KR100745447B1 - 금속의화학기계적연마에유용한조성물및슬러리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용하기 전에 산화제와 혼합하여 기판으로부터 금속층을 제거하는데 유용한 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매 및 하나 이상의 안정화제를 포함하는 화학 기계적 연마 전구체 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 기판으로부터 금속 층을 제거하기 위해 연마제 또는 연삭 패드와 혼합될 때 유용한 산화제 및 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다.

Description

금속의 화학 기계적 연마에 유용한 조성물 및 슬러리{A Composition and Slurry Useful For Metal CMP(Chemical Mechanical Polishing)}
본 발명은 하나 이상의 산화제 및 촉매를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물에 관한 것이다. 화학 기계적 연마 조성물은 반도체 제조와 관련하여 금속 층 및 박막을 연마하기 위해 단독으로 또는 다른 화학 물질 및 연마제와 혼합되어 사용된다. 보다 구체적으로 본 발명은 층들 또는 막들 중 하나가 텅스텐을 포함하고 다른 층 또는 박막이 티타늄 또는 질화티타늄과 같은 티타늄 함유 합금을 포함하는 다수의 금속 층 및 박막을 연마하는데 특히 적합한 화학 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다. 본 발명은 또한 하나 이상의 산화제, 하나 이상의 촉매 및 하나 이상의 안정화제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 일정 기간 후의 사용 시점에서 산화제와 혼합될 수 있는 화학 기계적 연마 전구체 조성물에 관한 것이다.
집적 회로는 규소 기판 내에 또는 위에 형성된 수백만의 활성 소자로 이루어져 있다. 처음에는 서로 분리되어 있는 활성 소자는 통합되어 작용 회로 및 부품을 형성한다. 소자들은 잘 알려진 다층 상호접속에 의해 상호연결되어 있다. 상호접속 구조는 보통 제 1 금속화층, 상호접속층, 제 2 금속화층 및 간혹 제 3 및 후속 금속화층을 갖는다. 도핑 및 도핑되지 않은 이산화규소(SiO2)와 같은 층간 유전체는 규소 기판 또는 웰(well) 내에서 서로 다른 금속화층들을 서로 전기적으로 분리시키기 위해 사용된다. 다른 상호접속층 간의 전기적 접속은 금속화 바이어스에 의해 이루어진다. 본원에 참고문헌으로 인용된 미국 특허 제 4,789,648호는 절연 막 내에 다수의 금속화층 및 금속화 바이어스를 제조하는 방법을 기재하고 있다. 유사한 방식으로, 금속 접점을 사용하여 상호접속층과 웰 내 형성된 소자 사이의 전기적 접속을 형성시킨다. 금속 바이어스 및 접점은 일반적으로 텅스텐으로 채워져 있고 일반적으로 질화티타늄(TiN) 및(또는) 티타늄과 같은 접착층을 사용하여 텅스텐 금속층과 같은 금속 층을 SiO2에 접착시킨다. 접촉층에서, 접착층은 확산 방벽으로 작용하여 텅스텐과 SiO2가 반응하는 것을 막는다.
한 반도체 제조 방법에서는, 금속화 바이어스 또는 접점을 블랭킷 텅스텐 침착 후 화학 기계적 연마(CMP) 단계에 의해 형성시킨다. 전형적인 방법으로, 층간 유전체(ILD)를 통해 비아 홀을 상호접속 라인으로 또는 반도체 기판으로 에칭시킨다. 다음으로 ILD 위에 일반적으로 질화티타늄 및(또는) 티타늄과 같은 얇은 접착층을 형성시키고 에칭된 비아 홀로 연결시킨다. 그리고나서, 텅스텐 필름을 접착층 위 및 비아 내로 블랭킷 침착시킨다. 침착은 관통 비아 홀이 텅스텐으로 채워질 때까지 계속한다. 마지막으로, 과량의 금속을 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 제거하여 금속 바이어스를 형성한다. ILD의 제조 및(또는) CMP 방법은 미국 특허 제 4,671,851호, 4,910,155호 및 4,944,836호에 개시되어 있다.
전형적인 화학 기계적 연마 방법에서는, 기판을 회전 연마 패드와 직접 접촉하게 둔다. 캐리어가 기판의 배면에 압력을 가한다. 연마 공정 중에, 패드 및 단은 회전되면서 기판 배면을 아래로 누르는 힘이 유지된다. 연마 중에 연삭성이고 화학적 반응성인 용액(통상적으로 "슬러리"로 불림)을 패드 상에 침착시킨다. 이 슬러리는 연마될 필름과 화학적으로 반응함으로써 연마 공정을 개시한다. 슬러리를 웨이퍼/패드 경계면에 공급할 때 기판에 대해 패드를 회전 이동시켜 연마 공정을 촉진한다. 이러한 방식으로 절연체 상에 원하는 필름이 제거될 때 까지 연마를 계속한다.
슬러리 조성물은 CMP 단계에서 중요한 요소이다. 산화제, 연마제 및 기타 유용한 첨가물의 선택에 따라, 표면 결함, 흠, 부식 및 침식은 최소화하면서 원하는 연마 속도로 금속 층을 효과적으로 연마하는 연마 슬러리를 제조할 수 있다. 또한, 연마 슬러리는 티타늄, 질화티타늄 등과 같은 전류 집적 회로 기술에 사용되는 다른 박막 물질을 선택적으로 제어하며 연마하는데 사용될 수 있다.
전형적으로 CMP 연마 슬러리는 산화성 수성 매질 내 현탁된 실리카 또는 알루미나와 같은 연삭성 물질을 함유한다. 예를 들어, 유(Yu) 등의 미국 특허 제5,244,523호는 하위 절연층은 거의 제거하지 않으면서 예상 가능한 속도로 텅스텐을 제거하는데 유용한 알루미나, 과산화수소 및 수산화칼륨 또는 수산화암모늄을 함유하는 슬러리를 보고한다. 유 등은 미국 특허 제 5,209,816호에서 수성 매질 내 과염소산, 과산화수소 및 고체 연삭성 물질을 포함하는 슬러리를 개시한다. 캔디엔(Cadien)과 펠러(Feller)의 미국 특허 제 5,340,370호는 대략 0.1 M 페리시안화 칼륨, 대략 5 중량% 실리카 및 아세트산 칼륨을 포함하는 텅스텐 연마 슬러리를 개시한다. 아세트산을 첨가하여 pH를 대략 3.5로 완충시킨다.
최근의 이용가능한 대부분의 CMP 슬러리는 다량의 용해된 이온성 금속 성분을 함유한다. 그 결과 연마된 기판은 층간에 전하를 띤 물질이 흡수되어 더러워질 수 있다. 이러한 전하를 띤 물질들은 이동하여 게이트에서 장치의 전기적 특성을 변화시키고 SiO2 층과 접촉하여 그의 유전 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 변화는 시간이 경과함에 따라 집적 회로의 신뢰도를 저하시킬 수 있다. 그러므로 웨이퍼를 이동성 금속이온의 농도가 매우 낮은 고순도 화학 물질에만 노출시키는 것이 바람직하다.
공지된 비금속 산화제는 의례적으로 낮은 텅스텐 연마 속도 때문에 사용에 어려움이 있다. 텅스텐을 고속으로 연마하기 어렵기 때문에, 연마 단계는 침착된 텅스텐 층을 완전히 제거하기 위해 연장되어야만 한다. 이렇게 연장된 연마 단계는 SiO2와 같은 층을 과다하게 연마시키고 바람직하지 못한 침식을 초래한다. 이러한 침식은 후속 석판인쇄 단계 중에 고해상도 선을 인쇄하는 것을 더욱 어렵게하여 불량 웨이퍼의 수를 증가시킨다. 그밖에, 연장된 연마 단계는 IC 제작 설비의 출력을 저하시키고 완성된 IC의 가격을 높인다.
그러므로 잠재된 집적 회로 오염물이 본질적으로 없을 뿐만 아니라 고속으로 연마하는 새로운 CMP 슬러리가 요구된다. 또한, 조성물 및 슬러리를 제조한 후 장기간이 지나도 안정하고 활성을 유지하는 새로운 슬러리 및 조성물이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 약 3000 ppm 미만의 금속 또는 금속 이온을 포함하는 본질적으로 금속을 갖지 않는 단일 화학 기계적 연마 조성물에 관한 것이다. 이러한 무금속 화학 기계적 연마 조성물은 대체로 CMP 슬러리 내에 금속 및 금속 오염물이 존재함으로써 초래되는 결함이 거의 없는 연마된 기판을 생산한다.
그밖에, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐, 티타늄 및 질화티타늄층을 고속으로 연마할 수 있다.
본 발명은 또한 금속 함량이 매우 낮기 때문에 폐기의 문제점이 거의 없는 화학 기계적 연마 조성물이다.
그밖에, 본 발명은 불순물 결함이 최소이면서 매우 빠른 속도로 텅스텐을 연마할 수 있고 일단 사용한 후 쉽게 폐기할 수 있는 최첨단의 화학 기계적 연마 조성물이다.
본 발명은 또한 긴 저장 수명을 갖는 화학 기계적 연마 슬러리 및 조성물이다.
본 발명의 다른 양면은 산화제를 갖지 않고 사용 전에 산화제와 배합되어 유용한 CMP 슬러리를 제공하는 화학 기계적 연마 전구체 조성물이다.
또한, 본 발명은 집적 회로 내 다수의 금속 층을 연마하기 위해 슬러리 내에 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.
한 실시 양태에서, 본 발명은 산화제 및 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물이다.
다른 실시 양태에서 본 발명은 연마제, 질산 제2철, 및 과산화수소 및 모노퍼술페이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 약 1.0 내지 약 10.0 중량%의 산화제를 포함하는 화학 기계적 연마 슬러리이다. 산화제가 과산화수소라면, 슬러리는 약 0.01 내지 0.05 중량%의 질산 제2철을 포함한다. 산화제가 모노퍼술페이트라면, 슬러리는 약 0.1 내지 약 0.5 중량%의 질산 제2철을 포함한다.
다른 실시 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 산화제 및 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매와 하나 이상의 안정화제의 혼합물의 생성물을 포함하는 화학 기계적 조성물이다. 이 조성물은 텅스텐을 포함하는 기판을 연마하는 CMP 방법에 가장 유용하다.
또다른 실시 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 연마제, 하나 이상의 산화제, 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매 및 탈이온수를 혼합하여 CMP 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는 하나 이상의 금속 층을 포함하는 기판을 연마하는 방법이다. 다음으로, 상기 CMP 슬러리를 기판에 도포하고, 패드를 기판과 접촉시켜 기판으로부터 금속 층의 적어도 일부분을 제거한다. 이 실시 양태에서는 본원에 기재된 CMP 전구체 조성물을 또한 사용할 수 있다.
또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 텅스텐 층을 포함하는 기판을 연마하는 방법이다. 이 방법은 약 1.0 내지 약 15.0 중량%의 실리카, 약 0.01 내지 약 1.0 중량%의 질산 제2철, 과산화수소, 모노퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 약 0.50 내지 약 10.0 중량%의 산화제 및 탈이온수를 혼합하여 CMP 슬러리를 제조함으로써 성취된다. 다음으로 상기 화학 기계적 연마 슬러리를 기판에 도포하고 패드를 기판과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시켜 기판으로부터 텅스텐 층의 적어도 일부를 제거한다.
또한 화학 기계적 연마 슬러리를 제조하는데 유용한 다중 포장 시스템이 개시된다. 다중 포장 시스템은 하나 이상의 산화제를 포함하는 제 1 콘테이너 및 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매를 포함하는 제 2 콘테이너를 포함한다.
본 발명은 하나 이상의 산화제 및 이 산화제와 기판 금속 층 사이의 화학 반응을 촉진시키는 하나 이상의 촉매를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물에 관한 것이다. 화학 기계적 연마 조성물은 규소 기판, TFT-LCD 유리 기판, GaAs 기판 및 직접 회로, 박막, 다층 반도체 및 웨이퍼와 관련있는 기타 기판을 포함하는 군으로부터 선택된 기판과 접합된 하나 이상의 금속 층을 연마하는데 사용된다. 특히 본 발명의 화학 기계적 연마 슬러리는 하나 이상의 텅스텐, 티타늄 및 질화티타늄 층을 포함하는 기판을 한 단계의 다층 화학 기계적 연마 공정으로 연마하는데 사용할 경우 우수한 연마 성능을 보이는 것으로 밝혀지게 된다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시 양태를 상세히 서술하기 전에, 본원에 사용된 몇몇 용어를 정의하고자 한다. "화학 기계적 조성물"은 다중 금속화층으로부터 하나 이상의 금속층을 제거하기 위해 연삭 패드와 함께 사용될 수 있는 하나 이상의 산화제 및 하나 이상의 촉매를 포함하는 배합물을 나타낸다.
용어 화학 기계적 연마 슬러리("CMP 슬러리")는 본 발명의 화학 기계적 조성물 및 하나 이상의 연마제를 포함하는 본 발명의 다른 유용한 생성물을 나타낸다. 이 CMP 슬러리는 반도체 박막, 집적 회로 박막을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다중 금속화층을 연마하는데, 그리고 CMP 공정이 유효한 모든 막, 표면 및 기판을 연마하는데 유용하다.
본 발명의 한 양면은 산화제 및 연마 적용에서 금속 층을 산화시키는데 유용한 촉매를 포함하는 화학 기계적 조성물이다. 이 화학 기계적 조성물은 화학 기계적 연마 슬러리 내 혼입되어 금속 층을 그의 대응하는 산화물 또는 이온으로 산화시킬 때 유용하다. 예를 들면, 배합물을 사용하여 텅스텐을 산화텅스텐으로, 알루미늄을 산화알루미늄으로, 구리를 산화구리로 산화시킬 수 있다. 본원에 개시된 산화제-촉매 배합물은 CMP 슬러리 내로 혼입시키거나 또는 연삭 패드와 함께 단독으로 사용하여 텅스텐, 티타늄, 질화티타늄, 구리, 알루미늄 및 이들의 다양한 혼합물 및 배합물을 포함하는 금속 및 금속 기재 성분을 연마할 때 유용하다.
본 발명의 화학 기계적 조성물은 촉매를 산화시키는데 필요한 전기화학 전위 보다 큰 전기화학 전위를 갖는 하나 이상의 산화제를 포함한다. 예를 들어, 표준 수소 전극에 대해 0.771 볼트 보다 큰 전위를 갖는 산화제는 육수화 철 촉매를 Fe(II)로부터 Fe(III)로 산화시킬 때 필요하다. 만일 수화 구리 착물을 사용한다면, Cu(I)를 Cu(II)로 산화시키는 데는 표준 수소 전극에 대해 0.153 볼트 보다 큰 전위를 갖는 산화제가 필요하다. 이러한 전위는 특정 착물에만 해당되며 변화될 수 있고, 본 발명의 조성물에 리간드(착화합물제)와 같은 첨가물을 첨가할 때 유용한 산화제일 수 있다.
산화제는 무기 또는 유기 과화합물인 것이 바람직하다. 문헌[Hawley's Condensed Chemical Dictionary]에서 정의된 바와 같이 과-화합물은 하나 이상의 퍼옥시 기(-O-O-)를 함유한 화합물 또는 가장 높은 산화상태에 있는 원소를 함유한 화합물이다. 하나 이상의 퍼옥시 기를 함유한 화합물의 예로는 과산화수소 및 우레아 과산화수소 및 퍼카르보네이트와 같은 그의 첨가생성물, 벤조일퍼옥사이드, 퍼아세트산 및 디-t-부틸 퍼옥사이드와 같은 유기 퍼옥사이드, 모노퍼술페이트(SO5 =), 디퍼술페이트(S2O8 =) 및 나트륨퍼옥사이드가 있지만 이에 제한되지는 않는다. 가장 높은 산화 상태에 있는 원소를 함유한 화합물의 예로는 과요오드산, 퍼요오데이트염, 과브롬산, 퍼브로메이트염, 과염소산, 퍼클로레이트염, 과붕산, 및 퍼보레이트염 및 퍼망가네이트가 있지만 이에 제한되지는 않는다. 전기화학 전위 조건에 부합되는 비과-화합물의 예에는 브로메이트, 클로레이트, 크로메이트, 요오데이트, 요오드산 및 질산 세륨 암모늄과 같은 세륨 (IV) 화합물이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다.
가장 바람직한 산화제는 과산화수소 및 그의 첨가생성물 및 모노퍼술페이트이다. 모노퍼술페이트는 하기 화학식 1과 같은 산화성 SO5 = 기를 포함하는 화합물이다. 공지되어 있는 바람직한 모노퍼술페이트 종류는 KHSO5, KHSO4 및 K2SO4이다. 이 배합물은 삼중염으로 알려져 있다.
Figure pat00001
상기 식에서,
X1 및 X2는 각각 개별적으로 H1, Si(R')3, NH4, N(R")4 및 Li, Na, K 등과 같은 알칼리토 금속이고, 이때, R'은 1 내지 10 개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, R"은 H, 알킬 기, 아릴 기 또는 이들의 혼합물로, 예를 들면, NMe4, NBu4, NPh4, NMeBu3, NHEt3 등이 포함된다.
산화제는 전체 화학 기계적 연마 슬러리 내에 약 0.5 내지 약 50.0 중량% 범위 내의 양으로 존재할 수 있다. 산화제가 슬러리 내 약 0.5 내지 약 10.0 중량% 범위 내의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 화학 기계적 조성물은 하나 이상의 촉매를 포함한다. 촉매의 용도는 산화되는 금속으로부터 산화제로 전자를 이동시키는 것 (또는 유사하게 전기화학 전류를 산화제로부터 금속으로 이동시키는 것)이다. 선택되는 촉매 또는 촉매들은 금속, 비금속 또는 이들의 배합물일 수 있으며, 이 촉매는 산화제와 금속 기판 표면 사이를 효과적으로 신속하게 이동할 수 있어야 한다. 촉매는 Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Nb, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti 및 V와 같은 그러나 이에 제한되지는 않는 다중 산화 상태를 갖는 금속 화합물로부터 선택하는 것이 바람직하다. 용어 "다중 산화 상태"는 전자 형태로 하나 이상의 음전하를 잃어버림으로써 증가될 수 있는 원자가를 갖는 원자 및(또는) 화합물을 나타낸다. 가장 바람직한 금속 촉매는 Ag, Cu 및 Fe 및 이들의 혼합물로 된 화합물이다. 질산 철(II 또는 III), 황산 철(II 또는 III), 불화물, 염화물, 브롬화물 및 요오드화물을 포함하는 할로겐화 철(II 또는 III)과 같은 철의 무기 염, 및 퍼클로레이트, 퍼브로메이트 및 퍼요오데이트 및 아세트산염, 아세틸아세토네이트, 시트르산염, 글루콘산염, 옥살산염, 프탈산염, 및 숙신산염과 같은 유기 제2철(II 및 III) 화합물 및 이들의 혼합물과 같은 철 촉매가 특히 바람직하다.
촉매는 화학 기계적 연마 조성물 내에 약 0.001 내지 약 2.0 중량% 범위 내 양으로 존재할 수 있다. 촉매는 화학 기계적 연마 조성물 내에 약 0.005 내지 약 0.5 중량% 범위의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 것은 촉매가 약 0.01 내지 약 0.05 중량% 범위의 양으로 조성물 내에 존재하는 것이다. 이러한 바람직한 촉매 부하량, 즉 0.05 중량% 이하에서 및 과산화수소, 우레아 과산화수소 또는 모노퍼술페이트와 같은 비금속 산화제를 사용할 때, 화학 기계적 연마 조성물은 시판되는 질산 제2철 기재 슬러리에 비해 본질적으로 금속 및 금속 이온을 갖지 않아야 한다.
본 발명의 화학 기계적 조성물 내 촉매의 양은 사용되는 산화제에 따라 변화될 수 있다. 바람직한 산화제인 과산화수소를 질산 제2철과 같은 바람직한 촉매와 배합하여 사용할 때, 촉매는 조성물 내에 약 0.005 내지 약 0.20 중량%(대략 용액 내 7 내지 280 ppm Fe) 범위의 양으로 존재하는 것이 바람직할 것이다. 바람직한 산화제가 모노퍼술페이트의 삼중염이고 질산 제2철과 같은 바람직한 촉매를 사용할 때, 촉매는 약 0.05 내지 약 1.0 중량%(용액 내 대략 70 내지 약 1400 ppm Fe) 범위의 양으로 조성물 내 존재하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 슬러리 내의 촉매의 농도 범위는 일반적으로 전체 화합물의 중량%로 나타낸다. 소량의 중량%의 촉매 만을 포함하는 고분자량 금속 함유 화합물을 사용하는 것이 본 발명의 촉매 범위 내 포함된다. 본원에 사용되는 용어 촉매는 또한 촉매 금속이 조성물 내의 금속 10 중량% 미만을 차지하고 CMP 슬러리 내 금속 촉매 농도가 전체 슬러리 중량의 약 2 내지 약 3000 ppm인 화합물을 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 조성물은 하나 이상의 연마제와 배합되어 CMP 슬러리를 생성할 수 있다. 연마제는 일반적으로 금속 산화물 연마제이다. 금속 산화물 연마제는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 실리카, 세리아 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 CMP 슬러리는 약 1.0 내지 약 20.0 중량% 또는 그 이상의 연마제를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 CMP 슬러리가 약 3.0 내지 약 7.0 중량%의 연마제를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
금속 산화물 연마제는 당업자에게 공지된 모든 기술에 의해 생성될 수 있다. 금속 산화물 연마제는 졸-겔, 열수 처리, 플라즈마 방법과 같은 고온 방법을 사용하거나 또는 발연된 또는 침전된 금속 산화물을 제조하는 방법에 의해 생성될 수 있다. 금속 산화물이 발연되거나 침전된 연마제인 것이 바람직하고, 발연 실리카 또는, 발연 알루미나와 같은 발연 연마제인 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 발연 금속 산화물의 생성은 수소 및 산소 불꽃 내에서 적합한 공급원료 증기(예컨데, 알루미나 연마제의 경우는 염화 알루미늄)를 가수분해시키는 것을 포함하는 공지된 방법에 의해 생성한다. 구형에 가까운 모양을 한 용융된 입자를 연소 공정으로 형성하며, 이들의 직경은 공정 파라미터에 따라 다르다. 대개 일차 입자로 불리는 이러한 알루미나 또는 유사 산화물의 용융 구체는 그들의 접촉 점에서 충돌되어 서로 융합됨으로써 분지된 3차원적 사슬형 응집체를 형성한다. 응집체를 절단하는데 필요한 힘은 상당히 크며, 종종 비가역적일 수 있다. 냉각 및 수거 중에, 응집체는 추가로 충돌되어 기계적 얽힘을 초래함으로써 응집체를 형성할 수 있다. 응집체는 반 데르 발스 힘에 의해 서로 느슨하게 붙들려 있는 것으로 생각되며, 적합한 매질 내에서 적당히 분산시킴으로써 역전될 수 있는, 즉 붕괴될 수 있다.
침전된 연마제는 고염농도, 산 또는 기타 응고제의 영향 하에 수성 매질로부터 원하는 입자를 응고시키는 것과 같은 통상적인 기술에 의해 제조할 수 있다. 입자를 여과하고, 세척하고, 건조시키고, 당업자에게 공지된 통상적인 기술에 의해 다른 반응 생성물의 잔류물로부터 분리한다.
바람직한 금속 산화물은 통상적으로 BET로 불리는 에스. 브루나우어(S. Brunauer), 피.에이치. 엠메트(P.H. Emmet) 및 아이. 텔러(I. Teller)의 방법(J. Am. Chemical Society, Volume 60, 309 페이지(1938))으로부터 계산된 약 5 m2/g 내지 약 430 m2/g, 바람직하게는 약 30 m2/g 내지 약 170 m2/g 범위의 표면적을 갖는다. IC 산업에서 요구되는 엄격한 순도 조건 때문에, 바람직한 금속 산화물은 고순도를 가져야만 한다. 고순도는 재료 물질 불순물 및 가공 중의 오염물과 같은 공급원으로부터 유래되는 전체 불순물 함량이 전형적으로 1% 미만, 바람직하게는 0.01%(즉 100 ppm) 미만인 것을 나타낸다.
이 바람직한 실시 양태에서, 금속 산화물 연마제는 크기 분포가 약 1.0 미크론 미만이고, 평균 응집체 직경이 약 0.4 미크론 미만이고 연마제 응집체들 서로 간의 반 데르 발스 힘을 밀어내거나 극복하기에 충분한 힘을 갖는 금속 산화물 응집체로 이루어져 있다. 이러한 금속 산화물 연마제가 연마 중에 스크래치, 패임, 뜯겨짐 및 기타 표면 결함을 최소화하거나 피하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 응집체 크기 분포는 투과 전자 현미경(TEM)과 같은 공지된 기술을 사용하여 측정할 수 있다. 평균 응집체 직경은 TEM 화상 분석을 사용한, 즉 응집체의 단면적을 기준으로 한 평균 등가 구직경을 나타낸다. 힘은 금속 산화물 입자의 표면 전위 또는 수화력이 입자 간의 반 데르 발스 힘을 밀어내고 극복하는데 충분해야만 하는 것을 의미한다.
다른 바람직한 실시 양태에서, 금속 산화물 연마제는 일차 입자 직경이 0.4 미크론(400 nm) 미만이고 표면적이 약 10 m2/g 내지 약 250 m2/g 범위 내인 분리된 개별 금속 산화물 입자로 이루어질 수 있다.
금속 산화물 연마제는 약 120 m2/g 내지 약 200 m2/g의 표면적을 갖는 실리카가 바람직하다.
금속 산화물은 금속 산화물의 농축된 수성 분산액으로서 연마 슬러리 수성 매질 내로 혼입되는 것이 바람직하며, 상기 금속 산화물의 농축된 수성 분산액은 전형적으로 약 3% 내지 약 45% 고체, 바람직하게는 10% 내지 20% 고형분 범위를 갖는다. 금속 산화물의 수성 분산액은 금속 산화물 연마제를 적당한 매질, 예를 들면, 탈이온수에 서서히 첨가하여 교질 분산액을 형성하는 것과 같은 통상적인 기술을 사용하여 생성할 수 있다. 이러한 분산은 분산액을 당업자에게 공지된 고전단 혼합 조건을 가하여 완결시킨다. 슬러리의 pH는 등전점으로부터 벗어나도록 조정하여 교질 안정성을 최대화할 수 있다.
다른 공지된 연마 슬러리 첨가물은 단독으로 또는 배합물로 본 발명의 화학 기계적 연마 슬러리에 첨가될 수 있다. 비포괄적 리스트는 무기산, 유기산, 계면활성제, 알킬 암모늄 염 또는 수산화물, 및 분산제이다.
본 발명에 유용할 수 있는 첨가물은 금속 착물의 존재 하에 산화제를 안정화시키는 물질이다. 과산화수소는 안정화제의 사용없이는 많은 금속 이온 존재 하에서 안정하지 못하다는 것이 널리 공지되어 있다. 이러한 연유로 해서, 본 발명의 CMP 조성물 및 슬러리는 안정화제를 포함한다. 안정화제가 없다면, 촉매 및 산화제는 시간이 경과함에 따라 신속히 산화제를 열화시키는 방식으로 반응할 수 있다. 안정화제를 본 발명의 조성물에 첨가하면 촉매의 효과가 저하된다. 그러므로 조성물에 첨가할 안정화제의 유형 및 양을 선택하는 것이 중요하고 CMP 성능에 중요한 영향을 미친다.
현재로서는 본 발명의 조성물 및 슬러리에 안정화제를 첨가하면 안정화제/촉매 착물이 형성되는 것으로 보이며 이것이 촉매가 산화제와 반응하는 것을 억제하는 것으로 이해된다. 본원에서 용어 "다중 산화 형태를 갖는 하나 이상의 촉매 및 하나 이상의 안정화제의 혼합물의 생성물"은 성분의 배합이 최종 생성물 내에 착물을 형성하거나 형성하지 않는지에 상관 없이 조성물 및 슬러리에 사용된 두 성분의 혼합물을 말한다.
유용한 안정화제에는 인산, 유기산(예, 아디프산, 시트르산, 말론산, 오르쏘프탈산 및 EDTA), 인산염 화합물, 니트릴 및 금속에 결합하여 그들의 과산화수소 분해 반응성을 저하시키는 기타 리간드 및 이들의 혼합물이 포함된다. 산 안정화제는 컨쥬게이트 형태로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 카르복실 산 대신 카르복실레이트를 사용할 수 있다. 본원의 목적을 위해, 유용한 안정화제를 서술하는데 사용된 용어 "산"은 산 안정화제의 컨쥬게이트 염기를 또한 나타낸다. 예를 들어, 용어 "아디프산"은 아디프산 및 그의 컨쥬게이트 염기를 나타낸다. 안정화제는 단독으로 또는 배합물로서 사용될 수 있고 과산화수소와 같은 산화제가 분해되는 속도를 크게 저하시킬 수 있다.
바람직한 안정화제에는 인산, 프탈산, 시트르산, 아디프산, 옥살산, 말론산, 벤조니트릴 및 그들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 안정화제는 본 발명의 조성물 및 슬러리에 약 1 당량/촉매 내지 약 3.0 중량% 또는 그 이상 범위의 양으로 첨가될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "당량/촉매"는 조성물 내 촉매 이온 당 안정화제의 한 분자를 의미한다. 예를 들어, 2 당량/촉매는 각각의 촉매 이온에 대해 안정화제 분자 2 개를 나타낸다.
가장 바람직한 안정화제로는 약 2 당량/촉매 내지 약 15 당량/촉매의 말론산, 약 3 당량/촉매 내지 약 3.0 중량%의 프탈산, 및 약 0 당량/촉매 내지 약 3 당량/촉매의 옥살산 및 약 0.2 내지 약 1.0 중량%의 아디프산의 조합물이 있다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 티타늄(Ti)에 대한 연마 속도가 우수할 뿐만 아니라 텅스텐(W) 연마 속도도 빠른 것으로 밝혀졌다. 그밖에, 화학 기계적 연마 조성물은 유전 절연 층에 대해 바람직하게 낮은 연마 속도를 보인다.
본 발명의 조성물은 당업자에게 공지된 임의의 기술을 사용하여 생성할 수 있다. 그중 한 방법에서는 산화제 및 촉매를 성분들이 완전히 매질 내에 용해될 때까지, 저전단 조건 하에 탈이온수 또는 증류수와 같은 수성 매질 내에 소정의 농도로 혼입한다. 발연 실리카와 같은 금속 산화물 연마제의 농축된 분산액을 매질에 첨가하고 최종 CMP 슬러리 내에 원하는 연마제 농도 수준으로 희석시킨다. 그밖에, 촉매 및 하나 이상의 안정화제와 같은 첨가물을 본 발명의 금속 촉매 화합물을 수성 용액으로 혼입할 수 있는 임의의 방법에 의해 슬러리에 첨가할 수 있다.
다른 방법으로는, 안정화제 및 촉매를 혼합하여 착물을 형성한 후 과산화수소와 같은 산화제와 착물을 배합한다. 이는 안정화제 및 금속 산화물 연마제 분산액을 혼합하여 연마제/안정화제 분산액을 형성한 후 촉매와 연마제/안정화제 분산액을 혼합하여 금속 산화물 분산액 내 촉매/안정화제 착물을 얻음으로써 성취될 수 있다. 이어서 산화제를 혼합물에 첨가한다. 금속 산화물 연마제가 알루미나일때는 안정화제 및 촉매를 혼합하여 착물을 형성한 후 알루미나 연마제와 착물을 혼합하여야 하며, 그렇지 않다면 촉매가 비효과적으로 될 수 있다.
본 발명의 조성물은 단일 포장 시스템으로 공급될 수 있다(안정한 수성 매질내 하나 이상의 산화제, 하나 이상의 촉매, 임의의 연마제 및 임의의 첨가물). 그러나 가능한 조성물의 열화를 피하기 위해 적어도 2 개의 포장 시스템을 사용하는 것이 바람직하며, 이때 제 1 포장은 하나 이상의 산화제를 포함하고, 제 2 포장은 하나 이상의 촉매를 포함한다. 연마제와 같은 임의의 성분 및 임의의 첨가물은 제 1 콘테이너, 제 2 콘테이너 또는 제 3 콘테이너에 놓일 수 있다. 또한, 제 1 콘테이너 또는 제 2 콘테이너 내 성분은 건조한 형태일 수 있는 반면, 대응하는 콘테이너 내 성분은 수성 분산액의 형태이다. 예를 들면, 제 1 콘테이너는 액체 형태의 과산화수소와 같은 산화제를 포함할 수 있고 제 2 콘테이너는 건조 형태의 질산 제2철과 같은 촉매를 포함한다. 대안으로는 제 1 콘테이너가 건조한 산화제를 포함할 수 있는 반면, 제 2 콘테이너가 하나 이상의 촉매의 수용액을 포함할 수 있다. 본 발명의 화학 기계적 조성물 및 CMP 슬러리의 성분의 다른 2 개의 콘테이너 및 3 개 이상의 콘테이너 배합물은 통상의 지식을 가진 당업자에게 이해될 것이다.
산화제를 함유하는 특히 과산화수소를 사용하는 CMP 슬러리를 운반할 때, 전위 문제와 관련하여, 본 발명의 CMP 조성물 및 CMP 슬러리를 CMP 전구체로서 제조하고 포장하여 소비자 또는 다른 사용 지점으로 운반하고, 사용 전에 지정된 시설에서 과산화수소 또는 임의의 산화제와 배합하는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명의 다른 양면은 촉매, 연마제 및 안정화제를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하고 산화제를 포함하지 않는 건조 또는 수용액 형태의 CMP 전구체 조성물 및(또는) 슬러리이다. 이후에, 상기 CMP 전구체 조성물은 하나 이상의 산화제, 바람직하게는 과산화수소와 배합된다.
바람직한 CMP 전구체 조성물은 산화제를 포함하지 않지만, 하나 이상의 연마제를 갖거나 갖지 않는, 다중 산화 부위를 갖는 하나 이상의 촉매 및 하나 이상의 안정화제의 배합물의 생성물을 포함한다. 가장 바람직한 CMP 전구체 조성물은 어떠한 산화제도 포함하지 않으며 약 3.0 내지 약 7.0 중량%의 실리카, 약 0.01 내지 약 0.05 중량%의 질산 제2철, 및 약 2 당량/촉매 내지 약 15 당량/촉매의 말론산을 포함한다. 앞서 기술한 바와 같이 산화제는 후에 사용 시점에서 CMP 전구체 조성물과 혼합한다.
본 발명의 단일 또는 다중 포장(또는 다중 콘테이너) 화학 기계적 조성물 또는 CMP 슬러리는 웨이퍼의 원하는 금속 층 상에 사용하기 적합한 임의의 규격 연마 장치와 함께 사용할 수 있다. 다중 포장 시스템은 2 개 이상의 콘테이너 내에 수성 또는 건조 형태의 하나 이상의 CMP 성분을 포함한다. 다중 포장 시스템은 다양한 콘테이너로부터 성분을 원하는 양으로 배합하여 하나 이상의 산화제, 하나 이상의 촉매 및 앞서 기재한 양의 임의의 연마제를 포함하는 CMP 슬러리를 제공함으로써 사용한다.
실시예
본 발명자들은 텅스텐 및 티타늄을 높은 비율로 포함하는 다중 금속층을 연마하면서 유전층에 대한 허용가능한 저연마율을 나타낼 수 있는, 산화제 및 촉매를 포함하는 조성물을 발견하게 되었다.
하기 실시예는 본 발명의 바람직한 태양, 뿐만 아니라 본 발명의 조성물을 이용하기 위한 바람직한 방법을 예시한다.
<실시예 1>
연마 슬러리를 제조하여 텅스텐 웨이퍼 CMP 위에 얻어진 CMP 슬러리의 성능을 평가하였다. 측정된 성능 파라미터에는 텅스텐 연마율이 포함되었다. 모든 실험에 5.0 중량%의 콜로이드성 실리카 및 탈이온수를 포함하는 표준 연마 슬러리를 사용하였다. 각종의 산화제 및 촉매를 표준 연마 슬러리에 첨가하여 텅스텐 연마율에 대한 각종의 CMP 슬러리 조성물의 효과를 평가하였다. 캐보트 코포레이션 (Cabot Corporation)에서 제조하여 상품명 CBA-O-SPERSE®으로 시판하는 적량의 SCE 발연 실리카 기재의 분산액을 상기량의 산화제, 촉매 및 적합하게는 부가적인 첨가제와 혼합하여 연마 슬러리를 제조하였다.
로델, 인크.(Rodel Inc.)에서 제조한 SUBA 500/SUBA IV 패드 스택(pad stack)을 사용하여 두께가 약 8000 Å인 화학-기계적인 연마 텅스텐 블랭킷(blanket) 웨이퍼에 CMP 슬러리를 도포하였다. IPEC/WESTECH 472 CMP 기구를 사용하여 1분 동안 하강력 5psi, 슬러리 유속 150 mL/분, 테이블(table) 속도 60 rpm, 및 스핀들(spindle) 속도 65 rpm으로 연마를 수행하였다.
<실시예 2>
실시예 1의 방법에 따라 5종의 연마 슬러리를 제조하여, CMP 슬러리에 질산 제2철 촉매 및(또는) 과산화수소 산화제를 첨가하여 얻어지는, 텅스텐 연마율에 미치는 효과를 조사하였다. 각 슬러리는 5.0 중량%의 발연 실리카를 포함하였다. 각 슬러리 중의 과산화수소 및 질산 제2철의 농도를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure pat00002
표 1에 나타낸 바와 같이, 대조 시료(슬러리 1-3)는 만족스럽지 않은 낮은 연마율로 텅스텐을 연마시켰다. 특히, 과산화수소만을 또는 촉매량의 질산 제2철만을 사용하는 경우 현저한 텅스텐 연마율이 얻어지지 않았다. 그러나, 슬러리 4 및 5는, 산화제 및 촉매가 배합되어 사용되는 경우, 텅스텐 연마율이 5000 Å/분 이상이 될 정도의 현저한 상승 효과가 나타났다. 과산화수소에 촉매량의 질산 제2철을 첨가하여(또는 역으로 질산 제2철에 과산화수소를 첨가하여) 텅스텐 연마율이 1단위보다 크게 증가하였다.
<실시예 3>
실시예 1의 방법에 따라 5종의 연마 슬러리를 제조하고 시험하여, CMP 슬러리에 질산 제2철 촉매 및(또는) 모노퍼술페이트 산화제를 첨가하여 얻어지는, 텅스텐 화학 기계적 연마율에 미치는 효과를 조사하였다. 본 실시예에서 사용된 모노퍼술페이트의 공급원은 듀퐁(Dupont)에서 제조한 옥손®(Oxone®) 모노퍼술페이트이다. 옥손®은 2KHSO5·KHSO4·K2SO4의 삼중염을 포함하고, 모노퍼술페이트 함량은 약 50중량%이다. 각 슬러리는 5.0 중량%의 발연 실리카를 포함하였다. 질산 제2철 및 모노퍼술페이트의 농도를 하기 표 2에 나타낸다.
Figure pat00003
표 2에 나타낸 바와 같이, 대조 시료(슬러리 1-4)는 만족스럽지 않은 낮은 연마율로 텅스텐을 연마시켰다. 5.0 중량%의 모노퍼술페이트 및 0.2 중량%의 질산 제2철 촉매의 배합물인 슬러리 5는 텅스텐층을 매우 높은 비율로 연마시킬 수 있으며, 이것은 또한 전자 셔플링(shuffling) 촉매와 촉매를 산화시키기 위해 필요한 전위보다 큰 전기화학 전위를 갖는 산화제를 혼합한 상승 효과를 입증한다.
<실시예 4>
실시예 1의 방법에 따라, 각각 가변량의 과산화수소 및 질산 제2철을 포함하는 8종의 연마 슬러리를 제조하고 평가하였다. 각각의 슬러리는 5.0 중량%의 발연 실리카를 포함하였다. 슬러리 중의 과산화수소 및 질산 제2철의 농도를 하기 표 3에 나타낸다.
Figure pat00004
표 3에서 나타낸 바와 같이, 텅스텐 연마율은 슬러리 중의 과산화수소의 양 및 질산 제2철의 양에 따라 변하였다. 또한, 표 3에 기록된 결과로부터 과산화수소를 포함하는 CMP 슬러리를 사용하는 텅스텐 연마를 촉진하는데 극소량, 즉 0.05 중량% 이하의 촉매가 매우 효과적임이 입증된다.
<실시예 5>
실시예 1의 방법에 따라 9종의 연마 슬러리를 제조하고 시험하여, CMP 슬러리에 질산 제2철의 촉매 및(또는) 모노퍼술페이트(옥손®) 산화제의 양을 변화시키는, 텅스텐 화학 기계적 연마율에 미치는 효과를 조사하였다. 각 슬러리는 5.0 중량%의 발연 실리카를 포함하였다. 슬러리 중의 질산 제2철 및 모노퍼술페이트의 농도를 하기 표 4에 나타낸다.
Figure pat00005
표 4에 기록된 텅스텐 CMP의 결과로부터, CMP 슬러리 중의 촉매량을 변화시키는 것보다 CMP 슬러리 중의 모노퍼술페이트의 양을 변화시키는 것이 텅스텐의 연마율에 영향을 덜 미친다는 사실이 입증된다.
<실시예 6>
실시예 1의 방법에 따라 11종의 CMP 슬러리를 제조하고 시험하여, 촉매 형태 및 산화제 형태를 변화시켜 얻어지는, 텅스텐 화학 기계적 연마율에 미치는 효과를 조사하였다. 각 슬러리는 5.0 중량%의 발연 실리카를 포함하였다. 각 CMP 슬러리에 사용된 촉매 및 산화제의 형태 및 농도를 하기 표 5에 나타낸다.
Figure pat00006
시험된 각 슬러리는 산화제만을 포함한 슬러리(실시예 2-슬러리 3; 실시예 3-슬러리 3 및 4) 및 촉매만을 포함한 슬러리(실시예 2-슬러리 2; 실시예 3-슬러리 2) 보다 우수한 연마율을 나타내었다.
<실시예 7>
2종의 연마 슬러리를 제조하여 패턴화된 장치의 웨이퍼에 대한 성능을 평가하였다. 각 웨이퍼는 패턴화된 PETEOS 층 위에 침착된 W/TiN/Ti 금속화로 이루어졌다. 처음 W 층 두께는 8000 Å이고, TiN 층은 400 Å이며, Ti 층은 250 Å이었다. W/TiN/Ti 금속화층이 전체 웨이퍼에서 제거될 때까지 각 슬러리를 연마하였다. 실시예 1에 개시된 연마 조건을 사용하였다. 슬러리 1 및 2는 5.0 중량%의 발연 실리카를 포함하였다. 각 슬러리에서 사용된 촉매 및 산화제의 형태 및 농도를 표 6에 나타내었다. 또한, 3 중량%의 알루미나 연마제 및 5.0 중량%의 질산 제2철을 포함하는 제3의 시판되는 슬러리를 평가하였다.
Figure pat00007
슬러리 1 및 2를 사용하여 우수한 연마 성능을 얻었다. 슬러리는 각각의 금속화층에서 높은 연마율을 가져서 최소 시간에 금속화층이 제거되는 것으로 관찰되었다. 촉매를 포함한 두 슬러리는 모두 시판되는 슬러리에 비해 우수한 성능을 나타내었다. 원자력 현미경으로 연마된 웨이퍼를 조사한 결과 소자 웨이퍼는 성공적으로 평면화되고, 만족스러울 정도로 낮은 부식 정도 및 움푹한 스터드 및 선의 형태를 갖는 것이 입증되었다. 또한, 하도 PETEOS 층은 스크래치 또는 패임이 없이 평활하였다.
<실시예 8>
본 실시예는 화학 기계적 연마 슬러리에 각종의 안정화제를 첨가하여 유발된 산화제 수명의 증가를 입증한다. 2종의 화학 기계적 연마 슬러리를 평가하였다. 제 1 슬러리는 0.5 중량%의 실리카, 0.02 중량%의 질산 제2철·(H2O)9 촉매, 5.0 중량%의 H2O2 산화제, 하기 표 7에 기재된 양의 안정화제, 및 탈이온수로 이루어졌다. 제 2 슬러리는 0.5 중량%의 실리카, 0.036 중량%의 질산 제2철·(H2O)9 촉매, 6 또는 8 중량%의 H2O2 산화제, 하기 표 8에 기재된 양의 안정화제, 및 탈이온수로 이루어졌다. 2종의 슬러리 모두에서 사용된 실리카는 캐보트 코포레이션에 제조하여 상품명 CAB-O-SPERSE®로 시판되는 발연 실리카 기재의 분산액이다.
실시예 1의 방법에 따라 슬러리를 제조하고 텅스텐 웨이퍼에 도포하였다. 이어서, 슬러리를 수일 동안 숙성시켜 그 후 공지량의 숙성 슬러리를 시료화하고 과망간산 칼륨으로 적정하여 잔류하는 활성 과산화물의 양을 측정하였다. 적정 및 연마 결과를 하기 표 7 및 8에 기록한다.
Figure pat00008
Figure pat00009
상기 결과는 8일 후 과산화수소 활성을 갖지 않는 안정화제를 포함하지 않는 슬러리와 비교해서 안정화제를 포함한 각 슬러리에서 과산화수소 활성이 보유되었음을 나타낸다. 연마 결과는 만족스럽고, 안정화제가 슬러리의 촉매 효율에 영향을 준다는 것을 입증한다. 따라서, 촉매/산화제 배합물에 의해 향상된, 화학적으로 안정한 슬러리와 높은 텅스텐 연마율 사이의 균형이 나타난다.
<실시예 9>
알루미늄 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 실시예 1의 방법에 따라 텅스텐 웨이퍼를 연마하였다. 각 슬러리에 사용된 알루미나 분산액은 캐보트 코포레이션에 의해 제조된 W-A355였다. 시험된 슬러리 조성물 및 그의 연마 결과를 하기 표 9에 나타낸다.
Figure pat00010
표 9의 슬러리 2-5에서 예증된 바와 같이, 산화제 및 촉매 안정화제 착물을 배합시킬 때 텅스텐 기재를 연마하는데 있어서 알루미나가 효과적이다.
특정 태양의 방법을 사용하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 한 변형이 가해질 수 있는 것으로 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 명세서 및 실시예에 기재된 본 발명에 대한 설명으로 제한되기 보다는 하기 청구의 범위에 의해 한정된다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 금속 촉매와 CMP 슬러리의 제조에 대해 기재하고 있으나, 다중 산화 상태를 갖는 비금속성 촉매를 유용한 CMP 조성물 및 본 발명의 슬러리에 혼입할 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명에 따르면 반도체 제조에서 요구되는 금속층 및 박막의 연마를 보다 빠른 속도로 진행시킬 수 있고 안정한 화학 기계적 연마 조성물이 얻어진다.

Claims (44)

  1. (a) 하나 이상의 산화제;
    (b) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매와, 하나 이상의 안정화제의 혼합물의 생성물; 및
    (c) 연마제
    를 포함하며, 여기서 산화제와 촉매는 서로 상이하고, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인 화학 기계적 연마 조성물.
  2. (a) 하나 이상의 산화제;
    (b) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매와, 하나 이상의 안정화제의 혼합물; 및
    (c) 연마제
    를 포함하며, 여기서 산화제와 촉매는 서로 상이하고, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인 화학 기계적 연마 조성물.
  3. (a) 하나 이상의 산화제;
    (b) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매를 함유하는 촉매 착물; 및
    (c) 연마제
    를 포함하며, 여기서 산화제와 촉매는 서로 상이하고, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인 화학 기계적 연마 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 촉매 착물이 철 이온과 하나 이상의 안정화제로부터 생성된 것인, 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    하나 이상의 안정화제를 더 포함하는 조성물.
  6. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    안정화제가 유기산, 무기산, 니트릴 또는 이들의 혼합물인 조성물.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    안정화제가 인산, 프탈산, 시트르산, 말론산, 포스폰산, 옥살산, 아디프산, 벤조니트릴 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    안정화제가 2 당량/촉매 내지 15 당량/촉매의 말론산인 조성물.
  9. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    안정화제가 EDTA인 조성물.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제가 모노퍼술페이트, 퍼술페이트, 퍼옥사이드, 퍼요오데이트 또는 이들의 혼합물인, 조성물.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제가 0.1 내지 50 중량%의 과산화수소인 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    산화제가 0.5 내지 10 중량%의 과산화수소인 조성물.
  13. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매가 무기 철 화합물 및 유기 철 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 촉매인 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    촉매가 질산 제2철인 조성물.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    연마제가 알루미나, 세리아, 게르마니아, 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 금속 산화물 연마제인 조성물.
  16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    연마제가 침전 실리카, 발연 실리카 또는 발연 알루미나인 조성물.
  17. 제16항에 있어서,
    연마제가 조성물 중 1 내지 15 중량%의 양으로 존재하는 발연 실리카인 조성물.
  18. (a) 하나 이상의 산화제;
    (b) 상기 산화제와 상이하고 다중 산화 상태를 갖는 하나이상의 촉매와 하나 이상의 안정화제의 혼합물의 생성물; 및
    (c) 연마제
    를 포함하며, (i) 촉매는 텅스텐의 연마과정동안 텅스텐으로부터 산화제로 전자를 이동시키고, (ii) 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, (iii) 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인 텅스텐 연마용 화학 기계적 연마 조성물.
  19. (a) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매와 하나 이상의 안정화제의 혼합물의 생성물; 및
    (b) 연마제
    를 포함하고, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인, 사용전에 산화제(상기 촉매와 상이함)와 혼합되는 화학 기계적 연마 전구체 조성물.
  20. (a) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매와 하나 이상의 안정화제의 혼합물; 및
    (b) 연마제
    를 포함하며, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인, 사용전에 산화제(상기 촉매와 상이함)와 혼합되는 화학 기계적 연마 전구체 조성물.
  21. (a) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매를 함유하는 촉매 착물; 및
    (b) 연마제
    를 포함하며, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인, 사용전에 산화제(상기 촉매와 상이함)와 혼합되는 화학 기계적 연마 전구체 조성물.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 촉매 착물이 철 이온과 하나 이상의 안정화제로부터 생성된 것인, 조성물.
  23. 제21항에 있어서,
    하나 이상의 안정화제를 더 포함하는 조성물.
  24. 제19항, 제20항, 제22항 및 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    안정화제가 유기산, 무기산, 니트릴 또는 이들의 혼합물인 조성물.
  25. 제19항, 제20항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    안정화제가 인산, 프탈산, 시트르산, 말론산, 포스폰산, 옥살산, 아디프산, 벤조니트릴 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.
  26. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매가 무기 철 화합물 및 유기 철 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 촉매인 조성물.
  27. 제26항에 있어서,
    촉매가 질산 제2철인 조성물.
  28. (a) 하나 이상의 금속 층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
    (c) 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 도포하는 단계; 및
    (d) 패드를 기판과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시켜 기판으로부터 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계
    를 포함하는, 하나 이상의 금속층을 포함하는 기판의 연마 방법.
  29. (a) 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항의 조성물 및 탈이온수를 혼합하여 화학 기계적 연마 전구체를 제공하는 단계;
    (b) 상기 화학 기계적 연마 전구체와 산화제를 혼합하여 화학 기계적 연마 슬러리를 제공하는 단계;
    (c) 화학 기계적 연마 슬러리를 하나 이상의 금속 층을 포함하는 기판에 도포하는 단계; 및
    (d) 패드를 기판과 접촉시키고, 상기 패드와 기판 사이에 상기 화학 기계적 연마 조성물이 위치한 상태에서 패드를 기판에 대해 이동시켜 기판으로부터 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계
    를 포함하는, 하나 이상의 금속층을 포함하는 기판의 연마 방법.
  30. 제3항 내지 제5항, 및 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 착물은 Fe-EDTA 착물인 조성물.
  31. (a) 하나 이상의 산화제;
    (b) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매; 및
    (c) 연마제
    를 포함하며, 여기서 산화제와 촉매는 서로 상이하고, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인 화학 기계적 연마 조성물.
  32. 제31항에 있어서,
    산화제가 모노퍼술페이트, 퍼술페이트, 퍼옥사이드, 퍼요오데이트 또는 이들의 혼합물인, 조성물.
  33. 제31항에 있어서,
    산화제가 0.1 내지 50 중량%의 과산화수소인 조성물.
  34. 제33항에 있어서,
    산화제가 0.5 내지 10 중량%의 과산화수소인 조성물.
  35. 제31항에 있어서,
    촉매가 다중 산화 상태를 갖는 무기 철 화합물 및 유기 철 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 촉매인 조성물.
  36. 제35항에 있어서,
    촉매가 질산 제2철인 조성물.
  37. 제31항에 있어서,
    연마제가 알루미나, 세리아, 게르마니아, 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 금속 산화물 연마제인 조성물.
  38. 제31항에 있어서,
    연마제가 침전 실리카, 발연 실리카 또는 발연 알루미나인 조성물.
  39. 제38항에 있어서,
    연마제가 조성물 중 1 내지 15 중량%의 양으로 존재하는 발연 실리카인 조성물.
  40. (a) 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매; 및
    (b) 연마제
    를 포함하고, 상기 촉매는 철 또는 철을 포함하는 화합물이고, 조성물 내 철 이온 농도가 2 내지 700 ppm인, 사용전에 산화제(상기 촉매와 상이함)와 혼합되는 화학 기계적 연마 전구체 조성물.
  41. 제40항에 있어서,
    촉매가 무기 철 화합물 및 유기 철 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 촉매인 조성물.
  42. 제41항에 있어서,
    촉매가 질산 제2철인 조성물.
  43. (a) 하나 이상의 금속 층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 제31항 내지 제39항 중 어느 한 항의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
    (c) 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 도포하는 단계; 및
    (d) 패드를 기판과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시켜 기판으로부터 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계
    를 포함하는, 하나 이상의 금속층을 포함하는 기판의 연마 방법.
  44. (a) 제40항 내지 제42항 중 어느 한 항의 조성물 및 탈이온수를 혼합하여 화학 기계적 연마 전구체를 제공하는 단계;
    (b) 상기 화학 기계적 연마 전구체와 산화제를 혼합하여 화학 기계적 연마 슬러리를 제공하는 단계;
    (c) 화학 기계적 연마 슬러리를 하나 이상의 금속 층을 포함하는 기판에 도포하는 단계; 및
    (d) 패드를 기판과 접촉시키고, 상기 패드와 기판 사이에 상기 화학 기계적 연마 조성물이 위치한 상태에서 패드를 기판에 대해 이동시켜 기판으로부터 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계
    를 포함하는, 하나 이상의 금속층을 포함하는 기판의 연마 방법.
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