DE19757119A1

DE19757119A1 - Chemical mechanical polishing of tungsten@ via plugs

Info

Publication number: DE19757119A1
Application number: DE19757119A
Authority: DE
Inventors: Ming-Sheng Yang; Juan-Yuan Wu; Water Lur; Shih-Wei Sun
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-01

Abstract

Chemical mechanical polishing, of a semiconductor wafer with a tungsten layer (38) on a dielectric layer (32), uses a single polishing pad (44) and a first slurry mixture (42) containing an oxidising agent to polish the tungsten and expose the dielectric layer. A second slurry mixture containing an oxide etchant is then used to polish the dielectric. Both slurry mixtures have a pH of 2-4. The first slurry includes water, Fe(NO3)3, Al2O3, H2O2, and may also contain KIO3.

Description

Background of the Invention 1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft das Planarisieren von Oberflächen während der Ausbildung von integrierten Schaltungskomponenten. Die Erfindung betrifft insbesondere verbesserte Verfahren zum chemisch mechanischen Polieren (CMP)The invention relates to the planarization of Surfaces integrated during training Circuit components. The invention relates in particular improved processes for chemical mechanical polishing (CMP)

2. State of the art

Während der Herstellung von integrierten Schaltungskomponenten ist es häufig erforderlich, in einer oder mehreren Stufen des Herstellungsverfahrens Material von der Oberfläche der Komponente abzutragen und Materialschichten zu planarisieren, bevor mit den weiteren Verarbeitungsschritten fortgefahren wird. In zunehmendem Maße erfolgt der Materialabtrag und das Planarisieren unter Anwendung von chemisch-mechanischem Polieren (CMP). CMP-Verfahren werden in der Weise ausgeführt, daß ein Wafer mit einem gesteuerten Druck bei Anwesenheit einer Schleifmittel-Emulsion an eine sich drehende polierende Fläche gehalten wird. Die Emulsion enthält in vielen Fällen sowohl eine chemisch aktive Komponente, wie eine Säure oder Base, als auch eine mechanisch aktive schleifende Komponente, wie feine Partikel aus Siliziumoxid. Auch wenn die genauen Mechanismen kaum verstanden werden, tragen die chemischen Reaktionen und der mechanische Abrieb zu dem Poliervorgang und dem Planarisieren bei. CMP-Verfahren sind zum Planarisieren von Metallschichten und von dielektrischen Schichten entwickelt worden.During the manufacture of integrated Circuit components are often required in one or more stages of the manufacturing process Remove material from the surface of the component and planarize layers of material before using the further processing steps is continued. In The material is being removed to an increasing extent Planarization using chemical mechanical Polishing (CMP). CMP procedures are in the way executed a wafer with a controlled pressure in the presence of an abrasive emulsion to a rotating polishing surface is held. The In many cases, emulsion contains both a chemical active component, such as an acid or base, as well a mechanically active grinding component, such as fine particles of silicon oxide. Even if the exact Mechanisms that are hardly understood bear the chemical reactions and mechanical abrasion to that Polishing and planarizing. CMP process are for planarizing metal layers and dielectric layers have been developed.

CMP-Verfahren können zum Polieren von mehrfachen Schichten bei einer integrierten Schaltungskomponente angewendet werden. Zum Beispiel werden Komponenten wie FETs, Dioden oder Transistoren in und auf einem Substrat (Trägermaterial) gebildet und dann eine erste Ebene aus isolierendem Material auf die integrierte Schaltungskomponente aufgebracht. In die erste Ebene aus isolierendem Material wird dann ein Muster aus Kontaktlöchern oder Durchgängen eingebracht. Bei einigen Stufen des Verfahrens werden die Durchgänge mit einem leitenden Material gefüllt, um vertikale Verbindungen durch die erste Ebene aus isolierendem Material zu bilden und geeignete Bereiche der Komponenten an der Oberfläche des Substrates zu kontaktieren. Da bestimmte Metalle für Verdrahtungsleitungen wie Aluminium keine geeignete Füllung für die Durchgänge darstellen, ist es üblich, diese Durchgänge unter Anwendung eines chemischen Aufdampfverfahrens (CVD) mit Wolfram zu füllen. Eine CVD-Ablagerungen von Wolfram in dem Durchgang führt dazu, daß eine Schicht aus Wolfram auf dem isolierenden Material sowie innerhalb des Durchgangs durch das isolierende Material abgelagert wird. Nachdem der Durchgang angefüllt worden ist, wird die über den Durchgang hinausgehende, Wolframschicht beseitigt und auf die dielektrische Schicht und den Durchgang eine Aluminium-Verdrahtungsleitung aufgebracht. Die Wolframschicht kann unter Verwendung eines Rückätzschrittes wie einer reaktiven Ionenätzung (RIE) entfernt werden. Es besteht jedoch die Gefahr, daß mit dem RIE-Schritt das Wolfram überätzt und aus dem Durchgang entfernt wird. Dies kann zu einer schlechten Kontaktgabe zwischen dem innerhalb des Durchgangs verminderten Wolfram und der nachfolgend abgelagerten Aluminium-Verdrahtungsleitungsschicht führen.CMP processes can be used for multiple polishing Layers in an integrated circuit component be applied. For example, components like FETs, diodes or transistors in and on one Formed substrate (carrier material) and then a first Layer of insulating material on the integrated Circuit component applied. In the first level a pattern is then made of insulating material Contact holes or passages introduced. At At some stages of the process, the runs are completed with a conductive material filled to vertical Connections through the first level of isolating Form material and appropriate areas of Components on the surface of the substrate too to contact. Because certain metals for Wiring lines such as aluminum are not suitable To represent filling for the passages, it is common these passes using a chemical Vapor deposition (CVD) fill with tungsten. A CVD deposits of tungsten in the passageway cause a layer of tungsten on the insulating Material as well as within the passage through the insulating material is deposited. After the Passage has been filled, which is about the Tungsten layer going out and eliminated on the dielectric layer and the passageway Aluminum wiring line applied. The Tungsten layer can be made using a Etching back step like a reactive ion etching (RIE) be removed. However, there is a risk that with overetched the tungsten from the RIE step and from the Passage is removed. This can be bad Contact between the inside the passage decreased tungsten and the subsequently deposited Lead aluminum wiring line layer.

Darüberhinaus können Partikel, die nach dem Rückätzen des Wolframs auf der Oberfläche des Silizium-Wafers zurückbleiben, die Komponente zerstören. Als Alternative für einen Rückätzschritt kann zur Beseitigung von überschüssigem Wolfram auch ein CMP- Verfahren angewendet werden.In addition, particles can be removed after etching back of the tungsten on the surface of the silicon wafer stay behind, destroy the component. As Alternative for an etch back step can be Removal of excess tungsten also a CMP Procedures are applied.

Für Wolfram-CMP wird üblicherweise ein zweistufiges Verfahren angewendet. Mit der ersten Stufe wird der Wafer an einer ersten Polierstation unter Verwendung einer Schleifmittelemulsion mit einem Oxydierer und mit niedrigem pH-Wert poliert, um die überschüssige Wolframschicht von der Oberfläche der Isolierschicht zu entfernen. Die unten liegende Isolierschicht kann als Ätzgrenze während der ersten CMP-Stufe (Schritt) verwendet werden. Für die zweite Stufe (Schritt) wird der Wafer zu einer zweiten Polierstation bewegt, an der zum Planarisieren und Polieren der Isolierschicht eine Schleifmittelemulsion mit einem hohen pH-Wert verwendet wird. Beide Stufen bzw. Schritte werden im allgemeinen als notwendig angesehen, da nach dem ersten Polierschritt Kratzer auf der Isolierschicht zurückbleiben, in denen sich Verschmutzungen ansammeln und die nachfolgend Kurzschlüsse zwischen leitenden Strukturen verursachen können. Der zweite Polierschritt dient dazu, die Kratzer aus der Isolierschicht zu schwabbeln. Der zweite Isolierschritt wird im Idealfall so ausgeführt, daß die Dicke der während des zweiten Polierschrittes abgetragenen Oxidschicht gleich der Tiefe der stärksten Kratzer ist, die mit dem ersten Schritt des Entfernens des Metalls verursacht wurden. Zusätzlich zur Erzeugung von Kratzern kann mit dem ersten Polierschritt auch ein Teil des Wolframs aus dem Inneren der Durchgänge abgetragen werden, da die Schleifmittelemulsion so formuliert ist, daß sie Wolfram in einem stärkeren Maße abträgt, als das dielektrische Material. Der zweite Schritt des Polierens der dielektrischen Schicht mit einer Schleifmittelemulsion, die für die dielektrische Schicht ausgewählt ist, dient zum Planarisieren der dielektrischen Schicht und des Wolframs innerhalb des Durchgangs.For tungsten CMP, a two-stage is usually used Procedure applied. With the first stage the Using wafers at a first polishing station an abrasive emulsion with an oxidizer and with low pH polished to the excess Tungsten layer from the surface of the insulating layer too remove. The insulation layer below can be used as Etching limit during the first CMP stage (step) be used. For the second stage (step) the wafer is moved to a second polishing station at which for planarizing and polishing the insulating layer Abrasive emulsion with a high pH is used becomes. Both stages or steps are general considered necessary since after the first Polishing step scratches on the insulating layer remain in which dirt accumulates and the subsequent short circuits between conductive Can cause structures. The second polishing step serves to remove the scratches from the insulating layer wobble. The second isolation step is ideal so designed that the thickness of the during the second Polishing step removed oxide layer equal to that Depth of the strongest scratches is the one with the first Step of removing the metal were caused. In addition to creating scratches, the part of the tungsten from the first polishing step Interior of the passages are removed, as the Abrasive emulsion is formulated so that it Tears tungsten to a greater extent than that dielectric material. The second step of the Polishing the dielectric layer with a Abrasive emulsion for the dielectric Layer is selected, is used to planarize the dielectric layer and tungsten within the Continuity.

Fig. 1 zeigt einen bekannten CMP-Aufbau. Ein Wafer 10 ist an einem Waferträger 12 über einer rotierenden Gegendruckplatte 14 montiert. Der Waferträger 12 kann auf den Wafer 10 eine Kraft ausüben und ist an einer sich drehenden Spindel 20 befestigt, so daß der Wafer unabhängig von der Gegendruckplatte 14 gedreht werden kann. Auf der Gegendruckplatte 14 ist ein Polierkissen 16 angeordnet. Die polierende Schleifmittelemulsion 18 wird auf die Oberfläche des sich drehenden Kissens aufgebracht. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, kann der Waferträger eine Einspannvorrichtung 22 und eine Überzugsschicht 24 aufweisen. Die Überzugsschicht 24 wird zwischen den Wafer 10 und die Einspannvorrichtung 22 eingebracht, um eine gewünschte Elastizität zwischen der Einspannvorrichtung 22 und dem Wafer 10 zu schaffen. Wenn der Wafer 10 zu fest von der Einspannvorrichtung 22 gehalten wird, werden alle Partikel oder nichtplanare Fehler in der Einspannvorrichtung 22 auf den Wafer 10 übertragen und verursachen kleine Punkte oder Fehler in dem Wafer 10. Um die gewünschte Elastizität zwischen dem Wafer 10 und der Gegendruckplatte 14 zu schaffen, können eine oder mehrere Polierkissen 16 verwendet werden. Wenn der Kontakt zwischen dem Polierkissen und dem Wafer zu fest ist, erhöhte sich das Risiko, daß der Wafer bricht. Wenn das Polierkissen zu weich ist, formt es sich in Bereiche des Wafers 10 hinein, die nicht poliert werden sollen, und ungleiche Mengen von Material werden von der Oberfläche des Wafers entfernt. Die Oberfläche der sich ergebenden Struktur ist dann nicht so planar, wie es gewünscht ist. Das Polierkissen ist üblicherweise etwas rauh mit Vorsprüchen von etwa 1 bis 10 µm, die in das Kissen eingebracht sind, um die polierende Schleifmittelemulsion zu halten und zu transportieren. Fig. 1 shows a known CMP structure. A wafer 10 is mounted on a wafer carrier 12 over a rotating backing plate 14 . The wafer carrier 12 can exert a force on the wafer 10 and is fastened to a rotating spindle 20 , so that the wafer can be rotated independently of the counter-pressure plate 14 . A polishing pad 16 is arranged on the counterpressure plate 14 . The polishing abrasive emulsion 18 is applied to the surface of the rotating pad. As can be seen in FIG. 2, the wafer carrier can have a clamping device 22 and a coating layer 24 . The coating layer 24 is introduced between the wafer 10 and the clamping device 22 in order to create a desired elasticity between the clamping device 22 and the wafer 10 . If the wafer 10 is held too tightly by the chuck 22 , any particles or non-planar defects in the chuck 22 are transferred to the wafer 10 and cause small dots or defects in the wafer 10 . One or more polishing pads 16 may be used to provide the desired elasticity between the wafer 10 and the backing plate 14 . If the contact between the polishing pad and the wafer is too tight, the risk of the wafer breaking increases. If the polishing pad is too soft, it forms into areas of the wafer 10 that are not to be polished and uneven amounts of material are removed from the surface of the wafer. The surface of the resulting structure is then not as planar as is desired. The polishing pad is typically somewhat rough with about 1 to 10 microns of pretreatment incorporated into the pad to hold and transport the polishing abrasive emulsion.

Der genaue Mechanismus, durch den die chemisch mechanische Planarisation bewirkt wird, ist sehr kompliziert und wird kaum verstanden. Es gibt zahlreiche Variablen, die sowohl die chemischen, als auch die mechanischen Gesichtspunkte des CMP betreffen. Die die Chemie betreffenden Faktoren sind Art, pH-Wert, Feststoffinhalt sowie Fluß der Schleifmittelemulsion und die Verfahrenstemperatur. Die die Mechanik betreffenden Faktoren sind der Polierdruck, der rückseitige Druck, die Geschwindigkeit der Gegendruckplatte und die Art des Kissens. Die Schleifmittelemulsions-Mischung ist üblicherweise entweder eine Säure oder eine Base zusammen mit einem abtragenden Material wie Siliziumoxid. Zum Polieren und Entfernen einer Metallschicht wie Wolfram ist es üblich, eine Schleifmittelemulsion zu verwenden, die eine oxidierende Komponente wie H₂O₂ und einen pH-Wert von 2 bis 4 in der ersten Stufe des Wolfram-CMP aufweist. Zum Polieren oder Planarisieren einer Oxidschicht in der zweiten Stufe des Wolfram-CMP ist es üblich, eine auf Alkali basierende Lösung wie KOH mit einem PH-Wert von 10 bis 11,5 zu verwenden. Für einen gleichmäßigen Poliervorgang ist es allgemein wünschenswert, daß (1) sich jeder Punkt auf dem Wafer mit der gleichen Geschwindigkeit relativ zu dem Polierkissen bewegt; (2) die polierende Schleifmittelemulsion gleichmäßig unter dem Wafer verteilt ist; und (3) der Wafer symmetrisch ist.The exact mechanism by which chemical mechanical planarization is effected is very complicated and is hardly understood. There are numerous variables that affect both the chemical and mechanical aspects of the CMP. The factors affecting chemistry are the type, pH, solids content and flow of the abrasive emulsion and the process temperature. The mechanic factors are the polishing pressure, the back pressure, the speed of the backing plate and the type of pad. The abrasive emulsion mixture is usually either an acid or a base along with an abrasive material such as silicon oxide. To polish and remove a metal layer such as tungsten, it is common to use an abrasive emulsion that has an oxidizing component such as H ₂ O ₂ and a pH of 2 to 4 in the first stage of the tungsten CMP. To polish or planarize an oxide layer in the second stage of tungsten CMP, it is common to use an alkali-based solution such as KOH with a pH of 10 to 11.5. For smooth polishing, it is generally desirable that ( 1 ) each point on the wafer move at the same speed relative to the polishing pad; ( 2 ) the polishing abrasive emulsion is evenly distributed under the wafer; and ( 3 ) the wafer is symmetrical.

Die zwei Verfahrensschritte, die zum Entfernen von überschüssigem Wolfram und zum Schwabbeln der darunterliegenden isolierenden Schicht dienen, werden im allgemeinen an verschiedenen Polierstationen oder durch einen Wechsel des Polierkissens zwischen dem ersten und dem zweiten CMP-Schritt ausgeführt. Auf Grund von Unterschieden zwischen der ersten und der zweiten Schleifmittelemulsion, die zum Polieren des Metalls und des Isolators verwendet werden, wird für den ersten und den zweiten CMP-Schritt nicht das gleiche Kissen verwendet. Wenn das gleiche Kissen verwendet werden würde, würden Probleme aufgrund der schlagartigen pH-Änderung und einer Erzeugung von Partikeln auftreten, da zwischen der ersten sauren Schleifmittelemulsion und der zweiten basischen Schleifmittelemulsion Säure-Base-Reaktionen auftreten und unerwünschte Partikel auf dem Kissen niedergeschlagen werden. Das Erfordernis eines zweistufigen Verfahrens führt dazu, daß das Wolfram- CMP-Verfahren relativ zeitaufwendig, teuer und unsicher ist.The two process steps involved in removing excess tungsten and to buff the underlying insulating layer will be used generally at different polishing stations or by changing the polishing pad between the first and the second CMP step executed. On Because of differences between the first and the second abrasive emulsion used to polish the Metal and the insulator will be used for the first and the second CMP step not that same pillow used. If the same pillow would be used would cause problems due to the abrupt change in pH and generation of Particles occur because between the first acidic Abrasive emulsion and the second basic Abrasive emulsion acid-base reactions occur and unwanted particles on the pillow be put down. The requirement of one two-step process leads to the tungsten CMP process is relatively time-consuming, expensive and uncertain is.

Summary of preferred embodiments

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Wolfram-CMP-Verfahren zu schaffen, bei dem durch eine geeignete Steuerung von ausgewählten Verfahrensvariablen das Wolfram-CMP unter Verwendung eines einzigen Polierkissens oder an einer einzigen Polierstation akzeptabel ausgeführt werden kann.The invention is based on the object to create simplified tungsten CMP process by a suitable control of selected Process variables using the tungsten CMP a single polishing pad or on a single one Polishing station can be carried out acceptably.

Einzelne Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein chemisch-mechanisches Polierverfahren mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Halbleiter-Wafers mit einer dielektrischen Schicht und einer Metallschicht auf mindestens einem Teil der dielektrischen Schicht. Zum chemisch-mechanischen Polieren wird mindestens ein Polierkissen bereitgestellt. Zum Polieren der Metallschicht wird eine erste Schleifmittelemulsion bereitgestellt, und die Metallschicht wird poliert, wobei eine Oberfläche der dielektrischen Schicht freigelegt ist. Zum Polieren der dielektrischen Schicht wird eine zweite Schleifmittelemulsion bereitgestellt, und die dielektrische Schicht wird nach dem Schritt des Polierens der Metallschicht poliert. Die erste Schleifmittelemulsion und die zweite Schleifmittelemulsion haben jeweils einen PH-Wert im Bereich von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4.Individual embodiments of the invention include chemical mechanical polishing process with the following Steps: Provide a semiconductor wafer with a dielectric layer and a metal layer on at least part of the dielectric layer. At least one is used for chemical mechanical polishing Polishing pad provided. For polishing the Metal layer becomes a first abrasive emulsion and the metal layer is polished, one surface of the dielectric layer is exposed. For polishing the dielectric layer a second abrasive emulsion is provided and the dielectric layer is removed after the step of Polishing the metal layer polished. The first Abrasive emulsion and the second Abrasive emulsions each have a pH value in the Range from approximately 2 to approximately 4.

Einzelne Ausführungsformen umfassen auch ein -Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren einer Komponente mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer dielektrischen Schicht und Einbringen mindestens eines Durchgangs durch die dielektrische Schicht. In den Durchgang und auf die dielektrische Schicht wird eine Wolframschicht aufgebracht. Zum Entfernen der Wolframschicht von der dielektrischen Schicht dient ein erster chemisch mechanischer Polierschritt unter Verwendung einer ersten Schleifmittelemulsion mit einer oxidierenden Komponente und einem PH-Wert von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4. Zum Polieren der dielektrischen Schicht dient ein zweiter chemisch-mechanischer Polierschritt unter Verwendung einer zweiten Schleifmittelemulsion mit einem pH-Wert im Bereich von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4.Individual embodiments also include a method for chemical-mechanical polishing of a component following steps: Deploy a dielectric Layering and introducing at least one pass through the dielectric layer. In the passage and a tungsten layer is placed on the dielectric layer upset. To remove the tungsten layer from the dielectric layer serves a first chemically mechanical polishing step using a first abrasive emulsion with an oxidizing Component and a pH of approximately 2 to approximately 4. For polishing the dielectric Layer serves a second chemical-mechanical Polishing step using a second Abrasive emulsion with a pH in the range of approximately 2 to approximately 4.

Einzelne Ausführungsformen umfassen auch ein Verfahren zum Ausbilden einer integrierten Schaltungsstruktur mit einem chemisch-mechanischen Polieren einer Wolframschicht, die auf einer dielektrischen Schicht liegt, wobei das Verfahren ein Erzeugen einer dielektrischen Schicht auf einem Substrat (Trägermaterial), ein Einbringen mindestens eines Durchgangs durch die dielektrische Schicht, ein Einbringen von Wolfram in den Durchgang sowie ein Erzeugen einer Wolframschicht auf mindestens einem Teil der dielektrischen Schicht umfaßt. Eine erste Schleifmittelemulsion weist abtragende Partikel auf und hat einen PH-Wert von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4. Eine zweite Schleifmittelemulsion weist abtragende Partikel auf und hat einen PH-Wert von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4. Zum Entfernen der Wolframschicht von der dielektrischen Schicht dient ein erster chemisch-mechanischer Polierschritt unter Anwendung der ersten Schleifmittelemulsion. Zum Polieren der dielektrischen Schicht dient ein zweiter chemisch-mechanischer Polierschritt unter Anwendung der zweiten Schleifmittelemulsion. Der erste und der zweite chemisch-mechanisches Polierschritt wird jeweils auf dem polierenden Kissen ausgeführt.Individual embodiments also include a method to form an integrated circuit structure with a chemical mechanical polishing one Tungsten layer on a dielectric layer , the method of generating a dielectric layer on a substrate (Carrier material), introducing at least one Passage through the dielectric layer Introducing tungsten into the passageway as well Creation of a tungsten layer on at least one part of the dielectric layer. A first one Abrasive emulsion has abrasive particles and has a pH of approximately 2 to approximately 4. A second abrasive emulsion has abrasive particles and has a pH of approximately 2 to approximately 4. To remove serves the tungsten layer from the dielectric layer a first chemical-mechanical polishing step under Application of the first abrasive emulsion. To the A second is used to polish the dielectric layer chemical mechanical polishing step using the second abrasive emulsion. The first and the second chemical-mechanical polishing step is in each case the polishing pillow.

Brief description of the drawings

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden, die nur zur Verdeutlichung dienen, nur schematisch und nicht maßstabsgerecht sind. Es zeigt:The invention will now be described on the basis of embodiments with Described with reference to the drawings, which only serve for clarification, only schematically and not are to scale. It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten chemisch-mechanischen Poliervorrichtung, Fig. 1 is a perspective view of a known chemical mechanical polishing apparatus,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine bekannte chemisch mechanische Poliervorrichtung und Fig. 2 shows a cross section through a known chemical mechanical polishing device and

Fig. 3 bis 10 Herstellungsschritte bei einer Struktur unter Anwendung eines chemisch-mechanischen Polierens in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 3 to 10 steps in the preparation of a structure using a chemical-mechanical polishing in accordance with embodiments of the invention.

Detailed description of the preferred Embodiments

Die bekannte Wolfram-CMP-Technologie umfaßt ein mehrstufiges Verfahren unter Anwendung einer ersten Schleifmittelemulsion zum Entfernen von überschüssigem Wolfram von einer dielektrischen Schicht, sowie eine zweite Schleifmittelemulsion zum Polieren oder Schwabbeln von Kratzern in der unten liegenden dielektrischen Schicht, die während des Schrittes des Polierens des Wolframs entstanden sind. Bei bekannten Verfahren müssen zwei verschiedene Polierkissen für die verschiedenen Schleifmittelemulsionen verwendet werden, was im allgemeinen zur Folge hat, daß zwei verschiedene Polierstationen vorhanden sein müssen, von denen eine mit einem Kissen und einer Schleifmittelemulsion zum Entfernen von Wolfram und die andere mit einem anderen Kissen und einer anderen Schleifmittelemulsion zum Polieren der unten liegenden dielektrischen Schicht ausgestattet ist. Die erste Schleifmittelemulsion hat üblicherweise einen PH-Wert im Bereich von 2 bis 4. Die zweite Schleifmittelemulsion hat üblicherweise einen PH-Wert im Bereich von 10 bis 11,5. Das Erfordernis, zwei verschiedene Polierkissen oder Stationen verwenden zu müssen, führt dazu, daß das Wolfram-CMP-Verfahren relativ langsam ist.Known tungsten CMP technology includes one multi-stage process using a first Abrasive emulsion to remove excess Tungsten from a dielectric layer, as well as a second abrasive emulsion for polishing or Buffing from scratches in the bottom dielectric layer that during the step of Polishing of the tungsten have arisen. At acquaintances Two different polishing pads must be used for the procedure different abrasive emulsions are used which generally results in two different ones Polishing stations must be available, one of which with a cushion and an abrasive emulsion for Remove tungsten and the other with another Cushion and other abrasive emulsion for Polishing the underlying dielectric layer Is provided. The first abrasive emulsion did usually a pH in the range of 2 to 4. The second abrasive emulsion usually has one PH in the range of 10 to 11.5. The requirement use two different polishing pads or stations having to do so leads to the tungsten CMP process is relatively slow.

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein CMP-Verfahren, bei dem das gleiche Polierkissen zum Polieren des überschüssigen Wolframs und der darunter liegenden dielektrischen Schicht nach dem Entfernen des überschüssigen Wolframs verwendet werden kann. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, daß eine erste Schleifmittelemulsion zum Entfernen von Wolfram und eine zweite Schleifmittelemulsion zum Polieren der darunterliegenden isolierenden Schicht nacheinander auf dem gleichen Polierkissen verwendet werden kann, wenn eine erste und zweite Schleifemittelemulsion erzeugt wird, die beide einen ähnlichen, niedrigen pH- Wert haben. Bei bekannten Verfahren müssen zwei Kissen verwendet werden, was im allgemeinen bedeutet, daß zwei verschiedene Polierstationen vorhanden sein müssen, von denen eine mit einem Kissen und einer Schleifmittelemulsion zum Entfernen von Wolfram und eine zweite mit einem anderen Kissen und einer anderen Schleifmittelemulsion zum Polieren der darunter liegenden isolierenden Schicht ausgestattet ist. Die erste Schleifmittelemulsion hat üblicherweise einen pH- Wert im Bereich von 2 bis 4. Die zweite Schleifmittelemulsion hat üblicherweise einen pH-Wert im Bereich von 10 bis 11,5. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung umfassen erste und zweite Schleifmittelemulsionen zum Polieren von Wolfram bzw. zum Polieren von Oxid, die jeweils einen pH-Wert im Bereich von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4 haben.Certain embodiments of the invention include CMP process, in which the same polishing pad for Polishing the excess tungsten and the underneath lying dielectric layer after removing the excess tungsten can be used. According to the invention it was found that a first Abrasive emulsion for removing tungsten and a second abrasive emulsion for polishing the underlying insulating layer one after the other can be used on the same polishing pad if a first and second abrasive emulsion is generated, both of a similar, low pH Have value. Known methods require two pillows can be used, which generally means that two different polishing stations must be available, from one with a pillow and one Abrasive emulsion for removing tungsten and a second with a different pillow and another Abrasive emulsion for polishing the underneath lying insulating layer is equipped. The first abrasive emulsion usually has a pH Value in the range of 2 to 4. The second Abrasive emulsion usually has a pH in the range of 10 to 11.5. Preferred Embodiments of the invention include first and second abrasive emulsions for polishing tungsten or for polishing oxide, each with a pH value in the range of approximately 2 to approximately 4 to have.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden bestimmte Parameter, die die Partikelgröße in der Schleifmittelemulsion, das spezifische Gewicht der Mischung der Schleifmittelemulsion, die Härte und die Komprimierbarkeit des Polierkissens betreffen, in der Weise eingestellt, daß das Ausmaß der Kratzer, die bei dem Wolfram-Polierverfahren entstehen, gering gehalten wird. Es wurde herausgefunden, daß eine sorgfältige Einstellung des pH-Wertes der Mischungen der Schleifmittelemulsion die Verwendung von gesonderten Polierstationen für die Polierschritte für Wolfram und Oxid überflüssig machen kann. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden Schleifmittelemulsionen mit niedrigem pH-Wert für den Schritt des Entfernens von überschüssigem Wolfram und den Schritt des Polierens der Isolierschicht bei einem Wolfram-CMP-Verfahren verwendet. Zum Beispiel kann für die erste Schleifmittelemulsion eine Schleifmittelemulsion mit H₂O, Al₂O₃ abtragenden Partikeln und Fe(NO₃)₃ als oxidierender Komponente verwendet werden. Das Fe(NO₃)₃ kann mit einer Menge von näherungsweise 5 bis näherungsweise 10 Gewichtsprozent der Mischung der Schleifmittelemulsion vorhanden sein. Andere oxidierende Komponenten wie KIO₃ oder H₂O₂ können ebenfalls verwendet werden. Eine bevorzugte Schleifmittelemulsion mit niedrigem PH-Wert für den Polierschritt für die Isolierschicht wird von der Firma Solution Technology, Inc., in North Carolina, unter dem Produktnamen Klebsol vertrieben, die einen PH-Wert im Bereich von näherungsweise 2 bis näherungsweise 4 hat.In preferred embodiments of the invention, certain parameters relating to the particle size in the abrasive emulsion, the specific weight of the mixture of the abrasive emulsion, the hardness and the compressibility of the polishing pad are adjusted in such a way that the extent of the scratches which occur in the tungsten polishing process arise, is kept low. It has been found that careful adjustment of the pH of the abrasive emulsion mixtures can eliminate the need for separate polishing stations for the tungsten and oxide polishing steps. In preferred embodiments of the invention, low pH abrasive emulsions are used for the step of removing excess tungsten and the step of polishing the insulating layer in a tungsten CMP process. For example, an abrasive emulsion with H ₂ O, Al ₂ O _3- removing particles and Fe (NO ₃ ) ₃ as the oxidizing component can be used for the first abrasive emulsion. The Fe (NO ₃ ) ₃ can be present in an amount of approximately 5 to approximately 10 percent by weight of the mixture of the abrasive emulsion. Other oxidizing components such as KIO ₃ or H ₂ O ₂ can also be used. A preferred low pH abrasive emulsion for the insulating layer polishing step is sold by Solution Technology, Inc. of North Carolina under the product name Klebsol, which has a pH in the range of approximately 2 to approximately 4.

Ein Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ausbildung eines Wafers mit Strukturen mit einer Verdrahtungsleitung auf einer ersten Ebene, einer auf der Verdrahtungsleitung abgelagerten dielektrischen Schicht als Zwischenebene, einem durch die dielektrische Schicht der Zwischenebene gebildeten Durchgang, um einen Teil der Verdrahtungsleitung auf der ersten Ebene freizulegen, sowie einem in dem Durchgang abgelagerten Metall, um eine sich vertikal erstreckende Verbindung oder einen "Pfropfen" zu bilden. Auf der Zwischenebene mit der dielektrischen Schicht wird dann eine zweite Ebene mit Verdrahtungsleitungen erzeugt, wobei der Pfropfen die Verdrahtungsleitung in der ersten Ebene mit anderen Leitern in der Schaltung verbindet. Die Zwischenebene mit der dielektrischen Schicht, die zwischen den Schichten mit den Verdrahtungsleitungen liegt, ist häufig ein Oxidmaterial, das unter Verwendung eines chemischen Aufdampfverfahrens bei atmosphärischem Druck (APCVD) oder einem mit Plasma verstärkten chemischen Aufdampfverfahren (PECVD) mit einem TEOS Vorläufer-Gas abgelagert wird. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt die Struktur eine Zwischenebene mit einer dielektrischen Schicht 32 ,auf einer ersten Schicht 30 mit Verdrahtungsleitungen. Durchgänge 34 erstrecken sich durch die dielektrische Schicht 32. Auf die dielektrische Schicht 32 sowie in den Wegen 34 wird gemäß der Darstellung in Fig. 4 vorzugsweise eine Barriere oder Adhäsionsschicht 36 aufgebracht. Die Barriereschicht 36 wird vorzugsweise aus Titan oder Titannitrid gebildet. Ein Wolframpfropfen 38 wird dann in den Durchgängen 34 und auf der dielektrischen Schicht 32 gemäß der Darstellung in Fig. 5 erzeugt. Der Wolframpfropfen 38 kann mit einem CVD-Verfahren mit Wolfram unter Verwendung von WF₆ als Quellengas gebildet werden.An example of an embodiment of the invention includes the formation of a wafer having structures with a wiring line on a first level, a dielectric layer deposited on the wiring line as an intermediate level, a passage formed by the dielectric layer of the intermediate level, around part of the wiring line on the first Expose the plane, and a metal deposited in the passageway to form a vertically extending connection or "plug". A second level with wiring lines is then generated on the intermediate level with the dielectric layer, the plug connecting the wiring line in the first level to other conductors in the circuit. The intermediate layer with the dielectric layer that lies between the layers with the wiring lines is often an oxide material that is deposited using a chemical vapor deposition (APCVD) method or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method with a TEOS precursor gas becomes. As shown in Fig. 3, the structure comprises an intermediate level with a dielectric layer 32 , on a first layer 30 with wiring lines. Vias 34 extend through dielectric layer 32 . A barrier or adhesive layer 36 is preferably applied to the dielectric layer 32 and in the paths 34 , as shown in FIG. 4. The barrier layer 36 is preferably formed from titanium or titanium nitride. A drop of tungsten 38 is then created in the passages 34 and on the dielectric layer 32 as shown in FIG. 5. The tungsten drop 38 can be formed by a tungsten CVD method using WF ₆ as the source gas.

Nach der Ablagerung von Wolfram wird der Wafer zu einer CMP-Station überführt, und das überschüssige Wolfram 38 wird gemäß der Darstellung in Fig. 6 in Berührung mit einer ersten Mischung 42 einer Schleifmittelemulsion auf einem Polierkissen 44 gebracht. Die Mischung 42 der Schleifmittelemulsion hat einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 4 und weist zur Oxidation des Wolfram eine oxidierende Komponente auf. Zum Entfernen des überschüssigen Wolframmetalls von der Oberfläche der Oxidschicht 32 wird ein CMP durchgeführt. Der erste CMP-Schritt kann zur Erzeugung von Kratzern 46 führen, die sich gemäß der Darstellung in Fig. 7 auf der darunterliegenden Oxidschicht 32 bilden. Mit dem ersten CMP-Schritt kann aufgrund der Selektivität der ersten Schleifmittelemulsion im Hinblick auf Wolfram auch ein Teil des Wolfram 38 aus den Wegen entfernt werden. Anschließend wird durch Unterbrechen der Zufuhr der ersten Schleifmittelemulsion zu dem Polierkissen 44 und Beginnen der Zufuhr einer zweiten Schleifmittelemulsion 48 ein zweiter CMP-Schritt ausgeführt, um die Oxidschicht 32 einschließlich der Kratzer 46 gemäß Fig. 8 zu polieren. Die zweite Schleifmittelemulsion 48 hat einen PH-Wert im Bereich von 2 bis 4, um einen PH-Schock zu vermeiden, wenn die zweite Schleifmittelemulsion dem Polierkissen zugeführt wird. Mit dem zweiten CMP-Schritt wird vorzugsweise die Oxidschicht poliert, ferner werden die Kratzer 46 entfernt und es wird gemäß der Darstellung in Fig. 9 eine planare Oberfläche erzielt.After the deposition of tungsten, the wafer is transferred to a CMP station and the excess tungsten 38 is brought into contact with a first mixture 42 of an abrasive emulsion on a polishing pad 44 as shown in FIG. 6. The mixture 42 of the abrasive emulsion has a pH in the range from 2 to 4 and has an oxidizing component for the oxidation of the tungsten. A CMP is performed to remove the excess tungsten metal from the surface of the oxide layer 32 . The first CMP step can lead to the creation of scratches 46 , which are formed on the oxide layer 32 underneath, as shown in FIG. 7. With the first CMP step, part of the tungsten 38 can also be removed from the paths due to the selectivity of the first abrasive emulsion with regard to tungsten. Then, by interrupting the supply of the first abrasive emulsion to the polishing pad 44 and starting the supply of a second abrasive emulsion 48, a second CMP step is performed to polish the oxide layer 32 including the scratches 46 shown in FIG. 8. The second abrasive emulsion 48 has a pH in the range of 2 to 4 to avoid pH shock when the second abrasive emulsion is added to the polishing pad. With the second CMP step, the oxide layer is preferably polished, the scratches 46 are also removed and, as shown in FIG. 9, a planar surface is achieved.

Nachdem die CMP-Schritte abgeschlossen worden sind, wird die Barriereschicht 36 entfernt worden sein, und eine zweite Barriereschicht 50 wird vorzugsweise auf der Oxidschicht 32 abgelagert. Eine leitende Schicht 52 aus Aluminium wird dann auf die zweite Barriereschicht 50 sowie in elektrischer Verbindung mit dem Pfropfen 38 abgelagert, um eine zweite Ebene als Verdrahtungsleitungsschicht gemäß der Darstellung in Fig. 10 zu erzeugen. Zur Ausbildung der Verdrahtungsleitungen in der zweiten Ebene kann die Aluminiumschicht und die Barriereschicht in üblicher Weise bearbeitet werden.After the CMP steps have been completed, the barrier layer 36 will have been removed and a second barrier layer 50 is preferably deposited on the oxide layer 32 . A conductive layer 52 of aluminum is then deposited on the second barrier layer 50 and in electrical connection with the plug 38 to create a second level as a wiring line layer as shown in FIG. 10. To form the wiring lines in the second level, the aluminum layer and the barrier layer can be processed in the usual way.

Die hier beschriebenen Verfahren sind mit einer Reihe von verschiedenen Materialien anwendbar, die in integrierten Schaltungskomponenten verwendet werden. Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf eine bestimmte Art einer geschichteten Struktur und eine bestimmte Struktur der Verdrahtungsleitungen beschrieben worden. Dies ist jedoch nur als gattungsgemäße Bezugname auf eine auf einem Substrat ausgebildete Struktur zu verstehen. Für das Verfahren ist es nicht erforderlich, daß ein Durchgang vorhanden ist, oder daß alternierend Schichten leitendes und isolierendes Material aufweisen, auch wenn bestimmte Gesichtspunkte der Erfindung ihre am häufigsten bevorzugte Anwendung bei solchen Strukturen finden werden. Für einen Fachmann ist es klar, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne die grundsätzliche Funktion der Erfindung zu verändern. Somit ist der Umfang der Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt.The procedures described here are with a number of various materials applicable in integrated circuit components are used. While the invention is related to a particular type a layered structure and a specific one Structure of the wiring lines has been described. However, this is only a generic reference to a structure formed on a substrate understand. The procedure does not require that there is a passage, or that alternating Layers of conductive and insulating material exhibit, even if certain aspects of Invention their most preferred application in such structures will find. For a professional it is clear that various modifications and Changes to the embodiments described here can be made without the basic Change function of the invention. Thus the Scope of the invention not to those described here Embodiments limited, but is limited by the following claims determined.

Claims

1. Chemical-mechanical polishing process with the following steps:
Providing a semiconductor wafer ( 10 ) having a dielectric layer ( 32 ) and a metal layer ( 38 ) formed over at least a portion of the dielectric layer;
Providing at least one polishing pad ( 44 ) for chemical mechanical polishing;
Providing a first abrasive emulsion mixture ( 42 ) for polishing the metal layer ( 38 ) and polishing the metal layer, leaving a surface of the dielectric layer ( 32 ) exposed; and
Providing a second abrasive emulsion mixture ( 48 ) for polishing the dielectric layer ( 32 ) and polishing the layer after the step of polishing the metal layer ( 38 );
wherein the first abrasive emulsion mixture ( 42 ) and the second abrasive emulsion mixture ( 48 ) each have a pH in the range of approximately 2 to approximately 4.

2. The method of claim 1, wherein a single polishing pad ( 44 ) is used to polish at least a portion of the metal layer ( 38 ) and to polish the dielectric layer ( 32 ).

3. The method of claim 2, wherein the step of polishing the dielectric layer ( 32 ) is performed immediately after the step of polishing the metal layer ( 38 ).

4. The method of claim 1, wherein the first abrasive emulsion ( 42 ) has an oxidizing component and a pH in the range of 2-4.

5. The method of claim 1, wherein the first abrasive emulsion ( 42 ) comprises water, Fe (NO ₃ ) ₃ and Al ₂ O ₃ .

6. The method of claim 1, wherein the first abrasive emulsion ( 42 ) comprises a component selected from a group consisting of Fe (NO ₃ ) ₃ and KIO ₃ .

7. The method of claim 1, wherein the first abrasive emulsion ( 42 ) comprises H ₂ O ₂ .

8. The method of claim 4, wherein the second abrasive emulsion ( 48 ) has an oxide etchant and a pH in the range of 2-4.

9. The method of claim 1, wherein the metal layer ( 38 ) is tungsten.

10. Method for chemical mechanical polishing of a component with the following steps:
Providing a dielectric layer ( 32 );
Forming at least one passage ( 34 ) through the dielectric layer ( 32 );
Forming a tungsten layer ( 38 ) in the via ( 34 ) and on the dielectric layer ( 32 );
Performing a first chemical mechanical polishing step and removing the tungsten layer from the dielectric layer using a first abrasive emulsion ( 42 ) having an oxidizing component and a pH of approximately 2 to approximately 4; and
Performing a second chemical mechanical polishing step and polishing the dielectric layer using a second abrasive emulsion ( 48 ) having a pH in the range of approximately 2 to approximately 4.

11. The method of claim 10, wherein the first and second CMp steps are performed with the same polishing pad ( 44 ).

12. The method of claim 10, wherein the first and the second abrasive emulsion each has a pH Has a value in the range of 2 to 4.

13. The method of claim 10 including forming a conductive layer ( 52 ) on the dielectric layer ( 32 ) after polishing the dielectric layer.

14. The method of claim 13, wherein the conductive layer ( 52 ) comprises a barrier layer ( 50 ) and a layer with metal wiring lines.

15. The method of claim 10, wherein the first abrasive emulsion ( 42 ) comprises a component selected from a group consisting of Fe (NO ₃ ) ₃ and KIO ₃ .

16. A method for producing an integrated circuit structure with chemical mechanical polishing of a tungsten layer ( 38 ), which lies on a dielectric layer ( 32 ), with the following steps:
Providing a dielectric layer ( 32 ) on a substrate (carrier material);
Providing at least one passage ( 34 ) through the dielectric layer;
Providing a plug of tungsten ( 38 ) in the passageway and a layer of tungsten ( 38 ) on at least a portion of the dielectric layer;
Providing a first abrasive emulsion ( 42 ) with abrasive particles having a pH of approximately 2 to 4;
Providing a second abrasive emulsion ( 48 ) with abrasive particles having a pH of approximately 2 to 4;
Providing a polishing pad ( 44 ) on a chemical mechanical polishing device;
Performing a first chemical mechanical polishing step on the polishing pad using the first abrasive emulsion to remove the tungsten layer from the dielectric layer; and
Performing a second chemical mechanical polishing step on the polishing pad using the second abrasive emulsion to polish the dielectric layer.

17. The method of claim 16, wherein the first Abrasive emulsion the polishing pad during the first chemical-mechanical polishing step is fed and the polishing pad during the second chemical-mechanical polishing step is no longer fed, and being the second Abrasive emulsion the first polishing pad during the second chemical-mechanical Is supplied polishing step and Polishing pad during the first chemical mechanical polishing step is not supplied.

18. The method of claim 17, wherein the steps of the first and second chemical-mechanical Polishing can be performed sequentially.

19. The method of claim 16, further comprising: the steps of the first and second chemically mechanical polishing on a conductive layer the dielectric layer and on the tungsten Graft is applied.

20. The method of claim 16, wherein the first and second abrasive emulsion each have a pH value from 2 to 4 and also a step of Formation of a wiring line layer the dielectric layer and in electrical Contact with the tungsten plug is provided.