KR20170098293A - 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판의 연마를 위한 화학적 기계적 연마 (cmp) 조성물의 용도 - Google Patents

코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판의 연마를 위한 화학적 기계적 연마 (cmp) 조성물의 용도 Download PDF

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Abstract

(i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 위한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도로서, CMP 조성물 (Q) 이,
(A) 무기 입자,
(B) 일반식 (I) 의 치환된 테트라졸 유도체,
Figure pct00012
(I)
[식중, R1 은 H, 하이드록시, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 아미노, 카르복실, 알킬카르복실, 티오 또는 알킬티오임.]
(C) 적어도 하나의 아미노산,
(D) 적어도 하나의 산화제, 및
(E) 수성 매질
을 포함하며, CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 갖는, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.

Description

코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판의 연마를 위한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물의 용도{USE OF A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING (CMP) COMPOSITION FOR POLISHING OF COBALT AND/OR COBALT ALLOY COMPRISING SUBSTRATES}
본 발명은 본질적으로, 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 반도체 산업의 기판을 연마하기 위한 무기 입자, 부식 억제제로서의 치환된 테트라졸 유도체, 적어도 하나의 아미노산, 적어도 하나의 산화제 및 수성 매질을 포함하는 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 화학적-기계적 연마 (CMP) 조성물의 존재하에서의 기판 또는 층의 화학적-기계적 연마를 포함하는 반도체 디바이스의 제조를 위한 방법에 관한 것이다. CMP 조성물은 코발트 및/또는 코발트 합금에 대해 향상되고 조정가능한 에칭 거동 및 우수한 연마 성능을 나타낸다.
반도체 산업에서, 화학적 기계적 연마 (CMP 로 약기됨) 는 진보된 광 (photonic), 미세전자기계, 및 마이크로 전자 재료 및 디바이스, 예컨대 반도체 웨이퍼를 제조할 때에 적용되는 널리 공지된 기술이다.
반도체 산업에서 사용되는 재료 및 디바이스의 제조 동안, CMP 는 금속 및/또는 산화물 표면을 평탄화하기 위해 채용된다. CMP 는 화학적 및 기계적 작용의 상호작용을 이용하여 연마될 표면의 평면성을 달성한다. 화학적 작용은 CMP 조성물 또는 CMP 슬러리로서 또한 지칭되는, 화학적 조성물에 의해 제공된다. 기계적 작용은 전형적으로 연마될 표면 상으로 가압되어 이동 플래튼 상에 장착되는 연마 패드에 의해 주로 수행된다. 플래튼의 이동은 대개 선형, 회전 또는 오비탈이다.
전형적인 CMP 방법 스텝에서는, 회전 웨이퍼 홀더가 연마될 웨이퍼를 연마 패드와 접촉시킨다. CMP 조성물은 일반적으로 연마될 웨이퍼와 연마 패드 사이에 대개 도포된다.
극초대규모 집적 회로 (ULSI) 기술에서의 피쳐 사이즈의 계속적인 축소에 따라, 구리 상호접속 구조의 사이즈가 점점 작아지고 있다. RC 지연을 감소시키기 위해, 구리 상호접속 구조에서의 장벽 또는 접착층의 두께가 점점 얇아지고 있다. 전통적인 구리 장벽/접착층 스택 Ta/TaN 은, Ta 의 비저항(resistivity) 이 상대적으로 높고 구리가 Ta 상에 직접 도금될 수 없기 때문에, 더 이상 적합하지 않다. Ta 와 비교할 때, 코발트는 낮은 비저항을 가지며 더 싸다. Cu 와 Co 간의 접착력은 우수하다. Cu 는 Co 상에서 쉽게 핵화될 수 있고, 또한 구리가 코발트 상에 직접 도금될 수 있다.
집적 회로에서는, Co 가 구리 상호접속에 대한 접착 또는 장벽층으로서 사용되지만, Co 는 또한 메모리 디바이스에서는 나노-결정 Co 로서, 그리고, MOSFET 에서는 금속 게이트로서 사용될 수 있다.
전류 상호접속 구조에서는 다공성의 저 k 유전체 물질이 이미 사용되어 왔다. 저 k 재료가 플라즈마 또는 연마 슬러리에 의해 쉽게 손상될 수 있다고 보고되고 있다. 현재의 화학적 기계적 연마 방법에서는, 저-k 유전체에 대한 손상을 감소시키기 위해, 구리 및 장벽용으로 사용되는 현재의 슬러리의 대부분은 산이다. 그러나, 구리 및 코발트가 산화제, 예를 들어, 과산화수소를 함유하는 산성 용액에서 쉽게 용해되는 것으로 관찰되고 있다. 이것은 구리 및 코발트의 연마율을 너무 높게 하여, 구리선의 디싱 (dishing) 을 유발할 것이다. 게다가, 구리 상호접속 구조의 측벽 상에서의 코발트 접착층의 용해는 구리선의 박리를 초래하여 신뢰성 문제를 일으킬 수 있다.
극초대규모 집적 회로 (ULSI) 기술에서의 사용된 집적 방식에 따라, Co, Cu 및 저 k 유전 물질을 상이한 양 및 층 두께로 공존시키는 것은, 반도체 디바이스의 제조에서의 화학적 기계적 연마용으로 사용되는 조성물에 대해, 선택도, 부식, 제거율 및 표면 품질 면에서, 다수의 도전들을 제시한다.
최신 기술에서, 코발트를 포함하는 반도체 산업의 기판을 연마하기 위한, 무기 입자, 부식 억제제, 아미노산, 산화제 및 수성 매질을 포함하는 CMP 조성물의 사용이 예를 들어, 다음 참조 문헌에 알려져 있으며 기재되어 있다.
US 2013/0140273 A1 은 Co 의 화학적 기계적 연마를 위한 슬러리를 개시한다. 슬러리는 0.01-2 % 억제제, 0-5 % 산화제, 0.1-10 % 연마제, 0.001-10 % 착화제, 및 물을 포함한다. 슬러리의 pH 값은 pH 값 조절제에 의해 3-5 로 조절된다. 억제제는 S 원자 및 N 원자를 함유하는 1종 이상의 5원 헤테로사이클 화합물로부터 선택된다. 산화제는 H2O2, (NH4)2S2O8, KIO4, 및 KClO5 로부터 선택되는 하나 이상이다. 연마제는 SiO2, CeO2, 및 Al2O3 로부터 선택되는 하나 이상이다. 착화제는 아미노산 및 시트르산으로부터 선택되는 하나 이상이다.
따라서, 선행 기술과 관련된 모든 단점, 예를 들어, Co 의 낮은 재료 제거율, 높은 Co 부식, 산성 pH 및 연마 성능의 조정 능력 없음을 피할 수도 있는 당면한 CMP 조성물 및 CMP 방법을 사용하는 것이 매우 바람직할 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판의 화학적 기계적 연마에 적합하고 향상된 연마 성능, 특히 코발트 및/또는 코발트 합금의 낮은 부식 및 코발트 및/또는 코발트 합금의 제어가능하고 조정가능한 재료 제거율을 보이는 CMP 조성물의 용도를 제공하는 것이었다. 더욱이, 코발트 및/또는 코발트 합금의 높은 재료 제거율을 유도하고, 저 k 유전 물질 및 다른 금속, 예를 들어, 반도체 기판의 구리와 양립가능하며, 높은 품질 표면 마무리를 제공하며, 디싱을 감소시키고, 저장 안정성이 있으며 중성 내지 알칼리성 pH 범위에서 즉시 사용할 수 있는 CMP 조성물의 사용이 요구되었다.
더욱이, 개별 CMP 방법이 제공되어야 한다.
따라서, (i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 위한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도로서, CMP 조성물 (Q) 이,
(A) 무기 입자,
(B) 일반식 (I) 의 치환된 테트라졸 유도체,
Figure pct00001
(I)
[식중, R1 은 H, 하이드록시, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 아미노, 카르복실, 알킬카르복실, 티오 또는 알킬티오임.]
(C) 적어도 하나의 아미노산,
(D) 적어도 하나의 산화제, 및
(E) 수성 매질
을 포함하며, 여기서, CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 갖는다는 것이 발견되었다.
본 발명의 추가적인 양태에 따르면,
(A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 3 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자,
(B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.003 wt.-% 내지 0.15 wt.-% 의 총량인, 5-페닐-1H-테트라졸, 5-(4-메틸페닐)-1H-테트라졸, 5-(에틸티오)-1H-테트라졸, 5-아미노테트라졸 일수화물 및 1H-테트라졸-5-아세트산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 치환된 테트라졸 유도체 (B),
(C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 0.9 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C),
(D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 2 wt.-% 의 총량인, 과산화수소, 및
(E) 수성 매질
을 포함하는 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물이 제공되며, 여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7 내지 10 의 pH 를 가지며, 이는 본 발명의 목적을 달성한다.
게다가, 위에서 언급된 본 발명의 목적은 반도체 산업에서 사용되는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 의해 달성되며, 여기서, 기판 (S) 은 상기 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 존재 하에서 (i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함한다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 CMP 조성물 (Q) 의 사용이 높은 코발트 재료 제거율과 결합된, 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판 상에서의 향상된 부식 억제를 유도하고 있다는 것을 알 수 있었다.
바람직한 실시형태를 청구범위 및 명세서에서 설명한다. 바람직한 실시형태의 조합이 본 발명의 범위 이내에 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은 무기 입자 (A) 를 포함한다.
일반적으로, 입자 (A) 의 화학적 성질은 특히 제한되지 않는다. (A) 는 동일한 화학적 성질이거나 또는 상이한 화학적 성질의 입자의 혼합물일 수도 있다. 원칙적으로, 동일한 화학적 성질의 입자 (A) 가 바람직하다.
(A) 는,
- 메탈로이드, 메탈로이드 산화물 또는 카바이드를 포함하는, 금속, 금속 산화물 또는 카바이드와 같은 무기 입자, 또는
- 무기 입자의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, (A) 는,
- 한 유형의 콜로이드성 무기 입자,
- 한 유형의 흄드 무기 입자, 및
- 상이한 유형의 콜로이드성 및/또는 흄드 무기 입자의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, 콜로이드성 무기 입자는 습식 침전 방법에 의해 제조되는 무기 입자이며; 흄드 무기 입자는 예를 들어, Aerosil® 방법을 이용하여 산소의 존재하에서, 예를 들어, 수소와의 금속 염화물 전구체의 고온 화염 가수분해에 의해 제조된다.
바람직하게는, 무기 입자 (A) 는 콜로이드성 또는 흄드 무기 입자 또는 그의 혼합물이다. 이들 중에서, 금속 또는 준금속의 산화물 및 카바이드가 바람직하다. 좀더 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 세리아, 구리 산화물, 철 산화물, 니켈 산화물, 망간 산화물, 실리카, 규소 질화물, 규소 카바이드, 주석 산화물, 티타니아, 티타늄 카바이드, 텅스텐 산화물, 이트륨 산화물, 지르코니아, 또는 이들의 혼합물 또는 복합물이다. 가장 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 세리아, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 또는 이들의 혼합물 또는 복합물이다. 특히, (A) 는 실리카 입자이다. 예를 들어, (A) 는 콜로이드성 실리카 입자이다.
본원에서 사용될 때, 용어 "콜로이드성 실리카" 는 Si(OH)4 의 축합 중합에 의해 제조된 규소 이산화물을 지칭한다. 전구체 Si(OH)4 는 예를 들어, 고순도 알콕시실란의 가수분해에 의해, 또는 수성 실리케이트 용액의 산성화에 의해 수득될 수 있다. 이러한 콜로이드성 실리카는 미국 특허 번호 제 5,230,833호에 따라서 제조될 수 있거나, 또는 Fuso PL-1, PL-2, 및 PL-3 제품, 및 Nalco 1050, 2327 및 2329 제품 뿐만 아니라, DuPont, Bayer, Applied Research, Nissan Chemical, Nyacol 및 Clariant 로부터 입수가능한 다른 유사한 제품과 같은, 시중에서 입수가능한 다양한 제품 중 임의의 제품으로서 얻어질 수 있다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물 (Q) 에서의 (A) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 많아야 3.0 wt.% 이다. 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 바람직하게는, 많아야 2.5 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 1.8 wt.%, 특히 많아야 1.5 wt.% 이다. 본 발명에 따르면, (A) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.0001 wt.%, 바람직하게는 적어도 0.02 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.1 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.2 wt.%, 특히 적어도 0.3 wt.% 이다. 예를 들어, (A) 의 양은 0.4 wt.% 내지 1.2 wt.% 의 범위일 수 있다.
일반적으로, 입자 (A) 는 조성물 (Q) 에 여러 입자 사이즈 분포로 함유될 수 있다. 입자 (A) 의 입자 사이즈 분포는 모노모달 또는 멀티모달일 수 있다. 멀티모달 입자 사이즈 분포의 경우, 바이모달이 종종 바람직하다. 본 발명의 CMP 방법 동안 용이하게 재현가능한 특성 프로파일 및 용이하게 재현가능한 조건을 갖도록 하기 위해서, 모노모달 입자 사이즈 분포가 입자 (A) 에 대해 바람직할 수도 있다. 종종, 입자 (A) 가 모노모달 입자 사이즈 분포를 갖는 것이 가장 바람직하다.
일반적으로 입자 (A) 가 가질 수도 있는 입자 사이즈 분포는 특히 제한되지 않는다.
입자 (A) 의 평균 입자 사이즈는 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 평균 입자 사이즈는 수성 매질 (E) 에서의 입자 (A) 의 입자 사이즈 분포의 d50 값이며, 예를 들어, 동적 광 산란 (DLS) 또는 정적 광 산란 (SLS) 법을 이용하여 측정될 수 있다. 이들 및 다른 방법들이 당업계에 널리 알려져 있으며, 예컨대, Chem. Eng. Technol; 26 (2003), 제 12권, 페이지 1235; Kuntzsch, Timo; Witnik, Ulrike; Hollatz, Michael Stintz; Ripperger, Siegfried; Characterization of Slurries Used for Chemical-Mechanical Polishing (CMP) in the Semiconductor Industry 를 참조한다.
DLS 의 경우, 전형적으로 Horiba LB-550 V (DLS, 매뉴얼에 따른 동적 광 산란 측정) 또는 임의의 다른 이러한 기구가 사용된다. 이 기법은 입자가 레이저 광원 (λ = 650 nm) 을 산란함에 따라서 입사광에 대해 90° 또는 173° 의 각도에서 검출되는 입자의 유체역학 직경을 측정한다. 산란된 광의 강도에서의 변화는 입자의 무작위 브라운 운동에 기인하며, 입자가 입사 광선을 통과해 이동함에 따라서 시간의 함수로서 모니터링된다. 기구에 의해 지연 시간의 함수로서 수행되는 자기상관 함수가 감쇠 상수를 추출하는데 사용되며; 더 작은 입자가 입사 광선을 통과해 더 빠른 속도로 이동하며 더 빠른 감쇠에 대응한다.
이들 감쇠 상수는 입자의 확산 계수 Dt 에 비례하며, 다음의 Stokes-Einstein 방정식에 따라서 입자 사이즈를 계산하는데 사용되며:
Figure pct00002
여기서, 현탁된 입자는 (1) 구형 형태를 갖고 (2) 수성 매질 (E) 전체에 균일하게 분산된 (즉, 응집되지 않는) 다고 가정된다. 이러한 관계는 수성 분산제 (E) 의 점도에서 큰 편차가 없기 때문에 1 중량% 미만의 고체를 함유하는 입자 분산액에 대해 유효할 것으로 예상되며, 여기서, η = 0.96 mPa·s (T = 22 ℃ 에서) 이다. 흄드 또는 콜로이드성 무기 입자 분산액 (A) 의 입자 사이즈 분포는 통상 플라스틱 큐벳에서 0.1 내지 1.0 % 고체 농도에서 측정되며 희석이, 필요에 따라, 분산매 또는 초순수로 수행된다.
입자 (A) 의 평균 입자 사이즈는, 기구, 예를 들어, Malvern Instruments, Ltd. 로부터의 HPPS (High Performance Particle Sizer) 또는 Horiba LB550 을 이용하여 동적 광 산란 기법으로 측정할 경우, 바람직하게는, 20 내지 200 nm 의 범위, 좀더 바람직하게는 25 내지 180 nm 의 범위, 가장 바람직하게는 30 내지 170 nm 의 범위, 특히 바람직하게는 40 내지 160 nm 의 범위, 특히 45 내지 150 nm 의 범위이다.
입자 (A) 의 DIN ISO 9277:2010-09 에 따라서 측정된 BET 표면은 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 바람직하게는, 입자 (A) 의 BET 표면은 1 내지 500 m2/g 의 범위, 좀더 바람직하게는 5 내지 250 m2/g 의 범위, 가장 바람직하게는 10 내지 100 m2/g 의 범위, 특히 20 내지 95 m2/g 의 범위, 예를 들어, 25 내지 92 m2/g 의 범위이다.
입자 (A) 는 여러 형상일 수 있다. 따라서, 입자 (A) 는 하나 또는 본질적으로 오직 한 유형의 형상일 수도 있다. 그러나, 입자 (A) 가 상이한 형상을 갖는 것도 또한 가능하다. 예를 들어, 2 가지 유형의 상이한 형상의 입자 (A) 가 존재할 수도 있다. 예를 들어, (A) 는 응집체, 입방체, 베벨 에지를 가진 입방체, 8면체, 20면체, 고치 (cocoon), 뿌리혹 (nodule) 또는 돌출부 또는 만입부가 있거나 또는 없는 구체의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 이들은 본질적으로 구형이며, 이에 따라 전형적으로 이들은 돌출부 또는 만입부를 갖는다.
무기 입자 (A) 는 고치-형상인 것이 바람직할 수도 있다. 고치는 돌출부 또는 만입부가 있거나 또는 없을 수도 있다. 고치-형상의 입자는 10 내지 200 nm 의 단축, 1.4 내지 2.2, 좀더 바람직하게는 1.6 내지 2.0 의 주/단축의 비를 갖는 입자이다. 이들은 바람직하게는 0.7 내지 0.97, 좀더 바람직하게는 0.77 내지 0.92 의 평균 형상 계수, 바람직하게는 0.4 내지 0.9, 더 바람직하게는 0.5 내지 0.7 의 평균 구형도, 바람직하게는 41 내지 66 nm, 더 바람직하게는 48 내지 60 nm 의 평균 등가 원 직경을 가지며, 이들은 송신 전자 현미경 검사 및 전자 주사 현미경에 의해 측정될 수 있다.
고치-형상의 입자의 형상 계수, 구형도 및 등가 원 직경의 측정을 도 1 내지 도 4 를 참조하여 이하에서 설명한다.
형상 계수는 개개의 입자의 형상 및 만입부에 대한 정보를 제공하며 (도 1 참조) 다음 수식에 따라서 계산될 수 있다:
형상 계수 = 4π (면적 / 둘레2)
만입부가 없는 구형 입자의 형상 계수는 1 이다. 만입부의 개수가 증가할 때 형상 계수의 값은 감소한다.
구형도 (도 2 참조) 는 평균에 대한 모멘트를 이용하여 개개의 입자의 연신율에 관한 정보를 제공하며 다음 수식에 따라서 계산될 수 있으며, 여기서, M 은 개별 입자의 중력의 중심이다:
구형도 = (Mxx - Myy)-[4 Mxy 2 + (Myy-Mxx)2]0.5 / (Mxx - Myy)+[4 Mxy 2 + (Myy-Mxx)2]0.5
연신율 = (1 / 구형도)0.5
[식중,
Mxx = Σ (x-xmean)² /N,
Myy = Σ (y-ymean)² /N,
Mxy = Σ [(x-xmean)*(y-ymean)] /N,
N 은 개별 입자의 이미지를 형성하는 픽셀의 수,
x, y 는 픽셀의 좌표,
xmean 은 상기 입자의 이미지를 형성하는 N 개의 픽셀들의 x 좌표들의 평균 값,
ymean 은 상기 입자의 이미지를 형성하는 N 개의 픽셀들의 y 좌표들의 평균 값임].
구형 입자의 구형도는 1 이다. 입자가 연신될 때 구형도의 값은 감소한다.
개개의 비-원형 입자의 등가 원 직경 (또한, 다음에서 ECD 로 약기함) 은 개별 비-원형 입자와 동일한 면적을 가지는 원의 직경에 관한 정보를 제공한다 (도 3 참조).
평균 형상 계수, 평균 구형도 및 평균 ECD 는 입자의 분석된 개수에 관련된 개별 특성의 산술 평균이다.
입자 형상 특성화를 위한 절차는 다음과 같다. 20 wt.% 고형분을 가진 수성 고치-형상의 실리카 입자 분산액을 탄소 호일 상에 분산시켜 건조시킨다. 건조된 분산액을 EF-TEM (Energy Filtered-Transmission Electron Microscopy) (120 킬로 볼트) 및 SEM-SE (Scanning Electron Microscopy secondary electron image) (5 킬로 볼트) 를 이용하여 분석한다. 2k, 16 비트, 0.6851 nm/픽셀의 해상도를 가지는 EF-TEM 이미지 (도 4 참조) 를 분석에 사용한다. 이미지를 잡음 억제 후 임계치를 이용하여 2진코딩시킨다. 그후, 입자를 수동으로 분리시킨다. 겹쳐진 입자 및 가장자리 입자는 식별되어 분석에 사용되지 않는다. 이전에 정의된 ECD, 형상 계수 및 구형도를 계산하여 통계적으로 분류한다.
예를 들어, 고치-형상의 입자는 35 nm 의 평균 1차 입자 사이즈 (d1) 및 70 nm 의 평균 2차 입자 사이즈 (d2) 를 가지는 Fuso Chemical Corporation 에 의해 제조된 FUSO® PL-3 일 수도 있다.
본 발명에 따르면, 사용되는 CMP 조성물 (Q) 은 일반식 (I) 의 치환된 테트라졸 유도체 (B) 를 포함한다:
Figure pct00003
(I)
R1 은 바람직하게는, H, 하이드록시, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 아미노, 카르복실, 알킬카르복실, 티오 또는 알킬티오일 수도 있으며, 좀더 바람직하게는 R1 은 H, 히드록실, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 페닐, 벤질, 메틸페닐, 에틸페닐, 아미노, 메틸아미노, 디메틸아미노, 에틸아미노, 디에틸아미노, 카르복실, 메틸카르복실, 에틸카르복실, 티오, 메틸티오 또는 에틸티오일 수도 있으며, 가장 바람직하게는 R1 은 H, 메틸, 페닐, 메틸페닐, 아미노, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 카르복실, 메틸카르복실, 티오 또는 메틸티오일 수도 있으며, 특히 바람직하게는 R1 은 H, 페닐, 메틸페닐, 아미노, 메틸카르복실 또는 메틸티오일 수도 있다.
예를 들어, 일반식 (I) 의 화합물 (B) 은 5-페닐-1H-테트라졸, 1H-테트라졸-5-아세트산 또는 5-(4-메틸페닐)-1H-테트라졸일 수도 있다.
위에서 정의된 바와 같은 일반식 (I) 의 화합물 (B) 은 코발트 및/또는 코발트 합금에 대한 부식 억제제로서 작용한다. 일반식 (I) 의 화합물 (B) 은 코발트 및/또는 코발트 합금의 표면 상에 보호 분자 층을 형성함으로써 부식 억제제로서 작용할 수 있다고 현재 믿어지고 있다. 놀랍게도, 공지의 그리고 일반적으로 사용되는 화합물 벤조트리아졸 (BTA) 및 BTA 의 유도체 뿐만 아니라 CMP 조성물용으로 선행 기술에서 사용되는 다른 트리아졸과는 대조적으로, 일반식 (I) 의 화합물 (B) 은 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판에 대한 더 높은 재료 제거율과 결합된, 코발트 및/또는 코발트 합금에 대한 더 낮은 에칭율, 따라서, 더 나은 부식 억제의 면에서 유리한 효과를 가진다는 것이 이제 막 밝혀졌다.
본 발명에 따르면, 사용되는 CMP 조성물 (Q) 에서의 (B) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 많아야 0.2 wt.% 이다. 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 많아야 0.1 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 0.08 wt.%, 특히 많아야 0.06 wt.% 이다. 본 발명에 따르면, (B) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.003 wt.%, 바람직하게는 적어도 0.0035 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.005 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.007 wt.%, 특히 적어도 0.008 wt.% 이다. 예를 들어, (B) 의 양은 0.009 wt.% 내지 0.05 wt.% 의 범위일 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용되는 CMP 조성물은 적어도 하나의 아미노산 (C) 을 포함한다.
일반적으로, 아미노기 및 산기를 갖는 유기 화합물은 아미노산으로서 지칭된다. 본 발명의 목적을 위해, 모든 개개의 입체이성질체 및 그의 라세믹 혼합물이 또한 아미노산에 대해 고려된다. 아미노기 및 산기 양쪽이 하나의 탄소에 부착된 것 (알파-아미노 카르복시산으로 지칭됨) 이 CMP 슬러리에서 화학적 첨가제로서 사용되는 것이 바람직할 수도 있다. 많은 알파-아미노 카르복시산이 알려져 있으며, 생물체에서 단백질의 기본 성분으로서 사용되는 20 개의 "천연" 아미노산이 존재한다. 아미노산은 수성 캐리어의 존재 하에서 그의 측쇄에 따라 친수성, 중성 또는 소수성일 수 있다. 연마 첨가제로서의 알파 아미노산의 첨가가 금속 재료 제거율을 증가시킬 수도 있다.
적어도 하나의 알파-아미노산 (C) 이 일반식 (II) 으로 표현될 수도 있다
H2N-CR1R2COOH (II)
[식중, R1 및 R2 은 서로 독립적으로, 수소, -COOH, -CONH2, -NH2, -S-, -OH, -SH 를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 질소 함유 치환기, 산소 함유 치환기 및 황 함유 치환기로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 비치환되거나 또는 치환된 1 내지 8 개의 탄소 원자를 가지는 환형, 분지형 및 직선형 사슬 모이어티, 및 이들의 혼합물 및 염임.]
바람직하게는, 적어도 하나의 아미노산 (C) 은 알파-알라닌, 아르기닌, 시스틴, 시스테인, 글루타민, 글리신, 히스티딘, 이소류신, 류신, 라이신, 메티오닌, 페닐알라닌, 프롤린, 세린, 트레오닌, 트립토판, 티로신, 발린, 및 이들의 혼합물 및 염이다. 더 바람직하게는 (C) 는 알파-알라닌, 아르기닌, 글리신, 히스티딘, 류신, 라이신, 프롤린, 세린, 발린, 및 이들의 혼합물 및 염이다. 가장 바람직하게는 (C) 는 알파-알라닌, 글리신, 프롤린, 세린, 및 이들의 혼합물 및 염이며, 특히 (C) 는 알파-알라닌, 세린, 글리신 및 이들의 혼합물 및 염이며, 예를 들어, (C) 는 글리신이다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물 (Q) 에서의 아미노산 (C) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 많아야 2.25 wt.% 이다. 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 더 바람직하게는 많아야 1.2 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 1 wt.%, 특히 많아야 0.8 wt.% 이다. 본 발명에 따르면, (C) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.1 wt.% 이다. 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 바람직하게는, 적어도 0.3 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.4 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.5 wt.%, 특히 적어도 0.6 wt.% 이다. 예를 들어, (C) 의 양은 0.65 wt.% 내지 0.78 wt.% 의 범위일 수 있다.
본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물은 적어도 하나의 산화제 (D), 바람직하게는 하나 내지 두가지 유형의 산화제 (D), 좀더 바람직하게는 한 유형의 산화제 (D) 를 포함한다. 산화제 (D) 는 성분 (A), (B), (C) 및 (E) 와는 상이하다. 일반적으로, 산화제는 연마될 기판 또는 그 층들 중 하나를 산화시킬 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (D) 는 퍼 (per)-형 산화제이다. 좀더 바람직하게는, (D) 는 과산화물, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 과옥소산염, 과망간산염, 또는 이들의 유도체이다. 가장 바람직하게는, (D) 는 과산화물 또는 과황산염이다. 특히, (D) 는 과산화물이다. 예를 들어, (D) 는 과산화수소이다.
적어도 하나의 산화제 (D) 가 본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물에 가변 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (D) 의 양은 각각의 경우, 본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로, 많아야 4 wt.% (각각의 경우, wt.% 는 "중량퍼센트" 를 의미함), 좀더 바람직하게는 많아야 2.5 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 1.8 wt.%, 특히 많아야 1.5 wt.%, 예를 들어, 많아야 1.2 wt.% 이다. 바람직하게는, (D) 의 양은 각각의 경우, 본 발명에 따라서 사용되는 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.2 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.25 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.3 wt.%, 특히 적어도 0.35 wt.%, 예를 들어, 적어도 0.4 wt.% 이다. 과산화수소가 산화제 (D) 로서 사용되면, (D) 의 양은 각각의 경우, 본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.2 wt.% 내지 2.8 wt.%, 좀더 바람직하게는 0.28 wt.% 내지 1.9 wt.%, 예를 들어 1.0 wt.% 이다.
본 발명에 따르면, 사용되는 CMP 조성물은 수성 매질 (E) 을 포함한다.
(E) 는 하나의 유형 또는 상이한 유형의 수성 매질의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, 수성 매질 (E) 은 물을 함유하는 임의의 매질일 수 있다. 바람직하게는, 수성 매질 (E) 은 물과, 물과 혼화가능한 유기 용매 (예컨대, 알코올, 바람직하게는 C1 내지 C3 알코올, 또는 알킬렌 글리콜 유도체) 의 혼합물이다. 좀더 바람직하게는, 수성 매질 (E) 은 물이다. 가장 바람직하게는, 수성 매질 (E) 은 탈이온수이다.
(E) 이외의 성분의 양이 CMP 조성물의 x 총 중량% 이면, (E) 의 양은 CMP 조성물 (Q) 의 (100-x) 중량% 이다.
상이한 재료, 예를 들어, 금속 대 규소 이산화물에 대한, 조성물의 안정성, 연마 성능 및 에칭 거동과 같은, 본 발명에 따라서 각각 사용되는 CMP 조성물의 특성은 상응하는 조성물의 pH 에 의존할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 사용되는 CMP 조성물 (Q) 은 7 내지 10 의 범위인 pH 를 갖는다. 바람직하게는, 본 발명에 따라서 각각 사용되는 조성물의 pH 값은 7.2 내지 9.4, 좀더 바람직하게는 7.5 내지 9.0, 가장 바람직하게는 7.7 내지 8.8, 특히 바람직하게는 7.8 내지 8.6, 예를 들어, 7.9 내지 8.4 의 범위이다.
본 발명의 사용되는 CMP 조성물은 임의로 적어도 하나의 아미노산 (C) 과는 상이한 적어도 하나의 추가적인 착화제 (G), 예를 들어, 하나의 착화제를 더 함유할 수 있다. 일반적으로, 착화제는 연마될 기판 또는 그의 층들 중 하나의 이온을 착화합물화할 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (G) 는 적어도 하나의 COOH 기를 가지는 카르복시산, N-함유 카르복시산, N-함유 술폰산, N-함유 황산, N-함유 포스폰산, N-함유 인산, 또는 이들의 염이다. 좀더 바람직하게는, (G) 는 적어도 2개의 COOH 기를 가지는 카르복시산, N-함유 카르복시산, 또는 이들의 염이다. 예를 들어, 적어도 하나의 추가적인 착화제 (G) 는 아세트산, 글루콘산, 락트산, 니트릴로아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 이미노-디-숙신산, 글루타르산, 시트르산, 말론산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복시산, 푸마르산, 타르타르산, 숙신산 및 피트산일 수 있다.
존재하는 경우, 착화제 (G) 는 가변 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (G) 의 양은 상응하는 조성물의 총 중량을 기준으로 많아야 20 wt.%, 좀더 바람직하게는 많아야 10 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 5 wt.%, 예를 들어, 많아야 2 wt.% 이다. 바람직하게는, (G) 의 양은 상응하는 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.05 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.1 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.5 wt.%, 예를 들어, 적어도 1 wt.% 이다.
본 발명의 사용되는 CMP 조성물은 임의로 적어도 하나의 바이오사이드 (H), 예를 들어, 하나의 바이오사이드를 더 함유할 수 있다. 일반적으로, 바이오사이드는 화학적 또는 생물학적 수단에 의해 임의의 유해한 유기체를 억제, 무해화, 제어 효과를 발휘하는 화합물이다. 바람직하게는, (H) 는 4 차 암모늄 화합물, 이소티아졸리논-계 화합물, N-치환된 디아제늄 이산화물, 또는 N'-하이드록시-디아제늄 산화물 염이다. 좀더 바람직하게는, (H) 는 N-치환된 디아제늄 이산화물, 또는 N'-하이드록시-디아제늄 산화물 염이다.
존재하는 경우, 바이오사이드 (H) 는 가변 양으로 함유될 수 있다. 존재하는 경우, (H) 의 양은 상응하는 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 많아야 0.5 wt.%, 좀더 바람직하게는 많아야 0.1 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 0.05 wt.%, 특히 많아야 0.02 wt.%, 예를 들어, 많아야 0.008 wt.% 이다. 존재하는 경우, (H) 의 양은 상응하는 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 적어도 0.0001 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.0005 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.001 wt.%, 특히 적어도 0.003 wt.%, 예를 들어, 적어도 0.006 wt.% 이다.
본 발명에 따라서 각각 사용되는 CMP 조성물은 또한 필요에 따라, 상기 CMP 조성물의 의도된 사용의 특정의 요건에 따라서, 비제한적으로 pH 조절제, 버퍼 물질, 안정제, 음이온 계면활성제, 비-이온 계면활성제 또는 양이온-계면활성제일 수도 있는 계면활성제, 감마제 등을 포함한, 여러 다른 첨가제를 함유할 수도 있다. 상기 다른 첨가제는 예를 들어, CMP 조성물에 널리 채용되는, 따라서 당업자에게 알려져 있는 것이다. 이러한 첨가는 예를 들어, 분산액을 안정시키거나, 또는 연마 성능, 또는 상이한 층들 사이의 선택도를 향상시킬 수 있다.
존재하는 경우, 상기 첨가제는 가변 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 상응하는 조성물의 총 중량을 기준으로 많아야 10 wt.%, 더 바람직하게는 많아야 1 wt.%, 가장 바람직하게는 많아야 0.1 wt.%, 예를 들어, 많아야 0.01 wt.% 이다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 상응하는 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.0001 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 0.001 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 0.01 wt.%, 예를 들어, 적어도 0.1 wt.% 이다.
본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물 (Q) 은 코발트 및/또는 코발트 합금으로 이루어지는 반도체 산업에서 사용되는 기판 (S) 의 화학적-기계적 연마를 위한 것이다.
코발트 및/또는 코발트 합금은 임의의 유형, 형태, 또는 형상일 수 있다. 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 층 및/또는 과성장의 형상을 가진다. 이 코발트 및/또는 코발트 합금이 층 및/또는 과성장의 형상이면, 코발트 및/또는 코발트 합금 함량은 상응하는 층 및/또는 과성장의 바람직하게는 90중량% 보다 높고, 더 바람직하게는 95중량% 보다 높고, 가장 바람직하게는 98중량% 보다 높고, 특히 99중량% 보다 높고, 예를 들어, 99.9중량% 보다 높다. 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 다른 기판들 사이의 트렌치 또는 플러그에 충진되거나 또는 성장되며, 좀더 바람직하게는 예를 들어, SiO2, 규소, 저-k (BD1, BD2) 또는 초 저-k 재료와 같은 유전 물질, 또는 반도체 산업에서 사용되는 다른 절연 및 반도체 재료에서의 트렌치 또는 플러그에 충진되거나 또는 성장되었다. 예를 들어, TSV (Through Silicon Vias) 중간 방법에서는, 웨이퍼의 후면으로부터 TSV 를 노출시킨 후 절연/단리 특성을 위한 습식 에치 및 CMP 의 후속 방법 단계들 사이에서 절연 재료로서 중합체, 포토레지스트 및/또는 폴리이미드와 같은 절연 재료가 사용될 수 있다. 구리와 유전 물질 사이에는 장벽 재료의 박막이 존재할 수 있다. 일반적으로, 금속 이온이 유전체로 확산하는 것을 방지하기 위한 장벽 재료는 예를 들어, Ti/TiN, Ta/TaN 또는 Ru 또는 Ru-합금, Co 또는 Co-합금일 수 있다.
본 발명에 따른 CMP 조성물 (Q) 이 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판을 연마하는데 사용되면, 코발트의 정적 에칭율 (SER) 은 바람직하게는 100 Å/min 미만, 좀더 바람직하게는 80 Å/min 미만, 가장 바람직하게는 70 Å/min 미만, 특히 바람직하게는 60 Å/min 미만이며, 예를 들어, 정적 에칭율은 38 Å/min 미만일 수도 있다.
본 발명에 따른 CMP 조성물 (Q) 이 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판을 연마하는데 사용되면, 코발트의 재료 제거율 (MRR) 은 바람직하게는 100 내지 7500 Å/min 의 범위, 더 바람직하게는 850 내지 6500 Å/min 의 범위, 가장 바람직하게는 920 내지 5800 Å/min 의 범위, 특히 바람직하게는 980 내지 5500 Å/min 의 범위이며, 예를 들어, 코발트 재료 제거율은 1000 내지 5650 Å/min 의 범위이다.
반도체 디바이스는 본 발명의 CMP 조성물 (Q) 의 존재 하에서 반도체 산업에서 사용되는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 포함한다.
일반적으로, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 반도체 디바이스는 특히 제한되지 않는다. 따라서, 반도체 디바이스는 예를 들어, 규소, 게르마늄, 및 III-V 재료와 같은, 전자 구성요소 포함 반도체 재료일 수 있다. 반도체 디바이스는 별개의 단일 디바이스로서 제조되는 것, 또는 웨이퍼 상에 제조되어 상호접속된 다수의 디바이스로 이루어지는 집적 회로 (IC) 로서 제조되는 것일 수 있다. 반도체 디바이스는 2단자 디바이스 예를 들어, 다이오드, 3단자 디바이스 예를 들어, 바이폴라 트랜지스터, 4단자 디바이스 예를 들어, 홀 효과 센서 또는 멀티-단자 디바이스일 수 있다. 바람직하게는, 상기 반도체 디바이스는 멀티-단자 디바이스이다. 멀티-단자 디바이스는 집적 회로 및 마이크로프로세서와 같은 로직 디바이스, 또는 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 판독전용 메모리 (ROM) 및 상 변화 랜덤 액세스 메모리 (PCRAM) 와 같은 메모리 디바이스일 수 있다. 바람직하게는 상기 반도체 디바이스는 멀티-단자 로직 디바이스이다. 특히 상기 반도체 디바이스는 집적 회로 또는 마이크로프로세서이다.
일반적으로, 집적 회로에서, Co 가 구리 상호접속을 위한 접착 또는 장벽 층으로서 사용된다. 그의 나노-결정 형태로, Co 가 예를 들어, 메모리 디바이스에, 그리고, MOSFET 에서는 금속 게이트로서 포함된다. 코발트는 또한 전착에 의한 구리의 도금을 가능하게 하는 시드로서 사용될 수 있다. 코발트 또는 코발트 합금이 또한 구리 대신 하나 이상의 층들을 위한 배선으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 (CAP) 는 동일한 레벨에서 금속, 절연체, 금속 (MIM) 및 박막 레지스터의 연속적인 층들에 의해 형성될 수 있다. 회로 설계자는 이제 가장 낮은 금속 레벨에서 TaN 박막 레지스터에 배선할 수 있으며, 이는 기생진동 (parasitics) 을 감소시키고 기존 배선 레벨의 더욱 효율적인 사용을 가능하게 한다. 유전체 상부에 예를 들어, Co/TaN, Co/TiN, Co/TaCN, Co/TiCN 과 같은 금속 질화물 또는 금속 탄소 질화물의 형태로 또는 예를 들어, CoMo, CoTa, CoTi 및 CoW 와 같은 단일 코발트 합금 층으로서 Co 를 포함하는 과잉의 구리 및/또는 코발트 및 접착/장벽층이 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 방법에 의해 제거될 수 있다.
일반적으로, 이 코발트 및/또는 코발트 합금은 상이한 방법으로 제조되거나 또는 수득될 수 있다. 코발트 또는 코발트 합금은 ALD, PVD 또는 CVD 방법에 의해 제조될 수 있다. 코발트 또는 코발트 합금은 장벽 재료 상에 침착되는 것이 가능하다. 장벽 애플리케이션에 적합한 재료는 당업계에 널리 알려져 있다. 장벽은 코발트 또는 구리와 같은 금속 원자 또는 이온이 유전체층으로 확산하는 것을 방지하며 도전층의 접착 특성을 향상시킨다. Ta/TaN, Ti/TiN 이 사용될 수 있다.
일반적으로, 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금은 임의의 유형, 형태, 또는 형상일 수 있다. 이 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 층 및/또는 과성장의 형상을 가진다. 이 코발트 및/또는 코발트 합금이 층 및/또는 과성장의 형상을 가지면, 코발트 및/또는 코발트 합금 함량은 상응하는 층 및/또는 과성장의 바람직하게는 90중량% 보다 높고, 좀더 바람직하게는 95중량% 보다 높고, 가장 바람직하게는 98중량% 보다 높고, 특히 99중량% 보다 높으며, 예를 들어, 99.9중량% 보다 높다. 이 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 다른 기판들 사이의 트렌치 또는 플러그에 충진되거나 또는 성장되며, 좀더 바람직하게는 예를 들어, SiO2, 규소, 저-k (BD1, BD2) 또는 초 저-k 재료와 같은 유전 물질, 또는 반도체 산업에서 사용되는 다른 절연 및 반도체 재료에서의 트렌치 또는 플러그에 충진되거나 또는 성장되었다.
일반적으로, 하방 압력 또는 하방력은 CMP 동안 캐리어에 의해 웨이퍼에 가해져 패드에 대해 웨이퍼를 압박하는 하향 압력 또는 하향력이다. 이 하방 압력 또는 하방력은 예를 들어, 평방 인치 당 파운드 (psi 로서 약칭됨) 로 측정될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 방법은 2 psi 이하의 하방 압력으로 수행될 수도 있다. 하방 압력은 바람직하게는 0.1 내지 1.9 psi 의 범위, 더 바람직하게는 0.3 내지 1.8 psi 의 범위, 가장 바람직하게는 0.4 내지 1.7 psi 의 범위, 특히 바람직하게는 0.8 내지 1.6 psi 의 범위, 예를 들어, 1.3 psi 이다.
본 발명의 방법이 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판의 화학적 기계적 연마를 포함하면, 코발트의 정적 에칭율 (SER) 은 바람직하게는 100 Å/min 미만, 더 바람직하게는 80 Å/min 미만, 가장 바람직하게는 70 Å/min 미만, 특히 바람직하게는 60 Å/min 미만이며, 예를 들어, 정적 에칭율은 38 Å/min 미만일 수도 있다.
본 발명의 방법이 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판의 화학적 기계적 연마를 포함하면, 코발트의 재료 제거율 (MRR) 은 바람직하게는 100 내지 7500 Å/min 의 범위, 더 바람직하게는 850 내지 6500 Å/min 의 범위, 가장 바람직하게는 920 내지 5800 Å/min 의 범위, 특히 바람직하게는 980 내지 5500 Å/min 의 범위이며, 예를 들어, 코발트 재료 제거율은 1000 내지 5650 Å/min 의 범위이다.
이들 상이한 범위의 코발트 재료 제거율은 예를 들어, CMP 조성물 (Q) 의 연마제 (A) 의 농도 및 성분 (B) 의 농도를 변경함으로써, 달성될 수 있다.
본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물 (Q) 의 예
Z1:
(A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 1.8 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자
(B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt.-% 내지 0.08 wt.-% 의 총량인, 5-페닐-1H-테트라졸
(C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt.-% 내지 0.8 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 1.5 wt.-% 의 총량인, 과산화수소
(E) 수성 매질
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 갖는다.
Z2:
(A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 1.8 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자
(B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt.-% 내지 0.08 wt.-% 의 총량인, 5-(4-메틸페닐)-1H-테트라졸
(C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt.-% 내지 0.8 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 1.5 wt.-% 의 총량인, 과산화수소
(E) 수성 매질
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 갖는다.
Z3:
(A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 1.8 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자
(B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt.-% 내지 0.08 wt.-% 의 총량인, 5-(4-에틸티오)-1H-테트라졸
(C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt.-% 내지 0.8 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 1.5 wt.-% 의 총량인, 과산화수소
(E) 수성 매질
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 갖는다.
Z4:
(A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 1.8 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자
(B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt.-% 내지 0.08 wt.-% 의 총량인, 5-아미노-1H-테트라졸 일수화물
(C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt.-% 내지 0.8 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 1.5 wt.-% 의 총량인, 과산화수소
(E) 수성 매질
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 갖는다.
Z5:
(A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 1.8 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자
(B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt.-% 내지 0.08 wt.-% 의 총량인, 5-아세트산-1H-테트라졸
(C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt.-% 내지 0.8 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 1.5 wt.-% 의 총량인, 과산화수소
(E) 수성 매질
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 갖는다.
CMP 조성물을 제조하기 위한 방법은 일반적으로 알려져 있다. 이들 방법은 본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물의 제조에 적용될 수도 있다. 이것은 위에서 설명한 성분 (A), (B), (C), (D) 및 임의 성분을 수성 매질 (E), 바람직하게는 물에 분산시키거나 또는 용해시킴으로써, 임의로 산, 염기, 버퍼 또는 pH 조절제를 첨가하는 것을 통해서 pH 값을 조절함으로써, 수행될 수 있다. 이 목적을 위해, 관례 및 표준 혼합 방법 및 혼합 장치, 예컨대 교반조, 고전단력 임펠러 (high shear impeller), 초음파 믹서, 균질기 노즐 또는 역류 믹서가 사용될 수 있다.
연마 방법은 일반적으로 알려져 있으며 집적 회로를 가진 웨이퍼의 제조 시에 CMP 용으로 통상적으로 사용되는 조건 하에서 방법 및 장비로 실행될 수 있다. 연마 방법이 수행될 수 있는 장비에는 어떤 제한도 없다.
당업계에 알려져 있는 바와 같이, CMP 방법을 위한 전형적인 장비는 연마 패드로 덮여지는 회전 플래튼으로 이루어진다. 또한, 오비탈 연마기가 사용되고 있다. 웨이퍼는 캐리어 또는 척 상에 장착된다. 처리되는 웨이퍼의 측면은 연마 패드 (단일 측면 연마 방법) 와 대향하고 있다. 리테이닝 링 (retaining ring) 은 웨이퍼를 수평 위치에 고정시킨다.
캐리어 아래에, 대직경 플래튼이 또한 일반적으로 수평으로 위치되며, 피연마 웨이퍼의 표면과 평행한 표면을 제공한다. 플래튼 상의 연마 패드는 평탄화 방법 동안 웨이퍼 표면과 접촉한다.
재료 손실을 발생시키기 위해, 웨이퍼가 연마 패드 상으로 가압된다. 캐리어 및 플래튼 양쪽은 일반적으로 캐리어 및 플래튼으로부터 수직하게 연장하는 그들의 개별 샤프트를 중심으로 회전하게 한다. 회전하는 캐리어 샤프트는 회전하는 플래튼에 대해 고정된 위치에서 유지할 수도 있거나 또는 플래튼에 대해 수평으로 진동할 수도 있다. 캐리어의 회전의 방향은 반드시는 아니지만, 일반적으로, 플래튼의 방향과 동일하다. 캐리어 및 플래튼에 대한 회전의 속도는 반드시는 아니지만, 일반적으로, 상이한 값으로 설정된다. 본 발명의 CMP 방법 동안, 본 발명의 CMP 조성물은 일반적으로 연속적인 스트림으로서 또는 드롭 방식으로 연마 패드 상으로 적용된다. 통상적으로, 플래튼의 온도는 10 내지 70℃ 의 온도로 설정된다.
웨이퍼 상에의 부하는 예를 들어, 뒤판 필름 (backing film) 으로 종종 불리는 연성 패드로 덮힌, 강철로 이루어지는 편평한 플레이트에 의해 적용될 수 있다. 더 진보된 장비가 사용되고 있으면, 공기 또는 질소 압력으로 로드되는 가요성 멤브레인이 웨이퍼를 패드 상으로 가압시킨다. 이러한 멤브레인 캐리어는 웨이퍼 상의 하방 압력 분포가 경질 플래튼 설계를 가진 캐리어의 하방 압력 분포에 비해 더 균일하기 때문에, 경질 연마 패드가 사용될 때 낮은 하방력 방법에 대해 바람직하다. 웨이퍼 상의 압력 분포를 제어하는 옵션을 가진 케리어가 또한 본 발명에 따라서 사용될 수도 있다. 이들은 통상 서로 독립적으로 어느 정도 로드될 수 있는 다수의 상이한 챔버로 설계된다.
추가적인 세부 사항에 대해서는, WO 2004/063301 A1, 특히, 페이지 16, 문단 [0036] 내지 페이지 18, 문단 [0040] 를 도 2 와 함께 참조한다.
본 발명의 CMP 방법에 의해 및/또는 본 발명의 CMP 조성물을 이용하여, 우수한 기능성을 갖는, 코발트 및/또는 코발트 합금으로 이루어지는 집적 회로를 가진 웨이퍼가 수득될 수 있다.
본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물은 CMP 방법에서 즉시 사용가능한 슬러리로서 사용될 수 있으며, 이들은 긴 저장-수명을 가지며 장시간에 걸쳐서 안정한 입자 사이즈 분포를 나타낸다. 따라서, 이들은 취급하고 저장하기에 용이하다. 이들은 우수한 연마 성능, 특히 코발트의 높은 재료 제거율 (MRR) 과 결합된, 코발트 및/또는 코발트 합금의 낮은 정적 에칭율을 나타낸다. 그 성분의 양이 최소로 억제되기 때문에, 본 발명에 따라서 각각 사용되는 CMP 조성물이 비용-효과적인 방식으로 사용될 수 있다.
도 1 은 입자의 형상에 따른, 형상 계수의 변화의 개략도를 나타낸다.
도 2 는 입자의 연신율에 따른, 구형도의 변화의 개략도를 나타낸다.
도 3 은 등가 원 직경 (ECD) 의 개략도를 나타낸다
도 4 는 탄소 호일 상에 20 wt.% 고형분을 갖는 건조된 고치-형상의 실리카 입자 분산액의 EF-TEM (Energy Filtered-Transmission Electron Microscopy) (120 킬로 볼트) 이미지를 나타낸다.
실시예 및 비교예
CMP 실험에 대한 일반적인 절차가 아래에 설명된다.
200 mm Co/Co 웨이퍼에 대한 표준 CMP 방법:
Strasbaugh nSpire (모델 6EC), ViPRR 부동 리테이닝 링 캐리어;
하방 압력: 1.5 psi;
후방 압력: 1.0 psi;
리테이닝 링 압력: 1.0 psi;
연마 테이블 / 캐리어 속도: 130 / 127 rpm;
슬러리 유량: 300 ml / min;
연마 시간: 15 s; (Co)
60 s; (Cu)
연마 패드: Fujibo H800;
뒤판 필름: Strasbaugh, DF200 (136 홀);
조절 도구: Strasbaugh, 연성 브러시, 액스-시츄 (ex-situ); 각각의 웨이퍼 이후에 패드가 다른 웨이퍼의 다음 가공에 대해 5lbs 하방력으로 2 회 스윕 (sweep) 으로 조절된다. 브러시는 연성이다. 이는 200 회의 스윕 이후에도 브러시가 연성 연마 패드 상에서 유의한 제거율을 초래하지 않았음을 의미한 다.
3개의 더미 TEOS 웨이퍼가 금속 웨이퍼가 연마되기 전에 60초 동안 연마된다 (Co 웨이퍼는 15 초 동안 연마된다).
슬러리가 로컬 공급 스테이션에서 교반된다.
금속 블랭킷 웨이퍼에 대한 표준 분석 절차:
제거율은 Sartorius LA310 S 스케일 또는 NAPSON 4-지점 프로브 스테이션에 의해 CMP 전후 웨이퍼의 중량 차이에 의해 측정된다.
제거율의 방사상 균일도는 NAPSON 4-지점 프로브 스테이션을 이용하여 39 지점 직경 스캔 (범위) 에 의해 평가된다.
금속 필름 코팅된 웨이퍼의 CMP 용 표준 소모품:
Co 필름: Ti 라이너 상의 2000 A PVD Co (공급자: AMT);
pH - 값은 pH 복합 전극 (Schott, 청색 라인 22 pH 전극) 으로 측정된다.
Co 정적 에칭율 (Co-SER) 의 측정을 위한 표준 절차:
Co-SER 실험은 다음과 같이 수행하였다. (AMT 로부터의) 2.5x2.5 cm PVD Co 를 절단하고, DI 수로 세척하였다. Co 필름 두께 (d전) 를 4-지점 프로브로 측정하였다. 0.5% H2O2 를 가지는 갓 제조된 400ml 의 슬러리를 비커에 둔 다음, 50 ℃ 까지 가열하였다. Co 쿠폰을 슬러리에 투입하고 3 분간 슬러리에 유지시켰다. 그후 쿠폰을 세척하고, N2 로 건조시켰다. Co 필름 두께 (d후) 를 동일한 디바이스로 다시 측정하였다. Co-SER 을 다음 수식으로 측정하였다:
SER (Å/min)= (d전- d후)/3
슬러리 준비에 대한 표준 절차:
초순수에 원하는 양의 글리신을 용해시켜 글리신 10 wt.% 의 수용액을 제조하였다. 20 분간 교반한 후 그 용액을 중화시키고 KOH 의 4.8 wt.% 수용액을 첨가함으로써 pH 를 pH 8.05 ± 0.1 로 조정하였다. 농도를 조정하기 위해 평형수를 첨가할 수도 있다. 초순수에 원하는 양의 테트라졸을 용해시키고 고체 테트라졸의 모두가 용해될 때까지 30 분간 교반하여, 테트라졸 1 wt.% 의 수성 원액을 제조한다.
실시예의 CMP 슬러리를 제조하기 위해, 글리신 (아미노산 (C)) 용액, 테트라졸 (부식 억제제 (B)) 용액을 혼합하고, 연속 교반하면서 콜로이드성 실리카 입자의 용액 ((A) 예를 들어, Fuso® PL 3 의 20 % 원액) 을 첨가한다. 원하는 양의 연마제 (A) 의 완전한 첨가 후, 분산액을 추가 5 분 동안 교반한다. 그후 KOH 의 4.8 wt.% 수용액을 첨가함으로써 pH 를 8.3 ± 0.1 로 조절한다. CMP 슬러리의 농도를 아래 실시예 및 비교예의 표 2 및 표 3 에 리스트된 값으로 조절하기 위해 교반하면서 평형수를 첨가한다. 그후 실온에서 0.2 μm 필터에 통과시킴으로써 분산액을 여과한다. 슬러리가 CMP 에 사용되기 전에 (1 내지 15 분) 직전에 원하는 양의 H2O2 (D) 를 첨가한다.
실시예에서 사용된 무기 입자 (A)
(Horiba 기구를 통해서 동적 광 산란 기법을 이용하여 측정된) 35 nm 의 평균 1차 입자 사이즈 (d1) 및 70 nm 의 평균 2차 입자 사이즈 (d2) 및 대략 46 m²/g 의 비표면적을 갖는 콜로이드성 고치-형상의 실리카 입자 (A1) (예를 들어, Fuso® PL-3) 를 사용하였다.
표 1: 고치-형상의 실리카 입자 (A) 의 입자 형상 분석의 실험 결과
Figure pct00004
입자 형상 특성화를 위한 절차
20 wt.% 고형분을 가진 수성 고치-형상의 실리카 입자 분산액을 탄소 호일 상에 분산시켜 건조시켰다. 건조된 분산액을 EF-TEM (Energy Filtered-Transmission Electron Microscopy) (120 킬로 볼트) 및 SEM-SE (Scanning Electron Microscopy secondary electron image) (5 킬로 볼트) 를 이용하여 분석하였다. 2k, 16 비트, 0.6851 nm/픽셀의 해상도를 가진 EF-TEM 이미지 (도 4) 를 분석에 사용하였다. 이미지는 잡음 억제 후 임계치를 이용하여 2진 코딩하였다. 그후 입자를 수동으로 분리하였다. 겹쳐진 및 가장자리 입자를 식별하여 분석에 사용하지 않았다. 앞에서 정의된 바와 같은 ECD, 형상 계수 및 구형도를 계산하여 통계적으로 분류하였다.
A2 가 (Horiba 기구를 통해서 동적 광 산란 기법을 이용하여 측정된) 35 nm 의 평균 1차 입자 사이즈 (d1) 및 75 nm 의 평균 2차 입자 사이즈 (d2) 를 갖는 대략 90 m²/g 의 비표면적을 가지는 응집 입자 (예를 들어, Fuso® PL-3H) 인 것을 사용하였다.
표 2: 실시예 1 내지 7 및 비교예 V1 내지 V2 의 CMP 조성물, 이들 조성물을 이용한 200 mm Co 웨이퍼의 화학적-기계적 연마의 방법에서의 이들의 pH 값, pH 변화, 농도 변화, Co-SER 데이터 뿐만 아니라 이들의 Co-MRR 데이터, 여기서, CMP 조성물의 수성 매질 (E) 은 탈이온수이다. 성분 (A), (B), (C) 및 (D) 의 양은 상응하는 CMP 조성물의 중량에 의해 중량 퍼센트 (wt.%) 로 규정된다. (E) 이외의 성분의 양이 CMP 조성물의 총 y 중량% 이면, (E) 의 양은 CMP 조성물의 (100-y) 중량% 이다.
Figure pct00005
(표 2: 계속)
Figure pct00006
(표 2: 계속)
Figure pct00007
표 3: 실시예 8 내지 12 및 비교예 V3 내지 V6 의 CMP 조성물에 대한 Co-SER (정적 에칭율) [Å/min]:
Figure pct00008
(표 3: 계속)
Figure pct00009
(표 3: 계속)
Figure pct00010
본 발명에 따른 CMP 조성물은 표 2 및 표 3 에 나타낸 실시예에 의해 입증될 수 있는 바와 같이, 코발트 재료 제거율 (MRR) [Å/min] 면에서 향상된 연마 성능을, 그리고 Co 에칭율에서 급격한 감소를 보이고 있다.

Claims (14)

  1. (i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 위한 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도로서,
    CMP 조성물 (Q) 이,
    (A) 무기 입자,
    (B) 일반식 (I) 의 치환된 테트라졸 유도체,
    Figure pct00011
    (I)
    [식중, R1 은 H, 하이드록시, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 아미노, 카르복실, 알킬카르복실, 티오 또는 알킬티오임.]
    (C) 적어도 하나의 아미노산,
    (D) 적어도 하나의 산화제, 및
    (E) 수성 매질
    을 포함하며, CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 가지는, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  2. 제 1 항에 있어서,
    무기 입자 (A) 가 콜로이드성 무기 입자인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    콜로이드성 무기 입자가 실리카 입자인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    치환된 테트라졸 유도체 (B) 가 일반식 (I) 의 것이며, R1 이 아릴, 아릴알킬, 아미노, 카르복실, 알킬카르복실 또는 알킬티오인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    치환된 테트라졸 유도체 (B) 가 일반식 (I) 의 것이며, R1 이 페닐, 4-메틸페닐, 아미노, 아세트산 또는 에틸티오인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    일반식 (I) 의 치환된 테트라졸 유도체 (B) 의 총량이 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.003 wt.-% 내지 0.1 wt.-% 의 범위인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 아미노산 (C) 이 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 아미노산 (C) 의 총량이 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 wt.-% 내지 2.25 wt.-% 의 범위인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제가 과산화물을 포함하는, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제가 과산화수소인, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  11. 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물로서,
    (A) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt.-% 내지 3 wt.-% 의 총량인, 콜로이드성 실리카 입자,
    (B) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.003 wt.-% 내지 0.15 wt.-% 의 총량인, 5-페닐-1H-테트라졸, 5-(4-메틸페닐)-1H-테트라졸, 5-(에틸티오)-1H-테트라졸, 5-아미노테트라졸 일수화물 및 1H-테트라졸-5-아세트산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 치환된 테트라졸 유도체 (B),
    (C) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 0.9 wt.-% 의 총량인, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C),
    (D) 개별 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt.-% 내지 2 wt.-% 의 총량인, 과산화수소, 및
    (E) 수성 매질,
    을 포함하며, CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 가지는, 화학적 기계적 연마 (CMP) 조성물.
  12. 반도체 산업에서 사용되는 기판 (S) 의 화학적 기계적 연마를 포함하는 반도체 디바이스의 제조를 위한 방법으로서,
    기판 (S) 이,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에서 정의된 CMP 조성물 (Q) 의 존재 하에서,
    (i) 코발트 및/또는
    (ii) 코발트 합금
    을 포함하는, 반도체 디바이스의 제조를 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    코발트의 정적 에칭율 (SER) 이 100 Å/min 미만인, 반도체 디바이스의 제조를 위한 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    코발트 재료 제거율 (MRR) 이 300 내지 6000 Å/min 의 범위로 조절되는, 반도체 디바이스의 제조를 위한 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190033431A (ko) * 2017-09-21 2019-03-29 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드 코발트용 화학 기계적 연마 방법

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102641590B1 (ko) 2015-08-12 2024-02-27 바스프 에스이 코발트 함유 기판의 연마를 위한 화학 기계 연마 (cmp) 조성물의 용도
US10077382B1 (en) 2017-03-06 2018-09-18 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for polishing cobalt-containing substrate
US10233356B2 (en) 2017-03-06 2019-03-19 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Polishing slurry for cobalt-containing substrate
US10947413B2 (en) * 2019-03-29 2021-03-16 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings Chemical mechanical polishing method for cobalt with high cobalt removal rates and reduced cobalt corrosion
JP7244642B2 (ja) * 2019-06-20 2023-03-22 富士フイルム株式会社 研磨液、及び、化学的機械的研磨方法
EP4065659A1 (en) * 2019-11-26 2022-10-05 Rhodia Operations Cerium based particles, process for producing the same and uses thereof in polishing
CN115678437B (zh) * 2022-11-04 2024-02-27 河北工业大学 基于双氧水体系弱酸性的钼阻挡层化学机械抛光液及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273910A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujifilm Corp 研磨用組成液
KR20080088397A (ko) * 2007-03-29 2008-10-02 후지필름 가부시키가이샤 금속용 연마액 및 연마 방법
JP2008244316A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Fujifilm Corp 金属用研磨液及び研磨方法
JP2009064881A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Fujifilm Corp 金属用研磨用組成物及びそれを用いた化学的機械的研磨方法
JP2009087968A (ja) * 2007-09-27 2009-04-23 Fujifilm Corp 金属用研磨液、及び化学的機械的研磨方法
JP2011003665A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体およびそれを用いた化学機械研磨方法
KR20140117622A (ko) * 2012-01-24 2014-10-07 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 코발트 적용을 위한 슬러리

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5230833A (en) 1989-06-09 1993-07-27 Nalco Chemical Company Low sodium, low metals silica polishing slurries
JP4078787B2 (ja) * 2000-03-31 2008-04-23 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体
US20040175942A1 (en) 2003-01-03 2004-09-09 Chang Song Y. Composition and method used for chemical mechanical planarization of metals
US20050136670A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 Ameen Joseph G. Compositions and methods for controlled polishing of copper
CN101356628B (zh) * 2005-08-05 2012-01-04 高级技术材料公司 用于对金属膜进行平坦化的高通量化学机械抛光组合物
CN102703027A (zh) * 2009-02-16 2012-10-03 日立化成工业株式会社 铜研磨用研磨剂的应用
JP2012182158A (ja) * 2011-02-08 2012-09-20 Hitachi Chem Co Ltd 研磨液、及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法
CN102304327A (zh) 2011-07-05 2012-01-04 复旦大学 一种基于金属Co的抛光工艺的抛光液
JP6057706B2 (ja) * 2012-12-28 2017-01-11 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
DE112014001038T5 (de) * 2013-02-28 2015-11-26 Fujimi Incorporated Polieraufschlämmung zur Kobaltentfernung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273910A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujifilm Corp 研磨用組成液
JP2008244316A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Fujifilm Corp 金属用研磨液及び研磨方法
KR20080088397A (ko) * 2007-03-29 2008-10-02 후지필름 가부시키가이샤 금속용 연마액 및 연마 방법
JP2009064881A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Fujifilm Corp 金属用研磨用組成物及びそれを用いた化学的機械的研磨方法
JP2009087968A (ja) * 2007-09-27 2009-04-23 Fujifilm Corp 金属用研磨液、及び化学的機械的研磨方法
JP2011003665A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体およびそれを用いた化学機械研磨方法
KR20140117622A (ko) * 2012-01-24 2014-10-07 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 코발트 적용을 위한 슬러리

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190033431A (ko) * 2017-09-21 2019-03-29 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드 코발트용 화학 기계적 연마 방법

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IL252522A0 (en) 2017-07-31
US20180016468A1 (en) 2018-01-18

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