KR20240096680A - 백엔드 적용을 위한 패드-인-어-보틀 및 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화 - Google Patents

백엔드 적용을 위한 패드-인-어-보틀 및 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화 Download PDF

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마크 레오나드 오닐
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야사 삼푸르노
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버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨
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Abstract

백엔드 CMP 적용을 위한 다중(예컨대 3개) 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정을 대체하기 위한 신규한 패드-인-어-보틀(PIB) 기술 및 백엔드 CMP 적용을 위한 PIB형 CMP 슬러리를 사용하는 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정이 설명된다. 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼이 금속 벌크, 금속 소프트 랜딩 및 금속 배리어 CMP를 포함하는 전체 백엔드 CMP 공정에 사용된다.

Description

백엔드 적용을 위한 패드-인-어-보틀 및 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화
관련 출원
본원은 2021년 11월 10일에 출원된 미국 가출원 제63/278,049호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로 통합되어 있다.
분야
본 개시는 백엔드 적용과 같은 여러 연마 단계를 갖는 단일 플래튼 CMP 공정에 관한 것이다.
단일 플래튼 CMP 공정은, 백엔드 적용에서 3개의 연마 단계를 위해 단일 플래튼을 사용하는, 새로운 패드-인-어-보틀(Pad-In-A-Bottle, PIB) 기술 및 PIB형 고급 금속(예컨대, Cu 또는 Co) 벌크, PIB형 금속(예컨대, Cu 또는 Co) 소프트 랜딩 및 PIB형 금속(예컨대, Cu 또는 Co) 배리어 화학적 기계적 평면화(CMP) 슬러리, 시스템 및 방법을 사용한다. 플래튼 상에서 선택되는 단일 포싱 패드(경질 또는 연질)는 이후 3 단계의 연마를 모두 완료한다.
통상적으로, 백엔드 CMP 적용의 경우, 금속 벌크, 금속 소프트 랜딩 및 금속 배리어 CMP 슬러리가 도 1의 상부에 도시된 바와 같이 전체 연마 공정을 위해 CMP 연마 도구 상의 3개의 상이한 플래튼에서 3개의 상이한 연마 단계에 사용된다. 일반적으로, 3개의 상이한 플래튼이 3개의 CMP 슬러리에 대해 적어도 두 가지 유형의 연마 패드와 함께 사용된다.
따라서, 종래의 백엔드 CMP 공정을 위한 3개 플래튼 CMP 공정은 (a) 3개의 상이한 플래튼이 CMP 연마기(polisher)에 사용되어 연마 도구가 크고 복잡해지고, (b) 3개 플래튼 CMP 공정에서 각 플래튼마다 적어도 두 가지 상이한 유형의 연마 패드가 필요하며, (c) 3개의 상이한 플래튼 사이의 웨이퍼 이송 시간이 소자 제조 효율을 감소시키는 등의 여러 약점을 가진다.
고가의 폴리우레탄 연마 패드에 대한 소유 비용 및 전자 소자 제조 비용도 반도체 업계에서 CMP 공정에서 중요한 관심사이다.
CMP에서, 폴리우레탄(PU) 패드의 요철은 웨이퍼 접촉으로 인해 비가역적으로 변형되고, 조성물 입자에 의해서도 마모된다. 따라서, 공정 안정성을 보장하기 위해 다이아몬드 디스크로 패드 표면을 지속적으로 갱신해야 한다. 다이아몬드 디스크는 패드 표면을 절단하여 오래된 불규칙성을 제거하고 새로운 불규칙성을 만들어야 하기 때문에, 패드를 점차 얇게 만들어 패드를 교체해야 한다.
패드 애스퍼리티의 역할은 상용 연마 패드의 기공 및 애스퍼리티 크기와 유사한 크기의 고품질 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드가 수행한다. PIB형 CMP 슬러리에는 PU 비드가 포함되어 있다.
백엔드 CMP 적용을 위한 새로 발명된 단일 플래튼 CMP 공정(도 1의 하부에 도시된 바와 같음)에서, 선택된 제1 PIB형 Cu 벌크 CMP 슬러리가 먼저 사용되어 Cu 캡핑 층 필름의 바람직한 두께의 과부하를 제거하고, 제1 단계 후에, 선택된 제2 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 슬러리가 제2 단계에서 사용되어 낮은 Cu 라인 디싱을 제공하기 위해 배리어 및 유전체 필름에 정지시키기 위해 왼쪽 Cu 캡핑 층을 제거하고, 3 단계에서는, 선택된 제3 PIB형 Cu 배리어를 사용하여 연마할 여러 필름 중에서 바람직한 연마 선택도를 가진 배리어, 유전체 및 Cu 필름을 제거하여 Cu 디싱 및 침식 보정을 달성하여 전자 소자 제조 수율을 향상시키는 더 낮은 Cu 디싱 및 침식을 얻는다.
간략한 요약
개시된 단일 플래튼 CMP 공정을 사용함으로써, 단일 플래튼은 다음의 3종의 상이한 PIB형 CMP 슬러리 모두에 대해 선택된 단일 연마 패드와 함께 사용되어, 요구가 충족된다: 백엔드 CMP 공정에 사용되는 PIB형 Cu 벌크, PIB형 Cu 소프트 랜딩 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 슬러리.
백엔드 CMP 적용을 위한 본 발명의 단일 플래튼 CMP 공정은 CMP 처리 시간을 줄이고, 반도체 소자 제조의 처리량을 증가시킬 수 있다.
일양태에서, 단일 플래튼 CMP 공정에서 연마의 제1 단계에서, PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물이 제공된다. PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물은
연마재,
2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
실리콘 함유 분산제;
물과 같은 액체 담체;
및 임의로,
킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제,
부식 억제제,
유기 4급 암모늄 염,
살생물제;
pH 조절제;
사용 시점에 첨가되는 산화제
를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5이다.
다른 양태에서, 단일 플래튼 CMP 공정에서 연마의 제2 단계에서, PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물이 제공된다. PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물은
연마재,
2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
실리콘 함유 분산제;
Cu 디싱 감소 첨가제;
물과 같은 액체 담체;
및 임의로,
킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제,
부식 억제제,
유기 4급 암모늄 염,
살생물제;
pH 조절제;
사용 시점에 첨가되는 산화제
를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5이다.
제3 양태에서, 단일 플래튼 CMP 공정에서 연마의 제3 단계에서, PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물이 제공된다. PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물은
연마재,
2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
실리콘 함유 분산제;
배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제;
물과 같은 액체 담체;
및 임의로,
Cu 디싱 감소 첨가제;
부식 억제제,
pH 조절제;
사용 시점에 첨가되는 산화제
를 포함하고, 조성물의 pH는 산성 또는 알칼리성일 수 있다. 산성 pH의 경우, pH는 2.0 내지 6.5이고, 알칼리성 pH PIB형 CMP 연마 조성물의 경우, pH 범위는 8 내지 11이다.
다른 양태에서, 단일 플래튼 CMP 연마 방법이 제공된다. 단일 플래튼 CMP 연마 방법은 다음을 포함한다:
비용 효율적인 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼을 제공하는 단계;
구리, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 적어도 1종의 필름을 갖는 반도체 패턴화 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
구리 필름을 제어된 두께로 연마하는 단계로서, 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
마지막 연마로부터 남은 구리 필름을 연마하고, 배리어 필름에 정지시키는 단계로서, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 필름, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 필름을 연마하는 단계로서, 적어도 1종의 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계.
다른 양태에서, 단일 플래튼 CMP 연마 시스템이 제공된다. 단일 플래튼 CMP 연마 시스템은 다음을 포함한다:
비용 효율적인 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼을 제공하는 단계;
적어도 구리, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름을 갖는 반도체 패턴화 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물을 제공하여 구리 필름을 제어된 두께로 연마하는 단계로서, 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물을 제공하여, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름을 연마하고, 배리어 필름에 정지시키는 단계로서, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물을 제공하여, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 필름을 연마하는 단계로서, 적어도 1종의 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계.
연마 입자는 콜로이드 실리카 또는 고순도 콜로이드 실리카; 알루미나 도핑 실리카 입자와 같은, 콜로이드 실리카의 격자 내에 다른 금속 산화물에 의해 도핑된 콜로이드 실리카 입자; 알파, 베타 및 감마형의 알루미늄 산화물을 포함하는 콜로이드 알루미늄 산화물; 콜로이드 및 광활성 이산화티타늄, 세륨 산화물, 콜로이드 세륨 산화물, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 세리아 등과 같은 나노 크기의 무기 금속 산화물 입자, 나노 크기의 다이아몬드 입자, 나노 크기의 실리콘 질화물 입자; 모노 모달, 바이 모달, 멀티 모달 콜로이드 연마 입자; 유기 폴리머 기반 연질 연마재, 표면 코팅 또는 개질 연마재, 또는 기타 복합 입자 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
실리콘 함유 분산제는 불용성 실리콘 백본 및 다수의 수용성 폴리에테르 펜던트 기; 예컨대, 표면 습윤 특성을 제공하기 위한 에틸렌 옥사이드(EO) 및 프로필렌 옥사이드(PO)의 반복 단위(EO-PO) 작용기를 모두 포함하는 실리콘 폴리에테르를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
부식 억제제는 방향족 고리에 질소 원자를 포함하는 헤테로 방향족 화합물군, 예컨대 1,2,4-트리아졸, 아미트롤(3-아미노-1,2,4-트리아졸), 벤조트리아졸 및 벤조트리아졸 유도체, 테트라졸 및 테트라졸 유도체, 이미다졸 및 이미다졸 유도체, 벤지미다졸 및 벤지미다졸 유도체, 피라졸 및 피라졸 유도체, 및 테트라졸 및 테트라졸 유도체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다
킬레이트제(또는 킬레이터)는 아미노산, 아미노산 유도체, 유기 아민을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
아미노산 및 아미노산 유도체는 글리신, D-알라닌, L-알라닌, DL-알라닌, 베타-알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 페닐아민, 프롤린, 세린, 트레오닌, 티로신, 글루타민, 아스파라긴, 글루탐산, 아스파르트산, 트립토판, 히스티딘, 아르기닌, 라이신, 메티오닌, 시스테인, 이미노디아세트산 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
유기 아민은 2,2-디메틸-1,3-프로판디아민 및 2,2-디메틸-1,4-부탄디아민, 에틸렌디아민, 1,3-디아민프로판, 1,4-디아민부탄 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
2개의 1급 아민 모이어티를 갖는 유기 디아민 화합물은 이원 킬레이트제로서 설명될 수 있다.
살생물제는 Dow Chemical Co.의 KathonTM, KathonTM CG/ICP II를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이들은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는다.
Cu 디싱 감소제는 비이온성 유기 계면활성제, 예컨대 아세틸렌 에톡실레이트형의 계면활성제인 Dynol607TM, Dynol604TM 또는 폴리글리콜 에테르 구조의 TergitolTM형의 비이온성 계면활성제, 예컨대 TergitolTM Min Form 1x, TergitolTM L-62, TergitolTM L-64, 또는 음이온성 계면활성제, 예컨대 유기 알킬 설포네이트, 유기 알킬 포스페이트 또는 유기 카르복실레이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 음이온성 계면활성제의 예로는 도데실 설포네이트 암모늄 또는 칼륨 염, 옥틸 포스페이트 암모늄 또는 칼륨 염, 및 옥틸 카르복실레이트 암모늄 또는 칼륨 염이 있다.
배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제는 규산암모늄, 규산나트륨, 규산칼륨 또는 테트라알킬 실리케이트와 같은 다양한 실리케이트 염을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
산화제는 주기성 산, 과산화수소, 요오드산칼륨, 과망간산칼륨, 과황산암모늄, 몰리브덴산암모늄, 질산제2철, 질산, 질산칼륨 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
구리 제거율 증진제 및 결함 감소제로서의 유기 4급 암모늄 염은, 중탄산콜린, 수산화콜린, 시트르산이수소콜린, 콜린 에탄올아민, 콜린 비타르트레이트 등과 같은 상이한 상대 이온을 갖는 콜린 염을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
pH 조절제는 질산, 염산, 황산, 인산, 기타 무기산 또는 유기산 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. pH 조절제는 또한 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라알킬 암모늄 하이드록사이드, 유기 아민, 및 더욱 알칼리 방향으로 pH를 조절하는 데 사용할 수 있는 기타 화학 시약과 같은 염기성 pH 조절제를 포함한다.
도 1은 종래의 3개 플래튼 CMP 공정을 본 개시의 단일 플래튼 CMP 공정과 비교한다.
상세한 설명
본 개시에서는, 3 단계 Cu CMP 공정과 같은 백엔드 CMP 적용을 위한 PIB형 금속 벌크, PIB형 금속 소프트 랜딩 및 PIB형 금속 배리어 CMP 슬러리를 사용하는, 단일의 동일한 연마 패드로의 단일 플래튼 CMP 연마에 대해 교시한다.
본원은 고품질 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드가 패드 애스퍼리티의 역할을 수행하는 새로운 기술을 개시한다. PU 비드의 크기는 상업용 연마 패드의 기공 및 애스퍼리티의 크기와 유사하다.
비드는, 폴리우레탄 비드를 수성 조성물에 분산시키기 위한 분산제로서의 습윤제(또는 계면활성제)의 도움을 받아, 소성 세리아, 콜로이드 실리카 또는 복합 입자와 같은 연마 입자를 갖는 Cu CMP 연마 조성물에 현탁된다.
비드는 종래의 아스퍼리티와 거의 동일한 방식으로 연마를 촉진하기 위해 아래에 설명된 수단에 의해 웨이퍼 표면과 접촉한다.
비드의 크기와 조성물 내의 비드 농도를 모두 선택함으로써, 웨이퍼와 접촉하는 "정점"의 높이, 곡률 및 면적 밀도를 훨씬 더 잘 제어하여 종래의 아스퍼리티 접촉과 관련된 공정 변동성을 실질적으로 감소시킨다.
비드를 사용하려면 여전히 연마가 일어나기 위한 제2 표면 또는 반대면이 필요한데, 이 경우 종래의 폴리우레탄 기반 패드가 계속 사용되지만, 이는 더 이상 연마가 일어나는 주표면이 아니기 때문에, 최소한의 컨디셔닝이 필요하다. 대안적으로는, 저렴하고 부분적으로 컨디셔닝된 패드를 반대면으로 사용할 수도 있다.
연마기는 일반적으로 백엔드 CMP 적용을 위해 2 내지 3개의 패드가 있는 3개의 플래튼을 사용하고, 3종의 상이한 CMP 연마 조성물을 사용한다. 본 개시에서는, 동일한 연마 패드와 3종의 상이한 CMP 슬러리를 사용하는 단일 플래튼 공정이 백엔드 CMP 적용을 위한 3개 플래튼 CMP 공정을 대체하는 데 사용될 것이다. 단일 플래튼 공정은 반도체 소자 제조 공정에서 상당한 비용 절감을 제공하고, 반도체 소자 제조 효율의 처리량을 증가시킨다.
사용한 패드를 제거하고, 설치하고, 새 패드를 검증하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있기 때문에, 새 패드를 검증하는 데 사용되는 도구 가동 중단 시간 및 소모품으로 인한 엔지니어링 및 제품 손실도 상당하다. 동일한 연마 패드를 사용하는 단일 플래튼 공정을 사용하면, 2 내지 3개의 상이한 연마 패드를 사용하는 3개 플래튼 공정과 비교할 때, 이러한 패드 교체 시간을 크게 줄일 수 있다.
연마 패드의 경우, 패드를 벗겨서 폐기하기 전에, 패드 두께의 약 2/3만 사용된다. 컨디셔너의 경우, 수만 개의 다이아몬드 중 단 몇 백 개의 다이아몬드만이 제품 수명을 제어하며, 그 이후에는 컨디셔너를 폐기해야 한다. 또한, 패드 및 컨디셔너는 재활용 또는 재사용 옵션을 사용할 수 없다. 당사의 연구는 상기 EHS 문제를 해결하고, 많은 패드 및 다이아몬드 디스크 컨디셔너의 사용을 없앰으로써 현재의 표준 CMP 공정에 대한 새로운 솔루션을 제공한다.
단일 플래튼 백엔드 CMP 적용을 위한 공개된 세 가지 유형의 CMP 연마 조성물에 사용되는 폴리우레탄 비드는, 2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는다.
본 발명의 몇 가지 구체적인 양태가 아래에 개략적으로 설명된다.
일양태에서, 단일 플래튼 CMP 공정에서 연마의 제1 단계에서, PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물이 제공된다. PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물은
연마재,
2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
실리콘 함유 분산제;
물과 같은 액체 담체;
및 임의로,
킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제,
부식 억제제,
유기 4급 암모늄 염,
살생물제;
pH 조절제;
사용 시점에 첨가되는 산화제
를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5이다.
다른 양태에서, 단일 플래튼 CMP 공정에서 연마의 제2 단계에서, PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물이 제공된다. PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물은
연마재,
2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
실리콘 함유 분산제;
Cu 디싱 감소 첨가제;
물과 같은 액체 담체;
및 임의로,
킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제,
부식 억제제,
유기 4급 암모늄 염,
살생물제;
pH 조절제;
사용 시점에 첨가되는 산화제
를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5이다.
제3 양태에서, 단일 플래튼 CMP 공정에서 연마의 제3 단계에서, PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물이 제공된다. PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물은
연마재,
2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
실리콘 함유 분산제;
배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제;
물과 같은 액체 담체;
및 임의로,
Cu 디싱 감소 첨가제;
부식 억제제,
pH 조절제;
사용 시점에 첨가되는 산화제
를 포함하고, 조성물의 pH는 산성 또는 알칼리성일 수 있다. 산성 pH의 경우, pH는 2.0 내지 6.5이고, 알칼리성 pH PIB형 CMP 연마 조성물의 경우, pH 범위는 8 내지 11이다.
다른 양태에서, 단일 플래튼 CMP 연마 방법이 제공된다. 단일 플래튼 CMP 연마 방법은 다음을 포함한다:
비용 효율적인 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼을 제공하는 단계;
구리, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 필름을 갖는 반도체 패턴화 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
구리 필름을 제어된 두께로 연마하는 단계로서, 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
마지막 연마로부터 남은 구리 필름을 연마하고, 배리어 필름에 정지시키는 단계로서, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 필름, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 필름을 연마하는 단계로서, 적어도 1종의 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계.
또 다른 양태에서, 단일 플래튼 CMP 연마 시스템이 제공된다. 단일 플래튼 CMP 연마 시스템은 다음을 포함한다:
비용 효율적인 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼을 제공하는 단계;
적어도 구리, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름을 갖는 반도체 패턴화 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물을 제공하여 구리 필름을 제어된 두께로 연마하는 단계로서, 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물을 제공하여, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름을 연마하고, 배리어 필름에 정지시키는 단계로서, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
상기한 바와 같은 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물을 제공하여, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 필름을 연마하는 단계로서, 적어도 1종의 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계.
연마 입자는 나노 크기의 입자이며, 콜로이드 실리카 또는 고순도 콜로이드 실리카; 알루미나 도핑 실리카 입자와 같이 콜로이드 실리카의 격자 내에 다른 금속 산화물에 의해 도핑된 콜로이드 실리카 입자; 알파, 베타 및 감마형의 알루미늄 산화물을 포함하는 콜로이드 알루미늄 산화물; 콜로이드 및 광활성 이산화티타늄, 세륨 산화물, 콜로이드 세륨 산화물, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 세리아 등과 같은 나노 크기의 무기 금속 산화물 입자, 나노 크기의 다이아몬드 입자, 나노 크기의 실리콘 질화물 입자; 모노 모달, 바이 모달, 멀티 모달 콜로이드 연마 입자; 유기 폴리머 기반의 연질 연마재, 표면 코팅 또는 개질된 연마재, 또는 기타 복합 입자, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
콜로이드 실리카는 실리케이트 염으로 제조될 수 있고, 고순도 콜로이드 실리카는 TEOS 또는 TMOS로 제조될 수 있다. 콜로이드 실리카 또는 고순도 콜로이드 실리카는 단일 모델 또는 다중 모델, 다양한 크기 및 구형, 고치 형상, 응집체 형상 및 기타 형상을 포함하는 다양한 형상으로, 좁거나 넓은 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
나노 크기의 입자는 또한 구형, 고치, 응집체 및 기타 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있다.
Cu CMP 슬러리에 사용되는 연마재의 입자 크기는 5 nm 내지 500 nm, 10 nm 내지 250 nm, 또는 25 nm 내지 100 nm 범위이다.
Cu CMP 연마 조성물은 0.0025 중량% 내지 25 중량%; 0.0025 중량% 내지 2.5 중량%; 0.005 중량% 내지 0.5 중량%의 연마재를 포함한다.
CMP 연마 조성물은 폴리우레탄 비드를 수용액에 분산시키기 위한 실리콘 함유 분산제를 포함한다. 실리콘 함유 분산제는 또한 표면 습윤제 분산제로서 기능한다.
실리콘 함유 분산제는 불용성 실리콘 백본 및 다수의 수용성 폴리에테르 펜던트기, 예컨대 표면 습윤 특성을 제공하기 위한 EO-PO 작용기의 반복 단위를 모두 포함하는 실리콘 폴리에테르를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
실리콘 함유 분산제의 예로는 Silsurf® E608, Silsurf® J208-6, Silsurf® A208, Silsurf® CR1115, Silsurf® A204, Silsurf® A004-UP, Silsurf® A008-UP, Silsurf® B608, Silsurf® C208, Silsurf® C410, Silsurf® D208, Silsurf® D208, Silsurf® D208-30, Silsurf® Di-1010, Silsurf® Di-1510, Silsurf® Di-15-I, Silsurf® Di-2012, Silsurf® Di-5018-F, Silsurf® G8-I, Silsurf® J1015-O, Silsurf® J1015-O-AC, Silsurf® J208, Silsurf® J208-6, Siltech® OP-8, Siltech® OP-11, Siltech® OP-12, Siltech® OP-15, Siltech® OP-20; 캐나다 엠4에이치 1지5 온타리오 토론토 윅스티드 애비뉴 225 소재의 Siltech Corporation 제품이 있다.
실리콘 함유 분산제의 농도 범위는 0.01 중량% 내지 2.0 중량%, 0.025 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 0.5 중량%이다.
CMP 슬러리는 다양한 크기의 폴리우레탄 비드를 포함한다.
폴리우레탄 비드의 농도 범위는 0.01 중량% 내지 2.0 중량%, 0.025 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 0.5 중량%이다.
구리 제거율 증진제 및 결함 감소제로서의 유기 4급 암모늄 염은, 중탄산콜린 염과 같은 콜린 염, 또는 콜린과 다른 음이온성 대항 이온 사이에 형성된 다른 모든 염을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
CMP 슬러리는 0.005 중량% 내지 0.5 중량%, 0.001 중량% 내지 0.25 중량%; 또는 0.002 중량% 내지 0.1 중량%의 제4 암모늄 염을 포함한다.
CMP 슬러리는 0.1 중량% 내지 18 중량%; 0.5 중량% 내지 15 중량%; 또는 1.0 중량% 내지 10.0 중량%의 적어도 1종의 킬레이터, 이중 킬레이터 또는 삼중 킬레이터를 포함한다.
킬레이트제(또는 킬레이터)는 아미노산, 아미노산 유도체, 유기 아민을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
아미노산 및 아미노산 유도체는 글리신, D-알라닌, L-알라닌, DL-알라닌, 베타-알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 페닐아민, 프롤린, 세린, 트레오닌, 티로신, 글루타민, 아스파라긴, 글루탐산, 아스파르트산, 트립토판, 히스티딘, 아르기닌, 라이신, 메티오닌, 시스테인, 이미노디아세트산 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
유기 아민은 2,2-디메틸-1,3-프로판디아민 및 2,2-디메틸-1,4-부탄디아민, 에틸렌디아민, 1,3-디아민프로판, 1,4-디아민부탄 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
2개의 1급 아민 모이어티를 갖는 유기 디아민 화합물은 이원 킬레이트제로 설명될 수 있다.
부식 억제제는 공지된 임의의 부식 억제제일 수 있다.
예컨대, 부식 억제제는 방향족 고리에 질소 원자를 포함하는 헤테로 방향족 화합물군, 예컨대 1,2,4-트리아졸, 아미트롤(3-아미노-1,2,4-트리아졸), 벤조트리아졸 및 벤조트리아졸 유도체, 테트라졸 및 테트라졸 유도체, 이미다졸 및 이미다졸 유도체, 벤지미다졸 및 벤지미다졸 유도체, 피라졸 및 피라졸 유도체, 및 테트라졸 및 테트라졸 유도체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
CMP 슬러리는 0.005 중량% 내지 1.0 중량%; 0.01 중량% 내지 0.5 중량%; 또는 0.025 중량% 내지 0.25 중량%의 부식 억제제를 포함한다.
Cu 화학적 기계적 연마 조성물의 보다 안정적인 저장 시간을 제공하기 위한 활성 성분을 갖는 살생물제가 사용될 수 있다.
살생물제는 Dow Chemical Co.의 KathonTM, KathonTM CG/ICP II를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이들은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및/또는 2- 메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는다.
CMP 슬러리는 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%; 0.0001 중량% 내지 0.025 중량%; 또는 0.0001 중량% 내지 0.01 중량%의 살생물제를 포함한다.
산성 또는 염기성 화합물 또는 pH 조절제는 CMP 연마 조성물의 pH가 최적화된 pH 값으로 조정될 수 있도록 하기 위해 사용될 수 있다,
pH 조절제는 질산, 염산, 황산, 인산, 기타 무기산 또는 유기산 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. pH 조절제는 또한 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라알킬 암모늄 수산화물, 유기 아민, 및 더욱 알칼리 방향으로 pH를 조절하는 데 사용할 수 있는 기타 화학 시약과 같은 염기성 pH 조절제를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
CMP 슬러리는 0 중량% 내지 1 중량%, 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%의 pH 조절제를 포함한다.
Cu 디싱 감소제는 비이온성 유기 계면활성제, 예컨대 아세틸렌 에톡실레이트형의 계면활성제인 Dynol607TM, Dynol604TM 또는 폴리글리콜 에테르 구조의 TergitolTM형의 비이온성 계면활성제, 예컨대 TergitolTM Mini Form 1x, TergitolTM L-62, TergitolTM L-64, 또는 음이온성 계면활성제, 예컨대 유기 알킬 설포네이트, 유기 알킬 포스페이트 또는 유기 카르복실레이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 음이온성 계면활성제의 예로는 도데실 설포네이트 암모늄 또는 칼륨 염, 옥틸 포스페이트 암모늄 또는 칼륨 염, 및 옥틸 카르복실레이트 암모늄 또는 칼륨 염이 있다.
Cu 디싱 감소 첨가제의 농도는 0.0005 중량% 내지 0.25 중량% 범위이며, 바람직한 농도 범위는 0.001 중량% 내지 0.125 중량%이다. 보다 바람직한 농도 범위는 0.025 중량% 내지 0.10 중량%이다.
배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제는 규산암모늄, 규산나트륨, 규산칼륨 또는 테트라알킬 실리케이트와 같은 다양한 실리케이트 염을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
CMP 슬러리는 0 중량% 내지 2 중량%; 0.1 중량% 내지 1.5 중량%; 또는 0.25 중량% 내지 1 중량%의 배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제를 포함한다.
PIB형 Cu 벌크 및 Cu 소프트 랜딩 연마 조성물의 pH는 약 3.0 내지 약 12.0이고, 바람직한 pH 범위는 5.5 내지 7.5이며, 가장 바람직한 pH 범위는 6.0 내지 7.5이다.
PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물의 pH는 산성 또는 알칼리성일 수 있다. 산성 pH의 경우, pH는 2.0 내지 6.5이고, 알칼리성 pH PIB형 CMP 연마 조성물의 경우, pH 범위는 8 내지 11이다.
실험 섹션
파라미터:
Å: 옹스트롬(s) - 길이 단위
BP: 배압, psi 단위
CMP: 화학적 기계적 평탄화 = 화학적 기계적 연마
CS: 담체 속도
DF: 하강력(down force): CMP시 가해지는 압력, 단위 psi
min: 분(초)
ml: 밀리리터(s)
mV: 밀리볼트(s)
psi: 평방인치당 파운드
PS: 연마 도구의 플래튼 회전 속도, rpm(분당 회전 수)
SF: 연마 조성물 유량, ml/min
제거율(RR) :
Cu RR 0.5 psi: CMP 도구의 0.5 psi 하강력에서 측정된 구리 제거율
Cu RR 1.0 psi: CMP 도구의 1.0 psi 하강력에서 측정된 구리 제거율
Cu RR 2.0 psi: CMP 도구의 2.0 psi 하강력에서 측정된 구리 제거율
Cu RR 2.5 psi: CMP 도구의 2.5 psi 하강력에서 측정된 구리 제거율
TEOS RR 0.5 psi: CMP 도구의 0.5 psi 하강력에서 측정된 TEOS 제거율
TEOS RR 1.0 psi: CMP 도구의 1.0 psi 하강력에서 측정된 TEOS 제거율
TEOS RR 2.0 psi: CMP 도구의 2.0 psi 하강력에서 측정된 TEOS 제거율
TaN RR 0.5 psi: CMP 도구의 0.5 psi 하강력에서 측정된 TaN 제거율
TaN RR 1.0 psi: CMP 도구의 1.0 psi 하강력에서 측정된 TaN 제거율
TaN RR 2.0 psi: CMP 도구의 2.0 psi 하강력에서 측정된 TaN 제거율
BD RR 0.5 psi: CMP 도구의 0.5 psi 하강력에서 측정된 BD 제거율
BD RR 1.0 psi: CMP 도구의 1.0 psi 하강력에서 측정된 BD 제거율
BD RR 2.0 psi: CMP 도구의 2.0 psi 하강력에서 측정된 BD 제거율
TiN RR 1.0 psi: CMP 도구의 1.0 psi 하강력에서 측정된 TiN 제거율
TiN RR 2.0 psi: CMP 도구의 2.0 psi 하강력에서 측정된 TiN 제거율
일반 실험 절차
조성물 내의 모든 백분율은 달리 명시되지 않는 한 중량 백분율이다.
아래에 제시된 실시예에서, CMP 실험은 아래에 주어진 절차 및 실험 조건을 사용하여 실행되었다. 실시예에서 사용된 CMP 도구는 Fujikoshi Machinery Corporation(일본 나가노 소재)에서 제조한 300 mm APD-800® 연마기이다. 패드는 25개의 더미 옥사이드(TEOS 전구체, PETEOS로부터 플라즈마 강화 CVD로 침착됨) 웨이퍼를 연마하여 파손하였다. 도구 설정과 패드 침입을 검증하기 위해, 2개의 PETEOS 모니터를 기준 조건에서 Versum Materials, Inc.의 평탄화 플랫폼에서 공급한 Syton® OX-K 콜로이드 실리카로 연마하였다. 연마 실험은 블랭킷 Cu, TEOS, TaN, TiN 및 BD 웨이퍼를 사용하여 수행하였다. 이 블랭킷 웨이퍼는 미국 95126 캘리포니아 캠벨 애비뉴 1150 소재의 Silicon Valley Microelectronics로부터 구입하였다.
연마 패드, 경질 연마 패드, IC1010은 미국 DuPont에 의해 공급하였다. 연질 Fujibo 패드는 일본 Fujibo Corporation에 의해 공급하였다. 경질 연마 패드는 단단한 미세 다공성 폴리우레탄 재료로 제조되었다. 경질 연마 패드는 압축률이 약 0.5% 내지 4.0%이고 경도가 약 52-62(Shore D)인 IC 1010일 수 있다. Cu 벌크, Cu 소프트 랜딩 및 배리어 블랭킷 웨이퍼 연마 연구를 위해, 단일 플래튼에 경질 및 연질 연마 패드 모두를 각각 사용하였다.
작업예
실시예 1 - - 단일 플래튼 공정에서의 경질 IC1010 패드 사용
단일 플래튼 공정에서, PIB Cu 벌크 CMP 연마 조성물은, 5.20 중량%의 글리신, 2.40 중량%의 알라닌, 0.016 중량%의 아미트롤, 0.0231 중량%의 중탄산콜린, 0.0016 중량%의 Neolone M10 살균제, 연마재로서의 0.2705 중량%의 고순도 콜로이드 실리카 입자, 분산제로서의 0.050 중량%의 Silsurf E608 및 0.10 중량%의 35 미크론 크기의 폴리우레탄 비드로 이루어졌다.
실리콘 함유 분산제로는 EO-PO 습윤 작용기를 포함하는 Silsurf E608을 사용하였다.
단일 플래튼 공정에서, PIB Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물은, 분산제로서의 0.050 중량%의 Silsurf E608 및 0.10 중량%의 35 미크론 크기의 폴리우레탄 비드를 첨가한 EMD Electronics의 Cu 소프트 랜딩 슬러리, Cu3086으로 이루어졌다.
단일 플래튼 공정에서, PIB 배리어 CMP 연마 조성물은, 분산제로서의 0.050 중량%의 Silsurf E608 및 0.25 중량%의 35 미크론 크기의 폴리우레탄 비드가 첨가된 EMD Electronics, BAR6610R 슬러리로 이루어졌다.
단일 플래튼 상에서의 연마 테스트를 위해, 사용 시점에 2.5 중량%의 H2O2를 PIB Cu 벌크 CMP 조성물에 첨가하였다.
단일 플래튼 상에서의 연마 테스트를 위해, 사용 시점에 1.0 중량%의 H2O2를 PIB Cu 소프트 랜딩륙 CMP 조성물에 첨가하였다.
단일 플래튼 상에서의 연마 테스트를 위해, 사용 시점에 1.0 중량%의 H2O2를 PIB BAR6610R 배리어 CMP 조성물에 첨가하였다.
연마 테스트는 단일 플래튼 공정에서 경질 IC1010 패드 상에서 상이한 하강력 및 슬라이딩 속도를 적용하여 수행하였다.
단일 플래튼 공정에서 경질 IC1010 연마 패드를 사용한 연마 결과가 표 1 내지 표 3에 열거되어 있다.
연마 결과가 표 1에 열거되어 있듯이, 가장 높은 Cu 제거율은 경질 IC1010 패드를 사용하는 단일 플래튼 공정에서 2.5 psi 하강력 및 1.5 m/s 슬라이딩 속도에서 Cu PIB 벌크 CMP 슬러리로 달성된다. 단일 플래튼 공정에서 PIB형 Cu 벌크 슬러리는 2.0 psi 하강력 및 1.5 m/s 슬라이딩 속도에서 >4500:1의 높은 Cu:TEOS 연마 선택도 및 >1200:1의 Cu:TaN 연마 선택도를 제공한다.
단일 플래튼 상에서 PIB형 Cu 벌크 슬러리 CMP 연마 공정을 완료한 후, 단일 플래튼 공정에서 단계 2 CMP 공정에 Cu 소프트 랜딩 CMP 슬러리를 이어서 사용하였다. 결과는 표 2에 열거되어 있다.
연마 결과가 표 2에 열거되어 있듯이, 단일 플래튼 공정에서 1.0 psi 하강력 및 1.0 m/s 슬라이딩 속도에서 Cu PIB 벌크 CMP 슬러리로 가장 높은 Cu 제거율이 달성된다. 단일 플래튼 공정에서의 PIB형 Cu 소프트 랜딩 슬러리는 높은 Cu:TEOS 연마 선택도, 높은 Cu:BD 연마 선택도 및 양호한 Cu:TaN 연마 선택도를 제공한다. 단일 플래튼 공정에서 사용되는 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 슬러리는 경질 IC1010 연마 패드를 사용하면서 유전체 필름, TEOS 및 BD 연마에 거의 완전 정지 CMP 연마 성능을 제공한다.
단일 플래튼 상에서 PIB형 Cu 소프트 랜딩 슬러리 CMP 연마 공정을 완료한 후, 단일 플래튼 공정의 단계 3 CMP 공정에 PIB형 배리어 CMP 슬러리를 이어서 사용하였다. 결과는 표 3에 열거되어 있다.
연마 결과가 표 3에 열거되어 있듯이, 4개의 상이한 적용 하강력 및 슬라이딩 속도 조합 조건에서, 더 높은 TiN 제거율이 달성된다. PIB 배리어 슬러리는 또한 단일 플래튼 공정 및 경질 IC1010 연마 패드에서, 상이한 적용 하강력 및 슬라이딩 속도 조합 조건에서, Cu 및 BD 필름 연마시 완전 정지 CMP 연마 성능을 제공한다. 단일 플래튼 공정에서의 PIB형의 배리어 CMP 슬러리는 경질 IC1010 연마 패드를 사용하면서 합리적인 TEOS 및 TaN 제거율을 제공한다.
실시예 2 - - 단일 플래튼 공정에서의 연질 Fujibo 패드 사용
단일 플래튼 공정에서, PIB Cu 벌크 CMP 연마 조성물은, 5.20 중량%의 글리신, 2.40 중량%의 알라닌, 0.016 중량%의 아미트롤, 0.0231 중량%의 중탄산콜린, 0.0016 중량%의 Neolone M10 살균제, 연마재로서의 0.2705 중량%의 고순도 콜로이드 실리카 입자, 분산제로서의 0.050 중량%의 Silsurf E608 및 0.10 중량%의 35 미크론 크기의 폴리우레탄 비드로 이루어졌다.
실리콘 함유 분산제로는 EO-PO 습윤 작용기를 포함하는 Silsurf E608을 사용하였다.
단일 플래튼 공정에서, PIB Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물은 분산제로서의 0.050 중량%의 Silsurf E608 및 0.10 중량%의 35 미크론 크기의 폴리우레탄 비드를 첨가한 EMD Electronics Cu 소프트 랜딩 슬러리, Cu3086으로 이루어졌다.
단일 플래튼 공정에서, PIB 배리어 CMP 연마 조성물은, 분산제로서의 0.050 중량%의 Silsurf E608 및 0.25 중량%의 35 미크론 크기의 폴리우레탄 비드가 첨가된 EMD Electronics, BAR6610R 슬러리로 이루어졌다.
단일 플래튼 상에서의 연마 테스트를 위해, 사용 시점에 2.5 중량%의 H2O2를 PIB Cu 벌크 CMP 조성물에 첨가하였다.
단일 플래튼 상에서의 연마 테스트를 위해, 사용 시점에 1.0 중량%의 H2O2를 PIB Cu 소프트 랜딩 CMP 조성물에 첨가하였다.
단일 플래튼 상에서의 연마 테스트를 위해, 사용 시점에 1.0 중량%의 H2O2를 PIB BAR6610R 배리어 CMP 조성물에 첨가하였다.
연마 테스트는 단일 플래튼 공정에서 연질 Fujibo 패드를 사용하여 상이한 하강력 및 슬라이딩 속도를 적용하여 수행하였다.
단일 플래튼 공정에서 연질 Fujibo 연마 패드를 사용한 연마 결과가 표 4 내지 표 6에 열거되어 있다.
연마 결과가 표 4에 열거되어 있듯이, 연질 Fujibo 패드를 사용하는 단일 플래튼 공정에서 2.5 psi의 하강력 및 1.5 m/s의 슬라이딩 속도에서 Cu PIB 벌크 CMP 슬러리로 가장 높은 Cu 제거율이 달성된다. 연질 Fujibo 패드를 사용하여 얻은 Cu 제거율은 동일한 하강력 및 슬라이딩 속도에서 경질 IC1010 패드를 사용하여 얻은 Cu 제거율보다 훨씬 높다. 단일 플래튼 공정에서의 PIB형 Cu 벌크 슬러리는 2.0 psi의 하강력 및 1.5 m/s의 슬라이딩 속도에서의 연질 Fujibo 패드를 사용하여 >7900:1의 매우 높은 Cu:TEOS 연마 선택도 및 약 1450:1의 Cu:TaN 연마 선택도를 제공한다. 따라서, 동일한 적용 하강력 및 슬라이딩 속도에서 동일한 PIB형 Cu 벌크 슬러리를 사용하면, 연질 Fujibo 패드는 경질 IC1010 패드를 사용하여 얻은 선택도보다 더 높은 Cu:TEOS 및 Cu:TaN 선택도를 제공한다.
단일 플래튼 상에서 PIB형 Cu 벌크 슬러리 CMP 연마 공정을 완료한 후, 연질 Fujibo 패드를 사용하는 단일 플래튼 공정의 단계 2 CMP 공정에 Cu 소프트 랜딩 CMP 슬러리를 이어서 사용하였다. 결과는 표 5에 열거되어 있다.
연마 결과가 표 5에 열거되어 있듯이, 연질 Fujibo 패드를 사용하는 단일 플래튼 공정에서 1.0 psi 하강력 및 1.0 m/s 슬라이딩 속도에서 Cu PIB 벌크 CMP 슬러리로 가장 높은 Cu 제거율이 달성된다. 단일 플래튼 공정에서의 PIB형 Cu 소프트 랜딩 슬러리는 매우 높은 Cu:TEOS 연마 선택도, 매우 높은 Cu:BD 연마 선택도 및 매우 높은 Cu:TaN 연마 선택도를 제공한다. 단일 플래튼 공정에 사용되는 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 슬러리는 연질 Fujibo 연마 패드를 사용하면서 유전체 필름, TEOS 및 BD 연마에 완전 정지 CMP 연마 성능을 제공한다.
연질 Fujibo 패드를 사용하여 단일 플래튼에서 PIB형 Cu 소프트 랜딩 슬러리 CMP 연마 공정을 완료한 후, 단일 플래튼 공정의 단계 3 CMP 공정에 PIB형 배리어 CMP 슬러리를 이어서 사용하였다. 결과는 표 6에 열거되어 있다.
연마 결과가 표 5에 열거되어 있듯이, 4개의 상이한 적용 하강력 및 슬라이딩 속도 조합 조건에서, 더 높은 TiN 제거율이 달성된다. PIB 배리어 슬러리는 또한 바람직한 Cu 제거율, 양호한 TEOS, TaN 및 BD 필름 제거율을 제공한다.
상이한 적용 하강력 및 슬라이딩 속도 조건에서 경질 IC1010 패드 또는 연질 Fujibo 패드를 사용한 표 1 내지 표 6에서의 상기 열거된 연마 결과에서, 상이한 CMP 연마 조성물, PIB Cu 벌크, PIB Cu 소프트 랜딩 및 PIB 배리어 슬러리가 백엔드 CMP 적용을 위한 단일 플래튼 CMP 공정에서 성공적으로 사용될 수 있다.
상기에 열거된 본 발명의 실시양태는 본 발명에 의해 이루어질 수 있는 수많은 실시양태의 예시이다. 공정의 수많은 다른 구성이 사용될 수 있고, 공정에 사용되는 재료는 구체적으로 개시된 것 이외의 수많은 재료 중에서 선택될 수 있는 것으로 생각된다.

Claims (13)

  1. 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼을 제공하는 단계;
    구리, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 적어도 1종의 필름을 갖는 반도체 패턴화 웨이퍼를 제공하는 단계;
    PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
    구리 필름을 제어된 두께로 연마하는 단계로서, 구리 필름의 적어도 일부가 단일 연마 패드 및 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
    PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
    마지막 연마로부터 남은 구리 필름을 연마하고, 배리어 필름에 정지시키는 단계로서, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름의 적어도 일부가 단일 연마 패드 및 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
    PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물을 제공하는 단계;
    배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 필름, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 필름을 연마하는 단계로서, 적어도 1종의 필름의 적어도 일부가 단일 연마 패드 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계
    를 포함하는, 백엔드 구리 공정을 위한 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물은
    연마재;
    2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
    실리콘 함유 분산제;
    물과 같은 액체 담체;
    및 임의로,
    킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제;
    부식 억제제;
    유기 4급 암모늄 염;
    살생물제;
    pH 조절제;
    사용 시점에 첨가되는 산화제
    를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5인, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단일 연마 패드는 미세 다공성 폴리우레탄 재료를 포함하는, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 방법.
  4. 제1항에 있어서, PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물은
    연마재;
    2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
    실리콘 함유 분산제;
    Cu 디싱(dishing) 감소 첨가제;
    물과 같은 액체 담체;
    및 임의로,
    킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제;
    부식 억제제;
    유기 4급 암모늄 염;
    살생물제;
    pH 조절제;
    사용 시점에 첨가되는 산화제
    를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5인, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 방법.
  5. 제1항에 있어서, PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물은
    연마재;
    2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
    실리콘 함유 분산제;
    배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제;
    물과 같은 액체 담체;
    및 임의로,
    Cu 디싱 감소 첨가제;
    부식 억제제;
    pH 조절제;
    사용 시점에 첨가되는 산화제
    를 포함하고, 조성물의 pH는 산성 pH의 경우 2.0 내지 6.5, 또는 알칼리성 pH의 경우 8 내지 11인, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 방법.
  6. 제1항에 있어서, 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 방법.
  7. 비용 효율적인 단일 연마 패드를 갖는 단일 플래튼을 제공하는 단계;
    구리, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 적어도 1종의 필름을 갖는 반도체 패턴화 웨이퍼를 제공하는 단계;
    PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물을 제공하여 구리 필름을 제어된 두께로 연마하는 단계로서, 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
    PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물을 제공하여, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름을 연마하고, 배리어 필름에 정지시키는 단계로서, 마지막 연마로부터 남은 구리 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계;
    PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물을 제공하여, 배리어, 실리콘 관통 전극(TSV) 구리 필름, 저-k, 초저-k 및/또는 다른 유전체 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 필름을 연마하는 단계로서, 적어도 1종의 필름의 적어도 일부가 연마 패드 및 PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물 모두와 접촉하는 단계
    를 포함하는, 백엔드 구리 공정을 위한 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
  8. 제7항에 있어서, PIB형 Cu 벌크 CMP 연마 조성물은
    연마재;
    2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
    실리콘 함유 분산제;
    물과 같은 액체 담체;
    및 임의로,
    킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제;
    부식 억제제;
    유기 4급 암모늄 염;
    살생물제;
    pH 조절제;
    사용 시점에 첨가되는 산화제
    를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5인, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 단일 연마 패드는 미세 다공성 폴리우레탄 재료를 포함하는, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
  10. 제7항에 있어서, PIB형 Cu 소프트 랜딩 CMP 연마 조성물은
    연마재;
    2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
    실리콘 함유 분산제;
    Cu 디싱 감소 첨가제;
    물과 같은 액체 담체;
    및 임의로,
    킬레이트제 또는 이중 킬레이트제 또는 삼중 킬레이트제;
    부식 억제제;
    유기 4급 암모늄 염;
    살생물제;
    pH 조절제;
    사용 시점에 첨가되는 산화제
    를 포함하고, 조성물의 pH는 3.0 내지 12.0; 5.5 내지 7.5; 또는 6.0 내지 7.5인, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
  11. 제7항에 있어서, PIB형 Cu 배리어 CMP 연마 조성물은
    연마재;
    2 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 20 내지 70 ㎛, 또는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드;
    실리콘 함유 분산제;
    배리어 또는 유전체 필름 제거율 증진 첨가제;
    물과 같은 액체 담체;
    및 임의로,
    Cu 디싱 감소 첨가제;
    부식 억제제;
    pH 조절제;
    사용 시점에 첨가되는 산화제
    를 포함하고, 조성물의 pH는 산성 pH의 경우 2.0 내지 6.5, 또는 알칼리성 pH의 경우 8 내지 11인, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
  12. 제7항에 있어서, 단일 연마 패드는 미세 다공성 폴리우레탄 재료를 포함하는, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
  13. 제7항에 있어서, 미크론 크기 폴리우레탄(PU) 비드는 30 내지 50 ㎛ 범위의 크기를 갖는, 단일 플래튼 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20050016861A1 (en) * 2003-07-24 2005-01-27 Thomas Laursen Method for planarizing a work piece
JP2005051076A (ja) * 2003-07-29 2005-02-24 Trecenti Technologies Inc 半導体装置の製造方法
KR20110018323A (ko) * 2008-04-25 2011-02-23 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 높은 처리량 화학 기계 연마 시스템
US20160114457A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Uniform polishing with fixed abrasive pad
US10350726B2 (en) * 2017-06-19 2019-07-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Chemical mechanical polishing system and method

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