KR100498814B1 - 텅스텐 막에 대한 연마 속도가 우수하고 안정성이 뛰어난화학-기계적 연마 슬러리 조성물 - Google Patents

텅스텐 막에 대한 연마 속도가 우수하고 안정성이 뛰어난화학-기계적 연마 슬러리 조성물 Download PDF

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Abstract

텅스텐 금속막의 연마에 유용한 화학-기계적 연마 슬러리 조성물이 개시된다. 상기 슬러리 조성물은 연마제, 산화제, 2개의 카르복실기를 가지는 유기산을 포함하는 텅스텐 연마 향상제, 암모늄 화합물을 포함하는 분산안정제 및 물을 포함하며, pH가 2 내지 6이다. 여기서, 상기 연마제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 20.0중량%이고, 산화제의 함량은 0.1 내지 10.0중량%이고, 텅스텐 연마 향상제의 함량은 0.001 내지 5.0중량%이고, 분산안정제의 함량은 0.001 내지 1.0중량%인 것이 바람직하며, 실리콘 산화막 연마 억제제를 포함할 경우 그 함량은 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하다.

Description

텅스텐 막에 대한 연마 속도가 우수하고 안정성이 뛰어난 화학-기계적 연마 슬러리 조성물 {Chemical Mechanical Polishing Slurry Composition Having Improved Polishing Speed on Tungsten Layer and Dispersion Stability}
본 발명은 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 텅스텐 금속막의 연마에 유용한 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 집적 회로에서 비아(Via) 접속용 텅스텐 플러그 전극을 형성하기 위해서는, 비아 홀(Via hole) 내부의 텅스텐을 남기고 층간 절연막 표면에 증착된 여분의 텅스텐 막을 제거하는 공정이 필요하다. 종래에는 에치백(Etch Back)이라 불리는 반응성 이온 에칭법으로 이와 같은 텅스텐 막을 제거하였으며, 이와 같은 방법을 사용하면 비아 홀에서의 과에칭에 의하여 층간 절연막 표면에서 어느 정도 아래 부분의 텅스텐까지 에칭된다. 이와 같이 과에칭된 텅스텐 막의 상부에 확산 방지막이나 알루미늄 배선을 스퍼터링법으로 증착하면, 확산방지막이나 배선의 표면에 요철이 형성된다. 그 위에 다시 층간 절연막을 증착하고, 비아 홀 바로 위에 상층의 비아 플러그를 형성하기 위하여 텅스텐 화학기상증착 및 에치백을 수행하면, 요철이 증폭되므로, 비아 상부에 2층 이상 중첩하여 배선을 형성하는 것은 통상적으로 매우 곤란하다. 또한 미세화되지 않은 알루미늄 배선 홀의 가로 대비 세로의 비가 증가하면 드라이 에칭에 의한 배선 가공은 상당히 곤란하며, 협소해진 배선 간에 층간 절연막을 완전히 매립하는 일도 어려워 보이드(Void)가 발생할 우려가 있다.
따라서, 층간 절연막에 형성된 요철에 매립된 배선 금속을 평탄화하는 기술로서 상감법이라 불리는 방법이 제안되었으며, 이에 따라 텅스텐의 화학-기계적 연마 공정이 필요하게 되었다. 즉, 비아 홀 내부에 텅스텐 플러그를 형성함에 있어 드라이 에칭에 의한 에치백 대신에 텅스텐의 화학-기계적 연마를 수행함으로서, 비아 홀의 텅스텐 플러그 주위에 요철이 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 비아 홀 바로 위에 비아를 여러 층 형성할 수 있게 되어, 배선의 미세화 및 회로의 고집적화가 가능하게 되었다. 도 1a 내지 도 1e는 텅스텐의 화학-기계적 연마를 통하여 반도체 소자의 금속 배선, 더욱 상세하게는 비아 접속용 텅스텐 플러그를 형성하는 공정의 단면도이다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 제1 알루미늄 배선(12)이 형성된 기판(10)의 상부에 층간 절연막(14)을 형성한다. 다음으로, 층간 절연막(14)에 포토리쏘그래피 등 통상의 방법으로 비아 홀(16)을 형성하고, 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition: PVD), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 등의 방법으로 얇은 확산 방지막(18)을 형성한 다음(도 1b 참조), 비아 홀(16)을 포함한 증간 절연막(14) 전체를 화학기상증착법을 이용하여 텅스텐(20)으로 매립한다(도 1c 참조). 그 후, 화학-기계적 연마에 의해, 층간 절연막(14) 표면에 매립된 여분의 텅스텐 막(20)을 제거하고(도 1d 참조), 비아 홀(16)에 채워진 텅스텐(20)의 상부에 제2 알루미늄 배선(22)을 형성하여(도 1e 참조), 비아 접속용 텅스텐 플러그를 형성할 수 있다.
텅스텐의 화학-기계적 연마법은 아이비엠(IBM)의 카우프만(Kaufman)에 의해 처음으로 제안되었다. 텅스텐의 화학-기계적 연마 원리를 설명하면, 우선 연마 액 중의 산화제에 의하여 금속 표면을 산화시켜 부동태화한다. 부동태화한 표면에서는 그 이상의 반응은 진행되지 않는다. 표면에 형성된 산화막은 금속막보다 약하여 연마패드와 접촉하는 철(凸)부의 산화막은 연마 입자로 제거되고, 금속 표면이 노출되면 다시 산화제로 산화시킨다. 이 공정을 반복함으로서 금속막의 연마가 가능하게 된다. 이때 연마 입자가 연마액 중에서 응집하면 연마 속도의 재현성에 악영향을 주는 것과 동시에 연마 면에 스크래치를 발생시키게 된다. 이러한 이유로 연마액 중에서 연마 입자가 양호하게 분산되어야 한다. 용액 중의 입자는 용액의 pH에 의존하는 전하를 가지고 있으며, 고체와 액체 계면에는 전기 이중층이 형성된다. 이때 액체와 입자 사이의 전위를 제타 전위라 한다. 연마액 중에서의 입자의 제타전위가 작으면 입자간 응집이 일어나기 쉬우며 연마액의 안정적인 사용이 곤란하므로, 연마액의 pH를 조절하여 입자의 제타전위가 일정치 이상이 되도록 할 필요가 있다. 또한 이러한 응집성을 없애기 위하여 별도의 첨가제를 넣기도 한다.
텅스텐의 화학-기계적 연마는 금속 연마 중에서 가장 먼저 실용화 된 것으로 비교적 용이한 편이다. 텅스텐이 알루미늄이나 구리와 비교하여 화학-기계적 연마가 쉬운 이유는 금속 텅스텐이 상당히 단단한 연마 입자에 의해 스크래치가 생기기 어렵고, 표면에 산화막이 형성되면 내부까지 산화가 진행하지 않는 부동태로 되며 산화막이 연한 성질이 있어서, 연마에 의하여 기계적으로 쉽게 제거할 수 있기 때문이다. 연마시 텅스텐의 표면에 형성된 부동태 산화막의 물에 대한 용해도는 pH가 클수록 커지며 이 때문에 알칼리 영역에서 부식되기 쉽다. 따라서 텅스텐 화학-기계적 연마액은 pH 2 내지 5 정도의 산성이며, 산성 용액에서 양호한 분산을 위해서 알루미나 입자 및 실리카 입자를 사용하고 있다.
본 발명의 목적은 텅스텐 금속막에 대한 연마 속도가 우수하면서, 입자의 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 슬러리 성분 중 분산성을 조절하는 화합물을 적절히 선택하여 안정성을 높이는 동시에, 실리콘 산화막에 대한 연마 속도보다 텅스텐 금속막에 대한 연마속도가 더 빠른 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마제, 산화제, 2개의 카르복실기를 가지는 유기산을 포함하는 텅스텐 연마 향상제, 암모늄 화합물을 포함하는 분산안정제 및 물을 포함하며, pH가 2 내지 6인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
여기서, 전체 슬러리 조성물에 대하여 상기 연마제의 함량은 0.1 내지 20.0중량%이고, 산화제의 함량은 0.1 내지 10.0중량%이고, 텅스텐 연마 향상제의 함량은 0.001 내지 5.0중량%이고, 분산안정제의 함량은 0.001 내지 1.0중량%인 것이 바람직하며, 실리콘 산화막 연마 억제제를 포함할 경우 그 함량은 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하다. 상기 텅스텐 연마 향상제로는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수벨산, 아제라산, 세박산, 말레산, 글루타콘산, 무콘산 등을 사용할 수 있고, 상기 분산안정제로는 암모늄 옥사이드, 암모늄 클로라이드, 에틸렌디아민 테트라아세트산·2H·2(NH4), 프로필렌디아민 테트라아세트산·Fe·NH4·H2O 등을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 포함되는 연마제로는 γ-알루미나, α-알루미나, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 세리아 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 퓸드 실리카를 사용하면 더욱 바람직하다. 퓸드 실리카는 분산안정성 및 과산화수소 안정성이 우수하며 연마 슬러리의 제조를 용이하게 한다. 상기 연마제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 20.0중량%인 것이 바람직하며, 1 내지 10.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 연마제의 함량이 0.1중량% 미만이면 텅스텐 금속막의 연마가 충분히 이루어지지 못하며, 상기 연마제의 함량이 20.0중량%를 초과하면 분산안정성에 문제점이 있다. 상기 연마제로 바람직한 퓸드 실리카의 비표면적은 50 내지 200m2/g이며, 80내지 180m2/g 이면 더욱 바람직하다. 상기 퓸드 실리카의 비표면적이 50m2/g미만이면 실리콘 산화막의 연마 억제에 어려움이 있으며 200m2/g를 초과하면 연마 슬러리의 안정성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 보호 산화막을 빠르게 형성하여 금속막의 연마를 용이하게 하기 위한, 하나 이상의 산화제를 포함한다. 상기 산화제로는 과산화수소(히드로겐 퍼옥사이드), 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드 등을 사용할 수 있으며, 과산화수소를 사용하면 더욱 바람직하다. 상기 슬러리 조성물에 포함되는 산화제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 10.0중량%인 것이 바람직하며, 0.2 내지 5.0중량%이면 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 산화제의 함량이 0.1중량% 미만이면 보호 산화막이 형성되지 못하며, 상기 산화제의 함량이 10.0중량%를 초과하면 오히려 연마효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 2개의 카르복실기를 가지는 유기산을 하나 이상 포함하며, 이와 같은 유기산은 텅스텐 금속막의 연마를 향상시키는 기능을 한다. 본 발명의 슬러리 조성물에 사용되는 카르복실기가 포함된 유기산으로는 옥살산(Oxalic acid), 말론산(Malonic acid), 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid), 아디프산(Adipic acid), 피멜산(Pimelic acid), 수벨산(Suberic acid), 아제라산(Azelaic acid), 세박산(Sebacic acid) 등과 카본 이중결합이 포함된 말레산(Maleic acid), 글루타콘산(Glutaconic acid), 무콘산(Muconic acid) 등의 2가 카르복실산을 예시할 수 있다. 상기 유기산의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하며, 0.01 내지 2.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 2개의 카르복실기를 가지는 유기산이 2종 이상 혼합되어 사용될 경우, 그 바람직한 조합으로는 각각 0.01 내지 2.0중량%의 말론산과 말레산의 혼합물, 숙신산과 말레산의 혼합물, 아디프산과 말레산의 혼합물, 말론산, 숙신산 및 말레산의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 상기 유기산의 함량이 0.001중량% 미만이면 연마효율이 저하되는 문제점이 있으며, 5.0중량%를 초과하면 분산안정성에 문제가 있다.
또한 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 유기산을 포함할 수 있으며, 이와 같은 유기산은 실리콘 산화막의 연마를 억제시켜 상대적으로 텅스텐 금속막의 연마효율을 향상시키는 기능을 한다. 본 발명의 슬러리 조성물에 사용되는 유기산으로는 락틱산을 예시할 수 있다. 상기 유기산의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하며, 0.01 내지 2.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 유기산의 함량이 0.001중량% 미만이면 실리콘 산화막의 연마를 억제시키지 못하며, 5.0중량%를 초과하면 pH가 너무 낮아지는 문제점이 있다.
또한 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 연마제용 분산안정제를 포함하며, 상기 분산안정제로는 하나 이상의 암모늄 화합물을 사용할 수 있다. 상기 암모늄 화합물로는 암모늄 옥사이드, 암모늄 클로라이드, 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA)·2H·2(NH4), 프로필렌디아민 테트라아세트산(Propylenediamine- N,N,N',N'-tetraacetic Acid: PDTA)·Fe·NH4·H2O 등을 예시할 수 있다. 상기 분산안정제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 1.0중량%인 것이 바람직하며, 0.001 내지 0.5중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 분산안정제의 함량이 0.001중량% 미만이면 연마제의 분산 안정성이 저하되며, 상기 분산안정제의 함량이 1.0중량%를 초과하여도 연마제의 분산안정성이 더 향상되지 않는다.
또한 본 발명에 따른 슬러리 조성물의 pH는 바람직하게는 2 내지 6, 더욱 바람직하게는 2 내지 4이다. 여기서 상기 슬러리 조성물의 pH가 2 미만이면 분산안정성에 문제점이 있으며, pH가 6를 초과하면 연마효율에 문제점이 있다. 본 발명에 따른 슬러리 조성물의 pH를 상기 범위로 조절하기 위하여, 필요에 따라 pH 조절제를 투입할 수 있으며, 이와 같은 pH 조절제로는 질산, 황산, 락틱산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤조산, 갈릭산, 프로판산, 말론산 등을 사용할 수 있으며 그 중 질산이 더욱 바람직하다. 상기 pH 조절제의 함량은 다른 성분의 기능을 훼손하지 않는 범위 내에서, 상기 슬러리의 pH를 바람직하게는 2 내지 6, 더욱 바람직하게는 2 내지 4가 되도록 적절히 첨가한다.
본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물의 나머지 성분은 물, 바람직하게는 초순수이며, 필요에 따라 보관온도, 숙성 등에 의한 겔화 및 입자 침전 현상을 최대한 억제하고 분산안정성을 유지하기 위하여 추가적인 분산제, pH 변화에 따른 영향을 억제하기 위한 버퍼용액, 및 입자 분산액의 점도를 낮추기 위한 통상의 각종 염류 등을 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 텅스텐 금속막에 대한 연마 속도가 우수하며, 입자의 분산 안정성을 향상시킬 수 있으므로, 텅스텐의 화학-기계적 연마 공정에 유용하다. 또한 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 실리콘 산화막에 대한 연마속도보다 텅스텐 금속막에 대한 연마속도가 더 빠르므로, 미세 회로패턴의 형성에 특히 유용하다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1-18, 비교예 1-3]
연마 슬러리를 제조하여 텅스텐 웨이퍼를 화학-기계적 연마한 후, 텅스텐 연마율 등 슬러리 성능을 평가하였다. 카르복실기가 포함된 유기산의 첨가량에 따른 슬러리의 성능 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, PDTA·Fe·NH4·H2O 0.1중량%, 하기 표 1에 기재된 함량의 유기산 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 1-20, 비교예 1)을 제조하였다. 이 때 pH는 질산을 이용하여 모두 약 2.5로 맞추었다. 실리콘 기판 위에 플라즈마 기상 증착법(PECVD)을 이용하여 10,000Å 두께의 산화막을 증착하고, 그 위에 기상 증착법으로 10000Å의 두께로 텅스텐을 증착하여 시편을 제조하였다. (주)지앤피 테크놀로지의 POLI-500CE 연마장비, 로델(Rodel)사의 IC1400 패드, NF-200 캐리어필름 및 상기 실시예 1-20 및 비교예 1의 슬러리 조성물을 사용하여, 상기 시편들을 연마하면서, 텅스텐 금속막의 연마속도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 연마조건은 50rpm의 압반(platen)속도, 50rpm의 선두(head) 속도, 5psi의 하중압력, 200ml/min의 슬러리 공급속도, 및 1분의 연마시간으로 하였다.
유기산 함량 텅스텐 연마속도 (Å/min) 15일후 연마액 실리카 입도(nm)
비교예 1 없음 0.0% 605 침전
비교예 2 카본산 0.1% 986 295
비교예 3 초산 0.1% 1245 232
실시예 1 옥살산 0.1% 2451 209
실시예 2 말론산 0.1% 3851 208
실시예 3 숙신산 0.1% 3654 211
실시예 4 글루타르산 0.1% 3864 213
실시예 5 아디프산 0.1% 3687 211
실시예 6 피멜산 0.1% 3785 209
실시예 7 수벨산 0.1% 2947 210
실시예 8 아제라산 0.1% 2675 211
실시예 9 세박산 0.1% 2482 225
실시예 10 말레산 0.1% 3776 212
실시예 11 글루타콘산 0.1% 3458 209
실시예 12 무콘산 0.1% 3421 210
실시예 13 말론산+말레산 0.05+0.05% 4102 203
실시예 14 숙신산+말레산 0.05+0.05% 4085 204
실시예 15 글루타르산+말레산 0.05+0.05% 3954 203
실시예 16 아디프산+말레산 0.05+0.05% 3895 207
실시예 17 말론산+숙신산+말레산 0.04+0.03+0.03% 4128 204
실시예 18 말론산+말레산+글루타콘산 0.04+0.03+0.03% 4114 205
상기 표 1로부터, 퓸드 실리카를 연마제로 사용하고 카르복실기가 양쪽에 붙어있는 유기산, 즉 2가 카르복실산(실시예 1-9)을 첨가한 경우 텅스텐 금속막의 연마속도가 크게 증가되는 것을 알 수 있다. 카르복실기가 붙어있는 유기산 중 탄소사이에 이중결합이 있는 유기산(실시예 10-12)도 마찬가지로 텅스텐 금속막의 연마속도를 증가시켰으며 이 두 유기산들을 혼합하여 첨가했을 경우는 (실시예 13-18) 더욱 높은 연마효율을 보였다. 또한 카르복실기가 포함된 유기산을 첨가한 경우 전체적으로 실리카 분말의 분산 안정성에 큰 도움을 주는 경향이 보인다.
[실시예 19-23, 비교예 4-5]
연마 슬러리를 제조하여 텅스텐 웨이퍼를 화학-기계적 연마한 후, 텅스텐 연마율, 실리콘 산화막 연마율 등 슬러리 성능을 평가하였다. 유기산 첨가량에 따른 슬러리의 성능 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, 말레산 0.1중량%, PDTA·Fe·NH4·H2O 0.1중량%, 실리콘 산화막 연마 억제제로서 하기 표 2에 기재된 성분 및 함량의 화합물 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 19-23, 비교예 4-5)을 제조하였다. 이 때 pH는 질산을 이용하여 모두 약 2.5로 맞추었다. 실시예 19-23 및 비교예 4-5의 슬러리 조성물을 사용하여 실시예 1과 동일한 기기 및 조건으로 텅스텐 금속막 및 실리콘 산화막의 연마속도를 측정하여 표 2에 나타내었다.
락틱산 (wt%) 텅스텐 연마속도(Å/min) 실리콘 산화막연마속도(Å/min) 텅스텐/실리콘 산화막 선택비
비교예 4 0 3771 156 24.2 : 1
실시예 19 0.05 3786 143 26.5 : 1
실시예 20 0.1 3684 37 99.6 : 1
실시예 21 0.2 3865 38 101.7 : 1
실시예 22 0.5 3754 39 96.3 : 1
실시예 23 5.0 1412 51 27.7 : 1
비교예 5 HF 0.2% 2541 117 21.7 : 1
상기 표 2로부터, 퓸드 실리카를 연마제로 사용하고 락틱산을 첨가한 경우(실시예 19-23), 텅스텐 금속막의 연마속도가 일정하면서 실리콘 산화막의 연마속도가 감소하여 선택비가 증가하므로, 본 발명에 따른 슬러리 조성물이 텅스텐의 연마공정에 적합함을 알 수 있다. 실시예 23 및 비교예 5의 슬러리 조성물은 상대적으로 분산안정성이 양호하지 못하였다.
[실시예 24-29, 비교예 6-7]
암모늄 화합물 첨가량에 따른 슬러리 내 연마제의 분산안정성 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 말론산 0.05중량%, 말레산 0.05중량%, 하기 표 3에 기재된 함량의 암모늄 화합물 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 24-29, 비교예 6-7)을 제조하였다. 이 때 pH는 질산을 이용하여 모두 약 2.5로 맞추었다. 연마제의 분산안정성 평가는 침전도 측정, 제타(Zeta) 전위 측정, 평균 입자크기 측정을 통하여 수행하였다.
시료 암모늄 화합물 (wt%) 침전(15일 후) 제타 전위(mV) 평균입도(초기, nm) 평균입도(15일 후, nm)
비교예 6 없음 0.0 침전 -2 234 과량 응집
실시예 24 암모늄 옥사이드 0.1 없음 -15 211 221
실시예 25 암모늄 클로라이드 0.1 없음 -16 204 210
비교예 7 EDTA 0.1 침전 -2 221 과량 응집
실시예 26 EDTA·2H·2(NH4) 0.05 없음 -20 201 206
실시예 27 EDTA·2H·2(NH4) 0.1 없음 -25 200 204
실시예 28 PDTA·Fe·NH4·H2O 0.05 없음 -22 202 203
실시예 29 PDTA·Fe·NH4·H2O 0.1 없음 -30 199 200
상기 표 3으로부터, 암모늄 화합물을 첨가하지 않으면 분산성이 떨어지는 퓸드실리카의 경우, 침전이 발생하면서 제타 전위가 0근처의 값을 가지며, 평균 입도도 증가함을 알 수 있다. 제타 전위의 값이 0에 가까워지면 일반적으로 슬러리 내의 연마제가 불안정하고 응집현상이 잘 일어난다.
[실시예 30-31, 비교예 8-11]
pH 조절제에 따른 텅스텐의 연마효율 및 슬러리 특성을 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, 말론산 0.1중량%, PDTA·Fe·NH4·H2O 0.1중량%, pH 조절제로서 하기 표 4에 기재된 성분 및 함량의 화합물 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 30-31, 비교예 8-11)을 제조하여 실시예 1과 동일한 기기 및 조건으로 텅스텐 금속막 연마속도를 측정하여 표 4에 나타내었다.
pH 조절제 pH 텅스텐연마속도(Å/min) 분산 안정성
비교예 8 없음 4.0 1578 좋음
실시예 30 질산 2.5 3851 좋음
비교예 9 인산 2.5 2102 좋음
비교예 10 불산 2.5 3758 침전
실시예 31 황산 2.5 2948 좋음
비교예 11 염산 2.5 1896 좋음
상기 표 4로부터, 질산을 사용한 경우 텅스텐 연마속도나 분산안정성 측면에서 가장 좋은 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 불산의 경우는 분산 안정성에 문제가 있으며 염산이나 인산은 텅스텐 연마속도가 저하되는 문제가 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 텅스텐 금속막에 대한 연마 속도가 우수하며, 금속 배선 중 텅스텐 플러그를 형성하기 위한 공정에서 텅스텐의 연마 효율을 높여 막을 평탄화하는데 특히 유용하다.
도 1a 내지 도 1e는 텅스텐의 화학-기계적 연마를 통하여 반도체 소자의 금속 배선을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도.

Claims (19)

  1. 실리콘 산화막 연마 억제제로서 락틱산을 0.001 내지 5.0중량% 포함하고, 연마제 0.1 내지 20.0중량%, 산화제 0.1 내지 10.0중량%, 2개의 카르복실기를 가지는 유기산을 포함하는 텅스텐 연마 향상제 0.001 내지 5.0중량%, 암모늄 화합물을 포함하는 분산안정제 0.001 내지 1.0중량%, 및 물을 포함하며, pH가 2 내지 6인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 연마제는 γ-알루미나, α-알루미나, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 세리아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연마제는 비표면적이 50 내지 200m2/g인 퓸드 실리카인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소, 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일 퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수벨산, 아제라산, 세박산, 글루타콘산, 무콘산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물과 말레산의 혼합물으로 이루어진 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 0.01 내지 2.0중량%의 말론산과 0.01 내지 2.0중량%의 말레산의 혼합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  12. 제7항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 0.01 내지 2.0중량%의 숙신산과 0.01 내지 2.0중량%의 말레산의 혼합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  13. 제7항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 0.01 내지 2.0중량%의 아디프산과 0.01 내지 2.0중량%의 말레산의 혼합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  14. 제7항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 0.01 내지 2.0중량%의 말론산과 0.01 내지 2.0중량%의 숙신산과 0.01 내지 2.0중량%의 말레산의 혼합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어, 상기 분산안정제는 암모늄 옥사이드, 암모늄 클로라이드, 에틸렌디아민 테트라아세트산·2H·2(NH4), 프로필렌디아민 테트라아세트산·Fe·NH4·H2O 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  17. 제16항에 있어, 상기 분산안정제는 0.001 내지 1.0중량%의 에틸렌디아민 테트라아세트산·2H·2(NH4), 프로필렌디아민 테트라아세트산·Fe·NH4·H2O 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 상기 pH는 질산, 황산, 락틱산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤조산, 갈릭산, 프로판산, 말론산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물에 의하여 조절되는 것인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 상기 pH는 질산 및 질산 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물에 의하여 조절되는 것인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
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