KR19990085105A - Slurry for metal film CMP and CMP method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자 제조공정에 사용되는 금속막의 씨엠피(CMP : Chemical Mechanical Polishing)용 슬러리 및 이를 이용한 씨엠피방법에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry for a CMP (Chemical Mechanical Polishing) of a metal film used in a semiconductor device manufacturing process and a CMP method using the slurry.
본 발명의 금속막 씨엠피용 슬러리는 산화제 H5IO6, 연마입자, 산 및 탈이온수를 포함하여 이루어지며, 보다 상세하게는 상기 슬러리는 2 내지 10 중량 ％의 H5IO6,2 내지 10 중량 ％의 연마입자, 0.01 내지 1.0 중량％의 산 및 잔량으로서 탈이온수를 포함하여 이루어진다.The slurry for metal film CMP of the present invention comprises an oxidant H 5 IO 6 , abrasive particles, acid and deionized water, and more particularly the slurry contains 2 to 10 wt% H 5 IO 6, 2 to 10 wt% By weight of abrasive grains, 0.01 to 1.0% by weight of an acid, and deionized water as a remainder.
상기 산화제 H5IO6의 농도는 0.01 내지 1 mole 이며, 상기 슬러리는 특정 연마입자로 한정하지 않으며, 일반적으로 잘알려진 알루미나, 실리카 또는 세륨옥사이드(CeO2)를 사용할 수 있다. 상기 산은 0.01 내지 0.5 중량％의 질산(HNO3), 0.01 내지 0.5 중량％의 황산(H2SO4) 또는 0.02 내지 1.0 중량％의 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)의 혼합물을 사용할 수 있다.The concentration of the oxidizing agent H 5 IO 6 is 0.01 to 1 mole, and the slurry is not limited to a specific abrasive particle, and generally known alumina, silica or cerium oxide (CeO 2 ) can be used. The acid is a mixture of from 0.01 to 0.5% of nitric acid, by weight of (HNO 3), 0.01 to 0.5% by weight of sulfuric acid (H 2 SO 4), or 0.02 to sulfuric acid of 1.0% by weight of (H 2 SO 4) and nitric acid (HNO 3) Can be used.
따라서, 금속막 폴리싱 공정에 사용할 수 있는 연마속도와 평판도를 갖으며, 표면결점과 금속오염을 방지하는 효과가 있다.Therefore, it has a polishing rate and flatness which can be used in a metal film polishing process, and has the effect of preventing surface defects and metal contamination.
Description
본 발명은 반도체소자 제조공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체소자 제조공정에 사용되는 금속막의 씨엠피(CMP : Chemical Mechanical Polishing)용 슬러리 및 이를 이용한 씨엠피방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to a slurry for a CMP (Chemical Mechanical Polishing) of a metal film used in a semiconductor device manufacturing process and a CMP method using the slurry.
현재, 반도체소자는 고집적화, 고밀도화에 따라 보다 미세한 패턴형성기술을 필요로 하고, 배선의 다층화구조를 요구하는 영역도 넓어지고 있다.BACKGROUND ART [0002] At present, semiconductor devices require a finer patterning technique in accordance with higher integration and higher densification, and the area in which a wiring multilayer structure is required is also widening.
이는 반도체소자의 표면구조가 복잡해지고, 층간막들의 단차의 정도가 심해진다는 것을 의미한다.This means that the surface structure of the semiconductor device becomes complicated, and the degree of step difference of the interlayer films becomes larger.
상기 층간막들의 단차는 반도체소자 제조공정에서 많은 공정불량을 발생시키는 원인이 되고있다.The step difference of the interlayer films causes a lot of process defects in the semiconductor device manufacturing process.
특히, 사진공정은 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포한 후, 상기 포토레지스트 상에 회로가 형성된 마스크를 정렬시켜 빛을 이용한 노광공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성시키는 공정으로서, 종래 선폭이 크고 저층구조를 갖는 소자의 제조시에는 문제가 없었지만, 미세패턴과 다층구조에 의해 단차가 증가함에 따라 상기 단차의 상층과 하층의 노광 포커스를 맞추기가 어려워 정확한 패턴 형성을 하기가 어려워지고 있다.Particularly, in the photolithography process, a photoresist is coated on a wafer, a mask on which a circuit is formed on the photoresist is aligned, and an exposure process using light is performed to form a photoresist pattern. Conventionally, There is no problem at the time of manufacturing the element having the fine pattern and the multilayer structure, however, it is difficult to match the exposure focus of the upper layer and the lower layer of the step as the step increases due to the fine pattern and the multilayer structure.
따라서, 상기 단차를 제거하기 위하여 웨이퍼의 평탄화 기술의 중요성이 대두되었다. 상기 평탄화 기술로서 에스오지(SOG)막 증착, 에치백(Etch Back) 또는 리플로우(Reflow) 등의 부분평탄화방법이 개발되어 공정에 사용되어 왔지만, 많은 문제점이 발생하여 웨이퍼 전면에 걸친 평탄화, 즉 광역평탄화(Global Planarization)를 위해 씨엠피기술이 개발되었다.Therefore, the importance of wafer flattening technology has been raised in order to eliminate the step difference. As the planarization technique, a partial planarization method such as SOG film deposition, etch back, or reflow has been developed and used in the process, but a lot of problems have arisen, CMP technology was developed for global planarization.
씨엠피란 화학적 물리적인 반응을 통하여 웨이퍼 표면을 평탄화하는 기술이다.CMP is a technique for planarizing a wafer surface through chemical and physical reactions.
씨엠피 기술의 원리는 웨이퍼의 패턴이 형성되어 있는 박막표면을 연마패드 표면에 접촉하도록 한 상태에서 슬러리를 공급하여 웨이퍼의 박막표면을 화학적으로 반응시키면서 동시에 회전운동시켜 물리적으로 웨이퍼 박막표면의 요철부분을 연마하여 평탄화하는 것이다.The principle of the CMP technique is that the slurry is supplied in a state in which the thin film surface on which the pattern of the wafer is formed is brought into contact with the surface of the polishing pad to chemically react and simultaneously rotate the thin film surface of the wafer, To planarize.
씨엠피 기술은 연마속도(Removal Rate)와 평탄도(Uniformity)가 중요하며, 이것들은 씨엠피장비의 공정조건, 슬러리 종류 및 연마패드 종류 등에 의해 결정된다.The removal rate and uniformity of the CMP technology are important, and they are determined by the process conditions of the CMP equipment, the type of slurry, and the type of polishing pad.
특히, 씨엠피를 할 때 슬러리의 구성성분, pH 및 이온농도 등은 박막과의 화학적 반응에 상당한 영향을 준다.In particular, the constituents of the slurry, the pH and the ion concentration at the time of CMP have a considerable influence on the chemical reaction with the thin film.
슬러리는 크게 두가지 종류로 산화막 슬러리와 금속막 슬러리로 나누어진다. 상기 산화막 슬러리는 알칼리성이며, 상기 금속막 슬러리는 산성을 나타낸다.The slurry is roughly divided into oxide slurry and metal film slurry in two kinds. The oxide film slurry is alkaline, and the metal film slurry is acidic.
산화막 씨엠피의 메카니즘은 일례로 실리콘다이옥사이드(SiO2) 박막의 경우 실리콘다이옥사이드 표면과 알칼리성인 슬러리와의 반응에 의해 수분(H2O)이 침투하기 쉬운 수용성 재질로 변질되어 진다. 상기 변질된 실리콘다이옥사이드막에 수분이 침투하여 상기 실리콘다이옥사이드의 연결고리를 끊어준다. 이렇게 반응이 이루어진 상기 실리콘다이옥사이드층은 연마입자와의 마찰로 인하여 제거되어진다.In the case of the silicon dioxide (SiO 2 ) thin film, for example, the mechanism of the oxide film CMP is changed to a water-soluble material in which water (H 2 O) is easily permeated by the reaction between the silicon dioxide surface and the alkaline slurry. Moisture penetrates into the altered silicon dioxide film to break the connection ring of the silicon dioxide. The silicon dioxide layer thus reacted is removed by friction with the abrasive grains.
금속막 씨엠피의 메카니즘은 슬러리 내의 산화제에 의해서 금속막 표면상에 화학반응이 일어나서 금속산화막을 형성시키고, 이러한 금속산화막은 패턴 요철부의 가장 상부에서부터 연마입자에 의해 마멸현상에 의해 기계적으로 제거되어진다.The mechanism of the metal film CMP is such that a chemical reaction occurs on the surface of the metal film due to the oxidizing agent in the slurry to form a metal oxide film, which is mechanically removed by abrasive particles from the top of the pattern irregularities.
상기 금속막 슬러리의 구성요소는 산화제, 연마입자, 탈이온수 및 산으로 구성된다.The constituent elements of the metal film slurry are composed of an oxidizing agent, abrasive particles, deionized water and an acid.
현재, 상기 금속막 슬러리에 사용되는 산화제로는 Fe(NO3)3, KIO3및 H2O2등이 있다.Presently, the oxidizing agents used in the metal film slurry include Fe (NO 3 ) 3 , KIO 3, and H 2 O 2 .
상기 KIO3는 물에 대한 용해도에 제한이 있으며, 알칼리성 칼륨에 의한 오염을 발생시키며, 상기 Fe(NO3)3는 연마속도가 빠르기는 하나, 과도한 산화작용이 발생하며 철의 오염을 발생시키며, 상기 H2O2는 연마속도가 빠르기는 하나, 과도한 식각에 의한 컨택홀 상의 금속막에 플러그 리세스(Recess)를 발생시키는 문제점이 있었다.The KIO 3 has a limited solubility in water and causes contamination with alkaline potassium. The Fe (NO 3 ) 3 has a high polishing rate, but has an excessive oxidizing action and causes iron contamination. Although the H 2 O 2 has a high polishing rate, there is a problem that plug recesses are generated in the metal film on the contact hole due to excessive etching.
본 발명의 목적은, 종래의 단점을 극복하며, 효과적으로 반도체소자 제조용 금속막을 평탄화시킬 수 있도록 새로운 산화제를 첨가한 금속막 씨엠피용 슬러리 및 이를 이용한 씨엠피방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a slurry for a metal film CMP and a CMP method using the slurry for a metal film to which a new oxidizing agent is added so as to overcome the disadvantages of the prior art and effectively planarize the metal film for semiconductor device fabrication.
도1은 본 발명에 사용한 산화제와 종래 사용중인 산화제의 분극곡선을 나타내는 그래프이다.1 is a graph showing the polarization curves of the oxidizing agent used in the present invention and the oxidizing agent used in the past.
도2는 본 발명에 사용한 산화제와 종래 사용중인 산화제의 포텐티오다이나믹테스트를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the potentiographic dynamic test of the oxidizing agent used in the present invention and the oxidizing agent used in the past.
도3은 종래에 사용중인 슬러리와 산화제로 H5IO6를 포함시킨 본 발명의 슬러리의 연마속도와 평탄도를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the polishing rate and flatness of the slurry of the present invention containing H 5 IO 6 as a slurry and an oxidizing agent used in the past.
도4는 씨엠피 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.Figure 4 is a schematic representation of a CMP apparatus.
도5는 씨엠피방법을 나타내는 공정순서도이다.5 is a process flow chart showing the CMP method.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명[Description of Drawings]
1 ; 씨엠피 장치 10 ; 연마테이블One ; CMP apparatus 10; Abrasive table
12 ; 연마패드 14 ; 연마액12; Polishing pad 14; Abrasive liquid
16 ; 웨이퍼 18 ; 금속막16; Wafer 18; Metal film
20 ; 웨이퍼 캐리어 22; 컨디셔너20; Wafer carrier 22; conditioner for hair
24 ; 컨디셔닝 디스크24; Conditioning disk
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속막 씨엠피용 슬러리는 산화제(Oxidizer) H5IO6, 연마입자(Abrasive), 산(Acid) 및 탈이온수(Deionized Water)를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the slurry for metal film CMP according to the present invention comprises an oxidizer H 5 IO 6 , an abrasive, an acid, and deionized water.
상기 슬러리는 2 내지 10 중량 ％의 H5IO6,2 내지 10 중량 ％의 연마입자, 0.01 내지 1.0 중량％의 산 및 잔량으로서 탈이온수가 포함될 수 있다.The slurry may include deionized water as an amount of 2 to 10% by weight of H 5 IO 6, 2 to 10% by weight of abrasive grains, 0.01 to 1.0% by weight of an acid and balance.
상기 슬러리에 사용되는 H5IO6의 농도는 0.01 내지 1 mole 이며, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mole 이 될 수 있다.The concentration of H 5 IO 6 used in the slurry is 0.01 to 1 mole, preferably 0.1 to 0.5 mole.
상기 연마입자는 그 입경이 100 내지 300 nm 인 알루미나(Al2O3), 입경이 40 내지 250 nm 인 실리카(SiO2) 또는 입경이 100 내지 300 nm 인 세륨옥사이드(CeO2)를 사용할 수 있다.The abrasive grains may be alumina (Al 2 O 3 ) having a particle diameter of 100 to 300 nm, silica (SiO 2 ) having a particle diameter of 40 to 250 nm, or cerium oxide (CeO 2 ) having a particle diameter of 100 to 300 nm .
상기 산은 0.01 내지 0.5 중량％의 질산(HNO3), 0.01 내지 0.5 중량％의 황산(H2SO4) 또는 0.02 내지 1.0 중량％의 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)의 혼합물을 사용할 수 있다.The acid is a mixture of from 0.01 to 0.5% of nitric acid, by weight of (HNO 3), 0.01 to 0.5% by weight of sulfuric acid (H 2 SO 4), or 0.02 to sulfuric acid of 1.0% by weight of (H 2 SO 4) and nitric acid (HNO 3) Can be used.
상기 슬러리의 pH는 1 내지 4가 될 수 있다.The pH of the slurry may be from 1 to 4.
상기 슬러리에 0 내지 3 중량％의 수산화암모늄(NH4OH)이 더 첨가될 수 있으며, 상기 금속막은 알루미늄, 텅스텐, 티타늄 또는 이들의 합금일 수 있다.Ammonium hydroxide (NH 4 OH) may be added to the slurry in an amount of 0 to 3 wt%, and the metal film may be aluminum, tungsten, titanium, or an alloy thereof.
상기 슬러리의 H5IO6는 4 중량％, 연마입자는 4 중량％ 일 수 있다.The H 5 IO 6 of the slurry may be 4 wt%, and the abrasive grains may be 4 wt%.
본 발명에 따른 금속막 씨엠피방법은 산화제 H5IO6, 연마입자, 산 및 탈이온수를 포함하는 슬러리를 폴리싱할 금속막에 공급하는 단계; 및 상기 슬러리와 함께 금속막의 표면을 씨엠피하는 단계;를 구비하여 이루어진다.상기 슬러리는 2 내지 10 중량 ％의 H5IO6,2 내지 10 중량 ％의 연마입자, 0.01 내지 1.0 중량％의 산, 및 잔량으로서 탈이온수를 포함하여 이루어진다.A metal film CMP process according to the present invention comprises the steps of: supplying a slurry containing an oxidizer H 5 IO 6 , abrasive particles, an acid and deionized water to a metal film to be polished; And 2 to 10 wt% of H 5 IO 6, 2 to 10 wt% of abrasive grains, 0.01 to 1.0 wt% of an acid, and And deionized water as a remaining amount.
상기 슬러리에 사용되는 H5IO6의 농도는 0.01 내지 1 mole 이며, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mole 이 될 수 있다.The concentration of H 5 IO 6 used in the slurry is 0.01 to 1 mole, preferably 0.1 to 0.5 mole.
상기 슬러리의 pH는 1 내지 4가 될 수 있다.The pH of the slurry may be from 1 to 4.
상기 슬러리에 0 내지 3 중량％의 수산화암모늄(NH4OH)이 더 첨가될 수 있으며, 상기 금속막은 알루미늄, 텅스텐, 티타늄 또는 이들의 합금일 수 있다.Ammonium hydroxide (NH 4 OH) may be added to the slurry in an amount of 0 to 3 wt%, and the metal film may be aluminum, tungsten, titanium, or an alloy thereof.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 금속막, 특히 반도체장치 제조과정에서 반도체기판상의 도전층으로 사용하는 금속막의 씨엠피를 위한 슬러리 및 이를 이용하여 금속막을 화학적 및 기계적으로 폴리싱하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry for a CMP of a metal film, particularly a metal film used as a conductive layer on a semiconductor substrate in the process of manufacturing a semiconductor device, and a method for chemically and mechanically polishing a metal film using the slurry.
금속막 씨엠피의 메카니즘은 슬러리 내의 산화제에 의해서 금속막 표면상에 화학반응이 일어나서 금속산화막이 형성되고, 이러한 금속산화막은 패턴 요철부의 가장 상부에서부터 연마입자의 마멸에 의해 기계적으로 제거되는 과정으로 이루어진다.The mechanism of the metal film CMP is such that a chemical reaction occurs on the surface of the metal film by the oxidizing agent in the slurry to form a metal oxide film, and this metal oxide film is mechanically removed by abrading the abrasive particles from the uppermost portion of the pattern irregularities.
본 발명의 금속막 씨엠피용 슬러리는 산화제 H5IO6, 연마입자(Abrasive), 산(Acid) 및 탈이온수(Deionized Water)를 포함하여 이루어지며, 상기 슬러리는 2 내지 10 중량 ％의 H5IO6,2 내지 10 중량 ％의 연마입자, 0.01 내지 1.0 중량％의 산 및 잔량으로서 탈이온수를 포함한다.The slurry for metal film CMP of the present invention comprises an oxidizing agent H 5 IO 6 , an abrasive, an acid and deionized water, and the slurry contains 2 to 10 wt% of H 5 IO 6, 2 to 10 wt% of abrasive particles, 0.01 to 1.0 wt% of an acid, and deionized water as a balance.
상기 산화제는 폴리싱되어질 금속막의 전면을 산화시킬 정도의 농도를 가져야하며, 본 발명에 사용된 산화제 H5IO6의 농도는 0.01 내지 1 mole 이며, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mole 이다.The concentration of the oxidizing agent H 5 IO 6 used in the present invention is 0.01 to 1 mole, preferably 0.1 to 0.5 mole.
상기 연마입자는 폴리싱시 폴리싱되어질 금속막 표면에 스크레치(Scratch)를 유발하지 않아야한다. 따라서, 상기 연마입자의 입경은 적정한 크기를 가져야한다.The abrasive particles should not cause scratches on the surface of the metal film to be polished when polishing. Therefore, the particle size of the abrasive grains should have an appropriate size.
상기 슬러리는 특정 연마입자로 한정하지 않으며, 일반적으로 잘알려진 알루미나, 실리카 또는 세륨옥사이드(CeO2)를 사용할 수 있다. 즉, 입경이 100 내지 300 nm 인 알루미나(Al2O3), 입경이 40 내지 250 nm 인 실리카(SiO2) 또는 입경이 100 내지 300 nm 인 세륨옥사이드(CeO2)를 선택하여 사용할 수 있다.The slurry may be used not limited to the specific abrasive grain, commonly known as alumina, silica or cerium oxide (CeO 2). That is, alumina (Al 2 O 3 ) having a particle diameter of 100 to 300 nm, silica (SiO 2 ) having a particle diameter of 40 to 250 nm, or cerium oxide (CeO 2 ) having a particle diameter of 100 to 300 nm can be selected and used.
상기 슬러리에 포함되는 산의 pH는 연마속도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으므로, 적정한 값을 가져야한다.Since the pH of the acid contained in the slurry is known to affect the polishing rate, it should have an appropriate value.
상기 산은 0.01 내지 0.5 중량％의 질산(HNO3), 0.01 내지 0.5 중량％의 황산(H2SO4) 또는 0.02 내지 1.0 중량％의 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)의 혼합물을 사용하며, 상기 슬러리의 pH는 1 내지 4가 바람직하다.The acid is a mixture of from 0.01 to 0.5% of nitric acid, by weight of (HNO 3), 0.01 to 0.5% by weight of sulfuric acid (H 2 SO 4), or 0.02 to sulfuric acid of 1.0% by weight of (H 2 SO 4) and nitric acid (HNO 3) , And the pH of the slurry is preferably 1 to 4.
상기 슬러리에 0 내지 3 중량％의 수산화암모늄(NH4OH)이 더 첨가될 수 있으며, 상기 수산화암모늄은 상기 슬러리의 pH 조절을 하기 위하여 사용된다.Ammonium hydroxide (NH 4 OH) may be further added to the slurry at 0 to 3 wt%, and the ammonium hydroxide is used to adjust the pH of the slurry.
통상, 금속막 씨엠피용 슬러리에 첨가되는 산화제의 평가는 크게 두가지 측면에서 살펴볼 수 있다. 첫째, 얼마나 많은 량의 금속을 산화시키는가? 둘째, 얼마나 빨리 금속을 산화시키는가? 이다. 상기 금속막을 산화시키는 능력은 산화제에 의해 금속막이 산화될 때, 금속표면의 전자의 이동을 관찰하므로써 알 수 있다. 금속표면의 전자의 이동을 알 수 있는 테스트로는 분극곡선(Polarization Curve)의 측정을 통한 부식전류밀도(Corrosion Current Density)의 비교와 포텐티오다이나믹테스트(Potentiodynamic Test) 두가지가 있으며, 상기 부식전류밀도 값으로부터 금속표면에 생성되는 표면 산화량을 알 수 있으며, 상기 포텐티오다이나믹테스트로부터는 금속표면의 산화속도를 알 수 있다.In general, the evaluation of the oxidizing agent added to the slurry for the metal film CMP can be largely evaluated in two aspects. First, how much metal is oxidized? Second, how quickly do you oxidize metals? to be. The ability to oxidize the metal film can be found by observing the movement of electrons on the metal surface when the metal film is oxidized by the oxidizing agent. There are two types of tests that can detect the movement of electrons on the metal surface: a comparison of the Corrosion Current Density through the measurement of Polarization Curve and a Potentiodynamic Test; And the oxidation rate of the surface of the metal can be known from the potentiometric dynamic test.
상기 부식전류밀도 값은 산화제와 금속막이 일정한 전위를 나타내며, 전기화학적으로 평형을 이룬 상태에서 금속표면에서 나타나는 전류값이다. 즉, 금속막이 장시간 산화제와 접촉을 이루어 평형을 이루었을 때 계속적으로 생성되는 금속 산화량에 비례한다.The corrosion current density value represents a constant electric potential of the oxidizing agent and the metal film, and is a current value appearing on the metal surface in an electrochemically balanced state. That is, the metal film is in proportion to the amount of metal oxidation continuously generated when the metal film is in equilibrium by contacting with the oxidizing agent for a long time.
상기 포텐티오다이나믹테스트는 금속막이 산화제와 접촉하기 시작할 때부터 나타나는 전류의 세기를 시간에 따라 측정하는 것이다. 전류의 값이 시간에 따라 급격하게 감소하는 경우는 금속막이 산화제에 의해 급격하게 금속산화의 형태로 변하거나 이온형태로 녹음으로써 전류가 금속표면으로부터 발생된 것으로 볼 수 있으며, 전류의 값이 완만하게 감소하는 경우는 금속과 산화제의 반응속도가 느린 경우로 볼 수 있다.The potentiometric dynamic test is to measure the intensity of the electric current that appears from the moment when the metal film starts to contact the oxidant with time. When the value of the current rapidly decreases with time, it can be seen that the metal film is rapidly changed into the metal oxidation state by the oxidizing agent, or the current is generated from the metal surface by recording in the ion form, And the reaction rate of the metal and the oxidant is slow.
본 발명의 금속막 씨엠피용 슬러리에 적용하고자 하는 산화제의 선택에 있어서, 처음 문헌상에 나와 있는 표준환원전위가 높은 것으로 선택했으며, 일차적으로 K2S2O8, Tl(NO3)3, Ce(NO3)3및 H5IO6등이 있었다. 이중 K2S2O8는 물에 대한 용해도의 제한으로 적용이 불가능 하였으며, Tl(NO3)3은 안전상의 문제로 적용이 불가능한 것으로 나타났다.In the selection of the oxidizing agent to be applied to the metal film CMP slurry of the present invention, the standard reduction potential shown in the first liter was selected to be high, and K 2 S 2 O 8 , Tl (NO 3 ) 3 , Ce NO 3 ) 3 and H 5 IO 6 . K 2 S 2 O 8 can not be applied due to the limitation of solubility in water, and Tl (NO 3 ) 3 can not be applied as a safety problem.
최종적으로 적용가능한 산화제는 H5IO6로 정해졌으며, 산화제의 금속막의 산화능력을 알아보기 위하여 종래에 상용화 되어 금속막 씨엠피용 슬러리에 쓰이고 있는 Fe(NO3)3, KIO3와 상기 분극곡선의 측정과 포텐티오다이나믹테스트를 실시하여 비교하였다.Finally, the applicable oxidizing agent was determined to be H 5 IO 6. In order to investigate the oxidizing ability of the metal film of the oxidizing agent, Fe (NO 3 ) 3 , KIO 3 which is conventionally commercialized and used in the slurry for metal film CMP, And potentiometric dynamics tests were performed to compare the results.
도1을 참조하면, X축은 금속막에서 나타나는 단위면적당 전류를 나타내며, Y축은 외부에서 걸어주는 전위이다. 상기 분극곡선으로부터 분극저항법을 이용하여 부식전류밀도를 계산하여 비교하면, H5IO6가 부식전류밀도가 가장 높았으며, 다음으로 Fe(NO3)3, KIO3의 순서로 나타났다. 즉, 상기 H5IO6가 금속막에 대하여 Fe(NO3)3, KIO3보다 많은 량의 금속 산화량을 형성시키는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, the X-axis represents a current per unit area appearing in the metal film, and the Y-axis represents an external potential. The corrosion current density was calculated from the polarization curves using the polarization resistance method, and the corrosion current density of H 5 IO 6 was the highest, followed by Fe (NO 3 ) 3 and KIO 3 . That is, it can be seen that the H 5 IO 6 forms a metal oxidation amount larger than that of Fe (NO 3 ) 3 and KIO 3 with respect to the metal film.
다음으로 산화속도를 비교하기 위하여 포텐티오다이나믹테스트를 실시하여 비교하였다.Next, potentiostatic dynamics tests were conducted to compare the oxidation rates.
도2를 참조하면, 시간의 경과에 의하여 Fe(NO3)3전류밀도의 감소위치가 더 일찍나타나는 것을 알 수 있었다. 그 결과 Fe(NO3)3의 산화속도가 가장 빠르며, 다음으로 H5IO6, KIO3의 순서로 나타났다Referring to FIG. 2, it can be seen that the decrease position of the Fe (NO 3 ) 3 current density appears earlier as time elapses. As a result, the oxidation rate of Fe (NO 3 ) 3 was the fastest, followed by H 5 IO 6 and KIO 3
따라서, 본 발명에 사용되는 산화제 H5IO6는 결과적으로 산화측면에서는 현재 상용화되어 사용중인 KIO3보다 우수함을 알 수 있었다.Therefore, the oxidant H 5 IO 6 used in the present invention was found to be superior to KIO 3 currently in use in terms of oxidation as a result.
도3은 비교예의 슬러리와 산화제로 H5IO6를 포함시킨 본 발명인 실시예의 슬러리를 사용하여 소정의 텅스텐 박막이 증착된 웨이퍼를 씨엠피를 수행한 후, 각각의 슬러리에 대한 연마속도와 평탄도를 측정한 것을 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the relationship between the polishing rate and the flatness of each slurry after performing a CMP process on a wafer on which a predetermined tungsten thin film is deposited by using the slurry of the embodiment of the present invention in which H 5 IO 6 is contained as a slurry of the comparative example and an oxidizing agent As shown in Fig.
표1을 참조하면, 비교예A는 산화제를 포함시키지 않았으며, 비교예B는 상용화 되어 사용중인 KIO3를 산화제로 사용하는 슬러리이며, 비교예C는 상용화 되어 사용중인 Fe(NO3)3를 산화제로 사용하는 슬러리이다.Referring to Table 1, Comparative Example A did not include an oxidizing agent, Comparative Example B was a commercial slurry using KIO 3 in use as an oxidizing agent, and Comparative Example C was a commercially available Fe (NO 3 ) 3 It is a slurry used as an oxidizing agent.
실시예는 2 내지 10 중량 ％의 0.1 내지 0.5 mole 농도를 갖는 H5IO6,2 내지 10 중량 ％의 입경이 100 내지 300 nm 인 알루미나(Al2O3), 0.01 내지 0.5 중량％의 질산(HNO3), 0.01 내지 0.5 중량％의 황산(H2SO4), 0.01 내지 1.0 중량％의 산 및 잔량으로서 탈이온수를 포함한다.Examples include H 2 O 6 having a concentration of 0.1 to 0.5 mole of 2 to 10 wt%, alumina (Al 2 O 3 ) of 2 to 10 wt% having a particle size of 100 to 300 nm, 0.01 to 0.5 wt% HNO 3 ), 0.01 to 0.5 wt% sulfuric acid (H 2 SO 4 ), 0.01 to 1.0 wt% of an acid, and deionized water as a remainder.
상기 H5IO6는 바람직하게 4 중량％ 이며, 상기 알루미나는 바람직하게 4 중량％가 포함되어 있다. 또한, 상기 슬러리에는 pH 조절용으로 0 내지 3 중량％의 수산화암모늄 포함시켰다. 상기 슬러리의 pH는 1 내지 4를 나타낸다.The H 5 IO 6 is preferably 4% by weight, and the alumina preferably contains 4% by weight. In addition, the slurry contained 0 to 3 wt% of ammonium hydroxide for adjusting the pH. The pH of the slurry is from 1 to 4.
도3을 참조하면, 산화제를 포함하지 않은 비교예A는 연마속도가 너무 낮으며, Fe(NO3)3를 산화제로 기본으로 하는 비교예C는 연마속도가 빠르기는 하나, 평탄도를 조절하기가 어려울 정도로 나쁨을 알 수 있었다.Referring to FIG. 3, Comparative Example A containing no oxidizing agent had a too low polishing rate. In Comparative Example C based on Fe (NO 3 ) 3 as an oxidizing agent, although the polishing rate was fast, Was difficult to understand.
통상, 씨엠피 공정시 금속막의 연마속도는 2000 내지 4000 Å/min 를 갖는다.Usually, the polishing rate of the metal film in the CMP process is 2000 to 4000 Å / min.
H5IO6를 산화제로 포함시켜 제조한 실시예를 사용한 경우, 현재 상용화 되어 사용중인 KIO3산화제를 사용한 비교예B의 결과와 비슷한 값이 나옴을 알 수 있었다. 그러므로 상기 산화제로 H5IO6를 사용하는 슬러리는 종래에 상용화되어 사용중인 슬러리를 대체하여 공정에 사용할 수 있는 연마속도와 평판도를 갖는다.In the case of using the embodiment prepared by incorporating H 5 IO 6 as an oxidizing agent, it was found that a value similar to that of Comparative Example B using the KIO 3 oxidizing agent currently in use and being used is obtained. Therefore, the slurry using H 5 IO 6 as the oxidizing agent has a polishing rate and a flatness which can be used in the process in place of the slurry which is conventionally commercially available and in use.
본 발명에 따른 금속막 씨엠피방법은 1) 산화제 H5IO6, 연마입자, 산 및 탈이온수를 포함하는 슬러리를 폴리싱할 금속막에 공급하는 단계로서, 도5를 참조하면, 폴리우레탄 재질의 연마패드(12)가 부착된 연마테이블(10), 웨이퍼(16)를 고정시켜 연마액(14)이 뿌려지는 연마패드(12) 상에서 회전시키는 웨이퍼 캐리어(20), 상기 웨이퍼 캐리어(20)에 의해 씨엠피 공정이 이루어지는 반대편에 위치하며, 상기 연마패드(12)를 컨디셔닝시키는 컨디셔닝 디스크(24)가 부착된 컨디서너(22)를 포함하여 구성되는 씨엠피 장치(1)에 패턴이 형성되어 있는 금속막(18)을 갖는 웨이퍼(16)를 상기 연마패드(12)와 상면하도록 웨이퍼 캐리어(20)에 고정시킨 후, 상기 연마패드(12) 상에 슬러리(14)를 공급한다.The metal film CMP method according to the present invention comprises: 1) supplying a slurry containing an oxidizing agent H 5 IO 6 , abrasive particles, an acid and deionized water to a metal film to be polished, wherein, referring to FIG. 5, A polishing table 10 with a polishing pad 12 attached thereto, a wafer carrier 20 for holding the wafer 16 and rotating it on the polishing pad 12 onto which the polishing liquid 14 is sprayed, And a conditioner 22 having a conditioning disk 24 for conditioning the polishing pad 12 on the opposite side of the CMP process to form a pattern on the CMP apparatus 1 The wafer 16 having the metal film 18 is fixed to the wafer carrier 20 so as to face the polishing pad 12 and then the slurry 14 is supplied onto the polishing pad 12.
상기 슬러리는 2 내지 10 중량 ％의 H5IO6,2 내지 10 중량 ％의 연마입자, 0.01 내지 1.0 중량％의 산 및 잔량으로서 탈이온수를 포함하여 이루어진다. 상기 슬러리에 사용되는 H5IO6의 농도는 0.01 내지 1 mole 이며, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mole 이다.The slurry comprises 2 to 10 wt% H 5 IO 6, 2 to 10 wt% abrasive grains, 0.01 to 1.0 wt% acid, and deionized water as a remainder. The concentration of H 5 IO 6 used in the slurry is 0.01 to 1 mole, preferably 0.1 to 0.5 mole.
상기 슬러리는 특정 연마입자로 한정하지 않으며, 일반적으로 잘알려진 알루미나, 실리카 또는 세륨옥사이드(CeO2)를 사용할 수 있다. 즉, 입경이 100 내지 300 nm 인 알루미나(Al2O3), 입경이 40 내지 250 nm 인 실리카(SiO2) 또는 입경이 100 내지 300 nm 인 세륨옥사이드(CeO2)를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 산은 0.01 내지 0.5 중량％의 질산(HNO3), 0.01 내지 0.5 중량％의 황산(H2SO4) 또는 0.02 내지 1.0 중량％의 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 슬러리(14)의 pH는 1 내지 4가 바람직하다. 상기 슬러리(14)에는 상기 pH의 조절을 위하여 0 내지 3 중량％의 수산화암모늄(NH4OH)을 더 첨가할 수 있다. 다음은 2) 상기 슬러리와 함께 금속막의 표면을 씨엠피하는 단계로서, 소정의 회전속도로 상기 웨이퍼 캐리어(20)를 회전시켜 상기 금속막(18)을 폴리싱한다. 상기 폴리싱에 의해 상기 금속막(18)은 평탄화되어 후속공정중, 사진공정에서 웨이퍼 전면에 동일한 촛점(Focus)을 정렬시킬 수 있어, 균일도가 향상된 패턴을 얻을 수 있다. 상기 금속막은 알루미늄, 텅스텐, 티타늄 또는 이들의 합금일 수 있으며, 단지 이것들에 한정되는 것이 아님은 당연하다.The slurry may be used not limited to the specific abrasive grain, commonly known as alumina, silica or cerium oxide (CeO 2). That is, alumina (Al 2 O 3 ) having a particle diameter of 100 to 300 nm, silica (SiO 2 ) having a particle diameter of 40 to 250 nm, or cerium oxide (CeO 2 ) having a particle diameter of 100 to 300 nm can be selected and used. The acid is a mixture of from 0.01 to 0.5% of nitric acid, by weight of (HNO 3), 0.01 to 0.5% by weight of sulfuric acid (H 2 SO 4), or 0.02 to sulfuric acid of 1.0% by weight of (H 2 SO 4) and nitric acid (HNO 3) Can be used. The pH of the slurry 14 is preferably 1 to 4. To adjust the pH of the slurry 14, ammonium hydroxide (NH 4 OH) may be further added in an amount of 0 to 3 wt%. 2) polishing the surface of the metal film with the slurry by rotating the wafer carrier 20 at a predetermined rotation speed. The metal film 18 is planarized by the polishing so that the same focus can be aligned on the entire surface of the wafer in the subsequent process in the photolithography process, thereby obtaining a pattern with improved uniformity. The metal film may be aluminum, tungsten, titanium, or an alloy thereof, but is not limited thereto.
따라서, 본 발명의 슬러리는 금속막 폴리싱 공정에 사용할 수 있는 연마속도와 평판도를 갖으며, 표면결점과 금속오염을 방지하는 효과가 있다.Therefore, the slurry of the present invention has a polishing rate and a flatness which can be used in a metal film polishing process, and has an effect of preventing surface defects and metal contamination.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
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