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KR100762091B1 - Chemical Mechanical Abrasive Slurry Composition for Copper Damasine Process - Google Patents

Chemical Mechanical Abrasive Slurry Composition for Copper Damasine Process Download PDF

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KR100762091B1
KR100762091B1 KR1020060030372A KR20060030372A KR100762091B1 KR 100762091 B1 KR100762091 B1 KR 100762091B1 KR 1020060030372 A KR1020060030372 A KR 1020060030372A KR 20060030372 A KR20060030372 A KR 20060030372A KR 100762091 B1 KR100762091 B1 KR 100762091B1
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KR
South Korea
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weight
copper
acid
chemical mechanical
damascene process
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Application number
KR1020060030372A
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Korean (ko)
Inventor
김석주
박휴범
한덕수
Original Assignee
테크노세미켐 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 중 구리 다마신 공정을 수행하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12 중량%과 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상의 첨가제 0.001 내지 5 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 2 내지 12인 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry composition for performing a copper damascene process in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, 0.5 to 12% by weight of the abrasive and gluconic acid, morpholine, taurine, alumina, based on the total weight of the slurry. For chemical mechanical polishing for copper damascene processes containing from 0.001 to 5% by weight of one or more additives selected from compounds selected from dific acid or aminoalcohol or salts thereof and free of oxidizing agents and having a pH of 2 to 12 It provides a slurry composition.

본 발명에 따른 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마용 슬러리는 산화제를 함유하지 않아 연마재현성이 뛰어나고, 부동에칭속도가 낮으며, 구리, 실리콘 산화막 및 탄탈계막의 연마 속도가 적절하여 1차 연마에서 발생하는 디싱 또는 에로젼을 제거하기 용이한 장점을 가지고 있고, 분산안정성이 뛰어나며, 스크래치 발생이 낮아 구리 다마신 공정의 2차 연마용 슬러리로 유용하다.The secondary chemical mechanical polishing slurry of the copper damascene process according to the present invention does not contain an oxidizing agent and thus has excellent abrasive reproducibility, low floating etching rate, and suitable polishing rate for copper, silicon oxide film and tantalum based film. It has the advantage of easy to remove dishing or erosion generated in, excellent dispersion stability, low scratch generation is useful as a secondary polishing slurry of copper damascene process.

Description

구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물{CMP Slurry composition for copper damascene process}Chemical mechanical polishing slurry composition for copper damascene process {CMP Slurry composition for copper damascene process}

본 발명은 반도체 제조 공정 중 구리 다마신 공정을 수행하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마용 슬러리에 대한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry composition for performing a copper damascene process in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to a slurry for secondary chemical mechanical polishing of a copper damascene process.

1997년 IBM에 의하여 다마신 공정(Damascene process)을 이용한 구리 칩(chip)을 발표한 이후, 디바이스 상의 배선 미세화로 인한 배선 저항 증가를 해결하기 위해 배선 재료로서 텅스텐이나 알루미늄 대신 구리를 사용 하는 예가 증가하고 있다. 구리를 금속배선으로 사용하는 경우에는 플라즈마를 이용한 식각 공정이 불가능하기 때문에 다마신 공정이 필수적이며 이때 구리 CMP 공정이 반드시 필요하다. 구리 배선을 적용한 반도체 소자의 증가는 구리 CMP 슬러리의 중요성을 증가시키고 있다.Since IBM announced copper chips using the damascene process in 1997, there has been an increase in the use of copper instead of tungsten or aluminum as a wiring material to address the increased wiring resistance due to wiring miniaturization on the device. Doing. In the case of using copper as a metal wiring, since the etching process using plasma is impossible, a damascene process is essential and a copper CMP process is necessary. The increase in semiconductor devices employing copper interconnects has increased the importance of copper CMP slurries.

상기 구리 다마신 공정은, 실리콘산화막 혹은 저유전 물질막의 표면을 통상의 건식 식각 공정으로 패턴화시켜 수직 및 수평 배선을 위한 홀과 트렌치를 형성 하는 단계, 패턴화된 표면을 티탄(Ti) 또는 탄탈륨(Ta)에서 선택되는 접착 촉진막, 질화티탄(TiN) 또는 질화탄탈륨(TaN)에서 선택되는 확산 방지막 또는 이들의 복합막으로 피복시키고, 이어서 접착 촉진막이나 확산 방지막 위에 구리를 피복시키는 단계, 화학 기계적 연마를 사용하여 구리뿐만 아니라 접착 촉진막, 확산 방지막 및 실리콘산화막의 일부를 제거하기까지 연마하는 단계로 진행되어 전기전도성 구리로 충진된 홀 및 트렌치와 실리콘 산화막과 같은 유전체로 구성된 회로 배선을 형성하게 된다. 이때, CMP 공정은 일반적으로 연속적인 두개의 단계로 진행되며, 1차 연마에서는 구리 막을 제거한 후 확산 방지막에서 연마를 멈추게 하기 위해 구리의 연마속도가 빠르며 확산 방지막에 대한 구리막의 연마 선택비가 매우 높은(예를 들면, 100:1 이상의) 슬러리를 사용하며, 2차 연마에서는 일반적으로 각 막에 대한 연마 선택성이 낮으며, 상대적인 연마속도가 적절한 슬러리가 선호된다. 2차 연마에서는 연마 대상막, 구체적으로, Cu 막, TaN/Ta 막, 실리콘 산화막(혹은 저유전 막) 등이 연마되므로, 3종 이상 막들의 연마속도가 적절해야 1차 연마과정에서 발생하는 디싱(dishing)이나 에로젼(erosion)을 제거하여 최종적으로 평탄한 연마 면을 얻을 수 있다. 디싱이란 구리와 같은 금속 배선의 중앙부가 과도하게 제거되는 현상을 말하며, 에로젼이란 금속배선 밀도가 높은 부분의 유전층 일부가 제거되어 발생하는 연마면의 불필요한 오목부를 말한다. 디싱과 에로젼 모두 회로의 전기적인 특성을 저하시키는 불량을 유발할 수 있다.The copper damascene process includes patterning a surface of a silicon oxide film or a low dielectric material film by a conventional dry etching process to form holes and trenches for vertical and horizontal wiring, wherein the patterned surface is formed of titanium (Ti) or tantalum. Coating with an adhesion promoter film selected from (Ta), a diffusion barrier film selected from titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN) or a composite film thereof, and then coating copper on the adhesion promoter film or diffusion barrier film, Using mechanical polishing, the process proceeds to polishing not only copper but also a portion of the adhesion promoter, the diffusion barrier, and the silicon oxide film to form a circuit wiring composed of a hole and trench filled with electrically conductive copper and a dielectric such as a silicon oxide film. Done. In this case, the CMP process is generally performed in two successive stages. In the first polishing, in order to stop polishing in the diffusion barrier after removing the copper layer, the polishing rate of copper is high and the polishing selectivity of the copper layer to the diffusion barrier is very high ( For example, slurries of 100: 1 or more are used, and in secondary polishing, a slurry is generally preferred, which has low polishing selectivity for each film and has an appropriate relative polishing rate. In secondary polishing, the film to be polished, specifically, a Cu film, a TaN / Ta film, a silicon oxide film (or a low dielectric film), or the like is polished, so that the polishing rate of three or more kinds of films must be appropriate for dishing produced during the first polishing process. Finally, a smooth polished surface can be obtained by removing the dishing or erosion. Dicing refers to a phenomenon in which a central portion of a metal wiring such as copper is excessively removed, and erosion refers to an unnecessary recess in a polishing surface generated by removing a portion of the dielectric layer having a high metal wiring density. Both dishing and erosion can cause failures that degrade the electrical characteristics of the circuit.

구리 막을 2차 연마하기 위한 슬러리 조성물로는 대한민국 공고 특허공보 제 10-0473442호는 발연실리카, 프로판산, 과산화수소를 이용한 탄탈륨계 연마용 조성 물을 공지하고 있으며 연마제를 포함하는 제1액과 산화제를 포함하는 제2액으로 분리 포장하여, 저장기간에 따른 과산화수소의 분해를 해결하고자 하였으나, 분리 포장된 연마용 조성물은 사용하기에 불편한 단점이 있다. 또한 대한민국공개특허공보 10-2003-0059070호도 유기산으로 프로판산을 이용하여 염기성 영역에서 발연실리카를 함유한 연마용 조성물을 공지하고 있다. 상기 조성물은 발연 실리카 사용으로 인한 저장안정성이 향상된 슬러리를 제공한다. 그러나, 상기 조성물은 과산화수소를 포함하고 있어 염기성 조건에서 시간 경과에 따른 과산화수소 분해로 인한 저장안정성에 문제가 있으며, 이로 인해 구리막의 연마 속도 및 선택도를 조절하기 어려우며, 연마재현성을 확보하기 어려운 근본적인 단점이 있다.As a slurry composition for secondary polishing of a copper film, Korean Patent Publication No. 10-0473442 discloses a tantalum-based polishing composition using fumed silica, propanoic acid, and hydrogen peroxide, and includes a first liquid containing an abrasive and an oxidizing agent. Separating and packaging with a second liquid containing, to solve the decomposition of hydrogen peroxide according to the storage period, but the separation-packed polishing composition has a disadvantage inconvenient to use. Korean Patent Publication No. 10-2003-0059070 also discloses a polishing composition containing fumed silica in a basic region using propanoic acid as an organic acid. The composition provides a slurry with improved storage stability due to the use of fumed silica. However, since the composition contains hydrogen peroxide, there is a problem in storage stability due to decomposition of hydrogen peroxide over time under basic conditions, which makes it difficult to control the polishing rate and selectivity of the copper film, and it is a fundamental disadvantage that it is difficult to secure abrasive reproducibility. There is this.

한편, 대한민국 공개공보 제2005-39602호에서는 산화제를 포함하지 않고, 연마재 0.1 내지 5 중량%와 유기산으로 시트르산, 글루탐산 등을 0.5 내지 10 중량%를 함유한 연마액으로 구리 CMP속에서 2단계로 연마하는 방법을 제공하고 있으나, 상기 연마액은 구리막에 대한 실리콘산화막의 연마속도가 매우 낮아 구리막에 대한 구리 배선의 디싱을 유발할 수 있는 문제점이 있다. 또한 탄탈계 막에 대한 선택적 제거제로서, 대한민국 공개공보 제 2004-104956호에서는 포름아미딘계 또는 구아니딘계 탄탈 제거제를 함유하는 탄탈 배리어물 제거용 슬러리를 제공하고 있으며, 대한민국 공개공보 제2005-43666호에서는 아졸화합물과 연마제를 함유하는 탄탈계 배리어 제거용 연마액을 제공하고 있으나, 상기 연마액은 구리막 및 실리콘 산화막의 연마속도가 너무 낮아 실용적이지 못한 한계가 있어 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 조성물로 사용하기에 부적절하다.Meanwhile, Korean Laid-Open Patent Publication No. 2005-39602 discloses polishing in two steps in copper CMP with a polishing liquid containing no oxidizing agent and containing 0.1 to 5% by weight of abrasives and 0.5 to 10% by weight of citric acid and glutamic acid as organic acids. However, the polishing solution has a problem that the polishing rate of the silicon oxide film with respect to the copper film is very low, causing dishing of the copper wiring to the copper film. In addition, as a selective remover for tantalum-based membranes, Korean Laid-Open Publication No. 2004-104956 provides a slurry for removing tantalum barrier materials containing formamidine-based or guanidine-based tantalum removers, and Korean Laid-Open Publication No. 2005-43666 Although a polishing solution for removing a tantalum barrier containing an azole compound and an abrasive is provided, the polishing solution has a limitation in that the polishing rate of the copper film and the silicon oxide film is too low to be impractical, so that the composition for the second CMP of the copper damascene process is limited. Not suitable for use.

본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 구리 2차 연마용 슬러리의 저장안정성 및 연마재현성을 확보하기 위해 산화제를 함유하지 않는 구리 2차 연마용 슬러리에 대한 연구를 거듭한 결과 연마제와, 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 적절한 농도로 함유할 경우 구리의 부동에칭속도가 낮으며, 구리막, 실리콘산화막 및 탄탈륨계막의 연마속도를 적절하게 조절 가능하여, 1차 연마공정에서 발생하는 구리막의 디싱 또는 에로젼을 효과적으로 제거할 수 있으며, 분산안정성이 우수함을 발견하였으며, 또한 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상의 첨가제 및 추가로 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA)을 함유하는 경우에 구리배선을 형성하는 각막에 대한 연마속도가 적절하고, 구리의 부동에칭속도가 낮으며, 분산안정성이 우수함을 발견하여, 상기 조성의 연마 조성물이 구리 다마신 공정의 2차 연마용 슬러리에 적용하기에 적합한 슬러리임을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made an effort to solve the above problems, and as a result of repeated studies on the copper secondary polishing slurry containing no oxidizing agent in order to secure storage stability and abrasive reproducibility of the copper secondary polishing slurry, When an appropriate concentration of one or more additives selected from a compound selected from choline, morpholine, taurine, adipic acid, or aminoalcohol or salts thereof, the copper has a low floating etching rate, and the copper film, silicon oxide film and tantalum The polishing rate of the membrane can be adjusted appropriately, so that the dishing or erosion of the copper film generated in the primary polishing process can be effectively removed, and it has been found to have excellent dispersion stability, and it is also found in gluconic acid, morpholine, taurine, and adipe. At least one addition selected from compounds selected from acids, citric acid or aminoalcohols or salts thereof And in addition to nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA), the polishing rate for the cornea forming the copper wiring was found to be appropriate, the floating etching rate of copper was low, and the dispersion stability was excellent. Thus, it was confirmed that the polishing composition of the composition is a slurry suitable for application to the secondary polishing slurry of the copper damascene process to complete the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 산화제를 함유하지 않아 연마재현성이 우수하고 경시 변화가 없는 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a slurry composition for secondary CMP in a copper damascene process that does not contain an oxidizing agent and has excellent abrasive reproducibility and no change over time.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 구리막, 실리콘 산화막 및 탄탈륨계 막에 대한 적절한 연마속도를 가짐으로써 우수한 평탄도를 제공하며, 1차 CMP 시에 발생하는 디싱 또는 에로젼을 제거하는 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a good flatness by having a suitable polishing rate for the copper film, silicon oxide film and tantalum-based film, and copper damascene to remove dishing or erosion occurring during the first CMP It is to provide a slurry composition for secondary CMP of the process.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 디싱 및 에로젼을 제거함과 동시에 연마된 구리막의 표면이 양호한 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a slurry composition for secondary CMP of the copper damascene process in which the surface of the polished copper film is good while removing dishing and erosion.

본 발명은 반도체 제조 공정 중 구리 다마신 공정을 수행하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12 중량%과 첨가제 0.001 내지 5 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 2 내지 12인 CMP용 슬러리 조성물을 제공한다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry composition for carrying out a copper damascene process in a semiconductor manufacturing process, more specifically, containing 0.5 to 12% by weight of an abrasive and 0.001 to 5% by weight of an additive, based on the total weight of the slurry. It is characterized in that it does not contain an oxidizing agent and provides a slurry composition for CMP having a pH of 2 to 12.

본 발명에 따른 제 1태양에서 상기 첨가제는 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상이며, 본 발명의 또 다른 태양에서 상기 첨가제는 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염을 더 함유하는 연마 조성물이 개시된다.In a first aspect according to the invention the additive is at least one selected from a compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid or aminoalcohol or salts thereof, and in another aspect of the invention the additive is a glue A polishing composition further comprising at least one selected from a compound selected from choline, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol or salts thereof and nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salts thereof Is initiated.

본 발명에 따른 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마용 슬러리는 산화 제를 함유하지 않아 연마재현성이 뛰어나고 경시변화가 없으며, 구리의 부동에칭속도가 낮으며, 구리, 실리콘 산화막 및 탄탈륨계 막의 연마 속도가 적절하여 1차 연마에서 발생하는 디싱 및 에로젼을 제거하는 장점을 가지고 있어 구리 다마신 공정의 2차 연마용 슬러리로 유용하다. 특히 본 발명에 따른 구리 2차 CMP 조성물은 첨가제로서 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산 또는 아마노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염을 하나 이상 함유하거나, 또는 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염을 함유하여 디싱, 파티클 및 스크래치 등의 구리표면 결함을 현저히 줄이는 장점을 가지고 있다.The secondary chemical mechanical polishing slurry of the copper damascene process according to the present invention does not contain an oxidizing agent and thus has excellent abrasive reproducibility, no change over time, low floating etching speed of copper, and polishing of copper, silicon oxide and tantalum-based films. It has the advantage of eliminating dishing and erosion that occurs in primary polishing due to the proper speed, and is useful as a secondary polishing slurry in the copper damascene process. In particular, the copper secondary CMP composition according to the invention contains at least one compound or salt thereof selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid or amanoalcohol as an additive, or gluconic acid, morpholine, taurine, aurea. Advantages of significantly reducing copper surface defects such as dishing, particles and scratches by containing at least one compound selected from dific acid, citric acid or aminoalcohol or salts thereof and nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salts thereof Have

본 발명에 따른 슬러리 조성물에는 과산화수소, 요오드산칼륨, 과황산암모늄, 페리시안화칼륨, 브롬산칼륨, 삼산화바나듐, 차아염소산, 차아염소산나트륨, 질산제 2철 등과 같이 일반적으로 사용되는 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 염기성 pH 범위에서 반도체 공정에서 가장 일반적으로 사용하는 과산화수소와 같은 산화제를 사용할 경우 산화제가 시간 경과에 따라 분해됨으로써 경시변화를 일으켜, 이로 인해 연마속도나 연마 선택비가 변하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 산화제를 포함하지 않으므로 연마재현성 또는 경시안정성이 우수하고, 다른 구성 성분의 조합에 의한 효과로 구리 다마신 공정의 2차 연마에 적합한 구리 및 실리콘산화막의 연마속도를 확보하였다. 또한, 산화제를 사용하지 않으면 슬러리와 산화제를 혼합할 필요가 없으므로 CMP 장비의 슬러리 공급장치가 단순화되어 사용 편리성이 증가한다.The slurry composition according to the present invention does not contain commonly used oxidizing agents such as hydrogen peroxide, potassium iodide, ammonium persulfate, potassium ferricyanide, potassium bromide, vanadium trioxide, hypochlorous acid, sodium hypochlorite, ferric nitrate, and the like. It is characterized by. In the basic pH range, oxidants such as hydrogen peroxide, which are most commonly used in semiconductor processes, change over time as the oxidant decomposes over time, thereby changing the polishing rate or polishing selectivity. Therefore, since the slurry composition according to the present invention does not contain an oxidizing agent, it is excellent in abrasive reproducibility or time stability, and the polishing rate of copper and silicon oxide films suitable for the secondary polishing of the copper damascene process by the effect of the combination of other components is achieved. Secured. In addition, if the oxidant is not used, there is no need to mix the slurry and the oxidant, thereby simplifying the slurry feeder of the CMP apparatus, thereby increasing convenience of use.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12 중량%과 첨가제 0.001 내지 5 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 2 내지 12인 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리에 관한 것이다. 상기 첨가제로서 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상을 함유하거나, 또는 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염을 함유하는 것을 특징으로 한다.The present invention comprises 0.5 to 12% by weight of the abrasive, 0.001 to 5% by weight of the additive, and no oxidizing agent, and a slurry for the second CMP of the copper damascene process having a pH of 2 to 12, based on the total weight of the slurry. It is about. The additive contains at least one of a compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid or aminoalcohol or a salt thereof, or selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol. At least one of the compounds or salts thereof and nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salts thereof.

본 발명에 따른 슬러리에 함유되는 연마제는 탄탈륨계 막 및 실리콘 산화막의 연마속도를 조절하는 역할을 한다. 연마제의 함량이 증가할수록 탄탈륨계 막과 및 실리콘산화막의 연마속도가 증가한다. 연마제로는 발연실리카, 콜로이드 실리카, 알루미나. 세리아, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직한 연마제는 발연 실리카 및 콜로이드 실리카이며, 함유량은 적을수록 분산성과 스크래치에 유리하지만 너무 적으면 실리콘산화막 및 탄탈륨계 막의 연마속도가 낮아지므로 0.5 내지 12중량%가 바람직하며, pH 2 내지 5인 경우는 연마제 함량이 0.5 내지 12 중량%이며, pH 8 내지 12에서는 6 내지 12 중량%인 것이 분산성과 스크래치 측면에서 더욱 바람직하다. 연마재의 평균입경은 20 내지 300nm 가 적절하다. 너무 작으면 연마 속도가 낮고, 너무 크면 스크래치의 발생이 쉽다.The abrasive contained in the slurry according to the present invention serves to control the polishing rate of the tantalum-based film and the silicon oxide film. As the amount of the abrasive increases, the polishing rate of the tantalum-based film and the silicon oxide film increases. Examples of abrasives include fumed silica, colloidal silica and alumina. Ceria, zirconium oxide and mixtures thereof can be used. Preferred abrasives are fumed silica and colloidal silica. The smaller the content, the better the dispersibility and the scratch. However, if the content is too small, the polishing rate of the silicon oxide film and the tantalum-based film is lowered, so 0.5 to 12% by weight is preferable, and the pH is 2 to 5. The abrasive content is from 0.5 to 12% by weight and from 6 to 12% by weight at pH 8-12 is more preferred in terms of dispersibility and scratches. The average particle diameter of the abrasive is preferably 20 to 300 nm. If too small, the polishing rate is low, and if too large, scratches are easily generated.

본 발명에 따른 제1 태양의 슬러리는 첨가제로 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상을 사용하며, 상기 첨가제는 구리막과 탄탈륨계 막의 연마속도를 적절한 수준으로 조절할 수 있게 하며, 또한 연마 조성물의 분산성을 좋게 하며, 피연마막에 대한 연마입자의 흡착을 억제하는 역할을 한다. 상기 첨가제로 타우린, 글루콘산 또는 그의 염이 구리막에 대한 탈탈륨계 막의 연마속도의 비가 높고 구리의 부동 에칭속도가 낮아 보다 바람직하다. 제 1 태양에 따른 첨가제의 함량은 0.001 내지 5 중량%로 함유되는 것이 바람직하고, 0.01 내지 1.0중량%인 것이 보다 바람직하며, 0.01 내지 0.4중량%인 것이 가장 바람직하다. 상기 함량이 0.001 내지 5 중량% 내에서는 구리막, 탄탈륨계막 및 산화규소막의 연마속도가 적절하게 조절될 수 있고, 분산안정성 좋은 장점이 있으며, 상기 함량이 5 중량%를 초과할 경우에는 구리의 부동에칭속도가 증가하는 문제점이 있다.The slurry of the first aspect according to the present invention uses at least one of a compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid or aminoalcohol or a salt thereof as the additive, which is used for polishing copper and tantalum-based films. It is possible to control the speed to an appropriate level, and also to improve the dispersibility of the polishing composition, and serves to suppress the adsorption of the abrasive particles to the polishing film. As the additive, taurine, gluconic acid or a salt thereof is more preferable because the ratio of the removal rate of the thallium-based film to the copper film is high and the floating etching rate of copper is low. The content of the additive according to the first aspect is preferably contained in 0.001 to 5% by weight, more preferably 0.01 to 1.0% by weight, most preferably 0.01 to 0.4% by weight. If the content is within 0.001 to 5% by weight, the polishing rate of the copper film, tantalum-based film and silicon oxide film can be controlled appropriately, there is a good dispersion stability, if the content exceeds 5% by weight of the copper floating There is a problem that the etching rate is increased.

본 발명에 따른 제2 태양의 슬러리는 첨가제로 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염을 사용한다. 또한, 시트르산 또는 그의 염과, 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염을 함께 사용하는 경우 탄탈륨계 막의 연마속도가 높고, 구리막에 대한 탄탈륨계 막의 연마 속도비가 높으며, 구리막의 부동에칭속도가 낮아 보다 바람직하다. 본 발명에 따른 제2 태양의 슬러리에 함유되는 첨가제 중 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상은 0.001 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01 내 지 0.4중량%이며, 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염의 함량은 0.01 내지 1.0 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.4중량%이다. 본 발명의 제 2태양에 따른 첨가제는 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염 및 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상을 함유할 경우 피연마막에 연마입자의 흡착이 억제되고, 분산성이 좋으며, 탄탈륨계 막의 연마속도가 높아지는 장점이 있다. 그러나, NTPA를 상기 범위를 벗어나서 지나치게 많은 양을 추가할 경우 구리막의 부식을 유발할 수 있으며, 슬러리의 분산안정성이 파괴되어 구리표면에 미세 스크래치를 유발하게 된다. 상기 범위 미만으로 사용할 경우에는 NTPA 추가에 따른 효과가 미미하다. 또한, 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 중 하나 이상은 NTPA와 병용시 0.5 중량%를 초과하여 사용하면, 구리 막의 부식을 유발하거나, 연마속도 감소로 인해 불리할 수 있으며, 0.001중량% 미만으로 함유할 경우에는 연마입자 흡착성이 높고 탄탈륨계 막의 연마속도가 저하되는 문제점이 있어 바람직하지 못하다.The slurry of the second aspect according to the present invention comprises at least one of compounds selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol or salts thereof and nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) ) Or salts thereof. In addition, when citric acid or its salt and nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or its salt are used together, the polishing rate of the tantalum-based film is high, the polishing rate ratio of the tantalum-based film to the copper film is high, The floating etching speed is lower and more preferable. Among the additives contained in the slurry of the second aspect of the present invention, at least one compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol or salt thereof is preferably 0.001 to 0.5% by weight. More preferably 0.01 to 0.4% by weight, and the content of nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salt thereof is preferably 0.01 to 1.0% by weight, more preferably 0.01 to 0.4% by weight. . The additive according to the second aspect of the invention is nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or a salt thereof and a compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol or salts thereof If it contains more than one, there is an advantage that the adsorption of the abrasive particles on the polishing film is suppressed, the dispersibility is good, and the polishing rate of the tantalum-based film is increased. However, if NTPA is added in an excessively large amount out of the above range, it may cause corrosion of the copper film, and the dispersion stability of the slurry is destroyed, which causes fine scratches on the copper surface. When used below the above range, the effect of adding NTPA is insignificant. In addition, one or more of the compounds selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol or salts thereof may cause corrosion or polishing of the copper film when used in excess of 0.5% by weight in combination with NTPA. It may be disadvantageous due to the decrease in speed, and when it is contained at less than 0.001% by weight, the adsorption of abrasive particles is high and the polishing rate of the tantalum-based film is lowered, which is not preferable.

본 발명에 따른 슬러리 조성물의 첨가제로 사용 가능한 아미노 알콜의 구체적인 예로서는, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol : AMP), 3-아미노-1-프로판올 (3-amino-1-propanol), 2-아미노-1-프로판올 (2-amino-1-propanol), 1-아미노-2-프로판올 (1-amino-2-propanol), 1-아미노-펜탄올 (1-amino-pentanol), 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올 (2-(2-aminoethylamino)ethanol), 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, N,N-디에틸에탄올아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니며, 상기 화합물은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 보다 바람직한 아미노 알콜은 모노에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 이의 혼합물이다.Specific examples of the amino alcohols usable as additives for the slurry compositions according to the invention include 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), 3-amino-1- Propanol (3-amino-1-propanol), 2-amino-1-propanol, 2-amino-1-propanol, 1-amino-2-propanol, 1-amino-pentane All- (1-amino-pentanol), 2- (2-aminoethylamino) ethanol (2- (2-aminoethylamino) ethanol), 2-dimethylamino-2-methyl-1-propanol, N, N-diethylethanol Amines, monoethanolamines, diethanolamines, triethanolamines, and the like, but are not necessarily limited thereto, and the compounds may be used alone or in combination. More preferred amino alcohols are monoethanolamine, 2-amino-2-methyl-1-propanol, 2-dimethylamino-2-methyl-1-propanol or mixtures thereof.

본 발명의 슬러리 조성물은 pH가 2 내지 12이며, 더욱 바람직하게는 2 내지 5 및 8 내지 12이다. pH 조절제로서 상기 범위의 pH를 얻을 수 있으면 어떠한 pH 조절제도 사용 가능하다. 본 발명에서는 염기성 pH조절제로서 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라메틸암모늄하이드록사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택할 수 있다. 산성 pH 조절제로는 질산, 염산, 황산, 과염소산, 인산 로부터 선택할 수 있다. 염기성 pH 조절제의 첨가는 제타전위를 증가시켜 연마제, 예를 들어 발연 실리카 및 콜로이드 실리카의 분산 안정성을 향상시키는 보조 작용도 한다. 수산화암모늄은 구리의 연마속도를 증가시키는 기능도 한다. 상기 pH 범위보다 낮을 경우에는 연마제의 분산성이 감소되고, 너무 낮거나 높을 경우에는 구리의 용해를 야기하는 문제점이 있다. pH 5 내지 8의 범위는 분산 안정성이 약화되는 경향이 있다.The slurry composition of the present invention has a pH of 2 to 12, more preferably 2 to 5 and 8 to 12. Any pH regulator may be used as long as it can obtain a pH in the above range as the pH regulator. In the present invention, it can be selected from the group consisting of potassium hydroxide, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide and mixtures thereof as the basic pH adjusting agent. The acidic pH adjusting agent may be selected from nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid and phosphoric acid. The addition of a basic pH regulator also acts as an aid in increasing the zeta potential to improve the dispersion stability of abrasives such as fumed silica and colloidal silica. Ammonium hydroxide also functions to increase the polishing rate of copper. If it is lower than the pH range, the dispersibility of the abrasive is reduced, and if it is too low or high, there is a problem causing dissolution of copper. The range of pH 5-8 tends to weaken dispersion stability.

본 발명의 슬러리 조성물은 부식성이 낮아 부식억제제를 사용하지 않아도 무방하나 필요에 따라 소량 함유할 수 있다. 벤조트리아졸과 같은 부식억제제는 구리와 강하게 결합하여 소수성 구리의 표면을 형성하여 세정성을 악화시켜 파티클 문제를 일으키거나 스크래치의 유발시켜 구리 다마신 공정에서 심각한 문제를 일으키 는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 슬러리 조성물은 산화제를 포함하지 않으므로 부식성이 현격히 낮아 부식으로 인한 문제가 심각하지 않아 부식억제제가 함유되지 않아도 사용 가능하며, 추가적인 필요에 의해 소량 사용이 가능하므로 부식억제제의 과량 사용으로 인해 발생하는 문제점을 방지할 수 있다. 함유될 수 있는 부식억제제로는 벤조트리아졸 또는 테트라졸계 화합물에서 선택될수 있다. 테트라졸 화합물로는 5-아미노테트라졸, 1-알킬-5-아미노테트라졸이 바람직하다. 벤조트리아졸 또는 테트라졸 화합물을 혼합하거나 단독으로 사용할 수 있으며 첨가되는 함량은 0.0001 내지 0.1중량%가 바람직하며, 0.005 중량% 내지 0.05 %가 더욱 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량%를 초과하여 많을 경우 구리 연마속도의 감소를 가져올 수 있으며, 0.0001 중량% 미만으로 낮을 경우 부식억제 효과가 미약할 수 있다.The slurry composition of the present invention is low in corrosiveness, but may be contained in small amounts, if necessary, without the use of a corrosion inhibitor. Corrosion inhibitors such as benzotriazole are known to cause strong problems in the copper damascene process by strongly bonding with copper to form a surface of hydrophobic copper, deteriorating the cleaning property, causing particle problems or causing scratches. Since the slurry composition of the present invention does not contain an oxidizing agent, the corrosiveness is significantly low, and thus the problem due to corrosion is not serious. Therefore, the slurry composition of the present invention may be used even if a corrosion inhibitor is not contained. This can prevent the problem. Corrosion inhibitors that may be contained may be selected from benzotriazole or tetrazole-based compounds. As a tetrazole compound, 5-amino tetrazole and 1-alkyl-5-amino tetrazole are preferable. The benzotriazole or tetrazole compound may be mixed or used alone, and the amount added is preferably 0.0001 to 0.1% by weight, more preferably 0.005% to 0.05%. When the content is more than 0.1% by weight, the copper polishing rate may be reduced. When the content is less than 0.0001% by weight, the corrosion inhibitory effect may be weak.

본 발명에 따른 슬러리 조성물에 슬러리 총 중량에 대하여 0.0001 내지 0.01중량%가 되도록 계면활성제를 추가로 함유할 수 있다. 계면활성제는 소수성인 저유전 상수를 가지는 막의 젖음성을 개선하거나 저유전막의 연마속도에 영향을 줄 수 있다. 사용량이 너무 적으면 계면활성의 효과가 나타나지 않으며, 너무 많으면 거품이 발생하는 문제점이 있다.The slurry composition according to the present invention may further contain a surfactant to be 0.0001 to 0.01% by weight relative to the total weight of the slurry. Surfactants can improve the wettability of membranes with hydrophobic low dielectric constants or affect the polishing rate of low dielectric films. If the amount is too small, the effect of the surfactant activity does not appear, if too much there is a problem that bubbles are generated.

본 발명의 구리 다마신 2차 연마용으로 보다 바람직한 슬러리 조성물은 슬러리 총 중량에 대하여, 발연 실리카 또는 콜로이드 실리카 6 내지 12중량%, 타우린, 글루콘산, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 모노에탄올 아민에서 선택되는 화합물 또는 그의 염 중에서 선택되는 하나 이상의 함량이 0.01 내지 1.0 중량%, pH를 8 내지 12이 되도록 하는 수산화칼륨 혹은 수산화암모늄, 및 벤조트리아졸 0.005 내 지 0.05 중량%을 함유하는 조성물이거나, 또는 발연 실리카 또는 콜로이드 실리카 6 내지 12중량%, 시트르산, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 모노에탄올 아민 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상 0.01 내지 0.4 중량%, 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염 0.01 내지 0.4 중량%, pH를 8 내지 12이 되도록 하는 수산화칼륨 혹은 수산화암모늄, 및 벤조트리아졸 0.005 내지 0.05 중량%을 함유하는 조성물이다.More preferred slurry compositions for copper damascene secondary polishing of the present invention are based on the total weight of the slurry, 6 to 12% by weight fumed silica or colloidal silica, taurine, gluconic acid, 2-amino-2-methyl-1-propanol or At least one content selected from the compounds selected from monoethanol amines or salts thereof is 0.01 to 1.0% by weight, potassium hydroxide or ammonium hydroxide to bring the pH to 8 to 12, and benzotriazole containing 0.005 to 0.05% by weight. 6-12 wt% of fumed silica or colloidal silica, at least 0.01-0.4 wt% of nitrilotris, selected from citric acid, 2-amino-2-methyl-1-propanol, monoethanol amine or salts thereof 0.01 to 0.4% by weight of methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salts thereof, potassium or ammonium hydroxide to bring the pH to 8 to 12, and benzotri A composition containing a sol of 0.005 to 0.05% by weight.

이하 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나 하기의 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples do not limit the scope of the present invention.

[실시예]EXAMPLE

연마에 사용된 구리 웨이퍼는 PVD법으로 구리를 10000Å 증착한 시편 웨이퍼를 사용하였으며, 탄탈륨계 막은 두께 5000Å의 PVD 질화탄탈륨(TaN) 박막이 증착된 시편 웨이퍼를 사용하였다. 실리콘산화막은 10000Å PETEOS 박막이 증착된 시편 웨이퍼를 사용하였다. 연마장비는 G&P Technology사의 Poli500 CE를 사용하였다. 연마패드는 로델사의 IC 1400을 이용하여 연마 테스트를 실시하였고, 연마조건은 Table/Head 속도를 30/30 rpm, 연마압력을 100 g/cm2, 슬러리 공급유량 200 ml/min, 연마시간은 60초로 하였다. 구리 막과 질화탄탈륨 박막 두께는 창민테크사의 4탐침 표면저항측정기(Four Point Probe)를 이용하여 면저항 측정후 두께로 환산하여 계 산하였다. PETEOS 박막두께는 K-mac사의 Spectra Thick 4000으로 측정하였다. 부동에칭속도는 구리 웨이퍼를 실온에서 5 분간 연마액에 침지시킨 후, 세정하여 두께변화를 측정하여 계산하였다. 또한, 구리 표면 상태는 연마 또는 에칭 후 투광기 및 주사전자현미경(SEM)으로 구리 표면을 관찰하여 스크래치 발생, 연마제 입자의 흡착 정도 및 부식 발생 정도를 평가하였다.The copper wafer used for polishing was a specimen wafer in which copper was deposited by 10000 kV by PVD method, and the tantalum-based film was a specimen wafer in which a 5000 nm thick PVD tantalum nitride (TaN) thin film was deposited. As the silicon oxide film, a specimen wafer on which a 10000 mm PETEOS thin film was deposited was used. The polishing equipment used was Poli500 CE from G & P Technology. The polishing pad was subjected to a polishing test using a Rodel IC 1400. The polishing conditions were Table / Head speed of 30/30 rpm, polishing pressure of 100 g / cm 2 , slurry supply flow rate of 200 ml / min, and polishing time of 60. Seconds. The thickness of the copper film and the tantalum nitride thin film was calculated by converting the thickness after measuring sheet resistance using a four probe surface resistance probe (Four Point Probe) of Changmin Tech. PETEOS thin film thickness was measured with K-mac's Spectra Thick 4000. The floating etching rate was calculated by immersing the copper wafer in the polishing liquid at room temperature for 5 minutes, then washing and measuring the thickness change. In addition, the copper surface state was evaluated by observing the copper surface with a light emitter and a scanning electron microscope (SEM) after polishing or etching to evaluate the occurrence of scratches, the degree of adsorption of abrasive particles and the occurrence of corrosion.

[실시예 1] Example 1

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 연마제로 콜로이드 실리카 A(평균입경 45nm), 콜로이드 실리카 B(평균입경 80nm) 또는 발연실리카(표면적 200m2/g)를 연마제로 사용하고, 첨가제도 표 1에 나타낸 성분 및 함량을 사용하였으며, pH는 KOH사용하여 조절하였다.As shown in Table 1, colloidal silica A (average particle diameter: 45 nm), colloidal silica B (average particle size: 80 nm), or fumed silica (surface area: 200 m 2 / g) was used as an abrasive, and the additives were also shown in Table 1 The content was used and pH was adjusted using KOH.

[표 1]TABLE 1

Figure 112006023465033-pat00001
Figure 112006023465033-pat00001

슬러리 조성물에 대한 연마속도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타난 바와 같이 낮은 압력과 느린 회전속도에서도 연마속도가 적절하고, 조성물에 산화제가 포함되지 않아 부동에칭속도가 매우 낮게 유지되어 부식에 의한 결함 발생이 억제되므로 구리 다마신 공정의 2차 연마용 조성물로 사용하기 적절함을 알 수 있다. Table 1 shows the results of evaluating the polishing rate for the slurry composition. As shown in Table 1, the polishing rate is appropriate even at low pressures and slow rotational speeds, and since the composition contains no oxidizing agent, the floating etching rate is kept very low, so that the occurrence of defects due to corrosion is suppressed. It can be seen that it is suitable for use as a composition for.

또한, 연마된 구리 웨이퍼의 표면을 관찰한 결과 스크래치나 부식이 발생하지 않았으며, 부동에칭속도를 측정한 구리웨이퍼에서도 부식이 관찰되지 않았다. 일반적으로, 산화제가 첨가되는 경우 부식억제제를 충분하게 사용하지 않으면, 에칭속도가 빨라 연마 후에도 구리 표면에 부식이 발생하게 된다. 이를 억제하기 위해 부식억제제를 첨가하면 또 다른 문제점인 스크래치의 발생이나, 구리 표면에 소수성 유기막 형성으로 인한 세정성 악화가 나타난다. In addition, when the surface of the polished copper wafer was observed, no scratches or corrosion occurred, and no corrosion was observed in the copper wafers with the floating etching rate. In general, when the oxidizing agent is added, if the corrosion inhibitor is not used sufficiently, the etching rate is high, and corrosion occurs on the copper surface even after polishing. Adding a corrosion inhibitor to suppress this is another problem, such as the occurrence of scratches, deterioration of the cleaning due to the formation of a hydrophobic organic film on the copper surface.

[실시예 2] Example 2

표면적이 200m2/g인 발연 실리카 9 중량%, 글루콘산 0.1 또는 0.4 중량%, BTA 0 또는 0.02 중량%, AMP 0.03%, 모노에탄올 아민 0.03 또는 0.1중량% 및 나머지는 물인 슬러리 조성물을 제조하였고, pH는 KOH로 10으로 조절하였다. 실험번호 2-4는 수산화암모늄 0.03%를 첨가하고 나머지는 KOH를 사용하여 pH를 10으로 조절하였다. 여기에 하기 표 2에 표기된 것과 같이 글루콘산 함량, BTA 함량, 모노에탄올 함량을 변화시키며, 구리, 질화탄탈륨 및 PETEOS 막에 대한 연마 속도 및 에칭 속도를 비교하였다. A slurry composition was prepared in which 9% by weight fumed silica having a surface area of 200 m 2 / g, 0.1 or 0.4% by weight of gluconic acid, 0 or 0.02% by weight of BTA, 0.03% by weight of AMP, 0.03 or 0.1% by weight of monoethanol amine and the remainder of water, pH was adjusted to 10 with KOH. Experiment No. 2-4 was added 0.03% ammonium hydroxide, and the rest was adjusted to pH 10 using KOH. Here, as shown in Table 2, the content of gluconic acid, BTA, and monoethanol were changed, and the polishing rate and etching rate for copper, tantalum nitride, and PETEOS films were compared.

[표 2]TABLE 2

Figure 112006023465033-pat00002
Figure 112006023465033-pat00002

실험번호 2-2 및 2-3의 결과로부터 글루콘산의 함량이 0.1%에서 0.4%로 증가할 경우 TaN에 대한 연마속도가 상대적으로 높아져서 구리막에 대한 TaN 막의 연마속도비 조절이 가능함을 알 수 있다. 또한 수산화암모늄을 첨가하는 경우 구리 및 TaN의 연마속도가 모두 증가하였다.From the results of Experiment Nos. 2-2 and 2-3, it can be seen that when the content of gluconic acid increases from 0.1% to 0.4%, the polishing rate for TaN is relatively increased, thereby controlling the polishing rate ratio of the TaN film to the copper film. have. Also, the addition of ammonium hydroxide increased the polishing rates of both copper and TaN.

[실시예 3] Example 3

평균입경 45nm인 콜로이드 실리카 8 중량%, NTPA 0.2 중량%, 시트르산 0.4% 및 나머지는 물인 슬러리 조성물을 제조하였고, KOH를 첨가하여 pH가 9.5가 되도록 하였다. 여기에 하기 표 3와 같이 모노에탄올 아민(MEA)의 함량을 조절하여 구리, 질화탄탈륨 및 PETEOS 막에 대한 연마 속도 및 에칭속도를 비교하였다. A slurry composition of 8% by weight of colloidal silica having an average particle diameter of 45 nm, 0.2% by weight of NTPA, 0.4% of citric acid, and the remainder of water was prepared, and KOH was added so that the pH was 9.5. Here, by adjusting the content of monoethanol amine (MEA) as shown in Table 3, the polishing rate and etching rate for copper, tantalum nitride and PETEOS film was compared.

[표 3] MEA 함량에 따른 연마속도 [Table 3] Polishing speed according to MEA content

Figure 112006023465033-pat00003
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상기 표 3에 나타난 바와 같이 모노에탄올 함량에 따른 각 막의 연마속도가 적정 범위에 속하였으며, 모노에탄올 아민 2 중량%에서는 TaN 및 PETEOS의 연마속도가 감소하였다. 모노에탄올 아민 양으로 상대적 연마속도 조절이 가능함을 알 수 있다. 또한, 모노에탄올아민이 첨가될 때 구리 표면에 연마제인 실리카 입자의 흡착 정도가 현격히 감소하여 잔존 연마제 입자의 양을 크게 줄일 수 있었다. As shown in Table 3, the polishing rate of each film according to the monoethanol content was in an appropriate range, and the polishing rate of TaN and PETEOS decreased at 2 wt% of monoethanol amine. It can be seen that the relative polishing rate can be controlled by the amount of monoethanol amine. In addition, when monoethanolamine was added, the degree of adsorption of silica particles, which are abrasives, on the copper surface was greatly reduced, and thus the amount of residual abrasive particles could be greatly reduced.

[실시예 4] Example 4

평균 입자 크기가 80nm인 콜로이드 실리카 10 중량%, 글루콘산 0.4 중량%인 슬러리를 제조하여 pH를 변화시키며 각막의 연마속도 및 구리막의 에칭속도를 측정하였으며, 구리 표면의 상태를 관찰하였다. 상기 조성에 AMP 0.03%와 모노에탄올 아민 0.1중량%를 첨가하여 pH를 변화시키면서 동일한 특성을 조사하였다.  10 wt% of colloidal silica having an average particle size of 80 nm and 0.4 wt% of gluconic acid were prepared to change the pH, and the polishing rate of the cornea and the etching rate of the copper film were measured, and the state of the copper surface was observed. The same properties were investigated while changing the pH by adding 0.03% of AMP and 0.1% by weight of monoethanol amine to the composition.

[표 4] TABLE 4

Figure 112006023465033-pat00004
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표 4에 나타낸 바와 같이 아미노알콜이 첨가되는 경우 연마입자가 구리막에 흡착되지 않아 우수한 결과를 나타내었으며, 상기 AMP 및 모노에탄올 아민이 첨가된 슬러리 중 pH 가 5 내지 8에서는 일부 겔화 현상이 나타나는 문제가 있어 pH 범위가 2 내지 5 및 8 내지 10인 경우가 보다 바람직하였다.As shown in Table 4, when the amino alcohol was added, the abrasive particles were not adsorbed on the copper film, which showed excellent results. In the slurry to which the AMP and the monoethanol amine were added, some gelation phenomenon occurred when the pH was 5 to 8. It is more preferable that the pH range is 2 to 5 and 8 to 10.

[실시예 5] Example 5

표면적 200m2/g인 발연 실리카 8중량%, AMP 0.03 중량%를 함유하며, KOH를 첨가하여 pH는 10으로 조절하였으며, 하기 표 5에 기재된 바와 같이 첨가제의 조성 및 함량을 조절하여 구리, 질화탄탈륨 및 PETEOS 막에 대한 연마 속도 및 에칭속도를 비교하였으며, 구리의 표면상태를 관찰하였다.It contains 8% by weight of fumed silica having a surface area of 200 m 2 / g, 0.03% by weight of AMP, and the pH was adjusted to 10 by adding KOH, and by adjusting the composition and content of the additive as shown in Table 5 below, copper and tantalum nitride And the polishing rate and the etching rate for the PETEOS film was compared, and the surface state of copper was observed.

[표 5]TABLE 5

Figure 112006023465033-pat00005
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표 5에 나타난 바와 같이 타우린 또는 글루콘산의 경우 TaN 막의 연마속도가 높아 구리 2차 연마용 조성물로 사용하기에 더욱 적합하였으며, Cu에 대한 TaN의 연마속도비를 첨가제의 함량에 따라 조절할 수 있어 유리하다. 타우린 함량이 증가함에 따라 PETEOS 막에 대한 연마속도가 증가하는 특성을 나타내었다. 모폴린의 경우에는 농도에 따른 연마속도의 변화가 없이 안정적인 특성을 보였고 구리막에 대한 부동에칭속도가 가장 낮은 특성을 보여 우수하였다.As shown in Table 5, in the case of taurine or gluconic acid, the TaN film had a high polishing rate, which was more suitable for use as a copper secondary polishing composition, and the polishing rate ratio of TaN to Cu could be adjusted according to the additive content. Do. As the taurine content was increased, the polishing rate for the PETEOS film was increased. In the case of morpholine, it showed stable characteristics without changing the polishing rate according to the concentration, and showed the lowest floating etching rate for copper film.

[실시예 6] 경시변화 Example 6 Time Change

표 6에 기재한 바와 같이 실시예 1 내지 5에서 제조한 슬러리 조성물을 제조 초기와 제조 후 20일 및 2 개월 경과 후에 입자 크기와 pH에 대해 측정하여 슬러리 조성물에 대한 경시변화 특성을 평가하였다. 평균 입자 크기는 Horiba 입도분포 측 정기를 사용하여 측정한 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 실험번호 6-1 조성은 글루콘산 0.4% 대신에 NTPA 0.2% 및 시트르산 0.4%를 사용한 것을 제외하고는 실험번호 5-3 조성과 동일하다. As described in Table 6, the slurry compositions prepared in Examples 1 to 5 were measured for particle size and pH at the beginning of preparation and 20 days and 2 months after preparation to evaluate the change characteristics over time for the slurry composition. Average particle size is shown in Table 6 below the results measured using a Horiba particle size distribution analyzer. Experiment No. 6-1 composition was the same as Experiment No. 5-3 except that 0.2% NTPA and 0.4% citric acid were used instead of 0.4% of gluconic acid.

[표 6]TABLE 6

Figure 112006023465033-pat00006
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표 6에 나타난 바와 같이 나머지 첨가제는 60일이 경과하여도 평균 입자의 크기 및 pH가 거의 변화하지 않아 분산안정성 및 pH 경시안정성이 우수하였다. 본 발명에 따른 연마 조성물은 산화제가 포함되지 않아 포트 유효기간(pot life time)과 선반 유효기간(Shelf life time)이 동등하므로 포트 유효기간이 아주 긴 장점이 있다. As shown in Table 6, the rest of the additives were excellent in dispersion stability and pH aging stability since the average particle size and pH were hardly changed even after 60 days. Since the polishing composition according to the present invention does not contain an oxidizing agent, the pot life time is equal to the shelf life time, and thus the pot life is very long.

[실시예 7] 디싱 제거 정도 평가 Example 7 Evaluation of Dicing Removal

SKW사의 SKW 6-3 패턴 웨이퍼를 사용하여 디싱의 제거능력을 평가하였다. 본 실시예에서 사용한 패턴 웨이퍼는 베어 실리콘 웨이퍼(bare Si wafer)상에 순차적으로 열적 산화막(Thermal Oxide) 3,000Å, 질화 실리콘 1,000Å 및 PETEOS 5,000Å을 형성한 후, PETEOS에 깊이 5,000Å의 트렌치 패턴을 형성한 후, Ta/TaN를 250 Å/250Å, 구리 성장핵(Cu Seed) 1,000Å, 전해도금 Cu 15,000Å을 형성하였다. 상기 패턴은 구리배선 및 PETEOS 절연 라인으로 구성되고 구리 배선의 폭은 10 ~ 100㎛ 범위에서 변화시켰다. KLA-Tencor사의 알파 스텝 장비로 프로파일을 측정하여 하기 계산식으로부터 디싱 값을 계산하였다.SKW's SKW 6-3 patterned wafers were used to evaluate the removal ability of dishing. The pattern wafer used in the present embodiment was formed by sequentially forming a thermal oxide film of 3,000 Å, silicon nitride 1,000 E and PETEOS 5,000 상 에 on a bare Si wafer, and then trench pattern having a depth of 5,000 에 on PETEOS. After the formation, Ta / TaN was formed to be 250 mW / 250 mV, copper seed nucleus (Cu Seed) 1,000 mV and electroplating Cu 15,000 mV. The pattern was composed of copper wiring and PETEOS insulated lines, and the width of the copper wiring was changed in the range of 10 to 100 μm. The dish was measured from the following formula by measuring the profile with the KLA-Tencor Alpha step equipment.

[계산식][formula]

디싱 값 = PETEOS 라인 영역의 높이 - Cu 라인 배선 오목부의 높이 Dishing value = height of PETEOS line area-height of Cu line wiring recess

상기 패턴 웨이퍼는 통상적인 구리 다마신 공정의 1차 CMP 슬러리로 연마한 패턴 웨이퍼를 사용하였다. 2차 CMP슬러리로 실시예 3(실험번호 3-2)의 슬러리를 사용하였으며, 하기 표 6에서 시간 0초인 것은 1차 CMP 공정 종료 후에 측정한 결과이다. 이때 디싱 값은 1차 공정을 수행하면서 발생한 것을 의미하며, 또한, 하기 표 5에서 배선 폭(Cu/PETEOS)의 "50μm/1μm"의 의미는 구리 배선 폭이 50μm이고 인접한 PETEOS 배선 폭이 1μm임을 의미한다.The pattern wafer used was a pattern wafer polished with a primary CMP slurry of a conventional copper damascene process. The slurry of Example 3 (Experiment No. 3-2) was used as the secondary CMP slurry, and a time of 0 seconds in Table 6 was measured after the completion of the first CMP process. In this case, the dishing value means that the first process is generated. In addition, the meaning of “50 μm / 1 μm” of the wiring width (Cu / PETEOS) in Table 5 is that the copper wiring width is 50 μm and the adjacent PETEOS wiring width is 1 μm. it means.

[표 7] 연마시간에 따른 디싱 값의 변화[Table 7] Change of dishing value according to grinding time

Figure 112006023465033-pat00007
Figure 112006023465033-pat00007

표 7의 결과로부터 1차 CMP후 발생한 디싱 값은 2차 CMP 진행 시간에 따라 감소하는 경향을 보이는 것을 알 수 있으며 우수한 평탄도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.From the results of Table 7, it can be seen that the dishing value generated after the first CMP tends to decrease with the progress of the second CMP, and excellent flatness can be obtained.

본 발명은 산화제를 포함하지 않은 구리 다마신 공정의 2차 CMP용 슬러리 조성물에 관한 것으로서 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 산화제를 함유하지 않아 시간에 따른 산화제 농도의 경시변화로 인한 연마특성의 변화를 유발하지 않아 오랜 시간 동안 균등한 연마특성을 유지할 수 있으며, 산화제로 인한 부식이 일어나지 않으므로 구리 막의 결함 발생이 억제된다. 또한 본 발명에 따른 슬러리 조성물은 구리막, 탄탈계막 및 실리콘산화막의 연마속도가 적절하여 우수한 평탄도를 얻을 수 있고 1차 CMP 공정에 기인한 디싱 및 에로젼을 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한 경시안정성 및 분산안정성이 우수하여 장기간 보관에 따른 거대 입자 생성이 억제되어 거대 입자로 인해 발생되는 스크래치가 낮고 및 낮은 부식성으로 인한 구리 연마 표면이 매우 양호한 장점이 있다.The present invention relates to a slurry composition for the second CMP of the copper damascene process does not contain an oxidizing agent, the slurry composition according to the present invention does not contain an oxidizing agent causing a change in polishing characteristics due to the aging of the oxidant concentration over time Not even polishing properties can be maintained for a long time, and corrosion caused by the oxidant does not occur, so that the occurrence of defects in the copper film is suppressed. In addition, the slurry composition according to the present invention has the advantage that the polishing rate of the copper film, tantalum film and silicon oxide film is appropriate to obtain excellent flatness and to remove dishing and erosion due to the first CMP process. In addition, it is excellent in aging stability and dispersion stability to suppress the generation of large particles due to long-term storage has the advantage that the copper polishing surface due to the low scratch and low corrosion caused by the large particles is very good.

Claims (14)

슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12 중량%과 글루콘산, 모폴린, 타우린, 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상의 첨가제 0.001 내지 5 중량%를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 2 내지 12인 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물.Based on the total weight of the slurry, it contains 0.5 to 12% by weight of an abrasive and 0.001 to 5% by weight of at least one additive selected from a compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, or aminoalcohol or a salt thereof, and contains no oxidizing agent. A slurry composition for chemical mechanical polishing, wherein the copper damascene process has a pH of 2 to 12. 슬러리 총 중량에 대하여, 연마제 0.5 내지 12 중량%, 글루콘산, 모폴린, 타우린, 아디프산, 시트르산 또는 아미노알콜로부터 선택되는 화합물 또는 그의 염 에서 선택되는 하나 이상 0.001 내지 0.5중량% 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염 0.01 내지 1.0중량%로 구성되는 첨가제를 함유하고 산화제를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며 pH가 2 내지 12인 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물.0.5 to 12% by weight of the abrasive, from 0.001 to 0.5% by weight of at least one selected from a compound selected from gluconic acid, morpholine, taurine, adipic acid, citric acid or aminoalcohol or salts thereof and nitrilotris (Methylene) triphosphonic acid (NTPA) or a salt composition for chemical mechanical polishing for the copper damascene process containing an additive consisting of 0.01 to 1.0% by weight thereof and containing no oxidizing agent and having a pH of 2 to 12 . 제 1항 또는 제 2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 아미노알콜은 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-펜탄올, 2-(2-아미노에틸아미노) 에탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, N,N-디에틸에탄올아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.The amino alcohol is 2-amino-2-methyl-1-propanol, 3-amino-1-propanol, 2-amino-1-propanol, 1-amino-2-propanol, 1-amino-pentanol, 2- ( 2-aminoethylamino) ethanol, 2-dimethylamino-2-methyl-1-propanol, N, N-diethylethanolamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine and mixtures thereof Chemical mechanical polishing slurry composition for copper damascene process. 제 3항에 있어서, The method of claim 3, wherein 아미노알콜은 모노에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 이의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.Aminoalcohol is a chemical mechanical polishing slurry for copper damascene process characterized in that it is selected from monoethanolamine, 2-amino-2-methyl-1-propanol, 2-dimethylamino-2-methyl-1-propanol or mixtures thereof. Composition. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 첨가제는 타우린, 글루콘산, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 모노에탄올 아민에서 선택되는 화합물 또는 그의 염 중에서 선택되는 하나 이상이며, 함량은 0.01 내지 1.0 중량%인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.The additive is at least one selected from a compound selected from taurine, gluconic acid, 2-amino-2-methyl-1-propanol or monoethanol amine or a salt thereof, and the copper content is 0.01 to 1.0% by weight. Chemical mechanical polishing slurry composition for damascene process. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 첨가제는 시트르산, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 모노에탄올 아민 또 는 그의 염으로부터 선택되는 하나 이상 0.01 내지 0.4중량% 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염 0.01 내지 0.4중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.The additive is at least 0.01 to 0.4% by weight selected from citric acid, 2-amino-2-methyl-1-propanol, monoethanol amine or salts thereof and nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salts thereof Chemical mechanical polishing slurry composition for copper damascene process, characterized in that consisting of 0.01 to 0.4% by weight. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 연마제는 발연실리카, 콜로이드 실리카, 알루미나, 세리아, 산화지르코늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.Wherein said abrasive is selected from the group consisting of fumed silica, colloidal silica, alumina, ceria, zirconium oxide, and mixtures thereof. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 연마제는 발연 실리카 또는 콜로이드 실리카이고, 연마제 함량은 pH 2내지 5인 경우 0.5 내지 12 중량%이며, pH 8 내지 12에서 6 내지 12 중량%인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.The abrasive is fumed silica or colloidal silica, the abrasive content is 0.5 to 12% by weight at pH 2 to 5, 6 to 12% by weight at the pH 8 to 12 chemical mechanical polishing slurry for copper damascene process Composition. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 pH는 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 질산, 염산, 황산, 과염소산, 인산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 pH 조절제로 조절되는 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.The pH of the copper damascene process chemistry, characterized in that the pH is adjusted with a pH adjuster selected from the group consisting of potassium hydroxide, ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid, phosphoric acid and mixtures thereof. Mechanical polishing slurry composition. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 벤조트리아졸, 5-아미노테트라졸, 1-알킬-5-아미노테트라졸, 5-히드록시-테트라졸, 1-알킬-5-히드록시-테트라졸, 테트라졸-5치올, 이미다졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 부식억제제를 슬러리 총중량에 대하여 0.0001 내지 0.1 중량%가 되도록 추가로 함유하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.Benzotriazole, 5-aminotetrazole, 1-alkyl-5-aminotetrazole, 5-hydroxy-tetrazole, 1-alkyl-5-hydroxy-tetrazole, tetrazol-5thiol, imidazole and these A chemical mechanical polishing slurry composition for copper damascene process further comprising a corrosion inhibitor selected from the group consisting of a mixture of 0.0001 to 0.1% by weight relative to the total weight of the slurry. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 부식억제제는 벤조트리아졸인 것을 특징으로 하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.The corrosion inhibitor is a chemical mechanical polishing slurry composition for copper damascene process, characterized in that benzotriazole. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 발연 실리카 또는 콜로이드 실리카 6 내지 12중량%, 타우린, 글루콘산, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 모노에탄올 아민에서 선택되는 화합물 또는 그의 염 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제 0.01 내지 1.0 중량%, pH를 8 내지 12이 되도록 하는 수산화칼륨 혹은 수산화암모늄, 및 벤조트리아졸 0.005 내지 0.05 중량%을 함유하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.6-12 wt% fumed silica or colloidal silica, 0.01-1.0 wt% of one or more additives selected from compounds selected from taurine, gluconic acid, 2-amino-2-methyl-1-propanol or monoethanol amine or salts thereof, A chemical mechanical polishing slurry composition for a copper damascene process containing potassium hydroxide or ammonium hydroxide to bring the pH to 8-12, and 0.005 to 0.05% by weight of benzotriazole. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 발연 실리카 또는 콜로이드 실리카 6 내지 12중량%; 첨가제로서 시트르산, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 모노에탄올 아민 또는 그의 염에서 선택되는 하나 이상 0.01 내지 0.4 중량% 및 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA) 또는 그의 염 0.01 내지 0.4 중량%; pH를 8 내지 12이 되도록 하는 수산화칼륨 혹은 수산화암모늄; 및 벤조트리아졸 0.005 내지 0.05 중량%을 함유하는 구리 다마신 공정용 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.6-12% by weight of fumed silica or colloidal silica; 0.01 to 0.4% by weight of at least one selected from citric acid, 2-amino-2-methyl-1-propanol, monoethanol amine or salts thereof and 0.01 to 0.4 wt% of nitrilotris (methylene) triphosphonic acid (NTPA) or salts thereof 0.4 wt%; potassium hydroxide or ammonium hydroxide to bring the pH to 8-12; And 0.005 to 0.05% by weight of benzotriazole. 제 1항 또는 제 2항의 슬러리 조성물을 사용하여 구리 다마신 공정의 2차 화학 기계적 연마를 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the secondary chemical mechanical polishing of the copper damascene process is performed using the slurry composition of claim 1.
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