WO2020138737A1 - 일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 - Google Patents

일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 Download PDF

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WO2020138737A1
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acid
polishing
slurry composition
iron
metal
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공현구
황진숙
황인설
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주식회사 케이씨텍
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment

Definitions

  • the present invention relates to a one-component polishing slurry composition having a nonlinear polishing property and a polishing method using the same.
  • CMP chemical and mechanical polishing
  • the chemical mechanical polishing (CMP) process refers to a process in which a semiconductor wafer surface is flatly polished using a slurry containing abrasives and various compounds while rotating by contacting the polishing pad.
  • the metal polishing process is known to occur repeatedly by a process in which a metal oxide (MO x ) is formed by an oxidizing agent and a process in which abrasive particles remove the formed metal oxide.
  • the W (tungsten) CMP process uses a slurry containing an oxidizing agent.
  • a strong acid such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or iron nitrate (FeNO 3 ) is used in a slurry containing abrasives such as silica and alumina fine particles.
  • the topic is mixed and used.
  • the oxidizing agent in the slurry oxidizes the tungsten surface to make tungsten oxide (WO 3 ), and WO 3 is much weaker than W (tungsten) bulk, so it can be easily removed with an abrasive.
  • W 3 is removed by mechanical polishing by abrasives and CMP pads in the slurry, and the metal W under the WO 3 layer is continuously removed by changing to WO 3 by an oxidizing agent, thereby removing the W (tungsten) bulk film.
  • the barrier metal film is also removed by a mechanism similar to tungsten polishing.
  • the desired polishing rate and selectivity for the tungsten (W) bulk and tungsten barrier metal polishing process are different from each other during the existing CMP process.
  • a pattern such as a trench having a tungsten barrier metal film and an insulating film (oxide, Ox) are formed under the tungsten layer, and the polishing selectivity of W/Ox when polishing is performed using a slurry composition for tungsten bulk polishing is a polishing process It shows the linear behavior with respect to the conditions.
  • the tungsten polishing rate (RR) and the oxide (Ox) polishing rate are lowered together when the polishing pressure is lowered to apply to the barrier metal polishing using a slurry for W (tungsten) bulk polishing, and the surface state after polishing of the pattern film quality is tungsten. Problems arise in the profile characteristics of the pattern wafer, such as dishing and erosion, where the film quality is relatively low and the oxide (Ox) film quality is relatively high.
  • the W (tungsten) barrier metal polishing slurry composition is used to perform the W (tungsten) bulk polishing process, the W (tungsten) polishing rate is significantly lowered, resulting in problems that do not reach the desired polishing rate and flatness.
  • a slurry composition composed of different materials or an additive must be added in the polishing air, so the process efficiency decreases, and slurry of different composition for different processes When is used, there is a difficulty in managing the slurry.
  • the present invention is to solve the above-described problems, the present invention, to implement a non-linear selectivity for the polishing target film for each polishing process, and to improve the efficiency of the polishing process, to provide a one-component polishing slurry composition will be.
  • the present invention provides a substrate polishing method capable of continuously performing a polishing process having different polishing purposes through the one-component polishing slurry composition according to the present invention.
  • the present invention abrasive particles; And polishing selectivity adjusting agents; And, the polishing selectivity adjusting agent relates to a one-component polishing slurry composition, which provides a change in the polishing selectivity of the non-Prestonian behavior according to the polishing pressure.
  • the abrasive particles are included in an amount of 0.001 parts by weight to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry composition, and the abrasive particles are coated with a metal oxide, an organic material or an inorganic material, a core It may include at least one selected from the group consisting of a shell metal oxide and a surface-substituted metal oxide.
  • the metal oxide is in a colloidal state, and the metal oxide is at least one selected from the group consisting of silica, ceria, zirconia, alumina, titania, barium titania, germania, mangania, and magnesia It may be to include.
  • the metal-substituted metal oxide is an iron-substituted metal oxide
  • the iron-substituted abrasive particles include iron ions having tetrahedral coordination
  • the iron -Substituted abrasive particles are metal (M)-O-Fe bond, metal (M)-Fe bond (where M is selected from Si, Ce, Zr, Al, Ti, Ba, Ge, Mn and Mg.) , Or both.
  • the primary particle size of the abrasive particles may be 5 nm to 150 nm, and the secondary particle size of the abrasive particles may be 30 nm to 300 nm.
  • the polishing selectivity modifier is included in an amount of 0.001 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polishing slurry composition, and the polishing selectivity modifier is polyacrylic acid, ammonium polyacrylate, polymethacryl Acid, polymethacrylic acid ammonium salt, polyacrylic maleic acid, sulfonic acid, sulfonic acid salt, sulfonic acid ester, sulfonic acid ester salt, phosphoric acid, phosphate, phosphoric acid ester, phosphoric acid ester salt, acrylic/styrene copolymer, polyacrylic acid/styrene copolymer, poly It may be at least one selected from the group consisting of acrylamide / acrylic acid copolymer, polyacrylic acid / sulfonic acid copolymer and polyacrylic acid / maleic acid copolymer.
  • the polishing selectivity adjuster may have a polishing rate control function and a polishing selectivity adjustment function under a polishing pressure condition of 2.5 psi or less.
  • the slurry composition further comprises an oxidizing agent, the oxidizing agent is contained in 0.001 parts by weight to 10 parts by weight relative to 100 parts by weight of the polishing slurry composition, the oxidizing agent, hydrogen peroxide, urea Hydrogen peroxide, urea, percarbonate, periodic acid, periodate, perchloric acid, perchlorate, perbromic acid, perbromate, perboric acid, perborate, potassium permanganate, sodium perborate, permanganic acid, Permanganate, Persulfate, Bromate, Chlorite, Chlorate, Chromate, Dichromate, Chromium Compound, Iodate, Iodine, Ammonium Peroxide, Benzoyl Per Oxide, calcium peroxide, barium peroxide, sodium peroxide, dioxygenyl, ozone, ozonide, nitrate, hypochlorite, hypoohalite, It includes at least one selected from the group consist
  • the slurry composition further includes an oxidation stabilizer, and the oxidation stabilizer is included in an amount of 0.001 parts by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry composition, and the oxidation stability
  • Chemical agents are carboxylic acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid, pimelinic acid, malic acid, malonic acid, maleic acid, acetic acid, adipic acid, oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, citric acid, lactic acid, and glue Taric acid, glycolic acid, formic acid, fumaric acid, propionic acid, butyric acid, hydroxybutyric acid, aspartic acid, itaconic acid, tricarboxylic acid, suberic acid, benzoic acid, phenylacetic acid, naphthoic acid, mandelic acid, picolinic
  • the slurry composition further comprises a pH adjusting agent, the pH adjusting agent, an acidic substance or a basic substance, the acidic substance, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, bromine Acid, iodic acid, formic acid, malonic acid, maleic acid, oxalic acid, acetic acid, adipic acid, citric acid, adipic acid, acetic acid, propionic acid, fumaric acid, lactic acid, salicylic acid, pimelic acid, benzoic acid, succinic acid, phthalic acid, butyric acid, glutaric acid Acid, glutamic acid, glycolic acid, lactic acid, aspartic acid, tartaric acid, and at least one selected from the group consisting of each salt, and the basic substance, ammonium methyl propanol (ammonium methyl propanol; AMP), tetramethylammonium hydroxide (tetra)
  • the slurry composition further includes a polishing accelerator, a catalyst, or both, the polishing accelerator is an iron-containing compound, and the polishing accelerator includes iron nitrate, iron sulfate, iron halide, It may include at least one selected from the group consisting of iron perchlorate, iron acetate, iron acetylacetonate, iron gluconate, iron oxalate, iron phthalate and iron succinate.
  • the catalyst silver (Ag), cobalt (Co), chromium (Cr), copper (Cu), iron (Fe), molybdenum (Mo), manganese (Mn), Nionium (Nb), nickel (Ni), osmium (Os), palladium (Pd), rothenium (Ru), tin (Sn), titanium (Ti), vanadium (V), lead (Pb) and tungsten ( W) may include at least one selected from the group consisting of metals, ions, and oxides thereof.
  • a polishing selectivity ratio of the metal bulk film to an insulating film may be 1 to 20.
  • the polishing selectivity of the metal bulk film to the insulating film has a first polishing selectivity of 5 to 10, and a second polishing selectivity of 1 to 2, and the first polishing selectivity The ratio may be selected at a higher polishing pressure than the second polishing selection ratio.
  • the barrier metal film includes a metal, a metal alloy, and an intermetallic compound, and the barrier metal film includes indium (In), tin (Sn), silicon (Si), and titanium (Ti). , Vanadium (V), gadolium (Ga), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr), hafnium (Hf), aluminum (Al ), niobium (Nb), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), ruthenium (Ru), tungsten (W), titanium (Ti), nickel (Ni), chromium At least selected from the group consisting of (Cr), neodynium (Nd), rubidium (Rb), gold (Au), platinum (Pt), gallium (Ga), bismuth (Bi), silver (Ag) and palladium (Pd)
  • the present invention preparing a substrate having an insulating layer, a metal bulk layer and a barrier metal layer; Preparing a one-component polishing slurry composition according to the present invention; Polishing the metal bulk layer while supplying the slurry composition on the substrate; And regulating the pressure to polish and planarize the barrier metal layer.
  • the substrate an insulating layer; A trench having a barrier metal layer on the insulating layer; It may be a semiconductor substrate having a metal bulk layer formed on the trench.
  • Polishing the metal bulk layer according to an embodiment of the present invention may be performed at a higher pressure than the planarizing step.
  • the step of polishing the metal bulk layer may be performed at a pressure of more than 2.5 psi or more than 3.0 psi.
  • the present invention is a process by non-linearly implementing a selectivity for a film to be polished for each polishing process, and continuously performing two or more processes, for example, polishing a tungsten bulk film and polishing a pattern layer having a barrier metal layer. It is possible to provide a new one-piece abrasive slurry composition, which improves efficiency and has an advantage in polishing slurry management, and a method for polishing a substrate using the same.
  • the present invention can provide a one-component polishing slurry composition and a substrate polishing method using the same, which are effective in minimizing dishing and erosion after a continuous process, and improving the profile of the pattern wafer and the flatness of the film to be polished.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of colloidal silica abrasive particles substituted with iron (Fe) ions by hydrothermal synthesis according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 illustratively showing a polishing process of a semiconductor substrate using a one-component polishing slurry composition according to the present invention, for example, each step, Pre wafer, P1 process ( Selection ratio: 1:5 ⁇ x ⁇ 20), P2 process (W stopping, protective film formation) and P2 process (selection ratio: 1 ⁇ x ⁇ 2).
  • the present invention relates to a one-component abrasive slurry composition, according to an embodiment of the present invention, the one-component abrasive slurry composition, the polishing properties for the polishing target film according to the chemical mechanical polishing (CMP) process conditions, for example For example, it exhibits a non-linear behavior in the polishing selection ratio, and it is possible to adjust the selection ratio for the polishing target for each polishing process, and a plurality of polishing processes having different desired polishing characteristics can be performed as a continuous process.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the one-component abrasive slurry composition includes abrasive particles; A polishing selectivity adjusting agent; and an oxidizing agent; Oxidation stabilizers; And pH adjusting agents; It may further include at least one or more of the. In addition, it may further include a polishing promoter, a catalyst, or both.
  • the abrasive particles may include 0.001 part by weight to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry composition, and when included in the above range, provide an appropriate mechanical polishing rate and polishing uniformity to a polishing target film according to a polishing process. , It can improve the planarization after the polishing process and minimize defects such as defects and scratches.
  • the abrasive particles may include at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal oxides coated with organic or inorganic materials, core shell metal oxides, and surface-substituted metal oxides.
  • the metal oxide contained in the abrasive particles may include at least one selected from the group consisting of silica, ceria, zirconia, alumina, titania, barium titania, germania, mangania, and magnesia.
  • the abrasive particles, colloidal state, the size of the abrasive particles, in order to improve the dispersibility, abrasive performance and flatness in the slurry 10 nm to 300 nm single-sized particles or 10 nm to 300 nm two kinds It may be to include mixed particles having different sizes.
  • the abrasive particles may include particles of a first size of 10 nm to 150 nm and particles of a second size of 150 nm to 300 nm.
  • the size of the abrasive grains is less than 10 nm, when small particles are excessively generated, the flatness decreases after the polishing process, and excessive defects occur on the surface of the abrasive film to decrease the polishing rate, and when the abrasive grain size exceeds 300 nm There may be difficulty in controlling the flatness and surface defects after mechanical polishing because the monodispersity is not achieved.
  • the size may mean diameter, length, thickness, etc., depending on the shape of the particles.
  • the abrasive grain shape may include at least one selected from the group consisting of a spherical shape, a square shape, a needle shape, and a plate shape.
  • the surface-substituted metal oxide is an iron-substituted metal oxide, and when applied to a polishing slurry composition, a polishing target film, for example, a metal film can be polished by a chemical etching and oxidation process.
  • a polishing target film for example, a metal film can be polished by a chemical etching and oxidation process.
  • the surface-substituted metal oxide has a low decomposition rate of the oxidizing agent and can provide excellent stability.
  • the iron-substituted metal oxide may be a metal oxide in which iron ions are substituted on a part of the metal oxide.
  • the iron-substituted metal oxide utilizes the properties of iron ions having tetrahedral coordination in the alkali region, and metal oxide element ions (for example, abrasive particles are silica) on the surface of the metal oxide under hydrothermal synthesis conditions.
  • iron ions are substituted at atomic sites located in a length region of 30% or less from the surface of the iron-substituted metal oxide from the surface to the center (100%).
  • the iron (Fe) ions may be substituted with components of a part of the abrasive particles.
  • the iron ion may have tetrahedral coordination, and the iron-substituted metal oxide may include a metal (M)-O-Fe bond, M-Fe, or both (here, M Is selected from Si, Ce, Zr, Al, Ti, Ba, Ge, Mn and Mg).
  • FIG. 1 is a schematic diagram of colloidal silica abrasive particles substituted with iron (Fe) ions by hydrothermal synthesis according to an embodiment of the present invention.
  • Si silicon
  • Fe iron
  • the iron-substituted abrasive particles at pH 1 to 12,-1 mV to-100 mV zeta potential, at pH 1 to 6,-10 mV to-70 mV zeta potential; Or at pH 2.5-6, -10 mV to -70 mV.
  • the iron-substituted metal oxide may not only perform the function of abrasive particles in the polishing slurry composition, but may also simultaneously perform the function of an oxidizing agent to oxidize the polishing target film.
  • the iron-substituted metal oxide uses metal ions having tetrahedral coordination in the alkali region, and metal oxide element ions (for example, abrasive particles are silica) under the conditions of hydrothermal synthesis.
  • metal oxide element ions for example, abrasive particles are silica
  • Ce when abrasive particles are ceria, Zr when abrasive particles are zirconia, and iron ions
  • a polishing slurry composition having high dispersion stability can be prepared.
  • metal oxide element ions and substituted iron ions on the surface of the abrasive particles promote oxidation of the polishing target film, thereby realizing high polishing properties that can easily polish the polishing target film, and minimize scratch defects to improve flatness after polishing. To improve.
  • a method of manufacturing an iron-substituted metal oxide includes preparing a mixture by mixing abrasive particles with an iron-containing salt, a metal ion compound, or both; And synthesizing the mixture under hydrothermal synthesis conditions.
  • the method of manufacturing the iron-substituted metal oxide is to substitute metal oxide elemental ions and iron ions of abrasive particles by using a characteristic in which metal ions have tetrahedral coordination under alkaline conditions.
  • the iron-containing salt is ferric nitrate (Fe(NO 3 ) 3 , ferric nitrate), ferric sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 , ferric sulfate), ferric oxide (Fe 2 O 3 , ferric oxide ) And ferric chloride (FeCl 3 , ferric chloride), and may include at least one selected from the group consisting of ferric nitrate. In the case of ferric nitrate, it dissociates in water to provide iron ions (Fe 2+ , Fe 3 ). .
  • the iron-containing salt may be 0.001 parts by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the iron-substituted metal oxide.
  • the iron-containing salt is less than 0.001 parts by weight, it is difficult to obtain a sufficient zeta charge, resulting in poor dispersion stability, and when the iron-containing salt exceeds 20 parts by weight, there is a possibility of contamination problems caused by unreacted iron-containing salts. .
  • the metal ion compound in the group consisting of sodium nitrate, lithium nitrate, potassium nitrate, sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium sulfate, lithium sulfate, potassium sulfate, sodium chloride, lithium hydrochloride, potassium chloride, sodium carbonate, lithium carbonate and potassium carbonate It may include at least one selected.
  • the metal ion compound may be 0.001 part by weight to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the iron-substituted metal oxide.
  • the metal ion compound is less than 0.001 parts by weight, there may be a problem that the substitution of iron ions is not smoothly performed, and when the metal ion compound exceeds 20 parts by weight, contamination problems occur and dispersion stability decreases. It can be.
  • the step of synthesizing the mixture under hydrothermal synthesis conditions to perform the iron substitution reaction efficiently may be hydrothermal synthesis for 0.5 to 72 hours in a temperature range of 100°C to 300°C.
  • the pH of the mixture may be adjusted to 9 to 12 before proceeding to the hydrothermal synthesis, and the pH may be adjusted to 1 to 5 after hydrothermal synthesis is completed.
  • the pH adjusting agent used may be an acid or a base, without limitation, potassium hydroxide, sodium hydroxide, ammonia, ammonia derivatives, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, phosphoric acid, boric acid, amino acids, citric acid, tartaric acid, formic acid, maleic acid, At least one selected from the group consisting of oxalic acid, tartaric acid, and acetic acid may be used, and it may be used in an amount capable of adjusting the pH.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of colloidal silica abrasive particles substituted with iron (Fe) ions by hydrothermal synthesis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 it can be seen that one of the silicon (Si) ions in the colloidal silica abrasive particles is replaced with iron (Fe) ions.
  • iron (Fe) ions are used to have tetrahedral coordination.
  • ferric nitrate (Fe(NO 3 ) 3 ) as a salt containing iron and sodium nitrate as a metal ion compound
  • the iron substitution reaction is efficiently reacted under hydrothermal synthesis conditions so that one of the silicon (Si) ions is iron (Fe ) It can be confirmed that the ions are substituted.
  • the polishing selectivity adjusting agent may provide a nonlinear polishing selectivity behavior by participating in controlling the polishing selectivity by changing the polishing process conditions, for example, by changing the polishing pressure.
  • a protective film may be formed upon exposure of the barrier metal film (ie, the pattern layer) to help control the polishing rate and control the polishing selectivity of the desired metal bulk film according to the polishing process. . That is, by inducing a non-linear (non-Prestonian) behavior of the polishing rate according to the polishing pressure, in such a non-prestonian slurry, the polishing rate measured according to the action of the polishing pressure is from the critical pressure. It shows a gradient that increases or decreases suddenly.
  • a pressure condition exceeding 2.5 psi is a condition in which a polishing selectivity adjusting agent cannot act
  • a barrier metal film for example, a tungsten barrier film polishing process
  • the polishing selectivity adjusting agent is a pressure condition that can be applied to the barrier film quality by adjusting the pressure condition to a range of 2.5 psi or less, so that the oxide film passivation effect of the barrier film quality can be sufficiently performed to control the polishing selectivity.
  • a protective film is formed on the surface of the barrier metal layer by a change in polishing pressure to induce a non-Prestonian behavior of the polishing selectivity of the metal film, and addition or polishing of the additive solution
  • the planarization process may be performed by adjusting the polishing selectivity of the metal film without changing the slurry composition.
  • by adjusting the polishing selectivity it is possible to minimize surface defects and the like after the polishing process and provide excellent flatness.
  • the polishing selectivity adjusting agent may be included in an amount of 0.001 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the polishing slurry composition. When included in the above range, it is possible to implement an appropriate level of selectivity for a metal film, for example, a tungsten film and an insulating film.
  • the polishing selectivity modifier is polyacrylic acid, polyacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid ammonium salt, polyacrylic maleic acid, sulfonic acid, sulfonate, sulfonic acid ester, sulfonic acid ester salt, phosphoric acid, phosphate, phosphoric acid ester, phosphoric acid Ester salt, acrylic/styrene copolymer, polyacrylic acid/styrene copolymer, polyacrylamide/acrylic acid copolymer, polyacrylic acid/sulfonic acid copolymer and polyacrylic acid/maleic acid copolymer Can.
  • the molecular weight (weight average molecular weight) of the polishing selectivity adjusting agent may be 3,000 to 20,000. When it is out of the above range, the dispersibility of the slurry composition is lowered, resulting in poor stability, and excessively reducing the polishing rate of the oxide film, which may result in problems that are not effective in implementing the selection ratio.
  • the oxidizing agent may induce oxidation of the polishing target film to provide an appropriate polishing rate, and is included in an amount of 0.001 parts by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry composition. Providing an appropriate polishing rate, it is possible to prevent corrosion of the polishing target film, generation of erosion and hardening of the surface due to an increase in the content of the oxidant.
  • the oxidizing agent is hydrogen peroxide, urea hydrogen peroxide, urea, percarbonate, periodic acid, periodate, perchloric acid, perchlorate, perbromic acid, perbromate, perborate, perborate, potassium permanganate, sodium perborate (Sodium perborate), permanganic acid, permanganate, persulfate, bromate, chlorite, chlorate, chromate, dichromate, chromium compound, iodate, iodic acid , Ammonium persulfate, benzoyl peroxide, calcium peroxide, barium peroxide, sodium peroxide, dioxygenyl, ozone, ozonide, nitrate, hypochlorite , Hypoohalite, Chromium trioxide, Pyridinium chlorochromate, Nitrogen Oxide, Sulfate, Potassium persulfate, K 2 S 2 O 8 ), monopersulfate (eg, KHSO 5 ) salt
  • the oxidation stabilizer is to prevent excessive oxidation by a compound such as an oxidizing agent and a catalyst to prevent occurrence of scratches and defects, and may be included in an amount of 0.001 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polishing slurry composition have. When included in the above range, it is possible to prevent excessive oxidation by the oxidizing agent and provide excellent polishing performance and flatness of the polishing target film.
  • the oxidation stabilizer includes an acidic substance, for example, the acidic substance is carboxylic acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid, pimelic acid, malic acid, malonic acid, maleic acid , Acetic acid, adipic acid, oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, citric acid, lactic acid, glutaric acid, glycolic acid, formic acid, fumaric acid, propionic acid, butyric acid, hydroxybutyric acid, aspartic acid, itaconic acid, tricarboxylic acid, suberic acid, Benzoic acid, phenylacetic acid, naphthoic acid, mandelic acid, picolinic acid, nicotinic acid, isonicotinic acid, quinoline acid, anthranilic acid, fuzaric acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic
  • the pH adjusting agent is intended to prevent corrosion of the polishing target film or corrosion of the polishing machine and to implement a pH range suitable for polishing performance, and may include an acidic substance or a basic substance.
  • the acidic material nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, iodic acid, formic acid, malonic acid, maleic acid, oxalic acid, acetic acid, adipic acid, citric acid, adipic acid, acetic acid, propionic acid, Fumaric acid, lactic acid, salicylic acid, pimelic acid, benzoic acid, succinic acid, phthalic acid, butyric acid, glutaric acid, glutamic acid, glycolic acid, lactic acid, aspartic acid, tartaric acid and one or more selected from the group consisting of salts, and the basic Materials include: ammonium methyl propanol (AMP), tetramethyl ammonium hydroxide (TM
  • the one-component polishing slurry composition according to the present invention may further include a polishing accelerator, a catalyst, or both.
  • the polishing accelerator promotes polishing of the polishing target film by promoting a chemical reaction between the oxidizing agent and the polishing target film, and improves polishing characteristics such as a polishing rate and lowers occurrence of dishing.
  • the polishing promoter is an iron-containing compound or an iron ion, and iron nitrate (II or III); Iron sulfate (II or III); Iron halide (II or III), including fluoride, chloride, bromide and iodide; Organic ferric (II and III) compounds such as iron perchlorate, perchlorate, perbromate and periodate, and acetate, acetylacetonate, citrate, gluconate, oxalate, phthalate, and succinate; It may include at least any one selected from the group consisting of.
  • it may include at least one selected from the group consisting of iron nitrate, iron sulfate, iron halide, iron perchlorate, iron acetate, acetylacetonate iron, iron gluconate, iron oxalate, iron phthalate, and iron succinate.
  • the catalyst which transfers electrons from an oxidized metal to an oxidizing agent, may include a metal, a non-metal, or both.
  • the catalyst silver (Ag), cobalt (Co), chromium (Cr), copper (Cu), iron (Fe), molybdenum (Mo), manganese (Mn), niobium (Nb), nickel (Ni ), Osmium (Os), Palladium (Pd), Rothenium (Ru), Tin (Sn), Titanium (Ti), Vanadium (V), Lead (Pb) and Tungsten (W) metals, ions and their It may include at least one selected from the group consisting of oxides.
  • the polishing accelerator and the catalyst may be included in an amount of 0.001 parts by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry composition, respectively. When included in the above range, it is possible to impart excellent polishing performance to the polishing target film and minimize surface defects after polishing.
  • the pH of the one-component abrasive slurry composition is preferably adjusted to give dispersion stability and an appropriate polishing rate according to the abrasive particles, and the pH of the polishing slurry composition is 1 to 12 , Preferably it may be one having an acidic pH range of 1 to 6.
  • the polishing rate for the polishing target film of the one-component polishing slurry composition is 10 To 4000 Can be
  • the polishing slurry composition according to the present invention can be applied to polishing of a semiconductor wafer including a metal bulk film, and can be applied to, for example, polishing of a metal bulk layer and a barrier metal layer formed on a semiconductor wafer.
  • it may be a semiconductor pattern wafer having an insulating layer on a substrate, a pattern layer having a barrier metal layer formed on the insulating layer, and a metal bulk layer formed on the pattern layer.
  • the insulating layer may be a silicon or silicon oxide film
  • the barrier metal layer includes a metal, a metal alloy, and an intermetallic compound, for example, indium (In), tin (Sn), silicon (Si), titanium (Ti) ), vanadium (V), gadolium (Ga), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr), hafnium (Hf), aluminum ( Al), niobium (Nb), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), ruthenium (Ru), tungsten (W), titanium (Ti), nickel (Ni), Selected from the group consisting of chromium (Cr), neodynium (Nd), rubidium (Rb), gold (Au), platinum (Pt), gallium (Ga), bismuth (Bi), silver (Ag) and palladium (Pd
  • the pattern layer may be used for metal wiring such as metal wiring, contact plugs, via contacts, and trenches.
  • the metal bulk layer is indium (In), tin (Sn), silicon (Si), titanium (Ti), vanadium (V), gadolium (Ga), manganese (Mn), iron (Fe) ), cobalt (Co), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr), hafnium (Hf), aluminum (Al), niobium (Nb), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), ruthenium (Ru), tungsten (W), titanium (Ti), nickel (Ni), chromium (Cr), neodynium (Nd), rubidium (Rb), gold (Au), It may include at least any one selected from the group consisting of vanadium (V) and platinum (Pt).
  • the one-component polishing slurry composition can continuously perform a plurality of polishing processes having different polishing purposes.
  • the metal bulk film is polished in the CMP polishing process, and the polishing stop function when the barrier metal layer is exposed, as well as the polishing process conditions, for example, the polishing pressure, is adjusted to adjust the polishing selectivity of the metal film to control the barrier metal layer (ie , Pattern layer) may be performed.
  • the polishing of the barrier metal layer a planarization process may be performed by polishing the metal film, the barrier metal film, and the insulating film.
  • the polishing selectivity ratio of the metal bulk layer to the insulating layer is 1 to 20, and nonlinear polishing is selected by pressure change within the range.
  • the tungsten bulk film 30 is well polished and the protective film 40 is formed at the second pressure P2.
  • the polishing rate of the tungsten film 21 is lowered, and the polishing selectivity of 1 to 2 for the insulating layer 10 (for example, an oxide film) is lowered.
  • excellent planarization can be achieved with polishing of the barrier metal layer 22 without adding additives or changing the polishing slurry composition after the polishing process of the tungsten bulk layer 30.
  • the first pressure P1 is a higher polishing pressure than the second pressure P2, for example, the first pressure P1 is 1.0 psi or more; 2 psi or more; 2.5 psi or more; Greater than 2.5 psi; 3 psi or more; Or 3.5 psi or more, and the second pressure (P2) is 2.5 psi or less; Less than 2.5 psi; 2.0 psi or less; Less than 2.0 psi, less than 1.5 psi; Or 0.5 psi or less.
  • the present invention relates to a substrate polishing method using the polishing slurry composition according to the present invention.
  • the substrate polishing method comprises: preparing a substrate having a metal bulk layer and a barrier metal layer; Preparing a slurry composition according to the present invention; Polishing the metal bulk layer while supplying the slurry composition on the substrate; And adjusting the pressure to polish and planarize the barrier metal layer. It may include.
  • the step of preparing the substrate having the metal bulk layer and the barrier metal layer, as shown in FIG. 2, is a pattern wafer, and an insulating layer; A pattern layer having a barrier metal layer on the insulating layer; It may be a semiconductor substrate having a metal bulk layer formed on the pattern layer.
  • the step of polishing the metal bulk layer is a step of polishing the metal bulk film while maintaining a high polishing selectivity and polishing rate of the metal bulk film under a specific polishing pressure, as shown in FIG. 2.
  • the planarizing step is a step of polishing the barrier metal layer, the metal bulk layer, and the insulating layer by adjusting the polishing rate and the polishing selectivity of the metal bulk film by lowering the polishing pressure when the pattern layer is exposed.
  • the polishing process of the metal bulk film and the planarization process of the barrier metal layer can be performed in a continuous process by the one-liquid polishing slurry composition according to the present invention.
  • a mixed solution of colloidal silica abrasive particles 3% by weight, iron nitrate (Fe(NO 3 ) 3 ) 0.05% by weight and sodium nitrate (NaNO 3 ) 0.1% by weight was added. It was then titrated with sodium hydroxide (NaOH) until pH 10.
  • the pH-adjusted colloidal silica-containing mixed solution was placed in a hydrothermal reactor and subjected to hydrothermal reaction at 140° C. for 24 hours to prepare Fe ion-substituted colloidal silica abrasive particles.
  • Abrasive slurry composition comprising Fe ion-substituted colloidal silica abrasive particles
  • the polishing slurry composition was prepared by mixing Fe ion-substituted colloidal silica abrasive particles, H 2 O 2 , polyacrylic acid, and malonic acid of Preparation Example. Each component is shown in Table 2.
  • Table 1 shows the results. That is, the polishing rate of the tungsten bulk film was measured by adjusting to 3, 2.5, 2, and 1.5 (psi) in the P1 process, respectively, and the polishing rate of the tungsten barrier film was measured by 1.5 (psi) in the P2 process.
  • the non-linear behavior of the tungsten bulk film during polishing is shown according to the polishing pressure.
  • the polishing selectivity of the tungsten bulk film and the oxide film is kept high, and then, as the polishing progresses gradually, the barrier
  • the polishing rate of the tungsten film quality is significantly lowered and the selectivity of the tungsten film is significantly lowered during continuous polishing to the P2 process.
  • the polishing slurry composition was prepared by mixing Fe ion-substituted colloidal silica abrasive particles, H 2 O 2 , polyacrylic acid/styrene copolymer, and malonic acid of Preparation Example. Each component is shown in Table 2.
  • the polishing slurry composition was prepared by mixing colloidal silica abrasive particles, iron ions or iron salt compounds, H 2 O 2 , polyacrylic acid and malonic acid. Each component is shown in Table 2.
  • the polishing slurry composition was prepared by mixing colloidal silica abrasive particles, iron ion or iron salt compound, H 2 O 2 , polyacrylic acid/styrene copolymer and malonic acid. Each component is shown in Table 2.
  • Table 1 shows the polishing selectivity according to the polishing pressures P1 and P2 of Examples 1 to 4.
  • the polishing slurry composition according to the present invention can non-linearly control the polishing rate and selectivity for the polishing target film by adjusting the polishing pressure, which is used for adding a polishing process with a different purpose. It can be seen that the process can proceed in a continuous process without adding or replacing the polishing slurry composition.

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Abstract

본 발명은, 일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 연마 입자; 및 연마 선택비 조절제;를 포함하고, 상기 연마 선택비 조절제는, 연마 압력에 따라 비-프레스토니안(non-Prestonian) 거동의 연마 선택비 변화를 제공하는 것인, 일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.

Description

일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
본 발명은, 비선형적 연마 특성을 갖는, 일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.
최근에는 반도체 및 디스플레이 산업분야에 있어서 소자를 구성하는 여러 가지 박막의 화학기계적 연마(CMP) 공정이 많이 필요하게 되었다.
화학기계적 연마(CMP) 공정은 반도체 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉하여 회전 운동을 하면서 연마제와 각종 화합물들이 함유된 슬러리를 이용하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. 일반적으로 금속의 연마 공정은 산화제에 의하여 금속 산화물(MO x)이 형성되는 과정과 형성된 금속 산화물을 연마입자가 제거하는 과정이 반복하여 일어나는 것으로 알려져 있다.
W(텅스텐)　CMP　공정은 산화제가 포함된 슬러리를 사용하는데, 일반적으로 실리카, 알루미나 미립자와 같은 연마제(abrasive)가 포함된 슬러리에 과산화수소(H 2O 2), 질산철(FeNO 3)와 같은 강산화제를 혼합하여 사용하고 있다. 슬러리 내의 산화제는 텅스텐 표면을 산화시켜 산화텅스텐(WO 3)으로 만들며 WO 3는 W(텅스텐) 벌크에 비해 훨씬 강도가 약하여 연마제로 쉽게 제거할 수 있다. 텅스텐　CMP　공정에서는 슬러리 내의 연마제 및　CMP　패드에 의한 기계적 연마로 WO 3를 제거하고 WO 3　층 아래의 금속 W은 산화제에 의해 WO 3　로 변하여 계속 제거되는 과정을 반복하면서 W(텅스텐) 벌크막을 제거한다. 그리고 베리어 금속막도 텅스텐 연마와 비슷한 메커니즘에 의해 제거된다.
하지만, 기존 CMP 공정 진행 시 텅스텐(W) 벌크 및 텅스텐 베리어 금속 연마 공정에 대한 목적하는 연마율 및 선택비가 서로 상이하다. 일반적으로 텅스텐층의 하부에는 텅스텐 베리어 금속막을 갖는 트렌치(trench) 등 패턴 및 절연막(옥사이드, Ox)이 형성되며, 텅스텐 벌크 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 연마 진행 시 W/Ox의 연마선택비가 연마공정조건에 대하여 선형의 거동을 나타내고 있다. 이는, W(텅스텐) 벌크 연마용 슬러리를 이용하여 베리어 금속 연마에 적용하기 위해 연마압력을 낮출 시 텅스텐 연마율(RR) 및 옥사이드(Ox) 연마율이 함께 낮아져 패턴 막질의 연마 후 표면상태가 텅스텐 막질이 상대적으로 낮고 옥사이드(Ox) 막질이 상대적으로 높게 나타나는 디싱 발생 및 이로젼 발생 등 패턴 웨이퍼의 프로파일 특성에 문제점이 발생한다. 또한, W(텅스텐) 베리어 금속 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 W(텅스텐) 벌크 연마공정을 진행 시 W(텅스텐) 연마율이 현저히 떨어져 목적하는 연마율 및 평탄도에 미치지 못하는 문제점이 발생한다.
이에, 각 공정 진행 시 목적하는 연마율 및 선택비를 달성하기 위하여 각기 다르게 구성되어 있는 슬러리 조성물을 사용하거나 연마 공중 중에 첨가물을 첨가해야하므로, 공정 효율이 떨어지고, 각기 다른 공정을 위한 다른 조성의 슬러리를 사용할 경우에, 슬러리의 관리에 어려움이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은, 연마 공정별로 연마 대상막에 대한 비선형적 선택비를 구현하고, 연마 공정의 효율을 향상시킬 수 있는, 일액형 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 일액형 연마 슬러리 조성물을 통해 상이한 연마 목적을 갖는 연마 공정을 연속적으로 진행할 수 있는, 기판 연마 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 연마 입자; 및 연마 선택비 조절제; 를 포함하고, 상기 연마 선택비 조절제는, 연마 압력에 따라 비-프레스토니안(non-Prestonian) 거동의 연마 선택비 변화를 제공하는 것인, 일액형 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 연마 입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 20 중량부로 포함되고, 상기 연마 입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 코어쉘 금속산화물 및 표면-치환된 금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 금속 산화물은, 콜로이달 상태이고, 상기 금속 산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속-치환된 금속산화물은, 철-치환된 금속 산화물이고, 상기 철-치환 연마입자는, 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 가지는 철 이온을 포함하고, 상기 철-치환 연마입자는, 금속(M)-O-Fe 결합, 금속(M)-Fe 결합(여기서, M은 Si, Ce, Zr, Al, Ti, Ba, Ge, Mn 및 Mg에서 선택된다.), 또는 둘 다를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 연마 입자의 1차 입자 사이즈는 5 nm 내지 150 nm이고, 상기 연마 입자의 2차 입자 사이즈는 30 nm 내지 300 nm인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마 선택비 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 내지 0.5 중량부로 포함되고, 상기 연마 선택비 조절제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 술폰산, 술폰산염, 술폰산 에스테르, 술폰산 에스테르염, 인산, 인산염, 인산 에스테르, 인산 에스테르염, 아크릴/스티렌 공중합체, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말레익산 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마 선택비 조절제는, 2.5 psi 이하의 연마 압력 조건에서 연마 속도 제어 기능 및 연마 선택비 조절 기능을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 슬러리 조성물은 산화제를 더 포함하고, 상기 산화제는, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함되고, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산칼륨(Potassium permanganate), 과붕산나트륨(Sodium perborate), 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 아염소산염(Chlorite), 염소산염(Chlorate), 크롬산염(Chromate), 중크롬산염(Dichromate), 크롬화합물(Chromium Compound), 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드, 디옥시제닐(Dioxygenyl), 오존(Ozone), 오존화물(Ozonide), 질산염(Nitrate), 하이포아염소산염(Hypochlorite), 하이포암염(Hypohalite), 　　　　크롬 삼산화물(Chromium trioxide), 피리디니움클로로크로메이트(Pyridinium chlorochromate), 아산화질소(Nitrous Oxide), 모노퍼술페이트염, 디퍼술페이트염 및 나트륨퍼옥사이드으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 슬러리 조성물은 산화 안정화제를 더 포함하고, 상기 산화 안정화제는, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함되고, 상기 산화 안정화제는, 카르복시산, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 피멜린산, 말산, 말론산, 말레산, 아세트산, 아디프산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 시트르산, 락트산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 푸마르산, 프로피온산, 부티르산, 히드록시부티르산, 아스파르트산, 이타콘산, 트리카발산, 수베르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 만델산, 피콜린산, 니코틴산, 이소니코틴산, 퀴놀린산, 안트라닐산, 푸자르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 피리딘카르복실산, 살리실산, 글루타민산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 코폴리머, 폴리술폰산, 폴리-
Figure PCTKR2019016567-appb-img-000001
-메틸스티렌술폰산, 폴리-
Figure PCTKR2019016567-appb-img-000002
-메틸스티렌술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리술폰산 코폴리머, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체 및 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 산성 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 슬러리 조성물은 pH 조절제를 더 포함하고, 상기 pH 조절제는, 산성 물질 또는 염기성 물질을 포함하고, 상기 산성 물질은, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 포름산, 말론산, 말레인산, 옥살산, 초산, 아디프산, 구연산, 아디프산, 아세트산, 프로피온산, 푸마르산, 유산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 숙신산, 프탈산, 부티르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 락트산, 아스파라긴산, 타르타르산 및 각각의 염으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 염기성 물질은, 암모늄메틸프로판올(ammonium methyl propanol; AMP), 테트라메틸암모늄하이드록사이드(tetra methyl ammonium hydroxide; TMAH), 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 이미다졸 및 각각의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 슬러리 조성물은, 연마 촉진제, 촉매 또는 이 둘을 더 포함하고, 상기 연마 촉진제는, 철 함유 화합물이며, 상기 연마 촉진제는, 질산철, 황산철, 할로겐화철, 과염소산철, 아세트산철, 아세틸아세토네이트철, 글루콘산철, 옥살산철, 프탈산철 및 숙신산철으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 촉매는, 은(Ag), 코발트(Co), 크롬(Cr), 구리(Cu), 철(Fe), 몰리브뎀(Mo), 망간(Mn), 니오늄(Nb), 니켈(Ni), 오스듐(Os), 팔라듐(Pd), 로테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 납(Pb) 및 텅스텐(W)의 금속, 이온 및 이들의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속 벌크막 및 베리어 금속막을 갖는 기판의 연마 시 절연막에 대한 상기 금속 벌크막의 연마 선택비는, 1 내지 20인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 절연막에 대한 상기 금속 벌크막의 연마 선택비는, 5 내지 10인 제1 연마 선택비, 및 1 내지 2인 제2 연마 선택비를 갖고, 상기 제1 연마 선택비는, 상기 제2 연마 선택비에 비하여 더 높은 연마 압력에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속 벌크막은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 네오디늄(Nd), 루비듐(Rb), 금(Au), 바나듐(V) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 베리어 금속막은, 금속, 금속 합금, 금속간 화합물을 포함하고, 상기 베리어 금속막은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 네오디늄(Nd), 루비듐(Rb), 금(Au), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 비스무스(Bi), 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 절연층, 금속 벌크층 및 베리어 금속층을 갖는 기판을 준비하는 단계;본 발명에 의한 일액형 연마 슬러리 조성물을 준비하는 단계; 상기 슬러리 조성물을 상기 기판 상에 공급하면서 상기 금속 벌크층을 연마하는 단계; 및 압력을 조절하여 상기 베리어 금속층을 연마하고 평탄화하는 단계;를 포함하는, 기판 연마 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 기판은, 절연층; 상기 절연층 상에 베리어 금속층을 갖는 트렌치; 상기 트렌치 상에 금속 벌크층이 형성된 반도체 기판인 것 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 상기 금속 벌크층을 연마하는 단계는, 상기 평탄화하는 단계 보다 더 높은 압력에서 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속 벌크층을 연마하는 단계는, 2.5 psi 초과 또는 3.0 psi 이상의 압력에서 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명은, 연마 공정별로 피연마막에 대한 선택비를 비선형적으로 구현하고, 2 가지 이상의 공정, 예를 들어, 텅스텐 벌크막 연마 및 베리어 금속층을 갖는 패턴층의 연마 공정을 연속적으로 진행하여 공정 효율을 향상시키고, 연마 슬러리 관리에 이점이 있는, 새로운 통합(Merge) 슬러리인, 일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 연속 공정 이후에 디싱 및 이로젼을 최소화하고, 패턴 웨이퍼의 프로파일 및 피연마막의 평탄도의 개선에 효과적인, 일액형 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 수열합성에 의해 철(Fe) 이온으로 치환되는 콜로이달 실리카 연마입자의 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 일액형 연마 슬러리 조성물을 이용하는 반도체 기판의 연마 공정을 예시적으로 나타낸 것으로, 예를 들어, 각 단계는, Pre wafer, P1 공정(선택비: 1:5<x<20), P2 공정(W stopping, 보호막 형성) 및 P2 공정(선택비: 1<x<2)이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 일액형 연마 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은, 일액형 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일액형 연마 슬러리 조성물은, 화학기계적 연마(CMP) 공정 조건에 따라 연마 대상막에 대한 연마 특성, 예를 들어, 연마 선택비에서 비선형적인 거동을 나타내고, 이는 연마 공정별로 연마 대상에 대한 선택비의 조절이 가능하고, 목적하는 연마 특성이 상이한 복수 개의 연마공정을 연속 공정으로 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일액형 연마 슬러리 조성물은, 연마 입자; 연마 선택비 조절제;를 포함하고, 산화제; 산화 안정화제; 및 pH 조절제; 중 적어도 하나 이상 또는 전체를 더 포함할 수 있다. 또한, 연마 촉진제, 촉매 또는 이 둘을 더 포함할 수 있다.
연마 입자
상기 연마 입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 20 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 범위 내에 포함되면, 연마 공정에 따라 연마 대상막에 적절한 기계적 연마 속도 및 연마 균일도를 제공하고, 연마 공정 이후에 평탄화를 개선시키고, 결함 및 스크래치 등의 결점을 최소화시킬 수 있다.
상기 연마 입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 코어쉘 금속산화물 및 표면-치환된 금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마 입자에 포함되는 금속산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 연마 입자는, 콜로이달 상태이고, 상기 연마입자의 크기는, 슬러리 내의 분산성, 연마성능 및 평탄도를 개선시키기 위해서, 10 nm 내지 300 nm인 단일 사이즈 입자이거나 10 nm 내지 300 nm의 2종 이상의 상이한 사이즈를 가지는 혼합 입자를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 입자는, 10 nm 내지 150 nm의 제1 사이즈 및 150 nm 내지 300 nm 사이즈의 제2 사이즈의 입자를 포함할 수 있다. 상기 연마입자의 크기가 10 nm 미만일 경우에는 작은 입자가 과도하게 발생하면서 연마 공정 이후에 평탄도가 저하되고, 연마 대상막의 표면에 과량의 결함이 발생하여 연마율이 저하되고, 300 nm 초과인 경우에는 단분산성을 달성하지 못하여 기계적 연마 이후에 평탄도, 및 표면 결함의 조절에 어려움이 있을 수 있다. 상기 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 길이, 두께 등을 의미할 수 있다.
상기 연마 입자 형상은, 구형, 각형, 침상 형상 및 판상 형상으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 표면-치환된 금속산화물는, 철-치환된 금속산화물이며, 연마 슬러리 조성물에 적용 시 화학적 에칭 및 산화 공정에 의해서 연마 대상막, 예를 들어, 금속막을 연마할 수 있다. 또한, 표면-치환된 금속산화물은, 산화제의 분해율이 낮고, 우수한 안정성을 제공할 수 있다.
상기 철-치환 금속 산화물은, 금속 산화물의 일부에 철 이온이 치환된 금속 산화물일 수 있다. 상기 철-치환 금속 산화물은, 알칼리 영역에서 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 갖는 철 이온의 특성을 이용하여, 수열합성의 조건 하에서 금속 산화물 표면의 금속산화물 원소 이온(예를 들어, 연마입자가 실리카인 경우 Si 이온, 연마입자가 세리아인 경우 Ce, 연마입자가 지르코니아인 경우 Zr 등)과 철 이온을 치환시켜 표면을 개질함으로써 산성 영역에서도 분산 안정성을 향상시키고, 슬러리 조성물의 음전하를 증가시켜 연마 막질 표면의 스크래치성 결함을 프리 또는 최소화시킬 수 있다.
상기 철-치환 금속산화물은, 상기 철-치환 금속산화물의 표면으로부터 중심까지의 길이(100 %) 중, 표면으로부터 30 % 이하의 길이 영역에 위치한 원자 자리(atomic site)에 철 이온이 치환된 것이며, 상기 연마입자의 표면의 내부에서 상기 철(Fe) 이온은, 상기 연마입자 일부의 성분과 치환된 것일 수 있다.
상기 철 이온은, 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 가지는 것일 수 있고, 상기 철-치환 금속산화물은, 금속(M)-O-Fe 결합, M-Fe, 또는 둘 다를 포함할 수 있다(여기서, M은 Si, Ce, Zr, Al, Ti, Ba, Ge, Mn 및 Mg에서 선택된다).
예를 들어, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열합성에 의해 철(Fe) 이온으로 치환되는 콜로이달 실리카 연마입자의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 콜로이달 실리카 연마입자 내의 실리콘(Si) 이온 중 하나가 철(Fe) 이온으로 치환되고, Si-O-Fe 및 Si-Fe을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
상기 철-치환 연마입자는, pH 1 내지 12에서, - 1 mV 내지 - 100 mV 제타전위, pH 1 내지 6에서, - 10 mV 내지 - 70 mV의 제타전위; 또는 pH 2.5 내지 6에서 - 10 mV 내지 - 70 mV를 가질 수 있다. 이는 산성 영역에서도 높은 제타전위 절대값이 나타나고, 이로 인하여 분산 안정성이 높고 연마 대상막에 대한 우수한 연마력을 구현할 수 있다.
상기 철-치환 금속산화물은, 연마 슬러리 조성물 내에서 연마입자의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 연마 대상막을 산화시키는 산화제의 기능을 동시에 수행할 수도 있다.
상기 철-치환 금속산화물은, 알칼리 영역에서 금속 이온이 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 가지는 특성을 이용하여, 수열합성의 조건하에서 연마입자 표면의 금속산화물 원소 이온(예를 들어, 연마입자가 실리카인 경우 Si 이온, 연마입자가 세리아인 경우 Ce, 연마입자가 지르코니아인 경우 Zr 등)과 철 이온을 치환시켜 표면을 개질함으로써 높은 분산 안정성을 가진 연마 슬러리 조성물을 제조할 수 있다. 또한, 연마입자의 표면에 금속산화물 원소 이온과 치환된 철 이온은 연마 대상막의 산화를 촉진하여 연마 대상막을 용이하게 연마시킬 수 있는 높은 연마 특성을 구현하고, 스크래치 결함을 최소화시켜 연마 이후에 평탄도를 향상시킬 수 있다.
철-치환 금속산화물의 제조방법은, 연마입자를 철함유 염, 금속이온 화합물 또는 이 둘과 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 혼합물을 수열합성 조건에서 합성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 철-치환 금속산화물의 제조방법은 알칼리 조건에서 금속 이온이 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 가지는 특성을 이용하여 연마입자의 금속산화물 원소 이온과 철 이온을 치환하는 것이다.
상기 철함유 염은, 질산제2철(Fe(NO 3) 3, ferric nitrate), 황산제2철(Fe 2(SO 4) 3, ferric sulfate), 산화제2철(Fe 2O 3, ferric oxide) 및 염화제2철(FeCl 3, ferric chloride)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 질산제2철의 경우 물에서 해리하여 철 이온(Fe 2+, Fe 3)을 제공한다.
상기 철함유 염은, 상기 철-치환 금속산화물 100 중량부 기준으로 0.001 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있다. 상기 철함유 염이 0.001 중량부 미만일 경우, 충분한 제타 전하를 얻기 힘들어 분산 안정성이 떨어지고, 상기 철함유 염이 20 중량부를 초과하면, 미반응된 철함유 염에 의하여 오염 문제가 발생할 가능성이 존재하게 된다.
상기 금속이온 화합물은, 질산나트륨, 질산리튬, 질산칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨, 황산나트륨, 황산리튬, 황산칼륨, 염화나트륨, 염산리튬, 염화칼륨, 탄산나트륨, 탄산리튬 및 탄산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속이온 화합물은, 상기 철-치환 금속산화물 100 중량부 기준으로 0.001 중량부 내지 20 중량부인 것일 수 있다. 상기 금속이온 화합물이 0.001 중량부 미만일 경우, 철 이온의 치환이 원활하게 수행이 안되는 문제점이 있을 수 있고, 상기 금속이온 화합물이 20 중량부를 초과하면, 오염 문제가 발생하고 분산 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 철 치환 반응을 효율적으로 진행하기 위하여 수행하는, 상기 혼합물을 수열합성 조건에서 합성하는 단계는, 100 ℃내지 300 ℃의 온도 범위에서 0.5 시간 내지 72 시간 동안 수열 합성하는 것일 수 있다.
상기 수열합성을 진행하기 전에 상기 혼합물의 pH를 9 내지 12로 조정할 수 있으며, 수열합성이 완료된 후에는 pH를 1 내지 5로 조정할 수 있다. 이때 사용하는 pH 조절제는, 산 또는 염기를 제한 없이 사용할 수 있으며, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 암모니아, 암모니아 유도체, 염산, 질산, 황산, 아세트산, 인산, 붕산, 아미노산, 구연산, 주석산, 포름산, 말레인산, 옥살산, 타르타르산 및 초산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 이용하고, pH를 맞출 수 있는 양으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수열합성에 의해 철(Fe) 이온으로 치환되는 콜로이달 실리카 연마입자의 모식도이다. 도 1에서 콜로이달 실리카 연마입자 내의 실리콘(Si) 이온 중 하나가 철(Fe) 이온으로 치환되는 과정을 확인할 수 있다. 알칼리 조건에서 철(Fe) 이온이 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 가지는 특성을 이용한 것이다. 철함유 염으로서 질산제2철(Fe(NO 3) 3)과 금속이온 화합물로서 질산나트륨을 혼합한 후 수열합성 조건 하에서 철 치환 반응이 효율적으로 반응하여 실리콘(Si) 이온 중 하나가 철(Fe) 이온으로 치환된 것을 확인할 수 있다.
연마 선택비 조절제
상기 연마 선택비 조절제는, 연마 공정 조건의 변화, 예를 들어, 연마 압력의 변화에 의해서 연마 선택비 조절에 참여하여, 비선형적인 연마 선택비 거동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 금속 벌크막의 연마 중에 베리어 금속막(즉, 패턴층)의 노출 시 보호막을 형성하여 연마 속도 제어 기능과, 연마 공정에 따라 목적하는 금속 벌크막의 연마 선택비 조절에 도움을 줄 수 있다. 즉, 연마 압력에 따라 연마 속도의 비선형적(비-프레스토니안, non-Prestonian))거동을 유도하는 것으로, 이러한 비-프레스토니안 슬러리에서는, 연마 압력의 작용에 따라 측정되는 연마 속도가 임계점 압력에서부터 갑자기 증가 또는 감소하는 기울기를 나타낸다.
금속 벌크막, 예를 들어, 텅스텐 벌크 연마공정에서는 압력조건 2.5psi 초과 범위로, 연마 선택비 조절제가 작용할 수 없는 조건이며, 베리어 금속막, 예를 들어, 텅스텐 베리어막 연마공정에서는 막질의 베리어 막이 드러나고, 압력조건 2.5psi 이하 범위로 조절함으로써 연마 선택비 조절제가 베리어 막질에 적용할 수 있는 수준의 압력조건이므로, 베리어 막질의 산화막 패시베이션(passivation) 효과를 충분히 수행하여 연마 선택비를 조절할 수 있다.
또한, 금속 벌크막의 연마 공정 이후에 연마 압력의 변화에 의해서 베리어 금속층의 표면에 보호막을 형성하여, 금속막의 연마 선택비를 비-프레스토니안(non-Prestonian) 거동을 유도하고, 첨가액 추가 또는 연마 슬러리 조성물의 변경 없이 금속막의 연마 선택비를 조절하여 평탄화 공정을 수행할 수 있다. 또한, 이러한 연마 선택비의 조절에 의해서 연마 공정 이후에 표면 결함 등을 최소화하고 우수한 평탄도를 제공할 수 있다.
상기 연마 선택비 조절제는, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 금속막질, 예를 들어, 텅스텐 막질 및 절연막질에 대한 선택비를 적절한 수준으로 구현할 수 있다.
상기 연마 선택비 조절제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 술폰산, 술폰산염, 술폰산 에스테르, 술폰산 에스테르염, 인산, 인산염, 인산 에스테르, 인산 에스테르염, 아크릴/스티렌 공중합체, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말레익산 공중합체으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마 선택비 조절제의 분자량(중량평균 분자량)은, 3,000 내지 20,000인 것일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 슬러리 조성물의 분산성이 저하되어 안정성이 좋지 않고, 산화막 연마율을 과도하게 감소시켜 선택비 구현에 효과적이지 못한 문제점이 발생할 수 있다.
산화제
상기 산화제는, 연마 대상막의 산화를 유도하여 적절한 연마 속도를 제공할 수 있으며, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함되고, 상기 범위 내에 포함되면 연마 대상막에 대한 적절한 연마 속도를 제공하고, 산화제의 함량 증가에 따른 연마 대상막의 부식, 에로젼 발생 및 표면이 하드(hard)해지는 것을 방지할 수 있다.
상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산칼륨(Potassium permanganate), 과붕산나트륨(Sodium perborate), 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 아염소산염(Chlorite), 염소산염(Chlorate), 크롬산염(Chromate), 중크롬산염(Dichromate), 크롬화합물(Chromium Compound), 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드, 디옥시제닐(Dioxygenyl), 오존(Ozone), 오존화물(Ozonide), 질산염(Nitrate), 하이포아염소산염(Hypochlorite), 하이포암염(Hypohalite), 　　　　크롬 삼산화물(Chromium trioxide), 피리디니움클로로크로메이트(Pyridinium chlorochromate), 아산화질소(Nitrous Oxide), 황산염(sulfate), 싸이오황산칼륨(Potassium persulfate, K 2S 2O 8), 모노퍼술페이트(예를 들어, KHSO 5)염, 디퍼술페이트(예를 들어, KHSO 4 및 K 2SO 4)염 및 나트륨퍼옥사이드으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
산화 안정화제
상기 산화 안정화제는, 산화제 및 촉매 등의 화합물에 의한 과잉 산화를 방지하여 스크래치 및 결함 등의 발생을 방지하기 위한 것으로, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면, 산화제에 의한 과잉 산화를 방지하고, 연마 대상막의 우수한 연마 성능과 평탄도를 제공할 수 있다.
상기 산화 안정화제는, 산성 물질을 포함하고, 예를 들어, 상기 산성 물질은, 카르복시산, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 피멜린산, 말산, 말론산, 말레산, 아세트산, 아디프산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 시트르산, 락트산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 푸마르산, 프로피온산, 부티르산, 히드록시부티르산, 아스파르트산, 이타콘산, 트리카발산, 수베르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 만델산, 피콜린산, 니코틴산, 이소니코틴산, 퀴놀린산, 안트라닐산, 푸자르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 피리딘카르복실산, 살리실산, 글루타민산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 코폴리머, 폴리술폰산, 폴리-
Figure PCTKR2019016567-appb-img-000003
-메틸스티렌술폰산, 폴리-
Figure PCTKR2019016567-appb-img-000004
-메틸스티렌술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리술폰산 코폴리머, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체 및 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
pH 조절제
상기 pH 조절제는, 연마 대상막의 부식 또는 연마기의 부식을 방지하고 연마 성능에 적절한 pH 범위를 구현하기 위한 것으로, 산성 물질 또는 염기성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 산성 물질은, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 포름산, 말론산, 말레인산, 옥살산, 초산, 아디프산, 구연산, 아디프산, 아세트산, 프로피온산, 푸마르산, 유산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 숙신산, 프탈산, 부티르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 락트산, 아스파라긴산, 타르타르산 및 각각의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 염기성 물질은, 암모늄메틸프로판올(ammonium methyl propanol; AMP), 테트라메틸암모늄하이드록사이드(tetra methyl ammonium hydroxide; TMAH), 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 이미다졸 및 각각의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 일액형 연마 슬러리 조성물은, 연마 촉진제, 촉매 또는 이 둘을 더 포함할 수 있다. 상기 연마 촉진제는, 상기 산화제와 연마 대상막 간의 화학반응을 촉진하여 연마 대상막의 연마를 증진시키는 것으로, 연마속도와 같은 연마특성을 향상시키고, 디싱의 발생을 낮출 수 있다.
상기 연마 촉진제는, 철 함유 화합물, 또는 철 이온이며, 질산 철(II 또는 III); 황산 철(II 또는 III); 불화물, 염화물, 브롬화물 및 요오드화물을 포함하는 할로겐화 철(II 또는 III); 과염소산철, 퍼클로레이트, 퍼브로메이트 및 퍼요오데이트, 및 아세트산염, 아세틸아세토네이트, 시트르산염, 글루콘산염, 옥살산염, 프탈산염, 및 숙신산염과 같은 유기 제2철(II 및 III) 화합물;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 질산철, 황산철, 할로겐화철, 과염소산철, 아세트산철, 아세틸아세토네이트철, 글루콘산철, 옥살산철, 프탈산철 및 숙신산철로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 촉매는, 산화되는 금속으로부터 산화제로 전자를 이동시키는 것으로, 금속, 비금속 또는 이 둘을 포함할 수 있다. 상기 촉매는, 은(Ag), 코발트(Co), 크롬(Cr), 구리(Cu), 철(Fe), 몰리브뎀(Mo), 망간(Mn), 니오늄(Nb), 니켈(Ni), 오스듐(Os), 팔라듐(Pd), 로테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 납(Pb) 및 텅스텐(W)의 금속, 이온 및 이들의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 연마 촉진제 및 상기 촉매는, 각각 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 연마 대상막에 대한 우수한 연마 성능을 부여하고, 연마 이후 표면 결함을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일액형 연마 슬러리 조성물의 pH는, 연마입자에 따라 분산 안정성 및 적정한 연마속도를 내기 위해 조절되는 것이 바람직하며, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는, 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6의 산성의 pH 범위를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 일액형 연마용 슬러리 조성물의 연마 대상막에 대한 연마속도는, 10
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내지 4000
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일 수 있다.
본 발명에 의한 연마 슬러리 조성물은, 금속 벌크막을 포함하는 반도체 웨이퍼의 연마에 적용될 수 있고, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 금속 벌크층 및 베리어 금속층의 연마에 적용될 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 절연층, 상기 절연층 상에 형성된 베리어 금속층을 갖는 패턴층 및 패턴층 상에 금속 벌크층이 형성된 반도체 패턴 웨이퍼일 수 있다.
절연층은, 규소 또는 산화규소막일 수 있고, 베리어 금속층은, 금속, 금속 합금, 금속간 화합물을 포함하고, 예를 들어, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 네오디늄(Nd), 루비듐(Rb), 금(Au), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 비스무스(Bi), 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 패턴층은, 금속 배선, 콘택 플러그, 비아 콘택, 트랜치 등의 금속 배선에 이용될 수 있다.
상기 금속 벌크층(또는, 금속층)은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 네오디늄(Nd), 루비듐(Rb), 금(Au), 바나듐(V) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
즉, 상기 일액형 연마 슬러리 조성물은, 연마 목적이 상이한 복수 개의 연마 공정을 연속적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, CMP 연마 공정에 금속 벌크막을 연마하고, 베리어 금속층의 노출 시 연마 정지 기능뿐만 아니라, 연마 공정 조건, 예를 들어, 연마 압력을 변화시켜 금속막의 연마 선택비를 조절하여 베리어 금속층(즉, 패턴층)의 연마 공정이 진행될 수 있다. 이러한 베리어 금속층의 연마는, 금속막, 베리어 금속막 및 절연막을 연마하여 평탄화 공정이 이루어질 수 있다.
상기 일액형 연마 슬러리 조성물은, 금속 벌크층 및 베리어 금속층을 갖는 기판의 연마 시 상기 절연층에 대한 금속 벌크층의 연마 선택비는 1 내지 20이며, 상기 범위 내에서 압력 변화에 의해 비선형적인 연마 선택비의 구현으로 연마 목적 및/또는 연마 대상막에 적합한 연마 선택비를 유연하게 조절할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 압력(P1)에서 5 내지 10의 연마 선택비를 가지므로, 텅스텐 벌크막(30)의 연마가 잘 이루어지고, 제2 압력(P2)에서 보호막(40)의 형성으로 텅스텐막(21)의 연마 속도가 낮아지고, 절연층(10, 예를 들어, 산화막)에 대한 1 내지 2의 연마 선택비로 낮추어진다. 이로써, 텅스텐 벌크층(30)의 연마 공정 이후에 첨가액 추가 또는 연마 슬러리 조성물의 변경 없이 베리어 금속층(22)의 연마와 함께 우수한 평탄화가 이루어질 수 있다. 또한, 제1 압력(P1)은 제2 압력(P2) 보다 더 높은 연마 압력이며, 예를 들어, 제1 압력(P1)은 1.0 psi 이상; 2 psi 이상; 2.5 psi 이상; 2.5 psi 초과; 3 psi 이상; 또는 3.5 psi 이상이고, 제2 압력(P2)은 2.5 psi 이하; 2.5 psi 미만; 2.0 psi 이하; 2.0 psi 미만, 1.5 psi 이하; 또는 0.5 psi 이하일 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 기판 연마 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기판 연마 방법은, 금속 벌크층 및 베리어 금속층을 갖는 기판을 준비하는 단계; 본 발명에 의한 슬러리 조성물을 준비하는 단계; 상기 슬러리 조성물을 상기 기판 상에 공급하면서 상기 금속 벌크층을 연마하는 단계; 및 압력을 조절하여, 상기 베리어 금속층을 연마하고 평탄화하는 단계; 를 포함할 수 있다.
금속 벌크층 및 베리어 금속층을 갖는 기판을 준비하는 단계는, 도 2에 제시한 바와 같이, 패턴 웨이퍼이며, 절연층; 절연층 상에 베리어 금속층을 갖는 패턴층; 패턴층 상에 금속 벌크층이 형성된 반도체 기판인 것일 수 있다.
금속 벌크층을 연마하는 단계는, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 특정 연마 압력 하에서 금속 벌크막의 높은 연마 선택비 및 연마 속도를 유지하면서 금속 벌크막을 연마하는 단계이다.
평탄화하는 단계는, 패턴층의 노출 시 연마 압력을 낮추어 금속 벌크막의 연마 속도 및 연마 선택비를 조절하여 베리어 금속층, 금속 벌크층 및 절연층을 연마하여 평탄화하는 단계이다. 첨가액 추가 또는 슬러리 조성물의 변경이 이루어지는 기존의 베리어 금속층의 연마 공정과 달리, 본 발명에 의한 일액형 연마 슬러리 조성물에 의해서 금속 벌크막의 연마 공정과 베리어 금속층의 평탄화 공정을 연속 공정으로 진행할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예
Fe 이온-치환된 콜로이달 실리카 연마입자 제조
콜로이달 실리카 연마입자 3 중량%, 질산철(Fe(NO 3) 3) 0.05 중량% 및 질산나트륨(NaNO 3) 0.1 중량%의 혼합용액을 첨가하였다. 이후 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 pH 10이 될 때까지 적정하였다. pH가 조절된 콜로이달 실리카가 함유된 혼합용액을 수열 반응기에 넣고 140℃에서 24 시간 수열 반응시켜 Fe 이온-치환된 콜로이달 실리카 연마입자를 제조하였다.
실시예 1
Fe 이온-치환된 콜로이달 실리카 연마입자를 포함하는 연마 슬러리 조성물
제조예의 Fe 이온-치환된 콜로이달 실리카 연마입자, H 2O 2, 폴리아크릴산 및 말론산을 혼합하여 연마 슬러리 조성물을 제조하였다. 각 성분은 표 2에 나타내었다.
제조된 연마 슬러리 조성물의 연마 시 연마 압력에 따른 선택비의 거동을 확인하였다. 그 결과는 표 1에 나타내었다. 즉, P1 공정에서 각각 3, 2.5, 2, 1.5(psi)로 조절하여 텅스텐 벌크막의 연마 속도를 측정하고, P2 공정에서 1.5(psi)로 텅스텐 베리어막의 연마 속도를 측정하였다.
Figure PCTKR2019016567-appb-img-000007
표 1을 살펴보면, P1 공정에서 텅스텐 벌크막에 대해 연마진행 시 연마 압력에 따라 비선형적 거동을 나타내고 있고, 특히 1.5 psi에서 텅스텐 벌크막와 옥사이드막의 연마 선택비가 높게 유지되다가 점차 연마가 진행됨에 따라, 베리어 막질이 드러나면서 P2 공정으로의 연속 연마 진행 시 텅스텐 막질의 연마 속도가 현저히 낮아지고, 텅스텐막의 선택비가 현저하게 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
제조예의 Fe 이온-치환된 콜로이달 실리카 연마입자, H 2O 2, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체 및 말론산을 혼합하여 연마 슬러리 조성물을 제조하였다. 각 성분은 표 2에 나타내었다.
실시예 3
콜로이달 실리카 연마입자, 철이온 또는 철염화합물, H 2O 2, 폴리아크릴산 및 말론산을 혼합하여 연마 슬러리 조성물을 제조하였다. 각 성분은 표 2에 나타내었다.
실시예 4
콜로이달 실리카 연마입자, 철이온 또는 철염화합물, H 2O 2, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체 및 말론산을 혼합하여 연마 슬러리 조성물을 제조하였다. 각 성분은 표 2에 나타내었다.
평가예
실시예 1 내지 실시예 4의 연마 압력 P1 및 P2에 따라 연마 선택비를 측정하여 표 2에 나타내었다.
Figure PCTKR2019016567-appb-img-000008
표 2를 살펴보면, 본 발명에 의한 연마 슬러리 조성물은, 연마 압력을 조절하여 연마 대상막에 대한 연마 속도 및 선택비를 비선형적으로 조절이 가능한 것을 확인할 수 있고, 이는 목적이 상이한 연마 공정을 첨가액 추가 또는 연마 슬러리 조성물의 교체 없이 연속 공정으로 진행할 수 있음을 보여준다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 연마 입자; 및
    연마 선택비 조절제;
    를 포함하고,
    상기 연마 선택비 조절제는, 연마 압력에 따라 비-프레스토니안(non-Prestonian) 거동의 연마 선택비 변화를 제공하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 20 중량부로 포함되고,
    상기 연마 입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 코어쉘 금속산화물 및 표면-치환된 금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 산화물은, 콜로이달 상태이고,
    상기 금속 산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속-치환된 금속산화물은, 철-치환된 금속 산화물이고,
    상기 철-치환 연마입자는, 사면체 배위(tetrahedral coordination)를 가지는 철 이온을 포함하고,
    상기 철-치환 연마입자는, 금속(M)-O-Fe 결합, 금속(M)-Fe 결합(여기서, M은 Si, Ce, Zr, Al, Ti, Ba, Ge, Mn 및 Mg에서 선택된다.), 또는 둘 다를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자의 1차 입자 사이즈는 5 nm 내지 150 nm이고,
    상기 연마 입자의 2차 입자 사이즈는 30 nm 내지 300 nm인 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마 선택비 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 내지 0.5 중량부로 포함되고,
    상기 연마 선택비 조절제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 술폰산, 술폰산염, 술폰산 에스테르, 술폰산 에스테르염, 인산, 인산염, 인산 에스테르, 인산 에스테르염, 아크릴/스티렌 공중합체, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말레익산 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마 선택비 조절제는, 2.5 psi 이하의 연마 압력 조건에서 연마 속도 제어 기능 및 연마 선택비 조절 기능을 갖는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은 산화제;를 더 포함하고,
    상기 산화제는, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함되고,
    상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산칼륨(Potassium permanganate), 과붕산나트륨(Sodium perborate), 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 아염소산염(Chlorite), 염소산염(Chlorate), 크롬산염(Chromate), 중크롬산염(Dichromate), 크롬화합물(Chromium Compound), 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드, 디옥시제닐(Dioxygenyl), 오존(Ozone), 오존화물(Ozonide), 질산염(Nitrate), 하이포아염소산염(Hypochlorite), 하이포암염(Hypohalite), 　　　　크롬 삼산화물(Chromium trioxide), 피리디니움클로로크로메이트(Pyridinium chlorochromate), 아산화질소(Nitrous Oxide) 및 모노퍼술페이트염, 디퍼술페이트염 및 나트륨퍼옥사이드으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은 산화 안정화제;를 더 포함하고,
    상기 산화 안정화제는, 상기 연마용 슬러리 조성물 100 중량부에 대해 0.001 중량부 내지 10 중량부로 포함되고,
    상기 산화 안정화제는, 카르복시산, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 피멜린산, 말산, 말론산, 말레산, 아세트산, 아디프산, 옥살산, 숙신산, 타르타르산, 시트르산, 락트산, 글루타르산, 글리콜산, 포름산, 푸마르산, 프로피온산, 부티르산, 히드록시부티르산, 아스파르트산, 이타콘산, 트리카발산, 수베르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 만델산, 피콜린산, 니코틴산, 이소니코틴산, 퀴놀린산, 안트라닐산, 푸자르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 피리딘카르복실산, 살리실산, 글루타민산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 코폴리머, 폴리술폰산, 폴리-
    Figure PCTKR2019016567-appb-img-000009
    -메틸스티렌술폰산, 폴리-
    Figure PCTKR2019016567-appb-img-000010
    -메틸스티렌술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리술폰산 코폴리머, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체 및 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 산성 물질을 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은 pH 조절제;를 더 포함하고,
    상기 pH 조절제는, 산성 물질 또는 염기성 물질을 포함하고, 상기 산성 물질은, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 포름산, 말론산, 말레인산, 옥살산, 초산, 아디프산, 구연산, 아디프산, 아세트산, 프로피온산, 푸마르산, 유산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 숙신산, 프탈산, 부티르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 락트산, 아스파라긴산, 타르타르산 및 각각의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 염기성 물질은, 암모늄메틸프로판올(ammonium methyl propanol; AMP), 테트라메틸암모늄하이드록사이드(tetra methyl ammonium hydroxide; TMAH), 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 이미다졸 및 각각의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은, 연마 촉진제, 촉매 또는 이 둘;을 더 포함하고,
    상기 연마 촉진제는, 철 함유 화합물이며,
    상기 연마 촉진제는, 질산철, 황산철, 할로겐화철, 과염소산철, 아세트산철, 아세틸아세토네이트철, 글루콘산철, 옥살산철, 프탈산철 및 숙신산철으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 촉매는, 은(Ag), 코발트(Co), 크롬(Cr), 구리(Cu), 철(Fe), 몰리브뎀(Mo), 망간(Mn), 니오늄(Nb), 니켈(Ni), 오스듐(Os), 팔라듐(Pd), 로테늄(Ru), 주석(Sn), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 납(Pb) 및 텅스텐(W)의 금속, 이온 및 이들의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    금속 벌크막 및 베리어 금속막을 갖는 기판의 연마 시 절연막에 대한 상기 금속 벌크막의 연마 선택비는, 1 내지 20인 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 절연막에 대한 상기 금속 벌크막의 연마 선택비는, 5 내지 10인 제1 연마 선택비, 및 1 내지 2인 제2 연마 선택비를 갖고,
    상기 제1 연마 선택비는, 상기 제2 연마 선택비에 비하여 더 높은 연마 압력에서 선택되는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 금속 벌크막은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 네오디늄(Nd), 루비듐(Rb), 금(Au), 바나듐(V) 및 백금(Pt)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 베리어 금속막은, 금속, 금속 합금, 금속간 화합물을 포함하고,
    상기 베리어 금속막은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 네오디늄(Nd), 루비듐(Rb), 금(Au), 백금(Pt), 갈륨(Ga), 비스무스(Bi), 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    일액형 연마 슬러리 조성물.
  17. 절연층, 금속 벌크층 및 베리어 금속층을 갖는 기판을 준비하는 단계;
    제1항의 일액형 연마 슬러리 조성물을 준비하는 단계;
    상기 슬러리 조성물을 상기 기판 상에 공급하면서 상기 금속 벌크층을 연마하는 단계; 및
    압력을 조절하여 상기 베리어 금속층을 연마하고 평탄화하는 단계;
    를 포함하는,
    기판 연마 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기판은, 절연층; 상기 절연층 상에 베리어 금속층을 갖는 트렌치; 상기 트렌치 상에 금속 벌크층이 형성된 반도체 기판인 것인,
    기판 연마 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 금속 벌크층을 연마하는 단계는, 상기 평탄화하는 단계 보다 더 높은 압력에서 이루어지는 것이고,
    상기 금속 벌크층을 연마하는 단계는, 2.5 psi 초과 또는 3.0 psi 이상의 압력에서 이루어지는 것인,
    기판 연마 방법.
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