KR100449614B1 - 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents
침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100449614B1 KR100449614B1 KR20010087485A KR20010087485A KR100449614B1 KR 100449614 B1 KR100449614 B1 KR 100449614B1 KR 20010087485 A KR20010087485 A KR 20010087485A KR 20010087485 A KR20010087485 A KR 20010087485A KR 100449614 B1 KR100449614 B1 KR 100449614B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polishing
- weight
- slurry
- compound
- slurry composition
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims abstract description 17
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims abstract description 13
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 9
- -1 phosphorus compound Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CYTQBVOFDCPGCX-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphite Chemical compound COP(OC)OC CYTQBVOFDCPGCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphite Chemical compound CCOP(OCC)OCC BDZBKCUKTQZUTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- RAOIAWFHTATHBD-UHFFFAOYSA-N NC1=CC=CC=C1.[I] Chemical compound NC1=CC=CC=C1.[I] RAOIAWFHTATHBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 12
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 12
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 16
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIGSULTZIUMPNQ-UHFFFAOYSA-N CC(O)=O.CC(O)=O.C1=CC=CC=C1.I Chemical compound CC(O)=O.CC(O)=O.C1=CC=CC=C1.I OIGSULTZIUMPNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- CJNZAXGUTKBIHP-UHFFFAOYSA-N 2-iodobenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1I CJNZAXGUTKBIHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N phosphorous acid Chemical compound OP(O)O OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F3/00—Brightening metals by chemical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/7684—Smoothing; Planarisation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체 디바이스(device) 제조시 웨이퍼의 평탄화를 목적으로 하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing/Planarization) 공정에 사용되는 연마용 슬러리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속산화물 미분말, 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물, 과산화수소, 인계 화합물, 폴리아크릴산, 질산 및 탈이온수를 포함하는, 침식(erosion) 현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이며, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물을 사용하면 높은 연마속도와 우수한 연마균일도를 달성할 수 있고, 분산안정성이 높아 장기 보관이 용이하며, 특히 연마시 발생하는 침식 문제를 해결할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 디바이스(device) 제조시 웨이퍼의 평탄화를 목적으로 하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing/Planarization) 공정에 사용되는 연마용 슬러리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물과 인계 화합물 첨가에 의해 연마성능 및 분산안정성이 향상됨과 동시에 폴리아크릴산 첨가에 의해 침식(erosion) 문제가 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
고집적회로의 집적도가 점차 증가함에 따라 반도체 웨이퍼의 평탄성에 대한 요구사항도 함께 증가하고 있다. 그 이유는 반도체 배선이 점점 얇아질 뿐만 아니라 밀도가 점점 증가되면서 포토레지스트 공정에서의 초점심도의 여유가 감소함으로 인하여 웨이퍼 표면의 평탄성이 중요한 문제로 부각됐기 때문이다.
웨이퍼 표면의 평탄성을 증가시키기 위한 방법으로는 SOG EB(Spin On Glass Etch Back)나 DEP'N EB(Deposition Etch Back) 등의 다양한 방법이 제안되어 왔으나, 광범위한 평탄화 및 고집적 회로에 적용되는 방법으로는 CMP 방법이 가장 많이사용되고 있다. 이는 광범위한 평탄화가 CMP 공정에 의해서만 가능할 뿐 아니라 평탄성에 대한 만족도 면에서도 CMP 방법이 가장 우수하기 때문이다.
CMP 공정이란 반도체 웨이퍼 표면에 초순수와 연마제, 산화제, 보조 첨가제 등이 함유된 슬러리를 가한 후 연마패드와 접촉시킨 상태에서 회전 및 직선운동이 혼합된 오비탈 운동을 실시하여 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 공정을 말한다. CMP 공정에 사용되는 슬러리는 물리적인 작용과 화학적인 작용에 의해서 웨이퍼 표면에 노출된 부분을 선택적으로 식각하여, 보다 향상되고 최적화된 평탄화를 달성하는 것을 가능케 한다.
이와 같은 CMP용 슬러리의 종류는 연마대상에 따라 구분될 수 있으며, 절연층을 연마하는 산화물(oxide)용 슬러리와 텅스텐이나 알루미늄층을 연마하는 금속(metal)용 슬러리로 분류할 수 있다. 일반적으로 금속배선(metal line) 연마용 슬러리의 경우, 연마제와 산, 산화제, 안정제 등을 초순수에 첨가하여 제조된다. 이때 연마제로는 금속산화물인 실리카나(SiO2), 알루미나(Al2O3) 등이 가장 많이 사용되고 있으며, 산화제로는 과산화수소와 무기 산화제들이 주로 사용되고 있다.
예를 들어, 미합중국 특허 제 5,244,534호에서는 연마제로 알루미나를 사용하고 산화제로 과산화수소를 사용하며 pH 조절제로 수산화암모늄이나 수산화칼륨을 사용하였다. 또한, 동특허 제 5,340,370호에서는 연마제로 실리카를 사용하고 산화제로 페리시안화 칼륨(potassium ferricyanide)을 사용하였다. 그러나, '534특허의 경우, 첫째, 2단계로 연마를 수행해야 하므로 실제 공정상 불편함이 따르고 1단계 연마와 비교하여 경제적으로 비효율적이며, 둘째, 과산화수소만을 산화제로 사용하므로 슬러리내 과산화수소의 지속적인 분해로 인한 연마속도 저하 등이 문제가 된다. 한편, '370 특허의 경우에는 산화제로 산화철 계통의 무기 산화제를 사용하고 있으나, 이러한 화합물은 슬러리의 분산안정성을 크게 떨어뜨리는 것으로 밝혀졌다. CMP용 슬러리는 연마제를 수용액상에서 분산시켜 제조되는 것으로, 그 분산안정성이 매우 중요하다. 그 이유는 슬러리의 분산안정성이 저하되면 연마중에 웨이퍼 표면에 스크래치가 발생되거나 일정한 연마속도를 유지하는데 어려움이 있으며, 슬러리의 이송에 문제가 생길 수 있기 때문이다. 더욱이 그러한 화합물은 금속이온에 의한 오염원으로 작용할 수 있어 반도체 칩 수율 저하를 초래한다. 그 밖에 불소계 화합물과 같은 할로겐 화합물을 산화제로 사용하는 예가 미합중국 특허 제 5,516,346호에 개시되어 있으나, 이 경우 불소계 화합물이 연마기에 부식 등의 손상을 유발할 수 있어 장기 사용시 문제가 된다.
이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 균일한 연마성능을 가지며 장기보관시 분산안정성이 우수하고 나아가 연마시 발생하는 침식(erosion) 및 리세스(recess) 문제가 개선된, 금속배선의 CMP 공정에 적합한 슬러리를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 금속산화물 미분말, 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물, 과산화수소, 인계 화합물, 폴리아크릴산, 질산 및 탈이온수를 포함하는, 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 금속배선 연마용 슬러리 조성물은 금속산화물 미분말, 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물, 과산화수소, 인계 화합물, 폴리아크릴산 및 질산을 탈이온수에 분산시켜 제조되며, 바람직하게는
금속산화물 미분말 1~30중량%;
요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물 0.01~1중량%;
과산화수소 0.25~2중량%;
인계 화합물 0.01~0.05중량%;
폴리아크릴산 0.01~1중량%; 및
질산 0.3~0.5중량%
를 포함한다.
본 발명에 사용된 금속산화물 미분말은 연마제의 역할을 하며, 실리카(SiO2) 및/또는 알루미나(Al2O3)의 미분말을 사용한다.
상기 금속산화물 미분말의 함량은 전체 슬러리 대비 1~30중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 실리카의 경우 3~12중량%, 알루미나의 경우 3~10중량%가 적합하다. 만일 금속산화물 미분말의 함량이 30중량%를 초과하는 경우에는 분산안정성 및 연마속도를 조절하기 어려운 문제가 발생하는 반면, 1중량% 미만인 경우에는 분산안정성은 좋으나 연마입자의 양이 적어 물리적 연마성능을 기대하기 어렵다.
본 발명에 사용된 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물은 과산화수소와 함께 금속배선을 산화시키는 산화제의 역할을 하며, 요오드벤젠 디아세테이트(iodobenzene diacetate), 요오드벤조산(iodobenzoic acid), 요오드아닐린(iodoaniline) 등과 같이 요오드가 방향족 고리(aromatic ring)에 치환되어 있는 산화제 중 1종 이상을 선택하여 사용한다. 본 발명에서는 산화제로서 이러한 요오드계 화합물과 과산화수소를 함께 사용함으로써, 연마중 웨이퍼 표면에 생기는 산화막의 제거를 용이하게 하여 높은 연마속도를 달성할 수 있었다. 아울러, 단일 무기 산화제만 사용할 시에는 높은 연마성능을 확보하기 위해서 과량의 산화제를 첨가해야 하고, 이는 결과적으로 슬러리의 분산안정성 저하를 초래하는 문제점이 있는 것으로 지적되어 왔으나, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물과 과산화수소를 병용하기 때문에 분산안정성의 저하를 방지하는 효과를 얻을 수 있었다. 나아가, 상기 요오드계 화합물은 종래의 불소계 화합물과는 달리 연마기의 부식을 유발하지 않아 사용상에 문제를 일으키지 않는다.
상기 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물의 함량은 전체 슬러리 대비 0.01~1중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.03~0.8중량%이다. 아울러 상기 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물과 함께 산화제로 사용되는 과산화수소는 50중량% 과산화수소수 용액을 기준으로 전체 슬러리 대비 0.5~4중량%, 보다 바람직하게는 1~3중량%가 되도록 첨가된다. 만일 상기 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물과 과산화수소가 각각 상기 함량범위를 초과하는 경우에는 반도체 회로의 플러그 등에서 침식(erosion)이나 디싱(dishing)이 심하게 발생하는 반면, 상기 함량범위 미만인 경우에는 슬러리의 산화력이 너무 약하여 정상적인 연마성능을 가지기 어렵다. 특히, 요오드계 화합물의 과량 첨가시에는 슬러리의 분산안정성이 저하되며, 연마시에도 부식(corrosion)이나 피칭(pitching) 현상이 일어나 반도체 회로의 생산 수율을 저하시키는 등의 문제점을 가지게 된다.
본 발명에 사용된 인계 화합물은 슬러리 내의 과산화수소가 지속적으로 분해되는 것을 방지함으로써 슬러리의 산화력을 일정하게 유지시켜 균일한 연마속도를 가지도록 하는 역할을 하며, 이러한 인계 화합물로는 트리메틸아인산염(trimethyl phosphite) 또는 트리에틸아인산염(triethyl phosphite)을 사용한다.
상기 인계 화합물의 함량은 바람직하게는 전체 슬러리 대비 0.01~0.05중량%이며, 보다 바람직하게는 0.02~0.04중량%인 것이 적합하고, 상기 함량범위를 벗어나는 경우에는 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
본 발명에서는 연마시에 발생하는 침식(erosion), 리세스(recess) 등의 결함을 추가적으로 보완하기 위해서 폴리아크릴산을 사용한다. 침식, 리세스 등을 보다 효과적으로 방지하기 위해서는 중량평균분자량(Mw)이 바람직하게는 1,500~50,000, 보다 바람직하게는 2,000~10,000인 폴리아크릴산을 사용하는 것이 좋다.
상기 폴리아크릴산의 함량은 바람직하게는 전체 슬러리 대비 0.01~1중량%이다. 폴리아크릴산의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 침식, 리세스 등의 결함을 보완할 수 없는 반면, 1중량%를 초과하면 슬러리의 저장안정성이 크게 떨어지고 점도 증가로 인하여 연마제로서의 성능을 발휘하지 못한다.
한편, 본 발명에 사용된 질산은 pH 조절제의 역할을 하며, 전체 슬러리 대비 0.3~0.5중량%가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
상술한 성분들을 포함하는 본 발명의 연마용 슬러리 조성물은 반도체 배선 재질인 텅스텐 또는 알루미늄을 연마하는데 매우 적합하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
발연 실리카(시판 Aerosil 90G) 60g, 탈이온수 906g, 요오드벤젠 디아세테이트 0.5g, 이소프로판올 5g, 중량평균분자량(Mw)이 2,000인 폴리아크릴산 4.2g, 과산화수소수(50%) 20g, 질산 4g, 및 트리메틸아인산염 0.3g의 혼합물을 2ℓ의 폴리에틸렌 플라스크 내에서 2,000rpm의 속도로 90분간 교반시켜 분산하여 얻어진 슬러리를 1㎛ 뎁스(depth) 필터를 통해 여과하여 연마용 슬러리를 제조하였다.
이와 같이 제조된 슬러리의 연마성능을 평가하고자, 텅스텐(W)이 도포된 웨이퍼를 Strasbaugh社 6EC 연마기를 이용하여 퀼 속도(quill speed) 40rpm, 패드 속도(pad speed) 60rpm, 슬러리 유량 150㎖/min의 조건하에 1분간 연마하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 요오드벤젠 디아세테이트 대신 4-요오드아닐린을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 중량평균분자량(Mw)이 2,000인 폴리아크릴산 대신 중량평균분자량(Mw)이 5,000인 폴리아크릴산을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 트리메틸아인산염 대신 트리에틸아인산염을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
실시예 5~7
상기 실시예 1에서 제조된 슬러리를 각각 30일, 60일, 90일이 경과된 후 평가한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
실시예 8
상기 실시예 1에서 발연 실리카 대신 발연 알루미나를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 중량평균분자량(Mw)이 2,000인 폴리아크릴산 대신 중량평균분자량(Mw)이 1,000인 폴리아크릴산을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 중량평균분자량(Mw)이 2,000인 폴리아크릴산 대신 중량평균분자량(Mw)이 250,000인 폴리아크릴산을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 폴리아크릴산을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
비교예 4
상기 비교예 1에서 요오드벤젠 디아세테이트 대신 질산철(ferric nitrate)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
비교예 5
상기 비교예 1에서 요오드벤젠 디아세테이트의 첨가량을 0.5g에서 15g으로 증량한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
비교예 6
상기 비교예 1에서 요오드벤젠 디아세테이트를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
비교예 7
상기 비교예 1에서 트리메틸아인산염을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 연마용 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
| 구 분 | 평균크기(㎛) | 스크래치(개) | 제거율(Å/min) | 침식(Å) | 디싱(Å) | 리세스(Å) |
| 실시예 1 | 0.155 | 4 | 3,870 | 230 | 80 | 15 |
| 실시예 2 | 0.153 | 4 | 3,830 | 200 | 85 | 10 |
| 실시예 3 | 0.158 | 5 | 3,550 | 210 | 80 | 10 |
| 실시예 4 | 0.156 | 5 | 3,850 | 210 | 85 | 15 |
| 실시예 5 | 0.156 | 4 | 3,860 | 220 | 85 | 13 |
| 실시예 6 | 0.156 | 6 | 3,800 | 215 | 95 | 15 |
| 실시예 7 | 0.158 | 7 | 3,720 | 210 | 100 | 12 |
| 실시예 8 | 0.218 | 11 | 4,300 | 610 | 120 | 20 |
| 구 분 | 평균크기(㎛) | 스크래치(개) | 제거율(Å/min) | 침식(Å) | 디싱(Å) | 리세스(Å) |
| 비교예 1 | 0.153 | 4 | 3,800 | 430 | 90 | 35 |
| 비교예 2 | 0.163 | 3 | 3,300 | 310 | 70 | 30 |
| 비교예 3 | 0.155 | 5 | 3,890 | 520 | 90 | 50 |
| 비교예 4 | 0.190 | 31 | 3,350 | 1,150 | 170 | 73 |
| 비교예 5 | 0.173 | 32 | 4,030 | 1,320 | 130 | 80 |
| 비교예 6 | 0.161 | 17 | 1,860 | 710 | 95 | 45 |
| 비교예 7 | 0.160 | 13 | 2,500 | 280 | 80 | 40 |
[비고]
* 상기에서 평균크기란 실리카 입자의 평균크기임.
* 상기 침식(erosion), 디싱(dishing) 및 리세스(recess)는 선폭(line width)이 0.2㎛인 패턴 웨이퍼 기준임.
* 상기 스크래치(scratch)는 0.3㎛ 이상의 크기를 갖는 것임.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물을 사용하면 높은 연마속도와 우수한 연마균일도를 달성할 수 있고, 분산안정성이 높아 장기 보관이 용이하며, 특히 연마시 발생하는 침식 문제를 해결할 수 있다.
Claims (5)
- 금속산화물 미분말 1~30 중량%, 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물 0.01~1 중량%, 과산화수소 0.25~2 중량%, 인계 화합물 0.01~0.05 중량%, 폴리아크릴산 0.01~1 중량%, 질산 0.3~0.5 중량% 및 나머지는 탈이온수를 포함하는, 침식(erosion) 현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물이 실리카(SiO2) 및/또는 알루미나(Al2O3)이고, 상기 요오드가 방향족 고리에 치환된 구조의 화합물이 요오드벤젠 디아세테이트, 요오드벤조산 및 요오드아닐린으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이며, 상기 인계 화합물이 트리메틸아인산염 또는 트리에틸아인산염인 것을 특징으로 하는 금속배선 연마용 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리아크릴산의 중량평균분자량(Mw) 1,500~50,000인 것을 특징으로 하는 금속배선 연마용 슬러리 조성물.
- 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 반도체 배선 재질인 텅스텐 또는 알루미늄을 연마하는데 사용되어지는 것을 특징으로 하는 금속배선 연마용 슬러리 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20010087485A KR100449614B1 (ko) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20010087485A KR100449614B1 (ko) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20030057111A KR20030057111A (ko) | 2003-07-04 |
| KR100449614B1 true KR100449614B1 (ko) | 2004-09-22 |
Family
ID=32215232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20010087485A KR100449614B1 (ko) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100449614B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4206313B2 (ja) * | 2003-08-08 | 2009-01-07 | 花王株式会社 | 磁気ディスク用研磨液組成物 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10168431A (ja) * | 1996-12-09 | 1998-06-23 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 平坦化のための研磨工程およびスラリ |
| JPH11116948A (ja) * | 1997-07-28 | 1999-04-27 | Cabot Corp | タングステンの蝕刻抑制剤を含むポリシング組成物 |
| JP2001185515A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Hitachi Ltd | 研磨方法、配線形成方法、半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置 |
| US6303049B1 (en) * | 1999-09-01 | 2001-10-16 | Eternal Chemical Co., Ltd. | Chemical mechanical abrasive composition for use in semiconductor processing |
| KR100314642B1 (ko) * | 1998-12-07 | 2001-12-28 | 이터널 케미칼 컴퍼니 리미티드 | 반도체공정에사용하기위한화학기계적연마조성물 |
| KR20030047383A (ko) * | 2001-12-10 | 2003-06-18 | 제일모직주식회사 | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 |
-
2001
- 2001-12-28 KR KR20010087485A patent/KR100449614B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10168431A (ja) * | 1996-12-09 | 1998-06-23 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 平坦化のための研磨工程およびスラリ |
| JPH11116948A (ja) * | 1997-07-28 | 1999-04-27 | Cabot Corp | タングステンの蝕刻抑制剤を含むポリシング組成物 |
| KR100314642B1 (ko) * | 1998-12-07 | 2001-12-28 | 이터널 케미칼 컴퍼니 리미티드 | 반도체공정에사용하기위한화학기계적연마조성물 |
| US6303049B1 (en) * | 1999-09-01 | 2001-10-16 | Eternal Chemical Co., Ltd. | Chemical mechanical abrasive composition for use in semiconductor processing |
| JP2001185515A (ja) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Hitachi Ltd | 研磨方法、配線形成方法、半導体装置の製造方法及び半導体集積回路装置 |
| KR20030047383A (ko) * | 2001-12-10 | 2003-06-18 | 제일모직주식회사 | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20030057111A (ko) | 2003-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5958288A (en) | Composition and slurry useful for metal CMP | |
| KR100869044B1 (ko) | 구리 및 텅스텐을 포함하는 반도체 장치 도전성 구조체들의폴리싱에 있어서 고정 연마제 폴리싱 패드들과 함께사용하기 위한 슬러리 및 폴리싱 방법들 | |
| EP0844290B1 (en) | A composition and slurry useful for metal CMP | |
| KR101335946B1 (ko) | 텅스텐 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 | |
| EP2092034B1 (en) | Chemical mechanical polishing slurry compositions, methods of preparing the same and methods of using the same | |
| KR20010035668A (ko) | 화학 및 기계적 연마용 슬러리 및 이를 이용한 화학 및 기계적 연마방법 | |
| WO2017057906A1 (ko) | 유기막 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법 | |
| KR100449614B1 (ko) | 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100421928B1 (ko) | 반도체 웨이퍼의 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR102605140B1 (ko) | 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 | |
| KR100445757B1 (ko) | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100460312B1 (ko) | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100457417B1 (ko) | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| JP4231950B2 (ja) | 金属膜用研磨剤 | |
| KR100449611B1 (ko) | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100445759B1 (ko) | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100359216B1 (ko) | 반도체 소자의 금속층 연마용 슬러리 | |
| KR101072342B1 (ko) | 구리의 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리 조성물 | |
| KR100445760B1 (ko) | 금속오염이 적은 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100442549B1 (ko) | 연마성능이 우수하고 안정성이 향상된, 금속 연마를 위한ｃｍｐ용 슬러리 조성물 및 그 제조방법 | |
| KR100398834B1 (ko) | Ｃｍｐ용 슬러리 조성물 | |
| KR100725552B1 (ko) | 텅스텐 ｃｍｐ 슬러리 조성물 | |
| KR100374724B1 (ko) | 반도체 소자의 금속층 연마용 슬러리 | |
| KR100673635B1 (ko) | 구리 배선용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 | |
| KR100565424B1 (ko) | 분산안정성을 개선한 금속배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120821 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130607 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |