DE602005001748T2

DE602005001748T2 - Aufschlämmungszusammensetzungen zum chemisch-mechanischen Polieren von Metallen, die die mechanischen Entfernung von Metalloxiden fördern und weniger Neigung zu Mikroverkratzungen aufweisen

Info

Publication number: DE602005001748T2
Application number: DE602005001748T
Authority: DE
Inventors: Jae Seok Uiwang-si Gyeonggi-Do Lee; Kil Sung Gwacheon-Si Gyeonggi-Do Lee
Original assignee: Cheil Industries Inc
Current assignee: Cheil Industries Inc
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-06-11
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2025-06-12
Also published as: EP1645606B1; US7452815B2; TW200612465A; MY140094A; US20050062016A1; US20050227491A1; CN100374527C; JP4220983B2; KR20060043826A; EP1645606A1; TWI281188B; KR100680509B1; CN1757699A; DE602005001748D1; US6953389B2; IL169006A; JP2006108628A; SG121931A1

Description

Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-Part (CIP) der U.S.-Anmeldung mit der Anmeldenummer 10/485,500 , eingereicht am 30. Januar 2004, welches die nationale Phase der PCT/KR02/01 492 , eingereicht am 06. August 2002 ist, die ihre Priorität aus der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2001-47895 , eingereicht am 09. August 2001 und 2002-28052 , eingereicht am 21. Mai 2002 bezieht.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Methoden zur Herstellung von integrierten Schaltelementen und insbesondere auf Methoden zur Planarisierung von Metallschichten auf integrierten Schaltkreis-Substraten unter Verwendung von chemisch-mechanischen Poliertechniken.
Hintergrund der Erfindung
Integrierte Schaltkreischips machen oft von einer Mehrzahl von Schichten von gemusterten Metallisierungen und einer großen Anzahl an elektrisch leitenden Durchkontaktierungen Gebrauch, um eine verbindende Leitungsführung zwischen den elektronischen Bausteinen, die in einem integrierten Schaltkreis-Substrat (z.B. einem Halbleitersubstrat) integriert sind, zur Verfügung zu stellen. Typischerweise kann eine elektrisch leitende Durchkontaktierung sich durch eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten hindurch ausdehnen, um dadurch eine elektrische „Abkürzung" zwischen unteren und oberen Schichten an Metallisierung bereitzustellen. Wie in den 1A bis 1C dargestellt ist, beinhaltet eine gebräuchliche Technik zur Herstellung von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen die Ausbildung einer elektrisch isolierenden Schicht 12 (z.B. SiO₂) auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 mit einer Mehrzahl darin enthaltenen aktiven Regionen (nicht dargestellt), die sich an die Oberfläche angrenzend erstrecken. Im Anschluss daran können konventionelle Techniken verwendet werden, um eine Mehrzahl von Kontaktlöchern 16, die sich durch die elektrisch isolierende Schicht 12 erstrecken, zu definieren und einzelne Kontaktlöcher mit den aktiven Regionen (z.B. diffuse Regionen von N- oder P-Typ) zu kontaktieren. Eine Metallschicht 14 (z.B. eine Wolfram (W)-Schicht) kann dann konform auf eine obere Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 12 und in die Kontaktlöcher 16 aufgebracht werden. Wie dargestellt, kann diese Metallschicht 14, die von ausreichender Dicke sein kann, um die Kontaktlöcher 16 komplett auszufüllen, trotzdem eine Mehrzahl von metallurgischen Nähten 18 beinhalten, die dort zusammen laufen, wo zwei sich zugewandte Oberflächen der Metallschicht 14 sich gegenseitig innerhalb der Kontaktlöcher 16 kontaktieren. Diese Nähte 18 können sogar in Abwesenheit von Metall-Hohlräumen innerhalb der Kontaktlöcher 18 anwesend sein.
Wie in 1B dargestellt, kann ein Teil der Metallschicht 14, die sich auf der Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 12 befindet, abgetragen werden, um dadurch eine Mehrzahl von leitenden Durchkontaktierungen 20 zu definieren. Dieser Schritt des Abtragens kann das chemisch-mechanische Polieren der Metallschicht 14 mit einem Polierschlicker beinhalten. Der Polierschritt kann über einen ausreichenden Zeitraum ausgeführt werden, um die obere Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 12 zu exponieren. In manchen Fällen kann der Polierschritt zur Bildung von offenen Nähten 18' führen, die parasitäre Hohlräume innerhalb der konduktiven Durchkontaktierungen 20 darstellen. Die Bildung der offenen Nähte 18' kann eine nachteilige Konsequenz der Verwendung eines Polierschlickers während des Polierschrittes darstellen, der chemische Ätzstoffe, die auf aggressive Art und Weise die Metallschicht 14 angreifen, beinhaltet. Die Verwendung von aggressiven chemischen Ätzstoffen in dem Polierschlicker kann ebenso zu einem starken Überätzen (d.h. einer Vertiefung) der oberen Oberflächen der leitfähigen Durchkontaktierungen 20 führen, wie dies in 1C dargestellt ist. Dieses starke Überätzen kann auch auftreten, wenn im sofortigen Anschluss an den Polierschritt ein gründlicher Reinigungsschritt nach Detektion von Belastung der oberen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 12 während dem Poliervorgang erfolgt. Das Auftreten von starkem Überätzen der leitfähigen Durchkontaktierungen 20 kann zu einem Verlust der Planarisierung zwischen der oberen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 12 und der oberen Oberfläche der leitfähigen Durchkontaktierungen 20 führen und dadurch zu Komplikationen bei noch folgenden Prozessschritten führen.
Eine Technik zum chemisch-mechanischen Polieren von Metallschichten bei, wie man sagt, hohen chemischen Ätzraten ist in dem US-Patent Nr. 6,068,787 von Grumbine et al. offenbart. Das '787-Patent führt an, dass eine katalytische Menge an Eisennitrat, einem bekannten Oxidationsmittel, zu einem anderen bekannten Oxidationsmittel (z.B. Wasserstoffperoxid) gegeben werden kann, um einen synergistischen Effekt in einem CMP-Schlicker zu erzielen, was zu einer hohen chemischen Ätzrate und einer hohen Gesamtpolierrate bei Wolframmetallschichten führt. Die Verwendung von Eisen als Katalysator zur Beschleunigung des CMP-Polierens ist ebenso in dem US-Patent Nr. 5,948,697 von Hata beschrieben. Das US-Patent Nr. 5,709,593 von Guthrie et al. offenbart ebenso das Polieren von metallischen, Halbleiter- und isolierenden Schichten unter Verwendung von Schlickern, enthaltend reaktive Agentien, abrasive Stoffe und Katalysatoren. Unglücklicherweise sind CMP-Schlicker, die hohe chemische Ätzraten verursachen, anfällig für Charakteristika, wie das starke Überätzen, wie dies oben unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschrieben wurde.
Ein Artikel von S. Basak et al. mit dem Titel „Electrochemical Aspects of the Chemical Mechanical Planarization of Tungsten", Proceedings of the First International Symposium on Chemical Mechanical Planarization, Electrochemical Society, Vol. 96-22, S. 137–148, offenbart ebenso die Verwendung von Eisennitrid in Kombination mit Wasserstoffperoxid in CMP- Schlickern. Die Verwendung von Eisennitrat und anderen Additiven (z.B. Komplexierungsmittel) in CMP-Schlickern wird ebenso in Sektion 7.3.3 und Tabelle 7.1 eines Lehrbuchs von M.R. Oliver (Ed.) mit dem Titel „Chemical-Mechanical Planarization of Semiconductor Materials", ISBN 3-540-43181-0, Springer-Verlag (2004) gelehrt. Ein Nachteil der Verwendung von Eisennitrat in CMP-Schlickern ist die Erzeugung von freien Eisenionen während des Oxidationsprozesses, die als Kontaminierung auf einer planarisierten Oberfläche nach dem Polieren und normalen Waschen verbleiben können. Wie in US-Patent Nr. 5,662,769 von Schonauer et al. beschrieben, können diese freien Metallionen von einer Halbleiteroberfläche unter Verwendung eines Liganden, wie z.B. EDTA, entfernt werden, der einen hochstabilen Komplex mit Metallionen bildet und dadurch die Ablagerung von solchen freien Metallionen auf einer planarisierten Oberfläche verhindert.
Schlicker mit einer relativen hohen Konzentration an abrasiven Stoffen können ebenso verwendet werden, um die Gesamt-CMP-Polierrate zu erhöhen. Jedoch können solche hohen Konzentrationen an abrasiven Stoffen zu einer hohen Rate an Mikro-Kratzern und anderen Defekten der planarisierten Oberfläche führen. Um dieses Problem zu lösen, wurden weitere CMP-Techniken, wie z.B. in der US-Offenlegungsschrift Nr. 2002/0061635 von Lee et al. entwickelt, die das Bedürfnis an abrasiven Stoffen gänzlich beseitigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten eine metallische CMP-Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers zur Behandlung von Halbleiterwafern. Diese Vorläuferzusammensetzungen in Form eines Schlickers können mit angemessenen Oxidationsmitteln (z.B. Wasserstoffperoxid) gemischt werden, um metallische CMP-Schlicker-Zusammensetzungen zu erhalten, die eine relativ geringe chemische Ätzrate und relativ hohe mechanische Polierratencharakteristika aufweisen. Die relativ hohen Charakteristika bezüglich der mechanischen Polierrate werden durch Verwendung von relativ hohen Konzentrationen an mechanisch abrasiven Stoffen (z.B. ≥ 8 Gew.-%) in Kombination mit ausreichenden Mengen eines Benetzungsmittels zur Inhibierung von Mikrokratzern der darunterliegenden, zu polierenden Oberflächen (z.B. Isolierschichten, leitfähige Durchkontaktierungen), erzielt. Die Vorläuferzusammensetzungen in Form eines Schlickers beinhalten ebenso einen hochstabilen Metall-Propylendiamintetraacetat (M-PDTA)-Komplex, der dazu dienen kann, einen Re-Adhäsion von Metalloxid auf der zu polierenden Metalloberfläche zu verhindern und/oder die maximale Rate der Oxidation der Metalloberfläche durch Chelatierung mit der Metalloberfläche zu limitieren.
Insbesondere beinhalten einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers zum chemisch-mechanischen Polieren von Metallschichten auf Halbleitersubstraten. Diese Vorläuferzusammensetzung beinhaltet eine wässrige Mischung aus zumindest einem Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes, einer Carbonsäure, einem Schleifmittel, einem Metall-Propylendiamintetraacetat (M-PDTA)-Komplex, einem Benetzungsmittel und entionisiertes Wasser. Das Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes kann zumindest einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer organischen Säure und einem Hydroxid beinhalten und das Benetzungsmit tel kann Diethylenglykol sein. Die Menge des Benetzungsmittels in der wässrigen Mischung reicht typischerweise von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-%. Um die relativ hohe mechanische Polierrate zu erreichen, übersteigt die Menge des Schleifmittels im wässrigen Zusatz bevorzugt 8 Gew.-% und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 12 Gew.-%. Der M-PDTA-Komplex kann ein Fe-PDTA-Komplex sein und die Menge des Fe-PDTA-Komplexes in der wässrigen Mischung kann in einem Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% liegen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten eine Schlickerzusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von Wolfram (W)-Metallschichten auf Halbleitersubstraten. Diese Schlickerzusammensetzungen beinhalten eine wässrige Mischung, enthaltend Wasserstoffperoxid, Kaliumhydroxid, Salpetersäure und Äpfelsäure. Die Äpfelsäure ist in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% enthalten. Die Mischung beinhaltet ebenso ein Silica-Schleifmittel in einer Menge von mehr als 8 Gew.-%, einen Fe-PDTA-Komplex in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-%, Diethylenglycol in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-5 und entionisiertes Wasser.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten Methoden zur Herstellung von integrierten Schaltkreis-Chips durch Ausbildung einer elektrisch isolierenden Schicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers und Ausbilden einer Mehrzahl von Kontaktlöchern in der elektrisch isolierenden Schicht. Eine Wolfram-Metallschicht wird deckungsgleich auf der elektrisch isolierenden Schicht aufge bracht und in die Mehrzahl von Kontaktlöchern eingebracht. Im Anschluss daran wird ein chemisch-mechanischer Polierschritt ausgeführt. Dieser Polierschritt beinhaltet das Polieren der Wolfram-Metallschicht unter Verwendung einer Schlickerzusammensetzung enthaltend Wasserstoffperoxid, ein Schleifmittel in einer Menge von mehr als 8 Gew.-%, einen Fe-PDTA-Komplex in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-%, ein Benetzungsmittel in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% und entionisiertem Wasser. Dem Polierschritt schließen sich die Schritte des Behandelns der elektrisch isolierenden Schicht mit einer Reinigungslösung und Ausführung zusätzlicher Nacharbeitungsschritte zur Fertigstellung des Halbleiterwafers an. Der Halbleiterwafer wird im Anschluss daran in eine Mehrzahl von Halbleiterchips zerschnitten, die einzeln verpackt werden können.
Kurze Beschreibung der Figuren
1A bis 1C stellen Querschnitte von Zwischenprodukten dar, die die konventionellen Methoden der Bildung von leitenden Durchgangskontaktierungen auf Halbleitersubstraten unter Verwendung von chemisch-mechanischen Poliertechniken zeigen.
2 ist ein Flussdiagramm, das die Methode der Bildung von integrierten Schaltkreisen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung aufgezeigt sind, beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Ausführungsformen ausgeführt werden und sollte nicht auf eine der im Folgenden dargestellten Ausführungsformen beschränkt werden, vielmehr sind diese Ausführungsformen zu dem Zweck angegeben, dass die Offenbarung eindeutig und komplett ist und einem Fachmann die Erfindung verständlich wird. Durch die ganze Beschreibung hindurch beziehen sich gleiche Referenzzeichen auf entsprechende Elemente.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten metallische CMP-Vorläuferzusammensetzungen in Form eines Schlickers zur Bearbeitung von Halbleiterwafern. Wie in 2 dargestellt, können Verfahren 200 zur Bildung von integrierten Schaltkreisen zumindest einen chemisch-mechanischen Polierungsschritt 210 beinhalten, der während des Verlaufs der Halbleiterwaferbearbeitung ausgeführt wird. Die bevorzugten Schlicker-Vorläuferzusammensetzungen können mit geeigneten Oxidationsmitteln (z.B. Wasserstoffperoxid) zum Zeitpunkt des Polierens gemischt werden, um eine metallische CMP-Schlickerzusammensetzung mit einer relativ geringen chemischen Ätzrate und relativ hohen mechanischen Polierungsraten-Charakteristika zu erhalten. Die relativ hohen mechanischen Polierungsraten-Charakteristika werden durch Verwendung von relativ hohen Konzentrationen eines mechanischen Schleifmittels (z.B. ≥ 8 Gew.-% Silica) in Kombination mit ausreichenden Mengen eines Benetzungsmittels (z.B. Diethylenglycol) erzielt, um Mikrokratzer der zugrunde liegenden Oberflächen (z.B. Isolierschichten, leitfähige Durchkontaktierungen, ...), die poliert werden, zu vermeiden. Schlicker-Vorläuferzusammensetzungen beinhalten ebenso einen hochstabilen Metall-Propylendiamintetraacetat (M-PDTA-Komplex, der dazu dienen kann, die Re-Adhäsion von Metalloxid auf die zu polierende Metalloberfläche zu verhindern und/oder um die maximale Rate der Oxidation der Metalloberfläche durch Chelatierung mit der Metalloberfläche zu limitieren. Ein bevorzugter M-PDTA-Komplex ist Fe-PDTA. Dieses M-PDTA kann ebenso zur Inhibierung der Koagulation des hoch konzentrierten Schleifmittels dienen.
Insbesondere beinhaltet die Methode 200 von 2 den Schritt der Ausbildung einer elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleiterwafer, Block 202. Diese elektrisch isolierende Schicht kann direkt auf der Oberfläche des Halbleiterwafers gebildet werden oder als dielektrische Zwischenschicht auf einer oder mehrerer darunterliegenden Schichten, die zwischen der dielektrischen Zwischenschicht und der Oberfläche des Halbleiterwafers aufgebracht sind, ausgebildet werden. Eine Mehrzahl von Kontaktlöchern kann in der elektrisch isolierenden Schicht, Block 204, ausgebildet werden. Diese Kontaktlöcher können durch konventionelle Photolithographie definierte Formgebungs- und Ätzschritte ausgebildet werden. Eine optionale Barriereschicht (z.B. Ti/TiN) kann im Anschluss daran deckungsgleich auf der oberen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht und entlang der Seitenwände (und Böden) der Kontaktlöcher, Block 206, aufgebracht werden. Im Anschluss daran wird eine Metallschicht, wie z.B. eine Wolfram (W)-Metallschicht auf der elektrisch isolierenden Schicht, Block 208, abgeschieden. Die Dicke dieser Metallschicht ist ausreichend, um die Kontaktlöcher auszufüllen.
Wie anhand von Block 210 dargestellt, wird im Anschluss daran ein chemisch-mechanischer Polierschritt (CMP) auf der Metallschicht und der Barriereschicht unter Verwendung der hierin beschriebenen Schlickerzusammensetzung ausgeführt. Die Dauer dieses Schrittes ist ausreichend, um eine obere Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht zu exponieren und eine Mehrzahl von Wolfram-basierten, leitfähigen Durchkontaktierungen innerhalb der Kontaktlöcher zu definieren. Die oberen Oberflächen dieser leitfähigen Durchkontaktierungen sind coplanar mit der exponierten oberen Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht. Um eine Rezession der leitfähigen Durchkontaktierungen innerhalb der Kontaktlöcher zu verhindern, wird im sofortigen Anschluss an einen Wafer-Reinigungsschritt zur Entfernung der Schlicker-Zusammensetzung und Verunreinigungen von der planarisierten Oberfläche des Wafers die Detektion des Endpunktes des Polierschrittes ausgeführt. Konventionelle Schritte können dann ausgeführt werden, um eine Deckschicht in Form einer Metallisierung in eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungen, die über die planarisierte obere Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht, Block 212 bis 214, hinausgehen, abzuscheiden und zu formen. Bei einer Ausbildung von elektrischen Verbindungen können sich zusätzliche Arbeitsschritte, inklusive zusätzlicher Isolatorabscheidung und CMP-Polierschritten, anschließen. Weitere Back-End-Wafer-Bearbeitungsschritte und Passivierungsschritte können ebenso ausgeführt werden, Blöcke 216 bis 218. Im Anschluss daran kann der Halbleiterwafer in eine Mehrzahl von Halbleiterchips zersägt werden, die separat als einzelne integrierte Schaltkreisbauteile verpackt werden können, Block 220.
Der CMP-Polierschritt, Block 210, beinhaltet das Vermischen einer Schlicker-Vorläuferzusammensetzung mit zumindest einem Oxidationsmittel. Ein bevorzugtes Oxidationsmittel ist Wasserstoffperoxid (H₂O₂). Wie im Allgemeinen in der US-Patentanmeldung Nr. 10/485,500 , deren Veröffentlichungsgehalt hiermit durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird, erklärt wird, können auch andere Oxidationsmittel als Wasserstoffperoxid in alternativen Schlickerzusammensetzungen verwendet werden. Die Schlicker-Vorläuferzusammensetzung beinhaltet eine wässrige Mischung zumindest eines Mittels zur Kontrolle des pH-Wertes, eine Carbonsäure (z.B. Apfelsäure), ein Schleifmittel (z.B. Silica), ein Metall-Propylentetraacetat (M-PDTA)-Komplex, ein Benetzungsmittel, das Mikrokratzer sogar in der Anwesenheit von hohen Mengen des Schleifmittels verhindert sowie entionisiertes Wasser. Das Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes kann zumindest eine anorganische Säure (z.B. Salpetersäure) und ein Hydroxid (Kaliumhydroxid) umfassen und das Benetzungsmittel kann Diethylenglycol (DEG) sein. Ausreichende Mengen des Mittels zur Kontrolle des pH-Wertes können verwendet werden, um einen pH-Wert der Schlickerzusammensetzung in einem Bereich von ungefähr 2,4 bis ungefähr 2,7 bei einer Temperatur von 25 °C zu erreichen.
Die Menge des Benetzungsmittels in der wässrigen Mischung liegt typischerweise in einem Bereich von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% und insbesondere bei ungefähr 0,8 Gew.-%. Um eine relativ hohe mechanische Polierrate zu erreichen, beträgt die Menge des Schleifmittels in der wässrigen Mischung bevorzugt mehr als 8 Gew.-% und liegt weiter bevorzugt in einem Bereich von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 12 Gew.-% und möglicherweise sogar noch höher.
Das Schleifmittel kann Silica mit einer mittleren Größe und einem Größenbereich von ungefähr 140 nm bis ungefähr 180 nm sein. Der M-PDTA-Komplex kann ein Fe-PDTA-Komplex sein und die Menge des Fe-PDTA-Komplex in der wässrigen Mischung kann in einem Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% liegen. Die Zugabe von Wasserstoffperoxid zum Zeitpunkt des Poliervorgangs mit einer Konzentration von ungefähr 2 Gew.-% kann dazu verwendet werden, um eine relativ hohe Gesamtpolierrate von ungefähr 2400 bis 2600 Å/min zu erreichen bei einer relativ geringen statischen Ätzrate von nur ungefähr 12 Å/min (in Abwesenheit des mechanischen Polierens). Diese relativ geringe statische chemische Ätzrate begrenzt vorteilhafterweise den Abtrag der Wolframdurchkontaktierungen innerhalb der Kontaktlöcher bis zur Beendigung des Polierschrittes. In manchen Ausführungsformen können die Konzentrationen der Inhaltsstoffe der Schlickerzusammensetzung so gewählt werden, dass die statische chemische Ätzrate in einen Bereich von ungefähr 5 Å/min bis ungefähr 15 Å/min limitiert wird. Wie in Tabelle 2 der zuvor genannten '500-Anmeldung ausgeführt wird, ist die Verteilung der statischen chemischen Ätzrate, die auch als Korrosionsrate bezeichnet wird, beträchtlich geringer als diejenigen für gewöhnliche Schlickerzusammensetzungen, die Eisennitrat als Oxidationsmittel beinhalten.
In den Figuren und der Beschreibung sind typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ausgeführt und obwohl spezielle Begriffe verwendet werden, werden diese in einer allgemeinen und beschreibenden Weise und nicht zum Zwecke der Limitierung verwendet; der Umfang der Erfindung wird in den anschließenden Ansprüchen festgelegt.
Beispiele
Beispiel 1
Polierleistung unter Variation der Menge des Benetzungsmittels

Zu einer Mischung, beinhaltend 120 g von kommerziell erhältlichem Aerosil 90G (Degussa), 861,8 g entionisiertem Wasser, 6,0 g Äpfelsäure, 0,1 g Salpetersäure, 0,1 g K OH und 4,0 g PDTA-Fe wurden Diethylenglycol und/oder Ethylenglycol, die als Benetzungsmittel dienten, in unterschiedlichen Mengen von 0,0, 1,0, 4,0 und 8,0 g zugegeben. Jede der derartig hergestellten Reaktionslösungen wurde in einen 2-Liter-Kolben aus Polyethylen aufgegeben, bei 2000 rpm für 2 h gerührt und im Anschluss daran einmalig bei 1200 psi (82,7 bar) unter Verwendung eines Hochdruck-Dispersionsprozesses dispergiert. Der erhaltene Schlicker wurde durch einen 1 μm Filter filtriert, um eine Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers zu erhalten. Um die Poliereigenschaften der Schlicker-Vorläuferzusammensetzung nach vorliegender Erfindung zu untersuchen, wurde HTO mit einer Dicke von 1000 Å auf einem Poly-Siliziumsubstrat als W-Deckwafer aufgebracht und im Anschluss wurden TiN und W mit einer Dicke von 1000 Å bzw. 10000 Å darauf aufgebracht, um einen Probewafer herzustellen. Unmittelbar bevor ein derartiger Probewafer poliert wurde, wurde Wasserstoffperoxid zu der resultierenden Schlicker-Vorläuferzusammensetzung gegeben, so dass seine Menge bezüglich des Vorläufers 2 Gew.-% betrug und im Anschluss wurde die Reaktionslösung gerührt, um die finale Schlickerzusammensetzung herzustellen. Unter der Verwendung der so hergestellten Schlickerzusammensetzung wurde der Probewafer für 1 min. unter den in der Tabelle 1 dargestellten Polierungsbedingungen poliert und die Polierungseigenschaften wurden gemessen. Die Resultate sind in der unten angegebenen Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Benetzungsmittel		W Poliergeschwindigkeit (Å/min)	Kratzdefekte (ea)	Rezession (Å)
Diethylenglycol	0,0 g	2680	20	183
Diethylenglycol	1,0 g	2780	18	180
Diethylenglycol	4,0 g	2860	15	165
Diethylenglycol	8,0 g	2910	5	154
Ethylenglycol	4,0 g	2800	14	159
Ethylenglycol Diethylenglycol	jeweils 4,0 g	2850	8	150

[Messmethoden der physikalischen Eigenschaften]

• Poliermaschinenmodell: 6EC (STRASBAUGH)
• Polierbedingungen
– Belags-Typ: IC1400/Subal V Stacked (Rodel)
– Platten-Geschwindigkeit: 75 rpm
– Kopf-Geschwindigkeit: 35 rpm
– Druck: 4 psi
– Rückstelldruck: 0 psi
– Temperatur: 25 °C
– Schlicker-Fluss: 250 ml/min

Beispiel 2
Statische chemische Ätzrate unter Veränderung der Menge des Benetzungsmittels

Zu einer Mischung, umfassend 120 g an kommerziell erhältlichen Aerosil 90G (Degussa), 861,8 g deionisiertes Wasser, 6,0 g Äpfelsäure, 0,1 g Salpetersäure, 0,1 g K OH und 4,0 g PDTA-Fe wurden Diethylenglycol und/oder Ethylenglycol, die als Benetzungsmittel dienten, in unterschiedlichen Mengen von 0,0, 1,0, 4,0 und 8,0 g zugegeben. Jede der derartig hergestellten Reaktionslösungen wurde in einen 2-Liter-Kolben aus Polyethylen aufgegeben, bei 2000 rpm für 2 h gerührt und im Anschluss daran einmalig bei 1200 psi (82,7 bar) unter Verwendung eines Hochdruck-Dispersionsprozesses dispergiert. Im Anschluss daran wurde zu der erhaltenen Schlicker-Vorläuferzusammensetzung Wasserstoffperoxid gegeben, so dass seine Menge 2 Gew.-% bezüglich des Vorläufers betrug und dann wurde die Reaktionslösung gerührt, um die finale Schlickerzusammensetzung zu erhalten. Weiter wurde ein Wolframwafer in die Schlickerzusammensetzung eingetaucht, um einen statischen chemischen Ätzvorgang über 30 min. durchzuführen. Ebenso wurden 1,0 g Eisennitrat anstelle von PDTA-Fe verwendet, um das statische chemische Ätzen zu messen. Die Resultate sind in der unten angegebenen Tabelle 2 wiedergegeben. Tabelle 2

	Benetzungsmittel		Statische chemische Ätzrate (Å/min)
PDTA-Fe	Diethylenglycol	0,0 g	20
	Diethylenglycol	1,0 g	18
	Diethylenglycol	4,0 g	14
	Diethylenglycol	8,0 g	7
	Ethylenglycol	4,0 g	11
	Ethylenglycol Diethylenglycol	Jeweils 4,0 g	9
PDTA-Cr	Diethylenglycol	4,0 g	15
PDTA-Cr	Diethylenglycol	8,0 g	12
Eisennitrat	Diethylenglycol	8,0 g	44
Eisennitrat	Diethylenglycol	0,0 g	92

Beispiel 3
Polierleistung des Schlickers, gemischt mit Peroxid unter Veränderung der verstrichenen Zeit

Zu einer Mischung, umfassend 120 g an kommerziell erhältlichen Aerosil 90G (Degussa), 861,8 g deionisiertes Wasser, 6,0 g Äpfelsäure, 0,1 g Salpetersäure, 0,1 g K OH und 4,0 g PDTA-Fe wurden Diethylenglycol und/oder Ethylenglycol, die als Benetzungsmittel dienten, in unterschiedlichen Mengen von 0,0, und 8,0 g zugegeben. Jede der derartig hergestellten Reaktionslösungen wurde in einen 2-Liter-Kolben aus Polyethylen aufgegeben, bei 2000 rpm für 2 h gerührt und im Anschluss daran einmalig bei 1200 psi (82,7 bar) unter Verwendung eines Hochdruck-Dispersionsprozesses dispergiert. Zu der resultierenden Schlicker-Vorläuferzusammensetzung wurde Wasserstoffperoxid in einer Menge von 2 Gew.-% bezüglich des Vorläufers gegeben und die Reaktionslösung gerührt, um die finale Schlickerzusammensetzung zu erhalten. Zusätzlich wurden 1,0 g Eisennitrat anstelle von PDTA-Fe verwendet und so wurde der Polierprozess unter den oben angegebenen Polierbedingungen für 1 min. ausgeführt, um die Poliereigenschaften zu untersuchen. Die Resultate sind in untenstehender Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3

	Verstrichene Zeit (Std)	Diethylenglycol (g)	W Polierrate (Å/min)	Mittlere Abrasionsgröße (nm)
PDTA-Fe	0	0,0	2,680	153
	0	8,0	2,910	153
	2	0,0	2,500	154
	2	8,0	2,880	153
	6	0,0	2,480	156
	6	8,0	2,890	155
	12	0,0	2,440	158
	12	8,0	2,930	154
	24	0,0	2,410	158
	24	8,0	2,860	156
Eisennitrat	0	0,0	3,050	167
Eisennitrat	0	8,0	3,000	166
	24	0,0	2,120	192
	24	8,0	2,790	172

Wie im voranstehenden erwähnt wurde, stellt die vorliegende Erfindung eine Schlicker-Vorläuferzusammensetzung zum chemischen und mechanischen Polieren bereit, bei welcher ein Benetzungsmittel zum Schlicker zum Polieren einer Metallschicht zugegeben wird, wobei die Dispersionsstabilität des Schlickers verbessert, weniger Kratzer beim Polieren generiert werden und somit die Defektraten verringert werden.
Ebenso wird die Zersetzung von Peroxid, das als Oxidationsmittel verwendet wird, verhindert und somit kann die geringe Poliergeschwindigkeit des Schlickers, der mit Peroxid gemischt wird, wenn eine Metallschicht über eine lange Zeit poliert wird, aufgrund der Instabilität eines solchen Oxidationsmittels verbessert werden. Darüberhinaus wird eine niedrige statische chemische Ätzrate erhalten, wenn die Vorläuferzusammensetzung zusammen mit M-PDTA verwendet wird, und somit die Abtragung von leitfähigen Durchkontaktierungslöchern verhindert.

Claims

Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers zum chemisch-mechanischen Polieren von Metallschichten auf Halbleiter-Substraten, umfassend: einen wässrigen Zusatz, enthaltend ein Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes, ein Schleifmittel, einen Metall-Propylendiamintetraacetat-Komplex (M-PDTA), ein Benetzungsmittel und Wasser.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 1, wobei der besagte Zusatz zusätzlich eine Carbonsäure beinhaltet.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 2, wobei das Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes zumindest einen Stoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer anorganischen Säure und einem Hydroxid beinhaltet.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 1, wobei das Benetzungsmittel Diethylenglycol ist.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 1, wobei die Menge des Schleifmittels in besagtem wässrigem Zusatz mehr als 8 Gew.-% beträgt.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 5, wobei die Menge des Benetzungsmittels in besagtem wässrigen Zusatz in einem Bereich von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% liegt.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 6, wobei die Menge des M-PDTA-Komplexes in besagtem wässrigen Zusatz in einem Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% liegt.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 1, wobei die Menge des Benetzungsmittels in besagtem wässrigen Zusatz in einem Bereich von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% liegt.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 1, wobei die Menge des M-PDTA-Komplexes in besagtem wässrigen Zusatz in einem Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% liegt.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers zum chemisch-mechanischen Polieren von Metallschichten auf Halbleiter-Substraten, umfassend: einen wässrigen Zusatz, enthaltend ein Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes, ein Schleifmittel in einer Menge von mehr als 8 Gew.-%, einen Metall-Propylentetraacetat-Komplex (M-PDTA) in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-%, ein Benetzungsmittel in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% und entmineralisiertes Wasser.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 10, wobei der besagte wässrige Zusatz zusätzlich eine Carbonsäure beinhaltet.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 10, wobei das Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes zumindest einen Stoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer anorganischen Säure und einem Hydroxid beinhaltet.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 12, wobei das Benetzungsmittel Diethylenglycol ist.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers nach Anspruch 10, wobei das Benetzungsmittel Diethylenglycol ist.
Vorläuferzusammensetzung in Form eines Schlickers zum chemisch-mechanischen Polieren von Wolfram-Schichten auf Halbleiter-Substraten, umfassend: einen wässrigen Zusatz, enthaltend Kaliumhydroxid, Salpetersäure, Maleinsäure in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-%, ein Silizium-Schleifmittel in einer Menge von mehr als 8 Gew.-%, einen Fe-PDTA-Komplex in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-%, Diethylenglycol in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% und entmineralisiertes Wasser.
Schlicker-Zusammensetzung zum chemisch-mechanischen Polieren von Metallschichten auf Halbleiter-Substraten, umfassend Wasserstoffperoxid, mindestens ein Mittel zur Kontrolle des pH-Wertes, ein Schleifmittel in einer Menge von mehr als 8 Gew.-%, einen Fe-PDTA-Komplex in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-%, ein Benetzungsmittel in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% und entmineralisiertes Wasser.
Schlicker-Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei das Benetzungsmittel Diethylenglycol enthält.
Schlicker-Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei das Wasserstoffperoxid in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine statische Nass-Ätz-Rate in einem Bereich von ungefähr 5 Å/min bis ungefähr 15 Å/min zu erzielen, wenn die Schlicker-Zusammensetzung bei Raumtemperatur auf eine Wolfram-Metallschicht aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines integrierten Schaltkreis-Chips, umfassend die Schritte: Ausbildung einer elektrisch isolierenden Schicht auf einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers; Ausbildung einer Mehrzahl von Kontaktlöchern in der elektrisch isolierenden Schicht; Aufbringen einer Wolfram-Metallschicht, die sich auf die elektrisch isolierende Schicht und in die Mehrzahl von Kontaktlöchern erstreckt; und Polieren der Wolfram-Metallschicht unter Verwendung einer Schlicker-Zusammensetzung, enthaltend Wasserstoffperoxid, ein Schleifmittel in einer Menge von mehr als 8 Gew.-%, einen Fe-PDTA-Komplex in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-5 bis ungefähr 0,8 Gew.-%, ein Benetzungsmittel in einer Menge von ungefähr 0,4 Gew.-% bis ungefähr 1,2 Gew.-% und Wasser.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei nach besagtem Polierschritt folgende Schritte ausgeführt werden: Behandlung der elektrisch isolierenden Schicht mit einer Reinigungslösung; und Zerschneiden des Halbleiter-Wafers in eine Mehrzahl von Halbleiter-Chips.