KR20010052820A - 실리콘에 대한 화학 기계적 연마 기술 - Google Patents
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Abstract
다결정 실리콘과 같은 실리콘 층의 화학 기계적 연마는 산화물-연마 슬러리에 의한 최초의 화학 기계적 연마된 실리콘 층에 의해 개선된다. 이 다음 실리콘 층은 기판이 평면이 될 때까지 실리콘-연마 슬러리에 의해 화학 기계적으로 연마된다.
Description
집적회로는 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 전도성 층, 반전도성 층, 또는 절연 층을 연속하여 증착시킴으로써 형성된다. 각각의 층이 증착된 후에, 회로 피쳐(circuitry features)를 생성하기 위해 에칭(etching)될 수 있다. 하나의 제작 단계는 박판 회로 사이에 전도성의 패스(path)를 제공하기 위해 비어스, 플러그 및 라인(vias, plug, line)을 형성하는 것을 포함한다. 비어스는, 패턴된(patterned) 절연층 위로 다결정의 실리콘(폴리실리콘 또는 p-Si)과 같은 전도성 층을 증착 시키는 단계, 및 그 후에 절연 층이 노출될 때까지 연마 또는 에칭에 의해 폴리실리콘 층을 평면화하는 단계에 의해 형성될 수 있다. 절연 층의 상승된 패턴 사이에 남겨진 폴리실리콘 층의 부분이 비어스, 플러그, 및 라인을 형성한다.
화학 기계적 연마(CMP)는 절연 층을 평면화 및 노출시키는 한가지의 수용 가능한 방법이다. 이같은 방법은 일반적으로 기판이 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착되는 것을 필요로 한다. 기판의 노출된 표면은, 예를 들면, 회전하는, 이동 연마 패드에 대해 위치한다. 연마 패드는 "표준의" 패드 또는 고정된-연마재 패드(fixed-abrasive pad)일 수 있다. 표준의 패드는 내구성 있는 거친 표면을 가지며, 반면 고정된-연마재 패드는 억제 매개체(containment media) 내에 고정된 연마 입자를 가진다. 캐리어 헤드(carrier head)는 연마 패드에 대해 기판을 가압하기 위해 기판 상에 제어 가능한 하중, 즉, 압력을 제공한다. 표준적인 패드가 사용되는 경우에 하나 이상의 화학-반응적인 약품을 포함하는 연마 슬러리(polishing slurry) 및 연마 입자는, 또는 고정-연마재 패드가 사용되는 경우에 연마 입자가 없는 화학적 용액은 연마 패드의 표면에 제공된다. 효과적인 CMP 프로세스는 높은 연마 비율을 제공할 뿐만 아니라 미세하고(적은-크기의 표면 조도가 없다) 평편한(큰-크기의 지형이 없다) 기판 표면을 제공한다. 또한, 효과적인 CMP 과정은 극소의 디슁(dishing)(폴리실리콘 층이 과-연마(over-polishing)되어 절연 층보다 낮은 경우) 및 침식(절연 층의 제거)을 제공한다.
CMP에서, 특히 폴리실리콘 층의 연마에서 직면하는 하나의 문제는 소위 "센터 슬로우 이펙트(center slow effect)"라고 불리는 불균일한 연마로서, 이는 기판의 중앙이 기판의 가장자리에 비해 더욱 느리게 연마되는 경향이다. 센터 슬로우 이펙트는 일반적으로 기판의 중앙부에서 저-연마(underpolishing)를 초래한다. 마찬가지로, 기판의 중앙부로부터 제거되는 재료의 양을 증가시키기 위해 연마 변수가 변화하는 경우, 기판의 외측부는 과연마되며 디슁 및 침식을 초래한다. 기판 중앙부의 저연마 및 기판 가장자리의 과연마는 기판의 전체 평면도를 감소시키며, 기판의 중앙부 또는 가장자리를 집적 회로의 제작에 부적당하게 만들며 프로세스 수율을 감소시킨다.
본 발명은 일반적으로 기판의 화학 기계적 연마에 관한 것으로, 특히 연마 실리콘에 대한 기술에 관한 것이다.
도 1은 화학 기계적 연마 장치의 개략적인 부품 사시도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 기술을 도시하는 기판의 개략적인 단면도이다.
일 관점에서, 본 발명은 기판 위의 실리콘 층의 연마 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 실리콘 웨이퍼는 임의의 고유의 산화물(native oxides)을 제거하기 위해 산화물-연마 슬러리에 의해 화학 기계적으로 연마되며, 그리고 실리콘-연마 슬러리에 의해 화학 기계적으로 연마된다.
본 발명의 실시예는 이하의 내용을 포함할 수 있다. 실리콘 층이 평면상태가 될 때까지 또는 밑에 있는 층이 노출될 때까지 실리콘 층은 연마될 수 있다. 제 1 CMP 단계 및 밀부의 제 2 CMP 단계는 같은 연마 스테이션(station)에서 수행될 수 있다. 제 2 CMP 단계는 다수의 연마 스테이션에서 수행될 수 있다. 기판이 연마 패드와 접촉하기 전에, 접촉하는 때에, 또는 접촉한 후에 산화물-연마 슬러리는 연마 스테이션에서 연마 패드 상에 분배될 수 있다. 제 2 CMP 단계 후에 기판은 버프 연마 용액(buffing solution)에 의해 버프 연마(buffing)될 수 있다. 실리콘 층은 다결정 실리콘, 비결정 실리콘, 또는 단결정 실리콘일 수 있으며, 실리콘-연마 슬러리는 각각 다결정 실리콘-연마 슬러리, 비결정 실리콘-연마 슬러리, 또는 단결정 실리콘-연마 슬러리일 수 있다. 실리콘-연마 슬러리는 적어도 1:50의 선택도를 가질 수 있다. 제 1 CMP 단계는 예를 들면 3 내지 5초로 약 10 초 보다 적을 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 기판 평면화의 방법과 관련이 있다. 상기 방법에서, 실리콘 웨이퍼는 기판의 평면이 아닌 표면 위에 형성되며, 산화물-연마 슬러리는 연마 패드의 표면에 제공되며, 그리고 기판은 연마 패드와 접촉한다. 기판은 실리콘 층의 표면으로부터 고유의 산화 층을 제거하기 위해 산화물-연마 슬러리에 의해 간단히 화학 기계적 연마된다. 기판이 연마 패드와 접촉한 후에, 실리콘-연마 슬러리는 연마 패드에 제공되며, 그리고 기판은 실리콘 층이 거의 평면화될 때까지 실리콘-연마 슬러리에 의해 화학 기계적으로 연마된다.
본 발명의 장점은 이하의 내용을 포함할 수 있다. 센터 슬로우 이펙트는 감소되며, 기판의 평면도 및 마무리는 개선되며, 디슁 및 침식은 감소되며, 그리고 프로세스 수율은 증가한다.
다른 특성 및 장점은 도면 및 청구항을 포함하는 이하의 내용에 의해 명확해 진다.
도 1을 참조하면, 하나 이상의 기판(10)이 화학 기계적 연마(CMP) 장치에 의해 연마된다. 유사한 연마 장치의 기술은 본 출원의 참고 자료인 미국 특허 제 5, 738, 574에서 발견할 수 있다. 연마 장치(20)는 상부에 장착된 테이블 탑(table top;23)을 구비한 하부 기계 베이스(lower machine base;22) 및 제거 가능한 외측 덮개(도시되지 않았음)를 포함한다. 테이블 탑(23)은 제 1 연마 스테이션(25a), 제 2 연마 스테이션(25b), 최종 연마 스테이션(25c), 및 전달 스테이션(27)을 포함하는 일련의 연마 스테이션을 지지한다. 전달 스테이션(27)은 연마 스테이션(25a, 25b, 25c)과 함께 일반적으로 정사각형 배열을 구성한다. 전달 스테이션(27)은 적재 장치(도시되지 않음)로부터 개개의 기판(10)을 수용하는 단계, 기판을 세척하는 단계, 기판을 캐리어 헤드 내로 적재하는 단계, 캐리어 헤드로부터 기판을 수용하는 단계, 다시 기판을 세척하는 단계, 및 마지막으로 기판을 적재 장치로 다시 전달하는 단계를 포함하는 다양한 기능을 수행한다.
각각의 연마 스테이션은 연마 패드 상에 위치한 회전 가능한 테이블(30)을 포함한다. 기판(10)이 "8-인치"(200 밀리미터) 또는 "12-인치"(300 밀리미터) 직경 디스크인 경우, 테이블 및 연마 패드는 각각 약 20 또는 30 인치의 직경을 가진다. 각각의 테이블(30)은 테이블 구동 모터(도시되지 않았음)에 접속된 회전 가능한 알루미늄 판 또는 스테인리스 강판일 수 있다. 대부분의 연마 프로세스에 대해, 테이블 구동 모터는 낮은 또는 높은 회전 속도가 사용될 수 있음에도 불구하고 분당 30에서 200 회전하도록 테이블을 회전시킨다.
제 1 및 제 2 연마 스테이션(25a, 25b)에서, 테이블(30)은 내부 층(104) 및 거친 표면(102)을 가지는 외부 층(106)(도 2b 참조)을 구비한 2개-층의 연마 패드(100)를 지지할 수 있다. 패드의 내부 층은 감압 접착 층(pressure-sensitive adhesive layer)에 의해 테이블(30)에 부착될 수 있다. 상기 외부 층은 내부 층보다 더 단단할 수 있다. 예컨대, 외부 층은 미세 다공성의 폴리우레탄 또는 충전재와 혼합된 폴리우레탄으로 구성될 수 있으며, 반면 내부 층은 우레탄이 걸러진 압축된 펠트 섬유로 구성될 수 있다. IC-1000 또는 IC-1400으로 구성된 외부 층과 SUBA-4로 구성된 내부 층을 구비한 2개-층의 연마 패드는 델라웨어 뉴악의 로델 인코퍼레이트로부터 이용 가능하다(IC-1000, IC-1400, SUBA-4는 로델 인코퍼레이트의 제품명이다).
최종 연마 스테이션(25c)에서, 테이블(30)은 일반적으로 평탄한 표면(112) 및 단일 부드러운 층(114)을 구비한 연마 패드(110)를 지지할 수 있다. 이같은 단일 층 패드는 감압 접착 층에 의해 테이블(30)에 부착될 수 있다. 부드러운 패드는 냅핑된 다공성의 합성 재료(napped poromeric synthetic material)로 구성될 수 있다. 적당한 부드러운 연마 패드는 로델 인코퍼레이트의 제품명 폴리텍스로부터 이용 가능하다. 연마 패드는 기판의 표면을 교차하는 슬러리의 분포를 개선하기 위한 패턴으로 양각 또는 스템핑될 수 있다.
각각의 연마 스테이션(25a, 25b, 25c)은 각각 관련된 연마 패드 표면을 넘어서 돌출하는 각각의 결합된 슬러리/린스 아암(slurry rinse arm; 52a, 53b, 52c)을 포함한다. 각각의 슬러리/린스 아암(52a-52c)은 둘 이상의 슬러리를 연마 패드의 표면에 제공하기 위한 둘 이상의 슬러리 공급 튜브(54a, 54b)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 충분한 슬러리가 덮개에 제공되어 전체 연마 패드를 적신다. 각각의 슬러리/린스 아암(52a-52c)은 각각의 연마 및 컨디셔닝 사이클(polishing and conditioning cycle)의 후기에서 연마 패드의 고압 헹굼 제공하는 몇 개의 분사 노즐(도시되지 않음)을 포함한다.
둘 이상의 중간 세척 스테이션(56a, 56b)은 인접한 연마 스테이션(25a, 25b, 25c) 사이에 위치할 수 있다. 기판이 하나의 연마 스테이션으로부터 다른 스테이션으로 지나가는 때에 세척스테이션은 기판을 헹군다.
각각의 연마 스테이션(25a-25c)은 관련된 패드 컨디셔너 장치(40)를 더 포함할 수 있다. 각각의 패드 컨디셔너 장치(40)는 독립적으로-회전하는 컨디셔너 헤드(44) 및 관련된 세척 용기(46)를 유지하는 회전 가능한 아암(42)을 가진다. 패드 컨디셔너 장치는 효율적으로 기판을 연마하기 위하여 연마 패드의 상태를 유지한다.
회전 가능한 멀티-헤드 캐러셀(multi-head carousel;60)은 하부 기계 베이스(22) 상에 위치한다. 캐러셀(60)은 중앙 기둥(62)에 의해 지지되며, 기계 베이스(22) 내에 위치한 캐러셀 모터 조립체에 의해 캐러셀 축(64)에 대해 회전한다. 중앙 기둥(62)은 캐러셀 지지 플레이트(66) 및 덮개(68)를 지지한다. 캐러셀(60)은 4개의 캐리어 헤드 시스템(70a, 70b, 70c, 70d)을 포함한다. 캐리어 헤드 시스템중의 3개는 기판을 수용하고 유지하며, 연마 스테이션(25a-25c)의 테이블 상의 연마 패드에 대하여 기판을 가압하여 기판을 연마한다. 캐리어 헤드 시스템중의 하나는 전달 스테이션(27)으로부터의 기판을 수용하고 그리고 기판을 전달 스테이션(27)에 전달한다.
4개의 캐리어 헤드 시스템(70a-70d)은 캐러셀 축(64)에 대하여 동일한 각도의 간격에서 캐러셀 지지 플레이트(66) 상에 장착된다. 중앙 기둥(62)은 캐러셀 모터가 캐러셀 지지 플레이트(66)를 회전시키도록 하며, 그리고 캐러셀 축(64)에 대하여 캐리어 헤드 시스템(70a-70d) 및 시스템에 부착된 기판을 선회하도록 한다.
각각의 캐리어 헤드 시스템(70a-70d)은 캐리어 헤드(80)의 캐리어를 포함한다. 각각의 캐리어 헤드(80)가 헤드 축에 대해 독립적으로 회전하도록 캐리어 구동축(74)은 캐리어 헤드 회전 모터(76; 덮개(68)의 4분의 1이 제거되어서 도시됨)를 캐리어 헤드(80)에 접속시킨다. 각각의 헤드에 대해서는 하나의 캐리어 구동축과 모터가 있다. 또한, 각각의 캐리어 헤드(80)는 캐러셀 지지 플레이트(66)내에 형성된 방사형 슬롯(72)내에서 독립적으로 횡방향 진동할 수 있다. 슬라이더(도시되지 않음)는 관련된 방사형 슬롯 내에서 각각의 구동축을 지지한다. 방사형 구동 모터(도시되지 않음)는 캐리어 헤드를 횡방향으로 진동시키기 위하여 슬라이더를 이동시킬 수 있다.
캐리어 헤드(80)는 몇 가지의 기계적 기능을 수행한다. 일반적으로, 캐리어 헤드는 연마 패드에 대해 기판을 유지하며, 기판의 뒷면에 하향 압력을 제공하며, 구동축으로부터 토크를 기판에 전달하며, 그리고 연마 작동 동안에 기판이 캐리어 헤드 밑으로부터 미끄러지지 않도록 한다.
캐리어 헤드(80)는 기판 수용 표면을 제공하는 가요성 박막(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 적당한 캐리어 헤드(80)의 기술은 본 출원의 참고 자료이며 본 발명의 양수인에게 양수된, 스티븐 엠 쥬니가 등(Steven M. Zuniga et al.)에 의해 1996년 11월 8일 출원된, "화학 기계적 연마 시스템에 대한 가요성 박막을 구비한 캐리어 헤드"를 발명의 명칭으로 하는 미국 특허 출원 번호 제 08/745, 679에서 발견할 수 있다.
도 2a 내지 2g는 실리콘 층의 화학 기계적 연마의 프로세스를 도시하고 있다. 도 2a에서 도시된 바와 같이, 기판(10)은 실리콘 웨이퍼(12)와 같은 반도전성의 층 위에 배치된 이산화 실리콘과 같은 절연층(14)을 포함한다. 절연층(14)은 비평면(non-planar)인 외측 표면을 제공하도록, 패턴된 밑에 있는 층 위에 패턴되거나 위치된다. 폴리실리콘 층(16)은 절연층(14) 위에 배치된다. 도시된 바와 같이, 폴리실리콘 층(16)의 외부 표면은 밑에 위치한 층(14)의 구조물을 거의 정확하게 복사하며, 기판의 노출된 표면이 평면이 되지 않도록 일련의 꼭대기와 골짜기를 형성한다. 다른 실시예에서, 비결정 실리콘(a-Si) 및 단일 결정 실리콘과 같은 다른 종류의 실리콘 층은 폴리실리콘 층을 대신하여 사용될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 평면화의 일 목적은 절연층(14)의 상부 표면이 노출될 때까지 폴리실리콘 층(16)을 연마하는 것이며, 따라서 절연층 사이에서 폴리실리콘 비어스가 남게되고, 그리고 절연층 내의 임의의 구멍에서 폴리실리콘 플러그가 남게된다(도 2g 참조). 불행하게도, 전에 언급된 바와 같이, 폴리실리콘 연마의 하나의 문제는 센터 슬로우 이펙트이다. 어떤 특정의 이론에 의해 제한됨이 없이, 센터 슬로우 이펙트의 하나의 가능성 있는 원인은 기판이 대기에 노출되는 때에 폴리실리콘 층(16)의 외부 표면 상의 고유의 산화물 층(18)이 형성되는 것이다. 이같은 고유의 산화물 층은 극히 얇더라도, 예컨대 몇몇 원자 층의 크기이더라도, 폴리실리콘-연마 슬러리는 밑에 있는 절연층(14)의 연마를 피하기 위해 선택되어진다(즉, 연마 비율은 연마된 표면의 구성에 강하게 영향을 받는다).
따라서, 고유의 산화물 층(18)은 폴리실리콘 층(16)의 연마에 간섭하게 된다. 특히, 폴리실리콘의 균일한 연마를 위해 선택된 연마 변수는 고유의 산화물 층의 불균일한 연마를 초래할 수 있다. 고유의 산화물 층의 불균일한 연마는 폴리실리콘 층(16)의 불균일한 연마를 초래한다. 사실상, 폴리실리콘-연마 슬러리의 높은 선택성에도 불구하고, 디슁 및 부식이 초래되는 불균일성은 심할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 기판(10)은 표준적인 경한 연마 패드(100)를 사용하는 연마 스테이션(25a)에서 연마된다. 초기에, 산화물-연마 슬러리(50a)는 슬러리 공급 튜브(54a)에 의하여 연마 패드 표면에 제공된다. 기판이 패드 상에 "터치 다운(touches down)" 되기 전에, 되는 때, 및/또는 되는 후에 산화물-연마 슬러리는 연마 패드 표면에 공급될 수 있다.
산화물-연마 슬러리는 탈이온수, 증발된 실리카 연마 입자, 및 슬러리의 pH를 조절할 수 있는 수산화 칼륨(KOH)과 같은 화학 반응적인 약품을 포함한다. 선택적으로, KOH로부터의 이동 가능한 이온이 폴리실리콘 웨이퍼를 오염시키는 경우에 KOH는 아민-베이스(amine-based)의 화학적 반응 약품으로 대체될 수 있다. 적절한 산화물-연마 슬러리는 일리노이 오로라에 소재한 캐봇 코퍼레이션의 제품명 SS-12부터 이용 가능하다.
그러나, 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판이 연마 패드와 거의 접촉하자마자, 예컨대, 약 10 초의 보다 적은 연마 후에, CMP 장치는 폴리실리콘-연마 슬러리(50b)를 슬러리 공급 튜브(54b)를 통해 연마 패드 표면에 분배하기 시작한다. 일 실시예에서, 폴리실리콘-연마 슬러리는 약 3 내지 5초의 연마 후에 분배될 수 있다.
테이블이 요구되는 회전 속도로 되는 동안과 캐리어 헤드가 요구되는 하중을 제공하기 위해 가압되는 동안에 연마 작동의 초기에서의 "램프-업(ramp-up)" 주기 동안에만 산화 연마는 발생할 수 있다. 고유의 산화물 층은 매우 얇으므로, 산화 연마는 폴리실리콘 연마보다 낮은 회전 속도와 압력에서 발생한다.
폴리실리콘-연마 슬러리 분배의 초기는 일반적으로 산화물-연마 슬러리의 분배의 말기와 일치한다. 특히, 폴리실리콘-연마 슬러리의 분배는 산화물-연마 슬러리 분배의 정지와 정확히 일치하게 시작할 수 있다. 선택적으로, 폴리실리콘-연마 슬러리의 분배는 산화물-연마 슬러리 말기의 분배 후에 막 시작할 수 있다. 따라서, 예컨대 1 초 보다 적은 짧은 시간 동안 연마 패드에 슬러리가 분배되지 않을 수 있다. 선택적으로, 폴리실리콘-연마 슬러리는 산화물-연마 슬러리 말기의 분배 전에 막 시작할 수 있다. 따라서, 예컨대 2 내지 3 초 보다 적은 짧은 시간 동안 2개의 슬러리가 연마 패드에 동시에 제공될 수 있다.
폴리실리콘-연마 슬러리는 탈이온수, 형성된 실리카 연마 입자, 및 슬러리의 pH를 조절할 수 있는 아민-베이스된 화학 반응적인 약품을 포함할 수 있다. 적당한 폴리실리콘-연마 슬러리는 캐봇 코퍼레이션으로부터 이용 가능한 EPP-1000, EPP-1060, EPP-1000LRP와 오레곤 윌슨빌에 소재한 후지미로부터 이용 가능한 플레너라이트(Planarlite)-6101, 플레너라이트-6102, 및 플레너라이트-6103과 로델 인코퍼레이트로부터 이용 가능한 SED-3000을 포함한다. 산화물-연마 슬러리 및 폴리실리콘-연마 슬러리는 각각의 재료의 선택적인 연마를 제공하기 위하여 다른 첨가물들을 포함할 수 있다. 폴리실리콘-연마 슬러리는 적어도 1:100의 선택도를 가지며, 폴리실리콘의 연마 비율은 참조 재료(일반적으로 열적으로 증착된 산화물)의 연마 비율의 100배이다. 상기 캐봇, 후지미, 및 로델에서 언급된 폴리실리콘-연마 슬러리는 절연층의 구성에 의존하는 약 1:100 내지 1:1000의 선택도를 가진다. 바람직하게는, 폴리실리콘-연마 슬러리(50b)는 밑에 있는 절연층의 연마를 거의 방지하기 위해 적어도 1:50의 선택도(selectivity)를 가진다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 연마 스테이션(25a)에서 산화물-연마 슬러리(50a)에 의한 간단한 연마는 기판 표면으로부터 고유의 산화물 층(18)을 제거하기에는 충분하다.
도 2c 및 2d를 참조하면, 고유의 산화물 층이 제거되면, 기판은 폴리실리콘-연마 슬러리(50b)에 의해 연마된다. 폴리실리콘 층(16)이 부분적으로 또는 거의 평면화될 때까지, 즉, 꼭대기와 골짜기 같은 큰 크기의 지형이 거의 제거될 때까지, 이같은 연마는 계속된다.
도 2d 및 2e를 참조하면, 폴리실리콘 층의 약 절반이 제거된 때, 기판은 연마 스테이션(25b)에 전달되고, 평면화 프로세스는 제 2 표준의 경한 연마 패드(100) 및 제 2 폴리실리콘-연마 슬러리(50c)를 사용하여 완료될 수 있다. 폴리실리콘 층은 밑에 있는 패턴된 절연층(14)이 노출될 때까지 연마 스테이션(25b)에서 연마된다.
연마 스테이션(25b)에 사용된 폴리실리콘-연마 슬러리는 연마 스테이션(25a)에 사용된 폴리실리콘-연마 슬러리와 거의 같을 수 있다. 제 2 폴리실리콘-연마 슬러리의 오염을 방지하기 위해, 기판은 연마 스테이션(25b)에 전달되기 전에 어떠한 산화 연마-슬러리를 제거하도록 세척 스테이션(56a)에서 세척될 수 있다. 어쨌든, 폴리실리콘-연마 슬러리가 연마 스테이션(25b)에서만 사용되므로, 절연층(14)은 노출된 후에는 연마되지 않는다.
도 2f를 참조하면, 기판은 표준의 부드러운 연마 패드(110) 및 버프 연마 용액(50d), 예컨대, 탈이온수를 사용하여 버프 연마되는 연마 스테이션(25c)에 전달된다. 버프 연마 용액(50d)은 슬러리/린스 아암(52c)에 의해 연마 스테이션(25c)에서 연마 패드에 제공된다. 도 2g를 참조하면, 프로세스된 기판(10)은 밑에 있는 패턴된 절연층이 완전히 노출된 평편하며 미세한 외부 표면(19)을 가진다.
선택적으로, 도 2h를 참조하면, 연마 스테이션(25b)에서 연마된 후에 두께 T를 가지는 얇은 잔류층(17)은 절연층 위에 남을 수 있다. 이경우, 도 2i에 도시된 바와 같이, 연마 스테이션(25c)에서의 마지막의 버프 연마 프로세스는 잔류층도 제거한다. 또한, 버프 연마 용액(50d)은 연마 입자를 포함할 수 있다.
폴리실리콘 층을 연마하기 위해 높은 선택적인 폴리실리콘-연마 슬러리의 사용에 신속하게 뒤따르는, 연마 프로세스의 초기에서 고유의 산화물 층을 제거하기 위한 산화물-연마 슬러리의 사용은 연마 불균일성, 디슁 및 침식을 거의 감소시킨다. 또한, 이는 높은 연마 비율을 유지하고 밑에 있는 패턴된 절연층의 연마를 방지한다.
폴리실리콘 층의 평면화가 기술되더라도, 본 발명은 다른 층, 특히 비결정의 실리콘(a-Si) 및 단일 결정 실리콘과 같은 고유의 산화물 층이 형성될 수 있는 실리콘 층의 평면화에 이용 가능할 수 있다. 폴리실리콘-연마 슬러리는 비결정의 시리콘-연마 슬러리 또는 단일 결정 실리콘-연마 슬러리로 대체될 수 있다.
본 발명은 도시되고 기술된 실시예에 의해 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 한정된다.
Claims (32)
- 기판 상의 실리콘 층의 연마 방법으로서,(a) 임의의 고유의 산화물을 제거하기 위하여 산화물-연마 슬러리에 의해 실리콘 층을 화학 기계적 연마하는 단계, 및(b) 실리콘-연마 슬러리에 의해 실리콘 층을 화학 기계적 연마하는 단계를 포함하는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 밑에 있는 층이 노출될 때까지 연마되는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 평면화 될 때까지 연마되는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 단계(a) 및 적어도 일부의 단계(b)가 같은 연마 스테이션에서 수행되는 연마 방법.
- 제 4 항에 있어서, 단계(b)가, 상기 기판이 연마 패드와 접촉하게 되기 전에, 상기 연마 스테이션에서 상기 연마 패드 상에 산화물-연마 슬러리를 분배하는 단계를 포함하는 연마 방법.
- 제 4 항에 있어서, 단계(b)가, 상기 기판이 상기 연마 패드와 접촉하게 될때, 상기 연마 스테이션에서 연마 패드 상에 산화물-연마 슬러리를 분배하는 단계를 포함하는 연마 방법.
- 제 4 항에 있어서, 단계(b)가, 상기 기판이 상기 연마 패드와 접촉한 후에, 상기 연마 스테이션에서 연마 패드 상에 산화물-연마 슬러리를 분배하는 단계를 포함하는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리의 분배가 시작되기 전에 상기 산화물-연마 슬러리의 분배가 정지되는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리의 분배가 시작되는 때에 산화물-연마 슬러리의 분배가 정지되는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리의 분배가 시작된 후에 상기 산화물-연마 슬러리의 분배가 정지되는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 단계(b)가 다수의 연마 스테이션에서 수행되는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 단계(b) 후에 버프 연마 용액에 의해 기판을 버프 연마하는 단계를 더 포함하는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 다결정의 실리콘인 연마 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리가 다결정의 실리콘-연마 슬러리인 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 비결정 실리콘인 연마 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리가 비결정 실리콘-연마 슬러리인 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 단결정 실리콘인 연마 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리가 단결정 실리콘-연마 슬러리인 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리가 적어도 1:50의 선택도를 가지는 연마 방법.
- 제 1 항에 있어서, 단계(a)가 약 10 초 이하 동안 지속되는 연마 방법.
- 제 20 항에 있어서, 단계(a)가 약 3 내지 5 초 동안 지속되는 연마 방법.
- 기판의 평면화 방법으로서,(a) 상기 기판의 비평면인 표면 상에 실리콘 층을 형성하는 단계,(b) 연마 패드의 표면에 산화물-연마 슬러리를 공급하는 단계,(c) 상기 기판을 상기 연마 패드와 접촉시키는 단계,(d) 상기 실리콘 층의 표면으로부터 고유의 산화물 층을 제거하기 위해 상기 산화물-연마 슬러리에 의해 상기 기판을 화학 기계적으로 간단히 연마하는 단계,(e) 상기 기판이 상기 연마 패드와 접촉한 후에, 상기 연마 패드에 실리콘-연마 슬러리를 제공하는 단계, 및(f) 상기 실리콘 층이 거의 평면이 될 때까지 상기 실리콘-연마 슬러리에 의해 상기 기판을 화학 기계적 연마하는 단계를 포함하는 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 다결정 실리콘이며, 상기 실리콘 연마 슬러리가 다결정 실리콘 연마 슬러리인 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 비결정의 실리콘이며, 상기 실리콘 연마 슬러리가 비결정 실리콘 연마 슬러리인 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 실리콘 층이 단결정 실리콘이며, 상기 실리콘 연마 슬러리가 단결정 실리콘 연마 슬러리인 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 비평면인 표면이 노출될 때까지 제 2 실리콘-연마 슬러리에 의해 제 2 연마 패드에서 상기 실리콘 층을 연마하는 단계를 더 포함하는 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 실리콘-연마 슬러리가 상기 연마 패드에 공급되기 전에 상기 연마 패드에 대한 상기 산화물-연마 슬러리의 공급을 정지하는 단계를 더 포함하는 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 기판이 상기 연마 패드와 약 10 초 이하 동안 접촉한 후에 상기 실리콘-연마 슬러리가 상기 연마 패드에 제공되는 평면화 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 기판이 약 10 초 이하 동안 상기 산화물-연마 슬러리에 의해 화학 기계적으로 연마되는 평면화 방법.
- 제 29 항에 있어서, 상기 기판이 약 3 내지 5 초 동안 상기 산화물-연마 슬러리에 의해 화학 기계적으로 연마되는 평면화 방법.
- 기판 상의 실리콘 층을 연마하는 방법으로서,(a) 고유의 산화물 층을 제거하기 위하여 산화물-연마 슬러리에 의해 상기 실리콘 층을 화학 기계적으로 연마하는 단계,(b) 상기 실리콘 층이 거의 평면화 될 때까지 실리콘-연마 슬러리에 의해 상기 실리콘 층을 화학 기계적으로 연마하는 단계, 및(c) 상기 실리콘 층이 거의 평면화 되기 전에 단계(b)를 정지하는 단계를 포함하는 연마 방법.
- 기판 상의 실리콘 층을 연마하는 방법으로서,(a) 고유의 산화물 층을 제거하기 위하여 산화물-연마 슬러리에 의해 상기 실리콘 층을 화학 기계적으로 연마하는 단계,(b) 밑에 있는 비평면인 표면이 노출 될 때까지 실리콘-연마 슬러리에 의해 상기 실리콘 층을 화학 기계적으로 연마하는 단계, 및(c) 상기 밑에 있는 비평면인 표면이 노출되기 전에 단계(b)를 정지하는 단계를 포함하는 연마 방법.
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