KR100361104B1 - 귀금속 연마용 화학적 활성 슬러리 및 그의 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
귀금속 표면을 연마하는 슬러리 및 CMP 공정이 제공된다. 이 슬러리 및 연마 방법은 상감 또는 이중 상감 귀금속 상감을 형성하도록 사용된다. 그러한 상감은 집적 회로 강유전성 커패시터 전극을 형성하는 것에 효과적이다. 이 슬러리는 귀금속과 화학적으로 반응하는 강염기성 수용액 중의 브롬과 같은 할로겐을 포함한다. 마모제가 부가됨으로써 이 슬러리는 CMP 공정 중 웨이퍼 표면으로부터 귀금속을 제거하거나 연마하도록 사용된다.
Description
본 발명은 일반적으로 집적 회로 (IC) 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 귀금속의 평탄화 및 귀금속 상감 (damascene) 전극 구조를 형성하도록 하는 화학적-기계적 연마 (CMP) 슬러리에 관한 것이다.
CMP 공정은 대량 생산 환경에서 IC 표면을 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 약 50 내지 1500Å 범위의 평탄도로 연마하도록 고안된 것이다. CMP 공정은 흔히 금속화 단계 이후에 실시된다. 퇴적된 금속 필름은 웨이퍼의 일부 영역에서 평탄화되어야 하는 반면에 웨이퍼의 다른 영역에서는 금속이 전부 제거되어야 한다. 따라서 금속 뿐만 아니라 실리콘, 실리콘 산화물 및 기타 다른 유전체가 하부에 놓인 웨이퍼 표면을 오염시키거나 손상시킴 없이 동시에 제거될 수 있다.
많은 상업적 방법에서, Al 또는 W와 같은 상호 접속 금속은 물리 기체상 성장법 (PVD) 또는 스퍼터링 (sputtering)을 통해 필름으로서 웨이퍼 표면상에 퇴적된다. 웨이퍼 표면을 가로지르는 상호접속 라인 또는 연속적으로 형성되는 중첩 IC 금속, 레벨로의 비아 (vias)는 패턴 에칭 (pattern etching)에 의해 금속 필름의 불필요한 영역을 제거함으로써 형성된다. 산화물은 전형적으로 금속 상호접속 주위를 절연하도록 사용된다. IC 레벨을 완성하자마자 CMP 공정을 실시하여 표면을 평탄화시킨다.
백금 (Pt) 및 다른 귀금속은 IC 구조 강유전성 커패시터에 사용된다. 귀금속의 사용은 이들 고유의 내약품성에 의해 촉진된다. 이 특성은 강유전성 커패시터의 제조에서 나타나는 것과 같은 고온 산화 조건하에서 특히 바람직하다. 또한 귀금속 및 회티탄석 금속 산화물과 같은 강유전성 물질 사이의 화학적 작용은 무시할만 하다.
그러나 습윤 또는 건조 공정 중 어느 것에 있어서도 귀금속을 패턴 에칭하는 것이 문제이다. 에칭은 불량한 패턴 선명도를 초래하는 경향이 있다. 예컨대, 생성된 금속 구조는 종종 수직 대신 경사진 벽을 갖는다. 또한 에칭 공정은 화학적 잔류물을 남기고, CMP 공정 조차도 경사진 측벽 구조로부터 잔류물을 제거할 수 없다.
또한 금속 구조는 상감 기술을 통해 패턴화되어 형성될 수 있다. 우선, 유전성 필름이 형성된다. 유전체는 상감을 형성하도록 패턴 에칭된다. 이어, 금속이 유전체 상에 퇴적되고, 상감을 박아넣고, 유전체 상에서 필름을 형성한다. CMP 공정은 중첩된 금속 필름을 제거하고, 금속이 박혀진 상감을 남긴다.
CMP 공정을 실시하기 위한 상업적 장치는 쉽게 구입할 수 있다. 도 1은 CMP 공정을 실시하기 위한 장치를 나타낸다 (종래 기술). CMP 장치 (10)은 회전 테이블 패드 (12) 및 회전 웨이퍼 장착 패드 또는 스핀들 (14)을 포함한다. 전형적으로, 연마될 웨이퍼(16)는 스핀들 (14)이 회전함에 따라 상하로 움직인다. 또한 연마 패드 (12)도 회전된다. 연마 패드 (12)는 전형적으로 상업적으로 구입 가능한 폴리에스테르/폴리우레탄 물질이다. 슬러리는 분출구 (18)을 통해 회전 테이블 패드 (12) 및 웨이퍼 홀더 (14) 사이에 도입된다. 연마 공정에서 주요한 가변 요인은 패드 (12) 및 홀더 (14)의 상대 회전 속도, 웨이퍼(16) 및 패드 (12) 사이의 압력, 공정의 소요 시간 및 사용된 슬러리의 형태이다.
발명의 명칭이 의미하는 바와 같이, CMP 공정은 화학적 반응 및 물리적 연마를 통해 웨이퍼 표면으로부터 물질을 제거한다. 전형적인 CMP 공정에서, 슬러리는제거될 물질에 대해 선택적인 부식제 또는 개질제와 같은 화학적 시약을 함유한다. 화학적 시약은 웨이퍼 표면을 화학적으로 용해시키도록 작용하지만, 연마제는 웨이퍼 표면으로부터 개질된 물질을 제거하도록 작용한다. 수산화칼륨이 부식제로서 사용되고 실리카가 연마제로서 사용될 때, 그러한 슬러리는 실리콘, 이산화 규소 및 질화 규소의 연마에 효과적이다.
몇몇의 슬러리 화합물은 Al, W, 구리, Si. SiO2, Si3N4등의 제거용으로 개발되어 왔다. 그러나 CMP 공정에서 귀금속을 제거하는 것에 유용한 효과적인 슬러리는 없다. 귀금속을 효과적인 전기적 도체로 만드는 만큼 화학적 반응에 대해 내성을 갖도록 하기 때문에 에칭할 수 없다. 퇴적 공정이 아무리 귀금속용으로 개발되어도 효과적인 CMP 공정의 결함, 특히 효과적인 슬러리의 결함으로 인해 귀금속 전극이나 상호 접속이 현행 IC 디자인에 사용되지 못한다.
CMP 공정 슬러리가 귀금속을 평탄화하도록 개발된다면 유리할 것이다.
또한 상업적으로 구입할 수 있는 표준 CMP 장치를 이용하여, 귀금속이 표준 CMP 공정에서 평탄화되도록 하는 슬러리가 개발된다면 유익할 것이다.
또한 귀금속 CMP 공정이 상감 또는 이중 상감 퇴적 기술을 사용하여 귀금속 구조를 형성하도록 한다면 유익할 것이다.
도 1은 CMP 공정을 실시하는 장치를 도시한다 (선행 기술).
도 2는 귀금속 표면을 갖는 웨이퍼 (wafer)를 본 발명에 따라 연마하는 방법의 공정도이다.
도 3은 상감 Pt의 SEM을 도시한다.
도 4는 본 발명의 슬러리를 이용한 상감 Pt의 광학 현미경 사진을 나타낸다.
도 5는 지형 효과를 나타낸다.
도 6은 강유전성 커패시터 구조용 상감 집적 회로 전극의 예비 성형을 나타낸다.
도 7은 CMP 공정 후, 도 6의 전극 구조를 나타낸다.
도 8은 도 7의 전극 구조와 유사한, 이중 상감 귀금속 강유전성 커패시터 전극 구조를 나타낸다.
따라서, 귀금속을 연마하도록 화학적으로 활성인 슬러리가 제공된다. 이 슬러리는 화학적 시약으로서 강염기성 용액에 원소 할로겐 뿐만 아니라 연마제를 포함한다. 이 원소 할로겐은 브롬, 요오드 또는 염소일 수 있지만, 브롬이 바람직하다. 이 염기성 수용액은 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 테트라메틸 알루미늄 하이드록사이드 ((CH3)4NOH) 또는 테트라알킬 암모늄 하이드록사이드 (R4NOH)일 수 있지만, NaOH가 바람직하다. 특히 500㎖의 증류수에서 1.3몰의 브롬 (Br2)과 0.5몰의 수산화나트륨 (NaOH)을 배합하여 수산화나트륨 및 브롬 용액을 형성한다.
연마제는 알루미늄 산화물 (Al2O3), CeO2또는 SiO2일 수 있다. 연마제가 Al2O3일 때, 이것은 물과 혼합되어 1 내지 50중량%의 알루미늄 산화물을 포함하는 알루미늄 산화물 현탁액을 형성한다. 이어, 5부피부의 수산화나트륨 및 브롬 용액을 1부의 알루미늄 산화물 현탁액과 배합한다.
또한 표준 CMP 공정 연마 테이블 패드를 이용하여 연마하는 방법도 제공된다. 이 방법은 하기의 단계를 포함한다:
a) 연마 패드와 상호작용하도록 귀금속 표면을 설치하는 단계;
b) 강염기성 수용액 중의 원소 할로겐 및 연마제를 포함하는 슬러리를 테이블 패드와 귀금속 사이에 도입하는 단계;
c) 단계 a) 및 b)에 따라 귀금속 표면을 화학적으로 연마하는 단계. 본 발명의 구체예에서 Pt는 1800Å/분의 속도로 표면으로부터 제거된다. 금속 표면과 테이블 패드 사이에 약 4 PSI의 힘 및 약 40 RPM의 연마 패드/스핀들 회전 속도가 전형적이다.
이 CMP 공정은 Pt, Ir, Ru, Pd, Ag, Au. Os 및 Rh로 구성된 군으로부터 선택된 귀금속을 사용하는 것이 효과적이다. Pt CMP 공정이 가장 상업적으로 유용하다.
또한 강유전성 커패시터 구조용 상감 집적 회로 전극도 제공된다. 상감 전극 구조는 수평면을 걸쳐있는 상부 표면과 수직 두께를 갖는 유전층을 포함하며, 수직 두께는 유전층에서 유전성 상부 표면부터 제 1 수평 레벨까지 걸쳐 있다. 이 유전층은 수직 두께를 통해 유전성 상부 표면부터 유전성 제 1 레벨까지 형성된 상감을 포함한다. 약 15 나노미터 (nm)의 조도와 제 1면과 정렬된 상부 표면을 갖는 귀금속 전극은 유전성 상부 표면부터 유전성 제 1 레벨까지 유전성 상감을 새긴다. 이런 방법으로 유전층을 통해 귀금속 전극이 제공된다. 또한 귀금속 전극을 갖는 이중 상감 상호 접속 구조도 제공된다.
귀금속은 연마하기 어렵다고 잘 알려져 있다.
이것은 환원 반쪽-반응 포텐셜 (reduction half-reaction potential)에 나타나 있다:
이 포텐셜은 클로라이드, 즉 할라이드, 이온으로 환원될 수 있다:
마지막으로, 환원 포텐셜은 pH를 높임으로써 더욱 환원된다:
따라서, 귀금속 연마를 위한 화학적으로 활성인 슬러리는 강염기성 수용액에 원소 할로겐 및 연마제를 포함한다. 전형적으로 강염기성 수용액은 약 10 이상의 pH를 갖지만, 약 11 내지 13의 pH가 바람직하다. 생성된 슬러리는 통상의 화학 기계적 연마 (CMP) 장치를 이용하여 귀금속을 연마하는 것에 사용된다.
일반적으로 승인되어 있고, 구입이 용이한 산화제는 요오드, 브롬, 아이오데이트 (iodate), 퍼아이오데이트 (periodate), 퍼클로레이트, 퍼옥시디술페이트 및 퍼망가네이트가 사용되고 있다. 물론, 염소는 질산 및 염산 반응에 의해 화학적으로 생성될 수 있다.
반쪽-반응 (half-reaction) 포텐셜의 상기 분석으로부터 강염기성 중의 할로겐 용액은 귀금속과 효과적으로 반응한다. 염기 수용액은 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 ((CH3)4NOH) 및 테트라알킬 암모늄 하이드록사이드 (R4NOH)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
강염기에서, 불소를 제외한 원소 할로겐은 불균형하게 되어 1 당량의 할라이드 이온 X-, 1 당량의 히포할라이트 (hypohalite) 이온 XO-를 형성한다:
X2+ 2OH-→ X-+ XO-+ H2O
염소의 경우, 하이포할라이트, 즉 하이포클로라이트 (hypochorite) 이온은 상대적으로 안정하고, 상온에서 더 이상 분균형하게 되지 않는다. 그러나 다른 할로겐에 있어서는 추가 불균형이 발생하여 할라이트 (halite) 이온을 형성한다:
2XO-→ X-+ XO2 -
또한 다른 할레이트 (halate) 이온:
3XO2 -→ X-+ 2XO3 -
또는, 마지막으로 퍼할레이트 이온:
4XO3 -→ X-+ 3XO4 -
염소의 경우, 모든 옥소할로겐 이온이 존재한다 (하이포클로라이트, 클로라이트, 클로레이트 및 퍼클로레이트); 브롬 및 요오드의 경우, 할레이트 및 퍼할레이트 이온만이 안정하다 (하이포브로마이트 및 하이포아이오다이트가 일시 종으로서 존재하고, 브로마이트 및 아이오다이트는 존재하지 않는다).
따라서 본 발명은 브롬, 요오드 및 염소로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 할로겐을 포함한다. 바람직한 구체예에서, 원소 할로겐은 수산화나트륨에 용해된 브롬을 포함한다.
요오드는 산화 포텐셜이 불충분하기 때문에 효과적이지 못하다. 그러나 강염기성 브롬 용액 및 알루미나 연마제의 배합물은 효과적이므로 백금은 약 1500Å/분의 속도록 연마될 수 있다.
본 발명의 슬러리는 알루미늄 산화물 (Al2O3), CeO2및 SiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 연마제를 포함한다. 연마제가 알루미늄 산화물일 때, 알루미늄 산화물은 물과 혼합되어 1 내지 50중량%의 알루미늄 산화물을 포함하는 알루미늄 산화물 현탁액을 형성한다. 5부피부의 수산화나트륨 및 브롬 용액이 1부의 알루미늄 산화물 현탁액과 배합된다.
또한 상술한 슬러리를 이용하여, 상감 방법에 의해 백금 패터닝 (patterning)을 할 수 있다. 본 발명의 제 1 요지에서 플라즈마-강화된 화학 기체상 성장법 (PECVD) 실리콘 이산화물이 상감 구조의 제조를 위해 사용된다. 상감 에칭 깊이는 3100Å이다. 4500Å 층의 Pt는 패터닝될 표면상에 미리 퇴적된 박판 TaN 방어 층에서 퇴적된다. 사용된 슬러리 제제물은 하기와 같다:
브롬 : 105g
수산화나트륨 :40g
특히, 1.3몰의 브롬 (Br2)을 0.5몰의 수산화나트륨 (NaOH)과 배합하여 수산화나트륨 및 브롬 수용액을 형성한다. 약 100㎖의 DI 물이 부가된 측량된 비이커에 브롬을 넣는다. 브롬은 상대적으로 무겁고, 비상용성이며 물에 소량 용해되기 때문에 바닥으로 가라앉는다. 따라서 브롬 증기의 발생이 적다. 별도의 비이커에 수산화나트륨을 약 200㎖의 물에 용해시킨다. NaOH 용액의 열은 크며, 수산화 수용액이 매우 뜨거워지기 때문에 조심해야한다. 브롬 및 NaOH 사이의 반응은 매우 발열성이기 때문에 가열 및 브롬 증기 발생을 방지하기 위해 수산화나트륨 용액을 브롬 및 물 혼합물에 서서히 부가한다. 수산화나트륨 용액을 모두 부가하면, 브롬은 완전히 용해되어 투명한 오렌지색 용액을 형성한다. 이 혼합물을 500㎖의 전체 부피로 희석하고, 100㎖의 Rodel MSW2000A (또는 몇 당량) 알루미나 현탁액을 부가하여 슬러리를 완성한다.
알칼리성 용액에서, 브로메이트 및 브로마이드 이온은 하기 화학식에 따라 원소 브롬과 평형이다:
6Br2+ 12OH-→ 10Br-+ 2BrO3 -+ 6H2O
브롬 및 브로메이트 이온 모두 상대적으로 강한 산화제이고, 백금 공격의 원인이 된다.
도 2는 귀금속 표면을 갖는 웨이퍼를 본 발명에 따른 연마 방법에 따라 연마하는 단계를 나타낸다. 단계 (100)은 CMP 공정 테이블 연마 패드 및 IC 웨이퍼가 장착된 스핀들을 제공한다. 단계 (102)는 연마 패드와 반응하는 웨이퍼 귀금속 표면을 설치한다. 단계 (102)는 Pt, Ir, Ru, Pd, Ag, Au, Os 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 귀금속을 포함하지만, Pt가 바람직하다.
단계 (104)는 강염기성 수용액 중의 원소 할로겐 및 연마제를 포함하는 슬러리를 테이블 패드 및 귀금속 표면 사이에 도입한다. 본 발명의 제 2 요지로서, 단계 (104)는 브롬, 요오드 및 염소로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 할로겐을 포함한다. 단계 (104)에 도입된 슬러리의 강염기성 수용액은 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 테트라메틸 알루미늄 하이드록사이드 ((CH3)4NOH) 또는 테트라알킬 암모늄 하이드록사이드 (R4NOH)로 이루어진 군으로부터 선택된 염기를 포함한다. 바람직하게는 원소 할로겐은 브롬이고, 이어 단계 (104)에 도입된 슬러리는 수산화나트륨에 용해된 브롬을 포함한다. 특히, 슬러리는 0.5몰의 수산화나트륨과 배합된1.3몰의 브롬 (Br2)을 포함한다.
단계 (104)에 도입된 슬러리는 알루미늄 산화물 (Al2O3), CeO2또는 SiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 연마제를 포함한다. 연마제가 알루미늄 산화물일 때, 단계 (104)는 알루미늄 산화물이 물과 혼합되어 1 내지 50중량%의 알루미늄 산화물을 함유하는 알루미늄 산화물 현탁액을 포함한다. 이 슬러리는 5부피부의 수산화나트륨 및 1부의 알루미늄 산화물 현탁액과 배합된 브롬 용액을 포함한다. 본 발명의 제 3 요지에서 단계 (104)는 약 0 초과 내지 300㎖/분 이하의 유동 속도로 슬러리에 도입되는 것을 포함한다. 본 발명의 제 4 요지에서 슬러리 내 입자의 크기는 약 1 미크론 (micron) 이하의 크기이다.
단계 (106)에서는 단계 (102) 및 (104)에 따라 부드러운 표면을 갖도록 귀금속 표면을 화학적으로 연마한다. 단계 (102)는 금속 표면 및 테이블 패드 사이에 약 0 초과 내지 6파운드/(inch)2이하의 힘 (PSI), 바람직하게는 약 4 PSI의 압력을 갖는다. 연마 패드 회전 속도는 약 0 초과 내지 60 회전/분 이하, 바람직하게는 약 40 RPM의 회전 속도를 갖는다. 마찬가지로, 스핀들 속도는 약 0 초과 내지 60 회전/분 (RPM) 이하, 바람직하게는 약 40 RPM의 회전 속도를 갖는다. 단계 (108)은 귀금속이 통상의 화학-기계적 연마 (CMP) 계로 연마된 생성물이다.
본 발명의 제 5 요지에서, 단계 (102)는 귀금속으로서 Pt를 포함하고, 이어, 단계 (106)은 약 1500 내지 2000Å/분, 바람직하게는 약 1800Å/분의 제거 속도로 Pt 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 포함한다.
본 발명의 제 6 요지에서, 단계 (106)은 50 나노미터 (㎚) 이하의 조도로 귀금속을 연마하는 것을 포함한다. 바람직한 조도는 약 15㎚이다. 또한 단계 (106)은 평평한 귀금속 표면에서 측정하였을 때, 0.5 미크론 (micron)의 귀금속 물질을 제거하는 것을 포함한다.
일반적으로, 상술한 슬러리에서 TaN 방어 층 상의 백금 금속의 연마 속도는 4 PSI의 하향력 및 스핀들 및 테이블 모두의 40 rpm 회전속도에서 약 1800Å/분이다. 반대로, TaN은 부식하기 때문에 형상의 표면에서만 제거된다. 백금의 최종 표면은 매우 부드럽고 결함이 없다. 잔류하는 TaN은 희석된 HF 용액 또는 플라즈마 에칭에 의해 제거될 수 있다.
도 3은 상감 Pt의 SEM을 나타낸다. 이 사진은 Pt로 상감을 새기고, 연마하는 것으로부터 형성된 좁은 Pt 라인의 단면도를 나타낸다. 상감 백금 구조는 상술한 브롬/수산화 백금 연마 슬러리로 Tan 대신 TiN 및 TiN/Ti 방어 층을 사용하여 제조될 수 있다. TaN의 경우와 달리, 백금 슬러리는 적층 영역으로부터 방어 층을 쉽게 제거한다. 백금 연마 속도는 약 1500Å/분에서 반복적으로 유지한다. 연마된 영역은 매우 깨끗하고 결함이 없는 모양을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 슬러리를 이용한 상감 Pt의 광학적 현미경 사진을 나타낸다. 도 4는 금속이 새겨져 전기적 상호 접속을 형성하는 상감 또는 상감 구조를 갖는 IC 구조 상에 CMP 공정을 실시하는 것과 관련된 역학을 나타낸다. 상감 구조는 비아 또는 상호 접속 트랜치 (trench)와 같은 단일 상감을 포함하는 것으로 생각된다. 또한 상감 구조는 중첩하거나 두 상감 구조를 통해 상호 접속으로부터 비아와일치하는 상호 접속 트랜치일 수 있는 이중 상감 구조를 포함한다.
지형의 평탄화는 연마 방법에 의해 다른 높이 및/또는 밀도 특징이 평탄화되는 속도에 의해 결정된다. 예컨대, 유전성 상부 표면 및 유전층에서 제 1 레벨. 다른 높이는 유전층에서 비아와 같은 상감의 결과이다. 도 5는 지형의 효과를 나타내는 개략도이다. 여기서, 연마 패드는 기재와의 접촉에 의해 더 또는 덜 압축되는 '스프링' 정렬을 나타낸다. 이 때, 이 스프링의 물리적 성질은 연마 패드 물질의 벌크 탄성과 단순히 동일하게 되지 않아야 한다. 그러한 동일성은 패드 표면이 고유하게 매우 부드럽고 균일할 경우만 적용할 수 있다. 그러나 CMP에 사용되는 연마 패드는 단지 부드럽고 균일하기만 하며, 실제로 더욱 거칠고, 많은 수의 임의로 분산된 돌기로 덮혀 있다고 알려져 있다. 사실, 제거 속도를 유용하게 유지하기 위해서 보통 연마 공정을 거치는 동안 패드를 조면화, 즉 새로운 돌기를 의도적으로 생성하는 것이 유용하다. 따라서 벌크 재료와는 매우 다른 탄성 특헝을 갖는 개별적인 돌기로써 상기 형상의 스프링을 확인하는 것이 더욱 이상적이다.
도 6은 강유전성 커패시터 구조 (200)용 상감 집적 회로 전극의 예비 성형을 나타낸다. 상호 접속 구조 (200)은 제 1 수평면 (205)을 따라 상부 표면 (204)를 갖는 유전층 (202)를 포함한다. 귀금속은 퇴적되어 귀금속 표면을 갖는 금속 필름을 형성한다.
도 7은 CMP 공정 후, 도 6의 전극 구조 (200)을 나타낸다. 또한 유전층 (202)는 유전층 (202)에서 유전성 상부 표면 (204)부터 제 1 레벨 (208)까지 연장된 참고 번호 (207)에 의해 나타난 제 1 수직 두께를 포함한다.
유전층 (202)는 제 1 두께 (207)부터 유전성 제 1 수평 레벨 (208)까지 유전성 상부 표면 (204)로부터 형성된 제 1 상감 (210)을 포함한다. 전형적으로, 제 1 상감 (210)은 비아 또는 상호 접속 트랜치 (trench)이다. 약 0 초과 내지 50㎚ 이하의 조도 [참고 번호 (214)로 나타냄]로, 제 1 면 (206)과 정렬된 상부 표면 (213)를 갖는 귀금속 전극 (212)는 유전성 상부 구조 (204)부터 유전성 제 1 수평 레벨 (208)까지 유전성 제 1 상감 (210)을 새긴다. 전극 (212)에 사용된 귀금속은 Pt, Ir, Ru, Pd, Ag, Au, Os 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된다. 귀금속 전극 (212)는 유전층 (202)를 통해 상호 접속을 형성한다. 본 발명의 다른 요지로서 전극 (212)은 금속 레벨층 사이에 유전성 간층 (202)을 통해 상호 접속 스터드 (stud)를 제공한다.
전형적으로 상호 접속 구조 (200)은 추가로 기재 (216) 상에 도전성 접속 표면 (215)을 포함한다. 도전성 접속 표면은 상호 접속 금속, 폴리실리콘 및 트랜지스터 전극과 같은 반도체 활성 영역으로 구성된 물질군으로부터 선택된다. 유전층 (202)는 도전성 접속 표면 (215)를 덮는다. 귀금속 전극 (212)는 유전층 (202)를 통해 유전성 상부 표면 (204)부터 도전성 배선 표면 (215)까지 걸쳐 있다. 이러한 방법으로 귀금속 강유전성 커패시터 전극 (200)은 도전성 접속 표면 (214)부터 유전성 상부 표면 (204)까지 형성된다,
본 발명의 다른 요지로서, 방어층 (217)은 유전층 (202)을 덮고, 유전층은 방어층 (218)을 덮는다. 전형적으로 이러한 방어층은 비도전성이지만, 도전성 방어층도 또한 본 발명의 다른 요지에서 사용된다. 본 발명의 다른 요지로서, 방어층 (220)은 제 1 상감 (210)을 새긴다. 방어층 (220)은 도전성 또는 비도전성일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 다른 실시예로서, 도전성 방어 물질은 전극 (212) 및 도전성 접속 표면 (215) 사이에 위치된다.
도 8은 도 7의 전극 구조 (200)와 유사한 이중 상감 귀금속 유전성 커패시터 전극 구조 (250)을 나타낸다. 간단하게 하기 위해 도 7의 상감 전극 구조 (200)의 일부 공통 요소는 도 8에도 반복하였다. 유전층 (202)는 유전층 (202)에서 유전성 제 1 수평 레벨 (208)부터 제 2 수평 레벨 (254)까지 걸쳐 있는, 참고 번호 (252)로 나타낸, 제 2 수직 두께를 가지고 있다. 다르게는 제 2 두께 (252)는 유전층 (202)가 존재하는 별개의 유전층이다. 본 발명의 다른 요지로서, 방어층은 2 개의 유전층을 분리하지 않는다.
제 2 상감 (256)은 유전층 (202)에서 유전 제 1 수평 레벨 (208)부터 유전 제 2 수평 레벨 (254)까지 형성된다. 제 2 상감 (256)은 적어도 부분적으로, 제 1 상감 (210)과 일치한다. 귀금속 전극 (212)는 제 1 (210) 및 제 2 유전성 상감 (256)을 유전성 상부 표면 (204)부터 유전성 제 2 수평 레벨 (254)까지 새긴다. 본 발명의 다른 요지로서, 제 1 상감 (210)은 상호 접속 트랜치이고, 제 2 상감 (256)은 비아이다. 이렇게 하여 이중 상감 전극 구조 (250)가 형성된다. 전형적으로 전극 구조 (250)은 전극 (212) 아래의 도전성 표면 (258)과 유전층 (202) 사이를 유전성 상부 표면 (204)에 접속시킨다.
귀금속 표면을 연마하기 위한 슬러리 및 CMP 공정이 본 발명에서 제공된다. 상술한 슬러리 및 연마 방법을 이용하여 상감 또는 이중 상감 귀금속 상감이 형성될 수 있다. 이 슬러리는 염기성 수용액 중의 브롬과 같은 할로겐이 CMP 공정을 거치는 동안 귀금속과 화학적으로 반응한다는 것에서 신규하다. 본 발명의 다른 변형예와 구체예도 당업자에게 자명한 사실이다.
본 발명은 귀금속의 평탄화 및 귀금속 상감 전극 구조를 형성하도록 하는 화학적-기계적 연마 (CMP) 슬러리를 제공한다.
Claims (26)
- 강염기성 수용액 중의 원소 할로겐; 및연마제를 포함하며, 통상의 화학적 기계적 연마 (CMP) 장치로 귀금속을 연마하는데 사용되는 귀금속 연마용 화학적 활성 슬러리에 있어서,상기 원소 할로겐은 브롬, 요오드 및 염소로 이루어진 군으로부터 선택되고,상기 연마제는 알루미늄 산화물 (Al2O3), CeO2및 SiO2로 이루어진 군으로부터 선택되는 슬러리.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 염기성 수용액이 약 10 이상의 pH를 갖는 슬러리.
- 제 1항에 있어서, 상기 염기성 수용액이 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 테트라메틸 알루미늄 하이드록사이드 ((CH3)4NOH) 또는 테트라알킬 암모늄 하이드록사이드 (R4NOH)로 이루어진 군으로부터 선택된 슬러리.
- 제 1항에 있어서, 상기 원소 할로겐이 수산화나트륨에 용해된 브롬을 포함하는 슬러리.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 연마제가 알루미늄 산화물이고, 상기 알루미늄 산화물이 물과 혼합되어 1 내지 50중량%의 알루미늄 산화물을 포함하는 알루미늄 산화물 현탁액을 형성하는 슬러리.
- 제 7항에 있어서, 1.3몰의 브롬 (Br2)과 0.5몰의 수산화나트륨 (NaOH)을 500㎖의 물에서 배합하여 수산화나트륨 및 브롬 수용액을 형성하는 슬러리.
- 제 8항에 있어서, 5부피부의 상기 수산화나트륨 및 브롬 용액을 1부의 상기 알루미늄 산화물 현탁액과 배합하는 슬러리.
- 테이블 연마 패드 및 스핀들이 제공되고, 하기의 단계를 포함하는 귀금속 표면을 갖는 웨이퍼의 연마 방법:a) 연마 패드와 반응하는 웨이퍼 귀금속 표면을 설치하는 단계;b) 강염기성 수용액 중의 원소 할로겐 및 연마제를 포함하는 슬러리를 연마 패드와 귀금속 표면 사이에 도입하는 단계; 및c) 단계 a) 및 b)에 따라 귀금속 표면을 화학적으로 연마하며:이 때, 귀금속은 통상의 화학적-기계적 연마 (CMP) 계에서 연마되는 단계.
- 제 10항에 있어서, 단계 b)에서 도입되는 슬러리가 브롬, 요오드 및 염소로 이루어진 군으로부터 선택된 원소 할로겐을 포함하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 원소 할로겐이 브롬이고, 단계 b)에서 도입되는 슬러리가 수산화나트륨에 용해된 브롬을 포함하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 b)에서 도입되는 슬러리의 강염기성 수용액이 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 테트라메틸 알루미늄 하이드록사이드 ((CH3)4NOH) 및 테트라알킬 암모늄 하이드록사이드 (R4NOH)로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 b)에서 도입되는 슬러리가 알루미늄 산화물 (Al2O3), CeO2또는 SiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 연마제를 포함하는 방법.
- 제 14항에 있어서, 단계 b)에서 도입되는 연마제가 알루미늄 산화물이고, 또 단계 b)는 물과 혼합되어 1 내지 50중량%의 알루미늄 산화물 현탁액을 형성하는 알루미늄 산화물을 포함하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 단계 b)에서 도입되는 슬러리가 1.3몰의 브롬 (Br2)과 0.5몰의 수산화나트륨 (NaOH)을 500㎖의 물에서 배합하는 것을 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 단계 b)에서 도입되는 슬러리가 1부의 알루미늄 산화물 현탁액과 배합된 5부피부의 수산화나트륨 및 브롬 용액을 포함하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 a)가 Pt, Ir, Ru, Pd, Ag, Au, Os 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 귀금속 표면을 포함하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 b)에서 Pt가 귀금속이고, 단계 c)는 약 1500 내지 2000Å/분의 속도로 Pt 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 포함하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 a)가 귀금속 표면 및 테이블 패드를 금속 표면 및 연마 패드 사이에 약 0 초과 내지 6 PSI 이하의 힘으로 상호 작용시키는 것을 포함하며, 테이블 패드 회전 속도가 약 0 초과 내지 60 RPM 이하이며, 스핀들 회전 속도가 약 0 초과 내지 60 RPM 이하인 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 c)가 평평한 귀금속 표면에서 측정하였을 때 약 0.5 미크론 (micron)이하로 귀금속 물질을 제거하는 것에 의해 약 0 초과 내지 50 나노미터 (㎚) 이하의 조도로 귀금속을 연마하는 것을 포함하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 단계 b)가 약 0 초과 내지 300㎖/분 이하의 유동 속도로 슬러리에 도입되는 것을 포함하는 방법.
- 제 1 수평면과 제 1 수직 두께를 갖는 유전층; 및약 0 초과 내지 50㎚ 이하의 조도를 갖고, 제 1 면에 정렬하는 상부 표면을 갖는 귀금속 전극을 포함하고,상기 유전층에서 제 1 수직 두께는 상기 유전성 상부 표면부터 제 1 수평 레벨에까지 걸쳐 존재하고,상기 유전층은 제 1 두께를 통하여 상기 유전성 상부 표면부터 상기 유전성 제 1 수평 레벨까지 형성된 제 1 상감을 포함하며,상기 귀금속 스터드가 상기 유전성 상부 표면부터 상기 유전성 제 1 수평 레벨까지 상기 유전성 제 1 상감을 새기는 것에 의해, 상기 귀금속 스터드가 상기 유전층을 통해 상호 접속을 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터 구조용 상감 집적 회로 전극.
- 제 23항에 있어서, 상기 귀금속이 Pt, Ir, Ru, Pd, Ag, Au, Os 및 Rh로 이루어진 군으로부터 선택된 전극.
- 제 23항에 있어서, 상기 유전층이 상기 유전층에서 상기 유전성 제 1 수평 레벨부터 제 2 수평 레벨까지 걸쳐 존재하는 제 2 수직 두께를 갖고, 제 2 상감이상기 유전층에서 상기 유전성 제 1 수평 레벨부터 상기 유전성 제 2 수평 레벨까지 형성되며, 상기 제 2 상감이 적어도 부분적으로 상기 제 1 상감과 일치하고, 상기 귀금속 전극이 상기 유전성 상부 표면부터 상기 유전성 제 2 수평 레벨까지 상기 제 1 및 제 2 유전성 상감을 새김으로써 이중 상감 전극이 형성되는 전극.
- 제 23항에 있어서, 도전성 접속 표면을 추가로 더 포함하며;이 때, 상기 유전층은 상기 도전성 배선 표면을 중첩해서 덮고; 또상기 귀금속 전극은 상기 유전층을 통해 상기 유전성 상부 표면부터 상기 도전성 접속 표면까지 걸쳐 존재함으로써 귀금속 전극이 상기 도전성 접속 표면부터 상기 유전성 상부 표면까지 형성되는 것을 특징으로 하는 상감 집적 회로 전극.
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