KR20220011750A - 폴리싱 슬러리 내 큰 입자 수의 감소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬러리에서 고순도 제거 레이트 증강제(RRE)를 이용하여 구리 화학 기계적 폴리싱 슬러리에서의 큰 입자의 개수(large particle counts, LPCs)를 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 탈이온수 용액에서의 RRE의 도전율은 RRE, 및 이로 인해 RRE를 이용하는 슬러리 내의 큰 입자의 개수(LPCs)와 매우 밀접하게 연관이 있다.
Description
본 발명은 화학 기계적 폴리싱에 사용되는 슬러리 내 감소된 큰 입자 수에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 슬러리에 사용되는 구리 제거 레이트 증강제(removal rate enhancer, RRE), 전형적으로 아미노산 또는 그것의 유도체의 순도에 관한 것이다.
화학 기계적 폴리싱 또는 평탄화(chemical mechanical polishing or planarization, CMP)로서 알려진 공정은, 다음 층들이 구성되기 전, 재료들의 과잉 또는 원치 않는 층들을 폴리싱하기 위해 폴리싱 패드 및 슬러리를 이용하여 반도체 웨이퍼 상의 여러 층의 평탄화를 포함한다. 구리는 엄청난 도전율로 인해, 반도체 제조에서 상호접속(interconnects)을 형성하기 위해 일반적으로 사용되는 재료이다. 일단 구리 인레이드 구조(copper inlaid structure)가, 예를 들어 기판 위에 스텐실 템플레이트(stenciled template)에 의해 좌우되는 패턴에 따라 구리를 증착하는 다마신 공정(damascene process)에 의해 형성되면, 절연된 구리 와이어는, 인레이드 와이어들 사이의 구리 및 확산 배리어를 폴리싱 및 제거(clearing)하여 만들어진다. 구리 및 배리어 층 CMP는, 칩의 라인 층들의 백 엔드(back end)가 제조될 때, 각각의 층에 대한 구리 및 배리어 층 폴리싱의 반복되는 사이클을 포함한다. 전체적인 결함의 낮은 개수, 특히 슬러리에서 원치 않는 이물질에 의해 부분적으로 생기는 것으로 생각되는 스크래치들과 같은 바람직한 웨이퍼 특성들을 유지하면서, 스루풋(throughput)을 증가시키기 위해 높은 재료 제거율로 웨이퍼를 폴리싱하는 것이 바람직하다. 이 원치 않는 입자들의 존재는 전형적으로 큰 입자 수(LPCs)를 결정하기 위해 광 산란 기술에 의해 모니터링되고, 여기서 선택된 임계치, 예를 들어 0.5 마이크로미터(㎛) 또는 1.0 ㎛보다 큰 직경을 갖는 입자의 농도가 용액 내에서 수량화된다. 선택된 크기의 임계치는 전형적으로 용액에서 원하는 입자들의 크기 분포의 99번째 백분위(99th percentile)보다 훨씬 위에 있고, 따라서 슬러리 내 LPC에 기여하는 입자들이 바람직하지 않은지 또는 바람직한지에 관한 혼란이 없게 한다.
구리 슬러리를 이용하는 전형적인 구리 CMP 공정은 종래 기술 예컨대 미국 특허 제 6,083,840 호(Mravic, Pasqualoni, Mahulikar)에 상세히 기재되어 있는 2개의 공정으로 구성된다. 먼저, 전기도금된 구리 피복(electroplated copper overburden)은 다량의 피복을 제거하는 벌크 폴리시 단계에서 비교적 높은 다운 포스(high down force)로 폴리싱된다. 이어서, 제 1 단계로부터의 잔여 구리 피복은 배리어 층 상의 스톱(stop)에 의해, 더 낮은 다운 포스로 폴리싱된다. 이러한 단계는 연마분 유형(polisher type) 또는 구성에 의존하여, 제 1 단계와 결합될 수 있다. 목표는 다양한 결함을 회피하면서 배리어 재료로부터 모든 구리를 제거하는 것이다. 즉 구리 CMP 단계들로부터 원하지 않는 깊은 스크래치들은 만약 이들이 그 다음 배리어 폴리싱에서 제거되지 않을 충분한 깊이에 있으면, 칩 제조의 나중 단계들 동안 계속될 수 있다. 이들 스크래치들의 유형은 궁극적으로 장치 성능을 손상할 수 있고 깊은 스크래치들 뒤의 잠재적인 원인 중 하나는 구리 슬러리에 존재하는 원치 않는 큰 입자일 수 있다. 결과적으로, 구리 슬러리에서 LPC를 최소화하는 것은 계속 목표로 되는데, 특히 더 진보된 노드에서 장치 특징들이 계속 줄어들고 심지어 가장 작은 스크래치들이 장치 성능에 따라 웨이퍼의 다이 수율(die yield)에 해로울 수 있기 때문이다. LPC 소형화는, 슬러리가 미국 특허 제 8,192,644 호(Kim, Wen)에 기재된 것과 같이, 20X와 같은 상당히 큰 비율(factor)로 최종 사용자에 의해 희석되기 전에 더욱 더 높은 농도들로 만들어지기 때문에 특히 중요하다.
CMP 슬러리 내 LPC는 주로 슬러리에 사용되는 연마제로부터 온다. 전형적인 연마제들은 콜로이달 실리카(colloidal silica), 흄드 실리카(fumed silica), 세리아(ceria) 및 알루미나(alumina)이다. 실제로, 여과 공정(process of filtration)이 특정 크기보다 큰 입자를 제거하기 위해 사용된다. 종래 기술은 LPC에 기여하는 구리 슬러리로부터 물리적 불순물을 제거하기 위한 크기별 제외 여과(size exclusion filtration)의 이용을 포함한다. 미국 특허 제 6,749,488 호(Mahulikar, Lafollette)는 결함에 대한 LPC의 관계를 기재하고 여과에 의해 LPC를 제어하는 방법을 제공한다. LPC에 대한 연마제의 기여가 잘 확립되어 있지만, LPC에 대한 다른 슬러리 화학약품의 기여는 잘 알려져 있지 않다. 이 수성 화학약품들은 슬러리 제제(formulation)에 완전히 용해되고, 그러므로 LPC에 대해 중요한 영향을 미치지 않을 수 있다. 그러나, 작용에 있어서 복잡한 요인들이 있을 수 있다. 특정 화학 약품들은 이들을 응집하게 하는 입자들의 표면 전하를 변경할 수 있어, 심지어 여과 후에도 제 자리(in situ)에서 LPC를 생성한다. 화학약품들은 또한 여과 효율을 변경하는 필터들의 웨팅 능력(wetting capability)에 영향을 줄 수 있다. 끝으로 이들은 LPC에 첨가하는 종(species)의 침전을 일으키는 용해 키네틱스(dissolution kinetics)에 영향을 줄 수 있다. 이들 부수적인 문제들은 구리 슬러리 제제에 존재한다. 매우 낮은 변형(variation) 및 더 치밀한 제어 한도를 요구하는 반도체 산업에 의해, 이들 LPC 쟁점은 해결되어야 한다.
고순도 입자 및 고순도 슬러리의 사용은 미국 특허 제 8,211,193 호(Mahulikar, Wang)에 기재되어 있다. 결함(defectivity)을 포함한, 다양한 기능적인 성능 관련 파라미터들에 대한 순도 효과가 기재되어 있다. 제거 레이트 증강제(RRE)의 기능적인 역할은 종래 기술 예컨대 미국 특허 제 RE 37,786 호(Hirabayashi, Higuchi)에 상세히 기재되어 있지만, 종래 기술은 LPC 또는 결함에 대한 슬러리 제제에서의 특정 화학약품들의 순도 효과를 보고하고 있지 않다.
본 발명의 하나의 목적은 일반적으로 구리 슬러리에서 LPC에 대한 화학적 효과, 및 특히 LPC에 대한 RRE의 순도 레벨 효과의 문제점을 해결하는 것이다. 또한, 슬러리에 많은 결함을 일으키는 불순물이 얼마나 존재하는지와 관련된, 즉 슬러리에 불순물이 얼마나 있는지에 대해 도전율이 신뢰 가능한 지표일 수 있는지, 및 특정 슬러리가 구리 CMP 동안 결함, 특히 깊은 스크래치들을 일으키기 쉬운 경향이 있는지를 결정할 필요성이 있다. 또한, 만약 RRE에 의해 용액에 기여되는 도전율이 LPC와 관계있다는 것이 발견다면, 그리고 이로 인해 매우 많은 잠재적인 결함을 일으키는 입자들이 용액에 존재한다면, RRE의 최소 순도 레벨의 설정 시의 제한들이 만들어져야 한다.
본 발명은 슬러리 중에 고순도 제거 레이트 증강제(RREs)를 이용하여 화학 기계적 폴리싱(CMP) 슬러리에서 큰 입자 수(large particle counts, LPCs)를 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 LPC가 감소된 슬러리를 제공한다. RRE는 아미노산 또는 그것의 유도체일 수 있다. LPC는 반도체 제조에서 CMP 단계들 동안 깊은 스크래치를 야기할 수 있고, RRE는 다른 구성 요소들과 비교하여 구리 슬러리 내 LPC의 최대 비율을 도입하는 경향이 있다(도 1). 이하에 더 상세히 논의되는 것과 같이, 본 발명은 RRE/탈이온수(DIW) 용액들에서 발견된 LPC 경향들이, 완전히 형성된 구리 슬러러에서 보인 LPC 경향들에 대응하는 것을 시사한다. 또한 RRE에 의해 용액에 기여하는 LPC와, 도전율 간의 양의 상관관계(positive correlation)가 있고, 이들 상관관계는 DIW에 용해된 큰 농도 범위에 걸쳐 들어 맞는다(도 2). 정량적으로, RRE 소스에 대한 최소 순도 요건에 대응하는 DIW 용액의 RRE에 대한 최대 도전율 한도는, 종래 기술 RRE의 순도 제한보다 더 적은 LPC가 최종 슬러리에 기여하도록 충분한 순도의 RRE 소스를 보장하기 위해 설정될 수 있다. 다수의 슬러리 로트(lots)에 대한 결과들이 본 발명에 나타난다(도 3). RRE/DIW 용액은 더 시간 효율적이고, 연구에 집중되는 자원이 더 적고, 기계 신호들과 간섭할 수 있고 난해한 결과들을 제공하는 많은 다른 성분들을 포함하는 완전히 형성된 구리 슬러리에 대한 연구를 마무리하는 것보다 구리 슬러리의 작용(behavior)의 신뢰성 있는 지표로서 역할을 할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 탈이온수(deionized water)에서 도전율(conductivity) C를 가지는 제거 레이트 증강제를 포함하는 구리 화학 기계적 폴리싱 조성물을 제공한다. 제거 레이트 증강제는 다음의 부등식을 따른다:
C <= a*W + b
여기서 W는 조성물의 총 중량에 기초한 제거 레이트 증강제의 wt%이고, a는 0.0005<a<0.0025이고, b는 0.0005<b<0.0025이다. 또한 본 발명은 패드(pad) 및 위에 기재한 조성물을 이용하여 기판을 폴리싱하는 방법을 제공한다.
도 1은 부식 방지제(corrosion inhibitor), 제거 레이트 증강제, 및 디싱 감소제(dishing reducer)를 포함하는 구리 CMP 슬러리의 각 성분들의 상대적으로 큰 입자 수 기여(contribution)를 표시하는 차트이다. 제거 레이트 증강제에 의해 기여되는 큰 입자 수는, 디싱 감소제 또는 부식 방지제에 의해 기여되는 큰 입자 수를 명백히 능가한다.
도 2a 내지 2c는 DIW 용액 내 RRE의 중량 % 함수로서 (a) 0.56 ㎛ LPC, (b) 1.0 ㎛ LPC, 및 (c) 도전율을 그래프로 나타낸 것이다. DIW 용액 내 RRE의 저도전율(low conductivity)은 연구된 전체 농도 범위에 걸쳐 낮은 LPC와 관련이 있다.
도 2d는 현재 이용 가능하고 일반적으로 사용되는 글리신 RRE, 및 본 발명의 원리에 따라 선택되는 RRE에 대한 절대적인 LPC를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은, 최종 슬러리에서 LPC를 감소시키는 이하의 본 발명의 방정식에 따른 순도 요건을 통과하는 RRE 소스와 비교하여, CMP 슬러리에 대해 상대적으로 높은 도전율 및 따라서 더 높은 LPC 기여를 갖는 종래 기술 RRE를 이용하는 다량 제조된 구리 CMP 슬러리에서의 LPC의 박스플롯 비교(boxplot comparison)를 나타낸다.
도 2a 내지 2c는 DIW 용액 내 RRE의 중량 % 함수로서 (a) 0.56 ㎛ LPC, (b) 1.0 ㎛ LPC, 및 (c) 도전율을 그래프로 나타낸 것이다. DIW 용액 내 RRE의 저도전율(low conductivity)은 연구된 전체 농도 범위에 걸쳐 낮은 LPC와 관련이 있다.
도 2d는 현재 이용 가능하고 일반적으로 사용되는 글리신 RRE, 및 본 발명의 원리에 따라 선택되는 RRE에 대한 절대적인 LPC를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은, 최종 슬러리에서 LPC를 감소시키는 이하의 본 발명의 방정식에 따른 순도 요건을 통과하는 RRE 소스와 비교하여, CMP 슬러리에 대해 상대적으로 높은 도전율 및 따라서 더 높은 LPC 기여를 갖는 종래 기술 RRE를 이용하는 다량 제조된 구리 CMP 슬러리에서의 LPC의 박스플롯 비교(boxplot comparison)를 나타낸다.
본 발명은, 탈이온수(deionized water, DIW) 용액(기본 DIW 저항(background DIW resistivity) >18 메가옴(megaohms)) 내에 일단 용해된 제거 레이트 증강제(RRE)의 도전율에 기초하여 순도를 획득하는 RRE를 선택하여, 구리 폴리싱 CMP 슬러리에서 LPC를 감소시키는 방법, 그리고 낮은 LPC를 가지는 슬러리를 제공한다. 본 발명의 RRE에 대한 원하는 도전율은 제거 레이트 증강제의 주어진 농도 하에서 다음의 부등식(식 1)을 따르는 농도의 함수로서 표현될 수 있다:
C <= a*W + b
C는 센티미터 당 밀리지멘스 또는 다른 적합한 도전율 단위로 측정되는, DIW 용액 내 RRE의 도전율을 나타내고, W는 용액 내 RRE의 wt%이고, 여기서 a는 0.0005<a<0.0025이고, b는 0.0005<b<0.0025이다. 상수 b는 C와 동일한 단위를 가지며, 상수 a는 a 및 W의 곱(product)이 b 및 C에 대해 동일한 단위를 도출할 수 있도록 단위를 가질 수 있다.
본 발명 이전에는, RRE의 도전율을 제어하는 것이 특정 RRE를 포함한 슬러리의 LPC에 영향을 줄 수 있다는 것을 시사하는 종래 기술 또는 산업 지식은 없었다. 아래에 더 상세히 논의되는 것과 같이, LPC와 도전율 간에는 예측할 수 없었던 밀접한 상관관계가 있다.
본 발명의 CMP 슬러리는 다른 성분들 중에서도 연마제, 부식 방지제(CI), 및 RRE를 포함한다. 연마제는 알루미나(alumina), 흄드 실리카(fumed silica), 콜로이달 실리카(colloidal silica), 코팅된 입자들, 티타니아(titania), 세리아(ceria), 지르코니아(zirconia), 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. CI는 벤조트리아졸(benzotriazole) 및 그것의 유도체, 토릴 트리아졸(tolyl triazole) 및 그것의 유도체, 및 아졸(azoles)로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
RRE는 유기산(organic acids) 및 이들의 염, 아미노산(amino acids), 글리신(glycine), 알라닌(alanine), 카르복실산(carboxylic acids), 폴리아민(polyamines), 암모니아계 화합물(ammonia based compounds), 제 4 암모늄 화합물(quaternary ammonium compounds), 무기산(inorganic acids), 카르복시 및 아미노 작용기들 모두의 화합물(compounds with both carboxylic and amino functions), 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid), 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산(diethylene triamine pentaacetic acid), 및 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
슬러리 농축물 내 RRE 농도는 용액 내 RRE의 용해 한도(solubility limit)까지인 <100 ppm의 레벨일 수 있다. RRE의 용해 한도는 사용되는 특정 RRE에 의존할 것이다. 일부 RRE는 1 wt%의 용해 한도를 가질 수 있고, 일부는 50 wt%의 용해 한도를 가질 수 있다. 예로서, 글리신에 대해, 용해 한도는 17 wt%, 18 wt%, 또는 20 wt%까지일 수 있다. 따라서, 본 발명의 조성물 및 슬러리 내 RRE는 0 보다 크고 50 wt%보다 작은, 또는 이들 사이의 임의의 부분 범위의 임의의 양으로 존재할 수 있다. RRE는 또한 0 보다 크고 20 wt%보다 작은, 또는 이들 사이의 임의의 부분 범위의 임의의 양으로 존재할 수 있다.
RRE는 그것이 원재료 자체로 있거나, 그것이 상기 순도 레벨에 도달하는 임의의 처리를 받는 경우, 위에 기재한 도전율을 얻기 위해 충분한 순도로 될 필요가 있다. 예를 들어, RRE는 슬러리의 다른 성분들과 혼합하기 전에 원재료로서 충분히 높은 도전율일 수 있다. 대안으로, 식 1을 만족시키는 데 실패하는 높은 도전율 RRE로 시작하고, 그것을 슬러리의 하나 이상의 다른 성분들(예컨대, 부식 방지제)과 혼합하고, 혼합물 또는 최종 슬러리가 이온 교환(exchange)/여과(filtration), 또는 다른 정제(purification)를 받게 할 수 있다.
구리의 용해는 구리층의 표면에서 일어나고, RRE의 기능적인 역할은 그 공정과 관련되어 있다. 구리 이온의 제거는 구리층과 복합체(complex)를 형성할 수 있는 RRE와의 반응에 의해 강화될 수 있다. 이러한 복합체는 전형적으로 CMP 이전의 모(parent) 구리층보다 더 부드럽거나 더 다공성이고, 그래서 복합체는 금속성 구리보다 기계적으로 덜 강하고, 더 용이하게 제거될 수 있다. 본 발명은 폴리싱되는 구리층을 참조하지만, 본원에 개시된 슬러리 및 방법은 또한 다른 금속, 예컨대 코발트를 폴리싱하기 위해 사용될 수 있다.
앞에서 논의된 것과 같이, 구리 CMP의 도전(challenges) 중 하나는 공정이 반도체 웨이퍼의 표면 내 또는 표면 상에 결함을 도입할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 만약 구리 슬러리가 큰 불순물 입자들을 포함하면, 이 입자들은 웨이퍼 표면 상에 스크래치들을 발생시킬 수 있다. 특히 관심 있는 것은, 특히 만약 구리 CMP 후 배리어 CMP 단계(barrier CMP step)가 깊은 스크래치(deep scratch)를 평탄화할 수 있을 만큼 충분한 재료를 제거하지 못하고, 궁극적으로 장치 고장으로 이어지면, 구리 CMP 동안 발생하지만 후속 제조 단계들 내내 존속할 수 있는 깊은 스크래치들이다. 스크래치를 생기게 하는 너무 큰 불순물 입자들은 종종 큰 입자 수(large particle count: LPC) 측정들에 의해 정량화될 수 있고, RRE는 DR 및 CI와 같은 다른 성분들에 비해 구리 슬러리 내로 LPC들의 최대 비율을 도입하는 경향이 있다(도 1 참조). 그러므로, 최종 슬러리의 LPC 특징들은 1차 기여자, 즉 RRE에 의해 주로 설명된다. 만약 최종 슬러리 중에서 보다 소수의 LPC들에 기여하는 RRE가 선택될 수 있으면, 가능하게는 깊은 스크래치들 중 일부가 회피될 수 있다. 위에 제공된 식에 따라 RRE 및 그것의 양을 선택함으로써, 얻어진 슬러리 중의 LPC가 최소화될 수 있다.
전통적으로, 광 산란(light scattering)은 구리 슬러리 농축물 내 LPC, 및 이와 같은 물리적 불순물을 연구하기 위한 선택 방법이었다. 이것의 하나의 문제점은 광 산란이 실제 입자들과 공기 방울 간에 구별되지 않는다는 것이고, 이들 모두는 배경 매체(background medium)와는 상당히 다른 굴절율을 가질 수 있다. 물론, 공기 방울은 CMP 폴리싱 동안 깊은 스크래칭을 일으키지 않고, 기본적으로, 스크래치를 발생하는 너무 큰 불순물 입자들이 얼마나 많이 CMP 슬러리에 존재하는지를 결정하기 위한 LPC 측정시, 기생(parasitic) 및 부정확한 판독을 제공하지 않을 것이다. 결과적으로, 광 산란은 LPC를 측정하기 위한 정교한 기술인데, 그 이유는 용액이 조심스럽게 취급되어야 하고 이들이 만들어지는 시간, 및 이들이 측정되는 시간 사이에 공기방울이 용액 중에 머물도록 하기 위한 충분한 시간이 주어져야 하기 때문이다.
결과적으로, 본 발명은 물리적 불순물 또는 LPC를 검출하기 위한 광 산란이 사용될 수 있는 동안, 도전율 측정이 수용성이고, 대전된 용해 가능 불순물을 검출할 수 있다는 것을 확립한다. 이 방법들의 조합은 또한 만약 RRE의 불순물 레벨이 충분히 높은지, 그리고 얼마나 그것이 슬러리에 대한 LPC의 기여와 관계가 있을 것인지를 가리키기 위한 충분한 증거를 제공할 수 있다. 공기 방울들이 용액 중에 존재할 때 거짓의 긍정적인 판독들을 제공할 수 있는, 물리적 불순물 검출을 하는 광 산란 보다는, 도전율 측정이 용해된 RRE가 용액에 기여할 수용성이고 용해 가능한 대전된 불순물들을 검출할 것이다.
본 발명은 또한 도전율 측정에 기초한 DIW 내 RRE가 얼마나 LPC와 관계있는가, 그리고 이 관계들이 DIW 내 용해된 RRE의 넓은 농도 범위에 걸쳐 들어 맞는지를 보여준다. 도 2a - 2d는 용액 내 RRE에 대해 거의 용해 한도까지의 농도 범위에 걸쳐, 낮은 도전율이 감소된 LPC 수와 관계있다는 것을 시사한다.
도 2d에는, 현재 사용되는 산업 표준("POR" RRE)인 높은 도전율을 갖는 글리신 RRE의 LPC에 대한 데이터 포인트는, 본 발명의 원리 및 위의 식 1에 따라 선택되는 낮은 도전율을 갖는 글리신 RRE에 대한 LPC 데이터 포인트에 대해 표시된다. 알 수 있는 것과 같이, 식 1을 만족시키는 글리신 RRE는 식 1을 만족시키지 않는 표준 글리신 RRE보다 모든 농도에서 상당히 낮은 LPC를 가진다. 나타낸 데이터는 셀레리티 장비(Celerity tool)에 의해 측정되고, 56㎛보다 큰 입자들에 대한 것이고, x-축 상의 wt%는 탈이온수(DIW) 내 글리신 RRE의 양이다.
POR RRE는 0.9965의 R^2값을 갖는 극히 잘 맞는 선형의 회귀 추세선(well-fit linear regression trendline)을 가진다. 따라서, POR RRE에 대해, LPC는 식(식 2)으로서 표현될 수 있다:
L ≤ a*W + b,
여기서 L은 탈이온수 용액 내 제거 레이트 증강제의 밀리미터 당 큰 입자 수를 나타내고, W는 용액 내 제거 레이트 증강제의 wt%이고, a 및 b는 각각 회귀선의 기울기 및 절편(intercept)이다.
도 2d의 플롯에서, POR RRE에 대한 회귀선의 기울기는 1660.6이고, 절편 b는 534.66이다. 따라서, 본 발명은 RRE가 식 2를 만족시키도록 선택될 수 있는 것을 의도하고, 여기서 0 ≤ a ≤ 1600이고, 0 ≤ b ≤ 50이고, 여기서 "a"는 입자/mL/g의 단위를 가지며 "b"는 입자/mL의 단위를 가진다.
이론적으로, b는 항상 0과 같아야 하는데, 그 이유는 0wt% RRE에서, 오로지 DIW 뿐인 용액 내에서는 제로 LPC를 예상할 수 있기 때문이다. 그러나, 회귀 추세선은 플롯의 원점을 정확하게 통과하지 않았다. 또, 심지어 DIW 뿐임에도 약간의 잔류 LPC를 가질 수 있다.
"새로운(new)" RRE의 데이터 지점들, 즉 위의 식 1에 따라 선택된 것은 식 2 또한 만족시키는 RRE의 일례를 나타낸다. 이러한 RRE에 대한 회귀선은 247.37의 기울기 a를 가지며, -258.57의 절편 b를 가진다. 위에 기재한 것과 같이, a의 값은 0 ≤ a ≤ 1600, 그 범위 내의 임의의 값, 또는 그 사이의 임의의 부분 범위일 수 있다. 유사하게, b는 0 ≤ b ≤ 50, 그 범위 내의 임의의 값, 또는 그 사이의 임의의 부분 범위에 있도록 선택될 수 있다.
도 2d의 데이터는 유용한데, 그 이유는 RRE/DIW 용액 내 LPC의 양이 CMP 슬러리가 추가의 성분들과 준비될 때의 LPC의 양과 밀접하게 관련있기 때문이다. 이것은, 위에서 논의되고 도 1에 나타낸 것과 같이, RRE가 CMP 슬러리에서 LPC의 가장 큰 기여자이기 때문이다. 도 3은, 식 1에 의해 결정되는 낮은-도전율 RRE를 이용하는 슬러리들과 비교되는, 본 발명에서 확립되는 도전율 요건을 만족시키지 않는 표준 RRE 모두를 이용하여 다량으로 제조되는 구리 슬러리의 LPC의 플롯을 나타낸다. LPC 데이터는 여기에 기재된 도전율 측정에 의해 결정되는 RRE의 순도 레벨이 최종 슬러리 농축물 내 LPC와 밀접하게 관련있는 것을 명확히 나타낸다. 고순도 RRE는 보다 소수의 LPC를 갖는 슬러리를 생성한다.
다음의 리스트는 본 발명에 이용되는 용어의 일부를 정의한다.
- 화학 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing)(또는 평탄화(Planarization))(CMP): 연마제 입자의 행동(way)에 의한 표면의 기계적 제거와 결합된, 표면 재료의 화학적 변화(chemical alternation) 사이의 시너지(synergy)에 의해 반도체 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위한 방법.
- 큰 입자 수(LPCs): 특정 직경 임계치(예컨대 0.56um 또는 1.0um) 위에 포함되는 용액 내 mL 당 입자의 수
- 제거 레이트 증강제(Removal Rate Enhancer: RRE): 폴리싱 중 구리 필름의 제거 레이트를 증가시키는 구리 CMP 슬러리에 대한 첨가제
- 구리를 산화제: 높은 원자가 상태(valence state)로 구리 원자를 산화시키는 화학 약품
- 부식 방지제: 구리 표면이 부식하는 것을 방지하는 화학 약품
- 연마제: 웨이퍼 표면의 기계적 제거를 돕는 고체 입자
본 발명은 그것의 바람직한 형태들을 참조하여 이와 같이 기재되었지만, 다양한 변경 및 수정이 첨부 청구항에 의도된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것이 명백할 것이다.
Claims (8)
- 반도체 웨이퍼 표면을 폴리싱하는 방법에 있어서,
반도체 웨이퍼 표면을 패드(pad) 및 폴리싱 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하며,
상기 폴리싱 조성물은,
제거 레이트 증강제(removal rate enhancer);
부식 방지제(corrosion inhibitor); 및
연마재(abrasive);를 포함하고,
상기 제거 레이트 증강제는 탈이온수(deionized water)에서 도전율(conductivity) C를 가지고, 상기 제거 레이트 증강제는 다음의 부등식을 따르며:
C ≤ a*W + b
상기 W는 상기 폴리싱 조성물의 총 중량에 기초한 상기 제거 레이트 증강제의 wt%이고, 상기 a는 0.0005<a<0.0025이고, 상기 b는 0.0005<b<0.0025이며,
상기 W는 상기 폴리싱 조성물의 총 중량을 기준으로 0 보다 크고 20 wt%이하이고,
상기 폴리싱 조성물은 큰 입자 수(large particle count)를 갖고, 상기 큰 입자 수는 상기 폴리싱 조성물 내에서 0.56 마이크로미터 보다 큰 크기를 갖는 입자의 수로 정의되며,
상기 도전율 C와 상기 큰 입자 수는 양의 상관 관계(positive correlation)를 가져서, 상기 도전율이 낮을수록 상기 큰 입자 수가 적은, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제거 레이트 증강제는.
유기산(organic acids), 및 유기산염(organic acid salts), 아미노산(amino acids), 카르복실산(carboxylic acids), 폴리아민(polyamines), 암모니아계 화합물(ammonia based compounds), 제 4 암모늄 화합물(quaternary ammonium compounds), 무기산(inorganic acids), 카르복시 및 아미노 작용기 모두를 갖는 화합물(compounds with both carboxylic and amino functions), 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid), 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산(diethylene triamine pentaacetic acid), 및 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제거 레이트 증강제는 글리신(glycine)인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 부식 방지제는,
벤조트리아졸(benzotriazole), 벤조트리아졸 유도체(benzotriazole derivatives), 토릴 트리아졸(tolyl triazole), 토릴 트리아졸 유도체(tolyl triazole derivatives), 아졸(azoles), 및 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 연마제는,
알루미나(alumina), 흄드 실리카(fumed silica), 콜로이달 실리카(colloidal silica), 코팅된 입자들, 티타니아(titania), 세리아(ceria), 지르코니아(zirconia), 및 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 조성물은,
과산화 수소(hydrogen peroxide), 과황산 암모늄(ammonium persulfate), 질산은(silver nitrate), 질산 제이철(ferric nitrates), 염화 제이철(ferric chloride), 과산(per acid), 과산염(per salts), 오존수(ozone water), 페리시안화 칼륨(potassium ferricyanide), 중크롬산 칼륨(potassium dichromate), 요오드산 칼륨(potassium iodate), 브롬산 칼륨(potassium bromate), 삼산화 바나듐(vanadium trioxide), 하이포아염소산(hypochlorous acid), 하이포아염소산 나트륨(sodium hypochlorite), 하이포아염소산 칼륨(potassium hypochlorite), 하이포아염소산 칼슘(calcium hypochlorite), 하이포아염소산 마그네슘(magnesium hypochlorite), 질산 제이철(ferric nitrate), KMnO4(과망간산칼륨), 다른 무기 또는 유기 과산화물(other inorganic or organic peroxides), 및 이들의 임의의 혼합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 산화제(oxidizer)를 더 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 폴리싱 조성물은,
계면활성제(surfactant), 살균제(biocide), 표면 피니셔(surface finisher), pH 조절제, 결함 감소제(defect reduction agent), 또는 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 추가 성분을 더 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제거 레이트 증강제는,
상기 폴리싱 조성물의 총 중량을 기준으로, 0 보다 크고, 20 wt% 이하의 양으로 존재하는, 방법.
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