KR100893116B1 - Ｃｍｐ 연마 방법, ｃｍｐ 연마 장치, 및 반도체디바이스의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

세정액(계면활성제를 함유하는 것이 바람직함)으로 세정하여, 잔류하는 슬러리와 연마 잔류물을 제거하면, 계면활성제를 함유하는 세정액 중의 유기물이 층간 절연막(3) 속으로 스며든다. 그래서, 이 후, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액으로 기판을 세정하고, 층간 절연막(3) 속에 스며든 유기물을 세정 제거한다. 층간 절연막(3)은 소수화 처리가 실시되고 있지만 유기 용매이기 때문에, 그것에 영향을 받지 않고 층간 절연막(3) 속으로 스며들어 유기물을 용해하고, 세정 제거할 수 있다. 그 후, 기판(1)을 건조시켜 표면에 부착된 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액을 제거한다.

Description

ＣＭＰ 연마 방법, ＣＭＰ 연마 장치, 및 반도체 디바이스의 제조 방법{CMP POLISHING METHOD, CMP POLISHING APPARATUS, AND PROCESS FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 기판 상에 형성되는 반도체 집적 회로의 층간 절연막 재료로서 소수화된(hydrophobilized) 다공질 물질(통상 다공성 low-k 재료라고 불림)을 이용한 것에 대하여, CMP 연마에 의해 배선 재료 및 배리어 금속을 제거하는 CMP 연마 방법 및 이 CMP 연마 방법을 실시 가능한 CMP 연마 장치, 나아가서는, 이 CMP 연마 방법을 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 저소비 전력화 및 고속화의 요구로부터, 층간 절연막으로서 저유전율 재료(low-k 재료)의 도입이 검토되고 있다. 또한, 고집적화 및 칩 사이즈의 축소화에 따라 배선의 미세화 및 다층 배선화의 요구로부터, CMP(Chemical Mechanical Polishing)법에 의한 평탄화, 상감 프로세스에 의한 배선 형성이 필수적인 공정으로 되어 있다.
도 8에 기판 위에 형성된 소수화된 다공질 물질(SiO2)로 이루어진 층간 절연막에 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 구리 배선을 매립한 것을 CMP 연마에 의해 제거하는 공정을 도시한다.
도 8의 (a)은 구리 배선부를 CMP 연마하기 전의 상태를 나타내고 있다. 하층 배선(51) 위에 에칭 스토퍼(52)가 형성되고, 그 위에 소수화된 다공질 물질로 이루어진 층간 절연막(53)이 형성되어 있다. 층간 절연막(53) 위에는 층간 절연막(53)으로의 슬러리나 계면활성제를 함유하는 세정액의 유입을 방지하기 위한 캡막(54)이 설치되어 있고, 캡막(54)은 SiO2, SiOC, SiC 등으로 형성되어 있다. 캡막(54) 위 및 층간 절연막(53)이 제거된 트렌치부를 덮도록 배리어 금속인 확산 방지층(55)이 설치되고, 그 위 및 상기 트렌치부 속에 배선이 되는 구리(56)가 매립되어 있다. 확산 방지층(55)은 구리(56)가 층간 절연막(53) 속으로 확산되는 것을 방지하는 것으로서, Ta와 TaN의 2층 구조로 이루어져 있다.
도 8의 (a)에 도시된 상태로부터 CMP 연마에 의해 상층부의 구리(56)와 확산 방지층(55)을 제거하고, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 트렌치부의 구리(56)만을 남겨 배선으로 한다. 그 후, 표면을 계면활성제를 함유하는 세정액으로 세정함으로써, 표면에 잔류하는 슬러리나 연마 잔류물, 금속 오염을 세정하여 제거한다. 이 때, 캡막(54)은 층간 절연막(53) 속에 세정액이 들어가는 것을 방지하는 역할을 수행하고 있다. 그 후, 물에 의한 린스나 유수에 의한 세정을 행하여 계면활성제를 함유하는 세정액을 제거하고, 마지막으로 기판을 건조시킨다.
그러나, 반도체 디바이스의 추가적인 고속 동작이나 저소비 전력화를 위해서는 캡막(54)을 얇게 하거나 없애거나 하여 이 부분의 정전 용량을 작게 하는 것이 요구되고 있다. 캡막(54)을 없앤 경우는 물론, 얇게 한 경우에도, 캡막(54)이 얼룩 형상으로 형성되고, 장소에 따라 캡막(54)이 형성되지 않는 부분이 발생한다. 그렇게 하면, 슬러리나 계면활성제를 함유하는 세정액이 다공질인 층간 절연막(53) 속으로 스며든다고 하는 문제가 있다.
층간 절연막(53) 속으로 스며든 슬러리나 계면활성제를 함유하는 세정액은 그 후에 행해지는 물에 의한 세정으로는 제거하기 어렵다. 그것은, 이들이 유기물을 함유하여 물에 의한 세정으로는 제거하기 어려울 뿐만 아니라, 층간 절연막(53)이 소수화 처리되고 있는 것에 따른 것이다. 이 소수화 처리는 후 공정에 있어서, 층간 절연막(53)에 수분이 스며들지 않도록 하기 위한 처리로서, 층간 절연막(53)을 구성하는 다공질 SiO2의 종단부에 형성되는 OH기를 메틸기 등에 의해 치환함으로써 행해진다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 기판 상에 형성되는 반도체 집적 회로의 층간 절연막 재료로서 소수화된 다공질 물질을 이용한 것에 대하여, 배선 재료 및 배리어 금속을 제거하기 위한 CMP 연마를 행한 후, 상기 기판 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물을 계면활성제를 함유하는 세정액으로 세정 제거한 후에, 층간 절연막으로 스며든 유기 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 CMP 연마 방법, 및 이 CMP 연마 방법을 실시 가능한 CMP 연마 장치, 나아가서는, 이 CMP 연마 방법을 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1 발명은 기판 상에 형성되는 반도체 집적 회로의 층간 절연막 재료로서 소수화된 다공질 물질을 이용한 것에 대하여, 배선 재료 및 배리어 금속을 제거하기 위한 CMP 연마를 행한 후, 상기 기판 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물을 세정액으로 세정 제거하고, 그 후, 상기 기판 표면에 대하여, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 처리 및 가열 처리 중 적어도 한쪽을 더 행하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 방법이다.
본 발명에 있어서는, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정처리 및 가열 처리 중 적어도 한쪽을 행하고 있다. 나중에 실시예에서 나타내는 바와 같이, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정을 행함으로써, 층간 절연막으로 스며든 유기 물질을 효율적으로 세정 제거하는 것이 가능해진다. 유기 용매를 함유한 용액을 세정에 이용하는 경우에는, 유기 용매의 농도가 낮으면 효과가 작아지지만, 어느 정도의 농도 이상으로 하면, 유기 용매를 함유한 용액의 종류에 따라 적절하게 결정할 수 있다.
또한, 가열 처리에 의해 층간 절연막으로 스며든 유기 물질을 열분해하고, 기체로서 제거할 수 있다. 이 경우, 가열 온도는 층간 절연막으로 스며든 유기 물질이 열분해되는 온도 이상으로 할 필요가 있지만, 그 온도는 적절하게 결정할 수 있으며, 높은 쪽이 효율이 좋다.
그러나, 형성되는 반도체 디바이스의 성능에 영향을 주지 않는 온도 이하로 할 필요가 있다.
또한, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정과 가열 처리 모두를 행하는 경우는, 가열 처리를 나중에 행함으로써, 세정에 의해 젖은 기판의 건조를 동시에 행할 수 있다. 또한, 가열 처리는 후 공정에서 기판의 프리베이킹 처리가 행해지는 경우는, 이에 따라 대용할 수도 있고, 이 경우는, 기판의 프리베이킹 처리가 특허 청구 범위의 가열 처리에 해당하게 된다.
또한, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 처리 전에 가열 처리만을 행하는 경우는 가열 처리 전에 종래와 동일하게 기판 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물을 세정액으로 세정 제거한 후에, 물에 의한 세정을 행하도록 하여도 좋고, 이러한 경우도 특허 청구 범위에 포함된다. 이 경우, 세정액으로는 계면활성제를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2 발명은, 상기 제1 발명에 있어서, 상기 유기 용매로 알코올류, 알데히드류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 아미드류, 다가 알코올 및 그 유도체류, 질소 함유 유기 화합물, 탄화수소, 할로겐화탄화수소, 불소 화합물 중 적어도 1 종류의 유기 용매를 함유한 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이들 유기 용매 중, 알코올류, 알데히드류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 아미드류, 다가 알코올 및 그 유도체류, 질소 함유 유기 화합물은 물 및 유기물 모두를 용해하기 때문에, 세정용 유기 용매로서 특히 바람직하다. 또한, 이들 유기 용매 중, 탄화수소, 할로겐화탄화수소, 불소 화합물은 유기물의 용해도가 높기 때문에, 유기물 제거용 유기 물질로서 특히 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 제3 발명은, 상기 제1 발명에 있어서, 상기 가열 처리가 감압 가열 처리인 것을 특징으로 한다.
기판의 표면에는 구리의 배선이 노출되어 있고, 이들이 가열 처리시에 산화될 우려가 있다. 따라서, 구리의 산화를 방지하기 위해서 가열 처리로서 감압 가열 처리를 채용하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 제4 발명은, 상기 제1 발명에 있어서, 상기 가열 처리시에 상기 기판을 불활성 가스 속에 두는 것을 특징으로 하는 것이다.
전술한 바와 같이, 가열 처리에 따른 구리의 산화를 방지하기 위해서는 가열 처리시에 기판을 N2나 Ar, He 가스 등의 불활성 가스 속에 두는 것이 보다 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 제5 발명은, CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거된 기판을 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의해 세정 처리하는 세정 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치이다.
본 발명에 있어서는, CMP 연마 장치에 세정 처리 장치가 부속되어 있기 때문에, CMP의 동작(세정액에 의한 세정까지)과, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 처리를 일련의 공정으로 행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제6 발명은, CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거된 기판을 가열 처리하는 가열 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치이다.
본 발명에 있어서는, CMP 연마 장치에 가열 처리 장치가 부속되어 있기 때문에, CMP의 동작(세정액에 의한 세정까지)과, 가열 처리를 일련의 공정으로 행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제7 발명은, CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거된 기판을 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의해 세정 처리하는 세정 제거 장치와, 상기 기판을 가열 처리하는 가열 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치이다.
본 발명에 있어서는, CMP 연마 장치에 세정 처리 장치와 가열 처리 장치가 부속되어 있기 때문에, CMP의 동작(세정액에 의한 세정까지)과, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 처리와, 가열 처리를 일련의 공정으로 행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제8 발명은, 상기 제1 발명 내지 제4 발명 중 어느 하나의 CMP 연마 방법을 이용하여, 배선 재료 및 배리어 금속을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법이다.
본 발명에 있어서는, 다공질의 층간 절연막에 유기 물질이 스며들지 않은 것으로 할 수 있기 때문에, 반도체 디바이스로서의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 CMP 연마 방법을 적용하는 기판의 개요를 도시한 도면으로서, CMP 연마가 종료한 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태인 CMP 연마 장치의 개요를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태인 반도체 디바이스의 제조 방법의 공정을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 A에 있어서의 기판의 누설 전류 밀도를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 B에 있어서의 기판의 누설 전류 밀도를 도시한 도면이다.
도 6은 에탄올의 농도와 기판의 누설 전류 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 에탄올의 농도와 기판의 누설 전류 밀도의 관계를 도시한 도면이다.
도 8은 기판 위에 형성된 소수화된 다공질 물질로 이루어진 층간 절연막에 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 구리 배선을 매립한 것을 CMP 연마에 의해 제거하는 공정을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 예를 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태인 CMP 연마 방법을 적용하는 기판의 개요를 도시한 도면으로서, CMP 연마가 종료된 상태를 도시한 것이다. 도 1의 (a) 하층 배선(1) 위에 에칭 스토퍼(2)가 형성되고, 그 위에 소수화된 다공질 물질(SiO2)로 이루어진 층간 절연막(3)이 형성되어 있다. 층간 절연막(3) 위에는 캡막(4)이 설치되어 있다. 캡막(4)은 SiO2, SiOC, SiC 등으로 형성되어 있다. 층간 절연막(3)이 제거된 트렌치부를 덮도록 확산 방지층(5)이 설치되고, 상기 트렌치부 속에 배선이 되는 구리(6)가 매립되어 있다. 확산 방지층(5)은 Ta와 TaN의 2층 구조로 이루어져 있다. 이 구조는 도 8의 (b)에 도시된 것과 기본적으로 동일하지만, 캡막(4)이 얇기 때문에(약 20 ㎚ 정도), 캡막(4)이 층간 절연막(3)의 표면을 완전히 덮고 있지는 않으며, 여기저기 층간 절연막(3)이 노출되어 있는 부분이 있다. 도 1의 (b)에 도시된 것은 캡막(4)이 형성되어 있지 않은 점만 도 1의 (a)에 도시한 것과 다르다.
모두 층간 절연막(3)의 적어도 일부가 표면에 노출되어 있기 때문에, 연마 슬러리 중의 유기물이 층간 절연막(3) 속으로 스며들고 있다. 이들 기판을 종래와 같이, 계면활성제를 함유하는 세정액으로 세정하여 잔류하는 슬러리와 연마 잔류물을 제거한다. 그렇게 하면, 계면활성제를 함유하는 세정액 중의 유기물이 층간 절연막(3) 속으로 스며든다. 층간 절연막(3)은 소수화 처리가 행해지고 있지만, 계면활성제의 작용에 의해 소수성이 약해지기 때문에, 이 공정에서는 특히 유기물이 층간 절연막(3) 속으로 스며들기 쉽다.
본 발명의 제1 실시 형태인 CMP 연마 방법에서는, 이 후, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의해 기판을 세정하고, 층간 절연막(3) 속으로 스며든 유기물을 세정 제거한다. 층간 절연막(3)은 소수화 처리가 행해지고 있지만, 유기 용매이기 때문에 그것에 영향을 받지 않고 층간 절연막(3) 속으로 스며들어 유기물을 용해하고, 세정 제거할 수 있다. 그 후, 기판을 건조시켜 표면에 부착된 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액을 제거한다. 건조 방법으로는 스핀 건조나 어느 정도의 가열을 행하는 것도 좋지만, 질소의 기체 바람(blow)에 의해 건조시켜도 좋다. 가열과 기체 바람을 동시에 행하여도 좋다.
유기 용매의 예로서 알코올류는 프로페닐알코올, 이소프로필알코올, 에탄올, 1-프로판올, 메탄올, 1-헥사놀 등을 들 수 있고, 알데히드류는 아세틸알데히드 등을 들 수 있으며, 케톤류는 아세톤, 디아세톤알코올, 메틸에틸케톤 등을 들 수 있고, 에스테르류는 포름산에틸, 포름산프로필, 아세트산에틸, 아세트산메틸, 젖산메틸, 젖산부틸, 젖산에틸 등을 들 수 있으며, 에테르류는 디메틸설폭시드 등의 설폭시드류, 테트라히드로푸란, 디옥산, 디글림 등, 아미드류는 N, N-디메틸포름아미드, 디메틸이미다졸리디논, N-메틸피롤리돈 등, 다가 알코올 및 그 유도체류는 에틸렌 글리콜, 글리세린, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르 등, 질소 함유 유기 화합물로는 아세토니트릴, 아밀아민, 이소프로필아민, 이미다졸, 디메틸아민 등, 물 및 유기물 모두를 용해하는 유기 용매를 들 수 있다. 탄화수소류로는 메시틸렌, 펜탄, 헥산, 옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 디에틸벤젠 등을 들 수 있고, 할로겐화탄화수소로는 염화메틸렌, 염화메틸, 사염화탄소 등, 불소 화합물로는 트리플루오로에탄올, 헥사플루오로벤젠 등, 유기물의 용해도가 높은 유기 용매를 들 수 있다.
또한, 유기 용매 자체의 잔류를 막기 위해서 비점이 300℃ 이하인 것이 바람직하고, 나아가서는 200℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정에 있어서는, 층간 절연막(3)에 부착된 유기 부착물을 효율적으로 제거하기 위해서 유기 용매의 가열이나 세정 브러시에 의한 연마 세정을 행하거나 1 MHz 이상의 초음파 진동을 인가하여 세정을 보조하여도 좋다.
또한, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 전에 종래의 방 법과 같이, 기판을 계면활성제를 함유한 용액에 의해 세정한 후에 물세정을 하도록 하여도 상관없다.
본 발명의 제2 실시 형태인 CMP 연마 방법에 있어서는, 도 1에 도시된 상태의 기판을 종래와 같이 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의해 세정한 후, 가열 처리를 행함으로써, 층간 절연막(3) 속으로 스며든 유기물을 열분해하여 제거한다. 즉, 층간 절연막(3) 속으로 스며든 유기물의 열분해 온도 이상으로 기판을 가열함으로써, 이들 유기물을 열분해한다. 열분해 온도는 높은 쪽이 효율이 좋지만, 반도체 디바이스의 기능을 저해하지 않는 온도 이하일 필요가 있고, 통상은 400℃ 이하의 온도이다. 가열 처리와 전술한 건조를 위한 가열이 다른 것은 가열 처리에서는 유기물의 분해가 발생하는 온도까지 가열하는 데, 건조에 의한 가열에서는, 이러한 고온까지 가열하지 않고, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액을 증발시키기만 하는 점이다.
가열 처리시에 배선 재료인 구리의 산화를 막기 위해서 감압 가열을 하거나 N2나 Ar, He 등의 불활성 가스 속에서 가열하는 것이 바람직하다. 불활성 가스 속에서 감압 가열을 행하여도 좋다.
또한, 제1 실시 형태에서 설명한 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 처리 후에, 가열 처리를 더 행하면 양호한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 가열 처리만을 행하는 경우에는, 종래의 방법과 같이, 계면활성제를 함유한 용액에 의해 세정한 후에 물세정을 행하고, 그 후에 가열 처리를 행하여도 좋다.
또한, CMP 연마 공정 후에, 기판의 프리베이킹 공정이 들어가는 경우에는, 이 프리베이킹 공정을 가열 처리로서 이용하여도 좋다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 일례인 CMP 연마 장치를 도 2를 이용하여 설명한다. 실시 형태인 CMP 연마 장치는 연마부(11)와, 연마 입자 금속 오염 세정부(12), 유기 용매 세정부(13), 웨이퍼 가열 처리부(14), 제1 반송부(15), 제2 반송부(16)로 이루어지고, 각부는 격벽에 의해 분리되어 있다.
연마부(11)에는 연마 테이블(115)과, 반도체 웨이퍼를 유지하면서 연마 테이블에 압착하는 연마 헤드(114)를 구비한 CMP 연마 기구가 설치되어 있다. 연마 테이블(115)은 모터에 연결되는 동시에 그 상면에는 연마천이 부착되어 있다. 또한 연마 헤드(114)는 회전용 모터와 승강용 실린더를 구비하여 승강 가능하게 되어 있는 동시에 그 축심 주위에 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(115) 상에는 슬러리 공급 노즐(116)로부터 연마제를 함유하는 연마액이 공급되도록 되어 있다.
한편, 연마 기구로의 반도체 웨이퍼의 공급은 웨이퍼 반송 로봇(151)에 의해 웨이퍼 카세트(17)에 놓여진 반도체 웨이퍼를 꺼내어 제1 임시 설치대(111)로 전달하고, 웨이퍼 반전 기구를 구비하는 웨이퍼 반송 로봇(112)에 의해 반도체 웨이퍼를 반전시켜 연마면을 밑으로 향하게 한 상태에서 제2 임시 설치대(113)로 전달한다. 이 후, 연마 헤드(114)가 선회하여 반도체 웨이퍼를 연마 헤드로 전달함으로써 행해진다.
연마 헤드(114)로 유지되어 연마 테이블(115)에 압착되어 연마된 반도체 웨이퍼는 연마 종료 후에 연마 헤드(114)에 유지된 상태에서 제2 임시 설치대(113)까 지 반송된다. 그리고, 반도체 웨이퍼는 연마 헤드(114)로부터 이탈되어 제2 임시 설치대(113) 상에 놓여진다. 계속해서, 웨이퍼 반전 기구를 갖는 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 반전(反轉)한 후, 연마 입자 금속 오염 세정부(12)로 반송된다.
연마 입자 금속 오염 세정부(12)는 반도체 웨이퍼의 연마 입자 금속 오염을 세정하는 연마 입자 금속 오염 세정 챔버(121)와, 반도체 웨이퍼의 린스 건조를 행하는 스핀 건조 챔버(124)를 구비하고 있다. 연마 입자 금속 오염 세정 챔버(121)에서는 반도체 웨이퍼의 외주부를 유지하여 회전시키면서 세정 약액 공급 노즐(122a)로부터 세정액을 공급하면서, 스폰지 롤러(123)를 압착시켜 세정을 행한다.
그리고, 연마 입자 금속 오염 세정이 끝난 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 스핀 건조 챔버(124)로 반송된다. 스핀 건조 챔버(124)에서는, 반도체 웨이퍼의 외주부를 유지하여 회전시키면서, 린스액 공급 노즐(122b)로부터 순수(純水)를 공급하여 린스를 행하고, 계속해서, 반도체 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 스핀 건조를 행한다. 연마 입자 금속 오염 세정 및 건조를 종료한 반도체 웨이퍼는 다시 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 유기 용매 세정부(13)로 반송된다.
유기 용매 세정부(13)는 반도체 웨이퍼를 유기 용매 세정하는 유기 용매 세정 챔버(131)와, 반도체 웨이퍼를 건조하는 스핀 건조 챔버(134)를 구비하고 있다. 유기 용매 세정 챔버(131)에서는, 반도체 웨이퍼의 외주부를 유지하여 회전시키면서, 유기 용매액 공급 노즐(132a)로부터 유기 용매를 공급하면서, 스폰지 롤러(133)를 압착시켜 세정을 행한다.
그리고, 유기 용매 세정이 끝난 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 스핀 건조 챔버(134)로 반송된다. 스핀 건조 챔버(134)에서는, 반도체 웨이퍼의 외주부를 유지하여 회전시키면서, 유기 용매액 공급 노즐(132b)로부터 린스용 유기 용매를 공급하여 린스를 행하고, 계속해서, 반도체 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 스핀 건조를 행한다. 유기 용매 오염 세정 및 건조를 종료한 반도체 웨이퍼는 다시 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 웨이퍼 가열 처리부(14)로 반송된다.
웨이퍼 가열 처리부(14)는 반도체 웨이퍼를 가열하는 가열 기구(142)와, 웨이퍼 가열 챔버(141)의 배기를 행하는 배기 라인(143), 웨이퍼 가열 챔버(141)에 불활성 가스를 도입하는 가스 도입 라인(144)을 구비하는 웨이퍼 가열 챔버(141)로 이루어진다. 웨이퍼 가열 챔버(141)에서는, 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 웨이퍼 유지대로 반송, 유지한 후, 웨이퍼 가열 챔버(141)를 폐쇄하고, 배기 라인(143)을 통해 진공 펌프로 웨이퍼 가열 챔버(141) 내를 감압한다. 이 후, 가스 도입 라인(144)을 통해 불활성 가스를 웨이퍼 가열 챔버(141) 내에 도입하여 가열 기구(142)로 반도체 웨이퍼를 가열 처리한다. 가열 처리를 종료한 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 반송 로봇(151)에 의해 다시 웨이퍼 카세트(17)에 수납된다.
이상 설명한 공정에서는, 유기 용매 세정부(13)에서 유기 용매에 의한 세정을 행한 후, 웨이퍼 가열 처리부(14)에서 가열 처리를 행하고 있지만, 웨이퍼 반송 로봇(161)을 조작함으로써, 가열 처리를 생략하고 유기 용매에 의한 세정을 행한 웨이퍼를 웨이퍼 반송 로봇(151)에 의해 다시 웨이퍼 카세트(17)에 수납하도록 하여도 좋다. 반대로, 유기 용매 세정부(13)에서 유기 용매에 의한 세정을 행하지 않 고, 연마 입자 금속 오염 세정부(12)에서 세정을 끝낸 웨이퍼를 웨이퍼 반송 로봇(161)에 의해 웨이퍼 가열 처리부(14)로 반송하여 가열 처리를 행한 후, 웨이퍼 반송 로봇(151)에 의해 다시 웨이퍼 카세트(17)에 수납하도록 하여도 좋다.
도 3은 본 발명의 실시 형태인 반도체 디바이스의 제조 방법을 도시한 도면이다. 반도체 제조 프로세스를 시작하면, 우선 단계 S200에서 다음에 예를 드는 단계 S201 내지 단계 S204 가운데 적절한 처리 공정을 선택하여 어느 하나의 단계로 진행한다.
여기서, 단계 S201은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화 공정이다. 단계 S202는 CVD 등에 의해 웨이퍼 표면에 절연막이나 유전체막을 형성하는 CVD 공정이다. 단계 S203은 웨이퍼에 전극을 증착 등에 의해 형성하는 전극 형성 공정이다. 단계 S204는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온 주입 공정이다.
CVD 공정(S202) 또는 전극 형성 공정(S203) 후에 단계 S205로 진행한다. 단계 S205는 CMP 공정이다. CMP 공정에서는 본 발명에 따른 연마 장치에 의해 층간 절연막의 평탄화나 반도체 디바이스 표면의 금속막 연마, 유전체막 연마에 의한 상감(damascene)의 형성 등이 행해진다.
CMP 공정(S205) 또는 산화 공정(S201) 후에 단계 S206으로 진행한다. 단계 S206은 포토리소그래피 공정이다. 이 공정에서는 웨이퍼에의 레지스트 도포, 노광 장치를 이용한 노광에 의한 웨이퍼로의 회로 패턴의 베이킹, 노광한 웨이퍼의 현상이 행해진다. 또한, 다음 단계 S207은 현상한 레지스트상(像) 이외의 부분을 에칭으로 절삭하고, 그 후 레지스트 박리가 행해지며, 에칭이 끝나 불필요해진 레지스 트를 제거하는 에칭 공정이다.
다음에, 단계 S208에서 필요한 전 공정이 완료되었는지를 판단하고, 완료되지 않았으면 단계 S200으로 되돌아가서 이전의 단계를 반복하여 웨이퍼 상에 회로 패턴이 형성된다. 단계 S208에서 전 공정이 완료되었다고 판단되면 종료가 된다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법에서는, CMP 공정에 있어서 본 발명에 관한 CMP 연마 방법을 이용하고 있기 때문에, 배선간의 누설 전류 밀도를 작게 할 수 있어 보다 성능이 좋은 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
(실시예)
이하, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 연마된 기판에 대하여 본 발명의 실시 형태에 나타낸 바와 같은 처리를 행한 예를 비교예와 함께 나타낸다.
(실시예 A)
소수화된 다공질 물질로서 비주기 구조의 실리카막을 사용한 층간 절연막(3)을 갖는 기판을 CMP 후 세정하는 파티클 오염 제거 세정액으로서 일반적으로 칭해지고 있는 계면활성제를 함유하는 수산화트리메틸암모늄 수용액에 1분간 침지하여 슬러리와 연마 잔류물을 제거하였다. 그 후, 이하의 처리를 행하였다.
(실시예 A1)
유기 용매를 함유한 용액인 에탄올 용액에 기판을 8분간 침지하여 층간 절연막(3)에 침입한 유기물을 제거하고, 그 후, 건조 질소 가스 바람으로 기판 표면을 건조시켰다.
(실시예 A2)
순수에 기판을 8분간 침지하여 세정을 행하고, 그 후, 건조 질소 가스 바람으로 기판 표면을 건조시키며, 그 후, 665 Pa의 He 분위기 속에 두어 380℃에서 5분간 더 가열 처리하였다.
(실시예 A3)
유기 용매를 함유한 용액인 에탄올 용액에 기판을 8분간 침지하여 층간 절연막(3)에 침입한 유기물을 제거하고, 그 후, 건조 질소 가스 바람으로 기판 표면을 건조시켰다. 그 후, 665 Pa의 He 분위기 속에 두어 380℃에서 5분간 더 가열 처리하였다.
(비교예 A)
순수에 기판을 8분간 침지하여 세정을 행하고, 그 후, 건조 질소 가스 바람으로 기판 표면을 건조시켰다(종래의 방법과 동일한 방법임).
각 실시예 및 비교예의 처리에 의해 얻어진 기판에 있어서의 1 MV/㎝의 전계를 가한 경우의 누설 전류 밀도를 도 4에 도시한다. 또한, 기준(Ref. 1)이 되는 것은 CMP 연마 종료 후, 계면활성제를 함유하는 수산화트리메틸암모늄 수용액에 침지하기 전의 누설 전류 밀도이다.
기준이 되는 상태에 있어서는 누설 전류 밀도는 낮게 억제하여 얻을 수 있지만, 비교예 A에서는, 누설 전류 밀도가 10-7[A/㎠] 정도로 상승하고 있다. 이것은 계면활성제를 함유하는 수산화트리메틸암모늄 수용액 속의 유기물이 다공질로 이루어진 층간 절연막으로 스며들기 때문이다. 그러나, 실시예 A1, 실시예 A2에 있어서 는, 누설 전류 밀도가 10-8[A/㎠] 정도로 되어 비교예의 약 1/10이 되고 있다. 또한, 실시예 A3에 있어서는, 누설 전류는 10-9[A/㎠] 정도가 되어 비교예의 1/100 정도로 개선되고 있다.
(실시예 B)
소수화된 다공질 물질로서 주기 구조의 실리카막을 사용한 층간 절연막(3)을 갖는 기판을 CMP 후 세정하는 파티클 오염 제거 세정액으로서 일반적으로 칭해지고 있는 계면활성제를 함유하는 수산화트리메틸암모늄 수용액에 1분간 침지하여 슬러리와 연마 잔류물을 제거하였다. 그 후, 이하의 처리를 행하였다.
(실시예 B1)→실시예 A1과 동일한 처리
(실시예 B2)→실시예 A2와 동일한 처리
(실시예 B3)→실시예 A3과 동일한 처리
(비교예 B)→비교예 A와 동일한 처리
각 실시예 및 비교예의 처리에 의해 얻어진 기판에 있어서의 1 MV/㎝의 전계를 가한 경우의 누설 전류 밀도를 도 5에 도시한다. 또한, 기준(Ref. 2)이 되는 것은 CMP 연마 종료 후, 계면활성제를 함유하는 수산화트리메틸암모늄 수용액에 침지하기 전의 누설 전류 밀도이다.
기준이 되는 상태에 있어서는, 누설 전류 밀도는 낮게 억제하여 얻을 수 있지만, 비교예 B에 있어서는, 누설 전류 밀도가 10-6[A/㎠] 정도로 상승하고 있다. 이것은 계면활성제를 함유하는 수산화트리메틸암모늄 수용액 속의 유기물이 다공질 로 이루어진 층간 절연막으로 스며들기 때문이다. 그러나, 실시예 B1, 실시예 B2에 있어서는, 누설 전류 밀도가 10-7[A/㎠] 정도로 되어 비교예의 약 1/10이 되고있다. 또한, 실시예 B3에 있어서는, 누설 전류는 10-9[A/㎠] 정도가 되어 비교예의 1/1000 정도로 개선되고 있다.
(실시예 C)
실시예 A1과 동일한 방법에 의해 에탄올 용액의 농도를 바꾸어 처리를 행하고, 얻어진 기판에 있어서의 1 MV/㎝의 전계를 가한 경우의 누설 전류 밀도의 변화를 조사하였다. 층간 절연막(3)으로서 비주기 구조의 실리카막을 사용한 경우의 결과를 도 6에 도시하고, 주기 구조의 실리카막을 사용한 경우의 결과를 도 7에 도시한다. 기준 및 비교예는 실시예 A, 실시예 B의 경우와 동일하다. 도 6을 보면 알 수 있는 바와 같이, 에탄올 용액의 경우, 농도가 50% 이상이라면, 종래의 방법인 비교예에 대하여 누설 전류를 1/10 정도로 할 수 있어 효과가 있다고 말할 수 있다.

Claims (11)

  1. 기판 상에 형성되는 반도체 집적 회로의 층간 절연막 재료로서 소수화된(hydrophobilized) 다공질 물질을 이용한 것에 대하여, 배선 재료 및 배리어 금속을 제거하기 위한 CMP 연마를 행한 후, 상기 기판 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물을 세정액으로 세정 제거하고, 또한, 그 후, 상기 기판 표면에 대하여, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의한 세정 처리 및 가열 처리 중 적어도 한쪽을 행하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매로서, 알코올류, 알데히드류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 아미드류, 다가 알코올 및 그 유도체류, 질소 함유 유기 화합물, 탄화수소, 할로겐화탄화수소, 불소 화합물 중 적어도 1 종류의 유기 용매를 함유한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열 처리가 감압 가열 처리인 것을 특징으로 하는 CMP 연마 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열 처리시에 상기 기판을 불활성 가스 속에 두는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 방법.
  5. CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거되고, 층간 절연막 재료로서 소수화된 다공질 물질을 이용한 반도체 집적 회로가 형성된 기판을, 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의해 세정 처리하여 상기 층간 절연막 재료에 스며든 상기 세정액 중 적어도 유기물을 용해하는 세정 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유기 용매로서, 알코올류, 알데히드류, 케톤류, 에스테르류, 에테르류, 아미드류, 다가 알코올 및 그 유도체류, 질소 함유 유기 화합물, 탄화수소, 할로겐화탄화수소, 불소 화합물 중 적어도 1 종류의 유기 용매를 함유한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치.
  7. 삭제
  8. CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거되고, 층간 절연막 재료로서 소수화된 다공질 물질을 이용한 반도체 집적 회로가 형성된 기판을 가열 처리하는 가열 처리 장치를 포함하고, 상기 가열 처리가 감압 가열 처리인 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치.
  9. CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거되고, 층간 절연막 재료로서 소수화된 다공질 물질을 이용한 반도체 집적 회로가 형성된 기판을 가열 처리하는 가열 처리 장치를 포함하고, 상기 가열 처리 장치는 불활성 가스 중에서 가열 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치.
  10. CMP 연마되어, 표면 상에 잔류하는 슬러리 및 연마 잔류물이 세정액으로 세정 제거되고, 층간 절연막 재료로서 소수화된 다공질 물질을 이용한 반도체 집적 회로가 형성된 기판을 유기 용매 또는 유기 용매를 함유한 용액에 의해 세정 처리하는 세정 제거 장치와, 상기 기판을 가열 처리하는 가열 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 연마 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재한 CMP 연마 방법을 이용하여, 배선 재료 및 배리어 금속을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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