DE60305827T2

DE60305827T2 - Polierzusammensetzung

Info

Publication number: DE60305827T2
Application number: DE60305827T
Authority: DE
Inventors: Fujimi Incorporated Koji Ohno; Fujimi Incorporated Chiyo Horikawa; Fujimi Incorporated Kenji Sakai; Fujimi Incorporated Katsuyoshi Ina
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: SG116506A1; TWI328032B; TW200411037A; JP4083528B2; US20040250476A1; CN1326962C; DE60305827D1; US6849099B2; JP2004123880A; KR20040032052A; EP1405886A1; CN1497030A; EP1405886B1; KR101064643B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polierzusammensetzung, und insbesondere eine Polierzusammensetzung, die beispielsweise in einem Polierschritt zur Ausbildung von Verdrahtungen bzw. Leitungen von Halbleitervorrichtungen verwendet wird.
In dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung wurde ein Polierschritt gemäß dem CMP (CMP = chemisch-mechanisches Polieren) durchgeführt. In dem Herstellungsverfahren von Verdrahtungen gemäß dem CMP werden auf einer Isolierschicht Verdrahtungsfurchen ausgebildet und anschließend wird eine Metallschicht auf der Isolierschicht ausgebildet, so dass sie die Verdrahtungsfurchen vollständig ausfüllt. Die Metallschicht wird anschließend poliert und entfernt, so dass die oberste Oberfläche bzw. Deckfläche der Isolierschicht exponiert wird. Die Verdrahtung wird aus der Metallschicht, die in den Verdrahtungsfurchen zurückbleibt, gebildet.
Die nationale Phase der japanischen offen gelegten Patentveröffentlichungsnummer Nr. 2000-501771 offenbart eine Polierzusammensetzung des Standes der Technik. Die Polierzusammensetzung wird durch Zugabe von Ammoniumpersulfat, Kaliumperiodat und Natriumhydroxid zu Tonerdeschlamm bzw. Tonerde-Slurry hergestellt. Der Tonerde-Slurry poliert die Metallschicht mechanisch und die synergistische Wirkung von Ammoniumpersulfat und Kaliumperiodat verbessert die Polierrate für die leitfähige Schicht.
Die derzeit gebräuchliche Zusammensetzung erhöht jedoch nicht nur die Polierrate für die leitfähige bzw. leitende Schicht, sondern auch die Polierrate für die Isolierschicht. Demzufolge wird bei Gebrauch der Zusammensetzung, die derzeit in Verwendung ist, zur Durchführung des letzten Polierens der Metallschicht und der Isolierschicht im Verdrahtungsbereich, der Level bzw. die Ebene der oberen Oberfläche von der Isolierschicht im Verdrahtungsbereich geringer sein als der bzw. die der Isolierschicht außerhalb des Verdrahtungsbereichs, was die Erzeugung einer lokalen Erosion bedeutet (siehe 3).
Der Gegenstand dieser Erfindung ist folglich die Bereitstellung einer Polierzusammensetzung, die in dem Polierschritt des Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung eingesetzt wird, in welchem die Entstehung von Erosion erschwert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Polierzusammensetzung, die in einem letzten Polierschritt eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung eingesetzt wird, wobei die Halbleitervorrichtung eine Isolierschicht mit einer Oberfläche, auf der Furchen ausgebildet sind, und eine leitfähige, auf der Isolierschicht ausgebildete Schicht einschließt. Die Polierzusammensetzung enthält in die Polierzusammensetzung gemischtes kolloides Siliciumdioxid (sog. Kolloid-Kieselerde) in einer Menge von mehr als 50 g/Liter und weniger als 160 g/Liter, eine Periodsäureverbindung, Ammoniak, Ammoniumnitrat und Wasser, und weist einen pH-Wert im Bereich von 1,8 bis 4,0 auf.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen, deutlich werden.
Die Erfindung sowie deren Aufgaben und Vorteile können am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen und beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung ist, die mit einer Polierzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung poliert wurde,
2 eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung ist, die mit einer Polierzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung poliert wurde, und
3 eine vergrößerte Schnittzeichnung ist, die einen Teil einer Halbleitervorrichtung zeigt, in der Erosion erzeugt ist.
Ein Verfahren zur Verdrahtungsausbildung einer Halbleitervorrichtung wird beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt, wird zuerst eine Isolierschicht 11 auf ein Halbleitersubstrat laminiert (nicht gezeigt). Die obere Fläche der Isolierschicht 11 wird wünschenswert so flach bzw. dünn wie möglich hergestellt. Verdrahtungsfurchen 12 mit einem vorgeschriebenen Aufbaumuster werden auf der Isolierschicht 11 durch bekannte Lithographie- und Musterätztechniken ausgebildet. Die Isolierschicht 11 ist z.B. eine SiO₂-Schicht, wie z.B. eine TEOS (Tetraethoxysilan)-Schicht, eine BSG-Schicht, eine PSG-Schicht oder eine BPSG-Schicht, eine SiOF-Schicht oder eine SiOC-Schicht.
Eine leitfähige Schicht 13 oder eine Metallschicht wird anschließend auf der Isolierschicht 11 ausgebildet, so dass sie mindestens die Verdrahtungsfurchen 12 vollständig ausfüllt. Die leitfähige Schicht 13 wird beispielsweise durch PVD (physikalische Gasphasenabscheidung) gebildet. Die leitfähige Schicht 13 wird aus einem leitenden Metall wie z.B. Wolfram (W), Ruthenium (Ru), Platin (Pt), Gold (Au), Hafnium (Hf), Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) gebildet. Das leitende Metall ist vorzugsweise W, Ru, Pt oder Au, welches befähigt ist, die Leitfähigkeit der leitfähigen Schicht zu verbessern, bevorzugter W oder Ru, und am meisten bevorzugt W.
Die leitfähige Schicht 13 und die Isolierschicht 11 werden anschließend einem letzten Polieren unterzogen bis die obere Fläche der Isolierschicht 11 exponiert wird, wie in 2 gezeigt. Leitung bzw. Verdrahtung 14 wird aus der leitfähigen Schicht 13 gebildet, mit der die Verdrahtungsfurchen 12 aufgefüllt wurden. Eine Ausführungsform dieser Erfindung betrifft eine Polierzusammensetzung, die in dem Polierschritt eingesetzt wird, bei dem die leitfähige Schicht 13 und die Isolierschicht 11 einer letzten Polierung unterzogen werden.
Die Zusammensetzung gemäß der Ausführungsform enthält die folgenden Bestandteile:

A: kolloides Siliciumdioxid
B: mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Periodsäuren und den Salzen davon (nachstehend als Periodsäureverbindung bezeichnet)
C: Ammoniak
D: Ammoniumnitrat
E: Wasser

Der Bestandteil A, oder kolloides Siliciumdioxid, fungiert als mechanisches Poliermittel für die zu polierende Oberfläche. Obwohl kolloides Siliciumdioxid durch verschiedene Verfahren synthetisiert werden kann, wird in dieser Ausführungsform vorzugsweise durch Sol-Gel-Verfahren synthetisiertes kolloides Siliciumdioxid eingesetzt. Insbesondere bevorzugt wird ein kolloides Siliciumdioxid eingesetzt, welches auf eine solche Art und Weise synthetisiert wird, bei der Methylsilikat in ein Lösungsmittel bestehend aus Methanol, Ammoniak und Wasser getropft wird, um dasselbe zu hydrolysieren. Das so hergestellte kolloide Siliciumdioxid hat die Eigenschaft, dass es extrem geringe Mengen an verunreinigenden Elementen enthält. Wenn der Gehalt an Verunreinigungs- bzw. Störelementen jedoch keine Rolle spielt, so kann hergestelltes kolloides Siliciumdioxid unter Einsatz des Ionenaustausches, das so genannte Ionenaustausch-Herstellungsverfahren für kolloides Siliciumdioxid, verwendet werden.
Der bevorzugte Partikeldurchmesser von kolloidem Siliciumdioxid wird beschrieben werden. Es gibt zwei Arten von Partikeldurchmessern: der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₁, welcher berechnet wird bezogen auf den spezifischen Oberflächenbereich gemessen gemäß einer spezifischen Oberflächenbereichsmessmethode (BET-Methode) unter Verwendung von Gasadsorption von Pulver zum Messen der spezifischen Oberfläche, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₂, welcher gemäß der Lichtstreuung berechnet wird. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₁ des kolloiden Siliciumdioxids beträgt vorzugsweise 40 bis 120 nm und bevorzugter 60 bis 100 nm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₂ des kolloiden Siliciumdioxids beträgt vorzugsweise 80 bis 300 nm und bevorzugter 150 bis 250 nm. Sollte der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₁ des kolloiden Siliciumdioxids weniger als 40 nm oder der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₂ desselben weniger als 80 nm betragen, so wird die Polierrate für die leitfähige Schicht verringert. Sollte der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₁ des kolloiden Siliciumdioxids mehr als 120 nm oder der durchschnittliche Partikeldurchmesser D₂ desselben mehr als 300 nm betragen, so wird die Viskosität der Polierzusammensetzung zu hoch, was eine Verringerung der Dispersionsstabilität des kolloiden Siliciumdioxids hervorruft, und somit eine Abscheidung und eine Auftrennung bzw. Entmischung der Partikel in der Polierzusammensetzung zur Folge hat.
Der Gehalt an kolloidem Siliciumdioxid in einem Liter der Polierzusammensetzung beträgt mehr als 50 g und nicht mehr als 160 g und vorzugsweise liegt er im Bereich von 60 bis 120 g. Falls die kolloide Siliciumdioxid-Konzentration 50 g/Liter oder weniger beträgt, so wird die mechanische Polierleistung der Polierzusammensetzung nicht ausreichen, und sollte gleichzeitig die kolloide Siliciumdioxid-Konzentration mehr als 160 g/Liter betragen, so wird die Viskosität der Polierzusammensetzung zu hoch, was zu einer Verschlechterung der Dispersionsstabilität des kolloiden Siliciumdioxids führt, und daher eine Präzipitation und Entmischung der Partikel in der Polierzusammensetzung zur Folge hat.
Der Bestandteil B, oder eine Periodsäureverbindung, fungiert als chemisches Poliermittel für die leitfähige Schicht und die Isolierschicht, und verbessert die Polierrate für dieselben. Als Periodsäure können Orthoperiodsäure (H₅IO₆), Metaperiodsäure (HIO₄), Dimesoperiodsäure (H₄I₂O₉), Mesoperiodsäure (H₃IO₅) und Diorthoperiodsäure (H₈I₂O₁₁) verwendet werden, jedoch wird von den vorstehenden Verbindungen die Orthoperiodsäure bevorzugt verwendet, da ihre Zusammensetzung stabil ist und sie leicht erhältlich ist. Als Periodat können alle Salze der vorstehenden Periodsäuren eingesetzt werden, jedoch werden Ammoniumperiodat, Kaliumperiodat und Natriumperiodat bevorzugt verwendet, da sie alle leicht verfügbar sind.
Der Gehalt an den Periodsäureverbindungen in einem Liter der Polierzusammensetzung liegt vorzugsweise im Bereich von 4 bis 16 g und bevorzugter im Bereich von 6 bis 12 g. Sollte die Konzentration der Periodsäureverbindung in der Polierzusammensetzung weniger als 4 g/Liter betragen, wird der Effekt einer Beschleunigung des Polierens vermindert und die Polierrate für die leitfähige Schicht und die Isolierschicht wird nicht ausreichen, während wenn die Konzentration an der Periodsäureverbindung mehr als 16 g/Liter beträgt, wird die Polierrate für die leitfähige Schicht und die Isolierschicht zu hoch liegen, was eine Steuerung des Poliervorganges erschweren würde.
Der Bestandteil C, oder Ammoniak, fungiert als Bestandteil zur Einstellung nicht nur des pH-Wertes der Polierzusammensetzung, sondern auch der Polierraten für die Isolierschicht und die leitfähige Schicht auf ungefähr das Gleiche. Je höher der Ammoniakgehalt sein wird, umso mehr wird die Polierrate für die Isolierschicht verbessert. Und das Einstellen der Menge an Ammoniak in der Polierzusammensetzung verringert die Erosionstiefe e, wie in 3 gezeigt.
Der pH-Wert der Polierzusammensetzung beträgt 1,8 bis 4,0 und vorzugsweise 2,0 bis 3,0. Ammoniak ist in der Polierzusammensetzung deswegen in solchen Mengen enthalten, damit der pH-Wert der Polierzusammensetzung im Bereich von 1,8 bis 4,0 und vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 3,0 gehalten werden kann.
Falls der pH-Wert der Polierzusammensetzung weniger als 1,8 beträgt, weil der Ammoniakgehalt gering ist, wird die Polierrate für die Isolierschicht geringer ausfallen als die für die leitfähige Schicht. In einem solchen Fall wird die leitfähige Schicht im Vergleich zur Isolierschicht exzessiv poliert. Die Ebene bzw. Höhe der Oberfläche der leitfähigen Schicht wird demzufolge geringer sein als die der oberen Oberfläche der Isolierschicht, wodurch verursacht wird, dass sich der Polierdruck auf der Oberfläche der Isolierschicht konzentriert, und dies zu einer Erhöhung der Erosionstiefe e führt. Die Polierzusammensetzung mit einem pH-Wert von weniger als 1,8 könnte darüber hinaus die Poliervorrichtung korrodieren lassen, und daher wäre eine solche Zusammensetzung schwer in Gebrauch zu nehmen.
Andererseits, sollte der pH-Wert der Polierzusammensetzung mehr als 4,0 betragen, weil der Ammoniakgehalt hoch ist, wird die Dispersionsstabilität der Polierzusammensetzung verringert, was zu einer Separation und Gelierung der Zusammensetzung führt.
Der Bestandteil D, oder Ammoniumnitrat, beschleunigt die chemische Polierwirkung der Periodsäureverbindung und verbessert daher die Polierrate für die leitfähige Schicht. Der Gehalt an Ammoniumnitrat in einem Liter der Polierzusammensetzung liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 20 g und bevorzugter im Bereich von 5 bis 15 g. Falls die Ammoniumnitrat-Konzentration in der Polierzusammensetzung weniger als 2,5 g/Liter beträgt, wird der Effekt einer Beschleunigung der chemischen Polierwirkung der Periodsäureverbindung verringert, und die Polierrate für die leitfähige Schicht könnte nicht ausreichend erhöht werden, während der Effekt der Erhöhung der chemischen Polierwirkung der Periodsäureverbindungen nicht mehr bewahrt werden kann, auch wenn die Ammoniumnitrat-Konzentration mehr als 20 g/Liter beträgt, und daher die Polierzusammensetzung mit Ammoniumnitrat-Konzentrationen von mehr als 20 g/Liter unökonomisch wird. Ein sehr hoher Ammoniumnitrat-Gehalt verringert darüber hinaus die Stabilität der Polierzusammensetzung, was zu einer Separation oder Gelierung der Zusammensetzung führen könnte.
Der Bestandteil E, oder Wasser, fungiert als Dispersionsmedium oder als Lösungsmittel für die Bestandteile A bis D. Wasser mit den geringst möglichen Verunreinigungen, die die Reaktion der Bestandteile A bis D unterdrücken, wird bevorzugt. Reines Wasser oder hochreines Wasser, welches durch Entfernen der verunreinigenden bzw. störenden Ionen durch ein Ionenaustauscherharz und anschließend durch Entfernen der Fremdstoffe durch einen Filter erhalten wird, oder destilliertes Wasser ist besonders bevorzugt.
Die Polierzusammensetzung kann neben den Bestandteilen A bis E weitere Bestandteile enthalten wie beispielsweise einen Korrosionsinhibitor und ein Antischaummittel, die gewöhnlich in Polierzusammensetzungen eingesetzt werden. Der Gehalt an additiven Bestandteilen in der Polierzusammensetzung wird durch das in der Herstellung von Polierzusammensetzungen verwendete gebräuchliche Verfahren bestimmt.
Die Polierzusammensetzung enthält vorzugsweise die geringst möglichen Verunreinigungen. In der Polierzusammensetzung beträgt insbesondere die Konzentration an jedem der zu den Gruppen 2 bis 12 im Periodensystem zugehörigen Elemente und an den Elementen Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Zinn, Blei und Bismut bevorzugt 100 Teile je Milliarde Teile oder weniger, und bevorzugter 50 Teile je Milliarde Teile oder weniger. Die Konzentrationen an Kupfer, Eisen, Nickel, Chrom und Mangan betragen vorzugsweise 100 Teile je Milliarde Teile oder weniger, da sie zur Diffusion in die Isolierschicht (SiO₂-Film) neigen und den Ertrag von Halbleitervorrichtungen beeinträchtigen.
Die Gruppennummern sind im Einklang mit der Schreibweise einer überarbeiteten Ausgabe der IUPAC (Inorganic Chemistry Nomenclature) von 1989. Die Konzentrationen an Verunreinigungen werden mit einem induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometer (ICP-MS), einem induktiv gekoppelten Plasma-Atomemissionsspektrometer (ICP-AES), einem Atomadsorptionsspektrometer oder einem Totalreflexions-Röntgenstrahlfluoreszenz-Spektroskop (TXRF) gemessen.
Die Polierzusammensetzung wird hergestellt, indem die Bestandteile A, B, C und D dem Wasser beigemischt werden und die gemischte Lösung wird mit einer Rührvorrichtung vom Propeller-Typ oder einem Ultraschall-Dispersionsgerät dispergiert oder geschüttelt. Die Reihenfolge der Zugabe der Bestandteile A, B, C und D zu dem Wasser ist nicht beschränkt.
Ein Verfahren zur Ausbildung der Verdrahtung 14 wird anschließend beschrieben.
Die leitfähige Schicht 13 und die Isolierschicht 11 werden einem letzten Polieren mit der Polierzusammensetzung dieser Ausführungsform unterzogen, bis die obere Oberfläche der Isolierschicht 11 exponiert wird (der in 2 dargestellte Zustand). Die Polierrate für die leitfähige Schicht beträgt vorzugsweise 100 bis 300 nm/min und bevorzugter 150 bis 250 nm/min. Sollte die Polierrate weniger als 100 nm/min betragen, so könnte sich der Poliervorgang verlängern, sollte dagegen die Polierrate mehr als 300 nm/min betragen, so ist dieser dann schwer zu kontrollieren.
Die Polierrate für die leitfähige Schicht und die für die Isolierschicht sind vorzugsweise fast gleich. Insbesondere das Verhältnis der Polierrate für die leitfähige Schicht zu der für die Isolierschicht beträgt vorzugsweise 1:0,6 bis 1:1,3 und bevorzugter 1:0,7 bis 1:1,1. Falls das Verhältnis 1 zu weniger als 0,6 beträgt, wenn die leitfähige Schicht und die Isolierschicht zur gleichen Zeit poliert werden, wird die leitfähige Schicht sehr stark poliert im Vergleich zur Isolierschicht und die Höhe/Dicke der Deckfläche der leitfähigen Schicht wird voraussichtlich niedriger sein als diejenige der Deckfläche der Isolierschicht. In diesem Fall tendiert der Polierdruck dazu, auf der Oberfläche der Isolierschicht konzentriert zu sein, was zu einer Erhöhung der Erosionstiefe e führt. Andererseits falls das Verhältnis 1 zu mehr als 1,3 beträgt, wird eher die Isolierschicht poliert als die leitfähige Schicht, was wiederum die Ebenheit der zu polierenden Oberfläche verschlechtert.
Aufgrund des Synergismus der mechanischen Polierwirkung des kolloiden Siliciumdioxids und der chemischen Polierwirkung der Periodsäureverbindung und des mittels Ammoniak auf 1,8 bis 4,0 eingestellten pH-Werts der Polierzusammensetzung wird die Polierrate für die Isolierschicht und diejenige für die leitfähige Schicht ungefähr die gleiche werden. Das bedeutet eine gut ausgewogene Optimierung der Polierrate für die Isolierschicht und diejenige für die leitfähige Schicht, und daher geringere Erosionstiefe e, was zu einer Verbesserung in der Ebenheit der zu polierenden Fläche führt.
Wenn die leitfähige Schicht beispielsweise aus Wolfram besteht, wird die Oberfläche der Wolframschicht durch die Periodsäureverbindung oxidiert und wird zu Wolframtrioxid umgewandelt. Da Wolframtrioxid spröde ist, wird es durch die mechanische Polierwirkung des kolloiden Siliciumdioxids leicht entfernt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die folgenden Vorteile zu verzeichnen.
Die Polierzusammensetzung enthält kolloides Siliciumdioxid, eine Periodsäureverbindung, Ammoniak, Ammoniumnitrat und Wasser, und deren pH beträgt 1,8 bis 4,0. Aufgrund der synergistischen Wirkung des kolloiden Siliciumdioxids, der Periodsäureverbindung und des Ammoniaks und des pH-Wertes der auf einen geeigneten Bereich eingestellten Polierzusammensetzung, nimmt die Erosionstiefe e ab.
Wegen des kolloiden Siliciumdioxids und der Periodsäureverbindung werden sowohl die Polierrate für die leitfähige Schicht als auch diejenige für die Isolierschicht verbessert.
Da die Konzentration des kolloiden Siliciumdioxids in der Polierzusammensetzung 50 g/Liter bis 160 g/Liter beträgt, sind die Polierrate für die leitfähige Schicht und die Polierrate für die Isolierschicht relativ hoch, und außerdem nahezu gleich.
Wenn die Konzentration jedes der der zweiten bis zwölften Gruppe des Periodensystems zugehörigen Elemente und der Elemente Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Zinn, Blei und Bismut 100 Teile je Milliarde Teile oder weniger (Teile durch Masse) beträgt, werden die durch diese verunreinigenden Elemente verursachten Oberflächendefekte verhindert, und die elektrischen Eigenschaften von Halbleitervorrichtungen werden nicht gemindert. Die Oberflächenreinigung mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure, die nach Verwendung der derzeit verwendeten Polierzusammensetzung benötigt wird, kann darüber hinaus entfallen oder verkürzt werden, was zu verringerten Produktionskosten bei der Herstellung der Verdrahtung 14 führt.
Da die Polierrate für die Isolierschicht 11 0,6 bis 1,3 beträgt, wenn die Polierrate für die leitfähige Schicht 13 1 ist, so wird die Erosion, die erzeugt wird, wenn das Polieren der leitfähigen Schicht 13 und der Isolierschicht 11 zur gleichen Zeit durchgeführt wird, verringert.
Die Ausführungsform kann folgendermaßen modifiziert werden.
Wenn die Dicke der leitfähigen Schicht 13 beispielsweise 300 nm oder mehr beträgt, wird die Schicht 13 auf eine Dicke von 200 nm oder weniger und vorzugsweise 100 nm oder weniger (erstes Polieren) entfernt. Die leitfähige Schicht 13 und die Isolierschicht 11 werden anschließend so lange mit der Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung poliert, bis die obere Oberfläche der Isolierschicht 11 exponiert wird (zweites Polieren). Die Verdrahtung 14 kann auch in den Verdrahtungsfurchen 12 auf diese Art und Weise ausgebildet werden.
Nach Ausbildung der Verdrahtungsfurchen 12 kann eine aus Titan oder Titannitrid gefertigte Front-End-Schicht auf der Isolierschicht 11 ausgebildet werden. Bei Ausbildung der Front-End-Schicht wird die leitfähige Schicht 13 so ausgebildet, dass die mit der Front-End-Schicht beschichteten Verdrahtungsfurchen 12 vollständig aufgefüllt sind und die Metallschicht aus der Front-End-Schicht und der leitfähigen Schicht 13 zusammengesetzt ist. In diesem Fall verbessert die Front-End-Schicht die Adhäsion zwischen der leitfähigen Schicht 13 und der Isolierschicht 11. Ein Abblättern bzw. Ablösen der Verdrahtung 14 wird dadurch verhindert.
Die Polierzusammensetzung kann in einem konzentrierten Zustand hergestellt werden, so dass sie mit Wasser mengenmäßig so verdünnt wird, dass eine Verknappung dieser ausgeglichen wird. Die Polierzusammensetzung ist in einem konzentrierten Zustand leicht zu lagern und zu transportieren.
Die Polierzusammensetzung kann in einem Zustand hergestellt werden, dass ein erstes Mittel einschließlich kolloides Siliciumdioxid und Wasser und ein zweites Mittel einschließlich einer Periodsäureverbindung, Ammoniak, Ammoniumnitrat und Wasser voneinander getrennt gehalten werden. In diesem Fall werden das erste und das zweite Mittel gemischt, wenn die Zusammensetzung zum Polieren eingesetzt wird.
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wird die vorliegende Erfindung beschrieben werden.
Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7
In Beispiel 1 wurden durch Sol-Gel-Verfahren synthetisiertes kolloides Siliciumdioxid (A), Orthoperiodsäure (B), Ammoniumnitrat (D) und Wasser gemischt. Der pH des Gemisches wurde unter Verwendung von 28 Gew.-%igem wässrigem Ammoniak (C) eingestellt, um eine Polierzusammensetzung von Beispiel 1 herzustellen. Der Gehalt jedes Bestandteils in der Zusammensetzung und der pH der Zusammensetzung sind in Tabelle 1 angegeben.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des kolloiden Siliciumdioxids berechnet aus dem spezifischen Oberflächenbereich, der durch die BET-Methode bestimmt wurde, und der Partikeldichte betrug 90 nm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser desselben bestimmt durch Lichtstreuung betrug 250 nm. Die Bestimmung des spezifischen Oberflächenbereichs des kolloiden Siliciumdioxids wurde unter Verwendung von F1owSorb II2300 (hergestellt von Micromeritics) hergestellt. Die Bestimmung des durchschnittlichen Partikeldurchmessers durch Lichtstreuung wurde mittels eines N4 Plus Submicron Partikelgrößenbestimmers (hergestellt von Beckman Coulter, Inc.) festgestellt.
Die Polierzusammensetzungen von den Beispielen 2 bis 15 und Vergleichsbeispielen 1 bis 7 wurden auf die gleiche Art und Weise hergestellt wie die von Beispiel 1, außer dass die Gehalte der Bestandteile und der pH-Wert der Zusammensetzungen abgeändert wurden. In Tabelle 1 wurden die Gehalte des kolloiden Siliciumdioxids, der Periodsäureverbindung und des Ammoniumnitrats in g/Liter angegeben.
In Vergleichsbeispiel 6 wurde anstelle des kolloiden Siliciumdioxids (A) „Fumed Silica" bzw. pyrogene Kieselsäure verwendet. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Fumed Silica berechnet aus dem spezifischen Oberflächenbereich, der durch die BET-Methode bestimmt wurde, und der Partikeldichte betrug 30 nm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser derselben bestimmt durch Lichtstreuung betrug 100 nm.
In Vergleichsbeispiel 7 wurde „Fumed Alumina" (Tonerde) anstelle des kolloiden Siliciumdioxids (A) eingesetzt. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der „fumed" Tonerde berechnet aus dem spezifischen Oberflächenbereich, der durch die BET-Methode bestimmt wurde, und der Partikeldichte betrug 30 nm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser derelben bestimmt durch Lichtstreuung betrug 100 nm.
(1) Bestimmung der Polierrate
Wolfram-Wafer und SiO₂-Wafer wurden für 1 Minute mit den Polierzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 15 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7 unter den folgenden Bedingungen poliert:
Poliermaschine: Einseiten-CMP-Poliermaschine (Mirra; hergestellt von Applied Materials)
Polierkissen: Polyurethanlaminat-Polierkissen (IC-1000/Suba 400; hergestellt von Rodel)
Polierdruck: 4 psi (ungefähr 28 kPa)
Drehzahl der Drehscheibe: 60 UpM
Polierzusammensetzung-Versorgungsrate: 150 ml/min
Carrier-Drehzahl: 60 UpM
Die Dicke jedes Wafers vor und nach dem Poliervorgang wurde mit einem Widerstandsmessgerät (VR-120); hergestellt von Kokusai Electric System Service Co., Ltd.) gemessen und die Polierraten für jeden Wolfram-Wafer und für jeden SiO₂-Wafer wurden aus der folgenden Gleichung errechnet.
Polierrate [nm/min] = (Dicke von Wafer vor dem Polieren [nm]-Dicke von Wafer nach dem Polieren [nm]): Polierzeit [min]
Das Verhältnis der Polierraten (Polierrate für Wolfram-Wafer/Polierrate für SiO₂-Wafer) wurde auch für jeden Fall berechnet.
(2) Bestimmung der Erosionstiefe
Wafer enthaltend eine Isolierschicht, auf der ein Verdrahtungsfurchungsmuster ausgebildet wurde, und eine auf der Isolierungsschicht gebildete Wolfram-Schicht zur Erzeugung einer Dicke von 500 nm wurden mit einer Vorpolierzusammensetzung poliert, so dass die Wolfram-Schicht eine Dicke von 200 nm erhielt. Die Vorpolierzusammensetzung hatte die gleiche Zusammensetzung wie die der Polierzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 6, außer dass die Konzentration an Orthoperiodsäure 15 g/Liter betrug. Die Wafer wurden anschließend mit den Polierzusammensetzungen der Beispiele und der Vergleichsbeispiele unter den folgenden Bedingungen poliert. Die für das Polieren benötigte Zeit war die Zeit, die benötigt wurde, um die Wolfram-Schicht zu entfernen, um die Deckfläche der Isolierschicht zu exponieren, und sie wurde mit einem Endpunkt-Detektor (end point detector) gemessen. Die Erosionstiefe im Verdrahtungsbereich, in welchem das Flächenverhältnis der oberen Oberfläche der Wolfram-Schicht zu der oberen Oberfläche der Isolierfläche 50:50 beträgt, wurde mit einem „contact type" Profilometer (HRP 340; hergestellt von KLA-Tensor) gemessen.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war die Erosionstiefe für die Polierzusammensetzungen der Beispiele 1 bis 15 erniedrigt.
Bei Verwendung der Polierzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1, die keine Periodsäureverbindung enthielt, wurde die Polierrate für Wolfram und SiO₂ verringert und der gemusterte Wafer konnte nicht richtig poliert werden.
Bei Verwendung der Polierzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 2, in der der Gehalt an kolloidem Siliciumdioxid 50 g/Liter oder weniger betrug, war die Erosionstiefe erhöht.
Bei Verwendung der Polierzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 3, die kein Ammoniumnitrat enthielt, war die Erosionstiefe erhöht.
Bei Verwendung der Polierzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 4, dessen pH-Wert oberhalb 4,0 lag, präzipitierte das kolloide Siliciumdioxid wegen der Instabilität der Polierzusammensetzung und der Blanket Wafer und der gemusterte Wafer konnten nicht richtig poliert werden.
Bei Verwendung der Polierzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 5, die kein kolloides Siliciumdioxid enthielt, war die Erosionstiefe erhöht.
Bei Verwendung der Polierzusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 6 und 7, die anstelle des kolloiden Siliciumdioxids „Fumed Silica" bzw. „Fumed" Aluminiumoxid enthielten, war die Erosionstiefe erhöht.

Claims

Polierzusammensetzung, die in einem letzten Polierschritt eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, wobei die Halbleitervorrichtung eine Isolierschicht mit einer Oberfläche, auf der Furchen ausgebildet sind, und eine leitfähige, auf der Isolierschicht ausgebildete Schicht einschließt, wobei die Polierzusammensetzung gekennzeichnet ist durch: in die Polierzusammensetzung gemischtes kolloides Siliciumdioxid in einer Menge von mehr als 50 g/Liter und weniger als 160 g/Liter; eine Periodsäureverbindung; Ammoniak; Ammoniumnitrat; und Wasser, wobei die Polierzusammensetzung einen pH-Wert im Bereich von 1,8 bis 4,0 aufweist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Periodsäureverbindung mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Orthoperiodsäure, Metaperiodsäure, Dimesoperiodsäure, Mesoperiodsäure, Diorthoperiodsäure, Ammoniumperiodat, Kaliumperiodat und Natriumperiodat ist.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die in die Polierzusammensetzung gemischte Periodsäureverbindung in einer Menge von mehr als 6 g/Liter und weniger als 12 g/Liter vorliegt.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das in die Polierzusammensetzung gemischte Ammoniumnitrat in einer Menge von mehr als 5 g/Liter und weniger als 15 g/Liter vorliegt.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei die Polierzusammensetzung Aluminium, Gallium, Indium, Thallium, Zinn, Blei, Bismut und jedes der der zweiten bis zwölften Gruppe des Periodensystems zugehörigen Elemente in einer Menge von nicht mehr als 100 Teile je Milliarde Teile enthält.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Polierrate der Zusammensetzung für die leitfähige Schicht zu der der Isolierschicht 1:0,6 bis 1:1,3 beträgt.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser des kolloiden Siliciumdioxids, welcher berechnet wird bezogen auf den spezifischen Oberflächenbereich gemessen gemäß einer spezifischen Oberflächenbereichsmessmethode unter Verwendung von Gasadsorption von Pulver, 60 bis 100 nm beträgt.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser des kolloiden Siliciumdioxids berechnet gemäß Lichtstreuung 150 bis 250 nm beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Polierzusammensetzung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: Mischen von kolloidem Siliciumdioxid, einer Periodsäureverbindung, Ammoniumnitrat und Wasser; und Zugeben von Ammoniak zu dem Gemisch, um den pH-Wert des Gemischs von 1,8 bis 4,0 einzustellen.
Verfahren zum Polieren einer Halbleitervorrichtung, welche eine Isolierschicht mit einer Oberfläche, auf welcher Furchen ausgebildet sind, und eine leitfähige, auf der Isolierschicht ausgebildete Schicht einschließt, wobei das Verfahren einen ersten Polierschritt, in welchem die leitfähige Schicht so lange poliert wird, bis die Dicke der leitfähigen Schicht 200 nm oder weniger beträgt, und einen zweiten Polierschritt, in welchem die leitfähige Schicht und die Isolierschicht derart poliert werden, dass die Oberfläche der Isolierschicht exponiert wird, einschließt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polierzusammensetzung gemäß Anspruch 1 im zweiten Polierschritt verwendet wird.