DE69817143T2

DE69817143T2 - Schleifmittel und verfahren zum polieren von halbleitersubstraten

Info

Publication number: DE69817143T2
Application number: DE69817143T
Authority: DE
Inventors: Naoto Miyashita; Yoshihiro Minami; Kenji Doi; Jun Takayasu; Hiroyuki Kohno; Hiroshi Kato; Kazuhiko Hayashi
Original assignee: Toshiba Corp; Tokuyama Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Tokuyama Corp
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: EP0933166B1; DE69817143D1; EP0933166A1; US6354913B1; KR20000023851A; JPH10309660A; KR100332700B1; EP0933166A4; WO1998050200A1; TW434094B

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Poliermittel, genauer betrifft sie ein Poliermittel zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiterwafers, wie eines Siliziumwafers oder das verwendet wird bei einem CMP (chemisch-mechanisches Polieren, engl. Chemical Mechanical Polishing) Verfahren zum Polieren einer Schicht, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und ein Verfahren zum Polieren, das dieses verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Es ist im Stand der Technik bekannt, einen Siliziumwafer, der von einem Siliziumbarren geschnitten wurde, einem ersten Polierschritt zu unterwerfen, einem zweiten Polierschritt usw., dabei die Feinheit des Schleifmittels zu erhöhen, bis man schließlich zu einem letzten Polierschritt kommt.
Bei dem abschließenden Polieren ist es notwendig, die Unregelmäßigkeiten und Verwerfungen von der Waferoberfläche im wesentlichen komplett zu entfernen. Weiterhin ist bei der Herstellung von ULSI in den letzten Jahren das Entfernen von Metallverunreinigungen vom Wafer (Waferreinheit) mit Vorschreiten der Miniaturisierung der Vorrichtung von hoher Wichtigkeit. Unter diesen Umständen ist es sehr wichtig, ein Poliermittel mit hoher Reinheit zu entwickeln, das das Polieren mit hoher Präzision erlaubt und nicht die Reinheit des Wafers verschlechtert.
US-Patent Nr. 3,715,842 offenbart ein Poliermittel, bestehend aus einem anorganischen Oxid, wie Siliziumdioxid, einem wasserlöslichen Cellulosederivat und einem Alkali. Es wird gelehrt, dass das Vorhandensein von wasserlöslicher Cellulose wirksam bei der Unterdrückung der Schädigung des Wafers während der Polierbehandlung ist.
Der Polierapparat, der diese Poliermittel verwendet, umfasst ein Poliertuch, das auf einer Polieroberfläche gespannt ist, eine Polierscheibe, die z. B. durch einen Motor in Rotation gebracht wird und eine Saugscheibe, die ein Substrat rotierbar trägt und das rotierende Substrat in die Polierscheibe drückt.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Durchführung einer Polierbehandlung mit Hilfe dieses Polierapparates wird die zu polierende Oberfläche des rotierenden Substrats gegen das Poliertuch auf der rotierenden Polierscheibe gedrückt und ein aufschlämmungsartiges Poliermittel wird auf das Poliertuch gebracht, so dass das Poliermittel zwischen dem Poliertuch und dem Substrat bereitgestellt wird. Die Poliertechnologie, die diesen Polierapparat nutzt, wird in der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, einer Flüssig-Kristall-Anzeigenvorrichtung usw. verwendet.
Im allgemeinen wird eine Halbleitervorrichtung, wie IC oder LSI über verschiedene Schritte, einschließlich Schritt zur Gestaltung eines Schaltkreises auf einem Halbleitersubstrat, einem Maskenherstellungsschritt zum Führen des Elektronenstrahls zur Bildung des Schaltkreises, ein Wafer-Herstellungsschritt zum Herstellen eines Wafers mit einer vorherbestimmten Dicke aus einem Einzelkristallbarren, ein Wafer-Verarbeitungsschritt zur Bildung eines Halbleiterelements, wie eines integrierten Schaltkreises auf einen Wafer, ein Montageschritt zum Trennen des Wafers in einzelne Halbleitersubstrate und zum Verpacken der getrennten Halbleitersubstrate, um eine Halbleitervorrichtung herzustellen und ein Überprüfungsschritt.
Beim Wafer-Verarbeitungsschritt ist ein Zusatzmaterial, wie eine polykristalline Siliziumschicht, eine Siliziumoxidschicht (SiO₂) oder eine Siliziumnitridschicht (Si₃N₄) in einem Vertiefungsbereich, wie einer Einkerbung oder einem Kontaktloch eingelegt ist, gefolgt vom Abflachen der Oberfläche des eingelegten Materials. Ein Rückseitenätzung-RIE (reaktives Ionenätzen, engl. Reactive Ion Etching) ist als Glättungsverfahren bekannt. Es verbleiben allerdings viele Probleme beim Rückseitenätz-RIE-Verfahren. Zum Beispiel benötigt das Rückseitenätz-RIE-Verfahren eine große Zahl von Verfahrensschritten, wie ein Beschichtungsschritt eines Rückseitenätzresists. Außerdem neigt die Waferoberfläche dazu, RIE-Schäden aufzuweisen, daher ist es schwierig, eine befriedigende Glättung zu erreichen, die Bearbeitungsapparatur wird komplex, da Vakuum-Vorrichtungen verwendet werden müssen und ein gefährliches Ätzgas wird verwendet.
Aufgrund dieser Situation wurde das CMP-Verfahren anstelle des Rückätz-RIE-Verfahrens als Glättungsverfahren im Wafer-Verarbeitungsschritt untersucht.
Eine hohe Genauigkeit ist für das Poliermittel, das im CMP-Verfahren verwendet wird, das zum Glätten einer Oberfläche eines Halbleiters bei der Herstellung des Halbleiters ist, notwendig. Wo eine Polierbehandlung auf einem Siliziumwafer selbst oder einer polykristallinen Siliziumschicht, die auf dem Wafer ausgebildet wurde, verwendet wird, wird die Verwendung eines Poliermittels, enthaltend ein wasserlösliches Polymer zur Unterdrückung der Bildung von Wasserspuren vorgeschlagen.
Da eine saubere Siliziumoberfläche ein abweisen von Wasser aufzeigt, weist Silizium oder eine polykristalline Siliziumschicht Wasser beim Polierschritt und dem Säuberungsschritt ab, so dass sich eine Staubmasse bilden kann, die als Wasserfleck bezeichnet wird. Der Wasserfleck verschlechtert in einigen Fällen die Reinheit des Wafers und die Ausbeute dieser. Um dieses Problem zu überwinden, wird ein wasserlösliches Polymer zu dem Poliermittel gegeben, um eine hydrophile Schicht auf dem Wafer zu bilden und um so die Bildung von Wasserspuren zu verhindern.
Im allgemeinen umfaßt das zum Polieren einer Oberfläche eines Substrats, z. B. eines Siliziumwafers und einer auf der Substratoberfläche gebildeten Schicht verwendete Poliermittel Schleifmittel, wie Silikapartikel, Wasser als Lösungsmittel, eine wasserlösliche Cellulose zum Ausbilden einer hydrophilen Schicht und, wenn notwendig, ein pH-Einstellmittel, wie Ammoniak.
Die allgemein erhältliche wasserlösliche Cellulose enthält eine große Menge an Alkalimetallverunreinigungen, wie Na, mit dem Ergebnis, dass der Wafer mit Na kontaminiert wird, dies führt zu Kurzschlüssen der auf dem Wafer ausgebildeten Verdrahtungen. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, war es bisher in der Vergangenheit üblich, den Na-Gehalt des Poliermittels auf ca. 5 bis 10 ppm zu reduzieren.
Zum Polieren eines Substrats oder dergleichen ist das Poliermittel mit einem Dispergiermittel, wie reinem Wasser oder einer ionischen Lösung verdünnt. Zum Beispiel beim Polieren eines Halbleiterwafers ist das Poliermittel mit dem Dispergiermittel so verdünnt, dass das verdünnte Poliermittel 1/2 bis 1/10 so dick ist wie das ursprüngliche Poliermittel. Beim Polieren einer auf einem Halbleitersubstrat gebildeten Schicht ist das Poliermittel im allgemeinen so verdünnt, dass das verdünnte Poliermittel ca. 1/20 so dick ist wie das ursprüngliche Poliermittel.
Das zur Verdünnung verwendete Dispergiermittel wird durch eine Dispergiermitteldüse, die getrennt von der Poliermitteldüse zum Auftragen des Poliermittels auf das Poliertuch angebracht ist, aufgebracht. Daraus folgt, dass das Poliermittel mit dem Dispergiermittel auf dem Poliertuch verdünnt wird.
Es ist ebenfalls möglich, zwei Düsen zum Auftragen von zwei Poliermittelarten, die sich voneinander in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, auf das Poliertuch zu verwenden, um das gewünschte Polieren zu erzielen.
Allerdings weisen herkömmliche Poliermittel inhärente Probleme auf. Beim Polieren von z. B. eines Siliziumwafers oder einer Vorrichtung, wird der Wafer mit dem Poliermittel verunreinigt. Wenn das Waschen nach dem Polieren unzureichend ist, kann die Ausbeute an Vorrichtungen geringer sein. Selbst wenn die Menge an zugegebenen alkalischem Mittel durch Zugabe einer wasserlöslichen Cellulose, deren Na-Gehalt in einem gewissen Umfang erniedrigt wurde, konstant gehalten wird, sind die Eigenschaften des Poliermittels, wie der pH-Wert, nicht konstant, mit dem Ergebnis, dass die Polierstabilität usw. unzureichend werden, wenn die Polierbehandlung wiederholt durchgeführt wird.
Es wird angemerkt, dass ein alkalisches Mittel mit hohem Dampfdruck, wie Ammoniak, in herkömmlichen Poliermitteln verwendet wird. Natürlicherweise neigt das alkalische Mittel dazu, leicht zu verdampfen, dies führt zu Problemen bei den Lagereigenschaften des Poliermittels und bei der Stabilität des Poliermittels während der Lagerung. Daher wurden Bemühungen gemacht, ein Entwicklungsmittel hoher Reinheit, das hervorragend in seiner Stabilität ist, zu entwickeln.
Weiterhin werden in herkömmlichen Polierapparaten z. B. Silikapartikel als Schleifmittel verwendet, dies kann dazu führen, dass ein zu starkes Polieren stattfindet. Daher kann bei einer Polierbehandlung einer CVD-Oxidschicht, die sich in einer Vertiefung eines Halbleitersubstrats befindet, eine ungewünschte tellerartige Vertiefung auf der Oberfläche der CVD-Oxidschicht innerhalb der Vertiefung ausgebildet werden.
Zusätzlich zu diesem Problem der Ausbildung von tellerartigen Vertiefungen kann ein Randbereich der Vertiefung des Halbleitersubstrats selbst geätzt werden. In diesem Fall neigt polykristallines Silizium vom n⁺-Typ oder p⁺-Typ oder verbliebenes Metall dazu, in der Vertiefung bei den anschließenden Verfahrensschritten zu verbleiben, dies führt zu Problemen, wie einem unnormalen Widerstand des polykristallinen Siliziums und Kurzschlüssen der Leitungsführung. Daher ist es notwendig, die Menge an Schleifmitteln so stark wie möglich zu verringern.
Offenbarung der Erfindung
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, das im Hinblick auf die oben aufgeführten Probleme, die im Stand der Technik vorhanden sind, erreicht wurde, ist die Bereitstellung eines Poliermittels, das hervorragend in seiner Stabilität und Aufbewahrungsfähigkeit für jedes Lot ist und das nicht das zu polierende Substrat oder die zu polierende Schicht beschädigt.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Polieren eines Halbleiterwafers, so dass dies nicht zu einer Schädigung des zu polierenden Substrats oder Schicht führt, was nicht zu einer Ungleichmäßigkeit zwischen den Lots führt und das ein zufriedenstellendes Endpolieren erlaubt.
Weiterhin ist ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zum Polieren eines Halbleiterwafers, dies erlaubt ein Glätten einer zu polierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat durch ein CMP-Verfahren, ohne das ein Problem mit tellerartigen Ausbildungen hervorgerufen wird und ohne eine Ungleichmäßigkeit zwischen den Lots zu bewirken.
Das erfindungsgemäße Poliermittel umfaßt Schleifmittel, enthaltend Silikapartikel als Hauptkomponente, Wasser als Lösungsmittel und eine wasserlösliche Cellulose und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verunreinigungsgehalt an Alkalimetall 5C ppm oder weniger ist, wobei das Poliermittel C-Gew.-% an wasserlöslicher Cellulose enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polieren eines Halbleiterwafers umfaßt einen Endpolierschritt, der durchgeführt wird durch Auftragen eines Poliermittels auf die zu polierende Oberfläche eines aus einem Barren geschnittenen Halbleiterwafers, der vorab mehrfach einer Polierbehandlung unterworfen wurde, das Poliermittel umfaßt Schleifmittel, enthaltend Silikapartikel als Hauptkomponente, Wasser als Lösungsmittel und eine wasserlösliche Cellulose, der Verunreinigungsgehalt an Alkalimetall des Poliermittels beträgt 5C ppm oder weniger, wobei das Poliermittel C-Gew.-% an wasserlöslicher Cellulose enthält.
Das andere erfindungsgemäße Verfahren zum Polieren eines Halbleiterwafers umfaßt einen chemisch-mechanischen Polierschritt, der durch Aufbringen eines Poliermittels auf eine Schicht, die auf dem Halbleiterwafer ausgebildet ist, durchgeführt wird, das Poliermittel umfaßt Schleifmittel, enthaltend Silikapartikel als Hauptkomponente, Wasser als Lösungsmittel und eine wasserlösliche Cellulose, der Verunreinigungsgehalt an Alkalimetall des Poliermittels ist 5C ppm oder weniger, wobei das Poliermittel C-Gew.-% der wasserlöslichen Cellulose enthält.
Bei dem erfindungsgemäßen Poliermittel wird der Alkalimetallgehalt der wasserlöslichen Cellulose auf einen geringen Wert eingestellt, dies hat zum Ergebnis, dass die Reinheit des Wafers nach der Polierbehandlung nicht verschlechtert ist.
Es wird angemerkt, dass Schleifmittel in Kombination mit der wasserlöslichen Cellulose mit dem auf einen niedrigen Wert eingestellten Alkalimetallgehalt in dem erfindungsgemäßen Poliermittel verwendet werden. Dies hat zum Ergebnis, dass das Poliermittel frei von Unregelmäßigkeiten zwischen den Lots ist, eine hervorragende Stabilität in seinen Eigenschaften aufzeigt, insbesondere in seinem pH-Wert und erlaubt, ein stabiles Polieren, frei von Unregelmäßigkeiten, zu erzielen.
Das erfindungsgemäße Poliermittel, das angepaßt ist an ein Endpolieren eines Wafers, wie eines Siliziumhalbleiterwafers, erlaubt das Polieren des Wafers ohne Bildung von Wasserspuren. Auch wenn eine auf dem Wafer ausgebildete Schicht poliert wird, kann die Schicht poliert werden, ohne tellerartige Vertiefungen auf der polierten Schichtoberfläche hervorzurufen.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 zeigt schematisch einen Polierapparat, in dem das erfindungsgemäße Poliermittel verwendet werden kann.
2A bis 2E sind Querschnitte, die ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zeigen.
3A bis 3G sind Querschnitte, die einen Polierschritt aufzeigen.
4A bis 4C sind Querschnitte, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Cu-Verdrahtung aufzeigen.
5 ist eine Schrägansicht zum schematischen Erklären des Polierabschnitts.
6 ist ein Querschnitt zum schematischen Erklären des Polierabschnitts.
7 ist ein Querschnitt, der schematisch einen Querschnitt eines Halbleitersubstrats nach CMP-Behandlung zeigt.
8 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Silika-Konzentration, der Polierrate (nm/min) und der Einheitlichkeit (1 σ %) der polierten Schicht zeigt.
9 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Silika-Konzentration und des Umfangs an tellerartigen Vertiefungen zeigt.
10 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Silika-Konzentration und der Verdünnungsmenge zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Die Erfinder haben ausführliche Untersuchungen gemacht, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass, wenn das Poliermittel eine wasserlösliche Cellulose enthält, die einen signifikanten Unterdrückungseffekt auf die Bildung von Wasserspuren aufzeigt, das Poliermittel eine große Menge an Alkalimetall, wie Natrium enthält, da dieses Alkalimetall in der wasserlöslichen Cellulose in einer großen Menge enthalten ist, dies führt zu schwerwiegenden Problemen, wie bereits ausgeführt.
Somit wurde die wasserlösliche Cellulose in dem Sinne verfeinert, dass das Alkalimetall auf ein vorherbestimmtes Niveau entfernt wurde und sich somit die Reinheit des Poliermittels drastisch verbessert. Die Autoren haben ebenfalls gefunden, dass die Verunreinigung des Siliciumwafers und der Halbleitervorrichtung deutlich verringert werden kann durch Verwendung des erfindunsgemäßen Poliermittels mit hoher Reinheit.
Das erfindungsgemäße Poliermittel umfaßt Schleifmittel, enthaltend Silikateilchen als Hauptkomponente, Wasser und wasserlösliche Cellulose und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an wasserlöslicher Cellulose im Poliermittel C-Gew.-% ist, der Verunreinigungsgehalt an Alkalimetall ist auf 5C ppm oder weniger eingestellt.
Das erfindungsgemäße Polierverfahren für einen Halbleiterwafer umfaßt einen Endpolierschritt, bei dem das oben bezeichnete Poliermittel auf eine Polieroberfläche eines aus einem Barren geschnittenen Halbleiters, der vorab mehrfach einer Polierbehandlung unterworfen wurde, aufgebracht wird.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Polierverfahren für einen Halbleiterwafer bereit, umfassend den Schritt einer chemisch-mechanischen Polierbehandlung einer auf einem Semiconductorsubstrat gebildeten Schicht, während das oben genannte Poliermittel auf die Schicht aufgebracht wird, um die Oberfläche der Schicht zu glätten.
Die erfindungsgemäß verwendete wasserlösliche Cellulose ist nicht besonders beschränkt. Mit anderen Worten ist es möglich, bekannte Cellulose zu verwenden einschließlich z. B. wasserlöslicher Cellulose, wie Methylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylhydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose und ein Derivat davon.
Die wasserlösliche Cellulose dient hauptsächlich dazu, eine Beschädigung des Wafers während des Polierschrittes zu verringern und zur Bildung eines hydrophilen Films auf dem Wafer. Unter den oben beispielhaft aufgeführten wasserlöslichen Cellulosematerialien sollte Hydroxyethylcellulose einfach einen hydrophilen Film bilden und ist somit bevorzugt.
Die Menge an wasserlöslicher Cellulose, die abhängig ist von dem Molekulargewicht usw. der Cellulose, kann zwischen 0,05 und 4 Gew.-% sein, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% und bevorzugter 0,1 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge des Poliermittels. Wenn die Menge kleiner als 0,05 Gew.-% ist, ist es schwierig, eine einheitliche hydrophile Schicht auszubilden. Wenn die Menge andererseits 4 Gew.-% überschreitet ist die Viskosität des Poliermittels übermäßig erhöht, so dass des schwierig ist, das Poliermittel in Abhängigkeit vom Molekulargewicht usw. der verwendeten, mit Wasser löslichen Cellulose einfach zu handhaben.
Die Autoren haben gefunden, dass Metalle, insbesondere Alkalimetalle, in einer unerwartet großen Menge in wasserlöslicher Cellulose, wie sie kommerziell erhältlich ist, vorkommt. Diese Alkalimetalle verursachen schwerwiegende Probleme. Zum Beispiel wird die Reinheit des Siliziumwafers verringert, wenn der Wafer mit dem Poliermittel, enthaltend eine große Menge von Alkalimetall, poliert wird. Die Eigenschaften des Poliermittels, wie der pH-Wert, sind durch das Vorkommen von Alkalimetall ebenfalls verschlechtert. Übrigens enthält die kommerziell erhältliche wasserlösliche Cellulose Tausende bis Hunderttausende ppm's an Alkaliverunreinigung, wie Na. Da der Gehalt an einer Verunreinigung mit Alkalimetall stark in Abhängigkeit von den Lot an wasserlöslicher Cellulose variiert ist es schwierig, ein Poliermittel mit gleichbleibender Qualität herzustellen.
Wie oben beschrieben, enthält die wasserlösliche Cellulose eine große Menge an Alkalimetallverunreinigungen. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass Pulpe oder Baumwolle als Ausgangsmaterial zur Herstellung einer wasserlöslichen Cellulose verwendet wurde. Genauer wurde die Ausgangspulpe oder Baumwolle zuerst mit Ätznatron behandelt, um alkalische Cellulose zu bilden, gefolgt vom Umsetzen mit Ethylenoxid oder dergleichen mit der alkalischen Cellulose, um wasserlösliche Cellulose zu erhalten. Da aber die Verunreinigungen, insbesondere Na oder dergleichen, nicht vollständig durch das Waschen entfernt werden können, verbleibt Alkalimetall in der erhaltenen wasserlöslichen Cellulose.
Verschiedene Maßnahmen zum Entfernen der Verunreinigungen aus wasserlöslicher Cellulose wurden bisher vorgeschlagen. Zum Beispiel lehrt die Japanische Patentoffenbarung (Kokai) Nr. 53-102393, dass Glyoxal an Hydroxyethylcellulose gebunden wird, um die Cellulose vorübergehend unlöslich zu machen, gefolgt von einem Waschen der unlöslichen Cellulose und anschließend Aufbrechen der Vernetzung, um die unlösliche Cellulose zurück in Hydroxyethylcellulose umzuwandeln. Es ist allerdings schwierig, die Verunreinigungen, wie Na, durch dieses Waschen mit Wasser komplett zu entfernen. Die Japanische Patentoffenbarung Nr. 62-32101 lehrt, dass Hydroxyethylcellulose mit einem organischen Lösungsmittel, das einen saures Alkylphosphatester enthält, oder mit einem Mischlösungsmittel, bestehend aus dem organischen Lösungsmittel und Wasser, behandelt wird, um Alkalimetalle aus der Cellulose zu entfernen. Weiterhin offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 50-83427, dass Hydroxyethylcellulose, die Natriumacetat als Verunreinigung enthält, durch Verwendung eines Kationenaustauscherharzes zum Entfernen von nur den Natriumionen aus dem Natriumacetat verfeinert werden. In diesem Beispiel wird das Kationenaustauscherharz alleine verwendet. In der JP '427 wird weiterhin Ammoniumhydroxid zugegeben, so dass das erhaltene Ammoniumacetat eine Pilzbildung verhindern kann.
Das Verfahren zum Entfernen des Alkalimetalls aus der wäßrigen Lösung der wasserlöslichen Cellulose ist in der vorliegenden Erfindung nicht besonders eingeschränkt. Das Alkalimetall kann z. B. erfindungsgemäß durch Inkontaktbringen einer wäßrigen Lösung von wasserlöslicher Cellulose mit jeweils einem Ionenaustauschharz vom H-Typ und einem Ionenaustauschharz vom OH-Typ entfernt werden. Durch Verwendung der beiden Ionenaustauscharten vom H-Typ bzw OH-Typ, kann die Celluloseverunreinigung deutlich verringert werden, so dass nicht nur Metallionen, wie Na-Ionen entfernt werden, sondern auch andere Anionen als Hydroxylionen. Es ist ebenfalls möglich, das herkömmliche Verfahren zum Entfernen der Verunreinigungen aus wasserlöslicher Cellulose in Kombination mit dem Verfahren unter Verwendung von Ionenaustauschharzen anzuwenden, wenn dies notwendig ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, nicht nur die Metallionen, wie Na-Ionen zu entfernen, sondern auch andere Anionen als Hydroxylionen bei der Verfeinerung der wasserlöslichen Cellulose, wie oben beschrieben. Es wird angemerkt, dass beim Vorkommen von anderen als Hydroxylionen, die wässrige Lösung der wasserlöslichen Cellulose sauer wird. Daher ist die zuzugebende Menge an wasserlöslichem Amin, die zur pH-Kontrolle notwendig ist, nicht konstant. Weiterhin ändert sich der pH-Wert für jedes Lot, dies führt dazu, dass kein Poliermittel mit konstanter Qualität erhalten werden kann.
Wenn die wässrige Lösung einer wasserlöslichen Cellulose mit einem Ionenaustauschharz behandelt wird, sollte die Cellulosekonzentration der wäßrigen Lösung, die von dem Molekulargewicht der verwendeten Cellulose abhängt, 0,05 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% sein. Weiterhin sollte die Viskosität der wäßrigen Lösung der wasserlöslichen Cellulose zur Erleichterung der Ionenaustauschbehandlung 5 bis 1000 cP, bevorzugt 10 bis 300 cP sein. Die wässrige Lösung der wasserlöslichen Cellulose nach Ionenaustauschbehandlung kann mit reinem Wasser verdünnt sein. Im Gegensatz dazu kann eine bestimmte wässrige Lösung auch kondensiert oder getrocknet sein.
Wie oben beschrieben, kann die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose entsprechend reguliert sein, um mit einer optimalen Endkonzentration, die an den Polieapparat angepaßt ist, übereinzustimmen.
Die wässrige Lösung der wasserlöslichen Cellulose kann in Kontakt gebracht werden mit einem Ionenaustauschharz vom H-Typ und einem Ionenaustauschharz vom OH-Typ, getrennt oder einer Mischung von Ionenaustauschharzen vom H-Typ und OH-Typ. Weiterhin kann das Inkontaktbringen in einem Batchsystem oder in einem zirkulären System durchgeführt werden. Es ist z. B. wünschenswert, eine wässrige Lösung der wasserlöslichen Cellulose mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in eine Richtung durch eine Harzschicht, die mit einer Mischung von Ionenaustauschharz vom H-Typ und OH-Typ beladen ist, zu leiten.
Im übrigen können feine Partikel aus der wäßrigen Lösung der wasserlöslichen Cellulose, die einer Ionenaustauschbehandlung unterworfen werden, mittels z. B. Filtration entfernt werden. Die Porengröße des zur Filtration verwendeten Filters sollte 50 μm oder kleiner, bevorzugt 10 μm oder kleiner und bevorzugter 1 μm oder kleiner sein. Es ist wünschenswert, gefilterte, wasserlösliche Cellulose in dem erfindungsgemäßen Poliermittel zu verwenden, da die Menge an verbleibendem Staub nach der Polierbehandlung so verringert werden kann.
Der Alkalimetallgehalt der erfindungsgemäß verwendeten wasserlöslichen Cellulose kann durch das oben beschriebene Verfeinerungsverfahren auf 5C ppm oder kleiner erniedrigt werden, wobei die wasserlösliche Cellulosekonzentration C-Gew.-% ist.
Bevorzugt ist der pH-Wert des erfindungsgemäßen Poliermittels reguliert durch Verwendung eines pH-Wert-Einstellmittels.
Das pH-Einstellmittel wird zu dem erfindungsgemäßen Poliermittel hinzugegeben, um es alkalisch zu machen, um so die Poliereigenschaft zu fördern. Wenn das Poliermittel Silika enthält, wird das pH-Einstellmittel zugegeben, um den pH-Wert in dem Polierschritt auf 8 oder größer einzustellen, um eine Agglomeration von Silika und wasserlöslicher Cellulose zu verhindern.
Genauer sollte der pH-Wert des Poliermittels im Polierschritt auf 8 bis 11 reguliert sein, bevorzugt auf 9 bis 10,5 und bevorzugter auf 9,5 bis 10,3. Wenn der pH-Wert kleiner als 8 ist, wird eine ausreichende Polierrate nicht erzielt. Trotzdem kann eine Gelierungsreaktion zwischen der wasserlöslichen Cellulose und Silika auftreten. Andererseits, wenn der pH-Wert 11 überschreitet, neigt die Waferoberfläche dazu, rauh zu werden.
Das pH-Einstellmittel sollte bevorzugt einen Dampfdruck von 133 Pa oder kleiner bei 20°C haben. Ein wasserlösliches Amin wird als ein wünschenswertes pH-Einstellmittel verwendet. Im Falle der Verwendung eines wasserlöslichen Amins mit einem Dampfdruck von 133 Pa oder geringer kann die Aufbewahrungsfähigkeit des Poliermittels verbessert werden. Weiterhin kann die Polierstabilität verbessert werden. Das pH-Einstellmittel mit einem Dampfdruck von größer als 133 Pa neigt dazu, leicht aus dem Poliermittel zu verdampfen, dies führt dazu, dass die Funktionen der Verbesserung der Aufbewahrungsfähigkeit des Poliermittels und der Verbesserung der Polierstabilität zusammen mit der Reinheit der wasserlöslichen Cellulose erniedrigt wird.
Typische Beispiele an erfindungsgemäß verwendetem wasserlöslichem Amin schließen z. B. ein Diethanolamin, Triethanolamin, Diethylentriamin, Triethylentetraamin, Tetraethylenpentamin, Pentaerhylenhexamin, Triethylendiamin, 2-Aminoethanol, Polyethylenimin und Aminoethylethanolamin. Es ist möglich, eine Mischung von mindestens zwei dieser Amine zu verwenden. Die Mischung kann 20 Gew.-% oder weniger eines zusätzlichen alkalischen Mittels enthalten, dieses enthält kein Alkalimetall, z. B. Ammoniak und ein Amin mit einem relativ hohen Dampfdruck.
Die Menge an wasserlöslichem Amin ist nicht besonders beschränkt, solange die Leistung des Poliermittels erhalten bleibt. Im allgemeinen ist die Menge an Amin entsprechend ausgewählt aus einem Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, um einen gewünschten pH-Wert, d. h. 8 bis 11 des Poliermittels im Polierschritt, zu erzielen. Auf die Polierrate wird im Endpoliermittel keine große Aufmerksamkeit gelegt. Daher ist ein wasserlösliches Amin mit einer leichten Basizität hervorragend in seiner Aufbewahrungsfähigkeit und Poliereigenschaft, wenn es als Poliermittel verwendet wird.
Von den beispielhaft genannten wasserlöslichen Aminen ist Triethanolamin, das einen sehr niedrigen Dampfdruck hat und eine relativ geringe Basizität, hervorragend in seinen Aufbewahrungsfähigkeiten und seinen Poliereigenschaften, wenn es als Poliermittel verwendet wird. Im Falle einer Verwendung von Triethanolamin als wasserlösliches Amin ist es wünschenswert, Triethanolamin in relativ großer Menge zu verwenden. Genauer sollte Triethanolamin bevorzugt in einer Menge von 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugter 3 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Poliermittel, hinzugefügt werden.
Es ist wünschenswert, Silika in hoher Reinheit zuverwenden. Das üblicherweise erfindungsgemäß verwendete Silika schließt kolloidales Silika, hergestellt durch Hydrolysieren von Alkoxysilan als Ausgangsmaterial ein. Es ist relativ einfach, den Verunreinigungsgehalt an Nicht-Silizium-Metall des kolloidalen Silika auf 1 ppm oder kleiner zu verringern. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der primären Silikapartikel, die z. B. mittels Elektromikroskope bestimmt werden kann, sollte zwischen 10 bis 100 nm, bevorzugter zwischen 30 bis 60 nm liegen. Andererseits sollte ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von sekundären Silikapartikeln, die z. B. gemessen werden können mit einem Partikelgrößenanalysator, zwischen 20 bis 200 nm, bevorzugt zwische 30 bis 120 nm liegen. Die Partikelgrößenverteilung der Silikapartikel sollte bevorzugt eng sein, es ist allerdings akzeptabel, dass die Verteilung eine bestimmte Breite aufweist. Die Silikapartikel sollten weiterhin keine groben Partikel mit einem Durchmesser von 500 nm oder größer, bevorzugt 200 nm oder größer aufzeigen.
In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Quarzstaub, hergestellt durch Brennen von Siliziumtetrachlorid mit einer Flamme bestehend aus Sauerstoff und Wasserstoff, zu verwenden. Der Quarzstaub, der in Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren mit hoher Reinheit hergestellt werden kann, kann entsprechend erfindungsgemäß verwendet werden. Einige der am Markt erhältlichen Quarzstäube, die 1 ppm oder weniger von einem anderen Metall als Silizium enthalten, können erfindungsgemäß verwendet werden. Zur Zeit ist es möglich, Quarzstaub mit einer spezifischen Oberfläche von 50 bis 500 m²/g herzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, Quarzstaub mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m²/g oder größer zu verwenden. Wenn Quarzstaub als Poliermittel erfindungsgemäß verwendet wird, ist es wünschenswert, dass die Silikapartikel fein in dem Poliermittel dispergiert sind.
Damit das Silika seine Wirkung ausreichend ausüben kann, sollte der Silikagehalt in dem erfindungsgemäßen Poliermittel 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% betragen.
In der vorliegenden Erfindung ist der Alkalimetallgehalt des Poliermittels reguliert durch Regulieren des Alkalimetallgehalts der wasserlösliche Cellulose und der Reinheit der Silikapartikel, so dass der Alkalimetallgehalt eingestellt ist auf 5C ppm oder kleiner, wenn die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose C Gew.-% ist.
Auch die Reproduzierbarkeit und die Stabilität des Poliermittels kann zufriedenstellend erzielt werden, wenn ein wasserlösliches Amin als pH-Einstellmittel verwendet wird, durch Einstellen des Alkalimetallgehalts auf 5C ppm oder geringer.
Bei dem erfindungsgemäßen Poliermittel ist es sehr wichtig, die Alkalimetallelemente zu regulieren, wie oben beschrieben. Zusätzlich ist es ebenfalls wünschenswert, die anderen Metallelemente als die Alkalimetallelemente und die anderen Ionen als die OH-Ionen zu regulieren. Es wird angemerkt, dass ein Alkalimetall, wie Na, in der Cellulose enthalten ist. Weiterhin sind anionische Verunreinigungen ebenfalls in der Cellulose enthalten. Anionische Verunreinigungen, wie 35,3 ppm NO₃ ^– und 7,9 ppm PO₄ ³ ^– wurden in nicht aufgearbeiteter Celluloselösung nachgewiesen. Diese anionischen Verunreinigungen beeinflussen den pH-Wert des Poliermittels, wie kationische Verunreinigungen, wie Alkalimetallelemente. Wenn eine große Menge an kationischen Verunreinigungen oder anionischen Verunreinigungen vorhanden sind, tritt eine deutliche Unregelmäßigkeit in den pH-Werten zwischen verschiedenen Lots des Poliermittels auf, dies führt zu einer Unregelmäßigkeit in der Polierrate.
Im allgemeinen schließen die kationischen Verunreinigungen, die in dem Poliermittel enthalten sind, Metallionen, wie Zn, Pb, Ni, Co, Fe, Cr, Mg, Cu, Ag, Ti, Ca und Al zusätzlich zu den bereits beschriebenen Alkalimetallelementen ein.
Andererseits schließen die in dem Poliermittel enthaltenen anionischen Verunreinigungen NO₃ ^–, PO₄ ^3–, F^–, Cl^–, Br^– und SO₄ ^2– ein.
In der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, den Alkalimetallgehalt auf 5C ppm oder geringer, wenn die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose auf C-Gew.-% eingestellt ist, einzustellen, um eine Unregelmäßigkeit bei der Polierrate des Poliermittels zu verhindern. Es ist wünschenswert, den Gehalt an kationischen Verunreinigungen einschließlich den Alkalimetallionen und den Ionen von anderen Metallen als den Alkalimetallen, auf 5C ppm oder weniger einzustellen. Weiter ist es wünschenswert, den Gehalt an anionischen Verunreinigungen auf 5C ppm oder kleiner einzustellen.
Durch Regulieren des Gehalts an kationischen Verunreinigungen und des Gehalts an anionischen Verunreinigungen auf die oben genannten Werte ist es möglich, ein Poliermittel zu erhalten, das in seiner Ungleichmäßigkeit des pH-Werts und in seiner Polierrate zwischen den Lots klein ist.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Poliermittels ist nicht besonders eingeschränkt und kann z. B. verwendet werden für ein chemisch-mechanisches Polieren.
Das erfindungsgemäße Poliermittel wird als bereits vorher beschriebene Zusammensetzung bei dem Polierschritt verwendet. Um die Handhabung des Poliermittels zu vereinfachen, ist es allerdings wünschenswert, die Konzentration an effektiven Komponenten des Poliermittels auf das 2- bis 20fache zu erhöhen, indem die Lösungsmittelkonzentration entsprechend eingestellt wird, wenn dieses Poliermittel auf den Markt gebracht wird.
Wenn das Poliermittel mit dieser hohen Konzentration tatsächlich verwendet wird, ist es wünschenswert, das Poliermittel mit reinem Wasser zu verdünnen, um zu verhindern, dass Alkalimetalle in das verdünnte Poliermittel gelangen.
Wo das erfindungsgemäße Poliermittel zum Polieren verwendet wird, z. B. bei einem Substrat, wird das Poliermittel mit einem Dispergiermittel, wie reinem Wasser oder einer ionischen Lösung verdünnt. Beim Polieren von z. B. einem Halbleiterwafer wird das Poliermittel so verdünnt, dass das verdünnte Poliermittel 1/2 bis 1/10 so dick ist, wie das Poliermittel vor dem Verdünnen. Beim Polieren einer auf dem Halbleiter ausgebildeten Schicht wird das Poliermittel so verdünnt, dass das verdünnte Poliermittel ca. 1/20 so dick ist wie das Poliermittel vor Verdünnung. Mit anderen Worten: das Poliermittel wird so verdünnt, dass das verdünnte Poliermittel 1/2 bis 1/20 so dick ist wie das Poliermittel vor der Verdünnung. Um das Poliermittel zu verdünnen, werden das Poliermittel und das Dispergiermittel gleichzeitig durch eine Düse für das Poliermittel und einer anderen Düse für das Dispergiermittel auf den Halbleiterwafer, der auf einer Polierscheibe angeordnet ist, aufgebracht.
Die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose beim Schritt des Polierens eines Substrats mit dem verdünnten Poliermittel sollte bei 0,0025 bis 0,8 Gew.-%, bevorzugt 0,005 bis 0,2 Gew.-% und bevorzugter 0,005 bis 1 Gew.-% liegen. Die Konzentration an wasserlöslichem Amin, das zu dem Poliermittel zugegeben wird, sollte bei 0,005 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-% und bevorzugter 0,15 bis 2 Gew.-% liegen. Andererseits sollte der Silikagehalt bei 0,005 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,25 bis 4 Gew.-% sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Poliermittel bereitgestellt, umfassend 0,1 bis 50 Gew.-% Schleifmittel auf Silikabasis, Wasser als ein Lösungsmittel, 0,05 bis 4 Gew.-% einer wasserlöslichen Cellulose und 0,1 bis 20 Gew.-% eines wasserlöslichen Amins mit einem Dampfdruck bei 20°C von 133 Pa oder weniger, wobei der Gehalt an Alkalimetallverunreinigungen 5C ppm oder weniger ist, wenn die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose auf C-Gew.-% eingestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine wasserlösliche Cellulose mit auf ein bestimmtes Niveau entferntem Alkalimetall und ein Amin als pH-Einstellungsmittel in Kombination verwendet, um so deutlich die Aufbewahrungsfähigkeit, die Einheitlichkeit zwischen den Lots und die Polierstabilität des Poliermittels zu verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte der Silikagehalt zwischen 5 bis 20 Gew.-% liegen, die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose sollte bei 0,1 bis 1 Gew.-%, bevorzugter 0,1 bis 0,5 Gew.-% sein und die Menge an wasserlöslichem Amin, das zu dem Poliermittel zugegeben wird, sollte bevorzugt 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugter 3 bis 10 Gew.-% sein.
Beim Durchführen eines CMP durch Verwenden des erfindungsgemäßen Poliermittels ist es möglich, das Poliermittel mit einem Dispergiermittel, wie einer ionischen Lösung, zu verdünnen. Die Viskosität des Poliermittels wird entsprechend auf 1 bis 10 cP eingestellt.
Das erfindungsgemäße Poliermittel umfaßt ein Schleifmittel, wie Silikapartikel, Wasser als Lösungsmittel, wasserlösliche Cellulose, die eine hydrophobe Schicht ausbildet und, bevorzugt ein pH-Einstellmittel, wie wasserlösliches Amin. Natrium als Verunreinigung in der wasserlöslichen Cellulose ist in einer Menge von 0,05 bis 1 ppm enthalten.
Bei dem erfindungsgemäßen Polierverfahren ist es wünschenswert, ein erfindungsgemäßes Poliermittel in Kombination mit einem anderen Poliermittel, das sich von der erfindungsgemäßen Poliermittelzusammensetzung unterscheidet, zu verwenden. In diesem Fall werden das erfindungsgemäße Poliermittel und das andere Poliermittel über verschiedene Düsen auf den Halbleiterwafer, der auf der Polierscheibe sich befindet, aufgebracht.
1 zeigt schematisch eine Poliervorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Poliermittel zum Polieren eines Halbleiterwafers, wie eines Siliziumwafers und einer auf dem Wafer gebildeten Schicht verwendet werden kann.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Polierscheibenaufnehmer 23 auf einem Tisch 21 mit Lager 22 dazwischen angeordnet. Eine Polierscheibe 24 wird auf dem Aufnehmer 23 angebracht. Ein Poliertuch 25 zum Polieren von z. B. einem Halbleiterwafer, wird über die Polierscheibe 24 gespannt. Weiterhin befindet sich in zentraler Position eine Antriebswelle 26 zum Rotieren des Polierscheibenaufnehmers 23 und der Polierscheibe 24. Die Antriebswelle 26 wird mit einem Motor 27 über ein Umlaufband 28 rotiert. Andererseits befindet sich ein Saugtuch 30 auf einem Vakuumsauger oder ein Wasseranschluß auf einem Sauganschluß 31 und Schablone 29 in Richtung des Poliertuchs 25 angeordnet. Ein Wafer 20 wird an das Saugtuch 30 befestigt. Die Saugscheibe 31 ist verbunden mit der Antriebswelle 32. Die Antriebswelle 32 wird ebenfalls mit einem Motor 33 über die Getriebe 34 und 35 angetrieben. Die Antriebswelle 32 ist an einen Antriebsträger 36 fixiert. Der Antriebsträger 36 ist an den Zylinder 37 angebracht, so dass er gemäß der Vertikalbewegung des Zylinders 37 auf und ab bewegt wird. Das erfindungsgemäße Poliermittel wird auf einen Freiraum zwischen dem Wafer 20, der sich auf der Saugscheibe 31 befindet und dem Poliertuch 25 aufgebracht, um den Wafer 20 zu polieren.
Unter Bezugnahme auf die 2A bis 2E wird nun beschrieben, wie eine auf einem Halbleitersubstrat gebildete Schicht unter Verwendung des Polierapparates, wie er in 1 gezeigt ist, poliert wird. 2A bis 2E sind Querschnitte, die alle ein Verfahren zur Isolierung eines Bauelementes zeigen, bei dem Vertiefungsbereiche in einem Siliziumsubstrat geformt sind, gefolgt vom Füllen der Vertiefungsbereiche mit CVD-Oxidschichten und anschließendem Abflachen der CVD-Oxidschichten unter Verwendung eines Polierapparates.
Im ersten Schritt wird eine Siliziumnitridschicht 2 auf einem Siliziumsubstrat 1 mit einer Dicke von ca. 70 nm gebildet, diese wird als Stopschicht beim Polieren einer später gebildeten Oxidschicht verwendet.
Anschließend wird eine CVD-Oxidschicht, die als Maske im Schritt der Ausbildung von Vertiefungsbereichen verwendet wird, auf der Siliziumnitridschicht 2 abgelagert.
Photoresist (nicht gezeigt) wird auf die gesamte Oberfläche der CVD-Oxidschicht zum Mustern einer Maske und eines Stoppers aufgebracht, gefolgt vom Auf mustern des Photoresists. Anschließend werden die CVD-Oxidschicht und die Siliziumnitridschicht 2 selektiv mittels z. B. einem RIE-Verfahren unter Verwendung des aufgemusterten Photoresists als Maske entfernt. Anschließend wird ein Vertiefungsbereich 5 auf dem Siliziumsubstrat 1 bei z. B, einem RIE-Verfahren unter Verwendung der gemusterten CVD-Oxidschicht und der Siliziumnitridschicht 2 als Maske gebildet. Nach Bildung des Vertiefungsbereichs 5 wird mit dem Substrat eine Nassbehandlung durchgeführt, um die CVD-Oxidschicht, das Reaktionsprodukt des RIE-Schrittes und die beschädigte Schicht zu entfernen.
Im nächsten Schritt wird eine CVD-Oxidschicht 6 oder eine BPSG-Schicht auf der Siliziumnitridschicht 2 und dem Vertiefungsbereich 5 gebildet, wie in 2B gezeigt. Die CVD-Oxidschicht 6 wird mit der Poliervorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, poliert. Das erfindungsgemäße Poliermittel wird in dieser Poliervorrichtung verwendet. Siliziumnitridpartikel werden in einem kolloidalen Zustand in dem Poliermittel dispergiert, so dass die Nitridpartikel einheitlich in dem Poliermittel dispergiert werden. Die Viskosität des Poliermittels kann auf 1 bis 10 cP eingestellt werden. Wenn die Viskosität unnötig niedrig ist, ist es schwierig, das Schleifmittel einheitlich zu dispergieren. Wenn die Viskosität unnötigerweise zu hoch ist, werden die mechanischen Poliereigenschaften stärker, dies führt zu dem Ergebnis, dass das Verlieren der Form des Wafers und der Einheitlichkeit der Schichtdicke stark die Einheitlichkeit nach dem CMP-Schritt beeinflussen. Dies führt dazu, dass es schwierig ist, eine starke Einheitlichkeit zu erzielen.
Es ist wünschenswert, das Polieren bei 20 bis 70°C durchzuführen. Wenn das Polieren bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird, tritt eine stärkere chemische Funktion auf. Während des Polierens wird der Wafer gegen das Poliertuch 25 auf der Polierscheibe 24, die mit ca. 100 Upm gedreht wird, gedrückt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Polierscheibe 24 fällt in einen Bereich von ca. 20 bis 200 Upm und der Andruck des Wafers gegen das Poliertuch ist 50 bis 500 g/cm². 2C zeigt den abgeflachten Zustand nach dem Polieren der CVD-Oxidschicht 6.
Im nächsten Schritt wird die als Stopschicht funktionierende Siliziumnitridschicht 2 durch Ätzen entfernt, wie in 2D gezeigt. Anschließend findet ein Endpolieren statt, um die Oberfläche des Siliziumwafers mit der Oberfläche der CVD-Oxidschicht 6 auszugleichen, wie in 2D gezeigt. Nach dem Endpolieren ist die Oberfläche des Siliziumwafers 1 und versenkten CVD-Oxidschicht 6 frei von Krümmungen (engl.: dishing)(tellerartige Vertiefungen).
Die 3A bis 3G sind Querschnitte, die einen Fall betreffen, wo ein polykristallines Silizium in einem Vertiefungsbereich, der auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist, eingebracht wird.
Im ersten Schritt wird eine Pufferoxidschicht (SiO₂) 8 durch thermisches Oxidieren eines Oberflächenbereichs mit einer Tiefe von ca. 10 bis 50 nm auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats 1 gebildet. Anschließend wird eine Siliziumnitridschicht 2 auf der Pufferoxidschicht 8 mit einer Dicke von ca. 70 nm aufgebracht, gefolgt vom Zersetzen einer CVD-Oxidschicht 3, die als eine Maske zur Bildung eines vertieften Bereichs verwendet wird, auf der Siliziumnitridschicht 2. Die Siliziumnitridschicht 2 wird als Stopschicht beim Polieren einer zweiten polykristallinen Siliziumschicht verwendet und dient zum Schutz einer Bauelementregion. Um eine Maske auf die Siliziumnitridschicht aufzumustern, wird die gesamte Oberfläche der CVD-Oxidschicht 3 mit Photoresist bedeckt, gefolgt vom Mustern der Photoresistschicht. Anschließend werden die CVD-Oxidschichten 3 und die Siliziumnitridschicht 2, die als Stopschicht wirkt, selektiv gleichzeitig z. B. durch RIE unter Verwendung der aufgemusterten Photoresistschicht als Maske entfernt, um einen vertieften Bereich 7 im Siliziumwafer 1 zu bilden. Nach Bildung des vertieften Bereichs werden das Reaktionsprodukt des RIE-Schritts und die beschädigte Schicht durch eine Nassbehandlung entfernt, gefolgt vom Oxidieren der inneren Oberfläche des Vertiefungsbereichs, um eine Oxidschicht 11 auszubilden. Weiterhin wird eine polykristalline Siliziumschicht 12 innerhalb des vertieften Bereichs und auf die CVD-Oxidschicht z. B. durch CVD unter reduziertem Druck aufgebracht, wie in 3A gezeigt.
Im nächsten Schritt wird ein erstes Polieren der polykristallinen Siliziumschicht 12 unter Verwendung der Poliervorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, durchgeführt. Beim ersten Polieren wird die CVD-Oxidschicht 3 als Stopschicht verwendet. Durch dieses erste Polieren wird die polykristalline Siliziumschicht 12 abgeflacht, wie in 3B gezeigt.
Nach dem ersten Polieren wird die CVD-Oxidschicht 3 unter Verwendung eines HF enthaltenden Ätzmittels geätzt, wie in 3B gezeigt. Wie aus der Zeichnung deutlich wird, ragt die polykristalline Siliziumschicht 12 aus dem Siliziumwafer 1 aufgrund des Entfernens der CVD-Oxidschicht 3 heraus.
Im nächsten Schritt wird ein zweites Polieren für die hervorstehende polykristalline Siliziumschicht 12 unter Verwendung der Poliervorrichtung, wie in 1 gezeigt, durchgeführt. Das bei dem zweiten Polieren verwendete Poliermittel ist gleich dem beim ersten Polieren benutzten. Bei dem zweiten Polieren wird die obere Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 12 eben zu der oberen Oberfläche der Siliziumnitridschicht 2 gemacht, wie in 3D gezeigt. Dies führt dazu, dass die polykristalline Siliziumschicht 12 in dem vertieften Bereich eingelagert ist, ohne dass ein Problem der Bildung von tellerartigen Vertiefungen auftritt. Es wird angemerkt, dass ein Teil der Siliziumnitridschicht 2 als Maske für LOCOS verwendet wird. Daher wird eine Photoresistschicht 13 mit Hilfe eines photolithographischen Schritts auf einmn bestimmten Bereich der Siliziumnitridschicht 2 gebildet, wie in 3E gezeigt.
Die Region der Siliziumnitridschicht 2, die nicht mit der Photoresistschicht 13 abgedeckt ist, wird z. B. durch RIE entfernt, gefolgt vom Entfernen der Photoresistschicht, wie in 3F gezeigt. Anschließend wird eine Hitzebehandlung der Oberfläche des Siliziumwafers 1 durchgeführt, so dass die Oberfläche des Siliziumwafers 1 mit einem LOGOS-Oxidfilm 14 bedeckt ist, wie in 3G gezeigt. Der periphere Bereich der LOGOS-Maske wird durch Überpolieren und zum Bilden eines Vogelschnabels dünn gemacht. In diesem Fall wird aber der Vogelschnabel schmaler als im Stand der Technik ausgebildet, mit dem Ergebnis, dass die Vorrichtungseigenschaften nicht stark durch die Flächenreduktion aufgrund der Bildung des Vogelschnabels beeinträchtigt wird.
In der vorliegenden Erfindung kann eine befriedigende flache Oberfläche, wie in 3D gezeigt, erhalten werden durch Verwendung eines Poliermittels einer neuen Zusammensetzung. Es ist somit möglich, eine befriedigende bearbeitete Form, die frei von Unterschieden in der LOCOS-Musterkonversion ist, zu erhalten, wie in 3G gezeigt.
4A bis 4C sind Querschnitte, die die Bildung einer eingelagerten Cu-Windung auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung der Poliervorrichtung gemäß 1 zeigt.
Im ersten Schritt wird eine CVD-Oxidschicht 17, bestehend z. B. aus SiO₂, auf einem Halbleitersubstrat 1 gebildet, gefolgt vom Bilden einer Plasmaoxidschicht 15 auf der CVD-Oxidschicht 17. Die Plasmaoxidschicht 15 wird durch Plasma-CVD gebildet und besteht z. B. aus SiO₂. Anschließend wird die Plasmaoxidschicht 15 bemustert, um Vertiefungsbereiche 19 in vorher bestimmten Bereichen des Halbleitersubstrats 1 zu bilden, gefolgt vom Ablagern einer Cu-Schicht 16 innerhalb der Vertiefungsbereiche 19 und über die gesamte Oberfläche der Plasmaoxidschicht 15, wie in 4A gezeigt.
Als nächsten Schritt wird die Cu-Schicht 16 unter Verwendung der Poliervorrichtung wie in 1 gezeigt, poliert, wobei die Plasmaoxidschicht 15 als Stopperschicht verwendet wird. Wenn die Plasmaoxidschicht 15 sich zeigt, ist das Polieren der Cu-Schicht 16 beendet. Durch diese Behandlung befindet sich die Cu-Schicht alleine in den Vertiefungsbereichen, um eine eingelagerte Cu-Windung 16 zu bilden, wie in 4B gezeigt.
Anschließend wird eine Plasmaoxid(SiO₂)schicht 18 gebildet, um die Plasmaoxidschicht 15 und die Cu-Schicht 16 zu bedecken, wie in 4C gezeigt.
Durch oben beschriebene Polierbehandlung wird eine flache Oberfläche des Halbleitersubstrats 1, die frei von Problemen von tellerartigen Vertiefungen ist, erhalten. Die zweite Plasmaoxidschicht (SiO₂) 18 kann ebenfalls einfach gebildet werden. Weiterhin ist es möglich, eine zweite und dritte Leitungsschicht (nicht gezeigt) einfach durch das Abflachen, durchgeführt mittels CMP-Verfahren, zu bilden.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Plasma-CVD-SiO₂-Schicht und eine Cu-Schicht als darunter liegende Oxidschicht bzw. als Schleifmaterial verwendet. Allerdings können auch andere Materialien, wie eine Plasma-CVD-Si₃N₄-Schicht und Metalle, wie Al, Au, W und Legierungen davon verwendet werden, solange die vorher bestimmten Isoliereigenschaften und die vorher bestimmten Leitungseigenschaften ausreichend sind.
Es ist ebenfalls möglich, entsprechend die Tiefe der Schlaufenvertiefung, gebildet in der darunter liegenden Oxidschicht, und die Dicke des Leitungsmaterials zu bestimmen.
In dem erfindungsgemäßen Polierverfahren wird das erfindungsgemäße Poliermittel in den Arbeitsbereich auf dem Halbleitersubstrat, das sich auf der Poliervorrichtung befindet, bei einer CMP-Behandlung des Halbleitersubstrats aufgebracht. Gleichzeitig wird ein Dispersionsmittel (ionische Lösung) in den Arbeitsbereich auf das Halbleitersubstrat aufgebracht.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 wird das erfindungsgemäße Polierverfahren beschrieben.
5 ist eine Schrägsicht, die schematisch den Polierbereich der Poliervorrichtung gemäß 1 einschließlich der Polierscheibe, der Saugscheibe und Vorrichtungen zum Auftragen eines Poliermittels auf die Polierscheibe zeigt. 6 ist ein Querschnitt, der schematisch den Polierbereich in der Poliervorrichtung gemäß 1 zeigt.
Eine ionische Lösung wird als Dispersionsmittel bei der Durchführung des Polierens verwendet. Die Nützlichkeit von reinem Wasser oder ultrareinem Wasser ist bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung anerkannt. Bei der Herstellung von reinem Wasser werden die Verunreinigungen, wie Ionen, feine Partikel und Mikroorganismen, im wesentlichen komplett aus natürlichem Wasser entfernt, so dass das erhaltene reine Wasser einen Widerstand von 5 bis 18 MΩ·cm aufzeigt. Das ultrareine Wasser, das hergestellt wird durch sehr wirksames Entfernen von suspendierten Substanzen und gelösten Substanzen aus dem natürlichen Wasser mit Hilfe einer Herstellungsvorrichtung für ultrareines Wasser, hat eine größere Reinheit als das reine Wasser. Es wird angemerkt, dass die elektrische Leitfähigkeit p des reinen Wassers kleiner als 10 μScm ist. Andererseits ist die elektrische Leitfähigkeit p des ultrareinen Wassers kleiner als 0,055 μScm. Eine stark oxidierende saure ionische Lösung und eine stark reduzierende basische ionische Lösung, die zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet werden, werden durch Hydrolysieren des reinen Wassers oder des ultrareinen Wassers erhalten.
In der Poliervorrichtung, die zur Herstellung der Halbleitervorrichtung verwendet wird, können eine Leitung zur Bereitstellung eines Poliermittels in einen Arbeitsbereich des Poliertuchs und eine andere Leitung zur Bereitstellung einer ionischen Lösung getrennt voneinander bereitgestellt werden. Insbesondere ist es möglich, das Poliermittel und die ionische Lösung so einzuleiten, dass das Poliermittel mit der ionischen Lösung im Arbeitsbereich des Halbleitersubstrats verdünnt wird.
Die in 5 gezeigte Poliervorrichtung umfaßt die Polierscheibe 24 mit einer Antriebswelle (nicht gezeigt) im zentralen Bereich davon, verbunden durch einen Polierscheibenaufnehmer (nicht gezeigt). Ein Poliertuch 25 zum Polieren des Substrats, wie ein Halbleiterwafer, wird über die Polierscheibe 24 gespannt. Das Poliertuch 25 ist z. B. gebildet aus geschäumtem Polyurethan oder aus einem Polyurethanvlies. Die Antriebswelle wird mit Hilfe eines Motors gedreht, um den Polierscheibenaufnehmer und die Polierscheibe 24 zu drehen. Der Halbleiterwafer wird mittels Vakuumsaugen durch die Saugscheibe 31 mit einem Saugtuch (nicht gezeigt) gehalten, so dass der Wafer sich gegenüber dem Poliertuch 25 befindet. Die Saugscheibe 31 ist an einer Antriebswelle 32 angebracht, diese kann auf und nieder bewegt werden. Als Ergebnis wird die mittels Saugscheibe 31 gehaltene Semiconductorwafer gemäß der vertikalen Bewegung der Antriebswelle 32 an das Poliertuch 25 gedrückt oder von diesem entfernt.
Beim Polieren eines Halbleiterwafers wird das erfindungsgemäße Poliermittel aus einem Poliermittelbehälter 40 auf das Poliertuch 25 durch eine Poliermittelzuführleitung 38 aufgebracht. Gleichzeitig wird eine ionische Lösung, die in einem elektrolytischen Gefäß 41 gebildet wird, auf das Poliertuch 25 durch die Zuführleitung für die ionische Lösung 39 zugeführt. Somit sind die Düsen der Zuführleitung für das Poliermittel 38 und der Zuführleitung für die ionische Lösung 39 oberhalb des Poliertuchs 25 angeordnet und in Nachbarschaft zu der Saugscheibe 31, die den Halbleiterwafer trägt.
Das durch die Zuführleitungen 38 und 39 zugeführte Poliermittel und die ionische Lösung werden miteinander vermischt, um das Poliermittel im Arbeitsbereich des Halbleiterwafers in Kontakt mit dem Poliertuch 25 zu vermischen. Die Zuführleitungen 38 und 39 sind zu verschiedenen Punkten oberhalb des Poliertuchs 25 bewegbar. Ein Überschuß an im elektrolytischen Gefäß 41 gebildeter ionischer Lösung wird nach Außen durch die Ableitung 42 entfernt.
Die ionische Lösung schließt eine basische ionische Lösung und eine saure ionische Lösung ein. Eine ionische Lösung mit einem pH-Wert kann hergestellt werden durch Anordnen eines Festelektrolyts innerhalb des Elektrolytgefäßes und Elektrolytischmachen von reinem Wasser oder ultrareinem Wasser, die keine Elektrolyte enthalten, d. h. Metallverunreinigungen, bei niedriger Spannung. Wenn die Polierrate während des Polierens bei der Verwendung einer basischen ionischen Lösung fluktuiert, kann das Polieren stabil durch Regulation des pH-Werts der ionischen Lösung durchgeführt werden. Insbesondere wird der pH-Wert der ionischen Lösung auf einen basischen Bereich reguliert, um die Polierrate zu verbessern und wird auf einen neutralen Bereich reguliert, um die Polierrate zu verringern. Genauso ist beim Fluktuieren der Polierrate während des Polierens bei Verwendung einer sauren ionischen Lösung kann das Polieren durch Regulation des pH-Werts der ionischen Lösung stabil durchgeführt werden. Insbesondere kann der pH-Wert der ionischen Lösung in Richtung sauer reguliert werden, um die Polierrate zu erhöhen und in Richtung neutral reguliert werden, um die Polierrate zu verringern.
Im folgenden werden unter Bezugnahme der 7 bis 10 die Silikapartikel in dem erfindungsgemäßen Poliermittel beschrieben.
7 ist ein Querschnitt, der schematisch einen Querschnitt eines Halbleitersubstrats, der einer CMP-Behandlung unterworfen wird, zeigt. Die 8 bis 10 sind Diagramme, die die Veränderung der Poliereigenschaften relativ zum Korngehalt des Schleifmittels im Poliermittel aufzeigen.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Silika (Schleifmittel)-Konzentration, der Polierrate (nm/min) und der Einheitlichkeit (1 σ %) der Polierschicht zeigt. Kurve 101 in dem Diagramm bezeichnet die Polierrate, während Kurve 102 die Einheitlichkeit des Polierfilms bezeichnet. 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Silikakonzentration und dem Umfang der telleratigen Vertiefungen (Tiefe nm) darstellt. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Silikakonzentration und dem Umfang des Abtragens (Tiefe nm) zeigt.
7 zeigt, dass ein polykristallines Silizium in einer auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Vertiefung eingelagert ist. Zum Bilden der in 7 gezeigten Struktur wurde eine Siliziumnitridschicht (Si₃N₄) 2 auf einem Siliziumhalbleitersubstrat 1 abgelagert, gefolgt vom Bilden einer Aperture einer vorher bestimmten Größe in einem vorher bestimmten Bereich der Siliziumnitridschicht 2. Anschließend wird eine Einkerbung 5 in dem Halbleitersubstrat 1 durch Verwendung der erhaltenen Siliziumnitridschicht 2 als Maske gebildet, gefolgt vom Ablagern einer polykristallinen Siliziumschicht 12 auf der Siliziumnitridschicht 2 innerhalb der Einkerbung 5. Die so abgelagerte polykristalline Siliziumschicht 12 wird durch ein CMP-Verfahren poliert. Bei diesem Polierschritt wird die Siliziumnitridschicht 2 als Stopper verwendet. Dies führt dazu, dass die Siliziumnitridschicht 2 sich auf der Oberfläche zeigt und dass die polykristalline Siliziumschicht 12 sich in der Einkerbung 5 befindet.
Während der CMP-Behandlung neigen die polykristalline Siliziumschicht 12 und die Siliziumnitridschicht 2 dazu, zu stark geätzt zu werden und eine schalenartige Vertiefung 7 um die Vertiefung 5 auszubilden. Die größte Menge an zu starkem Ätzen der Siliziumnitridschicht an der Peripherie der Einkerbung 5 wird als "Umfang des Abtragens (t)" bezeichnet. Entsprechend ist die größte Menge der Überätzung der polykristallinen Siliziumschicht im Zentrum der Einkerbung 5 der sogenannte "Umfang (oder Größe) der tellerartigen Vertiefungen (d), engl. dishing amount". Wie in den 8 bis 10 gezeigt, ist die Polierrate mit Zunahme der Silikakonzentration (Gew.-%) erhöht, sie erreicht ein Maximum bei einem Punkt, wo die Silikakonzentration ca. 7,5 Gew.-% ist. Andererseits ist die Einheitlichkeit im wesentlichen konstant bis zu einer Silikakonzentration von ca. 5%, sie nimmt graduierlich ab (die Einheitlichkeit ist verbessert) bis zu einem Maximum an Silikakonzentration von ca.
7,5 Gew.-%. Der Umfang der tellerartigen Vertiefungen und des Abtragens sind allerdings mit Zunahme der Silikakonzentration erhöht, so dass sich die Vertiefungen verstärken. Dies führt dazu, dass es unmöglich ist, ein akkurates Polieren durchzuführen. Im Hinblick auf diese gegensätzlichen Eigenschaften ist es wünschenswert, die Konzentration der Silikapartikel im erfindungsgemäßen Poliermittel auf 7,5 Gew.-% oder kleiner, bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger, insbesondere 5 Gew.-% festzusetzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Polierverfahren ist es möglich, ein anderes Poliermittel als das erfindungsgemäße Poliermittel in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Poliermittel zu verwenden. In diesem Falle wird das erfindungsgemäße Poliermittel auf die Halbleiterwafer auf der Polierscheibe durch eine Düse aufgetragen und das andere Poliermittel wird durch eine andere Düse aufgebracht. Zum Beispiel wird eine Aufschlämmung hergestellt durch Rühren einer Mischung bestehend aus Silikapartikeln als Schleifmittel, Wasser als Lösungsmittel und Piperazin durch eine erste Poliermitteldüse aufgebracht und eine erfindungsgemäße Aufschlämmung wird durch eine zweite Düse für ein Poliermittel aufgebracht.
Einige erfindungsgemäße Beispiele werden im folgenden beschrieben. Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf diese folgenden Beispiele begrenzt ist.
Beispiel 1
Hergestellt wurden 100 l (Liter) einer wäßrigen Lösung, enthaltend 0,56 Gew.-% kommerziell erhältliche Hydroxyethylcellulose, diese wird im folgenden als Flüssigkeit I bezeichnet. Flüssigkeit I hat eine Viskosität von 217 cP, gemessen bei 25°C mit Hilfe eines Rotationsviskosimeters vom B-Typ, und einen pH-Wert von 6,5, gemessen bei 25°C mit einem pH-Meter.
Dann wurde AMBERLITE MB-2 (Handelsname einer Mischung von einem Ionenaustauschharz vom H-Typ und einem Ionenaustauschharz vom OH-Typ, hergestellt von Organo Inc.) in einer Säule mit einem inneren Volumen von 10 l gefüllt, gefolgt von einem Durchfließen von 50 l der Flüssigkeit I durch die Säule mit einer Flussrate von 1 l/min. Die etwa ersten 10 l der herausfließenden Flüssigkeit wurden verworfen und die anschließenden 30 l der aus der Säule fließenden Flüssigkeit wurden als Flüssigkeit II fraktioniert. Der pH-Wert der Flüssigkeit II war 4,4. Die Konzentration an Feststoffen, die durch Trocknen der Flüssigkeit II bei 100°C erhalten wurde, stellte sich als 0,56 Gew.-% heraus.
Anschließend wurden 2,4 kg Triethanolamin mit einer Reinheit von mindestens 99% und einem Dampfdruck bei 20°C von 1,3 Pa oder weniger zu 20 kg der Flüssigkeit II gegeben und die erhaltene Mischung wurde einheitlich vermischt, um die Flüssigkeit III zu erhalten. Ein Reinheitstest des Amins ergab, dass die Konzentration von irgendeinem Metallelement oder einem anderen Anion als dem OH-Ion nicht größer war als 0,1 ppm. Na und K wurden mittels Atomabsorptionsspektroskopie analysiert. Die anderen Metallelemente als Na und K wurden mittels CP-Verfahren untersucht. Die Anionen wurden mittels Ionenchromatographieverfahren bestimmt.
Zu der Flüssigkeit III wurden 4,8 kg kolloidales Silika mit einer hohen Reinheit als Schleifmittel hinzugegeben, dieses wurde durch Hydrolysieren von Alkoxysilan als Ausgangsmaterial hergestellt, und 20,8 kg reines Wasser und die erhaltene Mischung wurde ausreichend gerührt, um die Flüssigkeit IV herzustellen. Bei Untersuchung mittels Elektronenmikroskopie stellten sich mindestens 99% der kolloidalen Silikapartikel mit einem Partikeldurchmesser, der in einen Bereich zwischen 35 nm und 65 nm fällt, heraus. Eine Analyse der Reinheit wurde ebenfalls bei dem kolloidalen Sihika durchgeführt, diese zeigte, dass die Konzentration an Metallelement in Bezug auf Silika nicht größer als 0,1 ppm in irgendeiner der Proben war.
Die Flüssigkeit IV wurde dann durch ein 6 μm Sieb filtriert, um schließlich ein Poliermittel zu ergeben. Die Eigenschaften des Poliermittels bei 27° waren ein pH-Wert von 10,12, eine Viskosität von 21 cP und eine spezifische Dichte von 1,067. Eine Analyse der Verunreinigungen des Poliermittels wurde ebenfalls durchgeführt, die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 deutlich, wird, war die Konzentration von irgendeinem Alkalimetallelement, anderen Metallelementen und üblichen Anionen nicht größer als 0,1 ppm, wenn eine Ionenaustauschbehandlung durchgeführt wurde.
Wie aus den experimentellen Daten deutlich wird, ist es möglich, ein Endpoliermittel herzustellen, das Alkalimetallelemente in einer Menge von nicht größer als 1,2 ppm enthält, dies ist die obere Grenze, berechnet mit Hilfe der vorher genannten Formel, wenn die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose 0,23 Gew.-% ist, indem wasserlösliche Cellulose mittels Ionenaustauschharz vom H-Typ und Ionenaustauschharz vom OH-Typ verfeinert wurden und streng ausgewähltes wasserlösliches Amin und Silika mit hoher Reinheit verwendet wurde.
Die Eigenschaften des so hergestellten Poliermittels wurden untersucht. Genauer wurde ein Poliertest eines Siliziumwafers mit dem so hergestellten Poliermittel und einer kommerziellen Poliervorrichtung durchgeführt. Ein Vließpad wurde bei diesem Poliertest verwendet. Bei dem Poliertest wurde eine Lösung durch Verdünnen des Poliermittels mit einem Wasser hergestellt, so dass das Volumen der verdünnten Lösung fünfmal so groß war wie das des Poliermittels vor Verdünnung, diese wurde auf das Polierpad mit einer Rate von 200 ml/min zugeführt, um ein 6 inch Silikonwafer mit einer Last von 200 g/cm² und einer Drehgeschwindigkeit der Scheibe von 25 Upm zu polieren.
Um die Schutzfähigkeit des Poliermittels zu untersuchen, wurden ca. 50 l (Liter) eines verdünnten Poliermittels durch Verdünnen des ursprünglichen Poliermittels mit reinem Wasser hergestellt, damit das Volumen des verdünnten Poliermittels fünfmal so groß war wie das Volumen des ursprünglichen Poliermittels. Ein Poliertest wurde unter den oben beschriebenen Bedingungen unter Verwendung des verdünnten Poliermittels 1 Tag, 3 Tage, 7 Tage, 14 Tage und 20 Tage nach Herstellung durchgeführt, um die Polierrate für das jeweilige verdünnte Poliermittel zu messen. Das verdünnte Poliermittel wurde in einem Container belassen mit Ausnahme des Zeitraums, wenn das verdünnte Poliermittel tatsächlich zum Polieren verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Weiterhin wurde eine Analyse der Reinheit der Wafer-Oberfläche nach Waschen des polierten Wafers durchgeführt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.
Um die Ungleichmäßigkeit des Poliermittels innerhalb der Lots zu untersuchen, wurden 5 Arten von Poliermittel hergestellt durch Herstellung von Hydroxyethylcellulose, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, dass fünf verschiedene Lots von Hydroxyethylcellulose verwendet wurden.
Die pH-Werte und Polierraten der erhaltenen Poliermittel wurden gemessen, die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Wie aus Tabelle 4 deutlich wird, ist die Ungleichmäßigkeit der pH-Werte des Poliermittels sehr gering, diese waren 10,1 bis 10,2. Auch die anderen Eigenschaften stellten sich als im wesentlichen konstant heraus. Im Hinblick auf die Polierrate wurde diese als vernachlässigbar klein zwischen den verschiedenen Lots der Cellulose gefunden.
Beispiel 2
Ein Poliermittel wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Ammoniakwasser mit einem Dampfdruck bei 20°C von 483 bis 837 kPa anstelle des in Beispiel 1 verwendeten Triethanolamins verwendet wurde. Es wurden ebenfalls verschiedene Tests wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Die Reproduzierbarkeit der Polierrate wurde wie in Beispiel 1 gemessen, mit den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen. Die Eigenschaften des Poliermittels wurden bei 25°C gemessen, der pH-Wert war 10,2, die Viskosität 11,5 cP und die spezifische Dichte 1,059.
Wie aus Tabelle 2 deutlich wird, war die Polierrate etwas geringer als die von Beispiel 1, wenn das Poliermittel mit Ammoniak mit hohem Dampfdruck über einen längeren Zeitraum aufbewahrt wurde.
Wie aus den Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen deutlich wird, zeigt das erfindungsgemäße Poliermittel eine deutliche Verbesserung der Reinheit des Poliermittels und der Reinheit des Wafers nach dem Polieren durch Erhöhen der Reinheit der wasserlöslichen Cellulose. Das erfindungsgemäße Poliermittel ist somit eindeutig nicht nur als Endpoliermittel für Wafer, sondern auch als ein Poliermittel für eine Vorrichtung nützlich.
Wie aus dem Beispiel 1 ebenfalls deutlich wird, kann ein hervorragendes Poliermittel, das in seinen Aufbewahrungsfähigkeiten befriedigend ist und in der Lage ist, ein stabiles Polieren durchzuführen unter Verwendung von wasserlöslichem Amin mit einem Dampfdruck bei 20°C von 133 Pa oder weniger, erhalten werden.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Poliermittel wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Flüssigkeit I vor Behandlung mit Ionenaustauschharzen anstelle der Flüssigkeit II verwendet wurde.
Eine Analyse der Reinheit wurde mit dem erhaltenen Poliermittel wie in Beispiel 1 durchgeführt, die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Ebenfalls wurde die Reinheit des Wafers nach dem Polieren in Beispiel 1 gemessen, mit den Ergebnissen, wie sie in Tabelle 3 gezeigt sind. Die Eigenschaften des Poliermittels, gemessen bei 25°C, waren pH-Wert 9,95, Viskosität 23 cP und spezifische Dichte 1,065.
Bei dem Poliermittel gemäß Beispiel 1 war die Konzentration an wasserlöslicher Cellulose 0,23 Gew.-%. Die obere Grenze des Gehalts an Alkalimetallelementen war damit gemäß der Formel 1,2 ppm. Andererseits war der Gehalt an Alkalimetallelementen in dem Poliermittel des Vergleichsbeispiels 1 3,5 ppm.
Fünf verschiedene Arten von Poliermitteln wurden unter Verwendung von fünf verschiedenen Lots an Hydroxyethylcellulose wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Flüssigkeit I vor Behandlung mit Ionenaustauschharzen für die Herstellung der Poliermittel verwendet wurde.
Die Polierrate und der pH-Wert der so hergestellten Poliermittel wurde gemessen, die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Es wird aus den in Tabelle 4 gezeigten Ergebnissen deutlich, dass die Gehalte an Alkalimetallelementen und an anionischen Verunreinigungen wesentlich größer waren als die oberen Begrenzungen, berechnet gemäß der vorher genannten Formel.
Die Ungleichmäßigkeit in den pH-Werten der Poliermittel war ebenfalls größer, sie reichte von 9,7 bis 10,4, dies bekräftigt, dass das Poliermittel in seiner Reproduzierbarkeit gering ist.
Eine große Uneinheitlichkeit wurden ebenfalls in den Polierraten festgestellt. Genauer waren die pH-Werte der Poliermittel uneinheitlich, wenn die Cellulose nicht verfeinert wurde, da sich die Lots der Poliermittel in seinen Konzentrationen an kationischen und anionischen Verunreinigungen in der verwendeten Cellulose unterschieden. Es stellte sich als Ergebnis heraus, dass es zu einer Ungleichmäßigkeit in der Polierleistung (Polierrate) führt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4

Claims

Poliermittel, das ein Schleifmittel enthält, das Silicateilchen als Hauptkomponente, Wasser als Lösungsmittel und eine wasserlösliche Cellulose enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkalimetall-Verunreinigungsgehalt des Poliermittels 5C ppm oder weniger beträgt, worin C die Konzentration der wasserlöslichen Cellulose in Gew.% darstellt.
Poliermittel gemäss Anspruch 1, worin die Konzentration C der wasserlöslichen Cellulose 0,05–4 Gew.% beträgt.
Poliermittel gemäss Anspruch 1, worin der Silicakorngehalt 0,1–50 Gew.% beträgt.
Poliermittel gemäss Anspruch 1, das ferner ein pH-Wert-Einstellmittel umfasst.
Poliermittel gemäss Anspruch 4, worin das pH-Wert-Einstellmittel einen Dampfdruck bei 20°C von 133 Pa oder weniger besitzt.
Poliermittel gemäss Anspruch 4, worin das pH-Wert-Einstellmittel aus einem wasserlöslichen Amin besteht.
Poliermittel gemäss Anspruch 6, worin das pH-Wert-Einstellmittel den pH-Wert des Poliermittels auf 8–11 einregelt.
Poliermittel gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserlösliche Cellulose vor ihrer Einführung in das Poliermittel gereinigt wird, wodurch Alkalimetallverunreinigungen entfernt werden.
Verfahren zum Polieren eines Halbleiterwafers, das einen Endpolierschritt umfasst, der durch Aufbringen des Poliermittels, wie in Anspruch 1 definiert, auf eine Polieroberfläche eines aus einem Barren geschnittenen Halbleiterwafers, der vorab mehrfach einer Polierbehandlung unterworfen wurde, durchgeführt wird.
Verfahren zum Polieren eines Halbleiterwafers, das einen chemisch-mechanischen Polierschritt umfasst, der durch Zuführen des Poliermittels, wie in Anspruch 1 definiert, auf eine auf dem Halbleiterwafer ausgebildete Schicht durchgeführt wird.
Polierverfahren gemäss Anspruch 9, worin zusammen mit dem Poliermittel ein Dispergiermittel auf die zu polierende Schicht, die auf dem Halbleiterwafer ausgebildet ist, aufgebracht wird.
Polierverfahren gemäss Anspruch 10, worin das Dispergiermittel ausgewählt ist aus einer ionischen Lösung und reinem Wasser.