KR20190030458A - 세정액 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물을 포함하는 세정액 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 금속의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정 등에서 발생할 수 있는 금속 산화물과 금속 연마입자를 세정할 수 있는 세정액 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 세정액 조성물에 의하면, 금속 연마 입자에 대한 착화력을 증가시키고, 환원력을 유지시킴으로써 세정액의 안정성을 개선하여 금속 표면에 대한 방식력을 높인 세정 공정을 진행할 수 있다.

Description

세정액 조성물{CLEANER COMPOSITION}
본 발명은 세정액 조성물, 보다 구체적으로 반도체 제조 공정 중 기판의 평탄화를 달성하기 위한 화학 기계적 연마 공정 이후에 잔류물을 제거하는데 사용되는 세정액 조성물에 관한 것이다.
반도체 장치는 복잡한 다단계 공정을 거쳐 제조된다. 반도체 제조공정 중 화학적-기계적 평탄화(CMP) 공정은 현재, 반도체 장치 제조에 사용되는 각종 기판을 0.35 마이크론 미만의 기하 도형적 배열로 평탄화시키기 위한 기술이다.
CMP 공정은 반도체 재료의 얇고 평평한 기판을 적합한 압력 및 온도 조건하에서 습윤 연마된 표면에 대해 고정시키고 회전시키는 단계를 포함한다. 또한, 연마제로는 알루미나 또는 실리카와 같은 입자를 함유하는 화학 슬러리를 사용할 수 있다. 이러한 화학 슬러리는 선택된 화학 물질을 함유하며, 이것은 가공 동안에 기판의 여러 표면을 에칭시킬 수 있다. 이러한 연마공정에서 재료의 기계적 제거와 화학적 제거의 조합은 표면의 우수한 평탄화를 달성하기에 적합하다.
그러나, CMP 공정은 반도체 기판의 표면상에 오염 물질을 남길 수 있으며, 이 오염 물질은 알루미나 또는 실리카와 연마 슬러리에 첨가되는 반응성 화학 물질로 이루어진 연마 입자가 대부분이다. 또한, 이러한 오염층은 연마 슬러리와 연마 표면간의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 따라서, 반도체 장치 신뢰성의 저하 및 제조 공정 수율을 감소시키는 결함의 도입을 피하기 위해서, 반도체 기판의 이후 공정을 수행하기 전에 오염원의 제거는 필수적이다. 따라서, CMP 잔류물이 존재하는 기판 표면을 세정하기 위해 포스트-CMP 세정 용액이 개발되었다.
이러한 포스트-CMP 세정액으로 종래에는 수산화암모늄 기재의 알칼리 용액이 통상적으로 사용되어 왔으며, 이들의 대부분은 알루미늄, 텅스텐, 탄탈륨 및 산화물 함유 표면에 사용되는 CMP 세정액이다.
최근 인터커넥트의 제조에 최적인 물질로서 구리가 알루미늄을 대신해서 사용되고 있다. 구리를 사용하는 기판의 CMP 공정 이후에는 구리, 산화구리 및 연마액의 슬러리 입자가 구리 표면에 존재할 수 있다. 이러한 구리 표면은 규소 및 이산화규소 중에서 빠르게 확산할 수 있기 때문에 장치 고장을 방지하기 위해서 모든 웨이퍼 표면으로부터 제거해야만 한다.
그러나, 통상적으로 알루미나 및 실리카 기재 CMP 공정에 유효한 포스트-CMP 세정 용액은 구리 함유 표면에 효과적이지 않다. 또한, 구리는 상기 세정 용액에 의해서 쉽게 손상을 입을 수 있으며, 상기 포스트-CMP 세정 용액의 세정 효율은 용인할 수 없는 것으로 입증되었다.
이러한 구리용 포스트-CMP 공정용 세정액으로 대한민국 특허공개공보 제10-2003-0025238호는 (a) 4차 암모늄 하이드록사이드 0.05 내지 12.4중량%; (b) C2-C5의 극성 유기 아민 0.2 내지 27.8중량%; (c) 부식억제제 유효량과 나머지 물을 포함하고 용액의 알카리도가 용액 1g당 염기 0.073밀리당량 초과인 세정 용액을 개시한다. 그러나, 명시된 알칼리성 조성물은 구리/구리 산화막에 대한 선택적 식각량이 크지 않으므로 세정력이 낮다는 단점이 있다.
따라서, 반도체에 사용되는 구리 금속과 같은 순수 금속을 보호하고, 구리 금속 표면의 산화막을 효과적으로 제거하는 세정액이 필요하다.
대한민국 특허공개공보 제10-2003-0025238호(2003.03.28)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 환원력이 높은 착화제 및 이를 포함하는 세정액 조성물을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 금속 또는 금속 산화물 입자에 대한 착화력 및 환원력을 동시에 가지는 화합물로 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물을 포함하는 세정액 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 세정액 조성물에 의하면, 금속 입자에 대한 착화력을 증가시킴으로써 금속 산화물 및 금속 연마입자 등의 잔류물에 대한 세정력을 개선시킬 수 있는 것과 동시에, 금속 표면에 대한 추가 산화를 억제하여 금속의 방식력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 세정액 조성물은 당업자에 의해 착화제, 킬레이트제 및/또는 금속 봉쇄제(sequestering agent)인 것으로 이해되는 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물, 4차 암모늄 하이드록사이드, 유기 아민 및 물을 포함한다. 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물은 제거하고자 하는 금속 원자 및 금속 이온과 화학적으로 결합하거나 또는 그 금속 원자 및 금속 이온을 물리적으로 고정할 수 있다. 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물은 친수성(hydrophilic) 작용이 있어 순수 구리에 대한 결합력이 우수하며, 작용기에 의한 영향으로 우수한 환원력을 가지고 있어 보관성이 용이하다.
카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물로는 도파민(Dopmine), 노르에피네프린(Norepinephrine), 에피네프린(Epinephrine), 레보도파(Levodopa, L-DOPA), 덱스트로도파(Dextrodopa, D-DOPA), 3,4-디하이드록시페닐아세트알데하이드(3,4-Dihydroxyphenylacetaldehyde), 3,4-디하이드록시페닐아세트산(3,4-Dihydroxyphenylacetic acid), 호모바닐릴 알콜(Homovanillyl alcohol), 하이드록시티로졸(Hydroxytyrosol), 3-메톡시티라민(3-Methoxytyramine), 호모바닐릭산(Homovanillic acid), 3,4-디하이드록시만델릭산(3,4-Dihydroxymandelic acid), 노르메타네프린(Normetanephrine), 바닐릴만델릭산(Vanillylmandelic acid), 3-메톡시-4-하이드록시페닐글리콜(3-Methoxy-4-hydroxyphenylglycol), 디하이드록시페닐글리콜(Dihydroxyphenylglycol, DHPG), 메타네프린(Metanephrine) 등이 있다.
카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물은, 본 발명의 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 내지 30중량%, 예를 들어, 1 내지 15중량% 또는 1 내지 5중량%로 사용될 수 있다.
상기 4차 암모늄 하이드록사이드는 4차 질소 원자에 탄화수소 그룹이 결합되어 있으며 하이드록시기를 갖는 음이온성 염 및 양이온성 염을 포함할 수 있다. 상기 4차 질소 원자에 결합된 탄화수소 그룹은, 예를 들어, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 아랄킬기가 하이드록시기에 의해 부분적으로 치환되거나 비치환된 탄화수소 그룹을 포함할 수 있다. 이와 같은 4차 암모늄 하이드록사이드는 구체적으로, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAH), 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(TBAH), 테트라프로필암모늄 하이드록사이드, 트리메틸에틸암모늄 하이드록사이드, 트리메틸(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드, 트리에틸(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드, 트리프로필(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드, 트리메틸(하이드록시프로필)암모늄 하이드록사이드, 에틸트리메틸암모늄 하이드록사이드, 디에틸디메틸암모늄 하이드록사이드, 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
예를 들어, 상기 4차 암모늄 하이드록사이드는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 트리메틸(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드 및 트리에틸(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드 중 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 4차 암모늄 하이드록사이드는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 테트라에틸암모늄 하이드록사이드 중 하나 이상일 수 있다.
상기 4차 암모늄 하이드록사이드는 그 함량이 적절하지 못할 경우, 금속 산화물의 제거가 용이하지 않을 수 있다. 상기 4차 암모늄 하이드록사이드는, 본 발명의 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 30중량%, 예를 들어, 1 내지 20중량% 또는 1 내지 15중량%로 사용될 수 있다.
상기 유기 아민은 금속 산화물에 작용하여 산화된 금속 표면을 균일하게 세정하는 역할을 할 수 있다. 이와 같은 유기 아민은 1차 유기 아민, 2차 유기 아민 및 3차 유기 아민으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 유기 아민은 구체적으로, 메틸아민, 에틸아민, 이소프로필아민, 모노프로판올아민, 모노이소프로필아민, 아세틸콜린, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 2-아미노에탄올, 2-(메틸아미노)에탄올, 디글리콜아민, 메틸디에탄올아민, 디에틸아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리이소프로필아민, 트리부틸아민, 펜타메틸디에틸렌트리아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 헥사메틸렌테트라민, 3,3-이미노비스, 이미다졸리딘에탄올, 디메틸프로필아민, 모노에탄올아민, 에틸아미노에탄올, 메틸아미노에탄올, 하이드록시에틸몰포린, 아미노프로필몰포린, 아미노에톡시에탄올, 아미노프로판올, 아미노부탄올, 이미노디아세트산, 글리신, 니트릴로트리아세트산, 하이드록시에틸이미노디아세트산, 테트라메틸구아니딘, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 아민은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 이미다졸리딘에탄올, 모노이소프로판올아민, 아미노이소프로판올, 아미노프로판올, 메틸아미노에탄올, 아미노프로판올, 아미노부탄올, 아미노에톡시에탄올, 아미노에틸아미노에탄올, 벤질피페라진, 테트라하이드로퍼퓨릴아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민 및 테트라에틸렌펜타아민 중 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 유기 아민은 모노에탄올아민, 디에틸렌트리아민 및 트리에틸렌테트라아민 중 하나 이상일 수 있다.
상기 유기 아민의 함량이 적절하지 못할 경우, 금속 산화막의 제거가 제대로 되지 않거나, 금속의 부식 또는 또는 슬러리의 분산성에 문제가 발생할 수 있다. 상기 유기 아민은, 본 발명의 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 내지 50중량%일 수 있으며, 예를 들어, 5 내지 30중량% 또는 5 내지 10중량%로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 세정액 조성물은 기본적으로 수계 조성물이므로 물을 포함할 수 있다. 상기 물은 일반적으로 반도체 공정용 탈이온수를 사용할 수 있다. 예를 들어, 사용되는 물은 18MΩ/㎝ 이상의 순도를 가질 수 있으며, 조성물의 총 중량을 100중량%로 할 때, 다른 성분들과의 함량 합계가 100중량%가 되도록 하는 나머지 양 만큼 첨가할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 세정액 조성물은 추가적으로 금속 부식방지제, 계면활성제, 유기 용매 등을 포함할 수 있다.
상기 금속 부식방지제는 아민기를 가지는 화합물을 포함할 수 있으며, 아민류, 아졸류 등으로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 부식방지제는 방향족 고리 내에 질소원자를 적어도 하나 포함하는 화합물로서, 상기 질소원자에는 슬러리 내에서 수소이온으로 해리될 수 있는 수소원자가 직접 결합된 화합물일 수 있다.
상기 금속 부식방지제는, 예를 들어, 3-메틸피리딘, 시스테아민을 포함할 수 있으며, 아졸계 화합물, 2-부틴-1,4-디올, 또는 3-부틴-1-올 또는 티올계 화합물을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면 상기 금속 부식방지제는 아졸계 화합물로서 트리아졸 화합물, 벤조트리아졸 화합물, 이미다졸 화합물, 테트라졸 화합물, 티아졸 화합물, 옥사졸 화합물, 피라졸 화합물 등을 포함할 수 있으며, 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 부식방지제는 트리아졸 화합물, 벤조트리아졸 화합물 및 이미다졸 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 금속 부식방지제에 포함될 수 있는 아졸계 화합물의 예로서는 트리아졸, 1H-1,2,3-트리아졸, 1,2,3-트리아졸-4,5-디카르복실산, 1,2,4-트리아졸, 1-H-1,2,4-트리아졸-3-티올, 3-아미노-트리아졸 등을 들 수 있으며, 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아졸계 화합물의 다른 예로 벤조트리아졸 화합물이 있으며, 이의 예로는 벤조트리아졸, 1-아미노-벤조트리아졸, 1-하이드록시-벤조트리아졸, 5-메틸-1H-벤조트리아졸, 벤조트리아졸-5-카르복실산 등을 들 수 있고 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아졸계 화합물의 또 다른 예로 이미다졸 화합물이 있으며, 이의 예로는 이미다졸, 1-메틸 이미다졸, 벤지미다졸, 1-메틸-벤지미다졸, 2-메틸-벤지미다졸, 5-메틸-벤지미다졸 등을 들 수 있고 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아졸계 화합물의 또 다른 예로 테트라졸 화합물이 있으며, 이의 예로는 1H-테트라졸, 1H-테트라졸-5-아세트산, 5-아미노-테트라졸 등을 들 수 있고 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아졸계 화합물의 또 다른 예로 티아졸 화합물이 있으며, 이의 예로는 벤조티아졸, 2-메틸-벤조티아졸, 2-아미노-벤조티아졸, 6-아미노-벤조티아졸, 2-메르캅토-벤조티아졸 등을 들 수 있고 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아졸계 화합물의 또 다른 예로 옥사졸 화합물이 있으며, 이의 예로는 이소옥사졸, 벤조옥사졸, 2-메틸-벤조옥사졸, 2-메르캅토-벤조옥사졸 등을 들 수 있고 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아졸계 화합물의 또 다른 예로 피라졸 화합물이 있으며, 이의 예로는 피라졸, 4-피라졸-카르복실산 등을 들 수 있고 이들 화합물은 각각 독립적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 일 구현예에 따르면 상기 금속 부식방지제는 피리딘 및 피페리딘 중 하나 이상일 수 있으며, 예를 들어, 3-메틸피리딘, 시스테아민을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 금속 부식방지제는 피라졸, 트리아졸, 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 아미노트리아졸, 메틸테트라졸, 이미다졸, 피리딘, 피리다진 및 인다졸 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 금속 부식방지제는 벤젠기를 포함하거나 메틸기와 같은 소수성기를 포함하는 경우에 금속의 산화방지 효과를 증대시킬 수 있다.
상기 금속 부식방지제의 함량이 적절하지 못할 경우, 금속의 부식을 방지하는 효과가 없거나 또는 세정의 효과를 저해할 수 있으므로, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 10중량% 이하, 예를 들어 0.001 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 세정액 조성물은 첨가제로서 계면활성제를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 작용 대상인 금속 표면의 패턴 또는 비아홀 사이에 젖음성(wetting property)을 향상시켜 세정액 조성물이 골고루 작용할 수 있도록 하며, 첨가제의 거품 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 이와 같은 계면활성제로는 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제는 수용액 상태에서 이온을 생성하지 않는 이유로 다른 유형의 계면활성제와 혼합하여 사용할 수 있다. 비이온성 계면활성제는, 예를 들어, 에톡시레이티드 선형 알콜, 에톡시레이티드 알킬 페놀, 지방산 에스테르, 아민 및 아마이드 유도체, 알킬폴리글루코사이드, 산화에틸렌-산화프로필렌 혼성 중합체, 폴리알콜 및 에톡시레이티드 폴리알콜, 티올, 메르캅탄 유도체 등을 포함할 수 있다.
상기 음이온성 계면활성제는 황산염, 술폰산염, 유기인산 계열, 사르코사이드, 알킬 아미노산, 라우릴 사르코시네이트 등을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 알킬 에스테르 황산염, 알킬 에톡시 에테르 황산염, 도데실 벤젠 술폰산염, 알킬 벤젠 술폰산염, 알파-올레핀 술폰산염, 리그노 술폰산염, 술포-카르복실 화합물 등을 포함할 수 있다.
상기 양이온성 계면활성제는 음전하 기질에 흡착이 가능하며 이로 인해 정전기 방지 및 유연제의 역할을 할 수 있다. 또한, 고형 입자의 분산제, 부유집진제, 소수성제, 부식방지제의 역할을 할 수 있다. 상기 양이온성 계면활성제는, 예를 들어, 지방산 아민, 4차 알킬-암모늄, 선형 디아민, n-도데실 피리디늄 클로라이드, 이미다졸, 몰포린 화합물 등을 포함할 수 있다.
상기 양쪽성 계면활성제는 동일 분자 중에 음이온성과 양이온성의 해리를 가지고 일정한 등전점을 가지며, 예를 들어, 암포카르복실레이트, 알킬 베타인, 아미도알킬 베타인, 아미도알킬 설타인, 암포포스페이트, 포스포베타인, 피로포스포베타인, 카르복시알킬 알킬 폴리아민 등을 포함할 수 있다.
상기 계면활성제로서는, 예를 들어, 아세틸렌디올, 알킬아민, 알킬카르복실산 및 플루로닉 계열 중합체 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 플루로닉 계열 중합체는, 예를 들어, 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체 등을 포함할 수 있다.
상기 세정액 조성물에 포함될 수 있는 계면활성제는 당업계에 일반적으로 사용되는 것일 수 있으며, 상기 기재된 계면활성제에 제한되지는 않는다.
상기 계면활성제 함량이 적절하지 못할 경우, 젖음성 향상 및 첨가제의 거품 특성 개선을 기대할 수 없거나, 용해도의 문제로 인해 계면활성제 석출 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 계면활성제는, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 10중량% 이하, 예를 들어, 0.0005 내지 5중량%의 함량으로 첨가할 수 있다. 예를 들어, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 또는 이들의 혼합물을 0.001 내지 2중량% 첨가할 수 있다.
이와 같은 첨가제를 첨가하는 경우, 그 함량은 각 첨가제의 사용 목적 등에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, 본 발명의 효과를 손상시키지 않도록 하는 관점에서, 본 발명의 세정액 조성물 100중량%를 기준으로 전체 첨가제는 합계 10중량% 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.
일 구현예에 따르면, 상기 세정액 조성물은 유기 용매를 포함할 수 있으며, 구체적으로 폴리올 및 설폰 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 폴리올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 2,3-부틸렌 글리콜, 1,3-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,5-펜탄디올 및 3-메틸-1,5-펜탄디올 중 하나 이상일 수 있다. 상기 설폰은 테트라메틸렌 설폰, 디메틸 설폰, 디에틸 설폰, 비스(2-하이드록시에틸) 설폰, 메틸 설폴란 및 에틸 설폴란 중 하나 이상일 수 있다. 상기 유기 용매는, 예를 들어, 테트라메틸렌설폰, 글리세린, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 세정액 조성물은, 이의 총 중량을 기준으로, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물 1 내지 30중량%, 4차 암모늄하이드록사이드 0.1 내지 30중량%, 유기 아민 1 내지 50중량% 및 잔량의 물을 포함하며 이들의 총 합계는 100중량%이다.
다른 구현예에 따르면, 본 발명의 세정액 조성물은, 이의 총 중량을 기준으로, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물 1 내지 15중량%, 4차 암모늄하이드록사이드 1 내지 20중량%, 유기 아민 5 내지 30중량% 및 잔량의 물을 포함하며 이들의 총 합계는 100중량%이다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 세정액 조성물은, 이의 총 중량을 기준으로, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물 1 내지 5중량%, 4차 암모늄하이드록사이드 1 내지 15중량%, 유기 아민 5 내지 10중량% 및 잔량의 물을 포함하며 이들의 총 합계는 100중량%이다.
일 구현예에 따르면 상기 세정액 조성물은 알루미늄, 구리, 티타늄, 몰리브덴, 납, 아연, 주석 및 은 중 하나 이상을 포함하는 금속 또는 이들의 합금에 적용하여 세정공정을 진행할 수 있다. 특히 구리를 함유하는 기판의 화학기계적 연마 공정 후 세정 공정에 효과적으로 사용될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 본 발명의 세정액 조성물은 사용 전에 적절한 양의 물로 희석되도록 의도된 농축물로서 제공될 수 있으며, 이와 같은 경우 각각의 성분이 상술한 적정 범위에 속하는 양으로 상기 세정액 조성물에 존재하도록 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 농축물이 2배로 희석되는 경우, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물, 4차 암모늄 하이드록사이드 및 유기 아민 각각의 성분에 대해 상술한 함량보다 2배 이상인 양으로 농축물에 각각 포함될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 세정액 조성물은 2 내지 100배, 예를 들어, 5 내지 50배 희석하여 사용할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 실시예를 실시할 수 있는바, 이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물로 이해되어야 한다.
<실시예 1 내지 11 및 비교예 1 내지 5>
하기 표 1의 조성은 세정액 조성물 총 100중량%를 기준으로 한 중량%(wt%)로 나타내었으며, 잔량의 물을 포함한다. 하기 표에서 약어는 다음을 의미한다.
TMAH: 테트라메틸암모늄 하이드록사이드
TEHA: 테트라에틸암모늄 하이드록사이드
DHPG: 디하이드록시페닐글리콜
MEA: 모노에탄올아민
DETA: 디에틸렌트리아민
TETA: 트리에틸렌테트라민
DIW: 탈이온수
L-DOPA: 레보도파
D-DOPA: 덱스트로도파
구분 4급 염기 유기 아민 착화제 기타
물질 함량(wt%) 물질 함량(wt%) 물질 함량(wt%) DIW
실시예 1 TMAH 5 MEA 9 도파민 3.3 잔량
실시예 2 TMAH 5 MEA 9 노르에피네프린 3.3 잔량
실시예 3 TMAH 5 MEA 9 에피네프린 3.3 잔량
실시예 4 TMAH 5 MEA 9 L-DOPA 3.3 잔량
실시예 5 TMAH 5 MEA 9 D-DOPA 3.3 잔량
실시예 6 TMAH 5 MEA 9 도파민 3.0 잔량
실시예 7 TMAH 5 MEA 9 DHPG 3.0 잔량
실시예 8 TMAH 5 MEA 9 도파민 3.5 잔량
실시예 9 TEAH 5 MEA 9 도파민 3.3 잔량
실시예 10 TMAH 5 DETA 9 도파민 3.3 잔량
실시예 11 TMAH 5 TETA 9 도파민 3.3 잔량
비교예 1 TMAH 5 - - - - 잔량
비교예 2 TMAH 5 MEA 9 카테콜 3.5 잔량
비교예 3 TMAH 5 MEA 9 레조르시놀 3.5 잔량
비교예 4 TMAH 5 MEA 9 하이드로퀴논 3.5 잔량
비교예 5 TMAH 5 MEA 9 아스코르브산 3.5 잔량
실험예 1: 순수 구리 및 산화구리에 대한 세정
실시예 및 비교예의 조성에 따른 각각의 세정액 조성물을 50배 희석하여 사용하였다. 각각의 세정액 조성물에 순수 구리와 산화구리 각각의 시편을 1분 동안 침지한 후 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES)를 사용하여 구리 및 구리 산화물의 용출량을 측정하였다.
상기 순수 구리 시편은 묽은 불산으로 산화된 구리를 에칭한 순수 구리막질을 사용하였으며, 산화구리 시편은 구리를 상온에서 5% 과산화수소수 조건에서 5분간 산화시켜 얻은 것을 사용하여 각각의 시편을 20mm × 30mm 크기로 잘라서 실험을 진행하였다.
실험예 2: 산화환원 전위(Oxidation reduction potential, ORP) 측정
실시예 및 비교예에 따른 세정액 조성물의 안정성 확인을 위하여, 각 세정액 조성물에 대한 초기 및 48시간 후의 산화환원 전위를 ORP 측정(metrohm, ORP 전극(electrode))을 통해 확인하였다. 상기 초기 및 48시간 후의 세정액 조성물은 새로 만든 세정액 조성물과, 대기 중에서 48시간 동안 방치한 세정액 조성물을 사용하여 측정하였다.
상기 실험예 1에 따른 산화구리 및 순수 구리의 식각량과, 실험예 2에 따른 산화환원 전위의 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 식각량 (ppb) 선택비 산화환원 전위(mV)
산화구리 순수 구리 (산화구리/순수 구리) 초기 48시간 후
실시예 1 76.1 6.1 12.47 -550 -512
실시예 2 58.7 5.9 9.97 -523 -490
실시예 3 49.3 5.7 8.6 -499 -470
실시예 4 45.5 5.0 9.1 -453 -421
실시예 5 44.9 4.7 9.5 -422 -407
실시예 6 45.4 4.5 10.09 -401 -365
실시예 7 40.5 5.9 6.86 -432 -405
실시예 8 44.9 4.5 9.97 -450 -418
실시예 9 49.9 6.7 7.44 -420 -397
실시예 10 47.5 6.0 7.91 -514 -490
실시예 11 44.9 4.7 9.5 -487 -452
비교예 1 145.0 165.1 0.8 30 28
비교예 2 40.1 37.2 1.1 -220 -120
비교예 3 30.4 12.2 2.4 -190 -120
비교예 4 22.7 20.6 1.1 -188 -115
비교예 5 34.0 17.8 1.9 -211 -85
상기 표 2의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 11에 따른 조성물의 순수 구리에 대한 산화구리의 선택비(산화구리/순수구리)는 2 이상으로 높은 반면, 비교예 1 내지 5에 따른 세정액 조성물은 대부분 2 이하로 낮게 나타난 것을 알 수 있다.
특히, 산화환원 전위에 있어서, 실시예 1 내지 11에 따른 세정액 조성물은 48시간 이후에도 대체로 -500 이하의 수치로 환원력이 높은 상태를 유지하며 초기의 산화환원 전위와 큰 차이가 없는 반면, 비교예 1 내지 5에 따른 세정액 조성물은 초기부터 산화력을 가지는 상태이거나, 환원력이 비교적 낮은 수치를 유지하거나 또는 48시간 후에 환원력이 절반 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이것은 카테콜아민 또는 이의 유도체 화합물이 2개의 하이드록시기를 갖는 벤젠 구조의 카테콜, 레조르시놀 및 하이드로퀴논에 비해 친수성 작용이 더 커서 순수 구리에 대한 결합력이 우수하고 작용기에 의한 영향으로 우수한 환원력을 갖기 때문이다.
따라서, 본 발명에 따른 세정액 조성물은 산화 구리 입자에 대한 착화물을 형성함으로써 세정액의 역할을 할 수 있으며, 세정액 내의 환원전위를 유지함으로써 순수 구리의 추가적인 산화를 억제할 수 있음을 알 수 있다.
또한 아스코르브산 등과 같이 산소와 온도에 민감한 화합물을 포함하고 있지 않으므로, 보관성이 용이하고 세정공정 중에 안정한 세정액 상태를 유지할 수 있음을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 상기 기재된 특정한 실시예에 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 금속 및 금속 산화물에 착화력 및 환원력을 가지는 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물, 4차 암모늄 하이드록사이드 및 유기 아민을 포함하는 세정액 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물이 도파민(Dopmine), 노르에피네프린(Norepinephrine), 에피네프린(Epinephrine), 레보도파(Levodopa, L-DOPA), 덱스트로도파(Dextrodopa, D-DOPA) 및 디하이드록시페닐글리콜(Dihydroxyphenylglycol, DHPG) 중 하나 또는 이들의 혼합물인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 4차 암모늄 하이드록사이드가 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(TEAH), 트리메틸(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드 및 트리에틸(하이드록시에틸)암모늄 하이드록사이드 중 하나 이상인 것인 세정액 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 4차 암모늄 하이드록사이드가 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 또는 테트라에틸암모늄 하이드록사이드인 세정액 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기 아민이 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 이미다졸리딘에탄올, 모노이소프로판올아민, 아미노이소프로판올, 아미노프로판올, 메틸아미노에탄올, 아미노프로판올, 아미노부탄올, 아미노에톡시에탄올, 아미노에틸아미노에탄올, 벤질피페라진, 테트라하이드로퍼퓨릴아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민 및 테트라에틸렌펜타아민 중 하나 이상인 것인 세정액 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기 아민이 모노에탄올아민, 디에틸렌트리아민 또는 트리에틸렌테트라아민인 세정액 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물 1 내지 30중량%, 4차 암모늄 하이드록사이드 0.1 내지 30중량%, 유기 아민 1 내지 50중량% 및 잔량의 물을 포함하며 이들의 합계는 100중량%인 세정액 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물 1 내지 15중량%, 4차 암모늄 하이드록사이드 1 내지 20중량%, 유기 아민 5 내지 30중량% 및 잔량의 물을 포함하며 이들의 합계는 100중량%인 세정액 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 카테콜아민류 또는 이의 유도체 화합물 1 내지 5중량%, 4차 암모늄 하이드록사이드 1 내지 15중량%, 유기 아민 5 내지 10중량% 및 잔량의 물을 포함하며 이들의 합계는 100중량%인 세정액 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 화학기계적 연마(CMP) 후 세정에 사용하기 위한 것인 세정액 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 부식방지제, 계면활성제 또는 유기 용매를 더 포함하는 세정액 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 부식방지제가 아민류 및 아졸류로부터 선택되는 1종 단독 또는 2종 이상일 수 있으며, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 10중량% 이하로 포함되는 세정액 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 부식방지제가, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.001 내지 5중량%로 포함되는 세정액 조성물.
  14. 제11항에 있어서, 상기 계면활성제가 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 10중량% 이하로 포함되는 세정액 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 계면활성제가, 세정액 조성물의 총 중량을 기준으로, 0.0005 내지 5중량%로 포함되는 세정액 조성물.
  16. 제11항에 있어서, 상기 유기 용매가 폴리올 및 설폰 중 하나 이상인 세정액 조성물.
  17. 기판을 화학기계적 연마(CMP)하는 단계; 및
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 세정액 조성물을 이용하여 상기 화학기계적 연마를 거친 기판을 세정하는 단계를 포함하는, 화학기계적 연마 후 기판을 세정하는 방법.
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