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KR101829635B1 - 안정하고 농축가능한 화학 기계적 연마 조성물 및 관련 방법 - Google Patents

안정하고 농축가능한 화학 기계적 연마 조성물 및 관련 방법 Download PDF

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KR101829635B1
KR101829635B1 KR1020120022020A KR20120022020A KR101829635B1 KR 101829635 B1 KR101829635 B1 KR 101829635B1 KR 1020120022020 A KR1020120022020 A KR 1020120022020A KR 20120022020 A KR20120022020 A KR 20120022020A KR 101829635 B1 KR101829635 B1 KR 101829635B1
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chemical mechanical
mechanical polishing
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acid
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진지에 씨
조셉 레티지아
리쑤
토마스 에이치. 칼란타르
프란시스 켈리
제이. 키스 헤리스
크리스토퍼 제이. 터커
Original Assignee
다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드
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Abstract

초기 성분으로서: 물; 아졸 억제제; 알칼리 금속 유기 계면활성제; 친수제; 인 함유제; 수용성 셀룰로즈; 임의로, 비-사카라이드 수용성 폴리머; 임의로, 화학식(I)의 수용성 산화합물 (여기서 R은 수소 및 C1-5 알킬기로부터 선택되고, x는 1 또는 2이다); 임의로, 착화제; 임의로, 산화제; 임의로, 유기 용매; 및 임의로, 연마제를 포함하는, 인터커넥터 금속을 함유한 반도체 웨이퍼를 화학 기계적 연마하는데 유용한 화학 기계적 연마 조성물이 제공된다. 또한, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 제조 방법 및 기판의 화학 기계적 연마법이 제공되는데, 이는 구리 인터커넥터를 갖는 반도체 웨이퍼인 기판을 제공하는 단계; 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 근처에서 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배시키는 단계를 포함하며; 이때 화학 기계적 연마 조성물은 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나를 첨가함으로써 pH 2 내지 6으로 조절된 pH를 나타낸다.

Description

안정하고 농축가능한 화학 기계적 연마 조성물 및 관련 방법{A Stable, Concentratable Chemical Mechanical Polishing Composition and Method Relating Thereto}
본 발명은 일반적으로 화학 기계적 연마 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 안정하고 농축가능한 화학 기계적 연마 조성물; 상기 화학 기계적 연마 조성물의 제조 방법 및 반도체 재료의 화학 기계적 연마 방법에 관한 것으로, 더욱 특히 반도체 웨이퍼상의 인터커넥터 금속의 화학 기계적 연마 방법에 관한 것이다.
전형적으로, 반도체 웨이퍼는 유전체층내에 회로 인터커넥트(circuit interconnects)용 패턴을 형성하도록 배열된 다중 트렌츠(trenches)를 함유하는 유전체층을 갖는 실리콘 웨이퍼이다. 패턴 배열은 통상적으로 다마신 구조(damascene structure) 또는 듀얼 다마신 구조를 갖는다. 장벽층(barrier layer)은 패턴화된 유전체층을 커버하고 금속층은 상기 장벽층을 커버한다. 금속층은 적어도 상기 금속을 갖는 패턴화된 트렌츠를 필링(filling)하여 회로 인터커넥트를 형성시키기에 충분한 두께는 갖는다.
화학 기계적 연마공정은 흔히 다중 연마 단계를 포함한다. 예를 들어, 제1 단계에서는 과량의 인터커넥트 금속, 예로서 구리를 초기 고속으로 제거한다. 제1 단계 제거후, 제2 단계 연마로 금속 인터커넥트의 장벽층 외부에 남아있는 금속을 제거할 수 있다. 연속적인 연마로 반도체 웨이퍼의 하부 유전체층으로부터 장벽을 제거하여 유전체층과 금속 인터커넥트상에 평면의 연마된 표면을 제공한다.
반도체 기판상의 트렌츠 또는 트로프(trough)내 금속은 금속 회로를 형성하는 금속 라인을 제공한다. 극복해야할 문제점 중 하나는 연마 공정이 각각의 트렌츠 또는 트로프로부터 금속을 제거하는 경향이 있어, 그러한 금속의 함몰된 디슁(recessed dishing)을 일으키는 것이다. 디슁은 금속 회로의 임계 치수 변화를 일으키기 때문에 바람직하지 못하다. 디슁을 감소시키기 위하여, 연마를 더 낮은 연마 압력에서 수행한다. 그러나, 단지 연마 압력을 감소시키는 것은 연장된 기간 동안 연마를 계속하여야 한다. 그러나, 디슁은 전체 연장된 기간 동안 계속 생성된다.
특유의 고객 니즈(customer needs)에 대한 향상된 맞춤성을 제공하고 향상된 물류 특성(예, 더 낮은 선적 단가, 감소된 용적 처리량)을 제공하기 위하여, 흔히 농축 형태의 화학 기계적 연마 제제를 제공하는 것이 바람직하다. 과량의 인터커넥트 금속을 제거하는데 사용하기 위하여 고안된 통상의 화학 기계적 연마 제제는 전형적으로 아졸 기재 억제제를 포함한다. 그러한 아졸 기재 억제제는 더 높은 농도로 포함될 때 용액이 응집되어 침전되는 경향을 나타낸다.
Comeau 등은 연마 제제에 포함시키기 전에 BTA를 여과하기 위한 공법을 개시하였다. 상세하게, Comeau 등은 이온성 계면활성제, 예로서 나트륨 알킬 술페이트 용액에 용해된 1H-벤조트리아졸(BTA)을 포함할 수 있는 연마 슬러리를 형성시키기 위한 용액, 아마도 폴리아크릴산(PAA) 용액을 개시하고 있다. 이 용액은 여과하여 연마 슬러리에 사용할 수 있다. BTA를 가용화시키기 위한 이 방법은 외부 성분을 슬러리에 첨가할 필요없이 또는 안전성 위험을 증가시키지 않고 연마 슬러리중의 BTA 농도를 상승시킨다. 또한, 이 용액은 매우 안정하기 때문에 선적이 더 용이하고 (예를 들어 냉동 및 해동시킬 수 있다) 통상의 것들과 비교하여 용적이 더 작다. 또한, 스크래치를 일으킬 수 있는 입자의 제거로 인하여 연마 슬러리 성능이 크게 향상된다.
Comeau 등에 개시된 용액은 화학 기계적 연마 제제의 제조에 사용될 수 있는 성분이다. 그러나, 반도체 웨이퍼 금속 인터커넥터를 연마하는데 사용되는 통상의 화학 기계적 연마 제제는 목적하는 연마 특성을 갖는 제제를 제공하기 위하여 다양한 추가의 성분을 함유한다. 이들 추가의 성분이 또한 농축시 최종 제제의 안정성에 영향을 줄 수 있다.
예를 들어, Wang은 미국 특허 제7,086,935호에서 메틸 셀룰로오스, 아크릴산/메타크릴산 코폴리머, 벤조트리아졸(BTA) 및 패턴화된 웨이퍼용 혼화성 용매를 함유하는 연마제가 없는 구리 제제의 용도를 기재하고 있다. 이 제제는 낮은 구리 디슁으로 구리를 제거하여 청정하게 할 수 있지만, 신속한 연마중, 연마 패드와 웨이퍼상에 녹색의 Cu-BTA 화합물을 침전시킨다. 이들 침전물은 검(gum)-유사 침전물과 관련하여 연마 제거 속도가 감소되는 것을 피하기 위하여 연마후 연마 패드를 세정하는 것을 필요로 하며; 결함이 발생하는 것을 피하기 위하여 웨이퍼를 연마후 세정할 것을 필요로 한다. 이들 세정 단계는 강력하고 값비싼 세정액을 필요로 하며 지연된 웨이퍼 처리량으로부터 발생되는 관련된 "소유비용(cost of ownership)"을 갖게 된다.
녹색 침전물에 대한 염려를 해소시키는, 개선된 제제가 Thomas에 의해 미국 공개 특허 공보 제2009/0215266호에 개시되어 있다. Thomas 등은 구리 인터커넥트 금속을 함유하는 패턴화된 반도체 웨이퍼를 연마 패드로 연마하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다: a) 벤조트리아졸(BTA) 억제제 및 구리 착화 화합물 및 물을 함유하는 수성 연마액을 제공하는 단계; b) 패턴화된 웨이퍼를 상기 수용액이 착화 화합물을 함유하지 않는 경우 Cu-BTA 침점물을 위하여 Cu+1 이온과 BTA 억제제가 [BTA]*[Cu+1] > Ksp인 농도를 갖도록, 구리를 Cu+1로 용해시키는 방식으로 수성 연마액과 연마 패드로 연마하는 단계; 및 c) 적어도 상기 구리 이온 중 일부를 산화시켜 연마액이 Cu-BTA 침전물을 침전시키지 않도록 하는 단계.
Thomas 등이 예시한 것들과 같은 수많은 통상의 화학 기계적 연마 제제는 연마 제제의 제조 및 사용중 연관된 환경 및 안전성 문제를 갖고 있는 암모늄을 함유한다.
따라서, 필요한 것은 화학 기계적 연마 조성물이 아졸 억제제를 함유하며 안정하게 농축가능하고; 바람직하게는 암모늄이 없는 (즉, < 0.001 중량%), 금속 인터커넥트를 함유하는 패턴화된 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마 조성물 및 화학 기계적 연마법이다.
본 발명은 인터커넥트 금속을 함유하는 반도체 웨이퍼를 화학 기계적 연마하는데 유용한 화학 기계적 연마 조성물을 제공하며, 이 조성물은 초기 성분으로서: 물; 아졸 억제제; 알칼리 금속 유기 계면활성제; 친수제(hydrotrope); 인 함유제; 수용성 셀룰로즈; 임의로, 비-사카라이드 수용성 폴리머; 임의로, 화학식(I)의 수용성 산 화합물; 임의로, 착화제; 임의로, 산화제; 임의로, 유기 용매; 및 임의로 연마제를 포함한다(필수적으로 구성된다):
[화학식 I]
Figure 112012017495946-pat00001
상기식에서
R은 수소 및 C1-5 알킬기로부터 선택되고,
x는 1 또는 2이다.
본 발명은 물을 제공하는 단계; 아졸 억제제를 제공하는 단계; 알칼리 금속 유기 계면활성제를 제공하는 단계; 친수제를 제공하는 단계; 인 함유제를 제공하는 단계; 수용성 셀룰로즈를 제공하는 단계; 임의로, 임의의 비-사카라이드 수용성 폴리머를 제공하는 단계; 임의로, 화학식(I)의 수용성 산 화합물을 제공하는 단계; 임의로, 임의의 착화제를 제공하는 단계; 임의로, 임의의 산화제를 제공하는 단계; 임의로, 임의의 유기 용매를 제공하는 단계; 임의로, 임의의 연마제를 제공하는 단계; 물, 알칼리 금속 유기 계면활성제, 친수제, 수용성 셀룰로즈, 임의의 비-사카라이드 수용성 폴리머, 임의의 화학식(I)의 수용성 산 화합물, 임의의 착화제, 임의의 산화제, 임의의 유기 용매 및 임의의 연마제를 합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및 아졸 억제제와 인 함유제를 상기 혼합물을 가하여 화학 기계적 연마 조성물을 형성시키는 단계를 포함하는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 제조 방법을 제공한다:
Figure 112012017495946-pat00002
여기에서, R은 수소 및 C1-5 알킬기로부터 선택되고, x는 1 또는 2이다.
본 발명은 구리 인터커넥트(copper interconnects)를 갖는 반도체 웨이퍼인 기판을 제공하는 단계; 본 발명에 따르는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 임의로, 산화제를 상기 화학 기계적 연마 조성물에 첨가하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스(down force)로 동적 접촉(dynamic contact)을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 근처에서 분배시키는 단계를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물이 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나를 첨가함으로써 pH 2 내지 6으로 조정되는 pH를 나타내는 것인, 기판의 화학 기계적 연마법을 제공한다.
본 발명은 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 웨이퍼인 기판을 제공하는 단계; 본 발명에 따르는 화학 기계적 연마 조성물을 농축물로서 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석시키는 단계; 임의로, 산화제를 상기 화학 기계적 연마 조성물에 첨가하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 근처에서 분배시키는 단계를 포함하며, 상기 화학 기계적 연마 조성물이 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나를 첨가함으로써 pH가 2 내지 6으로 조정되는 pH를 나타내는 것인, 기판의 화학 기계적 연마법을 제공한다.
본 발명은 구리 인터커넥터를 갖는 반도체 웨이퍼인 기판을 제공하는 단계; 8배 농축물로서 제공되는, 본 발명에 따르는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 희석에 따라 초기 성분 부하량 다음: 0.2 내지 0.4 중량%의 벤조트리아졸; 0.05 내지 1 중량%의 나트륨 옥탄 술포네이트; 0.45 내지 1 중량%의, 나트륨 톨루엔 술포네이트, 나트륨 크실렌 술포네이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된 친수제; 0.5 내지 2 중량%의, 인산삼칼륨, 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨 및 이들의 혼합물로부터 선택된 인 함유제; 0.1 내지 1 중량%의 카복시 메틸 셀룰로즈, 0.05 내지 1 중량%의 메타크릴산과 아크릴산의 코폴리머; 0.4 내지 2 중량%의 이미노디아세트산; 및 0.1 내지 0.5 중량%의 말산이 되도록 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석시키는 단계; 산화제를 화학 기계적 연마 조성물에 첨가하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 근처에서 분배시키는 단계를 포함하며; 상기 화학 기계적 연마 조성물이 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나를 첨가함으로써 pH가 2 내지 6으로 조정되는 pH를 나타내고, 상기 화학 기계적 연마 조성물이 분당 61회전의 플래튼 속도, 분당 57 회전의 캐리어속도, 200 ㎖/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 화학 기계적 연마 패드가 폴리머성 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층과 코팅된 필름 서브패드를 포함하는 200 ㎜ 연마기 상에 13.8 kPa의 공칭 다운포스일 때 적어도 4,000 Å/분의 구리 제거 속도를 나타내는 것인, 기판의 화학 기계적 연마법을 제공한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 이의 사용 농도 ≥4x 까지 농축시, 바람직하게는 ≥8x 까지 농축시 안정하다. 이 특성은 화학 기계적 연마 조성물에 특별한 가치를 부여한다. 이는 연관된 공정 흐름이 감소(즉, 물의 용적을 감소)되어 제조 풋프린트(manufacturing footprint)가 더 작아지도록 할 수 있다. 또한 운반 및 보관 비용을 더 낮출 수 있다. 최종적으로, 화학 기계적 연마의 독특한 공정에 맞추어 사용시 최종 사용자가 주문제작하는데 있어서의 향상된 유연성을 제공한다.
본 명세서 및 첨부되는 특허청구의 범위에서 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물에 대한 언급시 사용되는 용어 "농축가능한"이란 화학 기계적 연마 조성물을 사용 시점에서 화학 기계적 연마 조성물에 포함되는 물 보다 더 적은 양의 물로 제조하고, 보관하며 운반할 수 있음을 의미힌다.
본 명세서 및 첨부되는 특허청구의 범위에서 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물에 대한 언급시 사용되는 용어 "사용 시점"이란 기판을 연마하기 위하여 사용하는 시점에서의 화학 기계적 연마 조성물을 의미한다.
본 명세서 및 첨부되는 특허청구의 범위에서 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물에 대한 언급시 사용되는 용어 "암모늄이 없는(ammonium free)"이란 화학 기계적 연마 조성물이 암모늄을 < 0.001 중량% (더욱 바람직하게는, 암모늄을 < 0.0001 중량%)로 함유함을 의미한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 농축가능하며 농축된 형태에서 안정한 상태로 유지된다. 예를 들어, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 ≥4x 사용시점 (바람직하게는 ≥8x) 농축물로 제공될 수 있다 (예를 들어, 실시예의 표 3 참조). 명확성을 위하여, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 조성물의 사용시점과 관련하여 본 명세서에서 상세하게 설명된다. 그럼에도 불구하고, 당해 분야의 숙련가들은 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 제형을 농축물에 대하여 (즉, 농축된 형태의 화학 기계적 연마 조성물) 어떻게 변화시켜야할 지 알고 있을 것이다.
본 발명의 화학 기계적 연마법에서 사용되는 화학 기계적 연마 조성물의 특정 제형의 선택이 농축성 및 안정성 둘 다에 대해 목표로 하는 금속 인터커넥트 제거 속도 속도를 제공하는데 있어서 중요하다.
화학 기계적 연마를 위한 본 발명의 화학 기계적 연마법에 사용하기에 적합한 기판은 반도체 기판, 바람직하게는, 금속 인터커넥트, 예로서 하부 유전체층이 있는 구리 또는 구리 합급을 갖는 반도체 기판; 더욱 바람직하게는 금속 인터커넥트, 예로서 구리 또는 구리 합금을 갖는 반도체 기판을 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게는 균형량의 탈이온수 또는 증류수에 따라 부수적 불순물을 제한한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 정적 식각(static etch) 또는 다른 제거 메카니즘에 의한 비철금속의 제거, 예로서 구리 인터커넥트 제거 속도를 조절하기 위한 억제제를 함유한다. 억제제의 농도 조절은 정적 식각으로부터 금속을 보호함으로써 인터커넥트 금속 제거 속도를 조절한다. 바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 0.01 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.4 중량%의 억제제를 함유한다. 가장 바람직하게는 화학 기계적 연마 조성물이 0.2 내지 1.0 중량%의 억제제를 함유한다. 임의로, 상기 억제제가 억제제의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 억제제가 구리 및 은 인터커넥트를 갖는 웨이퍼를 연마하는데 특히 효과적인, 아졸 억제제로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 억제제가 벤조트리아졸(BTA), 머캅토벤조트리아졸(MBT), 톨릴트리아졸(TTA), 이미다졸 및 이들의 조합물로부터 선택된다. 아졸 억제제의 조합물은 구리 제거 속도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 가장 바람직하게는, 억제제가 BTA로, 이는 구리 및 은에 대해 특히 효과적이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 계면활성제를 포함한다. 바람직하게는, 화학 기계적 연마 조성물이 0.01 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 1 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%, 가장 바람직하게는 0.2 내지 0.8 중량%의 계면활성제를 포함한다. 바람직하게는, 계면활성제가 알칼리 금속 유기 술포네이트이다. 더욱 바람직하게는, 계면활성제가 알칼리 금속이 나트륨, 칼륨, 리튬 및 마그네슘으로부터 선택되고; 유기 부분이 탄소수 2 내지 16의 지방족기인, 알칼리 금속 유기 술포네이트이다. 더더욱 바람직하게는, 계면활성제가 나트륨 옥탄 술포네이트, 칼륨 옥탄 술포네이트, 리튬 옥탄 술포네이트, 나트륨 도데칸 술포네이트, 칼륨 도데칸 술포네이트 및 리튬 도데칸 술포네이트로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 계면활성제가 나트륨 옥탄 술포네이트이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게는 친수제를 포함한다. 바람직하게는, 화학 기계적 연마 조성물이 0.05 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%, 가장 바람직하게는 0.45 내지 1 중량%의 친수제를 포함한다. 바람직하게는, 상기 친수제가 벤젠 술포네이트, 알킬벤젠 술포네이트(예, 톨루엔 술포네이트, 큐멘 술포네이트) 및 디알킬벤젠 술포네이트(예, 크실렌 술포네이트, 씨멘 술포네이트) 및 이들의 염으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 친수제가 벤젠 술포네이트; 톨루엔 술포네이트; 큐멘 술포네이트; 크실렌 술포네이트; 씨멘 술포네이트; 및 이들의 나트륨, 리튬, 칼슘, 칼륨 및 암모늄염으로부터 선택된다. 더더욱 바람직하게는, 본 발명의 암모늄이 없는 화학 기계적 연마 조성물에서, 친수제가 벤젠 술포네이트; 톨루엔 술포네이트; 큐멘 술포네이트; 크실렌 술포네이트; 씨멘 술포네이트; 및 이들의 나트륨, 리튬, 칼슘 및 칼륨염으로부터 선택된다. 또한 더더욱 바람직하게는, 친수제가 나트륨 톨루엔 술포네이트 및 나트륨 크실렌 술포네이트로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 친수제가 나트륨 크실렌 술포네이트이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 인-함유 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 0.01 내지 15 중량%; 더욱 바람직하게는 0.05 내지 10 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 가장 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%의 인-함유 화합물을 포함한다. 본 명세서의 목적으로, "인-함유" 화합물은 인 원자를 함유하는 화합물이다. 바람직하게는, 인-함유 화합물이 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 포스포네이트 (이들의 산, 염, 혼합된 산 염, 에스테르, 부분적 에스테르, 혼합된 에스테르를 포함), 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 인-함유 화합물이 아연 포스페이트, 아연 피로포스페이트, 아연 폴리포스페이트, 아연 포스포네이트, 암모늄 이수소 포스페이트, 디암모늄 수소 포스페이트, 트리암모늄 포스페이트, 암모늄 피로포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 암모늄 포스포네이트, 디암모늄 포스포네이트, 디암모늄 피로포스페이트, 디암모늄 폴리포스페이트, 디암모늄 포스포네이트, 구아니딘 포스페이트, 구아니딘 피로포스페이트, 구아니딘 폴리포스페이트, 구아니딘 포스포네이트, 철 포스페이트, 철 피로포스페이트, 철 폴리포스페이트, 철 포스포네이트, 세륨 포스페이트, 세륨 피로포스페이트, 세륨 폴리포스페이트, 세륨 포스포네이트, 에틸렌-디아민 포스페이트, 피페라진 포스페이트, 피페라진 피로포스페이트, 피페라진 포스포네이트, 멜라민 포스페이트, 디멜라민 포스페이트, 멜라민 피로포스페이트, 멜라민 폴리포스페이트, 멜라민 포스포네이트, 멜람 포스페이트, 멜람 피로포스페이트, 멜람 폴리포스페이트, 멜람 포스포네이트, 디시아노디아미드 포스페이트, 우레아 포스페이트, 칼륨 포스페이트, 이들의 산, 염, 혼합된 산 염, 에스테르, 부분적 에스테르, 혼합된 에스테르, 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더더욱 바람직하게는, 인-함유 화합물이 포스핀 옥사이드, 포스핀 술파이드 및 포스포네이트, 포스파이트 및 포스피네이트의 포스포리난, 이들의 산, 염, 혼합된 산 염, 에스테르, 부분적 에스테르 및 혼합된 에스테르로부터 선택된다. 또한 더욱 바람직하게는, 인-함유 화합물이 트리암모늄 포스페이트, 디암모늄 수소 포스페이트, 암모늄 이수소 포스페이트, 인산삼칼륨, 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨 및 이들의 조합물로부터 선택된다. 또한 더더욱 바람직하게는, 인-함유 화합물이 암모늄 이수소 포스페이트, 인산삼칼륨, 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 화학 기계적 연마 조성물에 암모늄이 없으며, 이때 인-함유 화합물은 인산삼칼륨, 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 수용성 셀룰로즈를 함유한다. 바람직하게, 화학 기계적 연마 조성물은 0.05 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%의 수용성 셀룰로즈를 함유한다. 바람직하게는, 수용성 셀룰로즈는 카복실산 작용기로 개질된 수용성 개질 셀룰로즈이다. 예시적인 개질 셀룰로즈로는 적어도 하나의 아가검, 아라비아검, 가티검, 카라야검, 구아검, 펙틴, 로커스트빈검, 트라가칸트검, 타마리노검, 카라게난검 및 크산탄검과 같은 음이온성 검, 개질 전분, 알긴산, 마누론산, 글루콘산 및 이들의 유도체 및 공중합체를 포함한다. 가장 바람직하게, 수용성 개질 셀룰로즈는 카복시 메틸 셀룰로즈 (CMC)이다. 바람직하게, CMC는 치환도가 0.1 내지 3.0이고, 중량평균분자랑, Mw이 1,000 내지 1,000,000이다. 더욱 바람직하게, CMC는 치환도가 0.7 내지 1.2이고, 중량평균분자랑이 40,000 내지 250,000이다. 본 원 목적상, CMC에서 치환도는 치환된 셀룰로즈 분자내 각 무수 글루코스 단위에 있는 하이드록실 그룹의 수이다. 치환도는 CMC내 카복실산 그룹의 "밀도"에 대한 척도로 간주된다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 비-사카라이드 수용성 폴리머를 함유한다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 3 중량%, 가장 바람직하게는 0.05 내지 1 중량%의 비-사카라이드 수용성 폴리머를 함유한다.
비-사카라이드 수용성 폴리머는 바람직하게는 아크릴산 폴리머, 메타크릴산 폴리머 및 아크릴산 모노머 또는 메타크릴산 모노머를 이용하여 합성한 코폴리머를 포함한다. 본 명세서의 목적으로, 상기 비-사카라이드 수용성 폴리머는 또한 다양한 분자량의 폴리머와 낮은 분자량의 올리고머를 포함한다. 코폴리머로는 아크릴산과 메타크릴산의 조합으로부터 형성된 것들이 있으며; 특히, 아크릴산 대 메타크릴산의 몰비의 범위가 1:30 내지 30:1, 바람직하게는 1:9 내지 9:1, 가장 바람직하게는 약 2:3인 조합으로부터 형성된 코폴리머가 있다. 코폴리머의 중량 평균 분자량의 범위는 바람직하게는 1K 내지 1000K이고, 바람직하게는 10K 내지 500K 범위이다.
달리, 상기 비-사카라이드 수용성 폴리머는 양쪽성 폴리머, 예로서 아크릴산 또는 메타크릴산으로부터 형성된 코폴리머이다. 본 명세서에서 언급되는 양쪽성 폴리머는 소수성 단편과 친수성 단편으로 이루어진 블럭 코폴리머이다. 소수성 단편은 탄소수가 2 내지 250인 폴리머 쇄일 수 있다. 본 명세서의 목적으로, 탄소수는 친수성 단편의 탄소 원자수를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 탄소수가 5 내지 100이고, 가장 바람직하게는 5 내지 50이다. 친수성 단편은 이온성이다. 친수성 단편의 모노머 단위의 수는 바람직하게는 1 내지 100이다.
상기 양쪽성 폴리머의 바람직한 수평균 분자량은 50 내지 5,000이며 - 본 명세서에서는 수평균 분자량으로, 상세하게는 굴절률 검출기와 인산나트륨 완충제 용출제가 있는 일련의 TSK-GEL pn/08025 GMPWx 및 TSK-GEL pn/08020 G2500PWx 컬럼을 사용한 수성 겔 투과 크로마토그라피에 의한 양쪽성 폴리머를 언급한다. 더욱 바람직하게는, 상기 수평균 분자량이 50 내지 4,000이고 가장 바람직하게는 상기 수평균 분자량이 100 내지 3,000이다. 이온성 절편은 양이온성, 음이온성, 및 쯔비터이온(폴리암폴라이드 및 폴리베타인)을 포함한다. 바람직하게는, 친수성 절편이 음이온성, 예로서 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산이다. 상기 친수성 절편이 바람직하게는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 또는 아크릴산과 메타크릴산의 코폴리머를 함유한다. 이들 절편을 코폴리머로 합하여 이들 각각의 호모폴리머와 다른 특성을 갖는 분자를 생산함으로써 금속 인터커넥트의 과도한 디슁없이 용이하게 제거(clearing)할 수 있다. 상기 폴리머의 소수성 말단은 탄화수소 쇄 또는 알킬머캅탄을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 소수성 및 친수성 절면을 블럭 코폴리머 형태로 합하는 것이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 화학식(I)에 따르는 수용성 산 화합물을 함유한다:
Figure 112012017495946-pat00003
상기식에서, R은 수소 및 C1-5 알킬기로부터 선택되고, x는 1 또는 2이다.
바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 2 중량%의 화학식(I)에 따르는 수용성 산 화합물을 함유한다. 바람직하게는, 상기 화학식(I)에 따르는 수용성 산 화합물이 이미노디아세트산(IDA), 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 및 이들의 조합물로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 상기 화학식(I)에 따르는 수용성 산 화합물이 IDA이다.
화학식(I)에 따르는 수용성 산 화합물은 단일 원자가(+1)를 갖는 구리 이온 및 2가(+2) 구리 이온을 착화시킬 수 있다. 연마중, 상기 수용성 산 화합물은 하기와 같은 반응식(2)에서와 같이 충분한 수의 구리 이온과 착화되어 Cu-BTA 침전물의 형성을 감소시키며 Cu+2 이온의 형성 속도를 조절하는 것으로 나타났다:
[반응식 2]
Figure 112012017495946-pat00004
본 명세서의 목적으로, Cu-BTA 침전물은 비-액체, 예로서 고체, 겔 및 폴리머를 포함하며 Cu+2 이온, 스피넬(spinel) 침전물, 스피넬-유사 침전물 및 불순물을 포함할 수 있다. 연마 실험으로부터, 불용성 Cu-BTA 침전물은 구리 이온(+1) 생성물과 BTA 농도가 연마 조건하에서 Ksp를 초과할 때 형성된다. Cu-BTA의 침전은 평형식(1)에 따라서 산성 연마 용액중에서 발생하는 것으로 나타났다:
[평형식 1]
Figure 112012017495946-pat00005
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 비철금속용 착화제를 함유한다. 상기 착화제는 구리와 같은 금속 필름의 제거 속도에 도움을 줄 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 0 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 가장 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%의 착화제를 함유한다. 착화제의 예로는, 예를 들어, 아세트산, 시트르산, 에틸 아세토아세테이트, 글리콜산, 락트산, 말산, 옥살산, 살리실산, 나트륨 디에틸 디티오카바메이트, 숙신산, 타타르산, 티오글리콜산, 글리신, 알라닌, 아스파트산, 에틸렌 디아민, 트리메틸 디아민, 말론산, 글루테르산, 3-히드록시부티르산, 프로피온산, 프탈산, 이소프탈산, 3-히드록시 살리실산, 3,5-디히드록시 살리실산, 갈릭산, 글루콘산, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닌산 (이들의 염 포함) 및 이들의 혼합물이 있다. 바람직하게는, 착화제가 아세트산, 시트르산, 에틸 아세토아세테이트, 글리콜산, 락트산, 말산, 옥살산 및 이들의 조합물로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 착화제가 말산이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 산화제를 함유한다. 하나의 양태로, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 0 내지 25 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 중량%의 산화제를 함유한다. 하나의 양태로, 상기 산화제가 과산화수소(H2O2), 모노퍼술페이트, 요오데이트, 마그네슘 퍼프탈레이트, 퍼아세트산 및 기타 과산(per-acids), 퍼술페이트, 브로메이트, 퍼요오데이트, 니트레이트, 철 염, 세륨 염, Mn(III), Mn(IV) 및 Mn(VI) 염, 은 염, 구리 염, 크롬 염, 코발트 염, 할로겐, 하이포클로라이드 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 하나의 양태로, 산화제가 과산화수소이다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 불안정한 산화제, 예로서 과산화수소를 함유하는 경우, 사용전에 상기 산화제를 화학 기계적 연마 조성물중에 포함시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 수혼화성 알코올 또는 케톤을 함유한다. 수혼화성 알코올 또는 케톤은 개질된 셀룰로오스 화합물의 존재하에서, 허용가능한 금속 제거 속도와 낮은 디슁으로 구리 금속을 소멸시키는데 도움이 된다. 전형적으로, 수혼화성 알코올 또는 케톤은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 글리세롤, 아세톤, 및 메틸 에틸 케톤 중 적어도 하나를 포함한다. 바람직하게는, 본 조성물이 0 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 10 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.01 내지 7.5 중량%, 가장 바람직하게는 0.02 내지 5 중량%의 수혼화성 알코올 또는 케톤을 함유한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 0 내지 3 중량%의 연마제를 함유하여 금속층 제거가 용이하도록 한다. 이 범위내에서, 1 중량% 이하의 양으로 존재하는 연마제를 갖는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 연마 조성물에 연마제가 없는 것이다.
연마제의 평균 입자 크기는 과도한 금속 디슁, 유전체 부식을 방지하고 평탄화를 향상시키기 위한 경우 500 나노메터(nm) 이하이다. 본 명세서의 목적으로, 입자 크기는 연마제의 평균 입자 크기를 언급한다. 더욱 바람직하게는, 평균 입자 크기가 100 nm 이하인 콜로이드상 연마제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 감소된 유전체 부식과 금속 디슁은 평균 입자 크기가 70 nm 이하인 콜로이드상 실리카인 경우 발생한다. 또한, 바람직한 콜로이드상 연마제에 첨가제, 예로서 분산제, 계면활성제, 완충제, 및 살생제를 포함시켜 콜로이드상 연마제의 안정성을 향상시킬 수 있다. 그러한 콜로이드상 연마제 중 하나가 Clariant S.A. (Puteaux, France)로부터의 콜로이드상 실리카이다. 또한, 훈연된 것, 침전된 것, 응집된 것 등을 포함한 다른 연마제가 사용될 수 있다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 금속 인터커넥트층의 "기계적" 제거를 위한 연마제를 포함한다. 연마제의 예로는 무기 산화물, 무기 수산화물, 수산화무기 산화물, 금속 붕소화물, 금속 탄화물, 금속 질화물, 폴리머 입자 및 전술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물이 있다. 적합한 무기 산화물의 예로는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(CeO2), 산화망간(MnO2), 산화티탄(TiO2) 또는 전술한 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 조합물이 있다. 적합한 수산화무기 산화물로는, 예를 들어 수산화알루미늄 산화물("boehmite")가 있다. 개량된 형태의 이들 무기 산화물, 예로서, 유기 폴리머-코팅된 무기 산화물 입자 및 무기 코팅된 입자가 또한 경우에 따라 사용될 수 있다. 적합한 금속 탄화물, 붕소화물 및 질화물로는 예를 들어, 탄화규소, 질화규소, 실리콘 카보니트라이드(SiCN), 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화지르코늄, 붕소화알루미늄, 탄화탄탈, 탄화티탄, 또는 전술한 금속 탄화물, 붕소화물 및 질화물 중 적어도 하나를 포함하는 조합물이 있다. 다이아몬드가 경우에 따라 연마제로서 사용될 수도 있다. 대안적 연마제는 또한 폴리머성 입자, 코팅된 폴리머성 입자, 및 계면활성제 안정화된 입자를 포함한다. 사용되는 경우, 바람직한 연마제는 실리카이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 넓은 범위의 pH에 걸쳐 효과를 제공한다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 유용한 pH 범위는 2에서부터 5까지 연장되어 있다. 본 발명의 양태 중 하나로, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 사용시점에서 pH 2 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 4를 나타낸다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 pH를 조절하는데 사용하기에 적합한 산으로는 예를 들어, 질산, 황산, 염산, 및 인산; 바람직하게는 인산이 있다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 pH를 조절하는데 사용하기에 적합한 염기로는 예를 들어, 수산화암모늄, 수산화마그네슘, 수산화리튬 및 수산화칼륨이 있다. 바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물에 암모늄이 없는 것이며, 이때 pH를 조절하는데 적합한 염기는 수산화마그네슘 및 수산화리튬으로부터 선택된다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게는 농축된 형태 (즉, ≥4x 사용시점 농도; 더욱 바람직하게는 ≥ 8x 사용시점 농도)에서 보관 안정성을 나타낸다. 본 명세서 및 첨부되는 특허청구의 범위에서 사용되는 바와 같은 용어 "보관 안정성"은 농축물이 적어도 5일간 5 ℃에서 보관 후 가시적으로 청정하며 농축물로부터 침전된 고체가 관찰되지 않음을 의미한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 제조 방법에서, 화학 기계적 연마 조성물의 다양한 초기 성분을 바람직하게는 아졸 억제제와 인 함유제가 첨가되는 물의 용적을 최대화하는 첨가 순서에 따라 함께 배합한다. 가장 바람직하게는, 아졸 억제제와 인 함유제가 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물의 제조에서 첨가될 최종 성분이다.
바람직하게는, 기판의 화학 기계적 연마를 위한 본 발명의 방법은 기판을 제공하는 단계; 본 발명에 따르는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 임의로, 산화제를 상기 화학 기계적 조성물에 가하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 계면 근처에서 화학 기계적 연마 패드상에 분배하는 단계를 포함하며; 이때 상기 화학 기계적 연마 조성물은 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나의 첨가를 통하여 pH 2 내지 6으로 조절되는 pH를 나타낸다. 상기 기판은 반도체 기판이다. 바람직하게는, 상기 기판이 금속 인터커넥터, 예로서 구리, 은, 알루미늄, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 금, 이리듐 및 이들의 합금(더욱 바람직하게는 구리 또는 구리 합금)을 갖는 반도체 기판이다. 더더욱 바람직하게는, 상기 기판이 하부 유전체층이 있는 금속 인터커넥터를 갖는 반도체 기판이다. 가장 바람직하게는, 상기 기판이 하부 유전체층이 있는 구리 인터커넥터를 갖는 반도체 기판이다. 본 명세서의 목적으로, 상기 용어 유전체는 낮은-k 및 초(ultra)-낮은 k 유전체 물질을 포함한, 유전상수 k를 갖는 반도성(semi-conducting) 물질을 언급한다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물 및 방법은 다중 웨이퍼 구성성분, 예를 들어, 다공성 및 비공성의 낮은-k 유전체, 유기 및 무기 낮은-k 및 초-낮은 k 유전체, 유기 실리케이트 글래스(OSG), 플루오로실리케이트 글래스(FSG), 탄소 도핑된 산화물(CDO), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 및 TEOS로부터 유도된 실리카의 부식을 방지하는데 탁월하다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 또한 ECMP (전기화학 기계적 연마)에 사용할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 방법에서, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 농축물로서 (더욱 바람직하게는 ≥4x 사용시점 농축물로서; 가장 바람직하게는 ≥8x 사용시점 농축물로서) 제공하며; 여기서 본 방법은 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석시키는 단계; 임의로, 산화제를 화학 기계적 연마 조성물에 첨가하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 계면 근처에서 화학 기계적 연마 패드상에 분배하는 단계를 추가로 포함하며; 이때 상기 화학 기계적 연마 조성물은 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나의 첨가를 통하여 pH 2 내지 6으로 조절되는 pH를 나타낸다.
바람직하게는, 기판을 화학 기계적 연마하는 본 발명의 방법이 구리 인터커넥터를 갖는 반도체 웨이퍼인 기판을 제공하는 단계; 8x 농축물로서 제공되는 본 발명에 따르는 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석하여 희석한 다음 초기 성분의 부하량이 다음: 0.2 내지 0.4 중량%의 벤조트리아졸; 0.05 내지1 중량%의 나트륨 옥탄 술포네이트; 0.45 내지 1 중량%의, 나트륨 톨루엔 술포네이트, 나트륨 크실렌 술포네이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된 친수제; 0.5 내지 2 중량%의, 인산삼칼륨, 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨 및 이들의 혼합물로부터 선택된 인 함유제; 0.1 내지 1 중량%의 카복시 메틸 셀룰로즈; 0.05 내지 1 중량%의 메타크릴산과 아크릴산의 코폴리머; 0.4 내지 2 중량%의 이미노디아세트산; 및 0.1 내지 0.5 중량%의 말산이 되도록 하는 단계; 및 산화제를 화학 기계적 연마 조성물에 첨가하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 조성물을 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 계면 근처에서 화학 기계적 연마 패드상에 분배하는 단계를 포함하며; 이때 상기 화학 기계적 연마 조성물은 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나의 첨가를 통하여 pH 2 내지 6으로 조절되는 pH를 나타내고; 화학 기계적 조성물이 분당 61회전의 플래튼 속도, 분당 57회전의 캐리어속도, 200 ㎖/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 화학 기계적 연마 패드가 폴리머성 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층과 코팅된 필름 서브패드를 포함하는 200 mm 연마 기계상에서 13.8 kPa의 공칭 다운포스일 때 적어도 4,000 Å/분의 구리 제거 속도를 나타낸다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물 및 방법은 구리 인터커넥터, 바람직하게는 하부 유전체층이 있는 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 연마에 특히 유용하다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물이 또한 다른 전도성 금속 인터커넥터, 예로서 알루미늄, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 금, 또는 이리듐; 장벽 또는 라이너 필름, 예로서 탄탈, 질화탄탈, 티탄, 또는 질화티탄; 및 하부 유전체층을 갖는 반도체 웨이퍼를 연마하는데 적합한 것으로 생각된다. 본 명세서의 목적으로, 용어 유전체는 낮은-k 및 초-낮은 k 유전성 물질을 포함하는, 유전상수 k의 반-전도성 물질을 언급한다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물 및 방법은 다공성 및 비공성의 낮은-k 유전체, 유기 및 무기 낮은-k 및 초-낮은 k 유전체, 유기 실리케이트 글래스(OSG), 플루오로실리케이트 글래스(FSG), 탄소 도핑된 산화물(CDO), 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 및 TEOS로부터 유도된 실리카의 부식을 방지하는데 탁월하다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 또한 ECMP (전기화학 기계적 연마)에 사용할 수 있다.
이제, 본 발명의 일부 양태가 다음 실시예에서 상세하게 설명될 것이다.
비교실시예 A-C 및 실시예 1-17
화학 기계적 연마 조성물 제조
비교 연마 실시예 PA-PB 및 연마 실시예 P1-P17과 비교 안정성 실시예 SC 및 안정성 실시예 S1-S17에서 사용되는 화학 기계적 연마 조성물 (즉, 각각 화학 기계적 연마 조성물 A 및 1-7)을 표 1 (및 비교 연마 실시예 PA-PB 및 연마 실시예 S1-S17의 경우 H2O2를 추가로 가하여 9중량%의 농도가 되도록 한다)에 제시된 양으로 성분들을 합하여 제조한다.
표 1
Figure 112012017495946-pat00006
Figure 112012017495946-pat00007
Figure 112012017495946-pat00008
￠ 수중 5 중량% 카복시 메틸 셀룰로오스 200k 중량 평균 분자량
￡ 25중량% 아크릴산과 메타크릴산의 코폴리머(2:3몰비, 23k 중량 평균 분자량)
€ 이미노디아세트산
￥ 38중량% 나트륨 옥탄 술포네이트(Stepan Company, Bio-Terge® PAS-8S로부터 입수)
π 나트륨 크실렌 술포네이트 고체
□ 나트륨 톨루엔 술포네이트 고체
α 제제의 농축물(1X=사용시점의 농도)
비교 연마 실시예 PA-PB 및 연마 실시예 P1-P17
각 실시예에서 표 2에 표시된 제제를 사용하여 (농축된 제제를 연마전에 1X POU 농도로 희석한다) 구리 블랭킷 웨이퍼상에서 연마 실험을 수행한다. Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.로부터 입수가능한 K7 그루브 패턴(groove pattern)이 있는 VisionPad™5000 폴리우레탄 연마 패드를 사용하는 ISRM 검출기가 장착되어 있는 Applied Materials, Inc. Reflexion 200mm 연마 기계를 2.0 psi(13.8 kPa)의 다운포스, 200 ㎖/분의 연마액 유속, 61 RPM의 플래튼 속도, 및 연마 패드의 중앙으로부터 3.5 인치(8.89 ㎝)에서의 연마액 투하 지점에 대해 57 RPM의 캐리어속도하에서 작동시킨다. 연마 패드를 연마전에 컨디셔너로 9.0 psi(62.1 kPa)의 다운포스를 사용하여 20분간, 이어서 7.0 psi(48.3 kPa)의 다운포스로 20분간 길들인다. 연마 패드를 7.0 psi(48.3 kPa)의 다운포스를 사용하여 웨이퍼 사이에서 추가로 정련시킨다. 구리 제거 속도는 Jordan Valley JVX-5200T 메트롤로지 툴을 사용하여 측정한다. 각각의 연마 실험은 중복 수행하다. 2개의 결과의 평균을 표 2에 제시하였다.
표 2
Figure 112012017495946-pat00009

비교 안정성 실시예 SC 및 안정성 실시예 S1-S17
표 3에 표시된 연마 조성물의 안정성은 표시된 온도에서 5일간 표시된 샘플을 보관한 다음 숙성된 물질의 청정도를 관찰함으로써 평가한다. 불안정한 제제는 표시된 조건하에서 보관시 탁하게 되거나 침전물을 형성하는 것으로 관찰된다.
표 3
Figure 112012017495946-pat00010

Claims (10)

  1. 초기 성분으로서:
    물;
    0.1 내지 5 중량%의, 벤조트리아졸, 머캅토벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 이미다졸 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아졸 억제제;
    0.05 내지 1 중량%의, 나트륨 옥탄 술포네이트, 칼륨 옥탄 술포네이트, 리튬 옥탄 술포네이트, 나트륨 도데칸 술포네이트, 칼륨 도데칸 술포네이트 및 리튬 도데칸 술포네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 유기 계면활성제;
    0.05 내지 5 중량%의, 나트륨 톨루엔 술포네이트, 나트륨 크실렌 술포네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 친수제(hydrope);
    0.1 내지 5 중량%의, 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 포스포네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 인 함유제;
    0.1 내지 5 중량%의 수용성 셀룰로즈;
    0.05 내지 5 중량%의, 메타크릴산과 아크릴산의 코폴리머;
    0.01 내지 5 중량%의 말산; 및
    0.05 내지 5 중량%의, 이미노디아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 수용성 산 화합물;을 포함하며,
    암모늄을 0.001 중량% 미만으로 함유하는,
    인터커넥트(interconnect) 금속을 함유하는 반도체 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는데 유용한 화학 기계적 연마 조성물.
  2. 구리 인터커넥트를 갖는 반도체 웨이퍼인 기판을 제공하는 단계;
    제1항에 따른 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
    화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
    상기 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스(down force)로 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및
    상기 화학 기계적 조성물을 상기 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 또는 근처에서 화학 기계적 연마 패드상에 분배시키는 단계를 포함하며;
    상기 화학 기계적 연마 조성물은 인산, 수산화마그네슘 및 수산화리튬 중 적어도 하나를 첨가함으로써 pH 2 내지 6으로 조절된 pH를 나타내는,
    기판의 화학 기계적 연마 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물이 농축된 형태이고; 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 화학 기계적 연마 조성물이 8배(8x) 농축물로서 제공되고;
    화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석하여 희석후 초기 성분의 부하량이 다음과 같이 되도록 하는 단계, 및 산화제를 상기 화학 기계적 연마 조성물에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법:
    0.2 내지 0.4 중량%의 벤조트리아졸;
    0.05 내지 1 중량%의 나트륨 옥탄 술포네이트;
    0.45 내지 1 중량%의, 나트륨 톨루엔 술포네이트, 나트륨 크실렌 술포네이트 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 친수제;
    0.5 내지 2 중량%의, 인산삼칼륨, 인산수소이칼륨, 인산이수소칼륨 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 인 함유제;
    0.1 내지 1 중량%의 카복시 메틸 셀룰로오스;
    0.05 내지 1 중량%의 메타크릴산과 아크릴산의 코폴리머;
    0.4 내지 2 중량%의 이미노디아세트산; 및
    0.1 내지 0.5 중량%의 말산.
  5. 제1항에 있어서, 산화제, 유기 용매 및 연마제 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 인터커넥트 금속을 함유하는 반도체 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는데 유용한 화학 기계적 연마 조성물.
  6. 초기 성분으로서:
    물;
    0.1 내지 5 중량%의, 벤조트리아졸, 머캅토벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 이미다졸 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아졸 억제제;
    0.05 내지 1 중량%의, 나트륨 옥탄 술포네이트, 칼륨 옥탄 술포네이트, 리튬 옥탄 술포네이트, 나트륨 도데칸 술포네이트, 칼륨 도데칸 술포네이트 및 리튬 도데칸 술포네이트로 구성된 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 유기 계면활성제;
    0.05 내지 5 중량%의, 나트륨 톨루엔 술포네이트, 나트륨 크실렌 술포네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 친수제(hydrope);
    0.1 내지 5 중량%의, 포스페이트, 피로포스페이트, 폴리포스페이트, 포스포네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 인 함유제;
    0.1 내지 5 중량%의 수용성 셀룰로즈;
    0.05 내지 5 중량%의, 메타크릴산과 아크릴산의 코폴리머;
    0.01 내지 5 중량%의 말산; 및
    0.05 내지 5 중량%의, 이미노디아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 수용성 산 화합물;을 포함하는, 인터커넥트(interconnect) 금속을 함유하는 반도체 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는데 유용한 화학 기계적 연마 조성물의 농축물로서, 화학 기계적 연마 조성물의 농축물의 pH가 2 내지 6이고, 화학 기계적 연마 조성물의 농축물의 농도가 화학 기계적 연마 조성물의 사용시점 농도의 4배(4x) 이상인, 화학 기계적 연마 조성물의 농축물.
  7. 제6항에 있어서, 화학 기계적 연마 조성물의 농축물의 농도가 화학 기계적 연마 조성물의 사용시점 농도의 8배(8x) 이상인, 화학 기계적 연마 조성물의 농축물.
  8. 제6항에 있어서, 화학 기계적 연마 조성물이 연마제를 함유하지 않는, 화학 기계적 연마 조성물의 농축물.
  9. 삭제
  10. 삭제
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