KR20030057362A - 금속 및 금속/유전체 구조의 화학 기계적 연마용 조성물 - Google Patents

금속 및 금속/유전체 구조의 화학 기계적 연마용 조성물 Download PDF

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Abstract

평균 입자 크기가 12 내지 300 nm인 양이온 개질된 SiO2입자 30 중량%를 함유하는 양이온 개질된 실리카졸 2.5 내지 70 부피% 및 하나 이상의 산화제 0.05 내지 22 중량%를 함유하는, pH가 2.5 내지 6인 조성물은 금속 및 금속/유전체 구조를 화학 기계적 연마하기 위한 연마 슬러리로서 탁월하게 적합하다.

Description

금속 및 금속/유전체 구조의 화학 기계적 연마용 조성물{COMPOSITION FOR THE CHEMICAL MECHANICAL POLISHING OF METAL AND METAL/DIELECTRIC STRUCTURES}
본 발명은 고도의 Cu 제거율로 금속 및 유전체 구조를 화학 기계적 연마 (CMP) 하기 위한 조성물, 그의 제조 방법 및 그의 용도에 관한 것이다.
집적 반도체 회로 (IC)는 구조화된 반도성, 절연성 및 전도성 박막으로 구성되어있다. 이런 구조화된 막은 일반적으로, 예를 들면 증착에 의해 도포된 막 재료에 의해 생성되고 미세평판 공정법에 의해 구조화된다. 다양한 반도성, 절연성 및 전도성 층 물질의 조합은 예를 들어 트랜지스터, 축전기, 저항기 및 배선과 같은 IC의 전자 회로 요소를 생성한다.
IC의 품질과 성능은 다양한 층물질의 도포와 구조화의 정확도에 결정적으로 달려있다.
그러나 층의 수가 증가하면, 층의 평판성은 상당히 감소한다. 층의 수가 어느 정도를 넘어서면, 이는 하나 이상의 기능적 요소의 IC 결함을 유발하며 따라서 전체 IC 결함을 유발한다.
층 평판성 감소는 새로운 층이 이미 구조화된 층에 도포되어야 할 때 새로운층의 형성 결과로부터 일어난다. 이러한 구조화는 단위 층당 0.6 μm까지의 높이 차이를 유발한다. 이러한 높이 차이는 층이 거듭될수록 누적되며 다음 층은 더이상 평탄한 표면이 아닌 비평탄면에 도포됨을 의미한다. 첫번째 결과는 이어서 붙여지는 층의 두께가 불균일해지는 것이다. 극단적인 경우, 전자 기능 요소에 결함과 결점이 형성되고 접속 품질이 떨어진다. 더욱이 비평탄 표면은 구조화에도 문제를 가져온다. 충분히 작은 모양을 생산가능케 하기 위해, 미세평판 공정 단계에서 극히 높은 화상 정확도 (DOF, 초점 심도)가 요구된다. 그러나 이러한 구조는 하나의 평면에서만 세심하게 초점이 맞추어지는데, 어떤 위치가 이 평면에서 벗어날수록 화상은 더욱 희미해진다.
상기 문제를 해결하기 위해, 화학 기계적 연마 (CMP)로 알려진 공정이 수행된다. CMP는 평탄한 층이 얻어질 때까지 층의 높은 부분을 제거함으로써 구조화된 표면의 광역 평탄화를 가져온다. 그 결과, 다음 층은 높이 차이 없는 평탄한 표면에 형성될 수 있으며, 구조화의 정밀도와 기능할 IC 요소의 성능이 유지된다.
CMP 공정은 특수한 연마기, 연마 패드, 연마제 (연마 슬러리)의 도움으로 수행한다. 연마 슬러리는 연마기에 있는 연마 패드와 조합하여 연마될 물질을 제거하는데 사용되는 조성물이다.
웨이퍼는 집적 회로가 형성되는 연마된 규소 디스크이다.
CMP 기술의 개요는 예를 들어 문헌 [B.L. Mueller, J.S. Steckenrider Chemtech (1998) pp. 38 -46]에 나와 있다.
특히 반도체 층이 포함된 연마 단계에서는 연마 단계의 정확도 및 결과적으로 연마 슬러리에 부과되는 요구가 특별히 높다.
연마 슬러리의 효과를 특징화하는데 사용되는 파라미터들은 연마 슬러리의 효능의 평가 척도로 사용된다. 이러한 파라미터들은 연마될 물질이 제거되는 비율인 연마율, 존재하는 다른 물질에 대한 연마되는 물질의 연마율의 비인 선택성 및 평탄화의 균일성과 관련된 변수를 포함한다. 평탄화의 균일성에 사용되는 변수들은 보통 웨이퍼 불균일성 (WIWNU)과 웨이퍼 대 웨이퍼 불균일성(WTWNU), 및 단위면적당 결점수 내에 있다.
Cu 식각장식 공정으로 알려진 공정은 집적 회로 (IC)의 생산에 점차적으로 많이 사용되고 있다 [비교, 예를 들면, "Microchip Fabrication; A Practical Guide to Semiconductor Processing", Peter Van Zant, 4thed., McGraw-Hill, 2000, pp 401 - 403 and 302 -309 and "Copper CMP: A Question of Tradeoffs", Peter Singer, Semiconductor International, Verlag Cahners, May 2000, p 73 -84]. 이 경우, Cu 배선을 형성하기 위해 Cu 층을 연마 슬러리로 화학 기계적 연마할 필요가 있다 (소위 Cu-CMP 공정). 최종적인 Cu 배선은 유전체에 매립된다. Cu와 유전체간에는 차단층이 있다. Cu-CMP 공정의 선행기술은 두단계 공정이다. 즉, 많은 양의 Cu를 제거하는 것을 보증하는 연마 슬러리를 사용하여 Cu 층을 먼저 연마한다. 그런 다음 빛나게 연마된 유전체와 매립된 배선을 가진 최종적인 평탄 표면을 생산하기 위해 2차 연마 슬러리를 사용한다.
1차 연마 단계는 높은 선택성을 지닌 연마 슬러리를 사용한다. 즉 Cu의 연마율은 가능한 한 높으며 그 아래 차단층 물질의 연마율은 가능한 한 낮다. 연마 공정은 차단층이 Cu 아래에서 드러나는 순간 자동적으로 중지된다.
차단층은 이후 2차 연마단계에서 제거된다. 이때에는 차단층에 높은 연마율을 지닌 연마 슬러리를 사용한다. Cu의 연마율은 차단층의 연마율 이하이다.
선행 기술에서는 예를 들어 산화티타늄, 산화규소 또는 산화알루미늄 등이 1차 연마 단계용 연마 슬러리의 연마제로 사용한다 [비교, 예를 들면, WO-A 99/64527, WO-A 99/67056, US-A 5,575,837 및 WO-A 00/00567]. 산화알루미늄을 함유한 연마 슬러리의 단점은 높은 경도인데, 이는 웨이퍼 표면의 흠량을 증가시킨다. 이 효과는 산화알루미늄을 용융 공정이 아니라 증기상 공정을 사용하여 생산하면 감소시킬 수 있다. 이 공정은 많은 수의 작은 1차 입자들(응집체)이 소결된 불규칙적인 형태의 입자를 만든다. 증기상 공정은 또한 이산화티타늄 또는 이산화규소 입자의 생산에도 사용될 수 있다. 원칙적으로, 모난 입자들이 원형, 구형 입자들보다 강하게 흠을 낸다.
실리카졸 입자들은 표면 음전하를 띤 개개의, 비응집 또는 비응결된 둥근 구형의 입자들이다. 그것들은 비결정성이고 밀도는 증기상 공정에서 나오는 이산화규소 입자들보다 낮다. 결과적으로 실리카졸 입자들은 더 부드럽다. 그러므로, 실리카졸 입자들의 알갱이 형태와 연성은 부드러운 Cu 표면을 긁지 않는 연마 슬러리 생산에 최상의 조건을 제공함을 의미한다.
WO-A 99/67056에는 알루미늄산염 이온으로 개질되고 Na 이온으로 안정화된 실리카졸을 사용한다. 그러나 집적 회로의 화학 기계적 연마용 연마 슬러리의 액상에서의 높은 수준의 Na 이온은 바람직하지 않다.
더욱이, EP-A 1 000 995에서는 유전체 구조를 연마하기 위한 양이온 개질된 실리카졸을 사용하지만 산화제는 첨가되지 않았다. 금속 대 차단층 선택성에 관한 언급은 전혀 없다.
상기 언급된 선행 기술로부터 알려진 연마 슬러리들은 모두 선택성, 특히 금속 대 차단층 선택성이, 예를 들면 막형성제 또는 유기 화합물과 같은 다수의 첨가제의 조합에 의해 맞추어져야 하며, 산화제 존재시 연마제 및 pH에 의해서 예정되기만 하는 금속대 차단층 선택성이 매우 낮은 (<20:1) 단점들을 가지고 있다..
그러므로, 본 발명의 목표는 선행기술과 비교하여 개선되며 금속 및 금속/유전체 구조를 ≥3000 Å/분의 높은 금속 제거율 및 20:1 이상의 금속 대 차단층 선택성으로 화학 기계적 연마하기에 적합한 실리카졸을 기초로 한 조성물을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 이제 이 목표는 연마제로서의 표면 양이온를 띤 실리카졸 및 산화제를 함유하며 및 산성 pH를 지닌 조성물에 의해 이루어짐을 발견하였다.
그러므로, 본 발명의 주제는 평균 입자 크기가 12 내지 300 nm인 양이온 개질된 SiO2입자 30 중량%를 함유하는 양이온 개질된 실리카졸 2.5 내지 70 부피% 및 하나 이상의 산화제 0.05 내지 22 중량%를 함유하는, pH가 2.5 내지 6인 조성물이다.
본 발명의 본문에는 아래의 용어 정의가 적용된다.
금속은 W, Al, Cu, Ru, Pt 및 Ir 원소 및/또는 그의 합금, 탄화물 및/또는 그들의 탄질화물들을 포함한다.
유전체는 유기 및 무기 유전체를 포함한다. 유기 유전체의 예는 SiLKTM(다우 케미칼 컴파니), 폴리이미드, 플루오르화 폴리이미드, 다이아몬드상 탄소, 폴리아릴에테르, 폴리아릴렌, 파릴렌 N, 시클로텐, 폴리노르보넨 및 테플론이 있다. 무기 유전체는 예를 들어 주성분으로 SiO2유리를 기초로 하고 있다. 불소, 인, 붕소 및/또는 탄소는 추가 성분으로 존재할 수 있다. 이러한 유전체의 전통적인 명칭은 예를 들어 FSG, PSG, BSG, 또는 BPSG인데, SG는 유리위의 스핀을 표현한다. 이러한 유전층을 제작하기 위한 다양한 제작법이 알려져 있다 [참조, 예를 들어 Peter Van Zant, 4thed., McGraw-Hill, 2000, pp. 363 -376 and 389-391]. 게다가, 실세스퀴옥산 (HSQ, MSQ)은 고도로 중합되어서 무기상태에 근접한 유전체로 알려져 있다.
차단층은 Ta, TaSi, TaN, TaSiN, Ti, TiN, WN, WSiN, SiC, 추가 성분으로 산소를 지닌 규소 옥시탄화물, 규소 옥시질화물, 규소 옥시탄질화물 및/또는 Si3N4를 포함한다.
본 발명에 따른 조성물에 사용되는 실리카졸은 SiO2입자가 표면에서 양 하전된, 콜로이드성 실리카 졸의 수성, 산성 현탁액을 포함하는 양이온 개질된 졸이다. 표면 개질은 가용성인, 3가 또는 4가 금속 산화물, 금속 옥시염화물, 금속 옥시수화물, 금속 질산염, 금속 황산염, 금속 옥시황산염 및/또는 금속 옥살산염에 의한 비개질된 실리카졸의 반응에 의해 이루어질 수 있는데, 적합한 금속의 예는 Al, B, Fe, Ti, Zr, Ga, Mn 및/또는 In이다. 본 발명에 따르면, 알루미나 개질된 실리카졸이 바람직하다. 이 유형의 실리카졸은 공지이다 [참조, 예를 들면 R.K. Iler, "The Chemistry of Silica", John Wiley & Sons, pp 410-411]. 상대이온의 예는 CH3COO-, NO3 -, Cl-또는 SO4 2-이다. CH3COO-이 바람직한 상대이온이다. 실리카졸의 일차 입자들은 응결 또는 응집되어 있지 않다.
본 발명에 따른 조성물에 존재하는 양이온 개질된 실리카졸은, 예를 들면 우선 3가 또는 4가 금속 산화물, 금속 옥시염화물, 금속 옥시수화물, 금속 질산염, 금속 황산염, 금속 옥시황산염 및/또는 금속 옥살산염, 바람직하게는 알루미늄 히드록시염화물을 모두 용해시키고, 필요하면 아세트산을 첨가하고, 그 후에 그것을 불안정한 또는 나트륨 또는 바람직하게는 칼륨 이온에 의해 안정화되는 알칼리성 실리카졸과 교반시키며 혼합시킴으로써 생성된다. 안정적인, 양이온 개질된 실리칼졸의 pH는 2.5 내지 6이다. 3가 또는 4가 금속 산화물, 금속 옥시염화물, 금속 옥시수화물, 금속 질산염, 금속 황산염, 금속 옥시황산염 및/또는 금속 옥살산염의 양은 바람직하게는 SiO2입자들의 표면을 완전히 덮을 정도이다.
양이온성 실리카졸에 적합한 생산 방법의 변화는 알카리 금속으로 안정화된실리카졸에서 수행되는 알루미늄 개질과 이후의 산 이온교환수지를 이용한 전하 이동으로 이루어진다. 적당하다면, 필요한 pH를 맞추기 위해 추가량의 산이 산성 실리카졸에 첨가된다.
본 발명에 따라 사용되는 실리카졸의 양이온 개질된 SiO2입자들의 평균 입자 크기는 12 내지 300 nm, 바람직하게는 30 내지 200nm, 매우 특별히 바람직하게는 35에서 90 nm이다. 본원에서는 평균 입자 크기가 초원심분리를 이용하여 결정된 d50입자 크기 직경의 의미로 이해될 것이다.
본 발명에 따른 조성물은 양이온 개질된 SiO2를 일반적으로 1 내지 21.5 중량%, 바람직하게는 3 내지 15 중량%, 특히 바람직하게는 5 내지 10 중량% 함유한다.
바람직한 실시태양에서, 발명에 따른 조성물에 존재하는 양이온 개질된 실리카졸은 다봉 크기 분포 곡선을 가지고 있다. 현탁액의 양상을 결정하는 알려진 측정법은 문헌 [H.G. Mueller Colloid Polym. Sci. 267; 1989, pp. 1113-1116]에 기술되어있다.
본 발명에 따른 제조는 특별히 양봉 (bimodal) 입자 크기 분포를 가지며, 양봉 입자 크기 분포의 최대 A (d50A)는 바람직하게는 10 내지 100 nm의 범위에 있고, 최대 B (d50B)는 40 내지 300 nm의 범위에 있으며, 최대 A + 10 nm < 최대 B인 실리카졸을 함유하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 조성물에서 바람직하게 사용된 양봉 실리카졸은 단봉 실리카졸을 혼합함으로써 바람직하게 생성된다.
양봉 실리카졸은 실리카졸 합성동안 직접 생성될 수도 있다.
3가 또는 4가 금속 산화물에 의한 표면 개질은 실리카졸의 혼합 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에 적합한 산화제의 예는 HNO3, AgNO3, CuClO4, H2SO4, H2O2, HOCl, KMnO4, 암모늄 퍼옥소디설페이트, KHSO5, 옥살산 암모늄, Na2CrO4, UHP, 과염소산철, 염화철, 구연산철, 질산철, HIO3, KIO3또는 HClO3이다. 과산화수소와 암모늄 퍼옥소디설페이트가 바람직하다.
본 발명에 따른 조성물은 바람직하게는 0.05 내지 22 중량%의 하나 이상의 산화제를 함유한다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 조성물은 3 내지 15 부피%의 과산화수소를 함유한다. 조성물은 특히 바람직하게는 5 내지 12 부피% 및 아주 특히 바람직하게는 7 내지 10 부피%의 과산화수소를 함유한다.
용이하게 다룰 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 조성물의 과산화수소는 희석된 과산화수소 용액의 형태로 또한 첨가할 수 있다.
마찬가지로 바람직한 실시태양에서 본 발명에 따른 조성물은 산화제로서 암모늄 퍼옥소디설페이트를 0.01 내지 6 중량%로 함유한다.
본 발명에 따른 조성물의 pH는 2.5 내지 6의 범위에 있다. 3 내지 5 범위가바람직하고, 3.5 내지 4.5의 범위가 아주 특히 바람직하다. 조성물의 pH는 일반적으로 실리카졸에 염기를 첨가함으로써 맞춰진다. 염기의 양은 원하는 pH에 좌우된다. 적합한 염기의 예는 KOH, 구아니딘 및/또는 구아니딘 탄산염이다. 본 조성물의 pH는 염기의 수용액을 실리카졸에 첨가하여 바람직하게 맞춰진다.
양이온 개질된 실리카졸의 Na 함량은 바람직하게는 0.2 중량% 미만의 Na, 특히 바람직하게는 0.05 중량% 미만의 Na, 및 아주 특히 바람직하게는 0.01 중량% 미만의 Na이다.
금속에 대한 부식 억제제, 예를 들면 벤조트리아졸 아민과 같은 추가의 표준 첨가제가 본 발명에 따른 조성물에 첨가될 수 있다.
더구나, 금속을 수용성으로 만드는, 예를 들면, 구연산, 구연산염, 아미노산, 아스파르트산, 타르타르산, 숙신산 및/또는 그것들의 알칼리 금속염과 같은 금속의 착화제가 본 발명에 따른 조성물에 첨가될 수 있다.
본 발명은 또한 평균 입자 크기가 12 내지 300 nm이고 pH 범위가 2.5 내지 6인 양이온 개질된 SiO2입자를 1 내지 21.5 중량%로 함유하는 양이온 개질된 실리카졸을 하나 이상의 산화제 0.05 내지 22 중량%와 혼합하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
만약 H2O2가 산화제로 사용된다면, 그것은 본 발명에 따른 조성물이 금속 및 금속/절연체 구조를 연마하는데 사용되기 직전에 첨가되는 것이 바람직하데, 충분한 혼합이 이루어져야 한다. 이것은, 예를 들면, 적합한 혼합 노즐을 이용하여 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물이 즉시 이용 가능한 연마 슬러리로서의 연마 패드에 적용되기 직전에, 사용되는 곳에 직접 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 반도체, 집적 회로 및 미세전기기계 시스템을 연마하기 위한 연마 슬러리로서의 본 발명에 따른 조성물의 용도에 관한 것이다.
연마되는 금속은 바람직하게는 Al, Ru, Pt, Ir, Cu 및 W 및/또는 그들의 합금, 탄화물 및/또는 탄질화물들을 포함한다.
연마되는 절연체는 바람직하게는 SiLKTM, 폴리이미드, 플루오르화폴리이미드, 다이아몬드상 탄소, 폴리아릴에테르, 폴리아릴렌, 파릴렌 N, 시클로텐, 폴리노르보넨, 테플론, 실세스퀴옥산, SiO2유리 또는 불소, 인, 탄소 및/또는 붕소가 추가성분으로 존재하는 주성분의 SiO2유리이다.
연마되는 차단층은 바람직하게는 Ta, TaSi, TaN, TaSiN, Ti, TiN, WN, WSiN, SiC, 규소 옥시질화물, 규소 옥시탄화물, 규소 옥시탄질화물 및/또는 Si3N4이다.
실시예
실리카졸의 생산
a) 평균 입자 크기가 78 nm인 산성 실리카졸
사용된 실리카졸을 다음의 방법으로 생산하였다. 18 kg의 물에 2.25 kg의 Al2(OH)5Clㆍ2-3H2O 및 0.560 kg의 아세트산 (98% 강도)을 첨가하였다. 그리고 나서, 21 kg의 실리카졸 레바실 (Levasil, 등록상표) 50/50 % (Bayer, AG, 평균 입자크기 75 nm, 고체 함량 50 중량%)을 첨가하였다. pH는 3.8이었다.
b) 평균 입자 크기가 78 nm인 산성인, 저나트륨 실리카졸
사용된 실리카졸을 다음의 방법으로 생산하였다. 4 kg의 물에 2.25 kg의 Al2(OH)5Clㆍ2-3H2O 및 0.560 kg의 아세트산 (98% 강도)을 첨가하였다. 그리고 나서, 35 kg의 나트륨 함량 < 100 ppm인 실리카졸 레바실 (Levasil, 등록상표) 50/30 % (Bayer, AG, 평균 입자 크기 78 nm, 고체 함량 30 중량%)을 첨가하였다. 이 산성 졸의 pH는 3.8이었다.
c) 평균 입자 크기가 30 nm인 산성인, 저나트륨 실리카졸
사용된 실리카졸을 다음의 방법으로 생산하였다. 4 kg의 물에 2.25 kg의 Al2(OH)5Clㆍ2-3H2O 및 0.560 kg의 아세트산 (98% 강도)을 첨가하였다. 그리고 나서, 35 kg의 나트륨 함량 < 100 ppm인 실리카졸 레바실 (Levasil, 등록상표) 100 K/30 % (Bayer, AG, 평균 입자 크기 78 nm, 고체 함량 30 중량%)을 첨가하였다. 이 산성 졸의 pH는 3.7이었다.
연마 실험
웨스텍 (Westech, USA)의 연마기 IPEC 372M를 이용하여 연마실험을 실시했다. 연마 파라미터는 표 1에 나타나 있다. Cu, Ta 및 SiO2로 코팅된 150 mm의 웨이퍼를 연마하였다. PVD (물리적 증착) 방법을 이용하여 Cu 및 Ta를 부착시키고, Si 웨이퍼를 산화하여 SiO2를 생산하였다.
연마기: IPEC 372M 연마 파라미터 A 연마 파라미터 B
작업 휠 (연마 패드) 회전 속도 42 rpm 30 rpm
연마헤드 (웨이퍼) 회전 속도 45 rpm 35rpm
적용 압력 34.5 kPa (5.0 psi) 34.5 kPa (5.0 psi)
배면 압력 13.8 kPa (2.0 psi) 27.6 kPa (4.0 psi)
슬러리 유속 150 ml/분 150 ml/분
연마 패드 로델 플리텍스 레귤러 E.TM 로델 IC 1400
실시예 1
이 연속된 시험에서, 예 a)에 기술된 것과 같은 실리카졸을 이용하여 0, 3, 5, 7 및 10 중량%의 H2O2를 함유하는 연마 슬러리를 생산하였다. 각각의 경우에 SiO2의 함량은 10 중량%이었다.
하기의 과정에 따라서 10 중량%의 SiO2및 10 부피%의 H2O2를 함유하는 연마 슬러리 1 리터를 만들었다.
300 ml의 30 중량%의 SiO2함유 실리카졸 (ζ= 1.19 g/cm3)을 교반하면서 270 ml의 증류슈로 희석하였다. 그리고 나서, 430 ml의 30 % 강도 H2O2용액 (중량 용액 30 % 강도, J.T. Baker, VLSI Grade)를 첨가하였고 (ζ= 1.11 g/cm3) 10 분 동안 계속 교반하였다. 연마 슬러리의 밀도는 약 1.1 g/cm3였다. 순수한 H2O2의 밀도는 1.41 g/cm3이다.
동일한 방법으로 0, 3, 5 및 7 부피%의 H2O2를 함유하는 연마 슬러리를 생산하였다.
연마 슬러리를 생산한 후에 연마 파라미터 A 세트를 이용하여 웨이퍼를 즉시 연마하였다. 그 결과는 표 2에 나타내었다.
H2O2농도 (부피%) 제거율 (Å/분) Cu : Ta 선택성 Cu : 산화물 선택성 Ta : 산화물 선택성
Cu Ta SiO2
0 24 - - - - -
3 3406 100 60 34 57 1.7
5 5000 131 67 38 74 2.0
7 5820 140 69 42 84 2.0
10 7360 86 64 86 115 1.3
실시예 2
이 연속된 실험에서 실시예 1에 기술된 동일한 방법으로 예 a)에 따른 실리카졸을 이용하여 0, 3, 5, 7, 10 및 15 부피%의 H2O2를 함유하는 연마 슬러리를 생산하였다. 연마제 함량은 각각의 경우에 10 중량%였다. 평균 입경이 30 nm 및 15 nm인 실리카졸을 계속해서 이용하였다 {레바실 (등록상표) 100 S/30 % 및 레바실 (등록상표) 200 S/30 %, Bayer AG).
연마 슬러리를 생산한 후에 연마 파라미터 B 세트를 이용하여 웨이퍼를 즉시 연마하였다. 그 결과는 표 3에 나타내었다.
H2O2농도 (부피%) 제거율 (Å/분)
실리카졸 78 nm 30 nm 15 nm
0 264 208 164
3 1937 3505 2104
5 2920 4041 3811
7 3762 6193 4365
10 4968 8078 3926
15 8787 7055 3418
실시예 3
10 중량%의 연마제 및 다양한 H2O2함량을 함유하는 연마 슬러리에 대하여 Cu의 정적 에칭율 (static etch rate, SER)를 결정하였다. 예 c)에 따른 평균 입자 크기가 30 nm인 저나트륨 실리카졸을 이용하였다. 액상만이 Cu에 대한 연마 슬러리의 순수한 화학적 공격을 한다. 실리카졸 입자로부터의 어떠한 가능한 영향 (입자에 의한 Cu 표면의 커버)을 제거하기 위해서 실리카졸을 원심분리하였다. 실리카졸의 액상에 남아 있는 고체 함량은 약 1 %였다. 미네랄을 제거한 물로 손실된 고체 부피를 대신하였다. 이러한 개질된 실리카졸을 이용하어 연마 슬러리를 제조하였다. 그 결과는 표 4에 나타내었다.
함량 용액 SER
H2O2 H2O2 H2O2, 30 중량% 실리카졸 H2O 총 용액 nm
(중량%) (부피%) (g) (g) (g) (g)
0 0.00 0.00 4.76 15.24 20 5
3 2.11 2.00 4.76 13.24 20 11
5 3.55 3.33 4.76 11.91 20 8
7 5.01 4.67 4.76 10.57 20 5
10 7.24 6.67 4.76 8.57 20 2
14 10.30 9.33 4.76 5.91 20 2
본 발명의 조성물은 선행 기술에 비해 개선된 것으로서 금속 및 금속/유전체 구조를 ≥3000 Å/분의 높은 금속 제거율 및 20:1 이상의 금속 대 차단층 선택성으로 화학 기계적 연마하기에 적합한, 실리카졸을 기초로 한 조성물이다.

Claims (12)

  1. 평균 입자 크기가 12 내지 300 nm인 양이온 개질된 SiO2입자 30 중량%를 함유하는 양이온 개질된 실리카졸 2.5 내지 70 부피% 및 하나 이상의 산화제 0.05 내지 22 중량%를 함유하는, pH가 2.5 내지 6인 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 양이온 개질된 실리카졸이 가용성인, 3가 또는 4가 금속 산화물, 금속 옥시염화물, 금속 옥시수화물, 금속 질산염, 금속 황산염, 금속 옥시황산염 및/또는 금속 옥살산염에 의한 비개질된 실리카졸의 표면 개질에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 양이온 개질된 SiO2입자 1 내지 21.5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온 개질된 SiO2입자가 양봉 입자 크기 분포를 지니고, 양봉 입자 크기 분포의 최대 A는 10 내지 100 nm의 범위에 있고, 최대 B가 40 내지 300 nm의 범위에 있으며, 최대 A + 10 nm < 최대 B인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 산화제 0.05 내지 22 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 한 항에 있어서, 과산화수소 3 내지 15 부피%를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아 퍼옥소디설페이트 0.1 내지 6 부피%를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 금속 및 금속/절연체 구조를 연마하기 위한 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 따른 조성물의 용도.
  9. 제8항에 있어서, 금속이 Al, Ru, Pt, Ir, Cu 및/또는 W 및/또는 그들의 합금, 탄화물 및/또는 탄질화물인 것을 특징으로 하는 용도.
  10. 제8항 또는 9항에 있어서, 유전체가 SiLKTM, 폴리이미드, 플루오르화 폴리이미드, 다이아몬드상 탄소, 폴리아릴에테르, 폴리아릴렌, 파릴렌 N, 시클로텐, 폴리노르보넨, 테플론, 실세스퀴옥산, SiO2유리 또는 불소, 인, 탄소 및/또는 붕소를 추가성분으로 갖는 SiO2유리인 것을 특징으로 하는 용도.
  11. 제8항 내지 10항중 어느 한 항에 있어서, 반도체, 집적 회로 및 미세전기기계 시스템을 제작하기 위한 용도.
  12. 평균 입자 크기가 12 내지 300 nm이고 pH의 범위가 2.5 내지 6인 양이온 개질된 SiO2입자를 1 내지 21.5 중량%로 함유하는 양이온 개질된 실리카졸을 하나 이상의 산화제 0.05 내지 22 중량%와 혼합하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 조성물의 제조 방법.
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