KR20040029239A - 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물 - Google Patents

텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물 Download PDF

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Abstract

텅스텐 금속막의 연마에 유용한 화학-기계적 연마 슬러리 조성물이 개시된다. 상기 슬러리 조성물은 연마제, 산화제, 텅스텐 연마 향상제, 분산안정제 및 물을 포함하며, pH가 2 내지 9이다. 상기 연마제는 비표면적이 50 내지 300m2/g인 퓸드 실리카이고, 상기 산화제는 과산화수소이며, 상기 텅스텐 연마 향상제는 에탄술폰산 및/또는 메틸포름아미드이며, 상기 분산안정제는 인산이며, 상기 실리콘 산화막 연마 억제제는 락틱산일 수 있다. 이와 같은 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 금속 배선 중 텅스텐 플러그를 형성하기 위한 공정에서 텅스텐의 연마 효율을 높여 막을 평탄화하는데 특히 유용하다.

Description

텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물{Chemical Mechanical Polishing Slurry Composition for Polishing Tungsten Metal Layer}
본 발명은 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 텅스텐 금속막의 연마에 유용한 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 집적 회로에서 비아(Via) 접속용 텅스텐 플러그 전극을 형성하기 위해서는, 비아 홀(Via hole) 내부의 텅스텐을 남기고 층간 절연막 표면에 증착된 여분의 텅스텐 막을 제거하는 공정이 필요하다. 종래에는 에치백(Etch Back)이라 불리는 반응성 이온 에칭법으로 이와 같은 텅스텐 막을 제거하였으며, 이와 같은 방법을 사용하면 비아 홀에서의 과에칭에 의하여 층간 절연막 표면에서 어느 정도 아래 부분의 텅스텐까지 에칭된다. 이와 같이 과에칭된 텅스텐 막의 상부에 확산 방지막이나 알루미늄 배선을 스퍼터링 법으로 증착하면, 확산방지막이나 배선의 표면에 요철이 형성된다. 그 위에 다시 층간 절연막을 증착하고, 비아 홀 바로 위에 상층의 비아 플러그를 형성하기 위하여 텅스텐 화학기상증착 및 에치백을 수행하면, 요철이 증폭되므로, 비아 상부에 2층 이상 중첩하여 배선을 형성하는 것은 통상적으로 매우 곤란하다. 또한 미세화되지 않은 알루미늄 배선 홀의 가로 대비 세로의 비가 증가하면 드라이 에칭에 의한 배선 가공은 상당히 곤란하며, 협소해진 배선 간에 층간 절연막을 완전히 매립하는 일도 어려워 보이드(Void)가 발생할 우려가 있다.
따라서, 층간 절연막에 형성된 요철에 매립된 배선 금속을 평탄화하는 기술로서 상감법이라 불리는 방법이 제안되었으며, 이에 따라 텅스텐의 화학-기계적 연마 공정이 필요하게 되었다. 즉, 비아 홀 내부에 텅스텐 플러그를 형성함에 있어 드라이 에칭에 의한 에치백 대신에 텅스텐의 화학-기계적 연마를 수행함으로서, 비아 홀의 텅스텐 플러그 주위에 요철이 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 비아 홀 바로 위에 비아를 여러 층 형성할 수 있게 되어, 배선의 미세화 및 회로의 고집적화가 가능하게 되었다. 도 1a 내지 도 1e는 텅스텐의 화학-기계적 연마를 통하여 반도체 소자의 금속 배선, 더욱 상세하게는 비아 접속용 텅스텐 플러그를 형성하는 공정의 단면도이다. 도 1a에 도시한 바와 같이, 제1 알루미늄 배선(12)이 형성된 기판(10)의 상부에 층간 절연막(14)을 형성한다. 다음으로, 층간 절연막(14)에 포토리쏘그래피 등 통상의 방법으로 비아 홀(16)을 형성하고,물리기상증착법(Physical Vapor Deposition: PVD), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD) 등의 방법으로 얇은 확산 방지막(18)을 형성한 다음(도 1b 참조), 비아 홀(16)을 포함한 증간 절연막(14) 전체를 화학기상증착법을 이용하여 텅스텐(20)으로 매립한다(도 1c 참조). 그 후, 화학-기계적 연마에 의해, 층간 절연막(14) 표면에 매립된 여분의 텅스텐 막(20)을 제거하고(도 1d 참조), 비아 홀(16)에 채워진 텅스텐(20)의 상부에 제2 알루미늄 배선(22)을 형성하여(도 1e 참조), 비아 접속용 텅스텐 플러그를 형성할 수 있다.
텅스텐의 화학-기계적 연마법은 아이비엠(IBM)의 카우프만(Kaufman)에 의해 처음으로 제안되었다. 텅스텐의 화학-기계적 연마 원리를 설명하면, 우선 연마 액 중의 연마제에 의하여 금속 표면을 산화시켜 부동태화한다. 부동태화한 표면에서는 그 이상의 반응은 진행되지 않는다. 표면에 형성된 산화막은 금속막보다 약하여 연마패드와 접촉하는 철(凸)부의 산화막은 연마 입자로 제거되고, 금속 표면이 노출되면 다시 산화제로 산화시킨다. 이 공정을 반복함으로서 금속막의 연마가 가능하게 된다. 이때 연마 입자가 연마액 중에서 응집하면 연마 속도의 재현성에 악영향을 주는 것과 동시에 연마 면에 스크래치를 발생시키게 된다. 이러한 이유로 연마액 중에서 연마 입자가 양호하게 분산되어야 한다. 용액 중의 입자는 용액의 pH에 의존하는 전하를 가지고 있으며, 고체와 액체 계면에는 전기 이중층이 형성된다. 이때 액체와 입자 사이의 전위를 제타 전위라 한다. 연마액 중에서의 입자의 제타전위가 작으면 입자간 응집이 일어나기 쉬우며 연마액의 안정적인 사용이 곤란하므로, 연마액의 pH를 조절하여 입자의 제타전위가 일정치 이상이 되도록 할 필요가 있다. 또한 이러한 응집성을 없애기 위하여 별도의 첨가제를 넣기도 한다.
텅스텐의 화학-기계적 연마는 금속 연마 중에서 가장 먼저 실용화 된 것으로 비교적 용이한 편이다. 텅스텐이 알루미늄이나 구리와 비교하여 화학-기계적 연마가 쉬운 이유는 금속 텅스텐이 상당히 단단한 연마 입자에 의해 스크래치가 생기기 어렵고, 표면에 산화막이 형성되면 내부까지 산화가 진행하지 않는 부동태로 되며 산화막이 연한 성질이 있어서, 연마에 의하여 기계적으로 쉽게 제거할 수 있기 때문이다. 연마시 텅스텐의 표면에 형성된 부동태 산화막의 물에 대한 용해도는 pH가 클수록 커지며 이 때문에 알칼리 영역에서 부식되기 쉽다. 따라서 텅스텐 화학-기계적 연마액은 pH 2 내지 5 정도의 산성이며, 산성 용액에서 양호한 분산을 위해서 알루미나 입자 및 실리카 입자를 사용하고 있다. 화학-기계적 연마를 수행하기 위한 통상적인 슬러리 조성물로서, 대한민국 특허출원 제1997-062978호는 사용하기 전에 산화제와 혼합하여 기판으로부터 금속층을 제거하는데 유용한 다중 산화 상태를 갖는 하나 이상의 촉매 및 하나 이상의 안정화제를 포함하는 화학-기계적 연마 슬러리 전구체 조성물을 제공하고 있다. 여기서는 산화제로 쓰이는 과산화수소의 안정화제로서 인산, 프탈산, 시트르산, 아디프산, 옥살산, 말론산, 포스폰산 등을 사용하고 있으며, 연마 효율을 향상시키기 위한 금속 촉매제로서 다중 산화 상태를 갖는 Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn 등을 사용하고 있다. 그러나 실제 연마 효율의 향상을 위해서는 다른 여러 가지 조건들을 충족하여야 하며, 분산 안정성을 위한 대책도 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 텅스텐 금속막에 대한 연마 속도가 우수하면서 입자의 분산 안정성을 향상시킬 수 있는 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 슬러리 성분 중 pH를 조절하는 화합물을 적절히 선택하여 안정성을 높이는 동시에 실리콘 산화막에 대한 연마 속도보다 텅스텐 금속막에 대한 연마속도가 더 빠른 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 텅스텐의 화학-기계적 연마를 통하여 반도체 소자의 금속 배선을 형성하는 공정을 설명하기 위한 단면도.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마제, 산화제, 텅스텐 연마 향상제, 분산안정제 및 물을 포함하며, pH가 2 내지 9인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
여기서, 전체 슬러리 조성물에 대하여 상기 연마제의 함량은 0.1 내지 20.0중량%이고, 산화제의 함량은 0.1 내지 10.0중량%이고, 텅스텐 연마 향상제의 함량은 0.001 내지 5.0중량%이고, 분산안정제의 함량은 0.001 내지 1.0중량%인 것이 바람직하며, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%의 실리콘 산화막 연마 억제제를 더욱 포함할 수 있다. 또한, 상기 연마제는 비표면적이 50 내지300m2/g인 퓸드 실리카이고, 상기 산화제는 과산화수소이며, 상기 텅스텐 연마 향상제는 에탄술폰산 및/또는 메틸포름아미드이며, 상기 분산안정제는 인산이며, 상기 실리콘 산화막 연마 억제제는 락틱산인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 포함되는 연마제로는 γ-알루미나, α-알루미나, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 세리아 등을 사용할 수 있으며, 퓸드 실리카를 사용하면 더욱 바람직하다. 퓸드 실리카는 분산안정성 및 과산화수소 안정성이 우수하며 연마 슬러리의 제조를 용이하게 한다. 상기 연마제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 20.0중량%인 것이 바람직하며, 1 내지 10.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 연마제의 함량이 0.1중량% 미만이면 텅스텐 금속막의 연마가 충분히 이루어지지 못하며, 상기 연마제의 함량이 20.0중량%를 초과하면 분산안정성에 문제점이 있다. 상기 연마제로 바람직한 퓸드 실리카의 비표면적은 50 내지 300m2/g이며, 80내지 200m2/g 이면 더욱 바람직하다. 상기 퓸드 실리카의 비표면적이 50m2/g미만이면 실리콘 산화막의 연마 억제에 어려움이 있으며 300m2/g를 초과하면 연마 슬러리의 안정성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 보호 산화막을 빠르게 형성하여 금속막의 연마를 용이하게 하기 위한 산화제를 포함한다. 상기 산화제로는 과산화수소(히드로겐 퍼옥사이드), 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드 등을 사용할 수 있으며, 과산화수소를 사용하면 더욱 바람직하다. 상기 슬러리 조성물에 포함되는 산화제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 10.0중량%인 것이 바람직하며, 0.2 내지 5.0중량%이면 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 산화제의 함량이 0.1중량% 미만이면 보호 산화막이 형성되지 못하며, 상기 산화제의 함량이 10.0중량%를 초과하면 오히려 연마효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 술폰산 및/또는 포름아미드를 포함하며, 이와 같은 술폰산 및/또는 포름아미드는 텅스텐 금속막의 연마를 향상시키는 기능을 한다. 본 발명의 슬러리 조성물에 사용되는 술폰산은 술폰산(sulfonic acid), 에탄술폰산, 메탄술폰산, 톨루엔술폰산, 에틸술폰산, 술판디술폰산, 술판모노술폰산, 나프탈렌술폰산, 벤젠술폰산 등을 예시할 수 있으며, 그 중 에탄술폰산이 가장 적합하다. 상기 술폰산의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하며, 0.1 내지 2.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 술폰산의 함량이 0.001중량% 미만이면 연마효율이 저하되는 문제점이 있으며, 5.0중량%를 초과하면 분산안정성에 문제가 있다. 본 발명의 슬러리 조성물에 사용되는 포름아미드는 포름아미드(Formamide), 메틸포름아미드, 디메틸포름아미드, 클로랄포름아미드, 벤조트리아졸 메틸포름아미드 등을 예시할 수 있으며, 그 중 메틸포름아미드가 가장 적합하다. 상기 포름아미드의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하며, 0.1 내지 2.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 포름아미드의 함량이 0.001중량% 미만이면 연마효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 5.0중량%를 초과하면 분산안정성에 문제점이 있다.
또한 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 유기산을 포함할 수 있으며, 이와 같은 유기산은 실리콘 산화막의 연마를 억제시켜 상대적으로 텅스텐 금속막의 연마효율을 향상시키는 기능을 한다. 본 발명의 슬러리 조성물에 사용되는 유기산으로는 락틱산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤조산, 갈릭산, 프로판산, 말론산, 숙신산 등을 예시할 수 있으며, 그 중 락틱산이 가장 적합하다. 상기 유기산의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%인 것이 바람직하며, 0.1 내지 2.0중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 유기산의 함량이 0.001중량% 미만이면 실리콘 산화막의 연마를 억제시키지 못하며, 5.0중량%를 초과하면 pH가 너무 낮아지는 문제점이 있다.
또한 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 연마제용 분산안정제를 포함하며, 상기 분산안정제로는 인산 화합물을 사용할 수 있다. 상기 인산 화합물로는 인산, 암모늄포스페이트, 피로인산, 에틸렌글리콜 포스페이트, 부틸옥시에틸 포스페이트, 부틸피로포스페이트 등을 예시할 수 있으며, 그 중 인산이 가장 적합하다. 상기분산안정제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 1.0중량%인 것이 바람직하며, 0.01 내지 0.5중량%이면 더욱 바람직하다. 상기 분산안정제의 함량이 0.001중량% 미만이면 연마제의 분산 안정성이 저하되며, 상기 분산안정제의 함량이 2.0중량%를 초과하여도 연마제의 분산안정성이 더 향상되지 않는다.
또한 본 발명에 따른 슬러리 조성물의 pH는 바람직하게는 2 내지 9, 더욱 바람직하게는 2 내지 6이다. 여기서 상기 슬러리 조성물의 pH가 2 미만이면 분산안정성에 문제점이 있으며, pH가 9를 초과하면 연마효율에 문제점이 있다. 본 발명에 따른 슬러리 조성물의 pH를 상기 범위로 조절하기 위하여, 필요에 따라 pH 조절제를 투입할 수 있으며, 이와 같은 pH 조절제로는 락틱산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤조산, 갈릭산, 프로판산 등을 사용할 수 있다. 상기 pH 조절제의 함량은 다른 성분의 기능을 훼손하지 않는 범위 내에서, 상기 슬러리의 pH를 바람직하게는 2 내지 9, 더욱 바람직하게는 2 내지 6이 되도록 적절히 첨가한다.
본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물의 나머지 성분은 물, 바람직하게는 초순수이며, 필요에 따라 보관온도, 숙성 등에 의한 겔화 및 입자 침전 현상을 최대한 억제하고 분산안정성을 유지하기 위하여 추가적인 분산제, pH 변화에 따른 영향을 억제하기 위한 버퍼용액, 및 입자 분산액의 점도를 낮추기 위한 통상의 각종 염류 등을 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 텅스텐 금속막에 대한 연마 속도가 우수하며, 입자의 분산 안정성을 향상시킬 수 있으므로, 텅스텐의 화학-기계적 연마 공정에 유용하다. 또한 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 실리콘 산화막에 대한 연마속도보다 텅스텐 금속막에 대한 연마속도가 더 빠르므로, 미세 회로패턴의 형성에 특히 유용하다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1-6, 비교예 1]
연마 슬러리를 제조하여 텅스텐 웨이퍼를 화학-기계적 연마한 후, 텅스텐 연마율 등 슬러리 성능을 평가하였다. 술폰산 첨가량에 따른 슬러리의 성능 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, 인산 0.12중량%, 하기 표 1에 기재된 함량의 에탄술폰산, 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 1-6, 비교예 1)을 제조하였다. 실리콘 기판 위에 플라즈마 기상 증착법(PECVD)을 이용하여 10,000Å 두께의 산화막을 증착하고, 그 위에 기상 증착법으로 10000??의 두께로 텅스텐을 증착하여 시편을 제조하였다. (주)지앤피 테크놀로지의 POLI-500CE 연마장비, 로델(Rodel)사의 IC1400 패드, NF-200 캐리어필름 및 상기 실시예 1-6 및 비교예 1의 슬러리 조성물을 사용하여, 상기 시편들을 연마하면서, 텅스텐 금속막의 연마속도를 측정하여 표 1에 나타내었다. 연마조건은 50rpm의 압반(platen)속도, 50rpm의 선두(head) 속도, 5psi의 하중압력, 200ml/min의 슬러리 공급속도, 및 1분의 연마시간으로 하였다.
에탄술폰산 (wt%) 텅스텐 연마속도 (Å/min)
비교예 1 0 987
실시예 1 0.05 1524
실시예 2 0.1 2189
실시예 3 0.3 2489
실시예 4 0.5 2458
실시예 5 1.0 2387
실시예 6 5.0 1207
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 퓸드 실리카를 연마제로 사용하고 에탄술폰산을 첨가한 경우(실시예 1-6), 텅스텐 금속막의 연마속도가 크게 증가되는 것을 알 수 있다. 다만, 에탄술폰산이 5.0중량%을 초과하면, 텅스텐 금속막의 연마속도가 감소한다.
[실시예 7-12, 비교예 2]
연마 슬러리를 제조하여 텅스텐 웨이퍼를 화학-기계적 연마한 후, 텅스텐 연마율 등 슬러리 성능을 평가하였다. 포름아미드 첨가량에 따른 슬러리의 성능 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, 인산 0.12중량%, 하기 표 2에 기재된 함량의 메틸포름아미드, 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 7-12, 비교예 2)을 제조하였다. 실시예 7-12 및 비교예 2의 슬러리 조성물을 사용하여 실시예 1과 동일한 기기 및 조건으로 텅스텐 금속막의 연마속도를 측정하여 표 2에 나타내었다.
메틸포름아미드 (wt%) 텅스텐 연마속도 (Å/min)
비교예 2 0 975
실시예 7 0.05 1390
실시예 8 0.1 2358
실시예 9 0.3 2681
실시예 10 0.5 2275
실시예 11 1.0 2387
실시예 12 5.0 1432
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 퓸드 실리카를 연마제로 사용하고 메틸포름아미드를 첨가한 경우(실시예 7-12), 텅스텐 금속막의 연마속도가 크게 증가되는 것을 알 수 있다. 다만, 메틸포름아미드가 5.0중량%을 초과하면, 텅스텐 금속막의 연마속도가 감소한다.
[실시예 13-17, 비교예 3-4]
연마 슬러리를 제조하여 텅스텐 웨이퍼를 화학-기계적 연마한 후, 텅스텐 연마율, 실리콘 산화막 연마율 등 슬러리 성능을 평가하였다. 유기산 첨가량에 따른 슬러리의 성능 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, 인산 0.12중량%, 메틸포름아미드 0.3중량%, 실리콘 산화막 연마 억제제로서 하기 표 3에 기재된 성분 및 함량의 화합물 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 13-17, 비교예 3-4)을 제조하였다. 실시예 13-17 및 비교예 3-4의 슬러리 조성물을 사용하여 실시예 1과 동일한 기기 및 조건으로 텅스텐 금속막 및 실리콘 산화막의 연마속도를 측정하여 표 3에 나타내었다.
락틱산 (wt%) 텅스텐 연마속도(Å/min) 실리콘 산화막연마속도(Å/min) 텅스텐/실리콘 산화막 선택비
비교예 3 0 2654 156 17:1
실시예 13 0.05 2586 143 18:1
실시예 14 0.1 2589 127 20:1
실시예 15 0.2 2614 47 56:1
실시예 16 0.5 2628 49 54:1
실시예 17 5.0 1412 51 28:1
비교예 4 HF 0.2% 2541 117 22:1
상기 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 퓸드 실리카를 연마제로 사용하고 락틱산을 첨가한 경우(실시예 13-17), 텅스텐 금속막의 연마속도가 일정하면서 실리톤 산화막의 연마속도가 감소하여 선택비가 증가하므로, 본 발명에 따른 슬러리 조성물이 텅스텐의 연마공정에 적합함을 알 수 있다. 실시예 17 및 비교예 4의 슬러리 조성물은 상대적으로 분산안정성이 양호하지 못하였다.
[실시예 18-22, 비교예 5]
인산 첨가량에 따른 슬러리 내 연마제의 분산안정성 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 메틸포름아미드 0.3중량%, 락틱산 0.2중량%, 하기 표 4에 기재된 함량의 인산 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 18-22, 비교예 5)을 제조하였다. 연마제의 분산안정성 평가는 침전도 측정, 제타(Zeta) 전위 측정, 평균 입자크기 측정을 통하여 수행하였다.
시료 인산(wt%) 침전(15일 후) 제타 전위(mV) 평균입도(초기, nm) 평균입도(15일 후, nm)
비교예 5 0 침전 -3 234 측정불가(과량 응집)
실시예 18 0.05 없음 -10 211 254
실시예 19 0.12 없음 -14 204 212
실시예 20 0.5 없음 -15 203 213
실시예 21 1.0 없음 -14 201 213
실시예 22 3.0 침전 -6 205 측정불가(과량 응집)
상기 표 4로부터 알 수 있듯이, 인산을 첨가하지 않거나 비교적 과량으로 첨가하면(비교예 5, 실시예22), 분산성이 떨어지는 퓸드실리카의 경우, 침전이 발생하면서 제타 전위가 0근처의 값을 가지며, 평균 입도도 증가함을 알 수 있다. 제타 전위의 값이 0에 가까워지면 일반적으로 슬러리 내의 연마제가 불안정하고 응집현상이 잘 일어난다. 그러나 1.0중량% 내외까지는 안정함을 보이고 있다.
[실시예 23-24, 비교예 6-8]
인산 첨가량에 따른 산화제로 슬러리에 첨가되는 과산화수소의 분해안정성 변화를 평가하기 위하여, 퓸드 실리카 5.0중량%, 과산화수소 2.0중량%, 메틸포름아미드 0.3중량%, 락틱산 0.2중량%, 하기 표 5에 기재된 성분과 함량의 인산 및 잔여량의 물을 포함하는 슬러리 조성물(실시예 23-24, 비교예 6-8)을 제조하였다. 과산화수소의 함량은 타이트로미터(Titrometer)를 사용하여 소숫점 둘째자리까지 분석하였다.
시료 안정제 과산화수소 함량 (wt%) 평균 분해속도(wt%/day)
0 1일 후 2일 후 5일 후 10일 후 15일 후
실시예 23 인산 0.5wt% 2.00 1.98 1.96 1.90 1.81 1.69 -0.02
실시예 24 인산 0.12wt% 2.00 1.98 1.95 1.89 1.79 1.71 -0.02
비교예 6 Urea 0.12wt% 2.00 1.93 1.88 1.71 1.41 1.19 -0.06
비교예 7 Acetanilide0.12wt% 2.00 1.93 1.85 1.65 1.29 0.95 -0.07
비교예 8 없음 2.00 1.89 1.81 1.51 0.99 0.51 -0.10
상기 표 5로부터 알 수 있듯이, 인산을 0.12중량% 사용한 경우(실시예 24)에는 안정제를 넣지 않은 경우(비교예 8)와 비교하여 5배 정도의 탁월한 과산화수소 안정성을 나타낸다. 또 한 기타 안정제를 사용한 경우(비교예 6, 7)와 비교하여도 인산이 우수한 안정제 역할을 함을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 텅스텐 금속막에 대한 연마 속도가 우수하며, 금속 배선 중 텅스텐 플러그를 형성하기 위한 공정에서 텅스텐의 연마 효율을 높여 막을 평탄화하는데 특히 유용하다.

Claims (14)

  1. 연마제, 산화제, 텅스텐 연마 향상제, 분산안정제 및 물을 포함하며, pH가 2 내지 9인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 전체 슬러리 조성물에 대하여 상기 연마제의 함량은 0.1 내지 20.0중량%이고, 산화제의 함량은 0.1 내지 10.0중량%이고, 텅스텐 연마 향상제의 함량은 0.001 내지 5.0중량%이고, 분산안정제의 함량은 0.001 내지 1.0중량%인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 5.0중량%의 실리콘 산화막 연마 억제제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연마제는 γ-알루미나, α-알루미나, 퓸드 실리카, 콜로이달 실리카, 세리아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연마제는 비표면적이 50 내지 300m2/g인 퓸드 실리카인것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소, 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일 퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 술폰산, 포름아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 술폰산, 에탄술폰산, 메탄술폰산, 톨루엔술폰산, 에틸술폰산, 술판디술폰산, 술판모노술폰산, 나프탈렌술폰산, 벤젠술폰산, 포름아미드, 메틸포름아미드, 디메틸포름아미드, 클로랄포름아미드, 벤조트리아졸 메틸포름아미드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 텅스텐 연마 향상제는 에탄술폰산, 메틸포름아미드 및이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  11. 제1항에 있어, 상기 분산안정제는 인산, 암모늄포스페이트, 피로인산, 에틸렌글리콜 포스페이트, 부틸옥시에틸 포스페이트, n-부틸피로포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 분산안정제는 인산인 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  13. 제3항에 있어서, 상기 실리콘 산화막 연마 억제제는 락틱산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤조산, 갈릭산, 프로판산, 말론산, 숙살산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 실리콘 산화막 연마 억제제는 락틱산인 것을 특징으로 하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
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