DE69219268T2

DE69219268T2 - Planarisierung eines Halbleitersubstrates

Info

Publication number: DE69219268T2
Application number: DE69219268T
Authority: DE
Inventors: Robert E Blackwell
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2012-10-09
Also published as: EP0537627B1; EP0537627A2; US5320706A; KR930008983A; EP0537627A3; DE69219268D1; JPH05251409A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiterwafer und insbesondere auf ein Verfahren zum Entfernen von Polieraufschlämmung nach einer mechanischen Planarisierung, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.
Lackätzmittelverfahren wurden verwendet, um vogelkopfähnliche Strukturen auf der Oberfläche von Halbleiterwafern zu planansieren. Außerdem wurde das Plasmaätzverfahren verwendet. Diese Verfahren sind zeitaufwendig und teuer.
Die mechanische Planarisierung erfordert das Aufbringen von Polieraufschlämmung auf die Oberfläche des Halbleiterwafers. Die Siliziumdioxidpartikel sind der Zusatzstoff in der Polieraufschlämmung, und sie müssen entfernt werden, bevor irgendein weiterer Bearbeitungsschritt erfolgt. Es ist nahezu die vollständige Entfernung des Polieraufschlämmungsrückstands erforderlich, um Problemen bei nachfolgenden Bearbeitungsschritten vorzubeugen.
Je nach den vorherigen Bearbeitungsschritten auf dem Halbleiterwafer können einige Reinigungsarten für den Wafer schädlich sein. Das Entfernen der Aufschlämmung kann durch Ätzen mit Säure erreicht werden, jedoch greift die Säure nicht nur den Aufschlämmungszusatz, sondern auch die Dielektrikumsschichten auf der Waferoberfläche an. In diesem Fall werden die durch vorhergehende Waferbearbeitungsschritte erzielten Ergebnisse beschädigt oder sogar zerstört. Das Entfernen der Restpolieraufschlämmung muß daher in einer Weise erfolgen, die die Wafer oder die Dielektrikumsschichten auf den Wafern nicht beschädigt.
In der EP-A-0 311 994 ist ein Verfahren zum Polieren von Halbleiteroberflächen offenbart. Bei diesem Polierverfahren wird eine Polierlösung, die ein oberflächenaktives Mittel enthält, verwendet, um die Halbleiteroberflächen zu polieren. Nach diesem Polierschritt werden die Halbleiteroberflächen durch einen anderen Reinigungs schritt gereinigt.
In der FR-A-2 391 830 ist ein Verfahren zum Reinigen eines Halbleiterwafers nach dem Polieren offenbart. Bei diesem Reinigungsverfahren wird entionisiertes Wasser verwendet.
Die Erfindung gemäß den Ansprüchen ist ein Verfahren zum Entfernen einer Polieraufschlämmung nach einer mechanischen Planarisierung. Dies wird dadurch erzielt, daß eine Mischung eines milden oberflächenaktiven Mittels, zum Beispiel Wako Ncw-601-A, mit entionisiertem Wasser verwendet wird. Das oberflächenaktive Mittel mit dem entionisierten Wasser wird auf dem Halbleiterwafer mit einem weichen Kissen aufgebracht, so daß ein weicher Scheuerprozess zum Entfernen der Aufschlämmungsmenge geliefert wird. Die Reinigungsmischung kann bei der letzten Polierstation angewendet werden, indem die Zuführung von Aufschlämmung zur Polierstation durch die Zuführung von Reinigungsmischung ersetzt wird. Die bei Waferproben nach der mechanischen Planarisierung und ohne die Zuführung der Reinigungsmischung gesammelten Datenwerte zeigten eine Aufschlämmungsmenge, die über 3.000 Partikel betrug. Proben, die der Reinigungsmischung bei der letzten Polierstation unterzogen wurden, lieferten Partikelmengen von weniger als 100 Partikeln.
Der technische Fortschritt, den die Erfindung darstellt, sowie die Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, betrachtet in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, und den neuen Merkmalen ersichtlich, die in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Verminderung der Partikel bei der Verwendung der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Polier- und Reinigungsschritte darstellt;
Fig. 3 ist eine Draufsicht der Polierstation; und
Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Polierstation.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Die Erfindung ist ein Verfahren zur mechanischen Planarisierung von Halbleiterwafern und der nachfolgenden Reinigung der Wafer, um Polieraufschlämmungspartikel zu entfernen, die nach der Beendigung des Polierens auf dem Wafer zurückbleiben. Der Halbleiter wird einem Poliervorgang unterzogen, indem eine abschleifende Polieraufschlämmung auf ein Polierkissen aufgebracht wird und die Oberfläche mit dem die Aufschlämmung enthaltenden Kissen poliert wird.
Nachdem das Polieren der Halbleiteroberfläche beendet ist, wird die Halbleiteroberfläche gespült, um die Aufschlämmung zu entfernen. Um die zurückbleibenden Aufschlämmungspartikel vollständig oder soweit wie möglich zu entfernen, wird eine Mischung aus einem oberflächenaktiven Mittel und entionisiertem Wasser auf ein Polierkissen aufgebracht und das Polierkissen auf die Halbleiterwaferoberfläche aufgebracht. Das Polierkissen und die Mischung aus dem oberflächenaktiven Mittel und dem entionisierten Wasser wird auf die Oberfläche des Halbleiters während einer Dauer von zum Beispiel 30 Sekunden aufgebracht. Der Schritt des Polierens mit der Mischung des oberflächenaktiven Mittels und dem entionisierten Wasser entfernt einen weitaus größeren Prozentsatz an Aufschlämmungspartikeln als dies bei bekannten Spülverfahren der Fall war.
Die Fig. 1 zeigt, daß bei einem Test ungefähr 3.000 Partikel nach dem Spülen zurückblieben, und daß lediglich ungefähr 100 Partikel nach dem Spülen mit der Lösung aus entionisiertem Wasser und dem oberflächenaktiven Mittel zurückblieben.
Bei dem Beispiel wurden die Partikelzählwerte mit einem Laserpartikelzähler aufgenommen, der in der Lage ist, Partikel in der Größenordnung von 0,5 bis 50 Mikrometer auf einem 125 mm Wafer zu erkennen. Die Daten wurden an den Proben nach der mechanischen Planarisierung ohne die Hinzufügung des oberflächenaktiven Mittels während des letzten Polierschritts, dem ein Spülvorgang unter Schleudern folgte, aufgenommen.
Die Fig. 2 zeigt die wesentlichen Schritte beim Polieren des Halbleiterwafers und beim Reinigen des polierten Halbleiterwafers. Der Wafer wird einer mechanischen Planarisierung unterzogen, indem der Wafer mit einer Aufschlämmung, zum Beispiel CAB-O-Sperse in einer 1:1-Verdünnung mit entionisiertem Wasser poliert wird. Die Aufschlämmungslösung wurde in einer Menge von 250 ml pro Minute auf dem Polierkissen verteilt. Die Auflageplatte, auf der das Polierkissen angebracht war, wurde mit einer Geschwindigkeit von 15 Umdrehungen pro Minute gedreht, und der Waferträger wurde mit 15 Umdrehungen pro Minute gedreht und außerdem mit einer Geschwindigkeit von 2 mm pro Sekunde in einem Bereich von 5 mm oszilliert. Die Polierzeit betrug bei einer Temperatur von ungefähr 43ºC (110ºF) ungefähr eine Minute und eine nach unten gerichtete Kraft wurde durch das Kissen auf den Wafer ausgeübt, die in der Größenordnung von 48,3 x 10³ Pa (7 psi) lag.
Der Wafer wurde nach dem Polieren gespült.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde das oberflächenaktive Mittel WHO NCW-601-A in einem Verhältnis von 1:100 mit entionisiertem Wasser verdünnt. Die Menge der Mischung, die auf die Polierkissen floß, betrug ungefähr 300 ml/min. Die Geschwindigkeit der Polierauflageplatte betrug ungefähr 80 Umdrehungen pro Minute, und der Waferträger wurde mit 60 Umdrehungen pro Minute gedreht und außerdem mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s in einem Bereich von 20 mm oszilliert. Die Polierzeit betrug ungefähr 30 Sekunden und das Polierkissen wurde gegen den Halbleiterwafer mit einer nach unten gerichteten Kraft von ungefähr 41,4 x Pa (6 psi) bewegt.
Die Fig. 3 und 4 sind Drauf- beziehungsweise Seitenansichten einer einfachen Darstellung der Polierstation. Die Platte 30 wird gedreht, wie es durch den Pfeil A angezeigt ist. Der Wafer 32 wird durch die Platte 34 gegen das Polierkissen 31 gedrückt. Die Platte 34 und die Trägeranordnung 33 drücken den Wafer 32 gegen das Kissen 31. Die Trägeranordnung 33 schwingt, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, siehe Pfeil C, und der Wafer wird gedreht, wie es durch den Pfeil B angezeigt ist. Eine nach unten gerichtete Kraft wird auf den Wafer 32 ausgeübt, wie es durch den Pfeil D dargestellt ist.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von Restpartikeln einer Polieraufschlämmung nach einer mechanischen Planarisierung eines Halbleiterplättchens mittels einer Aufschlämmung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte enthält:

Drehen des Plättchens auf einer oszillierenden Trägeranordnung gegen ein rotierendes Polierkissen auf einer Auflageplatte während des Aufbringens einer Mischung aus entionisiertem Wasser und einem oberflächenaktiven Mittel auf das Polierkissen, wodurch die planarisierte Oberfläche des Halbleiterplättchens zum Entfernen von Aufschlämmungspartikeln gescheuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Mischung in einer Menge von 100 bis 400 ml pro Minute aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Auflageplatte mit ungefähr 80 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Polierkissen während des Scheuerns mit einer nach unten gerichteten Kraft von etwa 41,4 10³ Pa (6 psi) gegen das Halbleiterplättchen gehalten wird.