KR20070114465A - Chemical mechanical poshing method in a semiconductor device using a ceria based slurry - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 동일한 조건하에서 세리아 베이스 슬러리를 이용하여 각각의 막들을 CMP한 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a graph showing the results of CMP of respective films using a ceria base slurry under the same conditions.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 CMP 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.2 to 5 are cross-sectional views of respective processes for describing the CMP method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 CMP(chemical mechanical polishing) 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 세리아 베이스 슬러리를 이용한 CMP 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a chemical mechanical polishing (CMP) method of a semiconductor device, and more particularly to a CMP method using a ceria-based slurry.
일반적으로, CMP 공정은 물질층을 평탄화하는 방법으로, 예컨대 소정의 개구내에 물질을 충진하는 데 주로 이용된다. 이러한 CMP 공정은 물질층을 연마하기 위한 연마제가 필요하며, 이러한 연마제로서 일반적으로 세리아 베이스 슬러리(ceria based slurry)가 이용되고 있으며, 현재 반도체 제조 공정에서는 탈이온 수와 희석된 세리아 베이스 슬러리가 CMP 공정에 제공된다. 이와같은 희석된 세리아 베이스 슬러리는 디슁(dishing) 현상을 방지하는 장점이 있어, 소오스/드레인 영역과 콘택을 이루는 랜딩 플러그를 형성하는 데 주로 이용된다.In general, the CMP process is a method of planarizing the material layer, for example, mainly used to fill the material into a predetermined opening. The CMP process requires an abrasive for polishing the material layer, and a ceria based slurry is generally used as such an abrasive. In the semiconductor manufacturing process, deionized water and diluted ceria base slurry are used in the CMP process. Is provided. Such diluted ceria base slurries have the advantage of preventing dishing, and are mainly used to form landing plugs in contact with the source / drain regions.
그런데, 상기 희석된 세리아 베이스 슬러리는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 산화 슬러리에 비해 랜딩 플러그를 구성하는 폴리실리콘막의 제거량이 상당히 낮다. 즉, 상기 도 1의 그래프에 의하면, 희석된 세리아 베이스 슬러리와 산화 슬러리를 이용하여 폴리실리콘막을 CMP하였을 때 약 10배 이상의 차이를 보였다. However, as shown in FIG. 1, the diluted ceria base slurry has a considerably lower removal amount of the polysilicon film constituting the landing plug as compared to a general oxide slurry. That is, according to the graph of FIG. 1, when the polysilicon film was CMP by using the diluted ceria-based slurry and the oxide slurry, the difference was about 10 times or more.
종래에는 산화 슬러리를 이용하여 1차적으로 CMP를 진행한다음, 세리아 베이스 슬러리를 이용한 2차 CMP를 진행하여 랜딩 플러그간을 절연시켰다. 그러나, 상기와 같이 2 스텝으로 CMP를 공정을 진행하게 되면, 하나의 CMP 장비에서 2가지 슬러리를 사용하여야 하므로, 공정이 번거러워지는 단점이 있다. Conventionally, CMP is first performed using an oxidized slurry, and then second plug CMP is used to insulate the landing plugs. However, when the CMP process is performed in two steps as described above, two slurries must be used in one CMP equipment, and thus, the process is cumbersome.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하나의 슬러리를 사용하면서도 디슁 현상을 방지할 수 있으며 제거 속도 또한 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 CMP 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a CMP method of a semiconductor device capable of preventing a dishing phenomenon and improving a removal rate while using one slurry.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 액티브 영역을 갖는 반도체 기판 상에 하드 마스크 패턴을 형성한다음, 상기 하드 마스크 패턴 사이가 충진되도록 폴리실리콘막을 형성한다. 상기 폴리실리콘막을 제 1 PH 농도의 세리아 베이스 슬러리로 상기 하드 마스크 패턴이 노출되도록 1차 CMP한다음, 상기 잔류 폴 리실리콘막 및 하드 마스크 패턴을 제 2 PH 농도의 세리아 베이스로 소정 두께만큼 2차 CMP한다. 상기 제 1 PH 농도는 제 2 PH 농도보다 큼이 바람직하다.In order to achieve the above technical problem, the present invention forms a hard mask pattern on a semiconductor substrate having an active region, and then forms a polysilicon film so as to fill between the hard mask patterns. The polysilicon film is first CMP to expose the hard mask pattern with a ceria base slurry having a first PH concentration, and then the residual polysilicon film and the hard mask pattern are second with a predetermined thickness to a ceria base having a second PH concentration. CMP. The first PH concentration is preferably greater than the second PH concentration.
상기 제 1 PH 농도는 9 내지 11인 것이 바람직하고, 상기 제 2 PH 농도는 3 내지 7인 것이 바람직하다.It is preferable that the said 1st PH concentration is 9-11, and it is preferable that the said 2nd PH concentration is 3-7.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 CMP 방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.2 to 5 are cross-sectional views of respective processes for describing the CMP method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 공지의 방식으로 게이트 전극들(110)을 형성한다. 게이트 전극(110)은 그 저면에 게이트 절연막(도시되지 않음)이 형성되어 있어, 반도체 기판(100)과 절연을 이룬다. 또한, 상기 게이트 전극(110)의 상면 및 측면에는 하드 마스크막(120)이 형성된다. 하드 마스크막(120)은 이후 셀프 얼라인 랜딩 패드를 형성하기 위하여 제공되며, 예컨대 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다. 다음, 상기 게이트 전극(110) 사이의 간격이 충분히 충진될 수 있도록 인터 폴리 산화막(130)을 형성한다. 이때, 상기 하드 마스크막(120)을 형성하는 단계와, 상기 인터 폴리 산화막(130)을 형성하는 단계 사이에, 상기 게이트 전극(110) 양측에 소오스/드레인 영역(도시되지 않음)을 형성하는 공정을 행할 수 있다. Referring to FIG. 2,
도 3을 참조하면, 액티브 영역, 즉, 게이트 전극(110) 및 그 사이의 소오스/드레인 영역을 포함하는 영역이 노출되도록 인터 폴리 산화막(130)을 식각한다. 인터 폴리 산화막(130) 상부에 상기 게이트 전극(110)간이 충진되도록 플러그용 도전층, 예컨대, 도핑된 폴리실리콘막(140)을 증착한다. Referring to FIG. 3, the
도 4를 참조하면, 상기 도핑된 폴리실리콘막(140) 및 상기 인터 폴리 산화막(130)을 상기 하드 마스크막(120) 표면이 노출될 때까지 1차 CMP를 진행한다. 상기 1차 CMP는 PH가 9 내지 11 정도의 희석된 세리아 베이스 슬러리를 이용하여 진행한다. Referring to FIG. 4, a first CMP is performed on the
이때, 상기 세리아 베이스 슬러리의 PH 농도를 증대시키게 되면, 폴리실리콘막의 연마 속도, 즉 제거율이 상승된다. 이에 대해 구체적으로 설명하면, 실리콘(Si, 폴리실리콘)의 CMP시 Si-Si의 결합은 우선적으로 분극된(polarized) 후 가수분해(hydrolyzed)된다. 이때, 포지티브 분극된 Si은 OH-와 반응하여 Si-OH를 형성하고, 네가티브 분극된 Si은 물(H2O)과 반응하여 Si-H를 형성한다. 이렇게 형성된 Si-OH 결합과 Ce-OH 결합은 Ce-O-Si 결합을 형성하고 결국 Si-O-Si 클리빙(cleaving)에 의해 실리콘 산화막(SiO2)이 제거된다. 이러한 원리에 의해 상기 희석된 세리아 베이스 슬러리의 PH를 높여주면, 폴리실리콘의 연마율이 증대된다. 그러므로, 굳이 산화 슬러리를 사용하지 않고도 빠른 속도로 폴리실리콘막을 제거할 수 있다. 상기 세리아 베이스 슬러리의 PH 농도는 상기 슬러리에 화학 약품(agent)의 추가에 의해 달성될 수 있다. 또한, 하드 마스크막(120)이 노출되도록 진행되는 제 1 CMP의 스탑 포인트(stop point)는 모터 커런트 EPD(end point detector) 또는 광학 EPD에 의해 결정될 수 있다. 여기서, 도면 부호 142는 1차적 으로 연마된 폴리실리콘막을 지시한다. At this time, when the PH concentration of the ceria-based slurry is increased, the polishing rate, that is, the removal rate of the polysilicon film is increased. Specifically, in the CMP of silicon (Si, polysilicon), the Si-Si bond is preferentially polarized and then hydrolyzed. At this time, the positively polarized Si reacts with OH- to form Si-OH, and the negatively polarized Si reacts with water (H2O) to form Si-H. The Si-OH bond and the Ce-OH bond thus formed form a Ce-O-Si bond, and finally, the silicon oxide film (SiO 2 ) is removed by Si-O-Si cleaving. By increasing the PH of the diluted ceria base slurry by this principle, the polishing rate of polysilicon is increased. Therefore, the polysilicon film can be removed at a high speed without using an oxidizing slurry. The PH concentration of the ceria based slurry can be achieved by the addition of a chemical agent to the slurry. In addition, a stop point of the first CMP through which the
하드 마스크막(120)이 노출되도록 연마된 폴리실리콘막(142)을 도 5에 도시된 바와 같이, 2차적으로 CMP하여 랜딩 플러그(145)를 형성한다. 이때, 2차 CMP 공정은 랜딩 플러그(145)의 디슁 현상 및 인터 폴리 산화막(130)의 유실이 발생되지 않도록 PH 농도를 3 내지 7 정도로 조절된 세리아 베이스 슬러리를 이용하여 정밀하게 CMP 공정을 진행한다. 이와 같이 PH 농도가 낮은 세리아 베이스 슬러리는 비롯 연마 속도는 낮지만 디슁 현상의 발생없이 정밀하게 CMP를 진행할 수 있다. 아울러, 1차 CMP에 의해 대부분의 폴리실리콘막이 제거되었고, 2차 CMP 단계에서는 박막의 폴리 실리콘막을 식각하면 되므로, 낮은 PH 농도를 갖는 세리아 베이스 슬러리를 사용하여도 연마 속도에 큰 영향을 미치지 않는다. As shown in FIG. 5, the
이와 같이 PH 농도가 상이한 동일한 세리아 베이스 슬러리를 사용함으로써, 연마 효율을 크게 개선할 수 있다. 본 실시예에서는 랜딩 플러그를 예를 들어 설명하였지만, CMP 공정을 이용하는 모든 공정에 적용할 수 있음은 물론이다.Thus, by using the same ceria base slurry which differs in PH concentration, the polishing efficiency can be greatly improved. In the present embodiment, the landing plug has been described as an example, but it can be applied to all processes using the CMP process.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 폴리실리콘막을 CMP 하는 방법에 있어서, 상대적으로 높은 PH 농도를 갖는 세리아 베이스 슬러리를 이용하여 1차적으로 폴리실리콘막을 CMP한다음, 상대적으로 낮은 PH 농도를 갖는 세리아 베이스 슬러리로 2차 CMP를 진행한다.As described in detail above, according to the present invention, in the method of CMPing a polysilicon film, the polysilicon film is primarily CMP using a ceria base slurry having a relatively high PH concentration, and then a relatively low PH concentration is obtained. Secondary CMP is carried out with the ceria-based slurry having.
이에 따라, 한 종류의 세리아 베이스 슬러리를 이용하여 연마 속도(제거 효율)를 개선하면서도 디슁 현상을 방지할 수 있다. 이에 의해 공정을 단순화시킬 수 있다. Accordingly, dicing phenomenon can be prevented while improving the polishing rate (removal efficiency) using one kind of ceria base slurry. This can simplify the process.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. .
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