KR20040050564A - 금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 - Google Patents
금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20040050564A KR20040050564A KR1020020078420A KR20020078420A KR20040050564A KR 20040050564 A KR20040050564 A KR 20040050564A KR 1020020078420 A KR1020020078420 A KR 1020020078420A KR 20020078420 A KR20020078420 A KR 20020078420A KR 20040050564 A KR20040050564 A KR 20040050564A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polishing
- metal
- slurry composition
- peroxide
- cmp slurry
- Prior art date
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims abstract description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical group O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000004343 Calcium peroxide Substances 0.000 claims abstract description 3
- ZJRXSAYFZMGQFP-UHFFFAOYSA-N barium peroxide Chemical compound [Ba+2].[O-][O-] ZJRXSAYFZMGQFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- LHJQIRIGXXHNLA-UHFFFAOYSA-N calcium peroxide Chemical compound [Ca+2].[O-][O-] LHJQIRIGXXHNLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 235000019402 calcium peroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 14
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 10
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 5
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- LMSDCGXQALIMLM-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl-(carboxymethyl)amino]acetic acid;iron Chemical compound [Fe].OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O LMSDCGXQALIMLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ANWREMMWTONMSH-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]propyl-(carboxymethyl)amino]acetic acid manganese Chemical compound C(C(C)N(CC(=O)O)CC(=O)O)N(CC(=O)O)CC(=O)O.[Mn] ANWREMMWTONMSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGCGKZYEELIHCG-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]propyl-(carboxymethyl)amino]acetic acid;iron Chemical compound [Fe].OC(=O)CN(CC(O)=O)C(C)CN(CC(O)=O)CC(O)=O UGCGKZYEELIHCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1409—Abrasive particles per se
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
본 발명은 탈이온수에 분산된 연마제, 제 1 산화제, 제 2 산화제, 금속-킬레이트 착물, 및 pH 조절제를 포함하는 금속배선층 연마용 CMP 슬러리 조성물로서, 상기 연마제가 1차 입자의 비표면적이 90㎡/g 내지 300㎡/g인 발연 실리카 또는 지르코니아 미분말인 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 CMP 슬러리 조성물은 금속배선층의 연마속도가 높고 연마속도 선택비가 우수하며 장기보관에 따른 연마속도 저하에 대한 우려가 없으므로, 반도체 공정에서 요구되는 연마속도를 안정적으로 얻을 수 있게 해준다.
Description
본 발명은 반도체 제조시 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에 사용되는 슬러리 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 텅스텐, 알루미늄 또는 이들이 포함된 합금으로 이루어진 금속배선층의 평탄화를 목적으로 하는 CMP 공정에 사용되는 슬러리로서, 연마입자의 비표면적 조절에 의해 금속배선층과 절연층에 대한 연마속도의 선택비가 크게 향상된 슬러리에 관한 것이다.
텅스텐과 같은 금속배선층은 집적회로의 제조과정 중 다양한 목적으로 이용된다. 예를 들어, 금속배선층은 반도체 웨이퍼의 전도성 디바이스들을 상호 연결시키거나 이를 구성할 때 사용된다. 현재 직접회로는 다이오드나 트랜지스터와 같은 디바이스들을 웨이퍼 내 또는 표면에 형성시켜 제조되며, 이때 상기 디바이스 전면에 절연물질 및 전도물질의 막을 형성시키는 공정이 반복된다. 집적회로 형성시 컨텍 홀이나 비아(via)의 특성은 절연물질에 의해서 결정되며, 절연물질을 관통하여 웨이퍼 표면상의 디바이스들의 적합한 부분들과 접촉하는 수직적 접속을 형성하기 위해서 비아들은 전도성 물질로 채워지게 된다. 알루미늄과 같은 물질은 배선용 금속으로서 비아 내부를 충분히 채울 수 없기 때문에, 화학적 기상 증착
(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 적용할 수 있는 텅스텐을 이용하여 비아를 채우는 것이 일반적이며, 이러한 증착 과정 중 텅스텐은 비아 내부에 채워질 뿐만 아니라 절연층 위에도 쌓이게 된다. 비아가 텅스텐으로 채워진 다음에는 알루미늄 배선이 유전체층과 비아 위에 적층되며, 그 후 과량의 텅스텐이 제거된다.
일반적으로 반도체 공정에서 텅스텐을 제거하기 위한 방법으로는 반응 이온에칭(Reactive Ion Etching, RIE)법이 사용되어 왔으나, RIE 공정은 텅스텐을 오버에칭(over etching)하여 비아 내부의 텅스텐도 함께 제거하게 되며, 그 결과 그 위에 증착되는 알루미늄 배선과의 연결이 불량하게 되는 문제를 초래한다. 더욱이 텅스텐 RIE 공정 후, 웨이퍼 상에 남아있는 입자들은 반도체 회로에 치명적인 불량의 원인을 제공할 수 있다. 이러한 RIE 공정의 문제점을 해결하기 위해 도입된 것이 바로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이다.
CMP 공정은 반도체의 고집적화와 다층화로 인하여 도입된 공정으로 반도체웨이퍼 표면을 폴리우레탄 재질의 연마패드에 접촉시킨 상태에서 회전 및 직선운동을 혼합한 오비탈 운동을 실시하면서 연마제와 각종 화합물이 함유된 슬러리를 이용하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. 일반적으로 CMP 공정에 사용되는 슬러리(이하, "CMP 슬러리"라 함)는 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 수행하게 되는데, 에천트 및 산화제 등의 성분들이 화학적 연마 역할을 하게 되며, 연마입자인 금속산화물 미분말이 기계적 연마 역할을 하게 된다. CMP 슬러리는 이러한 두 가지 역할에 의해 웨이퍼 표면에 노출된 부분을 선택적으로 식각 및 연마함으로써 최적화된 평탄화를 달성하게 된다.
CMP 슬러리는 연마대상에 따라 분류할 수 있는데, 절연층을 연마하는 슬러리와 금속배선층을 연마하는 슬러리로 대별되며, 이들의 조성은 주로 화학적 작용을 하는 화합물에 있어서 차이가 난다. 금속연마용 CMP 슬러리는 일반적으로 산화제로서 질산 또는 황산, 질산화철, 과산화수소 등을 사용하고 있다. 그러나 이러한 화합물이 첨가된 슬러리는 몇 가지 한계성을 가지고 있다. 예를 들어, 금속배선층의 연마속도를 높이기 위해서는 산화제의 첨가량을 높여야 하는데, 산화제의 양이 증가되면 이로 인한 금속 오염이 증가된다. 또한 과산화수소의 경우에는 시간이 지남에 따라 수용액상에서 분해가 지속적으로 발생되어, 초기 첨가된 과산화수소에 의한 연마속도가 감소하는 경향을 가지고 있어 일정한 연마속도를 유지하기가 어렵기 때문에, 단순히 산화제의 양을 증가시킴으로써 높은 연마속도를 달성하는 데에는 한계가 있다. 게다가 산화제 등과 같은 첨가제의 양을 증가시키는 방법으로 금속배선층의 연마속도를 증가시키는 경우, 절연층의 연마속도에는 거의 변화가 없어연마속도의 선택비 향상을 기대하기가 어렵다. CMP 공정에서는 금속배선층의 연마시 금속배선층의 연마속도는 높으면서 절연층의 연마속도는 낮을 것이 요구된다. 즉, 금속배선층과 절연층에 대한 연마속도 선택비가 높을 수록 바람직하며, 일반적으로 절연층 대비 금속배선층의 연마속도가 100배 이상이 될 것이 요구된다. 절연층 대비 금속배선층의 연마속도가 100배 이하일 경우, 웨이퍼의 패턴 밀도가 높을 수록 에로젼(erosion) 현상이 심각해져 금속배선 연마공정에 사용할 수 없게 되므로, 연마속도 선택비 향상은 중요한 문제이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 절연층의 연마속도는 감소되고 금속배선층의 연마속도는 증가되어 연마속도의 선택비가 높아진 금속배선층 연마용 CMP 슬러리 조성물을 제공함을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 탈이온수에 분산된 연마제, 제 1 산화제, 제 2 산화제, 금속-킬레이트 착물, 및 pH 조절제를 포함하는 금속배선층 연마용 CMP 슬러리 조성물로서, 상기 연마제가 1차 입자의 비표면적이 90㎡/g 내지 300㎡/g인 발연 실리카 또는 지르코니아인 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물을 제공한다.
도 1은 연마입자의 비표면적에 따른 금속배선층의 연마속도 변화를 도시한 막대그래프, 및
도 2는 연마입자의 비표면적에 따른 연마균일도 변화를 도시한 막대그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 연마제로서 통상의 발연방법에 의해 제조된 실리카 또는 지르코니아의 미분말을 사용하되, 입자의 크기를 소정의 범위로 제한한다. 연마제 입자들은 통상 입자 간의 물리적인 작용에 의해 응집된 상태로 존재하는데, 각각의 개별 입자들을 1차 입자라고 하고, 응집된 상태의 입자를 2차 입자라고 하며, 2차 입자의 크기는 슬러리 제조시 분산방법에 따라 쉽게 조절가능하다. 일반적으로 시판되는 발연 금속산화물의 1차 입자의 크기를 나타내는 방법으로는 비표면적을 사용하는데, 비표면적이 클수록 입자의 입경은 작은 값을 가진다. 본 발명자들은 연마제의 1차 입자 크기에 따라 CMP 슬러리의 금속배선층 연마성능이 크게 달라짐을 발견하였다. 즉, 연마입자의 비표면적이 클수록 금속배선층의 연마속도는 점점 높아지고 절연층의 연마속도는 점점 낮아진다. 연마입자의 비표면적에 따른 금속배선층의 연마속도 변화가 도 1에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 연마제의 1차 입자 비표면적은 90㎡/g 내지 300㎡/g인 것이 바람직하다. 연마제의 1차 입자 비표면적이 90㎡/g 미만이면 연마불균일도가 증가하는 반면, 300㎡/g을 초과하면 연마결함 발생률이 증가한다. 아울러, 연마제의 1차 입자의 비표면적이 증가할 수록 절연층의 평탄도가 증가되기 때문에, 비표면적이 큰 연마입자를 사용하면 연마후 평탄도 향상의 효과도 얻을 수 있다. 도 2에 연마입자의 비표면적에 따른 연마균일도 변화를 도시하였다.
본 발명의 CMP 슬러리 조성물의 연마제 함량은 사용된 금속산화물의 종류에 따라 상이하나, 일반적으로 실리카의 첨가량은 1.0중량%에서 30중량%까지 가능하고, 보다 바람직하게는 3중량%에서 15중량%까지 첨가된다. 지르코니아의 경우는 1중량%에서 20중량%까지 첨가하는 것이 가능하며, 보다 바람직하게는 2중량%에서 20중량%까지 첨가된다. 연마제 첨가량이 부족하면 충분한 연마속도를 얻을 수 없고, 필요 이상으로 과다하면 연마속도는 더 이상 거의 증가하지 않으면서 오히려 연마결함 등이 증가된다.
본 발명에서는 피연마 대상인 금속 표면을 산화시키는 산화제로서 과산화수소(hydrogen peroxide), 과산화벤조일(benzoyl peroxide), 과산화칼슘(calcium
peroxide), 과산화바륨(barium peroxide), 과산화나트륨(sodium peroxide) 등과 같은 과산화물 계열의 산화제를 사용하는데, 산화력과 슬러리의 분산안정성 측면에서 과산화수소가 가장 바람직하며, 과산화수소는 연마직전에 첨가된다.
본 발명의 CMP 슬러리 조성물에 있어서, 상기 과산화물계 산화제는 1중량%에서 6중량%까지 첨가하는 것이 가능하며, 보다 바람직하게는 1.5중량%에서 4중량%까지 첨가된다. 산화제 첨가량이 상기 범위보다 적으면 산화력이 부족하여 연마속도 저하 현상이 발생하는 반면, 상기 범위보다 많으면 연마대상인 금속표면에 부식이 과도하게 발생하게 된다.
본 발명에서는 또한 제 2 산화제로서 질산이나 황산을 바람직하게는 최종 CMP 슬러리 조성물의 0.001중량%에서 2.0중량%까지, 보다 바람직하게는 0.005중량%에서 1.0중량%까지 첨가한다. 제 2 산화제가 상기 범위보다 적게 첨가될 경우에는 금속배선층의 산화막 형성이 어려워지는 반면, 이보다 더 많은 양을 첨가하여도 상기 범위에서 갖는 성능 이상의 효과를 얻기는 어렵다.
본 발명에서 사용된 금속-킬레이트 착물은 산화된 금속막질을 즉각적으로 제거함으로써 산화막층 생성속도를 높여 주고 따라서 높은 연마속도를 가능케 한다. 이러한 금속-킬레이트 착물을 사용하면 산화막 제거를 물리적인 연마에만 의존하는 경우에 비해 화학적 제거 및 물리적 제거가 동시에 이루어지므로, 보다 효율적으로 연마속도를 증가시키게 된다. 바람직한 금속-킬레이트 착물의 예에는 PDTA-Fe(Propylenediaminetetraacetic acid-iron), PDTA-
Mn(Propylenediaminetetraacetic acid-manganese), EDTA-
Fe(Ethylenediaminetetraacetic acid-iron) 등이 있다. 본 발명의 CMP 슬러리 조성물에 있어서, 금속-킬레이트 착물의 첨가량은 0.01중량%에서 2중량%까지 가능하며, 보다 바람직하게는 0.05중량%에서 1.5중량%까지 첨가된다. 금속-킬레이트 착물의 첨가량이 상기 범위보다 적을 경우에는 연마속도 향상 효과를 기대하기 어려운 반면, 상기 범위보다 많을 경우에는 첨가량 증가에 따른 효과를 기대할 수 없다.
CMP 슬러리 조성물에는 통상 산화제에 의한 금속막질의 산화가 쉽게 일어나고 부식이 일어나지 않도록 pH 조건을 조절해 주는 pH 조절제가 첨가되는데, 바람직한 pH 조절제의 예에는 KOH, NH4OH 등의 염기와 HCl, H3PO4등의 산이 포함된다. CMP 슬러리 조성물의 최종 pH는 연마대상으로 하는 금속의 종류에 따라 달라지는데, 텅스텐 연마용 슬러리는 1.5 내지 3.0으로, 알루미늄 연마용 슬러리는 4 내지 10으로 조절되는 것이 바람직하다. 상기 pH 범위를 벗어날 경우 산화막 형성이 되지 않거나 부식이 발생한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 후술하는 실시예 및 비교예에서 연마는 다음과 같이 수행되었다:
o 연마기 Model: 6EC(STRASBAUGH社)
o 연마조건:
- Pad type: IC1000/SubaⅣ Stacked(Rodel社)
- Platen Speed: 60rpm
- Quill Speed: 120rpm
- Pressure: 6psi
- Back Pressure: 0psi
- Temperature: 25℃
- Slurry flow: 150㎖/min
o 연마대상: 텅스텐이 증착된 6인치 웨이퍼
실시예 1
비표면적이 95±5㎡/g인 발연 실리카 50g, 탈이온수 919.97g, 질산 0.01g, PDTA-Fe 10g, KOH 0.01g, 및 H3PO40.01g을 2ℓ의 폴리에틸렌 플라스크에 투입 후 2,000rpm에서 2시간 동안 교반하여 수득된 혼합물을 고압 분산방법을 이용하여 1,200psi에서 1회 분산시켰다. 이로부터 수득한 pH 2.8의 슬러리를 1㎛ 뎁스
(depth) 필터를 이용하여 여과한 후, 연마직전 50중량% 과산화수소수 40g을 첨가한 다음, 상기와 같은 조건에서 2분간 연마를 수행하여 연마성능을 평가하였다. 이때 연마속도는 연마에 의해 제거된 텅스텐 층의 두께변화로부터 결정되었다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
비표면적이 130±10㎡/g인 발연 실리카를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
비표면적이 205±5㎡/g인 발연 실리카를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 4
비표면적이 290±5㎡/g인 발연 실리카를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 5
발연 실리카 대신 동일한 비표면적의 발연 지르코니아를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 6
발연 실리카 대신 동일한 비표면적의 발연 지르코니아를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 7
발연 실리카 대신 동일한 비표면적의 발연 지르코니아를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 8
KOH와 H3PO4의 첨가량을 달리하여 pH를 6.5로 조정한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조한 후, 텅스텐 대신에 알루미늄이 증착된 6인치 웨이퍼를 상기와 같은 조건에서 2분간 연마하여 연마성능을 평가하였다.그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
비표면적이 50±15㎡/g인 발연 실리카를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
비표면적이 380±5㎡/g인 발연 실리카를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 3
비표면적이 50±5㎡/g인 발연 지르코니아를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 슬러리를 제조 및 연마성능을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
*WIWNU: Within Wafer Non Uniformity
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 CMP 슬러리 조성물은 금속배선층의 연마속도가 높고 연마속도 선택비가 우수하며 장기보관에 따른 연마속도 저하에 대한 우려가 없으므로, 반도체 공정에서 요구되는 연마속도를 안정적으로 얻을 수 있게 해준다.
Claims (6)
- 탈이온수에 분산된 연마제, 제 1 산화제, 제 2 산화제, 금속-킬레이트 착물, 및 pH 조절제를 포함하는 금속배선층 연마용 CMP 슬러리 조성물로서, 상기 연마제가 1차 입자의 비표면적이 90㎡/g 내지 300㎡/g인 발연 실리카 또는 지르코니아 미분말인 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 산화제가 과산화수소(hydrogen peroxide), 과산화벤조일(benzoyl peroxide), 과산화칼슘(calcium peroxide), 과산화바륨(barium peroxide) 및 과산화나트륨(sodium peroxide)으로 구성된 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2 산화제가 질산 및 황산으로 구성된 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속-킬레이트 착물이 PDTA-Fe, PDTA-Mn 및 EDTA-Fe로 구성된 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속배선층이 텅스텐으로 이루어져 있고, 상기 조성물의 pH가 1.5 내지 3.0으로 조정된 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속배선층이 알루미늄으로 이루어져 있고, 상기 조성물의 pH가 4 내지 10으로 조정된 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0078420A KR100497409B1 (ko) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | 금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0078420A KR100497409B1 (ko) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | 금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040050564A true KR20040050564A (ko) | 2004-06-16 |
| KR100497409B1 KR100497409B1 (ko) | 2005-06-28 |
Family
ID=37344738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0078420A KR100497409B1 (ko) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | 금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100497409B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7442646B2 (en) | 2004-08-03 | 2008-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Slurry, chemical mechanical polishing method using the slurry, and method of forming metal wiring using the slurry |
| WO2013000848A1 (de) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Basf Se | Modifizierte aminocarboxylate mit verbesserter lagerstabilität und verarbeitbarkeit |
| US9403731B2 (en) | 2011-06-29 | 2016-08-02 | Basf Se | Modified aminocarboxylates with improved storage stability and processability |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101178718B1 (ko) | 2008-12-29 | 2012-08-31 | 제일모직주식회사 | 금속 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5858813A (en) * | 1996-05-10 | 1999-01-12 | Cabot Corporation | Chemical mechanical polishing slurry for metal layers and films |
| JP4090589B2 (ja) * | 1998-09-01 | 2008-05-28 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物 |
| JP2002528903A (ja) * | 1998-10-23 | 2002-09-03 | アーチ・スペシャルティ・ケミカルズ・インコーポレイテッド | 活性剤溶液を含有し、化学機械的に磨くためのスラリーシステム |
| JP2000160139A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-13 | Fujimi Inc | 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 |
| JP4156175B2 (ja) * | 2000-05-31 | 2008-09-24 | 山口精研工業株式会社 | タンタル酸リチウム／ニオブ酸リチウム単結晶材料用精密研磨組成物 |
| KR100400030B1 (ko) * | 2000-06-05 | 2003-09-29 | 삼성전자주식회사 | 금속막의 화학 및 기계적 연마용 슬러리 및 그 제조방법과상기 슬러리를 이용한 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| KR100496501B1 (ko) * | 2002-05-29 | 2005-06-22 | 동우 화인켐 주식회사 | 구리배선에서 탄탈 금속 또는 탄탈계 화합물로 된 확산방지재의 ｃｍｐ용 연마 슬러리 조성물 |
| KR100498816B1 (ko) * | 2002-10-18 | 2005-07-01 | 주식회사 동진쎄미켐 | 분산 안정성이 우수한 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적연마 슬러리 조성물 |
-
2002
- 2002-12-10 KR KR10-2002-0078420A patent/KR100497409B1/ko active IP Right Grant
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7442646B2 (en) | 2004-08-03 | 2008-10-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Slurry, chemical mechanical polishing method using the slurry, and method of forming metal wiring using the slurry |
| WO2013000848A1 (de) * | 2011-06-29 | 2013-01-03 | Basf Se | Modifizierte aminocarboxylate mit verbesserter lagerstabilität und verarbeitbarkeit |
| US9403731B2 (en) | 2011-06-29 | 2016-08-02 | Basf Se | Modified aminocarboxylates with improved storage stability and processability |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100497409B1 (ko) | 2005-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6217416B1 (en) | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates | |
| US6063306A (en) | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrate | |
| US6800218B2 (en) | Abrasive free formulations for chemical mechanical polishing of copper and associated materials and method of using same | |
| KR101335946B1 (ko) | 텅스텐 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 | |
| WO2007146065A1 (en) | Compositions and methods for polishing silicon nitride materials | |
| WO2003009349A2 (en) | Methods and compositions for chemical mechanical polishing substrates covered with at least two dielectric materials | |
| CN109531282B (zh) | 用于钴的化学机械抛光方法 | |
| KR102459546B1 (ko) | 코발트용 화학 기계적 연마 방법 | |
| TW201833262A (zh) | 針對鎢的化學機械拋光方法 | |
| TWI761423B (zh) | 鎢的化學機械拋光方法 | |
| JP4657408B2 (ja) | 金属膜用研磨剤 | |
| KR100497409B1 (ko) | 금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 | |
| TWI759403B (zh) | 使用聚二醇及聚二醇衍生物的鎢的化學機械拋光方法 | |
| JP2001148360A (ja) | 化学及び機械的研磨用スラリー及びこれを利用した化学及び機械的研磨方法 | |
| KR100479804B1 (ko) | 금속 ｃｍｐ용 연마 슬러리 조성물 | |
| US20040203227A1 (en) | Ceric-ion slurry for use in chemical-mechanical polishing | |
| KR100516887B1 (ko) | 금속배선층 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 | |
| CN111378382B (zh) | 一种化学机械抛光液及其应用 | |
| JP4231950B2 (ja) | 金属膜用研磨剤 | |
| JP4083342B2 (ja) | 研磨方法 | |
| CN111378367A (zh) | 一种化学机械抛光液 | |
| KR100445757B1 (ko) | 금속배선 연마용 슬러리 조성물 | |
| KR100565426B1 (ko) | 텅스텐 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 | |
| KR100458756B1 (ko) | 반도체 소자의 금속배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 | |
| KR100398834B1 (ko) | Ｃｍｐ용 슬러리 조성물 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130313 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140401 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160517 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170526 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180518 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190527 Year of fee payment: 15 |