KR20000076305A - 티탄이 포함된 복합재의 연마용 조성물 및 연마 방법 - Google Patents
티탄이 포함된 복합재의 연마용 조성물 및 연마 방법 Download PDFInfo
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Abstract
물, 서브마이크론 마모 입자, 산화제, 및 프탈레이트 화합물과 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산 화합물로 이루어진 착화제 조합물을 함유하는, 티탄이 포함된 기판의 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리가 제공된다.
Description
발명의 배경
종래의 연마용 조성물 또는 슬러리는 마모 입자가 함유된 용액으로 이루어지는 것이 일반적이다. 슬러리 내에서 부품 또는 기판은, 탄성 패드를 그 기판에 대고 눌러 패드와 기판이 서로 상대적으로 움직이게 하면서 세척되거나 행구어진다. 따라서 마모 입자는 하중을 받아 기판으로 압착되며, 패드의 횡방향 운동으로 인해 마모 입자가 기판 표면을 가로질러 움직이게 되어 기판 표면을 닳게 하거나 대량 제거를 일으킨다.
많은 경우 표면 제거율은 적용된 압력의 세기, 패드 회전 속도 및 슬러리 입자의 화학적 활성에 의해서만 결정된다. 연마율을 증가시키는 하나의 수단은 기판에 대해 그 자체로 부식성인 성분을 슬러리에 첨가하는 것이다. 마모 입자와 함께 사용된다면 상당히 높은 연마율을 달성할 수 있다. 이 방법은 종종 화학적 기계적 연마 (CMP)로 불리며, 반도체 및 반도체 소자, 특히 집적회로의 연마에 있어 바람직한 기술이다. 대개의 첨가제는 집적회로 구조에서 상호접속 비아(via) 등의 유전체/금속 복합 구조를 연마할 때 금속 성분의 해리를 촉진하기 위해 슬러리에 도입된다. 이런 기술 및 여타의 다른 관련 기술의 목적은 회로의 금속 부분을 우선적으로 제거하여, 생성된 표면이 절연성 또는 유전성이 있는, 전형적으로는 SiO2로 이루어진 공면이 되도록 하는 것이다. 이 공정은 평탄화라고 명명한다.
티탄/질화티탄 필름은 대개 산화규소 절연층으로 텅스텐이 잘 부착되도록 하기 위해 사용된다. 이상적으로는 티탄/질화티탄층이 텅스텐 제거 속도에 필적하는 속도로 제거되어야 하지만, 티탄은 비부식성이 강한 물질이다. 그것은 쉽게 산화되지 않기 때문에 제거하기가 어렵다.
미국 특허 제5,391,248호 및 제5,476,606호는 텅스텐 등의 금속과 실리카의 복합재를 평탄화하는데 유용한 슬러리 조성물을 제시한다. 본 발명의 슬러리 조성물은 이들 특허의 청구 범위 내에 들어간다.
본 발명의 목적은 티탄이 포함된 복합재에 특히 효과적인 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
발명의 요약
물, 서브마이크론 마모 입자, 산화제, 및 프탈레이트 화합물과 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산 화합물로 이루어진 착화제 조합물을 함유하는, 티탄이 포함된 기판의 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리가 제공된다.
물, 서브마이크론 연마 입자, 산화제, 및 프탈레이트 화합물과 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산 화합물로 이루어진 착화제 조합물을 함유하는 연마용 슬러리를 이용하는 티탄 함유 기판의 화학적 기계적 연마 방법도 제공된다.
바람직한 실시태양에 대한 설명
실리카와 착물을 형성하는 화합물을 실리카 및 티탄을 포함하는 복합재의 화학적 기계적 연마에 사용되는 연마용 슬러리에 첨가하면, 실리카의 제거 속도는 낮게 유지되지만 티탄과 복합재 내의 다른 금속의 제거 속도는 높일 수 있다.
SiO2에 대한 착화제 또는 킬레이트화제로 작용하는 화합물은 미국 특허 제5,391,258호 및 미국 특허 제5,476,606호에 매우 상세하게 기재되어 있다. 이들 화합물은 실리카에 대한 착화에 영향을 줄 수 있는 구조로 존재하는 2개 이상의 산 기를 갖고 있어야 한다. 산 종류는 해리가능한 양성자가 있는 관능기로 정의된다. 예를 들면 카르복실레이트, 히드록실, 술폰산기 및 포스폰산기 등이 있으나 이것으로 제한되는 것은 아니다. 카르복실레이트 및 히드록실기는 가장 광범위한 형태의 효과적인 것으로 존재하기 때문에 바람직하다. 특히 2개 이상의 카르복실레이트 기와 알파 위치에 히드록실기를 갖는 구조, 예를 들면 말산, 말산염, 타르타르산, 타르타르산염, 글루콘산 및 글루콘산염 등을 비롯한 직쇄 모노- 및 디-카르복실산 및 염이 효과적이다. 또한 시트르산 및 시트르산염과 같이, 카르복실기에 대해 알파 위치에 제2 또는 제3 히드록실기를 갖는 트리- 및 폴리카르복실산 및 염이 효과적이다. 또한 오르토 디- 및 폴리히드록시벤조산 및 산염, 프탈산 및 산염, 피로카테콜, 피로갈롤, 갈산 및 갈산염, 탄닌산 및 탄닌산염과 같이 벤젠 고리를 포함하는 화합물도 효과적이다. 대개 이런 착화제는 약 2 내지 약 7 중량%로 CMP용 슬러리에 사용되는 것이 일반적이다.
다음의 실시예에서는 프탈레이트 화합물을 카르복실기 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기를 갖는 디카르복실산 또는 트리카르복실산 착화제와 병용해서 티탄의 제거 속도를 향상시킨다. 프탈레이트 화합물은 프탈산수소칼륨 등의 프탈레이트로 조성물에 첨가할 수 있으며, 또한 실시예에서 보인 바와 같이 프탈산 무수물 및 암모니아를 조성물에 첨가하여 프탈산수소암모늄을 발생시킴으로써 프탈레이트 화합물을 생성시킬 수도 있다.
본 발명의 조성물에서 서브마이크론 마모 입자는 알루미나, 실리카, 세리아 및 지르코니아 등 화학적 기계적 연마에 사용되는 산화물 중 임의의 것으로 이루어질 수 있다. 대개 마모 입자는 약 1 내지 15 중량%로 CMP용 슬러리에 사용된다. 바람직한 마모 입자는 알루미나이다. 가장 바람직한 것은 약 7 중량%로 알루미나를 사용하는 것이다.
본 발명의 조성물에서 산화제는 질산염, 요오드산염, 염소산염, 과염소산염, 아염소산염, 과황산염, 황산염 또는 과산화물로 이루어질 수 있다. 일반적으로 산화제는 약 2 내지 약 7 중량%로 CMP용 슬러리에 사용된다. 요오드산염은 바람직한 산화제이다. 가장 바람직한 것은 약 3 중량%으로 요오드산칼륨을 사용하는 것이다.
〈실시예 1〉
20.32 cm (8 in) 웨이퍼를 Westech 372U 연마기 (IPEC Planar에서 입수 가능)에서 압력 7 psi, 캐리어 50 rpm, 테이블 40 rpm, 후방 압력 3 psi의 조건하에서 IC1000-P/SubaTM IV 패드 (미국 델라웨어주 뉴워크에 위치한 Rodel Inc.로부터 입수 가능)를 써서 연마했다. 이들 웨이퍼를 연마시키는데 3.1 % 프탈산 무수물, 3.14 % 요오드산칼륨, 1.23 % 암모니아 용액(29 %), 6.86 % 서브마이크론 알루미나 및 85.67 % 탈염수를 함유하는 조성물 (중량 단위)을 연마용 슬러리로 사용했다. 3가지 종류의 웨이퍼를 위 조건에서 연마시켰다. 이들 표면에는 400 Å Ti, 2000 Å Ti 또는 8000 Å 텅스텐/400 Å TiN/250 Å Ti 층이 적층되어 있었다. 이 웨이퍼 3개의 제거 시간 (하나의 층 또는 층 시리즈를 제거하는데 걸리는 시간 (초))은 각각 45, 255, 및 235 초였다. 이 슬러리는 질산제2철이 함유된 이 분야에 사용되는 표준 슬러리 보다 대략 2배 정도가 효과적인 것으로 드러났다 (제거 시간이 절반).
〈실시예 2〉
실시예 1에 기재된 것과 동일한 종류의 웨이퍼를 실시예 1과 동일한 연마기를 써서 동일한 연마 조건에서 연마했다. 여기서 슬러리는 몰 수를 기준으로 프탈산 무수물 20 %가 말산으로 대체되었다는 점에서만 실시예 1의 슬러리와 달랐다. 즉, 슬러리 내의 착화제는 몰 수를 기준으로 프탈레이트 대 말산 4 : 1의 비율로 이루어진다. 이 슬러리의 경우 제거 시간은 400 Å Ti층이 35초, 2000 Å Ti층이 160초, W/TiN/Ti 조합 표면층이 205초였다.
〈실시예 3〉
실시예 1에 기재된 것과 동일한 종류의 웨이퍼를 실시예 1과 동일한 연마기를 써서 동일한 연마 조건에서 연마했다. 여기서 슬러리는 몰 수를 기준으로 프탈산 무수물 20 %가 시트르산으로 대체되었다는 점에서만 실시예 1의 슬러리와 달랐다. 이 슬러리의 경우 제거 시간은 400 Å Ti층이 30초, 2000 Å Ti층이 140초, W/TiN/Ti 조합 표면층이 220초였다.
이들 실시예로부터 분명하게 알 수 있는 것은 이런 제제에서 프탈레이트 일부를 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산으로 대체하면 제거 기간이 감소된다는 것이다. 이런 시너지 효과는 지금까지 알려지지 않았었다. (a) 프탈레이트 대 (b) 카르복실기 중 하나에 대해 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 화합물의 몰 비는 약 1 : 1 내지 약 10 : 1일 수 있다. (a) 대 (b)의 바람직한 비율 범위는 약 2 : 1 내지 약 7 : 1이다. 가장 바람직한 비율은 약 4 : 1이다.
위에서 논한 것은 본 발명과 관련해서 어떠한 식으로는 제한적인 것으로 받아들여져서는 안된다. 본 발명의 범위에 대한 모든 제한은 하기한 청구의 범위에서만 발견된다.
본 발명은 기판, 그 중에서도 실리카, 티탄 및 질화티탄으로 이루어진 기판의 화학적 기계적 연마에 사용되는 슬러리로 유용한 조성물에 관한 것이다.
Claims (17)
- 물, 서브마이크론 마모 입자, 산화제, 및 프탈레이트 화합물과 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산 화합물로 이루어진 착화제 조합물을 함유하는, 티탄이 포함된 기판의 화학적 기계적 연마에 유용한 수성 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 서브마이크론 마모 입자가 알루미나인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 산화제가 요오드산칼륨인 조성물.
- 제1항에 있어서, 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 상기 화합물이 말산인 조성물.
- 제1항에 있어서, 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 상기 화합물이 시트르산인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 프탈레이트 화합물이 프탈산수소암모늄인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 착화제 조합물이 (a) 프탈레이트 화합물 및 (b) 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 화합물로 이루어지며, (a) 대 (b)의 몰 비가 약 1 : 1 내지 약 10 : 1이고, 착화제의 총량이 조성물 내에서 약 2 중량% 내지 약 7 중량%인 조성물.
- 제1항에 있어서, 중량을 기준으로 서브마이크론 마모 입자 약 1 % 내지 약 15 %, 산화제 약 2 % 내지 약 7 %, 상기 착화제 약 2 % 내지 약 7 %를 함유하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 중량을 기준으로 알루미나 약 7 %, 요오드산칼륨 약 3 %, (a) 프탈레이트 화합물과 (b) 카르복실기 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 화합물로 (a) 대 (b)의 몰 비 약 4 : 1로 이루어진 착화제 약 4 %를 함유하는 조성물.
- 연마용 패드에 대고 기판을 눌러, 이 기판과 패드가 서로 상대적으로 움직이게 하고,물, 서브마이크론 마모 입자, 산화제, 및 프탈레이트 화합물과 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산 화합물로 이루어진 착화제 조합물을 함유하는 연마용 조성물을 연마 작업시 상기 패드에 가하는, 티탄이 포함된 기판의 연마 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 서브마이크론 마모 입자가 알루미나인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 산화제가 요오드산칼륨인 방법.
- 제10항에 있어서, 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 상기 화합물이 말산인 방법.
- 제10항에 있어서, 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 상기 화합물이 시트르산인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 프탈레이트 화합물이 프탈산수소암모늄인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 착화제 조합물이 (a) 프탈레이트 화합물 및 (b) 카르복실기 중 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 화합물로 이루어지며, (a) 대 (b)의 몰 비가 약 1 : 1 내지 약 10 : 1이고, 착화제의 총량이 상기 조성물 내에서 약 2 중량% 내지 약 7 중량%인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 연마용 조성물이 중량을 기준으로 알루미나 약 7 %, 요오드산칼륨 약 3 %, (a) 프탈레이트 화합물과 (b) 카르복실기 하나에 대한 알파 위치에 하나 이상의 히드록실기가 있는 디카르복실산 또는 트리카르복실산인 화합물로 (a) 대 (b)의 몰 비 약 4 : 1로 이루어진 착화제 약 4 %를 함유하는 것인 방법.
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