KR20030074821A - 오존을 사용한 화학 기계식 평탄화 - Google Patents

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샤오웨이 샹
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이케이시 테크놀로지 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 수성액 내에 혹은 평탄화할 표면에 직접 가해지는 가스로서 화학 기계식 평탄화에 시약으로서 오존(O3)의 사용에 관한 것이다. 오존을 함유하는 수성액은, 선택적으로, 연마 입자들 및/또는 탄산염 및 중탄산염 음이온들, 및 포름산, 수산, 초산 및 글리콜산과 같은 유기산들을 포함하는, 오존과 함께 용해되는 첨가 CMP 시약들을 함유할 수 있다. 첨가될 수 있는 연마제들은 알루미나, 실리카, 스피넬, 산화 세륨, 및 지르코니아를 포함한다. 수성액 내 전형적인 오존 농도는 대략 1ppm에서 포화농도까지의 범위이다. 암모늄염, 특히, 탄산암모늄은 오존 함유 수성액과 함께 평탄화를 촉진시킨다. 무기뿐만 아니라 유기의 낮은 k의 유전물질 및 금속들을 산화시키기가 어려운 물질들은 본 발명에 따른 오존 시약들로 평탄화될 수 있다.

Description

오존을 사용한 화학 기계식 평탄화{Chemical-Mechanical Planarization using Ozone}
화학-기계식 평탄화(CMP)는 집적회로들의 제조시 웨이퍼 표면들로부터 각종의 물질들을 제거하고, 그럼으로써 정확한 패터닝과 이에 이은 층들의 피착을 용이하게 하는 실질적으로 평탄한 표면을 생성하는 공정이다. 전형적인 CMP 공정들은 물질 제거와 평탄화를 용이하게 하기 위해 웨이퍼와 연마 패드 간에 적합한 CMP 시약을 도입시키면서 평탄화할 웨이퍼와 접촉하여 회전하는 연마 패드를 사용한다. CMP 시약들은, 특히, 연마제 입자들 및 각종의 산화제들을 함유하는 연마제 슬러리를 포함한다. CPM에 사용되는 연마제 입자들은, 특히, 알루미나, 실리카, 스피넬(spinel), 산화 세륨(ceria), 지르코니아(zirconia)를 포함한다.
CPM 공정들의 적용 가능한 범위들이, 금속들을 포함하여 매우 다양한 물질들에 적용하도록 확장되었다. 이러한 적용성의 확장으로 금속에 대한 CMP 공정들을 보다 효과적이게 할 새로운 산화제들을 계속적으로 찾게 되었다. 과산화수소, 포타슘 페리시아나이드, 과옥소산, 하이드록시라민 및 이의 염과 같은 산화제들, 및 그 외 이러한 산화들은 이러한 계속적인 탐색으로 나온 것으로, 현재 금속에 대한 CMP 공정들에서 채용되고 있다. 그러나, 이들 산화제들은, 특히, CMP 공정영역에서 처리하여 제거되어야 할 이온성 폐수와 같은 폐수의 생성을 포함하는 몇 가지 결점들이 있다. 또한, 이들 폐수들은 웨이퍼 표면들 자체로부터의 금속 산화물들을 포함할 수도 있다. 이러한 폐수들은 다소 복합적이어서 효과적으로 처리하여 처분하기가 매우 어렵다. 전술한 이유로, 특히, 금속에 대한 CMP 공정들을 보다 효과적이게 하고 종래의 CPM의 전형적인 이온성 복합성 폐수들의 처리에 연관된 해결할 문제점들 및 환경에의 이들 폐수들의 연관된 위험을 감소시키게 할 산화제의 필요성이 있다.
본 발명은 CMP 공정들(전형적으로 금속들에 대한 CMP)의 유효성을 증가시키고 및/또는 수성 및/또는 가스 형태의 오존(O3)을 이용함으로써 환경 친화적으로 최근의 이온성 복합성의 폐수들을 처리하여 처분해야 하는 과제들을 개선하는 화학 조성물 및 공정들을 제공한다. 예를 들면 본 발명에 따른 화학 조성물 및 공정들은, 저 유전상수('낮은 k")의 유기물질들에 대한 CMP 공정만이 아니라, 텅스텐, 구리, 은, 금, 백금, 이리듐, 루테늄, 및 알루미늄 금속들에 대한 CMP 공정들에 특히 잇점이 있다.
오존은 CMP 공정과는 별개로 오염제어 및 세정에 사용되는 세정용액들의 성분으로서 사용되고 있다. 예를 들면, Stanley Wolf 및 Richard N. Tauber,SILICON PROCESSING FOR THE VLSI ERA, Volume 1: PRocess Technology, 2판 (Lattice Press, 2000), 131-133 페이지를 참조할 수 있다. CMP에 이은 웨이퍼 표면들에 대한 오존 세정은 예를 들면 E. K. Greiger 등의 미국특허 6,100,198에 기재되어 있다. 오존은 집적회로에 필수적인 구조물들의 형성시 산화제로서도 사용되고 있다. 예를 들면, Thakur 등에 의한(미국특허 5,672,539 및 6,072,226) 필드 분리 구조 형성에서는 오존을 증가시킨 실리콘 국부 산화를 사용하고 있다. Chen 및 Tu(미국특허 5,869,394) 및 Jang 등(미국특허 6,143,673)에 의한, 집적회로들 상에 유전층들의 형성에서는 오존이 농후한 TEOS층들(테트라에톡시실란 층들)이 사용되었다.
그러나, 종래 기술과는 달리, 본 발명은 CMP 실시에서 시약으로서 오존을 이용한다. 오존은 평탄화할 표면에 직접 전달된 가스 형태로 사용되고, 및/또는, 다른 CPM 시약들과 조합하여 선택적으로 연마 입자들과 조합하여 사용되거나, 혹은 여기 기술된 및/또는 이 기술에 통상의 지식을 가진 자들에게 명백한 다른 실시예들에서 사용되는, 오존 함유 수성액 형태로 사용된다.
발명의 개요
본 발명은 화학 기계식 평탄화에서 시약으로서 오존(O3)의 사용에 관한 것이다. 오존은 수성액 내에 포함하거나 가스로서의 몇 가지 형태로 평탄화할 표면에 전달될 수 있다. 오존을 함유하는 수성액은 선택적으로 연마 입자들 및/또는 오존과 함께 용해되는 첨가 CMP 시약들을 선택적으로 함유할 수 있다. 오존과 함께CMP에서 함께 유용한 시약들은 탄산염 및 중탄산염 음이온들, 및 포름산, 수산, 초산 및 글리콜산과 같은 유기산들을 포함한다. 오존은 평탄화할 표면에 가스 형태로 전달될 수 있다. 전술한 오존 함유 시약들의 화합물들은 본 발명의 범위 내에서, 오존을 함유하지 않는 CMP 시약과 함께 CPM에 사용될 수 있다.
오존(O3)은 오존 발생기에 의해서 통상 플라즈마 혹은 이온 필드인 에너지 필드에 산소를 통과시키고, 이곳에서(in situ) 오존을 형성함으로써 형성된다. 본 발명의 일부 실시예들에서는 편의로, 오존 함유 시약(들)이 소모될 CMP 장치 근처에 필요시 현장에서, 오존 및/또는 오존 함유 시약(혹은 시약들)을 발생시킨다. 본 발명의 일부 실시예는 수성액을 형성하도록 물(바람직하게는 DI 물)에 용해되는 오존을 이용한다. 통상 DI 물 내의 오존 농도는 대략 1 ppm(part-per-million) 내지 혹 20 ppm을 넘을 수 있는 포화상태까지의 범위가 될 것이다. 이러한 수성액은 표면을 평탄화하기 위해 웨이퍼 표면과 연마 패드 사이에 용액을 분배시켜, CMP에 직접 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 첨가 연마제 및/또는 반응성 화합물들과 함께 물에 용해되는 오존을 이용한다. 첨가될 수 있는 연마제들은 알루미나, 실리카, 스피넬, 산화 세륨, 및 지르코니아를 포함한다. 첨가될 수 있는 다른 시약은 탄산염 및 중탄산염 음이온들, 수산, 포름산, 초산 및 글리콜산을 포함한다.
오존은 본 발명의 다른 실시예들에 따라 평탄화할 표면에 직접 가해질 수 있다.
본 발명의 조성물은 종래의 산화제로 평탄화하기가 어려운 백금 및 그 외 물질들의 CMP에 사용될 수 있다. 다른 금속들은 루테늄, 이리듐, 금 및 알루미늄을 포함한다. 본 발명의 조성물은 보다 나은 표면 마무리로 연마될 수 있게 실리콘과 협력하도록 사용될 수 있다. 물질 제거는 탄산암모늄, 염화암모늄, 및 특히 탄산 암모늄을 포함하는 암모늄염을 포함시킴으로써 본 발명에 따라 촉진될 수 있다.
본 발명에 따른 오존 조성물은 전형적인 유기 중합체, 고무 혹은 이 외의 낮은 k의 물질들을 분해시킴으로써 낮은 k의 유기 유전막들을 직접 연마시킨다.
본 바명의 조성물은 NiP, Cr, Al, SiO2, Si 혹은 Al 금속을 함유하는 막들을 포함하는, 하드 디스크 및 마이크로 전기 기계 구조(MEMS)를 연마하는데 사용될 수도 있다.
본 발명은 집적회로들의 제조에서 표면들의 화학 기계 평탄화를 위한 조성물 및 공정들에 관한 것으로, 특히 화학 기계식 평탄화에서 산화제로서 오존의 사용에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시에들에 따른 오존 발생 및 흐름에 대한 블록도이다.
도 2는 전형적인 화학 기계식 평탄화의 개략적인 단면도이다.
도 3은 화학 기계식 평탄화를 위해 플라텐을 통한 시약(들)의 전달에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 딸, 플라텐을 통한 시약(들) 전달을 위한 공정 흐름도이다.
본 발명은 집적회로들의 제조에서 수행되는 화학 기계식 평탄화("CMP")에서 시약으로서 오존(O3)의 사용에 관한 것이다. 본 발명에 따른 CMP용의 오존은 몇 가지 형태로 사용될 수 있다. 오존은 수성액을 형성하도록 물(바람직하게는 이온이 제거된, "DI" 물) 내에 용해될 수 있다. 오존을 함유하는 수성액은 선택적으로 연마제 입자들 및/또는 오존과 함께 용해되는 첨가 CMP 시약들을 함유할 수도 있다. 오존과 더불어 CMP에서 유용한 시약은 탄산염 및 중탄산염 음이온들, 및 포름산, 초산, 글리콜과 같은 유기산들을 포함한다. 오존은 평탄화할 표면에 가스 형태로 직접 전달될 수 있다. 전술의 오존 함유 시약들의 화합물들은, 본 발명의 범위 내에서, 선택적으로 이외의 오존 비함유 CMP 시약들과 더불어, CMP에서 사용할 수 있다.
오존(O3)은 오존 발생기에 의해서 통상 플라즈마 혹은 이온 필드인 에너지 필드에 산소를 통과시키고, 이곳에서(in situ) 3개의 산소 원자들의 조합으로부터 오존을 형성하는 것을 포함하는 몇 가지 방법으로 형성 혹은 발생될 수 있다. 예를 들면, 오존은 산소 함유 가스에서 무음 방전(silent discharge)에 의해 발생될 수 있다. 스파크 방전과는 달리, 무음 방전은 안정된 플라즈마 방전 혹은 코로나 방전에 관련된다. 방전을 받는 산소분자의 부분은 원자 산소로 분리된다. 이어서, 반응성의 산소 원자들은 이들 스스로 발열 반응으로 산소 분자로 부착되어 3 원자 산소 분자들, 따라서 오존을 형성한다. 오존 수율은 다른 요인들 중에서도 전계 강도 및 동작 온도에 따른다. 동작 온도에의 수율 의존성은 보다 높은 온도에서 식(1)의 평형이 오존으로부터 멀어지므로 오존 수율이 감소한다는 사실에 관련한다.
O2+ O <-> O3(1)
오존 발생기들은 이 기술에 공지되어 있고 시판되고 있다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에서는 편의로, 오존 함유 시약(들)이 소모될 CMP 장치 근처에 필요시 현장에서, 오존 및/또는 오존 함유 시약(혹은 시약들)을 발생시킨다. 이들 실시예들은, 오존이 매우 반응적이고 산소분자 O2에 대해 열역학적으로 불안정하여 상당 시간 동안 오존을 보유해야 하는 과제를 야기한다는 사실로 나타나는 곤란을 극복한다. 그러나, 오존 분해 및/또는 반응률은 느릴 수 있어, 불가능하지는 않지만, 나중에 사용하기 위해 오존 혹은 오존 함유 시약(들)을 저장하기가 어렵게 된다. 설명을 구체적으로 하기 위해서 오존을 현장에서 발생시키는 본 발명의 실시예들을 상세히 기술하고, 그럼으로써 전에 발생된 오존 함유 시약(들)을 이용하는 실시예들은 본 발명의 범위 내에 포함됨이 이해될 것이다.
본 발명의 일부 실시예들은 수성액을 형성하도록 물(바람직하게는 DI 물) 내에 용해된 오존을 이용한다. 전형적으로 DI 물 내의 오존 농도는 대략 1 ppm(part-per-million) 내지 용해 온도에 따라 혹 20 ppm을 넘을 수 있는 포화상태까지의 범위가 될 것이다. 약칭하여, 물에 용해된 이러한 오존 용액을 "조성물 A"라 칭한다.
오존을 발생시키고 수성액에 용해시켜 조성물 A를 형성한 후에, 본 발명의일부 실시예들은 CMP를 위해 직접 조성물 A를 사용한다. 즉, 이들 실시예들에서, 조성물 A는 CMP에 작용하여 평탄화에 이르도록 웨이퍼 표면과 연마 패드 사이에 분배된다. 조성물 A로 CMP를 수행함에 있어서는 통상 종래의 CMP 장비를 사용한다.
구체적으로, 그리고 도 1을 참조하면, 오존 발생기(20)는 산소원(22)에 의해 공급된 산소로부터 오존을 발생한다. 흐름 제어기(flow controller)(24)는 통상 오존 발생기(20)에의 산소 유량을 제어하는데 사용된다. 오존이 일단 발생되었으면, 오존은 DI 물과 같은 수성액(26)으로 옮겨지고 이 곳에서 용해되어 본 발명에 따른 조성물 A를(DI 물이 사용되지 않는다면 변형 조성물 A) 형성한다. 조성물 A(혹은 이의 변형)는 밸브(28)를 거쳐 CMP 공정이 수행되는 CMP 장치(30)로 보내질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이들 실시예들은, 오존 발생기를 실제 CMP 장치(30)에 매우 가까이 놓아 조성물 A 내 함유된 오존의 산화 특성을 최대한 효과적으로 이용할 수 있도록 연마되는 웨이퍼에 실질적으로 바로 인접하게 조성물 A를 공급하는 "사용처 공정"이다.
수성액(26)에서 발생된 조성물 A의 온도는 선택적으로 제어될 수도 있다. 일부 실시예들에서는 수성 오존 용액의 온도를 낮춤으로써 오존의 보다 높은 용해성을 제공하기 위해 냉각기(32)를 사용할 수 있다. 조성물 A를 냉각시키면 보다 높은 농도의 오존을 장기간 유지할 수 있게 된다. 그러나, 통상은 오존의 임계 상한 농도가 있어 이 이상에서는 용해된 오존 간에 바람직하지 못한 반응 및 상호작용이 발생한다. 이러한 임계 농도는 약 20 ppm에서 발생한다.
또한 많은 CMP 공정들은 온도 의존성이다. 따라서, 평탄화 공정의 보다 나은 제어는 CMP 시약들의 온도를 제어함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 실시예들은 첨가한 연마제 및/또는 반응성 화합물과 함께 물에 용해된 오존을 이용한다. 이 또한 도 1에 도시되었다. 도 1에 도시된 실시예들은 조성물 A가 연마제(혹은 연마 슬러리 혹은 용액)(34)와 결합하고 이와 혼합되어 본 발명에 따른 또 다른 족(familiy)의 CPM 시약들 형성하는 것을 나타내고 있다. 약칭하여, 수성 오존(조성물 A)을 포함하는 시약에 다른 첨가물들-다른 시약이 배제되는 것은 아니나-통상 연마제들이 더해진 것을 "조성물 B"로 표기한다. 조성물 A에 첨가될 수 있는 연마제(34)는 알루미나, 실리카, 스피넬, 산화 세륨(ceria), 지르코니아(zirconia), 혹은 이 외의 연마제를 포함한다. 첨가될 수 있는 이 외의 시약들은 탄산염 및 중탄산염 음이온, 포름산, 초산, 글리콜산을 포함한다. 일단 조성물 B가 형성되면 밸브(28)를 통해 금속에 대한 CMP 공정이 수행되는 CMP 장치(30)로 보내질 수 있다.
대안으로, 발생기(20)에서 발생된 오존은 금속에 대한 CMP 공정을 수행하기 위해 밸브(28)를 통해 CMP 장치(30)로 직접 전달될 수도 있을 것이다. 마이크로프로세서 제어기(36)는 오존 발생기(20)에 의한 오존의 발생, 흐름 제어기(24)로부터의 흐름, 수성액(26)과의 오존의 혼합, 밸브(28), 냉각기(32), 및 연마제(34)와의 오존의 혼합을 조절하는데 사용될 수 있다. 또한, 마이크로프로세서 제어기(36) 혹은 별도의 마이크로프로세서를, CMP 장치(30)를 제어하는데 사용할 수도 있다.
CMP 장치(30)는 평탄화에 이르게 하는 연마를 수행하기 위해서 웨이퍼 표면과 연마 패드 사이에, 조성물 A 혹은 조성물 B를 전달하기 위해 통상적인 CMP 전달시스템을 채용할 수 있다. 가스 오존을 평탄화에 사용될 수도 있지만 액체 용액에 오존을 채용하는 공정들보다는 덜 효과적일 것으로 생각되고 웨이퍼 표면에 매우 가깝게 도입시켜야 한다. 가스 오존이 사용된다고 해도, 연마 패드가 필요하고 에칭 부산물을 제거하는데 도움이 되게 위해서 물(혹은 이와 유사한 유체)을 반드시 사용해야 한다.
그러나, 오존이 용액 내에 있어도 오존은 높은 반응성을 갖고 있으며 금속과 접촉하게 되었을 때 통상 다소 수명이 짧다는 것에 유의하는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에 따른 CMP 조성물은, 통상 어떤 종래의 CMP 장치의 경우와 같이(통상 웨이퍼 캐리어 앞에 통상 1 내지 6 인치의 하류에) 더 상류에서 혹은 하류에서 적용되는 대신, 연마되는 웨이퍼에 매우 가깝게 적용되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 2에서, CMP 장치(37)는 평탄화될 웨이퍼 표면(46)을 갖는 웨이퍼(44)를 운반하는 웨이퍼 캐리어(42)에 가까운 위치에서 디스펜서(37)를 통해 연마 패드(38)에 조성물 A 혹은 조성물 B를 분배할 수 있다. 연마 패드는 플라텐(platen)(40) 상에 유지되고, 플라텐이 회전할 때 원심력에 의해서, 분배된 조성물(48)(조성물 A 혹은 조성물 B)이 방사상 바깥쪽으로 분배됨으로써 웨이퍼 표면(46)과 연마 패드(38) 사이에 전달된다. 그러므로, 분배된 조성물(48) 및 웨이퍼 캐리어(42)에 대한 연마 패드(38)의 상대적 운동으로 웨이퍼 표면(46)이 평탄화된다.
또한, 본 발명에 따른 화학 조성물 및 공정들은, 연마되는 CMP 웨이퍼의 실제 면에 조성물들이 플라텐을 통해 전달됨으로써 CMP 웨이퍼 자체의 면 외의 다른 영역들에는 조성물이 거의 노출됨이 없이 매우 양호한 직접적인 접촉을 제공하는것인, 예를 들면, Speedfam IPEC 576, 676 및 776형의 장비에 공통적인 플라텐을 사용하는 유형의 전달 시스템에 잘 맞는다. 예를 들면, 도 3은 본 발명에 따른 화학 조성물들(조성물 A, 조성물 A, 혹은 오존 자체)이 웨이퍼의 표면에 직접 분배되는 궤도 CMP 헤드의 개략도이다. 이러한 CMP 시약(들) 분배 수단으로, 이와 같이 분배된 조성물의 분포가 개선된다.
구체적으로, CMP 장치(30)는 웨이퍼 캐리어(50) 및 플라텐(60)으로 구성된 궤도 CMP 헤드를 포함할 수 있다. CMP 장치(30)는, 플라텐(60) 내에 배치되어, 웨이퍼 캐리어(50)에 의해 운반되는 웨이퍼(52)의 표면에 직접 화학 조성물(조성물 A, 조성물 B, 혹은 오존 자체) 중 어느 하나를 분배하는 연마 패드(66) 내에 개구들(64)과 연통하는 분기관(62)을 통해 조성물들 중 어느 하나를 분배할 수 있다. 이에 따라, 분배된 화학 조성물(조성물 A, 조성물 B, 혹은 오존 자체)은 웨이퍼 표면(54)과 연마 패드(66) 사이에 직접 전달됨으로써 분배된 화학 조성물(68)과 웨이퍼 캐리어(50)에 대한 연마 패드의 상대적 운동으로 웨이퍼 표면(54)이 평탄화된다.
도 4는 본 발명에 따라 여기 기술된 CMP 공정을 개괄한 것이다. 특히, 도 1 및 도 4에서, 오존을 발생하기 위한 오존 발생기로 산소원으로부터의 산소의 흐름을 전하기 위해 산소원이 제공된다. 일단 오존이 발생되면 금속에 대한 CMP 공정이 수행되는 CMP 장치(30)로 전달될 수 있다. 대안으로, 오존은 냉각된 수성액 혹은 냉각되지 않은 수성액(선택적으로 온도가 제어된) 내 용해되어 조성물 A를 형성할 수 있다. 다음에, 냉각된 조성물 A 혹은 냉각되지 않은 조성물 A는 금속에 대한 CMP 공정이 수행되는 CMP 장치(30)에 전달될 수 있다. 대안으로, 냉각된 조성물 A 혹은 냉각되지 않은 조성물 A는 나중에 사용하기 위해 저장해 두거나 연마제와 혼합될 수도 있을 것이다. 냉각된 조성물 A 혹은 냉각되지 않은 조성물 A를 연마제와의 혼합으로 조성물 B가 형성되고 이어서 금속에 대한 CMP 공정이 수행되는 CMP 장치(30)에 전달될 수 있다. 대안으로, 조성물 B는 나중에 사용하기 위해 저장해 둘 수도 있을 것이다.
본 발명에 따른 화학 조성물은 통상 단일 단계의 연마 공정에서 사용된다. 그러나, 이것은 후속되는 공정 단계들 및 최종의 세정 공정에서 또 다른 CMP 조성물(들)을 사용하는 라이트 연마(light polishing)를 행함에 있어 이점이 발견된다면 두(혹은 그 이상의) 단계의 연마 시스템을 배제하는 것은 아니다. 또한, 오존 자체는 고 농도의 유독 가스이므로, 위험도가 과산화 수소나 그 외 유사하게 유독한 조성물 혹은 슬러리들로 알 수도 있을 정도와 동일한 정도라 하더라도, 본 발명에 따른 공정들은 밀폐형 시스템이 갖추어진 연마 툴에 적용될 것이다. 일반적으로, CMP 화합물들은 통상 이들 모두가 높은 산화력을 갖기 쉽기 때문에 상당히 조심해서 취급하여야 한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 공지의 종래기술의 하나 이상의 단점들을 개선 혹은 극복하는 것 외에 중요한 잇점을 더 포함한다. 이러한 잇점은 오존을 함유하는 본 발명의 전형적인 화학 조성물들은 pH가 극값이 아닌 약 2 내지 약 8의 범위 내에 있다는 사실에서 온다. 따라서, 본 발명에 따른 화학 조성물들은 이 기술에 일반적으로 알려진 pH 범위(통상, 1-2 혹은 9-11의 ph 범위들)에 비해 산화물 제거에 있어 덜 공세적인 CMP 처리 환경을 제공한다. 전형적인 낮은 pH CMP 용액에 의해 야기되는 금속 혹은 산화물의 과도하게 공세적인 제거는 표면의 함몰된 영역들에 형성된 산화물 보호층들을 제거함으로써 평탄화가 방해되는 경향이 있다. 즉, 평탄화를 달성하게 하는 한 메카니즘은 화학적 공세에 대해 표면을 보호하는 표면 상에의 산화층들의 형성에 관계가 있다. 따라서, 연마 패드와 접촉하는 보다 높은 표면 영역들의 연마에 의해서, 연마 패드와 접촉하지 않고 산화 보호층에 의해 화학적 물질 제거로부터 부분적으로 보호되는 함몰된 영역들보다는 이들 보다 높은 영역들로부터의 물질이 더 신속하게 제거된다. 오존은 금속들을 공세적으로 산화시키지만, 그러나 여기 채용된 전형적인 2-8의 pH 범위들에선 산화층들은 쉽게 용해되지 않는다. 이에 따라, 산화층에의 화학적 공세가 덜 공세적이어서 보호층을 보존하게 되므로 향상된 평탄화로 된다. CMP 공정을 완료하기 위해서 통상 최종의 린스가 사용된다.
본 발명의 조성물들은 본 발명의 오존 함유 시약(들)과 접촉하는 텅스텐층들 상에 양호한 산화막이 형성되어 효과적인 함몰된 영역 보호를 제공하므로 텅스텐 제거에 유리하게 사용된다. 고양된 영역들이 연마 패드와 접촉에 의해서, 혹은 첨가된 연마제와 더불어 연마 패드와의 접촉에 의해 우선적으로 연마되어 평탄화에 이르게 된다.
본 발명의 조성물들은 통상 전형적인 산화제들에 거의 작용하지 않는 백금의 CMP에 사용될 수도 있다. 예를 들면, 백금은 질산 혹은 질산/염화 수소산 화합물과 같은 산화용액들에 의해 쉽게 평탄화되지 않는다. 그러나, 본 발명의 오존 함유 화학 조성물들은 고양된 영역들에서 패드의 연마 작용에 의해서 혹은 첨가된 연마제와 더불어 패드에 의해서 나중에 선택적으로 제거될 수 있는 산화백금막을 형성한다. 이 공정은 백금 연마 공정을 가속화시키기 위해서 반복적으로 수행될 수도 있을 것이다.
또한, 이리듐과 같은 막들은 물질 제거의 효과성을 증가시키기 위해서 CMP에 앞서 산화공정이 수행될 것을 요한다. 그러므로, 이리듐 공정은 막을 산화 이리듐으로 산화한 후 연마될 강한 산화 매질을 제공함으로써 본 발명에 따른 조성물들을 채용함으로써 이익이 될 수도 있다.
본 발명의 조성물들은 루테늄 및/또는 산화 루테늄의 평탄화에도 유용하다.
본 발명의 조성물들은 보다 나은 표면 막들을 얻도록 연마될 수 있게 실리콘과 함께 작용하도록 사용될 수도 있을 것이다. 예를 들면, 웨이퍼 표면 상에 오존이 실리카(SiO2)를 보다 신속하게 형성하여야 한다면, 연마는 1-5nm의 매우 작은 입자들로서 실리카를 제거한다. pH>9인 종래의 CMP는 통상적으로 실리케이트 종(species), [SiO4]-4를 포함한다. 매우 작은 입자 형태로 물질 제거함으로 인해서 표면 마무리(finish)가 더 나아지게 된다.
또한, 오존은 강력한 산화특성을 갖고 있어 특히 계면 화성제, 슬러리 안정제, 및 킬레이터(chelator)와 같은 유기 분자들과 활발하게 반응하는 경향이 있어, 이러한 첨가물이 CMP 용액 내에 있다면 효과적인 오존 농도가 감소하게 된다. 그러나, 물질 제거를 촉진시키기 위해서, 염화암모늄, 질산암모늄, 및 특히 탄산암모늄을 포함하는 암모늄이, 반드시 필요하지 않을 수도 있고 혹은 어떤 경우엔 어떤 금속들과 함께 사용될 수 있을지라도, 연마 속도를 촉진시키기 위해 첨가될 수 있다.
더욱이, 오존은 -C=C- 혹은 -C=N-결합(bond)을 끊음으로써, 라디칼 체인 반응을 촉진시켜, 전형적인 유기 중합체, 예를 들면 Dow에 의해 제조된 SILK, Coming에 의해 제조된 BCB, 고무 혹은 그 외 낮은 k 물질을 분해시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 낮은 k의 유기 막들을 직접 연마시키는데 사용될 수도 있을 것이다. 본 발명은 또한 낮은 k 연마를 행하기 위해서 현존의 연마제에 오존을 퍼징(purging)하는 것도 고려한다.
또한, 본 발명에 따른 조성물들은 하드 디스크 및 마이크로 전기 기계 구조(MEM)를 연마하는데 채용될 수도 있다. 하드 디스크들 용의 전형적인 막들은, 특히, NiP, Cr, Al 및 SiO2를 포함한다. MEM 구조들은 통상 SiO2, Si 혹은 Al 금속이다.
결론으로, 본 발명은 오존을 함유하는 화학 조성물을 제공하고, 근본적으로 산소 혹은 금속 산화 물질들만을 입자 형태로 남겨두면서 이들 화학 조성물들로 금속 및 낮은 k의 유전 물질들(유기 혹은 무기)에 대한 CMP 공정을 제공함으로써, 최근의 이온성 및 복합성 폐수, 이들의 연관된 처리 및 환경에의 이들의 위험을 제거하면서 금속에 대한 CMP 공정들을 보다 효과적이게 함으로써, 알려진 종래 기술의 하나 이상의 단점들을 개선 혹은 극복한다. 특히, 구리에 대한 CMP는 최상층들은연마되면서 표면의 낮게 놓인 영역들 내 산화막들은 에칭되지 않은 상태로 되게 하는 본 발명의 유효성의 예이다. 구리를 스핀 에칭하는 것 또한 본 발명의 오존 함유 에찬트 조성물들의 또 다른 적용 영역이다.
이 기술에 숙련된 자들은 본 개시된 바에 따라 여기 개시된 본 발명의 개념의 정신으로부터 벗어남이 없이 본 발명에 대한 수정이 행해질 수 있음을 알 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 예시 및 기술된 구체적이고 바람직한 실시예들로 한정되게 한 것은 아니다.

Claims (13)

  1. 오존 수성액 및 연마 입자들을 포함하는 화학 기계식 평탄화용의 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 입자들은 알루미나, 실리카, 산화 세륨(ceria), 스피넬(spinel), 지르코니아(zirconia) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 탄산염 및 중탄산염, 수산, 포름산, 초산, 글리콜산 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택된 적어도 한 첨가물을 더 포함하는 것인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수성액 내 오존 농도는 오존 상호작용이 발생하는 농도 미만인 것인 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 오존 농도는 약 20 ppm 미만인 것인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 한 암모늄염을 더 포함하는 것인 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 한 암모늄염은 탄산암모늄인 것인 조성물.
  8. 오존 가스를 표면에 보냄으로써 상기 표면을 평탄화시키는, 표면 평탄화 방법.
  9. 표면에 오존을 함유하는 수성액을 보내어 상기 표면과 이와 접촉하는 연마 패드의 상대적 운동을 유발시킴으로써 상기 표면을 평탄화시키는, 표면 평탄화 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수성액 내 연마 입자들을 더 포함하는 것인 표면 평탄화 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연마 입자들은 알루미나, 실리카, 산화 세륨, 스피넬, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것인 표면 평탄화 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 수성액 내에 적어도 한 암모늄염을 더 포함하는 표면 평탄화 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 한 암모늄염은 탄산암모늄인 것인 표면 평탄화 방법.
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