KR20020077343A - 유전체 기계화학적 연마 슬러리에서의 수산화세슘의 용도 - Google Patents

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캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 연마제 및 수산화세슘을 포함하는 기계화학적 연마 조성물 및 수산화세슘 함유 연마 조성물을 사용하여 집적 회로와 관련된 유전층을 연마하는 방법에 관한 것이다.

Description

유전체 기계화학적 연마 슬러리에서의 수산화세슘의 용도 {Use of Cesium Hydroxide in a Dielectric CMP Slurry}
집적 회로는 규소 기판 안에 또는 위에 형성된 수백만의 활성 소자로 이루어진다. 초기에 서로 분리되어 있는 활성 소자는 상호연결되어 기능성 회로 및 부품을 형성한다. 상기 소자는 다중레벨 상호연결의 사용을 통하여 상호연결된다. 상호연결 구조물은 일반적으로 제1층의 금속물, 상호연결층, 제2 레벨의 금속물, 및 때때로 제3의 연속 레벨의 금속물을 갖는다. 도핑된 및 도핑되지 않은 이산화규소 (SiO2)와 같은 레벨간 유전체 (ILD), 또는 낮은 k의 유전체 질화 탄탈륨이 사용되어 규소 기판 등에서의 상이한 레벨의 금속물을 전기적으로 분리시킨다.
전형적인 반도체 제조 공정에서, 금속 바이어스, 금속층 및 레벨간 유전층이 조립되어 집적 회로를 생성한다. 층이 조립되면서, 과량의 물질이 제거되고, 기판 표면은 기계화학적 연마 (CMP) 기술을 사용하여 평탄화된다. 전형적인 기계화학적연마 공정에서, 기판은 회전하는 연마 패드와 직접 접촉하도록 위치한다. 캐리어가 기판의 이면에 대하여 압력을 제공한다. 연마 공정동안, 패드 및 테이블이 회전하면서, 기판 이면에 대하여 아랫방향의 힘이 유지된다. 연마동안 연마제 및 화학적 반응 용액이 패드에 적용된다. 연마될 필름과의 화학적 반응에 의하여 슬러리의 연마 공정이 개시된다. 연마 공정은 기판에 대한 패드의 회전 이동에 의하여 촉진되며, 웨이퍼/패드 계면사이에 슬러리가 제공된다. 이러한 방식으로 절연체상에 소망되는 필름이 제거될 때까지 연마가 계속된다.
CMP 단계의 성공에 있어서 연마 조성물 성분은 중요한 요소이다. 성분을 주의깊게 선택함으로써, 표면 결점, 결함 및 인접한 층의 부식 및 침식을 최소화면서 소망되는 연마 속도로 선택된 층에 효과적인 연마를 제공하도록 연마 조성물이 맞추어질 수 있다.
집적 회로의 제조 동안, 통상적으로 이산화규소를 포함하는 유전층이 회로에 적용된다. 유전층은 적용되면, 일반적으로 비평탄으로, 연마 조성물을 사용하여 평탄한 유전체 표면이 생성되도록 연마되어야 한다. 선택된 연마 조성물이 결함이 거의 없는 평탄화된 유전 표면을 생성할 수 있어야 하는 것이 중요하다. 더욱이, 선택된 연마 조성물이 효과적으로 그리고 반복적으로 유전층을 연마할 수 있어야 하는 것도 중요하다. 현재의 ILD 슬러리는 통상적으로 약 10-30 중량%의 연마제를 포함하는 안정화된 마모 슬러리이다. 안정화 이온은 통상적으로 칼륨 또는 암모니아로, 여기서 슬러리는 통상적으로 8을 초과하는 pH 값을 갖는다. 칼륨 슬러리의 단점은 칼륨으로부터의 이온 오염으로, 오염 이온은 이동성 이온이 되어 게이트 지역으로 이동하고 트랜지스터의 임계 전압을 저하시킴으로써 소자 신뢰성에 해로운 영향을 미친다. 이외에, 칼륨이 분산된 실리카의 특성인, 일정 수준의 결함이 존재한다.
암모니아 슬러리는 칼륨 안정화된 슬러리와 관련된 이동성 이온 문제를 해결한다. 그러나, 암모니아는 강한 악취를 갖는다. 이외에, 암모니아 슬러리는 칼륨 슬러리와 비교할 때 덜 효과적으로 평탄화하며, 높은 수준의 결함을 동반하면서 연마하며, 낮은 속도로 연마한다.
그 결과, 유전층을 효과적으로 연마하여 기본적으로 평탄하며 낮은 결함을 나타내는 연마된 유전층을 생성할 수 있는 개선된 연마 조성물에 대한 필요가 존재한다.
<발명의 요약>
한 구현예에서, 본 발명은 흄드 실리카 및 약 0.01 내지 약 5.0 중량%의 하나 이상의 Cs+ 염기성 염을 포함하는 기계화학적 연마 조성물이다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 물, 약 1 내지 약 50 중량%의 흄드 실리카, 및 약 0.1 내지 약 2.0 중량%의 수산화세슘을 포함하는 기계화학적 연마 조성물이다. 상기 연마 조성물은 약 50% 이상의 개방 필드 효율과 약 85% 이상의 배열 필드 효율로 규소 함유 기판을 평탄화한다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 약 1 내지 약 50 중량%의 금속 산화물 연마제 및 약 0.01 내지 약 5.0 중량%의 Cs+ 염기성 염을 포함하며, 약 0.25 미크론 미만의 게이트 폭을 갖는 집적 회로를 연마할 수 있는 기계화학적 연마 조성물이다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 본 발명의 연마 조성물로 절연층을 연마하는 방법이다. 연마는 물 및 CsOH를 포함하는 연마 조성물을 제조함으로써 달성된다. 그 후, 연마 조성물을 평탄화할 기판의 표면 또는 연마 패드에 적용한다. 연마 패드를 평탄화할 규소 함유 기판층의 표면과 접촉시키고, 평탄화할 규소 함유 기판 표면에 대하여 이동시킨다. 연마제를 연마 조성물과 함께 사용하여 연마를 촉진한다. 연마제는 연마 패드와 조합될 수 있거나, 또는 연마제는 슬러리를 기판 또는 연마 패드에 적용하기 전에 연마 조성물에 부가되어 기계화학적 연마 슬러리를 생성할 수 있다.
본 발명은 연마제 및 수산화세슘을 포함하는 기계화학적 연마 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 수산화세슘 함유 연마 조성물을 사용하여 집적 회로와 관련된 유전층을 연마하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 조성물 및 방법을 사용한 평탄화에 적합한 반도체 웨이퍼 부분의 단순화한 측단면도이다.
도 2는 연마 후의 도 1에 나타낸 웨이퍼를 설명하는 도이다.
도 3은 본 발명의 조성물 및 방법을 사용한 얕은 트렌치 분리 (shallow trench isolation) 평탄화에 적합한 반도체 웨이퍼 부분의 단순화한 측단면도이다.
도 4는 불충분한 평탄화에 기인하여 초래될 수 있는 결함을 포함하는 도 3의 웨이퍼이다.
도 5는 실시예 2에서 설명된 방법에 따라 실험된 CsOH (A 및 B), KOH (C), 및 NH4OH (D) 슬러리의 경우 연마 시간 대 단계 높이의 플롯이다. 플롯에서, 용어 "연마 시간"은 기판이 연마되는 초 단위의 시간을 의미한다. 플롯에서, 용어 "스텝 높이"는 집적 회로의 제작동안 지형에서의 고점으로부터 저점까지의 거리를 의미한다. 소자가 만들어지면서, 후속의 박막 증착을 통하여 표면 지형이 생성되고, 영속된다. 스텝 높이는 일반적으로 Å으로 측정된다.
도 6은 실시예 2에서 설명된 방법에 따라 실험된 슬러리의 경우 델타 필드 대 스텝 높이의 플롯.
본 발명은 연마제 및 수산화세슘과 같은 하나 이상의 Cs+ 염기성 염을 포함하는 기계화학적 연마 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 Cs+ 염기성 염 함유 연마 조성물을 사용하여 집적 회로와 관련된 유전층을 연마하는 방법에 관한 것이다.
염기성 세슘염 안정화 슬러리는 암모니아 및 수산화칼륨 안정화 슬러리에 비하여 예기치 못한 성능 향상을 나타낸다. 세슘 이온은 칼륨 및 나트륨 이온에 비해 더 낮은 이동성을 갖는다. 더욱이, 세슘 이온 함유 연마 조성물은 암모니아 슬러리에 비해 더 높은 속도로 연마하며, 암모니아 안정화 슬러리와 같은 악취 냄새를 갖지 않는다. 또한, 세슘 이온 함유 연마 조성물은 칼륨, 나트륨 및 암모니아 안정화 슬러리에 비교하였을 때 광 지점 결함으로 측정한 결함이 적으며, 가장 놀랍게는 향상된 평탄화 효율로 연마한다.
반도체 웨이퍼가 충분히 평탄화되었는지를 결정하기 위한 중요한 척도는 평탄화 이후의 처리된 웨이퍼 표면 상에 잔류하는 결함의 수이다. 결함의 한 유형은 당 분야에서 "피트 (pit)" 또는 웨이퍼 표면상의 바람직하지 못한 함몰로 알려져있다. 또 다른 결함은 당 분야에서 "디그 (dig)" 또는 "스키드 (skid)"로 알려져 있으며, 이는 함께 조밀한 일련의 바람직하지 못한 거친 스크래치를 나타낸다. 또 다른 유형의 결함은 기판으로부터 세정될 수 없는 잔류 슬러리 입자이다. 결함의 수 및 유형은 레이저광 산란법을 포함하여 당 분야의 공인된 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 일반적으로, 결함의 수를 최소화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마 조성물은 하나 이상의 Cs+ 염기성 염을 포함한다. Cs+ 염기성 염의 예에는 세슘 포르메이트, 세슘 아세테이트, 수산화세슘, 세슘 카보네이트, 세슘 비카보네이트, 불화세슘, 염화세슘, 요오드화세슘 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다. 바람직한 Cs+ 염기성 염은 수산화세슘 (CsOH)이다.
수산화세슘과 같은 염기성 세슘염은 세슘이 실리카 안정화제로 작용하기 때문에 본 발명의 연마 조성물의 중요한 성분이다. 더욱이, 세슘 이온은 유전층에서 암모늄 또는 칼륨 이온이 생성하는 것과 동일한 깊이로 유전층에 침투하지 않아 오염 물질이 거의 없으며 균일한 유전 특성을 나타낸다. 전체적인 결과는 ILD 연마 효율, 결함도 및 유전층 순도의 향상인 예기치 못한 개선이다.
본 발명의 연마 조성물은 약 0.01 내지 약 5.0 중량%의 염기성 세슘염의 수성 조성물이다. 바람직하게는, 염기성 세슘염은 본 발명의 수성 연마 조성물에 약 0.1 내지 약 2.0 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
가장 좋은 결과를 위하여, 본 발명의 연마 조성물의 pH는 약 7.0을 초과하여야 하며, 바람직하게는 약 9.0을 초과한다.
본 발명의 연마 조성물은 ILD 층과 같은 기판 층을 연마하기 위하여 조성물을 사용하기에 앞서 하나 이상의 연마제와 배합될 수 있다. 연마제가 수성 연마 조성물에 부가되어 수성의 기계화학적 연마 슬러리를 형성할 수 있다. 이외에, 연마제는 연마 패드의 제조 동안 또는 후에 연마 패드에 혼입될 수 있다. 연마제가 연마 패드와 조합될 때, 수성 연마 조성물은 연마 패드의 연마제 및 수성 연마 조성물이 함께 작용하여 기판을 연마하도록 연마될 기판에 적용되거나 또는 연마 패드에 직접 적용될 수 있다.
본 발명의 기계화학적 연마 조성물과 배합되어 사용되는 연마제는 통상적으로 금속 산화물 연마제가다. 유용한 금속 산화물 연마제는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 실리카, 세리아, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택될 수 있다. 본 발명의 조성물은 바람직하게는 흄드 연마제와 배합되어 사용된다.
흄드 연마제는 임의의 적합한 흄드 (발열) 금속 산화물일 수 있다. 적합한 흄드 금속 산화물에는 예를 들면 흄드 알루미나, 흄드 실리카, 흄드 티타니아, 흄드 세리아, 흄드 지르코니아, 및 흄드 마그네시아가 포함된다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물의 흄드 금속 산화물은 흄드 실리카이다.
흄드 연마제 및 바람직하게는 흄드 실리카는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아 및 마그네시아를 포함하는 금속 산화물로부터 선택되는 제2의 연마제 입자와 배합될 수 있다. 또한, 미국특허 제5,230,833호 (롬버거 등)에 따라 제조된 콜로이드성 연마제 입자 및 악조 노벨 빈드질 50/80 제품 및 날코 1050, 2327 및 2329 제품뿐만 아니라 다른 유사한 제품과 같이 상업적으로 시판되는 다양한 제품이 본 조성물에 사용하기에 적합하다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물 및 방법에 유용한 제2 연마제는 통상적으로 Si(OH)4를 축합하여 콜로이드성 실리카 입자를 형성함으로써 제조되는 콜로이드성 실리카 (축합-중합된 실리카)이다.
본 발명의 기계화학적 연마 슬러리는 일반적으로 약 1.0 내지 약 50.0 중량% 이상의 하나 이상의 금속 산화물 연마제를 포함한다. 그러나, 본 발명의 기계화학적 연마 슬러리가 약 1.0 내지 약 30.0 중량%의 금속 산화물 연마제를 포함하는 것이 더욱 바람직하며, 약 5.0 내지 약 25.0 중량%의 금속 산화물 연마제를 포함하는 것이 가장 바람직하다. 연마제의 혼합물이 사용되는 경우, 본 발명의 조성물에 사용되는 연마제는 약 25 내지 약 60%의 흄드 연마제 및 약 40% 내지 약 75%의 콜로이드성 연마제를 포함하는 것이 바람직하며, 흄드 실리카 및 콜로이드성 실리카가 바람직하다.
다른 공지된 첨가제가 단독으로 또는 배합하여 본 발명의 연마 조성물에 혼입될 수 있다. 선택적인 첨가제의 비제한적인 목록에는 무기산, 유기산, 계면활성제, 알킬 암모늄염 또는 수산화물, 및 분산제, 부가적인 연마제, 산화제, 착화제, 막형성제 등이 포함된다.
이산화규소 및 질화탄탈륨과 같은 유전층이 조성물의 존재하에서 표면을 문지름으로써 (연마함으로써) 상기 설명된 조성물을 사용하여 연마된다. 문지름은 표면의 기계적 평탄화 또는 마모를 수행하며, 이것은 조성물 또는 연마 패드 중의 연마제에 의해 도움을 받으며, 존재하는 경우 유전층을 포함하는 성분을 화학적으로 공격하고 용해하는 기계화학적 연마 슬러리를 생성하기 위하여 연마제에 첨가되는 성분에 의해 촉진된다. 따라서, 연마는 단지 기계적 기작에 의해서만 달성되거나, 또는 기계적 및 화학적 기작의 조합에 의해 달성될 수 있다.
기계적 문지름 또는 연마는 패드와 표면 사이의 상대적 이동으로 지정된 압착력하에서 유전층을 연마 패드와 접촉함으로써 편리하게 수행된다. 패드와 표면 사이의 생성된 동적 마찰은 디스크 표면의 바람직한 마모 및 평탄화를 초래한다. 상대적 이동은 바람직하게는 디스크 표면 중 하나 또는 둘 모두와 패드의 회전을 통하여 달성된다. 전자 산업에서 유리 또는 웨이퍼를 연마하기 위하여 사용되는 상업적으로 시판되는 연마 패드가 사용될 수 있다. 이들 패드는 통상적으로 폴리우레탄 발포체와 같은 미세다공성 중합체, 또는 펠트, 라텍스 충전된 펠트, 조밀 폴리우레탄, 또는 라텍스와 같은 기판에 선택적으로 지지된 소결 우레탄 수지로 이루어진다.
상기 언급한 것처럼, 연마제는 기계화학적 연마 조성물에 혼입되어 기계화학적 연마 슬러리를 형성하거나 또는 연마 패드에 혼입될 수 있다. 이들 경우, 기계화학적 조성물 또는 슬러리는 연마 공정 동안 연마될 기판 표면, 연마 패드 또는 이들 모두에 적용될 수 있다.
본 발명자들은 놀랍게도 본 발명의 염기성 세슘염 함유 연마 조성물이 절연층, 특히 이산화규소 유전층을 높은 효율로 연마할 수 있다는 것을 발견하였다. 구체적으로, 본 발명의 연마 조성물은 규소 함유 기판층, 특히 이산화규소 유전층을 50% 이상의 개방 필드 효율로 연마할 수 있다. 이외에, 본 발명의 연마 조성물은 규소 함유 기판층, 특히 이산화규소 유전층을 85% 이상의 배열 필드 효율로 연마할 수 있다.
본 발명자들은 염기성 세슘염을 포함하는 본 발명의 연마 조성물이 약 0.25 미크론 미만의 소자 선폭을 갖는 집적 회로층을 연마할 수 있는 것으로 알려진 최초의 연마 조성물이라는 것을 확인하였다. 용어 소자 선폭은 평균 게이트 폭을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 조성물 및 방법을 사용하기에 적합한 대표적인 반도체 웨이퍼의 단순화한 도이다. 명확함을 위하여, 도핑된 부위, 활성 소자, 에피텍셜층 (epitaxial layer), 캐리어 및 필드 산화물 층과 같은 잘 공지된 특징부를 사용한다. 앞서 증착된 상호연결 및 앞서 증착된 유전 필름은 생략하였다. 기부 (10)은 단결정 규소, 갈륨 아르세나이드 및 당 분야에 공지된 다른 반도체 물질과 같은, 그러나 이들에 제한되지 않는 반도체 물질을 나타낸다. 기부 (10)은 또한 앞선 레벨의 상호연결 또는 게이트 레벨 유전층을 나타낼 수 있다.
기부 (10)의 상부 표면 상에는 많은 분리된 금속 상호연결 블록 (20) (예를 들면, 금속 전도체 블록)이 있다. 금속 상호연결 블록 (20)은 예를 들면 알루미늄, 구리, 알루미늄 구리 합금, 텅스텐, 폴리규소 등으로부터 제조될 수 있다. 금속 상호연결 블록 (20)은 당분야에 공지된 통상적인 방법에 의해 제조된다. 절연층 (30)이 금속 상호연결 블록 (20)의 상부 및 노출된 기부 부분 (10') 위에 적용된다. 절연층 (30)은 통상적으로 이산화규소, BPSG (보로포스포실리케이트 유리), PSG (포스포실리케이트 유리), 또는 이들의 배합물과 같은 금속 산화물이다. 생성된 절연층 (30)은 종종 지형을 가지며, 바람직한 "평탄" 및(또는) "균일"하지 않는 상부 표면 (32)를 갖는다.
회로의 추가적인 층이 패턴 포토리소그래피를 통하여 적용되기 전에 일반적으로 바람직한 정도의 평탄도 및(또는) 균일도를 달성하기 위하여 절연층 (30)의 상부 표면 (32)를 연마하는 것이 필요하다. 구체적인 필요한 평탄도의 정도는 개별적인 웨이퍼 및 의도된 용도뿐만 아니라, 웨이퍼에게 수행될 수 있는 임의의 후속의 가공 단계의 성상을 포함하여 많은 요인에 따라 달라진다. 단순함을 위하여, 본 출원의 나머지 전반에서 이 방법은 "평탄화" 또는 "연마"를 의미한다.
도 2는 연마 또는 평탄화 이후의 도 1에 나타낸 웨이퍼를 설명한다. 평탄화의 결과로, 절연층 (30)의 연마된 표면 (34)는 후속의 포토리소그래피 공정이 사용되어 새로운 회로 고안이 생성될 때 회로 선폭 특징이 결정될 수 있도록 충분히 평탄화 되어야 한다. 다이 금속 블록 또는 소자 (배열)내에서 밀도가 달라질 수 있다는 것에 주의해야 한다. 통상적으로, 절연층 희박 부위 (36)이 조밀 부위 (38)보다 더 큰 속도로 연마된다. 도 1 및 2에서, 희박 부위 (36)은 분리 금속 블록 (40) 위에 위치하며 조밀 부위는 조밀하게 충전된 금속 상호연결 블록 (20, 20' 및 20")위에 위치한다. 다이를 갖는 이러한 평탄의 비균일성은 WIDNU (다이내 비균일성)로 간주된다.
소자 기술 상태에서 용인될 수 있는 이러한 유형의 비균일성 정도는 소자 특징 (즉, 게이트 폭)이 약 0.25 미크론 미만으로 수축되면서 급격히 감소된다. 비균일성을 최소화하는 한 방법은 절연층을 포함하여 위상을 매우 효과적으로 그러나최소한의 필드 손실로, 즉 희박 부위에서의 절연층의 손실로 제거하는 슬러리 및 방법을 개발하는 것이다. 따라서, 희박 부위를 서서히 연마하는 슬러리 및 연마 공정은 더욱 엄격한 WINDU 내성이 달성되도록 한다. 두 요인이 이러한 더욱 엄격한 WINDU 내성을 성립시킨다. 두 요인 모두 더 작고 더 빠른 컴퓨터 칩에 관련된다. 제1 요인은 포토리소그래피 단계 동안의 초점 깊이의 고려이다. 소자가 0.25 미크론 이하로 수축되면서 스텝퍼 구경은 더욱 작아져 초점 내성의 깊이를 더 얕게 하고, 전체적인 평탄도를 통하여 절연층 두께를 균일하게 만들어 더욱 중요하다. 이외에, 몇몇 상태의 칩에서 성능 속도를 제한하는 것은 하위 상호연결에서 RC 신호 지연이다. RC 신호 지연을 조절하고, 다이를 가로지르는 달성가능한 시간 속도 상수를 유지하기 위하여, 유전 절연층의 개선된 균일성이 요구된다.
얕은 트렌치 분리 (shallow trench isolation)는 절연층을 평탄화하는 또 다른 공정이다. 얕은 트렌치 분리 (STI)는 IC 제조에서 집적 회로에서의 트랜지스터 및 다른 소자를 분리하는 공정 단계이다. STI는 개선된 최소한의 분리 공간, 래치업 및 접합 용량 때문에 다른 분리 기구 이상의 이점을 갖는다. 도 3은 직접 STI 연마의 경우 본 발명에 따른 조성물 및 방법을 사용하기에 적합한 대표적인 반도체 웨이퍼의 단순화된 도면이다. 직접 STI 연마에서, 밀도 효과도 또한 중요하다. 트렌치는 일반적으로 단결정 규소인 반도체 기부 (80)에서 에칭된다. 트렌치의 에칭에 앞서 경질의 마스크 질화규소 (60)이 규소 위에 증착된다. 그 후, 트렌치는 이산화규소 절연층 (70)이 충전된다. 다시 한번, 구성에는 조밀 및 희박 부위가 포함된다. 층간 유전 연마와 달리, STI의 목적은 질화규소가 완전히 노출되고, 트렌치에 단지 산화규소만이 남아있을 때까지 연마하는 것이다. 도 4에서, WIDNU의 잠재적인 해로운 효과는 질화규소 (60) 상의 "정지" 대신에 질화규소가 제거되어 노출된 규소 (62)가 노출될 때 나타난다. 이러한 파괴적인 오류는 일반적으로 분리된 특징부 (64)의 구석의 마모에 의하여 발생한다. STI 연마에서의 밀도 효과를 감소시키는 한 방법은 필드 부위에 높은 선택도를 갖는 슬러리를 사용하는 것이다. 지형이 높은 속도로 제거되어 높은 정도의 WIDNU를 갖는 "평탄"의 표면을 남긴다. 후속의 연마는 질화규소 (90)에 균일하게 일어나고 질화규소 박막화를 최소화한다.
하기 실시예에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 조성물 및 방법은 오늘날의 IC 웨이퍼의 엄격한 평탄화 표준을 달성화하는데 유용하다.
<실시예 1>
본 실시예는 규소 함유 기판을 높은 효율 및 낮은 결함도로 연마하는 각종의 수산화물 조성물을 포함하는 연마 조성물의 능력을 평가한다.
연마 슬러리 조성물은 하기 표 1에 기록하였다. 각 연마 조성물은 캐보트 코포레이션에서 제조한 CAB-O-SPERSE (등록상표) SC_E 흄드 실리카를 포함하였다. 슬러리는 충분한 양의 염기를 각 슬러리에 첨가하여 슬러리 pH를 10.8까지 증가시킴으로써 CsOH 또는 KOH를 사용하여 안정화하였다. 연마 조성물을 사용하여 실험 웨이퍼를 평탄화하였다. 실험 웨이퍼는 알루미늄 라인이 규소 기판 상에 생성된 MIT 표시 마스크의 실험 패턴이었다. 웨이퍼는 대략 9000 Å의 스텝 높이를 가졌다. 패턴은 전체적으로 100 내지 8% 범위의 다양한 밀도를 갖는 250 미크론 라인 피치로, 여기서 100%는 100% 스택 면적을 의미하고, 25%는 라인이 25%가 스택 부위이고 75%가 필드 부위이기에 충분히 두꺼운 것을 의미한다.
필드 측정은 각 웨이퍼의 두 부위 - 개방 필드 및 배열 필드 -으로부터 취하고, 측정치는 효율 계산치로 사용하였다. 배열 필드 측정치는 스택 부위에 가장 근접하게 취하였다. 넓은 개방 (또는 희박) 부위가 통상적으로 실제의 연마 상에 더욱 문제가 되기 때문에, 본 발명자들은 또한 가장 넓은 개방 필드 부위 또는 8% 부위에서의 필드를 측정하고 그 측정치로부터 개방 필드 효율을 계산하여 슬러리 연마 효율을 평가하였다.
IPEC 472 연마 기계를 사용하여 각 웨이퍼를 평탄화하였다. 웨이퍼는 7.5 psi의 하강력, 3 psi의 이면력, 37 rpm의 압반 속도, 24 rpm의 캐리어 속도 및 220 ml/분의 슬러리 유속을 사용하여 연마하였다. 웨이퍼를 60, 90, 120 및 150초 동안 연마하였다. 고정된 연마 간격 (60, 90, 120 및 150초)에서 각 웨이퍼의 경우의 연마 데이터 (스텝 높이, 스택 두께, 필드 두께)를 모았다.
스텝 높이를 측정하기 위한 두가지 방식이 있다. 스텝 높이는 Tencor P20 프로파일러미터로 직접 측정하거나 또는 Tencor Surfscan UV1050으로 측정하고 하기 방정식에 의하여 계산될 수 있다.
스텝 높이 = 초기 스텝 높이 - Δ스택 (초기 스택 두께 - 연마된 스택 두께) + Δ필드 (초기 필드 두께 - 연마된 필드 두께)
각 슬러리가 나타내는 스텝 높이 대 시간의 플롯을 생성하였다. 조정된 연마 곡선을 따라 데이터를 기입함으로써 곡선을 데이터에 맞추어 95% 평탄화가 달성된 (즉, 스텝 높이가 450 Å으로 감소됨) 시간을 측정한다. 하기 식을 사용하여연마 간격 각각에서 평탄화 효율 (εp)를 계산한다.
εp= 1 - Δ필드 두께/Δ스택 두께
그 후, 계산된 평탄화 효율을 시간에 대하여 플롯팅하고, 곡선을 데이터에 맞춘다. 효율 곡선을 취하고, 95% 평탄화가 달성된 시간을 식별하여 95% 평탄화에 도달하는데 필요한 시간에서의 효율을 계산한다.
개방 필드 효율 및 배열 필드 효율을 계산하기 위한 절차는 동일하다. 개방 필드 효율의 경우, 필드 두께 측정치는 8% 밀도 지역에서이다. 배열 필드 효율의 경우, 필드 두께 측정치는 52% 밀도 지역에서이다.
연마 결과, 배열 필드 효율 및 개방 필드 효율을 하기 표 1에 기록하였다.
슬러리 조성 개방 필드 손실(Å) 필드 손실의 개선(%) 개방 필드 효율 배열 필드 효율
10중량%의 실리카;CsOH 4351 19% 감소 55.5% 88.0%
13중량%의 실리카;CsOH 4831 10% 감소 52.7% 84.0%
12.5중량%의 실리카;KOH 5374 49.7% 81.1%
연마 결과는 수산화세슘을 갖는 연마 조성물이 수산화칼륨을 포함하는 연마 조성물보다 더 높은 개방 필드 및 배열 필드 효율로 규소 함유 기판을 연마함을 가리킨다. 구체적으로, 수산화세슘을 포함하는 연마 조성물은 더 낮은 필드 손실, 개선된 개방 필드 효율 및 개선된 배열 필드 효율로 규소 함유 기판을 연마한다.
개방 필드 및 배열 필드 효율은 연마 척도, 연마 기계 및 다른 소모재 및 슬러리에 따라 달라진다. 본 출원의 목적상, 용어 "개방 필드 효율" 및 "배열 필드효율"은 상기 설명된 연마 척도에서 작동되는 IPEC 472 연마 기계를 사용하여 측정되고, 상기에서 설명된 것처럼 계산된 연마 효율을 의미한다.
<실시예 2>
본 실시예에서, CsOH, KOH, 및 NH4OH를 포함하는 연마 슬러리의 평탄화 속도를 평가하였다. 실험된 각 슬러리는 캐보트 코포레이션사에서 제조한 12 중량%의 CAB-O-SPERSE (등록상표) SC-E 흄드 실리카를 포함하였다. 슬러리를 CsOH, KOH 또는 NH4OH를 사용하여 각 염기의 충분한 양을 각 슬러리에 첨가하여 슬러리 pH를 10.8로 증가시켜 안정화하였다. 각 슬러리를 사용하여 실시예 1에서 설명된 방법에 따라 실시예 1에서 설명된 웨이퍼를 연마하였다.
평탄화 결과는 도 5 및 6에서 그래프로 나타내었다. 도 5에 따르면, CsOH 및 KOH의 평탄화 속도는 NH4OH를 포함하는 슬러리보다 더 우수하다. 도 6에 따르면, CsOH를 포함하는 슬러리가 KOH 또는 NH4OH를 포함하는 슬러리에 비해 더욱 효과적으로 규소 기판을 평탄화한다. KOH 및 NH4OH 슬러리에 비해 CsOH 슬러리의 경우 동일한 스텝 높이 이상으로 델타 필드 개선에서 더욱 큰 효율이 나타났다.
<실시예 3>
본 실시예는 상업적으로 시판되는 연마 슬러리의 평탄화 속도를 평가하였다. 두 슬러리를 실험하였다. 첫 번째 슬러리는 KOH로 안정화된 10.5 중량%의 흄드 실리카 분산액인 D7000이었다. 두 번째 슬러리는 클라리안트에서 제조한 30 중량%의암모니아 안정화된 콜로이드성 실리카인 Klebsol 30N50이었다. 각 슬러리를 사용하여 실시예 1에서 설명된 연마 방법에 따라 실시예 1에서 설명된 웨이퍼를 연마하였다.
평탄화 결과를 하기 표 2에 기록하였다.
슬러리 조성 개방 필드 손실(Å) 필드 손실의 개선(%) 개방 필드 효율 배열 필드 효율
D7000 5015 12.4% 감소 52.4% 82.7%
30N50 5726 47.6% 81.4%

Claims (26)

  1. 흄드 연마제 및 약 0.01 내지 약 5.0 중량%의 하나 이상의 Cs+ 염기성 염을 포함하는 기계화학적 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 흄드 연마제가 흄드 알루미나인 기계화학적 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 흄드 연마제가 약 1 내지 약 50 중량%의 흄드 실리카인 기계화학적 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 제2 연마제를 포함하는 기계화학적 연마 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 제2 연마제가 콜로이드성 실리카인 기계화학적 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 연마 조성물이 규소 함유 기판을 50% 이상의 개방 필드 효율로 평탄화하는 기계화학적 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 연마 조성물이 규소 함유 기판을 85% 이상의 배열 필드 효율로 평탄화하는 기계화학적 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 약 1 내지 약 20 중량%의 흄드 실리카를 포함하는 기계화학적 연마 조성물.
  9. 제1항에 있어서, Cs+ 염기성 염이 CsOH인 기계화학적 연마 조성물.
  10. 제9항에 있어서, Cs+ 염기성 염이 CsOH인 기계화학적 연마 조성물.
  11. 약 1 내지 약 25 중량%의 흄드 실리카 및 약 0.1 내지 약 2.0 중량%의 CsOH를 포함하는 기계화학적 연마 조성물.
  12. 약 1 내지 약 50 중량%의 금속 산화물 연마제 및 약 0.01 내지 약 5.0 중량%의 Cs+ 염기성 염을 포함하며, 약 0.25 미크론 미만의 게이트 폭으로 집적 회로를 연마할 수 있는 기계화학적 연마 조성물.
  13. 제12항에 있어서, Cs+ 염기성 염이 CsOH인 기계화학적 연마 조성물.
  14. (a) 물 및 하나 이상의 Cs+ 염기성 염을 포함하는 연마 조성물을 제조하는 단계,
    (b) 평탄화할 기판의 표면에 상기 연마 조성물을 적용하는 단계,
    (c) 상기 평탄화할 규소 함유 기판의 표면에 연마 패드를 접촉시키는 단계, 및
    (d) 상기 평탄화할 규소 함유 기판 표면에 대하여 상기 패드를 이동하며, 여기서 연마제가 상기 연마 조성물과 함께 사용되는 단계를 포함하는, 연마 패드로 규소 함유 기판을 평탄화하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 기계화학적 연마 조성물이 평탄화할 기판의 표면에 적용되기 전에 연마제를 기계화학적 연마 조성물에 첨가하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 연마제가 연마 패드에 혼입되는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 연마 조성물이 규소 함유 유전층을 50% 이상의 개방 필드 효율로 연마하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 연마 조성물이 규소 함유 유전층을 85% 이상의 배열 필드 효율로 연마하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 기판이 약 0.25 미크론 미만의 게이트 폭을 갖는 집적 회로를 포함하는 웨이퍼인 방법.
  20. 제14항에 있어서, 규소 함유 기판층이 이산화규소인 방법.
  21. 제14항에 있어서, 연마 조성물 Cs+ 염기성 염이 CsOH인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 연마 조성물이 약 0.01 내지 약 5.0 중량%의 CsOH를 포함하는 방법.
  23. 제14항에 있어서, 연마제가 흄드 실리카인 방법.
  24. (a) 물 및 약 0.1 내지 약 2.0 중량%의 CsOH를 포함하는 연마 조성물을 제조하는 단계,
    (b) 평탄화할 기판의 표면에 상기 연마 조성물을 적용하는 단계,
    (c) 상기 기판인 이산화규소 유전층의 표면에 연마 패드를 접촉시키는 단계, 및
    (d) 상기 이산화규소 유전층에 대하여 상기 패드를 이동하며, 여기서 흄드 실리카 연마제가 연마 조성물과 함께 사용되고 연마 조성물이 50% 이상의 개방 필드 효율 및 85% 이상의 배열 필드 효율로 규소 함유 유전층을 연마하는 단계를 포함하는, 연마 패드를 사용하여 0.25 미크론 미만의 하나 이상의 게이트 폭을 갖는 집적 회로를 포함하는 웨이퍼의 이산화규소 유전층을 평면화하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 기계화학적 연마 조성물이 평탄화할 기판의 표면에 적용되기 전에 흄드 실리카를 기계화학적 연마 조성물에 첨가하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 흄드 실리카가 연마 패드에 혼입되는 방법.
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