KR19990023250A - 입자 오염을 방지하기 위하여 물 린스를 사용하는 화학 기계적인 평탄화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMP 동안에 입자 오염물을 방지하기 의하여 물 린스를 포함하는 CMP의 방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법은 장치의 전방면과 장치의 후방면을 가지는 반도체 장치를 제공하고, 상기 장치의 전방면은 제 2 금속층의 상부면이다. 제 1 평탄화 단계는 장치의 제 2 전방면을 노출시키기 위하여 제 1 매체로써 상기 장치의 전방면을 평탄화하고, 여기에서 상기 제 1 매체는 제 1 연마 성분과 제 1 화학 용액을 포함한다. 그 다음, 린스 단계는 물로써 상기 장치의 후방면을 린스한다. 제 1 평탄화 단계는 제 2 매체로 상기 장치의 제 2 전방면을 평탄화하고, 여기에서 상기 제 2 매체는 제 2 연마 성분과 제 2 화학 용액을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화(CMP)에 관한 것으로서, 특히 CMP 동안에 입자 오염물을 방지하기 위하여 물 린스를 포함하는 CMP의 방법에 관한 것이다.
CMP는 반도체 장치의 표면 위에 평면 지형학을 성취하기 위하여 반도체 장치에 증착되는 물질의 층을 제거하고 평면화하기 위하여 사용된다. 상기 증착 물질의 층을 제거하고 평면화하기 위하여, CMP는 통상적으로 연마 성분을 포함하는 화학적인 슬러리로 패드를 젖게하고, 상기 반도체 장치의 전방면에서 증착된 물질의 층을 제거하고 상기 표면을 평탄화하기 위하여 상기 젖은 패드에 대하여 반도체 장치의 전방면을 기계적으로 러빙(rubbing) 또는 버핑(buffing)하는 것을 포함한다. 제거되고 평탄화된 증착 물질의 형태는 반도체 장치의 전방면을 형성하는 절연층은 물론 금속층을 포함할 수 있다.
통상적으로, 금속층의 CMP는 주로 2개의 단계로 구성되는데, 즉 반도체 장치의 전방면위에서 금속층을 제거하고 남아 있는 표면을 평탄화하는 제 1 단계와, 상기 제 1 단계이후에 남아있는 어떠한 오염물질도 제거하고 상기 전방면을 다시 평탄화하는 제 2의 터치 업(touch up) 또는 버프(buff) 단계가 있다. 각각의 단계는 제 1 단계의 경우에 금속층과, 상기 터치-업 단계에서 어떠한 잔류 오염물도 제거하기 위하여 상술된 화학적인 슬러리의 사용을 요구한다. 각각의 단계에서 사용되는 화학적인 슬러리는 CMP 요구에 의존하는 동일하거나 서로 다른 조성물로 구성된다.
또한, 금속층의 종래의 CMP는 상술된 2개의 주요 단계사이에서 중간 린스 단계를 포함한다. 상기 중간의 린스 단계는 린스 스테이션에서 반도체 장치를 재위치시키는 것과, 상기 장치에 노출되기 전인 제 1 단계로 부터 제 2 단계의 제 2 슬러리까지 슬러리를 제거하기 위하여 반도체 장치의 전방 면에서 물을 분사하는 것을 포함한다. 상기 제 1 단계로 부터의 몇몇 화학적인 슬러리는 중간 린스 단계에서 린스되지 않는 반도체 장치의 후방면 위에서 트랩되게(trapped) 남아있게 되는데, 왜냐하면 상기 단계중에서 스프레이되는 물은 단지 전방면만을 스프레이하고, 반도체 장치의 후방면에는 도달하지 못하게 되기 때문이다.
상기 제 2 단계 이전에 완전히 제거되지 않는 제 1 단계에 사용된 슬러리가 존재하여, 제 2 단계에서 사용되는 슬러리와 혼합될 때 문제가 존재하게 된다. 이러한 2개의 슬러리의 혼합은 반도체 장치를 오염시키고, 상기 장치의 생산량과 성능에 중요한 영향을 발생시키는 입자 발생의 화학적인 반응을 일으키게 한다. 그러므로, 주요 단계이후에 슬러리 혼합에 의하여 발생되는 입자 발생을 방지하기 위하여, 반도체 장치의 후방면 위에서 상기 트랩된 슬러리를 제거해야 하는 필요성이 존재하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 어떠한 것도 거의 없는 간단한 부가 처리 단계를 가지고 낮은 가격으로 실행되게 결함이 있는 입자와 전체 장치를 효과적으로 감소시켜야만 하고, 중요하지 않은 환경적인 충격에 대해 생태학적으로 안정한 것이 양호하다.
첨부된 도면과 관련하여 양호한 실시예를 보다 상세하게 설명할 때 본 발명을 가장 잘 이해하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 CMP 방법을 사용하여 평탄화 될 반도체 장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 CMP 방법을 사용하여 평탄화 될 도 1에 도시된 반도체 장치의 부분을 전개하여 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 CMP 방법의 제 1 평탄화 단계 이후에 반도체 장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 CMP 방법의 제 2 평탄화 단계 이후에 반도체 장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 CMP 방법을 실행하는 실시예의 평면도.
도 6은 본 발명의 CMP 방법을 실행하는 실시예의 측면도.
도 7은 설명된 실시예에 의하여 실행되는 본 발명의 CMP 방법의 흐름도.
도 8은 반도체 장치위에 입자 오염물을 낮추기 위하여 본 발명의 CMP 방법을 사용하는 효과를 나타내는 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
5: 반도체 장치 6: 장치의 후방면
35: 장치의 제 2 전방면 75: 장치의 전방면
125: 캐리어 130: 제 1 가압판
150: 제 1 슬러리 155: 제 2 슬러리
195: 제 1 연마패드 210: 진공수단
도 1 내지 도 4는 상기 CMP 방법을 적용하기 이전과, 이 방법을 적용한 후에 반도체 장치의 단면도를 제공함으로써 반도체 장치에서 본 발명의 CMP 방법의 효과를 도시한다. 도 1 내지 도 4에서의 CMP 방법의 효과를 나타내면서 본 발명의 실질적인 CMP 방법에 대한 몇몇 참고가 기재되고, 사용되는 실질적인 CMP 방법은 본 발명의 CMP 방법을 사용하는 실시예를 나타내고 상기 방법의 흐름도를 나타내는 도 5 내지 도 7과 관련된 설명에서 기재된다. 그 다음, 도 8은 입자 오염물을 낮게하는 상기 CMP 방법을 사용하는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 CMP 방법을 실행하기 전에 반도체 장치(5)의 단면을 나타내는 단면도이다. 상기 반도체 장치(5)는 본 발명의 CMP 방법을 겪게되는 반도체 웨이퍼(도시않음) 위에서 통상적으로 발견되는 많은 장치중의 전형적인 하나이다. 상기 반도체 장치(5)는 실리콘 기판(10)과 시작되는 반도체 구조를 가진다. 상기 실리콘 기판(10)의 저부면은 반도체 장치(5)의 장치 후방면(6)이다. 실질적인 장치(15)는 실리콘 기판(10)위에 중첩되는데, 소스 영역(20)과, 드레인 영역(25)과, 게이트 영역(30) 및, 상기 다양한 영역을 절연시키는 실질적인 장치 유전체(35)를 포함한다. 소스 금속 접촉부(40)와 드레인 금속 접촉부(45)는 반도체 장치(5)를 활성화하기 위하여 전압 소스를 제공한다. 상기 실질적인 장치 유전체(35)와 소스(40)바로 위에는, 드레인(45) 접촉부가 제 1 금속층(50)이다. 그러나, 상기 제 1 금속층(50)은 통상적으로 텅스텐이 양호한데, 동, 알루미늄, 플라티늄, 이리듐 및 이것의 합금을 포함하는 다양한 다른 공지된 금속 및 금속 합금이 대체될 수 있다.
유전층(55)은 이 유전층(55)에 형성되는 경유부(60)용 절연부를 제공하기 위하여 제 1 금속층(50)을 중첩시킨다. 상기 유전층(55)을 형성하기 위하여 사용되는 통상적인 유전체는 이산화 규소, 불소가 도프된 이산화규소, 폴리이미드, 폴리에틸렌 및 다른 유기 중합체 물질을 포함한다. 그 다음, 배리어/글루(barrier/glue)층(65)은 금속(즉, 동)의 확산을 방지하거나 및/또는 운동성 불순물을 방지하거나 및/또는 전자이동을 방지하기 위하여, 연속층에 유전층(55)를 부착하기 위하여, 상기 유전층(55)위에 형성된다. 상기 배리어/글루 층(65)은 통상적으로 질화 티타늄인데, 그러나 티타늄, 질화 규소 티타늄, 질화 탄나늄, 질화 규소 탄타늄 및 다른 탄타늄 기저의 합금이 사용될 수 있다. 통상적으로 텅스텐인 제 2 금속층(70)이 상기 배리어/글루 층(65)위에 중첩되지만, 그러나 상기 제 1 금속층으로써, 다른 공지된 금속 및 금속 합금이 이것을 대체하여 사용될 수 있다. 상기 제 2 금속층(70)은 중첩되는 배리어/글루 층(65)에 부가하여 경유부(60)를 충전한다. 상기 제 2 금속층(70)의 상부면은 본 발명의 CMP 방법을 사용하여 평탄화되는 반도체 장치(5)의 장치의 전방면(75)이 된다. 그러나, 제 1 금속층(50)을 포함하는 어떠한 금속층도 본 발명의 CMP 방법을 사용하여 평탄화될 수 있다.
도 2는 본 발명의 CMP 방법을 사용하여 평탄화되는 도 1에 도시된 반도체 장치부(80)의 전개 단면도이다. 도 2의 전개 사시도로부터, 상기 장치의 전방면(75)의 불균일한 지형이 도시된다. 상기 반도체 장치(80)는 단지 상기 장치의 전방면(75)만이 평탄화되기 때문에, 본 발명의 방법을 사용하여 평탄화되는 반도체 장치(5)에 효과적이다. 따라서, 이후에 상기 반도체 장치부(80)는 일반적으로 반도체 장치(5)로 언급된다.
도 3은 장치의 제 2 전방면(85)에서 발생되는 제 2 금속층(70)을 제거하기 위하여 상기 장치의 전방면(75;도 2참조)을 평탄화하는 제 1 평탄화 단계 이후의 반도체 장치(5)를 도시한다. 따라서, 장치의 제 2 전방면(85)을 노출시키기 위하여 이후에 보다 상세히 설명되는 제 1 매체(도시않음)로 상기 장치의 전방면(75)를 평탄화하는 제 1 평탄화 단계에 의하여 본 발명의 CMP 방법이 시작된다. 도 3으로 부터, 도 2의 장치 전방면(75)의 불균일한 표면과 비교할 때 상기 장치의 제 2 전방면(85)의 표면은 평탄하게 되는 것이 분명하다. 그러나, 상기 발생된 장치의 제 2 전방면(85)는 몇몇 문제점을 가지고 있다. 먼저, 상기 제 2 금속층(70)의 제거 및 평탄화는 상기 장치의 제 2 전방면(85)위에 금속 오염물(95)을 남기게 된다. 이들 금속 오염물(95)은 통상적으로 상기 제 1 평탄화 단계에 의하여 도입되는 텅스텐, 동, 철, 알루미늄, 나트륨, 칼륨, 리듐, 크롬, 아연 및 이와 유사한 금속을 포함한다. 두 번째로, 상기 제 2 금속층(70)의 제거 및 평탄화는 디싱(dishing;90) 으로 공지된 경유부(60) 바로 위에 불균일한 지형을 남기게 된다. 디싱(90)은 상기 제 1 평탄화 단계가 제 2 금속층(70)에 선택적으로 되고, 그러므로 디싱(90)을 발생시키는 경유부(60)에서 제 2 금속층(70)의 몇몇을 제거하기 때문에 발생된다. 이러한 2개의 문제점은 상기 금속성 오염물(95)을 제거하고 상기 디싱(90)을 평탄화하기 위하여, 터치 업또는 버핑단계로 공지된 제 2 평탄화 단계를 필요로 한다. 본 발명의 CMP 방법은 이후에 상세히 설명하는 바와같이, 도 4의 평탄화된 반도체 장치에서 발생되는 이후에 설명되는 제 2 매체(도시않음)로써 상기 장치의 제 2 전방면(85)을 평탄화함으로써 상기 버핑 또는 터치-업 단계를 수행하게 된다. 상기 장치의 전방면(75)을 평탄화한 이후이지만, 상기 장치의 제 2 전방면(85)의 평탄화하기 이전에, 반도체 장치(5)의 후방면(6)을 린스하는 그 중간의 단계(도 1)는 이후에 더욱 상세히 설명된다.
도 4는 본 발명의 CMP 방법의 제 2 평탄화 단계를 적용한 다음에 평탄화된 반도체 장치(5)를 도시한다. 도 3에 도시된 금속성 오염물(95)과 디싱(90)은 제거되고, 완전하게 평탄화된 제 3의 전방면(100)이 도시된다. 그 다음, 반도체 장치(5)를 보호하기 위한 패시베이션 층(passivation layer; 103)이 상기 발생된 제 3 전방면(100)위에 증착된다. 상기 패시베이션 층(103)은 통상적으로 이산화 규소 또는 질화 규소이다. 도 1로부터 도 4의 반도체 장치(5)를 성취하기 위하여 사용되는 실질적인 CMP 방법은 지금부터 상세히 설명된다.
도 5는 본 발명의 CMP 방법을 사용하는 실시예의 평면도이다. 도 5의 실시예는 본 발명의 CMP 방법을 사용하는 제조 방법을 도시한다. 본 발명의 CMP 방법이 적용되는 도 1 내지 도 4의 반도체 장치(5)는 캐리어(125)아래에 부착된 반도체 웨이퍼(191)의 웨이퍼 전방면(205; 도 6) 위에 위치된다. 도 5의 제조 방법이 반도체 웨이퍼(191)의 처리에 대하여 설명될 것이지만, 당업자라면 반도체 웨이퍼(191)의 웨이퍼 전방면(205)이 도 1 내지 도 4의 수많은 반도체 장치(5)를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 반도체 웨이퍼(191)에 본 발명의 CMP 방법을 적용시키는 것은 도 1 내지 도 4의 반도체 장치(5)에 적용하는 것이다.
도 5에서, 제 1 평탄화 스테이션(115)와 제 2 평탄화 스테이션(120)의 2개의 평탄화 스테이션이 도시된다. 상기 제 1 평탄화 스테이션(115)은 제 1 가압판(130)을 가진다. 상기 제 1 가압판(130)은 제 1 가압판 회전 방향(135)로 회전되고, 평면 회전 방향(135)에서 제 1 가압판(130)과 회전하는 제 1 가압판(130)위에서 제 1 연마 패드(195)를 구비한다. 상기 제 1 가압판(130)과 제 1 연마 패드(195) 위에는 2개의 분배기 즉, 제 1 슬러리 분배기(140)와 제 1 물 분배기(145)가 있다. 상기 제 1 물 분배기(145)는 작동시에 제 1 가압판(130)에서 통상적으로 이온이 제거된 물을 스프레이하는 반면에, 상기 제 1 슬러리 분배기(140)는 작동시에 제 1 연마 패드(195)를 유지하는 제 1 가압판(130)에서 제 1 슬러리(150)를 스프레이한다. 상기 제 1 슬러리 분배기(140)는 반도체 웨이퍼(191)의 장치 전방면(75; 도 1)을 평면화하기 위하여 사용되는 제 1 슬러리(150)를 분배한다. 또한, 제 1 물 분배기(145)는 반도체 웨이퍼(191)의 장치 전방면(75; 도 1)과 제 1 가압판(130)으로 부터 제 1 슬러리(150)를 제거하기 위하여 사용된다. 따라서, 상기 제 1 슬러리 분배기(140)과 제 1 물 분배기(145)는 통상적으로 동시에 작동하지 않는다.
상기 제 1 슬러리(150)은 이것이 2개의 성분 즉, 제 1 연마 성분(도시않음)과 제 1 화학 용액(도시않음)으로 구성되기 때문에 제 1 매체로 언급된다. 상기 제 1 연마 성분은 연마 패드를 포함하는 마찰에 의하여 다른 요소들을 마모, 그라인딩 또는 러빙할 수 있는 알루미나, 실리카, 샌드 또는 다른 입자와 같은 연마 입자를 포함한다. 상기 제 1 화학 용액은 용액의 산성과 알카리성의 pH 측정에 의하여 통상적으로 결정된다. 상기 제 1 슬러리(150)의 화학용액은 제 1 슬러리(150)의 화학 용액을 산성으로 효과적으로 만들기 위하여 7보다 작은 제 1 pH를 통상적으로 가진다. 특히, 제 1 슬러리(150)의 제 1 화학용액은 산화제와, 물 및, 철 질산염과 질산과 같은 산성 성분으로 구성된다. 다른 산성 성분은 유황산, 인산 및 아세트산을 포함할 수 있다.
상기 제 1 화학 용액의 화학적인 합성물은 제 2 평탄화 스테이션(120)의 제 2 슬러리(155)에서 제 2 화학 용액(도시않음)과 제 1 화학 용액을 혼합하는 효과로서는 중요하지 않다. 아래에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 제 2 매체는 스프레이되는데, 이 제 2 매체는 반도체 웨이퍼(191)의 웨이퍼 전방면(205)에서 제 2 화학용액의 제 2 연마 성분을 포함한다. 상기 반도체 웨이퍼(191)는 장치의 전방면(75)로 부터 제 1 슬러리(150)를 제거하기 위하여 린스 스테이션(127)에서 물 린스를 하게 되고, 상기 제 1 슬러리(150)의 몇몇은 반도체 웨이퍼(191)의 장치 후방면(6) 위에 남아있게 될 수 있다. 상기 장치의 후방면위에 남아있게 되는 제 1 화학용액과 제 2 화학용액의 혼합은 혼합시에 응결될 수 있다. 이러한 혼합의 응결 효과는 상기 반도체 장치의 오염을 발생시킨다. 따라서, 제 1 및 제 2 화학용액용의 특정 조성물은 본원에 제공되는데, 상기 용액의 다른 오염에 적용되는 본 발명의 CMP 방법은 본 발명의 CMP 방법을 사용하는 것을 방지해야만 하는 응결을 형성하는 상기 용액의 혼합이어야만 한다.
상기 제 1 슬러리(150)의 제 1 pH용으로 제공되는 부가의 실시예는 약 7보다 더 크게되고, 상기 제 2 슬러리(155)의 제 2 pH는 7보다 작다. 이러한 조성물로써, 상기 실시예에서 제 1 슬러리(150)는 암모늄 수산화물 또는 칼륨 수산화물과 같은 기존적인 성분과 통상적인 물의 조성물을 가진 기본적인 슬러리가 된다. 상기 실시예에서, 제 2 슬러리(155)는 산화제, 물의 통상적인 조성물을 가진 산성 슬러리와, 철 질산염 및 질산이 같은 산성 성분이 될 수 있다. 다른 산성 성분은 유황산, 인산 및 아세트산을 포함할 수 있다.
상기 제 2 평탄화 스테이션(120)은 제 2 슬러리 분배기(16)와 제 2 물 분배기(165)를 가진다. 상기 제 1 평탄화 스테이션(115)은 제 2 슬러리 분배기(160)와 제 2 물 분배기(165)를 구비한다. 제 1 평탄화 스테이션(115)와 같이, 제 2 가압판 회전방향(175)에서 회전되는 제 2 가압판(128)은 제 2 평탄화 스테이션(120)에 제공된다. 또한, 상기 캐리어(125)는 제 2 평탄화 스테이션(120)위에 다시 위치되고, 캐리어 방향(126)에서 회전된다. 이들 구성품의 각각은 이것의 대응품이 제 1 평탄화 스테이션(115)에 있을 때 유사한 작용을 가진다. 이와 같이, 상기 제 2 가압판(128)과 제 2 연마 패드(196)(도 6) 위에는 2개의 분배기 즉, 제 2 슬러리 분배기(160)과 제 2 물 분배기(165)가 있다. 상기 제 2 물 분배기(165)는 작동할 때 제 2 가압판(128)에서 통상적으로 이온이 제거된 물을 스프레하는 반면에, 상기 제 2 슬러리 분배기(160)는 작동될 때 제 2 연마패드를 유지하는 제 2 가압판(128)에서 제 2 슬러리(155)를 스프레이한다. 상기 제 2 슬러리 분배기(160)는 반도체 웨이퍼(191)의 장치 전방면(75; 도 1)을 평탄화하는데 사용되는 제 2 슬러리(155)를 분배한다. 상기 제 2 물 분배기(165)는 반도체 웨이퍼(191)의 장치 전방면(75; 도 1)과 제 2 가압판(128)로 부터 제 2 슬러리(155)를 제거하는데 사용된다. 따라서, 상기 제 2 슬러리 분배기(160)와 제 2 물 분배기(165)는 통상적으로 동시에 작동되지 않는다.
상기 제 2 슬러리(155)는 제 2 매체로 언급되는데, 왜냐하면 상기 제 2 슬러리(155)는 2개의 구성품 즉, 제 2 연마 구성품(도시않음)과 제 2 화학 용액(도시않음)으로 구성된다. 상기 제 2 연마 구성품은 알루미나, 실리카, 샌드 또는 마찰에 의하여 다른 요소들을 마모, 그라인딩 또는 러빙할 수 있는 입자들과 같은 마모 입자를 포함한다. 상기 제 2 화학용액은 용액의 산성 및 알카리성의 pH 측정에 의하여 통상적으로 결정된다. 상기 제 2 슬러리(155)의 화학 용액은 제 2 슬러리(155)의 화학용액을 기본적이며 효과적으로 만들기 위하여 7보다 더 큰 제 2 pH를 통상적으로 가진다. 특히, 상기 제 2 슬러리(155)의 제 2 화학용액은 물과, 수산화 암모늄 또는 수산화 칼륨과 같은 기본적은 구성품으로 구성된다.
제 1 슬러리(150)와 경우에서와 같이, 제 2 슬러리(155)의 화학적인 조성물의 중요성은 제 1 및 제 2 슬러리가 혼합되는 것으로 부터 발생되는 어떠한 응결의 영향보다 본 발명에 따른 것이 보다 덜 중요하다. 따라서, 제 1 슬러리에 관하여 상술한 바와 같은 동일한 이유로 인하여, 다양한 조성물의 제 1 및 제 2 슬러리는 본 실시예에서 사용될 수 있지만, 아래에 청구하는 바와 같이 본 발명의 CMP 방법은 오염 응결물을 형성하는 결과를 발생시키는 혼합을 적용시킨다.
제 1 및 제 2 평탄화 스테이션으로 부터 로딩 스테이션(180)과 언로딩 스테이션(185)가 분리된다. 상기 로딩 스테이션(180)은 이 로딩 스테이션(180)에서 카트리지(도시않음)로 부터 반도체 웨이퍼(191)를 제거하기 위하여 셔틀(도시않음)을 사용하고, 상기 캐리어(125)를 진공(210)(도 6)에 의하여 셔틀로 부터 반도체 웨이퍼(191)를 상승하도록 함으로써, 상기 웨이퍼는 본 발명의 CMP 방법에 노출될 것이다. 한편, 상기 언로딩 스테이션(185)은 웨이퍼가 트로프(trough;도시않음)내로 들어간 다음 카트리지(도시않음)로 들어가고 그 다음 언로딩 스테이션(185)내로 들어간 다음에, 평탄화된 반도체 웨이퍼(191)를 수용한다. 상기 반도체 웨이퍼가 제 1 평탄화 단계와, 제 1 물 분배기(145)를 사용하는 웨이퍼의 후방면의 린스 단계에 노출된 후에, 상기 장치의 전방면(75)을 린스하기 위하여 사용되는 린스 스테이션(127)이 제 1 및 제 2 평탄화 스테이션으로 분리된다. 또한, 상기 린스 스테이션(127)에서의 린스는 제 2 평탄화 스테이션(120)에서 제 2 평탄화 단계전에 발생된다. 도 5의 실시예는 로딩 스테이션(180)로 부터 캐리어(125)로 웨이퍼를 취하는 셔틀로 부터 제 1 평탄화 스테이션(115)와, 린스 스테이션(127)로, 제 2 평탄화 스테이션(120)으로 그리고, 언로딩 스테이션(185)에서 언로드되는 셔틀(도시않음)로 웨이퍼(191)를 위치시키기 위하여 연마 아암(116)을 사용한다. 상기 연마 아암(116)의 운동은 도 5에서 점선으로 도시된다.
도 6은 본 발명의 CMP 방법을 실현하는 실시예의 측면도이다. 상기 제 1 및 제 2 평탄화 스테이션이 기본적으로 동일한 측면으로 도시되지만, 상기 스테이션 둘다중의 하나를 도시하는 도 6은 제 1 및 제 2 평탄화 스테이션에서 동일한 요소의 도면부호를 합체시킬 것이다. 제 1 연마 패드(195)/제 2 연마 패드(196)은 제 1 가압판(130)/제 2 가압판(128)을 중첩시키고, 제 1 슬러리 분배기(140)/ 제 2 슬러리 분배기(160)는 상기 평면과 패드를 중첩시킨다. 상기 캐리어(125)는 진공(210)으로 반도체 웨이퍼(191)를 유지시킨다. 진공은 웨이퍼 후방면(200)으로 부터 공기를 당김으로써, 웨이퍼(191)는 캐리어(125)에 대하여 가압된다. 따라서, 진공은 캐리어(125)내에서 반도체 웨이퍼(191)를 유지시키는데 사용되는 반면에 평탄화 스테이션과 린스 스테이션사이에서 웨이퍼를 위치시킨다. 처리 아암(116)은 캐리어(125)를 유지시킨다. 상기 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 전방면(205)와 웨이퍼 후방면(200)을 가진다. 상술한 바와 같이, 상기 웨이퍼의 전방면(205)은 도 1 내지 도 4의 반도체 장치(5)를 유지하기 위한 매카니즘이고, 그럼으로 상기 웨이퍼 전방면(205)은 본 발명의 CMP 방법을 겪게되는 도 1 내지 도 4의 장치의 전방면(75)과 유사하다. 이와 같이, 상기 웨이퍼 후방면(200)은 또한 도 1의 장치 후방면(6)과 유사하게 된다. 상기 웨이퍼(191)는 제 1 연마 패드(195)/제 2 연마 패드(196)와 접촉하기 위하여 하강 방향(215)으로 하강됨으로, 상기 웨이퍼의 전방면(205)은 평탄화될 수 있다.
사용할 때에, 본 발명의 CMP 방법은 웨이퍼(191)를 위치(B)로 이동시키기 위하여 셔틀(도시않음)을 사용하여 로딩 스테이션(180)으로 부터 웨이퍼(191)를 이동시키기 위하여 도 5의 위치(A)에서 시작됨으로써, 상기 처리 아암(116)은 웨이퍼(191)를 다시 위치시킬수 있다. 위치 B에서, 상기 처리 아암(116)에서의 캐리어(125)는 처리 아암이 위치 C에 도달할 때 까지 캐리어(125)에서 웨이퍼(191)를 유지하기 위하여 진공(210)(도 6)을 사용하여 셔틀(도시않음)의 바깥으로 웨이퍼(191)를 상승시킨다. 위치 C에서, 처리 아암(116)은 제 1 가압판(130)위에서 캐리어(125)와 웨이퍼(191)(도 6)를 하강시킨다. 상기 제 1 가압판(130)은 제 1 가압판 회전 방향(135)에서 회전된다. 상기 웨이퍼(191)를 제 1 연마 패드(195)위로 하강시키기 전에, 상기 제 1 슬러리 분배기(140)는 제 1 가압판(130)위로 제 1 슬러리(150)를 분배하기 위하여 작동된다. 그 다음, 상기 웨이퍼(191)는 회전하는 제 1 가압판(130)위로 하강된다. 상기 웨이퍼가 회전하는 제 1 가압판(130)과 접촉할 때, 캐리어(125)에서의 진공(210)이 분리되고, 상기 캐리어(125)는 캐리어 회전 방향(126)에서 회전된다. 상기 웨이퍼는 웨이퍼(191)와 캐리어(125)사이의 마찰력을 통하여 캐리어에서 유지된다. 상기 회전하는 웨이퍼와 제 1 가압판은 제 2 금속층(70)을 제거하기 위하여 웨이퍼 전방면(205)을 평탄하게 한다(도 2). 상기 제 2 금속층(70)이 평탄하게 된 후에, 제 1 슬러리 분배기는 해제되고, 상기 제 1 물 분배기(145)는 웨이퍼(191)로 부터 제 1 슬러리(150)를 제거하기 위하여 제 1 가압판(130)과 웨이퍼(191)위에 이온이 제거된 물을 스프레이하기 위하여 작동된다.
이러한 단계는 진공(210)이 작동되기 전에 이루어짐으로써, 상기 이온이 제거된 물은 몇몇의 제 1 슬러리(150)이 트랩될 수 있는 웨이퍼 후방면(200)에 도달할 수 있다. 그럼으로써, 상기 후방면(200; 도 1 내지 도 4의 반도체 장치(5)의 장치 후방면(6)과 유사한)은 제 1 슬러리(150)를 깨끗하게 치우며, 상기 제 1 슬러리(150)는 이온이 제거된 물이 스프레이될 때 상기 진공(210)은 작동하지 않기 때문에 트랩되게 남아있지 않는다. 상기 제 1 슬러리(150)의 후방면(200)의 청소는 웨이퍼(191)가 제 2 슬러리(155)로써 제 2 평탄화 스테이션(120)에서 제 2 평탄화 단계에 노출될 때 웨이퍼(191)의 후방면(200)위에 전혀 남아있지 않게 된다. 따라서, 웨이퍼(191)의 후방면(200)으로 부터의 제 1 슬러리(150)와 제 2 슬러리(155)를 혼합되는 것이 없기 때문에, 오염이 방지된다.
이온이 제거된 물이 제 1 물 분배기(145)에 의하여 스프레이된 후에, 상기 진공(210)은 작동되고, 물(191)은 웨이퍼(191)의 전방면(205)이 제 1 슬러리(150)가 청소되는 린스 스테이션(127)에서 D의 위치로 처리 아암(116)에 의하여 캐리어(125)로 상승된다. 이러한 단계이후에, 웨이퍼(191)가 제 2 슬러리(155)로 노출되기 전에 웨이퍼의 2개의 측부는 제 1 슬러리(150)가 깨끗하게 청소된다. 상기 린스 스테이션(127)에서의 세척은 웨이퍼(191)의 후방면(200)위에서 트랩되는 제 1 슬러리(150)를 제거하지는 않는데, 왜냐하면 진공(210)은 전방면(205)의 린스동안에 작동되고 그래서 상기 후방면(200)위에 트랩되게 남아있는 어떠한 제 1 슬러리(150)도 린스 스테이션(127)에서 린스에 의하여 제거되지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 진공(210)이 해제될 동안에 제 1 물 분배기(145)에 의한 린스 단계는 중요한데, 왜냐하면 상기 린스 단계는 이온이 제거된 물이 웨이퍼(191)의 후방면(200)을 세척하도록 함으로써, 제 1 슬러리(150)와 제 2 슬러리(155)의 이후의 혼합에 의하여 발생될 수 있는 입자 오염을 방지한다.
상기 이온이 제거된 물이 위치 D에서 웨이퍼의 전방면(205)에 스프레이된 후에, 연마 아암(116)은 웨이퍼가 터치-업 또는 버퍼 평탄화 단계로 공지된 제 2 평탄화 단계에 노출되는 위치 E로 웨이퍼(191)를 재위치시킨다. 상기 제 2 평탄화 단계는 제 2 평탄화 스테이션(120)에서 발생되고, 제 1 평탄화 스테이션(115)에서 상술된 방법과 동일한 평탄화를 사용하여 수행된다. 특히, E의 위치에서, 상기 처리 아암(116)은 제 2 가압판(128) 위에서 캐리어(125)와 웨이퍼(191)(도 6)를 하강시킨다. 상기 제 2 가압판(128)은 제 2 가압판 회전방향(175)에서 회전된다. 상기 웨이퍼(191)를 제 2 연마 패드(196)로 하강시키기 전에, 상기 제 2 슬러리 분배기(160)는 제 2 가압판(128)위로 제 2 슬러리(155)를 분배하기 위하여 작동된다. 그 다음, 상기 웨이퍼(191)는 회전하는 제 2 가압판(128) 위로 하강된다. 상기 웨이퍼가 회전하는 제 2 가압판(128)과 접촉할 때, 캐리어(125)에서의 진공(210)은 해제되고, 상기 캐리어(125)는 캐리어 회전 방향(126)에서 회전된다. 상기 웨이퍼는 웨이퍼(191)와 캐리어(125)사이의 마찰력을 통하여 캐리어에서 유지된다. 상기 금속성 오염물(85)(도 3)를 제거하고, 제 1 평탄화 스테이션(115)에서 제 1 평탄화 단계에 의하여 발생되는 디싱(90)(도 3)을 제거하기 위하여, 상기 회전하는 웨이퍼와 제 2 가압판(128)은 웨이퍼의 전방면(205)을 평탄화한다. 웨이퍼(191)가 금속성 오염물(85)와 디싱(90)을 제거하기 위하여 터치 업된 후에, 상기 제 2 슬러리 분배기(160)는 해제되고, 상기 제 2 물 분배기(165)는 물(191)로부터 제 2 슬러리(155)를 제거하기 위하여, 제 2 가압판(128)과 웨이퍼(191)위에 이온이 제거된 물을 스프레이하기 위하여 작동된다. 상기 제 2 슬러리가 제거된 후에, 상기 진공(210)은 작동되고, 상기 연마 아암(116)은 웨이퍼(191)이 트로프(도시않음)내로 위치되는 위치 F로 웨이퍼(191)를 다시 위치시킨다. 일단 트로프내에 있다면, 상기 웨이퍼(191)는 언로딩 스테이션(185)에서 카트리지(도시않음)로 이동된다.
요약하면, 도 7의 흐름도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMP 방법은,
제 1 슬러리(220)로 장치의 전방면을 평탄화하는 제 1 평탄화 단계와;
물(225)로서 장치의 후방면을 린스하는 단계와;
제 2 슬러리(230)로 장치의 제 2 전방면을 평탄화하는 제 2 평탄화 단계를 포함한다.
상기 방법은 싼 가격으로 수행되고, 중요하지 않는 환경 충격에 대해 지형적인 안정을 얻게된다. 보다 중요한 것은, 본 발명의 CMP 방법은 도 8에 도시된 바와 같이 입자발생을 방지함으로써 전체 장치의 결함을 감소시킨다.
도 8은 본 발명의 CMP 방법이 사용될 때, 웨이퍼가 보다 낮은 입자 오염물을 포함하는 것을 도시하는 그래프(234)이다. 도 8에서, 데이터는 웨이퍼당 결함의 수 즉, 웨이퍼위의 입자 오염물의 수를 나타내는 데이터는 본 발명의 CMP 방법이 사용되지 않을 때와 비교하여 본 발명의 CMP 방법이 사용될 때 발생되는 결함의 수를 비교하기 위하여 그래프 포맷되게 도시된다. 베이스라인(baseline) 결함 계산수(235)는 본 발명의 CMP 방법을 사용하지 않는 웨이퍼에 발생되는 입자 오염물의 수를 나타내는 반면에, 뉴라인(newline) 결함 계산수(240)는 본 발명의 CMP 방법을 사용하는 웨이퍼에 발생되는 입자 오염물의 수를 나타낸다. 본 발명의 CMP 방법을 사용하여, 텐코르의 향상된 관찰 기술 공구(Tencor's Advancde Inspection Technology Tool)를 사용하여 측정될 때의 약 2배 정도의 크기(약 25,000보다 더 큰 결함계산으로 부터 백개의 결함계산까지)에 의하여 결함수를 낮추고 있다는 것은 그래프(234)로부터 알 수 있다.
본 발명의 방법은 본원에서 설명되는 바와 같이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었다. 비록 본 발명의 실시예가 이것의 변경예와 더불어 도시되고 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술과 합체되는 많은 다른 실시예가 다음에 청구되는 바와 같이 본 발명의 범위내에 있을 수 있는 당업자에 의하여 쉽게 구성될 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법은 장치의 전방면과 장치의 후방면을 가지는 반도체 장치를 제공하고, 상기 장치의 전방면은 제 2 금속층의 상부면이다. 제 1 평탄화 단계는 장치의 제 2 전방면을 노출시키기 위하여 제 1 매체로써 상기 장치의 전방면을 평탄화하고, 여기에서 상기 제 1 매체는 제 1 연마 성분과 제 1 화학 용액을 포함한다. 그 다음, 린스 단계는 물로써 상기 장치의 후방면을 린스한다. 제 1 평탄화 단계는 제 2 매체로 상기 장치의 제 2 전방면을 평탄화하고, 여기에서 상기 제 2 매체는 제 2 연마 성분과 제 2 화학 용액을 포함한다. 따라서, 본 발명은 CMP 동안에 입자 오염물을 방지하기 의하여 물 린스를 포함하게 된다.
Claims (5)
- 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법에 있어서,금속층의 상부면인 장치의 전방면(75)과 장치의 후방면(6)을 구비하는 반도체 장치(5)를 제공하는 단계와;장치의 제 2 전방면(35)을 노출하기 위하여 제 1 연마 성분과 제 1 화학용액을 포함하는 제 1 매체로써 상기 장치의 전방면(75)을 평탄화하는 제 1 평탄화 단계와;상기 장치의 후방면(6)을 물로써 린스하는 단계 및;제 2 연마 성분과 제 2 연마용액을 포함하는 제 2 매체(155)로써 상기 장치의 제 2 전방면(35)을 평탄화하는 제 2 평탄화 단계의 연속적인 단계를 포함하는 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연마성분과 제 1 화학용액은 제 1 슬러리(150)를 포함하고, 상기 제 2 연마성분과 제 2 화학용액은 제 2 슬러리(155)를 포함하는 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 장치의 전방면을 평탄화하는 제 1 평탄화 단계는,진공 수단(210)을 통하여 캐리어(125)에서 결합됨으로써 반도체 장치의 장치 후방면(6)이 캐리어(125)에 대면하는 반도체 장치를 캐리어(125)에서 결합하는 단계와;제 1 평탄화 스테이션(115)에서 제 1 가압판(130)을 중첩하는 제 1 연마 패드(195)위로 제 1 슬러리(150)를 스프레이하는 단계와;상기 반도체 장치의 장치 전방면(75)이 제 1 연마패드(195)에 접촉할 수 있도록 상기 반도체 장치가 제 1 가압판(130)과 중첩하는 제 1 연마패드(195)와 접촉하도록 상기 진공 수단(210)을 해제함으로써 상기 제 1 평탄화 스테이션(155)위로 상기 반도체 장치를 위치시키는 단계와;장치의 전방면(75)을 평탄화하기 위하여 상기 캐리어(125)에서의 장치 전방면(75)이 제 1 가압판(130) 위에서 회전되는 제 1 연마패드(195)와 접촉할 수 있도록, 상기 캐리어(125)와 제 1 가압판(130)을 서로에 대하여 회전시키는 단계를 포함하는 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 반도체 장치의 장치 후방면(6)을 린스하는 단계는 진공수단(210)이 해제될 동안에 상기 제 1 평탄화 스테이션(115)에서, 상기 반도체 장치의 장치 후방면(6)과 캐리어(125)사이에서 흐르는 물로써 상기 장치의 후방면(6)를 린스하는 단계를 부가로 포함하는 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 장치의 제 2 전방면을 평탄화하는 제 2 평탄화 단계는,반도체 장치의 장치 후방면(6)이 캐리어(125)에 대면할 수 있도록 진공수단(210)을 통하여 반도체 장치를 캐리어(125)에서 결합하는 단계와;제 2 평탄화 스테이션(120)에서 제 2 가압판(128)에 중첩되는 제 2 연마패드(196) 위로 제 2 슬러리(155)를 스프레이하는 단계와;상기 반도체 장치의 장치 전방면(85)이 제 2 연마패드(196)에 접촉할 수 있도록 상기 반도체 장치가 제 2 가압판(128)에 중첩되는 제 2 연마패드(196)와 접촉하도록 상기 진공 수단(210)을 해제함으로써 상기 제 2 평탄화 스테이션(210) 위로 상기 반도체 장치를 위치시키는 단계와;장치의 제 2 전방면(85)을 평탄화하기 위하여 상기 캐리어(125)에서의 장치의 제 2 전방면(85)이 제 2 가압판(128) 위에서 회전되는 제 2 연마패드(196)와 접촉할 수 있도록, 상기 캐리어(125)와 제 2 가압판(128)을 서로에 대하여 회전시키는 단계를 포함하는 반도체 장치의 화학 기계적인 평탄화 방법.
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