KR20010043998A - 화학적 기계적 연마 슬러리 및 그를 이용한 방법 - Google Patents

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마싸 앤 피네간
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Abstract

본 발명은 1종 이상의 연마제 및 1종 이상의 알코올아민의 수용액을 포함하는, 반도체 웨이퍼의 폴리규소 층을 연마하는 데 유용한 수성 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다. 이 슬러리는 pH가 약 9.0 내지 약 10.5이고, 임의로 완충제를 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마 슬러리 및 그를 이용한 방법 {Chemical Mechanical Polishing Slurry and Method for Using Same}
반도체 웨이퍼는 전형적으로 규소 또는 갈륨 아르세나이드 웨이퍼와 같은 기판을 포함하고, 그 위에 다수의 트랜지스터가 형성된다. 트랜지스터는 기판의 구역 및 기판 상의 층을 패터닝함으로써 화학적, 물리적으로 기판에 결합되어 있다. 트랜지스터와 층은 주로 규소 산화물 (SiO2)의 일부 형태를 포함하는 층간 유전체 (ILD)에 의해 분리되어 있다. 트랜지스터는 공지된 다층 배선을 사용하여 상호 연결되어 기능성 회로를 형성한다. 전형적인 다층 배선은 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 탄탈륨(Ta), 알루미늄-구리(Al-Cu), 알루미늄-규소(Al-Si), 구리(Cu), 텅스텐(W), 도핑된 폴리-규소(Poly-Si) 및 이들의 다양한 조합 중의 하나 이상으로 구성된 적층 박막을 포함한다. 또한, 트랜지스터 또는 트랜지스터 군은 대개 SiO2, SiN4또는 Poly-Si와 같은 절연 물질로 충전된 트렌치를 사용하여 서로 단리된다.
배선을 형성하는 전통적인 기술은 기판 상의 공면(共面) 다층 금속/절연체 막을 제조하는 방법에 관한 것인 쵸우(Chow) 등의 미국 특허 제4,789,648호에 기재되어 있는 방법에 의하여 개선되었다. 여러 관심을 불러 일으키고 다층 배선을 제조한 신기술은 화학적 기계적 연마 (CMP)를 이용하여 디바이스를 가공하는 여러 단계 동안에 금속층 또는 박막의 표면을 편평화시킨다.
일반적으로, CMP는 적층된 제1 층에 화학적 연마 및 기계적 연마를 함께 행하여, 그 위에 제1층이 형성된 비평면형 제2 층의 표면을 노출시킨다. 상기 방법 중 하나는 베이어(Beyer) 등의 미국 특허 제4,789,648호 (그 명세서는 본 발명에 참조 인용됨)에 기재되어 있다. 간략하게, 베이어 등은 연마 패드 및 슬러리를 사용하여 재료의 적층된 제1 층의 표면이 도포된 제2 층의 상부 표면과 공면이 될 때까지 제2 층보다 더 빠른 속도로 제1 층을 제거하는 CMP 방법을 기재한다. 화학적 기계적 연마의 좀 더 상세한 설명은 미국 특허 제4,671,851호, 동 제4,910,155호 및 동 제4,944,836호에 기재되어 있다(상기 문헌 모두 본 발명에 참조 인용됨).
CMP 슬러리의 조성은 최적의 화학적 기계적 연마 공정을 행하는 데 있어서 매우 중요한 인자이다. CMP 방법에 이용 가능한 전형적인 연마 슬러리는 산성 또는 염기성 용액 중에 실리카 또는 알루미나와 같은 연마제를 포함한다. 예를 들면, 베이어 등에 의한 미국 특허 제4,789,648호는 알루미나 연마제, 산, 예컨대, 황산, 질산 및 아세트산, 및 탈이온수를 포함하는 슬러리의 제제를 기재한다. 유사하게, 유(Yu) 등의 미국 특허 제5,209,816호는 연마 입자 및 실리카의 제거 속도를 조절하는 음이온을 포함하는 수성 슬러리를 기재하고 있다.
다른 CMP 연마 슬러리는 유(Yu) 등의 미국 특허 제5,354,490호, 카디엔(Cadien) 등의 동 제5,340,370호, 유(Yu) 등의 동 제5,209,816호, 메델린(Medellin)의 동 제5,157,876호 및 동 제5,137,544호, 및 코테(Cote) 등의 동 제4,956,313호에 기재되어 있다(상기 문헌 모두 본 발명에 참조 인용됨).
여러가지 슬러리 조성물이 제한된 목적에는 적절하지만, 상기에 기재된 슬러리는 허용 불가능한 연마 속도 및 웨이퍼 제조에 사용되는 절연체 재료에 대한 상응하는 선택성 수준을 나타낸다. 또한, 공지된 연마 슬러리는 기저(underlying) 막에 대해 불량한 막 제거 특성을 내고, 제조 수율을 떨어뜨리는 유해한 막-부식을 일으키는 경향이 있다.
따라서, 트렌치 또는 배선을 둘러싸는 절연체 매질(예, 실리카, 유리 상의 스핀)에 대해 높은 선택성을 갖고, 위험하거나 부식되지 않는 낮은 κ 유전 물질을 갖는 신규하고 개선된 연마 슬러리 및 방법이 필요하다. 또한, 제1층의 높고 균일한 제거율 및 절연체 막에 대한 높은 선택성을 제공할 수 있는 단일 슬러리가 필요하다.
＜발명의 요약＞
본 발명은 고속에서 반도체 집적 회로의 반도체 층을 연마하는 데 특히 유용한 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다.
본 발명은 또한 IC 회로의 층간 유전층 (ILD)과 비교하여 유전층의 연마에 대해 높은 선택성을 나타내는 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 저장 안정성이 우수한 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다.
본 발명은 또한 집적 회로와 같은 기판의 하나 이상의 층을 연마하는 데 화학적 기계적 연마 슬러리를 사용하는 방법에 관한 것이다.
하나의 실시 태양에서, 본 발명은 금속 또는 규소층, 또는 박막을 포함하는 기판의 연마를 위한 수성 화학적 기계적 연마 조성물에 관한 것이다. 수성 화학적 기계적 연마 슬러리는 1종 이상의 연마제 및 1종 이상의 알코올아민을 포함하는데, 알코올아민은 3차 알코올아민이 바람직하다.
다른 실시 태양에서, 본 발명은 수성 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다. 수성 화학적 기계적 연마 슬러리는 약 0.5 내지 약 15 중량%의 발연 실리카, 약 50 ppm 내지 약 2.0 중량%의 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 및 약 0.01 내지 약 1.0 중량%의 중탄산암모늄 완충제를 포함한다. 수성 화학적 기계적 연마 슬러리는 pH가 약 9.0 내지 약 10.5이고, PETEOS에 대한 폴리규소의 연마 선택성이 500 이상을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명은 반도체 집적 회로 제조를 위한 화학적 기계적 연마 슬러리, 특히 반도체 집적 회로 제조에 사용되는 다결정성 규소 (Poly-Si) 및 다양한 배선(interconnection)층, 금속 및 박막을 연마하는 데 유용하고, 층간 유전 물질에 대한 선택성이 매우 높은 향상된 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다.
본 발명은 도체층, 반도체 층 및 박막을 ILD 재료에 대한 높은 선택성으로 연마하기 위한 화학적 기계적 연마 슬러리에 관한 것이다. 연마 슬러리는 1종 이상의 연마제 및 1종 이상의 알코올아민을 포함하는 수성 매질이다. 이 슬러리는 완충제와 같은 임의의 첨가제를 포함할 수도 있다.
본 발명의 슬러리의 제1 성분은 1종 이상의 연마제이다. 연마제는 전형적으로 금속 산화물 연마제이다. 금속 산화물 연마제는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 실리카, 세리아 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 본 발명의 CMP 슬러리는 약 0.1 내지 약 55 중량% 이상의 연마제를 포함할 수 있다. 그러나 더 바람직하게 본 발명의 CMP 슬러리는 약 0.5 내지 약 15 중량%의 연마제를 포함하고, 가장 바람직하게는 0.5 내지 약 3.0 중량%의 연마제를 포함한다.
금속 산화물 연마제는 당업자에게 공지된 임의의 기술로 제조할 수 있다. 금속 산화물 연마제는 졸-겔, 열수와 같은 임의의 고온 방법, 또는 플라즈마 방법, 또는 발연되거나 침전된 금속 산화물을 제조하는 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 바람직하게는 금속 산화물은 발연되거나 침전된 연마제이고, 더욱 바람직하게는 발연 실리카 또는 발연 알루미나와 같은 발연된 연마제이다. 예를 들면, 발연 금속 산화물의 제조는 적절한 공급 재료 증기 (예, 알루미나 연마제용으로는 염화알루미늄)를 수소 및 산소의 불꽃에서 가수분해시키는 것을 포함하는 공지된 방법이다. 거친 구형의 용융된 입자가 연소 공정에 의해서 생성되고, 그의 직경은 공정 매개 변수에 따라 달라진다. 대개 제1 입자로 언급되는, 알루미나 또는 유사한 산화물의 이러한 용융된 구를 그의 접촉부에서 충돌시킴으로써 서로 융합시켜 분지된 3차원 사슬형 응집체(aggregate)를 형성시킨다. 응집체를 파쇄시키는 데 필요한 힘은 상당하다. 냉각 및 수거 동안에, 응집체를 일부 기계적 얽힘(entanglement)을 초래할 수 있는 추가의 충돌을 시킴으로써 집합체(agglomerate)를 형성시킨다. 집괴는 반 데르 발스력에 의해 서로 약하게 결합하고 있어 적절한 매질에서 적당하게 분산시킴으로써 역전, 즉, 탈-집괴할 수 있는 것으로 생각된다.
침전된 연마제는 고 염농도, 산 또는 기타 응집제의 영향하에 수성 매질로부터 원하는 입자를 응결시키는 등의 통상적인 기술에 의해 제조될 수 있다. 입자를 당업자에게 공지되어 있는 통상적인 기술을 이용하여 여과하고, 세척하고, 건조하고, 다른 반응 생성물의 잔류물로부터 분리한다.
바람직한 금속 산화물은 문헌 [S. Brunauer, P.H. Emmet, and I. Teller, J. Am. Chemical Society, Volume 60, Page 309 (1938)]의 방법으로 계산할 수 있으며 통상 BET로 불리는 표면적이 약 5 m2/g 내지 약 430 m2/g이고, 바람직하게는 약 30 m2/g 내지 약 170 m2/g이다. IC 산업에서 엄격한 순도 조건으로 인해, 바람직한 금속 산화물은 고순도여야 한다. 고순도라 함은 불순물의 총 함량(원물질 불술물과 같은 제공원으로부터 얻은 것, 및 트레이스 공정에 따른 오염물)이 대개 1% 미만, 바람직하게는 0.01% (즉, 100 ppm) 미만인 것을 의미한다.
본 발명의 분산에 유용한 금속 산화물 연마제는 금속 산화물 응집체 또는 개별 단일 구 입자로 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 "입자"는 1종 이상의 제1 입자의 응집체 및 단일 입자를 모두 의미한다.
금속 산화물 연마제는 크기 분포가 약 1.0 마이크론 미만이고, 평균 입자 직경이 약 0.4 마이크론 미만이며, 연마 응집체들 간의 반 데르 발스력을 극복해서 서로 떨어뜨리는 데 충분한 힘을 갖는 금속 산화물 입자로 구성된 것이 바람직하다. 그러한 금속 산화물 연마제는 연마 동안에 스크래칭, 피트 마크, 디보트(divot) 및 기타 표면 결함을 피하거나 최소화하는 데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 본 발명에서 입자 크기 분포는 투과 전자 현미경 (TEM)과 같은 알려진 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 평균 입자 직경은 TEM 이미지 분석을 사용할 때, 즉 입자의 단면적에 기초한 평균 등가 구 직경을 나타낸다. 힘은 금속 산화물 입자의 표면 전위 또는 수화력이 입자들 사이의 반 데르 발스 인력을 극복하고 서로 떨어뜨리기에 충분해야 함을 의미한다.
다른 바람직한 실시 태양에서, 금속 산화물 연마제는 제1 입자 직경이 0.4 마이크론 (400 nm)이고, 표면적이 약 10 m2/g 내지 약 250 m2/g의 범위인 불연속 개별 금속 산화물 입자로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 금속 산화물 연마제는 금속 산화물의 농축된 수성 분산액으로서 연마 슬러리의 수성 매질에 혼입된다. 금속 산화물의 농축된 수성 분산액은 약 3% 내지 약 45% 고상물, 바람직하게는 10% 내지 20% 고상물을 포함한다. 금속 산화물의 수성 분산액은 금속 산화물 연마제를 적절한 매질, 예컨대 탈이온수에 서서히 가하여 콜로이드성 분산액을 형성하는 통상적인 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 이 분산액은 전형적으로 당업자에게 공지된 고전단 혼합 조건을 가함으로써 완료된다. 슬러리의 pH는 콜로이드 안정성을 최대화할 수 있는 등전점으로부터 떨어져 조정될 수 있다.
본 발명의 가장 바람직한 연마제는 발연 실리카이다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 1종 이상의 알코올아민을 포함한다. 알코올아민을 연마 슬러리에 가하면 기저 ILD 층에 비해서 폴리규소 화합물의 연마 속도를 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 임의의 알코올아민이 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 유용한 알코올아민의 예로는 에탄올 아민, 프로판올 아민, 1차 알코올아민류, 2차 알코올아민류, 3차 알코올아민류 등을 들 수 있다. 본 발명의 조성물에 유용한 알코올아민의 가장 바람직한 유형은 3차 알코올아민류이다. 유용한 3차 알코올아민의 예로는 트리에티놀 아민, 디알킬에티놀 아민, 알킬 디에티놀 아민 등을 들 수 있다. 3차 알코올아민은 2개의 메틸기 및 1개의 이소프로필기를 포함하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 3차 알코올아민은 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올이다.
알코올아민은 본 발명의 조성물 내에 폴리규소 연마 속도를 향상시키는 양으로 존재한다. 본 발명의 조성물에 사용되는 알코올아민의 양은 약 50 ppm 내지 약 2 중량% 이상으로 달라진다. 더욱 바람직하게는, 알코올아민은 본 발명의 조성물 내에 약 500 ppm 내지 약 1.0 중량% 범위의 양으로 존재해야 한다.
완충제가 본 발명의 조성물에 임의의 성분으로 첨가될 수 있다. 완충제는 본 발명의 조성물 내에서 슬러리의 pH 변화가 더 작도록 작용한다. 또한, 폴리규소 연마 속도는 본 발명의 조성물에 완충제를 가함으로써 약간 더 증가한다. 원하는 조성물의 pH에 가까운 pKa를 갖는 산/짝염기를 포함하는 임의의 완충제가 조성물의 완충제로서 바람직하다. 실제 pH는 하기 식으로 근사되며, 본 발명의 조성물에 이용할 수 있다.
pH = pKa + + log [짝염]/[산]
그러나 금속 이온을 함유하지 않는 완충제가 바람직하다. 특히 유용한 완충제는 탄산염 및 중탄산암모늄과 같은 중탄산염 완충제를 포함한다.
완충제는 사용할 경우, 본 발명의 조성물에 약 0.01 내지 약 1.0 중량% 범위의 양으로 존재해야 한다. 완충제가 본 발명의 조성물에 약 0.01 내지 약 0.15 중량% 범위의 양으로 존재하는 것이 가장 바람직하다.
기타 공지된 연마 슬러리 첨가제가 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리에 혼입될 수 있다. 유용한 임의적 첨가제는 계면활성제, 안정화제, 착물화제, 막 형성제 등의 조성물을 포함한다. 임의적 첨가제의 한 유형의 예로는 연마 슬러리에 첨가되어 웨이퍼 중의 배리어 층, 예컨대 티타늄 및 탄탈륨의 연마 속도를 추가로 향상시키거나 증강시킬 수 있는 무기산 및(또는) 그의 염이 있다. 유용한 무기산 첨가제는 황산, 인산, 질산, HF 산, 불화암모늄, 암모늄 염, 칼륨 염, 나트륨 염, 또는 황산염, 인산염 및 불소화물의 기타 양이온 염을 포함한다.
CMP 방법의 조절을 용이하게 하기 위해서는, 본 발명의 CMP 슬러리의 pH를 약 7.0 내지 약 12.0의 범위로 유지하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 8.0 내지 약 12.0의 범위, 가장 바람직하게는 약 9.0 내지 약 10.5의 범위를 유지한다. 본 발명의 CMP 슬러리의 pH가 예를 들어 약 8 미만으로 너무 낮으면, 기판 연마 질의 문제가 발생한다. 본 발명의 CMP 슬러리의 pH는 알려진 산 또는 염기를 사용하여 조정할 수 있다. 그러나, 금속 이온을 함유하지 않는 산 또는 염기, 예를 들어 수산화암모늄 또는 질산, 인산, 황산, 또는 유기산을 사용하는 것이, 바람직하지 않는 금속 성분의 본 발명의 CMP 슬러리로의 도입을 피하도록 하기에 바람직하다.
본 발명의 CMP 슬러리는 예컨대 텅스텐, 알루미늄, 구리, 티타늄, 탄탈륨 및 이들의 혼합물을 비롯한 임의의 유형의 도체층을 연마하는 데 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는, 질화티타늄, 질화탄탈륨, 및 폴리규소층을 포함하지만 이것으로 한정되지는 않는 집적 회로 웨이퍼의 도체 및 반도체층을 연마하는 데 가장 유용한 것으로 밝혀졌다. 폴리규소층은 에피택시얼 규소 및 다결정성 규소를 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 높은 폴리규소 (Poly-Si) 연마 속도를 갖는다. 또한 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리는 유전 (PETEOS) 절연층에 대해 바람직하게 낮은 연마 속도를 나타낸다. 그 결과, 본 발명의 연마 슬러리는 [Poly-Si]/[PETEOS] 연마 선택성이 100 이상, 바람직하게는 약 500 이상을 나타낸다.
본 발명의 CMP 슬러리는 당업자에게 공지된 통상의 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 전형적으로는, 알코올아민과 같은 비-연마성 성분이 낮은 전단 조건하에 소정의 농도에서 이 성분들이 매질에 완전히 용해될 때까지 탈이온수 또는 증류수와 같은 수성 매질에 혼합된다. 발연 실리카와 같은 금속 산화물 연마제의 농축된 분산액을 매질에 가하고 슬러리를 사용하기 전에 최종 CMP 슬러리에 연마제의 원하는 적재 수준으로 희석시킨다.
본 발명의 조성물에 사용되는 실리카 및 알코올아민은 안정한 슬러리를 형성한다. 따라서, 본 발명의 CMP 슬러리는 전형적으로 단일 패키지 시스템 (안정한 수성 매질 중의 연마제 및 알코올아민)으로 제공된다.
본 발명의 CMP 슬러리를 사용하는 전형적인 화학적 기계적 연마 방법에서, 연마할 기판 또는 웨이퍼는 회전 연마 패드와 직접 접촉하게 위치시킨다. 캐리어가 기판의 배면에 대해 압력을 가한다. 연마 공정 중에, 하향력을 기판 배면에 대해 유지하면서 패드 및 테이블을 회전시킨다. 본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리를 연마 중에 패드에 가한다. 이 슬러리는 기계적으로든 화학적으로든, 아니면 두 가지 모두에 의한 방법이든 연마되는 막과 반응함으로써 연마 공정을 개시한다. 연마 공정은 슬러리를 웨이퍼/패드의 계면에 제공하는 동안 기판에 대한 패드의 회전 운동으로 인해 촉진된다. 연마는 절연체 상의 원하는 막의 적어도 일부가 제거될 때까지 이런 방식으로 계속된다.
＜실시예 1＞
본 실시예는 3차 알코올아민을 통상적인 저-금속 실리카-기재 연마 슬러리에 첨가할 때의 연마 속도 및 PETEOS에 대한 선택성에 대한 효과를 연구한 것이다.
캐보트 코퍼레이션(Cabot Corporation)사에서 제조한, 평균 표면적이 약 90 m2/g인 Cab-O-Sil (등록상표) L90 발연 실리카를 2 중량% 포함하고, 수산화암모늄 (NH4OH)을 사용하여 pH를 10.5로 조정한 물을 포함하는 기준 연마 슬러리를 성분들을 혼합하여 제조하였다. 캐보트 코퍼레이션 (Cabot Corporation)사에서 제조한 L90 발연 실리카 2 중량%, 및 3차 알코올아민인 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 0.15 중량%를 사용하여 pH를 10.5로 조정한 물을 포함하는 제2 연마 슬러리를 제조하였다.
두 개의 연마 슬러리를 사용하고, 로델(Rodel)사에서 제조한 천공된 IC1000/Suba IV 패드를 갖춘 IPEC 472 연마기를 사용하여 Poly-Si 및 PETEOS 8" 웨이퍼를 연마하였다. 이용된 연마 조건은 5.5 psi 하향력, 1.8 psi 배면-압력, 30 rpm의 플래튼 속도, 24 rpm의 캐리어 속도, 및 140 ml/분의 슬러리 유속이었다.
연마 결과를 하기 표 I에 기록한다.
수행 실리카(중량%) 첨가제 pH Poly-Si 연마속도 (Å/분) PETEOS 연마속도 (Å/분) Poly-Si/PETEOS선택성
1 2 NH4OH 10.5 1868.4 48.0 38.92
2 2 T-AMINE 10.5 3003.4 9.36 320.9
연마 결과는 3차 알코올아민을 포함한 슬러리를 사용함으로써 Poly-Si 연마 속도가 증가하고, PETEOS 연마 속도가 감소하였음을 나타낸다.
＜실시예 2＞
본 실시예는 통상적인 저-금속 실리카-기재 연마 슬러리에 가하는 아민의 양 및 유형에 따른 연마 속도 및 PETEOS에 대한 선택성에 대한 효과를 연구한 것이다.
캐보트 코퍼레이션(Cabot Corporation)사에서 제조한, 평균 표면적이 약 90 m2/g인 L90 발연 실리카 2 중량% 및 물을 포함하는 기준 연마 슬러리를 제조하였다. 하기 표 II에 기재하는 바와 같이, 알코올아민 또는 암모늄 염을 다양한 양 및 유형으로 슬러리에 가하였다. 테트라메틸암모늄 히드록시드 ("TMAH"), 메틸tert-부틸 암모늄 히드록시드 ("MTBAH")의 암모늄 염, 및 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 ("AMP-95") 및 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 ("T-AMINE")의 알코올아민을 포함하는 알코올아민 및 암모늄 염을 염기 슬러리와 혼합하였다.
이 연마 슬러리를 사용하고, 로델(Rodel)사에서 제조한 천공된 IC1000/Suba IV 패드를 갖춘 IPEC 472 연마기를 사용하여 Poly-Si 및 PETEOS 8" 웨이퍼를 연마하였다. 연마 조건은 5.5 psi 하향력, 1.8 psi 배면-압력, 30 rpm의 플래튼 속도, 24 rpm의 캐리어 속도, 및 140 ml/분의 슬러리 유속이었다.
연마 결과를 하기 표 II에 기록한다.
수행 고상물(%) pH 첨가제 유형 첨가제 양(ppm) Poly-Si 연마속도 (Å/분) PETEOS 연마 속도(Å/분) Poly-Si/PETEOS선택성
3 2 10.5 TMAH 430 2968 10.16 292
4 2 10.5 MTBAH 875 3085 2.62 1177
5 2 10.3 AMP-95 1500 2367 2.88 822
6 2 10.5 T-AMINE 1500 2995 2.67 1122
7 2 10.6 T-AMINE 1500 2909 0.80 3636
8 2 10.0 T-AMINE 730 2716 3.17 857
9 2 10.0 T-AMINE 500 2218 1.25 1774
10 2 10.5 T-AMINE 1500 3232 2.50 1293
11 2 10.6 T-AMINE 5000 2987 4.32 692
12 2 11.2 T-AMINE 15000 2236 2.25 994
13 2 11.3 T-AMINE 25000 2056 2.35 875
연마 결과는 알코올아민을 포함하는 실리카 슬러리, 즉 수행 5 내지 13이 비슷한 양의 암모늄 염을 함유하는 동일한 실리카 슬러리와 비교하여 [Poly-Si]/[PETEOS] 연마 선택성이 더 우수하게 나타남을 시사한다.
＜실시예 3＞
본 실시예는 발연 실리카 연마제 및 1종 이상의 3차 아민을 포함하는 연마 슬러리에 완충제를 가할 때의 연마 속도 및 결함에 대한 효과를 연구한 것이다.
캐보트 코퍼레이션(Cabot Corporation)사에서 제조한, 평균 표면적이 약 90 m2/g 인 L90 발연 실리카 2 중량% 및 물을 포함하는 기준 연마 슬러리를 성분들을 혼합하여 제조하였다. 다양한 양의 중탄산암모늄 및 3차 알코올아민인 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올을 하기 표 III에 기재한 양으로 슬러리에 가하였다.
이 연마 슬러리를 사용하고, 로델(Rodel)사에서 제조한 천공된 IC1000/Suba IV 패드를 갖춘 IPEC 472 연마기를 사용하여 Poly-Si 및 PETEOS 8" 웨이퍼를 연마하였다. 연마 조건은 5.5 psi 하향력, 1.8 psi 배면-압력, 30 rpm의 플래튼 속도, 24 rpm의 캐리어 속도, 및 140 ml/분의 슬러리 유속이었다.
연마 결과를 하기 표 III에 기록한다.
수행 T-아민 (중량%) 완충제 (ppm) Poly-Si 연마 속도 PETEOS 연마 속도 Poly-Si/PETEOS 선택성
1 0.15 0 3197.83
2 0.15 0 3231.71 2.5 1293
3 0.15 700 3526.36
4 0.15 700 3564.93 5.12 696
5 0.5 0 2960.8
6 0.5 0 2987.39 4.32 691
7 0.5 700 3474.3
8 0.5 700 3467.33 4.28 810
9 1.5 0 2213.34
10 1.5 0 2235.9 2.25 994
11 1.5 700 2367.87
12 1.5 700 2344.33 4.25 552
13 2.5 0 2055.3
14 2.5 0 2055.73 2.35 875
패드에 습윤되도록 30분 지체함
15 2.5 700 2135.48
16 2.5 700 2131.76 3.94 541
17 0.15 0 3218.72 2.79 1154
연마 결과는 알코올아민을 함유하는 본 발명의 슬러리에 완충제를 가하면 Poly-Si/PETEOS 연마 선택성을 그다지 변화시키지 않으면서도 슬러리의 Poly-Si 연마 속도가 증가됨을 나타낸다.
본 발명을 구체적인 실시 태양을 통해 기재하였으나, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 변형이 가능함을 이해해야 할 것이다. 본 발명의 범위는 본 명세서 및 실시예에 기재한 본 발명의 기술 내용에 제한되기보다는 하기하는 청구 범위에 의해 한정되는 것으로 생각한다.

Claims (36)

1종 이상의 연마제 및 1종 이상의 알코올아민을 포함하는, 금속 또는 규소층, 또는 박막을 함유하는 기판의 연마를 위한 수성 화학적 기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 절연층에 대한 폴리규소의 연마 선택성이 약 100보다 큰 것인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 슬러리의 pH가 약 9 내지 약 10.5인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 1종 이상의 알코올아민을 약 50 ppm 내지 2.0 중량% 포함하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 알코올아민이 3차 아민인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 알코올아민이 트리에탄올 아민, 디알킬에탄올 아민, 알킬 디에티놀 아민, 및 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 중에서 선택된 것인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 알코올아민이 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 연마제가 금속 산화물인 수성 화학적 기계적 연마 조성물.
제8항에 있어서, 금속 산화물 연마제가 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 실리카, 세리아 또는 상기 금속 산화물의 화학적 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제8항에 있어서, 연마제가 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 실리카 및 세리아의 원소 산화물의 물리적 혼합물인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제8항에 있어서, 연마제의 중간 입자 크기가 1000 nm 미만이고, 평균 응집체(aggregate) 직경이 약 400 nm 미만인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 연마제가 약 0.5 중량% 내지 55 중량% 범위의 고상물로 존재하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 연마제가 약 0.5 내지 약 3.0 중량%의 발연 실리카인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 1종 이상의 완충제를 포함하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 탄산염 및 중탄산염 완충제 중에서 선택된 완충제를 포함하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 중탄산암모늄을 포함하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 완충제를 약 0.01 내지 약 1.0 중량% 포함하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
발연 실리카 약 0.5 내지 약 15 중량%;
1종 이상의 3차 알코올아민 약 50 ppm 내지 약 2.0 중량%; 및
탄산염, 중탄산염, 또는 이들의 혼합물에서 선택된 완충제 약 0.01 내지 약 1.0 중량%
를 포함하고, pH가 약 9.0 내지 약 10.5인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제18항에 있어서, 3차 알코올아민이 2-디메틸아미노-2-메틸-t-프로판올인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제18항에 있어서, 완충제가 중탄산암모늄인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제18항에 있어서, PETEOS에 대한 폴리규소 연마 선택성이 500 이상인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
a) 연마제 및 3차 아민을 포함하는 수성 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하는 단계,
b) 기판에 슬러리를 적용하는 단계; 및
c) 연마 패드를 기판과 접촉하게 하고, 기판에 대해 패드를 움직임으로써 제2층의 적어도 일부를 제거하는 단계
를 포함하는, 제1 절연층, 및 1종 이상의 도체 또는 반도체 재료 중에서 선택된 하나 이상의 제2 층을 함유하는 기판의 화학적-기계적 연마 방법.
제2 층이 폴리규소이고, 절연층에 대한 폴리규소의 연마 선택성이 약 100보다 큰 제22항의 수성 화학적 기계적 연마 슬러리.
제22항에 있어서, 제2층이 텅스텐, 알루미늄, 구리, 티타늄 및 탄탈륨 중에서 선택된 도체층인 방법.
제22항에 있어서, 제2층이 에피택시얼 규소 및 다결정성 규소로 구성된 군에서 선택된 반도체층인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리가 1종 이상의 알코올아민을 약 50 ppm 내지 약 2.0 중량% 포함하는 것인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리가 1종 이상의 3차 알코올아민을 포함하는 것인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리가 트리에탄올 아민, 디알킬에탄올 아민, 알킬 디에탄올 아민, 및 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 중에서 선택된 알코올아민을 포함하는 것인 방법.
제22항에 있어서, 알코올아민이 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 조성물의 연마제가 금속 산화물인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리의 연마제가 약 0.5 중량% 내지 55 중량% 범위의 양으로 슬러리에 존재하는 것인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리에 사용하는 연마제가 약 0.5 내지 약 3.0 중량%의 발연 실리카인 방법.
제22항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리가 1종 이상의 완충제를 포함하는 것인 방법.
a) 약 0.5 내지 약 15 중량%의 발연 실리카, 약 50 ppm 내지 약 2.0 중량%의 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 및 1종 이상의 완충제를 포함하고, pH가 약 9.0 내지 약 10.5인 수성 화학적 기계적 연마 슬러리를 제공하는 단계,
b) 슬러리를 기판에 적용하는 단계, 및
c) 연마 패드를 기판과 접촉하게 하고, 기판에 대해 패드를 움직임으로써 제2층의 적어도 일부를 제거하는 단계
를 포함하는, 절연층 및 폴리규소층을 함유하는 기판의 화학적-기계적 연마 방법.
제34항에 있어서, 수성 화학적 기계적 연마 슬러리에 사용하는 완충제가 약 0.01 내지 약 1.0 중량%의 중탄산암모늄인 방법.
제34항에 있어서, 슬러리의 절연층에 대한 폴리규소의 연마 선택성이 약 100보다 큰 것인 방법.
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