-
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.