KR100881484B1 - 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 금속 ｃｍｐ 공정의균일도 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 금속 CMP 공정의 균일도 향상 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 금속 CMP 공정의 실시전에 금속물질 및 층간절연막상에 서로 다른 크기를 갖는 두 종류 이상의 더미패턴을 삽입하는 제 1 단계; 일정면적을 갖는 영역씩 스캔하여 각 지역 영역별 패턴밀도를 전체적으로 구하는 제 2 단계; 구해진 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차가 소정 % 이상으로 큰 차이가 나는 지역을 확인하는 제 3 단계; 큰 차이가 나는 지역에 삽입된 두 종류 이상의 상기 더미패턴을 첨가 또는 제거하여 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차를 감소시키는 제 4 단계를 포함하게 된다.

따라서, 이웃하는 지역 영역간의 패턴밀도 편차를 감소시키는 것에 의해 이후 금속 CMP 공정에서의 연마 균일도를 확보할 수 있게 되므로, 제조되는 반도체 소자의 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

CMP, 균일도, 디싱, 이로젼, 패턴밀도, 더미, 금속, 배선, 반도체, 소자

Description

지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 금속 ＣＭＰ 공정의 균일도 향상 방법{CMP UNIFORMITY IMPROVEMENT METHOD BY USE OF LOCAL DENSITY CONTROL}

도 1은 종래에 콘택홀에 금속물질 매립후 금속 CMP(화학적 기계적 연마)하는 공정을 설명하는 도면,

도 2는 종래에 금속 CMP에 따라 발생되는 디싱 및 이로전 현상을 설명하는 도면,

도 3은 본 발명에 따라 서로 다른 크기를 갖는 두 종류의 더미패턴을 보여주는 도면,

도 4는 본 발명에 따라 지역 영역간 패턴밀도 편차를 감소시키기 위해 스캔 영역(scan area)을 설정하는 방법을 설명하는 도면이다.

본 발명은 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 금속 CMP 공정의 균일도 향상 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 크기를 갖는 두 종류의 이상의 더미패턴을 이용하여 지역 영역간 패턴밀도를 보다 정확하게 균일화시킴으로써 이후 금속 CMP 공정에 따른 균일도가 대폭 향상되도록 하게 되는 지역 영역간 패턴밀 도 조절을 통한 금속 CMP 공정의 균일도 향상 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 평탄화를 위한 화학적 기계적 연마(CMP ; Chemical Mechanical Polishing) 공정은 소자의 사이즈 감소 및 집적도의 증가에 따라 필수적으로 사용되는 반도체 공정중의 하나로서, 웨이퍼 전면에 대한 광역 평탄화를 수행하여 후속 포토 리소그래피(photo-lithography) 공정의 마진(margin)을 확보하게 된다.

특히, CMP 공정은 반도체 제조 과정에서 다양하게 사용되는데, 일 예로서, 콘택 플러그(contact plug)를 형성하기 위하여 콘택홀(contact hole)에 구리(Cu)와 같은 금속물질을 매립한 후에, 그 상부면을 평탄화하기 위해 금속물질과 산화절연막의 선택비가 큰 슬러리(slurry)를 이용하여 산화절연막 표면에 금속 잔류물이 남지 않도록 도 1에 도시한 바와 같은 금속 CMP 공정이 수행되게 된다.

그러나, 이와 같이 금속물질과 산화절연막의 이종 물질에 대해 평탄화를 실시하게 됨에 따라 도 2에 나타낸 바와 같이, 불가피하게 디싱(dishing) 현상 및 이로전(erosion) 현상이 발생되게 된다.

이와 같은 디싱 및 이로전 현상에 따른 금속 CMP 공정의 균일도(uniformity) 저하는 금속배선의 두께에 변화를 야기함으로써, 결과적으로 Rs값 변화를 초래하여, 제조되는 반도체 소자의 특성을 대폭 저하시키게 된다.

전술한 디싱 및 이로전 현상은 금속배선의 패턴밀도(pattern density)에 큰 영향을 받아 발생되게 되는데, 전체적인 모든 칩(chip)내에서의 패턴밀도의 요소도 그 발생에 중요한 영향을 미치게 되나 무엇보다도 직접 인접하는 지역 영역간 패턴 밀도의 편차가 더욱 중요한 영향을 미치게 된다.

그러나, 현재에는 금속배선의 패턴밀도를 보상하기 위해 별도로 더미패턴(dummy pattern)을 삽입하여 이용하되, 삽입되는 더미패턴이 지역 영역간의 패턴밀도의 편차를 전혀 고려하지 않고 일률적으로 동일한 크기를 갖는 것들을 이용하고 있어, 여전히 금속 CMP 공정에 따른 디싱 및 이로전 현상의 발생으로 제조되는 반도체 소자의 특성을 대폭 저하시키고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 서로 다른 크기를 갖는 두 종류 이상의 더미패턴을 이용하여 인접 지역 영역간의 패턴밀도의 편차를 더욱 정밀하게 보상함으로써 이후 금속 CMP 공정에 따른 균일도를 확보하게 되는 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 금속 CMP 공정의 균일도 향상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 금속 CMP 공정의 균일도 향상 방법은, 금속 CMP 공정의 실시전에 금속물질 및 층간절연막상에 서로 다른 크기를 갖는 두 종류 이상의 더미패턴을 삽입하는 제 1 단계; 일정면적을 갖는 영역씩 스캔하여 각 지역 영역별 패턴밀도를 전체적으로 구하 는 제 2 단계; 구해진 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차가 소정 % 이상으로 큰 차이가 나는 지역을 확인하는 제 3 단계; 큰 차이가 나는 지역에 삽입된 두 종류 이상의 상기 더미패턴을 첨가 또는 제거하여 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차를 감소시키는 제 4 단계를 포함하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

금속 CMP 공정은 콘택 플러그(contact plug)를 형성하기 위해 산화절연막의 사이에 형성되는 콘택홀(contact hole)에 구리(Cu)와 같은 금속물질을 매립한 후에 그 상부면을 평탄화하는 공정이다.

이때, 금속물질과 산화절연막의 이종재료에 대해 연마하게 됨에 따라 도 2에 나타낸 바와 같은 디싱(dishing) 및 이로전(erosion) 현상이 필수 불가결하게 발생되게 되며, 이러한 디싱 및 이로전 현상은 금속배선의 두께에 변화를 야기하여 결과적으로 Rs값 변화를 초래하게 됨으로써 제조되는 반도체 소자의 특성을 대폭 저하시키게 된다.

이에, 디싱 및 이로전 현상의 발생을 방지하여 금속 CMP 공정에서의 균일도(uniformity)를 확보하는 것에 의해 제조되는 반도체 소자의 특성을 향상시킬 필요가 있게 되는데, 전술한 디싱 및 이로전 현상은 무엇보다도 모든 칩(whole chip)내에서의 인접 지역 영역간 패턴밀도의 편차에 크게 영향받아 발생되게 된다.

따라서, 본 발명에서는 인접 지역 영역간 패턴밀도의 편차를 줄이는 방법을 통해 금속 CMP 공정의 균일도가 확보되도록 하게 되며, 이하 그 방법에 대해 설명 한다.

먼저, 금속 CMP 공정 실시전에 도 2에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 서로 다른 크기를 갖는 두 종류 이상의 더미패턴을 삽입한다.

그 후, 도 3에 나타낸 바와 같이, 일정면적(예컨대, 20㎛×20㎛)을 갖는 영역씩 스캔하여 각 지역 영역별 패턴밀도를 전체적으로 구한다.

다음으로, 구해진 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차가 소정 %(예컨대, 10~30%) 이상으로 큰 차이가 나는 지역을 확인하고 표시한다.

마지막으로, 이렇게 큰 차이가 나는 지역에 삽입된 두 종류 이상의 더미패턴을 첨가 또는 제거하여 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차가 감소되도록 한다.

물론, 이어서 보다 패턴밀도 편차를 감소시키고자 하는 경우에는 위에서 설정한 일정면적보다 보다 작은 면적(예컨대, 10㎛×10㎛)씩에 대해 이상의 과정을 반복하게 된다.

이로써, 이웃하는 지역 영역간의 패턴밀도 편차를 감소시키는 것에 의해 이후 CMP 공정에서의 연마 균일도를 확보할 수 있게 되고, 따라서 제조되는 반도체 소자의 특성을 대폭 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 이웃하는 지역 영역간의 패턴밀도 편차를 감소시키는 것 에 의해 이후 금속 CMP 공정에서의 연마 균일도를 확보할 수 있게 되므로, 제조되는 반도체 소자의 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (2)

1. 금속 CMP 공정의 실시전에 금속물질 및 층간절연막상에 서로 다른 크기를 갖는 두 종류 이상의 더미패턴을 삽입하는 제 1 단계;

   일정면적을 갖는 영역씩 스캔하여 각 지역 영역별 패턴밀도를 전체적으로 구하는 제 2 단계;

   구해진 인접 지역 영역별 패턴밀도 중, 인접하는 지역 영역간의 패턴밀도 편차가 10-30 % 이상으로 큰 차이가 나는 지역을 확인하는 제 3 단계;

   큰 차이가 나는 지역에 삽입된 두 종류 이상의 상기 더미패턴을 첨가 또는 제거하여 인접 지역 영역간의 패턴밀도 편차를 감소시키는 제 4 단계를 포함하는 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 화학적 기계적 연마 공정의 균일도 향상 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   팬턴 밀도 편차를 보다 감소시키고자 하는 경우, 상기 일정면적보다 작은 면적에 대해 상기 제 2 단계 내지 상기 제 4 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 지역 영역간 패턴밀도 조절을 통한 화학적 기계적 연마 공정의 균일도 향상 방법.

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