KR20070106450A - 금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법 - Google Patents

금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070106450A
KR20070106450A KR1020070041384A KR20070041384A KR20070106450A KR 20070106450 A KR20070106450 A KR 20070106450A KR 1020070041384 A KR1020070041384 A KR 1020070041384A KR 20070041384 A KR20070041384 A KR 20070041384A KR 20070106450 A KR20070106450 A KR 20070106450A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
polishing composition
acid
colloidal silica
group
Prior art date
Application number
KR1020070041384A
Other languages
English (en)
Inventor
토모오 카토
신이치 스기야마
Original Assignee
후지필름 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 후지필름 가부시키가이샤 filed Critical 후지필름 가부시키가이샤
Publication of KR20070106450A publication Critical patent/KR20070106450A/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09GPOLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00Polishing compositions
    • C09G1/02Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09GPOLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00Polishing compositions
    • C09G1/04Aqueous dispersions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409Abrasive particles per se
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463Aqueous liquid suspensions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture 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
    • H01L21/18Manufacture 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
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

디싱이나 에로젼을 억제하고, 연마 후의 세정성이 양호한 금속 연마용 조성물, 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마 방법을 제공한다. 본 발명의 금속 연마용 조성물은 (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마 방법{COMPOSITION FOR POLISHING METALS AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 연마용 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 디바이스 제조에 있어서의 배선 형성 공정에 사용되는 금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로(이하, 적절히 「LSI」라고 기재함)로 대표되는 반도체 디바이스의 개발에 있어서는, 소형화·고속화를 위해 최근 배선의 미세화와 적층화에 의한 고밀도화·고집적화가 요구되고 있다. 이를 위한 기술로서 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하, 적절하게 「CMP」라고 적음) 등의 다양한 기술이 사용되어 오고 있다. 이 CMP는 층간 절연막 등의 피가공막의 표면 평탄화, 플러그 형성, 매립 금속 배선의 형성 등을 행할 경우에 필수적인 기술이며, 이 기술을 이용하여 기판의 평활화나 배선 형성시의 여분의 금속 박막의 제거를 행하고 있다(예를 들면, 미국특허 4944836호 명세서 참조).
CMP의 일반적인 방법은 원형의 연마 정반(플래튼) 상에 연마 패드를 접착하고, 연마 패드 표면을 연마액에 담궈서 패드에 기판(웨이퍼)의 표면을 압착하며, 그 이면으로부터 소정의 압력(연마 압력)을 가한 상태에서 연마 정반 및 기판 양쪽을 회전시키고, 발생하는 기계적 마찰에 의해 기판의 표면을 평탄화하는 것이다.
배선용 금속으로서는 종래부터 텅스텐 및 알루미늄이 인터커넥트 구조체에 범용되어 왔다. 그러나 더나은 고성능화를 지향할 목적으로, 이들 금속보다 배선 저항이 낮은 동을 사용한 LSI가 개발되게 되었다. 이 동을 배선하는 방법으로서는, 예를 들면 일본 특허공개 평2-278822호 공보에 기재되어 있는 다마신법이 알려져 있다. 또, 컨택트 홀과 배선용 홈을 동시에 층간 절연막에 형성하고, 양쪽에 금속을 메워넣는 듀얼 다마신법이 널리 이용되게 되어 왔다. 이 동 배선용 타깃재로서 파이브 나인(.99999)이상의 고순도 동 타깃이 출하되어 왔다.
그러나, 최근에는 더나은 고밀도화를 지향하는 배선의 미세화에 따라, 동 배선의 도전성이나 전자 특성 등의 향상이 필요하게 되고, 그것에 따라 고순도 동에 제3성분을 첨가한 동 합금을 사용하는 것도 검토되기 시작하고 있다. 동시에, 이들의 고선명하고 고순도의 재료를 오염시키지 않고 고생산성을 발휘할 수 있는 고속 금속 연마 수단이 요구되고 있다. 동 금속의 연마에 있어서는, 특히 연질의 금속이므로 중앙만이 보다 깊게 연마되어서 접시형상의 오목한 부분을 발생시키는 현상(디싱; dishing), 복수의 배선 금속면 표면이 접시형상의 오목부를 형성하는 현상(에로젼; erosion)이나, 연마 흠(스크래치; scratch)이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 점점 고밀도의 연마 기술이 요구되어 오고 있다.
또한, 작금은 생산성 향상을 위해 LSI 제조시의 웨이퍼 지름이 점점 대형화되고 있다. 현재는 지름 200㎜이상이 범용되고 있고, 300㎜이상의 크기에서의 제조 도 개시되기 시작했다. 이러한 웨이퍼의 대형화에 따라, 웨이퍼 중심부와 주변부에서의 연마 속도의 차이가 생기기 쉬워진다. 이 때문에, 웨이퍼면 내에서의 연마의 균일성에 대한 요구가 점점 엄격해지고 있다.
동 및 동 합금에 대하여, 기계적 연마 수단을 적용하지 않는 화학 연마 방법으로서는 일본 특허공개 소49-122432호 공보에 기재되어 있는 방법이 알려져 있다. 그러나, 화학적 용해 작용에만 의한 화학 연마 방법은 볼록부의 금속막을 선택적으로 화학적 기계적으로 연마하는 CMP에 비해, 오목부의 깎임, 즉 dishing 등의 발생에 의해 연마 방법의 평면성에 큰 과제가 남아 있다.
또한, LSI 제조에 있어서 동 배선 사용시에는 동 이온이 절연 재료로 확산되는 것을 방지할 목적으로, 배선부와 절연층 사이에 배리어층이라고 불리는 확산 방지층이 일반적으로 형성된다. 배리어층은 TaN, TaSiN, Ta, TiN, Ti, Nb, W, WN, Co, Zr, ZrN, Ru 및 CuTa 합금에서 선택되는 배리어 재료로 이루어지고, 1층 또는 2층이상으로 형성된다. 이들 배리어 재료는 그 자체가 도전성의 성질을 갖고 있으므로, 누설 전류 등의 에러 발생을 막기 위해서는 절연층 상의 배리어 재료는 완전히 제거되어야 한다. 이 제거 가공은 금속 배선재의 벌크 연마와 같은 방법에 의해 행해지고 있다(배리어 CMP).
또한, 동의 벌크 연마에서는 특히 폭이 넓은 금속 배선부에 디싱이 발생하기 쉽기 때문에, 최종적인 평탄화를 달성하기 위해서는 배선부와 배리어부에서 연마 제거되는 양을 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 이 때문에 배리어 연마용 연마액이 최적의 동/배리어 메탈의 연마 선택성을 갖는 것이 요망되고 있다. 또, 각 레벨 의 배선층에서 배선 피치나 배선 밀도가 다르므로, 상기의 연마 선택성을 적절히 조정할 수 있는 것이 더욱 바람직하다.
CMP에 사용하는 금속 연마용 조성물(금속용 연마액)에는, 일반적으로는 고체 숫돌 입자(예를 들면 알루미나, 규소)와 산화제(예를 들면 과산화수소, 과황산)가 함유된다. 이러한 금속용 연마액을 사용한 CMP의 기본적인 메커니즘은 산화제에 의해 금속 표면을 산화하고, 그 산화 피막을 숫돌 입자로 제거함으로써 연마하고 있는 것으로 생각되고 있으며, 예를 들면 저널 오브 일렉트로케미컬 소사이어티지 (Journal of Electrochemical Society), 1991년, 제138권, 제11호, 3460~3464페이지에 기술되어 있다.
그러나, 이러한 고체 숫돌 입자를 함유하는 금속용 연마액을 이용하여 CMP를 행하면, 연마 흠(스크래치), 연마면 전체가 필요이상으로 연마되는 현상(시닝; thinning), 연마 금속면이 접시형상으로 오목해지는 현상(디싱), 금속 배선 사이의 절연체가 필요이상으로 연마된 뒤, 복수의 배선 금속면이 접시 모양으로 오목해지는 현상(에로젼; erosion) 등이 발생하는 경우가 있다. 또, 연마 후에 반도체면에 잔류하는 연마액을 제거하기 위해 보통 행해지는 세정 공정에 있어서, 고체 숫돌 입자를 함유하는 연마액을 사용함으로써 그 세정 공정이 복잡해진다. 또한, 세정 후의 액(폐액)을 처리할 때에 고체 숫돌 입자를 침강 분리할 필요가 있는 등의 비용면에서의 문제점이 존재한다.
이들을 해결하는 하나의 수단으로서, 예를 들면 숫돌 입자를 함유하지 않는 연마액과 드라이 에칭의 조합에 의한 금속 표면 연마 방법이 저널 오브 일렉트로케 미컬 소사이어티지(Journal of Electrochemical Society), 2000년, 제147권, 제10호, 3907~3913페이지에 개시되어 있다. 또, 일본 특허공개 2001-127019호 공보에는 과산화수소/말산(능금산)/벤조트리아졸/폴리아크릴산암모늄 및 물로 이루어지는 금속용 연마액이 개시되어 있다. 이들의 방법에 의하면, 반도체 기체의 볼록부의 금속막이 선택적으로 CMP되고, 오목부에 금속막이 남겨져서 원하는 도체 패턴이 얻어진다. 종래의 고체 숫돌 입자를 함유하는 슬러리보다 훨씬 기계적으로 부드러운 연마 패드와의 마찰에 의해 CMP가 진행되므로 스크래치의 발생은 경감되고 있다. 그러나, 물리 연마력의 저하 때문에 충분한 연마 속도가 얻어지기 어렵다는 결점을 갖고 있다.
한편, 숫돌 입자를 함유하는 연마제는 높은 연마 속도가 얻어지는 특징을 갖지만, 연마액의 pH가 중성부터 산성에서는 숫돌 입자가 응집되기 쉬워, 디싱이 진행되거나 스크래치가 발생하는 문제가 있었다. 중성부터 산성에서 안정적인 숫돌 입자로서, 일본 특허공개 2003-183631호 공보에는 붕소에 의해 표면 개질된 콜로이달 실리카를 숫돌 입자로 하는 연마 조성물이 개시되어 있고, 일본 특허공개 2003-197573호 공보에는 규소 입자의 표면의 일부 또는 전부가 알루미늄 피복된 메탈 절연막 공존 표면 연마용 콜로이달 실리카가 개시되어 있다. 이들 붕소나 알루미늄을 이용하여 표면 개질함으로써 음전하를 부여한 숫돌 입자는 중성부터 산성에 있어서의 응집을 방지할 수 있다. 그러나, 중성부터 산성에 있어서 동 등의 금속의 표면 전위는 통상 양(陽)으로 대전되어 있다. 이 때문에, 금속 표면에 정전적으로 흡착된 숫돌 입자에 의해 디싱이나 에로젼이 발생하거나, 연마 후 금속 표면에 숫돌 입 자가 흡착되어서 세정성이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 디싱이나 에로젼을 억제한, 연마 후의 세정성이 양호한 금속 연마용 조성물을 제공하는 것, 또 상기 금속 연마용 조성물을 사용한 화학적 기계적 연마 방법을 제공하는데 있다.
상기 실정을 감안하여 본 발명자들은 예의 연구를 행한 결과, 하기의 수단에 의해 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성했다.
<1> (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
<2> 또한, (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 금속 연마용 조성물.
<3> 상기 금속 연마용 조성물이, 상기 숫돌 입자를 수용액에 분산시킨 슬러리인 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 금속 연마용 조성물.
<4> 상기 콜로이달 실리카 표면에 있어서의 콜로이달 실리카의 표면 원자 치환율을 도입 알루미늄 원자 또는 붕소 원자의 수/표면 규소 원자 사이트의 수로 했을 때, 상기 치환율이 0.001%이상 20%이하인 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 금속 연마용 조성물.
<5> 상기 콜로이달 실리카의, 동적 광 산란법에 의해 측정된 체적 상당 지름이 3㎚~200㎚인 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 금속 연마용 조성물.
<6> 상기 금속 연마용 조성물의 pH가 3~7인 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 금속 연마용 조성물.
<7> 상기 금속 연마용 조성물을 이용하여 연마할 때의 피연마면이 동 또는 동 합금인 것을 특징으로 하는 <1>~<6> 중 어느 한 항에 기재된 금속 연마용 조성물.
<8> (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 금속 연마용 조성물을 이용하여, 연마 압력 3psi(0.0207㎫)이하로 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
<9> 상기 금속 연마용 조성물이, 또한 (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 <9>에 기재된 화학적 기계적 연마 방법.
<10> 상기 금속 연마용 조성물을 이용하여 연마할 때의 피연마면이 동 또는 동 합금인 것을 특징으로 하는 <8> 또는 <9>에 기재된 화학적 기계적 연마 방법.
[금속 연마용 조성물]
본 발명의 금속 연마용 조성물은 (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 것을 특징으 로 한다.
또한, 필요에 따라 그 외의 화합물을 함유해도 된다.
본 발명의 금속 연마용 조성물은, 통상 각 성분을 용해해서 이루어지는 수용액에 상기 콜로이달 실리카(숫돌 입자)를 분산시켜서 이루어지는 슬러리의 형태를 갖는다.
본 발명의 금속 연마용 조성물은 반도체 디바이스 제조에 있어서 피연마체의 화학적 기계적 연마에 사용하는 연마용 조성물로서 유용하다.
또한, 본 발명의 금속 연마용 조성물의 pH는 바람직하게는 3~7이며, 보다 바람직하게는 4~7이다.
pH가 3미만이면 응집되기 쉬워지는 경우가 있고, pH가 7을 초과하면 디싱이 악화되는 경우가 있다.
금속 연마용 조성물을 구성하는 각 성분에 대해서는 이하에 상세히 서술하지만, 각각의 성분은 1종만을 사용해도 되고, 2종이상을 병용해도 된다.
본 발명에 있어서, 금속 연마용 조성물(이하, 「연마용 조성물」이라고도 함)은 연마에 사용하는 조성(농도)의 형태 뿐만 아니라, 사용시에 필요에 따라 희석해서 사용하는 형태도, 특별히 기재하지 않는 한 금속 연마용 조성물이라고 칭한다. 농축액은 연마에 사용할 때에 물 또는 수용액 등으로 희석해서 연마에 사용되는 것으로, 희석 배율은 일반적으로는 1~20체적배이다.
<(a) 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카>
본 발명의 연마용 조성물은 (a) 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카(이하, 적절히 「특정 콜로이달 실리카」라고 칭함)를 함유한다.
특정 콜로이달 실리카는 본 발명의 연마용 조성물 중에서 숫돌 입자로서 기능하는 것이다.
본 발명에 있어서 「알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카」란, 배위수 4의 규소 원자를 함유하는 사이트를 갖는 콜로이달 실리카 표면에 알루미늄 원자 또는 붕소 원자가 존재하고 있는 상태를 의미한다.
예를 들면, 상기 콜로이달 실리카 표면에 4개의 산소 원자가 배위된 알루미늄 원자가 결합하여, 알루미늄 원자가 4배위의 상태에서 고정된 새로운 표면이 생성된 상태여도 되고, 또 표면에 존재하는 규소 원자가 일단 추출되어서 알루미늄 원자로 치환된 새로운 표면이 생성된 상태여도 된다.
또한, 상기 콜로이달 실리카 표면에 4개의 산소 원자가 배위된 붕소 원자가 결합하여, 붕소 원자가 4배위의 상태에서 고정된 새로운 표면이 생성된 상태여도 되고, 또 표면에 존재하는 규소 원자가 일단 추출되어서 붕소 원자로 치환된 새로운 표면이 생성된 상태여도 된다.
특정 콜로이달 실리카의 조제에 사용되는 콜로이달 실리카로서는, 입자 내부에 알칼리 금속 등의 불순물을 함유하지 않는, 알콕시실란의 가수분해에 의해 얻은 콜로이달 실리카인 것이 보다 바람직하다. 한편, 규산알카리 수용액으로부터 알칼리를 제거하는 방법으로 제조된 콜로이달 실리카도 사용할 수 있다. 그러나 이 경 우, 입자의 내부에 잔류하는 알칼리 금속이 서서히 용출되어 연마 성능에 영향을 미칠 우려가 있다. 그러한 관점에서는, 상기 알콕시실란의 가수분해에 의해 얻어진 것이 원료로서는 보다 바람직하다.
원료로 되는 콜로이달 실리카의 입자 지름은 숫돌 입자의 사용 목적에 따라서 적절히 선택되지만, 일반적으로는 10~200㎚정도이다.
-(a1) 알루민산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카-
상기 콜로이달 실리카 입자 표면의 규소 원자를 알루미늄 원자로 치환하여 특정 콜로이달 실리카를 얻는 방법으로서는, 예를 들면 콜로이달 실리카의 분산액에 알루민산나트륨 등의 알루민산 화합물을 첨가하는 방법을 바람직하게 사용할 수 있다. 이들 방법은 일본 특허 제3463328호 공보, 일본 특허공개 소63-123807호 공보에 상세하게 기재되고, 이 기재를 본 발명에 적용할 수 있다.
또한, 그 외의 방법으로서 콜로이달 실리카의 분산액에 알루미늄알콕시드를 첨가하는 방법을 들 수 있다.
특정 콜로이달 실리카는 4배위의 알루민산 이온과 콜로이달 실리카 표면의 실라놀기의 반응에 의해 생성된 알루미노실리케이트사이트가 음의 전하를 고정하고, 입자에 음(負)이 큰 제타포텐셜을 부여함으로써 산성에 있어서도 분산성이 우수하다. 따라서, 상술과 같은 방법에 의해 제조된 특정 콜로이달 실리카는 알루미늄 원자가 4개의 산소 원자로 배위된 상태로 존재하는 것이 중요하다.
이러한 구조, 즉 콜로이달 실리카 표면에 있어서 규소 원자와 알루미늄 원자의 치환이 발생되어 있는 것은, 예를 들면 숫돌 입자의 제타 전위를 측정함으로써 용이하게 확인할 수 있다.
콜로이달 실리카 표면의 규소 원자를 알루미늄 원자로 치환하는 양은, 콜로이달 실리카의 표면 원자 치환율(도입 알루미늄 원자수/표면 규소 원자 사이트수)로 하면, 바람직하게는 0.001%이상 20%이하, 더욱 바람직하게는 0.01%이상 10%이하, 특히 바람직하게는 0.1%이상 5%이하이다.
콜로이달 실리카 표면의 규소 원자를 알루미늄 원자로 치환할 경우의 알루미늄 원자로의 치환량은, 콜로이달 실리카의 분산액에 첨가되는 알루민산 화합물, 알루미늄알콕시드 등의 첨가량(농도)을 제어함으로써 적절히 제어할 수 있다.
여기서, 콜로이달 실리카 표면으로의 알루미늄 원자의 도입량(도입 알루미늄 원자수/표면 규소 원자 사이트수)은, 분산액 속에 첨가된 알루미늄계 화합물 중, 반응 후에 잔존하는 미반응 알루미늄계 화합물로부터 소비된 알루미늄계 화합물의 양을 산출하고, 그들이 100% 반응했다고 가정하여, 콜로이달 실리카 지름으로부터 환산되는 표면적, 콜로이달 실리카의 비중 2.2, 및 단위 표면적당의 실라놀기 수(5~8개/n㎡)로부터 어림잡을 수 있다. 실제의 측정은 얻어진 특정 콜로이달 실리카 자체를 원소 분석해서, 알루미늄이 입자 내부에 존재하지 않고, 표면에 균일하게 얇게 퍼진다고 가정하여, 상기 콜로이달 실리카의 표면적/비중, 및 단위 표면적당의 실라놀기 수를 이용해서 구한다.
구체적인 제조법으로서는 예를 들면, 콜로이달 실리카를 1~50질량%의 범위에서 물에 분산시키고, 상기 분산액에 pH 조정제를 첨가하여 pH를 7~11로 조정하며, 그 후 실온 근방에서 알루민산암모늄 수용액을 첨가하여 그 온도에서 1~10시간 교 반한다. 그 후, 이온 교환이나 한외여과 등에 의해 불순물을 제거해서 특정 콜로이달 실리카를 얻는 방법을 들 수 있다.
-(a2) 붕산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카-
상기 콜로이달 실리카 입자 표면의 규소 원자를 붕소 원자로 치환하여 특정 콜로이달 실리카를 얻는 방법으로서는, 예를 들면 붕산과 실란 커플링제를 이용하여 콜로이달 실리카의 표면을 수식해서 얻는 방법을 들 수 있다. 이들 방법은 일본 특허공표 2003-525191, EP 943648, EP 941995에 상세하게 기재되고, 이 기재를 본 발명에 적용할 수 있다.
특정 콜로이달 실리카는 4배위의 붕산 이온과 콜로이달 실리카 표면의 실라놀기의 반응에 의해 생성된 사이트가 음의 전하를 고정하고, 입자에 음이 큰 제타포텐셜을 부여함으로써 산성에 있어서도 분산성이 우수하다. 따라서, 상술의 방법에 의해 제조된 특정 콜로이달 실리카는, 붕소 원자가 4개의 산소 원자로 배위된 상태로 존재하는 것이 중요하다.
이러한 구조, 즉 콜로이달 실리카 표면에 있어서 규소 원자와 붕소 원자의 치환이 발생되어 있는 것은, 예를 들면 숫돌 입자의 제타 전위를 측정함으로써 용이하게 확인할 수 있다.
콜로이달 실리카 표면의 제타 전위는 pH3~pH5에 있어서 0~-10㎷이지만, 붕산 이온에 의해 처리함으로써 -10mV~-20㎷로 저하된다. pH5~pH7에 있어서 콜로이달 실리카 표면의 제타 전위는 -10㎷~-20㎷이지만, 붕산 이온으로 처리함으로써 -20㎷에서 -40㎷로 저하된다.
콜로이달 실리카 표면의 규소 원자를 붕소 원자로 치환하는 양으로서는, 콜로이달 실리카의 표면 원자 치환율(도입 붕소 원자수/표면 규소 원자 사이트수)이 바람직하게는 0.001%이상 20%이하, 더욱 바람직하게는 0.01%이상 10%이하, 특히 바람직하게는 0.1%이상 5%이하이다.
콜로이달 실리카 표면의 규소 원자를 붕소 원자로 치환할 경우의 붕소 원자로의 치환량은, 콜로이달 실리카의 분산액에 첨가되는 붕산 화합물의 첨가량(농도)을 제어함으로써 적절히 제어할 수 있다.
붕산으로 표면 개질된 콜로이달 실리카의 조제에 대하여 하기하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 초순수(5.6㎏) 속에 붕산 분말(268g)을 용해시켜서 붕산 용액을 조제한다.
다음에, 이 붕산 용액에 H형 이온 교환 수지를 이용하여 탈알칼리된 20% 콜로이달 실리카 용액(평균 입자지름 20㎚의 콜로이달 실리카)을 천천히(약 200ml/min의 속도로 약 1.2시간) 첨가하고, 또 테트라메톡시실란을 10g 첨가하여, 혼합물을 교반하면서 온도를 55℃~60℃로 유지한다. 첨가 종료 후에도 혼합물을 가열(약 60℃)하면서 교반한다(5.5시간).
계속해서, 얻어진 용액을 1미크론(1㎛)의 세라믹 필터를 통과시켜서 여과하여, 붕소에 의해 표면 개질된 콜로이달 실리카를 얻는다.
본 발명에 있어서, 상기의 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카, 즉 상기 특정 콜로이달 실리카의 사이즈(체적 상당 지름) 는 3㎚~200㎚가 바람직하고, 5㎚~100㎚가 더욱 바람직하며, 10㎚~60㎚가 특히 바람직하다. 또, 특정 콜로이달 실리카의 입자 지름(체적 상당 지름)은 동적 광 산란법에 의해 측정된 값을 채용하고 있다.
본 발명의 연마용 조성물에 함유되는 숫돌 입자 중, 특정 콜로이달 실리카의 질량 비율은 바람직하게는 50%이상이며, 특히 바람직하게는 80%이상이다. 함유되는 숫돌 입자의 전체가 특정 콜로이달 실리카여도 된다.
연마용 조성물 사용시의 연마액에 있어서의 특정 콜로이달 실리카의 함유량은, 바람직하게는 0.001질량%이상 5질량%이하이며, 더욱 바람직하게는 0.01질량%이상 0.5질량%이하이며, 특히 바람직하게는 0.05질량%이상 0.2질량%이하이다.
본 발명의 연마용 조성물에는 상기 특정 콜로이달 실리카에 추가로, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 특정 콜로이달 실리카 이외의 숫돌 입자를 함유할 수 있다. 여기서 사용할 수 있는 특정 콜로이달 실리카 이외의 숫돌 입자로서는 퓸드 실리카(fumed silica), 콜로이달 실리카, 산화세륨, 알루미나, 티타니아 등이 바람직하고, 특히 바람직하게는 콜로이달 실리카이다.
상기 특정 콜로이달 실리카 이외의 숫돌 입자의 사이즈는 상기 특정 콜로이달 실리카와 동등 이상, 2배이하인 것이 바람직하다.
<(b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물>
본 발명의 연마용 조성물은 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물(이하, (b) 복소 방향환 화합물이라고도 함) 을 필수 성분으로서 함유한다.
(b) 복소 방향환 화합물은 1종류를 단독으로 사용해도 2종류이상을 병용해도 좋다.
상기 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물로서는, 하기와 같이 테트라졸 유도체, 1,2,3-트리아졸 유도체, 및 1,2,4-트리아졸 유도체인 것이 바람직하다.
(테트라졸 유도체)
테트라졸 환을 형성하는 질소 원자 상에 치환기를 갖지 않고, 또한 테트라졸의 5위치에 음이온성 치환기(예를 들면 카르복실기, 술포기, 히드록실기, 아미노기, 카르바모일기, 카르복실아미드기, 술파모일기, 및 술폰아미드기로 이루어지는 군에서 선택된 기를 갖는 치환기, 바람직하게는 카르복실기, 술포기, 더욱 바람직하게는 카르복실기)를 갖는 것을 특징으로 한 테트라졸 유도체.
(1,2,3-트리아졸 유도체)
1,2,3-트리아졸 환을 형성하는 질소 원자 상에 치환기를 갖지 않고, 또한 1,2,3-트리아졸의 4위치 및/또는 5위치에 음이온성 치환기(예를 들면 카르복실기, 술포기, 히드록실기, 아미노기, 카르바모일기, 카르복실아미드기, 술파모일기, 및 술폰아미드기로 이루어지는 군에서 선택된 기를 갖는 치환기, 바람직하게는 카르복실기, 술포기, 더욱 바람직하게는 카르복실기)를 갖는 것을 특징으로 한 1,2,3-트리아졸 유도체.
(1,2,4-트리아졸 유도체)
1,2,4-트리아졸 환을 형성하는 질소 원자 상에 치환기를 갖지 않고, 또한 1,2,4-트리아졸의 3위치 및/또는 5위치에 음이온성 치환기(예를 들면 카르복실기, 술포기, 히드록실기, 아미노기, 카르바모일기, 카르복실아미드기, 술파모일기, 및 술폰아미드기로 이루어지는 군에서 선택된 기를 갖는 치환기, 바람직하게는 카르복실기, 술포기, 더욱 바람직하게는 카르복실기)를 갖는 것을 특징으로 한 1,2,4-트리아졸 유도체.
본 발명에 있어서의 (b) 복소 방향환 화합물로서는, 구체적으로는 하기 예시 화합물 (I-2)~(I-4), (I-6)~(I-16)을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112007032072162-PAT00001
본 발명의 연마용 조성물에 있어서의 (b) 복소 방향환 화합물의 첨가량은, 연마용 조성물 1㎏에 대하여 바람직하게는 0.0001질량%이상 0.005질량%이하이며, 더욱 바람직하게는, 0.0005질량%이상 0.002질량%이하이다.
또한, (b) 복소 방향환 화합물로서는 벤조트리아졸-4-카르복실산, 벤조트리아졸-4-술폰산 등을 들 수 있다.
<(c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또한 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물>
본 발명의 금속 연마용 조성물은 (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또한 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물(이하, 「(c) 복소 방향환 화합물」이라고도 말함)을 함유하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 복소 방향환 화합물을 함유함으로써 동 표면의 부동태 막의 음전하 밀도를 조정할 수 있다.
본 발명에 있어서의, (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또한 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물로서는, 상기 (b) 복소 방향환 화합물의 방향환 내에 상기 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물을 들 수 있다.
즉, 복소 방향환만을 갖는 화합물이며, 상기 복소 방향환에 결합하는 치환기는 없다는 것을 말한다.
본 발명의 연마용 조성물에 있어서의 (c) 복소 방향환 화합물의 첨가량으로서는, 연마용 조성물 1㎏에 대하여 바람직하게는 0.0001질량%이상 0.005질량%이하이며, 더욱 바람직하게는 0.0005질량%이상 0.002질량%이하이다.
본 발명의 연마용 조성물은 상기한 성분 외에, 필요에 따라 하기의 성분을 함유해도 좋다. 이하, 본 발명의 연마용 조성물에 적용할 수 있는 임의 성분에 대하여 설명한다.
<(d) 계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머>
본 발명의 연마용 조성물은 (d) 계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머를 함유할 수 있다.
계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머로서는 산형(酸型)이 바람직하고, 염 구조를 가질 경우에는 암모늄염, 칼륨염, 나트륨염 등을 들 수 있으며, 특히 암모늄염 및 칼륨염이 바람직하다.
계면 활성제와 친수성 폴리머는 모두 피연마면으로의 접촉각을 저하시키는 작용을 갖고 있고, 균일한 연마를 촉진하는 작용을 갖는다. 사용되는 계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머로서는 이하의 군에서 선택된 것이 바람직하다.
음이온 계면 활성제로서는 카르복실산염, 술폰산염, 황산에스테르염, 인산에스테르염 등을 들 수 있다. 그 중, 카르복실산염으로서는 비누, N-아실아미노산염, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌알킬에테르카르복실산염, 아실화펩티드 등을 들 수 있다. 술폰산염으로서는 알킬술폰산염, 알킬벤젠 및 알킬나프탈렌술폰산염, 나프탈렌술폰산염, 술포숙신산염, α-올레핀술폰산염, N-아실술폰산염 등을 들 수 있다. 황산에스테르염으로서는 황산화유, 알킬황산염, 알킬에테르황산염, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌알킬알릴에테르황산염, 알킬아미드황산염 등을 들 수 있다. 인산에스테르염으로서는 알킬인산염, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌알킬알릴에테르인산염 등을 들 수 있다.
양이온 계면 활성제로서는 지방족 아민염, 지방족 4급 암모늄염, 염화벤잘코늄염, 염화벤제토늄, 피리디늄염, 이미다졸리늄염 등을 들 수 있다. 양성 계면 활성제로서는 카르복시베타인형, 술포베타인형, 아미노카르복실산염, 이미다졸리늄베타인, 레시틴, 알킬아민옥사이드 등을 들 수 있다.
비이온 계면 활성제로서는 에테르형, 에테르에스테르형, 에스테르형, 질소함유형 등을 들 수 있다. 에테르형으로서는 폴리옥시에틸렌알킬 및 알킬페닐에테르, 알킬알릴포름알데히드 축합 폴리옥시에틸렌에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 블록 폴리머, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌알킬에테르 등을 들 수 있다. 에테르에스테르형으로서는 글리세린에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비탄에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비톨에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르 등을 들 수 있다. 에스테르형으로서는 폴리에틸렌글리콜 지방산 에스테르, 글리세린에스테르, 폴리글리세린에스테르, 소르비탄에스테르, 프로필렌글리콜에스테르, 자당 에스테르 등을 들 수 있다. 질소함유형으로서는 지방산 알칸올아미드, 폴리옥시에틸렌 지방산 아미드, 폴리옥시에틸렌알킬아미드 등을 들 수 있다.
그 외에 불소계 계면 활성제, 실리콘계 계면 활성제 등을 들 수 있다.
친수성 폴리머로서는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜알킬에테르, 폴리에틸렌글리콜알케닐에테프, 알킬폴리에틸렌글리콜, 알킬폴리에틸렌글리콜알킬에테르, 알킬폴리에틸렌글리콜알케닐에테르, 알케닐폴리에틸렌글리콜, 알케닐폴리에틸렌글리콜알킬에테르, 알케닐폴리에틸렌글리콜알케닐에테프, 폴리프로필렌글리콜알킬에테르, 폴리프로필렌글리콜알케 닐에테르, 알킬폴리프로필렌글리콜, 알킬폴리프로필렌글리콜알킬에테르, 알킬폴리프로필렌글리콜알케닐에테르, 알케닐폴리프로필렌글리콜, 알케닐폴리프로필렌글리콜알킬에테르 및 알케닐폴리프로필렌글리콜알케닐에테르 등의 에테르류; 알긴산, 펙틴산, 카르복시메틸 셀룰로오스, 커들란 및 풀루란 등의 다당류; 글리신암모늄염 및 글리신나트륨염 등의 아미노산염; 폴리아스파라긴산, 폴리글루타민산, 폴리리신, 폴리말산, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산암모늄염, 폴리메타크릴산나트륨염, 폴리말레인산, 폴리이타콘산, 폴리푸말산, 폴리(p-스티렌카르복실산), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 아미노폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산암모늄염, 폴리아크릴산나트륨염, 폴리아미드산, 폴리아미드산암모늄염, 폴리아미드산나트륨염 및 폴리글리옥실산 등의 폴리카르복실산 및 그 염; 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리아크롤레인 등의 비닐계 폴리머 등을 들 수 있다.
단, 적용하는 기체가 반도체 집적 회로용 규소 기판 등일 경우는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 할로겐화물 등에 의한 오염은 바람직하지 않으므로 산형이 바람직하고, 염 구조를 가질 경우는 암모늄염이 바람직하다. 기체가 유리 기판 등일 경우에는 그것만은 아니다. 상기 예시 화합물 중에서도 폴리아크릴산암모늄염, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 블록 폴리머가 보다 바람직하다.
계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머의 첨가량은, 총량으로서 연마에 사용할 때의 연마 조성물의 1L 중, 0.001~10g으로 하는 것이 바람직하고, 0.01~5g으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.02~3g으로 하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 계면 활성 제 및/또는 친수성 폴리머의 첨가량은 충분한 효과를 얻는 점에서 0.001g이상이 바람직하며, CMP 속도의 저하 방지의 점에서는 10g이하가 바람직하다. 또, 이들 계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머의 중량 평균 분자량으로서는 500~100,000이 바람직하고, 특히는 2,000~50,000이 바람직하다.
계면 활성제 및/또는 친수성 폴리머는 1종만이어도 좋고, 2종이상을 사용해도 좋으며, 다른 종류의 활성제를 병용할 수도 있다.
<(e) 분자 내에 적어도 하나의 카르복실기와 적어도 하나의 아미노기를 갖는 화합물(아미노산)>
본 발명의 연마용 조성물은 (e) 분자 내에 적어도 하나의 카르복실기와 적어도 하나의 아미노기를 갖는 화합물을 함유할 수 있다. 상기 화합물이 갖는 아미노기 중 적어도 1개는 2급 또는 3급의 아미노기인 것이 더욱 바람직하다. 상기 화합물은 치환기를 더 갖고 있어도 된다.
본 발명에 사용할 수 있는, 분자 내에 적어도 하나의 카르복실기와 적어도 하나의 아미노기를 갖는 화합물로서는 아미노산 또는 아미노폴리산인 것이 바람직하고, 특히 이하의 군에서 선택된 것이 보다 적합하다.
아미노산으로서는 글리신, 히드록시에틸글리신, 디히드록시에틸글리신, 글리실글리신, N-메틸글리신, L-알라닌, β-알라닌, L-2-아미노낙산, L-노르발린, L-발린, L-류신, L-노르류신, L-이소류신, L-알로이소류신, L-페닐알라닌, L-프롤린, 사르코신, L-오르니틴, L-리신, 타우린, L-세린, L-트레오닌, L-알로트레오닌, L-호모 세린, L-티로신, 3,5-디요오드-L-티로신, β-(3,4-디히드록시페닐)-L-알라닌, L-티록신, 4-히드록시-L-프롤린, L-시스테인, L-메티오닌, L-에티오닌, L-란티오닌, L-시스타티오닌, L-시스틴, L-시스테인산, L-아스파라긴산, L-글루타민산, S-(카르복시메틸)-L-시스테인, 4-아미노낙산, L-아스파라긴, L-글루타민, 아자세린, L-아르기닌, L-카나바닌, L-시트룰린, δ-히드록시-L-리신, 크레아틴, L-키누레닌, L-히스티딘, 1-메틸-L-히스티딘, 3-메틸-L-히스티딘, 에르고티오네인, L-트립토판, 악티노마이신 C1, 아파민, 앤지오텐신I, 앤지오텐신Ⅱ 및 안티페인 등의 아미노산. 이들 중에서도 글리신, L-알라닌, L-히스티딘, L-프롤린, L-리신, 디히드록시에틸글리신이 바람직하다.
아미노폴리산으로서는, 예를 들면 이미노디초산, 히드록시에틸이미노디초산, 니트틸로3초산, 디에틸렌트리아민5초산, 에틸렌디아민4초산, 니트릴로트리스메틸렌포스폰산, 에틸렌디아민-N,N,N'N'-테트라메틸렌술폰산, 트랜스시클로헥산디아민4초산, 1,2-디아미노프로판4초산, 글리콜에테르디아민4초산, 에틸렌디아민오르토히드록시페닐초산, 에틸렌디아민디숙신산(SS체), N-(2-카르복실레이트에틸)-L-아스파라긴산, β-알라닌디초산, N,N'-비스(2-히드록시벤질)에틸렌디아민-N,N'-디초산 등을 들 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 아미노산 또는 아미노폴리산은 아미노산 또는 아미노폴리카르복실산인 것이 바람직하고, 하기 식(1) 또는 식(2)로 나타내어지는 화합물인 것이 특히 바람직하다.
Figure 112007032072162-PAT00002
일반식(1)에 있어서의 R1은 단결합, 알킬렌기, 또는 페닐렌기를 나타낸다. 일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 또는 아릴기를 나타낸다. 일반식(1)에 있어서의 R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 알킬기, 또는 아실기를 나타낸다.
단, R1이 단결합일 경우, R4 및 R5 중 적어도 어느 하나는 수소 원자는 아니다.
일반식(1)에 있어서의 R1로서의 알킬렌기는 직쇄상, 분기상, 환상 중 어느 하나여도 되고, 바람직하게는 탄소수 1~8이며, 예를 들면 메틸렌기, 에틸렌기를 들 수 있다.
상기 알킬렌기가 갖고 있어도 되는 치환기로서는 수산기, 할로겐 원자 등을 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3으로서의 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1~8이며, 예를 들면 메틸기, 프로필기 등을 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3으로서의 시클로알킬기는 바람직하게는 탄소수 5~15이며, 예를 들면 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로옥틸기를 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3으로서의 알케닐기는 바람직하게는 탄소수 2~9이며, 예를 들면 비닐기, 프로페닐기, 알릴기를 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3으로서의 알키닐기는 바람직하게는 탄소수 2~9이며, 예를 들면 에티닐기, 프로피닐기, 부티닐기를 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3으로서의 아릴기는 바람직하게는 탄소수 6~15이며, 예를 들면 페닐기를 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R2 및 R3으로서의 각 기가 가져도 좋은 치환기로서는 수산기, 할로겐 원자, 방향환(바람직하게는 탄소수 3~15), 카르복실기, 아미노기 등을 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R4 및 R5로서의 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1~8이며, 예를 들면 메틸기, 에틸기를 들 수 있다.
아실기는 바람직하게는 탄소수 2~9이며, 예를 들면 메틸카르보닐기를 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서의 R4 및 R5로서의 각 기가 가져도 좋은 치환기로서는 수산기, 아미노기, 할로겐 원자를 들 수 있다.
일반식(1)에 있어서, R4 및 R5 중 어느 한쪽은 수소 원자가 아닌 것이 바람직하다. 또, 일반식(1)에 있어서, R1이 단결합, R2 및 R4가 수소 원자인 것이 특히 바람직하다. 이 경우, R3은 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 또는 아릴기를 나타내지만, 특히 수소 원자, 알킬기가 바람직하다. R5는 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 알킬기, 또는 아실기를 나타내지만, 특히는 알킬기가 바람직하다. R3으로서의 알킬기가 가져도 좋은 치환기로서 수산기, 카르복실기 또는 아미노기가 바람직하다. R5로서의 알킬기가 가져도 좋은 치환기로서 수산기 또는 아미노기가 바람직하다.
일반식(I)으로 나타내어지는 화합물 중의 알킬렌쇄 중에는 산소 원자, 유황 원자 등의 헤테로 원자를 가져도 좋다. 여기서 알킬렌쇄란, 예를 들면 알킬기를 말단부와 연결부로 분할해 봤을 때 연결부가 알킬렌기인 경우를 말한다.
Figure 112007032072162-PAT00003
일반식(2)에 있어서의 R6은 단결합, 알킬렌기, 또는 페닐렌기를 나타낸다. 일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 또는 아릴기를 나타낸다. 일반 식(2)에 있어서의 R9는 수소 원자, 할로겐 원자, 카르복실기, 또는 알킬기를 나타낸다. 일반식(2)에 있어서의 R10은 알킬렌기를 나타낸다. 단, R10이 -CH2-일 경우, R6은 단결합이 아니거나, 또는 R9가 수소 원자가 아닌 것 중 적어도 어느 하나이다.
일반식(2)에 있어서의 R6 및 R10으로서의 알킬렌기는 직쇄상, 분기상, 환상 중 어느 것이라도 좋고, 바람직하게는 탄소수 1~8이며, 예를 들면 메틸렌기, 에틸렌기를 들 수 있다.
상기 알킬렌기 및 페닐렌기가 갖고 있어도 되는 치환기로서는 수산기, 할로겐 원자 등을 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8로서의 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1~8이며, 예를 들면 메틸기, 프로필기 등을 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8로서의 시클로알킬기는 바람직하게는 탄소수 5~15이며, 예를 들면 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로옥틸기를 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8로서의 알케닐기는 바람직하게는 탄소수 2~9이며, 예를 들면 비닐기, 프로페닐기, 알릴기를 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8로서의 알키닐기는 바람직하게는 탄소수 2~9이며, 예를 들면 에티닐기, 프로피닐기, 부티닐기를 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8로서의 아릴기는 바람직하게는 탄소수 6~15이며, 예를 들면 페닐기를 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R7 및 R8로서의 각 기가 가져도 좋은 치환기로서는 수산기, 할로겐 원자, 방향환(바람직하게는 탄소수 3~15) 등을 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R9로서의 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1~8이며, 예를 들면 메틸기, 에틸기를 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R9로서의 아실기는 바람직하게는 탄소수 2~9이며, 예를 들면 메틸카르보닐기를 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서의 R9로서의 각 기가 가져도 좋은 치환기로서는 수산기, 아미노기, 할로겐 원자, 카르복실기를 들 수 있다.
또한, 일반식(2)에 있어서 R9는 수소 원자가 아닌 것이 바람직하다.
일반식(I)으로 나타내어지는 화합물 중의 알킬렌쇄 중에는 산소 원자, 유황 원자 등의 헤테로 원자를 가져도 좋다. 여기서 알킬렌쇄란, 예를 들면 알킬기를 말단부와 연결부로 분할해 보았을 때 연결부가 알킬렌기인 경우를 말한다.
이하에, 일반식(1) 또는 일반식(2)로 나타내어지는 화합물의 바람직한 구체예를 들지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112007032072162-PAT00004
Figure 112007032072162-PAT00005
일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 화합물의 합성 방법으로서는 특별히 제한은 없고, 공지의 방법에 의해 합성할 수 있다. 또, 일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 화합물은 시판되는 것을 사용해도 된다.
본 발명의 연마용 조성물에 있어서의, 분자 내에 적어도 하나의 카르복실기와 적어도 하나의 아미노기를 갖는 화합물의 첨가량으로서는, 연마 속도와 평탄성을 양립시키는 점에서 0.1질량%이상 5질량%이하가 바람직하고, 0.5질량%이상 2질량%이하가 더욱 바람직하다.
<(g) 인산염 또는 아인산염>
본 발명의 연마용 조성물은, 숫돌 입자 이외의 무기 성분을 함유할 경우에는, (g)인산염 또는 아인산염을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마용 조성물에 있어서는 연마면으로의 반응성이나 흡착성, 연마 금속의 용해성, 피연마면의 전기 화학적 성질, 화합물 관능기의 해리 상태, 액으로서의 안정성 등에 따라 적절히 상기한 성분의 종류, 첨가량, 혹은 pH를 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마용 조성물에 있어서의 pH는 상술과 같다.
<(h) 산화제>
본 발명의 연마용 조성물은 그 바람직한 연마 대상인 금속을 산화할 수 있는 화합물(산화제)을 함유하는 것이 바람직하다.
산화제로서는, 예를 들면 과산화수소, 과산화물, 질산염, 요오드산염, 과요오드산염, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 과염소산염, 과황산염, 중크롬산염, 과망간산염, 오존수 및 은(Ⅱ)염, 철(Ⅲ)염을 들 수 있다.
철(Ⅲ)염으로서는 예를 들면, 질산철(Ⅲ), 염화철(Ⅲ), 황산철(Ⅲ), 브롬화철(Ⅲ) 등 무기의 철(Ⅲ)염 외, 철(Ⅲ)의 유기착염이 바람직하게 사용된다.
철(Ⅲ)의 유기착염을 사용할 경우, 철(Ⅲ)착염을 구성하는 착형성 화합물로서는 예를 들면 초산, 구연산, 옥살산, 살리실산, 디에틸디티오카르바민산, 숙신산, 주석산, 글리콜산, 글리신, 알라닌, 아스파라긴산, 티오글리콜산, 에틸렌디아민, 트리메틸렌디아민, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-에탄디티올, 말론산, 글루타르산, 3-히드록시낙산, 프로피온산, 프탈산, 이소프탈산, 3-히드록시살리실산, 3,5-디히드록시살리실산, 갈릭산, 안식향산, 말레인산 등이나 이들의 염 외, 아미노폴리카르복실산 및 그 염을 들 수 있다.
아미노폴리카르복실산 및 그 염으로서는 에틸렌디아민-N,N,N'N'-4초산, 디에틸렌트리아민5초산, 1,3-디아미노프로판-N,N,N'N'-4초산, 1,2-디아미노프로판-N,N,N'N'-4초산, 에틸렌디아민-N,N'-디숙신산(라세미체), 에틸렌디아민디숙신산(SS체), N-(2-카르복실레이트에틸)-L-아스파라긴산, N-(카르복시메틸)-L-아스파라긴산, β-알라닌디초산, 메틸이미노디초산, 니트릴로3초산, 시클로헥산디아민4초산, 이미노디초산, 글리콜에테르디아민4초산, 에틸렌디아민1-N,N'-2초산, 에틸렌디아민오르토히드록시페닐초산, N,N-비스(2-히드록시벤질)에틸렌디아민-N,N-디초산 등 및 그 염을 들 수 있다. 상대 염의 종류는 알칼리 금속염 및 암모늄염이 바람직하고, 특히는 암모늄염이 바람직하다.
그 중에서도 과산화수소, 요오드산염, 차아염소산염, 염소산염, 과황산염, 철(Ⅲ)의 유기착염이 바람직하고, 철(Ⅲ)의 유기착염을 사용할 경우의 바람직한 착형성 화합물은 구연산, 주석산, 아미노폴리카르복실산(구체적으로는, 에틸렌디아민-N,N,N'N'-4초산, 디에틸렌트리아민5초산, 1,3-디아미노프로판-N,N,N'N'-4초산, 에틸렌디아민-N,N'-디숙신산(라세미체), 에틸렌디아민디숙신산(SS체), N-(2-카르복실레이트에틸)-L-아스파라긴산, N-(카르복시메틸)-L-아스파라긴산, β-알라닌디초산, 메틸이미노디초산, 니트릴로3초산, 이미노디초산)을 들 수 있다.
산화제 중에서도 과산화수소, 과황산염, 및 철(Ⅲ)의 에틸렌디아민-N,N,N'N'-4초산, 1,3-디아미노프로판-N,N,N'N'-4초산 및 에틸렌디아민디숙신산(SS체)의 착체가 가장 바람직하다.
산화제의 첨가량은 연마에 사용할 때의 연마용 조성물의 1L당 0.003㏖~8㏖로 하는 것이 바람직하고, 0.03㏖~6㏖로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.1㏖~4㏖로 하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 산화제의 첨가량은 금속의 산화가 충분하고 높은 CMP 속도를 확보하는 점에서 0.003㏖이상이 바람직하며, 연마면의 거칠어짐 방지의 점에서 8㏖이하가 바람직하다.
[배선 금속원 재료]
본 발명에 있어서는, 연마하는 대상인 반도체가 동 금속 및/또는 동 합금으로 이루어지는 배선을 갖는 LSI인 것이 바람직하고, 특히는 동 합금이 바람직하다. 또, 동 합금 중에서도 은을 함유하는 동 합금이 바람직하다. 동 합금에 함유되는 은함유량은 40질량%이하가 바람직하고, 특히는 10질량%이하, 더욱 1질량%이하가 바람직하며, 0.00001~0.1질량%의 범위인 동 합금에 있어서 가장 뛰어난 효과를 발휘한다.
[배선의 굵기]
본 발명에 있어서는, 연마하는 대상인 반도체가 예를 들면 DRAM 디바이스계에서는 하프 피치로 0.15㎛이하, 특히는 0.10㎛이하, 또한 0.08㎛이하, 한편 MPU 디바이스계에서는 0.12㎛이하, 특히는 0.09㎛이하, 또한 0.07㎛이하의 배선을 갖는 LSI인 것이 바람직하다. 이들 LSI에 대하여 본 발명의 연마액은 특히 뛰어난 효과를 발휘한다.
[배리어 금속]
본 발명에 있어서는, 반도체가 동 금속 및/또는 동 합금으로 이루어지는 배선과 층간 절연막 사이에 동의 확산을 막기 위한 배리어층을 설치하는 것이 바람직하다. 배리어층으로서는 저저항의 메탈 재료가 좋고, 특히는 TiN, TiW, Ta, TaN, W, WN, Ru가 바람직하며, 그 중에서도 Ta, TaN이 특히 바람직하다.
[연마 방법]
본 발명의 연마용 조성물은, 농축액으로서 사용할 때에 물을 첨가하여 희석해서 사용액으로 할 경우, 각 성분이 다음 항에 서술하는 수용액의 형태로 이들을 혼합하고, 필요에 따라 물을 첨가하여 희석해서 사용액으로 할 경우, 혹은 사용액으로서 조제되어 있을 경우 등이 있다.
본 발명의 연마용 조성물을 사용한 연마 방법은 상기 어느 경우에나 적용할 수 있고, 연마액을 연마 정반상의 연마 패드에 공급하여, 피연마면과 접촉시켜서 피연마면과 연마 패드를 상대 운동시켜 연마하는 연마 방법이다.
연마하는 장치로서는, 피연마면을 갖는 반도체 기판 등을 유지하는 홀더와, 연마 패드를 붙인(회전수를 변경할 수 있는 모터 등이 부착되어 있음) 연마 정반을 갖는 일반적인 연마 장치를 사용할 수 있다.
연마 패드로서는 일반적인 부직포, 발포 폴리우레탄, 다공질 불소 수지 등을 사용할 수 있고, 특별히 제한은 없다.
연마 조건에 특별히 제한은 없지만, 연마 정반의 회전 속도는 기판이 튀어 나오지 않도록 200rpm이하의 저회전인 것이 바람직하다.
피연마면(피연마막)을 갖는 반도체 기판의 연마 패드로의 압착 압력은 3psi(0.0207㎫)이하인 것이 바람직하고, 0.1~2psi(0.00069㎫~0.0138㎫)인 것이 보다 바람직하며, 연마 속도의 웨이퍼면 내 균일성 및 패턴의 평탄성을 만족시키기 위해서는 0.5~1.5psi(0.00345㎫~0.0104㎫)인 것이 더욱 바람직하다.
연마하고 있을 동안, 연마 패드에는 연마용 조성물을 펌프 등으로 연속적으로 공급한다. 이 공급량에 제한은 없지만, 연마 패드의 표면이 항상 연마용 조성물로 덮어져 있는 것이 바람직하다.
연마 종료 후의 반도체 기판은 흐르는 물 속에서 잘 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 반도체 기판 상에 부착된 물방울을 털고나서 건조시킨다. 본 발명의 연마용 조성물을 사용하면, 연마 후의 세정성이 양호해진다. 이것은 숫돌 입자와 배선 금속의 정전 반발에 의한 것이라고 추측된다.
본 발명의 연마 방법에서는, 희석하는 수용액은 다음에 서술하는 수용액과 같다.
수용액은 미리 산화제, 산, 첨가제, 계면 활성제 중 적어도 1개이상을 함유한 물이고, 수용액 속에 함유된 성분과 희석되는 연마용 조성물의 성분을 합계한 성분이, 연마용 조성물을 사용해서 연마할 때의 성분으로 되도록 한다. 수용액으로 희석해서 사용할 경우는, 용해되기 어려운 성분을 수용액의 형태로 배합할 수 있어 보다 농축된 연마용 조성물을 조제할 수 있다.
농축된 연마용 조성물에 물을 첨가하여 희석하는 방법으로서는 농축된 연마용 조성물을 공급하는 배관과 물을 공급하는 배관을 도중에 합류시켜서 혼합하고, 혼합하여 희석된 연마용 조성물을 연마 패드에 공급하는 방법이 있다.
혼합은 압력을 가한 상태에서 좁은 통로를 통과시켜서 액끼리를 충돌 혼합하는 방법, 배관 속에 유리관 등의 충전물을 채워 액체의 흐름을 분류 분리, 합류시키는 것을 반복하여 행하는 방법, 배관 속에 동력으로 회전하는 날개를 설치하는 방법 등, 통상적으로 행해지고 있는 방법을 채용할 수 있다.
연마용 조성물의 공급 속도는 10~1000ml/min이 바람직하고, 연마 속도의 웨이퍼면 내 균일성 및 패턴의 평탄성을 만족시키기 위해서는 170~800ml/min인 것이 보다 바람직하다.
농축된 연마용 조성물을 수용액 등에 의해 희석해서 연마하는 방법으로서는, 연마용 조성물을 공급하는 배관과 물 또는 수용액을 공급하는 배관을 독립적으로 설치하여, 각각으로부터 소정량의 액을 연마 패드에 공급하고, 연마 패드와 피연마면의 상대 운동으로 혼합하면서 연마하는 방법이다.
또는, 1개의 용기에 소정량의 농축된 연마용 조성물과 물을 넣어 혼합하고나서, 연마 패드에 그 혼합된 연마용 조성물을 공급하여 연마를 하는 방법이 있다.
본 발명의 다른 연마 방법은 연마용 조성물이 함유해야 할 성분을 적어도 2개의 구성 성분으로 나누어서, 그들을 사용할 때에 물을 첨가하여 희석해서 연마 정반 상의 연마 패드에 공급하고, 피연마면과 접촉시켜서, 피연마면과 연마 패드를 상대 운동시켜 연마하는 방법이다.
예를 들면, 산화제를 1개의 구성 성분(A)으로 하고, 산, 첨가제, 계면 활성제 및 물을 1개의 구성 성분(B)으로 하며, 그들을 사용할 때에 물로 구성 성분(A)과 구성 성분(B)을 희석해서 사용한다.
또한, 용해도가 낮은 첨가제를 2개의 구성 성분(A)과 구성 성분(B)으로 나누어, 산화제, 첨가제 및 계면 활성제를 1개의 구성 성분(A)으로 하고, 산, 첨가제, 계면 활성제 및 물을 1개의 구성 성분(B)으로 하며, 그들을 사용할 때에 물을 첨가해서 구성 성분(A)과 구성 성분(B)을 희석해서 사용한다.
이 예의 경우, 구성 성분(A)과 구성 성분(B)과 물을 각각 공급하는 3개의 배관이 필요하다. 희석 혼합의 방법으로서는 3개의 배관을, 연마 패드에 공급하는 1개의 배관에 결합하여 그 배관 내에서 혼합하는 방법이 있다. 이 경우, 2개의 배관을 결합하고나서 다른 1개의 배관을 결합할 수도 있다.
예를 들면, 용해되기 어려운 첨가제를 함유하는 구성 성분과 다른 구성 성분을 혼합하고, 혼합 경로를 길게 하여 용해 시간을 확보하고나서, 또한 물의 배관을 결합하는 방법을 들 수 있다.
그 외의 혼합 방법으로서는 상기한 바와 같이 직접 3개의 배관을 각각 연마 패드에 안내하고, 연마 패드와 피연마면의 상대 운동에 의해 혼합하는 방법, 1개의 용기에 3개의 구성 성분을 혼합해서, 그곳에서 연마 패드에 희석된 연마용 조성물을 공급하는 방법 등을 들 수 있다.
상기한 연마 방법에 있어서, 산화제를 함유하는 1개의 구성 성분을 40℃이하로 하고, 다른 구성 성분을 실온에서 100℃의 범위로 가온하며, 또한 1개의 구성 성분과 다른 구성 성분 또는 물을 첨가하여 희석해서 사용할 때에, 혼합한 후에 40℃이하로 하도록 할 수도 있다.
온도가 높으면 용해도가 높아지므로, 연마용 조성물의 용해도가 낮은 원료의 용해도를 높이기 위해 바람직한 방법이다.
산화제를 함유하지 않는 기타 성분을 실온에서 100℃의 범위에서 가온하여 용해시킨 원료는 온도가 내려가면 용액 속에 석출되므로, 온도가 저하된 그 성분을 사용할 경우는 미리 가온해서 석출된 것을 용해시킬 필요가 있다.
이것을 위해서는, 가온하여 용해된 구성 성분액을 송액하는 수단과, 석출물을 함유하는 액을 교반해 두고, 송액하여 배관을 가온해서 용해시키는 수단을 채용할 수 있다. 가온된 성분이 산화제를 함유하는 1개의 구성 성분의 온도를 40℃이상으로 높이면, 산화제가 분해될 우려가 있다. 이 때문에, 가온된 구성 성분과, 이 가온된 구성 성분을 냉각하는 산화제를 함유하는 1개의 구성 성분으로 혼합했을 경우, 40℃이하로 되도록 한다.
본 발명에 있어서는, 상술한 바와 같이 연마용 조성물의 성분을 2분할이상으로 분할하여 연마면에 공급해도 좋다. 이 경우, 산화물을 함유하는 성분과 산을 함유하는 성분으로 분할해서 공급하는 것이 바람직하다. 또, 연마용 조성물을 농축액으로 하고, 희석수를 별도로 해서 연마면에 공급해도 좋다.
[패드]
연마용 패드는 무발포 구조 패드여도 발포 구조 패드여도 좋다. 전자는 플라스틱 판과 같이 경질의 합성 수지 벌크재를 패드에 사용하는 것이다. 또, 후자에는 독립 발포체(건식 발포계), 연속 발포체(습식 발포계), 2층 복합체(적층계)의 3개가 더 있고, 특히는 2층 복합체(적층계)가 바람직하다. 발포는 균일해도 불균일해도 좋다.
또한, 연마에 사용하는 숫돌 입자(예를 들면 산화세륨, 규소, 알루미나, 수지 등)를 함유한 것이어도 좋다. 또, 각각에 경도는 연질의 것과 경질의 것이 있지만, 어느 것이어도 좋다. 적층계의 패드에서는 각각의 층에 다른 경도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
패드의 재질로서는 부직포, 인공 피혁, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 등이 바람직하다.
또한, 연마면과 패드가 접촉하는 면에는 격자 홈/구멍/동심 홈/나선형상 홈 등의 가공을 실시해도 된다.
[웨이퍼]
본 발명의 연마용 조성물을 이용하여 CMP를 행하는 대상 웨이퍼는 지름이 200㎜이상인 것이 바람직하고, 특히는 300㎜이상이 바람직하다. 300㎜이상일 때에, 본 발명의 연마용 조성물은 특히 현저한 효과를 발휘한다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[알루민산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카(A-1)의 조제]
테트라에톡시실란을 가수분해해서 얻은, 평균 숫돌 입자 사이즈(평균 1차 입자지름)가 35㎚인 콜로이달 실리카(제품명: 쿼트론 PL-3, 제조원: 후소카가꾸)의 20질량% 수분산물 1000g에 암모니아수를 첨가해서 pH를 9.0으로 조정했다. 그 후, 실온에서 교반하면서 Al2O3 농도 3.6질량%, Na2O/Al2O3 몰비 1.50의 알루민산나트륨 수용액 15.9g을 수분이내로 천천히 첨가하여 0.5시간 더 교반했다. 얻어진 졸은 SUS제 오토클레이브 장치에 넣고, 130℃에서 4시간 가열한 후, 수소형 강산성 양이온 교환 수지(앰버라이트 IR-120B)를 충전한 칼럼과, 수산기형 강염기성 음이온 교환 수지(앰버라이트 IRA-410)를 충전한 칼럼에 공간 속도 1h-1로 실온에서 통과시키고, 초류(初留)는 커트했다.
얻어진 알루민산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카(A-1)의 체적 평균 입자 지름은 40㎚이며, 상술의 방법에 의해 구해진 알루미늄 피복량은 1%였다. 또, 알루민산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카(A-1)는 조제 후의 증점, 겔화는 보여지지 않았다.
[붕산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카(A-2)의 조제]
5.6㎏의 초순수 속에 붕산 분말 268g을 용해시켜서 붕산 용액을 조제했다.
다음에, 이 붕산 용액에 테트라에톡시실란을 가수분해해서 얻은, 평균 숫돌 입자 사이즈(평균 1차 입자지름)가 35㎚인 콜로이달 실리카(제품명: 쿼트론 PL-3, 제조원: 후소카가꾸)의 20질량% 수분산물 15000g을 약 200ml/min의 속도로 약 1.2시간에 걸쳐 천천히 첨가하고, 또한 테트라메톡시실란을 10g 첨가했다. 첨가 중에는 혼합물을 교반하면서 온도를 55℃에서 60℃로 유지했다. 첨가 종료 후에도 혼합물을 약 60℃로 가열하면서 5.5시간 교반했다.
계속해서, 얻어진 용액을 1미크론(1㎛)의 세라믹 필터를 통과시켜서 여과하여, 붕산 이온을 이용해서 표면 개질된 콜로이달 실리카(A-2)를 얻었다.
[연마용 조성물의 조제]
상기와 같이 해서 얻어진 알루민산 이온을 이용하여 표면 개질된 콜로이달 실리카(A-1)를 숫돌 입자로 하고, 하기에 나타내는 조성으로 실시예1의 연마용 조성물을 조제했다. 또, 조성물의 pH 조제는 암모니아 및 질산을 사용하여 행했다.
(실시예1)
-연마용 조성물-
·(a) 숫돌 입자(콜로이달 실리카(A-1)) 50g/L
·(b) 복소 방향환 화합물(1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산) 50mg/L
·(e) 아미노산(글리신) 10g/L
·(h) 산화제(30% 과산화수소) 15g/L
(실시예2)
실시예1에 있어서 1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산 대신에 1,2,3,4-테트라졸-5-초산을 첨가해서, 숫돌 입자를 콜로이달 실리카(A-2)로 바꾼 것 이외는 실시예1과 같은 방법으로 실시예2의 연마용 조성물을 조제했다.
(실시예3)
실시예1에 있어서 또한, (c) 복소 방향환 화합물로서 1,2,3-트리아졸을 첨가한 것 이외는 실시예1과 같은 방법으로 실시예3의 연마용 조성물을 조제했다.
(비교예1)
실시예1에 있어서 1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산 대신에 (c) 복소 방향환 화합물로서 1,2,3-트리아졸을 첨가한 것 이외는 실시예1과 같은 방법으로 비교의 연마용 조성물을 조제했다.
(비교예2)
실시예1에 있어서 1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산 대신에 (c) 복소 방향환 화합물로서 1,2,3,4-테트라졸을 첨가하고, 숫돌 입자를 콜로이달 실리카(A-2)로 바꾼 것 이외는 실시예1과 같은 방법으로 비교의 연마용 조성물을 조제했다.
실시예1~3, 비교예1 및 비교예2에서 조제된 연마용 조성물(연마액)을 조절한후, 실온에서 6개월 보관한 후에, 이하에 나타내는 연마 방법에 의해 연마를 행하고, 연마 성능(디싱, 에로젼)을 평가했다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
(연마 시험)
연마 장치로서 랩 매스터사제 장치 「LGP-612」를 사용하고, 하기의 조건으로 슬러리를 공급하면서 각 웨이퍼에 형성된 막을 연마했다.
·기판: (1) 8inch 동막이 부착된 실리콘 웨이퍼
(2) 에로젼 평가용; 지름 200㎜의 동 배선 웨이퍼(패턴 웨이퍼) (마스크 패턴 754CMP(ATDF사))
·테이블 회전수: 64rpm
·헤드 회전수: 65rpm (가공선 속도=1.0m/s)
·연마 압력: 140h㎩
·연마 패드: 롬 앤드 하스사 제 품번 IC-1400(K-grv)+(A21)
·슬러리 공급 속도: 200ml/분
·연마 속도의 측정: 연마 전후의 전기 저항으로부터 막압을 환산했다. 구체적으로는 연마 속도(㎚/분)=(연마 전의 동막의 두께-연마 후의 동막의 두께)/연마 시간으로 측정했다.
<평가>
1. 디싱 평가
디싱 평가용 기판은 포토리소그래피 공정과 반응성 이온 에칭 공정에 의해 규소 산화막을 패터닝해서 폭 0.09~100㎛, 깊이 600㎚의 배선용 홈과 접속 구멍을 형성하고, 또한 스퍼터링법에 의해 두께 20㎚의 Ta막을 형성하며, 계속해서 스퍼터링법에 의해 두께 50㎚의 동막을 형성하고, 그 후에 도금법에 의해 합계 두께 1000㎚의 동막을 형성해서 제작된 웨이퍼를 6×6㎝로 잘라서 얻었다.
이 기판을 상기의 조건으로 연마 장치의 연마 정반의 연마포 상에 슬러리를 공급하면서 연마하고, 비배선부의 동이 완전히 연마될 때까지의 시간에 더하여, 그 시간의 30%분만큼 더 연마를 행하며(오버 폴리쉬 30%), 라인 앤드 스페이스부(라인 100㎛, 스페이스 100㎛)의 단차를 접촉식 단차 측정계를 이용하여 측정해서 디싱을 평가했다.
2. 에로젼 평가
상기 디싱의 패턴 웨이퍼와 같은 기판에 대하여, 비배선부의 동이 완전히 연마될 때까지의 시간에 더하여, 그 시간의 20%분만큼 더 연마를 행하고(오버 폴리쉬 20%), 라인 앤드 스페이스부(라인 100㎛, 스페이스 100㎛)의 단차를 접촉식 단차계 Dektak V3201(Veeco사 제)로 측정했다.
3. 세정 효과 평가
웨이퍼 상의 이물을 검출하는 장치로서, 광 산란식 이물 측정 장치(예를 들면 KLA-TENCOR사 제 SP1-TB1 등)가 있다. 이 방식의 장치에서는 웨이퍼 상의 이물을 검출하는 것에, 레이저 광을 웨이퍼 표면에 입사하여 이 레이저 광의 정반사광을 검출하는 것이 아니라, 미리 지정된 방향으로 배치된 광 검지기로 산란된 레이저 광의 광 강도를 측정함으로써 웨이퍼 상의 이물을 검출한다. 레이저 광은 웨이퍼면을 순차 주사하지만, 이물 등의 불균일 부분이 웨이퍼면에 존재하면, 산란 강도에 변화가 생긴다. 이 장치는 이 산란광 강도를 미리 표준 입자로 교정된 산란광 강도와 대비함으로써, 산란광 강도를 표준 입자로 환산한 이물의 크기 및 그 위치를 표시할 수 있다.
연마 세정 건조 후의 표면에 남는 파티클 수의 평가는 연마 후 물로 세정하여 건조하고, 케이엘에이 텐코르(KLA Tencor)사 제의 SP1-TB1을 사용하여 결함 수로서 측정했다. 또, 표면을 SEM(주사형 전자 현미경)으로 관찰하여 단위 면적당의 실리카 입자수를 조사한 결과, 입자 제거성은 이하와 같이 3개로 분류할 수 있었다. 또한, SEM은 니혼덴시사제 JSM T220A를 사용했다.
A: 숫돌 입자 잔류 거의 없음(100개미만/웨이퍼)
B: 숫돌 입자 잔류 있음(100이상~1000개미만/웨이퍼)
C: 숫돌 입자 잔류 많음(1000개이상/웨이퍼)
Figure 112007032072162-PAT00006
표 3에서 분명한 바와 같이, (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 연마용 조성물을 사용한 실시예1~실시예3은 어느 경우에 있어서나 뛰어난 효과를 나타내는 것을 알 수 있엇다.
또한, (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또한 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물을 함유하는 연마용 조성물을 사용한 실시예3은 디싱 평가가 26㎚로 뛰어났다.
본 발명에 의하면, 음전하를 갖는 숫돌 입자의 금속 표면으로의 정전적인 흡착을 막고, 디싱이나 에로젼을 억제한, 연마 후의 세정성이 양호한 금속 연마용 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 상기 금속 연마용 조성물을 사용한 화학적 기계적 연마 방법을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또한 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 연마용 조성물이 상기 숫돌 입자를 수용액에 분산시킨 슬러리인 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 콜로이달 실리카 표면에 있어서의 콜로이달 실리카의 표면 원자 치환율을 도입 알루미늄 원자 또는 붕소 원자의 수/표면 규소 원자 사이트의 수로 했을 때, 상기 치환율이 0.001%이상 20%이하인 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 콜로이달 실리카의, 동적 광 산란법에 의해 측정된 체적 상당 지름이 3㎚~200㎚인 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 연마용 조성물의 pH가 3~7인 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 연마용 조성물을 이용하여 연마할 때의 피연마면이 동 또는 동 합금인 것을 특징으로 하는 금속 연마용 조성물.
  8. (a) 콜로이달 실리카를 알루민산 이온 또는 붕산 이온을 이용하여 표면 개질한 숫돌 입자와, (b) 음이온성 치환기를 갖고, 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖는 복소 방향환 화합물을 함유하는 금속 연마용 조성물을 이용하여, 연마 압력 3psi(0.0207㎫)이하로 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속 연마용 조성물이, (c) 분자 내에 3개이상의 질소 원자를 갖고, 또한 음이온성 치환기가 없는 복소 방향환 화합물을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 금속 연마용 조성물을 이용하여 연마할 때의 피연마면이 동 또는 동 합금인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
KR1020070041384A 2006-04-28 2007-04-27 금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법 KR20070106450A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2006-00126830 2006-04-28
JP2006126830A JP2007299942A (ja) 2006-04-28 2006-04-28 金属研磨用組成物及びそれを用いた化学的機械的研磨方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070106450A true KR20070106450A (ko) 2007-11-01

Family

ID=38769191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070041384A KR20070106450A (ko) 2006-04-28 2007-04-27 금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2007299942A (ko)
KR (1) KR20070106450A (ko)
TW (1) TW200804575A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101388937B1 (ko) * 2010-08-05 2014-04-24 쇼와 덴코 가부시키가이샤 니켈 백금 합금계 금속 제거용 조성물
WO2017200297A1 (ko) * 2016-05-19 2017-11-23 주식회사 동진쎄미켐 화학-기계적 연마용 슬러리 조성물
WO2020141804A1 (ko) * 2018-12-31 2020-07-09 주식회사 동진쎄미켐 화학-기계적 연마 입자 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7955520B2 (en) * 2007-11-27 2011-06-07 Cabot Microelectronics Corporation Copper-passivating CMP compositions and methods
JP5455143B2 (ja) * 2007-12-29 2014-03-26 Hoya株式会社 マスクブランク用基板の製造方法、多層反射膜付き基板の製造方法、及び反射型マスクブランクの製造方法、並びに反射型マスクの製造方法
JP4521058B2 (ja) * 2008-03-24 2010-08-11 株式会社Adeka 表面改質コロイダルシリカおよびこれを含有するcmp用研磨組成物
JP5321796B2 (ja) * 2008-09-17 2013-10-23 Jsr株式会社 回路基板の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体、回路基板の製造方法、回路基板および多層回路基板
JP5371416B2 (ja) * 2008-12-25 2013-12-18 富士フイルム株式会社 研磨液及び研磨方法
JP5585220B2 (ja) * 2010-02-05 2014-09-10 日立化成株式会社 Cmp研磨液及びこのcmp研磨液を用いた研磨方法
JP2011207018A (ja) * 2010-03-29 2011-10-20 Kyodo Printing Co Ltd ガスバリアフィルム及びその製造方法
WO2013188296A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-19 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing molybdenum
KR20170044522A (ko) 2015-10-15 2017-04-25 삼성전자주식회사 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물, 그의 제조 방법, 그를 이용한 연마 방법
JP6876687B2 (ja) * 2016-05-26 2021-05-26 富士フイルム株式会社 研磨液、研磨液の製造方法、研磨液原液、及び化学的機械的研磨方法
JPWO2020196542A1 (ko) * 2019-03-27 2020-10-01
JP7375515B2 (ja) * 2019-12-11 2023-11-08 Jsr株式会社 化学機械研磨用組成物及び化学機械研磨方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4206233B2 (ja) * 2002-07-22 2009-01-07 旭硝子株式会社 研磨剤および研磨方法
US20050079803A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-14 Siddiqui Junaid Ahmed Chemical-mechanical planarization composition having PVNO and associated method for use
JP2005340755A (ja) * 2003-11-14 2005-12-08 Showa Denko Kk 研磨組成物および研磨方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101388937B1 (ko) * 2010-08-05 2014-04-24 쇼와 덴코 가부시키가이샤 니켈 백금 합금계 금속 제거용 조성물
WO2017200297A1 (ko) * 2016-05-19 2017-11-23 주식회사 동진쎄미켐 화학-기계적 연마용 슬러리 조성물
US11001732B2 (en) 2016-05-19 2021-05-11 Dongjin Semichem Co., Ltd. Polishing slurry composition
WO2020141804A1 (ko) * 2018-12-31 2020-07-09 주식회사 동진쎄미켐 화학-기계적 연마 입자 및 이를 포함하는 연마 슬러리 조성물

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007299942A (ja) 2007-11-15
TW200804575A (en) 2008-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20070106450A (ko) 금속 연마용 조성물 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법
JP4990543B2 (ja) 金属用研磨液
US8338303B2 (en) Polishing liquid
KR101414548B1 (ko) 금속용 연마액 및 연마 방법
KR20070078814A (ko) 금속용 연마액 및 그것을 사용한 화학적 기계적 연마방법
KR20080089300A (ko) 금속 연마액 및 연마 방법
JP2007214155A (ja) バリア用研磨液及び化学的機械的研磨方法
EP1642949A1 (en) Polishing composition and method of polishing with the same
EP2123726A1 (en) Chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing method, and chemical mechanical polishing aqueous dispersion preparation kit
JP2008091524A (ja) 金属用研磨液
KR20080069537A (ko) 금속 연마액 및 그것을 이용한 연마방법
KR20060059216A (ko) 금속 연마 조성물 및 이를 사용한 연마방법
JP2007103485A (ja) 研磨方法及びそれに用いる研磨液
JP2008288537A (ja) 金属用研磨液及び化学的機械的研磨方法
US11655394B2 (en) Polishing solution and polishing method
JP2005158867A (ja) 化学機械研磨用水系分散体を調製するためのセット
TWI485761B (zh) 研磨液及研磨方法
JP2016069522A (ja) 組成物
JP2007258606A (ja) 化学的機械的研磨用研磨液
JP2008244316A (ja) 金属用研磨液及び研磨方法
JP2007214290A (ja) 半導体集積回路の製造方法
TWI729095B (zh) 用於具有包含金屬之層的研磨對象物之研磨的研磨用組成物
JP6783609B2 (ja) 金属酸化物粒子分散液
JP2008085145A (ja) 金属用研磨液
JP2008091411A (ja) 金属用研磨液

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination