KR20060044569A - 연마용 조성물 및 연마방법 - Google Patents

연마용 조성물 및 연마방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 연마용 조성물은, 연마용 조성물의 연마능력의 저하를 억제하는 저하억제제, 연마재 및 물을 함유한다. 상기 저하억제제는 다당류 및 폴리비닐알코올로부터 선택되는 적어도 1종이다. 상기 다당류는 전분, 아밀로펙틴, 글리코겐, 셀룰로오스, 펙틴, 헤미셀룰로오스, 플루란 또는 에르시난이며, 플루란이 바람직하다. 상기 연마재는 산화알루미늄 및 이산화규소로부터 선택되는 적어도 1종이며, 건식실리카, 건식알루미나 및 콜로이드성 실리카로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 이러한 연마용 조성물은 반도체 소자의 배선을 형성하기 위한 연마에 매우 적합하게 사용할 수 있다.
연마용 조성물, 저하억제제, 연마재, 이산화규소, 콜로이드성 실리카

Description

연마용 조성물 및 연마방법{Polishing composition and polishing method}
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시 형태에 따른 연마방법을 설명하기 위한 연마대상물의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 절연층 12 : 트렌치
13 : 장벽층 14 : 도체층
15 : 도체 배선
본 발명은, 예를 들면, 반도체 소자의 도체 배선을 형성하기 위한 연마에 이용되는 연마용 조성물 및 그러한 연마용 조성물을 이용한 연마방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 도체 배선을 형성하는 방법으로서 현재 화학기계적연마 (chemical mechanical polishing, CMP) 기술을 이용한 다마신(상감) 프로세스가 주류가 되고 있다. 도체의 배선을 형성할 때에는, 우선, 반도체 기판 위에 배치된 절연체(예를 들면 SiO2)로 이루어지는 절연층에 트렌치를 형성한다. 다음, 적어도 트렌치가 메워지도록 도체 금속(예를 들면 Cu)으로 이루어지는 도체층을 절연층 위에 형성한다. 그 후, 트렌치의 외부에 위치하는 도체층 부분을 연마에 의해 제거한다. 이렇게 하여 절연층 위에 남는 트렌치 내부에 위치하는 도체층 부분이 도체 배선으로서 기능을 한다.
트렌치의 외부에 위치하는 도체층의 부분을 제거하기 위한 연마에서는 일반적으로, 연마용 입자, 산화제, 보호막 형성제 등을 함유한 연마용 조성물이 사용된다. 국제공개 제 ＷＯ00/13217호 팜플렛, 일본 특개평(特開平) 8－83780호 공보 및 특개평 11－21546호 공보에 개시되어 있는 연마용 조성물은 암모니아 등의 질소화합물, 벤조트리아졸 및 계면활성제 등의 보호막 형성제를 함유한다. 일본 특개평 7－233485호 공보에 개시되어 있는 연마용 조성물은 아미노아세트산 등의 유기산과 산화제를 함유한다.
트렌치의 외부에 위치하는 도체층 부분을 제거하기 위한 연마는 높은 연마능률로 연마대상물을 예비 연마하는 단계 및 양호한 표면 품질을 얻을 수 있도록 연마대상물을 마무리 연마하는 단계로 나누어 행해지는 것에 의하여 효율화가 모색되 고 있다. 예비 연마용의 연마용 조성물을 사용하는 예비 연마와 마무리 연마용의 연마용 조성물을 사용하는 마무리 연마는 통상, 복수의 연마정반을 가지는 1대의 연마장치를 이용해 연속적으로 행해진다. 그 때문에 마무리 연마용의 연마용 조성물이 연마장치에 부착되어 남아있고, 추후 예비 연마를 할 때에, 그 남은 마무리 연마용 조성물이 예비 연마용의 연마용 조성물에 혼입되는 일이 있다. 일부의 마무리 연마용의 연마용 조성물은 벤조트리아졸 또는 폴리비닐피롤리돈 등의 보호막 형성제를 함유하고 있다. 마무리 연마용의 연마용 조성물이 예비 연마용의 연마용 조성물에 혼입되면, 마무리 연마용의 연마용 조성물 중의 보호막 형성제의 작용에 의해 도체층 표면에 보호막이 형성되기 때문에, 예비 연마시의 연마능률이 크게 저하한다. 또한, 마무리 연마용의 연마용 조성물이 예비 연마용의 연마용 조성물에 혼입되는 양은 매회 일정한 것이 아니기 때문에, 예비 연마할 때의 연마능률의 저하의 정도도 매회 일정한 것은 아니다. 이것은 예비 연마시의 연마능률에 차이가 생기는 이유가 된다.
본 발명의 목적은 반도체 소자의 도체 배선을 형성하기 위한 연마에 더욱 적합하게 사용가능한 연마용 조성물 및 그러한 연마용 조성물을 이용한 연마방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 연마용 조성물을 제공한다. 그 연마용 조성물은 연마용 조성물의 연마능력의 저하를 억제하는 저하억제제, 연마재 및 물을 함유하고, 상기 저하억제제는 다당류 및 폴리비닐알코올로부터 선택되는 적어도 1종이다.
본 발명은 또한, 상기의 연마용 조성물을 제조하는 단계 및 반도체 소자의 배선을 형성하기 위해, 제조한 연마용 조성물을 사용하여 연마대상물을 연마하는 단계를 포함하는 연마방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
먼저, 반도체 소자의 도체 배선을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 반도체 소자의 도체 배선을 형성하는 경우에는, 우선, 도 1a에 도시한 바와 같이 트렌치 12를 가지는 절연층 11 위에 장벽층 13 및 도체층 14가 형성된다.
절연층 11은 SiO2, SiOF 및 SiOC의 어느 것으로도 형성될 수 있다. 절연층 11은, 예를 들면, 테트라에톡시실란(TEOS), 붕규산유리(BSG), 인규산유리(PSG) 또는 붕소인규산유리(BPSG)를 이용한 화학증착법(CVD)에 의해 형성된다. 트렌치 12는 소정의 설계 패턴을 가지도록, 예를 들면 공지의 리소그래피 기술 및 패턴 에칭 기 술에 의해 형성된다.
장벽층 13은 도체층 14의 형성에 앞서, 절연층 11의 표면을 가리도록 절연층 11 위에 배치되고, 도체층 14 중의 금속 원자가 절연층 11 속으로 확산하는 것을 방지하는 기능을 한다. 장벽층 13은, 예를 들면, 물리증착법(PVD) 또는 CVD에 의해 형성된다. 장벽층 13의 두께는 트렌치 12의 깊이에 비해 충분히 작은 것이 바람직하다. 장벽층 13은, 예를 들면, 질화탄탈 등의 탄탈 함유 화합물이나 탄탈, 탄탈합금으로부터 형성될 수도 있고, 질화 티탄 등의 티탄 함유화합물이나 티탄, 티탄합금으로부터 형성될 수도 있다.
도체층 14는 적어도 트렌치 12를 채우도록, 장벽층 13 위에 배치된다. 도체층 14는, 예를 들면, PVD, CVD 또는 도금에 의해 형성된다. 도체층 14는 텅스텐, 구리, 알루미늄 등의 도체 금속으로 형성된다.
이어서, 트렌치 12의 외부에 위치하는 도체층 14 부분 및 장벽층 13 부분이 화학기계적 연마에 의해 제거된다. 그 결과, 도 1d에 도시한 바와 같이 트렌치 12 내부에 위치하는 장벽층 13 부분 및 상기 도체층 14 부분이 절연체층 11 위에 남고, 그 남은 도체층 14 부분이 도체 배선 15로서 기능한다.
트렌치 12의 외부에 위치하는 도체층 14 부분 및 장벽층 13 부분을 제거하기 위한 화학기계적 연마는 통상, 제1 내지 제3 연마단계를 포함한다. 제1 연마단계에서는 도 1b에 도시한 바와 같이 상기 트렌치 12의 외부에 위치하는 도체층 14의 일부분이 화학기계적 연마에 의해 제거된다. 제1 연마단계에 있어서의 연마는 장벽층 13이 노출되기 전에 종료된다. 계속되는 제2 연마단계에서는 도 1c에 도시한 바와 같이 장벽층 13의 표면을 노출시킬 수 있도록, 트렌치 12의 외부에 위치하는 도체층 14의 다른 일부분이 화학기계적 연마에 의해 제거된다. 계속되는 제3 연마단계에서는, 도 1d에 도시한 바와 같이 절연층 11의 표면을 노출시킬 수 있도록, 트렌치 12의 외부에 위치하는 도체층 14의 잔부 및 트렌치 12의 외부에 위치하는 장벽층 13 부분이 화학기계적 연마에 의해 제거된다.
제1 내지 제3 연마단계의 화학기계적 연마는 1대의 연마장치에 의해 연속적으로 행해진다. 연마장치는 연마대상물을 지지하기 위한 지지스테이지와 복수의 연마정반을 갖추고 있다. 지지스테이지는 연마대상물이 각각 세팅되는 복수의 지지부를 갖추고, 회전 가능하도록 연마장치에 지지되어 있다. 각 연마정반의 표면에는 연마대상물의 표면을 연마하기 위한 연마 패드가 부착되어 있다. 연마장치를 이용하여 연마할 때에는 지지스테이지에 세팅된 연마대상물을 연마 패드에 꽉 누른 상태에서, 연마 패드에 연마용 조성물을 공급하면서 지지스테이지와 연마정반을 서로 회전시킨다. 제1 연마단계의 종료 후에는, 제2 연마단계의 실시 위치까지 연마대상물을 이동시킬 수 있도록 지지스테이지가 회전하면서 움직인다. 제2 연마단계의 종료 후에는, 제3 연마단계의 실시 위치까지 연마대상물을 이동시킬 수 있도록 지지 스테이지가 더욱 회전하면서 움직인다.
본 실시 형태에 따른 연마용 조성물은 제1 내지 제3 연마단계의 어느 단계에 사용되어도 괜찮지만, 그 중에서도 제1 연마단계에 있어서의 연마, 즉 트렌치 12의 외부에 위치하는 도체층 14의 일부분을 제거하기 위한 연마로 사용되는 것이 바람직하다. 그 연마용 조성물은 저하억제제, 연마재 및 물을 함유하고 있다.
연마용 조성물에 포함되는 저하억제제는, 예를 들면, 제2 연마단계 또는 제3 연마단계에서 이용되는 연마용 조성물과 같은 다른 연마용 조성물의 혼입에 기인하는 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력의 저하를 억제하는 기능을 가진다. 연마용 조성물에 포함되는 저하억제제는 다당류 및 폴리비닐알코올로부터 선택되는 적어도 1종이다. 다당류는 전분, 아밀로펙틴 및 글리코겐 등의 저장다당류가 될 수 있고, 셀룰로오스, 펙틴 및 헤미셀룰로오스 등의 구조다당류가 될 수도 있으며, 플루란 및 에르시난 등의 세포외 다당류가 될 수도 있다. 이들 중에서, 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력의 저하를 억제하는 작용이 강함과 동시에, 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력을 안정화시키는 작용도 가지고 있는 것으로, 플루란이 바람직하다.
연마용 조성물 중의 저하억제제의 함유량은 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력의 저하를 강하게 억제하는 관점에서는 0.01 질량% 이상이 바람직하고, 0.05 질량% 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력을 안정화시킨는 관점에서는 연마용 조성물 중의 저하억제제의 함유량은 10 질량% 이하가 바람직하고, 5 질량% 이하가 더욱 바람직하다.
연마용 조성물 중의 연마재는 연마대상물을 기계적으로 연마하는 역할을 담당한다. 연마용 조성물에 포함되는 연마재는 연마대상물을 기계적으로 연마하는 능력이 특히 높은 것으로, 산화알루미늄 및 이산화규소로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하고, 스크래치의 발생을 저감하여 연마 후의 연마대상물의 표면 품질을 높이기 위해 건식실리카(fumed silica), 건식알루미나(fumed alumina) 및 콜로이드성 실리카로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.
입자 밀도와 BET법에 의해 측정되는 비표면적으로부터 얻어지는 연마재의 평균입자크기는 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력을 더욱 높이는 관점에서는 10 nm 이상이 바람직하고, 20 nm 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 연마재의 응집을 억제하여 연마용 조성물의 분산 안정성을 향상시키는 관점에서는 200 nm 이하가 바람직하고, 120 nm 이하가 더욱 바람직하다. 연마재의 평균입자크기를 상기 범위로 설정하는 것은 연마재가 건식실리카나 콜로이드성 실리카 등의 이산화규소인 경우에 특히 효과적이다.
연마용 조성물 중의 연마재의 함유량은 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물 의 능력을 보다 높이는 관점에서는 0.1 질량% 이상이 바람직하고, 0.5 질량% 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 연마재의 응집을 억제하여 연마용 조성물의 분산 안정성을 향상시키는 관점에서는 10 질량% 이하가 바람직하고, 5 질량% 이하가 더욱 바람직하다.
연마용 조성물에 포함되는 물은 연마용 조성물 중의 물 이외의 성분을 용해 또는 분산시키는 역할을 담당한다. 물은 다른 성분의 작용을 저해하지 않도록 불순물을 가능한 한 함유하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 순수, 초순수 또는 증류수가 바람직하다.
연마용 조성물은 산화제를 더 함유할 수 있다. 산화제는 도체층 14의 표면을 산화시킴으로써, 연마재에 의한 도체층 14의 기계적 연마를 촉진하는 작용을 가진다. 연마용 조성물에 포함되는 산화제는 과산화수소, 과황산, 과요오드산, 과염소산, 과아세트산, 과포름산, 아세트산 또는 그들의 염이어도 좋고, 그 중에서 가격이 저렴하고 입수가 용이하며 금속 불순물이 적은 것으로, 과산화수소가 바람직하다. 연마용 조성물 중의 산화제의 종류수는 1 또는 2 이상이 될 수도 있다.
연마용 조성물 중의 산화제의 함유량은 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력을 더욱 높이는 관점에서는 0.1 질량% 이상이 바람직하고, 1 질량% 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 산화제를 연마용 조성물에 과잉첨가해도 도체층 14를 연마 하는 연마용 조성물의 능력의 향상을 더 기대할 수 없기 때문에, 산화제의 함유량은 10 질량% 이하가 바람직하고, 5 질량% 이하가 더욱 바람직하다.
연마용 조성물은 킬레이트제를 더 함유할 수 있다. 킬레이트제는 도체층 14의 연마에 의해 연마용 조성물 중에 생기는 금속입자를 포착함으로써, 도체층 14의 연마를 촉진하는 작용을 가진다. 연마용 조성물에 포함되는 킬레이트제는 입수가 용이하고 킬레이트 작용이 강한 것으로 α-아미노산 및 유기산으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. α-아미노산은 글리신, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 알로이소류신, 세린, 트레오닌, 알로트레오닌, 시스테인, 메티오닌, 페닐알라닌, 트립토판, 티로신, 프롤린 및 시스틴 등의 중성 아미노산이 바람직하고, 아르기닌 및 히스티딘 등의 알칼리성 아미노산도 바람직하며, 글루타민산 및 아스파라긴산 등의 산성 아미노산도 바람직하다. 이들 중에서, 도체층 14의 연마를 촉진하는 작용이 특히 높기 때문에, 글리신 및 α-알라닌으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. α-아미노산은 거울상 이성질체의 관계에 있는 L형 및 D형의 어느 것도 가능하고, 이들의 혼합물도 가능하다. 유기산은 수산, 구연산, 호박산, 말레인산, 주석산, 2－퀴놀린카본산(키날딘산), 2－피리딘카본산, 2, 6－피리딘카본산 및 퀴논산을 들 수 있다. 연마용 조성물 중의 킬레이트제의 종류수는 1 또는 2 이상이어도 좋다.
연마용 조성물 중의 킬레이트제의 함유량은 도체층 14를 연마하는 연마용 조 성물의 능력을 높인다고 하는 관점에서는 0.01 질량% 이상이 바람직하고, 0.1 질량% 이상이 더욱 바람직하다. 한편, 킬레이트제를 연마용 조성물에 과잉첨가해도 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력의 향상을 더 기대할 수 없기 때문에, 킬레이트제의 함유량은 20 질량% 이하가 바람직하고, 10 질량% 이하가 더욱 바람직하다.
연마용 조성물은 방식제를 더 함유할 수 있다. 방식제는 도체층 14의 표면에 보호막을 형성하여 산화제에 의한 부식으로부터 도체층 14를 보호함으로써, 연마 후의 연마대상물에 있어서의 면거침, 피트(pit) 등의 표면 결함을 억제하여 연마 후의 연마대상물의 표면 품질을 높이는 역할을 담당한다. 방식제는 또한, 연마 후의 연마대상물의 표면 단차(段差)를 작게 하는 역할도 담당한다. 연마용 조성물에 포함되는 방식제는 벤조트리아졸, 벤조이미다졸, 트리아졸, 이미다졸, 톨릴트리아졸 또는 이들의 유도체 혹은 염도 가능하고, 그 중에서 방식 작용이 강한 것으로, 벤조트리아졸 및 그 유도체로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다. 연마용 조성물 중의 방식제의 종류수는 1 또는 2 이상이 될 수도 있다.
연마용 조성물 중의 방식제의 함유량은, 연마 후의 연마대상물의 표면 품질을 향상시키는 것과 동시에, 표면 단차를 작게 하는 관점에서는 0.0001 질량% 이상이 바람직하다. 한편, 이하의 관점에서는 0.02 질량% 이하가 바람직하고, 0.01 질량% 이하가 더욱 바람직하다. 연마용 조성물 중의 방식제가 0.02 질량% 이하, 첨언 하면 0.01 질량% 이하인 경우에는, 비록 다른 연마용 조성물 중의 방식제가 본 실시 형태에 따른 연마용 조성물에 혼입되었다고 하여도 방식제의 과잉 함유에 의한 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력 저하를 억제할 수 있다.
연마용 조성물은, 필요에 따라서, 증점제, 유화제, 방청제, 방부제, 방미제, 소포제, pH 조정제, 계면활성제 등을 더 함유할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 연마용 조성물은, 물 이외의 성분이 농축된 상태로 보존되어 물로 희석되고 나서 사용에 제공될 수도 있다. 이에 의하면, 연마용 조성물의 관리를 용이하게 함과 동시에, 연마용 조성물의 수송 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따른 연마용 조성물이 산화제를 함유하는 경우에는, 연마용 조성물은 산화제와 다른 성분을 분리한 상태로 제조 및 보존될 수도 있다. 이 경우, 사용하기 직전에 산화제와 다른 성분이 혼합됨으로써 연마용 조성물이 제조된다. 이에 의하면, 보존시에 연마용 조성물 중에서 산화제가 분해하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면 이하의 이점을 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 따른 연마용 조성물에는 저하억제제가 포함되어 있기 때문 에, 예를 들면, 제2 연마단계 또는 제3 연마단계에서 이용되는 연마용 조성물과 같은 다른 연마용 조성물이 혼입되어도 도체층 14를 연마하는 본 실시 형태에 따른 연마용 조성물의 능력의 저하는 억제된다. 따라서, 반도체 소자의 제조에 있어서의 작업 처리량이 향상되고 비용절감이 가능해진다
제2 연마단계 또는 제3 연마단계에서 이용되는 연마용 조성물은 통상, 연마재 및 연마를 촉진하는 역할을 담당하는 성분 외에, 연마 후의 연마대상물의 표면 품질을 높이는 역할을 담당하는 성분을 함유한다. 표면 품질을 높이는 역할을 담당하는 성분의 예로서는, 예를 들면, 방식제를 들 수 있다. 방식제는 도체층 14의 표면에 보호막을 형성하여 도체층 14의 부식을 방지하는 역할을 담당하고, 도체 배선 15의 표면 높이가 저하하는 디싱으로 불리는 현상 및 트렌치 12가 조밀하게 형성되어 있는 영역의 표면 높이가 저하하는 침식(erosion)으로 불리는 현상의 발생을 억제하는 역할도 담당한다. 저하억제제를 함유하지 않는 연마용 조성물의 경우, 소량의 방식제의 혼입에 의하여도 도체층 14를 연마하는 능력은 저하된다. 그에 비해, 본 실시 형태의 연마용 조성물에서는 일정량의 방식제가 혼입되어도 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력 저하는 일어나지 않는다.
더우기 반도체 소자가 다층 배선을 가지는 경우, 절연층 11, 장벽층 13 및 도체층 14의 성막(成膜)과 그 성막시킨 도체층 14의 일부 및 장벽층 13의 일부의 연마용 조성물에 의한 제거가 반복하여 행해진다. 본 실시 형태의 연마용 조성물은 하층 배선의 형성시에 사용된 연마용 조성물이 혼입되었을 경우에도, 도체층 14를 연마하는 연마용 조성물의 능력의 저하를 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 연마용 조성물을 제조하기 위하여, 표 1에 표시한 각 성분을 물에 혼합하였다. 실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 연마용 조성물의 pH를 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112005015041875-PAT00001
Figure 112005015041875-PAT00002
표 1의 "저하억제제 또는 그에 대신하는 화합물"란에 있어서,
"플루란”은 평균 분자량 200000의 플루란을 나타내고,
"PVA*1"는 평균 분자량 100000의 폴리비닐알코올을 나타내고,
"PVA*2"는 평균 분자량 10000의 폴리비닐알코올을 나타내고,
"PEG*1"는 평균 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜을 나타내고,
"PEG*2"는 평균 분자량 2000의 폴리에틸렌글리콜을 나타내고,
"폴리아크릴산"은 평균 분자량 1000의 폴리아크릴산을 나타낸다.
　표 1의 "연마재"란에 있어서,
"콜로이드성 실리카*1"는 평균입자크기가 35 nm인 콜로이드성 실리카를 나타내고,
"콜로이드성 실리카*2"는 평균입자크기가 10 nm인 콜로이드성 실리카를 나타내고,
"건식실리카"는 평균입자크기가 30 nm인 건식실리카를 나타내고,
"건식알루미나"는 평균입자크기가 30 nm인 건식알루미나를 나타낸다. 콜로이드성 실리카, 건식실리카 및 건식알루미나의 평균입자크기는 입자 밀도와 micromeritics제의 "FlowSorbⅡ 2300"을 이용하여 측정되는 비표면적으로 구하였다.
표 1의 "방식제"란에 있어서, "BTA"는 벤조트리아졸을 나타낸다.
실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 각 연마용 조성물을 사용하여 아래와 같은 연마 조건에 따라 구리 블랭킷 웨이퍼를 연마했다. 구리 블랭킷 웨이퍼는 전해 도금법에 의해 8 인치 실리콘 웨이퍼 위에 구리막이 형성된다. 이 때, 연마 전의 구리 블랭킷 웨이퍼의 두께 및 연마 후의 구리 블랭킷 웨이퍼의 두께를 국제전기시스템서비스주식회사제의 시트 저항기 "VR-120"을 이용하여 측정했다. 그리고, 아래와 같은 계산식에 의해 구리 블랭킷 웨이퍼에 대한 각 연마용 조성물의 연마능률 값을 얻었다. 이 결과를 표 2의 "연마능률"란의 "무첨가"란에 나타내었다.
　＜연마 조건＞
연마기 : Applied Materials사제의 편면 CMP용 연마기 "Mirra",
연마패드 : 로델 사제의 폴리우레탄제 적층 연마 패드 "IC－1000/Suba400",
연마압력 : 28 kPa(= 약 2 psi),
정반 회전수 : 매분 100 회전,
연마용 조성물 공급 속도 : 200 ml/분 ,
캐리어 회전수 : 매분 100 회전,
연마시간：1분
＜계산식＞
연마능률［nm/분] = (연마전 구리 블랭킷 웨이퍼의 두께［nm］－연마후 구리블랭킷 웨이퍼의 두께［nm］) ÷ 연마시간［분］
벤조트리아졸의 함유량이 0.01 질량%가 되도록, 실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 각 연마용 조성물에 벤조트리아졸을 첨가했다. 그 벤조트리아졸이 첨가된 각 연마용 조성물을 이용하여 상기 연마 조건에 따라 구리 블랭킷 웨이퍼를 연마했다. 이 때에 요구되는 구리 블랭킷 웨이퍼에 대한 각 연마용 조성물의 연마능률 값을 표 2의 "연마능률"란 중 "BTA*1"란에 나타냈다.
벤조트리아졸의 함유량이 0.02 질량%가 되도록, 실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 각 연마용 조성물에 벤조트리아졸을 첨가했다. 그 벤조트리아졸이 첨가된 각 연마용 조성물을 이용해 상기 연마 조건에 따라 구리 블랭킷 웨이퍼를 연마했다. 이 때에 요구되는 구리 블랭킷 웨이퍼에 대한 각 연마용 조성물의 연마능률 값을 표 2의 "연마능률"란 중 "BTA*2"란에 나타냈다.
폴리비닐피롤리돈의 함유량이 0.1 질량%가 되도록, 실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 각 연마용 조성물에 평균 분자량 10000의 폴리비닐피롤리돈을 첨가했다. 그 폴리비닐피롤리돈이 첨가된 각 연마용 조성물을 이용하여 상기 연마 조건에 따라 구리 블랭킷 웨이퍼를 연마했다. 이 때에 요구되는 구리 블랭킷 웨이퍼에 대한 각 연마용 조성물의 연마능률 값을 표 2의 "연마능률"란 중 "PVP"란에 나타냈다.
유산의 함유량이 0.1 질량%가 되도록, 실시예 1~21 및 비교예 1~20에 따른 각 연마용 조성물에 유산을 첨가하였다. 그 유산이 첨가된 각 연마용 조성물을 이용하여 상기 연마 조건에 따라 구리 블랭킷 웨이퍼를 연마했다. 이 때에 요구되는 구리 블랭킷 웨이퍼에 대한 각 연마용 조성물의 연마능률 값을 표 2의 "연마능률"란 중 "유산"란에 나타냈다.
각 연마용 조성물의 연마능력에 대한 벤조트리아졸, 폴리비닐피롤리돈 또는 유산의 첨가의 영향을 수치화할 수 있도록, 첨가제가 첨가되기 전의 연마용 조성물에 대해 얻어지는 연마능률 값을 첨가제가 첨가된 연마용 조성물에 대해 얻어지는 연마능률 값으로 나눔으로써 연마능력의 유지율을 구하였다. 벤조트리아졸의 함유량이 0.01 질량%가 되도록 각 연마용 조성물에 벤조트리아졸을 첨가했을 경우에 요구되는 유지율을 표 2의 "연마능력 유지율"란 중 "BTA*1"란에 나타냈다. 벤조트리아졸의 함유량이 0.02 질량%가 되도록, 각 연마용 조성물에 벤조트리아졸를 첨가했을 경우에 요구되는 유지율을 표 2의 "연마능력 유지율"란 중 "BTA*2"란에 나타냈다. 폴리비닐피롤리돈의 함유량이 0.1 질량%가 되도록, 각 연마용 조성물에 폴리비닐피롤리돈을 첨가했을 경우에 요구되는 유지율을 표 2의 "연마능력 유지율"란 중 "PVP"란에 나타냈다. 유산의 함유량이 0.1 질량%가 되도록 각 연마용 조성물에 유산을 첨가했을 경우에 요구되는 유지율을 표 2의 "연마능력 유지율"란 중 "유산"란에 나타냈다.
Figure 112005015041875-PAT00003
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~21의 연마용 조성물은 연마능력이 비교적 높고 또한, 첨가제의 첨가에 의해서도 연마능률이 비교적 저하되지 않는다. 실시예 1, 4~7 및 10~12의 결과로부터, 평균입자크기가 35 nm인 콜로이드성 실리카를 연마재로서 사용함으로써 연마능률의 저하가 특히 억제되는 것을 알았다. 실시예 1~3 및 7~9의 결과로부터, 글리신 또는 알라닌을 킬레이트제로서 사용함으로써 첨가제의 첨가에 의한 연마능률의 저하가 억제되는 것, 글리신을 킬레이트제로서 사용함으로써 첨가제의 첨가에 의한 연마능률의 저하가 특히 억제되는 것을 알았다. 실시예 7 및 21의 결과로부터, 분자량이 다른 폴리비닐알코올의 분자량의 차이가 연마용 조성물의 연마능력이나 첨가제의 첨가에 의한 연마능률의 저하의 정도에 대부분 영향을 주지 않는 것이 밝혀졌다. 비교예 7~20의 결과로부터, 저하억제제 대신에 폴리에틸렌글리콜 또는 폴리아크릴산을 사용하면, 저하억제제를 함유하는 연마용 조성물에 비해 첨가제의 첨가에 의한 연마능률의 저하의 비율이 높은 것이 밝혀졌다.
연마용 조성물의 연마능력의 저하를 억제하는 저하억제제 및 연마재를 함유하는 본 발명의 연마용 조성물에 의하면 연마용 조성물의 연마능력의 저하를 억제함과 동시에 연마능률을 효율적으로 유지할 수 있다.

Claims (19)

  1. 연마용 조성물의 연마능력의 저하를 억제하는 저하억제제, 연마재 및 물을 함유하고, 상기 저하억제제는 다당류 및 폴리비닐알코올로부터 선택되는 적어도 1종인 연마용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연마용 조성물은 트렌치를 갖는 절연층 위에 도체층을 구비하는 연마대상물을 연마하는 용도에 사용되고, 상기 저하억제제는 도체층을 연마하는 연마용 조성물의 능력 저하를 억제하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다당류는 전분, 아밀로펙틴, 글리코겐, 셀룰로오스, 펙틴, 헤미셀룰로오스, 플루란 또는 에르시난인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 다당류는 플루란인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 연마용 조성물 중의 저하억제제의 함유량은 0.01 내지 10 질량%인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 연마재는 산화알루미늄 및 이산화규소로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 연마재는 건식실리카, 건식알루미나 및 콜로이드성 실리카로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 연마용 조성물 중의 연마재의 함유량은 0.1 내지 10 질량%인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 연마용 조성물은 산화제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소, 과황산, 과요오드산, 과염소산, 과아세트산, 과포름산, 아세트산 또는 그들의 염인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 연마용 조성물은 킬레이트제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 킬레이트제는 α-아미노산 및 유기산으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 α-아미노산은 글리신, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 알로이소류신, 세린, 트레오닌, 알로트레오닌, 시스테인, 메티오닌, 페닐알라닌, 트립토판, 티로신, 프롤린, 시스틴, 아르기닌, 히스티딘, 글루타민산 또는 아스파라긴산이며, 상기 유기산은 수산, 구연산, 호박산, 말레인산, 주석산, 2－퀴놀린카본산, 2－피리딘카본산, 2,6－피리딘카본산 또는 퀴논산인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 연마용 조성물은 방식제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 방식제는 벤조트리아졸, 벤조이미다졸, 트리아졸, 이미다졸, 톨릴트리아졸 또는 그러한 유도체 또는 염인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항의 연마용 조성물을 제조하는 단계; 및
    반도체 소자의 배선을 형성하기 위해, 제조한 연마용 조성물을 사용하여 연마대상물을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 연마대상물은 트렌치를 갖는 절연층 위에 장벽층 및 도체층을 순서대로 구비하고, 상기 장벽층 및 도체층은 각각 트렌치의 외부에 위치하는 부분 및 트렌치 내부에 위치하는 부분을 가지고 있고,
    상기 연마대상물을 연마하는 단계는 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 도체층의 일부분을 연마에 의해 제거하는 단계 및 상기 절연층의 표면을 노출시킬 수 있도록, 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 도체층의 잔부 및 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 장벽층 부분을 연마에 의해 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 연마용 조성물은 상기 트렌치의 외부에 위치하는 도체층의 일부분을 제거하는 단계에 이용되는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 도체층의 일부분을 제거하는 단계 및 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 도체층의 잔부 및 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 장벽층 부분을 제거하는 단계는 1대의 연마장치를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 도체층의 잔부 및 상기 트렌치의 외부에 위치하는 상기 장벽층 부분을 제거하는 단계에 사용되는 연마용 조성물은 상기 도체층의 표면에 보호막을 형성하는 보호막 형성제를 함유하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
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