KR100970094B1 - CMP slurry composition for polishing copper line and polishing method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리 배선 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 탈이온수를 용매로 하며, 산화제, 유기산, 부식 억제제 및 특정 입경과 회합도를 갖는 금속산화물을 연마 목적에 따라 선택적으로 사용하여 구리 배선, 배리어막, 및 절연막에 대한 연마속도를 조절함으로써 이로젼(erosion) 및 디싱(dishing) 현상을 최소화함과 동시에 슬러리 조성물의 저장 안정성을 향상시킨 CMP 슬러리 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a CMP slurry composition for copper wiring polishing and a polishing method using the same, and more particularly, to deionized water using a solvent, oxidizing agents, organic acids, corrosion inhibitors and metal oxides having a specific particle size and association degree for polishing purposes. The present invention relates to a CMP slurry composition which can be selectively used to control the polishing rate for copper wirings, barrier films, and insulating films, thereby minimizing erosion and dishing and improving storage stability of the slurry composition. .

본 발명에 의하면 이로젼 및 디싱 현상이 최소화되고 슬러리 조성물의 저장 안정성이 개선된 구리 배선 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a copper wiring polishing CMP slurry composition and a polishing method using the same, in which erosion and dishing are minimized and storage stability of the slurry composition is improved.

구리, 배선, 연마, CMP, 슬러리, 입경, 회합도, 배리어막, 절연막, 이로젼, 디싱, 저장 안정성 Copper, wiring, polishing, CMP, slurry, particle size, association degree, barrier film, insulating film, erosion, dishing, storage stability

Description

구리 배선 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법{CMP slurry composition for polishing copper line and polishing method using the same}CMP slurry composition for polishing copper line and polishing method using the same}

본 발명은 반도체 전도층의 금속막 연마용 CMP 슬러리 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 전도층이 구리(Cu)로 형성된 금속막을 연마 대상으로 하는 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CMP slurry composition for polishing a metal film of a semiconductor conductive layer, and more particularly, to a CMP slurry composition for polishing a metal film formed of copper (Cu) and a polishing method using the same.

CMP 공정이란 반도체 제조 시 웨이퍼 표면을 연마 패드(pad)와 슬러리 조성물을 이용하여 평탄화시키는 것으로, 연마 패드 및 웨이퍼를 접촉시킨 다음 연마 패드와 웨이퍼를 회전 및 직선 운동을 혼합한 오비탈 운동을 실시하면서 연마제가 포함된 슬러리 조성물을 이용하여 연마하는 공정이다. CMP 공정에 사용되는 슬러리 조성물은 크게 물리적 작용을 하는 연마 입자와 화학적 작용을 하는 에천트(etchant) 등의 화합물로 구성되어 있다. 따라서 슬러리 조성물은 물리적인 작용과 화학적 작용에 의해서 웨이퍼 표면에 노출된 부분을 선택적으로 식각하여 보다 최적화되고 광범위한 평탄화 공정을 수행한다.In the CMP process, the surface of a wafer is planarized using a polishing pad and a slurry composition during semiconductor manufacturing. The polishing agent is brought into contact with the polishing pad and the wafer, and the polishing pad and the wafer are subjected to an orbital motion in which rotation and linear motions are mixed. It is a process of polishing using a slurry composition containing. The slurry composition used in the CMP process is composed of a compound such as an abrasive which has a large physical action and an etchant which has a chemical action. Therefore, the slurry composition selectively etches portions exposed to the wafer surface by physical and chemical action to perform a more optimized and extensive planarization process.

구리 배선 연마에 있어서 이종 막질에 대한 연마속도 조절이 매우 중요하다. 구리 배선 연마 시 연마 대상은 직접적으로 구리 배선뿐만 아니라, 배리어(barrier)막과 절연막(passivation layer)을 포함한다. 이때 구리 배선에 대한 연마속도와 다른 두 가지 막질에 대한 연마속도 차이에 의해 연마 성능이 좌우된다. It is very important to control the polishing rate for dissimilar films in copper wiring polishing. When polishing the copper wiring, the polishing target includes not only the copper wiring but also a barrier film and an insulating layer. At this time, the polishing performance depends on the polishing rate for the copper wiring and the difference in polishing rates for the two other films.

구리 배선 연마는 일반적으로 세 단계로 나누어서 진행되고 각 단계별로 요구사항이 다르다. 첫 번째 연마 단계(Bulk copper polishing step)는 잉여 구리를 빠르게 제거하는 것이 목적이며, 두 번째 연마 단계(Soft landing step)에서는 구리는 제거되면서 배리어 및 절연막은 연마되지 않고 저항할 수 있어야 한다. 즉, 구리 배선과 이종 막질에 대한 연마 선택비가 높아야 한다. 이때 만약, 배리어막 및 절연막에 대한 연마 속도가 빠르면 이로젼(erosion) 및 디싱(dishing)이 커져 소자의 불량을 유발하고 공정 마진이 적어 균일한 연마성능을 구현하기가 어렵게 된다. 세 번째 연마 단계(Barrier polishing step)에서는 첫 번째와 두 번째 연마 단계에 비하여 구리 배선에 대한 연마속도는 낮추고, 배리어막 및 절연막에 대한 연마속도를 높여서 결과적으로 구리 배선과 이종 막질에 대한 연마속도를 동등하게 맞추어 균일하게 연마해야 한다. 즉, 구리 배선과 이종 막질에 대한 연마 선택비가 낮아야 한다. 이는 두 번째 연마 단계에서 발생된 이로젼 및 디싱을 제거하고 구리 잔류물(copper residue)을 완전히 제거하기 위함인데 만약 배리어막 및 절연막에 대한 연마속도가 낮으면 두 번째 단계에서 발생한 이로젼 및 디싱을 개선하지 못하게 되는 것이다.Copper wire polishing is generally divided into three stages, with different requirements for each stage. The first copper copper step is to remove excess copper quickly. In the second soft landing step, copper must be removed while the barrier and insulating film must be able to resist. That is, the polishing selectivity for copper wiring and heterogeneous film quality should be high. In this case, if the polishing rate of the barrier layer and the insulating layer is high, erosion and dishing become large, resulting in a defect of the device and a low process margin, thereby making it difficult to realize uniform polishing performance. In the third polishing step, the polishing rate for copper wiring is lowered compared to the first and second polishing steps, and the polishing rate for the barrier film and the insulating film is increased. It should be polished equally and evenly. That is, the polishing selectivity for copper wiring and heterogeneous film quality should be low. This is to remove the erosion and dishing generated in the second polishing step and to completely remove copper residues. If the polishing rate for the barrier film and the insulating film is low, the erosion and dishing occurred in the second step are removed. You will not be able to improve.

일반적으로, 첫 번째 연마 단계와 두 번째 연마 단계에서는 연마 시의 연마 조건을 달리 할 뿐 벌크 커퍼 연마용 슬러리(Bulk copper slurry) 조성물을 동일하게 사용하며 세 번째 단계에서는 앞선 단계와는 다른, 배리어 연마용 슬러리(Barrier slurry) 조성물을 사용하여 연마하게 된다.In general, the first polishing step and the second polishing step use the same bulk copper slurry composition as the polishing step at the time of polishing, and the third step is different from the previous step. Polishing is carried out using a barrier slurry composition.

기존에 사용되던 구리 배선용 슬러리 조성물들은 고분자 화합물 등의 첨가제를 이용하여 이종 막질에 대한 연마속도를 제어하는 방법을 주로 사용하였다 (US6,616,717, US6,679,928, US6,699,299, JP2001-144046A). 고분자 화합물을 사용하는 기술은 절연막에 대한 연마속도를 제어하는 효과는 있었으나 슬러리 조성물의 안정성을 저해하는 단점이 있었다. 또한, 고분자 화합물은 전체 슬러리 조성물의 점성을 증가시키기 때문에, 슬러리 조성물의 이송 시에 공기 방울(bubble)이 발생되는 등 슬러리 조성물의 균일한 공급에 문제가 있었으며, 더불어, 연마 후 웨이퍼 표면에 일부 고분자가 흡착하여 소자의 성능을 떨어뜨리는 단점이 있었다. Previously used copper wiring slurry compositions mainly used a method of controlling the polishing rate for dissimilar films using additives such as polymer compounds (US6,616,717, US6,679,928, US6,699,299, JP2001-144046A). The technique using the polymer compound had the effect of controlling the polishing rate for the insulating film, but had the disadvantage of inhibiting the stability of the slurry composition. In addition, since the polymer compound increases the viscosity of the entire slurry composition, there is a problem in the uniform supply of the slurry composition, such as an air bubble (bubble) generated during the transfer of the slurry composition, and in addition, some polymer on the wafer surface after polishing Has the disadvantage of degrading the performance of the device by adsorption.

이에 본 발명은 구리 배선, 배리어막 및 절연막에 대한 연마속도 조절이 용이하고, 고분자 등의 유기 잔류물에 의한 부작용 없이 이로젼과 디싱을 개선할 수 있으며, 슬러리 조성물의 저장 안정성이 향상된 구리 배선 연마용 CMP 슬러리 조성물을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention can easily control the polishing rate for the copper wiring, the barrier film and the insulating film, and can improve erosion and dishing without side effects caused by organic residues such as polymers, and improve the storage stability of the slurry composition. To provide a CMP slurry composition for.

본 발명은 초순수, 연마제, 유기산, 산화제, 및 부식 억제제를 포함하는 구리 배선 연마용 슬러리 조성물에 있어서, 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물은 1차 입경의 평균값이 1 ~ 30nm이고, 입자 회합도가 3 이하인 연마제를 포함하고, 배리어 연마용 슬러리 조성물은 1차 입경의 평균값이 30 ~ 100nm이고, 입자 회합도가 3 이하인 연마제를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 배선 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.The present invention provides a copper wiring polishing slurry composition comprising ultrapure water, an abrasive, an organic acid, an oxidizing agent, and a corrosion inhibitor, wherein the bulk copper polishing slurry composition has an average value of primary particle diameter of 1 to 30 nm and a particle association degree of 3 or less. The slurry composition for barrier polishing contains the abrasive | polishing agent, The average value of primary particle diameters is 30-100 nm, and provides the slurry for copper wiring polishing containing the abrasive | polishing agent whose particle | grain association degree is 3 or less.

상기 연마제가 실리카인 것을 특징으로 한다.The abrasive is characterized in that the silica.

상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물의 연마제의 1차 입경의 평균값이 10 ~ 30nm이고, 상기 배리어 연마용 슬러리 조성물의 연마제의 1차 입경의 평균값이 30 ~ 80nm인 것을 특징으로 한다.The average value of the primary particle diameter of the abrasive of the slurry of the bulk copper polishing slurry composition is 10 to 30 nm, the average value of the primary particle diameter of the abrasive of the slurry composition for barrier polishing is characterized in that 30 to 80 nm.

상기 연마제의 입자 회합도가 2.5 이하인 것을 특징으로 한다. The particle association degree of the said abrasive is 2.5 or less, It is characterized by the above-mentioned.

상기 연마제의 함량이 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물 전체 또는 배리어 연마용 슬러리 조성물 전체에 대하여 0.05 ~ 30 중량%인 것을 특징으로 한다. The content of the abrasive is characterized in that 0.05 to 30% by weight relative to the entire bulk copper slurry polishing composition or the barrier polishing slurry composition.

상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물에서의 연마제 함량이 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.05 ~ 10 중량%이고, 상기 배리어 연마용 슬러리 조성물에서의 연마제 함량이 1 ~ 20 중량%인 것을 특징으로 한다. The abrasive content in the bulk copper polishing slurry composition is 0.05 to 10 wt% based on the total slurry composition, and the abrasive content in the barrier polishing slurry composition is 1 to 20 wt%.

상기 유기산이 카르보닐 화합물 및 그 염, 카르복시산 화합물 및 그 염, 알콜류, 아민 함유 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.The organic acid is characterized in that at least one substance selected from the group consisting of carbonyl compounds and salts thereof, carboxylic acid compounds and salts, alcohols, amine-containing compounds.

상기 유기산이 디카르복시산 및 그 염인 것을 특징으로 한다.The organic acid is characterized in that the dicarboxylic acid and salts thereof.

상기 유기산의 함량이 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.01 ~ 10 중량%인 것을 특징으로 한다.The content of the organic acid is characterized in that 0.01 to 10% by weight based on the total slurry composition.

상기 산화제가 무기 또는 유기 과화합물(per-compounds), 브롬산 및 그 염, 질산 및 그 염, 염소산 및 그 염, 크롬산 및 그 염, 요오드산 및 그 염, 철 및 그 염, 구리 및 그 염, 희토류 금속 산화물, 전이 금속 산화물, 적혈염, 중크롬산 칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.The oxidizing agent is inorganic or organic per-compounds, bromic acid and salts thereof, nitric acid and salts thereof, chloric acid and salts thereof, chromic acid and salts thereof, iodic acid and salts thereof, iron and salts thereof, copper and salts thereof At least one material selected from the group consisting of rare earth metal oxides, transition metal oxides, red blood salts and potassium dichromate.

상기 산화제의 함량이 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.01 ~ 30 중량%인 것을 특징으로 한다.The content of the oxidizing agent is characterized in that 0.01 to 30% by weight based on the total slurry composition.

상기 부식 억제제가 암모니아(ammonia), 알킬아민류(alkylamines), 아미노산류(amino acids), 이민류(imines), 및 아졸류(azoles)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.The corrosion inhibitor is characterized in that at least one material selected from the group consisting of ammonia (alkylamines), amino acids (amino acids), imines (azoles), and azoles (azoles).

상기 부식 억제제가 벤조트리아졸 및 그 유도체를 포함하는 화합물인 것을 특징으로 한다.The corrosion inhibitor is characterized in that the compound containing benzotriazole and its derivatives.

상기 부식 억제제가 2,2'-[[5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스-에탄올(2,2'-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl)-methyl]imino]bis-ethanol)의 이성질체 혼합물(isomeric mixture)인 것을 특징으로 한다.The corrosion inhibitor is 2,2 '-[[5-methyl-1H-benzotriazol-1-yl] methyl] imino] bis-ethanol (2,2'-[[(5-methyl-1H-benzotriazole- 1-yl) -methyl] imino] bis-ethanol) isomeric mixture (isomeric mixture).

상기 부식 억제제의 함량이 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 ~ 2 중량%인 것을 특징으로 한다.The corrosion inhibitor is characterized in that 0.001 to 2% by weight based on the total slurry composition.

상기 슬러리 조성물이 pH 조절제를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The slurry composition is characterized in that it further comprises a pH adjuster.

상기 슬러리 조성물의 pH가 2 내지 4인 것을 특징으로 한다.PH of the slurry composition is characterized in that 2 to 4.

또한, 본 발명에서는 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물을 사용하여, 구리 배선 첫 번째 연마 단계 및 두 번째 연마 단계를 진행하고, 상기 배리어 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 구리 배선 세 번째 연마 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 구리 배선 연마 방법이 제공된다.Further, in the present invention, using the bulk copper polishing slurry composition, the first and second polishing step for the copper wiring, and the third polishing step for the copper wiring using the slurry composition for polishing the barrier. A copper wiring polishing method is provided.

본 발명의 조성물은 구리 배선 연마 시 이로젼과 디싱 현상을 최소화함과 동시에 슬러리 조성물의 저장 안정성을 향상시키는 슬러리 조성물을 제공한다.The composition of the present invention provides a slurry composition which minimizes erosion and dishing during copper wire polishing and improves storage stability of the slurry composition.

본 발명은 초순수, 연마제, 유기산, 산화제, 및 부식 억제제를 포함하는 구리 배선 연마용 슬러리 조성물에 있어서, 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물은 1차 입경의 평균값이 1 ~ 30nm이고, 입자 회합도가 3 이하인 연마제를 포함하고, 배리어 연마용 슬러리 조성물은 1차 입경의 평균값이 30 ~ 100nm이고, 입자 회합도가 3 이하인 연마제를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 배선 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.The present invention provides a copper wiring polishing slurry composition comprising ultrapure water, an abrasive, an organic acid, an oxidizing agent, and a corrosion inhibitor, wherein the bulk copper polishing slurry composition has an average value of primary particle diameter of 1 to 30 nm and a particle association degree of 3 or less. The slurry composition for barrier polishing contains the abrasive | polishing agent, Comprising: The average value of primary particle diameters is 30-100 nm, It is related with the copper wiring polishing slurry composition characterized by including the abrasive | polishing agent whose particle | grain association degree is 3 or less.

상기 연마제로는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(Ceria), 및 몰리브덴(Molybdenum) 산화물 등의 금속산화물 미분말을 사용할 수 있다. 그 중 실리카를 사용하는 것이 보다 바람직하며, 가장 바람직하게는 콜로이드 실리카(Colloidal silica)를 사용하는 것이 효과적이다.As the abrasive, fine metal oxide powders such as silica (SiO 2), alumina (Al 2 O 3), zirconia (ZrO 2), ceria, and molybdenum oxide may be used. Among them, it is more preferable to use silica, and most preferably, it is effective to use colloidal silica.

상기 연마제의 크기는 적용 목적에 따라 달라진다. 즉, 배리어막 및 절연막에 대하여 낮은 연마속도를 얻기 위해서는 1차 입경의 평균값이 30nm 이하이어야 하는 반면에, 배리어막 및 절연막에 대하여 높은 연마속도를 얻기 위해서는 1차 입경의 평균값이 30nm 이상이어야 한다. 구리 배선 연마에 있어서 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물로 1차 입경의 평균값이 30nm를 초과하는 연마제를 사용하면 배리어 및 절연막 연마속도가 너무 높아 이로젼이 커지고 이를 극복하기 위해서는 공정시간이 짧아져야 하는데 이때 구리 잔류물이 발생하여 불량률이 높아진다. 또한 세 번째 연마단계(Barrier polishing)에서 사용하는 배리어 연마용 슬러리 조성물로 1차 입경의 평균값이 30nm 미만의 연마제를 사용하면 구리와 이종막간의 연마 선택비가 높아져 잉여연마시간(Over polishing time)이 길어질수록 이로젼(erosion) 및 디싱(dishing)이 심화되게 된다.The size of the abrasive depends on the application purpose. In other words, in order to obtain a low polishing rate for the barrier film and the insulating film, the average value of the primary particle diameter should be 30 nm or less, whereas in order to obtain a high polishing rate for the barrier film and the insulating film, the average value of the primary particle diameter should be 30 nm or more. In the copper wire polishing slurry composition, when the average amount of primary particle size is more than 30 nm, the polishing rate of barrier and insulating film is too high, so the erosion is large and the process time must be shortened to overcome this. Residues are generated and the failure rate is high. In addition, the barrier composition used in the third polishing step (barrier polishing), when the average particle size of the abrasive is less than 30nm, the polishing selectivity between the copper and the dissimilar film increases, the excess polishing time will be longer The more erosion and dishing is intensified.

상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물 중 연마제의 1차 입경 평균값은 구리 배선에 대한 높은 연마 속도 및 구리 배선과 이종 막질에 대한 높은 연마 선택비 수득 관점에서 1 ~ 30nm인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 5 ~ 30nm, 가장 바람직하게는 10 ~ 30nm인 것이 효과적이다. 또한, 상기 배리어 연마용 슬러리 조성물 중 연마제의 1차 입경 평균값은 구리 배선과 이종 막질에 대한 낮은 연마 선택비와 저장 안정성, 내 스크래치 성 수득 관점에서 30 ~ 120nm인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 30 ~ 100nm, 가장 바람직하게는 30 ~ 80nm인 것이 효과적이다.The average primary particle diameter of the abrasive in the bulk copper polishing slurry composition is preferably 1 to 30 nm in view of high polishing rate for copper wiring and high polishing selectivity for copper wiring and dissimilar film quality, and more preferably 5 It is effective that it is-30 nm, most preferably 10-30 nm. In addition, the average particle diameter of the abrasive in the barrier polishing slurry composition is preferably 30 to 120 nm from the viewpoint of low polishing selectivity, storage stability, and scratch resistance for copper wiring and heterogeneous film quality, and more preferably 30 It is effective that it is ˜100 nm, most preferably 30 to 80 nm.

널리 알려진 바와 같이, 금속 산화물의 입경(diameter)은 1차 입경 또는 2차 입경으로 나누어 살펴 볼 수 있다. 1차 입경은 슬러리 조성물 제조 전에 측정되는 금속 산화물 개별 입자의 크기를 의미하고, 2차 입경은 슬러리 조성물 제조 후에 측정되는 입자군의 크기를 의미한다. 이때 1차 입경(d1)과 2차 입경(d2) 간의 비율을 회합도(d2/d1, aggregate ratio, d2/d1≥1)라고 하는데 균일한 연마성능을 위해서는 이 값이 3을 넘지 않아야 하며, 회합도가 2.5 이하인 것이 더 바람직하다. As is widely known, the diameter of a metal oxide may be viewed by dividing it into a primary particle size or a secondary particle size. The primary particle size refers to the size of the metal oxide individual particles measured before the slurry composition is prepared, and the secondary particle size refers to the size of the particle group measured after the slurry composition is prepared. In this case, the ratio between the primary particle size (d1) and the secondary particle size (d2) is referred to as the degree of association (d2 / d1, aggregate ratio, d2 / d1≥1) .This value should not exceed 3 for uniform polishing performance. It is more preferable that the association degree is 2.5 or less.

이는 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물과 배리어 연마용 슬러리 조성물에 모두 공통되는 사항으로, 만일 사용하는 연마제의 회합도가 3을 초과할 경우 슬러리 조성물의 안정성이 저하되어 연마 성능 저하 및 연마 재현성 저하로 나타나게 된다. This is common to both the bulk copper polishing slurry composition and the barrier polishing slurry composition. If the degree of association of the abrasive to be used exceeds 3, the stability of the slurry composition is lowered, resulting in poor polishing performance and poor polishing reproducibility. .

상기 연마제의 함량은 적절한 연마 속도 및 분산 안정성 측면에서, 벌크 커 퍼 연마용 슬러리 조성물 전체 또는 배리어 연마용 슬러리 조성물 전체에 대하여 0.05 ~ 30 중량%인 것이 바람직하며, 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물에서의 연마제의 함량은 0.05 ~ 10 중량%이고, 배리어 연마용 슬러리 조성물에서의 연마제의 함량은 1 ~ 20 중량%인 것이 더 바람직하다.The amount of the abrasive is preferably 0.05 to 30% by weight relative to the entire bulk copper polishing slurry composition or the barrier polishing slurry composition in terms of appropriate polishing rate and dispersion stability, and the abrasive in the bulk copper polishing slurry composition. It is more preferable that the content of is 0.05 to 10% by weight, and the content of the abrasive in the barrier polishing slurry composition is 1 to 20% by weight.

본 발명에 사용되는 유기산은 산화제에 의해 산화된 구리 산화물을 킬레이트화하는 물질로써 연마속도를 증가시키고 금속산화물의 재흡착을 방지하여 결함(defect)을 감소시키는 역할을 한다. 상기 유기산은 카르보닐 화합물 및 그 염, 카르복시산 화합물 및 그 염(하나 이상의 수산화기를 함유하는 카르복시산 화합물 및 그 염, 디카르복시산 및 그 염, 트리카르복시산 및 그 염, 폴리카르복시산 및 그 염, 하나 이상의 술폰산기 및/또는 (아)인산기를 함유하는 카르복시산 화합물 및 그 염 등), 알콜류(디알콜, 트리알콜, 폴리알콜 등), 아민 함유 화합물 등이 있으며 이들은 단독 또는 2개 이상 함께 사용될 수 있다. 바람직하게는 카르복시산 화합물 및 그 염을 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 말산(malic acid), 말론산(malonic acid), 말레산(maleic acid) 등의 디카르복시산 및 그 염을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 말산 등의 하나 이상의 수산화기를 함유하는 디카르복시산 및 그 염을 사용할 수 있다. The organic acid used in the present invention is a material that chelates the copper oxide oxidized by the oxidizing agent, and serves to increase the polishing rate and prevent resorption of the metal oxide to reduce defects. The organic acid is a carbonyl compound and salts thereof, carboxylic acid compounds and salts thereof (carboxylic acid compounds and salts thereof containing at least one hydroxyl group, dicarboxylic acids and salts thereof, tricarboxylic acids and salts thereof, polycarboxylic acids and salts thereof, one or more sulfonic acid groups And / or (a) carboxylic acid compounds containing phosphoric acid groups and salts thereof), alcohols (dialcohol, trialcohol, polyalcohol, etc.), amine-containing compounds, and the like, which may be used alone or in combination of two or more. Preferably, carboxylic acid compounds and salts thereof may be used, and more preferably dicarboxylic acids and salts thereof, such as malic acid, malonic acid, maleic acid, and salts thereof, and most preferably Preferably, dicarboxylic acids and salts thereof containing at least one hydroxyl group such as malic acid can be used.

상기 유기산의 함량은 적절한 연마 속도 및 분산 안정성을 얻고, 연마 시의 부식(corrosion)이나 피칭(pitching) 현상을 감소시키는 측면에서, 전체 슬러리 조 성물에 대하여 0.01 ~ 10 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 5 중량%를 사용할 수 있다.The content of the organic acid is preferably 0.01 to 10% by weight based on the total slurry composition, in order to obtain an appropriate polishing rate and dispersion stability and to reduce corrosion or pitching during polishing. Preferably from 0.05 to 5% by weight can be used.

본 발명에 사용되는 산화제는 금속 표면을 산화시켜 연마하는 역할을 하며, 그 종류로는 무기 또는 유기 과화합물(per-compounds), 브롬산 및 그 염, 질산 및 그 염, 염소산 및 그 염, 크롬산 및 그 염, 요오드산 및 그 염, 철 및 그 염, 구리 및 그 염, 희토류 금속 산화물, 전이 금속 산화물, 적혈염, 중크롬산 칼륨 등이 있다. 가장 바람직하게는 과산화수소를 사용할 수 있다.The oxidizing agent used in the present invention serves to oxidize and polish metal surfaces, and examples thereof include inorganic or organic per-compounds, bromic acid and salts thereof, nitric acid and salts thereof, chloric acid and salts thereof, and chromic acid. And salts thereof, iodic acid and salts thereof, iron and salts thereof, copper and salts thereof, rare earth metal oxides, transition metal oxides, red blood salts, potassium dichromate and the like. Most preferably hydrogen peroxide can be used.

상기 산화제의 함량은 적절한 연마 속도를 얻고, 연마 시의 부식이나 피칭 현상을 감소시키는 측면에서, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.01 ~ 30 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 20 중량%를 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 0.1 ~ 10 중량%로 사용할 수 있다.The amount of the oxidizing agent is preferably 0.01 to 30% by weight, more preferably 0.05 to 20% by weight, based on the total slurry composition in terms of obtaining an appropriate polishing rate and reducing corrosion or pitching during polishing. It may be used, most preferably from 0.1 to 10% by weight.

본 발명에 사용되는 부식 억제제는 산화제의 화학적 반응을 지연시키는 물질로써 물리적 연마가 일어나지 않는 낮은 단차 영역에서의 부식을 억제하고 연마가 일어나는 높은 단차 영역에서는 연마제의 물리적 작용에 의해 제거됨으로써 연마가 가능하게 하는 연마 조절제의 역할을 한다. 이러한 부식 억제제로는 주로 질소를 함유하는 화합물이 사용되며 그 예로써 암모니아(ammonia), 알킬아민류(alkylamines), 아미노산류(amino acids), 이민류(imines), 및 아졸류(azoles) 등이 있으며 이들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용될 수 있다. 바람직하게는 환형 질소 화합물(cyclic nitrogen compound) 및 그 유도체를 포함하는 화합물을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 벤조트리아졸 및 그 유도체를 포함하는 화합물을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 2,2'-[[5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일]메틸]이미노]비스-에탄올(2,2'-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl)- methyl]imino]bis-ethanol)의 이성질체 혼합물(isomeric mixture)을 사용할 수 있다.Corrosion inhibitor used in the present invention is a material that delays the chemical reaction of the oxidizing agent to inhibit the corrosion in the low step area where physical polishing does not occur, and in the high step area where polishing takes place so that polishing can be performed by removing the physical action of the abrasive. Acts as a polishing regulator. As corrosion inhibitors, nitrogen-containing compounds are mainly used. Examples include ammonia, alkylamines, amino acids, imines, and azoles. These may be used alone or in combination of two or more. Preferably, a compound containing a cyclic nitrogen compound and a derivative thereof may be used, and more preferably, a compound containing benzotriazole and a derivative thereof may be used, and most preferably 2,2 ' -[[5-methyl-1H-benzotriazol-1-yl] methyl] imino] bis-ethanol (2,2 '-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl) -methyl] imino ] isomeric mixtures of bis-ethanol) can be used.

상기 부식 억제제의 함량은 부식 억제 효과의 달성과 적절한 연마 속도 수득, 슬러리 안정성 저하 방지 측면에서 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 ~ 2 중량%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.01 ~ 1 중량%를 사용할 수 있다.The content of the corrosion inhibitor is preferably 0.001 to 2% by weight based on the total slurry composition in terms of achieving a corrosion inhibitory effect, obtaining an appropriate polishing rate, and preventing slurry stability deterioration, and more preferably 0.01 to 1% by weight. have.

이외에, CMP 슬러리 조성물의 연마 성능을 확보하기 위하여 질산, 황산, 인산, 염산 등의 산성 물질 또는 KOH, TMAH 등의 염기성 물질을 사용하여 CMP 슬러리 조성물의 pH를 2~4로 조절할 수 있다.In addition, in order to secure the polishing performance of the CMP slurry composition, the pH of the CMP slurry composition may be adjusted to 2 to 4 using an acidic substance such as nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, or a basic substance such as KOH or TMAH.

본 발명의 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 첫 번째 연마 단계에서 잉여 구리를 빠르게 제거하고, 두 번째 연마 단계에서는 첫 번째 연마 단계와 동일한 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물을 사용하되, 연마 압력을 낮춤으로써 구리는 제거되면서 배리어 및 절연막은 제거되지 않도록 하며, 세 번째 연마 단계에서 는 본 발명의 배리어 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 두 번째 연마 단계에서 배리어 및 절연막에 발생된 이로젼 및 디싱을 제거하고 구리 잔류물을 완전히 제거할 수 있다.The bulk copper polishing slurry composition of the present invention is used to quickly remove excess copper in the first polishing step, and in the second polishing step, using the same bulk copper polishing slurry composition as the first polishing step, but by lowering the polishing pressure. While the copper is removed, the barrier and insulating film are not removed, and in the third polishing step, the barrier polishing slurry composition of the present invention is used to remove erosion and dishing generated in the barrier and insulating film in the second polishing step, and the copper residue The water can be removed completely.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are only for the purpose of description and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

[실시예 1]Example 1

벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물로 표 1의 ST-O를 사용하여 연마제 10g, 표 2의 말산 5g, 표 2의 부식 억제제 5g, 탈이온수 950g이 포함되도록 하고, pH는 질산을 사용하여 2.1이 되도록 맞추었다. 상기 조성물에 과산화수소 30g을 연마 직전에 혼합한 후 1분간 교반한 이후에 아래와 같은 조건에서 1차 연마와 2차 연마를 차례로 진행하였다. 이후, 배리어 연마용 슬러리 조성물로 표 1의 PL-3를 사용하여 연마제 100g, 표 2의 말산 4g, 표 2의 부식 억제제 1g, 탈이온수 877g으로 포함되도록 하고, pH는 질산을 사용하여 2.1이 되도록 맞추었다. 상기 조성물에 과산화수소 18g을 연마 직전에 혼합한 후 1분간 교반한 이후에 표 3과 같은 조건에서 3차 연마를 진행하였다. 각 단계별 연마 결과를 표 4에 나타내었다.The bulk copper polishing slurry composition was prepared to contain 10 g of abrasive, 5 g of malic acid of Table 2, 5 g of corrosion inhibitor of Table 2, and 950 g of deionized water using ST-O of Table 1, and the pH was adjusted to 2.1 using nitric acid. It was. 30 g of hydrogen peroxide was mixed into the composition just before polishing, followed by stirring for 1 minute, and then the first polishing and the second polishing were performed in the following conditions. Thereafter, the slurry composition for barrier polishing was used to include 100 g of abrasive, 4 g of malic acid of Table 2, 1 g of corrosion inhibitor of Table 2, and 877 g of deionized water using PL-3 of Table 1, and pH to be 2.1 using nitric acid. Fit. 18 g of hydrogen peroxide was mixed into the composition just before polishing, followed by stirring for 1 minute, followed by tertiary polishing under the conditions shown in Table 3. The polishing results for each step are shown in Table 4.

[실시예 2 내지 3, 비교예 1 내지 3][Examples 2 to 3 and Comparative Examples 1 to 3]

표 1과 같은 연마 입자와 표 2와 같은 조성을 갖는 조성물을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 슬러리 조성물을 제조한 후, 실시예 1과 같은 연마 조건 하에서 1차, 2차, 및 3차 연마를 진행하였으며, 그 결과는 표 4에 나타내었다.After the slurry composition was prepared in the same manner as in Example 1 using the abrasive particles as shown in Table 1 and the composition having the composition as shown in Table 2, primary, secondary, and tertiary polishing were performed under the same polishing conditions as in Example 1. It progressed, and the result is shown in Table 4.

Figure 112007072829032-pat00001
Figure 112007072829032-pat00001

※ Abrasive 정보 ※ Abrasive Information

ㆍST-O : Nissan, 1차 입경의 평균 15nm    ㆍ ST-O: Nissan, average 15nm of primary particle size

ㆍPL-3 : Fuso, 1차 입경의 평균 35nm    ㆍ PL-3: Fuso, average 35nm of primary particle size

ㆍPL-7 : Fuso, 1차 입경의 평균 70nm    ㆍ PL-7: Fuso, average 70nm of primary particle size

ㆍLudox HAS : Grace, 1차 입경의 평균 12nm    ㆍ Ludox HAS: Grace, average 12nm of primary particle size

Figure 112007072829032-pat00002
Figure 112007072829032-pat00002

※ 말산(Malic acid) : 삼전화학, 99%, DL-Malic acid※ Malic acid: Samjeon Chemical, 99%, DL-Malic acid

부식 억제제 : Ciba Chemical, 제품명 Irgamet42, 70%   Corrosion inhibitor: Ciba Chemical, product name Irgamet42, 70%

isomeric mixture of 2,2'-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl)-                isomeric mixture of 2,2 '-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl)-

methyl]imino]bis-ethanol                methyl] imino] bis-ethanol

연마 조건 Polishing condition

o 연마기 Model: Mirra (AMAT社)o Grinder Model: Mirra (AMAT)

o 공정조건:o Process conditions:

- Pad type: IC1000/SubaⅣ Stacked(Rodel社)    -Pad type: IC1000 / SubaIV Stacked (Rodel)

- 온 도 : 25℃    -Temperature: 25 ℃

Figure 112007072829032-pat00003
Figure 112007072829032-pat00003

o 연마대상 : 8인치 구리, PE-TEOS 블랭킷(blanket) 웨이퍼  o Polishing target: 8-inch copper, PE-TEOS blanket wafer

8인치 구리 패턴 웨이퍼 (854CMP200, ATDF)               8 inch copper pattern wafer (854CMP200, ATDF)

Figure 112007072829032-pat00004
Figure 112007072829032-pat00004

* : 2차 연마 후 배리어 막질이 갈려서 절연막이 드러나는 현상 발생   *: Phenomenon that the insulating film is exposed due to the grinding of the barrier film after the second polishing

※ 이로젼 측정 위치 : 0.18㎛, 50% density,    ※ Location of erosion measurement: 0.18㎛, 50% density,

디싱 측정 위치 : 100㎛ Line      Dishing position: 100㎛ Line

각 연마 단계별로 적합한 연마 입자를 사용한 경우에는 최종 연마 후의 디싱 및 이로젼 값이 낮았으나 한 단계라도 적합하지 않은 입자를 사용한 경우에는 디싱 및 이로젼 값이 높게 나옴을 확인할 수 있었다.  In the case of using abrasive particles suitable for each polishing step, the dishing and erosion values after the final polishing were low, but the dishing and erosion values were high when the particles were not suitable even in one step.

[실시예 4 내지 6, 비교예 4 내지 6][Examples 4 to 6 and Comparative Examples 4 to 6]

표 5의 입자와 표 2의 조성물을 사용하여, 과산화수소를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 슬러리 조성물을 제조한 후, 상온에서의 저장안정성을 측정하여 그 결과를 표 6에 나타내었다.Using the particles of Table 5 and the composition of Table 2, except that no hydrogen peroxide was added to prepare a slurry composition in the same manner as in Example 1, storage stability at room temperature was measured and the results are shown in Table 6. Indicated.

Figure 112007072829032-pat00005
Figure 112007072829032-pat00005

※ Abrasive 정보 ※ Abrasive Information

ㆍST-O : Nissan, 1차 입경의 평균 15nm    ㆍ ST-O: Nissan, average 15nm of primary particle size

ㆍPL-3 : Fuso, 1차 입경의 평균 35nm    ㆍ PL-3: Fuso, average 35nm of primary particle size

ㆍLudox HAS : Grace, 1차 입경의 평균 12nm    ㆍ Ludox HAS: Grace, average 12nm of primary particle size

ㆍLevasil 100s/30 : H.C. Starck, 1차 입경의 평균 30nm    ㆍ Levasil 100s / 30: H.C. Starck, average 30nm of primary particle size

ㆍLevasil 200s/30 : H.C. Starck, 1차 입경의 평균 15nm    ㆍ Levasil 200s / 30: H.C. Starck, average 15nm of primary particle size

ㆍLudox CL-P : Grace, 1차 입경의 평균 20nm    ㆍ Ludox CL-P: Grace, average 20nm of primary particle size

Figure 112007072829032-pat00006
Figure 112007072829032-pat00006

※ 회합도 = 슬러리 제조 후 2차 입경의 평균/1차 입경의 평균   ※ Association degree = average of secondary particle size / average of primary particle size after slurry production

N.S. : 침전되지 않음(Not Settled)      N.S. : Not Settled

S. : 침전됨(Settled)      S.: Settled

연마 입자의 회합도가 3을 넘는 경우, 상온에서의 저장 안정성이 매우 취약함을 확인할 수 있었다. When the degree of association of the abrasive grains exceeds 3, it was confirmed that the storage stability at room temperature is very weak.

Claims (18)

구리 배선의 연마방법에 있어서,In the polishing method of copper wiring, 1차 입경의 평균값이 1 ~ 30 nm이고 입자 회합도가 3 이하인 연마제 0.05 ~ 10 중량%, 유기산 0.01 ~ 10 중량%, 산화제 0.01 ~ 30 중량%, 부식 억제제 0.001 ~ 2 중량% 및 여분의 초순수를 포함하는 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 구리막을 연마하는 단계; 및0.05 to 10% by weight abrasive, 0.01 to 10% by weight of organic acid, 0.01 to 30% by weight of oxidizing agent, 0.001 to 2% by weight of corrosion inhibitor and extra ultrapure water having an average particle diameter of 1 to 30 nm and particle association of 3 or less Polishing the copper film using the bulk copper polishing slurry composition; And 1차 입경의 평균값이 35 ~ 100 nm이고 입자 회합도가 3 이하인 연마제 1 ~ 20 중량%, 유기산 0.01 ~ 10 중량%, 산화제 0.01 ~ 30 중량%, 부식 억제제 0.001 ~ 2 중량% 및 여분의 초순수를 포함하는 배리어 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 배리어막 및 절연막을 연마하는 단계1 to 20% by weight abrasive, 0.01 to 10% by weight of organic acid, 0.01 to 30% by weight of oxidant, 0.001 to 2% by weight of corrosion inhibitor and extra ultrapure water having an average value of primary particle diameter of 35 to 100 nm and particle association of 3 or less Polishing the barrier film and the insulating film using the barrier polishing slurry composition 를 포함하되, 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물과 배리어 연마용 슬러리 조성물은 고분자 화합물을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 연마방법.To include, wherein the bulk copper polishing slurry composition and the barrier polishing slurry composition does not contain a polymer compound. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물의 연마제의 1차 입경의 평균값은 10 ~ 30nm이고, 상기 배리어 연마용 슬러리 조성물의 연마제의 1차 입경의 평균값은 35 ~ 80nm인 것을 특징으로 하는 연마방법.According to claim 1, wherein the average value of the primary particle diameter of the abrasive of the slurry slurry composition for bulk copper polishing is 10 to 30nm, the average value of the primary particle diameter of the abrasive of the slurry composition for barrier polishing is 35 to 80nm. Polishing method. 제 1 항에 있어서, 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물 및 배리어 연마용 슬러리 조성물에서 상기 연마제의 입자 회합도는 각각 독립적으로 2.5 이하인 것을 특징으로 하는 연마방법.The polishing method according to claim 1, wherein the degree of particle association of the abrasive in the bulk copper polishing slurry composition and the barrier polishing slurry composition is independently 2.5 or less. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물 및 배리어 연마용 슬러리 조성물에서 상기 유기산은 각각 독립적으로 카르보닐 화합물 및 그 염, 카르복시산 화합물 및 그 염, 알콜류, 및 아민 함유 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 연마방법.The method of claim 1, wherein the organic acid in the bulk copper polishing slurry composition and barrier polishing slurry composition are each independently selected from the group consisting of a carbonyl compound and its salt, a carboxylic acid compound and its salt, alcohols, and an amine-containing compound Polishing method, characterized in that at least one material. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물 및 배리어 연마용 슬러리 조성물에서 상기 산화제는 각각 독립적으로 무기 또는 유기 과화합물(per-compounds), 브롬산 및 그 염, 질산 및 그 염, 염소산 및 그 염, 크롬산 및 그 염, 요오드산 및 그 염, 철 및 그 염, 구리 및 그 염, 희토류 금속 산화물, 전이 금속 산화물, 적혈염, 및 중크롬산 칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 연마방법.The method of claim 1, wherein the oxidizing agent in the bulk copper polishing slurry composition and barrier polishing slurry composition are each independently inorganic or organic per-compounds, bromic acid and salts thereof, nitric acid and salts thereof, chloric acid and At least one substance selected from the group consisting of salts, chromic acid and salts thereof, iodic acid and salts thereof, iron and salts thereof, copper and salts, rare earth metal oxides, transition metal oxides, red blood salts, and potassium dichromate. Polishing method. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 벌크 커퍼 연마용 슬러리 조성물 및 배리어 연마용 슬러리 조성물에서 상기 부식 억제제는 각각 독립적으로 암모니아(ammonia), 알킬아민류(alkylamines), 아미노산류(amino acids), 이민류(imines), 및 아졸류(azoles)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 연마방법.The method of claim 1, wherein the corrosion inhibitor in the bulk copper polishing slurry composition and the barrier polishing slurry composition are each independently ammonia, alkylamines, amino acids, imines And at least one substance selected from the group consisting of azoles. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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