KR100557916B1

KR100557916B1 - 금속막 화학적기계연마 방법

Info

Publication number: KR100557916B1
Application number: KR1020040030433A
Authority: KR
Inventors: 김봉천
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050104961A

Abstract

본 발명은 금속막 화학적기계연마 방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 다마신 패턴 내에 금속막을 증착한 후, 상기 금속막을 화학적기계연마하여 금속배선을 형성하는 공정에서의 금속막 화학적기계연마 방법으로서, 상기 금속막의 연마는 금속막의 증착 두께를 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 평균 연마를 수행한 후, 기판 전체에 대해서 위로 올라가는 증착 프로파일을 갖게 되는 다마신 패턴이 차지하는 패턴 밀도와 다마신 패턴 위로 가장 높이 돌출된 금속막 높이를 곱한 값을 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 추가 연마를 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속막 화학적기계연마 방법{Metal film CMP method}

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속막 화학적기계연마 방법을 설명하기 위한 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11 : 반도체 기판 12 : 도전층

13 : 층간절연막 14,14a,14b : 다마신 패턴

15 : 배리어 금속막 16 : 구리막

16a : 구리배선

본 발명은 금속막 화학적기계연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연마종점검출(EPD) 장치를 사용하지 않고도 연마 시간을 결정할 수 있는 금속막 화학적기계연마 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP)는 슬러리(slurry)에 의한 화학반응과 연마 패드(pad)에 의한 기계적가공이 동시에 수행되는 평탄화 공정으로서, 표면 평탄화를 위해 기존에 이용되어져 왔던 리 플로우(reflow) 또는 에치-백(etch-back) 등과 비교해서 글로벌 평탄화를 얻을 수 있고, 또한, 저온에서 수행될 수 있다는 잇점을 갖는다.

이러한 CMP는 평탄화 공정으로 제안된 것이지만, 최근에 들어서는 콘택 플러그 형성을 위한 폴리실리콘막의 식각 및 금속배선의 형성을 위한 금속막의 식각 공정에 이용되고 있고, 점차 그 이용 분야가 확대되고 있는 실정이다.

한편, CMP를 진행함에 있어서 적절한 연마시간의 조절이 필요한데, 이를 위해 종래에는 연마종점검출(End Point Detection : 이하, EPD) 장치를 이용하여 그 시간을 조절하고 있다.

여기서, EPD 기술은 다마신(Damascene) 공정, 얕은 트랜치 소자분리(Shallow Trench Isolation, STI) 공정 등 주로 최종 연마대상막이 두 종류 이상일 경우에 적용된다. CMP에서 최종 연마 상태를 자동으로 인식하여 연마 시간을 조절하는 EPD 기술은 패드와 웨이퍼 간의 마찰력의 변화를 이용하는 방법, 패드 온도의 변화를 이용하는 방법, 또는, 광원을 적용하는 방법 등을 이용하고 있다.

그러나, EPD 장치의 신뢰성 및 사용의 제한으로 인해 CMP 자체의 신뢰성을 확보함에 그 한계가 있다. 또한, EPD 장치를 사용하더라도 국부적인 금속 잔류물이 남아 추가적인 연마를 필요로 하므로, EPD 장치의 효율성은 떨어지게 된다.

아울러, 구리(Cu)막 CMP에서의 국부적인 금속 잔류물은 구리 전기도금시에 형성되는 프로파일(profile)과 연관성이 있는데, EPD 장치로 연마 시간을 조절하는 경우에는 구리막 증착 프로파일을 고려치 않으므로 구리 잔류물의 발생을 피할 수 없고, 그래서, 추가 연마 시간의 불안정으로 인해 CMP 불량이 일어나게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, EPD 장치를 사용하지 않고도 용이하게 연마 시간을 조절할 수 있는 금속막 CMP 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 다마신 패턴 내에 금속막을 증착한 후, 상기 금속막을 CMP하여 금속배선을 형성하는 공정에서의 금속막 CMP 방법으로서, 상기 금속막의 연마는 금속막의 증착 두께를 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 평균 연마를 수행한 후, 기판 전체에 대해서 위로 올라가는 증착 프로파일을 갖게 되는 다마신 패턴이 차지하는 패턴 밀도와 다마신 패턴 위로 가장 높이 돌출된 금속막 높이를 곱한 값을 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 추가 연마를 수행하는 것을 특징으로 하는 금속막 CMP 방법을 제공한다.

여기서, 상기 평균 연마는 연마 시간이 1분을 초과할 경우에 다수회로 나누어 진행함이 바람직하다.

또한, 상기 추가 연마는 0.5∼1.0㎛의 폭을 갖는 다마신 패턴으로부터 구한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명한다.

본 발명은 연마대상층인 금속막의 증착 두께를 연마속도로 나누어 연마 시간을 구한 후, 이 시간 동안 1차로 평균 연마를 수행한다. 그런다음, 금속막 증착 프로파일을 반영하기 위해 기판 전체에서 위로 올라가는 증착 프로파일을 갖게 되는 다마신 패턴이 차지하는 비율, 즉, 패턴 밀도(Pattern Density)와 다마신 패턴 위로 가장 높이 돌출된 금속막 높이를 곱한 값을 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 추가 연마를 수행한다.

이렇게 하면, 연마 시간의 최적화를 통해 EPD 장치의 사용없이도 신뢰성있게 CMP가 이루어지도록 할 수 있으며, 또한, 추가 연마에 기인하는 CMP 불량을 방지할 수 있다.

자세하게, 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 금속막 CMP 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 도전층(12)을 구비한 반도체 기판(11)의 전면 상에 층간절연막(13)을 형성한 상태에서 상기 층간절연막(13)을 식각하여 도전층(12)을 노출시키면서 구리배선이 형성될 영역을 한정하는 트렌치, 즉, 다마신 패턴(14)을 형성한다. 그런다음, 상기 다마신 패턴(14) 및 층간절연막(13) 상에 베리어 금속막(15)을 증착한 후, 다마신 패턴(14)이 완전 매립되도록 상기 베리어 금속막(15) 상에 구리막(16)을 증착한다.

다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 층간절연막(13)이 노출되도록 상기 구리막(16)과 베리어 금속막(15)을 CMP하고, 이를 통해, 구리배선(16a)을 형성한다. 이때, 베리어 금속막(15)을 포함한 구리막(16)의 CMP는 다음과 같이 진행한다.

우선, 구리막의 두께를 연마속도로 나누어 연마 시간을 결정하고, 이 시간 동안 1차로 평균 연마를 수행한다. 이때, 구리막의 두께는 전기도금으로 형성한 구리막 두께와 PVD법으로 증착한 두께를 합한 두께에 해당하며, 특정 두께에 대한 상기 평균 연마 시간이 1분을 초과할 경우에는 바람직하게 상기 평균 연마를 다수회로 나누어 실시한다.

그런다음, 금속 잔류물의 완전한 제거를 위해 평균 연마가 수행된 구리막에 대해 추가 연마를 수행한다. 이때, 상기 추가 연마 시간은 구리막의 증착 프로파일을 반영하기 위해 특정 크기의 다마신 패턴이 기판 전체에 대해 차지하는 비율, 즉, 패턴 밀도와 다마신 패턴 위로 가장 높이 돌출된 금속막 높이를 곱한 값을 연마속도로 나누어 얻는다.

다시말해, 구리막을 전기도금으로 형성할 경우, 0.8㎛의 선폭을 기준으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 보다 작은 다마신 패턴(14a)에서는 구리막 (16)의 프로파일이 위로 올라오게 되며, 반면, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 보다 큰 다마신 패턴(14b)에서는 구리막(16)의 프로파일이 아래로 내려가게 된다.

따라서, 본 발명은 구리막(16)의 프로파일이 위로 올라오게 되는 다마신 패턴의 폭, 예컨데, 0.5∼1.0㎛의 선폭, 바람직하게, 0.8㎛의 선폭 보다 작은 다마신 패턴이 기판 전체에 대해 차지하는 비율을 구하고, 이 값과 다마신 패턴 위로 가장 높이 올라온 금속막 높이를 곱한 값을 연마속도로 나누어 추가 연마에 필요한 최적의 시간을 얻으며, 이 시간 동안 추가 연마를 행하여 과도 또는 과소 연마로 인한 불량 발생없이 신뢰성있게 추가 연마가 이루어지도록 한다.

그러므로, 본 발명은 상기와 같이 EPD 장치의 사용없이 적절한 연마 시간을 결정하여 CMP를 수행하므로, CMP 자체의 신뢰성을 확보할 수 있음은 물론 추가 연마로 인한 불량 발생을 방지할 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 구리막에 대해서 설명하였지만, 구리막 이외의 다른 금속막, 예컨데, 텅스텐막, 알루미늄막 등에 대해서도 본 발명의 CMP 방법을 동일하게 적용할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 EPD 장치를 사용하지 않고 평균 연마 시간과 추가 연마 시간을 결정할 수 있으므로, CMP의 신뢰성을 확보할 수 있음은 물론 공정상 잇점을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 추가 연마시 증착 프로파일이 반영되도록 하므로, 과소 또는 과도 연마로 인한 디싱(Dishing) 또는 부식(Erosion)의 발생도 효과적으로 방지할 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims

다마신 패턴 내에 금속막을 증착한 후, 상기 금속막을 화학적기계연마하여 금속배선을 형성하는 공정에서의 금속막 화학적기계연마 방법으로서,

상기 금속막의 연마는 금속막의 증착 두께를 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 평균 연마를 수행한 후, 웨이퍼 내에서 위로 올라가는 증착 프로파일을 갖게 되는 다마신 패턴이 차지하는 패턴 밀도와 다마신 패턴 위로 가장 높이 돌출된 금속막 높이를 곱한 값을 연마속도로 나누어 얻은 시간으로 추가 연마를 수행하는 것을 특징으로 하는 금속막 화학적기계연마 방법.
제 1항에 있어서, 상기 평균 연마는 그 시간이 1분을 초과하는 경우에 다수회로 나누어 진행하는 것을 특징으로 하는 금속막 화학적기계연마 방법.
제 1항에 있어서, 상기 추가 연마는 0.5∼1.0㎛의 폭을 갖는 다마신 패턴으로부터 구하는 것을 특징으로 하는 금속막 화학적기계연마 방법.