KR101913228B1 - 세리아-코팅된 실리카 연마재를 사용하는 배리어 화학 기계적 평탄화 슬러리 - Google Patents

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Abstract

복합 입자, 예컨대 세리아 코팅된 실리카 입자를 포함하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물은 상이한 막들 간에 조정가능한 연마 제거 선택도 값을 제공한다. 조성물은 저-K 유전체, a-Si 및 텅스텐 막 상에 연마 정지막(polish stop)을 제공하면서 인터커넥트 금속 및 실리콘 옥사이드 유전체에 대한 높은 제거율을 가능하게 한다. 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물은 부드러운 연마 패드를 사용하여 우수한 성능을 나타냈다.

Description

세리아-코팅된 실리카 연마재를 사용하는 배리어 화학 기계적 평탄화 슬러리 {BARRIER CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION SLURRIES USING CERIA-COATED SILICA ABRASIVES}
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 2015년 6월 5일자 출원된 미국 특허 가출원 일련 번호 62/171,360의 이익을 주장한다.
발명의 배경
본 발명은 반도체 디바이스의 생산에서의 화학 기계적 평탄화 ("CMP") 연마 조성물 (CMP 슬러리, CMP 조성물 또는 CMP 포뮬레이션(formulation)은 서로교체가능하게 사용됨), 및 화학 기계적 평탄화를 수행하기 위한 연마 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 코발트 (Co), SiN 및 옥사이드 물질로 이루어진 패턴화된 반도체 웨이퍼를 연마하는데 적합하게 사용되는 복합 연마재 입자를 포함하는 연마 조성물에 관한 것이다.
벌크 금속 층, 통상적인 Cu 배리어 층 연마, 가장 최근의 Co 배리어 층 연마, 쉘로우 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation)(STI), 층간 절연막(inter-layer dielectric)(ILD) CMP 및 게이트 폴리 CMP(gate poly CMP) 등과 같은 집적 회로 (IC) 제작 공정에는 수 개의 CMP 단계가 있다.
이러한 적용을 위한 전형적인 연마 조성물은 연마재, 부식 억제제, 및 임의로 그 밖의 화학물질을 함유한다. 그 밖의 화학물질은 안정성(stability)을 향상시키거나, 제거율을 촉진시키거나, 제거율을 억제하기 위해 배리어 CMP 연마 조성물에 포함되거나, CMP 공정 동안 및 후의 부식으로부터 금속막 표면을 제공하기 위해 억제제에 포함될 수 있다.
CMP 슬러리에 사용되는 일반적인 연마제, 예컨대 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아 등 중에서, 세리아는 실리카 옥사이드에 대한 그것의 높은 반응성으로 알려져 있으며, 실리콘 옥사이드에 대한 세리아의 높은 반응성으로 인해 가장 높은 사이드 제거율(RR)을 위한 STI CMP 조성물에 널리 사용된다. 그러나, 세리아 입자는 또한 심각한 스크래칭을 유발시키는 것으로 알려져 있는데, 이는 금속성 막을 연마하는데 훨씬 더 문제가 될 것이다. 세리아 입자가 전형적으로 배리어 CMP 슬러리 조성물에 대한 연마재로서, 그리고 연질 연마 패드와 함께 사용되는 것은 아니다. 따라서, 진보된 적용을 위한 신규한 연마재 타입으로 조성물을 개발하는 것이 필요하다.
반도체 기술이 진보됨에 따라, 새로운 막 물질 및 복잡한 집적화 방식의 사용에 의한 새로운 과제들이 많이 있다. 예를 들어, 코발트는 구리 구조물에 대한 배리어 물질 뿐만 아니라 인터커넥트 라인 물질 둘 모두로서 도입되었다. 코발트와 그 밖의 타입의 막 간의 선택도를 달라지게 하는 것을 요하는 작업에서 집적화 방식은 다수이다. 특정 적용은 Co와 옥사이드 유전체 간에 1:1 연마 선택도를 요하지만, 일부 다른 적용들은 상이한 막들, 예컨대 텅스텐, 비정질 실리콘, 폴리실리콘 또는 저-K 막 상에 추가의 연마 정지막을 필요로 할 수 있다. 특정 적용은 또한 일부 하부 막, 예컨대 티탄 니트라이드 또는 티탄의 높은 제거율을 필요로 할 수 있다. 이들 도전적인 집적화 방식은 CMP 성능 타깃(performance target)에 부합하기 위한 신규의 슬러리 조성물을 필요로 한다.
발명의 간단한 요약
본원에는 상기 요구를 만족시키는 배리어 CMP 연마 조성물, 방법 및 시스템이 기술된다.
일 양태에서, 본원에는
0.01 wt % 내지 20 wt%의, 나노입자로 덮힌 표면을 지닌 코어 입자를 포함하는 복합 입자; 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 표면 개질된 무기 옥사이드 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재 입자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재;
0.0001 wt % 내지 5 wt %의 pH-조절제;
0.0005wt % 내지 0.5wt %의 부식 억제제; 및
나머지로 물을 포함하는 연마 조성물로서;
코어 입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 폴리머 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 나노입자는 지르코늄, 티탄, 철, 망간, 아연, 세륨, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 란탄, 스트론튬 나노입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
연마 조성물은 약 2 내지 11의 pH를 갖는, 연마 조성물이 기술된다.
또 다른 양태, 본원에는 금속 또는 합금 형태의 Co, Cu, Al, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 물질 및 제2 물질을 갖는 적어도 하나의 표면을 포함하는 반도체 디바이스의 화학 기계적 평탄화를 위한 연마 방법으로서,
a) 적어도 하나의 표면을 연마 패드와 접촉시키는 단계;
b) 연마 조성물을 적어도 하나의 표면에 전달하는 단계; 및
C) 적어도 하나의 표면을 연마 조성물로 연마하는 단계를 포함하며, 연마 조성물이
0.01 wt % 내지 20 wt%의, 나노입자로 덮힌 표면을 지닌 코어 입자를 포함하는 복합 입자; 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 표면 개질된 무기 옥사이드 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재 입자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재;
0.0001 wt % 내지 5 wt %의 pH-조절제;
0.0005wt % 내지 0.5wt %의 부식 억제제; 및
나머지로 물을 포함하고;
코어 입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 폴리머 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 나노입자는 지르코늄, 티탄, 철, 망간, 아연, 세륨, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 란탄, 스트론튬 나노입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
연마 조성물은 약 2 내지 11의 pH를 갖는 방법이 기술된다.
또 다른 양태에서, 본원에는
금속 또는 합금 형태의 Co, Cu, Al, 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 물질 및 제2 물질을 갖는 적어도 하나의 표면을 포함하는 반도체 디바이스;
연마 패드; 및
연마 조성물을 포함하는 화학 기계적 평탄화를 위한 시스템으로서,
연마 조성물이
0.01 wt % 내지 20 wt%의, 나노입자로 덮힌 표면을 지닌 코어 입자를 포함하는 복합 입자; 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 표면 개질된 무기 옥사이드 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재 입자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재;
0.0001 wt % 내지 5 wt %의 pH-조절제;
0.0005wt % 내지 0.5wt %의 부식 억제제;
나머지로 물을 포함하며;
코어 입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 폴리머 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 나노입자는 지르코늄, 티탄, 철, 망간, 아연, 세륨, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 란탄, 스트론튬 나노입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
연마 조성물이 약 2 내지 11의 pH를 갖고;
적어도 하나의 표면이 연마 패드 및 연마 조성물에 접촉되는 시스템이 기술된다.
연마 조성물은
(1) 0.0010wt % 내지 약 1.0wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 및 포스폰산 기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염, 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분산 첨가제;
(2) 0.001 wt% 내지 5 wt%의, 과아이오드산, 퍼아이오데이트 염, 과브롬산, 퍼브로메이트 염, 과염소산, 과염소산 염, 과붕산, 및 퍼보레이트 염, 퍼망가네이트, 브로메이트, 클로레이트, 크로메이트, 아이오데이트, 아이오드산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 산화제;
(3) 0.001 wt % 내지 5 wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 인산, 및 피리딘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염; 무기 포타슘 실리케이트; 암모늄 실리케이트; 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 킬레이트제; 및
(4) 0.0001 wt% 내지 10 wt %의, a). 비이온성 표면 습윤제; b). 음이온성 표면 습윤제; c). 양이온성 표면 습윤제; d). 양쪽성 표면 습윤제; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제 중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 코어 입자는 실리카 입자이고; 나노입자는 세리아 나노입자이고; 복합 입자는 단결정질 세리아 나노입자로 덮힌 표면을 지닌 비정질 실리카 세리아 입자이고; 연마재 입자는 실리카 입자이고; pH-조절제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 4차 유기 수산화암모늄, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 부식 억제제는 벤조트리아졸 (BTA), 이미다졸, 트리아졸, 피라졸, 벤조이미다졸, 테트라졸, 이들의 관련 유도체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또 다른 구체예에서, 연마 조성물은 세리아 코팅된 실리카 복합 입자; 벤조트리아졸, 이미다졸, 트리아졸, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식 억제제; 수산화암모늄 또는 수산화칼륨을 포함한다.
또 다른 구체예에서, 연마 조성물은 세리아 코팅된 실리카 복합 입자; 벤조트리아졸, 이미다졸, 트리아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식 억제제; 수산화암모늄 또는 수산화칼륨을 포함하고; 실리카 연마재 입자; 포타슘 실리케이트 또는 암모늄 실리케이트; 및 아세틸렌계 디올 계면활성제, 알코올 에톡실레이트 계면활성제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제를 추가로 포함한다.
또 다른 구체예에서, 연마 조성물은 세리아 코팅된 실리카 복합 입자; 벤조트리아졸, 이미다졸, 트리아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식 억제제; 수산화암모늄 또는 수산화칼륨을 포함하고; 실리카 연마재 입자; 과산화수소; 포타슘 실리케이트 또는 암모늄 실리케이트; 및 아세틸렌계 디올 계면활성제, 알코올 에톡실레이트 계면활성제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제를 추가로 포함한다.
연마 조성물은 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; Co:SiN에 대해 1.0:1.0 내지 6.0:1.0 또는 10:1 내지 15:1.0의 제거율 선택도를 제공할 수 있으며; 연마 조성물은 a-Si, OSG, SiOC, 및 W의 연마 시 정지능을 갖는다.
또한, 조성물은 조성물 중 생물학적 성장을 막기 위한 첨가제를 임의로 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 본 발명의 연마 조성물은 연질 연마 패드 상의 도전성 금속성 구조물을 연마하기 위해 사용된다.
도 1은 상이한 연마재를 지닌 CMP 조성물로의 상이한 막에 대한 제거율을 나타낸다.
도 2는 상이한 과산화수소 농도에서 CMP 조성물로의 상이한 막에 대한 제거율을 나타낸다.
발명의 상세한 설명
이후 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 구체예를 제공하며, 본 발명의 범위, 적용가능성, 또는 구성을 제한하려는 것은 아니다. 오히려, 하기 바람직한 예시적 구체예의 상세한 설명은 당업자들에게 본 발명의 바람직한 예시적 구체예를 이행하기 위한 실시가능한 설명을 제공할 것이다. 첨부되는 청구범위에서 언급되는 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고, 요소들의 기능 및 배열에 있어서 여러 변경이 이루어질 수 있다.
청구범위에서, 알파벳은 청구되는 방법 단계들(예를 들어, a, b, 및 c)을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이들 알파벳은 방법 단계들을 언급할 때 보조하기 위해 사용되고, 청구되는 단계들이 수행되는 순서가 청구범위에 구체적으로 인용되지 않는 한, 그리고 그 정도로만, 그러한 순서를 지시하고자 의도되지 않는다.
본 발명의 조성물은 도전성 금속 구조물로 패턴화된 웨이퍼 표면 상에 하나 또는 다수의 막을 연마하기 위해 사용될 수 있다. 특정 구체예에서, 도전성 금속 구조물은 순수한 금속 또는 합금 형태의 코발트, 구리, 또는 알루미늄으로 구성될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
진보된 기술은 다층 디바이스 구조를 형성하기 위해 복잡한 막 스택(stack)을 사용한다. 집적화 방식은 인터커넥트 구조를 형성하기 위해 여러 막들 간의 제거율 선택도를 조절하는 것을 요한다. 막 스택은 유기-실리케이트 저-K 막 또는 중합성 저-K 막 또는 에어-갭(air-gap) 구조와 같은, 그러나 이로 제한되는 것은 아닌 유전체 물질을 포함할 수 있다. 인터커넥트 제조 방식의 세부사항에 의거하여, 확산 배리어, 캡핑 층(capping layer), 에치 정지막(etch stop), 경질 마스크, 및/또는 연마 정지막(polish stop) 중 어느 하나로서 작용하기 위해 추가의 유전체가 필요하였다. 사용되는 전형적인 유전막은 실리콘 옥사이드 막, 예컨대 테트라에틸 오르쏘 실리케이트 (TEOS) 전구체로부터 증착된 막(이후, TEOS 막로서 지칭됨), 고밀도 플라즈마 옥사이드 막 (HDP 옥사이드), 4.5-5.8의 k 값을 갖는 플라즈마 강화 화학 기상 증착된 (PECVD) 비정질 수소화된 실리콘 니트라이드 (a-SiN:H, 탄소 도핑된 실리콘 니트라이드 (a-SiNC:H), 4.0-4.8의 k 값을 갖는 치밀 산소 도핑된 실리콘 카바이드 (a-SiCO:H), 및 4.0-7.0의 k 값을 갖는 순수한 실리콘 카바이드 (a-SiC:H)를 포함할 수 있으나, 이로 제한되지 않는다. 비정질-Si (a-Si) 및 폴리-Si과 같은 막은 또한 특정 적용에서 연마 정지 층으로서 사용될 수 있다. 특정 적용에서, 두 개의 인터커넥트 물질, 예컨대 코발트 및 텅스텐의 동시 연마를 포함할 수 있으며, 이는 두 물질 간에 연마 속도의 높은 선택도를 필요로 한다. 다수의 CMP 단계가 이들 인터커넥트 구조를 형성하는데 종종 사용되고, 상이한 막들 간의 선택도 요건이 상이한 단계들 간에 다르다. 본 발명의 조성물은 하기를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌 진보된 기술 교점에서 여러 CMP 적용을 가능하게 하는 소정의 독특한 성능 특징을 포함한다:
(1) 0.1 내지 5, 또는 더욱 바람직하게는 0.25 내지 2 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5의, 블랭킷 인터커넥트 막과 블랭킷 유전막 간의 제거율 선택도로 인터커넥트 금속 및 유전막, 예컨대 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트라이드를 연마함
(2) 10 초과, 또는 더욱 바람직하게는 50 초과 또는 가장 바람직하게는 100 초과의, 블랭킷 인터커넥트 막과 블랭킷 저-K 유전막 간의 제거율 선택도로 인터커넥트 금속 및 저-K 또는 LK (유기 실리케이트 유리 (OSG) 또는 중합성 절연체)를 연마함
(3) 10 초과, 또는 더욱 바람직하게는 50 초과 또는 가장 바람직하게는 100 초과의, 인터커넥트 막과 텅스텐 함유 막 간의 제거율 선택도를 지니면서, 0.1 내지 5, 또는 바람직하게는 0.25 내지 2 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5의, 블랭킷 인터커넥트 막과 블랭킷 유전막의 제거율 선택도로 인터커넥트 금속 및 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트라이드 유전체를 연마함
(4) 10 초과, 또는 더욱 바람직하게는 50 초과 또는 가장 바람직하게는 100 초과의, 인터커넥트 막과 비정질 Si 또는 폴리-Si를 포함하는 막 간의 제거율 선택도를 지니면서, 0.1 내지 5, 또는 바람직하게는 0.25 내지 2 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5의, 블랭킷 인터커넥트 막과 블랭킷 유전막 간의 제거율 선택도로 인터커넥트 금속 및 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트라이드 유전체를 연마함
(5) 0.1 내지 5, 또는 바람직하게는 0.25 내지 2 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5의, 유전막과 배리어 또는 라이너 막, 예컨대 Ta, TaN, Ru, Co, Ti, TiN, 자가-형성 배리어 층 물질 간의 제거율 선택도를 지니면서, 0.1 내지 5, 또는 바람직하게는 0.25 내지 2 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5의 블랭킷 인터커넥트 막과 블랭킷 유전막 간의 제거율 선택도로 인터커넥트 금속 및 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 니트라이드 유전체를 연마함
(6) 10 초과 또는 더욱 바람직하게는 50 초과 또는 가장 바람직하게는 100 초과의, 배리어/라이너 막과 연마 정지막, 예컨대 실리콘 니트라이드 또는 실리콘 카바이드 또는 이들의 유도체 간의 제거율 선택도를 지니면서, 0.1 내지 5, 또는 바람직하게는 0.25 내지 2 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5의, 블랭킷 인터커넥트 막과 블랭킷 배리어/라이너 막의 제거율 선택도로 인터커넥트 금속, 및 배리어 또는 라이너 막, 예컨대 Ta, TaN, Ru, Co, Ti, TiN, 자가-형성 배리어 층 물질 실리콘 옥사이드 유전체를 연마함.
본 발명에서 기술되는 화학 기계적 평탄화 ("CMP") 조성물, 방법 및 시스템은 적합한 막 제거 선택도, 낮은 디싱(dishing) 및 적은 결함과 함께 금속 층 연마 및 옥사이드 연마, 예컨대 Co 및 실리콘 옥사이드(SiO2)에 대한 보다 높은 제거율; SiN 층 연마에 대한 적합한 제거율(특히 연질 연마 패드에 대한)을 제공해야 한다.
배리어 CMP 연마 조성물은 연마재, 예컨대 복합 입자 (예컨대 세리아-코팅된 콜로이드성 실리카 입자) 또는 복합 입자와 콜로이드성 입자 (예컨대 콜로이드성 실리카 입자)의 조합; 코발트(Co) 배리어 층/막 제거율을 조절(증진 또는 억제)하기 위해 코발트 이온 또는 코발트 옥사이드와 반응하는 화학적 킬레이터 또는 킬레이트제; CMP 조성물의 pH를 최적화된 pH 조건, 예컨대 알칼리성 pH 조건으로 조절하기 위해 사용되는 pH 조절제; Co 배리어 층 표면 부식을 보호하기 위한 부식 억제제; 여러 막 표면의 습윤화를 증진시키기 위한 계면활성제 및 나머지로 물을 포함한다.
연마재는 복합 입자, 및 복합 입자와 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 표면 개질된 무기 옥사이드 입자, 또는 이들의 조합과의 조합을 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다.
복합 입자에 대해, 각각의 복합 입자는 코어 입자 및 코어 입자의 표면을 덮는 다수의 나노입자를 지닌다. 코어 입자는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 및 폴리머 입자로 이루어진 군으로부터 선택된다. 나노입자는 지르코늄, 티탄, 철, 망간, 아연, 세륨, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 란탄 및 스트론튬 나노입자로 이루어진 군으로부터 선택된다.
코어 입자의 표면을 덮는 나노 입자의 양은 바람직하게는 고체 중량 비로 하기 범위 내에 포함된다. 코어 입자의 고체 중량(a)에 대한 나노 입자의 고체 중량(b)는 (b)/(a) = 0.01 내지 1.5, 바람직하게는 0.01 내지 1.2이다.
복합 입자의 예 중 하나는 코어 입자로서 실리카를 지니고, 각 실리카 입자의 표면이 세리아 나노입자로 덮히는 것이다. 실리카 베이스 입자는 비정질이고; 세리아 나노입자는 단결정질이다.
입자 중 실리콘에 대한 전체 세륨의 중량 비는 바람직하게는 0.05 내지 10, 또는 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 또는 가장 바람직하게는 0.5 내지 2일 수 있다.
코어 실리카 입자의 크기는 25nm 내지 500nm, 또는 더욱 바람직하게는 50nm 내지 150nm일 수 있다. 코어 실리카 입자를 덮는 세리아 나노입자의 크기는 1 nm 내지 30nm, 또는 더욱 바람직하게는 5 nm 내지 20 nm 및 가장 바람직하게는 8 내지 15nm일 수 있다.
세리아 코팅된 실리카 입자는 다수의 상이한 방법으로 제조될 수 있다. 세리아 코팅된 실리카 입자의 몇몇 바람직한 예는 JP20131191131, JP2013133255, JP2015-169967, 및 JP2015-183942에 기술되어 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, 연마력 하에 붕해되지 않는 세리아 코팅된 실리카 입자의 사용을 포함한다. 입자가 연마력(즉, 붕해력)의 작용 하에 분해되지 않고, 원래 입도의 특징을 유지하는 경우, 제거율은 높게 유지될 것으로 가정된다. 입자가 다른 한편으로 연마력 하에 붕해되는 경우, 제거율은 유효하게 보다 작은 연마재 입도로 인해 감소할 것이다. 입자의 분해는 또한 스크래칭 결함에 대해 원치않는 영향을 미칠 수 있는 불규칙한 모양의 입자를 형성할 수 있다. 붕해력 하에서의 입자 안정성은 조성물을 30분 동안 초음파 처리로 처리하고, 크기 분포에서의 변화를 측정함으로써 측정될 수 있다. 초음파 처리를 위한 바람직한 조건은 100W 출력에서 42KHZ 주파수를 지닌 배쓰에서 ½ 시간 침지시키는 것이다. 입도 분포는 디스크 원심 분리(Disc Centrifuge) (DC) 방법 또는 동적 광 산란(Dynamic Light Scattering) (DLS)과 같은 어떠한 적합한 기술을 사용함으로써 측정될 수 있다. 크기 분포에서의 변화는 평균 입도 또는 D50 (하위 50%에 해당하는 크기) 또는 D99 (하위 99%에 해당하는 크기) 또는 어떠한 유사한 파라미터에 대해 특징될 수 있다. 바람직하게는 초음파 처리 후 세리아 코팅된 실리카 입자의 입도 분포에서의 변화율은 예를 들어, DC 및 평균 입도, D50, D75 및/또는 D99를 사용함으로써 10% 미만, 더욱 바람직하게는 5% 미만 또는 가장 바람직하게는 2% 미만이다. CMP 슬러리 조성물에서의 이러한 안정한 입자의 사용은 막 물질 제거를 위한 연마력의 보다 효과적인 이용을 가능하게 하고, 또한 스크래칭 결함에 기여하는 어떠한 불규칙한 모양의 생성을 막을 것이다. 복합 입자의 높은 기계적 무결성은 또한 높은 제거율을 제공하는데 중요한 실리카 입자의 코어로부터 세리아 나노입자의 소실을 막을 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 실리카-기반 복합 입자는 비정질 실리카 입자 A의 표면 상에 알루미늄, 지르코늄, 티탄, 철, 망간, 아연, 세륨, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 란탄 및 스트론튬 중 적어도 한 타입의 원소를 포함하는 비정질 옥사이드 층 C 및 그 위에 지르코늄, 티탄, 철, 망간, 아연, 세륨, 이트륨, 칼슘, 마그네슘, 란탄 및 스트론튬 중에서 선택된 적어도 한 타입의 원소를 포함하는 결정질 옥사이드 층 B를 갖는다.
연마재는 조성물 중에 0.01 wt % 내지 20 wt%, 바람직하게는, 0.05 wt % 내지 5 wt%, 더욱 바람직하게는, 약 0.1wt % 내지 약 1 wt%의 양으로 존재한다.
상기 조성의 조성물에서의 세리아 코팅된 실리카 입자 사용은 특정 타입의 막, 예컨대 텅스텐, 탄소 함유 저-K 막 (유기 실리케이트 유리 및 중합성 막 둘 모두), 폴리-Si 및 비정질-Si (a-Si)에 대해 매우 낮은 제거율을 갖는 능력을 제공하면서 특정 막 타입, 예컨대 코발트, 여러 타입의 실리콘 옥사이드, 실리콘 니트라이드 및 실리콘 카바이드 막에 대해 상대적으로 낮은 연마재 입자 농도로 매우 높은 제거율을 가능하게 한다.
특정 구체예에서, 금속성 배리어 막, 예컨대 TiN, Ta, TaN, Ru의 높은 제거율이 요망되는 경우, 조성물은 또한 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 표면 개질된 무기 옥사이드 입자, 및 당해 공지된 그 밖의 연마재 입자를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아닌 그 밖의 공지된 연마재 입자를 추가로 포함할 수 있다. 복합 입자와 연마재 입자의 총 중량 %는 0.01 wt % 내지 20 wt%이다.
연마재 입자는 콜로이드 안정성을 개선시키는데 도움을 줄 수 있는 금속 불순물을 제거하는 이온 교환과 같은 적합한 방법을 사용하여 정제될 수 있다. 다르게는, 금속 실리케이트 이외의 전구체로부터 제조된 고순도 실리카 연마재 입자가 사용될 수 있다.
일반적으로, 상기 언급된 연마재 입자는 단독으로, 또는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 크기가 상이한 둘 이상의 연마재 입자가 또한 우수한 성능을 얻기 위해 조합될 수 있다.
바람직한 연마재 입자는 콜로이드성 실리카 연마재 입자이다. 세리아 코팅된 실리카 입자와 실리카 연마재 입자의 조합은 실리콘 옥사이드/니트라이드 막 및 금속성 배리어 막의 높은 제거율의 조합을 얻게 할 것이다. 실리카는 침강 실리카, 흄드(fumed) 실리카, 실리카 흄드, 발열성(pyrogenic) 실리카, 하나 이상의 애주번트로 도핑된 실리카 또는 어떠한 그 밖의 실리카-기반 화합물 중 어느 하나 일 수 있다. 대안의 구체예에서, 실리카는 예를 들어, 졸-겔 공정, 열수(hydrothermal) 공정, 플라즈마 공정, 휴밍 공정(fuming process), 침전 공정(precipitation process), 및 이들의 어떠한 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정에 의해 생성될 수 있다.
실리카는, 일 구체예에서 유리하게는 약 2 내지 약 300 나노미터, 예를 들어, 약 30 내지 약 250 나노미터 또는 가장 바람직하게는 50 내지 100 나노미터의 입도로 존재한다.
사용된 콜로이드성 실리카 입자는 구형 또는 누에고치 모양일 수 있다.
적합한 킬레이트제는 유기산 및 이들의 염; 폴리머 산 및 이들의 염; 수용성 코폴리머 및 이들의 염; 코폴리머의 동일 분자 내 카르복실산 기; 설폰산 기; 인산; 및 피리딘산으로부터 선택된 적어도 두 개의 상이한 타입의 산 기를 함유하는 코폴리머 및 이들의 염; 폴리비닐산 및 이들의 염, 무기 포타슘 실리케이트 및 암모늄 실리케이트; 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 피리딘, 피리딘 유도체, 바이피리딘, 바이피리딘 유도체, 및 이들의 조합을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
유기산은 아미노산; 카르복실산; 인산; 설폰산; 폴리비닐산; 및 피리딘산; 바이피리딘산을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
폴리머 산 및 이들의 염은 카르복실산 및 이의 염; 설폰산 및 이의 염; 포스폰산 및 이의 염; 피리딘산 및 이의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 작용기를 갖는 중합성 화합물을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예로는 중합성 카르복실산 및 이의 염; 중합성 설폰산 및 이의 염; 중합성 포스폰산 및 이의 염; 중합성 피리딘산 및 이의 염이 있다. 보다 특정의 예는 폴리아크릴산 및 이들의 염; 폴리스티렌 설폰산 및 이들의 염; 바이피리딘산 및 이들의 염이다.
킬레이트제의 양은 배리어 CMP 조성물의 총 중량에 대해 약 0.001 wt % 내지 약 5wt %의 범위이다. 바람직한 범위는 약 0.01% 내지 약 2.0 wt %이고, 더욱 바람직한 범위는 약 0.1wt % 내지 약 1.0wt %이다.
pH-조절제는 수산화물, 아민, 유기산 및 무기산을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
적합한 수산화물은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 4차 유기 수산화암모늄 (예를 들어, 테트라메틸수산화암모늄) 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
적합한 무기산은 질산, 설폰산, 인산, 염화수소, 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
pH-조절제의 양은 CMP 조성물의 총 중량에 대해 약 0.0001 wt % 내지 약 5 wt %의 범위이다. 바람직한 범위는 약 0.0005 % 내지 약 1 wt %이고, 더욱 바람직한 범위는 약 0.0005wt % 내지 약 0.5 wt %이고, 가장 바람직한 범위는 약 0.001 wt % 내지 약 0.1 wt %이다.
CMP 조성물의 pH는 약 2 내지 약 12의 범위이다. 슬러리 조성물의 최적의 pH는 특정 적용에 대한 특정 성능 요건에 의거한다. 코발트 막의 연마를 요하는 특정 구체예를 위해, 연마 동안 코발트 부식을 저하시키기 위해 보다 높은 pH (>8)가 요망될 수 있다. 여전히 실리콘 옥사이드 막의 높은 제거율을 요하면서 a-Si, 폴리-Si 막, 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드와 같은 막의 제거율을 억제하는 능력을 요하는 일부 그 밖의 구체예에서, pH <8이 요망될 것이다.
예를 들어, pH가 5.0-8.0인 연마 조성물은 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; 및 Co:SiN에 대해 10:1 내지 15:1.0의 제거율 선택도를 제공한다.
pH가 8.0-11인 연마 조성물은 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; 및 Co:SiN에 대해 1.0:1.0 내지 6.0:1.0의 제거율 선택도를 제공하고, W의 연마 시 정지능을 갖는다.
pH가 5.0-9.0인 연마 조성물은 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; 및 Co:SiN에 대해 10:1 내지 15:1.0의 제거율 선택도를 제공하고, a-Si, OSG, SiOC, 및 W의 연마시 정지능을 갖는다.
적합한 부식 억제제는 벤조트리아졸 (BTA), 이미다졸, 트리아졸, 및 이들의 관련 유도체, 피라졸 및 이의 유도체, 벤조이미다졸 및 이의 유도체, 테트라졸 및 이의 유도체 및 이들의 조합을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
부식 억제제의 양은 배리어 CMP 조성물의 총 중량에 대해 약 0.0005wt % 내지 약 0.5wt %의 범위이다. 바람직한 범위는 약 0.0025% 내지 약 0.15wt %이고, 더욱 바람직한 범위는 약 0.01wt % 내지 약 0.1wt %이다,
본 발명의 CMP 조성물은 0.0001 wt% 내지 10 wt %의, 하나 이상의 여러 계면활성제를 포함할 수 있다.
본 조성물에 대해 많은 적합한 계면활성제 첨가제가 있지만, 바람직한 계면활성제 첨가제는 도데실 설페이트 소듐 염, 소듐 라우릴 설페이트, 도데실 설페이트 암모늄 염, 알코올 에톡실레이트, 아세틸렌계 계면활성제, 및 이들의 어떠한 조합을 포함한다. 적합한 상업적으로 입수가능한 계면활성제는 Dow Chemicals에 의해 제조된 TRITON DF 16™ 및 Air Products 및 Chemicals에 의해 제조된 여러 계면활성제 SUIRFYNOL™, DYNOL™, Zetasperse™, Nonidet™, 및 Tomadol™ 계면활성제 패밀리를 포함한다.
1000 미만 내지 30,000 초과 범위의 분자량을 갖는 여러 음이온성, 양이온성, 비이온성 및 쯔비터이온성 계면활성제가 분산제로서 고려된다. 스테아레이트, 라우릴 설페이트, 알킬 폴리포스페이트, 도데실 벤젠 설포네이트, 디소프로필나프탈렌 설포네이트, 디옥틸설포석시네이트, 에톡실화 및 설페이트화 라우릴 알코올, 및 에톡실화 및 설페이트화 알킬 페놀의 소듐, 포타슘, 또는 바람직하게는 암모니아 염이 포함된다.
다양한 양이온성 계면활성제는 폴리에틸렌이민, 에톡실화된 지방 아민 및 스테아릴벤질디메틸암모늄 클로라이드 또는 니트레이트를 포함한다. 본 발명에 고려되는 또 다른 분산제는 폴리에틸렌 글리콜, 렉시틴, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리옥시에틸렌, 이속틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 알킬아릴 설포네이트의 아민 염, 폴리아크릴레이트 및 관련 염, 폴리메타크릴레이트를 포함한다.
계면활성제가 제1 CMP 조성물에 첨가되는 경우, 그것은 음이온성, 양이온성, 비이온성, 또는 양쪽성 계면활성제일 수 있거나, 둘 이상의 계면활성제의 조합이 사용될 수 있다. 추가로, 계면활성제의 첨가가 웨이퍼의 웨이퍼내 불균일도(within-wafer-non-uniformity)(WIWNU)를 감소시키는데 유용하고, 이로써 웨이퍼 표면을 개선시키고, 웨이퍼 결함을 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
일반적으로, 제1 CMP 조성물에 사용될 수 있는 계면활성제와 같은 첨가제의 양은 조성물의 효과적인 안정화를 달성하기에 충분해야 하고, 전형적으로 선택된 특정 계면활성제 및 금속 옥사이드 연마재 표면의 특성에 의거하여 달라질 것이다. 예를 들어, 선택된 계면활성제가 충분히 사용되지 않을 경우, 그것은 제1 CMP 조성물 안정화에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않을 것이다. 다른 한편, CMP 조성물 중 지나치게 많은 계면활성제는 조성물 내 원치 않는 포우밍(foaming) 및/또는 응집(flocculation)을 야기할 수 있다. 이에 따라, 계면활성제와 같은 안정화제는 일반적으로 본 발명의 조성물에 약 0.001% 내지 약 0.2 중량%, 바람직하게는 약 0.001 내지 약 0.1 중량 퍼센트 범위의 양으로 존재해야 한다. 추가로, 첨가제는 조성물에 직접 첨가되거나 공지된 기술을 사용하여 금속 옥사이드 연마재의 표면 상에서 처리될 수 있다. 어느 경우에서도, 첨가제의 양은 제1 연마 조성물의 요망하는 농도를 달성하도록 조절된다.
바람직한 계면활성제는 Air Products and Chem.로부터의 아세틸렌계 디올 계면활성제, 예컨대 Air Products and Chem.로부터의 Dynol™ 607 및 알코올 에톡실레이트 계면활성제, 예컨대 Sigma-Aldrich®로부터의 Brij® L23 및 Air Products and Chemicals로부터의 Dynol™ 607로 구성된 군으로부터 선택된 비이온성 계면활성제이다.
CMP 조성물은 입자 분산물을 안정화시키기 위해 분산 첨가제를 포함할 수 있다.
적합한 분산 첨가제는 유기산 및 이들의 염; 폴리머 산 및 이들의 염; 수용성 코폴리머 및 이들의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 또는 포스폰산 기와 같은 적어도 두 개의 상이한 타입의 산 기를 함유하는 코폴리머 및 이들의 염; 폴리비닐산 및 이의 염, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 및 이들의 조합을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
폴리머 산의 예는 폴리아크릴산, 폴리-메타크릴산, 폴리스티렌 설폰산 및 이들의 염을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 폴리머의 수평균 분자량은 1000 내지 1,000,000 또는 더욱 바람직하게는 2000 내지 100,000 또는 가장 바람직하게는 10,000 내지 50,000의 범위일 수 있다.
분산 첨가제의 양은 배리어 CMP 조성물의 총 중량에 대해 약 0.0010wt % 내지 약 1.0wt %의 범위이다. 바람직한 범위는 약 0.005% 내지 약 0.5wt %이고, 더욱 바람직한 범위는 약 0.01wt % 내지 약 0.25wt %이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 금속성 막, 예컨대 Ti, TiN, Ta, TaN, Co, Cu 등의 연마 속도를 촉진시키기 위한 하나 이상의 여러 산화제를 포함할 수 있다.
다양한 산화제, 예컨대 퍼아이오드산, 퍼아이오데이트 염, 퍼브롬산, 퍼브로메이트 염, 과염소산, 과염소산 염, 과붕산, 및 퍼보레이트 염 및 퍼망가네이트 뿐만 아니라 브로메이트, 클로레이트, 크로메이트, 아이오데이트, 아이오드산, 및 세륨(IV) 화합물이 문헌에 보고되어 있다. 과산화수소, 아이오드산 또는 이의 염, 및 퍼아이오드산 또는 이의 염은 CMP에 가장 보편적으로 사용되는 산화제인 것으로 알려져 있다. 과산화수소가 바람직한 산화제이다.
산화제 첨가는 입자 표면 상의 Ce(III)를 Ce(IV) 상태로 산화시킬 가능성이 있다. 산화제 첨가에 의해 보다 많은 표면이 Ce(III)에서 Ce(IV)로 전환됨에 따라, 실리콘 옥사이드의 제거율은 과잉 산화제 농도에서 감소할 것이다.
산화제 농도의 증가는 또한 일반적으로 코발트 막 제거율의 감소를 유도할 것이다.
산화제 첨가의 첨가량은 금속성 막 및 실리콘 옥사이드 막의 요망하는 수준의 제거율에 의거할 것이다. 금속성 막 및 실리콘 옥사이드 막 둘 모두의 높은 제거율을 가능하게 하는 산화제 농도의 바람직한 범위는 0.001 wt% 내지 5 wt%, 또는 더욱 바람직하게는 0.005 wt% 내지 3 wt%이다. 특정 적용에 대해서는, 입자 표면 상의 Ce(III) 이온이 필요한 산화 반응을 제공할 수 있음에 따라 추가의 산화제 첨가가 불필요할 수 있다.
특정 구체예에서, 포뮬레이션은 또한 입자 표면 상의 세륨 이온에 의한 과산화수소의 분해를 막기 위해 안정화 화합물을 포함할 수 있다. 적합한 안정화제는 광범위한 유기 및 무기 화합물, 예컨대 비제한적으로 아스코르브산, 시트르산, 에틸렌디아민 테트라아세트산, 여러 포스페이트 화합물, 콜로이드성 스태네이트 등으로부터 선택될 수 있다. 안정화제 화합물은 0.00001 wt% 내지 0.5 wt%, 또는 더욱 바람직하게는 0.0001 wt% 내지 0.1 wt%의 농도 범위로 존재할 수 있다.
CMP 조성물은 CMP 조성물이 4.5-10.0의 pH 범위를 갖는 경우 저장 동안 세균 및 진균의 성장을 막기 위해 생물학적 성장 억제제 또는 보존제를 포함할 수 있다.
생물학적 성장 억제제는 테트라메틸암모늄 클로라이드, 테트라에틸암모늄 클로라이드, 테트라프로필암모늄 클로라이드, 알킬벤질디메틸암모늄 클로라이드, 및 알킬벤질디메틸수산화암모늄(알킬쇄 범위는 1 내지 약 20개의 탄소 원자임), 소듐 클로라이트, 및 소듐 히포클로라이트를 포함하나, 이로 제한되지 않는다.
특정 구체예에서, 조성물은 운송 및 취급에 의한 비용을 감소시키기 위해 보다 농축된 형태로 제조되고 사용 시점에 물과 희석될 수 있다. 과산화수소와 같은 산화제가 또한 사용 시점에 첨가될 수 있다.
몇몇 상업적으로 입수가능한 보존제는 Dow Chemicals로부터의 KATHON™ 및 NEOLENE™ 제품 패밀리 및 Lanxess로부터의 Preventol™ 패밀리를 포함한다. 미국 특허 제5,230,833호(Romberger et al.) 및 미국 특허 출원 번호 US 20020025762에 더 기술되어 있다. 이들의 내용은 이들의 전문이 언급되는 것과 같이 본원에 참조로 포함된다.
본 발명의 포뮬레이션은 연질 패드에 특히 효과적이어서 높은 실리콘 옥사이드 레이트(rate) 및 낮은 결함성을 가능하게 한다. CMP 패드는 쇼어 경도 시험, 동적 기계적 분석, 초음파 특성규명, 경질 대 연질 폴리머 세그먼트의 비를 결정하기 위한 성분 분석 등과 같은 다양한 기술을 사용하여 탄성 또는 경도에 대해 특징화될 수 있다. ASTM D2240-1 0 ASTM 표준에 기술된 방법에 따라 측정되는 쇼어 D 경도 시험(Shore D 경도 testing)이 CMP 패드 경도에 대해 잘 알려져 있는 시험 방법이다. 연질 패드 및 경질 패드를 구분하는 문헌에서 명확한 정의가 없기는 하지만, 일반적으로 경질 패드로 간주되는 CMP 패드, 예컨대 IC1000 및 IC1010 (Dow Chemicals에 의해 공급됨)는 쇼어 D 경도 57을 갖는다. Dow Ikonic 2000 시리즈와 같은 연질로서 특징화되는 CMP 패드는 45 미만의 쇼어 D 경도를 갖는다. 상업적으로 입수가능한 연질 패드의 다른 예는 Dow Chemicals로부터의 Politex 시리즈 패드, Cabot Microelectronics로부터의 EPIC D200 시리즈 패드, Fujibo로부터의 Fujibo H7000N 패드, Nexplanar로부터의 Nexplanar 11EG, Dow Chemicals로부터의 VP3500 패드를 포함한다.
연질 패드 상에서의 연마 동안, 세리아 코팅된 실리카 입자를 포함하는 본 발명의 포뮬레이션은 유사한 평균 입도 및 연마재 입자 로딩을 갖는 다른 타입의 입자를 포함하는 유사한 포뮬레이션과 비교하여 TEOS 막 상에서 적어도 2배를 제공한다.
물질 1 대 물질 2 (물질 1: 물질 2)의 제거 선택도는 물질 2의 제거율에 대한 물질 1의 제거율의 비로서 정의된다:
Figure 112016065492423-pat00001
본 발명의 조성물은 4.0 내지 1.0, 바람직하게는, 2.5 내지 1.0, 더욱 바람직하게는, 1.5 내지 1.0 범위의 Co:SiN의 제거 선택도를 제공하고; Co:SiO2의 제거 선택도는 3.0 내지 0.5, 바람직하게는, 2.0 내지 0.7, 더욱 바람직하게는, 1.1 내지 0.9의 범위이고; SiO2:SiN의 제거 선택도는 4.0 내지 1.0, 바람직하게는, 2.5 내지 1.0, 더욱 바람직하게는, 1.5 내지 1.0의 범위이다.
일반적인 실험 절차
연마 패드: Narubeni America Corporation에 의해 공급된, Fujibo H7000HN 패드 또는 Fujibo H800 패드를 CMP 공정에 사용하였다. Co (PVD) 배리어 층을 PVD 공정에 의해 증착시켰다. SiN 막을 PECVD 증착 공정에 의해 증착시켰다. TEOS 옥사이드 막을 전구체로서 테트라에틸 오르쏘실리케이트를 사용하여 화학 기상 증착 (CVD)에 의해 증착시켰다.
파라미터:
Å: 옹스트롬-길이의 단위
BP: 역압, psi 단위
CMP: 화학적 기계적 평탄화 = 화학적 기계적 연마
CS: 캐리어 속도
DF: 다운 포스(Down force): CMP 동안 가해진 압력, psi 단위
min: 분
ml: 밀리리터
mV: 밀리볼트
psi: 제곱 인치 당 파운드
PS: 연마 도구의 정반 회전 속도, rpm(분당 회전수)
SF: 연마 조성물 유량, ml/min
제거 속도 및 선택도
제거율 (RR) = (연마 전 막 두께 - 연마 후 막 두께)/연마 시간.
PVD Co RR: CMP 툴(tool)의 1.5 psi (연질 Fujibo 패드로) 다운(down) 압력 하에 측정된 PVD Co 제거율
SiN RR: CMP 툴의 1.5 psi (연질 Fujibo 패드로) 다운 압력 하에 측정된 SiN 제거율
TEOS RR: CMP 툴의 1.5 psi (연질 Fujibo 패드로) 다운 압력 하에 측정된 TEOS 제거율
TEOS/Co/SiN의 제거 선택도 = TEOS RR/Co RR/SiN RR; 동일한 다운 포스(psi)에서
모든 백분율은 달리 명시되지 않는 한 중량 백분율이다.
이하 나타낸 실시예에서, CMP 실험은 이하 주어진 절차 및 실험 조건을 이용하여 실시되었다.
실시예에서 사용된 CMP 툴은 200mm Mirra®, 또는 300mm LK 연마기로, 둘 모두 Applied Materials(3050 Boweres Avenue, Santa Clara, California, 95054)에 의해 제조되었다. Narubeni America Corporation에 의해 제공된 Fujibo H7000HN 패드 또는 H800 패드 (둘 모두 연질 패드로서 간주됨)를 블랭킷 웨이퍼 연마 연구를 위한 연마정반(platen) 상에서 사용하였다. 25개의 더미(dummy) 옥사이드(TEOS 전구체, PETEOS로부터 플라즈마 강화 CVD에 의해 증착된) 웨이퍼를 연마함으로써 패드가 브레이크-인(break-in)되었다. 툴 세팅 및 패드 브레이크-인을 정량화하기 위해, 두 개의 PETEOS 모니터를 기준선 조건에서 Air Products Chemical Incorporation에 의해 제공된, Syton® OX-K 콜로이드 실리카로 연마하였다. 연마 실험을 전기도금 증착된 구리, 낮은-k 유전체 층 물질 (유기 실리케이트 유리, 예컨대 Black Diamond®/ BD1 및 BD2x), TEOS 및 탄탈룸 니트라이드 웨이퍼를 사용하여 수행하였다. 이들 블랭킷 웨이퍼를 Silicon Valley Microelectronics(1150 Campbell Ave, CA, 95126) 및 Advantiv Corporation으로부터 구입하였다.
하기 CMP 조성물에서, 세리아 코팅된 실리카 입자는 코어 입자로서 실리카 및 실리카 입자 표면 상의 세리아 나노입자를 지닌 복합 입자였다. 디스크 원심분리 방법(Disc Centrifuge method)(CPS Instruments로부터의 DC24000 UHR)에 의해 측정되는 경우 세리아 코팅된 실리카 입자의 평균 입도 96 nm 였다. 세리아 코팅된 실리카 입자를 JP20131191131, JP2013133255, JP2016-084243A, JP2015-169967, 및 JP2015-183942에서 기술된 방법에 의해 제조하였다.
실시예
실시예 1
Co 배리어 CMP 연마 조성물을 연마재로서 0.1 내지 0.75 wt %의 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자; 코발트 및 옥사이드 제거율을 조절하기 위한 킬레이트제로서 0.1wt % 내지 약 1.0wt %의 포타슘 실리케이트 또는 암모늄 실리케이트; Co 막 표면의 부식 억제를 위한 부식 억제제로서 0.01% 내지 0.25 wt %의 BTA, 이미다졸, 트리아졸, 또는 이들의 관련 유도체; 입자 분산물을 안정화시키기 위한 분산제로서, 그리고 또한 SiN 막 제거율을 조절하기 위한 첨가제로서 0.001 내지 0.25 wt %의 폴리아크릴산 및 이의 염, 암모늄 폴리아크릴레이트, 포타슘 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌 설폰산 또는 이의 염; 및 pH 조절제로서 0.001% 내지 0.1 wt %의 질산 또는 수산화칼륨으로 제조하였다.
실시예의 특정 조성물은 하기 성분들을 포함하였다: 연마재로서 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카; Brij® L23 (Sigma-Aldrich®) (에톡실레이트 타입 계면활성제), 포타슘 실리케이트, 암모늄 폴리아크릴레이트, 및 이미다졸. 나머지는 물이었다. 수산화칼륨 및 질산은 pH 조절제로서 사용하였다. 표 1에 열거된 조성물은 pH 9.0의 pH 값을 가졌다.
조성물이 표 1에 열거되어 있다. 예를 들어, 조성물 3은 연마재로서 0.25 %의 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카, 표면 습윤제로서 0.01%의 Brij L23, 킬레이트제로서 0.25%의 포타슘 실리케이트, 분산제로서 0.1%의 암모늄 폴리아크릴레이트, 및 부식 억제제로서 0.1%의 이미다졸을 포함하였다.
표 1. CMP 조성물 1, 2 및 3
Figure 112016065492423-pat00002
TEOS, Co, 및 SiN 막의 제거율이 표 2에 열거되었다.
표 2에서 보여지는 바와 같이, 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자를 사용한 Co 배리어 조성물은 유사한 TEOS 및 Co 제거율을 제공하였지만, 상대적으로 낮은 SiN 제거율을 제공하였다.
표 2. TEOS, Co 및 SiN의 제거율 (
Figure 112016065492423-pat00003
/min.)
Figure 112016065492423-pat00004
3개의 조성물에 대한 TEOS:Co, 및 SiN 막의 제거 선택도는 표 1의 데이터로부터 산출되었다. 결과가 표 3에 열거되었다.
표 3에서 보여지는 바와 같이, 조성물은 대략 1:1의 TEOS:Co 제거 선택도, 및 2.5 미만:1 TEOS:SiN 제거 선택도 및 Co:SiN 제거 선택도를 제공하였다.
표 3. TEOS:Co:SiN 제거 선택도
Figure 112016065492423-pat00005
그러한 제거 선택도 범위는 CMP Co 배리어 조성물이 막 높이 보정을 달성할 수 있고, 패턴화된 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 전체 균일한 평탄화를 실현할 수 있는 능력을 보여주었다.
PVD Co 칩 상에서 이들 Co 배리어 CMP 연마 조성물을 사용함으로써 SER이 측정되었다. 결과는 조성물이 Co 막 표면 상에서 매우 낮은 (<2.0
Figure 112016065492423-pat00006
/min.) 정적 에칭률(SER)을 제공하였음을 보여주었다.
실시예 2
하기 실시예 4, 5 및 6에서는, 세 개의 상이한 부식 억제제, 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸이 사용되었다. 다른 모든 화학적 구성요소는 동일하게 유지되었다. 세 개의 샘플 모두는 9.0의 pH를 가졌다.
실시예 4, 5 및 6의 조성물이 표 4에 열거되었다.
표 4. CMP 조성물 4, 5 및 6
Figure 112016065492423-pat00007
TEOS, Co, SiN 및 W 막의 제거율이 표 5에 열거되었다.
표 5. TEOS, Co, SiN 및 W의 제거율 (
Figure 112016065492423-pat00008
/min.)
Figure 112016065492423-pat00009
표 5에서 보여지는 결과와 같이, 3개의 상이한 조성물에 사용되는 세 개의 모두 상이한 부식 억제제에 대해 유사한 TEOS 및 SiN 제거율이 얻어졌다. 조성물 4에 사용된 부식 억제제와 비교하여 0.1%로 증가된 부식 억제제 농도로 인해 조성물 5 및 6에 대해 얻어진 상대적으로 보다 낮은 Co 제거율은 0.05%였다.
중요하게는, 모든 세 개의 연마 조성물은 W 막의 연마 시 완전한 정지능을 나타냈다.
TEOS:Co:SiN의 선택도가 표 6에 열거되었다. 결과는 세 개의 모든 막, 즉, TEOS, Co 및 SiN이 연마되는 W 막에 비해 매우 높은 선택도를 가짐을 나타냈다.
표 6. TEOS:Co:SiN 제거 선택도
Figure 112016065492423-pat00010
본 발명에서 연마재로서 복합 입자를 포함하는 연마 조성물은 W 막 상에서 정지 능력을 나타내나 여전히 높은 TEOS 및 Co 제거율을 제공하였다. 연마 조성물은 여전히 높은 TEOS 및 Co 제거율을 유지하면서 W 막 상에서의 정지 능력이 요구되는 일부 진보된 Co 배리어 CMP 연마 적용에 유용성을 나타냈다.
실시예 3
조성물 7을 표 7에 따라 제조하였다. 조성물은 pH = 7.0이었다.
표 7. CMP 조성물 7
Figure 112016065492423-pat00011
조성물 7을 사용한 상이한 막에 대한 연마 제거율이 표 8에 열거되었다.
표 8에서 보여지는 바와 같이, 높은 TEOS 및 Co 제거율이 얻어졌다. 중요하게는, a-Si, SiOC 막, 및 BD2X 연마시 우수한 정지 특성이 또한 관찰되었다.
표 8. 여러 막의 제거율 (
Figure 112016065492423-pat00012
/min.)
Figure 112016065492423-pat00013
TEOS:Co:Si:a-Si:LK 막의 선택도가 표 9에 열거되어 있다.
표 9. TEOS:Co:SiN;a-Si:LK 막 제거 선택도
Figure 112016065492423-pat00014
TEOS:a-Si, Co:a-Si, TEOS:LK, Co:LK, TEOS:BD2X, 및 Co:BD2X의 높은 선택도가 연마 조성물을 사용하여 달성되었다.
실시예 2에서 얻어진 데이터와 비교하면, SiN 제거율이 실시예 3에서의 조성물의 보다 낮은 pH를 사용함으로써 억제되었다. 이 결과는 7.5 또는 보다 낮은 pH를갖는 조성물이 막, 실리콘 옥사이드 또는 인터커넥트 금속 또는 배리어/라이너 막과 실리콘 니트라이드 막 간에 높은 제거율 선택도를 가능하게 할 수 있음을 나타냈었다. 조성물은 W 막 상에서의 정지능을 요할 뿐만 아니라 비정질 실리콘 (a-Si) 및 실리콘-옥시 카바이드 (SiOC) 막 (>4의 추정된 유전 상수를 갖는) 막 상에서의 정지능을 필요로 하는 특정 Co 연마 적용에 유용성을 나타냈다.
실시예 4
연마재로서 세리아 코팅된 실리카 (조성물 9)를 사용하거나 콜로이드성 실리카 연마재 (비교 조성물 8)를 사용하는 코발트 연마 조성물의 예가 표 10에 열거되어 있다. 콜로이드성 실리카 (PL-3)를 Fuso Corporation, Japan로부터 입수하였다. 동적 광산란 분석에 의해 측정되는 경우 PL-3 콜로이드성 실리카의 입도는 70 nm였다.
조성물 8 및 조성물 9을 사용한 연마 결과가 각각 표 11에 열거되어 있다.
표 10. CMP 조성물 8 및 9
Figure 112016065492423-pat00015
표 11. TEOS, Co, SiN, W의 제거율 (
Figure 112016065492423-pat00016
/min.)
Figure 112016065492423-pat00017
세리아 코팅된 실리카 입자를 포함하는 조성물 (조성물 9)과 콜로이드성 실리카를 포함하는 비교 조성물 (조성물 8) 간의 연마 성능 비교가 표 11로부터 도출될 수 있다.
연마재로서 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카를 사용한 경우(조성물 9), W 막 상에서의 정지능에 대해 요망하는 Co 배리어 CMP 연마 성능(W 막 제거율이 2
Figure 112016065492423-pat00018
/min.임)이 달성되었다. 그러나, 콜로이드성 실리카 연마재 기반 코발트 배리어 연마 조성물 (조성물 8)의 사용으로는, 텅스텐 제거율이 산화제로서 과산화수소를 사용하지 않고도 25배 초과로 더 높았다(>50
Figure 112016065492423-pat00019
/min.). 이러한 높은 제거율은 패턴화된 웨이퍼의 연마 동안 텅스텐 층에서의 정지 능력을 방해하였다.
추가로, 콜로이드성 실리카 조성물 8은 또한 심지어 훨씬 더 낮은 연마재 농도를 지닌 조성물 9와 비교하여 상당히 더 낮은 코발트 제거율을 제공하였다. 조성물 9는 또한 실시예 8보다 훨씬 더 높은 옥사이드 제거율을 제공하였다.
실시예 8 및 9에 대한 TEOS:Co:SiN:W의 선택도가 표 12에 열거되어 있다.
표 12. TEOS:Co:SiN:W 막 제거 선택도
Figure 112016065492423-pat00020
표 12에서 TEOS:Co:SiN:W 제거 선택도 데이터가 나타내고 있는 바와 같이, 연마 조성물 9에서 연마재로서 세리아 코팅된 실리카의 사용으로, 연마 조성물 8에 연마재로서 콜로이드성 실리카로 얻어진 선택도보다 훨씬 더 높은 선택도가 달성되었다.
높은 제거율 및 제거 선택도는 오로지 본 발명의 조성물로만 달성될 수 있었다.
실시예 5
표 13은 세리아 코팅된 실리카 입자 만을 포함하는 조성물 (조성물 10), 콜로이드성 실리카 입자 만을 포함하는 조성물 (조성물 11), 및 세리아 코팅된 실리카 입자 및 콜로이드성 실리카 입자 둘 모두를 포함하는, 즉, 세리아 코팅된 실리카 입자와 콜로이드성 실리카 입자가 조합된 조성물 (조성물 12)을 열거하고 있다.
도 1은 이들 조성물로의 여러 막에 대한 제거율 데이터를 나타낸다. 도 1은 두 개의 상이한 타입의 연마재를 혼합함으로써 다수의 막 타입, 예컨대 Cu, SiN, TEOS, Co, TiN, Ta 및 TaN에 대해 상당히 높아진 제거율이 얻어졌음을 나타내고 있다. 동시에, 낮은 제거율이 요망되는 특정 막 타입, 예컨대 BD1 및 W에 대해 세리아 코팅된 실리카 입자와 콜로이드성 실리카 입자의 조합은 콜로이드성 실리카를 함유하는 조성물 자체와 비교하여 제거율을 증가시키지 못하였다.
표 13: CMP 조성물 10-12
Figure 112016065492423-pat00021
세리아 코팅된 실리카 입자와 콜로이드성 실리카 입자의 조합을 사용하는 조성물은 다양한 막의 제거율에서 예상치 못한 상승적인 증가를 야기하였다.
실시예 6
네 개의 조성물 12, 13, 14, 및 15을 제조하였다. 조성물 13, 14, 및 15를 표 13에서 보여지는 조성물 12를 기반으로 하여 단지 과산화수소의 농도 만을 0.01 wt% (조성물 12)로부터 0.1 wt% (조성물 13), 0.25 wt% (조성물 14), 및 0.5 wt% (조성물 15)로 각각 변경시킴으로써 제조하였다. 4개의 샘플 모두가 과산화수소 첨가 전에 pH 10을 가졌다.
다양한 막의 제거율이 도 2에 도시된다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 특정 금속 막, 예컨대 Ti, TiN, Ta 및 TaN의 제거율이, 조성물 12에서 과산화수소를 조절함으로써 TEOS 및 SiN 유전막에 대한 높은 제거율을 유지하면서 증가될 수 있었다. 과산화수소 농도를 증가시킴으로써, 코발트 표면이 패시베이션(passivation)되어 보다 낮은 연마 속도를 야기하였다.
상기 실시예 및 구체예의 기술은 청구범위에 정의되는 바와 같이 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예시하는 것으로 여겨져야 한다. 용이하게 인지될 수 있는 바와 같이, 상기 기재된 특징들의 다양한 변경 및 조합이 청구범위에 기재된 본 발명을 벗어나지 않고 이용될 수 있다. 그러한 변경은 하기 청구범위의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 0.01 wt % 내지 20 wt%의, 세리아 코팅된 실리카 복합 입자 및 실리카 연마재 입자;
    0.0001 wt % 내지 5 wt %의, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 4차 유기 수산화암모늄, 질산, 설폰산, 인산, 염화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 pH-조절제;
    0.0005wt % 내지 0.5wt %의, 벤조트리아졸, 이미다졸, 트리아졸, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식 억제제;
    아세틸렌계 디올 계면활성제, 알코올 에톡실레이트 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제;
    포타슘 실리케이트 또는 암모늄 실리케이트; 및
    물을 포함하는, 연마 조성물로서,
    2 내지 11의 pH를 갖는, 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    (1) 0.0010wt % 내지 1.0wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 및 포스폰산 기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염, 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분산 첨가제;
    (2) 0.001 wt% 내지 5 wt%의, 과산화수소, 과아이오드산, 퍼아이오데이트 염, 과브롬산, 퍼브로메이트 염, 과염소산, 과염소산 염, 과붕산, 및 퍼보레이트 염, 퍼망가네이트, 브로메이트, 클로레이트, 크로메이트, 아이오데이트, 아이오드산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 산화제; 및
    (3) 0.001 wt % 내지 5 wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 인산, 및 피리딘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염; 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 킬레이트제 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 연마 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 폴리머 산 또는 이의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 분산 첨가제로서, 폴리머 산은 폴리아크릴산, 폴리-메타크릴산, 폴리스티렌 설폰산 또는 이의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 분산 첨가제를 추가로 포함하는, 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, pH-조절제가 수산화암모늄 또는 수산화칼륨인, 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, pH-조절제가 수산화암모늄 또는 수산화칼륨이고; 연마 조성물이 과산화수소를 추가로 포함하는, 연마 조성물.
  8. 금속 또는 합금 형태의 Co, Cu, Al, 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 물질 및 제2 물질을 갖는 적어도 하나의 표면을 포함하는 반도체 디바이스의 화학 기계적 평탄화를 위한 연마 방법으로서,
    c) 적어도 하나의 표면을 연마 패드와 접촉시키는 단계;
    d) 연마 조성물을 적어도 하나의 표면에 전달하는 단계; 및
    C) 적어도 하나의 표면을 연마 조성물로 연마하는 단계를 포함하며, 연마 조성물이
    0.01 wt % 내지 20 wt%의, 세리아 코팅된 실리카 복합 입자 및 실리카 연마재 입자;
    0.0001 wt % 내지 5 wt %의, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 4차 유기 수산화암모늄, 질산, 설폰산, 인산, 염화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 pH-조절제;
    0.0005wt % 내지 0.5wt %의, 벤조트리아졸, 이미다졸, 트리아졸, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식 억제제;
    아세틸렌계 디올 계면활성제, 알코올 에톡실레이트 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제;
    포타슘 실리케이트 또는 암모늄 실리케이트; 및
    물을 포함하고;
    연마 조성물이 2 내지 11의 pH를 갖는, 연마 방법.
  9. 제8항에 있어서, 연마 조성물이
    (1) 0.0010wt % 내지 1.0wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 및 포스폰산 기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염, 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분산 첨가제;
    (2) 0.001 wt% 내지 5 wt%의, 과산화수소, 과아이오드산, 퍼아이오데이트 염, 과브롬산, 퍼브로메이트 염, 과염소산, 과염소산 염, 과붕산, 및 퍼보레이트 염, 퍼망가네이트, 브로메이트, 클로레이트, 크로메이트, 아이오데이트, 아이오드산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 산화제; 및
    (3) 0.001 wt % 내지 5 wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 인산, 및 피리딘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염; 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 킬레이트제 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 연마 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 연마 조성물이, 폴리머 산 또는 이의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 분산 첨가제로서, 폴리머 산은 폴리아크릴산, 폴리-메타크릴산, 폴리스티렌 설폰산 또는 이의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 분산 첨가제를 추가로 포함하는, 연마 방법.
  13. 제8항에 있어서, pH-조절제가 수산화암모늄 또는 수산화칼륨인, 연마 방법.
  14. 제8항에 있어서, pH-조절제가 수산화암모늄 또는 수산화칼륨이고; 연마 조성물이 과산화수소를 추가로 포함하는, 연마 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    연마 패드가 연질 패드이고;
    제1 물질이 Co이고;
    제2 물질이 Co, SiN, SiO2, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    연마 조성물이 8.0-11의 pH를 갖고;
    연마 조성물이 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; 및 Co:SiN에 대해 1.0:1.0 내지 6.0:1.0의 제거율 선택도를 갖고;
    연마 조성물이 W 연마시 정지능을 갖는, 연마 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    연마 패드가 연질 패드이고;
    제2 물질이 Co, SiN, SiO2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    연마 조성물이 5.0-8.0의 pH를 갖고;
    연마 조성물이 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; 및 Co:SiN에 대해 10:1 내지 15:1.0의 제거율 선택도를 갖는, 연마 방법.
  17. 제8항에 있어서,
    연마 패드가 연질 패드이고;
    제1 물질이 Co이고;
    제2 물질이 Co, SiN, SiO2, a-Si, 유기 실리케이트 유리 (OSG), 실리콘 옥시 카바이드 (SiOC), W, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    연마 조성물이 5.0-9.0의 pH를 갖고;
    연마 조성물이 SiO2:Co에 대해 1.0:4.0 내지 4.0:1.0; 및 Co:SiN에 대해 10:1 내지 15:1.0의 제거율 선택도를 갖고;
    연마 조성물이 a-Si, OSG, SiOC, 및 W 연마시 정지능을 갖는, 연마 방법.
  18. 금속 또는 합금 형태의 Co, Cu, Al, 및 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 제1 물질 및 제2 물질을 갖는 적어도 하나의 표면을 포함하는 반도체 디바이스;
    연마 패드; 및
    연마 조성물을 포함하는, 화학 기계적 평탄화를 위한 시스템으로서,
    연마 조성물이
    0.01 wt % 내지 20 wt%의, 세리아 코팅된 실리카 복합 입자 및 실리카 연마재 입자;
    0.0001 wt % 내지 5 wt %의, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 4차 유기 수산화암모늄, 질산, 설폰산, 인산, 염화수소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 pH-조절제;
    0.0005wt % 내지 0.5wt %의, 벤조트리아졸, 이미다졸, 트리아졸, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식 억제제;
    아세틸렌계 디올 계면활성제, 알코올 에톡실레이트 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 계면활성제;
    포타슘 실리케이트 또는 암모늄 실리케이트; 및
    물을 포함하며;
    연마 조성물이 2 내지 11의 pH를 갖고;
    적어도 하나의 표면이 연마 패드 및 연마 조성물에 접촉되는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 연마 조성물이
    (1) 0.0010wt % 내지 1.0wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 및 포스폰산 기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염, 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 분산 첨가제;
    (2) 0.001 wt% 내지 5 wt%의, 과산화수소, 과아이오드산, 퍼아이오데이트 염, 과브롬산, 퍼브로메이트 염, 과염소산, 과염소산 염, 과붕산, 및 퍼보레이트 염, 퍼망가네이트, 브로메이트, 클로레이트, 크로메이트, 아이오데이트, 아이오드산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 산화제; 및
    (3) 0.001 wt % 내지 5 wt %의, 유기산 또는 이의 염; 폴리머 산 또는 이의 염; 수용성 코폴리머 또는 이의 염; 코폴리머의 동일 분자 내에 카르복실산 기, 설폰산 기, 인산, 및 피리딘산으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 두 개의 산 기를 함유하는 코폴리머 또는 이의 염; 폴리비닐산 또는 이의 염; 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리프로필렌 옥사이드; 피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 바이피리딘 또는 이의 유도체; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 킬레이트제 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 시스템.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제18항에 있어서, 연마 조성물이, 폴리머 산 또는 이의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 분산 첨가제로서, 폴리머 산은 폴리아크릴산, 폴리-메타크릴산, 폴리스티렌 설폰산 또는 이의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 분산 첨가제를 추가로 포함하는, 시스템.
  23. 제18항에 있어서, pH-조절제가 수산화암모늄 또는 수산화칼륨인, 시스템.
  24. 제18항에 있어서, pH-조절제가 수산화암모늄 또는 수산화칼륨이고; 연마 조성물이 과산화수소를 추가로 포함하는, 시스템.
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