KR20170127815A - 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 - Google Patents

구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170127815A
KR20170127815A KR1020160058439A KR20160058439A KR20170127815A KR 20170127815 A KR20170127815 A KR 20170127815A KR 1020160058439 A KR1020160058439 A KR 1020160058439A KR 20160058439 A KR20160058439 A KR 20160058439A KR 20170127815 A KR20170127815 A KR 20170127815A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
meth
polishing
copper
copolymer
slurry composition
Prior art date
Application number
KR1020160058439A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101943702B1 (ko
Inventor
신나율
김원중
도균봉
황기욱
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020160058439A priority Critical patent/KR101943702B1/ko
Priority to PCT/KR2017/001379 priority patent/WO2017195968A1/ko
Priority to CN201780029083.9A priority patent/CN109153887B/zh
Publication of KR20170127815A publication Critical patent/KR20170127815A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101943702B1 publication Critical patent/KR101943702B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23F—NON-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
    • C23F3/00—Brightening metals by chemical means
    • C23F3/04—Heavy metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체, 산화제, 부식 억제제, 착화제, 및 용매를 포함하는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.

Description

구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 {CMP SLURRY COMPOSITION FOR POLISHING COPPER AND POLISHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구리 배선 연마 공정에서 디싱(dicing) 현상을 개선하고, 연마 평탄도를 향상시키도록 개발된 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 연마 방법에 관한 것이다.
CMP(Chemical mechanical planarization)는 반도체 리소그라피(lithography) 기술의 일종으로, 미세 패턴 및 적층 회로 구성 시 단차 제거를 위해 웨이퍼를 연마 공정을 일컫는다. 일반적으로 구리 연마용 CMP 슬러리는 연마제, 산화제, Cu 이온 킬레이터, 부식 억제제, pH 조절제 등을 초순수에 첨가하여 제조한다.
CMP 공정은 상기 성분들을 포함하는 슬러리 액을 가하는 동시에 연마 패드와 웨이퍼를 접촉시킨 상태에서 회전 및 직선 운동을 실시하여 화학적인 작용과 물리적인 작용에 의해 원하는 만큼의 구리를 식각하여 평탄한 표면을 형성한다. 그러나, 비교적 무르고 쉽게 부식되는 구리의 특성 때문에, 구리 연마용 CMP 공정에서는 여러 가지 종류의 결함들이 발생한다. 기본적으로 CMP 슬러리 자체가 구리를 녹여내면서 제거하도록 설계한 조성물이기 때문에, 구리를 녹여 내는 속도를 잘 조절하지 못하면 원치 않는 구리 부식이 발생한다. 또한, 연마 공정에서 실리콘 옥사이드와 같은 절연체 트렌치(trench)에 채워진 구리가 과도하게 깎여 나가 결과적으로 구리 배선의 단면적이 감소하는 현상이 일어나는데, 이러한 결함을 디싱(dishing)이라고 한다. 이와 같은 디싱 결합은 다양한 두께와 면적을 가진 구리 배선 패턴이 형성된 웨이퍼를 연마할 때 패턴의 모양이나 면적에 따라 압력이 불균일하게 작용하기 때문에 발생한다.
이와 같은 디싱이 발생하면 최종 반도체 수율에 손실을 발생시킬 수 있다. 특히, 최근 반도체의 크기가 작아지고, 집적도가 높아짐에 따라 반도체 공정이 복잡해지고, 각 구성요소들이 점점 더 미세해지고 있으며, 이에 따라, 개별 공정상에서 발생되는 작은 불균일성으로 인해 전체 수율에서 심각한 손실이 야기될 수 있다.
따라서, 디싱과 같은 결함 발생을 최소화할 수 있는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물의 개발이 요구되고 있다.
관련 선행기술이 한국공개특허 제2015-0095606호에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디싱과 같은 결함 발생을 최소화하고, 연마 평탄도를 향상시킬 수 있는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체, 산화제, 부식 억제제, 착화제, 및 용매를 포함하는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물을 제공한다.
일 구체예에서, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, A는 이미다졸, 트리아졸 또는 테트라졸이며, 상기 x와 y는 x : y 가 10 : 0.1 내지 10 : 2, 바람직하게는 10 : 1 내지 10 :2일 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, 상기 x와 y는 x : y 가 10 : 0.1 내지 10 : 2, 바람직하게는 10 : 1 내지 10 :2일 수 있다.
상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 중량평균분자량이 1,000 내지 1,000,000g/mol인 것이 바람직하다.
상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 중 0.01중량% 내지 3중량%로 포함될 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체 0.01중량% 내지 3중량%, 상기 산화제 0.01중량% 내지 10중량%, 상기 부식 억제제 0.001중량% 내지 10중량%, 상기 착화제 0.01중량% 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함할 수 있다.
한편, 상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 연마 입자를 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체 0.01중량% 내지 3중량%, 상기 산화제 0.01중량% 내지 10중량%, 상기 부식 억제제 0.001중량% 내지 10중량%, 상기 착화제 0.01중량% 내지 20중량%, 상기 연마입자 0.01중량% 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물을 이용하여 구리 배선을 연마하는 단계를 포함하는 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체를 포함하여, 디싱 현상을 최소화하면서도 우수한 구리 연마량을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 (A) (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체, (B) 산화제, (C) 부식 억제제, (D) 착화제, 및 (E) 용매를 포함한다. 또한, 상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은, 필요에 따라, (F) 연마입자를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체 0.01중량% 내지 3중량%, 상기 산화제 0.01중량% 내지 10중량%, 상기 부식 억제제 0.001중량% 내지 10중량%, 상기 착화제 0.01중량% 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함할 수 있다.
또는, 상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체 0.01중량% 내지 3중량%, 상기 산화제 0.01중량% 내지 10중량%, 상기 부식 억제제 0.001중량% 내지 10중량%, 상기 착화제 0.01중량% 내지 20중량%, 상기 연마입자 0.01중량% 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 CMP 슬러리 조성물의 각 성분에 대해 상세히 설명한다.
(A) ( 메트 )아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 ( 메트 )아크릴아미드 화합물의 공중합체
본 발명의 CMP 슬러리 조성물은 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체를 포함한다. 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 구리 이온의 용출 속도를 감소시켜 연마 공정시 발생하는 디싱이나 부식과 같은 결함 발생을 억제하기 위한 것이다.
일반적으로 구리 연마 시에는 산화제에 의해 구리가 산화되면서 구리 이온이 생성된다. 이와 같은 구리 이온은 연마 속도를 감소시키기 때문에, 구리 이온을 제거하기 위한 착화제가 사용된다. 착화제는 구리 이온과 결합하여 착물(Complex)를 형성하게 되며, 착화제와 구리이온 착물이 과산화수소와 같은 산화제를 분해시켜 하이드록시 라디칼을 생성하게 되고, 이로 인해 구리 용출 및 식각 속도가 가속화된다. 구리 패턴의 밀집도가 높은 영역에서는 상대적으로 구리 이온의 농도가 높고, 이로 인해 형성된 구리이온-착화제 착물이 더 활발하게 산화제 분해 반응을 야기하여 국부적으로 구리 표면의 에칭 속도를 증가시키게 되며, 이로 인해 디싱이 발생하게 된다.
그러나, 본 발명과 같이 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체를 첨가하면, (메트)아크릴산에 존재하는 카르복시산이 구리 이온들과 결합하여 착물을 형성하게 되며, 이로 인해 착화제와 구리이온의 착물 형성이 감소된다. 또한, 상기 공중합체는 구리 부식 방지제 역할을 하는 아졸 작용기를 포함하여 구리 막 표면에서 에칭 현상을 억제한다. 따라서, 상기와 같은 공중합체를 사용하면, 구리 이온의 용출 속도가 감소하며, 디싱 발생을 억제할 수 있다.
상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는, 예를 들면, 하기 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00003
상기 화학식 1에서, A는 이미다졸, 트리아졸 또는 테트라졸이다.
상기 x, y는 공중합체 내의 (메트)아크릴산 단위와 (메트)아크릴아미드 단위의 몰비를 의미하는 것으로, x : y 가 10 : 0.1 내지 10 : 2, 바람직하게는 10 : 1 내지 10 :2일 수 있다. x : y의 몰비가 상기 범위를 벗어날 경우, 물에 대한 용해도가 떨어져 슬러리 조성물의 안정성이 저해되고, 연마 성능이 떨어진다.
보다 바람직하게는, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00004
상기 화학식 2에서, 상기 x와 y는 x : y 가 10 : 0.1 내지 10 : 2, 바람직하게는 10 : 1 내지 10 :2일 수 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 중량평균분자량이 1,000 내지 1,000,000g/mol인 것이 바람직하다. 상기 범위를 만족할 때, 슬러리 내에서 공중합체의 이동성이 낮아 구리 이온의 용출을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 중 0.01중량% 내지 3중량%, 바람직하게는 0.01중량% 내지 1중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족할 경우, 디싱 억제 효과가 우수하게 나타나고, 연마 공정이 원활하게 이루어질 수 있다. 공중합체의 함량이 너무 많을 경우, CMP 슬러리 조성물의 점도가 상승하여 연마에 악영향을 미칠 수 있으며, 공중합체의 함량이 너무 적은 경우에는 디싱 억제 효과가 미미하기 때문이다.
(B) 산화제
상기 산화제는 피연마 대상인 구리막 표면을 산화시켜 화학적으로 식각하는 역할을 수행하는 것이다. 본 발명에서 사용되는 산화제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 구리 연마용 CMP 슬러리에 일반적으로 사용되는 산화제들이 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 산화제는 무기 또는 유기 과화합물(per-compounds), 브롬산 또는 그 염, 질산 또는 그 염, 염소산 또는 그 염, 크롬산 또는 그 염, 요오드산 또는 그 염, 철 또는 그 염, 구리 또는 그 염, 희토류 금속 산화물, 전이 금속 산화물, 적혈염, 중크롬산 칼륨 등이 사용될 수 있다. 이중 바람직하게는 과산화수소를 사용할 수 있다.
상기 산화제는 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 범위에서 구리막에 대한 적절한 연마 속도를 얻을 수 있다.
(C) 부식 억제제
상기 부식억제제는 산화제의 화학적 반응을 지연시켜 물리적 연마가 일어나지 않는 낮은 단차 영역에서의 부식을 억제하는 동시에 연마가 일어나는 높은 단차 영역에서는 연마입자의 물리적 작용에 의해 제거됨으로써 연마가 가능하게 하는 연마 조절제의 역할을 한다.
부식억제제로는 질소를 함유하는 화합물을 사용할 수 있으며, 예컨대, 암모니아, 알킬아민류, 아미노산류, 이민류, 또는 아졸류 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용될 수 있다. 　
부식억제제는 환형 질소 화합물(cyclic nitrogen compound) 및 그 유도체를 포함하는 화합물이 보다 유효하며, 벤조퀴논(Benzoquinone), 벤질 부틸 프탈레이트(Benzyl butyl phthalate) 및 벤질 디옥소란(Benzyl-dioxolane) 등을 포함하는 화합물을 사용할 수 있다.
이 중에서도, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 벤조트리아졸 등과 같은 트리아졸 화합물, 아미노테트라졸 등과 같은 테트라졸 화합물 또는 이들의 혼합물이 특히 바람직하다.
부식억제제는 전체 CMP 슬러리 조성물에 대하여 0.001 내지 10 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는, 0.001 내지 5 중량%, 더 바람직하게는, 0.001 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 우수한 부식 억제 효과 및 적절한 연마 속도를 얻을 수 있다.
(D) 착화제
상기 착화제는 산화제에 의해 산화된 구리 산화물을 킬레이션하는 역할을 한다. 즉, 구리 산화물과의 킬레이트 반응으로 산화된 구리 산화물이 피연마층인 구리막층에 재흡착되는 것을 억제하여, 구리막에 대한 연마 속도를 증가시키고 표면 결함(defect)을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명에서는 상기 착화제로 유기산 또는 그 염, 아미노산 또는 그 염, 디알콜, 트리알콜, 폴리알콜 등의 알콜류, 아민 함유 화합물 등을 사용할 수 있으며 이들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용할 수 있다. 예를 들면, 아세트산 암모늄(Ammonium acetate), 옥살산 암모늄(Ammonium oxalate), 포름산 암모늄(Ammonium formate), 타르타르산 암모늄(Ammonium tartrate), 젖산 암모늄(Ammonium lactate), 글리신, 알라닌, 세린, 아스파라긴산, 글루탐산, 프롤린, 옥시프롤린, 아르기닌, 시스틴, 히스티딘, 티로신, 류신, 라이신, 메티오닌, 발린, 이소류신, 트리오닌, 트립토판, 페닐알라닌, 암모늄 사수화물(Ammonium tetrahydrate), 아미노벤조트리아졸(Amimobenzotriazole), 아미노부티르산(Aminobutyric acid), 아미노에틸아미노에탄올(Aminoethylaminoethanol), 아미노피리딘(Aminopyridine); 카르보닐 화합물 또는 그 염, 카르복시산 화합물 또는 그 염, 예컨대, 하나 이상의 수산화기를 함유하는 카르복시산 화합물 또는 그 염, 디카르복시산 또는 그 염, 트리카르복시산 또는 그 염, 폴리카르복시산 또는 그 염, 하나 이상의 술폰산기 및 (아)인산기를 함유하는 카르복시산 화합물 또는 그 염 등이 적용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 착화제는 연마 속도, 슬러리의 분산 안정성, 피연마물의 표면 특성, 웨이퍼 외각 프로파일(profile) 개선 및 광역 평탄화 측면에서 전체 CMP 슬러리 조성물에 대하여 0.01 내지 20 중량%로 사용될 수 있으며, 0.1 내지 10 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하다.
(E) 용매
상기 용매는 CMP 슬러리 조성물을 슬러리 상태로 제조하기 위한 것으로, 예를 들면, 물일 수 있으며, 바람직하게는 탈이온수일 수 있다.
(F) 연마입자
상기 연마 입자는 물리적 연마 작용을 발생시키기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 연마 입자들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
예를 들면, 상기 연마 입자로는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 및 산화몰리브덴(MoO3)　등과 같은　미분의 금속　산화물이 사용될 수 있다. 이 중에서도 슬러리 조성물의 분산　안정성이 우수하고 연마 시 스크래치를 적게 발생시킨다는 점에서, 실리카가 특히 바람직하다. 상기 연마 입자들은 단독 또는 2종 이상 함께 사용될 수 있다.
상기 연마 입자는 전체 CMP 슬러리 조성물에 대하여 0.01 ~ 20 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지 15중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 금속막에 대한 연마 속도 및 슬러리 조성물의 분산 안정성이 우수하다.
본 발명에 따른 CMP 슬러리 조성물은 상기한 성분들 외에 계면활성제, 개질제, 고분자 화합물, pH 조절제, 분산제 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 CMP 슬러리 조성물은 pH가 5 내지 9, 바람직하게는 6 내지 8일 수 있다. 상기 범위에서 구리막의 부식(corrosion) 방지효과가 우수하다.
상기와 같은　본 발명의 CMP 슬러리 조성물은 구리 배선과 같은 금속막을 연마하는데 특히 유용하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
제조예 1
100mL의 RBF 반응기에 물 20g을 넣고, 아크릴산(Acrylic Acid, AA) 2.2g, 메타크릴아미도 테트라졸(MethacrylAmido Tetrazole, MATz) 0.522g, 개시제((V-50; 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidine)dihydrochloride) 0.64g을 넣은 후, pH 12가 되도록 KOH를 넣어준다. 30분간 질소를 가하면서 반응기 내부 온도를 80도로 올린 후, 2시간 동안 교반/가열하면서 중합 반응을 진행하여 공중합체 I을 제조하였다. 제조된 공중합체 I의 분자량을 수용성 GPC를 통해 확인하여 표 1에 나타내었다. GPC 측정에 사용한 column은 Shodex SB806MHQ이며, PEO (polyethyleneoxide) standard를 사용하여 검량하였다.
제조예 2
개시제를 0.16g 넣은 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로, 공중합체 II를 제조하였다. 제조된 공중합체 II의 분자량을 수용성 GPC를 통해 확인하여 표 1에 나타내었다. GPC 측정에 사용한 column은 Shodex SB806MHQ이며, PEO (polyethyleneoxide) standard를 사용하여 검량하였다.
제조예 3
100mL의 RBF 반응기에 물 20g을 넣고, 아크릴산(Acrylic Acid, AA) 2.2g, 메타크릴아미도 테트라졸(MethacrylAmido Tetrazole, MATz) 1.044g, 개시제((V-50; 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride) 0.16g을 넣은 후, pH 12가 되도록 KOH를 넣어준다. 30분간 질소를 가하면서 반응기 내부 온도를 80도로 올린 후, 2시간 동안 교반/가열하면서 중합 반응을 진행하여 공중합체 III을 제조하였다. 제조된 공중합체 III의 분자량을 수용성 GPC를 통해 확인하여 표 1에 나타내었다. GPC 측정에 사용한 column은 Shodex SB806MHQ이며, PEO (polyethyleneoxide) standard를 사용하여 검량하였다.
제조예 4
개시제를 0.64g 넣은 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로, 공중합체 IV를 제조하였다. 제조된 공중합체 IV의 분자량을 수용성 GPC를 통해 확인하여 표 1에 나타내었다. GPC 측정에 사용한 column은 Shodex SB806MHQ이며, PEO (polyethyleneoxide) standard를 사용하여 검량하였다.
제조예 5
100mL의 RBF 반응기에 물 20g을 넣고, 아크릴산(Acrylic Acid, AA) 2.2g, 개시제((V-50; 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride) 0.14g을 넣은 후, pH 12가 되도록 KOH를 넣어준다. 30분간 질소를 가하면서 반응기 내부 온도를 80도로 올린 후, 2시간 동안 교반/가열하면서 중합 반응을 진행하여 중합체 V를 제조하였다. 제조된 중합체 V의 분자량을 수용성 GPC를 통해 확인하여 표 1에 나타내었다. GPC 측정에 사용한 column은 Shodex SB806MHQ이며, PEO (polyethyleneoxide) standard를 사용하여 검량하였다.
제조예 6
100mL의 RBF 반응기에 물 30g을 넣고, 아크릴산(Acrylic Acid, AA) 2.2g, 아크릴아미드 (Acrylamide, AM) 1g, 개시제 (APS; ammonium persulfate) 0.21g을 넣은 후, pH 12가 되도록 KOH를 넣어준다. 30분간 질소를 가하면서 반응기 내부 온도를 80도로 올린 후, 2시간 동안 교반/가열하면서 중합 반응을 진행하여 중합체 VI을 제조하였다. 제조된 중합체 VI의 분자량을 수용성 GPC를 통해 확인하여 표 1에 나타내었다. GPC 측정에 사용한 column은 Shodex SB806MHQ이며, PEO (polyethyleneoxide) standard를 사용하여 검량하였다.
AA : MATz
(몰비)		 Mw(g/mol)
공중합체 I 10 : 1 30,000
공중합체 II 10 : 1 60,000
공중합체 III 10 : 2 85,000
공중합체 IV 10 : 2 100,000
공중합체 V 10 : 0 150,000
공중합체 VI 7 :3* 40,000
* 아크릴산: 아크릴아미드 몰비임.
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 구체적인 성분은 다음과 같다.
(A) 공중합체
(a1) 제조예 1에 의해 제조된 공중합체 I을 사용하였다.
(a2) 제조예 2에 의해 제조된 공중합체 II를 사용하였다.
(a3) 제조예 3에 의해 제조된 공중합체 III을 사용하였다.
(a4) 제조예 4에 의해 제조된 공중합체 IV를 사용하였다.
(a5) 제조예 5에 의해 제조된 공중합체 V을 사용하였다.
(a6) 제조예 6에 의해 제조된 중합체 VI을 사용하였다.
(a7) 중량평균분자량이 2000g/mol인 폴리아크릴산(아크릴산 호모폴리머) (Aldrich 535931)를 사용하였다.
(a8) 메타크릴아미도 테트라졸 모노머를 사용하였다.
(B) 산화제 : ㈜동우화인켐사의 과산화수소를 사용하였다.
(C) 부식 억제제 : ㈜제이엘켐사의 1,2,3-트리아졸을 사용하였다.
(D) 착화제 : ㈜제이엘켐사의 글리신을 사용하였다.
실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 5
탈이온수에 (A)공중합체, (B)산화제, (C)부식억제제, 및 (D)착화제를 하기 표 2에 기재된 함량으로 혼합한 후, KOH를 사용하여 전체 슬러리 조성물의 pH를 7 ± 0.5로 조절하여 CMP 슬러리를 제조하였다.
Copper(II)Oxide powder 0.3g을 상기와 같이 제조된 CMP 슬러리 5mL에 완전히 잠기도록 한 후 shaking하여 powder 침전을 최소화한다. 3시간 침지 후 용액의 흡광도(@ 635 nm) 측정을 통해 용출된 구리 이온의 양을 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
(A) (a1) 0.004
(a2) 0.004
(a3) 0.004
(a4) 0.004
(a5) 0.004
(a6) 0.004
(a7) 0.004
(a8) 0.004
(B) 1 1 1 1 1 1 1 1 1
(C) 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
(D) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
구리 이온 용출량(%) 56 73 73 77 100 85 82 80 81
실시예 5 ~8 및 비교예 6~8
실리카 연마제 1중량%, 글리신 12중량%, 1,2,3-Triazole 0.2중량%, 과산화수소 1중량%를 초순수에 10배 희석시켜 연마용 슬러리를 제조하고 KOH를 이용하여 pH를 7로 조절하였다. 상기 슬러리 액에 하기 표 3에 기재된 종류의 공중합체 0.018중량%를 추가하였다. 그런 다음, 상기 슬러리 조성물을 이용하여 구리막이 증착된 3ⅹ3 cm blanket wafer를 연마하여 디싱 정도를 측정하였다. 연마 조건은 다음과 같다.
<연마 조건>
- 연마속도 측정 웨이퍼: 3ⅹ3 cm Cu Blanket wafer
- 연마 설비: Poly-400 (G&P Tech., Inc.)
- 연마 패드: VisionpadTM6000 (Dow Electronic Materials)
- Polishing time: 30 s
- Pressure: 3 psi
- Platen rpm: 90 rpm
- Head rpm: 100 rpm
- Flow rate: 250 ml/min
공중합체
 디싱
㎛ %
실시예 5 (a1) 0.175 73
실시예 6 (a2) 0.160 67
실시예 7 (a3) 0.142 59
실시예 8 (a4) 0.162 68
비교예 6 (a7) 0.239 100
비교예 7 (a6) 0.248 104
비교예 8 (a5) 0.243 102

Claims (10)

  1. (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체,
    산화제,
    부식 억제제,
    착화제, 및
    용매를 포함하는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 것인 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00005

    상기 화학식 1에서, A는 이미다졸, 트리아졸 또는 테트라졸이며,
    상기 x와 y는 x : y 가 10 : 0.1 내지 10 : 2임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 x : y 가 10 : 1 내지 10 : 2인 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 것인 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
    [화학식 2]
    Figure pat00006

    상기 화학식 2에서, 상기 x와 y는 x : y 가 10 : 0.1 내지 10 : 2임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 중량평균분자량이 1,000 내지 1,000,000g/mol인 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물 중 0.01중량% 내지 3중량%로 포함되는 것인 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체 0.01중량% 내지 3중량%, 상기 산화제 0.01중량% 내지 10중량%, 상기 부식 억제제 0.001중량% 내지 10중량%, 상기 착화제 0.01중량% 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함하는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은 연마 입자를 더 포함하는 것인 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물은, 상기 (메트)아크릴산과 아졸 치환기를 갖는 (메트)아크릴아미드 화합물의 공중합체 0.01중량% 내지 3중량%, 상기 산화제 0.01중량% 내지 10중량%, 상기 부식 억제제 0.001중량% 내지 10중량%, 상기 착화제 0.01중량% 내지 20중량%, 상기 연마입자 0.01중량% 내지 20중량% 및 잔량의 용매를 포함하는 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 구리 연마용 CMP 슬러리 조성물을 이용하여 구리 배선을 연마하는 단계를 포함하는 연마 방법.
KR1020160058439A 2016-05-12 2016-05-12 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 KR101943702B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160058439A KR101943702B1 (ko) 2016-05-12 2016-05-12 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
PCT/KR2017/001379 WO2017195968A1 (ko) 2016-05-12 2017-02-08 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
CN201780029083.9A CN109153887B (zh) 2016-05-12 2017-02-08 用于抛光铜的cmp浆料组合物及使用其的抛光方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160058439A KR101943702B1 (ko) 2016-05-12 2016-05-12 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170127815A true KR20170127815A (ko) 2017-11-22
KR101943702B1 KR101943702B1 (ko) 2019-01-29

Family

ID=60267472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160058439A KR101943702B1 (ko) 2016-05-12 2016-05-12 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101943702B1 (ko)
CN (1) CN109153887B (ko)
WO (1) WO2017195968A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108857860A (zh) * 2018-06-12 2018-11-23 宁波江丰电子材料股份有限公司 晶片定位环的研磨方法、晶片定位环及其应用和化学机械抛光装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070112273A (ko) * 2005-04-14 2007-11-22 쇼와 덴코 가부시키가이샤 연마 조성물
KR20090059109A (ko) * 2006-10-06 2009-06-10 제이에스알 가부시끼가이샤 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 반도체 장치의 화학 기계연마 방법
KR20100077802A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 제일모직주식회사 구리 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR101044304B1 (ko) * 2008-08-04 2011-06-29 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드 화학 기계적 연마 조성물 및 이에 관한 방법
KR101091501B1 (ko) * 2006-03-31 2011-12-08 캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션 평탄화 증대를 위한 중합체성 억제제

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5178121B2 (ja) * 2007-09-28 2013-04-10 富士フイルム株式会社 研磨液及び研磨方法
KR100949250B1 (ko) * 2007-10-10 2010-03-25 제일모직주식회사 금속 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
CN102093818A (zh) * 2009-12-11 2011-06-15 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料及其应用
CN102477262B (zh) * 2010-11-30 2015-01-28 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光浆料
JP2013197526A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Hitachi Chemical Co Ltd Ｃｍｐ用研磨液及び研磨方法
KR20150095606A (ko) * 2015-08-03 2015-08-21 엘티씨에이엠 주식회사 화학기계적 연마용 슬러리 조성물

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070112273A (ko) * 2005-04-14 2007-11-22 쇼와 덴코 가부시키가이샤 연마 조성물
KR101091501B1 (ko) * 2006-03-31 2011-12-08 캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션 평탄화 증대를 위한 중합체성 억제제
KR20090059109A (ko) * 2006-10-06 2009-06-10 제이에스알 가부시끼가이샤 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 반도체 장치의 화학 기계연마 방법
KR101044304B1 (ko) * 2008-08-04 2011-06-29 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드 화학 기계적 연마 조성물 및 이에 관한 방법
KR20100077802A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 제일모직주식회사 구리 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108857860A (zh) * 2018-06-12 2018-11-23 宁波江丰电子材料股份有限公司 晶片定位环的研磨方法、晶片定位环及其应用和化学机械抛光装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017195968A1 (ko) 2017-11-16
CN109153887A (zh) 2019-01-04
CN109153887B (zh) 2020-12-29
KR101943702B1 (ko) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101202720B1 (ko) 화학적 기계적 연마용 수계 슬러리 조성물 및 화학적 기계적 연마 방법
EP2614123B1 (en) Aqueous polishing composition and process for chemically mechanically polishing substrate materials for electrical, mechanical and optical devices
EP1279708B1 (en) Polishing composition and polishing method employing it
JP5964795B2 (ja) 両親媒性非イオン性界面活性剤を利用したｃｍｐ法
US7022255B2 (en) Chemical-mechanical planarization composition with nitrogen containing polymer and method for use
KR100741630B1 (ko) 화학적-기계적 연마 조성물 및 이를 이용하는 방법
JP4761748B2 (ja) 高速バリア研磨組成物
US9574110B2 (en) Barrier chemical mechanical planarization composition and method thereof
EP2075824A1 (en) Polishing composition
US20050194563A1 (en) Bicine/tricine containing composition and method for chemical-mechanical planarization
EP1870928A1 (en) Polishing composition
EP2019419A1 (en) Method for producing polishing composition
KR20080004454A (ko) 다작용성 활성화제를 갖는 신규 폴리싱 슬러리 및 마모제무함유 용액
EP2613910A1 (en) Process for chemically mechanically polishing substrates containing silicon oxide dielectric films and polysilicon and/or silicon nitride films
JP2005136388A (ja) バリア研磨液
JP2009004748A (ja) アルカリ性バリヤ研磨スラリー
KR20080013728A (ko) 무기 산화물 연마제를 이용한 구리의 평탄화 개선용 조성물및 그 방법
JP2011082512A (ja) 砥粒無含有化学機械研磨組成物
US20090061630A1 (en) Method for Chemical Mechanical Planarization of A Metal-containing Substrate
WO2012123839A1 (en) Method for forming through-base wafer vias
KR101943702B1 (ko) 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR102426915B1 (ko) 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물, 저유전율막의 화학 기계적 연마 방법 및 반도체 소자의 제조방법
KR20170030143A (ko) 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR101976898B1 (ko) 금속막용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법
KR20140087640A (ko) 구리 연마용 cmp 슬러리 조성물　및 이를 이용한 연마 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant