KR100850102B1 - Chemical-mechanical polishing process of an interlayer dielectric and apparatus for compensating a step of a chemical-mechanical polishing process thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 층간절연막의 CMP 공정에 관한 것으로서, 층간절연막의 CMP 공정에 있어서, 웨이퍼에 메탈층의 갭필(gap fill)을 위하여 갭필용 절연막을 형성시키는 단계와, 갭필용 절연막이 형성된 웨이퍼의 에지부분에 단차 보상을 위하여 단차보상용 절연막을 형성시키는 단계와, 단차보상용 절연막이 형성된 웨이퍼에 층간절연막을 형성시키는 단계와, 층간절연막이 형성된 웨이퍼를 CMP에 의해 폴리싱하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 층간절연막의 평탄화시 평탄도를 향상시키고, 웨이퍼의 에지부분에 위치하는 소자의 숏 패일(short fail)을 개선하며, 이로 인해 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMP process of an interlayer insulating film, comprising the steps of: forming a gapfill insulating film for a gap fill of a metal layer on a wafer; Forming a step compensation insulating film to compensate for the step difference, forming an interlayer insulating film on the wafer on which the step compensation insulating film is formed, and polishing the wafer on which the interlayer insulating film is formed by CMP. Accordingly, the present invention has the effect of improving the flatness during the planarization of the interlayer insulating film, and short short of the device located at the edge of the wafer, thereby improving the yield of the wafer.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래의 기술에 따른 층간절연막의 CMP 공정을 도시한 도면이고, 1A to 1D are diagrams illustrating a CMP process of an interlayer insulating film according to the related art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정을 도시한 도면이고,2A to 2E are diagrams illustrating a CMP process of an interlayer insulating film according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정에 사용되는 단차 보상장치를 도시한 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a step compensation device used in a CMP process of an interlayer insulating film according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
11 : 메탈층 12 : 갭필용 절연막11
13 : 단차보상용 절연막 14 : 층간절연막13 insulating film for
21 : 웨이퍼척 21a : 회전축21: wafer
22 : 회전수단 23 : SOG 공급노즐22: rotation means 23: SOG supply nozzle
24 : SOG 용액공급부24: SOG solution supply
본 발명은 층간절연막의 CMP 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 층간절연막의 평탄화시 평탄도를 향상시키는 층간절연막의 CMP 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a CMP process of an interlayer insulating film, and more particularly, to a CMP process of an interlayer insulating film for improving flatness when the interlayer insulating film is planarized.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하는 공정에서 웨이퍼상에 단차를 갖는 구조물이 형성되며, 층간의 절연과 이러한 구조물이 형성된 결과면의 전면을 평탄화하기 위한 목적으로 층간절연막(ILD; Interlayer Dielectric)을 형성하는데, 층간절연막을 형성한 직후에는 층간절연막 아래의 구조물이 갖는 표면 형태 즉, 단차가 그대로 층간절연막에도 나타난다. 따라서 층간절연막 또는 평탄화 목적의 물질층을 형성한 후에는 평탄화 공정을 실시한다.In general, in the process of manufacturing a semiconductor device, a structure having a step is formed on a wafer, and an interlayer dielectric (ILD) is formed for the purpose of insulating the interlayer and planarizing the entire surface of the resultant surface on which the structure is formed. Immediately after the formation of the interlayer insulating film, the surface form of the structure under the interlayer insulating film, that is, the step, appears in the interlayer insulating film as it is. Therefore, the planarization process is performed after the interlayer insulating film or the material layer for planarization is formed.
최근에는 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위한 방법으로 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; 이하, "CMP"라고 함) 공정이 널리 이용되고 있다. Recently, as the wafer has been large-sized, chemical-mechanical polishing (CMP), which combines chemical removal processing and mechanical removal processing in one processing method, is used to planarize the widened surface of the wafer. The process is widely used.
CMP 공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱패드 위에 밀착시킨 후 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱패드 사이에 주입시켜서 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.In the CMP process, a wafer surface having a step is brought into close contact with a polishing pad, and a slurry containing abrasive and chemical is injected between the wafer and the polishing pad to planarize the surface of the wafer.
종래의 기술에 따른 절연층의 CMP 공정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1a 내지 도 1d는 종래의 기술에 따른 층간절연막의 CMP 공정을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 층간절연막의 CMP 공정은 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 메탈층(1)을 형성한 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 메탈층(1)의 갭필(gap fill)을 위해서 갭필용 절연막(2)을 메탈층(1)사이에 증착시킨다.Referring to the accompanying drawings CMP process of the insulating layer according to the prior art as follows. 1A to 1D are diagrams illustrating a CMP process of an interlayer insulating film according to the related art. As shown, the CMP process of the interlayer insulating film is first formed of a
웨이퍼(W)상에 갭필용 절연막(2)이 형성되면, 도 1c에 도시된 바와 같이 메탈층(1)과 갭필용 절연막(2)상에 TEOS(Tetraethly Orthosilicate)와 같은 층간절연막(3)을 증착에 의해 형성시킨다.When the gap fill insulating
웨이퍼(W)상에 층간절연막(3)이 형성되면 도 1d에 도시된 바와 같이, CMP에 의해 층간절연막(3)을 평탄화시킨다. When the
그러나, 이와 같은 종래의 층간절연막의 CMP 공정은 도 1d에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 에지부분(E)에는 메탈층(1)이 없기 때문에 층간절연막(3)의 두께가 작을 수 밖에 없으며, 이로 인해 CMP 공정 후 층간절연막(3)상에 적층되는 새로운 메탈층이 기존의 메탈층(1)과 서로 브릿지되어 숏 페일(short fail)과 같은 기능적인 결함을 발생시킴으로써 수율을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다. 이러한 문제점은 메탈층과 폴리간의 브릿지로 인해서도 발현될 수 있으며, 특히, 도 1b에서 웨이퍼(W)의 에지부분(E)이 프로세싱되지 않도록 에지부분에 케미컬로 처리해 주는 EBR(Edge Bead Removal)을 실시하는 경우 이러한 메탈 에칭 EBR로 인하여 웨이퍼(W)의 에지부분(E)이 다른 부분에 비해 낮은 기하학적 형태를 가짐으로써 층간절연막(3)의 CMP 공정 후 웨이퍼(W)의 에지부분(E)에 대한 단차(d)가 현저하게 발생하는 상기한 바와 같은 문제점을 가지고 있었다.However, in the conventional CMP process of the interlayer insulating film, as shown in FIG. 1D, since the
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 층간절연막의 평탄화시 평탄도를 향상시키고, 웨이퍼의 에지부분에 위치하는 소자의 숏 패일(short fail)을 개선하며, 이로 인해 웨이퍼의 수율을 향상시키는 층간절연막의 CMP 공정를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to improve flatness during planarization of an interlayer insulating film, and to improve short fail of devices located at edge portions of a wafer. The present invention provides a CMP process of an interlayer insulating film that improves the yield of a wafer.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 층간절연막의 CMP 공정에 있어서, 웨이퍼에 메탈층의 갭필(gap fill)을 위하여 갭필용 절연막을 형성시키는 단계와, 갭필용 절연막이 형성된 웨이퍼의 에지부분에 단차 보상을 위하여 단차보상용 절연막을 형성시키는 단계와, 단차보상용 절연막이 형성된 웨이퍼에 층간절연막을 형성시키는 단계와, 층간절연막이 형성된 웨이퍼를 CMP에 의해 폴리싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the CMP process of the interlayer insulating film, the present invention provides a method for forming a gap fill insulating film for a gap fill of a metal layer on a wafer, and an edge portion of the wafer on which the gap fill insulating film is formed. Forming a step compensation insulating film for step compensation, forming an interlayer insulating film on the wafer on which the step compensation insulating film is formed, and polishing the wafer on which the interlayer insulating film is formed by CMP.
또한, 본 발명은 층간절연막의 CMP 공정시 웨이퍼의 단차를 보상하기 위한 장치로서, 웨이퍼를 척킹하는 웨이퍼척과, 웨이퍼척을 회전시키는 회전수단과, 웨이퍼척에 척킹된 웨이퍼의 일측에 설치되며, 회전수단에 의해 회전하는 웨이퍼 에지부분에 SOG 용액을 공급하는 SOG 공급노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a device for compensating the step of the wafer during the CMP process of the interlayer insulating film, the wafer chuck to chuck the wafer, the rotation means for rotating the wafer chuck, the wafer is installed on one side of the wafer chucked to the wafer chuck, the rotation And an SOG supply nozzle for supplying the SOG solution to the rotating wafer edge portion by the means.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정은 갭필용 절연막을 형성시키는 단계와, 단차보상용 절연막을 형성시키는 단계와, 층간절연막을 형성시키는 단계와, 폴리싱하는 단계를 포함한다.2A to 2E are diagrams illustrating a CMP process of an interlayer insulating film according to the present invention. As shown, the CMP process of the interlayer insulating film according to the present invention includes forming a gap fill insulating film, forming a step compensation insulating film, forming an interlayer insulating film, and polishing.
갭필용 절연막을 형성시키는 단계는 도 2a에 도시된 웨이퍼(W)에 형성된 메탈층(11)(또는 폴리(poly))의 갭필(gap fill)을 위하여 도 2b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)상에 갭필용 절연막(12)을 증착 공정에 의해 형성시키게 되는데, 이러한 갭필용 절연막(12)은 SOG(Spin on glass)막이 사용되거나, HDP(High Density Plasma Oxide)를 이용한 TEOS(Tetraethly Orthosilicate) 필름 등이 사용될 수 있다. The forming of the gap fill insulating film may include forming the gap fill insulating film for the gap fill of the metal layer 11 (or poly) formed on the wafer W shown in FIG. 2A, as shown in FIG. 2B. The gap fill insulating
도 2c에 도시된 바와 같이, 단차보상용 절연막을 형성시키는 단계는 갭필용 절연막(12)이 형성된 웨이퍼(W)의 에지부분에 폴리싱 후에 발생하게 될 단차(d; 도 1d에 도시)의 보상을 위하여 단차보상용 절연막(13)을 형성시킨다. 이 때, 단차보상용 절연막(13)은 SOG(Spin on glass)막임이 바람직하다.As shown in FIG. 2C, forming the step compensation insulating film compensates for the step (d; shown in FIG. 1D) that will occur after polishing on the edge portion of the wafer W on which the gap fill insulating
한편, 단차보상용 절연막(13), 예컨대 SOG막의 최대 두께는 인접한 메탈층(11)(또는 폴리(poly)) 두께의 60% 이상 100% 이하임이 바람직하다. On the other hand, it is preferable that the maximum thickness of the step
도 2d에 도시된 바와 같이, 층간절연막을 형성시키는 단계는 단차보상용 절연막(13)이 에지부분에 형성된 웨이퍼(W) 전면에 걸쳐서 층간절연막(14)을 증착 공정에 의해 형성시킨다.As shown in FIG. 2D, in the forming of the interlayer insulating film, the
폴리싱하는 단계는 층간절연막(14)이 형성된 웨이퍼(W)를 CMP 장비를 사용하여 슬러리가 공급됨과 아울러 회전하는 폴리싱패드에 밀착시켜서 회전시킴으로써 도 2e에 도시된 바와 같이, 평탄화시킨다. In the polishing step, as shown in FIG. 2E, the wafer W on which the
한편, 도 3은 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정에 사용되는 단차 보상장치를 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정에 사용되는 단차 보상장치(20)는 단차보상용 절연막(13)을 형성시키는 단계에 사용되어 층간절연막(14)의 CMP 공정시 웨이퍼(W)의 단차(d; 도 1d에 도시)를 보상하기 위한 장치로서, 웨이퍼척(21)과, 웨이퍼척(21)을 회전시키기 위한 회전수단(22)과, SOG 용액을 공급하는 SOG 공급노즐(23)을 포함한다.On the other hand, Figure 3 is a schematic diagram showing a step compensation device used in the CMP process of the interlayer insulating film according to the present invention. As shown, the
웨이퍼척(21)은 상측에 로딩되는 웨이퍼(W)를 외부로부터 공급되는 진공에 의해 흡착함으로써 척킹하고, 하측에 회전을 위한 회전축(21a)이 마련되며, 회전수단(22)에 의해 회전하게 된다.The
회전수단(22)은 모터를 비롯한 회전력을 발생시키는 수단으로서, 웨이퍼척(21)의 회전축(21a)에 회전력을 전달하여 웨이퍼척(21)에 척킹된 웨이퍼(W)를 회전시킨다. The rotating
SOG 공급노즐(23)은 웨이퍼척(21)에 척킹된 웨이퍼(W)의 일측에 설치되며, 외부의 SOG 용액공급부(24)로부터 SOG 용액을 공급받아 회전수단(22)에 의해 회전하는 웨이퍼(W)의 에지부분에 SOG 용액을 공급시킴으로써 갭필용 절연막(12)이 형성된 웨이퍼(W)의 에지부분에 단차(d : 도 1d에 도시)의 보상을 위한 단차보상용 절연막(13), 즉 SOG막을 형성시킨다.The
이와 같은 구조로 이루어진 층간절연막의 CMP 공정 및 이에 사용되는 단차 보상장치의 작용은 다음과 같이 이루어진다.The CMP process of the interlayer insulating film having such a structure and the action of the step compensating device used therein are performed as follows.
웨이퍼(W)상에 메탈층(11) 갭필(gap fill)을 위하여 갭필용 절연막(12)을 증 착시킨 다음 도 3에 도시된 단차 보상장치(20)를 사용하여 웨이퍼(W)의 에지부분에 단차보상용 절연막(13)을 형성시킨다. The gap fill insulating
즉, 갭필용 절연막(12)이 증착된 웨이퍼(W)를 웨이퍼척(21)에 척킹하여 회전수단(22)의 구동에 의해 회전시키고, 회전하는 웨이퍼(W)의 에지부분에 SOG 공급노즐(23)로부터 SOG 용액을 공급시킴으로써 웨이퍼(W) 에지부분에 단차보상용 절연막(12)을 형성시키게 된다.That is, the wafer W on which the gap-
그러므로, 층간절연막(14)을 형성시키는 단계에서 웨이퍼(W) 에지부분에 메탈층(11)의 부재로 인하여 다른 부위에 비해 얇게 형성됨으로 인해 발생되는 단차(d; 도 1d에 도시)를 단차보상용 절연막(12)이 보상한다. 이로 인해, CMP 공정에 의한 폴리싱시 웨이퍼(W) 에지부분에 대한 단차를 없애고, 균일한 평탄화를 가능하도록 한다. 따라서, CMP 공정 후 층간절연막(14)상에 적층되는 새로운 메탈층이 기존의 메탈층(11)과 서로 브릿지되어 숏 페일(short fail)과 같은 기능적인 결함이 발생하는 것을 방지하며, 수율 증가를 가져온다. Therefore, in the step of forming the
특히, 도 2b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 에지부분(E)에 대한 EBR(Edge Bead Removal)을 실시하는 경우라도 단차보상용 절연막(13)에 의해 웨이퍼(W)의 에지부분과 중심부의 높이차가 최소화됨으로써 층간절연막(14)의 CMP 공정 후 웨이퍼(W)의 에지부분에 대한 단차 발생을 방지한다.In particular, as shown in FIG. 2B, even when Edge Bead Removal (EBR) is performed on the edge portion E of the wafer W, the edge portion of the wafer W and the edge portion of the wafer W are formed by the
한편, 단차보상용 절연막(13), 예컨대, SOG막은 그 형성시 두께가 인접한 메탈층(11)(또는 폴리(poly)) 두께의 60% 이상 100% 이하가 되며, 이로 인해 SOG막의 형성시 SOG 용액이 메탈층(11)을 넘어서 웨이퍼(W)의 중심부로 침범하지 않도록 함과 동시에 SOG막 형성 후 웨이퍼(W)의 에지부분이 다른 부분에 비하여 두꺼운 막을 형성하지 않도록 함으로써 CMP 공정시 평탄도를 높일 수 있다.On the other hand, the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정은 웨이퍼 에지부분의 단차를 보상함으로써 층간절연막의 평탄화시 평탄도를 향상시키고, 웨이퍼의 에지부분에 위치하는 소자의 숏 패일(short fail)을 개선하며, 이로 인해 웨이퍼의 수율을 향상시키는 효과를 가지고 있다. As described above, the CMP process of the interlayer insulating film according to the present invention improves the flatness during the planarization of the interlayer insulating film by compensating for the step difference of the wafer edge portion, and prevents the short fail of the device located at the edge portion of the wafer. This has the effect of improving the yield of the wafer.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 층간절연막의 CMP 공정을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for carrying out the CMP process of the interlayer insulating film according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as claimed in the following claims, Without departing from the gist of the present invention, one of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
Claims (4)
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- 2006-12-18 KR KR1020060129380A patent/KR100850102B1/en not_active IP Right Cessation
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