KR19980024187A - 반도체 기판상의 금속막을 연마하기 위한 연마용 조성물 및 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고, 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인, 반도체 기판상의 금속막을 연마하기 위한 연마용 조성물을 제공하는 것이다. 이러한 연마용 조성물을 사용하여, 반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마하고 평탄화하는 방법, 반도체 기판상에 형성된 금속막 표면의 평활성을 증가시키는 방법 및 와이어 파단 발생을 방지하기 위하여 반도체 기판상의 금속막 표면을 연마하는 방법이 또한 제공된다.
Description
본 발명은 반도체 기판상의 연마성 금속막을 위한 연마용 조성물 및 이 연마용 조성물을 사용하여 금속막을 연마하고 평탄화하는 방법에 관한 것이다.
LSI 기술의 광범위한 발전으로 집적 회로는 더욱 미분화되고, 다층 연계 회로가 자주 제조되고 있다. 집적 회로의 다층 연계는 반도체 표면상의 비평활성을 확장시키고, 이러한 비평활성은 인쇄시 파단과 저항의 편재적 증가를 일으킨다. 추가로 집적 회로의 미분화와 함께 비평활성은 와이어 파단, 전류 용량의 감소 및 전자 이동의 발생 등을 일으킨다.
그러므로 금속 와이어 및 다충 연계 기판의 절연층을 평탄화하고, 층간의 비평활성을 감소시키는 평탄화 기술이 필요하다. 다양한 평탄화 가공 기술이 개발되고, 이들중 하나는 화학적 기계적 연마 기술(CMP 방법)이다. 이 기술은 반도체 제조시 층내 절연층의 평탄화, 매선된 선배반의 형성 및 플러그 형성에 사용된다.
도 1은 CMP 법에서 사용하는 연마 기구의 개략도이다. 연마는 하기대로 수행된다. 즉, 일반적으로 웨이퍼(a)를 웨이퍼 캐리어(c)에 부착하기 위하여 웨이퍼 캐리어(c)에 대한 일정한 흡입을 도입하면서 반도체 재료를 포함하는 평평한 웨이퍼(a)를 웨이퍼 캐리어(c)상에 유지시킨다. 그리고 연마 패드(b)를 지지하는 연마 플라튼(d)과 웨이퍼(a)를 지지하는 웨이퍼 캐리어(c)는 연마를 수행하는 동안 화살표로 표시한 바와 동일한 방향으로 각각 회전시킨다. 이 방법에 있어서, 절연층의 돌출된 부분과 와이어는 웨이퍼와 연마 패드 사이에서 도입된 연마 조성물에 의해서 연마되고 평탄화된다. 연마 조성물의 재료 및 첨가제의 성질 및 연마 조성물의 연마재 입자 크기는 연마 속도와 연마된 표면 상태에 중요한 영향을 준다.
도 2는 CMP법을 사용하여 매선된 금속 배선반을 형성하기 위한 하나의 예이다. 도 2a 내지 도 2e는 모두 단면도이고, 금속 와이어 부분만을 나타낸다.
먼저, 도 2a에 나타낸 바대로, 절연층 2는 반도체 기판 1, 예를 들면 규소 기판 위에 형성되고, 그 결과 수득된 절연층 2는 연마용 조성물을 사용하여 연마되고, 평탄화된다. 콜로이드성 실리카와 알카리성 성분, 예를 들면 수산화 칼륨과 혼합되어 수득한 조성물 또는 세륨 산화물을 함유하는 조성물은 일반적으로 절연층의 연마용 조성물로 사용된다.
도 2b에서 나타낸 바대로, 금속 와이어에 대한 슬릿 또는 접속 와이어의 구멍은 광 석판술과 부식 방법으로 절연층 2에서 형성된다.
그 다음 도 2c에서 나타낸 바대로, 금속 접촉층 3, 예를 들면 티탄층과 접착층 4, 예를 들면 티타늄 니트라이드층은 스퍼터링 또는 화학 증기 침착(CVD 방법)과 같은 방법으로 절연층 2 내의 슬릿 또는 구멍상에서 형성되어 절연층 2와 ‘와이어용 금속막’ 5 사이에서는 상호 확산 또는 반응이 일어나지 않는다.
그 다음 도 2d에서 나타낸 바와 같이 ‘와이어용 금속막’ 5를 스퍼터링 또는 CVD 방법으로 절연층 2에 형성된 슬릿 또는 구멍에 매선하여, 이의 두께가 절연층 2 내에서 형성된 슬릿 또는 구멍의 깊이 보다 크게 한다. 금속막 5에는 텅스텐 막, 알루미늄 막 또는 구리 막을 일반적으로 사용한다.
그 다음 도 2e에서 나타낸 바대로 금속막 3, 5의 잉여 성분과 슬릿과 구멍사이의 성분 이외의 접착층 4는 연마 제거된다.
금속막 3, 5와 접착층 4를 연마하기 위해서는 일반적으로 연마재, 예를 들면 산화 알루미늄 또는 산화 규소 및 산화제, 예를 들면 과산화수소를 포함하는 연마용 조성물이 사용된다.
금속막 3, 5와 접착층 4를 연마하기 위한 연마재가 산화 알루미늄, 예를 들면 결정형이 α-형인 산화 알루미늄일 경우, 높은 경도를 지니고 고도의 연마 속도를 나타내지만, 이러한 산화 알루미늄은 미세한 스크래치(scratch)와 오렌지 필 효과(orange peel effect)를 금속막 5와 절연층 2 표면상에 형성시키는 결점이 있다. 또한 연마재가 γ-형의 산화 알루미늄, 무정형 산화 알루미늄과 같은 전이 알루미나 또는 산화 규소인 경우, 이들은 α-형 보다 경도가 낮아 연마재는 금속막 5와 절연층 2 표면상에 미세한 스크래치 및 오렌지 필 효과와 같은 결점의 형성을 억제할 수 있으나, 금속막 3, 5와 접착층 4의 연마시 충분한 연마 속도를 수득할 수 없는 단점을 갖는다.
산화제 없이 주 성분으로 세륨 산화물을 함유하는 연마용 조성물은 절연층 2를 연마하기 위한 연마 조성물로서 광범위하게 사용된다. 예를 들면 문헌[참조; 일본 특허공개공보 (JP-W) No. 7(1995)-502778]에서 pH 4 내지 12이고, 세륨 산화물 약 30 내지 50중량%, 훈증처리된 실리카 약 8 내지 20중량% 및 침전 실리카 약 15 내지 45중량%를 함유하는 연마용 조성물이 기술되고 있다. 상기 문헌은 연마용 조성물이 텡스텐 등과 같은 금속막 5의 연마용으로 사용될 수 있고, 절연층 2의 연마용으로도 사용될 수 있음은 기술하고 있다.
그러나 산화제 없이 주 성분으로 세륨 산화물을 함유하는 상기 공지된 연마 조성물을 반도체 기판상의 절연층 2에 끼워진 금속막 3을 연마하기 위한 연마 조성물로서 사용할 경우, 절연층 2에 대한 연마 속도는 금속막과 유사할 정도로 매우 커지고, 금속막과 절연층에 대한 연마 선택성은 낮아지고, 절연층은 연마 완료시 불필요하게 연마된다.
추가로 문헌[참조; 일본 특허공개공보 (JP-A) No. 8(1996)-153696]에서 나트륨과 같은 불순물 함량이 적은 세륨 산화물을 알칼리 pH 범위인 7.5 이상 이거나 산성 pH 범위인 6.5 이하에서 유기 및 무기 절연층에 대해 연마용 조성물 중에 적용함을 기술한다. 그러나 반도체 기판상의 금속막을 연마하기 위한 조성물의 용도를 기술하진 않는다.
상기 기술한 바대로 반도체 제조 방법에서, 반도체 기판상의 금속막을 평탄화하기 위해 통상의 연마용 조성물을 사용하여 연마가 수행될 경우, 예를 들면 연마된 표면상에서 결함이 발생하고, 연마 속도가 느려지며, 또는 금속막 및 절연층에 대한 연마 선택성이 낮아지는 문제가 있다. 이와 반대로, 본 발명은 반도체 기판상에 형성된 금속막에 결함을 일으키지 않고 고도의 연마 속도를 제공하는 연마 조성물로서 사용될 수 있고, 금속막과 절연층에 대한 연마 선택성이 우수하고, 절연층 표면상에 결함을 일으키지 않고, 금속막과 절연층의 표면을 연마함으로서 평탄화할 수 있는, 반도체 기판상의 금속막을 연마하기 위한 연마용 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 상기 연마용 조성물을 사용하여 반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마하고 평탄화하는 방법, 반도체 기판상의 금속막에 결함을 일으키지 않고 고도의 연마 속도를 제공하는 방법, 반도체 기판상의 금속막의 표면에 평활성을 증가시키는 방법 및 와이어 파단의 발생을 방지하기 위해 반도체 기판상의 금속막 표면을 연마하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 산화제와, 평균 입자 크기 3μm 이하이고, 세륨 산화물 또는 주성분으로 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물을 포함하는 연마재로 이루어진, 반도체 기판상의 금속막을 위한 연마용 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 산화제와, 평균 입자 크기 3μm 이하이고, 세륨 산화물 또는 주성분으로 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물을 포함하는 연마재로 이루어진 연마용 조성물을 사용하여 반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마하고 평탄화하는 방법을 제공한다.
도 1은 CMP 방법을 사용하는 연마 기구이다. 여기서 각각 문자(a)는 웨이퍼를 도시하고, 문자(b)는 연마 패드를 도시하고, 문자(c)는 웨이퍼 캐리어를 도시하고, 문자(d)는 연마 플라튼을 도시하고, 문자 (e)는 연마 조성물을 도시한다.
도 2는 기존의 CMP 방법을 사용하여 매선된 금속 배선반을 형성하는 하나의 단면도이다. 여기서 각각 1은 반도체 기판을 도시하고, 2는 절연층을 도시하고, 3은 금속 접촉층을 도시하고, 4는 접착층을 도시하고, 5는 와이어용 금속막을 도시한다.
본 발명의 연마용 조성물은 연마재와 산화제를 포함한다.
본 발명의 연마재는 세륨 산화물 또는 주성분으로 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물이고, 광 분산법(micro track method)으로 측정시 2차 평균 입자 크기가 약 3μm 이하이고, 바람직하게는 약 0.2μm 내지 약 1.5μm이다. 연마재의 평균입자 크기가 3μm를 초과하고, 이러한 입자가 연마용 조성물 중에 사용될 경우, 스크래치 및 오렌지 필 효과 같은 결함이 연마된 표면상에 형성된다.
본 발명에 있어서, 주성분으로 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물은 바람직하게 세륨 산화물을 약 50중량% 이상 함유하는 물질이다. 세륨 산화물의 함량이 금속 산화물 중 약 50중량% 이하일 경우, 세륨 산화물 함량이 예를 들면 40중량% 이상 또는 30중량% 이상인 금속 산화물이 사용되는 경우라도 연마 속도가 낮아진다.
본 발명의 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물은 부성분으로서 세륨 산화물 이외의 금속 산화물을 포함한다. 부 성분은 바람직하게 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 티탄 및 산화 지르코늄 중에서 선택되는 하나 이상의 산화물이다. 부성분은 바람직하게 산화 알루미늄, 특히 결정형이 γ, δ, θ, κ 또는 σ-형 전이 알루미나 또는 무정형 산화 알루미늄인 산화 알루미늄이다. 전이 알루미나를 함유하는 금속 산화물을 사용할 경우, 연마한 후의 연마 표면은 매우 평탄하고, 탁월한 표면이된다. 그러나 α-형 산화 알루미늄을 혼합할 경우, 연마된 표면상에 결함이 형성되는 단점이 때때로 발생할 수 있다.
부성분을 제조하는 방법은 특정하게 제한되지 않고 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 금속 알콕사이드를 알콜 중에서 가수분해하는 알콕사이드 법, 금속 화합물을 증발시키고, 산소 수소 화염중의 연소로 가수분해 하는 증기상법을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 주성분으로 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물을 포함하는 연마재는, 예를 들면 건조 또는 습한 조건에서 주성분인 세륨 산화물을 부성분 산화물과 균질하게 혼합하므로써 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 세륨 산화물을 제조하는 방법은 특정하게 제한되지 않고, 공지된 방법, 예를 들면 원료 물질로 염화 세륨을 사용하는 건조 산화 방법, 공기 산화 방법, 염소 방법, 원료 물질로 세륨 포스페이트를 사용하는 포스페이트 법, 원료 물질로 바스트나사이트 광석을 사용하는 방법 등을 사용할 수 있다.
이러한 방법에 있어서, 상업적으로 입수되는 세륨 산화물 또한 사용될 수 있다. 이의 예는 레밀록스(REMILLOX, trade name, Fujimi Inc.에서 제조됨) 및 오팔린(OPALINE, trade name, Rhone-Poulenc SA에서 제조됨)을 포함한다.
본 발명의 연마용 조성물은 일반적으로 슬러리 형으로 사용되며 이의 pH는 바람직하게는 약 7 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 5 이하이고, 가장 바람직하게는 약 4 이하이다. pH가 약 7 이상일 경우 연마한 후의 금속막의 표면의 외관은 그다지 우수하지 않다.
이러한 pH는 부가된 산화제의 종류와 양에 따라 달라지지만, 상기 언급한 산화제가 안정적인 pH 범위내의 산 및/또는 알칼리 성분을 부가하므로 적합하게 제조될 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물은 산화제를 함유하므로, 산화제의 도움으로 표면을 산화하므로써 연마-저항 금속막 표면을 연마할 수 있고, 연마 속도를 증가시킬 수 있다. 사용된 산화제의 예는 공지된 산화제, 예를 들면 과산화수소, 질산철(III), 요오드산, 요오데이트 등을 포함한다. 바람직한 산화제의 예는 과산화수소, 질산철(III) 등을 포함한다.
산화제는 연마용 조성물 기준으로 바람직하게 약 0.5중량% 내지 약 15중량% 이거나 약 0.5용적% 내지 약 15용적%이다. 산화제를 연마용 조성물에 부가할 경우, 산화제가 그의 성질을 변화시키지 않는한 시간을 특히 제한하진 않지만, 바람직하게는 연마하기 직전에 산화제를 가한다.
본 발명의 연마용 조성물은 반도체 기판상의 금속막을 연마하고 평탄화하기 위해 사용될 수 있고, 수중에서 분산된 슬러리 형으로 사용될 수 있다.
슬러리를 형성하기 위하여 연마재, 산화제 및 물은 동시에 혼합되고, 분산될 수 있고, 슬러리를 미리 제조하기 위하여 어떠한 성분도 연속적으로 어떠한 순서로도 혼합될 수 있다. 즉, 연마재와 물, 연마재와 산화제, 산화제와 물은 각각 혼합될 수 있고, 연마하기 위해 사용될 경우, 잔류의 한 성분, 즉 산화제, 물 및 연마재 각각을 혼합할 수있고 분산시켜, 사용될 슬러리를 수득할 수 있다.
슬러리를 수득하기 위한 이 성분의 분산은, 예를 들면 균질기, 초음파 분산기 또는 습윤 대기 교반 밀을 사용하는 분산 방법을 사용할 수 있다.
슬러리를 기본으로 하는 연마재의 함량, 즉 슬러리 농도는 일반적으로 1 내지 30중량%이다.
본 발명의 연마재는 상기 언급된 물을 함유할 수 있다.
첨가제, 예를 들면 분산제, 침전 억제제 또는 소포제를 임의로 본 발명의 연마용 조성물에 가할 수 있고, 이로써 수득한 혼합물은 연마용 조성물로 사용될 수 있다.
이와 같이 슬러리 형태로 제조되는 본 발명의 연마용 조성물은 반도체 기판상의 금속막을 연마하고 평탄화하기 위해 사용된다. 이 경우에 있어서, 슬러리 형태의 연마용 조성물은 일반적으로 pH 약 7 이하이고, 바람직하게는 약 5 이하이다.
연마를 목적으로 하는 반도체 기판상의 금속막은, 예를 들면 텅스텐 W, 알루미늄 Al, 구리 Cu, 티타늄 Ti 및 이의 합금, 와이어, 플러그, 금속 접촉층 등에 대해 공지된 금속막을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 상술한 바대로, 본 발명은 고속으로 금속막을 연마하고, 금속막 및 절연층에 대해 연마 선택성이 우수한 반도체 기판상의 금속막을 연마하기 위한 연마용 조성물을 제공하는 것이다. 이 연마는 연마용 조성물이 산화제와 연마재를 슬러리 형태로 혼합하여 수득하고, pH 약 7 이하, 바람직하게는 약 5 이하에서 사용되는 단순한 방법으로 수행된다. 그러므로 조성물은 반도체 기판상의 금속막을 연마하기 위한 연마용 조성물로서 매우 고도의 공업상 이용도를 나타낸다.
하기 실시예와 비교 실시예는 추가로 본 발명을 자세히 예시하나 이의 영역을 제한하는 것으로 간주해서는 안된다.
실시예와 비교 실시예에 있어서, 측정은 하기 방법에 따라서 수행된다.
평균 입자 크기:
50% 누적된 입자 크기를 마이크로 트랙 MK Ⅱ, 입자 크기 분석기(Micro track MK Ⅱ, particle size analyzer, SPA model 7997-20, Nikkiso Co., Ltd.에서 제조)로 측정하고, 평균 크기 입자로 인정한다. 본 발명의 평균 입자 크기란 용어는 이 방법으로 측정된 2차 입자의 평균 입자 크기를 의미한다.
실시예 1
평균 입자 크기 0.3μm를 갖는 세륨 산화물 9g을 물 141g에 분산시켜 6중량% 연마용 슬러리 150g을 수득하고, 산화제로서 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 이 슬러리에 혼합하여 연마용 조성물을 제조한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, 세륨 산화물의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 연마한다. 텅스텐 막과 티타늄 막(이 막의 두께: 각각 약 0.8μm)은 제조 압력 300g/㎠, 플라튼 속도 200rpm 의 조건하에서 연마하고, 연마 패드로서 수바 800(SUBA 800, trade name, Rodel company에서 제조)를 사용한다.
어떤 경우라도, 연마 속도를 측정하고, 연마한 후 표면 조건과 결함 발생을 조사한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 2
평균 입자 크기가 2.5μm인 세륨 산화물 분말(trade name: REMILLOX, Fujimi Inc.에서 제조) 9g을 실시예 1과 동일한 방법으로 물 141g중에 분산시켜 연마용 슬러리 150g을 수득하고, 산화제로서 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 이 슬러리에 혼합하여 연마용 조성물을 제조한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, 세륨 산화물의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 조건에서 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 3
실시예 2와 같이 아직 산화제를 함유하지 않은 동일한 연마용 슬러리 150g에 산화제로서 30% 과산화수소 수용액 97.05g과 물 52.95g을 가하고 난 후, 이들을 혼합하고 질산을 가하므로 pH 3.8이 되게 제조하므로써 연마용 조성물을 수득한다. 본 원에서 부가한 과산화수소의 양은 연마용 조성물 기준으로 약 10용적% 이고, 슬러리의 세륨 산화물의 농도는 3중량%이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소층을 각각 실시예 1과 동일한 조건에서 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 4
실시예 2와 같이 아직 산화제를 함유하지 않은 동일한 연마용 슬러리 150g에 산화제로서 30% 과산화수소 수용액 97.05g과 물 52.95g을 가하고 난 후, 이들을 혼합하고 암모니아수를 가하므로 pH 7이 되게 제조하므로써 연마용 조성물을 수득한다. 여기서 부가한 과산화수소의 양은 연마용 조성물 기준으로 약 10용적% 이고, 슬러리의 세륨 산화물의 농도는 3중량%이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 조건에서 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
비교 실시예 1
평균 입자 크기 0.3μm를 갖는 세륨 산화물 9g을 물 291g에 분산시켜 3중량% 연마용 슬러리 300g을 수득하고, 이의 pH는 질산을 가하여 1.2가 되게 제조하므로 연마용 조성물을 수득한다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 조건에서 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
비교 실시예 2
평균 입자 크기가 2.5μm인 세륨 산화물 분말(trade name: REMILLOX, Fujimi Inc.에서 제조) 9g을 실시예 1과 동일한 방법으로 물 291g중에 분산시켜 연마용 슬러리 300g을 수득하고, 이의 pH는 질산을 가하여 3.8이 되게 제조하므로 연마용 조성물을 수득한다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 조건에서 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 1에 나타내고, 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
| 연마재 | 평균 입자 크기 | 산화제 | 슬러리의 pH | ||
| 실시예 | 1 | 세륨 산화물 | 0.3㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 |
| 2 | 세륨 산화물 | 2.5㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 | |
| 3 | 세륨 산화물 | 2.5㎛ | H2O2 | 3.8 | |
| 4 | 세륨 산화물 | 2.5㎛ | H2O2 | 7 | |
| 비교실시예 | 1 | 세륨 산화물 | 0.3㎛ | 무 | 1.2 |
| 2 | 세륨 산화물 | 2.5㎛ | 무 | 3.8 |
| 텅스텐 막 | 티타늄 막 | 산화 규소 막 | ||||
| 연마 속도1)(Å/min) | 막표면 상태2) | 연마 속도1)(Å/min) | 연마 속도3)(Å/min) | 막표면 상의결함 | ||
| 실시예 | 1 | 6500 | 경면 | 500 | 25 | 무 |
| 2 | 6000 | 경면 | 600 | 30 | 무 | |
| 3 | 2500 | 경면 | 1200 | 30 | 무 | |
| 4 | 2500 | 경면 | 1000 | 30 | 무 | |
| 비교실시예 | 1 | 340 | 비경면 | 20 | 15 | 무 |
| 2 | 180 | 비경면 | 20 | 1440 | 무 |
상기 표에서,
1) 연마 속도는 층의 감소량을 측정하는 방법으로 연마층의 감소 두께를 기준으로 나타낸다.
2) 경면은 광학 현미경으로 관찰할 경우 거울처럼 목표물을 금속 표면상에 반사시킬 수 있는 표면 조건을 나타내고, 비경면은 금속 표면이 거칠기 때문에 거울처럼 목표물을 금속 표면상에 반사시킬 수 없는 표면 조건을 나타낸다.
3) 연마 속도는 층 두께 측정 기구(MCPD-2000, Otsuka Electronics Corp.에서 제조)로 측정된 연마된 층의 감소 두께를 기준으로 나타낸다.
표 2는 본 발명의 연마용 조성물은, 절연층만은 낮은 연마 속도로 연마하지만, 금속막의 표면에 스크래치와 오렌지 필 효과와 같은 결함을 일으키지 않고 반도체 표면상에 형성된 금속막, 예를 들면 텅스텐 막 또는 티타늄 막을 고도의 연마 속도로 연마하는 것을 나타낸다. 조성물은 또한 절연층 표면에 결함을 일으키지 않고 절연층을 연마한다. 조성물은 금속막과 절연층 모두의 표면에 결함을 일으키지 않고 금속막과 절연층에 대한 탁월한 연마 선택성을 갖고, 삽입층을 불필요하게 연마하지 않는다.
실시예 5
실시예 1의 세륨 산화물 분말을 대신하여 (ⅰ) 평균 입자 크기 0.4μm를 갖는 γ-알루미나 분말 3.6g 및 (ⅱ)평균 입자 크기 0.3μm를 갖는 세륨 산화물 60중량%, 5.4g을 포함하는 혼합 분말 9g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 연마용 슬러리 150g을 수득한다. 이 연마용 슬러리 내로 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 혼합하여 연마용 조성물을 제조한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, 혼합 분말의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소층을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
실시예 6
실시예 1의 세륨 산화물 분말을 대신하여 (ⅰ) 평균 입자 크기 0.4μm를 갖는 γ-알루미나 분말 4.5g 및 (ⅱ) 평균 입자 크기 0.3μm를 갖는 세륨 산화물 50중량%, 4.5g을 포함하는 혼합 분말 9g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 연마용 슬러리 150g을 수득한다. 이 연마용 슬러리 내로 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 혼합하여 연마용 조성물을 제조한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, 혼합 분말의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
비교실시예 3
실시예 1의 세륨 산화물 분말을 대신하여 (ⅰ) 평균 입자 크기 0.40μm를 갖는 γ-알루미나 분말 7.2g 및 (ⅱ) 평균 입자 크기 0.3μm를 갖는 세륨 산화물 20중량%, 1.8g을 포함하는 혼합 분말 9g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 연마용 슬러리 150g을 수득한다. 이 연마용 슬러리 내로 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 혼합하여 연마용 조성물을 수득한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, 혼합된 분말의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
비교실시예 4
실시예 1의 세륨 산화물 분말을 대신하여 (ⅰ) 평균 입자 크기 0.40μm를 갖는 γ-알루미나 분말 9g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 연마용 슬러리 150g을 수득한다. 이 연마용 슬러리 내로 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 혼합하여 연마용 조성물을 수득한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, γ-알루미나 분말의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
비교실시예 5
실시예 1의 세륨 산화물 분말을 대신하여 평균 입자 크기 0.39μm를 갖는 α-알루미나 분말 9g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 연마용 슬러리 150g을 수득한다. 이 연마용 슬러리 내로 산화제로서 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 혼합하여 연마용 조성물을 수득한다. 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, α-알루미나 분말의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
비교실시예 6
산화제를 함유하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 연마용 슬러리 150g에 산화제로서 30% 과산화수소 수용액 97.05g과 물 52.95g을 가하고 난 후, 이들을 혼합하고 암모니아수를 가하므로 pH 7이 되게 제조하므로써 연마용 조성물을 수득한다. 여기서 부가한 과산화수소의 양은 연마용 조성물 기준으로 약 10부피%이고, 슬러리의 세륨 산화물의 농도는 3중량%이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
비교실시예 7
실시예 1의 평균 입자 크기 0.3μm를 갖는 세륨 산화물 분말을 대신해서 평균 입자 크기 3.5μm를 갖는 세륨 산화물 분말 9g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 연마용 슬러리 150g을 수득한다. 이 연마용 슬러리 내로 산화제로서 10중량% 질산철(III) 9H2O 수용액 150g을 혼합하여 연마용 조성물을 수득한다. 여기서 질산철(III) 9H2O 수용액에 대한 연마용 슬러리의 혼합 중량비는 1:1이고, 세륨 산화물 분말의 슬러리 농도는 3중량%이고, 슬러리의 pH는 1.1이다.
이로써 수득한 연마용 조성물을 사용하여 텅스텐 막, 티타늄 막 및 산화 규소막을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 연마한다. 연마재의 평균 입자 크기와 연마용 조성물의 조성을 표 3에 나타내고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
| 연마재 | 평균 입자 크기 | 산화제 | 슬러리의 pH | ||
| 실시예 | 5 | γ-알루미나와 세륨 산화물 혼합물(4:6) | 0.4-0.3㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 |
| 6 | γ-알루미나와 세륨산화물 혼합물(5:5) | 0.4-0.3㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 | |
| 비교실시예 | 3 | γ-알루미나와 세륨산화물 혼합물(8:2) | 0.4-0.3㎛ | FE(NO3)3 | 1.1 |
| 4 | γ-알루미나 | 0.4㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 | |
| 5 | α-알루미나 | 0.4㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 | |
| 6 | 세륨 산화 산화물 | 2.5㎛ | H2O2 | 9 | |
| 7 | 세륨 산화 산화물 | 3.5㎛ | Fe(NO3)3 | 1.1 |
| 텅스텐 막 | 티타늄 막 | 산화 규소 막 | ||||
| 연마 속도1)(Å/min) | 막표면 상태2) | 연마 속도1)(Å/min) | 연마 속도3)(Å/min) | 막표면 상의결함 | ||
| 실시예 | 5 | 5000 | 경면-A | 600 | 18 | 무 |
| 6 | 4000 | 경면 | 500 | 20 | 무 | |
| 비교실시예 | 3 | 2000 | 경면 | 350 | 36 | 무 |
| 4 | 1700 | 경면 | 320 | 45 | 무 | |
| 5 | 7500 | 경면 | 1600 | 40 | 부분 스크래치가 관찰됨 | |
| 6 | 1500 | 비경면 | 2600 | 72 | 무 | |
| 7 | 6000 | 경면 | 600 | 25 | 부분 스크래치가 관찰된 |
상기 표에서,
1) 연마 속도는 층의 감소량을 측정하는 방법으로 연마층의 감소 두께를 기준으로 나타낸다.
2) 경면은 광학 현미경으로 관찰할 경우 거울처럼 목표물을 금속 표면상에 반사시킬 수 있는 표면 조건을 나타내고, 거울 표면-A는 거울 표면보다 금속 표면상에 목표물을 더욱 명료하게 반사할 수 있는 더욱 바람직한 표면 조건을 나타낸다. 경면은 금속 표면이 거칠기 때문에 거울처럼 목표물을 금속 표면상에 반사시킬 수 없는 표면 조건을 나타낸다.
3) 연마 속도는 연마된 층의 감소 두께를 기준으로 층 두께 측정 기구(MCPD-2000, Otsuka Electronics Corp.에서 제조)로 측정하여 나타낸다.
표 4에는 본 발명의 연마용 조성물이, 절연층은 낮은 연마 속도로 연마하지만, 금속막의 표면에는 스크래치와 오렌지 필 효과와 같은 결함을 일으키지 않고 반도체 표면상에 형성된 금속막, 예를 들면 텅스텐 막 또는 티타늄 막을 고도의 연마 속도로 연마하는 것을 나타낸다. 이 조성물은 또한 절연층 표면에 결함을 일으키지 않고 절연층을 연마한다. 이 조성물은 금속막과 절연층 모두의 표면에 결합을 일으키지 않고 금속막과 절연층에 대한 탁월한 연마 선택성을 갖고, 불필요하게 삽입층을 연마하지 않는다. 비교실시예에 있어서 일부 조성물은 고도의 연마 속도로 금속막을 연마하지만, 이들은 금속막 또는 삽입층의 표면에 결함을 일으키고, 또한 고도의 연마 속도로 절연층을 연마한다. 이는 이와같은 조성물이 금속막과 절연층에 대한 낮은 연마 선택성을 갖음을 나타낸다.
본 발명은 또한 산화제와, 평균 입자 크기 3μm 이하이고, 세륨 산화물 또는 주성분으로 세륨 산화물을 함유하는 금속 산화물을 포함하는 연마재로 이루어진 연마용 조성물을 사용하여 반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마하고 평탄화하는 방법을 제공한다.
Claims (17)
- 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고, 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 연마용 조성물.
- 제1항에 있어서, 세륨 산화물 및 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소로부터 선택된 산화물(들)의 합한 중량에 대해 약 50중량% 이상의 양으로 존재하는 세륨 산화물을 포함하는 연마용 조성물.
- 제1항에 있어서, (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소로부터 선택된 산화물이 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 티탄 및 산화 지르코늄으로부터 선택된 하나 이상의 산화물인 연마용 조성물.
- 제3항에 있어서, 산화물이 산화 알루미늄인 연마용 조성물.
- 제4항에 있어서, 산화 알루미늄이 전이 알루미나, 무정형 알루미나 또는 이의 혼합물인 연마용 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 산화제가 과산화수소, 질산철(III), 요오드산 및 요오데이트로부터 선택되는 하나 이상의 산화제인 연마용 조성물.
- 제1항에 따르는 연마용 조성물을 포함하는 슬러리.
- 제7항에 있어서, pH가 약 7 이하인 슬러리.
- 제8항에 있어서, pH가 약 5 이하인 슬러리.
- 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 연마재의 함량이 슬러리 기준으로 1 내지 30중량%인 슬러리.
- 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 연마용 조성물을 사용하여 물의 존재하에 금속막을 연마하고 평탄화시킴을 특징으로 하여, 반도체 기판상의 금속막을 연마하고 평탄화하는 방법.
- 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 연마용 조성물을 사용하여 금속막을 연마시킴을 특징으로 하여, 반도체 기판상의 금속막에 결함을 일으키지 않고 고도의 연마 속도를 제공하는 방법.
- 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 연마용 조성물을 사용하여 금속막을 연마시킴을 특징으로 하여, 반도체 기판상의 금속막 표면의 평활성을 증가시키는 방법.
- 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 산화제가 과산화수소, 질산철(III), 요오드산 및 요오데이트로부터 선택된 하나 이상의 산화제인 방법.
- 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 연마용 조성물을 pH 약 7 이하인 연마 조건하에서 사용하는 방법.
- 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 연마용 조성물을 사용하여 금속막을 연마시킴을 특징으로 하여, 와이어 파단의 발생을 방지하기 위하여 반도체 기판상의 금속막 표면을 연마하는 방법.
- 반도체 기판상의 금속막을 연마하고 평탄화하기 위하여, 산화제, 세륨 산화물을 포함하는 연마재 및 임의로 (a) 세륨 산화물 이외의 금속 산화물과 (b) 산화 규소 중에서 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는 연마재를 포함하고 이때 연마재의 평균 입자 크기가 3㎛ 이하인 연마용 조성물을 사용하는 방법.
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