KR20220058414A - Method for chemical-mechanical polishing and method for manufacturing semiconductor by using the same - Google Patents

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KR20220058414A KR1020210128833A KR20210128833A KR20220058414A KR 20220058414 A KR20220058414 A KR 20220058414A KR 1020210128833 A KR1020210128833 A KR 1020210128833A KR 20210128833 A KR20210128833 A KR 20210128833A KR 20220058414 A KR20220058414 A KR 20220058414A
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Abstract

One embodiment of the present invention provides a chemical mechanical polishing method comprising a step of forming a through-base wafer via in at least one base wafer including a dielectric layer and a metal electrode part. The step may include: a first chemical mechanical polishing (CMP) process of exposing the metal electrode part by removing at least a portion of the dielectric layer using a first CMP slurry; and a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using a second CMP slurry.

Description

화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법{METHOD FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR BY USING THE SAME}Chemical mechanical polishing method and manufacturing method of a semiconductor device using the same

본 발명은 베이스 웨이퍼 관통 비아, 특히 실리콘 관통 비아(TSV)를 형성하는 신규한 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing method including a novel step of forming a base wafer through-via, particularly a through-silicon via (TSV), and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

IC 디바이스들의 3차원 (3D) 집적은, 상이한 기술들을 사용하여 만들어지는 칩들의 직접 스택킹 (stacking) 및 상호접속 (interconnection)을 통해 시스템 폼 팩터를 단일 시스템으로 감소시키는 것을 약속한다. 이 3D 집적을 위해, 칩들을 지니고 있고 서로 위에 배열되는 반도체 웨이퍼들은 전기적으로 접속되야 한다. 그러한 3D 아키텍쳐들 및 웨이퍼들의 상호접속을 위한 방법들은 업계에 잘 알려져 있다.Three-dimensional (3D) integration of IC devices promises to reduce the system form factor to a single system through direct stacking and interconnection of chips made using different technologies. For this 3D integration, semiconductor wafers carrying chips and arranged on top of each other must be electrically connected. Methods for interconnection of such 3D architectures and wafers are well known in the art.

그러한 3D 아키텍쳐들을 구축하기 위하여, 스택킹된 반도체 웨이퍼들은, 금속, 특히, 구리, 네일 (nail) 형태의 인터커넥트 또는 베이스 웨이퍼 관통 비아들, 특히, 실리콘 관통 비아(TSV)를 포함해야 한다. 그러한 TSV를 달성하기 위한 가능한 기술들 중 하나는 반도체 웨이퍼 재료 속에 깊이 도달하지만 완전히 관통하지는 않는 반도체 웨이퍼 기판들에서의 트렌치들의 형성이다. 반도체 웨이퍼들은 통상적으로 300 내지 800 ㎛ 두께이므로, 트렌치들은 약 50 내지 약 600 ㎛의 깊이를 갖는다. 그것들은 직경이 약 1 내지 200 ㎛ 인 상이한 단면들, 이를테면, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형 등을 가질 수 있다. 다음으로, 트렌치들은, 다양한 잘 알려진 성막 방법들에 의해 전기 전도성 재료 (예를 들면, 구리) 로 충전된다.In order to build such 3D architectures, stacked semiconductor wafers must include metal, in particular copper, interconnects in the form of nails or base wafer through vias, in particular through silicon vias (TSV). One of the possible techniques for achieving such a TSV is the formation of trenches in semiconductor wafer substrates that reach deep into the semiconductor wafer material but do not penetrate completely. Since semiconductor wafers are typically 300-800 μm thick, the trenches have a depth of about 50 to about 600 μm. They may have different cross-sections with a diameter of about 1-200 μm, such as square, rectangular, triangular, circular, oval, and the like. Next, the trenches are filled with an electrically conductive material (eg, copper) by various well-known deposition methods.

그 후에, 충전된 트렌치들을 갖는 반도체 웨이퍼들은 웨이퍼의 이면으로부터 반도체 웨이퍼 재료 (예를 들면, 실리콘 웨이퍼 프로세싱의 경우에 실리콘)를 제거하는 것에 의해 박화된다. 이것은, 반도체 웨이퍼의 전면, 즉 충전된 트렌치들이 개방되는 면을 캐리어 웨이퍼에 접착 (gluing) 하는 것 및 충전된 트렌치들의 바닥이 노출될 때까지 반도체 웨이퍼의 이면을 화학 기계 연마 (CMP) 하는 것을 수반할 수 있다. 이 박화 공정에 의해, 전기 전도성의 베이스 웨이퍼 관통 비아들이 형성된다.Thereafter, the semiconductor wafers with the filled trenches are thinned by removing the semiconductor wafer material (eg, silicon in the case of silicon wafer processing) from the backside of the wafer. This entails gluing the front side of the semiconductor wafer, the side from which the filled trenches are open, to the carrier wafer and chemical mechanical polishing (CMP) the back side of the semiconductor wafer until the bottom of the filled trenches are exposed. can do. By this thinning process, electrically conductive through-base wafer vias are formed.

화학 기계 평탄화 또는 연마 (CMP)는 집적 회로 (IC) 디바이스들의 국부 및 전체 평탄성(planarity)을 달성하기 위한 주요 공정이다. 그 기법은 인가된 로드 (applied load) 하에 연마 패드와 회전 기판 표면 사이에 활성 화학물질 (active chemistry) 로서 연마재 및 다른 첨가제들을 함유하는 CMP 조성물 또는 슬러리를 도포한다. 따라서, CMP 공정은 연마와 같은 물리적 공정과 산화 또는 킬레이트화와 같은 화학 공정을 결합시킨다. 고속의 균일한 제거를 달성하기 위하여, 기판 재료의 제거 또는 연마는 순수 물리 또는 순수 화학 작용으로 구성되는 것이 아니라 양자 모두의 시너지적인 조합으로 구성되는 것이 바람직하다.Chemical mechanical planarization or polishing (CMP) is a major process for achieving local and global planarity of integrated circuit (IC) devices. The technique applies a CMP composition or slurry containing an abrasive and other additives as an active chemistry between a polishing pad and a rotating substrate surface under an applied load. Thus, the CMP process combines a physical process such as polishing and a chemical process such as oxidation or chelation. In order to achieve high-speed and uniform removal, it is preferred that the removal or polishing of the substrate material does not consist of pure physical or pure chemical action, but rather a synergistic combination of both.

관통 실리카 비아(TSV)의 CMP 적용에 있어 높은 유전체의 연마속도 및 Cu Via 전극의 디싱(Dishing) 제어는 매우 중요한 이슈이다.High dielectric polishing rate and dishing control of Cu via electrode are very important issues in CMP application of through silica via (TSV).

다만 기존의 CMP 슬러리의 경우 유전체 및 Cu의 연마속도에 대한 선택비가 조절하기 어려워, 구리 비아의 적절한 디싱을 제어할 수 없다. 만약 유전체와 구리의 선택비에 있어 유전체의 연마속도가 구리의 연마속도 대비 지나치게 빠르다면 원하는 구리 비아 전극의 디싱을 형성할 수 없어 접합공정을 진행할 수 없으며, 반대로 구리의 연마속도가 지나치게 빠르다면 구리 비아 전극의 디싱이 깊어 접합공정 수행 시 구리 비아 전극의 접합(bonding)이 형성되지 않을 수 있다.However, in the case of the conventional CMP slurry, it is difficult to control the selectivity ratio for the dielectric and Cu polishing rates, so proper dishing of the copper via cannot be controlled. In terms of the selectivity between dielectric and copper, if the polishing rate of the dielectric is too fast compared to that of copper, the desired copper via electrode dishing cannot be formed and the bonding process cannot proceed. Since dishing of the via electrode is deep, bonding of the copper via electrode may not be formed during the bonding process.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유전체 층 및 금속 전극부를 포함하는 적어도 하나의 베이스 웨이퍼에 관통 비아(through-base wafer via)를 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing method including forming a through-base wafer via in at least one base wafer including a dielectric layer and a metal electrode part.

또한 본 발명의 다른 과제는, 방법을 이용하여 화학 기계적 연마를 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which includes performing chemical mechanical polishing using the method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 유전체 층 및 금속 전극부를 포함하는 적어도 하나의 베이스 웨이퍼에 관통 비아(through-base wafer via)를 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 단계는, 제1 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 유전체 층의 적어도 일부를 제거하여 상기 금속 전극부를 노출시키는 제1 화학 기계적 연마 공정; 및 제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical object, an embodiment of the present invention is a chemical mechanical polishing method comprising the step of forming a through-base wafer via (through-base wafer via) in at least one base wafer including a dielectric layer and a metal electrode portion. , the step may include: a first chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the dielectric layer using a first chemical mechanical polishing (CMP) slurry to expose the metal electrode; and a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using a second chemical mechanical polishing (CMP) slurry.

상기 금속 전극부는 구리 비아(Cu Via)인 것을 특징으로 할 수 있다.The metal electrode part may be a copper via (Cu Via).

상기 베이스 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼이고, 베이스 웨이퍼 관통 비아는 관통 실리카 비아(TSV)인 것을 특징으로 할 수 있다.The base wafer may be a silicon wafer, and the base wafer through-via may be a through-silica via (TSV).

상기 유전체 층은 PETEOS, 수지, 및 Low-K 절연막을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The dielectric layer may include PETEOS, a resin, and a low-K insulating film.

상기 제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정;은 상기 금속 전극부의 상부에 디싱(dishing)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.A second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using the second chemical mechanical polishing (CMP) slurry may include forming a dishing on the metal electrode part.

상기 디싱의 최저점 및 최고점 높이의 차의 절대값이 10 내지 15 nm인 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized in that the absolute value of the difference between the height of the lowest point and the highest point of the dishing is 10 to 15 nm.

상기 제1 및 제2 화학 기계적 연마 공정은 0.2 내지 1.0 psi 이하의 다운포스 및 35 내지 100 rpm의 회전속도 조건에서 화학 기계 연마되는 것을 특징으로 할 수 있다.The first and second chemical mechanical polishing processes may be characterized in that the chemical mechanical polishing is performed under a downforce of 0.2 to 1.0 psi or less and a rotational speed of 35 to 100 rpm.

상기 제1 화학 기계적 연마 공정은 (유전체 층의 연마속도)/(금속 전극부 연마속도) 선택비 값이 5 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.The first chemical mechanical polishing process may be characterized in that the (dielectric layer polishing rate)/(metal electrode part polishing rate) selectivity value is 5 or more.

상기 제2 화학 기계적 연마 공정은 (금속 전극부 연마속도)/(유전체 층의 연마속도) 선택비 값이 10 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.The second chemical mechanical polishing process may be characterized in that the (metal electrode part polishing rate)/(dielectric layer polishing rate) selectivity value is 10 or more.

상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 측정된 표면 거칠기(Ra: Å) 값이 3.0 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The surface roughness (Ra: Å) value measured after the second chemical mechanical polishing process may be 3.0 or less.

화학 기계적 연마 공정 이후 이론적인 유전체 층의 단면의 면적(At)에 대한, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 형성된 유전체 층의 단면의 면적(Aa)의 비(Aa/At)를 라운딩 값으로 정의할 때, 상기 라운딩 값은 0.9 내지 1.0인 것을 특징으로 할 수 있다.Rounding the ratio (A a /A t ) of the area (A a ) of the cross-section of the dielectric layer formed after the second chemical mechanical polishing process to the area (A t ) of the cross-section of the theoretical dielectric layer after the chemical mechanical polishing process (A a t ) When defined as a value, the rounding value may be characterized in that it is 0.9 to 1.0.

본 발명의 다른 일 실시예는, 상기 방법을 이용하여 화학 기계적 연마를 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of performing chemical mechanical polishing using the method.

본 발명의 실시예에 따르면, 효과적으로 유전체 층을 제거하고, 이후 금속 비아 전극의 디싱(Dishing)을 형성해 줌으로 인해 효과적으로 TSV 공정을 수행할 수 있도록 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the TSV process can be effectively performed by effectively removing the dielectric layer and then forming a dishing of the metal via electrode.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, but it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 웨이퍼 관통 비아 형성 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 형성된 따른 베이스 웨이퍼 관통 비아 디싱 주변의 라운딩 값 계산을 위해 AFM 분석 이미지 및 높이 프로필 결과값을 나타낸 것이다.
1 illustrates a base wafer through-via forming process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an AFM analysis image and a height profile result value for calculating a rounding value around a base wafer through-via dishing formed according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected (connected, contacted, coupled)” with another part, it is not only “directly connected” but also “indirectly connected” with another member interposed therebetween. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 일 실시예는, 유전체 층 및 금속 전극부를 포함하는 적어도 하나의 베이스 웨이퍼에 관통 비아(through-base wafer via)를 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 단계는, 제1 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 유전체 층의 적어도 일부를 제거하여 상기 금속 전극부를 노출시키는 제1 화학 기계적 연마 공정; 및 제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention is a chemical mechanical polishing method comprising the step of forming a through-base wafer via in at least one base wafer comprising a dielectric layer and a metal electrode portion, wherein the step includes: a first chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the dielectric layer using a chemical mechanical polishing (CMP) slurry to expose the metal electrode; and a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using a second chemical mechanical polishing (CMP) slurry.

이하, 본원의 일 실시예에 따른 상기 화학 기계적 연마 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the chemical mechanical polishing method according to an embodiment of the present application will be described in detail.

본 발명의 방법은, 적어도 하나, 바람직하게는 하나보다 많은, 베이스 웨이퍼 관통 비아를 갖는 반도체 웨이퍼들을 제조하는데 사용된다.The method of the present invention is used to manufacture semiconductor wafers having at least one, preferably more than one, through-base wafer via via.

본원의 일 구현예에 있어서, 반도체 웨이퍼, 바람직하게는 실리콘 또는 실리콘 합금 웨이퍼, 더 바람직하게는 실리콘 웨이퍼 그리고 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 전기 전도성 금속을 포함하는 적어도 하나의 전기 전도성 금속 전극부를 갖는 실리콘 웨이퍼가 제공된다. 바람직하게는, 대규모 집적화 (LSI), 초 대규모 집적화 (VLSI) 및 극 대규모 집적화 (ULSI)를 갖는 IC 디바이스들의 제조에 관습적으로 사용되는 표준 반도체 웨이퍼들이 사용된다.In one embodiment of the present application, a semiconductor wafer, preferably a silicon or silicon alloy wafer, more preferably a silicon wafer and most preferably, having at least one electrically conductive metal electrode part comprising at least one electrically conductive metal A silicon wafer is provided. Preferably, standard semiconductor wafers customarily used in the manufacture of IC devices with large-scale integration (LSI), ultra-large-scale integration (VLSI) and extremely large-scale integration (ULSI) are used.

본원의 일 구현예에 있어서, IC 디바이스들, 특히 3차원적으로 집적된 IC 디바이스들을 제조하는데 관습적으로 사용되는 임의의 금속이 금속 전극부에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 금속은, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금, 구리, 은 및 금, 상기 금속들의 적어도 2개를 포함하는 이들의 합금 및 상기 금속들 중 적어도 하나와 상기 금속들과는 상이한 적어도 하나의 금속을 함유하는 이들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 금속은 텅스텐 및 구리로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 구리가 사용된다.In one implementation of the present application, any metal conventionally used to fabricate IC devices, particularly three-dimensionally integrated IC devices, may be used for the metal electrode portion. Preferably, the metal is vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, rhenium, ruthenium, osmium, rhodium, iridium, palladium, platinum, copper, silver and gold, including at least two of said metals. alloys and alloys thereof containing at least one of said metals and at least one metal different from said metals. More preferably, the metal is selected from tungsten and copper. Most preferably, copper is used.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 전극부는 베이스 웨이퍼 상에서 보았을 때, 다양한 단면들을 가질 수 있다. 따라서, 단면들은, 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 오각형, 육각형, 원형 및 타원형으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 원형의 직경, 정사각형 또는 직사각형의 대각선 또는 삼각형의 최장변처럼, 주어진 단면의 최대 직경은 널리 달라질 수 있고, 따라서 3차원 집적 IC 디바이스들의 구체적인 요건들에 가장 유리하게 조정될 수 있다. 바람직하게는, 단면들의 최대 직경은 2 내지 200, 바람직하게는 2 내지 150 그리고 가장 바람직하게는, 2 내지 100 ㎛의 범위일 수 있다.In one embodiment of the present application, the metal electrode part may have various cross-sections when viewed from the base wafer. Accordingly, the cross-sections may be selected from the group consisting of square, rectangular, trapezoidal, triangular, pentagonal, hexagonal, circular and oval. The maximum diameter of a given cross-section can vary widely, eg, the diameter of a circle, the diagonal of a square or rectangle, or the longest side of a triangle, and thus can be most advantageously adjusted to the specific requirements of three-dimensional integrated IC devices. Preferably, the maximum diameter of the cross-sections may range from 2 to 200, preferably from 2 to 150 and most preferably from 2 to 100 μm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 전극부의 상단부들이 노출되는 영역들을 제외하고, 베이스 웨이퍼의 전면은 유전체 층으로 이루어질 수 있다. 상기 유전체 층은, IC 디바이스들의 제조에 관습적으로 사용되는 재료들로 이루어지거나 또는 이 재료들을 함유하는 패턴화 또는 비패턴화된 박막들을 지닐 수 있다. 이들 패턴화 또는 비패턴화된 박막들은 상기 금속 전극부들의 상단부들을 완전하게 커버할 수도 있거나 또는 그렇지 않을 수도 있다. 상기 유전체 층은 실리콘 옥사이드 유전체 재료들, 특히 실리콘 디옥사이드 재료들 및 Low-K 및 초 Low-K 유전체 재료로 이루어지거나 또는 이 재료들을 함유할 수 있고, 바람직하게는 PETEOS, 수지, 및 Low-K 절연막을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment of the present application, the entire surface of the base wafer may be formed of a dielectric layer, except for regions in which upper ends of the metal electrode part are exposed. The dielectric layer may have patterned or unpatterned thin films made of or containing materials customarily used in the manufacture of IC devices. These patterned or unpatterned thin films may or may not completely cover the upper ends of the metal electrode parts. The dielectric layer may consist of or contain silicon oxide dielectric materials, in particular silicon dioxide materials and low-K and ultra-low-K dielectric materials, preferably PETEOS, resin, and a low-K insulating film. It may be characterized in that it comprises a.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼 관통 비아 형성 방법은 제1 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 유전체 층의 적어도 일부를 제거하여 상기 금속 전극부를 노출시키는 제1 화학 기계적 연마 공정;을 포함한다.In one embodiment of the present application, the method for forming the base wafer through-via includes: a first chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the dielectric layer using a first chemical mechanical polishing (CMP) slurry to expose the metal electrode; includes

본원의 일 구현예에 있어서, 베이스 웨이퍼는 캐리어에 부착되고, 그 부착 (fixation)은, 베이스 웨이퍼와 캐리어 사이의 접속이 CMP 공정동안 느슨해지는 것이 아니라 연마된 베이스 웨이퍼에 영향을 미치지 않고서 CMP 후에 용이하게 커트 (cut) 될 수 있는 방식으로 달성될 수 있다.In one embodiment of the present application, the base wafer is attached to the carrier, and the fixation is facilitated after CMP without affecting the polished base wafer, rather than the connection between the base wafer and the carrier being loosened during the CMP process. This can be achieved in such a way that it can be cut sharply.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼는 연마 패드 및 수성 화학 기계 연마 조성물 또는 CMP슬러리와 접촉될 수 있다. 본원의 방법에서 사용될 CMP 슬러리는 수성 조성물이다. 이것은, 그것이 물, 특히 초순수를 주된 용매 및 분산제로서 함유한다는 것을 의미한다. 바람직하게는, CMP 슬러리는, 60 내지 99.95중량%, 더 바람직하게는 70 내지 99.9중량%, 더욱 더 바람직하게는 80 내지 99.9중량% 그리고, 가장 바람직하게는, 90 내지 99.9중량% 양으로 물을 함유하는데, 그 중량%들은 CMP 슬러리의 전체 중량을 기초로 할 수 있다. 상기 CMP 슬러리는 바람직하게는 유기 또는 무기 입자인 연마 입자들을 포함할 수 있다. 바람직하게는 무기 연마 입자가 사용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 무기 연마 입자는, 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 보라이드, 이들의 공형성 생성물, 및 이들의 혼합물로 이루어지거나 또는 함유하는 입자들의 군으로부터 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, 금속 옥사이드들이 무기 연마 입자들로서 사용될 수 있다. 보다 더 바람직하게는, 금속 옥사이드는, 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 세리아, 이들의 공형성 생성물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있으며, 가장 바람직하게는, 실리카가 무기 연마 입자로서 사용될 수 있다.In one embodiment of the present application, the base wafer may be contacted with a polishing pad and an aqueous chemical mechanical polishing composition or CMP slurry. The CMP slurry to be used in the methods herein is an aqueous composition. This means that it contains water, especially ultrapure water, as the main solvent and dispersant. Preferably, the CMP slurry comprises water in an amount of 60 to 99.95% by weight, more preferably 70 to 99.9% by weight, still more preferably 80 to 99.9% by weight, and most preferably 90 to 99.9% by weight of water. %, the weight percentages may be based on the total weight of the CMP slurry. The CMP slurry may contain abrasive particles, preferably organic or inorganic particles. Preferably, inorganic abrasive particles may be used. Most preferably, the inorganic abrasive particles are selected from the group of particles consisting of or containing metal oxides, metal carbides, metal borides, co-formed products thereof, and mixtures thereof. Even more preferably, metal oxides can be used as inorganic abrasive particles. Even more preferably, the metal oxide may be selected from the group consisting of silica, alumina, titania, zirconia, germania, ceria, co-formed products thereof and mixtures thereof, and most preferably, silica is an inorganic abrasive particle can be used as

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 화학 기계적 연마 공정은, 적어도 하나의 금속 전극부, 바람직하게는 모든 금속 전극부가 노출될 때까지 화학 기계적 연마가 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present application, in the first chemical mechanical polishing process, chemical mechanical polishing may be performed until at least one metal electrode part, preferably, all metal electrode parts are exposed.

본원의 일 구현예에 있어서, 당업계에서 CMP를 위한 통상적인 장비는, 비제한적인 예시로서, 연마 패드로 덮인 회전 가압판 (rotating platen)으로 이루어질 수 있다. 웨이퍼는 그의 상면이 아래로 연마 패드를 향하게 캐리어 또는 척 상에 장착된다. 캐리어는 웨이퍼를 수평 위치에서 고정한다. 연마 및 유지 디바이스의 이 구체적인 배열은 경질 가압판 설계(hard-platen design) 로서도 알려져 있다. 캐리어는, 캐리어의 보유 표면과 연마되지 않는 웨이퍼의 표면 사이에 놓이는 캐리어 패드를 보유할 수도 있다. 이 패드는 웨이퍼를 위한 쿠션으로서 동작할 수 있다. 캐리어 밑에, 더 큰 직경의 가압판이 또한 일반적으로 수평으로 위치되고 연마될 웨이퍼의 표면에 평행한 표면을 제공한다. 그의 연마 패드는 평탄화 공정 동안 웨이퍼 표면에 접촉한다. 본 발명의 CMP 공정 동안, 본 발명의 조성물이 연속적인 스트림으로서 또는 적하 (dropwise) 방식으로 연마 패드상에 도포될 수 있다. 캐리어 및 가압판 양자 모두는, 캐리어 및 가압판으로부터 수직하게 연장되는 그들 각각의 샤프트들을 중심으로 회전하게 된다. 회전 캐리어 샤프트는 회전 가압판에 대해 위치가 고정된 상태로 남을 수도 있거나 또는 가압판에 대해 수평으로 진동할 수도 있다. 캐리어의 회전의 방향은 통상적으로 가압판과 같지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 캐리어 및 가압판에 대한 회전의 속도는 일반적으로 상이한 값들로 설정되지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 바람직하게는 상기 제1 및 제2 화학 기계적 연마 공정은, 0.2 내지 1.0 psi 이하의 다운포스 및 35 내지 100 rpm의 회전속도 조건에서 화학 기계 연마되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 바람직하게는 가압판의 온도는 10 내지 70 ℃의 온도로 설정될 수 있다.In one embodiment of the present disclosure, conventional equipment for CMP in the art may, by way of non-limiting example, consist of a rotating platen covered with a polishing pad. The wafer is mounted on a carrier or chuck with its top side down towards the polishing pad. The carrier holds the wafer in a horizontal position. This specific arrangement of abrasive and retaining devices is also known as a hard-platen design. The carrier may have a carrier pad that lies between the holding surface of the carrier and the surface of the unpolished wafer. This pad can act as a cushion for the wafer. Under the carrier, a larger diameter platen is also positioned generally horizontally and provides a surface parallel to the surface of the wafer to be polished. Its polishing pad contacts the wafer surface during the planarization process. During the CMP process of the present invention, the composition of the present invention may be applied onto the polishing pad either as a continuous stream or in a dropwise manner. Both the carrier and platen rotate about their respective shafts extending perpendicularly from the carrier and platen. The rotating carrier shaft may remain fixed in position relative to the rotating platen or may vibrate horizontally with respect to the rotating platen. The direction of rotation of the carrier is usually the same as the platen, but it need not be. The speed of rotation relative to the carrier and platen is usually set to different values, although this need not be the case. Preferably, the first and second chemical mechanical polishing processes may be characterized in that the chemical mechanical polishing is performed under a downforce of 0.2 to 1.0 psi or less and a rotational speed of 35 to 100 rpm. Also preferably, the temperature of the pressure plate may be set to a temperature of 10 to 70 ℃.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 화학 기계적 연마 공정은 (유전체 층의 연마속도)/(금속 전극부 연마속도) 선택비 값이 5 이상, 바람직하게는 7 이상, 더 바람직하게는 9 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 상술한 선택비 값을 만족하는 것에 의해, 상기 금속 전극부의 손상없이, 유전체 층만을 선택적으로 연마할 수 있게 될 수 있다.In one embodiment of the present application, in the first chemical mechanical polishing process, the (dielectric layer polishing rate)/(metal electrode portion polishing rate) selectivity value is 5 or more, preferably 7 or more, more preferably 9 or more can be characterized as By satisfying the above-described selectivity value, it may be possible to selectively polish only the dielectric layer without damaging the metal electrode part.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼 관통 비아 형성 방법은 제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정을 포함한다. In one embodiment of the present application, the method of forming the base wafer through-via includes a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using a second chemical mechanical polishing (CMP) slurry.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정은 (금속 전극부 연마속도)/(유전체 층의 연마속도) 선택비 값이 10 이상, 바람직하게는 15 이상, 더 바람직하게는 20 이상인 것을 특징으로 할 수 있고, 이러한 조건을 만족하는 슬러리를 사용하여 연마를 진행해야 유전체 층의 손상을 최소화하면서 상기 금속 전극부의 적절한 디싱을 형성할 수 있을 것이다.In one embodiment of the present application, in the second chemical mechanical polishing process, the (metal electrode part polishing rate)/(dielectric layer polishing rate) selectivity value is 10 or more, preferably 15 or more, more preferably 20 or more It may be characterized in that, the proper dishing of the metal electrode portion may be formed while minimizing damage to the dielectric layer only when polishing is performed using a slurry that satisfies these conditions.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정;은 상기 금속 전극부의 상부에 디싱(dishing)을 형성할 수 있다. 상기 디싱의 최저점 및 최고점 높이의 차의 절대값이 10 내지 15 nm일 수 있다.In one embodiment of the present application, a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode portion using the second chemical mechanical polishing (CMP) slurry forms a dishing on the metal electrode portion can do. The absolute value of the difference between the height of the lowest point and the highest point of the dishing may be 10 to 15 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 측정된 표면 거칠기(Ra: Å) 값이 3.0 이하, 바람직하게는 1.5 이하, 더 바람직하게는 1.2 이하인 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 (금속 전극부 연마속도)/(유전체 층의 연마속도) 선택비 값이 상술한 소정의 범위를 만족하는 CMP 슬러리를 사용하여 화학 기계적 연마한 공정에 의해 달성되는 범위일 수 있다.In one embodiment of the present application, the surface roughness (Ra: Å) value measured after the second chemical mechanical polishing process may be 3.0 or less, preferably 1.5 or less, more preferably 1.2 or less. This may be a range achieved by a chemical mechanical polishing process using a CMP slurry in which the (metal electrode part polishing rate)/(dielectric layer polishing rate) selectivity value satisfies the above-mentioned predetermined range.

본원의 일 구현예에 있어서, 화학 기계적 연마 공정 이후 이론적인 유전체 층의 단면의 면적(At)에 대한, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 형성된 유전체 층의 단면의 면적(Aa)의 비(Aa/At)를 라운딩 값으로 정의할 때, 상기 라운딩 값은 0.9 내지 1.0일 수 있으며, 상기 라운딩 값은 바람직하게는 0.91 내지 1.0, 보다 바람직하게는 0.92 내지 1.0, 더욱 바람직하게는 0.93내지 1.0일 수 있다. 이때 이론적인 유전체 층의 단면의 면적이란 화학 기계적 연마 공정으로 인해 금속 전극부 주변의 유전체 층(절연막)이 무너지지 않고 유지되어 있으며, 금속 전극부의 돌출 및 디싱의 정도가 0인, 이상적으로 평탄화된 웨이퍼 연마 상태에서의 유전체 층의 단면의 면적을 의미할 수 있다. 상기 라운딩 값이 0.9 내지 1.0의 범위에 있을 때 웨이퍼 상의 금속 전극부 및 유전체 층의 평탄도가 우수하여 웨이퍼 간 본딩 시 접합 정도가 향상될 수 있다. 상기 라운딩 값이 0.9 미만인 경우 금속 전극부의 디싱 정도가 커 웨이퍼 본딩 시 접합 정도가 저하되거나 혹은 금속 전극부 주변의 유전체 층이 무너져 칩의 숏트가 발생할 수 있어 불량으로 작용할 수 있으며, 상기 라운딩 값이 1.0을 초과하는 경우 금속 전극부가 돌출되어 접합 공정이 불가능할 수 있다.In one embodiment of the present application, the ratio of the area (A a ) of the cross-section of the dielectric layer formed after the second chemical mechanical polishing process to the area (A t ) of the cross-section of the theoretical dielectric layer after the chemical mechanical polishing process (A t ) When A a /A t ) is defined as a rounding value, the rounding value may be 0.9 to 1.0, and the rounding value is preferably 0.91 to 1.0, more preferably 0.92 to 1.0, still more preferably 0.93 to 0.93. may be 1.0. At this time, the theoretical area of the cross-section of the dielectric layer is an ideally planarized wafer in which the dielectric layer (insulation film) around the metal electrode part is maintained without collapsing due to the chemical mechanical polishing process, and the degree of protrusion and dishing of the metal electrode part is 0. It may mean the area of the cross-section of the dielectric layer in a polished state. When the rounding value is in the range of 0.9 to 1.0, the flatness of the metal electrode part and the dielectric layer on the wafer is excellent, so that the bonding degree during bonding between wafers may be improved. When the rounding value is less than 0.9, the degree of dishing of the metal electrode part is large, so that the bonding degree is lowered during wafer bonding or the dielectric layer around the metal electrode part collapses and a short circuit of the chip may occur, which may act as a defect, and the rounding value is 1.0 If it exceeds, the metal electrode may protrude and the bonding process may not be possible.

본 발명의 다른 일 실시예는, 상기 방법을 이용하여 화학 기계적 연마를 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of performing chemical mechanical polishing using the method.

상술한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 방법과 중복되는 부분에 있어서는 그 설명을 생략한다.In the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, a description thereof will be omitted in the overlapping portion with the chemical mechanical polishing method according to the embodiment of the present invention.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1. 구리 비아를 노출시키는 제1 화학 기계적 연마 공정 수행Example 1. Perform a first chemical mechanical polishing process exposing copper vias

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 웨이퍼 관통 비아 형성 공정을 도시한 것이다.1 illustrates a base wafer through-via forming process according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에서는, 연마공정의 장비로서, AP-300(CTS社 제조)를 사용하였고, 회전속도 및 다운포스 조건 등 상세한 조건은 아래와 같다In this embodiment, AP-300 (manufactured by CTS) was used as equipment for the polishing process, and detailed conditions such as rotation speed and downforce conditions are as follows.

- 연마공정장비: AP-300(CTS 社 제조)- Grinding process equipment: AP-300 (manufactured by CTS)

- 연마패드: IC1010- Polishing pad: IC1010

- 박막측정장비: ST-5000(K-Mac 社 제조)- Thin film measuring equipment: ST-5000 (manufactured by K-Mac)

- Cu Via 분석 장비: Dimension Edge(Bruker 社 제조)- Cu Via analysis equipment: Dimension Edge (manufactured by Bruker)

- Platen rpm: 90 rpm- Platen rpm: 90 rpm

- Head rpm: 90 rpm- Head rpm: 90 rpm

- Flow rate: 300 ml/mi- Flow rate: 300 ml/mi

- Pressure.: 1.0 psi- Pressure.: 1.0 psi

실시예 1-1 내지 1-3의 다양한 CMP 슬러리 조성물을 사용하여 절연막 연마 공정을 진행하고 아래와 같이 표 1에 결과를 나타내었다. An insulating film polishing process was performed using the various CMP slurry compositions of Examples 1-1 to 1-3, and the results are shown in Table 1 below.

구분division 실시 예 1-1Example 1-1 실시 예 1-2Example 1-2 실시 예 1-3Examples 1-3 Cu 연마속도
(Å/min)
Cu polishing rate
(Å/min)
417417 31513151 650650
PETEOS 연마속도
(Å/min)
PETEOS polishing rate
(Å/min)
31533153 30783078 1515
Cu/PETEOS 선택비Cu/PETEOS selectivity 1 : 91 : 9 1 : 11:1 43 : 143:1 Cu protrusion(Å)Cu protrusion (Å) 5252 디싱 형성dishing formation 디싱 형성dishing formation

표 1을 참고하면, 실시예 1-1 과 같은 Cu/PETEOS 연마 선택비 조건을 갖춘 경우에서만 구리 비아 전극이 돌출되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 이러한 조건에서 낮은 유전율을 갖는 절연막에 결함 발생 없이 고연마 속도 및 고평탄화 특성을 갖고, 구리 관통 비아 전극의 디싱 또는 표면 거칠기를 낮게 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, it was confirmed that the copper via electrode protruded only when the Cu/PETEOS polishing selectivity condition as in Example 1-1 was satisfied. That is, it can be confirmed that under these conditions, the insulating film having a low dielectric constant has a high polishing rate and high planarization characteristics without defects, and can suppress dishing or surface roughness of the through-copper via electrode to a low level.

실시예 2. 구리 비아의 최적화된 디싱을 형성(제2 화학 기계적 연마 공정)Example 2. Formation of Optimized Disishing of Copper Vias (Second Chemical Mechanical Polishing Process)

상기 실시예 1을 통해 돌출된 Cu 관통 비아 전극의 본딩 공정을 위해 10 nm 수준의 디싱 형태로 연마를 수행하였다. 본 실시예에서는, 회전속도 및 다운포스 조건 등 상세한 조건은 아래와 같다.For the bonding process of the through-Cu via electrode protruding through Example 1, polishing was performed in a 10 nm level dishing form. In this embodiment, detailed conditions such as rotation speed and downforce conditions are as follows.

- 연마공정장비: AP-300(CTS 社 제조)- Grinding process equipment: AP-300 (manufactured by CTS)

- 연마패드: FUJIBO H800- Polishing pad: FUJIBO H800

- 박막측정장비: ST-5000(K-Mac 社 제조)- Thin film measuring equipment: ST-5000 (manufactured by K-Mac)

- Cu Via 분석 장비: Dimension Edge(Bruker 社 제조)- Cu Via analysis equipment: Dimension Edge (manufactured by Bruker)

- Platen rpm: 50 rpm- Platen rpm: 50 rpm

- Head rpm: 50 rpm- Head rpm: 50 rpm

- Flow rate: 200 ml/mi- Flow rate: 200 ml/mi

- Pressure.: 0.5 psi- Pressure.: 0.5 psi

실시예 2-1 내지 2-4의 다양한 CMP 슬러리 조성물을 사용하여 구리 관통 비아 전극 연마 공정을 진행하고 아래와 같이 표 2에 결과를 나타내었다.The through-copper via electrode polishing process was performed using the various CMP slurry compositions of Examples 2-1 to 2-4, and the results are shown in Table 2 below.

구분division 실시 예 2-1Example 2-1 실시 예 2-2Example 2-2 실시 예 2-3Example 2-3 실시 예 2-4Example 2-4 Cu 연마속도
(Å/min)
Cu polishing rate
(Å/min)
150150 150150 417417 425425
PETEOS 연마속도
(Å/min)
PETEOS polishing rate
(Å/min)
55 3030 31533153 478478
Cu/PETEOS 선택비Cu/PETEOS selectivity 30 :130 :1 5 : 15 : 1 0.13 : 10.13:1 1 : 11:1 Cu DishingCu Dishing 형성formation 형성formation Cu protrusion 형성Cu protrusion formation 미 형성unformed 라운딩rounding 0.930.93 0.940.94 측정불가not measurable 측정불가not measurable 표면거칠기
(Ra: Å)
surface roughness
(Ra: Å)
1.21.2 1.51.5 3.53.5 3.73.7

상기 라운딩 값은 구리 관통 비아 전극 사이즈(직경)가 5 ㎛이고, 구리 비아 사이의 절연막이 32.5 ㎛인 TSV 구조에서, 화학 기계적 연마 공정 이후 이론적으로 형성될 수 있는 유전체 층의 단면의 면적(At)에 대한, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 형성된 유전체 층의 단면의 면적(Aa)의 비(Aa/At)를 라운딩 값으로 정의하였다. 도 2에 본 발명의 일 실시예에 따라, 형성된 따른 베이스 웨이퍼 관통 비아 디싱 주변의 라운딩 값 계산을 위해 AFM 분석 이미지 및 높이 프로필 결과값을 나타내었다.The rounding value is the area (A t ) of the cross-section of the dielectric layer that can be theoretically formed after the chemical mechanical polishing process in the TSV structure in which the copper through-via electrode size (diameter) is 5 µm and the insulating film between the copper vias is 32.5 µm ) to the ratio (A a /A t ) of the area (A a ) of the cross-section of the dielectric layer formed after the second chemical mechanical polishing process was defined as the rounding value. 2 shows an AFM analysis image and a height profile result for calculating a rounding value around a base wafer through-via dishing formed according to an embodiment of the present invention.

상기 표 2 및 도 2를 참고하면, 실시예 2-1 및 실시예 2-2의 조건에서, 소정의 구리 관통 비아 전극 양 옆 절연막의 라운딩 값을 0.9 내지 1.0의 범위 내에 있도록 유지시키며, 낮은 표면거칠기를 가지는 디싱 형성이 가능한 것을 확인할 수 있다. 반면 실시예 2-3 및 2-4의 경우에는 구리 비아의 연마가 이루어지지 않거나, 디싱이 형성되지 않았으며, 라운딩 값은 측정이 불가능한 것을 확인할 수 있다. 이는 구리 비아 전극이 돌출되거나 디싱이 형성되지 않음에 따라 라운딩 값이 1.0을 초과하여 측정이 불가능한 것으로 추정할 수 있으며, 그 결과 실시예 2-3 및 2-4는 높은 값의 표면거칠기를 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2 and FIG. 2, under the conditions of Examples 2-1 and 2-2, the rounding value of the insulating film on both sides of the predetermined through-copper via electrode is maintained within the range of 0.9 to 1.0, and the low surface It can be seen that dishing having roughness can be formed. On the other hand, in Examples 2-3 and 2-4, it can be seen that the copper via is not polished or dishing is not formed, and the rounding value cannot be measured. It can be estimated that the rounding value exceeds 1.0 and cannot be measured as the copper via electrode is not protruded or dishing is not formed, and as a result, Examples 2-3 and 2-4 have high surface roughness. can be checked

Claims (12)

유전체 층 및 금속 전극부를 포함하는 적어도 하나의 베이스 웨이퍼에 관통 비아(through-base wafer via)를 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 단계는,
제1 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 유전체 층의 적어도 일부를 제거하여 상기 금속 전극부를 노출시키는 제1 화학 기계적 연마 공정; 및
제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
A method of chemical mechanical polishing comprising forming a through-base wafer via in at least one base wafer comprising a dielectric layer and a metal electrode, the method comprising:
a first chemical mechanical polishing (CMP) process of removing at least a portion of the dielectric layer to expose the metal electrode using a first chemical mechanical polishing (CMP) slurry; and
and a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using a second chemical mechanical polishing (CMP) slurry.
제1항에 있어서, 상기 금속 전극부는 구리 비아(Cu Via)인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The chemical mechanical polishing method according to claim 1, wherein the metal electrode part is a copper via (Cu Via).
제1항에 있어서, 상기 베이스 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼이고, 베이스 웨이퍼 관통 비아는 관통 실리카 비아(TSV)인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The method of claim 1 , wherein the base wafer is a silicon wafer and the base wafer through-via is a through-silica via (TSV).
제1항에 있어서, 상기 유전체 층은 PETEOS, 수지, 및 Low-K 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The method of claim 1 , wherein the dielectric layer comprises PETEOS, a resin, and a low-K insulating film.
제1항에 있어서, 상기 제2 화학 기계적 연마(CMP) 슬러리를 이용하여 상기 금속 전극부의 적어도 일부를 제거하는 제2 화학 기계적 연마 공정;은 상기 금속 전극부의 상부에 디싱(dishing)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The method of claim 1, wherein a second chemical mechanical polishing process of removing at least a portion of the metal electrode part using the second chemical mechanical polishing (CMP) slurry comprises forming a dishing on the metal electrode part. Characterized in the chemical mechanical polishing method.
제5항에 있어서, 상기 디싱의 최저점 및 최고점 높이의 차의 절대값이 10 내지 15 nm인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The chemical mechanical polishing method according to claim 5, characterized in that the absolute value of the difference between the height of the lowest point and the highest point of the dishing is 10 to 15 nm.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 화학 기계적 연마 공정은 0.2 내지 1.0 psi 이하의 다운포스 및 35내지 100 rpm의 회전속도 조건에서 화학 기계 연마되는 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The chemical mechanical polishing method of claim 1, wherein the first and second chemical mechanical polishing processes are chemical mechanical polishing at a downforce of 0.2 to 1.0 psi or less and a rotational speed of 35 to 100 rpm.
제1항에 있어서, 상기 제1 화학 기계적 연마 공정은
(유전체 층의 연마속도)/(금속 전극부 연마속도) 선택비 값이 5 이상인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The method of claim 1, wherein the first chemical mechanical polishing process is
(Removing rate of dielectric layer)/(Removing rate of metal electrode part) A chemical mechanical polishing method, characterized in that the selectivity value is 5 or more.
제1항에 있어서, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정은
(금속 전극부 연마속도)/(유전체 층의 연마속도) 선택비 값이 10 이상인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The method of claim 1, wherein the second chemical mechanical polishing process is
A chemical mechanical polishing method, characterized in that the (metal electrode part polishing rate)/(dielectric layer polishing rate) selectivity value is 10 or more.
제1항에 있어서, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 측정된 표면 거칠기(Ra: Å) 값이 3.0 이하인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
The chemical mechanical polishing method according to claim 1, wherein the surface roughness (Ra: Å) value measured after the second chemical mechanical polishing process is 3.0 or less.
제1항에 있어서,
화학 기계적 연마 공정 이후 이론적인 유전체 층의 단면의 면적(At)에 대한, 상기 제2 화학 기계적 연마 공정 이후 형성된 유전체 층의 단면의 면적(Aa)의 비(Aa/At)를 라운딩 값으로 정의할 때, 상기 라운딩 값은 0.9 내지 1.0인 것을 특징으로 하는, 화학 기계적 연마 방법.
According to claim 1,
Rounding the ratio (A a /A t ) of the area (A a ) of the cross-section of the dielectric layer formed after the second chemical mechanical polishing process to the area (A t ) of the cross-section of the theoretical dielectric layer after the chemical mechanical polishing process (A a t ) A chemical mechanical polishing method, characterized in that, when defined as a value, the rounding value is 0.9 to 1.0.
제1항 내지 제11항에 따른 방법을 이용하여 화학 기계적 연마를 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of performing chemical mechanical polishing using the method according to any one of claims 1 to 11.
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