KR100756782B1 - Polishing Method for Planarizing Wafer - Google Patents

Polishing Method for Planarizing Wafer

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본 발명은 웨이퍼를 평탄화하기 위한 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘택플러그 또는 STI 형성 공정 시에 세리아 연마제를 포함하는 슬러리 조성물을 가하면서 연마 패드에 대한 역방향 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:이하 "CMP"라 칭함) 공정으로 웨이퍼를 회전시켜 연마함으로써, 웨이퍼의 에지(edge) 부분보다 중앙(center)부분에서 더 높은 웨이퍼 연마 속도를 얻어, 웨이퍼 전면의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a polishing method for planarizing a wafer, and more particularly, to reverse the chemical mechanical polishing for while applying a slurry composition comprising ceria polishing compound upon contact plug or STI formation process on a polishing pad (Chemical Mechanical Polishing: less "CMP" hereinafter) by rotating the wafer in the step polishing, than the edge (edge) of the wafer takes a higher wafer polishing rate in the middle (center) portion, a method to improve the polishing uniformity of the wafer surface will be.

Description

웨이퍼를 평탄화하기 위한 연마 방법{Polishing Method for Planarizing Wafer} Abrasive Polishing Method for Planarizing Wafer method {} for planarizing a wafer

도 1 은 종래 방법에 따른 웨이퍼의 정방향 연마 공정도. 1 is a forward-polishing process of a wafer according to a conventional method.

도 2 는 본 발명의 방법의 실시예에 따른 웨이퍼의 역방향 연마 공정도. Figure 2 is a reverse of the wafer polishing step according to an embodiment of the method of the present invention.

도 3 은 본 발명의 방법의 실시예에 따른 웨이퍼의 역방향 및 정방향 연마 공정도. Figure 3 is a backward and forward direction of the wafer polishing step according to an embodiment of the method of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 > <Brief Description of the Related Art>

1, 21 : 연마 패드 2, 22 : 웨이퍼 1, 21: polishing pad 2, 22: Wafer

3, 23, 33 : 웨이퍼의 정방향 회전 4, 24, 34 : 웨이퍼의 역방향 회전 3, 23, 33: forward rotation of the wafer 4, 24, 34: reverse rotation of the wafer

C : 연마 패드의 중앙(center) 부분에 접한 웨이퍼 부분 C: the wafer part facing the middle (center) portion of the polishing pad,

E : 연마 패드의 에지(edge) 부분에 접한 웨이퍼 부분 E: the wafer part facing the edge (edge) portion of the polishing pad,

본 발명은 웨이퍼를 평탄화하기 위한 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘택플러그 또는 STI 형성 공정 시에 세리아 연마제를 포함하는 슬러리 조성물을 가하면서 연마 패드에 대한 역방향 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:이하 "CMP"라 칭함) 공정으로 웨이퍼를 회전시켜 연마함으로써, 웨이퍼의 에지(edge) 부분보다 중앙(center)부분에서 더 높은 웨이퍼 연마 속도를 얻어, 웨이퍼 전면의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a polishing method for planarizing a wafer, and more particularly, to reverse the chemical mechanical polishing for while applying a slurry composition comprising ceria polishing compound upon contact plug or STI formation process on a polishing pad (Chemical Mechanical Polishing: less "CMP" hereinafter) by rotating the wafer in the step polishing, than the edge (edge) of the wafer takes a higher wafer polishing rate in the middle (center) portion, a method to improve the polishing uniformity of the wafer surface will be.

현재 반도체 소자가 점차 미세화 및 고밀도화를 갖게 됨에 따라, 칩과 웨이퍼 표면 영역의 요철에 대한 광역 평탄화 기술을 수행하여, 후속 다층 구조를 형성할 수 있는 공정 기술이 중요하게 여겨지고 있다. As the current semiconductor devices are increasingly miniaturized and have a high density, by performing the wide area planarization techniques for the irregularities of the chip and the wafer surface region, a process technology which can form a multi-layer structure subsequently considered important.

상기 광역 평탄화 기술로는 실리콘 웨이퍼의 미러 폴리싱 기술을 응용한 CMP 방법이 이용되고 있다. In the wide area planarization techniques it has been used the CMP method of the application of the mirror polishing technique of the silicon wafer. 상기 CMP 공정이란, 반도체 소자를 제조할 때 사용하는 리소그래피(lithography)공정 및 후속 공정을 원활하게 적용하기 위해 도입된 것으로서, 반도체 웨이퍼의 연마 속도와 연마 시 더해지는 슬러리 조성물에 포함된 초미립 연마제를 이용하여 웨이퍼 표면의 특정 부위만을 기계적으로 제거함으로써, 기존의 전면 식각 공정으로는 이룰 수 없었던 연마막의 표면 평탄화를 가져오는 방법이다. The CMP process is, as having been introduced in order to smoothly apply the lithography (lithography) processes and the subsequent steps used to manufacture a semiconductor device, using the ultra fine abrasive contained in the slurry composition was added when the semiconductor wafer polishing rate and polishing and by removing only specific parts of the surface of the wafer mechanically by conventional front-etching process is a method to obtain an abrasive film planarizing the surface could not be achieved.

즉, 상기 CMP 공정은 층간절연막 평탄화 및 콘택플러그 형성 공정 시에 소모품(consumable)인 슬러리 조성물을 가하면서 웨이퍼와 연마 패드를 동일한 정방향으로 회전시켜 주 인자인 웨이퍼 이면에 가해지는 소정의 압력을 조절함으로써, 보다 우수한 연마 속도와 연마 균일도를 얻어내는 것이다. That is, in the CMP process is to adjust the predetermined pressure exerted on the back surface of rotating the wafer and the polishing pad in the same forward direction while applying a slurry composition supplies (consumable) at the time of the interlayer insulating film planarized and the contact plug formation process main factor wafer , but that takes more than a good polishing rate and polishing uniformity.

이와 같은 종래 CMP 공정 방법은 도 1 에 도시하였다. Such a conventional CMP process method is shown in FIG.

우선, 연마 패드(1) 상부에 웨이퍼(2)를 장착한 후, 일반적인 슬러리 조성물을 가하면서 이 둘을 동일한 방향(3)으로 회전시켜 웨이퍼 표면에 대한 CMP 공정을 수행한다. First, after mounting the wafer (2) to the upper polishing pad (1), rotating in the same direction (3) the two while applying a common slurry composition to perform the CMP process on the wafer surface.

상기 일반적인 CMP용 슬러리 조성물은 망간(MnO 2 ), 알루미나(Al 2 O 3 ) 및 실리카(SiO 2 ) 연마제를 포함한다. The typical composition for CMP slurry comprises a manganese (MnO 2), alumina (Al 2 O 3) and silica (SiO 2) abrasive.

이때, 연마 패드의 중앙(C) 부분에 접한 웨이퍼는 CMP 공정이 역방향(4)으로 수행되기 때문에 상대 속도가 높아져 연마 속도도 높아지고, 연마 패드의 에지(E) 부분에 접한 웨이퍼는 CMP 공정이 정방향(3)으로 수행되기 때문에 상대 속도가 낮아져 연마 속도도 낮아진다. At this time, the wafer in contact with the center (C) portion of the polishing pad due to the CMP process is performed in the backward direction (4) increases the relative speed increases also the polishing rate, wafer in contact with the edge (E) portion of the polishing pad is a CMP step forward since carried out in (3) the relative velocity becomes lower lower the polishing rate. 결국, 이와 같은 상대 속도 차에 의해 웨이퍼의 균일도가 낮아진다. After all, by this relative speed differences lower the uniformity of the wafer.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점에 대한 연구를 하던 중 고가의 장비나 슬러리 조성물의 개발 없이도 종래의 문제점들을 극복할 수 있는 새로운 개념의 웨이퍼를 평탄화하기 위한 연마 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have completed the present invention to develop a polishing method for planarizing a new concept wafers that overcomes the conventional problems, without the development of expensive equipment or the slurry composition on a routine study of the above problems.

본 발명은 상기와 같은 단점들을 극복하기 위하여, 특정 연마제를 포함하는 슬러리 조성물을 사용하면서, 연마 패드에 대해 웨이퍼를 연마 방향을 역방향으로 수행하여 연마 속도 및 연마막의 균일도를 개선할 수 있는 웨이퍼를 평탄화하기 위한 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The invention planarize the wafer, which, using a slurry composition comprising a specific abrasive, to perform the wafer to the polishing direction in the opposite direction to improve the polishing rate and the polishing film uniformity on the polishing pad in order to overcome the disadvantages as described above and an object thereof is to provide a polishing method for.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 The present invention in order to attain the object in the

웨이퍼를 평탄화하기 위한 연마 방법에 있어서, In the polishing method for planarizing a wafer,

세리아 연마제를 포함하는 CMP용 슬러리 조성물을 가하면서, While applying a CMP slurry composition comprising ceria abrasive,

연마 패드에 대한 역방향 연마 공정으로 웨이퍼를 회전시켜 연마하는 연마 방법을 제공한다. By rotating the wafer in the reverse grinding step for the polishing pad provides a polishing method for polishing.

이때, 상기 세리아 연마제는 CMP용 슬러리 조성물의 총 중량에 대하여 0.01∼15wt%, 바람직하게는 0.05∼0.5wt%의 저농도로 포함되어, CMP용 슬러리 조성물의 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 연마막 표면의 스크래치를 억제하는 효과를 얻을 수 있고, CMP 공정 시에 연마 패드의 에지 부분보다 중앙 부분의 연마 속도를 상대적으로 높이는 특징을 가진다. In this case, the ceria abrasive is included in the 0.01~15wt% based on the total weight of the slurry composition for a CMP, preferably 0.05~0.5wt% low concentration, not only to reduce the manufacturing cost of the CMP slurry composition, the polishing film it is possible to obtain the effect of suppressing scratching of the surface, have a characteristic to increase the polishing rate of the center portion than the edge portion of the polishing pad during the CMP process, a relatively.

상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마 속도를 높이기 위하여 추가적으로 음이온 첨가제, 양이온 첨가제 및 비이온 첨가제로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 첨가제를 포함할 수 있으며, 이 경우 전체 슬러리 조성물의 총 중량에 대하여 0.005∼15wt%로 포함된다. The CMP slurry composition may include one or more additives selected from the group consisting of additional anionic additive, cationic and non-ionic additives additives to increase the removal rate, as 0.005~15wt% based on the total weight of the entire slurry composition, if It is included.

상기 음이온 첨가제는 카르복실산, 황산 에스테르, 술폰산, 인산 에스테르 및 이들의 염으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 포함하고, 상기 양이온 첨가제는 제 1 차 내지 4차 아민 및 이들의 염으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 포함하며, 상기 비이온 첨가제는 폴리에틸렌글리콜형 계면활성제 및 폴리하이드록시 알코올형 계면활성제로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 포함한다. The anionic additive is one from the carboxylic acid, sulfuric acid esters, sulfonic acid, phosphoric acid ester, and includes at least one selected from the group consisting of a salt thereof, wherein the cationic additive is the primary to quaternary amines and the group consisting of salts thereof above it includes those selected, the non-ionic additives include one or more selected from the group consisting of a polyethylene glycol type surfactant and a polyhydroxy alcohol surfactants.

이때, 상기 연마 방법은 연마 균일도를 높이기 위하여, 역방향 CMP 공정 이전 또는 이후에 정방향 CMP 공정을 더 포함할 수도 있다. At this time, the polishing method may further include a forward CMP process, a CMP process before or after the reverse in order to improve the polishing uniformity.

상기 CMP 공정은 연마 패드와 웨이퍼간에 1∼6 psi 압력 및 10∼120rpm 회전 속도 조건하에서 수행한다. The CMP process is carried out in the 1~6 psi pressure and 10~120rpm speed condition between the polishing pad and the wafer.

또한, 상기 CMP 공정에서 사용되는 연마 패드는 연마되는 층의 연마 특성에 따라 다른 성질의 패드를 사용하는데, 예를 들면 연마되는 층의 균일도를 높일 때는 소프트(soft) 패드, 평면화도를 높일 때는 하드(hard) 패드를 사용하고, 두 가지가 다 적층된(stack) 패드 또는 상기 두 패드를 함께 사용하기도 한다. In addition, the polishing pad used in the CMP process is to use pads of different properties depending on the polishing characteristics of the polishing layer, for example, when increasing the uniformity of the polishing layer software (soft) pad, when increasing the flattened Fig hard using (hard) pad, and may use the two are laminated with the (stack) of the two pads, or pads. 즉, 상기 연마 패드는 소프트 패드, 하드 패드, 소프트 패드 및 하드 패드가 다 적층된(stack) 패드 중 하나를 사용한다. That is, the polishing pad is used a soft pad, the hard pad, a soft pad, and one of the lamination (stack) the pad, the hard pad.

이러한 평탄화 공정은 연마 균일도를 함께 높이기 위하여 연마하고자 하는 막질, 웨이퍼 이면에 인가되는 연마 압력, 슬러리 조성물의 구성, 연마 시간, 및 연마 패드의 회전수를 적절하게 조절하여 사용할 수도 있다. This planarization step can be the rotation of the film quality, the polishing pressure, the configuration of the slurry composition, the polishing time is applied to the wafer, and the polishing pad to the polishing in order to increase with the polishing uniformity may be appropriately adjusted.

본 발명의 방법은 콘택플러그 또는 STI 형성 공정 시에 수반되는 평탄화 공정뿐만 아니라, 절연막, 텅스텐, 구리, 알루미늄 및 다결정 실리콘막의 평탄화 공정 시에 모두 적용할 수 있다. The method of the present invention can be applied both at the time of the contact plug, as well as forming or STI planarization process involved during the process, an insulating film, tungsten, copper, aluminum, and polysilicon film, the planarization process.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the invention will be described in detail through the embodiment. 단, 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. However, the examples are only intended to illustrate the invention but the invention is not limited to this.

실시예 Example

도 2에서 보는 바와 같이, 웨이퍼를 평탄화하기 위하여 연마 패드(21) 상부에 웨이퍼(22)를 장착하였다. Also, it was equipped with a wafer 22 to the upper polishing pad (21) to planarize the wafer, as shown in FIG. 그리고, 전체 슬러리 조성물 중량에 대하여 0.1wt%의 세리아 연마입자와 0.01wt%의 음이온 첨가제를 포함하는 CMP용 슬러리 조성물(미도 시)을 이용하여 연마 패드(21)에 대하여 역방향(24)으로 웨이퍼(22)를 회전시키면서 연마하였다. Then, the wafer with 0.1wt% of ceria abrasive particles and the reverse direction (24) using a slurry composition (not shown) for CMP containing an anionic additive with respect to the polishing pad 21 of 0.01wt% based on the total weight of the slurry composition ( 22) it was polished while rotating the.

이때, 연마 패드의 중앙(C) 부분에 접한 웨이퍼(22)는 정방향(23)으로 회전된다. At this time, the wafer 22 adjacent to the center (C) portion of the polishing pad is rotated in the normal direction (23).

그 다음, 웨이퍼의 연마 균일도를 높이기 위하여 상기 도 2에서 역방향(34)으로 연마된 웨이퍼(22)의 중앙 부분과 에지 부분의 단차를 측정한 후, 상기 단차를 제거할 수 있을 만큼의 소정 시간동안 도 3 에 도시한 바와 같이 연마 패드(21)를 정방향(33)으로 회전시키면서 재 연마하였다. Then, while after the measurement the middle step between the part and the edge portion of the wafer 22 is polished in the opposite direction 34 from the second to improve the polishing uniformity of the wafer, a predetermined time enough to remove the step difference a polishing pad 21 as shown in Fig. 3 was re-grinding while rotating in the normal direction (33).

결과적으로, 전체적인 면에 연마 균일도가 매우 향상된 웨이퍼를 얻었다. As a result, to obtain a highly improved wafer polishing uniformity to the overall surface.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 연마 패드에 대하여 웨이퍼를 역방향 및 정방향으로 회전시키면서 연마함으로써, CMP 공정 제어를 용이하게 하고, 연마 균일도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저 농도 연마 입자를 포함하는 슬러리 조성물을 이용하여 연마막 표면의 스크래치를 억제하므로 소자의 수율과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As it described above, the present invention is polished while rotating the wafer in the reverse direction and forward direction relative to the polishing pad, to facilitate the CMP process control, as well as to improve the polishing uniformity, the slurry containing a low concentration of abrasive particles using the composition to inhibit scratching of the polishing surface of the film, so it is possible to improve the yield and reliability of the device.

Claims (12)

  1. 웨이퍼를 평탄화하는 연마 방법에 있어서, In the polishing process to planarize the wafer,
    연마 패드와 웨이퍼간 압력이 1∼6 psi이고, 회전 속도가 10∼120rpm인 연마 조건하에서 CMP용 슬러리 조성물의 총 중량에 대하여 0.05∼0.5wt%의 세리아 연마제를 포함하는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:이하 "CMP"라 칭함)용 슬러리 조성물을 가하면서, The chemical mechanical polishing containing ceria abrasive of 0.05~0.5wt% with respect to the polishing pad and a pressure between wafers 1~6 psi, the total weight of the CMP polished under the condition that the rotational speed 10~120rpm slurry composition (Chemical Mechanical Polishing : while applying a slurry composition for a less "CMP" hereinafter),
    (a) 연마 패드에 대한 역방향으로 웨이퍼를 회전시켜 연마하는 단계와, (A) step of polishing the reverse direction to rotate the wafer to the polishing pad, and
    (b) 상기 (a) 단계 전 또는 후에 연마 패드에 대한 정방향으로 웨이퍼를 회전시켜 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법. (B) a polishing method comprising the step of polishing a wafer by rotating the forward direction for a polishing pad wherein the step (a) before or after.
  2. 삭제 delete
  3. 삭제 delete
  4. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 CMP용 슬러리 조성물은 음이온 첨가제, 양이온 첨가제 및 비이온 첨가제로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법. The CMP slurry composition for polishing method according to claim 1, further including one or more additives selected from the group consisting of anionic additive, a cationic additive and non-ionic additives.
  5. 제 4 항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 첨가제는 전체 슬러리 조성물의 총 중량에 대하여 0.005∼15wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 연마 방법. The additive abrasive characterized in that included in 0.005~15wt% based on the total weight of the entire slurry composition.
  6. 제 4 항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 음이온 첨가제는 카르복실산, 황산 에스테르, 술폰산, 인산 에스테르 및 이들의 염으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 것이고, The anionic additive is a carboxylic acid, a sulfuric acid ester, sulfonic acid, phosphoric acid esters and salts thereof, one or more one selected from the group consisting of,
    상기 양이온 첨가제는 제 1 차 내지 4차 아민 및 이들의 염으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 것이며, The cationic additive is selected will claim more than one from a primary to quaternary amine, and the group consisting of the salts thereof,
    상기 비이온 첨가제는 폴리에틸렌글리콜형 계면활성제 및 폴리하이드록시 알코올형 계면활성제로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 연마 방법. Wherein the non-ionic additive is a polishing method, characterized in that one or more selected from the group consisting of a polyethylene glycol type surfactant and a polyhydroxy alcohol surfactants.
  7. 삭제 delete
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  11. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 연마 패드는 소프트(soft) 패드, 하드(hard) 패드 및 소프트 패드와 하드 패드가 모두 적층된(stack) 패드로 이루어진 군에서 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 연마 방법. The polishing pad has a soft (soft) pads, hard (hard) and the polishing pad characterized in that the soft pad and the hard pad is selected from the group consisting of both one or more stacked (stack) pad.
  12. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    상기 방법은 콘택플러그 형성 공정 시의 평탄화 공정, STI 형성 시의 평탄화 공정, 절연막의 평탄화 공정, 텅스텐의 평탄화 공정, 구리의 평탄화 공정, 알루미늄의 평탄화 공정 또는 다결정 실리콘막의 평탄화 공정에 이용되는 것을 특징으로 하는 연마 방법. The method being used for the planarization process, the planarization process, the planarization process, the planarization process, the copper planarization process, the planarization process or polysilicon film, planarization of the aluminum of the tungsten of the insulating film at the time of STI formation at the time of contact plug formation process polishing method.
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