KR101257115B1 - 중합체 배리어 제거 연마 슬러리 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 수성 슬러리는 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재를 화학적 기계적으로 연마하는데 유용하다. 상기 수성 슬러리는 산화제 0.01 내지 25 중량%, 연마제 입자 0.1 내지 50 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.001 내지 3 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각(static etch)을 감소시키기 위한 저해제 0.01 내지 10중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 인-함유 화합물 0.001 내지 5 중량%, 연마 중에 생성되는 착화제 0.001 내지 10 중량% 및 잔량수(balance water)를 포함하며, 상기 수성 슬러리는 8 이상의 pH를 갖는다.
수성 슬러리, 구리 인터커넥트, 화학기계적 연마, 폴리비닐 피롤리돈

Description

중합체 배리어 제거 연마 슬러리{POLYMERIC BARRIER REMOVAL POLISHING SLURRY}
초고밀도 집적회로 (ULSI) 기술이 보다 작은 선폭으로 이동하면서, 통상적인 화학적 기계적 연마 (CMP) 공정의 집적화에 대한 새로운 도전이 있다. 또한, 저(low)-k 및 초저(ultra-low) k 유전체 필름의 도입은, 필름의 낮은 기계적 강도 및 인접 층에 대한 약한 부착 때문에 보다 온화한 CMP 공정을 요구한다. 게다가, 계속 강화되는 결함 요건 때문에 저 k 필름용 연마 슬러리에 대한 추가의 요구가 발생한다.
다양한 저 k 필름을 USLI로 집적화하는 것은 또한 다수의 추가적 단계 및 초임계 세정(supercritical cleaning), 유전체 및 금속 캡(caps), 배리어 및 구리의 균일한 침착(conformal deposition), 낮은 수직 하중(down force)의 화학적 기계적 평탄화 및 연마제-무함유 슬러리와 같은 새로운 기술의 도입을 요구할 수 있다. 이러한 기술적인 선택 외에도, ULSI 제조자들은 복잡성 대 수율, 신뢰성, 기계적 강도 및 성능, 즉, 저항-전기용량 (RC) 지연으로부터의 전력 소실을 고려하고 해결해야만 한다.
저 k 물질의 실행을 둘러싼 복잡성은 배리어 CMP 공정에 대한 보다 큰 도전을 야기시켰으며, 이는 복잡한 입력 변수를 제어하고 일관된 고 수율을 달성할 수 있는 능력을 필요로 한다. 공정 변수를 조정하는 것은 저 k 필름 상의 연마 편차를 감소시키는데 기여할 수 있다. 그러나, 가장 바람직한 배리어 CMP 슬러리는 공정 조정가능한 성능 조절을 갖는 저 k 유전체-특이적인 표면 활성화제이다. 예를 들면. Ye 등은 미국특허 제6.916.742호에서 폴리비닐 피롤리돈의 양을 조절하여 질화탄탈륨 및 탄소 도핑된 산화물 (CDO) 제거율을 조절하는 슬러리를 개시한다. 폴리비닐 피롤리돈 및 실리카의 양을 조정하여 슬러리에 의해 달성되는 질화 탄탈륨 (배리어) 대 CDO (초저 k 유전체) 제거율을 조절한다. 불행히도, 이들 슬러리는 어떤 용도에 대해서는 부적당한 구리 제거율을 갖는다.
증가된 구리 제거율로 배리어를 모듈(modular) 제거하여 초저 k 유전체를 달성할 수 있는 연마 슬러리에 대한 요구가 있다. 또한, 제어된 유전체 부식 및 제어된 구리 디슁을 가지고 배리어를 제거할 수 있는 슬러리에 대한 요구가 있다.
본 발명의 한 측면에 있어서, 본 발명은 산화제 0.01 내지 25 중량%, 연마제 입자 0.1 내지 50 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.001 내지 3 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각(static etch)을 감소시키기 위한 저해제 0.01 내지 10중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 인-함유 화합물 0.001 내지 5 중량%, 연마 중에 생성되는 착화제 0.001 내지 10 중량% 및 잔량수(balance water)를 포함하며, 8 이상의 pH를 갖는, 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재의 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 본 발명은 산화제 0.05 내지 15 중량%, 실리카 연마제 입자 O.1 내지 40 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.002 내지 2 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각을 감소시키기 위한 아졸 저해제 0.02 내지 5 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 인-함유 화합물 0.01 내지 3 중량%, 연마 중에 생성되는 유기 산 착화제 0.01 내지 5 중량% 및 잔량수를 포함하며, 8 내지 12의 pH를 갖는, 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재의 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 본 발명은 산화제 0.1 내지 10 중량%, 실리카 연마제 입자 O.25 내지 35 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.01 내지 1.5 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각을 감소시키기 위한 벤조트리아졸 저해제 0.05 내지 2 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 인-함유 화합물 0.02 내지 2 중량%, 연마 중에 생성되는 유기 산 착화제 0.01 내지 5 중량% 및 잔량수를 포함하며, 9 내지 11.5의 pH를 갖는, 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재의 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리를 포함한다.
포스페이트-함유 화합물을 폴리비닐 피롤리돈-함유 슬러리에 가하면, 반도체 기재의 배리어, 저 k 및 초저 k 제거율에 불리한 효과를 주지 않고 구리 제거율을 증가시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 본 원의 목적을 위하여, 반도체 기재는 특정 전자 신호를 생성시킬 수 있는 방식으로 절연체 층에 의해 격리된 금속 전도체 인 터커넥트 및 유전체 물질을 갖는 웨이퍼를 포함한다. 게다가. 상기 슬러리는 예기치 않게 웨이퍼의 표면 조도를 개선시킨다. 최종적으로, 상기 슬러리는 웨이퍼의 표면 조도에 불리한 영향을 끼치지 않으면서 강한(aggressive) 세정제로 세정하는 것을 촉진시키는 CMP 공정 이후에 안정한 필름을 제공한다.
슬러리는 또한 저-k 유전체 필름의 선택적 제거율을 갖는 베리어의 제거를 위한 폴리비닐 피롤리돈 0.001 내지 3 중량%를 함유한다. 본원은 달리 표시하지 않는 한 모든 농도를 중량%로 표시한다. 바람직하게는, 슬러리는 0.002 내지 2 중량%의 폴리비닐 피롤리돈을 함유한다. 가장 바람직하게는, 슬러리는 0.01 내지 1.5 중량%의 폴리비닐 피롤리돈을 포함한다. 적당한 저-k 제거율을 갖는 배리어 제거를 요구하는 용도에 대하여, 슬러리는 바람직하게는 0.4 중량% 미만의 폴리비닐 피롤리돈을 함유한다. 낮은 저-k 제거율을 갖는 배리어 제거를 요구하는 용도에 대하여, 슬러리는 바람직하게는 0.4 중량% 이상의 폴리비닐 피롤리돈을 함유한다. 상기 비이온성 중합체는 저-k 및 초저 k 유전체 필름 (전형적으로는, 소수성) 및 경질 마스크 캐핑(capping) 층 필름의 연마를 촉진시킨다.
폴리비닐 피롤리돈은 바람직하게는 1,000 내지 1,000,000의 중량 평균 분자량을 갖는다. 본원의 목적을 위하여, 중량 평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정된 분자량을 지칭한다. 슬러리는 보다 바람직하게는 1,000 내지 500,000의 분자량, 가장 바람직하게는 2,500 내지 50,000의 분자량을 갖는다. 예를 들면, 12,000 내지 15,000 범위의 분자량을 갖는 폴리비닐 피롤리돈이 특히 효과적이라는 것이 밝혀졌다.
슬러리는 0.001 내지 5 중량%의 인-함유 화합물을 함유한다. 본원의 목적을 위하여, "인-함유" 화합물은 인 원자를 함유하는 임의의 화합물이다. 바람직하게는, 슬러리는 0.01 내지 3 중량%의 인-함유 화합물을 함유한다. 가장 바람직하게는, 슬러리는 0.02 내지 2 중량%의 인-함유 화합물을 함유한다. 예를 들면, 인-함유 화합물은 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 포스폰산염, 포스핀 산화물, 포스핀 황화물, 포스포리난(phosphorinanes), 포스폰산염, 포스파이트 및 포스피네이트 뿐 아니라 이들의 산, 염, 혼합산염, 에스테르, 부분 에스테르, 혼합 에스테르, 및 이들의 혼합물, 예컨대, 인산을 포함한다. 특히, 연마 슬러리는 다음과 같은 특정 인-함유 화합물을 포함할 수 있다: 인산아연, 피로인산 아연, 폴리인산 아염, 포스폰산 아연, 인산 암모늄, 피로인산 암모늄, 폴리인산 암모늄, 포스폰산 암모늄, 인산 디암모늄, 피로인산 디암모늄, 폴리인산 디암모늄, 포스폰산 디암모늄, 인산 칼륨, 인산이칼륨, 구아니딘 포스페이트, 구아니딘 피로포스페이트, 구아니딘 폴리포스페이트, 구아니딘 포스폰산염, 인산철, 피로인산철, 폴리인산철, 포스폰산철, 인산세륨, 피로인산세륨, 폴리인산세륨, 포스폰산 세륨, 에틸렌-디아민 포스페이트, 피페라진 포스페이트, 피페라진 피로포스페이트, 피페라진 포스폰산염, 멜라민 포스페이트, 디멜라민 포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 멜라민 폴리포스페이트, 멜라민 포스폰산염, 멜람 포스페이트, 멜람 피로포스페이트, 멜람 폴리포스페이트, 멜람 포스폰산염, 멜렘 포스페이트, 멜렘 피로포스페이트, 멜렘 폴리포스페이트, 멜렘 포스폰산염, 디시아노디아미드 포스페이트, 우레아 포스페이트, 뿐 아니라 이들의 산, 염, 혼합산염, 에스테르, 부분 에스테르, 혼합 에스테 르, 및 이들의 혼합물.
바람직한 인-함유 화합물은 인산암모늄 및 인산을 포함한다. 과량의 인산암모늄은, 그러나, 과량의 유리 암모늄을 용액으로 도입할 수 있고, 과량의 유리 암모늄은 구리를 공격하여 거친 금속 표면을 생성시킬 수 있다. 인산을 가하면 유리 알칼리 금속과 즉석에서(in situ) 반응하여, 예컨대 칼륨을 특히 효과적인 인산칼륨염 및 제2인산칼륨 염으로 형성시킬 수 있다.
칼륨 화합물은 또한 강한 CMP 후 세정 용액 중에서 구리를 보호하는 보호 필름을 형성시키는 잇점을 제공한다. 예를 들면. CMP 후 웨이퍼의 필름은 강한 구리 착화제, 예컨대, 테트라메틸암모늄히드록시드, 에탄올아민 및 아스코르브산을 포함하는 pH 12 용액 중에서 웨이퍼를 보호하기에 충분한 일체성을 가진다.
0.01 내지 25 중량%의 산화제는 또한 배리어 층, 예컨대 탄탈륨, 질화 탄탈륨, 티타늄 및 질화티타늄의 제거를 촉진한다. 바람직하게는, 슬러리는 0.05 내지 15 중량%의 산화제를 포함한다. 가장 바람직하게는, 슬러리는 0.1 내지 10 중량%의 산화제를 포함한다. 적절한 산화제는 예를 들면, 과산화수소, 모노과황산염, 요오드산염, 마그네슘 퍼프탈레이드, 과초산(peracetic acid) 및 기타 과산, 과황산염, 브롬산염, 과요오드산염, 질산염, 철 염. 세륨 염, 망간 (Mn) (III). Mn (IV) 및 Mn (VI) 염, 은 염, 구리 염, 크롬 염, 코발트 염, 할로겐, 차아염소산염, 또는 하나 이상의 상기 산화제를 포함하는 조합을 포함한다. 바람직한 산화제는 과산화수소이다. 산화제는 전형적으로는 사용 직전에 연마 조성물에 첨가되며, 이 경우에 산화제는 별개의 패키지에 포함되고 사용 장소에서 혼합된다. 이는 불 안정한 산화제, 예컨대. 과산화수소에 대하여 특히 바람직하다.
산화제, 예컨대 과산화물의 양을 조정하여 또한 금속 인터커넥트 제거율을 제어할 수 있다. 예를 들면, 과산화물 농도를 증가시키면 구리 제거율이 증가된다. 그러나 산화제가 과량으로 증가되면 연마율에 불리한 영향을 미친다
배리어 금속 연마 조성물은 배리어 물질의 "기계적" 제거를 위한 연마제를 포함한다. 연마제는 바람직하게는 콜로이드성 연마제이다. 예시적인 연마제는 다음을 포함한다: 무기 산화물, 금속 붕소화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물. 금속 질화물, 또는 하나 이상의 상기 연마제를 포함하는 조합을 포함한다. 적절한 무기 산화물은 예를 들면, 실리카 (Si02), 알루미나 (Al203), 지르코니아 (Zr02), 세리아 (Ce02), 산화망간 (Mn02), 및 이들의 혼합물을 포함한다. 알루미나는 다양한 형태, 예컨대 알파-알루미나, 감마-알루미나, 델타-알루미나, 및 무정형 (비결정질) 알루미나로 입수가능하다. 기타 적절한 알루미나의 예들은 보헤마이트 (AlO(OH)) 입자 및 이들의 혼합물이다. 이들 무기 산화물의 변경된 형태, 중합체-코팅된 무기 산화물 입자 또한 원하는 경우 사용될 수 있다. 적절한 금속 탄화물, 붕소화물 및 질화물은 예를 들면, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄질화물 (SiCN), 붕소 탄화물, 텅스텐 탄화물, 지르코늄 탄화물, 알루미늄 붕소화물, 탄탈륨 탄화물, 티타늄 탄화물, 및 하나 이상의 상기 금속 탄화물, 붕소화물 및 질화물을 포함하는 혼합물을 포함한다 다이아몬드 또한 원하는 경우 사용될 수 있다. 택일적 연마제는 또한 중합체 입자 및 코팅된 중합체 입자를 포함한다. 바람직한 연마제는 실리 카이다.
연마제는 연마 조성물의 수성상에서 0.1 내지 50 중량%의 농도를 지닌다. 연마제-무함유 용액에 대하여, 고정된 연마제 패드는 배리어 층의 제거를 돕는다. 바람직하게는, 연마제 농도는 0.1 내지 40 중량%이고, 가장 바람직하게는, 연마제 농도는 0.25 내지 35 중량%이다. 전형적으로는, 연마제 농도를 증가시키면 유전체 물질의 제거율이 증가되고, 저-k 유전체 물질, 예컨대 탄소-도핑된 산화물의 제거율이 특히 증가된다. 예를 들면, 반도체 제조업자가 증가된 저-k 유전체 제거율을 원한다면, 연마제 함량을 증가시켜 유전체 제거율을 원하는 수준으로 증가시킬 수 있다.
연마제는 바람직하게는 과도한 금속 디슁(dishing) 및 유전체 부식을 방지하기 위하여 250 nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 본원의 목적을 위하여, 입자 크기는 콜로이드성 실리카의 평균 입자 크기를 지칭한다. 가장 바람직하게는, 실리카는 금속 디슁 및 유전체 부식을 더욱 감소시키기 위하여 150 nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 특히, 75nm 미만의 평균 연마제 입자 크기는 유전체 물질을 과도하게 제거하지 않으면서 배리어 금속을 허용가능한 비율로 제거한다. 예를 들면, 평균 입자 크기 20 내지 75 nm인 콜로이드성 실리카를 사용하면 최소한의 유전체 부식 및 금속 디슁이 발생한다. 콜로이드성 실리카의 크기를 감소시키면, 용액의 선택도를 개선시키는 경향이 있으나, 이는 또한 배리어 제거율을 감소시키는 경향이 있다. 또한, 바람직한 콜로이드성 실리카는 첨가제, 예컨대, 산성 pH 범위에서 실리카의 안정성을 개선시키는 분산제를 포함할 수 있다. 그러 한 연마제 중 하나는 프랑스 푸토의 AZ Electronic Material France S.A.S.로부터 입수가능한 콜로이드성 실리카이다.
저해제 이외에도, 0.001 내지 10 중량%의 착화제가 비철금속의 침전을 방지한다. 가장 바람직하게는, 슬러리는 0.01 내지 5 중량%의 착화제를 포함한다. 바람직하게는, 착화제는 유기 산이다. 예시적인 착화제는 다음을 포함한다: 아세트산, 시트르산, 에틸 아세토아세테이트, 글리콜 산, 락트산, 말산, 옥살산, 살리실산, 나트륨 디에틸 디티오카르바메이트, 숙신산, 타르타르산, 티오글리콜산, 글리신, 알라닌, 아스파르트산, 에틸렌 디아민, 트리메틸 디아민, 말론산, 글루테르산(gluteric acid), 3-히드록시부티르산, 프로피온산, 프탈산, 이소프탈산, 3-히드록시 살리실산, 3.5-디히드록시 살리실산, 갈산(gallic acid), 글루콘산, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닌산, 및 그의 염. 바람직하게는, 착화제는 아세트산, 시트르산, 에틸 아세토아세테이트, 글리콜 산, 락트산, 말산, 옥살산으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는 착화제는 시트르산이다.
0.01 내지 10 총중량%의 저해제를 첨가하면 구리 인터커넥트의 제거율이 감소하고, 구리를 정적 식각(static etch)으로부터 보호한다. 본원의 목적을 위하여, 구리 인터커넥트는 부차적인 불순물 또는 구리-기재 합금을 갖는 구리로 형성된 인터커넥트를 지칭한다. 저해제의 농도를 조정하여 금속을 정적 식각으로부터 보호함으로써 구리 인터커넥트 제거율을 조정한다. 바람직하게는, 슬러리는 0.02 내지 5중량%의 저해제를 함유한다. 가장 바람직하게는, 용액은 0.05 내지 2 중량%의 저해제를 함유한다. 저해제는 저해제의 혼합물로 구성될 수도 있다. 아졸 저 해제가 구리 인터커넥트에 대하여 특히 효과적이다. 전형적 아졸 저해제는 벤조트리아졸(BTA), 머캅토벤조티아졸 (MBT), 톨릴트리아아졸 및 이미다졸을 포함한다. BTA는 구리 인터커넥트에 대하여 특히 효과적인 저해제이고, 이미다졸은 구리 제거율을 증가시킬 수 있다.
연마 조성물은 8 이상의 pH 및 잔량수를 갖는다. 바람직하게는, pH는 8 내지 12이고, 가장 바람직하게는 9 내지 11.5이다. 또한, 용액은 가장 바람직하게는 부차적인 불순물을 제한하기 위하여 잔량수로서 탈이온수를 사용한다. 히드록시 이온의 공급원, 예컨대 암모니아, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨은 pH를 염기성 범위로 조정한다. 가장 바람직하게는, 히드록시 이온의 공급원은 수산화칼륨이다.
선택적으로, 슬러리는 표면 조정제(leveling agents), 예컨대 염화물 또는 특히, 염화암모늄, 완충제, 분산제 및 계면활성제를 함유할 수 있다. 예를 들면. 슬러리는 선택적으로 0.0001 내지 0.1 중량%의 염화암모늄을 함유할 수 있다. 염화암모늄은 표면 외관을 개선시키고, 또한 구리 제거율을 증가시킴으로써 구리 제거를 촉진시킬 수 있다.
연마 조성물은 또한 선택적으로 완충제 예컨대 8 이상 내지 12의 pH 범위에서 pKa 다양한 유기 및 무기 염기 또는 그들의 염을 포함할 수 있다. 연마 조성물은 선택적으로 소포제, 예컨대 에스테르, 에틸렌 옥사이드, 알코올, 에톡실레이트, 실리콘 화합물, 불소 화합물, 에테르, 글리코시드 및 그들의 유도체 등을 비롯한 비이온성 계면활성제를 더욱 포함할 수 있다. 소포제는 또한 양쪽성 계면활성제일 수 있다. 연마 조성물은 선택적으로 살생물제(biocides), 예컨대 2-메틸-4-이소티 아졸린-3-온 및 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 함유하는 각각 롬 앤드 하스 컴퍼니에 의해 제조된 KordekTM MLX (9.5- 9.9% 메틸-4-이소티아졸린-3-온, 89.1 - 89.5% 물 및 ≤1.0% 관련 반응 생성물) 또는 KathonTM ICP III(KordekTM 및 KathonTM 은 롬 앤드 하스 컴퍼니의 상표이다)일 수 있다.
바람직하게는, 연마 패드 상에 21 kPa 미만의 수직 하중(downward force)으로 슬러리를 반도체 기재에 적용함으로써 슬러리가 반도체 기재를 연마한다. 수직 하중은 반도체 기재에 대한 연마 패드의 힘을 나타낸다. 연마 패드는 원형, 벨트형 또는 웹 형상일 수 있다. 상기 수직 하중은 반도체 기재를 평탄화하여 배리어 물질을 반도체 기재로부터 제거하는데 특히 유용하다. 가장 바람직하게는, 연마는 15 kPa 미만의 수직 하중에서 수행된다.
실시예
탈이온수의 잔량수와 혼합된 일련의 3가지 비교 슬러리 (A 내지 C) 및 3가지 실시예 (1 내지 3)를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112006064663892-pat00001
CA = 시트르산, PVP = 폴리비닐 피롤리돈, BTA=벤조트라아졸, 살생제 = KordekTM MLX (롬 앤드 하스 컴퍼니 제조, 9.5 - 9.9% 메틸-4-이소티아졸린-3-온, 89.1 - 89.5% 물 및 ≤1.0% 관련 반응 생성물), 실리카 = 1501-50 50 nm 실리카 (프랑스 푸토의 Electronic Materials France S.A.S. 제조).
실시예 1
연마 테스트는 200 mm 시이트 웨이퍼(CoralTM 탄소 도핑된 산화물, Novellus Systems. Inc. 제조), TEOS 유전체, 질화 탄탈륨, 및 도금된 구리를 사용하였다. IC1010TM 및 엠보싱된 PolitexTM연마 패드 (Rohm and Haas Electronic Mterials CMP Technologies 제조)를 이용한 연마 시이트로부터 지형적 데이터(topographical data)가 얻어진다.
MIRRATM 회전형 연마 플랫폼이 시이트 웨이퍼를 연마하였다. 제1 단계 구리 연마는, Kinik AD3CG-18 1060 그리드 다이아몬드 컨디셔닝 디스크를 사용하여 정반(platen) 1 및 2 상에서 IC1010TM 연마 패드와 함께 이터널(Eternal) 슬러리 EPL2360를 사용하였다. 정반(platens) 1에 대한 연마 조건은, 정반 속도 93 rpm, 캐리어 속도 21 rpm 및 수직압력 4 psi (27.6 kPa)이고, 정반 2에 대해서는 정반 속도 33 rpm, 캐리어 속도 61 rpm 및 수직압력 3 psi (20.7 kPa)였다. 정반 3에 대한 연마 조건은 고엠보싱된 PolitexTM 연마 패드를 사용하여 슬러리 유속 200 ml/min에서 1.5 psi (10.3 kPa) 수직압력, 93 rpm 정반 속도, 87 rpm 캐리어 속도였다.
제거율은 연마 전후의 필름 두께로부터 계산되었다. 모든 광학적으로 투명한 필름은 구리에 대하여 170 x 10-6 Ω, 질화 탄탈륨에 대하여 28,000 x 10-6 Ω으로 규정된 Tencor SM300 편광 측정 장치를 사용하여 측정되었다. 웨이퍼 지형 데이터는 Dektak Veeco V200SL 스타일러스 프로파일로미터(profilometer)를 사용하여 모집하였다. 모든 보고된 제거율은 Å/min. 단위이다.
Figure 112006064663892-pat00002
표 2는 이미다졸 및 인산이 구리 제거율을 촉진시키고 TEOS에서는 약간 증가시킨다는 것을 나타낸다. 시험된 pH 수준에서는, 그러나, 인산이 칼륨과 결합하여 인산칼륨 및 제2인산칼륨을 형성하였다. 표 2의 슬러리 B를 슬러리 C와 비교하면, 슬러리 C 중의 증가된 폴리비닐 피롤리돈에 기인한 CDO 제거율을 제외하고는 보다 높은 연마제 함량에 기인하여 슬러리 B의 모든 제거율이 증가한다. 슬러리 B (구리 촉진제 무함유)를 슬러리 A (이미다졸 촉진제) 및 표 2(인산염 촉진제)의 슬러리 1, 2 및 3와 비교하면 촉진제 때문에 구리 제거율이 증가한 것을 알 수 있다.
하기 표 3은 ATMI에 의해 공급된 ESC 784를 사용한 세정 후의 AFM 표면 조도 측정 결과를 포함한다.
Figure 112006064663892-pat00003
표 3의 데이터는 칼륨 화합물이 이미다졸 함유 슬러리와 함께 개선된 표면 조도를 갖도록 시이트 웨이퍼를 연마한 것을 나타낸다. 표 3의 슬러리 B (촉진제 무함유)의 RMS 표면 조도를 슬러리 A (이미다졸 촉진제)와 비교하면, 배합물 A는 CMP 후 세정 (본 건의 경우 ATMI에 의해 공급된 ESC 784로 세정됨)후에 보다 거친 표면을 생성시키는데 사용될 수 있다. 슬러리 B (촉진제 무함유)를 슬러리 1. 2 및 3 (포스페이트 촉진제)과 비교하면, CMP 후 세정 후의 표면 조도가 상기 촉진제를 사용하는 슬러리를 통하여 낮아진다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 수성 슬러리는 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재를 화학기계적으로 연마하는데 유용하며, 증가된 구리 제거율로 배리어를 모듈 제거하여 초저 k 유전체를 달성할 수 있다. 또한, 본 발명의 슬러리는 제어된 유전체 부식 및 제어된 구리 디슁을 가지고 배리어를 제거할 수 있다.

Claims (10)

  1. 산화제 0.01 내지 25 중량%, 연마제 입자 0.1 내지 50 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.002 내지 3 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각(static etch)을 감소시키기 위한 저해제 0.01 내지 10중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한, 인산암모늄, 인산칼륨 및 제2인산칼륨 중 1종 이상으로부터 선택되는 포스페이트 화합물 0.001 내지 5 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 염화암모늄 0.0001 내지 0.1 중량%, 연마 중에 구리와 함께 착물을 형성하는 구리 착화제 0.001 내지 10 중량% 및 잔량수(balance water)를 포함하며, 8 이상의 pH를 갖는,
    구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재로부터 배리어 물질을 제거하기 위한 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리.
  2. 제1항에 있어서, 폴리비닐 피롤리돈의 중량 평균 분자량이 1,000 내지 1,000,000인 수성 슬러리.
  3. 제1항에 있어서, 슬러리가 실리카 연마제 입자를 포함하는 수성 슬러리.
  4. 산화제 0.05 내지 15 중량%, 실리카 연마제 입자 0.1 내지 40 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.002 내지 2 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각을 감소시키기 위한 아졸 저해제 0.01 내지 5 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한, 인산암모늄, 인산칼륨 및 제2인산칼륨 중 1종 이상으로부터 선택되는 포스페이트 화합물 0.01 내지 3 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 염화암모늄 0.0001 내지 0.1 중량%, 연마 중에 구리와 함께 착물을 형성하는 유기 산 구리 착화제 0.01 내지 5 중량% 및 잔량수를 포함하며, 8 내지 12의 pH를 갖는,
    구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재로부터 배리어 물질을 제거하기 위한 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리.
  5. 제4항에 있어서, 폴리비닐 피롤리돈의 중량 평균 분자량이 1,000 내지 500,000인 수성 슬러리.
  6. 제4항에 있어서, 슬러리가 평균 입자 크기 100 nm 미만의 실리카 연마제 입자를 포함하는 수성 슬러리.
  7. 제4항에 있어서, 포스페이트 화합물이 제2인산칼륨인 수성 슬러리.
  8. 산화제 0.1 내지 10 중량%, 실리카 연마제 입자 0.25 내지 35 중량%, 폴리비닐 피롤리돈 0.01 내지 1.5 중량%, 구리 인터커넥트의 정적 식각을 감소시키기 위한 벤조트리아졸 저해제 0.01 내지 2 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한, 인산암모늄, 인산칼륨 및 제2인산칼륨 중 1종 이상으로부터 선택되는 포스페이트 화합물 0.02 내지 2 중량%, 구리 인터커넥트의 제거율을 증가시키기 위한 염화암모늄 0.0001 내지 0.1 중량%, 연마 중에 구리와 함께 착물을 형성하는 유기 산 구리 착화제 0.01 내지 5 중량% 및 잔량수를 포함하며, 9 내지 11.5의 pH를 갖는,
    구리 인터커넥트를 갖는 반도체 기재로부터 배리어 물질을 제거하기 위한 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리.
  9. 제8항에 있어서, 착화제가 시트르산인 수성 슬러리.
  10. 제8항에 있어서, 포스페이트 화합물이 제2인산칼륨인 수성 슬러리.
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