KR20040015793A - 슬러리에서 산화제의 농도를 변화시키는 화학 기계적연마를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
슬러리(200)에 소정의 작용제 농도를 제공하기 위해 슬러리 전구체(201)와 산화제(202)를 혼합하는 단계와, 소정의 연마 속도로 막을 연마하기 위해 CMP 패드(140)에 슬러리를 공급하는 단계를 갖는, 기판(150)의 표면에서 금속막(155)의 화학 기계적 연마(CMP)는 연마 종료시 작용제 농도를 변화시킴으로써 수정된다. 연마 속도가 감소되므로, 엔드포인팅은 향상된다. 농도는 다른 산화제 또는 환원제들을 첨가함으로써 변화된다.
Description
화학 기계적 연마(CMP)는 초고밀도 집적 회로들의 생산시 기판의 상부층으로부터 재료를 제거한다. 흔히, 상부층은 금속막이지만, 다른 재료들도 또한 제거될 수 있다. 전형적인 CMP 공정에서, 상부층은 조절된 화학 물질(chemical), 압력, 속도 및 온도 조건들 하에서 연마 매개물(abrasive medium)에 노출된다. 종래의 연마 매개물은 슬러리 용액들과 연마 패드들을 포함한다. 슬러리 용액은 사용하기 직전에 소위 전구체(precursor)와 산화제를 혼합함으로써 제공될 수 있다. 전구체에는 산화제가 없지만, 전구체는 슬러리의 다른 성분들(예를 들어, 연마 매개물, 촉매, 물)을 포함한다.
재료는 단지 소정의 막 두께로 제거되고, 임의의 다른 제거는 방지되어야할 필요가 있다. 엔드포인팅(endpointing) 기술들은 소망 두께에 도달했는지 여부를 결정하는데 사용된다. 시간에 따른 막 두께의 감소를 의미하는 연마 속도는 매우중요하다. 연마 속도가 매우 높으면, 엔드포인트를 쉽게 놓치게 되며, 연마 속도가 매우 낮으면, 전체 CMP 공정 시간이 길게 된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 금속막들의 화학 기계적 연마(CMP)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라, 기판의 표면에서 금속막을 연마하기 위한 방법을 이용하는 CMP 처리 툴의 간략화된 도면.
도 2는 본 발명의 방법의 간략화된 방법 흐름도.
도 3은 산화제 농도 대 시간의 간략화된 도면.
도 4는 연마 속도 대 시간의 간략화된 도면.
도 5는 도 1의 툴에서 선택적으로 사용된 복수의 슬러리 주입기(injector)들의 간략화된 도면.
본 발명은 종래 기술의 단점들 및 제한들을 완화하거나 회피하는 개선된 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따라, 엔드포인팅이 감소된 연마 속도로 수행될 수 있도록 슬러리 중의 산화제의 농도는 연마하는 동안 변화되지만, 연마 정지 전에 그 변화가 중단되는 것이 바람직하다.
도 1은 기판(150)의 표면에서 금속막(155)을 연마하기 위해 본 발명의 방법을 사용하는 CMP 처리 툴(100)의 간략화된 도면을 도시한다. 기판(150)은 전형적으로 단결정 실리콘 웨이퍼인 기저/하부 영역(base/bottom region)을 갖는다. 그러나, 게르마늄, 갈륨 비화물, 게르마늄 실리콘, SOI(Silicon On Insulator) 기판들, 실리콘 탄화물 기판들, 에픽택셜층들, 폴리실리콘 기판 등과 같은 다른 반도체 기판들이 사용될 수도 있다. 금속막(155)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)를, 단독 또는 조합으로 또는 다른 금속들을 포함할 수 있다.
본 발명을 상세히 설명하기 전에, 툴(100)을 간단히 소개한다. 도시된 바와 같이, 툴(100)은 헤드(110), 플라텐(platen)(120), CMP 패드(140), 드라이브 어셈블리들(191 및 192), 및 배기 시스템(exhaust system)(195)을 포함한다. 보통, 어셈블리(191)는 화살표 1로 표시된 바와 같이 플라텐(120)을 회전시키거나 화살표 2로 표시된 바와 같이 앞뒤로 왕복 운동시킨다. 헤드(110)는 무겁고, 자유로이 움직이는 캐리어일 수 있으며, 또는 액추에이터 어셈블리(192)는 화살표 3 및 4로 각각 표시된 바와 같이, 축 및 회전 운동을 전달하기 위해 헤드(110)에 부착될 수 있다. 툴(100)의 동작에서, 막(155)이 패드(140)에 닿도록 기판(150)이 위치되며; 헤드(110) 및 플라텐(120)이 서로에 대해 움직이면 슬러리(200) 및 패드(140)는 재료를 제거함으로써 막(155)을 연마한다. 동작 동안 기판(150)을 지탱하는 수단이나 기판들을 변경시키는 수단은 이 기술 분야에서 잘 알려져 있으므로 도시되지 않는다. 슬러리(200)는 막(155)의 표면을 연마시키는 작은 연마 입자들과 이 표면을 에칭하고 산화시키는 화학 물질들을 포함한다. 배기 시스템(195)은 유해 가스들을 제거한다.
본 발명은 기호 표시 200-203(재료 공급 장치), 301-303(방법 단계들) 및 다음의 도면들의 설명과 함께 이제 설명된다. 도 1에서 다른 참조 번호들은 슬러리전구체(201), 산화제(202) 및 환원제(203)를 나타내며, 뿐만 아니라 301은 혼합하는 단계를 나타내고, 302는 공급하는 단계를 나타내며, 밸브에 대한 303은 변화시키는 단계를 나타낸다. 기호 O3은 오존 가스(선택적)를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 방법(300)의 간략화된 방법 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 다음의 단계들에 의해 도시된다: 301은 슬러리를 얻기 위해 전구체와 작용제를 혼합시키는 단계이며, 302는 패드에 슬러리를 공급하는 단계이며, 303은 작용제 농도를 변화시키는 단계이며, 그리고 선택적으로 304는 엔드포인트를 결정하는 단계이며, 라인 309는 방법 단계들의 반복을 나타낸다.
상세히 설명하자면, 툴(100)을 사용하여 기판(150)의 표면의 금속(155)을 연마하기 위한 CMP법(300)은 다음과 같이 수행된다: 혼합하는 단계 301에서, 슬러리(200)에 소정의 작용제 농도(도 3에서 라인 402 참조)를 제공하기 위해 슬러리 전구체(201)는 산화제(202)와 혼합된다. 공급하는 단계 302에서, 슬러리(200)는 소정의 연마 속도(도 4에서 라인 502 참조)로 막(155)을 연마하기 위해 패드(140)에 공급된다. 변경시키는 단계 303에서, 작용제 농도는 상기 연마 속도(도 4에서 라인들 501, 503, 504 참조)를 변화시키기 위해 변화된다.
바람직하게, 작용제 농도를 변화시키는 단계(303)는 패드(140)로 슬러리(200)를 보내기 전에, 슬러리에 또 다른 산화제(202)를 첨가함으로써 수행된다. 선택적으로, 산화제 농도를 변화시키는 단계(303)는 예를 들어, 패드(140) 상에 이미 존재하는 슬러리(200)와의 즉시 반응을 위해 패드(140)에 또 다른산화제(202)를 배치함으로써 수행된다.
예를 들어, 산화제(201)는 과산화수소(H2O2, 즉 액체) 또는 오존(O3, 즉 기체)일 수 있다.
오존인 경우, 패드(140) 상에서의 그 양은 얼마간의 오존을 선택적으로 제거하는 툴(100)의 배기 시스템(195)에 의해 조절되는 것이 바람직하다.
또 다른 산화제(202)를 첨가함으로써 산화제 농도를 변화시키는 단계(303)는 편리하며, 유효 작용제 농도는 환원제(202)를 (슬러리(200)에) 첨가함으로써 선택적으로 변화될 수 있다.
바람직하게, 환원제(202)는 암모니아(NH3, 가스), 또는 암모늄 수산화물(NH4OH, 액체형)이다. 산화제 또는 환원제로서 작용하는 여기에 언급된 임의의 화학 물질들은 일례들이며, 당업자는 동일 목적을 위해 유사한 특성들을 갖는 다른 물질들을 선택할 수 있다.
바람직하게, 방법(300)은 한번에 단일 기판(150)만을 연마하고, 패드(140)는 변하지 않는 툴(100)에서 수행된다. 바람직하게, 변화시키는 단계 303는 혼합하는 단계 301와 공급하는 단계 302와 동시에 수행된다; 다시 말하면, 농도는 끊임없이 조절된다.
당업자는 예를 들어, 유량 계기(fluid meter), 튜브연동식펌프(peristaltic pumps) 등에 의해 유출 전구체(201), 유출 작용제들(202/203) 및 슬러리(200)를 조절하는 수단을 제공할 수 있다. 선택적으로, 슬러리(200)의 pH 값과작용제(202/203)의 산화/환원 전위도 역시 조절된다.
도 3은 산화제 농도 대 시간의 간략화된 도면을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 예를 들어 고농도에서 저농도(라인들 402, 404)로 농도가 변화될 수 있다(단계 303 참조). 또는 그 반대로 농도가 변화될 수 있다. 예를 들어, 작용제 농도를 변화시키는 단계(303)는 급격하게(라인 403) 또는 연속적으로(대시선 405) 수행될 수 있다.
도 4는 연마 속도 대 시간의 간략화된 도면(500)을 도시한다. 연마 속도는 예를 들어 ㎚/min으로 측정될 수 있다. 간략하게 하기 위해, 값들은 제공되지 않는다. 작용제 농도를 변화시키는 단계(303)는 연마 속도를 감소시킬 수 있다(라인 502는 높은 연마 속도, 503은 감소, 504는 낮은 연마 속도). 연마 속도가 낮으면(라인 504), 엔드포인트의 결정(304)은 높은 연마 속도에 대해서보다 더 높은 정확도로 수행될 수 있다.
도 5는 도 1의 툴에서 선택적으로 사용되는 복수의 슬러리 주입기들(600)의 간략화된 도면을 도시한다. 주입기들(600)은 이들을 통해 다른 산화제를 배치하기 위해 패드(140) 상에 위치된다.
요약하면, 연마하는 동안 연마 속도 조정(modulation)은 엔드포인트가 가까워질 때 선택성(selectivity)을 얻도록 허용한다. 막이 거의 완성되면(다른 엔드포인트 결정 기술들 또는 시간 조절된 단계들(timed steps)에 기초하여), 슬러리(200)의 산화 전위가 감소되어 정확하게 엔드포인트를 구할 수 있도록 연마 속도를 떨어뜨린다(도 4의 503).
본 발명은 소위 원치 않는 디싱(dishing)을 줄이도록 허용한다. 선택적으로, 엔드포인트를 결정하는 단계 304 후에, 제 2의, 화학적으로 상당히 변화된 슬러리가 바람직한 과연마 공정(ove-polish process)을 달성하기 위해 투여된다.
본 발명이 특정 구조들, 장치들 및 방법들에 의해 설명되었지만, 당업자는 이러한 예들에만 국한되지 않으며, 본 발명의 전체 범위가 다음에 오는 청구항들에 의해 적절하게 결정됨을 본 명세서의 설명에 기초하여 이해할 수 있을 것이다.
Claims (10)
- CMP 패드(140)를 갖는 CMP 처리 툴(100)을 사용하여 기판(150) 표면의 금속막(155)을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,(a) 슬러리(200)에 소정의 작용제 농도를 제공하기 위해 슬러리 전구체(precursor)(201)와 산화제(202)를 혼합하는 단계와;(b) 소정의 연마 속도로 상기 금속막(155)을 연마하기 위해 상기 CMP 패드(140)에 상기 슬러리(200)를 공급하는 단계와;(c) 상기 연마 속도를 변경시키기 위해 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계를 포함하는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계는 상기 슬러리에 다른 산화제를 첨가함으로써 수행되는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계는 상기 패드에 다른 작용제를 배치(dispose)함으로써 수행되는, CMP 방법.
- 제 3 항에 있어서, 다른 산화제는 상기 CMP 패드(140) 상에 위치되는 복수의 주입기들(600)을 통해 배치되는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계는 상기 슬러리에 환원제(203)를 첨가함으로써 수행되는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계는 급격하게(abruptly) 수행되는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계는 연속적으로 수행되는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 작용제 농도를 변화시키는 단계는 상기 연마 속도가 감소되도록 하는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 CMP 패드(140)는 변하지 않는, CMP 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (c)는 단계들 (a) 및 (b)와 동시에 수행되는, CMP 방법.
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