KR20020073640A - 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정과정 중에 발생된 부산물을 효과적으로 제거하기 위한 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법에 관한 것으로, 텅스텐용 슬러리를 이용한 티타늄 질화막을 포함하는 웨이퍼의 화학적 기계적 평탄화 공정에 있어서, 연마 패드상에서 상기 슬러리를 이용하여 상기 웨이퍼를 연마하는 단계와, 상기 슬러리 공급을 중단하고 탈이온수를 플로우시키어 상기 연마 패드상에 남아 있는 슬러리 및 상기 연마 공정중에 발생된 부산물을 제거하기 위한 컨디셔닝 공정을 실시하는 단계와, 상기 웨이퍼를 버핑 패드로 이동시키지 않고 탈이온수가 공급되어지는 상기 연마 패드상에서 버핑 공정을 실시하는 단계와, 상기 웨이퍼를 세정 시스템으로 이동시키어 세정 공정을 실시하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 연마 패드상에서 버핑(Buffing)을 실시하여 CMP 동안의 입자 오염물을 방지하기 위한 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법에 관한 것이다.
CMP는 반도체 소자의 표면위에 평면 지형학을 성취하기 위하여 반도체 소자에 증착되는 물질의 층을 제거하고 평면화하기 위하여 사용된다.
상기 증착 물질의 층을 제거하고 평면화하기 위하여, CMP는 통상적으로 연마성분을 포함하는 화학적 슬러리(Slurry)로 패드를 젖게 하고, 상기 반도체 소자의 전방면에 증착된 물질의 층을 제거하고 상기 표면을 평탄화하기 위하여 상기 젖은 패드에 대하여 반도체 소자의 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 CMP 공정을 설명하기 위한 플로우 차트이고, 도 2a는 종래 CMP 공정에서 연마 공정 직후의 평면 사진이고, 도 2b는 종래 CMP 공정에서 버핑 공정 이후의 평면 사진이고, 도 4는 CMP 장비의 개략도이다.
종래 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법은 우선, 상기 캐패시터 하부 전극용 티타늄 질화막(TiN)이 형성된 웨이퍼를 CMP 장비의 연마 패드(41, 42)에 로딩하여 연마 공정을 실시한다(1).
상기 연마 공정의 슬러리 용액으로는 텅스텐(W) CMP용 슬러리(Slurry)를 사용하게 된다.
여기서, 텅스텐의 연마 작용을 간단히 설명하면, 표면을 과산화 수소(H2O2)로 산화시키고 이때 생긴 산화막을 제거하는 원리인데, 상기 티타늄 질화막을 텅스텐막과 동일한 슬러리로 연마할 경우 예기치 않은 부산물이 생기게 된다.
또한, 슬러리 혹은 기타 용매 내에서 상기 티타늄 질화막의 전기적 특성(예 : 제타 전위(zata Potential))이 텅스텐막과 다르기 때문에 특히, 텅스텐을 사용하지 않고 티타늄 질화막이 단독으로 적용된 경우 도 2a에 도시된 바와 같이, 부산물들이 웨이퍼 표면에 잔류하게 된다.
그리고, 상기 연마 공정을 마친 웨이퍼를 버핑 패드(43)로 이동시킨 후에 버핑 공정을 실시한다(2).
이때, 상기 웨이퍼 표면에 잔류하는 부산물이 압력을 받아 뭉치고 고착되어 도 2b와 같이 형성되게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법은 연마 공정중에 발생된 부산물들이 웨이퍼 표면에 잔류하게 되고 버핑 공정을 통해 고착되어 디펙트(Defect)가 유발되므로 소자의 특성 및 수율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 연마용 패드상에서 버핑 공정을 실시하여 부산물로 인한 소자 결함을 줄이어 소자의 특성 및 수율을 향상시키기에 적합한 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 CMP 공정을 설명하기 위한 플로우 차트
도 2a는 종래 CMP 공정에서 연마 공정 직후의 평면 사진
도 2b는 종래 CMP 공정에서 버핑 공정 이후의 평면 사진
도 3은 본 발명의 CMP 공정을 설명하기 위한 플로우 차트
도 4는 CMP 장비의 개략도
도 5는 CMP 공정 이전의 반도체 소자의 단면도
도 6은 CMP 공정 이후의 본 발명에 따른 반도체 소자의 평면 사진
도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
41, 42 : 제 1, 제 2 연마 패드 43 : 버핑 패드
44 : 세정 시스템 51 : 반도체 소자
52 : 절연막 53 : 티타늄 질화막
54 : 매립층
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법은 텅스텐용 슬러리를 이용한 티타늄 질화막을 포함하는 웨이퍼의 화학적 기계적 평탄화 공정에 있어서, 연마 패드상에서 상기 슬러리를 이용하여 상기 웨이퍼를 연마하는 단계와, 상기 슬러리 공급을 중단하고 탈이온수를 플로우시키어 상기 연마 패드상에 남아 있는 슬러리 및 상기 연마 공정중에 발생된 부산물을 제거하기 위한 컨디셔닝 공정을 실시하는 단계와, 상기 웨이퍼를 버핑 패드로 이동시키지 않고 탈이온수가 공급되어지는 상기 연마 패드상에서 버핑 공정을 실시하는 단계와, 상기 웨이퍼를 세정 시스템으로 이동시키어 세정 공정을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 CMP 공정을 설명하기 위한 플로우 차트이고, 도 4는 CMP 장비의 개략도이고, 도 5는 CMP 공정 이전의 반도체 소자의 단면도이고, 도 6은 CMP 공정 이후의 본 발명에 따른 반도체 소자의 평면 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 공정을 실시하기 전에 반도체 소자(51)의 단면을 나타낸 도면이다.
상기 반도체 소자(51)는 CMP 공정을 겪게되는 반도체 웨이퍼(도시하지 않음) 위에서 통상적으로 발견되는 장치 중 캐패시터의 하부 전극을 형성하기 위한 부분이다.
상기 반도체 소자(51)는 반도체 기판(도시하지 않음)에서 시작되는 반도체 구조를 갖는다.
그리고, 실질적인 장치는 상기 반도체 기판상에 중첩되는데 소오스 영역과, 드레인 영역과, 게이트 영역(도시하지 않음)을 포함하는 다양한 영역을 절연시키는 절연막(52)을 포함한다.
이때, 캐패시터의 축적용량을 향상시키기 위하여 상기 절연막(52)의 상부는 요철형 구조를 갖는다.
그리고, 상기 요철형 구조의 절연막(52)의 표면상에 형성되는 하부 전극용 티타늄 질화막(53)과, 상기 요철형의 요흠부에 매립되는 매립층(54)을 포함한다.
본 발명에 따른 CMP 공정은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 소자(51)가 형성된 웨이퍼를 도 4의 연마 패드(41)(42)상에 로딩(Loading)하여 연마 공정을 실시한다(3).
상기 연마 공정의 슬러리 용액으로는 텅스텐(W) CMP용 슬러리(Slurry)를 사용한다.
그리고, 상기 웨이퍼를 버핑 패드(43)로 이동시키지 않고 상기 연마 패드(41)(42)상에서 연속해서 버핑 공정을 실시한다(4).
즉, 연마 공정이 완료되면 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드(41)(42)에서 떨어뜨리고, 상기 연마 패드(41)(42)에 슬러리(Slurry) 공급을 중단한다.
이후, 탈이온수(De-Ionized Water)를 흘려주며 18∼22초간 컨디셔닝(Conditioning) 공정을 진행하여 상기 연마 패드(Pad)(41)(42)위에 남아있는 슬러리와 부산물들을 제거한다.
이어, 상기 웨이퍼를 다시 상기 연마 패드(41)(42)에 다시 밀착시키고 2∼3psi로 압력을 가한 상태에서 탈이온수를 계속 플로우시키어 28∼32초간 버핑 공정을 진행한다.
이때, 플로우시키는 상기 탈이온수의 양은 분당 500ml가 되도록 한다.
여기서, 상기 버핑 공정은 연마 공정을 실시한 동일한 연마 패드(41 또는 42)상에서 진행하거나, 연마 공정을 실시한 연마 패드에서 진행하지 않고 다른 연마 패드에서 진행할 수 있다.
후자의 예를 들면, 상기 제 1 연마 패드(41)에서 연마 공정을 진행한 후에 웨이퍼를 제 2 연마 패드(42)의 위치로 이동시키어 버핑 공정을 실시하는 경우이다.
이때, 상기 제 1 연마 패드(41)상에 위치하는 웨이퍼를 상기 제 2 연마 패드(42)의 위치로 이동시키기 전에 약 20초 동안 탈이온수를 플로우시키어 컨디셔닝 공정을 실시한다.
여기서, 상기 제 2 연마 패드(42)는 버핑 전용 패드로, 상기 제 1 연마 패드(41)와 동일한 구조 및 재료를 갖는다.
그리고, 상기 버핑 공정은 웨이퍼를 연마 패드(41)(42)에서 떨어뜨리지 않고바로 슬러리 공급을 중단시키고 컨디셔닝을 하는 동시에 탈이온수를 흘려주어 30∼50초간 실시하여도 무방하다.
상기 버핑 공정을 완료한 이후 반도체 소자(51)에는 도 6에 나타난 바와 같이, 부산물이 잔존하지 않음을 알 수 있다.
그리고, 상기 버핑 공정이 완료된 웨이퍼는 세정 시스템(44)으로 이동되고, 상기 세정 시스템(44)에서는 암모니아(NH3) 희석 용액을 사용하여 세정 공정을 실시한다,
이후에 탈이온수 클리닝(Cleaning)으로 세정 작업을 마무리하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 공정을 완료한다.
상기와 같은 본 발명의 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 티타늄 질화막을 텅스텐용 슬러리로 연마할 때 디펙트성 파티클을 효과적으로 제거할 수 있으므로 소자의 특성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 버핑 공정에서 연마용 패드를 초기 조건화시키는 컨디셔닝 작업을 효율을 향상시킬 수 있으므로 불순물을 효과적으로 제거할 수 있다.
셋째, 탈이온수를 함께 흘려주기 때문에 연마 패드의 상태를 연마 공정 이전으로 되돌릴 수 있으므로 웨이퍼간의 연마 속도 차이를 줄일 수 있다.
Claims (4)
- 텅스텐용 슬러리를 이용한 티타늄 질화막을 포함하는 웨이퍼의 화학적 기계적 평탄화 공정에 있어서,연마 패드상에서 상기 슬러리를 이용하여 상기 웨이퍼를 연마하는 단계;상기 슬러리 공급을 중단하고 탈이온수를 플로우시키어 상기 연마 패드상에 남아 있는 슬러리 및 상기 연마 공정중에 발생된 부산물을 제거하기 위한 컨디셔닝 공정을 실시하는 단계;상기 웨이퍼를 버핑 패드로 이동시키지 않고 탈이온수가 공급되어지는 상기 연마 패드상에서 버핑 공정을 실시하는 단계;상기 웨이퍼를 세정 시스템으로 이동시키어 세정 공정을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정은 상기 연마 패드에서 상기 웨이퍼를 분리시킨 후에 탈이온수를 플로우시키는 분위기에서 18∼22초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정은 상기 연마 패드에서 상기 웨이퍼를 떨어뜨리지 않고 상기 슬러리 공급을 중단시킨 후에 탈이온수를 플로우시키는 분위기에서 30∼50초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 화학적 기계적평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 버핑 공정은 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 밀착시키고 2∼3spi의 압력을 가한 상태에서 500ml/min의 탈이온수를 공급하는 분위기에서 28∼32초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 화학적 기계적 평탄화 방법.
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