KR100661240B1 - 구리의 화학기계적연마 후 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구리의 화학기계적연마 후 세정 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 장치 제조공정 중에서 구리 다마신(Cu Damascene) CMP 진행 후 오염물질을 제거하는 후세정(post-cleaning) 방법에 관한 것이다.

본 발명의 구리의 화학기계적연마 후 세정 방법은 구리 CMP 공정후 버프 스테이션에서 유기 세정제로 1차 세정하고, 롤 브러쉬를 이용하여 수소환원수로 2차 세정함으로써, 잔류 불순물을 효과적으로 제거하고, 구리 배선의 부식을 방지하며, 롤 브러쉬에 의한 2차 오염을 방지할 수 있다.

구리, CMP, 후세정, 구연산, 수소환원수.

Description

구리의 화학기계적연마 후 세정 방법{Post-cleaning method after chemical mechanical polishing of copper}

도 1은 본 발명에 따른 구리 CMP 후 세정 공정 흐름도.

본 발명은 구리의 화학기계적연마 후 세정 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 장치 제조공정 중에서 구리 다마신(Cu Damascene) CMP 진행 후 오염물질을 제거하는 효과적인 후세정(post-cleaning) 방법에 관한 것이다.

최근에는 대규모 집적회로의 미세화, 고밀도화, 고집적화에 의한 고속화가 더욱 요구되고 있으며 이에 따라 배선의 다층화에 관한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 배선의 다층화를 위해서는 배선 피치 폭의 축소 및 배선간 용량의 감소 등이 이루어져야 하며, 이에 대한 해결책으로서 종래의 금속배선 재료인 알루미늄 및 텅스텐보다 저항율이 낮은 구리(Cu) 배선공정에 대한 기술개발이 활발히 진행되고 있다.

구리배선 형성에 있어서는 상감기법에 의한 다마신(Damascene) 공정이 주류를 이루고 있다. 다마신 방법에 있어서 구리 배선의 평탄화는 소위 CMP(Chemical Mechanical Polishing)법에 의해 이루어진다. 구리 CMP 방법에서는 금속연마를 행한 후, 연마제 등의 미세입자, 금속 불순물이 웨이퍼 표면에 다수 부착되기 때문에 웨이퍼 표면을 CMP 후세정(post-CMP cleaning)할 필요가 있다.

종래의 구리 CMP 후세정 방법을 보면 다음과 같다. 먼저, 대한민국 공개특허 제2002-25806호를 보면, CMP 세정후 알칼리 세정, 수소 어닐링 등에 의한 환원처리 및 산 세정을 순서대로 실시한다. 이 후, 캡막용의 절연막의 형성전에 반도체 기판에 대하여 수소 플라즈마 처리 및 암모니아 플라즈마 처리를 실시한다.

그러나, 구리를 암모니아 등의 알칼리성 용액으로 세정할 경우 부식되기 쉽다. 따라서, 메르캅토기(mercapto group)를 포함하는 화합물, 벤조트리아졸 등의 방향족 화합물 등을 첨가하여 구리의 부식을 방지하는 바, 이러한 화합물은 구리의 부식방지에 충분하지 못하고, 불쾌한 냄새, 환경 문제를 일으키는 문제가 발생한다.

또한, 일반적인 구리 다마신 CMP 공정을 보면, 우선 탄탈륨, 질화탄탈륨과 같은 베리어(barrier)금속에 대해 선택비가 큰 슬러리를 사용하여 구리 벌크(bulk) 물질을 연마, 제거하는 1차 세정을 진행하고, 이어서 베리어 메탈, 구리 배선, 절연막을 동시에 소정의 두께로 연마, 제거하는 2차 세정을 진행한다. 상기 구리 벌크 물질을 제거하는 1차 세정 공정을 Cu CMP 공정으로 칭하며, 상기 2차 세정 공정을 Touch-up CMP 공정으로 칭한다.

그러나, 상기 Touch-up CMP 공정은 일반적으로 롤 브러쉬(Roll Brush)를 이용하여 초순수(D.I. water)로 세정하는 바, 이러한 세정 방식은 구리와 유기물들이 결합된 구리유기물복합체(Cu-organic complex)를 충분히 효과적으로 제거하지 못하고 구리 표면의 부식을 충분히 방지하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 롤 브러쉬 표면에 유기물 이물질이 잔류하여 후속 웨이퍼의 세정시 2차 오염을 일으키는 문제점이 발생한다.

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 구리 배선의 잔류 불순물을 제거하는 구리 CMP 후 세정 방법을 제공함에 목적이 있다. 또한, 구리 배선의 부식을 방지함에 다른 목적이 있다. 또한, 롤 브러쉬에 의한 2차 오염을 방지함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구리 CMP 후 세정 방법은 반도체 웨이퍼에 형성된 구리배선의 CMP 공정 후 세정 방법에 있어서, 상기 CMP 공정 후 상기 웨이퍼에 잔류하는 구리 성분이 포함된 미세입자와 불순물을 제거하기 위해 유기 세정제로 세정하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 수소환원수로 세정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 구리 CMP 후 세정 공정 흐름도이다. Cu CMP 공정(S110) 및 Touch-up CMP 공정(S120)으로 이루어진 구리 다마신 CMP 공정(S100)을 진행한 후, 버프(buffer) 스테이션에서 구연산 세정제로 1차 세정(S200)하고, 롤 브러쉬를 이용하여 수소환원수로 2차 세정(S300)하는 공정 흐름도를 볼 수 있다.

상기 Cu CMP 공정(S110)은 베리어 금속에 대해 선택비가 큰 슬러리를 사용하여 구리 벌크 물질을 연마, 제거하는 것이다. 상기 Touch-up CMP 공정(S120)은 구리, 베리어 금속, 절연막에 대해 연마속도가 비슷한 다른 종류의 슬러리를 사용하여 구리 배선, 베리어 금속, 절연막을 동시에 소정의 두께로 연마, 제거하는 것이다.

상기 1차 세정(S200)은 상기 Touch-up CMP 공정 진행 후에 웨이퍼 표면에 남아있는 구리가 포함된 여러가지 불순물과 미세입자들을 버프 스테이션에서 구연산 세정제로 비벼주면서 제거하는 것이다. 상기 구연산 세정제는 구리와 착화합물을 형성하여 구리 성분이 포함된 미세입자와 불순물을 효과적으로 제거하는 역할을 하며 세정제 속에는 세정효과를 더욱 높이기 위해 각종 킬레이트화합물(chelate compound)을 첨가하여 사용할 수 있다. 이 밖에도 상기 구연산 세정제 속에는 구리배선의 부식을 방지하기 위해 BTA(benzotriazole)와 같은 부식방지제가 첨가된다.

상기 2차 세정(S300)은 1차 세정후 잔류하고 있는 불순물을 제거하기 위해 롤 브러쉬를 이용하여 수소환원수로 세정하는 것이다. 상기 수소환원수란 초순수에 수소를 용존수소의 형태로 용해시킨 기능수를 지칭하는 것으로서, 용존수소의 농도는 0.1 내지 2.0㎎/ℓ의 범위로 사용함이 바람직하다. 이러한 용존수소의 범위는 산화환원전위(OPR)를 낮추어 오염입자와 웨이퍼 표면의 마이너스 표면전하를 강하게 하여 입자의 탈착 및 재부착을 방지하는 것이다.

또한, 수소환원수의 영역에서는 구리가 부식되지 않고 금속의 상태로서 안정적으로 존재하기 때문에 구리 부식에 의한 2차오염 및 구리 배선의 열화를 방지할 수 있으므로 디바이스의 품질을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, 웨이퍼에 잔류하는 구리유기물복합체를 제거하기 위해 상기 수소환원수에 암모니아, TMAH와 같은 알카리 약품을 첨가할 수도 있으나, 이는 구리 배선을 부식하지 않는 범위인 약 0.5% 이하로 첨가한다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 구리의 화학기계적연마 후 세정 방법은 구리 CMP 공정후 버프 스테이션에서 구연산 세정제로 1차 세정하고, 롤 브러쉬에서 수소환원수로 2차 세정함으로써, 잔류 불순물을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다. 또한, 구리 배선의 부식을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 롤 브러쉬에 의한 2차 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 반도체 웨이퍼에 형성된 구리배선의 CMP 공정 후 세정 방법에 있어서,

   상기 CMP 공정 후 상기 웨이퍼에 잔류하는 구리 성분이 포함된 미세입자와 불순물을 제거하기 위해 유기 세정제로 세정하는 단계; 및

   상기 세정 후 웨이퍼 표면을 마이너스 표면전하로 형성시키는 수소환원수로 롤 브러쉬(roll brush) 세정하는 단계

   를 포함하는 구리 CMP 후 세정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 세정제는 구연산 세정제인 구리 CMP 후 세정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수소환원수 중 용존수소의 농도는 0.1 내지 2.0㎎/ℓ의 범위인 구리 CMP 후 세정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 수소환원수에 암모니아 또는 TMAH를 0.5%이하로 첨가하는 구리 CMP 후 세정 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 유기 세정제는 킬레이트 화합물 또는 부식방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 CMP 후 세정 방법.

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