KR20210012866A - Metal structure and method of manufacturing the same and metal wire and semiconductor device and electronic device - Google Patents

Metal structure and method of manufacturing the same and metal wire and semiconductor device and electronic device Download PDF

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켄지 다카이
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a metal structure, a metal structure, a semiconductor element including the same, and an electronic device. The manufacturing method of the metal structure comprises the steps of: forming a metal layer comprising a metal and a nano-abrasive having a diameter of less than 5 nm; and performing chemical mechanical polishing by supplying slurry to a surface of the metal layer. Therefore, polishing rate can be improved.

Description

금속 구조물 및 그 제조 방법, 금속 배선, 반도체 소자 및 전자 장치 {METAL STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND METAL WIRE AND SEMICONDUCTOR DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE}Metal structures and their manufacturing methods, metal wiring, semiconductor devices, and electronic devices {METAL STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND METAL WIRE AND SEMICONDUCTOR DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE}

금속 구조물 및 그 제조 방법, 금속 배선, 반도체 소자 및 전자 장치에 관한 것이다.It relates to a metal structure and a method of manufacturing the same, a metal wiring, a semiconductor device, and an electronic device.

근래 전자기기의 소형화 및 그에 따른 집적회로의 미세화에 따라 수 나노미터의 금속 배선과 같은 미세 금속 구조물을 형성하는 다양한 방법이 연구되고 있다.In recent years, according to the miniaturization of electronic devices and the resulting miniaturization of integrated circuits, various methods of forming microscopic metal structures such as several nanometers of metal wiring have been studied.

이러한 미세 금속 구조물을 형성하는 단계에서 미세 금속 구조물의 평탄한 표면을 만들기 위하여 연마 공정이 수행될 수 있다. 연마 공정 중 하나로 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)를 들 수 있다. 화학 기계적 연마는 연마 공정을 수행할 반도체 기판과 연마 패드 사이에 연마제를 포함한 연마 슬러리(polishing slurry)를 제공한 후 반도체 기판을 연마 패드에 접촉시켜 기판의 표면을 평탄화하는 공정이다.In the step of forming such a fine metal structure, a polishing process may be performed to make a flat surface of the fine metal structure. One of the polishing processes is chemical mechanical polishing (CMP). Chemical mechanical polishing is a process of flattening the surface of the substrate by providing a polishing slurry containing an abrasive between a semiconductor substrate to be polished and a polishing pad, and then bringing the semiconductor substrate into contact with the polishing pad.

그러나 기존의 실리카와 같은 연마제를 포함한 연마 슬러리는 미세 금속 구조물의 손상 및 형태 변형을 일으킬 수 있다.However, conventional polishing slurries including an abrasive such as silica may cause damage and shape deformation of fine metal structures.

일 구현예는 금속 구조물의 손상 및 형태 변형을 줄이면서 연마 속도를 개선할 수 있는 금속 구조물의 제조 방법을 제공한다.One embodiment provides a method of manufacturing a metal structure capable of improving a polishing rate while reducing damage and shape deformation of the metal structure.

다른 구현예는 상기 방법으로 얻어진 금속 구조물을 제공한다.Another embodiment provides a metal structure obtained by the above method.

또 다른 구현예는 상기 금속 구조물의 제조 방법을 사용하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. Another embodiment provides a method of manufacturing a semiconductor device using the method of manufacturing the metal structure.

또 다른 구현예는 상기 금속 구조물을 포함하는 금속 배선을 제공한다.Another embodiment provides a metal wiring including the metal structure.

또 다른 구현예는 상기 금속 배선을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.Another embodiment provides a semiconductor device including the metal wiring.

또 다른 구현예는 상기 금속 배선 또는 상기 반도체 소자를 포함하는 전자 장치를 제공한다.Another embodiment provides an electronic device including the metal wiring or the semiconductor device.

일 구현예에 따르면, 금속 및 나노 연마제를 포함하는 금속층을 형성하는 단계, 그리고 상기 금속층의 표면에 슬러리를 공급하여 화학 기계적 연마를 수행하는 단계를 포함하는 금속 구조물의 제조 방법을 제공한다.According to one embodiment, there is provided a method of manufacturing a metal structure including forming a metal layer including a metal and a nano-abrasive, and performing chemical mechanical polishing by supplying a slurry to a surface of the metal layer.

상기 슬러리는 약 3nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다.The slurry may not contain an abrasive having an average particle diameter of about 3 nm or more.

상기 슬러리는 연마제 프리 슬러리(abrasive-free slurry)일 수 있다.The slurry may be an abrasive-free slurry.

상기 슬러리는 아미노산 또는 그 유도체를 포함할 수 있다.The slurry may contain amino acids or derivatives thereof.

상기 나노 연마제는 탄소 연마제를 포함할 수 있다.The nano abrasive may include a carbon abrasive.

상기 탄소 연마제는 플러렌 또는 그 유도체, 그래핀, 그래파이트, 카본나노튜브, 카본 도트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The carbon abrasive may include fullerene or a derivative thereof, graphene, graphite, carbon nanotubes, carbon dots, or a combination thereof.

상기 금속은 구리, 은, 금, 알루미늄, 칼슘, 아연, 텅스텐, 철, 주석, 백금, 니켈 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal may include copper, silver, gold, aluminum, calcium, zinc, tungsten, iron, tin, platinum, nickel, or a combination thereof.

상기 금속층을 형성하는 단계는 금속염, 상기 나노 연마제 및 용매를 포함하는 전착 코팅 용액을 준비하는 단계, 그리고 상기 전착 코팅 용액 내에 도전층을 포함한 기판 및 대향 전극을 배치하고 상기 도전층과 상기 대향 전극 사이에 전류를 흐르게 하여 전착을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the metal layer includes preparing an electrodeposition coating solution containing a metal salt, the nano-abrasive agent, and a solvent, and disposing a substrate including a conductive layer and an opposite electrode in the electrodeposition coating solution, and between the conductive layer and the opposite electrode. It may include the step of performing electrodeposition by flowing a current in the.

상기 금속염은 구리염, 은염, 금염, 알루미늄염, 칼슘염, 아연염, 텅스텐염, 철염, 주석염, 백금염, 니켈염 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal salt may include a copper salt, a silver salt, a gold salt, an aluminum salt, a calcium salt, a zinc salt, a tungsten salt, an iron salt, a tin salt, a platinum salt, a nickel salt, or a combination thereof.

상기 기판은 복수의 트렌치를 가진 절연층을 포함할 수 있고, 상기 금속 구조물은 상기 트렌치에 채워질 수 있다.The substrate may include an insulating layer having a plurality of trenches, and the metal structure may be filled in the trench.

다른 구현예에 따르면, 상기 제조 방법으로 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device including forming a metal wire by the manufacturing method.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 방법으로 얻어진 금속 구조물을 제공한다.According to another embodiment, a metal structure obtained by the above method is provided.

또 다른 구현예에 따르면, 금속 및 약 5nm 미만의 평균 입경을 가진 나노 연마제를 포함하는 금속 구조물을 제공한다.According to another embodiment, there is provided a metal structure comprising a metal and a nano-abrasive having an average particle diameter of less than about 5 nm.

상기 금속은 구리, 은, 금, 알루미늄, 칼슘, 아연, 텅스텐, 철, 주석, 백금, 니켈 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal may include copper, silver, gold, aluminum, calcium, zinc, tungsten, iron, tin, platinum, nickel, or a combination thereof.

상기 나노 연마제는 플러렌 또는 그 유도체, 그래핀, 그래파이트, 카본나노튜브, 카본 도트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The nano-abrasive may include fullerene or a derivative thereof, graphene, graphite, carbon nanotubes, carbon dots, or a combination thereof.

상기 나노 연마제의 평균 입경은 약 2nm 이하일 수 있다.The average particle diameter of the nano-abrasive may be about 2 nm or less.

상기 금속 구조물의 비저항은 상기 금속의 비저항의 약 0.8배 내지 1.2배일 수 있다.The specific resistance of the metal structure may be about 0.8 to 1.2 times the specific resistance of the metal.

상기 금속 구조물의 폭은 약 20nm 이하일 수 있다.The width of the metal structure may be about 20 nm or less.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 금속 구조물을 포함하는 금속 배선을 제공한다.According to yet another embodiment, a metal wiring including the metal structure is provided.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 금속 배선을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.According to another embodiment, a semiconductor device including the metal wiring is provided.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 금속 배선 또는 상기 반도체 소자를 포함하는 전자 장치를 제공한다.According to another embodiment, an electronic device including the metal wiring or the semiconductor device is provided.

금속 구조물의 손상 및 형태 변형을 줄이면서 연마 속도를 개선할 수 있다.It is possible to improve the polishing rate while reducing damage and shape deformation of the metal structure.

도 1 내지 도 6은 일 구현예에 따른 금속 구조물의 제조 방법을 차례로 보여주는 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a metal structure according to an embodiment.

이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, implementation examples will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the structure that is actually applied may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly express various layers and regions. The same reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle.

이하 일 구현예에 따른 금속 구조물의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a metal structure according to an embodiment will be described.

금속 구조물은 소정의 폭과 두께를 가진 패턴일 수 있으며, 예컨대 약 20nm 이하, 약 15nm 이하 또는 약 10nm 이하의 미세 선폭을 가진 금속 배선일 수 있다.The metal structure may be a pattern having a predetermined width and thickness, for example, a metal wiring having a fine line width of about 20 nm or less, about 15 nm or less, or about 10 nm or less.

도 1 내지 도 6은 일 구현예에 따른 금속 구조물의 제조 방법을 차례로 보여주는 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a metal structure according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 기판(10) 위에 절연층(20)을 형성한다.Referring to FIG. 1, an insulating layer 20 is formed on the substrate 10.

기판(10)은 절연 기판, 금속판 또는 실리콘웨이퍼일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The substrate 10 may be an insulating substrate, a metal plate, or a silicon wafer, but is not limited thereto.

절연층(20)은 예컨대 테트라에틸올쏘실리케이트(TEOS)와 같은 실록산계 절연물질, SiOF계, SiOC계와 같은 무기물; 수소 함유 폴리실록산계 절연 물질, 메틸 함유 폴리실록산계와 같은 유무기물; 폴리이미드계, 파릴렌, 테프론과 같은 폴리테트라플루오르에틸렌을 포함한 유기물; 에어갭(air gap) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 절연층(20)은 예컨대 화학기상증착과 같은 증착 또는 스핀 코팅과 같은 용액 공정으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The insulating layer 20 includes, for example, a siloxane-based insulating material such as tetraethylolsosilicate (TEOS), an inorganic material such as SiOF-based and SiOC-based; Organic-inorganic substances such as hydrogen-containing polysiloxane-based insulating materials and methyl-containing polysiloxane-based materials; Organic materials including polyimide, parylene, and polytetrafluoroethylene such as Teflon; It may be an air gap or the like, but is not limited thereto. The insulating layer 20 may be formed by, for example, vapor deposition such as chemical vapor deposition or a solution process such as spin coating, but is not limited thereto.

도 2를 참고하면, 절연층(20) 내에 복수의 트렌치(20a)를 형성한다. 트렌치(20a)는 약 20nm 이하, 약 15nm 이하 또는 약 10nm 이하의 미세 선폭을 가질 수 있다. 트렌치(20a)는 예컨대 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 2, a plurality of trenches 20a are formed in the insulating layer 20. The trench 20a may have a fine line width of about 20 nm or less, about 15 nm or less, or about 10 nm or less. The trench 20a may be formed by, for example, photolithography, but is not limited thereto.

도 3을 참고하면, 절연층(20) 위에 도전층(30)을 형성한다. 도전층(30)은 예컨대 스퍼터링과 같은 물리기상증착에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도전층(30)은 절연층(20)의 표면을 따라 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 도전층(30)은 배리어 층, 확산방지층 또는 전착 보조층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도전층(30)은 예컨대 Ta, TaN 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3, a conductive layer 30 is formed on the insulating layer 20. The conductive layer 30 may be formed by physical vapor deposition such as sputtering, but is not limited thereto. The conductive layer 30 may be formed to have a substantially uniform thickness along the surface of the insulating layer 20. The conductive layer 30 may be a barrier layer, a diffusion barrier layer, or an electrodeposition auxiliary layer, but is not limited thereto. The conductive layer 30 may include, for example, Ta, TaN, or a combination thereof, but is not limited thereto.

도 4를 참고하면, 도전층(30) 위에 금속층(40)을 형성한다. 금속층(40)은 금속 구조물이 형성될 부분으로, 절연층(20)의 복수의 트렌치(20a) 내에 채워지고 그 위에 소정 두께로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, a metal layer 40 is formed on the conductive layer 30. The metal layer 40 is a portion where a metal structure is to be formed, and may be filled in the plurality of trenches 20a of the insulating layer 20 and formed thereon to have a predetermined thickness.

금속층(40)은 금속과 연마제를 포함할 수 있다.The metal layer 40 may include a metal and an abrasive.

금속은 예컨대 저저항 금속을 포함할 수 있으며, 예컨대 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 아연(Zn), 텅스텐(W), 철(Fe), 주석(Sn), 백금(Pt), 니켈(Ni), 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The metal may include, for example, a low-resistance metal, such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), calcium (Ca), zinc (Zn), tungsten (W), iron ( Fe), tin (Sn), platinum (Pt), nickel (Ni), alloys thereof, or combinations thereof.

연마제는 수 나노미터 크기의 나노 연마제일 수 있으며, 예컨대 약 5nm 미만의 평균 입경을 가진 나노 연마제일 수 있다. 나노 연마제는 나노 연마 입자일 수 있다. 나노 연마제의 평균 입경은 상기 범위 내에서 약 4nm 이하, 약 3nm 이하, 약 2nm 이하, 약 1nm 이하, 약 0.01nm 이상 5nm 미만, 약 0.01nm 내지 4nm, 약 0.01nm 내지 3nm, 약 0.01nm 내지 2nm 또는 약 0.01nm 내지 1nm 일 수 있다. The abrasive may be a nano-abrasive with a size of several nanometers, for example a nano-abrasive with an average particle diameter of less than about 5 nm. The nano abrasive may be nano abrasive particles. The average particle diameter of the nano-abrasive is about 4 nm or less, about 3 nm or less, about 2 nm or less, about 1 nm or less, about 0.01 nm or more and less than 5 nm, about 0.01 nm to 4 nm, about 0.01 nm to 3 nm, about 0.01 nm to 2 nm within the above range. Alternatively, it may be about 0.01 nm to 1 nm.

연마제는 예컨대 탄소를 포함하거나 탄소로 이루어진 탄소 연마제일 수 있으며, 예컨대 탄소로 이루어지거나 탄소를 주성분으로 포함하는 2차원 또는 3차원 형태의 나노 입자일 수 있다. 탄소 연마제는 예컨대 플러렌 또는 그 유도체, 그래핀, 그래파이트, 카본나노튜브, 카본 도트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The abrasive may be, for example, a carbon abrasive containing carbon or made of carbon, and may be, for example, a two-dimensional or three-dimensional nanoparticle made of carbon or containing carbon as a main component. The carbon abrasive may include, for example, fullerene or a derivative thereof, graphene, graphite, carbon nanotubes, carbon dots, or combinations thereof.

일 예로, 탄소 연마제는 플러렌 또는 그 유도체일 수 있다. 플러렌은 예컨대 C60, C70, C74, C76 또는 C78일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the carbon abrasive may be fullerene or a derivative thereof. Fullerene may be, for example, C60, C70, C74, C76 or C78, but is not limited thereto.

일 예로, 플러렌 유도체는 친수성 플러렌일 수 있으며, 친수성 플러렌은 플러렌 코어에 적어도 하나의 친수성 작용기가 결합된 구조일 수 있다. 플러렌 코어는 예컨대 C60, C70, C74, C76 또는 C78 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 친수성 작용기는 예컨대 히드록실기(hydroxyl group)(-OH), 아미노기(amino group)(-NHR2, 여기서 R은 수소 또는 C1-C12 유기기와 같은 유기기), 카르보닐기(carbonyl group)(-C(=O)-), 카르복실기(carboxylic group)(-C(=O)OG, 여기서 G는 수소 또는 카운터이온), 설프히드릴기(sulfhydryl group)(-SH) 및 포스페이트기(phosphate group)(-P(=O)(OH)(OR2), 여기서 R은 수소 또는 C1-C12 유기기와 같은 유기기)에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 친수성 작용기는 예컨대 히드록실기일 수 있다.For example, the fullerene derivative may be hydrophilic fullerene, and the hydrophilic fullerene may have a structure in which at least one hydrophilic functional group is bonded to the fullerene core. The fullerene core may be, for example, C60, C70, C74, C76 or C78, but is not limited thereto. Hydrophilic functional groups are, for example, a hydroxyl group (-OH), an amino group (-NHR 2 , where R is hydrogen or an organic group such as a C1-C12 organic group), a carbonyl group (-C( =O)-), carboxyl group (-C(=O)OG, where G is hydrogen or counterion), sulfhydryl group (-SH) and phosphate group (- P(=O)(OH)(OR 2 ), wherein R may be at least one selected from hydrogen or an organic group such as a C1-C12 organic group, but is not limited thereto. Hydrophilic functional groups can be, for example, hydroxyl groups.

친수성 플러렌은 플러렌 코어 당 평균 2개 이상의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있으며, 예컨대 평균 2개 내지 44개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있으며, 예컨대 평균 8개 내지 44개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있으며, 예컨대 평균 12개 내지 44개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있으며, 예컨대 평균 24개 내지 44개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있으며, 예컨대 평균 24개 내지 40개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있고, 예컨대 평균 24개 내지 38개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있고, 예컨대 평균 32개 내지 44개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있으며, 예컨대 평균 32개 내지 40개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있고, 예컨대 평균 32개 내지 38개의 친수성 작용기가 결합되어 있을 수 있다.Hydrophilic fullerene may have an average of two or more hydrophilic functional groups bound per fullerene core, for example, an average of 2 to 44 hydrophilic functional groups may be bound, for example, an average of 8 to 44 hydrophilic functional groups may be bound. , For example, an average of 12 to 44 hydrophilic functional groups may be bound, for example, an average of 24 to 44 hydrophilic functional groups may be bound, for example, an average of 24 to 40 hydrophilic functional groups may be bound, for example An average of 24 to 38 hydrophilic functional groups may be bound, for example, an average of 32 to 44 hydrophilic functional groups may be bound, for example, an average of 32 to 40 hydrophilic functional groups may be bound, such as an average of 32 Dogs to 38 hydrophilic functional groups may be bound.

일 예로, 친수성 플러렌은 수산화 플러렌일 수 있으며, 예컨대 Cx(OH)y (여기서, x는 60, 70, 74, 76 또는 78일 수 있고 y는 2 내지 44일 수 있다)로 표현될 수 있다. 여기서 수산화 플러렌의 수산기 평균 개수는 원소 분석, 열중량 분석, 분광 분석, 질량 분석 등의 방법으로 확인할 수 있으며, 예컨대 액체 크로마토그래피 질량 스펙트럼(LCMS)에서 가장 높은 두 개의 피크들의 평균 값일 수 있다.For example, the hydrophilic fullerene may be fullerene hydroxide, for example, C x (OH) y (here, x may be 60, 70, 74, 76 or 78 and y may be 2 to 44). . Here, the average number of hydroxyl groups of the fullerene hydroxide can be confirmed by methods such as elemental analysis, thermogravimetric analysis, spectroscopic analysis, and mass spectrometry, and may be, for example, the average value of the two highest peaks in the liquid chromatography mass spectrum (LCMS).

일 예로, 친수성 플러렌은 Cx(OH)y (여기서, x는 60, 70, 74, 76 또는 78일 수 있고 y는 12 내지 44일 수 있다)로 표현되는 수산화 플러렌일 수 있다.For example, the hydrophilic fullerene may be fullerene hydroxide represented by C x (OH) y (here, x may be 60, 70, 74, 76 or 78 and y may be 12 to 44).

일 예로, 친수성 플러렌은 Cx(OH)y (여기서, x는 60, 70, 74, 76 또는 78일 수 있고 y는 24 내지 44일 수 있다)로 표현되는 수산화 플러렌일 수 있다.For example, the hydrophilic fullerene may be fullerene hydroxide represented by C x (OH) y (here, x may be 60, 70, 74, 76, or 78 and y may be 24 to 44).

일 예로, 친수성 플러렌은 Cx(OH)y (여기서, x는 60, 70, 74, 76 또는 78일 수 있고 y는 32 내지 44일 수 있다)로 표현되는 수산화 플러렌일 수 있다.For example, the hydrophilic fullerene may be fullerene hydroxide represented by C x (OH) y (here, x may be 60, 70, 74, 76, or 78 and y may be 32 to 44).

금속층(40)은 예컨대 전착(electrodeposition), 무전착(electroless deposition)과 같은 습식 증착 공정 또는 스퍼티링(sputtering), 화학기상증착(CVD)과 같은 건식 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. The metal layer 40 may be formed by, for example, a wet deposition process such as electrodeposition or electroless deposition, or a dry deposition process such as sputtering or chemical vapor deposition (CVD).

일 예로, 금속층(40)은 전착에 의해 형성될 수 있으며, 예컨대 전착 코팅 용액(electrodeposition coating solution)을 준비하는 단계, 그리고 전착 코팅 용액 내에 기판(10) 및 대향 전극을 배치하고 도전층(30)과 대향 전극 사이에 전류를 흐르게 하여 전착을 수행하는 단계에 의해 형성될 수 있다.For example, the metal layer 40 may be formed by electrodeposition, for example, preparing an electrodeposition coating solution, and disposing the substrate 10 and the counter electrode in the electrodeposition coating solution, and the conductive layer 30 It can be formed by the step of performing electrodeposition by flowing a current between the and the opposite electrode.

전착 코팅 용액은 전술한 금속의 전구체인 금속염과 전술한 연마제를 포함할 수 있다. 금속염은 금속 양이온과 음이온으로 이루어진 화합물로, 예컨대 저저항 금속으로 환원될 수 있는 금속염일 수 있으며, 예컨대 구리염, 은염, 금염, 알루미늄염, 칼슘염, 아연염, 텅스텐염, 철염, 주석염, 백금염, 니켈염 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 금속염은 예컨대 Cu(II)와 같은 구리염일 수 있으며, 예컨대 황산구리(CuSO4·5H2O), 초산구리(Cu(CH3COO)2·H2O), 질산구리(Cu(NO3)2), 포름산구리(Cu(HCOO)2), 염화구리(CuCl2·H2O), 시안화구리(CuCN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrodeposition coating solution may include a metal salt that is a precursor of the metal described above and the aforementioned abrasive. The metal salt is a compound consisting of a metal cation and an anion, and may be a metal salt that can be reduced to a low-resistance metal, such as copper salt, silver salt, gold salt, aluminum salt, calcium salt, zinc salt, tungsten salt, iron salt, tin salt, Platinum salts, nickel salts, or combinations thereof. The metal salt may be a copper salt such as Cu(II), for example, copper sulfate (CuSO 4 ·5H 2 O), copper acetate (Cu(CH 3 COO) 2 ·H 2 O), copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ), copper formate (Cu(HCOO) 2 ), copper chloride (CuCl 2 ·H 2 O), copper cyanide (CuCN), or a combination thereof, but is not limited thereto.

금속염은 전착을 수행하기에 충분한 금속 양이온을 제공하는 양으로 포함될 수 있으며, 예컨대 전착 코팅 용액에 대하여 약 0.05 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 0.07 내지 0.8중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.1 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.1 내지 0.3 중량%로 포함될 수 있다.The metal salt may be included in an amount that provides sufficient metal cations to perform electrodeposition, for example, about 0.05 to 1% by weight based on the electrodeposition coating solution. It may be included as about 0.07 to 0.8% by weight within the above range, it may be included as about 0.1 to 0.5% by weight within the above range, and may be included as about 0.1 to 0.3% by weight within the above range.

연마제는 전술한 바와 같이 나노 연마제일 수 있으며 탄소 연마제일 수 있다. 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.As described above, the abrasive may be a nano abrasive and may be a carbon abrasive. Details are as described above.

연마제는 금속염 100중량부에 대하여 약 10 내지 100중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 15 내지 100중량부로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 15 내지 80중량부로 포함될 수 있고 상기 범위 내에서 약 15 내지 70중량부로 포함될 수 있고 상기 범위 내에서 약 15 내지 60중량부로 포함될 수 있고 상기 범위 내에서 약 15 내지 50중량부로 포함될 수 있고 상기 범위 내에서 약 15 내지 40중량부로 포함될 수 있고 상기 범위 내에서 약 15 내지 30중량부로 포함될 수 있다.The abrasive may be included in an amount of about 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal salt. It may be included in about 15 to 100 parts by weight within the above range, it may be included in about 15 to 80 parts by weight within the range, it may be included in about 15 to 70 parts by weight within the above range, and about 15 to 60 parts by weight within the above range It may be included and may be included in about 15 to 50 parts by weight within the above range, it may be included in about 15 to 40 parts by weight within the above range, and may be included in about 15 to 30 parts by weight within the above range.

전착 코팅 용액은 금속-연마제 복합체를 더 포함할 수 있다. 금속-연마제 복합체는 전술한 금속염의 금속 양이온과 전술한 연마제의 반응 생성물일 수 있으며, 금속염의 금속 양이온과 연마제 사이에 화학 결합되어 있을 수 있다. 금속-연마제 복합체는 전착 코팅 용액 내에서 예컨대 상온(약 25℃)에서 자발적인 반응에 의해 형성될 수 있다.The electrodeposition coating solution may further include a metal-polishing agent composite. The metal-polishing agent complex may be a reaction product of the metal cation of the metal salt and the aforementioned abrasive, and may be chemically bonded between the metal cation of the metal salt and the abrasive. The metal-polishing agent composite may be formed by a spontaneous reaction in an electrodeposition coating solution, for example at room temperature (about 25° C.).

전착 코팅 용액은 산(acid)을 더 포함할 수 있다. 산은 예컨대 황산(H2SO4), 염산(HCl), 아세트산(CH3COOH), 불화붕소산(HBF4), 알킬술폰산, 아릴술폰산 및 인산에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The electrodeposition coating solution may further contain an acid. The acid may be, for example, at least one selected from sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), fluoroboric acid (HBF 4 ), alkylsulfonic acid, arylsulfonic acid, and phosphoric acid, but is not limited thereto. .

산은 전착 코팅 용액에 대하여 약 0.01 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 8중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 7중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 3중량%로 포함될 수 있다.The acid may be included in an amount of about 0.01 to 10% by weight based on the electrodeposition coating solution. It may be included as about 0.01 to 8% by weight within the above range, it may be included as about 0.01 to 7% by weight within the above range, it may be included as about 0.01 to 5% by weight within the above range, and about within the above range It may be included in 0.01 to 3% by weight.

전착 코팅 용액은 예컨대 평활제(leveler), 억제제(suppressor), 촉진제(catalyst), 광택보조제(brightner), 환원제 및/또는 각종 첨가제를 더 포함할 수 있다.The electrodeposition coating solution may further contain, for example, a leveler, a suppressor, a catalyst, a brightner, a reducing agent and/or various additives.

평활제는 폴리에틸렌 이민 및 이의 유도체, 4급화된 폴리에틸렌 이민, 폴리글리신, 폴리(알릴아민), 폴리아닐린, 폴리우레아, 폴리아크릴아미드, 폴리(멜라민-코-포름알데히드), 아민과 에피클로로히드린의 반응 생성물, 아민, 에피클로로히드린 및 폴리알킬렌 옥시드의 반응 생성물, 아민과 폴리에폭시드, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐피롤리돈 또는 이의 공중합체의 반응 생성물, 니그로신, 펜타메틸-파라-로스아닐린 할로겐산염, 헥사메틸-파라로스아닐린 할로겐산염, 트리알칸올아민 및 이의 유도체 또는 화학식 N-R-S(여기서, R은 치환된 알킬, 비치환된 알킬, 치환된 아릴 또는 비치환된 아릴임)의 작용기를 갖는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Leveling agents are polyethylene imine and derivatives thereof, quaternized polyethylene imine, polyglycine, poly(allylamine), polyaniline, polyurea, polyacrylamide, poly(melamine-co-formaldehyde), amine and epichlorohydrin. Reaction product, reaction product of amine, epichlorohydrin and polyalkylene oxide, reaction product of amine and polyepoxide, polyvinylpyridine, polyvinylimidazole, polyvinylpyrrolidone or a copolymer thereof, nigrosine , Pentamethyl-para-losaniline halide, hexamethyl-pararosaniline halide, trialkanolamine and derivatives thereof, or formula NRS (wherein R is a substituted alkyl, unsubstituted alkyl, substituted aryl or unsubstituted It may include at least one of the compounds having a functional group of (are aryl), but is not limited thereto.

억제제는 예컨대 고분자 물질일 수 있으며 예컨대 폴리에틸렌글리콜 공중합체 및/또는 폴리에틸렌글리콜 폴리프로필렌글리콜 공중합체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The inhibitor may be, for example, a polymer material, and may be, for example, a polyethylene glycol copolymer and/or a polyethylene glycol polypropylene glycol copolymer, but is not limited thereto.

촉진제는 황 함유 화합물, 술폰산, 포스폰산 또는 이들의 염을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The accelerator may include a sulfur-containing compound, a sulfonic acid, a phosphonic acid, or a salt thereof, but is not limited thereto.

상기 성분들은 각각 독립적으로 예컨대 약 1ppm 내지 100,000ppm의 미량으로 포함될 수 있다.Each of the above components may be independently included in trace amounts of, for example, about 1 ppm to 100,000 ppm.

전착 코팅 용액은 전술한 성분들을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매를 더 포함할 수 있으며, 용매는 예컨대 물일 수 있다. 물은 증류수 및/또는 탈이온수와 같은 임의의 물일 수 있다.The electrodeposition coating solution may further include a solvent capable of dissolving or dispersing the above-described components, and the solvent may be water, for example. The water can be any water, such as distilled and/or deionized water.

전착 코팅 용액은 산성을 띨 수 있으며, 예컨대 pH 3.5 이하의 강산성을 띨 수 있다. 전착 코팅 용액은 예컨대 pH 3.0 이하일 수 있으며, 예컨대 pH 2.5 이하일 수 있으며, 예컨대 pH 2.0 이하일 수 있다.The electrodeposition coating solution may be acidic, for example a strong acidity of pH 3.5 or less. The electrodeposition coating solution may be, for example, a pH of 3.0 or less, for example, a pH of 2.5 or less, and, for example, a pH of 2.0 or less.

전착은 상술한 전착 코팅 용액 내에 도전층(30)이 형성된 기판(10)과 대향 전극을 배치하고 도전층(30)과 대향 전극 사이에 전류를 흐르게 하여 수행할 수 있다. 이때 전류 밀도는 약 0.1 내지 1.0A/㎡일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Electrodeposition may be performed by disposing the substrate 10 on which the conductive layer 30 is formed and the counter electrode in the electrodeposition coating solution described above, and passing a current between the conductive layer 30 and the counter electrode. At this time, the current density may be about 0.1 to 1.0A/m2, but is not limited thereto.

이때, 수 나노미터의 평균 입경을 가진 나노 연마제는 약 20nm 이하, 약 15nm 이하 또는 약 10nm 이하의 미세 폭을 가진 트렌치(20a)에 효과적으로 들어가 트렌치(20a)를 효과적으로 채움으로써 미세 선폭을 가지는 금속 구조물을 효과적으로 형성할 수 있다.At this time, the nano-abrasive agent having an average particle diameter of several nanometers effectively enters the trench 20a having a fine width of about 20 nm or less, about 15 nm or less, or about 10 nm or less and effectively fills the trench 20a, thereby having a metal structure having a fine line width. Can be formed effectively.

전착에 의해 소정 두께의 금속층(40)이 형성된다. 금속층(40)은 전술한 바와 같이 금속염으로부터 유래된 금속과 연마제를 포함할 수 있고, 금속과 연마제는 혼합되어 있을 수 있다. 금속층(40)은 선택적으로 금속-연마제 복합체를 더 포함할 수 있다. A metal layer 40 of a predetermined thickness is formed by electrodeposition. As described above, the metal layer 40 may include a metal derived from a metal salt and an abrasive, and the metal and the abrasive may be mixed. The metal layer 40 may optionally further include a metal-polishing agent composite.

금속층(40)은 수 나노미터의 평균 입경을 가진 연마제를 포함함으로써 (연마제를 포함하지 않는) 순수 금속과 비교하여 일렉트로마이그레이션(electromigration)이 효과적으로 억제될 수 있다. 일렉트로마이그레이션은 금속 원자가 전자의 움직임에 따라 일 방향으로 확산되는 현상을 말하는 것으로, 배선 내에 보이드(void) 및 그에 따른 단락을 야기할 수 있다. 특정 이론에 의해 구속되려 함은 아니지만, 수 나노미터 크기를 가진 연마제는 금속과 비교적 강한 전자적 상호작용을 일으킴에 따라 금속 원자의 이동(migration)을 억제하는 한편, 안정한 구조를 가지는 연마제가 열이나 전류에 의해 발생하는 진동 에너지를 흡수함으로써 금속 원자의 진동을 감소시켜 일렉트라마이그레이션을 억제할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.The metal layer 40 includes an abrasive having an average particle diameter of several nanometers, so that electromigration can be effectively suppressed compared to a pure metal (not including an abrasive). Electromigration refers to a phenomenon in which metal atoms diffuse in one direction according to the movement of electrons, and may cause voids and short circuits in wiring. While not intending to be bound by any particular theory, abrasives with a size of several nanometers inhibit the migration of metal atoms by causing relatively strong electronic interactions with metals, while abrasives with a stable structure can produce heat or current. It can be understood that it is possible to suppress the electro-migration by reducing the vibration of metal atoms by absorbing the vibration energy generated by

금속층(40)은 수 나노미터의 평균 입경을 가진 연마제를 포함함으로써 금속층(40)의 허용 전류 용량(ampacity)을 높일 수 있다. 허용 전류 용량은 최대 전류 수송 능력(maximum current-carrying capacity)을 나타내는 것으로, 금속층(40)은 (연마제를 포함하지 않는) 순수 금속과 비교하여 전류 수송 능력이 높은 것을 의미할 수 있다. 금속층(40)의 허용 전류 용량은 (연마제를 포함하지 않는) 순수 금속의 허용 전류 용량보다 예컨대 약 1.5배 이상 높을 수 있으며 예컨대 약 2배 이상, 약 3배 이상, 약 4배 이상, 약 1.5배 내지 20배, 약 2배 내지 20배, 약 3배 내지 20배 또는 약 4배 내지 30배 높을 수 있다.The metal layer 40 may include an abrasive having an average particle diameter of several nanometers, thereby increasing the allowable ampacity of the metal layer 40. The allowable current capacity indicates a maximum current-carrying capacity, and the metal layer 40 may mean that the metal layer 40 has a higher current carrying capacity compared to a pure metal (not including an abrasive). The allowable current capacity of the metal layer 40 may be, for example, about 1.5 times or more higher than the allowable current capacity of pure metal (not including a polishing agent), and for example, about 2 times or more, about 3 times or more, about 4 times or more, about 1.5 times To 20 times, about 2 to 20 times, about 3 to 20 times, or about 4 to 30 times higher.

금속층(40)에 포함된 수 나노미터의 평균 입경을 가진 연마제는 금속층(40)의 전기적 특성을 열화시키지 않을 수 있다. 예컨대 금속층(40)의 비저항(resistivity)은 (연마제를 포함하지 않는) 순수 금속의 비저항과 비교하여 동등하거나 낮을 수 있으며, 예컨대 금속층(40)의 비저항은 (연마제를 포함하지 않는) 순수 금속의 비저항과 비교하여 약 0.8배 내지 1.2배일 수 있다.The abrasive having an average particle diameter of several nanometers included in the metal layer 40 may not deteriorate the electrical properties of the metal layer 40. For example, the resistivity of the metal layer 40 may be equal to or lower than that of a pure metal (not including an abrasive), and, for example, the resistivity of the metal layer 40 may be that of a pure metal (without an abrasive). Compared with, it may be about 0.8 to 1.2 times.

금속층(40)은 수 나노미터의 평균 입경을 가진 연마제를 포함함으로써 전착시 미세 선폭의 트렌치(20a)에 효과적으로 들어가 트렌치(20a)를 효과적으로 채울 수 있다. 이에 따라 보이드 없는 미세 선폭을 가지는 금속 구조물을 효과적으로 형성할 수 있고 이에 따라 보이드 없는 미세 배선을 형성하는데 효과적으로 적용할 수 있다.When the metal layer 40 contains an abrasive having an average particle diameter of several nanometers, it can effectively enter the trench 20a having a fine line width and fill the trench 20a during electrodeposition. Accordingly, a metal structure having a fine line width without voids can be effectively formed, and thus, it can be effectively applied to form a fine wiring without voids.

도 5를 참고하면, 금속층(40)의 표면을 절연층(20)의 표면과 일치하도록 평탄화하여 금속 구조물(40a)을 형성한다. 금속 구조물(40a)은 트렌치(20a)에 매립된 금속층일 수 있다. Referring to FIG. 5, the metal structure 40a is formed by flattening the surface of the metal layer 40 to match the surface of the insulating layer 20. The metal structure 40a may be a metal layer buried in the trench 20a.

평탄화는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)로 수행할 수 있다. 화학 기계적 연마는 금속층(40)과 연마 패드 사이에 슬러리를 공급한 후 금속층(40)과 연마 패드를 접촉시키고 회전시켜 가압 및 회전에 의해 기판의 표면을 평탄화할 수 있다.Planarization may be performed by chemical mechanical polishing (CMP). In the chemical mechanical polishing, after supplying a slurry between the metal layer 40 and the polishing pad, the metal layer 40 and the polishing pad are contacted and rotated to flatten the surface of the substrate by pressing and rotating.

슬러리는 금속층(40)과 접촉하여 금속층(40)의 표면을 화학적 기계적으로 연마시킬 수 있으며, 예컨대 화학적 연마가 우세할 수 있다. 슬러리는 금속층(40)의 금속을 화학적으로 흡착 또는 용해하여 연마할 수 있으며 금속층(40)에 포함된 연마제에 의해 금속층(40)의 표면을 효과적으로 제거할 수 있다. The slurry may chemically and mechanically polish the surface of the metal layer 40 by contacting the metal layer 40, and, for example, chemical polishing may predominate. The slurry may be polished by chemically adsorbing or dissolving the metal of the metal layer 40, and the surface of the metal layer 40 may be effectively removed by the abrasive included in the metal layer 40.

전술한 바와 같이, 연마대상물인 금속층(40)은 연마제를 포함하므로, 슬러리는 소정 크기 이상의 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라 슬러리에 포함된 거대 연마제에 의한 스크래치(scratch), 패임(dishing) 및/또는 부식(erosion)과 같은 금속층(40)의 손상을 줄이거나 방지할 수 있다. 일 예로, 슬러리는 약 10nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있고, 예컨대 약 10nm 내지 100nm의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 슬러리는 약 5nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있고, 예컨대 약 5nm 내지 100nm의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 슬러리는 약 3nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있고, 예컨대 약 3nm 내지 100nm의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 슬러리는 약 2nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있고, 예컨대 약 2nm 내지 100nm의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 슬러리는 약 1nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있고, 예컨대 약 1nm 내지 100nm의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 슬러리는 약 0.7nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있고, 예컨대 약 0.7nm 내지 100nm의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 슬러리는 금속 산화물 및/또는 준금속 산화물을 포함하지 않을 수 있으며, 예컨대 실리카, 알루미나, 게르마니아, 티타니아, 세리아 및/또는 지르코늄 옥사이드를 포함하지 않을 수 있다.As described above, since the metal layer 40 to be polished contains an abrasive, the slurry may not contain an abrasive having a predetermined size or more. Accordingly, it is possible to reduce or prevent damage to the metal layer 40 such as scratches, dishing, and/or erosion caused by the large abrasive contained in the slurry. For example, the slurry may not include an abrasive having an average particle diameter of about 10 nm or more, and for example, may not include an abrasive having an average particle diameter of about 10 nm to 100 nm. For example, the slurry may not include an abrasive having an average particle diameter of about 5 nm or more, for example, may not include an abrasive having an average particle diameter of about 5 nm to 100 nm. For example, the slurry may not include an abrasive having an average particle diameter of about 3 nm or more, for example, may not include an abrasive having an average particle diameter of about 3 nm to 100 nm. For example, the slurry may not include an abrasive having an average particle diameter of about 2 nm or more, for example, may not include an abrasive having an average particle diameter of about 2 nm to 100 nm. For example, the slurry may not include an abrasive having an average particle diameter of about 1 nm or more, for example, may not include an abrasive having an average particle diameter of about 1 nm to 100 nm. For example, the slurry may not include an abrasive having an average particle diameter of about 0.7 nm or more, for example, may not contain an abrasive having an average particle diameter of about 0.7 nm to 100 nm. For example, the slurry may not contain metal oxides and/or metalloid oxides, and may not contain silica, alumina, germania, titania, ceria and/or zirconium oxide.

일 예로, 슬러리는 연마제를 포함하지 않는 연마제 프리 슬러리(abrasive-free slurry)일 수 있다. For example, the slurry may be an abrasive-free slurry that does not contain an abrasive.

슬러리는 아미노산 또는 그 유도체를 포함할 수 있다. 아미노산은 아미노기와 카르복실기를 가지므로 금속에 효과적으로 흡착하거나 금속을 효과적으로 용해시킬 수 있다. 아미노산 또는 그 유도체는 예컨대 글리신(glycine), 리신(lysine), 글루타민(glutamine), 알라닌(alanine), 베타알라닌, 이미노아세트산(iminoacetic acid), 아스파라진(asparagine), 아스파라트산(aspartic acid), 비신(bicine), 트리신(tricine), 프롤린(proline), 발린(valine), 사리코신(saracosine) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 슬러리는 둘 이상의 아미노산 또는 그 유도체를 포함할 수 있으며, 예컨대 글리신을 필수 성분으로 포함하고 글리신 이외의 아미노산 또는 그 유도체를 함께 포함할 수 있다. 아미노산 또는 그 유도체는 슬러리의 총 함량(용매 포함)에 대하여 약 0.01 내지 20중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.01 내지 16중량%, 약 0.01 내지 10중량%, 약 0.01 내지 8중량%, 약 0.05 내지 5중량%, 약 0.1 내지 3중량% 또는 약 0.2 내지 2중량%로 포함될 수 있다.The slurry may contain amino acids or derivatives thereof. Since amino acids have amino and carboxyl groups, they can be effectively adsorbed to metals or dissolved metals effectively. Amino acids or derivatives thereof include, for example, glycine, lysine, glutamine, alanine, betaalanine, iminoacetic acid, asparagine, aspartic acid. , Bicine, tricine, proline, valine, saracosine, or a combination thereof, but is not limited thereto. For example, the slurry may include two or more amino acids or derivatives thereof, for example, glycine as an essential component and amino acids other than glycine or derivatives thereof may be included together. Amino acids or derivatives thereof may be included in an amount of about 0.01 to 20% by weight based on the total content of the slurry (including solvent), and within the above range, about 0.01 to 16% by weight, about 0.01 to 10% by weight, about 0.01 to 8% by weight , About 0.05 to 5% by weight, about 0.1 to 3% by weight, or about 0.2 to 2% by weight.

슬러리는 산화방지제(inhibitor)를 더 포함할 수 있다. 산화방지제는 예컨대 질소함유화합물일 수 있으며, 예컨대 트리아졸, 벤조트리아졸, 메틸벤조트리아졸, 히드록시벤조트리아졸, 벤조이미다졸, 벤조티아졸, 트리아진티올, 트리아진디티올, 트리아진트리올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 산화방지제는 슬러리의 총 함량(용매 포함)에 대하여 0.1중량ppm 내지 20,000중량ppm으로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 20중량ppm 내지 10,000중량ppm, 약 50중량ppm 내지 1,000중량ppm으로 포함될 수 있다.The slurry may further contain an antioxidant. The antioxidant may be, for example, a nitrogen-containing compound, such as triazole, benzotriazole, methylbenzotriazole, hydroxybenzotriazole, benzoimidazole, benzothiazole, triazinethiol, triazinedithiol, triazinetriol Or a combination thereof. Antioxidants may be included in an amount of 0.1 to 20,000 ppm by weight based on the total content (including solvent) of the slurry, and within the above range, about 20 to 10,000 ppm by weight, and about 50 to 1,000 ppm by weight. .

슬러리는 산화제를 더 포함할 수 있다. 산화제는 예컨대 과산화수소, 과망간산 화합물, 과황산 암모늄, 과황산나트륨, 과안식향산, 과아세트산, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 산화제는 슬러리의 총 함량(용매 포함)에 대하여 예컨대 약 0.001 내지 10 중량%, 예컨대 약 0.001 내지 5 중량%, 예컨대 약 0.001 내지 4 중량%, 예컨대 약 0.001 내지 3 중량% 또는 예컨대 약 0.001 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.The slurry may further contain an oxidizing agent. The oxidizing agent may be, for example, hydrogen peroxide, a permanganic acid compound, ammonium persulfate, sodium persulfate, perbenzoic acid, peracetic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or a combination thereof, but is not limited thereto. The oxidizing agent is, for example, about 0.001 to 10% by weight, such as about 0.001 to 5% by weight, such as about 0.001 to 4% by weight, such as about 0.001 to 3% by weight, or about 0.001 to 1% by weight, based on the total content of the slurry (including solvent). It can be included in %.

슬러리는 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 첨가제는 예컨대 킬레이트제, 계면활성제, 분산제, pH 조절제 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The slurry may further include an additive, and the additive may be, for example, a chelating agent, a surfactant, a dispersing agent, a pH adjusting agent, or a combination thereof, but is not limited thereto.

킬레이트제는 예컨대 옥살산, 말론산, 숙신산, 말레산, 프탈산, 타르타르산, 아스파트산, 글루탐산, 시트르산, 아미노카르복실산, 인산, 폴리인산, 질산, 포스폰산, 이들의 염 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The chelating agent may be, for example, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, phthalic acid, tartaric acid, aspartic acid, glutamic acid, citric acid, aminocarboxylic acid, phosphoric acid, polyphosphoric acid, nitric acid, phosphonic acid, salts thereof, or combinations thereof. However, it is not limited thereto.

계면활성제는 이온성 또는 비이온성 계면활성제일 수 있으며, 예컨대 에틸렌 산화물의 공중합체, 프로필렌 산화물의 공중합체, 아민 화합물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The surfactant may be an ionic or nonionic surfactant, for example, a copolymer of ethylene oxide, a copolymer of propylene oxide, an amine compound, or a combination thereof, but is not limited thereto.

분산제는 예컨대 폴리(메타)아크릴산, 폴리(메타)아크릴 말레익산, 폴리아크릴로니트릴-co-부타디엔-아크릴산, 카르복시산, 술포닉 에스테르, 술폰산, 포스포릭 에스테르, 셀룰루오즈, 디올, 이들의 염 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Dispersants are, for example, poly(meth)acrylic acid, poly(meth)acrylic maleic acid, polyacrylonitrile-co-butadiene-acrylic acid, carboxylic acid, sulfonic ester, sulfonic acid, phosphoric ester, cellulose, diol, salts thereof, or It may be selected from a combination of these, but is not limited thereto.

pH 조절제는 연마 슬러리의 pH를 조절할 수 있으며, 예컨대 무기산, 유기산, 이들의 염 또는 이들의 조합일 수 있다. 무기산은 예컨대 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산 또는 이들의 염을 포함할 수 있고, 유기산은 예컨대 포름산, 말론산, 말레인산, 옥살산, 아디프산, 구연산, 아세트산, 프로피온산, 푸마르산, 락트산, 살리실산, 벤조산, 숙신산, 프탈산, 부티르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 락트산, 아스파라긴산, 타르타르산 또는 이들의 염을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The pH adjusting agent may adjust the pH of the polishing slurry, and may be, for example, an inorganic acid, an organic acid, a salt thereof, or a combination thereof. Inorganic acids may include, for example, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid or salts thereof, and organic acids may include, for example, formic acid, malonic acid, maleic acid, oxalic acid, adipic acid, citric acid, acetic acid, propionic acid, Fumaric acid, lactic acid, salicylic acid, benzoic acid, succinic acid, phthalic acid, butyric acid, glutaric acid, glutamic acid, glycolic acid, lactic acid, aspartic acid, tartaric acid or salts thereof may be included, but are not limited thereto.

각 첨가제는 독립적으로 예컨대 약 1ppm 내지 100,000ppm의 미량으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Each additive may be independently included, for example, in a trace amount of about 1 ppm to 100,000 ppm, but is not limited thereto.

슬러리는 상술한 성분들을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매를 더 포함할 수 있으며, 용매는 예컨대 물일 수 있다. 물은 예컨대 증류수 및/또는 탈이온수일 수 있다. 슬러리의 pH는 1 내지 12 일 수 있다.The slurry may further include a solvent capable of dissolving or dispersing the above-described components, and the solvent may be water, for example. The water may be distilled and/or deionized water, for example. The pH of the slurry may be 1 to 12.

슬러리는 연마 패드 위에 공급될 수 있으며, 화학 기계적 연마는 금속층(40)의 표면과 연마 패드를 접촉시키고 회전시켜 수행할 수 있다. 연마를 수행하는 단계에서 소정의 압력이 인가될 수 있으며, 예컨대 약 1psi 내지 5psi, 약 1.2psi 내지 3psi, 약 1.3psi 내지 3psi, 약 2psi 내지 2psi 또는 약 1.3psi 내지 2.3psi의 압력이 인가될 수 있다.The slurry may be supplied on the polishing pad, and chemical mechanical polishing may be performed by bringing the surface of the metal layer 40 into contact with the polishing pad and rotating. In the step of performing the polishing, a predetermined pressure may be applied, for example, a pressure of about 1 psi to 5 psi, about 1.2 psi to 3 psi, about 1.3 psi to 3 psi, about 2 psi to 2 psi, or about 1.3 psi to 2.3 psi may be applied. have.

화학 기계적 연마는 예컨대 삼단계에 걸쳐 수행될 수 있으며, 첫 번째는 금속층(40)의 윗부분, 즉 소정 두께를 가진 벌크 금속을 제거하는 단계이고, 두 번째는 도전층(30) 위에 남아있는 소정의 금속을 세밀하게 제거하는 단계이고, 세 번째는 도전층(30)을 제거하는 단계이다. 첫 번째 단계는 비교적 고압에서 높은 연마 속도로 수행될 수 있으며, 예컨대 약 2.5psi 이상의 압력에서 약 6000Å/min의 연마 속도로 수행될 수 있다. 두 번째 및/또는 세 번째 단계는 비교적 저압에서 낮은 연마 속도로 수행될 수 있으며, 예컨대 약 1.5psi 이하의 압력에서 약 3000-4000Å/min의 연마 속도로 수행될 수 있다.Chemical mechanical polishing may be carried out, for example, in three steps, the first is to remove the upper portion of the metal layer 40, that is, the bulk metal having a predetermined thickness, and the second is to remove the predetermined thickness remaining on the conductive layer 30. It is a step of removing the metal in detail, and the third is a step of removing the conductive layer 30. The first step may be performed at a relatively high pressure and at a high polishing rate, for example, at a pressure of about 2.5 psi or higher and at a polishing rate of about 6000 Å/min. The second and/or third step may be performed at a relatively low pressure and at a low polishing rate, for example, at a pressure of about 1.5 psi or less and at a polishing rate of about 3000-4000 Å/min.

도 6을 참고하면, 금속 구조물(40a)과 절연층(20) 위에 캡핑층(50)을 형성한다. 캡핑층(50)은 SiN 및/또는 SiC를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 캡핑층(50)은 생략될 수 있다.Referring to FIG. 6, a capping layer 50 is formed on the metal structure 40a and the insulating layer 20. The capping layer 50 may include SiN and/or SiC, but is not limited thereto. The capping layer 50 may be omitted.

전술한 방법에 따라 얻어진 금속 구조물(40a)은 예컨대 금속 배선일 수 있으며, 예컨대 약 20nm 이하, 약 15nm 이하 또는 약 10nm 이하의 미세 피치를 가진 미세 금속 배선일 수 있으며, 예컨대 보이드 없는 미세 선폭을 가진 미세 금속 배선일 수 있다. 전술한 방법은 금속 구조물(40a)을 포함한 다양한 소자 형성시 사용될 수 있으며, 예컨대 반도체 소자의 제조시 금속 배선을 형성하는 방법으로 효과적으로 사용될 수 있다. The metal structure 40a obtained according to the above-described method may be, for example, a metal wire, and may be a fine metal wire having a fine pitch of about 20 nm or less, about 15 nm or less, or about 10 nm or less, for example, a fine metal having a fine line width without voids. It can be wiring. The above-described method may be used when forming various devices including the metal structure 40a, and, for example, may be effectively used as a method of forming metal wiring when manufacturing a semiconductor device.

금속 배선은 다양한 반도체 소자에 포함될 수 있다. 금속 배선 및/또는 반도체 소자는 다양한 전자 장치에 포함될 수 있으며, 반도체 장치 또는 디스플레이 장치 등에 포함될 수 있다.Metal wiring may be included in various semiconductor devices. Metal wiring and/or semiconductor devices may be included in various electronic devices, and may be included in semiconductor devices or display devices.

이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다.  다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.The above-described implementation examples will be described in more detail through the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the rights.

합성예 Synthesis example

수산화 플러렌 전구체(C60(OH)6~12, Nanom Spectra D100, 프론티어 카본 주식회사) 10g을 30% 과산화수소 용액에 분산시키고 60℃에서 48시간 동안 플라스크에서 교반하여 고가의 수산화 플러렌(C60(OH)24~36, Peak: C60(OH)31)을 합성한다. 동적광산란법(SUPTEX 사)에 의해 측정된 수산화 플러렌의 평균 입경은 약 1nm이다.Fullerene hydroxide precursor (C 60 (OH) 6 ~ 12 , Nanom Spectra D100, Frontier Carbon Co., Ltd.) 10g was dispersed in 30% hydrogen peroxide solution and stirred in a flask at 60°C for 48 hours to obtain expensive fullerene hydroxide (C 60 (OH) 24-36 , Peak: C 60 (OH) 31 ) is synthesized. The average particle diameter of fullerene hydroxide measured by the dynamic light scattering method (SUPTEX) is about 1 nm.

전착 코팅 용액의 준비Preparation of electrodeposition coating solution

제조예 1과 비교제조예 1Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1

표 1에 기재된 바와 같이 전착 코팅 용액을 준비한다. 전착 코팅 용액 제조시, 나노 연마제로서 전술한 합성예에서 얻은 수산화 플러렌을 사용한다. 수산화 플러렌과 H2SO4를 제외한 성분을 먼저 혼합한 후 수산화 플러렌과 H2SO4를 혼합한다.Prepare the electrodeposition coating solution as described in Table 1. When preparing the electrodeposition coating solution, fullerene hydroxide obtained in the above synthesis example was used as a nano abrasive. Components except for fullerene hydroxide and H 2 SO 4 are first mixed, and then fullerene hydroxide and H 2 SO 4 are mixed.

제조예 1(g/L)Preparation Example 1 (g/L) 비교제조예 1(g/L)Comparative Production Example 1 (g/L) 수산화 플러렌Fullerene hydroxide 2020 -- 폴리아크릴산Polyacrylic acid 1One 1 One CuSO4·5H2OCuSO 4 5H 2 O 6060 6060 H2SO4 H 2 SO 4 소량handful 182182 NaClNaCl 0.080.08 0.080.08 SPSSPS 0.0020.002 0.0020.002 JGBJGB 0.010.01 0.010.01

* 폴리아크릴산: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.* Polyacrylic acid: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.

* CuSO4·5H2O: Kanto Chemical co., Inc.* CuSO 4 5H 2 O: Kanto Chemical co., Inc.

* SPS: 3,3'-dithiobis (1-propanesulfonic acid) disodium : Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.* SPS: 3,3'-dithiobis (1-propanesulfonic acid) disodium: Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.

* JGB: Janus Green B: Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.* JGB: Janus Green B: Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.

* pH: 0.0 ~ 2.0 (pH Meter SP-2100, SUPTEX사)* pH: 0.0 ~ 2.0 (pH Meter SP-2100, SUPTEX)

슬러리의 제조Preparation of slurry

제조예 2Manufacturing Example 2

벤조트리아졸(benzotriazole) 0.06중량%, 인산이수소암모늄(ammonium dihydrogenphosphate) 0.04중량%, 트리암모늄시트레이트(triammonium citrate) 0.5중량%, H2O2 1.6중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 슬러리를 제조한다.A slurry was prepared by mixing 0.06% by weight of benzotriazole, 0.04% by weight of ammonium dihydrogenphosphate, 0.5% by weight of triammonium citrate, 1.6% by weight of H 2 O 2 and the remaining amount of water. To manufacture.

제조예 3Manufacturing Example 3

1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole) 0.02중량%, H2O2 1.0중량%, 글리신 0.6중량% 및 잔량을 물을 혼합하여 슬러리를 제조한다.A slurry was prepared by mixing 0.02% by weight of 1,2,4-triazole, 1.0% by weight of H 2 O 2 , 0.6% by weight of glycine, and the balance with water.

제조예 4Manufacturing Example 4

1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole) 0.02중량%, H2O2 1.0중량%, 글리신 0.6중량%, 비신(bicine) 0.2중량% 및 잔량을 물을 혼합하여 슬러리를 제조한다.1,2,4-triazole (1,2,4-triazole) 0.02% by weight, H 2 O 2 1.0% by weight, glycine 0.6% by weight, bicine (bicine) 0.2% by weight and the balance by mixing water to prepare a slurry To manufacture.

제조예 5Manufacturing Example 5

합성예에서 얻은 수산화 플러렌 0.1중량%, 벤조트리아졸 0.06중량%, 인산이수소암모늄 0.4중량%, 트리암모늄시트레이트 0.5중량%, H2O2 1.6중량% 및 잔량의 물을 포함하여 슬러리를 제조한다.Prepare a slurry containing 0.1% by weight of fullerene hydroxide, 0.06% by weight of benzotriazole, 0.4% by weight of ammonium dihydrogen phosphate, 0.5% by weight of triammonium citrate, 1.6% by weight of H 2 O 2 and the balance of water do.

비교제조예 2Comparative Production Example 2

실리카(1차 입경 15nm의 PL-1, FUSO CHEMICAL) 1중량%, 벤조트리아졸 0.06중량%, 인산이수소암모늄 0.4중량%, 트리암모늄시트레이트 0.5중량%, H2O2 1.6중량% 및 잔량의 물을 포함하여 슬러리를 제조한다.Silica (PL-1 with a primary particle diameter of 15 nm, FUSO CHEMICAL) 1% by weight, benzotriazole 0.06% by weight, ammonium dihydrogen phosphate 0.4% by weight, triammonium citrate 0.5% by weight, H 2 O 2 1.6% by weight and the balance To prepare a slurry containing water.

실시예Example

실시예 1Example 1

평가 샘플로서 TEOS와 Cu층이 형성된 MIT854 패턴화 실리콘웨이퍼(patterned Wafer)를 사용하고 그 위에 Ta/TaN 도전층을 형성한다. 이어서 제조예 1에 따른 전착 코팅 용액 내에 상기 실리콘웨이퍼(음극)의 Ta/TaN 도전층과 대향 전극(양극)을 마주하도록 배치하고 양극과 음극에 전원을 연결하여 다양한 평균 전류 밀도 (0.1A/dm2 내지 1.0 A/dm2)로 전류를 흘려 45분 동안 전착을 수행하여 약 1㎛ 두께의 Cu층을 형성한다. As an evaluation sample, an MIT854 patterned silicon wafer in which TEOS and Cu layers were formed was used, and a Ta/TaN conductive layer was formed thereon. Subsequently, in the electrodeposition coating solution according to Preparation Example 1, the Ta/TaN conductive layer of the silicon wafer (cathode) and the counter electrode (anode) were disposed to face each other, and power was connected to the anode and the cathode to obtain various average current densities (0.1A/dm). Electrodeposition is performed for 45 minutes by passing a current at 2 to 1.0 A/dm 2 ) to form a Cu layer having a thickness of about 1 μm.

이어서 화학 기계적 연마 장치(MirraR, Applied Material 사)를 사용하고 제조예 2에 따른 슬러리를 공급하여 1.5psi 압력 하에서 60초 동안 화학 기계적 연마를 수행하여 Cu 구조물을 형성한다. Subsequently, a chemical mechanical polishing apparatus (MirraR, Applied Material) was used and the slurry according to Preparation Example 2 was supplied to perform chemical mechanical polishing for 60 seconds under 1.5psi pressure to form a Cu structure.

실시예 2Example 2

제조예 2에 따른 슬러리 대신 제조예 3에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the slurry according to Preparation Example 3 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2.

실시예 3Example 3

제조예 2에 따른 슬러리 대신 제조예 4에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the slurry according to Preparation Example 4 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2.

실시예 4Example 4

제조예 2에 따른 슬러리 대신 제조예 5에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the slurry according to Preparation Example 5 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2.

비교예 1Comparative Example 1

제조예 2에 따른 슬러리 대신 비교제조예 2에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the slurry according to Comparative Preparation Example 2 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2.

비교예 2Comparative Example 2

제조예 1에 따른 전착 코팅 용액 대신 비교제조예 1에 따른 전착 코팅 용액을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the electrodeposition coating solution according to Comparative Preparation Example 1 was used instead of the electrodeposition coating solution according to Preparation Example 1.

비교예 3Comparative Example 3

제조예 1에 따른 전착 코팅 용액 대신 비교제조예 1에 따른 전착 코팅 용액을 사용하고 제조예 2에 따른 슬러리 대신 비교제조예 2에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.The Cu structure was prepared in the same manner as in Example 1, except that the electrodeposition coating solution according to Comparative Preparation Example 1 was used instead of the electrodeposition coating solution according to Preparation Example 1, and the slurry according to Comparative Preparation Example 2 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2. To form.

비교예 4Comparative Example 4

제조예 1에 따른 전착 코팅 용액 대신 비교제조예 1에 따른 전착 코팅 용액을 사용하고 제조예 2에 따른 슬러리 대신 제조예 3에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the electrodeposition coating solution according to Comparative Preparation Example 1 was used instead of the electrodeposition coating solution according to Preparation Example 1, and the slurry according to Preparation Example 3 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2 do.

비교예 5Comparative Example 5

제조예 1에 따른 전착 코팅 용액 대신 비교제조예 1에 따른 전착 코팅 용액을 사용하고 제조예 2에 따른 슬러리 대신 제조예 4에 따른 슬러리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu 구조물을 형성한다.A Cu structure was formed in the same manner as in Example 1, except that the electrodeposition coating solution according to Comparative Preparation Example 1 was used instead of the electrodeposition coating solution according to Preparation Example 1, and the slurry according to Preparation Example 4 was used instead of the slurry according to Preparation Example 2 do.

평가 IEvaluation I

실시예와 비교예에서 얻은 Cu 구조물의 전기적 특성을 평가한다.Electrical properties of the Cu structures obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated.

전기적 특성은 비저항(resistivity) 및 허용전류용량(ampacity)으로 평가한다. 허용 전류 용량은 전류 증가에 따른 저항의 변화가 없다가 저항이 증가하기 시작하는 전류량으로 정의되고, 저항률(Dr/r0)이 1보다 크면서 단조증가하는 전류용량이다. Electrical characteristics are evaluated by resistivity and ampacity. The allowable current capacity is defined as the amount of current at which resistance starts to increase after there is no change in resistance due to current increase, and is the current capacity that increases monotonically while the resistivity (Dr/r0) is greater than 1.

그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.

비저항(nΩ·m)Resistivity (nΩ·m) 허용전류용량(MA/㎠) Allowable current capacity (MA/㎠) 실시예 1Example 1 1717 2828 실시예 2Example 2 1717 2828 실시예 3Example 3 1717 2828 실시예 4Example 4 1717 2828 비교예 1Comparative Example 1 1717 2828 비교예 2Comparative Example 2 2020 66 비교예 3Comparative Example 3 2020 66 비교예 4Comparative Example 4 2020 66 비교예 5Comparative Example 5 2020 66

표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 4에서 얻은 Cu 구조물은 비교예 2 내지 5에서 얻은 Cu 구조물과 비교하여 개선된 전기적 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 제조예 1에서 얻은 전착 코팅 용액을 사용하여 얻은 Cu 구조물은 비교제조예 1에서 얻은 전착 코팅 용액을 사용하여 얻은 Cu 구조물과 비교하여 개선된 전기적 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the Cu structures obtained in Examples 1 to 4 exhibit improved electrical properties compared to the Cu structures obtained in Comparative Examples 2 to 5. From this, it can be seen that the Cu structure obtained by using the electrodeposition coating solution obtained in Preparation Example 1 exhibits improved electrical properties compared to the Cu structure obtained by using the electrodeposition coating solution obtained in Comparative Preparation Example 1.

평가 IIEvaluation II

실시예와 비교예에서 얻은 Cu 구조물의 연마 특성 및 연마 후 손상 여부를 평가한다.The polishing properties of the Cu structures obtained in Examples and Comparative Examples and whether they are damaged after polishing were evaluated.

연마 특성은 연마 속도(material removal rate: MRR)로부터 평가한다.Polishing properties are evaluated from the material removal rate (MRR).

연마 속도는 연마 전후의 텅스텐 막의 두께를 면저항으로부터 환산하여 구하고 속도 환산하는 방법으로 산출한다.The polishing rate is calculated by converting the thickness of the tungsten film before and after polishing from the sheet resistance and converting the speed.

연마 후 Cu 구조물의 손상 여부는 Cu 구조물의 스크래치(scratch), 패임(dishing) 및 부식(erosion) 정도로부터 평가한다.Whether the Cu structure is damaged after polishing is evaluated from the degree of scratch, dishing, and erosion of the Cu structure.

그 결과는 표 3과 같다.The results are shown in Table 3.

연마속도(Å/min)Polishing speed (Å/min) 스크래치(ea/wf)Scratch(ea/wf) 패임(Å)Indentation (Å) 부식(Å)Corrosion (Å) 실시예 1Example 1 45004500 00 150150 < 100<100 실시예 2Example 2 52005200 00 9090 < 100<100 실시예 3Example 3 55005500 00 7070 < 100<100 실시예 4Example 4 48004800 33 260260 < 100<100 비교예 1Comparative Example 1 45004500 1212 660660 530530 비교예 2Comparative Example 2 < 1000<1000 -- -- -- 비교예 3Comparative Example 3 38003800 1414 620620 470470 비교예 4Comparative Example 4 < 1000<1000 -- -- -- 비교예 5Comparative Example 5 < 1000<1000 -- -- --

표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 4에서 얻은 Cu 구조물은 비교예 1 내지 5에서 얻은 Cu 구조물과 비교하여 손상 및 형태 변형이 적으면서 동등하거나 개선된 연마 속도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the Cu structures obtained in Examples 1 to 4 show an equivalent or improved polishing rate with less damage and shape deformation compared to the Cu structures obtained in Comparative Examples 1 to 5.

표 2 및 3을 종합할 때, 실시예에서 얻은 Cu 구조물은 비교예에서 얻은 Cu 구조물과 비교하여 개선된 전기적 특성 및 동등하거나 개선된 연마 속도를 가지면서도 연마 후 손상 및 형태 변형에 의한 결함을 줄일 수 있음을 확인할 수 있다. 이로부터 금속 구조물 형성시 전착 단계에서 사용하는 전착 코팅 용액과 연마 단계에서 사용하는 슬러리에 따라 개선된 성능을 가진 보이드 없는 미세 금속 구조물이 형성될 수 있음을 확인할 수 있다.When summarized in Tables 2 and 3, the Cu structure obtained in the Example has improved electrical properties and an equivalent or improved polishing rate compared to the Cu structure obtained in the Comparative Example, while reducing defects due to damage and shape deformation after polishing. You can see that you can. From this, it can be seen that a void-free fine metal structure with improved performance can be formed according to the electrodeposition coating solution used in the electrodeposition step and the slurry used in the polishing step when forming the metal structure.

이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다. Although the embodiments have been described in detail above, the scope of the rights is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept defined in the following claims also belong to the scope of the rights.

10: 기판
20: 절연층
20a: 트렌치
30: 도전층
40: 금속층
40a: 금속 구조물
50: 캡핑층
10: substrate
20: insulating layer
20a: trench
30: conductive layer
40: metal layer
40a: metal structure
50: capping layer

Claims (20)

금속 및 5nm 미만의 나노 연마제를 포함하는 금속층을 형성하는 단계, 그리고
상기 금속층의 표면에 슬러리를 공급하여 화학 기계적 연마를 수행하는 단계
를 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
Forming a metal layer comprising a metal and a nano-abrasive of less than 5 nm, and
Supplying a slurry to the surface of the metal layer to perform chemical mechanical polishing
Method of manufacturing a metal structure comprising a.
제1항에서,
상기 슬러리는 3nm 이상의 평균 입경을 가진 연마제를 포함하지 않는 금속 구조물의 제조 방법.
In claim 1,
The slurry is a method of manufacturing a metal structure that does not contain an abrasive having an average particle diameter of 3 nm or more.
제1항에서,
상기 슬러리는 연마제 프리 슬러리(abrasive-free slurry)인 금속 구조물의 제조 방법.
In claim 1,
The slurry is an abrasive-free slurry.
제1항에서,
상기 슬러리는 아미노산 또는 그 유도체를 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
In claim 1,
The slurry is a method of manufacturing a metal structure containing an amino acid or a derivative thereof.
제1항에서,
상기 나노 연마제는 탄소 연마제를 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
In claim 1,
The nano-abrasive is a method of manufacturing a metal structure comprising a carbon abrasive.
제5항에서,
상기 탄소 연마제는 플러렌 또는 그 유도체, 그래핀, 그래파이트, 카본나노튜브, 카본 도트 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
In clause 5,
The carbon abrasive is a method of manufacturing a metal structure including fullerene or a derivative thereof, graphene, graphite, carbon nanotubes, carbon dots, or a combination thereof.
제1항에서,
상기 금속은 구리, 은, 금, 알루미늄, 칼슘, 아연, 텅스텐, 철, 주석, 백금, 니켈 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
In claim 1,
The metal is a method of manufacturing a metal structure comprising copper, silver, gold, aluminum, calcium, zinc, tungsten, iron, tin, platinum, nickel, or a combination thereof.
제1항에서,
상기 금속층을 형성하는 단계는
금속염, 상기 나노 연마제 및 용매를 포함하는 전착 코팅 용액을 준비하는 단계, 그리고
상기 전착 코팅 용액 내에 도전층을 포함한 기판 및 대향 전극을 배치하고 상기 도전층과 상기 대향 전극 사이에 전류를 흐르게 하여 전착을 수행하는 단계
를 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
In claim 1,
The step of forming the metal layer
Preparing an electrodeposition coating solution containing a metal salt, the nano-abrasive and a solvent, and
Disposing a substrate including a conductive layer and an opposite electrode in the electrodeposition coating solution, and performing electrodeposition by flowing a current between the conductive layer and the opposite electrode
Method of manufacturing a metal structure comprising a.
제8항에서,
상기 금속염은 구리염, 은염, 금염, 알루미늄염, 칼슘염, 아연염, 텅스텐염, 철염, 주석염, 백금염, 니켈염 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 구조물의 제조 방법.
In clause 8,
The metal salt is a method of manufacturing a metal structure comprising a copper salt, a silver salt, a gold salt, an aluminum salt, a calcium salt, a zinc salt, a tungsten salt, an iron salt, a tin salt, a platinum salt, a nickel salt, or a combination thereof.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of forming a metal wiring by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 9.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻어진 금속 구조물.
A metal structure obtained by the method according to any one of claims 1 to 9.
금속 및 5nm 미만의 평균 입경을 가진 나노 연마제를 포함하는 금속 구조물.
Metal structures comprising a metal and a nano-abrasive having an average particle diameter of less than 5 nm.
제12항에서,
상기 금속은 구리, 은, 금, 알루미늄, 칼슘, 아연, 텅스텐, 철, 주석, 백금, 니켈 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 구조물.
In claim 12,
The metal is a metal structure comprising copper, silver, gold, aluminum, calcium, zinc, tungsten, iron, tin, platinum, nickel, or a combination thereof.
제12항에서,
상기 나노 연마제는 플러렌 또는 그 유도체, 그래핀, 그래파이트, 카본나노튜브, 카본 도트 또는 이들의 조합을 포함하는 금속 구조물.
In claim 12,
The nano-abrasive agent is a metal structure comprising fullerene or a derivative thereof, graphene, graphite, carbon nanotubes, carbon dots, or a combination thereof.
제12항에서,
상기 나노 연마제의 평균 입경은 2nm 이하인 금속 구조물.
In claim 12,
The average particle diameter of the nano-abrasive is a metal structure of 2 nm or less.
제12항에서,
상기 금속 구조물의 비저항은 상기 금속의 비저항의 0.8배 내지 1.2배인 금속 구조물.
In claim 12,
The specific resistance of the metal structure is 0.8 to 1.2 times the specific resistance of the metal.
제12항에서,
상기 금속 구조물의 폭은 20nm 이하인 금속 구조물.
In claim 12,
The metal structure has a width of 20 nm or less.
제12항에 따른 금속 구조물을 포함하는 금속 배선.
Metal wiring comprising the metal structure according to claim 12.
제18항에 따른 금속 배선을 포함하는 반도체 소자.
A semiconductor device comprising the metal wiring according to claim 18.
제18항에 따른 금속 배선 또는 제19항에 따른 반도체 소자를 포함하는 전자 장치.An electronic device comprising the metal wiring according to claim 18 or the semiconductor device according to claim 19.
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