KR101733162B1 - 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 - Google Patents
연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101733162B1 KR101733162B1 KR1020150038930A KR20150038930A KR101733162B1 KR 101733162 B1 KR101733162 B1 KR 101733162B1 KR 1020150038930 A KR1020150038930 A KR 1020150038930A KR 20150038930 A KR20150038930 A KR 20150038930A KR 101733162 B1 KR101733162 B1 KR 101733162B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polishing
- cobalt
- slurry
- accelerator
- abrasive
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 209
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 154
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 154
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 151
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 47
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims abstract description 38
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims abstract description 32
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 22
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 18
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 17
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 claims description 11
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 claims description 11
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 11
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 claims description 9
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N arginine Natural products OC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229960003121 arginine Drugs 0.000 claims description 9
- 235000009697 arginine Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 7
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DCXYFEDJOCDNAF-UHFFFAOYSA-N Asparagine Natural products OC(=O)C(N)CC(N)=O DCXYFEDJOCDNAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N L-asparagine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(N)=O DCXYFEDJOCDNAF-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 5
- 235000009582 asparagine Nutrition 0.000 claims description 5
- 229960001230 asparagine Drugs 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 5
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 4
- MTCFGRXMJLQNBG-REOHCLBHSA-N (2S)-2-Amino-3-hydroxypropansäure Chemical compound OC[C@H](N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 3
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 3
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 3
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P L-argininium(2+) Chemical compound NC(=[NH2+])NCCC[C@H]([NH3+])C(O)=O ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P 0.000 claims description 3
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N L-aspartic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 3
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 claims description 3
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 claims description 3
- HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N L-histidine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N 0.000 claims description 3
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 claims description 3
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 claims description 3
- KDXKERNSBIXSRK-YFKPBYRVSA-N L-lysine Chemical compound NCCCC[C@H](N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-YFKPBYRVSA-N 0.000 claims description 3
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 claims description 3
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 claims description 3
- ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N Leucine Natural products CC(C)CC(N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 claims description 3
- MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N Serine Natural products OCC(N)C(O)=O MTCFGRXMJLQNBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N Valine Natural products CC(C)C(N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000003704 aspartic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960005261 aspartic acid Drugs 0.000 claims description 3
- OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N beta-carboxyaspartic acid Natural products OC(=O)C(N)C(C(O)=O)C(O)=O OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 claims description 3
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000004554 glutamine Nutrition 0.000 claims description 3
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960002885 histidine Drugs 0.000 claims description 3
- 235000014304 histidine Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960000310 isoleucine Drugs 0.000 claims description 3
- AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N isoleucine Natural products CCC(C)C(N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000018977 lysine Nutrition 0.000 claims description 3
- OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N tyrosine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004474 valine Substances 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 84
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 description 2
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- REZZEXDLIUJMMS-UHFFFAOYSA-M dimethyldioctadecylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CCCCCCCCCCCCCCCCCC REZZEXDLIUJMMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229940006186 sodium polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- KWVJHCQQUFDPLU-YEUCEMRASA-N 2,3-bis[[(z)-octadec-9-enoyl]oxy]propyl-trimethylazanium Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)OCC(C[N+](C)(C)C)OC(=O)CCCCCCC\C=C/CCCCCCCC KWVJHCQQUFDPLU-YEUCEMRASA-N 0.000 description 1
- 229940058020 2-amino-2-methyl-1-propanol Drugs 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021503 Cobalt(II) hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 description 1
- 239000001116 FEMA 4028 Substances 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 108010039918 Polylysine Proteins 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBTVGIZVANVGBH-UHFFFAOYSA-N aminomethyl propanol Chemical compound CC(C)(N)CO CBTVGIZVANVGBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 229920006318 anionic polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000000637 arginyl group Chemical group N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)* 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001950 benzethonium chloride Drugs 0.000 description 1
- UREZNYTWGJKWBI-UHFFFAOYSA-M benzethonium chloride Chemical compound [Cl-].C1=CC(C(C)(C)CC(C)(C)C)=CC=C1OCCOCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 UREZNYTWGJKWBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N beta-cyclodextrin Chemical compound OC[C@H]([C@H]([C@@H]([C@H]1O)O)O[C@H]2O[C@@H]([C@@H](O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O3)[C@H](O)[C@H]2O)CO)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]3O[C@@H]1CO WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N 0.000 description 1
- 235000011175 beta-cyclodextrine Nutrition 0.000 description 1
- 229960004853 betadex Drugs 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- XVBRCOKDZVQYAY-UHFFFAOYSA-N bronidox Chemical compound [O-][N+](=O)C1(Br)COCOC1 XVBRCOKDZVQYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229920006317 cationic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229960000800 cetrimonium bromide Drugs 0.000 description 1
- 229960002788 cetrimonium chloride Drugs 0.000 description 1
- WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M cetyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ASKVAEGIVYSGNY-UHFFFAOYSA-L cobalt(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Co+2] ASKVAEGIVYSGNY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 239000004664 distearyldimethylammonium chloride (DHTDMAC) Substances 0.000 description 1
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960002737 fructose Drugs 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 229960003082 galactose Drugs 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229960003646 lysine Drugs 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920000083 poly(allylamine) Polymers 0.000 description 1
- 229920000656 polylysine Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 229940083575 sodium dodecyl sulfate Drugs 0.000 description 1
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
- B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1409—Abrasive particles per se
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
- H01L21/28079—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being a single metal, e.g. Ta, W, Mo, Al
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
본 발명은 코발트 연마용 슬러리 및 기판 연마 방법에 관한 것이다. 본 발명 실시 형태에 따른 슬러리는 연마를 수행하고 산화 지르코늄 입자를 포함하는 연마제, 상기 연마제를 분산시키는 분산제, 및 연마를 촉진시키는 연마촉진제;를 포함하고, 상기 연마 촉진제는 아민기와 카르복실기를 함유하는 유기산을 포함한다. 본 발명 실시 형태의 슬러리에 따르면, 산화제를 사용하지 않고도, 코발트의 연마율을 증가시키고, 코발트 표면의 국소적 부식 결함을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은 연마 슬러리에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정에서 화학적 기계적 연마 공정으로 코발트의 평탄화에 이용될 수 있는 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 크기가 점점 축소되고 금속 배선의 층수가 점점 증가됨에 따라 각 층에서의 표면 불규칙성은 다음 층으로 전사되어 최하층 표면의 굴곡도가 중요해지고 있다. 이러한 굴곡은 다음 단계에서 포토리소그래피(photolithography) 공정을 실시하기 어려울 정도로 심각한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 수율을 향상시키기 위해서, 여러 공정 단계에서 발생하는 불규칙한 표면의 굴곡을 제거하는 평탄화 공정이 필수적으로 이용되고 있다. 평탄화 방법으로는 박막을 형성한 후 리플로우(reflow)시키는 방법, 박막을 형성한 후 에치백(etch back)하는 방법, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 방법 등 여러 가지가 있다.
화학적 기계적 연마 공정은 반도체 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉하여 회전 운동을 실시하면서, 연마제와 각종 화합물들이 함유된 슬러리를 제공하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. 즉, 기판이나 그 상부의 층의 표면이 슬러리 및 연마 패드에 의해 화학적 및 기계적으로 연마되어 평탄화되는 것을 말한다.
한편, 일반적으로 금속의 연마 공정은 산화제에 의하여 금속 산화물(MOx)이 형성되는 과정과 형성된 금속 산화물을 연마제가 제거하는 과정이 반복하여 일어나는 것으로 알려져 있다. 반도체 소자의 배선으로 활용도가 증가하고 있는 코발트층의 연마 공정도 산화제에 의해 코발트 산화물이 형성되는 과정과 연마제에 의해 코발트 산화물이 제거되는 과정이 반복되는 메커니즘에 의해 진행된다.
또한, 코발트층의 하부에는 절연막이 형성되거나, 트렌치(trench) 등 패턴이 형성될 수 있다. 이 경우, 연마 공정에서 코발트층과 절연막의 높은 연마 선택비(selectivity)가 요구된다. 즉, 코발트층을 잘 연마하면서 절연막을 연마하지 않는 슬러리가 요구된다.
종래에는, 코발트를 연마하기 위해서 알루미나 혹은 실리카 입자를 연마제로 하고, 산화제를 포함하는 슬러리를 사용하였다. 그러나, 이런 슬러리를 사용하는 경우, 코발트 표면의 국소적 부식에 의해 표면이 파이는 부식 결함(부식 핏)이 야기된다. 부식 결함은 이후 제조되는 소자의 품질에 악영향을 미치게 된다. 이에, 코발트 연마용 슬러리에 부식억제제를 추가로 첨가는 방식이 제시되고 있으나, 이는 슬러리 조성을 복잡하게 하고, 성분 제어를 어렵게 한다. 또한, 여전히 산화제를 사용하므로 부식 문제를 완전히 해결하기는 어렵다. 또한, 종래의 코발트 연마용 슬러리는 절연막에 대한 코발트의 연마 선택비를 충분히 구현하지 못하는 문제가 있다.
미국특허공개공보 제2013-00186850호에는 부식억제제를 추가한 코발트 연마용 슬러리가 제시되어 있다.
본 발명은 코발트 연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 부식 결함을 방지하거나 억제할 수 있는 코발트 연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬러리는 코발트 연마용 슬러리로서, 연마를 수행하고, 산화 지르코늄 입자를 포함하는 연마제, 상기 연마제를 분산시키는 분산제 및 연마를 촉진시키는 연마촉진제를 포함하고, 상기 연마 촉진제는 아민기와 카르복실기를 함유하는 유기산을 포함한다.
상기 연마제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.1중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있고, 슬러리 전체 중량에 대하여 0.4중량% 내지 3중량%로 포함될 수도 있다.
상기 분산제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있고, 슬러리 전체 중량에 대하여 0.15중량% 내지 1중량%로 포함될 수도 있다.
상기 연마촉진제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.1중량% 내지 2중량%로 포함될 수 있고, 슬러리 전체 중량에 대하여 0.3중량% 내지 1중량%로 포함될 수도 있다. 또한, 연마촉진제는 아미노산을 포함하고, 상기 아미노산은 곁사슬(side chain)의 작용기가 양의 전하는 가질 수 있다. 연마촉진제는 pH 알칼리 영역에서 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지는 작용기와 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 작용기를 가질 수 있다. 또한, 연마촉진제는 아르기닌(Arginine), 히스티딘(Histidine), 라이신(Lysine), 아스파틱산(Aspartic acid), 아스파라긴(Asparagine), 글루타믹산(Glutamic acid), 글루타민(Glutamine), 알라닌(Alanine), 글라이신(Glycine), 류신(Leucine), 아이소류신(Isoleucine), 발린(Valine), 세린(Serine) 및 타이로신(Tyrosine)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 슬러리는 pH 조절제를 더 포함하며, pH는 8~15로 조절될 수 있고, pH는 9~12.5으로 조절될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬러리는 산화제 없이 코발트를 연마하기 위한 무산화제 코발트 연마용 슬러리로서, 연마를 수행하는 연마제로 산화 지르코늄 입자들을 포함하고, 상기 코발트와 상기 코발트 이외의 물질의 연마특성을 조절하는 연마촉진제를 포함하며, 상기 연마촉진제는 2가지 이상의 서로 다른 작용기를 가지며, 상기 연마촉진제는 pH 알카리 영역에서 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지는 작용기와 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 작용기를 포함한다.
상기 코발트 외의 물질은 절연물을 포함할 수 있고, 상기 작용기는 아민기와 카르복실기를 포함할 수 있으며, 상기 아민기는 상기 절연물과 결합되어 상기 절연물의 연마를 억제할 수 있다.
상기 연마촉진제는 아미노산을 포함하고, 상기 작용기는 아민기와 카르복실기를 포함하며, 상기 아민기와 상기 카르복실기는 동일한 카본 원자에 결합될 수 있다. 또한, 연마촉진제는 아민기와 카르복실기의 수가 동일하거나 서로 다를 수 있다. 연마촉진제는 아민기의 수가 카르복실기의 수 보다 더 많을 수도 있다.
상기 슬러리는 pH 조절제를 더 포함하며, pH는 9~11로 조절될 수 있다. 또한, 상기 슬러리는 분산제를 더 포함할 수 있고, 상기 분산제는 음이온계, 양이온계 및 비이온계 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따른 기판 연마 방법은 코발트층이 형성된 기판을 마련하는 과정, 산화 지르코늄 입자를 가지는 연마제와, 아민기와 카르복실기를 함유하는 연마촉진제를 포함하는 슬러리를 마련하는 과정 및 상기 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서 상기 코발트층을 연마하는 과정을 포함하고, 상기 연마 과정은, 상기 연마촉진제가 상기 아민기는 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지며, 카르복실기는 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 양쪽성 이온의 상태로 되고, 상기 아민기가 상기 코발트층 이외의 물질의 연마를 억제한다.
상기 코발트층이 형성된 기판을 마련하는 과정은, 상기 기판 상에 상기 코발트층 이외의 물질로 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 트랜치를 형성하며, 상기 트랜치를 포함하는 절연막 전체면에 코발트층을 형성할 수 있다.
상기 연마 과정은, pH 알카리 영역에서 진행되며, 상기 코발트층의 상부 표면에 코발트 산화막을 형성하고, 상기 연마제가 상기 코발트 산화막을 연마하는 과정 및 상기 연마촉진제가 코발트와 결합하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 지르코니아 입자를 연마제로 구비하는 슬러리를 사용하므로, 코발트 표면의 부식 결함을 억제하거나 방지할 수 있다. 지르코니아 연마제를 사용하고 산화제를 사용하지 않는 경우, 부식 결함을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 지르코니아를 사용하는 슬러리는 산화제 없이도 코발트를 충분한 연마율로 연마할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 연마 촉진제에 의하여 작용기를 조절한 슬러리를 이용함으로써, 코발트의 연마율을 향상시키고, 코발트 이외의 물질 예컨대 절연막의 연마율을 억제할 수 있다. 이처럼 절연막의 연마율을 억제함으로써, 코발트과 절연막의 연마 선택비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 연마 선택비가 높아 코발트 및 절연막이 과도하게 연마되는 것을 억제할 수 있고, 단순한 연마 공정 수행으로 효율적으로 코발트을 연마할 수 있으며, 이로부터 연마 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 디싱과 에로젼과 같은 결함을 감소시킬 수 있고, 부산물 발생을 억제하여, 이후 제조되는 반도체 소자의 동작 특성 및 신뢰성을 향상시키며, 전체 소자 제조 생산성도 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명 실시예의 슬러리와 종래 슬러리의 전류 비교도.
도 2는 본 발명 실시예의 슬러리와 종래 슬러리에 의하여 연마된 코발트 표면의 전자현미경 사진.
도 3은 본 발명 실시예의 슬러리에 사용되는 유기산의 pH에 따른 스피시스 분포를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명 실시예의 슬러리에 사용되는 유기산의 나타내는 분류표.
도 5는 코발트의 푸르오베 도표.
도 6은 슬러리의 pH에 대한 전기전도도를 나타내는 표.
도 7은 본 발명 실시예의 슬러리의 연마 결과를 나타내는 표.
도 8은 연마 촉진제의 농도에 따른 코발트의 연마율을 도시한 그래프.
도 9는 연마 촉진제의 농도에 따른 절연 산화막의 연마율을 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명 실시예의 슬러리와 종래 슬러리에 의하여 연마된 코발트 표면의 전자현미경 사진.
도 3은 본 발명 실시예의 슬러리에 사용되는 유기산의 pH에 따른 스피시스 분포를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명 실시예의 슬러리에 사용되는 유기산의 나타내는 분류표.
도 5는 코발트의 푸르오베 도표.
도 6은 슬러리의 pH에 대한 전기전도도를 나타내는 표.
도 7은 본 발명 실시예의 슬러리의 연마 결과를 나타내는 표.
도 8은 연마 촉진제의 농도에 따른 코발트의 연마율을 도시한 그래프.
도 9는 연마 촉진제의 농도에 따른 절연 산화막의 연마율을 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 이해시키기 위해 도면이 과장되어 표현될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 슬러리는 코발트 연마 슬러리로서, 연마를 수행하는 연마제와, 코발트과 상기 코발트 외의 물질의 연마 특성을 조절하는 연마 촉진제를 포함한다. 또한, 슬러리는 연마제를 분산시키는 분산제를 포함할 수 있고, 연마촉진제는 아민기와 카복실기를 함유하는 유기산을 포함할 수 있다.
이때, 연마제, 분산제 및 연마촉진제는 용액 내에 함유될 수 있다. 예를 들어, 물 특히 순수(DI water)에 연마제, 분산제 및 연마촉진제가 분산되어 분포한다. 또한, 슬러리의 pH를 조절하기 위하여 pH 조절제가 더 포함될 수 있다. 이러한 슬러리는 액체에 연마제가 분산된 형태이며 각 성분의 함량이 적절하게 조절된다. 한편, 산화제는 슬러리에 포함되지 않고 슬러리와 별도로 마련되어 연마 공정 직전에 슬러리에 첨가될 수도 있다. 즉, 슬러리는 산화제를 사용하지 않는 무산화제 슬러일 수 있다.
연마제는 제타 전위(zeta potential)가 (+)인 연마 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 입자는 산화 지르코늄 즉, 지르코니아(Zirconia: ZrO2) 입자를 포함할 수 있다. 지르코니아 입자는 결정질 상이며, 결정면을 구비한 다면체 형상을 갖는다. 종래의 연마제로 주로 이용되는 콜로이달 실리카의 경우 도시된 바와 같이 40㎚∼70㎚ 정도의 크기로 분포하며, 평균 크기는 38.5㎚ 정도이다. 그러나, 본 발명 실시예에 이용되는 지르코니아 입자는 모노클리닉 구조의 결정질 상이며 결정면을 구비한 다면체 형상이다. 또한, 지르코니아 입자는 2차 입자의 크기가 350nm 이하를 가진다. 이 경우 지르코니아 입자가 슬러리 내에서 균일하고 안정성 있게 분산될 수 있다. 예를 들면 지르코니아 2차 입자의 크기는 200 내지 310nm 이며, 이때 우수한 분산 안정성을 가진다. 또한, 연마제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.1중량% 내지 10중량%의 범위로 포함될 수 있다. 연마제의 함량이 0.1중량% 미만이면 연마율이 지나치게 작아 연마가 어렵거나 코발트의 연마가 충분히 이루어지지 않는다. 연마제의 함량이 10중량%를 초과하면 연마 입자의 분산 안정성에 문제가 생기고 2차 입자의 크기가 지나치게 커져 스크래치가 발생할 수 있다. 특히, 지르코니아 입자는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.3중량%∼5중량% 범위로 포함될 수 있고, 0.4중량%∼3중량%로 포함될 수도 있다. 이는 0.3중량%∼5중량% 범위에서 코발트 연마율이 우수하고 분산 안정성이 확보되기 때문이며, 0.4중량%∼3중량% 범위에서는 코발트 연마율이 더욱 우수하기 때문이다. 이때, 연마제로 지르코니아 연마 입자를 사용하므로, 화학기계적 연마 공정에서 기계적 연마를 우세하게 진행할 수 있다. 이로부터, 디싱의 발생을 억제하거나 방지할 수 있고, 복잡한 단계의 연마 공정을 단일 단계 공정으로 감소시킬 수 있다.
또한, 지르코니아를 연마제로 사용하는 경우, 연마 대상인 코발트의 표면에서 부식 결함 발생을 억제하거나 방지할 수 있다. 이와 관련하여 하기에 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 실시예의 슬러리와 종래 슬러리의 전류 비교도이고, 도 2는 본 발명 실시예의 슬러리와 종래 슬러리에 의하여 연마된 코발트 표면의 전자현미경 사진이다. 도 2의 (a)는 실리카 연마 입자를 사용하는 슬러리로 연마되는 코발트 표면의 전자 현미경 사진이고, 도 2의 (a)는 지르코니아 연마 입자를 사용하는 슬러리로 연마되는 코발트 표면의 전자 현미경 사진이다.
도 1은 슬러리와 코발트층 간의 부식 거동을 알아보기 위해 각 조건에서 슬러리와 코발트막 사이의 전류를 측정한 결과이다. 이때 사용한 슬러리의 pH는 모두 동일하게 10이였다. 측정되는 전류는 각 슬러리가 코발트막에 작용하는 부식 전류를 나타낸다. 부식 전류가 크다는 것은 코발트막이 해리되는 반응속도가 크다는 것을 의미하므로 부식 결함 즉 부식 핏이 발생될 가능성이 증가한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 지르코니아를 연마 입자로 사용하는 경우에는 산화제 사용 유무에 상관없이 부식 전류의 변동이 매우 작다. 그러나, 실리카를 연마 입자로 사용하는 경우, 산화제를 사용하지 않으면 부식 전류가 지르코니아와 유사하게 낮지만, 산화제를 사용하는 경우에는 부식 전류가 급격하게(지르코니아 경우의 6.15배) 증가하는 것을 알 수 있다. 이에 부식 결함 발생 확률도 급격하게 증가하게 된다. 또한, 실리카 슬러리의 경우는 코발트막을 연마하기 위해서는 산화제가 필수적으로 첨가되어야 하므로, 결국 실리카 슬러리로 코발트층을 연마하는 경우, 부식 결함이 발생하게 된다. 실리카 연마제 및 산화제를 포함하는 슬러리로 코발트막을 연마하는 경우, 도 2의 (a)의 사진에 나타낸 바와 같이, 연마 후 남은 코발트막 표면에 다수의 부식 결함(화살표 표시)이 발생된 것이 관찰되었다. 반면, 지르코니아를 연마 입자로 사용하는 경우 산화제 사용 유무에 상관없이 모두 부식 결함이 현저히 적게 관찰되었다. 또한, 도 2의 (b)의 사진에 나타낸 바와 같이, 산화제를 첨가하지 않고 지르코니아 연마제를 포함하는 슬러리로 코발트막을 연마하는 경우에는 부식 결함이 거의 관찰되지 않았다.
이로부터, 코발트를 연마할 때, 지르코니아 연마제를 사용하면 부식 결함을 방지하거나 억제할 수 있고, 산화제를 사용하지 않고도 코발트를 매우 효율적으로 연마할 수 있다는 것을 알 수 있다.
분산제는 슬러리 내에서 연마제를 균일하게 분산시키는 역할을 하며, 양이온계, 음이온계, 비이온화계 고분자 물질을 이용할 수 있다. 또한, 분산제는 연마제의 제타 전위를 조절할 수 있다. 즉, 양이온계 분산제는 연마제의 제타 전위를 양 전위로 증가시킬 수 있고, 음이온계 분산제는 연마제의 제타 전위를 음 전위 쪽으로 감소시킬 수 있다. 또한, 비이온계 분산제는 연마제의 제타 전위를 그대로 유지할 수 있다. 따라서, 슬러리에 포함되는 분산제에 따라 연마제의 제타 전위를 그대로 유지하거나, 양 전위 또는 음 전위 쪽으로 미세하게 조절할 수 있다. 양이온계 고분자 분산제로는 폴리리신(Polylysine), 폴리에틸렌이민(Polyethylenime), 염화벤제토늄(Benzethonium Chloride), 브로니독스(Bronidox), 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide), 염화세트리모늄(CetrimoniumChloride), 염화디메틸디옥타데실암모늄(Dimethyldioctadecylammoniumchloride), 수산화 테트라메틸암모니윰 (Tetramethylammonium hydroxide),디스테아릴디메틸염화 암모늄(Distearyl dimethyl ammonium chloride), 디메틸아민과에피클로로히드린의중합물(Polydimethylamine-co-epichlorohydrin), 1,2-디올레오일-3-트리메틸암모늄 프로판(1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane), 폴리 아릴 아민(Poly allyl amine)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 음이온계 고분자 분산제로는 폴리아크릴산(Polyacrylic acid), 폴리카르복실산(polycarboxylic acid), 소듐도데실 벤젠 설포네이트(Sodium Dodecyl BenzeneSulfonate), 도데실 황산 나트륨(Sodium dodecyl sulfate), 소듐폴리스티렌설포네이트(Sodium polystyrene sulfonate)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 비이온화계 분산제로는 폴리비닐피롤리돈(poly vinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 하이드록시에틸 셀룰로스(Hydroxyethyl cellulose), 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol), 베타-사이클로덱스트린(β-Cyclodextrin), 과당(Fructose), 포도당(Glucose), 갈락토스(Galactose)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 분산제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 5중량% 범위로 포함될 수 있다. 분산제의 함량이 0.01중량% 미만이면 분산이 잘되지 않고 침전이 일어날 수 있으며, 분산제의 함량이 5중량%를 초과하면 고분자 물질의 응집 및 높은 이온화 농도에 의하여 슬러리의 분산 안정성이 저하될 우려가 있다. 또한, 분산제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.15중량%∼1중량% 범위로 포함될 수 있고, 0.3중량%∼0.7중량%로 포함될 수도 있다. 이는 분산 안정성이 우수하고 연마제의 제타 전위를 미세하게 조절하는데 더욱 유리하기 때문이다.
연마촉진제는 연마 대상 물질의 연마를 촉진하며, 연마 대상 이외의 물질의 연마를 억제한다. 즉, 연마촉진제가 함유하는 각 작용기가 연마 대상 물질 및 연마 대상 이외의 물질에 각각 작용하여, 각 물질에 대한 연마 특성을 조절한다. 예를 들면, 연마촉진제가 함유된 슬러리로 코발트을 연마하는 경우, 연마촉진제가 코발트와 반응 및 결합하여 코발트의 연마를 촉진시키고, 절연막 등 코발트 외의 물질의 연마를 억제한다. 이로부터 코발트와 절연막의 연마율 차이를 크게 함으로써, 연마 선택비를 향상시킬 수도 있다. 이러한 연마촉진제로는 카르복실기와 아민기를 가지는 유기산을 사용할 수 있다. 연마촉진제는 아미노산을 포함하고, 아미노산의 곁사슬(side chain)에 위치하는 작용기(functional group)가 양의 전하를 가질 수 있다. 또한, 연마촉진제는 2가지 이상의 서로 다른 작용기를 가지며, 각 작용기는 pH 알카리 영역에서 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지는 작용기와 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 작용기일 수 있다.
연마촉진제로 아르기닌을 사용하는 경우를 예로 들어, 작용기의 작용을 설명한다. 우선, 도 3에 본 발명 실시예의 슬러리에 사용되는 유기산의 pH에 따른 스피시스 분포를 도시한 그래프를 나타낸 바와 같이, 아르기닌은 pH 영역에 따라 다양한 형태로 존재하게 된다. 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 아르기닌은 pH 9 내지 12.5의 영역에서 HA 형태이며, 1개의 아민기와 1개의 카르복실기가 해리되어 양쪽성 이온의 형태를 가지게 된다. 즉, 아르기닌은 특정 pH 영역(9 ~ 12.5)에서, 아민기는 수소 이온을 얻어 양의 전하값을 갖고 카르복실기는 수소 이온을 잃어 음의 전하값을 가지어 양쪽성 이온의 형태로 존재한다. 이때, 상기의 pH 영역에서 코발트의 표면은 Co3O4 혹은 Co(OH)2 , Co(OH)3 의 형태이다(이와 관해서는 후술한다.). 즉, 해당 영역에서 코발트의 표면은 산소와 결합하기 쉽고, 코발트는 금속 상태인 경우보다 연마하기 좋은 상태인 옥사이드 혹은 하이드로옥사이드 상태로 존재할 수 있다. 또한, 아르기닌은 각 작용기가 코발트 이온과 결합하여 코발트의 산화반응을 촉진시켜 코발트의 연마율을 증가시킬 수 있다. 즉, 아르기닌의 아민기는 코발트 2가 이온과 공유결합을 이루고, 카르복실기는 코발트 2가 이온과 이온 결합을 이룬다. 이에, 연마촉진제를 사용하는 경우, 연마제만을 사용하는 경우보다 코발트 연마율을 향상시킬 수 있다. 한편, 양의 전하를 가지는 아민기는 음의 전하를 가지는 절연막(예: 실리콘 산화막)에 작용하여 절연막이 분해되는 것을 막아 절연막의 연마율을 억제할 수 있다. 즉, 아민기가 실리콘 산화막과 결합하여, 실리콘 산화막이 Si(OH)4 형태로 분해되는 것을 막아 실리콘 산화막의 연마율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 연마촉진제로 상기 설명한 유기산을 사용하는 경우, 연마 대상인 코발트의 연마를 촉진시키면서, 연마 대상 이외의 물질 예컨대 절연막의 연마를 억제하게 된다.
연마촉진제로는 카르복실기와 아민기를 가지는 각종 유기산을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 연마촉진제는 아르기닌(Arginine), 히스티딘(Histidine), 라이신(Lysine), 아스파틱산(Aspartic acid), 아스파라긴(Asparagine), 글루타믹산(Glutamic acid), 글루타민(Glutamine), 알라닌(Alanine), 글라이신(Glycine), 류신(Leucine), 아이소류신(Isoleucine), 발린(Valine), 세린(Serine) 및 타이로신(Tyrosine) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 각 유기산을 단독으로 사용할 수도 있고, 혼합하여 사용할 수도 있다. 도 3에 이들 각 유기산에 대한 분류를 나타내었다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 각 유기산은 적어도 하나의 카복실기(COOH)와 아민기(NH2)를 포함하고 있다. 또한, 각 유기산은 동일한 수의 카르복실기와 아민기를 가지는 중성 아미노산일 수 있고, 카르복실기의 수가 아민기 보다 많은 산성 아미노산일 수도 있으며, 아민기가 카르복실기 보다 많은 염기성 아미노산일 수도 있다. 이때, 아민기는 연마 대상 즉, 코발트와 반응하고, 또한, 연마 대상 외의 물질 즉, 절연막과도 반응하므로, 아민기의 수가 많은 것이 유리하다. 예를 들면, 아민기의 수가 카르복실기의 수보다 많은 염기성 아미노산이 슬러리의 연마 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 유기산은 아민기와 카르복실기 외에 다른 작용기를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유기산은 하이드록실기(OH), 수소기(H) 등을 더 가질 수 있고, 방향족 탄화수소를 더 가질 수도 있다. 연마촉진제의 함량은 슬러리 전체 중량의 0.1중량%∼2중량% 정도일 수 있다. 연마촉진제의 함량이 0.1중량% 미만이면 절연막 예를 들면 실리콘 산화막의 연마율이 높아 코발트와 절연막의 연마 선택비가 좋지 않으며, 2중량%을 초과하면 코발트의 연마율이 크게 감소되어 코발트를 효율적으로 연마하기 어렵다. 연마촉진제의 함량이 0.3중량%∼1중량% 범위일 경우 코발트 연마율을 절연막 연마율로 나눈 연마 선택비가 30 이상으로 고선택비를 얻을 수 있다. 또한, 연마촉진제의 함량이 0.5중량%∼1중량% 범위일 경우 코발트대 절연막의 연마 선택비가 50 이상으로 더욱 높은 고선택비를 얻을 수 있다.
종래의 코발트 슬러리는 산화제를 사용하기 때문에, 연마 대상 예컨대, 코발트 표면에 야기되는 국소적인 부식을 억제하기 위해 부식 방지제를 사용하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 부식 방지제를 사용하지 않는다.
pH 조절제는 슬러리의 pH를 조절할 수 있다. pH 조절제는 주로, 암모니아수, 수산화칼륨(KOH) 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 pH 조절제를 이용하여 슬러리의 pH를 알카리 영역으로 조절할 수 있다. 즉, pH가 7를 초과하도록 조절할 수 있다. 또한, 슬러리의 pH를 8 내지 15 범위로 조절할 수도 있으며, pH를 9∼12.5로 조절할 수도 있고, pH를 9∼11로 조절할 수도 있다. 이렇게 pH를 조절하는 이유는 코발트의 푸르오베 도표(pourbaix diagram)를 나타낸 도 4를 통해 알 수 있다. 도 4에 pH에 대한 포텐셜(전위)를 도시한 바와 같이, pH가 8 미만인 경우 코발트 2가 이온의 형태가 안정한 상태이므로 코발트에 부식이 발생된다. pH가 2 이하로 감소되면 코발트 2가, 3가 이온 형성으로 부식은 더욱 심해진다. 또한, pH가 15를 넘어가면, 코발트 산화막이 이온형태로 존재하게 되고, 이에 부식이 발생된다. 반면, pH가 8 내지 15인 영역에서 코발트 옥사이드(CO3O4), 코발드 하이드록사이드가 형성될 수 있고, 이에, 이 영역에서 부식을 억제하면서 코발트를 용이하게 연마할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 해당 알카리 영역(도면에 음영 표시)에서 코발트 보다 연질인 코발트 산화물이 형성되며, 이 영역에서 연마를 할 경우 연마율이 증가한다. 또한, 표면에 형성되는 코발트 옥사이드 막은 코발트의 표면 부식 결함을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명 실시예의 슬러리는 pH 조절제를 이용하여 pH를 8 내지 15로 조절하여, 코발트르 용이하게 연마 또는 에칭할 수 있다.
한편, 코발트의 부식을 방지하기 위해서는 슬러리의 전기전도도를 적정하게 조정하여야 한다. 슬러리의 전기전도도가 너무 큰 경우에는 부식 전류가 증가하게 되어, 코발트 표면이 부식될 가능성이 증가하기 때문이다. 도 6에 슬러리의 pH에 대한 전기전도도를 나타내었다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 슬러리의 전기전도도(conductivity)는 pH에 따라 변화되고, pH의 조정에 의해 원하는 전기전도도를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 코발트를 연마하는 경우, 상술한 바와 같이 8 내지 15의 알카리 영역이 유용하다. 그러나 pH가 12를 초과하는 경우에는, 도 6에서 보여주듯이, 슬러리의 전기전도도가 크게 증가하여 부식전류를 증가시키게 된다. 이로부터 코발트의 표면에 부식결함이 발생될 가능성이 증가할 것이라는 것을 예측할 수 있다. 또한, 슬러리의 전기전도도가 너무 낮으면, 각종 작용기가 제대로 작용할 수 없다. 이에, 코발트를 연마하는 슬러리의 pH를 8 내지 12로 조절할 수 있고, pHㄹ를 9 내지 11로 조절할 수 있다. 이로부터 적절한 전기 전도도를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 코발트를 연마하기 위한 슬러리는 여러 가지 요인에 의하여 pH를 알카리 영역으로 제어한다. 즉, 연마촉진제의 작용기의 반응 및 작용, 코발트의 존재 상태(산화물 형성) 및 슬러리의 전기전도도 중 적어도 어느 하나를 제어하기 위해, 슬러리의 pH를 적정한 범위로 제어한다. 이로부터, 코발트의 연마를 촉진하며, 연마 대상이 아닌 절연막의 연마를 억제하고, 코발트 표면의 국소적인 부식을 방지할 수 있다.
하기에서는 상기 실시예의 슬러리를 제조하고, 반도체 기판에 적용하여 연마특성을 평가한 결과를 설명한다.
실험 예
슬러리의 제조 과정은 일반적인 슬러리 제조 과정과 크게 다르지 않으므로, 간단히 설명한다. 우선, 슬러리를 제조할 용기를 준비하고, 용기에 원하는 양의 초순수(DI Water)와 분산제인 폴리아크릴산을 넣어 충분히 혼합하고, 결정질 상을 갖고 소정의 1차 입자의 평균 크기를 갖는 지르코니아 입자를 연마제로 소정량 측량하여 투입하여 균일하게 혼합하였다. 또한, 연마촉진제로 아르기닌을 용기에 소정량 투입한 후 균일하게 혼합하였다. 이어서, 수산화 칼륨 pH 조절제를 용기에 투입하여 pH를 조절하였다. 이러한 각 물질들의 투입 및 혼합 순서는 특별히 한정되지 않는다. 본 실험예에서는 지르코니아 입자 및 분산제는 슬러리 전체 중량에 대하여 각각 1중량% 및 0.375중량% 함유되도록 투입하였다. 또한, 연마촉진제는 0 내지 2중량%까지 다양하게 투입하였다. 즉, 연마촉진제의 투입량에 따라 복수의 슬러리를 준비하였다. 각 슬러리는 수산화 칼륨을 이용하여 pH가 10이 되도록 하였다. 상기 성분 외에 나머지는 불가피하게 들어간 불순물 및 순수를 포함할 수 있다.
또한, 실험예의 슬러리를 이용하여 연마를 수행할 복수의 12인치 웨이퍼를 준비하였다. 즉, 실리콘 웨이퍼 상에 산화막과 질화티타늄을 1000Å씩 각각 증착 후 코발트막을 6000Å 증착한 코발트 웨이퍼를 준비하였다. 또한, 절연막으로 실리콘 산화막을 7000Å 증착한 산화막 웨이퍼를 준비하였다. 한편, 연마 장비로는 G&P Tech사의 poli-762 장비를 사용하였고, 연마 패드로는 Rohm & Haas의 IC 1000/Suba IV CMP 패드를 사용하였다. 또한, 다음의 연마 조건으로 코발트막 및 산화막을 각각 60초씩 연마하였다. 헤드 압력은 4psi이고, 헤드(Head)와 스핀들 테이블(Spindle table)의 속도는 각각 93rpm 및 87rpm이며, 슬러리의 유속은 100㎖/min이였다.
도 7은 본 발명 실시예의 슬러리의 연마 결과를 나타내는 표이며, 도 8은 연마 촉진제의 농도에 따른 코발트의 연마율을 도시한 그래프이고, 도 9는 연마 촉진제의 농도에 따른 절연 산화막(SiO2)의 연마율을 도시한 그래프이다. 도 7에는 연마촉진제의 함량에 따른 코발트과 실리콘 산화막의 연마율 및 선택비를 수치로 나타내었으며, 도 8 및 9는 코발트과 실리콘 산화막의 연마율을 각기 도시하였다. 여기서, 코발트 및 실리콘 산화막의 연마율은 코발트 웨이퍼 및 실리콘 산화막 웨이퍼를 각각 연마하여 산출한 것이고, 연마 선택비는 코발트의 연마율과 산화막의 연마율의 비율이다. 즉, 코발트 연마율을 실리콘 산화막 연마율로 나눈 값이다.
도 7 내지 9에서 알 수 있듯이, 연마촉진제의 량이 증가하면 코발트의 연마율이 급격하게 증가하며, 소정량 이상 첨가되면 다시 감소하였다. 반면, 연마 촉진제의 량이 증가하면, 실리콘 산화막의 연마율은 계속 감소하였다. 즉, 연마촉진제를 첨가하면 산화제 없이도 코발트의 연마율을 크게 증가시킬 수 있고, 1000 Å/min이 넘는 연마율을 얻을 수도 있었다. 또한, 연마촉진제의 첨가에 의해 코발트의 연마율을 증가시키고, 실리콘 산화막의 연마율을 감소시키므로, 높은 연마 선택비를 얻을 수 있었다. 이와 관련된 원리는 이미 설명하였다. 연마촉진제의 함량이 0.03중량% 이상인 경우, 코발트 연마율이 1000 Å/min 이상으로 높은 값을 나타내었다. 또한, 연마촉진제의 함량이 0.1중량% 이상인 경우, 코발트 연마율은 1400 Å/min 이상으로 높은 값을 나타내었고, 연마촉진제의 함량이 0.5중량%인 경우, 코발트 연마율은 2000 Å/min 이상으로 매우 높은 값을 나타내었다. 연마촉진제가 0.7중량% 이상 함유되면 코발트의 연마율이 감소되기 시작하였다. 연마촉진제의 함량이 0.1 내지 2중량%인 경우, 연마 선택비는 20 이상으로 높은 값을 나타내었다. 또한, 연마촉진제의 함량이 0.3중량% 이상인 경우, 연마 선택비는 30 이상으로 높은 값을 나타내었고, 연마촉진제의 함량이 0.5 내지 1중량%인 경우, 연마 선택비는 50 이상으로 매우 높은 값을 나타내었다.
본 발명의 실시 예에 따른 슬러리는 반도체 소자의 제조 공정에서 코발트의 연마 공정에 이용할 수 있다. 코발트은 매립 게이트와 배선/플러그용으로 이용될 수 있다. 매립 게이트 코발트의 경우에는 셀(cell)간 간격이 30㎚ 이하로 좁고, 배선/플러그용 코발트은 셀간 간격이 30∼150㎚ 정도로 넓은 편이다. 따라서, 연마할 패턴의 종류에 따라 적절한 연마 선택비를 가지는 슬러리를 선택하여 연마 공정을 실시할 수 있다. 즉, 코발트막과 산화막의 연마 선택비가 높은 고 선택비를 갖는 슬러리를 이용하여 반도체 소자의 제조 공정에 이용될 수 있다. 이러한 본 발명의 슬러리를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 도 10을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 10(a)를 참조하면, 기판(110) 상에 절연막(120), 예를 들면 실리콘 산화막을 형성한다. 도 10(b)를 참고하면, 절연막(120)의 소정 영역을 식각하여 기판(110)의 소정 영역(111)을 노출시키는 패턴이 형성된다. 기판(110)은 반도체 소자의 제조에 이용되는 다양한 기판을 이용할 수 있는데, 실리콘 기판을 이용할 수 있다. 절연막(120)은 실리콘 산화막 계열의 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어 BPSG(BoronPhosphoSilicate Glass), PSG(PhosphoSilicate Glass), HDP(High Density Plasma), TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silica Glass), PETEOS, HARP(High Aspect Ratio Process)의 적어도 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 절연막(120)은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법, CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법, MOCVD(Metal Organic CVD) 방법, ALD(Atomic Layer Deposition) 방법 또는 CVD 방법과 ALD 방법을 혼합한 AL-CVD 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 패턴은 배선 및/또는 플러그를 형성하기 위해 기판(110)의 소정 영역을 노출시키는 홀일 수도 있고, 라인 형상의 트렌치일 수도 있다.
그리고, 도 10(C)에 나타낸 바와 같이, 패턴을 포함하는 기판(110) 및 절연막(120) 상에 질화티타늄 등의 배리어층(130)을 형성한 후 패턴이 매립되도록 전체면에 코발트막(140)을 형성한다.
도 10(d)를 참조하면, 코발트막과 산화막의 연마 선택비가 높은 고 선택비를 가지는 본 발명 실시예의 슬러리를 이용하여 코발트막(140) 및 절연막(120)을 연마한다. 슬러리는 코발트막과 산화막의 연마 선택비가 30 근처 혹은 그 이상인 고선택비를 갖는다. 즉, 이때 연마 방법은 연마제인 산화 지르코늄 입자와 카복실기와 아민기를 함유하는 연마촉진제를 포함하는 슬러리를 마련하고, 슬러리를 기판상에 공급하면서 코발트막(140)을 연마한다. 연마 후에는 트랜치 내에만 코발트막이 형성된 구조가 제조된다. 트랜치 구조 혹은 배선 구조는 소자에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이러한 연마 과정에서, 상기 아민기는 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지며, 카르복실기는 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 양쪽성 이온의 상태로 되고, 상기 아민기가 상기 코발트막(140) 이외의 물질 즉, 실리콘 산화막(120)의 연마를 억제한다. 또한, 연마 과정은 pH 알카리 영역에서 진행되며, 코발트막(140)의 상부 표면에 코발트 산화막을 형성하고, 연마제가 코발트 산화막을 연마하는 과정 및 연마촉진제가 코발트와 결합하는 과정을 포함한다. 또한, 연마 과정은 연마촉진제의 작용기 중 양의 전하를 가지는 아민기와 음의 전하를 가지는 카르복실기가 코발트 이온과 결합하여 코발트의 해리반응을 촉진시켜 코발트막의 연마율을 촉진 및 증가시킨다. 이로부터, 슬러리가 산화제를 포함하지 않더라도, 코발트막(140)의 연마를 촉진시키고, 절연 산화막(120)의 연마를 억제한다. 또한, 산화제를 사용하지 않으므로 코발트막(140)의 표면에서 발생할 수 있는 부식 결함을 현저하게 억제한다. 또한, 산화막에 대한 코발트 연마 선택비가 우수한 슬러리를 이용하여 코발트막(140)을 연마하면 절연막(120)은 연마되지 않고 코발트막(140)이 연마되어 에로젼이 거의 발생되지 않는다. 이때, 연마제로 지르코니아 입자를 사용함으로써 기계적 방식이 우세한 CMP 공정을 진행할 수 있기 때문에 디싱도 함께 억제할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 기판 120 : 절연막
130 : 배리어층 140 : 코발트막
130 : 배리어층 140 : 코발트막
Claims (22)
- 코발트 연마용 슬러리로서,
연마를 수행하고, 산화 지르코늄 입자를 포함하는 연마제;
상기 연마제를 분산시키는 분산제; 및
슬러리 내에서 양쪽성 이온의 형태로 존재하여 연마를 촉진시키는 연마촉진제;를 포함하고,
상기 연마 촉진제는 아민기와 카르복실기를 함유하는 유기산을 포함하고,
상기 코발트를 산화시키는 산화제와 상기 코발트의 부식을 방지하는 부식 방지제를 사용하지 않는 슬러리. - 청구항 1에 있어서,
상기 연마제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.1중량% 내지 10중량%로 포함되는 슬러리. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 연마제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.4중량% 내지 3중량%로 포함되는 슬러리. - 청구항 1에 있어서,
상기 분산제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 5중량%로 포함되는 슬러리. - 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 분산제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.15중량% 내지 1중량%로 포함되는 슬러리. - 청구항 1에 있어서,
상기 연마촉진제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.1중량% 내지 2중량%로 포함되는 슬러리. - 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 연마촉진제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.3중량% 내지 1중량%로 포함되는 슬러리. - 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 연마촉진제는 아미노산을 포함하고, 상기 아미노산은 곁사슬(side chain)의 작용기가 양의 전하는 가지는 슬러리. - 청구항 8에 있어서,
상기 연마촉진제는 pH 알칼리 영역에서 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지는 작용기와 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 작용기를 가지는 슬러리. - 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
상기 연마촉진제는 아르기닌(Arginine), 히스티딘(Histidine), 라이신(Lysine), 아스파틱산(Aspartic acid), 아스파라긴(Asparagine), 글루타믹산(Glutamic acid), 글루타민(Glutamine), 알라닌(Alanine), 글라이신(Glycine), 류신(Leucine), 아이소류신(Isoleucine), 발린(Valine), 세린(Serine) 및 타이로신(Tyrosine)중 적어도 어느 하나를 포함하는 슬러리. - 청구항 1에 있어서,
상기 슬러리는 pH 조절제를 더 포함하며, pH는 8~15로 조절되는 슬러리. - 청구항 1 또는 청구항 11에 있어서,
상기 슬러리는 pH 조절제를 더 포함하며, pH는 9~12.5으로 조절되는 슬러리. - 산화제 없이 코발트를 연마하기 위한 무산화제 코발트 연마용 슬러리로서,
연마를 수행하는 연마제로 산화 지르코늄 입자들을 포함하고,
슬러리 내에서 양쪽성 이온의 형태로 존재하여 상기 코발트와 상기 코발트 이외의 물질의 연마특성을 조절하는 연마촉진제를 포함하며,
상기 연마촉진제는 2가지 이상의 서로 다른 작용기를 가지며, 상기 연마촉진제는 pH 알카리 영역에서 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지는 작용기와 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 작용기를 포함하고,
상기 코발트의 부식을 방지하는 부식 방지제를 사용하지 않는 슬러리. - 청구항 13에 있어서,
상기 코발트 외의 물질은 절연물을 포함하며, 상기 작용기는 아민기와 카르복실기를 포함하고,
상기 아민기는 상기 절연물과 결합되어 상기 절연물의 연마를 억제하는 슬러리. - 청구항 13에 있어서,
상기 연마촉진제는 아미노산을 포함하고, 상기 작용기는 아민기와 카르복실기를 포함하며, 상기 아민기와 상기 카르복실기는 동일한 카본 원자에 결합되는 슬러리. - 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
상기 연마촉진제는 아민기와 카르복실기의 수가 동일하거나 서로 다른 슬러리. - 청구항 16에 있어서,
상기 연마촉진제는 아민기의 수가 카르복실기의 수 보다 더 많은 슬러리. - 청구항 13에 있어서,
상기 슬러리는 pH 조절제를 더 포함하며, pH는 9~11로 조절되는 슬러리. - 청구항 13 또는 청구항 18에 있어서,
상기 슬러리는 분산제를 더 포함하며, 상기 분산제는 음이온계, 양이온계 및 비이온계 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함하는 슬러리. - 기판 연마 방법으로서,
코발트층이 형성된 기판을 마련하는 과정;
산화 지르코늄 입자를 가지는 연마제와, 슬러리 내에서 양쪽성 이온의 형태로 존재하여 아민기와 카르복실기를 함유하는 연마촉진제를 포함하며, 상기 코발트층을 산화시키는 산화제와 상기 코발트층의 부식을 방지하는 부식 방지제를 사용하지 않는 슬러리를 마련하는 과정 및
상기 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서 상기 코발트층을 연마하는 과정을 포함하고,
상기 연마 과정은, 상기 연마촉진제가 상기 아민기는 수소이온을 얻어 양의 전하를 가지며, 카르복실기는 수소이온을 잃어 음의 전하를 가지는 양쪽성 이온의 상태로 되고, 상기 아민기가 상기 코발트층 이외의 물질의 연마를 억제하는 기판 연마 방법. - 청구항 20에 있어서,
상기 코발트층이 형성된 기판을 마련하는 과정은, 상기 기판 상에 상기 코발트층 이외의 물질로 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 트랜치를 형성하며, 상기 트랜치를 포함하는 절연막 전체면에 코발트층을 형성하는 기판 연마 방법. - 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
상기 연마 과정은, pH 알카리 영역에서 진행되며, 상기 코발트층의 상부 표면에 코발트 산화막을 형성하고, 상기 연마제가 상기 코발트 산화막을 연마하는 과정 및 상기 연마촉진제가 코발트와 결합하는 과정을 포함하는 기판 연마 방법.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150038930A KR101733162B1 (ko) | 2015-03-20 | 2015-03-20 | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 |
JP2016049480A JP6251765B2 (ja) | 2015-03-20 | 2016-03-14 | 研磨スラリー及びこれを用いた基板の研磨方法 |
TW105108200A TWI610997B (zh) | 2015-03-20 | 2016-03-17 | 研磨漿液及使用研磨漿液的基底研磨方法 |
US15/073,625 US9758698B2 (en) | 2015-03-20 | 2016-03-17 | Polishing slurry and substrate polishing method using the same |
CN201610157056.7A CN106010296B (zh) | 2015-03-20 | 2016-03-18 | 用于抛光钴的浆液以及衬底抛光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150038930A KR101733162B1 (ko) | 2015-03-20 | 2015-03-20 | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160112713A KR20160112713A (ko) | 2016-09-28 |
KR101733162B1 true KR101733162B1 (ko) | 2017-05-08 |
Family
ID=56924583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150038930A KR101733162B1 (ko) | 2015-03-20 | 2015-03-20 | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9758698B2 (ko) |
JP (1) | JP6251765B2 (ko) |
KR (1) | KR101733162B1 (ko) |
CN (1) | CN106010296B (ko) |
TW (1) | TWI610997B (ko) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6939886B2 (ja) * | 2017-08-08 | 2021-09-22 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | 研磨方法及び研磨液 |
WO2019239555A1 (ja) | 2018-06-14 | 2019-12-19 | 日立化成株式会社 | 研磨液及び研磨方法 |
US20210332264A1 (en) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | Fujimi Corporation | Novel polishing vehicles and compositions with tunable viscosity |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101406758B1 (ko) | 2012-12-11 | 2014-07-03 | 주식회사 케이씨텍 | 슬러리 조성물 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002164307A (ja) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Fujimi Inc | 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 |
US20050090106A1 (en) * | 2003-10-22 | 2005-04-28 | Jinru Bian | Method of second step polishing in copper CMP with a polishing fluid containing no oxidizing agent |
KR20070055770A (ko) | 2005-11-28 | 2007-05-31 | 삼성코닝 주식회사 | 금속 배선용 화학기계적 연마 조성물 |
CN102473622B (zh) * | 2009-10-22 | 2013-10-16 | 日立化成株式会社 | 研磨剂、浓缩一液式研磨剂、二液式研磨剂以及基板研磨方法 |
JP2011091248A (ja) * | 2009-10-23 | 2011-05-06 | Hitachi Chem Co Ltd | コバルト用研磨液、及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法 |
KR20140003557A (ko) * | 2011-01-27 | 2014-01-09 | 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 | 연마재 및 연마용 조성물 |
CN102304327A (zh) * | 2011-07-05 | 2012-01-04 | 复旦大学 | 一种基于金属Co的抛光工艺的抛光液 |
JP6051632B2 (ja) * | 2011-07-20 | 2016-12-27 | 日立化成株式会社 | 研磨剤及び基板の研磨方法 |
US20130186850A1 (en) * | 2012-01-24 | 2013-07-25 | Applied Materials, Inc. | Slurry for cobalt applications |
KR101465604B1 (ko) | 2012-12-18 | 2014-11-27 | 주식회사 케이씨텍 | 구리 배리어층 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 |
JP6156630B2 (ja) * | 2013-05-24 | 2017-07-05 | Jsr株式会社 | 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法 |
-
2015
- 2015-03-20 KR KR1020150038930A patent/KR101733162B1/ko active IP Right Grant
-
2016
- 2016-03-14 JP JP2016049480A patent/JP6251765B2/ja active Active
- 2016-03-17 TW TW105108200A patent/TWI610997B/zh active
- 2016-03-17 US US15/073,625 patent/US9758698B2/en active Active
- 2016-03-18 CN CN201610157056.7A patent/CN106010296B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101406758B1 (ko) | 2012-12-11 | 2014-07-03 | 주식회사 케이씨텍 | 슬러리 조성물 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106010296B (zh) | 2019-06-04 |
KR20160112713A (ko) | 2016-09-28 |
JP2016178294A (ja) | 2016-10-06 |
TWI610997B (zh) | 2018-01-11 |
JP6251765B2 (ja) | 2017-12-20 |
US20160272847A1 (en) | 2016-09-22 |
TW201634619A (zh) | 2016-10-01 |
US9758698B2 (en) | 2017-09-12 |
CN106010296A (zh) | 2016-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106244021B (zh) | 使用二氧化铈涂布的二氧化硅磨料的屏障化学机械平面化浆料 | |
KR101409889B1 (ko) | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 | |
TWI748208B (zh) | 用於降低的氧化物侵蝕的鎢化學機械研磨 | |
JP4537010B2 (ja) | 化学機械的ポリシングスラリー及びこれを用いた化学機械的研磨方法 | |
US6863592B2 (en) | Chemical/mechanical polishing slurry and chemical mechanical polishing method using the same | |
KR101741707B1 (ko) | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 | |
KR102625476B1 (ko) | 질화규소 제거를 위한 cmp 조성물 | |
KR20070105301A (ko) | 메탈레이트 개질된 실리카 입자를 함유하는 수성 슬러리 | |
JP5552475B2 (ja) | 酸化セリウム製造方法、これから得られる酸化セリウムおよびこれを含むcmpスラリー | |
KR101257336B1 (ko) | 연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 | |
US20100184359A1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
JP2009524236A (ja) | Cmpスラリー及びこれを用いる半導体ウェハーの研磨方法 | |
US20060246723A1 (en) | Slurry composition for chemical mechanical polishing, method for planarization of surface of semiconductor element using the same, and method for controlling selection ratio of slurry composition | |
TW201309787A (zh) | 一種鎢研磨用cmp漿料組合物 | |
CN106883766B (zh) | 钨抛光浆料和抛光衬底的方法 | |
KR101733162B1 (ko) | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 | |
CN111378375B (zh) | 一种化学机械抛光液 | |
KR20170072524A (ko) | 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 | |
WO2004100243A1 (ja) | ナノトポグラフィ効果を補償し得る化学機械的研磨用スラリー組成物およびこれを利用した半導体素子の表面平坦化方法 | |
KR20200073479A (ko) | 연마 슬러리 조성물 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |