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KR20090018201A - Cmp용 연마액 및 연마방법 - Google Patents

Cmp용 연마액 및 연마방법 Download PDF

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KR20090018201A
KR20090018201A KR1020097000069A KR20097000069A KR20090018201A KR 20090018201 A KR20090018201 A KR 20090018201A KR 1020097000069 A KR1020097000069 A KR 1020097000069A KR 20097000069 A KR20097000069 A KR 20097000069A KR 20090018201 A KR20090018201 A KR 20090018201A
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polishing
polishing liquid
cmp
zeta potential
weight
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KR1020097000069A
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Inventor
타다히로 키무라
Original Assignee
히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

배리어층, 배선 금속층 및 층간절연막을 연속하여 연마 가능하고, 배선 금속층의 근방의 층간절연막이 과잉으로 깎여져서 함몰이 생기는 현상을 억제할 수 있는 CMP용 연마액이다. 지립, 산, 하기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물 및 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액.
Figure 112009000157130-PCT00011
(식(I) 중, R1은 각각 독립하여 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타내고, R2는 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타낸다.)

Description

CMP용 연마액 및 연마방법{POLISHING LIQUID FOR CMP AND POLISHING METHOD}
본 발명은, CMP용 연마액 및 연마방법에 관한 것이다.
최근, 반도체집적회로(이하, LSI라고 생략한다)의 고집적화, 고성능화에 수반하여 새로운 미세 가공기술이 개발되고 있다. 화학기계연마(이하, CMP라 기재한다)법도 그 하나이고, LSI 제조공정, 특히, 다층배선 형성공정에 있어서 층간절연막의 평탄화, 금속 플러그의 형성, 매립배선의 형성 등에 있어서 빈번히 이용되는 기술이다. 이 기술은, 예를 들면 미국특허 제4944836호 명세서에 개시되어 있다.
또한, 최근에는, LSI를 고성능화하기 위해서, 배선재료로서 종래의 알루미늄합금 대신에 구리합금도 사용되기 시작하고 있다. 그러나, 구리합금은 알루미늄 합금 배선의 형성에서 이용되는 드라이에칭법에 의한 미세 가공이 곤란하다. 따라서, 미리 홈을 형성한 층간절연막상에 구리합금의 박막을 퇴적하여 매립하고, 오목부 이외의 구리합금의 박막을 CMP에 의해 제거하여 매립배선을 형성하는 방법(소위, 다마신법)이 주로 채용되고 있다. 다마신법에 관해서는, 예를 들면, 일본 특허공개공보 평2-278822호 공보에 개시되어 있다.
또, 미리 홈을 형성한 층간절연막상에 구리합금의 박막을 퇴적하여 매립하기 전에, 구리합금의 층간절연막 중으로의 확산 방지, 구리합금과 층간절연막과의 밀착력 확보를 위해서, TaN이나 Ta 등의 배리어 메탈로 이루어지는 배리어층이 층간절연막의 상층에 형성된다.
구리합금 등의 금속을 CMP법으로 평탄화하는 일반적인 방법은, 원형의 연마정반(플래튼) 위에 연마패드를 첩부하고, 연마패드 표면을 금속용 연마액으로 적시고, 기체(基體)의 금속막을 형성한 면을 연마패드 표면에 꽉 눌러서, 연마패드의 이면으로부터 소정의 압력(이하, 연마 압력이라 기재한다.)을 금속막에 가한 상태에서 연마정반을 돌려서, 연마액과 금속막의 볼록부와의 기계적 마찰에 의해서 볼록부의 금속막을 제거하는 것이다.
CMP에 이용되는 금속용 연마액은, 통상은 고체 지립, 산화제 및 물로 이루어져 있다. 우선, 산화제에 의해서 금속막 표면을 산화하여 산화층을 형성하고, 그 산화층을 고체 지립에 의해서 깎아낸다고 여겨지고 있다. 오목부의 금속막 표면의 산화층은 연마패드에 그다지 접하지 않고, 고체 지립에 의한 깎아내는 효과가 미치지 않기 때문에, CMP의 진행과 함께 볼록부의 금속막의 산화층이 제거되어 기체 표면은 평탄화되는(저널ㆍ오브ㆍ일렉트로케미컬소사이어티지(Journal of Electrochemical Society), 제138권, 제11호(1991년 발행), 3460~3464페이지 참조).
CMP법에 있어서 연마 속도를 높이는 방법의 하나로서, 금속용 연마액에 산화 금속 용해제를 배합하는 방법이 알려져 있다(일본 특허공개공보 평8-83780호 공보). 고체 지립에 의해서 깎인 금속 산화물을 산화금속 용해제의 작용으로 용해시키 면 지립에 의한 깎아내는 효과가 증가하기 때문이라고 설명되어 있다. 산화금속 용해제의 배합에 의해 CMP에 의한 연마 속도는 향상하지만, 오목부의 금속막 표면의 산화층도 용해(에칭)되어 금속막 표면이 노출하면, 그 금속막 표면이 산화제에 의해서 더욱 산화되고, 이것이 반복되면 오목부에 있어서 금속막의 에칭이 진행하여, 평탄화 효과가 손상된다. 이것을 방지하기 위해서, 금속용 연마액에 더욱 벤조트리아졸 등의 에칭 방지제(보호막 형성제)가 첨가된다(일본 특허공개공보 평8-83780호 공보). 보호막 형성제는 금속막 표면의 산화층상에 보호막을 형성하고, 산화층이 에칭되는 것을 방지하는 것이다.
도 1에 LSI의 평탄화 공정의 일예를 나타낸다. 도 1의 (a)에 있어서, 층간절연막(1)의 표면에는 두께 B의 오목부, 두께 A1의 볼록부가 형성되어 있고, 층간절연막의 표면형상에 추종하여 배리어층(2)이 형성된다. 더욱이 구리나 구리합금 등의 배선 금속층(3)이 그 위에 형성되고, 오목부의 폭이 어느 정도 넓은 경우에는 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 배선 금속 표면에도 오목부가 형성된다.
우선 CMP용 연마액에 의해 오목부 이외의 배선 금속층(3)을 제거한다. 이 때, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 볼록부의 배선 금속층(3)을 완전히 제거하여도 좋고, 굳이 소량의 배선 금속층(3)을 남기도록 연마해도 좋다.
다음에 배리어 메탈용 CMP 연마액을 이용하여, TaN 또는 Ta의 배리어 메탈로 이루어지는 배리어층(2)를 연마하여 제거한다. 이 때 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 층간절연막(1)의 볼록부에 존재 할 수 있는 배리어층(2)의 잔사를 제거하기 위해서, 층간절연막(1)을 소량 연마한다. 따라서 연마 후의 층간절연막(1)의 두께 A2 와, 배리어층 연마 전의 층간절연막의 두께 A1와의 관계는, A1>A2가 된다.
도 1에 있어서 배선 금속층(3)이 구리 또는 구리합금, 층간절연막(1)이 SiO2, 배리어층(2)이 Ta 또는 TaN 등의 탄탈계 금속인 경우가 가장 일반적이지만, 상기와 같이, 층간절연막(1)의 볼록부에 존재하는 배리어층(2)의 잔사를 제거하기 위해서, 층간절연막(1)을 연마하는 경우에는, 배선 금속층(3)의 근방의 층간절연막 절연막(1)이, 그 이외의 층간절연막(1)보다도 과잉으로 깎여져서, 함몰이 생긴다고 하는 문제가 발생하기 쉽다. 이와 같은 함몰을 팽(fang) 또는 심(seam)이라 한다.
도 2의 (a)는, 라인 앤드 스페이스(lines and spaces)가 100μm/100μm인 배선기판의 단면 모식도이며, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 점선부(4)로 둘러싼 부분의 확대 모식도이다. 도 2의 (b)에 있어서 점선(5)은, 층간절연막(1)의 볼록부에 존재하는 배리어층(2)을 완전히 제거하여, 평탄하게 연마할 수 있었던 경우의 이상적인 연마 후의 상태를 나타낸다. 그러나, 일반적으로는 그와 같은 이상적인 연마는 곤란하고, 통상은, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 배선 금속층(3)이나 배리어층(2)이 다소 과잉으로 연마된다. 통상 이와 같은 배선 금속층(3)이나 배리어층(2)에 있어서 다소 과잉 연마는 큰 문제는 되지 않는다. CMP용 연마액의 연마 특성에 따라서는, 배선 금속층(3)의 옆 부근 또는 층간절연막(1)과 배리어층(2)의 계면 부근에 함몰되어, 이른바 심(6)이 생기는 일이 있다.
도 3은, 폭 9μm의 배선금속부와 폭 1μm의 층간절연막부가 서로 번갈아 늘어선 총 폭 1000μm의 미세배선부(8)를 가지는 배선기판의 단면 모식도이다. 이와 같은 배선금속부의 밀도가 높은 미세배선부(8)와 그 옆의 필드부와의 경계선 근방에 함몰되어, 이른바 팽(7)이 생기는 일이 있다.
팽이나 심 등의 함몰은, 기반을 적층했을 때에, 상층의 기반이 하층의 기반의 함몰에 추종하여 상층의 기반의 평탄화에 악영향을 주고, 경우에 따라서는 배선의 단락의 요인으로 되어 LSI의 제조 수율을 저하시키는 원인으로 된다.
본 발명의 목적은, TaN, Ta 등의 배리어 메탈로 이루어지는 배리어층, 배선 금속층 및 층간절연막을 연속하여 연마 가능하고, 이 때에, 배선 금속층의 근방의 층간절연막이, 그 이외의 층간절연막보다 과잉으로 깎여 함몰이 생기는 현상을 억제할 수 있는 CMP용 연마액을 제공하는 것이다.
발명의 개시
본 발명은, (1) 지립, 산, 하기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물 및 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액에 관한 것이다.
[화1]
Figure 112009000157130-PCT00001
(식(I) 중, R1은 각각 독립하여 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타내고, R2는 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타낸다.)
또한, 본 발명은, (2) 상기 일반식(I)에 있어서 R2가, 메틸렌기인 상기 (1) 기재의 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (3) 상기 일반식(I)에 있어서 R1이, 메틸렌기 또는 에틸렌기인 상기 (1) 기재의 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (4) 상기 톨릴트리아졸 화합물이, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일))메틸)이미노)비스에탄올, 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일))메틸)이미노)비스에탄올 또는 이들의 혼합물인 상기 (1) 기재의 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (5) CMP용 연마액 중에 있어서 Cu의 제타전위와, CMP용 연마액 중에 있어서 TaN의 제타전위와의 차이(절대치)가 20.0mV 이하인 상기 (1) 기재의 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (6) pH가 2~5인 상기 (1) 기재의 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (7) 상기 지립이 콜로이달 실리카인 상기 (1) 기재의 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (8) 금속의 산화제를 함유하여 이루어지는 상기 (1)~(7)의 어느 한 항에 기재된 CMP용 연마액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (9) 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간절연막과, 상기 층간절연막을 표면에 따라서 피복하는 배리어층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어층을 피복하는 배선 금속층을 가지는 기판의 배선 금속층을 연마하여 상기 볼록부의 배리어층을 노출시키는 제1의 화학기계 연마공정과, 상기 제1의 화학기계 연마공정에서 노출한 상기 기판의 배리어층을 상기 (1)~(8)의 어느 한 항에 기재된 CMP용 연마액을 이용하여 연마하여 상기 볼록부의 층간절연막을 노출시키는 제2의 화학기계 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (10) 상기 층간절연막이, 실리콘계 피막인 상기 (9) 기재의 연마방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (11) 상기 배선 금속이 구리, 구리합금, 구리의 산화물 및 구리합금의 산화물로부터 선택되는 적어도 1종인 상기 (9) 또는 (10) 기재의 연마방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, (12) 상기 배리어층이, 탄탈 또는 탄탈 화합물인 상기 (9)~(11)의 어느 한 항에 기재된 연마방법에 관한 것이다.
본 발명의 CMP용 연마액을 이용하는 것에 의해, TaN 또는 Ta 등의 배리어 메탈로 이루어지는 배리어층, 배선 금속층 및 층간절연막을 연속하여 연마 가능하고, 배선 금속층 근방의 층간절연막이 과잉으로 연마되는 것을 방지하여, 팽이나 심 등의 함몰의 발생을 억제할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 CMP용 연마액은, 배선에 사용하는 금속, 층간절연막 및 배리어 메탈과 같은 이종의 물질을 비선택적으로 연마할 수 있다. 이와 같은 CMP용 연마액을 비선택형 배리어 메탈 슬러리라고 부른다.
본 발명의 CMP용 연마액은, 지립, 산, 하기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물 및 물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
[화2]
Figure 112009000157130-PCT00002
(식(I) 중, R1은 각각 독립하여 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타내고, R2는 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타낸다.)
본 발명에서 이용하는 지립으로서는, 예를 들면, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아, 게르마니아, 탄화규소 등의 무기물 연마 입자, 폴리스티렌, 폴리아크릴, 폴리염화비닐 등의 유기물 연마 입자를 들 수 있다. 이들 중에서도, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아, 게르마니아가 바람직하고, 실리카 또는 알루미나가 보다 바람직하고, 실리카가 특히 바람직하다. 실리카 중에서도, CMP용 연마액 중에서의 분산 안정성이 좋고, CMP에 의해 발생하는 연마 상처(스크래치)의 발생수가 적은 점에서, 콜로이달 실리카가 바람직하고, 2차 입자경의 평균 입경이 150nm 이하의 콜로이달 실리카가 바람직하고 10~100nm가 보다 바람직하고 15~90nm가 더욱 바람직하다. 이들 지립는 1종류 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액 중에 있어서 지립의 제타전위는, 특히 실리카의 제타전위는, 상기 CMP용 연마액의 pH가 2~5일 때에 10mV 이하인 것이 바람직하고, 5mV 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 지립의 제타전위가 10mV를 넘으면 층간절연막의 연마 속도가 늦어지는 경향이 있다.
콜로이달 실리카는 실리콘알콕시드의 가수분해 또는 규산나트륨의 이온교환에 의한 공지의 제조방법에 의해 제조할 수 있고, 입경 제어성이나 알칼리금속 불순물의 점에서, 테트라메톡시실란 또는 테트라에톡시실란 등의 실리콘알콕시드를 가수분해하는 방법이 가장 많이 이용된다. 또한, 콜로이달알루미나는 질산알루미늄의 가수분해에 의한 공지의 제조방법에 의해 제조할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 지립의 배합량은, CMP용 연마액 100g에 대해서, 바람직하게는 0.5~20.0g, 보다 바람직하게는 1.0~15.0g이다. 상기 지립의 배합량이 0.5g 미만인 경우는, 층간절연막의 연마 속도가 늦어지는 경향이 있고, 비선택형 배리어 메탈 슬러리의 특성으로서는 만족할 수 있는 연마 속도로 되지 않을 가능성이 있다. 상기 지립의 배합량이 20.0g을 넘는 경우는, 지립이 응집하여 CMP용 연마액의 안정성이 악화하거나, 제조원가가 높아지게 되는 가능성이 있다.
본 발명에서 이용하는 산으로서는, 유기산, 유기산에스테르, 유기산의 암모늄염, 무기산, 무기산의 암모늄염 등을 들 수 있고, 구체적으로는, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 2-메틸부티르산, n-헥산산, 3,3-디메틸부티르산, 2-에틸부티르산, 4-메틸펜탄산, n-헵탄산, 2-메틸헥산산, n-옥탄산, 2-에틸 헥산산, 벤조산, 글리콜산, 살리실산, 글리세린산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루탈산, 아디프산, 피멜산, 말레산, 프탈산, 말산, 타르타르산, 시트르산 등의 유기산 또는 유기산의 에스테르; 이들 유기산의 암모늄염; 황산, 질산, 과황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄산 등의 무기산 또는 무기산의 암모늄염 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 실용적인 연마 속도가 얻어지는 점에서, 살리실산, 말산, 타르타르산, 시트르산 또는 글리콜산이 바람직하다. 이들 산은 1종류 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 산의 배합량은, CMP용 연마액 100g에 대해서, 바람직하게는 0.00005mol~0.020mol, 보다 바람직하게는 0.0001mol~0.010mol, 특히 바람직하게는 0.0004mol~0.0075mol이다. 상기 산의 배합량이 0.00005mol 미만인 경우는, 배선 금속, 특히 구리 또는 구리합금의 에칭이 곤란하게 되는 경향이 있고, 0.020mol을 넘는 경우는 배선 금속, 특히 구리 또는 구리합금의 에칭의 억제가 곤란하게 되는 경향으로 된다.
본 발명의 CMP용 연마액에서는, 하기 일반식(I)로 표시되는 특정의 톨릴트리아졸 화합물을 함유하는 것에 의해, 배선 금속층 근방의 층간절연막이 과잉으로 연마되는 것을 방지하여, 팽이나 심 등의 함몰의 발생을 억제할 수 있다.
[화3]
Figure 112009000157130-PCT00003
식(I) 중, R1은 각각 독립하여 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타내고, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 이소부틸렌기 등이 예시된다. 이들 중에서도, 메틸렌기 또는 에틸렌기가 바람직하고, 에틸렌기가 보다 바람직하다.
또한, 식(I) 중, R2는 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타내고, 상기와 동일한 알킬렌기가 예시되고, 그 중에서도, 메틸렌기 또는 에틸렌기가 바람직하고, 메틸렌기가 보다 바람직하다.
보다 구체적으로는, 상기 톨릴트리아졸 화합물은 하기 일반식(II)
[화4]
Figure 112009000157130-PCT00004
로 표시되는 화합물(식(II) 중, R1은 상기와 동일한 알킬렌기를 나타낸다.)가 바람직하고,
하기 일반식(III)
[화5]
Figure 112009000157130-PCT00005
로 표시되는 화합물이 보다 바람직하고, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올, 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올이 특히 바람직하다. 이들 톨릴트리아졸 화합물은 1종류 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있고, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올 및 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올의 혼합물이 바람직하게 이용된다. 상기 혼합물에 있어서, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올과 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올의 배합비율은, 특별히 한정되지 않고 적절히 선택된다. 이러한 혼합물의 시판품으로서는, 다이와화성주식회사제, 제품명 VERZONE TT-250A나, 성북화학공업주식회사제, 제품명 TT-LY가 이용된다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 톨릴트리아졸 화합물의 배합량은, CMP용 연마액 100g에 대해서, 바람직하게는 0.0001mol~0.05mol, 보다 바람직하게는 0.0003mol~0.010mol, 특히 바람직하게는 0.0005mol~0.005mol이다. 상기 톨릴트리아졸 화합물의 배합량이 0.05mol을 넘는 경우는, 배리어 메탈이나 배선 금속의 연마 속도가 지나치게 저하하는 경향이 있고, 0.0001mol 미만에서는, 배선 금속, 구체적으로는 구리 또는 구리합금에 대한 에칭 억제 효과가 작아지게 되는 경향이 있다.
본 발명의 CMP용 연마액은 금속의 산화제를 함유할 수 있다. 금속의 산화제로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 과산화수소, 질산, 과요오드산칼륨, 차아염소산염, 오존수 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 과산화수소가 바람직하다. 이들은 1종류 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액이 적용되는 기체(基體)가 집적회로용 소자를 포함하는 실리콘 기판인 경우는, 알칼리금속, 알칼리토류금속, 할로겐화물 등에 의한 오염을 피하기 위해서, 불휘발 성분을 포함하지 않는 금속의 산화제가 바람직하다. 또한, 오존수는 조성의 시간 변화가 격렬하기 때문에 주의를 필요로 한다. 또, 적용 대상의 기체가 반도체소자를 포함하지 않는 유리 기판인 경우는 불휘발 성분을 포함한 금속의 산화제이어도 상관 없다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 금속의 산화제의 배합량은, CMP용 연마액 100g에 대해서, 바람직하게는 0.00030mol~0.0080mol, 보다 바람직하게는 0.00035mol~0.0060mol, 특히 바람직하게는 0.00050mol~0.0030mol이다. 상기 금속의 산화제의 배합량이 0.00030mol 미만에서는, 배리어 메탈의 연마 속도가 늦어지는 경향이 있고, 0.0080mol을 넘으면, 층간절연막의 연마 속도가 빨라지게 되어, 눈금 감소가 격렬해지는 경향으로 된다. 금속의 산화제로서 과산화수소를 이용하는 경우의 배합량은, CMP용 연마액 100g에 대해서, 0.01~50g이 바람직하다. 과산화수소를 첨가하는 시기는 특별히 한정되지 않고, CMP용 연마액을 사용할 때라도 좋다.
본 발명의 CMP용 연마액은, 층간절연막의 습윤성 개량을 위해서 용제나 계면활성제를 함유할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 계면활성제로서는, 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제가 바람직하고, 특히 알칼리금속을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 폴리에틸렌글리콜형 비이온성 계면활성제, 글리콜류, 글리세린지방산에스테르, 소르비트지방산에스테르, 지방산알칸올아미드, 알코올황산에스테르염, 알킬에테르황산에스테르염, 알킬벤젠설폰산염, 알킬인산에스테르로부터 선택되는 적어도 1종이다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 용제로서는, 특별히 제한은 없지만, 물과 혼합할 수 있는 것이 바람직하고, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트 등의 탄산에스테르류; 부티로락톤, 프로피로락톤 등의 락톤류; 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 등의 글리콜류; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르나 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노에틸에테르나 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르, 트리에틸렌글리콜모노프로필에테르, 트리프로필렌글리콜모노프로필에테르나 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노부틸에테르 등의 글리콜모노에테르류, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리프로필렌글리콜디메틸에테르나 에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜디에틸에테르, 트리프로필렌글리콜디에틸에테르나 에틸렌글리콜디프로필에테르, 프로필렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디프로필렌글리콜디프로필에테르, 트리에틸렌글리콜디프로필에테르, 트리프로필렌글리콜디프로필에테르나 에틸렌글리콜디부틸에테르, 프로필렌글리콜디부틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 디프로필렌글리콜디부틸에테르, 트리에틸렌글리콜디부틸에테르, 트리프로필렌글리콜디부틸에테르 등의 글리콜디에테르류, 테트라히드로푸란, 디옥산, 디메톡시에탄, 폴리에틸렌옥사이드, 에틸렌글리콜모노메틸 아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 에테르류; 메탄올, 에탄올, 프로판올, n-부탄올, n-펜탄올, n-헥산올, 이소프로판올 등의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤류; 그 외 페놀, 디메틸포름아미드, n-메틸피롤리돈, 아세트산에틸, 젖산에틸, 설포란 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 바람직한 것은, 글리콜모노에테르류, 알코올류, 탄산에스테르류로부터 선택되는 적어도 1종이다.
또한, 본 발명의 CMP용 연마액은, 중량평균분자량이 500 이상인 수용성 폴리머를 함유할 수 있다. 중량평균분자량이 500 이상인 수용성 폴리머로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면 아르긴산, 펙트산, 카르복시메틸셀룰로스, 한천, 카드란 및 플룰란 등의 다당류; 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴릴리신, 폴리말산, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산암모늄염, 폴리메타크릴산나트륨염, 폴리아미드 산, 폴리말레산, 폴리이타콘산, 폴리푸마르산, 폴리(p-스티렌카르복실산), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 아미노폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산암모늄염, 폴리아크릴산나트륨염, 폴리아미드산, 폴리아미드산암모늄염, 폴리아미드산나트륨염 및 폴리글리옥실산 등의 폴리카르복실산, 폴리카르복실산에스테르 및 그 염; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리아크롤레인 등의 비닐계 폴리머등; 폴리에틸렌글리콜 등을 들 수 있다. 이들은 1종류 단독으로, 혹은 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다. 다만, 적용하는 기판이 반도체 집적회로용 실리콘 기판 등의 경우는 알칼리금속, 알칼리토류금속, 할로겐화물 등에 의한 오염은 바람직하지 않기 때문에, 산 혹은 그 암모늄염이 바람직하다. 기체가 유리 기판 등인 경우는 예외로 한다. 그 중에서도 펙트산, 한천, 폴리말산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴산암모늄염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올 및 폴리비닐피롤리돈, 그들의 에스테르 및 그들의 암모늄염이 바람직하다. 수용성 폴리머의 중량평균분자량은, 겔퍼미에이션크로마토그래피에 의해 표준 폴리스티렌의 교정곡선을 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액은, 이하에 예시하는 보호막 형성제를 함유할 수 있다. 이러한 보호막 형성제로서는, 예를 들면, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 3-아미노-1H-1,2,4-트리아졸, 벤조트리아졸, 1-히드록시벤조트리아졸, 1-디히드록시프로필벤조트리아졸, 2,3-디카르복시프로필벤조트리아졸, 4-히드록시벤조트리아졸, 4-카르복실(-1H-)벤조트리아졸, 4-카르복실(-1H-)벤조트리아졸메틸에스테르, 4-카르복실(-1H-)벤조트리아졸부틸에스테르, 4-카르복실(-1H-)벤조트리아졸옥틸에스테르, 5-헥실벤조트리아졸, [1,2,3-벤조트리아조릴-1-메틸][1,2,4-트리아조릴-1-메틸][2-에틸헥실]아민, 톨릴트리아졸, 나프토트리아졸, 비스[(1-벤조트리아조릴)메틸]포스폰산 등의 트리아졸 골격을 가지는 화합물; 3,5-디메틸피라졸, 3-메틸-5-피라조론, 3-아미노-5-메틸피라졸, 3-아미노-5-히드록시피라졸, 3-아미노-5-메틸피라졸 등의 피라졸 골격을 가지는 화합물; 피리미딘, 1,2,4-트리아졸로[1,5-a]피리미딘, 1,3,4,6,7,8-헥사히드로-2H-피리미도[1,2-a]피리미딘, 1,3-디페닐-피리미딘-2,4,6-트리온, 1,4,5,6-테트라히드로피리미딘, 2,4,5,6-테트라아미노피리미딘설페이트, 2,4,5-트리히드록시피리미딘, 2,4,6-트리아미노피리미딘, 2,4,6-트리클로로 피리미딘, 2,4,6-트리메톡시피리미딘, 2,4,6-트리페닐피리미딘, 2,4-디아미노-6-히드록실피리미딘, 2,4-디아미노피리미딘, 2-아세토아미드피리미딘, 2-아미노피리미딘, 2-메틸-5,7-디페닐-(1,2,4)트리아졸로(1,5-a)피리미딘, 2-메틸설파닐릴-5,7-디페닐-(1,2,4)트리아졸로(1,5-a)피리미딘, 2-메틸설파닐릴-5,7-디페닐-4,7-디히드로-(1,2,4)트리아졸로(1,5-a)피리미딘, 4-아미노피라졸로[3,4-d]피리미딘, 7-히드록시-5-메틸-(2,3a)-트리아졸로피리미딘 등의 피리미딘 골격을 가지는 화합물; 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-프로필이미다졸, 2-부틸이미다졸, 4-메틸이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 메르캅토벤조이미다졸 등의 이미다졸 골격을 가지는 화합물; 1,3-디페닐구아니딘, 1-메틸-3-니트로구아니딘 등의 구아니딘 골격을 가지는 화합물; 2-아미노티아졸, 4,5-디메틸티아졸, 2-아미노-2-티아졸린, 2,4-디메틸티아졸, 2-아미노-4-메틸티아졸 등의 티아졸 골격을 가지는 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 1종류 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액에 있어서 상기 보호막 형성제를 배합하는 경우, 상기 보호막 형성제와 상기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물과의 합계량이, CMP용 연마액 100g에 대해서, 0.0001mol~0.05mol인 것이 바람직하고, 0.0003mol~0.005mol인 것이 보다 바람직하고, 0.0005mol~0.0035mol인 것이 특히 바람직하다. 상기 합계량이 0.0001mol 미만에서는, 배선 금속, 구체적으로는 구리 또는 구리합금에 대한 에칭 억제 효과가 작아지게 되는 경향이 있고, 0.05mol을 넘으면, 배리어 메탈, 구체적으로는 TaN 또는 Ta의 연마 속도가 늦어지게 되는 경향이 있다.
본 발명의 CMP용 연마액의 pH는, 2~5인 것이 바람직하고, 2~4인 것이 보다 바람직하고, 연마 특성의 점에서 2~3인 것이 특히 바람직하다. 상기 pH가 2 미만인 경우는, 지립이 응집하여 CMP용 연마액의 보존 안정성이 손상되거나, 배선 금속, 구체적으로는 구리 또는 구리합금에 대한 에칭 억제 효과가 작아지거나, 부식이 발생하거나 하여 배선의 결손 등의 불량이 생길 가능성이 있다. 상기 pH가 5를 넘는 경우는 소망의 연마 특성이 얻어지지 않을 가능성이 있다. CMP용 연마액의 pH는, 전술의 산의 종류나 첨가량을 적절히 조절하는 것에 의해 상기 범위로 조정할 수 있다.
본 발명의 CMP용 연마액 중에 있어서 배선 금속의 제타전위와 CMP용 연마액 중에 있어서 배리어 메탈의 제타전위와의 차이(절대치)는, 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는 CMP용 연마액 중에 있어서 Cu의 제타전위와 CMP용 연마액 중에 있어서 TaN의 제타전위와의 차이(절대치)가, 20.0mV 이하인 것이 바람직하고, 0.0~19.0mV인 것이 보다 바람직하고, 10~19mV 이하인 것이 특히 바람직하다. 상기 제타전위의 차이(절대치)가 20mV를 넘으면, 함몰을 억제할 수 없는 경향이 있다.
또한, 본 발명의 CMP용 연마액 중에 있어서 배선 금속의 제타전위는, 배선 금속층 근방의 층간절연막이 과잉으로 연마되는 것을 방지하여, 팽이나 심 등의 함몰의 발생을 억제할 수 있는 점에서, 마이너스의 값인 것이 바람직하다. 구체적으로는 CMP용 연마액 중에 있어서 Cu의 제타전위는, 0mV 미만인 것이 바람직하고, -5 mV 미만인 것이 보다 바람직하다. 배선 금속의 제타전위를 상기 범위로 조정하는 방법으로서는, 예를 들면, 상기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물을 첨가하는 방법을 들 수 있고, 바람직하게는, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올, 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올 등의 톨릴트리아졸 화합물을 첨가하는 방법을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 CMP용 연마액 중에 있어서 배리어 메탈의 제타전위는, 배선 금속의 제타전위와의 차이를 작게 할 수 있다는 점에서, 19mV 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는 CMP용 연마액 중에 있어서 TaN의 제타전위는, 19mV 이하인 것이 바람직하고, 18mV 이하인 것이 보다 바람직하다. 배리어 메탈의 제타전위를 상기 범위로 조정하는 방법으로서는, 예를 들면, 상기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물을 첨가하는 방법을 들 수 있고, 바람직하게는, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올, 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸이미노)비스에탄올 등의 톨릴트리아졸 화합물을 첨가하는 방법을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 CMP용 연마액 중에 있어서 지립의 제타전위는, 등전점인 OmV 부근인 것이 층간절연막을 연마하는데 있어서 바람직하다. 구체적으로는 CMP용 연마액 중에 있어서 실리카의 제타전위는, -10~10mV인 것이 바람직하고, -5~5mV인 것이 보다 바람직하다. 지립의 제타전위를 상기 범위로 조정하는 방법으로서는, 예를 들면, 산 등을 첨가하여 pH를 조정하는 방법이나 실란커플링제 등을 첨가하여 지립 표면을 수식(修飾)하는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 제타전위는 전기영동법에 의해 구해지는 것이고, MALVERN 사제의 제타전위 측정장치 ZETASIZER3000HSA를 이용하여 측정할 수 있다. 지립의 제타전위는, 본 발명의 CMP용 연마를 상기 측정장치를 이용하여 구할 수 있다. 배선 금속 또는 배리어 메탈의 제타전위의 방법은, 우선, 지립을 포함하지 않은 것 이외에는 상기 CMP용 연마액과 동일한 조성인 혼합액을 준비한다. 그 혼합액 100중량부에 대해서 배선 금속 또는 배리어 메탈의 분말(구체적으로는 Cu 또는 TaN) 1중량부를 첨가하여, 잘 교반하여 시료를 제작하고, 상기 측정장치를 이용하여 제타전위를 구한다. 배선 금속 또는 배리어 메탈의 분말의 크기는 제타전위에 큰 영향을 주지 않지만, 측정장치의 특성에 맞추어 적절히 결정할 수 있고, 예를 들면 45μm의 메쉬를 통과한 분말 입자, 75μm의 메쉬를 통과한 분말 입자, 또는 150메쉬(150개/inch)를 통과한 입경 약 1μm의 분말 입자 등을 사용할 수 있다. 제타전위는 각각 5회 측정해하고, 그 평균치를 측정치로 한다.
이상 서술한 본 발명의 CMP용 연마액을 이용하는 것에 의해, TaN 또는 Ta 등의 배리어 메탈로 이루어지는 배리어층, 배선 금속층 및 층간절연막을 연속하여 연마 가능하고, 배선 금속층 근방의 층간절연막이 과잉으로 연마되는 것을 방지하여, 팽이나 심 등의 함몰의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 연마방법은, 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간절연막과, 상기 층간절연막을 표면에 따라서 피복하는 배리어층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어층을 피복하는 배선 금속층을 가지는 기판의 배선 금속층을 연마하여 상기 볼록부의 배리어층을 노출시키는 제1의 화학기계 연마공정과, 상기 제1의 화학기계 연마공정에서 노출한 상기 기판의 배리어층을 본 발명의 CMP용 연마액을 이용하여 연마하여 상기 볼록부의 층간절연막을 노출시키는 제2의 화학기계 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
배선 금속층을 형성하는 배선 금속은, 예를 들면, 구리, 구리합금, 구리의 산화물, 구리합금의 산화물 등을 들 수 있다. 배선 금속층으로서는 공지의 스퍼터법법, 도금법에 의해 상기 배선을 성막한 막을 사용할 수 있다.
배리어층은, 층간절연막 중으로의 배선 금속이 확산하는 것을 방지하기 위해서, 및 층간절연막과 배선 금속과의 밀착성을 향상시키기 위해서 형성된다. 배리어층의 조성은, 텅스텐, 질화텅스텐, 텅스텐합금 등의 텅스텐 화합물, 티탄, 질화티탄, 티탄합금 등의 티탄 화합물, 탄탈, 질화탄탈, 탄탈합금 등의 탄탈 화합물, 루테늄, 루테늄 화합물로부터 선택되는 것이 바람직하고, 탄탈 또는 탄탈 화합물이 보다 바람직하다. 배리어층은, 이들의 1종으로 이루어지는 단층 구조이어도, 2종 이상으로 이루어지는 적층 구조이어도 상관 없다.
층간절연막은, 예를 들면, 실리콘계 피막이나 유기 폴리머막 등을 들 수 있고, 실리콘계 피막이 최적이다. 실리콘계 피막으로서는, 이산화규소, 플루오로실리케이트글래스, 트리메틸실란이나 디메톡시디메틸실란을 출발 원료로 하여 얻어지는 오르가노실리케이트글래스, 실리콘옥시나이트라이드, 수소화실세스퀴옥산 등의 실리카계 피막이나, 실리콘 카바이드 및 실리콘나이트라이드를 들 수 있다. 또한, 유기 폴리머막으로서는, 전방향족계 저유전율 층간절연막을 들 수 있다. 이들의 막은, CVD법, 스핀 코트법, 딥 코트법, 또는 스프레이법에 의해 성막된다.
화학기계 연마공정에 있어서 연마방법으로서는, 피연마면을 가지는 기판을 연마정반의 연마패드 위에 압압한 상태로 연마패드와 기판의 사이에 CMP용 연마액을 공급하면서 연마정반과 기판을 상대적으로 움직이는 것에 의해서 피연마면을 연마하는 방법을 들 수 있다. 사용할 수 있는 연마장치로서는, 피연마막을 가지는 기판을 유지하는 홀더와, 연마포(패드)를 첩부 가능하고, 회전수가 변경 가능한 모터 등을 설치하고 있는 연마정반을 가지는 일반적인 연마장치를 사용할 수 있다.
연마정반상의 연마포로서는, 일반적인 부직포, 발포 폴리우레탄, 다공질 불소수지 등을 사용할 수 있고, 특별히 제한이 없다. 또한, 연마포에는 CMP용 연마액이 고이도록 홈 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 연마 조건에 제한은 없지만, 정반의 회전속도는 반도체기판이 튀어 나오지 않도록 200rpm 이하의 저회전이 바람직하고, 반도체기판에 걸리는 압력(가공 하중)은 연마 후에 상처가 발생하지 않도록 0.357kg/㎠ 이하가 바람직하다.
기판의 피연마막을 연마포에 압압한 상태에서 연마포와 피연마막을 상대적으로 움직이려면, 구체적으로는 기판과 연마정반과의 적어도 한쪽을 움직이면 좋다. 연마정반을 회전시키는 것 이외에, 홀더를 회전이나 요동시켜 연마해도 좋다. 또한, 연마정반을 유성 회전시키는 연마방법, 벨트상의 연마포를 긴 방향의 한쪽 방향으로 직선상으로 움직이는 연마방법 등을 들 수 있다. 또, 홀더는 고정, 회전, 요동의 어느 상태이더라도 좋다. 이들의 연마방법은, 연마포와 피연마막을 상대적에 움직인다면, 피연마면이나 연마장치에 의해 적절히 선택할 수 있다.
연마하고 있는 사이, 연마포와 피연마막의 사이에는 본 발명의 CMP용 연마액을 펌프 등으로 연속적으로 공급한다. 이 공급량에 제한은 없지만, 연마포의 표면이 항상 연마액으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 연마포 면적 1㎠당, 0.005~0.40밀리리터 공급되는 것이 바람직하다.
연마 종료 후의 반도체 기판은, 유수 중에서 잘 세정 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 반도체기판상에 부착한 물방울을 떨어뜨리고 나서 건조시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 CMP용 연마액을 이용한 상기 연마방법을 행하는 것에 의해, 배선 금속층에 대한 배선 금속층 근방의 층간절연막의 함몰량을 20nm 이하로 억제할 수 있다.
도 1은 연마공정의 일예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 라인 앤드 스페이스가 100μm/100μm인 배선기판에 있어서 심을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 9μm/1μm의 미세배선부를 가지는 배선기판에 있어서 팽을 나타내는 단면 모식도이다.
이하, 실시예에 의해, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
(1) 제타전위 측정
ㆍ측정장치:ZETASIZER3000HSA(MALVERN사제)
ㆍ측정방법:시료를 주사기로 5ml 채취하고, 시료를 주사기로 장치 내의 측정 셀에 주입한다. 측정온도를 20℃, 용매종을 물에 설정하여 측정한다. 상기 측정을 5회 반복하고, 평균치를 측정치로 한다.
(2) 연마 조건
ㆍ구리 배선 부착 기체:SMATECH사의 S854를 사용했다. S854의 구리막을, 히타치화성공업주식회사제의 HS-C430를 이용하여 연마했다.
ㆍ연마장치:CMP용 연마기(업라이드머티리얼즈제, MIRRA3400)
ㆍ연마패드:독립 기포를 가지는 발포 폴리우레탄 수지
ㆍ연마 압력:140gf/㎠
ㆍ정반 회전수:93회/분
ㆍ헤드 회전수:87회/분
ㆍ슬러리 유량:200mL/분
ㆍ연마 시간:층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마 시간을 설정했다.
(3) 연마품의 평탄성 평가방법
ㆍ심량:구리 배선 부착 기체를 이용하여 연마를 행하고, 배선 금속부 폭 100μm, 절연막부 폭 100μm가 서로 번갈아 늘어선 스트라이프상 패턴부에 있어서, 배선 금속층에 대한 배선 금속층 근방의 층간절연막의 함몰량을 촉침식 단차계로 평가했다.
ㆍ팽량:구리 배선 부착 기체를 이용하여 연마를 행하고, 배선 금속부 폭 9μm, 절연막부 폭 1μm가 서로 번갈아 늘어선 스트라이프상 패턴부에 있어서, 배선 금속층에 대한 배선 금속층 근방의 층간절연막의 함몰량을 촉침식 단차계로 평가 했다.
ㆍ절연막부 막두께:구리 배선 부착 기체를 이용하여 연마를 행하고, 광학식 막후계로 패턴이 없는 필드부의 절연막부의 막두께를 구했다.
또, 상기 촉침식 단차계는 Veeco사제, 200V-SI를 이용하여, 하중 5mg, 주사속도 100μm/60초의 조건에서 측정을 행했다.
(실시예 1)
(1-1) 연마액(A)의 제작과 평가
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 톨릴트리아졸 화합물로서 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일))메틸)이미노)비스에탄올, 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일))메틸)이미노)비스에탄올의 혼합물(다이와화성주식회사제, 제품명 VERZONE TT-250A를 이용했다. 이하, 「톨릴트리아졸 화합물 A」라 기재한다.)을 0.5중량부, 시트르산을 0.5중량부, 중량평균분자량 59000의 폴리아크릴산을 0.1중량부, 순수를 88.9중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(A)를 제작했다. 연마액(A)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
또, 콜로이달 실리카는 테트라에톡시실란의 암모니아 용액 중에서의 가수분해에 의해 제작했다.
연마액(A) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 1.5mV이었다.
연마액(A)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 0nm, 팽량은 0nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(1-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 및 평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 97.9중 량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (1-1)의 연마액(A)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(ATa)를 제작했다. 시료(ATa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -25.4mV이었다.
(1-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 및 평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 97.9중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (1-1)의 연마액(A)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(ACu)를 제작했다. 시료(ACu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -9.9mV이었다.
또, TaN분은, 주식회사고순도화학연구소 TaN분말 TAIO5PB를 사용했다.
또, Cu분은, 주식회사고순도화학연구소 Cu분말 CUEO8PB를 사용했다.
(실시예 2)
(2-1) 연마액(B)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 1의 (1-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(B)를 제작했다. 연마액(B)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(B) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 2.2mV이었다.
연마액(B)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 0nm, 팽량은 0nm이며, 배선 금속 층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(2-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 1의 (1-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(BTa)를 제작했다. 시료(BTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -27.7mV이었다.
(2-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 1의 (1-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(BCu)를 제작했다. 시료(BCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -10.9mV이었다.
(실시예 3)
(3-1) 연마액(C)의 제작과 평가
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카를 10.0중량부, 톨릴트리아졸 화합물 A를 1.0중량부, 말산을 1.0중량부, 프로필렌글리콜모노프로필에테르를 10.0중량부, 폴리아크릴산을 0.1중량부, 순수를 77.9중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(C)를 제작했다. 연마액(C)의 pH를 측정한 결과, 2.8이었다.
연마액(C) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 1.6mV이었다.
연마액(C)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 1nm, 팽량은 0nm이며, 배선 금속 층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(3-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 10.0중량부 대신, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 86.9중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (3-1)의 연마액(C)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(CTa)를 제작했다. 시료(CTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -26.3mV이었다.
(3-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 10.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 86.9중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (3-1)의 연마액(C)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(CCu)를 제작했다. 시료(CCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -7.9mV이었다.
(실시예 4)
(4-1) 연마액(D)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 3의 (3-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(D)를 제작했다. 연마액(D)의 pH를 측정한 결과, 2.8이었다.
연마액(D) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 1.7mV이었다.
연마액(D)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 1nm, 팽량은 1nm이며, 배선 금속 층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(4-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 3의 (3-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(DTa)를 제작했다. 시료(DTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -26.5mV이었다.
(4-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 3의 (3-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(DCu)를 제작했다. 시료(DCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -8.7mV이었다.
(실시예 5)
(5-1) 연마액(E)의 제작과 평가
평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 톨릴트리아졸 화합물 A를 0.5중량부, 1,2,4-트리아졸을 0.1중량부, 말산을 0.5중량부, 메탄올을 1.0중량부, 순수를 92.9중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(E)를 제작했다. 연마액(E)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(E) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 2.1mV이었다.
연마액(E)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 1nm, 팽량은 0nm이며, 배선 금속 층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(5-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 96.9중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (5-1)의 연마액(E)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(ETa)를 제작했다. 시료(ETa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -27.7mV이었다.
(5-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 96.9중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (5-1)의 연마액(E)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(ECu)를 제작했다. 시료(ECu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -13.1mV이었다.
(실시예 6)
(6-1) 연마액(F)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 5의 (5-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(F)를 제작했다. 연마액(F)의 pH를 측정한 결과, 2.8이었다.
연마액(F) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 1.7mV이었다.
연마액(F)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 1nm, 팽량은 0nm이며, 배선 금속 층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(6-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 5의 (5-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(FTa)를 제작했다. 시료(FTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -25.3mV이었다.
(6-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 5의 (5-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(FCu)를 제작했다. 시료(FCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -7.7mV이었다.
(실시예 7)
(7-1) 연마액(G)의 제작과 평가
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 톨릴트리아졸 화합물 A를 0.2중량부, 7히드록시-5메틸-2,3a-트리아조피리미딘을 0.1중량부, 살리실산을 0.2중량부, 프로필렌글리콜모노프로필에테르를 5.0중량부, 순수를 89.5중량부를 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(G)를 제작했다. 연마액(G)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(G) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 2.2mV이었다.
연마액(G)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부 의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 2nm, 팽량은 1nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(7-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 94.5중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (7-1)의 연마액(G)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(GTa)를 제작했다. 시료(GTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -27.0mV이었다.
(7-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 94.5중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (7-1)의 연마액(G)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(GCu)를 제작했다. 시료(GCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -9.9mV이었다.
(실시예 8)
(8-1) 연마액(H)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 7의 (7-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(H)를 제작했다. 연마액(H)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(H) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 2.3mV이었다.
연마액(H)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부 의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 2nm, 팽량은 2nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 함몰은 발생하지 않았다.
(8-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 7의 (7-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(HTa)를 제작했다. 시료(HTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -27.9mV이었다.
(8-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 실시예 7의 (7-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(HCu)를 제작했다. 시료(HCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, -11.0mV이었다.
이상, 실시예 1~8의 연마액(A)~(H)의 조성, 시료(ATa)~(HTa)의 조성, 시료(ACu)~(HCu)의 조성 및 평가 결과에 관해서 표 1 및 표 2에 나타낸다.
Figure 112009000157130-PCT00006
Figure 112009000157130-PCT00007
(비교예 1)
(9-1) 연마액(I)의 제작과 평가
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 벤조트리아졸을 0.2중량부, 시트르산을 0.5중량부, 폴리아크릴산을 0.1중량부, 순수를 89.2중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(I)을 제작했다. 연마액(I)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(I) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, -1.0mV이었다.
연마액(I)을 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 53nm, 팽량은 45nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(9-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 및 평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 98.2중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (9-1)의 연마액(I)과 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(ITa)를 제작했다. 시료(ITa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -29.4mV이었다.
(9-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 및 평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 98.2중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (9-1)의 연마액(I)과 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(ICu)를 제작했다. 시료(ICu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 16.2mV이었다.
(비교예 2)
(10-1) 연마액(J)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 1의 (9-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(J)를 제작했다. 연마액(J)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(J) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, -1.3mV이었다.
연마액(J)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 60nm, 팽량은 50nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(10-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 1의 (9-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(JTa)를 제작했다. 시료(JTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -28.9mV이었다.
(10-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 1의 (9-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(JCu)를 제작했다. 시료(JCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 15.9mV이었다.
(비교예 3)
(11-1) 연마액(K)의 제작과 평가
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카를 10.0중량부, 벤조트리아졸을 0.2중량부, 말산을 1.0중량부, 프로필렌글리콜모노프로필에테르를 10.0중량부, 폴리아크릴산을 0.1중량부, 순수를 78.7중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(K)를 제작했다. 연마액(K)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(K) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 1.6mV이었다.
연마액(K)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 66nm, 팽량은 53nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(11-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 10.0중량부 대신에, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 87.7중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (11-1)의 연마액(K)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(KTa)를 제작했다. 시료(KTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -19.6mV이었다.
(11-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 10.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 87.7중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (11-1)의 연마액(K)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(KCu)를 제작했다. 시료(KCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 2.7mV이었다.
(비교예 4)
(12-1) 연마액(L)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 3의 (11-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(L)을 제작했다. 연마액(L)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(L) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 1.4mV이었다.
연마액(L)을 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 59nm, 팽량은 53nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(12-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 3의 (11-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(LTa)를 제작했다. 시료(LTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -20.6mV이었다.
(12-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 3의 (11-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(LCu)를 제작했다. 시료(LCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 2.1mV이었다.
(비교예 5)
(13-1) 연마액(M)의 제작과 평가
평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 벤조트리아졸을 0.2중량부, 1,2,4-트리아졸을 0.1중량부, 말산을 0.5중량부, 메탄올을 1.0중량부, 순수를 93.2중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(M)을 제작했다. 연마액(M)의 pH를 측정한 결과, 2.8이었다.
연마액(M) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, -0.2 mV이었다.
연마액(M)을 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 55nm, 팽량은 50nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(13-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 97.2중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (13-1)의 연마액(M)과 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(MTa)를 제작했다. 시료(MTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -38.6mV이었다.
(13-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 70nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, Cu분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 97.2중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (13-1)의 연마액(M)과 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(MCu)를 제작했다. 시료(MCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 20.1mV이었다.
(비교예 6)
(14-1) 연마액(N)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 5의 (13-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(N)을 제작했다. 연마액(N)의 pH를 측정한 결과, 2.8이었다.
연마액(N) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 0.0mV이었다.
연마액(N)을 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 53nm, 팽량은 47nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(14-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 5의 (13-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(NTa)를 제작했다. 시료(NTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -38.1mV이었다.
(14-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 5의 (13-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(NCu)를 제작했다. 시료(NCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 12.0mV이었다.
(비교예 7)
(15-1) 연마액(O)의 제작과 평가
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카를 5.0중량부, 벤조트리아졸을 0.1중량부, 7히드록시-5메틸-2,3a-트리아조피리미딘을 0.1중량부, 살리실산을 0.2중량부, 프로필렌글리콜모노프로필에테르를 5.0중량부, 순수를 89.6중량부 취하여, 잘 교반ㆍ혼합했다. 다음에, 이 혼합액과 과산화수소(시약특급, 30% 수용액)를 100.0:0.3의 중량 비율로 혼합하여, 연마액(0)를 제작했다. 연마액(0)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(0) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 2.1mV이었다.
연마액(0)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 71nm, 팽량은 66nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(15-2) TaN분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, TaN분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 93.6중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (15-1)의 연마액(0)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(0Ta)를 제작했다. 시료(0Ta) 중의 TaN분의 제타 전위를 측정한 결과, -18.9mV이었다.
(15-3) Cu분의 제타전위의 측정
평균 2차 입경 30nm의 콜로이달 실리카 5.0중량부 대신에, Ta분을 1.0중량부 이용하는 것, 순수를 93.6중량부 이용하는 것 이외에는, 상기 (15-1)의 연마액(0)와 동일한 조성으로 각 성분을 혼합하여, 시료(0Cu)를 제작했다. 시료(0Cu) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, 1.7mV이었다.
(비교예 8)
(16-1) 연마액(P)의 제작과 평가
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 7의 (15-1)과 동일하게 조작을 행하여, 연마액(P)를 제작했다. 연마액(P)의 pH를 측정한 결과, 2.7이었다.
연마액(P) 중의 콜로이달 실리카의 제타전위를 측정한 결과, 0.2mV이었다.
연마액(P)를 이용하여 구리 배선 부착 기체를 연마하여, 층간절연막 필드부의 연마량이 70nm가 되도록 연마한 결과, 심량은 70nm, 팽량은 60nm이며, 배선 금속층 근방의 층간절연막에 깊은 함몰이 발생했다.
(16-2) TaN분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 7의 (15-2)와 동일하게 조작을 행하여, 시료(PTa)를 제작했다. 시료(PTa) 중의 TaN분의 제타전위를 측정한 결과, -20.6mV이었다.
(16-3) Cu분의 제타전위의 측정
과산화수소의 중량 비율을 0.9로 하는 것 이외에는, 비교예 7의 (15-3)과 동일하게 조작을 행하여, 시료(PCu)를 제작했다. 시료(PCu) 중의 Cu분의 제타전위를 측정한 결과, 3.5mV이었다.
이상, 비교예 1~8의 연마액(I)~(P)의 조성, 시료(ITa)~(PTa)의 조성, 시료(ICu)~(PCu)의 조성 및 평가 결과에 관해서 표 3 및 표 4에 나타낸다.
Figure 112009000157130-PCT00008
Figure 112009000157130-PCT00009
본 발명의 실시예 1~8에 나타내는 연마액은, TaN 및 기체의 SiO2를 연속하여 연마 가능하고, 비교예의 연마액 1~8과 비교하여, 함몰량이 작아서 양호하다는 것을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 지립, 산, 하기 일반식(I)로 표시되는 톨릴트리아졸 화합물 및 물을 함유하는 것을 특징으로 하는 CMP용 연마액.
    [화1]
    Figure 112009000157130-PCT00010
    (식(I) 중, R1은 각각 독립하여 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타내고, R2는 탄소수 1~4의 알킬렌기를 나타낸다.)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 일반식(I)에 있어서 R2가, 메틸렌기인 CMP용 연마액.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 일반식(I)에 있어서 R1이, 메틸렌기 또는 에틸렌기인 CMP용 연마액.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 톨릴트리아졸 화합물이, 2,2'((4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일))메틸)이미노)비스에탄올, 2,2'((5-메틸-1H-벤조트리아졸-1-일)메틸)이미노)비스에탄올 또는 이들의 혼합물인 CMP용 연마액.
  5. 제 1항에 있어서, CMP용 연마액 중에 있어서 Cu의 제타전위와, CMP용 연마액 중에 있어서 TaN의 제타전위와의 차이(절대치)가 20.0mV 이하인 CMP용 연마액.
  6. 제 1항에 있어서, pH가 2~5인 CMP용 연마액.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 지립이 콜로이달 실리카인 CMP용 연마액.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 금속의 산화제를 함유하여 이루어지는 CMP용 연마액.
  9. 표면이 오목부 및 볼록부로 이루어지는 층간절연막과, 상기 층간절연막을 표면에 따라서 피복하는 배리어층과, 상기 오목부를 충전하여 배리어층을 피복하는 배선 금속층을 가지는 기판의 배선 금속층을 연마하여 상기 볼록부의 배리어층을 노출시키는 제1의 화학기계 연마공정과,
    상기 제1의 화학기계 연마공정에서 노출한 상기 기판의 배리어층을 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 CMP용 연마액을 이용하여 연마하여 상기 볼록 부의 층간절연막을 노출시키는 제2의 화학기계 연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 층간절연막이, 실리콘계 피막인 연마방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 배선 금속이 구리, 구리합금, 구리의 산화물 및 구리합금의 산화물로부터 선택되는 적어도 1종인 연마방법.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배리어층이, 탄탈 또는 탄탈 화합물인 연마방법.
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Patent event date: 20120208

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20111221

Effective date: 20130130

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20130130

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20111221

Decision date: 20130130

Appeal identifier: 2011101010004