KR20190057330A - 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
텅스텐을 함유하는 기판의 화학 기계적 연마 방법은, 기판을 제공하는 단계; 물, 산화제, 구아 검; 디카복실산, 철 이온의 공급원; 콜로이드 실리카 연삭재; 및, 선택적인 pH 조정제를 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 텅스텐의 적어도 일부를 제거하기 위해 상기 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에 또는 그 근처에서 상기 연마 표면 상으로 상기 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 정적 부식 속도를 감소시키고 텅스텐의 디싱 및 하부 유전체의 침식을 억제할 수 있다.
Description
본 발명은 하부 유전체의 침식을 억제하는 것과 함께 텅스텐의 디싱(dishing)을 억제하고 정적 부식 속도를 감소시키기 위한 텅스텐의 화학 기계적 연마의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 텅스텐을 함유하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분: 물; 산화제; 구아 검; 디카복실산, 철 이온의 공급원; 콜로이드 실리카 연삭재; 및, 선택적인 pH 조정제를 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 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에 또는 그 근처에서 상기 연마 표면 상으로 상기 연마 조성물을 분배하는 단계(상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마됨)에 의해 하부 유전체의 침식을 억제하는 것과 함께 텅스텐의 디싱을 억제하고 정적 부식 속도를 감소시키는 위한 텅스텐의 화학 기계적 연마를 위한 방법에 관한 것이다.
집적회로 및 다른 전자 디바이스의 제작에서, 도체, 반도체 및 유전체 물질의 다중 층은 반도체 웨이퍼의 표면에 침착되거나 표면에서 제거된다. 도체, 반도체, 및 유전체 물질의 박층은 수많은 증착 기술에 의해 침착될 수 있다. 현대 공정에서 흔한 증착 기술은 스퍼터링으로서도 공지된 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(PECVD), 및 전기화학적 도금(ECP)를 포함한다.
물질의 층이 순차적으로 침착되고 제거됨에 따라, 웨이퍼의 최상위 표면은 비-평면이 된다. 차후의 반도체 공정(예를 들면, 금속화)에서 웨이퍼가 평탄 표면을 갖도록 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 원하지 않는 표면 형상 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 덩어리화된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염된 층 또는 물질의 제거에 유용하다.
화학 기계적 평탄화, 또는 화학 기계적 연마(CMP)는 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼를 평탄화하는데 사용되는 흔한 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼는 캐리어 어셈블리에 실장되고 CMP 장치에 의해 연마 패드와 접촉되도록 배치된다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼에 통제가능 압력을 제공하여, 연마 패드를 가압한다. 패드는 외부 추진력에 의해 웨이퍼에 대해 이동된다(예를 들면, 회전된다). 그와 동시에, 연마 조성물("슬러리") 또는 다른 연마 용액은 웨이퍼와 연마 패드 사이 제공된다. 따라서, 웨이퍼 표면은 연마되고 패드 표면 및 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 평면이 된다.
전자 산업의 기판은 반도체 기반이 상호 연결된 구조의 다중 층을 포함하는 높은 수준의 집적도를 가지고 있다. 층 및 구조는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 테트라에틸 오르토실리케이트, 이산화규소, 질화규소, 텅스텐, 티타늄, 질화 티타늄 및 다양한 다른 전도성, 반도전성 및 유전체 물질과 같은 다양한 물질을 포함한다. 이러한 기판은 최종 다중 층의 상호연결된 구조를 형성하기 위한 CMP를 포함하여, 다양한 처리 단계를 필요로 하기 때문에, 목적하는 용도에 따라 특정 물질에 대해 선택적인 연마 조성물 및 공정을 이용하는 것이 매우 바람직하다. 불행하게도 이러한 연마 조성물은 유전체 물질의 침식을 초래할 수 있는 도전성 물질의 과도한 디싱을 야기할 수 있다. 이러한 디싱 및 침식으로부터 초래될 수 있는 토포그래피(topographical) 결함은 도전성 물질 또는 유전체 물질 아래에 배치된 배리어 층 물질과 같은 추가 물질의 기판 표면으로부터의 불-균질한 제거로 이어질 수 있고, 집적 회로의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 바람직한 품질보다 낮은 기판 표면을 생성할 수 있다.
화학 기계적 연마는 집적회로 설계에서 텅스텐 상호연결 및 컨택트 플러그의 형성 동안에 텅스텐을 연마하는 바람직한 방법이 되었다. 텅스텐은 컨택트/비아 플러그를 위한 집적회로 설계에서 빈번하게 사용된다. 전형적으로, 컨택트 또는 비아홀은 기판 상의 유전체 층을 통해 형성되어 기본 구성요소, 예를 들어, 제1 수준 금속화 또는 상호연결의 영역을 노출시킨다. 불행하게도, 텅스텐을 연마하기 위해 사용된 많은 CMP 슬러리는 디싱의 문제를 야기한다. 디싱의 심각성은 변할 수 있지만, 전형적으로는 하부 유전체 물질 예컨대 TEOS의 침식을 야기할 정도로 충분히 심각하다.
연마 텅스텐과 관련된 또 다른 문제는 부식이다. 텅스텐의 부식은 CMP의 공통적인 부작용이다. CMP 공정 동안에, 상기 기판의 표면 상에 남아 있는 금속 연마 슬러리는 CMP의 효과를 넘어서 기판을 계속해서 부식시킨다. 때때로 부식이 필요할 때도 있지만, 대부분의 반도체 공정에서, 부식은 감소 또는 억제되어야 한다. 부식은 또한 피팅(pitting) 및 키-홀링(key-holing)과 같은 표면 결함에 기여할 수 있다. 이러한 표면 결함은 반도체 장치의 최종 특성에 상당한 영향을 미치고 그것의 유용성을 저해한다. 따라서, 텅스텐의 디싱 및 TEOS와 같은 하부 유전체 물질의 침식을 억제하고 또한 정적 부식 속도를 감소시키는 텅스텐을 위한 CMP 연마 방법 및 조성물이 필요하다.
본 발명은 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법을 제공하고, 상기 방법은, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서 하기를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계: 물; 산화제; 구아 검; 콜로이드 실리카 연삭재; 디카복실산 또는 이의 염; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적으로, pH 조정제; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마되어 제거된다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하고, 상기 방법은, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서, 물; 산화제; 구아 검; 음성 제타 전위를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 디카복실산 또는 이의 염; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적으로, pH 조정제를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패본 발명은 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법을 제공하고, 상기 방법은, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분: 물; 산화제; 구아 검; 콜로이드 실리카 연삭재; 디카복실산 또는 이의 염; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적인 pH 조정제;를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계: 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마되어 제거된다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하고, 상기 방법은, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분: 물; 산화제; 구아 검; 음성 제타 전위를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 디카복실산 또는 이의 염; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적인 pH 조정제;를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 200 mm 연마 기계 상에서 80 rpm의 압반 속도, 81 rpm의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 하향력(nominal down force)으로 ≥ 1,000 Å/min의 텅스텐 제거율을 가지며; 그리고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다.
본 발명은 텅스텐을 연마하는 화학 기계적 방법을 제공하고, 상기 방법은, 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분: 물; 산화제; 적어도 50 ppm의 양의 구아 검; 음성 제타 전위를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 말론산 또는 이의 염; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적인 pH 조정제;를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마되고; 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 200 mm 연마 기계 상에서 80 rpm의 압반 속도, 81 rpm의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 하향력으로 ≥ 1,000 Å/min의 텅스텐 제거율을 가지며; 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함한다.
본 발명은 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법을 제공하고, 상기 방법은 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분: 물; 0.01 내지 10 중량%의 산화제로서, 과산화수소인 산화제; 50 ppm 내지 1000 ppm의 구아 검; 0.01 내지 10 중량%의 음성 제타 전위를 갖는 콜로이드 실리카 연삭재; 100 내지 1,400 ppm 말론산 또는 이의 염; 100 내지 1,000 ppm의 철 (III) 이온의 공급원으로서, 질산 제2철 수화물인 상기 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적인 pH 조정제;를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 7의 pH를 갖는다; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마된다.
본 발명은 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법을 제공하고, 상기 방법은 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분: 물; 1 내지 3 중량%의 산화제로서, 과산화수소인 산화제; 50 내지 500 ppm의 구아 검, 0.2 내지 2 중량%의 콜로이드 실리카 연삭재 having 음성 표면 전하; 120 내지 1,350 ppm의 말론산; 250 내지 400 ppm의 철 (III) 이온의 공급원으로서, 질산 제2철 수화물인 상기 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적인 pH 조정제;를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 의 pH를 갖는다 2 내지 2.5; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마된다.
본 발명의 전술한 방법은 텅스텐을 연마하고 하부 유전체의 침식을 억제하는 것과 함께 텅스텐의 디싱을 억제하는 구아 검을 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 사용한다. 또한 상기 방법은 정적 부식 속도를 감소시킨다.
본 명세서 내내 사용된 바와 같이, 맥락이 달리 지시하지 않는 한, 하기 약어는 하기 의미를 갖는다: ℃ = 섭씨온도; g = 그램; L = 리터; mL = 밀리리터; m = μm = 마이크론; kPa = 킬로파스칼; Å = 옹스트롬; mV = 밀리볼트; DI = 탈이온화된; ppm = ppm = mg/L; mm = 밀리미터; cm = 센티미터; min = 분; rpm = 회전/분; lbs = 파운드; kg = 킬로그램; W = 텅스텐; PO = 프로필렌 옥사이드; EO =에틸렌 옥사이드; ICP-OES = 유도적으로 커플링된 혈장 광학 방출 분광법; 중량% = 중량 퍼센트; 및 RR = 제거율.
용어 "화학 기계적 연마" 또는 "CMP"는 기판이 화학력 및 기계력 단독으로 연마되고 전기 바이어스가 기판에 적용되는 전기화학적-기계적 연마(ECMP)와 구별되는 공정을 지칭한다. 용어 "구아 검"은 설탕 갈락토오스 및 만노즈로 구성된 다당류를 의미하며, 여기서 주쇄는 β 1,4-연결된 마노즈 잔기의 선형 사슬로서 갈락토스 잔기가 매 두번째 만노즈에서 1,6-연결되어 짧은 사이드-분지를 형성한다. 용어 "전분"은 글리코시드 결합된 많은 수의 포도당 단위로 구성된 다당류를 의미한다. 용어 "TEOS"는 테트라에틸 오르토실리케이트 (Si(OC2H5)4)로 형성된 이산화규소를 의미한다. 용어 단수형("a" 및 "an")은 단수 및 복수 둘 모두를 지칭한다. 모든 백분율은, 달리 지적되지 않는 한 중량 기준이다. 모든 수치 범위는, 상기 수치 범위가 최대 100% 첨가하게 만드는 것이 논리적인 경우를 제외하고, 포괄적이고 임의의 순서로 조합가능하다.
본 발명의 기판을 연마하는 방법은 적어도 텅스텐의 디싱을 억제하면서, 하부 유전체 물질의 부식을 방지하고 부식 속도를 감소시키면서 기판 표면으로부터 텅스텐의 제거를 제공하기 위해 산화제; 구아 검; 콜로이드 실리카 연삭재; 디카복실산 또는 이의 염; 철 (III) 이온의 공급원; 및, 선택적으로, pH 조정제를 함유하는 화학 기계적 연마 조성물을 사용한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법은, 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판은 텅스텐 및 유전체를 포함하고, 초기 성분: 물; 바람직하게는, 적어도 0.01 중량% 내지 10 중량%의 양, 더 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 5 중량%, 더욱더 바람직하게는, 1 중량% 내지 3 중량%의 양의 산화제; 바람직하게는, 적어도 50 ppm, 보다 바람직하게는 50 ppm 내지 1000 ppm, 더욱더 바람직하게는 50 ppm 내지 500 ppm, 여전히 보다 바람직하게는 100 ppm 내지 250 ppm의 양의 구아 검; 바람직하게는, 0.01 중량% 내지 10 중량%, 더 바람직하게는, 0.05 중량% 내지 7.5 중량%, 더욱더 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 5 중량%, 더욱더 바람직하게는, 0.2 중량% 내지 2 중량%의 양의 콜로이드 실리카 연삭재; 바람직하게는, 100 ppm 내지 1400 ppm, 더 바람직하게는, 120 ppm 내지 1350 ppm의 양의 디카복실산, 이의 염 또는 이들의 혼합물; 철 (III) 이온의 공급원(바람직하게는, 상기 철 (III) 이온의 공급원은 질산 제2철 수화물); 및, 선택적인 pH 조정제를 포함하는 (바람직하게는, 그것으로 구성된) 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계로서, 상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 7; 바람직하게는, 1.5 내지 4.5; 더 바람직하게는, 1.5 내지 3.5; 더욱더 바람직하게는, 2 내지 2.5의 pH를 갖는 단계; 연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및 상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면 상에 분배하는 단계를 포함하되; 적어도 상기 텅스텐의 일부는 기판으로부터 연마된다.
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 TEOC와 같은 유전체 내에 형성된 홀 및 트렌치 중 적어도 하나 내에 증착된 텅스텐을 포함하는 반도체 기판이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물에서, 초기 성분으로서, 함유된 물은 부수적인 불순물을 제한하기 위해 탈이온수 및 증류수 중 적어도 하나이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 산화제를 함유하고, 여기에서 산화제는 과산화수소(H2O2), 모노퍼설페이트, 아이오데이트, 마그네슘 퍼프탈레이트, 퍼아세트산 및 다른 과-산, 퍼설페이트, 브로메이트, 퍼브로메이트, 퍼설페이트, 퍼아세트산, 퍼아이오데이트, 니트레이트, 철 염, 세륨 염, Mn(III), Mn(IV) 및 Mn(VI) 염, 은 염, 구리 염, 크로뮴 염, 코발트 염, 할로겐, 차아염소산염 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 산화제는 과산화수소, 퍼클로레이트, 퍼브로메이트; 퍼아이오데이트, 퍼설페이트 및 과아세트산으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 산화제는 과산화수소이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 0.01 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는, 0.1 내지 5 중량%; 가장 바람직하게는, 1 내지 3 중량%의 산화제를 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 철(III) 이온의 공급원을 함유한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 철(III) 이온의 공급원을 함유하고, 여기에서 철(III) 이온의 공급원은 철(III) 염으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 철(III) 이온의 공급원을 함유하고, 여기에서 철(III) 이온의 공급원은 질산 제2철 수화물, (Fe(NO3)3·9H2O)이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 1 내지 200 ppm, 바람직하게는, 5 내지 150 ppm, 더 바람직하게는, 7.5 내지 125 ppm, 가장 바람직하게는, 10 내지 100 ppm의 철 (III) 이온을 화학 기계적 연마 조성물에 도입하기에 충분한 철 (III) 이온의 공급원을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 철 (III) 이온의 공급원을 함유한다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 100 내지 1,000 ppm, 바람직하게는, 150 내지 750 ppm, 더 바람직하게는, 200 내지 500 ppm, 및, 가장 바람직하게는, 250 내지 400 ppm의 철 (III) 이온의 공급원을 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 100 내지 1,000 ppm, 바람직하게는, 150 내지 750 ppm, 더 바람직하게는, 200 내지 500 ppm, 가장 바람직하게는, 250 내지 400 ppm의 철 (III) 이온의 공급원을 함유하고, 상기 철 (III) 이온의 공급원은 질산 제2철 수화물 (Fe(NO3)3·9H2O)이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 구아 검을 함유한다. 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 적어도 50 ppm, 보다 바람직하게는, 50 ppm 내지 1000 ppm, 심지어 보다 바람직하게는, 50 ppm 내지 500 ppm, 더욱더 바람직하게는, 100 ppm 내지 250 ppm의 구아 검을 함유한다. 가장 바람직하게는 본 발명의 방법에서, 화학 기계적 연마 조성물은 100 ppm 내지 200 ppm의 구아 검을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 음성 제타 전위를 갖는 콜로이달 실리카 연마제를 함유한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 영구적 음성 제타 전위를 갖는 콜로이달 실리카 연마제를 함유하고, 여기에서 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 7, 바람직하게는, 1.5 내지 4.5; 더욱 바람직하게는, 1.5 내지 3.5; 더욱더 바람직하게는, 2 내지 2.5의 pH를 갖는다. 더욱더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 영구적 음성 제타 전위를 갖는 콜로이달 실리카 연마제를 함유하고, 여기에서 화학 기계적 연마 조성물은 -0.1 mV 내지 -20 mV의 제타 전위로 표시된 바와 같이 1 내지 7, 바람직하게는, 1.5 내지 4.5; 더욱 바람직하게는, 1.5 내지 3.5; 더욱더 바람직하게는, 2 내지 2.5의 pH를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 콜로이달 실리카 연마제를 함유하고, 여기에서 콜로이달 실리카 연마제는 동적 광 산란 기술에 의해 측정된 바와 같이 ≤ 100 nm, 바람직하게는, 5 내지 100 nm; 더욱 바람직하게는, 10 내지 60 nm; 가장 바람직하게는, 20 내지 60 nm의 평균 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 7.5 중량%, 더욱 바람직하게는, 0.1 내지 5 중량%, 가장 바람직하게는, 0.2 내지 2 중량%의 콜로이달 실리카 연마제를 함유한다. 바람직하게는 콜로이달 실리카 연마제는 음성 제타 전위를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 디카복실산을 함유하고, 여기에서 디카복실산은 비제한적으로 말론산, 옥살산, 석신산, 아디프산, 말레산, 말산, 글루타르산, 타르타르산, 이의 염 또는 이의 혼합물을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 디카복실산을 함유하고, 여기에서 디카복실산은 말론산, 옥살산, 석신산, 타르타르산, 이의 염 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 더욱더 바람직하게는 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 디카복실산을 함유하고, 여기에서 디카복실산은 말론산, 옥살산, 석신산, 이의 염 및 이의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 디카복실산 말론산 또는 이의 염을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 1 내지 2,600 ppm, 바람직하게는, 100 내지 1,400 ppm, 더욱 바람직하게는, 120 내지 1,350 ppm, 더욱더 바람직하게는, 130 내지 1,100 ppm의 디카복실산을 함유하고, 여기에서 디카복실산은 비제한적으로 말론산, 옥살산, 석신산, 아디프산, 말레산, 말산, 글루타르산, 타르타르산, 이의 염 또는 이의 혼합물을 포함한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서, 1 내지 2,600 ppm의 말론산, 이의 염 또는 이들의 혼합물을 함유한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분으로서 100 내지 1,400 ppm, 보다 바람직하게는, 120 내지 1,350 ppm, 더욱 더 바람직하게는, 130 내지 1,350 ppm의 디카복실산 말론산 또는 이의 염을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 7의 pH를 갖는다. 더 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 1.5 내지 4.5의 pH를 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 1.5 내지 3.5의 pH를 갖는다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 2 내지 2.5의 pH를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 선택적으로 pH 조정제를 함유한다. 바람직하게는, pH 조정제는 무기 및 유기 pH 조정제로 구성된 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, pH 조정제는 무기 산 및 무기 염기로 구성된 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, pH 조정제는 질산 및 수산화칼륨으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, pH 조정제는 수산화칼륨이다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 당해 기술에서 공지된 임의의 적합한 연마 패드에 의한 것일 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 본 발명의 방법에서 사용하기 위해 적절한 화학 기계적 연마 패드를 선택하는 것을 안다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 재직 및 부직 연마 패드로부터 선택된다. 더욱더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 폴리우레탄 연마층을 포함한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직 서브패드를 포함한다. 바람직하게는, 제공된 화학 기계적 연마 패드는 연마 표면에서 적어도 하나의 홈을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이 계면에서 또는 근처에서 제공된 화학 기계적 연마 패드의 연마 표면에 분배된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 동적 접촉은 제공된 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이 계면에서 연마된 기판의 표면에 정상인 0.69 내지 34.5 kPa의 하향력으로 창출된다.
바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 텅스텐 제거율 ≥ 1,000 Å/min; 바람직하게는, ≥ 1,500 Å/min; 더욱 바람직하게는, ≥ 2,000 Å/min을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 ≥ 1,000 Å/min; 바람직하게는, ≥ 1,500 Å/min; 더욱 바람직하게는, ≥ 2,000 Å/min의 텅스텐 제거율; 및 > 5의 W/TEOS 선택도를 갖는다. 더욱더 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 텅스텐은 기판로부터 ≥ 1,000 Å/min; 바람직하게는, ≥ 1,500 Å/min; 더욱 바람직하게는, ≥ 2,000 Å/min의 제거율; 및 5 내지 15의 W/TEOS 선택도에서 제거된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판의 연마 방법에서, 텅스텐은 기판로부터 ≥ 1,000 Å/min; 바람직하게는, ≥ 1,500 Å/min, 보다 바람직하게는 ≥ 2,000 Å/min의 제거율; 및 W/TEOS 선택도에서 그리고 80 회전/분의 압반 속도, 81 회전/분의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 200 mm 연마 기계에서 21.4 kPa의 명목 하향력으로 제거되고; 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직 서브패드를 포함한다.
다음과 같은 실시예에서 본 발명의 구아 검 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 양으로 성분을 나머지 탈이온수와 배합시키고 조성물의 pH를 45 중량% 수산화칼륨으로 표 1에 열거된 최종 pH로 조정함으로써 제조되었다.
표 1
실시예 2
다당류
CMP
슬러리의 정적 부식 속도 성능
정적 부식 시험은 W 블랭킷 웨이퍼 (1 cm x 4 cm)를 15 g 슬러리 샘플에 함침시킴으로써 수행되었다. W 웨이퍼는 10분 후 시험된 슬러리로부터 제거되었다. 용액은 후속적으로 20분 동안 9,000 rpm 원심분리되어 슬러리 입자를 제거했다. 상청액은 ICP-OES에 의해 분석되어 텅스텐의 양을 중량으로 측정했다. 정적 부식 속도 (Å/min)는 4 cm2 의 에칭 웨이퍼 표면적을 가정하면 W 질량으로부터 환산되었다. 부식 시험의 결과는 표 2에 있다.
표 2
정적 부식 속도 시험의 결과는 구아 검을 함유한 화학 기계적 연마 슬러리가 W 함유 웨이퍼에서 제어 슬러리 (CS-1) 뿐만 아니라 다당류 전분을 포함하는 슬러리 (PS-1) 보다 효과적으로 정적 부식을 감소시켰음을 나타낸다.
실시예 3
화학 기계적 연마 -
구아
검
CMP
슬러리의
디싱
및 침식 성능
연마 실험은 Applied Materials 200 mm MIRRA® 연마 기계에 설치된 200 mm 블랭킷 웨이퍼에서 수행되었다. 연마 제거율 실험은 200 mm 블랭킷 15kÅ-두께 TEOS 시트 웨이퍼 및 W, Ti, 및 주석 블랭킷 웨이퍼(Silicon Valley Microelectronics로부터 입수가능) 상에서 수행되었다. 모든 연마 실험은 달리 구체화되지 않는 한 21.4 kPa(3.1 psi)의 전형적인 다운 압력, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 80 rpm의 테이블 회전 속도 및 81 rpm의 캐리어 회전 속도로(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.로부터 상업적으로 입수가능함) SP2310 서브패드와 쌍으로 된 IC1010™ 폴리우레탄 연마 패드를 이용하여 수행되었다.(Kinik Company로부터 상업적으로 입수가능함) Kinik PDA33A-3 다이아몬드 패드 컨디셔너는 연마 패드를 드레싱하는데 사용되었다. 연마 패드는 80 rpm(압반)/36 rpm(컨디셔너)에서 15 분 동안 9.0 lbs(4.1 kg) 및 15 분 동안 7.0 lbs(3.2 kg)의 하향력을 이용하여 컨디셔너로 분리되었다. 연마 패드는 24 초 동안 7 lbs(3.2 kg)의 하향력을 이용하는 연마에 앞서 타위치에서 추가로 컨디셔닝되었다. TEOS 침식 깊이는 KLA-Tencor FX200 계측 도구를 사용하여 연마 전후 필름 두께를 측정하여 결정되었다. W 제거 및 디싱 속도는 KLA-Tencor RS100C 계측 도구를 사용하여 결정되었다. 웨이퍼는 표 3a, 표 3b에 나타낸 바와 같이 다양한 표준 선폭 피쳐를 갖는다. 이 실시예의 표에서, (분수의) 분자는 W를 나타내고 분모는 TEOS를 나타낸다.
3A
3B
전체적으로, 구아 검을 포함하는 슬러리는 전분을 포함하는 슬러리에 비해 개선된 성능을 보여주었다. 구아 검 슬러리는 전반적으로 감소된 W의 디싱과 감소된 TEOS의 침식을 보여주었다.
실시예 4
W,
TEOS
제거 속도 및 W,
TEOS
최대 연마 온도
W 및 TEOS 제거율의 연마 실험은 동일한 장치 및 파라미터를 사용하여 실시예 3에 기술된 바와 같이 실질적으로 수행되었다. 웨이퍼는 실리콘 밸리 마이크로엘렉트로닉스(Silicon Valley Microelectronics)에서 제조되었다. 결과는 표 4에 있다.
표 4
본 발명의 구아 검 화학 기계적 연마 조성물은 2000 Å/min 보다 큰 우수한 W RR 및 양호한 W/TEOS 선택도를 나타내었다.
Claims (8)
- 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법으로서,
상기 텅스텐 및 유전체를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분:
물;
산화제;
구아 검;
콜로이드 실리카 연삭재;
디카복실산,
철(III) 이온의 공급원; 및,
선택적인 pH 조정제'를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
연마 표면을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면을 동적으로 접촉시키는 단계; 및
상기 화학 기계적 연마 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 상기 기판 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 상기 화학 기계적 연마 패드의 상기 연마 표면 상에 분배하여 상기 텅스텐의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 200 mm 연마 기계 상에서 80 rpm의 압반 속도, 81 rpm의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 하향력(nominal down force)에서 1,000 Å/min 이상의 텅스텐 제거율을 가지며; 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함하는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분:
상기 물;
0.01 내지 10 중량%의 상기 산화제로서, 과산화수소인, 상기 산화제;
50 내지 1000 ppm의 상기 구아 검;
0.01 내지 10 중량%의 상기 콜로이드 실리카 연삭재;
1 내지 2,600 ppm의 상기 디카복실산;
100 내지 1,000 ppm의 상기 철(III) 이온의 공급원이며, 질산 제2철 수화물인, 상기 철(III) 이온의 공급원; 및,
선택적인 상기 pH 조정제;를 포함하고,
상기 화학 기계적 연마 조성물은 1 내지 7의 pH를 갖는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법. - 청구항 3에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 200 mm 연마 기계 상에서 80 rpm의 압반 속도, 81 rpm의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 하향력에서 1,000 Å/min 이상의 텅스텐 제거율을 가지며; 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함하는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분:
상기 물;
0.1 내지 5 중량%의 상기 산화제로서, 과산화수소인, 상기 산화제;
50 내지 500 ppm의 상기 구아 검;
0.05 내지 7.5 중량%의 상기 콜로이드 실리카 연삭재;
100 내지 1,400 ppm의 상기 디카복실산;
150 내지 750 ppm의 상기 철(III) 이온의 공급원이며, 질산 제2철인, 상기 철(III) 이온의 공급원; 및,
선택적인 상기 pH 조정제;를 포함하고,
상기 화학 기계적 연마 조성물은 1.5 내지 4.5의 pH를 갖는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법. - 청구항 5에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 200 mm 연마 기계 상에서 80 rpm의 압반 속도, 81 rpm의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 하향력에서 1,000 Å/min 이상의 텅스텐 제거율을 가지며; 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 포함하는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은, 초기 성분:
상기 물;
0.1 내지 3 중량%의 상기 산화제로서, 과산화수소인, 상기 산화제;
100 내지 250 ppm의 상기 구아 검;
0.1 내지 5 중량%의 상기 콜로이드 실리카 연삭재;
120 내지 1,350 ppm의 상기 디카복실산으로서, 말론산인, 상기 디카복실산;
200 내지 500 ppm의 철(III) 이온의 공급원이며, 질산 제2철인, 상기 철(III) 이온의 공급원; 및,
선택적인 상기 pH 조정제;를 포함하고,
상기 화학 기계적 연마 조성물은 1.5 내지 3.5의 pH를 갖는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법. - 청구항 7에 있어서, 상기 제공된 화학 기계적 연마 조성물은 200 mm 연마 기계 상에서 80 rpm의 압반 속도, 81 rpm의 캐리어 속도, 125 mL/min의 화학 기계적 연마 조성물 유량, 21.4 kPa의 명목 하향력에서 1,000 Å/min 이상의 텅스텐 제거율을 가지고; 상기 화학 기계적 연마 패드는 폴리머 중공 코어 극미립자 및 폴리우레탄 함침된 부직포 서브패드를 함유하는 폴리우레탄 연마층을 포함하는, 텅스텐의 화학 기계적 연마 방법.
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