KR20000023012A - Ｃｍｐ 공정에서 금속 패턴의 디싱을 감소시키기 위한 조성 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 화학적 기계적 연마 중의 제품에서 절연체에 매설된 대형 금속 패턴 표면의 디싱을 감소시키 위한 조성으로서, 연마제를 함유하는 슬러리의 탈이온수 부분을 치환하는 점도 증강량의 점도 증강제를 포함하는 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성을 제공한다.
Description
본 발명은 CMP(chemical mechanical polishing; 화학적 기계적 연마)중 절연체의 소형 금속 표면을 따라 매설된 대형 금속 패턴 표면의 디싱(dishing)을 현저히 감소시키는, 탈이온수 부분을 치환하는 점도 조절제의 사용에 관한 것이다.
일반적으로, 이산화규소 기판와 같은 절연체에 매설된 금속 패턴상에 CMP 공정에서 소형 금속 표면을 따르는 일부분인 대형 금속 패턴 표면의 평탄화는, 탈이온수 혼자와 마모 입자, 산화제, 및 분산제와 계면활성제를 포함하는 다른 화학물질을 사용하는 경우보다 현저히 디싱을 감소시키기 위해서, 약 0.1-50 부피 퍼센트 사이의 양에서 점도 조절제를 추가한 연마 슬러리의 점도를 증가시킴에 의해 수행된다.
집적회로와 다른 전자 소자의 제조에 사용되는 층간 절연막과 같은 물질을 연마하는 화학적 기계적 연마(CMP) 도중에, 슬러리는 절연체, 유전체 또는 금속 패턴 물질이 제거를 용이하게 하기 위해서 폴리싱 패드와 결합되어 사용된다. 이러한 CMP 응용에서, 절연체 또는 유전체 물질은 SiO2이며, 상기 물질의 표면은 습식 분위기에서 H2O와 수화반응을 일으켜서 수분해된 Si 분자의 표면 네트워크를 형성한다.
그러나, 상기 금속이, 다른 층들과 기판이 부착된 절연체 내에 매설된 금속 패턴 디자인의 일부인 경우에는, 패턴된 금속을 연마하기 위해 CMP 공정을 사용하는 것은 대형 금속 특징부에서 많은 양의 디싱을 만들게 된다.
미국 특허 번호 5,769,689호는, 물, 서브마이크론의 SiO2입자, 가용성 무기염을 포함하는 연마 조성으로서, 여기서 가용성 무기염은 상기 조성의 임계 응고 농도 이하의 농도이며 상기 조성의 pH는 가용성 아민의 첨가에 의해 약 9-10 범위 내에서 조절되는, 이산화규소를 포함하는 제품 연마 방법용 조성을 개시하고 있다.
Kumar 등, "글리세롤계 슬러리에서 구리의 화학적 기계적 연마", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 427, pps 237-242 (1996),은 구리가 인터커넥트 형성에 적합하도록 하는 구리 금속 표면의 CMP 프로세스를 위해서 글리세롤 및 Al2O3연마제를 함유하는 슬러리 사용에 대해 개시하고 있다. 상기 프로세스는 구리의 활성 이온 식각과 택일적인 것이다.
디싱 문제에 대해 언급하는 화학적 기계적 연마 기술에 대해서는 미국 특허 5,607,718호에 개시되어 있으며, 여기에는 용해 농도를 감소시키고 디싱을 억제하기 위해 다수의 화합물이 첨가된다. 이들 화합물에는 실리케이트, 글루코오스, 트레가캔스 검(tragacanth gum), 및 에거(agar)와 같은 다수의 침전장치(thickener)를 포함된다.
Nogo 등, "자기-정지 및 무(free) 디싱 SiO2-CMP용 슬러리 제조", IEDM, pps 349-352, ⓒ IEEE,는 어떠한 단속적 층 또는 설계 제한을 갖지 않는 칩의 전체적 평탄화를 얻기 위해서, 화학적 기계적 연마(CMP)에서 SiO2용의 종래의 CeO2슬러리에 계면활성제가 첨가된 슬러리를 개시하고 있다.
미국 특허 4,588,474호는, 보다 평활하고 균일한 표면을 얻기 위해서 다른 첨가물들과 함께 용액에 글리세린이 첨가된, 금속 표면 청결 조작에 대해 개시하고 있다. 이들 용액에는 부식제, 질산염 또는 아질산염, 및 선택적으로 에틸렌 글리세롤 또는 글리세린 등의 디올 또는 폴리올이 포함되며, 여기서 제품은 알루미늄 합금이다.
마이크로일렉트로닉 제조의 다양한 단계에서 다양한 성분의 금속 제거 및 평탄화를 위한 전기화학적 연마 기술이 미국 특허 5,567,300호에 개시되어 있다. 이 특허는 제거에 대해 초점을 맞추었으며 제거를 향상시키기 위해서 무점성 폴리올을 사용한다. 상온에서 물 보다 1500 배의 점성을 갖는 글리세롤이 전기분해 점성을 증가시키고 연마를 향상시키기 위해서 전기적 식각에 사용된다.
위에서 언급한 특허들 및 참조논문의 프로세스에서의 심각한 단점은, 제품을 화학적 기계적 연마하는 과정에서 다른 층들 및 기판이 부착되는 절연체에 매설되는 패턴된 금속의 대형 금속 특징부에 발생하는 심각한 디싱을 예방하기 위하여 점성 조절제로 CMP에서 사용되는 슬러리를 수정하는데 대한 어떠한 필요성의 인식도 없다는 것이다.
본 발명의 목적은, 유전체 내에 금속 특징부를 갖는 제품이 화학적 기계적 연마(CMP)를 거칠 때에, 유전체의 소형 금속 표면을 따라 매설된 대형 금속 패턴 표면의 심한 디싱을 예방할 수 있는 조성 또는 슬러리를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 절연체 내에 금속 특징부를 포함하는 제품이 CMP 단계를 겪는 과정에서, 점도 수정제를 갖는 슬러리에서 탈이온수 부분을 치환하여 화학적 기계적 연마에 사용되는 조성 또는 슬러리의 점도를 수정함으로써, 절연체 내의 소형 금속 패턴 표면을 따른 패턴에 매설된 대형 금속 패턴 표면의 심각한 디싱을 현저히 감소시키는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 절연체 내에 금속 특징부를 포함하는 제품이 CMP 단계를 겪는 과정에서, 0.1 내지 50 부피 퍼센트의 양으로 첨가된 점도 수정제를 첨가시킴으로써 절연체 내의 소형 금속 패턴을 따른 패턴에 매설된 대형 금속 패턴 표면의 심각한 디싱을 현저히 방지하는 슬러리를 제공하는 것이다.
일반적으로, 본 발명은 탈이온수 부분을 약 0.1-50 부피 퍼센트의 점도 수정제로 치환하고, 적절한 연마제와 점도 수정된 슬러리를 이용하여 절연체 내의 패턴의 소형 금속 패턴 표면을 따라 매설된 대형 금속 패턴 표면을 포함하는 제품을 연마하여, 이에 의해 CMP 중의 대형 금속 패턴 표면의 심각한 디싱을 방지하는 탈이온 조성을 제공함에 의해 달성된다.
도1은 절연체 내에 매설된 대형 및 소형 패턴 표면을 도시하는 제품의 단면도로, 다른 층들 및 기판은 CMP 이전에 상기 절연체에 부착되고,
도2는 금속 표면의 일부가 제거된 상태인 화학적 기계적 연마를 통해 절반쯤 진행된 제품의 단면도,
도3은 블랭킷(blanket) 금속이 제거되어 상기 금속이 단지 패턴에만 잔존하는 CMP의 완결된 상태를 나타내는 제품의 단면도,
도4는 종래 CMP의 결과로 발생된 보다 심각한 디싱에 의해 특징지워지는 대형 금속 특징부를 도시하는 도3의 제품의 확대 단면도,
도5는 탈이온수 부분을 치환하여 점도 수정제로서 0.1 에서 50 부피 퍼센트의 글리세롤을 함유하는 슬러리에 의한 제품의 결과로서 심각한 디싱을 보이지 않는 대형 금속 특징부를 나타내는 제품의 확대 단면도,
도6은 탈이온수를 치환하는 0.1 내지 50 부피 퍼센트의 글리세롤을 함유하는 본 발명의 슬러리를 이용한 CMP를 따르는 SiO2내에 매설되는 대형 및 소형 금속 패턴 표면을 갖는 웨이퍼 또는 제품의 다양한 위치에서의 금속 패드 및 라인 리세스를 나타내는 그래프이다.
이상에서 설명한 본 발명의 목적 및 장점은 본 발명의 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에 의해 보다 명확히 이해될 수 있을 것이다.
더미 구조나 경 마스크를 부가시킴없이 화학적 기계적 연마에서 과도한 디싱으로부터 금속 특징부 또는 라인(line)을 보호하기 위해서, 본 발명의 프로세스에서는 점도 증강제 또는 수정제가 부가된다. 슬러리 점도는 임의의 증강제 또는 수정제의 부가에 의해 증가될 수 있으나, 본 발명에서의 바람직한 증강제 또는 수정제는 비활성, 폴리히드릭(polyhydric) 알코올 함유 물질이다. 가장 바람직한 것은 글리세롤 및 폴리에틸렌 글리콜이다. 글리세롤 또는 폴리에틸렌 글리콜은 수계(aqueous-based) 슬러리의 탈이온수 부분을 약 50 부피% 정도까지 치환한다. 증강제에 의해 유도된 높은 점성은 슬러리 연마제 및 화학 반응의 반응물/생성물의 운동량 및/또는 질량 이동을 제한하며, 이어서 마이크로일렉트로닉 소자의 리세스된 금속 특징부 및 라인의 제거 비율을 감소시킨다.
감소된 디싱에 의한 향상은 디싱이 대개 쉽게 관찰되는 절연체의 금속 특징부를 함유하는 제품의 금속 패턴의 대형 금속 특징부에서 가장 용이하게 관찰된다.
심각한 디싱의 예방이 어떻게 달성되는가에 대한 이론에 국한되고 싶지는 않으나, 그럼에도 불구하고 수계 슬러리의 탈이온수 부분을 치환하는 비활성, 폴리히드릭 알코올이 대형 금속 패턴 표면으로부터 물질 제거 효과를 제한하여, 점성 증강제를 슬러리에 부가시킴에 의해 결과적으로 바람직한 최소의 대형 금속 패드 디싱이 유도된다.
실시예
CVD 텅스텐 막이 웨이퍼 형태의 SiO2절연체에 패턴된 금속 표면으로서 사용되었다.
연마 슬러리는 5 중량 퍼센트 알루미나 연마제, 산화제 및 탈이온수 부피의 약 0.1 에서 약 50%의 다양한 농도의 글리세롤로 구성된다. 용액은 이들 슬러리 입자가 침전되지 않음을 보장하기 위해서 연마 전에 균일하게 혼합되었다.
표1은 탈이온수를 치환하는 글리세롤 부피 퍼센트에 근거한 슬러리 점도의 비교를 나타낸다.
| 글리세롤의 부피 퍼센트 | 슬러리 점도(cps) |
| 0 | 3.4 |
| 25 | 5.7 |
| 50 | 12 |
제1 연마제 알루미나의 크기는 약 0.01㎛ 내지 약 0.3㎛ 사이의 범위이며, 슬러리의 약 100㎛는 연마 시작 전에 연마 패드로 전송되며, 연마 단계에서는 약 350㎖/min 까지의 비율로 전송된다.
도1은 유전체 11 내에 매설된 대형 L 및 소형 S 금속 패턴 표면을 갖는 금속 10을 나타내는 제품의 단면도이며, 여기서 화살표 12로 지적된 다른 층들 및 기판은 화학적 기계적 연마(CMP) 이전에 부착된다.
도2의 단면도에 나타난 바와 같이, 금속 표면 10의 일부는 화학적 기계적 연마를 통해 표면 20에서 절반 제거되며, 유전체 21은 실질적으로 변경되지 않고 잔존한다.
CMP 단계의 완결을 도시하는 도3의 확대 단면도에서, 블랭킷(blanket) 금속이 제거되어 있으며 단지 대형 및 소형 금속 패턴 PM만이 유전체에 남아 있다.
그러나, 도4의 보다 확대된 단면도에서, CMP 단계의 종래기술의 결과로서 대형 금속 패턴 또는 패턴들이 보다 심한 디싱 D를 겪었다는 것이 명확히 나타나 있다.
점성 증강제로서 탈이온수 부분을 치환하는데 약 0.1에서 50 부피 퍼센트 글리세롤이 이용된 본 발명의 향상된 슬러리 점도를 사용한 결과로서, 도5에 도시된 대형 금속 특징부의 디싱 깊이 DOTD가 실질적으로 CMP단계의 최종 결과의 약 3분의 2로 감소되어 있다. 점찍힌 영역은 향상된 양을 나타낸다.
글리세롤 퍼센트, 프로브 패턴, 및 프로브 사이트 위치의 기능에 의한 금속 손실 프로파일(profile)이 도6에 도시되어 있으며, 이는 CMP 단계에서 웨이퍼 상에 본발명의 글리세롤 부피 퍼센트를 이용한 결과로서 금속 패드 및 금속 라인 리세스(디싱)을 도시한다.
부가적인 이점 및 수정은 당업자에게 용이하게 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 확장된 국면이 여기에 설명된 구체적 실시예 및 상세한 설명으로 국한되는 것은 아니다. 따라서, 다양한 수정이 이하의 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해지는 본 발명의 일반적인 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 가능할 것이다.
Claims (12)
- 화학적 기계적 연마 중의 제품에서 절연체에 매설된 대형 금속 패턴 표면의 디싱을 감소시키 위한 조성으로서,연마제를 함유하는 슬러리의 탈이온수 부분을 치환하는 점도 증강량의 점도 증강제를 포함하는 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
- 제 1 항에 있어서, 상기 점도 증강제는 글리세롤 또는 폴리에틸렌 글리콜에서 선택된 비활성, 폴리히드릭 알코올인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
- 제 2 항에 있어서, 상기 점도 증강제는 글리세롤인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
- 제 3 항에 있어서, 상기 글리세롤은 탈이온수의 약 0.1 내지 약 50 부피 퍼센트의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
- 제 4 항에 있어서, 상기 연마제는 알루미나인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
- 제 4 항에 있어서, 상기 슬러리의 점도는 약 3.4 내지 약 12 cps 사이인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
- 화학적 기계적 연마 중의 제품에서 절연체에 매설된 대형 금속 패턴 표면의 디싱을 감소시키 위한 방법으로서,상기 제품의 상기 표면을, 연마제를 함유하는 슬러리의 탈이온수 부분을 치환하는 점도 증강량의 점도 증강제를 포함하는 연마 조성에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 점도 증강제는 글리세롤 또는 폴리에틸렌 글리콜에서 선택된 비활성, 폴리히드릭 알코올인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 점도 증강제는 글리세롤인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 글리세롤은 탈이온수의 약 0.1 내지 약 50 부피 퍼센트의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 연마제는 알루미나인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 슬러리의 점도는 약 3.4 내지 약 12 cps 사이인 것을 특징으로 하는 디싱을 감소시키기 위한 조성.
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