KR101340550B1

KR101340550B1 - 화학기계적연마 조성물 및 연마 방법

Info

Publication number: KR101340550B1
Application number: KR1020100140038A
Authority: KR
Inventors: 노종일; 전종선; 홍창기; 박용순; 김원래; 김동진
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2013-12-11
Also published as: KR20120077908A

Abstract

0.01~20.0중량%의 연마제; 0.01~10.0중량%의 산화제; 0.001~10.0중량%의 부식억제제; 0.1~10.0중량% 첨가되고 두 종류의 디카르복시산들을 혼합한 착화제; 및 50~99중량%의 탈이온수를 포함하는 화학기계적연마 조성물 및 이를 이용한 화학기계적연마 방법을 제시한다.

Description

화학기계적연마 조성물 및 연마 방법 {CMP composition and CMP method by using the same}

본 발명은 화학기계적연마(CMP) 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 반도체 제조 시 구리 배선과 같은 금속 배선을 연마하는 데 사용되는 CMP 슬러리(slurry) 조성물 및 연마 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조할 때, 웨이퍼 표면이나 웨이퍼 상의 절연층 또는 금속층을 평탄화하는 데 CMP 공정이 적용되고 있다. CMP 공정은 연마 플레이튼(platen) 상에 연마 패드(polishing pad)를 도입하고, 연마 플레이튼을 회전하며 연마 헤드(head)가 웨이퍼를 잡아 회전시키며 정압(hydrostatic press)를 인가하여, 연마 패드와 연마 슬러리 조성물의 연마제에 의한 기계적 연마 작용과, 연마 슬러리 조성물의 산화제에 의한 산화에 의한 화학적 연마 작용을 이용하여 웨이퍼 표층을 연마하여 평탄화하는 과정이다. CMP에 사용되는 연마 슬러리 조성물은 금속 산화물 입자의 연마제와 이들 연마제가 현탁되는 탈이온수(DI water), 탈이온수에 첨가되는 산화제, 패시베이션(passivation)으로 과다한 부식을 방지하는 부식 억제제 및 산화제에 의해 산화된 금속 산화물을 킬레이트화하는 착화제를 포함하는 조성물로 구성될 수 있다.

CMP 슬러리 조성물를 이용하여 금속층, 특히, 구리(Cu)층을 연마하는 과정에서, 침식(erosion)이나 디싱(dishing)과 같은 표면 결함(defect)을 억제하기 위해서, 산화된 금속 산화물을 킬레이트화하는 착화제가 도입되고 있다. 이러한 착화제는 연마 평탄도, 즉, 웨이퍼 전체 표면에 대한 연마 프로파일(profile)이 균일하게 유도하는 작용을 위해 도입된다.

본 발명은 웨이퍼 상의 금속층, 특히 구리층을 CMP할 때, 개선된 연마 속도 및 연마 평탄도를 얻을 수 있는 CMP 연마 조성물 및 연마 방법을 제시하고자 한다.

본 발명의 하나의 관점은 0.01~20.0중량%의 연마제; 0.01~10.0중량%의 산화제; 0.001~10.0중량%의 부식억제제; 0.1~10.0중량% 첨가되고 두 종류의 디카르복시산들을 혼합한 착화제; 및 50~99중량%의 탈이온수를 포함하는 화학기계적연마 조성물을 제시한다.

상기 착화제는 상기 산화제에 의해 산화된 피연마물과 킬레이트화 반응하는 해리상수(pK_a1)가 4이하인 두 종류의 상기 디카르복시산들을 포함한다.

상기 착화제는 상기 말산 및 말론산을 혼합하여 첨가된다.

상기 말산 및 말론산은 1 : 1 내지 0.7 : 0.3 의 중량 비율로 혼합된다.

상기 말산 및 말론산은 0.5% 내지 1% 의 총량으로 첨가된다.

상기 조성물은 2 내지 6의 pH를 가진다.

상기 화학기계적연마 조성물을 이용하여 구리층을 연마하는 화학기계적연마 방법을 제시한다.

본 발명은 CMP 연마 조성물의 산화제에 의해 산화된 금속 산화물을 킬레이션하는 역할을 하는 착화제를 두 종류 이상의 유기산을 사용함으로써, CMP 연마 평탄도를 향상시킬 수 있다. 특히, 구리 배선을 연마할 때 연마 평탄도 개선을 구현할 수 있다.

도 1은 화학기계적연마 조성물에 첨가된 각각의 유기산에 따른 구리 제거량을 측정한 그래프이다.
도 2는 혼합된 디카르복시산이 첨가된 화학기계적연마 조성물을 사용하여 2.5 psi 압력 조건에서 구리 제거량을 측정한 그래프이다.
도 3은 혼합된 디카르복시산이 첨가된 화학기계적연마 조성물을 사용하여 1.5 psi 압력 조건에서 구리 제거량을 측정한 그래프이다.

본 발명의 CMP 연마 조성물은, 반도체 소자의 전도층으로 사용되는 금속층, 예컨대, 구리층을 피연마 대상으로 하며, 연마제, 산화제, 부식 억제제 및 두 종류 이상의 유기산을 착화제로 포함한다. 착화제는 두 종류 이상의 디카르복시산 또는 그 염을 이용할 수 있다. 구체예에서는 산화제에 의해 산화된 구리 산화물과 킬레이트 반응하는 속도가 다른 유기산들을 혼합하여 연마 조성물에 첨가되어 사용할 수 있다. 바람직한 구체예에서는, 해리상수(pK_a)가 4 이하, 보다 바람직하게는 1 내지 4의 2종의 유기산을 사용한다. 예컨대, 해리상수가 pK_a1=3.40인 디카르복시산과, 해리상수가 pK_a1=2.83인 디카르복시산을 혼합하여 착화제로 사용할 수 있다. 해리상수가 다른 2 종류의 유기산을 연마 조성물에 첨가하므로, 연마 시 첨가된 유기산들이 해리되는 정도 및 시간이 달라, 연마가 수행되는 기간 동안 유기산들이 보다 긴 시간 동안 해리되도록 유도할 수 있다. 이와 같이 해리상수(pK_a)가 다른 2 종류 이상의 유기산을 혼합하여 사용함으로써, CMP 연마가 지속되며 계속 발생되는 구리 산화물을 지속적으로 킬레이트화할 수 있어, 구리 산화물이 다시 연마될 구리층으로 재흡착되는 것을 지속적으로 방지할 수 있고, 이에 따라, 구리에 대한 연마 속도를 지속적으로 증가시키고, 표면 결함 감소를 구현할 수 있다. 따라서, 연마 속도가 CMP 진행에 따라 감소되거나 또는 표면 결함이 발생되는 것을 유효하게 억제할 수 있다.

구리층에 대한 벌크 연마(bulk polishing) 시의 1차 연마 시 연마 속도는 200mm 웨이퍼 기준으로 7000Å/분(min) 내지 10000Å/분(min) 범위에서 얻을 수 있고, 벌크 연마 이후의 배리어(barrier) 또는 절연층에 대한 연마 선택비를 얻는 2차 연마 시 연마 속도는 4000Å/분(min) 내지 5000Å/분(min) 정도 얻을 수 있다. 1차 연마는 보다 빠른 연마 속도를 얻기 위해서 상대적으로 높은 정압을 인가한 상태에서 수행되고, 1차 연마 후 2차 연마는 연마 종료점 인근에서의 배리어나 절연층에 대한 연마 선택비를 얻고, 디싱이나 스크래치(scratch) 등을 억제하기 위해 보다 낮은 정압 하에서 낮은 연마 속도로 수행된다.

본 발명의 구리 배선 연마용 슬러리 조성물은 연마제로 연마제, 산화제, 부식억제제 및 착화제로서 두 종류 이상의 유기산을 탈이온수에 분산시켜 제조하며, (A)연마제 0.01~20.0중량%; (B)산화제 0.01~10.0중량%; (C)부식억제제 0.001~10.0중량%; (D)착화제 0.1~10.0중량%; 및 (E)탈이온수 50~99중량% 를 포함한다.

연마제

본 발명의 CMP 연마 조성물은 콜로이달 실리카 연마 입자를 연마제로 포함한다. 실리카(SiO₂) 외에 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(Zirconia), 몰리브데늄(Molybdenum) 또는 세리아(Ceria) 연마 입자들이 연마제로 사용될 수 있다. 이러한 연마 입자들을 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있으며, 콜로이달 실리카(colloidal silica)가 보다 효과적인 연마 작용에 유리하다.

콜로이달 실리카 연마제의 입경 크기는 적용 목적에 따라 달라질 수 있다. 낮은 배리어 및 절연층 연마 속도를 위해서는 응집되지 않은 평균 입자 크기가 25nm이하인 것이 유리하며, 높은 배리어 및 절연막 속도를 위해서는 입자 크기가 25nm 이상인 것이 유리하다. 구리 배선 연마에 있어서 벌크 연마 단계인 1차 연마 단계(bulk copper polishing)에서 25nm이상의 연마제를 사용할 경우 배리어 및 절연막 연마속도가 너무 높아 침식(erosion)이 커지고, 이를 극복하기 위해서는 공정 시간이 짧아져야 하는데 이때 구리 잔류물이 발생하여 불량률이 높아질 수 있다. 또한 1차 연마 후 수행되는 2차 연마 단계(barrier polishing)에서 25nm이하의 연마제를 사용하면 구리와 이종막, 즉, 절연층간의 선택비가 높아져 잉여연마시간(over polishing time)이 길어질수록 침식(erosion) 및 디싱(dishing)이 심화될 수 있다.

콜로이달 실리카 연마제는 전체 슬러리 조성물 대비 0.01 ~ 20 중량% 첨가될 수 있으며, 실리카의 경우 0.05 ~ 20중량%, 알루미나의 경우 0.5~10중량%가 적합하다. 만일 금속 산화물 미분말인 연마제의 함량이 20중량%를 초과하는 경우에는 분산안정성 및 연마 속도를 조절하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.

탈이온수

연마제는 탈이온수에 현탁되어 슬러리로 제조되며, pH 조절을 통하여 슬러리 pH를 2 ~ 6으로, 보다 유효하게는 4 정도로 유지한다.

산화제

산화제는 피연마층인 금속층, 예컨대 구리층 표면을 산화시켜 화학적 연마를 유도하는 역할을 하며, 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 산화제로 첨가될 수 있다. 바람직하게는 과산화수소를 사용할 수 있다. 산화제의 함량은 적절한 연마 속도를 얻고, 연마 시의 부식이나 피칭(pitting) 현상을 감소시키는 측면에서, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.01 ~ 10 중량% 첨가될 수 있으며, 보다 유효하게는 0.1 ~ 5 중량% 첨가될 수 있다.

부식억제제

부식억제제는 산화제의 화학적 반응을 지연시켜 물리적 연마가 일어나지 않는 낮은 단차 영역에서의 부식을 억제하는 동시에 연마가 일어나는 높은 단차 영역에서는 연마제의 물리적 작용에 의해 제거됨으로써 연마가 가능하게 하는 연마 조절제의 역할을 한다. 부식억제제로는 질소를 함유하는 화합물을 사용할 수 있으며, 예컨대, 암모니아, 알킬아민류, 아미노산류, 이민류, 또는 아졸류 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용될 수 있다. 부식억제제는 환형 질소 화합물(cyclic nitrogen compound) 및 그 유도체를 포함하는 화합물이 보다 유효하며, 벤조트리아졸(BTA) 및 그 유도체를 포함하는 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 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. 부식억제제는 부식 억제 효과, 연마 속도, 슬러리 조성물의 분산 안정성, 피연마물의 표면 특성 측면에서 전체 CMP 슬러리 조성물에 대하여 0.001~10.0 중량%로 사용될 수 있으며, 0.001~5 중량%로 사용되는 것이 보다 유효하고, 0.001~3.0 중량%로 사용되는 것이 보다 더 유효하다.

착화제

착화제는 산화제에 의해 산화된 구리 산화물을 킬레이트화하게 첨가된다. 구리 산화물과의 킬레이트 반응으로 산화된 구리 산화물의 피연마층인 구리층에 재흡착되는 것을 억제하여, 구리에 대한 연마 속도를 증가시키고 표면 결함(defect)을 감소시키는 역할을 한다. 이러한 착화제는 유기산으로 첨가될 수 있으며, 본 발명에서는 해리상수(pK_a)가 4이하의 2종류 이상의 유기산을 혼합하여 사용함을 제시한다. 한 구체예에서는 해리상수가 pK_a1=3~4인 디카르복시산과, 해리상수가 pK_a1=1~3인 디카르복시산을 혼합하여 착화제로 사용할 수 있다. 또 다른 구체예에서는 해리상수가 pK_a1=3~3.8인 디카르복시산과, 해리상수가 pK_a1=2~3인 디카르복시산을 혼합하여 착화제로 사용할 수 있다. 이와 같이 해리상수(pK_a)가 다른 2 종류 이상의 유기산을 혼합하여 사용함으로써, CMP 연마가 지속되며 계속 발생되는 구리 산화물을 지속적으로 킬레이트화할 수 있어, 구리 산화물이 다시 연마될 구리층으로 재흡착되는 것을 지속적으로 방지할 수 있고, 이에 따라, 구리에 대한 연마 속도를 지속적으로 증가시키고, 표면 결함 감소를 구현할 수 있다. 따라서, 연마 속도가 CMP 진행에 따라 감소되거나 또는 표면 결함이 발생되는 것을 유효하게 억제할 수 있다.

예를 들면, 해리상수가 pK_a1=3.40인 디카르복시산 예컨대 말산(malic acide)과, 해리상수가 pK_a1=2.83인 말론산(malonic acid)을 혼합하여 착화제로 사용할 수 있다.

상기 말산 및 말론산은 1 : 1 내지 0.7 : 0.3 의 중량 비율로 혼합될 수 있다. 상기 범위에서 연마 속도 및 연마 평탄도가 우수하다.

착화제로서의 유기산은 카르보닐 화합물 및 그 염, 카르복시산 화합물 및 그 염, 예컨대, 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 (아)인산기를 함유하는 카르복시산 화합물 및 그 염 등일 수 있으나, 본 발명에서는 디카르복시산인 말산 및 말론산을 혼합하여 사용한다.

또한, 착화제로 디알콜, 트리알콜, 폴리알콜 등의 알콜류, 아민 함유 화합물 등을 사용할 수 있으며 이들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 말산(malic acid), 말론산(malonic acid), 말레산(maleic acid) 등의 디카르복시산 및 그 염을 사용하는 것이 연마 평탄도를 개선하는 데 유효함을 확인할 수 있다. 보다 유효하게는 말산 및 말론산과 같이 하나 이상의 수산화기를 함유하는 디카르복시산 및 그 염을 사용한다.

유기산은 연마 속도, 슬러리의 분산 안정성, 피연마물의 표면 특성, 웨이퍼 외각 프로파일(profile) 개선 및 광역 평탄화 측면에서 전체 CMP 슬러리 조성물에 대하여 0.1~10.0 중량%로 사용될 수 있으며, 0.1~5.0 중량%로 사용되는 것이 보다 유효하다.

상기한 성분들 외에 계면 활성제, 고분자 화합물, pH 조절제 등이 첨가될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

하기 실시예들과 비교예들에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.

탈이온수에 1.0 중량%의 콜로이달 실리카, 부식억제제인 IR42(Ciba chemical사 제조, 제품명 : Irgamet 42, 70% 2,2'-[[(5-methyl-1H-benzotriazole-1-yl)-methyl]imino]bis-ethanol의 이성질체 혼합물(isomeric mixture))를 0.35 중량%, 계면 활성제로서 아크릴산과 아크릴아미드의 공중합 비율이 2:8인 아크릴산-아크릴아미드 공중합체를 0.1 중량%, 유기산, 즉, 카르복실산인 glycolic acid(GA), lactic acid(LA), 디카르복실산인 glytaric acid(GTA), 말산(MA) 및 말론산(MLA)을 표 1에 기재된 함량에 따라 혼합한다. 이후 염산을 사용하여 전체 슬러리 조성물의 pH를 4.0으로 조절한다. 조성물에 산화제로서 과산화수소를 전체 조성물에 대하여 3 중량%가 되도록 연마 직전에 혼합한 후 1분간 교반한 이후에 연마 평가를 진행한다.

연마에 의해 제거된 웨이퍼의 두께 변화로 연마 속도 및 평탄도를 측정한다. 어플라이드머티리얼테크놀로지(AMAT)사의 미라(Mirra) 연마기가 연마에 사용되고, 로델(Rodel)사의 IC1010/수바Ⅳ 적층(IC1010/SubaⅣ Stacked) 연마 패드가 사용된다. 연마 대상은 8 인치(inch) 구리 및 PE-TEOS 블랭킷(blanket) 웨이퍼가 사용되고, 또한, 8인치 구리 패턴 웨이퍼(MIT854)가 사용된다. 벌크 연마인 1차 연마 단계에 대한 측정은 8 인치(inch) 구리 및 PE-TEOS 블랭킷(blanket) 웨이퍼가 사용되고, 배리어 및 절연층에의 선택비를 고려하는 2차 연마 단계에 대한 측정은, 8인치 구리 패턴 웨이퍼가 사용된다. 1차 연마는 플레이튼과 헤드 회전 속도는 각각 98/87(rpm/rpm)로 설정하고, 헤드의 정압은 가압 압력(down pressure)으로 2.5 psi로 설정하고, 슬러리 공급 유량(slurry flow rate)는 111 ml/min으로 설정하여 수행된다. 2차 연마는 플레이튼과 헤드 회전 속도는 각각 98/87(rpm/rpm)로 설정하고, 헤드의 정압은 보다 낮은 가압 압력(down pressure)으로 1.5 psi로 설정하고, 슬러리 공급 유량(slurr flow rate)는 111 ml/min으로 설정하여 수행된다.

연마 후의 연마 속도 측정은 60초 연마 후 구리 제거율(RR: Removal Rate, Å/min(분))을 측정하는 것으로, AIT사 CMT-2000N 의 저항 측정기로 측정되며, 웨이퍼 상의 73개의 측정 포인트(measuring point) 지점에 대해 측정한다. 또한, 이러한 측정 결과로부터 WIWNU(Within Wafer NonUniformity)를 산출하여 연마 평탄도를 평가한다. 측정된 결과는 결과를 표 1 과 도 1, 2 및 3에 제시된다. 표 1은 혼합 디카르복시산(mixed Di-Carboxylic acid)를 연마 조성물에 첨가한 본 발명을 따는 실시예 1 내지 4와, 하나의 단일 디카르복시산을 첨가한 비교예 1 내지 6과, 모노 카르복시산(Mono-Carboxylic acid)를 사용한 비교예 7 내지 10에 대해서, 구리 연마 제거량(Cu RR)을 측정한 결과들과, WIWNU 측정 결과 및 디싱 측정 결과들을 보여준다. 이러한 측정 결과들은 도 1 내지 도 3의 그래프들로 제시될 수 있으며, 도 1은 비교예 1 내지 10의 유기산들이 첨가된 연마 조성물을 사용한 구리 연마 시 측정된 구리 제거량(Cu RR) 결과들을 보여준다. 이때, 연마 헤드의 정압은 2.5psi의 인가 압력 조건으로 설정된다. 도 2 및 도 3은 실시예 1 내지 4의 혼합된 디카르복시산들이 첨가된 연마 조성물을 사용한 구리 연마 시 측정된 구리 제거량(Cu RR) 결과들을 보여준다. 도 2는 CMP 연마 시 연마 헤드의 정압이 2.5psi의 인가 압력 조건으로 설정된 경우에 측정된 결과를 보여주고, 도 3은 CMP 연마 시 연마 헤드의 정압이 1.5psi의 인가 압력 조건으로 설정된 경우에 측정된 결과를 보여주고,

구분	유기산				1차 연마 시 구리연마제거율 (Å/min)	2차 연마 시 구리연마제거율 (Å/min)	1차 연마 후 WIWNU (%)	2차 연마 후 WIWNU (%)	디싱(Å)
구분	구조	해리상수 (pKa)	종류	함량	1차 연마 시 구리연마제거율 (Å/min)	2차 연마 시 구리연마제거율 (Å/min)	1차 연마 후 WIWNU (%)	2차 연마 후 WIWNU (%)	디싱(Å)
실시예1	혼합 디카르보시산	pKa1=3.40/pKa1=2.83	MA/MLA	0.5%/0.5%	9050	4312	3	4	1209
실시예2		pKa1=3.40/pKa1=2.83	MA/MLA	0.7%/0.3%	8928	4237	4	4	1294
실시예3		pKa1=3.40/pKa1=2.83	MA/MLA	0.9%/0.1%	9706	4570	4	7	1542
실시예4		pKa1=3.40/pKa1=2.83	MA/MLA	0.1%/0.9%	7518	3536	4	5	1167
비교예1	디카르복시산	pKa1=3.40	MA	0.50%	8672	3258	8	4	1124
비교예2		pKa1=3.40	MA	1.00%	10288	4720	5	4	1654
비교예3		pKa1=2.83	MLA	0.50%	5939	2137	6	5	1124
비교예4		pKa1=2.83	MLA	1.00%	7894	2787	5	5	1268
비교예5		pKa1=4.31	GTA	0.50%	3962	-	3	-	-
비교예6		pKa1=4.31	GTA	1.00%	3962	-	7	-	-
비교예7	모노-카르복시산	pKa1=3.83	GA	0.50%	4682	-	5	-	-
비교예8		pKa1=3.83	GA	1.00%	7184	3009	6	4	-
비교예9		pKa1=3.86	LA	0.50%	3183	-	6	-	-
비교예10		pKa1=3.86	LA	1.00%	3962	-	7	-	-

표 1 및 도 1, 2, 3의 측정 결과를 고려하면, 디카르복시산(di-carboxylic acid)의 MA와 MLA의 경우 모노 카르복시산(mono-carboxylic acid)의 경우 보다 우수한 연마 제거율을 보인다. 이는 모노 카르복시산인 GA(pKa1=3.83)와 LA(pKa1=3.86)의 경우 pH 4의 연마 조성물에서 충분히 이온화가 되지 않은 데 기인한 것으로 판단된다. pH 4.0의 연마 조성물에서 해리상수(pK_a1)가 바람직하게 3.8 이하인 MA와 MLA의 각각을 단독으로 첨가한 경우 상대적으로 높은 이온화로 인해 우수한 연마 거동이 나타난 반면, 5% 내지 8%까지 증가하는 WIWNU로 웨이퍼 센터(center)와 에지(edge)에서 불균일한 연마 평탄도를 확인할 수 있다. MA 0.5% MLA 0.5%를 혼합한 경우와 같이 두 종류의 디카르복시산들을 동율 혹은 0.7:0.3의 비율로 혼합한 경우, 웨이퍼 전체에 대한 연마 평탄도가 개선될 수 있다. 두 종류의 유기산을 혼합하여 사용할 때, 연마 불평탄도를 의미하는 WIWNU가 4% 이내로 측정되어, 단독으로 사용하는 경우에 5% 내지 8%까지 증가하는 WIWNU에 비해 개선된 연마 평탄도를 얻을 수 있음을 입증한다. 또한, 웨이퍼의 에지(edge) 부분에서의 연마 속도가 상대적으로 증가되므로, 웨이퍼 에지 프로파일의 개선 또한 구현될 수 있으며 2차 연마 후 역시 디싱이나 스크래치(scratch) 등을 억제하기 위한 적절한 연마 거동이 나타나며 우수한 연마 평탄도를 확보할 수 있다. 디싱(dishing) 역시 단독으로 사용할 때 대비 동등 수준의 디싱값을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 CMP 슬러리 조성물은 유기산을 두 종류 혼합함으로써 우수한 연마 속도와 에지 프로파일 개선을 통해 불균일한 평탄도의 문제를 해결할 수 있다. 비교예 5 내지 10은 낮은 구리 제거율로 인해 패턴 웨이퍼(pattern wafer) 평가를 진행하지 않아 디싱값을 구하지 않은 것이다. 모노 카르복시산(Mono-carboxylic acid)인 GA(pKa1=3.83)와 LA(pKa1=3.86) 각각을 첨가한 경우, pH 4의 연마 조성물에서 충분한 이온화가 되지 않은 것으로 판단된다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims

0.01~20.0중량%의 연마제;
0.01~10.0중량%의 산화제;
0.001~10.0중량%의 부식억제제;
0.1~10.0중량% 첨가되고 두 종류의 디카르복시산들을 혼합한 착화제; 및
50~99중량%의 탈이온수;
를 포함하고,
상기 착화제에서 혼합되는 두 종류의 상기 디카르복시산들의 해리상수(pKa)는 4 이하인 것을 특징으로 하는, 화학기계적연마 조성물.
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제1항에 있어서,
상기 착화제는
말산 및 말론산을 혼합하여 첨가되는 화학기계적연마 조성물.
제3항에 있어서,
상기 말산 및 말론산은
1 : 1 내지 0.7 : 0.3 의 중량 비율로 혼합된 화학기계적연마 조성물.
제3항에 있어서,
상기 말산 및 말론산은
0.5% 내지 1% 의 총량으로 첨가된 화학기계적연마 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 2 내지 6의 pH를 가지는 화학기계적연마 조성물.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 화학기계적연마 조성물을 이용하여 구리층을 연마하는 화학기계적연마 방법.