KR101064643B1 - 연마용 조성물 및 연마방법, 그리고 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

침식이 감소되고 반도체 장치 제조 공정의 최종 연마 단계에서 사용되는 연마제가 제공된다. 상기 연마제는 콜로이덜 실리카, 요오드산 합성물, 암모니아, 질산암모늄 및 물을 포함하고 그 pH는 1.8 내지 4.0이다.
연마용 조성물, 콜로이덜 실리카, 도체층, 절연체층, 오목부

Description

연마용 조성물 및 연마방법, 그리고 그 제조방법{POLISHING COMPOSITION AND METHOD, AND THE PREPARING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일시예에 따른 연마용 조성물로 연마된 반도체 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일시예에 따른 연마용 조성물로 연마된 반도체 장치의 단면도이다.
도 3은 반도체 장치 중 침식이 생성된 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
본 발명은 연마용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 예를 들어 반도체 장치의 배선들을 형성하기 위한 연마 단계에서 사용되는 연마용 조성물에 관한 것이다.
반도체 장치 생산공정에 있어서, 연마 단계는 씨엠피(CMP; Chemical Mechanical Polishing)에 따라서 수행된다. 씨엠피에 따른 배선 형성방법에 있어서, 오목부들은 절연체층 상에 형성되고 그 다음에 금속층은 절연체층 상에 형성되어 금속층이 오목부들을 완전히 채운다. 금속층은 그 다음에 연마되고 그리고 제거되어 절연체층의 상부 표면이 노출되게 된다. 배선은 오목부들 내에 남아있는 금속층에 의해 형성된다.
일본 특표 제 2000-501771 호 공보는 연마용 조성물에 관한 선행기술을 개시한다. 상기 연마용 조성물은 과산화황산암모늄(ammonium persulfate), 과요오드산칼슘(potassium periodate) 및 수산화나트륨(sodium hydroxide)를 알루미나 슬러리(alumina slurry)에 첨가함으로써 제조된다. 상기 알루미나 슬러리는 기계적으로 상기 금속층을 연마하고 그리고 과산화황산암모늄 및 과요오드산칼슘의 시너지 작용은 도체층의 연마속도를 증진시킨다.
하지만, 이러한 종래의 연마용 조성물은 도체층에 대한 연마속도 뿐만 아니라, 절연체층에 대한 연마속도를 높인다. 그 결과, 배선영역 내에서 금속층 및 절연체층의 최종 연마를 수행하기 위하여 현재 사용중인 연마용 조성물을 사용할 때, 배선영역 내에서의 절연체층의 상부 표면 레벨은 배선영역 외부에서의 절연체층의 상부 표면 레벨보다 낮게 되는데, 이러한 사실은 국소성 침식의 생성을 의미한다(도 3 참조).
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 장치 생산공정 중 연마 단계에서 사용되는, 침식을 생성하기 힘든 연마용 조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 일측면은 반도체 장치의 생산공정 중 최종 연마 단계에서 사용되는 연마용 조성물로서, 상기 반도체 장치는 오목부가 형성된 표면을 가진 절연체층, 및 상기 절연체층 상에 형성된 도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 연마용 조성물은 50g/ℓ를 초과하고 160g/ℓ이하의 양으로 함유되는 콜로이덜 실리카, 과요오드산, 암모니아, 질산 암모늄 및 물을 함유하고 있으며, 1.8 내지 4.0의 범위에 있는 pH를 가진다.
본 발명의 또 다른 측면들 및 장점들은 본 발명의 원리들을 예시로서 나타내고 있는 첨부된 도면들과 함께, 다음의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
먼저, 반도체 장치의 배선 형성 방법이 설명될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 우선 절연체층(11)은 반도체 기판(도시생략) 상에 적층된다. 절연체층(11)의 상부 표면은 가능한 평평하게 제조되는 것이 바람직하다. 소정의 디자인 패턴을 갖는 오목부(12)는 절연체층(11) 상에 공지의 식각법 및 패턴 에칭법에 의해 형성된다. 상기 절연체층(11)은 예를 들어, TEOS(tetraethoxysilane) 막, BSG 막, PSG 막 또는 BPSG 막과 같은 SiO2 막, SiOF 막, 또는 SiOC 막이다.
다음으로, 도체층(13), 즉 금속층은 적어도 오목부(12)을 완전히 채우도록 절연체층(11) 상에 형성된다. 도체층(13)은 예를 들어 PVD(Physical Vapor Deposition; 물리 기상 성장법)에 의해 형성된다. 상기 도체층(13)은 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 백금(Pt), 금(Au), 하프늄(Hf), 코발트(Co) 또는 니켈(Ni)과 같은 도전성 금속으로 형성된다. 상기 도전성 금속은 바람직하게는 도체층의 도전율을 향상시킬 수 있는 W, Ru, Pt 또는 Au 이고, 보다 바람직하게는 W 또는 Ru 이고, 가장 바람직하게는 W 이다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 절연체층(11)의 상부 표면이 노출될 때 까지, 도체층(13) 및 절연체층(11)은 최종 연마를 받는다. 배선(14)은 오목부들(12)에 채워지는 도체층(13)으로 형성된다. 본 발명의 일실시형태는 도체층(13) 및 절연체층(11)이 최종 연마를 받는 연마 단계에서 사용되는 연마용 조성물에 관한 것이다.
이 실시형태에 따른 조성물은 다음의 성분들을 포함한다:
A : 콜로이덜 실리카
B : 과요오드산족 및 그 염으로부터 선택된 적어도 하나(이하 과요오드산 화합물이라 한다)
C : 암모니아
D : 질산암모늄
E : 물
성분 A, 즉 콜로이덜 실리카는 연마될 상기 표면을 기계적으로 연마하도록 작용한다. 비록 콜로이덜 실리카가 다양한 공정들을 이용하여 합성될 수 있으나, 본 실시형태에서 졸-겔 공정에 의해 합성된 콜로이덜 실리카가 바람직하게 사용된다. 메탄올, 암모니아 및 물로 이루어진 용매 중에 메틸 실리케이트를 적하시켜 가수분해시키는 방식으로 합성된 콜로이덜 실리카가 특히 바람직하게 사용된다. 이에 따라 생산된 콜로이덜 실리카는 극히 소량의 불순물 원소들만을 포함하는 특성을 가진다. 불순물 원소들의 함유량이 문제가 되지 않을 때, 이온-교환을 활용함으로써 생산되는 콜로이덜 실리카를 생성하는, 소위 이온 교환법에 의한 콜로이덜 실리카가 사용될 수 있다.
콜로이덜 실리카의 바람직한 입자직경이 설명될 것이다. 입자직경은 두종류가 있다. 즉 비표면을 측정하기 위한 기체흡착에 의한 분체(고체)를 이용하는 비표면적 측정방법(BET법)에 따라 측정된 비표면적에 기초되어 계산된 평균 입자직경 D1 과; 광 산란에 따라 계산된 평균 입자직경 D2 가 있다. 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경 D1 은 바람직하게는 40 내지 120㎚이고 보다 바람직하게는 60 내지 100㎚이다. 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경 D2 는 바람직하게는 80 내지 300㎚이고 보다 바람직하게는 150 내지 250㎚이다. 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경 D1 이 40㎚ 미만이거나 또는 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경 D2 가 80㎚ 미만인 경우, 도체층에 대한 연마속도가 저하된다. 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경 D1 이 120㎚를 초과하거나 또는 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경 D2 가 300㎚를 초과하는 경우, 연마용 조성물을 점도가 너무 높게 되어, 콜로이덜 실리카의 분산 안정도의 열화를 초래하고, 그 결과 연마용 조성물에서 입자들의 침전 및 분리를 초래한다.
연마용 조성물 1리터 내의 콜로이덜 실리카의 함량은 50그램을 초과하고 160그램 이하이며 바람직하게는 60 내지 120그램의 범위 내이다. 콜로이덜 실리카의 농도가 50g/ℓ이하인 경우, 연마용 조성물의 기계적인 연마력은 충분하지 않고, 그 반면 콜로이덜 실리카의 농도가 160g/ℓ를 초과하는 경우, 연마용 조성물의 점도가 너무 높아서, 콜로이덜 실리카의 분산 안정도의 열화를 초래하고, 그 결과 연마용 조성물에서 입자들의 침전 및 분리를 초래한다.
성분 B, 즉 과요오드산 화합물은 도체층 및 절연체층을 화학적으로 연마하도록 작용하여 도체층 및 절연체층에 대한 연마속도를 증진시킨다. 과요오드산으로서, 오르토 과요오드산(H5IO6), 메타 과요오드산(H3IO5), 디메소 과요오드산(H4I2O9), 메소 과요오드산(H3IO5) 및 디오르토 과요오드산(H8I2O11 )이 사용될 수 있다. 하지만 상기 화합물들 중, 바람직하게는 오르토 과요오드산이 사용되는데 왜냐하면 그 조성물이 안정적이고 얻기 쉽기 때문이다. 과요오드산염(periodate)으로서, 상기 과요오드산들의 모든 염들이 사용될 수 있다. 하지만, 바람직하게는 과요오드산 암모늄(ammonium periodate), 과요오드산 칼슘(potassium periodate) 또는 과요오드산 나트륨(sodium periodate)이 사용되는데 왜냐하면 그것들이 얻기 쉽기 때문이다.
연마용 조성물 1리터 내의 과요오드산 화합물의 함량은 바람직하게는 4 내지 16그램의 범위 내이고 보다 바람직하게는 6 내지 12그램의 범위 내이다. 연마용 조성물 내의 과요오드산 화합물의 농도가 4g/ℓ 미만인 경우, 연마를 가속화하는 효과는 저하되고 그리고 도체층 및 절연체층에 대한 연마속도는 충분하지 않게 되며, 그 반면 과요오드산 화합물의 농도가 16g/ℓ를 초과하는 경우, 도체층 및 절연체층에 대한 연마속도가 너무 높아져, 연마 동작을 제어하는 것이 어렵게 된다.
성분 C, 즉 암모니아는 연마용 조성물의 pH를 조절할 뿐만 아니라 절연체층 및 도체층에 대한 연마속도가 동일하도록 조절하기 위한 성분으로서 작용한다. 암모니아 함량이 많아질수록, 절연체층에 대한 연마속도가 향상된다. 그리고 연마용 조성물에서 암모니아의 양을 조절하는 것은 도 3에 도시된 바와 같이 침식 깊이(e) 를 감소시킨다.
연마용 조성물의 pH는 1.8 내지 4.0 이고 바람직하게는 2.0 내지 3.0 이다. 그러므로, 암모니아는 연마용 조성물의 pH가 1.8 내지 4.0의 범위, 바람직하게는 2.0 내지 3.0의 범위 내에 있게 하는 양만큼 연마용 조성물에 함유된다.
연마용 조성물의 pH가 1.8 미만인 경우, 암모니아 함량이 적기 때문에, 절연체층에 대한 연마속도는 도체층에 대한 연마속도보다 낮게 된다. 이러한 경우에, 도체층은 절연체층과 비교하여 과도하게 연마된다. 그 결과, 도체층 상부 표면의 레벨은 절연체층 상부 표면의 레벨보다 낮게 되고, 연마 압력이 절연체층 상부 표면에 집중되어, 침식 깊이(e)가 증가하게 된다. 더욱이, 1.8 미만의 pH를 가진 연마용 조성물은 연마장치를 침식할 수도 있으므로, 그러한 조성물은 취급하기가 어렵다.
한편, 연마용 조성물의 pH가 4.0을 초과하면, 암모니아 함유량이 많기 때문에, 연마용 조성물의 분산 안정도가 낮아지게 되어, 조성물의 분리 및 겔화를 야기한다.
성분 D, 즉 질산암모늄은 과요오드산 화합물의 화학적 연마작용을 가속하여 그 결과 도체층에 대한 연마속도를 증진시킨다. 연마용 조성물 1리터 내의 질산암모늄의 함량은 바람직하게는 2.5 내지 20그램의 범위 내이고 보다 바람직하게는 5 내지 15그램의 범위 내이다. 연마용 조성물 내의 질산암모늄 농도가 2.5g/ℓ 미만인 경우, 과요오드산 화합물의 화학적 연마작용을 가속화하는 효과가 저하되어, 도체층에 대한 연마속도는 충분히 증대될 수 없고, 그 반면 비록 질산암모늄 농도가 20g/ℓ를 초과하더라도, 과요오드산 화합물들의 화학적 연마작용을 증대시키는 효과는 더 이상 얻을 수 없으므로, 20g/ℓ를 초과하는 질산암모늄 농도를 가진 연마용 조성물은 비경제적이다. 더욱이, 과도한 질산암모늄 함량은 연마용 조성물의 안정도를 감소시켜, 조성물의 분리 또는 겔화를 초래할 수도 있다.
성분 E, 즉 물은 성분 A 내지 D 에 대한 분산매 또는 용매로서 작용한다. 성분 A 내지 D의 작용을 방해하는 불순물들을 가능한 한 적게 가진 물이 바람직하다. 구체적으로는, 이온-교환 수지를 통해 불순물 이온들을 제거한 후 필터를 통해 오염물질들을 제거함으로써 얻어지는 순수한 물 또는 초고순도의 물, 또는 증류수가 바람직하다.
연마용 조성물은 성분 A 내지 E 이외에도, 예를 들어 연마용 조성물들에 일반적으로 사용되는 부식방지제 및 소포제(항거품제)와 같은 추가적인 성분들을 함유할 수도 있다. 연마용 조성물 내의 추가적인 성분들의 함량은 연마용 조성물의 생산에 채택되는 일반적인 방법에 의해 결정된다.
연마용 조성물은 가능한 한 적은 불순물들을 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 주기율표의 II족 내지 XII족에 속한 각 원소들과 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납 및 비스무스의 농도는 바람직하게는 100ppb 이하이고 보다 바람직하게는 50ppb 이하이다. 구리, 철, 니켈, 크롬 및 망간의 농도는 절연체층 (SiO2막) 내에서 확산되기 쉽고 반도체 장치들의 수율에 영향을 미치기 때문에 100ppb 이하인 것이 바람직하다.
족 번호들은 IUPAC 무기화학명명법의 개정판(1989)에 따른다. 불순물들의 농도는 유도 결합 플라즈마 질량 분석장치(ICP-MS), 유도 결합 플라즈마-원자 방사 분석장치(ICP-AES), 원자 흡광 분석장치 또는 전반사 X-선 분석장치(TXRF)를 사용하여 측정된다.
연마용 조성물은 성분 A, B, C 및 D 를 물에 첨가하여 프로펠러형 교반기 또는 초음파 분산기를 이용하여 분산시키거나 교반시키는 방식으로 준비된다. 성분 A, B, C 및 D 를 물에 첨가하는 순서는 한정되어 있지 않다.
그 다음에, 배선(14)을 형성하는 방법이 설명될 것이다.
절연체층(11)의 상부 표면이 노출될 때까지(도 2에 도시된 상태임) 도체층(13) 및 절연체층(11)은 본 실시형태의 연마용 조성물을 이용하여 최종 연마를 받는다. 도체층에 대한 연마속도는 바람직하게는 100 내지 300㎚/min 이고 보다 바람직하게는 150 내지 250㎚/min 이다. 연마속도가 100㎚/min 미만인 경우, 연마시간이 지연될 수도 있고, 그 반면 연마속도가 300㎚/min을 초과하는 경우, 제어하기가 힘들다.
바람직하게는 도체층에 대한 연마속도와 절연체층에 대한 연마속도는 거의 동일하다. 구체적으로는, 절연체층의 연마속도에 대한 도체층의 연마속도의 비율은 바람직하게는 1:0.6 내지 1:1.3 이고 보다 바람직하게는 1:0.7 내지 1:1.1 이다. 이 비율이 1:0.6 미만인 경우, 도체층 및 절연체층이 동시에 연마될 때, 도체층은 절연체층에 비교하여 과도하게 연마되어 도체층 상부 표면 레벨은 절연체층 상부 표면의 레벨보다 낮게 될 수 있다. 이러한 경우에, 연마 압력은 절연체층의 표면 상에 집중되는 경향이 있는데, 이는 침식 깊이(e)를 증가시키는 결과를 초래한다. 한편, 이 비율이 1:1.3 을 초과하는 경우, 절연체층은 도체층에 우선하여 연마되는데, 이는 연마되는 표면의 평편도를 열화시킬 수도 있다.
콜로이덜 실리카의 기계적 연마작용과, 과요오드산 화합물 및 암모니아를 통해 1.8 내지 4.0으로 조절된 연마성 조성물의 pH의 화학적 연마 작용의 시너지 작용으로 인하여, 절연체층의 연마속도와 도체층의 연마속도는 거의 동일하게 된다. 이것은 절연체층에 대한 연마속도 및 도체층에 대한 연마속도의 균형잡힌 향상을 의미하고, 나아가서 연마될 면의 평편도에 있어서 개선을 가져오는 더 작은 침식 깊이(e)를 의미한다.
도체층이 예를 들어, 텅스텐으로 제조될 때, 텅스텐층의 표면은 과요오드산 화합물에 의해 산화되어 텅스텐 3산화물(tungsten trioxide)로 변한다. 텅스텐 3산화물은 부서지기 쉽기 때문에, 콜로이덜 실리카의 기계적 연마 작용에 의해 쉽게 제거된다.
본 발명의 일실시형태에 따라, 다음의 장점이 얻어진다.
연마용 조성물은 콜로이덜 실리카, 과요오드산 화합물, 암모니아, 질산암모늄 및 물을 함유하고 있으며, 그 pH는 1.8 내지 4.0 이다. 콜로이덜 실리카, 과요오드산 화합물 및 암모니아와 적절한 범위로 조절되는 연마용 조성물의 pH와의 시너지 작용으로 인하여, 침식 깊이(e)는 감소된다.
콜로이덜 실리카 및 과요오드산 화합물로 인하여, 도체층에 대한 연마속도 및 절연체에 대한 연마속도 모두는 개선된다.
연마용 조성물 내의 콜로이덜 실리카의 농도가 50g/ℓ 내지 160g/ℓ이기 때문에 도체층에 대한 연마속도 및 절연체층에 대한 연마속도가 상대적으로 높을 뿐만 아니라 거의 동일하다.
주기율표의 II족 내지 XII족에 속하는 각 원소와 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납 및 비스무스의 농도가 100ppb 이하(질량분율)일 때, 이러한 불순물 원소들에 의해 야기된 표면 결함들이 억제되고, 반도체 장치들의 전기적인 특성이 열화되는 것이 억제된다. 더욱이, 현재 사용 중인 연마용 조성물을 사용한 후에 요구되는, 묽은 플루오르화수소산을 통한 표면 세정은 생략되거나 또는 단축될 수 있는데, 이는 배선(14)의 생산비용을 감소시킨다.
도체층(13)에 대한 연마속도가 1 일 때 상기 절연체(11)에 대한 연마속도가 0.6 내지 1.3 이기 때문에, 도체층(13) 및 절연체층(11)의 연마가 동시에 수행될 때 발생되는 침식이 감소된다.
상기 실시형태는 다음과 같이 변경될 수도 있다.
도체층(13)의 두께가 예를 들어, 300㎚ 이상일 때, 도체층(13)은 200㎚ 이하의 두께로 제거되고 바람직하게는 100㎚ 이하의 두께로 제거된다(제 1 연마). 그 다음, 절연체층(11)의 상부 표면이 노출될 때까지 도체층(13) 및 절연체층(11)은 본 발명의 연마용 조성물을 통해 연마된다(제 2 연마). 배선(14)은 이러한 방식으로 오목부(12)에 형성될 수도 있다.
오목부(12)을 형성한 후, 티타늄 또는 티타늄질화물(titanium nitride)로 제조된 전단층(front-end layer)이 절연체층(11) 상에 형성될 수도 있다. 전단층이 형성될 때, 전단층으로 코팅된 상기 오목부(12)가 완전히 채워지고 금속층이 전단층 및 도체층(13)으로 이루어지도록 도체층(13)이 형성된다. 이러한 경우에, 전단층은 도체층(13)과 절연체층(11) 사이의 부착력을 증대시킨다. 그 결과로서, 배선(14)이 절연체층으로부터 박리되는 것이 방지된다.
연마용 조성물은 농축 상태로 준비되어 부족분의 물이 혼합되어 희석될 수 있다. 연마용 조성물은 농축 상태로 저장 및 수송되는 것이 용이하다.
연마용 조성물은 콜로이덜 실리카 및 물을 함유하는 제1 제와 과요오드산, 암모니아. 질산암모늄 및 물을 함유하는 제2 제가 서로 분리된 상태로 준비될 수도 있다. 이러한 경우에, 제1 제 및 제2 제는 조성물이 연마에 사용될 때 혼합된다.
이하에서 본 발명의 실시예들 및 비교예들이 설명될 것이다.
(실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 7)
실시예 1에서, 졸-겔 공정에 의해 합성된 콜로이덜 실리카(A), 오르토 과요오드산(B), 질산암모늄(D) 및 물이 혼합되었다. 혼합물의 pH는 28wt%의 암모니아 수(C)를 사용함으로써 조절하여 실시예 1의 연마용 조성물을 준비한다. 조성물에 있어 각 성분의 함량 및 조성물의 pH는 표 1에 주어진다.
BET법에 의해 측정된 비표면적 및 입자 밀도로부터 계산된 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경은 90㎚이었다. 광산란에 의해 측정된 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경은 250㎚이었다. 콜로이덜 실리카의 비표면적 측정은 FlowSorb II2300 (Micromeritics사 제)을 사용함으로써 이루어졌다. 광산란에 의한 평균 입자직경 의 측정은 N4 Plus Submicron Particle Sizer(Beckman Coulter 사 제)를 사용함으로써 이루어졌다.
실시예 2 내지 15 및 비교예 1 내지 7의 연마용 조성물은, 성분들의 함량과 조성물의 pH가 변경되는 것을 외에는, 실시예 1의 연마용 조성물과 동일한 방식으로 준비되었다. 표 1에서, 콜로이덜 실리카, 과요오드산 화합물 및 질산암모늄의 함량이 g/ℓ로 주어졌다.
비교예 6에 있어서, 퓸드 실리카가 콜로이덜 실리카(A) 대신에 사용되었다. BET법에 의해 측정된 비표면적 및 입자 밀도로부터 계산된 퓸드 실리카의 평균 입자직경은 30㎚이었다. 광산란에 의해 측정된 퓸드 실리카의 평균 입자직경은 100㎚이었다.
비교예 7에 있어서, 퓸드 알루미나가 콜로이덜 실리카(A) 대신에 사용되었다. BET법에 의해 측정된 비표면적 및 입자 밀도로부터 계산된 퓸드 알루미나의 입자직경은 30㎚이었다. 광산란에 의해 측정된 퓸드 알루미나의 평균 입자직경은 100㎚이었다.
(1) 연마속도 측정
실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 7의 연마용 조성물을 이용하여 텅스텐 웨이퍼와 SiO2 웨이퍼를 다음의 조건들 하에서 1분동안 연마하였다.
연마기 : 편면 CMP 연마기(Mirra; Applied Materials 사 제)
연마패드 : 폴리우페탄 재질의 얇은 판으로 된 패드(IC-1000/Suba 400; Rodel 사 제)
연마압력 : 4psi(약 28kPa)
턴테이블 회전수 : 60rpm
연마용 조성물 공급 속도 : 150㎖/min
캐리어 회전수 : 60rpm
연마공정 전후에 각각의 웨이퍼 두께는 저항 미터기(VR-120; Kokusai Electric System Service 사 제)에 의해 측정되었다.
연마속도[㎚/min] = (연마 전 웨이퍼 두께[㎚] - 연마 후 웨이퍼의 두께[㎚]) ÷ 연마시간[min]
연마속도의 비율(텅스텐 웨이퍼에 대한 연마속도 / SiO2 웨이퍼에 대한 연마속도)도 각각의 경우에 대하여 계산되었다.
(2) 침식깊이의 측정
오목부 패턴이 형성되어 있는 절연체층; 및 500㎚의 두께를 가지는 절연체층 상에 형성된 텅스텐층을 포함하는 웨이퍼는 이 텅스텐층의 두께가 200㎚로 되도록 사전 연마용 조성물로 연마되었다. 사전 연마용 조성물은, 오르토 과요오드산의 농도가 15g/ℓ인 것을 제외하고, 비교예 6의 연마용 조성물과 동일한 조성물을 가졌다. 그 다음, 상기 웨이퍼들은 다음의 조건들 하에서 실시예 및 비교예의 연마용 조성물에 의해 연마되었다. 연마에 요구되는 시간은 텅스텐층을 제거하여 절연체층의 상부 표면을 노출시키는데 요구되는 시간이었고, 엔드 포인트 검출기(end point detector)로 측정되었다. 절연체층 상부 표면에 대한 텅스텐층 상부 표면의 면적 비율이 50:50인 배선 영역에서 접촉형 프로파일러(HRP 340; KLA-Tencor 사 제)에 의해 침식 깊이가 측정되었다.
실시예 (A) (B) (D) pH 연마속도(Å/min) 연마속도
비율
(텅스텐/
SiO2)		 침식
깊이
(Å)
텅스텐 SiO2
1 80 6 10 2.2 2030 2140 0.95 100
2 100 6 10 2.2 2210 2270 0.97 80
3 150 6 10 2.2 2200 2290 0.96 50
4 80 2 10 2.2 1210 1980 0.61 90
5 80 4 10 2.2 1700 2050 0.83 95
6 80 8 10 2.2 2240 2090 1.07 110
7 80 10 10 2.2 2500 2120 1.18 120
8 80 12 10 2.2 2750 2120 1.30 145
9 80 6 5 2.2 1970 2140 0.92 120
10 80 6 15 2.2 2140 2140 1.00 115
11 80 6 20 2.2 2270 2140 1.06 115
12 80 6 10 1.8 1950 2220 0.88 90
13 80 6 10 2.0 2060 2180 0.94 95
14 80 6 10 3.0 2130 2120 1.00 110
15 80 6 10 4.0 2220 2010 1.10 120
비교예 (A) (B) (D) pH 연마속도(Å/min) 연마속도
비율
(텅스텐/
SiO2)		 침식
깊이
(Å)
텅스텐 SiO2
1 80 0 10 4.0 20 70 0.29 -
2 50 6 10 2.2 2040 1500 1.36 165
3 80 6 0 2.2 1860 2140 0.87 150
4 80 6 10 6.0 - - - -
5 0 6 10 2.2 400 10 40.00 550
6 80 6 10 2.2 2500 70 35.71 500
7 80 6 10 2.2 2800 50 56.00 590

표 1에 기재된 바와 같이, 침식 깊이는 실시예 1 내지 15의 연마용 조성물에 대하여 감소하였다.
과요오드산을 함유하지 않은 비교예 1의 연마용 조성물을 사용할 때, 텅스텐 및 SiO2에 대한 연마속도는 저하되었고 패턴이 형성된 웨이퍼는 적절히 연마될 수 없었다.
콜로이덜 실리카의 함량이 50g/ℓ 이하인 비교예 1의 연마용 조성물을 사용할 때, 침식 깊이는 증가되었다.
질산암모늄을 함유하지 않은 비교예 3의 연마용 조성물을 사용할 때, 침식 깊이는 증가되었다.
pH가 4.0을 초과하는 비교예 4의 연마용 조성물을 사용할 때, 연마용 조성물의 불안정성으로 인하여 콜로이드 실리카는 침전되었고 블랭킷(blanket) 웨이퍼 및 패턴화된 웨이퍼는 적절히 연마될 수 없었다.
콜로이덜 실리카를 함유하지 않은 비교예 5의 연마용 조성물을 사용할 때, 침식 깊이는 증가되었다.
콜로이덜 실리카 대신에 퓸드 실리카 및 퓸드 알루미나를 각각 함유하는 비교예 6 및 7의 연마용 조성물을 사용할 때, 침식 깊이는 증가되었다.
본 실시예 및 실시형태들은 제한이 아니라 예시로서 간주되어야 하며, 본 발명은 주어진 상세들에 제한받지 않고 첨부된 청구범위의 범주 및 등가물들 내에서 수정될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 장치 생산공정 중 연마 단계에서 사용되는, 침식을 생성하기 힘든 연마용 조성물이 제공된다.

Claims (10)

  1. 오목부가 형성된 표면을 가지는 절연체층과, 상기 절연체층 상에 형성된 도체층을 포함하는 반도체 장치의 제조공정의 최종 연마단계에서 사용되는 연마용 조성물로서, 상기 연마용 조성물은:
    상기 연마용 조성물 내에 50g/ℓ를 넘는 동시에 160g/ℓ미만의 양으로 함유되는 콜로이덜 실리카;
    오르토 과요오드산;
    암모니아;
    질산암모늄; 및
    물
    을 포함하고 있으며,
    상기 연마용 조성물은 1.8 내지 4.0의 범위에 있는 pH를 가지는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 조성물 내에 함유된 오르토 과요오드산은 6g/ℓ를 넘는 동시에 12g/ℓ 미만의 양으로 함유되는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 조성물 내에 함유된 질산암모늄은 5g/ℓ를 넘는 동시에 15g/ℓ 미만의 양으로 함유되는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연마용 조성물은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납, 비스무스, 및 주기율표의 II족 내지 XII족에 속하는 각 원소들을 100ppb 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절연체층에 있어서의 상기 조성물의 연마속도에 대한 상기 도체층에 있어서의 상기 조성물의 연마속도의 비율은 1:0.6 내지 1:1.3인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 분체(고체)의 기체흡착을 활용하는 비표면적 측정 방법에 따라 측정된 비표면적에 기초하여 계산된 상기 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경은 60 내지 100㎚인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 광산란에 따라 계산된 상기 콜로이덜 실리카의 평균 입자직경은 150 내지 250㎚인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  9. 청구항 1에 따른 연마용 조성물을 제조하는 방법으로서,
    상기 연마용 조성물 내에 50g/ℓ를 넘는 동시에 160g/ℓ미만의 양으로 함유되는 콜로이덜 실리카, 오르토 과요오드산, 질산암모늄, 및 물을 혼합하는 단계; 및
    암모니아를 상기 혼합물에 첨가하여 상기 혼합물의 pH를 1.8 내지 4.0으로 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물 제조방법.
  10. 오목부가 형성된 표면을 가지는 절연체층과, 상기 절연체층 상에 형성된 도체층을 포함하는 반도체 장치를 연마하는 방법으로서, 상기 연마방법은:
    도체층의 두께가 200㎚ 미만으로 될 때까지 도체층을 연마하는 제1 연마 단계, 그리고 도체층 및 절연체층이 연마되어 절연체층의 표면이 노출되도록 하는 제2 연마 단계를 포함하는 것과,
    상기 제2 연마 단계에서는 청구항 1에 따른 연마용 조성물이 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 연마방법.
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