KR100772925B1 - 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정 중 구리 다마신 공정을 수행하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12중량%과 유기인산 또는 그의 염 0.001 내지 1 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 8 내지 12인 CMP용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마용 슬러리는 산화제를 함유하지 않아 연마재현성이 뛰어나고 부동에칭속도가 낮으며, 탄탈계막의 연마속도가 높고, 구리, 실리콘 산화막 및 탄탈계막의 연마 속도 조절이 가능하여 1차 연마에서 발생하는 다양한 크기의 디싱 또는 에로젼을 제거하기 용이한 장점을 가지고 있고, 스크래치 발생이 억제되어 구리 다마신 공정의 2차 연마용 슬러리로 유용하다.
구리 다마신 공정, 2차 슬러리, 유기인산, 에틸렌디아민 테트라(메틸렌포스폰산)
Description
본 발명은 반도체 제조 공정 중 구리 다마신 공정을 수행하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마용 슬러리에 대한 것이다.
1997년 IBM에 의하여 다마신 공정(Damascene process)을 이용한 구리 칩(chip)을 발표한 이후, 디바이스 상의 배선 미세화로 인한 배선 저항 증가를 해결하기 위해 배선 재료로서 텅스텐이나 알루미늄 대신 구리를 사용 하는 예가 증가하고 있다. 구리를 금속배선으로 사용하는 경우에는 플라즈마를 이용한 식각 공정이 불가능하기 때문에 다마신 공정이 필수적이며 이때 구리 CMP 공정이 반드시 필요하다. 구리 배선을 적용한 반도체 소자의 증가는 구리 CMP 슬러리의 중요성을 증가시키고 있다.
상기 구리 다마신 공정은, 실리콘산화막 혹은 저유전 물질막의 표면을 통상의 건식 식각 공정으로 패턴화시켜 수직 및 수평 배선을 위한 홀과 트렌치를 형성 하는 단계, 패턴화된 표면을 티탄(Ti) 또는 탄탈륨(Ta)에서 선택되는 접착 촉진막, 질화티탄(TiN) 또는 질화탄탈륨(TaN)에서 선택되는 확산 방지막 또는 이들의 복합막으로 피복시키고, 이어서 접착 촉진막이나 확산 방지막 위에 구리를 피복시키는 단계, 화학 기계적 연마를 사용하여 구리뿐만 아니라 접착 촉진막, 확산 방지막 및 실리콘산화막의 일부를 제거하기까지 연마하는 단계로 진행되어 전기전도성 구리로 충진된 홀 및 트렌치와 실리콘 산화막과 같은 유전체로 구성된 회로 배선을 형성하게 된다. 이때, CMP 공정은 일반적으로 연속적인 두개의 단계로 진행되며, 1차 연마에서는 구리 막을 제거한 후 확산 방지막에서 연마를 멈추게 하기 위해 구리의 연마속도가 빠르며 확산 방지막에 대한 구리막의 연마 선택비가 매우 높은 (예를 들면, 100:1 이상의) 슬러리를 사용하며, 2차 연마에서는 일반적으로 각 막에 대한 연마 선택성이 낮으며, 상대적인 연마속도의 조절이 가능한 슬러리가 선호된다. 2차 연마에서는 연마 대상막, 구체적으로, Cu 막, TaN/Ta 막, 실리콘 산화막(혹은 저유전 막) 등이 연마되므로, 3종 이상 막들의 상대적인 연마속도가 적절해야 1차 연마과정에서 발생하는 디싱(dishing)이나 에로젼(erosion)을 제거하여 최종적으로 평탄한 연마 면을 얻을 수 있다. 디싱이란 구리와 같은 금속 배선의 중앙부가 과도하게 제거되는 현상을 말하며, 에로젼이란 금속배선 밀도가 높은 부분의 유전층 일부가 제거되어 발생하는 연마면의 불필요한 오목부를 말한다. 디싱과 에로젼 모두 회로의 전기적인 특성을 저하시키는 불량을 유발할 수 있다.
구리 막을 2차 연마하기 위한 슬러리 조성물로는 대한민국 공고 특허공보 제 10-0473442호는 발연실리카, 프로판산, 과산화수소를 이용한 탄탈륨계 연마용 조성 물을 공지하고 있으며 연마제를 포함하는 제1액과 산화제를 포함하는 제2액으로 분리 포장하여, 저장기간에 따른 과산화수소의 분해를 해결하고자 하였으나, 분리 포장된 연마용 조성물은 사용하기에 불편한 단점이 있다. 또한 대한민국공개특허공보 10-2003-0059070호도 유기산으로 프로판산을 이용하여 염기성 영역에서 발연실리카를 함유한 연마용 조성물을 공지하고 있다. 상기 조성물은 발연 실리카 사용으로 인한 저장안정성이 향상된 슬러리를 제공한다. 그러나, 상기 조성물은 과산화수소를 포함하고 있어 염기성 조건에서 시간 경과에 따른 과산화수소 분해로 인한 저장안정성에 문제가 있으며, 이로 인해 구리막의 연마 속도 및 선택도를 조절하기 어려우며, 연마재현성을 확보하기 어려운 단점이 있다.
한편, 대한민국 공개공보 제2005-39602호에서는 산화제를 포함하지 않고, 연마재와 유기산으로 시트르산, 글루탐산 등을 함유한 연마액으로 구리 CMP속에서 2단계로 연마하는 방법을 제공하고 있으나, 상기 연마액은 구리막에 대한 실리콘산화막의 연마속도가 매우 낮아 구리막에 대한 구리 배선의 디싱을 유발할 수 있는 문제점이 있다. 또한 탄탈계 막에 대한 선택적 제거제로서, 대한민국 공개공보 제 2004-104956호에서는 포름아미딘계 또는 구아니딘계 탄탈 제거제를 함유하는 탄탈 배리어물 제거용 슬러리를 제공하고 있으며, 대한민국 공개공보 제2005-43666호에서는 아졸화합물과 연마제를 함유하는 탄탈계 배리어 제거용 연마액을 제공하고 있으나, 상기 연마액은 구리막 및 실리콘 산화막의 연마속도가 너무 낮아 실용적이지 못한 한계가 있어 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 조성물로 사용하기에 부적절하다.
본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 구리 2차 연마용 슬러리의 저장안정성을 확보하기 위해 산화제를 함유하지 않는 구리 2차 연마용 슬러리에 대한 연구를 거듭한 결과 연마제와 적절한 농도의 유기인산을 함유할 경우 구리의 부동에칭속도가 낮으며, 탄탈계막의 연마속도가 높고 구리막, 실리콘산화막 및 탄탈륨계막의 연마속도를 적절하게 조절이 가능하여, 1차 연마공정에서 발생하는 구리막의 디싱 또는 에로젼을 효과적으로 제거할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 산화제를 함유하지 않아 연마재현성이 우수하고 경시 변화가 없으며, 탄탈계막에 대한 연마속도가 높은 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 구리막, 실리콘 산화막 및 탄탈륨계 막에 대한 적절한 연마속도를 가짐으로써 우수한 평탄도를 제공하며, 1차 CMP 시에 발생하는 디싱 또는 에로젼을 제거하는 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 디싱 및 에로젼을 제거함과 동시에 스크래치 발생을 억제하는 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명은 반도체 제조 공정 중 구리 다마신 공정을 수행하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12중량%과 유기인산 또는 그의 염 0.001 내지 1 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 8 내지 12인 CMP용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마용 슬러리는 산화제를 함유하지 않아 연마재현성이 뛰어나고 경시변화가 없으며, 구리의 부동에칭속도가 낮으며, 탄탈계막의 연마속도가 높고, 구리, 실리콘 산화막 및 탄탈륨계 막의 연마 속도의 적절한 조절이 가능하여 1차 연마에서 발생하는 디싱 및 에로젼을 제거하는 장점을 가지고 있어 구리 다마신 공정의 2차 연마용 슬러리로 유용하다. 특히 본 발명에 따른 구리 2차 CMP 조성물은 유기인산 또는 그의 염을 사용하여 디싱 및 스크래치 등의 결함을 현저히 줄이는 장점을 가지고 있다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12중량%과 유기인산 또는 그의 염 0.001 내지 1 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 8 내지 12인 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬러리에 함유되는 연마제는 탄탈륨계 막 및 실리콘 산화막의 연마속도를 조절하는 역할을 한다. 연마제의 함량이 증가할수록 탄탈륨계 막과 및 실리콘산화막의 연마속도가 증가한다. 연마제로는 발연실리카, 콜로이드 실리 카, 알루미나. 세리아, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직한 연마제는 발연 실리카 및 콜로이드 실리카이며, 함유량은 적을수록 분산성과 스크래치에 유리하지만 너무 적으면 실리콘산화막 및 탄탈륨계 막의 연마속도가 낮아지므로 0.5 내지 12중량%가 바람직하며, 1 내지 10 중량%가 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 슬러리에 함유되는 유기인산 또는 그의 염은 CMP시 발생하는 구리막에 대한 부식과 스크래치 같은 표면의 결함(defect)를 억제하는 역할을 한다. 구리는 경도가 매우 낮아 스크래치가 잘 일어나며, 또한 화학적 안정성이 낮아 쉽게 부식되는 성질을 가지고 있다. 구리배선을 가지고 있는 반도체 소자를 제조하기 위해서는 스크래치나 디싱 및 에로젼으로 인한 결함을 제거해야 하는 문제가 있다. 본 발명에 따른 구리 2차 CMP 조성물에 유기인산 또는 그의 염을 사용하면 구리막에 대한 부식성이 낮아져 디싱 발생이 적으며, 연마제의 분산성을 향상시키는 효과가 있어 스크래치를 획기적으로 낮출 수 있는 것을 발견하였다. 또한 종래의 유기산의 경우 부식성이 있어 부식억제제를 필수로 사용하여야 하였으나, 본 발명에 따른 유기인산 또는 그의 염을 사용할 경우에는 부식억제제를 함유하지 않아도 부식을 방지할 수 있는 또 다른 장점이 있다.
본 발명에 따른 유기인산 또는 그의 염은 슬러리 전체 중량에 대해 0.001 내지 1중량%로 함유되는 것이 바람직하고, 0.01 내지 0.5중량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 함량이 0.001중량% 미만인 경우에는 부식과 스크래치와 같은 표면 결함을 억제하는 효과가 미미하고, 상기 함량이 1중량%를 초과할 경우에는 슬러리가 겔화되어 유동성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에서 바람직한 유기인산 또는 그의 염은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 1급, 2급 또는 3급의 아민기를 하나 이상 가지는 화합물이다.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 식에서 R1 내지 R6은 독립적으로 수소, C1~C8의 알킬 또는 B1-P(O)(OM3)2에서 선택되고, A1 내지 A4 및 B1은 독립적으로 C1~C6의 알킬렌이며, n은 0 또는 1이고, M1 내지 M3는 독립적으로 수소, 암모늄, 나트륨 또는 칼륨에서 선택된다.
유기인산으로 바람직한 화합물로는 2-아미노에틸 포스폰산, 아미노(트리메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 헥사메틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 또는 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)(EDTMP) 등이 있으며, 유기 인산은 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 하기 화학식 3의 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)을 사용할 경우 스크래치 발생이 보다 억제되고, 부동 에칭속도가 낮아 부식에 의한 결함 발생 빈도가 낮으며, 부식억제제 사용을 전적으로 배제하거나 소량 사용할 수 있어 부식억제제로 인해 발생하는 여러 문제점들을 방지할 수 있어 가장 바람직하다.
[화학식 3]
본 발명의 슬러리 조성물은 pH가 8 내지 12이며, 더욱 바람직하게는 9 내지 11이며, pH 조절제로서 상기의 범위의 pH를 얻을 수 있으면 어떠한 pH 조절제도 사용 가능하다. 본 발명에서는 염기성 pH조절제로서 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라메틸암모늄하이드록사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용하였다. 염기성 pH 조절제의 첨가는 제타전위를 증가시켜 연마제, 예를 들어 발연 실리카 및 콜로이드 실리카의 분산 안정성을 향상시키는 보조 작용도 한다. 수산화암모늄은 구리의 연마속도를 증가시키는 기능도 한다. 상기 pH 범위보다 낮을 경우에는 연마제의 분산성이 감소되고, 너무 높을 경우에는 구리의 용해를 야기하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 슬러리 조성물에는 과산화수소, 요오드산칼륨, 과황산암모늄, 페리시안화칼륨, 브롬산칼륨, 삼산화바나듐, 차아염소산, 차아염소산나트륨, 질산제2철 등과 같이 일반적으로 사용되는 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 슬러리 조성물에 적합한 pH인 8 내지 12의 범위에서 산화제를 사용할 경우 산화제가 시간 경과에 따라 분해됨으로써 경시변화를 일으켜, 이로 인해 연마속도나 연마 선택비를 변하게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 산화제를 포함하지 않으므로 연마재현성 또는 경시안정성이 우수하고, 다른 구성 성분의 조합에 의한 효과로 구리 다마신 공정의 2차 연마에 적합한 구리 및 실리콘산화막의 연마속도를 확보하였다.
본 발명에 따른 슬러리 조성물은 아미노 알콜을 첨가하여 탄탈륨계 막 및 실리콘산화막의 표면 상태 및 슬러리의 분산안정성을 향상시킬 수 있으며, 구리막에 대한 슬러리 입자의 흡착성을 낮출 수 있다.
상기 아미노 알콜은 구체적인 예로서는, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol : AMP), 3-아미노-1-프로판올 (3-amino-1-propanol), 2-아미노-1-프로판올(2-amino-1-propanol), 1-아미노-2-프로판올(1-amino-2-propanol), 1-아미노-펜탄올 (1-amino-pentanol), 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올(2-(2-aminoethylamino)ethanol), 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, N,N-디에틸에탄올아민 등을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니며, 상기 화합물은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 가장 바람직한 아미노 알콜은 2-아미노-2-메틸-1-프로판올과 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올이며, 슬러리 총 중량에 대하여 0.001 내지 2중량%이 되도록 첨가되는 것이 바람직하며, 0.01내지 0.5중량%로 슬러리에 함유되는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에서 아미노알콜은 다기능성 특징을 가지는데, 첫 번째로 구리막에 대한 슬러리 입자 흡착 방지제로 역할을 할 수 있으며, 두 번째는 발연실리카의 분산제로 작용하여 분산안정성을 증가시킬 수 있으며, 세 번째로는 pH 조절제로서의 역할을 한다. 그러나, 아미노알콜 함량이 너무 많을 경우 오히려 분산성을 저하시킬 수 있고 연마입자의 흡착을 억제하기 어려우 며, 구리 및 산화실리콘의 연마속도를 감소시키는 문제를 발생시키며, 너무 적을 경우 파티클 제거 능력이 낮고, 분산안정화 시키는 능력이 낮아 바람직하지 못하다.
본 발명의 슬러리 조성물에 함유되는 부식억제제는 벤조트리아졸 또는 테트라졸계 화합물에서 선택되며 구리의 부식을 억제함으로서 구리표면을 안정화시켜 연마 후 결함(defect)을 감소시키는 작용을 한다. 부식억제제로서 벤조트리아졸에 테트라졸 화합물을 혼합하여 사용할 경우 구리표면에 벤조트리아졸과 테트라졸 화합물이 혼합된 막을 형성하여 스크래치를 방지하는 역할을 한다. 테트라졸 화합물로는 5-아미노테트라졸, 1-알킬-5-아미노테트라졸이 바람직하다. 벤조트리아졸 또는 테트라졸 화합물을 혼합하거나 단독으로 사용할 수 있으며 첨가되는 함량은 0.0001중량% 내지 0.1중량%가 바람직하며, 0.0005중량% 내지 0.01%가 더욱 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량%를 초과하여 많을 경우 구리 연마속도의 감소를 가져올 수 있으며, 0.0001중량% 미만으로 낮을 경우 구리 에칭 속도가 빨라져 디싱을 야기하는 원인이 될 수 있다.
본 발명에 따른 슬러리 조성물에 슬러리 총 중량에 대하여 0.0001 내지 0.01중량%가 되도록 계면활성제를 추가로 함유할 수 있다. 너무 적으면 계면활성의 효과가 나타나지 않으며, 너무 많으면 거품이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 구리 다마신 2차 연마용으로 보다 바람직한 슬러리 조성물은 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제로 발연 실리카 혹은 콜로이드 실리카 1 내지 10 중량%, 유기인산으로는 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)(EDTMP) 0.01내지 0.5중량% 및 pH조절제로 수산화암모늄, 수산화칼륨 또는 이들의 혼합물을 함유하며 pH가 8내지 12인 것을 특징으로 한다. 또한 필요에 따라 아미노알코올로서 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올 0.01 내지 0.5중량%가 함유되는 것이 바람직하며, 부식억제제와 계면활성제도 필요에 따라 포함될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나 하기의 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
[실시예]
연마에 사용된 구리 웨이퍼는 PVD법으로 구리를 10000Å 증착한 시편 웨이퍼를 사용하였으며, 탄탈륨계 막은 두께 5000Å의 PVD 질화탄탈륨(TaN) 박막이 증착된 시편 웨이퍼를 사용하였다. 실리콘산화막은 10000Å PETEOS 박막이 증착된 시편 웨이퍼를 사용하였다. 연마장비는 G&P Technology사의 Poli500 CE를 사용하였다. 연마패드는 로델사의 IC 1400을 이용하여 연마 테스트를 실시하였고, 연마조건은 Table/Head 속도를 60/60 rpm, 연마압력을 200 g/cm2, 슬러리 공급유량 200 ml/min, 연마시간은 60초로 하였다. 구리 막과 질화탄탈륨 박막 두께는 창민테크사의 4탐침 표면저항측정기(Four Point Probe)를 이용하여 면저항 측정후 두께로 환산하여 계산하였다. PETEOS 박막두께는 Kmac사의 Spectra Thick 4000으로 측정하였다. 부동에칭속도는 구리 웨이퍼를 실온에서 10 분간 연마액에 침지시킨 후, 세정하여 두께 변화를 측정하여 계산하였다.
[실시예 1]
발연 실리카 8 중량%, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)(EDTMP) 0.1 중량% 및 물로 이루어지고, KOH를 추가하여 pH가 9.6인 슬러리를 제조하였다(제조예 1). 제조예 2 내지 5에서는 하기 표 1과 같이 추가 성분으로 암모니아, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP), 벤조트리아졸(BTA)에서 선택되는 1종 이상을 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 제조예 1 내지 4의 슬러리는 pH가 9.6이고, 제조예 5의 슬러리는 pH가 10.5이었다. 제조예 6내지 9는 EDTMP 0.1 중량%, 벤조트리아졸 0.002 중량%, AMP 0.05 중량%를 첨가하고, pH는 9로 유지하며, 평균입경이 70nm인 콜로이드 실리카의 함량을 1 내지 8 중량 %로 변화시키며 슬러리를 제조하였다.
슬러리 조성물에 대한 연마속도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타난 바와 같이 제조예 1의 슬러리 조성물은 질화탄탈륨의 제거 속도가 높고, 구리 및 실리콘산화막(PETEOS) 연마속도를 적절하게 조절 가능하므로 구리 다마신 공정의 2차 연마용 조성물로 사용하기 적절함을 알 수 있다. 또한 산화제가 포함되지 않아 부동에칭속도가 매우 낮게 유지되어 부식에 의한 결함 발생이 억제될 수 있음을 알 수 있다.
[표 1]
제조예 2의 조성물의 결과에서 나타난 바와 같이 암모니아를 추가할 경우 구리 및 TaN과 같은 금속계 막의 연마속도가 증가하고 구리의 부동에칭속도도 약간 증가하였다. 반면에 벤조트리아졸(BTA)첨가시 금속계 막의 연마속도가 감소하였다. 따라서, 암모니아 및 BTA의 함량으로 각 막의 연마속도가 조절 가능함을 알 수 있다. 상기의 결과로부터 제조예 4 및 5의 슬러리 조성물이 탄탈륨계 막의 연마속도가 높으며 구리막의 연마속도가 낮아 본 발명에 따른 슬러리 조성물로 가장 적합하였다.
[실시예 2]
발연 실리카 8 중량%, AMP 0.05 중량%, 암모니아 0.05%, BTA 0.001% 및 나머지는 물인 슬러리 조성물을 제조하였고, KOH를 추가하여 pH가 9.6이 되도록 하였다(비교예 1). 여기에 하기 표 2와 같이 EDTMP의 함량을 조절하여 구리, 질화탄탈륨 및 PETEOS 막에 대한 연마 속도를 비교하였다.
[표 2] EDTMP 함량에 따른 연마속도
상기 표 2에 나타난 바와 같이 EDTMP 함량에 따른 각 막의 연마속도가 적정 범위에 속하였으며, EDTMP가 2중량%에서는 슬러리가 겔화되어 사용 불가하였다. EDTMP를 사용할 경우가 CMP한 구리 표면에 대한 스크래치의 정도가 낮으며, 에칭 평가 후 구리 표면의 부식 정도도 낮아 표면 결함 발생율이 낮은 우수한 특성을 보였다.
[실시예 3] AMP 함량 효과
발연 실리카 8 중량%, EDTMP 0.1 중량%, 암모니아 0.05%, BTA 0.001% 및 물로 이루어지고, KOH를 추가하여 pH가 9.6인 슬러리 조성물을 제조하였다(제조예 4). 하기 표 3과 같이 AMP 함량을 변화시켜 구리 및 실리콘산화막(PETEOS) 연마속도를 측정하였고, 연마입자의 구리막에 대한 흡착 정도를 주사전자현미경(SEM)으로 확인하여 연마입자가 흡착되지 않는 경우 우수한 것으로 나타내었다.
[표 3]
상기 AMP 함량이 0.05 내지 0.5중량%일 경우 연마입자가 구리막에 흡착되지 않아 우수한 결과를 보였다.
[실시예 4]
제조예 1 및 제조예 4의 슬러리 조성물을 제조하여 초기 입자 분포와 제조 후 2 개월 경과 후의 입자 분포를 측정하여 슬러리 조성물에 대한 경시변화 특성을 평가하였다. 측정 장비로 1㎛이상의 큰 입자 수는 Accusizer 780을 사용하였고, 평균 입자 크기는 Horiba 입도분포 측정기를 사용하여 측정한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
상기 표 4의 결과로 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 2개월이 경과하여도 큰 입자 수 및 평균 입자의 크기가 거의 변화하지 않아 분산안정성이 우수하였다.
[실시예 5] 디싱 및 에로젼 제거 정도 평가
SKW사의 SKW 6-3 패턴 웨이퍼를 사용하여 디싱 및 에로젼의 제거능력을 평가하였다. 본 실시예에서 사용한 패턴 웨이퍼는 베어 실리콘 웨이퍼(bare Si wafer)상에 순차적으로 열적 산화막(Thermal Oxide) 3,000Å, 질화 실리콘 1,000Å 및 PETEOS 5,000Å을 형성한 후, PETEOS에 깊이 5,000Å의 트렌치 패턴을 형성한 후, Ta/TaN를 250Å/250Å, 구리 성장핵(Cu Seed) 1,000Å, 전해도금 Cu 15,000Å을 형성하였다. 상기 패턴은 구리배선 및 PETEOS 절연 라인으로 구성되고 구리 배선의 폭은 10 ~ 100㎛ 범위에서 변화시켰다. KLA-Tencor사의 알파 스텝 장비로 프로파일을 측정하여 하기 계산식으로부터 디싱과 에로젼의 합을 계산하였다.
[계산식]
(디싱 + 에로젼)의 값 = PETEOS 영역의 높이 - Cu/PETEOS 배선 오목부의 높이
상기 계산식에서 Cu/PETEOS 배선은 구리와 PETEOS가 반복적으로 패턴이 형성되어 있는 영역을 의미한다.
상기 패턴 웨이퍼는 통상적인 구리 다마신 공정의 1차 CMP 슬러리로 연마한 패턴 웨이퍼를 사용하였다. 2차 CMP슬러리로 제조예 4에서 제조한 슬러리를 사용하였으며, 하기 표 5에서 시간 0초인 것은 1차 CMP 공정 종료 후의 웨이퍼에서 측정한 결과이다. 이때 디싱 및 에로젼의 값은 1차 공정을 수행하면서 발생한 것을 의미하며, 또한, 하기 표 5에서 배선 폭(Cu/PETEOS)의 "10μm/50μm"의 의미는 구리 배선 폭이 10μm이고 인접한 PETEOS 배선 폭이 50μm임을 의미한다.
[표 5] 연마시간에 따른 (디싱 + 에로젼) 값의 변화
표 5의 결과로부터 1차 CMP후 발생한 (디싱 + 에로젼)의 값은 2차 CMP 진행 시간에 따라 감소하는 경향을 보이는 것을 알 수 있으며, 60 내지 120초의 범위에서 디싱 및 에로젼의 값이 낮은 우수한 평탄도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 산화제를 포함하지 않은 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물에 관한 것으로서 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 산화제를 함유하지 않아 염기성 영역에서 슬러리 조성물에 있어서 시간에 따른 산화제 농도의 경시변화로 인한 연마특성의 변화를 유발하지 않아 오랜 시간 동안 균등한 연마특성을 유지할 수 있으며, 산화제로 인한 부식이 일어나지 않으므로 구리 막의 결함 발생이 억제된다. 또한 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 탄탈륨계 막의 연마속도가 높고, 구리막 및 실리콘산화막의 연마속도가 적절하여 우수한 평탄도를 얻을 수 있고 1차 CMP 공정에 기인한 디싱 및 에로젼을 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한 경시안정성 및 분산안정성이 우수하여 장기간 보관에 따른 거대 입자 생성이 억제되어 거대 입자로 인해 발생되는 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있는 장점이 있다.
Claims (13)
- 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12중량%과 유기인산 또는 그의 염 0.001 내지 1 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 8 내지 12인 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 연마제는 발연실리카, 콜로이드 실리카, 알루미나, 세리아, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 2항에 있어서,상기 연마제는 발연 실리카 또는 콜로이드 실리카이고, 연마제 함량은 1 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 유기인산 또는 그의 염은 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.[화학식 1]
[화학식 2]
(상기 식에서 R1 내지 R6은 독립적으로 수소, C1~C8의 알킬 또는 B1-P(O)(OM3)2에서 선택되고, A1 내지 A4 및 B1은 독립적으로 C1~C6의 알킬렌이며, n은 0 또는 1이고, M1 내지 M3는 독립적으로 수소, 암모늄, 나트륨 또는 칼륨에서 선택된다.) - 제 4항에 있어서,상기 유기인산은 2-아미노에틸 포스폰산, 아미노(트리메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 헥사메틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 또 는 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산)로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 5항에 있어서,상기 유기인산은 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산) 0.01 내지 0.5중량%인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 pH는 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 질산, 염산, 황산, 과염소산, 인산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 pH조절제를 이용하여 조절하는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서,2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-펜탄올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, N,N-디에틸에탄올아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 아미노알코올을 슬러리 총중량에 대하여 0.001 내지 2 중량%가 되도록 추가로 함유하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 8항에 있어서,벤조트리아졸, 5-아미노테트라졸, 1-알킬-5-아미노테트라졸, 5-히드록시-테트라졸, 1-알킬-5-히드록시-테트라졸, 테트라졸-5치올, 이미다졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 부식억제제를 슬러리 총중량에 대하여 0.0001 내지 0.1 중량%가 되도록 추가로 함유하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 9항에 있어서,상기 아미노알콜은 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올이며, 슬러리 총 중량에 대하여 0.01내지 0.5중량%가 되도록 함유되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 10항에 있어서,상기 부식억제제는 벤조트리아졸인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 11항에 있어서,발연 실리카 또는 콜로이드 실리카 1 내지 10중량%, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산) 0.01 내지 0.5중량%, pH를 9 내지 11이 되도록 하는 수산화칼륨 혹은 수산화암모늄, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 0.01 내지 0.5 중량%, 벤조트리아졸 0.0001 내지 0.1 중량%을 함유하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
- 제 1항 내지 제 12항에서 선택되는 어느 한 항의 슬러리 조성물을 사용하여 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마를 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5858813A (en) * | 1996-05-10 | 1999-01-12 | Cabot Corporation | Chemical mechanical polishing slurry for metal layers and films |
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Patent Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| US5858813A (en) * | 1996-05-10 | 1999-01-12 | Cabot Corporation | Chemical mechanical polishing slurry for metal layers and films |
| US5980775A (en) * | 1996-11-26 | 1999-11-09 | Cabot Corporation | Composition and slurry useful for metal CMP |
| KR20040041041A (ko) * | 2002-11-08 | 2004-05-13 | 스미또모 가가꾸 고오교오 가부시끼가이샤 | 금속 연마제 조성물 및 연마 방법 |
| KR20040103438A (ko) * | 2003-05-30 | 2004-12-08 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 금속 연마 조성물 |
| KR20060082451A (ko) * | 2005-01-12 | 2006-07-18 | 제일모직주식회사 | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속배선연마 방법 |
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