KR20180117609A - 기판의 화학 기계적 연마 방법 - Google Patents

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지운-팡 왕
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
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Abstract

텅스텐 및 티타늄을 함유하는 기판을 화학 기계적 연마하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 상기 기판을 제공하는 단계; 물; 산화제; 알릴아민 첨가제; 카복실산; 철 이온의 공급원; 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 및, 선택적으로 pH 조정제를 초기 성분으로서 함유하는 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 만드는 단계; 및 상기 연마 패드와 상기 기판의 사이의 계면에서 또는 그 근처에서 상기 연마 조성물을 상기 연마 표면 상에 분배시키는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐(W)은 상기 티타늄(Ti)에 대해 상기 기판으로부터 선택적으로 연마된다.

Description

기판의 화학 기계적 연마 방법
본 발명은 화학적 기계적 연마의 기술분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 텅스텐 및 티타늄을 포함하는 기판의 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것으로, 기판을 제공하는 단계; 물; 산화제; 알릴아민 첨가제; 카복실산; 철 이온의 공급원; 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 및, 선택적으로 pH 조정제를 초기 성분으로서 함유하는 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학적 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 연마 표면 상에 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하되, 상기 텅스텐 (W)의 일부 및 티타늄 (Ti)의 일부는 티타늄 (Ti)에 대한 텅스텐 (W)의 제거 선택성으로 연마된다.
집적 회로 및 다른 전자 장치의 제조에 있어서, 전도성, 반도전성 및 유전체 물질의 복수개의 층은 반도체 웨이퍼의 표면 상에 증착되거나 또는 이로부터 제거된다. 전도성, 반도전성 및 유전체 물질의 박막은 다수의 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. 현대 공정에서의 일반 증착 기술은 스퍼터링으로도 알려진 물리적 기상 증착 (PVD), 화학적 기상 증착 (CVD), 플라즈마-강화 화학적 기상 증착 (PECVD), 및 전기화학적 도금 (ECP)을 포함한다.
물질의 층이 순차적으로 증착되고 제거되기 때문에, 웨이퍼의 최상부 표면은 비-평면화된다. 후속 반도체 공정 (예를 들면, 금속화)은 웨이퍼가 평면 표면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평면화될 것이 필요로 된다. 평면화는 원하지 않는 표면 형상 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염된 층 또는 물질을 제거함에 있어서 유용하다.
화학적 기계적 평면화, 또는 화학적 기계적 연마 (CMP)는 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼를 평면화하는데 사용되는 일반적인 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼는 캐리어 어셈블리 상에 설치되고, CMP 장치에서 연마 패드와 접촉되어 배치된다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼에 조절가능한 압력을 제공하며, 이는 연마 패드에 대해 이를 가압시킨다. 패드는 외부 구동력에 의해 웨이퍼에 대해 이동된다 (예를 들면, 회전된다). 이와 동시적으로, 연마 조성물 ("슬러리") 또는 다른 연마 용액이 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제공된다. 이에 따라, 웨이퍼 표면이 연마되고, 패드 표면과 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 평면화된다.
화학적 기계적 연마는 집적 회로 설계에서의 텅스텐 인터커넥트 및 콘택트 플러그의 형성 과정에서 텅스텐을 연마하기 위한 바람직한 방법이 된다. 텅스텐은 콘택트/비아 플러그에 대한 집적 회로 설계에서 빈번하게 사용된다. 전형적으로, 콘택트 또는 비아 홀은 기판 상의 유전체층을 통해 형성되어 기저 성분의 영역 (예를 들면, 제1 수준 금속화 또는 인터커넥트)이 노출된다. 티타늄 (Ti)은 종종 텅스텐의 증착 이전에 콘택트 또는 비아 홀의 측면 및 바닥 상에 접착제층으로서 도포된다. 텅스텐 피복층 및 티타늄 접착제층은 이후 연마되어 유전체를 가진 공면 표면(coplanar surface)을 제공한다.
집적 회로 설계에서의 텅스텐에 대한 다른 응용은 동일한 장치 수준으로 피처들 사이에 전도성 라인을 형성하는 국소적 인터커넥트로서의 것이다. 국소적 인터커넥트를 형성하는 하나의 방법은 다마스쿠스 공정을 필요로 한다. 제1 금속은 최소 유전체층(ILDO)으로 새겨진다. 이는 우선 ILDO를 증착하고, 이후 패턴화하고, 유전체층에 오목형 트렌치를 에칭한다. 전형적으로, 트렌치 내에 그리고 유전체 표면 위에 증착된 티타늄 및 텅스텐으로 이루어진 오목형 트렌치 내의 층상 구조의 형성 이후, 티타늄이 텅스텐과 유전체 사이에 개재된다. 화학적 기계적 연마는 이후 유전체 표면 아래로 티타늄 및 텅스텐을 제거하기 위해 사용되고, 이는 국소적 인터커넥트로서 기능하도록 트렌치 내에 텅스렌 라인을 남기게 된다. 이러한 응용을 위해 작업되는 화학적 연마적 연마의 경우, 텅스텐 및 티타늄의 모든 전도성 잔류물은 소자 단락(device shorting)을 방지하기 위해 유전체의 표면으로부터 제거되어야 한다. 화학적 기계적 연마에 후속되는 다음 공정 단계는 다음 수준의 유전체의 증착이다. 그리하여, 더 낮은 수준의 유전체층으로부터 텅스텐 및 티타늄을 제거하는 것의 불능은 제조된 소자에서 매립 단락(buried short)을 남길 것이다.
종래의 모든 화학적 기계적 연마 전략은 바람직한 텅스텐 피처 형성에 대해 이상적인 것보다 좋지 않다. 다양한 결함 문제는 모든 화학적 기계적 연마 방법을 방해한다. 예를 들면, 요구되는 다양한 물질에 대한 이상적인 연마 속도 프로파일은 환상적인 것이었다.
그 결과, 다양한 대안적인 전략이 반도체 기판에서의 인트라 수준 및 인터 수준 텅스텐 인터커넥트 모두의 형성에서 사용하기 위해 고안되었다. 예를 들면, Gabriel 등의 미국특허번호 6,211,087는 2개 부분 전략을 제공한다. 특히, Gabriel 등은 기판을 평탄화하는 방법을 교시하며, 상기 텅스텐층은 기판에 형성된 홀 또는 트렌치 내의 티타늄 접착제층 상에 증착되었다. 우선, 화학적 기계적 연마 단계는 텅스텐 피복층을 제거하기 위해 티타늄 접착제층에 대해 선택적으로 텅스텐을 제거하는 연마 슬러리를 사용하여 수행된다. 이후, 화학적 에칭 단계가 유전체에 대한 에칭 백(etch back)을 촉진하기 위해 티타늄 접착제층을 선택적으로 표적화하는 화학적 습식 에칭제를 사용하여 수행된다.
그럼에도 불구하고, 미국특허번호 6,211,087에 교시된 것과 같은 대안적인 공정 전략을 사용하기 위한 반도체 기판 내의 인트라 수준 및 인터 수준 텅스텐 인터커넥트 모두의 형성시 사용하기 위한 신규한 화학적 기계적 연마 조성물에 대한 지속적인 필요성이 존재하고, 여기서 화학적 기계적 연마 조성물은 티타늄에 대한 텅스텐의 선택적 제거를 위해 제공된다.
본 발명은 기판을 연마하는 방법을 제공하고, 상기 방법은, 상기 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 텅스텐 (W) 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 단계; 초기 성분으로서 하기를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계: 물; 산화제; 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) 및 폴리(알릴아민)으로 구성된 군으로부터 선택된 알릴아민 첨가제; 영구적 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 카복실산; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적으로, pH 조정제; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에 동적 접촉을 만드는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 근처에서 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐 (W)의 적어도 일부는 텅스텐 (W) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 티타늄 (Ti)의 적어도 일부는 티타늄 (Ti) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 그리고 상기 텅스텐 (W) 제거율은 티타늄 (Ti) 제거율보다 ≥ 35 배 더 높다.
본 발명은 기판을 연마하는 방법을 제공하고, 상기 방법은, 상기 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 텅스텐 (W) 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 단계; 초기 성분으로서, 물; 0.01 내지 10 wt%의 산화제 (상기 산화제는 과산화수소임); 알릴아민 첨가제 (상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)이고, 그리고 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 = 100임); 0.01 내지 10 wt%의 영구적 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 500 내지 5,000 질량 ppm의 카복실산으로서, 프로판디오익산인 상기 카복실산; 100 내지 1,000 질량 ppm의 철 (III) 이온의 공급원으로서, 제이철 니트레이트인 상기 철 (III) 이온의 공급원 노나히드레이트; 및, 선택적으로, pH 조정제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계로서; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 6의 pH를 갖는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에 동적 접촉을 만드는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 근처에서 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐 (W)의 적어도 일부는 텅스텐 (W) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 티타늄 (Ti)의 적어도 일부는 티타늄 (Ti) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 그리고 상기 텅스텐 (W) 제거율은 티타늄 (Ti) 제거율보다 ≥ 35 배 더 높다.
The 본 발명은 기판을 연마하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 텅스텐 (W) 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 단계; 초기 성분으로서, 물; 0.01 내지 10 wt%의 산화제 (상기 산화제는 과산화수소임); 알릴아민 첨가제로서, 폴리(알릴아민)이고, 그리고 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 ≥ 150인 상기 알릴아민 첨가제; 0.01 내지 10 wt%의 영구적 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 500 내지 5,000 질량 ppm의 카복실산으로서, 프로판디오익산인 상기 첨가제; 100 내지 1,000 질량 ppm의 철 (III) 이온의 공급원으로서, 제이철 니트레이트인 상기 철 (III) 이온의 공급원 노나히드레이트; 및, 선택적으로, pH 조정제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계로서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 4의 pH를 갖는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에 동적 접촉을 만드는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 근처에서 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐 (W)의 적어도 일부는 텅스텐 (W) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 티타늄 (Ti)의 적어도 일부는 티타늄 (Ti) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 그리고 상기 텅스텐 (W) 제거율은 티타늄 (Ti) 제거율보다 ≥ 35 배 더 높다.
본 발명의 기판을 연마하는 방법은 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) 및 폴리(알릴아민)으로 구성된 군으로부터 선택된 알릴아민 첨가제; 산화제; 카복실산; 및 영구적 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 및 철 (III) 이온의 공급원의 상승작용 조합물을 함유하는 화학 기계적 연마 조성물을 사용한다. 언급된 상승작용 조합은, 연마 동안에 기판 표면으로부터 티타늄 (Ti)의 제거를 상당히 지연시키면서 텅스텐 (W)의 급속한 제거를 제공함을 놀랍게도 발견했다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법은, 상기 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 텅스텐 (W) 및 티타늄 (Ti)을 포함하는 단계; 초기 성분으로서, 물; (바람직하게는, 0.01 내지 10 wt%; 더 바람직하게는, 0.1 내지 5 wt%; 가장 바람직하게는, 1 내지 3 wt%)의 산화제; 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) 및 폴리(알릴아민)으로 구성된 군으로부터 선택된 알릴아민 첨가제(바람직하게는, 상기 알릴아민 첨가제는 5,000 내지 100,000 달톤; 더 바람직하게는, 7,500 내지 25,000 달톤; 가장 바람직하게는, 10,000 내지 20,000 달톤의 분자량을 가짐); (바람직하게는; 0.01 내지 10 wt%; 더 바람직하게는, 0.05 내지 7.5 wt%; 더욱 더 바람직하게는, 0.1 내지 5 wt%; 가장 바람직하게는, 0.2 내지 2 wt%)의, 영구적 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; (바람직하게는; 100 내지 10,000 질량 ppm; 더 바람직하게는, 500 내지 5,000 질량 ppm; 더욱 더 바람직하게는, 750 내지 2,500 질량 ppm; 가장 바람직하게는, 1,000 내지 2,000 질량 ppm)의 카복실산 (바람직하게는, 상기 카복실산은 디카복실산이고; 더 바람직하게는, 상기 카복실산은 프로판디오익산 및 2-하이드록시프로판디오익산으로 구성된 군으로부터 선택된 디카복실산이고; 가장 바람직하게는, 상기 카복실산은 프로판디오익산임); (바람직하게는; 100 내지 1,000 질량 ppm; 더 바람직하게는, 150 내지 750 질량 ppm; 더욱 더 바람직하게는, 200 내지 500 질량 ppm; 가장 바람직하게는, 250 내지 400 질량 ppm)의 철 (III) 이온의 공급원 (바람직하게는, 상기 철 (III) 이온의 공급원은 제이철 니트레이트 노나히드레이트임); 및, 선택적으로, pH 조정제; (바람직하게는, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 6; 더 바람직하게는, 1 내지 4; 더욱 더 바람직하게는, 1.5 내지 3.5; 가장 바람직하게는, 2 내지 2.5 의 pH를 가짐)를 포함하고 (바람직하게는 그것으로 구성된) 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에 동적 접촉을 만드는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 근처에서 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐 (W)의 적어도 일부는 텅스텐 (W) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 티타늄 (Ti)의 적어도 일부는 티타늄 (Ti) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 및, 상기 텅스텐 (W) 제거율은 = 35 (바람직하게는, = 500; 더 바람직하게는, = 800; 가장 바람직하게는 = 1,000) 배 더 높은 than 티타늄 (Ti) 제거율.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 기판은 텅스텐 및 티타늄을 포함한다. 보다 바람직하게는, 제공되는 기판은 텅스텐 및 티타늄을 포함하는 반도체 기판이다. 가장 바람직하게는, 제공되는 기판은 유전체 (예를 들면, TEOS) 내에 형성된 홀 및 트렌치 중 적어도 하나 내에 증착된 텅스텐을 포함하는 반도체 기판이고, 티타늄은 텅스텐과 유전체 사이에 개재된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물에서 초기 성분으로서 포함된 물은 부수적인 불순물을 제한하기 위해 탈이온수 및 증류수 중 하나 이상이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 산화제를 포함하고, 여기서 산화제는 과산화수소 (H2O2), 모노과황산염, 요오드산염, 마그네슘 퍼프탈레이트, 과산화아세트산 및 다른 과산, 과황산염, 브롬산염, 과브롬산염, 과황산염, 과산화아세트산, 과요오드산염, 질산염, 철염, 세륨염, Mn (III), Mn (IV) 및 Mn (VI) 염, 은염, 구리염, 크롬염, 코발트염, 할로겐, 차아염소산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 산화제는 과산화수소, 과염소산염, 과브롬산염; 과요오드산염 및 과산화아세트산으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 산화제는 과산화수소이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 0.01 내지 10 wt% (보다 바람직하게는, 0.1 내지 5 wt%; 가장 바람직하게는, 1 내지 3 wt%)의 산화제를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 철 (III) 이온의 공급원을 포함한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 철 (III) 이온의 공급원을 포함하되, 상기 철 (III) 이온의 공급원은 철 (III) 염으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 철 (III) 이온의 공급원을 포함하고, 여기서 철 (III) 이온의 공급원은 질산제2철9수화물, (Fe(NO3)3·9H2O)이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) 및 폴리(알릴아민)으로 구성된 군으로부터 선택된 알릴아민 첨가제를 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 5,000 내지 100,000 달톤 (더 바람직하게는, 7,500 내지 25,000 달톤; 가장 바람직하게는, 10,000 내지 20,000 달톤)의 중량 평균 분자량을 갖는 알릴아민 첨가제를 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) 및 폴리(알릴아민)으로 구성된 군으로부터 선택된 알릴아민 첨가제를 함유하고; 상기 알릴아민 첨가제는 5,000 내지 100,000 달톤 (더 바람직하게는, 7,500 내지 25,000 달톤; 가장 바람직하게는, 10,000 내지 20,000 달톤)의 중량 평균 분자량을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 알릴아민 첨가제를 함유하되, 상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드). 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 알릴아민 첨가제를 함유하되, 상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)이고; 그리고 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 = 100이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 알릴아민 첨가제를 함유하되, 상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)이고; 그리고 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 100 내지 500 (바람직하게는, 100 내지 300; 더 바람직하게는, 100 내지 250; 가장 바람직하게는, 100 내지 200)이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 하기를 함유한다: 알릴아민 첨가제, 상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민). 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 하기를 함유한다: 알릴아민 첨가제, 상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민); 및 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 = 150. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 하기를 함유한다: 알릴아민 첨가제, 상기 알릴아민 첨가제는 폴리(알릴아민); 및 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 150 내지 600 (바람직하게는, 150 내지 500; 더 바람직하게는, 175 내지 400; 가장 바람직하게는, 200 내지 350).
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 영구적인 표면 양전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 영구적인 표면 양전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재를 포함하되, 상기 화학적 기계적 연마 조성물은 1 내지 6 (바람직하게는, 1 내지 4; 보다 바람직하게는, 1.5 내지 3.5; 보다 더 바람직하게는, 1.75 내지 3; 가장 바람직하게는, 2 내지 2.5)의 pH를 가진다. 보다 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 1 mV 초과의 제타 포텐션로 나타나는 1 내지 6 (바람직하게는, 1 내지 4; 보다 바람직하게는, 1.5 내지 3.5; 보다 더 바람직하게는, 1.75 내지 3; 가장 바람직하게는, 2 내지 2.5)의 pH를 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 영구적인 표면 양전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재를 포함하고, 여기서 콜로이드 실리카 연삭재는 동적 광산란 기술에 의해 측정되는 100 nm 이하 (바람직하게는, 5 내지 100nm; 보다 바람직하게는, 10 내지 60 nm; 가장 바람직하게는, 20 내지 60 nm)의 평균 입자 크기를 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 0.01 내지 10 wt% (바람직하게는 0.05 내지 7.5 wt%; 보다 바람직하게는, 0.1 내지 5 wt%; 가장 바람직하게는, 0.2 내지 2 wt%)의 영구적인 표면 양전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재를 포함한다.
본원에 사용되는 바와 같은 용어 영구적인 표면 양전하는 실리카 입자 상의 양전하는 용이하게 가역적이지 않은 것을 의미한다. 즉, 실리카 입자 상의 양전하는 플러싱(flushing), 희석 또는 여과를 통해 가역되지 않는다. 영구적인 양전하는 예를 들면 콜로이드 실리카 입자에의 양이온성 종의 공유 결합의 결과일 수 있다. 영구적인 양전하를 갖는 콜로이드 실리카는 용이하게 가역적인 양전하를 갖는 콜로이드 실리카에 대조적인 것이고, 이는 양이온성 종과 콜로이드 실리카 사이의 정전기 상호작용의 결과일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 카복실산을 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 카복실산을 함유하되, 상기 카복실산은 디카복실산이다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 카복실산을 함유하되; 상기 카복실산은 프로판디오익산 (aka 말론산) 및 2-하이드록시프로판디오익산 (aka 타르트론산) 로 구성된 군으로부터 선택된 디카복실산이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 디카복실산을 함유하되, 상기 디카복실산은 프로판디오익산이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 질량에 의한 100 내지 10,000 ppm (더 바람직하게는, 500 내지 5,000 ppm; 더욱 더 바람직하게는, 750 내지 2,500 ppm; 가장 바람직하게는, 1,000 내지 2,000 ppm) 의 카복실산을 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 질량에 의한 100 내지 10,000 ppm (더 바람직하게는, 500 내지 5,000 ppm; 더욱 더 바람직하게는, 750 내지 2,500 ppm; 가장 바람직하게는, 1,000 내지 2,000 ppm) 의 카복실산을 함유하되; 상기 카복실산은 프로판디오익산 및 2-하이드록시프로판디오익산으로 구성된 군으로부터 선택된 디카복실산이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 질량에 의한 100 내지 10,000 ppm (더 바람직하게는, 500 내지 5,000 ppm; 더욱 더 바람직하게는, 750 내지 2,500 ppm; 가장 바람직하게는, 1,000 내지 2,000 ppm)의 카복실산을 함유하되; 상기 카복실산은 디카복실산이고, 상기 디카복실산은 프로판디오익산이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 1 내지 6의 pH를 가진다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 1 내지 4의 pH를 가진다. 보다 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 1.5 내지 3.5의 pH를 가진다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 2.0 내지 2.5의 pH를 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 임의로 pH 조절제를 포함한다. 바람직하게는, pH 조절제는 무기 및 유기 pH 조절제로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, pH 조절제는 무기 산 및 무기 염기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, pH 조절제는 질산 및 수산화칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, pH 조절제는 수산화칼륨이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 패드는 본 기술분야에 알려진 임의의 적합한 연마 패드에 의한 것일 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 방법에서 사용하기 위해 적절한 화학적 기계적 연마 패드를 선택하는 것을 알고 있을 것이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 패드는 직물 및 부직포 연마 패드로부터 선택된다. 보다 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 연마층을 포함한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 패드는 중합성 중공 코어 미세입자를 포함하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다. 바람직하게는, 제공되는 화학적 기계적 연마 패드는 연마 표면 상에 적어도 하나의 그루브를 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공되는 화학적 기계적 연마 조성물은 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 제공되는 화학적 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 동적 접촉은 제공되는 화학적 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 연마되는 기판의 표면에 수직한 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스로 생성된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 상기 텅스텐 (W) 제거율은 티타늄 (Ti) 제거율보다 = 35 (바람직하게는, = 500; 더 바람직하게는, = 800; 가장 바람직하게는 = 1,000) 배 더 높다. 더 바람직하게는, 본 발명의 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 상기 텅스텐 (W) 제거율은 = 500 Å/min (더 바람직하게는, = 1,000 Å/min; 더욱 더 바람직하게는, = 1,500 Å/min; 가장 바람직하게는, = 2,000 Å/min)이고; 상기 티타늄 (Ti) 제거율은 티타늄 (Ti) 제거율보다 ≤ 100 Å/min이고; 그리고 상기 텅스텐 (W) 제거율은 = 35 (바람직하게는, = 500; 더 바람직하게는, = 800; 가장 바람직하게는 = 1,000) 배 더 높다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 (W) 대 티타늄 (Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 상기 텅스텐 (W) 제거율은 = 1,000 Å/min (더 바람직하게는, = 1,500 Å/min; 가장 바람직하게는, = 2,000 Å/min); 상기 티타늄 (Ti) 제거율은 = 100 Å/min (더 바람직하게는, = 50 Å/min; 가장 바람직하게는, ≤ 25 Å/min)이고; 상기 텅스텐 (W) 제거율은80 분당 회전수의 압반 속도, 81 분당 회전수의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 200 mm 연마 기계 상에서의 21.4 kPa의 명목 다운 포스 티타늄 (Ti) 제거율보다 = 35 (바람직하게는, = 500; 더 바람직하게는, = 800; 가장 바람직하게는 = 1,000) 배 더 높고; 그리고 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 텅스텐 (W) 제거율은 = 500 Å/min (더 바람직하게는, = 1,000 Å/min; 더욱 더 바람직하게는, = 1,500 Å/min; 가장 바람직하게는, = 2,000 Å/min)이다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 텅스텐 (W) 제거율은 = 1,000 Å/min (더욱 더 바람직하게는, = 1,500 Å/min; 가장 바람직하게는, = 2,000 Å/min)이다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 텅스텐 (W) 제거율은 = 1,000 Å/min (더 바람직하게는, = 1,500 Å/min; 가장 바람직하게는, = 2,000 Å/min)이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 텅스텐 (W) 제거율은 80 분당 회전수의 압반 속도, 81 분당 회전수의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 200 mm 연마 기계 상에서의 21.4 kPa의 명목 다운 포스로 = 1,000 Å/min (더 바람직하게는, = 1,500 Å/min; 가장 바람직하게는, = 2,000 Å/min)이고; 그리고 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 티타늄 (Ti) 제거율은 = 100 Å/min (더 바람직하게는, = 50 Å/min; 가장 바람직하게는, = 25 Å/min)이다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 티타늄 (Ti) 제거율은 = 100 Å/min (더 바람직하게는, = 50 Å/min; 가장 바람직하게는, = 25 Å/min)이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 티타늄 (Ti) 제거율은 80 분당 회전수의 압반 속도, 81 분당 회전수의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 200 mm 연마 기계 상에서의 21.4 kPa의 명목 다운 포스로 = 100 Å/min (더 바람직하게는, = 50 Å/min; 가장 바람직하게는, = 25 Å/min)이고; 그리고 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다.
본 발명의 일부 구현예는 이하 실시예에서 보다 상세하게 기재될 것이다.
비교 실시예 C1-C8 및 실시예 1-3
화학 기계적 연마 조성물 제조
비교 실시예 C1-C8 및 실시예 1-3의 화학 기계적 연마 조성물을, 배합시키는 표 1에서 열거된 양의 성분을 362 ppm Fe(NO3)3; 1,320 ppm 말론산; 2.0 wt% 과산화수소 (밸런스는 탈이온수임)을 배합하고, 수산화칼륨 또는 질산으로 조성물의 pH를 2.3으로 조정하여 제조했다.
Figure pct00001
비교 실시예 PC1-PC8 및 실시예 P1-P3
화학적 기계적 연마 제거 속도 실험
제거 속도 연마 시험을 각각 비교 실시예 C1-C8 및 실시예 1-3에 따라 제조되는 화학적 기계적 연마 조성물을 사용하는 비교 실시예 PC1-PC8 및 실시예 P1-P3에서 수행하였다. 연마 제거 속도 실험을 Applied Materials 200 mm Mirra®연마 기계 상에 설치된 200 mm 블랭크 웨이퍼에 대해 수행하였다. 연마 제거 속도 실험을 200 mm 블랭크 15 kÅ 두께의 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS) 시트 웨이퍼 (Novellus로부터 입수가능); 텅스텐 (W) 및 티타늄 (Ti) 블랭크 웨이퍼 (Wafernet로부터 입수가능)에 대해 수행하였다. 모든 연마 실험을 21.4 kPa (3.1 psi)의 다운 포스, 125 mL/min의 화학적 기계적 연마 조성물 유량, 80 rpm의 테이블 회전 속도 및 81 rpm의 캐리어 회전 속도로 SP2310 서브패드 (Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.로부터 상업적으로 이용가능함)와 쌍을 이룬 IC1010TM 폴리우레탄 연마 패드를 사용하여 수행하였다. 다이아몬드 패드 컨디셔너 PDA33A-D (Kinik Company로부터 상업적으로 이용가능함)을 사용하여 연마 패드를 컨디셔닝하였다. 연마 패드는, 15분 동안 9 lbs (4.1 kg)의 컨디셔닝 다운 포스, 이어서8.0 rpm의 테이블 속도 및 36 rpm의 컨디셔너 속도로 추가 15분 동안 컨디셔닝 7 lbs (3.18 kg)의 다운 포스를 사용하는 컨디셔너로 분쇄되었다. 연마 패드는 연마 실험 사이에 24초 동안에 7 lbs (3.18 kg)의 다운 포스를 사용하여 연마 전에 현장외에서 추가로 컨디셔닝되었다. TEOS 제거율은 KLA-Tencor FX200 계측 도구를 사용하여 연마 전 및 후에 필름 두께를 측량하여 결정되었다. 텅스텐 (W) 및 티타늄 (Ti) 제거율은 KLA-Tencor RS100C 계측 도구를 사용하여 결정되었다. 제거율 실험의 결과는 표 2에서 제공된다.
Figure pct00002

Claims (10)

  1. 기판을 연마하는 방법으로서,
    텅스텐(W) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    초기 성분으로서,
    물;
    산화제;
    폴리(알릴아민 하이드로클로라이드) 및 폴리(알릴아민)으로 구성된 군으로부터 선택된 알릴아민 첨가제;
    영구적 양성 표면 전하를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재;
    카복실산;
    철(III) 이온의 공급원; 및
    임의로 pH 조절제
    를 포함하는 화학적 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
    연마 표면을 갖는 화학적 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
    상기 화학적 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이에 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계;및
    상기 화학적 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학적 기계적 연마 패드의 상기 연마 표면 상에 상기 화학적 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계
    를 포함하되,
    상기 텅스텐(W)의 적어도 일부는 텅스텐 W) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 티타늄(Ti)의 적어도 일부는 티타늄(Ti) 제거율로 상기 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐(W) 대 티타늄(Ti)에 대한 제거율 선택성을 가지며; 그리고 상기 텅스텐(W) 제거율은 티타늄(Ti) 제거율보다 35배 이상 더 높은, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 텅스텐(W) 제거율은 200 mm 연마 기계 상에서 80 회전수/분의 압반 속도, 81 회전수/분의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 다운 포스로 1,000 Å/min 이상이고; 그리고 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 티타늄(Ti) 제거율은 50 Å/min 이하이고, 상기 텅스텐(W) 제거율은 티타늄(Ti) 제거율보다 35배 이상 더 높은, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서,
    상기 물;
    0.01 내지 10 wt%의 상기 산화제로서, 과산화수소인, 상기 산화제;
    0.01 내지 10 wt%의 상기 콜로이드 실리카 연삭재;
    상기 알릴아민 첨가제로서, 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)이고, 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 100 이상인, 상기 알릴아민 첨가제;
    500 내지 5,000 질량 질량 ppm의 상기 카복실산으로서, 프로판디오익산인 상기 카복실산;
    100 내지 1,000 질량 ppm의 상기 철(III) 이온의 공급원으로서, 질산제이철 9수화물인, 상기 철(III) 이온의 공급원; 및,
    선택적으로, 상기 pH 조정제를 포함하고; 그리고
    상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 4의 pH를 갖는, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 텅스텐(W) 제거율은, 200 mm 연마 기계 상에서 80 회전수/분의 압반 속도, 81 회전수/분의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 다운 포스로 1,000 Å/min 이상이고; 그리고 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 티타늄(Ti) 제거율은 25 Å/min 이하이고, 그리고 상기 텅스텐(W) 제거율은 상기 티타늄(Ti) 제거율보다 500배 이상 더 높은, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서,
    상기 물;
    0.01 내지 10 wt%의 상기 산화제로서, 과산화수소인, 상기 산화제;
    0.01 내지 10 wt%의 상기 콜로이드 실리카 연삭재;
    상기 알릴아민 첨가제로서, 폴리(알릴아민)이고, 그리고 상기 콜로이드 실리카 연삭재 대 상기 알릴아민 첨가제의 질량비는 150 이상인, 상기 알릴아민 첨가제;
    500 내지 5,000 질량 ppm의 상기 카복실산으로서, 프로판디오익산인, 상기 첨가제;
    100 내지 1,000 질량 ppm의 상기 철(III) 이온의 공급원으로서, 질산제이철인, 상기 철(III) 이온의 공급원; 및,
    선택적으로, 상기 pH 조정제를 포함하고; 그리고
    상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 4의 pH를 갖는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 텅스텐(W) 제거율은 200 mm 연마 기계 상에서 80 회전수/분의 압반 속도, 81 회전수/분의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 다운 포스로 1,000 Å/min 이상이고; 그리고 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 티타늄(Ti) 제거율은 50 Å/min 이하이고, 상기 텅스텐(W) 제거율은 상기 티타늄(Ti) 제거율보다 35배 이상 더 높은, 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 티타늄(Ti) 제거율은 5 Å/min 이하이고, 그리고 상기 텅스텐(W) 제거율은 상기 티타늄(Ti) 제거율보다 500배 이상 더 높은, 방법.
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