KR20040030100A

KR20040030100A - 금속막용 연마액 및 그를 이용한 반도체 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20040030100A
Application number: KR10-2004-7002227A
Authority: KR
Inventors: 히데아끼 다까하시; 고시 오끼따; 구온 미야자끼; 다까유끼 마쯔다
Original assignee: 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US20050176250A1; JPWO2003021651A1; WO2003021651A1

Abstract

본 발명은 에칭율이 10 nm/분 이하이고, 하중 10 KPa일 때의 연마율이 200 nm/분 이상이고, 또한 에칭율에 대한 연마율의 비인 콘트라스트가 20 이상인 금속막용 연마액 및 그를 사용한 반도체 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

금속막용 연마액 및 그를 이용한 반도체 기판의 제조 방법 {Polishing Fluid for Metallic Film and Method for Producing Semiconductor Substrate Using the Same}

LSI 기술의 급속한 진전에 의해 집적 회로는 점점 더 미세화되고 다층 배선화로 진행되는 경향이 있다. 집적 회로에 있어서 다층 배선화는 반도체 표면의 요철이 매우 커지는 요인이고, 이것이 집적 회로의 미세화와 더불어 단선이나 전기 용량의 저하, 전자 이동(electromigration)의 발생 등을 초래하고, 수율의 저하 및 신뢰성의 문제를 초래하는 원인이 되고 있다.

이 때문에, 지금까지는 다층 배선 기판에 있어서 금속 배선 및 층간 절연막을 평탄화하는 여러가지 가공 기술이 개발되고 있고, 그 중 하나로 CMP(화학 기계적 연마) 기술이 있다. CMP 기술은 반도체 제조에 있어서 층간 절연막의 평탄화, 매립 배선 형성, 플러그 형성 등에 필요로 하는 기술이다.

CMP는 캐리어에 장착된 통상 반도체 재료로 이루어지는 평탄한 웨이퍼를 습윤 연마 패드에 대해 일정한 압력으로 압박하면서 캐리어 및 연마 패드 각각을 회전함으로써 행해진다. 이 때 웨이퍼와 연마 패드 사이에 도입되는 연마액에 의해 일부 화학적 작용을 수반하면서 주로 기계적 연마 작용에 의해 배선 및 절연막 볼록부의 연마가 진행되어 목적하는 평탄화가 이루어진다.

종래부터, 반도체 기판의 금속막의 연마에 여러가지 연마액 및 연마 방법을 사용하는 제안이 이루어지고 있다. 문헌[도이 도시로(Doi Toshiro) 등 "반도체 평탄화 CMP 기술"(1998년 7월, 공업 조사회 발행) 제235 페이지]에 기재되어 있는 바와 같이 금속막의 CMP에서는 연마액 중의 산화제에 의해 금속막 표면을 화학적으로 산화하여 부동태화하고, pH 값을 산성 영역으로 저하시켜 미세하게 금속을 부식(에칭)시킨다. 그러한 조건하에서, 연마 패드와 지립(abrasive grain)에 의한 기계적 연마가 행해진다. 예를 들면, 반도체 기판상에 형성된 알루미늄 등을 포함하는 금속막용 연마액으로는 산화알루미늄을 지립으로 하고, 이것을 pH 3 이하의 질산 수용액 중에 분산하여 이루어지는 연마액(미국 특허 제4,702,792호), 및 산화알루미늄 또는 산화규소로 이루어지는 지립과 황산, 질산, 아세트산 등의 산성 수용액을 혼합하여 이루어지는 연마액(미국 특허 제4,944,836호) 등이 있다. 이 중, 산화알루미늄을 과산화수소와 인산 수용액 중에 분산시킨 연마액 (미국 특허 제5,209,816호)과 같은 산화알루미늄 또는 산화규소를 지립으로 하고, 이것을 과산화수소 등의 산화제액 중에 분산시킨 연마액이 통상적으로 자주 사용된다. 그러나, 반도체 기판상의 금속막의 평탄화에 지립으로서 산화알루미늄을 사용한 경우, α형에서는 높은 연마율을 나타내는 반면, 금속막 또는 절연막 표면에 마이크로스크래치, 오렌지 박리 등의 결함이 발생하는 경우가 있었다. 한편, γ형의 산화알루미늄, 비정질알루미나 또는 산화규소의 지립을 사용한 경우, 금속막 또는 절연막 표면의 마이크로스크래치나 오렌지 박리 등의 결함 발생을 억제할 수 있지만, 금속막의 연마에 있어서 충분한 연마율을 얻을 수 없는 문제가 있었다. 이와 같이 산화알루미늄 또는 산화규소 등의 금속 산화물을 포함하는 지립을 수용액 중에 분산시킨 연마액은 지립 자체의 낮은 분산성에 기인하는 표면 스크래치의 문제가 있었다. 또한, 이 외에도 상술한 바와 같이 과산화수소와 같은 액상 산화제를 사용한 경우, 또는 과황산암모늄 등의 금속 에칭제를 사용한 경우(일본 특허 공개 (평)6-313164호 공보), 습식 에칭이 과도하게 진행됨으로써 디싱(dishing)(도 1D의 금속막 (4)의 중앙부가 주변부보다도 과잉으로 연마되는 현상) 및 피트, 공극 등의 결함이 발생하는 등, 실용화에 있어서 문제가 발생되고 있었다.

이것을 개량할 목적으로, 연마액 중에 금속막 표면에 보호막을 형성할 수 있는 화학 시약(부식 방지제, 킬레이트제 등)을 첨가하는 방법도 제안되어 있다 (일본 특허 공개 (평)8-83780호 공보, 일본 특허 공개 (평)11-195628호 공보). 그러나 이들 킬레이트제를 사용하면 확실히 에칭이 억제되어 디싱 등의 발생을 방지할 수 있지만, 연마해야 할 부위에도 보호막이 형성되기 때문에 연마율이 극단적으로 저하되는 문제가 발생한다. 이것을 방지하기 위해 에칭제 또는 킬레이트제의 사용량의 최적화를 도모하는 시도가 이루어지고 있지만, 양쪽의 요건, 높은 연마율 및 낮은 에칭 및 디싱을 만족하는 조건을 발견하기 어렵고, 다른 공정 조건의 영향도 받기 쉬워서 재현성있는 결과를 얻을 수 없는 문제가 있다. 또한, 200 nm/분 이상의 연마율을 얻기 위해 20 KPa 이상의 높은 연마 압력으로 상기 보호막을 기계적으로 제거하는 것도 행해지지만(일본 특허 공개 2000-252242호 공보), 금후 널리 사용될 다공성형 저유전율 절연막의 경우, 그의 낮은 막 강도 및 기재와의 낮은 접착성에 문제가 있기 때문에, 기판에 과대한 응력이 걸리면 절연막의 박리 및 파괴가 발생된다. 또한, 연마 압력을 높여 패드에 의한 기계적인 연마를 행하면 연마시의 패드 표면의 영향을 더욱 받기 쉽기 때문에, 통상적인 드레싱에 의한 패드 표면 상태의 제어가 어렵게 되고, 공정 제어가 더욱 어려워지는 문제도 생긴다. 나아가, 고가의 패드의 소모가 빨라지고 공정 비용이 상승되는 문제도 발생한다.

그런데, 폴리옥소산 특히, 헤테로폴리산은 [일본화학회편 "폴리산의 화학" (1993년 8월, 학회 출판 센타 발행)]에도 기재한 바와 같이 강한 산성과 산화 작용을 갖는 것이고, 이것을 금속의 부동태화 처리 또는 에칭에 사용하는 것은 일본 특허 공표 (평)9-505111호 공보 등에 기재되어 있다. 실제로 헤테로폴리산을 반도체 표면의 에칭제로서 적용시킨 예(Applied Surface Science, vol. 135, No.1/4, pp65-70(1998.10.8)), 및 폴리옥소산 또는 그의 염을 연마용 에칭제로서 사용하는 시도도 이루어지고 있다(특허 공개 2000-119639호 공보).

특히, 후자에 있어서는 폴리옥소산 또는 그의 염만을 연마용 에칭제로서 사용하는 경우(제1 연마액 조성물), 및 여기에 공지의 지립을 더 함유시키는 경우(제2 연마액 조성물)의 2가지 형태가 기재되어 있다. 제1 연마액 조성물의 경우, 헤테로폴리산을 단독으로 금속막 연마용의 에칭제로서 사용하면 헤테로폴리산은 물에 가용이기 때문에 액상 산화제로서 작용한다. 따라서, 연마율과 디싱 억제 성능의 상기 양쪽 요건을 동시에 만족할 수 없다. 즉, 연마율을 상승시키기 위해서 헤테로폴리산의 농도를 높이면 동시에 에칭도 진행되어 디싱 발생이 일어난다. 한편, 상기 헤테로폴리산에 암모니아 등의 염기성 물질을 가하여 헤테로폴리산염으로 사용하면 에칭은 억제될 수 있지만, 동시에 연마율도 저하되고 실질적으로 연마가 효율적으로 진행되지 않는다. 그 때문에, 연마율을 높일 목적으로 제1 연마액 조성물에 연마 입자를 혼합시켜 제2 연마액 조성물로 하는 것이 제안되어 있지만, 이것은 연마 입자를 사용하여 단지 기계적으로 연마를 행함으로써 연마율을 높이기 위해서는 높은 연마 하중이 필요하게 된다. 따라서, 그러한 기술은 저하중으로 높은 연마율을 얻고자 하는 본 발명의 목적으로 합치할 만한 것이 아니다.

이 외에도, 헤테로폴리산을 함유하는 유체 중에 지립을 분산시켜 화학 기계 연마용 수계 분산체로 하는 기술도 제안되어 있다 (유럽 특허 공개 1123956호). 그러나, 이 경우에 있어서도 디싱의 원인이 되는 에칭성을 억제하면서 300 nm/분 이상의 높은 연마율을 얻기 위해서는 30 KPa 정도의 높은 연마 하중을 걸어야만 한다.

본 발명은 반도체 기판상에 형성된 금속막의 연마에 사용되는 금속막용 연마액 및 상기 연마액을 사용하는 반도체 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1A-D는 CMP 기술을 사용한 금속 배선의 형성예를 나타내는 개략 단면도이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명에 대해서 이하에 구체적으로 설명한다.

본 발명에서 에칭율이라 함은 금속막이 형성된 기판을 강하게 교반된 연마액 중에 침지했을 때에 일정시간에 소실된 금속막의 두께를 의미한다. 구체적으로는, 내부 직경 5 cm의 용기에 80 ㎖의 연마액을 충전하여 IKA-WERKE사 제조 균질기 ULTRA-TURRAX T8(샤프트 S8N-8G)를 사용하여 25000 rpm에서 교반되는 연마액 중에, 표면에 금속막이 형성된 Si 웨이퍼의 15 ㎟의 기판을 3분 정도 침지하고 그 전후에 측정한 금속막의 두께 차이로부터 단위 시간당 소실된 금속막의 두께를 계산한다.

또한, 본 발명에서 연마율이라 함은 범용의 반도체 기판용 연마 장치를 사용하여, 소정의 조건하에 연마를 행하는 경우, 일정 시간에 소실된 금속막의 두께를 의미한다. 구체적으로는, 무사시노 전자사 제조 연마 장치 MA-300D(정반 직경 300 mm), 연마 패드로서 로델ㆍ닛타사 제조 IC-1400(발포 폴리우레탄 제조), 기판으로서 1 ㎛ 두께의 Cu막이 부착된 4" 실리콘 웨이퍼를 사용하여, 연마액을 50 ㎖/분의 비율로 공급하면서, 소정의 하중하에 기판과 연마 정반과의 상대 속도가 50 m/분의 조건으로 연마하여, 그 전후에 측정한 Cu막 두께로부터 단위 시간당 소실된 금속막의 두께를 계산한다.

본 발명자들은 상기한 바와 같이 규격화하여 요구한 특성치가 특정한 범위에 있는 연마액을 사용한 경우에 저하중에서 고속으로 연마할 수 있고, 또한 스크래치, 디싱, 부식(침식) 등의 피연마면의 결함 발생을 억제할 수 있고, 또한 연마 패드 표면 상태 등의 공정 제어의 간소화, 패드 소모의 억제에 의한 공정 비용의 저감 등이 우수한 특성을 갖는 반도체 기판상의 금속막의 연마가 가능한 것을 발견한 것이다.

우선, 에칭율이 10 nm/분 이하의 금속막용 연마액을 사용하면 금속 표면의 부식이 제어될 수 있기 때문에, 연마시에 금속 표면의 거칠음이 커지지 않고, 패턴을 갖는 기판을 연마한 경우에 디싱이 커지지 않는다.

다음으로, 금속막용 연마액에 대해서, 하중 10 KPa일 때의 연마율이 200 nm/분 이상, 또한 연마율/에칭율의 비인 콘트라스트가 20 이상이면, 디싱 방지 등의 연마 성능의 향상과 연마 시간의 단축과 같은 저하중 조건하에서의 CMP 공정에서 동시에 요구되는 과제를 해결하는 것이 가능하다.

본 발명에서 규격화된 성능을 갖는 연마액으로서, 폴리옥소산 및(또는) 그의 염, 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제, 및 물을 포함하는 연마액을 들 수 있다. 본 발명의 연마액은 후술하는 대로 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 또는 목적에 따라서, 통상적으로 사용되고 있는 지립, 산화제 등의 그 밖의 성분을 포함할 수도 있지만 기본적으로 상기 성분만이라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있고, 특히 종래 연마액에 이용되어 온 지립을 실질적으로 포함하지 않는 것이 특징이다.

본 발명에서 사용되는 폴리옥소산은 Mo, V, W, Ti, Nb, Ta 등의 구성 원소를 포함하는 산소산의 축합 생성물이고, 이소폴리산과 헤테로폴리산이 여기에 해당된다.

이소폴리산은 상기 폴리옥소산의 구성 원소 중 적어도 하나를 포함하는 축합 산소산을 의미하고, 폴리몰리브덴산, 폴리바나딘산, 폴리텅스텐산, 폴리티탄산, 폴리니오븀산, 폴리탄탈산 등을 들 수 있다. 이들 중에서 금속 연마를 목적으로 하는 본 발명의 경우, 금속을 에칭(산화, 용해)시키는 능력의 관점에서 폴리몰리브덴산, 폴리바나딘산 및 폴리텅스텐산이 바람직하다.

헤테로폴리산은 상기 이소폴리산에 헤테로 원소를 중심 원소로서 혼입함으로써 얻어지는 것이고, 그 구성은 축합 배위 원소, 중심 원소 및 산소를 포함한다. 여기서 축합 배위 원소라 함은 상기 폴리옥소산의 구성 원소를 의미하며, 이 중 Mo, W 및 V로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상이 바람직한 예로 들 수 있고, 기타 Nb, Ta 등의 원소를 포함할 수도 있다. 또한, 헤테로폴리산의 중심 원소는 P, Si, As, Ge, Ti, Ce, Mn, Ni, Te, I, Co, Cr, Fe, Ga, B, V, Pt, Be 및 Zn으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이고 축합 배위 원소와 중심 원소의 원자비(축합 배위 원소/중심 원소)는 2.5 내지 12이다.

상술한 헤테로폴리산의 구체예로는 인몰리브덴산, 규소몰리브덴산, 인바나도몰리브덴산, 규소바나도몰리브덴산, 인텅스토몰리브덴산, 규소텅스토몰리브덴산, 인바나도텅스토몰리브덴산, 규소바나도텅스토몰리브덴산, 인바나도텅스텐산, 규소바나도텅스텐산, 인몰리보니오브산, 붕소몰리브덴산, 붕소텅스토몰리브덴산, 붕소바나도몰리브덴산, 붕소바나도텅스텐산, 코발토몰리브덴산, 코발토바나도텅스텐산, 인텅스텐산, 규소텅스텐산, 인바나딘산, 규소바나딘산 등을 들 수 있지만 이들로 한정되는 것이 아니다.

상기 폴리옥소산 중, 연마 용도로서 금속을 에칭할 만한 충분한 산 강도, 산화력의 관점에서 헤테로폴리산이 바람직하고, 인몰리브덴산, 규소몰리브덴산, 및 이들에 바나듐을 도입한 인바나도몰리브덴산, 규소바나도몰리브덴산 등이 보다 바람직하다. 폴리옥소산은 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 얻어지는 연마액 조성물의 산성도를 조정하여 연마 성능을 제어할 목적으로 이러한 폴리옥소산에 염기성 물질을 첨가하여 폴리옥소산염으로서 사용하는 것도 가능하다. 폴리옥소산염은 상기 폴리옥소산과 금속, 암모늄 또는 유기 아민류와의 염을 들 수 있다.

본 발명의 연마액 중의 폴리옥소산 및(또는) 그의 염의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량％, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 15 중량％의 범위이다. 상기 범위보다 적은 경우, 충분한 연마율이 발현하기 어려운 경우가 있고, 또한 상기 범위를 초과해도 증량에 의한 연마 성능이 뛰어난 향상은 확인되지 않는다.

본 발명에서 사용되는 수용성 중합체로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜알킬에테르 등의 에테르류; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리아크롤레인 등의 비닐계 중합체; 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리아미드산, 폴리아크릴산암모늄염 등의 폴리카르복실산 및 그의 염; 메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 아세트산셀룰로오스, 질산셀룰로오스, 황산셀룰로오스, 펙틴 등의 다당류; 그 외에는 젤라틴, 전분, 알부민 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

이들 수용성 중합체는 증점제로서 연마 조성물 중에 함유시키거나(일본 특허 공개 (평)8-302338호 공보), 계면활성제로서 연마 조성물 중에 함유시키는 것(일본 특허 공개 2000-252242호 공보)이 보고되어 있지만, 본 발명에서 수용성 중합체를 사용하는 목적은 이들 종래 기술과는 다른 것이다. 즉, 수용성 중합체를 상기 폴리옥소산과 조합하여 사용함으로써, 저하중에서도 높은 연마율을 유지한 채로 에칭의 진행을 억제하고, 디싱 발생을 제어하는 것이 가능해진다. 상기 수용성 중합체 중, 에칭의 억제와 저하중에서의 연마율 개선과 같은 연마 성능의 관점 또는 생성하는 입자의 분산성의 관점에서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올 및 셀룰로오스 유도체가 바람직하다.

또한, 첨가되는 수용성 중합체에 대해서는 종류뿐만이 아니라 그의 분자량도 연마액의 성능에 크게 관여한다. 일반적으로는, 첨가하는 수용성 중합체의 분자량이 클수록 에칭을 억제하는 효과가 높아지는 경향이기는 하지만, 입자의 분산성 및 연마율이 또한 상호 관련되고, 수용성 중합체의 종류에 의해서도 다종 다양한 결과가 된다.

본 발명의 연마액에 사용되는 수용성 중합체의 함유량은 특별히 한정되지 않지만 중합체의 종류 및 사용하는 폴리옥소산(또는 그의 염)의 종류 및 양에 의해서도 다르지만, 바람직하게는 0.01 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0.05 내지 30 중량％의 범위이다. 상기 범위보다 적은 경우에는 충분한 에칭 억제 효과를 얻기 어렵고, 디싱 발생을 제어하기 어려운 경우가 있다. 또한, 상기 범위를 초과하면 점도의 상승 등 취급이 어려워지는 경우가 있다.

본 발명에서 사용되는 비이온성 계면활성제는 상기 폴리옥소산과 조합하여 사용함으로써, 저하중에서도 높은 연마율을 유지한 채로 에칭 진행을 억제하여 디싱의 발생을 제어하는 것을 가능하게 한다. 놀랍게도 이 효과는 이온성 계면활성제, 예를 들어 음이온성 계면활성제 또는 양이온성 계면활성제를 사용한 경우에는 확인되지 않고, 비이온성 계면활성제, 특히 HLB가 5 내지 12의 범위에 있는 것을 사용한 경우에 현저하게 확인되는 것이다. 여기서 HLB(친수 친유기 평형)라 함은 계면활성제의 친수성의 정도를 나타내는 파라메타이고, 본 발명에서 사용되는 비이온성 계면활성제의 경우 0 내지 20의 값을 취하고, 이 수치가 클수록 친수성이 높은 것을 의미한다.

이러한 비이온성 계면활성제로는 [신계면활성제 입문 후지모토 다께히꼬 저서 1960년 11월 1일 발행 산요화성공업가부시끼 가이샤의 92페이지 제2.5.1표]에 기재된 폴리에틸렌글리콜형 및 다가 알코올형 비이온성 계면활성제이면 적용이 가능하다. 상기 폴리에틸렌글리콜형 비이온성 계면활성제로는 각종 소수성기에 에틸렌옥시드를 부가시켜 친수성기를 분자에 도입한 것이고, 고급 알코올에틸렌옥시드 부가물, 알킬페놀에틸렌옥시드 부가물, 지방산 에틸렌옥시드 부가물, 다가 알코올지방산 에스테르 에틸렌옥시드 부가물, 고급 알킬아민 에틸렌옥시드 부가물, 지방산아미드에틸렌옥시드 부가물, 유지의 에틸렌옥시드 부가물, 폴리프로필렌글리콜에틸렌옥시드부가물 등을 들 수 있다. 한편, 다가 알코올형 비이온성 계면활성제는 친수성 다가 알코올에 소수성 지방산을 에스테르 또는 아미드기를 통해 결합시킨 것으로, 글리세롤의 지방산에스테르, 펜타에리트리톨의 지방산에스테르, 소르비톨의 지방산에스테르 및 소르비탄의 지방산에스테르, 자당의 지방산에스테르, 알칸올아민류의 지방산아미드 등을 들 수 있다.

이들 비이온성 계면활성제 중, HLB가 5 내지 12의 범위인 것이 본 발명에서 바람직하게 사용된다. HLB가 5보다 낮으면 형성되는 연마 입자의 소수성이 너무 강해져, 낮은 분산성에 의한 입자의 침강 또는 상 분리 등이 발생하는 경우가 있다. 한편, HLB가 12보다 크면 반대로 너무 친수성이 높아져서 입자 형성이 곤란하고 에칭의 억제 효과가 발현하기 어렵게 되는 경우가 있다.

본 발명의 비이온성 계면활성제는 적합하게는 상기 폴리에틸렌글리콜형 계면활성제로서 분류되는 탄소수 8 내지 24의 고급 알코올의 폴리옥시에틸렌에테르, 알킬페놀의 폴리옥시에틸렌에테르, 폴리프로필렌글리콜의 폴리옥시에틸렌에테르(플루로닉(PLURONIC)형)을 들 수 있지만, 그 중에서도 특히 탄소수 8 내지 24의 고급 알코올의 폴리옥시에틸렌에테르가 바람직하다. 또한, 탄소수 8 내지 24의 상기 고급 알코올의 폴리옥시에틸렌에테르에는 올레일기와 같이 분자 중에 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 불포화형인 것과, 전혀 포함하지 않는 포화형인 것이 있지만, 포화기는 산화에 의한 변질을 받기 어렵고 시간 경과의 성능 열화가 발생하지 않기 때문에 포화형 고급 알코올의 폴리옥시에틸렌에테르가 바람직하다. 이러한 것으로는예를 들면, 폴리옥시에틸렌데실에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌2-에틸헥실에테르, 폴리옥시에틸렌트리데실에테르, 폴리옥시에틸렌이소스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌 합성 알코올 에테르(상기 합성 알코올은 탄소수 12 내지 15임) 등을 들 수 있다.

이러한 비이온성 계면활성제는 1종만을 사용할 수도 있지만, HLB가 상호 상이한 2종 이상을 병용함으로써 본 발명의 연마액이 갖는 우수한 성능, 즉 생성하는 연마 입자의 고분산성 및 저에칭성, 및 저하중에서의 고속 연마성 등을 쉽게 발현하는 것이 가능해진다. 또한 HLB가 상호 상이한 2종 이상의 비이온성 계면활성제를 병용하는 경우, 사전에 계면활성제를 함께 혼합한 후 이를 폴리옥소산(또는 그의 염)과 혼합하거나, 또는 계면활성제를 동시에 폴리옥소산(또는 그의 염)과 혼합하는 것도 가능하지만, 바람직하게는 우선 HLB가 높은 계면활성제를 먼저 폴리옥소산(또는 그의 염)과 혼합한 후, HLB가 낮은 계면활성제를 여기에 혼합하여 제조하는 것이, 생성되는 연마 입자가 높은 분산성을 유지한 채로 저에칭성 및 저하중에서의 고속 연마성을 발현시키는 데에 있어서 유리하다.

본 발명의 연마액에 사용되는 비이온성 계면활성제의 함유량은 특별히 한정되는 것이 아니고, 사용하는 계면활성제의 종류 및 폴리옥소산(또는 그의 염)의 종류나 양에 의해서도 다르지만, 통상적으로 0.1 내지 50 중량％, 바람직하게는 0.5 내지 25 중량％의 범위이다. 상기 범위보다 적은 경우에는 충분한 에칭 억제 효과가 발현되지 않고, 디싱 발생을 제어할 수 없고, 또한 상기 범위를 초과하면 점도의 상승과 같은 취급이 어려워지는 경우가 있다.

본 발명의 연마액은 수용성 중합체 및(또는) 비이온 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하지만, 높은 연마율을 얻기 위해서는 비이온 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 연마액은 통상적으로 물을 매체로서 사용한다. 폴리옥소산 (또는 그의 염)과 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제의 용해 또는 분산은 통상적으로 교반에 의해 행해지지만 균질기, 초음파, 습식 매체 밀 등을 사용하여 충분히 분산하는 방법이 바람직하게 사용된다.

이렇게 해서 제조된 연마액은 폴리옥소산 (또는 그의 염)과 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제와의 상호 작용에 의해, 폴리옥소산 (또는 그의 염)이 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제로부터 형성되는 미셀(micelle) 중으로 혼입되는 복합체(미셀 입자)가 되고, 수중에 고분산 상태로 존재하는 것이 바람직하다. 특히 비이온성 계면활성제의 경우, 비이온성 계면활성제의 존재로 인해 이 복합체 입자의 형성이 용이해지기 때문에 바람직하다. 여기서 복합체라 함은 기본적으로는, 후술하는 대로 습식 입도 분석계에 의한 입도의 측정, 및 투과형 전자 현미경에 의한 상기 구조의 관찰이 가능하고, 습식 입도 분석계에 의해 측정되는 수 평균 입도가 약 10 nm 내지 1 ㎛인 것이 바람직하다. 여기서, 수 평균 입도가 약 10 nm 보다 작거나 입도 측정을 할 수 없을 정도로 더욱 미세하고, 또한 고분산 상태로 존재하는 복합체도 본 발명의 범위에 포함되지만, 이러한 복합체는 일반적으로 얻어지는 조성물의 점도가 높고, 연마시의 작업성 등의 점을 고려하면 상술된 바와 같이 입도의 측정 및 구조의 관찰이 가능한 복합체 입자가 바람직하다.

본 발명의 연마액에 있어서, 상세한 연마 메카니즘은 분명하게 공지되어 있지 않지만, 폴리옥소산 (또는 그의 염)과 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제와의 상호 작용에 의해 형성되는 미셀 입자가 화학적 연마 작용을 발현하는 연마 입자로서 저에칭율을 유지하여 디싱 발생을 제어하면서, 저하중에도 높은 연마율을 발현할 수 있는 것으로 생각된다. 이와 같이, 본 발명에 있어서는 연마 입자는 미셀형의 입자이고, 기계적 연마를 목적으로 사용되는 지립과 본질적으로 성격을 달리하기 때문에, 응집한 지립 입자에 의한 스크래치나 연마시의 하중에 의한 기초 기판에의 손상 등, 종래의 기계 연마에 유래하고 있었던 문제점이 해소된다.

본 발명의 연마액은 스크래치 등의 상기 문제를 야기하지 않는 범위에서 연마율을 더욱 높이는 등, 약간의 기계 연마 요소를 부여하는 것을 목적으로 지립을 사용하는 것도 가능하지만, 실질적으로 지립을 포함하지 않는 것이 특징이다. 지립을 포함하는 경우 그의 함유량은 1 중량％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 지립의 예는 산화규소, 산화티탄, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화마그네슘 등의 무기 입자; 스티렌계 공중합체, 아크릴계 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리아세탈, 포화 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 페녹시 수지, 폴리올레핀, 올레핀계 공중합체 등의 유기 미립자; 비정질 탄소, 카본 블랙 등의 유기 입자를 들 수 있지만, 통상적으로 기계적 연마를 목적으로 사용되는 것은 경도가 높은 무기 입자이다.

본 발명의 연마액은 디싱의 원인이 되는 금속막의 에칭성이 매우 낮기 때문에 통상적으로 보호막 형성제를 병용할 필요는 없지만, 실질적으로 연마율을 저하시키지 않는 범위내에서 필요에 따라 금속막과 킬레이트 또는 착체를 형성하는 화합물을 첨가하여 더욱 에칭성을 억제하는 것도 가능하다. 특히 금속이 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 구리 합금의 경우, 벤조트리아졸 또는 퀴날딘산을 킬레이트제로서 첨가하는 방법이 효과적이다. 부식 방지제로는 이외에도, 톨릴트리아졸, 벤조트리아졸카르복실산 등의 벤조트리아졸 유도체, 시스틴, 할로아세트산, 글루코스, 도데실머캅탄 등을 들 수 있다. 본 발명에 사용되는 이러한 부식 방지제의 첨가량은 100 ppm 이하, 바람직하게는 50 ppm 이하로, 종래의 연마재에 사용되어 온 양에 비해 매우 소량으로 충분하다. 반대로 이 첨가량이 너무 많으면 연마율이 저하되어 목적한 연마 성능을 얻을 수 없게 되어 바람직하지 않다.

본 발명의 연마액에는 금속막의 연마율을 보다 향상시킬 목적으로, 과도의 에칭을 야기하지 않는 범위내에서 공지의 산화제를 함유할 수도 있다. 함유시키는 산화제로는 공지의 산화제, 예를 들면 과산화수소 등의 과산화물, 과염소산, 과염소산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과황산, 과황산염, 질산염 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서 연마액에는 더욱 필요에 따라서 산을 함유할 수도 있고, 사용하는 산의 종류 및 얻어지는 슬러리의 pH에 의해서 금속막의 연마 성능을 제어할 수 있다. 함유되는 산으로는 공지의 무기산, 예를 들면 황산, 인산, 질산 등, 또는 공지의 유기산, 예를 들면 옥살산, 시트르산, 말산, 아세트산 등을 들 수 있다.

본 발명의 연마용 조성물에는 필요에 따라서 메탄올, 에탄올, n-프로판올,이소프로판올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 수용성 알코올을 첨가할 수도 있다.

이와 같이 하여 제조된 본 발명의 연마액은 반도체 기판상에 형성된 금속막의 연마 및 평탄화에 적용된다. 연마 대상이 되는 반도체 기판상의 금속막은 공지의 배선용, 플러그용, 접속 금속층용, 배리어(barrier) 금속층용 금속막이고, 예를 들면 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 탄탈, 알루미늄 합금, 구리 합금, 질화티타늄, 질화탄탈 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속으로 이루어지는 금속막 등을 들 수 있다. 이 중 특히 표면 경도가 낮고, 스크래치, 디싱 등과 같은 결함이 생기기 쉬운 구리 및 구리 합금으로 이루어지는 금속막에 적용되지만, 탄탈 등으로 이루어지는 배리어 금속의 연마에도 적용하는 것이 가능하다.

본 발명의 연마액을 사용하여 연마를 행할 때, 그 성능을 최대한으로 발휘시키기 위해서, 특징 있는 연마 방법이 사용된다. 본 발명은 이러한 연마 단계를 포함하는 반도체 기판의 제조 방법에도 관한 것이다.

연마시의 하중은 15 KPa 이하, 바람직하게는 10 KPa 이하, 더욱 바람직하게는 5 KPa 이하라는 매우 낮은 값이 사용된다. 이것은 본 발명의 연마액의 경우, 이와 같이 낮은 하중에서도 높은 연마율을 얻을 수 있으므로, 종래의 높은 하중으로 연마할 필요가 없기 때문이다. 그 결과, 기판에 과대한 응력을 걸지 않고 연마할 수 있기 때문에, 가까운 장래 도입되어 금후 주류가 될 다공성형 저유전율 절연막을 사용한 반도체의 제조에서도 절연막의 파괴 등에 의해 금속막이 박리하는 문제를 회피할 수 있다. 또한, 연마시의 하중이 낮으면 연마에 대한 패드 표면의 영향이 덜 하기 때문에 번잡한 패드 표면 상태의 제어도 용이해진다. 나아가 패드의소모도 억제되기 때문에 공정 비용의 저감으로 이어지는 등의 여러가지 효과를 얻을 수 있다.

연마시의 반도체 기판과 연마 정반과의 상대 속도는 40 m/분 이상의 높은 값인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명과 같이 기계적 연마 요소가 낮은 경우에도 고속으로 연마액과 기판이 접촉함으로써, 보다 높은 연마율을 얻을 수 있고, 연마 시간의 단축화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 금속막용 연마액을 사용한 경우, 종래 필수적이었던 연마 패드의 드레싱 처리가 불필요해지는 특징을 갖는다. 여기서 드레싱 처리라 함은 미사용 상태의 연마 패드에 대해 초기에 행하는 단계, 및(또는) 사용된 연마 패드의 표면을 리프레시(refresh)하기 위한 단계를 의미하지만, 전자의 의미의 드레싱은 통상적으로 패드 표면에 이물 또는 돌출 부분 등이 있으면 연마시에 스크래치 등의 결함이 발생하기 때문에 약간의 드레싱을 필요로 하는 경우가 많다. 그러나, 본 발명의 연마액을 사용하는 경우, 후자의 의미의 드레싱은 필요없다. 즉, 통상의 지립을 포함하는 종래의 연마액을 사용하는 경우, 미세한 다이아몬드 등을 표면에 매립한 원반 또는 링 형태의 컨디셔너를 사용하여 패드 표면을 미세하게 기모(fluffing)시킴으로써 슬러리 중의 지립을 플러프 사이에 유지하고 목적한 연마율을 발현하기 때문에 정기적으로 패드 표면의 기모 상태의 제어는 연마 성능의 열화를 방지하는데 필수적이다. 또한, 연마 패드는 종래, 슬러리 중의 지립의 유지성을 높이기 위해 발포 구조를 갖고 있지만, 연마의 진행에 따라 지립이 이 기공에 매립되어, 새로운 지립과의 치환이 일어나지 않게 되어 점차로 연마율이 저하된다는 문제가 발생한다. 이것을 방지하는 의미에서 마찬가지로 패드 표면의 리프레시를 목적으로 드레싱이 행해진다. 그러나 본 발명의 경우, 연마액에 지립이 실질적으로 포함되지 않기 때문에 리프레시를 목적으로 한 정기적인 드레싱은 불필요하다. 이에 따라, 번잡한 드레싱 단계가 불필요해짐으로써 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 비싼 패드의 소모도 억제되고, 공정 비용의 저감이 가능해진다.

본 발명의 방법에 있어서는 평균 표면 조도(Ra)가 1000 nm 이하인 평활한 패드를 사용하여 연마하는 것을 제안한다. 종래는, 상술한 바와 같이 원하는 연마율을 얻기 위해서, 연마 패드 표면을 드레싱에 의해 고의로 거칠게 하는 조작이 이루어지고 있었지만, 이와 같이 표면 평활성이 낮은 패드로 연마를 하면 그 표면의 요철에 의해 디싱이 일어나기 쉽게 되어 정밀 연마를 행할 수 없는 문제가 있었다. 이에 대하여, 본 발명의 경우, Ra가 1000 nm 이하라는 매우 평탄성이 높은 패드를 이용하여 연마를 해도 목적한 높은 연마율을 얻을 수 있는 특징을 갖기 때문에 연마율을 저하시키지 않고 정밀 연마를 행할 수 있다.

본 발명의 방법에서는 무기 충전재를 함유한 패드를 이용하여 연마할 수도 있다. 통상적으로, 연마 패드에는 폴리우레탄 등의 유기 중합체를 발포시킨 것이 사용되지만, 에칭되기 어려운 탄탈 또는 탄탈 함유 화합물을 함유하는 금속막을 연마하는 경우, 무기 충전재 함유 패드를 사용하여 연마하면 기계적 연마 요소가 부여되어 높은 효율로 연마를 행할 수 있다. 무기 충전재 함유 패드는 폴리우레탄 등의 수지 중에 여러가지 무기 충전재를 첨가 및 분산한 후, 연마 패드의 형상으로혼합물을 성형함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로는, 우레탄 수지의 구성 성분인 디올, 폴리올 등과 같은 알코올 성분과, 2 또는 3 관능가 이상의 이소시아네이트기를 갖는 화합물을 혼합, 반응시킴으로써 우레탄 수지가 제조된다. 다음으로, 이와 같이 제조된 구성 수지에 무기 충전재를 첨가 혼련하여, 무기 충전재를 균일하게 분산시킨다. 그리고, 이것을 연마 패드의 형상으로 성형한 후, 열 처리 등의 방법으로 가교 반응을 함으로써 무기 충전재 함유 패드가 제조된다. 또한, 본 발명에서 사용되는 무기 충전재로는 상술한 통상, 연마 지립으로 사용되는 것을 들 수 있고, 산화규소, 산화티탄, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화크롬, 산화철, 산화주석, 산화아연, 복합 금속 산화물, 금속 수산화물, 질화규소 및 질화티탄 중의 1종 이상이다. 또한 이들 무기 충전재는 패드 수지 중에 첨가될 때, 분산 상태 및 수지/무기 충전재 계면의 친화성을 높이기 위해 표면을 실란 커플링제 등의 유기 규소 화합물 등으로 피복 처리하는 것도 행해진다. 이들 무기 충전재는 그의 입경이 1 nm 내지 10 ㎛인 것을 사용할 수 있고, 10 nm 내지 5 ㎛인 것이 특히 바람직하다. 입경이 1 nm보다 작은 경우, 충분한 연마율을 얻기 어렵고, 또한 10 ㎛보다 커지면 연마시에 스크래치 등의 결함이 생기기 쉽기 때문에 바람직하지 않다. 더욱 무기 충전재의 구성 수지에 대한 첨가량은 0.1 부피％ 내지 10 부피％이고, 바람직하게는 1 부피％ 내지 5 부피％이다. 이 첨가량이 너무 적으면 충분한 무기 충전재의 첨가 효과를 얻을 수 없고, 반대로 너무 많으면 패드 성형상 문제가 생기거나, 경도가 지나치게 높아져 연마시에 스크래치 등의 결함이 생기기 쉬운 문제가 생긴다. 이러한 무기 충전재가 첨가된 연마 패드로는, 예를 들면 로델닛타사 제조의 MHC 시리즈와 같이, 우레탄 수지에 산화세륨을 첨가한 것도 사용할 수 있다.

본 발명은 반도체 기판을 구성하는 절연막의 비유전율(K)값이 2.5 이하인 저유전율의 절연막, 특히 기계적으로 취약한 다공성형 저유전율 절연막의 경우에 유효하게 사용된다. 즉, 절연막은 그의 K값을 가능한 한 1에 가깝게 하기 위해 막 중에 공기층을 도입한 다공성 구조로 하는 것이 검토되고 있지만, 이러한 구조인 경우, 일반적으로 막이 취약하고, 막을 가공하기 위한 CMP 공정에서 절연막의 파괴나 밀착성 부족으로 발생하는 금속막의 박리가 발생된다. 그래서, 기판으로의 응력을 최소화하면서 연마를 진행시킬 필요가 있고, 저하중 조건하에서의 연마를 가능하게 하는 본 발명은 이 공정의 요구에 합치되는 것이다.

이하, 반도체 기판의 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

처음에, 도 1A와 같이 실리콘 기판 등의 반도체 기판상 (1)에 절연막 (2)를 형성한 후에, 포트리소그래피법 또는 에칭법으로 절연막 (2)에 금속 배선용 홈, 또는 접속 배선용 개구부를 형성한다. 다음으로 도 1B에 나타낸 바와 같이, 절연막 (2)에 형성한 홈 또는 개구부에 스퍼터링 또는 CVD 등의 방법에 의해, 질화티타늄(TiN), 질화탄탈(TaN) 등을 포함하는 배리어 금속층 (3)을 형성한다. 다음으로 도 1C에 나타낸 바와 같이 두께가 절연막 (2)에 형성된 홈 또는 개구부의 높이 이상이 되도록 배선용 금속막 (4)를 매립한다. 다음으로 도 1D에 나타낸 바와 같이, 홈 또는 개구부 이외의 영역에 존재하는 여분의 금속막을 본 발명의 연마액을 사용하여 연마함으로써 제거한다. 또한 상기한 일련의 단계를 필요 횟수 반복함으로써 전자 부품으로서 다층 배선 구조를 갖는 반도체 기판을 얻을 수 있다.또한, 이러한 반도체 기판의 제조에 있어서는 반도체 기판상의 금속막의 연마에는 상술한 금속막용 연마액 및 반도체 기판의 제조 방법을 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해서 제한되는 것이 아니다.

또한, 연마액의 특성 및 연마 성능의 평가는 이하의 방법으로 행하였다.

<입경 측정>

(1) 미세(5 ㎛ 미만)입자:습식형 입도 분석계 (니키소사 제조, 마이크로트랙 (UPA-9230))을 사용하여 측정했다.

(2) 조대(5 ㎛ 이상)입자:습식형 입도 분석계 (호리바 제작소, LA-700)을 사용하여 측정했다.

또한, 이 이후에 나타내는 평균 입경은 수 평균에 의한 입경을 의미한다.

<표면 스크래치 평가>

상술한 연마율의 측정으로 연마한 실리콘 웨이퍼를 세정, 건조한 후, 이 반도체 웨이퍼 표면에 암실에서 스포트라이트를 비추고 눈으로 스크래치 유무를 판정했다.

<디싱 평가>

상기 연마율을 측정한 것과 동일한 방법에 의해, 소정의 하중으로 4" 패턴 웨이퍼(SKW6-2 사양:산화막 0.8 ㎛, TaN 25 nm, Cu 1.5 ㎛의 8" 웨이퍼로부터 4"로 절단한 것을 사용)를 연마하여, 50 ㎛ 간격의 라인 및 스페이스부를 탁상 소형 프로브 현미경:Nanopics(세이코 인스투루먼트사 제조)를 사용하여 측정함으로써, 스페이스부에 매립된 Cu 표면의 디싱량을 계측했다. 또한, 이 디싱 평가에서는 측정된 연마율로부터 소정의 막 두께를 완전히 연마하는 데 필요로 하는 시간을 산출하여, 그 값의 10 ％ 더 긴 시간(10 ％ 오버 연마)을 연마 시간으로 하였다.

<패드 표면 조도(Ra) 측정>

상기 디싱 측정에 있어서 사용한 탁상 소형 프로브 현미경(Nanopics)에 의해, 패드 표면의 조도를 측정했다.

<연마 조건>

특별한 기재가 없는 한, 이하의 조건을 표준 연마 조건으로 채택하였다.

ㆍ연마 장치:무사시노 전자사 제조 연마 장치 MA-300D

ㆍ하중:5 KPa

ㆍ기판과 연마 정반과의 상대 속도:50 m/분

ㆍ연마액 공급량:50 ㎖/분

ㆍ연마 패드:IC-1400(발포 폴리우레탄 제조)를 연마 정반 상에 고정하고, 물에 침지시킨 후, 4" 베어(bare) 실리콘 웨이퍼를 사용하여, 하중 20 KPa에서 1 시간 동안 처리함으로써, 초기에 패드 표면에 존재하는 돌출 부분 등의 결함을 제거하기 위한 조작을 하여, 이 후 기판의 연마에 제공하였다. 단, 연마액을 특정하기 위해서 사용되는 연마율(PR₁₀)은 하중 10 KPa일 때의 값을 나타낸다.

이하의 예는 폴리옥소산과 비이온성 계면활성제를 조합시킨 경우의 연마액의 예이다.

<실시예 1>

폴리옥소산으로서 인바나도몰리브덴산(PVMo, 상품명 PVM-1-11 일본 무기 화학 공업사 제조) 12 g을 물 68 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 비이온성 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌라우릴에테르(SF-1, 상품명 BLAUNON EL-1503P, HLB=8.3, 아오끼유지공업사 제조) 18 g을 물 102 g에 혼합시킨 것을 첨가하고, 금속막용 연마액을 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 연마액의 특성(ER:에칭율, PR₁₀:하중 10 KPa 시의 연마율, 콘트라스트:PR₁₀/ER, 평균 입경) 및 소정의 조건에서의 성능 평가 결과(PR:연마율, 디싱량, 스크래치)를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 2>

비이온성 계면활성제로서 SF-1을 대신해서 폴리옥시에틸렌올레일에테르(SF-2, 상품명 BLAUNON EN-905, HLB=8.9, 아오끼유지공업사 제조)를 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 3>

실시예 2에서 얻어진 연마액 조성물에 벤조트리아졸(BTA)의 농도가 50 ppm이 되도록 BTA를 가함으로써 부식 방지제가 첨가된 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 4>

폴리옥소산으로서 규소몰리브덴산(SiMo, 상품명 SM 일본 무기 화학 공업사제조)를 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 5>

비이온성 계면활성제로서 SF-1을 대신해서 폴리옥시에틸렌라우릴에테르(SF-3, 상품명 BLAUNON EL-1502.2, HLB=6.3, 아오끼유지공업사 제조) 12 g을 순수 108 g에 혼합한 것을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 6>

폴리옥소산으로서 PVMo 6 g을 물 74 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 비이온성 계면활성제로서 SF-1 6 g을 순수 54 g에 혼합한 것을 첨가하고, 이어서 여기에 비이온성 계면활성제 SF-3 6 g을 물 54 g에 혼합시킨 것을 첨가함으로써 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 7>

폴리옥소산으로서 PVMo 12 g을 물 68 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 비이온성 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌세틸에테르:SF-4(상품명 BLAUNON CH-305, HLB=9.4, 아오끼유지공업사 제조) 8 g을 순수 52 g에 혼합시킨 것을 첨가하고, 이어서 여기에 비이온성 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌 2-에틸헥실에테르(SF-5, 상품명 BLAUNON EH-2, HLB=8.1, 아오끼유지공업사 제조) 3 g을 순수 57 g에 혼합시킨 것을 첨가함으로써 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 8>

비이온성 계면활성제로서 SF-4를 대신해서 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르(SF-6, 상품명 BLAUNON SR-705, HLB=9.2, 아오끼유지공업사 제조)를 사용하는 것 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 9>

폴리옥소산으로서 PVMo 12 g을 물 68 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 상기 비이온성 계면활성제 SF-4 6 g을 순수 54 g에 혼합시킨 것을 첨가하고, 이어서 여기에 비이온성 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌 합성 알코올에테르(SF-7, 상품명 BLAUNON OX-20, HLB=5.7, 아오끼유지공업사 제조) 2 g을 물 58 g에 혼합시킨 것을 첨가함으로써 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 10>

실시예 9에서 얻어진 연마액에 벤조트리아졸(BTA)의 농도가 50 ppm이 되도록 BTA를 가하여, 부식 방지제의 첨가된 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 11>

폴리옥소산으로서 PVMo 6 g을 물 74 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 비이온성 계면활성제로서 SF-2 24 g을 순수 96 g에 혼합한 것을 첨가하여, 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 이 연마액은 점도가 다소 높았다.

<실시예 12>

연마 하중을 25 KPa으로 높이는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 연마 성능 평가를 하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 13>

기판과 연마 정반과의 상대 속도를 19 m/분으로 저하시키는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 연마 성능 평가를 하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<실시예 14>

실시예 1에서 얻어진 연마액을 사용하여 비유전율 2.1의 다공성 구조를 갖는 메틸실세스퀴옥산형 절연막 상에 약 0.8 ㎛ 두께의 Cu 막을 형성한 기판의 연마 실험을 하였다. 또한 연마 조건은 실시예 1과 동일하게 5 KPa의 저하중으로 하고, 연마 종료까지 Cu 막의 박리나 크랙은 전혀 관찰되지 않았다.

이와 같이 하여 상기 실시예에서 얻어진 미세 입자를 포함하는 연마액을 각각 카본 지지막 부착 그리드상에 적하하여, 공기 건조시킴으로써 검경 시료로 하고, 투과형 전자 현미경(HlTACHI HF-2000 가속 전압 200 KV)에 의해 입자 구조의 관찰을 하였더니 폴리옥소산이 비이온성 계면활성제에 수용된 형태를 갖는 입자의 존재가 확인되었다. 입도는 연마 조성물에 따라 달라지지만, 약 20 내지 50 nm인 것으로부터, 몇몇 입자는 이들이 응집한 것이라고 생각되는 구조가 관찰되었다.

<비교예 1>

비이온성 계면활성제를 대신해서 음이온성 계면활성제로서 동량의 도데실벤젠술폰산나트륨 SF-8을 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 연마액은 균일한 용액이 되고, 입경 측정은 불가능하였다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<비교예 2>

비이온성 계면활성제를 대신해서 음이온성 계면활성제로서 동량의 라우릴트리메틸암모늄클로라이드 SF-9를 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<비교예 3>

폴리옥소산으로서 인바나도몰리브덴산 PVMo 12 g을 물 188 g에 용해시켜, 이것을 이대로 금속막용 연마액으로 하였다. 이 연마액은 계면활성제 등을 전혀 포함하지 않기 때문에 균일한 용액 상태이고, 입경 측정은 불가능하였다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<비교예 4>

폴리옥소산염으로서 인몰리브덴산암모늄 NPMo((NH₄)₃[PMo₁₂O₄₀], 니혼무키화학사 제조) 12 g을 잘 분쇄한 후, 물 88 g 중에 가하여, 균질기로 분산시켰다. 계속해서 여기에 조성물 중의 지립 농도가 6 ％가 되도록 콜로이달 알루미나(평균 입경 130 nm, 촉매화성사 제조) 10O g을 가하여, 균질기로 분산 처리를 더 행함으로써 지립으로서 알루미나 입자를 포함하는 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<비교예 5>

시트르산 6 g을 물 62 g에 가하여 용해하고, 여기에 BTA 0.4 g을 에탄올 3 g에 용해하여 얻어지는 용액을 가하여, 여기에 연마액 중의 지립 농도가 6 ％가 되도록 콜로이달 알루미나(상동) 100 g을 더 가하여, 마지막으로 과산화수소수(시약 특급, 30 ％ 수용액) 28 g을 가하여 금속막용 연마액을 제조했다. 이 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

<비교예 6>

인바나도몰리브덴산(PVMo) 5 g을 물 195 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 pH가 3.5가 되도록 KOH를 첨가하고, 더욱 여기에 연마액 중의 지립 농도가 3 ％가 되도록 콜로이달 알루미나(상동)을 더 가하여 금속막용 연마액을 제조했다. 이 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<비교예 7>

연마 하중을 30 KPa로 하는 것 이외에는, 비교예 6과 동일하게 하여 연마 성능 평가를 하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

<비교예 8>

비교예 7에서 행한 연마 조건으로, 실시예 13과 동일하게 비유전율 2.1의 다공질 구조를 갖는 메틸실세스퀴옥산형 절연막 상에 약 0.8 ㎛ 두께의 Cu 막을 형성한 기판의 연마 실험을 하였다. 그 결과, 연마 도중에 Cu 막의 박리가 발생되었다.

상기한 실시예 및 비교예의 결과로부터, 폴리옥소산과 비이온성 계면활성제와의 조합을 포함하는 본 발명의 연마액은 기판과 연마 정반과의 상대 속도가 50 m/분의 조건에서는 5 KPa라는 저하중에서도 구리막에 대해 400 nm/분 이상이라는 매우 높은 연마율을 갖고 있고, 저하중하에 스크래치 등의 표면 결함에 대해서도 유리하다는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 유리한 특성에 따라, 취약한 다공성형의 저유전율 재료를 절연막에 사용한 기판에 대해서도 문제없이 연마할 수 있는 것을 알 수 있다. 기판과 연마 정반과의 상대 속도가 저하되면 연마율도 저하되는 경향이 있지만, 그 값은 약 300 nm/분으로 여전히 높은 값을 나타내고 있다.

본 발명의 연마액은 비이온성 계면활성제와 조합했을 때에만 효력을 발휘하고, 다른 음이온성이나 양이온성의 계면활성제와 조합해도 충분한 효과를 얻을 수 없는 것을 알 수 있다. 또한, 헤테로폴리산 만을 포함하는 연마액을 사용한 경우, 에칭성이 지나치게 높아 목적한 성능을 얻을 수 없고, 한편 헤테로폴리산이 갖는 에칭성을 암모늄염 또는 칼륨염으로 전환시켜 억제시키고자 하면 동시에 연마 성능도 저하되어 5 KPa라는 저하중에서는 지립을 첨가하더라도 충분한 연마율을 얻을 수 없는 것을 알 수 있다.

이하의 예는 폴리옥소산과 수용성 중합체를 조합시킨 경우의 연마액의 예이다.

<실시예 15>

폴리옥소산으로서 PVMo 6 g을 물 154 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 폴리비닐피롤리돈 K30:PVP(평균 분자량 40000, 와코쥰야쿠공업사 제조) 6 g을 물 34 g에 용해한 수용액을 첨가하여, 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 16>

폴리옥소산으로서 PVMo 6g을 물 114 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 PVP 12 g을 순수 68 g에 용해한 수용액을 첨가하여, 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 17>

폴리옥소산으로서 PVMo 6 g을 물 62 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 폴리에틸렌글리콜 4000:PEG-1(평균 분자량 3000, 와코쥰야쿠공업사 제조) 40 g을 순수 92 g에 용해한 수용액을 첨가하여, 금속막용 연마액을 얻었다. 이 조성물은 균일한 용액이 되고, 입경 측정은 불가능하였다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 18>

폴리옥소산으로서 PVMo 6 g을 물 94 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 폴리에틸렌글리콜 20000:PEG-2(평균 분자량 20000, 와코쥰야쿠공업사 제조) 30 g을 물 70 g에 용해한 수용액을 첨가하여, 금속막용 연마액을 얻었다. 이 조성물은 균일한 용액이 되고, 입경 측정은 불가능하였다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 19>

폴리옥소산으로서 PVMo 9 g을 물 123 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 PEG-1의 15 g을 물 35 g에 용해한 수용액을 첨가하고, 이어서 여기에 이것에 비이온성 계면활성제로서 상기 SF-1의 18 g을 첨가함으로써 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

<실시예 20>

실시예 18에서 얻어진 연마 조성물에 BTA의 농도가 50 ppm이 되도록 BTA를 가함으로써 부식 방지제가 첨가된 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 21>

비이온성 계면활성제로서 SF-1을 대신해서, SF-2를 사용하는 것 이외에는 실시예 19와 동일하게 하여 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 22>

폴리옥소산으로서 PVMo 6 g을 물 168 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 PEG-1 6 g을 순수 14 g에 용해한 수용액을 첨가하여, 이어서 여기에 비이온성 계면활성제로서 SF-3 6 g을 첨가함으로써 금속용 연마 조성물을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 23>

폴리옥소산으로서 PVMo 9 g을 물 116 g 및 에탄올 6 g에 용해시키고, 균질기로 교반하에, 여기에 수용성 중합체로서 PVP 9 g을 순수 51 g에 용해시킨 수용액을 첨가하여, 이어서 여기에 이것에 비이온성 계면활성제로서 SF-1 9 g을 첨가함으로써 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 24>

폴리옥소산으로서 PVMo 12 g을 물 178 g에 용해시켜, 균질기로 교반하에, 여기에 비이온성 계면활성제로서 SF-4 6 g을 첨가하고, 이어서 여기에 수용성 중합체로서 히드록시프로필셀룰로오스 HPC(150 내지 400 mPaㆍs, 와코쥰야쿠공업사 제조) 0.4 g을 순수 3.6 g에 용해한 수용액을 첨가함으로써 금속막용 연마액을 얻었다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

<실시예 25>

각각 실시예 17 및 22에서 얻어진 연마액을 사용하여 비유전율 2.1의 다공성 구조를 갖는 메틸실세스퀴옥산형 절연막 상에 약 0.8 ㎛ 두께의 Cu 막을 형성한 기판의 연마 실험을 하였다. 연마 조건은 동일하게 5 KPa의 저하중으로 하고, 연마 종료까지 Cu 막의 박리나 크랙은 전혀 관찰되지 않았다.

<비교예 9>

시트르산 6 g 및 수용성 중합체로서 PVP 6 g을 물 60 g에 가하여, 용해시켜, 여기에 조성물 중의 지립 농도가 6 ％가 되도록 콜로이달 알루미나(상동) 100 g을 가한 후, 과산화수소수(시약 특급, 30 ％ 수용액) 28 g을 더 가하여 금속막용 연마액을 제조했다. 이 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

하기 표 2의 결과로부터, 폴리옥소산과 수용성 중합체가 조합된 경우에도 상술된 비이온성 계면활성제와 조합한 경우와 유사하게 에칭성을 낮은 레벨로 억제하면서 높은 연마율을 발현하는 것이 가능하다. 또한, 폴리옥소산에 수용성 중합체와 비이온성 계면활성제의 양쪽을 동시에 조합시킨 경우가 비교적 높은 연마율을발현하는 경향이 확인되었다. 한편, 폴리옥소산 이외의 에칭제에 수용성 중합체를 조합해도 에칭성은 억제되지 않고, 이 연마액을 사용한 연마에서는 디싱이 크고 연마 성능상 문제가 있는 것을 알 수 있다.

이하의 예는 본 발명에 있어서 패드의 드레싱 조작의 연마 성능에의 영향을 평가하기 위한 예이다.

<실시예 26>

본 발명의 연마액에 있어서, 연마 도중에 행하는 드레싱 조작(패드의 리프레시가 목적)을 하지 않으면 연마 성능에 어느 영향이 나오는지를 평가하기 위해 실시예 9에서 사용한 연마액을 테두리가 부착된 연마 정반에 연마용 웨이퍼가 충분히 침지될 만큼의 양을 넣고, 4" 더미 웨이퍼를 사용하여 1 시간 패드상에서 연마했다. 다음으로 이 패드를 가볍게 나일론 브러시를 사용하여 물로 세정했을 뿐이고, 패드 표면의 드레싱 처리는 하지 않았다. 이 패드를 사용하는 것 이외에는 실시예 9와 동일하게 하여 연마 성능을 평가했다. 또한, 이 패드의 표면 조도(Ra)는 456 nm이었다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

<실시예 27>

패드로서 홈 부착 MF 플라스틱반(무사시노 전자사 제조)이라는 무발포형 연마 패드(Ra=120 nm)를 사용하는 것 이외에는, 실시예 9와 동일하게 하여 연마 성능을 평가했다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

<비교예 10>

연마를 하기 전에, 다이아몬드를 매립한 # 100의 컨디셔너를 사용하여 하중3 KPa에서 1 시간 드레싱을 실시한 패드를 사용하고, 연마 하중을 30 KPa로 하는 것 이외에는, 비교예 5와 동일하게 하여 연마 성능을 평가했다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

<비교예 11>

비교예 10에서 사용한 드레싱을 실시한 패드에 대하여, 실시예 26과 동일한 처리를 하여 리프레시 없는 상태의 패드를 얻고, 이 패드를 사용하여 비교예 5와 동일하게 하여 연마 성능을 평가했다. 단, 연마 하중을 30 KPa로 했다.

표 3의 결과로부터, 본 발명에 있어서는 연마 도중 단계에서 빈번하게 행하는 패드의 리프레시를 목적으로 한 드레싱을 하지 않더라도, 초기의 경우 비교할 만한 연마 성능이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 매우 표면이 평활한 패드를 사용한 경우는 연마율이 극단적인 저하를 수반하지 않고 디싱성이 향상되고 있는 것도 알 수 있다. 이에 대하여, 알루미나 지립을 함유하는 종래형의 연마액의 경우, 드레싱에 의해 연마율이 향상되지만, 연마 도중에 행하는 리프레시를 목적으로 한 드레싱을 실시하지 않으면 연마율이 저하되는 것을 알 수 있다.

<실시예 28>

실시예 9에서 제조된 연마액과, 연마 패드로서 MH C15A(우레탄 수지 중에 산화세륨을 함유한 패드, 로델닛타사 제조)를 # 4000 드레서로 10분간 전처리한 것을 사용하여, 하중 5 KPa에서 구리막, TaN 막을 연마하였더니 연마율은 각각 580 nm/분과 80 nm/분이었다. 또한 동일 조건으로 열산화막을 연마하였더니 약 1 nm/분으로 거의 연마가 이루어지지 않았다. 이 때, 연마면의 스크래치는 전혀 발견할 수없었다. 다음으로 이 연마액을 사용하여, 디싱 평가법에 따라서, 패턴 웨이퍼를 사용하여 3분간 연마를 하여 디싱량을 측정하였더니 약 70 nm이었다. 또한, 이 때, 홈부 이외의 영역의 TaN 막은 금속막 두께 측정기로 측정했지만 검출되지 않고 소실되고 있는 것이 확인되었다.

<비교예 12>

폴리옥소산으로서 PVMo 2 g을 물 198 g에 용해시킨 폴리옥소산만을 포함하는 연마액을 제조했다. 이 연마액을 사용하는 것 이외에는 실시예 28과 동일하게 하여 평가하였다. 즉, 구리막, TaN막, 및 열산화막을 연마하였더니 연마율은 각각 520 nm/분, 30 nm/분, 및 1 nm 이하이었다. 또한, 구리막의 에칭율은 110 nm/분으로 큰 값을 나타냈다. 다음으로 이 연마액을 사용하여, 패턴 웨이퍼를 연마하여 디싱 평가를 하였다. 마찬가지로 3분간 연마하여, 디싱량을 측정하였더니 평균 약 400 nm의 공동이 생기고, 홈부는 국소적으로 에칭된 형상을 갖고 있었다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 금속막용 연마액과 무기 충전재를 함유하는 연마 패드를 사용하여 연마하면 5 KPa의 매우 낮은 하중에서도 구리막에 대해서는 580 nm/분으로 매우 높은 연마율로 연마할 수 있고, 또한 종래 연마가 어려웠던 탄탈계 화합물도 80 nm으로 고 연마율로 연마가 가능해지는 것을 알 수 있다. 또한, 이와 같이 구리와 TaN에 대하여 다른 연마율을 갖는 경우에도 양 물질을 디싱은 낮은 값으로 유지하면서 한 단계로 연마할 수 있다. 이것은 본 발명의 연마액이 어떤 소정 이상의 힘으로 패드가 금속막에 접촉한 부위만 선택적으로 금속막을 연마할 수 있다는 특징을 갖기 때문이고, 구리가 TaN 막에 대하여 높은 속도로 구리의연마가 진행되더라도, 지나치게 연마가 진행한 부위에는 하중이 걸리지 않게 되고, 이들 부위에서의 연마가 이 단계에서 멈추었기 때문이라고 생각된다. 한편, 본 발명의 연마 방법에서는, 산화규소막은 거의 연마되지 않기 때문에 구리막과 배리어 막을 연속적으로 연마하여, 산화막상에서 연마를 종료시킬 수 있기 때문에 번잡한 CMP 공정을 포함하는 반도체 제조 공정의 간략화에 크게 공헌할 수 있다.

본 발명은 저하중하에서도 반도체 기판상의 금속막을 고속 연마율로 연마할 수 있고, 또한 디싱의 원인이 되는 에칭성도 낮은 레벨로 제어할 수 있고, 기계적 연마에 필요한 지립을 실질적으로 함유하지 않기 때문에 스크래치, 부식 (도 1D의 금속막 (4)의 주변의 절연막 (2)이 연마되는 현상) 등의 피연마면의 결함 발생도 억제할 수 있고, 또한 번잡한 패드의 드레싱 공정을 필요로 하지 않는 특징을 갖는 반도체 기판상에 형성된 금속막의 연마에 사용되는 연마액 및 상기 연마액을 이용한 반도체 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 특정한 금속막용 연마액을 사용하여 연마를 행하면 종래 곤란했던 에칭의 억제와 저하중에 있어서의 고속 연마성의 양립이 가능해지고, 그러한 연마 방법은 취약한 다공성형 저유전율 절연막 기판상의 금속막에도 유효한 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 하기와 같다.

(1) 에칭율이 10 nm/분 이하이고, 하중 10 KPa 때의 연마율이 200 nm/분 이상이며, 또한 에칭율에 대한 연마율의 비인 콘트라스트가 20 이상인 금속막용 연마액.

(2) 폴리옥소산 및(또는) 그의 염, 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제, 및 물을 포함하는 금속막용 연마액.

(3) 상기 (2)에 있어서, 폴리옥소산 및(또는) 그의 염과 비이온성 계면활성제로 이루어지는 복합체 입자를 포함하는 금속막용 연마액.

(4) 상기 (2) 또는 (3)에 있어서, 실질적으로 지립을 포함하지 않는 금속막용 연마액.

(5) 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 한 항에 있어서, 폴리옥소산 및(또는) 그의 염이 헤테로폴리산 및(또는) 그의 염인 금속막용 연마액.

(6) 상기 (2) 내지 (5) 중 어느 한 항에 있어서, 비이온성 계면활성제의 HLB가 5 내지 12인 금속막용 연마액.

(7) 상기 (2) 내지 (6) 중 어느 한 항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 탄소수 8 내지 24의 포화형 고급 알코올의 폴리옥시에틸렌에테르인 금속막용 연마액.

(8) 상기 (2) 내지 (7) 중 어느 한 항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 HLB가 상이한 2종 이상의 조합인 금속막용 연마액.

(9) 반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 금속막용 연마액을 사용하여, 15 KPa 이하의 하중으로 연마를 행하는 방법.

(10) 반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마 정반(stool)을 이용하여 연마하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 금속막용 연마액을 사용하여, 반도체 기판과 연마 정반과의 상대 속도가 40 m/분 이상에서 연마를 행하는 방법.

(11) 상기 (9) 또는 (10)에 있어서, 상기 연마 단계에서 드레싱 처리를 하지 않는 연마 패드를 사용하여 연마를 행하는 방법.

(12) 상기 (9) 내지 (11) 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마 단계에서 연마 패드 표면의 평균 표면 조도(Ra)가 1000 nm 이하인 연마 패드를 사용하여 연마를 행하는 방법.

(13) 상기 (9) 또는 (10)에 있어서, 상기 연마 단계에서 상기 제1항 또는 제2항에 기재된 금속막용 연마액을 사용하여, 무기 충전제를 함유하는 연마 패드를 사용하여 연마를 행하는 방법.

(14) 상기 (9) 내지 (13) 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 기판을 구성하는 절연막의 비유전율(K)값이 2.5 이하인 방법.

(15) 상기 (1)에 있어서, 실질적으로 지립을 포함하지 않는 금속막용 연마액.

본 발명의 금속막용 연마액을 사용하면, 에칭 및 디싱을 억제함과 동시에 저하중하에서도 고 연마율로 구리막 등의 금속막을 연마하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 본 발명의 연마액은 특히 다공성형 저유전율 절연막 기판 등의 취약한 기판상의 금속막의 연마에 유효하다. 나아가 번잡한 패드의 드레싱 단계가 불필요하기 때문에 대폭적인 공정의 간략화가 가능해진다. 이와 같이, 본 발명은 반도체 기판상의 금속막을 연마하는 데에 있어서 매우 유용한 성능을 갖는 재료에 관한 것으로, 산업상의 이용 가치는 매우 큰 것이다.

Claims

에칭율이 10 nm/분 이하이고, 하중 10 KPa일 때의 연마율이 200 nm/분 이상이고, 또한 에칭율에 대한 연마율 비인 콘트라스트가 20 이상인 금속막용 연마액.
폴리옥소산 및(또는) 그의 염, 수용성 중합체 및(또는) 비이온성 계면활성제, 및 물을 포함하는 금속막용 연마액.
제2항에 있어서, 폴리옥소산 및(또는) 그의 염과 비이온성 계면활성제로 이루어지는 복합체 입자를 포함하는 금속막용 연마액.
제2항 또는 제3항에 있어서, 실질적으로 지립을 포함하지 않는 금속막용 연마액.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리옥소산 및(또는) 그의 염이, 헤테로폴리산 및(또는) 그의 염인 금속막용 연마액.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 비이온성 계면활성제의 HLB가 5 내지 12인 금속막용 연마액.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 탄소수 8 내지 24의 포화형 고급 알코올의 폴리옥시에틸렌 에테르인 금속막용 연마액.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 HLB가 상이한 2종 이상의 비이온성 계면활성제의 조합물인 금속막용 연마액.
반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마하는 단계를 포함하고, 제1항 또는 제2항에 따른 금속막용 연마액을 이용하여 15 KPa 이하의 하중으로 연마를 행하는 반도체 기판의 제조 방법.
반도체 기판상에 형성된 금속막을 연마 정반(stool)을 이용하여 연마하는 단계를 포함하고, 제1항 또는 제2항에 따른 금속막용 연마액을 이용하여, 반도체 기판과 연마 정반의 상대 속도가 40 m/분 이상으로 연마를 행하는 반도체 기판의 제조 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 연마 단계에서 드레싱 처리를 하지 않는 연마 패드를 사용하여 연마를 행하는 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마 단계에서 연마 패드 표면의 평균 표면 조도(Ra)가 1000 nm 이하인 연마 패드를 사용하여 연마를 행하는방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 연마 단계에서 제1항 또는 제2항에 따른 금속막용 연마액을 사용하고, 무기 충전제를 함유하는 연마 패드를 사용하여 연마를 행하는 방법.
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 기판을 구성하는 절연막의 비유전율(K)값이 2.5 이하인 방법.
제1항에 있어서, 실질적으로 지립을 포함하지 않는 금속막용 연마액.