FR2772986A1 - Procede de polissage chimio-mecanique utilisant des suspensions a faible ph - Google Patents
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Abstract
Un procédé de polissage chimio-mécanique d'un composant comprenant une couche de tungstène (38) déposée sur une couche d'oxyde (32) et à l'intérieur de traversées qui sont formées dans cette dernière, comprend une première étape de polissage qui est accomplie sur un tampon de polissage (44) en utilisant une première suspension contenant un composant oxydant et ayant un pH de 2 à 4, pour enlever la couche de tungstène; et une seconde étape de polissage qui est accomplie sur le même tampon de polissage en utilisant une seconde suspension ayant un pH de 2 à 4, pour faire disparaître, par polissage, des rayures de la couche d'oxyde (32).
Description
PROCEDE DE POLISSAGE CHIMIO-MECANIQUE UTILISANT DES SUSPENSIONS A FAIBLE r H
La présente invention concerne l'aplanissement de surfaces pendant la formation de dispositifs à circuits intégrés. La présente invention concerne plus particulièrement des procédés perfectionnés pour accomplir le polissage chimio-mécanique (ou CMP pour "chemical mechanical polishing").
La présente invention concerne l'aplanissement de surfaces pendant la formation de dispositifs à circuits intégrés. La présente invention concerne plus particulièrement des procédés perfectionnés pour accomplir le polissage chimio-mécanique (ou CMP pour "chemical mechanical polishing").
Pendant la fabrication de dispositifs à circuits intégrés, il est souvent nécessaire d'enlever de la matière se trouvant sur la surface du dispositif, à une ou plusieurs phases du processus de fabrication, et d'aplanir des couches de matière avant de passer à des étapes de traitement ultérieures. On effectue de plus en plus souvent l'enlèvement de matière et l'aplanissement en utilisant le polissage chimio-mécanique (ou
CMP). On accomplit des processus de polissage chimio-mécanique en maintenant une tranche contre une surface de polissage tournante, avec une pression commandée, en présence d'une suspension. La suspension contient souvent à la fois un composant chimiquement actif, tel qu'un acide ou une base, et un composant abrasif, mécaniquement actif, tel que de fines particules d'oxyde de silicium. Bien que l'on comprenne mal les mécanismes exacts, des réactions chimiques et l'abrasion mécanique contribuent au processus de polissage et d'aplanissement. On a développé des procédés de polissage chimio-mécanique pour aplanir des couches de métal comme des couches de diélectrique.
CMP). On accomplit des processus de polissage chimio-mécanique en maintenant une tranche contre une surface de polissage tournante, avec une pression commandée, en présence d'une suspension. La suspension contient souvent à la fois un composant chimiquement actif, tel qu'un acide ou une base, et un composant abrasif, mécaniquement actif, tel que de fines particules d'oxyde de silicium. Bien que l'on comprenne mal les mécanismes exacts, des réactions chimiques et l'abrasion mécanique contribuent au processus de polissage et d'aplanissement. On a développé des procédés de polissage chimio-mécanique pour aplanir des couches de métal comme des couches de diélectrique.
On peut utiliser des processus de polissage chimio-mécanique pour polir de multiples couches dans un dispositif à circuit intégré. Par exemple, on forme dans et sur un substrat des dispositifs tels que des transistors à effet de champ, des diodes ou des transistors bipolaires, et on dépose ensuite un premier niveau de matériau isolant sur le dispositif à circuit intégré. On définit un motif de trous ou de traversées de contact à travers le premier niveau de matériau isolant et, à un certain point dans le processus, on remplit les traversées avec un matériau conducteur pour définir des interconnexions verticales à travers le premier niveau de matériau isolant, de façon à établir un contact avec des parties appropriées des dispositifs se trouvant sur la surface du substrat. Du fait que certains métaux de lignes d'interconnexion, comme l'aluminium, ne procurent pas un remplissage approprié des traversées, il est courant de remplir les traversées avec du tungstène déposé en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD). Le dépôt de tungstène par CVD dans la traversée conduit à la formation d'une couche de tungstène sur le matériau isolant, ainsi qu'à l'intérieur de la traversée, à travers le matériau isolant.
Après le remplissage de la traversée, on enlève la couche de tungstène qui a débordé au-delà de la traversée, et on dépose une ligne d'interconnexion en aluminium sur la couche diélectrique et sur la traversée. On peut enlever la couche de tungstène en utilisant une étape d'attaque de réduction d'épaisseur, telle que l'attaque ionique réactive (ou RIE pour "reactive ion etching"). Cependant, I'étape d'attaque ionique réactive peut produire une attaque excessive du tungsténe et enlever du tungstène se trouvant à l'intérieur de la traversée. Ceci peut conduire à un mauvais contact entre le tungstène en retrait à l'intérieur de la traversée et la couche de ligne d'interconnexion en aluminium qui est déposée par la suite. En outre, des particules qui restent sur la surface de la tranche de Si après l'attaque de réduction d'épaisseur du tungstène, seront susceptibles d'empêcher le fonctionnement du dispositif. Au lieu d'effectuer une étape d'attaque de réduction d'épaisseur, on peut utiliser des processus de polissage chimio-mécanique pour enlever le tungstène en excès.
Pour le polissage chimio-mécanique de tungstène, on utilise habituellement un processus en deux étapes. Dans la première étape, on polit la tranche à une première station de polissage en utilisant une suspension contenant un oxydant et ayant un faible pH, pour enlever la couche de tungstène en excès sur la surface de la couche isolante. On peut utiliser la couche isolante sous-jacente à titre d'élément d'arrêt d'attaque pendant la première étape de polissage chimio-mécanique. Dans la se conde étape, on amène la tranche à une seconde station de polissage dans laquelle on utilise une suspension ayant un pH élevé, pour aplanir et polir la couche isolante. On considère habituellement que les deux étapes sont nécessaires, du fait que la première étape de polissage laisse dans la couche isolante des rayures qui peuvent retenir des contaminants et occasionner ensuite des courts-circuits entre des structures conductrices. On utilise la seconde étape de polissage pour faire disparaître par polissage les rayures de la couche isolante. De façon idéale, on accomplit la seconde étape de polissage de façon que l'épaisseur de la couche d'oxyde qui est enlevée pendant la seconde étape de polissage soit égale à la profondeur de la plus grande rayure qui résulte de la première étape d'enlèvement de métal. En plus de la formation de rayures, la première étape de polissage peut également enlever une partie du tungstène se trouvant à l'intérieur de la traversée, du fait que la suspension a une composition qui est choisie de façon à enlever le tungstène plus rapidement que le matériau diélectrique. La seconde étape de polissage de la couche diélectrique avec une suspension qui est sélective visà-vis de la couche diélectrique, aplanit la couche diélectrique et le tungstène à l'intérieur de la traversée.
La figure 1 illustre un montage de polissage chimio-mécanique classique. Une tranche 10 est montée sur un porte-tranche 12 au-dessus d'un plateau tournant 14. Le porte-tranche 12 peut exercer une force sur la tranche 10 et il est fixé à un arbre tournant 20, de façon que la tranche puisse être mise en rotation indépendamment du plateau 14. Un tampon de polissage 16 est disposé sur le plateau 14 et une suspension de polissage 18 est fournie à la surface du tampon tournant. Comme représenté sur la figure 2, le porte-tranche peut comprendre un mandrin 22 et une feuille tampon 24. La feuille tampon 24 est placée entre ia tranche 10 et le mandrin 22 pour procurer le niveau d'élasticité désiré entre le mandrin 22 et la tranche 10. Si la tranche 10 est maintenue de façon trop serrée sur le mandrin 22, des particules ou des défauts non plans quelconques dans le mandrin 22 seront transmis à la tranche 10 et occasionneront un emplacement mince ou un défaut dans la tranche 10. On peut utiliser un ou plusieurs tampons de polissage 16 pour obtenir le niveau d'élasticité désiré entre la tranche 10 et le plateau 14. Si le contact entre le tampon de polissage et la tranche est trop rigide, il y a un risque accru de cassure de la tranche. Si le tampon de polissage 16 est trop souple, il se déformera alors en entrant dans des régions de la tranche 10 qui ne sont pas destinées à être polies, et des quantités inégales de matière seront enlevées de la surface de la tranche. La structure résultante aura une surface moins plane que ce que l'on désire. Le tampon de polissage est habituellement maintenu légèrement rugueux, avec des saillies d'environ 1 à 10 lim formées dans le tampon pour retenir et transporter la suspension de polissage.
Les mécanismes exacts par lesquels l'aplanissement chimiomécanique se produit sont complexes et mal compris. II y a de nombreuses variables liées à la fois aux aspects chimiques et mécaniques du polissage chimio-mécanique. Les facteurs liés à l'aspect chimique comprennent le type de suspension, le pH de la suspension, la teneur en solides de la suspension, I'écoulement de la suspension et la température de traitement. Les facteurs liés à l'aspect mécanique comprennent la pression de polissage, la contre-pression, la vitesse du plateau et le type de tampon. Le mélange consistant en une suspension consiste de façon caractéristique en un acide ou une base, en compagnie d'un matériau abrasif tel que l'oxyde de silicium. Pour le polissage et l'enlèvement d'une couche de métal, comme du tungstène, il est habituel d'utiliser une solution de suspension ayant un composant oxydant, tel que H202, et un pH de 2 à 4 dans la première étape de polissage chimio-mécanique de tungstène. Pour le polissage ou l'aplanissement d'une couche d'oxyde dans la seconde étape de polissage chimio-mécanique de tungstène, il est habituel d'utiliser une solution basée sur un alcali, telle qu'une solution de
KOH avec un pH de 10 à 11,5. Pour un polissage uniforme, il est généralement souhaitable que . (1) chaque point sur la tranche se déplace avec la même vitesse par rapport au tampon de polissage; (2) la suspension de polissage soit uniformément répartie sous la tranche; et (3) la tranche soit symétrique.
KOH avec un pH de 10 à 11,5. Pour un polissage uniforme, il est généralement souhaitable que . (1) chaque point sur la tranche se déplace avec la même vitesse par rapport au tampon de polissage; (2) la suspension de polissage soit uniformément répartie sous la tranche; et (3) la tranche soit symétrique.
Les deux étapes du processus pour l'enlèvement du tungstène en excès et pour le polissage de la couche isolante sous-jacente sont généralement accomplies à des stations de polissage différentes, ou en changeant le tampon de polissage entre les première et seconde étapes de polissage chimio-mécanique. Du fait de différences entre les première et seconde suspensions utilisées pour polir le métal et l'isolant, on n'utilise pas le même tampon pour les première et seconde étapes de polissage chimio-mécanique. Si on utilisait le même tampon, il apparaitrait des problèmes dus à un choc de pH et à la génération de particules, du fait que des réactions acide-base se produiraient entre la première suspension acide et la seconde suspension basique, et précipiteraient des particules indésirables sur le tampon. Du fait de la nécessité d'un processus en deux étapes, le processus de polissage chimio-mécanique de tungstène prend plus de temps. est plus coûteux et est moins prévisible que ce qui est souhaitable.
Un but de la présente invention est de procurer un processus de polissage chimio-mécanique de tungsténe simplifié dans lequel, par une commande appropriée de variables de processus sélectionnées, le polissage chimio-mécanique de tungstène peut être effectué de façon acceptable en utilisant un seul tampon de polissage, ou à une seule station de polissage.
Des modes de réalisation de la présente invention comprennent un procédé de polissage chimio-mécanique comportant les étapes suivantes. On fournit une tranche de semiconducteur comprenant une couche de diélectrique et une couche de métal formée sur au moins une partie de la couche de diélectrique. On fournit au moins un tampon de polissage pour le polissage chimio-mécanique. On fournit un premier mélange consistant en une suspension pour polir la couche de métal et on polit la couche de métal, en laissant à nu une surface de la couche de diélectrique. On fournit un second mélange consistant en une suspension pour polir la couche de diélectrique et on polit la couche de diélectrique après l'étape de polissage de la couche de métal. Le premier mélange consistant en une suspension et le second mélange consistant en une suspension ont chacun un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
Des modes de réalisation comprennent également un procédé pour le polissage chimio-mécanique d'un composant, ce procédé comprenant les étapes suivantes. On fournit une couche de diélectrique et on forme au moins une traversée à travers la couche de diélectrique. On forme une couche de tungstène à l'intérieur de la traversée et sur la couche de diélectrique. On accomplit une première étape de polissage chimiomécanique pour enlever la couche de tungstène au-dessus de la couche de diélectrique, en utilisant une première suspension ayant un composant oxydant et ayant un pH d'environ 2 à environ 4. On effectue une seconde étape de polissage chimio-mécanique pour polir la couche de diélectrique en utilisant une seconde suspension ayant un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
Des modes de réalisation comprennent également un procédé de formation d'une structure de circuit intégré, comprenant un polissage chimio-mécanique d'une couche de tungstène qui recouvre une couche de diélectrique, le procédé comprenant la formation d'une couche de diélectrique sur un substrat, d'au moins une traversée à travers la couche de diélectrique, d'un bouchon de tungstène dans la traversée et d'une couche de tungstène sur au moins une partie de la couche de diélectrique. Une première suspension contient des particules abrasives et elle a un pH d'environ 2 à environ 4. Une seconde suspension contient des particules abrasives et elle a un pH d'environ 2 à environ 4. Un tampon de polissage est placé sur un appareil de polissage chimio-mécanique.
Une première étape de polissage chimio-mécanique est effectuée en utilisant la première suspension pour enlever la couche de tungstène audessus de la couche de diélectrique. Une seconde étape de polissage chimio-mécanique est effectuée en utilisant la seconde suspension pour polir la couche diélectrique. Les première et seconde étapes de polissage chimio-mécanique sont accomplies sur le tampon de polissage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui, à titre d'illustration, sont schématiques et non dessinés à l'échelle, et dans lesquels
La figure 1 montre une vue en perspective d'un appareil de polissage chimio-mécanique classique.
La figure 1 montre une vue en perspective d'un appareil de polissage chimio-mécanique classique.
La figure 2 montre une coupe d'un appareil de polissage chimio-mécanique classique.
Les figures 3 à 10 montrent des étapes dans la formation d'une structure comprenant un polissage chimio-mécanique conforme à des modes de réalisation de la présente invention.
La technologie de polissage chimio-mécanique de tungstène classique comprend un processus à plusieurs étapes qui utilise une première suspension pour enlever le tungstène en excès se trouvant sur une couche de diélectrique, et une seconde suspension pour polir ou faire disparaître les rayures se trouvant dans la couche de diélectrique sousjacente, qui ont été formées pendant l'étape de polissage de tungstène.
Des procédés classiques doivent utiliser deux tampons de polissage différents pour les suspensions différentes, ce qui implique généralement deux stations de polissage différentes, I'une équipée d'un tampon et d'une suspension pour enlever le tungstène, et une seconde équipée d'un tampon différent et d'une suspension différente, pour polir la couche de diélectrique sous-jacente. La première suspension a habituellement un pH dans la plage de 2 à 4. La seconde suspension a habituellement un pH dans la plage de 10 à 11,5. Du fait de la nécessité d'utiliser deux tampons ou stations de polissage différents, le processus de polissage chimio-mécanique de tungstène est plus lent que ce qu'on désire.
Des modes de réalisation de la présente invention comprennent un processus de polissage chimio-mécanique dans lequel on peut utiliser le même tampon de polissage pour polir le tungstène en excès et le diélectrique sous-jacent, après avoir enlevé le tungstène en excès. Les présents inventeurs ont trouvé qu'une première suspension pour enlever le tungstène et une seconde suspension pour polir la couche isolante sous-jacente peuvent être utilisées l'une après l'autre sur le même tampon de polissage, en formant des première et seconde suspensions qui ont toutes deux des valeurs de pH faibles et similaires. Des procédés classiques doivent utiliser deux tampons, ce qui signifie généralement deux stations de polissage différentes, I'une équipée d'un tampon et d'une suspension pour enlever le tungstène, et une seconde équipée d'un tampon différent et d'une suspension différente pour polir la couche isolante sous-jacente. La première suspension a habituellement un pH dans la plage de 2 à 4. La seconde suspension a habituellement un pH dans la plage de 10 à 11,5. Des modes de réalisation préférés de la présente invention comprennent des première et seconde suspensions, respectivement pour le polissage du tungstène et pour le polissage de l'oxyde, ayant chacun un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
Dans des modes de réalisation préférés de la présente invention, certains paramètres concernant la taille de particules dans la suspension, la masse volumique du mélange consistant en une suspension, la dureté et la compressibilité du tampon de polissage, sont commandés de façon à limiter le niveau de formation de rayures dans le processus de polissage de tungstène. Les inventeurs ont trouvé qu'en définissant soigneusement le pH des mélanges consistants en suspensions, il est possible d'éliminer la nécessité d'utiliser des stations de polissage séparées pour les étapes de polissage de tungstène et d'oxyde. Des modes de réalisation préférés de la présente invention utilisent des suspensions à faible pH pour l'étape d'enlèvement du tungstène en excès et pour l'étape de polissage de la couche isolante, dans un processus de polissage chimio-mécanique de tungstène. On peut par exemple utiliser pour la première suspension une suspension contenant H20, des particules abrasives de Al203, et Fe(NO3)3 à titre de composant oxydant. Le
Fe(NO3)3 peut être présent en une proportion d'environ 5% à environ 10%, en poids du mélange consistant en une suspension. On peut également utiliser d'autres composants oxydants, tels que Kl03 ou H202.
Fe(NO3)3 peut être présent en une proportion d'environ 5% à environ 10%, en poids du mélange consistant en une suspension. On peut également utiliser d'autres composants oxydants, tels que Kl03 ou H202.
Une suspension à faible pH préférée pour l'étape de polissage de la couche isolante est fournie sous la dénomination commerciale Klebsol par
Solution Technology, Inc., Caroline du Nord, et cette suspension a un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
Solution Technology, Inc., Caroline du Nord, et cette suspension a un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
Un exemple d'un mode de réalisation de la présente invention comprend la formation d'une tranche comportant des structures ayant une ligne d'interconnexion de premier niveau, une couche de diélectrique inter-niveau déposée sur la ligne d'interconnexion, une traversée formée à travers la couche de diélectrique inter-niveau pour mettre à nu une partie de la ligne d'interconnexion de premier niveau, et un métal déposé dans la traversée pour former une interconnexion ou un "bouchon", s'étendant verticalement. Un second niveau de lignes d'interconnexion est ensuite formé sur la couche de diélectrique inter-niveau, dans une condition dans laquelle le bouchon connecte la ligne d'interconnexion de premier niveau à d'autres conducteurs dans le circuit. La couche de diélectrique interniveau qui est formée entre les couches de lignes d'interconnexion est souvent un matériau consistant en un oxyde qui est déposé en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur à la pression atmosphérique ou le dépôt chimique en phase vapeur renforcé par plasma, avec un gaz précurseur consistant en tétraéthylorthosilicate (TEOS). Comme représenté sur la figure 3, la structure comprend une couche de diélectrique inter-niveau 32 au-dessus d'une première couche de lignes d'interconnexion 30. Des traversées de contact 34 sont formées à travers la couche de diélectrique 32. Une couche de barrière ou d'adhérence 36 est de préférence déposée sur la couche de diélectrique 32 et à l'intérieur des traversées 34, comme représenté sur la figure 4. La couche de barrière 36 est formée de préférence à partir de titane ou de nitrure de titane. Un bouchon de tungstène 38 est ensuite formé à l'intérieur des traversées 34 et sur la couche de diélectrique 32, comme représenté sur la figure 5. Le bouchon de tungstène 38 peut être formé par dépôt de tungstène, par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, en utilisant WF6 à titre de gaz de source.
Après le dépôt de tungstène, la tranche est transportée vers une station de polissage chimio-mécanique et le tungstène 38 en excès est mis en contact avec un premier mélange consistant en une suspension 42 sur un tampon de polissage 44, comme représenté sur la figure 6.
Le mélange consistant en une suspension 42 a un pH dans la plage de 2 à 4, et il comprend un composant oxydant pour oxyder le tungstène. Le polissage chimio-mécanique est effectué pour enlever le métal consistant en tungstène en excès sur la surface de la couche d'oxyde 32. Cette première étape de polissage chimio-mécanique peut occasionner la formation de rayures 46 dans la couche d'oxyde 32 sous-jacente, comme représenté sur la figure 7. La première étape de polissage chimiomécanique peut également enlever une partie du tungstène 38 à l'intérieur des traversées, du fait de la sélectivité de la première suspension vis-à-vis du tungstène. Une seconde étape de polissage chimiomécanique est ensuite effectuée en cessant de fournir la première suspension au tampon de polissage 44, et en commençant à fournir une seconde suspension 48 pour le polissage de la couche d'oxyde 32 comportant les rayures 46, comme représenté sur la figure 8. La seconde suspension 48 a un pH dans la plage de 2 à 4, pour éviter un choc de pH au moment où la seconde suspension est fournie au tampon de polissage.
La seconde étape de polissage chimio-mécanique polit de façon préférentielle la couche d'oxyde, en enlevant les rayures 46 et en donnant une surface plane, comme représenté sur la figure 9.
Une fois que les étapes de polissage chimio-mécanique sont achevées, la couche de barrière 36 aura été enlevée, et une seconde couche de barrière 50 est de préférence déposée sur la couche d'oxyde 32. Une couche conductrice 52 telle que de l'aluminium est ensuite déposée sur la seconde couche de barrière 50, et en contact électrique avec le bouchon 38, pour former une couche de lignes d'interconnexion de second niveau, comme représenté sur la figure 10. La définition d'un motif dans la couche d'aluminium et la couche de barrière peut être effectuée de la manière classique, pour former des lignes d'interconnexion de second niveau.
Les processus qui sont décrits ici sont compatibles avec une gamme de matériaux différents utilisés dans des dispositifs à circuits intégrés. Bien que l'on ait décrit la présente invention en considérant un type particulier de structure multicouche et une structure particulière de lignes d'interconnexion, on doit considérer que ceci fait référence de fa çon générique à une structure formée sur un substrat. Le procédé n'exige pas la présence d'une traversée, ou que des couches alternées soient constituées par des matériaux conducteurs et isolants, bien que certains aspects de la présente invention trouveront leur application la plus avantageuse pour de telles structures. L'homme de l'art notera que divers autres changements et modifications pourraient être apportés aux modes de réalisation décrits ici, sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (17)
1. Procédé de polissage chimio-mécanique, comprenant les étapes suivantes on fournit une tranche de semiconducteur comportant une couche de diélectrique (32) et une couche de métal (36, 38) formée sur au moins une partie de la couche de diélectrique; on fournit au moins un tampon de polissage (44) pour le polissage chimio-mécanique; on fournit un premier mélange consistant en une suspension (42) pour polir la couche de métal (36, 38), et on polit la couche de métal (36, 38) en laissant à nu une surface de la couche de diélectrique (32); et on fournit un second mélange consistant en une suspension (48) pour polir la couche de diélectrique (32), et on polit cette couche après l'étape de polissage de la couche de métal (36, 38); caractérisé en ce que le premier mélange consistant en une suspension (42) et le second mélange consistant en une suspension (48) ont chacun un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un seul tampon de polissage (44) pour effectuer un polissage traversant au moins une partie de la couche de métal (36, 38) et pour polir la couche de diélectrique (32).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on accomplit l'étape de polissage de la couche de diélectrique (32) immédiatement après l'étape de polissage de la couche de métal (36, 38).
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première suspension (42) contient de l'eau, Fe(NO3)3 et Al203.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première suspension (42) contient un composant oxydant, tel que H202.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de métal (38) consiste en tungstène.
7. Procédé pour le polissage chimio-mécanique d'un composant, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes on fournit une couche de diélectrique (32); on forme au moins une traversée (34) à travers la couche de diélectrique (32); on forme une couche de tungstène (38) à l'intérieur de la traversée (34) et sur la couche de diélectrique (32); on effectue une première étape de polissage chimio-mécanique et on enlève la couche de tungstène (38) de la position qu'elle occupe sur la couche de diélectrique (32), en utilisant une première suspension (42) ayant un composant oxydant et ayant un pH d'environ 2 à environ 4; et on effectue une seconde étape de polissage chimio-mécanique et on polit la couche de diélectrique (32) en utilisant une seconde suspension (48) ayant un pH dans la plage d'environ 2 à environ 4.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on effectue les première et seconde étapes de polissage chimio-mécanique sur le même tampon de polissage (44).
9. Procédé selon la revendication 1 ou 7, caractérisé en ce que l'une au moins des première et seconde suspensions (42, 48) a un pH dans la plage de 2 à 4.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'une couche conductrice (50, 52) sur la couche de diélectrique (32), après le polissage de la couche de diélectrique.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche conductrice comprend une couche de barriére (50) et une couche de ligne d'interconnexion en métal (52).
12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la premiére suspension (42) contient un composant sélectionné dans le groupe qui comprend Fe(N03)3 et Kl03.
13. Procédé pour former une structure de circuit intégré, comprenant le polissage chimio-mécanique d'une couche de tungstène sur une couche de diélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on forme une couche de diélectrique (32) sur un substrat (30); on forme au moins une traversée (34) à travers la couche de diélectrique (32); on forme un bouchon de tungstène (38) dans la traversée (34) et une couche de tungstène (38) sur au moins une partie de la couche de diélectrique (32); on fournit une première suspension (42) contenant des particules abrasives et ayant un pH d'environ 2 à environ 4; on fournit une seconde suspension (48) contenant des particules abrasives et ayant un pH d'environ 2 à environ 4; on installe un tampon de polissage (44) sur un appareil de polissage chimio-mécanique; on effectue une première étape de polissage chimio-mécanique sur le tampon de polissage (44) en utilisant la première suspension (42) pour enlever la couche de tungstène (38) se trouvant sur la couche de diélectrique (32), et on effectue une seconde étape de polissage chimio-mécanique sur le tampon de polissage (44) en utilisant la seconde suspension (48). pour polir la couche de diélectrique (32).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on fournit la première suspension (42) au tampon de polissage (44) pendant la première étape de polissage chimio-mécanique et on ne la fournit pas au tampon de polissage (44) pendant la seconde étape de polissage chimio-mécanique, et en ce qu'on fournit la seconde suspension (48) au tampon de polissage (44) pendant la seconde étape de polissage chimiomécanique, et on ne la fournit pas au tampon de polissage (44) pendant la première étape de polissage chimio-mécanique.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on accomplit consécutivement les première et seconde étapes de polissage chimio-mécanique.
16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le dépôt d'une couche conductrice (50, 52) sur la couche de diélectrique (32) et sur le bouchon de tungstène (38) après les première et seconde étapes de polissage chimio-mécanique.
17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les première et seconde suspensions ont chacune un pH de 2 à 4, et en ce qu'il comprend en outre l'étape de formation d'une couche de ligne d'interconnexion (52) sur la couche de diélectrique (32), et en contact électrique avec le bouchon de tungstène (38).
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5244534A (en) * | 1992-01-24 | 1993-09-14 | Micron Technology, Inc. | Two-step chemical mechanical polishing process for producing flush and protruding tungsten plugs |
| US5340370A (en) * | 1993-11-03 | 1994-08-23 | Intel Corporation | Slurries for chemical mechanical polishing |
| EP0773580A1 (fr) * | 1995-11-07 | 1997-05-14 | International Business Machines Corporation | Procédé pour le polissage chémico-mécanique d'un composant électronique |
| US5662769A (en) * | 1995-02-21 | 1997-09-02 | Advanced Micro Devices, Inc. | Chemical solutions for removing metal-compound contaminants from wafers after CMP and the method of wafer cleaning |
| EP0811666A2 (fr) * | 1996-06-06 | 1997-12-10 | Cabot Corporation | Suspension pour le polissage mécano-chimique contenant des additifs fluorés et méthode utilisant ladite suspension |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395801A (en) * | 1993-09-29 | 1995-03-07 | Micron Semiconductor, Inc. | Chemical-mechanical polishing processes of planarizing insulating layers |
| US5795495A (en) * | 1994-04-25 | 1998-08-18 | Micron Technology, Inc. | Method of chemical mechanical polishing for dielectric layers |
| JP3397501B2 (ja) * | 1994-07-12 | 2003-04-14 | 株式会社東芝 | 研磨剤および研磨方法 |
| US5573633A (en) * | 1995-11-14 | 1996-11-12 | International Business Machines Corporation | Method of chemically mechanically polishing an electronic component |
| US5849637A (en) * | 1996-06-10 | 1998-12-15 | Wang; Chin-Kun | Integration of spin-on gap filling dielectric with W-plug without outgassing |
| US5866031A (en) * | 1996-06-19 | 1999-02-02 | Sematech, Inc. | Slurry formulation for chemical mechanical polishing of metals |
| US5759917A (en) * | 1996-12-30 | 1998-06-02 | Cabot Corporation | Composition for oxide CMP |
| TW426556B (en) * | 1997-01-24 | 2001-03-21 | United Microelectronics Corp | Method of cleaning slurry remnants left on a chemical-mechanical polish machine |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5244534A (en) * | 1992-01-24 | 1993-09-14 | Micron Technology, Inc. | Two-step chemical mechanical polishing process for producing flush and protruding tungsten plugs |
| US5340370A (en) * | 1993-11-03 | 1994-08-23 | Intel Corporation | Slurries for chemical mechanical polishing |
| US5662769A (en) * | 1995-02-21 | 1997-09-02 | Advanced Micro Devices, Inc. | Chemical solutions for removing metal-compound contaminants from wafers after CMP and the method of wafer cleaning |
| EP0773580A1 (fr) * | 1995-11-07 | 1997-05-14 | International Business Machines Corporation | Procédé pour le polissage chémico-mécanique d'un composant électronique |
| EP0811666A2 (fr) * | 1996-06-06 | 1997-12-10 | Cabot Corporation | Suspension pour le polissage mécano-chimique contenant des additifs fluorés et méthode utilisant ladite suspension |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FAYOLLE M ET AL: "W CMP process integration: Consumables evaluation - electrical results and end point detection", MICROELECTRONIC ENGINEERING, vol. 37-38, November 1997 (1997-11-01), pages 347-352, XP004103529 * |
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