KR20180135066A - 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판의 폴리싱을 위한 화학 기계적 폴리싱 (cmp) 조성물의 용도 - Google Patents

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Abstract

(i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학 기계적 폴리싱을 위한 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도로서,
CMP 조성물 (Q) 이
(A) 무기 입자
(B) 일반식 (I) R-S (식 중, R 은 C5-C20-알킬, C5-C20-알케닐, C5-C20-알킬아실 또는 C5-C20-알케닐아실이고, S 는 술폰산 유도체, 아미노산 유도체 또는 인산 유도체 또는 이의 염 또는 혼합물임) 의 음이온성 계면활성제
(C) 적어도 하나의 아미노산,
(D) 적어도 하나의 산화제
(E) 수성 매질을 포함하고,
CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 갖는 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.

Description

코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판의 폴리싱을 위한 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물의 용도
본 발명은 본질적으로 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 반도체 산업의 기판을 폴리싱 (polishing) 하기 위한, 무기 입자, 부식 저해제로서 음이온성 계면활성제, 적어도 하나의 아미노산, 적어도 하나의 산화제 및 수성 매질을 포함하는 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 화학-기계적 폴리싱 (CMP) 조성물의 존재 하에 층 또는 기판을 화학-기계적 폴리싱하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. CMP 조성물은 코발트 및/또는 코발트 합금에 관하여 개선되고 조절가능한 에칭 거동 및 양호한 폴리싱 성능을 나타낸다.
반도체 산업에서, 화학 기계적 폴리싱 (약칭 CMP) 은 진전된 포토닉 (photonic), 마이크로전기기계적 및 마이크로전자 물질 및 소자, 예컨대 반도체 웨이퍼를 제작하는데 있어서 적용된 잘-알려진 기술이다.
반도체 산업에서 사용된 물질 및 소자의 제작 동안, CMP 는 금속 및/또는 산화물 표면을 평탄화하기 위해 이용된다. CMP 는 폴리싱하고자 하는 표면의 평탄성 (planarity) 을 달성하기 위해 화학적 및 기계적 작용의 상호작용을 이용한다. 화학적 작용은 화학적 조성물, 또한 일명 CMP 조성물 또는 CMP 슬러리에 의해 제공된다. 기계적 작용은 보통, 전형적으로 폴리싱하고자 하는 표면 상에 가압되고 이동하는 플래튼 (platen) 상에 탑재되는 폴리싱 패드에 의해 수행된다. 플래튼의 움직임은 일반적으로 선형, 회전형 또는 궤도형이다.
전형적인 CMP 방법 단계에서, 회전하는 웨이퍼 홀더는 폴리싱하고자 하는 웨이퍼와 폴리싱 패드를 접촉시킨다. CMP 조성물은 보통, 폴리싱하고자 하는 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 적용된다.
초 대규모 집적 회로 (ULSI) 기술에서 형상 크기 (feature size) 의 계속적인 축소에 따라, 구리 상호접속 구조의 크기는 점점 더 작아지고 있다. RC 지연을 감소시키기 위해, 구리 상호접속 구조에서의 장벽 또는 접착 층의 두께는 더 얇아지고 있다. Ta 의 저항률이 상대적으로 높고 구리는 Ta 상에 직접적으로 전기도금될 수 없기 때문에, 종래의 구리 장벽/접착 층 스택 Ta/TaN 은 더 이상 적합하지 않다. Ta 와 비교하여, 코발트는 더 낮은 저항률을 갖고 더 저렴하다. Cu 와 Co 간의 접착은 양호하다. Cu 는 Co 상에서 쉽게 핵형성할 수 있고, 또한 구리는 코발트 상에 직접적으로 전기도금될 수 있다.
집적 회로에서, Co 는 구리 상호접속을 위한 접착 또는 장벽 층으로서 사용되는 한편, Co 는 또한, MOSFET 에서 금속 게이트로서 그리고 메모리 소자에서 나노-결정질 Co 로서 사용될 수 있다.
다공성 저 k (low k) 유전체 물질은 현재의 상호접속 구조에서 이미 사용되어 왔다. 저 k 물질은 플라즈마 또는 폴리싱 슬러리에 의해 쉽게 손상될 수 있다고 보고된다. 현재의 화학 기계적 폴리싱 가공에서, 저-k 유전체에 대한 손상을 감소시키기 위해, 장벽 및 구리에 대해 사용된 현재 슬러리의 대부분은 산성이다. 그러나, 구리 및 코발트는 산화제, 예를 들어 과산화수소를 함유하는 산성 용액에서 쉽게 용해된다는 것이 관측된다. 이것은, 구리 및 코발트의 폴리싱률을 너무 높게 만들어, 구리선의 디싱 (dishing) 을 유도할 것이다. 또한, 구리 상호접속 구조의 측벽 상에서 코발트 접착층의 용해는, 구리선의 탈적층 (delamination) 을 초래하고 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.
초 대규모 집적 회로 (ULSI) 기술에서 사용된 집적 스킴 (scheme) 에 따른 상이한 양 및 층 두께의 Co, Cu 및 저 k 유전체 물질의 공존은 선택성, 부식, 제거율 및 표면 품질에 관해서 반도체 소자의 제조에서의 화학 기계적 폴리싱에 대해 사용된 조성물에 다수의 과제를 제시한다.
최신 기술에서, 반도체 산업의 기판을 폴리싱하기 위한, 무기 입자, 음이온성 계면활성제, 아미노산, 산화제 및 수성 매질을 포함하는 CMP 조성물의 용도가 공지되어 있고, 예를 들어 하기 참조에서 설명된다.
US 8 506 359 B2 는 실리카 입자 (A), 질소-함유 헤테로시클릭 고리 및 카르복실 기를 포함하는 유기 산을 추가로 포함하는 히스티딘, 글리신 및 알라닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 아미노산 (B2) 및 카르복실 기, 술폰산 기, 인산 기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 관능기를 포함하는 음이온성 계면활성제 (C2) 를 포함하는, 화학 기계적 폴리싱 수분산액을 개시한다. 이러한 수분산액은 pH 6 내지 12 에서의, 하나 이상의 금속 필름; 장벽 금속 필름; 및 절연 필름을 포함하는 반도체 소자의 폴리싱 표적 표면의 화학 기계적 폴리싱을 위해 사용된다.
따라서, 선행 기술과 관련된 모든 단점, 예를 들어 Co 의 낮은 물질 제거율, 높은 Co 부식, 산성 pH, 개별 부식 저해제에 대한 요구 및 폴리싱 성능의 조정 능력 없음을 피할 수 있는 CMP 조성물 및 CMP 방법의 사용이 현재 매우 바람직할 것이다.
본 발명의 목적들 중 하나는, 개선된 폴리싱 성능, 특히 코발트 및/또는 코발트 합금의 낮은 부식 및 코발트 및/또는 코발트 합금의 제어가능하고 조절가능한 물질 제거율을 나타내며, 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판의 화학 기계적 폴리싱에 적절한 CMP 조성물의 용도를 제공하는 것이었다. 또한, 코발트 및/또는 코발트 합금의 높은 물질 제거율을 초래하고, 저 k 유전체 물질 및 반도체 기판의 다른 금속, 예를 들어 구리와 상용성이고, 고품질의 표면 마무리를 제공하고, 디싱을 감소시키고, 저장 안정성이며 중성 내지 알칼리성 pH 범위에서 사용할 준비가 된 CMP 조성물의 사용이 추구되었다.
또한, 각각의 CMP 방법이 제공되었다.
이에 따라, (i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학 기계적 폴리싱을 위한 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도로서, 여기서 CMP 조성물 (Q) 이
(A) 무기 입자
(B) 일반식 (I) 의 음이온성 계면활성제
R-S (I)
[식 중, R 은 C5-C20-알킬, C5-C20-알케닐, C5-C20-알킬아실 또는 C5-C20-알케닐아실이고, S 는 술폰산 유도체, 아미노산 유도체 또는 인산 유도체 또는 이의 염 또는 혼합물임]
(C) 적어도 하나의 아미노산
(D) 적어도 하나의 산화제
(E) 수성 매질
을 포함하고,
CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 갖는, 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도가 제공된다.
본 발명의 추가 측면에 따르면,
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 3 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.09 wt% 의 총량의 N-올레오일사르코신, N-라우로일사르코신, N-코코일사르코신, 4-도데실벤젠 술폰산, N-코코일글루타메이트 및 인산 C6-C10 알킬 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 음이온성 계면활성제 (B)
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 0.9 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 2 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질
을 포함하는 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물이 제공되고,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7 내지 10 의 pH 를 갖는다.
이것은, 본 발명의 목적을 충족시킨다.
또한, 상기 언급된 본 발명의 목적은, 상기 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 존재 하에, 반도체 산업에서 사용된 기판 (S) 을 화학 기계적 폴리싱하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 의해 달성되고, 여기서 기판 (S) 은 (i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함한다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 CMP 조성물 (Q) 의 사용이 높은 코발트 물질 제거율과 함께, 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판 상의 개선된 부식 저해를 유도한다는 것이 밝혀질 수 있었다.
바람직한 구현예가 청구항 및 상세한 설명에서 설명된다. 바람직한 구현예의 조합은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 이해된다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은 무기 입자 (A) 를 포함한다.
일반적으로, 무기 입자 (A) 의 화학적 성질은 특별히 제한되지는 않는다. (A) 는 상이한 화학적 성질의 입자의 혼합물 또는 동일한 화학적 성질의 것일 수 있다. 대체로, 동일한 화학적 성질의 입자 (A) 가 바람직하다.
(A) 는,
- 무기 입자, 예컨대 준금속 (metalloid), 준금속 산화물 또는 탄화물을 포함하는 금속, 금속 산화물 또는 탄화물, 또는
- 무기 입자의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, (A) 는,
- 하나의 유형의 콜로이드성 무기 입자,
- 하나의 유형의 발연 (fumed) 무기 입자,
- 상이한 유형의 콜로이드성 및/또는 발연 무기 입자의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, 콜로이드성 무기 입자는, 습식 침전 방법에 의해 제조되는 무기 입자이고; 발연 무기 입자는, 예를 들어 Aerosil® 방법을 사용하여 산소의 존재 하에 예를 들어 금속 염화물 전구체의 수소로의 고온 화염 가수분해 (flame hydrolysis) 에 의해 제조된다.
바람직하게는, 무기 입자 (A) 는 콜로이드성 또는 발연 무기 입자 또는 이의 혼합물이다. 이들 중에서, 금속 또는 준금속의 산화물 및 탄화물이 바람직하다. 더 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 산화 세륨, 구리 산화물, 철 산화물, 니켈 산화물, 망간 산화물, 실리카, 규소 질화물, 규소 탄화물, 주석 산화물, 티타니아, 티타늄 탄화물, 텅스텐 산화물, 이트륨 산화물, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 가장 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 산화 세륨, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 특히, (A) 는 실리카 입자이다. 예를 들어, (A) 는 콜로이드성 실리카 입자이다.
본원에서 사용된 바와 같은, 용어 "콜로이드성 실리카" 는, Si(OH)4 의 축합 중합에 의해 제조되는 규소 이산화물을 지칭한다. 전구체 Si(OH)4 는, 예를 들어 고순도 알콕시실란의 가수분해에 의해, 또는 실리케이트 수용액의 산성화에 의해 수득될 수 있다. 상기 콜로이드성 실리카는 미국 특허 번호 5,230,833 에 따라 제조될 수 있거나, 다양한 상업적으로 입수가능한 제품, 예컨대 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 제품 중 임의의 것으로서 수득될 수 있다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물 (Q) 에서 (A) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 3.0 wt% 이하이다. 바람직하게는, 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 2.5 wt% 이하, 가장 바람직하게는 1.8 wt% 이하, 특히 1.5 wt% 이하이다. 본 발명에 따르면, (A) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.0001 wt%, 바람직하게는 적어도 0.02 wt%, 더 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 범위에 있을 수 있다.
일반적으로, 입자 (A) 는 다양한 입자 크기 분포로 조성물 (Q) 에 함유될 수 있다. 입자 (A) 의 입자 크기 분포는 모노모달 (monomodal) 또는 멀티모달 (multimodal) 일 수 있다. 멀티모달 입자 크기 분포의 경우에서, 바이모달이 흔히 바람직하다. 본 발명의 CMP 방법 동안 쉽게 재현가능한 특성 프로파일 및 쉽게 재현가능한 조건을 갖기 위해, 모노모달 입자 크기 분포가 입자 (A) 에 대해 바람직할 수 있다. 흔히, 입자 (A) 가 모노모달 입자 크기 분포를 갖는 것이 가장 바람직하다.
일반적으로 입자 (A) 가 가질 수 있는 입자 크기 분포는 특별히 제한되지는 않는다.
입자 (A) 의 평균 입자 크기는 넓은 범위 내에서 변화될 수 있다. 평균 입자 크기는 수성 매질 (E) 중에서 입자 (A) 의 입자 크기 분포의 d50 값이고, 예를 들어 동적 광 산란 (DLS) 또는 정적 광 산란 (SLS) 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 및 다른 방법은 당업계에 잘 알려져 있고, 예를 들어 『Kuntzsch, Timo; Witnik, Ulrike; Hollatz, Michael Stintz; Ripperger, Siegfried; Characterization of Slurries Used for Chemical-Mechanical Polishing (CMP) in the Semiconductor Industry; Chem. Eng. Technol; 26 (2003), volume 12, page 1235』를 참고한다.
DLS 에 있어서, 전형적으로 Horiba LB-550 V (DLS, 매뉴얼에 따른 동적 광 산란 측정) 또는 임의의 다른 상기 기기가 사용된다. 이 기술은, 입사광에 대해 90°또는 173°의 각도에서 검출된, 입자들이 레이저 광원 (λ= 650 nm) 을 산란시킬 때의 입자의 유체역학적 직경을 측정한다. 산란된 광의 세기의 변화는, 입자들이 입사 빔을 통과하는 동안 입자의 무작위 브라운 운동 (Brownian motion) 으로 인한 것이고, 시간의 함수로서 모니터링된다. 지연 시간의 함수로서 기기에 의해 수행된 자동상관 함수가 사용되어 감쇠 상수 (decay constant) 를 추출하며; 더 작은 입자들은 더 높은 속도로 입사 빔을 통과하고, 더 빠른 감쇠에 상응한다.
이러한 감쇠 상수는 입자의 확산 계수, Dt 에 비례하고, 스토크-아인슈타인 방정식 (Stokes-Einstein equation) 에 따라 입자 크기를 계산하는데 사용된다:
Figure pct00001
여기서, 현탁된 입자는 (1) 구형 형태를 갖고 (2) 수성 매질 (E) 전체에 걸쳐 균일하게 분산된 (즉, 응집되지 않은) 것으로 가정됨. 이러한 관계는, 수성 분산제 (E) 의 점도 (여기서 (T = 22℃ 에서) η= 0.96 mPa·s) 에서 유의한 편차가 존재하지 않으므로, 1 중량% 미만의 고체를 함유하는 입자 분산액에 유효한 것으로 예상된다. 발연 또는 콜로이드성 무기 입자 분산액 (A) 의 입자 크기 분포는 일반적으로 0.1 내지 1.0 % 고체 농도로 플라스틱 큐벳에서 측정되고, 필요하다면 희석이 분산 매질 또는 초순수를 사용해 수행된다.
바람직하게는, 입자 (A) 의 평균 입자 크기는, 기기, 예를 들어 Malvern Instruments, Ltd. 로부터의 HPPS (고성능 입자 정립기 (High Performance Particle Sizer)) 또는 Horiba LB550 를 사용하는 동적 광 산란 기술로 측정하여, 20 내지 200 nm 의 범위, 더 바람직하게는 25 내지 180 nm 의 범위, 가장 바람직하게는 30 내지 170 nm 의 범위, 특히 바람직하게는 40 내지 160 nm 의 범위, 및 특히 45 내지 150 nm 의 범위에 있다.
입자 (A) 의 DIN ISO 9277:2010-09 에 따라 측정된 BET 표면은 넓은 범위 내에서 변화될 수 있다. 바람직하게는, 입자 (A) 의 BET 표면은 1 내지 500 m2/g 의 범위, 더 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 범위에 있다.
입자 (A) 는 다양한 형상일 수 있다. 이로써, 입자 (A) 는 하나 또는 본질적으로 오로지 하나의 유형의 형상일 수 있다. 그러나, 입자 (A) 는 상이한 형상을 갖는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 2 가지 유형의 상이하게 형상화된 입자 (A) 가 존재할 수 있다. 예를 들어, (A) 는 응집물, 정육면체, 경사진 모서리를 갖는 정육면체, 8 면체, 20 면체, 고치형, 노듈 (nodule) 또는 돌출부 또는 오목부를 갖거나 갖지 않는 구형체의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게, 이는 본질적으로 구형이고, 이로써 전형적으로 이들은 돌출부 또는 오목부를 갖는다.
무기 입자 (A) 는 고치형인 것이 바람직할 수 있다. 고치형은 돌출부 또는 오목부를 갖거나 갖지 않을 수 있다. 고치형 입자는, 10 내지 200 nm 의 단축, 1.4 내지 2.2, 더 바람직하게는 1.6 내지 2.0 의 장/단축 비율을 갖는 입자이다. 바람직하게는, 이들은 0.7 내지 0.97, 더 바람직하게는 0.77 내지 0.92 의 평균 형상 계수 (shape factor) 를 갖고, 바람직하게는 0.4 내지 0.9, 더 바람직하게는 0.5 내지 0.7 의 평균 구형도를 가지며, 바람직하게는 41 내지 66 nm, 더 바람직하게는 48 내지 60 nm 의 평균 등가원 직경 (averaged equivalent circle diameter) 을 갖고, 이것은 투과 전자 현미경 및 주사 전자 현미경에 의해 측정될 수 있다.
고치형 입자의 형상 계수, 구형도 및 등가원 직경의 측정은 도 1 내지 도 4 를 참조하여 이하 본원에 설명된다.
형상 계수는 개별적인 입자의 오목부 및 형상에 대한 정보 (도 1 참고) 를 제공하고, 다음의 식에 따라 계산될 수 있다:
형상 계수 = 4π(면적/둘레2)
오목부가 없는 구형 입자의 형상 계수는 1 이다. 오목부의 수가 증가할 때, 형상 계수의 값은 감소한다.
구형도 (도 2 참고) 는, 평균에 관한 모멘트를 사용하여 각각의 입자의 신장에 대한 정보를 제공하고, 하기 식에 따라 계산될 수 있고, 여기서 M 은 각각의 입자의 무게 중심이다:
구형도 = (Mxx - Myy)-[4 Mxy 2 + (Myy-Mxx)2]0.5 / (Mxx - Myy)+[4 Mxy 2 + (Myy-Mxx)2]0.5
신장 = (1 / 구형도)0.5
[식 중,
Mxx = ∑(x-x평균)2/N
Myy = ∑(y-y평균)2/N
Mxy = ∑[(x-x평균)*(y-y평균)]/N
N 각각의 입자의 이미지를 형성하는 픽셀의 수
x, y 픽셀의 좌표
x평균 상기 입자의 이미지를 형성하는 N 개의 픽셀의 x 좌표의 평균 값
y평균 상기 입자의 이미지를 형성하는 N 개의 픽셀의 y 좌표의 평균 값].
구형 입자의 구형도는 1 이다. 입자가 신장될 때, 구형도의 값은 감소한다.
개별적인 비-원형 입자의 등가원 직경 (또한, 하기에서 약칭 ECD) 은, 각각의 비-원형 입자와 동일한 면적을 갖는 원의 직경에 대한 정보 (도 3 참고) 를 제공한다.
평균 형상 계수, 평균 구형도 및 평균 ECD 는 분석된 입자의 수와 관련된 각각의 특성의 산술 평균이다.
입자 형상 특성규명의 절차는 다음과 같다. 20 wt% 고체 함량을 갖는 수성 고치형 실리카 입자 분산액은 탄소 포일 (carbon foil) 상에 분산되고, 건조된다. 건조된 분산액은, 에너지 여과-투과 전자 현미경 (EF-TEM) (120 킬로 볼트) 및 주사 전자 현미경 2 차 전자 이미지 (SEM-SE) (5 킬로 볼트) 를 사용함으로써 분석된다. 2k, 16 Bit, 0.6851 nm/픽셀의 해상도를 갖는 EF-TEM 이미지 (도 4 참고) 가 분석을 위해 사용된다. 이미지는 노이즈 억제 후에 역치를 사용하여 2진화 (binary coded) 된다. 이후, 입자는 수작업으로 분리된다. 겹쳐 있는 및 모서리 입자는 구별되어, 분석에 사용되지 않는다. 앞에 정의된 바와 같은 ECD, 형상 계수 및 구형도가 계산되고, 통계적으로 분류된다.
예를 들어, 고치형 입자는 35 nm 의 평균 1 차 입자 크기 (d1) 및 70 nm 의 평균 2 차 입자 크기 (d2) 를 갖는 Fuso Chemical Corporation 에 의해 제조된 FUSO® PL-3 일 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용된 CMP 조성물 (Q) 는 (B) 하기 일반식 (I) 의 음이온성 계면활성제를 포함한다:
R-S (I)
R 은 바람직하게는 C5-C20-알킬, 적어도 하나의 탄소 탄소 이중 결합을 갖는 C5-C20-알케닐, C5-C20-알킬아실 또는 C5-C20-알케닐아실일 수 있고, 보다 바람직하게는 R 은 헥실, 셉틸, 옥틸, 노닐, 데실, 헥세닐, 셉테닐, 옥테닐, 노닐, 데세닐, 운데세닐, 도데세닐, 올레오일, 라우로일 또는 코코일일 수 있고, 가장 바람직하게는 R 은 헥실, 셉틸, 옥틸, 노닐, 데실, 헥세닐, 옥테닐, 데세닐, 도데세닐, 올레오일, 라우로일 또는 코코일일 수 있고, 특히 바람직하게는 R 은 헥실, 올레오일, 라우로일 또는 코코일일 수 있다.
S 는 바람직하게는 술폰산 유도체, 아미노산 유도체 또는 인산 유도체 또는 이의 염일 수 있고, 보다 바람직하게는 S 는 술폰산, 벤젠 술폰산, 사르코신, 글루탐산, 인산 또는 모노 인산 에스테르 또는 이의 염일 수 있고, 가장 바람직하게는 S 는 술폰산, 벤젠 술폰산, 사르코신, 글루탐산 또는 인산 또는 이의 염일 수 있고, 특히 바람직하게는 S 는 벤젠 술폰산, 사르코신, 글루탐산 또는 인산 또는 이의 염일 수 있고,
R 및 S 는 화학적 결합에 의해 함께 연결되어, 예를 들어 아미드, 인산 에스테르, 술폰산 에스테르 또는 치환된 벤젠 술폰산을 형성한다.
이러한 음이온성 계면활성제는 개별적으로 또는 조합하여 또는 이의 염으로서 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
예를 들어, 일반식 (I) 의 화합물 (B) 는 N-올레오일사르코신, N-라우로일사르코신, N-코코일사르코신, 4-도데실벤젠 술폰산, N-코코일글루타메이트 또는 인산 헥실 에스테르일 수 있다.
상기 정의된 바와 같은 일반식 (I) 의 화합물 (B) 는, 예를 들어 벤조트리아졸 (BTA) 과 같이 CMP 에서 사용된 통상적으로 공지된 부식 저해제의 첨가 없이 단독으로 코발트 및/또는 코발트 합금에 대한 부식 저해제로서 작용한다. 현재 일반식 (I) 의 화합물 (B) 는 코발트 및/또는 코발트 합금의 표면에 대한 보호성 분자 층을 형성함으로써 부식 저해제로서 작용할 수 있는 것으로 여겨진다. 놀랍게도, 공지되어 있고 통상적으로 사용된 화합물 벤조트리아졸 (BTA) 및 BTA 의 유도체 뿐만 아니라 CMP 조성물에 관해 선행 기술에서 사용된 다른 트리아졸과 대조적으로, 일반식 (I) 의 화합물 (B) 는 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판에 대한 더 높은 물질 제거율과 함께, 코발트 및/또는 코발트 합금에 대한 더 낮은 에칭률, 이에 따른 더 양호한 부식 저해와 관련하여 유리한 효과를 갖는다.
본 발명에 따르면, 사용된 CMP 조성물 (Q) 중 (B) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 0.09 wt% 이하이다. 바람직하게는, 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 0.085 wt% 이하, 가장 바람직하게는 0.08 wt% 이하, 특히 0.06 wt% 이하이다. 본 발명에 따르면, (B) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.001 wt%, 바람직하게는 적어도 0.0025 wt%, 보다 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% 범위일 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용된 CMP 조성물은 적어도 하나의 아미노산 (C) 를 포함한다.
일반적으로, 아미노기 및 산기를 갖는 유기 화합물은 아미노산으로서 지칭된다. 본 발명의 목적을 위해, 아미노산에 대해 모든 개별적인 입체이성질체 및 이의 라세믹 혼합물이 또한 고려된다. 아미노 및 산기 모두가 하나의 탄소에 부착되고 (일명 알파-아미노 카르복실산) CMP 슬러리에서 화학 첨가제로서 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 많은 알파-아미노 카르복실산이 알려져 있고, 생존 유기체에서 단백질의 기본 구성성분으로서 사용되는 20 개의 "천연" 아미노산이 존재한다. 아미노산은 수성 담체의 존재 하에 이의 측쇄에 따라 친수성, 중성 또는 소수성일 수 있다. 폴리싱 첨가제로서 알파 아미노산의 첨가는 금속 물질 제거율을 증가시킬 수 있다.
적어도 하나의 알파-아미노산 (C) 는 하기 일반식 (II) 로 나타낼 수 있다.
H2N-CR1R2COOH (II)
[식 중, R1 및 R2 는 서로 독립적으로, 비제한적으로 -COOH, -CONH2, -NH2, -S-, -OH, -SH, 및 이의 혼합물 및 염을 포함하는, 질소 함유 치환기, 산소 함유 치환기 및 황 함유 치환기로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 1 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 시클릭, 분지형 및 직쇄형 모이어티, 및 수소임].
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 이의 혼합물 및 염이다. 더 바람직하게는 (C) 는 알파-알라닌, 아르기닌, 글리신, 히스티딘, 류신, 라이신, 프롤린, 세린, 발린, 및 이의 혼합물 및 염이다. 가장 바람직하게는 (C) 는 알파-알라닌, 글리신, 프롤린, 세린, 및 이의 혼합물 및 염이고, 특히 (C) 는 알파-알라닌, 세린, 글리신 및 이의 혼합물 및 염이며, 예를 들어 (C) 는 글리신이다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물 (Q) 에서 아미노산 (C) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 2.25 wt% 이하이다. 더 바람직하게는, 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 1.2 wt% 이하, 가장 바람직하게는 1 wt% 이하, 특히 0.8 wt% 이하이다. 본 발명에 따르면, (C) 의 양은 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.1 wt% 이다. 바람직하게는, 조성물 (Q) 의 총 중량을 기준으로 적어도 0.3 wt%, 더 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 따라 사용된 CMP 조성물은 적어도 하나의 산화제 (D), 바람직하게는 1 내지 2 가지 유형의 산화제 (D), 더 바람직하게는 1 가지 유형의 산화제 (D) 를 포함한다. 산화제 (D) 는 구성성분 (A), (B), (C) 및 (E) 와 상이하다. 일반적으로, 산화제는 폴리싱하고자 하는 기판 또는 이의 층 중 하나를 산화시킬 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (D) 는 과-유형 (per-type) 의 산화제이다. 더 바람직하게는, (D) 는 과산화물, 퍼술페이트, 퍼클로레이트, 퍼브로메이트, 퍼요오데이트, 퍼망가네이트, 또는 이의 유도체이다. 가장 바람직하게는, (D) 는 과산화물 또는 퍼술페이트이다. 특히, (D) 는 과산화물이다. 예를 들어, (D) 는 과산화수소이다.
적어도 하나의 산화제 (D) 는 본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물에서 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (D) 의 양은 각 경우에서 본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 4 wt% 이하 (각 경우에서 wt% 는 "중량 퍼센트" 를 의미함), 더 바람직하게는 2.5 wt% 이하, 가장 바람직하게는 1.8 wt% 이하, 특히 1.5 wt% 이하, 예를 들어 1.2 wt% 이하이다. 바람직하게는, (D) 의 양은, 각 경우에서 본 발명에 따라 사용된 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.2 wt%, 더 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 각 경우에서 본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.2 wt% 내지 2.8 wt%, 더 바람직하게는 0.28 wt% 내지 1.9 wt%, 예를 들어 1.0 wt% 이다.
본 발명에 따르면, 사용된 CMP 조성물은 수성 매질 (E) 을 포함한다. (E) 는 상이한 유형의 수성 매질의 혼합물 또는 하나의 유형일 수 있다.
일반적으로, 수성 매질 (E) 은 물을 함유하는 임의의 매질일 수 있다. 바람직하게는, 수성 매질 (E) 은 물 및 물과 혼화성인 유기 용매 (예를 들어, 알코올, 바람직하게는 C1 내지 C3 알코올, 또는 알킬렌 글리콜 유도체) 의 혼합물이다. 더 바람직하게는, 수성 매질 (E) 는 물이다. 가장 바람직하게는, 수성 매질 (E) 은 탈이온수이다.
(E) 이외의 구성성분의 양이 CMP 조성물 중 총 x 중량% 이면, (E) 의 양은 CMP 조성물 (Q) 중 (100-x) 중량% 이다.
각각 본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물의 특성, 예컨대 상이한 물질에 대한 (예를 들어 금속 대 규소 이산화물) 조성물의 안정성, 폴리싱 성능 및 에칭 거동은 해당 조성물의 pH 에 따라 가변적일 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용된 CMP 조성물 (Q) 은 7 내지 10 의 범위의 pH 를 갖는다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용된 조성물의 pH 값은 각각, 7.2 내지 9.4, 더 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 범위에 있다.
본 발명의 사용된 CMP 조성물은 또한 임의로는 적어도 하나의 아미노산 (C) 와 상이한 적어도 하나의 추가의 착화제 (G), 예를 들어 하나의 착화제를 함유할 수 있다. 일반적으로, 착화제는 폴리싱하고자 하는 기판 또는 이의 층 중 하나의 이온을 착화할 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (G) 는 적어도 하나의 COOH 기를 갖는 카르복실산, N-함유 카르복실산, N-함유 술폰산, N-함유 황산, N-함유 포스폰산, N-함유 인산, 또는 이의 염이다. 더 바람직하게는, (G) 는 적어도 2 개의 COOH 기를 갖는 카르복실산, N-함유 카르복실산, 또는 이의 염이다. 예를 들어, 적어도 하나의 추가의 착화제 (G) 는 아세트산, 글루콘산, 락트산, 니트릴로아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 이미노-디-석신산, 글루타르산, 시트르산, 말론산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산, 푸마르산, 타르타르산, 석신산 및 피트산일 수 있다.
존재한다면, 착화제 (G) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (G) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 20 wt% 이하, 더 바람직하게는 10 wt% 이하, 가장 바람직하게는 5 wt% 이하, 예를 들어 2 wt% 이하이다. 바람직하게는, (G) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.05 wt%, 더 바람직하게는 적어도 0.1 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 0.5 wt%, 예를 들어 적어도 1 wt% 이다.
본 발명의 사용된 CMP 조성물은 또한 임의로는 적어도 하나의 살생물제 (H), 예를 들어 하나의 살생물제를 함유할 수 있다. 일반적으로, 살생물제는 화학적 또는 생물학적 방식에 의해 임의의 유해한 유기체를 억제하거나 이를 무해하게 만들거나, 이에 대한 방제 효과를 발휘하는 화합물이다. 바람직하게는, (H) 는 4차 암모늄 화합물, 이소티아졸리논-기반 화합물, N-치환 디아제늄 디옥사이드, 또는 N'-히드록시-디아제늄 옥사이드 염이다. 더 바람직하게는, (H) 는 N-치환된 디아제늄 디옥사이드, 또는 N'-히드록시-디아제늄 옥사이드 염이다.
존재한다면, 살생물제 (H) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 존재한다면, (H) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 wt% 이하, 더 바람직하게는 0.1 wt% 이하, 가장 바람직하게는 0.05 wt% 이하, 특히 0.02 wt% 이하, 예를 들어 0.008 wt% 이하이다. 존재한다면, (H) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 적어도 0.0001 wt%, 더 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 따라 사용된 CMP 조성물은, 각각 필요하다면 상기 CMP 조성물의 의도된 용도의 특정 요건에 따라, 다양한 기타 첨가제, 예컨대 비제한적으로 pH 조절제, 완충 물질, 안정화제, 음이온성 계면활성제, 비-이온성 계면활성제 또는 양이온성-계면활성제일 수 있는 계면활성제, 마찰 감소제 등을 또한 함유할 수 있다. 상기 기타 첨가제는, 예를 들어 CMP 조성물에서 통상적으로 이용되고, 이에 따라 당업자에게 공지된 것이다. 이러한 첨가는, 예를 들어 분산액을 안정화시키거나, 폴리싱 성능, 또는 상이한 층 간의 선택성을 개선시킬 수 있다.
존재한다면, 상기 첨가제는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 10 wt% 이하, 더 바람직하게는 1 wt% 이하, 가장 바람직하게는 0.1 wt% 이하, 예를 들어 0.01 wt% 이하이다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.0001 wt%, 더 바람직하게는 적어도 0.001 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 0.01 wt%, 예를 들어 적어도 0.1 wt% 이다.
본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물 (Q) 은, 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 반도체 산업에서 사용된 기판 (S) 의 화학-기계적 폴리싱을 위한 것이다.
코발트 및/또는 코발트 합금은 임의의 유형, 형태, 또는 형상의 것일 수 있다. 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 층 및/또는 과성장 (overgrowth) 의 형상을 갖는다. 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금이 층 및/또는 과성장의 형상을 갖는 경우, 코발트 및/또는 코발트 합금 함량은 바람직하게는 상응하는 층 및/또는 과성장의 90 중량% 초과, 더 바람직하게는 95 중량% 초과, 가장 바람직하게는 98 중량% 초과, 특히 99 중량% 초과, 예를 들어 99.9 중량% 초과이다. 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 다른 기판 사이의 트렌치 (trench) 또는 플러그 (plug) 에서 충전 또는 성장되어 왔고, 더 바람직하게는 예를 들어 SiO2, 규소, 저-k (BD1, BD2) 또는 초저-k 물질과 같은 유전체 물질, 또는 반도체 산업에서 사용된 다른 격리 및 반도전성 물질의 트렌치 또는 플러그에서 충전 또는 성장된다. 예를 들어, 규소 관통 전극 (TSV: Through Silicon Via) 중간 공정에서, 절연 물질, 예컨대 중합체, 포토레지스트 및/또는 폴리이미드가 웨이퍼의 후면으로부터 TSV 를 노출시킨 후에 절연/격리 특성을 위해 습식 에칭 및 CMP 의 후속 가공 단계 사이에서 절연 물질로서 사용될 수 있다. 구리와 유전체 물질 사이에는 장벽 물질의 박층이 있을 수 있다. 일반적으로 금속 이온이 유전체 물질 내로 확산하는 것을 방지하기 위한 장벽 물질은, 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 폴리싱하기 위해 사용되는 경우, 코발트의 정적 에칭률 (SER) 은 바람직하게는 100 Å/min 미만, 더 바람직하게는 80 Å/min 미만, 가장 바람직하게는 70 Å/min 미만, 특히 바람직하게는 60 Å/min 미만이고, 예를 들어 정적 에칭률은 38 Å/min 미만일 수 있다.
본 발명에 따른 CMP 조성물 (Q) 이 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판을 폴리싱하는데 사용되는 경우, 코발트의 물질 제거율 (MRR) 은 바람직하게는 300 내지 7500 Å/min 의 범위, 더 바람직하게는 850 내지 6500 Å/min 의 범위, 가장 바람직하게는 900 내지 6300 Å/min 의 범위, 특히 바람직하게는 920 내지 6150 Å/min 의 범위이고, 예를 들어 코발트 물질 제거율은 930 내지 6100 Å/min 의 범위이다.
반도체 소자는 본 발명의 CMP 조성물 (Q) 의 존재 하에 반도체 산업에서 사용된 기판 (S) 을 화학 기계적 폴리싱하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학 기계적 폴리싱을 포함한다.
일반적으로, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 반도체 소자는 특별히 제한되지는 않는다. 따라서, 반도체 소자는 반도전성 물질, 예를 들어 규소, 게르마늄, 및 III-V 물질을 포함하는 전자 부품일 수 있다. 반도체 소자는 단일 별개의 소자로서 제조되는 것, 또는 웨이퍼 상에서 제조 또는 상호접속된 다수의 소자로 이루어지는 집적 회로 (IC) 로서 제조되는 것일 수 있다. 반도체 소자는 2 단자 소자 (terminal device), 예를 들어 다이오드, 3 단자 소자, 예를 들어 쌍극성 트랜지스터, 4 단자 소자, 예를 들어 홀 (Hall) 효과 센서 또는 다중-단자 소자일 수 있다. 바람직하게는, 상기 반도체 소자는 다중-단자 소자이다. 다중-단자 소자는 논리 소자, 예컨대 집적 회로 및 마이크로프로세서 또는 메모리 소자, 예컨대 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 판독 전용 메모리 (ROM) 및 위상 변화 랜덤 액세스 메모리 (PCRAM) 일 수 있다. 바람직하게는 상기 반도체 소자는 다중-단자 논리 소자이다. 특히, 상기 반도체 소자는 집적 회로 또는 마이크로프로세서이다.
일반적으로, 집적 회로에서, Co 는 구리 상호접속을 위한 접착 또는 장벽 층으로서 사용된다. 이의 나노-결정질 형태로, Co 는 예를 들어 메모리 소자에 및 MOSFET 에 금속 게이트로서 함유된다. 코발트는 또한, 전착에 의한 구리의 도금을 가능하게 하도록 시드 (seed) 로서 사용될 수 있다. 코발트 또는 코발트 합금은 또한, 하나 이상의 층에 대해 구리 대신에 와이어링 (wiring) 으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 커패시터 (CAP) 는 금속, 절연체, 금속 (MIM) 의 연속적인 층 및 동일한 수준에서 박막 저항기에 의해 형성될 수 있다. 회로 설계자는 이제, 최저 금속 수준에서 TaN 박막 저항기에 와이어링할 수 있고, 이는 기생 (parasitic) 을 감소시키고 기존의 와이어링 수준의 더 효율적인 사용을 허용한다. 과량의 구리 및/또는 코발트, 및 예를 들어 금속 질화물 또는 금속 탄소 질화물, 예컨대 Co/TaN, Co/TiN, Co/TaCN, Co/TiCN 의 형태로 또는 예를 들어 단일 코발트 합금 층, 예컨대 CoMo, CoTa, CoTi 및 CoW 로서 Co 를 상기 유전체 상에 포함하는 접착/장벽 층은, 본 발명에 따른 화학 기계적 폴리싱 방법에 의해 제거될 수 있다.
일반적으로, 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금은 상이한 방식으로 제조 또는 수득될 수 있다. 코발트 또는 코발트 합금은 ALD, PVD 또는 CVD 방법에 의해 제조될 수 있다. 코발트 또는 코발트 합금이 장벽 물질 상에 침착되는 것이 가능하다. 장벽 적용에 적절한 물질은 당업계에 잘 알려져 있다. 장벽은 코발트 또는 구리와 같은 금속 원자 또는 이온이 유전체 층으로 확산하는 것을 방지하고, 전도성 층의 접착 특성을 개선시킨다. Ta/TaN, Ti/TiN 이 사용될 수 있다.
일반적으로, 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금은 임의의 유형, 형태 또는 형상의 것일 수 있다. 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 층 및/또는 과성장의 형상을 갖는다. 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금이 층 및/또는 과성장의 형상을 갖는 경우, 코발트 및/또는 코발트 합금 함량은 바람직하게는 상응하는 층 및/또는 과성장의 90 중량% 초과, 더 바람직하게는 95 중량% 초과, 가장 바람직하게는 98 중량% 초과, 특히 99 중량% 초과, 예를 들어 99.9 중량% 초과이다. 이러한 코발트 및/또는 코발트 합금은 바람직하게는 다른 기판들 사이의 트렌치 또는 플러그에서 충전 또는 성장되어 왔고, 더 바람직하게는 예를 들어 SiO2, 규소, 저-k (BD1, BD2) 또는 초저-k 물질과 같은 유전체 물질, 또는 반도체 산업에서 사용된 다른 격리 및 반도전성 물질의 트렌치 또는 플러그에서 충전 또는 성장되어 왔다.
일반적으로, 하향 압력 또는 하향 힘은 캐리어에 의해 웨이퍼에 적용되어, 이를 CMP 동안 패드에 대해 가압하는 아래쪽으로의 압력 또는 아래쪽으로의 힘이다. 이러한 하향 압력 또는 하향 힘은, 예를 들어 제곱 인치 당 파운드 (약칭 psi) 로 측정될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 방법은 2 psi 또는 그 미만의 하향 압력으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 하향 압력은 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 화학 기계적 폴리싱을 포함하는 경우, 코발트의 정적 에칭률 (SER) 은 바람직하게는 100 Å/min 미만, 더 바람직하게는 80 Å/min 미만, 가장 바람직하게는 70 Å/min 미만, 특히 바람직하게는 60 Å/min 미만이고, 예를 들어 정적 에칭률은 38 Å/min 미만일 수 있다.
본 발명의 방법이 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 기판의 화학 기계적 폴리싱을 포함하는 경우, 코발트의 물질 제거율 (MRR) 은 바람직하게는 300 내지 7500 Å/min 의 범위, 더 바람직하게는 850 내지 6500 Å/min 의 범위, 가장 바람직하게는 900 내지 6300 Å/min 의 범위, 특히 바람직하게는 920 내지 6150 Å/min 의 범위이고, 예를 들어 코발트의 물질 제거율은 930 내지 6100 Å/min 의 범위에 있다.
코발트 물질 제거율의 이러한 상이한 범위는, 예를 들어 CMP 조성물 (Q) 의 연마제 (A) 의 농도 및 구성성분 (B) 의 농도를 변경함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물 (Q) 의 예
Z1:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt% 내지 0.08 wt% 의 총량의 N-올레오일사르코신임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소.
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z2:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt% 내지 0.08 wt% 의 총량의 N-라우로일사르코신임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소,
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z3:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt% 내지 0.08 wt% 의 총량의 N-코코일사르코신임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z4:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt% 내지 0.08 wt% 의 총량의 4-도데실벤젠 술폰산임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z5:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.008 wt% 내지 0.08 wt% 의 총량의 N-코코일글루타메이트임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z6:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 모노-헥실-에스테르임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z7:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 모노-옥틸-에스테르임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z8:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 모노-데실-에스테르임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z9:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 디-헥실-에스테르임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z10:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 디-옥틸-에스테르임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z11:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 디-데실-에스테르임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
Z12:
(A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 1.8 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
(B) 는 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.05 wt% 의 총량의 인산 모노, 디 C6-C10-에스테르의 혼합물임
(C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.35 wt% 내지 0.8 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
(D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 1.5 wt% 의 총량의 과산화수소
(E) 수성 매질,
여기서, CMP 조성물 (Q) 은 7.8 내지 8.9 의 pH 를 가짐.
CMP 조성물을 제조하는 방법이 일반적으로 알려져 있다. 이들 방법은 본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물의 제조에 적용될 수 있다. 이것은, 수성 매질 (E), 바람직하게는 물에 상기-기재된 구성성분 (A), (B), (C), (D) 및 임의적 구성성분을 분산 또는 용해시키고, 임의로는 산, 염기, 완충액 또는 pH 조절제를 첨가하는 것을 통해 pH 값을 조절함으로써 수행될 수 있다. 이 목적을 위해, 통상적 및 표준 혼합 방법 및 혼합 장치, 예컨대 진탕된 용기, 고 전단 임펠러, 초음파 혼합기, 균질화기 노즐 또는 역류 혼합기가 사용될 수 있다.
폴리싱 방법은 일반적으로 알려져 있고, 집적 회로를 갖는 웨이퍼의 제작에서 CMP 에 대해 통상 사용되는 조건 하 장비 및 방법으로 수행될 수 있다. 폴리싱 방법이 수행될 수 있는 장비에 대한 제약은 없다.
당업계에 알려진 바와 같이, CMP 방법을 위한 전형적인 장비는 폴리싱 패드가 씌어진 회전 플래튼으로 이루어진다. 또한, 궤도형 연마기가 사용되고 있다. 웨이퍼는 캐리어 또는 척 (chuck) 상에 탑재된다. 가공되는 웨이퍼의 측면은 폴리싱 패드를 마주본다 (단일 측면 폴리싱 방법). 지지 고리가 웨이퍼를 수평 위치에 고정시킨다.
캐리어 아래에서, 더 큰 직경의 플래튼이 또한 일반적으로 수평으로 배치되고, 폴리싱하고자 하는 웨이퍼의 표면과 평행한 표면을 나타낸다. 플래튼 상의 폴리싱 패드는 평탄화 공정 동안 웨이퍼 표면과 접촉한다.
물질 손실을 야기하기 위해, 웨이퍼는 폴리싱 패드 상에서 가압된다. 캐리어 및 플래튼 모두는 보통, 캐리어 및 플래튼으로부터 직각으로 연장되는 이의 각각의 샤프트 (shaft) 를 중심으로 회전한다. 회전하는 캐리어 샤프트는 회전 플래튼에 대한 위치에서 고정된 채로 있을 수 있거나 플래튼에 대해 수평으로 진동할 수 있다. 캐리어의 회전 방향은 전형적으로, 반드시 그래야 하는 것은 아니지만, 플래튼의 방향과 동일하다. 캐리어 및 플래튼에 대한 회전 속도는 일반적으로, 반드시 그래야 하는 것은 아니지만, 상이한 값으로 설정된다. 본 발명의 CMP 방법 동안, 본 발명의 CMP 조성물은 일반적으로, 연속적 스트림으로서 또는 점적 방식으로 폴리싱 패드 위에 도포된다. 통상적으로, 플래튼의 온도는 10 내지 70℃ 의 온도에서 설정된다.
웨이퍼 상의 로드는, 흔히 백킹 필름 (backing film) 으로 지칭되는 소프트 패드로 씌어진, 예를 들어 강철로 제조된 평판에 의해 적용될 수 있다. 더 진보된 장비가 사용되는 경우, 공기 또는 질소 압력이 로딩되는 가요성 막은 패드 위에 웨이퍼를 가압한다. 이러한 막 캐리어는, 경질 폴리싱 패드가 사용될 때, 웨이퍼 상의 하향 압력 분포가 경질 플래튼 디자인을 갖는 캐리어의 것에 비해 더 균일하기 때문에, 낮은 하향 힘 방법에 바람직하다. 웨이퍼 상의 압력 분포를 제어하기 위한 옵션을 갖는 캐리어가 또한, 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 이는 보통 서로 독립적으로 특정 정도로 로딩될 수 있는 다수의 상이한 챔버를 갖도록 설계된다.
추가의 세부사항에 대해서는 WO 2004/063301 A1, 특히 도 2 와 함께 페이지 16, 단락 [0036] 내지 페이지 18, 단락 [0040] 을 참조한다.
본 발명의 CMP 방법의 방식으로 및/또는 본 발명의 CMP 조성물을 사용하여, 우수한 기능을 갖는 코발트 및/또는 코발트 합금을 포함하는 집적 회로를 갖는 웨이퍼가 수득될 수 있다.
본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물은 사용할 준비가 된 슬러리로서 CMP 방법에서 사용될 수 있고, 이들은 긴 저장 수명을 갖고 장 시간에 걸쳐 안정적인 입자 크기 분포를 나타낸다. 따라서, 이들은 취급 및 저장하기가 용이하다. 이들은 우수한 폴리싱 성능, 특히 코발트의 높은 물질 제거율 (MRR) 과 함께 코발트 및/또는 코발트 합금의 낮은 정적 에칭률을 나타낸다. 그 구성성분의 양이 최소로 억제되기 때문에, 본 발명에 따라 사용된 CMP 조성물은 각각 비용-효율적인 방식으로 사용될 수 있다.
도면은 하기를 나타낸다:
도 1: 입자의 형상에 따른 형상 계수의 변화의 도식적 실례
도 2: 입자의 신장에 따른 구형도의 변화의 도식적 실례
도 3: 등가원 직경 (ECD) 의 도식적 실례
도 4: 탄소 포일 상에서의 20 wt% 고체 함량을 갖는 건조된 고치형 실리카 입자 분산액의 에너지 여과-투과 전자 현미경 (EF-TEM) (120 킬로 볼트) 이미지
실시예 및 비교예
CMP 실험에 대한 일반적인 절차가 이하에 기재된다.
200 mm Co/Co 웨이퍼에 대한 표준 CMP 방법:
Strasbaugh nSpire (모델 6EC), ViPRR 부동 지지 고리 캐리어;
하향 압력: 1.5 psi;
배면측 압력: 1.0 psi;
지지 고리 압력: 1.0 psi;
폴리싱 테이블 / 캐리어 속도: 130 / 127 rpm;
슬러리 유량: 300 ml / min;
폴리싱 시간: 15 s; (Co)
60 s; (Cu)
폴리싱 패드: Fujibo H800;
백킹 필름: Strasbaugh, DF200 (136 개의 홀);
컨디셔닝 툴: Strasbaugh, 소프트 브러쉬, 현장외 (ex-situ); 각각의 웨이퍼 후에, 패드는 다른 웨이퍼의 다음 가공을 위해 5lbs 하향 힘으로 2 회 스윕 (sweep) 에 의해 컨디셔닝됨. 브러쉬는 부드러움. 이것은, 200 회 스윕 후에도 브러쉬가 소프트 폴리싱 패드 상에서 유의한 제거율을 야기하지 않을 것임을 의미함.
3 개의 더미 (dummy) TEOS 웨이퍼는, 금속 웨이퍼가 폴리싱되기 전에 60 초로 폴리싱된다 (Co 웨이퍼는 15 초 동안 폴리싱됨).
슬러리는 국부 공급 스테이션에서 교반된다.
금속 블랭킷 웨이퍼에 대한 표준 분석 절차:
제거율은 Sartorius LA310 S 스케일 또는 NAPSON 4-포인트 탐침 스테이션에 의해 CMP 전후의 웨이퍼의 중량 차이에 의해 측정된다.
제거율의 반경방향 균일도 (radial uniformity) 는 NAPSON 4-포인트 탐침 스테이션을 사용하여 39 포인트 직경 스캔 (범위) 에 의해 평가된다.
금속 필름 코팅된 웨이퍼의 CMP 에 대한 표준 소모품:
Co 필름: Ti 라이너 상의 2000 A PVD Co (공급자: AMT);
pH - 값은 pH 복합 전극 (Schott, 청색 라인 22 pH 전극) 을 이용하여 측정된다.
Co 정적 에칭률 (Co-SER) 의 측정을 위한 표준 절차:
Co-SER 실험은 하기와 같이 수행되었다. (AMT 사제의) 2.5x2.5 cm PVD Co 를 절단하고 DI 수로 세척하였다. Co 필름 두께 (d전(前)) 는 4-포인트 탐침을 이용하여 측정되었다. 0.5% H2O2 를 갖는 400ml 의 새로 제조된 슬러리를 비이커 안에 넣고, 이후 50℃ 로 만들었다. Co 쿠폰을 슬러리 안에 넣고, 3 분 동안 슬러리에서 유지하였다. 그 후, 쿠폰은 세척되고, N2 로 건조되었다. Co 필름 두께 (d후(後)) 가 동일한 장치로 다시 측정되었다. Co-SER 은 하기 식에 의해 측정되었다:
SER (Å/min)= (d전 - d후)/3
슬러리 제조를 위한 표준 절차:
글리신 10 wt% 의 수용액이 초순수에 원하는 양의 글리신을 용해시킴으로써 제조된다. 20 분 동안의 교반 후에, 용액은 중화되고 pH 는 KOH 의 4.8 wt% 수용액을 첨가함으로써 pH 8.05 ± 0.1 로 조절된다. 평형수 (balance water) 가 첨가되어 농도를 조절할 수 있다. 각각의 음이온성 계면활성제 (B) 1 wt% 의 스톡 수용액은 초순수에 원하는 양의 음이온성 계면활성제 (B) 를 용해시키고, 음이온성 계면활성제의 고체 모두가 용해될 때까지, 30 분 동안 교반함으로써 제조된다.
실시예의 CMP 슬러리를 제조하기 위해, 글리신 (아미노산 (C)) 용액, 음이온성 계면활성제 (부식 저해제 (B)) 용액이 혼합되고, 콜로이드성 실리카 입자의 용액 ((A), 예를 들어 Fuso® PL 3 의 20 % 스톡 용액) 이 연속적인 교반 하에서 첨가된다. 원하는 양의 연마제 (A) 의 완전한 첨가 후에, 분산액이 추가의 5 분 동안 교반된다. 이후, pH 는 KOH 의 4.8 wt% 수용액을 첨가함으로써 8.3 ± 0.1 로 조절된다. 하기의 실시예 및 비교예의 표 2 및 표 3 에 열거된 값으로 CMP 슬러리의 농도를 조절하도록, 평형수가 교반 하에서 첨가된다. 그 후에, 분산액은 실온에서 0.2 ㎛ 필터에 통과시킴으로써 여과된다. 원하는 양의 H2O2 (D) 는 슬러리가 CMP 에 대해 사용되기 직전 (1 내지 15 분) 에 첨가된다.
실시예에서 사용된 무기 입자 (A)
(Horiba 기기를 통해 동적 광 산란 기술을 사용하여 측정된 바와 같은) 35 nm 의 평균 1 차 입자 크기 (d1) 및 70 nm 의 평균 2 차 입자 크기 (d2) 및 약 46 m2/g 의 비표면적을 갖는 콜로이드성 고치형 실리카 입자 (A1) (예를 들어, Fuso® PL-3) 가 사용되었다.
표 1: 고치형 실리카 입자 (A) 의 입자 형상 분석의 실험적 결과
Figure pct00002
입자 형상 특성규명을 위한 절차
20 wt% 고체 함량을 갖는 수성 고치형 실리카 입자 분산액이 탄소 포일 상에 분산되고, 건조되었다. 건조된 분산액은, 에너지 여과-투과 전자 현미경 (EF-TEM) (120 킬로 볼트) 및 주사 전자 현미경 2 차 전자 이미지 (SEM-SE) (5 킬로 볼트) 를 사용함으로써 분석되었다. 2k, 16 Bit, 0.6851 nm/픽셀의 해상도를 갖는 EF-TEM 이미지 (도 4) 가 분석을 위해 사용되었다. 이미지는 노이즈 억제 후에 역치를 사용하여 2진화되었다. 이후, 입자는 수작업으로 분리되었다. 겹쳐 있는 및 모서리 입자는 구별되어, 분석에 사용되지 않았다. 앞에 정의된 바와 같은 ECD, 형상 계수 및 구형도가 계산되고, 통계적으로 분류되었다.
(Horiba 기기를 통해 동적 광 산란 기술을 사용하여 측정된 바와 같은) 35 nm 의 평균 1 차 입자 크기 (d1) 및 75 nm 의 평균 2 차 입자 크기 (d2) 를 갖는 약 90 m2/g 의 비표면적을 갖는 응집된 입자인 A2 (예를 들어, Fuso® PL-3H) 가 사용되었다.
표 2: 실시예 1 내지 2 및 비교예 V1 내지 V3 의 CMP 조성물, 이러한 조성물을 사용하는 200 mm Co 웨이퍼의 화학-기계적 폴리싱의 방법에서의 이의 pH 값, pH 변형, 농도 변형, Co-SER 데이터 뿐만 아니라 이의 Co-MRR 데이터, 여기서 CMP 조성물의 수성 매질 (E) 은 탈이온수임. 구성성분 (A), (B), (C) 및 (D) 의 양은 해당 CMP 조성물의 중량에 의해 중량 백분율 (wt%) 로 지정됨. (E) 이외의 구성성분의 양이 CMP 조성물의 총 y 중량% 인 경우, (E) 의 양은 CMP 조성물의 (100-y) 중량% 임.
Figure pct00003
Figure pct00004
표 3: 실시예 3 내지 13 의 CMP 조성물에 대한 Co-SER (정적 에칭률) [Å/min]:
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
본 발명에 따른 CMP 조성물은 표 2 및 표 3 에 나타낸 실시예에 의해 입증될 수 있는 바와 같이 Co 에칭률에서의 대폭적 감소 및 코발트 물질 제거율 (MRR) [Å/min] 과 관련하여 개선된 폴리싱 성능을 보여주고 있다.

Claims (14)

  1. (i) 코발트 및/또는 (ii) 코발트 합금을 포함하는 기판 (S) 의 화학 기계적 폴리싱을 위한 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도로서,
    CMP 조성물 (Q) 이
    (A) 무기 입자
    (B) 일반식 (I) 의 음이온성 계면활성제
    R-S (I)
    [식 중, R 은 C5-C20-알킬, C5-C20-알케닐, C5-C20-알킬아실 또는 C5-C20-알케닐아실이고, S 는 술폰산 유도체, 아미노산 유도체 또는 인산 유도체 또는 이의 염 또는 혼합물임]
    (C) 적어도 하나의 아미노산,
    (D) 적어도 하나의 산화제
    (E) 수성 매질
    을 포함하고,
    CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 갖는 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물 (Q) 의 용도.
  2. 제 1 항에 있어서, 무기 입자 (A) 가 콜로이드성 무기 입자인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 콜로이드성 무기 입자가 실리카 입자인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 음이온성 계면활성제 (B) 가 일반식 (I) 의 음이온성 계면활성제이고, R 이 헥실, 셉틸, 옥틸, 노닐, 데실, 헥세닐, 셉테닐, 옥테닐, 노닐, 데세닐, 운데세닐, 도데세닐, 올레오일, 라우로일 또는 코코일이고, S 가 술폰산, 벤젠 술폰산, 모노 치환된 벤젠술폰산, 사르코신, 글루탐산, 인산 또는 모노 인산 에스테르 또는 이의 염인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 음이온성 계면활성제 (B) 가 일반식 (I) 의 음이온성 계면활성제이고, R 이 헥실, 옥틸, 운데실, 도데세닐, 올레오일, 라우로일 또는 코코일이고, S 가 술폰산, 벤젠 술폰산, 사르코신, 글루탐산, 인산 또는 모노 인산 에스테르 또는 이의 염인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 일반식 (I) 의 음이온성 계면활성제의 총량이 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.09 wt% 범위인 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 이의 염인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 아미노산 (C) 의 총량이 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 2.25 wt% 의 범위인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 산화제가 과산화물을 포함하는 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 산화제가 과산화수소인 CMP 조성물 (Q) 의 용도.
  11. 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물로서,
    (A) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 3 wt% 의 총량의 콜로이드성 실리카 입자
    (B) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 wt% 내지 0.09 wt% 의 총량의, N-올레오일사르코신, N-라우로일사르코신, N-코코일사르코신, 4-도데실벤젠 술폰산, N-코코일글루타메이트 및 인산 C6-C10 알킬 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 음이온성 계면활성제 (B)
    (C) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 0.9 wt% 의 총량의, 글리신, 알라닌, 류신, 발린, 시스테인, 세린 및 프롤린 또는 이의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미노산 (C)
    (D) 각각의 CMP 조성물의 총 중량을 기준으로 0.2 wt% 내지 2 wt% 의 총량의 과산화수소
    (E) 수성 매질
    을 포함하고,
    CMP 조성물 (Q) 이 7 내지 10 의 pH 를 갖는 화학 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 정의된 CMP 조성물 (Q) 의 존재 하 반도체 산업에서 사용되는 기판 (S) 을 화학 기계적 폴리싱하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법으로서,
    기판 (S) 이
    (i) 코발트 및/또는
    (ii) 코발트 합금
    을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 코발트의 정적 에칭률 (SER) 이 100 Å/min 미만인 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 코발트 물질 제거율 (MRR) 이 300 내지 6500 Å/min 의 범위로 조절되는 반도체 소자의 제조 방법.
KR1020187034133A 2016-04-27 2016-04-27 코발트 및/또는 코발트 합금 포함 기판의 폴리싱을 위한 화학 기계적 폴리싱 (cmp) 조성물의 용도 KR20180135066A (ko)

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