KR20080036051A - 연마제 조성물 및 연마 방법 - Google Patents

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히로유키 가미야
가츠유키 츠기타
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아사히 가라스 가부시키가이샤
에이지씨 세이미 케미칼 가부시키가이샤
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Abstract

수지 기재나 금속 배선 등의 피연마물에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 하고, 또한, 빠른 속도로 연마시킬 수 있는 연마제 조성물을 제공한다. 또, 수지 기재나 금속 배선에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 하고, 또한, 스루풋을 향상시킬 수 있는 연마 방법을 제공한다.
연마제 조성물 T 는, 산화제와, 전해질과, 수계 매체를 함유하는 연마제 조성물로서, 상기 전해질에 의해 생성되는 이온이, 암모늄 이온과, 다가 카르복실산 이온 및 히드록시 카르복실산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상인 유기 카르복실산 이온과, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 수지 기재 (1) 에 배선 홈 (2) 을 형성하여, 배선 홈 (2) 에 배선 금속 (3) 을 매립한 후, 상기의 연마제 조성물을 이용하여 배선 금속 (3) 을 연마한다. 이로써, 수지 기재 (1) 나 금속 배선 (3) 에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 하고, 또한, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

Description

연마제 조성물 및 연마 방법 {POLISHING COMPOSITION AND POLISHING METHOD}
본 발명은, 연마제 조성물 및 연마 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 고집적화 및 고기능화에 수반하여, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 미세 가공 기술의 개발이 요구되고 있다. 특히, 다층 배선의 형성 공정에서는, 층간 절연막이나 매립 배선 등에 대한 평탄화 기술이 중요해지고 있다.
즉, 절연막이나 금속막 등의 패턴이 형성됨으로써, 반도체 웨이퍼의 표면에는 복잡한 요철이 생긴다. 이 요철에 의해 발생하는 단차는, 배선이 다층화됨에 따라 큰 것으로 되기 쉽다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼 상에 추가로 패턴 형성을 실시하면, 리소그래피법에 의한 패턴 전사시의 초점 심도가 얕아져, 원하는 패턴을 형성할 수 없게 되는 등의 문제가 발생한다. 그래서, 반도체 웨이퍼의 표면을 높은 정밀도로 평탄화하는 기술이 요구된다.
이러한 평탄화 기술의 하나로서 종래부터, CMP (Chemical Mechanical Polishing, 화학적 기계 연마) 법이 있다. CMP 법은, 예를 들어, 다마신법에 의한 구리 배선의 형성 공정에서, 층간 절연막 내에 구리를 매립할 때에 이용된다. 구체적으로는, 화학적 작용과 기계적 작용의 양방에 의해, 반도체 웨이퍼 표면 의 단차를 해소하는 기술이다. 이 기술에 의하면, 오목부의 가공을 제어하면서 볼록부를 제거해 나갈 수 있다.
그런데, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 배선 기판에 관련된 기술도 중요한 기술 요소의 하나이다. 배선 기판은, 반도체 패키지 또는 베어칩이 그 위에 탑재되어 지지 고정됨과 함께, 패키지간 또는 칩간의 전기적 접속을 맡는 역할을 담당하고 있다.
따라서, 이 기술에서는, 코어가 되는 각종 지지 기판 재료와, 전기적 접속 배선을 맡는 각종 도전 재료와, 개개의 신호 배선간을 절연하는 각종 절연 재료를 조합하여, 재료적으로 안정된 고밀도의 다층 배선 구조가 형성된다.
배선 기판은, 베이스 코어 재료의 종류에 따라, 유기 배선 기판과 무기 배선 기판으로 크게 나뉜다. 이 중, 프린트 배선 기판으로 대표되는 유기 배선 기판은, 무기 배선 기판에 비해 비유전률이 낮은 점에서, 고속 소자의 실장 배선 기판으로서 유용되고 있다.
종래의 유기 배선 기판은, 예를 들어, 특허문헌 1 에 개시되어 있는 바와 같이, 수지 기재에 대해서, 배선 회로용의 홈 및 비어 접속용의 홀을 형성한 후, 홈 및 홀에 도전성 재료를 충전한다. 다음으로, 연마에 의해 여분의 도전성 재료의 제거 및 표면의 평탄화를 실시하고, 베어칩을 수지 기재 상에 탑재시킴으로써 제조되었다. 이 경우의 연마는 기계적 연마이며, 예를 들어, 수지 기재 상에서, 화이트알런덤 지립이 코팅된 연마 필름을 이동시킴으로써 실시된다. 그러나, 기계적 연마는, 연마 속도가 빨라진다는 이점은 있지만, 배선 금속이나 수지 기재에 흠집을 낼 우려가 있었다.
한편, 전술한 CMP 법에서는, 지립과 약제로 이루어지는 슬러리가 이용된다. CMP 법은, 기계적 작용과 화학적 작용을 병용하여 실시하는 연마이므로, 기계적 연마와 비교하면 흠집의 발생은 적다. 그러나, 종래의 CMP 법을 이용하여 유기 배선 기판을 제조한 경우, 연마 속도가 늦기 때문에 스루풋이 저하된다는 문제가 있었다.
여기서, CMP 법에 있어서의 연마 속도에 대해서는, 연마제에 무기 암모늄염을 첨가하여, pH 를 알칼리측으로 조정함으로써, 속도를 향상시키는 방법이 제안되어 있다 (특허문헌 2 참조). 또, 연마 압력과 연마제 조성물에 의해, 배선 금속층이나 배리어층을 구성하는 금속의 연마 속도를 조정하는 방법도 제안되어 있다 (특허문헌 3 및 4 참조).
그러나, 이들은, 모두, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판 상에 금속 배선을 형성하는 경우를 대상으로 하고 있고, 지지 기판 상에 형성된 수지 기재 상에 금속 배선을 형성하는 경우에 대해서는 논의되어 있지 않다.
또, 특허문헌 3 및 4 에는, 유기산 또는 무기산과 염기성 화합물의 염을 연마 속도 조절제로서 이용하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 연마 속도 조절제는, 배선 금속층의 연마 속도를 느리게 하여, 배리어 금속층과의 연마 선택비를 높이는 것을 목적으로 하고 있으며, 배선 금속층의 연마 속도를 빠르게 하는 것에 대해서는 기재되어 있지 않다.
이에 대하여, 빌드업법에 의해 배선 기판을 형성하는 공정에 있어서, 연마에 의해 발생되는 구리층 표면의 흠집을 방지하기 위해서, 소정의 경도와 압축률을 갖는 배킹재를 이용하여 구리층을 연마시키는 방법이 개시되어 있다 (특허문헌 5 참조).
이 방법에 의하면, 구리의 킬레이트화제로서 아미노산류를 이용하고, 또한, 구리에 대한 에칭제와, 구리의 산화제와, 물을 함유하는 연마액을 이용함으로써, 연마 속도를 빠르게 하여 스루풋을 향상시킬 수 있다고 되어 있다. 그러나, 기계적 연마에 필적하는 스루풋의 향상을 도모하기 위해서는, 한층 더 연마 속도의 향상이 요구된다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-197806 호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2001-110761 호
특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2003-286477 호
특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 2003-297779 호
특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 2003-257910 호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 수지 기재나 금속 배선 등의 피연마물에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 하고, 또한, 빠른 속도로 연마시킬 수 있는 연마제 조성물을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 목적은, 수지 기재나 금속 배선에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 하고, 또한, 빠른 속도로 연마시킴으로써 스루풋을 향상시킬 수 있는 연마 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 기재로부터 분명해질 것이다. 과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 요지는, 하기한 바와 같고, 본 발명의 연마제 조성물은, 특히, 지지 기판 상에 형성된 수지 기재 상에 금속 배선을 형성할 때의 연마에 바람직하다.
1. 지립과, 산화제와, 전해질과, 수계 매체를 함유하는 연마제 조성물로서,
상기 전해질에 의해 생성되는 이온이, 암모늄 이온과,
다가 카르복실산 이온 및 히드록시카르복실산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 유기 카르복실산 이온과,
탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마제 조성물.
2. 상기 유기 카르복실산 이온이, 다가 카르복실산 이온인 상기 1 에 기재된 연마제 조성물.
3. 상기 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는, 어느 1 종, 또는, 2 종 이상의 이온의 농도의 합이 0.01㏖/㎏ ∼ 0.3㏖/㎏ 인 상기 1 또는 2 에 기재된 연마제 조성물.
4. 상기 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는, 어느 1 종, 또는, 2 종 이상의 이온의 농도의 합이 0.01㏖/㎏ ∼ 0.2㏖/㎏ 인 상기 1 또는 2 에 기재된 연마제 조성물.
5. 상기 암모늄 이온의 농도가 0.03㏖/㎏ 이상인 상기 1 ∼ 4 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
6. 상기 암모늄 이온의 농도가 0.3㏖/㎏ 이상인 상기 1 ∼ 4 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
7. 상기 유기 카르복실산 이온의 농도가 0.02㏖/㎏ ∼ 0.5㏖/㎏ 인 상기 1 ∼ 6 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
8. 상기 유기 카르복실산 이온의 농도가 0.05㏖/㎏ ∼ 0.5㏖/㎏ 인 상기 1 ∼ 7 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
9. 상기 전해질은, 암모니아, 탄산 암모늄, 탄산 수소 암모늄, 황산 암모늄 및 아세트산 암모늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개를 함유하는 상기 1 ∼ 8 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
10. 상기 유기 카르복실산 이온은, 시트르산 이온, 옥살산 이온, 말론산 이온, 숙신산 이온, 프탈산 이온, 말레산 이온, 푸마르산 이온, 락트산 이온, 글리콜산 이온, 글루콘산 이온 및 타르타르산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 상기 1 ∼ 9 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
11. 상기 지립은 α-알루미나인 상기 1 ∼ 10 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
12. 상기 산화제는 과산화 수소인 상기 1 ∼ 11 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
13. pH 가 6 ∼ 10 인 상기 1 ∼ 12 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
14. 구리의 표면 보호제를 추가로 함유하여 이루어지는 상기 1 ∼ 13 중 어느 1 항에 기재된 연마제 조성물.
15. 상기 1 ∼ 14 중 어느 1 에 기재된 연마제 조성물을 이용하여, 배선 금속을 연마시키는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
16. 상기 배선 금속은, 구리 및 구리 합금 중 어느 일방인 상기 15 에 기재된 연마 방법.
발명의 효과
본 발명의 연마제 조성물에 의하면, 피연마물에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 함과 함께, 빠른 속도로 연마할 수 있게 된다.
본 발명의 연마 방법에 의하면, 수지 기재나 금속 배선에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 한 상태에서 빠른 속도로 연마시킬 수 있으므로, 스루풋의 향상이 가능해진다.
도 1 은 지지 기판 상에 형성된 수지 기재의 모식적인 측단면도이다.
도 2 는 배선 홈의 내부에 배선 금속을 매립한 수지 기재의 모식적인 측단면도 (연마 전) 이다.
도 3 은 본 발명에 의해 제조되는 배선 기판의 모식적인 측단면도 (연마 후) 이다.
부호의 설명
1 수지 기재
2 배선 홈
3 배선 금속
4 배선 기판
5 지지 기판
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 연마제 조성물은, 지립과, 탄산염, 탄산 수소염, 황산염 및 아세트산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 염과, 다가 카르복실산 및 히드록시카르복실산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 유기 카르복실산 (이하, 간단하게 유기 카르복실산이라 한다) 과, 암모니아 및 암모늄염의 적어도 일방과, 산화제와, 매체를 함유하는 것인 것이 바람직하다. 여기서, 다가 카르복실산은, 2 개 이상의 카르복시기를 갖는 카르복실산으로서, 추가로 히드록시기를 가져도 된다. 히드록시 카르복실산은, 적어도 1 개의 카르복시기와 적어도 1 개의 히드록시기를 갖는 카르복실산이다.
본 발명에 있어서는, 탄산 이온 (CO3 2 -), 탄산 수소 이온 (HCO3 -), 황산 이온 (SO4 2-) 및 아세트산 이온 (CH3COO-) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온의 농도, 또는, 이 군에서 선택되는 2 종 이상의 이온의 농도의 합이, 0.005㏖/㎏ ∼ 1.0㏖/㎏, 특히 0.01㏖/㎏ ∼ 0.3㏖/㎏ 인 것이 바람직하다.
상기 특허문헌 3 및 4 에는, 연마제, 유기산, 과산화 수소, 물 및 연마 속도 조절제를 함유하는 연마용 조성물이 기재되어 있다. 여기서, 연마 속도 조절제는, 무기산 또는 유기산과 염기성 화합물의 염이고, 연마용 조성물 중에 0.001 중량％ ∼ 1 중량％ 의 농도 범위로 함유된다고 되어있다.
그런데, 이들의 특허문헌에 의하면, 연마 속도 조절제는, 배선 금속층의 금속이나, 배리어 금속층의 금속의 연마 속도를 조절하는 것으로, 상기 농도 범위로 함으로써, 배선 금속층의 금속의 연마 속도를 느리게 하여, 배리어 금속층의 금속과의 연마 선택비를 크게 할 수 있다고 되어있다.
이에 대하여, 본 발명자들은, 예의 연구한 결과, 본 발명의 연마제 조성물에 의해, 구리 (cu) 등의 배선 금속의 연마 속도를 빠르게 할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 본 발명의 연마제 조성물에 의하면, 특허문헌 3 및 4 와는 상이하게, 배선 금속의 연마 속도를 종래보다 빠르게 할 수 있게 된다.
이 메커니즘은, 반드시 명백하지는 않다. 그러나, 암모늄 이온과, 유기 카르복실산 이온과, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온이, 구리 등의 배선 금속과 복합적인 착물을 형성함으로써, 배선 금속에 대한 화학적인 작용에 의한 에칭을 용이하게 하고 있는 것이라고 생각된다.
또, 특히, 연마제 조성물 중에 함유되는 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온의 농도, 또는, 이 군에서 선택되는 2 종 이상의 이온의 농도의 합을, 0.005㏖/㎏ ∼ 1.0㏖/㎏, 바람직하게는 0.01㏖/㎏ ∼ 0.3㏖/㎏, 보다 바람직하게는 0.01㏖/㎏ ∼ 0.2㏖/㎏ 으로 함으로써, 상기 효과를 최대한으로 얻을 수 있게 된다.
게다가, 상기 서술한 특허문헌 5 에는, 구리의 킬레이트화제와, 구리에 대한 에칭제와, 구리의 산화제와, 물을 함유하는 연마액이 개시되어 있다. 또, 에칭제로서는, 암모니아 또는 암모늄염을 이용하는 것이 바람직한 것이 기재되어 있다. 그 중에서도, 탄산 암모늄이나 탄산 수소 암모늄과 함께, 질산 암모늄 (NH4NO3), 염화 암모늄 (NH4Cl), 시트르산 암모늄 ((NH4)2HC6H5O7) 등이 예시되어 있다.
암모늄 이온과, 유기 카르복실산 이온인 시트르산 이온을 함유하지만, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온은 함유하지 않는 계이어도, 동일하게 본 발명의 효과를 얻을 수는 없다. 즉, 본 발명의 조성을 갖는 연마제 조성물에 의해서만, 연마 속도를 효과적으로 빠르게 할 수 있다.
특허문헌 5 에 기재된 질산 암모늄, 염화 암모늄 및 시트르산 암모늄 등을 단독으로 함유하고, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온과, 유기 카르복실산 이온을 동시에 함유하지 않는 계에서는 본 발명의 효과를 얻을 수는 없다.
본 발명에 있어서, 암모늄 이온과, 유기 카르복실산 이온과, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온이란, 연마제 조성물 중에 함유되는 전해질로부터 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 전해질이, 암모니아수 및 암모늄염의 적어도 일방을 함유함으로써, 암모늄 이온을 발생시킬 수 있다. 또, 이 경우, 암모늄염이, 탄산 암모늄, 탄산 수소 암모늄, 황산 암모늄 및 아세트산 암모늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종이면, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온 중 어느 하나를 발생시킬 수 있다. 또한, 전해질이, 시트르산 및 타르타르산 중 적어도 일방을 함유하는 경우에는, 유기 카르복실산 이온을 발생시킬 수 있다.
또한, 전해질은, 암모늄 이온과, 유기 카르복실산 이온과, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온을 발생시키는 것이면 되고, 상기 예시된 물질에 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다.
이하, 본 발명의 연마제 조성물에 대해, 구체예를 들면서 상세하게 설명한다.
지립은, 기계적 작용에 의해 연마를 실시하는 것이다. 일반적으로, 지립의 입자 직경이 크고 단단해질수록 연마 속도를 빠르게 할 수 있다. 그러나, 그 반면, 피연마물의 표면에는 연마 흠집이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 연마 속도와 연마 흠집을 비교 고려하여, 적당한 입자 직경 및 경도를 갖는 지립을 선택하는 것이 중요해진다.
여기서, 본 발명에서는, 수지 기재 상에 형성된 구리 등의 배선 금속을 피연마물로 하고 있다. 따라서, 반도체 기판 등을 연마시키는 경우와 상이하게, 연마 흠집의 억제보다 연마 속도의 향상을 우선하여 지립을 선택할 수 있다. 그 러므로, 반도체 기판 등을 연마시키는 경우에 비하면, 본 발명에서는, 지립의 평균 입자 직경은 큰 것이 바람직하다. 또, 지립은 단단한 것이 바람직하다.
또한, 이러한 조건으로 해도, 본 발명에서는 기계적 작용과 화학적 작용을 병용하여 연마를 실시하므로, 기계적 작용에 의해서만 실시하는 연마와 비교하여, 피연마물에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서의 지립으로서는, 예를 들어,α-알루미나 (α-Al2O3), β-알루미나 (β-Al2O3), δ-알루미나(δ-Al2O3), γ-알루미나 (γ-Al2O3) 및 θ-알루미나 (θ-Al2O3) 등의 산화 알루미늄 ; 산화 세륨 (CeO2) ; 이산화 규소 (SiO2) ; 산화 티탄 (TiO2) ; 산화 지르코늄 (ZrO2) 등을 이용할 수 있다. 단, 이들의 지립은, 각각 단독으로의 사용에 한정되는 것은 아니고, 2 종류 이상을 조합하여 사용해도 된다.
특히, 본 발명에 있어서는, 염가이고, 또한 연마 속도를 빠르게 할 수 있는 점에서, α-알루미나가 바람직하다. 예를 들어, 평균 입자 직경이 1㎛ 정도인α-알루미나를, 바람직하게는 0.05 중량％ ∼ 5.0 중량％ 의 농도, 더욱 바람직하게는 0.1 ∼ 3.0 중량％ 의 농도가 되도록 첨가하여 이용할 수 있다.
지립은, 연마제 조성물 중에서 수계 매체에 분산된 상태로 존재한다. 수계 매체로서는, 예를 들어, 이온 교환수 등의 순도가 높은 물이나, 물을 주성분으로 하여 물에 가용인 유기 용제를 함유하는 것도 이용된다. 여기서, 유기 용제로서는 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 에틸렌 글리콜 등의 탄소수 1 ∼ 5 의 저급 알코올을 들 수 있다.
본 발명에서는, 연마제 조성물에 산화제를 첨가함으로써, 연마를 촉진시킬 수 있다. 구체적으로는, 산화제의 작용에 의해, 피연마물인 배선 금속의 표면에 산화 피막이 형성된다. 그리고, 기계적인 힘으로 이 산화 피막을 수지 기재의 표면으로부터 제거하는 것, 혹은, 산화제의 작용에 의해, 배선 금속이 이온이 되어 연마제 조성물 중에 용해됨으로써, 연마가 촉진된다.
본 발명에서는, 산화제의 농도는, 연마제 조성물 중에 0.1㏖/㎏ ∼ 10㏖/㎏ 의 범위에서 함유되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1㏖/㎏ ∼ 5㏖/㎏, 특히 바람직하게는 0.1㏖/㎏ ∼ 2㏖/㎏ 의 범위로 함유되는 것이 바람직하다.
산화제로서는, 예를 들어, 과산화 수소, 과산화 우레아, 과아세트산, 질산 철 또는 요오드산염 등을 이용할 수 있다. 특히, 중금속이나 유기물에 의한 배선 기판에 대한 오염을 줄일 수 있는 점에서, 과산화 수소를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 연마제 조성물은, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온을 함유하는 것을 특징으로 하고 있다. 특히, 본 발명에 있어서는, 배선 금속에 대한 연마 속도를 빠르게 하는 것에 대하여, 이들의 이온이 효과적인 역할을 하고 있다.
본 발명에서는, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온 중 어느 하나를 이용함으로써, 배선 금속의 연마 속도를 빠르게 한다는 특이적인 효과 를 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는, 어느 1 종 또는 2 종 이상은, 가수 (價數) 에 관계없이, 연마제 조성물 중의 농도가, 바람직하게는 0.005㏖/㎏ ∼ 1.0㏖/㎏, 보다 바람직하게는 0.01㏖/㎏ ∼ 0.3㏖/㎏, 특히 바람직하게는, 0.01㏖/㎏ ∼ 0.2㏖/㎏ 으로 함유된다. 농도가 0.005㏖/㎏ 보다 낮아지면, 본 발명의 효과를 얻을 수 없게 된다. 한편, 농도가 1.0㏖/㎏ 보다 높아지면, 연마제 조성물의 점성이 상승하거나 하여 연마 특성이 저하된다.
또한, 각 이온은, 단독으로 상기 농도 범위 내로 할 수 있다. 또, 2 종 이상의 이온이 조합되어 연마제 조성물 중에 함유되는 경우에는, 각 이온의 농도의 합이 상기 범위 내에 있다고 해도 된다. 또, 이온의 농도는, 이온의 가수에 관계되지 않는다. 예를 들어, 연마제 조성물은, 탄산 이온 또는 탄산 수소 이온 중 어느 일방을 상기 농도 범위로 함유할 수 있다. 또, 연마제 조성물은, 탄산 이온 및 탄산 수소 이온의 쌍방을 함유할 수도 있다. 이 경우, 탄산 이온 및 탄산 수소 이온의 농도의 합은, 상기 범위 내로 한다.
본 발명에 있어서는, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온은, 예를 들어, 탄산 암모늄 ((NH4)2CO3), 탄산 수소 암모늄 (NH4HCO3), 황산 암모늄 ((NH4)2SO4), 아세트산 암모늄 (CH3COONH4) 등의 암모늄염의 형태로 이용할 수 있다. 단, 암모늄염에 한정되는 것은 아니고, 나트륨염 및 칼륨염 등의 그밖의 염기성 화합물의 염이어도 된다.
일반적으로, 암모늄 이온은, 피연마물인 배선 금속을 화학적으로 에칭하는 역할을 한다. 예를 들어, 배선 금속이 구리인 경우, 암모늄 이온은, 구리와 착물을 형성함으로써, 구리를 화학적으로 에칭한다.
특히, 본 발명에서는, 암모늄 이온이, 유기 카르복실산 이온이나, 상기 서술 한 탄산 이온 등과 함께 작용하여, 배선 금속과 복합적인 착물을 형성하는 것으로 볼 수 있다. 이로써, 배선 금속의 에칭을 한층 더 용이하게 하고 있다고 생각된다. 암모늄 이온은, 연마제 조성물 중에, 0.1㏖/㎏ 이상의 농도로 함유되는 것이 바람직하고, 특히, 0.3㏖/㎏ 이상의 농도로 함유되는 것이 바람직하다. 0.1㏖/㎏ 보다 농도가 낮아지면, 본 발명의 효과를 얻을 수 없게 된다.
또, 암모늄 이온의 함유량은 1.5㏖/㎏ 이하이고, 또한 본 발명의 연마제 조성물이 후술하는 pH 범위가 되도록 결정되는 것이 바람직하다. 1.5㏖/㎏ 초과하여 함유시키면, 본 발명의 연마제 조성물의 pH 치의 안정성이 저하될 우려가 있다.
또한, 반도체 기판 상의 층간 절연막 내에 구리 배선을 형성할 때에는, 구리의 확산을 방지하기 위해서, 탄탈 (Ta) 막이나 질화 탄탈 (TaN) 막 등의 확산 방지막의 형성이 필요해진다. 이 경우, 암모늄 이온의 농도가 높아지면, 탄탈에 대한 연마 속도가 빨라져, 구리와의 연마 선택비가 저하된다. 따라서, 암모늄 이온은, 탄탈의 연마 속도가 너무 빨라지지 않는 농도 범위로 할 필요가 있다.
한편, 배선 기판의 제조 공정에서는, 확산 방지막을 형성하지 않기 때문에, 이러한 문제를 고려할 필요가 없다. 따라서, 다른 연마 특성을 저하시키지 않는 범위이면, 확산 방지막을 형성하는 경우와 비교하여, 보다 많은 암모늄 이온을 함유할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 암모늄 이온원으로서 특히, 염가의 암모니아수을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 일부는, 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온을 암모늄염의 형태로 첨가함으로써 공급되어도 된다.
본 발명의 연마제 조성물에 있어서, 유기 카르복실산 이온은, 암모늄 이온이나, 상기 서술한 탄산 이온 등과 함께, 배선 금속과 복합적인 착물을 형성하는 것으로 볼 수 있고, 이로써, 배선 금속의 에칭을 용이하게 하고 있다고 생각된다.
또, 유기 카르복실산 이온은, 디싱 및 에로젼의 문제를 발생시키기 어렵게 하는 효과도 가지고 있다. 여기서, 디싱이란, 금속의 매립 배선을 형성할 때에, 배선의 폭이 넓은 부분이 과잉으로 연마되는 결과, 중앙부가 움푹 팬 상태로 되는 것을 말한다.
또, 에로젼이란, 배선 밀도가 낮은 부분에 비해 높은 부분이 과잉으로 연마되는 결과, 밀집된 배선부에서 절연막이 얇아지는 현상을 말한다. 연마제 조성물이 유기 카르복실산 이온을 함유함으로써, 이러한 문제를 발생시키기 어렵게 할 수 있다.
유기 카르복실산 이온으로서는, 예를 들어, 시트르산 이온 (C3H4(OH)(COO)3 3- ), 옥살산 이온 ((COO)2 2-), 말론산 이온 (CH2(COO)2 2-), 숙신산 이온 (C2H4(COO)2 2-), 프탈산 이온 (C6H4(COO)2 2-), 말레산 이온 (C2H2(COO)2 2-), 푸마르산 이온 (C2H2(COO)2 2-), 락트산 이온 (CH3CH(OH)COO-), 글리콜산 이온 (CH2(OH)COO-), 글루콘산 이온 (CH2(OH)(CH(OH))4COO-), 타르타르산 이온 (C2H2(OH)2(COO)2 2-) 등을 들 수 있다. 말산 이온 (C2H3(OH)(COO)2 2-), 글루탈산 이온 ((CH2)3(COO)2 2-) 및 아디프산 이온 ((CH2)4(COO)2 2-) 등을 이용해도 된다. 염가인 점에서는, 시트르산이 바람직하게 이용된다. 또한, 상기 예시된 물질은, 각각 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 또, 다가 카르복실산 이온은, 예를 들어 시트르산 이온의 경우, 시트르산 수소 이온 (C3H4(OH)(COOH)(COO)2 2-) 나 시트르산 2수소 이온 (C3H4(OH)(COOH)2(COO)-) 와 같이, 수용액 중의 수소 이온과 결합하고 있는 이온이 존재하는 경우가 있는데, 본 명세서 중에서는 다가 카르복실산 이온 농도란, 이러한 수소 이온과 결합한 이온도 함유한 농도를 말하는 것으로 한다. 탄산 이온, 황산 이온 등의 다가 무기산 이온 농도에 대해서도, 동일하게, 탄산 수소 이온, 황산 수소 이온 등의 수소와 결합한 이온을 함유한 농도를 말하는 것으로 한다.
상기 프탈산 이온은, 1,2-프탈산 이온을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마제 조성물에 있어서는, 유기 카르복실산 이온이, 가수에 관계없이, 바람직하게는 0.01㏖/㎏ 이상, 보다 바람직하게는 0.02㏖/㎏ ∼ 0.5㏖/㎏, 특히 바람직하게는, 0.05㏖/㎏ ∼ 0.5㏖/㎏ 의 농도로 함유되어 있다. 유기 카르복실산 이온의 농도가 0.01㏖/㎏ 보다 낮아지면, 본 발명의 효과를 얻을 수 없게 된다. 한편, 유기 카르복실산 이온의 농도가 0.5㏖/㎏ 이상에서는, 연마 속도에 거의 변화를 볼 수 없게 된다.
또, 본 발명의 연마제 조성물은, 배선 금속부의 디싱을 방지하기 위해서, 배선 금속 (특히, 구리 또는 구리 합금) 의 표면에 보호막을 형성하는 기능을 갖는 표면 보호제를 함유하는 것이 바람직하다.
표면 보호제로서는, 예를 들어, BTA (벤조트리아졸), TTA (톨릴트리아졸), 벤조트리아졸-4-카르복실산 등을 이용할 수 있다. 또, 1H-테트라졸, 5-아미노-1H-테트라졸, 5-메틸테트라졸, 티오우레아, 살리실알독심, 카테콜 등도 동일하게 이용된다. 예를 들어, 배선 금속이 구리인 경우에는, 이들의 물질이 물리적 또는 화학적으로 흡착함으로써, 구리의 표면에 피막이 형성되어 구리의 용출이 억제되게 된다. 또한, 상기 예시된 물질은, 각각 단독으로 이용해도 되고, 2 종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
표면 보호제로서, BTA 를 이용하는 경우에는, 연마제 조성물 중에, BTA 가 바람직하게는 0.0005㏖/㎏ ∼ 0.05㏖/㎏, 보다 바람직하게는 0.0007㏖/㎏ ∼ 0.02 ㏖/㎏, 특히 바람직하게는 0.001㏖/㎏ ∼ 0.02㏖/㎏ 의 농도로 함유된다. 농도 가 0.0005㏖/㎏ 보다 낮은 경우에는, 표면 보호제로서의 효과를 얻을 수 없게 된다. 한편, 농도가 0.05㏖/㎏ 보다 높아지면, 연마 속도가 저하되게 되어 바람직하지 않다.
또, 본 발명의 연마제 조성물은, 킬레이트화제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 피연마물인 배선 금속이 구리인 경우에는, 구리에 대하여 킬레이트 작용을 나타내는 킬레이트화제를 첨가하는 것이 바람직하다.
연마 공정에서는, 연마된 배선 금속의 일부가 이온화되어 연마액 중에 용해되지만, 연마액 중에 금속 이온이 존재하면, 그들이 촉매가 되어, 산화제의 분해를 일으키거나, 산화 반응을 폭주시키거나 할 가능성이 있다. 이러한 산화제의 분해나, 산화 반응의 폭주가 일어나면, 배선 금속 표면에 거침이 발생한다. 게다가, 배선 금속의 과잉된 에칭이 일어남으로써 디싱이 발생되거나 할 우려가 있다.
연마제 조성물 중에 킬레이트화제가 함유됨으로써, 용해된 금속 이온이 안정화되어, 상기의 이상 반응이 억제되므로, 연마 후의 마무리를 개선할 수 있다. 그러므로, 연마제 조성물 중에는, 킬레이트화제가 첨가되어 있는 것이 바람직하다.
킬레이트화제로서는, 예를 들어, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민 (PEHA), 에틸렌디아민 4아세트산, 디에틸렌트리아민 5아세트산, 트리에틸렌테트라민 6아세트산, 니트릴로 3아세트산 등을 들 수 있다.
킬레이트화제의 함유량이 너무 적으면, 상기의 이상 반응의 억제 효과가 충분히 나타나지 않을 우려가 있다. 한편, 킬레이트화제의 함유량이 너무 많으 면, 연마 속도를 늦춰버리는 경우가 있다. 예를 들어, 펜타에틸렌헥사민을 킬레이트화제로서 이용하는 경우에는, 연마제 조성물 중에, 0.0003㏖/㎏ ∼ 0.05㏖/㎏ 의 농도로 함유되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0005㏖/㎏ ∼ 0.03㏖/㎏ 이고, 특히, 0.001㏖/㎏ ∼ 0.01㏖/㎏ 의 농도로 함유되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 연마제 조성물은, 필요에 따라, pH 조정제 및 계면 활성제 등을 함유할 수 있다.
연마제 조성물은, 연마 대상인 구리를 산화시키지 않도록 하기 위해서, 염기성 측으로 pH 가 치우쳐 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, pH 가 바람직하게는 6 ∼ 10 의 범위, 특히 바람직하게는 7 ∼ 10 의 범위이다.
본 발명에서는, 연마제 조성물 중의 산과 암모늄 이온의 배합량에 의해 pH 를 조정할 수 있지만, 또한 pH 조정제를 첨가함으로써 조정할 수도 있다. 이 경우, pH 조정제의 첨가량은, 연마 성능을 저해시키지 않는 범위이면 특별히 한정되지 않는다.
pH 조정제로서는, 적당한 산 또는 알칼리를 이용할 수 있지만, 연마제 조성물 중에 있어서의 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온 그리고 암모늄 이온의 농도를, 본 발명에서 특정한 범위로부터 변동시키지 않는 것인 것을 필요로 한다.
예를 들어, 산성측으로의 pH 조정제로서는 질산 등을, 염기성측으로의 pH 조정제로서는 수산화 칼륨 등의 알칼리 금속의 화합물 등을 들 수 있다.
계면 활성제는, 연마제 조성물의 분산성을 향상시키거나, 연마 후에 있어서 의 배선 금속 표면의 거침을 방지하거나 하는데 이용된다. 본 발명에 있어서는, 음이온성 계면 활성제, 양이온성 계면 활성제, 비이온성 계면 활성제, 양성 계면 활성제 중 어느 것을 이용해도 된다.
단, 연마제 조성물 중에 있어서의 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온 그리고 암모늄 이온의 농도를, 본 발명에서 특정한 범위로부터 변동시키지 않는 것인 것을 필요로 한다.
예를 들어, 폴리아크릴산 및 알킬벤젠술폰산염 등의 음이온성 계면 활성제 ; 폴리옥시에틸렌 유도체, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산 에스테르, 글리세린지방산 에스테르 등의 비이온성 계면 활성제 ; 알킬베타인 등의 양면 활성제를 이용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 연마제 조성물을 이용한 연마 방법에 대해 설명한다.
도 1 ∼ 도 3 은, 본 발명에 의한 연마제 조성물을 이용하여 배선 기판을 제조하는 방법의 일례이다. 또한, 이들의 도면에 있어서, 동일한 부호를 붙인 부분은 동일한 것인 것을 나타내고 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공기 등을 이용하여, 지지 기판 (5) 상에 형성된 수지 기재 (1) 의 소정의 지점에, 개구부로서의 배선 홈 (2) 을 형성한다.
수지 기재 (1) 는, 절연성 기재로 이루어지고, 열 가소성 수지, 열 경화성 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, PEEK (폴리에테르에테르케톤), PEK (폴리에테르케톤), PEI (폴리에테르이미드), 폴리이 미드 및 PPS (폴리페닐렌술파이드) 등의 비교적 내열성이 높은 열 가소성 수지 ; 폴리에스테르, 에폭시수지, 폴리우레탄, 페놀 수지 및 아크릴 수지 등의 열 경화성 수지 ; FR4 및 FR5 등의 유리에폭시프리프레그재 등의 열 경화성 수지 중에 상기 열 가소성 수지를 혼합한 것 등을 사용할 수 있다. 여기서, 기재의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 두께 50㎛ ∼ 200㎛ 의 필름상으로 성형하여 사용할 수 있다.
다음으로, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 배선 홈 (2) 의 내부에 배선 금속 (3) 을 매립한다. 본 발명에 있어서는, 배선 금속 (3) 으로서 구리가 바람직하게 이용된다. 구리의 매립은, 예를 들어, 스퍼터법에 따라 시드 구리로서의 구리막을 형성한 후에, 도금법을 이용하여 실시할 수 있다.
도 2 에 있어서, 수지 기재 (1) 상에는, 배선 금속 (3) 에 의한 요철이 형성되어 있다. 그래서, 본 발명에 의한 연마제 조성물을 이용한 연마에 의해, 수지 기재 (1) 상의 여분의 배선 금속 (3) 을 제거한다.
연마 공정에 있어서의 피연마물은 배선 금속 (3) 이므로, 연마량은 배선 금속 (3) 의 막 두께에 의존한다. 따라서, 스루풋을 향상시키기 위해서는, 배선 금속 (3) 의 연마 속도를 빠르게 하는 것이 중요해진다.
또, 일반적으로, 배선 기판의 제조 공정에서는, 반도체 기판 상에 다층 배선을 형성하는 경우와 비교하면, 기판 표면의 평탄성에 대한 요구는 낮아진다. 따라서, 예를 들어, 배선 금속의 대부분을 빠른 연마 속도로 제거한 후, 연마 조건을 바꾸어 나머지의 배선 금속을 제거하는 등의 2 단계로 나눈 연마를 실시할 필요 는 없고, 조건을 바꾸지 않고, 모든 배선 금속을 제거하는 1 단계의 연마로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 연마 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 회전 가능한 연마 헤드로 지지 기판의 이면을 유지하고, 회전 가능한 지지대에 고정된 연마 패드에 피연마면 (배선 금속이 형성된 면) 을 바싹댄 상태에서, 연마 헤드 및 지지대를 회전시키면서 연마시킬 수 있다. 또, 회전 가능한 지지대 상에 지지 기판의 이면을 고정시키고, 연마 헤드에 장착된 연마 패드를 피연마면에 맞닿게한 상태에서, 지지대 및 연마 헤드를 회전시키면서 연마시킬 수도 있다. 이들의 경우에서는, 피연마면과 연마 패드의 사이에, 본 발명에 의한 연마제 조성물을 공급하면서 연마를 실시한다.
또, 연마시에 지지 기판에 부가되는 압력을 완충시켜, 피연마면에 대해서 균일한 압력이 가해지도록, 지지대와 지지 기판의 사이에 쿠션재를 형성하여 연마를 실시할 수도 있다. 또한, 피연마면 상에 연마제 조성물이 균일하게 공급되도록, 연마 패드에 채널이나 공급 구멍이 형성되어 있어도 된다.
연마 패드의 재질로서는, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니고, 사용하는 연마제 조성물에 따라 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 연마 압력을 높이면, 연마 속도를 빠르게 할 수 있지만, 피연마물에 부여되는 데미지는 커진다. 예를 들어, 반도체 기판 상에 형성된 절연막을 연마시키는 경우, 연마 압력이 높아지면, 반도체 기판으로부터 절연막이 박리 될 우려가 커진다. 따라서, 연마 압력은, 주로, 연마 속도와 피연마물에 부여되는 데미지를 비교 고려하여 결정하는 것이 중요해진다.
본 발명에서는, 구리 등의 배선 금속을 피연마물로 하고 있다. 이 때문에, 절연막 등을 연마시키는 경우에 비해, 연마 속도의 향상을 우선하여 연마 압력을 결정할 수 있다. 또한, 이러한 조건으로 해도, 본 발명에서는 기계적 작용과 화학적 작용을 병용하여 연마를 실시하므로, 기계적 연마에 의해서만 실시하는 연마와 비교하여, 피연마물에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
따라서, 본 발명의 연마제 조성물에 의하면, 낮은 연마 압력이어도 빠른 연마 속도를 얻을 수 있다. 게다가 연마 압력을 높임으로써, 연마 속도를 보다 빠르게 할 수 있다. 또한, 이 경우, 연마 패드의 종류, 쿠션재의 유무 및 그 재질 그리고 연마제 조성물의 점성 등에 따라, 구체적인 연마 압력을 설정하는 것이 바람직하다.
연마가 종료되면, 도 3 의 구조를 갖는 배선 기판 (4) 을 얻을 수 있다. 다음으로, 배선 기판 (4) 의 표면에 부착된 연마제 성분을 제거하기 위해서 세정을 실시하는 것이 바람직하다. 세정은, 유수에 의한 세정 이외, 브러쉬에 의한 스크럽 세정 또는 초음파 세정 등에 의해 실시할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 연마제 조성물에 의하면, 화학적 및 기계적인 작용에 의해 연마를 실시하므로, 수지 기재나 배선 금속에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 할 수 있다. 또, 배선 금속의 연마 속도를 빠르게 할 수도 있으 므로, 아울러, 배선 기판의 제조 공정에 있어서의 스루풋을 향상시킬 수 있게 된다. 바꿔 말하면, 본 발명의 연마제 조성물에 의하면, 수지 기재나 배선 금속에 대한 흠집을 최소한으로 한 상태에서, 기계적 연마에 필적하는 연마 속도를 실현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
제 1 실시예
<연마제 조성물>
연마제 조성물로서는, 표 1 에 나타내는 것을 이용하였다. 예 1 ∼ 13 은 실시예이고, 예 14 ∼ 18 은 비교예이다. 또한, 탄산 이온 및 탄산 수소 이온에 대해서는, 각각의 이온 농도의 합으로 나타내고 있다. α-알루미나는 와코우 순약사 제조의 α-알루미나, 1㎛ (평균 입자 직경 1㎛) 를 이용하였다.
<피연마물>
지지 기판으로서, 두께 500㎛, 직경 6 인치의 금속제 웨이퍼를 이용하여, 이 웨이퍼 상에, 두께 50㎛ 의 수지 기재를 적층한다. 이어서, 이 웨이퍼 상에, 도금법에 따라 막 두께 30㎛ 의 구리막을 형성한다.
<연마 조건>
연마는, 다음의 조건에 의해 실시하였다.
연마기 : Strasbaugh 사 제조 연마기 6EC
연마 패드 : 로데르사 제조 IC-1400 K-Groove
연마제 조성물 공급량 : 200㎖/분
연마 압력 : 4.1 × 104Pa (예 18 만 2.7 × 104Pa)
연마 패드의 회전수 : 연마 헤드 (웨이퍼 유지부) 97rpm, 플라텐 (연마 정반) 103rpm
연마 속도를 비교한 결과를 표 2 에 나타낸다. 또한, 연마 속도는, 연마 전후에서의 구리막의 막 두께를 막 두께 측정 장치 (나프손사 제조 RT80-RG80) 로 측정함으로써 구하였다.
제 1 비교예
표 3 에 나타내는 바와 같이, 실시예의 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온을 대신하여, 염화물 이온, 질산 이온 및 티오 황산 이온을 함유하는 연마제 조성물을 이용하여, 실시예와 동일한 연마를 실시하였다.
연마 속도의 결과를 표 4 에 나타낸다. 연마 속도는, 실시예와 동일하게 하여 구하였다.
제 2 실시예
<연마제 조성물>
연마제 조성물로서는, 표 5 에 나타내는 것을 이용하였다. 예 19 ∼ 36, 예 41 ∼ 43, 예 45 ∼ 50 은 실시예이고, 예 37 ∼ 40, 예 44 는 비교예이다. α-알루미나는, 다이메이 화학사 제조 타이미크론 TM-D 를 사용하였다.
<피연마물>
미국 ATDF 사 제조의 CMP 시험용 Blanket 구리 웨이퍼 (직경 8 인치의 Si 제 웨이퍼 상에, 두께 0.3㎛ 의 열산화막을 형성하고, 그 위에 두께 50㎚ 의 CVD 법 Ta 막, 두께 100㎚ 의 CVD 법 구리막, 두께 1.5㎛ 의 도금법 구리막을 형성한 것. 형번 000CUR071) 를 절단하여 제조한 일측 45㎜ 의 정방형 소편.
<연마 조건>
연마는, 다음의 조건에 의해 실시하였다.
연마기 : nanofactor사 제조 연마기 탁상 소형 래핑 머신 NF-300
연마 패드 : 로데르사 제조 IC-1000 K-Groove
연마제 조성물 공급량 : 30㎖/분
연마 압력 : 2.8 × 104Pa (연마 헤드 중량과 가압에 사용한 질소의 압력으로부터 계산)
연마 패드의 회전수 : 연마 헤드 (웨이퍼 유지부) 50rpm, 플라텐 (연마 정반) 60rpm
연마 속도를 비교한 결과를 표 6 에 나타낸다. 또한, 연마 속도는, 피연마물을 상기 조건에서 15 초 ∼ 30 초 연마하고, 연마 전후에서의 구리막의 막 두께를 막 두께 측정 장치 (KLA-Tencor 사 제조 RS80) 로 측정하고, 막 두께의 변화량으로부터 60 초당의 연마량을 계산함으로써 구하였다.
Figure 112008006126917-PCT00001
Figure 112008006126917-PCT00002
Figure 112008006126917-PCT00003
Figure 112008006126917-PCT00004
Figure 112008006126917-PCT00005
Figure 112008006126917-PCT00006
Figure 112008006126917-PCT00007
Figure 112008006126917-PCT00008
본 발명의 연마제 조성물을 이용한 연마 방법은, 수지 기재나 배선 금속에 대한 흠집의 발생을 최소한으로 한 상태에서 빠른 속도로 연마시킬 수 있어, 스루풋의 향상이 가능해져, 산업상 매우 유용하다.
또한, 2005 년 8 월 4 일에 출원된 일본 특허 출원 2005-226177 호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims (16)

  1. 지립과,
    산화제와,
    전해질과,
    수계 매체를 함유하는 연마제 조성물로서,
    상기 전해질에 의해 생성되는 이온이, 암모늄 이온과,
    다가 카르복실산 이온 및 히드록시카르복실산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 유기 카르복실산 이온과,
    탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 이온으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 카르복실산 이온이, 다가 카르복실산 이온인 연마제 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는, 어느 1 종, 또는, 2 종 이상의 이온의 농도의 합이 0.01㏖/㎏ ∼ 0.3㏖/㎏ 인 연마제 조성물.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄산 이온, 탄산 수소 이온, 황산 이온 및 아세트산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는, 어느 1 종, 또는, 2 종 이상의 이온의 농도의 합이 0.01㏖/㎏ ∼ 0.2㏖/㎏ 인 연마제 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모늄 이온의 농도가 0.03㏖/㎏ 이상인 연마제 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모늄 이온의 농도가 0.3㏖/㎏ 이상인 연마제 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 카르복실산 이온의 농도가 0.02㏖/㎏ ∼ 0.5㏖/㎏ 인 연마제 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 카르복실산 이온의 농도가 0.05㏖/㎏ ∼ 0.5㏖/㎏ 인 연마제 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질은, 암모니아, 탄산 암모늄, 탄산 수소 암모늄, 황산 암모늄 및 아세트산 암모늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개를 함유하는 연마제 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 카르복실산 이온은, 시트르산 이온, 옥살산 이온, 말론산 이온, 숙신산 이온, 프탈산 이온, 말레산 이온, 푸마르산 이온, 락트산 이온, 글리콜산 이온, 글루콘산 이온 및 타르타르산 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 연마제 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지립은α-알루미나인 연마제 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화제는 과산화 수소인 연마제 조성물.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    pH 가 6 ∼ 10 인 연마제 조성물.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구리의 표면 보호제를 추가로 함유하여 이루어지는 연마제 조성물.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 연마제 조성물을 이용하여, 배선 금속을 연마시키는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 배선 금속은, 구리 및 구리 합금의 어느 일방인 연마 방법.
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