DE10252049B4

DE10252049B4 - Chemisch-mechanische Polier-Aufschlämmung und chemisch-mechanisches Polierverfahren unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE10252049B4
Application number: DE10252049A
Authority: DE
Inventors: Jong-won Sungnam Lee; Chang-Ki Hong; Jae-dong Suwon Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2022-11-09
Also published as: DE10252049A1; JP4272409B2; KR100464429B1; US6863592B2; JP2004079984A; US20040033764A1; KR20040016154A; CN1475540A

Abstract

Aufschlämmung zur Verwendung beim chemisch/mechanischen Polieren eines Wafers, wobei die Aufschlämmung umfaßt:
Metalloxid-Abrasivteilchen;
einen Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger, worin der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus einer Phosphat-Verbindung und einer Phosphit-Verbindung;
ein anionisches polymeres Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht im Bereich von 1.000 bis 100.000, ausgewählt aus Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure), Poly(acrylsäure-acrylamid), Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure), einem Derivat oder einem Salz irgendeines der vorangehenden Materialien und irgendeiner Kombination daraus;
ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel; und Wasser.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 2002-48403 , eingereicht am 16. August 2002. Diese Anmeldung wird durch die Inbezugnahme vollständig in den vorliegenden Text aufgenommen.
Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Breie bzw. Aufschlämmungen für CMP (chemical/mechanical polishing; chemisch-mechanisches Polieren) zur Verwendung bei der Herstellung mikroelektronischer Vorrichtungen. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung CMP-Breie bzw. -Aufschlämmungen, mit denen schnell eine Target-Schicht entfernt werden kann und mit hoher Selektivität wirksam ein Polier-Stopper passiviert werden kann.
Hintergrund
Halbleitervorrichtungen wurden in zunehmendem Maße stärker integriert und kleiner und zwar bei Verbindungen mehrerer Schichten. Folglich nahm die Menge der Verfahrensschritte zu, um mehrfach leitende Schichten oder isolierende Schichten auf einem Wafer auszubilden. Um Schritte bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen zu eliminieren, wird CMP (chemical/mechanical polishing; chemisch/mechanisches Polieren) verwendet, welches eine Kombination von chemischen und mechanischen Verfahrensschritten ist. CMP wurde in den späten 1980ern durch International Business Machines Corporation entwickelt. Seit seiner Einführung wurde CMP als Kerntechnik für Mikroprozessoren bei nahezu allen Stufen von Herstellungsverfahren von Speicher-Vorrichtungen und Nicht-Speicher-Vorrichtungen mit 64 Mbit oder größer angewendet. Zur Zeit erhält CMP große Beachtung zur Verwendung bei der Herstellung von DRAM-Speicher-Vorrichtungen mit Gigabit-Level der nächsten Generation oder Nicht-Speicher-Vorrichtungen eines äquivalenten Levels.
Das CMP-Verfahren ist ein Typ des Einebnungs-Verfahrens. Bei dem CMP-Verfahren wird eine Wafer-Oberfläche, die Unregelmäßigkeiten aufweist, gegen ein Polier-Kissen in relativer Rotation gepreßt, während man eine Abrasiv-Aufschlämmung zu einer Kontaktfläche zwischen dem Wafer und dem Polier-Kissen fließen läßt. Das CMP-Verfahren ebnet die unregelmäßige Wafer-Oberfläche mittels chemischer und physikalischer Reaktionen ein. Die Leistungsfähigkeit des CMP-Verfahrens wird bestimmt durch Faktoren wie beispielsweise den Betriebsbedingungen einer CMP-Vorrichtung, des Typs der Aufschlämmung und des Typs des Polier-Kissens.
Unter solchen Faktoren ist der Typ der Aufschlämmung, die in dem CMP-Verfahren verwendet wird, der kritischste Faktor, der die Polierleistung beeinflußt. Jedoch liegt bei herkömmlichen CMP-Aufschlämmungen, die bei der Bildung einer Flach-Einschnitt-Isolierung (STI) oder der Bildung einer dielektrischen Zwischenschicht (ILD) verwendet werden, wobei ein selbstausrichtendes Kontaktloch gebildet wird, das einen Source-/Drain-Bereich eines DRAM freilegt, die Selektivität der zu polierenden Target-Schicht (z. B. einer Oxidschicht) in bezug auf den Polier-Stopper (z. B. eine Siliciumnitridschicht) bei einem Verhältnis von 4:1, was als schlechte Selektivität angesehen wird. Als Folge wird der Polier-Stopper übermäßig poliert. Um das übermäßige Polieren des Stoppers zu bekämpfen, muß die Dicke des Polier-Stoppers erhöht werden. Darüber hinaus weist bei herkömmlichen Aufschlämmungen der verbleibende Polier-Stopper nach dem CMP-Verfahren Abweichungen in der Dicke auf, was zu einer unebenen Wafer-Oberfläche führt und den Spielraum für das nachfolgende Herstellungsverfahren der Vorrichtung reduziert. Als Folge können die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert werden. Zum Stand der Technik wird auf WO 99/64527 A1 , US 5759917 A , EP 1148538 A1 , JP 2000109811 A und DE 10160174 A1 verwiesen. Demgemäß besteht ein Bedarf für eine neue, hoch-selektive CMP-Aufschlämmung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf CMP-Aufschlämmungen mit hoher Selektivität. Eine CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine schnelle Entfernung einer Target-Schicht und eine wirksame Passivierung eines Polier-Stoppers mit hoher Selektivität sicher. Eine CMP-Aufschlämmung gemäß der Erfindung kann eine Selektivität der Target-Schicht zu dem Polier-Stopper in einem Bereich von 30:1 bis 50:1 bereitstellen.
In einem Aspekt der Erfindung umfaßt die Aufschlämmung Metalloxid-Abrasivteilchen, einen Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger, ein anionisches polymeres Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht in einem Bereich von etwa 1.000 bis etwa 100.000, ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel und Wasser, wobei die Merkmale im Einzelnen durch Anspruch 1 vorgegeben sind.
Vorzugsweise umfassen die Metalloxid-Abrasivteilchen Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid oder Germaniumoxid oder irgendeine Kombination der vorangehenden Materialien. Erfindungsgemäß umfaßt der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger eine Phosphat-Verbindung oder eine Phosphit-Verbindung. Erfindungsgemäß umfaßt das anionische polymere Passivierungsmittel Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure), Poly(acrylsäure-acrylamid), Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure) oder Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure) oder ein Derivat oder Salz der vorangehenden Materialien oder irgendeine Kombination der vorangehenden Materialien.
Eine Aufschlämmung gemäß der Erfindung kann weiter einen pH-Regler umfassen. Die Aufschlämmung hat vorzugsweise einen pH-Wert in einem Bereich von 3 bis 6.
In einem weiteren Aspekt wird eine CMP-Aufschlämmung gemäß der Erfindung in einem chemisch/mechanischen Polier-Verfahren gemäß Nebenanspruch 17 oder Nebenanspruch 20 verwendet. Beispielsweise kann die Aufschlämmung für ein chemisch/mechanisches Polieren eines Wafers verwendet werden, auf dem ein Polier-Stopper und eine zu polierende Target-Schicht abgeschieden sind. Die zu polierende Target-Schicht kann eine Oxidschicht sein, und der Polier-Stopper kann eine Siliciumnitridschicht sein. Ein CMP-Verfahren umfaßt das Einlegen des Wafers in eine CMP-Vorrichtung und die Durchführung des CMP-Verfahrens auf der Target-Schicht auf der Oberfläche des Wafers, während eine CMP-Aufschlämmung gemäß der Erfindung zwischen der Oberfläche der Target-Schicht auf dem Wafer und einem Polier-Kissen zugeführt wird.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer chemisch/mechanischen Polier-Aufschlämmung (CMP) gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine schematische Wiedergabe einer CMP-Vorrichtung, die verwendet werden kann, um ein CMP-Verfahren unter Verwendung einer CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
3 ist ein Fließdiagramm, das ein CMP-Verfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Abweichung der Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit (PE-TEOS) als Funktion der Menge von Ammoniumhydrogenphosphat veranschaulicht.
5, 6 und 7 sind Diagramme, die die Abweichungen der Siliciumnitrid-(SiN-) und der PE-TEOX-Entfernungsgeschwindigkeiten und Selektivität als Funktion von zugesetzter Menge der verwendeten verschiedenen Additive für verschiedene Aufschlämmungen veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das Abweichungen bei den SiN- und PE-TEOS-Entfernungsgeschwindigkeiten und der Selektivität als Funktion des pH-Wertes der Aufschlämmung veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm, das das Zeta-Potential von SiN und PE-TEOS als Funktion des pH-Wertes der Aufschlämmung veranschaulicht.
10, 11 und 12 sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Probe veranschaulichen, die mit einer CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung zu polieren ist.
13 ist eine Schnittansicht der Wafer-Probe nach dem CMP-Verfahren unter Verwendung einer Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Diagramm, das die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit als Funktion der Selektivität der CMP-Aufschlämmung veranschaulicht.
15 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Reaktionsschemas, welches ein Verfahren zum Lösen eines anionischen polymeren Passivierungsmittels veranschaulicht, um anionische Polymere herzustellen.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Chemisch/mechanische Polier-(CMP-)Aufschlämmungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung und CMP-Verfahren, die solche Aufschlämmungen verwenden, werden nun näher beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es versteht sich, daß die Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausgebildet sein kann, und daß die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der Erfindung gedeutet werden sollen. Tatsächlich werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, so daß die Offenbarung genau und vollständig wird, und daß die Idee der Erfindung denjenigen voll deutlich gemacht wird, die Fachmann auf diesem Gebiet der Technik sind. Es versteht sich weiterhin, daß in den Zeichnungen die Dicke der Schichten und Bereiche vereinfacht oder aus Gründen der Klarheit übertrieben dargestellt sind und daß gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um auf dieselben oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ansichten hinzuweisen.
Im allgemeinen umfaßt eine CMP-Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus Abrasivteilchen und ersten, zweiten und dritten Zusatzstoffen, um Anpassungen der Aufschlämmungseigenschaften bereitzustellen. Erfindungsgemäß umfaßt die CMP-Aufschlämmung ein Metalloxid als Abrasivteilchen. Geeignete Metalloxide umfassen Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Germaniumoxid oder ähnliche Materialien oder Mischungen der vorgenannten Materialien. Vorzugsweise werden die Metalloxid-Abrasivteilchen mit entionisiertem Wasser in einer Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent (nachfolgend Gew.-%) gemischt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn die Menge der Metalloxid-Abrasivteilchen geringer ist als 0,5 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. Wenn die Menge der Metalloxid-Abrasivteilchen größer ist als 25 Gew.-%, wird die Stabilität in der Aufschlämmungsdispersion nicht sichergestellt. Aus diesen Gründen ist der obengenannte Konzentrationsbereich bevorzugt für die Abrasivteilchen.
Ein Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger wird als erster Zusatzstoff verwendet. Ein Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger umfasst ein Material, das in der Lage ist, die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der eine zu polierende Target-Schicht entfernt wird. Erfindungsgemäße Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger schließen Phosphat-Verbindungen oder Phosphit-Verbindungen ein. Bevorzugte Phosphat-Verbindungen schließen beispielsweise ein Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat, Bis(2-ethylhexyl-)phosphat, 2-Aminoethyldihydrogenphosphat, 4-Chlorbenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Nitrobenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Ammoniumhexafluorphosphat, Bis-(2,4-dichlorphenyl-)chlorphosphat, Bis-(2-ethylhexyl-)hydrogenphosphat, Calciumfluorphosphate, Diethylchlorphosphat, Diethylchlorthiophosphat, Kaliumhexafluorphosphat, Pyrophosphat, Tetrabutylammoniumhexafluorphosphat, Tetraethylammoniumhexafluorphosphat oder irgendeine Kombination der vorgenannten Materialien. Eine bevorzugte Phosphit-Verbindung schließt beispielsweise Bis(2-ethylhexyl-)phosphit ein.
In einer Ausführungsform wird der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger vorzugsweise in einer Konzentration im Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers geringer ist als 0,001 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. Wenn die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers größer ist als 10 Gew.-%, wird die Stabilität der Aufschlämmungsdispersion schlecht, und die Poliergeschwindigkeit ist nicht steuerbar. Aus diesen Gründen ist der obengenannte Konzentrationsbereich bevorzugt für den Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger. In einer weiteren Ausführungsform wird der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugesetzt.
Als zweiter Zusatzstoff wird ein Passivierungsmittel für den Polier-Stopper verwendet, das ebenso in der Lage ist, die Dispersionsstabilität der Abrasivteil chen zu verbessern und die Fluidität der Aufschlämmung einzustellen. Wenn der Polier-Stopper eine Siliciumnitrid-Schicht ist, und die Target-Schicht eine Oxidschicht ist, ist es erfindungsgemäß, ein anionisches polymeres Passivierungsmittels als zweiten Zusatzstoff zu verwenden. Das anionische polymere Passivierungsmittel hat ein Molekulargewicht von 1.000 bis 100.000, angegeben als Aufschlämmungs-Fluidität. Erfindungsgemäße anionische polymere Passivierungsmittel schließen ein Monopolymere (Poly(acrylsäure) und Poly(methacrylsäure)), Copolymere (Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure) und Poly(acrylsäure-acrylamid)), Terpolymere (Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure)), Derivate oder Salze der vorangehenden Materialien oder irgendeine Kombination der vorangehenden Materialien.
In einer Ausführungsform wird das anionische polymere Passivierungsmittel vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn die Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels geringer ist als 0,001 Gew.-%, ist die Passivierung nicht wirksam. Wenn die Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels größer ist als 10 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. In einer weiteren Ausführungsform wird das anionische polymere Passivierungsmittel in einer Menge in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Ein weiteres Passivierungsmittel wird als dritter Zusatzstoff zur Verbesserung des Passivierungseffekts auf dem Polier-Stopper verwendet. Wenn der Polier-Stopper eine Siliciumnitrid-Schicht ist, wird erfindungsgemäß ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel verwendet. Geeignete anionische C1- bis C12-Passivierungsmittel schließen beispielsweise ein Phthalat-Verbindungen, wie beispielsweise Calciumhydrogenphthalat.
In einer Ausführungsform wird ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung. Wenn die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels geringer ist als 0,001 Gew.-%, wird eine hohe Polierselektivität nicht sichergestellt. Wenn die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels größer ist als 10 Gew.-%, wird die Poliergeschwindigkeit zu niedrig. Aus diesen Gründen ist der oben angegebene Konzentrationsbereich bevorzugt für das Passivierungsmittel. In einer weiteren Ausführungsform wird das Passivierungsmittel (dritter Zusatzstoff) vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% zugesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Eine CMP-Aufschlämmung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt weiterhin einen pH-Regler, um einen optimalen pH-Wert der Aufschlämmung bereitzustellen. Der pH-Wert der Aufschlämmung variiert in Abhängigkeit von den Bestandteilen der Target-Schicht und des Polier-Stoppers. Wenn die zu polierende Target-Schicht eine Oxidschicht ist, und der Polier-Stopper eine Siliciumnitrid-Schicht ist, ist es bevorzugt, den pH-Wert der Aufschlämmung im Bereich von 3 bis 6 einzustellen.
Ein geeigneter pH-Regler schließt eine Base ein, wie beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Natriumhydroxid (NaOH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder Cholin. Alternativ dazu schließt ein geeigneter pH-Regler ein Säure ein, wie beispielsweise Schwefelsäure (H₂SO₄), Chlorwasserstoffsäure (HCl), Phosphorsäure (H₃PO₄), Salpetersäure (HNO₃) oder Essigsäure (CH₃COOH).
Vorteilhafterweise wird in einer wäßrigen CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der Wechselwirkungen der ersten, zweiten und dritten Zusatzstoffe die Geschwindigkeit zur Entfernung der Target-Schicht erhöht, und der Polier-Stopper wird wirksamer passiviert, was zu einer hohen Selektivität beim Polieren führt. Beispielsweise kann unter Verwendung eines Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers als erster Zusatzstoff eine Entfernungsgeschwindigkeit der zu polierenden Target-Schicht (beispielsweise einer Oxidschicht) in einem Bereich von etwa 2.000 bis etwa 6.000 Å/min eingestellt werden.
Weiter fungiert bei Verwendung des anionischen polymeren Passivierungsmittels (erfindungsgemäß mit einem Molekulargewicht in einem Bereich von 1.000 bis 100.000) als zweitem Zusatzstoff, das anionische Polymer, das in der wäßrigen CMP-Aufschlämmung gelöst ist, als Passivierungsmittel und beschränkt ebenso die Mobilität der Abrasivteilchen in der Bulkphase, und beeinflußt so die Fluidität der Aufschlämmung.
Das anionische polymere Passivierungsmittel, das in einer wäßrigen Aufschlämmung gelöst ist, erzeugt eine große Menge anionischer Polymere, wie dies in dem Reaktionsschema veranschaulicht ist, das in 15 dargestellt ist. Anionische Polymere werden stark an der positiv geladenen Oberfläche durch elektrostatische Anziehungskräfte adsorbiert. Im Gegensatz dazu, werden anionische Polymere durch eine negativ geladene Oberfläche aufgrund elektrostatischer Abstoßungskräfte abgestoßen. Dementsprechend werden die anionischen Polymere in der CMP-Aufschlämmung auf einer positiv geladenen Oberfläche zur Passivierung adsorbiert. Als Folge kann ein negativ geladener Bereich des Wafers selektiv poliert werden, während der positiv geladene Bereich davor geschützt wird, poliert zu werden. Wie oben angegeben, fungiert das anonische Polymer, das in der wäßrigen CMP-Aufschlämmung gelöst ist, als Passivierungsmittel und beschränkt ebenso die Mobilität der Abrasivteilchen in der Bulkphase, und beeinflußt so die Fluidität der Aufschlämmung. Wenn ein Wafer verschiedene Abstufungen auf seiner Oberfläche aufweist, kann der Bereich des Wafers mit großen Abstufungen schnell entfernt werden, während ein Bereich mit kleinen Abstufungen langsam durch das anionische polymere Passivierungsmittel entfernt werden kann.
Ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel wird erfindungsgemäß als dritter Zusatzstoff verwendet, um den Passivierungseffekt des oben beschriebenen anionischen polymeren Passivierungsmittels zu verbessern. Es wird ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel in der wäßrigen Aufschlämmung gelöst und ne gativ geladen, beispielsweise als C₈H₄O –2 / 4, wenn Kaliumhydrogenphthalat verwendet wird.
Um die Selektivität beim Polieren unter Verwendung der Wirkungsweise der Passivierungsmittel zu erhöhen, sollte die zu polierende Oxid-Target-Schicht in der wäßrigen Aufschlämmung negativ geladen sein, und der Nitrid-Polier-Stopper sollte in der wäßrigen Aufschlämmung positiv geladen sein. Die Filmoberfläche in der wäßrigen Aufschlämmung ist positiv geladen, wenn der pH-Wert der Aufschlämmung niedriger ist als der isoelektrische Punkt und ist negativ geladen, wenn der pH-Wert der Aufschlämmung größer ist als der isoelektrische Punkt. Dementsprechend ist es durch Steuerung des pH-Wertes der Aufschlämmung möglich, zwei verschiedene Filme mit gegensätzlichen Polaritäten zu laden. Deshalb wird in einer Ausführungsform der Erfindung der pH-Wert der Aufschlämmung vorzugsweise auf einen optimalen Bereich unter Verwendung eines pH-Reglers eingestellt.
Um den Herstellungsspielraum zu erhöhen und das Auftreten eines Dishing-Phänomens zu verringern, ist es bevorzugt, die CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung so einzustellen, daß die Selektivität von der Target-Schicht zu dem Polier-Stopper im Bereich von 30:1 bis 50:1 liegt.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer CMP-Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Zunächst werden Abrasivteilchen in einen Mischer mit hoher Scherung, der entionisiertes Wasser (Schritt F10) enthält, gegeben. Das entionisierte Wasser und die Abrasivteilchen werden vorläufig gemischt (Schritt F12). In dem vorläufigen Mischschritt (Schritt S12) wird die Menge der Abrasivteilchen so eingestellt, daß sie in einem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigen Aufschlämmung, und der pH-Wert der Aufschlämmung wird so eingestellt, daß er entweder in einem schwach sauren Bereich oder in einem schwach alkalischen Bereich liegt.
Die Aufschlämmungsmischung wird in eine geeignete Dispersionsvorrichtung (z. B. eine Media-Mühle- oder eine Ultrahochdruck-Dispersionsvorrichtung) unter Verwendung einer Pumpe überführt und anschließend unter hohem Druck gründlich dispergiert (Schritt S14). Jede Dispersionsvorrichtung kann verwendet werden. Jedoch ist unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Faktoren wie beispielsweise der Reproduzierbarkeit der Dispersionsbildung, der Verringerung der Kontamination während des Dispergierens, der mittleren Teilchengröße und der Dispergierbarkeit nach dem Dispergieren die Verwendung einer Ultrahochdruck-Dispergiervorrichtung bevorzugt. In diesem Fall ist es unter Berücksichtigung der Haltbarkeit bevorzugt, daß eine ultraharte Dispersionskammer, die das Kernstück einer Ultrahochdruck-Dispersionsvorrichtung ist, aus Diamant hergestellt ist. Während des Dispersionsverfahrens unter hohem Druck wird ein passender Druck im Bereich von etwa 10.000 psi bis etwa 20.000 psi angewendet. Wenn der Druck niedriger ist als dieser Bereich, wird die Effizienz des Dispergierens zu niedrig. Wenn der Druck höher ist als dieser Bereich, beeinflußt er nachteilig die Effizienz des Systems und die Kammerhaltbarkeit.
Nach der Überprüfung der mittleren Teilchengröße der Aufschlämmung über die Ultrahochdruck-Dispersion kann entionisiertes Wasser weiter zugesetzt werden, um die Konzentration der Abrasivteilchen in der Aufschlämmung passend zu regulieren.
Als nächstes werden der erste, zweite und dritte Zusatzstoff zugesetzt, um die erwünschten Eigenschaften der Aufschlämmung zu erhalten (Schritt S16). Insbesondere wird ein Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger, der die Entfernung der zu polierenden Target-Schicht erleichtert, in einer Menge in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% zugesetzt. Ein anionisches polymeres Passivierungsmittel und ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel werden zugesetzt, jeweils in einer Menge im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%.
Wenn ein optimaler pH-Wert der Aufschlämmung mit dem Zusatz des ersten, zweiten und dritten Zusatzmittels nicht erreicht wird, kann gegebenenfalls ein pH-Regler zugesetzt werden, um einen optimalen pH-Wert zu erreichen.
Die Mengen der Zusatzstoffe und/oder die Menge des pH-Reglers, die bei der Herstellung einer CMP-Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung zugesetzt werden, werden vorzugsweise bestimmt durch die Wechselwirkung zwischen ihnen in der wäßrigen CMP-Aufschlämmung und werden optimiert, um die beste Polierwirkung zu erhalten.
Nachdem die Zusatzstoffe gemischt sind und der pH-Wert der Aufschlämmung eingestellt ist, läßt man die Aufschlämmung durch ein Filter laufen, um schnell relativ große Teilchen zu entfernen (Schritt S18). Dieses Filtrationsverfahren verringert das Auftreten von Kratzern auf der Oberfläche der Target-Schicht während des Polierens. Nach dem Aufschlämmungs-Filtrationsverfahren wird die Aufschlämmung analysiert, um allgemeine physikalische Eigenschaften und die Leistung zu bestimmen.
Nachfolgend werden CMP-Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielsweise unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 wird in einer CMP-Vorrichtung eine Polierplatte 20 mit einem darauf befindlichen Polierkissen 21 in Verbindung mit und um eine erste Rotationswelle 22 in Rotation versetzt, die mittels eines Motors (nicht gezeigt) in Rotation versetzt wird. Ein Polierkopf 30 ist über dem Polierkissen 21 angeordnet und hängt an einer zweiten Rotationswelle 32, die mittels eines Motors (nicht gezeigt) in Rotation versetzt wird. Der Polierkopf 30 rotiert in Gegenrichtung zu der Rotation der Polierplatte 20. Ein Wafer 36 (der dem CMP-Verfahren unterzogen werden soll) wird abnehmbar an dem Polierkopf 30 mittels einer Klammer 34 befestigt, die an der Oberfläche des Polierkopfs 30 befestigt ist. Eine Aufschlämmung 42 gemäß der Erfindung wird über eine Aufschlämmungs-Zufuhrleitung 40 auf eine Seite der Polierplatte 20 zugeführt.
In einem CMP-Verfahren gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 der Wafer 36, der dem CMP-Verfahren unterworfen werden soll, und die CMP-Aufschlämmung 42 hergestellt (Schritt S50). Als nächstes wird der Wafer 36 an dem Polierkopf 30 befestigt, und die CMP-Aufschlämmung 42 wird auf den Wafer 36 zugeführt (Schritt S52). Der Wafer 36 kann eine Oxidschicht als zu polierende Target-Schicht und eine Siliciumnitrid-Schicht als Polier-Stopper einschließen. Eine CMP-Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf den Wafer aufgebracht werden, auf dem eine Flach-Einschnitt-Isolierung (STI) und die Bildung eines dielektrischen Zwischenschichtfilms (ILD) durchgeführt werden. In gegenwärtigen STI- und ILD-Filmbildungs-Verfahren wird eine Oxidschicht, wie beispielsweise eine Plasmaoxid-Schicht hoher Dichte, die durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase mittels Hochdichte-Plasma (HDPCVD) hergestellt wird, oder eine plasmaverstärkte Tetraethylorthosilicat-Schicht (PE-TEOS), die durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase unter Plasmaverstärkung (PECVD) hergestellt wird, eine zu polierende Target-Schicht, und eine Siliciumnitrid-Schicht, die durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase bei niedrigem Druck (LPCVD) bei einem Druck von Hunderten mTorr oder weniger oder durch PECVD bei einer hohen Temperatur von etwa 500 bis etwa 600°C hergestellt wird, fungiert als Polier-Stopper.
Nachdem eine Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß der vorliegenden Erfindung auf den Wafer aufgebracht wurde (Schritt S52), wird die die Vertiefungen füllende Oxidschicht oder die ILD-Schicht poliert (Schritt S54).
Die Erfindung wird nun noch mehr im Detail unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Versuchsbeispiele beschrieben. Technische Informationen, die Fachleuten auf diesem Gebiet der Technik vertraut sind und von diesen leicht abgeleitet werden können, werden in den folgenden Versuchsbeispielen nicht vollständig beschrieben. Die folgenden Versuchsbeispiele dienen nur veranschaulichenden Zwecken und es ist mit ihnen nicht beabsichtigt, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken.
Versuchsbeispiel (nicht erfindungsgemäß)
Basierend auf dem Verfahren, das im Hinblick auf 1 beschrieben wurde, wurden in diesem Versuch verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe von Ammoniumhydrogenphosphat (AHP) als Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger (als erster Zusatzstoff) in verschiedenen Mengen zu einer wäßrigen Lösung, die 1 Gew.-% Ceroxid (Metalloxid-Abrasivteilchen) enthielt.
Wafer mit einer PE-TEOS-Deckschicht, die jeweils eine 8.000 Å dicke Oxid-Schicht (PE-TEOS) aufwiesen, wurden als Proben-Wafer hergestellt. Das CMP-Verfahren wurde danach an den Proben-Wafern durchgeführt, während die Auschlämmungen, die verschiedene Mengen an AHP (wie in Tabelle 1 gezeigt) enthielten, darauf zugeführt wurden, und die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeiten wurden gemessen. Das CMP-Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung einer MIRRA_MESA-Vorrichtung (RODEL Co., Ltd.) unter den folgenden Bedingungen: ein IC1000-Stapelkissen bei einer Membrankraft von 3,5 psi, einer verbleibenden Ringkraft von 4,5 psi, einer Innenschlauchkraft von 3,5 psi, einer Tischgeschwindigkeit von 110 upm, einer Kopfgeschwindigkeit von 104 upm, einer Aufschlämmungs-Fließgeschwindigkeit von 3.000 ml/min. Die Ergebnisse des CMP-Verfahrens sind in Tabelle 1 gezeigt. 4 ist eine graphische Veranschaulichung der Ergebnisse. Tabelle 1

AHP, Gew.-% Oxid(PE-TEOS)-Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min pH-Wert

0 1655 5

0,05 4602 5

0,1 4499 5

0,5 2875 5
Wie aus Tabelle 1 und 4 ersichtlich ist, steigt die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn AHP zugesetzt wurde, verglichen mit dem Fall, in dem kein AHP zugesetzt wurde. Jedoch sinkt die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn die zugesetzte Menge an AHP weiter erhöht wurde. Es wird angenommen, daß dieses Ergebnis auf die überschüssigen Phosphat-Gruppen zurückzuführen ist, die in der Aufschlämmung gelöst sind und an die Abrasivteilchen adsorbiert sind, und so das CMP-Verfahren behindern, wie dies aus der Tatsache geschlossen werden kann, daß die Abrasivteilchen ausgefällt wurden, wenn AHP im Überschuß zugesetzt wurde. Unter Berücksichtigung einer passenden Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit und einer Verhinderung der Abrasivteilchen-Fällung wurde bestimmt, daß die bevorzugte Menge an zugesetztem AHP 10 Gew.-% oder weniger und bevorzugt etwa 1 Gew.-% ist.
Versuchsbeispiel 2 (nicht erfindungsgemäß)
In diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe von 0,25 Gew.-% AHP und verschiedenen Mengen an Poly(methacrylsäure) (PMA) als anionisches polymeres Passivierungsmittel zu einer wäßrigen 1 Gew-%igen Ceroxid-Lösung.
PE-TEOS- und Siliciumnitrid (Si₃N₄)-Deckschicht-Wafer, auf die eine Oxid(PE-TEOS)-Schicht und eine Siliciumnitrid-Schicht in einer Dicke von 8.000 Å bzw. 2.000 Å abgeschieden worden waren, wurden als Proben-Wafer hergestellt.

Das CMP-Verfahren wurde an den Proben-Wafern durchgeführt, während die Aufschlämmungen, die mit den Zusammensetzungen aus Tabelle 2 hergestellt worden waren, zugeführt wurden unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 1. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten und die Selektivität wurden während des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt. 5 ist eine graphische Veranschaulichung der Ergebnisse. Tabelle 2

AHP, Gew.-%	PMA, Gew.-%	pH-Wert	Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min		Selektivität
AHP, Gew.-%	PMA, Gew.-%	pH-Wert	Oxid (PE-TEOS)	Siliciumnitrid (Si3N4)	Selektivität
0,25	0,05	5	3993	1078	3,7:1
0,25	0,1	5	3706	975	3,8:1
0,25	0,5	5	2448	679	3,6:1
0,25	1	5	1617	478	3,4:1

Wie aus Tabelle 2 und 5 ersichtlich ist, erniedrigt sich die Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn die Menge an PMA, das als anionisches polymeres Passivierungsmittel verwendet wurde, erhöht wurde. Der Effekt des anionischen polymeren Passivierungsmittels ist offensichtlich. Wie gezeigt, verringert jedoch eine Erhöhung der Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels linear die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit. In allen Proben-Wafern, in denen nur PMA als Passivierungsmittel verwendet wurde, war die Selektivität relativ niedrig.
Versuchsbeispiel 3 (nicht erfindungsgemäß)
In diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe von 0,2 Gew.-% AHP und verschiedenen Mengen an Kaliumhydrogenphthalat (PHP) als anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung.

Dieselben Proben-Wafer wie in Versuchsbeispiel 2 wurden hergestellt, und das CMP-Verfahren wurde in derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 2 durchgeführt. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten und die Selektivität wurden während des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt. 6 ist eine graphische Veranschaulichung der Ergebnisse. Tabelle 3

AHP, Gew.-%	PHP, Gew.-%	pH-Wert	Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min		Selektivität
AHP, Gew.-%	PHP, Gew.-%	pH-Wert	Oxid (PE-TEOS)	Siliciumnitrid (Si3N4)	Selektivität
0	0	5	1242	542	2,3:1
0,2	0	5	2668	1206	2,2:1
0,2	0,01	5	2615	1155	2,3:1
0,2	0,1	5	2668	899	3,0:1
0,2	0,25	5	2744	772	3,6:1

Wie aus Tabelle 3 und 6 ersichtlich ist, sinkt die Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeit, wenn die Menge an PHP, das als anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel verwendet wird, steigt. Der Passivierungseffekt des anionischen Passivierungsmittels ist offensichtlich. Eine Erhöhung der Menge des anionischen Passivierungsmittels erhöht auch leicht die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, verglichen mit dem Fall, in dem kein anionisches Passivierungsmittel zugesetzt wurde. Ähnlich zu Versuchsbeispiel 2, in dem nur eine Art des Passivierungsmittels, PMA, verwendet wurde, ist die Selektivität in allen Testproben, in denen nur PHP als Passivierungsmittel zugesetzt wurde, relativ niedrig.
Versuchsbeispiel 4 (nicht erfindungsgemäß)
In diesem Versuch wurden – basierend auf den Ergebnissen von den Versuchsbeispielen 1, 2 und 3 – verschiedene Aufschlämmungen hergestellt unter Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, PMA und PHP zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung. Die Menge an PMA wurde auf 0,05 Gew.-% eingestellt, und die Menge an PHP wurde variiert, um verschiedene Aufschlämmungen herzustellen.

Dieselben Proben-Wafer wie in Versuchsbeispiel 2 wurden hergestellt, und das CMP-Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 2. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten und die Selektivität wurden während des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 gezeigt. 7 ist eine graphische Veranschaulichung der Ergebnisse. Tabelle 4

AHP, Gew.-%	PMA, Gew.-%	PHP, Gew.-%	pH-Wert	Entfernungsgeschwindigkeit Å/min		Selektivität
AHP, Gew.-%	PMA, Gew.-%	PHP, Gew.-%	pH-Wert	Oxid (PE-TEOS)	Siliciumnitrid (Si3N4)	Selektivität
0,05	0,05	0,01	5	4641	82	57:1
0,05	0,05	0,05	5	4890	75	65:1
0,05	0,05	0,1	5	4960	62	80:1
0,05	0,05	0,5	5	3902	41	95:1

Wie aus Tabelle 4 und 7 ersichtlich ist, wurde dann, wenn zwei Arten anionische Passivierungsmittel, PMA und PHP, zusammen verwendet wurden, eine hohe Selektivität von Oxid zu Siliciumnitrid erreicht.
Versuchsbeispiel 5 (erfindungsgemäß)

In diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen mit unterschiedlichen pH-Werten hergestellt durch Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, 0,05 Gew.-% PMA und 0,05 Gew.-% PHP zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung. Anschließend wurde der pH-Wert eingestellt mit einer 1M H2SO4-Lösung und einer Kaliumhydroxid-Standardlösung. Dieselben Proben-Wafer wie in Versuchsbeispiel 2 wurden hergestellt, und das CMP-Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 2. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten und die Selektivität wurden während des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 5 gezeigt. 8 ist eine graphische Veranschaulichung der Ergebnisse. Tabelle 5

pH-Wert	Entfernungsgeschwindigkeit, Å/min		Selektivität
pH-Wert	Oxid (PE-TEOS)	Siliciumnitrid (Si3N4)	Selektivität
4	3544	40	89:1
4,5	3904	44	89:1
5	4214	61	69:1
5,5	4458	82	54:1
6	5190	129	40:1
7	4750	1197	4:1

Wie aus Tabelle 5 und 8 ersichtlich ist, steigt die Entfernunggeschwindigkeit des Oxids (PE-TEOS) und des Siliciumnitrids, wenn der pH-Wert der Aufschlämmung steigt, und die Entfernungsgeschwindigkeit des Siliciumnitrids steigt signifikant, wenn der pH-Wert etwa 6 erreicht oder überschreitet.
Darüber hinaus sinkt die Selektivität abrupt bei einem pH-Wert von etwa 6 oder mehr. Offensichtlich ist eine CMP-Aufschlämmung mit einem pH-Wert von 6 oder weniger wirksam, die Selektivität von dem Oxid zu dem Siliciumnitrid zu erhöhen. Die Verringerung dieser Selektivität bei einem höheren pH-Wert ist auf weniger Passivierungsmittel zurückzuführen, das an die Siliciumnitrid-Schicht adsorbiert ist. Dies ist grundsätzlich deswegen der Fall, weil der Dissoziationsgrad der Passivierungsmittels und die Oberflächenladungen der Siliciumnitrid-Schicht mit dem pH-Wert variieren.
Im Hinblick auf den Dissoziationsgrad hat die funktionelle Gruppe -COOH von PHP und PMA eine Dissoziationskonstante von etwa 4,2, so daß sie vollständig dissoziiert ist bei einem pH-Wert von 5 oder weniger. Wenn jedoch der pH-Wert einen neutralen oder alkalischen pH-Wert erreicht, sinkt der Dissoziationsgrad. Dementsprechend werden weniger negative Ladungen, die an der Passivierung beteiligt sind, von den Passivierungsmitteln erzeugt und reduzieren die Selektivität.
Eine Verringerung der Selektivität kann im Hinblick auf Oberflächenladungen von Siliciumnitrid wie nachfolgend erklärt werden. Die inhärente Oberflächenladung einer Schicht kann ausgedrückt werden als Zeta(ζ)-Potential in mV. Der pH-Wert einer Lösung, bei dem sich der Wert des Zeta-Potentials in einer Schicht ändert, wird isoelektrischer Punkt genannt. Wie in 9 gezeigt ist, ist der isoelektrische Punkt einer HDPCVD- oder PECVD-Oxid-Schicht etwa pH 3, und der einer LPCVD- oder Hochtemperatur-PECVD-Siliciumnitrid-Schicht ist etwa pH 6. Wenn der pH-Wert einer Aufschlämmung niedriger ist als der isoelektrische Punkt einer Schicht, ist die Oberfläche der Schicht in der Aufschlämmung positiv geladen. Wenn der pH-Wert einer Aufschlämmung größer ist als der isoelektrische Punkt einer Schicht, ist die Oberfläche der Schicht in der Aufschlämmung negativ geladen. Dementsprechend ist dann, wenn der pH-Wert einer Aufschlämmung im Bereich von etwa 3 bis etwa 6 liegt, die Oberfläche der Siliciumnitrid-Schicht positiv geladen, und die Oberfläche der Oxid-Schicht ist negativ geladen. Da das anionische polymere Passivierungsmittel und das anionische C1- bis C12-Passivierungsmittel dissoziiert und negativ geladen sind, werden deshalb die Passivierungsmittel an der Oberfläche der Silicumnitrid-Schicht adsorbiert und passivieren diese wirksam.
Versuchsbeispiel 6 (erfindungsgemäß)
In diesem Versuch wurden verschiedene Aufschlämmungen hergestellt durch Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, 0,05 Gew.-% PHP und eines anionischen polymeren Passivierungsmittels zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung. Anionische polymere Passivierungsmittel mit unterschiedlichen Molekulargewichten wurden verwendet, um verschiedene Aufschlämmungen herzustellen.

Dieselben Proben-Wafer, wie in Versuchsbeispiel 2, wurden hergestellt, und das CMP-Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung derselben CMP-Vorrichtung und unter denselben Betriebsbedingungen wie in Versuchsbeispiel 2. Die Oxid- und Siliciumnitrid-Entfernungsgeschwindigkeiten und die Selektivität wurden während des CMP-Verfahrens gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6

Zusatzstoffe	Entfernungsgeschwindigkeit Å/min		Selektivität
Zusatzstoffe	Oxid (PE-TEOS)	Siliciumnitrid (Si3N4)	Selektivität
AHP + PHP + PAA (Mw; 1.200)	5567	140	40:1
AHP + PHP + PAA (Mw; 5.000)	6414	139	46:1
AHP + PHP + PAA (Mw; 8.000)	5179	123	42:1
AHP + PHP + PAA-co-MA (Mw; 3.000)	4241	94	45:1
AHP + PHP + PAA-co-MA (Mw; 50.000)	3982	117	34:1

In Tabelle 6 ist ”PAA” die Abkürzung für Poly(acrylsäure), ist ”PAA-co-MA” die Abkürzung für Poly(acrylsäure-maleinsäure) und ”Mw” gibt das Molekulargewicht an. Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, verringert sich die Selektivität von Oxid zu Siliciumnitrid, wenn das Molekulargewicht des anionischen polymeren Passivierungsmittels steigt. Ein bevorzugter Selektivitätsbereich, angegeben als Verarbeitungsspielraum, liegt im Bereich von 30:1 bis 50:1. Dementsprechend ist es erfindungsgemäß, ein anionisches polymeres Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht von 1.000 bis 100.000 zu verwenden (laut Patentanspruch 1).
Versuchsbeispiel 7 (erfindungsgemäß)
In diesem Versuch wurden Proben-Wafer, die jeweils insgesamt 39 Chips umfaßten, durch ein STI-Verfahren für DRAMS mit einem Bereich von 0,12 μm hergestellt. Unter Bezugnahme auf 10 wurden eine Polster-Oxid-Schicht 102 und eine Siliciumnitrid-Schicht 104 aufeinanderfolgend auf einem Wafer 100 abgeschieden. Die Siliciumnitrid-Schicht 104 wurde abgeschieden in einer Dicke von 550 Å durch LPCVD bei einem Druck von Hunderten von mTorr oder weniger oder durch PECVD bei einer hohen Temperatur im Bereich von etwa 500 bis etwa 600°C, unter Verwendung von Dichlorsilan und Ammoniak (NH3) als Reaktionsgasen. Nach der Bildung eines Photoresist-Musters 106, um einen Bereich mit Vertiefungen zu definieren, wurde die Siliciumnitrid-Schicht 104 geätzt unter Verwendung des Photoresist-Musters 106 als Ätzmaske, um ein Siliciumnitrid-Schicht-Muster 104 zu bilden, das als Hartmaske und Polier-Stopper fungierte. Wie in 11 gezeigt, wurde als nächstes das Photoresist-Muster 106 entfernt, und die Polster-Oxid-Schicht 102 und der Wafer 100 wurden teilweise geätzt unter Verwendung des Siliciumnitrid-Schicht-Musters 104 als Ätzmaske, wodurch eine Mehrzahl an flachen Vertiefungen 107 gebildet wurde. Wie in 12 gezeigt, wurde als nächstes eine Oxid-Schicht 108 in einer Dicke von 5.500 Å abgeschieden, um die Vertiefungen 107 zu füllen und die Oberfläche des Siliciumnitrid-Schicht-Musters 104 zu bedecken. In diesem Fall wurde die Oxid-Schicht 108 aus einer PE-TEOS-Schicht unter Verwendung von PECVD gebildet.
Eine Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt durch Zugabe von 0,05 Gew.-% AHP, 0,05 Gew.-% PMA und 0,05 Gew.-% PHP zu einer wäßrigen 1 Gew.-%igen Ceroxid-Lösung; danach wurde der pH-Wert auf 5 eingestellt.
Das CMP-Verfahren wurde an den Proben-Wafern unter Verwendung der Aufschlämmung durchgeführt, und ein Siliciumnitrid-Schicht-Muster 104 auf dem Proben-Wafer wurde verwendet als Polier-Stopper. Das CMP-Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung einer 6ED-Vorrichtung (Strasbaugh Co., Ltd.), unter Verwendung eines IC1000-Ober-Pads und eines Suba4-Unter-Pads. Die erhaltene Endstruktur ist in 13 dargestellt.

Im Hinblick auf die resultierende Struktur wurde die Restdicke des Siliciumnitrid-Schicht-Musters 104 als Polier-Stopper gemessen. Der Durchschnitt der Restdicke und ihre Abweichungen wurden berechnet, und die Dish-Tiefe in einem Bereich von 100 μm × 100 μm wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7

Proben-Wafer Nr.	CMP-Bedingungen (aufgebrachter Druck-Platten-Geschwindigkeit)	Dicken-Abweichung des verbleibenden Nitrid-Schicht-Musters, Å	Durchschnittliche Dicke des verbleibenden Nitrid-Schicht-Musters, Å	Dish-Tiefe, Å
1	3 psi–93 upm	53	512	233
2	3,3 psi–93 upm	55	502	278
3	3,5 psi–103 upm	59	510	261
4	3,5 psi–110 upm	54	505	250

Wie aus Tabelle 7 ersichlich ist, wurde der Nitrid-Polier-Stopper entfernt auf 30 bis 50 Å, wenn eine Aufschlämmung gemäß der Erfindung aufgebracht wurde. Auch die Dicken-Abweichung der verbleibenden Nitrid-Schicht war mit 50 bis 60 Å niedrig. Offensichtlich stellt eine Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Selektivität von Oxid zu Nitrid bereit. Wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist, kann eine Aufschlämmung gemäß der Erfindung das Dish-Phänomen, abhängig von den CMP-Bedingungen, verringern.
Versuchsbeispiel 8 (erfindungsgemäß)

In diesem Versuch wurde die Oxid(PE-TEOS)-Entfernungsgeschwindigkeit unter Verwendung von Aufschlämmungen mit unterschiedlichen Selektivitäten von Oxid zu Nitrid gemessen. Die Proben-Wafer-Herstellung und das CMP-Verfahren wurden wie in Versuchsbeispiel 7 durchgeführt, und die Oxid(PE-TEOS)-Entfernungsgeschwindigkeit wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 und 14 gezeigt. Tabelle 8

Selektivität	Oxid-Entfernungsgeschwin-Digkeit, Å/min
12:1	3030
19:1	3237
20:1	3327
26:1	2784
33:1	1200
36:1	1233
40:1	1080
45:1	1347
50:1	1396
79:1	1880
104:1	1822
108:1	1911

Wie aus Tabelle 8 und 14 ersichtlich ist, lag die Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit im Bereich von etwa 1.000 bis etwa 1.500 Å/min, wenn die Aufschlämmung eine Selektivität im Bereich von etwa 30:1 bis etwa 50:1 aufwies. Unter Berücksichtigung sowohl der Nitrid-Entfernungsgeschwindigkeit (die Ergebnisse sind in 7 wiedergegeben) als auch der Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit, um das Dish-Phänomen zu verringern, liegt eine bevorzugte Oxid-Entfernungsgeschwindigkeit in einem Bereich von etwa 1.000 bis etwa 1.500 Å/min. Dementsprechend ist es bevorzugt, eine Aufschlämmung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden, die eine Selektivität im Bereich von 30:1 bis 50:1 aufweist, um das Dish-Phänomen zu verringern.
Wie oben beschrieben, ist dann, wenn eine Aufschlämmung mit hoher Selektivität gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Dicken-Abweichung des Polier-Stoppers sehr gering, und die Wafer-Oberfläche ist sehr eben ohne ein Dish-Phänomen. Dementsprechend ist der Spielraum für nachfolgende Verfahren erhöht. Darüber hinaus können die anfänglichen Dicken des Polier-Stoppers und einer zu polierenden Schicht verringert werden, verglichen mit herkömmlich verwendeten CMP-Aufschlämmungen.

Claims

Aufschlämmung zur Verwendung beim chemisch/mechanischen Polieren eines Wafers, wobei die Aufschlämmung umfaßt: Metalloxid-Abrasivteilchen; einen Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger, worin der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus einer Phosphat-Verbindung und einer Phosphit-Verbindung; ein anionisches polymeres Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht im Bereich von 1.000 bis 100.000, ausgewählt aus Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure), Poly(acrylsäure-acrylamid), Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure), einem Derivat oder einem Salz irgendeines der vorangehenden Materialien und irgendeiner Kombination daraus; ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel; und Wasser.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Metalloxid-Abrasivteilchen eine Verbindung umfassen, ausgewählt aus Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Germaniumoxid und irgendeiner Kombination daraus.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge der Metalloxid-Abrasivteilchen in einem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 25 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Phosphat-Verbindung eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat, Bis-(2-ethylhexyl-)phosphat, 2-Aminoethyldihydrogenphosphat, 4-Chlorbenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Nitrobenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Ammoniumhexafluorphosphat, Bis-(2,4-dichlorphenyl-)chlorphosphat, Bis-(2-ethylhexyl-)hydrogenphosphat, Calciumfluorphosphate, Diethylchlorphosphat, Diethylchlorthiophosphat, Kaliumhexafluorphosphat, Pyrophosphat, Tetrabutylammoniumhexafluorphosphat, Tetraethylammoniumhexafluorphosphat und irgendeine Kombination daraus.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Phosphit-Verbindung Bis-(2-ethylhexyl-)phosphit umfaßt.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels im Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin das anionische C1- bis C12-Passivierungsmittel Phthalat umfaßt.
Aufschlämmung nach Anspruch 10, worin das Phthalat Kaliumhydrogenphthalat umfaßt.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, die weiter einen pH-Regler umfaßt.
Aufschlämmung nach Anspruch 14, worin der pH-Regler eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus einer Base, die Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid oder Cholin umfaßt; und einer Säure, die Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure oder Essigsäure umfaßt.
Aufschlämmung nach Anspruch 1, worin die Aufschlämmung einen pH-Wert in einem Bereich von 3 bis 6 aufweist.
CMP-Verfahren (chemisch/mechanisches Polierverfahren) unter Verwendung der Aufschlämmung gemäß Anspruch 1, worin der Wafer eine zu polierende Target-Schicht und einen Polier-Stopper umfaßt, worin die Target-Schicht eine Oxidschicht umfaßt, und der Polier-Stopper eine Siliciumnitridschicht umfaßt.
CMP-Verfahren nach Anspruch 17, worin die Oxidschicht eine HDPCVD- oder PECVD-Oxidschicht umfaßt, und die Siliciumnitridschicht eine LDCVD- oder Hochtemperatur-PECVD-Siliciumnitridschicht umfaßt.
CMP-Verfahren nach Anspruch 17, worin die Aufschlämmung eine Selektivität der Target-Schicht zu dem Polier-Stopper bereitstellt, die in einem Bereich von 30:1 bis 50:1 liegt.
CMP-Verfahren (chemisch/mechanisches Polierverfahren), das die Schritte umfaßt: Einlegen eines Wafers in eine chemisch/mechanische Polier-Vorrichtung, wobei der Wafer einen Polier-Stopper und eine zu polierende Target-Schicht, die darauf abgeschieden ist, umfaßt; und Durchführen des CMP-Verfahrens auf der Target-Schicht auf dem Wafer, während eine CMP-Aufschlämmung zwischen der Oberfläche der Target-Schicht und einem Polier-Kissen zugeführt wird; worin die CMP-Aufschlämmung umfaßt: Metalloxid-Abrasivteilchen, einen Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger, ein anionisches polymeres Passivierungsmittel mit einem Molekulargewicht in einem Bereich von 1.000 bis 100.000, worin das anionische polymere Passivierungsmittel eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(acrylsäure-maleinsäure), Poly(methacrylsäure-maleinsäure), Poly(acrylsäure-acrylamid), Poly(acrylnitril-butadien-acrylsäure), Poly(acrylnitril-butadien-methacrylsäure), einem Derivat oder einem Salz irgendeines der vorangehenden Materialien und irgendeine Kombination daraus, ein anionisches C1- bis C12-Passivierungsmittel und Wasser, worin der Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleuniger eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus einer Phosphat-Verbindung und einer Phosphit-Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Metalloxid-Abrasivteilchen eine Verbindung umfassen, ausgewählt aus Ceroxid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid, Germaniumoxid und irgendeiner Kombination daraus.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge der Metalloxid-Abrasivteilchen in einem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 25 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Phosphat-Verbindung eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat, Bis-(2-ethylhexyl-)phosphat, 2-Aminoethyldihydrogenphosphat, 4-Chlorbenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Nitrobenzoldiazoniumhexafluorphosphat, Ammoniumhexafluorphosphat, Bis-(2,4-dichlorphenyl-)chlorphosphat, Bis-(2-ethylhexyl-)hydrogenphosphat, Calciumfluorphosphate, Diethylchlorphosphat, Diethylchlorthiophosphat, Kaliumhexafluorphosphat, Pyrophosphat, Tetrabutylammoniumhexafluorphosphat, Tetraethylammoniumhexafluorphosphat und irgendeiner Kombination daraus.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Phosphit-Verbindung Bis-(2-ethylhexyl)-phosphit umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge des Entfernungsgeschwindigkeits-Beschleunigers in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge des anionischen polymeren Passivierungsmittels in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin das anionische C1- bis C12-Passivierungsmittel Phthalat umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 29, worin das Phthalat Kaliumhydrogenphthalat umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels in einem Bereich von 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Menge des anionischen C1- bis C12-Passivierungsmittels in einem Bereich von 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufschlämmung.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Aufschlämmung weiter einen pH-Regler umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 33, worin der pH-Regler eine Verbindung umfaßt, ausgewählt aus einer Base, die Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid oder Cholin umfaßt; und einer Säure, die Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure oder Essigsäure umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Aufschlämmung einen pH-Wert in einem Bereich von 3 bis 6 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die zu polierende Target-Schicht eine Isolierschicht, die einen Einschnitt in dem Wafer ausfüllt, oder eine dielektrische Zwischenschicht, die auf dem Wafer ausgebildet ist, der darunterliegende Strukturen aufweist, umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die zu polierende Target-Schicht eine Oxidschicht umfaßt, und der Polier-Stopper eine Siliciumnitridschicht umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 37, worin die Oxidschicht eine HDPCVD- oder eine PECVD-Oxidschicht umfaßt, und die Siliciumnitridschicht eine LDCVD- oder eine Hochtemperatur-PECVD-Siliciumnitridschicht umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Aufschlämmung eine Selektivität der Target-Schicht zu dem Polier-Stopper in einem Bereich von 30:1 bis 50:1 bereitstellt.