KR102301933B1 - Fabricating method of Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

반도체 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 리세스(recess) 영역을 갖는 베이스 기판 구조체를 준비하는 단계, 상기 리세스 영역을 갖는 상기 베이스 기판 구조체 상에 물질막을 증착하여, 상기 리세스 영역을 채우는 단계, 및 상기 물질막의 물질을 이온화시켜, 상기 리세스 영역 외의 상기 물질막을 제거하고, 상기 리세스 영역 내의 상기 물질막을 잔존시켜, 상기 리세스 영역 내에 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a semiconductor device is provided. The method of manufacturing the semiconductor device includes: preparing a base substrate structure having a recess region; depositing a material film on the base substrate structure having the recess region to fill the recess region; The method may include ionizing a material of the material layer to remove the material layer other than the recess area, and leaving the material layer in the recess area to form a material layer pattern in the recess area.

Description

반도체 소자의 제조 방법 {Fabricating method of Semiconductor device}Method of manufacturing a semiconductor device {Fabricating method of Semiconductor device}

본 출원은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 리세스 영역 내에 물질막 패턴을 형성하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관련된 것이다. The present application relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including forming a material film pattern in a recess region.

반도체 장치를 제조할 때, 금속층의 증착 및 선택적 제거는 중요한 공정이다. 전형적인 반도체 웨이퍼는 표면에 증착되거나 도금되는 여러개의 금속층을 갖는데, 각각의 연속하는 층은 다른 층이 더 추가되기 전에 연마되거나 에칭된다. 특히, 웨이퍼 면 상에 구리를 전기도금하는 것이 널리 실시되고 있다. 전형적으로, 구리의 도금(이는 일반적으로 웨이퍼 상에 구리로 된 덮개층을 만든다)을 한 후에 도금층의 원하지 않는 부분을 제거하기 위해 일반적으로 화학기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing, CMP) 공정을 이용하고 있다. When manufacturing semiconductor devices, deposition and selective removal of metal layers are important processes. A typical semiconductor wafer has several metal layers deposited or plated on the surface, each successive layer being polished or etched before further layers are added. In particular, the electroplating of copper on the wafer surface is widely practiced. Typically, a chemical-mechanical polishing (CMP) process is typically used to remove unwanted portions of the plating layer after plating of copper (which usually creates a copper capping layer on the wafer). have.

전형적인 CMP 공정에서, 기판(예, 웨이퍼)은 플래튼(platen)에 부착된 회전 폴리싱 패드(rotating polishing pad)와 접촉되게 놓인다. CMP 슬러리, 전형적으로는 연마 및 화학적 반응 혼합물이 기판의 CMP 공정 동안 패드에 공급된다. CMP 공정 동안, 패드(플래튼에 고정됨) 및 기판이 회전되면서, 웨이퍼 캐리어 시스템 또는 폴리싱 헤드가 기판에 대해서 압력(다운포스(downward force))을 가한다. 슬러리는 화학 기계적 상호작용에 의해서 평탄화(폴리싱) 공정을 수행하며, 기판 필름이 기판에 대한 패드의 회전 운동의 효과로 인해서 평탄화된다. 폴리싱은 이러한 방식으로 기판상의 소정의 필름이 제거될 때까지 계속되며, 폴리싱의 통상적인 목적은 기판을 효과적으로 평탄화시키는 것이다. In a typical CMP process, a substrate (eg, a wafer) is placed in contact with a rotating polishing pad attached to a platen. A CMP slurry, typically a polishing and chemical reaction mixture, is supplied to the pad during the CMP process of the substrate. During the CMP process, the wafer carrier system or polishing head applies pressure (down force) against the substrate as the pad (fixed to the platen) and the substrate are rotated. The slurry undergoes a planarization (polishing) process by chemical mechanical interaction, and the substrate film is planarized due to the effect of the rotational motion of the pad relative to the substrate. Polishing is continued in this manner until any film on the substrate is removed, and the usual purpose of polishing is to effectively planarize the substrate.

그러나, CMP 공정에는 슬러리에 함유되어 있는 입자에 의한 스크래치, 오염, 부식의 문제와 함께 공정 비용이 높다는 문제점이 있다. 이에 따라, 반도체 공정에 있어, CMP 공정에서 발생되는 문제점을 해결하며, 평탄화 공정을 수행할 수 있는 방법에 대해 지속적으로 연구되고 있다. However, the CMP process has a problem in that the process cost is high along with the problems of scratches, contamination and corrosion caused by particles contained in the slurry. Accordingly, in a semiconductor process, a method for solving a problem occurring in a CMP process and performing a planarization process is continuously being studied.

본 출원이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present application is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a manufacturing process is simplified.

본 출원이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, CMP 공정을 생략하여, CMP 공정에서 발생되는 문제점(슬러리에 포함된 입자에 의한 스크래치, 오염, 부식 등)을 해결할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can solve problems (scratches, contamination, corrosion, etc. due to particles included in the slurry) occurring in the CMP process by omitting the CMP process. there is

본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 절감된 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a method of manufacturing a semiconductor device with reduced manufacturing cost.

본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 신뢰성이 향상된 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present application is to provide a method of manufacturing a semiconductor device with improved reliability.

본 출원이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present application is not limited to the above.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 출원은 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above-described technical problems, the present application provides a method of manufacturing a semiconductor device.

일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 리세스(recess) 영역을 갖는 베이스 기판 구조체를 준비하는 단계, 상기 리세스 영역을 갖는 상기 베이스 기판 구조체 상에 물질막을 증착하여, 상기 리세스 영역을 채우는 단계, 및 상기 물질막의 물질을 이온화시켜, 상기 리세스 영역 외의 상기 물질막을 제거하고, 상기 리세스 영역 내의 상기 물질막을 잔존시켜, 상기 리세스 영역 내에 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing the semiconductor device includes: preparing a base substrate structure having a recess region; depositing a material film on the base substrate structure having the recess region; filling a region, and ionizing the material of the material film to remove the material film other than the recess region, and leaving the material film in the recess region to form a material film pattern in the recess region can do.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막의 상기 물질을 이온화시키는 단계는, 상기 물질막을 갖는 상기 베이스 기판 구조체를 전해질 내에 침지하는 단계, 상기 물질막에 제1 전압을 인가하는 제1 제거 단계, 및 상기 물질막에 상기 제1 전압보다 낮은 레벨의 제2 전압을 인가하는 제2 제거 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the step of ionizing the material of the material layer includes immersing the base substrate structure having the material layer in an electrolyte, a first removal step of applying a first voltage to the material layer, and the material The method may include a second removal step of applying a second voltage of a lower level than the first voltage to the layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 제1 전압이 인가된 직후(directly after), 상기 제2 전압이 인가되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing the semiconductor device may include applying the second voltage immediately after the first voltage is applied (directly after).

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 제거 단계에서 상기 물질막의 상기 물질이 이온화되는 속도는, 상기 제2 제거 단계에서 상기 물질막의 상기 물질이 이온화되는 속도보다 빠른 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the rate at which the material of the material layer is ionized in the first removal step may include a speed greater than the rate at which the material of the material layer is ionized in the second removal step.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전압은 0.5V 초과 1.6V 미만인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the second voltage may include more than 0.5V and less than 1.6V.

일 실시 예에 따르면, 상기 전해질은 인산(H3PO4)을 포함하고, 상기 인산의 농도는 50 wt% 이상인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the electrolyte may include phosphoric acid (H 3 PO 4 ), and the concentration of the phosphoric acid may include 50 wt% or more.

일 실시 예에 따르면, 상기 인산의 농도가 낮아짐에 따라, 상기 물질의 이온화 속도가 빨라지는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, as the concentration of the phosphoric acid decreases, the ionization rate of the material may increase.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막을 증착하기 전, 상기 베이스 기판 구조체 상에, 상기 리세스 영역의 내면을 따라, 베리어층을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 전해질은, 상기 베리어층을 식각하는 베리어 식각액을 포함할 수 있다. According to an embodiment, before depositing the material layer, the method further includes forming a barrier layer along the inner surface of the recess region on the base substrate structure, wherein the electrolyte is used to etch the barrier layer. It may contain a barrier etchant.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층은 티타늄(Ti), 및 탄탈륨(Ta) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the barrier layer may include any one of titanium (Ti) and tantalum (Ta).

일 실시 예에 따르면, 상기 전해질이 교반되는 동시에, 상기 물질막에 상기 제1 및 제2 전압이 인가되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, it may include applying the first and second voltages to the material layer while the electrolyte is stirred.

일 실시 예에 따르면, 상기 리세스 영역은 트렌치(Trench)이고, 상기 물질막 패턴은 금속 배선인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the recess region may be a trench, and the material layer pattern may include a metal wiring.

일 실시 예에 따르면, 상기 리세스 영역은 상기 베이스 기판을 관통하는 비아 홀(Via-hole)이고, 상기 물질막 패턴은 TSV(Through Silicon Via)인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the recess region may be a via-hole passing through the base substrate, and the material layer pattern may include a through silicon via (TSV).

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막은 구리막을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the material layer may include a copper layer.

다른 실시 예에 따르면, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 베이스 기판을 준비하는 단계, 상기 베이스 기판 상에 물질막을 증착하는 단계, 상기 물질막이 증착된 상기 베이스 기판을 전해질 내에 침지하는 단계, 및 상기 물질막에 제1 전압, 및 상기 제1 전압보다 낮은 레벨의 제2 전압을 연속적으로(sequentially) 인가하여, 상기 물질막의 물질을 이온화시켜, 상기 물질막의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment, the method of manufacturing the semiconductor device includes preparing a base substrate, depositing a material film on the base substrate, immersing the base substrate on which the material film is deposited in an electrolyte, and the material and sequentially applying a first voltage and a second voltage lower than the first voltage to the film to ionize the material of the material film, thereby removing at least a portion of the material film.

다른 실시 예에 따르면, 제1 전압 구간에서 전압 증가에 따라서 상기 물질막의 제거 속도가 제1 기울기로 감소하는 제1 구간, 및 제2 전압 구간에서 전압 증가에 따라서 상기 물질막의 제거 속도가 제2 기울기로 증가하는 제2 구간이 제공되고, 상기 제2 구간의 상기 제2 기울기의 크기는, 상기 제1 구간의 상기 제1 기울기의 크기보다 크고, 상기 제1 전압은 상기 제2 전압 구간에서 선택되고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압 구간에서 선택되는 것을 포함할 수 있다. According to another embodiment, in a first section in which the removal rate of the material layer decreases to a first slope according to an increase in voltage in the first voltage section, and in a second voltage section, the removal rate of the material layer decreases in a second slope according to an increase in voltage in the second voltage section is provided, a magnitude of the second slope of the second interval is greater than a magnitude of the first slope of the first interval, and the first voltage is selected in the second voltage interval; , the second voltage may include being selected in the first voltage period.

본 출원의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 리세스 영역을 갖는 베이스 기판 구조체를 준비하는 단계, 상기 리세스 영역을 갖는 상기 베이스 기판 구조체 상에 물질막을 증착하여, 상기 리세스 영역을 채우는 단계, 및 상기 물질막의 물질을 이온화시켜, 상기 리세스 영역 외의 상기 물질막을 제거하고, 상기 리세스 영역 내의 상기 물질막을 잔존시켜, 상기 리세스 영역 내에 상기 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application includes preparing a base substrate structure having a recess region, depositing a material film on the base substrate structure having the recess region, and filling the recess region and ionizing the material of the material layer to remove the material layer other than the recess area, and leaving the material layer in the recess area to form the material layer pattern in the recess area. have.

이에 따라, 상기 리세스 영역 내의 상기 물질막 패턴을 형성하는 공정에 따른 막질의 손상(슬러리에 포함된 입자에 의한 스크래치, 오염, 부식 등)이 예방될 수 있다. 또한, 간단하고 저렴한 비용으로, 고신뢰성의 금속 배선 또는 TSV(Through Silicon Via)가 제조될 수 있다. Accordingly, damage to the film quality (scratch, contamination, corrosion, etc. caused by particles included in the slurry) according to the process of forming the material film pattern in the recess region may be prevented. In addition, a highly reliable metal wiring or TSV (Through Silicon Via) can be manufactured simply and at low cost.

도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 내지 도 7은 본 출원의 제1 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 11은 본 출원의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 12 내지 도 16은 본 출원의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서, 전해연마에 따른 결과를 촬영한 사진이다.
도 19는 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 서로 다른 배율 및 각도에서 촬영한 사진이다.
도 20은 본 출원의 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 EDS analysis를 나타내는 사진이다.
도 21은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 EDS analysis를 나타내는 사진이다.
도 22는 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 촬영한 사진이다.
도 23은 본 출원의 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서 전해연마 공정이 수행되기 전 상태를 촬영한 사진이다.
도 24는 본 출원의 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서 전해연마 공정이 수행된 후의 상태를 촬영한 사진이다.
도 25는 전해질이 포함하는 불화암모늄(NH4F)의 농도에 따른 베리어층의 제거 효과를 비교하는 사진들이다.
도 26은 본 출원의 실시 예 3에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서, 비아홀 내에 구리막이 증착된 상태를 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 27은 본 출원의 실시 예 3에 따른 반도체 소자를 촬영한 사진이다.
도 28 및 도 29는 전해질이 포함하는 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 그래프이다.
도 30은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 사진들이다.
도 31 및 도 32는 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 그래프들이다.
도 33 및 도 34는 본 출원의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 비교하는 사진들이다.
도 35는 본 출원의 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 그래프들이다.
도 36은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과 및 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 SEM 사진들이다.
도 37은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과 및 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 그래프이다.
도 38은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과 및 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 AFM 사진들이다.
도 39 및 도 40은 본 출원의 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 SEM 사진들이다.
도 41은 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서 인가되는 전압에 따라 구리가 이온화되는 정도를 나타내는 그래프이다.
도 42는 도 41에 표시된 각 구간에서 촬영된 반도체 소자들을 나타내는 사진이다.
도 43 및 도 44는 구리막의 제거를 위한 전해연마 공정에서 인가되는 전하의 크기에 따른 효과를 비교하는 사진이다.
도 45는 구리막의 제거를 위한 전해연마 공정에서 인가되는 전하량에 따른 구리막의 두께 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application.
2 to 7 are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present application.
8 to 11 are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a modified example of the first embodiment of the present application.
12 to 16 are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present application.
17 and 18 are photographs of results obtained by electrolytic polishing in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
19 is a photograph taken at different magnifications and angles of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
20 is a photograph showing EDS analysis of a semiconductor device according to Comparative Example 1 of the present application.
21 is a photograph showing EDS analysis of a semiconductor device according to Example 1 of the present application.
22 is a photograph of a semiconductor device according to Example 1 of the present application.
23 is a photograph taken before the electrolytic polishing process is performed in the manufacturing process of the semiconductor device according to Comparative Example 1 of the present application.
24 is a photograph taken after the electrolytic polishing process is performed in the manufacturing process of the semiconductor device according to Comparative Example 1 of the present application.
25 is a photograph comparing the removal effect of the barrier layer according to the concentration of ammonium fluoride (NH 4 F) included in the electrolyte.
26 is a photograph showing a state in which a copper film is deposited in a via hole during a manufacturing process of a semiconductor device according to Example 3 of the present application.
27 is a photograph of a semiconductor device according to Example 3 of the present application.
28 and 29 are graphs comparing the effect according to the concentration of phosphoric acid included in the electrolyte.
30 is a photograph comparing the effects of electrolyte stirring in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
31 and 32 are graphs comparing the effects of electrolyte stirring in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
33 and 34 are photographs comparing semiconductor devices according to Examples 1 and 2 of the present application.
35 is a graph comparing the effects of electrolyte stirring in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 2 of the present application.
36 is SEM photographs comparing the effect of electrolyte stirring and the effect of phosphoric acid concentration in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
37 is a graph comparing the effect according to the electrolyte stirring and the effect according to the concentration of phosphoric acid in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
38 is AFM photographs comparing the effect of electrolyte stirring and the effect of phosphoric acid concentration in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.
39 and 40 are SEM photographs comparing the effect of stirring the electrolyte in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 2 of the present application.
41 is a graph showing the degree of ionization of copper according to a voltage applied during an electrolytic polishing process for removing a copper film.
42 is a photograph illustrating semiconductor devices photographed in each section shown in FIG. 41 .
43 and 44 are photographs comparing the effect according to the magnitude of the electric charge applied in the electrolytic polishing process for removing the copper film.
45 is a graph illustrating a change in the thickness of a copper film according to an amount of electric charge applied in an electrolytic polishing process for removing the copper film.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 출원의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 출원의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present application is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present application may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in the present specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification is present, and one or more other features, numbers, steps, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. Also, in the present specification, the term “connection” is used to include both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 출원을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present application, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present application, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2 내지 도 7은 본 출원의 제1 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application, and FIGS. 2 to 7 are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present application.

도 1 및 도 2를 참조하면, 베이스 기판 구조체(100)가 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판 구조체(100)는, 반도체 기판, 금속 기판, 플라스틱 기판, 또는 유리 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 기판 구조체(100)는 실리콘(Si) 반도체 기판을 포함할 수 있다. 1 and 2 , the base substrate structure 100 may be prepared (S100). According to an embodiment, the base substrate structure 100 may include a semiconductor substrate, a metal substrate, a plastic substrate, or a glass substrate. For example, the base substrate structure 100 may include a silicon (Si) semiconductor substrate.

상기 베이스 기판 구조체(100)는 리세스(recess) 영역(110)을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 리세스 영역(110)은, 트렌치(Trench)일 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기판 구조체(100)는, 트렌치가 형성된 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 트렌치의 깊이는 3μm 일 수 있다. 상기 리세스 영역(110)은 상기 반도체 기판에 직접 형성되거나, 또는 상기 반도체 기판 상에 형성된 막에 형성될 수 있다. The base substrate structure 100 may have a recess region 110 . According to an embodiment, the recess region 110 may be a trench. Accordingly, the base substrate structure 100 may be a semiconductor substrate in which a trench is formed. For example, the depth of the trench may be 3 μm. The recess region 110 may be formed directly on the semiconductor substrate or in a layer formed on the semiconductor substrate.

도 3을 참조하면, 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에, 베리어층(200)이 형성될 수 있다. 상기 베리어층(200)은, 상기 리세스 영역(110)의 내면을 따라 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 베리어층(200)은 상기 리세스 영역(110)을 갖는 상기 베이스 기판 구조체(100)의 표면 프로파일을 따라, 콘포말하게 형성될 수 있다. 상기 베리어층(200)은, 후술되는 물질막의 물질이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 베리어층(200)은, 후술되는 물질막과 상기 베이스 기판 구조체(100) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 3 , a barrier layer 200 may be formed on the base substrate structure 100 . The barrier layer 200 may be formed along an inner surface of the recess region 110 . In other words, the barrier layer 200 may be conformally formed along the surface profile of the base substrate structure 100 having the recess region 110 . The barrier layer 200 may prevent diffusion of a material of a material layer, which will be described later. In addition, the barrier layer 200 may improve adhesion between the material film and the base substrate structure 100 , which will be described later.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(200)은 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다. 또는, 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(200)은 질화티타늄(TiN), 질화규소티타늄(TiSiN), 텅스텐(W), 질화텅스텐(WN), 탄탈륨(Ta), 질화탄탈륨(TaN), 질화규소탄탈륨(TaSiN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(200)은 20 nm의 두께로 형성될 수 있다. According to an embodiment, the barrier layer 200 may include titanium (Ti). Alternatively, according to another embodiment, the barrier layer 200 may include titanium nitride (TiN), titanium silicon nitride (TiSiN), tungsten (W), tungsten nitride (WN), tantalum (Ta), or tantalum nitride (TaN). ) and tantalum silicon nitride (TaSiN). According to an embodiment, the barrier layer 200 may be formed to a thickness of 20 nm.

도 4를 참조하면, 상기 베리어층(200)이 형성된 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에, 시드층(seed layer, 300)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 시드층(300)은 금속을 포함할 수 있다. 상기 시드층(300)은 상기 리세스 영역(110)의 내면을 따라 상기 베리어층(200) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 구리(Cu)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 시드층(300)은 무전해도금 방법으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 시드층(300)은 150 nm의 두께로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4 , a seed layer 300 may be formed on the base substrate structure 100 on which the barrier layer 200 is formed. According to an embodiment, the seed layer 300 may include a metal. The seed layer 300 may be formed on the barrier layer 200 along the inner surface of the recess region 110 . For example, the metal may be copper (Cu). According to an embodiment, the seed layer 300 may be formed by an electroless plating method. According to an embodiment, the seed layer 300 may be formed to a thickness of 150 nm.

후술되는 도 5에 도시된 바와 달리, 상기 시드층(300) 및 상기 물질막(400) 사이의 경계면은 실질적으로 구분되지 않을 수 있다. 5 , which will be described later, an interface between the seed layer 300 and the material layer 400 may be substantially indistinguishable.

또한, 상기 시드층(300)은 상기 물질막(400)과 동일한 물질(예를 들어, 구리)로 형성될 수 있고, 후술되는 상기 물질막(400)의 제거 공정에서, 상기 물질막(400)과 함께 상기 리세스 영역(110)외에 배치된 상기 시드층(300)의 일부분이 제거될 수 있다.In addition, the seed layer 300 may be formed of the same material (eg, copper) as the material layer 400 , and in the process of removing the material layer 400 to be described later, the material layer 400 . In addition, a portion of the seed layer 300 disposed outside the recess region 110 may be removed.

도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 시드층(300)이 형성된 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에 물질막(400)이 증착될 수 있다. 상기 물질막(400)은, 상기 리세스 영역(110)을 채울 수 있다(S200). 1 and 5 , a material layer 400 may be deposited on the base substrate structure 100 on which the seed layer 300 is formed. The material layer 400 may fill the recess region 110 (S200).

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막(400)은 전해증착 방법으로 증착될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 상기 물질막(400)의 증착은, 황산구리(CuSO4) 1000mM, 황산(H2SO4) 580 mM, 염산(HCl) 1.9 mM을 포함하는 용액 내에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 물질막(400)의 증착은, -30 mA/cm2의 전류밀도, 25℃의 온도의 조건에서 300s의 시간 동안 수행될 수 있다. According to an embodiment, the material layer 400 may be deposited by an electrolytic deposition method. As a specific example, the deposition of the material layer 400 may be performed in a solution containing 1000 mM copper sulfate (CuSO 4 ), 580 mM sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and 1.9 mM hydrochloric acid (HCl). In addition, the deposition of the material layer 400 may be performed for a time of 300 s under conditions of a current density of -30 mA/cm 2 and a temperature of 25°C.

다른 실시 예에 따르면, 상기 물질막(400)은, 화학기상 증착법, 물리기상 증착법, 원자층 증착법 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다. According to another embodiment, the material layer 400 may be formed by various methods such as chemical vapor deposition, physical vapor deposition, and atomic layer deposition.

상기 물질막(400)은 상기 리세스 영역(110)을 완전히 채울 수 있다. 또한, 상기 물질막(400)은 상기 리세스 영역(110) 외부의 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 물질막(400)은, 상기 리세스 영역(110)을 채우고, 상기 베이스 기판 구조체(100)의 상부면을 덮을 수 있다. The material layer 400 may completely fill the recess region 110 . Also, the material layer 400 may be formed on the base substrate structure 100 outside the recess region 110 . In other words, the material layer 400 may fill the recess region 110 and cover the upper surface of the base substrate structure 100 .

도 1, 도 6, 및 도 7을 참조하면, 상기 리세스 영역(110) 외의 상기 물질막(400)은 제거되고, 상기 리세스 영역(110) 내의 상기 물질막(400)은 잔존될 수 있다. 이에 따라, 상기 리세스 영역(110) 내에 물질막 패턴(500)이 형성될 수 있다(S300). 즉, 상기 물질막 패턴(500)은, 상기 리세스 영역(110) 내에 잔존된 상기 물질막(400)일 수 있고, 상기 물질막 패턴(500)의 상부면과 상기 베이스 기판 구조체(100)의 상부면은 공면(共面, co planar)을 이룰 수 있다. 다시 말하면, 상기 베이스 기판 구조체(100)의 상부면과 상기 리세스 영역(110) 내에 잔존된 상기 물질막(400)의 상부면이 공면을 이룰때까지, 상기 물질막(400), 상기 베리어층(200), 및 상기 시드층(300)이 제거될 수 있다. 1, 6, and 7 , the material layer 400 other than the recess region 110 may be removed, and the material layer 400 in the recess region 110 may remain. . Accordingly, a material layer pattern 500 may be formed in the recess region 110 ( S300 ). That is, the material layer pattern 500 may be the material layer 400 remaining in the recess region 110 , and may be formed between the upper surface of the material layer pattern 500 and the base substrate structure 100 . The upper surface may be coplanar. In other words, the material film 400, the barrier layer ( 200), and the seed layer 300 may be removed.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막 패턴(500)은 금속 배선일 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 물질막 패턴(500)은 구리(Cu) 배선일 수 있다. According to an embodiment, the material layer pattern 500 may be a metal wire. Specifically, for example, the material layer pattern 500 may be a copper (Cu) wiring.

상기 물질막(400)은, 상기 물질막(400)의 물질이 이온화되어 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 물질막(400)의 상기 물질을 이온화시키는 단계는, 상기 물질막(400)을 갖는 상기 베이스 기판 구조체(100)를 전해질 내에 침지하는 단계, 상기 물질막(400)에 제1 전압을 인가하는 제1 제거 단계, 및 상기 물질막(400)에 제2 전압을 인가하는 제2 제거 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 전압은, 상기 제1 전압보다 낮은 레벨일 수 있다. The material layer 400 may be removed by ionizing the material of the material layer 400 . According to an embodiment, the step of ionizing the material of the material layer 400 includes immersing the base substrate structure 100 having the material layer 400 in an electrolyte, It may include a first removal step of applying a first voltage, and a second removal step of applying a second voltage to the material layer 400 . The second voltage may be at a level lower than the first voltage.

상기 제1 전압이 인가된 직후(directly after), 상기 제2 전압이 인가될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압은 연속적(sequentially)으로 인가될 수 있다. 즉, 1회의 공정에서, 상기 제1 전압이 인가된 후, 상기 제2 전압이 인가될 수 있다. Immediately after the first voltage is applied (directly after), the second voltage may be applied. In other words, the first voltage and the second voltage may be sequentially applied. That is, in one process, after the first voltage is applied, the second voltage may be applied.

또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 전압이 인가되기 전, 상기 전해질을 교반하는 단계가 수행될 수 있다. 이 경우, 상대적으로 높은 레벨의 상기 제1 전압이 인가됨에 따라, 상기 물질막(400) 표면에 구멍이 형성되는 pitting 현상이 예방될 수 있다.Alternatively, according to another embodiment, the step of stirring the electrolyte before the first voltage is applied and the second voltage is applied may be performed. In this case, as the first voltage of a relatively high level is applied, a pitting phenomenon in which a hole is formed in the surface of the material layer 400 may be prevented.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막(400) 제거 단계에서, 상기 물질막(400)에 인가되는 전압이 증가함에 따라, 상기 물질막(400)의 제거 속도가 서로 다른 제1 구간, 및 제2 구간이 나타날 수 있다. According to an embodiment, in the step of removing the material layer 400 , as the voltage applied to the material layer 400 increases, the removal rate of the material layer 400 is different in a first section and a second section. sections may appear.

구체적으로, 상기 제1 구간은, 제1 전압 구간에서 전압 증가에 따라서 상기 물질막(400)의 제거 속도가 제1 기울기로 감소하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전압 구간은, 상기 물질막(400)에 인가되는 전압이 0.5V 초과 1.6V 미만인 구간일 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 구간은, 제2 전압 구간에서 전압 증가에 따라서 상기 물질막(400)의 제거 속도가 제2 기울기로 증가하는 구간일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전압 구간은, 상기 물질막(400)에 인가되는 전압이 1.6V 이상인 구간일 수 있다. Specifically, the first section may be a section in which the removal rate of the material layer 400 decreases with a first slope according to an increase in voltage in the first voltage section. For example, the first voltage section may be a section in which the voltage applied to the material layer 400 is greater than 0.5V and less than 1.6V. Alternatively, the second section may be a section in which the removal rate of the material layer 400 increases with a second slope according to an increase in voltage in the second voltage section. For example, the second voltage section may be a section in which the voltage applied to the material layer 400 is 1.6V or more.

상기 제2 구간의 상기 제2 기울기의 크기는, 상기 제1 구간의 상기 제1 기울기의 크기보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 구간은, 상기 제2 구간 보다 상기 물질막(400)의 제거율 변화량이 작을 수 있다. 즉, 상기 제1 구간 내에서 전압이 인가되는 경우, 상기 물질막(400)의 상기 물질이 안정적 그리고 실질적으로 균일하게 이온화 될 수 있다. A magnitude of the second slope of the second section may be greater than a magnitude of the first slope of the first section. Accordingly, the change amount of the removal rate of the material layer 400 may be smaller in the first section than in the second section. That is, when a voltage is applied within the first section, the material of the material layer 400 may be ionized stably and substantially uniformly.

이와는 달리, 상기 제2 구간은, 상기 제1 구간 보다 상기 물질막(400)의 제거율 변화량이 클 수 있다. 즉, 상기 제2 구간에서 상기 물질막(400)의 상기 물질이 이온화되는 속도는, 상기 제1 구간에서 상기 물질막(400)의 상기 물질이 이온화되는 속도보다 빠를 수 있다. Alternatively, in the second section, the amount of change in the removal rate of the material layer 400 may be greater than that of the first section. That is, the rate at which the material of the material layer 400 is ionized in the second section may be faster than the rate at which the material of the material layer 400 is ionized in the first section.

일 실시 예에 따르면, 상술된 상기 제1 제거 단계에서의 상기 제1 전압은, 상기 제2 전압 구간에서 선택될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 제거 단계에서의 상기 제2 전압은, 상기 제1 전압 구간에서 선택될 수 있다. According to an embodiment, the first voltage in the above-described first removing step may be selected in the second voltage section. Alternatively, the second voltage in the second removing step may be selected in the first voltage section.

즉, 상기 제1 제거 단계에서는, 상기 물질막(400)이 상대적으로 빠른 속도로 제거되고, 상기 제2 제거 단계에서는, 상기 물질막(400)이 상대적으로 안정적으로 그리고 균일하게 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 물질막(400)의 제거를 위한 공정 시간이 단축될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 물질막(400)의 식각 균일성이 향상되고, 상기 리세스 영역(110) 내의 상기 물질막 패턴(500)의 특성이 향상될 수 있다. That is, in the first removal step, the material layer 400 may be removed at a relatively high speed, and in the second removal step, the material layer 400 may be removed relatively stably and uniformly. Accordingly, the process time for removing the material layer 400 can be shortened, and the etching uniformity of the material layer 400 is improved, and the material layer pattern ( 500) can be improved.

상기 제1 전압 구간보다 낮은 전압 범위에서는, 상기 물질막(400)의 상기 물질이 실질적으로 이온화되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제1 전압 구간보다 낮은 전압 범위에서는, 상기 물질막(400)이 실질적으로 제거되지 않을 수 있다. In a voltage range lower than the first voltage section, the material of the material layer 400 may not be substantially ionized. That is, in a voltage range lower than the first voltage section, the material layer 400 may not be substantially removed.

일 실시 예에 따르면, 상기 전해질이 교반되는 동시에, 상기 물질막(400)에 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압이 순차적으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 물질막 패턴(500)의 형성 효율이 향상될 수 있다. 즉, 상기 물질막(400)의 제거가 상대적으로 빠른 시간 내에 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 물질막(400)의 식각 균일성 또한 향상될 수 있다. According to an embodiment, the first voltage and the second voltage may be sequentially applied to the material layer 400 while the electrolyte is stirred. Accordingly, the efficiency of forming the material layer pattern 500 may be improved. That is, the removal of the material layer 400 may be performed within a relatively short time, and the etching uniformity of the material layer 400 may also be improved.

일 실시 예에 따르면, 상기 전해질은 산성 용액을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 산성 용액은 인산(H3PO4) 용액을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전해질 내에서, 상기 인산의 농도는 50 wt% 이상일 수 있다. 이와는 달리, 상기 전해질 내에서 상기 인산의 농도가 50 wt% 미만일 경우, 상술된 바와 같이, 상기 물질막(400)의 상기 물질이 균일하고 안정적으로 제거되는 상기 제1 구간이 존재하지 않을 수 있고, 이에 따라, 상기 리세스 영역(110) 내에 상기 물질막 패턴(500)을 형성하는 것이 용이하지 않다. 다시 말하면, 상기 베이스 기판 구조체(100)의 상부면과 상기 물질막 패턴(500)의 상부면이 공면(共面, co planar)을 이루는 공정 조건을 셋팅하기 용이하지 않다. 또한, 불균일 및 불안정하게 상기 물질막(400)이 제거되어, 상기 리레스 영역(110) 내의 상기 물질막 패턴(500)의 막질이 저하될 수 있다. 이에 따라, 본 출원의 실시 예에 따르면, 상기 전해질 내에서 상기 인산의 농도는 50 wt% 이상일 수 있다.According to an embodiment, the electrolyte may include an acidic solution. For example, the acidic solution may include a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution. According to one embodiment, in the electrolyte, the concentration of the phosphoric acid may be 50 wt% or more. On the other hand, when the concentration of phosphoric acid in the electrolyte is less than 50 wt%, as described above, the first section in which the material of the material film 400 is uniformly and stably removed may not exist, Accordingly, it is not easy to form the material layer pattern 500 in the recess region 110 . In other words, it is not easy to set a process condition in which the upper surface of the base substrate structure 100 and the upper surface of the material layer pattern 500 are coplanar. In addition, since the material layer 400 is non-uniformly and unstablely removed, the film quality of the material layer pattern 500 in the release region 110 may be deteriorated. Accordingly, according to the embodiment of the present application, the concentration of the phosphoric acid in the electrolyte may be 50 wt% or more.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 인산의 농도에 따라, 상기 물질막(400)의 상기 물질의 이온화 속도가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 인산의 농도가 낮아짐에 따라, 상기 물질의 이온화 속도가 빨라질 수 있다. 결과적으로, 상기 전해질 내에서 상기 인산의 농도가 낮을수록, 상기 물질막(400)의 제거 속도가 빨라질 수 있다. Also, according to an embodiment, the ionization rate of the material of the material layer 400 may be controlled according to the concentration of the phosphoric acid. Specifically, as the concentration of the phosphoric acid decreases, the ionization rate of the material may increase. As a result, the lower the concentration of the phosphoric acid in the electrolyte, the faster the removal rate of the material layer 400 may be.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 인산의 농도에 따라서, 상기 물질막(400)의 상기 물질이 균일하고 안정적으로 제거되는 상기 제1 구간에 해당하는 상기 제1 전압 구간이 확장될 수 있다. 따라서, 상기 인산의 농도가 상대적으로 고농도인 경우, 상대적으로 용이하게 공정 조건을 셋팅할 수 있다. Also, according to an embodiment, the first voltage section corresponding to the first section from which the material of the material layer 400 is uniformly and stably removed may be extended according to the concentration of the phosphoric acid. Therefore, when the concentration of the phosphoric acid is relatively high, the process conditions can be set relatively easily.

상기 전해질은, 베리어 식각액을 더 포함할 수 있다. 상기 베리어 식각액은, 상기 베리어층(200)을 식각할 수 있다. 상기 물질막(400)이 제거되는 동시에, 상기 베리어층(200) 또한 제거될 수 있다. 즉, 상기 베리어층(200) 및 상기 물질막(400)은 함께 제거될 수 있다. 구체적으로, 상기 물질막(400)의 상기 물질이 이온화되어 제거되는 과정에서, 상기 물질막(400) 및 상기 시드층(300)이 제거되어, 상기 베리어층(200)이 노출된 경우, 노출된 상기 베리어층(200)이 상기 베리어 식각액에 의해 제거될 수 있다. 즉, 상기 리세스 영역(110) 외부에 배치된 상기 베리어층(200)의 일부분이 제거되고, 상기 리세스 영역(110) 내면 및 상기 물질막 패턴(500) 사이에, 상기 베리어층(200)이 잔존될 수 있다. The electrolyte may further include a barrier etchant. The barrier etchant may etch the barrier layer 200 . At the same time that the material layer 400 is removed, the barrier layer 200 may also be removed. That is, the barrier layer 200 and the material layer 400 may be removed together. Specifically, in the process in which the material of the material layer 400 is ionized and removed, the material layer 400 and the seed layer 300 are removed to expose the barrier layer 200 . The barrier layer 200 may be removed by the barrier etchant. That is, a portion of the barrier layer 200 disposed outside the recess region 110 is removed, and the barrier layer 200 is disposed between the inner surface of the recess region 110 and the material layer pattern 500 . This can remain.

예를 들어, 상기 베리어 식각액은 불화암모늄(NH4F)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 불화암모늄은 수용액 내에서 물과 반응하여 불산(HF)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 불산에 의하여 상기 베리어층(200)이 식각될 수 있다. For example, the barrier etchant may include ammonium fluoride (NH 4 F). Specifically, ammonium fluoride may react with water in an aqueous solution to form hydrofluoric acid (HF). Accordingly, the barrier layer 200 may be etched by hydrofluoric acid.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어 식각액의 농도가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 베리어 식각액은, 0.5~2M 농도의 불화암모늄(NH4F)을 포함할 수 있다. 불화암모늄의 농도가 0.5M 미만인 경우, 상기 리세스 영역(110) 외부의 상기 베리어층(200)이 완전히 제거되지 않을 수 있고, 불화암모늄의 농도가 2M 초과인 경우 불화암모늄에 의한 불산으로, 다른 막들(예를 들어, 층간 절연막)이 손상될 수 있다. 이에 따라, 본 출원의 실시 예에 따르면, 불화암모늄의 농도는 0.5~2M일 수 있다.According to an embodiment, the concentration of the barrier etchant may be controlled. Specifically, the barrier etchant may include ammonium fluoride (NH 4 F) at a concentration of 0.5 to 2M. When the concentration of ammonium fluoride is less than 0.5M, the barrier layer 200 outside the recess region 110 may not be completely removed. Films (eg, an interlayer insulating film) may be damaged. Accordingly, according to an embodiment of the present application, the concentration of ammonium fluoride may be 0.5 to 2M.

이상, 본 출원의 제1 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 출원의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법이 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명된다. As described above, the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present application has been described. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a modified example of the first embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 8 to 11 .

도 8 내지 도 11은 본 출원의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 8 to 11 are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a modified example of the first embodiment of the present application.

본 출원의 제1 실시 예의 변형 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 상기 제1 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법과 동일하되, 상기 제1 실시 예의 변형 예에 따른 반도체 소자는, 상기 시드층(300)이 생략될 수 있다. 즉, 상기 베리어층(200) 상에 상기 물질막(400)이 증착된 후, 상기 리세스 영역(110) 외에 배치된 상기 베리어층(200) 및 상기 물질막(400)이 제거될 수 있다. A method of manufacturing a semiconductor device according to a modified example of the first embodiment of the present application is the same as the method of manufacturing a semiconductor device according to the first exemplary embodiment described with reference to FIGS. 1 to 7 , but a modification of the first embodiment In the semiconductor device according to the embodiment, the seed layer 300 may be omitted. That is, after the material layer 400 is deposited on the barrier layer 200 , the barrier layer 200 and the material layer 400 disposed outside the recess region 110 may be removed.

이상, 본 출원의 제1 실시 예 및 제1 실시 예의 변형 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 출원의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법이 설명된다. As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present application and the modified example of the first embodiment has been described. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present application will be described.

도 12 내지 도 17은 본 출원의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 12 to 17 are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present application.

도 12를 참조하면, 베이스 기판 구조체(100)가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판 구조체(100)는, 반도체 기판, 금속 기판, 플라스틱 기판, 또는 유리 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 기판 구조체(100)는 실리콘(Si) 반도체 기판을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 12 , the base substrate structure 100 may be prepared. According to an embodiment, the base substrate structure 100 may include a semiconductor substrate, a metal substrate, a plastic substrate, or a glass substrate. For example, the base substrate structure 100 may include a silicon (Si) semiconductor substrate.

상기 베이스 기판 구조체(100)는 리세스(recess) 영역(110)을 가질 수 있다. 즉, 상기 베이스 기판 구조체(100)는, 리세스 영역이 형성된 반도체 기판을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 리세스 영역(110)은, 비아 홀(Via-hole)일 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기판 구조체(100)는, 비아 홀이 형성된 반도체 기판일 수 있다. The base substrate structure 100 may have a recess region 110 . That is, the base substrate structure 100 may include a semiconductor substrate in which a recess region is formed. According to an embodiment, the recess region 110 may be a via-hole. Accordingly, the base substrate structure 100 may be a semiconductor substrate in which a via hole is formed.

도 13을 참조하면, 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에 베리어층(200)이 형성될 수 있다. 상기 베리어층(200)은, 상기 리세스 영역(110)의 내면을 따라 형성될 수 있다. 상기 베리어층(200)은, 후술되는 물질막의 물질이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 베리어층(200)은, 후술되는 물질막과 상기 베이스 기판 구조체(100) 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 13 , a barrier layer 200 may be formed on the base substrate structure 100 . The barrier layer 200 may be formed along an inner surface of the recess region 110 . The barrier layer 200 may prevent diffusion of a material of a material layer, which will be described later. In addition, the barrier layer 200 may improve adhesion between the material film and the base substrate structure 100 , which will be described later.

일 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(200)은 탄탈륨(Ta)을 포함할 수 있다. 또는, 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 베리어층(200)은, 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 질화규소티타늄(TiSiN), 텅스텐(W), 질화텅스텐(WN), 질화탄탈륨(TaN), 질화규소탄탈륨(TaSiN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the barrier layer 200 may include tantalum (Ta). Alternatively, according to another embodiment, the barrier layer 200 may include titanium (Ti), titanium nitride (TiN), silicon titanium nitride (TiSiN), tungsten (W), tungsten nitride (WN), tantalum nitride ( TaN) and tantalum silicon nitride (TaSiN) may be included.

도 14를 참조하면, 상기 베리어층(200)이 형성된 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에 물질막(400)이 증착될 수 있다. 상기 물질막(400)은, 상기 리세스 영역(110)을 채울 수 있다. 예를 들어, 상기 물질막(400)은 구리막일 수 있다.Referring to FIG. 14 , a material layer 400 may be deposited on the base substrate structure 100 on which the barrier layer 200 is formed. The material layer 400 may fill the recess region 110 . For example, the material layer 400 may be a copper layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막(400)은 전해증착 방법으로 증착될 수 있다. 이 경우, 시드층이 상기 물질막(400)을 형성하기 전, 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에 형성될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 물질막(400)은, 화학기상 증착법, 물리기상 증착법, 원자층 증착법 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the material layer 400 may be deposited by an electrolytic deposition method. In this case, a seed layer may be formed on the base substrate structure 100 before forming the material layer 400 . Alternatively, according to another embodiment, the material layer 400 may be formed by various methods such as chemical vapor deposition, physical vapor deposition, and atomic layer deposition.

도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 리세스 영역(110) 외의 상기 물질막(400)은 제거되고, 상기 리세스 영역(110) 내의 상기 물질막(400)은 잔존될 수 있다. 이에 따라, 상기 리세스 영역(110) 내에 물질막 패턴(500)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 물질막 패턴(500)은, 상기 리세스 영역(110) 내에 잔존된 상기 물질막(400)일 수 있다. 15 and 16 , the material layer 400 other than the recess region 110 may be removed, and the material layer 400 in the recess region 110 may remain. Accordingly, a material layer pattern 500 may be formed in the recess region 110 . That is, the material layer pattern 500 may be the material layer 400 remaining in the recess region 110 .

상기 물질막(400)은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 방법으로 제거될 수 있다. The material layer 400 may be removed by the method described with reference to FIGS. 1 to 7 .

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막 패턴(500)의 양 단이 노출되도록, 상기 베이스 기판 구조체(100)의 하부 영역 제거될 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판 구조체(700)가 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 반도체 기판 구조체(700)에서 상기 물질막 패턴(500)은 TSV(Through Silicon Via)일 수 있다. 즉, 복수의 상기 반도체 기판 구조체(700)가 적층되는 경우, 상기 물질막 패턴(500)이 연결되어, 전기적 통로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 물질막 패턴(500)이 형성된 후, FEOL(front end of line) 및 BEOL(back end of line) 공정이 수행되고, 상기 베이스 기판 구조체(100)의 하부 영역이 제거되거나, 또는, FEOL 공정이 수행되고 상기 물질막 패턴(500)이 형성되고 BEOL 공정이 수행된 후 상기 베이스 기판 구조체(100)의 하부 영역이 제거되거나, 또는 FEOL 및 BEOL 공정이 수행되고 상기 물질막 패턴(500)이 형성될 수 있다. 즉, 본 출원의 실시 예에 따른 상기 물질막 패턴(500)의 형성 공정은 FEOL 공정 및 BEOL 공정과 다양한 방식으로 조합될 수 있다. According to an embodiment, the lower region of the base substrate structure 100 may be removed so that both ends of the material layer pattern 500 are exposed. Accordingly, the semiconductor substrate structure 700 may be manufactured. In this case, the material layer pattern 500 in the semiconductor substrate structure 700 may be a through silicon via (TSV). That is, when a plurality of the semiconductor substrate structures 700 are stacked, the material layer patterns 500 may be connected to each other to form an electrical path. For example, as described above, after the material layer pattern 500 is formed, a front end of line (FEOL) and a back end of line (BEOL) process is performed, and a lower region of the base substrate structure 100 is performed. is removed, or after the FEOL process is performed and the material layer pattern 500 is formed and the BEOL process is performed, the lower region of the base substrate structure 100 is removed, or the FEOL and BEOL processes are performed and the A material layer pattern 500 may be formed. That is, the process of forming the material layer pattern 500 according to the embodiment of the present application may be combined with the FEOL process and the BEOL process in various ways.

본 출원의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 리세스 영역(110)을 갖는 상기 베이스 기판 구조체(100)를 준비하는 단계, 상기 리세스 영역(110)을 갖는 상기 베이스 기판 구조체(100) 상에 상기 물질막(400)을 증착하여, 상기 리세스 영역(110)을 채우는 단계, 및 상기 물질막(400)의 상기 물질을 이온화시켜, 상기 리세스 영역(110) 외의 상기 물질막(400)을 제거하고, 상기 리세스 영역(110) 내의 상기 물질막(400)을 잔존시켜, 상기 리세스 영역(110) 내에 상기 물질막 패턴(500)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application includes preparing the base substrate structure 100 having the recess region 110 , and the base substrate structure 100 having the recess region 110 . ) by depositing the material film 400 on the material film 400 to fill the recess region 110 , and ionizing the material in the material film 400 to form the material film other than the recess region 110 ( 400 ) and leaving the material layer 400 in the recess region 110 to form the material layer pattern 500 in the recess region 110 .

이에 따라, 종래 상기 물질막 패턴(500)을 형성하기 위한 화학적 기계적 연마 공정을 생략하거나, 또는 간소화할 수 있고, 화학적 기계적 연마 공정에서 투입되는 슬러리에 포함된 입자에 의한 스크래치, 오염, 부식 등의 문제가 최소화될 수 있다. 이로 인해, 제조 공정이 간소하고, 제조 비용이 절감된, 고품질 및 고신뢰성의 금속 배선 또는 TSV의 제조 공정이 제공될 수 있다.Accordingly, the conventional chemical mechanical polishing process for forming the material film pattern 500 can be omitted or simplified, and scratches, contamination, corrosion, etc. caused by particles included in the slurry input in the chemical mechanical polishing process can be removed. Problems can be minimized. Due to this, it is possible to provide a manufacturing process of a metal wiring or TSV of high quality and high reliability, in which the manufacturing process is simple and the manufacturing cost is reduced.

이상, 본 출원의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 출원의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. As described above, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application has been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present application will be described.

실시 예 1에 따른 반도체 소자 제조Fabrication of a semiconductor device according to Example 1

3 μm 깊이의 트렌치(Trench)를 갖는 실리콘 기판을 준비한 후, 트렌치의 내면을 따라, 실리콘 기판 상에 티타늄(Ti)층을 형성하였다. 이후, 티타늄층 상에 구리(Cu) 시드층을 형성하고, 구리 시드층이 형성된 실리콘 기판에 전해증착 방법으로, 구리막을 증착하였다. 구체적으로, 황산구리(CuSO4) 1000mM, 황산(H2SO4) 580 mM, 염산(HCl) 1.9 mM을 포함하는 용액 내에서, -30 mA/cm2의 전류밀도, 25℃의 온도의 조건에서 300s의 시간 동안 전해증착을 수행하여, 구리막을 증착시켰다. After preparing a silicon substrate having a trench having a depth of 3 μm, a titanium (Ti) layer was formed on the silicon substrate along the inner surface of the trench. Thereafter, a copper (Cu) seed layer was formed on the titanium layer, and a copper film was deposited on the silicon substrate on which the copper seed layer was formed by an electrolytic deposition method. Specifically, in a solution containing copper sulfate (CuSO 4 ) 1000 mM, sulfuric acid (H 2 SO 4 ) 580 mM, hydrochloric acid (HCl) 1.9 mM, a current density of -30 mA/cm 2 , at a temperature of 25° C. Electrolytic deposition was performed for 300 s to deposit a copper film.

계속해서, 구리막이 증착된 실리콘 기판을 전해질에 침지시킨 후 전압을 인가하는 전해연마(electropolishing) 방법으로, 트렌치 외의 구리막을 제거하고, 트렌지 내의 구리막을 잔존시켜, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 제조하였다. 보다 구체적으로, 구리막을 제거하는 전해연마 공정에서, 상술된 구리막이 증착된 실리콘 기판은 Working electrode로 사용되었고, 백금 시트(Pt sheet)는 Counter electrode로 사용되었고, Ag/AgCl은 Reference electrode로 사용되었다. 또한, 전해질로서, 인산(H3PO4) 및 불 화암모늄(NH4F)이 혼합된 용액이 사용되었다. Subsequently, by an electropolishing method in which a voltage is applied after a silicon substrate on which a copper film is deposited is immersed in an electrolyte, the copper film other than the trench is removed and the copper film remains in the trench, and the semiconductor device according to Example 1 was prepared. More specifically, in the electrolytic polishing process to remove the copper film, the silicon substrate on which the above-described copper film was deposited was used as a working electrode, a platinum sheet (Pt sheet) was used as a counter electrode, and Ag/AgCl was used as a reference electrode. . In addition, as an electrolyte, a mixed solution of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and ammonium fluoride (NH 4 F) was used.

실시 예 2에 따른 반도체 소자 제조Fabrication of a semiconductor device according to Example 2

상술된 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 방법으로 반도체 소자를 제조하되, 구리막을 제거하는 전해연마 공정에서, 구리막이 증착된 실리콘 기판에 제1 전압을 인가한 후, 제1 전압보다 낮은 레벨의 제2 전압을 인가하였다. A semiconductor device is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described embodiment 1, but in an electrolytic polishing process of removing a copper layer, a first voltage is applied to a silicon substrate on which a copper layer is deposited, and then a level lower than the first voltage is applied. A second voltage was applied.

실시 예 3에 따른 반도체 소자 제조Fabrication of a semiconductor device according to Example 3

비아 홀(Via-hole)을 갖는 실리콘 기판을 준비한 후, 비아 홀의 내면을 따라, 실리콘 기판 상에 탄탈륨(Ta)층을 형성하였다. 이후, 상술된 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 수행하여, 실시 예 3에 따른 반도체 소자를 제조하였다. After preparing a silicon substrate having a via-hole, a tantalum (Ta) layer was formed on the silicon substrate along the inner surface of the via hole. Thereafter, the semiconductor device according to Example 3 was manufactured by performing the method of manufacturing the semiconductor device according to Example 1 described above.

실시 예 4에 따른 반도체 소자 제조Fabrication of a semiconductor device according to Example 4

비아 홀(Via-hole)을 갖는 실리콘 기판을 준비한 후, 비아 홀의 내면을 따라, 실리콘 기판 상에 탄탈륨(Ta)층을 형성하였다. 이후, 상술된 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 수행하여, 실시 예 4에 따른 반도체 소자를 제조하였다. After preparing a silicon substrate having a via-hole, a tantalum (Ta) layer was formed on the silicon substrate along the inner surface of the via hole. Thereafter, the semiconductor device according to Example 4 was manufactured by performing the method of manufacturing the semiconductor device according to Example 2 described above.

비교 예 1에 따른 반도체 소자 제조Fabrication of a semiconductor device according to Comparative Example 1

상술된 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 방법으로 반도체 소자를 제조하되, 구리막을 제거하는 전해연마 공정에서, 불화암모늄(NH4F)을 포함하지 않고, 인산(H3PO4)을 포함하는 전해질이 사용되어, 비교 예 1에 따른 반도체 소자를 제조하였다. A semiconductor device is manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to Example 1 described above, but in the electrolytic polishing process of removing the copper film, ammonium fluoride (NH 4 F) is not included, and phosphoric acid (H 3 PO 4 ) is included. An electrolyte was used to prepare a semiconductor device according to Comparative Example 1.

상기 실시 예 1 내지 실시 예 4, 및 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 방법이 아래의 <표 1>을 통해 정리된다. Methods of manufacturing the semiconductor device according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are summarized in Table 1 below.

구분division 리세스 구조recess structure 전해연마 단계 전압인가 횟수Number of times of voltage application in electropolishing step 전해질electrolyte 실시 예 1Example 1 트렌치(Trench)Trench 1One H3PO4+NH4FH 3 PO 4 +NH 4 F 실시 예 2Example 2 트렌치(Trench)Trench 22 H3PO4+NH4FH 3 PO 4 +NH 4 F 실시 예 3Example 3 비아-홀(Via-hole)Via-hole 1One H3PO4+NH4FH 3 PO 4 +NH 4 F 실시 예 4Example 4 비아-홀(Via-hole)Via-hole 22 H3PO4+NH4FH 3 PO 4 +NH 4 F 비교 예 1Comparative Example 1 트렌치(Trench)Trench 1One H3PO4 H 3 PO 4

도 17 및 도 18은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서, 전해연마에 따른 결과를 촬영한 사진이다. 도 17을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서, 전해연마를 수행하기 전(Before Electropolishing), 및 전해연마를 수행한 후(After Electropolishing)에 대해 각각 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영하고, 그 결과를 나타내었다. 도 17의 (a)는 5 μm 선폭 및 1 μm 피치의 트렌치에 구리막이 채워진 상태를 나타내고, 도 17의 (b)는 1 μm 선폭 및 2 μm 피치의 트렌치에 구리막이 채워진 상태를 나타내고, 도 17의 (c)는 2 μm 선폭 및 2 μm 피치의 트렌치에 구리막이 채워진 상태를 나타낸다. 도 17의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 전해연마가 수행됨에 따라, 트렌치 외의 구리막이 용이하게 제거되었음을 확인할 수 있었다. 17 and 18 are photographs of results obtained by electrolytic polishing in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application. Referring to FIG. 17 , in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1, SEM (Scanning Electron Microscope) for before electropolishing and after electropolishing (After Electropolishing), respectively photographed, and the results are shown. Fig. 17 (a) shows a state in which a copper film is filled in a trench having a line width of 5 μm and a pitch of 1 μm, and Fig. 17 (b) shows a state in which a trench having a line width of 1 μm and a pitch of 2 μm is filled with a copper film, and Fig. 17 (c) shows a state in which a copper film is filled in a trench with a 2 μm line width and a 2 μm pitch. As can be seen from (a) to (c) of Figure 17, as the electrolytic polishing was performed, it was confirmed that the copper film other than the trench was easily removed.

도 18을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 상부면(Top View)을 촬영하여 나타내었다. 도 19에서 확인할 수 있듯이, 전해연마가 수행된 반도체 소자의 경우, 트렌치 외의 구리막이 용이하게 제거되었음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 18 , a top view of the semiconductor device according to Example 1 was photographed and shown. As can be seen in FIG. 19 , in the case of the electropolished semiconductor device, it was confirmed that the copper film other than the trench was easily removed.

도 19는 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 서로 다른 배율 및 각도에서 촬영한 사진이다. 19 is a photograph taken at different magnifications and angles of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.

도 19에 촬영된 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 구체적인 제조 공정 조건은 다음과 같다. 구리막 증착 공정은, -30 mA/cm2의 전류 및 9 C/cm2 조건에서 수행되었으며, 구리막 제거 공정은, 70 wt% H3PO4+1.0M NH4F의 전해질, 1.3V의 포텐셜(Potential), 7.5C/cm2 조건에서 수행되었다. Specific manufacturing process conditions of the semiconductor device according to Example 1 photographed in FIG. 19 are as follows. The copper film deposition process was performed under a current of -30 mA/cm 2 and 9 C/cm 2 conditions, and the copper film removal process was performed with an electrolyte of 70 wt% H 3 PO 4 +1.0M NH4F, a potential of 1.3V ( Potential), 7.5C/cm 2 It was performed under conditions.

도 19의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 상부면(Top View)을 서로 다른 배율로 SEM 촬영하여 나타내고, 도 19의 (d)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 측면(Side View)를 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 19의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이, 트렌치 외의 구리막이 용이하게 제거되었음을 확인할 수 있었다. 19 (a) to (c), the top view of the semiconductor device according to the first embodiment is shown by SEM imaging at different magnifications. Referring to FIG. 19 (d), the A side view of the semiconductor device according to Example 1 was shown by SEM imaging. As can be seen from (a) to (d) of Figure 19, it was confirmed that the copper film other than the trench was easily removed.

도 20은 본 출원의 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 EDS analysis를 나타내는 사진이고, 도 21은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 EDS analysis를 나타내는 사진이고, 도 22는 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 촬영한 사진이다. 20 is a photograph illustrating EDS analysis of a semiconductor device according to Comparative Example 1 of the present application, FIG. 21 is a photograph illustrating EDS analysis of a semiconductor device according to Example 1 of the present application, and FIG. 22 is an embodiment of the present application It is a photograph taken of the semiconductor device according to 1.

도 20 및 도 21을 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 반도체 소자 및 비교 예 2에 따른 반도체 소자의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) analysis를 촬영하여 나타내었고, 도 22를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 측면(Side view)에서 SEM 촬영하여 나타내었다. Referring to FIGS. 20 and 21 , Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) analysis of the semiconductor device according to Comparative Example 1 and the semiconductor device according to Comparative Example 2 were taken and shown. Referring to FIG. 22, the implementation The semiconductor device according to Example 1 was shown by SEM imaging from a side view.

도 20 내지 도 22에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 경우, 티타늄층이 제거되지 않았지만, 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 경우, 구리막과 함께 티타늄층 또한 제거된 것을 확인할 수 있었다. 즉, 구리막의 전해연마 과정에서 전해질에 포함된 불화암모늄(NH4F)이, 티타늄층을 제거하는 것을 확인할 수 있었다. 20 to 22 , in the case of the semiconductor device according to Comparative Example 1, the titanium layer was not removed, but in the case of the semiconductor device according to Example 1, it was confirmed that the titanium layer was also removed along with the copper film. there was. That is, it was confirmed that ammonium fluoride (NH 4 F) contained in the electrolyte during the electrolytic polishing of the copper film removed the titanium layer.

도 23은 본 출원의 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서 전해연마 공정이 수행되기 전 상태를 촬영한 사진이고, 도 24는 본 출원의 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서 전해연마 공정이 수행된 후의 상태를 촬영한 사진이다. 23 is a photograph taken before the electrolytic polishing process is performed in the manufacturing process of the semiconductor device according to Comparative Example 1 of the present application, and FIG. 24 is electrolytic polishing in the manufacturing process of the semiconductor device according to Comparative Example 1 of the present application. This is a picture taken after the process is performed.

도 23를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서 전해연마 공정이 수행되기 전 상태를 SEM 촬영하여 나타내었다. 구리막 증착을 위한 구체적인 공정 조건은 다음과 같다. -30 mA/cm2의 전류(Current) 및 9 C/cm2의 조건에서 구리막 증착이 수행되었다. 도 24에서 확인할 수 있듯이, 트렌치 내에 구리막의 증착이 용이하게 이루어 진 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 23 , a state before the electrolytic polishing process is performed in the manufacturing process of the semiconductor device according to Comparative Example 1 by SEM imaging. Specific process conditions for depositing the copper film are as follows. Copper film deposition was performed under the conditions of -30 mA/cm 2 Current and 9 C/cm 2 . As can be seen in FIG. 24 , it was confirmed that the deposition of the copper film in the trench was easily performed.

도 24를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서 전해연마 공정이 수행된 후의 상태를 SEM 촬영하여 나타내었다. 구리막 제거를 위한 구체적인 공정 조건은 다음과 같다. 70 wt% H3PO4 전해질, 1.3V 포텐셜(Potential), 7.5 C/cm2의 조건에서 구리막 제거가 수행되었다. Referring to FIG. 24 , the state after the electrolytic polishing process is performed in the manufacturing process of the semiconductor device according to Comparative Example 1 is shown by SEM imaging. Specific process conditions for removing the copper film are as follows. Copper film removal was performed under the conditions of 70 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 1.3V potential, and 7.5 C/cm 2 .

도 24에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 반도체 소자의 경우, 구리막의 제거는 발생되었지만, 구리막과 실리콘 기판 구조체 사이에 형성된 티타늄(Ti)층은 제거되지 않은 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 24 , in the case of the semiconductor device according to Comparative Example 1, although the copper film was removed, it was confirmed that the titanium (Ti) layer formed between the copper film and the silicon substrate structure was not removed.

도 25는 전해질이 포함하는 불화암모늄(NH4F)의 농도에 따른 베리어층의 제거 효과를 비교하는 사진들이다. 25 is a photograph comparing the removal effect of the barrier layer according to the concentration of ammonium fluoride (NH 4 F) included in the electrolyte.

도 25의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 25의 (a)에서 촬영된 반도체 소자의 제조 과정에서, 구리막 제거를 위한 구체적인 공정 조건은 다음과 같다. 70 wt% H3PO4 + 1.0M NH4F 전해질, 1.3V 포텐셜(Potential), 7.5 C/cm2의 조건에서 구리막 제거가 수행되었다. Referring to FIG. 25A , the semiconductor device according to Example 1 was photographed by SEM. In the manufacturing process of the semiconductor device photographed in (a) of FIG. 25 , specific process conditions for removing the copper film are as follows. Copper film removal was performed under conditions of 70 wt% H 3 PO 4 + 1.0M NH 4 F electrolyte, 1.3V potential, 7.5 C/cm 2 .

도 25의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 25의 (b)에서 촬영된 반도체 소자의 제조 과정에서, 구리막 제거를 위한 구체적인 공정 조건은 다음과 같다. 70 wt% H3PO4 + 2.0M NH4F 전해질, 1.3V 포텐셜(Potential), 7.5 C/cm2의 조건에서 구리막 제거가 수행되었다. Referring to FIG. 25B , the semiconductor device according to Example 1 was photographed by SEM. In the manufacturing process of the semiconductor device photographed in (b) of FIG. 25 , specific process conditions for removing the copper film are as follows. Copper film removal was performed under the conditions of 70 wt% H 3 PO 4 + 2.0M NH 4 F electrolyte, 1.3V potential, 7.5 C/cm 2 .

도 25의 (c)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 25의 (c)에서 촬영된 반도체 소자의 제조 과정에서, 구리막 제거를 위한 구체적인 공정 조건은 다음과 같다. 70 wt% H3PO4 + 2.5M NH4F 전해질, 1.3V 포텐셜(Potential), 7.5 C/cm2의 조건에서 구리막 제거가 수행되었다. Referring to FIG. 25C , the semiconductor device according to Example 1 was photographed by SEM. In the manufacturing process of the semiconductor device photographed in (c) of FIG. 25 , specific process conditions for removing the copper film are as follows. Copper film removal was performed under the conditions of 70 wt% H 3 PO 4 + 2.5M NH 4 F electrolyte, 1.3V potential (Potential), 7.5 C/cm 2 .

도 25의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 경우, 트렌치 영역 외의 구리막 제거가 용이하게 수행된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전해질이 포함하는 불화암모늄의 농도와 관계 없이, 구리막과 실리콘 기판 구조체 사이에 배치된 티타늄층이 용이하게 제거된 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) to (c) of FIG. 25 , in the case of the semiconductor device according to Example 1, it was confirmed that the copper film except for the trench region was easily removed. In addition, it was confirmed that the titanium layer disposed between the copper film and the silicon substrate structure was easily removed regardless of the concentration of ammonium fluoride included in the electrolyte.

도 26은 본 출원의 실시 예 3에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서, 비아홀 내에 구리막이 증착된 상태를 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 27은 본 출원의 실시 예 3에 따른 반도체 소자를 촬영한 사진이다. 26 is a photograph showing a state in which a copper film is deposited in a via hole in a manufacturing process of a semiconductor device according to Example 3 of the present application, and FIG. 27 is a photograph taken of a semiconductor device according to Example 3 of the present application .

도 26을 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 반도체 소자의 제조 과정에서, 비아홀 내에 구리막을 증착시킨 후, 구리막이 증착된 상태의 실리콘 기판 구조체의 단면을 촬영하여 나타내었다. 도 26에서 확인할 수 있듯이, 비아홀 내에 구리막이 용이하게 채워진 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 26 , in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 3, after depositing a copper film in the via hole, a cross-section of the silicon substrate structure in which the copper film is deposited is photographed and shown. As can be seen in FIG. 26 , it was confirmed that the copper film was easily filled in the via hole.

도 27을 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 반도체 소자를 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 27에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 반도체 소자는, 비아홀 외의 구리막이 용이하게 제거된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비아홀 내에 구리막이 채워짐에 따라, TSV(Through Silicon Via)로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 27 , the semiconductor device according to Example 3 was photographed by SEM. As can be seen in FIG. 27 , in the semiconductor device according to Example 3, it was confirmed that the copper film other than the via hole was easily removed. In addition, as the copper film was filled in the via hole, it was confirmed that it could be used as a through silicon via (TSV).

도 28 및 도 29는 전해질이 포함하는 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 그래프이다. 28 and 29 are graphs comparing the effect according to the concentration of phosphoric acid included in the electrolyte.

도 28 및 도 29를 참조하면, 50wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 제1 실시 예에 따른 반도체 소자, 60wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 제1 실시 예에 따른 반도체 소자, 70wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 제1 실시 예에 따른 반도체 소자, 85wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 제1 실시 예에 따른 반도체 소자, 30wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 제1 실시 예에 따른 반도체 소자, 및 10wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 제1 실시 예에 따른 반도체 소자 각각에 대해, 구리막 전해연마 과정에서, 시간에 따라 포텐셜(Pontential(V) [vs. Ag/AgCl])을 변화시키고, 그에 따른 전류밀도(Current density, mA/cm2) 변화를 측정하여 나타내었다. 28 and 29, the semiconductor device according to the first embodiment manufactured using an electrolyte containing 50 wt% of H 3 PO 4 , 60 wt% of H 3 PO 4 Manufactured using an electrolyte containing 60 wt% of H 3 PO 4 The semiconductor device according to the first embodiment, the semiconductor device according to the first embodiment manufactured using an electrolyte containing 70 wt% of H 3 PO 4 , 85 wt% of H 3 PO 4 Manufactured using an electrolyte containing 85 wt% H 3 PO 4 The semiconductor device according to the first embodiment, the semiconductor device according to the first embodiment manufactured using the electrolyte containing 30 wt% H 3 PO 4, and the electrolyte containing 10 wt% H 3 PO 4 Manufactured using For each of the semiconductor devices according to the first embodiment, the potential (Pontential(V) [vs. Ag/AgCl]) is changed over time in the copper film electrolytic polishing process, and the current density (mA) accordingly /cm 2 ) The change was measured and shown.

도 28 및 도 29에서 확인할 수 있듯이, 30 wt% 및 10 wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 반도체 소자의 경우, 포텐셜 변화에 따른 전류밀도 변화가 불규칙적으로 발생되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 28 and 29 , in the case of a semiconductor device manufactured using an electrolyte containing 30 wt% and 10 wt% of H 3 PO 4 , it can be confirmed that the current density change according to the potential change occurs irregularly. could

하지만, 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 및 85 wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 반도체 소자의 경우, 포텐셜 변화에 따른 전류밀도 변화가 일정한 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. However, in the case of a semiconductor device manufactured using an electrolyte containing 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, and 85 wt% of H 3 PO 4 , it was found that the current density change according to the potential change showed a constant trend. could check

또한, 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, 및 85 wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질을 사용하여 제조된 반도체 소자의 경우, H3PO4의 농도가 낮을수록 전류밀도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. In addition, in the case of a semiconductor device manufactured using an electrolyte containing 50 wt%, 60 wt%, 70 wt%, and 85 wt% of H 3 PO 4 , the lower the concentration of H 3 PO 4, the higher the current density. could be seen to appear.

결과적으로, 구리막 제거를 위한 전해연마 공정에서, 인산의 농도는 50 wt%이상이 사용되어야 하며, 인산의 농도가 농도가 낮아짐에 따라, 구리의 이온화 속도가 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. As a result, in the electrolytic polishing process for removing the copper film, the concentration of phosphoric acid should be 50 wt% or more, and as the concentration of phosphoric acid decreased, it was confirmed that the ionization rate of copper increased.

도 30은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 사진들이다. 30 is a photograph comparing the effects of electrolyte stirring in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.

도 30을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 따라 반도체 소자를 제조하되, 구리막 제거 과정에서 전해질이 교반(Agitation)되는 시간을 제어하고, 이에 따라 제조된 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 촬영하였다. 도 30에서 촬영된 사진의 반도체 소자는, 85 wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질 내에서, 구리막 제거를 위한 전해연마가 수행되었다. Referring to FIG. 30 , a semiconductor device is manufactured according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, but the time for which the electrolyte is agitated during the copper film removal process is controlled, and thus manufactured according to the first embodiment The semiconductor device according to the method was photographed. The semiconductor device of the photo taken in FIG. 30 was subjected to electrolytic polishing to remove the copper film in an electrolyte containing 85 wt% of H 3 PO 4 .

도 30의 (a)는 300s의 전해연마 시간 동안 교반을 300s 동안 수행한 경우를 나타내고, 도 30의 (b)는 300s 동안 전해연마를 수행하되 교반을 240s 수행한 후 60s 동안 교반을 수행하지 않은 경우를 나타내고, 도 30의 (c)는 300s 동안 전해연마를 수행하되 교반을 180s 수행한 후 120s 동안 교반을 수행하지 않은 경우를 나타내고, 도 30의 (d)는 300s의 전해연마 시간 동안 교반을 수행하지 않은 경우를 나타내고, 도 30의 (e)는 전해질 교반의 속도를 나타낸다. Figure 30 (a) shows a case in which stirring was performed for 300 s for an electrolytic polishing time of 300 s, and Fig. 30 (b) shows that electrolytic polishing was performed for 300 s, but stirring was performed for 240 s and then stirring was not performed for 60 s. 30 (c) shows a case where electrolytic polishing is performed for 300 s, but stirring is not performed for 120 s after 180 s, and FIG. 30 (d) shows agitation for 300 s of electrolytic polishing time. It shows the case where it is not performed, and (e) of FIG. 30 shows the speed of electrolyte stirring.

도 30의 (a) 내지 (d)에서 확인할 수 있듯이, 전해연마 과정에서, 전해질의 교반이 수행되는 경우, 트렌치 외의 구리막 제거가 보다 용이하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) to (d) of FIG. 30 , it was confirmed that, in the electrolytic polishing process, when the electrolyte was stirred, the copper film outside the trench was more easily removed.

도 31 및 도 32는 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 그래프들이다. 31 and 32 are graphs comparing the effects of electrolyte stirring in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.

도 31 및 도 32를 참조하면, 구리막 제거 과정에서 전해질이 교반(Agitation)되는 시간이 제어된 복수의 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 제조하되, 각각에 대해 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서 시간에 따른 전류(Current)의 변화 및 전하(Charge)의 변화를 측정하였다. 구체적으로, 300s 동안 전해연마를 수행하되 교반을 240s 수행한 후 60s 동안 교반을 수행하지 않은 경우, 300s 동안 전해연마를 수행하되 교반을 180s 수행한 후 120s 동안 교반을 수행하지 않은 경우, 300s 의 전해연마 시간 동안 교반을 수행하지 않은 경우 각각에 대해 시간에 따른 전류의 변화 및 전하의 변화를 측정하였다. 도 31은 1.3V의 조건을 기준으로 측정되었고, 도 32는 3.6 C/cm2의 조건을 기준으로 측정되었다. Referring to FIGS. 31 and 32 , a plurality of semiconductor devices according to Example 1 are manufactured in which the time for which the electrolyte is agitated during the copper film removal process is controlled, and an electrolytic polishing process for removing the copper film for each Changes in Current and Charge were measured with time. Specifically, when electrolytic polishing is performed for 300 s, but stirring is not performed for 60 s after 240 s, electrolytic polishing is performed for 300 s, but stirring is performed for 180 s and stirring is not performed for 120 s. When agitation was not performed during the polishing time, the change in current and change in electric charge with time were measured for each. Figure 31 was measured based on the condition of 1.3V, Figure 32 was measured based on the condition of 3.6 C/cm 2 .

도 31 및 도 32에서 확인할 수 있듯이, 전해연마 시간 동안 교반을 수행하지 않은 경우, 구리막의 제거를 위해 600s의 시간이 소요되었지만, 교반이 수행된 경우에는 300s의 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 31 and 32 , when stirring was not performed during the electropolishing time, it took 600 s to remove the copper film, but it was confirmed that it took 300 s when stirring was performed.

도 33 및 도 34는 본 출원의 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 비교하는 사진들이다.33 and 34 are photographs comparing semiconductor devices according to Examples 1 and 2 of the present application.

도 33 및 도 34를 참조하면, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 따라 반도체 소자를 제조한 후, 각각을 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 33 및 도 34에서 촬영된 사진의 반도체 소자는, 85 wt%의 H3PO4를 포함하는 전해질 내에서, 구리막 제거를 위한 전해연마가 수행되었다. Referring to FIGS. 33 and 34 , after semiconductor devices were manufactured according to the manufacturing methods of the semiconductor devices according to Examples 1 and 2, SEM images were taken to show them. The semiconductor device of the photos taken in FIGS. 33 and 34 was subjected to electrolytic polishing to remove the copper film in an electrolyte containing 85 wt% of H 3 PO 4 .

구체적으로, 도 33의 (a)는 2.3V의 전압이 300s 동안 인가되어 제조된 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 33의 (b)는 2.3V의 전압이 240s 동안 인가된 후 1.3V의 전압이 60s 동안 인가되어 제조된 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 33의 (c)는 2.3V의 전압이 180s 동안 인가된 후 1.3V의 전압이 120s 동안 인가되어 제조된 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이다. Specifically, (a) of FIG. 33 is a photograph showing the semiconductor device according to Example 1 manufactured by applying a voltage of 2.3V for 300s, and (b) of FIG. 33 is a voltage of 2.3V applied for 240s It is a photograph showing the semiconductor device according to Example 2 manufactured by applying a voltage of 1.3V for 60s after being applied, and FIG. It is a photograph showing the semiconductor device according to Example 2 which was applied and manufactured during the period.

또한, 도 34의 (a)는 2.3V의 전압이 300s 동안 인가되어 제조된 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 34의 (b)는 2.3V의 전압이 240s 동안 인가된 후 1.3V의 전압이 60s 동안 인가되어 제조된 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 34의 (d)는 2.3V의 전압이 180s 동안 인가된 후 1.3V의 전압이 120s 동안 인가되어 제조된 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 34의 (e)는 1.3V의 전압이 300s 동안 인가되어 제조된 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 촬영하여 나타낸 사진이다. In addition, (a) of FIG. 34 is a photograph showing the semiconductor device according to Example 1 manufactured by applying a voltage of 2.3V for 300s, and (b) of FIG. After that, a voltage of 1.3V is applied for 60s and is a photograph showing the semiconductor device according to Example 2, which is manufactured, and FIG. It is a photograph showing the semiconductor device according to Example 2 manufactured by being applied, and FIG. 34 (e) is a photograph showing the semiconductor device according to Example 1 manufactured by applying a voltage of 1.3V for 300s.

도 33 및 도 34에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2에 따른 반도체 소자는, 트렌치 외의 구리막이 용이하게 제거된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예 2에 따른 반도체 소자는, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자와 비교하여 트렌치 외의 구리막 제거 효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 33 and 34 , in the semiconductor device according to Example 2, it was confirmed that the copper film other than the trench was easily removed. In addition, it was confirmed that the semiconductor device according to Example 2 has improved efficiency of removing the copper film other than the trench as compared to the semiconductor device according to Example 1.

도 35는 본 출원의 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 그래프들이다. 35 is a graph comparing the effects of electrolyte stirring in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 2 of the present application.

도 35를 참조하면, 구리막 제거 과정에서 전해질이 교반(Agitation)되는 시간이 제어된 복수의 상기 실시 예 2에 따른 반도체 소자를 제조하되, 각각에 대해 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서 시간에 따른 전류(Current)의 변화 및 전하(Charge)의 변화를 측정하였다. 구체적으로, 2.3V의 전압으로 240s의 시간 동안 교반을 수행한 후 1.3V의 전압으로 60s의 시간 동안 교반을 수행한 경우, 2.3V의 전압으로 180s의 시간 동안 교반을 수행한 후 1.3V의 전압으로 120s의 시간 동안 교반을 수행한 경우 및 2.3V의 전압으로 300s의 시간 동안 교반이 수행된 경우 각각에 대해 시간에 따른 전류의 변화 및 전하의 변화를 측정하였다. 전하의 변화는 3.6 C/cm2의 조건을 기준으로 측정되었다. Referring to FIG. 35 , a plurality of semiconductor devices according to Example 2 are manufactured in which the time for which the electrolyte is agitated during the copper film removal process is controlled, but for each, in the electrolytic polishing process for removing the copper film, time A change in Current and a change in Charge were measured. Specifically, when stirring is performed at a voltage of 2.3V for a time of 240s and then stirring at a voltage of 1.3V for a time of 60s, after stirring at a voltage of 2.3V for a time of 180s, a voltage of 1.3V When the stirring was performed for a time of 120 s and when the stirring was performed for a time of 300 s at a voltage of 2.3V, the change in current and the change in charge with time were measured, respectively. The change in charge was measured based on the condition of 3.6 C/cm 2 .

도 35에서 확인할 수 있듯이, 전해연마 시간 동안 교반을 수행하지 않은 경우, 전해연마 시간 동안 교반을 수행한 경우 보다, 구리막의 제거를 위해 더욱 많은 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 35 , when stirring was not performed during the electropolishing time, it was confirmed that more time was required for the removal of the copper film than when stirring was performed during the electrolytic polishing time.

도 36은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과 및 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 SEM 사진들이다. 36 is SEM photographs comparing the effect of electrolyte stirring and the effect of phosphoric acid concentration in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.

도 36을 참조하면, 구리막 제거 과정에서 전해질이 교반(Agitation)되는 시간 및 인산의 농도가 제어된 복수의 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 제조하고, 각각에 대해 SEM 촬영을 하여 나타내었다. 구체적으로, 도 36의 (a)는 85 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 400 rpm 교반의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 36의 (b)는 70 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 400 rpm 교반의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 36의 (c)는 50 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 400 rpm 교반의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 36의 (d)는 85 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 미교반(without agitation)의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 36의 (e)는 70 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 미교반(without agitation)의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 37의 (f)는 50 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 미교반(without agitation)의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타낸다. Referring to FIG. 36 , a plurality of semiconductor devices according to Example 1 were manufactured in which the electrolyte agitation time and phosphoric acid concentration were controlled during the copper film removal process, and SEM imaging was performed for each. Specifically, (a) of FIG. 36 shows a semiconductor device manufactured under the conditions of 85 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , and 400 rpm stirring, and (b) of FIG. 36 is 70 wt% H 3 PO 4 Electrolyte, 4.5 C/cm 2 , shows a semiconductor device manufactured under the conditions of 400 rpm stirring, (c) of FIG. 36 is 50 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , 400 rpm stirring conditions shows a semiconductor device manufactured in , (d) of FIG. 36 shows a semiconductor device manufactured under the conditions of 85 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , without agitation, and FIG. 36 ( e) is 70 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , shows a semiconductor device manufactured under conditions of without agitation, (f) of FIG. 37 is 50 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , It represents a semiconductor device manufactured under conditions of non-agitation (without agitation).

도 36의 (a) 내지 (f)에서 확인할 수 있듯이, 전해질이 교반되지 않은 경우와 비교하여 전해질이 교반된 상태에서 구리막이 제거된 경우, 구리막 제거 효율이 보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, H3PO4의 농도가 낮아질수록 구리막의 제거 효율이 높은 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) to (f) of FIG. 36 , it was confirmed that the copper film removal efficiency was higher when the copper film was removed while the electrolyte was stirred, compared to the case where the electrolyte was not stirred. In addition, as the concentration of H 3 PO 4 decreased, it was confirmed that the copper film removal efficiency was higher.

도 37은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과 및 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 그래프이다. 37 is a graph comparing the effect according to the electrolyte stirring and the effect according to the concentration of phosphoric acid in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.

도 37을 참조하면, 구리막 제거 과정에서 전해질이 교반(Agitation)되는 시간 및 인산의 농도가 제어된 복수의 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 제조하되, 각각에 대해 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서 시간에 따른 전하(Charge)의 변화를 측정하였다. 구체적으로, 50 wt%의 H3PO4 및 400rpm으로 교반된 경우, 50 wt%의 H3PO4 및 교반되지 않은 경우, 70 wt%의 H3PO4 및 400rpm으로 교반된 경우, 70 wt%의 H3PO4 및 교반되지 않은 경우, 85 wt%의 H3PO4 및 400rpm으로 교반된 경우, 85 wt%의 H3PO4 및 교반되지 않은 경우 각각에 대해 시간에 따른 전하의 변화를 측정하였다. 도 38은 3.6 C/cm2의 조건을 기준으로 측정되었다. Referring to FIG. 37 , a plurality of semiconductor devices according to Example 1 were manufactured in which the electrolyte agitation time and the phosphoric acid concentration were controlled in the copper film removal process, and electrolytic polishing for removing the copper film for each In the process, the change in charge over time was measured. Specifically, when it is stirred with H 3 PO 4, and 400rpm for 50 wt%, in the case 50 is not wt% of H 3 PO 4 and stirring, if a stirred with H 3 PO 4, and 400rpm for 70 wt%, 70 wt% of H 3 PO 4 and if not stirred, 85 wt % of H 3 PO 4 and if stirred at 400 rpm, 85 wt % of H 3 PO 4 and not stirred, respectively, measure the change in charge with time did. 38 was measured based on a condition of 3.6 C/cm 2 .

도 37에서 확인할 수 있듯이, 50 wt%의 H3PO4 및 400rpm으로 교반된 경우 가장 높은 구리막 제거 효율이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 85 wt%의 H3PO4 및 교반되지 않은 경우는, 구리막 제거 효율이 가장 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 37 , it was confirmed that the highest copper film removal efficiency was obtained when the mixture was stirred at 50 wt% of H 3 PO 4 and 400 rpm. On the other hand, in the case of 85 wt% of H 3 PO 4 and not stirring, it was confirmed that the copper film removal efficiency was the lowest.

도 38은 본 출원의 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과 및 인산의 농도에 따른 효과를 비교하는 AFM 사진들이다.38 is AFM photographs comparing the effect of electrolyte stirring and the effect of phosphoric acid concentration in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 1 of the present application.

도 38을 참조하면, 구리막 제거 과정에서 전해질이 교반(Agitation)되는 시간 및 인산의 농도가 제어된 복수의 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 제조하고, 각각에 대해 AFM(Atomic force microscopy) 촬영을 하여 나타내었다.Referring to FIG. 38 , a plurality of semiconductor devices according to Example 1 were manufactured in which the electrolyte agitation time and phosphoric acid concentration were controlled during the copper film removal process, and atomic force microscopy (AFM) imaging was performed for each. was shown.

구체적으로, 도 38의 (a)는 85 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 400 rpm 교반의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 38의 (b)는 70 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 400 rpm 교반의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 38의 (c)는 50 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 400 rpm 교반의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 38의 (d)는 85 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 미교반(without agitation)의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 38의 (e)는 70 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 미교반(without agitation)의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타내고, 도 38의 (f)는 50 wt% H3PO4 전해질, 4.5 C/cm2, 미교반(without agitation)의 조건에서 제조된 반도체 소자를 나타낸다. Specifically, (a) of FIG. 38 shows a semiconductor device manufactured under the conditions of 85 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , and 400 rpm stirring, and (b) of FIG. 38 is 70 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , shows a semiconductor device manufactured under the conditions of 400 rpm stirring, (c) of FIG. 38 is 50 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , 400 rpm stirring conditions shows a semiconductor device manufactured in , (d) of FIG. 38 shows a semiconductor device manufactured under the conditions of 85 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , without agitation, and (d) of FIG. e) is 70 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , and represents a semiconductor device manufactured under conditions of without agitation, (f) of FIG. 38 is 50 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 4.5 C/cm 2 , It represents a semiconductor device manufactured under conditions of non-agitation (without agitation).

도 38의 (a) 내지 (f)에서 확인할 수 있듯이, 전해질이 교반되지 않은 경우와 비교하여 전해질이 교반된 상태에서 구리막이 제거된 경우, 구리막 제거 효율이 보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, H3PO4의 농도가 낮아질수록 구리막의 제거 효율이 높은 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) to (f) of FIG. 38 , it was confirmed that the copper film removal efficiency was higher when the copper film was removed while the electrolyte was stirred, compared to the case where the electrolyte was not stirred. In addition, as the concentration of H 3 PO 4 decreased, it was confirmed that the copper film removal efficiency was higher.

도 39 및 도 40은 본 출원의 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 공정에서 전해질 교반에 따른 효과를 비교하는 SEM 사진들이다. 39 and 40 are SEM photographs comparing the effect of stirring the electrolyte in the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 2 of the present application.

도 39를 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 공정에 따라 반도체 소자를 제조하되, 다음과 같은 구체적인 조건에 따라 제조되었다. 구리막 증착 공정은, -30 mA/cm2의 전류, 9 C/cm2 조건에서 수행되었고, 구리막 제거 공정은 70 wt% H3PO4 전해질, 1.3V 포텐셜(Potential), 6.5C/cm2 및 400rpm으로의 교반이 수행되는 1차 제거, 1.0 C/cm2 및 교반이 수행되지 않는 2차 제거의 조건에서 수행되었다. Referring to FIG. 39 , a semiconductor device was manufactured according to the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 2, but was manufactured according to the following specific conditions. The copper film deposition process was performed under a current of -30 mA/cm 2 , 9 C/cm 2 conditions, and the copper film removal process was performed under 70 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 1.3V potential, 6.5C/cm It was carried out under conditions of primary removal in which stirring at 2 and 400 rpm is performed, 1.0 C/cm 2 and secondary removal in which stirring is not performed.

도 40을 참조하면, 상기 실시 예 2에 따른 반도체 소자의 제조 공정에 따라 반도체 소자를 제조하되, 다음과 같은 구체적인 조건에 따라 제조되었다. 구리막 증착 공정은, -30 mA/cm2의 전류, 9 C/cm2 조건에서 수행되었고, 구리막 제거 공정은 70 wt% H3PO4 전해질, 1.3V 포텐셜(Potential), 6.5C/cm2 및 400rpm으로의 교반이 수행되는 1차 제거, 0.5 C/cm2 및 교반이 수행되지 않는 2차 제거의 조건에서 수행되었다.Referring to FIG. 40 , a semiconductor device was manufactured according to the manufacturing process of the semiconductor device according to Example 2, but was manufactured according to the following specific conditions. The copper film deposition process was performed under a current of -30 mA/cm 2 , 9 C/cm 2 conditions, and the copper film removal process was performed under 70 wt% H 3 PO 4 electrolyte, 1.3V potential, 6.5C/cm It was carried out under conditions of primary removal in which stirring at 2 and 400 rpm is performed, 0.5 C/cm 2 and secondary removal in which stirring is not performed.

도 39 및 도 40에서 확인할 수 있듯이, 2차 제거 조건의 변화에도 불구하고, 트렌치 외의 구리막이 용이하게 제거된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 다양한 크기의 Line width와 Line space를 갖는 트렌치 내에 구리막이 용이하게 채워진 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 39 and 40 , it was confirmed that the copper film other than the trench was easily removed despite the change in the secondary removal conditions. In addition, it was confirmed that the copper film was easily filled in the trenches having line widths and line spaces of various sizes.

도 41은 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서 인가되는 전압에 따라 구리가 이온화되는 정도를 나타내는 그래프이고, 도 42는 도 41에 표시된 각 구간에서 촬영된 반도체 소자들을 나타내는 사진이다. 41 is a graph showing the degree of copper ionization according to a voltage applied during an electrolytic polishing process for removing a copper film, and FIG. 42 is a photograph showing semiconductor devices taken in each section shown in FIG. 41 .

도 41을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 따라 반도체 소자를 준비하되, 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서 인가되는 포텐셜(Potential V vs. Ag/AgCl)을 제어하고, 이에 따른 전류 밀도(Current density, mA/cm2)를 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 41, a semiconductor device is prepared according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, but a potential (Potential V vs. Ag/AgCl) applied during an electrolytic polishing process for removing a copper film is controlled, Accordingly, the current density (Current density, mA/cm 2 ) was measured and shown.

도 42를 참조하면, 도 41에서 상술된 반도체 소자를 SEM 촬영하여 나타내었다. 구체적으로, 도 41의 (a)는 전해연마가 수행되기 이전 상태를 촬영하여 나타내고, 도 41의 (b)는 0.25V가 인가된 상태를 촬영하여 나타내고, 도 41의 (c)는 0.375V가 인가된 상태를 촬영하여 나타내고, 도 41의 (d)는 0.5V가 인가된 상태를 촬영하여 나타내고, 도 41의 (e)는 1.3V가 인가된 상태를 촬영하여 나타내었다. Referring to FIG. 42 , the semiconductor device described above in FIG. 41 is illustrated by SEM imaging. Specifically, (a) of FIG. 41 shows a state before electropolishing is performed, (b) of FIG. 41 shows a state where 0.25V is applied, and (c) of FIG. 41 shows that 0.375V is applied. The applied state is photographed and shown, FIG. 41 (d) shows a photographed state in which 0.5V is applied, and FIG. 41 (e) is a photographed state in which 1.3V is applied.

도 41 및 도 42에서 확인할 수 있듯이, 0V 초과 0.5V 이하의 구간과 1.6V 이상 2.5V 이하의 구간에서는, 인가되는 전압의 증가에 따라 전류 밀도의 기울기가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 0.5 V 초과 1.5V 미만의 구간에서는, 인가되는 전압의 증가에 따라 전류 밀도의 기울기가 소폭으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 41 and 42 , it was confirmed that the slope of the current density increased with an increase in the applied voltage in the section of more than 0V and less than 0.5V and the section of 1.6V to 2.5V. On the other hand, in the section of more than 0.5 V and less than 1.5 V, it was confirmed that the slope of the current density slightly decreased as the applied voltage increased.

또한, 0V 초과 0.5V 이하의 구간에서는 구리막 제거가 이루어지지 않았고, 0.375V 이상의 구간에서는 구리막의 제거가 이루어 지는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 1.6V 이상 2.5V 이하의 구간에서는 0.5 V 초과 1.5V 미만의 구간과 비교하여, 측정된 전류 밀도의 기울기가 현저하게 높은 것으로 보아, 식각 속도가 현저하게 빠른 것을 확인할 수 있었고, 0.5 V 초과 1.5V 미만의 구간에서는 상대적으로 식각 속도는 낮지만, 식각된 구리막의 표면 상태가 가장 좋게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. In addition, it was confirmed that the copper film was not removed in the section of more than 0V and less than 0.5V, and that the copper film was removed in the section of 0.375V or more. In addition, in the section of 1.6V or more and 2.5V or less, compared with the section of more than 0.5V and less than 1.5V, the slope of the measured current density was significantly higher, confirming that the etch rate was remarkably fast, Although the etching rate was relatively low in the section exceeding 1.5V, it was confirmed that the surface state of the etched copper film was the best.

결과적으로, 구리막 제거를 위한 전해연마 과정에서, 상대적으로 높은 레벨의 제1 전압을 인가하여 빠른 속도로 구리막을 제거한 후, 상대적으로 낮은 레벨의 제2 전압을 인가하여 구리막의 식각 균일성을 향상시키는 것이, 평탄화 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 방법임을 알 수 있다. As a result, in the electropolishing process for removing the copper film, a first voltage of a relatively high level is applied to remove the copper film at a high speed, and then, a second voltage of a relatively low level is applied to improve the etching uniformity of the copper film. It can be seen that this is a method that can efficiently perform the planarization process.

도 43 및 도 44는 구리막의 제거를 위한 전해연마 공정에서 인가되는 전하의 크기에 따른 효과를 비교하는 사진이고, 도 45는 구리막의 제거를 위한 전해연마 공정에서 인가되는 전하량에 따른 구리막의 두께 변화를 나타내는 그래프이다. 43 and 44 are photographs comparing the effect according to the magnitude of the electric charge applied in the electrolytic polishing process for removing the copper film, and FIG. 45 is a change in the thickness of the copper film according to the amount of charge applied in the electrolytic polishing process for removing the copper film. is a graph representing

도 43 및 도 44를 참조하면, 구리막 제거 과정에서 인가되는 전하의 크기를 0C/cm2, 0.5 C/cm2, 1.5 C/cm2, 및 2.5 C/cm2으로 제어된 복수의 상기 실시 예 1에 따른 반도체 소자를 제조한 후, 각각을 SEM 촬영하여 나타내었다. 도 43은 Top image를 나타내고 도 44는 Vertical image를 나타낸다. Referring to FIGS. 43 and 44 , the magnitude of the charge applied during the copper film removal process is 0C/cm 2 , 0.5 C/cm 2 , 1.5 C/cm 2 , and 2.5 C/cm 2 A plurality of the above-described implementations are controlled. After manufacturing the semiconductor device according to Example 1, each was shown by SEM imaging. 43 shows a Top image and FIG. 44 shows a Vertical image.

도 45를 참조하면, 구리막 제거 과정에서 인가되는 전하의 크기를 제어한 후, 각각의 C/cm2 크기에 따라 제조된 실시 예 1에 따른 반도체 소자에서, 트렌치 외의 구리막의 두께(Thickness, um) 변화를 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 45 , in the semiconductor device according to Example 1 manufactured according to each C/cm 2 size after controlling the amount of charge applied during the copper film removal process, the thickness (Thickness, um) of the copper film other than the trench ) was measured and shown.

도 43 내지 도 45에서 확인할 수 있듯이, 구리막 제거 과정에서 인가되는 전하의 크기(또는 전압의 크기)가 증가함에 따라, 구리막의 제거가 용이하게 발생는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 43 to 45 , as the magnitude of the charge (or the magnitude of the voltage) applied during the copper layer removal process increased, it was confirmed that the copper layer was easily removed.

이상, 본 출원을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 출원의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 출원의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present application has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present application is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present application.

100: 베이스 구조체
110: 리세스 영역
200: 베리어층
300: 시드층
400: 물질막
500: 물질막 패턴
600: 패드
700: 반도체 기판 구조체
100: base structure
110: recess area
200: barrier layer
300: seed layer
400: material film
500: material film pattern
600: pad
700: semiconductor substrate structure

Claims (15)

리세스(recess) 영역을 갖는 베이스 기판 구조체를 준비하는 단계;
상기 베이스 기판 구조체 상에, 상기 리세스 영역의 내면을 따라, 베리어층을 형성하는 단계;
상기 리세스 영역을 갖는 상기 베이스 기판 구조체의 상기 베리어층 상에 물질막을 증착하여, 상기 리세스 영역을 채우는 단계; 및
상기 물질막의 물질을 이온화시켜, 상기 리세스 영역 외의 상기 물질막을 제거하고, 상기 리세스 영역 내의 상기 물질막을 잔존시켜, 상기 리세스 영역 내에 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 물질막의 상기 물질을 이온화시키는 단계는,
상기 물질막을 갖는 상기 베이스 기판 구조체를 전해질 내에 침지하는 단계;
상기 물질막에 1.6V 이상의 제1 전압을 인가하여, 상대적으로 빠른 속도로 상기 물질막의 물질을 이온화시키는 제1 제거 단계; 및
상기 물질막에 0.5V 초과 1.6V 미만의 제2 전압을 인가하여, 상대적으로 느린 속도로 상기 물질막의 물질을 이온화시키는 제2 제거 단계를 포함하되,
상기 전해질은 상기 물질막을 제거하는 50 wt% 이상의 인산(H3PO4)과, 상기 베리어층을 제거하는 불화암모늄(NH4F)을 포함하고,
상기 물질막 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 리세스 영역 외의 상기 물질막과 함께 상기 리세스 영역 외의 상기 베리어층도 제거되는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
preparing a base substrate structure having a recess region;
forming a barrier layer on the base substrate structure along an inner surface of the recess region;
depositing a material film on the barrier layer of the base substrate structure having the recess region to fill the recess region; and
ionizing the material of the material film to remove the material film other than the recess region, and leaving the material film in the recess region to form a material film pattern in the recess region,
The step of ionizing the material of the material film,
immersing the base substrate structure having the material film in an electrolyte;
a first removal step of ionizing the material of the material layer at a relatively high speed by applying a first voltage of 1.6V or higher to the material layer; and
A second removal step of ionizing the material of the material film at a relatively slow rate by applying a second voltage of more than 0.5V and less than 1.6V to the material film,
The electrolyte includes 50 wt% or more of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) to remove the material film, and ammonium fluoride (NH 4 F) to remove the barrier layer,
and removing the barrier layer other than the recess region together with the material layer other than the recess region in the forming of the material layer pattern.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 전압이 인가된 직후(directly after), 상기 제2 전압이 인가되는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
Immediately after the first voltage is applied (directly after), the method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of applying the second voltage.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 인산의 농도가 낮아짐에 따라, 상기 물질의 이온화 속도가 빨라지는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
and as the concentration of the phosphoric acid decreases, the ionization rate of the material increases.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 베리어층은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 질화티타늄(TiN), 질화규소티타늄(TiSiN), 텅스텐(W), 질화텅스텐(WN), 질화탄탈륨(TaN), 및 질화규소탄탈륨(TaSiN) 중 어느 하나를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
The barrier layer is selected from among titanium (Ti), tantalum (Ta), titanium nitride (TiN), silicon titanium nitride (TiSiN), tungsten (W), tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), and silicon tantalum nitride (TaSiN). A method of manufacturing a semiconductor device comprising any one.
제1 항에 있어서,
상기 전해질이 교반되는 동시에, 상기 물질막에 상기 제1 및 제2 전압이 인가되는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
and at the same time the electrolyte is stirred, the first and second voltages are applied to the material layer.
제1 항에 있어서,
상기 리세스 영역은 트렌치(Trench)이고, 상기 물질막 패턴은 금속 배선인 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
and wherein the recess region is a trench, and the material layer pattern is a metal wiring.
제1 항에 있어서,
상기 리세스 영역은 상기 베이스 기판 구조체를 관통하는 비아 홀(Via-hole)이고, 상기 물질막 패턴은 TSV(Through Silicon Via)인 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
and wherein the recess region is a via hole passing through the base substrate structure, and the material layer pattern is a through silicon via (TSV).
제1 항에 있어서,
상기 물질막은 구리막을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
The material layer is a method of manufacturing a semiconductor device including a copper layer.
베이스 기판을 준비하는 단계;
상기 베이스 기판 상에 베리어층을 형성하는 단계;
상기 베리어층 상에 물질막을 증착하는 단계;
상기 물질막이 증착된 상기 베이스 기판을 전해질 내에 침지하는 단계; 및
상기 물질막에 1.6V 이상의 제1 전압, 및 0.5V 초과 1.6V 미만의 제2 전압을 연속적으로(sequentially) 인가하여, 상기 물질막의 물질을 이온화시켜, 상기 물질막의 적어도 일부분을 제거하는 단계를 포함하되,
상기 제1 전압이 인가되는 경우 상기 물질막의 물질 이온화 속도는, 상기 제2 전압이 인가되는 경우 상기 물질막의 물질 이온화 속도보다 빠른 것을 포함하고,
상기 전해질은 상기 물질막을 제거하는 50 wt% 이상의 인산(H3PO4)과, 상기 베리어층을 제거하는 불화암모늄(NH4F)을 포함하며,
상기 물질막의 적어도 일부분을 제거하는 단계에서, 상기 물질막과 함께 상기 베리어층의 적어도 일부분이 제거되는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
preparing a base substrate;
forming a barrier layer on the base substrate;
depositing a material film on the barrier layer;
immersing the base substrate on which the material film is deposited in an electrolyte; and
and sequentially applying a first voltage of 1.6V or more and a second voltage of more than 0.5V and less than 1.6V to the material layer to ionize the material of the material layer, thereby removing at least a portion of the material layer but,
When the first voltage is applied, the material ionization rate of the material layer is faster than the material ionization rate of the material layer when the second voltage is applied,
The electrolyte includes 50 wt% or more of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) to remove the material film, and ammonium fluoride (NH 4 F) to remove the barrier layer,
In the step of removing at least a portion of the material layer, at least a portion of the barrier layer together with the material layer is removed.
제14 항에 있어서,
제1 전압 구간에서 전압 증가에 따라서 상기 물질막의 제거 속도가 제1 기울기로 감소하는 제1 구간, 및 제2 전압 구간에서 전압 증가에 따라서 상기 물질막의 제거 속도가 제2 기울기로 증가하는 제2 구간이 제공되고,
상기 제2 구간의 상기 제2 기울기의 크기는, 상기 제1 구간의 상기 제1 기울기의 크기보다 크고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압 구간에서 선택되고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압 구간에서 선택되는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
A first section in which the removal rate of the material layer decreases with a first slope according to an increase in voltage in a first voltage section, and a second section in which the removal rate of the material layer increases at a second slope according to an increase in voltage in a second voltage section is provided,
The magnitude of the second slope of the second section is greater than the magnitude of the first slope of the first section,
and wherein the first voltage is selected in the second voltage range, and the second voltage is selected in the first voltage range.
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