KR20130019332A - 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물 - Google Patents

텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20130019332A
KR20130019332A KR1020110117872A KR20110117872A KR20130019332A KR 20130019332 A KR20130019332 A KR 20130019332A KR 1020110117872 A KR1020110117872 A KR 1020110117872A KR 20110117872 A KR20110117872 A KR 20110117872A KR 20130019332 A KR20130019332 A KR 20130019332A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tungsten
weight
polishing
slurry composition
abrasive
Prior art date
Application number
KR1020110117872A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101335946B1 (ko
Inventor
박재근
박진형
임재형
조종영
최호
황희섭
Original Assignee
(주)유비프리시젼
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 (주)유비프리시젼 filed Critical (주)유비프리시젼
Priority to PCT/KR2012/005397 priority Critical patent/WO2013024971A2/ko
Priority to US13/643,375 priority patent/US9163314B2/en
Priority to JP2013529087A priority patent/JP5766289B2/ja
Priority to CN201280001134.4A priority patent/CN103228756B/zh
Priority to TW101129689A priority patent/TWI456035B/zh
Publication of KR20130019332A publication Critical patent/KR20130019332A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101335946B1 publication Critical patent/KR101335946B1/ko

Links

Images

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
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10Etching compositions
    • C23F1/14Aqueous compositions
    • C23F1/16Acidic compositions
    • C23F1/30Acidic compositions for etching other metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F3/00Brightening metals by chemical means
    • C23F3/04Heavy metals
    • C23F3/06Heavy metals with acidic solutions

Abstract

본 발명은 연마제와 연마촉진체를 포함하는 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물로서, 상기 연마제는 초순수에 분산된 콜로이드 실리카를 포함하며, 상기 연마촉진제는 과산화수소수, 암모늄퍼설페이트 및 질산철을 포함하며, 상기 슬러리 조성물은 슬러리 변색 문제가 발생하지 않으며, 식각 선택비가 우수하여 CMP 공정에 적용할 수 있다.

Description

텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물 {CMP slurry composition for tungsten}
본 발명은 반도체 제조 공정 중 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정에서 사용되는 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 특히 텅스텐 금속막의 평탄화에 사용될 수 있는 CMP 슬러리 조성물에 관한 것이다.
집적회로의 다중막 연마공정 또는 이중상감공정 등에서는 웨이퍼 표면의 광역 평탄화를 위해 주로 CMP 공정이 사용된다. CMP 공정이란, 반도체 제조시 웨이퍼 표면을 연마패드와 슬러리를 사용하여 평탄화하는 연마 방법으로, 폴리우레탄 재질의 연마패드 상에 슬러리 조성물을 떨어뜨리고 웨이퍼와 접촉시킨 후 회전 및 직선 운동을 혼합한 오비탈 운동을 실시하여 웨이퍼를 기계적 및 화학적으로 연마하는 공정이다.
CMP 공정에서 상기 슬러리는 일반적으로 물리적 연마작용을 하는 연마제 (abrasive) 및 화학적 연마작용을 하는 활성 성분, 예를 들어 에천트 (etchant) 또는 산화제를 포함하고 있어, 물리화학적으로 웨이퍼 표면 상의 돌출된 부분을 선택적으로 식각함으로써 평탄한 표면을 제공하게 된다.
CMP 슬러리는 연마대상에 따라 절연층 연마용 슬러리와 금속 연마용 슬러리로 나눌 수 있는데, 이 중, 절연층 연마용 슬러리는 반도체 공정 중 ILD (interlayer dielectric) 공정, STI(Shallow trench isolation)공정에 적용되고, 금속 연마용 슬러리는 텅스텐, 알루미늄 또는 구리배선의 연결점(interconnects) 및 텅스텐 접점/비아 플러그(contacts/via plug)의 형성시 혹은 이중 상감공정에 사용된다.
도 1에 본 발명에 따른 텅스텐 CMP 슬러리 조성물이 적용되는 반도체 소자의 제조 공정의 순서도를 나타내었다.
본 발명의 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조공정은 우선, 도 1에 도시하는 바와 같이 게이트 전극 및 소오스 플러그 콘택 영역, 드레인 플러그 콘택 영역 등의 소정 구조물이 형성된 반도체 기판, 실리콘 기판상에 1000 내지 2000Å의 두께로 SiO2 산화막을 형성하고, 상기 소오스 플러그 콘택 영역(106a)이 노출되도록 상기 SiO2 산화막을 식각하여 콘택홀을 형성한다.
이어서, 도 1 에 도시하는 바와 같이, 상기 콘택홀이 완전히 매립되도록 전면에 텅스텐(W)막을 증착한다. 상기 텅스텐막과 SiO2 산화막 및 질화막과의 접착력을 좋게 하기 위하여 상기 텅스텐막을 증착하기 전에 반도체 기판의 표면상에 Ti로 된 접착층을 형성하고, 텅스텐막 형성시 소오스 물질인 WF6와 반응성이 높은 Ti간 결합을 방지하기 위하여 상기 접착층상에 TiN으로 된 베리어 금속막을 추가로 형성한다. 이어, 메탈 슬러리를 사용한 1차 CMP(Chemical Mechanical polishing) 공정으로 상기 SiO2 산화막 위의 텅스텐막을 연마하여 상기 콘택홀 내부에 텅스텐 플러그를 형성한다. 상기 1차 CMP 공정을 완료한 후에 반도체 기판을 보면, 텅스텐 플러그 위에 과산화수소수(H2O2)와 메탈 슬러리(metal slurry)간 화학 반응에 의한 산화성 디펙트(defect)가 심하게 발생된 상태이다.
이어, 상기 산화성 디펙트를 제거하기 위하여 옥사이드 슬러리를 이용하여 2차 소프트 CMP 공정을 수초 내지 수십 초간 실시하여 상기 텅스텐 플러그위의 산화성 디펙트를 제거하고 상기 SiO2 산화막을 일정 두께 연마한다.
이와 같은 반도체 소자의 제조 공정 중 상기 1차 금속 연마용 슬러리는 일반적으로 연마제, 산화제, 산화보조제, 분산제, pH 조절제, 기타 첨가제 등을 포함하고 있는데, 상기 성분 중 연마제는 기계적인 연마를 위한 것이고, 산화제와 산화보조제는 금속층의 산화를 통하여 연마를 촉진하기 위한 것이며, 분산제는 슬러리의 분산 안정성을 향상시키는 역할을 하고, pH 조절제는 연마대상인 금속층의 성질에 따라 산화가 잘 일어날 수 있는 pH 범위를 조절하며, 기타 슬러리의 성능을 개선하거나 보완할 수 있는 각종 첨가제가 포함될 수 있다.
텅스텐 CMP 공정은 산화제가 포함된 슬러리를 사용하는데, 일반적으로 실리카, 알루미나 미립자와 같은 연마제(abrasive)가 포함된 슬러리에 과산화수소(H2O2), 질산철(FeNO3)와 같은 강산화제를 혼합하여 사용하고 있다. 슬러리 내의 산화제는 텅스텐 표면을 산화시켜 산화텅스텐(WO3)으로 만들며 WO3 는 W에 비해 훨씬 강도가 약하여 연마제로 쉽게 제거할 수 있다. 텅스텐 CMP 공정에서는 슬러리 내의 연마제 및 CMP 패드에 의한 기계적 연마로 WO3를 제거하고 WO3 층 아래의 금속 W은 산화제에 의해 WO3 로 변하여 게속 제거되는 과정을 반복하면서 텅스텐막(15)을 제거한다. 그리고 금속 배리어막(14)도 텅스텐 연마와 비슷한 메커니즘에 의해 제거한다.
금속 CMP 공정은 산화제에 의해 형성된 산화물을 연마 입자가 제거하는 과정이 반복해서 일어나는 것으로 알려져 있다. 따라서 연마율의 향상을 위해서는 산화 과정을 빠르게 하거나, 형성된 산화물을 원활하게 제거하는 측면을 고려하여 슬러리를 디자인하게 된다.
손쉽게는 금속을 부식시키는 산화제의 농도를 증가시켜서 연마 속도를 향상시키는 방법이 있으나, 부식 속도의 상승에 따라 corrosion pit이나 contact 부분 등 소자의 전기적 특성을 위해 배선층을 형성해야 하는 부분에까지 부식이 발생하면서, 오히려 소자의 신뢰도와 수율을 감소시킬 수도 있다.
금속 연마용 슬러리는 금속층과 절연층에서의 연마속도 차이를 가져야 하는 바, 금속 배선에서는 높은 연마속도가 요구되며, 절연층에서는 낮은 연마속도가 요구된다. 속도 차이가 적게 되면 패턴 밀도가 높은 부분만 부분적으로 연마속도가 높아지는 현상이 발생하여 패턴 밀도가 높은 곳에서 에로젼(erosion) 등의 결함이 발생될 수 있기 때문이다. 따라서, 절연층의 연마속도를 낮게 하여 부분적인 연마속도 증가현상을 방지해야 한다.
현재 질산철을 포함하는 CMP 슬러리가 많이 사용되고 있다. 예를 들어 캐보트의 특허등록 10-0745447호에는 산화제와 혼합하여 기판으로부터 금속층을 제거하는데 유용한 다중 산화 상태를 갖는 촉매 및 안정화제를 포함하는 화학 기계적 연마 전구체 조성물이 기재되어 있으며, 사용된 촉매를 철을 포함하고 있다.
그러나, 종래, 강산화제가 첨가된 슬러리가 텅스텐 표면에 직접 작용하여 강력한 산화반응을 일으키므로 층간 절연막의 제거 속도에 대한 텅스텐막의 제거 속도, 즉 연마 선택비(selectivity)가 50 내지 150으로 매우 크므로 과도한 플러그 리세스가 발생하며, CMP가 완료된 플러그 표면의 거칠기가 커지는 문제점이 있다. 또한, 질산철을 포함하는 금속 촉매를 사용할 경우 변색으로 인한 패드 오염이 발생하는 문제가 있어 이를 개선할 수 있는 CMP 슬러리 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 텅스텐 CMP 공정에 사용할 경우 변색으로 인한 패드 오염 등의 문제가 발생하지 않으며, 금속층간의 식각 선택비가 우수한 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마제와 연마촉진제를 포함하는 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물로서, 상기 연마제는 초순수에 분산된 콜로이드 실리카를 포함하며, 상기 연마촉진제는 과산화수소수, 암모늄퍼설페이트 및 질산철을 포함하는 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 콜로이드 실리카의 함량은 2 ~ 4 중량%인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 과산화수소수의 함량은 0.5 ~ 2 중량%인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 암모늄퍼설페이트의 함량은 0.05 ~ 1중량%인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 질산철의 함량은 O.01 ~ 0.1 중량%인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 텅스텐과 질화티타늄의 식각 선택비가 1: 1.5 ~ 2이고, 텅스텐과 산화막의 식각 선택비가 2: 1 이상인 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 조성물의 pH는 2 ~ 4 인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물은 질산철과 과산화수수소 및 암모늄퍼설페이트를 적정 조성비로 포함하며, 이에 따라 종래 질산철을 과량 함유하는 슬러리 조성물을 CMP 공정에 사용할 경우 발생하는 변색 문제를 해결하면서, 질화티타늄 및 산화막과의 식각 선택비가 우수하여 텅스텐 CMP 공정에 효과적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬러리 조성물이 적용되는 일반적인 텅스텐 CMP 공정의 개요도이다.
도 2는 비교예 1에 따른 CMP 슬러리 조성물의 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 비교예 2에 따른 CMP 슬러리 조성물의 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 비교예 3에 따른 CMP 슬러리 조성물의 W, TiN, Oxide에 대한 연마율 그래프(3a) 및 슬러리 변색 사진(3b)이다.
도 5는 질산철의 농도 증가에 따라 변색 결과를 보여주는 사진이다.
도 6은 비교예 4에 따른 CMP 슬러리 조성물의 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예 5에 따른 CMP 슬러리 조성물의 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예에 따른 CMP 슬러리 조성물의 APS 농도 변화에 따른 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 CMP 슬러리 조성물의 질산철 농도 변화에 따른 연마율을 나타내는 그래프이다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물은 연마제와 연마촉진제를 포함하며, 이때 연마제는 초순수에 분산된 콜로이드 실리카를 포함하고, 상기 연마촉진제는 과산화수소수, 암모늄퍼설페이트 및 질산철을 포함하는 것이 특징이다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 콜로이드 실리카의 함량은 2 ~ 4 중량%인 것이 바람직하다. 콜로이드 실리카의 함량이 2 중량% 이하인 경우 연마율이 낮고, 4중량% 이상인 경우 스크래치(scratch) 발생 가능성이 높다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 과산화수소수의 함량은 O.5 ~ 2 중량%인 것이 바람직하다. 과산화수소수의 함량이 0.5중량% 이하인 경우 텅스텐이 산화가 이루어지지 않아 연마율 감소하고, 2중량% 이상인 경우는 텅스텐 산화물이 포화(saturation)되어 2중량 % 이상의 과산화수소수 농도는 의미가 없다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 암모늄퍼설페이트의 함량은 0.05 ~ 1중량%인 것이 바람직하다. 암모늄퍼설페이트의 양이 0.05 중량% 이하인 경우에는 TiN과 W의 선택비가 유사하기 때문에 CMP 공정에 적용하기에 적합하지 않다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 질산철의 함량은 O.01 ~ 0.1 중량%인 것이 바람직하다. 질산철의 함량이 0.1 중량% 이상인 경우 슬러리 변색이 일어나서 CMP 공정에 적용할 경우 패드 오염 등이 문제가 발생할 수 있으며, 0.01 중량% 이하인 경우에는 텅스텐 연마율이 낮아서 사용하기 어렵다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 텅스텐과 질화티타늄의 식각 선택비가 1: 1.5 ~ 2이고, 텅스텐과 산화막의 식각 선택비가 2: 1 이상인 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 슬러리 조성물은 질화막이 형성된 텅스텐에 적용되므로 텅스텐과 질화티타늄의 식각 선택비가 1:1.5 이하 또는 1:2 이상인 경우와, 텅스텐과 산화막의 식각 선택비가 2:1 이하인 경우 텅스텐 플러그에 디펙트 등이 발생하게 된다.
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 조성물의 pH는 2 ~ 4 인 것이 바람직하다. pH 2 이하인 경우, 강산으로 취급이 어렵고 위험하며, pH 4 이상의 경우 텅스텐 산화물 형성에 의한 연마가 아닌 부식(corrosion)에 의한 연마로 인해 표면에 피트(corrosion pit)가 생긴다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 이는 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제시되는 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실리콘 웨이퍼 위에 산화막과 질화 티타늄을 각각 증착 후 6000 Å 텅스텐을 증착한 텅스텐 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 위에 산화막 1000 Å 증착 후 질화 티타늄 3000 Å 증착한 질화 티타늄 웨이퍼와 절연막으로 PETEOS로 7000 Å증착한 실리콘 산화막 웨이퍼를 사용하였다. 연마 장비로는 G&P Tech 회사의 poli-300 장비를 사용하였고, 연마 패드로는 Rohm & Haas의 IC 1000/Suba IV CMP 패드를 사용하였다. 연마 조건으로는 하강압력 2.5 psi, 정반(Table)과 스핀들(Spindle)의 속도는 모두 90 rpm, 슬러리의 유속은 100 mL/min으로 텅스텐, 질화티타늄, 실리콘막을 각각 60, 30 그리고 60 s씩 연마 하였다.
연마 입자로는 1차 입경이 75 nm이고 2차 입경이 215 nm인 콜로이드 실리카(Fuso, PL-7)를 4 중량%를 사용하였고, 이는 초순수에 고르게 분산 되였다. 산화제로는 과산화수소수(JunSei)를 1 중량%를 사용하였고, 산화 촉진제로 질산철(Ⅲ)(Sigma-Aldrich) 그리고 식각 선택비를 향상시키기 위하여 암모늄퍼설페이트(Sigma-Aldrich)를 사용하였다. 슬러리의 pH는 2 내지 3이였다.
비교예 1: 과산화수소수만 포함하는 CMP 슬러리 조성물
하기 표 1에 따라 CMP 공정에서 일반적으로 사용하는 H2O2 2중량%만 첨가한 슬러리의 경우를 비교예 1로 하였으며, 도 2에 비교예 1의 슬러리 조성물의 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 나타내었다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 CMP 공정에서 일반적으로 사용하는 H2O2 2중량%만 첨가한 비교예 1의 슬러리 조성물의 경우 텅스텐의 연마율은 매우 낮았다. 따라서 다른 첨가제가 필요하다는 것을 알 수 있었다.
연마제 타입 연마촉진제
산화제(1)
콜로이드 실리카(PL-7) 4중량% H2O2 2중량%
비교예 2: 암모늄퍼설페이트와 과산화수소수를 포함하는 CMP 슬러리 조성물
금속 CMP 공정에서 사용하는 암모늄퍼설페이트(APS: ammonium persulfate) 2 중량%만 첨가한 경우를 하기 표 2에서와 같은 조성을 비교예 2로 하여 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
하기 표 2에서와 같이 APS와 H2O2를 혼합한 비교예 2의 경우, 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 텅스텐 연마율이 낮게 나타났다. 그러나 TiN 연마율은 향상되었다. 이에 따라 텅스텐 연마율을 향상시킬 수 있는 다른 첨가제가 필요하다는 것을 알 수 있었다.
연마제 타입 연마촉진제
산화제(1) 산화제(2)
콜로이드 실리카(PL-7) 4중량% APS 2중량% H2O2 2중량%
비교예 3: 질산철을 포함하는 CMP슬러리 조성물
하기 표 3에 따라 슬러리 조성물에 Fe(NO3)3 2중량% 를 첨가한 경우를 비교예 3으로 하여 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 측정한 결과, 도 4에서 보는 바와 같이 텅스텐 연마율이 1600Å/min 정도로 높게 나타났다. 그러나, 슬러리 변색에 의한 패드 오염, 수명 및 금속 오염 등의 문제가 발생하였다.
연마제 타입 연마촉진제
산화제(1)
콜로이드 실리카(PL-7) 4중량% Fe(NO3)3 2중량%
이에 따라 Fe(NO3)3 의 첨가 농도를 변화시켜 슬러리의 변색 지점을 찾았으며, 그 결과 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, Fe(NO3)3 0.1 중량% 이상 첨가시 색이 조금씩 변해가기 시작했다.
따라서 질산철은 0.1 중량% 이하에서 사용하는 것이 바람직하다고 확인하였다.
비교예 4: 질산철과 암모늄퍼설페이트를 포함하는 CMP슬러리 조성물
하기 표 4에서와 같이, H2O2는 제외하고 Fe(NO3)3 0.01 중량%와 APS 농도를 변화시킨 경우를 비교예 4로 하여 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 측정한 결과, 도 6의 결과와 같이 텅스텐의 연마율은 매우 낮게 나타났다.
연마제 타입 연마촉진제
산화제(1) 산화제(2)
콜로이드 실리카(PL-7) 4중량% Fe(NO3)3 0.01중량% APS 0 ~ 0.05중량%
비교예 5: 과산화수소수와 질산철을 포함하는 CMP 슬러리 조성물
하기 표 5에서와 같이 H2O2 1 중량 %에 Fe(NO3)3 농도를 변화시킨 경우를 비교예 5로 하여 W, TiN, Oxide에 대한 연마율을 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
연마제 타입 연마촉진제
산화제(1) 산화제(2)
콜로이드 실리카(PL-7) 4중량% H2O2 1중량% Fe(NO3)3 0.01~ 1중량%
텅스텐의 경우 Fe(NO3)3 농도가 0에서 0.03 중량%까지 증가함에 따라 750 에서 1150 Å/min까지 연마율이 급격하게 증가하였으며 0.03에서 1 중량%까지 농도가 증가함에 따라 1150에서 1830 Å/min까지 연마율이 조금씩 증가하였다.
TiN의 경우는 0에서 0.03 중량%까지 Fe(NO3)3 농도가 증가함에 따라 연마율이 1630에서 2580 Å/min 까지 급격하게 증가하다가 0.03 중량 %이상으로 농도를 증가 시키면 2580 Å/min에서 점점 연마율이 감소하여 Fe(NO3)3 1 중량%에서 2030 Å/min까지 연마율이 감소하였다.
Oxide의 경우 Fe(NO3)3 의 농도에 따라 식각 속도의 큰 변화가 없이 500에서 600 Å/min 정도의 연마율을 보여주었다.
실시예 1: 과산화수소수, 질산철 , 암모늄퍼설페이트를 포함하는 CMP 슬러리 조성물
상기 실험 결과, 텅스텐 CMP 동안에 TiN-W의 식각 선택비는 1.5에서 2 이상이 필요하며 W-Oxide의 식각 선택비의 경우는 2이상의 선택비가 필수적으로 필요하다는 것을 알 수 있었다.
또한 산성영역에서 콜로이달 실리카, H2O2 그리고 Fe(NO3)3을 사용하는 현재 슬러리로는 슬러리의 변색 문제와 TiN-W, W-Oxide의 식각 선택비의 문제들을 해결할 수 없다는 결론을 얻었다. 실험 결과, 0.03 중량% 이하의 Fe(NO3)3 농도에서는 W과 TiN의 연마율이 모두 급격히 증가하기 때문에 슬러리의 변색이 되지는 않지만 사용이 어렵다는 것을 알 수 있었다.
따라서 질화 티타늄 연마율을 감소시키며 변색이 되지 않는 새로운 첨가제와 새로운 슬러리 개발의 필요성에 따라 하기 표 6의 조성을 갖는 슬러리 조성물을 제조하였다.
연마제 타입 연마촉진제
산화제(1) 산화제(2) 산화제(3)
콜로이드 실리카 (PL-7) 4중량% H2O2 1중량% Fe(NO3)3 0.05중량% APS 0 ~ 5중량%
TiN의 경우 Fe(NO3)3 0.05 중량%일 때, 0 ~ 0.1 중량%까지 APS 농도가 증가함에 따라 2350에서 1900 Å/min 까지 연마율이 급격하게 감소하고, 0.1에서 1 중량%까지 농도가 증가함에 따라 1900에서 1530 Å/min 까지 연마율이 조금씩 감소하는 반면, 텅스텐 연마율은 APS 농도가 0에서 0.1 중량%까지 증가함에 따라 1060에서 1270 Å/min 까지 급격하게 증가하다가 0.1에서 1 중량%까지 1270에서 1300 Å/min 으로 연마율이 조금씩 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 APS를 첨가함으로써 TiN의 연마율은 억제를 시키며 텅스텐의 연마율은 향상 시킴으로 TiN-W과 W-Oxide의 식각 선택비를 적절히 조절할 수 있다는 것을 확인하였다. (도 8)
콜로이드 실리카 기반의 슬러리에 H2O2 1 중량%, APS를 첨가하지 않은 것과 0.05 중량%를 첨가한 슬러리에 Fe(NO3)3 농도에 따라 연마 평가 결과 TiN은 약 600 Å/min 정도 연마율이 감소한 반면 W과 Oxide의 연마율은 거의 변화가 없었다. 결과적으로 APS 0.05 중량%와 Fe(NO3)3 0.1 중량%에서 TiN-W 그리고 W-Oxide의 식각 선택비는 1.8 : 1과 2.1 : 1을 각각 달성했다. (도 9)

Claims (5)

  1. 연마제와 연마촉진제를 포함하는 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물로서,
    상기 연마제는 초순수에 분산된 콜로이드 실리카를 포함하며,
    상기 연마촉진제는 과산화수소수 0.5 ~ 2 중량% , 암모늄퍼설페이트 0.05 ~ 1중량% 및 질산철 O.O1 ~ 0.1 중량% 을 포함하는 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콜로이드 실리카의 함량은 2 ~ 4 중량%인 것을 특징으로 하는 텅스텐 연마용 CMP슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    텅스텐과 질화티타늄의 식각 선택비가 1: 1.5 ~ 2인 것을 특징으로 하는 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    텅스텐과 산화막의 식각 선택비가 2: 1 이상인 것을 특징으로 하는 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물의 pH는 2 ~ 4 인 것을 특징으로 하는 텅스텐 연마용 CMP 슬러리 조성물.
KR1020110117872A 2011-08-16 2011-11-11 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물 KR101335946B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2012/005397 WO2013024971A2 (ko) 2011-08-16 2012-07-06 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물
US13/643,375 US9163314B2 (en) 2011-08-16 2012-07-06 CMP slurry composition for tungsten
JP2013529087A JP5766289B2 (ja) 2011-08-16 2012-07-06 タングステン研磨用cmpスラリー組成物
CN201280001134.4A CN103228756B (zh) 2011-08-16 2012-07-06 一种钨研磨用cmp浆料组合物
TW101129689A TWI456035B (zh) 2011-08-16 2012-08-16 一種鎢研磨用cmp漿料組合物

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20110081207 2011-08-16
KR1020110081207 2011-08-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130019332A true KR20130019332A (ko) 2013-02-26
KR101335946B1 KR101335946B1 (ko) 2013-12-04

Family

ID=47897518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110117872A KR101335946B1 (ko) 2011-08-16 2011-11-11 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9163314B2 (ko)
JP (1) JP5766289B2 (ko)
KR (1) KR101335946B1 (ko)
CN (1) CN103228756B (ko)
TW (1) TWI456035B (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015148295A1 (en) * 2014-03-24 2015-10-01 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive tungsten cmp composition
KR20180135279A (ko) * 2017-06-12 2018-12-20 삼성전자주식회사 금속막 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법
WO2023022419A1 (ko) * 2021-08-17 2023-02-23 주식회사 케이씨텍 금속 연마용 슬러리 조성물

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101834418B1 (ko) * 2015-10-02 2018-03-05 유비머트리얼즈주식회사 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법
US10066126B2 (en) 2016-01-06 2018-09-04 Cabot Microelectronics Corporation Tungsten processing slurry with catalyst
JP6928675B2 (ja) * 2017-05-25 2021-09-01 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティドSaint−Gobain Ceramics And Plastics, Inc. セラミック材料の化学機械研磨のための酸化流体
CN109628934B (zh) * 2018-08-30 2021-04-16 上海昕沐化学科技有限公司 环保型褪锡液及其制备方法
US11597854B2 (en) * 2019-07-16 2023-03-07 Cmc Materials, Inc. Method to increase barrier film removal rate in bulk tungsten slurry
KR102266618B1 (ko) * 2020-08-04 2021-06-18 영창케미칼 주식회사 텅스텐막에 대한 질화티타늄막의 식각 선택비를 조절하기 위한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법
WO2023085007A1 (ja) * 2021-11-12 2023-05-19 Jsr株式会社 化学機械研磨用組成物および研磨方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06313164A (ja) 1993-04-28 1994-11-08 Fujimi Inkooporeetetsudo:Kk 研磨用組成物
US5958288A (en) * 1996-11-26 1999-09-28 Cabot Corporation Composition and slurry useful for metal CMP
US6068787A (en) 1996-11-26 2000-05-30 Cabot Corporation Composition and slurry useful for metal CMP
US6083419A (en) * 1997-07-28 2000-07-04 Cabot Corporation Polishing composition including an inhibitor of tungsten etching
WO2001091975A1 (fr) 2000-05-31 2001-12-06 Jsr Corporation Materiau abrasif
US20030139047A1 (en) 2002-01-24 2003-07-24 Thomas Terence M. Metal polishing slurry having a static etch inhibitor and method of formulation
US7005382B2 (en) * 2002-10-31 2006-02-28 Jsr Corporation Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, chemical mechanical polishing process, production process of semiconductor device and material for preparing an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing
JP3984902B2 (ja) 2002-10-31 2007-10-03 Jsr株式会社 ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜研磨用化学機械研磨用水系分散体およびこれを用いた化学機械研磨方法ならびに半導体装置の製造方法
KR100605943B1 (ko) * 2003-12-31 2006-08-02 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자의 텅스텐 플러그 형성 방법
US7247567B2 (en) * 2004-06-16 2007-07-24 Cabot Microelectronics Corporation Method of polishing a tungsten-containing substrate
KR101032504B1 (ko) 2006-06-30 2011-05-04 주식회사 엘지화학 Cmp 슬러리
KR100948814B1 (ko) 2006-09-27 2010-03-24 테크노세미켐 주식회사 텅스텐 배선 형성용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체소자의 제조 방법
US20080096385A1 (en) * 2006-09-27 2008-04-24 Hynix Semiconductor Inc. Slurry composition for forming tungsten pattern and method for manufacturing semiconductor device using the same
JP5121273B2 (ja) 2007-03-29 2013-01-16 富士フイルム株式会社 金属用研磨液及び研磨方法
JP2009206148A (ja) 2008-02-26 2009-09-10 Fujimi Inc 研磨用組成物
JP5361306B2 (ja) * 2008-09-19 2013-12-04 Jsr株式会社 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015148295A1 (en) * 2014-03-24 2015-10-01 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive tungsten cmp composition
KR20180135279A (ko) * 2017-06-12 2018-12-20 삼성전자주식회사 금속막 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법
WO2023022419A1 (ko) * 2021-08-17 2023-02-23 주식회사 케이씨텍 금속 연마용 슬러리 조성물

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014504441A (ja) 2014-02-20
TWI456035B (zh) 2014-10-11
CN103228756B (zh) 2016-03-16
JP5766289B2 (ja) 2015-08-19
KR101335946B1 (ko) 2013-12-04
CN103228756A (zh) 2013-07-31
US9163314B2 (en) 2015-10-20
US20130214199A1 (en) 2013-08-22
TW201309787A (zh) 2013-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101335946B1 (ko) 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물
JP4095731B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び半導体装置
US8641920B2 (en) Polishing composition for planarizing metal layer
EP1909312A1 (en) Abrasive and process for producing semiconductor integrated-circuit unit
JP2007243209A (ja) 金属配線用cmpスラリー組成物
KR102422952B1 (ko) 금속막 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법
EP1828333B1 (en) Polishing composition and polishing method
JP4719204B2 (ja) 化学機械研磨用スラリおよび半導体装置の製造方法
JP2001148360A (ja) 化学及び機械的研磨用スラリー及びこれを利用した化学及び機械的研磨方法
KR20060099313A (ko) 산화막 연마억제제를 함유하는 화학 기계 연마 슬러리
KR20060043826A (ko) 마이크로-스크래칭이 적고 금속 산화물의 기계적 연마가 잘되는 금속 cmp 슬러리 조성물
KR20120019242A (ko) 연마용 슬러리 및 이를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법
KR20100077814A (ko) 금속 배선 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR100495975B1 (ko) 텅스텐 금속막 연마용 화학-기계적 연마 슬러리 조성물
CN112399999B (zh) 化学机械研磨组合物、化学机械研磨浆料及基板研磨方法
KR102253708B1 (ko) 구리 배리어층 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
US20220277964A1 (en) Chemical mechanical planarization slurries and processes for platinum group metals
KR100565426B1 (ko) 텅스텐 배선 연마용 cmp 슬러리
KR20040050564A (ko) 금속배선층 연마용 cmp 슬러리 조성물
KR100460312B1 (ko) 금속배선 연마용 슬러리 조성물
WO2013024971A2 (ko) 텅스텐 연마용 cmp 슬러리 조성물
KR20060084612A (ko) 금속배선 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속배선연마 방법
KR100442549B1 (ko) 연마성능이 우수하고 안정성이 향상된, 금속 연마를 위한cmp용 슬러리 조성물 및 그 제조방법
KR100449614B1 (ko) 침식현상이 개선된 금속배선 연마용 슬러리 조성물
KR100398834B1 (ko) Cmp용 슬러리 조성물

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161006

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171030

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181119

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191118

Year of fee payment: 7