KR20030092605A - Slurry compositions for metal cmp - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A polishing slurry composition for metal CMP is provided, to improve the selectivity of copper to oxides and tantalum nitride by a high polishing rate to copper and a low polishing rate to tantalum nitride. CONSTITUTION: The slurry composition comprises 0.2-15 wt% of a polishing agent; 0.5-10 wt% of an oxidizing agent; 0.2-5.0 wt% of a chelator; and the balance of water. The chelator is a carboxylic acid amine. Preferably the chelator is selected from the group consisting of aminoacetic acid, iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid and their salts; the polishing agent is a metal oxide selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, ceria, titania and their mixture; and the oxidizing agent is hydrogen peroxide. Optionally the composition comprises further an antioxidizing agent selected from 5-aminotetrazole and benzotriazole.

Description

금속 CMP 용 연마 슬러리 조성물 {SLURRY COMPOSITIONS FOR METAL CMP}Polishing slurry composition for metal CPM {SLURRY COMPOSITIONS FOR METAL CMP}

본 발명은 화학적 기계적 연마방법으로 금속 배선을 형성하기 위한 화학적 용액인 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 연마제, 산화제, 착화제, 및 임의의 산화 방지제를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 CMP 용 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a polishing slurry composition which is a chemical solution for forming metal wirings by a chemical mechanical polishing method. More specifically, the present invention relates to a polishing slurry composition for metal CMP, which contains an abrasive, an oxidizing agent, a complexing agent, and any antioxidant.

집적회로는 규소 지지체 내 또는 그 위에서 형성된 수 백 개의 활성장치로 구성되는데, 단락되어 있는 활성장치는 기능성 회로를 형성할 수 있도록 상호 연결되며, 활성장치의 각 층들은 다중레벨 상호 연결방식에 의하여 연결된다. 집적회로 내 상호 연결층은 일반적으로 제 1 금속층, 상호연결층, 제 2 금속층, 상호연결층 그리고 제 3 금속층으로 연결된 금속화 레벨을 갖고 있다. 상호연결층으로 사용되고 있는 도핑 및 비도핑 이산화규소(SiO2) 와 같은 유전체는 규소 지지체에서도 서로 다른 레벨의 금속층을 전기적으로 단락시키는데 사용된다. 이와 유사한 방법으로 상호연결 레벨과 장치 사이의 전기적 연결은 금속층을 통하여 이루어진다. 이러한 전기적 연결을 가능하게 하는 금속층으로 Al, Al 합금, W, W 합금 등이 충전될 수 있으며, 집적회로의 상호접속용으로 미래에 사용되어질 가장유망한 금속물질로 구리가 검토되고 있다. 구리는 집적회로산업에서 현재 사용되고 있는 알루미늄 및 기타의 금속물질보다 내전자 이동성이 우수하며, 저항이 낮아서 집적회로장치의 성능이 크게 향상될 수 있다는 장점을 가지고 있다. 일반적으로 금속층을 상호연결층(금속절연막)인 SiO2지지체에 접착시키기 위해 접착층, 예를 들어 질화 티타늄(TiN) 혹은 티탄(Ti), 탄탈늄(Ta) 혹은 질화 탄탈늄(TaN)이 사용되고 있으며, 이러한 접착층은 충전된 금속과 금속절연막과의 반응을 막는 확산 방지벽(Barrier layer)으로 작용한다.Integrated circuits consist of hundreds of activators formed in or on a silicon support, where the shorted activators are interconnected to form a functional circuit, with each layer of the activator connected by a multilevel interconnection scheme. do. Interconnect layers in integrated circuits generally have a metallization level connected by a first metal layer, an interconnect layer, a second metal layer, an interconnect layer, and a third metal layer. Dielectrics, such as doped and undoped silicon dioxide (SiO 2 ), which are used as interconnect layers, are also used to electrically short metal layers at different levels even in silicon supports. In a similar way, the electrical connection between the interconnect level and the device is through a metal layer. Al, Al alloys, W, W alloys and the like can be filled with a metal layer that enables such electrical connection, and copper is being considered as the most promising metal material to be used in the future for interconnection of integrated circuits. Copper has better electron mobility than aluminum and other metal materials that are currently used in the integrated circuit industry, and has a low resistance to significantly improve the performance of integrated circuit devices. Generally, an adhesive layer such as titanium nitride (TiN) or titanium (Ti), tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) is used to bond the metal layer to the SiO 2 support, which is an interconnect layer (metal insulating film). The adhesive layer acts as a barrier layer that prevents the reaction between the filled metal and the metal insulating film.

화학적 기계적 연마방법에 있어서, 연마공정이 이루어지는 동안 화학적 용액(통상 슬러리로 표현)이 공급되어진다. 슬러리는 연마될 막과 화학적 반응을 함으로서 연마공정을 원활하게 한다. 연마공정은 슬러리가 웨이퍼와 패드의 경계면에 제공될 때 촉진된다. 슬러리는 연마하고자 하는 막이 제거될 때까지 계속 공급되며, 슬러리의 조성은 연마하고자 하는 막을 제거시키는 CMP 공정에 있어서 중요한 인자로 작용한다. 어떠한 연마제, 산화제 또는 첨가제를 선택하느냐에 따라, 연마된 표면의 불완전성, 표면 거칠기, 표면 결함, 침식 및 부식 등의 반도체 공정에 있어서 중요한 변수들을 최소화하면서 목적하는 연마비율로 금속 절연막이나 확산벽 또는 금속층을 효과적으로 연마할 수 있는 연마용 슬러리가 제조될 수 있다.In the chemical mechanical polishing method, a chemical solution (usually expressed as a slurry) is supplied during the polishing process. The slurry facilitates the polishing process by chemically reacting with the film to be polished. The polishing process is accelerated when the slurry is provided at the interface between the wafer and the pad. The slurry is continuously supplied until the film to be polished is removed, and the composition of the slurry serves as an important factor in the CMP process of removing the film to be polished. Depending on which abrasive, oxidant, or additive is selected, the metal insulating film, diffusion wall, or metal layer at a desired polishing rate can be minimized while minimizing important parameters in semiconductor processes such as imperfections, surface roughness, surface defects, erosion and corrosion of the polished surface. Polishing slurry can be prepared that can be effectively polished.

금속표면이 슬러리로 연마될 수 있는 다양한 메커니즘이 종전 기술에 존재한다. 슬러리 중의 금속입자의 기계적 제거 및 그들의 용해에 의하여 진행되는 방법에서 표면막이 형성되지 않는 슬러리를 사용하여 금속표면을 연마할수 있다.이러한 메커니즘에서, 습식에칭을 피하기 위하여 화학적 용해속도는 느려야 한다. 그러나, 보다 바람직한 메커니즘은 얇은 연마 가능한 층이 금속표면과 착화제와 같은 슬러리 중의 하나 이상의 성분과의 반응에 의하여 연속적으로 형성되는 것이다. 얇은 연마 가능한 막은 그 다음에 기계적 작용에 의하여 조절된 방식으로 제거된다. 기계적 연마방법이 일단 중단되면, 얇은 부동막이 표면상에 남고, 습윤 에칭방법을 억제한다. 화학적 기계적 연마방법을 조절하는 것이 CMP 슬러리가 이 메커니즘을 이용하여 연마할 때 용이하게 금속층을 제거할 수 있다.Various mechanisms exist in the prior art in which the metal surface can be polished into a slurry. In the process proceeded by mechanical removal of metal particles in the slurry and their dissolution, the slurry can be polished using a slurry which does not form a surface film. In this mechanism, the chemical dissolution rate must be slow to avoid wet etching. However, a more preferred mechanism is that a thin abrasive layer is formed continuously by reaction of the metal surface with one or more components of the slurry, such as a complexing agent. The thin abrasive film is then removed in a controlled manner by mechanical action. Once the mechanical polishing method is interrupted, a thin passivation film remains on the surface and suppresses the wet etching method. Adjusting the chemical mechanical polishing method can easily remove the metal layer when the CMP slurry is polished using this mechanism.

구리 CMP 슬러리 개발과 관련하여 결과가 문헌상에 설명되어 있다. J. M. Steigerwald 등의 문헌 [Electrochemical potential measurments during the chemical-mechanical polishing of copper thin films; Res. Soc. Symp. 337,133(1994)]에 의하면, 암모늄 화합물(질산암모늄, 염화암모늄, 수산화암모늄), 질산, 및 알루미나 연마제의 사용을 설명하고 있다. 2 nm/min 의 구리용해(전기화학적 측정)는 막이 없는 표면으로부터 진행되는 것으로 추정되나, 연마속도는 400 nm/min 초과인 것으로 보고되어 있다. Q. Luo 등의 문헌[Chemical-mechanical polishing of copper in acidic media, Proceedings-first international chemical-mechanical polish(CMP) for VLS/LSI multilevel interconnection conference(CMP-MIC), 산타바바라, 2월 22-23(1996)]에서는 상당히 강한 에칭액인 질산철, 금속 억제제인 벤조트리아졸, 슬러리 안정화 계면활성제(폴리 에틸렌 글리콜) 및 알루미나와 함께 포함하는 CMP 슬러리를 사용하는 것을 설명하였다. 화학적 반응은 막의 보호성을 손상시키는 계면활성제로부식 억제막 즉 Cu-BTA를 형성하여 명백히 억제된다. 산화물에 대한 선택도는 15:1 내지 45:1이다.Regarding the development of copper CMP slurries, the results are described in the literature. J. M. Steigerwald et al., Electrochemical potential measurments during the chemical-mechanical polishing of copper thin films; Res. Soc. Symp. 337,133 (1994) describe the use of ammonium compounds (ammonium nitrate, ammonium chloride, ammonium hydroxide), nitric acid, and alumina abrasives. Copper dissolution (electrochemical measurement) at 2 nm / min is estimated to proceed from the filmless surface, but the polishing rate is reported to be above 400 nm / min. Q. Luo et al., Chemical-mechanical polishing of copper in acidic media, Proceedings-first international chemical-mechanical polish (CMP) for VLS / LSI multilevel interconnection conference (CMP-MIC), Santa Barbara, February 22-23 ( 1996) described the use of CMP slurries with a fairly strong etchant iron nitrate, metal inhibitor benzotriazole, slurry stabilizing surfactant (polyethylene glycol) and alumina. The chemical reaction is clearly inhibited by forming a corrosion inhibiting film, ie, Cu-BTA, with a surfactant that impairs the protective properties of the film. Selectivity to oxide is 15: 1 to 45: 1.

미국특허 제 5,954,997 호 및 미국특허 제 6,126,853 호는 벤조트리아졸과 같은 막형성제, 우레아 과산화수소와 같은 산화제, 옥살산암모늄 또는 타르타르산과 같은 착화제, 연마제 및 계면활성제를 포함하는 슬러리에 대해서 기술하고 있으며, 미국특허 6,063,306호는 연마제, 산화제,막 형성제, 및 타르타르산과 같은 착화제 및 도데실아민 등을 포함하는 슬러리에 대해서 설명하고 있다. 이들 슬러리의 경우, 구리와 질화탄탈륨의 선택비가 7:1 내지 45:1의 높은 선택비를 나타내고 있지만, 구리의 연마속도는 300 nm/min 이하로 생산수율면에서 현저히 감소하고 있음을 나타내고 있으며, 구리의 연마속도가 300 nm/min 이상인 경우에는 질화탄탈륨의 연마속도도 크게 나타나, 구리에 대한 질화탄탈륨의 선택비가 작아지고 있음을 보고하고 있다.U.S. Pat.No. 5,954,997 and U.S. Pat.No. 6,126,853 describe slurries comprising film forming agents such as benzotriazole, oxidizing agents such as urea hydrogen peroxide, complexing agents such as ammonium oxalate or tartaric acid, abrasives and surfactants, U. S. Patent No. 6,063, 306 describes a slurry comprising an abrasive, an oxidant, a film former, and a complexing agent such as tartaric acid, dodecylamine, and the like. In the case of these slurries, the selectivity of copper and tantalum nitride shows a high selectivity of 7: 1 to 45: 1, but the polishing rate of copper is markedly decreased in production yield at 300 nm / min or less. When the polishing rate of copper is 300 nm / min or more, the polishing rate of tantalum nitride is also large, and it is reported that the selectivity of tantalum nitride to copper is decreasing.

미국특허 제 6,001,730 호는 산화제, 연마제, 막 형성제 및 착화제로서 카르복실레이트염(암모늄 시트레이트)등을 포함하는 슬러리에 대해서 기술하고 있으며, 미국특허 제 6,143,656 호는 연마제, 산화제, 막형성제 및 착화제로서 옥살산을 포함하며, 계면활성제로서 폴리에테르를 포함하는 슬러리에 대해서 기술하고 있다.U. S. Patent No. 6,001, 730 describes a slurry comprising carboxylate salt (ammonium citrate) as an oxidizing agent, abrasive, film forming agent and complexing agent, and U. S. Patent No. 6,143, 656 describes an abrasive, oxidizing agent, film forming agent. And a oxalic acid as a complexing agent and a polyether as a surfactant.

이와 같이 최적의 구리 CMP 공정을 발견하기 위하여 다양한 화학 첨가제 등이 적용되고 있지만, 이러한 공지된 화학약품을 사용하여 구리의 연마량 및 확산방지층에 대한 선택성 및 구리 연마시 발생하는 디싱(dishing) 및 에로션(erosion)에 대해 아직까지는 최적의 구리연마 결과를 수득하지는 못하였다.Various chemical additives and the like have been applied to find an optimal copper CMP process.However, using these known chemicals, the amount of copper polished and the selectivity to the diffusion barrier layer, and Optimal copper polishing results have not yet been obtained for lotions.

일반적으로 구리 CMP 기술에 있어서 상기한 화학약품을 이용하여 실험을 수행한 결과, 구리 연마량의 불량으로 인한 CMP 작업 처리량의 문제, 구리물질의 부식으로 인한 장치 성능과 장치 수율 감소, 층 평탄화 문제 및 연마시 발생되는 디싱 현상 등 하나이상의 결함 등이 발생된다.In general, experiments using the above chemicals in copper CMP technology have shown that problems with CMP throughput due to poor copper polishing, device performance and device yield due to corrosion of copper materials, layer planarization problems, One or more defects such as dishing occurring during polishing are generated.

이에, 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 특정의 착화제를 함유하는 금속 CMP 용 슬러리 조성물을 사용함으로써 금속 CMP 기술에 있어서 발생할 수 있는 상기와 같은 결함을 해결할 수 있으며, 보다 높은 효율로 금속 배선을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have diligently tried to solve these problems, and as a result, by using a slurry composition for metal CMP containing a specific complexing agent, such defects that may occur in metal CMP technology can be solved, It has been found that metal wiring can be produced and the present invention has been completed.

결국, 본 발명의 목적은 반도체 박막, 집적회로 박막 등의 다중레벨금속화물을 연마하는데 유용하며, CMP 공정에 유용한 금속 배선을 형성하기 위한 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.After all, it is an object of the present invention to provide a slurry composition for forming metal interconnects useful for polishing multilevel metallization such as semiconductor thin films, integrated circuit thin films and the like, and useful for CMP processes.

본 발명을 실현하기 위한 수단으로서, 본 발명은 연마제, 산화제, 착화제 및 임의의 산화 방지제를 함유하는 금속 CMP 용 연마 슬러리 조성물을 제공한다.As a means for realizing the present invention, the present invention provides a polishing slurry composition for metal CMP containing an abrasive, an oxidizing agent, a complexing agent and an optional antioxidant.

보다 구체적으로, 본 발명은 전체 조성물 총중량에 대하여 0.2∼15 중량% 의 연마제, 0.5∼10 중량% 의 산화제, 0.2∼5.0 중량% 의 착화제, 임의의 산화방지제, 및 전체 조성물 총중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 함유하며, 상기 착화제가 카르복실산 아민에서 선택되는 금속 CMP 용 연마 슬러리 조성물을 제공한다.More specifically, the present invention provides 0.2 to 15% by weight of abrasive, 0.5 to 10% by weight of oxidant, 0.2 to 5.0% by weight of complexing agent, optional antioxidant, and 100% by weight of total composition. It provides a polishing slurry composition for a metal CMP containing water so that the complexing agent is selected from carboxylic acid amines.

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 의한 조성물은 화학적 기계적 연마방법으로 금속 배선을 형성하기 위한 화학적 용액인 CMP 슬러리 조성물에 관한 것이다.The composition according to the present invention relates to a CMP slurry composition which is a chemical solution for forming metal wirings by a chemical mechanical polishing method.

본 발명에 의한 슬러리 조성물은 연마제, 산화제, 착화제 및 임의의 산화 방지제 및 기타 추가 성분을 포함하며, 반도체 박막, 집적회로 박막 등의 다중레벨금속화물을 연마하는데 유용하며, CMP 공정이 유용한 금속막 및 그의 표면에 유용하다. 본 발명에 의한 슬러리 조성물은 특히 구리 및 구리함유 합금의 CMP 연마에 유용하지만, 이에 한정되지 않는다.The slurry composition according to the present invention comprises an abrasive, an oxidizing agent, a complexing agent and any antioxidant and other additional components, and is useful for polishing multilevel metallization such as semiconductor thin films, integrated circuit thin films, etc., and CMP process is useful metal film. And its surface. The slurry compositions according to the invention are particularly useful for, but not limited to, CMP polishing of copper and copper containing alloys.

본 발명에 의한 슬러리 조성물은 연마제를 함유한다. 연마제로서는 전형적으로 금속 산화물을 사용하고 있으며, 상기 금속산화물은 알루미나, 실리카, 지르코니아, 세리아, 티타니아 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 이와 같은 금속산화물은 슬러리 조성물에 약 0.5 내지 20 중량% 범위로 함유되며, 바람직하게는 0.5 중량%내지 10 중량% 고체를 포함하는 금속산화물의 수성 분산액의 형태로 수성매질 중에 혼합된다. 금속 산화물의 수성 분산액은 종래의 기술, 예를 들어, 적절한 매질(예컨대, 탈이온수)에 금속산화물을 저속 첨가하여 콜로이드상의 분산액을 형성시키는 방법을 이용하여 제조될 수 있다.The slurry composition according to the present invention contains an abrasive. Metallic oxides are typically used as the abrasive, and the metal oxides may be selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, ceria, titania, and mixtures thereof. Such metal oxides are contained in the slurry composition in the range of about 0.5 to 20% by weight, and are preferably mixed in the aqueous medium in the form of an aqueous dispersion of metal oxides comprising 0.5% to 10% by weight solids. Aqueous dispersions of metal oxides can be prepared using conventional techniques, for example, by the slow addition of metal oxides to a suitable medium (eg, deionized water) to form a colloidal dispersion.

금속산화물은 발연법이나 졸겔법 등으로 제조될 수 있으며, 이들 금속 산화물의 입자크기는 5 내지 100 nm, 바람직하게는 10 내지 60 nm 이다. 금속 산화물의 크기가 5 nm 미만으로 너무 작으면 연마속도가 떨어져 생산수율 측면에서 바람직하지 못하고, 입자크기가 100 nm 이상인 경우에는 분산이 어려우며, 입자간 반응에 의하여 거대 입자를 형성하기가 용이하여, μ-스크러치를 다량 발생시키는 원인이 된다. 또 다른 바람직한 면에 있어서 금속산화물은 BET 로서 언급되는 약 5 m2/g내지 약 450 m2/g, 바람직하게는 50 m2/g내지 250 m2/g의 표면적을 갖는다.The metal oxides can be produced by the fuming method or the sol-gel method, and the particle size of these metal oxides is 5 to 100 nm, preferably 10 to 60 nm. If the size of the metal oxide is too small, less than 5 nm, it is unfavorable in terms of production yield due to low polishing rate, and when the particle size is 100 nm or more, dispersion is difficult, and it is easy to form large particles by interparticle reaction. It causes a large amount of μ-scratches. In another preferred aspect the metal oxide has a surface area of about 5 m 2 / g to about 450 m 2 / g, preferably 50 m 2 / g to 250 m 2 / g, referred to as BET.

본 발명에 의한 슬러리 조성물은 산화제를 함유한다. 슬러리 조성물에 함유된 산화제는 금속층과 반응하여 그에 상응하는 산화물, 수산화물 또는 이온으로 산화시키는데 도움을 주는 역할을 하며, 예를 들어 텅스텐을 산화 텅스텐으로, 구리를 산화 구리로 산화시키는데 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 산화제의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 과산화수소(H2O2) 가 바람직하며, 일반적으로 슬러리에 사용되는 산화제는 약 0.2 내지 20 중량%의 범위에서 존재하는 것이 바람직하며, 약 1.0 내지 15 중량%로 존재하는 것이 가장 바람직하다. 산화제에 의하여 화학적으로 산화된 금속층은 기계적으로 연마하여 산화물층을 제거하는데 유용하다.The slurry composition according to the present invention contains an oxidizing agent. The oxidant contained in the slurry composition serves to help react with the metal layer and oxidize to the corresponding oxides, hydroxides or ions, for example, it can be used to oxidize tungsten to tungsten oxide and copper to copper oxide. The type of oxidizing agent that can be used is not particularly limited, but hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is preferred, and in general, the oxidizing agent used in the slurry is preferably present in the range of about 0.2 to 20% by weight, and about 1.0 to 15 Most preferably present in weight percent. The metal layer chemically oxidized by the oxidant is useful for mechanically polishing to remove the oxide layer.

본 발명에 의한 슬러리 조성물은 필수적으로 카르복실산 아민, 바람직하게는 아미노 아세트산, 이미노 디아세트산, 니트릴로 트리아세트산 및 이들의 염으로 구성된 착화제를 하나 또는 그 이상으로 함유하며, 상기 착화제는 본 발명의 슬러리 조성물 내에 약 0.2 내지 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.3 내지 3 중량% 의 함량으로 존재한다. 가장 바람직한 착화제로서는 이미노 디아세트산을 들 수 있다.The slurry composition according to the invention essentially contains one or more complexing agents consisting of carboxylic acid amines, preferably amino acetic acid, imino diacetic acid, nitrile triacetic acid and salts thereof, the complexing agent being It is present in the slurry composition of the present invention in an amount of about 0.2 to about 5% by weight, preferably about 0.3 to 3% by weight. Most preferred complexing agents include imino diacetic acid.

본 발명의 슬러리 조성물에 함유된 상기 착화제는 2 가지 이상의 유효한 역할을 한다. 즉, 산화제에 의하여 형성된 산화물층은 기계적 방법에 의해 제거되는 한편 금속 표면에 형성된 산화물과 슬러리 내에 함유된 착화제(킬레이트제)의화학적 작용에 의하여 산화물 층의 제거가 이루어지며, 또한 산화된 금속과 착물을 형성하여 산화된 층의 깊이를 제한할 수 있다.The complexing agent contained in the slurry composition of the present invention plays two or more effective roles. That is, the oxide layer formed by the oxidant is removed by a mechanical method while the oxide layer is removed by the chemical action of the oxide formed on the metal surface and the complexing agent (chelating agent) contained in the slurry. Complexes can be formed to limit the depth of the oxidized layer.

예컨대 Cu 막의 경우, 산화제에 의해 구리 산화물을 형성하며, 착화제로서 사용된 카르복실산 아민은 상기 구리 산화물을 Cu 이온으로 용해시킨 후, 생성된 Cu 이온과 착물을 형성하게 된다. 또한, 상기 착화제는 Cu 표면의 산화물 등과 결합하여 Cu 표면을 안정화(passivation) 시킴으로써 산화막의 형성을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, Cu → CuO 로 변화시키고, 변화된 CuO 를 기계적 방법으로 연마함으로써 구리의 평탄화를 이룰 수 있다.For example, in the case of a Cu film, a copper oxide is formed by an oxidizing agent, and the carboxylic acid amine used as a complexing agent dissolves the copper oxide into Cu ions, and then forms a complex with the generated Cu ions. In addition, the complexing agent may perform a function of controlling the formation of an oxide film by binding to an oxide or the like of the Cu surface to stabilize the Cu surface. Ie Cu → planarization of copper can be achieved by changing to CuO and polishing the changed CuO by mechanical methods.

한편, 착화제는 식각액의 기능을 할 수 있으며, 따라서 착화제의 양이 많을수록 에칭성이 높아지므로 구리의 식각을 너무 빠르게 하여, 연마 시 디싱이나 에로션 등의 결함을 나타낼 수 있으므로, 산화방지제와 더불어 그 양을 조절할 수 있다.On the other hand, the complexing agent can function as an etchant, and therefore, the higher the amount of the complexing agent, the higher the etching property, so that the etching of copper can be made too fast, resulting in defects such as dishing or lotion during polishing. You can also adjust the amount.

따라서, 본 발명의 슬러리 조성물은 연마 특성의 향상을 위해, 추가로 산화방지제를 함유할 수 있다. 일반적으로 산화방지제로서 벤조트리아졸 및 트리아졸 유도체가 사용되어지며, 이는 질소가 3 개 함유되어 있는 화합물이다. 본 발명에서는 산화방지제로서 질소가 4 개 함유되어 있는 5-아미노테트라졸(ATZ) 또는 벤조트리아졸(BTA) 중 하나가 산화방지제로 사용되어지며, 이들 산화방지제 중 하나 이상을 구리 CMP 슬러리에 첨가하면 웨이퍼 표면상에서 부동화층 또는 용해 억제층의 형성을 향상시키는 역할을 함으로써 구리 평면화의 향상에 도움을 줄 수 있다. 산화방지제는 본 발명의 슬러리 조성물 내에 약 0.001 내지 1 중량%, 바람직하게는 약 0.001 내지 0.3 중량% 의 함량으로 존재하나, 이는 착화제의 양에 의존하여 변화될 수 있는 양으로서 상기 범위에 한정되지 않는다. 그 이유는, 착화제를 1 중량% 에 대해 산화방지제 0.05 중량% 를 적용하였다면(실시예 2 참조), 착화제의 양이 2 배로 증가한 경우에는 산화방지제의 양도 2 배에 해당하는 양을 첨가해야 효과가 유지될 수 있기 때문이다.Therefore, the slurry composition of the present invention may further contain an antioxidant to improve polishing properties. Generally, benzotriazole and triazole derivatives are used as antioxidants, which are compounds containing three nitrogens. In the present invention, one of 5-aminotetrazole (ATZ) or benzotriazole (BTA) containing four nitrogens as an antioxidant is used as the antioxidant, and at least one of these antioxidants is added to the copper CMP slurry. The lower surface can serve to improve the formation of the passivation layer or the dissolution inhibiting layer on the wafer surface, thereby improving the copper planarization. The antioxidant is present in the slurry composition of the present invention in an amount of about 0.001 to 1% by weight, preferably about 0.001 to 0.3% by weight, which is not limited to the above range as an amount that can be changed depending on the amount of the complexing agent. Do not. The reason is that if 0.05 wt% of the antioxidant is applied to 1 wt% of the complexing agent (see Example 2), if the amount of the complexing agent is doubled, the amount of antioxidant should be added twice as much. This is because the effect can be maintained.

본 발명의 슬러리 조성물은, 필요에 따라 분산 안정제 및 pH 조절안정제 등의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다.The slurry composition of this invention can further contain additives, such as a dispersion stabilizer and a pH control stabilizer, as needed.

본 발명에 의하면, CMP 공정의 조절을 용이하게 하기 위하여, 슬러리 조성물의 pH 를 약 2.0 내지 약 12.0 의 범위, 바람직하게는 약 4.0 내지 약 9.0 의 범위로 유지하는 것이 유리하다. 본 발명의 슬러리 조성물의 pH 가 예컨대, 2 미만으로 낮을 경우, 슬러리 취급시의 문제점 및 기판 연마시 문제가 발생할 수 있다. 특히, 착화제로서 이미노 디아세트산을 사용할 경우, CMP 전구체 및 슬러리는 약 2.0 의 pH 를 가지게 되므로 pH 를 조절하는 것이 바람직하다.According to the present invention, it is advantageous to maintain the pH of the slurry composition in the range of about 2.0 to about 12.0, preferably in the range of about 4.0 to about 9.0, in order to facilitate the control of the CMP process. When the pH of the slurry composition of the present invention is low, for example, less than 2, problems in handling the slurry and problems in polishing the substrate may occur. In particular, when imino diacetic acid is used as the complexing agent, it is preferable to adjust the pH since the CMP precursor and the slurry have a pH of about 2.0.

pH 의 조절은 이미 공지된 산, 염기 또는 아민을 사용할 수 있다. 그러나 바람직하지 못한 금속 성분이 본 발명의 CMP 슬러리에 도입되는 것을 피하기 위해서는 금속 이온을 함유하지 않은 산 또는 염기를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 수산화 암모늄 및 아민, 또는 질산, 황산, 인산 및 유기산 등을 사용하는 것이 바람직하다.The adjustment of the pH may use known acids, bases or amines. However, in order to avoid introducing undesirable metal components into the CMP slurry of the present invention, it is preferable to use acids or bases which do not contain metal ions, for example ammonium hydroxide and amines, or nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and organic acids. It is preferable to use etc.

본 발명에 의한 슬러리 조성물은 통상의 제조방법을 이용하여 제조될 수 있으며, 슬러리 내에 함유되는 화학 조성물의 혼합 순서와는 무관하다.The slurry composition according to the present invention can be prepared using a conventional production method, and is independent of the mixing order of the chemical composition contained in the slurry.

본 발명의 슬러리 조성물 내의 금속산화물을 분산시키는 방법으로는, 초음파 분산, 밀링 (milling) 방법이나 유체충돌방법 등과 같은 통상의 분산 방법을 모두 적용할 수 있다.As a method of dispersing the metal oxide in the slurry composition of the present invention, any conventional dispersion method such as ultrasonic dispersion, milling method, or fluid collision method can be applied.

이와 같은 방법으로 제조된 본원발명의 슬러리 조성물은 하나의 조성물의 형태, 예컨대 안정한 매질에 연마제, 산화제, 착화제, 임의의 산화 방지제, 및 기타 첨가물이 함유된 하나의 조성물의 형태로 공급될 수 있으며, 또한 2 종 이상의 별도의 용액으로 공급되어 연마 공정시 일정비율로 혼합함으로써 본 발명의 CMP 슬러리 조성물을 생성할 수 있다. 이때, 상기 하나의 조성물의 형태로 공급될 경우 성분이 변질될 우려가 있으므로, 이를 막기 위하여는 적어도 2 개 이상의 별도의 용액으로 공급되는 것이 바람직하며, 사용하기 직전에 일정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 용액은 연마제 (예컨대, 알루미나), 착화제(이미노 디아세트산 또는 아미노 아세트산, 추가로 암모늄 시트레이트를 첨가할 수 있음), 산화방지제(예컨대, 벤조트리아졸) 및 기타 첨가제를 함유하는 pH 4.0 내지 9.0 의 범위를 갖는 CMP 슬러리 전구체를 포함할 수 있으며, 제 2 용액은 과산화수소를 함유한다.The slurry compositions of the present invention prepared in this way can be supplied in the form of one composition, such as one composition containing abrasives, oxidants, complexing agents, optional antioxidants, and other additives in a stable medium. In addition, it is possible to produce the CMP slurry composition of the present invention by supplying two or more separate solutions and mixing at a constant rate during the polishing process. At this time, the component may be deteriorated when supplied in the form of one composition, in order to prevent this, it is preferable to be supplied in at least two or more separate solutions, and may be used by mixing at a predetermined ratio immediately before use. . For example, the first solution may be an abrasive (such as alumina), a complexing agent (imino diacetic acid or amino acetic acid, further ammonium citrate may be added), an antioxidant (such as benzotriazole) and other additives It may include a CMP slurry precursor having a range of pH 4.0 to 9.0 containing, the second solution contains hydrogen peroxide.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 조성뿐만 아니라 본 발명의 조성물을 이용하기 위한 바람직한 방법을 제시한다.Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited only to a following example. The following examples set forth preferred compositions as well as preferred methods for using the compositions of the invention.

하기 실시예에서 사용된 모든 슬러리 조성물은 산화제 성분인 H2O2를 제외한성분을 함유한 제 1 용액, 및 H2O2함유한 제 2 용액을 별도로 제조하여 사용하기 직전에 일정 비율로 혼합하여 사용하였다.All slurry compositions used in the following examples were prepared by separately preparing the first solution containing the components other than the oxidizing agent H 2 O 2 , and the second solution containing H 2 O 2 in a proportion just before use Used.

제조된 슬러리 조성물의 성능 평가는 로델(Rodel)사에서 제조한 IC 1400 패드를 사용하여 두께가 약 10000 A(옹스트롬) 인 구리 블랭킷 웨이퍼에 대하여 실시하였으며, GNP POLI-380F CMP 장비를 이용하여 1분 동안 하강력 360 g/cm2, 테이블 속도 30 rpm, 헤드 속도 30 rpm 및 슬러리 유동율 100 ml/min 으로 연마를 수행하였다.Performance evaluation of the prepared slurry composition was performed on a copper blanket wafer having a thickness of about 10000 A (angstroms) using an IC 1400 pad manufactured by Rodel, using a GNP POLI-380F CMP apparatus for 1 minute. Polishing was performed with a descending force of 360 g / cm 2 , a table speed of 30 rpm, a head speed of 30 rpm and a slurry flow rate of 100 ml / min.

실시예 1Example 1

조성물의 총중량에 대해 3 중량% 의 알루미나, 2.5 중량% 의 H2O2, 0.1 내지 1.0 중량% 의 다양한 함량의 이미노 디아세트산(IDA), 및 나머지 탈이온수를 함유하는 4 종류의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다. 제조된 슬러리 조성물에 대한 착화제의 효능도 및 농도의 영향을 구리 블랭킷 웨이퍼에 대하여 평가하고, 그 결과를 표 1 에 나타내었다.Four polishing slurry compositions containing 3% by weight of alumina, 2.5% by weight of H 2 O 2 , 0.1 to 1.0% by weight of varying amounts of imino diacetic acid (IDA), and the remaining deionized water. Was prepared. The effect of the potency and concentration of the complexing agent on the prepared slurry composition was evaluated for the copper blanket wafer, and the results are shown in Table 1.

조성물 번호Composition number H2O2(중량%)H 2 O 2 (% by weight) IDA (중량%)IDA (% by weight) pHpH Cu 연마속도 (A/min)Cu Polishing Speed (A / min) 1One 2.52.5 0.10.1 5.25.2 769769 22 2.52.5 0.30.3 5.25.2 32893289 33 2.52.5 0.60.6 5.25.2 52785278 44 2.52.5 1.01.0 5.25.2 82608260

표 1 에서 알 수 있듯이, 실시예 3, 4 의 경우 5000 A(옹스트롬)/min 이상의 Cu 연마속도로서 만족스러운 구리 연마율을 나타내었으며, 특히 IDA 의 함량이 1.0 중량% 인 경우에는 Cu 연마속도가 8000 A/min 이상으로서 현저한 상승효과를 나타내었다.As can be seen from Table 1, in Examples 3 and 4, the copper polishing rate was satisfactory as the Cu polishing rate of 5000 A (angstrom) / min or more, and especially when the IDA content is 1.0% by weight, the Cu polishing rate is The synergistic effect was remarkable as 8000 A / min or more.

실시예 2Example 2

조성물의 총중량에 대해 이미노 디아세트산을 1.0 중량% 으로 함유하고, 추가로 CMP 슬러리에 유용한 구리의 산화방지제로서 벤조트리아졸(BTA) 또는 아미노 테트라졸(5-ATZ)을 0.005 내지 0.1 중량% 의 다양한 함량으로 함유하는 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 조성을 갖는 10 종류의 슬러지 조성물을 제조하였다. 제조된 슬러리 조성물에 대한 산화방지제의 효능도를 구리 블랭킷 웨이퍼에 대하여 평가하고, 그 결과를 표 2 에 나타내었다.0.005 to 0.1 wt% of benzotriazole (BTA) or amino tetrazole (5-ATZ) as an antioxidant for copper useful in CMP slurries, with 1.0 wt% of imino diacetic acid relative to the total weight of the composition. 10 kinds of sludge compositions having the same composition as in Example 1 were prepared except that they were contained in various contents. The efficacy of the antioxidants on the prepared slurry compositions was evaluated for copper blanket wafers and the results are shown in Table 2.

조성물 번호Composition number H2O2(중량%)H 2 O 2 (% by weight) BTA(중량%)BTA (% by weight) ATZ(중량%)ATZ (% by weight) pHpH Cu 연마속도 (A/min)Cu Polishing Speed (A / min) 55 2.52.5 0.0050.005 00 5.25.2 52505250 66 2.52.5 0.010.01 00 5.25.2 37353735 77 2.52.5 0.030.03 00 5.25.2 12321232 88 2.52.5 0.060.06 00 5.25.2 578578 99 2.52.5 0.10.1 00 5.25.2 289289 1010 2.52.5 00 0.0050.005 5.25.2 67406740 1111 2.52.5 00 0.010.01 5.25.2 36703670 1212 2.52.5 00 0.030.03 5.25.2 21962196 1313 2.52.5 00 0.060.06 5.25.2 18131813 1414 2.52.5 00 0.10.1 5.25.2 13881388

표 2 에서 알 수 있듯이, 산화방지제로서 BTA 또는 ATZ 를 적정량 사용함으로써, CMP 연마속도가 5000 A/min 으로 달성될 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from Table 2, it can be seen that by using an appropriate amount of BTA or ATZ as the antioxidant, the CMP polishing rate can be achieved at 5000 A / min.

실시예 3Example 3

조성물의 총중량에 대해 3 중량% 의 알루미나, 2.5 중량% 의 H2O2, 0.01 중량% 의 벤조트리아졸를 함유하고, 착화제로서 이미노 디아세트산(IDA) 및 암모늄 시트레이트를 표 3 의 함량으로 함유하는 5 종류의 슬러지 조성물을 제조하였다.제조된 슬러리 조성물을 구리 블랭킷 웨이퍼에 대하여 평가하고, 그 결과를 표 3 에 나타내었다.3 weight percent alumina, 2.5 weight percent H 2 O 2 , 0.01 weight percent benzotriazole relative to the total weight of the composition, imino diacetic acid (IDA) and ammonium citrate as complexing agents Five kinds of sludge compositions were prepared. The prepared slurry compositions were evaluated for copper blanket wafers, and the results are shown in Table 3.

조성물 번호Composition number IDA(중량%)IDA (% by weight) 암모늄시트레이트(중량%)Ammonium Citrate (% by weight) BTA(중량%)BTA (% by weight) H2O2(중량%)H 2 O 2 (% by weight) Cu 연마속도 (A/min)Cu Polishing Speed (A / min) TaN 연마속도 (A/min)TaN polishing rate (A / min) 1515 00 0.30.3 0.010.01 2.52.5 22002200 110110 1616 00 0.50.5 0.010.01 2.52.5 30003000 115115 1717 1.01.0 0.30.3 0.010.01 2.52.5 50355035 145145 1818 1.01.0 0.40.4 0.010.01 2.52.5 58125812 128128 1919 1.01.0 0.50.5 0.010.01 2.52.5 63256325 135135

표 3 에서 알 수 있듯이, 암모늄 시트레이트를 단독으로 사용했을 경우, Cu(및 TaN)연마속도 및 Cu:TaN 선택비는 만족할만한 결과를 나타내지 못하였지만, IDA 와 함께 사용했을 경우, Cu(및 TaN) 연마속도는 5000 A/min 를 초과하였으며, Cu:TaN 선택비가 40:1 이상을 나타내어, 매우 우수한 Cu 선택성을 나타내었다.As can be seen from Table 3, Cu (and TaN) polishing rate and Cu: TaN selectivity did not show satisfactory results when ammonium citrate was used alone, but Cu (and TaN) when used with IDA. ) The polishing rate exceeded 5000 A / min, and the Cu: TaN selectivity was over 40: 1, indicating very good Cu selectivity.

실시예 4Example 4

조성물의 총중량에 대해 3 중량% 의 알루미나, 2.5 중량% 의 H2O2, 1.0 중량% 의 이미노 디아세트산을 함유하고, 추가로 BTA 0.01 중량% 및 암모늄 시트레이트 0.4 중량% (조성물 20) 또는 ATZ 0.005 중량% (조성물 21)을 함유하는 2 종류의 슬러지 조성물을 제조하였다. 슬러리의 pH는 수산화 암모늄을 첨가하여 pH 5.2 로 조절하였다. 제조된 슬러리 조성물의 구리 및 질화탄탈륨 연마제 상에 BTA 및 ATZ 을 포함하는 CMP 슬러리의 효능도를 평가하고, 그 결과를 표 4 에 나타내었다.3% by weight of alumina, 2.5% by weight of H 2 O 2 , 1.0% by weight of imino diacetic acid, further comprising 0.01% by weight of BTA and 0.4% by weight of ammonium citrate (composition 20) or Two types of sludge compositions were prepared containing 0.005% by weight of ATZ (composition 21). The pH of the slurry was adjusted to pH 5.2 by addition of ammonium hydroxide. The efficacy of the CMP slurry comprising BTA and ATZ on the copper and tantalum nitride abrasives of the prepared slurry composition was evaluated and the results are shown in Table 4.

조성물 번호Composition number Cu 연마속도(A/min)Cu Polishing Speed (A / min) TaN 연마속도(A/min)TaN Polishing Speed (A / min) SiO2연마속도(A/min)SiO 2 Polishing Rate (A / min) 2020 58125812 200200 8585 2121 64176417 313313 104104

표 4 에서 알 수 있듯이, BTA 및 암모늄 시트레이트를 함유하는 슬러리(조성물 20) 에 비해, ATZ 을 함유하는 연마 슬러리(조성물 21)의 Cu 연마속도가 높게 나타났으며, TaN 및 산화막의 연마속도에서도 ATZ 을 함유하는 연마 슬러리에서 높게 나타났다. 이로써, ATZ 을 사용하여도 산화방지효과를 기대할 수 있음을 알 수 있다. 구리에 대한 디싱은 200 A 정도이며, 에로션은 발생하지 않았으며, 산화물에 대한 선택비는 50:1 이상으로 높게 나타나, 종점검출(end-point detection)로서 작용할 수 있다.As can be seen from Table 4, the Cu polishing rate of the polishing slurry (composition 21) containing ATZ was higher than that of the slurry containing BTA and ammonium citrate (composition 20), and the polishing rate of TaN and oxide film was also high. High in abrasive slurry containing ATZ. Thus, it can be seen that the antioxidant effect can be expected even when using ATZ. Dicing of copper is about 200 A, no lotion occurs, and the selectivity to oxide is high, which is higher than 50: 1, and may act as end-point detection.

본 발명에 의한 금속 CMP 용 연마 슬러리 조성물은 구리에 대한 높은 연마율과 질화탄탈륨에 대한 작은 연마율로 인하여, 산화물 및 질화탄탈륨에 대한 구리의 선택성과 연마성능이 우수하고, 구리배선에 대한 생산수율이 우수하며, 환경적으로 안전하기 때문에 슬러리의 처리가 용이하다.The polishing slurry composition for metal CMP according to the present invention is excellent in the selectivity and polishing performance of copper for oxides and tantalum nitride due to the high polishing rate for copper and small polishing rate for tantalum nitride, and the production yield for copper wiring. It is excellent and environmentally safe, so that the treatment of the slurry is easy.

Claims (8)

전체 조성물 총중량에 대하여 0.2∼15 중량% 의 연마제, 0.5∼10 중량% 의 산화제, 0.2∼5.0 중량% 의 착화제, 및 전체 조성물 총중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 함유하며, 상기 착화제가 카르복실산 아민에서 선택되는 금속 CMP 용 연마 슬러리 조성물.0.2 to 15 wt% abrasive, 0.5 to 10 wt% oxidant, 0.2 to 5.0 wt% complexing agent, and water so that the total composition total weight is 100 wt% based on the total weight of the total composition, the complexing agent being carbon Polishing slurry composition for metal CMP selected from acidic amines. 제 1 항에 있어서, 추가로 5-아미노테트라졸(ATZ) 및 벤조트리아졸(BTA)에서 선택되는 산화 방지제를 함유하는 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.The slurry composition of claim 1 further comprising an antioxidant selected from 5-aminotetrazole (ATZ) and benzotriazole (BTA). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 조성물의 pH 가 약 2 내지 12 인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.The slurry composition of claim 1 or 2, wherein the pH of the composition is from about 2 to 12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 착화제는 아미노 아세트산, 이미노 디아세트산, 니트릴로 트리아세트산 및 이들의 염으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.A slurry composition according to claim 1 or 2, wherein the complexing agent is selected from the group consisting of amino acetic acid, imino diacetic acid, nitrilo triacetic acid and salts thereof. 제 4 항에 있어서, 상기 착화제는 이미노 디아세트산인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.5. The slurry composition of claim 4, wherein the complexing agent is imino diacetic acid. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연마제는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 세리아, 티타니아 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.3. The slurry composition of claim 1 or 2, wherein the abrasive is a metal oxide selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, ceria, titania, and mixtures thereof. 제 6 항에 있어서, 상기 연마제는 알루미나인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.7. The slurry composition of claim 6, wherein the abrasive is alumina. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산화제가 과산화수소인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.The slurry composition of claim 1 or 2, wherein the oxidant is hydrogen peroxide.
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