KR101020613B1 - 탄탈 배리어 제거 용액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 평탄화 용액에 관한 것이다. 당해 용액은 산화제 0 내지 25중량%, 비철 금속용 억제제 0 내지 15중량%, 비철 금속용 착화제 0 내지 20중량%, 포름아미딘, 포름아미딘 염, 포름아미딘 유도체, 구아니딘 유도체, 구아니딘 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄탈 제거제 0.01 내지 12중량%, 연마제 0 내지 5중량%, 중합체성 입자 및 중합체 피복된 피복 입자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 입자 총 0 내지 15중량% 및 잔여량의 물을 포함한다. 용액은 질화탄탈 대 TEOS 선택비가 웨이퍼에 대해 수직 방향으로 측정한 20.7kPa 미만의 미공성 폴리우레탄 연마 패드 압력으로 측정하여 3 대 1 이상이다.

Description

탄탈 배리어 제거 용액{Tantalum barrier removal solution}
발명의 배경
본 발명은 반도체 웨이퍼 재료의 화학 기계적 평탄화(CMP), 보다 특히 하부 유전체의 존재하에 반도체 웨이퍼의 배리어물을 제거하기 위한 CMP 조성물 및 제거방법에 관한 것이다.
통상적으로, 반도체 웨이퍼는 규소 웨이퍼 및 유전층 내에서 회로 접속물에 대한 패턴을 형성하도록 배열된 다중 트렌치(trench)를 함유하는 유전층을 갖는다. 통상적으로 패턴 배열은 다마신 구조(damascene structure) 또는 이중 다마신 구조를 갖는다. 배리어층은 패턴화된 유전층을 덮고 금속층은 배리어층을 덮는다. 금속층은 적어도 패턴화된 트렌치를 금속으로 충전시켜 회로 접속물을 형성하기에 충분한 두께를 갖는다.
CMP 공정은 종종 다중 평탄화 단계를 포함한다. 예를 들면, 제1 단계에서는 하부 배리어 유전층으로부터 금속층을 제거한다. 제1 단계의 연마로 금속층이 제거되는 한편, 회로 접속물 평면을 연마 표면에 제공하는 금속 충전된 트렌치를 갖는 웨이퍼 위의 평활한 평면이 남는다. 제1 단계의 연마 단계는 초기 고속에서 구리 등의 과량의 접속 금속을 제거하는 경향이 있다. 예를 들면, 유럽 특허공보 제1 072 662 A1호(Lee et al.)에는 연마 조성물의 유전체 제거 속도를 가속화시키기 위한 연마 촉진제로서의 구아니딘의 용도가 기재되어 있다. 제1 단계의 제거 후, 제2 단계의 연마로 반도체 웨이퍼 위에 잔존하는 배리어를 제거할 수 있다. 이러한 제2 단계의 연마로 반도체 웨이퍼의 하부 유전층으로부터 배리어를 제거하여 유전층 위의 편평한 연마 표면을 제공한다.
불행하게도, CMP 공정으로 인해 종종 회로 접속물로부터 불필요한 금속이 과도하게 제거되는 현상 또는 디싱(dishing)이 유발된다. 이러한 디싱은 제1 단계의 연마 및 제2 단계의 연마 모두로 인한 것일 수 있다. 허용되는 수준을 넘는 디싱은 회로 접속물의 치수 손실을 일으킨다. 회로 접속물의 이러한 "얇은" 영역은 전기 신호를 감쇠시키고 이중 다마신 구조의 연속 가공을 손상시킨다.
배리어는 통상적으로 금속, 금속 합금 또는 금속간 화합물, 예를 들면, 탄탈 또는 질화탄탈이다. 배리어는 웨이퍼 내에 층간의 이동 또는 확산을 방지하는 층을 형성한다. 예를 들면, 배리어는 구리 또는 은 등의 접속 금속이 인접 유전체로 확산되는 것을 방지한다. 배리어물은 대부분의 산에 대해 내식성이어야 하고, 따라서, CMP용 유체 연마 조성물에 불용성이어야 한다. 추가로, 이러한 배리어물은 CMP 슬러리 중의 연삭 연마 입자에 의해서 고정 연마 패드로부터 제거되는 데 대해 내성인 인성을 나타낼 수 있다.
부식은 CMP 공정에 의한 유전층 일부의 제거로부터 발생하는 유전층 표면의 불필요한 오목부를 말한다. 트렌치의 금속에 인접하여 발생하는 부식은 회로 접속물의 치수 결함을 일으킨다. 이러한 결함으로 인해 회로 접속물에 의해 전송된 전기 신호가 감쇠되고 디싱과 유사한 방식으로 이중 다마신 구조의 후속적인 가공에 손실을 입힌다. 배리어의 제거 속도 대 금속 접속물 또는 유전층의 제거 속도는 선택비로서 공지되어 있다.
대부분의 배리어물은 CMP에 의해 제거하기 어려운데, 이는 배리어물이 연삭 및 용해에 의한 제거에 내성이기 때문이다. 통상적인 배리어 제거 슬러리는 배리어물을 제거하기 위한 유체 연마 조성물 중의 높은 연마제 농도, 예를 들면, 7.5중량% 이상의 농도를 필요로 한다. 그러나, 연마제 농도가 높은 슬러리는 유전층에 유해한 부식을 제공하고 구리 접속물의 디싱, 부식 및 스크래칭을 발생시키는 경향이 있다. 그 이외에도, 높은 연마제 농도는 반도체 웨이퍼로부터 저-k 유전층의 필링(peeling) 또는 박리(delaminating)를 발생시킬 수 있다.
탄탈 배리어물을 선택적으로 제거하기 위한 개선된 CMP 조성물에 대한 불만족스러운 요구가 존재한다. 특히, 탄탈 배리어물을 감소된 유전체 부식 및 금속 접속물의 감소된 디싱, 부식 및 스크래칭으로 선택적으로 제거하기 위한 CMP 조성물에 대한 요구가 존재한다. 추가로, 반도체 웨이퍼로부터 저-k 유전층을 필링시키지 않고 탄탈 배리어물을 제거하는 것이 요망되고 있다.
발명의 설명
본 발명은 산화제 0 내지 25중량%, 비철 금속용 억제제 0 내지 15중량%, 비철 금속용 착화제 0 내지 20중량%, 포름아미딘, 포름아미딘 염, 포름아미딘 유도체, 구아니딘 유도체, 구아니딘 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄탈 제거제 0.01 내지 12중량%, 연마제 0 내지 5중량%, 중합체 입자 및 중합체 피복된 피복 입자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 입자 총 0 내지 15중량% 및 잔여량의 물을 포함하는 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 평탄화 용액을 제공하며, 당해 용액은 질화탄탈 대 TEOS 선택비가 웨이퍼에 대해 수직 방향으로 측정한 20.7kPa(3psi) 미만의 미공성 폴리우레탄 연마 패드 압력으로 측정하여 3 대 1 이상이다.
또한, 본 발명은, 탄탈 배리어물와 유전체를 함유하는 웨이퍼 기판을 포름아미딘, 포름아미딘 염, 포름아미딘 유도체, 구아니딘 유도체, 구아니딘 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄탈 제거제를 함유하는 연마 용액과 접촉시키는 단계, 웨이퍼 기판을 연마 패드로 연마하여 웨이퍼 기판으로부터 탄탈 배리어물을 유전체에 대한 제거 속도보다 신속한 제거 속도(Å/min)로 제거하는 단계를 포함하여, 반도체 웨이퍼로부터 탄탈 배리어물을 제거하는 화학 기계적 평탄화 방법을 제공한다.
당해 용액 및 방법은 탄탈 배리어 금속의 제거에 대한 예상치 못한 선택비를 제공한다. 용액은 탄탈 배리어물을 선택적으로 제거하는 포름아미딘, 포름아미딘 염, 포름아미딘 유도체, 예를 들면, 구아니딘, 구아니딘 유도체, 구아니딘 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄탈 배리어 제거제에 좌우된다. 용액은 배리어물을 감소된 유전체 부식 및 금속, 예를 들면, 구리 접속물의 감소된 디싱, 부식 및 스크래칭으로 선택적으로 제거한다. 추가로, 용액은 반도체 웨이퍼로부터 저-k 유전층을 필링 또는 박리시키지 않고 탄탈 배리어물을 제거한다.
용액은 탄탈 배리어물을 제거하는 배리어 제거제에 좌우된다. 설명을 목적으로 하자면, 탄탈 배리어는 탄탈, 탄탈 함유 합금, 탄탈계 합금 및 탄탈 금속간 물질을 말한다. 용액은 탄탈, 탄탈계 합금 및 탄탈 금속간 물질, 예를 들면, 탄화탄탈, 질화탄탈 및 산화탄탈에 특히 유효하다. 슬러리는 패턴화된 반도체 웨이퍼로부터 탄탈 배리어를 제거하는데 가장 유효하다.
탄탈 배리어 제거제는 포름아미딘, 포름아미딘 염, 포름아미딘 유도체, 예를 들면, 구아니딘, 구아니딘 유도체, 구아니딘 염 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이러한 탄탈 제거제는 탄탈 배리어물에 대해 강한 친화도를 갖는 것으로 나타난다. 탄탈에 대한 이러한 친화도는 배리어 제거 속도를 제한된 연마제로 또는 임의로는 어떠한 연마제도 사용하지 않고 촉진시킬 수 있다. 연마제의 이러한 제한된 사용은 연마 공정으로 유전체 및 금속 접속물보다 더 신속한 속도로 탄탈 배리어를 제거할 수 있도록 한다. 특히 유효한 구아니딘 유도체 및 염은 구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 설페이트, 아미노-구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 아세트산, 구아니딘 카보네이트, 구아니딘 니트레이트, 포름아미딘, 포름아미딘설핀산, 포름아미딘 아세테이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 유리하게는, 용액은 탄탈 제거제를 0.01 내지 12중량% 함유한다. 당해 명세서에서는 모든 농도를 중량%로 나타낸다. 가장 유리하게는, 용액은 탄탈 제거제를 0.1 내지 10중량% 함유하고, 대부분의 적용에 대해서는, 0.2 내지 6중량%의 탄탈 제거제 농도가 충분한 배리어 제거 속도를 제공한다.
탄탈 제거제는 잔여량의 물을 함유하는 용액 중에서 넓은 pH 범위에 걸친 효능을 제공한다. 이 용액의 유용한 pH 범위는 적어도 2 내지 12로 확장된다. 또한, 용액은 가장 바람직하게는 잔여량의 탈이온수에 따라 부수적인 불순물을 제한한다.
임의로, 용액은 산화제를 0 내지 25중량% 함유한다. 유리하게는, 임의의 산화제는 0 내지 15중량%의 범위이다. 산화제는 용액 중에서 산성 pH 수준을 형성할 수 있는 산화탄탈 필름, 특히 pH 수준 5 이하에서 형성될 수 있는 필름을 제거하는데 도움을 주기에 특히 유효하다. 산화제는 다수의 산화 화합물, 예를 들면, 과산화수소(H2O2), 모노퍼설페이트, 요오데이트, 마그네슘 퍼프탈레이트, 퍼아세트산 및 기타 과산, 퍼설페이트, 브로메이트, 퍼요오데이트, 니트레이트, 철 염, 세륨 염, Mn(III), Mn(IV) 및 Mn(VI) 염, 은 염, Cu 염, 크롬 염, 코발트 염, 할로겐 하이포클로라이트 및 이들의 혼합물 중의 1종 이상일 수 있다. 추가로, 산화제 화합물의 혼합물을 사용하는 것이 종종 유리하다. 바람직한 배리어 금속 연마 슬러리는 과산화수소 산화제를 포함한다. 연마 슬러리가 불안정한 산 산화제, 예를 들면, 과산화수소를 함유하는 경우, 산화제를 사용 시점에 슬러리에 혼합시키는 것이 종종 가장 유리하다.
통상적인 비철 금속 접속물은, 구리, 구리계 합금, 은 및 은계 합금을 포함한다. 임의로, 용액은 정적 에칭 또는 기타 제거 메카니즘에 의해 접속물 제거 속도를 조절하는 억제제를 0 내지 15중량% 함유한다. 억제제의 농도를 조절하면 금속을 정적 에칭으로부터 보호하여 접속 금속 제거 속도를 조절할 수 있다. 유리하게는, 용액은 억제제를 임의로 0 내지 10중량% 함유한다. 억제제는 억제제의 혼합물로 이루어질 수 있다. 아졸 억제제가 구리 및 은 접속물에 특히 유효하다. 통상적인 아졸 억제제는 벤조트리아졸(BTA), 톨릴트리아졸, 이미다졸 및 기타 아졸 화합물을 포함한다. 가장 유리하게는 슬러리는 구리 또는 은 접속물의 정적 에칭을 억제하는 아졸을 총 0.02 내지 5중량% 함유한다. BTA가 구리 및 은에 대한 특히 유효한 억제제이다.
억제제 이외에, 당해 용액은 비철 금속용 착화제를 0 내지 20중량% 함유할 수 있다. 착화제는, 존재하는 경우, 비철 금속 접속물을 용해시켜 형성된 금속 이온의 침전을 방지한다. 가장 유리하게는, 용액은 비철 금속용 착화제를 0 내지 10중량% 함유한다. 착화제의 예로는 아세트산, 시트르산, 에틸 아세토아세테이트, 글리콜산, 락트산, 말산, 옥살산, 살리실산, 나트륨 디에틸 디티오카바메이트, 석신산, 타르타르산, 티오글리콜산, 글리신, 알라닌, 아스파르트산, 에틸렌 디아민, 트리메틸 디아민, 말론산, 글루테르산, 3-하이드록시부티르산, 프로피온산, 프탈산, 이소프탈산, 3-하이드록시 살리실산, 3,5-디하이드록시 살리실산, 갈산, 글루콘산, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닌산, 이들의 염 및 혼합물이 포함된다. 유리하게는, 착화제는 아세트산, 시트르산, 에틸 아세토아세테이트, 글리콜산, 락트산, 말산, 옥살산 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 유리하게는, 착화제는 시트르산이다.
탄탈 제거제를 사용하면 낮은 연마제 농도, 예를 들면, 5중량% 미만의 농도로 연마를 촉진시킬 수 있다. 연마제를 5중량% 미만 함유하는 연마 용액의 경우, 연마시 유전체 제거 속도보다 3배 이상 신속한 속도(Å/min)로 탄탈 배리어물을 신속하게 제거할 수 있다. 연마제를 1중량% 미만 함유하는 연마 용액의 경우, 연마시 유전체 제거 속도보다 5배 이상 신속한 속도(Å/min)로 탄탈 배리어물을 신속하게 제거할 수 있다. 통상적인 연마제에는 금속 산화물, 붕화물, 탄화물, 질화물, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 가장 유리하게는, 존재하는 경우, 연마제는 알루미나, 세리아, 실리카 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 극도로 감소된 유전체 부식 속도의 경우, 용액은 유리하게는 연마제를 0.09중량% 미만 함유하고, 가장 바람직하게는 0.05중량% 미만 함유한다. 당해 용액은 연마제 농도 0 수준으로도 유효하지만, 소량의 연마제로 연마 부스러기 제거를 용이하게 할 수 있다. 스크래칭을 제한하기 위하여, 용액은 유리하게는 평균 입자 크기가 200nm 미만, 가장 유리하게는 100nm 미만인 연마제를 함유한다.
부스러기 제거를 위하여, 용액은 중합체 또는 중합체 피복된 입자를 총 0 내지 15중량% 함유할 수 있다. 이러한 "중합체" 입자는 유전체 부식 또는 접속물 연삭, 디싱 또는 부식의 유해한 영향 없이 부스러기 제거를 용이하게 한다. 가장 유리하게는, 용액은 중합체 또는 중합체 피복된 입자를 총 0 내지 10중량% 함유한다. 폴리비닐 피롤리돈 등의 계면활성제 또는 중합체는 연마제에 결합되어 중합체 피복된 입자를 제공할 수 있다.
연마 용액은 또한 균염제, 예를 들면, 염화암모늄을 포함하여 접속 금속의 표면 가공완료를 조절할 수도 있다. 그 이외에, 용액은 생물학적 오염을 제한하기 위한 살생제를 함유할 수 있다. 예를 들면, 프로필렌 글리콜 중의 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 네올론(Neolone)
Figure 112010043003735-pat00001
M-50 살생제(Rohm and Hass Company)는 다수의 적용에 유효한 살생제를 제공한다.
용액은 웨이퍼에 수직 방향으로 측정한 20.7kPa의 미공성 폴리우레탄 연마 패드 압력으로 측정하여 3 대 1 이상의 질화탄탈 대 TEOS 선택비를 제공한다. 선택비를 측정하기에 유용한 특정한 연마 패드는 폴리텍스(Politex) 미공성 폴리우레탄 연마 패드이다. 유리하게는, 용액은 웨이퍼에 수직 방향으로 측정한 20.7kPa의 미공성 폴리우레탄 연마 패드 압력으로 측정하여 5 대 1 이상의 질화탄탈 대 TEOS 선택비를 제공하고, 가장 유리하게는 당해 범위는 10 대 1 이상이다. 그리고, 용액은 100 대 1을 초과하는 질화탄탈 대 TEOS 선택비를 제공한다. pH, 산화제 농도 및 탄탈 제거제 농도를 조절하면 탄탈 배리어 제거 속도가 조절된다. 억제제, 산화제, 착화제 및 균염제 농도를 조절하면 접속 금속의 에칭 속도가 조절된다.
실시예에서 숫자는 발명의 실시예를 나타내고, 문자는 비교 실시예를 나타낸다. 또한, 모든 실시예의 용액은 프로필렌 글리콜 중의 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 네올론
Figure 112010043003735-pat00002
M-50 살생제 0.01중량%와 암모늄 클로라이드 증백제 0.01중량%를 함유하였다.
실시예 1
당해 실험에서는 TaN 배리어, Ta 배리어, TEOS의 유전층, 테트라에틸오르토실리케이트 전구체 및 구리의 가공으로부터 유도된 이산화규소의 저-k 유전체 버전의 제거 속도를 측정하였다. 특히, 시험에서는 제2 단계의 연마 작업에서의 특정한 탄탈 제거제, 산화제 및 억제제의 효과를 측정하였다. 하향력 조건 약 3psi(20.7kPa) 및 연마 용액 유량 200cc/min하에 폴리텍스 폴리우레탄 연마 패드(Rodel, Inc.), 압판 속도 120RPM 및 캐리어 속도 114RPM을 사용하는 스트라우스보(Strausbaugh) 연마기로 샘플을 평탄화시켰다. 연마 용액은 KOH 및 HNO3을 사용하여 pH 9로 조절하였고, 모든 용액은 탈이온수를 함유하였다. 또한, 연마 패드는 평균 입자 크기가 50nm인 실리카 연마제를 1중량% 포함한다.
Figure 112010043003735-pat00003
GAA = 구아니딘 아세트산, GS = 구아니딘 설페이트, GHCL = 구아니딘 하이드로클로라이드, AGHCL = 아미노 구아니딘 하이드로클로라이드, BTA = 벤조트리아졸, TaN = 질화탄탈, TEOS = 테트라에틸오르토실리케이트(유전체), Cu = 구리(금속), Ta = 탄탈 배리어, FS = 포름아미딘설핀산 및 FA = 포름아미딘 아세테이트.
위의 표는 구아니딘 및 포름아미딘 화합물이 유전체 및 접속 금속에 대하여 탄탈 배리어물에 대한 높은 제거 선택비를 제공함을 나타낸다. 또한, 당해 시험으로 Ta 및 TaN 제거가 동일한 연마 용액으로 연마되는 경우 유사한 등급를 가짐이 확인되었다 - 용액 2, 7, 8 및 10 참조. 그러나, 용액 4 내지 6의 과산화수소 산화제는 당해 시험의 pH에서 TaN 제거 속도를 감소시켰다. 그러나, 이러한 속도는 구아니딘 또는 포름아미딘 화합물이 결핍된 비교 용액 A로 달성된 것보다는 훨씬 신속하다.
데이터는, 모든 경우에 구아니딘 및 포름아미딘 배리어 제거제가 1000Å/min의 속도로 TaN 배리어층에 대한 제거 속도를 제공하였음을 나타낸다. 표 1에 기록된 용액 7 및 10은 부식 억제제 BTA가 배리어 제거 속도를 강화시킴을 입증한다. 특히, TaN 제거 속도는 BTA 농도가 0.05중량%에서 0.8중량%로 증가함에 따라 1221Å/min에서 2200Å/min으로 증가되었다.
실시예 2
실시예 2의 시험은 실시예 1의 용액 및 장치를 사용하였지만, 당해 용액은 실리카 연마제 첨가제를 전혀 함유하지 않았다.
Figure 112010043003735-pat00004
위의 데이터는 용액으로부터 연마제를 제거하면 유전체 제거 속도를 검출할 수 없는 제거 속도로 감소시킴을 입증한다. 이들 용액의 TaN 대 TEOS 선택비는 100 대 1 이상이다.
실시예 3
실시예 3의 시험은 실시예 1의 용액 및 장치를 사용하였지만, 용액은 다양한 pH 수준을 함유하지 않았다.
Figure 112010043003735-pat00005
이들 데이터는 연마 용액의 높은 pH 수준에서의 이용성을 나타낸다. 낮은 pH 수준에서는 용액은 아래의 실시예 4에 나타낸 산화제의 첨가를 필요로 한다.
실시예 4
당해 실시예는 산화제를 낮은 pH 용액에 가하는 유효성을 나타낸다. 구체적으로, 당해 시험은 H2O2를 0.6중량% 함유하는 pH 3 내지 5 용액에 대한 하향력 2psi(13.8kPa), 테이블 속도 120RPM, 캐리어 속도 114RPM 및 슬러리 유량 200cc/min에 따른다.
Figure 112010043003735-pat00006
위의 데이터는 H2O2가 산화제를 낮은 pH의 용액에 가하여 달성되는 제거 속도를 증가시킴을 나타낸다.
실시예 5
실시예 5의 시험은 실시예 1의 용액 및 장치를 사용하였으며, 연마 조건은 표 5에 나타내었다. 용액은 pH 8.0의 물, BTA 0.20%, GHCL 1%, 시트르산 0.5%, 네올론 M50 0.01% 및 평균 입자 크기가 12nm인 콜로이드성 실리카 0.01%를 함유하였다.
Figure 112010043003735-pat00007
표 4에 기록된 시험은 구아니딘 화합물이 공지된 배리어 금속인 TaN을 충분한 제거 속도 및 선택비로, 또한 1 내지 3psi(6.9 내지 20.7kPa)의 낮은 하향력으로 제거함을 나타낸다. 또한, 0.01중량%의 콜로이드성 실리카는 제거 속도에 미미한 변화를 발생시키지만, 잔존하는 TaN의 잔사를 세정하여 TaN 표면층의 불균등한 제거를 감소시킨다.
명세서에 대하여, 용어 "유전체"는 저-k 및 초저-k 유전 재료를 포함하는, 유전 상수 k를 갖는 반도성 재료를 말한다. 당해 공정으로 통상적인 유전체 및 저-k 유전체 재료에 거의 영향을 미치지 않는 탄탈 배리어물이 제거된다. 용액은 낮은 압력(즉, 21.7kPa 미만) 및 높은 탄탈 선택비에서 거의 또는 전혀 연마제를 사용하지 않고 유효한 배리어 제거 속도를 제공하므로, 낮은 유전 부식 속도로 연마를 촉진시킬 수 있다. 당해 용액 및 방법은 다음을 포함하는 다중 웨이퍼 성분의 부식을 방지하기에 탁월하다: 다공성 및 비공성 저-k 유전체, 화학적 표시법으로 SiwCxOyHz(여기서, w, x, y 및 z는 원자의 수이다)로 확인된 유기 및 무기 저-k 유전체, 유기 실리케이트 유리(OSG), 플루오로실리케이트 유리(FSG), 탄소 도핑된 옥사이드(CDO), TEOS, 테트라에틸오르토실리케이트로부터 유도된 실리카 및 모든 경질 마스크 물질, 예를 들면, TEOS, SiwCxOyHz, SiCH, SixNy, SixCyNz 및 SiC.
유리하게는, 연마 용액은 연마제를 5중량% 미만 함유하여 부식을 제한하고, 연마로 탈륨 배리어물이 유전체 제거 속도보다 3배 이상 신속한 속도(Å/min)로 제거된다. 가장 유리하게는, 연마 용액은 연마제를 1중량% 미만 함유하여 부식을 제한하고, 연마로 탈륨 배리어물이 유전체 제거 속도보다 5배 이상 신속한 속도(Å/min)로 제거된다.
당해 용액 및 방법은 탄탈, 질화탄탈 및 산화탄탈 등의 탄탈 배리어물을 제거하는 데 있어서 탁월한 선택비를 제공한다. 당해 용액은 탄탈 배리어물을 유전체 부식을 감소시키면서 선택적으로 제거한다. 예를 들면, 용액은 검출 가능한 TEOS 손실이 없고 저-k 유전층을 필링 또는 박리시키지 않고 탄탈 배리어를 제거할 수 있다. 그 이외에, 용액은 구리 접속물의 디싱, 부식 및 스크래칭을 감소시킨다.

Claims (10)

  1. 산화제 0 내지 25중량%; 비철 금속용 억제제 0.02 내지 15중량%; 비철 금속용 착화제 0 내지 20중량%; 포름아미딘, 포름아미딘설핀산, 포름아미딘 아세테이트, 구아니딘, 구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 설페이트, 아미노-구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 아세트산, 구아니딘 카보네이트, 구아니딘 니트레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄탈 제거제 0.01 내지 12중량%; 콜로이드성 실리카 연마제 0.01 내지 5중량%; 중합체성 입자 및 중합체-피복된 피복 입자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 입자 총 0 내지 15중량%; 및 잔여량의 물을 포함하고,
    질화탄탈 대 TEOS 선택비가, 웨이퍼에 대해 수직 방향으로 측정한 20.7kPa 미만의 미공성 폴리우레탄 연마 패드 압력으로 측정하여 3 대 1 이상인,
    탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄탈 제거제가 0.1 내지 10중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는, 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비철 금속용 억제제가 아졸 억제제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄탈 제거제가 구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 설페이트, 아미노-구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 아세트산, 구아니딘 카보네이트, 구아니딘 니트레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  5. 산화제 0 내지 15중량%; 비철 금속용 억제제 0.02 내지 10중량%; 비철 금속용 착화제 0 내지 10중량%; 포름아미딘, 포름아미딘설핀산, 포름아미딘 아세테이트, 구아니딘, 구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 설페이트, 아미노-구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 아세트산, 구아니딘 카보네이트, 구아니딘 니트레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄탈 제거제 0.1 내지 10중량%; 콜로이드성 실리카 연마제 0.01 내지 1중량%; 중합체성 입자 및 중합체-피복된 피복 입자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 입자 총 0 내지 10중량%; 및 잔여량의 물을 포함하는,
    탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄탈 제거제가 구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 설페이트, 아미노-구아니딘 하이드로클로라이드, 구아니딘 아세트산, 구아니딘 카보네이트, 구아니딘 니트레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 0.2 내지 6중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는, 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  7. 제5항에 있어서, 상기 콜로이드성 실리카 연마제가 0.01 내지 0.09중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 탄탈 배리어물의 제거에 유용한 화학 기계적 연마 용액.
  8. 탄탈 배리어물과 유전체를 함유하는 웨이퍼 기판을 제1항의 화학 기계적 연마 용액과 접촉시키는 단계; 및
    상기 웨이퍼 기판을 연마 패드로 연마하여 웨이퍼 기판으로부터 유전체에 대한 제거 속도보다 3배 이상 신속한 제거 속도(Å/min)로 탄탈 배리어물을 제거하는 단계;를 포함하는,
    반도체 웨이퍼로부터 탄탈 배리어물을 제거하는 화학 기계적 연마 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 화학 기계적 연마 용액이 연마제를 0.01 내지 0.09중량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼로부터 탄탈 배리어물을 제거하는 화학 기계적 연마 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 화학 기계적 연마 용액이 연마제를 1중량% 미만 함유하고, 연마시 유전체 제거 속도보다 5배 이상 신속한 속도(Å/min)로 탄탈 배리어물이 제거되는 것을 특징으로 하는, 반도체 웨이퍼로부터 탄탈 배리어물을 제거하는 화학 기계적 연마 방법.
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