KR20040065296A - 고정 연마제를 사용해서 8족 금속-함유 표면을 평탄화하는방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 평탄화 방법은, 8족 금속-함유 표면(바람직하게, 플래티늄-함유 표면)을 제공하는 단계, 및 평탄화 조성물이 존재하는 고정 연마제와의 접촉부로 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더 내에 분산된 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함한다.
Description
반도체 디바이스들을 제조하는 동안에, 다양한 표면들이 형성된다. 상당수의 상기 표면들은 균일한 높이를 가지지 못하고, 따라서 웨이퍼의 두께 또한 균일하지 못하다. 또한, 표면들은 결정 격자 손상, 스크래치들, 거침, 또는 삽입된 먼지들 또는 오염물들 입자와 같은 결함들을 가질 수 있다. 리소그래피 및 에칭과 같이 수행되는 다양한 프로세스에서, 웨이퍼 표면에서의 높이의 비균일도, 및 결함들은 감소되거나 제거되어야만 한다. 다양한 평탄화 기술들이 상기 감소 및/또는 제거하는데 이용할 수 있다. 하나의 상기 평탄화 기술은 기계적 및/또는 화학-기계적 폴리싱(여기에서는 줄여서 "CMP")을 포함한다.
평탄화 프로세스는 재료를 제거하는데 이용되고, 바람직하게 전체 칩 및 웨이퍼에 대해서 평면 표면을 달성하고, 때로 "글로벌 평탄도(global planarity)"로 언급된다. 종래에, 평탄화 프로세스 및 특히 CMP는 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 홀더, 폴리싱 패드, 및 액체 상태의 다수의 연마 입자들의 분산을 포함하는 연마 슬러리의 사용을 포함한다. 폴리싱 슬러리는 웨이퍼 및 폴리싱 패드의 인터페이스과 접촉하도록 적용된다. 테이블 또는 플라텐(platen)은 그 위에 폴리싱 패드를 가진다. 폴리싱 패드는 평탄화를 수행하기 위해서 소정의 압력에서 웨이퍼에 적용된다. 웨이퍼 및 폴리싱 패드 중 적어도 하나는 나머지에 관하여 움지이게 설정된다. 소정의 평탄화 프로세스들에서, 웨이퍼 홀더는 회전하거나 또는 회전할 수 없고, 테이블 또는 플라텐은 회전하거나 또는 회전할 수 없고 및/또는 플라텐은 회전하는 것과 반대로 직선으로 움직일 수 있다. 다양한 방법으로 프로세스를 수행하는 많은 형태의 이용할 수 있는 평탄화 유닛들이 있다.
웨이퍼 제조에서 연마 슬러리들의 사용은 몇가지 이유에서 문제점이 증명되었다. 첫째로, 분산으로 다수의 연마 입자들을 포함하는 연마 슬러리들은 불안정하기 쉽다. 특히, 연마 입자들이 침전할뿐만 아니라 응결하게 되어, 두가지 현상들은 비균일 슬러리 조성물을 만든다. 이는, 차례로 폴리싱 결과물들에서 변화 가능성을 만들어낸다. 둘째로, 본 발명의 기술분야에서, 슬러리 조성물은 바람직한 평탄화 프로세스로 매우 특정되는 경향이 있고, 즉, 하나의 슬러리는 프로세스의 다양성에 대해서는 적합하지 않다.
또한, 종래의 폴리싱 패드들은 평탄화의 어려움들이 있었다. 상기 패드는 평탄화 동안에, 매끄럽게 되거나 또는 부스러기가 삽입될 수 있다. 이는 패드들이 재사용될 수 있기 위해서 패드들이 조절되는 것을 요구한다. 일반적으로, 조절은 솔루션의 어플리케이션을 가지거나 또는 가지지 않은 기계적인 수단을 사용해서 폴리싱 패드로부터 부스러기를 제거하는 것을 포함한다. 조절된 패드는, 일반적으로 조절 동안에 패드로부터 부스러기 제거의 비예측성 때문에, 이어지는 예측할 수 없는 평탄화 결과를 만든다.
종래의 폴리싱 패드들을 대신해 사용된 고정 연마제들이 또한 공지되고, 평탄화 프로세스들에서 사용된다. 상기 고정 연마제들은 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더내에 분산된 다수의 연마 입자들을 포함한다. 소정의 상태에서, 고정 연마제들이 유리하지만, 그러나 종래의 연마 슬러리들은 일반적으로 많은 평탄화 프로세스들에서 고정 연마제들과 부합하지 않는다.
플래티늄 및 다른 8족 금속들을 포함하는 표면의 평탄화는 일반적으로 폴리싱 프로세스 동안에 화학적 작용보다는 기계적 작용을 포함하는데, 왜냐하면 비교적 화학적으로 비활성 및/또는 비교적 휘발성 산물들을 가지지 않기 때문이다. 상기 기계적 폴리싱은 알루미나 및 실리카 입자들을 사용한다. 불행히도, 기계적 폴리싱은 결함들(예, 스크래치 및 입자들) 형성을 일으키기 쉽고, 그 둘은 플래티늄의 깨끗한 제거라기 보다는 선택적으로 검출될 수 있다.
따라서, 특히 반도체 디바이스들의 제조에서, 플래티늄 및 다른 8족 금속들을 포함하는 기판의 노출된 표면을 평탄화하는 방법들에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명은 특히, 반도체 디바이스들의 제조에 있어서, 8족 금속-함유(바람직하게, 플래티늄-함유) 표면들을 평탄화하는 방법에 관한 것이다.
도 1a 및 1b 는 평탄화 단계가 본 발명에 따라서 수행되기 전, 후의 웨이퍼의 일 부분의 단면 예시도이다.
도 2a 및 2b 는 평탄화 단계가 본 발명에 따라서 수행되기 전, 후의 웨이퍼의 일 부분의 단면 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따라서 이용되는 화학-기계적 폴리싱 시스템의 일반적인 개략 예시도이다.
도 4 는 도 3 의 A-A 선을 따라서 절단한 확대 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 프로세스의 하나의 동작의 개략도이다.
본 발명은 플래티늄 및/또는 또 다른 8족의 제 2 및 제 3 열 금속들(즉, 8, 9, 10 족들, 바람직하게, Rh, Ru, Ir, Pd, 및 Pt)을 포함하는 표면의 평탄화와 결부된 많은 문제점들을 극복하는 방법들을 제공하는 것이다. 상기 표면은 여기에서 플래티늄-함유 표면, 또는 더 일반적으로, 8족 금속-함유 표면으로 언급된다. "8족 금속-함유 표면"은 영역의 구성이 바람직하게 적어도 대략 10 원자 퍼센트의 양, 더 바람직하게 적어도 대략 20 원자 퍼센트, 가장 바람직하게 적어도 대략 50 원자 퍼센트의 양이 존재하는 8족 금속(특히, 플래티늄)을 가지는 노출된 영역을 의미하고, 상기 표면은 본 발명에 따라 평탄화되기 위해서(예, 화학-기계 또는 기계적 평탄화 또는 폴리싱을 통해서), 임의의 층, 막, 코팅 등으로서 제공될 수 있다. 상기 표면은 바람직하게 원소 형태의 하나 이상의 8족 금속들 또는 그것의 합금들(서로 및/또는 주기율표의 하나 이상의 다른 금속들)을 (더 바람직하게, 본 질적으로 포함한다) 포함한다. 즉, 상기 표면은 규화물 또는 산화물에서 발생하는 것처럼, 실리콘 또는 산소 원자들과 같은 비금속들의 양을 뚜렷히 포함할 수 없다.
본 발명의 방법들은 표면을 평탄화하는 단계를 포함한다. 여기에서, 종래에 이해되는 것처럼, 평탄화("planarizing" 또는 "planarization")는 재료가 많거나 적은 양이든지, 기계적이든지 또는 화학적이든지, 아니면 둘 다이든지 간에 표면으로부터 재료를 제거하는 것을 의미한다. 여기에 사용된 것처럼, "화학-기계적 폴리싱" 및 "CMP"는 화학적 컴포넌트 및 기계적 컴포넌트 둘 다를 가지는 듀얼 메카니즘을 의미하고, 화학적 침식 및 기계적 부스러짐 둘 다는 웨이퍼 폴리싱에 있어서, 재료를 제거하는 역할을 한다.
본 발명의 일 태양에서, 8족 금속-함유 기판의 표면(바람직하게, 웨이퍼와 같은 반도체 기판 또는 기판 어셈블리)을 고정 연마제와의 인터페이스에 위치시키는 단계; 상기 인터페이스에 근방에 평탄화 조성물을 제공하는 단계; 상기 고정 연마제를 사용해서 8족 금속-함유 표면을 평탄화하는 단계를 포함하는 평탄화 방법이 제공된다. 상기 8족 금속은 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 팔라듐, 플래티늄, 및 그것의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더내에 분산된 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에서, 플래티늄-함유 표면(바람직하게, 비평면 표면 형태)의 적어도 하나의 영역을 포함하는 반도체 기판 또는 기판 어셈블리를 제공하는 단계; 고정 연마제를 제공하는 단계; 평탄화 조성물(바람직하게, 산화제 및/또는 착화제, 더 바람직하게 산화제)을 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역 및 고정 연마제 사이의 인터페이스에 제공하는 단계; 및 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하는 평탄화 방법이 제공되고, 상기 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더내에 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함한다.
여기에 사용된 것처럼, "반도체 기판 또는 기판 어셈블리"는 기판 위에 형성된 하나 이상의 층들, 구조들, 또는 영역들을 가지는 베이스 반도체 층 또는 반도체 기판을 의미한다. 베이스 반도체 층은 일반적으로, 웨이퍼 위의 실리콘 재료의 가장 하부층이거나 또는 사파이어 위에 실리콘처럼 또 다른 재료 위에 증착된 실리콘 층이다. 기준이 기판 어셈블리로 만들어 질 때, 다양한 프로세스 단계들이 영역들, 결합들, 다양한 구조들 또는 피처들, 및 비아스, 접촉 개구들, 고 특성비 개구들, 전도성 개구들, 접촉 영역들 등과 같은 개구들을 형성하거나 또는 만들기 위해서 사용되었다. 예를 들면, 기판 어셈블리는 구조를 언급하고, 그 위에 금속 배선이 수행되고, 즉, 금속선이 전기적 상호연결 기능성을 위해서 형성된다.
본 발명의 또 다른 태양은 커패시터 또는 배리어 층을 형성하는데 사용하는 평탄화 방법을 제공한다. 바람직하게, 상기 방법은 웨이퍼 위에 형성된 패터닝된 유전체 층을 가지는 웨이퍼 및 상기 패터닝된 유전체 층 위에 형성된 8족 금속-함유 층을 제공하는 단계, 상기 8족 금속은 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 팔라듐, 플래티늄, 및 그것의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택되고, 고정 연마제의 제 1 부분을 플래티늄-함유 층과의 접촉부로 위치시키는 단계; 평탄화 조성물을 상기 고정 연마제 및 8족 금속-함유 층 사이의 상기 접촉부 근방에 제공하는 단계; 및 플래티늄-함유 층을 상기 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고, 상기 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더내에 분산된 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함한다.
본 발명에 따른 방법들에서, 고정 연마제는 바람직하게 CeO2입자들, Y2O3입자들, Fe2O3입자들, 또는 그것의 혼합물들과 같은 다수의 연마 입자들을 포함한다. 더 바람직하게, 다수의 연마 입자들의 대부분은 CeO2연마 입자들이다.
본 발명에 따른 방법들에서, 평탄화 조성물은 일반적으로 연마 입자들을 포함하지 않는다. 선택적으로, 바람직하게, 평탄화 조성물은 산화제, 착화제, 또는 그것의 혼합물들을 포함한다.
본 발명은 플래티늄 및/또는 나머지 제 2 및 제 3 열 8족 금속들 중 하나 이상을 포함하는 표면을 평탄화하는 방법을 제공한다. 8족 금속들은 또한 8B족 원소들 또는 주기율표의 8, 9, 또는 10족들의 전이금속으로 언급된다. 제 2 및 제 3 열 8B족 금속들은 Rh, Ru, Ir, Pd, Pt, 및 Os를 포함한다. 바람직하게, Rh, Ru, Ir, Pd, 및/또는 Pt를 포함하는 표면들은 본 발명의 방법들에 따라 평탄화될 수 있다. 상기 표면은 여기에서 8족 금속-함유 표면(이는 제 2 및/또는 제 3 열 전이금속들을 함유하는 것)으로 언급된다.
바람직하게, "8족 금속-함유 표면"은 본 발명에 따라서 평탄화되기 위해서(예를 들면, 화학-기계적 또는 기계적 평탄화 또는 폴리싱을 통해서) 영역의 조성물 중에, 적어도 대략 10 원자 퍼센트, 더 바람직하게 적어도 대략 20 원자 퍼센트,및 가장 바람직하게 50 원자 퍼센트의 양으로 존재하는 8족 금속(바람직하게, 플래티늄)을 가지는 노출된 영역을 언급하고, 이는 층, 막, 코팅 등으로서 제공될 수 있다.
상기 표면들, 특히 플래티늄을 포함한 표면의 평탄화는, 일반적으로 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2) 입자들과 같은 비교적 단단한 입자들을 가지고 기계적인 방법들을 포함하고, 이는 재료의 깨끗한 제거보다는 스미어링(smearing) 및 결함 형성을 유발할 수 있다. 놀랍게도, 대략 6.5 모스(Mohs)보다 크지 않은 경도를 가지는 연마 입자들을 포함하는 고정 연마제의 사용은 스미어링 및 결함 형성의 문제점들을 감소시키고, 종종 제거시킨다. 상기 입자들은, 예를 들면 대략 5.5 모스의 경도를 가지는 산화이트륨(Y2O3), 및 대략 6.0 모스의 경도를 가지는 산화제이철뿐만 아니라 대략 6.0 모스의 경도를 가지는 산화세륨(CeO2)을 포함한다. 이는 대략 8.5 모스 내지 9.0 모스의 경도를 가지는 알루미나 연마 입자들, 및 대략 7.5 모스의 경도를 가지는 실리카 연마 입자들에 대해서는 반대이다.
대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함하는 고정 연마제들은 평탄화 조성물을 가지거나 또는 가지지 않고서 사용될 수 있고, 이어, 다양한 평탄화 프로세스들에서, 기계적 또는 화학-기계적 프로세스들을 포함한다. 본 발명에 따른 방법에서, 고정 연마제는 바람직하게, 다수의 CeO2입자들, Y2O3, Fe2O3, 또는 그것의 혼합물들을 포함한다. 더 바람직하게, 다수의 연마 입자들의 대부분은 CeO2입자들이다.
일반적으로, 연마 입자들은 평균적으로 대략 10 나노미터(nm) 내지 대략 5000(nm), 더 자주 30(nm) 내지 대략 1000(nm)의 입자 크기(즉, 입자의 가장 큰 크기)의 범위에 있다. 바람직한 실시예에서, 적당한 연마 입자들은 대략 100(nm) 내지 300(nm)의 평균 입자 크기를 가진다.
분명히, 본 발명의 방법들은 "비평면"(즉, 편평하지 않은) 표면 형태, 즉 표면의 다른 영역들보다 더 큰 높이의 영역을 포함하는 표면을 평탄화하는데 특히 유리하다. 비평면 표면 형태를 가지는 표면들의 예로는 물결형 층들을 가진 표면들 또는 커패시터들과 같은 구조를 가진 표면들을 포함한다. 일반적으로, "비평면"(즉, "편평하지 않은") 표면들은 표면들의 다른 영역들보다 적어도 대략 200Å보다 더 높은, 바람직하게, 적어도 대략 500Å보다 더 높은, 더 바람직하게, 적어도 대략 2000Å보다 더 높은 영역들을 가진다. 본 발명의 방법에서 사용된 고정 연마제들은 평면인 또는 편평한(예, 반도체 기판 어셈블리의 블랭킷, 또는 높이차가 대략 200Å보다 적은 영역들을 가지는 다른 표면들)표면들과 비교할 때, 비평면 표면 형태를 가지는 표면들로부터 재료를 제거하는 더 빠른 속도에 기여한다. 바람직하게, 비평면 표면 형태를 가지는 표면들로부터 재료를 제거하는 속도는 일반적으로 평면 또는 편평한 표면으로부터 재료를 제거하는 속도와 비교해서 적어도 10 배이고, 많게는 25 배이다.
분명히, 본 발명의 방법들은 다른 재료들, 특히 실리콘 이산화물보다 표면으로부터 플래티늄 또는 다른 8족 금속들을 제거하는데 특히 유리하다. 이는 예를 들면, 산화물 층들(예, TEOS 또는 BPSG 층들)과 같은 하부에 놓인 층들을 많이 제거하지 않고서, 플래티늄-함유 또는 다른 8족 금속-함유 층들로부터 재료를 선택적으로 제거하는데 있어서 중요하다. 바람직하게, 8족 금속은 유전 층(예, 이산화 규소, 질화 규소, BPSG)으로부터 재료에 관하여 (합금을 포함하여)원소 형태이고, 비평면 표면 형태를 가지는 8족 금속-함유 표면으로부터 재료를 제거하는 선택도는 화학적 및 프로세스 조건들에 따라, 대략 10:1 내지 25:1의 범위 내에 있다. 상기 선택도는 예를 들면, 하나 이상의 산화제들 및/또는 착화제들을 포함하는 평탄화 조성물들을 사용하여 증가될 수 있다. 비교하여, 동일한 고정 연마제 및 프로세스 조건들을 사용해서, 산화물-함유 표면으로부터 재료에 관하여 8족 금속-함유 평면(즉, 편평) 표면으로부터 재료를 제거하는 선택도는 대략 1:1 이다.
선택도를 증가하기 위해서, 평탄화 조성물이 바람직하게 본 발명의 방법들에서 사용된다. 바람직하게, 적당한 조성물은, 습윤성을 증가시키고 마찰을 감소시키기 위한 인터페이스활성제, 바람직한 점성을 이루기 위한 디크너, 바람직한 pH를 이루기 위한 버퍼링제등과 같은 다른 첨가물들뿐만 아니라 평탄화를 돕기 위해서, 산화제 및 /또는 착화제(더 바람직하게 산화제)를 포함한다. 바람직하게, 조성물은 상기 컴포넌트들의 수용성 용액이다. 더 바람직하게, 평탄화 조성물은 대략 1.5 내지 대략 3의 pH를 가진다. 바람직한 산화제들(즉, 옥시던트들)은 예를 들면, 질산암모늄세륨(ceric ammonium nitrate), 황산암모늄세륨(ceric ammonium sulfate)등을 포함한다. 적당한 평탄화 조성물들의 예시들은 출원 양수인의 출원계속중인 2001년 12월 21에 제출된 "산화제를 사용한 8족 금속-함유 표면들의 평탄화하는 방법들"이라는 명칭의 미국 특허출원 제 10/028,248호, 2001년 12월 21일에 체출된 미국 특허출원 "착화제를 사용해서 8족 금석-함유 표면을 평탄화하는 방법"이라는 명칭의 2001년 12월 21일에 제출된 미국 특허출원 10/028040호, 및 "산화 가스를 사용해서 8족 금속-함유 표면을 평탄화하는 방법"이라는 명칭의 2001년 12월 21일에 제출된 미국 특허출원 제 10/032,357호에 개시되었다.
본 발명의 방법들에서 사용하기 적당한 평탄화 조성물이 고정 연마제의 인터페이스 및 공작물 표면에 제공될 때, 바람직하게 연마 입자들이 필수적으로 없어도 된다. 그러나, 평탄화는 평탄화 조성물과 조합하여 고정 연마/표면 인터페이스에서 고정 연마제로부터 제거될 수 있는 고정 연마제 및/또는 연마 입자들의 하나 또는 둘 다에 의해서 달성된다. 상기 경우에, 연마 입자들은 일반적으로 초기에 인가된 것처럼, 조성물에 존재하지 않고, 즉 외부 소스로부터 폴리싱 인터페이스까지 공급되지 않는다.
본 발명에서 사용하는 적당한 고정 연마제는 미국 특허 5,692,950호(Rutherford 등) 및 국제특허공개 WO 98/06541호에 개시된 것처럼 공지되었다. 일반적으로, 고정 연마제는 후면 재료의 한 쪽 표면에 부착된 3차원 고정 연마 원소를 형성하는 바인더 내에 분산된 다수의 연마 입자들을 포함한다. 상업적으로 이용 가능한 고정 연마제들은 일본의 Tokyo Sumitsu Kageki 및 Ebera사, 및 St.Paul,MN의 미네소타 Mining and Manufacturing사(3M사)로부터 얻을 수 있다. 바람직한 고정 연마제의 예는 상품명 "SWR159"에서 3M사로부터 상업적으로 이용 가능한 세륨-기초 패드이다.
도면은 본 발명의 방법들에 대해서 부가의 정보를 제공한다. 도 1a는 평탄화를 통해서 제거되는 재료로 충전된 피처들을 가지는 본 발명에 따른 평탄화에 앞서 웨이퍼(10)의 일 부분을 도시한다. 웨이퍼 부분(10)은 기판 어셈블리 위에 형성된 접합부들(16)을 가지는 기판 어셈블리(12)를 포함한다. 커패시터 및/또는 배리어 층 재료(19)가 기판 어셈블리(12) 및 접합부들(16)에 대해서 형성된다. 커패시터 및/또는 배리어 층 재료(19)는 플래티늄과 같은 전도성 재료 또는 적당한 전도성 제 2 또는 제 3 열의 8족 금속-함유 커패시터 및/또는 배리어 재료일 수 있다. 일반적으로, 도 1a에 도시된 것처럼, 커패시터 및/또는 배리어 층(19)의 비평면 상부 표면(13)은 본 발명에 따른 평탄화 또는 다른 프로세싱에 의존한다. 도 1b에 도시된 결과적인 웨이퍼(10)는 웨이퍼(10)의 두께가 실질적으로 전체 웨이퍼(10)에 대해서 균일하도록 평탄화된 상부 표면(17)을 포함하고, 웨이퍼는 커패시터 및/또는 배리어 구조층(14)을 포함한다.
도 2a는 평탄화를 통해서 제거되는 재료의 등각(conformal) 층을 가지는 피처들을 가지는 본 발명에 따라 평탄화에 앞서 웨이퍼(20)의 일 부분을 도시한다. 웨이퍼 부분(20)은 기판 어셈블리 위에 형성된 패터닝된 유전체 층(26)을 가지는 기판 어셈블리(22)를 포함한다. 상기 패터닝된 유전체 층(26)은 다양한 구조들, 특히 커패시터 구조에서 사용될 수 있다. 패터닝된 유전체 층(26)은 금속 영역들(예, 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 니트라이드, 또는 BPSG) 사이에 전기 절연을 제공하는 재료로 형성될 수 있다. 전극층(29)은 기판 어셈블리(22) 및 패터닝된 유전체 층(26)에 대해서 형성된다. 전극층(29)는 플래티늄 또는 다른 적당한 전도성 제 2 및 제 3 열 8B족 또는 IB족 금속 함유한 재료일 수 있다. 일반적으로, 도 2a에 도시된 것처럼, 전극층(29)의 비평면 상부 표면(23)은 본 발명에 따른 평탄화 또는 다른 프로세싱에 의존한다. 결과적인 웨이퍼(20)는, 도 2b에 도시된 것처럼, 웨이퍼(20)의 두께가 전체 웨이퍼(20)에 대해서 실질적으로 균일하도록 평탄화된 상부 표면(27)을 포함하고, 웨이퍼는 커패시터 구조를 형성하기 위하여 패터닝된 유전체 재료(26)내에 절연된 전기 전도성 영역들(24)을 포함한다. 바람직하다면, 평탄화에 앞서, 등각 층(29) 및 개구들(24)은 평탄화 후에 제거되는 포토레지스트 또는 다른 재료로 커버되고, 연마 입자들이 개구들로 떨어지지 않는다.
도 3 에 도시된 것처럼, 일반적으로 예시된 평탄화 어셈블리(100)는 웨이퍼 부(10)(도 1A 및 1B에 도시된)가 일 부분인 웨이퍼(102)를 고정하는 회전 웨이퍼캐리어 플랫폼(135)을 포함한다. 평탄화 조성물은 일반적으로 고정 연마제(142) 및 웨이퍼(102) 사이의 인터페이스에 또는 인터페이스 근처에 도입된다. 이어, 고정 연마제(142)가 플라텐(110) 및 웨이퍼(102) 사이에 공급된다.
도 3 에 도시된 것처럼, 고정 연마제(142)는 연속적인 방식으로 공급될 수 있고, 공급 롤(120)은 연장된 고정 연마제(142)를 플라텐(110) 및 웨이퍼(102) 사이의 폴리싱 인터페이스에 공급한다. 고정 연마제(142)의 일 부분의 폴리싱 수명이 다한 후에, 고정 연마제(142)는 어드밴스되고, 테이크-업(take-up) 롤(123) 위에서 끝난다. 선택적으로, 정의된 크기의 고정 연마제가 이산 방식으로, 즉 연속적이지 않은 방식으로 사용하기 위해서 플라텐(110)에 부착될 수 있다.
선택적으로, 평탄화에 앞서 고정 연마제를 미리 습윤하게 하는 스테이션(도시되지 않음)이 제공될 수 있거나 또는 스테이션은 다양한 웨이퍼들의 평탄화 사이의 고정 연마제를 플러시(flush)하는 역할을 할 수 있다. 고정 연마제(142)는 스테이션에 어드밴스될 수 있고, 회전 드럼(122a)의 가까운 근방에 위치하고, 드립(drip), 스프레이(spray)와 같은, 또는 다른 분배수단에 의해서 웨이퍼와 최종적으로 접촉하는 고정 연마 표면에 인가될 수 있다. 더 바람직하게, 용액은 수용성 용액이고, 더 바람직하게, 용액은 물이거나 또는 본 발명에 따른 평탄화 조성물이다. 용액을 인가한 후에, 고정 연마제(142)는 평탄화를 위해서 웨이퍼의 표면과 접촉하기 위해서 위치한다.
고정 연마제(142)는 평탄화 프로세스 동안에 평탄화 조성물이 존재하는 웨이퍼(102)(예를 들면,도 1A에 도시된 것처럼 웨이퍼(10)의 표면(13))와 접촉한다. 후면 압력이 플라텐(110)으로부터 인가될 수 있지만, 압력은 일반적으로, 홀더(132)가 첨부된 캐리어 암(139)에 인가된 아랫 방향 힘으로 인가될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 발명은 대기압 및 대략 4℃ 내지 대략 62℃ 범위의 온도에서 수행된다. 일 실시예에서, 웨이퍼 홀더 및/또는 플라텐(110) 둘 다는 당업자들에게 공지된 것처럼, 회전 가능하고, 모터들 또는 드라이브 수단들(도시되지 않음)에 의해서 움직일 수 있다.
웨이퍼 홀더(132)는 화살표 "R"로 표시된 원형 방향으로 선택된 속도로 웨이퍼(102)를 회전시키고, 고정 연마제(142)의 일 부분에 제어된 압력하에서 웨이퍼(102)를 움직인다. 웨이퍼(102)는 움직일 때, 고정 연마제(142)와 접촉한다. 당업자들에게 공지된 것처럼, 웨이퍼가 움직일 때, 웨이퍼(102)의 표면과 접촉하게 되는 고정 연마제(142)의 영역이 변한다. 예를 들면, 고정 연마제(142)는 연속적으로 폴리싱된 웨이퍼가 고정 연마제 상의 제 2 위치에 노출되도록 웨이퍼의 최대 직경보다 적은 거리만큼 움직인다. 바람직하게, 고정 연마제 상의 제 2 위치는 바로 앞서서 웨이퍼를 폴리싱하기 위해서 이용된 적어도 일 부분을 포함한다. 이어, 고정 연마제 상의 제 2 위치의 모든 또는 일 부분은 바로 앞서서 웨이퍼를 폴리싱하기 위해서 이용된 일 부분을 포함한다. 고정 연마제(142)가 움직일 수 있는 적당한 거리는 웨이퍼의 최대 직경의 대략 1%보다 적다. 따라서, 대략 8인치(대략 20.3cm)의 최대 직경을 가지는 웨이퍼에 대해서, 고정 연마제(142)가 움직일 수 있는 거리는 대략 0.25인치(대략 0.64cm)이다. 고정 연마제가 움직일 수 있는 또 다른 적당한 거리는 실질적으로 웨이퍼의 최대 직경과 동일하다.
공급 시스템(도시되지 않음)은 평탄화 조성물을 특정 플로우 속도로 고정 연마제(142) 위로, 바람직하게, 웨이퍼(102)의 표면 및 고정 연마제(142) 사이의 인터페이스 또는 접촉부에, 또는 근처에 도입한다. 평탄화 조성물은 고정 연마제에 대해서 다양한 위치에 도입될 수 있다. 예를 들면, 평탄화 조성물은 드립, 스프레이, 또는 다른 분배수단에 의해서 고정 연마제 위로부터 도입될 수 있다.
도 3 의 A-A선을 따라 절단하여, 도 4 에 도시된 것처럼, 조성물은 웨이퍼 캐리어 플랫폼(135)의 웨이퍼 홀더(132)에 직접 통합된 분배 메카니즘에 조성물을 공급함으로써 웨이퍼/고정 연마제 인터페이스에 또는 근처에 도입될 수 있다. 다수의 공급 포트들(160)은 웨이퍼 홀더(132)의 주변부 주위에 배치되고, 이를 통해서 조성물이 분배될 수 있다. 조성물은 평탄화 프로세스 동안에, 주어진 시간에 모든 또는 몇몇 공급 포트들을 통해서 분배될 수 있다. 도 4 에 도시된 것처럼, 다수의 공급 포트들(160)의 바람직한 배치는, 다른 배치들이 가능하지만, 웨이퍼 홀더(132)의 웨이퍼 부착부(102')의 대략 주변부이다.
웨이퍼 홀더(132)는 바람직하게, 대략 초당 200-600밀리미터의 속도로 회전한다. 도 5 에 도시된 것처럼, 웨이퍼 홀더(132)는 바람직하게 고정 연마제(142)를 포함하는 플라텐(110)과 접촉하여 화살표 "C"로 표시된 경로로 회전한다. 이어, 웨이퍼 홀더(132)의 속도는 "C"의 길이와 관련된다. 웨이퍼(102)의 표면은 고정 연마제(142)에 관하여 병렬로 고정되어, 고정 연마제(142)가 표면을 평탄화할 수 있다.
상기 설명이 회전 웨이퍼 홀더에 특정한 관심으로 설명되었지만, 평탄화를 위해서 웨이퍼 홀더 및 플라텐이 서로에 관하여 움직일 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 홀더는 회전(revolve/rotate)할 수 있고, 플라텐은 회전(revolve 또는 orbit)할 수 있다. 또한, 웨이퍼 홀더 또는 플라텐은 정지해 있을 수 있다.
상기 상세한 설명 및 예시들은 단지 이해를 쉽게 하기 위해서 주어졌다. 상기로부터 이해되는데 불필요한 제한들이 없다. 본 발명은 도시되고 설명된 설명들에 제한되지 않고, 당업자들에게는 청구항들에 의해서 정의된 발명 내에서 변경들이 분명하게 포함될 것이다. 예를 들면, 반도체-기초 기판의 평탄화에 초점을 맞추었지만, 본 발명의 조성물들 및 방법들은 또한 많은 다른 가능한 응용분야들 중 하나로서 유리들 및 콘택트 렌즈들을 폴리싱하는데 적용할 수 있다. 여기에 개시된 모든 특허들의 완전한 개시, 특허 서류들, 및 공개들은 각각이 개별적으로 참조로 통합되는 것처럼, 참조로 여기에 통합된다.
Claims (38)
- 고정 연마제와 인터페이스하도록 8족 금속-함유 기판의 표면을 위치시키는 단계- 상기 8족 금속은 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 팔라듐, 플래티늄, 및 그것의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택됨 -;상기 인터페이스의 근방에 평탄화 조성물을 제공하는 단계; 및상기 기판 표면을 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고,상기 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더 내에 분산되어 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 기판의 표면은 비평면 표면 형태(topography)를 가지는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 기판의 표면은 원소 형태 또는 그것의 합금의 8족 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 원소 플래티늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 플래티늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 8족 금속은 대략 10 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 8족 금속은 대략 20 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 8족 금속은 대략 50 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 다수의 연마 입자들은 CeO2, Y2O3, Fe2O3, 또는 그것의 혼합물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 다수의 연마 입자들 중 대부분은 CeO2연마 입자들인 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 평탄화 조성물은 산화제, 착화제, 또는 그것의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 적어도 대략 10:1의 선택도로 유전체 층에 대해서 제거되는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 포함하는 반도체 기판 또는 기판 어셈블리를 제공하는 단계;고정 연마제를 제공하는 단계;상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역 및 고정 연마제 사이의 인터페이스에 평탄화 조성물을 제공하는 단계; 및상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 상기 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고,상기 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더 내에 분산된 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 플래티늄-함유 표면은 비평면 표면 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 플래티늄은 대략 10 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 플래티늄-함유 표면은 원소 플래티늄을 포함하는 것을 특징으로 하는평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 플래티늄-함유 표면은 플래티늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 기판 어셈블리는 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 다수의 연마 입자들은 CeO2, Y2O3, Fe2O3, 또는 그것의 혼합물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 다수의 연마 입자들의 대부분은 CeO2연마 입자들인 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 평탄화 조성물은 산화제, 착화제, 또는 그것의 혼합물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 적어도 대략 10:1의 선택도로 산화물 층에 대하여 제거되는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 비평면 표면 형태를 가지는 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 포함하는 반도체 기판 또는 기판 어셈블리를 제공하는 단계;고정 연마제를 제공하는 단계;상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역 및 고정 연마제 사이의 인터페이스에 평탄화 조성물을 제공하는 단계; 및상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 상기 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고,상기 고정 연마제는 CeO2, Y2O3, Fe2O3, 및 그것의 조합들의 그룹으로부터 선택된 다수의 연마 입자들을 포함하는 평탄화 방법.
- 비평면 표면 형태를 가지는 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 포함하는 반도체 기판 또는 기판 어셈블리를 제공하는 단계;고정 연마제를 제공하는 단계;상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역 및 고정 연마제 사이의 인터페이스에 평탄화 조성물을 제공하는 단계; 및상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 상기 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고,상기 고정 연마제는 다수의 CeO2연마 입자들을 포함하는 평탄화 방법.
- 비평면 표면 형태를 가지는 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 포함하는 반도체 기판 또는 기판 어셈블리를 제공하는 단계;고정 연마제를 제공하는 단계;산화제, 착화제, 또는 그것의 조합을 상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역 및 상기 고정 연마제 사이의 인터페이스에 제공하는 단계; 및상기 플래티늄-함유 표면의 적어도 하나의 영역을 상기 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고,상기 고정 연마제는 다수의 CeO2연마 입자들을 포함하는 평탄화 방법.
- 커패시터 또는 배리어 층을 형성하는데 사용하는 평탄화 방법으로서,웨이퍼 위에 형성된 패터닝된 유전체 층을 가지는 웨이퍼 및 상기 패터닝된 유전체 층 위에 형성된 8족 금속-함유 층을 제공하는 단계- 상기 8족 금속은 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 팔라듐, 플래티늄, 및 그것의 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택됨 -;고정 연마제의 제 1 부분을 상기 플래티늄-함유 층과의 접촉부로 위치시키는 단계;상기 고정 연마제 및 상기 8족 금속-함유 층 사이의 상기 접촉부 근방에 평탄화 조성물을 제공하는 단계; 및상기 플래티늄-함유 층을 상기 고정 연마제로 평탄화하는 단계를 포함하고,상기 고정 연마제는 후면 재료의 적어도 하나의 표면에 부착된 바인더 내에 분산된 대략 6.5 모스보다 크지 않은 경도를 가지는 다수의 연마 입자들을 포함하는 평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 기판의 표면은 원소 형태 또는 그것의 합금의 8족 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 원소 플래티늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 플래티늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 8족 금속은 대략 10 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 31 항에 있어서,상기 8족 금속은 대략 20 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 8족 금속은 대략 50 원자 퍼센트 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 기판은 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 다수의 연마 입자들은 CeO2, Y2O3, Fe2O3, 또는 그것의 혼합물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 다수의 연마 입자들의 대부분은 CeO2연마 입자들인 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 평탄화 조성물은 산화제, 착화제, 또는 그것의 혼합물들을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 8족 금속-함유 표면은 적어도 대략 10:1의 선택도 비율로 산화물 층에 대해서 제거되는 것을 특징으로 하는 평탄화 방법.
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