KR20110106880A - 화학적 기계적 연마 후 세정을 위한 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학적 기계적 연마(CMP) 후 세정을 위한 조성물에 관한 것이다. 조성물은 CMP 후 웨이퍼 표면 상에서 아졸형 부식 억제제를 제거할 수 있는 알칼리이다. 이러한 조성물은 아졸 화합물을 효과적으로 제거하고, Cu 표면의 습윤성을 증가시키며, CMP 후 결함 제거를 유의적으로 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 집적 회로용 화학적 기계적 연마(CMP) 후 세정을 위한 조성물(PCC)에 관한 것이다.
반도체 소자의 현행 개발은 라인 피치 치수의 감소 및 집적도의 증가로 나아가고 있다. 집적 회로의 층수 증가 및 라인 피치 치수 감소와 함께, 금속 와이어의 고유 저항 및 유전층의 와류 정전용량에 의해 야기되는 RC-지연이 중요해진다. RC-지연 문제를 제거하고 신호 전달 속도를 증가시키기 위해, 구리 금속화(Cu 와이어) 공정은 점차 통상적인 알루미늄 금속화(Al 와이어)로 대체되었으며; 이러한 방식으로, 금속 와이어의 고유 저항을 감소시킨다. 따라서, 구리 화학적 기계적 연마(Cu CMP)의 개발은 Cu 공정을 사용하는 고급 서브미크론 반도체 공정에서 가장 중요한 기법 중 하나가 되고 있다. 현행 고급 반도체 공정에서, Cu 와이어 층의 수는 10개에 이르며, 이러한 수치는 미래에 계속적으로 증가될 것으로 예상된다. 이는 또한 여러 번의 CMP 및 CMP 후 세정 단계가 제조 공정에 수반되어 미래에는 그 횟수가 증가될 것임을 가리킨다.
Cu CMP 공정에서, 웨이퍼는 웨이퍼의 Cu 층 및 유전층을 비롯한 표면 상에 잔류하는 Cu 이온, CMP 슬러리 입자, 및 Cu 및 실리카 클러스터에 의해 오염될 수 있다. 따라서, CMP 단계 후에는 통상 오염물을 제거하기 위한 세정 단계가 따른다.
일반적으로, CMP 후 세정은 후속 제조 공정을 용이하게 하기 위해 청결한 웨이퍼 표면을 제공하려는 목적으로 제공되는 CMP 공정의 마지막 단계이다.
수율 손실을 감소시키기 위해, CMP 및 CMP 후 세정 동안에는 다음과 같은 내용이 주목되어야 한다:
(1) 아졸형 부식 억제제가 효율적으로 제거되어야 하고;
(2) 공정 응력의 축적이 효과적으로 제어되어야 하며;
(3) 적당한 저-k 물질이 CMP 공정 및 CMP 후 세정의 요건을 만족시키도록 선택되어야 하고;
(4) 스크래치 문제를 피해야 한다.
CMP 후 세정 공정을 위한 각종 조성물이 종래 기술 문헌에 개시되어 있다. 예를 들면, Wang에 의한 US 특허 번호 6,541,434에는 CMP 후 연마 잔류물 뿐만 아니라 금속 오염물을 제거하기 위한, 카르복실산, 아민 함유 화합물, 포스폰산 및 물을 포함한 세정용 조성물이 개시된다. Kneer에 의한 US 특허 번호 6,627,546에는 디카르복실산 및/또는 이의 염, 히드록시카르복실산 및/또는 이의 염, 또는 아민기 함유 산을 포함한 플루오르화물 불포함 수성 조성물이 개시된다. Aoyama 등에 의한 US 미국 공개 번호 2005/0014667에는 플루오르화물 함유 화합물(계면활성제), 물, 아미드, 에테르 용매, 및 아미노 설폰산, 포스폰산 및 용해성 포스폰산 유도체에서 선택된 산, 또는 이의 조합을 함유하는 희석된 수성 리무버가 개시된다. Misra에 의한 US 특허 번호 7,297,670에는 세정제, 부식 억제제 및 머캅토프로피온산을 함유하는 조성물이 개시된다. Abe 등에 의한 US 특허 공개 번호 2004/0204329에는 특정 에테르 유기 용매를 포함한 세정용 액체 조성물이 개시되어 있으며, 이 세정용 액체 조성물은 소수성 기판에 대해 우수한 습윤성을 갖는다. Zhang 등에 의한 US 특허 번호 7,208,409에는 아세틸렌디올 유도체의 비이온성 계면활성제를 함유하는 CMP 후 처리용 용액이 개시된다.
CMP 후 세정 용액의 오염물 제거율은 pH값 및 제타 전위와 직접적으로 관련된다. 일반적으로, 낮은 제타 전위는 더 나은 오염물 제거율을 제공한다. 게다가, 알칼리 조성물은 더 낮은 제타 전위를 갖기 때문에, CMP 후 세정용 조성물로서 사용하기에 더욱 적당하다.
추가로, 오염물 제거율 이외에, 탁월한 CMP 후 세정 용액은 다음과 같은 요건을 충족시켜야 한다:
(1) 세정 용액은 금속(예, 금속 인터커넥션으로서의 Cu 층) 또는 금속 질화물(예, 배리어 층으로서의 TaN 또는 TiN)을 공격하거나 에칭하지 않고;
(2) 세정 용액은 유전층, 예컨대 실리카, 고밀도 저-k 물질 또는 다공성 저-k 물질을 공격하거나 에칭하지 않는다.
따라서, 다양한 CMP 후 세정 용액이 다수의 종래 기술 문헌에 제공되어 있지만, 웨이퍼 표면 상에 잔류하는 오염물을 효과적으로 제거하고, 웨이퍼 표면 상의 결함 갯수를 감소시키며, 기판의 구조를 파괴하거나 에칭하지 않을 수 있는 CMP 후 세정용 조성물이 여전히 당업계에 필요한 실정이다.
발명의 개요
본 발명은 적어도 수용성 아민, 적어도 수용성 유기 용매 및 탈이온수를 포함하는 CMP 후 세정용 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 연마 후 웨이퍼 표면 상에 잔류하는 오염물을 효과적으로 제거하고 효과적인 시간 동안 구리 함유 반도체 웨이퍼와의 접촉 후 웨이퍼 표면 상의 결함 갯수를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 또한 CMP를 거친 웨이퍼와 적어도 수용성 아민, 적어도 수용성 유기 용매 및 탈이온수를 포함한 조성물을 CMP 후 웨이퍼 상의 잔류 오염물을 제거하는 데 효과적인 시간 동안 접촉시키는 단계를 포함하는 CMP 후 세정 방법을 제공한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 세정 후 KLA-Tencor surfscan AIT에 의해 측정된 테스트 웨이퍼 표면 상의 결함 갯수의 결과이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 CMP 후 세정용 조성물은 적어도 수용성 아민, 적어도 수용성 유기 용매 및 탈이온수를 포함한다.
본 발명의 세정용 조성물은 내부에 함유된 수용성 아민과 오염물의 산화환원 반응에 의해 웨이퍼 표면으로부터 오염물, 특히 아졸형 부식 억제제를 제거한다. 아졸형 부식 억제제는 일반적으로 트리아졸형 부식 억제제, 예컨대 벤조트리아졸(BTA) 및 1,2,4-트리아졸이다.
본 발명의 세정용 조성물에서 수용성 아민은 디아조 또는 아조 화합물, 예컨대 히드라진, 히드라진 수화물, 히드라조산 또는 나트륨 아지드일 수 있다.
본 발명의 구체예에서, 세정용 조성물에서 수용성 아민은 히드라진, 히드라진 수화물 또는 이의 조합에서 선택된다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 세정용 조성물에서 수용성 아민은 히드라진이다.
본 발명의 세정용 조성물에서 수용성 아민은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1∼약 30 중량%, 바람직하게는 약 1∼약 25 중량%, 더욱 바람직하게는 약 1∼약 10 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 세정용 조성물은 세정용 조성물의 표면 장력을 감소시켜 웨이퍼 표면의 습윤성을 증가시킬 수 있는 수용성 유기 용매를 포함한다.
본 발명의 세정용 조성물에서 수용성 유기 용매는 유기 에테르, 유기 알콜, 유기 케톤 또는 유기 아미드일 수 있고, 바람직하게는 디메틸 설폭시드(DMSO), 디올 화합물, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 아세트아미드(DMAC), 디메틸 포름아미드(DMF), 또는 이의 혼합물에서 선택된다. 디올 화합물은 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(BDG), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트 또는 이의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 세정용 조성물에서 수용성 유기 용매는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10∼약 59 중량%, 바람직하게는 약 10∼약 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 10∼약 25 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 세정용 조성물은 탈이온수를 포함한다. 탈이온수는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30∼약 89 중량%, 바람직하게는 약 50∼약 85 중량%, 더욱 바람직하게는 약 65∼약 85 중량%의 양으로 존재한다.
당업계에 공지된 임의의 적당한 세정 도구는 본 발명의 CMP 후 세정 방법을 수행하는 데 사용될 수 있다. 도구는 CMP를 수행하는 것 또는 상이한 것일 수 있다. 방법은 CMP를 거친 웨이퍼와 적어도 수용성 아민, 적어도 수용성 유기 용매 및 탈이온수를 포함한 조성물을 CMP 후 웨이퍼 상의 잔류 오염물을 제거하는 데 효과적인 시간 동안 접촉시키는 단계를 포함한다.
하기 구체예는 본 발명을 추가로 예시하고, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아닌 것으로 간주되며, 당업자에 의해 용이하게 실현되는 임의의 변형 및 변경은 본 발명의 범위 내에 속한다.
실시예
1:
7 중량%의 히드라진, 20 중량%의 BDG 및 73 중량%의 탈이온수를 본 발명의 세정용 조성물(화학물질 C)로 조제하였다. 화학물질 C의 표면 장력은 30.46 mN/m으로 측정되었다. 주요 성분으로 시트르산을 갖는 시판 중인 세정용 조성물이 대조군(화학물질 A)으로서 사용되었다. 화학적 기계적 연마 후의 Cu 웨이퍼 및 블랭크 웨이퍼 상에서의 세정 테스트는 세정제의 유속이 2000 ㎖/분인 Applied Materials, Inc.의 Mesa기 상에서 각각 20초간 화학물질 A 및 화학물질 C에 의해 수행되었다. 주요 성분으로 시트르산을 갖고 표면 장력이 72 mN/m(대조군, 화학물질 A)인 시판 중의 세정용 조성물을 동일한 세정 조건 하에서 테스트하였다.
세정 후, 테스트 웨이퍼 표면 상의 결함 갯수는 KLA-Tencor surfscan AIT에 의해 측정되었다. 그 결과는 도 1에 도시되었다.
결과는 본 발명의 세정용 조성물(화학물질 C)의 세정 효과가 세정용 조성물 A(화학물질 A)보다 뛰어나다는 것을 나타낸다. 화학물질 C에 의해 Cu 웨이퍼와 블랭크 웨이퍼를 세정함으로써 얻어지는 결과는 총 결함 갯수가 화학물질 A에 의해 얻어지는 결함보다 적다는 것을 나타낸다. 추가로, 화학물질 C로 세정한 후의 Cu 웨이퍼 및 Candela CS10으로 세정한 후의 블랭크 웨이퍼의 테스트 결과는, 세정 전후의 웨이퍼 표면 두께가 불변하였는데, 즉 본 발명의 화학물질 C가 웨이퍼 표면을 에칭하지 않는다는 것을 나타낸다.
실시예
2 및 3
실시예 1에서와 유사한 방식으로, 본 발명의 세정용 조성물을 다음과 같이 조제하고 테스트하였다.
상기 테스트 결과는 상기 모든 조성물의 세정 효과가 시중의 조성물보다 뛰어나다는 것을 밝히고 있다. 본 발명의 세정용 조성물은 낮은 표면 장력을 가지며 웨이퍼 표면의 습윤성을 증가시켜 더 우수한 세정 효과를 가질 수 있다.
Claims (11)
- 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1∼약 30 중량%의 수용성 아민, 약 10∼약 59 중량%의 수용성 유기 용매, 및 약 30∼약 89 중량%의 탈이온수를 포함하는 화학적 기계적 연마 후 세정을 위한 조성물.
- 제1항에 있어서, 수용성 아민은 히드라진, 히드라진 수화물 또는 이의 조합에서 선택되는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 수용성 유기 용매는 디메틸 설폭시드(DMSO), 디올 화합물, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 아세트아미드(DMAC), 디메틸 포름아미드(DMF), 또는 이의 혼합물에서 선택되는 것인 조성물.
- 제3항에 있어서, 디올 화합물은 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(BDG), 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트 또는 이의 혼합물에서 선택되는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 수용성 아민은 약 1∼약 25 중량%의 양으로 존재하는 것인 조성물.
- 제5항에 있어서, 수용성 아민은 약 1∼약 10 중량%의 양으로 존재하는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 수용성 유기 용매는 약 10∼약 50 중량%의 양으로 존재하는 것인 조성물.
- 제7항에 있어서, 수용성 유기 용매는 약 10∼약 25 중량%의 양으로 존재하는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 탈이온수는 약 50∼약 85 중량%의 양으로 존재하는 것인 조성물.
- 제9항에 있어서, 탈이온수는 약 65∼약 85 중량%의 양으로 존재하는 것인 조성물.
- CMP를 거친 웨이퍼와 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 조성물을 웨이퍼 상의 잔류 오염물을 제거하는 데 효과적인 시간 동안 접촉시키는 단계를 포함하는 CMP 후 세정 방법.
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