DE60218218T2

DE60218218T2 - Verfahren zur planarisierung von oberflächen, die metalle der gruppe viii enthalten, unter verwendung eines fixierten schleifgegenstands

Info

Publication number: DE60218218T2
Application number: DE60218218T
Authority: DE
Inventors: M. Gundu Boise SABDE
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: KR100667391B1; EP1458520B1; AU2002351393A1; CN100408267C; JP2005514798A; TWI237853B; US20060194518A1; WO2003059571A1; US20030119426A1; EP1458520A1; CN1606486A; TW200301518A; ATE353735T1; US7121926B2; KR20040065296A; DE60218218D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Planarisierung von Oberflächen, die ein Metall der Gruppe VIII (vorzugsweise Platin enthalten) enthalten, insbesondere bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
Während der Herstellung von Halbleitervorrichtungen werden verschiedene Oberflächen erzeugt. Viele dieser Oberflächen haben keine einheitliche Höhe, und deshalb ist auch die Waferdicke nicht einheitlich. Weiter können Oberflächen Defekte, wie Kritallgitterbeschädigung, Kratzer, Rauheit oder eingelagerte Teilchen von Dreck oder Staub, aufweisen. Für verschiedene Herstellungsverfahren, die durchgeführt werden müssen, wie Lithografie und Ätzen, müssen Höhenuneinheitlichkeiten und Defekte auf der Oberfläche des Wafers verringert oder eliminiert werden. Es sind verschiedene Planarisierungstechniken verfügbar, um solch eine Verringerung und/oder Eliminierung zu liefern. Eine solche Planarisierungstechnik schließt mechanisches und/oder chemisch-mechanisches Polieren (hier als „CMP" abgekürzt) ein.
Das Verfahren der Planarisierung wird verwendet, um Material zu entfernen und um vorzugsweise eine planare Oberfläche über den gesamten Chip und Wafer, manchmal als „globale Planarität" bezeichnet, zu erreichen. Üblicherweise beinhaltet das Verfahren der Planarisierung und insbesondere CMP die Verwendung eines Waferträgers, der den Wafer hält, ein Polierkissen und eine Schleifaufschlämmung, die eine Dispersion aus einer Mehrzahl von Schleifteilchen in einer Flüssigkeit enthält. Die Schleifaufschlämmung wird so aufgebracht, dass sie mit dem Interface des Wafers und dem Polierkissen in Kontakt ist. Ein Tisch oder eine Platte hat ein Polierkissen darauf. Das Polierkissen wird mit einem bestimmten Druck auf den Wafer gebracht, um die Planarisierung durchzuführen. Mindestens eines von dem Wafer und dem Polierkissen werden relativ zum anderen in Bewegung gesetzt. Bei einigen Planarisierungsverfahren kann der Waferträger rotieren oder nicht, der Tisch oder die Platte können rotieren oder nicht, und/oder die Platte kann in linearer Bewegung bewegt werden anstelle rotiert werden. Es sind zahlreiche Arten von Planarisierungseinheiten erhältlich, die das Verfahren auf unterschiedliche Weise durchführen.
Die Verwendung von Schleifaufschlämmungen bei der Waferherstellung erwies sich aus mehreren Gründen als problematisch. Erstens neigen Schleifaufschlämmungen, die eine Mehrzahl von Schleifteilchen in einer Dispersion enthalten, dazu instabil zu sein. Insbesondere setzen sich die Schleifteilchen nicht nur ab, sondern die Schleifteilchen neigen auch dazu, zu agglomerieren, wobei beide Phänomene zu einer uneinheitlichen Aufschlämmungszusammensetzung führen. Dies wiederum führt zu einer breiten Variabilität bei den Polierergebnissen. Zweitens ist auf dem Fachgebiet bekannt, dass die Zusammensetzung der Aufschlämmung dazu neigt, für das gewünschte Planarisierungsverfahren sehr spezifisch zu sein, d.h. es ist möglich, dass eine Aufschlämmung nicht für eine Vielzahl von Verfahren geeignet ist.
Außerdem machen herkömmliche Polierkissen Schwierigkeiten beim Planarisieren. Solche Kissen können während der Planarisierung blank werden (engl. "glaze") oder eingelagerte Reste aufweisen. Dies erfordert, dass die Kissen so konditioniert werden, dass die Kissen wieder verwendet werden können. Das Konditionieren beinhaltet typischerweise das Entfernen von Resten von dem Polierkissen unter Verwendung von mechanischen Mitteln mit oder ohne Verwendung einer Lösung. Konditionierte Kissen führen typischerweise zu anschließenden unvorhersagbaren Planarisierungsergebnissen aufgrund der Unvorhersagbarkeit beim Entfernen von Resten vom Kissen selbst während der Konditionierung.
Fixierte Schleifgegenstände, die anstelle von herkömmlichen Polierkissen verwendet werden, sind ebenfalls bekannt und werden bei Planarisierungsverfahren verwendet. Solche fixierten Schleifgegenstände beinhalten eine Mehrzahl von in einem Bindemittel dispergierten Schleifteilchen, die an mindestens einer Oberfläche eines Trägermaterials haften. In bestimmten Situationen sind fixierte Schleifgegenstände vorteilhaft; allerdings sind herkömmliche Schleifaufschlämmungen typischerweise mit fixierten Schleifgegenständen für viele Planarisierungsverfahren inkompatibel.
Die Planarisierung einer Oberfläche, die Platin und andere Metalle der Gruppe VIII beinhaltet, beinhaltet typischerweise mehr mechanische als chemische Tätigkeit während eines Polierverfahrens, weil sie relativ chemisch inert sind und/oder relativ wenige flüchtige Produkte haben. Solch ein mechanisches Polieren verwendet Alumiumoxid- und Siliciumdioxidteilchen, siehe zum Beispiel WO 01/44396 A1. Leider neigt mechanisches Polieren dazu, die Erzeugung von Defekten (z.B. Kratzer und Teilchen) zu verursachen, von denen beide optisch detektiert werden können, anstatt des sauberen Entfernens des Platins.
Deshalb gibt es noch einen Bedarf für Verfahren zur Planarisierung einer exponierten Oberfläche eines Substrats, das Platin und andere Metalle der Gruppe VIII beinhaltet, insbesondere bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren bereit, die viele der Probleme, die mit der Planarisierung einer Oberfläche, die Platin und/oder ein anderes der Metalle der zweiten und dritten Reihe der Gruppe VIII (d.h. die Gruppen 8, 9 und 10, vorzugsweise Rh, Ru, Ir, Pd und Pt) beinhaltet, verbunden sind, überwinden. Solch eine Oberfläche wird hier als eine Platin enthaltende Oberfläche, oder allgemeiner als eine Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, bezeichnet. Eine Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, bezieht sich auf einen exponierten Bereich mit einem Metall der Gruppe VIII (insbesondere Platin), das vorzugsweise in einer Menge von mindestens etwa 10 Atomprozent, stärker bevorzugt mindestens etwa 20 Atomprozent und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 50 Atomprozent der Zusammensetzung des Bereichs vorhanden ist, der als Schicht, Film, Beschichtung etc. bereitgestellt sein kann, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu planarisieren ist (z.B. durch chemisch-mechanisches oder mechanisches Planarisieren oder Polieren). Die Oberfläche beinhaltet vorzugsweise ein oder mehrere Metalle der Gruppe VIII in elementarer Form oder eine Legierung davon (miteinander und/oder einem oder mehreren Metallen des Periodensystems) (und besteht stärker bevorzugt im Wesentlichen daraus). Das heißt, die Oberfläche beinhaltet keine signifikanten Mengen an Nichtmetallen, wie Silicium- oder Sauerstoffatome, wie sie in einem Silicid oder Oxid vorkommen.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhalten das Planarisieren einer Oberfläche. Hier bezieht sich „Planarisieren" oder „Planarisierung", wie auch gemäß dem herkömmlichen Verständnis, auf das Entfernen von Material von einer Oberfläche, sei es eine große oder kleine Menge an Material, entweder mechanisch, chemisch oder beides. Dies schließt auch das Entfernen von Material durch Polieren ein. Wie hier verwendet, beziehen sich „chemisch-mechanisches Polieren" und „CMP" auf einen zweifachen Mechanismus mit einer chemischen Komponente und einer mechanischen Komponente, wobei Korrosionschemie und Bruchmechanismen beide eine Rolle beim Entfernen von Material spielen, wie beim Waferpolieren.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Planarisierungsverfahren gemäß Anspruch 1 bereitgestellt, das einschließt: Positionieren einer Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, eines Substrats (vorzugsweise ein Halbleitersubstrat oder eine Substratanordnung, wie ein Wafer), damit sie ein Interface mit einem fixierten Schleifgegenstand bildet; Zufuhr einer Planarisierungszusammensetzung in die Nähe des Interfaces, wobei die Planarisierungszusammensetzung ein Oxidationsmittel, einen Komplexbildner oder Gemische davon umfasst, und wobei die Planarisierungszusammensetzung einen pH-Wert von etwa 1,5 bis etwa 3 aufweist; und Planarisieren der Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, unter Verwendung des fixierten Schleifgegenstands. Das Metall der Gruppe VIII ist ausgewählt aus Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium, Palladium, Platin und Kombinationen davon. Der fixierte Schleifgegenstand beinhaltet eine Mehrzahl an Schleifteilchen mit einer Härte von nicht mehr als etwa 6,5 Mohs die in einem Bindemittel, das an mindestens einer Oberfläche eines Trägermaterials haftet, dispergiert sind.
Wie hier verwendet, bezieht sich „Halbleitersubstrat oder Substratanordnung" auf ein Halbleitersubstrat, wie eine Halbleitergrundschicht oder ein Halbleitersubstrat mit einer oder mehreren darauf geformten Schichten, Strukturen oder Bereichen. Eine Halbleitergrundschicht ist typischerweise die unterste Schicht aus Siliciummaterial auf einem Wafer oder eine auf einem anderen Material, wie Silicium oder Saphir, abgeschiedene Siliciumschicht. Wenn auf eine Substratanordnung Bezug genommen wird, können zuvor verschiedene Verfahrensschritte verwendet worden sein, um Bereiche, Übergangszonen, verschiedene Strukturen oder Merkmale und Öffnungen, wie Viae, Kontaktöffnungen, Öffnungen mit hohem Seitenverhältnis, leitende Bereiche, Kontaktbereiche etc. zu erzeugen oder zu definieren. Zum Beispiel kann eine Substratanordnung sich auf eine Struktur beziehen, auf der eine Metallisierung durchgeführt werden soll, z.B. werden zur elektrischen Leitungsverbindungsfunktionalität Metalllinien erzeugt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Verfahrensansprüchen 2 bis 19 zusammengefasst.
Bei jedem der Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beinhaltet der fixierte Schleifgegenstand vorzugsweise eine Mehrzahl von Schleifteilchen, wie CeO₂-Teilchen, Y₂O₃-Teilchen, Fe₂O₃-Teilchen oder Gemische davon. Stärker bevorzugt sind eine Mehrheit der Mehrzahl von Schleifteilchen CeO₂-Schleifteilchen.
Bei jedem der Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Planarisierungszusammensetzung typischerweise keine Schleifteilchen.
1A und 1B sind Querschnitte eines Teils eines Wafers vor und nachdem ein Planarisierungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist; Die 2A und 2B sind Querschnitte eines Teils eines Wafers vor und nachdem ein Planarisierungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist;
3 ist ein allgemeines Diagramm eines chemisch-mechanischen Poliersystems, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, aufgenommen entlang Linie A-A von 3; und
5 ist ein Schema eines Arbeitsgangs eines Verfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 stellt die vorliegende Erfindung Verfahren zur Planarisierung einer Oberfläche, die Platin und/oder eines oder mehrere der anderen Metalle der zweiten oder dritten Reihe der Gruppe VIII enthält, bereit. Die Metalle der Gruppe VIII werden auch als Elemente der Gruppe VIIIB oder Übergangsmetalle der Gruppen 8, 9 und 10 des Periodensystems bezeichnet. Die Metalle der zweiten und dritten Reihe der Gruppe VIIIB schließen Rh, Ru, Ir, Pd, Pt und Os ein. Vorzugsweise können Oberflächen, die Rh, Ru, Ir, Pd und/oder Pt beinhalten, nach Verfahren der vorliegenden Erfindung planarisiert werden. Solch eine Oberfläche wird hier als eine Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, bezeichnet (dies bezieht sich auf jene, die Übergangsmetalle der zweiten und/oder dritten Reihe enthalten).
Vorzugsweise bezieht sich eine Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, auf einen exponierten Bereich mit einem Metall der Gruppe VIII (insbesondere Platin), das in einer Menge von mindestens etwa 10 Atomprozent, stärker bevorzugt mindestens etwa 20 Atomprozent und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 50 Atomprozent der Zusammensetzung des Bereichs vorhanden ist, der als Schicht, Film, Beschichtung etc. bereitgestellt sein kann, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu planarisieren ist (z.B. durch chemisch-mechanisches oder mechanisches Planarisieren oder Polieren).
Die Planarisierung solcher Oberflächen, insbesondere einer Oberfläche, die Platin beinhaltet, beinhaltet typischerweise mechanische Verfahren mit relativ harten Teilchen, wie Teilchen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliciumoxid (SiO₂), die Schmieren und die Erzeugung von Defekten anstelle des sauberen Entfernens des Materials verursachen können. Überraschenderweise verringert die Verwendung eines fixierten Schleifgegenstands, der Schleifteilchen mit einer Härte von nicht mehr als etwa 6,5 Mohs beinhaltet, die Probleme des Schmierens und der Defekterzeugung und eliminiert sie oft. Solche Teilchen schließen zum Beispiel Ceroxid (CeO₂), das eine Härte von etwa 6,0 Mohs aufweist, sowie Yttriumoxid (Y₂O₃), das eine Härte von 5,5 Mohs aufweist, und Eisen(III)oxid (Fe₂O₃), das eine Härte von etwa 6,0 Mohs aufweist, ein. Dies ist im Gegensatz zu Aluminiumoxid-Schleifteilchen, die eine Härte im Bereich von etwa 8,5 Mohs bis etwa 9,0 Mohs aufweisen, und Sliiciumoxid-Schleifteilchen, die eine Härte im Bereich von etwa 7,5 Mohs aufweisen.
Fixierte Schleifgegenstände, die eine Mehrzahl von Schleifteilchen mit einer Härte von nicht mehr als 6,5 Mohs aufweisen, werden mit einer Planarisierungszusammensetzung, und so in einer Vielzahl von Verfahren, einschließlich mechanische und chemisch-mechanische Verfahren, verwendet. Bei jedem der Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beinhaltet das fixierte Schleifmittel vorzugsweise eine Mehrzahl von CeO₂-Teilchen, Y₂O₃, Fe₂O₃ oder Gemische davon. Stärker bevorzugt ist eine Mehrheit der Mehrzahl von Schleifteilchen CeO₂-Teilchen.
Typischerweise ist die Teilchengröße der Schleifteilchen (d.h. der größten Abmessung des Teilchens) im Mittel von etwa 10 Nanometer (nm) bis etwa 5000 nm und öfter etwa 30 nm bis etwa 1000 nm. Für bevorzugte Ausführungsformen weisen geeignete Schleifteilchen eine mittlere Teilchengröße von etwa 100 nm bis etwa 300 nm auf.
Bemerkenswerterweise sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung insbesondere beim Planarisieren einer Oberfläche vorteilhaft, die eine „nicht-planare" (d.h. „nicht-flache") Topographie beinhalten, d.h. eine Oberfläche, die Bereiche größerer Höhe als andere Bereiche der Oberfläche beinhaltet. Beispiele für Oberflächen, die eine nicht-planare Topographie aufweisen, schließen jene ein, die gewellte Schichten aufweisen, oder jene mit Strukturen, wie in Kondensatoren. Typischerweise weisen „nicht-planare" (d.h. „nicht-flache") Oberflächen Bereiche auf, die mindestens etwa 200 A höher, vorzugsweise mindestens etwa 500 A höher und stärker bevorzugt mindestens etwa 2000 A höher sind als andere Bereiche der Oberfläche. Die fixierten Schleifgegenstände, die in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, tragen zu einer höheren Rate des Entfernens von Material von Oberflächen mit einer nicht-planaren Topographie bei, verglichen mit Oberflächen, die planar oder flach sind (z.B. eine Deckschicht in einer Halbleitersubstratanordnung, oder andere Oberflächen mit Bereichen, die einen Höhenunterschied von weniger als etwa 200 A aufweisen). Vorzugsweise entspricht die Rate des Entfernens von Material von einer Oberfläche, die eine nicht-planare Topographie aufweist, mindestens etwa 10-mal und oft bis etwa 25-mal der der Rate des Entfernens von Material von einer im Allgemeinen planaren oder flachen Oberfläche.
Bemerkenswerterweise sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung insbesondere vorteilhaft beim bevorzugten Entfernen von Platin oder anderen Metallen der Gruppe VIII von einer Oberfläche verglichen mit anderen Materialien, insbesondere Siliciumdioxid. Dies ist wichtig beim selektiven Entfernen von Material von Schichten, die Platin oder andere Metalle der Gruppe VIII enthalten, ohne zum Beispiel signifikante Mengen von darunter liegenden Schichten, wie Oxidschichten (z.B. TEOS- oder BPSG-Schichten) zu entfernen. Die Selektivität für das Entfernen von Material von einer Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält und die eine nicht-planare Topographie aufweist, wobei das Metall der Gruppe VIII in elementarer Form (einschließlich Legierungen) vorliegt, relativ zu Material von einer dielektrischen Schicht (z.B. Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, BPSG) liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 10:1 bis etwa 25:1, in Abhängigkeit von der Chemie und den Verfahrensbedingungen. Dieses Selektivitätsverhältnis kann zum Beispiel durch die Verwendung von Planarisierungszusammensetzungen, die ein oder mehrere Oxidationsmittel und/oder Komplexbildner beinhalten, noch weiter erhöht werden. So beträgt als Vergleich die Selektivität für das Entfernen von Material von einer planaren (d.h. flachen) Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, relativ zu Material von einer Oberfläche, die Oxid enthält, etwa 1:1 unter Verwendung desselben fixierten Schleifgegenstands und derselben Verfahrensbedingungen.
Zur Erhöhung der Selektivität wird in den Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Planarisierungszusammensetzung verwendet. Eine geeignete Zusammensetzung beinhaltet ein Oxidationsmittel und/oder einen Komplexbildner (stärker bevorzugt ein Oxidationsmittel), um die Planarisierung zu unterstützen, sowie andere Zusatzstoffe, wie ein grenzflächenaktives Mittel, um die Benetzbarkeit zu erhöhen und die Reibung zu verringern, ein Verdickungsmittel, um die gewünschte Viskosität zu erreichen, einen Puffer, um den gewünschten pH-Wert zu erreichen etc.. Die Zusammensetzung ist vorzugsweise eine wässrige Lösung dieser Komponenten. Die Planarisierungszusammensetzung weist einen pH-Wert von etwa 1,5 bis etwa 3 auf. Bevorzugte Oxidationsmittel (d.h. Oxidanzien) schließen zum Beispiel Cerammoniumnitrat, Cerammoniumsulfat etc. ein. Beispiele für geeignete Planarisierungszusammensetzungen sind in den gleichzeitig anhängigen U.S. Patentanmeldungen der gleichen Anmelderin offenbart: Seriennummer 10/028,249 Veröffentlichungs-Nr. US 2003/0119316 A1, eingereicht am 21. Dezember 2001, mit dem Titel "METHODS FOR PLANARISATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING OXIDIZING AGENTS"; Seriennummer 10/028,040, Veröffentlichungs-Nr. US 2003/0119319 A1, eingereicht am 21. Dezember 2001, mit dem Titel "METHODS FOR PLANARISATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING COMPLEXING AGENTS"; und Seriennummer 10/032,357, Veröffentlichungs-Nr. US 2003/0119321 A1, eingereicht am 21. Dezember 2001, mit dem Titel "METHODS FOR PLANARISATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING OXIDIZING GASES".
Es ist selbstverständlich, dass eine für die Verwendung in den Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignete Planarisierungszusammensetzung vorzugsweise im Wesentlichen frei von Schleifteilchen ist, wenn sie zu dem Interface des fixierten Schleifgegenstands und der Oberfläche des Arbeitsstücks aufgebracht wird. Allerdings wird in Betracht gezogen, dass die Planarisierung durch den fixierten Schleifgegenstand und/oder die Schleifteilchen, die aus dem fixierten Schleifgegenstand herausgelöst werden können, in Kombination mit der Planarisierungszusammensetzung an dem Interface fixierter Schleifgegenstand/Oberfläche, erreicht wird. Jedenfalls sind Schleifteilchen typischerweise nicht in der Zusammensetzung, wie anfänglich aufgebracht, vorhanden, d.h. sie werden nicht von einer Quelle aufgebracht, die vom Polierinterface entfernt liegt.
Ein geeignetes fixiertes Schleifmittel zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist bekannt, wie das in US-Patent Nr. 5,692,950 (Rutherford et al.) und der internationalen Patentveröffentlichung WO 98/06541 beschriebene. Im Allgemeinen beinhaltet ein fixiertes Schleifmittel eine Mehrzahl an Schleifteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind, das ein dreidimensionales fixiertes Schleifelement bildet, das an einer Oberfläche eines Trägermaterials haftet. Im Handel erhältliche fixierte Schleifgegenstände können von Tokyo Sumitsu Kageki und Ebera Corporation, beide aus Japan, und der Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M Company) aus St. Paul, MN erhalten werden. Ein Beispiel für einen bevorzugten fixierten Schleifgegenstand ist ein Kissen auf Ceroxidbasis, das unter der Handelsbezeichnung „SWR 159" bei der 3M Company erhältlich ist.
Die Figuren liefern weitere Informationen über die Verfahren der Erfindung. 1A zeigt einen Teil eines Wafers 10 vor der Planarisierung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Merkmalen, die mit dem durch Planarisierung zu entfernenden Material gefüllt sind. Das Waferteil 10 weist eine Substratanordnung 12 mit darauf geformten Übergangszonen 16 auf. Ein Kondensator- und/oder Sperrschichtmaterial 19 wird dann über der Substratanordnung 12 und den Übergangszonen 16 erzeugt. Das Kondensator- und/oder Sperrschichtmaterial 19 kann jedes leitende Material, wie Platin oder jedes andere geeignete leitende ein Metall der zweiten oder dritten Reihe der Gruppe VIII enthaltende Kondensator- und/oder Sperrschichtmaterial sein. Im Allgemeinen wird, wie in 1A gezeigt, die nicht-planare obere Oberfläche 13 der Kondensator- und/oder Sperrschicht 19 der Planarisierung oder anderen Bearbeitung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unterworfen. Der resultierende Wafer 10, der in 1B gezeigt ist, weist eine obere Oberfläche 17 auf, die so planarisiert ist, dass die Dicke des Wafers 10 über den gesamten Wafer 10 im Wesentlichen einheitlich ist, so dass der Wafer nun eine Kondensator- und/oder Sperrschichtstrukturschicht 14 aufweist.
2A zeigt einen Teil eines Wafers 20 vor der Planarisierung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Merkmalen, die eine konformale Schicht des durch Planarisierung zu entfernenden Materials aufweisen. Der Waferteil 20 weist eine Substratanordnung 22 mit einer darauf gebildeten gemusterten dielektrischen Schicht 26 auf. Eine solche gemusterte dielektrische Schicht 26 kann in einer Vielzahl von Strukturen, insbesondere einer Kondensatorstruktur, verwendet werden. Die gemusterte dielektrische Schicht 26 kann aus jedem Material hergestellt werden, das eine elektrische Isolierung zwischen Metallbereichen bereitstellt (z.B. Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder BPSG). Eine Elektrodenschicht 29 wird dann über der Substratanordnung 22 und der gemusterten dielektrischen Schicht 26 erzeugt. Die Elektrodenschicht 29 kann aus Platin oder jedem anderen geeigneten leitenden ein Metall der zweiten oder dritten Reihe der Gruppe VIIIB oder Gruppe IB enthaltenden Material bestehen. Im Allgemeinen wird, wie in 2A gezeigt, die nicht-planare obere Oberfläche 23 der Elektrodenschicht 29 der Planarisierung oder einer anderen Bearbeitung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unterworfen. Der resultierende Wafer 20 weist, wie in 2B gezeigt, eine obere Oberfläche 27 auf, die so planarisiert ist, dass die Dicke des Wafers 20 im Wesentlichen über den gesamten Wafer 20 einheitlich ist, so dass der Wafer nun elektrisch leitende Bereiche 24 aufweist, die innerhalb des gemusterten dielektrischen Materials 26, das eine Kondensatorstruktur bildet, isoliert sind. Wenn gewünscht, können die konformale Schicht 29 und die Öffnungen 24 vor der Planarisierung mit einem Photoresist oder anderem Material, das nach der Planarisierung entfernt wird, bedeckt werden, so das dass Schleifmittel nicht in die Öffnungen 24 fällt.
Eine allgemein erläuterte Planarisierungsanordnung 100, wie in 3 gezeigt, beinhaltet eine sich drehende Waferträgerplattform 135 ein, die Wafer 102 hält, von dem Waferteil 10 (in den 1A und 1B gezeigt) ein Teil davon ist. Eine Planarisierungszusammensetzung wird typischerweise an oder nahe dem Interface zwischen dem fixierten Schleifgegenstand 142 und dem Wafer 102 eingeführt. Ein fixierter Schleifgegenstand 142 wird dann zwischen einer Platte 110 und dem Wafer 102 zugeführt.
Wie in 3 gezeigt, kann der fixierte Schleifgegenstand 142 auf kontinuierliche Weise zugeführt werden, wobei eine Zufuhrrolle 120 einen länglichen fixierten Schleifgegenstand 142 zu einem Polierinterface zwischen der Platte 110 und dem Wafer 102 zuführt. Nachdem die Polierlebensdauer eines Teils des fixierten Schleifgegenstands 142 ausgeschöpft worden ist, kann der fixierte Schleifgegenstand 142 vorgerückt werden, und er wird auf einer Aufnahmerolle 123 aufgewickelt. In einer anderen Ausführungsform kann ein fixierter Schleifgegenstand einer definierten Größe an die Platte 110 zur Verwendung in einer diskreten Weise, d.h. nicht kontinuierlich, befestigt werden.
Gegebenenfalls kann eine Station (nicht gezeigt) bereit gestellt werden, die dazu dienen kann, den fixierten Schleifgegenstand vor der Planarisierung vorzubenetzen, oder sie kann dazu dienen, den fixierten Schleifgegenstand zwischen der Planarisierung von verschiedenen Wafern zu spülen. Der fixierte Schleifgegenstand 142 kann zu der Station vorgerückt werden, die in großer Nähe zu einer rotierenden Trommel 122a angeordnet ist, und eine Lösung kann zu der Station geliefert werden, um durch Tropf-, Sprüh- oder andere Abgabevorrichtungen auf die fixierte Schleifoberfläche, die letztlich mit dem Wafer in Kontakt kommt, aufgebracht zu werden. Stärker bevorzugt ist die Lösung eine wässrige Lösung und noch stärker bevorzugt ist die Lösung Wasser oder eine Planarisierungszusammensetzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Nach dem Ausbringen der Lösung wird der fixierte Schleifgegenstand 142 dann angeordnet, um mit der Oberfläche des Wafers zur Planarisierung in Kontakt zu kommen.
Der fixierte Schleifgegenstand 142 ist mit einer Oberfläche des Wafers 102 (z.B. der Oberfläche 13 von Wafer 10, wie in 1A dargestellt) in Gegenwart einer Planarisierungszusammensetzung während des Planarisierungsverfahrens in Kontakt. Druck kann ausgeübt werden, typischerweise durch eine nach unten gerichtete Kraft, die auf einen Trägerarm 139 ausgeübt wird, der an den Halter 132 befestigt ist, obwohl in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, dass Druck von der Rückseite der Platte 110 ausgeübt werden kann. Vorzugsweise wird ein Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bei Atmosphärendruck und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 4°C bis etwa 62°C durchgeführt. In einer Ausführungsform können sowohl ein Waferhalter 132 und/oder die Platte 110 gedreht und von Motoren oder Antriebsvorrichtungen (nicht gezeigt) bewegt werden, wie bereits den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
Der Waferhalter 132 dreht den Wafer 102 mit einer gewählten Geschwindigkeit in einer kreisförmigen Richtung, die durch den Pfeil „R" angezeigt ist, und bewegt den Wafer 102 unter kontrolliertem Druck über einen Teil des fixierten Schleifgegenstands 142. Der Wafer 102 ist mit dem fixierten Schleifgegenstand 142 in Kontakt, wenn er bewegt wird. Die Fläche des fixierten Schleifgegenstands 142, die mit der Oberfläche des Wafers 102 in Kontakt kommt, verändert sich, wenn der Wafer 102 bewegt wird, wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Zum Beispiel kann der fixierte Schleifgegenstand 142 eine Strecke bewegt werden, die kleiner ist als der maximale Durchmesser eines Wafers, so dass ein anschließend polierter Wafer einer zweiten Stelle auf dem fixierten Schleifmittel ausgesetzt wird. Die zweite Stelle auf dem fixierten Schleifmittel beinhaltet vorzugsweise mindestens einen Teil, der nicht verwendet wurde, um den direkt vorangehenden Wafer zu polieren. Deshalb kann alles oder ein Teil der zweiten Stelle auf dem fixierten Schleifmittel einen Teil beinhalten, der nicht verwendet wurde, um den direkt vorangehenden Wafer zu polieren. Eine geeignete Strecke, die der fixierte Schleifgegenstand 142 bewegt werden kann, beträgt weniger als etwa 1,0% des maximalen Durchmessers des Wafers. Deshalb beträgt für einen Wafer mit einem maximalen Durchmesser von etwa 8 Inch (etwa 20,3 cm) eine Strecke, die der fixierte Schleifgegenstand 142 bewegt werden kann, etwa 0,25 Inch (etwa 0,64 cm). Eine andere geeignete Strecke, die der fixierte Schleifgegenstand 142 bewegt werden kann, ist eine Strecke, die im Wesentlichen dem maximalen Durchmesser des Wafers entspricht.
Ein Zufuhrsystem (nicht gezeigt) führt eine Planarisierungszusammensetzung mit einer spezifischen Fließgeschwindigkeit oberhalb des fixierten Schleifgegenstands 142, vorzugsweise an oder nahe des Interfaces oder Kontaktfläche zwischen der Oberfläche des Wafers 102 und dem fixierten Schleifgegenstand 142 ein. Die Planarisierungszusammensetzung kann an verschiedenen Stellen über das fixierte Schleifmittel eingeführt werden. Zum Beispiel kann die Planarisierungszusammensetzung von oberhalb des fixierten Schleifgegenstands 142, beispielsweise durch Tropf-, Sprüh- oder andere Abgabevorrichtungen, eingeführt werden.
Wie in 4 gezeigt, die entlang der Linie A-A in 3 aufgenommen wurde, kann die Zusammensetzung an oder nahe dem Interface Wafer/fixierter Schleifgegenstand durch Zuführen der Zusammensetzung zu einem Abgabemechanismus, der direkt in den Waferhalter 132 der Waferträgerplattform 135 eingebaut ist, eingeführt werden. Eine Mehrzahl von Zufuhröffnungen 160 sind rund um die Peripherie des Waferhalters 132 angeordnet, durch die die Zusammensetzung abgegeben werden kann. Die Zusammensetzung kann zu jeder gegebenen Zeit während des Planarisierungsverfahrens durch alle oder einige der Zufuhröffnungen abgegeben werden. Wie in 4 gezeigt, ist eine bevorzugte Anordnung der Mehrzahl der Zufuhröffnungen 160 um den Umfang eines Waferbefestigungsteils 102' des Waferhalters 132, obwohl andere Anordnungen möglich sind.
Der Waferhalter 132 wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 bis 600 mm/s gedreht. Wie in 5 gezeigt, dreht sich der Waferhalter 132 vorzugsweise auf einem durch Pfeil „C" bezeichneten Weg in Kontakt mit der Platte 110, die den fixierten Schleifgegenstand 142 einschließt. Die Geschwindigkeit des Waferhalters 132 bezieht sich dann auf die Länge von „C". Die Oberfläche des Wafers 102 wird in Juxtaposition bezogen auf den fixierten Schleifgegenstand 142 gehalten, so dass der fixierte Schleifgegenstand 142 die Oberfläche planarisieren kann.
Obwohl das Vorstehende unter besonderer Berücksichtigung eines sich drehenden Waferhalters beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass sich für die Planarisierung sowohl der Waferhalter als auch die Platte relativ zueinander bewegen können. Zum Beispiel kann sich der Waferhalter drehen/rotieren und die Platte kann sich drehen oder kreisen. Außerdem können entweder der Waferhalter oder die Platte stationär sein.
Die vorstehende ausführliche Beschreibung ist gegeben worden, damit ein klares Verständnis möglich ist. Es sollen keine unnötigen Einschränkungen daraus abgeleitet werden. Die Erfindung ist nicht auf die genauen gezeigten und beschriebenen Details beschränkt, weil Variationen, die für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sind, innerhalb der durch die Ansprüche definierten Erfindung enthalten sind.

Claims

Planarisierungsverfahren, umfassend: Positionieren einer Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, eines Substrats, damit sie ein Interface mit einem fixierten Schleifgegenstand bildet, wobei das Metall der Gruppe VIII aus Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium, Palladium, Platin und Kombinationen davon ausgewählt ist; Zufuhr einer Planarisierungszusammensetzung in die Nähe des Interfaces, wobei die Planarisierungszusammensetzung ein Oxidationsmittel, einen Komplexbildner oder Gemische davon umfasst und wobei die Planarisierungszusammensetzung einen pH von etwa 1,5 bis etwa 3 aufweist; und Planarisieren der Substratoberfläche mit dem fixierten Schleifgegenstand; wobei der fixierte Schleifgegenstand eine Mehrzahl an Schleifteilchen mit einer Härte von nicht mehr als etwa 6,5 Mohs, umfasst, die in einem Bindemittel, das an mindestens einer Oberfläche eines Trägermaterials haftet, dispergiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, des Substrats eine nicht-planare Topographie aufweist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, des Substrats ein Metall der Gruppe VIII in elementarer Form oder eine Legierung davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, elementares Platin umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, eine Platinlegierung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Metall der Gruppe VIII in einer Menge von etwa 10 Atomprozent oder mehr vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Metall der Gruppe VIII in einer Menge von etwa 20 Atomprozent oder mehr vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Metall der Gruppe VIII in einer Menge von etwa 50 Atomprozent oder mehr vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Substrat ein Halbleitersubstrat oder eine Substratanordnung ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Substrat oder die Substratanordnung mindestens einen Bereich einer Platin enthaltenden Oberfläche umfasst und wobei die Planarisierung das Planarisieren des mindestens einen Bereichs der Platin enthaltenden Oberfläche mit dem fixierten Schleifgegenstand umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Substrat ein Wafer ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Wafer eine darauf gebildete gemusterte dielektrische Schicht und eine Schicht, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, die über der gemusterten dielektrischen Schicht gebildet ist, aufweist, wobei das Planarisierungsverfahren bei der Herstellung eines Kondensators oder einer Sperrschicht verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Mehrzahl an Schleifteilchen CeO₂, Y₂O₃, Fe₂O₃ oder Gemische davon umfassen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Mehrheit der Mehrzahl an Schleifteilchen CeO₂-Schleifteilchen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Oberfläche, die ein Metall der Gruppe VIII enthält, in einem Selektivitätsverhältnis von mindestens etwa 10:1 bezogen auf eine dielektrische Schicht entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Planarisierungszusammensetzung ein Oxidationsmittelumfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus Cerammoniumnitrat und Cerammoniumsulfat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Planarisierungszusammensetzung eine wässrige Lösung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Planarisierungszusammensetzung ein grenzflächenaktives Mittel, ein Verdickungsmittel, einen Puffer oder Gemische davon umfasst.