KR100614773B1 - 화학 기계적 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
화학 기계적 연마 방법에서, 기판은 제 1 상부면을 갖는 제 1 단차부를 포함한다. 기판 상에 제 1 상부면보다 높은 제 2 상부면을 갖는 제 1 연마 대상막을 형성한다. 제 2 상부면에는 제 1 단차부와 실질적으로 대응되게 제 2 단차부들이 형성되어 있다. 제 1 연마 대상막에 대한 제 1 연마 공정을 수행하여 제 2 단차부의 높이를 낮춘다. 따라서, 평탄한 제 2 연마 대상막을 형성한다. 제 1 단차부의 상부면이 노출될 때까지 상기 제 2 연마 대상막에 대한 제 2 연마 공정을 수행하여 평탄한 제 3 연마 대상막을 형성한다. 따라서, 기판의 손상을 최소화하고 평탄도를 개선할 수 있다.
Description
도 1 및 2는 종래의 화학 기계적 연마 공정을 수행할 때 발생하는 문제점을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 화학 기계적 연마 방법들에서 사용되는 슬러리 조성물들의 pH에 대한 실리콘 산화막의 제타 포텐셜을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 화학 기계적 연마 방법에서 사용되는 제 2 슬러리 조성물의 실리콘 산화막에 대한 제거율을 평가하기 위한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8 및 9는 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 따른 화학 기계적 연마 공정을 수행함으로서 제조된 결과물을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 및 11은 종래의 화학 기계적 연마 방법에 따른 화학 기계적 연마 공정을 수행함으로서 제조된 결과물을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
기판:1000 제 1 단차부:1100
제 2 단차부:1200 제 1 연마 대상막:2100
제2 연마 대상막:2200 제 3 연마 대상막:2300
연마 기준면:3000 예비 연마 기준면:4000
본 발명은 화학 기계적 연마 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 산화막을 평탄화하기 위한 화학 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고성능화, 고집적화에 따라 다층배선구조가 필수적으로 요구되어지고 있으며 이러한 다층배선구조는 도전막이나 절연막의 성막공정 및 식각공정을 수차례 걸쳐 진행하여 형성되는 것으로서 각 층에서 요구되는 일정한 패턴을 형성한 후에 후속의 리소그래피 공정을 용이하게 하기 위해 표면 평탄화 공정을 수행하게 된다. 이러한 평탄화의 형태로서는 국소적 평탄화(local planarization)와 광역 평탄화(global planarization)가 있으나, 평탄화 기술의 궁극적 목표가 광역 평탄화를 실현하는 것이다.
평탄화를 실현하기 위한 공정은 예를 들어 에치백(etch back), 리플로우(reflow), 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing : CMP) 등의 공정이 있으나 광역 평탄화 및 고집적 회로에 적용되는 방법으로는 화학 기계적 연마 공정이 가장 많이 사용되고 있다. 이는 광역 평탄화가 화학 기계적 연마 공정에 의해서만 가능할 뿐 아니라 평탄성에 대한 만족도 면에서는 화학 기계적 연마 공정이 가장 우수하기 때문이다.
상기 화학 기계적 연마 공정이란 1980년대 말 미국 IBM사에서 개발된 공정으로서 연마 헤드에 평탄화 공정을 수행할 반도체 기판을 장착시키고 상기 반도체 기판과 연마 패드 사이에 탈이온수와 연마 입자, 첨가제 등을 포함하는 슬러리 조성물을 제공한 후 상기 반도체 기판을 상기 연마 패드와 접촉시킨 상태에서 회전 및 직선운동이 혼합된 오비탈 운동을 실시하여 상기 반도체 기판의 표면을 평탄화시키는 공정을 말한다. 즉, 슬러리 조성물에 포함된 연마 입자 및 연마 패드의 표면 돌기를 상기 반도체 기판의 표면과 기계적으로 마찰시켜 상기 반도체 기판의 표면을 기계적으로 연마하는 동시에 슬러리 조성물에 포함된 화학적 성분과 상기 반도체 기판의 표면을 화학적으로 반응시켜 상기 반도체 기판의 표면을 화학적으로 연마하게 된다.
상기 화학 기계적 연마 공정의 연마 효율은 화학 기계적 연마 장비, 슬러리 조성물, 연마 패드의 종류 등에 의해 결정된다. 특히, 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 동안 하나 이상의 슬러리 조성물들을 선택적으로 사용함으로서 연마 효율을 증가시킬 수 있다. 상기 하나 이상의 슬러리 조성물들을 사용하는 화학 기계적 연마 방법의 일 예는 대한민국 특허 공개 공보 제 2001-0061124호에 개시되어 있다.
또한, 평탄도를 개선하기 위해서 패시베이션제가 포함된 고평탄도 슬러리를 사용하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 고평탄도 슬러리 화학 기계적 연마 방법(high planarity slurry chemical mechanical polishing, 이하 "HPS-CMP"라 한다.)이 개발되었다.
상기 HPS-CMP 방법은 연마 대상막의 연마 대상면을 패시베이션제로 도포함으 로서 화학적인 연마를 억제하고 주로 기계적으로 연마하는 방법이다. 따라서, 상기 연마 대상막의 표면부에 형성된 단차부들이 그 상부부터 기계적으로 제거되어 평탄화되면 연마 패드와 접촉하는 패시베이션제로 도포된 연마 대상면의 면적이 넓어져 연마율이 급격하게 낮아지는 자체정지(self-stopping) 특성을 갖는다. 따라서 HPS-CMP 방법을 수행함으로서 고평탄도를 확보할 수 있다.
그러나 상기 HPS-CMP 방법을 사용하더라도 간격이 조밀한 단차부들과 상기 단차부들의 하부면보다 낮게 형성된 간격이 넓은 단차부들이 인접하여 존재하는 경우 상기 자체정지(self-stopping) 특성이 나타나지 않아 반도체 기판 상에 형성된 상부 구조물들에 손상을 입히게 된다.
도 1은 종래의 HPS-CMP 공정을 수행하기 전에 실리콘 산화막이 형성된 반도체 기판을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 2는 반도체 기판에 종래의 HPS-CMP 공정을 수행한 후 평탄화된 반도체 기판을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 조밀한 패턴들을 포함하는 제 1 단차부(110) 및 상기 제 1 단차부의 하부면(111)보다 낮게 위치하는 제 2 단차부(120)를 포함하는 기판(100)상에 연마 대상막(200)이 형성되어 있다.
제 2 단차부(120)의 하부면(121) 상에 형성되는 연마 대상막 부분의 표면(201)이 상기 제 1 단차부(110)의 하부면(111) 보다 높게 설정된 연마 기준면(300) 보다 낮게 형성되어 있다.
도 2를 참조하면, 연마 대상막(200)을 연마 기준면(300)까지 고평탄도 슬러리를 사용하는 종래의 HPS-CMP 공정을 수행한 경우 제 1 단차부(110)와 제 2 단차부(120)가 손상을 입음을 알 수 있다.
HPS-CMP 공정을 수행하는 과정에서 제 2 단차부(120)의 하부면(121) 부근에서는 연마 패드의 연마면이 연마 기준면보다 낮게 위치하기 때문에 제 1 단차부(110)의 하부면(111) 보다 높게 위치하는 연마 대상막 부분이 연마 기준면까지 연마하였더라도 자체정지 특성이 나타나지 않고 연마가 계속되기 때문이다. 더욱이 연마 패드가 오비탈 운동을 하는 과정에서 연마 패드와 접하는 제 1 단차부(110)와 제 2 단차부(120)의 모서리 부분들을 과도하게 기계적으로 연마하게 된다. 따라서, 반도체 기판(100) 상부에 형성된 제 1 단차부(110)와 제 2 단차부(120)들이 손상을 입게 되는 것이다.
따라서, 상부 구조물을 보호하면서 고평탄도를 유지할 수 있는 화학 기계적 연마 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은, 기판의 손상을 최소화시키면서 평탄도를 개선할 수 있는 화학 기계적 연마 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 상부면을 갖는 제 1 단차부를 포함하는 기판 상에 상기 제 1 상부면보다 높은 제 2 상부면을 갖고, 상기 제 2 상부면에 상기 제 1 단차부와 실질적으로 대응되게 형성되는 제 2 단차부를 갖는 제 1 연마 대상막을 형성한다. 이어서, 상기 제 1 연마 대상막에 대 한 제 1 연마 공정을 수행하여 상기 제 2 단차부의 높이를 낮춤으로서 상기 제 1 연마 대상막 보다 낮은 높이를 갖는 평탄한 제 2 연마 대상막을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 단차부의 상부면이 노출될 때까지 상기 제 2 연마 대상막에 대한 제 2 연마 공정을 수행하여 상기 제 2 연마 대상막 보다 낮은 높이를 갖는 평탄한 제 3 연마 대상막으로 형성하는 화학 기계적 연마 방법에 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 상부면을 갖는 제 1 단차부 및 상기 제 1 단차부보다 낮게 위치하는 제 2 단차부를 포함하는 기판 상에 상기 제 1 상부면보다 높은 제 3 상부면을 갖고, 상기 제 3 상부면에 상기 제 1 및 2 단차부들과 실질적으로 대응되게 형성되는 제 3 단차부를 갖는 제 1 연마 대상막을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 연마 대상막에 대한 제 1 연마 공정을 수행하여 상기 제 3 단차부의 높이를 낮춤으로서 상기 제 1 연마 대상막의 높이 보다 낮은 높이를 갖는 평탄한 제 2 연마 대상막을 형성한다. 이어서, 상기 제 1 단차부의 상부면이 노출될 때까지 상기 제 2 연마 대상막에 대한 제 2 연마 공정을 수행하여 상기 제 2 연마 대상막 보다 낮은 높이를 갖는 평탄한 제 3 연마 대상막으로 형성하는 화학 기계적 연마 방법이 제공된다.
상기 연마 대상막은 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제 2 연마 대상막은 자체 정지 특성을 갖지 않는 슬러리 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.
구체적으로 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 포함하고, 상기 연마 대상막의 제타 포텐셜이 양이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하여 상기 제 2 연마 대상막을 형성할 수 있다.
또한, 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 2 내지 3 중량% 포함하고, 상기 연마 대상막의 제타 포텐셜이 음이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하여 상기 제 2 연마 대상막을 형성할 수 있다.
상기 제 3 연마 대상막은 자체 정치 특성을 갖지 않는 슬러리 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.
구체적으로 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 0.001 내지 2 중량% 포함하고, 상기 연마 대상막의 제타 포텐셜이 음이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하여 상기 제 3 연마 대상막을 형성할 수 있다.
또한, 3 내지 28 중량%의 연마입자, 70 내지 95 중량%의 탈이온수, 및 0.001 내지 2 중량%의 pH 조절제를 포함하는 슬러리를 사용하여 상기 제 3 연마 대상막을 형성할 수 있다.
따라서, 기판의 손상을 최소화하고 평탄도를 개선할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 화학 기계적 연마 방법에 대해서 상세히 설명한다.
실시예 1
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 단차부(1100) 및 제 1 단차부의 하부면(1110)보다 낮게 위치하는 제 2 단차부(1200)를 포함하는 기판(1000)상에 제 1 연마 대상막(2100)을 형성한다.
제 1 연마 대상막(2100)은 산화물을 포함하는 실리콘 산화막일 수 있다. 제 1 연마 대상막(2100)은 플라즈마 화학 기상 증착 방식(plasma enhanced chemical vapor deposition method) 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 방식(high density plasma chemical vapor deposition method)에 의하여 형성될 수 있다. 본발명에서 사용할 수 있는 산화물의 예로서는 BPSG(boro-phosphor silicate glass), PSG(phosphor silicate glass), USG(undoped silicate glass), SOG(spin on glass) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 산화물의 예로서는 PECVD 산화물을 들 수 있다.
제 1 연마 대상막(2100)의 표면부에는 제 1 단차부(1100) 및 제 2 단차부(1200)의 형상과 실질적으로 대응되게 단차부들이 형성된다.
제 1 단차부(1100)의 하부면(1110) 보다 높게 연마 기준면(3000)이 설정된다. 연마 기준면(3000)은 제 1 단차부(1100)의 상부면으로 설정되는 것이 바람직하다.
제 1 연마 대상막(2100)은 연마 기준면(3000) 보다 높은 표면을 갖는다. 구체적으로, 제 2 단차부(1200)의 하부면(1210) 상에 형성되는 연마 대상막 부분의 표면(2010)이 연마 기준면(3000) 보다 높게 형성된다.
도 4를 참조하면, 제 1 연마 대상막(2100)의 표면부에 형성되는 단차부들이 제거되어 평탄화되는 면인 예비 연마 기준면(4000)까지 제 1 슬러리 조성물을 사용하여 연마하여 표면이 평탄한 제 2 연마 대상막(2200)을 형성한다.
제 1 슬러리 조성물은 연마 입자, 탈이온수, 계면 활성제, 아민 화합물 및 pH 조절제를 포함한다.
제 1 슬러리 조성물에 포함된 연마 입자의 함량이 약 0.5 중량% 미만이면 기계적 연마 효율이 저하되기 때문에 바람직하지 않고, 연마 입자의 함량이 약 2.0 중량%를 초과하면 스크래치 등이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 연마 입자의 함량은 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%이고, 바람직하게는 약 0.75 중량% 내지 약 1.5 중량%이다. 제 1 슬러리 조성물에 사용할 수 있는 연마 입자의 예로서는 실리카(silica), 세리아(ceria), 알루미나(alumina), 티타니아(titania), 지르코니아(zirconia), 게르마니아(germania) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 1 슬러리 조성물에 바람직하게 사용할 수 있는 연마 입자의 예로서는 세리아를 들 수 있다.
제 1 슬러리 조성물에 포함된 탈이온수의 함량이 약 94.6 중량% 미만이면 제 1 슬러리 조성물의 점성이 증가하여 화학 기계적 연마 과정에서 화학 기계적 연마 장치에 손상을 입힐 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 탈이온수의 함량이 약 98 중량%를 초과하면 제 1 슬러리 조성물의 점성이 낮아져 기계적 연마 효율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 탈이온수의 함량은 약 94.6 중량% 내지 약 98 중량%이고, 바람직하게는 약 95 중량% 내지 약 97 중량%이다.
제 1 슬러리 조성물에 사용할 수 있는 계면활성제의 예로서는 폴리카르복실 산, 폴리에티렌이민, 폴리비닐 술폰산, 폴리카르복실산염, 폴리에틸렌 이민염, 폴리비닐 술폰산염, 암모늄 폴리카르복실레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 1 슬러리 조성물에 바람직하게 사용할 수 있는 계면활성제의 예로서는 암모늄 폴리카르복실레이트를 들 수 있다.
계면활성제는 하기의 반응식 1과 같이 제 1 슬러리 조성물 내에서 용해되어 음이온성 폴리머와 양이온으로 해리된다.
용액 내에서 막의 표면이 띠는 전하는 제타(ξ) 포텐셜(mV)의 값으로 나타낼 수 있다. 제타 포텐셜의 값이 양이면 막의 표면은 양전하를 띠고, 제타 포텐셜의 값이 음이면 막의 표면은 음전하를 띤다. 그리고 제타 포텐셜 값의 부호가 바뀌는 용액의 pH가 등전점(isoelectric point)이다.
도 6은 슬러리 조성물의 pH에 대한 실리콘 산화막의 제타 포텐셜을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 실리콘 산화막의 등전점은 약 pH 5이다. 슬러리 조성물의 pH가 실리콘 산화막의 등전점인 약 pH 5 보다 낮은 경우 제타 포텐셜의 값이 양이기 때문에 실리콘 산화막의 표면은 양전하를 띤다.
따라서, 계면활성제로부터 해리된 음이온성 폴리머는 실리콘 산화막의 표면에 정전기적 인력에 의해서 흡착되어 실리콘 산화막의 표면을 화학적으로 보호한다.
그로 인해, 실리콘 산화막의 표면은 화학적으로 연마되기보다는 실리콘 산화막의 표면부에 형성된 단차부의 상부부터 연마패드의 압력과 연마입자에 의해 주로 기계적으로 연마된다.
또한, 실리콘 산화막 상부에 형성된 단차부들이 주로 기계적으로 제거되어 평탄화되면 연마 패드의 연마면과 접촉하는 음이온성 폴리머로 도포된 실리콘 산화막의 표면적이 넓어지게 되고 화학적으로 연마되지 않은 실리콘 산화막의 표면은 물리적으로 치밀하기 때문에 기계적 연마율도 급격하게 낮아져 더 이상의 연마가 진행되지 않는 자체정지(self-stopping) 특성을 갖는다.
제 1 슬러리 조성물에 포함된 계면활성제의 함량이 약 0.01 중량% 미만이면 계면활성제로부터 해리되는 음이온성 폴리머의 함량이 상대적으로 적어 실리콘 산화막인 연마 대상막을 효과적으로 도포할 수 없기 때문에 바람직하지 않고, 계면활성제의 함량이 약 3 중량%를 초과하면 계면활성제로부터 과도하게 해리되는 폴리머로 인해 실리콘 산화막인 연마 대상막의 표면이 과도하게 도포되어 단차부의 제거를 어렵게 만들기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 계면활성제의 함량은 약 0.01 중량% 내지 약 3 중량 %이다.
또한, 제 1 슬러리 조성물에 포함된 계면활성제의 함량이 상대적으로 많은 약 1.6 중량% 내지 약 3 중량%인 경우 계면활성제로부터 해리된 음전하 폴리머가 연마 대상면을 보호할 뿐 아니라 연마 패드와 연마면 사이에서 부유하면서 연마 입자의 활동을 억제하고 제 1 슬러리 조성물의 유동성에 영향을 주어 연마 대상면에 대한 보호 효과를 증가시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
제 1 슬러리 조성물의 pH가 약 2 미만이면 제 1 슬러리 조성물이 상대적으로 강한 산성을 띠어 화학 기계적 연마 장비에 손상을 주기 때문에 바람직하지 않고, pH가 약 5를 초과하면 실리콘 산화막의 제타 포텐셜이 음의 값을 갖기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 제 1 슬러리 조성물의 pH는 약 2 내지 약 5이고, 바람직하게는 약 3 내지 약 5 이다.
제 1 슬러리 조성물의 pH 조절은 pH 조절제의 함량을 조절함으로서 이루어질 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 pH 조절제의 예로서는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NAOH), 수산화암모늄(NH4OH) 등의 염기 또는 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3) 등의 산을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 1 슬러리 조성물에서 바람직하게 사용할 수 있는 pH 조절제의 예로서는 수산화칼륨을 들 수 있다.
pH 조절제의 함량이 약 0.001 중량% 미만이면 pH를 효과적으로 조절할 수 없기 때문에 바람직하지 않고, pH 조절제의 함량이 약 2 중량%를 초과하면 실리콘 산화막의 연마율을 감소시키는 불순물로 작용할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 pH 조절제의 함량은 약 0.001 중량% 내지 약 2 중량%이고, 바람직하게는 약 0.001 내지 1.1 중량%이다.
제 1 슬러리 조성물에서 사용할 수 있는 아민 화합물의 예로는 4차 아민, 4차 아민의 염, 4차 아민의 유도체 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 1 슬러리 조성물에서 사용할 수 있는 4차 아민의 예로서는 테트 라메틸암모늄하이드록사이드((CH3)4NOH), 콜린((CH3)3(CH2
CH2OH)NOH) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 1 슬러리 조성물에 사용할 수 있는 콜린 염 또는 콜린 유도체는 콜린 불화물(choline fluoride), 콜린 염화물(choline chloride), 콜린 브롬화물(choline bromide), 콜린 요오드화물(choline iodine), 콜린 디하이드로젠 시트레이트(choline dihydrogen citrate), 콜린 바이타르트레이트(choline bitartrate), 콜린 바이카보네이트(choline bicarbonate), 콜린 시트레이트(choline citrate), 콜린 아스코베이트(choline ascorbate), 콜린 보레이트(choline borate), 콜린 테오필리네이트(choline teophyllinate), 콜린 글루코네이트(choline gluconate), 아세틸콜린 염화물(acethyline chloride), 아세틸 콜린 브롬화물(acetycholine bromide), 메타콜린 염화물(metacholine chloride) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
아민 화합물은 실리콘 산화막을 화학적으로 연마할 뿐만 아니라 하기의 반응식 2와 같이 계면활성제(Ⅰ)의 해리를 촉진시킨다.
계면활성제(Ⅰ)는 제 1 슬러리 조성물 내에서 농도 평형을 이루면서 음이온성 폴리머(Ⅱ)와 양이온(Ⅲ)으로 해리되기 때문에 일정량의 계면활성제(Ⅰ)만이 해리된다. 그러나 제 1 슬러리 조성물에 아민 화합물을 첨가되는 경우 제 1 슬러리 조성물 내에서 짝산-짝염기 반응이 일어난다. 따라서, 계면활성제(Ⅰ)가 농도 평형 상태에서 보다 더 많이 해리되어 음이온성 폴리머(Ⅱ)가 더 생성된다.
제 1 슬러리 조성물에 포함된 아민 화합물의 함량이 약 0.05 중량% 미만이면 음이온성 폴리머의 도포를 효과적으로 증가시킬 수 없기 때문에 바람직하지 않고, 아민 화합물의 함량이 약 0.6 중량%를 초과하면 계면활성제로부터 과도하게 해리되는 폴리머로 인해 실리콘 산화막의 표면이 과도하게 도포되어 연마 대상막의 표면부에 형성된 단차부들의 제거를 어렵게 만들기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 아민 화합물의 함량은 약 0.05 중량% 내지 약 0.6중량 %이고, 바람직하게는 약 0.4 중량% 내지 약 0.6 중량%이다.
제 1 슬러리 조성물을 사용하여 제 1 연마 대상막(2100)에 대한 연마 공정을 수행하는 경우 제 1 연마 대상막(2100)의 표면부에 형성된 단차부들이 제거되어 평탄화되면 연마율이 급격하게 낮아져 더 이상의 연마가 진행되지 않는 자체정지(self-stopping) 특성이 나타난다. 그리고 이 때의 평탄한 표면을 갖는 제 2 연마 대상막(2200)의 면을 예비 연마 기준면(4000)으로 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예비 연마 기준면(4000)은 제 1 슬러리 조성물을 사용하여 연마 공정을 수행하기 전의 연마 대상막(2100)의 표면과 연마 기준면(3000) 사이에 설정되게 된다. 또한, 연마 기준면(3000)으로부터 예비 연마 기준면(4000)까지의 높이는 3000 내지 5500Å 인 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 제 2 연마 대상막(2200)을 예비 연마 기준면(4000)부터 연마 기준면(3000)까지 제 3 슬러리 조성물을 사용하여 연마하여 제 3 연마 대상막(2300)을 형성한다.
제 3 슬러리 조성물은 pH와 계면활성제의 함량을 제외하고 제 1 슬러리 조성물과 실질적으로 유사하다. 따라서, 제 1 슬러리 조성물과 실질적으로 유사한 부분의 설명은 생략한다.
제 3 슬러리 조성물의 pH는 약 5 내지 약 12 이고, 제 3 슬러리 조성물의 계면활성제의 함량은 약 0.001 중량% 내지 약 2 중량%이다.
도 6을 다시 참조하면, 제 3 슬러리 조성물의 pH는 실리콘 산화막의 등전점인 약 pH 5 보다 높기 때문에 제타 포텐셜의 값이 음이 된다. 따라서, 제 3 슬러리 조성물 내에서 실리콘 산화막의 표면은 음전하를 띤다. 따라서, 계면활성제로부터 해리된 음이온성 폴리머는 실리콘 산화막의 표면과의 정전기적 척력에 의해서 실리콘 산화막의 표면을 화학적으로 보호하지 못한다. 그로 인해 제 1 슬러리 조성물과는 달리 자체정지(self-stopping) 특성을 갖지 않는다.
그러나 제 3 슬러리 조성물에 포함된 계면활성제의 함량이 상대적으로 많은 약 2 중량% 내지 약 3 중량%인 경우 계면활성제로부터 해리된 음전하 폴리머가 비록 실리콘 산화막의 표면에 정전기적 인력에 의하여 흡착되지는 않으나 연마 패드와 연마면 사이에서 부유하면서 연마 입자의 활동을 억제하고 제 3 슬러리 조성물의 유동성에 영향을 주어 연마 대상면에 대한 보호 효과를 증가시킬 수 있기 때문에 실질적으로 자체정지 특성을 갖게 된다. 따라서, 제 3 슬러리 조성물의 계면활성제의 함량은 약 0.001 중량% 내지 약 2 중량%인 것이 바람직하다.
제 3 슬러리 조성물은 자체 정치 특성을 갖지 않기 때문에 예비 연마 기준면(4000)과 연마 기준면(3000) 사이에 제 2 연마 대상막(2200)을 효과적으로 연마하 여 제 3 연마 대상막(2300)을 형성할 수 있다.
또한, 제 3 슬러리 조성물은 pH와 계면활성제의 함량을 제외하고 제 1 슬러리 조성물과 실질적으로 유사하기 때문에 제 1 슬러리 조성물에 포함된 pH 조절제의 함량 및 계면활성제의 함량을 조절하여 인시츄(in-situ)에서 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2에 따른 화학 기계적 연마 방법은 제 3 슬러리 조성물 대신에 제 4 슬러리 조성물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 방법과 실질적으로 유사하다. 따라서, 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 방법과 유사한 부분의 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 제 4 슬러리 조성물은 연마 입자, 탈이온수 및 pH 조절제를 포함한다.
제 4 슬러리 조성물에 포함된 연마 입자의 함량이 약 3 중량% 미만이면 기계적 연마 효율이 저하되기 때문에 바람직하지 않고, 연마 입자의 함량이 약 28 중량%를 초과하면 스크래치 등이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 연마 입자의 함량은 약 3 중량% 내지 약 28 중량%이고, 바람직하게는 약 11 중량% 내지 약 13.5 중량%이다. 제 4 슬러리 조성물에서 사용할 수 있는 연마 입자의 예로서는 실리카, 세리아, 알루미나 티타니아, 지르코니아, 게르마니아 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 4 슬러리 조성물에 바람직하게 사용할 수 있는 연마 입자의 예로서는 실리카를 들 수 있다.
제 4 슬러리 조성물에 포함된 탈이온수의 함량이 약 70 중량% 미만이면 제 4 슬러리 조성물의 점성이 증가하여 화학 기계적 연마 과정에서 화학 기계적 연마 장치에 손상을 입힐 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 탈이온수의 함량이 약 95 중량%를 초과하면 제 4 슬러리 조성물의 점성이 낮아져 기계적 연마 효율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 탈이온수의 함량은 약 70 중량% 내지 약 95 중량%이고, 바람직하게는 약 72 중량% 내지 약 79 중량%이다.
제 4 슬러리 조성물의 pH가 약 10 미만이면 제 4 슬러리 조성물이 상대적으로 약한 염기 또는 산성을 띠어 연마효율이 저하되기 때문에 바람직하지 않고, pH가 약 12를 초과하면 제 4 슬러리 조성물이 상대적으로 강한 염기를 띠어 화학 기계적 연마 장비에 손상을 주기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 제 4 슬러리 조성물의 pH는 약 10 내지 약 12이고, 바람직하게는 약 10.2 내지 약 11.8이다.
제 4 슬러리 조성물의 pH 조절은 pH 조절제의 함량을 조절함으로서 이루어질 수 있다. 제 4 슬러리 조성물에 사용할 수 있는 pH 조절제의 예로서는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NAOH), 수산화암모늄(NH4OH) 등의 염기 또는 황산(H2SO4
), 염산(HCl), 질산(HNO3) 등의 산을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 제 4 슬러리 조성물에 바람직하게 사용할 수 있는 pH 조절제의 예로서는 수산화칼륨을 들 수 있다.
pH 조절제의 함량이 약 0.001 중량% 미만이면 pH를 효과적으로 조절할 수 없 기 때문에 바람직하지 않고, pH 조절제의 함량이 약 2 중량%를 초과하면 실리콘 산화막의 연마율을 감소시키는 불순물로 작용할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 pH 조절제의 함량은 약 0.001 중량% 내지 약 2 중량%이고, 바람직하게는 약 0.001 내지 1.1 중량%이다.
제 4 슬러리 조성물에는 산화막의 표면을 도포하여 화학적 연마를 억제하는 계면활성제가 포함되어 있지 않다. 따라서, 실리콘 산화막은 기계적 뿐만 아니라 화학적으로 연마된다. 그리고 실리콘 산화막의 상부에 형성된 단차부들이 제거되어 연마패드의 연마면과 접촉하는 실리콘 산화막의 표면적이 넓어지더라도 화학적으로 연마가 계속되거나 또는 화학적으로 연마된 실리콘 산화막의 표면은 물리적으로 치밀하지 않기 때문에 기계적으로도 용이하게 연마가 진행된다.
따라서, 제 4 슬러리 조성물을 자체 정치 특성을 갖지 않기 때문에 예비 연마 기준면(4000)과 연마 기준면(3000) 사이에 형성된 제 2 연마 대상막(2200)을 효과적으로 연마하여 제 3 연마 대상막(2300)을 형성할 수 있다.
실시예 3
본 발명의 실시예 3에 따른 화학 기계적 연마 방법은 제 1 슬러리 조성물 대신에 제 2 슬러리 조성물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 방법과 실질적으로 유사하다. 따라서, 실시예 1에 따른 화학 기계적 연마 방법과 유사한 부분의 설명은 생략한다.
제 2 슬러리 조성물은 pH와 계면활성제의 함량을 제외하고 제 1 슬러리 조성 물과 실질적으로 유사하다. 따라서, 제 1 슬러리 조성물과 실질적으로 유사한 부분의 설명은 생략한다.
제 2 슬러리 조성물의 pH는 약 5 내지 약 12 이고, 제 2 슬러리 조성물의 계면활성제의 함량은 약 2 중량% 내지 약 3 중량%이다.
도 6을 다시 참조하면, 제 2 슬러리 조성물의 pH는 실리콘 산화막의 등전점인 약 pH 5 보다 높기 때문에 제타 포텐셜의 값이 음이 된다. 따라서, 제 2 슬러리 조성물 내에서 실리콘 산화막의 표면은 음전하를 띤다.
실리콘 산화막의 표면이 음전하를 띠는 경우 계면활성제로부터 해리된 음이온성 폴리머는 실리콘 산화막의 표면에 정전기적 척력에 의해서 흡착되지 않는다.
그러나, 제 2 슬러리 조성물의 계면활성제의 함량이 상대적으로 많은 약 2 중량% 내지 약 3 중량%인 경우, 비록 음이온성 폴리머들이 연마 패드와 연마면 사이에서 부유하면서 연마 입자의 활동을 억제하고 제 2 슬러리 조성물의 유동성에 영향을 주어 실리콘 산화막의 표면에 대한 화학적 연마를 억제하는 역할을 한다.
즉, 비록 음이온성 폴리머와 실리콘 산화막의 표면 사이에 정전기적 척력이 작용하여 음이온성 폴리머가 실리콘 산화막의 표면에 흡착되지는 않더라도 계면활성제의 함량을 증가시킴으로서 실리콘 산화막의 표면의 화학적 연마를 억제할 수 있다.
따라서, 실리콘 산화막의 표면은 화학적으로 연마되기보다는 실리콘 산화막의 상부에 형성된 단차부의 상부부터 연마패드의 압력과 연마입자에 의해 주로 기계적으로 연마된다.
또한, 실리콘 산화막 상부에 형성된 단차부들이 주로 기계적으로 제거되어 평탄화되면 연마 패드의 연마면과 접촉하는 실리콘 산화막의 표면적이 넓어지게 되어 기계적 연마율도 급격하게 낮아져 더 이상의 연마가 진행되지 않는 자체정지 특성을 갖는다.
그리고, 제 2 슬러리 조성물은 계면활성제의 함량을 제외하고 제 3 슬러리 조성물과 실질적으로 유사하다. 따라서, 제 2 슬러리 조성물에 포함된 계면활성제의 함량만을 조절함으로서 제 3 슬러리 조성물을 형성할 수 있기 때문에 인시츄(in-situ)에서 실시예 3에 따른 화학 기계적 연마 공정을 수행할 수 있다.
이하, 제 2 슬러리 조성물의 실리콘 산화막의 연마율을 평가하기 위한 실험에 대해서 설명한다.
제 1 내지 8 실험 슬러리 조성물들을 준비하였다.
제 1 내지 6 실험 슬러리 조성물들은 본 발명에서 사용할 수 있는 제 2 슬러리 조성물과는 다른 종래의 슬러리로 준비하였다.
구체적으로 제 1 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 0.001 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 2.699 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다. 제 2 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 0.2 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 2.5 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다. 제 3 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 0.4 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 2.3 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다. 제 4 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 0.6 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 2.1 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다. 제 5 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 0.8 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 pH를 1.9 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다. 제 6 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 1.2 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 1.5 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다.
제 7 및 8 실험 슬러리 조성물들은 본 발명에서 사용할 수 있는 제 2 슬러리 조성물로 준비하였다.
구체적으로 제 7 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 2 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 0.7 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다. 제 8 실험 슬러리 조성물에는 1 중량%의 세리아, 2.8 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 95.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 0.9 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 11로 하였다.
시편으로는 PE-TEOS 산화물을 포함하는 약 10000Å 두께의 실리콘 산화막이 형성된 블랭킷(blanket) 기판을 사용하였다.
공정 장치로는 화학 기계적 연마 장치는 AMAT사의 MIRRA-OnTrak을 사용하였고 연마 패드로는 로델(Rodel)사의 IC1000 스택 패드를 사용하였다.
공정 조건으로는 슬러리 공급률(Slurry Flow Rate)은 약 200ml/min으로 하였다. 내부 튜브 포스(Inner Tube Force), 링지지 포스(Retain Ring Force) 그리고 멤브레인 포스(Membrain Force)는 각각 약 5.2psi, 약 6.0psi 및 약 5.2psi로 하였다. 테이블 속도와 헤드 속도는 각각 약 63rpm과 약 57rpm으로 하였다.
상기와 같은 실험 조건 하에서 제 1 내지 8 실험 슬러리 조성물들을 사용하여 시편에 대한 화학 기계적 연마 공정을 진행한 후 실리콘 산화막의 제거율을 측 정하였다.
측정 결과가 표 1에 기재되어 있으며, 표 1의 측정 결과를 그래프로 도시한 도면이 도 7에 도시되어 있다.
| 슬러리 조성물의 | 암모늄폴리카르복실레이트의함량(중량%) | 실리콘 산화막의 제거율(Å/min) | pH |
| 제 1 실험 슬러리 조성물 | 0.001 | 4712 | 11 |
| 제 2 실험 슬러리 조성물 | 0.2 | 4868 | 11 |
| 제 3 실험 슬러리 조성물 | 0.4 | 4390 | 11 |
| 제 4 실험 슬러리 조성물 | 0.6 | 3940 | 11 |
| 제 5 실험 슬러리 조성물 | 0.8 | 3886 | 11 |
| 제 6 실험 슬러리 조성물 | 1.2 | 3526 | 11 |
| 제 7 실험 슬러리 조성물 | 2 | 310 | 11 |
| 제 8 실험 슬러리 조성물 | 3 | 100 | 11 |
도 7을 참조하면, 0.001 중량% 내지 1.2 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트를 포함하는 제 1 내지 6 실험 슬러리 조성물들의 경우 실리콘 산화막의 제거율이 각각 4712, 4868, 4390, 3940, 3886 및 3526 Å/min으로 그 평균이 약 4130 Å/min으로 상대적으로 높다. 그러나 2 내지 3 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트를 포함하는 제 7 및 8 실험 슬러리 조성물들의 경우 실리콘 산화막의 제거율이 각각 310 및 100 Å/min이고 그 평균이 205Å/min으로 상대적으로 낮았다.
도 6을 다시 참조하면, 제 1 내지 8 실험 슬러리 조성물들의 pH는 11로서 실리콘 산화막의 등전점인 약 pH 5 보다 높기 때문에 제타 포텐셜 값이 음이 된다. 따라서, 제 1 내지 8 실험 슬러리 조성물들내에서 실리콘 산화막의 표면은 음전하를 띤다.
실리콘 산화막의 표면이 음전하를 띠는 경우 암모늄 폴리카르복실레이트부터 해리된 음이온성 폴리머는 실리콘 산화막의 표면에 정전기적 척력에 의해서 흡착되 지 않는다.
그럼에도 불구하고 상대적으로 많은 함량인 2 중량% 내지 약 3 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트를 포함하는 제 7 및 8 실험 슬러리 조성물들의 실리콘 산화막에 대한 연마율이 낮은 이유는 암모늄 폴리카르복실레이트로부터 해리된 다량의 음이온성 폴리머가 연마 패드와 실리콘 산화막의 표면 사이에서 부유하면서 연마 입자의 활동을 억제하고 제 7 및 8 실험 슬러리 조성물들의 유동성에 영향을 주어 실리콘 산화막의 표면에 대한 화학적 연마를 억제하는 역할을 하기 때문으로 해석된다.
즉, 비록 음이온성 폴리머와 실리콘 산화막의 표면 사이에 정전기적 척력이 작용하여 음이온성 폴리머가 실리콘 산화막의 표면에 흡착되지는 않더라도 암모늄 폴리카르복실레이트의 함량을 증가시킴으로서 실리콘 산화막의 표면에 대한 화학적 연마를 억제할 수 있는 것이다.
따라서, 제 7 및 8 실험 슬러리 조성물을 사용하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 경우, 연마 대상막인 실리콘 산화막의 표면은 화학적으로 연마되기보다는 실리콘 산화막의 상부에 형성된 단차부의 상부부터 연마패드의 압력과 연마입자에 의해 주로 기계적으로 연마된다.
또한, 실리콘 산화막 상부에 형성된 단차부들이 주로 기계적으로 제거되어 평탄화되면 연마 패드의 연마면과 접촉하는 실리콘 산화막의 표면적이 넓어지게 되어 기계적 연마율도 급격하게 낮아져 더 이상의 연마가 진행되지 않는 자체정지(self-stopping) 특성을 갖는다.
실시예 4
본 발명의 실시예 4에 따른 화학 기계적 연마 방법은 제 3 슬러리 조성물 대신에 제 4 슬러리 조성물을 사용하는 것을 제외하고 실시예 3에 따른 화학 기계적 연마 방법과 실질적으로 유사하다.
실시예 4에 따른 화학 기계적 연마 방법에서 사용되는 제 4 슬러리 조성물은 실시예 2에 따른 화학 기계적 연마 방법에서 사용되는 제 4 슬러리 조성물과 실질적으로 유사하다.
연마 평가
도 8은 본 발명의 방법에 따라 제조한 제 1 실험 기판(3001)을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제 1 단차부(3101) 및 제 1 단차부(3101)의 하부면(3111) 보다 낮게 위치하는 제 2 단차부(3201)를 포함하는 기판(3001)상에 연마 대상막인 PE-TEOS 산화물을 포함하는 실리콘 산화막(4001)을 형성하였다. 제 2 단차부(3201)의 하부면(3111)의 폭은 107Å으로 형성하였다. 제 2 단차부(3201)의 하부면(3211) 상에 형성된 실리콘 산화막(4001) 부분의 표면(4010)은 제 1 단차부(3101)의 상부면(3112)인 연마 기준면 보다 높게 위치한다.
자체 정치 특성을 갖는 제 9 실험 슬러리 조성물과 자체 정치 특성을 갖지 않는 제 10 실험 슬러리 조성물을 준비하였다.
구체적으로 제 9 실험 슬러리 조성물은 제 1 슬러리 조성물로서 1 중량%의 실리카, 1 중량%의 암모늄 폴리카르복실레이트, 96.3 중량%의 탈이온수를 포함시키고 1.7 중량%의 pH 조절제를 첨가하여 pH를 4.5로 하였다.
또한, 제 10 실험 조성물은 제 4 슬러리 조성물로서 23.2 중량%의 실리카, 75.8 중량%의 탈이온수, 1 중량%의 수산화칼륨을 포함시키고, pH를 11.8로 하였다.
공정 장치로는 화학 기계적 연마 장치는 AMAT사의 MIRRA-OnTrak을 사용하였고 연마 패드로는 로델(Rodel)사의 IC1000 스택 패드를 사용하였다. 공정 조건으로는 슬러리 공급률(Slurry Flow Rate)은 약 200ml/min으로 하였다. 내부 튜브 포스(Inner Tube Force), 링지지 포스(Retain Ring Force) 그리고 멤브레인 포스(Membrain Force)는 각각 약 5.2psi, 약 6.0psi 및 약 5.2psi로 하였다. 테이블 속도와 헤드 속도는 각각 약 63rpm과 약 57rpm으로 하였다.
제 1 실험 기판(3001)을 제 1 단차부(3101)의 상부면(3112)인 연마 기준면과 제 2 단차부(3201)의 하부면(3111) 상에 형성된 연마 대상막(4001) 부분의 표면(3112) 사이에 설정되는 예비 연마 기준면까지 제 9 실험 슬러리를 사용하여 연마하였다.
이어서, 예비 연마 기준면부터 연마 기준면까지 제 10 실험 슬러리 조성물을 사용하여 연마하였다.
그 후, 제 1 실험 기판(3001)의 표면을 따라 탐침을 이동시켜 표면 형상을 측정하였고 결과를 도 9에 도시하였다.
도 9를 참조하면, 화학 기계적 연마 시험 후 제 1 실험 기판(3001)의 표면 형상을 나타내는 실선이 직선형으로 나타나기 때문에 화학 기계적 연마 시험 후의 제 1 실험 기판(3001)의 표면이 평탄하며 기판에 형성된 구조물에 손상이 없음을 알 수 있다.
도 10은 종래의 방법에 따라 제조한 제 2 실험 기판(1001)을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10을 참조하면, 제 1 단차부(1101) 및 제 1 단차부(1101)의 하부면(1111)보다 낮게 위치하는 제 2 단차부(1201)를 포함하는 제 2 실험 기판(1001)상에 연마 대상막인 PE-TEOS 산화물을 포함하는 실리콘 산화막(2001)을 형성하였다. 제 2 단차부(1201)의 하부면(1211)의 폭은 107Å으로 형성하였다. 제 2 단차부(1201)의 하부면(1211) 상에 형성된 실리콘 산화막(2001) 부분의 표면(2010)은 제 1 단차부(1101)의 상부면(1112)인 연마 기준면 보다 낮게 위치한다.
제 1 실험 기판(3001)을 연마할 때와 실질적으로 동일한 제 9 실험 슬러리 조성물들을 준비하였다.
또한, 제 1 실험 기판(3001)을 연마할 대와 실질적으로 동일한 공정 장치 및 공정 조건을 설정하였다.
제 2 실험 기판(1001)을 제 1 단차부(1101)의 상부면(1112)인 연마 기준면까지 제 9 실험 슬러리 조성물을 사용하여 연마하였다.
그 후, 제 2 실험 기판(1001)의 표면을 따라 탐침을 이동시켜 표면 형상을 측정하였고 결과를 도 11에 도시하였다.
도 11을 참조하면, 점선은 실리콘 산화물을 형성하기 전에 측정한 기판의 표면 형상을 나타내고 실선은 화학 기계적 연마 시험 후 제 2 실험 기판(1001)의 표면 형상을 나타낸다. 실선이 점선 아래에 위치하는 부분에서 기판에 형성된 구조물이 손상을 입음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조한 제 1 실험 기판(3001)을 제 9 및 10 실험 슬러리 조성물을 사용하여 연마하는 경우가 종래의 방법에 따라 제조한 제 2 실험 기판(1001)을 제 9 실험 슬러리 조성물을 사용하여 연마하는 경우 보다 기판의 손상이 감소함을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 연마 대상막을 연마 기준면보다 높이 형성하고 자체정지 특성을 지니는 예비 슬러리 조성물과 자체정치 특성을 지니지 않는 슬러리 조성물을 순차적으로 사용하여 화학 기계적 연마 공정을 수행함으로서 기판의 손상을 최소화하고 평탄도를 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (28)
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- 제1 단차부를 포함하는 기판을 형성하는 단계;전표면이 상기 기판의 전표면 보다 높고, 상부에 제1 단차부의 형상을 실질적으로 따라 형성되는 볼록부가 형성되고, 산화물을 포함하는 제1 연마 대상막을 형성하는 단계;상기 제1 연마 대상막에 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 포함하고 상기 제1 연마 대상막의 제타 포텐셜이 양이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하는 제1 연마 공정을 수행하여 상기 볼록부를 선택적으로 제거함으로서 실질적으로 평탄한 제2 연마 대상막을 형성하는 단계; 및상기 제1 단차부가 노출될 때까지 상기 제2 연마 대상막에 대한 제2 연마 공정을 수행하여 실질적으로 평탄한 제3 연마 대상막을 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법.
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- 제1 단차부를 포함하는 기판을 형성하는 단계;전표면이 상기 기판의 전표면 보다 높고, 상부에 상기 제1 단차부의 형상을 실질적으로 따라 형성되는 볼록부가 형성되고, 산화물을 포함하는 제1 연마 대상막을 형성하는 단계;상기 제1 연마 대상막에 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 2 내지 3 중량% 포함하고 상기 제1 연마 대상막의 제타 포텐셜이 음이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하는 제1 연마 공정을 수행하여 상기 볼록부를 선택적으로 제거함으로서 실질적으로 평탄한 제2 연마 대상막을 형성하는 단계; 및상기 제1 단차부가 노출될 때까지 상기 제2 연마 대상막에 대한 제2 연마 공정을 수행하여 실질적으로 평탄한 제3 연마 대상막을 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리카르복실산, 폴리에티렌이민, 폴리비닐 술폰산, 폴리카르복실산염, 폴리에틸렌 이민염, 폴리비닐 술폰산염, 및 암모늄 폴리카르복실레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서 상기 제 3 연마 대상막을 형성하는 단계는,음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 0.001 내지 2 중량% 포함하고,상기 제2 연마 대상막의 제타 포텐셜이 음이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리카르복실산, 폴리에티렌이민, 폴리비닐 술폰산, 폴리카르복실산염, 폴리에틸렌 이민염, 폴리비닐 술폰산염, 및 암모늄 폴리카르복실레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 연마 대상막을 형성하는 단계는,3 내지 28 중량%의 연마입자;70 내지 95 중량%의 탈이온수; 및0.001 내지 2 중량%의 pH 조절제를 포함하는 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 삭제
- 제 12 항에 있어서, 상기 pH 조절제는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 황산, 염산, 및 질산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
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- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 단차부 및 상기 제1 단차부 보다 낮게 위치하는 제2 단차부를 포함하는 기판을 형성하는 단계;전표면이 상기 기판의 전표면 보다 높고, 상부에 제1 및 2 단차부들의 형상을 실질적으로 따라 형성되는 볼록부가 형성되고, 산화물을 포함하는 제1 연마 대상막을 형성하는 단계;상기 제1 연마 대상막 상에 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 포함하고 상기 제1 연마 대상막의 제타 포텐셜이 양이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하는 제1 연마 공정을 수행하여 상기 볼록부를 선택적으로 제거함으로서 실질적으로 평탄한 제2 연마 대상막을 형성하는 단계; 및상기 제1 단차부가 노출될 때까지 상기 제2 연마 대상막에 대한 제2 연마 공정을 수행하여 실질적으로 평탄한 제3 연마 대상막을 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법.
- 삭제
- 제1 단차부 및 상기 제1 단차부 보다 낮게 위치하는 제2 단차부를 포함하는 기판을 형성하는 단계;전표면이 상기 기판의 전표면 보다 높고, 상부에 제1 및 2 단차부들의 형상을 실질적으로 따라 형성되는 볼록부가 형성되고, 산화물을 포함하는 제1 연마 대상막을 상기 기판 상에 형성하는 단계;상기 제1 연마 대상막에 음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 2 내지 3 중량% 포함하고 상기 제1 연마 대상막의 제타 포텐셜이 음이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하는 제1 연마 공정을 수행하여 상기 볼록부를 선택적으로 제거함으로서 실질적으로 평탄한 제2 연마 대상막을 형성하는 단계; 및상기 제1 단차부가 노출될 때까지 상기 제2 연마 대상막에 제2 연마 공정을 수행하여 실질적으로 평탄한 제3 연마 대상막을 형성하는 단계를 포함하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 20 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리카르복실산, 폴리에티렌이민, 폴리비닐 술폰산, 폴리카르복실산염, 폴리에틸렌 이민염, 폴리비닐 술폰산염, 및 암모늄 폴리카르복실레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 20 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 제 3 연마 대상막을 형성하는 단계는,음이온성 폴리머를 갖는 계면활성제를 0.001 내지 2 중량% 포함하고,상기 제2 연마 대상막의 제타 포텐셜이 음이 되게 하는 pH를 갖는 슬러리를 사용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리카르복실산, 폴리에티렌이민, 폴리비닐 술폰산, 폴리카르복실산염, 폴리에틸렌 이민염, 폴리비닐 술폰산염, 및 암모늄 폴리카르복실레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제 20 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 제 3 연마 대상막을 형성하는 단계는,3 내지 28 중량%의 연마입자;70 내지 95 중량%의 탈이온수; 및0.001 내지 2 중량%의 pH 조절제를 포함하는 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 삭제
- 제 26 항에 있어서, 상기 pH 조절제는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화암모늄, 황산, 염산, 및 질산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
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