristischen Merkmale von Anspruch 1.
  • Wünschenswerterweise umfasst jeder Wafer Silicium, die Isolierschicht umfasst Siliciumdioxid und die Metallschicht umfasst Aluminium, Kupfer oder Wolfram. Typischerweise besitzt die Isolierschicht eine Dicke von mindestens etwa 300 nm und die Metallschicht besitzt eine Dicke von etwa 200–2000 nm. Bevorzugt wird der erste Schritt mit einer nach unten gerichteten Kraft von etwa 2–8 psi für etwa 30–300 Sekunden durchgeführt und der zweite Schritt wird mit einer nach unten gerichteten Kraft von etwa 2–8 psi für etwa 5–50 Sekunden durchgeführt.
  • Wahlweise, jedoch wünschenswerterweise, ist eine Absperrschicht, die eine haftungsfördernde Diffusionssperre bildet, wie beispielsweise eine Absperrschicht aus Titan/Titannitrid (Ti/TiN), zwischen der Isolierschicht und der Metallschicht eingebracht. Typischerweise besitzt die Sperrschicht eine Dicke von etwa 5–200 nm.
  • Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß umfasst das CMP-Verfahren für jeden Wafer:
    einen ersten Schritt, nämlich den Massenpolierschritt, des chemisch-mechanischen Polierens einer Metallschicht, die auf der Isolierschicht des jeweiligen Halbleiterwafers angebracht ist und die einen unteren Teil, der in den Gräben der Isolierschicht gelegen ist, zum Bilden von Einzelmetalllinien und einen oberen Teil aufweist, der über dem unteren Teil liegt, wobei eine Absperrschicht, die eine haftungsfördernde Diffusionssperre bildet, zwischen der Isolierschicht und der Metallschicht eingebracht ist und sich in die Gräben hinein erstreckt;
    wobei das Polieren des ersten Schritts mit einem ersten Polierkissen auf ausreichende Weise erfolgt, um den Großteil des oberen Teils der Metallschicht zu entfernen, während gleichzeitig chemisch-mechanische Polierrückstände gebildet werden, und einen minimierten Rückstand des unteren Teils der Metallschicht zurückzulassen, und den Teil der Absperrschicht außerhalb der Gräben im Wesentlichen ohne Wölben des unteren Teils der Metallschicht in den Gräben bloßzulegen; und
    einen zweiten Schritt, nämlich den Überpolierschritt, des fortdauernden Polierens mit einem zweiten Polierkissen auf ausreichende Weise zum Entfernen des Rests des oberen Teils der Metallschicht unter gleichzeitigem minimierten Wölben des unteren Teils der Metallschicht bis zu einem Grad, um die Metalllinien als Einzelmetalllinien, die entsprechend in den Gräben angeordnet sind, bereitzustellen.
  • In diesem Fall wird jeder der Wafer dem Polieren des ersten Schritts mit dem ersten Polierkissen und daraufhin dem Polieren des zweiten Schritts mit dem zweiten Polierkissen unterworfen und zusätzlich wird jedes einer weiteren Mehrzahl der Wafer dem ersten und zweiten Schritt unter Anwendung des zweiten Polierkissens für den ersten Polierschritt und eines dritten Polierkissens für den zweiten Polierschritt unterworfen. Jeder Wafer wird einem dritten Polierschritt des chemisch-mechanischen Polierens der Absperrschicht unterworfen, um den außerhalb der Gräben gelegenen Teil derselben zu entfernen. Signifikanterweise weisen das zweite Polierkissen und das dritte Polierkissen jeweils höchstens einen wesentlich mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem chemisch-mechanischem Polierrückstand auf.
  • Typischerweise wird jeder noch einer weiteren Mehrzahl der Wafer dem ersten und zweiten Schritt unter Anwendung des dritten Polierkissens für den ersten Polierschritt und eines vierten Polierkissens für den zweiten Schritt unterworfen, wobei das vierte Polierkissen ebenfalls höchstens einen wesentlich mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem chemisch-mechanischem Polierrückstand aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich auch mit den entsprechenden Waferprodukten, die durch das oben angegebene Verarbeiten hergestellt werden.
  • Die Erfindung lässt sich durch die folgende genaue Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen besser verstehen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A bis 1C sind eine Reihe von seitlichen Schnittansichten, die herkömmliche Stufen beim Bilden eines Halbleiterwafers zeigen, der eine Isolierschicht aufweist, die Gräben enthält, auf denen sich eine Metallschicht für das Bilden von Metalllinien in den Gräben befindet, mit ausgeprägter damit verbundener Wölbung und Erosion; und
  • 2A bis 2C sind eine Reihe von seitlichen Schnittansichten, die den 1B bis 1C analog sind und Stufen dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß beim Bilden eines derartigen Halbleiterwafers zeigen, ausgehend von dem in 1A gezeigten Wafer, mit minimierter (reduzierter) damit verbundener Wölbung und Erosion.
  • Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nicht im Maßstab sind, wobei einige Teile übertrieben dargestellt sind, um die Zeichnungen leichter verständlich zu machen.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf 1A bis 1C ist eine Reihe von Seitenschnittsansichten herkömmlicher Stufen beim Bilden eines Halbleiterwafers 10 gezeigt. Der Wafer 10 weist eine Grundfläche 11, eine Isolierschicht 12, Gräben 13, eine Absperrschicht 14, eine Metallschicht 15, einen unteren Teil der Metallschicht 16, Metalllinien 17 und einen oberen Teil der Metallschicht 18 (1A) sowie eine Metalllinienoberfläche 19, eine Absperrschichtoberfläche 20 eine Oxidschichtfläche 21, eine Wölbungsbildung 22, eine Erosionsbildung 23 und eine Bezugsebene R (1B bis 1C) auf.
  • Unter Bezugnahme auf 1A weist der Wafer 10 typischerweise eine runde Scheibengestalt mit einem Durchmesser von etwa 8 Zoll (200 mm) auf und ist aus Silicium gebildet. Er umfasst eine Grundfläche 11, z.B. aus Silicium, die mit einer Isolations-(Oxid-)Schicht 12 z.B. aus Siliciumdioxid als Zwischenschichtdielektrikum, z.B. mit einer Dicke von mindestens etwa 300 nm (0,3 Mikron), wie beispielsweise etwa 500 nm, bedeckt ist, die mit einem damaszierenden Musterbereich ausgestattet ist, der eine Anordnung von Gräben 13 enthält. Die Metallschicht 15, z.B. aus Aluminium, die z.B. eine Dicke von etwa 200–2000 nm (0,2–2 Mikron), wie beispielsweise etwa 300 nm, aufweist, ist auf der Oxidschicht 12 aufgebracht.
  • Die Absperrschicht 14, z.B. aus Titan/Titannitrid (Ti/TiN), die z.B. eine Dicke von etwa 5–2000 nm (0,005–2 Mikron), wie beispielsweise etwa 50 nm, aufweist, ist wahlweise, jedoch wünschenswerterweise, zwischen der Oxidschicht 12 und der Metallschicht 15 als herkömmliche zeitweilige haftungsfördernde Diffusionssperre eingebracht.
  • Eine Gräbenanordnung umfasst eine Gruppe in geringem Abstand voneinander gehaltener Gräben 13, die in der Oxidschicht 12 gebildet sind, und mit dem unteren Teil 16 der Metallschicht 15 gefüllt sind unter Bildung einer entsprechenden Metalllinienanordnung, die eine Gruppe von in engem Abstand voneinander gehaltenen Metalllinien 17 umfasst, die in Gräben 13 eingebettet sind und sich an diesem Punkt immer noch mit dem darüber liegenden oberen Teil 18 der Metallschicht 15 decken.
  • 1A stellt einen typischen Wafer dar, bevor er dem herkömmlichen Metall-CMP-Verfahren unterworfen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1B wird hier nun eine seitliche Schnittansicht eines Wafers 10 von 1A nach dem Abschließen der aus einem Schritt bestehenden Erststufe der herkömmlichen Metall-CMP-Arbeit zum Bilden von Einzelmetalllinien 17 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 gezeigt. In 1B sind die Posten 11 bis 14 und 16 bis 17 die gleichen wie in 1A. 1B umfasst auch die Metalllinienoberfläche 19, die Absperrschichtoberfläche 20, die Oxidschichtoberfläche 21, die Wölbungsbildung 22, die Erosionsbildung 23 und eine Bezugsebene R.
  • Es ist zu sehen, dass bei dem gewöhnlichen aus einem Schritt bestehenden Erststufenmetall-CMP der darüber liegende obere Teil 18 der Metallschicht 15 entfernt wird, um die Absperrschichtoberfläche 20 bloßzulegen und Einzelmetalllinien 17 zu bilden, die eine Metalllinienoberfläche 19 von entsprechenden Teilen des unteren Teils 16 der Metallschicht 15 in Gräben 13 aufweisen. Jedoch verursacht dies auch ein teilweises Bloßlegen der Oxidschichtoberfläche 21 und eine damit verbundene Erosion der Oxidschicht 12. Dadurch wird mit Bezug auf die Bezugsebene R eine markante damit verbundene Wölbungsbildung 22 in den Metalllinien 17 erzeugt und eine entsprechende Erosionsbildung 23 wird in der Oxidschicht 12 erzeugt.
  • Dieses aus einem Schritt bestehende Erststufenmetall-CMP wird mit einem rotierenden Polierkissen, z.B. eines Durchmessers von etwa 20 Zoll, wie beispielsweise aus faserigem Polyurethankunststoffbahnmaterial, z.B. mit etwa 20–100 UpM, wie beispielsweise etwa 50 UpM, z.B. unter einer nach unten gerichteten Polierdruckkraft von etwa 2–8 psi, wie beispielsweise etwa 5 psi, z.B. für eine Polierzeit von etwa 35–350 Sekunden, wie beispielsweise etwa 160 Sekunden, durchgeführt, während eine Schleifaufschlämmung, d.h. eine wässrige Aufschlämmung kolloidaler Schleifpolierteilchen, z.B. aus Aluminiumoxid (Al2O3) und einem damit verbundenen Oxidationsmittel in Wasser, z.B. bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 100–300 scm3, wie beispielsweise etwa 100 scm3 auf das Polierkissen aufgegeben wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1C wird nun eine seitliche Schnittansicht des Wafers 10 aus 1B nach dem Abschließen der zweiten Stufe der herkömmlichen CMP-Arbeit gezeigt, wobei der bloßgelegte Teil der Absperrschicht 14 entfernt ist. In 1C sind die Posten 11 bis 14, 16 bis 17, 19, 21 bis 23 und R die gleichen wie diejenigen in 1B. Es ist zu sehen, dass in der zweiten Stufe der CMP-Arbeit der verbleibende bloßgelegte Teil der Absperrschicht 14, d.h. der außerhalb (extern) der Gräben 13 gelegen ist, entfernt wird und die Oxidschichtoberfläche 21 vollständig bloßgelegt wird.
  • Wie aus 1C klar wird, sind zu diesem Punkt die Metalllinien 17 nicht nur nicht miteinander durch den (nun entfernten) darüber liegenden oberen Teil der Metallschicht 18 verbunden, jedoch auch nicht miteinander durch den (nun entfernten) danebenliegenden bloßgelegten Teil der Absperrschicht 14, die sich außerhalb der Gräben 13 befindet, verbunden, wodurch ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Metalllinien 17 verhindert wird.
  • Die CMP-Arbeit der zweiten Stufe wird mit einem anderen rotierenden Polierkissen unter herkömmlichen Bedingungen unter Anwendung einer anderen Schleifaufschlämmung, d.h. einer anderen wässrigen Aufschlämmung kolloidaler Schleifpolierteilchen, z.B. aus Siliciumdioxid (SiO2) und einem damit verbundenen Oxidationsmittel in Wasser durchgeführt.
  • Die wässrige Aufschlämmung kolloidaler Schleifpolierteilchen und des damit verbundenen Oxidationsmittels, die für die erste Stufe der CMP-Arbeit verwendet wird, ist so konzipiert, dass bevorzugt und schnell der obere Teil der Metallschicht 18 entfernt wird, ohne die bloßgelegten Teile der Absperrschicht 14 oder der Oxidschicht 12 wesentlich zu entfernen. Andererseits ist die wässrige Aufschlämmung kolloidaler Schleifteilchen und des damit verbundenen Oxidationsmittels, die für die zweite Stufe der CMP-Arbeit verwendet wird, so konzipiert, dass bevorzugt und schnell die bloßgelegten Teile der Absperrschicht 14 entfernt werden, ohne den unteren Teil der Metallschicht 16 oder die bloßgelegten Teile der Oxidschicht 12 wesentlich zu entfernen.
  • Jedoch machen aufgrund der fortschreitenden Ansammlung von gebildetem gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand, d.h. von Schleifteilchen und Ätzflüssigkeiten, wie oben angegeben, auf dem Polierkissen in der ersten Einschrittmetall-CMP-Stufe die entsprechenden Wafer typischerweise fortschreitend ein markantes damit verbundenes Wölben der damaszierenden Anordnung der Metalllinien 17 durch, die in den Gräben 13 gebildet werden, sowie eine markante damit verbundene Erosion des Teils der Oxidschicht 12, die neben den Gräben 13 liegt.
  • Der Grund dafür ist, dass es unbedingt notwendig ist, um ein richtiges Metall-CMP durchzuführen, dass die Polierwirkung fortdauert, nachdem die Absperrschicht 14 anfänglich bloßgelegt worden ist (1B), damit ein ausreichendes Überpolieren erfolgt, um sicherzustellen, dass das gesamte Rückstandsmaterial von dem oberen Teil 18 der Metallschicht 15 entfernt wird. Ein derartiges Rückstandsmetall ist auf die Nichtplanarität, die entweder lokal und/oder global ist, zurückzuführen, die in dem vorgegebenen Wafer 10 außerhalb (extern) der eingebetteten Struktur, d.h. der Anordnung von Gräben 13, die den unteren Teil der Metallschicht 16 enthalten, vorliegen kann.
  • Ein derartiges rückständiges Metall muss durch ausreichendes Überpolieren vollständig entfernt werden, um einen eventuellen elektrischen Kurzschluss zwischen nebeneinanderliegenden damaszierenden Metalllinien 17, die in Gräben 13 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 gebildet sind, durch immer noch sich berührende rückständige Teile des oberen Teils der Metallschicht 18 (und wiederum durch immer noch verbleibende Teile der Absperrschicht 14 außerhalb der Gräben 13) gebildet werden.
  • Die Wölbung und Erosion erfolgen hauptsächlich während des Überpolierens des Terminalsegments der ersten Einschrittphase der Metall-CMP-Arbeit. Der Grund dafür ist, dass der untere Teil der Metallschicht 16, die die eingebetteten Metallstrukturen, d.h. Metalllinien 17 in dem damaszierenden Muster von Gräben 13, bildet und die Absperrschicht 14 nicht mehr geschützt durch den oberen Teil 18 der Metallschicht bedeckt sind, sondern der Schleifwirkung der wässrigen Aufschlämmung und des gleichzeitig vorhandenen CMP-Polierrückstands während der Rotation des Polierkissens unter der aufgebrachten nach unten gerichteten Polierdruckkraft (vergleiche 1A und 1B) direkt ausgesetzt sind.
  • Wie oben bemerkt, wird es für Wafer der gleichen Charge allgemein akzeptiert, dass diejenigen, die später nacheinander poliert werden, einer stärkeren Wölbung und Erosion unterliegen als diejenigen, die früher nacheinander poliert werden. Jedoch ist der Zusammenhang zwischen der Polierreihenfolge und dem verschiedenen Ausmaß der Wölbung und Erosion nicht auf mechanisches Altern (das Ausmaß der Abnutzung) des Polierkissens zurückzuführen, das in dem Metall-CMP-Zyklus verwendet wird, da ein abgenutztes Kissen, das mit CMP-Rückstand gepackt (beladen) ist, inhärent weniger anschmiegsam ist als ein relativ frisches (sauberes) Kissen und so weniger Wölbung und Erosion des unteren Teils der Metallschicht 16 und der Oxidschicht 12 in dem damaszierenden Muster von Gräben 13 hervorrufen sollte.
  • Während dies zur Zeit noch nicht vollkommen verständlich ist, glaubt man, dass die verstärkte Wölbung und Erosion, die durch die erste Phase der Einschritt-Metall-CMP-Arbeit hervorgerufen wird, durch die oben erklärte Ansammlung von gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand durch die fortschreitende Beladung des Polierkissens hervorgerufen wird.
  • Im alternativen Fall, bei dem die Absperrschicht 14 nicht verwendet wird, wird die zweite Phase der CMP-Arbeit ebenfalls unterlassen. Stattdessen wird das Überpolierterminalsegment der ersten Einschrittphase der CMP-Arbeit entsprechend fortgesetzt, nachdem die Oxidschicht 12 anfänglich bloßgelegt worden ist, um sicherzustellen, dass das gesamte rückständige Metall vom oberen Teil 18 der Metallschicht 15 entfernt wird. Wie oben bemerkt, muss ein derartiges rückständiges Metall durch ausreichendes Überpolieren vollständig entfernt werden, um einen eventuellen elektrischen Kurzschluss zwischen nebeneinanderliegenden damaszierenden Metalllinien 17, die in Gräben 13 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 gebildet sind, durch immer noch sich berührende rückständige Teile des oberen Teils 18 der Metallschicht, zu vermeiden.
  • In diesem alternativen Fall finden die Wölbung und Erosion auf ähnliche weise hauptsächlich während des Überpolierterminalsegements der ersten Einschrittphase der Metall-CMP-Arbeit statt, weil der untere Teil der Metallschicht 16 und die Oxidschicht 12 in dem damaszierenden Muster der Gräben 13 nicht mehr durch den oberen Teil der Metallschicht 18 schützend bedeckt sind und die Oxidschicht 12 nicht durch eine Absperrschicht schützend bedeckt ist. Stattdessen werden an diesem Punkt sowohl der untere Teil der Metallschicht 16 als auch die Oxidschicht 12 der Schleifwirkung der wässrigen Aufschlämmung und des gleichzeitig vorhandenen CMP-Polierrückstands während des Rotierens des Polierkissens unter der aufgebrachten nach unten gerichteten Polierdruckkraft direkt ausgesetzt.
  • Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen bekannten Metall-CMP-Verfahren wird erfindungsgemäß ein aus zwei Schritten bestehendes Erstphasenmetall-CMP-System zum Reduzieren oder Minimieren einer derartigen Wölbung und Erosion im Wesentlichen durch Reduzieren der Trümmerbeladung (Ansammlung von gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand) auf dem Polierkissen bereitgestellt, bevor der untere Teil der Metallschicht 16 und die Oxidschicht 12 durch die Metall-CMP-Arbeit bloßgelegt werden. Dies wird durch Ändern eines mit gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand beladenen Polierkissens zu einem Polierkissen erreicht, das höchstens einen im Wesentlichen mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand aufweist, d.h. durch Übergehen auf ein relativ frisches (sauberes) Polierkissen.
  • Unter Bezugnahme auf 2A bis 2C wird nun eine Reihe von seitlichen Schnittansichten, die zu 1B bis 1C analog sind, von dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Stufen des Bildens eines Halbleiterwafers 30 gezeigt, ausgehend von dem in 1A gezeigten Wafer 10, unter minimierter (reduzierter) damit verbundener Wölbung und Erosion.
  • Unter Bezugnahme auf 2A, sind die Posten 11 bis 21 nun die gleichen wie diejenigen in 1A und 1B, je nach Fall. 2A umfasst auch einen rückständigen oberen Teil der Metallschicht 18a. 2A zeigt den Zustand des Wafers 30 nach dem ersten Massenpolierschritt der aus zwei Schritten bestehenden ersten Phase der Metall-CMP-Arbeit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß.
  • Zu diesem Zweck wird der Wafer 10 aus 1A dem ersten Massenpolierschritt des erfindungsgemäßen aus zwei Schritten bestehenden Erststufenmetall-CMP-Verfahrens unter Anwendung eines ersten rotierenden Polierkissens, z.B. eines Durchmessers von etwa 20 Zoll, wie aus faserigem Polyurethankunststoffbahnmaterial, z.B. bei etwa 20–100 UpM, wie beispielsweise etwa 50 UpM, z.B. unter einer nach unten gerichteten Polierdruckkraft von etwa 2–8 psi, wie beispielsweise etwa 5 psi, z.B. für eine Erstschrittmassenpolierzeit von etwa 30–300 Sekunden, wie etwa 135 Sekunden, unterworfen, während eine Schleifaufschlämmung, d.h. eine wässrige Aufschlämmung kolloidaler Schleifpolierteilchen, z.B. aus Aluminiumoxid (Al2O3) und einem damit verbundenen Oxidationsmittel in Wasser, z.B. mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 100–300 scm3, wie beispielsweise etwa 100 scm3, auf das Polierkissen aufgebracht wird.
  • Dieser erste Schritt, d.h. der Massenpolierschritt, wird für eine Zeitspanne und auf eine Art und Weise durchgeführt, die ausreichen, um die Masse des oberen Teils der Metallschicht 18 der Metallschicht 15 zu entfernen und einen minimierten (reduzierten) Rest derselben, d.h. den rückständigen oberen Teil der Metallschicht 18a zurückzulassen, während eine entsprechende Massen-(wesentliche oder große)Menge von gleichzeitig vorhandenem CMP-Polierrückstand jedoch im Wesentlichen ohne Wölbung und Erosion gebildet wird. Zu diesem Punkt wird die Metalllinienoberfläche 19 der Metalllinien 17 des unteren Teils der Metallschicht 16 in den Gräben 13 sowie der Hauptteil der Absperrschichtoberfläche 20 bloßgelegt, während ein geringer Teil der Absperrschicht 14 durch den rückständigen oberen Teil der Metallschicht 18a des oberen Teils der Metallschicht 18 bedeckt bleibt, wohingegen die Oxidschichtoberfläche 21 immer noch durch die Absperrschicht 14 vollständig bedeckt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 2B wird nun eine seitliche Schnittansicht des Wafers 30 aus 2A nach Abschluss des zweiten, d.h. des Überpolierschritts, der aus zwei Schritten bestehenden ersten Stufe der Metall-CMP-Arbeit erfindungsgemäß zum Bilden von Einzelmetalllinien 17 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 gezeigt. In 2B sind die Posten 11 bis 17 und 19 bis 21 die gleichen wie diejenigen in 2A. 2B umfasst auch eine Wölbungsbildung 22' und eine Erosionsbildung 23' sowie eine Bezugsebene R.
  • Zu diesem Zweck wird der Wafer 30 aus 2A dem zweiten Schritt des Überpolierens des erfindungsgemäßen, aus zwei Schritten bestehenden Erststufen-Metall-CMP-Verfahrens unter Anwendung eines zweiten rotierenden Polierkissens, z.B. eines Durchmessers von etwa 20 Zoll, wie beispielsweise aus faserigem Polyurethankunststoffbahnmaterial, das relativ frisch (sauber) ist, d.h. einem Polierkissen, das höchstens einen im Wesentlichen mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem CMP-Rückstand aufweist und bevorzugt ein sauberes (neues) Polierkissen ist, unterworfen.
  • Das zweite rotierende Polierkissen wird z.B. bei etwa 20–100 UpM, wie beispielsweise etwa 50 UpM, z.B. unter einer nach unten gerichteten Polierdruckkraft von etwa 2–8 psi, wie beispielsweise etwa 5 psi, z.B. für eine Überpolierzeit des zweiten Schritts von etwa 5–50 Sekunden, wie beispielsweise etwa 25 Sekunden verwendet, während eine Schleifaufschlämmung, d.h. eine wässrige Aufschlämmung kolloidaler Schleifpolierteilchen, z.B. aus Aluminiumoxid (Al2O3) und eines damit verbundenen Oxidationsmittels in Wasser, z.B. bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 100–300 scm3, wie beispielsweise etwa 100 scm3, auf das Polierkissen aufgebracht wird.
  • Dieser zweite, d.h. der Überpolierschritt, befasst sich mit dem Fortsetzen der Polierwirkung des ersten Schritts, nämlich dem Massenpolierschritt, für eine Zeitspanne und auf eine Art und Weise, die ausreichen, um den minimierten (reduzierten) Rest des oberen Teils der Metallschicht 18, d.h. den rückständigen oberen Teil der Metallschicht 18a zu entfernen, während eine entsprechende Überpolier-(geringfügige oder kleine)Menge an gleichzeitig vorhandenem CMP-Polierrückstand bei damit verbundener minimierter (reduzierter) Wölbung und Erosion gebildet wird. Der zweite, d.h. der Überpolierschritt, wird soweit durchgeführt, dass Metalllinien 17 in dem unteren Teil der Metallschicht 16 in Gräben 13 als Einzelmetalllinien, die in den Gräben entsprechend angeordnet sind, bereitgestellt werden.
  • Wie oben bemerkt, muss ein derartiger Rest vom oberen Teil der Metallschicht 18 durch ausreichendes Überpolieren vollständig entfernt werden, um einen eventuellen elektrischen Kurzschluss zwischen nebeneinanderliegenden damaszierenden Metalllinien 17, die in Gräben 13 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 gebildet sind, durch immer noch sich berührende restliche Teile des oberen Teils der Metallschicht 18 (und wiederum durch immer noch verbleibende Teile der Absperrschicht 14, die sich außerhalb der Gräben 13 befindet), zu vermeiden.
  • Zu diesem Punkt wird die gesamte Oberfläche 20 der Absperrschicht 14 bloßgelegt, da der rückständige obere Teil der Metallschicht 18a des oberen Teils der Metallschicht 18 vollständig entfernt worden ist. Ein geringer Teil der Absperrschicht 14 wird ebenfalls entfernt, um die Oxidschichtoberfläche 21 der Oxidschicht 12, die neben einigen Gräben 13 liegt, bloßzulegen, wobei ein geringer Teil der Oxidschicht 12 ebenfalls (durch Erosion) entfernt wird. Aus 2B ist ersichtlich, dass die Metalllinienoberfläche 19 der Metalllinien 17, die aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 in den Gräben 13 gebildet wird, nur eine minimierte Wölbungsbildung 22' enthält und die Oxidschicht 12, die neben den Gräben 13 liegt, gleichzeitig nur eine minimierte Erosionsbildung 23' mit Bezug auf die Bezugsebene R enthält.
  • So wird durch das erfindungsgemäße aus zwei Schritten bestehende Erststufen-Metall-CMP der darüber liegende obere Teil 18 der Metallschicht 15 entfernt, um die Absperrschichtoberfläche 20 bloßzulegen und Einzelmetalllinien 17 aus den entsprechenden Teilen des unteren Teils 16 der Metallschicht 15 zu bilden, unter Bildung von nur einer minimierten damit verbundenen Wölbungsbildung 22' (im Vergleich mit 22 von 1B) sowie einer gleichzeitigen minimierten Erosionsbildung 23' (im Vergleich mit 23 von 1B).
  • Bei einer typischen Ausführungsform ist die gesamte Polierzeit von 135 + 25 = 160 Sekunden des erfindungsgemäßen, aus zwei Schritten bestehenden CMP-Verfahrens im Allgemeinen die gleiche wie die 160 Sekunden Gesamtpolierzeit des Einschritt-CMP-Verfahrens des Stands der Technik, wie oben besprochen. Andererseits wird die markante Wölbung und Erosion, die mit dem Einschritt-CMP-Verfahren des Stands der Technik verbunden ist, erfindungsgemäß durch Verwenden eines relativ kurzen Neben- oder zweiten Schritts mit einem relativ frischen (sauberen) Polierkissen anstatt des Verwendens eines einzigen Kissens während einer kontinuierlichen und relativ langen, aus einem Schritt bestehenden Erstphasen-CMP-Arbeit, wie im Stand der Technik, vermieden.
  • Dieser relativ kurze Neben- oder zweite Schritt der ersten Phase des erfindungsgemäßen Metall-CMP-Verfahrens, der auf den relativ langen ersten, d.h. den Massenpolierschritt folgt, dient zum Säubern des rückständigen Metalls 18a des oberen Teils der Metallschicht 18 außerhalb des unteren Teils der Metallschicht 16 in den Gräben 13, um Metalllinien 17 als Einzelmetalllinien in der Anordnung der Gräben 13 zu bilden. Während dieses relativ kurzen Neben- oder zweiten Schritts wird die Beladung durch gleichzeitig vorhandenen CMP-Rückstand auf dem nun relativ frischen zweiten Polierkissen als minimal im Vergleich mit der Beladung durch diesen auf dem ersten Polierkissen, das für den relativ langen ersten Schritt verwendet wird, betrachtet, und so werden die bloßgelegten Metalllinien 17 des unteren Teils der Schicht 16 in den Gräben 13 den Wölbungs- und Erosionseffekten nur zu einem geringen (kleinen) Ausmaß unterworfen.
  • Vorteilhafterweise wird durch das erfindungsgemäße aus zwei Schritten bestehende Erstphasenmetall-CMP-Verfahren das erwünschte polierte Waferergebnis ohne zusätzliche Verbrauchsmaterialien außer denjenigen erreicht, die sonst benötigt werden, noch werden dadurch der Waferdurchsatz oder die Produktausbeute zu irgendeinem signifikanten Ausmaß reduziert.
  • Unter Bezugnahme auf 2C wird nun eine seitliche Schnittansicht des Wafers 30 aus 2B nach Abschluss der zweiten Stufe (des dritten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens) der CMP-Arbeit gezeigt, bei dem der bloßgelegte Teil der Absperrschicht 14 entfernt wird. In 2C sind die Posten 11 bis 14, 16 bis 17, 19, 21, 22', 23' und R die gleichen wie diejenigen in 2B. Aus 2C ist ersichtlich, dass wie im Falle von 1C die zweite Stufe der erfindungsgemäßen CMP-Arbeit den bloßgelegten Teil der Absperrschicht 14, d.h. den außerhalb der Gräben 13 gelegenen Teil vollständig entfernt und die Oxidschichtoberfläche 21 bloßlegt.
  • Wie aus 2C klar wird, sind die Metalllinien 17 zu diesem Punkt nicht nur nicht miteinander durch den (nun entfernten) darüberliegenden oberen Teil der Metallschicht 18 verbunden, sondern auch nicht miteinander durch den (nun entfernten) daneben liegenden bloßgelegten Teil der Absperrschicht 14, die sich außerhalb der Gräben 13 befindet, verbunden, wodurch ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Metalllinien 17 verhindert wird.
  • Hier wird auch die CMP-Arbeit der zweiten Stufe mit einem anderen rotierenden Polierkissen unter herkömmlichen Bedingungen unter Anwendung einer anderen Schleifaufschlämmung, d.h. einer anderen wässrigen Aufschlämmung kolloidaler Schleifpolierteilchen, z.B. aus Siliciumdioxid (SiO2) und einem assoziierten Oxidationsmittel in Wasser durchgeführt. Wie oben bemerkt, ist die wässrige Aufschlämmung von kolloidalen Schleifpolierteilchen und assoziiertem Oxidationsmittel, die für die erste Stufe der CMP-Arbeit verwendet wird, konzipiert, um bevorzugt und schnell den oberen Teil der Metallschicht 18 zu entfernen, ohne die bloßgelegten Teile der Absperrschicht 14 oder der Oxidschicht 12 signifikant zu entfernen, wohingegen die wässrige Aufschlämmung von kolloidalen Schleifteilchen und assoziiertem Oxidationsmittel, die für die zweite Stufe der CMP-Arbeit verwendet wird, konzipiert ist, um bevorzugt und schnell die bloßgelegten Teile der Absperrschicht 14 zu entfernen, ohne den unteren Teil der Metallschicht 16 oder die bloßgelegten Teile der Oxidschicht 12 signifikant zu entfernen.
  • Wiederum wird im alternativen Fall, in dem die Absperrschicht 14 nicht verwendet wird, die zweite Phase (der dritte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens) der CMP-Arbeit ebenfalls unterlassen. Stattdessen wird der zweite Schritt, nämlich der Überpolierschritt, der ersten Phase der CMP-Arbeit fortgeführt, nachdem die Oxidschicht 12 anfänglich bloßgelegt worden ist, um sicherzustellen, dass das gesamte rückständige Metall vom oberen Teil 18 der Metallschicht 15 entfernt wird, um einen möglichen elektrischen Kurzschluss zwischen nebeneinanderliegenden damaszierenden Metalllinien 17, die in den Gräben 13 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 gebildet sind, durch die sich immer noch berührenden rückständigen Teile des oberen Teils der Metallschicht 18 zu vermeiden.
  • In diesem alternativen Fall erfolgen das Wölben und die Erosion auf ähnliche Weise hauptsächlich während des zweiten Schritts, nämlich des Überpolierschritts, der ersten Phase der Metall-CMP-Arbeit, weil der untere Teil der Metallschicht 16 und die gebildeten Metalllinien 17 im damaszierenden Muster der Gräben 13 nicht mehr geschützt durch den oberen Teil der Metallschicht 18 bedeckt sind und die Oxidschicht 12 nicht durch eine Absperrschicht schützend bedeckt ist. Stattdessen sind an diesem Punkt sowohl ein derartiger unterer Teil der Metallschicht 16 als auch die Oxidschicht 12 der Schleifwirkung der wässrigen Aufschlämmung und des gleichzeitig vorhandenen CMP-Polierrückstands während des Rotierens des Polierkissens unter der aufgebrachten nach unten gerichteten Polierdruckkraft direkt ausgesetzt.
  • Erfindungsgemäß wird die Anwendung des ersten Polierkissens auf die Anwendung des zweiten Polierkissens bei der anfänglichen Bloßlegung der Absperrschicht 14 (2A), d.h. bei der anfänglichen Bloßlegung der Metalllinien 17 des unteren Teils der Metallschicht 16 in den Gräben 13, z.B. wie gleichzeitig auf herkömmliche Weise durch Stromspuren im Polierkissendrehtisch oder durch andere bekannte Erfassungstechniken wie beispielsweise die Polierzeitintervalle, die Polierkissentemperaturänderung nach Erreichen der bloßgelegten Oberfläche der Absperrschicht 14 und dergleichen gezeigt, geändert.
  • Erfindungsgemäß kann der erste Schritt, nämlich der Massenpolierschritt, für jeden Wafer jeweils in einem ersten herkömmlichen CMP-Apparat (nicht gezeigt) unter Anwendung des ersten Polierkissens durchgeführt werden, und der zweite Schritt, nämlich der Überpolierschritt, kann für jeden Wafer jeweils in einem gleichen zweiten herkömmlichen CMP-Apparat (nicht gezeigt) unter Anwendung des zweiten Polierkissens durchgeführt werden.
  • Auf diese Weise kann während des Neben- oder zweiten Schritts, nämlich des Überpolierschritts der ersten Phase des CMP-Verfahrens, die Mehrzahl von Wafern, von denen jeder vorher dem ersten Schritt, nämlich dem Massenpolierschritt, der ersten Phase des CMP-Verfahrens unter Anwendung des ersten Polierkissens im ersten CMP-Apparat unterworfen worden ist, jeweils auf den zweiten CMP-Apparat übertragen und dem zweiten relativ frischen (sauberen) Polierkissen mit höchstens einer minimalen vorherigen Beladung, d.h. höchstens einem wesentlichen mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand unterworfen werden, um minimales Wölben und minimale Erosion in Verbindung mit der Herstellung von Einzelmetalllinien 17 aus dem unteren Teil der Metallschicht 16 in den Gräben 13 (2B) zu fördern.
  • In der Tat wird während des zweiten Schritts, nämlich des Überpolierschritts, der ersten Phase des erfindungsgemäßen CMP-Verfahrens nur das rückständige Metall 18a des oberen Teils der Metallschicht 18 der Metallschicht 15 entfernt, wie in 2B im Vergleich mit 2A angezeigt ist. Daher erfolgt die Beladung des zweiten Polierkissens unter milderen Bedingungen, d.h. bei einer viel langsameren (geringeren) Entfernungsrate während des kurzen zweiten Schritts, nämlich des Überpolierschritts, z.B. von etwa 25 Sekunden Polierzeit pro Wafer, als der schnelleren (höheren) Entfernungsratenbeladung des ersten Polierkissens während des längeren ersten Schritts, nämlich des Massenpolierschritts, z.B. von etwa 135 Sekunden pro Wafer.
  • Bei nur einer geringen (kleinen) fortschreitenden Beladung des zweiten Polierkissens fördert der in Betracht gezogene Wasserpolierschritt, der normalerweise am Ende des zweiten Schritts, nämlich des Überpolierschritts, bei einem vorgegebenen Wafer durchgeführt wird, die Entfernung eines großen Prozentsatzes von gleichzeitig vorhandenem CMP-Rückstand davon vor dem nächsten Wafer, z.B. einer Mehrzahl von Wafern in einer Charge, die bearbeitet wird, wird dem zweiten Schritt, nämlich dem Überpolierschritt, unterworfen. Wiederum trägt dieser Wasserpolierschritt des Entfernens eines großen Prozentsatzes des gleichzeitig vorhandenen CMP-Rückstands zum Minimieren der Beladungsrate durch angesammelten gleichzeitig vorhandenen CMP-Rückstand auf dem zweiten Polierkissen beim CMP-Verarbeiten einer gegebenen Mehrzahl von Wafern, d.h. einer gegebenen Anzahl von Waferchargen, z.B. 3 Chargen, die jeweils 25 Wafer enthalten, bei.
  • Nachdem das zweite Polierkissen im kurzen zweiten Schritt, nämlich dem Überpolierschritt, zum Bearbeiten der in Betracht gezogenen Anzahl von Waferchargen, z.B. 3 Chargen, die jeweils 25 Wafer, insgesamt 75 Wafer (Chargen 1 bis 3) enthalten, verwendet worden ist, kann das erste Polierkissen, das nun wesentlich mit angesammeltem CMP-Rückstand beladen ist, effizient auf dem ersten CMP-Apparat durch das zweite Polierkissen zur Verwendung im längeren ersten Schritt, nämlich dem Massenpolierschritt, ersetzt werden und ein drittes Polierkissen, das höchstens einen im Wesentlichen mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem CMP-Rückstand aufweist, d.h. ein vergleichsweise frisches (sauberes) Polierkissen ist, auf dem zweiten CMP-Apparat anstelle des zweiten Polierkissens für den kurzen zweiten Schritt, nämlich den Überpolierschritt, in Verbindung mit dem Bearbeiten darauffolgender Waferchargen, z.B. 3 oder mehr Chargen, die insgesamt 75 Wafer ausmachen (Chargen 4 bis 6) verwendet werden.
  • Daraufhin kann das zweite Polierkissen, das nun wiederum wesentlich mit angesammeltem CMP-Rückstand beladen ist, auf dem ersten CMP-Apparat durch das dritte Polierkissen zur Verwendung in dem längeren ersten Schritt, nämlich dem Massenpolierschritt, ersetzt werden und ein viertes Polierkissen, das höchstens einen im Wesentlichen mangelhaften Gehalt an vorher angesammeltem CMP-Rückstand aufweist, z.B. ein vergleichsweise frisches (sauberes) Polierkissen ist, kann auf dem zweiten CMP-Apparat anstelle des dritten Polierkissens für den kurzen zweiten Schritt, nämlich den Überpolierschritt, verwendet werden, um weitere Wafer, z.B. 3 weitere Chargen, die insgesamt 75 Wafer ausmachen (Chargen 7 bis 9) zu bearbeiten.
  • Als Alternative kann, nachdem das erste Polierkissen im Wesentlichen mit angesammeltem CMP-Rückstand beladen worden ist, z.B. nachdem 3 Chargen, die insgesamt 75 Wafer ausmachen (Chargen 1 bis 3) dem ersten Schritt, nämlich dem Massenpolierschritt, unterworfen worden sind, das erste Polierkissen durch das dritte Polierkissen auf dem ersten CMP-Apparat ersetzt werden. Dann kann das zweite Polierkissen, das während der ganzen Zeit auf dem zweiten CMP-Apparat verbleibt, auf einem derartigen zweiten CMP-Apparat für den ersten Schritt, nämlich den Massenpolierschritt, bezüglich der nächsten Mehrzahl von Wafern, z.B. 3 oder mehr Chargen, die insgesamt 75 Wafer ausmachen (Chargen 4 bis 6), verwendet werden, und das dritte Polierkissen kann auf dem ersten CMP-Apparat für den zweiten Schritt, nämlich den Überpolierschritt, bezüglich der gleichen Mehrzahl von Wafern (Chargen 4 bis 6) verwendet werden.
  • Wiederum kann, nachdem das zweite Polierkissen im Wesentlichen mit angesammeltem CMP-Rückstand beladen worden ist, z.B. nachdem derartige 3 Chargen (Chargen 4 bis 6) dem ersten Schritt, nämlich dem Massenpolierschritt auf dem zweiten CMP-Apparat unterworfen worden sind, das zweite Polierkissen durch das vierte Polierkissen auf dem zweiten CMP-Apparat ersetzt werden. Dann kann das dritte Polierkissen, das während der ganzen Zeit auf dem ersten CMP-Apparat verbleibt, auf dem ersten CMP-Apparat für den ersten Schritt, nämlich den Massenpolierschritt, bezüglich der nächsten Mehrzahl von Wafern, z.B. 3 weiteren Chargen, die insgesamt 75 Wafer ausmachen (Chargen 7 bis 9) verwendet werden und das vierte Polierkissen kann auf dem zweiten CMP-Apparat für den zweiten Schritt, nämlich den Überpolierschritt, bezüglich der gleichen Mehrzahl von Wafern (Chargen 7 bis 9) verwendet werden.
  • In der Tat wird durch das erfindungsgemäße, aus zwei Schritten bestehende Erstphasenmetall-CMP-Verfahren (1A und 2A bis 2B) das erwünschte polierte Waferergebnis erreicht, ohne mehr Verbrauchsmaterialien anzuwenden als sonst erforderlich wären, noch werden der Waferdurchsatz oder die Produktausbeute signifikant reduziert.
  • Nach der zweiten Phase des CMP-Verfahrens (2C) kann jeder der Wafer einer zusätzlichen Bearbeitung wie beispielsweise dem Absetzen einer dielektrischen Zwischenschichtbeschichtung auf der Anordnung von Gräben 13 auf herkömmliche Weise vor dem weiteren Bearbeiten desselben unterworfen werden.
  • Das erfindungsgemäße aus zwei Schritten bestehende Erstphasen-CMP-Verfahren (1A und 2A bis 2B) erlaubt vorteilhafterweise das Erreichen einer geringfügigeren (geringeren) oder reduzierten Wölbung der Metalllinien 17 in den Gräben 13 und eine geringfügigere (geringere) oder reduzierte Erosion der Oxidschicht 12 als das aus einem Schritt bestehende Erstphasen-CMP-Verfahren des Stands der Technik (1A bis 1B).
  • Dementsprechend wird man sich im Klaren darüber sein, dass die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen nur für die allgemeinen Prinzipien der Erfindung veranschaulichend sind.
  • Zusammenfassung
  • Es wird ein chemisch-mechanisches Polierverfahren (CMP) mit zwei Schritten bereitgestellt, um das Dishing von Metallleitungen in Gräben in einer (oxidischen) Isolationsschicht jedes Halbleiterwafers einer Vielzahl von Halbleiterwafern zu minimieren bwz. zu verringern. Für jeden Wafer umfasst der erste Schritt ein CMP einer Metallschicht, die auf der Oxidschicht angeordnet ist und einen unteren Bereich zum Ausbilden von Metallleitungen und einen oberen Bereich, der über dem unteren Bereich liegt, aufweist. Der erste Polierschritt verwendet ein erstes Polierkissen, um die Masse des oberen Bereichs der Metallschicht zu entfernen, während begleitende CMP-Reste erzeugt werden, und lässt einen verringerten Rest des oberen Bereichs der Metallschicht ohne Dishing des unteren Bereichs der Metallschicht in den Gräben zurückt. Der zweite Schritt setzt das CMP mit einem zweiten Polierkissen fort, um einen Rest des oberen Bereichs der Metallschicht mit verringertem Dishing des unteren Bereichs der Metallschicht bis zu einem Grad zu entfernen, so dass die Metallleitungen als individuelle Metallleitungen in den Gräben bereitgestellt werden. Jeder Wafer wird dem ersten Polierschritt mit dem ersten Polierkissen unterzogen und dann dem zweiten Polierschritt mit dem zweiten Polierkissen unterzogen. Das zweite Polierkissen beispielsweise besitzt meist einen mangelnden Gehalt an zuvor angesammelten begleitenden CMP-Resten und ist ein relativ frisches (sauberes) Polierkissen.

Claims (8)

  1. Chemisch-mechanisches Polierverfahren für das Minimieren des Dishing von Metallleitungen (17), die in Gräben (13) in einer Isolierschicht (12) jedes Halbleiterwafers (30) einer Mehrzahl von Halbleiterwafern gebildet werden, wobei jeder Halbleiterwafer (30) Folgendem unterworfen wird: – einem ersten Massenpolierschritt des chemisch-mechanischen Polierens einer Metallschicht (50), die auf der Isolierschicht (12) des jeweiligen Halbleiterwafers (30) angebracht ist und die zum Bilden einzelner Metallleitungen (17) einen unteren Teil (60), der in den Gräben (13) der Isolierschicht (12) gelegen ist, und einen oberen Teil (18), der über dem unteren Teil (16) liegt, aufweist, wobei der erste Massenpolierschritt mit einem Polierkissen soweit durchgeführt wird, dass der Großteil des oberen Teils (18) der Metallschicht (15) entfernt wird, während gleichzeitig chemisch-mechanische Polierrückstände gebildet werden, und dass ein Rückstand des unteren Teils der Metallschicht (16) in den Gräben (13) zurückgelassen wird, und – einem zweiten Überpolierschritt des Fortsetzens des Polierens mit einem weiteren Polierkissen zum Entfernen des Rests des oberen Teils der Metallschicht (18) bis zu einem Grad, dass die Metallleitungen (70) als Einzelleitungen, die in den Gräben (13) angeordnet sind, bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte in dieser Reihenfolge umfasst: – Unterwerfen einer ersten Mehrzahl von Halbleiterwafern dem ersten Schritt, nämlich dem Massenpolierschritt, der an einem ersten chemisch-mechanischen Polierapparat unter Anwendung eines ersten Polierkissens durchgeführt wird, wobei die erste Mehrzahl von Halbleiterwafern daraufhin dem zweiten Schritt, nämlich dem Überpolierschritt mit einem zweiten Polierkissen auf einem zweiten chemisch-mechanischen Polierapparat unterworfen wird, – Ersetzen des ersten Polierkissens auf dem ersten chemisch-mechanischen Polierapparat durch ein drittes Polierkissen, – Unterwerfen einer zweiten Mehrzahl von Halbleiterwafern dem ersten Massenpolierschritt, der auf dem zweiten chemisch-mechanischen Polierapparat unter Anwendung des zweiten Polierkissens, das auf dem zweiten chemisch-mechanischen Polierapparat verbleibt, durchgeführt wird, – Unterwerfen der zweiten Mehrzahl von Halbleiterwafern dem zweiten Überpolierschritt, der auf dem ersten chemisch-mechanischen Polierapparat unter Anwendung des dritten Polierkissens durchgeführt wird, – Ersetzen des zweiten Polierkissens auf dem zweiten chemisch-mechanischen Polierapparat durch ein viertes Polierkissen, – Unterwerfen einer dritten Mehrzahl von Halbleiterwafern dem ersten Massenpolierschritt, der auf dem ersten chemisch-mechanischen Polierapparat unter Anwendung des dritten Polierkissens durchgeführt wird, und – Unterwerfen der dritten Mehrzahl von Halbleiterwafern dem zweiten Überpolierschritt, der auf dem zweiten chemisch-mechanischen Polierapparat unter Anwendung des vierten Polierkissens durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Wafer (30) Silizium umfasst, die Isolierschicht (12) Siliziumdioxid umfasst und die Metallschicht (15) aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Aluminium, Kupfer und Wolfram.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolierschicht (12) eine Dicke von mindestens 300 nm und die Metallschicht (15) eine Dicke von 200–2000 nm aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Schritt, nämlich der Massenpolierschritt, mit einer nach unten gerichteten Kraft von etwa 2–8 psi 30–300 Sekunden lang und der zweite Schritt, nämlich der Überpolierschritt, mit einer nach unten gerichteten Kraft von etwa 2–8 psi 5–50 Sekunden lang durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Stopschicht (14), die eine haftungsfördernde Diffusionsbarriere bildet, die zwischen der Isolierschicht (12) und der Metallschicht (15) der Halbleiterwafer (30) eingebracht ist, poliert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Teil der Stopschicht (14) außerhalb der Gräben jedes jeweiligen Halbleiterwafers (30) durch Unterwerfen jedes Halbleiterwafers (30) dem ersten Massenpolierschritt freigelegt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Mehrzahl der Halbleiterwafer (30) erste bis dritte Lose von Halbleiterwafern (30) umfasst, die zweite Mehrzahl von Halbleiterwafern (30) vierte bis sechste Lose von Halbleiterwafern (30) umfasst und die dritte Mehrzahl von Halbleiterwafern (30) siebte bis neunte Lose von Halbleiterwafern (30) umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes Los von Halbleiterwafern (30) 25 Halbleiterwafer (30) umfasst.
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