KR101431512B1 - Chemical & Mechanical Polishing Method and Apparatus for metal layer using the Supercritical Fluid - Google Patents

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KR101431512B1
KR101431512B1 KR20070086040A KR20070086040A KR101431512B1 KR 101431512 B1 KR101431512 B1 KR 101431512B1 KR 20070086040 A KR20070086040 A KR 20070086040A KR 20070086040 A KR20070086040 A KR 20070086040A KR 101431512 B1 KR101431512 B1 KR 101431512B1
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김택래
공현구
박종대
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주식회사 동진쎄미켐
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    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/32115Planarisation
    • H01L21/3212Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Abstract

본 발명은 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법 및 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 반도체 제조공정 중의 금속층의 기계화학적 연마방법에 있어서, 산화제가 혼합된 초임계 유체와 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층을 반응시키는 제1단계; The present invention second More specifically the supercritical fluid relates to the metal layer of the chemical mechanical polishing method and apparatus using in the chemical mechanical polishing method of the metal layer in the semiconductor manufacturing process, the metal layer of the wafer is formed, the oxidizing agent is mixed supercritical fluid and the metal layer a first step of reacting; 및, 상기 반응이 완료된 웨이퍼를 연마기계로 연마하여 평탄화하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법과 이를 구현하는 연마장치에 관한 것이다. And relates to the reaction of the chemical mechanical polishing method using the metal layer to a supercritical fluid, it characterized in that it comprises a second step of planarization by polishing the wafer is completed by grinding and polishing machine device to implement them.
이를 통하여 연마 공정을 진행하기 용이하도록, 전처리가 된 웨이퍼 표면을 산화제 등이 포함되지 않은(예를 들면, 물과 연마 입자가 혼합된) 슬러리를 사용하여 연마함으로써 종래 CMP 공정 진행시 슬러리의 안정성 문제에 따른 불량을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 슬러리가 웨이퍼 표면에 스트레스를 주어 발생한 여러 결함(예를 들면, 스크래치, seam, corrosion, dishing 등)이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다. This not a grinding process not include to facilitate proceeding, the oxidizing agent to the pretreated surface of the wafer, such as through by grinding using (e. G., Water and abrasive particles are mixed) slurry prior art CMP process reliability issues in progress at the time of slurry the only can solve the defect in accordance with that, it is possible to obtain the fewer the number of defects existing in the slurry occurred given the stress on the surface of the wafer (e. g., scratch, seam, corrosion, dishing, etc.) effects.
초임계, 기계화학적 연마 Supercritical, chemical mechanical polishing

Description

초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법 및 장치{Chemical & Mechanical Polishing Method and Apparatus for metal layer using the Supercritical Fluid} Second mechanical chemical polishing of the metal layer using the supercritical fluid method and device {Chemical & Mechanical Polishing Method and Apparatus for metal layer using the Supercritical Fluid}

본 발명은 초임계 유체를 이용한 기계화학적 연마방법 및 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 연마 공정을 진행하기 용이하도록, 전처리가 된 웨이퍼 표면을 산화제 등이 포함되지 않은(예를 들면, 물과 연마 입자가 혼합된) 슬러리를 사용하여 연마함으로써 종래의 CMP 공정 진행시 슬러리의 안정성 문제에 따른 불량을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 슬러리가 웨이퍼 표면에 스트레스를 주어 발생한 여러 결함(예를 들면, 스크래치, seam, corrosion, dishing 등)이 줄어드는 효과를 얻을 수 있는 초임계 유체를 이용한 기계화학적 연마방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention second relates to a chemical mechanical polishing method and apparatus using supercritical fluids and more particularly to, a pretreated surface of the wafer to facilitate proceeding the polishing process that does not include an oxidizing agent such as (e. G., Water and abrasive particles is followed by polishing using a mixture) the slurry as well as solve the defect in accordance with the stability issues during the progress conventional CMP process, a slurry, for a number of defects (for example, a conventional slurry occurred given the stress to the wafer surface, scratch, seam, corrosion, dishing, etc.) directed to a chemical mechanical polishing method and apparatus using supercritical fluids to get a reduced effect.

일반적으로 초임계 유체란 액체와 기체의 두 상태가 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서에 있는 유체를 가리키며, 이 때의 온도와 증기압을 임계점이라고 한다. In general, the supercritical fluid is pointing to the fluid in the critical state is not the state of the two liquids and gas can minutes each other, is referred to as the temperature and the vapor pressure at this time is the critical point. 일반적으로 기체는 임계온도 이하로 온도를 내리지 않는 한 아무리 압력을 가하여도 액화되지 않는다. In general, gas will not be liquefied even by applying a pressure however does not make the temperature below the critical temperature. 따라서 초임계 유체란 "임계 온도와 압력 이상에서 있 는 유체"로 정의되며 기존의 용매에서는 나타나지 않는 독특한 특징을 갖고 있다. Therefore, the supercritical fluid is defined as "there is a fluid at the critical temperature and pressure at least" has a unique character that does not appear in the conventional solvents.

즉, 용매의 물성은 분자의 종류와 분자사이의 거리에 따라 결정되는 분자간 상호작용에 따라 결정된다. That is, the physical properties of the solvent is determined in accordance with the intermolecular interaction is determined by the distance between the molecule and the type of molecule. 따라서 액체 용매는 비압축성이기 때문에 분자간 거리는 거의 변화하지 않아 단일 용매로서는 커다란 물성의 변화를 기대하기 어렵다. Therefore, since the liquid solvent is incompressible intermolecular distance hardly changes it is difficult to expect a large change in physical properties as single solvents. 이에 비해 초임계 유체는 밀도를 이상기체에 가까운 희박상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고 밀도 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 유체의 평형 물성 (용해도, entrainer 효과), 전달 물성 (점도, 확산계수, 열전도도) 뿐만 아니라 용매화(溶媒和) 및 분자 clustering 상태를 조절할 수 있다. The supercritical fluid because it can be changed from a lean state close to the density of the ideal gas continuously to the high density state close to a liquid density balanced physical properties of the fluids (solubility, entrainer effect) the transmission properties (viscosity, diffusion coefficient in comparison, thermal conductivity Fig.) as a plum (溶媒 和) and molecular clustering conditions can be adjusted for the well. 따라서 이러한 물성 조절의 용이성을 반응과 분리 등의 공정에 이용하면 단일 용매로 여러 종류의 액체용매에 상응하는 용매 특성을 얻을 수 있다. Therefore, the ease of use of these properties to control processes such as reaction and separation can be obtained solvent characteristics corresponding to different kinds of liquid solvent as a single solvent. 즉 압력과 온도를 변화시킴으로서 물성을 원하는 상태로 조율할 수 있다. In other words it is possible to tune the physical properties sikimeuroseo the pressure and temperature change as desired.

또한 상온에서 기체 상태인 물질을 초임계 유체로 선정하는 경우에는 잔존 용매의 문제를 해결할 수 있으며, 이산화탄소와 같이 인체에 무해하고 환경오염에 미치는 영향이 적은 용매를 사용하게 되면 무독성, 환경친화성 공정개발이 가능하다. In addition, if the selection of the gaseous substance at room temperature, into a supercritical fluid, and can solve the problem of the residual solvent, non-toxic, eco-friendly process The use of less solvent harmless and environmental impact pollution on the human body, such as carbon dioxide this development is possible.

열역학적 관점에서 볼 때 어떤 유체의 온도가 충분히 높아서 분자의 병진하는 운동에너지(kinetic energy of translation)가 분자 사이의 당기는 최대 위치에너지(maximum potential energy of attraction)보다도 큰 경우에는 액체와 같은 분자간의 응집상태가 불가능하게 된다. From a thermodynamic point of view in some cases the fluid temperature is greater than the maximum potential energy (maximum potential energy of attraction) to draw between high enough translation energy of the molecule (kinetic energy of translation) the molecules aggregated state of molecules, such as a liquid It is impossible. 운동에너지와 최대 위치에너지가 같게 되는 때의 온도를 임계온도(critical temperature)라고 하며 유체가 이 온도보다 높을 경우에는 아무리 압력을 가해도 분자간의 응집상태가 될 수 가 없기 때문에 단일 성분으로는 액체상태가 될 수가 없다. As a single component of kinetic energy and the temperature at which the same has the maximum potential energy is called the critical temperature (critical temperature) because the fluid is applied, no matter how the pressure there is higher than the temperature may also be an aggregated state of molecules is a liquid It can not be.

따라서 만약에 어떤 분자를 임계온도보다 높은 온도에 밀폐된 용기에 넣어두고 내부의 압력을 상승시켜 초임계 압력 이상으로 올리면 분자의 응집상태가 액체의 밀도와 비슷하게 되며 특이한 물성, 특히 높은 고체 확산성 및 반응성을 나타내게 된다. Thus, if to left the any molecules in a sealed vessel to a temperature above the critical temperature rise of the inner pressure raising above the supercritical pressure is similar to the density of the aggregation state of molecules liquid unusual physical properties, especially high solids diffusivity and exhibit the reactivity is.

또한 반도체 집적회로는 실리콘기판 위에 형성된 수많은 능동 장치로 이루어지며, 이와 같은 능동 장치들이 서로 연결되어 회로 및 부품을 구성한다. In addition, the semiconductor integrated circuit is made of a number of active devices formed on a silicon substrate, are connected to each other such active device constitutes the circuits and components. 통상적으로 상기 능동 장치들은 다층 접속(Multi-level interconnection)에 의해 서로 연결되며, 예를 들면, 제1 금속층, 접속층, 제2 금속층 및/또는 제3 및 후속 금속층 등으로 다층 접속 구조를 이룬다. Normally the active devices form a multi-layer connection structure to be connected to each other by a multi-layer connection (Multi-level interconnection), for example, the first metal layer, a coupling layer, a second metal layer and / or third and subsequent metal layer or the like. 최근, 집적 회로의 다층 접속을 위한 금속 배선으로서, 알루미늄 대신 구리 및 구리합금의 사용이 증가하고 있다. Recently, a multi-layer metal wiring for connection of the integrated circuit, in place of aluminum is increasing, the use of copper and copper alloys. 구리는 금속으로서 몇몇 뛰어난 특성을 가지고 있으며, 특히, 알루미늄 합금보다 저항이 작고, 동시에 전기이동(electro-migration)에 대하여는 높은 저항성을 나타낸다. Copper has several excellent properties as a metal, in particular, a resistance smaller than the aluminum alloy, and at the same time exhibit a high resistance with respect to electromigration (electro-migration).

따라서 일반적으로 반도체 제조 공정은 유전체 산화막의 개별 층들에서 텅스텐 또는 구리 배선, 또는 금속화를 제공하는 단계를 포함한다. Therefore, generally the semiconductor manufacturing process comprises providing a tungsten or copper wire, or metallized on the individual layers of the dielectric oxide film. 통상적으로 상기 유전체 산화막은 포스포실리케이트 그래스(phosphosilicate glass; PSG), 보로포스포실리케이드 그래스(borophosilicate glass; BPSG) , 실리콘 옥사이드(SiO 2 ) 등의 산화물로 형성되며, 형성된 산화막은 통상적인 평탄화 기술로 평탄화된다. Typically the dielectric oxide layer is phosphosilicate grass (phosphosilicate glass; PSG), Boro phosphonate silica decade grass (borophosilicate glass; BPSG), silicon oxide (SiO 2) is formed of an oxide, such as, the formed oxide film is conventional planarization techniques It is flattened by. 평탄화된 산화막은 에칭되거나, 일련의 트렌치들 및 홀들을 패턴화하기 위해 처리되며, 그 후, 얇은 장벽층이 상기 산화막 위에 적층된다. The flattened oxide film is etched, or is treated to a series of patterned trenches and holes, and then, the thin barrier layer is deposited over the oxide film. 일반적으로 장벽층은 Ti/TiN 더미를 형성하기 위한 티타늄(Ti) 및 티타늄 질화물(TiN), 또는 Ta/TaN 더미를 형성하기 위한 탄탈늄(Ta) 및 탄탈늄 질화물(TaN) 박막으로 이루어진다. In general, the barrier layer is made of tantalum (Ta) and tantalum nitride (TaN) thin film for forming a titanium (Ti) and titanium nitride (TiN), or Ta / TaN pile for forming a Ti / TiN stack. 이러한 장벽층은 물리 기상 증착(PVD), 스퍼터링(Sputtering), 화학기상증착(CVD) 등에 의해 적층될 수 있다. This barrier layer may be deposited by physical vapor deposition (PVD), sputtering (Sputtering), chemical vapor deposition (CVD). 따라서 장벽층은 산화막의 상부 표면뿐만 아니라 트렌치들 및 홀들의 표면에 코팅되며, 금속화층과 산화막의 접착력을 향상시키는 기능을 한다. Therefore, the barrier layer as well as the top surface of the oxide film is coated on the surface of the trenches and holes, and a function of improving the adhesion of the metallization layer and the oxide film. 금속화는 상기 장벽층 위에 텅스텐(W) 또는 구리(Cu)와 같은 도전 재료를 적층하여 이루어진다. Metallization is made by laminating a conductive material such as tungsten (W) or copper (Cu) over the barrier layer. 금속으로 채워진 트렌치들은 선들, 다마신(damascene), 또는 글로벌 배선 층을 형성하는 반면, 금속으로 채워진 홀들은 스터드(stud)들 또는 바이어스들을 형성하며, 또한 상부층과 하부층 사이에 국부 상호접속을 형성한다. Filled with metal trenches to form the lines, the damascene (damascene), or the other hand, the filled hole with metal to form a global interconnection layers stud (stud), or bias, and to form a local interconnect between the upper and lower layers . 이후 산화막의 표면으로부터 장벽층 및 텅스텐 또는 구리 층을 제거함으로써 배선이 완성된다. The wiring is completed by subsequent removal of the barrier layer and a tungsten or copper layer from the surface of the oxide film.

이와 같은 금속배선의 형성을 위해서는 금속층의 기계화학적 연마(CMP)공정이 필요하게 되는데, 이와 같은 CMP공정은 배선의 폭과 구조가 점점 미세해지고 고집적화 되어 갈수록 예전의 공정에서는 결함(미세 스크래치, 금속 잔류물 등)으로 간주하지 않았던 것들이 현 시점에서는 결함으로 간주되어 제품의 품질 저하를 유발 시키게 되었다. As to the formation of such metal wires there is a need for chemical mechanical polishing (CMP) process, a metal layer, such a CMP process, the width and the structure of the wire is increasingly fine becoming highly integrated toward the former process defects (micro-scratches, metal residues in this time things did not consider water, etc.) are regarded as defective products were thereby causing degradation of. 또한 이와 같은 종래의 CMP공정에 적용되는 슬러리는 산화제를 첨가하여 장기간 보관시 산화제가 자발적으로 반응을 하여 소멸하게 되어 슬러리 연마액의 산화성능이 저하된다. In addition, the slurry is applied to such a conventional CMP process, such as is the oxidant for long term storage decay spontaneously to the reaction by the addition of an oxidizing agent the oxidizing performance of the abrasive liquid slurry is lowered. 이러한 결과로 웨이퍼 연마의 경시 안정성을 확보 할 수 없다는 문제가 발생한다. Is a problem that to secure stability with time of the wafers polished with this result occurs.

이러한 문제점을 해결하고자 연마 직전 연마액에 산화제를 투입하여 CMP 공정을 진행하고 있으며, 이러한 번거로움을 보완하고자 슬러리에 산화안정제를 첨가하는 연마액이 개발되었다.(대한민국 공개특허 제1997-062978호, 제2007-00120025호, 제2006-0079333호, 제2006-0018410호) 그러나 산화 안정제 첨가시 연마 속도의 감소가 발생하여 생산성 측면에서 바람직하지 못하다. In order to solve the above problems, and conducting a CMP process by introducing an oxidizing agent immediately prior to the polishing polishing solution, the polishing solution added to the oxidation stabilizer to the slurry to compensate for this inconvenience has been developed (Patent No. 1997-062978 disclose Republic of Korea, the first 2007-00120025, 1 - No. 2006-0079333, No. 2006-0018410 call), but the oxidation stabilizer is added during reduction in the polishing rate caused by it is not preferable in terms of productivity.

또한 결함을 줄이기 위하여 무연마제 슬러리(대한민국 공개특허 제2006-0078196호)를 사용하여 웨이퍼 연마 후 금속 잔류물과 미세 스크래치를 줄이려는 시도가 있으나 과도한 산화제의 사용이라는 결과를 초래하였다. In addition, although a non-abrasive slurry (Republic of Korea Patent Publication No. 2006-0078196 call) to attempt to reduce the metal residues and the fine scratches after polishing a wafer used in order to reduce the defects resulted in the result that the use of excess oxidant.

따라서 이러한 문제들을 해결하고자 초임계 유체에 산화제(H 2 O 2 , O 3 , N 2 O 4 , NO)및 유기산을 첨가하여 금속 layer를 산화 및/또는 에칭시켜 평탄화 공정을 수행하는 방안을 개발하였다. Therefore, such a problem oxidizing agent in a supercritical fluid in order to solve the addition of (H 2 O 2, O 3 , N 2 O 4, NO) and an organic acid by oxidation and / or etching the metal layer has been developed a way to perform the planarization process .

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 초임계 유체와 산화제를 첨가하여 초임계 반응조를 통하여 온도와 압력을 조절하여 초임계 상태로 유지하여 웨이퍼의 표면을 산화시켜 연마공정 이전에 금속층의 산화막이 원하는 깊이(바람직하게는 평탄화가 요구되는 깊이)까지 형성되도록 하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art, the present invention is supercritical in the fluid and the addition of an oxidizing agent to adjust the temperature and pressure by a supercritical reaction tank to maintain a supercritical state by oxidizing the surface of the wafer to the metal layer before the polishing process, and that the oxide film to be formed to a desired depth (preferably a depth that the planarizing is required) for the purpose.

또한 본 발명의 다른 목적은 초임계 유체로 선정된 물질에 산화제, 착화제 및 다른 첨가제 (계면 활성제, 분산안정제, 연마 촉진제 등)를 단독 또는 1종 이상으로 혼합하여 온도와 압력을 조절하여 초임계 상태를 유지하여 웨이퍼 표면에 원하는 깊이까지 반응을 시키고, 상기와 같이 웨이퍼의 표면에 전처리(산화막 형성 또는 에칭 또는 부식 또는 침식 등)가 이루어진 후 이 표면을 연마제와 연마 기계를 사용하여 평탄화 공정을 하는 것이다. In addition, another object of the supercritical fluid oxidant to the material selected, the complexing agent and other additives (a surfactant, a dispersion stabilizer, a polishing accelerator, and so on) the supercritical by controlling the temperature and pressure were mixed singly or at least one of the present invention to maintain the state and the reaction to a desired depth in a wafer surface, after the pre-treatment (oxide film formation or etching or corrosion or erosion, etc.) on the surface of the wafer as described above, made in the surface using a polishing compound and a polishing machine to a planarization process will be.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention

반도체 제조공정 중의 금속층의 기계화학적 연마방법에 있어서, In the chemical mechanical polishing method of the metal layer in the semiconductor manufacturing process,

산화제가 혼합된 초임계 유체와 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층을 반응시키는 제1단계; A first step of reacting an oxidizing agent is mixed supercritical fluid and the metal layer of the wafer is formed, the metal layer; 및, And,

상기 반응이 완료된 웨이퍼를 연마기계로 연마하여 평탄화하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법을 제공한다. Provides a chemical mechanical polishing method of the metal layer using the supercritical fluid, characterized in that it comprises a second step of planarization by polishing the wafer, the reaction is completed a polishing machine.

또한 본 발명은 In another aspect, the present invention

반도체 제조공정의 금속층의 기계화학적 연마장치에 있어서, In the chemical mechanical polishing apparatus of the metal layers of a semiconductor manufacturing process,

회전테이블 및 웨이퍼 척을 구비하는 연마기계; Polishing machine having a rotary table and a wafer chuck; 및, And,

온도 및 압력 조절 장치를 구비하여, 산화제가 혼합된 초임계 유체를 담고, 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층과 상기 초임계 유체를 반응시키는 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마장치를 제공한다. To a temperature and pressure control system, the oxidizing agent is containing the supercritical fluid mixture, the metal layer is mechanochemical of the metal layer that using a supercritical fluid, characterized in comprising a metal layer and the reaction vessel for reaction of the supercritical fluid of the formed wafer It provides a polishing apparatus.

본 발명의 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법 및 장치에 따르면, 연마 공정을 진행하기 용이하도록, 그 전처리로서 초임계 유체에 산화제 및/또는 첨가제가 첨가된 유체를 금속층과 반응시켜 금속층중에서 평탄화하고자 하는 깊이만큼을 산화 또는 에칭하는 전처리 반응을 실시하고, 이후의 연마공정은 전처리가 된 웨이퍼 표면을 산화제 등이 포함되지 않은(예를 들면, 물과 연마 입자가 혼합된) 안정적인 슬러리를 사용하여 연마함으로써 종래의 CMP 공정 진행시 슬러리의 안정성 문제에 따른 불량을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 슬러리가 웨이퍼 표면에 스트레스를 주어 발생한 여러 결함(예를 들면, 스크래치, seam, corrosion, dishing 등)이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다. In accordance with the metal layer of the chemical mechanical polishing method and apparatus using a supercritical fluid according to the present invention, to easily proceed to the polishing process, it is reacted with an oxidizing agent and / or an additive is added to the fluid in a supercritical fluid metal layer as a pre-metal layers not pretreated carry out the reaction, and the polishing process after the oxidizing or etching to the depth to be planarized is the like oxidizing agent to the wafer surface with a pre-treatment (e.g., a mixture of water and abrasive particles) using a stable slurry by polishing, as well as to solve the defects of the stability problems during the progress conventional CMP process, a slurry, a conventional slurry various defects generated given the stress on the surface of the wafer (e. g., scratch, seam, corrosion, dishing, etc.) you can get a reduced effect.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다. The present invention described above are embodiments described above and to those skilled in the art vary in the range without departing from the spirit and scope of the invention modifications set forth in the appended claims it is to, instead of being limited by the accompanying figures and that was changed is also included as well within the scope of the invention.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter reference to the drawings the present invention will be described in detail.

본 발명은 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조공정 중의 금속층의 기계화학적 연마방법에 있어서, 산화제가 혼합된 초임계 유체와 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층을 반응시키는 제1단계; The present invention relates to a chemical mechanical polishing method of the metal layer using the supercritical fluid, and more particularly, a metal layer of the wafer in, the oxidizing agent is mixed supercritical fluid and the metal layer is formed on the chemical mechanical polishing method of the metal layer in the semiconductor manufacturing process a first step of reacting; 및, 상기 반응이 완료된 웨이퍼를 연마기계로 연마하여 평탄화하는 제 2단계를 포함하여 구성된다. And is constituted by a second step of the reaction is planarized by polishing the wafer with the polishing machine is completed.

즉, 초임계 유체는 확산성이 종래의 유체에 비하여 월등히 우수하고, 반응성 또한 우수하므로, 이와 같은 초임계 유체에 산화제를 혼합한 경우는 웨이퍼의 일면에 형성된 금속층을 깊숙이 침투하여 두꺼운 산화막을 형성하거나, 부식층을 형성하거나, 에칭하게 된다. In other words, the supercritical fluid has diffusion property is so far superior to the conventional fluids, reactive also excellent, in this case a mixture of such second oxidant into the supercritical fluid is formed in the thick oxide film to penetrate deep into the metal layer formed on one surface of the wafer, or , to form a corrosion layer or is etched.

따라서 금속층 CMP에서 연마기계에서 산화층의 형성과 이의 연마가 반복적으로 동시에 일어나는 것이 비하여, 본 발명의 경우는 산화막 등의 형성은 제1단계에서 형성하고, 이의 제거를 통한 평탄화는 제2단계에서 수행하는데, 상기 산화막의 형성이 초임계 유체 내에서 이루어지므로 두꺼운 깊이까지, 바람직하게는 평탄화를 원하는 깊이까지 한번 또는 두 번 정도에 이루어지도록 하는 것이다. Therefore, in comparison to the formation and its polishing of the oxide layer occurs repeatedly at the same time in the grinding machine in the metal CMP, the case of the present invention is formed of such an oxide film is formed in a first step, planarization by removal thereof to perform in the second step , up to the formation of the oxide film becomes thick, performed in a supercritical fluid depth, preferably made such that the degree of flattening in once or twice to a desired depth. 따라서 CMP공정으로 평탄화시키는 공정을 상기 제1단계 및 제2단계를 1회 반복하여 이를 달성할 수도 있고, 상기 제1단계 및 제2단계를 2회 이상 반복하여 이를 수행할 수도 있다. Therefore it may be subject to the first step and the second step the step of flattening by the CMP process was repeated once to achieve this end, the first repeated two or more times the step 1 and step 2 may be done.

상기 제1단계의 초임계 유체로는 공지의 다양한 물질이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 초임계 상태의 carbon dioxide, ethane, ethylene, propane, propylene, cyclohexane, isopropanol, benzene, toluene, p-xylene, chlorotrifluoromethane, tricholrofluoromethane, ammonia, water 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. Seconds the critical fluid in the first stage may be subject to a variety of materials of known, preferably from the supercritical state of carbon dioxide, ethane, ethylene, propane, propylene, cyclohexane, isopropanol, benzene, toluene, p-xylene, chlorotrifluoromethane a, tricholrofluoromethane, ammonia, water, etc. can be used singly or in combination.

또한 상기 초임계 유체에 혼합되는 상기 산화제는 공지의 다양한 산화제가 이에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 과산화 화합물, 유기산 또는 산화물 등이 이 에 사용될 수 있다. In addition, the second the oxidant to be mixed with the supercritical fluid has a variety of known oxidizing agents can be applied to, preferably include peroxide compounds, organic acids or oxides can be used for this. 상기 산화제의 혼합농도는 산화속도를 제어하기 적절한 농도로 혼합하는 것이 바람직하고, 예를 들면 대략 0.01 vol% ~ 90 vol%의 범위 내에서 조절할 수 있다. Mixing concentration of the oxidizing agent is to control the rate of oxidation, and it is preferable to blend an appropriate concentration, for example, it can be adjusted within the range of about 0.01 vol% ~ 90 vol%.

상기 과산화 화합물은 하이드로겐 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일 퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 산화물은 H 2 O 2 , O 3 , N 2 O 4 , NO 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. The peroxide compound is hydrogen peroxide, benzoyl peroxide, calcium peroxide, peroxydicarbonate, octanoyl peroxide, oxide, H 2 O 2, can be used alone or in combination, such as acetyl benzoyl peroxide, O 3, N 2 O 4, can be used alone or in combination, such as NO. 유기산은 질산, 황산, 인산, 염산 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. Organic acids can be used singly or a mixture of nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid or the like. 상기 첨가제의 혼합농도는 산화속도를 제어하기 적절한 농도로 혼합하는 것이 바람직하고, 예를 들면 산화제 및 초임계 유체 전체에 대하여 대략 0.01 vol% ~ 90 vol%의 범위 내에서 조절할 수 있다. The concentration of the additive mixture can be adjusted to control the rate of oxidation, and it is preferable to blend an appropriate concentration, for example within the range from about 0.01 vol% ~ 90 vol% with respect to the entirety of the oxidizing agent and the supercritical fluid.

또한 상기 제1단계의 초임계 유체는 계면활성제, 분산안정제, 용해제, 연마억제제, 연마촉진제, 산화촉진제 및 착화제를 1군으로 하는 첨가제 중에서 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다. May also be configured by the supercritical fluid of the first stage further comprises at least one of the additives to the surface active agent, a dispersion stabilizer, solubilizing agents, polishing agents, polishing accelerators, oxidation accelerator, and a complexing agent to the first group.

연마 촉진제로는 술폰산, 에탄술폰산, 메탄술폰산, 톨루엔술폰산, 에틸술폰산, 술폰디술폰산, 술폰모노술폰산, 나프탈렌술폰산, 벤젠 술폰산, 메탄설포닐 플루오라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 또한 옥살산, 말론산, 숙식산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수벨산, 아제라산, 세박산, 말레산, 글루타콘산, 무콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. Polishing accelerator may be selected from the acid, ethanesulfonic acid, methanesulfonic acid, toluene sulfonic acid, ethyl sulfonic acid, alcohol Pondicherry sulfonate, sulfone mono-sulfonic acid, naphthalene sulfonic acid, benzene sulfonic acid, methane sulfonyl fluoride, and mixtures thereof, also can be selected from oxalic acid, malonic acid, accommodation acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, belsan, azelaic acid, sebacic acid, maleic acid, glutaric acid, non-acid, and mixtures thereof .

분산안정제로는 폴리아크릴아마이드, 폴리(아크릴아마이드-코-아크릴산), 폴리(아크릴산-코-말레산), 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메킬메타아크릴레이트, 폴리(메틸메타아크릴레이트-코-부틸메타아크릴레이트), 폴리(메틸메타아크릴레이트-코-에틸아크릴레이트), 폴리(메틸메타아크릴레이트-코-메타아크릴산), 폴리아크릴산, 폴리아크릴산소듐염, 폴리아크릴산암모늄염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. Dispersion stabilizer is polyacrylamide, poly (acrylamide-co-acrylic acid), poly (acrylic acid-co-maleic acid), poly (methyl acrylate), poly mekil methacrylate, poly (methyl methacrylate-co-butyl meta acrylate), poly (methyl methacrylate-co-ethyl acrylate), poly (methyl methacrylate-co-methacrylic acid), from polyacrylic acid, polyacrylic acid sodium salt, polyacrylic acid ammonium salt, and mixtures thereof It can be selected.

절연막 연마억제제는 분자량 1,000 내지 100,000의 이민계 고분자 화합물로 구체적으로는 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌이민, 폴리부틸렌이민 등 일 수 있다. Insulating film polishing inhibitor may be specifically, such as polyethylene imine and polypropylene imine, polybutylene imine with imine-based polymer compound having a molecular weight of 1,000 to 100,000.

또한 금속막 연마억제제로는 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 톨릴트리아졸, 벤즈이미다졸, 벤조시아졸, 0-아미노페놀, m-페닐렌디아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군일 수 있다. In addition, the metal film polishing inhibitor include benzotriazole, 1,2,4-triazole, tolyl triazole, benzimidazole, benzo when azoles, 0-aminophenol, m- phenylene diamine, and mixtures thereof can gunil have.

착화제로는 인산계 및 술폰산계 화합물을 사용할 수 있으며, 인산계 화합물로는 인산, 아인산, 차아인산, 알파-아미노에틸인산, 아미노메틸이산, 아미노-(3,4-디하이트록실페닐)메틸인산, 에틸렌디아민 테트라메틸렌인산, 이소프로필메틸이산, 디에틸렌트리아민펜타메틸렌이산, 메틸이산, 니트릴로트리스(메틸인산) 등을 사용할 수 있고, 술폰산계 화합물로는 황산, 아황산, 티오 황산, 술팜산, 술파닐산, 술포살리실산, 술포숙신산, 술포프탈산, 벤젠 술포산, 나프톨 술폰산, 메탄 술폰산, 톨루엔 술폰산, 술포닐디아세트산, 도데실벤젠 술폰산, 2-아미노톨루엔-5-술폰산, 2-아미노톨루엔-4-술폰산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군일 수 있다. Complexing agents include phosphoric acid-based, and can use the sulfonic acid-based compound, a phosphate-based compound is phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, alpha-amino ethyl phosphoric acid, aminomethyl discrete, amino- (3,4-lock chamber height) methyl phosphate and ethylene diamine tetramethylene phosphoric acid, isopropyl methyl discrete, diethylenetriamine pentamethylene discrete, methyl diacids, may be used, such as tris (methyl phosphate), nitrile, sulfonic acid-based compounds include sulfuric acid, sulfurous acid, thiosulfuric acid, sulfamic acid , sulfamic acid, sulfonyl acid, sulfosuccinic acid, sulfonyl acid, benzene alcohol Foshan, naphthol sulfonic acid, methane sulfonic acid, toluene sulfonic acid, sulfonyl nildi acid, dodecylbenzenesulfonic acid, 2-amino-toluene-5-sulfonic acid, 2-amino-toluene -4 - it can gunil consisting of sulfonic acid and mixtures thereof.

계면 활성제로는 도데실 술페이트 나트륨염, 나트륨 라우릴 술페이트, 도데 실 술페이트 암모늄염 및 그 혼합물일 수 있다. Surfactant may be dodecyl sulfate sodium salt, sodium lauryl sulfate, dodecyl sulfate ammonium salt, and mixtures thereof.

산화 촉진제로는 질산 제 2철 및 그의 화합물, 과산화 수소, 칼륨요오데이트, 산화 망간, 수산화 암모늄, 과황산 암모늄, 과황산 칼륨, 과황산 암모늄/황산, 과황산 칼륨/황산, 염화 제 2철/염산, 크롬산, 크롬산/염산, 중크롬산 칼륨/황산 및 스테아르산 제 2철 염 등일 수 있다. Promoter oxide is ferric nitrate, and compounds thereof, hydrogen peroxide, potassium periodate date, manganese oxide, ammonium hydroxide, ammonium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate / sulfuric acid, potassium persulfate / sulfuric acid, ferric chloride / hydrochloric acid, chromic acid, chromic acid / hydrochloric acid, potassium dichromate / sulfuric acid, and stearic acid second, and the like ferrous sulphate.

상기 유체와 금속층의 반응은 웨이퍼 표면에 산화막을 형성하거나 금속층을 에칭하거나 이 둘이 함께 발생하는 경우가 될 수 있다. Reaction of the fluid and the metal layer may be a case of forming an oxide film on the surface of the wafer or etching a metal layer or the two occur together.

이와 같은 전처리(제1단계)가 이루어진 이후에는 통상의 CMP방법에 적용하는 것과 유사한 평탄화 공정인 연마공정을 진행한다. After this pre-treatment consisting of the same (first step), the processing proceeds to the flattening process is a polishing process similar to that applied to the conventional CMP method. 상기 연마단계인 제2단계는 통상의 연마기계를 통하여 이루어질 수 있고, 상기 연마기계는 예를 들면 패드가 부착된 turn table과 이의 상면에 웨이퍼를 밀착하고 회전 또는/ 및 이동하는 chuck 및 conditioner, 슬러리 공급 장치 등을 포함하는 구성을 가진다. The second step of the polishing step may be made via an ordinary polishing machine, the polishing machine, for example, chuck and conditioner, the slurry to contact the wafer to the turn table and its top surface the pad is attached to and rotated and / or moved It has a configuration comprising a supply or the like.

상기 제2단계에서 연마시에 슬러리가 추가적으로 공급되어질 수 있고, 이에는 통상의 금속층 CMP에 적용되는 슬러리도 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제2단계는 슬러리로 물과 연마제의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. The first can be a slurry is fed further during polishing in step 2, this may also be used in the slurry to be applied to the conventional metal CMP, and preferably to use a mixture of water and an abrasive wherein the second stage is a slurry good. 즉, 연마제는 포함하지만 산화제는 포함되지 않는 것이 슬러리의 안정성 및 결함제거에 도움이 된다. That is, the polishing compound comprises, but is an oxidizing agent is not contained is good for stability of the slurry and removal of defects. 이와 같이 슬러리에 산화제를 포함하지 않는 경우는 실질적으로는 기계화학적 연마가 아니라 기계적 연마에 가까운 형태가 되고, 전처리인 제1단계가 화학적 연마에 해당되게 된다. In this manner, when does not contain an oxidizing agent to the slurry is substantially not a chemical mechanical polishing to be a form close to a mechanical polishing, it is the pre-treatment of the first step to be available for the chemical polishing.

상기 연마제로는 γ-알루미나, α-알루미나, fumed 실리카, 콜로이달 실리 카, 세리아 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 콜로이달 실리카 및 fumed 실리카의 실리카 계열의 연마제를 사용하는 것이 좋다. The abrasive is a good idea to use a γ- alumina, α- alumina, fumed silica, colloidal silica, ceria, etc., alone or can be used in a mixture, preferably a colloidal slurry of silica and silica-based of the fumed silica . 콜로이달 실리카 및 fumed 실리카는 분산 안정성과 슬러리 제조의 용이성 측면에서 우수하며 스크래치 발생 가능성이 적기 때문이다. Colloidal silica and fumed silica is that there is little possibility of scratching, and excellent in terms of ease of dispersion stability and slurry preparation.

또한 본 발명은 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마장치를 제공하는 바, 이는 반도체 제조공정의 금속층의 기계화학적 연마장치에 있어서, 회전테이블 및 웨이퍼 척을 구비하는 연마기계; In another aspect, the present invention the supercritical fluid to the bar to provide a chemical mechanical polishing apparatus using the metal layer, which according to chemical mechanical polishing apparatus of the metal layers of a semiconductor manufacturing process, the polishing machine having a rotating table and a wafer chuck; 및, 온도 및 압력 조절 장치를 구비하여, 산화제가 혼합된 초임계 유체를 담고, 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층과 상기 초임계 유체를 반응시키는 반응조를 포함하는 구성을 갖는다. And, to a temperature and pressure control devices, containing the oxidizing agent is mixed supercritical fluid and has a configuration in which the metal layer of the wafer is formed, a metal layer and comprises a reaction tank for reacting the supercritical fluid.

즉, 연마기계의 경우는 상기 기술한 바와 같은 종래의 연마기계가 적용될 수 있고, 이와 같은 연마단계 이전에 웨이퍼를 전처리하는 반응조를 더 구비하는데, 이는 초임계상태를 유지하고, 보다 적정한 반응조건을 제공하기 위하여 유체의 온도 및 압력을 조절하는 온도 및 압력 조절장치를 구비한다. That is, in the case of grinding machines are conventional and grinders can be applied, further comprising a reaction vessel for pre-treatment such a grinding stage before the wafer on which maintains the supercritical state, and the more appropriate reaction conditions as described above in order to provide it with a temperature and a pressure regulating device for regulating the temperature and pressure of the fluid. 상기 온도 및 압력 조절장치는 통상의 온도 및 압력 측정장치, 가열 및 냉각 장치, 가압 및 배기 장치, 제어기 등을 포함하는 구성을 가질 수 있다. The temperature and the pressure control device may have a configuration which includes a conventional temperature and pressure measuring devices, heating and cooling unit, the pressure and the exhaust system controller. 또한 이와 같이 조절된 조건을 유지하여야 하므로 반응조는 일정한 공간의 챔버로 구성되는 것이 바람직하고, 여기에서 형성되어진 산화제가 혼합된 초임계 유체와 웨이퍼의 금속층이 반응하도록 한다. In addition, it should maintain the thus adjusted conditions, the reaction tank is preferably configured as a chamber of constant area, and the metal layer is of the supercritical fluid and the wafer mixed oxidant been formed here to react. 상기 산화제는 상기 기술한 바와 같은 물질이 이용되어질 수 있음은 물론이다. The oxidizing agent is, of course that the materials as described above can be used.

또한 상기 반응조의 초임계 유체는 이에 부가하여 계면활성제, 분산안정제, 용해제, 연마억제제, 연마촉진제, 산화촉진제 및 착화제를 1군으로 하는 첨가제 중에서 적어도 하나를 더 포함하여 구성할 수 있으며, 이는 상기 기술한 바와 같다. In addition, the supercritical fluid in the reaction vessel may be added to the surfactant, the dispersion stabilizer, solubilizing agents, polishing agents, polishing accelerators, further comprising at least one of additives for the oxidation accelerator, and a complexing agent to the Group I to this, that the as it described.

또한 상기 연마기계는 통상의 연마기계와 같이 슬러리 공급 장치를 더 포함하여 구성할 수 있고, 바람직하게는 슬러리로 물과 연마제의 혼합물을 공급하는 슬러리 공급 장치를 더 포함하는 것이 공정의 안정성 및 결함감소를 위하여 좋다. In addition, the polishing machine further may comprise, and preferably further comprising that reduce reliability, and the defect in the process that the slurry supply unit for supplying a mixture of water and abrasive to the slurry a slurry supply device, such as a conventional polishing machine the good order.

구체적인 실시예로, 본 발명은 텅스텐 막을 산화시키기 위하여 초임계 유체(이산화탄소)와 산화제 및 첨가제로서 산화 촉진제(철염)를 초임계 상태로 형성하여 텅스텐 막을 산화시킨 후 물에 연마 입자(연마제)가 혼합된 슬러리를 공급하는 연마 기계를 이용하여 텅스텐 막의 표면 평탄화를 이룰 수 있다. In a particular embodiment, the present invention provides abrasive particles (abrasive) mixed into water then to form a supercritical fluid (carbon dioxide) and the oxidizing agent and the oxidation promoter (iron salt) as an additive to the supercritical state, the tungsten oxide film to oxidize tungsten film using a grinding machine for supplying a slurry can form the tungsten film surface flattening.

구리 웨이퍼의 표면을 평탄화 공정에 적합하도록 반응시키기 위하여 초임계 유체(이산화탄소)에 분산안정제, 산화제, 착화제, 연마 촉진제, 연마 억제제 등을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. The dispersion stabilizer to the surface of the copper wafers in a supercritical fluid (carbon dioxide) in order to react to be suitable to the planarization process, an oxidant, a complexing agent, a polishing accelerator, a polishing inhibitor such as a single or one or more may be mixed.

Claims (6)

  1. 반도체 제조공정 중의 금속층의 기계화학적 연마방법에 있어서, In the chemical mechanical polishing method of the metal layer in the semiconductor manufacturing process,
    산화제가 혼합된 초임계 유체와 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층을 반응시키는 제1단계; A first step of reacting an oxidizing agent is mixed supercritical fluid and the metal layer of the wafer is formed, the metal layer; And
    상기 반응이 완료된 웨이퍼를 연마기계로 연마하여 평탄화하는 제2단계를 포함하며, 상기 제2단계는 연마시에 상기 산화제가 포함되지 않으며 물과 연마제의 혼합물을 나타내는 슬러리를 추가적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법. And a second step of planarization by polishing the wafer, the reaction is completed a polishing machine, and the second step does not contain the oxidizing agent at the time of polishing, characterized in that additionally supplies a slurry representing a mixture of water and abrasive chemical mechanical polishing method of the metal layer using the supercritical fluid.
  2. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제1단계의 초임계 유체는 계면활성제, 분산안정제, 용해제, 연마억제제, 연마촉진제, 산화촉진제 및 착화제를 1군으로 하는 첨가제 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마방법. Supercritical of the first stage fluid using a supercritical fluid according to claim 1, further comprising at least one of the additives that a surface active agent, a dispersion stabilizer, solubilizing agents, polishing agents, polishing accelerators, oxidation accelerator, and a complexing agent to the Group 1 chemical mechanical polishing of metal layers.
  3. 삭제 delete
  4. 반도체 제조공정의 금속층의 기계화학적 연마장치에 있어서, In the chemical mechanical polishing apparatus of the metal layers of a semiconductor manufacturing process,
    회전테이블 및 웨이퍼 척을 구비하는 연마기계; Polishing machine having a rotary table and a wafer chuck; And
    온도 및 압력 조절 장치를 구비하여, 산화제가 혼합된 초임계 유체를 담고, 금속층이 형성된 웨이퍼의 금속층과 상기 초임계 유체를 반응시키는 반응조를 포함하며, 상기 연마기계는 연마시에 상기 산화제가 포함되지 않으며 물과 연마제의 혼합물을 나타내는 슬러리를 추가적으로 공급하는 슬러리 공급장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마장치. To a temperature and pressure control devices, containing the oxidizing agent is mixed supercritical fluid, comprising: a reaction vessel for the metal layer react the metal layer and the supercritical fluid formed in the wafer, the polishing machine will not contain the oxidizing agent at the time of polishing no chemical mechanical polishing apparatus of the metal layer using a supercritical fluid according to claim 1, further comprising a slurry supply device for additionally supplying a slurry representing a mixture of water and abrasive.
  5. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 반응조의 초임계 유체는 계면활성제, 분산안정제, 용해제, 연마억제제, 연마촉진제, 산화촉진제 및 착화제를 1군으로 하는 첨가제 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체를 이용한 금속층의 기계화학적 연마장치. Supercritical fluid in the reaction vessel is of a metal layer using the supercritical fluid, it characterized in that it further comprises at least one of an additive of a surfactant, a dispersion stabilizer, solubilizing agents, polishing agents, polishing accelerators, oxidation accelerator, and a complexing agent to the Group 1 chemical mechanical polishing apparatus.
  6. 삭제 delete
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