KR20050079329A - Chemical mechanical polishing method - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 화학적기계연마 방법은, 표면 단차가 발생된 연마 대상층을 슬러리에 의한 화학 반응과 연마패드에 의한 기계적 가공을 통해 평탄화시키는 화학적기계연마 방법에 있어서, 상기 슬러리를 사용하여 연마 대상층에 발생된 표면 단차를 제거하고, DHF 용액을 사용하여 원하는 두께까지 세정공정을 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 질화막과 산화막간의 높은 선택비를 갖는 슬러리와 선택비가 없는 슬러리를 사용하여 CMP 공정을 진행함으로써 소자분리 영역에서의 모트를 방지하여 누설 전류를 감소시킬 수 있다.The present invention discloses a chemical mechanical polishing method. The chemical mechanical polishing method of the present invention is a chemical mechanical polishing method for planarizing a polishing target layer having a surface step generated by chemical reaction with a slurry and mechanical processing with a polishing pad, wherein the slurry is generated on the polishing target layer using the slurry. The surface step is removed, and the cleaning process is carried out to the desired thickness using a DHF solution. According to the present invention, by using a slurry having a high selectivity ratio and a slurry having no selectivity between the nitride film and the oxide film, the CMP process is performed to prevent mort in the device isolation region, thereby reducing leakage current.

Description

화학적기계연마 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING METHOD}Chemical mechanical polishing method {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING METHOD}

본 발명은 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing) 방법에 관한 것으로, 특히 화학적기계연마 공정시 질화막과 산화막의 선택비가 높은 슬러리 또는 선택비가 없는 슬러리를 사용하여 액티브 가장자리 영역에서 발생하는 모트(Moat) 발생을 방지하고 후속의 콘택홀 공정에서 마진(Margine)을 확보할 수 있는 화학적기계연마 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing method. In particular, in the chemical mechanical polishing process, the generation of moat generated in the active edge region using a slurry having a high selectivity of the nitride film and an oxide film or a slurry having no selectivity is achieved. The present invention relates to a chemical mechanical polishing method that can prevent and secure a margin in a subsequent contact hole process.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 리소그라피 공정의 요구 조건에 부합하기 위해서 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP) 공정을 이용한 층간절연막의 평탄화가 필수적으로 되었다. As the degree of integration of semiconductor devices increases, planarization of an interlayer insulating film using a chemical mechanical polishing (CMP) process is essential to meet the requirements of the lithography process.

종래 STI(Shallow Trench Isolation) CMP 공정은 KOH 베이스(Base)인 SiO2 파티클(Particel) 슬러리(Slurry)를 이용하거나 또는 CeO2 파티클에 첨가물을 혼합한 슬러리를 사용하였다. 반도체 기술이 발달함에 따라 전자의 경우, 디자인 룰(Design Rule)이 엄격하여 단차제거 능력이 떨어지게 되고, 위드 인 다이(With-In-Die) 내에서의 불균일성(Non-Uniformity)가 상승하는 단점을 가지고 있다.The conventional STI (Shallow Trench Isolation) CMP process uses a slurry of SiO 2 Particle (Slurry), which is a KOH base, or a slurry in which additives are mixed with CeO 2 particles. With the development of semiconductor technology, in the case of the former, the design rule is strict, so that the step removal capability is reduced, and the non-uniformity in the with-die is increased. Have.

또한, 후자의 경우에는 단차제거 능력과 위드 인 다이 내에서의 불균일성이 향상되는 반면에, 결함(Defect) 측면에서 스크래치(Scratch)가 발생하는 단점이 있으며, 폴리싱(Polishing)이 진행되는 동안 질화막이 드러나게 되면 폴리싱 공정이 멈추게 되는 메카니즘(Mechanism)을 사용하기 때문에 질화막의 단차가 낮아야하므로, CMP 전공정을 변경해야 하는 단점을 가지고 있다.In addition, in the latter case, while the ability to remove the step and the nonuniformity in the with in die are improved, there is a disadvantage in that scratches occur in terms of defects, and the nitride film is formed during polishing. If it is revealed that the polishing step is to stop using (Mechanism) (Mechanism) because the step of the nitride film must be low, there is a disadvantage that the CMP entire process must be changed.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 CMP 공정에서 소정의 선택비를 갖는 슬러리를 사용하여 CMP 공정을 진행하였을 경우에는 HDP 산화막(7)의 두께가 상승하게 되어 후속의 세정공정에서 액티브 가장자리 영역에서 모트(A)가 발생하게 되므로, 접합 누설전류가 발생되는 문제점을 가지게 된다. 도면부호 1은 기판, 5는 트렌치, 6은 측벽 산화막을 나타낸다.As shown in FIG. 1, when the CMP process is performed using a slurry having a predetermined selectivity in the conventional CMP process, the thickness of the HDP oxide film 7 is increased, and the active edge region is used in the subsequent cleaning process. Since the moat (A) occurs in the, there is a problem that the junction leakage current is generated. Reference numeral 1 denotes a substrate, 5 a trench, and 6 a sidewall oxide film.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, CMP 공정시 질화막과 산화막의 선택비가 높은 슬러리 또는 선택비가 없는 슬러리를 사용하여 액티브 가장자리 영역에서 발생하는 모트 발생을 방지하고 후속의 콘택홀 공정에서 마진을 확보할 수 있는 화학적기계연마 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by using a slurry having a high selectivity of the nitride film and the oxide or a slurry having no selectivity during the CMP process to prevent the occurrence of mort generated in the active edge region and subsequent contact The purpose is to provide a chemical mechanical polishing method that can secure a margin in the hole process.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 표면 단차가 발생된 연마 대상층을 슬러리에 의한 화학 반응과 연마패드에 의한 기계적 가공을 통해 평탄화시키는 화학적기계연마 방법에 있어서, 상기 슬러리를 사용하여 연마 대상층에 발생된 표면 단차를 제거하고, DHF 용액을 사용하여 원하는 두께까지 세정공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a chemical mechanical polishing method for planarizing the surface of the polishing target layer is generated by chemical reaction by the slurry and mechanical processing by the polishing pad, the polishing target layer using the slurry Remove the surface step generated in the, characterized in that the cleaning process to the desired thickness using a DHF solution.

여기에서, 상기 슬러리는 선택비를 갖는 슬러리와 선택비를 갖지 않는 슬러리를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the slurry is characterized in that it comprises a slurry having a selectivity and a slurry having no selectivity.

상기 선택비를 갖는 슬러리는 질화막과 산화막의 선택비가 최소 30:1의 비율을 갖으며, 상기 선택비를 갖지 않는 슬러리는 질화막과 산화막의 선택비가 최대 1:1.1 이하의 선택비를 갖는 것을 특징으로 한다.The slurry having the selectivity ratio has a selectivity ratio of at least 30: 1 for the nitride film and the oxide film, and the selectivity ratio of the nitride film and the oxide film has a selectivity ratio of at most 1: 1.1 or less for the slurry having no selectivity ratio do.

상기 DHF 용액을 사용한 세정공정은 DIW(Deionized Wafer) 린스(Rinse), DHF 세정, DIW 오버플로우 린스(Overflow Rinse) 및 드라이(Dry)의 순서로 수행하는 것을 특징으로 한다.The washing process using the DHF solution may be performed in the order of DIW (Deionized Wafer) rinse, DHF washing, DIW overflow rinse and dry.

상기 DHF 용액을 사용한 세정공정은, 배스 타입(Bath Type)으로, DHF 농도는 DIW 희석비가 1:19 또는 1:99의 비율로, 최대 20분 이내로 수행하는 것을 특징으로 한다. The washing process using the DHF solution is a bath type (Bath Type), the DHF concentration is characterized in that the DIW dilution ratio of 1:19 or 1:99 in a ratio of up to 20 minutes.

(실시예)(Example)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 STI CMP 공정을 설명하기 위한 도면들로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도면부호 1은 기판 2는 산화막, 3은 질화막, 5는 트렌치, 6은 측벽 산화막, 7은 HDP 산화막을 각각 나타낸다.2 to 4 are diagrams for explaining the STI CMP process according to an embodiment of the present invention. Here, reference numeral 1 denotes an oxide film, 3 a nitride film, 5 a trench, 6 a sidewall oxide film, and 7 an HDP oxide film.

본 발명의 실시예에 따른 CMP 방법은 소정의 HDP 산화막 표면의 단차를 제거함에 있어서, 연마 공정을 진행할 때에 먼저, 질화막과 산화막과의 선택비를 기존 실리카(Silica) 슬러리 선택비보다 높거나 또는 선택비가 없는 슬러리를 사용하여 진행한다. 그 다음, 후속의 세정공정에서 발생하는 모트 현상을 방지하기 위하여 CMP 공정 진행 후 DHF(Diluted HF)를 사용하여 세정공정을 진행한다.In the CMP method according to the embodiment of the present invention, in removing a step of a predetermined HDP oxide film surface, first, when the polishing process is performed, the selectivity ratio between the nitride film and the oxide film is higher than or higher than that of the existing silica slurry. Proceed with a slurry without rain. Then, in order to prevent the mott phenomenon occurring in the subsequent cleaning process, the cleaning process is performed using DHF (Diluted HF) after the CMP process.

자세하게, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CMP 방법은 세리아(Ceria)를 기본으로 하여 선택비를 갖는 슬러리를 사용한다. 여기에서, 슬러리는 질화막과 산화막과의 선택비가 최소 30:1 이상의 비율을 갖는 슬러리와 선택비가 없는 슬러리를 사용한다. 이때, 상기 슬러리를 이용하여 액티브 영역 상의 질화막이 노출되면 폴리싱을 멈추도록 하는 메카니즘을 사용하여 연마공정을 진행한다.In detail, as shown in FIG. 2, the CMP method of the present invention uses a slurry having a selectivity based on Ceria. Here, the slurry is a slurry having a selectivity ratio between the nitride film and the oxide film of at least 30: 1 or more and a slurry without a selectivity ratio. At this time, the polishing process is performed using a mechanism that stops polishing when the nitride film on the active region is exposed using the slurry.

또한, 선택비가 최소 30:1 이상의 비율을 갖는 슬러리는 2단계로 CMP 공정을 진행한다. 먼저, 1단계는 실리카 슬러리를 사용하여 단차를 제거한 다음, 2단계는 단차제거 후 원하는 두께까지 연마 공정을 진행한다.In addition, the slurry having a selectivity ratio of at least 30: 1 is subjected to the CMP process in two steps. First, the first step is to remove the step using a silica slurry, and the second step is to remove the step to the polishing process to the desired thickness.

그리고, 선택비가 없는 슬러리는 질화막과 산화막과의 선택비가 최대 1:1.1 이하의 선택비를 갖는 슬러리를 사용하며, CMP 공정은 한번으로 진행한다. 이때, 질화막의 두께에 따라 HDP 산화막의 두께를 기존 증착 두께의 최대 30％까지 감소시킬 수 있다.The slurry having no selectivity uses a slurry having a selectivity of a nitride film and an oxide film having a selectivity of at most 1: 1.1 or less, and the CMP process is performed in one step. In this case, the thickness of the HDP oxide film may be reduced by up to 30% of the existing deposition thickness according to the thickness of the nitride film.

그리고, 상기 슬러리를 사용하여 패턴 밀도(Pattern Desity)에 따라 위드 인 다이 내에서의 질화막의 균일성은 유지되지만 질화막의 증착 두께가 기존 공정대로 진행될 경우에 CMP 후 질화막의 두께가 300∼500Å 정도 증가하게 되며, 소자분리 영역에서의 HDP 산화막의 두께 또한 300∼500Å 정도 증가하게 된다.The uniformity of the nitride film in the weed-in die is maintained according to the pattern density using the slurry, but the thickness of the nitride film after CMP increases by 300 to 500Å when the deposition thickness of the nitride film proceeds according to the existing process. In addition, the thickness of the HDP oxide film in the device isolation region is also increased by about 300 to 500Å.

도 3에 도시된 바와 같이, CMP 공정이 진행된 이후 후속의 세정공정으로 인해 소자분리 영역에서 발생하는 모트 현상을 방지하기 위해 DHF 용액을 사용한 세정공정을 실시한다. 여기에서, DHF 용액을 사용한 세정공정은 DIW(Deionized Wafer) 린스(Rinse), DHF 세정, DIW 오버플로우 린스(Overflow Rinse) 및 드라이(Dry)의 순서로 진행된다. 이때, DHF 용액을 사용한 세정공정은 배스 타입(Bath Type)으로 최대 20분 이내로 진행하며, DHF 농도는 DIW 희석비가 1:19 또는 1:99의 비율을 갖도록 한다.As shown in FIG. 3, after the CMP process is performed, a cleaning process using a DHF solution is performed to prevent a mott phenomenon occurring in the device isolation region due to a subsequent cleaning process. Here, the washing process using the DHF solution is performed in the order of Deionized Wafer (DIW) Rinse, DHF Cleaning, DIW Overflow Rinse and Dry. At this time, the cleaning process using the DHF solution is performed in a bath type (Bath Type) up to 20 minutes, the DHF concentration so that the DIW dilution ratio has a ratio of 1:19 or 1:99.

또한, 도 3은 액티브 영역에 질화막이 존재하는 상태이므로, 모트가 발생하지 않은 상태에서 소자분리 영역에서의 HDP 산화막의 두께를 감소시킬 수 있다.In addition, since the nitride film is present in the active region in FIG.

도 4에 도시된 바와 같이, 기존 CMP 공정을 유지하면서 소자분리 영역에서의 HDP 산화막의 두께를 균일하게 유지할 수 있으며, CMP 공정 이후 후속의 세정공정에 의한 HDP 산화막 손실에 대한 마진을 확보하고, "B"와 같이 소자분리 영역에서 발생하는 모트 발생을 방지하여 누설 전류를 억제할 수 있다. As shown in FIG. 4, the thickness of the HDP oxide layer in the device isolation region can be maintained uniformly while maintaining the existing CMP process, and a margin for the loss of the HDP oxide layer by the subsequent cleaning process after the CMP process is secured. The leakage current can be suppressed by preventing the generation of the mott generated in the device isolation region as in B ″.

또한, 콘택홀 형성시 패턴 밀도에 따른 위드 인 다이 내에서의 소자분리 영역에 존재하는 HDP 산화막의 두께 변화로 인한 공정 마진을 향상시킬 수 있다.In addition, the process margin may be improved due to the thickness change of the HDP oxide film present in the device isolation region in the with-in die according to the pattern density when forming the contact hole.

상기와 같이, 본 발명은 질화막과 산화막간의 높은 선택비를 갖는 슬러리와 선택비가 없는 슬러리를 사용하여 CMP 공정을 진행함으로써 소자분리 영역에서의 HDP 산화막의 디싱(Dishing)을 제거하고, HDP 산화막의 두께를 일정하게 유지함으로써 소자분리 영역에서의 모트를 방지하여 누설 전류를 감소시킬 수 있다.As described above, the present invention removes the dishing of the HDP oxide film in the device isolation region by performing the CMP process using a slurry having a high selectivity ratio between the nitride film and the oxide film and a slurry having no selectivity, and the thickness of the HDP oxide film By keeping the constant constant, leakage in the device isolation region can be prevented.

이상, 본 발명을 몇 가지 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형을 가할 수 있음을 이해할 것이다.In the above, the present invention has been described with reference to some examples, but the present invention is not limited thereto, and a person of ordinary skill in the art may make many modifications and variations without departing from the spirit of the present invention. I will understand.

이상에서와 같이, 본 발명은 질화막과 산화막간의 높은 선택비를 갖는 슬러리와 선택비가 없는 슬러리를 사용하여 CMP 공정을 진행함으로써 소자분리 영역에서의 모트를 방지하여 누설 전류를 감소시킬 수 있다.As described above, the present invention can reduce the leakage current by preventing the mott in the device isolation region by performing the CMP process using a slurry having a high selectivity ratio and a slurry having no selectivity between the nitride film and the oxide film.

도 1은 종래 기술에 의한 STI 화학적기계연마 공정의 문제점을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining the problem of the STI chemical mechanical polishing process according to the prior art.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 STI 화학적기계연마 공정을 설명하기 위한 단면도.2 to 4 are cross-sectional views for explaining the STI chemical mechanical polishing process according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 : 반도체 기판 2 : 산화막1 semiconductor substrate 2 oxide film

3 : 질화막 5 : 트렌치3: nitride film 5: trench

6 : 측벽 산화막 7 : HDP 산화막6: sidewall oxide film 7: HDP oxide film

Claims (6)

표면 단차가 발생된 연마 대상층을 슬러리에 의한 화학 반응과 연마패드에 의한 기계적 가공을 통해 평탄화시키는 화학적기계연마 방법에 있어서, In the chemical mechanical polishing method of flattening the polishing target layer having the surface step by chemical reaction by the slurry and mechanical processing by the polishing pad, 상기 슬러리를 사용하여 연마 대상층에 발생된 표면 단차를 제거하고, DHF 용액을 사용하여 원하는 두께까지 세정공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 방법.Using the slurry to remove the surface step generated in the polishing target layer, using a DHF solution, the chemical mechanical polishing method characterized in that to perform a cleaning process to a desired thickness. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러리는 선택비를 갖는 슬러리와 선택비를 갖지 않는 슬러리를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 방법.The method of claim 1, wherein the slurry comprises a slurry having a selectivity ratio and a slurry having no selectivity ratio. 제 2 항에 있어서, 상기 선택비를 갖는 슬러리는 질화막과 산화막의 선택비가 최소 30:1의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 방법.3. The method of claim 2, wherein the slurry having the selectivity ratio has a selectivity ratio of at least 30: 1 between the nitride film and the oxide film. 제 2 항에 있어서, 상기 선택비를 갖지 않는 슬러리는 질화막과 산화막의 선택비가 최대 1:1.1 이하의 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 방법.3. The chemical mechanical polishing method according to claim 2, wherein the slurry having no selectivity has a selectivity ratio between the nitride film and the oxide film at most 1: 1.1 or less. 제 1 항에 있어서, 상기 DHF 용액을 사용한 세정공정은,According to claim 1, The washing step using the DHF solution, DIW(Deionized Wafer) 린스(Rinse), DHF 세정, DIW 오버플로우 린스(Overflow Rinse) 및 드라이(Dry)의 순서로 수행하는 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 방법.A method of chemical mechanical polishing, which is performed in the order of DIW (Deionized Wafer) Rinse, DHF cleaning, DIW Overflow Rinse and Dry. 제 1 항에 있어서, 상기 DHF 용액을 사용한 세정공정은,According to claim 1, The washing step using the DHF solution, 배스 타입(Bath Type)으로, DHF 농도는 DIW 희석비가 1:19 또는 1:99의 비율로, 최대 20분 이내로 수행하는 것을 특징으로 하는 화학적기계연마 방법.In Bath Type, DHF concentration is DIW dilution ratio of 1:19 or 1:99, the chemical mechanical polishing method, characterized in that performed in up to 20 minutes.