KR100331283B1 - 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법에 관한 것으로서, 물질의 마찰을 이용하는 MCM법으로 센서를 소정의 위치에 설치하여 엔드포인트 디텍션 (EPD; End Point Detection)을 구축한 후, 엔드포인트를 설정하여서 연마공정을 진행하다가 엔드포인트를 감지하여서 연마공정를 마치므로 최적 상태의 웨이퍼 연마부위에 디슁(Dishing)과 부식(Erosion)을 최소화하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

Description

디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법 { Chemical Mechanical Polishing Method Preventing The Dishing And Erosion }

본 발명은 화학기계적연마법(Chemical Mechanical Polishing)에 관한 것으로서, 특히, 물질의 마찰을 이용하는 MCM(Motor Current Method)법으로 센서를 소정의 위치에 설치하여 엔드포인트 디텍션(End Point Detection)을 구축한 후, 엔드포인트를 설정하여서 연마공정을 진행하다가 엔드포인트(End Point)를 감지하여서 연마공정를 마치므로 최적 상태의 웨이퍼 연마부위에 디슁(Dishing)과 부식 (Erosion)을 최소화하도록 하는 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법에 관한 것이다.

일반적으로, 텅스텐 혹은 금속을 이용한 금속배선공정에서 메탈콘택 혹은 비아 형성시, 층간절연막과 텅스텐등을 금속층과의 접착력을 향상하기 위하여 접착층 (Glue Layer)으로서, Ti/TiN막이 주로 사용되어진다. 이 때, 층간절연막에 콘택을 형성하고, 이 콘택 내부에 금속층을 매립하여 불필요한 부분을 제거하기 위하여 화학기계적연마공정(Chemical Mechanical Polishing)을 진행하게 된다.

이 화학기계적연마공정을 진행할 때, 텅스텐플러그 이외의 메탈층을 완전하게 제거하여야만 메탈브리지(Metal Bridge)에 의한 소자의 페일을 막을 수 있다.

그런데, 상기 CMP연마공정을 진행할 때, 발생되는 웨이퍼 내의 연마불균일도 (Non-Uniformity)에 의하여 금속층을 완전하게 제거하기 위한 오버 폴리싱 (Over-Polishing)이라는 공정이 필요하다. 이 오버 폴리싱에 의하여 패턴의 디슁과 부식이 심하여지면, 소자의 신뢰성에 큰 영향을 미치게 된다.

이러한 오버폴리싱을 최소화하는 방법으로, CMP연마시, EPD법(End Point Detection)을 사용하고 있다. 이 EPD법은 CMP연마시에, Ti막이 거의 연마되고, 층간절연막이 드러나는 시점에서, 적층된 층의 물리적, 기계적 특성을 이용하는 것으로서, 현재, 모니터 커런트 방법(Monitor Current Method)), 라이트 디텍션 방법(Light Detection Method), 플레이튼 온도를 이용하는 방법등이 알려져 있으나 실제적으로 거의 사용되지 않고 있다.

현재에는 대부분이 텅스텐을 CMP를 진행할 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속막의 연마속도를 모니터링한다. 증착된 금속층의 두께는 공지이므로 연마속도에 비례하여 계산, 특정연마시간을 모든 웨이퍼에 적용하여 CMP연마공정을 진행한다.

그러나, 증착된 금속층의 증착두께가 균일하지 않고, 웨이퍼에 연마할수록 연마패드의 상태가 변화되므로 웨이퍼 대 웨이퍼의 연마량이 달라지게 되므로 웨이퍼간에 오버폴리싱의 차이가 발생하고, 오버폴리싱(Over-Polishing)도 커지므로 디슁과 부식이 심해지는 문제점을 지니고 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 물질의 마찰을 이용하는 MCM법으로 센서를 소정의 위치에서 설치하여 엔드포인트 디텍션(End Point Detection)을 구축한 후, 엔드포인트를 설정하여서 연마공정을 진행하다가 엔드포인트를 감지하여서 연마공정를 마치므로 최적 상태의 웨이퍼 연마부위에 디슁 (Dishing)과 부식(Erosion)을 최소화하는 것이 목적이다.

도 1은 종래의 화학기계적연마법의 레시피를 나타낸 도표이고,

도 2는 본 발명에 따른 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법의 레시피를 나타낸 도표이고,

도 3은 본 발명에 따른 연마시간과 종래의 방법에 따른 연마방법을 비교한 도표이며,

도 4는 본 발명에 따른 엔드 포인트를 나타 내주는 그래프이고,

도 5는 본 발명에 따른 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법으로 연마를 하는 경우, 부식의 개선효과를 보인 도면이다.

이러한 목적은 소정의 소자하부구조를 갖는 반도체기판 상에 층간절연막을 적층한 후에 마스킹식각으로 콘택홀을 형성하고, 텅스텐을 매립하여 CMP연마공정으로 텅스텐플러그를 형성하는 공정에 있어서, 상기 웨이퍼에서 CMP연마를 진행할 부위에 MCM법으로 엔드포인트를 구하는 공정과; 상기 엔드포인트를 Falling Signal로 지정하는 공정과; 상기 엔드포인트 감지시, 콘택홀에 매립된 텅스텐을 제외한 웨이퍼 상에 적층된 텅스텐을 모두 제거하고, Ti막의 일부만을 잔류한 상태에서 연마를 종료하는 제1 CMP연마 공정과; 상기 공정 후에 소정의 다운 포오스와 빽압을 가하여 웨이퍼 상에 잔류된 금속층을 제거하는 제2 CMP연마공정을 포함하여 이루어진 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법을 제공함으로써 달성된다.

그리고, 상기 제2 CMP연마공정은, 연마패드가 연마조건에 도달하기 위하여 다운포오스와 빽압을 조절하는 제1,제2단계와; 상기 단계 후에 잔류된 Ti막을 식각하는 제3단계와; 상기 단계 후에 오버-폴리싱을 최소화하기 위하여 상기 제3단계에 비하여 텅스텐연마속도가 저하되도록 하여 연마를 진행하는 제4단계를 포함하여 이루어진다.

상기 제 3단계에서 Ti막을 80 ∼ 90% 정도 식각하는 것이 바람직 하다.

상기 제 4단계의 연마속도는, 상기 제3단계에 비하여 텅스텐연마속도가 25 ∼ 30% 정도가 되도록 하여 공정을 진행하도록 하다.

상기 제 4단계의 연마공정은, 15 초 내지 20초 동안 진행하는 것이 바람직 하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 연마공정을 살펴 보도록 하면, 먼저, 소정의 소자하부구조를 갖는반도체기판 상에 층간절연막을 적층한 후에 마스킹식각으로 콘택홀을 형성하고, 텅스텐을 매립하여 CMP연마공정으로 텅스텐플러그를 형성하는 공정에서, 웨이퍼에서 CMP연마를 진행할 부위에 MCM법(Motor Current Method)으로 엔드포인트(End Point)를 구하도록 한다.

이 때, 신호를 읽어 들이는 센서(Sensor)를 연마장치(Polisher)의 플레이튼 (Platen)에 설치하고 신호소음(Signal Noise)을 줄이는 필터(Filter)를 설치하도록 한다.

그리고, 계속하여 상기 엔드포인트를 Falling Signal로 지정하도록 한다.

상기 공정 후에 엔드포인트를 감지할 때, 콘택홀에 매립된 텅스텐을 제외한 웨이퍼 상에 적층된 텅스텐을 모두 제거하고, Ti막의 일부만을 잔류한 상태에서 연마를 종료하는 제1 CMP연마 공정을 진행하도록 한다.

그리고, 상기 공정 후에 소정의 다운 포오스(Down Force)와 빽압(Back Pressure)을 가하여 웨이퍼 상에 잔류된 금속층을 제거하는 제2 CMP연마공정을 진행하여 디슁과 부식이 방지되는 CMP연마공정을 진행하도록 한다.

한편, 상기 제2 CMP연마공정은, 도 2에 도시된 바와같이, 제1,제2단계 로서, 연마패드가 연마조건에 도달하기 위하여 다운포오스와 빽압을 조절하도록 한다.

그리고, 상기 제1,제2단계 후에 잔류된 Ti막을 식각하는 제3단계를 진행하도록 한다.

상기 제 3단계에서 Ti막을 80 ∼ 90% 정도 식각하는 것이 바람직 하다.

또한, 상기 단계 후에 오버-폴리싱을 최소화하기 위하여 상기 제3단계에 비하여 텅스텐연마속도가 저하되도록 하여 연마를 진행하는 제4단계를 진행하도록 한다.

상기 제 4단계의 연마속도는, 상기 제3단계에 비하여 텅스텐연마속도가 25 ∼ 30% 정도가 되도록 하여 공정을 진행하는 것이 바람직 하고, 15 초 내지 20초 동안 진행하는 것이 바람직 하다.

도 3은 본 발명에 따른 연마시간과 종래의 방법에 따른 연마방법을 비교한 도표이며, 도 4는 본 발명에 따른 엔드 포인트를 나타 내주는 그래프이다. 이 엔드 포인트는 시그널 그래프가 상승하다가 하락하는 지점을 잡도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법으로 연마를 하는 경우, 부식의 개선효과를 보인 도면으로서, 종래에 비하여 본 발명에 따른 CMP연마법을 적용하면 패턴 사이즈(Pattern Size)에 대하여 상대적으로 부식의 높이(Relative Height Of Erosion)가 낮아지는 정도를 보이고 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법을 이용하게 되면, 물질의 마찰을 이용하는 MCM법으로 센서를 소정의 위치에서 설치하여 엔드포인트 디텍션(End Point Detection)을 구축한 후, 엔드포인트를 설정하여서 연마공정을 진행하다가 엔드포인트를 감지하여서 연마공정를 마치므로 오버-폴리싱(Over-Polishing Time)시간을 줄여주어 웨이퍼 연마부위에 디슁 (Dishing)과 부식(Erosion)을 최소화하므로 소자의 전기적인 특성을 향상하도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

Claims (5)

1. 소자하부구조를 갖는 반도체기판 상에 층간절연막을 적층한 후에 마스킹식각으로 콘택홀을 형성하고, 텅스텐을 매립하여 CMP연마공정으로 텅스텐플러그를 형성하는 공정에 있어서,

   상기 웨이퍼에서 CMP연마를 진행할 부위에 MCM법으로 엔드포인트를 구하는 단계와;

   상기 엔드포인트를 Falling Signal로 지정하는 단계와;

   상기 엔드포인트 감지시, 콘택홀에 매립된 텅스텐을 제외한 웨이퍼 상에 적층된 텅스텐을 모두 제거하고, Ti막의 일부만을 잔류한 상태에서 연마를 종료하는 제1 CMP연마공정을 수행하는 단계와;

   상기 공정 후에 다운 포오스와 빽압을 가하여 웨이퍼 상에 잔류된 금속층을 제거하는 제2 CMP연마공정을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 CMP연마공정은, 연마패드가 연마조건에 도달하기 위하여 다운포오스와 빽압을 조절하는 제1,제2단계와; 상기 단계 후에 잔류된 Ti막을 식각하는 제3단계와; 상기 단계 후에 오버-폴리싱을 최소화하기 위하여 상기 제3단계에 비하여 텅스텐연마속도가 25 ∼ 30% 정도가 되도록 연마를 진행하는제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3단계에서 Ti막을 80 ∼ 90% 정도 식각하는 것을 특징으로 하는 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 4단계의 연마속도는, 상기 제3단계에 비하여 텅스텐연마속도가 25 ∼ 30% 정도가 되도록 하여 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 4단계의 연마공정은, 15 초 내지 20초 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 디슁 및 부식을 방지한 화학기계적연마법.