KR20180060468A - 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 산화제; 및 돌출 및 침식 연마 개선제;를 포함하고, 상기 돌출 및 침식 개선제는, 질소를 함유하는 고분자를 포함한다.
Description
본 발명은 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 소자는 더욱 미세화, 고밀도화 됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 그에 따라 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 층간 막들의 단차도 더욱 커지고 있다. 반도체 소자를 제조하는 데 있어서 기판 상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 화학기계적 연마(CMP) 공정이 이용된다. 특히, 금속 배선, 콘택 플러그, 비아 콘택, 트랜치 형성 등과 같은 금속 배선을 형성하기 위한 공정으로서 CMP 공정이 많이 이용되고 있다. 텅스텐 연마속도는 생산성에 직접 영향 주는 중요한 인자로서 그 값이 높을수록 유리하다. 텅스텐 에칭속도는 패턴 웨이퍼 상의 디싱(dishing)과 부식(corrosion)에 영향을 주는 인자로서 에칭속도가 클 경우에는 배선의 저항을 증가시켜 소자의 오작동을 야기시킬 수 있으며 플러그(plug)나 비아(via) 형성 시 키홀(key-hole)을 형성시키는 문제가 있으므로 낮은 값일수록 유리하다.
텅스텐막의 연마 시에는 절연막과 텅스텐막의 연마 속도비를 나타내는 선택도(selectivity)가 매우 중요한데, 이는 패턴 웨이퍼 상의 디싱 및 산화막 침식(erosion)에 영향을 주기 때문이다. 절연막과 관련한 텅스텐막 제거에 대한 높은 선택도를 갖는 CMP 슬러리가 사용되는 경우, 이 금속 층은 용이하게 과-연마되어, 금속화된 영역 내에 함몰 또는 디싱 효과를 형성한다. 또한, 디싱과 반대되는 개념으로 텅스텐막이 절연막에 비해 볼록하게 나오는 현상인 돌출(protrusion)이 있다. 이러한 피쳐 변형(feature distortion)은 반도체 제조에서의 리소그래피 및 다른 제약으로 인해 허용되지 않는다. 침식은 절연막과 금속 바이어스 또는 트렌치의 치밀한 배열 간의 지형 차이다. CMP에서, 치밀한 배열 내 물질은 둘러싸는 절연막 부분보다 더 신속한 속도로 제거될 수 있거나 침식될 수 있다. 텅스텐 돌출 및 침식에 의해, 절연막과 텅스텐막 배열 간에서 지형 차가 야기된다. 산업적 표준이 더욱 작은 디바이스 피쳐로 향하는 추세임에 따라, IC 칩의 나노구조의 우수한 평탄화를 전달하는 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 대한 개발 요구가 계속되고 있다. 슬러리 조성물은 텅스텐막과 절연막 간에 조정 가능한 제거율과 조정 가능한 선택도를 전달해야 하고, 충분한 제거율을 유지하면서 텅스텐막과 절연막의 침식 및 텅스텐 돌출을 저하시켜야 한다. 반도체 산업이 계속하여 더욱 더 작은 피쳐 크기 쪽으로 진행되고 있어, 낮은 침식 및 텅스텐 돌출 효과를 제공하는 텅스텐 CMP 공정 및 슬러리 조성물이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 별도의 촉매를 사용하지 않고도 패턴밀도에 따른 텅스텐 돌출(protrusion) 및 침식(erosion)을 개선시킬 수 있고, 결함 및 스크래치 제어를 위한 분산안정성이 우수한 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따르면, 연마입자; 산화제; 및 돌출 및 침식 연마 개선제;를 포함하고, 상기 돌출 및 침식 개선제는, 질소를 함유하는 고분자를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
일 측에 따르면, 상기 돌출 및 침식 개선제는, 폴리에틸렌이민, 폴리부틸렌이민, 폴리프로필렌이민, 폴리아크릴아마이드, 폴리알릴아민 및 N,N-디에틸시클로헥실아민으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 돌출 및 침식 개선제의 중량평균 분자량(Mw)은 1,000 내지 100,000인 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 돌출 및 침식 개선제의 농도는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 100 ppm 내지 5,000 ppm인 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm인 단일 사이즈 입자 또는 2종 이상의 혼합 입자인 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 산화제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 pH는, 1 내지 5의 범위를 가지는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용한 텅스텐 함유 웨이퍼의 연마 후, 패턴밀도가 50%일 때 텅스텐 돌출 높이는 160 Å 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 질소를 함유하는 고분자를 첨가함으로써, 분산안정성을 높여 장기 보관이 용이하고, 연마 시 발생하는 침식 및 텅스텐 돌출 문제를 개선할 수 있다. 이에 따라, 별도의 촉매를 사용하지 않고도 목적하는 연마율을 달성할 수 있고, 침식 및 텅스텐 돌출에 의해 발생하던 메탈 쇼트, 에치 불량으로 인해 발생되던 수율을 향상시켜, 반도체 제조 시 평탄화를 위한 화학 기계적 연마 공정에 유용하게 활용될 수 있고, 차세대 고집적화 공정을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 비교예의 텅스텐 슬러리 조성물로 텅스텐 함유 웨이퍼 연마 후 텅스텐 돌출 높이를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 5의 텅스텐 슬러리 조성물로 텅스텐 함유 웨이퍼 연마 후 텅스텐 돌출 높이를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 5의 텅스텐 슬러리 조성물로 텅스텐 함유 웨이퍼 연마 후 텅스텐 돌출 높이를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 연마입자; 산화제; 및 돌출(Protrusion) 및 침식(erosion) 개선제;를 포함하고, 상기 돌출 및 침식 개선제는, 질소를 함유하는 고분자를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 텅스텐 벌크 연마 후 사용하는 텅스텐 배리어층 연마용 슬러리 조성물일 수 있다. 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물로 연마했을 때, 절연막에 대한 연마율은 300 Å/min 이상이고, 텅스텐막에 대한 연마율은 600 Å/min 이하이다. 절연막에 대한 텅스텐막의 연마 선택비(절연막에 대한 연마율/텅스텐막에 대한 연마율)은 0.5 내지 3인 성능을 구현할 수 있다. 본 발명의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 사용하면 별도의 촉매를 사용하지 않고도 목적하는 연마율을 달성할 수 있고, 텅스텐 벌크 연마 후 발생한 침식 현상을 개선하고, 텅스텐 돌출 문제를 해결할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 돌출 및 침식 개선제는, 이민 계열 고분자 또는 아민 계열 고분자일 수 있으며, 폴리에틸렌이민, 폴리부틸렌이민, 폴리프로필렌이민, 폴리아크릴아마이드, 폴리알릴아민 및 N,N-디에틸시클로헥실아민으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 돌출 및 침식 개선제의 중량평균 분자량(Mw)은 1,000 내지 100,000인 것일 수 있다. 상기 돌출 및 침식 개선제의 중량평균 분자량(Mw)이 1,000 미만인 경우 연마 시 텅스텐 돌출 및 침식의 개선 정도가 미미하고, 중량평균 분자량(Mw)이 100,000 초과인 경우 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 점도가 높아져 보존 입자 분산 안정성 및 연마 특성이 저하될 우려가 있다.
일 측에 따르면, 상기 돌출 및 침식 개선제의 농도는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 100 ppm 내지 5,000 ppm인 것일 수 있다. 상기 돌출 및 침식 개선제의 농도가 100 ppm 미만 또는 5,000 ppm 초과로 상기 범위를 벗어나는 경우, 디싱, 침식 및 텅스텐 돌출(protrusion)의 개선 정도가 미비하고, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 분산성 저하로 스크래치 및 결함 발생 가능성이 증가하게 된다. 상기 돌출 및 침식 개선제의 작용은 무하중 회전 하에서는 텅스텐의 용해를 억제시키는 것이다. 그러나, 돌출 및 침식 개선제는 하중 회전 하에서는 텅스텐의 용해를 촉진시키는 작용과, 텅스텐의 용해를 억제시키는 작용을 갖기 때문에, 100 ppm 내지 5,000 ppm 농도로 사용하는 것이 낮은 돌출 및 침식을 달성시키기 위해 필요하다. 상기 돌출 및 침식 개선제를 첨가함으로써 텅스텐 돌출 및 침식 발생량을 감소시키는 것이 가능해질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는, 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있다. 액상법은 연마 입자 전구체를 수용액중에서 화학적 반응을 발생시키고, 결정을 성장시켜 미립자를 얻는 졸-겔(sol-gel) 법이나 연마입자 이온을 수용액에서 침전시키는 공침법 및 고온 고압 하에서 연마입자를 형성하는 수열합성법 등을 적용하여 제조될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자의 크기는, SEM 분석 또는 동적광산란으로 측정할 수 있으며, 10 nm 내지 200 nm인 단일 사이즈 입자 또는 2종 이상의 혼합 입자인 것일 수 있다. 바람직하게는, 30 nm 내지 50 nm인 것일 수 있다. 상기 연마입자의 크기가 10 nm 미만인 경우 연마 속도의 저하를 초래할 수 있으며, 200 nm 초과인 경우 과잉 연마가 이루어지고, 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 가능성이 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는, 2종의 입자가 혼합되어 바이모달(bimodal) 형태의 입도 분포를 가지는 것이거나, 3종의 입자가 혼합되어 3가지 피크를 보이는 입도분포를 가지는 것일 수 있다. 상대적으로 큰 연마입자와 상대적으로 작은 연마입자가 혼재함으로써 더 우수한 분산성을 가지며, 웨이퍼 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 연마 속도가 감소되는 문제가 있고, 5 중량% 초과인 경우 연마속도가 너무 높고, 연마입자 수의 증가로 인하여 표면의 잔류하게 되는 입자 흡착성에 의하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 산화제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 바람직하게는, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다. 상기 산화제가 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우, 텅스텐에 대한 연마 속도 및 에칭 속도가 저하될 수 있고, 1 중량% 초과인 경우, 텅스텐 표면의 산화막이 하드(hard)해져서 연마가 순조롭게 이루어지지 않고 산화막이 성장하여 텅스텐의 부식과 침식으로 인하여 토폴로지가 좋지 않게 된다.
일 측에 따르면, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 pH는, 1 내지 5의 범위를 가지는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 pH가 1.5 내지 3인 것일 수 있다. 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 pH가 1 내지 5의 범위를 벗어나는 경우, 금속 막질의 연마 속도가 저하되고, 표면의 조도(roughness)가 일정하지 않고, 디싱, 침식, 침식, 부식 및 표면 불균형과 같은 결함을 발생시킬 수 있다. 상기 pH는 하기의 pH 조절제의 첨가에 의해 조정이 가능하다.
종래의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에는 텅스텐 금속막질과 절연층 막질에 대한 연마 속도를 향상시키기 위해 철 화합물을 포함하였다. 그러나, 철 화합물은 절연막질의 침식, 텅스텐 금속막질에 과부식 등의 결함 발생 가능성이 높아지는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명은 철 화합물을 사용하지 않고, 제1 텅스텐 연마 억제제, 제2 텅스텐 연마 억제제 및 과산화수소를 소량만을 사용함으로써, 패턴 밀도에 따른 침식을 개선하여 결함 발생 없이 우수한 텅스텐 배리어층 연마 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 금속 또는 연마기의 부식을 방지하고, 금속 산화가 쉽게 일어나는 pH 범위를 구현하기 위하여 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 상기 pH 조절제는, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 포름산, 말론산, 말레인산, 옥살산, 초산, 아디프산, 구연산, 아디프산, 아세트산, 프로피온산, 푸마르산, 유산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 숙신산, 프탈산, 부티르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 락트산, 아스파라긴산, 타르타르산 및 그의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 산성 물질; 및 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 염기성 물질;로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용한 텅스텐 함유 웨이퍼의 연마 후, 패턴밀도가 50%일 때 텅스텐 돌출 높이는 160 Å 이하인 것일 수 있다. 패턴밀도 50%는 라인 패턴과 스페이스가 폭 50 : 50에서 교대로 배치된 패턴을 의미한다.
일 측에 따르면, 돌출 높이의 측정은, 프로파일러(Profiler) 또는 SEM을 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 프로파일러를 사용하는 경우 0.1 Hz 내지 10 Hz 범위의 스캔속도(scan rate) 조건에서 측정할 수 있고, 라인패턴인 텅스텐 금속막과 절연막의 선폭이 10 ㎛이고, 패턴 밀도가 10%, 30%, 50%, 70% 및 90%인 웨이퍼를 측정하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 돌출 및 침식 개선제를 첨가함에 따라, 하중을 인가하지 않는 무하중 회전 하의 경우에, 텅스텐의 용해를 억제하지만, 하중 회전 하에서는, 텅스텐이 패드와 접촉하고 있는 부분에서의 텅스텐의 용해 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 돌출 및 침식 개선제를 첨가함으로써 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 분산성을 유지하면서, 디싱, 침식 및 텅스텐 돌출을 개선할 수 있다. 디싱, 침식 및 텅스텐 돌출에 의해 발생하던 메탈 쇼트, 에치 불량으로 인해 발생되던 수율을 향상시켜, 반도체 제조 시 평탄화를 위한 화학 기계적 연마 공정에 유용하게 활용될 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1]
콜로이달 실리카 연마입자 1.8 중량%, 산화제로서 과산화수소 0.3 중량% 및 돌출 및 침식 개선제로서 중량평균 분자량(Mw) 1,800인 폴리에틸렌이민(PEI)을 100 ppm 농도로 첨가하여 혼합하고, 질산으로 pH를 조정하여 pH 2.5의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서 돌출 및 침식 개선제로서 폴리에틸렌이민(PEI)을 3,000 ppm의 농도로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서, 돌출 및 침식 개선제로서 분자량이 60,000인 폴리에틸렌이민(PEI)을 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 3에서, 돌출 및 침식 개선제로서 폴리에틸렌이민(PEI)을 3,000 ppm의 농도로 첨가한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 1에서, 돌출 및 침식 개선제로서 분자량이 25,000인 폴리에틸렌이민(PEI)을 1,550 ppm 농도로 첨가하고, pH를 2로 적정한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 5에서, pH를 2.5로 적정한 것을 제외하고 실시예 5와 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 1에서, 돌출 및 침식 개선제로서 분자량이 40,000인 폴리아크릴아마이드를 100 ppm 농도로 첨가하고, pH를 2로 적정한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 7에서, 돌출 및 침식 개선제로서 폴리아크릴아마이드를 3,000 ppm 농도로 첨가하고, pH를 1.5로 적정한 것을 제외하고, 실시예 7과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예]
콜로이달 실리카 연마입자 3.5 중량%, 산화제로서 과산화수소 0.5 중량%, 촉매로 질산철 2 ppm을 넣고 돌출 및 침식 개선을 위하여 4 ppm의 글리신, pH 조절제로서 인산을 첨가한 후 pH를 2.3으로 적정하여 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
하기 표 1은 비교예 및 본 발명의 실시예 1 내지 8의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 내의 돌출 및 침식 개선제로 사용한 고분자의 종류 및 분자량, 농도 및 슬러리 조성물의 pH를 나타낸 것이다.
| 고분자 종류 | 분자량 | 농도 (ppm) |
pH | |
| 비교예 | - | - | - | 2.3 |
| 실시예 1 | 폴리에틸렌이민 | 1,800 | 100 | 2.5 |
| 실시예 2 | 폴리에틸렌이민 | 1,800 | 3,000 | 2.5 |
| 실시예 3 | 폴리에틸렌이민 | 60,000 | 100 | 2.5 |
| 실시예 4 | 폴리에틸렌이민 | 60,000 | 3,000 | 2.5 |
| 실시예 5 | 폴리에틸렌이민 | 25,000 | 1,550 | 2 |
| 실시예 6 | 폴리에틸렌이민 | 25,000 | 1,550 | 2.5 |
| 실시예 7 | 폴리아크릴아마이드 | 40,000 | 100 | 2 |
| 실시예 8 | 폴리아크릴아마이드 | 40,000 | 3,000 | 1.5 |
하기 표 2는 비교예 및 본 발명의 실시예 1 내지 8에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 연마입자 크기 및 레이저 입자 계수기(Laser Particle Counter; LPC)로 측정한 1.0 ㎛를 초과하는 연마입자의 수를 나타낸 것이다.
| 크기 (nm) |
LPC >1.0 ㎛ |
|
| 비교예 | 132.5 | 43504 |
| 실시예 1 | 65.9 | 1,566 |
| 실시예 2 | 61.1 | 4,888 |
| 실시예 3 | 66.1 | 1,475 |
| 실시예 4 | 65.1 | 2,216 |
| 실시예 5 | 59.6 | 1,382 |
| 실시예 6 | 59.5 | 1,925 |
| 실시예 7 | 66.8 | 2,191 |
| 실시예 8 | 64.1 | 3,704 |
비교예 및 본 발명의 실시예 1 내지 8의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 상용되고 있는 벌크 슬러리로 1차 연마를 진행한 텅스텐 함유 웨이퍼를 하기와 같은 연마 조건으로 연마하고, 텅스텐 돌출 높이 및 침식 깊이를 측정하였다.
[연마 조건]
1. 연마장비- CETR CP-4
2. 플레이튼 스피드(platen speed)- 99 rpm
3. 캐리어 스피드(carrier speed)- 100 rpm
4. 웨이퍼 압력- 4.5 psi
6. 슬러리 유량(flow rate)- 100 ml/min
7. 패드- KPX pad
[텅스텐 돌출 측정방법]
측정 장비- Parksystems社 XE-150
스캔속도(scan rate)- 0.5 Hz
스캔범위(Scan ranges)- X: 1.5 ㎛, Y: 5 ㎛
[텅스텐 침식 측정방법]
측정 장비- KLA-Tencor社 Alpha-step IQ
스캔속도(scan rate)- 20 ㎛/s, 500 Hz
스캔범위(Scan ranges)- X: 1,600 ㎛
침식 측정값은 연마 후의 침식값에서 연마 전 침식값을 뺀 값이다.
하기 표 3은 비교예 및 본 발명의 실시예 1 내지 8의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 텅스텐 함유 웨이퍼 연마 후 연마성능을 나타낸 것이다. 라인패턴인 텅스텐 금속막과 절연막의 선폭이 10 ㎛이고, 패턴 밀도가 10%, 30%, 50%, 70% 및 90%인 웨이퍼를 측정하였다.
| 슬러리 | 텅스텐 돌출 높이 (Å) |
침식 깊이(Å) | 연마율(Å/min) | |||||
| 패턴밀도 | 텅스텐 |
산화막 |
||||||
| 10% | 30% | 50% | 70% | 90% | ||||
| 비교예 | 196 | +8 | +9 | +19 | +99 | +48 | 89 | 280 |
| 실시예 1 | 75 | -37 | -45 | -37 | -45 | -41 | 28 | 761 |
| 실시예 2 | 154 | -35 | -33 | -35 | -33 | -21 | 49 | 733 |
| 실시예 3 | 80 | -33 | -32 | +8 | +17 | +4 | 48 | 638 |
| 실시예 4 | 150 | -17 | -5 | -13 | -24 | -31 | 27 | 618 |
| 실시예 5 | 140 | -8 | -4 | -5 | -5 | -46 | 76 | 531 |
| 실시예 6 | 90 | -5 | +4 | +10 | +21 | +14 | 37 | 513 |
| 실시예 7 | 149 | -8 | -7 | -10 | -18 | -100 | 78 | 565 |
| 실시예 8 | 152 | -22 | -23 | -29 | -37 | -96 | 85 | 509 |
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 비교예와 비교하여, 본 발명의 실시예 1 내지 8의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은 패턴밀도 10%, 30%, 50%, 70% 및 90%에 따른 텅스텐 돌출 높이 및 침식 깊이가 대체로 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은 돌출과 침식(Erosion) 저하 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
하기 표 4는 비교예 및 본 발명의 실시예 4와 5의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 하기와 같은 연마 조건에서 연마하고, 텅스텐 돌출 높이 및 침식 깊이를 측정하였다.
[연마 조건]
1. 연마장비- ST01(300mm)
2. 플레이튼 스피드(platen speed)- 100 rpm
3. 캐리어 스피드(carrier speed)- 103 rpm
4. 웨이퍼 압력- 3.0 psi
5. 슬러리 유량(flow rate)- 200 ml/min
6. 패드- KPX pad
| 텅스텐 돌출 높이 (Å) |
침식 깊이(Å) | |||
| 패턴밀도 | ||||
| 10% | 30% | 50% | ||
| 비교예 | 346 | 180 | 630 | 940 |
| 실시예 4 | 51 | 45 | 320 | 630 |
| 실시예 5 | 42 | 40 | 230 | 570 |
도 1은 본 발명의 비교예의 텅스텐 슬러리 조성물로 텅스텐 함유 웨이퍼 연마 후 텅스텐 돌출 높이를 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 실시예 5의 텅스텐 슬러리 조성물로 텅스텐 함유 웨이퍼 연마 후 텅스텐 돌출 높이를 나타낸 그래프이다. 상기 표 4, 도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예 4 및 5의 텅스텐 표면의 돌출 높이가 각각, 51 Å (5.1 nm), 42 Å (4.2 nm)으로 비교예의 텅스텐 표면 돌출 높이가 346 Å (34.6 nm)인 것에 비하여 눈에 띄게 개선된 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과를 통하여, 본 발명의 실시예의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 질소를 함유하는 고분자로서 폴리에틸렌이민을 첨가함으로써, 텅스텐막의 돌출에 의한 단차를 160 Å 이하로 제어하여 텅스텐 돌출을 감소시키고, 텅스텐 벌크 연마 후 발생된 침식을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 제한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (11)
- 연마입자;
산화제; 및
돌출 및 침식 연마 개선제;
를 포함하고,
상기 돌출 및 침식 개선제는, 질소를 함유하는 고분자를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 돌출 및 침식 개선제는, 폴리에틸렌이민, 폴리부틸렌이민, 폴리프로필렌이민, 폴리아크릴아마이드, 폴리알릴아민 및 N,N-디에틸시클로헥실아민으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 돌출 및 침식 개선제의 중량평균 분자량(Mw)은 1,000 내지 100,000인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 돌출 및 침식 개선제의 농도는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 100 ppm 내지 5,000 ppm인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는,
금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm인 단일 사이즈 입자 또는 2종 이상의 혼합 입자인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 산화제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1 중량%인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물의 pH는, 1 내지 5의 범위를 가지는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용한 텅스텐 함유 웨이퍼의 연마 후, 패턴밀도가 50%일 때 텅스텐 돌출 높이는 160 Å 이하인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
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