KR20120061981A - 금속의 화학적, 기계적 평탄화용 조성물 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMP 가공에 사용하기 위한 조성물 및 CMP 가공 방법에 관한 것이다. 조성물 (12)는 저 수준의 입상 물질을 하나 이상의 아미노산, 하나 이상의 산화제 및 물과 조합하여 이용함으로써 정지 층에 대해 구리를 함유하는 층과 같은 금속 층을 높은 선택도로 제거한다.
Description
본 특허원은 2003년 1월 3일자로 출원된, 발명의 명칭이 "금속의 화학적, 기계적 평탄화용 조성물 및 방법"인 미국 가특허원 제60/437,826호의 출원일의 이익을 청구한다. 미국 가특허원 제60/437,826호의 전체 내용은 본 특허 서류에 참조 문헌으로 인용되어 있다.
본 발명은 주로 집적회로의 제조와 관련하여 유전층, 금속층 또는 반도체 층 위에 적용된 금속 표면을 평탄화(planarization)하는 데 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 금속 표면의 평탄화를 수행하는 데 사용되는 방법에 관한 것이다.
화학적-기계적 평탄화(CMP)는 반도체의 제조와 관련하여 수행된 웨이퍼(wafer) 상에서 불균일하거나 지나치게 두꺼운 표면형태(topography)를 갖는 유전층, 금속층, 반도체 층을 제거하고 연마(polishing)하는 것과 같은 각종 평면 제조기술에서 가공 단계로서 광범위하게 사용되고 있다. 반도체 분야에서는, CMP를 사용하여 상이한 물질을 비선택적으로 연마할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 물질 과적(overburden)을 비선택적으로 제거할 수도 있다. CMP는 상이한 두께의 제1 층을 제2 물질의 정지 층(stop layer)까지 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 정지 층에 도달하지 않고 단일 층의 두께를 감소시킬 수도 있다. 평탄화 표면은 정확한 사진석판술이 보다 용이하게 이루어지도록 한다. CMP 공정의 일부 용도는 웨이퍼의 상호접속 영역 및 또한 전면 말단의 연마 및 규소 연마를 포함하며, 일반적으로 연속층들이 웨이퍼 위에 형성된 후에 매회 사용된다. 명칭이 의미하는 바와 같이, 당해 공정은 화학적 성분과 기계적 성분 둘다를 포함한다. 전형적으로, 웨이퍼는 캐리어(carrier) 위에 올려진다. 압력을 가하여 웨이퍼 표면이, 압반(platen) 위에 올려지는, 다공성 또는 섬유상 중합체성 물질로 전형적으로 제조된 연마 패드와 접촉하도록 하며, 웨이퍼 표면과 연마 패드 사이에서 상대적 운동이 개시된다. 패드와 웨이퍼 사이의 계면에서 액체를 공급하여 웨이퍼 표면의 물질을 신속하게 제거시킨다. 이 액체는 평탄화 과정 동안에 패드-웨이퍼 계면에서 제거 작용에 기여하는 연마성 성분을 포함할 수 있지만 필수적이지는 않다.
액체는 또한 웨이퍼 표면의 금속층과 화학적으로 상호작용하는 성분들을 혼입시킴으로써 웨이퍼로부터 금속의 제거를 조절하도록 할 수 있다. 화학적 작용은 일반적으로 2가지 형태중의 하나로 수행된다. 첫번째로, 액체중의 성분들은 금속층 표면의 노출된 금속과 반응하여 산화물 층을 생성시킨다. 산화물 층 형성은 전형적으로 과산화수소와 같은 산화제의 액체를 첨가함을 포함하며, 당해 액체는 전형적으로 사용 직전에 액체의 기타 성분들과 조합되지만 필수적이지는 않다. 이에 의해 형성된 산화물 층은 이후에 패드 또는 액체중의 연마 성분의 기계적 작용에 의해 제거된다. 두번째로, 당해 표면은 표면으로 흡수되는 액체중의 성분에 의해 전환된다. 두가지 경우 모두에서, 화학적 작용은 표면을 패시베이션(passivation)시킨다.
또한, 상기 액체는 연마된 물질을 직접 용해시키는 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 이 성분들은 바람직하게는 웨이퍼 표면으로부터 연마된 후에 입자를 용해시키는 작용을 한다. 일반적으로, 용해 공정이 웨이퍼 표면에서 발생하는 것은 바람직하지 않다.
CMP 액체가 산화제를 함유하도록 제형화되는 경우, 산화제의 혼입이 제형 또는 제형의 성분들을 탈안정화시키는 경향이 있는 경우, 산화제 성분은 웨어퍼 위에서 실제 사용하기 직전에 가하여 액체의 작업시간을 최대화시킬 수 있다. 그러나, 비-탈안정화 산화제를 혼입시킬 수 있는 경우, 산화제-함유 CMP 액체는 또한 사용전에 일정한 시점에 제조할 수도 있다.
연마제가 CMP 액체 중에 사용되는지와 무관하게, 액체는, 예를 들면, 콜로이드성 안정성을 보유하기 위하여 높은 제타 전위(zeta potential)를 수득할 수 있는 경우, pH 조정을 수행할 필요가 있을 수 있다. 연마제 함유 액체 중에서는 입자가 현탁액으로부터 침강되는 것이 바람직하지 않다. 입자와 액체 사이의 계면 주변의 전하는 콜로이드 시스템의 안정성에 강하게 영향을 미친다. 제타 전위는 이의 전단 면(shear plane)에서 입자의 표면의 전위를 측정하여 콜로이드성 시스템의 안정성의 일반적인 척도를 제공한다. 안정한 콜로이드 시스템을 유지하기 위하여, 양전하 또는 음전하의 높은 제타 전위가 바람직하다. 특정한 입자의 제타 전위는 이의 등전점에 상응하는 pH에서 0으로 감소한다. 따라서, 콜로이드의 안정성을 증진시키기 위하여, 시스템의 pH는 등전점에서의 pH와는 상이해야 한다. 예를 들면, 실리카 슬러리의 등전점은 pH 2에서 존재하며, 바람직하게는 이후에 실리카 슬러리를 알칼리성 pH에서 유지시켜 콜로이드성 안정성을 증진시킨다. 대조적으로, 알루미나 슬러리의 등전점은 pH 8에서 존재하며, 이 슬러리를 산성 pH에서 유지시켜 콜로이드성 안정성을 증진시키는 것이 바람직하다. 입상 시스템의 콜로이드성 안정성에 영향을 미치는 기타 변수는 입자 밀도, 입자 크기, 입자 농도 및 화학적 환경을 포함한다.
연마제는 액체의 산화, 킬레이트화 및 에칭 성분 중의 어느 하나에 의해 추가로 공격받을 수 있는 새로운 웨이퍼 표면의 보충을 촉진시키는 것을 보조한다. 그럼에도 불구하고, CMP 액체중에 연마성 성분을 사용하면 웨이퍼 표면에 바람직하지 않은 결과를 생성시킬 수 있다. 연마제는 웨이퍼의 노출 표면에 마이크로-스크랫치(micro-scratch)를 생성시켜 광학적으로 편평하지 않은 표면을 생성시킬 수 있다. 예를 들면, 이러한 마이크로-스크랫치는 이후의 가공에서 결함을 일으킴으로써, 얇은 금속 라인이 유전층내에 트랩(trap)되어 인접한 금속 라인 또는 바이어스(vias) 사이에 단락(short)을 유발할 수 있다. 또한, 표면형태(topography)의 형성은 후속적인 입자 부착을 위한 우선적인 부위를 생성시킨다. 추가로, 연마제의 잔류하는 입자는 입자의 전기적 특성에 따라 전위 개방(potential open) 또는 단락을 일으킬 수 있다.
웨이퍼의 표면은 연마 작용의 효과에 대하여 상이한 저항을 갖는 물질을 포함한다. 결과적으로, 웨이퍼 표면을 연마제의 존재하에 회전 패드의 기계적 작용에 노출시키면 웨이퍼 표면의 특정 영역들이 기타의 것들 보다 더 신속하게 제거되어, 표면 비정상성 및 가변적인 표면 형태를 생성시킨다. 예를 들면, 유전층에 침착된 구리의 경우, 평탄화 공정은 구리가 인접한 유전층 수준 이하로 감소되도록 할 수 있다. 웨이퍼 표면에 대한 이러한 효과는 디슁(dishing)으로 공지되어 있다. 웨이퍼의 금속 표면에 대한 에칭은 바람직하지 않은 디슁에 기여하는 인자들중의 하나인 것으로 믿어진다. 에칭은 층의 표면으로부터 금속을 비선택적으로 제거하며, 이는 수득한 표면을 거칠게 하고 비평면형 표면을 생성시키는 경향이 있다. 구리 금속 라인의 배열이 웨이퍼 기판에 위치하는 경우, 연마제의 존재하에서 회전 패드의 기계적 작용은 구리의 개개의 함몰부(recess)를 형성시키는 경향이 있고, 이는 다시 인접한 유전층의 연마 비율을 높게 한다. 상기 배열을 벗어나는 유전층에 대한 배열에서의 유전층의 이러한 박층화(thinning)는 부식(erosion)으로서 공지되어 있다.
발명의 요약
본 발명은 연마제 성분에 기인하는 바람직하지 않은 연마 효과에 현저하게 기여하지 않고 웨이퍼로부터 금속을 신속하게 제거하는 화학적 기계적 평탄화 공정에 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기한 조성물을 사용하는 화학적, 기계적 평탄화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 구리에 대해서와 같은 조정가능한 금속 제거율(tunable metal removal rate)을 제공하는 CMP 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 높은 입자 안정성을 유지하면서 함수율이 감소되게 제조할 수 있는 CMP 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 디슁 및 부식에 대한 민감성이 낮게 웨이퍼 위에 매우 균일한 금속 표면을 생성하는 CMP 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 추가의 목적은 웨이퍼의 금속 표면에 마이크로-스크랫치의 형성을 최소화하면서 웨이퍼 표면의 평탄화 및 제거를 수행하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 추가의 목적은 작용 pH 값의 범위에 걸쳐 웨이퍼 위에 고도로 평탄화된 표면을 생성할 수 있는 CMP 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 추가의 목적은 결함률 반응(defectivity response)이 낮은 CMP 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 조성물은 실질적으로 비-연마제 화학을 사용하여, 상당한 농도의 연마 물질을 갖는 조성물 정도의 제거율을 성취한다. 본 발명은 (a) 산화제, (b) 아미노산, (c) 입상 물질에 기인하는 특정의 현저한 연마 효과가 관찰되는 수준 이하의 농도 범위의 입상 물질; 및 (d) 물을 함유하는 CMP 조성물을 제공한다.
CMP 조성물내로 혼입된 입자는 입자에 기인하는 특정의 현저한 연마 효과가 관찰되는 수준 이하로 존재하더라도, 연마제가 다량 함유된 시스템과 비교할만한 구리 금속 제거율이 수득된다. 전형적으로, 제형중의 입자의 양은 제형의 약 1000중량ppm 미만이고, 더욱 협소하게는 약 5중량ppm 내지 약 100중량ppm의 범위이다. 그러나, 제형중의 입자의 농도는, 정지 층 제거율(RR)에 대한 구리 제거율(RR)의 비, 즉 선택도가 50:1 이상, 보다 협소하게는 100:1 이상, 가장 협소하게는 300:1 이상인 한, 약 4000ppm 까지 높을 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 구리에 대한 언급은 순수한 구리 금속 및 구리 합금을 포함하나, 이에 한정되지 않는, 성분으로서 구리를 갖는 물질을 망라하는 것을 의미한다. 정지 층이라는 언급은 순수한 탄탈 금속, 질화탄탈, 탄화탄탈, 및 탄탈을 함유하는 3급 및 4급 물질을 포함하는 기타 탄탈 합금을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는, 성분으로서 탄탈을 갖는 물질을 망라함을 의미한다. 또한, 정지 층이라는 언급은 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위해 본원에서 인용된 제형의 존재하에 구리에 비해 실질적으로 감소된 제거율을 갖는 기타 내화성 금속, 기타 귀금속, 및 전이금속 및 합금과 같은 물질을 망라하고자 한다. 정지 층은 또한 유전층으로서 작용하는 이산화규소 및 기타 물질을 포함할 수 있다. 임의로, 조성물 속으로 부식 억제제를 혼입시킬 수 있다.
정지 층, 즉 유전 층 및 차단 층은 연마제가 제거되는 것을 일반적으로 필요로 하기 때문에, 저-입자 농도 조성물은 선택도를 증진시킨다. 기계적 연마를 제공하기 위한 상당량의 입상 물질의 부재하의 조성물은 정지 층의 상당한 제거 없이 웨이퍼로부터 구리 층의 제거를 촉진시킨다. 저-입자 농도 조성물은 또한 보다 긴 저장 안정성을 갖는 경향이 있다. 또한, 조성물은 일반적으로 저농도의 비수성 성분을 포함하기 때문에, 조성물은 보다 용이하게 농축될 수 있다. 이러한 능력은 조성물이 농축 형태로 보다 용이하게 제조되고 수송되도록 하며, 구입자가 물을 운반할 필요가 없도록 한다.
본 발명의 조성물은 또한 저 결함률 반응을 제공한다. 당해 조성물을 사용하여 처리한 웨이퍼는 낮은 표면 조도(surface roughness)를 나타낸다. 또한, 차단층과 구리층 사이의 계면 부식을 포함하지만 이에 제한되지 않는 부식 효과, 및 그레인(grain) 구조를 포함하는 구리 부식이 낮다. 마이크로-스크랫칭이 또한 최소 수준으로 유지된다. 또한, 웨이퍼 표면에 잔류하는 입자의 존재는 본 조성물의 사용으로 최소화된다.
본 발명의 목적 및 이점은 하기한 상세한 설명부분에 나타내었으며, 부분적으로는 하기 설명으로부터 이해될 것이며 본 발명의 실시에 의해 알 수 있다.
발명의 상세한 설명
광범위한 측면에서, 본 발명은 산화제, 아미노산, 입상 물질에 기인하는 특정의 현저한 연마 효과가 관찰되는 농도 범위 이하의 입상 물질, 및 물을 포함하는, 웨이퍼 상에 금속 막을 평탄화하는데 사용하기 위한 조성물에 관한 것이다. 정지 층을 상당히 제거시키지 않으면서 구리의 제거를 촉진시키는데 사용할 수 있는 입자 농도는 약 4000ppm 이하이다. 전형적으로, 조성물중의 입자 농도는 약 5중량ppm 내지 1000중량ppm 미만, 보다 협소하게는 약 5중량ppm 내지 약 700중량ppm, 여전히 보다 협소하게는 약 5중량ppm 내지 약 400중량ppm, 및 가장 협소하게는 약 5중량ppm 내지 약 100중량ppm이다. 입자가 높은 연마제 농도의 제형과 전통적으로 관련된 어떠한 부정적인 관찰가능한 연마 효과[예: 마이크로-스크랫칭, 선택도 저하 또는 디슁]를 제공할 수 있는 수준 이하인 중량%까지의 매우 저농도의 입자를 조성물중에 사용하는 것이 웨이퍼 표면으로부터 구리 층의 제거에 있어서 유리한 효과를 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 조성물에 사용된 입자의 입자 크기 범위는 일반적으로 약 4 내지 약 10,000nm 정도, 보다 협소하게는 약 4nm 내지 약 1,000nm이다. 가장 협소하게는, 입자 크기는 약 4nm 내지 약 400nm의 범위내에 있다. 입자에 의해 제공된 효과는 일반적으로 입자 크기에 좌우되지 않는다. 그러나, 약 4 내지 400nm 범위의 입자 크기의 콜로이드성 실리카 입자, 및 약 40 내지 약 400nm 범위의 입자 크기의 열분해법 실리카(fumed silica)를 사용하는 경우 증진된 구리 제거율이 관찰된다.
콜로이드성 실리카 이외의 기타 입자가 평탄화 조성물 및 방법에서 유용성을 갖는다. 일반적으로, 우수한 효과를 갖는 광범위한 조성물을 사용할 수 있다. 또한, 입자는 열적 공정, 용액 성장 공정, 원료 광석(raw ore)의 채광 및 크기로의 연마, 및 신속한 열 분해를 포함하지만 이에 제한되지 않는 각종 제조기술 및 가공기술을 통해 수득할 수 있다. 당해 물질은 제조업자에 의해 일반적으로 공급된대로 조성물 속으로 혼입될 수 있다. 상기 조성물에 사용할 수 있는 특정의 입상 물질은 연마제 물질로서 고농도로 CMP 슬러리 속으로 미리 혼입된다. 그러나, CMP 슬러리에서 연마제로서 전통적으로 사용되어 온 것이 아닌 기타 입상 물질을 또한 사용하여 유리한 결과를 제공할 수 있다. 대표적인 입상 조성물은 본 발명의 조성물의 사용 조건하에 불활성인 각종의 무기 및 유기 물질[예: 열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄, 및 이들의 혼합물]을 포함한다. 입자는 입자크기 범위가 약 4nm 내지 약 10,000nm, 보다 협소하게는 약 4nm 내지 약 1,000nm, 가장 협소하게는 약 4nm 내지 약 400nm이다. 당해 입자는 작은 판(platelet), 차원분열 응집물(fractal aggregate) 및 구형 종(spherical species)의 물리적 형태로 존재할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
콜로이드성 실리카는 액체 매질, 전형적으로 물 중의 예비-분산액으로서 시판중인 하나의 입상 물질이다. 기타의 입상 물질은 또한 동일하거나 상이한 액체 매질중의 예비-분산액으로서 시판된다. 예비-분산액은 콜로이드성 표면을 충전하는 대이온(counter ion)을 제공하는 안정화제를 포함하고, 이에 따라 콜로이드성 안정성을 증진시킨다. 안정화제는 각종 입상 물질을 위한 예비-분산액을 제조하는 데 사용된다.
전기적 확산 인자는 반도체 제조에서의 용도를 위해 콜로이드 표면을 충전시키는 데 사용할 수 있는 이온의 특성을 제한하는 경향이 있다. 대이온에 기여하는 물질의 비제한적인 예는 수산화암모늄, 수산화칼륨, 염산, 질산 및 유기산을 포함한다. 입자 제형의 대이온에 기여하는 물질의 농도 범위는 제형의 목적하는 pH 및 입상 물질의 입자 크기의 함수로서 변하며, 일반적으로 작은 크기 입자를 혼입시키는 제형에서는 대이온 농도가 보다 높은 것이 필요하다. 콜로이드성 안정성을 촉진시키는 비제한적인 인자는 등전점에서의 pH와 충분히 구별되는 pH 값, 및 액체중의 낮은 입자 농도이다.
임의로, 제형은 부식 억제제를 함유할 수 있는데, 이것은 CMP 공정 동안 금속 부식 및 에칭을 제한한다. 부식 억제제는 물리적 흡착 또는 화학적 흡착에 의해 금속 표면에 보호 막을 형성한다. 부식 억제제는 약 10중량ppm 내지 약 20,000중량ppm, 보다 협소하게는 약 20중량ppm 내지 약 10,000중량ppm, 및 가장 협소하게는 약 50중량ppm 내지 약 1000중량ppm의 농도 수준으로 혼입시킨다. 부식 억제제는 CMP 공정 동안 에칭 및 부식의 영향으로부터 구리 표면을 보호하는 작용을 한다. 하나의 바람직한 물질은 1,2,4-트리아졸이다. 부식 억제제로서 혼입될 수 있는 기타 물질은 1,2,3-트리아졸, 1,2,3-벤조트리아졸, 5-메틸벤조트리아졸, 벤조트리아졸, 1-하이드록시벤조트리아졸, 4-하이드록시벤조트리아졸, 4-아미노-4H-1,2,4-트리아졸, 및 벤즈이미다졸과 같은 질소계 사이클릭 화합물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 2,1,3-벤조티아디아졸, 트리아진티올, 트리아진디티올 및 트리아진트리티올과 같은 벤조티아졸을 사용할 수도 있다.
산화제는 웨이퍼 표면의 구리를 CuOH, Cu(OH)2, CuO 또는 Cu2O 중의 어느 하나의 수화된 구리 화합물로 전환시키는 것을 촉진한다. 산화제는 과산화수소일 수 있으나, 예를 들면, 이에 제한되지는 않지만 암모늄 디크로메이트, 암모늄 퍼클로레이트, 암모늄 퍼설페이트, 벤조일 퍼옥사이드, 브로메이트, 칼슘 하이포클로라이트, 세릭 설페이트, 클로레이트, 크롬 트리옥사이드, 페릭 트리옥사이드, 페릭 클로라이드, 요오데이트, 요오드, 마그네슘 퍼클로레이트, 마그네슘 디옥사이드, 니트레이트, 과요오드산, 과망간산, 칼륨 디크로메이트, 칼륨 페리시아나이드, 칼륨 퍼망가네이트, 칼륨 퍼설페이트, 나트륨 비스무테이트, 나트륨 클로라이트, 나트륨 디크로메이트, 나트륨 니트라이트, 나트륨 퍼보레이트, 설페이트, 퍼아세트산, 우레아-과산화수소, 과염산, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 모노퍼설페이트 및 디퍼설페이트와 같은, 산화 작용을 수행하는 다수의 물질 중의 어느 것일 수 있다. 바람직하게는 산화제는 사용시에 또는 사용 직전에 부위에서 제형 속에 혼입시킨다. 또한 기타 성분들을 조합하는 시점에 산화제를 혼입시킬 수 있지만, 이와 같이 형성된 조성물의 장기간 저장 조건에 걸친 안정성을 고려해야 한다. 산화제는 약 0.1중량% 내지 약 20중량%, 보다 협소하게는 약 0.25중량% 내지 약 5중량%의 범위의 농도 수준으로 혼입시킨다.
하나 이상의 아미노산을 제형 속으로 혼입시킨다. 제형중의 아미노산의 존재는 CMP 공정 동안 구리 제거율에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 아미노산 수준의 증가는 구리 에칭률을 증가시켜서 바람직하지 않다. 따라서, 농도 수준은 구리 제거율과 에칭률 사이의 허용되는 균형을 성취하도록 조정한다. 전형적으로, 아미노산의 농도는 약 0.05중량% 내지 약 5중량%, 및 보다 협소하게는 약 0.25중량% 내지 약 2중량%의 범위내에 있다.
다양한 아미노산을 CMP 제형의 제조에 사용할 수 있다. 글리신으로도 공지된 아미노아세트산을 사용하여 우수한 결과를 수득하였다. 본 조성물에 사용할 수있는 기타의 대표적인 아미노산은 세린, 라이신, 글루타민, L-알라닌, DL-알라닌, 이미노아세트산, 아스파라긴, 아스파르트산, 발린, 사르코신 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
전형적으로, 물은 제형의 대부분의 중량%를 구성한다. 일반적으로, 제형의 제조에 허용될 수 있는 물은 CMP 공정에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 제형의 안정성이나 CMP 가공에 적용된 물의 표면에도 부정적인 영향을 미치지 않게된다. 전형적으로, 탈이온수를 제형의 제조에 사용하지만, 증류수 또는 역삼투압 수를 사용할 수도 있다.
본원에 기재된 개개의 제형은 단일 산화제, 아미노산, 입상 물질, 물 공급원 및 임의의 첨가제[예: 부식 억제제]로부터 제조할 수 있다. 그러나, 제형은 또한 양호한 효과를 갖는 이러한 성분들 각각의 혼합물 또는 모두를 혼입시킬 수 있다.
본 발명의 제형에 대한 대안으로서, 구리의 제거율은 연마제를 CMP 제형내로 혼입시킴으로써 증가시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 제형중에 높은 연마제 부하는 마이크로-스크랫치를 생성시킬 수 있고, 금속 위에 잔류 연마제 또는 금속 입자를 남길 수 있으며, 웨이퍼 표면의 디슁 및 부식을 촉진시킬 수 있다. 높은 연마제 부하 또는 증가된 아미노산 농도 대신에 매우 낮은 수준의 입자 및 감소된 수준의 아미노산을 혼입시키면 구리층 제거율을 증진시키는 동시에 증가된 수준의 아미노산과 관련된 구리 에칭 및 높은 연마제 부하에 기인하는 단점들을 방지한다. 다량으로 첨가된 연마제-함유 조성물과 비교할만한 제거율을 수득하지만 다량으로 첨가된 연마제-함유 조성물에 비하여 저농도의 아미노산 및 입자를 갖는 조성물을 생성하는 능력은 소비자에게 농축된 형태의 조성물을 보다 용이하게 공급하도록 한다.
고 수준의 입상물질을 함유하는 제형에 있어서, 콜로이드성 안정성을 유지시키는 것은 일반적으로 pH가 협소한 범위내로 될 것을 필요로 한다. 그러나, CMP 공정에서 제형의 연마 비율 또는 정적 에칭 비율을 조절하기 위하여, pH는 바람직하게는 최적의 콜로이드 안정성을 유지시키는 것과 일치하지 않는 상이한 값으로 설정할 필요가 있을 수 있다. 본 발명의 제형중의 낮은 입상물질 농도는, 콜로이드성 안정성을 최적화하기 위하여 특정 pH내에서 작동시키는 요건을 감소시키기 때문에, 연마 비율 및 정적 에칭 비율을 조절함에 있어서 보다 유연하도록 한다.
본 발명의 조성물은 장비 또는 공정 방법론의 수정없이 CMP 가공 장비에 사용할 수 있다. 하기한 방법 및 장비는 예시적인 것이지만, 본 발명의 조성물을 사용할 수도 있는 다양한 방법 및 장비를 사용하였다.
도 1을 참조하면, 통상적인 실시에서 웨이퍼를 연마하는 CMP 과정은 척(chuck), 또는 압반(6)이라고도 공지된, 연마 테이블(polishing table)에 대한 위치로 웨이퍼(4)를 지지하는 캐리어(2)를 이용한다. 연마 및 지지 장치의 이러한 특별한 배열은 경질-압반 설계로 공지되어 있다. 이러한 배열에서, 연마될 웨이퍼 표면은 웨이퍼(4)를 일반적으로 수평 배향으로 지지하는 캐리어(2) 속에 고정되며, 여기서 연마될 표면은 하부로 면하게 된다. 캐리어(2)는, 캐리어(2)의 보유 표면과 연마되지 않는 웨이퍼(4)의 표면 사이에 놓이는 캐리어 패드(8)을 보유할 수 있다. 이러한 패드(8)는 웨이퍼(4)용 완충재(cushion)로서 작용할 수 있지만, 또 다른 완충 재료를 사용할 수 있다.
캐리어 하부에는, 일반적으로 수평으로 배향되어 있고, 연마될 웨이퍼 표면에 평행한 표면을 제공하는 큰 직경의 압반(6)이 있다. 압반(6)에는 평탄화 공정 동안 웨이퍼 표면과 접촉하는 연마 패드(10)가 장착되어 있다. 연마은 스트림(stream) 또는 적가 방식으로 연마 패드(10) 상으로 일반적으로 적용되는 연마 조성물(12)에 의해 촉진된다. 이러한 조성물(12)은 표면으로부터 입자를 제거하는 데 도움을 주는 물질을 공급하며, 웨이퍼 표면의 부근으로부터 제거되는 연마 부산물의 운반성 수송을 위한 매질로서 작용한다.
캐리어(2) 내로 고정된 웨이퍼(4)가 압반(6)상의 연마 패드(10)에 대하여 정렬된 후에, 캐리어(2)와 압반(6) 둘 다는 캐리어와 압반으로부터 수직으로 연장되는 각각의 축(2A) 및 (6A) 둘레로 회전하도록 한다. 웨이퍼 표면과 연마 패드 사이의 평행 관계는 공정 전반에 걸쳐 유지된다. 회전하는 캐리어 축(2A)은 회전 압반(6)에 대한 위치로 고정되게 유지되거나, 압반(6)에 대하여 수평으로 진동할 수 있다. 연마 조성물(12)은 평탄화 공정 동안에 스트림 또는 적가 방식으로 연속적으로 공급된다. 단단히 고정된 웨이퍼(4)를 함유하는 캐리어(2)의 회전 방향은 전형적으로, 필수적이지는 않지만, 압반(6)의 방향과 동일하다. 캐리어(2)와 압반(6)의 회전 속도는 일반적으로, 필수적이지는 않지만, 상이한 값으로 설정된다. 일반적으로, 캐리어(2)는 약 30rpm으로 회전하지만, 압반(6)은 약 90rpm으로 회전한다. 실제로, 캐리어는 0 내지 120rpm의 속도 범위에 걸쳐 회전하고, 압반은 0 내지 150rpm의 속도 범위에 걸쳐 회전한다.
웨이퍼(4)의 표면에서의 물질의 제거율은 압력, 또는 캐리어(6) 내지 압반(6)의 각각의 부근에 의해 웨이퍼 표면에 가해지는 다운포스(downforce), 및 캐리어(2) 및 압반(6)의 회전 속도의 함수로서 변한다. 일반적으로, 연마되는 웨이퍼 표면에서 가해지는 압력은 약 0 내지 10psi의 범위이고, 전형적인 압력은 약 2.8psi이다. 평탄화 과정에 의해 제거되는 물질의 조성 및 두께에 따라, 단일 웨이퍼에 대한 하나의 평탄화 공정을 완결하기 위해 필요한 시간은 1 내지 약 10분 정도이다.
평탄화 공정에 영향을 줄 수 있는 인자는 기타의 것들 중에서 웨이퍼 다운포스, 압반 속도, 패드 구조, 패드 컨디셔닝, 연마 조성물의 화학, 및 조성물 공급율을 포함한다. 평탄화는 최소 다운포스 및 높은 상대 회전속도를 사용함으로써 최대화된다. 웨이퍼 표면 제거율은 다운포스 및 테이블 속도를 증가시킴으로써 최대화된다.
본 발명에 따르는 제형들 및 방법들은 정지 층의 실질적인 제거없이 정지 층에까지 웨이퍼의 표면에 침착된 구리-함유 물질을 효과적으로 제거하는 저농도의 입상 물질을 함유하는 CMP 제형의 능력을 입증한다. 당해 제형들 및 방법들을 성분 물질의 범위를 사용하여 pH 조건의 범위에 걸쳐 실시할 수 있으며, 부작용없이 제형 농축물을 희석시켜 추가로 실시할 수 있다.
첨부한 도면은 본원에 포함되어 있으며 본 명세서의 일부를 구성한다. 이러한 도면은 본 발명의 양태를 설명하며, 본원에서 제공된 설명과 관련하여, 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1은 화학적 기계적 평탄화와 관련하여 이용할 수 있는 가공 장치의 개략도이다.
도 2는 특별한 CMP 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 디슁 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 2에 평가된 동일한 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 부식 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 또 다른 CMP 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 디슁 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 4에 평가된 동일한 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 부식 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 1은 화학적 기계적 평탄화와 관련하여 이용할 수 있는 가공 장치의 개략도이다.
도 2는 특별한 CMP 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 디슁 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 2에 평가된 동일한 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 부식 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 또 다른 CMP 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 디슁 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 4에 평가된 동일한 조성물에 대한 총 구리 제거율에 대한 부식 스텝 높이를 나타내는 그래프이다.
다음에 상세히 설명한 실시예는 가장 바람직한 형태의 본 발명의 실시를 설명하며, 이에 따라 당해 기술분야의 숙련가들이 본 발명을 실시할 수 있도록 한다. 본 발명의 원리, 이의 작동 파라메터 및 기타 명백한 수정은 하기 상세한 과정의 관점에서 이해할 수 있다.
실시예
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웨이퍼 표면의 수개의 물질의 제거율은 수개의 제형을 사용하여 평가한다. 시험 장치는 아리조나주 피닉스(Phoenix) 소재의 스피드팜-IPEC 코포레이션(SpeedFarm-IPEC Corporation)으로부터의 IPEC 472 유니트이었다. 22.5인치(57.21cm) 직경의 테이블에는 아리조나주 85034 피닉스 소재의 로데 코포레이션(Rode Corporation)으로부터의 예비-적층된 K-그루브(pre-stacked K-grooved) IC 1000/SBA IV 연마 패드가 장착되어 있다. 이 테이블은 200mm 웨이퍼가 부착된 작은 직경의 회전 캐리어에 대하여 회전한다. 압반이라고도 공지된 두개의 테이블 및 캐리어는 동일한 방향이지만 상이한 속도로 회전한다. 연마 제형은 연마 패드 상으로 침착되고, 이에 따라 회전 패드의 캐리어로의 상대 운동에 의해 운반되어 웨이퍼 표면과 접촉하게 된다.
수개의 공정 파라메터의 세트를 각종 제형을 평가하는 동안 이용하여 웨이퍼 표면으로부터 물질을 제거하는 제형의 능력을 평가하였다. 공정 파라메터는 구리 제거율에 영향을 미칠 수 있으므로 각각의 평가에 대한 파라메터는 본원에 설정되어 있다. 첫번째 실시예를 위한 시험 장치에 이용된 공정 파라메터는 다음에 나타내었으며; 기타의 실시예에서 사용된 바와 같이 이러한 파라메터는 본원에서 OP-I로서 확인된다. 연마 패드 및 패드 컨디셔너의 상태와 같은, 가능한 제거율 변화의 잠재적 공급원은 또한 가능한 한 일반적으로 일정한 상태로 유지시켰다.
캐리어 상의 다운포스: 3psi
웨이퍼 상의 백필 압력: 2psi
압반 속도: 90rpm
캐리어 속도: 30rpm
패드 유형: IC 1000 S-IV (제조원; Rode Inc.,
Phoenix AZ 85034)
패드 컨디셔닝 1591g. 5.08cm (제조원; Morgan Advanced Ceramics Inc., Diamine Division,
Allentown, PA), 75μ그리드 패드, 동일계
슬러리 유동률: 200ml/min
직경이 각각 8인치(20.3cm)인 4개의 상이한 웨이퍼를 시험에 사용하였다. 당해 웨이퍼는 다음과 같다:
Cu 블랑켓 필름(제조원; Wafered Inc. San Jose, CA)
Ta 블랑켓 필름(제조원; Wafered Inc. San Jose, CA)
SiO2 블랑켓 필름(제조원; Wafered Inc. San Jose, CA)
854AZ 패턴화 필름(제조원; International SEMATECH, Austin, TX)
제형의 구리 제거 능력에 대한 저농도의 콜로이드성 실리카의 영향을 평가하기 위하여, 하기에 나열된 다음 조성에 따라 수용액을 제조하였다. 달리 나타내지 않는 한, 본원에서 모든 농도는 중량%로 나타낸다.
본원에서 달리 나타내지 않는 한, 과산화수소는 물 속에 30중량% 용액으로서 제형 속으로 도입하였다. 또한, 1,2,4-트리아졸을 물 속의 33중량% 용액으로서 도입하는 데, 이 용액은 애쉴랜드 스페셜티 케미칼 캄파니(Ashland Specialty Chemical Co.)에서 시판하고 있다. 달리 나타내지 않는 한, 다음 표 1에 나타낸 성분 물질들의 양은 100% 활성을 기준으로 제공한다.
| 성분 | 제형 1 | 제형 2 |
| H2O2 | 1% | 1% |
| 아미노아세트산 | 1% | 1% |
| 1,2,4-트리아졸 | 500ppm | 500ppm |
| SiO2 | 0.0% | 0.1% |
| 탈이온수 | 잔여량 | 잔여량 |
시험 용액은 개방 용기에서 탈이온수에 목적하는 양의 아미노아세트산 및 1,2,4-트리아졸을 용해시킴으로써 제조하였다. 당해 시험 용액에 pH가 9이고 입자크기가 84nm인 콜로이드성 실리카의 목적하는 양을 가하였다. 콜로이드성 실리카는 수산화암모늄 안정화된 것으로서, 더블유. 알. 그레이스(W.R. Grace)로부터 입수하였다. 콜로이드성 실리카는, 현탁액의 총 중량을 기준으로 하여, 48중량% 실리카의 고체 함량 및 잔여량의 물 및 암모니아를 갖는 현탁액 형태이다. 콜로이드성 실리카를 함유하는 용액은 교반 봉(stirring rod)을 사용하는 물리적 교반에 의해 수분 동안 균질화한 다음, 산화제로서 H2O2를 가하였다.
일반적으로, 본원에서 제공된 입자크기 데이타는 입상 물질의 제조업자에 의해 제공된다. 입상 물질이 분말 형태로 제공되는 경우, 입자 크기는 캘리포니아주 산타 바바라 소재의 파티클 사이징 시스템(Particle Sizing System)으로부터의 애큐자이저(Accusizer) 788/388 ASP 장치를 사용하여 측정하였다. 평균 입자크기 및 입자크기 분포는 90도 각도에서 분산된 입자로부터 산란 강도를 기록한 다음, 자기상관(autocorrelation) 분석을 수행하여 평균 입자크기 및 입자크기 분포를 수득함으로써 당해 장치 속에서 측정한다. 애큐자이저 788/388 장치는 자동희석 챔버, 고체 상태 He/Ne 레이저 및 128-채널 광자 상관기를 특징으로 한다. 이 장치는 주입된 샘플을 적절한 농도로 희석시킨 다음, 적절한 채널 너비를 선택하여 샘플로부터 산란된 광자를 기록한다. 자기상관 기간은 10분이다. 평균 입자크기 및 입자크기 분포는 강도 평균, 용적 평균 및 수 평균을 기준으로 하여 생성할 수 있으며, 강도 평균을 기록하고 측정된 입상 물질을 본원에서 평균 입자크기로 기록한다.
제형 3은 표 1로부터의 제형 1 및 2를 다양한 양으로 배합함으로써 제조하였다. 따라서, 제형 3은 용기 속으로 제형 2의 200용적부(parts by volume)를 제형 1의 1500용적부와 혼합함으로써 제조하였다.
표 1a는 제형 3의 조성을 나타낸다.
[표 1a]
전기도금된 구리, 물리적 증착된 탄탈 및 화학 증착된 TEOS-성장된 이산화규소 블랭킷 막 웨이퍼를, OP-I를 사용하는 CMP 공정에 1분간의 연마 기간 동안 적용하였다. 각각 3개의 웨이퍼에 대한 각각의 막 제거율은 구리 및 탄탈 금속 막에 대해서는 텐코어(Tencor) RS35c 4-점 탐침을 사용하여 측정하고, TEOS 막에 대해서는 필립스 SD 2000 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하여 측정하였다.
제거율 값은 연마 전으로부터 연마 후로의 시험된 웨이퍼의 두께 차이를 측정함으로써 결정한다. 금속 막의 두께 T는 식 'T x R = 저항률'을 적용하여 측정하며, 여기서 T는 막 두께 Å이고 R은 쉬트 저항(sheet resistance) Ω/□이다. 쉬트 저항은 캘리포니아주 산 호세 소재의 KLA-텐코어 코포레이션에서 구입한 텐코어 RS35c 4-점 탐침을 사용하여 측정하였다. 저항률은 특정한 금속 막에 대한 상수이지만, 동일한 금속의 모든 막에 대한 것은 아니다. 순수한 구리 박막에 있어서, 사용된 저항률은 1.8μΩ-cm이었다. 순수한 탄탈 박막에 있어서, 사용된 저항률은 177μΩ-cm이었다. SiO2 유전 막의 두께는 매사츄세츠주 나틱 소재의 필립스 아날리티칼(Philips Analytical)의 SD-2000 이중 파장 엘립소미터를 사용하여, 632.8nm에서 1.47의 굴절률(n) 및 1540nm에서 1.45의 굴절률로 측정하였다.
금속 막 두께를 평가함에 있어서, 당해 막은 상기한 식을 사용하여 초기 두께를 측정하기 위하여 쉬트 저항을 측정한 다음, 막을 CMP 프로토콜을 사용하여 1분 동안 연마하였다. 연마 단계 후에, 웨이퍼를 회전 세정 및 건조에 의해 세척하고, 쉬트 저항을 다시 측정하여 나머지 두께를 계산하였다. 이후에, 제거된 막의 양은 연마 단계 전과 후의 두께 차이를 계산하여 측정하였다.
텐코어 4-점 탐침을 또한 금속 정적 에칭률(SER)을 측정하기 위해 사용하였다. 동일한 금속에 대한 제거율과 비교한 특별한 제형에 대한 정적 에칭률은 에칭을 통한 바람직하지 않은 금속 제거 없이 금속 연마를 촉진시키는 제형의 능력의 척도를 제공한다. 각각의 면에서 공칭적으로 약 3.3cm인 정사각형 웨이퍼 조각은 에칭 전에 텐코어 RS35c 탐침을 사용하여 두께를 측정하였다. 이후에, 이러한 조각을 샘플 홀더로 250ml 들이 비이커 속에서 현탁시켰다. 이후에, 비이커에 현탁된 웨이퍼 조각을 피복하는 시험 용액을 가하였다. 이 용액을, 실온에서 공칭적으로 20분의 에칭 기간 동안 약 125rpm으로 작동하는 자기 교반기를 사용하여 교반하였다. 정확한 속도 결과를 수득하기 위하여, 표면으로부터 적어도 약 300Å의 물질이 제거되어야 한다.
에칭 기간이 완결된 후에, 웨이퍼 조각을 제거하고, 탈이온수 속에서 세척하고, 압축 공기 또는 질소를 사용하여 취입 건조(blown dry)시켰다. 이후에, 제거된 물질의 양은 측정후 평균 막 두께로부터 측정전 평균 막 두께를 감하여 측정하였다.
탄탈 제거율은 구리 제거율과 동일한 방법으로 측정하였다. SiO2 제거율은 필립스 SD 2000 엘립소미터를 사용하여 측정하였다.
모든 막의 막 제거율 및 구리의 에칭률을 나타내는 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 본원에서 모든 막 제거율에 대하여 나타낸 결과는 2개의 웨이퍼의 직경을 가로질러서 49점의 평균으로서 취하고, 이에 따라 에칭률은 98 데이타 점을 기본으로 한다. 모든 정적 에칭률에 대하여 나타낸 결과는 샘플 조각을 가로질러서 9회의 측정의 평균으로서 취하였다.
| 제형 번호 | SER(Å/Min) | Ta RR(Å/Min) | SiO2 RR(Å/Min) | Cu RR(Å/Min) |
| 1 | 54.3 | 14 | 3 | 337 |
| 2 | 63.0 | 12.7 | 0 | 8266 |
| 3 | * | <15 | 0 | 8307 |
| * 시험이 수행되지 않았음. | ||||
상기 결과는 매우 소량의 콜로이드성 실리카를 첨가함으로써 구리 제거율을 실질적으로 증진시킴을 입증한다. 단지 0.012%의 콜로이드성 실리카를 함유하는 제형 3은 제형 1보다 24배 이상 큰 구리 제거율을 생성하는 데, 이는 콜로이드성 실리카의 존재를 제외하고는 모든 측면에서 동일하였다. 제형 2에 나타낸 바와 같이, 제형 속으로 혼입되는 콜로이드성 실리카의 양이 많아지면, 제형 3의 경우에 발견되는 것과 비교할만한 구리 및 탄탈 제거율을 제공하였다. 탄탈 제거율은 중요하지 않은 것으로 고려되었으며, 콜로이드성 실리카를 함유하는 제형은 콜로이드성 실리카를 함유하지 않는 기본 제형과 대략 동일한 양의 탄탈을 제거한 것을 알 수 있다. SiO2 제거율은 모든 제형에 있어서 효과적으로 0이었다.
탄탈의 경우에, 정지 층에 대한 구리 선택도는, 구리 및 탄탈 제거율 둘다를 측정하는 경우 제형 각각에 대한 탄탈의 제거율에 대해 구리 제거율을 비교함으로써 측정하였다. 또한, 제형 1 및 2에 대해 생성된 구리에 대한 정적 에칭률을 측정하였으며 구리 제거율과 비교할 때 매우 낮은 것으로 밝혀졌다. 구리의 정적 에칭률에 대한 구리 제거율을 제형 1 및 2에 대해 측정하였다. 에칭률에 대한 제거율의 비가 높은 것이 바람직하다. 당해 비는 하기 표 2a에 제공된다.
[표 2a]
따라서, 높은 Cu:Ta 선택도는, 비교적 낮은 에칭률을 여전히 유지하면서 제형 2 및 3을 사용하여 수득되었다. 또한, 높은 Cu RR/Cu SER 성능이 제형 2에 의해 달성되었다.
입상 물질, 아미노산 및 부식 억제제 성분들의 농도가 상이한 추가의 제형들을, 상기 표 1로부터의 제형 2와 1중량% H2O2 용액을 변화하는 상대적인 농도에서 개방된 용기내로 실온에서 혼합함으로써 제조하였다. 하기 제형 4 내지 11은 하기 표 3에 나타낸 조성을 지닌다. 상대적인 양의 제형 2와 H2O2 용액을 용적% 기준으로 나타낸 제형내로 혼입하였다. 표 3은 또한 각종 제형에 대한 산화제, 아미노산, 부식 억제제 및 입상 물질의 수득되는 효과적인 농도를 제공한다.
| 성분 | 제형 4 | 제형 5 | 제형 6 | 제형 7 | 제형 8 | 제형 9 | 제형 10 | 제형 11 |
| 1% H2O2 (용적당) | 95 | 90 | 85 | 80 | 75 | 65 | 50 | 25 |
| 제형 2(용적당) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 50 | 75 |
| 콜로이드성 실리카 함량(ppm) | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 350 | 500 | 750 |
| 아미노아세트산 함량(ppm) | 500 | 1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3500 | 5000 | 7500 |
| 1,2,4-트리아졸 함량(ppm) | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 175 | 250 | 375 |
| 총 H2O2 함량(ppm) | 10,000 | 10,000 | 10,000 | 10,000 | 10,000 | 10,000 | 10,000 | 10,000 |
CMP 적용은 상기 기술된 IPEC 472 플래트폼과 실시예 1에 기술된 OPI-CMP 프로토콜을 사용하고 제형 4 내지 11을 사용하여 1분의 수행 시간 동안 각각의 구리, 탄탈 및 SiO2 블랑켓 웨이퍼에서 수행하였다. 각각의 제형에 대해, 구리, 탄탈 및 SiO2에 대한 제거율 결과, 및 구리 대 탄탈의 선택도 비를 하기 표 4에 나타낸다. 상기 나타낸 제거율 측정을 사용하였다.
| 제형 번호 | Cu RR (Å/Min) |
Ta RR (Å/Min) |
TEOS RR (Å/Min) |
Cu/Ta RR | 콜로이드성 실리카 함량(ppm) |
| 4 | 622 | 9 | 0 | 69.1 | 50 |
| 5 | 1269 | 9 | 22 | 141 | 100 |
| 6 | 2965 | 5 | 0 | 593 | 150 |
| 7 | 2791 | 13 | 0 | 214.7 | 200 |
| 8 | 2951 | 9 | 0 | 327.9 | 250 |
| 9 | 4535 | 13 | 27 | 348.8 | 350 |
| 10 | 5848 | 12 | 28 | 487.3 | 500 |
| 11 | 6790 | 18 | 3 | 377.2 | 750 |
표 4의 결과가 나타내는 바와 같이, 탄탈 및 SiO2의 제거율은 모든 제형의 경우 낮다. 한편, 구리의 제거율은 622 Å/Min 내지 6790 Å/Min으로 다양하였다. 따라서, 구리의 제거율은 탄탈 및 SiO2 제거율에 비해 조절 가능하다.
2개 조성물들은 최소의 표면형태를 갖는 만족스러운 평탄화 성능을 제공하는 이들의 능력에 대해 시험하였다. 상기 제조된 바와 같은 제형 2를 사용하여 8'' SEMATECH 854AZ 패턴화된 웨이퍼를 평탄화하고, 이를 분리된 100㎛ 너비 라인에 있어서의 디슁 효과 및 9㎛ x 1㎛, 90% 금속 밀도 배열에 있어서의 부식 효과에 대해 평가하였다. 평탄화는, 몇가지 측면에서 OP-I로부터 변하는 CMP 프로토콜 OP-II를 사용하여 수행하였다. OP-II 프로토콜이 아래에 기재되어 있다:
OP-II
캐리어 상의 다운포스: 2psi
웨이퍼 상의 백필 압력: 1psi
압반 속도: 120rpm
캐리어 속도: 30rpm
패드 유형: IC 1000 S-IV (제조원; Rode Inc.,
Phoenix AZ 85034)
패드 컨디셔닝 1591g. 5.08cm (제조원; Morgan Advanced Ceramics Inc., Diamine Division,
Allentown, PA), 75μ그리드 패드,
동일계
슬러리 유동률: 200ml/min
패턴화된 웨이퍼를, 업자(KLA-Tencor Corporation)로부터의 텐코어 P2 프로파일러(Tencor P2 profiler)를 사용하여 각각의 연마 단계 후 854AZ 패턴화된 웨이퍼상에서 각각의 구조의 스텝 높이 크기를 측정함으로써 디슁 효과 및 부식 효과에 대해 후속적으로 분석하였다. SEMATECH 854AZ 패턴화된 웨이퍼의 중심 다이, 중간 반경 다이 및 가장자리 다이로부터 분리된 100㎛ 너비 라인상에서의 디슁을 특성화하였다. 또한 패턴화된 웨이퍼의 중심 다이, 중간 반경 다이 및 가장자리 다이로부터 9㎛ x 1㎛, 90% 금속 밀도 배열에서의 부식을 특성화하였다.
디슁 평가를 위해 중심 다이, 중간 반경 다이 및 가장자리 다이 위치에서 각각의 패턴화된 웨이퍼 연마 및 디슁 스텝 높이 크기에 대해 동일한 조건하에서 연마된 블랑켓 구리 막을 기준으로 동일한 다이 위치에서 제거된 구리의 축적된 총 양에 대해 제형 2를 사용하여 생성시킨 데이타를 표 5에 나타낸다. 당해 데이타 점을 사용하여 도 2에 나타낸 바와 같은 그래프를 생성시켰다.
부식 평가를 위해 중심 다이, 중간 반경 다이 및 가장자리 다이 위치에서 각각의 패턴화된 웨이퍼 연마 및 부식 스텝 높이 크기에 대해 동일한 조건하에서 연마된 블랑켓 구리 막을 기준으로 동일한 다이 위치에서 제거된 구리의 축적된 총 양에 대해 제형 2를 사용하여 생성시킨 데이타를 표 6에 나타낸다. 당해 데이타 점을 사용하여 도 3에 나타낸 바와 같은 그래프를 생성시켰다.
| 다이 위치 | 다이로부터 제거된 총 구리(Å) | 디슁 스텝 높이(100μx 100μ)(Å) |
| 중심 다이 | 0 6934 9459 12000 13064 |
6000 200 0 600 900 |
| 중간 다이 | 0 7321 10178 13025 14109 |
6250 100 0 600 1150 |
| 가장자리 다이 | 0 6593 10180 14284 15888 |
6250 100 400 1650 1900 |
| 다이 위치 | 다이로부터 제거된 총 구리(Å) | 부식 스텝 높이(9μ 금속 1μ 포스트) (Å) |
| 중심 다이 | 0 6934 9459 12000 13064 |
2700 100 0 275 300 |
| 중간 다이 | 0 7321 10178 13025 14109 |
2400 100 175 400 400 |
| 가장자리 다이 | 0 6593 10180 14284 15888 |
2500 550 175 450 500 |
별도의 시험에서, 실시예 1에서 상기 정의한 유형의 콜로이드성 실리카 35ppm, 0.35% 아미노아세트산, 175ppm 1,2,4-트리아졸, 1% 과산화수소 및 나머지 양의 탈이온수를 포함하는 제형 3A를 제조하였다. 당해 제형을 SEMATECH 854AZ 패턴화된 웨이퍼를 사용하여 디슁 효과에 대해 평가하였다. 평탄화를 상기 OP-II CMP 프로토콜을 사용하여 수행하였다. 이후에, 웨이퍼를 중심 다이, 중간 다이 및 가장자리 다이 위치에서 디슁 효과에 대해 분석하였다. 디슁 평가를 위해 제거된 구리의 총 양 및 디슁 스텝 높이에 대해 제형 3A를 사용하여 생성시킨 데이타를 하기 표 7에 나타낸다. 당해 데이타 점을 사용하여 도 4에 나타낸 바와 같은 그래프를 생성시켰다. 부식 평가를 위해 중심 다이, 중간 다이 및 가장자리 다이 위치에서 제거된 구리의 총 양 및 부식 스텝 높이에 대해 제형 3A를 사용하여 생성시킨 데이타를 하기 표 8에 나타낸다. 당해 데이타 점들을 사용하여 도 5에 나타낸 그래프를 생성시켰다.
| 다이 위치 | 다이로부터 제거된 총 구리(Å) | 디슁 스텝 높이(100μx 100μ)(Å) |
| 중심 다이 | 0 6999 7946 8969 10357 11862 |
5700 150 0 0 125 375 |
| 중간 다이 | 0 7748 8763 9782 11342 12869 |
6000 0 0 0 200 475 |
| 가장자리 다이 | 0 7500 8887 10010 11897 13638 |
6100 150 150 0 600 1100 |
| 다이 위치 | 다이로부터 제거된 총 구리(Å) | 부식 스텝 높이(9μ 금속 1μ 포스트) (Å) |
| 중심 다이 | 0 6999 7646 8969 10357 11862 |
2500 400 300 0 0 150 |
| 중간 다이 | 0 7748 8763 9782 11342 12869 |
2500 400 0 0 175 325 |
| 가장자리 다이 | 0 7500 8887 10010 11897 13638 |
2500 750 200 200 250 500 |
도금된 상태의 854AZ 패턴화된 웨이퍼상에서 연마 동안 표면형태 전개를 평가하는데 있어서, 구리 제거량을 기타 경우와 동일한 조건하에서 연마한 블랑켓 구리 도금된 필름상에서 측정하였다. 이러한 구리 제거량을 4-점 탐침에 의해, 그러나 패턴화된 웨이퍼상에서 동일한 다이 위치에 상응하는 5개의 텐코어 RS35c 측정을 사용하여 측정하였다. 각각의 연속된 연마에서 제거된 구리의 축적량을 목적한 특징 형태를 바로 벗어나는 물질의 높이에 대해 목적한 특징에 있어서 물질의 높이 차이를 절대치 측면에서 비교하였다. 디슁 효과 평가를 위해, 트렌치내 구리의 높이를 트렌치 바로 외부의 물질의 인접한 높이와 비교하였다. 트렌치 너비는 100㎛이었다. 부식 효과를 평가하기 위해, 90% 금속 밀도 배열의 중간에서 물질의 최대 높이를 배열 바로 외부의 물질의 높이와 비교한다. 인접한 실리카 라인에 대한 구리 라인의 너비는 9㎛ 내지 1㎛이었다. 디슁 및 부식 효과 평가 둘다의 경우, 공정을 현저한 도금된 상태의 표면형태로 개시하였다. 구리 제거 공정은, 주요 구리가 주변 표면상에서의 구리와 실질적으로 동일한 높이이어서 표면형태없이 그러나 구리가 과중하게 잔류하는 상태에 이르는 싯점에 도달하였다. 이후, 연속된 연마를 개시하여 과중화된 구리를 세척하고 주변 웨이퍼 상에서 트렌치 외부의 물질에 대해 트렌치 구조내 구리를 제거하며, 높이에 있어서 이러한 차이의 절대치를 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 그래프로 나타내었다. 이러한 세척 과정 동안 표면형태의 생성은 일반적으로 제거된 구리의 총 양 정도와 직선 형태로 증가하였다. 제거된 구리에 대한 표면형태 생성의 기울기는 목적한 구조에 대한 디슁 또는 부식 민감성으로 명명하며 성능 지표(performance metric)로 사용할 수 있다. 이러한 민감성 값은 치수가 없다. 기울기 값이 낮을수록, 소정량의 제거된 구리에서 표면형태의 양이 적어지고 성능이 더 우수해진다. 표 5 및 표 6의 데이타에 있어서, 100㎛ 너비 라인 디슁 민감성의 크기는 도 2에 나타낸 바와 같이 대략 0.29이며 90% 금속 밀도 부식 민감성 크기는 도 3에 나타낸 바와 같이 대략 0.07이었다. 표 7 및 표 8로부터의 데이타에 있어서, 제형 3A에 대한 상응하는 디슁 크기 및 부식 민감성의 크기는, 각각 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각 0.2 및 0.097이었다. 디슁 및 부식 민감성 둘다를 그래프의 과연마 부위의 데이타 점에서 최소 평방 피트(a least squares fit)로 측정하였다. 기술된 제형을 OP-II 시험 프로토콜에 사용하였다. 수행 시간은 평가 과정에 걸쳐 변하였다. 60초, 30초, 30초 및 30초의 연속적인 연마 시간을 제형 2의 평가를 위해 사용하였다. 60초, 60초, 30초, 30초, 40초 및 40초의 연속된 연마 시간을, 출발점(제거된 구리 0Å)과 각각 60초의 2회 연마 시간에 도달한 다음 데이타 도입사이의 간격으로, 제형 3A 평가를 위해 사용하였다.
실시예
2
구리 제거율을 증진시키기 위한 조성물내 상이한 입상 물질의 능력을 평가하였다. 하기 표 9에 나타낸 단일 제형 조성물을 사용하여 각종 입상 물질을 평가하였다.
개개 제형은, 우선 아미노아세트산, 1,2,4-트리아졸 및 물을 배합한 후, 일반적으로 제조업자로부터 예비-분산액 형태 또는 기타 물-함유 유동가능한 형태, 또는 분말로부터 직접 또는 분말과 소량의 안정화 첨가제를 임의로 함유하는 물의 실험실 제조된 균질 혼합물로서의 특정 입상 물질속에 가함으로써 제조하였다.
| 성분 | 농도 |
| H2O2 | 1% |
| 아미노아세트산 | 1% |
| 1,2,4-트리아졸 | 500ppm |
| 입상 물질 | 0.1% |
| 탈이온수 | 잔여량 |
각종 제형을, 상이한 입자를 대체하고 제거율을 평가함으로써 개발하였다. 실시예 1(OP-I)에 기술된 CMP 프로토콜을 하기 제형 12, 13 및 14에 대한 1분 동안의 수행 시간 동안 이용하였다. 구리 막 제거율을 텐코어 RS35-c 4-점 탐침을 사용하여 측정하였다. 이러한 일련의 수행에 대한 각각의 입상 물질을 분말 형태로부터 각각의 제형 속으로 배합하고 평균 입자크기를 위에서 기술한 애큐자이저 측정 장치를 사용하여 생성시켰다.
열분해법 실리카를 약 255ppm의 인산을 첨가하면서, 20중량%의 현탁액을 제조하기에 충분한 탈이온수와 실험실에서 혼합하였다. NH4OH를 또한 혼입시켜 최종 pH를 대략 7로 조절하였다. 혼합물을 균질화기를 사용하여 약 10분동안 교반하였다. 산화알루미늄 분말을 약 750ppm의 인산을 첨가하면서 18% 고체 예비-분산액을 제조하기에 충분한 탈이온수와 실험실에서 합하였다. 추가의 pH 조절은 사용하지 않았다. 혼합물을 균질화기를 사용하여 약 10분동안 교반하였다. 이산화티탄을 탈이온수중에서 예비-분산시켜 10% 고체 현탁액을 제조하였다. 300ppm H3PO4를 혼합물내로 도입시키고, NH4OH를 경우에 따라 가하여 pH를 대략 7로 조절하였다. 혼합물을 균질화기를 사용하여 10분동안 교반하였다. 모든 경우에 산화제를, 다른 성분들을 합한 후에 가하였다. 제형 번호, 제형에 사용된 입상 물질 및 구리 제거율을 열분해법 실리카, 열분해법 산화알루미늄 및 이산화티탄에 대해 하기 표 10에 제공한다.
| 제형 번호 | 입상 물질 | Cu RR(Å/Min) |
| 12 | 열분해법 SiO2 1 | 8984 |
| 13 | 열분해법 Al2O3 2 | 4501 |
| 14 | TiO2 3 | 7963 |
| 1 에어로실 90 제품, 250ppm 입자 크기, 뉴저지주 소재의 데구사 코포레이션(Degussa Corp.)으로부터 시판 2 산화알루미늄 C 제품, 300nm, 뉴저지주 소재의 데구사 코포레이션으로부터 시판 3 이산화티탄 P25, 300nm, 뉴저지주 소재의 데구사 코포레이션으로부터 시판 |
||
입상 물질의 추가의 조성물에 대한 별개의 수행 그룹을 1분의 수행 시간으로 OP-III으로서 확인된 다른 CMP 프로토콜을 사용하여 생성하였다. 상대적인 매개변수는 다음과 같다:
OP-III
캐리어 상의 다운포스: 2.8psi
백필 압력: 2psi
압반 속도: 150rpm
캐리어 속도: 30rpm
패드 유형: IC 1000 S-IV (제조원; Rode Inc.,
Phoenix AZ85034)
패드 컨디셔닝 1591g. 5.08cm (제조원; Morgan Advanced Ceramics Inc., Diamine Division,
Allentown, PA), 75μ그리드 패드, 동일계
슬러리 유동률: 150ml/min
OP-III 프로토콜에서 사용된 추가의 입상 물질을 함유하는 제형은 하기 기재된 구리 제거율 데이타를 생성하였다.
CeO2를 상업적으로 제조된 슬러리로서 아미노아세트산, 1,2,4-트리아졸 및 물의 배합물내로 교반하면서 도입하였다. 폴리스티렌 라텍스 구를 아미노아세트산, 1,2,4-트리아졸 및 물의 배합물내로 약 10분동안 기계적 교반 바 교반하에 도입시켰다. 카올린 및 운모 분말을 함유하는 제형을 폴리스티렌 라텍스 구를 함유하는 제형과 유사한 방식으로 제조하였다. 모든 경우에 산화제를, 다른 성분들을 합한 후에 가하였다. 실시예 1에 기재된 제거율 측정방법을 사용하였다.
[표 10a]
표 10 및 표 10a에서의 구리 제거율 결과는 각종 입자 조성물을 함유하는 제형의 효능을 입증한다. 우수한 제거율은 실리카 및 알루미나와는 명백히 다른 입상 구조를 갖는 카올린 및 운모와 같은 물질을 사용하여 관측됨에 주목하여야 한다.
실시예
3
아미노아세트산 외에 다른 아미노산의 사용을 평가하였다. 아미노산을 제외하고는 동일한 성분들을 함유하고, 하기 표 11에 나타낸 바와 같은 기본 조성을 갖는 각종 제형을 제조하였다. 콜로이드성 실리카는 실시예 1에서 앞서 기술한 바와 동일하였다. 시험 용액을, 목적한 양의 아미노산과 1,2,4-트리아졸을 개방된 용기속에서 탈이온수에 용해함으로써 제조하였다. 당해 용액에 콜로리드성 실리카를 가하였다. 콜로이드성 실리카를 함유하는 용액을 산화제로서 H2O2를 가하기 전에 수분 동안 교반 봉을 사용하여 물리적으로 교반함으로써 균질화하였다.
| 성분 | 농도 |
| H2O2 | 1% |
| 아미노산 | 2% |
| 1,2,4-트리아졸 | 500ppm |
| 콜로이드성 SiO2 | 0.1% |
| 탈이온수 | 잔여량 |
각각의 제형에 사용된 특정 아미노산과 제형 번호를 하기 표 12에 나열한다. 표 12는 제형 번호, 사용된 특정 아미노산 및 텐코어 RS35c 4-점 탐침을 사용하여 측정한 1분 수행에 대한 구리의 제거율을 나열한다. 실시예 2에 기술된 OP-III CMP 프로토콜을 사용하고, 실시예 1에 나타낸 제거율 측정방법을 사용하였다.
| 제형 번호 | 아미노산 | Cu RR(Å/Min) |
| 19 | 세린 | 8267 |
| 20 | 라이신 | 1906 |
| 21 | 글루타민 | 5650 |
| 22 | L-알라닌 | 5588 |
| 23 | DL-알라닌 | 5739 |
| 24 | 이미노아세트산 | 1945 |
| 25 | 아스파라긴 | 4260 |
| 26 | 아스파르트산 | 2787 |
| 27 | 발린 | 1977 |
| 28 | 사르코신 | 5852 |
상기 제형에서는 이미노아세트산을 함유하는 제형 24의 경우에 NH4OH를 사용하여 pH를 7로 조절하는 것 외에는 pH 조절이 요구되지 않았다. 나머지 제형에 대한 pH는 5.5 내지 7.3의 범위내이었다.
실시예
4
CMP 제형에 대한 pH의 유효 범위를 또한 평가하였다. 1% H2O2, 1% 아미노아세트산, 500ppm의 1,2,4-트리아졸 및 실시예 1에 기술된 유형의 0.1% 콜로이드성 SiO2를 포함하는 3개의 수성 혼합물을 제조하였다. 초기 pH 값은 모두 6.6이었다. 일부(제형 30)는 이러한 pH를 유지하였다. 암모니아 용액을 원 조성물의 별개 부분내로 혼입시켜 당해 샘플(제형 31)의 pH를 9로 조절하였다. 시트르산을 별개 부분내로 혼입시켜 샘플(제형 29)의 pH를 3.5로 조절하였다. 실시에 2에 기술된 OP-III CMP 프로토콜을 1분 동안의 수행 시간 동안 사용하고, 실시예 1에 나타낸 구리 제거율 측정방법을 사용하였다. 시험 결과를 하기 표 13에 나타낸다.
| 제형 번호 | pH | Cu RR(Å/Min) |
| 29 | 3.5 | 2281 |
| 30 | 6.6 | 7229 |
| 31 | 9.0 | 3109 |
허용되는 제거율 결과는 광범위한 pH 값에 걸쳐 수득되는 것으로 관측되었다.
실시예
5
제형내 입상 물질 단독의 농도에 있어서의 변화에 대한 구리 제거율의 효과를 또한 평가하였다. 당해 실시예에 대한 단일 기본 제형은 하기 표 14에 나열한 성분들 및 농도치를 갖도록 개발되었다.
| 성분 | 농도 |
| H2O2 | 1% |
| 아미노아세트산 | 1% |
| 1,2,4-트리아졸 | 500ppm |
| 콜로이드성 SiO2 | 각종 첨가 수준 |
| 탈이온수 | 잔여량 |
하기 제형을 상이한 농도의 콜로이드성 실리카를 사용하여 제조하고 구리 제거율을 측정하였다. 콜로이드성 실리카는 실시예 1에서 이미 기술한 것이다. 실시예 2에 기술된 OP-III CMP 프로토콜을 1분 동안의 수행 시간 동안 사용하고, 실시예 1에 나타낸 제거율 측정 방법을 사용하였다. 시험 용액을, 목적한 양의 아미노산 및 1,2,4-트리아졸을 개방 용기 속에서 탈이온수에 용해시켜 제조하였다. 당해 용액에 콜로이드성 실리카를 가하였다. 콜로이드성 실리카를 함유하는 용액을 산화제로서 H2O2를 가하기 전에 교반 봉을 사용하여 수 분 동안 물리적으로 교반함으로써 균질화시켰다. 하기 표 15는 각종 제형, 콜로이드성 실리카 첨가 수준 및 구리 제거율을 나타낸다
| 제형 번호 | SiO2(ppm) | Cu RR(Å/Min) |
| 32 | 0 | 1661 |
| 33 | 5 | 5531 |
| 34 | 10 | 6175 |
| 35 | 35 | 4822 |
| 36 | 1000 | 7229 |
구리 제거율에 있어서의 실질적인 증가가, 콜로이드성 실리카가 첨가되지 않은 제형에 비해 심지어 매우 낮은 수준의 콜로이드성 실리카를 갖는 제형에서 관측되었다.
실시예
6
희석될 제형의 능력을 또한 평가하였다. 하기 표 16에 나타낸 제형 37을 H2O2 산화제를 함유하지 않는 농축물로서 먼저 제조한 후 표 16에 또한 나타낸 제형 38과 동일한 성분 농도를 갖는 용액을 생성시키기에 충분한 물 40배 용적으로 희석시켰다. 표 16에 나타낸 성분 농도를 갖는 제형 38을 별도로 제조하였다. 시험 용액을, 목적한 양의 아미노산 및 1,2,4-트리아졸을 개방된 용기속에서 탈이온수에 용해함으로써 제조하였다. 당해 용액에 콜로이드성 실리카를 가하였다. 콜로이드성 실리카를 함유하는 용액을 수분 동안 교반 봉을 사용하여 물리적으로 교반함으로써 균질화시켰다. 산화제로서의 H2O2를, 물로 희석시킨 후 제형 37에만 가하여 실제적으로 시험할 용액을 형성시켰다.
실시예 2에 나타낸 OP-III 프로토콜을 사용하여 1분의 수행 시간으로 제형 37 및 38에 대한 구리 제거율을 평가하였다. 제거율을 텐코어 RS35c 4-점 탐침을 사용하여 측정하고, 실시예 1에 나타낸 제거율 측정 방법을 사용하였다. 구리 제거율을, 물로 일반적으로 희석시켜 제조한 제형 38 및 이후에 희석될 농축물(제형 37)에 대해 하기 표 16에 기재한다. 비교를 위해, 제형 2를 또한 제형 39로서 하기 나타낸 농축물로서 제조하나, 산화제로서 H2O2를 포함하지 않고 상기 기재한 바와 같이 제조하였다. 이후 당해 제형 39를 하기 기재한 제형 2와 동일한 성분 농도를 갖는 용액을 생성시키기에 충분한 물 10배 용적으로 희석시켰다. 표 16에 나타낸 성분 농도를 갖는 제형 2를 별도로 제조하였다. 산화제로서 H2O2를, 물로 희석시킨 후 제형 39에만 가하여 실제적으로 시험할 용액을 형성시켰다. 하기 나타낸 변형 프로토콜(OP-IV)를 사용하여 희석된 제형 39 및 제형 2에 대한 구리 제거율을 1분 수행 시간을 사용하여 평가하였다.
OP-IV
캐리어 상의 다운포스: 2psi
백필 압력: 1.5psi
압반 속도: 50rpm
캐리어 속도: 30rpm
패드 유형: IC 1000 S-IV (제조원; Rode Inc.,
Phoenix AZ 85034)
패드 컨디셔닝: 1591g. 5.08cm (제조원; Morgan Advanced Ceramics Inc., Diamine Division,
Allentown, PA), 75μ그리드 패드, 동일계
슬러리 유동률: 150ml/분
제거율을 텐코어 RS35c 4-점 탐침을 사용하여 측정하고, 실시예 1에 나타낸 제거율 측정 방법을 사용하였다. 구리 제거율은 또한 물로 일반적으로 희석시켜 제조한 제형 2 및 이후에 희석될 농축물(제형 39)에 대해 하기 표 16에 기재되어 있다.
| 성분 | 제형 37 | 제형 38 | 제형 39 | 제형 2 |
| H2O2 | ---* | 1% | ---* | 1% |
| 아미노아세트산 | 14% | 0.35% | 10% | 1% |
| 1,2,4-트리아졸 (ppm) |
7000 | 175 | 5000 | 500 |
| SiO2(ppm) | 1400 | 35 | 10000 | 1000 |
| 탈이온수 | 잔여량 | 잔여량 | 잔여량 | 잔여량 |
| Cu RR(동일한 수준의 희석)Å/Min | 3223 | 3346 | 3661 | 3284 |
| 프로토콜 | OP-III | IP-III | IP-IV | OP-IV |
| * 1% H2O2를 최종의 희석된 용액에 가하였다 | ||||
상기 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 나타낸 제형들 및 방법들은 정지 층의 실질적인 제거없이 정지 층에까지 웨이퍼의 표면에 침착된 구리-함유 물질을 효과적으로 제거하는 저농도의 입상 물질을 함유하는 CMP 제형의 능력을 입증한다. 당해 제형들 및 방법들을 성분 물질의 범위를 사용하여 pH 조건의 범위에 걸쳐 실시할 수 있으며, 부작용없이 제형 농축물을 희석시켜 추가로 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라서 상기 설정한 목적, 목표 및 이점들을 충분히 만족시키는 제형들을 이용하여 CMP 제형 및 평탄화 방법들이 제공됨이 명백하다. 본 발명이 이의 특정 양태와 함께 기술되었지만, 상기한 기술의 측면에서 많은 대안, 변형 및 변화가 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 따라서, 일반적인 발명 개념의 취지 또는 영역을 벗어남이 없이 이러한 세부사항으로부터 변경이 이루어질 수 있다.
Claims (37)
- 산화제;
아미노아세트산, 세린, 라이신, 글루타민, L-알라닌, DL-알라닌, 이미노아세트산, 아스파라긴, 아스파르트산, 발린, 사르코신 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 아미노산;
열분해법 실리카(fumed silica), 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 입상 물질 5중량ppm 내지 700중량ppm; 및
물을 포함하는, 정지층(stop layer) 위의 구리를 함유하는 웨이퍼의 표면으로부터 구리를 제거하는데 사용하기 위한 조성물로서, 정지 화합물(stopping compound)의 존재하에서 정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 50:1 이상으로 유지시키면서 웨이퍼의 표면으로부터 구리의 제거를 촉진시키는 조성물. - 제1항에 있어서, 산화제가 과산화수소인 조성물.
- 제1항에 있어서, 아미노산이 아미노아세트산인 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질이 열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질이 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 100:1 이상으로 유지시키는 조성물.
- 제1항에 있어서, 정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 300:1 이상으로 유지시키는 조성물.
- 제1항에 있어서, pH가 6.6인 조성물.
- 제1항에 있어서, pH가 3.5 내지 9의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질의 입자 크기가 4nm 내지 10,000nm의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질의 입자 크기가 4nm 내지 1,000nm의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질의 입자 크기가 4nm 내지 400nm의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질의 농도가 5중량ppm 내지 400중량ppm의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 입상 물질의 농도가 5중량ppm 내지 100중량ppm의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 부식 억제제를 추가로 포함하는 조성물.
- 제15항에 있어서, 부식 억제제가 1,2,4-트리아졸인 조성물.
- 제1항에 있어서, 아미노산의 농도가 0.05중량% 내지 5중량%의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서, 아미노산의 농도가 0.25중량% 내지 2중량%의 범위인 조성물.
- 제1항에 있어서,
과산화수소 1중량%;
아미노아세트산 1중량%;
1,2,4-트리아졸 500ppm;
열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 입상 물질 5중량ppm 내지 700중량ppm; 및
물을 포함하고,
정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 553.8 이상으로 유지시키면서 웨이퍼 표면으로부터 구리의 제거를 촉진시키는 조성물. - 제1항에 있어서,
과산화수소 0.25 내지 5중량%;
아미노아세트산 0.05 내지 5중량%;
1,2,4-트리아졸 20 내지 10,000ppm;
열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 입상 물질 5중량ppm 내지 700중량ppm; 및
물을 포함하고,
정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 50:1 이상으로 유지시키면서 웨이퍼 표면으로부터 구리의 제거를 촉진시키는 조성물. - 산화제;
아미노아세트산, 세린, 라이신, 글루타민, L-알라닌, DL-알라닌, 이미노아세트산, 아스파라긴, 아스파르트산, 발린, 사르코신 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 아미노산;
열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 입상 물질 5중량ppm 내지 700중량ppm; 및
물로 이루어진, 정지 층 위에 구리를 함유하는 웨이퍼의 표면으로부터 구리를 제거하는데 사용하기 위한 조성물로서, 정지 화합물의 부재하에서 정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 50:1 이상으로 유지시키면서 웨이퍼의 표면으로부터 구리의 제거를 촉진시키는 조성물. - 제21항에 있어서, 산화제가 과산화수소인 조성물.
- 제21에 있어서, 아미노산이 아미노아세트산인 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질이 열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질이 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 조성물.
- 제21항에 있어서, 정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 100:1 이상으로 유지시키는 조성물.
- 제21항에 있어서, 정지 층 제거율에 대한 구리 제거율을 300:1 이상으로 유지시키는 조성물.
- 제21항에 있어서, pH가 6.6인 조성물.
- 제21항에 있어서, pH가 3.5 내지 9의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질의 입자 크기가 4nm 내지 10,000nm의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질의 입자 크기가 4nm 내지 1,000nm의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질의 입자 크기가 4nm 내지 400nm의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질의 농도가 5중량ppm 내지 400중량ppm의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 입상 물질의 농도가 5중량ppm 내지 100중량ppm의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 아미노산의 농도가 0.05중량% 내지 5중량%의 범위인 조성물.
- 제21항에 있어서, 아미노산의 농도가 0.25중량% 내지 2중량%의 범위인 조성물.
- 아미노아세트산 14중량% 이하;
1,2,4-트리아졸 7000중량ppm 이하;
열분해법 실리카, 콜로이드성 실리카, 열분해법 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 산화세륨, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 운모, 수화된 규산알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 입상 물질 1,400중량ppm 이하; 및
물을 포함하는, 정지층 위의 구리를 함유하는 웨이퍼의 표면으로부터 구리를 제거하는데 사용하기 위한 조성물.
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