KR101229693B1

KR101229693B1 - 금속층 평탄화용 연마 조성물

Info

Publication number: KR101229693B1
Application number: KR1020090057693A
Authority: KR
Inventors: 송유안 창; 밍체 호; 밍후이 루
Original assignee: 유위즈 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2013-02-05
Also published as: JP5567293B2; US20100163784A1; TW201024396A; KR20100080302A; SG162647A1; TWI454561B; JP2010157680A; US8641920B2

Abstract

본 발명에 따른 연마 조성물은 적어도, 중량이 대략 750ppm 내지 5000ppm 미만인 연마입자와, 과산화수소와, 가속제(accelerator)와, 공동 부식 억제제와 물을 포함하여 이루어지며, 여기서 상기 공동 부식 억제제는 제1 및 제2 부식 억제제를 포함하는 것으로 금속층의 평탄화 공정에 적용되어 금속층의 고연마 제거율을 유지하면서 금속 부식을 억제하는 특성을 겸비하여 금속 디싱(dishing) 및 연마부식(erosion) 등 연마 하자를 감소할 수 있다.

Description

금속층 평탄화용 연마 조성물{POLISHING COMPOSITION FOR PLANARIZING METAL LAYER}

본 발명은 금속층 평탄화용 연마 조성물에 관한 것으로, 가공물품의 평탄화 효과를 향상시킬 수 있는 화학기계적 연마 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전자소자의 임계 치수(critical dimension)의 소형화 추세 및 도선층 수의 급속한 증가에 따라 전기저항/전기용량 시간지연(RC TIME DELAY)이 전체 회로의 조작속도에 심각한 영향을 미치게 된다. 금속 와이어 선폭의 축소에 따른 시간 지연 및 전자 이동의 신뢰성 문제를 개선하기 위해 저항비가 낮고 전자 이동 파괴 방지 성능이 높은 구리도선 재료를 취하여 알루미늄 합금 금속을 대신한다. 다만, 구리금속의 에칭에는 어려움이 있어 상감(DAMASCENE) 방식으로 구리금속 도선을 형성하여야 한다.

상감(DAMASCENE) 방식에 따른 제조공정은 금속패턴을 미리 형성한 후 다시 유전층을 필링하는 종래의 금속화공정과 상이한 것으로, 먼저 평탄한 유전체상에 금속 와이어가 삽입되는 그루브를 에칭해 낸 후, 금속층을 필링하고 마지막으로 여 분의 금속을 제거함으로써 유전층에 금속이 상감된(inlayed) 평탄화 구성을 형성한다. 상감형 공정은 종래의 금속화 공정에 비해 아래 장점을 가진다. (1)베이스 면의 상시 평탄화를 유지할 수 있다. (2) 종래의 공정에서 유전물질을 금속도선 갭에 필링하기 어려운 단점이 해소된다. (3) 금속층 물질, 특히 구리금속의 에칭이 어려운 문제가 해결된다.

또한, 종래의 인터커넥트(Interconnect) 제조공정에서 접촉 창과 도선 패턴을 각각 제조함에 따른 공정이 번거로운 단점을 해소하기 위해, 종래에는 이중 상감(dual damascene) 공정이 알려져 있다. 상기 공정은 2차 선택성 에칭을 진행하여 도선 유전물질(line dielectric)과 비아 유전물질(via deilectric)을 각각 에칭한 후, 금속층과 플러그의 장벽층을 한번에 완성하고, 도전성 금속을 비아 창과 인터커넥트 그루브에 한번에 필링하여 공정의 단순화 효과를 이룬다. 최근에는, 부품 사이즈의 축소 경향에 발맞추고 부품의 조작속도를 향상시키기 위해 저항상수(resistance constant)가 낮고 전자 이동 임피던스가 높은 구리 금속이 금속 인터커넥트 재료로 이용되어 종래의 알루미늄 금속 공정을 대신하고 있는 추세이다. 구리 금속의 상감식 인터커넥트 기술은 인터커넥트의 소형화 요구에 부합하고 RC 시간 지연 문제를 감소할 수 있을 뿐만 아니라 금속 구리를 에칭하기 어려운 문제점을 해결하였다. 따라서 현재에는 다양한 인터커넥트의 중요한 발전추세로 되었다.

단일 상감이든 이중 상감이든 상감형 구리공정에 있어서는 구리 금속의 필링 작업을 완료한 후에는 모두 평탄화 공정을 진행하여 유전층에 존재하는 여분의 금 속을 제거해야 한다. 종래에는 화학기계적 연마공정을 통해 이 목적을 달성하였으나, 금속의 화학 기계적 연마공정에서는 금속층 표면에 금속 디싱(dishing) 및 연마부식(erosion) 등 연마에 따른 하자가 여전히 발생하였다.

금속 디싱 및 연마부식 현상과 연마속도 및 에칭비(RR/DER) 간에는 매우 큰 상관 관계를 갖는다. 낮은 연마속도 하에서는 패턴 함몰부에 대한 제거율을 저수준으로 확보할 수 있어 디싱 하자를 유효하게 억제할 수 있다. 다만, 단위 시간당 생산량을 고려할 때 연마속도도 수용 범위 내로 유지해야 한다. 또한, 연마 균일도도 평탄화 결과에 일정한 영향을 미친다. 균일도가 떨어지면 더 많은 연마 시간을 소요하여야만 구리를 완전히 제거할 수 있고, 그에 따라 금속 디싱 및 연마부식 현상이 더욱 심각해질 수 있다.

시간당 생산량과 금속 디싱 및 연마부식의 억제를 모두 고려하여 종래에는 구리-화학 기계적 연마공정을 2 단계로 구분하여 진행한다. 제1단계는 비교적 빠른 연마속도로 대부분의 구리를 제거하여 시간당 생산량을 증가시킨다. 제2단계는 비교적 느린 연마속도로 여분의 소량 구리를 제거하여 그루브 속의 구리가 과도하게 부식되는 것을 방지한다. 통상, 상기 2단계로 이루어진 구리 연마공정은 상이한 성분으로 이루어진 연마 조성물을 교체하여 서로 다른 단계에서 구리 연마를 위한 수요를 충족하여야 한다. 다만, 연마 조성물을 교체하면 공정의 단순화 목적에 불리할 뿐만 아니라 폐액의 증가를 초래할 염려가 있다.

미국공개특허 제2008/0254629호가 개시한 연마 조성물은, 아미노산과, 중량이 대략 5ppm 내지 700ppm 미만인 연마입자와, 트리아졸 화합물 및 물을 포함하여 이루어진다. 이러한 연마 조성물은, 배리어(Barrier)에 대한 구리 제거 선택도가 50:1를 초과한다. 그리고, 미국공개특허 제2004/0020135호가 개시한 구리금속용 연마 조성물은 실리카, 산화제, 아미노산, 트리아졸 화합물 및 물을 포함하여 이루어진다. 또한, 미국특허 제6,440,186호가 개시한 연마 조성물은, 연마입자와, 보호막 성형제 및 과산화수소를 포함하며, 상기 연마입자의 입경은 50-120nm이며, 전체 조성물에서 상기 연마입자는 0.5-5중량%의 함량으로 포함된다. 또한, 미국특허 제6,679,929호가 개시한 연마조성물은, 연마입자와, 탄소수가 적어도 10인 지방족 카르복시산과, 수산화암모늄 등에서 선택되는 알칼리성 물질 가속제(accelerator)와, 부식 억제제와, 과산화수소 및 물을 포함한다. 다만, 상기 각 특허는, 공동 억제제(dual inhibitor)를 사용하여 높은 수준의 연마제거율을 유지하면서 금속에 대한 연마조성물의 에칭 속도를 늦출 수 있으며 제1 및 제2단계의 구리 금속 연마에 적용할 수 있는 연마 조성물을 개시하지 않았다.

본 발명의 주된 목적은 가공 물품의 평탄화 효과를 향상시킬 수 있는 금속층 평탄화용 연마 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 2단계 금속 연마에 동시에 적용할 수 있는 연마 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연마 조성물은 적어도, 중량이 대략 750ppm 내지 5000ppm 미만인 연마입자와, 과산화수소와, 가속제(accelerator)와, 공동 부식 억제제와 물을 포함하여 이루어지며, 여기서 상기 공동 부식 억제제는 제1 및 제2 부식 억제제를 포함하는 것으로 금속층의 평탄화 공정에 적용되어 금속층의 고연마 제거율을 유지하면서 금속 부식을 억제하는 특성을 겸비하여 금속 디싱(dishing) 및 연마부식(erosion) 등 연마에 따른 하자를 감소할 수 있다.

상기 공동 부식 억제제는 금속층의 평탄화 공정에 적용되어 화학기계적 연마시 가공 물품의 표면에 한 층의 보호막을 형성하여 가공 물품이 과도하게 부식되는 것을 방지하여 가공 물품에 대한 부식 억제 성능을 향상시킨다.

본 발명의 특징은 도면과 실시예를 결부하여 행한 아래 설명을 통해 더욱 명백하게 파악할 수 있다.

본 발명에 따른 '금속층 평탄화용 연마 조성물'에 있어서, 상기 조성물은 적어도, 중량이 약 750ppm 내지 5000ppm 미만인 연마입자와, 과산화수소와, 가속제(accelerator)와, 공동 부식 억제제와, 물을 포함하며, 여기서 상기 공동부식 억제제는 제1, 제2 부식 억제제를 포함한다. 상기 공동 부식 억제제는 금속층의 평탄화 공정에 적용되어 화학기계적 연마시 가공 물품의 표면에 한 층의 보호막을 형성하여 가공 물품이 과도하게 부식되는 것을 방지하여 가공 물품에 대한 부식 억제 성능을 향상시킨다.

상기 연마입자는 약 750ppm 내지 5000ppm 미만의 중량으로 포함되며, 바람직하게는 1000ppm 내지 3000ppm 미만으로 포함된다. 또한 상기 연마입자의 입경은 90nm 미만(바람직하게는 50nm미만)으로, 하소(calcination)된 실리카; 규산나트륨(sodium silicate) 또는 규산칼륨(potassium silicate)의 가수분해 또는 실란의 가수분해 및 축합을 통해 형성된 실리카졸(colloidal silica); 침전 또는 하소된 알루미나; 침전 또는 하소된 티타니아(titania); 고분자재료; 금속산화물 및 고분자재료 혼합체(hybrid)로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 바람직한 연마입자로는 실리카 졸이다. 연마 입자의 사용량이 너무 적으면 기계적 연마에 불리하여 소망한 연마 제거율을 달성할 수 없게 된다. 한편, 연마 입자의 사용량이 과다하면 기계적 연마 효과를 가속화하여 배리어 및 산화 절연층의 제거율을 증가할 수 있으나 이와 동시에 표면의 연마부식과 같은 연마 하자가 쉽게 발생할 수 있는 문제점이 수반된다.

상기 산화제는 전체 조성물에 대하여 0.25중량% 내지 5중량%로 포함된다. 그 리고, 상기 조성물에 적용되는 가속제의 예로서, 시트르산, 옥살산, 타르타르산, 히스티딘(histidine), 알라닌(alanine), 글리신(glycine) 및 이들의 암모늄염, 나트륨염, 칼륨염 또는 리튬염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 가속제는 연마대상 금속, 예를 들어 구리의 용해를 가속화할 수 있다. 연마 조성물 중 가속제의 첨가량을 높이면 금속층의 연마 제거율을 향상하는데 유리하여 제1단계에서의 금속층 연마에 적용된다. 다만, 연마 조성물 중의 가속제 첨가량을 높이면 정적 에칭 속도가 동시에 증가하여 제2단계의 정밀 연마에 불리해지게 된다. 구체적인 실시예에서 가속제는 전체 조성물 중량에 대하여 0.01중량% 내지 5중량%로 포함된다.

상기 공동 부식 억제제는 고도의 연마제거율을 유지하면서 정적 에칭 속도를 유효하게 억제하여 제1단계 및 제2단계의 연마 폴리싱 공정에 적용된다. 본 발명에 따른 제1 부식 억제제는 1-H-벤조트리아졸, N-아실 사르코신(N-acyl sarcosine), 알킬 설페이트(alkyl sulfate) 또는 알킬 술포네이트(alkyl sulfonate)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 제2 부식 억제제는, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 톨릴트리아졸(tolyltriazole), 5-아미노테트라졸(5-amino tetraazole), 3-아미노-1,2,4-트리아졸(3-amino-1,2,4-triazole), 4-아미노-4H-1,2,4-트리아졸(4-amino-4H-1,2,4-triazole), 3-니트로-1,2,4-트리아졸(3-nitro-1,2,4-triazole), 3-머캅토-1,2,4-트리아졸(3-mercapto-1,2,4-triazole), 1H-1,2,3-트리아졸-1-에탄올(1H-1,2,3-triazole-1-ethanol), 벤즈이미다졸(benzimidazole), 이미다졸(imidazole), 피롤(pyrrole), 피롤라인(pyrroline), 옥사졸(oxazole), 이소옥사졸(isoxazole), 인다졸(indazole) 및 인돌리진(indolizine)으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 공동 부식 억제제는 전체 조성물 중량에 대하여 0.001중량% 내지 1중량%로 포함된다.

이하, 특정 실시예를 통해 본 발명의 특징과 효과를 더 설명하기로 한다. 다만, 아래 실시예로 본 발명의 보호범위를 한정하지 않는다.

실시예 1 내지 5

표1에 나타낸 바와 같이 실리카 졸 연마 입자, 글리신, 과산화수소, 1-H-벤조트리아졸(BTA), 1,2,4-트리아졸 및 물을 포함하는 연마 슬러리 조성물 실시 샘플을 이용하여 테스트를 진행한다.

	산화제 (과산화수소) (wt%)	가속제 (글리신) (wt%)	1,2,4- 트리아졸 (ppm)	BTA (ppm)	32nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	pH
실시예1	0.8	0.8	350	0	2000	7.3
실시예2	0.8	0.8	350	15	2000	7.3
실시예3	0.8	0.8	700	15	2000	7.3
실시예4	0.8	0.8	1000	20	2000	7.3
실시예5	0.8	1.2	1000	30	2000	7.3

연마 테스트는 아래 조건에 따라 진행하였다.

연마작업대: Mirra polisher(Applied Materials)

웨이퍼 규격: 8", 15KA Copper blanket wafer(Ramco Co)

연마 가압력: 3, 1.5 및 0 psi

테이블 회전속도: 93rpm

캐리어 회전속도: 87rpm

연마패드: IC1010(Rohm Hass Electronic Materials)

연마 슬러리 유속: 150ml/min

상기 웨이퍼는 4점 프로브를 이용하여 연마 전후의 구리막 두께를 측정하여 속도를 연산하였으며, 그 결과를 표 2에 나타냈다.

	Cu RR@3psi (Å/min)	Cu RR@1.5psi (Å/min)	DER (Å/min)	RR(3psi)/DER
실시예1	9618	5005	411	23.40
실시예2	8761	4714	253	34.63
실시예3	6234	3220	116	53.74
실시예4	5350	2560	80	66.88
실시예5	5859	3708	81	72.33

여기서, 상기 RR는 연마 제거율(Removal Rate)을 나타내고, DER은 동적 에칭속도(Dynamic etching rate), 즉 0psi인 경우의 제거율을 나타낸다.

표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 상기 실시예 1, 2는 공동 부식 억제제의 기능을 보여준다. 여기서 실시예2는 공동 부식 억제제를 사용한 경우이며, 그 결과로부터 실시예2가 비교적 높은 RR/DER값을 가짐을 알 수 있다. 그리고, 상기 공동 부식 억제제 중의 BTA는 연마 제거 매커니즘에서 조조절(coarse conditioning) 기능을 행하며, 1,2,4-트리아졸은 미세조절(fine conditioning)의 기능을 행한다. 그리고, 실시예 4,5 에서 가속제 함량이 많을수록 연마 제거율이 더욱 높다. 다만, 동적 에칭속도도 이에 수반하여 상승하기 때문에 억제제를 조절함으로써 통제하여야 한다. 따라서 가장 바람직한 연마 조성물은 연마 제거율 및 RR/DER값 간의 밸런스를 맞추어야 한다.

실시예 5 내지 6

표 3과 같이 실리카 졸 연마입자, 글리신, 과산화수소, 1-H-벤조트리아졸(BTA), 1,2,4-트리아졸 및 물을 포함한 연마 슬러리 조성물 실시 샘플을 사용하여 테스트를 진행하였다.

	산화제 (과산화수소) (wt%)	가속제 (글리신) (wt%)	1,2,4- 트리아졸 (ppm)	BTA (ppm)	32nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	pH
실시예5	0.8	1.2	1000	30	2000	7.3
실시예6	0.8	0.8	750	25	1000	7.35

연마 테스트는 아래 조건에 따라 진행하였으며, 그 결과는 표 4에 나타냈다.

웨이퍼 규격: MIT854 patterned wafer(Ramco Co)

연마 가압력: 3psi

테이블 회전속도: 93rpm

캐리어 회전속도: 87rpm

연마 슬러리 유속: 150ml/min

HRP220 profiler(KLA-Tenco) 기기를 이용하여 연마 후 측정 부위별 금속 디싱 정도를 측정하였다. 측정시 100×100 미크론의 구리선을 측정점으로 하여 웨이퍼의 원심부, 중단부 및 에지부의 다이에 대한 측정 결과를 표 4에 나타냈다.

	금속 디싱(실시예5)			금속 디싱(실시예6)
연마시간 (sec)	원심부 다이 (Å)	중단부 다이 (Å)	에지부 다이 (Å)	원심부 다이 (Å)	중단부 다이 (Å)	에지부 다이 (Å)
92	---	---	---	80	80	10
95	80	0	0	---	---	---
128	600	800	700	---	---	---
138	---	---	---	700	500	300

이들 금속 디싱 값이 종점(end point)에 도달한 후 다시 30% 과도 연마(over-polished)를 행하였다. 표 4의 결과로부터 알 수 있는바, 이들 데이터는 모두 800Å미만이다. 칩 제조공정에 있어서, 상기 값은 극히 실용적인 표면 윤곽(topographies)을 가지는 값이다. 이로부터 본 발명에 따른 조성물이 우수한 효과를 가지며 칩 제조공정 중의 CMP에 적용될 수 있음이 증명된다.

실시예 7 내지 13

표 5와 같이 실리카 졸 연마입자, 글리신, 과산화수소, 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸 및 물을 포함한 연마 슬러리 조성물 실시 샘플을 사용하여 테스트를 진행하였다.

	산화제 (과산화수소) (wt%)	가속제 (글리신) (wt%)	1,2,4- 트리아졸 (ppm)	벤조 트리아졸 (ppm)	32nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	87nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	pH
실시예7	0.8	0.8	900	25	750	---	7.33
실시예8	0.8	0.8	900	25	1000	---	7.35
실시예9	0.8	0.8	900	25	10000	---	7.35
실시예10	0.8	0.8	900	25	20000	---	7.4
실시예11	0.8	0.8	900	25	---	1000	7.35
실시예12	0.8	0.8	900	25	---	10000	7.35
실시예13	0.8	0.8	900	25	---	20000	7.4

표 5의 각 실시예를 이용하여, Mirra polisher(Applied Materials)의 연마작업대 위에서 실시예 1 내지 5에 따른 각 조건에 따라 연마 실험을 진행하였다. 연마용 웨이퍼는 Cu, Ta 및 TaN 블랭킷 웨이퍼(Blanket wafers)이며, 그 결과는 표 6 및 도 1에 나타냈다.

	Cu RR (Å/min)	Ta RR (Å/min)	TaN RR (Å/min)	Cu DER (Å/min)
실시예7	5366	4	4	73
실시예8	5530	5	6	85
실시예9	5755	8	10	126
실시예10	6368	12	15	164
실시예11	6561	---	---	102
실시예12	9602	23	54	129
실시예13	9529	14	21	150

표 6으로부터 알 수 있듯이, 상기 연마 입자의 농도가 높을수록 구리 연마 제거율이 더욱 높다. 이러한 현상은 연마 입자의 입경이 큰 것에 있어서 더욱 뚜렷해진다. 그리고, 연마 입자의 농도가 일정 함량에 도달한 후 연마 제거율은 일정한 값을 유지하는 평형단계에 도달하며 더 이상 상승하지 않으며, 입경이 작은 것에 비하여 입경이 큰 연마 입자가 먼저 상기 평형단계에 도달한다. 상기 결과로부터, 실리카 농도를 통해 제거율의 향상을 도모하는 것에는 한계가 있음을 알 수 있으며, 실리카의 입경이 작든 크든 이와 같은 측면에 있어서는 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 실리카의 농도가 제거율 향상에 있어서 한계를 가지고 있으므로 적용시에는 적절하고 유효한 농도범위를 취할 수 있다.

실시예 8 및 11

표 7에 나타낸 바와 같이 실시예 8과 실시예 11을 서로 다른 연마 가압력 조건에서 테스트를 행하였다.

	산화제 (과산화수소) (wt%)	가속제 (글리신) (wt%)	1,2,4- 트리아졸 (ppm)	벤조 트리아졸 (ppm)	32nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	87nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	pH
실시예8	0.8	0.8	900	25	1000	---	7.35
실시예11	0.8	0.8	900	25	---	1000	7.35

표 7의 각 실시예를 이용하여, Mirra polisher(Applied Materials)의 연마작업대 위에서 실시예 1 내지 5에 따른 조건에 따라 연마 실험을 진행하였다. 여기서 연마 가압력(Df)은 각각 1.5, 2 및 3psi이며, 4점 프로브를 이용하여 측정하였고, 그 결과는 표 8 및 도 2에 나타냈다.

실시예8		실시예11
Df. psi	Cu RR (Å/min)	Df. psi	Cu RR (Å/min)
1.5	4026	1.5	2791
2	4977	2	4955
3	6653	3	8183

표 8로부터 알 수 있듯이, 연마 가압력이 3psi인 조건에서 입경이 큰(87nm) 연마 입자의 구리 연마 제거율이 높으며, 연마 가압력이 1.5psi인 조건에서는 입경이 작은(32nm) 연마 입자의 구리 연마 제거율이 높다. 도 2는 상기 입경이 큰 연마입자가 높은 기울기(slope)를 가지는 선형 특성을 가짐을 보여준다. 즉 입경이 큰 연마 입자가 높은 연마 가압력 조건에서 비교적 유용함을 보여준다. 다만, 선진적인 Cu CMP 공정에서 높은 가압력 조건에서는 낮은 k값의 재료에 대해 손상을 주어 하자(defects)를 발생할 수 있는 단점을 가진다. 따라서 대부분 화학 기계적 연마공정에서는 2.5psi이상의 연마 가압력을 사용하는 것을 가능한 피하며, 화학기계적 연마 공정에서는 연마 입자의 입경을 작은 범위로 한정할 필요가 있게 된다.

표 7에서 보여준 바와 같이 마찬가지로 실시예 8 및 실시예 11을 이용하여 패턴화 웨이퍼(모델: MIT854)에 대해 동일한 파라미터 조건에서 연마 테스트를 진행하였다. 패턴화 웨이퍼에 대해 종점(end point)에 도달한 후 다시 30% 과도 연마(over-polished)를 행하였다. 측정시에는 100×100 미크론의 구리선을 측정점으로 하여, 웨이퍼의 원심부, 중단부 및 에지부 다이의 금속 디싱 결과를 표 9에 나타냈다.

	실시예8			실시예11
연마시간 (sec)	원심부 다이(Å)	중단부 다이(Å)	에지부 다이(Å)	원심부 다이(Å)	중단부 다이(Å)	에지부 다이(Å)
120	---	---	---	1600	1500	1600
144	800	875	845	---	---	---

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 입경이 큰 연마 입자가 높은 연마 제거율(연마시간이 짧음)을 제공할 수 있으나, 금속 디싱과 같은 연마 하자가 더욱 심각해지며 따라서 화학 기계적 연마공정에서는 입경이 작은 연마 입자가 더 유리함을 알 수 있다.

실시예 14 내지 17

표 10에 나타낸 바와 같이 실리카 졸 연마입자, 글리신, 과산화수소, 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸 및 물을 포함하여 이루어진 연마 조성물 실시 샘플을 이용하여 테스트를 진행하였다.

	산화제 (과산화수소) (wt%)	가속제 (글리신) (wt%)	1,2,4- 트리아졸 (ppm)	벤조 트리아졸 (ppm)	32nm 연마입자 (실리카 졸) (ppm)	pH
실시예14	0.8	0.7	800	25	1000	7.35
실시예15	0.8	0.7	800	25	5000	7.35
실시예16	0.8	0.7	800	25	10500	7.4
실시예17	0.8	0.7	600	25	5000	7.35

표 10의 각 실시예를 이용하여, Mirra polisher(Applied Materials)의 연마작업대 위에서 블랭킷 구리 웨이퍼(blanket Cu wafers) 및 패턴화 웨이퍼(규격: MIT854)를 연마하였다. 여기서 연마 제거율 및 연마 후 웨이퍼의 원심부, 중단부 및 에지부 다이의 측정 부위별 금속 디싱의 평균값 등 결과는 표 11 및 도 3에 나타냈다.

	실리카졸 (ppm)	Cu RR@3psi (Å/min)	금속 디싱의 평균값 (Å)
실시예14	1000	6468	710
실시예15	5000	7312	1277
실시예16	10500	7659	1840
실시예17	5000	7307	1213

표 11은 상기 연마 제거율이 연마 입자의 농도의 증가에 따라 서서히 증가하나 그 증가폭이 매우 미세함을 보여준다. 예를 들어, 실시예 14 및 16을 비교할 때 연마 제거율의 증가폭은 불과 18%일뿐이나 농도를 10배 이상 증가하여야만 이와 같은 증가폭을 얻을 수 있다. 그리고, 도 3으로부터, 연마입자의 농도가 금속 디싱에 대해 확실히 영향을 미침을 명백하게 볼 수 있다. 즉 연마 입자가 많을수록(농도가 높을수록), 금속 디싱 등 연마 하자가 더 심각해진다. 금속 디싱을 수용가능한 범위 내로 통제하기 위해서는 연마 입자의 농도를 일정 범위로 한정하여야 한다.

이상 본 발명의 기술내용 및 특징을 기재하였으나, 당업자는 본 발명의 개시 사항에 의해 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 교체 또는 변경을 행할 수 있다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시예를 통해 개시한 사항에 한정되어서는 안되며 본 발명의 취지에 반하지 않는 다양한 변경 또는 교체를 포함하여야 할 것이며, 후술할 특허청구범위 내에 포함되어야 한다.

도 1은 연마입자의 농도에 따른 연마 제거율을 나타낸 도면이다.

도 2는 입경이 큰 연마입자가 기울기(slope)가 큰 선형 특성을 가짐을 나타낸 도면이다.

도 3은 연마 입자의 농도에 따른 금속 디싱(dishing) 정도를 나타낸 도면이다.

Claims

연마 입자와,

과산화수소와,

가속제(accelerator)와,

제1 및 제2 부식 억제제를 포함하는 공동 부식 억제제, 및

물

을 포함하는 금속층 평탄화용 연마 조성물로서,

상기 연마 입자는 전체 조성물에서 750 중량ppm 내지 5000 중량ppm 미만으로 포함되는 것인 2 단계 구리 제거 CMP 공정의 두 단계 모두에서의 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 연마입자는 전체 조성물에서 1000 중량 ppm 내지 3000 중량ppm 미만으로 포함되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 연마입자의 입경이 90nm 미만인 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 연마입자의 입경이 50nm 미만인 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 연마입자가 하소(calcination)된 실리카; 규산나트륨(sodium silicate) 또는 규산칼륨(potassium silicate)의 가수분해 또는 실란의 가수분해 및 축합을 통해 형성된 실리카졸(colloidal silica); 침전 또는 하소된 알루미나; 침전 또는 하소된 티타니아(titania); 고분자재료; 금속산화물 및 고분자재료 혼합체(hybrid)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 연마입자가 실리카 졸인 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 과산화수소가 전체 조성물에서 0.25중량% 내지 5중량%로 포함되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 가속제가 시트르산, 옥살산, 타르타르산, 히스티딘(histidine), 알라닌(alanine), 글리신(glycine) 및 이들의 암모늄염, 나트륨염, 칼륨염 또는 리튬염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 가속제가 전체 조성물 중량에 대하여 0.01중량% 내지 5중량%로 포함되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 제1부식 억제제는 1-H-벤조트리아졸, N-아실 사르코신(N-acyl sarcosine), 알킬 설페이트(alkyl sulfate) 또는 알킬 술포네이트(alkyl sulfonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 제2부식억제제는 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 톨릴트리아졸(tolyltriazole), 5-아미노테트라졸(5-amino tetraazole), 3-아미노-1,2,4-트리아졸(3-amino-1,2,4-triazole), 4-아미노-4H-1,2,4-트리아졸(4-amino-4H-1,2,4-triazole), 3-니트로-1,2,4-트리아졸(3-nitro-1,2,4-triazole), 3-머캅토-1,2,4-트리아졸(3-mercapto-1,2,4-triazole), 1H-1,2,3-트리아졸-1-에탄올(1H-1,2,3-triazole-1-ethanol), 벤즈이미다졸(benzimidazole), 이미다졸(imidazole), 피롤(pyrrole), 피롤라인(pyrroline), 옥사졸(oxazole), 이소옥사졸(isoxazole), 인다졸(indazole) 및 인돌리진(indolizine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.
청구항 1에 있어서,

상기 공동 부식 억제제는 전체 조성물에서 0.001중량% 내지 1중량%로 포함되는 것인, 금속층 평탄화용 연마 조성물.