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KR101134827B1 - 화학 기계적 연마를 위한 연마재 입자 - Google Patents

화학 기계적 연마를 위한 연마재 입자 Download PDF

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KR101134827B1
KR101134827B1 KR1020067000642A KR20067000642A KR101134827B1 KR 101134827 B1 KR101134827 B1 KR 101134827B1 KR 1020067000642 A KR1020067000642 A KR 1020067000642A KR 20067000642 A KR20067000642 A KR 20067000642A KR 101134827 B1 KR101134827 B1 KR 101134827B1
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South Korea
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particles
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지아-니 츄
제임스 닐 프라이어
Original Assignee
더블유.알. 그레이스 앤드 캄파니-콘.
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Abstract

본 발명은 중간 입자 크기(부피 기준)가 약 20nm 내지 약 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 약 20nm 이상이고, 약 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 약 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 갖는 복수의 연마재 입자를 포함하는 기판을 연마하기 위한 연마용 조성물에 관한 것이다.

Description

화학 기계적 연마를 위한 연마재 입자{ABRASIVE PARTICLES FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 연마재 입자 및 상기 입자를 함유하는 슬러리, 뿐만 아니라 상기 슬러리를 사용하는 화학 기계적 평탄화(CMP) 방법에 관한 것이다.
연마제 및/또는 화학적 반응 입자를 액체 매질내에 함유하는 슬러리는 각종 연마 및 평탄화 용도로서 사용되어 왔다. 일부 용도로는 전문 유리, 기계적 메모리 디스크, 본태성 실리콘 웨이퍼, 및 의료 장비에서 사용되는 스테인레스 강을 연마하는 것을 포함한다. CMP는 기판을 매우 고도의 균일도에 도달할 정도로 평탄화하고 평활화하는데 사용된다. CMP는 유리 제품, 예를 들어 평면 패널 디스플레이 유리 면판을 연마하는 것 및 반도체 제조과정에서 웨이퍼 장치를 평탄화하는 것을 비롯한 다양한 용도에서 사용된다. 예를 들어, 반도체 산업에서는 집적 회로 제조의 다양한 단계에서 패턴화된 금속 층 뿐만 아니라 유전체 및 금속 필름을 평탄화하기 위해서 CMP를 사용한다. 제조과정중에서, 웨이퍼의 표면은 일반적으로 서로 동일한 원형 패턴인 성형 포토리쏘그래피 이미지를 갖는 다수의 영역(전형적으로 직사각형)으로 세분된다. 일단 웨이퍼가 개별적인 조각으로 잘라지면, 직사각형 영역의 각각은 결국 개별적인 다이가 된다.
특히 매우 큰 규모의 집적(very large scale integrated, VLSI) 반도체 회로에서 집적 회로 다이는 전도성 층(또는 층들) 및 비전도성(절연) 층 또는 층들 둘다를 반도체 웨이퍼에 침착시키고 패턴화함으로써 제조된다. 현재 기술은, 다른 물질이 점점 일반화되고 있지만, 이산화규소 절연체를 사용하는 것이 전형적이다. 층은 적층된 라미네이트 구조로 성형되고, 서로 적층되어, 비-평탄 지형적 구조를 형성한다. 비-평탄화의 하나의 원인은, 오버레이 층내에서 지형적 구조를 유발하는 것인데, 하부 층의 융기된 전도성 라인 또는 기타 특징부상에 형성되는 비-전도성 또는 유전성 층에 의해 유발된다. 평탄화는 정확한 침착 및 후속 층의 패턴화를 위해 요구된다.
비-평탄화의 다른 원인은, 구리 상감 공정에 의해 유발되며, 평면 또는 평활한 경질 디스크에 대한 요구를 증가시킨다. 구리 상감 공정에서, (1) 트렌치(trench)는 유전층으로 에칭되고, (2) 배리어 층이 침착되어, 트렌치를 얇게 라이닝하고 트렌치간 유전체를 얇게 덮고, (3) 트렌치가 충전되도록 하는 두께로 구리를 침착시키면서 또한 트렌치간 영역을 코팅시키고, (4) CMP 방법은 트렌치간 영역내 구리를 연마하면서 트렌치 내부의 가능한 많은 구리를 잔류시키기 위해서 사용된다.
집적 회로 장치는 보다 정교하고 보다 복잡하게 되기 때문에, 다른 곳에 작용하는 층의 개수가 증가한다. 층의 개수가 증가함에 따라, 평탄화 문제는 일반적으로 증가된다. 집적 회로의 가공시 층의 평탄화는 주요 과제이며, 반도체 장치를 제조하는데 있어서 비용이 주로 사용되는 부분이다. 평탄화 요구는 결국 다수의 접근법을 발생시켰으며, 가장 최근에는, CMP 기법을 사용하여 반도체 웨이퍼를 평탄화하는데 사용하고 있다. CMP는, 연마용 패드에 대해 비-평탄화된 비연마 표면을 이동시키되, 여기서 CMP 슬러리가 상기 패드와 처리될 표면 사이에 배치되는 단계로 구성된다. 즉, 전형적으로 패드를 슬러리로 연속적으로 코팅하고, 비교적 낮은 속도로 기판에 대해 패드를 스피닝함으로써 수행된다. CMP 슬러리는 적어도 하나 또는 2개의 구성요소, 즉 기판 물질의 기계적 제거를 위한 연마재 입자 및 기판 물질의 화학적 제거를 위한 1종 이상의 반응물을 포함한다. 반응물은 전형적으로 연마될 물질에 따라 단지 복합제 또는 산화제, 및 pH를 조절하기 위한 산 또는 염기이다.
CMP 슬러리는 연마될 물질에 기초한 카테고리로 분류될 수 있다. 옥사이드 연마는 집적 회로내 외부 또는 층간 유전체의 연마를 지칭하는 반면, 금속 연마는 집적 회로내 금속 인터코넥트(플러그)의 연마이다. 실리카 및 알루미나는 금속 연마에 있어서 연마제로서 가장 폭넓게 사용되고 있는 반면, 실리카는 옥사이드 연마에서 거의 배타적으로 사용된다. 세리아 또한 금속 연마 및 중합체 연마를 비롯한 일부 용도에서 사용된다.
연마용 슬러리의 작용을 특징화하는 파라미터(parameter)의 범위는 연마용 슬러리의 효율을 위한 평가 규모를 나타낸다. 이러한 파라미터로는 연마 비율, 즉 연마될 물질이 제거된 비율, 선택도, 즉 기판의 표면에 존재하는 다른 물질에 비해 연마될 물질의 연마 비율의 비, 및 평탄화의 균일도를 나타내는 파라미터를 포함한다. 평탄화의 균일도를 나타내기 위해서 사용되는 파라미터는 일반적으로 웨이퍼내 비-균일도(within wafer non-uniformity; WIWNU) 및 웨이퍼 대 웨이퍼의 비-균일도(wafer to wafer non-uniformity; WTWNU) 뿐만 아니라 단위 면적당 결함의 개수이다.
다양한 종래의 CMP 슬러리에서, 연마용 슬러리를 제조하기 위한 원료 물질은 옥사이드 입자, 예를 들어 실리카이며, 이들은 보다 작은 일차 입자의 거대 응집체를 포함하며, 즉 작고 일반적으로 구형 일차 입자가 서로 단단하게 결합되어 보다 크고 불규칙적인 형태의 입자를 형성한 것이다. 따라서, 연마용 슬러리를 제조하기 위해서, 이러한 응집체를 가능한 작은 입자로 분쇄할 필요가 있다. 이는 쉐어링(sheering) 에너지를 도입함으로써 달성된다. 쉐어링 에너지는 실리카 응집체를 분쇄시킨다. 그러나, 쉐어링 에너지의 도입 효율은 입자 크기에 좌우되기 때문에, 쉐어링력을 사용하여 일차 입자의 형태 및 크기의 입자를 제조하는 것은 가능하지 않다. 이러한 방식으로 제조된 연마용 슬러리는 응집체가 충분히 분쇄되지 않았다는 단점을 갖는다. 이러한 거친 입자 분획은 연마될 기판의 표면상에 스크래치 또는 결함 형성을 증가시킬 수 있다.
일부 연구는 연마재 입자 성분을 제단하는 것에 관한 것이다. 예를 들어, 그의 전부가 본원에서 참고로 인용되고 있는 미국 특허 제 5,264,010 호에는 기판의 표면을 평탄화하는데 사용되는 연마용 조성물로서, 연마제 성분이 3 내지 50중량%의 세륨 옥사이드, 8 내지 20 중량%의 훈증 실리카(fumed silica) 및 15 내지 45중량%의 침강 실리카를 포함하는 조성물이 기재되어 있다. 그 전체가 본원에서 참고로 인용되고 있는 미국 특허 제 5,527,423 호에는 금속 층의 화학 기계적 연마에서 사용하기 위한 슬러리가 개시되어 있다. 슬러리는 매우 작은 입자의 응집체인 연마재 입자를 포함하고, 훈증 실리카 또는 훈증 알루미나로부터 형성된다. 전형적으로 훈증된 물질로 형성된 응집화된 입자는 뾰족뾰족하고 불규칙한 형태이다. 입자는 대부분의 모든 입자가 약 1 마이크론 미만을 갖는 응집체 크기 분포 및 약 0.4 마이크론 미만의 평균 응집체 직경을 갖는다.
그 전체가 본원에서 참고로 인용중인 미국 특허 제 5,693,239 호는 연마재 입자를 포함하되, 상기 입자의 약 15중량%가 결정성 알루미나이고, 입자의 나머지는 알루미나 하이드록사이드, 실리카 등과 같은 덜 연마성인 물질인 CMP 슬러리를 개시하고 있다.
그 전체가 본원에서 참고로 인용중인 미국 특허 제 5,376,222 호에는 pH가 9 내지 2.5인 구형 입자를 함유하는 염기성 실리카 졸의 사용이 개시되어 있다. 이러한 연마용 슬러리는, 이들이 실제로는 단지 개별적인 구형 입자로만 구성되어, 연마될 표면상에 낮은 수준의 스크래치 및 기타 결함만을 유발하는 장점을 갖는다.
이러한 연마용 슬러리의 단점은, 결함 비율은 최소화되지만, 이들의 연마 비율이 낮다는 점이다.
결함을 최소화하면서 연마 비율을 증가시키기 위한 노력은 연마재 성분의 입자 크기 분포상에 초점이 맞춰졌다. 그 전체가 본원에서 참고로 인용되는 미국 특허 제 6,143,662 호, 미국 특허 공개 공보 제 2002/0003225 A1 호 및 제 2003/0061766 A1 호는 매우 좁은 입경 분포를 갖고 특성상 쌍정 또는 다정인 연마재 입자를 함유하는 CMP 슬러리를 개시하고 있다. 이러한 슬러리는 보다 높은 연마 비율을 나타내지만, 보다 높은 결함 밀도가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 개선된 특성을 갖는 연마용 슬러리에 대한 요구가 계속되고 있다. 특히, 충분히 높은 연마 비율, 증가된 기판 표면 평활성, 우수한 평탄화 및 낮은 결함 밀도를 제공하는 연마용 슬러리가 오늘날의 VLSI 제조에 있어서 요구된다.
발명의 요약
본 발명은 중간 입자 크기(부피 기준)가 약 20 내지 약 100nm이고, 스팬(span) 값(부피 기준)이 약 20nm 이상이고, 약 100nm보다 큰 입자의 분율이 연마재 입자의 약 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 갖는 복수의 연마재 입자를 포함하는, 기판을 연마하기 위한 연마용 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 중간 입자 크기(부피 기준)가 약 20 내지 약 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 약 20nm 이상이고, 약 100nm 이상의 입자의 분율이 연마재 입자의 약 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 갖는 복수의 연마재 입자; 및 1종 이상의 화학 반응물을 갖는 용액을 포함하는, 기판을 연마하기 위한 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 연마될 기판을 제공하고; 중간 입자 크기(부피 기준)가 약 20 내지 약 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 약 20nm 이상이고, 약 100nm 이상의 입자의 분율이 연마재 입자의 약 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 갖는 복수의 연마재 입자를 사용하여 기판을 연마함으로써 기판을 연마용 조성물에 의해 연마하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 다분산 입자 크기 분포(부피 기준)를 갖는 본 발명의 예시적인 연마제를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 다분산 입자 크기 분포를 갖는 본 발명의 예시적인 연마제의 누적 부피 분포를 도식적으로 나타낸 것이다.
본원에서 사용되는 "연마제"라는 용어는 CMP 슬러리에서 사용되는 경우 비교적 불활성인 임의의 합성 및/또는 천연 무기 물질 및 유기 물질, 예를 들어 훈증, 콜로이드(colloidal) 및 침강 실리카, 알루미나, 알루미늄 실리케이트, 세륨 옥사이드, 타이타늄 다이옥사이드, 지르코늄 옥사이드 등; 점토, 예를 들어 활석, 벤토나이트, 스멕타이트, 라포나이트 등; 중합체, 예를 들어 폴리스타이렌, 폴리메틸 메타크릴레이트 등; 및 이들의 임의의 조합물 및/또는 혼합물을 의미한다.
본 발명의 실시태양에서는 콜로이드 실리카를 연마제로서 사용한다. "콜로이드 실리카" 또는 "콜로이드 실리카 졸"이라는 용어는 분산액 또는 졸로부터 유래하는 입자를 의미하는 것으로, 이 입자는 비교적 장기간에 걸쳐 분산액으로부터 침강되지 않는다. 이러한 입자는 전형적으로 크기가 1마이크론 미만이다. 약 1 내지 약 300nm 범위의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드 실리카 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에 잘 알려져 있다(미국 특허 제 2,244,325 호, 제 2,574,902 호, 제 2,577,484 호, 제 2,577,485 호, 제 2,631,134 호, 제 2,750,345 호, 제 2,892,797 호, 제 3,012,972 호 및 제 3,440,174 호 참조. 이들의 내용은 본원에서 참고로 인용됨).
실리카 졸은 분자상 실리케이트 용액으로부터 갓 제조된 묽은 규산 용액의 축합에 의해, 보다 드물게는 실리카 겔의 해교 또는 기타의 방법에 의해 수득될 수 있다. 공업적 규모로 수행되는 실리카 졸 제조방법의 대부분은 물유리로부터 제조된 기술 등급 나트륨 실리케이트 또는 칼륨 실리케이트 용액을 사용한다. 나트륨 실리케이트가 비용상의 이유로 바람직하고, 실리카 대 소다의 중량비가 약 3.2 내지 3.34:1인 나트륨 실리케이트가 가장 바람직하다. 나트륨 실리케이트 또는 칼륨 실리케이트 용액의 제조에 사용되는 적합한 원료는 소다(soda) 물유리 또는 칼리(potash) 물유리이다. 이 물유리는 일반적으로 실리카와 소다 또는 칼리의 고온 융해에 의해 제조된다. 상기 나트륨 실리케이트 또는 칼륨 실리케이트 용액은 분쇄된 형태의 유리를 상승된 온도 및/또는 압력에서 물에 용해시킴으로써 제조된다. 나트륨 실리케이트를 제조하는 기타의 방법이 공지되어 있고, 이는 미분된 석영 또는 기타의 적합한 실리카 원료와 알칼리를 열수 조건하에서 반응시키는 것을 포함한다.
연마용 연마제에 사용되는 실리카 졸의 제조는, 본원에서 인용된 특허에 의해 교시된 바와 같이, 묽은 나트륨 실리케이트 용액에 존재하는 금속 양이온의 일부 또는 대부분을 일반적으로 수소 형태의 양이온 교환 물질에 의해 제거하는 것을 포함한다. 개시된 많은 방법에서는, 묽은 나트륨 실리케이트를 양이온 교환 수지의 층에 통과시켜 나트륨을 제거하고, 생성된 "규산"을, 용액을 중성 또는 알칼리성 pH로 유지하기에 충분한 알칼리의 "힐(heel)", 또는 앞서 제조된 콜로이드 실리카 입자의 알칼리성 졸의 "힐"을 함유하는 용기에 첨가한다. 또한, 묽은 나트륨 실리케이트 및 이온 교환 수지를 물, 묽은 나트륨 실리케이트, 또는 앞서 제조된 콜로이드 실리카 입자의 알칼리성 졸의 "힐"에 동시에 첨가하여 pH를 일정한 알칼리성 값으로 유지하는 것을 포함하는 다른 방법도 개시되어 있다. 이들 방법 중 임의의 것을 사용하여 본 발명의 콜로이드 실리카 졸을 제조할 수 있다. 첨가 속도, pH, 온도 및 "힐"의 특성의 조건을 변화시킴으로써, 약 1 내지 약 300nm의 직경 범위를 포함하는 입자가 성장될 수 있고, 이 입자는 약 40:1 내지 약 300:1의 Si02:Na20 비를 갖는 졸 중에서 약 9 내지 약 3000㎡/g(BET에 의해 측정됨)의 비표면적을 갖는다. 생성된 졸은 한외여과, 증류, 진공 증류 또는 기타의 유사한 수단에 의해 추가로 농축될 수 있다. 이들은 약 1 내지 약 7의 pH에서는 비교적 단기간 동안 안정적일 수 있지만, 알칼리성 pH, 특히 약 pH 8 내지 약 pH 11에서는 무기한으로 안정적이다. 약 pH 8 미만에서, 콜로이드 실리카 입자는 응집되어 겔을 형성하는 경향이 있을 것이다. 약 pH 11 초과, 확실하게는 약 pH 12 초과에서는, 콜로이드 실리카 입자가 용해되는 경향이 있을 것이다.
또한, 사용되는 실리카 졸을 추가적인 방법에 의해 제조하는 것도 가능하다. 예를 들어, 이러한 제조는 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS)의 가수분해에 의해 가능하다. 이들 방법에 의해 제조되는 실리카 졸은 전형적으로 매우 비싸며, 따라서 사용이 제한된다.
대부분의 콜로이드 실리카 졸은 알칼리를 함유한다. 상기 알칼리는 일반적으로 주기율표의 IA족으로부터의 알칼리 금속 수산화물(리튬, 나트륨, 칼륨 등의 수산화물)이다. 대부분의 시판중인 콜로이드 실리카 졸은 콜로이드 실리카를 제조하는데 사용되는 나트륨 실리케이트로부터 적어도 부분적으로 유래하는 수산화나트륨을 함유하지만, 수산화나트륨은 졸을 겔화에 대해 안정화시키기 위해 첨가될 수도 있다. 이들은 또한 기타의 알칼리성 화합물, 예를 들어 수산화암모늄 또는 다양한 유형의 유기 아민에 의해 안정화될 수도 있다. 나트륨 또는 기타의 알칼리 금속 이온의 존재가 연마 용도에 해로운 경우, 콜로이드 실리카 졸을 수소 형태의 양이온 교환 수지에 의해 탈이온화한 후, 목적하는 알칼리성 화합물에 의해 재안정화시킬 수도 있다.
알칼리성 화합물은 콜로이드 실리카 입자의 표면에 존재하는 실란올기와의 반응에 의해 콜로이드 실리카 입자를 안정화시킨다. 이러한 반응의 결과, 콜로이드 실리카 입자는 입자간 응집 및 겔화에 대한 반발 장벽을 생성하는 음전하를 갖게 된다. 다르게는, 콜로이드 실리카 표면이 입자를 안정화시키도록 개질될 수도 있다. 그 전체 내용이 본원에서 참고로 인용되는 미국 특허 제 2,892,797 호에 개시된 한 방법에서는, 입자 표면에 알루미노실리케이트 음이온을 생성하고 콜로이드 실리카 입자에 음전하를 부여한다. 그 전체 내용이 본원에서 참고로 인용되는 미국 특허 제 3,007,878 호, 제 3,620,978 호 및 제 3,745,126 호에 개시된 바와 같은 또 다른 방법에서는, 콜로이드 실리카 입자를 다가 금속 옥사이드에 의해 코팅함으로써 양으로 하전시킬 수 있다. 적합한 다가 옥사이드는 알루미늄, 지르코늄, 타이타늄, 갈륨 및 크롬의 3가 및 4가 금속을 포함하지만, 알루미늄이 바람직하다.
본 발명에 특히 적합한 콜로이드 실리카는 다분산 콜로이드 실리카로서 공지되어 있는 것이다. 본원에서 "다분산"은 중간 입자 크기가 15 내지 100nm의 범위내이고 비교적 넓은 분포를 갖는 입자 크기 분포를 갖는 입자의 분산을 의미하는 것으로 정의된다. 본원에서 "스팬"은 입자 크기 분포의 폭의 척도를 의미하는 것으로 정의된다. 적합한 분포는 중간 입자 크기(부피 기준)가 약 20 내지 약 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 약 15nm 이상이고, 100nm보다 큰 입자의 분율이 연마재 입자의 약 20부피% 이하인 것이다. 스팬(부피 기준) 범위는 투과 전자 현미경사진(TEM) 입자 크기 측정 방법론을 사용하여 산출된 d90 입자 크기(즉, 입자의 90부피% 미만의 크기)로부터 d10 입자 크기(즉, 입자의 10부피% 미만의 크기)를 차감함으로써 측정된다. 예를 들어, 연마재 입자 샘플의 TEM을 통상적인 디지털 화상 분석 소프트웨어에 의해 분석하여 부피가중 중간 입자 직경 및 입자 크기 분포를 결정하였다. 그 결과, 그 분포는 비교적 넓은 스팬을 갖지만, 비교적 큰(예를 들어, 100nm 초과) 입자의 수는 매우 적다(예를 들면, 도 1 참조). 이러한 큰 입자는 CMP 공정에 수반되는 기판 표면상의 결함 출현 및 스크래칭의 원인이 된다. 또한, 분산액에 큰 입자(예를 들어, 100nm 초과)가 상당량 존재하면 보관 동안 침강을 초래하여 불균일한 현탁액이 수득될 수 있고 보관 용기의 저면상에 큰 입자의 케이크가 형성될 가능성이 있다. 이러한 케이크가 형성되면, 침강된 입자를 완전히 재분산시키기 어렵고 임의의 재현탁액이 입자의 응집체를 함유할 수 있다. 또한, 불균일한 입자 분포액 또는 현탁액을 포함하는 보관 용기를 사용하거나, 또는 큰 입자의 응집체를 포함하는 현탁액을 사용하면, 본 발명의 연마상의 유리한 이점을 일관되게 제공할 수 없다.
바람직한 입자 분포는 약 20, 25, 30 또는 35nm 내지 약 100, 95, 90 또는 85nm의 중간 입자 크기(부피 기준), 약 15, 18, 20, 22, 25 또는 30nm 이상의 스팬 값(부피 기준), 및 연마재 입자의 20, 15, 10, 5, 2, 1 이하 또는 0 초과 내지 1부피%의 약 100nm 보다 큰 입자의 분율을 포함하는 연마재 입자이다. 100nm 보다 큰 중간 입자 크기, 스팬 값, 및 입자의 분율과 관련하여 본원에서 기재한 임의 양이 연마재 입자를 구성하는 임의 조합물로 이용될 수 있음이 중요하게 주지된다. 예를 들어, 적합한 연마재 입자 분포는 약 25nm 내지 약 95nm의 중간 입자 크기(부피 기준), 약 18nm 이상의 스팬 값(부피 기준), 및 연마재 입자의 약 20부피% 이하의 약 100nm 보다 큰 입자의 분율을 포함한다. 바람직한 연마재 입자 분포는 약 25nm 내지 약 100nm의 중간 입자 크기(부피 기준), 약 18 nm이상의 스팬 값(부피 기준), 및 연마재 입자의 약 15부피% 이하의 약 100nm 보다 큰 입자의 분율을 포함한다. 보다 바람직한 연마재 입자 분포는 약 25nm 내지 약 100nm의 중간 입자 크기(부피 기준), 약 25nm 이상의 스팬 값(부피 기준), 및 연마재 입자의 약 10부피% 이하의 약 100nm 보다 큰 입자의 분율을 포함한다. 훨씬 더 바람직한 연마재 입자 분포는 약 25nm 내지 약 100nm의 중간 입자 크기(부피 기준), 약 30nm 이상의 스팬 값(부피 기준), 및 연마재 입자의 약 5부피% 이하의 약 100nm 보다 큰 입자의 분율을 포함한다.
또한, 본 발명의 또다른 실시양태는 하나 이상의 화학 반응물을 갖는 용액 중 본원에서 기재한 다분산 입자 크기 분포를 갖는 복수의 연마재 입자를 포함하는 기판을 연마하기 위한 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 CMP 슬러리는 당해 분야에 공지된 임의 적합한 성분(또는 구성요소), 예컨대 부가적인 연마제, 산화제, 촉매, 필름-형성제, 착화제, 유동 조절제, 계면활성제(즉, 표면-활성제), 중합성 안정화제, pH-조절제, 부식 방지제 및 다른 적합한 구성요소와 함께 사용될 수 있다.
임의 적합한 산화제는 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 산화제는 산화된 할라이드(예, 클로레이트, 브로메이트, 아이오데이트, 퍼클로레이트, 퍼브로메이트, 퍼아이오데이트, 플루오라이드-함유 화합물, 및 이들의 혼합물 등)를 포함한다. 예를 들어, 적합한 산화제는 또한 과붕산, 퍼보레이트, 퍼카보네이트, 나이트레이트(예, 철(III) 나이트레이트, 및 하이드록실아민 나이트레이트), 퍼설페이트(예, 암모늄 퍼설페이트), 퍼옥사이드, 퍼옥시산(예, 퍼아세트산, 퍼벤조산, m-클로로퍼벤조산, 이들의 염, 이들의 혼합물 등), 퍼망가네이트, 크로메이트, 세륨 화합물, 페리시아나이드(예, 칼륨 페리시아나이드), 이들의 혼합물 등을 포함한다. 또한, 본 발명과 함께 사용되는 조성물은, 예컨대 미국 특허 제 6,015,506 호(이의 모든 내용은 본원에서 참고로서 인용된다)에 기재한 산화제를 함유하는 것이 적합하다.
본 발명과 함께 임의의 적합한 촉매를 사용할 수 있다. 적합한 촉매는 금속 촉매 및 이의 조합을 포함한다. 촉매는 다가의 산화 상태를 갖는 금속 화합물에서 선택될 수 있고, 예를 들면 Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Nb, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti 및 V를 포함하지만, 이로 한정되지는 않는다. 용어 "다가의 산화 상태"는 전자 형태인 하나 이상의 음전하가 손실된 결과로서 확대될 수 있는 원자가를 갖는 원자 및/또는 화합물을 의미한다. 철 촉매는 퍼클로레이트, 퍼브로메이트 및 퍼아이오데이트 및 유기 제2철 (II 또는 III) 화합물(아세테이트, 아세틸아세토네이트, 시트레이트, 글루코네이트, 옥살레이트, 프탈레이트 및 숙시네이트 및 이의 혼합물을 포함하지만 이로 한정되지 않는다)뿐만 아니라, 철의 무기 염, 예를 들면 철(II 또는 III) 나이트레이트, 철(II 또는 III) 설페이트, 철(II 또는 III) 할라이드(플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드 및 아이오다이드를 포함한다)를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
임의의 적합한 필름 형성제(즉, 부식 억제제)를 본 발명과 함께 사용할 수 있다. 적합한 필름 형성제는 예를 들면 헤테로사이클릭 유기 화합물(예를 들면 하나 이상의 활성 작용기를 갖는 유기 화합물, 예를 들면 헤테로사이클릭 고리, 특히 질소 함유 헤테로사이클릭 고리)을 포함한다. 적합한 필름 형성제는, 예를 들면 본원에 참고로 인용된 미국 특허 공개 공보 제 2001/0037821 A1 호에 개시된 바와 같은, 벤조트라이아졸, 트라이아졸, 벤즈이미다졸 및 이의 혼합물을 포함한다.
임의의 적합한 착화제(즉, 킬레이팅제 또는 선택성 개선제)를 본 발명과 함께 사용할 수 있다. 적합한 착화제는 예를 들면 카보닐 화합물(예를 들면 아세틸아세토네이트 등), 단순한 카복실레이트(예를 들면 아세테이트, 아릴 카복실레이트 등), 하나 이상의 하이드록실기를 함유하는 카복실레이트(예를 들면 글리콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 갈산 및 이의 염 등), 다이-, 트라이- 및 폴리-카복실레이트(예를 들면, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트(예를 들면 다이나트륨 EDTA), 이의 혼합물 등), 하나 이상의 설폰 기 및/또는 포스폰 기를 함유하는 카복실레이트, 및 본원에 전체가 참고로 인용된 미국 특허 공개 공보 제 2001/0037821 A1 호에 개시된 바와 같은 카복실레이트를 포함한다. 적합한 킬레이팅제 또는 착화제는 또한, 예를 들면 본원에 전체가 참고로 인용된 미국 특허 출원 제 09/405,249 호에 개시된 바와 같은, 다이-, 트라이- 또는 폴리알콜(예를 들면 에틸렌 글리콜, 피로카테콜, 피로갈롤, 타닌산 등), 및 포스페이트 함유 화합물, 예를 들면 포스포늄 염 및 포스폰산을 포함할 수 있다. 착화제는 또한 아민-함유 화합물(예를 들면 아미노산, 아미노 알콜, 다이-, 트라이- 및 폴리-아민 등)을 포함할 수 있다. 아민-함유 화합물의 예는 메틸아민, 다이메틸아민, 트라이메틸아민, 에틸아민, 다이에틸아민, 트라이에틸아민, 에탄올아민, 다이에탄올아민, 다이에탄올아민 도데케이트, 트라이에탄올아민, 아이소프로판올아민, 다이아이소프로판올아민, 트라이아이소프로판올아민, 니트로소다이에탄올아민 및 이의 혼합물을 포함한다. 적합한 아민-함유 화합물은 암모늄 염(예를 들면, TMAH 및 4차 암모늄 화합물)을 추가로 포함한다. 아민-함유 화합물은 또한 연마동안 규소 나이트리드를 감소, 실질적으로 감소 또는 심지어 억제(즉, 차단)하는, 연마중인 기판 상에 존재하는 규소 나이트리드층에 흡착되는 임의의 적합한 양이온성 아민-함유 화합물, 예를 들면 수소화된 아민 및 4차 암모늄 화합물일 수 있다.
임의의 적합한 계면활성제 및/또는 유동 조절제가 본 발명과 함께 사용될 수 있고, 이는 점도 개선제 및 응집제를 포함한다. 적합한 유동 조절제는 예를 들면 중합성 유동 조절제를 포함한다. 또한, 적합한 유동 조절제는 예를 들면 우레탄 중합체(예를 들면 약 100,000달톤 초과의 분자량을 갖는 우레탄 중합체), 및 하나 이상의 아크릴 서브유니트를 포함하는 아크릴레이트(예를 들면 비닐 아크릴레이트 및 스티렌 아크릴레이트) 및 이의 중합체, 공중합체 및 올리고머, 및 이의 염을 포함한다. 적합한 계면활성제는 예를 들면 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 음이온성 다가전해질, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 불화된 계면활성제, 이의 혼합물 등을 포함한다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 조성물은 본원에 전체가 참고로 인용되어 있는 미국 특허 공개 공보 제 2001/0037821 A1 호에 개시된 바와 같은 임의의 적합한 중합성 안정화제 또는 다른 표면 활성 분산제를 함유할 수 있다. 적합한 중합성 안정화제는 예를 들면 인산, 유기산, 주석 옥사이드, 유기 포스포네이트, 이의 혼합물 등을 포함한다.
많은 전술된 화합물이 염의 형태(예를 들면 금속 염, 암모늄 염 등), 산 또는 부분적 염의 형태로 존재할 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들면 시트레이트는 시트르산, 및 또한 이의 모노-, 다이- 및 트라이-염을 포함하고; 프탈레이트는 프탈산 및 또한 이의 모노-염(예를 들면 칼륨 수소 프탈레이트) 및 이의 다이-염을 포함하고; 퍼클로레이트는 상응하는 산(즉, 과염산) 및 또한 이의 염을 포함한다. 또한, 본원에 개시된 화합물은 예시적인 목적에 따라 분류되고, 이들 화합물의 용도를 한정하고자 함이 아니다. 당 분야의 숙련된 이들이 인식하는 바와 같이, 일부 화합물은 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 일부 화합물은 킬레이팅제 및 산화제 둘 모두로서 작용할 수 있다(예를 들면 일부 제2철 나이트레이트 등).
본 발명과 함께 사용되는 임의의 성분은 적절한 담체 액체 또는 용매(예를 들면 물 또는 적절한 유기 용매)중의 용액 또는 혼합물의 형태로 제공될 수 있다. 또한, 언급된 바와 같이, 단독으로 또는 임의의 조합된 화합물을 연마 또는 세정 조성물의 성분으로 사용할 수 있다. 그런 다음 둘 이상의 성분을 개별적으로 보관하고, 사용 시점에서 또는 사용 시점 직전에 실질적으로 혼합하여 연마 또는 세정 조성물을 형성한다. 당 분야의 숙련자에 의해 인식되는 바와 같이, 성분은 보관 및 예상되는 최종 용도의 관점에서 적절한 임의의 pH를 가질 수 있다. 더욱이, 본 발명과 함께 사용되는 성분의 pH는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 pH 조절제, 제어제 또는 완충제를 첨가함으로써 조절될 수 있다. 적합한 pH 조절제, 제어제 또는 완충제는 산, 예를 들면 염산, 질산, 황산 및 인산과 같은 무기 산 및 예를 들면 아세트산, 시트르산, 말론산, 숙신산, 타르타르산 및 옥살산과 같은 유기 산을 포함한다. 적합한 pH 조절제, 제어제 또는 완충제는 또한 염기, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 무기 수산화물 염기 및 예를 들면 탄산나트륨 등과 같은 카보네이트 염기를 포함한다.
본원에 개시된 연마 및 세정 성분은 임의의 방식 및 비율로 조합되어 기판(예를 들면 반도체 기판)을 연마 또는 세정하기에 적합한 하나 이상의 조성물을 제공한다. 적합한 연마용 조성물은 예를 들면 미국 특허 제5,116,535호, 제5,246,624호, 제5,340,370호, 제5,476,606호, 제5,527,423호, 제5,575,885호, 제5,614,444호, 제5,759,917호, 제5,767,016호, 제5,783,489호, 제5,800,577호, 제5,827,781호, 제5,858,813호, 제5,868,604호, 제5,897,375호, 제5,904,159호, 제5,954,997호, 제5,958,288호, 제5,980,775호, 제5,993,686호, 제6,015,506호, 제6,019,806호, 제6,033,596호 및 제6,039,891호 및 또한 제WO 97/43087호, 제WO 97/47030호, 제WO 98/13536호, 제WO 98/23697호 및 제WO 98/26025호에 개시되어 있고, 이들은 본원에 참고로 인용되어 있다. 적합한 세정 조성물은 예를 들면 본원에 전체가 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 5,837,662 호에 개시되어 있다. 이들 특허 및 공개 공보의 전체 내용은 본원에 참고로 인용되어 있다.
본 발명의 하나의 실시양태는 또한 연마된 기판을 제공하는 단계, 및 중간 입자 크기(부피 기준)가 약 30nm 내지 약 90nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 약 20nm이상인 다분산 입자 크기 분포를 갖는 복수의 연마재 입자를 이용하여 기판을 연마시키는 단계를 포함하는, 연마용 조성물을 이용하여 기판을 연마하는 방법을 제공한다.
본 발명의 CMP 슬러리는 임의의 적합한 기판을 연마하고 평탄화하기 위해 사용될 수 있다. 기판은 (예를 들면 하드 디스크 연마에서) 단층으로서 또는 IC 또는 VLSI 제조(예를 들면 구리 상감 공정과 같이 여러 층 및/또는 물질이 동시에 노출되고 연마되는 경우 포함)에서 발견되는 경우와 같이 임의의 배열의 다층으로서 하기 물질중 임의의 것을 포함할 수 있다. 평탄화되는 기판은 전도성, 초전도성, 반도성 및 절연성(예를 들면 높은 유전율(k), 정규 k, 낮은 k 및 초저 k) 물질을 포함할 수 있다. 적합한 기판은 예를 들면 금속, 금속 옥사이드, 금속 복합체 또는 이의 혼합물 또는 합금을 포함한다. 기판은 임의의 적합한 금속으로 구성될 수 있다. 적합한 금속은 예를 들면 구리, 알루미늄, 타이타늄, 텅스텐, 탄탈, 금, 백금, 이리듐, 루테늄 및 이의 조합(예를 들면 합금 또는 혼합물)을 포함한다. 기판은 또한 임의의 적합한 금속 산화물로 구성될 수 있다. 적합한 금속 산화물은 예를 들면 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아 및 이의 정합된 제품 및 이의 혼합물을 포함한다. 또한, 기판은 임의의 적합한 금속 조성물 및/또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 적합한 금속 복합체 및 금속 합금은, 예를 들면 금속 나이트리드(예를 들면 탄탈 나이트리드, 타이타늄 나이트리드 및 텅스텐 나이트리드), 금속 카바이드(예를 들면 규소 카바이드 및 텅스텐 카바이드), 금속 포스파이드, 금속 실리사이드, 금속 인(예를 들면 니켈-인) 등을 포함한다. 기판은 또한 임의의 적합한 반도체계 물질, 예를 들면 IV족, II-VI족 및 III-V족 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면 적합한 반도체계 물질은 단일 결정, 다중 결정, 무정형 규소, 절연체상의 규소, 탄소, 게르마늄 및 갈륨 아르세나이드, 카드뮴 텔룰라이드, 규소/게르마늄 합금 및 규소/게르마늄 탄소 합금을 포함한다. 당분야에 공지된 다양한 유형의 기술 등급 유리, 광학 등급 유리 및 세라믹을 포함하는 유리 기판 또한 본 발명과 연관하여 사용될 수 있다(예를 들면 알루미노-보로실리케이트, 보로실리케이트 유리, 불화된 실리케이트 유리(FSG), 포스포실리케이트 유리(PSG), 보로포실리케이트 유리(BPSG) 등). 기판은 또한 중합성 물질을 포함할 수 있다. 기판 및/또는 이의 물질은 물질의 전도성을 변화시키는 도판트, 예를 들면 붕소 또는 인 도핑된 규소 등을 포함할 수 있다. 적합한 낮은 k 물질 및 초저 k 물질은 예를 들면 도핑된 규소 다이옥사이드 필름(예를 들면 불소 또는 탄소 도핑된 규소 다이옥사이드), 유리(예를 들면 FSG, PSG, BPSG 등), 석영(예를 들면 HSSQ, MSSQ 등), 탄소(예를 들면 다이아몬드류의 탄소, 불화된 다이아몬드류 탄소 등), 중합체(예를 들면 폴리이미드, 불화된 폴리이미드, 파릴렌 N, 벤조사이클로뷰텐, 방향족 열경화성/PAE, 파릴렌-F 불화중합체 등), 다공성 물질(예를 들면 에어로겔, 제로겔, 메조포러스 실리카, 다공성 HSSQ/MSSQ, 다공성 유기물 등) 등을 포함한다.
예컨대, 본 발명은 메모리 또는 리지드(rigid) 디스크, 금속(예, 귀금속), 배리어 층, ILD 층, 집적 회로, 반도체 장치, 반도체 웨이퍼, 마이크로-전자-기계 시스템, 강유전체, 자기 헤드 또는 임의의 다른 전자 장치와 연관되어 사용될 수 있다. 본 방법은 반도체 장치, 예컨대 약 0.25㎛ 이하(예, 0.18㎛ 이하)의 기하학적 장치 특징부를 갖는 반도체 장치의 연마 또는 평탄화에 특히 유용하다. 본원에서 사용되는 용어 "장치 특징부"는 단일-기능 성분, 예컨대 트랜지스터, 레지스터, 커패시터, 집적 회로 등을 의미한다. 반도체 기판의 장치 특징부가 증진적으로 작게 되면, 평탄화 정도는 보다 중요해진다. 최소의 장치 특징부의 치수(예, 0.25㎛ 이하의 장치 특징부, 예컨대 0.18㎛ 이하의 장치 특징부)가 포토리쏘그래피를 통해 표면 상에 용해되는 경우, 반도체 장치의 표면은 충분히 평탄할 것으로 여겨진다. 기판 표면의 평탄도는 표면 상에서 지형적으로 최고점과 최저점 사이의 거리의 측정값으로써 표시될 수 있다. 반도체 기판에 대해서, 표면 상에서 지형적으로 최고점과 최저점 사이의 거리이다. 반도체 기판에 대해서, 표면 상에서 고점과 저점 사이의 거리는 약 2000Å 미만, 바람직하게는 약 1500Å 미만, 보다 바람직하게는 약 500Å 미만, 가장 바람직하게는 약 100Å 미만이다.
본 발명은 기판 생산에서의 임의의 단계에서 기판의 임의의 부분(예, 반도체 장치)을 연마하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 예컨대, 미국 특허 제 5,498,565 호, 제 5,721,173 호, 제 5,938,505 호 및 제 6,019,806 호(이들은 전체로서 본원에 참고로 인용된다)에 개시된 바와 같은 얕은 트렌치 단리(shallow trench isolation, STI) 공정과 연관된 또는 간층 유전체의 형성과 연관된 반도체 장치를 연마하는데 사용될 수 있다.
전형적인 CMP 공정에서, 본 발명의 연마재 입자 분산액을 함유하는 슬러리가 본원에 개시된 하나 이상의 첨가제와 연관되어 사용된다. 슬러리 중의 연마재 입자의 양은 슬러리의 약 0.001 내지 약 20중량%, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 15중량%, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 약 10중량%의 범위일 수 있다. 슬러리의 나머지는 물, 용매 및 본원에 개시된 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 슬러리의 pH는 1 내지 11.5, 바람직하게는 2 내지 11의 범위일 수 있다. 연마 공정의 제거율은 연마되는 물질에 따라 변하지만, 보다 경질 물질(예, 경질 디스크, 유리 등)에 대해 일반적으로 100nm/분 초과, 바람직하게는 200nm/분 초과, 보다 바람직하게는 250nm/분 초과이다. 보다 연질 물질(예, 구리 및 기타 금속)에 대해서 제거율은 일반적으로 400nm/분 초과, 바람직하게는 600nm/분 초과이다. 연마된 물질에 대한 표면 조도(Ra)는 일반적으로 0.75nm 미만, 바람직하게는 0.69nm 미만, 보다 바람직하게는 0.65nm 미만이고, 최대 피크 밸리(peak valley) 차(P/V)는 일반적으로 6.49nm 미만, 바람직하게는 5.99nm 미만, 보다 바람직하게는 5.50nm 미만이다.
본 발명의 다른 실시양태에서, CMP 슬러리는 분산 매질, 다분산성 연마재 입자 및 산화제를 포함하되, 연마 고체 함량이 슬러리의 5중량%이고 pH가 약 2.3인 상기 슬러리는 150 rpm 회전 속도로 30 뉴톤 다운 포스(down force)를 갖는 로델(Rodel) DPC 6350 패드를 갖는 라보폴(Labopol)-5 폴리셔를 사용하여 155nm/분 이상의 속도로 니켈 포스파이드 기판으로부터 니켈 포스파이드를 제거한다. CMP 공정 및 슬러리 성분들이 실시예 1에 개시된 바와 같이 사용된다. 바람직하게는, 제거 속도는 약 200nm/분 이상이고, 약 0.69nm 미만의 표면 조도(Ra) 및 약 6.6nm 미만의 피크 밸리 차(P/V)를 갖고, 보다 바람직하게는 제거 속도는 약 225nm/분 이상이고, 약 0.65nm 미만의 표면 조도(Ra) 및 약 6.5nm 미만의 피크 밸리 차(P/V)를 갖는다.
본 발명의 다른 실시양태에서, CMP 슬러리는 분산 매질, 다분산성 연마재 입자 및 산화제를 포함하되, 연마 고체 함량이 슬러리의 5중량%이고 pH가 약 6.3인 상기 슬러리는 150 rpm 회전 속도로 30 뉴톤 다운 포스를 갖는 로델 DPC 6350 패드를 갖는 라보폴-5 폴리셔를 사용하여 155nm/분 이상의 속도로 유리 기판으로부터 유리를 제거한다. CMP 공정 및 슬러리 성분들이 실시예 3에 개시된 바와 같이 사용된다. 바람직하게는, 제거 속도는 약 200nm/분 이상이고, 약 0.55nm 미만의 표면 조도(Ra) 및 약 14.5nm 미만의 피크 밸리 차(P/V)를 갖고, 보다 바람직하게는 제거 속도는 약 225nm/분 이상이고, 약 0.50nm 미만의 표면 조도(Ra) 및 약 14.0nm 미만의 피크 밸리 차(P/V)를 갖는다.
본 출원에 열거된 모든 특허 및 문헌의 모든 대상은 본원에 참고로 통합된다.
다음의 실시예는 청구된 발명의 구체적인 예시로서 주어진다. 그러나, 본 발명은 실시예에 개시된 구체적인 세부사항에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부 및 퍼센트는 달리 지시되지 않는 한 중량을 기준으로 한다.
또한, 명세서 또는 청구범위에 인용된, 예컨대 성질, 조건, 물리적 상태 또는 퍼센트의 임의의 수치 범위는, 인용된 임의의 범위에서의 임의의 하위 수치세트를 포함하는, 이런 범위 내에 존재하는 임의의 수치를 본원에 문자적으로 표현시켜 포함하는 것으로 의도한다. 본원에 도시 및 기술된 것 외에, 본 발명의 임의의 변형은 전술된 기재 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 자명할 것이다. 이런 변형은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 의도한다.
실시예 1
NIP의 비교 연마(경질 디스크 연마)
이 비교에서, 연마율 및 연마-후 표면의 평활성은 H2O2(2질량%, 총 슬러리를 기준) 및 락트산(2질량%, 총 슬러리를 기준)을 함유하는 수용액에 현탁된 연마재 입자(표 1에 개시됨)에 대해 측정한다. 모든 현탁액의 pH는 2.3±0.1이다. 30 뉴톤 다운 포스, 150 rpm 회전 속도 및 60ml/분 슬러리 유속(폴리셔로 향함)을 갖는, 스트루어스(Struers) A/S로부터 입수가능한 라보폴-5 폴리셔를 사용하여 연마를 실시하였다. 사용된 패드는 로델 DPC 6350이었다. 연마에 사용된 기판은 알루미늄 상의 NIP이다. 기판은 코마그(캘리포니아주 산 호세)로부터 구입한 9.5cm 디스크이고, 알루미늄 위에 12 내지 15 마이크론 NiP 층을 가졌다. 원소 조성은 약 85% 니켈 및 15% 인이었다. 연마 후, 기판을 세척하고, 건조시켰다. 연마율(제거율)는 중량 손실에 의해 측정된다. 버레이 인스트루먼츠 인코포레이티드(Burleigh Instruments, Inc.)로부터 입수가능한 수평 비-접촉 광 프로필로메터를 사용하여 표면의 평활성의 특성을 측정하였다. Ra(평균 표면 조도) 및 P/V(최대 피크 밸리 차)의 값은 비교를 위해 사용된 표면의 평활성의 파라미터이다. Ra 값은 일반적인 표면의 평활성(보다 작은 값이 더 평활하다)인 반면, P/V(피크/밸리) 값은 특히 표면 스크래치에 민감하다.
이 평가에서, 다분산 콜로이드 실리카가 함유된 연마용 슬러리를, 단분산 콜로이드 실리카, 침강 실리카 및 훈증 실리카, 및 콜로이드 알루미나가 함유된 다른 동일 슬러리와 비교한다. 연마 결과에 대한 요약은 하기 표 1에 제시한다.
Figure 112009041809230-pct00008
결과에서는, 다분산 콜로이드 실리카가 기타 3개의 연마제에서 달성된 것보다 우수한(평활한) 연마된 표면 품질을 제공하면서 가장 높은 제거율을 제공하는 것으로 분명하게 나타난다.
실시예 2
NIP의 연마 비교
이 비교에 대한 조건은, 1% Fe(NO3)3이 2% H2O2 대신에 사용되고 락트산 농도가 1.5%로 감소된 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 본질적으로 동일하다. 모든 현탁액의 pH는 2.0±0.1이다. 이 평가에서, 다분산 콜로이드 실리카가 함유된 연마용 슬러리를, 단분산 콜로이드 실리카, 훈증 실리카 및 침강 실리카가 함유된 다른 동일 슬러리와 비교한다. 연마 결과에 대한 요약은 하기 표 2에 제시한다.
Figure 112009041809230-pct00009
다시, (100㎚ 초과의 입자의 매우 작은 분율을 갖는) 다분산 콜로이드 실리카와의 슬러리는 가장 높은 제거율 및 가장 우수한 표면 품질(스크래칭이 가장 적은 평활성)을 나타낸다.
실시예 3
유리의 연마 비교
이 비교에서, 유리 연마에 대해 동일한 연마제들을 비교하기 위해 동일한 연마 조건을 사용하였다. 9.5㎝ 유리 디스크는 2 내지 10㎚의 초기 표면 조도(Ra 값)를 갖는 본질적으로 순수한 실리카 유리이었다. 입자를 폴리아크릴산의 0.2% 수용액 중에 현탁시켜 6.3±0.1의 pH를 수득하였다.
Figure 112009041809230-pct00010
다시, 다분산 콜로이드 실리카는 가장 높은 제거율, 가장 적은 스크래칭, 및 단지 단분산 콜로이드 실리카와 대등한 표면 조도를 갖는다.
실시예 4
상감 공정 중의 구리의 연마
구리 상감 공정에서, (1) 트렌치는 유전층으로 에칭되고, (2) 배리어 층이 침착되어, 트렌치를 얇게 라이닝하고 트렌치간 유전체를 얇게 덮고, (3) 트렌치가 충전되도록 하는 두께로 구리를 침착시키면서 또한 트렌치간 영역을 코팅시키고, (4) CMP 방법은 트렌치간 영역내 구리를 연마하면서 트렌치 내부에 가능한 많은 구리를 잔류시키기 위해서 사용된다. 구리의 표면에서 트렌치가 충전되는 디싱(dishing)의 최소화 및 트렌치 사이의 유전체의 부식의 최소화를 일으키면서 과도한 구리를 신속하게 연마 제거할 것이 요구된다.
동일한 용액 상들(아미노산, 과산화수소(산화제로서), 및 수중 NH4OH)을 사용하여 Cu CMP 슬러리를 제조한다. 이들 용액에서, 입자의 약 0.010%를 현탁시킨다. 디싱 및 부식을 촉진시키려는 슬러리의 경향뿐만 아니라 Cu 제거율을 측정하기 위해 연마 실험들을 수행한다. 제거된 구리에 대한 지형적 구조 빌드업(build-up)의 기울기는 해당 구조에 대한 디싱 또는 부식 "감수성"(susceptibility)으로 지칭되며, 성능 측정치로서 사용될 수 있다. 상기 감수성 값은 단위가 없다. 기울기 값이 작을수록, 임의 소정량의 제거된 구리에서 지형적 구조의 양은 더욱 작아지고 성능은 더욱 향상된다. 디싱 및 부식 감수성 모두는 최소 제곱 정합 방법(least square fit method)에 의해 측정한다.
Figure 112009041809230-pct00011
다분산 콜로이드 실리카 슬러리는 가장 우수한 내부식성(즉, 유의적으로 더욱 낮은 부식 감수성), 및 슬러리 중에 사용된 연마제 양이 유의적으로 더 높더라도 디싱에 대해 본질적으로 동등한 내성을 제공하며, 이로 인해 훨씬 더 높은 제거율이 허용된다.

Claims (22)

  1. 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 연마재 입자들의 d90 입자 크기로부터 연마재 입자들의 d10 입자 크기를 차감함으로써 측정되는 스팬(span) 값(부피 기준)이 20nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 복수의 연마재 입자를 포함하는, 기판을 연마하기 위한 연마용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 15부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 10부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 15부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 18nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 20nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 실리카를 포함하는 연마용 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 콜로이드 실리카를 포함하는 연마용 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 그들에 결합된 알루미나, 알루미늄, 암모니아 또는 칼륨 양이온을 포함하는 연마용 조성물.
  11. 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 연마재 입자들의 d90 입자 크기로부터 연마재 입자들의 d10 입자 크기를 차감함으로써 측정되는 스팬 값(부피 기준)이 20nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 복수의 연마재 입자; 및
    하나 이상의 화학 반응물을 갖는 용액
    을 포함하는, 기판을 연마하기 위한 연마용 슬러리 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 10부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 슬러리 조성물.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 18nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 슬러리 조성물.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 연마용 슬러리 조성물.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 실리카를 포함하는 연마용 슬러리 조성물.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 그들에 결합된 알루미나, 알루미늄, 암모니아 또는 칼륨 양이온을 포함하는 연마용 슬러리 조성물.
  17. 연마될 기판을 제공하고;
    중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 연마재 입자들의 d90 입자 크기로부터 연마재 입자들의 d10 입자 크기를 차감함으로써 측정되는 스팬 값(부피 기준)이 20nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 복수의 연마재 입자를 사용하여 기판을 연마하는 것
    을 포함하는, 연마용 조성물로 기판을 연마하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 10부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 18nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가, 중간 입자 크기(부피 기준)가 20nm 내지 100nm이고, 스팬 값(부피 기준)이 15nm 이상이고, 100nm 초과의 입자의 분율이 연마재 입자의 20부피% 이하인 다분산 입자 크기 분포를 포함하는 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 실리카를 포함하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 연마재 입자가 그들에 결합된 알루미나, 알루미늄, 암모니아 또는 칼륨 양이온을 포함하는 방법.
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