EP1364391A1

EP1364391A1 - Verfahren zur entfernung einer maskenschicht von einem halbleitersubstrat

Info

Publication number: EP1364391A1
Application number: EP02714071A
Authority: EP
Inventors: Heike Drummer; Franz Kreupl; Annette SÄNGER; Manfred Engelhardt; Bernhard Sell; Peter Thieme
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-11-26
Also published as: DE10109328A1; KR20030076694A; WO2002069378A1; KR100565107B1; JP2004519107A; US20040048479A1; JP3955529B2; TW526542B; US7129173B2

Abstract

Es wird ein Halbleitersubstrat (1) bereit gestellt, auf dem eine erste Schicht (2), eine zweite Schicht (3) und eine dritte Schicht (4) angeordnet sind. Die dritte Schicht (4) ist beispielsweise eine Lackmaske, die zur Strukturierung der zweiten Schicht (3) verwendet wird. Die zweite Schicht (3) ist beispielsweise eine strukturierte Hartmaske, die zur Strukturierung der ersten Schicht (2) verwendet wird. Anschliessend wird die dritte Schicht (4) entfernt und eine vierte Schicht (8) abgeschieden. Die vierte Schicht (8) ist beispielsweise ein Isolator, der die in der ersten Schicht (2) gebildeten Gräben auffüllt. Anschliessend wird die vierte Schicht (8) mittels eines CMP-Schrittes planarisiert, wobei die Planarisierung fortgesetzt wird und die zweite Schicht (3), die beispielsweise eine Hartmaske ist, zusammen mit der vierten Schicht (8) von der ersten Schicht (2) entfernt. Dabei verbleibt die vierte Schicht (8) in einem Graben (7), der in der ersten Schicht (2) angeordnet ist.

Description

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Schicht planarisiert und entfernt werden und die vierte Schicht in dem dritten Graben verbleibt, der in der ersten Schicht angeordnet ist. Bei der zweiten Schicht handelt es sich beispielsweise um eine Hartmaske und die vierte Schicht ist beispielsweise eine Zwischenschicht, die zwischen Leiterbahnen angeordnet werden kann (Inter Metal Dielectric) . Der erfindungsgemäße Verfahrensschritt weist den Vorteil auf, daß die Entfernung der Hartmaske mittels CMP gleichzeitig mit der Planarisierung der in die Gräben der mittels der Hartmaske strukturierten Schicht eingefüllten Zwischenschicht durchgeführt wird.

Ein vorteilhafter Verfahrensschritt sieht vor, daß die erste Schicht aus einer polysiliziumhaltigen oder einer metallhal- tigen Schicht gebildet wird. Die erste Schicht ist beispielsweise eine zu strukturierende Schicht, aus der Leiterbahnen gebildet werden können.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die erste Schicht aus einer iridium- , iridiumoxid- , wolfra -, tantal-, titan-, kupfer-, titannitrid- , tantalnitrid- , wolfram- silizid-, wolframnitrid-, platin-, iridium-, kobalt-, palla- dium- , silizid-, nitrid- oder karbidhaltigen Schicht gebildet wird. Die genannten Materialien sind in vorteilhafter Weise dazu geeignet, mittels eines Ätzverfahrens zu Leitbahnen strukturiert zu werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die zweite Schicht aus einer sili- ziumnitrid-, siliziumoxid- , polysilizium- , titan-, titannitrid- oder wolfra haltigen Schicht gebildet wird. Die genannten Materialien sind in vorteilhafter Weise dazu geeignet, als Hartmaske während eines Ätzprozesses verwendet zu werden.

Eine weitere Verf hrensvariante sieht vor, daß die dritte

Schicht als eine photosensitive Maskenschicht gebildet wird. Die photosensitive Maskenschicht ist beispielsweise mittels optischer Lithographie und Ätztechnik strukturierbar, so daß sie zur Strukturierung der zweiten Schicht, wie beispielsweise einer Hartmaske, verwendet werden kann.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die vierte

Schicht aus einer siliziumoxid- , siliziumnitrid- , butylzyklo- buten- oder polybutyloxalathaltigen Schicht gebildet wird.

Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, daß das chemisch- mechanische Polieren mit einer Polierflüssigkeit durchgeführt wird, die einen Feststoffgewichtsanteil zwischen 20% und 40% oder Ammoniak enthält oder einen pH-Wert zwischen 9 und 11 aufweist. Eine Polierflüssigkeit, die eine der genannten Eigenschaften aufweist, ist in vorteilhafter Weise zum gleich- zeitigen Polieren einer Hartmaske und einer Zwischenschicht geeignet .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert .

In den Figuren zeigen:

Figur 1 einen Schichtstapel mit einer strukturierten Lackmaske;

Figur 2 den Schichtstapel aus Figur 1, wobei eine Hartmaske strukturiert wurde;

Figur 3 den Schichtstapel aus Figur 2, wobei die Lackmaske entfernt wurde;

Figur 4 den Schichtstapel aus Figur 3, wobei eine Zwischenschicht abgeschieden wurde; SO 1 ra I φ 1 1 -. 1 I 1 SH

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führt. Bei der Anlage handelt es sich um eine Polieranlage mit einer Schleifscheibe und zwei Poliertischen. Als Poliertuch auf dem Poliertisch ist beispielsweise ein IC1000 Suba IV der Firma Rodel geeignet. Als Backingfilm (isolierende me- chanische Lagerung) auf dem Substrathalter wird das Standardmodell Rodel T3 verwendet. Als Polierflüssigkeit ist beispielsweise Klebosol 30N50 der Firma Clariant geeignet. Ebenfalls sind Polierflüssigkeiten geeignet, die Siliziumoxidpartikel mit einer Größe zwischen 30 und 500 nm bevorzugt 100 nm in einem Feststoffgewichtsprozentanteil zwischen 20 und 40% aufweisen und Ammoniak als Stabilisator verwenden, wobei ein pH-Wert zwischen 9 und 11 vorliegt.

Um ähnliche Abtragsraten für Siliziumoxid und Siliziumnitrid zu erreichen, wird als Polierflüssigkeit eine Suspension mit 30% Siliziumoxid mit einer mittleren Korngröße von 75 nm und Ammoniak als Stabilisator mit einem pH-Wert von ca. 10 verwendet .

Als Umdrehungsgeschwindigkeit des Poliertisches sind beispielsweise 20 bis 70 U/min. geeignet, wobei 65 U/min. besonders vorteilhaft sind. Die Substrathalter können mit 20 bis 70 U/min. betrieben werden, wobei 62 U/min. besonders vorteilhaft sind. Als Anpreßdruck des Substrats an das Polier- tuch sind Werte zwischen 3 und 12 PSI geeignet, wobei 8 PSI besonders vorteilhaft sind. Als Rückseitendruck sind Werte zwischen 0 und 5 PSI geeignet, wobei 1 PSI besonders vorteilhaft ist. Die Polierflüssigkeit wird dabei mit einem Fluß von 60 bis 250 ml/Min. eingeleitet, wobei 100 ml/Min. besonders vorteilhaft sind. Wenn die zweite Schicht 3 als Hartmaske beispielsweise aus Siliziumnitrid gebildet ist und die vierte Schicht 8 als Inter-Metal-Dielectric beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet ist, so ergibt sich mit den oben genannten Prozeßparametern eine Abtragsrate von ca. 360 nm/Min., die vorteilhaft ist. Bevorzugt werden während des chemisch-mechanischen Polierens Prozeßparameter gewählt, die zwischen der zweiten Schicht 3 und der vierten Schicht 8 ein Abtragsratenverhältnis von 1:1 aufweisen. Ebenfalls geeignet sind Abtragsratenverhältnisse zwischen 0,9 und 1,1. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die zweite Schicht 3, welche die Hartmaske darstellt, etwas schneller abgetragen wird als die vierte Schicht 8. Als Möglichkeit zur Detektion dafür, daß die zweite Schicht 3 vollständig abgetragen ist und der Prozeß beendet werden kann, ist beispiels- weise der Motorstrom von Poliertisch oder Substrathalter oder einer Kombination aus beiden geeignet. Dies resultiert daher, daß die zweite Schicht 3 üblicherweise eine zu der ersten Schicht 2 unterschiedlichen Reibung zu dem Poliertuch aufweist . Dabei kann eine Änderung des Motorstroms als Signal für ein Prozeßende verwendet werden. Vorteilhaft ist ebenfalls ein relativ hartes und steifes Poliertuch zu verwenden, wodurch der Planarisierungseffekt begünstigt wird. Beispielsweise' ist ein Poliertuch der Härte 50 der Einheit Shore "D" geeignet, die in dem Bereich 35 bis 65 spezifiziert ist. Die Deflection des Poliertuchs sollte um 3 , 8 inch (spec: 0 - 6) und die Compressibilität um 3,5% (spec: 0 - 6%) liegen.

Weiterhin ist als Material der vierten Schicht 8 ein Produkt der Firma Dow Chemical geeignet, daß unter dem Warenzeichen SILK gehandelt wird. Hierbei handelt es sich um ein silizium- haltiges, siliziumoxidhaltiges und kohlenstoffhaltiges Gemisch.

In der Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er- findung dargestellt, das einen zur Figur 1 vergleichbaren Bearbeitungszustand aufweist. Die Figur 7 zeigt einen Schicht- Stapel aus Schichten 1, 2 und 3, auf denen eine Lackmaske 4 bereits strukturiert vorliegt. Die Schicht 2 ist aus mehreren Teilschichten 21, 22 aufgebaut. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Schichtenfolge, die zur Herstellung eines magnetoresistiven-Speichers, sogenannter MRAM, oder eines ferroelektrischen-Speichers, sogenannter FRAM, oder eines CQ rö 1 1 1 1 1 -. 4-1 1 _^

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sein. Als Tunnelbarriere 23 dient Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Titandioxid. Die unterliegende Schicht 1 ist Substratmaterial, beispielsweise Silizium oder Siliziumdioxid.

Der Schichtenstapel 21, 22, 23 ist aus schwer ätzbaren Materialien zusammengesetzt, so daß zur ätzweisen Strukturierung eine Hartmaske verwendet wird. Die Hartmaskenschicht 3 wird zuerst mittels der Lackmaske 4 strukturiert. Dann wird der Schichtenstapel 21, 22, 23 anhand der durch die Lackmaske 4 und die Hartmaske 3 gebildeten Maske geätzt. Anschließend wird wie in den Figuren 3 bis 6 dargestellt die Lackmaske 4 entfernt. Zum Abtragen der Hartmaske 3 wird die zusätzliche Schicht 8 (vergleiche Figur 4) aufgetragen und anschließend werden die Schicht 8 sowie die Hartmaske 3 gemeinsam mittels chemisch-mechanischen Polierens abgetragen. Die Oberfläche des Halbleiterwafers zeigt nach dem CMP-Prozeßschritt die Oberfläche des Schichtenstapels 2, also die metallische Elektrode 21, innerhalb der durch die Ätzung gebildete Graben mit der zusätzlich aufgetragenen Schicht 8 gefüllt ist. Die Ober- fläche ist nunmehr planarisiert . Das Abtragen der Hartmaskenschicht 3 und das Planarisieren ist gleichzeitig unter Anwendung des CMP-Schritts durchgeführt worden.

Bezugszeichenliste

1 Substrat

2 erste Schicht 3 zweite Schicht

4 dritte Schicht

5 erster Graben

6 zweiter Graben

7 dritter Graben 8 vierte Schicht

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung einer Maskenschicht von einem Halbleitersubstrat mit den Schritten: - Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1) auf dem eine erste Schicht (2) angeordnet ist, auf der eine zweite Schicht (3) angeordnet ist, auf der eine dritte Schicht (4) angeordnet ist,

- wobei die dritte Schicht (4) so strukturiert ist, daß ein erster Graben (5) in der dritten Schicht (4) gebildet ist, der die zweite Schicht (3) freilegt;

- Ätzen der zweiten Schicht (3) , unter Verwendung der dritten Schicht (4) als Ätzmaske, wobei in dem Bereich des ersten Grabens (5) ein zweiter Graben (6) in der zweiten Schicht (3) gebildet wird, der die erste Schicht (2) freilegt;

- Entfernen der dritten Schicht (4) von der zweiten Schicht

(3);

- Ätzen der ersten Schicht (2) unter Verwendung der zweiten Schicht (3) als Ätzmaske, wobei in dem Bereich des zweiten Grabens (6) ein dritter Graben (7) in der ersten Schicht (2) gebildet wird, der das Substrat (1) freilegt;

- Abscheiden einer vierten Schicht (8) auf dem so geätzten Halbleitersubstrat ;

- chemisch-mechanisches Polieren der vierten Schicht (8) und nachfolgend der zweiten Schicht (3) , wobei die vierte

Schicht (8) von der zweiten Schicht (3) entfernt wird und anschließend die zweite Schicht (3) von der ersten Schicht (2) entfernt wird, und die vierte Schicht (8) in dem dritten Graben (7) verbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Schicht (2) aus einer polysiliziumhaltigen oder einer metallhaltigen Schicht gebildet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Schicht (2) eine metallhaltige Schicht ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Schicht (2) aus einer iridiumoxid- oder einer Wolfram- oder einer tantal- oder einer titan- oder einer kupfer- oder einer titannitrid- oder einer tantalnitrid- oder einer wolframsilizid- oder einer wolframnitrid- oder einer platin- oder einer iridium- oder einer kobalt- oder einer palladium- oder einer silizid- oder einer nitrid- oder einer karbidhal- tigen Schicht gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Schicht (2) mehrere Lagen umfaßt, von denen eine oberste Lage (21) ein Metall umfaßt, eine mittlere Lage (22) ein Dielektrikum umfaßt und eine untere Lage (23) eine Barriereschicht umfaßt .

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mittlere Schicht (22) als Dielektrikum eines der Materialien Barium-Strontium-Titanat und Strontium-Bismut-Tantalat und die untere Schicht (23) als Barriereschicht eines der Ma- terialien Iridium, Iridiumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Titanoxid umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Schicht (3) auf einer siliziumnitrid- oder einer siliziumoxid- oder einer polysilizium- oder einer titan- oder einer titannitrid- oder einer wolframhaltigen Schicht gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, daß die dritte Schicht (4) als eine photosensitive Maskenschicht gebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die vierte Schicht (8) aus einer siliziumoxid- oder einer siliziumnitrid- oder einer butylzyklobuten- oder einer polybu- tyloxalathaltigen Schicht gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das chemisch-mechanische Polieren mit einer Polierflüssigkeit durchgeführt wird, die einen Feststoffgewichtsanteil zwischen 20% und 40% enthält oder Ammoniak enthält oder einen pH-Wert zwischen 9 und 11 aufweist.