KR20050111391A - Slurry compositions for use in a chemical-mechanical planarization process having non-spherical abrasive particles - Google Patents

Slurry compositions for use in a chemical-mechanical planarization process having non-spherical abrasive particles Download PDF

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Abstract

A chemical-mechanical abrasive composition for use in semiconductor processing uses abrasive particles having a non-spherical morphology.

Description

화학적-기계적 평탄화 방법에서 사용하기 위한 비-구형 연마제 입자를 갖는 슬러리 조성물{SLURRY COMPOSITIONS FOR USE IN A CHEMICAL-MECHANICAL PLANARIZATION PROCESS HAVING NON-SPHERICAL ABRASIVE PARTICLES}Slurry composition with non-spherical abrasive particles for use in a chemical-mechanical planarization method {SURRY COMPOSITIONS FOR USE IN A CHEMICAL-MECHANICAL PLANARIZATION PROCESS HAVING NON-SPHERICAL ABRASIVE PARTICLES}

본 발명은 화학적-기계적 평탄화 (CMP)를 위한 신규의 슬러리에 관한 것이다. 본 발명은 서브미크론 (submicron) 디자인 형상을 갖는 고속 집적회로 및 높은 생산 처리량을 갖는 고전도성 내부배선 구조를 제조하는데 적용할 수 있다.The present invention relates to novel slurries for chemical-mechanical planarization (CMP). The present invention is applicable to fabricating high speed integrated circuits with submicron design shapes and high conductivity internal interconnect structures with high production throughput.

집적회로 및 그 밖의 전자장치의 제작 시에는 전도성, 반전도성 및 유전성 물질의 다수의 층들이 기판의 표면상에 침착되거나, 표면으로부터 제거된다. 전도성, 반전도성 및 유전성 물질의 박층은 다수의 침착기술에 의해서 침착될 수 있다. 최신의 공정에서 통상적인 침착기술 공정에는 스퍼터링 (sputtering)으로도 알려져 있는 물리적 증착 (physical vapor deposition; PVD), 화학적 증착 (CVD), 플라즈마 (plasma)-증진된 화학적 증착 (PECVD), 및 현재의 전기화학적 도금 (electrochemical plating; ECP)이 포함된다.In the fabrication of integrated circuits and other electronic devices, multiple layers of conductive, semiconducting and dielectric materials are deposited on or removed from the surface of the substrate. Thin layers of conductive, semiconductive and dielectric materials can be deposited by a number of deposition techniques. Conventional deposition techniques in modern processes include physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and also known as sputtering. Electrochemical plating (ECP) is included.

물질의 층들은 순차적으로 침착되고 제거되기 때문에, 기판의 최상위 표면은 그의 표면을 가로질러서 비-평면상이 될 수 있어서 평탄화를 필요로 할 수 있다. 표면을 평탄화하거나, 표면을 폴리싱 ("polishing")하는 것은 물질을 기판의 표면으로부터 제거하여 일반적으로 평평한 평면상 표면을 형성시키는 공정이다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 물질, 결정격자 손상, 스크래치 (scratches) 및 오염된 층 또는 물질과 같은 바람직하지 않은 표면 형태학 (topography) 및 표면 결함을 제거하는데 유용하다. 평탄화는 또한, 형상을 충진시키고 후속 금속화 및 가공 레벨을 위해서 평평한 표면을 제공하기 위해서 사용된 과도한 침착물질을 제거함으로써 기판 상에 형상을 형성시키는데 유용하다.Since the layers of material are deposited and removed sequentially, the top surface of the substrate may be non-planar across its surface and may require planarization. Planarizing or "polishing" the surface is the process of removing material from the surface of the substrate to form a generally flat planar surface. Planarization is useful for removing undesirable surface topography and surface defects such as rough surfaces, aggregated materials, crystal lattice damage, scratches and contaminated layers or materials. Planarization is also useful for shaping the shape on the substrate by removing excess deposits used to fill the shape and provide a flat surface for subsequent metallization and processing levels.

화학적 기계적 평탄화 또는 화학적 기계적 폴리싱 (CMP)는 기판을 평탄화시키기 위해서 사용된 공통적 기술이다. CMP는 기판으로부터 물질을 선택적으로 제거하기 위한 화학적 조성물, 일반적으로 슬러리 또는 그 밖의 유체 매질을 이용한다. CMP 슬러리 디자인에서의 고려사항들은 문헌 (Rajiv K. Singh et al., "Fundamentals of Slurry Design for CMP of Metal and Dielectrics Materials", MRS Bulletin, pages 752-760 (October 2002))에서 검토되었다. 통상적인 CMP 기술에서, 기판 캐리어 또는 폴리싱 헤드 (polishing head)는 캐리어 어셈블리 (carrier assembly) 상에 장착되고 CMP 장치 내에서 폴리싱 패드와 접촉하도록 배치된다. 캐리어 어셈블리는 기판에 조절가능한 압력을 제공하여 폴리싱 패드에 대향하여 기판을 추진시킨다. 패드는 외부 구동력에 의해서 기판에 대해서 상대적으로 이동된다. 따라서, CMP 장치는 기판의 표면과 폴리싱 패드 사이에서는 폴리싱 또는 러빙 (rubbing) 이동을 일으키는 한편, 폴리싱 조성물 또는 슬러리를 분산시켜 화학적 활성 및 기계적 활성 둘 다를 가져온다.Chemical mechanical planarization or chemical mechanical polishing (CMP) is a common technique used to planarize a substrate. CMP utilizes chemical compositions, generally slurries or other fluid media, for selectively removing material from the substrate. Considerations in CMP slurry design have been reviewed in Rajiv K. Singh et al., "Fundamentals of Slurry Design for CMP of Metal and Dielectrics Materials", MRS Bulletin, pages 752-760 (October 2002). In conventional CMP techniques, a substrate carrier or polishing head is mounted on a carrier assembly and placed in contact with a polishing pad within a CMP apparatus. The carrier assembly provides adjustable pressure on the substrate to propel the substrate against the polishing pad. The pad is moved relative to the substrate by the external driving force. Thus, CMP devices cause polishing or rubbing movement between the surface of the substrate and the polishing pad, while dispersing the polishing composition or slurry resulting in both chemical and mechanical activity.

CMP 방법에 사용되는 통상적인 슬러리는 반응성 용액 내에 연마제 입자를 함유한다. 다르게, 연마제품은 연마제 입자를 함유하지 않는 CMP 조성물 또는 슬러리와 함께 사용될 수 있는, 고정된 연마 폴리싱 패드와 같은 고정된 연마제품일 수 있다. 고정된 연마제품은 일반적으로 다수의 기하학적 연마복합요소가 부착되어 있는 배면 시트 (backing sheet)를 포함한다.Conventional slurries used in the CMP process contain abrasive particles in a reactive solution. Alternatively, the abrasive may be a fixed abrasive such as a fixed abrasive polishing pad, which may be used with a CMP composition or slurry that does not contain abrasive particles. Fixed abrasive products generally comprise a backing sheet to which a plurality of geometric abrasive composite elements are attached.

반도체 CMP 방법에서 가장 광범하게 사용되는 연마제는 미국특허 제 4,959,113; 5,354,490; 및 5,516,346 호, 및 WO 97/40,030에 기술된 것으로서, 휴밍 (fuming) 또는 졸-겔 방법에 의해서 생산될 수 있는 실리카 (SiO2), 알루미나 (Al2O3), 세리아 (CeO2), 지르코니아 (ZrO2) 및 티타니아 (TiO2)이다. 최근에는 망가니아 (Mn2O3)(유럽특허 제 816,457 호) 또는 질화규소 (SiN)(유럽특허 제 786,504 호)를 함유하는 조성물 또는 슬러리가 보고되었다.The most widely used abrasives in semiconductor CMP methods are described in U.S. Patent Nos. 4,959,113; 5,354,490; And 5,516,346, and WO 97 / 40,030, which may be produced by a fuming or sol-gel method, such as silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), zirconia (ZrO 2 ) and titania (TiO 2 ). Recently, compositions or slurries containing manganese (Mn 2 O 3 ) (European Patent No. 816,457) or silicon nitride (SiN) (European Patent No. 786,504) have been reported.

미국특허 제 6,508,952 호는 SiO2, Al2O3, ZrO2, CeO2, SiC, Fe2O3, TiO2, Si3N4 또는 이들의 혼합물과 같이 시판품으로 이용할 수 있는 입자 형태의 연마제를 함유하는 CMP 슬러리를 기술하였다. 이들 연마제 입자는 통상적으로 고순도, 고표면적 및 좁은 입자크기 분포를 가지며, 따라서 연마조성물에서 연마제로서 사용하기에 적합하다.U.S. Pat.No. 6,508,952 discloses abrasives in the form of particles that are commercially available, such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , SiC, Fe 2 O 3 , TiO 2 , Si 3 N 4, or mixtures thereof. The containing CMP slurry was described. These abrasive particles typically have high purity, high surface area and narrow particle size distribution, and are therefore suitable for use as abrasives in abrasive compositions.

미국특허 제 4,549,374 호는 몬모릴로나이트 점토 (montmorillonite clay)를 탈이온수 내에 분산시킴으로써 제조된 연마 슬러리를 사용하여 반도체 웨이퍼 (wafer)를 폴리싱하는 것을 기술하였다. 슬러리의 pH는 NaOH 및 KOH와 같은 알칼리를 첨가함으로써 조정된다.US Pat. No. 4,549,374 describes polishing a semiconductor wafer using an abrasive slurry prepared by dispersing montmorillonite clay in deionized water. The pH of the slurry is adjusted by adding alkalis such as NaOH and KOH.

전기적 처리속도에 대한 요구는 증가를 계속하였으며, 따라서 더욱더 높은 회로 밀도 및 성능이 필요하였다. 현재는 8개 또는 그 이상의 층의 회로 패턴을 갖는 칩 (chip)을 제작하는 것이 바람직하다. 원칙적으로, 더 많은 층의 필요성은 폴리싱의 성질을 변화시키지는 않지만, 이것은 폴리싱 방법으로부터 더욱 엄격한 명세를 필요로 한다. 각각의 층의 폭은 < 5 ㎛일 수 있다. 스크래치 및 디싱 (dishing)과 같은 결함은 감소되거나 제거되어야 한다. 더 큰 웨이퍼는 8", 또는 200 ㎜ 웨이퍼에 비해서 이것이 더 큰 길이의 스케일에 걸쳐서 균일성을 유지하기 어렵게 만든다.The demand for electrical throughput continued to increase, thus requiring even higher circuit densities and performance. At present, it is desirable to fabricate a chip having a circuit pattern of eight or more layers. In principle, the need for more layers does not change the nature of the polishing, but this requires a more stringent specification from the polishing method. The width of each layer can be <5 μm. Defects such as scratches and dishing should be reduced or eliminated. Larger wafers make it difficult to maintain uniformity over larger length scales compared to 8 ", or 200 mm wafers.

층을 추가하는 것 이외에, 증가된 회로 밀도는 개개 경로들 사이의 공간을 감소시킴으로써 성취될 수 있다. 경로들은 너무 근접할 수는 없는데, 이는 전기적 스필오버 (spillover)가 SiO2 유전체 (웨이퍼 옥사이드)를 가로질러서 나타나서 연결을 효과적으로 단속시킬 수 있기 때문이다. 집적회로 상에서 매우 작은 고밀도 회로 패턴의 제작을 허용하는 최근의 기술 진보는 분리 구조에 대해 더 큰 요구를 두고 있다.In addition to adding layers, increased circuit density can be achieved by reducing the space between the individual paths. The paths cannot be too close because electrical spillover can appear across the SiO 2 dielectric (wafer oxide) to effectively interrupt the connection. Recent technological advances that allow the fabrication of very small high density circuit patterns on integrated circuits place greater demands on isolation structures.

미국특허출원공보 제 2003/0129838 호 (1999년 12월 28일에 출원됨)는 다음과 같은 비-플레이트형 연마물질을 기술하고 있다: 산화철, 스트론튬 티타네이트, 아파타이트 (apatite), 디옵타제 (dioptase), 철, 황동, 플루오라이트, 수화된 산화철, 및 아주라이트 (azurite).US Patent Application Publication No. 2003/0129838, filed Dec. 28, 1999, describes the following non-plated abrasive materials: iron oxide, strontium titanate, apatite, dioptase. ), Iron, brass, fluorite, hydrated iron oxide, and azurite.

발명의 요약Summary of the Invention

고성능 폴리싱은 컴퓨터 및 전자공학 응용을 위한 집적회로 (IC)의 제작시에 필요하다. 본질적으로, IC는 무기 옥사이드 웨이퍼 상에 순차적으로 침착된 다수의 박층으로 구성된 장치이다. 이 층들은 옥사이드, 금속, 또는 유전성 물질을 포함하는 상이한 조성들을 가지며, 각각은 작업 장치 (working device)를 수득하기 위해서 반드시 좁은 허용오차 (tolerances) 및 높은 선택성의 범위 내에서 폴리싱되어야 한다. 화학적 기계적 폴리싱 (CMP)이 이러한 작업을 완수하는 수단이다. 폴리싱은 액체 화학적 슬러리 및 회전 폴리머 브러쉬를 사용한 표면 형상의 제거를 통해서 이루어진다. 효과적인 시스템에서, 슬러리 내의 표면 에칭 화학물질, 표면 보호 화학물질, 연마제, 및 폴리머 패드 물리학 사이의 상승적 상관관계는 균일한 편평 표면을 생성시킨다. 본 발명에서는 비-구형 형태학을 갖는 입자가 CMP 슬러리 내의 연마제로 사용된다.High performance polishing is required in the fabrication of integrated circuits (ICs) for computer and electronics applications. In essence, an IC is a device composed of multiple thin layers deposited sequentially on an inorganic oxide wafer. These layers have different compositions including oxides, metals, or dielectric materials, each of which must be polished within a range of narrow tolerances and high selectivity to obtain a working device. Chemical mechanical polishing (CMP) is the means to accomplish this task. Polishing is accomplished through the removal of surface features using liquid chemical slurries and rotating polymer brushes. In an effective system, the synergistic correlation between surface etch chemicals, surface protective chemicals, abrasives, and polymer pad physics in the slurry creates a uniform flat surface. In the present invention, particles having non-spherical morphology are used as abrasives in CMP slurries.

도 1은 본 발명의 하나의 변형된 비-구형 입자의 예이다.1 is an example of one modified non-spherical particle of the present invention.

도 2는 본 발명의 또 다른 변형된 비-구형 입자의 예이다.2 is an example of another modified non-spherical particle of the present invention.

도 3은 본 발명의 부분적으로 코팅된 비-구형 입자의 예이다.3 is an example of a partially coated non-spherical particle of the present invention.

도 4는 본 발명의 또 다른 부분적으로 코팅된 비-구형 입자의 예이다.4 is an example of another partially coated non-spherical particle of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 부분적으로 코팅된 비-구형 입자의 예이다.5 is an example of another partially coated non-spherical particle of the present invention.

도 6은 본 발명의 또 다른 부분적으로 코팅된 비-구형 입자의 예이다.6 is an example of another partially coated non-spherical particle of the present invention.

도 7은 본 발명의 완전히 코팅된 비-구형 입자의 예이다.7 is an example of a fully coated non-spherical particle of the present invention.

도 8은 본 발명의 또 다른 부분적으로 코팅된 비-구형 입자의 예이다.8 is an example of another partially coated non-spherical particle of the present invention.

도 9는 이산화규소층으로부터 라이더 (rider)를 제거하기 위한 CMP의 사용을 도시한 것이다.9 illustrates the use of CMP to remove riders from the silicon dioxide layer.

도 10은 에칭된 반도체 웨이퍼의 폴리싱을 도시한 것이다.10 illustrates polishing of an etched semiconductor wafer.

도 11은 금속을 함유하는 에칭된 웨이퍼의 폴리싱을 도시한 것이다.11 illustrates polishing of an etched wafer containing metal.

도 12는 이하의 실시예 1에서 제조된 초미세 연마제 입자의 주사전자현미경사진 (Scanning Electron Micrograph; SEM)이다.12 is a Scanning Electron Micrograph (SEM) of the ultrafine abrasive particles prepared in Example 1 below.

도 13은 산화알루미늄을 함유하는 CMP 슬러리 및 연마제로서 하소된 카올린 입자를 함유하는 CMP 슬러리를 사용한 구리의 제거율을 비교한 그래프이다.FIG. 13 is a graph comparing the removal rate of copper using a CMP slurry containing aluminum oxide and a CMP slurry containing calcined kaolin particles as an abrasive.

도 14는 이하의 실시예 3에서 제조된 초미세 연마제 입자 (샘플 A)의 주사전자현미경사진 (SEM)이다.14 is a scanning electron micrograph (SEM) of the ultrafine abrasive particles (Sample A) prepared in Example 3 below.

일반적으로, CMP 슬러리 조성물은 기계적 작용을 위한 연마제, 및 산화제, 산, 염기, 착물화제, 계면활성제, 분산제 및 폴리싱되는 표면상에서 산화반응과 같은 화학반응을 제공하기 위한 그 밖의 화학물질 중의 적어도 하나를 포함한다. 특정의 독들은 일반적으로 회피된다. 예로는 Na+와 같이 높은 이동성을 갖는 금속 이온, 또는 불소와 같이 웨이퍼 물질과의 반응을 겪는 원소 (때때로는 HF가 후-CMP 클리닝 (cleaning)에서 사용된다)가 포함된다.Generally, CMP slurry compositions contain at least one of abrasives for mechanical action and other chemicals for providing chemical reactions such as oxidizing agents, acids, bases, complexing agents, surfactants, dispersants, and oxidation reactions on the polished surface. Include. Certain poisons are generally avoided. Examples include metal ions with high mobility, such as Na + , or elements that undergo reaction with the wafer material, such as fluorine (sometimes HF is used in post-CMP cleaning).

이용가능한 염기의 비-제한적인 예로는 KOH, NH4OH, 및 R4NOH가 포함된다. H3PO4, CH3COOH, HCl, HF 등으로 예시될 수 있는 산이 또한 첨가될 수 있다. 그 자체로 보충적 산화제로 이용가능한 것은 H2O2, KIO3, HNO3, H3PO4, K2Fe(CN)6, Na2Cr2O7, KOCl, Fe(NO3)2, NH2OH 및 DMSO이다. 옥살산, 말론산 및 석신산과 같은 2가 산이 본 발명의 폴리싱 조성물을 위한 첨가제로 사용될 수 있다.Non-limiting examples of available bases include KOH, NH 4 OH, and R 4 NOH. Acids, which can be exemplified by H 3 PO 4 , CH 3 COOH, HCl, HF and the like, can also be added. Available as supplementary oxidants by themselves are H 2 O 2 , KIO 3 , HNO 3 , H 3 PO 4 , K 2 Fe (CN) 6 , Na 2 Cr 2 O 7 , KOCl, Fe (NO 3 ) 2 , NH 2 OH and DMSO. Divalent acids such as oxalic acid, malonic acid and succinic acid may be used as additives for the polishing composition of the present invention.

슬러리 조성물에 첨가될 수 있는 추가의 적합한 산 화합물에는 예를들어 포름산, 아세트산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 락트산, 질산, 황산, 말산, 타르타르산, 글루콘산, 시트르산, 프탈산, 파이로카테콜산, 피로갈롤 카복실산, 갈산, 탄닌산, 및 이들의 혼합물이 포함된다.Further suitable acid compounds that may be added to the slurry composition include, for example, formic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, pentanic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, lactic acid, nitric acid, sulfuric acid, malic acid, tartaric acid. , Gluconic acid, citric acid, phthalic acid, pyrocatechol acid, pyrogallol carboxylic acid, gallic acid, tannic acid, and mixtures thereof.

슬러리 조성물에 첨가될 수 있는 적합한 부식 억제제에는 예를들어 벤조트리아졸, 6-톨릴트리아졸, 1-(2,3-디카복시프로필)벤조트리아졸, 및 이들의 혼합물이 포함된다.Suitable corrosion inhibitors that may be added to the slurry composition include, for example, benzotriazole, 6-tolyltriazole, 1- (2,3-dicarboxypropyl) benzotriazole, and mixtures thereof.

카복실산이 첨가된다면, 이것은 또한 슬러리 조성물에 부식억제 특성을 부여할 수 있다.If carboxylic acid is added, this can also impart corrosion inhibitive properties to the slurry composition.

이산화규소에 비해서 탄탈 및 탄탈 조성물의 선택성을 증가시키기 위해서 불소-함유 화합물이 슬러리 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 불소-함유 화합물에는 예를들어 불화수소, 퍼플루오르산, 알칼리 금속 플루오라이드 염, 알칼리 토금속 플루오라이드 염, 암모늄 플루오라이드, 테트라메틸암모늄 플루오라이드, 암모늄 비플루오라이드, 에틸렌디암모늄 디플루오라이드, 디에틸렌트리암모늄 트리플루오라이드, 및 이들의 혼합물이 포함된다.Fluorine-containing compounds may be added to the slurry composition to increase the selectivity of the tantalum and tantalum compositions relative to silicon dioxide. Suitable fluorine-containing compounds include, for example, hydrogen fluoride, perfluoric acid, alkali metal fluoride salts, alkaline earth metal fluoride salts, ammonium fluoride, tetramethylammonium fluoride, ammonium bifluoride, ethylenediammonium difluoride, Diethylenetriammonium trifluoride, and mixtures thereof.

슬러리 조성물에 첨가될 수 있는 적합한 킬레이트화제에는 예를들어 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), N-하이드록시에틸에틸렌디아민트리아세트산 (NHEDTA), 니트릴로트리아세트산 (NTA), 디에틸클렌트리아민펜타아세트산 (DPTA), 에탄올디글리시네이트 및 이들의 혼합물이 포함된다. 킬레이트화제는 금속성 표면의 연화 (softening)를 도울 수 있거나, 특정 조성물의 낮게 놓인 형상 또는 표면을 보호하는 것에도 도움을 줄 수 있다. 보호 메카니즘은 유의적인 개선을 유도할 수 있다.Suitable chelating agents that can be added to the slurry composition include, for example, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), N-hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (NHEDTA), nitrilotriacetic acid (NTA), diethylclentriaminepentaacetic acid ( DPTA), ethanol diglycinate and mixtures thereof. Chelating agents can assist in softening metallic surfaces, or can also help protect the lowered shapes or surfaces of certain compositions. Protective mechanisms can lead to significant improvements.

슬러리 조성물에 첨가될 수 있는 적합한 아민에는 예를들어 하이드록실아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디에틸렌글리콜아민, N-하이드록실에틸피페라진 및 이들의 혼합물이 포함된다.Suitable amines that may be added to the slurry composition include, for example, hydroxylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, diethylene glycol amine, N-hydroxyl ethyl piperazine and mixtures thereof.

슬러리 조성물에 첨가될 수 있는 적합한 계면활성제 화합물에는 예를들어, 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 공지되어 있는 다수의 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성 계면활성제 중의 어떤 것이라도 포함된다.Suitable surfactant compounds that can be added to the slurry composition include, for example, any of a number of nonionic, anionic, cationic or amphoteric surfactants known to those skilled in the art.

슬러리의 pH는 모든 슬러리 성분의 성능에 대해 절대적인 것이다. 용액의 산도 레벨은 표면에서의 반응속도, 금속 착물화제의 형성 상수, 표면 산화반응의 속도, 용액 이온 강도, 슬러리 입자의 응집 크기 등을 조절할 수 있다. 다양한 산, 염기 및 pH 완충제의 검사는 CMP 발전을 위한 예상되는 영역이다.The pH of the slurry is absolute for the performance of all slurry components. The acidity level of the solution can control the reaction rate on the surface, the formation constant of the metal complexing agent, the rate of the surface oxidation reaction, the solution ionic strength, the aggregation size of the slurry particles, and the like. Examination of various acid, base and pH buffers is an expected area for CMP development.

본 발명에 따르면, 연마제가 적어도 하나의 치수 (높이, 길이 및/또는 폭)가 다른 하나에 비해서 실질적으로 더 큰 형태학을 갖는 입자로 형성되는 CMP 슬러리가 제공된다. 본 출원의 목적에 따라, 이러한 형태학은 "비-구형"으로 기술된다. 따라서, 비-구형 입자 형태학은 플레이트형, 쉬트 (sheet)형, 니들 (needle)형, 캡슐 (capsule)형, 라미나 (laminar)형, 또는 다른 하나에 비해서 실질적으로 더 큰 적어도 하나의 치수를 갖는 그 밖의 다른 무수한 형태일 수 있다. 이러한 형태학은 외관이 실질적으로 둥글며 현저하게 신장된 표면을 갖지 않는 구형 입자와 차이가 있다. 카올린, 버미큘라이트 (vermiculite) 및 몬모릴로나이트와 같은 라미나 점토 (박리될 수 있음), 및 산 침출된 카올린, 운모, 탈크, 흑연 플레이크, 유리 플레이크 및 합성 폴리머 플레이크와 같이 점토 형태를 보존하는 이러한 점토의 변형체가 본 발명의 CMP 슬러리에서 연마제로서 유용하다.According to the present invention there is provided a CMP slurry in which the abrasive is formed of particles having at least one dimension (height, length and / or width) having a substantially larger morphology than the other. For the purposes of the present application, this morphology is described as "non-spherical." Thus, the non-spherical particle morphology has at least one dimension that is substantially larger than plate, sheet, needle, capsule, laminar, or the other. It may be in a myriad of other forms. This morphology differs from spherical particles that are substantially round in appearance and do not have a significantly elongated surface. Lamina clays (which may be peeled) such as kaolin, vermiculite and montmorillonite, and variants of these clays that preserve the clay form, such as acid leached kaolin, mica, talc, graphite flakes, glass flakes and synthetic polymer flakes Is useful as abrasive in the CMP slurry of the present invention.

이들 비-구형 입자가 슬러리 내에서 주된 것이다. 따라서, 본 발명에서 사용된 것으로 문구 "비-구형 입자"는 구형 입자의 비-구형 응집을 포함하지는 않는다.These non-spherical particles are predominant in the slurry. Thus, the phrase "non-spherical particles" as used herein does not include non-spherical aggregation of spherical particles.

비-구형 형태학을 갖는 연마제 입자는 선행기술에서의 구형 형태의 세라믹 옥사이드 물질에 비해서 이점을 제공하는 것으로 믿어진다. 기판 표면상에서 비-구형 연마제의 압력은 구형 입자로서의 접촉점이 아니라 면적 전체에 걸쳐서 분포되는 것으로 믿어진다. 따라서, 비-구형 입자는 온화한 폴리싱 작용을 제공하며, 그럼에도 불구하고 현재 사용되고 있는 경질 세라믹 연마제에 의해서 수득되는 접촉점 폴리싱에 비해서 마이크로-스크래칭, 옥사이드 손실을 감소시킬 뿐 아니라 디싱 및 부식도 감소시킨다.Abrasive particles having a non-spherical morphology are believed to offer advantages over ceramic oxide materials of the spherical form in the prior art. It is believed that the pressure of the non-spherical abrasive on the substrate surface is distributed throughout the area, not the contact point as spherical particles. Thus, non-spherical particles provide a gentle polishing action and nevertheless reduce micro-scratching, oxide loss as well as dishing and corrosion as compared to contact point polishing obtained by currently used hard ceramic abrasives.

비-구형 형태학을 갖는 것 이외에도, 연마제 입자는 바람직하게는 CMP에 일반적으로 사용되는 실리카 또는 알루미나 연마제에 비해서 더 연질이다. 따라서, 비-구형 연마제 입자는 약 1 내지 6의 모스 경도 (Mohs hardness)를 갖는다. 참고로, 이하의 표 1은 다양한 금속 및 연마제 입자를 설명하고 있다.In addition to having a non-spherical morphology, the abrasive particles are preferably softer than the silica or alumina abrasives generally used for CMP. Thus, the non-spherical abrasive particles have a Mohs hardness of about 1-6. For reference, Table 1 below describes various metal and abrasive particles.

물질matter 모스Morse 마이크로경도 [㎏ ㎜-2]Microhardness [㎏ ㎜ -2 ] 구리Copper 2.5-3.02.5-3.0 8080 탄탈tantalum 6.56.5 230230 텅스텐tungsten 7.5-8.07.5-8.0 350350 수화된 SiO2 Hydrated SiO 2 4-54-5 400-500400-500 SiO2 SiO 2 6-76-7 12001200 산화구리Copper oxide 3.5-4.03.5-4.0 -- 카올린 (함수)Kaolin (function) 2-32-3 -- 카올린 (하소됨)Kaolin (calcined) 4.0-6.04.0-6.0 알루미나Alumina 9.09.0 20002000 ZrO2 ZrO 2 6.56.5 -- 다이아몬드Diamond 10.010.0 1000010000

약 1-6 사이의 모스 경도를 갖는 비-구형 마모제는 CMP 슬러리의 필요한 기계적 작용을 제공하기에 충분히 경질이지만, 그럼에도 스크래칭, 디싱 및 오버폴리싱 (overpolishing) 작용과 같은 결함을 동시에 회피할 수 있는 것으로 믿어진다.Non-spherical abrasives with Mohs hardness between about 1-6 are hard enough to provide the required mechanical action of the CMP slurry, but can nevertheless avoid defects such as scratching, dishing and overpolishing action. It is believed to be.

일반적으로, 비-구형 입자 연마제는 슬러리의 20 중량%를 구성할 수 있지만, 60 중량% 이하의 연마제 고체 함량이 제조될 수도 있다. 더욱 일반적으로는, 15 중량% 미만의 양, 더욱 바람직하게는 0.5-8 중량%의 양의 연마제 함량이 이용된다.In general, non-spherical particle abrasives may comprise 20% by weight of the slurry, but abrasive solids content of up to 60% by weight may be prepared. More generally, abrasive content in amounts of less than 15% by weight, more preferably in amounts of 0.5-8% by weight, is used.

현재, 카올린 점토 입자가 비-구형 연마제로서 바람직하다. 함수 카올린이 이용될 수 있지만, 카올린이 하소되면 더 우수한 폴리싱 속도가 얻어지는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 함수 카올린의 전반적인 성능은 하소된 카올린에 비해서 더 우수하며, 따라서 함수 카올린이 바람직하다. 탈하이드록실화와 연관된 강력한 흡열반응을 겪는 카올린의 하소는 메타카올린을 생성한다. 카올린을 메타카올린으로 전환시키기 위해서 사용된 것보다 더 격렬한 조건 하에서 하소된 카올린 점토, 즉 특징적인 카올린 발열반응을 겪도록 하소된 카올린 점토는 스피넬 (spinel) 형태의 하소된 카올린, 및 또한 더 극한적인 조건이 이용된다면 멀라이트 (mullite)를 생성시킨다. 일반적으로, 1200℉ 및 더 고온의 온도에서 함수 카올린의 하소는 함수 카올린의 메타카올린으로의 탈하이드록실화를 일으킨다. 그의 특징적인 발열반응을 통해서 스피넬 형태의 카올린으로 하소된 카올린 점토를 생성시키기 위해서는 1400-2200℉의 하소 온도가 사용될 수 있다. 더 고온, 예를들어 1900℉ 이상의 온도에서는 멀라이트의 형성이 일어난다. 카올린 점토의 이들 형태는 모두 본 발명의 양수인인 엥겔하드 코포레이션 (Engelhard Corporation, Iselin, New Jersey)으로부터의 시판품을 이용할 수 있다.Currently, kaolin clay particles are preferred as non-spherical abrasives. Although hydrous kaolin can be used, it has been found that when kaolin is calcined a better polishing rate is obtained. However, the overall performance of hydrous kaolin is better than calcined kaolin, so hydrous kaolin is preferred. Calcination of kaolin undergoing a strong endothermic reaction associated with dehydroxylation results in metakaolin. Kaolin clay calcined under more intense conditions than those used to convert kaolin to metakaolin, i.e. kaolin clay calcined to undergo a characteristic kaolin exothermic reaction, is a spinel form of calcined kaolin, and also more extreme If the condition is used, it creates a mullite. In general, calcination of hydrous kaolin at 1200 ° F. and higher temperatures results in dehydroxylation of hydrous kaolin to metakaolin. A calcining temperature of 1400-2200 ° F. can be used to produce kaolin clay calcined with spinel-type kaolin through its characteristic exothermic reaction. At higher temperatures, for example above 1900 ° F., the formation of mullite occurs. All of these forms of kaolin clay can utilize commercially available products from Engelhard Corporation, Iselin, New Jersey, the assignee of the present invention.

함수 카올린은 일반적으로, 입자크기 분포를 변형시키고 카올린으로부터 착색성 불순물을 제거하는 단위조작의 조합을 통해서 제조된다. 이들 단위조작은 물 중의 카올린의 수성 현탁액을 사용함으로써 촉진시킨다. 입자크기 분포를 변화시키는 단위조작의 예는 원심분리, 박리 (delamination) 또는 분쇄장치 및 선택적 면상침전반응 (flocculation)이다. 착색성 불순물의 제거를 일으키는 단위조작의 예는 부유 및 자기 분리이다. 추가로, 환원적 및/또는 산화적 표백을 사용하여 착색성 불순물을 무색으로 만들 수 있다. 또한, 여과를 이용하여 카올린으로부터 물을 실질적으로 제거할 수 있으며, 이어서 높은 고체 함량의 여과 생성물 슬러리를 분무 건조시킬 수 있다. 분무 건조된 부분은 다시 높은 고체 함량의 여과 생성물 슬러리에 첨가하여 슬러리의 고체 함량을 더 상승시킬 수 있다. 여과 생성물은 분산될 수 없으며, 따라서 필터케이크 (filtercake)를 건조시키고 분말화하여 산업적으로 산 건조된 카올린 생성물로 불리는 것을 수득할 수 있다. 추가로, 카올린은 열 또는 화학적 처리에 의해서 변형될 수 있다. 일반적으로, 카올린은 하소 조작을 하기 전 및 후에 분말화된다. 처리된 카올린을 슬러리화하여 상기 언급된 조작을 통해서 입자크기 분포에 대한 변형을 더 일으킬 수도 있다.The hydrous kaolin is generally prepared through a combination of unit operations that modify the particle size distribution and remove coloring impurities from the kaolin. These unit operations are facilitated by using an aqueous suspension of kaolin in water. Examples of unit operations that change the particle size distribution are centrifugation, delamination or grinding apparatus and selective flocculation. Examples of unit operations causing removal of coloring impurities are suspension and magnetic separation. In addition, reductive and / or oxidative bleaching can be used to render the coloring impurities colorless. Filtration can also be used to substantially remove water from the kaolin, followed by spray drying the high solids content of the filtration product slurry. The spray dried portion may be added back to the high solids content filtration product slurry to further raise the solids content of the slurry. The filtration product cannot be dispersed and thus the filtercake can be dried and powdered to obtain what is called industrially acid dried kaolin product. In addition, kaolin can be modified by thermal or chemical treatment. Generally, kaolin is powdered before and after the calcination operation. Treated kaolin may also be slurried to further modify the particle size distribution through the above-mentioned operation.

그 밖의 다른 유용한 비-구형 연마제 입자는 브루사이트 (brucite)(수산화마그네슘), 하이드로탈사이트, 및 나노탈크이다. 전술한 물질들은 시판품을 이용할 수 있다. 그 밖의 유용한 비-구형 연마제 입자는 그대로 본 발명에 참고로 포함된 것으로 통상적으로 양도된 미국특허 제 6,187,710 호에 기술되어 있다. 이 특허는 한가지 구체예로 8면체로 산소를 둘러싼 금속 이온의 중앙층 (8면체 층)과 이 층을 둘러싸는 두개의 사면체로 둘러싸인 규소 원자-함유 층 (4면체 층)으로 구성된 기초적 3-층 소판 (platelet)으로 구성되며, 점토 입자의 치수가 0.1 미크론 내지 1 미크론으로 변화하는 것을 특징으로 하는 점토 광물을 제시하고 있다. 8면체 층에서는 최대 30 at.%의 금속 이온이 더 낮은 원자가의 이온에 의해서 대체되었으며, 4면체 층에서는 최대 15 at.%의 실리콘 이온이 더 낮은 원자가의 이온에 의해서 대체된다. 이 특허는 또 다른 구체예로, 4면체 층에서 규소 (게르마늄)가 3가 이온으로 대체될 수 있음을 시사하고 있다. 8면체 층에서 바람직하게는 알루미늄, 크롬, 철 (III), 코발트 (III), 망간 (III), 갈륨, 바나듐, 몰리브덴, 텅스텐, 인듐, 로듐, 및/또는 스칸듐이 3가 이온으로 존재한다. 2가 이온으로는 마그네슘, 아연, 니켈, 코발트 (II), 철 (II), 망간 (II) 및/또는 베릴륨이 8면체 층에서 바람직하게 존재한다. 4면체 층에서는 규소 및/또는 게르마늄이 4가 성분으로 존재하며, 바람직하게는 알루미늄, 붕소, 갈륨, 크롬, 철 (III), 코발트 (III) 및/또는 망간 (III)이 3가 성분으로 존재한다.Other useful non-spherical abrasive particles are brucite (magnesium hydroxide), hydrotalcite, and nanotalk. The above-mentioned materials can use a commercial item. Other useful non-spherical abrasive particles are described in US Pat. No. 6,187,710, commonly assigned as incorporated herein by reference. In one embodiment, this patent is a basic three-layer consisting of a central layer (octahedral layer) of metal ions surrounded by oxygen in octahedron and a silicon atom-containing layer (tetrahedral layer) surrounded by two tetrahedrons surrounding the layer. Clay minerals, which consist of platelets and vary in dimension of clay particles from 0.1 micron to 1 micron. Up to 30 at.% Of metal ions are replaced by lower valence ions in the octahedral layer and up to 15 at.% Of silicon ions are replaced by lower valence ions in the tetrahedral layer. This patent suggests that in another embodiment, silicon (germanium) can be replaced by trivalent ions in the tetrahedral layer. In the octahedral layer preferably aluminum, chromium, iron (III), cobalt (III), manganese (III), gallium, vanadium, molybdenum, tungsten, indium, rhodium, and / or scandium are present as trivalent ions. As divalent ions, magnesium, zinc, nickel, cobalt (II), iron (II), manganese (II) and / or beryllium are preferably present in the octahedral layer. In the tetrahedral layer, silicon and / or germanium are present as tetravalent components, preferably aluminum, boron, gallium, chromium, iron (III), cobalt (III) and / or manganese (III) as trivalent components. do.

합성을 위해서 필요한 성분들, 4면체 층을 위한 규소 (게르마늄)의 옥사이드 및 8면체 층을 위한 3/2/1가 이온을 수성 매질 내에 배치시키고, 원하는 pH (3-9, 바람직하게는 5-9)로 조정한 다음에, 60-350℃의 온도에서 소정의 시간 동안 유지시키며 pH는 원하는 범위 내에서 유지시킨다. 반응시간은 온도, 및 따라서 압력에 따라 크게 좌우되며, 더 높은 온도에서는 더 짧은 반응시간이 가능하다. 실제로, 5-25시간 정도의 반응시간은 60-125℃의 더 저온에서 발견되는 반면에, 150℃ 및 그 이상의 온도 범위에서는 몇 분 내지 약 2.5시간 정도의 반응시간이 충분할 수 있다. 반응시간은 부분적으로 점토 광물의 치수를 결정한다.The necessary ingredients for the synthesis, oxides of silicon (germanium) for the tetrahedral layer and 3/2/1 valent ions for the octahedral layer are placed in an aqueous medium and the desired pH (3-9, preferably 5- 9), then hold at a temperature of 60-350 ° C. for a predetermined time and keep the pH within the desired range. The reaction time depends greatly on the temperature and thus the pressure, and at higher temperatures a shorter reaction time is possible. In practice, reaction times on the order of 5-25 hours are found at lower temperatures of 60-125 ° C., while reaction times of a few minutes to about 2.5 hours may be sufficient at temperatures of 150 ° C. and above. The reaction time determines the dimensions of the clay mineral in part.

이러한 방법은 성분들의 성질 및 원하는 결과에 따라서 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 관련 금속의 클로라이드는 전혀 아니지는 않지만 거의 감지할 수 없는 점토 광물로의 반응을 유도하기 때문에 함께 작용하지 않는다. 방법에 대한 더 상세한 사항은 포함된 미국특허 제 6,187,710 호를 참고로 한다.This method can be carried out in various ways depending on the nature of the components and the desired result. Preferably, the chlorides of the metals involved do not work together because they induce a reaction to clay minerals, which are not at all but are hardly detectable. For further details on the method, refer to US Pat. No. 6,187,710, incorporated.

또 다른 유용한 비-구형 연마제 입자는 다른 성분들과의 착물화를 통해서 변형된 팽창가능한 점토 소판을 포함한다. 팽창가능한 점토 시스템은 스멕타이트 (smectite) 점토, 몬모릴로나이트, 라포나이트 (Laponite), 스테벤사이트 (Stevensite), 및 다양한 조성, 전하 밀도, 및 소판 치수를 갖는 그 밖의 다수의 천연 및 합성 점토를 포함한다. 점토 문헌에서, 이들 타입의 층상 물질은 다양한 이온교환 및 삽입 (intercalation) 방법에 의해서 변형될 수 있는 것으로 공지되어 있다. 또한, 하이드로탈사이트 및 그 밖의 층상 이중 하이드록사이드와 같이 양으로 하전된 소판은 음으로 하전된 스멕타이트 소판과 유사한 타입의 화학을 거칠 수 있다.Another useful non-spherical abrasive particle includes expandable clay platelets modified through complexation with other components. Expandable clay systems include smectite clay, montmorillonite, laponite, stevensite, and many other natural and synthetic clays with various compositions, charge densities, and platelet dimensions. In the clay literature it is known that these types of layered materials can be modified by various ion exchange and intercalation methods. In addition, positively charged platelets, such as hydrotalcite and other layered double hydroxides, can undergo a similar type of chemistry to negatively charged smectite platelets.

다른 성분들과의 착물화를 통해서 변형된 팽창가능한 점토 소판의 한가지 예는 다음과 같다. 도 1에서, 팽창가능한 점토 소판 10은 점토 소판의 층간 공간 내에 체류하는 나트륨 이온과 같은 하전된 양이온 12를 갖는다. 팽창가능한 점토 소판 10은 양이온 12를 치환시키기 위해서 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드 이온 (Al13 케진 이온 (Keggin ion))과 같은 무기 클러스터 (clusters) 14와 이온교환된다. 이들 생성된 클러스터의 더 높은 전하 밀도는 더 강력한 층간 상호작용을 제공하며, 점토층은 적층된 채로 유지된다. 생성된 물질은 더 변형시키지 않고 사용되거나, 상승된 온도로 가열하여 3-차원적 기둥모양의 구조를 형성시킨다. 다르게, 하이드로탈사이트와 같은 양으로 하전된 소판에는 Mo, W 및 그 밖의 다른 전이금속의 폴리-옥소메탈레이트와 같은 음이온성 클러스터가 삽입될 수도 있다.One example of an expandable clay platelet modified through complexation with other components is as follows. In FIG. 1, the expandable clay platelets 10 have charged cations 12 such as sodium ions that reside in the interlayer space of the clay platelets. Expandable clay platelets 10 are ion exchanged with inorganic clusters 14 such as aluminum oxide hydroxide ions (Al 13 Keggin ions) to displace cations 12. The higher charge densities of these resulting clusters provide stronger interlayer interactions and the clay layer remains stacked. The resulting material is used without further deformation or heated to elevated temperatures to form a three-dimensional columnar structure. Alternatively, an anionic cluster such as poly-oxometallate of Mo, W and other transition metals may be inserted in the platelet charged in the same amount as hydrotalcite.

다른 성분들과의 착물화를 통해서 변형된 팽창가능한 점토 소판의 또 다른 예는 다음과 같다. 도 2에서, 팽창가능한 점토 소판 10은 점토 소판의 층간 공간 내에 체류하는 나트륨 이온과 같은 하전된 양이온 12를 갖는다. 장쇄 알킬 암모늄 이온과 같은 유기 양이온 16은 스멕타이트 또는 유사한 음으로 하전된 팽창가능한 점토 소판 10의 층간 공간 내로 교환된다. 다르게, 유기-설포네이트와 같은 음이온성 유기분자가 하이드로탈사이트와 같은 양으로 하전된 소판의 층간 공간 내로 삽입될 수도 있다.Another example of expandable clay platelets modified through complexation with other components is as follows. In FIG. 2, the expandable clay platelets 10 have charged cations 12 such as sodium ions that reside in the interlayer space of the clay platelets. Organic cations 16 such as long chain alkyl ammonium ions are exchanged into the interlayer space of smectite or similar negatively charged expandable clay platelets 10. Alternatively, anionic organic molecules, such as organo-sulfonates, may be inserted into the interlaminar space of platelets charged in the same amount as hydrotalcite.

또 다른 유용한 비-구형 연마제 입자는 이차 성분으로 코팅된 중앙 호스트 (central host)를 포함한다. 중앙 호스트는 상술한 것과 같은 비-구형 입자, 알루미나와 같은 삼차원적 입자, 또는 그 밖의 다른 금속 옥사이드 입자일 수 있다. 코팅은 중앙 호스트를 부분적으로 또는 완전히 피복시킬 수 있다. 또한, 입자는 그 위에 다수의 코팅을 가질 수도 있다.Another useful non-spherical abrasive particle includes a central host coated with a secondary component. The central host may be non-spherical particles such as those described above, three-dimensional particles such as alumina, or other metal oxide particles. The coating can partially or completely cover the central host. In addition, the particles may have multiple coatings thereon.

부분적으로 코팅된 소판의 한가지 예는 다음과 같다. 도 3에서, 호스트 비-구형 입자 18는 더 작은 소판 20에 의해서 부분적으로 코팅된다. 유용한 더 작은 소판 20의 예로는 라포나이트 또는 그 밖의 스멕타이트 입자 또는 호스트 비-구형 입자 18의 표면상에 코팅된 유기 폴리머가 포함된다. 특정한 더 작은 소판은 원하는 연화도 및 조성을 가질 수 있지만, 소판 크기는 너무 작을 수 있거나, 이것을 분산시키는데 문제가 있을 수 있다. 호스트의 표면상에 이들 소판을 배치시킴으로써, 더욱 바람직한 유동학, 분산 등을 갖는 더 효과적인 연마제가 개발될 수 있다. 이들 타입의 물질은 레이어-바이-레이어 (layer-by-layer) 기술을 포함한 다수의 접근방법에 의해서 합성될 수 있다.One example of a partially coated platelet is as follows. In FIG. 3, host non-spherical particles 18 are partially coated by smaller platelets 20. Examples of useful smaller platelets 20 include organic polymers coated on the surface of laponite or other smectite particles or host non-spherical particles 18. Certain smaller platelets may have the desired degree of softening and composition, but platelet sizes may be too small, or may have problems in dispersing them. By placing these platelets on the surface of the host, more effective abrasives with more desirable rheology, dispersion, and the like can be developed. These types of materials can be synthesized by a number of approaches, including layer-by-layer techniques.

부분적으로 코팅된 소판의 또 다른 예는 다음과 같다. 도 4에서, 호스트 비-구형 입자 18은 실질적으로, 더 작은 구형 입자 22에 의해서 코팅된다. 유용한 더 작은 구형 입자 22의 예로는 콜로이드성 실리카와 같은 콜로이드성 입자 및 알루미늄 옥사이드 하이드록사이드 케진 이온과 같은 분자 종이 포함된다. 더 작은 구형 입자 22의 크기, 조성, 전하 밀도 및 그 밖의 속성은 원하는 최종 특성에 부합하도록 조정될 수 있다. 또한, 후속 코팅에서는 상이한 크기의 구형체를 표면상에 배치시켜 상이한 레벨의 패킹 (packing), 다공성 및 연화도를 발생시킬 수도 있다.Another example of a partially coated platelet is as follows. In FIG. 4, host non-spherical particles 18 are coated by substantially smaller spherical particles 22. Examples of useful smaller spherical particles 22 include colloidal particles such as colloidal silica and molecular species such as aluminum oxide hydroxide ions. The size, composition, charge density and other properties of the smaller spherical particles 22 can be adjusted to suit the desired final properties. Subsequent coatings may also place spheres of different sizes on the surface to produce different levels of packing, porosity and softness.

부분적으로 코팅된 소판의 또 다른 예는 다음과 같다. 도 5에서, 호스트 비-구형 입자 18은 실질적으로 더 작은 미소결정 24에 의해서 코팅된다. 유용한 더 작은 미소결정 24의 예로는 금속 옥사이드 또는 실리카 미소결정 또는 금속 카바이드 및 니트라이드와 같은 비-옥사이드 세라믹 상이 포함된다. 이러한 코팅은 가열에 의해서 소판 또는 콜로이드성 입자를 결정성 옥사이드로 전환시킴으로써 형성될 수 있다. 다르게, 원하는 상은 이산화티탄 코팅된 운모 진주광택 안료를 형성하는 공지된 기술과 유사하게 호스트 비-구형 입자 18의 표면상에서 직접 결정화될 수도 있다. 유용한 방법의 예는 그대로 본 발명에 참고로 포함된 것으로 통상적으로 양도된 미국특허 제 4,038,099 호에 기술되어 있다.Another example of a partially coated platelet is as follows. In FIG. 5, host non-spherical particles 18 are coated by substantially smaller microcrystals 24. Examples of useful smaller microcrystals 24 include metal oxide or silica microcrystals or non-oxide ceramic phases such as metal carbides and nitrides. Such coatings may be formed by converting platelets or colloidal particles into crystalline oxides by heating. Alternatively, the desired phase may be crystallized directly on the surface of the host non-spherical particle 18 similar to known techniques for forming titanium dioxide coated mica pearlescent pigments. Examples of useful methods are described in US Pat. No. 4,038,099, commonly assigned as is incorporated herein by reference.

부분적으로 코팅된 소판의 또 다른 예는 다음과 같다. 도 6에서, 호스트 비-구형 입자 18은 실질적으로 폴리머 26에 의해서 코팅된다. 유용한 폴리머의 예로는 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (약어로 PDADMAC) 또는 폴리나트륨스티렌 설포네이트 (약어로 PSS)가 포함된다. 전하, 연화도, 등전점, 유동학 등과 같은 표면특성은 호스트 비-구형 입자 18의 표면을 폴리머 26으로 코팅함으로써 조정될 수 있다.Another example of a partially coated platelet is as follows. In FIG. 6, host non-spherical particles 18 are substantially coated by polymer 26. Examples of useful polymers include diallyldimethylammonium chloride (abbreviated PDADMAC) or polysodium styrene sulfonate (abbreviated PSS). Surface properties such as charge, softness, isoelectric point, rheology and the like can be adjusted by coating the surface of host non-spherical particle 18 with polymer 26.

완전히 코팅된 소판의 예는 다음과 같다. 도 7에서, 호스트 비-구형 입자 18은 탄소 28에 의해서 완전히 코팅된다. 폴리머, 유기분자 등과 같은 다양한 전구체들이 호스트 입자 18의 표면상에 배치될 수도 있다. 그 후, 코팅된 물질은 열분해되어 탄소 코팅 28을 형성시킨다. 탄소 코팅은 목적하는 특성에 따라서 매우 얇거나 (두께가 수 ㎜) 두꺼울 수 있다.Examples of fully coated platelets are as follows. In FIG. 7, host non-spherical particles 18 are completely coated by carbon 28. Various precursors such as polymers, organic molecules, and the like may be disposed on the surface of the host particle 18. Thereafter, the coated material is pyrolyzed to form carbon coating 28. The carbon coating can be very thin (thickness several millimeters) or thick, depending on the desired properties.

부분적으로 코팅된 소판의 또 다른 예는 다음과 같다. 도 8에서, 호스트 비-구형 입자 18은 유기 작용기 30에 의해서 부분적으로 코팅된다. 입자 18은 분자를 입자 표면에 직접적으로 부착시키기 위해서 유기-실란과 같은 커플링제로 처리될 수 있다. 일반적으로, 하이드록사이드기와 같은 입자 표면상의 반응성기는 실란의 알콕시 또는 할로기와 반응한다. 그 결과는 특이적 작용성을 갖는 유기기를 입자 표면에 도입시키는 것이다.Another example of a partially coated platelet is as follows. In FIG. 8, host non-spherical particle 18 is partially coated by organic functional group 30. Particle 18 may be treated with a coupling agent such as an organo-silane to attach the molecule directly to the particle surface. Generally, reactive groups on the particle surface, such as hydroxide groups, react with the alkoxy or halo groups of the silanes. The result is the introduction of organic groups with specific functionality to the particle surface.

이용된 타입과는 무관하게, 비-구형 연마제의 입자 크기는 상업적으로 사용되는 입자 측정기술에 의해서 측정된 것으로서 일반적으로 약 1 미크론 미만의 평균 직경을 가질 수 있다. 예를들어, 입자 크기를 세디그라프 (Sedigraph) 5100 입자 크기 분석기에 의해서 측정하여 중량 백분율을 기준으로 하여 상당하는 구형 직경으로 보고하는 것을 시사한, 통상적으로 양도된 미국특허 제 4,767,466 호를 참고로 한다. 예를들어, 카올린 입자 크기는 x-선 침강, 예를들어 세디그라프 5100에 의해서 측정된다. 카올린에 대한 평균 입자 크기는 바람직하게는 약 0.01 내지 약 1 미크론 미만의 범위, 더욱 바람직하게는 약 0.01 내지 약 0.5 미크론의 범위일 수 있다.Regardless of the type used, the particle size of the non-spherical abrasive may be measured by commercially available particle measurement techniques and may generally have an average diameter of less than about 1 micron. See, for example, commonly assigned U.S. Pat.No. 4,767,466, which measured particle size by a Sedigraph 5100 particle size analyzer and reported the corresponding spherical diameter based on weight percentage. . For example, kaolin particle size is measured by x-ray sedimentation such as Cedigraph 5100. The average particle size for kaolin may preferably range from about 0.01 to less than about 1 micron, more preferably from about 0.01 to about 0.5 micron.

비-구형 연마제는 산, 염기, 분산제, 산화제, 착물화제, 계면활성제 및/또는 부동화제 (passivating agent)와 같이 일반적으로 CMP 슬러리를 형성하는 어떤 화학적 아쥬번트와도 배합될 수 있다. 비-구형 연마제를 함유하는 CMP 슬러리가 CMP 공정에서 이용될 수 있다. 대표적인 CMP 공정의 예는 이하에 기술되어 있다. 이들은 단지 예로 제시된 것이며, 본 발명의 CMP 슬러리의 사용을 기술된 특정의 공정 기술 또는 조건으로 제한할 목적으로 제공된 것은 아니다. 따라서, 비-구형 연마제를 함유하는 본 발명의 CMP 슬러리는 현재 공지되어 있거나, 집적회로의 복잡성이 증가함에 따라서 미래에 이용될 수 있는 어떤 CMP 방법에서도 사용되는 것을 목적으로 한다.Non-spherical abrasives may be combined with any chemical adjuvant that generally forms CMP slurries, such as acids, bases, dispersants, oxidizing agents, complexing agents, surfactants, and / or passivating agents. CMP slurries containing non-spherical abrasives can be used in the CMP process. Examples of representative CMP processes are described below. These are presented by way of example only and are not provided for the purpose of limiting the use of the CMP slurries of the invention to the particular process techniques or conditions described. Accordingly, CMP slurries of the present invention containing non-spherical abrasives are intended to be used in any CMP method that is currently known or may be used in the future as the complexity of integrated circuits increases.

예를들어, 옥사이드-CMP에서 수용액의 pH는 작은 입자의 현탁액을 유지시키고, 높은 형상은 연마제의 작용에 의해서 분쇄되어 제거될 수 있도록 실리콘 웨이퍼의 표면을 연화시키기 위해서 조정된다. 선택된 화학에 따라서, 슬러리의 pH는 상응하게 조정될 수 있다. 따라서, pH는 산성이거나 염기성일 수 있다. 웨이퍼의 표면은 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이 알칼리성 조건하에서 변형을 일으키는 것으로 생각된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 이산화규소로 형성된 기판 32는 화학적 (알칼성 반응성) 및 기계적 작용 (입자 연마)의 조합에 의해서 처리된다. 이러한 상황은 옥사이드-유일의 폴리싱의 가장 간단한 경우를 나타낸다. 따라서, 실리콘-옥사이드-실리콘 결합이 알칼리성 반응에 의해서 파괴되고, 표면상의 개개 수산화규소 부위는 기계적 연마작용에 의해서 제거된다.For example, in oxide-CMP the pH of the aqueous solution is maintained to soften the surface of the silicon wafer so that the suspension of small particles is maintained and the high shape can be crushed and removed by the action of the abrasive. Depending on the chemistry chosen, the pH of the slurry can be adjusted accordingly. Thus, the pH can be acidic or basic. The surface of the wafer is believed to cause deformation under alkaline conditions as schematically shown in FIG. As shown in Fig. 9, the substrate 32 formed of silicon dioxide is treated by a combination of chemical (alkaline reactivity) and mechanical action (particle polishing). This situation represents the simplest case of oxide-only polishing. Thus, the silicon-oxide-silicon bonds are broken by alkaline reaction, and individual silicon hydroxide sites on the surface are removed by mechanical polishing.

칩 상에 전기회로를 배치시키기 위해서는 도 10에서와 같이 웨이퍼 표면상에 패턴이 에칭되어야 한다. 이 구체예에서, 기판 34는 유전성 또는 전도성 금속 성분으로 충진될 수 있는 일련의 채널 36을 형성하도록 에칭된다. 에칭된 기판 34는 표면이 균일하지 않기 때문에 폴리싱의 공격을 증가시킨다. 도시된 바와 같은 기판 34는 낮은 패턴 밀도의 에칭된 영역 (A) 및 높은 패턴 밀도의 영역 (B)를 갖는다. 패드에 의해서 나타난 국소적 압력이 더 작은 표면적에 걸쳐서 분포되기 때문에, 폴리싱 중의 표면 제거는 패턴 밀도가 큰 영역 (B)에서 더 큰 경향이 있다. 패턴의 날카로운 코너 및 형상의 부식 및 라운딩과 같은 그 밖의 다른 결함도 또한 최소화되어야 한다.To place the electrical circuit on the chip, the pattern must be etched on the wafer surface as shown in FIG. In this embodiment, the substrate 34 is etched to form a series of channels 36 that can be filled with a dielectric or conductive metal component. The etched substrate 34 increases the attack of polishing because the surface is not uniform. Substrate 34 as shown has a low patterned etched region (A) and a high patterned density (B). Since the local pressure exhibited by the pad is distributed over a smaller surface area, surface removal during polishing tends to be greater in the region (B) with a higher pattern density. Other defects such as sharp corners of the pattern and corrosion and rounding of the shape should also be minimized.

에칭된 패턴을 함유하는 웨이퍼가 일단 제조되면, 전기회로일 수 있는 금속 층이 적용될 수 있다. 도 11은 웨이퍼 기판 38, 패턴화된 영역 또는 채널 40, 및 패턴화된 영역 내에 함유된 금속 또는 금속 합금 42를 포함하는 이러한 웨이퍼를 예시하고 있다. 사용된 금속은 일반적으로, 벌크 Cu 금속에 비해서 온도 및 산화반응에 대해 더 저항성인 전도성 구리/알루미늄 (Cu/Al) 합금 또는 텅스텐 (W)이다. 폴리싱은 금속 층이 낮게 놓인 에칭된 영역을 넘어서 연장됨에 따른 금속 과부하 (overburden) 44를 제거하기 위해서 필요하다. 옥사이드 폴리싱에 반대되는 것으로서 금속 폴리싱은 슬러리 내에서 기계적 연마제에 의해서 제거될 수 있는 금속 표면상의 연질 옥사이드 층을 형성시키기 위해서 수용액 중의 산화제를 사용하여 수행된다. 다시, 화학적 및 기계적 수단 둘 다가 표면을 폴리싱하기 위해서 사용된다.Once the wafer containing the etched pattern is fabricated, a metal layer, which may be an electrical circuit, may be applied. 11 illustrates such a wafer comprising a wafer substrate 38, a patterned region or channel 40, and a metal or metal alloy 42 contained within the patterned region. The metal used is generally a conductive copper / aluminum (Cu / Al) alloy or tungsten (W) which is more resistant to temperature and oxidation than bulk Cu metals. Polishing is necessary to eliminate metal overburden 44 as the metal layer extends beyond the low etched region. As opposed to oxide polishing, metal polishing is performed using an oxidant in aqueous solution to form a layer of soft oxides on the metal surface that can be removed by mechanical polishing in the slurry. Again, both chemical and mechanical means are used to polish the surface.

금속-CMP에 의한 부가된 공격이 있다. 다수의 표면 조성물은 가지각색의 피복 밀도로 나타나지만, 금속의 균일한 제거가 수득되어야 한다. 회로 라인들 사이에서의 전기적 단락을 방지하기 위해서는 과부하된 모든 금속이 제거되어야 한다. 금속 표면 42의 일부는 도 11에서 디싱이라고 한 트렌치 (trench) 영역 40 내에서 금속 오버폴리싱을 겪을 수 있다. 도 11에서, LS는 라인 공간 (line space)을 의미하는 한편, LW는 라인 폭을 의미한다. LW와 LS의 합은 피치 (pitch)이다. 피치로 나눈 LW가 패턴 밀도이다. 디싱을 제한하기 위한 방법은 낮게 놓인 금속 영역에 결합하는 착물화제를 첨가하여 보호층을 형성시키고, 슬러리 산화제로 인한 금속 부식을 더 제한하는 것이다. 명백하게, 수성 슬러리 및 패드 조성은 부식 및 보호 방법이 균형을 이루도록 주의해서 선택되어야 한다.There is an added attack by metal-CMP. Many surface compositions appear with varying coating densities, but uniform removal of metal must be obtained. To prevent electrical shorts between circuit lines, all overloaded metals must be removed. A portion of metal surface 42 may undergo metal overpolishing in trench region 40, referred to as dishing in FIG. 11. In FIG. 11, LS stands for line space, while LW stands for line width. The sum of LW and LS is the pitch. LW divided by pitch is the pattern density. A method for limiting dishing is to add a complexing agent that binds to the low lying metal region to form a protective layer and further limit metal corrosion due to slurry oxidants. Obviously, the aqueous slurry and pad composition should be carefully chosen so that the corrosion and protection methods are balanced.

개개 경로들 사이의 더 작은 공간으로부터 과잉의 금속 또는 그 밖의 다른 오염물질을 제거하는 것은 CMP 공정을 위한 공격을 항상 증가시키는 것을 나타낸다. 구리 금속은 전도성 매질로 현재 사용되는 Cu/Al 합금에 비해서 더 작은 고유 저항 및 전기용량을 갖는다. 따라서, 구리 라인을 통해서 시그날을 보내는데는 더 작은 전위가 필요하여 전기적 스필오버의 경향을 감소시킨다. 실제로, Cu를 단독으로 사용함으로써 회로 경로는 더 근접하게 함께 배치시킬 수 있다.Removing excess metal or other contaminants from the smaller spaces between the individual paths represents an ever increasing attack for the CMP process. Copper metals have a smaller resistivity and capacitance compared to the Cu / Al alloys currently used as conductive media. Thus, sending a signal through the copper line requires a smaller potential to reduce the tendency of electrical spillover. In fact, by using Cu alone, the circuit paths can be placed closer together.

그러나, Cu의 사용은 또한 단점을 갖는다. 구리는 옥사이드 표면에 잘 부착하지 않는다. WO3 또는 Al2O3와는 달리 CuO 또는 CuO2 표면층은 여전히 O2 및 H2O가 벌크 금속 내로 침투하도록 허용하기 때문에 구리는 또한, 벌크 산화반응에 대해 민감할 수 있다. 또한, Cu 원자는 이동성이며 SiO2 웨이퍼 물질 내로 이주할 수 있어서, 궁극적으로 회로 내에서 트랜지스터를 발생시키는데 실패한다. 따라서, 일반적으로 탄탈, 질화탄탈 또는 질화티타늄으로 구성된 저유전성 물질의 박층이 웨이퍼 옥사이드와 전도성 Cu층 사이에 배치된다. 완충층은 Cu 부착을 촉진시키고, 벌크 Cu 금속의 산화를 방지하고, 벌크 옥사이드의 Cu 이온 오염을 방지하며, 또한 회로들 사이의 유전성을 저하시킨다 (즉, 회로가 더 더욱 근접하게 떨어져 있게 된다).However, the use of Cu also has disadvantages. Copper does not adhere well to oxide surfaces. Unlike WO 3 or Al 2 O 3 , copper can also be sensitive to bulk oxidation because CuO or CuO 2 surface layers still allow O 2 and H 2 O to penetrate into the bulk metal. In addition, Cu atoms are mobile and can migrate into the SiO 2 wafer material, ultimately failing to generate transistors in the circuit. Thus, a thin layer of low dielectric material, generally comprised of tantalum, tantalum nitride or titanium nitride, is disposed between the wafer oxide and the conductive Cu layer. The buffer layer promotes Cu adhesion, prevents oxidation of the bulk Cu metal, prevents Cu ion contamination of the bulk oxide, and also lowers the dielectricity between the circuits (ie, the circuits get closer together).

CMP 기술의 용도들 중의 하나는 반도체 칩 또는 실리콘과 같은 웨이퍼 상에 형성된 집적회로 내의 얕은 트렌치 분리 (shallow trench isolation; STI) 구조의 제조이다. STI 구조의 목적은 소정의 패턴 층에서 별개의 장치요소들 (예를들어, 트랜지스터)을 분리시켜 이들 사이에서 나타나는 전류 누출을 방지하는 것이다.One of the uses of CMP technology is the fabrication of shallow trench isolation (STI) structures in integrated circuits formed on wafers such as semiconductor chips or silicon. The purpose of the STI structure is to isolate discrete device elements (eg, transistors) in a given pattern layer to prevent current leakage between them.

STI 구조는 일반적으로, 실리콘 기판 상에서 옥사이드 층을 열적으로 성장시킨 다음에, 열적으로 성장된 옥사이드 층 상에 질화규소 층을 침착시킴으로써 형성된다. 질화규소 층을 침착시킨 후에, 얕은 트렌치는 예를들어, 잘 알려져 있는 사진식각술 차폐 및 부식공정 중의 어떤 것이라도 사용하여 질화규소 층 및 열적으로 성장된 옥사이드 층을 통해서, 및 부분적으로는 실리콘 기판을 통해서 형성된다. 그후, 이산화규소와 같은 유전성 물질의 층은 일반적으로, 화학적 증착방법을 사용하여 침착되어 트렌치를 완전히 충진시키고 질화규소 층을 피복시킨다. 그 다음에, CMP 공정을 사용하여 질화규소 층을 피복시킨 이산화규소 층의 그 부분을 제거하고, 제품의 전체 표면을 평탄화시킨다. 질화규소 층은 기초가 되는 열적으로 성장한 옥사이드 층 및 실리콘 기판을 이들이 CMP 공정 중에 노출되는 것으로부터 방지하는 폴리싱 정지물 (stop)로 작용시키고자 한다. 일부의 응용에서, 질화규소 층은 예를들어, 제품을 HF 산용액에 침지시킴으로써 나중에 제거되어, 이산화규소 충진된 트렌치 만이 STI 구조로 작용하도록 한다. 그 후에, 일반적으로 추가의 공정을 수행하여 폴리실리콘 게이트 (gate) 구조를 형성시킨다.STI structures are generally formed by thermally growing an oxide layer on a silicon substrate and then depositing a silicon nitride layer on the thermally grown oxide layer. After depositing the silicon nitride layer, the shallow trench is, for example, through any of the well-known photolithography shielding and corrosion processes through the silicon nitride layer and the thermally grown oxide layer, and in part through the silicon substrate. Is formed. Thereafter, a layer of dielectric material, such as silicon dioxide, is generally deposited using chemical vapor deposition to completely fill the trench and cover the silicon nitride layer. The CMP process is then used to remove that portion of the silicon dioxide layer covering the silicon nitride layer and to planarize the entire surface of the article. The silicon nitride layer seeks to act as a polishing stop that prevents the underlying thermally grown oxide layer and silicon substrate from being exposed during the CMP process. In some applications, the silicon nitride layer is later removed, for example by immersing the product in HF acid solution, such that only silicon dioxide filled trenches act as STI structures. Thereafter, further processing is generally performed to form a polysilicon gate structure.

Cu 및 수반하는 저유전성 완충층의 사용은 폴리싱 기술로부터의 증진된 효능을 요구한다. 새로운 기술은 Cu-CMP라고 불리지만, 원칙적으로 이전의 폴리싱 방법과 뚜렷하게 상이하지는 않다. CMP 방법은 반드시 연질 Cu 금속 과부하를 제거하지만, Cu 디싱, 스크래칭 및 저유전성 완충층을 제한할 수 있어야 한다. 동시에, 더욱 근접하게 떨어져 있는 회로 패턴으로 인하여 허용오차는 더 엄격하다. 얇고 평평하며 결함이 없는 층을 생산하는 능력이 가장 중요한 것이다.The use of Cu and the accompanying low dielectric buffer layer requires enhanced efficacy from the polishing technique. The new technique is called Cu-CMP, but in principle does not differ significantly from previous polishing methods. The CMP method must remove soft Cu metal overload, but should be able to limit Cu dishing, scratching and low dielectric buffer layers. At the same time, the tolerance is tighter due to the more closely spaced circuit patterns. The ability to produce thin, flat and flawless layers is of utmost importance.

본 기술분야에서 또한 공지된 것으로서, 반도체 구조에서 내부배선을 형성시키는 한가지 방법은 소위 이중 다마신 방법 (dual damascene process)이다. 이중 다마신 방법은 단일 결정체, 예를들어 실리콘으로 형성된 회로 상에 배치된 유전층, 일반적으로는 옥사이드 층의 침착으로 시작한다. 옥사이드 층은 부식되어 회로의 요소들의 내부배선을 위한 바이아 (via) 및 와이어 (wire)의 패턴에 상응하는 패턴을 갖는 트렌치를 형성한다. 바이아는 옥사이드 내의 개구부 (openings)로서 이것을 통해서 구조의 상이한 층들이 전기적으로 내부연결되며, 와이어의 패턴은 옥사이드 내의 트렌치에 의해서 규정된다. 그 후에, 금속을 침착시켜 옥사이드 층 내의 개구부를 충진시킨다. 이어서, 과잉의 금속은 폴리싱에 의해서 제거한다. 이 공정을 필요한 만큼 많은 회수 반복하여 필요한 내부배선을 형성시킨다. 따라서, 이중 다마신 구조는 유전층의 상부 부분에 트렌치, 및 트렌치의 하부에서 종결하여 유전층의 하부 부분을 통해 통과하는 바이아를 갖는다. 이 구조는 트렌치의 하부와 트렌치의 하부에서 바이아의 측벽 사이에 스텝 (step)을 갖는다.As is also known in the art, one method of forming internal interconnects in semiconductor structures is the so-called dual damascene process. The dual damascene method begins with the deposition of a dielectric layer, typically an oxide layer, disposed on a circuit formed of single crystals, for example silicon. The oxide layer is corroded to form a trench having a pattern corresponding to the pattern of vias and wires for internal wiring of elements of the circuit. Vias are openings in oxide through which different layers of the structure are electrically interconnected, and the pattern of wires is defined by trenches in the oxide. Thereafter, metal is deposited to fill the openings in the oxide layer. Subsequently, excess metal is removed by polishing. This process is repeated as many times as necessary to form the necessary internal wiring. Thus, the dual damascene structure has a trench in the upper portion of the dielectric layer and a via that terminates at the bottom of the trench and passes through the lower portion of the dielectric layer. This structure has a step between the bottom of the trench and the sidewalls of the vias at the bottom of the trench.

본 발명의 연마제 입자는 구리가 내부배선 금속성 층에서 사용되는 논리 (예를들어, 마이크로프로세서 (microprocessors)) 또는 기억 (예를들어, 플래시 메모리 (flash memory)) 장치 이외의 다른 응용분야에서 구리의 CMP에 사용될 수 있다. 예를들어, 장치의 패키징 (packaging)의 열 및 전기적 특징을 개선시키는 것에는 평탄화되는 것이 필요한 구리층의 사용이 포함될 수 있다. 집적회로 장치 내의 내부배선 구리층 및 패키징 내의 구리층의 구조는 상이할 수 있어서 제거될 층의 두께, 평탄성, 디싱 및 결함성에 대한 상이한 필요조건의 원인이 된다. 또한, 마이크로-엘렉트로메카니칼 시스템스 (Micro-ElectroMechanical Systems; MEMS)는 CMP를 사용한 평탄화를 필요로 할 수 있는 구리층을 가질 수 있다. 본 발명의 연마제 입자가 이러한 응용분야에서도 또한 CMP 슬러리 내에서 사용될 수 있다.The abrasive particles of the present invention may be used in applications other than logic (e.g., microprocessors) or memory (e.g. flash memory) devices in which copper is used in the interconnecting metallic layer. Can be used for CMP. For example, improving the thermal and electrical characteristics of the packaging of the device may include the use of a copper layer that needs to be planarized. The structure of the interconnect copper layer in the integrated circuit device and the copper layer in the packaging can be different, causing different requirements for the thickness, flatness, dishing and defects of the layer to be removed. In addition, Micro-ElectroMechanical Systems (MEMS) may have a copper layer that may require planarization using CMP. The abrasive particles of the present invention can also be used in these applications in CMP slurries.

CMP 공정의 검토는 문헌 ("Advances in Chemical-Mechanical Planarization," Rajiv K. Singh and Rajiv Bajaj, MRS Bulletin, October 2002, pages 743-747)에 제시되어 있다. 일반적으로, CMP 방법은 매우 간단한 것으로 보이지만, 상세한 이해를 얻는 것은 주로, 폴리싱 방법에서의 다수의 입력 변수에 의해서 제한된다. 이러한 변수 중에는 입자 및 화학물질과 같은 슬러리 변수, 패드 변수, 다운 압력 (down pressure) 및 선속도와 같은 장비 변수 및 패턴 밀도와 같은 기판 변수가 있다. 이 논문은 공정 변수 및 CMP 기술에 대한 새로운 응용분야에 대한 우수한 평론을 제공하며, 본 발명에 참고로 포함된다.A review of the CMP process is presented in "Advances in Chemical-Mechanical Planarization," Rajiv K. Singh and Rajiv Bajaj, MRS Bulletin, October 2002, pages 743-747. In general, the CMP method appears to be very simple, but gaining a detailed understanding is mainly limited by the large number of input variables in the polishing method. Among these variables are slurry variables such as particles and chemicals, pad variables, equipment variables such as down pressure and linear velocity, and substrate variables such as pattern density. This paper provides a good review of new applications for process variables and CMP technology and is incorporated herein by reference.

실시예Example 1 One

엥겔하드 코포레이션에 의해서 공급된 안시렉스 (Ansilex) 93™ 하소된 카올린 슬러리 (50% 고체)를 출발물질로 사용하였다. 슬러리를 샤프 스페샬티 케미칼스 (Sharp Specialty Chemicals)에 의해서 공급된 데플록 (Defloc) 411 (암모늄 폴리아크릴레이트) 4 파운드/톤과 혼합시켰다. 이 혼합물을 지르코니아 비드를 사용하여 1.2 gpm (gallons per minute) - 2 패스 (passes)로 네츠쉬 (Netzsch) 분쇄하였다. 네츠쉬 분쇄한 후에 다시 톤당, 2 파운드의 데플록 411을 첨가한 다음에, 슬러리가 손상되는 것을 방지하기 위해서 혼합물을 분무 건조시켰다. 분무 건조된 생성물을 와링 블렌더 (Waring Blender) 내에서 5분 동안 재슬러리화시킨 다음에, CU5000 (원심분리기) 상에서 26분 동안 제한이 없이 40% 고체로 점성제거 (desliming)시켰다. 점성제거에 의해 CMP 응용에서 흥미로운 미립상 슬러리의 초미세 분획을 취하였다. 세디그라프 5100에 의해서 측정된 것으로서 분무 건조된 생성물 및 초미세 생성물의 크기 분포는 이하의 표 2에 기술되어 있다. 영상 품질을 증진시키기 위해서 수회 희석된 초미세 생성물의 SEM을 도 12에 나타내었다. SEM은 5 kV에서 장방출 전자현미경 (Jol 6500F)을 사용하여 수득되었다.Ansilex 93 ™ calcined kaolin slurry (50% solids) supplied by Engelhard Corporation was used as starting material. The slurry was mixed with 4 pounds / ton of Defloc 411 (ammonium polyacrylate) supplied by Sharp Specialty Chemicals. This mixture was ground using Netzsch with zirconia beads at 1.2 gpm (gallons per minute)-2 passes. Two pounds of Deflock 411 was added again per tonne after the Netssh mill, and the mixture was spray dried to prevent damage to the slurry. The spray dried product was reslurried in Waring Blender for 5 minutes and then deslimed to 40% solids without restriction for 26 minutes on CU5000 (centrifuge). Ultra-viscosity of ultrafine fractions of interesting particulate slurries was taken by CMP applications. The size distributions of the spray dried and ultrafine products as measured by Cediggraph 5100 are described in Table 2 below. The SEM of the ultrafine product diluted several times to enhance the image quality is shown in FIG. 12. SEM was obtained using a long emission electron microscope (Jol 6500F) at 5 kV.

안시렉스 93슬러리Annecyx 93 Slurry 재슬러리화된 분무건조된 생성물Reslurried Spray Dried Product 초미세생성물Ultrafine Product PSD (보다 더 미세한 질량%)(미크론)210.50.30.2PSD (finer mass%) (microns) 210.50.30.2 927946165927946165 94835831179483583117 1009998856510099988565

실시예Example 2 2

실시예 1의 초미세 생성물을 4% 고체로 재슬러리화시켰다. 슬러리를 푸라디스크 (Puradisc) 25 GD 유리 필터 (25 ㎜ 직경 및 2 미크론의 공극 크기)를 통해서 통과시켜 너무 큰 입자들을 제거하였다. 일반적인 구리 CMP 슬러리로부터의 화학적 패키지를 연마 슬러리에 첨가하였다. 화학적 패키지에는 산화제 (과산화수소), 부동화제 (벤조트리아졸), 착물화제/에칭제 (시트르산) 및 안정화제 (TEA, TX-100)이 포함되었다. 비교를 위해서, 시판품인 알루미나-기본 CMP 슬러리 (Cabot Microelectronics)가 사용되었다.The ultrafine product of Example 1 was reslurried to 4% solids. The slurry was passed through a Puradisc 25 GD glass filter (25 mm diameter and pore size of 2 microns) to remove too large particles. Chemical packages from common copper CMP slurries were added to the polishing slurry. Chemical packages included oxidizing agents (hydrogen peroxide), passivating agents (benzotriazoles), complexing agents / etching agents (citric acid) and stabilizers (TEA, TX-100). For comparison, a commercially available alumina-based CMP slurry (Cabot Microelectronics) was used.

CMP 슬러리는 이중-다마신 방법에 의해서 구리 내부배선 및 Ta 확산장벽이 제공된 200 ㎜ Si 웨이퍼 상에서 시험하였다. 2 psi의 다운 압력을 갖는 폴리싱 기계 (Novellus IPEC 372)를 사용하여 CMP 슬러리를 적용하였다. 결과는 표 3 및 도 13에 나타내었다. 또한, 표 3에서 사용된 "피치" 및 "패턴 밀도"의 정의를 이해하기 위해서는 도 11을 참고로 한다.CMP slurries were tested on 200 mm Si wafers provided with copper interconnects and Ta diffusion barriers by the double-damascene method. The CMP slurry was applied using a polishing machine (Novellus IPEC 372) with a down pressure of 2 psi. The results are shown in Table 3 and FIG. In addition, reference is made to FIG. 11 to understand the definitions of "pitch" and "pattern density" used in Table 3.

표면 형태학 (오버폴리싱된 영역)Surface Morphology (Overpolished Area) 알루미나 슬러리 Alumina slurry 카올린 슬러리 Kaolin slurry 100 ㎛ 피치 100 μm pitch 100 ㎛ 피치 100 μm pitch 50% 패턴 밀도 50% pattern density 50% 패턴 밀도 50% pattern density 부식 및 디싱 - 격렬한 오버폴리싱 Corrosion and dishing-violent overpolishing 부식 < 1 ㎚ Corrosion <1 nm 매우 낮은 Cu/Ta 선택성 Very low Cu / Ta selectivity 우수한 Cu/Ta 선택성 Excellent Cu / Ta Selectivity 1. 피치 = 라인 폭 + 라인 공간 2. 패턴 밀도 = 라인 폭/피치 1. Pitch = Line Width + Line Space 2. Pattern Density = Line Width / Pitch

표 3에서의 측정은 웨이퍼의 오버폴리싱된 영역으로부터 이루어진다. 알루미나 슬러리의 경우에, 격렬한 오버폴리싱은 디싱 및 부식에 대한 측정을 방해하였다.The measurements in Table 3 are made from overpolished regions of the wafer. In the case of alumina slurries, vigorous overpolishing hindered measurements for dishing and corrosion.

실시예Example 3 3

엥겔하드로부터 제공되는 함수 카올린 분무 건조된 생성물이 출발물질로 사용되었다. 분무 건조된 생성물을 실험실에서 5분 동안 와링 블렌더에서 40%로 재슬러리화시킨 다음에, CU5000 원심분리기 상에서 15분 동안 제한이 없이 (2400 rpms) 40% 고체로 점성제거시켰다. 점성제거 단계로부터 5% 고체의 상등액을 구성하는 초미세 함수 카올린 분획은 와트만 (Whatman) 필터 (25 ㎜ 직경 및 공극 크기 2 μ)를 통해서 여과하여, CMP 제제에서 사용하기 위한 연마 슬러리를 구성하였다 (샘플 A). 세디그라프 5100에 의해서 측정된 것으로서 출발 분무 건조된 생성물 및 초미세 생성물의 크기 분포는 표 4에 기술되어 있다.A hydrous kaolin spray dried product provided from Engelhard was used as starting material. The spray dried product was reslurried at 40% in a Waring blender for 5 minutes in the laboratory and then viscous to 40% solids without limitation (2400 rpms) for 15 minutes on a CU5000 centrifuge. The ultrafine hydrous kaolin fraction, which constitutes the supernatant of 5% solids from the deviscosation step, was filtered through Whatman filters (25 mm diameter and pore size 2 μ) to make up the polishing slurry for use in CMP formulations. (Sample A). The size distributions of the starting spray dried product and the ultrafine product as measured by Cediggraph 5100 are described in Table 4.

PSD (보다 더 미세한 질량%)(미크론)PSD (finer mass%) (microns) 출발 분무 건조된생성물Starting spray dried product 초미세 함수 카올린(샘플 A)Ultrafine function kaolin (sample A) 210.50.30.18210.50.30.18 98989273509898927350 1009998846110099988461

영상 품질을 증진시키기 위해서 수회 희석한 초미세 함수 카올린 (샘플 A)의 SEM은 도 12에 나타내었다. SEM은 10 kV에서 장방출 전자현미경 (Jeol 6500F)을 사용하여 수득되었다.The SEM of the ultrafine hydrous kaolin (Sample A) diluted several times to enhance the image quality is shown in FIG. 12. SEM was obtained using a long emission electron microscope (Jeol 6500F) at 10 kV.

또 다른 샘플 (샘플 B)은 상이한 출발 공급물 PSD 물질로부터 제조되었으며, CU5000 원심분리기 상에서 15분 동안 제한이 없이 (2400 rpms) 40% 고체로 점성제거시킨 후에 초미세물은 2400 rpm에서 추가의 32분 점성제거에 더 적용하였으며, 와트만 필터 (직경 25 ㎜ 및 공극 크기 2 μ)를 통해서 여과하였다. 세디그라프 5100에 의해서 측정된 것으로서 출발 분무 건조된 생성물 및 초미세 생성물의 크기 분포는 표 5에 기술되어 있다.Another sample (Sample B) was prepared from a different starting feed PSD material and the ultrafines were further 32 at 2400 rpm after viscous with 40% solids without restriction (2400 rpms) for 15 minutes on a CU5000 centrifuge. It was further applied to dedusting and filtered through Whatman filter (25 mm diameter and pore size 2 μ). The size distributions of the starting spray dried product and the ultrafine product as measured by Cediggraph 5100 are described in Table 5.

PSD (보다 더 미세한 질량%)(미크론)PSD (finer mass%) (microns) 출발 분무 건조된생성물Starting spray dried product 초미세 함수 카올린(샘플 B)Ultrafine function kaolin (sample B) 210.50.30.18210.50.30.18 88806647328880664732 1009999937810099999378

실시예Example 4 및  4 and 비교예Comparative example A 및 B A and B

실시예 2로부터의 화학적 패키지를 실시예 3으로부터의 초미세 함수 카올린 슬러리 (샘플 A)에 첨가하여 Cu의 평탄화 (실시예 4)를 위한 CMP 제제를 제조하였다. 그 밖의 다른 CMP 제제는 흄드 실리카 슬러리 및 알루미나 슬러리를 사용하여 동일한 화학적 패키지를 사용하여 제조되었다. 사용된 흄드 실리카는 데구사 (Degussa)에 의해 제공되는 에어로실 (Aerosil) 200이었다 (마이크로트랙 (Microtrac)에 의해서 측정된 것으로 12 ㎜의 주입자 크기 및 170 ㎜의 평균 응집체 크기)(비교예 A). 알루미나 입자는 알파 형태였으며, 폴리싱 솔루션즈 인코포레이티드 (Polishing Solutions Inc.)로부터 수득되었다 (비교예 B). 전매품 알루미나 입자가 금속 평탄화를 위한 시판 CMP 슬러리에서 사용된다.The chemical package from Example 2 was added to the ultrafine hydrous kaolin slurry from Example 3 (Sample A) to prepare a CMP formulation for planarization of Cu (Example 4). Other CMP formulations were prepared using the same chemical package using fumed silica slurries and alumina slurries. The fumed silica used was Aerosil 200 provided by Degussa (injector size of 12 mm and average aggregate size of 170 mm as measured by Microtrac) (Comparative Example A ). The alumina particles were in alpha form and were obtained from Polishing Solutions Inc. (Comparative Example B). Commercially available alumina particles are used in commercial CMP slurries for metal planarization.

CMP 슬러리는 코팅되지 않은 200 ㎜ 테트라에틸오르토실리케이트 (이하에서는 "TEOS"라 함) 실리카 웨이퍼 및 구리 또는 탄탈에 의해서 코팅된 웨이퍼 상에서 시험하여 패턴화된 웨이퍼 상에서 구리를 제거하기 위한 폴리싱 시간을 예측하는데 도움을 주기 위해 폴리싱 속도를 측정할 뿐만 아니라, 표면 평활도 (smoothness) 및 구리/탄탈과 구리/실리카 사이의 선택성을 측정하였다. 그 후, CMP 슬러리는 이중 다마신 방법에 의해서 구리 내부배선 및 Ta 확산 장벽이 제공된 200 ㎜ Si 웨이퍼 (패턴화된 웨이퍼)상에서 시험하여 부식 및 디싱을 평가하였다. 부식은 70% 패턴화 밀도에서 측정되는 반면에 디싱은 300 미크론 피치 구리 라인 상에서 측정되었다. 디싱 및 부식 측정은 폴리싱되고 오버폴리싱된 웨이퍼 (20% 연장시간 오버폴리싱된 웨이퍼) 둘 다에서 수행하여 이들 바람직하지 않은 형태학적 형상의 오버폴리싱에 대한 선택성을 측정하였다.CMP slurries are tested on uncoated 200 mm tetraethylorthosilicate (hereinafter referred to as "TEOS") silica wafers and wafers coated with copper or tantalum to predict polishing time for removing copper on patterned wafers. Not only was the polishing rate measured for help, but also the surface smoothness and selectivity between copper / tantalum and copper / silica. The CMP slurry was then tested on a 200 mm Si wafer (patterned wafer) provided with a copper interwire and a Ta diffusion barrier by the dual damascene method to evaluate corrosion and dishing. Corrosion was measured at 70% patterning density while dishing was measured on a 300 micron pitch copper line. Dicing and corrosion measurements were performed on both polished and overpolished wafers (20% extended time overpolished wafers) to determine the selectivity for overpolishing of these undesirable morphological shapes.

시험은 5 psi 다운 압력 및 60 rpm 플래튼 (platen) 속도로 IPEC-372 M 기계 (Polishing Solutions Inc., Phoenix, AZ) 상에서 수행되었다. WIWNU는 웨이퍼 내에서의 비균일성 (Within Wafer Non Uniformity)을 의미한다.The test was performed on an IPEC-372 M machine (Polishing Solutions Inc., Phoenix, AZ) at 5 psi down pressure and 60 rpm platen speed. WIWNU means With Wafer Non Uniformity.

블랭킷Blanket 웨이퍼 ( Wafer ( BlanketBlanket WaferWafer ))

CMP 슬러리 내의 연마제Abrasives in CMP Slurry 물질 제거속도(㎜/분)Material removal rate (mm / min) WIWNU%WIWNU% Cu/Ta 선택성Cu / Ta selectivity 탄탈/TEOS 선택성Tantalum / TEOS Selectivity 실시예 2Example 2 254254 4.74.7 6565 5.95.9 비교예 AComparative Example A 206206 4.94.9 4040 1.41.4 비교예 BComparative Example B 713713 10.210.2 1717 2.82.8

명백하게, 초미세 함수 카올린 기본 CMP 슬러리는 흄드 실리카 또는 알루미나에 비해서 바람직한 높은 선택성 및 균일성을 제공하였다. 초미세 함수 카올린에 의한 구리 물질 제거속도는 흄드 실리카와 동등하고, 알루미나에 의한 것보다는 더 낮다. Cu/Ta 선택성이 폴리싱 속도보다 더 결정적인데, 이는 Cu 평탄화 슬러리로부터 예상되는 결과가 Ta 층에서 정지하기 때문이다. 함수 카올린 제제에 의한 낮은 Ta 평탄화 속도는 실리카 또는 알루미나 기본 CMP 제제보다 더 우수한 Ta/TEOS 선택성의 이점을 취하는 것을 불가능하게 한다.Clearly, ultrafine hydrous kaolin based CMP slurries provided the desired high selectivity and uniformity over fumed silica or alumina. The removal rate of copper material by the ultra fine hydrous kaolin is equivalent to that of fumed silica and lower than that by alumina. Cu / Ta selectivity is more critical than polishing rate because the expected results from the Cu planarization slurry stop in the Ta layer. Low Ta planarization rates with hydrous kaolin formulations make it impossible to take advantage of better Ta / TEOS selectivity over silica or alumina based CMP formulations.

패턴화된 웨이퍼Patterned wafer

적정하게-폴리싱됨 (just-polished): 구리가 적정하게 제거되었을 때의 웨이퍼의 시각적 검사에 의해서 산정됨.Just-polished: Estimated by visual inspection of the wafer when copper is properly removed.

오버폴리싱됨: 구리를 제거하는데 필요한 것보다 20% 연장시간 초과하여 폴리싱된 새롭게 패턴화된 웨이퍼Overpolished: Newly patterned wafer polished over 20% extension time than needed to remove copper

CMP 슬러리 내의 연마제Abrasives in CMP Slurry 폴리싱된 조건Polished Condition 오버폴리싱된 조건Overpolished Condition 디싱 (㎚)Dishing (nm) 부식 (㎚)Corrosion (nm) 디싱 (㎚)Dishing (nm) 부식 (㎚)Corrosion (nm) 실시예 2Example 2 419419 9595 618618 7474 비교예 AComparative Example A 450450 278278 655655 386386 비교예 BComparative Example B 332332 186186 522522 390390

CMP 슬러리 내의 연마제Abrasives in CMP Slurry 디싱의 증가율 %% Increase in dishing 부식의 증가율 %Percent increase in corrosion 실시예 2Example 2 5050 00 비교예 AComparative Example A 5050 4040 비교예 BComparative Example B 6060 110110

초미세 함수 카올린 기본 CMP 슬러리는 실리카 및 알루미나에 비해서 오버폴리싱에 대한 선택성이 없이 현저하게 더 낮은 부식을 제공하였다. 이것은 초미세 함수 카올린 슬러리를 사용하여 수득된 구리/탄탈 및 탄탈/TEOS 제거속도에 대한 높은 선택성과 일치되는 것이다. 따라서, 실리카 및 알루미나와 비교하여 초미세 함수 카올린 슬러리는 옥사이드 및 금속 손실뿐만 아니라 더 낮은 부식을 제공하는 것으로 예상된다.Ultrafine hydrous kaolin based CMP slurries provided significantly lower corrosion without selectivity for overpolishing compared to silica and alumina. This is consistent with high selectivity for copper / tantalum and tantalum / TEOS removal rates obtained using ultrafine hydrous kaolin slurries. Thus, ultrafine hydrous kaolin slurries are expected to provide lower corrosion as well as oxide and metal losses as compared to silica and alumina.

디싱은 모든 연마제와 유사하였으며, 이것은 연마제의 기계적 작용에 비한 제제에서의 화학물질의 중요한 역할을 시사하는 것이다.The dishing was similar to all abrasives, suggesting an important role of the chemical in the formulation relative to the mechanical action of the abrasive.

실시예Example 5 및  5 and 비교예Comparative example C 및 D C and D

본 실시예에서는, 화학적 패키지로부터 TX100 및 TEA를 제거하고 슬러리의 pH를 5 내지 4로 저하시키는 것(비교예 C)을 제외하고는 실시예 4에서의 초미세 함수 카올린 (샘플 B) 및 흄드 실리카를 기본으로 하는 CMP 제제가 사용되었다. 또한, 캐보트 마이크로엘렉트로닉스 (Cabot Microelectronics)로부터 제공된 알루미나-기본 시판 슬러리 (CCMP)도 사용되었다 (비교예 D).In this example, the ultrafine hydrous kaolin (Sample B) and fumed silica in Example 4 except removing TX100 and TEA from the chemical package and lowering the pH of the slurry to 5-4 (Comparative Example C) A CMP formulation based on was used. In addition, an alumina-based commercially available slurry (CCMP) provided by Cabot Microelectronics was also used (Comparative Example D).

CMP 슬러리는 코팅되지 않은 200 ㎜ TEOS 웨이퍼 및 구리 또는 탄탈에 의해서 코팅된 웨이퍼 상에서 시험하여 패턴화된 웨이퍼에 대한 폴리싱 시간을 산정하는데 도움을 주기 위한 폴리싱 속도, 표면 평활도 및 구리/탄탈뿐만 아니라 구리/실리카 사이의 선택성을 측정하였다. 그 후, CMP 슬러리는 이중 다마신 방법에 의해서 구리 내부배선 및 Ta 확산 장벽이 제공된 200 ㎜ Si 웨이퍼 (패턴화된 웨이퍼)상에서 시험하여 부식 및 디싱을 평가하였다. 부식은 70% 패턴화 밀도에서 측정되는 반면에 디싱은 150 미크론 폭의 구리 라인 상에서 측정되었다. 디싱 및 부식 측정은 폴리싱되고 오버폴리싱된 웨이퍼 (20% 연장시간 오버폴리싱된 웨이퍼) 둘 다에서 수행하여 오버폴리싱에 대한 선택성을 측정하였다.CMP slurries were tested on uncoated 200 mm TEOS wafers and wafers coated with copper or tantalum to aid in calculating polishing times for patterned wafers, as well as copper / tantal as well as copper / tantal as well as polishing rates, surface smoothness and copper / tantalum. Selectivity between silicas was measured. The CMP slurry was then tested on a 200 mm Si wafer (patterned wafer) provided with a copper interwire and a Ta diffusion barrier by the dual damascene method to evaluate corrosion and dishing. Corrosion was measured at 70% patterning density while dishing was measured on a 150 micron wide copper line. Dicing and corrosion measurements were performed on both polished and overpolished wafers (20% extended time overpolished wafers) to determine selectivity for overpolishing.

시험은 실시예 4에서와 동일한 기계상에서 2 psi의 다운 압력 및 90 rpm의 플래튼 속도로 수행되었다.The test was performed at the down pressure of 2 psi and the platen speed of 90 rpm on the same machine as in Example 4.

블랭킷Blanket 웨이퍼 wafer

CMP 슬러리 내의 연마제Abrasives in CMP Slurry 물질 제거속도 (㎜/분)Material removal rate (mm / min) WIWNU, %WIWNU,% Cu/TEOS 선택성Cu / TEOS selectivity 실시예 5Example 5 173173 1One 10201020 비교예 CComparative Example C 224224 1One 8383 비교예 DComparative Example D 127127 1717 5252

명백하게, 초미세 함수 카올린 기본 CMP 슬러리는 시판 슬러리에 비해서 개선된 물질 제거속도 및 선택성 및 균일성에 있어서의 현격한 개선을 제공하였다. 실리카에 비해서 제거속도는 약간 더 저하되었지만, 이 인자는 Cu/TEOS 선택성에서의 현격한 증가에 의해서 훨씬 더 가중된다. 매우 높은 선택성은, 낮은 부식을 제공하고 반도체 회로 디자이너가 디자인 시에 통상적으로 보상해 주어야 하는 옥사이드 및 따라서 금속 손실이 거의 없는, 초미세 함수물에 의한 TEOS에 대한 극도로 낮은 제거속도에 기인한 것이다.Clearly, ultrafine hydrous kaolin based CMP slurries provided improved material removal rates and significant improvements in selectivity and uniformity over commercial slurries. Although the removal rate is slightly lower than that of silica, this factor is much more weighted by the dramatic increase in Cu / TEOS selectivity. The very high selectivity is due to the extremely low removal rate for TEOS by the ultra fine water, which provides low corrosion and which oxide circuit designers typically have to compensate for at design time, and thus little metal loss. .

패턴화된 웨이퍼Patterned wafer

적정하게-폴리싱됨: 구리가 적정하게 제거되었을 때의 웨이퍼의 시각적 검사에 의해서 산정됨.Properly-polished: Estimated by visual inspection of the wafer when copper is properly removed.

오버폴리싱됨: 구리를 제거하는데 필요한 것보다 20% 연장시간 초과하여 폴리싱된 새롭게 패턴화된 웨이퍼Overpolished: Newly patterned wafer polished over 20% extension time than needed to remove copper

CMP 슬러리 내의 연마제Abrasives in CMP Slurry 폴리싱된 조건Polished Condition 오버폴리싱된 조건Overpolished Condition 디싱 (㎚)Dishing (nm) 부식 (㎚)Corrosion (nm) 디싱 (㎚)Dishing (nm) 부식 (㎚)Corrosion (nm) 실시예 5Example 5 405405 2525 510510 3232 비교예 CComparative Example C 503503 223223 466466 247247 비교예 DComparative Example D 131131 4545 133133 7070

초미세 함수 카올린 기본 CMP 슬러리는 대략적으로 실리카에 기인한 부식의 10% 및 시판 CCMP 슬러리에 기인한 부식의 50%를 제공하였다. 시판 슬러리는 실리카 및 함수 카올린 샘플에 비해서 더 우수한 디싱을 나타내었으며, 이것은 제제 중 최적화된 화학물질의 중요성을 보여주는 것이다.The ultrafine hydrous kaolin based CMP slurry provided approximately 10% of corrosion due to silica and 50% of corrosion due to commercial CCMP slurries. Commercial slurries showed better dishing compared to silica and hydrous kaolin samples, demonstrating the importance of optimized chemicals in the formulation.

본 특허출원은 여기에 전체로서 포함되어 있는 2003년 3월 17일자 출원된 계류중인 가 미국특허출원 제 60/455,216 호 및 2003년 10월 8일에 출원된 제 60/509,445 호를 우선권으로 청구한다.This patent application prioritizes pending US patent application Ser. No. 60 / 455,216, filed Mar. 17, 2003, which is incorporated herein in its entirety, and Ser. No. 60 / 509,445, filed Oct. 8, 2003. .

Claims (10)

비-구형 형태학을 갖는 일차 연마제 입자를 포함하는 화학적-기계적 평탄화 연마 슬러리.A chemical-mechanical planarization polishing slurry comprising primary abrasive particles having a non-spherical morphology. 제 1 항에 있어서, 비-구형 형태학을 갖는 연마제 입자가 운모, 탈크, 라미나 점토, 흑연 플레이크, 유리 플레이크 및 합성 폴리머 플레이크로부터 선택되는 슬러리.The slurry of claim 1 wherein the abrasive particles having a non-spherical morphology are selected from mica, talc, lamina clay, graphite flakes, glass flakes, and synthetic polymer flakes. 제 2 항에 있어서, 연마제 입자가 라미나 점토를 포함하는 슬러리.3. The slurry of claim 2 wherein the abrasive particles comprise lamina clay. 제 3 항에 있어서, 점토 입자가 적어도 1200℉의 온도에서 하소된 슬러리.The slurry of claim 3, wherein the clay particles are calcined at a temperature of at least 1200 ° F. 5. 제 1 항에 있어서, 약 20 중량% 이하의 연마제 입자를 포함하는 슬러리.The slurry of claim 1 comprising up to about 20 wt% abrasive particles. 제 5 항에 있어서, 약 0.5 내지 약 8중량% 이하의 연마제 입자를 포함하는 슬러리.6. The slurry of claim 5 comprising from about 0.5 to about 8 weight percent abrasive particles. 제 1 항에 있어서, 연마제 입자가 약 1 미크론 미만의 평균 직경을 갖는 슬러리.The slurry of claim 1, wherein the abrasive particles have an average diameter of less than about 1 micron. 제 7 항에 있어서, 연마제 입자가 약 0.01 내지 약 0.5 미크론의 평균 직경을 갖는 슬러리.8. The slurry of claim 7, wherein the abrasive particles have an average diameter of about 0.01 to about 0.5 microns. 제 1 항에 있어서, 연마제 입자가 약 1 내지 약 6의 범위 내의 모스 경도를 갖는 슬러리.The slurry of claim 1, wherein the abrasive particles have a Mohs hardness in the range of about 1 to about 6. 6. 제 1 항에 있어서, 비-구형 연마제 입자가 변형되거나, 적어도 부분적으로 코팅된 슬러리.The slurry of claim 1, wherein the non-spherical abrasive particles are modified or at least partially coated.
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