KR100450985B1 - 화학적 기계적 연마용 슬러리 - Google Patents

화학적 기계적 연마용 슬러리 Download PDF

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Abstract

적어도 연마 지립, 산화제, 및 염기성 아미노산을 함유하는 연마용 슬러리의 사용에 의해, 탄탈계 금속의 배리어 금속막 상에 구리계 금속의 매입 배선을 형성할 때, 구리계 금속막에 대한 화학적 기계적 연마 (CMP) 시에 발생할 수 있는 디싱 (dishing) 및 에로젼 (erosion)을 억제하는 것이 가능하다.

Description

화학적 기계적 연마용 슬러리{SLURRY FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 반도체 장비의 제작에 사용되는 화학적 기계적 연마용 슬러리, 더욱 특히 탄탈계 금속이 배리어(barrier) 금속막을 위한 재료로서 이용되는 매입된 금속 배선의 형성에 사용하기에 매우 적합한 화학적 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다.
최근 추가적인 소형화 및 고밀도화를 가속화하기 위한 ULSI(Ultra Large Scale Integrated circuit)과 같은 반도체 집적 회로의 형성이 가속화되고 있고, 구리는 우수한 전자기적 내성 및 상당히 낮은 전기저항성 때문에 특히 유용한 전기적 배선용 재료로서 주목받고 있다.
현재 구리 배선이, 드라이 에칭(etching)을 통한 패터닝(patterning)을 만드는 어려움과 같은 문제점으로 인해, 하기와 같이 형성된다. 즉, 트렌치(trench) 또는 접속공(接續孔)과 같은 요철부가 절연막에서 형성되고, 그 위에 배리어 금속막이 형성된 후, 요철부를 채우도록 구리막을 플레이팅(plating)법에 의해 성막한 후, 요철부 이외의 절연막의 표면이 완전히 노출될 때까지 화학적 기계적 연마(이후부터 "CMP"로서 언급됨)를 수행함으로써 표면을 평활하게 하고, 이로써 플러그(plug), 접속 플러그 등을 통해 요철부를 채우는 구리로 실질적으로 만들어진 매입 구리 배선과 같은 전기적 접속부의 형성이 달성된다.
이제, 도 1을 참조로 하여, 매입 구리 배선을 형성하는 방법이 하기에 설명된다.
먼저, 반도체 소자가 형성된 규소 기판(도면에는 보이지 않음) 상에, 하층 배선(도면에는 보이지 않음)이 있는 절연막으로 만들어진 하층 배선층 1을 형성한다. 그 위에, 도 1(a)에서 보이는 것처럼, 질화 규소 막 2 및 산화 규소 막 3 을 이 순서로 형성하고, 그 후 산화 규소 막 3 에서 배선 패턴 형상을 갖고, 질화 규소 막 2 에 도달하도록 하는 요철부가 형성된다.
다음으로, 도 1(b)에서 보이는 것처럼, 스퍼터링(sputtering) 법에 의해 배리어 금속막 4를 형성한다. 그 막 상에, 요철부가 채워지도록 플레이팅 법에 의해 전체 표면에 구리막 5 를 도포한다.
그 후, 도 1(c)에서 보이는 것처럼, CMP에 의해 구리막 5 를 연마하여 기판표면을 평활하게 한다. 도 1(d)에 보이는 것처럼, 산화 규소 막 3 상의 금속이 완전히 제거될 때까지 CMP에 의한 연마를 계속한다.
절연막 등으로의 구리의 확산을 방지할 목적으로, 상기에서 설명된 것처럼 그러한 매입 구리 배선의 형성에서, 하지막(下地膜)으로서 배리어 금속막을 형성한다. 그러나, Ta 또는 TaN 과 같은 탄탈계 금속이 배리어 금속막으로서 사용될 때, Ta 및 TaN 의 실질적으로 높은 화학적 안정성 때문에, Ta 또는 TaN 으로 만들어진 배리어 금속막의 연마 속도가 구리막으로 만들어진 것의 연마 속도보다 작다는, 종래의 연마용 슬러리와 연관된 문제가 발생할 수 있다. 상세하게는, 매입 구리 배선 등의 형성 등이 종래의 연마용 슬러리를 이용한 CMP를 사용하여 수행될 때, 구리막 및 매입 금속막에 대한 속도 사이에 상당한 차이가 발생하여 디싱(dishing) 및 에로젼(erosion)이 발생할 수 있다.
디싱은 요철부의 구리가 과도하게 연마되어, 도2 에 보이는 것처럼, 요철부의 구리막의 중앙이 기판상에 놓여진 절연막의 평면에 대해 움푹 패이게 되는 현상이다. 종래의 연마용 슬러리는, 배리어 금속막에 대한 상당히 낮은 연마 속도 때문에, 절연막(산화 규소 막 3) 상의 배리어 금속막 4를 완전히 제거하는데 많은 연마 시간이 요구된다. 그러나, 구리막 5 에 대한 연마 속도는 배리어 금속막 4 에 대한 연마 속도보다 높으므로, 구리막 5 는 과도하게 연마되어 디싱이 발생한다.
반면, 에로젼은 배선 밀집 영역에서의 연마가 배선 고립 영역과 같이 배선밀도가 낮은 영역에 비해 과도하게 진행되어, 도 1(d)에 보이는 것처럼, 배선 밀집 영역의 표면이 다른 영역의 표면에 비해 움푹 패이게 되는 현상이다. 웨이퍼(wafer)에서, 구리막 5로 형성된 많은 매입 영역이 존재하는 배선 밀집 영역이, 구리막 5로 형성된 약간의 매입 영역이 존재하는 배선 고립 영역으로부터, 예를 들어 아무런 배선없는 영역에 의해, 상당히 분리되어 있을 때, 구리막 5 는 배리어 금속막 4 또는 산화 규소 막 3(절연막)보다 빨리 연마되어, 그 후 배선 밀집 영역에서 배리어 금속막 4 또는 산화 규소 막 3에 대한 연마 패드(pad)압이 배선 고립 영역에서보다 더 높게 된다. 결과적으로, 배리어 금속막 4를 노출시킨 후 CMP 단계(도 1(c)의 단계 및 그 후)에서, 배선 밀집 영역과 배선 고립 영역 사이의 CMP에 의한 연마 속도의 차이가 생겨서, 배선 밀집 영역에서 절연막이 과도하게 연마되어 에로젼을 발생시킨다.
상기에서 설명된 것과 같이 반도체 장치에서의 전기 접속부의 형성 단계에서 발생된 디싱은 배선 저항 및 접선 저항뿐만 아니라 전자 이동 경향(electron migration liability)을 일으킬 수 있으며, 이는 장치의 신용성을 저하시킬 수 있다. 또한, 에로젼의 발생은 기판 표면의 평활성을 악화시킬 수 있으며, 그 효과는 다층 구조에서 더욱 현저하여, 배선 저항의 증가 및 변화와 같은 문제가 발생할 수 있다.
현재까지, 이들 문제를 극복하기 위하여 다양한 연구를 해왔다.
또한, JP-A 238709/1999 에는 벤조트리아졸 또는 그의 유도체를 함유하여 구리 표면 상의 보호막을 형성시키는 연마용 슬러리를 사용함으로써, CMP 단계의 디싱을 방지할 수 있음을 개시하고 있다.
또한, JP-A 44047/1998 에는 아세트산과 같은 특별한 유기산을 함유하는 연마용 슬러리를 사용하여 CMP를 수행할 때, 배선용 알루미늄 층과 산화 규소 막 사이의 연마 속도의 차이가 증가될 수 있으며, 또한 배리어 금속막으로서의 티타늄막에 대한 제거 속도가 커짐을 개시하고 있다.
또한, JP-A 46140/1998 에는 말산과 같은 특별한 카르복실산, 산화제 및 물을 함유하고, 알칼리에 의해 pH를 5-9으로 조정하는 화학적 기계적 연마용 조성물이 연마 속도를 증가시킬 수 있고, 동시에 부식 표시와 연관된 디싱을 방지할 수 있음이 개시되어 있다.
탄탈계 배리어 금속막을 갖는 매입 구리 배선을 형성하기 위해 CMP가 수행될 때, 상기 문헌에 개시된 연마용 슬러리들 중 어느 하나의 사용으로도 디싱 및 에로젼의 발생을 만족스럽게 방지할 수 없다.
반면, 연마용 슬러리의 효율을 증진시키려는 목적으로, 아미노산을 첨가하는 것이 본 연구의 주제이다.
예를 들어, JP-A 83780/1996 에는, 주 성분이 구리와 같은 금속인 재료에 대한 에칭제로서 아미노산의 사용이 디싱을 방지할 수 있음을 개시한다. 거기서, 중성 아미노산인 글리신이 아미노산의 예로서 주어진다.
또한, JP-A 21546/1999 에는 벤조트리아졸과 같은 막생성제에 의해 형성될 수 있는 부동태층을 교란시키기 위한 착생성제(錯生成劑)로서 아미노산을 첨가할 수 있으며, 또한, 그의 실시예에서, 중성 아미노산인 글리신이 언급되었다.
또한, JP-A 216345/1995 에는 연마용 조성물에 첨가되는 유기산으로서, 아미노산이 제공되며, 더욱 상세하게는 중성 아미노산인 글리신과 산성 아미노산인 글루탐산이 제공된다.
또한, JP-A 109799/2000 에는 질화 규소 등으로 만들어진 정지막 상에 형성된 산화 규소막을 연마하기 위한 생분해성 첨가물로서 폴리아미노산이 사용될 수 있으며, 폴리아미노산용 단량체로서 아르기닌, 히스티딘 및 라이신과 같은 염기성 아미노산이 사용될 수 있음이 개시되어 있다. 그러나, 그들의 단량체인 아미노산 자체의 첨가는 상기 공보에 언급되어 있지 않다.
상기에서 설명된 것처럼, 상기 문헌에서 아미노산 및 펩티드의 사용이 설명되어 있다. 그럼에도 불구하고, 염기성 아미노산의 사용은 특히 언급되어 있지 않다. 또한, 상기 문헌에 개시된 임의의 연마용 슬러리가 이용되더라도, 매입된 구리 배선에서의 디싱 및 에로젼이 필수적으로 만족스럽게 억제될 수 없다.
또한, JP-A 108887/1992 에는 연마제용 조성물로의 아미노산의 첨가가 설명되어 있으며, 중성 아미노산 및 산성 아미노산뿐만 아니라 염기성 아미노산이 아미노산으로서 언급되어 있다. 그러나, 상기 설명은 특정한 아미노산을 나타내는 것이 아니며, 단지 일반적인 아미노산의 분류를 나타낸다. 상세하게는, 아미노산의 예로서, 상기 공보는 모두가 중성 아미노산인 글리신, 알라닌 및 아미노 카프로산뿐만 아니라, 산성 아미노산인 아스파라긴산 및 글루탐산을 제공하지만, 염기성 산은 포함되지 않는다. 또한, 실시예에서는 단지 글리신만이 사용되었다. 또한, 상기 공보는 아미노산, 특히 염기성 아미노산의 선택에 의해 얻을 수 있는 이점을 언급하지도 않으며, 염기성 아미노산의 사용이 탄탈계 배리어 금속막의 연마 속도를 감소시킬 수 있으며, 따라서, 매입 구리 금속 배선부에서 디싱 및 에로젼의 발생을 만족스럽게 억제할 수 있음을 제안하지 않는다.
상기에서 설명된 것처럼, 아미노산의 첨가에 대한 많은 제안이 있어 왔지만, 거기서의 아미노산은 일반적으로 중성 및 산성 아미노산이며 염기성 아미노산이 있는 연마용 슬러리는 보고되지 않았다. 이러한 이유로, 탄탈계 배리어 금속막에 대한 연마 속도는 일부의 경우 감소되며, 결과적으로 매입 구리 배선부에서의 디싱 및 에로젼의 발생이 만족스럽게 억제된다.
발명의 개요
따라서, 본 발명의 목적은 CMP에서 디싱 및 에로젼의 발생을 억제할 수 있고, 탄탈계 금속이 배리어 금속막으로서 이용되는 매입 구리 배선을 형성할 때, 배선 저항에서 약간의 변화만 있는 매입 배선을 형성할 수 있는, 화학적 기계적 연마용 슬러리를 제공하는 것이다.
본 발명은 연마 지립(砥立), 산화제 및 염기성 아미노산 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 탄탈계 금속막 상에 형성된 구리계 금속막을 연마하기 위한 화학적 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다.
본 발명에서, 구리계 금속은 구리, 또는 구리를 주성분으로 한 합금, 및 탄탈계 금속, 탄탈 (Ta) 또는 질화 탄탈(TaN)를 언급한다.
본 발명의 연마용 슬러리는 탄탈계 금속막에 대한 연마 속도를 감소시킬 수 있으며, 따라서 탄탈계 금속막과 구리계 금속막 사이의 연마 속도의 차이를 증가시켜, 구리계 금속막의 연마에서 정지막(연마 스톱퍼)으로서 탄탈계 금속막의 작용을 강화시킨다. 결과적으로, 탄탈계 금속으로 만들어진 배리어 금속막이 있는 구리계 금속의 매입 배선의 형성에서, CMP에 의해 야기될 수 있는 디싱 및 에로젼의 발생을 방지할 수 있고, 배선 저항의 변화가 잘 억제된 구리계 금속의 매입 배선이 형성될 수 있다.
도 1 (도 1(a) 내지 도 1(d)) 은 종래의 매입 구리 배선의 형성 방법의 단계를 설명하는 개략적인 공정 단면도의 시리즈이다.
도 2 는 종래의 화학적 기계적 연마용 슬러리를 사용하여 구리 배선을 형성 할 때 배선 영역의 형상을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3 (도 3(a) 및 도 3(b)) 은 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리를 사용한 매입 구리 배선의 형성 방법의 단계를 설명하는 1 쌍의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태가 설명된다.
본 발명에서, 아미노산으로서 염기성 아미노산을 연마용 슬러리에 첨가한다. 그러한 연마용 슬러리를 사용하여 CMP를 수행할 때, 특히 탄탈계 금속막의 연마 속도가 감소됨을 보인다.
간략히, 도 1(b)에 보이는 것처럼, 요철부가 형성된 절연막 3 상에 배리어 금속막 4 가 형성되고, 요철부를 채우기 위하여 전체 표면에 구리 금속막 5 가 형성된 기판의 표면에, 본 발명의 연마용 슬러리와 함께 CMP가 적용될 때, 도 3(a)에 보여지는 것처럼, 탄탈계 금속으로 만들어진 배리어 금속막 4 는 구리계 금속막의 연마에서 실질적으로 정지막으로 작용할 수 있으며, 따라서 디싱 및 에로젼의 발생을 방지할 수 있다.
CMP 가 탄탈계 금속으로 만들어진 배리어 금속막 4 로 정지된 후, 이어서 연마용 슬러리를 탄탈계 금속막에 대해 상대적으로 높은 연마 속도를 갖는 또다른 연마용 슬러리로 교체한 후 CMP를 수행할 수 있으며, 따라서 디싱 및 에로젼이 잘 억제된 구리계 금속의 매입 배선의 형성이 도 3(b)에 보이는 것처럼 달성될 수 있다.
본 발명에서 이용된 염기성 아미노산에 대해, 측쇄에서 분자에 염기적 성질을 제공하는 아미노기와 같은 질소-함유 구조를 갖는 α-아미노산이 이용될 수 있으며, 따라서 고효율의 연마용 슬러리가 쉽게 제작될 수 있다.
이것에 대한 이유는 완전히 설명되지는 않지만, 하나는 측쇄 구조에 기인한, 다른 하나는 하기에서 설명되는 것과 같은 α-아미노산 구조에 기인한 두가지 요소에 의한 것으로 가정할 수 있다.
측쇄에 기인한 요소에 관해, 측쇄내의 아미노기와 같은 질소-함유 구조는 탄탈계 금속막과 강하게 상호작용하는 것으로 간주된다. 따라서, 연마용 슬러리에, 그의 측쇄에서 아미노기 등을 갖는 아미노산의 첨가는 탄탈계 금속막의 연마 속도를 효과적으로 저하시킬 수 있다.
α-아미노산 구조에 기인한 요소에 관해, 추론은 하기와 같다. α-아미노산에서 α-탄소에 결합된 카르복실기 및 아미노기는 분자내의 공액 산-염기 구조를 형성하기 때문에, 쯔비터이온(zwitterion)을 형성한다. 상기 쯔비터이온은 완충제로서 작용하기 때문에, α-아미노산의 첨가는 연마용 슬러리의 pH에서 가능한 변화를 억제할 수 있다. 결과적으로, CMP의 성능이 안정화될 수 있다.
측쇄에 존재하는 질소-함유 구조로서, R1및 R2가 서로 독립적으로 수소 또는 1 내지 18 개의 탄소를 함유하는 탄화수소기를 나타내는 R1R2N-으로 표시되는 기를 들 수 있다. 측쇄내에 그러한 구조를 갖는 염기성 α-아미노산의 예로서,아르기닌 및 라이신을 포함한다.
또한, 측쇄에 존재하는 또다른 질소-함유 구조로서, R3가 수소 또는 1 내지 18 개의 탄소를 함유하는 탄화수소기를 나타내는 -NR3-로 표시되는 기를 들 수 있다. 측쇄내에 그러한 구조를 갖는 염기성 α-아미노산의 예로는 아르기닌 및 히스티딘을 포함한다.
또한, 측쇄에 존재하는 또다른 질소-함유 구조로서, R4가 수소 또는 1 내지 18 개의 탄소를 함유하는 탄화수소기를 나타내는 =NR4로 표시되는 기를 들 수 있다. 측쇄내에 그러한 구조를 갖는 염기성 α-아미노산의 예로는 아르기닌 및 히스티딘을 포함한다.
또한, 측쇄내에 다수의 상기 언급된 질소-함유 구조를 갖는 염기성 α-아미노산이 또한 이용될 수 있다.
또한, 염기성 α-아미노산의 측쇄에 대한 전리 지수 (pKR)는 탄탈계 금속막과의 상호작용에 대한 지수로서 사용될 수 있다. 탄탈계 금속막과 염기성 α-아미노산 사이의 충분한 상호작용을 달성하기 위해, pKR의 값은 바람직하게는 10 이상, 더욱 바람직하게는 11 이상이지만, 바람직하게는 15 이하, 더욱 바람직하게는 14 이하이다. 예를 들어, 아르기닌 및 라이신의 pKR은 각각 13 및 11 이다. 반면, 염기성 α-아미노산에서 α-아미노기에 대한 pK 값은 일반적으로 10 미만이며, 따라서 pKR과 쉽게 구별할 수 있다.
또한, 염기성 아미노산 화합물에 대해, 염기성 아미노산 또는 염기성 아미노산 유도체가 사용될 수 있다. 더욱 상세하게는, 이들의 예로는 아르기닌, 라이신 및 히스티딘과 같은 염기성 아미노산; 디벤조일아르기닌, α-카르보벤즈옥시아르기닌, 아르기닌 메틸 에스테르, 아르기닌 에틸 에스테르, α,ε-디벤조일-라이신, ε-카르보벤즈옥시라이신, α,ε-디카르보벤즈옥시라이신, 라이신 메틸 에스테르, 라이신 에틸 에스테르, 벤조일히스티딘, 히스티딘 메틸 에스테르 및 히드티딘 에틸 에스테르와 같은 염기성 아미노산 유도체를 포함한다.
또한, 이들 염기성 아미노산은 각자 독립적으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 그들로부터 선택된 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있고, 이의 예로서, 아르기닌, 아르기닌 유도체, 라이신, 라이신 유도체, 히스티딘 및 히스티딘 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
이들 중에서, 염기성 아미노산은 수성 매질내에서 그들의 높은 용해성 때문에 바람직하며, 탄탈계 금속막의 연마 속도에 대한 강한 감소 효과를 가지는 아르기닌이 특히 바람직하다.
또한, 염기성 아미노산 화합물이 염 형태 또는 순수 형태로 사용될 수 있다. 염기성 아미노산 화합물이 염 또는 순수 형태로 연마용 슬러리에 첨가되는지의 여부는 연마용 슬러리의 원하는 조성에 따라 결정된다. 즉, 많은 양의 낮은 용해성의 아미노산 화합물이 연마용 슬러리에 첨가되는 것이 요구될 때, 아미노산 염이일반적으로 순수한 아미노산에 비해 수성 매질 용해 특성이 우수하므로, 염으로서 첨가되어야 한다. 반면, 연마용 슬러리에 넣는 염의 양이 감소되어야 할 때, 염기성 아미노산은 순수한 형태로서 첨가된다. 여기서, 염기성 아미노산의 염으로서, 모노히드로클로라이드, 디히드로클로라이드 피크레이트, 플라비아네이트 등이 이용될 수 있다.
아르기닌, 라이신 및 히스티딘에 관해, 수성 매질에서 그들의 높은 용해성 때문에, 이들을 염으로서 첨가할 필요는 없으며, 순수 형태가 바람직하다.
상술된 염기성 아미노산은 탄탈계 금속막과 강하게 상호작용하는 것으로 간주된다. 결과적으로, 이들 아미노산은 탄탈계 금속막의 연마된 표면과 연마 지립 사이에 들어감으로써 연마된 표면의 윤활성을 강화시킨다고 생각된다. 따라서, 본 발명의 슬러리의 사용은 연마된 표면상에서 연마 지립의 활주성을 증가시키며, 연마 지립이 가지는 기계적 연마 효과를 저하시킨다.
본래 탄탈계 금속은 화학적으로 안정하므로, 탄탈계 금속막에 대한 CMP에서 기계적 연마의 효과가 우세하며, 반면에 화학적 연마의 기여는 작다. 따라서, 본 발명에 따른 염기성 아미노산을 함유하는 연마용 슬러리는 탄탈계 금속막에 대한 기계적 연마를 억제할 수 있으며, 실제로 탄탈계 금속막에 대한 CMP 속도가 저하될 수 있다. 이와 반대로, 구리계 금속막에 대한 CMP에서, 화학적 연마의 기여는 구리계 금속막에 대한 연마 속도의 과도한 감소를 가능하게 하지 않을 만큼 충분히 크다.
결과적으로, 본 발명의 연마용 슬러리는 탄탈계 금속막에 대한 연마 속도를 감소시킬 수 있으며, 동시에 탄탈계 금속막과 구리계 금속막 사이의 연마 속도의 차이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 구리계 금속막의 연마시 탄탈계 금속으로 만들어진 배리어 금속막이 가지는 정지막(연마 스톱퍼)로서의 기능이 강화될 수 있다.
탄탈계 금속막의 연마를 최소화하려는 관점에서, 염기성 아미노산의 함량은 연마용 슬러리의 총 량에 대해 0.01 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이상이다. 반면, 연마용 슬러리의 pH 가 과도하게 상승되는 것을 방지하기 위한 목적으로, 상기 함량은 바람직하게는 10 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 2 중량% 이하이다.
본 발명의 연마용 슬러리에 함유될 수 있는 연마재의 예로는, α-알루미나, θ-알루미나, γ-알루미나 및 퓸드(fumed) 알루미나와 같은 알루미나; 퓸드 실리카 및 콜로이드성 실리카와 같은 실리카 연마재; 티타니아, 지르코니아, 게르마니아 및 세리아와 같은 금속계 연마 지립; 및 이들 금속 산화물로 만들어진 금속계 연마 지립을 포함한다.
실리카 연마재는 겔이 쉽게 될 수 있지만, 연마용 슬러리에 존재하는 첨가물의 종류 및 양에 따라, 염기성 아미노산이 상기 경우에도, 문제가 없다면 유리하게 사용될 수 있다.
실리카 연마재에 대해, 퓸드 실리카 및 콜로이드성 실리카와 같은 실리콘 디옥시드로 만들어진 지립이 사용될 수 있다. 이들 실리카 연마재는 다양한 방법에 의해 제조된다. 예를 들어, 퓸드 실리카는 산소 및 수소의 불꽃에서 사염화규소의 기상 합성을 수행함으로써 제조된다. 또한, 콜로이드성 실리카는 실리카 산 화합물로부터 불순물을 제거하여 실릭산 무수물 졸을 형성하고, 그 후 이것을 콜로이드 상태로 만드는 것에 의해 제조된다. 또한, 액체 상태에서 금속 알콕시드를 가수분해한 후 거기에 소성을 적용하여 제조된 실리카가 이용될 수 있다.
실리콘 디옥시드로 만들어진 이들 지립은 비용이 저렴하며, 불순물인 Na 이 실질적으로 없기 때문에, 이들을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 이유는 Na 는 기판 형성에 널리 사용되는 Si와 쉽게 반응하기 때문에 기질에 들러붙어 남아있기 쉽다는 것에 있으며, 결과적으로 연마용 슬러리에서 Na의 존재는 CMP 단계 후 세정 단계에서 Na 제거의 어려운 문제를 야기시킨다.
본 발명의 연마용 슬러리에 함유된 연마 지립의 함량은 바람직하게는 화학적 기계적 연마용 슬러리의 총 량에 대해 1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 3 중량% 이상이지만, 바람직하게는 30 중량% 이하, 및 더욱 바람직하게는 10 중량% 이하이다. 연마용 슬러리가 2 종 이상의 연마 지립을 함유할 때, 각각의 연마 지립의 함량의 합은 1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 3 중량% 이상이지만, 바람직하게는 30 중량% 이하 및 더욱 바람직하게는 10 중량% 이하이다.
본 발명의 연마용 슬러리에 함유된 산화제는, 연마의 정확성 및 연마의 효율성을 고려하여, 공지된 수용성 산화제로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 중금속 이온 오염을 거의 일으키지 않을 수 있는 것은 H2O2, Na2O2, Ba2O2및 (C6H5C)2O2와 같은 과산화물; 아염소산(HClO); 과염산; 질산; 오존수; 및 과아세트산 및 니트로벤젠과 같은 과산화 유기산을 포함한다. 이들 중에서, 과산화수소(H2O2)는 금속 성분을 함유하지 않거나 또는 유해한 부산물을 발생시키지 않으므로 바람직하다.
산화제의 첨가량은 그것의 첨가로 충분한 효과를 얻기 위해, 바람직하게는 연마용 슬러리의 총 량에 대해 0.01 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이상이지만, 디싱을 억제하고 연마 속도를 적절한 정도로 조정하기 위해서는 15 중량% 이하, 및 더욱 바람직하게는 10 중량% 이하이다. 과산화수소와 같이 노화로 악화되기가 상대적으로 쉬운 산화제를 사용하는 경우, 소정의 농도의 산화제를 함유하는 용액 및 이 산화제를 함유하는 용액의 첨가시에 상술된 연마용 슬러리를 제공하기 위한 조성물을 개별적으로 제조하고, 그 후 사용 직전에 이들을 함께 조합하는 것이 가능하다.
산화제에 의해 야기되는 산화를 촉진시키고, 연마를 안정하게 수행하기 위하여, 일반적으로 카르복실산 또는 아미노산과 같은 유기산이 양성자 공여체로서 CMP에서 사용되는 연마용 슬러리에 첨가된다. 본 발명에서 탄탈계 금속막에 대한 연마 지연제로서 염기성 아미노산이 첨가될 때, 이 염기성 아미노산은 또한 양성자 공여체로서 제공될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이 염기성 아미노산의 효과가 충분하지 않다면, 카르복실산, 중성 아미노산 또는 산성 아미노산과 같은 또다른 유기산이 또한 거기에 첨가될 수 있다.
카르복실산의 예로는 옥살산, 말론산, 타르타르산, 말산, 글루타르산, 시트르산, 말레산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 아크릴산, 락트산, 숙신산, 니코틴산, 이들의 염 및 이들 카르복실산의 혼합물을 포함한다.
염기성 아미노산의 경우와 마찬가지로, 중성 아미노산 또는 산성 아미노산이 순수한 형태, 염 또는 그의 수화물로서 첨가될 수 있다. 첨가될 수 있는 이들의 예로는 글루탐산, 글루탐산 히드로클로라이드, 소듐 글루타미네이트 모노히드레이트, 글루타민, 글루타티온, 글리실글리신, 알라닌, β-알라닌, γ-아미노부티르산, ε-아미노카프로산, 아스파르트산, 아스파르트산 모노히드레이트, 포타슘 아스파르테이트, 포타슘 아스파르테이트 트리히드레이트, 트립토판, 트레오닌, 글리신, 시스틴, 시스테인, 시스테인 히드로클로라이드 모노히드레이트, 옥시프롤린, 이소류신, 류신, 메티오닌, 오르니틴 히드로클로라이드, 페닐알라닌, 페틸글리신, 프롤린, 세린, 티로신, 발린 및 이들 아미노산의 혼합물을 포함한다.
양성자 공여체로서 그들의 적합한 첨가 효과를 달성하기 위해, 염기성 아미노산 성분 이외의 유기산의 함량은 연마용 슬러리의 총 량에 대해 바람직하게는 0.01 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 중량% 이상이다. 반면, 염기성 아미노산 화합물이 탄탈계 금속막에 대해 야기하는 연마 억제 효과를 보호하기 위하여, 그들의 함량은 바람직하게는 5 중량% 이하 및 더욱 바람직하게는 3 중량% 이하이다. 연마용 슬러리가 염기성 아미노산 이외의 복수의 유기산을 함유할 때, 상기 함량은 각각의 유기 산의 함량의 합으로 정의된다.
염기성 아미노산 화합물과 탄탈계 금속막 사이의 충분한 상호작용을 제공하기 위하여, 본 발명의 연마용 슬러리의 pH 값은 바람직하게는 3 이상, 더욱 바람직하게는 4 이상이지만, 바람직하게는 9 이하, 더욱 바람직하게는 8 이하이다.
연마용 슬러리에 대해, 예를 들어 연마용 슬러리에 직접 산 또는 알칼리를 첨가함으로써 pH 를 조정할 수 있다. pH 조정용 산으로서, 질산, 인산, 황산 등이 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 pH 조정용 알칼리의 예로는 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨과 같은 알칼리 금속 수산화물; 탄산 나트륨 및 탄산 칼륨과 같은 알칼리 금속 탄산염; 암모니아; 및 아민을 포함한다.
또한, 본 발명의 연마용 슬러리는 추가적으로 산화방지제를 포함하는 것이 바람직하다. 산화방지제의 첨가는 구리계 금속막에 대한 연마 속도의 조정을 용이하게 할 수 있으며, 구리계 금속막의 표면상에 피막을 형성하여 디싱을 억제할 수 있다. 따라서, 연마용 슬러리가 염기성 아미노산 화합물 및 산화방지제 모두를 함유할 때, 에로젼 및 디싱 모두를 더욱 효과적으로 억제하게 된다. 또한, 연마용 슬러리에 염기성 아미노산 화합물뿐만 아니라 상화방지제의 첨가는 탄탈계 금속막 및 구리계 금속막에 대한 연마 속도를 독립적으로 조정하는 것을 가능하게 하며, 결과적으로 구리계 금속막/탄탈계 금속막의 연마 속도의 비가 더 넓은 범위 내에서 조정가능하다.
산화방지제의 예로는 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 벤조푸록산, 2,1,3-벤조티아졸, o-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 카테콜, o-아미노페놀, 2-메르캅토벤조티아졸, 2-메르캅토벤즈이미다졸, 2-메르캅토벤즈옥사졸, 멜라민 및 그들의 유도체를 포함한다.
이들 중에서, 벤조트리아졸 및 벤조트리아졸 유도체, 1,2,4-트리아졸 및 1,2,4-트리아졸 유도체가 바람직하다. 벤조트리아졸 유도체의 예로서, 벤젠환중의 수소 원자 중 하나가 히드록시기; 메톡시 및 에톡시와 같은 알콕시기; 아미노기; 니트로기; 메틸기, 에틸기 및 부틸기와 같은 알킬기; 또는 불소, 염소, 브롬 및 요오드와 같은 할로겐 치환기로 대체된 치환 벤조트리아졸이 있을 수 있다. 또한, 1,2,4-트리아졸 유도체의 예로서, 상기 치환기 중의 하나를 갖는 5-원환의 치환 1,2,4-트리아졸이 있을 수 있다.
이러한 종류의 산화방지제의 함량은 그들의 적절한 첨가 효과를 달성하기 위하여 바람직하게는 연마용 슬러리의 총 량에 대하여 0.0001 중량% 이상 및 더욱 바람직하게는 0.001 중량% 이상이다. 반면, 연마 속도를 적절한 값으로 조정하기 위하여, 상기 함량은 바람직하게는 5 중량% 이하 및 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 이하이다.
본 발명의 연마용 슬러리는 슬러리의 특성에 해를 미치지 않는 한, 연마용 슬러리에 일반적인 첨가물로서 폭넓게 사용되는 완충제 및 점도조정제와 같은 다양한 첨가물을 함유할 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리에서, 탄탈계 금속막에 대한 연마 속도가 바람직하게는 10 nm/분 이하 및 더욱 바람직하게는 3 nm/분 이하가 되도록 조성물을 조정할 수 있다. 또한, 구리계 금속막에 대한 연마 속도가 바람직하게는 300 nm/분 이상 및 더욱 바람직하게는 400 nm/분 이상이지만, 바람직하게는 1500 nm/분 이하 및 더욱 바람직하게는 1000 nm/분 이하가 되도록 조성물을 조정한다.
또한, 탄탈계 금속막의 연마 속도에 대한 구리계 금속막의 연마 속도의 비(Cu/Ta 연마비)는 웨이퍼 표면내의 구리계 금속으로 만들어진 배선 패턴과 상관없이, 구리계 금속막의 균일한 CMP를 달성하려는 관점에서, 바람직하게는 50/1 이상 및 더욱 바람직하게는 100/1 이상이다.
본 발명의 연마용 슬러리를 제조하는 방법에 있어서, 순수 지립이 있는 수성 연마용 슬러리 조성물을 제조하는 일반적인 방법이 적용될 수 있다. 상세하게는, 적당한 양의 연마용 지립은 수성 매질에 첨가되고, 그 후 필요하다면 적당한 양의 분산제가 또한 첨가될 수 있다. 여기서 연마 지립은 응집 상태로 존재한다. 따라서, 연마 지립은 분산되어 응집된 연마 입자가 소정의 입자 크기의 입자로 만들어질 수 있다. 분산 단계는 예를 들어 초음파 분산기, 비드 밀(bead mill) 분산기, 니더(kneader) 분산기 또는 볼 밀(ball mill) 분산기를 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리는, 배리어 금속막으로서의 탄탈계 금속막이 요철부를 갖는 절연막 상에 형성되고, 그 위에, 요철부를 채우기 위하여 전체 표면에 구리계 금속막이 형성되는 기판의 CMP를 수행함으로써, 플러그 및 접촉 플러그를 통해, 매입 배선과 같은 전기적 배선부를 형성하는데 가장 효과적으로 사용될 수 있다. 절연막의 예로는 산화 규소 막, BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass) 및 SOG(Spin On Glass) 막을 포함한다. 구리 합금으로서, 주로 구리를 포함하지만, 또한 은, 금, 백금, 티탄, 텅스텐 또는 알루미늄과 같은 금속을 함유하는 합금을 사용할 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리를 사용하는 CMP는 예를 들어, 하기와 같은 일반적인 CMP 장비로 수행될 수 있다. 구리계 금속막이 위에 성막된 웨이퍼는 스핀들 웨이퍼 캐리어(spindle wafer carrier) 상에 설치된다. 이 웨이퍼의 표면은 회전식 판(표면판)상에 점착된 다공성 우레탄으로 만들어진 연마 패드와 접촉되도록 고정된다. 연마용 슬러리를 연마용 슬러리 입구로부터 연마 패드의 표면에 공급하는 동안, 웨이퍼 및 연마 패드 모두가 회전되어 웨이퍼를 연마한다. 필요하다면, 패드 컨디션너가 연마 패드의 표면과 접촉되어 연마 패드의 표면을 컨디셔닝하도록 한다.
탄탈계 금속막을 노출시키기 위한 구리계 금속막의 제거는 다양한 방법에 의해 검출될 수 있다.
그러한 방법의 첫 번째 예로는, 구리계 금속막에 대한 연마 속도를 미리 측정하고, 소정의 두께의 구리계 금속막을 제거하는데 요구되는 시간을 산출하고, 따라서 CMP의 개시로부터 산출 시간의 기간이 경과된 후 소정의 시간이 경과 했을 때, 구리계 금속막의 CMP를 종결하는 방법이 있다.
두 번째 예로는, 본 발명의 연마용 슬러리를 사용할 때 탄탈계 금속막은 정지막으로서 작용하기 때문에, 연마 속도를 관찰하면서 연마 속도가 급속히 떨어지기 시작하는 시간 후 소정의 시간이 경과했을 때 CMP를 종결하여 수행하는 방법이 있다.
세 번째 예로는, 회전판의 회전축 상에 고정된 회전 토크계(torque meter)로 회전축에 대한 회전 토크의 변화를 측정하면서 CMP를 수행하는 방법이 있다. 탄탈계 금속막의 노출로 발생하는 회전 토크에서의 변화를 검출한 후 소정의 시간이 경과할 때, 구리계 금속막의 CMP를 종결하고, 구리계 금속막을 제거한다. 즉, 구리계 금속막이 연마되는 동안 회전 토크는 실질적으로 일정하나, 일단 탄탈계 금속막이 노출되면 회전 토크가 감소한다. 따라서, 회전 토크가 감소되기 시작한 후 소정의 시간이 경과할 때, CMP를 종결한다.
네 번째 예로는, 기판의 연마된 표면에 빛을 조사하고 반사되는 빛을 측정하면서 거기에 CMP를 수행하는 방법이 있다. 그 결과, 구리계 금속막으로부터 탄탈계 금속막으로 CMP가 진행됨에 따라, 연마된 표면에 노출된 금속을 다른 것과 교체하여, 반사된 빛의 밀도가 상당히 변화된다. 따라서, 반사된 빛의 밀도가 변화하기 시작한 후 소정의 시간이 경과했을 때, CMP를 종결한다.
탄탈계 금속막 상에 형성된 구리계 금속막의 CMP에서, 본 발명의 연마용 슬러리의 사용은 정지막으로서의 탄탈계 금속막의 기능을 상당히 증대시킨다. 결과적으로, 연마가 과도하게 작동할 때라도, 일단 탄탈계 금속막이 노출되면 CMP의 추가적의 진행은 유리하게 억제될 수 있다. 따라서, 디싱 및 에로젼의 발생이 잘 억제될 수 있어, 기판 표면의 우수한 평활성이 달성될 수 있으며, 이는 배선 저항의 증가 및 변화를 억제할 수 있다.
구리계 금속막에 대한 CMP의 완성 후, 탄탈계 금속막에 대한 CMP는 연마용 슬러리를 구리계 금속막에 대해 상대적으로 낮은 연마 속도를 나타내는 슬러리로 대체하여 수행한다. 그러한 슬러리에 있어서, 어떠한 염기성 아미노산도 함유하지 않는 연마용 슬러리가 사용될 수 있다.
실시예를 참고로 하여 하기에서 본 발명은 상세히 설명된다.
실시예
CMP 시험
탄탈막 및 구리막이 적층된 기판을 하기와 같이 제작했다. 트랜지스터와 같은 반도체 소자가 형성되어 있는 6 inch 웨이퍼(실리콘 기판, 도면에는 보이지 않음) 상에, 하부 배선(도면에 보이지 않음)을 포함하는 산화 규소로 만들어진 하부 배선층 1을 형성했다. 그 후, 도 1(a)에 보이는 것처럼, 질화 규소막 2 를 하부 배선층 상에 형성하고, 그 위에 500 nm 정도의 두께의 산화 규소 막 3 을 형성했다. 일반적인 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭으로 산화 규소 막 3 을 패턴화하여, 폭 0.23 내지 10 ㎛ 및 깊이 500 nm 의 배선용 트렌치 및 접속공을 형성했다. 그 후, 도 1(b) 에 보이는 것처럼, 스퍼터링 방법에 의해 50 nm 두께의 Ta 막 3 을 형성하고, 이어서 스퍼터링 방법에 의해 50 nm 정도의 두께의 Cu 막을 형성하고, 그 후 스퍼터링 방법에 의해 800 nm 정도의 두께의 구리막 5 를 형성했다.
Speedfam-Ipec Type SH-24 장비를 사용하여 CMP를 수행했다. 연마 패드(Rodel-Nitta IC 1400)가 부착된 표면판 상에서 연마기를 사용했다. 연마 조건은 하기와 같다: 연마 하중 (연마 패드의 접촉 압력) : 27.6 kPa, 표면판의 회전 속도 : 55 rpm; 캐리어 회전 속도: 55 rpm; 및 연마용 슬러리 공급량 : 100 ml/분.
탄탈막 및 구리막에 대한 연마 속도를 하기와 같이 측정했다. 소정의 간격으로 웨이퍼 상에 4개의 침상 전극을 직선으로 배열했다. 외측의 2 개의 탐침 사이에 소정의 전류를 흐르게 하고, 내측의 2 개의 탐침 사이의 전위차를 측정하여, 저항(R')을 구하고, 추가적으로 보정 계수 RFC(Resistivity Correction Factor)를 곱하여 표면 저항률(ρs')을 구했다. 또한, 두께(T)(nm)를 알고 있는 또다른 웨이퍼 막에 대한 표면 저항률(ρs)을 구했다. 표면 저항률은 두께에 반비례한다. 따라서, 표면 저항률 ρs'의 웨이퍼에 대한 두께가 d 일 때, 식 d(nm) = (ρs×T)/ρs' 이 성립한다. 이 식을 사용하여, 두께 d 를 구할 수 있다. 그리고나서, 연마 전 후의 막 두께의 변화를 연마 시간으로 나누어서 연마 속도를 구했다. 표면 저항률의 측정에서, Mitsubishi Chemical Industries의 4탐침 저항측정기(Loresta-GP)를 이용했다.
실시예 1 내지 7
5 중량%의 θ알루미나 (Sumitomo Chemical Industries; AKP-G008), 7 중량%의 H2O2(Kanto Chemical Co.) 및 0.01-10 중량%의 아르기닌(Kanto Chemical Co.) 을 함유하고, 질산으로 pH 를 7.0 으로 조정한 연마용 슬러리를 제조했다. 여기서, H2O2는 CMP의 수행 직전에 첨가했다(실시예 1-7).
비교예 1 로서, 아르기닌을 첨가하지 않았다는 것을 제외하고는, 실시예 1-7 과 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
이들 연마용 슬러리를 사용하여 CMP 시험을 수행했다. 그 결과를 표 1 에 나타내었다. 표 1 에서 명백히 보이는 것처럼, 아르기닌의 첨가는 탄탈막에 대한 연마 속도를 성공적으로 저하시켰다. 연마 후 기판 상태를 단차계(段差計)로 분석하고, SEM(Scanning Electron Microscopy)에 의해 표면 단면을 촬영하여, 디싱 및 에로젼이 잘 억제됨을 확인했다.
상기 결과는 실시예 1-7 에서의 연마용 슬러리를 이용하여 구리막을 연마하는 경우, 그 아래의 탄탈막이 정지막으로서 잘 기능함을 증명한다.
실시예 8-10
유기산으로서, 글리신(실시예 8), 시트르산(실시예 9) 또는 말산(실시예 10) 을 사용하고, 필요하다면 KOH로 pH를 7.0으로 조정한 것을 제외하고는, 실시예 4 와 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
이들 연마용 슬러리를 사용하여, CMP 시험을 했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 표 1에서 명백히 보이는 것처럼, 유기산이 첨가되었을 때도, 아르기닌의 첨가가 탄탈막에 대한 연마 속도를 성공적으로 저하시켰다. 연마 후 기판 상태를 단차계로 분석하고, SEM 으로 기판의 단면을 촬영하여, 디싱 및 에로젼이 잘 억제됨을 확인했다.
실시예 11
연마 지립으로서 알루미나 대신에, 퓸드 실리카(Tokuyama Corporation QS-9) 를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 9 와 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
비교예 2 로서, 아르기닌이 첨가되지 않았다는 것을 제외하고는, 실시예 11과 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
이들 연마용 슬러리를 사용하여, CMP 시험을 했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 표 1에서 명백히 보이는 것처럼, 연마 지립으로서 실리카가 사용될 때에도, 아르기닌의 첨가는 탄탈막에 대한 연마 속도를 성공적으로 저하시켰다. 연마 후 기판 상태를 단차계로 분석하고, SEM 으로 기판의 단면을 촬영하여 디싱 및 에로젼이 잘 억제됨을 확인했다.
실시예 12 및 13
염기성 아미노산 화합물로서, 아르기닌 대신에, 히스티딘(Wako Pure Chemical Industries Ltd.)(실시예 12) 또는 라이신 히드로클로라이드 (Wako Pure Chemical Industries Ltd.)(실시예 13) 가 사용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 4 에서와 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
이들 연마용 슬러리를 사용하여, CMP 시험을 했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 표 1에서 명백히 보이는 것처럼, 아르기닌 이외의 염기성 아미노산 화합물이 사용될 때도, 탄탈막에 대한 연마 속도가 성공적으로 저하되었다. 연마 후 기판 상태를 단차계로 분석하고, SEM 으로 기판의 단면을 촬영하여 디싱 및 에로젼이 잘 억제됨을 확인했다.
연마 지립(중량%) 유기산(중량%) 염기성 아미노산(중량%) Ta 연마 속도(nm/분)
실시예 1 알루미나(8) 없음 아르기닌(0.01) 11.98
실시예 2 알루미나(8) 없음 아르기닌(0.1) 4.31
실시예 3 알루미나(8) 없음 아르기닌(0.5) 2.03
실시예 4 알루미나(8) 없음 아르기닌(1.0) 1.44
실시예 5 알루미나(8) 없음 아르기닌(2.0) 0.99
실시예 6 알루미나(8) 없음 아르기닌(5.0) 0.51
실시예 7 알루미나(8) 없음 아르기닌(10.0) 0.22
실시예 8 알루미나(8) 글리신(1.0) 아르기닌(1.0) 1.22
실시예 9 알루미나(8) 시트르산(1.0) 아르기닌(1.0) 1.75
실시예 10 알루미나(8) 말산(1.0) 아르기닌(1.0) 1.53
실시예 11 실리카(8) 시트르산(1.0) 아르기닌(1.0) 0.66
실시예 12 알루미나(8) 없음 히스티딘(1.0) 2.41
실시예 13 알루미나(8) 없음 라이신(1.0) 2.01
비교예 1 알루미나(8) 없음 없음 17.8
비교예 2 실리카(8) 시트르산(1.0) 없음 84.6
실시예 14
유기산 및 산화방지제로서, 각각 0.1 중량%의 글리신 및 0.01 중량%의 벤조트리아졸을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 3 과 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
비교예 3 으로서, 아르기닌이 첨가되지 않았다는 것을 제외하고는, 실시예 14 와 동일한 방식으로 연마용 슬러리를 제조했다.
이들 연마용 슬러리를 사용하여, CMP 시험을 했다. 그 결과를 표 2에 나타냈다. 표 2에서 명백히 보이는 것처럼, 벤조트리아졸을 첨가할 때에도, 아르기닌의 첨가는 탄탈막에 대한 연마 속도를 성공적으로 저하시켰다. 또한, 아르기닌의 첨가는 Cu에 대한 연마 속도를 많이 감소시키지 않기 때문에, 탄탈막의 연마 속도에 대한 구리막의 연마 속도의 비는 상당히 향상되었다. 즉, 아르기닌의 첨가는 구리막에 대한 연마 선택성을 향상시킨다는 것을 발견했다. 연마 후기판 상태를 단차계로 분석하고, SEM 으로 기판의 단면을 촬영하여 디싱 및 에로젼이 잘 억제됨을 확인했다.
연마 지립(중량%) 유기산(중량%) 염기성 아미노산(중량%) Ta 연마 속도(nm/분) Cu 연마 속도(nm/분) Cu 연마 속도/Ta 연마 속도
실시예 14 알루미나(8) 글리신(1.0) 아르기닌(0.5) 2.12 705 332
비교예 3 알루미나(8) 글리신(1.0) 없음 17.9 920 51.4
본 발명의 연마용 슬러리는 탄탈계 금속막에 대한 연마 속도를 감소시킬 수 있으며, 따라서 탄탈계 금속막과 구리계 금속막 사이의 연마 속도의 차이를 증가시켜 구리계 금속막의 연마에서 정지막(연마 스톱퍼)으로서 탄탈계 금속막의 작용을 강화시킨다. 결과적으로, 탄탈계 금속으로 만들어진 배리어 금속막이 있는 구리계 금속의 매입 배선의 형성에서, CMP에 의해 야기될 수 있는 디싱 및 에로젼의 발생을 방지할 수 있고, 배선 저항의 변화가 잘 억제된 구리계 금속의 매입 배선이 형성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 연마 지립(砥立), 산화제, 및 아르기닌, 아르기닌 유도체, 라이신, 라이신 유도체, 히스티딘 및 히스티딘 유도체로 이루어지는 군으로부터 선택된 염기성 아미노산 화합물을 함유하는, 탄탈-함유 금속막 상에 형성된 구리-함유 금속막을 연마하기 위한 화학적 기계적 연마용 슬러리로, pH 값이 3 이상 9 이하인 슬러리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 염기성 아미노산 화합물은 α-아미노산이고, 그의 측쇄가 하기 화학식 1, 2, 및 3 으로 표시되는 구조로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 구조를 갖는 화학적 기계적 연마용 슬러리:
    R1R2N-
    -NR3-
    =NR4
    [식 중, R1, R2, R3및 R4는 독립적으로 수소, 또는 1 내지 18 개의 탄소를 함유하는 탄화수소기를 나타냄].
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 염기성 아미노산 화합물은 그 측쇄의 전리 지수가 10 이상 15 이하인 질소함유 측쇄를 갖는 α-아미노산인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 염기성 아미노산 화합물이 화학적 기계적 연마용 슬러리의 총 량에 대해 0.01 중량% 이상 10 중량% 이하의 양으로 존재하는 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  6. 제 1 항에 있어서, 추가적으로 유기산을 화학적 기계적 연마용 슬러리의 총 량에 대해 0.01 중량% 이상 5 중량% 이하의 양으로 함유하는 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 연마 지립은 실리카 연마재인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 염기성 아미노산 화합물이 화학적 기계적 연마용 슬러리의 총 량에 대해 0.01 중량% 이상 10 중량% 이하의 양으로 존재하는 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  10. 제 9 항에 있어서, 슬러리가 10 nm/분 이하의 탄탈 연마 속도를 갖고, 300 nm/분 이상 1500 nm/분 이하의 구리 연마 속도를 가지며, 여기에서 탄탈 연마 속도에 대한 구리 연마 속도의 비가 50:1 초과인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  11. 제 10 항에 있어서, 연마 지립의 양이 1 내지 30 중량% 이고, 산화제의 양이 0.01 내지 15 중량% 인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 염기성 아미노 화합물의 측쇄가 11 이상 14 이하의 전리 지수를 갖고, 이는 0.1 중량% 이상 2 중량% 이하의 양으로 존재하며, 연마지립의 양은 3 내지 10 중량% 이고, 산화제의 양은 0.1 내지 10 중량% 이며, 슬러리가 4 이상 8 이하의 pH 를 갖는 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  13. 제 12 항에 있어서, 탄탈 연마 속도가 3 nm/분 이하이고, 구리 연마 속도가 300 nm/분 이상 1000 nm/분 이하이고, 탄탈 연마 속도에 대한 구리 연마 속도의 비가 100:1 초과인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  14. 제 10 항에 있어서, 화학적 기계적 연마용 슬러리의 총 량에 대해 0.01 중량% 이상 5 중량% 이하의 양의 유기산을 추가로 함유하는 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  15. 제 14 항에 있어서, 추가적으로 산화방지제를 0.001 내지 5 중량% 의 양으로 함유하는 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  16. 제 15 항에 있어서, 유기산의 양이 0.05 내지 3 중량% 이고, 산화방지제의 양이 0.001 내지 2.5 중량% 인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 연마 지립이 알루미나, 실리카 연마재, 및 티타니아, 지르코니아, 게르마니아 및 세리아로 이루어지는 군으로부터 선택된 다른 금속 산화물 연마 지립으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속계 연마 지립인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 연마 지립이 실리콘 디옥시드인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 연마 지립이 알루미나, 실리카 연마재, 및 티타니아, 지르코니아, 게르마니아 및 세리아로 이루어지는 군으로부터 선택된 다른 금속 산화물 연마 지립으로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속계 연마 지립인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 연마 지립이 실리콘 디옥시드인 화학적 기계적 연마용 슬러리.
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