KR20190057085A - 텅스텐을 위한 화학적 기계 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
텅스텐을 함유하는 기판을 화학 기계적 연마하는 방법은, 기판을 제공하는 단계; 물, 산화제, 알기네이트, 디카르복실산, 철 이온의 공급원, 콜로이드성 실리카 연마제, 및 선택적으로, pH 조절제를 함유하는 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 상기 텅스텐의 적어도 일부를 제거하기 위해 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 연마 표면 상에 연마 조성물을 분배하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은 정적 부식 속도를 감소시키고, 텅스텐의 디싱 및 하부에 있는 유전체의 침식을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 하부 유전체의 침식을 방지함과 함께 텅스텐의 디싱(dishing)을 억제하고, 정적 부식 속도를 감소시키는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 텅스텐을 함유하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서, 물, 산화제, 알기네이트, 디카르복실산, 철 이온의 공급원, 콜로이드성 실리카 연마제, 및 선택적으로, pH 조절제를 함유하는 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 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 단계로서, 상기 텅스텐의 적어도 일부가 상기 기판으로부터 연마 제거되는 단계에 의해, 하부 유전체의 침식을 억제하는 것과 함께 텅스텐의 디싱을 억제하고 정적 부식 속도를 감소시키기 위한 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
집적 회로 및 다른 전자 장치의 제조에서, 전도성, 반도체성 및 유전성 물질의 다중 층이 반도체 웨이퍼의 표면 상에 피착되거나, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거된다. 전도성, 반도체성 및 유전성 물질의 얇은 층은 다수의 피착 기술에 의해 피착될 수 있다. 최신 처리의 일반적인 피착 기술은 스퍼터링(sputtering)이라고도 알려진 물리 기상 피착(PVD), 화학 기상 피착(CVD), 플라즈마-강화 화학 기상 피착(PECVD) 및 전기 화학 도금(ECP)을 포함한다.
물질들의 층이 순차적으로 피착되고 제거됨에 따라, 웨이퍼의 최상부 표면은 비평면이 된다. 후속적 반도체 처리(예를 들어, 금속화)는 웨이퍼가 평탄한 표면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층 또는 물질과 같은 원하지 않는 표면 지형 및 표면 결함을 제거하는 데 유용하다.
화학 기계적 평탄화 또는 화학 기계적 연마(CMP)는, 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 평탄화하는 데 사용되는 일반적인 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼는 캐리어 조립체 상에 장착되고, CMP 장치 내의 연마 패드와 접촉하여 위치된다. 캐리어 조립체는 웨이퍼에 제어 가능한 압력을 제공하여 이를 연마 패드에 대해 가압한다. 패드는 외부 구동력에 의해 웨이퍼에 대해 이동(예를 들어, 회전)된다. 이와 동시에, 연마 조성물("슬러리") 또는 다른 연마 용액이 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제공된다. 따라서, 웨이퍼 표면은 연마되고, 패드 표면 및 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 평탄하게 된다.
전자 산업에서의 기판은, 반도체 기재가 상호연결된 구조의 다중층을 포함하는 높은 정도의 집적도를 가지고 있다. 층 및 구조는 단일 결정 실리콘, 다결정 실리콘, 테트라에틸 오르토실리케이트, 실리콘 다이옥시드, 실리콘 니트리드, 텅스텐, 티타늄, 티타늄 니트리드, 및 다양한 다른 전도성, 반도전성 및 유전체 물질과 같은 다양한 물질을 포함한다. 이러한 기판은 최종 다중층의 상호연결된 구조를 형성하기 위한CMP를 포함하는 다양한 처리 단계를 필요로 하기 때문에, 목적하는 용도에 따라 특정 물질에 대해 선택적인 연마 조성물 및 공정을 이용하는 것이 종종 매우 바람직하다. 불행히도, 이러한 연마 조성물은 유전체 재료의 부식을 초래할 수 있는 도전성 재료의 과도한 디싱을 야기할 수 있다. 이러한 디싱 및 침식으로부터 야기될 수 있는 지형학적 결함은, 추가로 기판 표면, 예컨대 도체 물질 또는 유전체 물질 아래에 피착된 배리어 층으로부터 추가 물질의 불균일한 제거를 야기할 수 있고, 집적 회로의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 보다 덜 바람직한 품질을 갖는 기판 표면을 생성할 수 있다.
화학 기계적 연마는, 집적 회로 설계에서 텅스텐 상호연결 및 접촉 플러그의 형성 동안, 텅스텐을 연마하기 위한 바람직한 방법이 되었다. 텅스텐은 접촉/비아 플러그(contact/via plug)용 집적 회로 설계에 자주 사용된다. 전형적으로, 접촉 또는 비아 홀(via hole)은 기판 상의 유전체 층을 통해 형성되어 하부 구성요소의 영역, 예컨대 제1 수준 금속화 또는 상호접속을 노출시킨다. 불행하게도, 텅스텐을 연마하는 데 사용되는 많은 CMP 슬러리가 디싱의 문제를 야기한다. 디싱의 정도는 다양할 수 있지만 일반적으로 TEOS와 같은 하부 유전체 물질의 침식을 유발할 정도로 심각하다.
텅스텐과 같은 금속 연마와 관련된 또 다른 문제는 부식이다. 금속의 부식은CMP의 일반적인 부작용이다. CMP 공정 동안, 기판의 표면 상에 남아 있는 금속 연마 슬러리는CMP의 효과를 넘어서 기판을 계속 부식시킨다. 때로는 부식이 필요하지만, 대부분의 반도체 공정에서 부식이 감소되거나 억제되어야 한다. 부식은 또한 피팅(pitting) 및 키 홀딩(key-holing)과 같은 표면 결함에 기여할 수 있다. 이러한 표면 결함은 반도체 장치의 최종 특성에 상당한 영향을 미치고, 그 유용성을 저해한다. 따라서, 텅스텐의 디싱 및 TEOS와 같은 하부 유전체 물질의 부식을 억제하고 또한 정적 부식 속도를 감소시키는 텅스텐을 위한 CMP 연마 방법 및 조성물이 필요하다.
개요
본 발명은 텅스텐을 화학 기계적 연마하는 방법으로서, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서, 물, 산화제, 알기네이트, 콜로이드성 실리카 연마제, 디카르복실산 또는 이의 염, 철 이온(Ⅲ)의 공급원, 및 선택적으로, pH 조절제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하며, 여기서, 텅스텐의 일부가 기판으로부터 연마 제거된다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하는 것으로, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서, 물, 산화제, 알기네이트, 음의 제타 전위를 갖는 콜로이드성 실리카 연마제, 디카르복실산 또는 이의 염, 철 이온(Ⅲ)의 공급원, 및 선택적으로, pH 조절제를 포함하는 화학적 기계 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 화학적 기계 연마 패드의 연마 표면 상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하며, 여기서, 텅스텐의 일부가 기판으로부터 연마 제거되며; 제공된 화학적 기계 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000 Å/분이고, 압반 속도가 80 회전/분이고, 캐리어 속도가 81 회전/분이고, 화학 기계적 연마 조성물 유량이 125㎖/분이고, 200mm 연마기 상에서 공칭 하향력(down force)이 21.4 kPa이고; 여기서, 화학적 기계적 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함한다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하는 것으로, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서, 물, 산화제, 적어도 50 ppm 양의 알기네이트, 음의 제타 전위를 갖는 콜로이드성 실리카 연마제, 말론산 또는 이의 염, 철 이온(Ⅲ)의 공급원, 및 선택적으로, pH 조절제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하며, 여기서, 텅스텐의 일부가 기판으로부터 연마 제거되며; 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000 Å/분이고, 압반 속도가 80 회전/분이고, 캐리어 속도가 81 회전/분이고, 화학 기계적 연마 조성물 유량이 125㎖/분이고, 200mm 연마기 상에서 공칭 하향력이 21.4 kPa이고; 여기서, 화학적 기계적 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함한다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하는 것으로, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서 물, 0.01 내지 10 wt%의 산화제로서 과산화수소인 산화제, 50 내지 1000 ppm의 알기네이트, 음의 제타 전위를 갖는 0.01 내지 10 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제, 100 내지 1,400 ppm의 말론산 또는 이의 염, 100 내지 1,000 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원으로서 질산제2철 (ferric nitrate) 비수화물인 철(Ⅲ) 이온의 공급원, 및 선택적으로, pH 조절제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계 (여기서, 상기 화학적 기계 연마 조성물은 pH가 1 내지 7이다); 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하며, 여기서, 텅스텐의 일부가 기판으로부터 연마 제거된다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하는 것으로, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서 물, 0.1 내지 3 wt%의 산화제로서 과산화수소인 산화제, 600 내지 900 ppm의 알기네이트, 음의 표면 전하를 갖는 0.2 내지 2 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제, 120 내지 1,350 ppm의 말론산, 250 내지 400 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원으로서 질산제2철인 철(Ⅲ) 이온의 공급원, 및 선택적으로, pH 조절제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계 (여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 pH가 2 내지 2.5이다); 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하며, 여기서, 텅스텐의 일부가 기판으로부터 연마 제거된다.
본 발명의 전술한 방법은 텅스텐을 연마하고, 하부 유전체의 침식을 억제하는 것과 함께 텅스텐의 디싱을 억제하는, 알기네이트를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 사용한다. 또한, 이 방법은 정적 부식 속도를 감소시킨다.
발명의 상세한 설명
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 하기 약어는, 문맥에 달리 나타내지 않는 한 다음의 의미를 갖는다: ℃ = 섭씨 온도; g = 그램; ℓ = 리터; ㎖ = 밀리리터; μ = ㎛ = 마이크론; kPa = 킬로파스칼; Å = 옹스트롬; mV = 밀리볼트; DI = 탈이온된; ppm = 백만부 = mg/ℓ; mm = 밀리미터; cm = 센티미터; min = 분; rpm = 분당 회전 수; lbs = 파운드; kg = 킬로그램; W = 텅스텐; PO = 프롤필렌 옥사이드; EO = 에틸렌 옥사이드; ICP-OES = 유도 결합 플라즈마 발광 분광분석법; wt% = 중량%; 및 RR = 제거 속도.
용어 "화학 기계적 연마 (chemical mechanical polishing)" 또는 "CMP"는, 기판이 화학적 및 기계적 힘에 의해서만 연마되고, 유전체 바이어스가 기판에 적용되는 전기화학적-기계적 연마(ECMP)와는 구별되는 공정을 지칭한다. 용어 "알기네이트 (alginate)"는, 알긴산 및 양으로 하전된 상대 종을 가진 이의 음이온성 다당류 종을 포함한다. 용어 "전분 (starch)"은, 글리코시드 결합에 의해 결합된 다수의 포도당 단위로 이루어진 다당류 종을 의미한다. 용어 "TEOS"는 테트라에틸 오르토실리케이트 (Si(OC2H5)4)의 분해로부터 형성된 실리콘 다이옥시드를 의미한다. 용어 "a" 및 "an"은 단수 및 복수 둘 다를 지칭한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 백분율은 중량 기준이다. 그러한 수치 범위가 최대 100%까지 첨가되도록 제한되는 것이 명백한 경우를 제외하고는, 모든 수치 범위가 포함되고 임의의 순서로 조합 가능하다.
본 발명의 기판의 연마 방법은, 텅스텐의 디싱, 하부 유전체 물질의 부식을 억제하고, 정적 부식 속도를 감소시키면서 기판 표면으로부터 텅스텐의 제거를 제공하기 위해, 산화제; 알기네이트; 콜로이드성 실리카 연마제; 디카르복실산 또는 이의 염; 철(Ⅲ) 이온의 공급원; 및 선택적으로, pH 조절제를 함유하는, 화학적 기계 연마 조성물을 사용한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법은, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 바람직하게는, 초기 성분으로서 물; 바람직하게는 적어도 0.01 wt% 내지 10 wt%의 양, 보다 바람직하게는 0.1 wt% 내지 5 wt%의 양, 더욱 바람직하게는 1 wt% 내지 3 wt% 양의 산화제; 바람직하게는 적어도 50 ppm, 보다 바람직하게는 50 ppm 내지 1000 ppm, 더욱 바람직하게는 600 ppm 내지 1000 ppm, 더욱 더 바람직하게는 600 ppm 내지 900 ppm 이하의 양의 알기네이트; 바람직하게는 0.01 wt% 내지 10 wt%, 더욱 바람직하게는 0.05 wt% 내지 7.5 wt%, 더욱 더 바람직하게는 0.1 wt% 내지 5 wt%, 더욱 더 바람직하게는 0.2 wt% 내지 2 wt%의 양의 콜로이드성 실리카 연마제; 바람직하게는 100 ppm 내지 1400 ppm, 더욱 바람직하게는 120 ppm 내지 1350 ppm 양의 디카르복실산, 이의 염 또는 이의 혼합물; 바람직하게는 질산제2철 비수화물인 철(Ⅲ) 이온의 공급원; 및 선택적으로 pH 조절제를 포함하고, 바람직하게는 이로 이루어진 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계(여기서, 바람직하게는 여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물이 1 내지 7; 보다 바람직하게는 1.5 내지 4.5; 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.5; 가장 바람직하게는 2 내지 2.5의 pH를 갖는다); 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 화학적 기계 연마 패드의 연마 표면 상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하며, 여기서, 텅스텐의 적어도 일부는 기판으로부터 연마 제거된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 기판은 텅스텐 및 유전체를 포함한다. 보다 바람직하게는, 제공된 기판은 텅스텐 및 유전체를 포함하는 반도체 기판이다. 가장 바람직하게는, 제공된 기판은 TEOS와 같은 유전체 내에 형성된 적어도 하나의 홀 및 트렌치 내에 피착된 텅스텐을 포함하는 반도체 기판이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계 연마 조성물에 초기 성분으로서 함유된 물은 부수적인 불순물을 제한하기 위해 탈이온화 및 증류된 것 중 적어도 하나이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 산화제를 함유하며, 여기서 상기 산화제는 과산화수소(H2O2), 모노과황산염, 요오드산염, 과프탈산마그네슘, 과아세트산 및 기타 과산, 과황산염, 브롬산염, 과브롬산염, 과황산염, 과아세트산, 과요오드산염, 질산염, 철염, 세륨염, Mn(Ⅲ), Mn(Ⅳ) 및 Mn(Ⅵ) 염, 은 염, 구리염, 크롬염, 코발트 염, 할로겐, 차아염소산염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 산화제는 과산화수소, 과염소산염, 과브롬산염; 과요오드산염 및 과아세트산으로부터 선택된다. 가장 바람직하게, 산화제는 과산화수소이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공된 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 0.01 내지 10 wt%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 wt%, 가장 바람직하게는 1 내지 3 wt%의 산화제를 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유하며, 여기서, 상기 철(Ⅲ) 이온의 공급원은 철(Ⅲ) 염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유하며, 여기서, 상기 철(Ⅲ) 이온의 공급원은 질산제2철 비수화물(Fe(NO3)3ㆍ9H2O)이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 1 내지 200 ppm, 바람직하게는 5 내지 150 ppm, 보다 바람직하게는 7.5 내지 125 ppm, 가장 바람직하게는 10 내지 100 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 화학 기계적 연마 조성물에 도입하기에 충분한 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 100 내지 1000 ppm, 바람직하게는 150 내지 750 ppm, 보다 바람직하게는 200 내지 500 ppm, 및 가장 바람직하게는 250 내지 400 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 100 내지 1,000 ppm, 바람직하게는 150 내지 750 ppm, 보다 바람직하게는 200 내지 500 ppm, 가장 바람직하게는 250 내지 400 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원을 함유하며, 여기서, 상기 철(Ⅲ) 이온의 공급원은 질산제2철 비수화물(Fe(NO3)3ㆍ9H2O)이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 알기네이트를 함유하며, 여기서, 알기네이트는 알긴산 및 이의 음이온 종 중 하나 이상을 포함하며, 상기 알기네이트의 음이온 종은 알칼리 금속 양이온, 세슘 양이온, 마그네슘 양이온, 칼슘 양이온, 바륨 양이온, 알루미늄 양이온, 전이 금속 양이온, 및 양으로 하전된 유기 종으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 양으로 하전된 상대 이온종을 추가로 포함한다. 바람직하게는, 음이온 종은 알칼리 금속 양이온, 마그네슘 양이온, 칼슘 양이온, 바륨 양이온 및 알루미늄 양이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 상대 양이온을 추가로 포함한다. 보다 바람직하게는, 하나 이상의 양이온 종은 알칼리 금속 양이온, 마그네슘 양이온, 칼슘 양이온 및 바륨 양이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 보다 더 바람직하게는, 하나 이상의 양이온 종은 알칼리 금속 양이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 여기서, 알칼리 금속 양이온 종은 나트륨 또는 칼륨인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 알칼리 금속 양이온 종은 나트륨이며, 가장 바람직하게는 알기네이트 종은 갈조류의 알긴산 나트륨 염이다. 바람직하게는, 양으로 하전된 유기 종은 프로필렌 글리콜이다. 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 적어도 50ppm, 보다 바람직하게는 50ppm 내지 1,000ppm, 더욱 바람직하게는 600ppm 내지 1000ppm, 더욱 더 바람직하게는 600ppm 내지 900ppm의 알기네이트를 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 음의 제타 전위를 갖는 콜로이드성 실리카 연마제를 함유한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 영구적인 음의 제타 전위를 갖는 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하며, 여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 pH가 1 내지 7, 바람직하게는 1.5 내지 4.5; 보다 바람직하게는 1.5 내지 3.5, 더욱 바람직하게는 2 내지 2.5이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 영구적인 음의 제타 전위를 갖는 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하며, 여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은, -0.1 mV 내지 -20 mV의 제타 전위에 의해 나타낼 때, pH가 1 내지 7, 바람직하게는 1.5 내지 4.5; 보다 바람직하게는 1.5 내지 3.5, 더욱 바람직하게는 2 내지 2.5이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 콜로이드성 실리카 연마제를 함유하며, 여기서, 상기 콜로이드성 실리카 연마제는 평균 입자 크기가 동적 광산란 기술에 의해 측정 된 바와 같이 ≤100nm, 바람직하게는 5 내지 100nm; 보다 바람직하게는 10 내지 60nm; 가장 바람직하게는 20 내지 60nm이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 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 콜로이드성 실리카 연마제를 함유한다. 바람직하게는, 콜로이드성 실리카 연마제는 음의 제타 전위를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 디카르복실산을 함유하며, 여기서, 상기 디카르복실산은 말론산, 옥살산, 숙신산, 아디프산, 말레산, 말산, 글루타르산, 타르타르산, 이들의 염 또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 디카르복실산을 함유하며, 여기서, 상기 디카르복실산은 말론산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 이들의 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 디카르복실산을 함유하며, 여기서, 상기 디카르복실산은 말론산, 옥살산, 숙신산, 이들의 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 디카르복실산, 말론산 또는 이의 염을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로서 1 내지 2,600 ppm, 바람직하게는 100 내지 1400 ppm, 보다 바람직하게는 120 내지 1350 ppm, 더욱 바람직하게는 130 내지 1100 ppm의 디카르복실산을 함유하며, 여기서, 상기 디카르복실산은 말론산, 옥살산, 숙신산, 아디프산, 말레산, 말산, 글루타르산, 타르타르산, 이들의 염 또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 1 내지 2.600 ppm의 말론산 또는 이의 염을 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서 100 내지 1400 ppm, 보다 바람직하게는 120 내지 1350 ppm, 더욱 바람직하게는 130 내지 1350 ppm의 디카르복실산 말론산 또는 이의 염을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 pH가 1 내지 7이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 pH가 1.5 내지 4.5이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 pH가 1.5 내지 3.5이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물은 pH가 2 내지 2.5이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공된 화학적 기계 연마 조성물은 선택적으로 pH 조절제를 함유한다. 바람직하게는, pH 조절제는 무기 및 유기 pH 조절제로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는, pH 조절제는 무기산 및 무기 염기로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, pH 조절제는 질산 및 수산화칼륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, pH 조절제는 수산화칼륨이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 패드는 당업계에 공지된 임의의 적합한 연마 패드에 의한 것일 수 있다. 당업자는 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 화학 기계적 연마 패드를 선택하는 것을 알고 있다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 패드는 직포 및 부직포 연마 패드로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 패드는 폴리우레탄 연마층을 포함한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다. 바람직하게는, 제공되는 화학 기계적 연마 패드는 연마 표면 상에 적어도 하나의 홈을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 그 근처에 제공되는 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 동적 접촉은 제공되는 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 연마되는 기판의 표면에 대한 0.69 내지 34.5 kPa 공칭 하향력으로 생성된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1000 Å/분; 바람직하게는 ≥1,500 Å/분; 보다 바람직하게는 ≥2,000 Å/분이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물을 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000 Å/분; 바람직하게는 ≥1,500 Å/분; 보다 바람직하게는 ≥2,000 Å/분이며; W/TEOS 선택도 5 이상이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 텅스텐은 ≥1000 Å/분; 바람직하게는 ≥1,500 Å/분; 보다 바람직하게는 ≥2,000 Å/분의 제거 속도; 및 5 내지 15의 W/TEOS 선택도에서 기판으로부터 제거된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판 연마 방법에 있어서, 텅스텐은 ≥1000 Å/분; 바람직하게는 ≥1,500 Å/분; 보다 바람직하게는 ≥2,000 Å/분의 제거 속도; 및 W/TEOS 선택도 및 압반 속도 80 회전/분, 캐리어 속도 81 회전/분, 화학적 기계 연마 조성물 유량 125㎖/분, 200㎜ 연마기상에서 공칭 하향력 21.4 kPa에서 기판으로 제거되며, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함한다.
하기 실시예에 예시된 바와 같이, 본 발명의 알기네이트 CMP 방법은 하부 TEOS의 침식을 억제하는 것과 함께 텅스텐 디싱을 억제하고 정적 부식 속도를 추가로 억제한다.
실시예
1
슬러리 제형
본 실시예의 화학 기계적 연마 조성물은, 표 1에 열거된 양의 성분을 탈이온수로 균형을 맞추고, 조성물의 pH를 45 wt%의 수산화칼륨에 의해 표 1에 열거된 최종 pH로 조정함으로써 제조하였다.
[표 1]
실시예
2
다당류
CMP
슬러리의 정적 부식 속도 성능
정적 부식 시험은 W blanket 웨이퍼(1cm×4cm)를 15g 슬러리 샘플에 담금으로써 수행되었다. 10분 후에 시험된 슬러리로부터 W 웨이퍼를 제거하였다. 이어서, 용액을 9,000 rpm에서 20분 동안 원심분리하여, 슬러리 입자를 제거하였다. ICP-OES로 상등액을 분석하여, 텅스텐의 양을 중량 기준으로 결정하였다. 정적 부식 속도(Å/분)는 4cm2의 에칭 웨이퍼 표면적을 가정할 때, W 질량으로부터 환산되었다. 정적 부식 시험의 결과는 표 2에 나와 있다.
[표 2]
정적 부식 속도 시험 결과는, 알기네이트를 함유한 화학 기계적 연마 슬러리가 W 함유 웨이퍼에서 대조군 슬러리(CS-1) 뿐만 아니라 다당류 전분을 포함하는 슬러리(PS-1)보다 정적 부식을 효과적으로 감소시킨다는 것을 보여주었다.
실시예
3
화학 기계적 연마 - 알기네이트CMP 슬러리의 디싱 및 침식 성능
Applied Materials 200mm MIRRA® 연마기에 설치된 200mm 블랭킷 웨이퍼에서 연마 실험을 수행하였다. 연마 제거 속도 실험은 실리콘 밸리 마이크로 일렉트로닉스(Silicon Valley Microelectronics) 사로부터 입수 가능한 W, Ti 및 TiN 블랭킷 웨이퍼와 함께 200mm 블랭킷 15 kÅ-두께 TEOS 시트 웨이퍼 상에서 수행되었다. 모든 연마 실험은, 달리 명시되지 않는 한 21.4 kPa (3.1 psi)의 전형적인 하향력, 125㎖/분의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 80 rpm의 테이블 회전 속도 및 81 rpm의 캐리어 회전 속도로, SP2310 서브패드(Rohm and Hass Electronic MaterialCMP Inc.사)와 함께 IC1010™ 폴리우레탄 연마 패드를 사용하여 수행되었다. Kinik PDA33A-3 다이아몬드 패드 컨디셔너(Kinik Company 사)를 사용하여 연마 패드를 드레싱하였다. 80 rpm(압반)/36rpm(컨디셔너)에서 15분 동안 9.0 lbs(4.1kg) 및 15분 동안 7.0 lbs(3.2kg)의 하향력을 사용하는 컨디셔너에 의해 연마 패드를 부수었다. 연마 패드는 24초 동안 7 lbs(3.2kg)의 하향력을 사용하여 연마 전에 반응계 외에서(ex-situ) 추가 컨디셔닝되었다. KLA-Tencor FX200 계측 도구를 사용하여 연마 전후의 필름 두께를 측정함으로서, TEOS 침식 깊이를 결정하였다. W 제거 및 디싱 속도는 KLA-Tencor RS100C 계측 도구를 사용하여 결정되었다. 웨이퍼는 표 3A 및 표 3B에 나타낸 바와 같이, 다양한 표준 선폭 특징을 갖는다. 본 실시예의 표에서, 분자는 W를 지칭하고 분모는 TEOS를 지칭한다.
[표 3a]
[표 3b]
전체적으로, 알기네이트 함유한 슬러리는 전분을 함유한 슬러리보다 향상된 성능을 나타냈다. 알기네이트 슬러리는 W 디싱을 전반적으로 감소시키고 TEOS의 침식을 감소시켰다.
실시예
4
W, TEOS 제거 속도 및 W, TEOS 최대 연마 온도
W 및 TEOS 제거 속도에 대한 연마 실험을 동일한 장치 및 파라미터를 사용하여 실질적으로 실시예 3에 기술된 것과 같이 수행하였다. 웨이퍼는 실리콘 밸리 마이크로 일렉트로닉스(Silicon Valley Microelectronics) 사에서 제조되었다. 그 결과를 표 4에 나와 있다.
[표 4]
알기네이트 슬러리의 W/TEOS 선택도는 전분 슬러리의 경우만큼 높지는 않았지만, 본 발명의 알기네이트 화학 기계적 연마 조성물은 여전히 1000Å/분 초과의 우수한 W RR 및 양호한 W/TEOS 선택도를 나타내었다.
Claims (8)
- 텅스텐을 화학 기계적 연마하는 방법으로서,
텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계로서, 초기 성분으로,
물;
산화제;
알기네이트;
콜로이드성 실리카 연마제;
디카르복실산,
철(Ⅲ) 이온의 공급원; 및
선택적으로, pH 조절제를 포함하는 단계;
연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 동적 접촉을 생성하는 단계; 및
상기 텅스텐의 적어도 일부를 제거하기 위해, 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 상기 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계;를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000 Å/분이고, 압반 속도가 80 회전/분이고, 캐리어 속도가 81 회전/분이고, 화학 기계적 연마 조성물 유량이 125㎖/분이고, 200㎜ 연마기 상에서 공칭 하항력(nominal down force)이 21.4 kPa이고; 여기서, 상기 화학 기계적 연마 패드가 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함하는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물이, 초기 성분으로서,
물;
0.01 내지 10 wt%의 산화제로서, 과산화수소인, 산화제;
50 내지 1000 ppm의 알기네이트;
0.01 내지 10 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제;
1 내지 2,600 ppm의 디카르복실산;
100 내지 1,000 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원으로서, 질산제2철(ferric nitrate) 비수화물인, 철(Ⅲ) 이온의 공급원; 및
선택적으로, pH 조절제를 포함하며;
여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH는 1 내지 7인, 방법. - 제3항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000Å/분이고, 압반 속도가 80 회전/분이고, 캐리어 속도가 81 회전/분이고, 화학 기계적 연마 조성물 유량이 125㎖/분이고, 200㎜ 연마기상에서 공칭 하항력이 21.4 kPa이고; 여기서, 상기 화학 기계적 연마 패드가 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함하는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물이, 초기 성분으로서,
물;
0.1 내지 5 wt%의 산화제로서, 과산화수소인, 산화제;
600 내지 1000 ppm의 알기네이트;
0.05 내지 7.5 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제;
100 내지 1,400 ppm의 디카르복실산;
150 내지 750 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원으로서, 질산제2철인, 철(Ⅲ) 이온의 공급원; 및
선택적으로, pH 조절제를 포함하며;
여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH는 1.5 내지 4.5인, 방법. - 제5항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000Å/분이고, 압반 속도가 80 회전/분이고, 캐리어 속도가 81 회전/분이고, 화학 기계적 연마 조성물 유량이 125㎖/분이고, 200㎜ 연마기 상에서 공칭 하향력이 21.4 kPa이고; 상기 화학 기계적 연마 패드가 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함하는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물이, 초기 성분으로서
물;
0.1 내지 3 wt%의 산화제로서, 과산화수소인, 산화제;
600 내지 900 ppm의 알기네이트;
0.1 내지 5 wt%의 콜로이드성 실리카 연마제;
120 내지 1,350 ppm의 디카르복실산으로서, 말론산인, 디카르복실산;
200 내지 500 ppm의 철(Ⅲ) 이온의 공급원으로서, 질산제2철인, 철(Ⅲ) 이온의 공급원; 및
선택적으로, pH 조절제를 포함하며;
여기서, 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH는 1.5 내지 3.5인, 방법. - 제7항에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 제거 속도가 ≥1,000Å/분이고, 압반 속도가 80 회전/분이고, 캐리어 속도가 81 회전/분이고, 화학 기계적 연마 조성물 유량이 125㎖/분이고, 200㎜ 연마기 상에서 공칭 하향력이 21.4 kPa이고; 여기서, 상기 화학 기계적 연마 패드가 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직포 서브패드를 포함하는 것인, 방법.
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