KR100314642B1 - 반도체공정에사용하기위한화학기계적연마조성물 - Google Patents

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    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 조성물은 70-95중량%의 수성 매체, 1-25중량%의 연마제, 0.1-20중량%의 연마 가속제를 포함하고, 상기 연마가속제는 나이트레이트 염과 혼합된 아미도-그룹 함유 화합물을 포함한다. 본 발명의 화학기계적 연마제 조성물은 연마제 조성물의 점도를 감소시키기 위하여 음이온 계면활성제, 예를 들어, 폴리카복실산 또는 폴리아크릴산 공중합체를 더 포함할 수 있다.

Description

반도체 공정에 사용하기 위한 화학기계적 연마 조성물
본 발명은 화학기계적 연마체 조성물(chemical mechanical abrasive composition)에 관한 것이다. 본 발명의 화학기계적 연마제 조성물은 반도체 웨이퍼의 표면 연마(polishing)에 유용하다.
반도체 공업에서, 반도체 웨이퍼 표면 연마는 공통적으로 사용되는 기술이다. 왜냐하면, 그것은 반도체 웨이퍼와 유전체증의 평탄성을 향상시키고 배선 회로(wire circuit)의 형성이 용이하게 하기 때문이다. 일반적으로, 배선 회로의 형성을 위한 연마 방법은 반도체 웨이퍼를 연마 헤드가 설치된 회전 플래튼(spinning platen) 상에 마운팅하는 단계, 연마 효율을 향상시키기 위하여, 연마제 입자와 산화제를 포함하는 연마제 슬러리를 웨이퍼의 표면에 적용하는 단계를 포함한다.
미국특허 제5,225,034호는 AgNO3, 고체 연마제 입자, 및 H202, HOC1,KOC1, KMgO4또는 CH3COOOH로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학기계적 연마제 슬러리를 개시하고 있다. 이 슬러리는 반도체 웨이퍼 상에 구리 배선을 형성하도록 반도체 웨이퍼 상에 있는 구리층을 연마하는데 사용된다.
미국특허 제5,209,816호는 화학기계적 연마체 슬러리로 A1- 또는 Ti-함유 금속층을 연마하는 방법을 개시하고 있다. 이 연마제 슬러리는 고체 연마제 물질에 더하여, 약 0.1-20부피%의 H3PO4와 약 1-30부피%의 H2O2를 함유한다.
미국특허 제4,959,113호는 금속 표면을 연마하기 위한 수용성 연마제 조성물을 사용하는 방법을 개시하고 있다. 이 수용성 연마제 조성물은 물, 연마제 (예를 들어, CeO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, SiC, SnO2, 또는 TiC), 및 IIA, IIIA, IVA 또는 IVB 군의 금속 양이온과 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 나이트레이트, 설페이트, 포스페이트 또는 퍼클로레이트의 음이온을 포함하는 염을 포함한다. 이 특허는 또한, pH가 1 내지 6의 범위에서 유지되도록 연마제 조성물의 pH를 조절하기 위한 염산, 질산, 인산, 또는 황산의 사용을 개시하고 있다.
미국특허 제5,391,258호는 실리콘, 실리카 또는 실리카 복합체를 연마하기 위한 연마제 조성물을 개시하고 있다. 이 연마제 조성물은 연마제 입자에 더하여, 과산화수소 및 칼륨 수소 프탈레이트(potassium hydrogen phthalate)를 포함한다.
미국특허 제5,114,437호는 평균 입자 크기가 0.2 내지 5μm인 알루미나 연마제 및 크로뮴(III) 나이트레이트, 란타늄 나이트레이트, 암모늄 세륨(III) 나이트레이트, 네오디뮴 나이트레이트 로 구성되는 군으로부터 선택되는 연마 가속제를 포함하는, 알루뮤늄 기판을 위한 연마 조성물을 개시하고 있다.
미국특허 제5,084,071호는 전기 소자 기판을 위한 화학기계적 연마 슬러리를 개시하고 있다. 이 연마 슬러리는 단지 1중량%의 알루미나를 함유하는 연마제 입자 (예를 들어, SiO2, CeO2, SiC, Si3N4, 또는 Fe203입자들), 연마 가속제로 사용되는 전이 금속 킬레이트 염(예를 들어, 암모늄 철 EDTA) 및 상기 염을 위한 용매를 포함한다.
미국특허 제5,480,476호는 SiO2기반 연마제의 연마 속도에 대한 Ce4+및 Zr4+의 효과를 개시하고 있다.
미국특허 제5,366,542호는 알루미나 연마제 입자 및 폴리아미노카복실 산(예를 들어, EDTA)과 그것의 나트륨 및 칼륨 염으로 구성되는 군으로부터 선택되는 킬레이트 제를 포함하는 연마 조성물을 개시하고 있다. 이 조성물은 베오미트(beohmit) 또는 알루미늄 염을 더 포함할 수 있다.
미국특허 제5,340,370호는 텅스텐 또는 텅스텐 나이트라이드 막을 위한 화학 기계적 연마 슬러리를 개시하고 있는 데, 이것은 칼륨 페리시아나이드(potassium ferricyanide)와 같은 산화제, 연마제 및 물을 포함하고 있으며, 2 내지 4의 pH를 가진다.
미국특허 제5,516,346호는 티타늄 막을 화학기계적으로 연마하기 위한 슬러리를 개시하고 있는 데, 이 슬러리는 상기 티타늄 막과 복합체를 형성하기에 충분한 농도인 칼륨 플루오라이드, 및 실리카와 같은 연마제를 포함하며, 8보다 작은 pH를 가진다.
WO 96/16436는 0.4미크론보다 작은 매개 입자 지름을 가지는 연마제 입자, 제2철의 염 산화제(ferric salt oxidant), 및 프로필렌글리콜과 메필파라벤의 혼합물인 수용성 계면활성제의 현탁제(suspension agent)를 포함하는 화학기계적 연마 슬러리르 개시하고 있다.
미국특허 제5,527,423호는 금속층을 연마하기 위한 화학기계적 슬러리를 개시하고 있는데, 이것은 철 나이트레이트(iron nitrate)와 같은 산화제 성분, 최소한 50% 감마상을 포함하는 알루미늄 입자, 및 폴리알킬 실록산 또는 폴리옥시알킬렌 에테르와 같은 비이온계 계면활성제를 포함한다.
연마제 조성물의 점도가 너무 높아 유동할 수 없다면, 연마제 입자는 연마제 패드 상에 침적하고 제거하기 어려울 것이어서 웨이퍼 표면을 긁어 상처를 낼 수 있다는 것은 이 분야에서는 알려져 있는 사실이다. 비록 미국특허 제5,527,423호가 폴리알킬 실록산 또는 폴리옥시알킬렌 에테르와 같은 비이온계 계면활성제의 사용을 개시하고 있지만, 이러한 계면활성제들이 연마제 조성물의 점도를 효과적으로 감소시킬 수는 없다.
따라서, 보다 경제적이고 고 연마 성능을 가지는 연마제 조성물, 그리고 감소된 점도를 가지는 화학기계적 연마제 조성물에 대한 요구가 여전히 존재한다.
본 발명은 보다 경제적이고 고 연마 성능을 가지며, 감소된 점도를 가지는, 반도체 공정을 위한 화학기계적 연마제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 화학기계적 연마제 조성물은 70-95중량%의 수성 매체, 1-25중량%의 연마제, 0.1-20중량%의 연마 가속제를 포함하고, 상기 연마가속제는 나이트레이트 염과 혼합된 아미도-그룹 함유 화합물을 포함한다.
본 발명의 화학기계적 연마제 조성물은 연마제 조성물의 점도를 감소시키기 위하여 폴리카복실산(polycarboxylic acid) 또는 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 공중합체 또는 그들의 염과 같은 음이온계 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 반도체 공정을 위한 화학기계적 연마제 조성물을 제공하는데, 그것은 70-95중량%의 수성 매체(aqueous medium), 1-25중량%의, 바람직하게는 3-10중량%의, 더욱 바람직하게는 4-6중량%의 연마제, 0.1-20중량%의, 바람직하게는 1-10중량%의, 더욱 바람직하게는 2-5중량%의 연마 가속제를 포함한다. 여기서, 상기 연마 가속제는 나이트레이트 염과 혼합된 아미도 그룹-함유 화합물이다.
본 발명의 화학기계적 연마제 조성물은 1-15중량%의, 바람직하게는 4-8중량%의 산화제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따라, 상기 연마제 조성물에 사용되는 연마제는 SiO2, Al2O3, ZrO2, CeO2, SiC, Fe2O3, TiO2, Si3N4또는 그들의 혼합물과 같은, 상업적으로 이용될 수 있는 어떠한, 입자 형태의 연마제일 수 있다.
본 발명에 따라, 상기 연마제 조성물에 사용되는 산화제는 과산화물(peroxide), 클로레이트(chlorate), 클로라이트(chlorite), 퍼클로레이트 (perchlorate), 브로메이트(bromate), 브로마이트(bromite), 퍼브로메이트 (perbromate), 나이트레이트(nitrate) 또는 그들의 혼합물과 같은 적당한 상업적 산화제일 수 있다.
연마 가속제로서 본 발명에서 사용되는 아미도 그룹-함유 화합물의 예로는 포름아마이드, 아세트아마이드, 프로피온아마이드, N-메틸포름아마이드, N-메틸아세트아마이드, 우레아, 메틸우레아, 에틸우레아, 다이메틸우레아 및 다이에틸우레아를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 나이트레이트는 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 알칼리 금속 염 또는 암모늄 염이다.
본 발명에서 사용되는 연마 가속제는 반도체 공정에서 작업자의 건강 및 환경에 심각한 해를 야기하지 않고, 덜 위험한 공통의 화학제품을 포함한다.
연마제 조성물의 점도는 연마제 입자의 표면 상의 Si-OH 또는 A1-OH 그룹과 물 분자 사이의 수소 결합의 형성에 기인하여 증가할 것이라고 믿어진다. 그러므로, 상기 연마제 조성물의 점도는, 폴리머가 효과적으로 적용되고 상기 연마제 입자와 물 분자 사이에서 수소 결합의 형성을 줄이도록 연마제 입자의 표면에 막이 형성된다면, 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명은 다른 양상에 따르면, 감소된 점도를 가지는 화학기계적 연마제 조성물이 제공된다. 상기 조성물은 70-95중량%의 수성 매체, 1-25중량%의 연마제, 0.1-20중량%의 연마 가속제를 포함하며, 여기에서, 상기 연마 가속제는 나이트레이트 염과 혼합된 아미도 그룹-함유 화합물, 및 점도-감소제로 작용하는 0.01-1중량%의, 바람직하게는 0.1-0.5중량%의 음이온 계면활성제를 포함한다. 본 발명의 상기 연마제 조성물에 적합한 상기 음이온 계면활성제는 폴리카복실산 (polycarboxylic acid), 폴리카복실산 공중합체, 이것의 염, 폴리아크릴산 공중합체(polyacrylic acid copolymer), 이것의 염, 이 고분자들 또는 그들의 염을 둘 또는 그 이상 포함하는 혼합물로부터 선택된다.
본 발명에 따라, 상기 화학기계적 연마제 조성물은 1-15중량%의, 바람직하게는 4-8중량%의 산화제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 화학기계적 연마제 조성물은 70-90중량%의 수성 매체, 4-6중량%의 연마제, 2-4중량%의 연마 가속제, 4-8중량%의 산화제, 및 0.1-0.5중량%의 점도-감소제를 포함한다.
본 발명의 상기 연마제 조성물은 매체(medium)로서 물이 사용될 수 있다. 상기 연마제 조성물의 제조에 있어서, 물, 바람직하게는 이온화되지 않은 물(탈이온수)이 상기 조성물이 슬러리로 되도록 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 연마제 조성물은 본 발명의 연마제 조성물에 역효과를 야기하지만 않는다면, 화학기계적 연마제 분야에서 통상적으로 사용되는 성분들을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 구리 배선 형성 공정에 사용되는 경우에, 본 발명의 상기 연마제 조성물은 빠른 구리 부식을 억제하기 위하여, 벤조트리아졸 (benzotriazole) 및/또는 이것의 유도체를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 연마제 조성물은 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 연마제 슬러리는 먼저 물에 연마제를 첨가하고, 상기 연마제 입자가 물에 완전히 현탁될 때까지 높은 전단력으로 그 혼합물을 계속적으로 교반함에 의하여 제조될 수 있다. 그런 후, 상기 슬러리에 있는 상기 연마제 입자가 요구되는 용적(solid content)으로 존재하도록 상기 슬러리에 추가의 물이 첨가된다. 본 발명에 따르면, 상기 슬러리의 용적은 1내지 25중량%, 바람직하게는 3-10중량%의 범위내이다. 그리고 나서, 상기에서 기술한 첨가제들이 상기 얻어진 슬러리에 도입되고, 상기 슬러리의 pH가 예를 들어 수산화암모늄(ammonium hydroxide)에 의하여, 요구되는 범위 내에 있도록 조절된다. 예를 들면, 연마되는 금속막이 텅스텐 막인 경우에, pH는 1.5 내지 2.5의 범위, 바람직하게는 1.8 내지 2.3 범위 내에 있도록 조절될 수 있다. 알루미늄 막인 경우에는, pH는 3.0 내지 4.5의 범위, 바람직하게는 3.8 내지 4.2의 범위 내에 있도록 조절될 수 있다. 또한, Cu 막인 경우에는, pH는 3.0 내지 4.5 또는 6.0 내지 7.0의 범위, 바람직하게는 3.8 내지 4.0 또는 6.2 내지 6.6의 범위 내에 있도록 조절될 수 있다. 마지막으로, 상기 얻어진 슬러리는 여과되어 본 발명의 연마제 조성물을 얻는다. 본 발명의 상기 연마제 조성물의 제조는 어떠한 적합한 온도에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 상세하게 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 참조하여 수행한 어떠한 변형 또는 변경도 본 발명의 영역을 차지하게 될 것이다.
<실시예 1>
5 Kg 알루미나 입자(수미토모 케미칼 컴파니 제조, 모델 No. AKP-G008)를 20 Kg 이온화되지 않은 물에 첨가하였다. 상기 알루미나 입자가 물에 완전히 현탁되어 슬러리가 형성될 때까지, 고 전단력을 가진 교반기로 상기 혼합물을 계속적으로 교반하였다. 그런 후, 상기 슬러리를 희석하기 위하여 24.5 Kg 이온화되지 않은 물을 첨가하였는 데, 상기 슬러리의 용적이 10중량%보다 약간 높게 되었다. 그런 후, 상기 슬러리에 2.78 Kg 암모늄 퍼설페이트와 2.78 Kg 포름아미드를 첨가하였다. 30분 동안 상기 슬러리를 교반한 후에, 상기 슬러리를 pH가 약 3.8이 되도록 조절하였다. 그런후, 상기 슬러리를 여과하여 본 발명의 화학기계적 연마제 조성물을 얻었는 데, 그 용적은 약 9중량%였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트의 결과는 아래표 1에 기재되어 있다.
<실시예 2>
포름아마이드 대신에 3.33 Kg 프로피온 산(propionic acid)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1의 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트의 결과는 아래 표에 기재되어 있다.
연마 테스트
A. 장치 : IPEC/Westech 472
B. 조건들 : 압력 : 5 psi
온도 : 25℃
스핀들 속도 : 50 rpm
플래튼(Platen) 속도 : 55 rpm
패드 타입 : Rodel IC 1400
슬러리 유동속도 : 150ml/min
C. 웨이퍼 : Al 막 : 실리콘 벨리 마이크로일렉트로닉스, Inc.로부터 상업적으로 사용되는 것으로서, 0.85± 5% 마이크로미터의 두께를 가지는 막을 6인치 실리콘 웨이퍼 상에 CVD-침적함에 의하여 얻은 것이며, Al 98.5%, Si 1% 및 Cu 0.5%의 순도를 가짐.
D. 슬러리 : 같은 부피를 가지고 5중량% H2O2를 함유하는 수용성 용액인 실시예 1 및 2의 슬러리들로서, 15분 동안 균일하게 교반한 후 테스트함.
<연마 테스트 과정>
연마 테스트 전과 후에, 연마된 웨이퍼의 두께는 두께 측정 수단으로 측정하여야 한다. 상기 금속 막의 시트 저항은 4-침 프로브(4-point probe)에 의하여 측정된다. 상기 막의 두께는 다음 공식에 의하여 결정된다.
T x R = 저항율 (resistivity coefficient)
여기에서, T는 막 두께(Å)를 나타내고, R은 시트 저항(/cm2)을 나타낸다. 다양한 금속 막에 대하여, 저항율은 상수일 것이다.
본 발명은 상기 금속 막 두께를 결정하기 위하여 KLA-텐코르(Tencor)사의 모델 RS 75를 사용하였다.
산화물(oxide)의 막 두께는 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 광학 이론에 의하여 직접적으로 결정될 수 있다. 본 발명은 산화물의 막 두께를 결정하기 위하여 KLA-텐코르사의 모델 SM 300을 사용하였다.
연마 비율은 다음과 같이 결정된다.
금속 막 두께 T1를 모델 RS 75의 장치에 의하여 먼저 결정한다. 상기 막을 1 분 동안 상기에 언급된 조건하에서 실시예의 슬러리에 의하여 연마한다. 그런 후, 솔리드 스테이트 이큅먼트 코포레이션(Solid State Equipment Corporation)에 의하여 제조된 에버그린 모델 10X(Evergreen Model 10X)의 장치에 의하여 플래튼과 웨이퍼를 세척한다. 상기 웨이퍼를 스프레이-건조 한 후, 금속 막 두께 T2를 모델 RS75의 장치에 의하여 측정한다. 상기 금속 막에 대한 실시예의 슬러리의 연마 비율은 T1-T2에 의하여 나타내어진다.
테스트 데이터는 하기 표 1에 기재되어 있다.
[표 1]
<실시예 3>
다음 식을 가지는 연마제 슬러리를 실시예 1에 기술한 것과 유사한 방법으로 제조하였다.
연마제 입자 : 실리카 (데구사(Defussa)의 에어로실(Aerosil) 90)
슬러리의 용적 : 6중량%
암모늄 나이트레이트 : 3중량%
우레아 : 3중량%
상기 슬러리를 pH가 약 2.2가 되도록 HNO3및 NH4OH로 조절하였다.
얻어진 연마제 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
<비교 실시예 1>
다음 식을 가지는 연마제 슬러리를 실시예 3에 기술한 것과 유사한 방법으로 제조하였다.
연마제 입자 : 실리카 (데구사의 에어로실 90)
슬러리의 용적 : 6중량%
암모늄 나이트레이트 : 3중량%
옥살 산(Oxalic acid) : 3중량%
상기 슬러리를 pH가 약 2.2가 되도록 HNO3및 NH4OH로 조절하였다.
얻어진 연마제 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
<연마 테스트>
A. 장치 : IPEC/Westech 472
B. 조건 : 하향력(Down force) : 7.5 psi
배 압력(Back pressure) : 0 psi
온도 : 25℃
플래튼 속도 : 50 rpm
캐리어 속도 : 55 rpm
패드 타입 : Rodel IC 1400, K-GRV
슬러리 유동속도 : 150 ml/min
C. 웨이퍼 : W 막 : 실리콘 벨리 마이크로일렉트로닉스, Inc.로부터 상업적으로 사용될 수 있는 것으로서, 0.85± 5% 마이크로미터의 두께를 가지는 막을 6인치 실리콘 웨이퍼 상에 CVD-침적함에 의하여 얻어짐.
D. 슬러리 : 슬러리 대 H2O2의 부피비가 5:1인 30중량% H2O2와 혼합된 실시예 3 및 비교실시예 1의 슬러리들
연마 테스트 과정은 앞에 설명한 것과 실질적으로 같다.
얻어진 테스트 데이터는 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
IC 구리 회로 형성을 위항 공정에서, Ta는 장벽 금속막으로 가장 흔하게 사용된다. 그럼에도 불구하고, Ta는 높은 화학적 저항을 가지기 때문에, Ta의 효과적인 연마의 수행은 통상적으로 어렵다. 본 발명의 연마제 조성물은 Ta에 대하여 우수한 연마 효율을 제공할 수 있다. 이 연마 효율은 다음 실시예에 의하여 설명될 것이다.
<실시예 4>
4.72 Kg 알루미나와 3.61 Kg 암모늄 퍼설페이트가 사용된 것과 포름아마이드 대신에 2.50 Kg 우레아가 사용된 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
<실시예 5>
5.55 Kg 실리카(에어로실 90, 데구사)가 알루미나 대신에 사용되었고, 4.44 Kg 글리신이 우레아 대신에 사용되었으며, 2.22 Kg 암모늄 퍼설페이트가 사용된 것을 제외하고는 실시예 4와 같은 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
<실시예 6>
2.78 Kg 글리콜 산(glycolic acid)이 글리신 및 암모늄 퍼설페이트 대신에 사용된 것을 제외하고는 실시예 5와 같은 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
<실시예 7>
1.65 Kg 포름산이 글리콜산 대신에 사용된 것을 제외하고는 실시예 6과 같은 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
<실시예 8>
2.78 Kg 아세트아마이드와 2.78 Kg 암모늄 나이트레이트가 글리콜산 대신에 사용된 것을 제외하고는 실시예 6과 같은 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
<비교실시예 2>
2.78 Kg 시트르산(citric acid)이 우레아 대신에 사용되었고, 2.78 Kg 암모늄 퍼설페이트가 사용된 것을 제외하고는 실시예 4와 같은 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 연마 테스트 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
<연마 테스트>
A. 장치 : IPEC/Westech 472
B. 조건 : 압력 : 5 psi
온도 : 25℃
스핀들 속도 : 50 rpm
플래튼 속도 : 55 rpm
패드 타입 : Rodel IC 1000, K-GRV
슬러리 유동속도 : 150 ml/min
C. 웨이퍼 : Ta 막 : 실리콘 벨리 마이크로일렉트로닉스, Inc.로부터 상업적으로 사용될 수 있는 것으로서, 0.5± 5% 마이크로미터의 두께를 가지는 막을 6인치 실리콘 웨이퍼 상에 CVD-침적함에 의하여 얻은짐.
D. 슬러리 : 실시예 3 및 4 그리고 비교실시예 2의 슬러리들로서, 7중량% 칼륨 브로메이트를 함유하는 같은 부피의 수용액이 되도록 제조되었고, 15분 동안 균일하게 교반한 후에 테스트함. 그리고,
실시예 5-7의 슬러리들로서, 5중량% H2O2를 함유하는 같은 부피의 수용액이 되도록 제조되었고, 15분 동안 균일하게 교반한 후에 테스트함.
연마 테스트 과정은 앞에 설명한 것과 실질적으로 같다.
얻어진 테스트 데이터는 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
상기 실시예의 관점에서 보면, 본 발명에 따른 연마제 조성물은 금속막 특히, W, Al 및 Ta 막에 대하여 연마 속도를 효과적으로 향상시킬 수 있다는 것이 증명된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 연마제 조성물은 연마제 조성물의 점도를 효과적으로 감소시키기 위하여 음이온 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 이 실시예는 다음 예에 의하여 설명될 것이다.
<실시예 9>
실시예 1에 사용된 것과 같은 2.4 Kg 알루미나 입자를 실온에서 30.9 Kg 이온화되지 않은 물에 첨가하였다. 상기 알루미나 입자가 물에 완전히 현탁되어 슬러리가 형성될 때까지, 고 전단력을 가진 교반기로 상기 혼합물을 계속적으로 교반하였다. 그런 후, 3.2 Kg 포름산, 0.48 Kg 보에마이트(Boemite)(콘데아 코포레이션 (Condea Corporation)에 의하여 상업화된 알루미나의 상표), 1.6 Kg 암모늄 퍼설페이트, 및 0.03 Kg 폴리(에틸렌 글리콜)(알드리치 Ar.20,240-1)을 상기 슬러리에 차례로 첨가하였다. 상기 슬러리를 pH가 약 3.8이 되도록 HNO3또는 NH4OH로 조절하였다. 그런 후, 상기 슬러리를 여과하여 본 발명의 화학기계적 연마제 조성물을 얻었다. 얻어진 조성물의 점도 테스트의 결과는 아래 표 4에 나타내었다.
<실시예 10>
폴리(에틸렌 글리콜) 대신에 0.03 Kg BYK-022(폴리알킬실록산)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 9의 제조 단계를 반복하였다. 그런 후, 상기 슬러리를 여과하여 본 발명의 화학기계적 연마제 조성물을 얻었다. 얻어진 조성물의 점도 테스트의 결과는 아래 표 4에 나타내었다.
<실시예 11>
폴리(에틸렌 글리콜) 대신에 0.03 Kg 디스펙스(Dispex) GA40(얼라이드 콜로이즈 코포레이션(Allied Colloids Corporation)에 의해 제조됨, 폴리아크릴산 공중합체의 일종)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 9의 제조 단계를 반복하였다. 그런 후, 상기 슬러리를 여과하여 본 발명의 화학기계적 연마제 조성물을 얻었다. 얻어진 조성물의 점도 테스트의 결과는 아래 표 4에 나타내었다.
<비교실시예 3>
폴리(에틸렌 글리콜)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 9의 제조 단계를 반복하였다. 얻어진 조성물의 점도 테스트의 결과는 아래 표 4에 나타내었다.
<점도 테스트>
실시예 8-10 및 비교실시예 3의 각 슬러리 1 리터를 브룩필드(Brookfield) 모델 LVF (No. 1, 60 rpm)에 의하여 점도를 결정하기 위하여 테스트하였다. 그 테스트 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
표 4에 나타낸 결과의 관점에서 보면, 미국특허 제5,476,606호에 개시된 폴리알킬실록산 또는 폴리옥시알킬렌 에테르와 같은 비이온계 계면활성제는 연마제 조성물의 점도를 효과적으로 감소시킬 수 없다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따르면, 연마제 조성물의 점도는 음이온 계면활성제와 합체됨에 의하여 효과적으로 감소될 수 있다.
본 발명은 여기에서 나타내고 설명한 특정 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않으면서 만들어 질 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
본 발명에 의하여 고 연마 성능을 가지는 화학기계적 연마제 조성물이 제공되며, 또한, 감소된 점도를 가지는 화학기계적 연마제 조성물이 제공된다.

Claims (17)

  1. 70-95중량%의 수성 매체, 1-25중량%의 연마제, 0.1-20중량%의 연마 가속제를 포함하며, 상기 연마가속제는 나이트레이트 염과 혼합된 아미도-그룹 함유 화합물을 포함하는 반도체 공정용 화학기계적 연마제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마제는 3 내지 10 중량%의 양으로 존재하고, 상기 연마 가속제는 1내지 6중량%의 양으로 존재하는 화학기계적 연마제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아미도 그룹-함유 화합물은 포름아마이드, 아세트아마이드, 프로피온아마이드, N-메틸포름아마이드, N-메틸아세트아마이드, 우레아, 메틸우레아, 에틸우레아, 다이메틸우레아 및 다이에틸우레아 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 화학기계적 연마제 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1 내지 15중량%의 산화제를 더 포함하는 화학기계적 연마제 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 산화제는 4 내지 6중량%의 양으로 존재하는 화학기계적 연마제 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 산화제는 과산화물(peroxides), 클로레이트(chlorates), 클로라이트(chlorites), 퍼클로레이트 (perchlorates), 브로메이트(bromates), 브로마이트(bromites), 퍼브로메이트 (perbromates), 나이트레이트(nitrates) 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 화학기계적 연마제 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연마제는 SiO2, Al2O3, ZrO2, CeO2, SiC, Fe2O3, TiO2, Si3N4또는 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 연마제 조성물.
  8. 70-95중량%의 수성 매체, 1-25중량%의 연마제, 0.1-20중량%의 연마 가속제 및 0.01-1중량%의 음이온 계면활성제를 포함하고, 상기 연마 가속제는 나이트레이트 염과 혼합된 아미도-그룹 함유 화합물을 포함하는 반도체 공정용 화학기계적 연마제 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 음이온 계면활성제는 폴리카복실산(polycarboxylic acids), 폴리카복실산 공중합체, 그들의 염, 폴리아클리산 공중합체들(polyacrylic acid copolymers), 그들의 염, 및 이러한 폴리머들 및/또는 그들의 염의 둘 또는 그 이상의 혼합물로 부터 선택되는 화학기계적 연마제 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 상기 연마제는 3 내지 10 중량%의 양으로 존재하고, 상기 연마 가속제는 1 내지 6중량%의 양으로 존재하는 화학기계적 연마제 조성물.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아미도 그룹-함유 화합물은 포름아마이드, 아세트아마이드, 프로피온아마이드, N-메틸포름아마이드, N-메틸아세트아마이드, 우레아, 메틸우레아, 에틸우레아, 다이메틸우레아 및 다이에틸우레아 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 화학기계적 연마제 조성물.
  12. 제8항에 있어서, 1내지 15중량%의 산화제를 더 포함하는 화학기계적 연마제 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 산화제는 4 내지 6중량%의 양으로 존재하는 화학기계적 연마제 조성물.
  14. 제12항에 있어서, 상기 산화제는 과산화물(peroxides), 클로레이트(chlorates), 클로라이트(chlorites), 퍼클로레이트 (perchlorates), 브로메이트(bromates), 브로마이트(bromites), 퍼브로메이트 (perbromates), 나이트레이트(nitrates) 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 화학기계적 연마제 조성물.
  15. 제8항 또는 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마제는 SiO2, Al2O3, ZrO2, CeO2, SiC, Fe2O3, TiO2, Si3N4또는 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 연마제 조성물.
  16. 제12항에 있어서, 70-95중량%의 상기 수성 매체, 4-6중량%의 상기 연마제, 2-4중량%의 상기 연마 가속제, 4-8중량%의 상기 산화제, 및 0.1-0.5중량%의 음이온 계면활성제를 포함하는 화학기계적 연마제 조성물.
  17. 제1항 또는 제8항에 있어서, 0.05-0.2중량%의 벤조트리아졸 및/또는 그것의 유도체들을 더 포함하는 화학기계적 연마제 조성물.
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