WO2015060610A1 - 금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법 - Google Patents

금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법 Download PDF

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    • H10W20/062—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by smoothing of conductive parts, e.g. by planarisation

Definitions

  • the present invention relates to a metal film polishing slurry composition, and more particularly, in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, a temperature rising during polishing of a metal film is lowered by reducing frictional force, and the thermal stability of the slurry is improved, thereby increasing the temperature.
  • the present invention relates to a metal film polishing slurry composition for reducing scratches by suppressing an increase in particle size of a slurry, and a method for reducing scratches generated during metal film polishing using the same.
  • a semiconductor chip to which integrated circuit technology is applied includes a large number of functional elements (elements) such as transistors, capacitors, and resistors, and these individual functional elements are connected to each other by wires drawn in a certain shape to form a circuit.
  • Integrated circuits have been miniaturized with each generation, and as a result, the functions of a single chip are gradually increasing. In miniaturization of semiconductor chips, there is a limit to simply reducing the size of elements.
  • Recently, studies on multilayer wiring structures in which each element is formed in multiple layers have been actively conducted. As described above, in order to manufacture a semiconductor device having a multilayer wiring structure, a process of polishing and planarizing a metal film must be performed.
  • the metal film has high strength and is not easily polished, in order to effectively polish the metal film, the metal film needs to be oxidized to a relatively low strength metal oxide, followed by polishing.
  • silicon In the process of polishing the metal film, silicon It is necessary to suppress the damage (scratch generation etc.) of insulating films, such as an oxide film.
  • 10-2012-124395 discloses an aqueous electrolyte solution containing citric acid and ammonium bifluoride, and the present invention is different from the method of removing the metal surface, catalyst, oxidizing agent and dispersant, It is characterized by etching with an electrolyte solution rather than polishing.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2000-254867 discloses a polishing sheet in which at least two components of a mixed solvent having different boiling points are included. The purpose of the present invention and the types of solvents are different from each other, and the content of the solvents is different. It is characterized in that the polishing sheet is not a slurry.
  • An object of the present invention is to reduce the temperature rising during polishing of a metal film by reducing friction, and to improve the thermal stability of the slurry composition to reduce scratches generated during polishing of the metal film and the metal using the same. It is to provide a method of reducing scratches generated during film polishing.
  • the present invention comprises the steps of contacting the metal film polishing slurry composition comprising an organic solvent containing a nitrogen atom and a glycol-based organic solvent with a substrate on which the metal film is formed; And contacting the polishing pad with the substrate and moving the polishing pad relative to the substrate to remove at least a portion of the metal film from the substrate.
  • the present invention 0.001 to 10% by weight of the abrasive; 0.00001 to 0.1 weight percent catalyst; 0.1 to 10% by weight of oxidizing agent; Organic solvent containing 0.1 to 10% by weight of nitrogen atoms; 0.1-50% by weight of a glycol organic solvent; And the remaining water, wherein the mixing ratio of the organic solvent and the glycol-based organic solvent containing the nitrogen atom provides a metal film polishing slurry composition having a weight ratio of 1: 1 to 1: 500.
  • Metal film polishing slurry composition according to the present invention and a method of reducing scratches when metal film polishing using the same, by using two or more types of organic solvents contained in the metal film polishing slurry composition can improve the stability of the abrasive In the process of chemical mechanical polishing (CMP), friction between the polishing pad and the wafer can be reduced, thereby lowering the temperature of the solvent.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the boiling point is increased by attraction between solvents.
  • the thermal stability of the slurry composition be improved, but as the temperature of the solvent is lowered, the particle size of the slurry composition can be suppressed from being increased at high temperatures, so that scratches generated on the silicon (substrate) oxide film during metal film polishing are prevented. Can be reduced.
  • the step of contacting the metal film polishing slurry composition comprising an organic solvent containing a nitrogen (N) atom and a glycol-based organic solvent with a substrate on which the metal film is formed And contacting the polishing pad with the substrate and moving the polishing pad relative to the substrate to remove at least a portion of the metal film from the substrate.
  • the slurry composition may include an abrasive, a catalyst, an oxidizing agent, an organic solvent containing a nitrogen atom, a glycol-based organic solvent, water, and the like.
  • the slurry composition is uniformly applied to the upper portion of the polishing pad by the high-speed rotation of the polishing pad, and in contact with the surface of the substrate on which the metal film is formed.
  • the polishing unit contacts one surface of the substrate to the polishing pad and moves the polishing pad relative to the substrate. At this time, since the substrate flows in contact with the polishing pad to which the slurry composition is uniformly applied, the surface is oxidized and polished.
  • the polishing unit when the opposite surface of the substrate is sufficiently polished, the polishing unit repeatedly positions the polished substrate to the outside and positions the next substrate to repeat the polishing operation.
  • the surface layer of the polishing pad is abraded by a continuous polishing operation, so that the surface layer should be polished and reused.
  • the polishing pad while supplying the slurry composition, the polishing pad is rotated to polish the surface layer of the polishing pad.
  • the polishing step of the substrate is prepared.
  • the metal film in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, the metal film can be effectively removed while suppressing the occurrence of scratches on the silicon oxide film in the polishing process of the composite film of the metal film and the silicon oxide film. It can be polished. That is, according to the present invention, a method of reducing scratches generated during polishing of a metal film may be performed by mixing an organic solvent and a glycol-based organic solvent containing nitrogen atoms having different boiling points in an appropriate ratio, thereby increasing the boiling point by the attraction force between the solvents.
  • the frictional force between the polishing pad and the wafer may be reduced during the chemical mechanical polishing (CMP) process, thereby lowering the temperature of the solvent.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the zeta potential is increased to improve the stability of the abrasive particles.
  • the particle size of the slurry composition is increased due to the high temperature generated when using the existing metal film polishing slurry composition, and as a result, the thermal stability of the slurry composition is improved by lowering the temperature of the solvent, unlike a large amount of scratches. By improving, it is possible to suppress an increase in the particle size of the slurry composition, thereby reducing scratches occurring in the silicon oxide film.
  • the metal film polishing slurry composition according to the present invention will be described in order to suppress the occurrence of scratches of the silicon oxide film while polishing the metal film efficiently, from 0.001 to 10% by weight of abrasive (abrasive particles), 0.00001 to 0.1 wt% catalyst, 0.1 to 10 wt% oxidant, organic solvent containing 0.1 to 10 wt% nitrogen atom, 0.1 to 50 wt% glycol-based organic solvent and the remaining water, including the nitrogen atom
  • abrasive abrasive particles
  • abrasive particles 0.00001 to 0.1 wt% catalyst, 0.1 to 10 wt% oxidant, organic solvent containing 0.1 to 10 wt% nitrogen atom, 0.1 to 50 wt% glycol-based organic solvent and the remaining water, including the nitrogen atom
  • the mixing ratio of the organic solvent and the glycol-based organic solvent to have a weight ratio of 1: 1 to 1: 500.
  • a pH adjusting agent may be further included.
  • the abrasive used in the metal film polishing slurry composition of the present invention is for mechanically (physically) polishing the metal film, and includes silicas such as fumed silica and colloidal silica, alumina, ceria, titania, Abrasives such as zirconia (zirconium oxide), gennanic and mixtures thereof can be used without limitation, and the use of the silica is most preferred.
  • the content of the abrasive is 0.001 to 10% by weight, preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight based on the total slurry composition. If the amount of the abrasive is too large, scratches on the metal film and the silicon oxide film may be excessively generated. If the amount of the abrasive is too small, the polishing rate of the metal film may be lowered.
  • the catalyst is a non-ionized thermally active catalyst that releases electrons and holes by energy generated in the metal film polishing process, and the electrons emitted from the catalyst react with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals.
  • the catalyst is a transition metal silicide such as ferosilicon (FeSi), manganese silicide (MnSi), cobalt silicide (CoSi) and mixtures thereof, and preferably nano ferrosilicon (FeSi) may be used. .
  • the general content of the iron (Fe) component is preferably 0.01 to 99% by weight, more preferably 0.1 to 50% by weight relative to the entire ferrosilicon (FeSi), the iron If the content of the (Fe) component is too small, there is a possibility that it will not be activated by the polishing process energy, and if too large, there is a fear that it becomes a conductor and loses the function of the catalyst.
  • the nano ferrosilicon (FeSi) catalyst is a nano-sized particle, specifically, has a particle size of 1 to 1,000 nm, preferably 1 to 20 nm, more preferably 2 to 10 nm, particles of the nano-catalyst If the size is too small, it may not be formed into particles. If the size is too large, the catalytic activity may be lowered, or there may be a problem such as scratching in the polishing step.
  • the amount of the nano ferrosilicon (FeSi) catalyst used is 0.00001 to 0.1 wt% (0.1 to 1000 ppm), preferably 0.001 to 0.05 wt%, based on the total slurry composition.
  • the ferrosilicon (FeSi) catalyst is disclosed in detail in the applicant's patent registration No. 10-0928456, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the oxidizing agent used in the metal film polishing slurry composition according to the present invention is for quickly forming an oxide film on the surface of the metal film to facilitate the polishing of the metal film.
  • the per-compound means a compound comprising at least one peroxy group (-OO-) or a compound comprising an element in its own highest oxidation state.
  • the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), urea hydrogen peroxide, monopersulfate, dipersulfate, peracetic acid, percarbonate, benzoyl peroxide, periodic acid, periodic salt, perbromic acid, perboric acid , Perborate, perchloro acid, perchloroate, permanganate, permanganate salt, and mixtures thereof and the like can be used alone or in combination, preferably hydrogen peroxide.
  • the oxidant is oxidized to oxides, hydroxides, ions, and the like corresponding to metal films such as wafers and substrates.
  • the oxidant is used at 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 5% by weight based on the total slurry composition.
  • the usage-amount of the said oxidant is too small, there exists a possibility that the polishing rate of a metal film may fall, and when too much, there exists a possibility that a polishing efficiency may fall.
  • the organic solvent used in the metal film polishing slurry composition according to the present invention is used by mixing two or more kinds such as an organic solvent containing a nitrogen atom and a glycol-based organic solvent, storage temperature and chemical mechanical polishing (CMP By maximally suppressing the formation of macroparticles due to heat generated during the process, not only the dispersion stability and thermal stability can be improved, but also the frictional force can be reduced to reduce scratches generated in the silicon oxide film.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the organic solvent including the nitrogen atom may be used without limitation, an organic solvent containing a nitrogen (N) atom, but may be an amide compound, an imide compound, an amine compound, and the like. It is preferable to use an imine compound etc. single or in mixture.
  • the amide compound include acrylamide, 2-propenamide and sulfonamide, and among these, acrylamide is preferably used.
  • Specific examples of the imide compound include succinimide and phthalide. It is preferable to use a phthalimide, and the like, and specific examples of the amine organic solvent include trimethyl amine, triethyl amine, tripropyl amine, Tributyl amine, tripentyl amine, trihexyl amine, triheptyl amine, trioctyl amine and tridecyl amine. Of these, tributylamine is preferably used, and specific examples of the imine-based compound include ethyleneimine and N-sulfonylimine.
  • glycol-based organic solvent monoethylene glycol (diethylene glycol), diethylene glycol (diethylene glycol), triethylene glycol (triethylene glycol) and the like and mixtures thereof may be used alone or in combination, preferably Preferably diethylene glycol.
  • the content of the organic solvent including the nitrogen atom is 0.1 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight based on the total slurry composition
  • the content of the glycol-based organic solvent Silver is 0.1 to 50% by weight, preferably 0.1 to 30% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight based on the total slurry composition.
  • the organic solvent and the glycol-based organic solvent containing the nitrogen atom should be mixed in an appropriate ratio, the mixing ratio of the organic solvent and the glycol-based organic solvent containing the nitrogen atom, the weight ratio of 1: 1 to 1: 500, Preferably it may have a weight ratio of 1: 1 to 1: 300, more preferably a weight ratio of 1: 1 to 1: 100 and the like. If the amount of the organic solvent containing the nitrogen atom and the glycol-based organic solvent is too small, the storage stability at high temperature may deteriorate. If the amount of the organic solvent is too high, the CMP characteristics may be discolored.
  • the mixing ratio of the organic solvent and the glycol-based organic solvent containing the nitrogen atom is in the range of 1: 1 to 1: 500 by weight, the stability is improved and the number of scratches can be reduced, but the range When it deviates, CMP characteristic falls too much, and there exists a possibility that the reducing effect (improvement effect) of a scratch number may fall.
  • the remaining components constituting the metal film polishing slurry composition according to the present invention deionized water, distilled water, and the like may be used.
  • the water content is expressed as%, the water content is, for example, 36 to 97%. Can be.
  • the metal film polishing slurry composition according to the present invention may further include other conventional additives within the scope of achieving the object and effect of the invention.
  • the slurry composition according to the present invention may be prepared by any known method, and for example, each component such as an abrasive, a catalyst, an oxidant, an organic solvent, or the like may be used in an aqueous medium such as deionized water and distilled water (hereinafter, if necessary). , Simply referred to as "water”).
  • the pH of the metal film polishing slurry composition according to the present invention is 1 to 7, preferably 1 to 4, when the pH of the slurry composition is too high, there is a fear that the oxide film formation is insufficient and the polishing rate is lowered.
  • the pH adjusting agent which may be further included as necessary, controls the dispersion degree of the abrasive (polishing particles) by adjusting the pH of the metal film polishing slurry composition, and the pH of the metal film polishing slurry composition is preferably 1 to 7, 7. Preferably 1 to 4.
  • PH adjusting agents (acids, bases) used in conventional metal film polishing slurry compositions can be used without limitation, for example, acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, tartaric acid, citric acid, oxalic acid, benzic acid, and the like.
  • Bases such as ammonia, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrabutylammonium hydroxide (TBAH) and mixtures thereof Etc. can be used alone or in combination.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • TEAH tetraethylammonium hydroxide
  • TBAH tetrabutylammonium hydroxide
  • the content of the pH adjusting agent may vary depending on the pH of the metal film polishing slurry composition, for example, 0.05 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably, based on the total slurry composition. Is 0.3 to 2% by weight.
  • the content of the pH adjusting agent is out of the range, it is difficult to adjust the pH of the metal film polishing slurry composition, and may act as an impurity.
  • IC-1010 polishing pad (Rohm & Haas) was attached to a Mirra 3400 polishing machine from Applied Materials, Inc., and an 8-inch tungsten (W) blanket wafer was mounted. .
  • W 8-inch tungsten
  • the tungsten film W was polished for 60 seconds while injecting the slurry compositions prepared in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 into the wafer. Polishing conditions at this time are shown in Table 2 below.
  • the IC pressure, RR pressure, EC pressure, and UC pressure of Table 2 are Inter Chamber Pressure, Retainer Ring Pressure, External Chamber Pressure, and Upper Chamber Pressure, respectively, and represent pressure conditions for each region in the head on which the wafer is mounted.
  • the number of scratches is reduced by 30 to 90% according to the mixing ratio of the organic solvent (amine-based organic solvent) and the glycol-based organic solvent containing a nitrogen atom, and at the same time the frictional force is reduced It can be seen that the temperature of the polishing pad is also lowered.
  • the number of scratches, the frictional force and the temperature of the polishing pad are different according to the mixing ratio of the two organic solvents, using a metal film polishing slurry composition according to the present invention In the embodiment, it can be seen that not only the number of scratches is reduced, but the temperature of the polishing pad is also lowered.
  • Example 1 65 nm 69 nm 76 nm 84 nm 90 nm 15.3
  • Example 2 65 nm 72 nm 77 nm 88 nm 93 nm 16.2
  • Example 3 65 nm 68 nm 75 nm 79 nm 85 nm 16.5
  • Example 4 65 nm 70 nm 74 nm 86 nm 97 nm 15.9
  • Example 5 65 nm 68 nm 73 nm 90 nm 101 nm 16.5
  • Example 6 65 nm 67 nm 72 nm 85 nm 94 nm 16.1
  • Example 7 65 nm 69 nm 73 nm 84 nm 92 nm 16.9
  • Example 8 65 nm 65 66 nm 67 nm 70 nm 16.8
  • Example 9 65 nm 67 nm 68 nm 71
  • Example 11 2 1.5 66 acrylamide 0.5 ethyleneglycol 30 60
  • Example 12 2 1.5 66 phthalimide 0.5 ethyleneglycol 30 60
  • Example 13 2 1.5 66 tributyl amine 0.5 diethyleneglycol 10 ethyleneglycol 20 60
  • Example 14 2 1.5 56 acrylamide 0.1 diethyleneglycol 40 tributyl amine 0.1 60
  • Example 11 65 nm 68 nm 76 nm 83 nm 92 nm 16.1
  • Example 12 65 nm 69 nm 78 nm 85 nm 93 nm 16.5
  • Example 13 65 nm 68 nm 79 nm 82 nm 88 nm 16.7
  • Example 14 65 nm 70 nm 78 nm 84 nm 91 nm 16.3

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Abstract

반도체 집적회로의 제조에 있어서, 금속막의 연마 시 상승하는 온도를, 마찰력을 감소시킴으로써 낮추며, 슬러리의 열적 안정성을 개선하여, 고온에 의한 슬러리의 입도 증가를 억제함으로써 스크래치를 감소시키는 금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법이 개시된다. 상기 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법은, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매를 포함하는 금속막 연마 슬러리 조성물을 금속막이 형성된 기판과 접촉시키는 단계; 및 연마 패드를 상기 기판과 접촉시키고, 상기 연마 패드를 기판에 대해 이동시켜, 상기 기판으로부터 상기 금속막의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법
본 발명은 금속막 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 집적회로의 제조에 있어서, 금속막의 연마 시 상승하는 온도를, 마찰력을 감소시킴으로써 낮추며, 슬러리의 열적 안정성을 개선하여, 고온에 의한 슬러리의 입도 증가를 억제함으로써 스크래치를 감소시키는 금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법에 관한 것이다.
집적회로 기술이 적용된 반도체 칩에는, 트랜지스터, 커패시터, 저항기 등 수 많은 기능 요소(소자)들이 포함되어 있으며, 이러한 개별적인 기능 요소들이 일정한 모양으로 도안된 배선에 의해 서로 연결되어 회로를 구성한다. 집적회로는 각 세대를 거치면서 소형화되었고, 이에 따라 칩 하나가 가지는 기능도 점차 증대되고 있다. 반도체 칩의 소형화에 있어서, 단순히 소자의 크기를 감소시키는 것에는 한계가 있으므로, 최근에는 각 소자를 다층으로 형성하는 다층 배선 구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같이 다층 배선 구조의 반도체 소자를 제조하기 위해서는 금속막을 연마하여 평탄화하는 공정을 수행하여야 한다. 그러나 일반적으로 금속막은 강도가 높아 연마가 용이하지 않으므로, 금속막을 효과적으로 연마하기 위해서는 금속막을 비교적 강도가 낮은 금속산화물 형태로 산화시킨 다음, 연마를 수행하여야 하며, 이와 같이 금속막을 연마시키는 과정에서, 실리콘 산화막 등의 절연막의 손상(스크래치 발생 등)을 억제할 필요가 있다.
국제특허공개 2007-029465호는 연마제, 피연마면의 연마 방법 및 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법을 개시하고 있으며, 상기 연마제는 연마입자, 벤조트리아졸 등 1종 이상의 연마 속도 조정제, 상대 유전률이 15 내지 80, 비점이 60 내지 250 ℃, 25 ℃에서의 점도가 0.5 내지 60 mPa·s인 유기용매 및 물을 포함하는 것으로서, 본 발명과 슬러리의 pH가 서로 다르고, 2종 이상의 유기용매를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 대한민국 특허공개 10-2012-124395호는 시트르산 및 불화수소암모늄을 포함하는 수성 전해질 용액을 개시하고 있으며, 본 발명과는 금속 표면을 제거하는 방법, 촉매, 산화제 및 분산제 등이 서로 다르고, 슬러리로 인한 연마가 아닌 전해질 용액으로 에칭(etching)하는 것을 특징으로 한다. 일본특허공개 2000-254867호는 비점이 서로 다른 혼합 용제가 적어도 두 개의 성분이 포함되는 연마 시트를 개시하고 있으며, 본 발명과는 사용 목적이나 용제의 종류가 서로 다르고, 용제의 함량에 대한 내용이 없으며, 슬러리가 아닌 연마 시트인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은, 금속막의 연마 시 상승하는 온도를, 마찰력을 감소시킴으로써 낮추고, 슬러리 조성물의 열적 안정성을 개선하여 금속막 연마 시 발생하는 스크래치를 감소시킬 수 있는 금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매를 포함하는 금속막 연마 슬러리 조성물을 금속막이 형성된 기판과 접촉시키는 단계; 및 연마 패드를 상기 기판과 접촉시키고, 상기 연마 패드를 기판에 대해 이동시켜, 상기 기판으로부터 상기 금속막의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 0.001 내지 10 중량%의 연마제; 0.00001 내지 0.1 중량%의 촉매; 0.1 내지 10 중량%의 산화제; 0.1 내지 10 중량%의 질소 원자를 포함하는 유기용매; 0.1 내지 50 중량%의 글리콜계 유기용매; 및 나머지 물을 포함하며, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 혼합 비율은 1 : 1 내지 1 : 500의 중량비를 가지는 금속막 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법은, 금속막 연마 슬러리 조성물에 포함되는 두 종류 이상의 유기용매를 혼합하여 사용함으로써 연마제의 안정성을 개선할 수 있고, 기계적 화학적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 과정에서, 연마 패드(pad) 및 웨이퍼(wafer) 간의 마찰을 감소시켜, 이로 인해 높아지는 용매의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 끓는점(boiling point)이 상이한 두 종류 이상의 유기용매를 혼합하여 사용함으로써, 용매 간 인력에 의해 끓는점이 상승한다. 또한, 슬러리 조성물의 열적 안정성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 용매의 온도를 낮춤에 따라, 고온에서 슬러리 조성물의 입도가 증가되는 것을 억제하여, 금속막 연마 시 실리콘(기판) 산화막에 발생하는 스크래치를 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법을 설명하면, 질소(N) 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매를 포함하는 금속막 연마 슬러리 조성물을 금속막이 형성된 기판과 접촉시키는 단계 및 연마 패드를 상기 기판과 접촉시키고, 상기 연마 패드를 기판에 대해 이동시켜, 상기 기판으로부터 상기 금속막의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법을 상세히 설명하면, 슬러리 조성물은 연마제, 촉매, 산화제, 질소 원자를 포함하는 유기용매, 글리콜계 유기용매 및 물 등을 포함하고, 필요에 따라, pH 조절제를 더욱 포함할 수 있는 것으로서, 상기 슬러리 조성물은, 연마 패드의 고속 회전에 의해 상기 연마 패드의 상부에 균일하게 도포되는 동시에, 금속막이 형성된 기판의 표면과 접촉하게 된다. 이때 연마부는 상기 기판의 일면을 상기 연마 패드에 접촉시키고, 상기 연마 패드를 상기 기판에 대해 이동시킨다. 이때 상기 기판은 상기 슬러리 조성물이 균일하게 도포된 상기 연마 패드와 접촉한 상태로 유동하므로, 그 표면이 산화 및 연마된다. 이러한 과정으로 상기 기판의 대향면이 충분히 연마되면, 상기 연마부는 연마된 상기 기판을 외측으로 이격 위치시키고, 다음 기판을 위치시켜 연마 작업을 반복 수행하게 된다. 한편, 상기 연마 패드의 표층은 계속적인 연마 작업에 의해 마모되므로, 그 표층을 연마하여 재사용하여야 하는데, 이 경우, 상기 슬러리 조성물을 공급하면서, 상기 연마 패드를 회전시켜 상기 연마 패드의 표층을 연마함으로써, 다음 기판의 연마 단계를 준비하게 된다.
본 발명에 따른 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법은, 반도체 집적회로의 제조에 있어서, 금속막과 실리콘 산화막의 복합막의 연마 공정에서, 실리콘 산화막에 스크래치가 발생하는 것을 억제하면서, 금속막을 효과적으로 연마시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법은, 끓는점이 서로 다른 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매를 적절한 비율로 혼합하여 사용함으로써, 용매간 인력으로 끓는점을 증가시키고, 비이온계면활성제 글리콜계 유기용매로 인하여 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 과정에서 연마 패드(pad)와 웨이퍼(wafer) 간의 마찰력을 감소시켜 용매의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 질소 원자를 포함하는 유기용매를 통한 연마입자표면과, 물리적인 흡착 또는 정전기적 인력을 통해, 제타 전위(zeta potential)를 증가시켜 연마입자의 안정성을 향상시킨다. 따라서, 기존의 금속막 연마 슬러리 조성물을 이용할 시 발생하는 높은 온도로 인한 슬러리 조성물의 입도가 증가하고, 그로 인해, 다량의 스크래치가 발생하는 것과 달리, 용매의 온도를 낮춤으로써 슬러리 조성물의 열적 안정성을 개선하여, 슬러리 조성물의 입도 증가를 억제하고, 그에 따라, 실리콘 산화막에 발생하는 스크래치를 감소시킬 수 있는 것이다.
다음으로, 본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물을 설명하면, 금속막을 효율적으로 연마하면서, 실리콘 산화막의 스크래치 발생을 억제하기 위한 것으로서, 0.001 내지 10 중량%의 연마제(abrasive, 연마 입자), 0.00001 내지 0.1 중량%의 촉매, 0.1 내지 10 중량%의 산화제, 0.1 내지 10 중량%의 질소 원자를 포함하는 유기용매, 0.1 내지 50 중량%의 글리콜계 유기용매 및 나머지 물을 포함하며, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 혼합 비율은 1 : 1 내지 1 : 500의 중량비를 가진다. 또한, 필요에 따라, pH 조절제를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 금속막 연마 슬러리 조성물에 사용되는 상기 연마제는, 금속막을 기계적(물리적)으로 연마하기 위한 것으로서, 퓸드 실리카(Fumed silica), 콜로이달(colloidal) 실리카 등의 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아(산화지르코늄), 젠나니아 및 이들의 혼합물 등의 연마제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 상기 실리카의 사용이 가장 바람직하다. 상기 연마제의 함량은, 전체 슬러리 조성물에 대하여, 0.001 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%이다. 상기 연마제의 사용량이 너무 많으면, 금속막 및 실리콘 산화막에 대한 스크래치가 과도하게 발생할 우려가 있고, 너무 적으면, 금속막의 연마 속도가 저하될 우려가 있다.
상기 촉매는, 금속막 연마 공정에서 발생되는 에너지에 의해서 전자와 정공을 방출시키는 이온화되지 않는 열활성 촉매로서, 상기 촉매에서 방출된 전자가 과산화수소 등의 산화제와 반응하여 하이드록실 라디칼을 발생시킨다. 상기 촉매는, 페로실리콘(FeSi), 망간실리사이드(MnSi), 코발트실리사이드(CoSi) 및 이들의 혼합물 등의 전이 금속 실리사이드(transition metal silicide)이며, 바람직하게는 나노 페로실리콘(FeSi)을 사용할 수 있다. 상기 페로실리콘(FeSi)에 있어서, 철(Fe) 성분의 일반적인 함량은, 페로실리콘(FeSi) 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01 내지 99중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 50 중량%이며, 상기 철(Fe) 성분의 함량이 너무 적으면, 연마 공정 에너지에 의해서 활성화되지 않을 우려가 있고, 너무 많으면 도체가 되어 촉매의 기능을 잃게 될 우려가 있다. 상기 나노 페로실리콘(FeSi) 촉매는 나노 크기의 입자로서, 구체적으로, 1 내지 1,000 nm, 바람직하게는 1 내지 20 nm, 더욱 바람직하게는 2 내지 10 nm의 입자 크기를 가지며, 상기 나노 촉매의 입자 크기가 너무 작으면, 입자로 형성되지 못할 우려가 있고, 너무 크면, 촉매 활성이 저하되거나, 연마공정에서 스크래치 등의 결함을 일으킬 우려가 있다. 상기 나노 페로실리콘(FeSi) 촉매의 사용량은, 전체 슬러리 조성물에 대하여, 0.00001 내지 0.1 중량% (0.1 내지 1000 ppm), 바람직하게는 0.001 내지 0.05 중량%이다. 여기서, 상기 촉매의 사용량이 너무 적으면, 금속막의 연마 속도가 저하될 우려가 있고, 너무 많으면, 반응성이 과도하게 증가하여 연마속도가 불균일하게 될 우려가 있다. 상기 페로실리콘(FeSi) 촉매는 본 출원인의 특허등록 10-0928456호에 상세히 개시되어 있으며, 상기 특허의 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.
본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물에 사용되는 산화제는, 금속막의 표면에 산화막을 빠르게 형성하여 금속막의 연마를 용이하게 하기 위한 것으로, 금속막 연마 슬러리 조성물에 사용되는 통상의 산화제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 무기 또는 유기 퍼-화합물(per-compound)을 사용할 수 있다. 상기 퍼-화합물은 하나 이상의 퍼옥시기(-O-O-)를 포함하는 화합물 또는 그 자신의 가장 높은 산화상태에 있는 원소를 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 산화제의 구체적인 예로는, 과산화수소(H2O2), 우레아 과산화수소, 모노퍼설페이트, 디퍼설페이트, 퍼아세트산, 퍼카보네이트, 벤조일페록사이드, 퍼요오드산, 퍼요오디에이트염, 퍼브롬산, 과붕산, 과붕산염, 퍼클로로산, 퍼클로로산염, 퍼망가네이트, 퍼망가네이트염 및 이들의 혼합물 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 과산화수소를 사용할 수 있다. 상기 산화제는 웨이퍼, 기판 등의 금속막에 상응하는 산화물, 수산화물, 이온 등으로 산화시킨다. 상기 산화제는, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 5 중량%로 사용된다. 여기서, 상기 산화제의 사용량이 너무 적으면, 금속막의 연마 속도가 저하될 우려가 있고, 너무 많으면 연마 효율이 저하될 우려가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물에 사용되는 유기용매는, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매 등 두 종류 이상이 혼합되어 사용되는 것으로서, 보관온도 및 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 중 발생하는 열에 의한 거대입자의 형성을 최대한 억제함으로써, 분산 안정성 및 열적 안정성을 개선할 뿐만 아니라, 마찰력을 감소시켜 실리콘 산화막에 발생하는 스크래치를 감소시킬 수 있다.
상기 질소 원자를 포함하는 유기용매는, 질소(N) 원자를 포함하고 있는 유기용매를 제한 없이 사용할 수 있으나, 아미드(amide)계 화합물, 이미드(imide)계 화합물, 아민(amine)계 화합물 및 이민(imine)계 화합물 등을 단일 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아미드계 화합물의 구체적인 예로는, 아크릴아미드, 2-프로펜아미드 및 설폰아미드 등이 있고, 이 중 아크릴아미드를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 이미드계 화합물의 구체적인 예로는, 숙신이미드 및 프탈이미드 등이 있고, 이 중 프탈이미드를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 아민계 유기용매의 구체적인 예로는, 트리메틸아민(trimethyl amine), 트리에틸아민(triethyl amine), 트리프로필아민(tripropyl amine), 트리부틸아민(tributyl amine), 트리펜틸아민(tripentyl amine), 트리헥실아민(trihexyl amine), 트리헵틸아민(triheptyl amine), 트리옥틸아민(trioctyl amine) 및 트리데실아민(tridecyl amine) 등이 있고, 이 중 트리부틸아민을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 이민계 화합물의 구체적인 예로는, 에틸렌이민 및 N-설포닐이민 등이 있다.
또한, 상기 글리콜계 유기용매의 구체적인 예로는, 모노에틸렌글리콜(monoethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 및 이들의 혼합물 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 디에틸렌글리콜이다.
상기 질소 원자를 포함하는 유기용매의 함량은, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%이고, 상기 글리콜계 유기용매의 함량은, 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%이다.
상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매는 적절한 비율로 혼합되어야 하는 것으로서, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 혼합 비율은, 1 : 1 내지 1 : 500의 중량비, 바람직하게는 1 : 1 내지 1 : 300의 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 1 내지 1 : 100의 중량비 등을 가질 수 있다. 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 사용량이 너무 적으면, 고온에서의 저장안정성이 떨어질 우려가 있고, 너무 많으면, CMP 특성이 퇴색될 우려가 있다. 즉, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 혼합 비율을 1 : 1 내지 1 : 500의 중량비의 범위로 할 경우, 안정성이 개선되며 스크래치의 개수를 감소시킬 수 있으나, 상기 범위를 벗어날 경우에는, CMP 특성이 과도하게 저하되고, 이로 인하여 스크래치 개수의 감소 효과(개선 효과)가 저하될 우려가 있다.
본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물을 구성하는 나머지 성분은 물로서, 탈이온수 및 증류수 등을 사용할 수 있으며, 상기 물의 함량을 %로 나타낼 경우, 상기 물의 함량은 예를 들어, 36 내지 97 %가 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물은, 발명의 목적 및 효과를 달성하는 한도 내에서, 통상적인 다른 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 슬러리 조성물은, 공지된 임의의 방법으로 제조될 수 있고, 예를 들면, 연마제, 촉매, 산화제, 유기용매 등의 각 성분을 탈이온수, 증류수 등의 수성매질(이하, 필요에 따라, 단순히 "물"이라 한다)에 필요한 농도로 첨가할 수 있다. 본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH는 1 내지 7, 바람직하게는 1 내지 4이며, 상기 슬러리 조성물의 pH가 너무 높으면, 산화막 형성이 불충분하여 연마속도가 저하될 우려가 있다.
필요에 따라 더욱 포함될 수 있는 상기 pH 조절제는, 상기 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH를 조절하여 연마제(연마 입자)의 분산도를 제어하는 것으로서, 상기 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH를 1 내지 7, 바람직하게는 1 내지 4로 조절한다. 통상적인 금속막 연마 슬러리 조성물에 사용되는 pH 조절제(산, 염기)를 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들면, 황산, 염산, 인산, 질산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤존산 등의 산, 그리고, 암모니아, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄 히드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide: TMAH), 테트라에틸암모늄 히드록사이드(Tetraethylammonium hydroxide: TEAH), 테트라부틸암모늄 히드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide: TBAH) 등의 염기 및 이들의 혼합물 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나면, 연마입자의 분산도가 떨어지고, 연마 공정 시, 연마가 충분하게 일어나지 못할 우려가 있다. 또한, 상기 pH 조절제의 함량은, 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면, 전체 슬러리 조성물에 대하여, 0.05 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 2 중량%이다. 상기 pH 조절제의 함량이 상기 범위를 벗어나면, 상기 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH 조절이 어려워지고, 불순물로 작용할 우려가 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~10, 비교예 1~2] 슬러리 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 함량의 각 성분을 상온에서 혼합하고, 기계적 교반기(Mechanical stirrer)로 교반하여, 슬러리 조성물(실시예 1 내지 10, 비교예 1 및 2)을 제조하였다.
표 1
연마제 (실리카, 중량%) 산화제 (H2O2, 중량%) 물 (중량%) 유기용매(중량%) 나노 페로실리콘 (ppm)
Tributyl amine Diethylene glycol
실시예 1 2 1.5 96.3 0.1 0.1 60
실시예 2 2 1.5 95.4 0.1 1 60
실시예 3 2 1.5 86.4 0.1 10 60
실시예 4 2 1.5 76.4 0.1 20 60
실시예 5 2 1.5 66.4 0.1 30 60
실시예 6 2 1.5 86.0 0.5 10 60
실시예 7 2 1.5 76.0 0.5 20 60
실시예 8 2 1.5 66.0 0.5 30 60
실시예 9 2 1.5 56.0 0.5 40 60
실시예 10 2 1.5 46.0 0.5 50 60
비교예 1 2 1.5 96.5 0 0 60
비교예 2 2 1.5 36.4 0.1 60 60
텅스텐막의 연마 속도, 실리콘 산화막에 대한 스크래치 형성 개수 및 연마 패드의 온도
어플라이드 머티어리얼사(Applied Materials사)의 Mirra 3400 연마 장비(Polisher)에 IC-1010 연마 패드(Rohm & Haas사 제품)를 부착하고, 8인치 텅스텐(W) 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)를 장착하였다. 다음으로, 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 및 2에서 제조된 슬러리 조성물을 주입하여 상기 웨이퍼로 공급하면서, 텅스텐막(W)을 60초 동안 연마하였다. 이 때의 연마 조건을 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2의 IC 압력, RR 압력, EC 압력, UC 압력은 각각 Inter Chamber Pressure, Retainer Ring Pressure, External Chamber Pressure, Upper Chamber Pressure로서, 웨이퍼가 장착되는 Head 내 영역별 압력 조건을 나타낸 것이다.
표 2
Platen 속도 Head속도 IC 압력 RR 압력 EC 압력 UC 압력 슬러리 유속
85 rpm 70 rpm 2.5 psi 10.4 psi 5.2 Psi 5.2 psi 150 ml/min
텅스텐(W)막의 연마 속도(Removal Rate, 단위: Angstrom(Å)/min, 이하 R/R)를 저항 측정기(CMT-2000, 4-point probe, ㈜창민 Tech 제품)로 측정한 결과, 8인치 PE-TEOS(Plasma Enhanced-Tetra Ethylene Ortho Silicate, 실리콘 산화막) 블랭킷 웨이퍼(wafer)를 연마한 후, 실리콘 산화막(PE-TEOS)에 형성된 스크래치의 개수를 KLA 스크래치 측정 장비(TENCOR사 제품)로 측정한 결과, 연마기(G&P technology사 제품 Poli 500 Polisher)를 이용하여 측정한 마찰력, 연마 패드(pad)의 온도를 적외선 온도계(seoho사 제품)로 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
표 3
텅스텐막 연마속도 (Å/min) 스크래치 개수 연마패드 온도(℃) 마찰력(kgf)
실시예 1 3140 10 49 26.5
실시예 2 3167 7 50 26.7
실시예 3 3087 8 49 26.8
실시예 4 3094 9 50 26.1
실시예 5 3019 13 50 26.5
실시예 6 2947 11 49 26.9
실시예 7 2975 10 49 26.4
실시예 8 3108 2 48 25.3
실시예 9 3142 4 48 25.2
실시예 10 2973 11 50 25.5
비교예 1 3184 18 52 27.5
비교예 2 3085 21 52 24.2
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 질소 원자를 포함하는 유기용매(아민계 유기용매) 및 글리콜계 유기용매의 혼합 비율에 따라 스크래치의 개수가 30 내지 90 % 감소하고, 대체적으로 마찰력이 감소함과 동시에 연마 패드의 온도 또한 낮아지는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 비교예와 본 발명에 따른 실시예를 비교 대조하였을 시, 두 유기용매의 혼합 비율에 따라 스크래치의 개수, 마찰력 및 연마 패드의 온도가 다르며, 본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물을 이용한 실시예에서는, 스크래치의 개수가 감소할 뿐만 아니라, 연마 패드의 온도 또한 낮아지는 것을 알 수 있다.
두 유기용매의 혼합 비율에 따른, 고온에서의 슬러리 조성물 보관 안정성
하기 표 4에, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 비율이 다른 실시예 1 내지 10 및 비교예 1의 슬러리 조성물을 60 ℃의 고온에서 보관하였으며, 시간이 경과함에 따라 슬러리 조성물(실시예 1 내지 10 및 비교예 1)의 입도 변화를 나타내었다.
표 4
실험일 1주 2주 3주 4주 Zeta potential(mV)
실시예 1 65 nm 69 nm 76 nm 84 nm 90 nm 15.3
실시예 2 65 nm 72 nm 77 nm 88 nm 93 nm 16.2
실시예 3 65 nm 68 nm 75 nm 79 nm 85 nm 16.5
실시예 4 65 nm 70 nm 74 nm 86 nm 97 nm 15.9
실시예 5 65 nm 68 nm 73 nm 90 nm 101 nm 16.5
실시예 6 65 nm 67 nm 72 nm 85 nm 94 nm 16.1
실시예 7 65 nm 69 nm 73 nm 84 nm 92 nm 16.9
실시예 8 65 nm 65 nm 66 nm 67 nm 70 nm 16.8
실시예 9 65 nm 67 nm 68 nm 71 nm 75 nm 15.7
실시예 10 65 nm 71 nm 86 nm 98 nm 105 nm 16.4
비교예 1 66 nm 71 nm 100 nm 155 nm 215 nm 2.4
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매가 첨가되면, 제타 전위(zeta potential)가 커지면서 입도가 증가되지 않고, 안정화되는 것을 볼 수 있다(즉, 제타 전위의 증가에 의한 연마입자의 안정성 향상). 또한, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매가 최적의 비율로 혼합된 실시예 1 내지 10의 슬러리 조성물은, 고온에서 높은 보관 안정성을 나타내는 것을 알 수 있다.
[실시예 11~14] 슬러리 조성물의 제조
추가로, 하기 표 5에 나타낸 함량의 각 성분을 상온에서 혼합하고, 기계적 교반기로 교반하여, 슬러리 조성물(실시예 11 내지 14)을 제조하였다.
표 5
연마제 (실리카, 중량%) 산화제 (H2O2, 중량%) 물(중량%) 유기용매(중량%) 나노 페로실리콘(ppm)
실시예 11 2 1.5 66 acrylamide 0.5 ethyleneglycol 30 60
실시예 12 2 1.5 66 phthalimide 0.5 ethyleneglycol 30 60
실시예 13 2 1.5 66 tributyl amine 0.5 diethyleneglycol 10 ethyleneglycol 20 60
실시예 14 2 1.5 56 acrylamide 0.1 diethyleneglycol 40 tributyl amine 0.1 60
텅스텐막의 연마 속도, 실리콘 산화막에 대한 스크래치 형성 개수 및 연마 패드의 온도
텅스텐(W)막의 연마 속도(Removal Rate, 단위: Angstrom(Å)/min, 이하 R/R)를 저항 측정기(CMT-2000, 4-point probe, ㈜창민 Tech 제품)로 측정한 결과, 8인치 PE-TEOS(Plasma Enhanced-Tetra Ethylene Ortho Silicate, 실리콘 산화막) 블랭킷 웨이퍼(wafer)를 연마한 후, 실리콘 산화막(PE-TEOS)에 형성된 스크래치의 개수를 KLA 스크래치 측정 장비(TENCOR사 제품)로 측정한 결과, 연마기(G&P technology사 제품 Poli 500 Polisher)를 이용하여 측정한 마찰력, 연마 패드(pad)의 온도를 적외선 온도계(seoho사 제품)로 측정한 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
표 6
텅스텐막 연마속도(Å/min) 스크래치 개수 연마패드 온도(℃) 마찰력(kgf)
실시예 11 3084 8 50 26.1
실시예 12 2958 10 49 26.7
실시예 13 2906 13 49 26.3
실시예 14 3031 11 50 26.4
상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매 중 어느 하나를 2종 이상 혼합하여도 스크래치의 개수가 감소하고, 대체적으로 마찰력이 감소함과 동시에 연마 패드의 온도 또한 낮아지는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 비교예와 본 발명에 따른 실시예를 비교 대조하였을 시, 두 유기용매의 혼합 비율에 따라 스크래치의 개수, 마찰력 및 연마 패드의 온도가 다르며, 본 발명에 따른 금속막 연마 슬러리 조성물을 이용한 실시예에서는, 스크래치의 개수가 감소할 뿐만 아니라, 연마 패드의 온도 또한 낮아지는 것을 알 수 있다.
두 유기용매의 혼합 비율에 따른, 고온에서의 슬러리 조성물 보관 안정성
하기 표 7에, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 비율이 다른 실시예 11 내지 14의 슬러리 조성물을 60 ℃의 고온에서 보관하였으며, 시간이 경과함에 따라 슬러리 조성물(실시예 11 내지 14)의 입도 변화를 나타내었다.
표 7
실험일 1주 2주 3주 4주 Zeta potential(mV)
실시예 11 65 nm 68 nm 76 nm 83 nm 92 nm 16.1
실시예 12 65 nm 69 nm 78 nm 85 nm 93 nm 16.5
실시예 13 65 nm 68 nm 79 nm 82 nm 88 nm 16.7
실시예 14 65 nm 70 nm 78 nm 84 nm 91 nm 16.3
상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매가 첨가되면, 제타 전위(zeta potential)가 커지면서 입도가 증가되지 않고, 안정화되는 것을 볼 수 있다(즉, 제타 전위의 증가에 의한 연마입자의 안정성 향상). 또한, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매가 최적의 비율로 혼합된 실시예 11 내지 14의 슬러리 조성물은, 고온에서 높은 보관 안정성을 나타내는 것을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매를 포함하는 금속막 연마 슬러리 조성물을 금속막이 형성된 기판과 접촉시키는 단계; 및
    연마 패드를 상기 기판과 접촉시키고, 상기 연마 패드를 기판에 대해 이동시켜, 상기 기판으로부터 상기 금속막의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매는, 아미드계 화합물, 이미드계 화합물, 아민계 화합물 및 이민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매는, 아크릴아미드, 2-프로펜아미드 및 설폰아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 아미드계 화합물, 숙신이미드 및 프탈이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 이미드계 화합물, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민 및 트리데실아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 아민계 화합물 및 에틸렌이민 및 N-설포닐이민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 이민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 글리콜계 유기용매는 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 시 발생하는 스크래치의 감소 방법.
  5. 0.001 내지 10 중량%의 연마제;
    0.00001 내지 0.1 중량%의 촉매;
    0.1 내지 10 중량%의 산화제;
    0.1 내지 10 중량%의 질소 원자를 포함하는 유기용매;
    0.1 내지 50 중량%의 글리콜계 유기용매; 및
    나머지 물을 포함하며,
    상기 질소 원자를 포함하는 유기용매 및 글리콜계 유기용매의 혼합 비율은 1 : 1 내지 1 : 500의 중량비를 가지는 금속막 연마 슬러리 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매는, 아미드계 화합물, 이미드계 화합물, 아민계 화합물 및 이민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 질소 원자를 포함하는 유기용매는, 아크릴아미드, 2-프로펜아미드 및 설폰아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 아미드계 화합물, 숙신이미드 및 프탈이미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 이미드계 화합물, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민 및 트리데실아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 아민계 화합물 및 에틸렌이민 및 N-설포닐이민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 이민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 글리콜계 유기용매는 모노에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 연마제는 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아(산화지르코늄), 젠나니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  10. 청구항 5에 있어서, 상기 촉매는 페로실리콘(FeSi), 망간실리사이드(MnSi), 코발트실리사이드(CoSi) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 전이 금속 실리사이드(transition metal silicide)인 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  11. 청구항 5에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소(H2O2), 우레아 과산화수소, 모노퍼설페이트, 디퍼설페이트, 퍼아세트산, 퍼카보네이트, 벤조일페록사이드, 퍼요오드산, 퍼요오디에이트염, 퍼브롬산, 과붕산, 과붕산염, 퍼클로로산, 퍼클로로산염, 퍼망가네이트, 퍼망가네이트염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  12. 청구항 5에 있어서, 상기 금속막 연마 슬러리 조성물은 pH 조절제를 더욱 포함하는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 pH 조절제는 상기 금속막 연마 슬러리 조성물의 pH를 1 내지 7로 조절하는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 pH 조절제는 황산, 염산, 인산, 질산, 타르타르산, 시트르산, 옥살산, 벤존산의 산과, 암모니아, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH), 테트라에틸암모늄 히드록사이드(TEAH), 테트라부틸암모늄 히드록사이드(TBAH)의 염기 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 금속막 연마 슬러리 조성물.
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