KR101257336B1 - Polishing slurry and method of polishing using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Slurry for polishing tungsten is provided to improve polishing selection ratio of a tungsten and insulative film by using titanium oxide as an abrasive. CONSTITUTION: Slurry for polishing tungsten comprises an abrasive(300) for polishing tungsten; and an oxidation accelerator for accelerating the formation of oxide. The abrasive comprises a titanium dioxide particle. A polishing method of a substrate comprises a step of arranging a substrate(100) on which a tungsten layer(120) is formed; a step of arranging a primary slurry including a titanium oxide and oxidation accelerator; and a step of polishing the tungsten layer while supplying a primary slurry on a substrate. On the upper surface of the tungsten layer, a tungsten oxide layer is formed.

Description

연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법{Polishing slurry and method of polishing using the same}Polishing slurry and method of polishing using the same

본 발명은 금속을 연마하는 공정에서 사용되는 연마용 슬러리 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 제조 공정 중 화학기계적 연마 공정에서 사용되는, 특히 텅스텐 금속막의 평탄화에 사용될 수 있는 슬러리 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a polishing slurry used in the process of polishing a metal and a polishing method using the same. More particularly, the present invention relates to a slurry used in a chemical mechanical polishing process in a semiconductor manufacturing process, and in particular, to a slurry that can be used for planarization of a tungsten metal film and a polishing method using the same.

반도체 소자의 크기가 점점 축소되고 금속 배선층의 수가 점점 증가되어 감에 따라, 각 층에서의 표면 불규칙성은 다음 층으로 전사되어 최하층 표면의 굴곡도가 중요해지고 있다. 이러한 굴곡은 다음 단계에서 원하는 형상을 형성하기가 어려울 정도로 심각한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 반도체 소자의 수율을 향상시키기 위해서는 예컨대 반도체 제조 공정 중에 배선 저항 편차를 감소시키기 위해 여러 공정 단계 시 발생하는 불규칙한 표면의 굴곡을 제거하는 평탄화 공정이 필수적으로 사용되고 있다.As the size of the semiconductor element is gradually reduced and the number of metal wiring layers is gradually increased, the surface irregularity in each layer is transferred to the next layer, and the curvature of the lowermost layer surface becomes important. Such curvature can have a serious effect that it is difficult to form the desired shape in the next step. Therefore, in order to improve the yield of semiconductor devices, for example, a planarization process for removing irregular surface curvatures generated at various process stages is essentially used to reduce wiring resistance variation during semiconductor manufacturing processes.

평탄화 방법으로는 증착막을 형성한 후 리플로우시키는 방법, 증착막을 형성한 후 에치-백하는 방법 또는 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 칭함) 방법 등 여러 가지가 있다.Planarization methods include a method of forming and then reflowing a deposited film, a method of etching and then forming a deposited film, or a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) method.

CMP 공정은 반도체 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉하여 회전 운동을 실시 하면서, 연마제와 각종 화합물들이 함유된 슬러리를 제공하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. 즉, 기판이나 그 상부의 층의 표면이 슬러리 및 연마 패드에 의해 기계적 및 화학적으로 연마되어 평탄화된다. 일반으로 금속을 연마하는 금속 CMP 공정은 산화제에 의하여 금속 산화물이 형성되는 과정과 형성된 금속 산화물을 연마제가 제거하는 과정이 반복해서 일어나는 것으로 알려져 있다. The CMP process is a process of polishing a semiconductor wafer surface in contact with a polishing pad and performing a rotational movement to provide a slurry containing an abrasive and various compounds to smoothly polish the semiconductor wafer surface. In other words, the surface of the substrate or the layer thereon is mechanically and chemically polished and planarized by the slurry and the polishing pad. In general, the metal CMP process of polishing a metal is known to be repeated by a process of forming a metal oxide by an oxidizing agent and a process of removing the formed metal oxide by an abrasive.

반도체 소자의 배선으로 많이 사용되는 텅스텐을 연마하는 텅스텐 CMP 공정도 산화제 혹은 산화 촉진제에 의해 텅스텐 산화물(WO3)이 형성되는 과정과 연마제에 의해 텅스텐 산화물이 제거되는 과정이 반복되는 순환(cyclic) 연마 메커니즘에 의해 연마가 진행된다. 따라서, 연마율을 향상시키기 위해서는 산화제를 첨가하여 텅스텐 산화물을 형성시키고, 연마제에 의해 텅스텐 산화물을 효율적으로 제거하는 것이 중요하다. 그러나, 기존에 일반적으로 사용되는 연마제인 콜로이달 실리카의 경우, 텅스텐 산화물을 제거하는데 있어서 산화제 농도 의존성이 커서 효율적이지 못하다. 또한, 트렌치 등 패턴이 형성된 기판을 연마할 경우에는 디싱(dishing)이나 에로젼(erosion)과 같은 결함이 자주 발생하는 문제가 있다. 이러한 디싱이나 에로젼이 생길 경우, 이후 제조되는 소자가 오동작하는 등 소자의 동작 특성에 악영향을 미치게 된다. In the tungsten CMP process of polishing tungsten, which is often used for wiring of semiconductor devices, cyclic polishing is performed in which a process of forming tungsten oxide (WO 3 ) by an oxidizing agent or an oxidation promoter and a process of removing tungsten oxide by an abrasive are repeated. Polishing proceeds by a mechanism. Therefore, in order to improve the polishing rate, it is important to add an oxidizing agent to form tungsten oxide, and to efficiently remove tungsten oxide with the polishing agent. However, in the case of colloidal silica, which is a conventionally used abrasive, oxidant concentration dependence is not effective in removing tungsten oxide. In addition, when polishing a substrate on which a pattern such as a trench is formed, defects such as dishing or erosion often occur. When such dishing or erosion occurs, adversely affects the operation characteristics of the device, such as malfunction of the device to be manufactured later.

한편, 한국특허공보 제10-0948814호에는 디싱 및 에로젼을 감소시키기 위하여, 두단계로 연마를 수행하는 방법이 제시되어 있으나, 이 경우 복수의 슬러리를 준비하고, 복수의 공정을 진행해야 하므로 공정이 복잡해지고, 생산성이 저하되는 문제가 야기된다.
Meanwhile, Korean Patent Publication No. 10-0948814 discloses a method of performing polishing in two steps to reduce dishing and erosion, but in this case, a plurality of slurries must be prepared and a plurality of processes must be performed. This becomes complicated, and the problem that productivity falls is caused.

본 발명은 텅스텐 연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공한다.The present invention provides a tungsten polishing slurry and a substrate polishing method using the same.

본 발명은 텅스텐 연마율 및 텅스텐과 절연막의 연마 선택비가 우수한 텅스텐 연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공한다.The present invention provides a tungsten polishing slurry having an excellent tungsten polishing rate and a polishing selectivity of tungsten and an insulating film, and a substrate polishing method using the same.

본 발명은 연마 공정 중 발생하는 디싱과 에로젼을 감소시키는 텅스텐 연마용 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법을 제공한다.
The present invention provides a tungsten polishing slurry for reducing dishing and erosion generated during the polishing process and a substrate polishing method using the same.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 슬러리는 텅스텐 연마용 슬러리로서, 연마를 수행하는 연마제 및 산화물 형성을 촉진하는 산화촉진제를 포함하고, 상기 연마제로 산화 타이타늄 입자를 포함한다.The slurry according to one embodiment of the present invention is a tungsten polishing slurry, which includes an abrasive to perform polishing and an oxidation promoter to promote oxide formation, and includes titanium oxide particles as the abrasive.

상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.2중량% 초과 10중량%이하로 포함된다.The titanium oxide is included in more than 0.2% by weight to 10% by weight based on the total weight of the slurry.

상기 산화촉진제로 질산철, 페리시안화칼륨, 염화철, 황산철, 플루오르화철, 브롬화철, 염화구리, 플루오르화구리, 브롬화구리를 슬러리 전체 중량에 대하여 0.002 중량% 이상 0.1 중량% 이하로 포함한다.The oxidation promoter includes iron nitrate, potassium ferricyanide, iron chloride, iron sulfate, iron fluoride, iron bromide, copper chloride, copper fluoride, and copper bromide in an amount of 0.002 wt% or more and 0.1 wt% or less based on the total weight of the slurry.

상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.7 내지 5 중량%로 포함된다. The titanium oxide is included in 0.7 to 5% by weight based on the total weight of the slurry.

상기 산화촉진제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01중량% 이상 0.1중량% 이하의 범위로 포함된다.The oxidation promoter is included in the range of 0.01% by weight or more and 0.1% by weight or less based on the total weight of the slurry.

상기 슬러리는 pH가 1 내지 4로 조절된다.The slurry is adjusted to pH 1-4.

산화물을 형성하는 산화제로 과산화수소수, 요소과산화수소, 과황산암모늄, 티오황산암모늄, 차아염소산나트륨, 과요오드산나트륨, 과황산나트륨, 요오드산칼륨, 과염소산칼륨, 과황화칼륨으로 이루어진 그룹에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 산화제 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5중량% 이상 5.0중량% 미만의 범위이다.Oxides that form oxides include at least one of hydrogen peroxide, urea hydrogen peroxide, ammonium persulfate, ammonium thiosulfate, sodium hypochlorite, sodium periodate, sodium persulfate, potassium iodide, potassium perchlorate, potassium persulfate In addition, the oxidizing agent content is in the range of 0.5% to 5.0% by weight based on the total weight of the slurry.

상기 산화제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2 중량%이다.The oxidant is 0.5 to 2% by weight based on the total weight of the slurry.

선택비 향상제로 폴리비닐피롤리돈, 비닐피리딘 및 비닐피롤리돈으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.The selectivity enhancing agent includes at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, vinylpyridine and vinylpyrrolidone.

상기 선택비 향상제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05중량% 이상 3.0중량% 미만 의 범위로 포함된다.The selectivity enhancer is included in the range of 0.05% by weight or more and less than 3.0% by weight based on the total weight of the slurry.

상기 산화 타이타늄 입자는 결정질로 형성되며, 평균 1차 입자 크기가 10 내지 100 nm 이다.The titanium oxide particles are formed crystalline and have an average primary particle size of 10 to 100 nm.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 슬러리는 텅스텐 연마용 슬러리로서, 연마를 수행하는 연마제로 산화 타이타늄 입자들을 포함하고, 상기 산화 타이타늄 입자들은 결정질 상태로 적어도 일부는 아나타제 결정상으로 형성되며, 상기 산화 타이타늄 입자들은 평균 1차 입자 크기가 10 내지 100nm이다.The slurry according to another embodiment of the present invention is a tungsten polishing slurry, which includes titanium oxide particles as an abrasive for polishing, wherein the titanium oxide particles are formed in a crystalline state and at least a part of the anatase crystal phase, and the titanium oxide particles Have an average primary particle size of 10 to 100 nm.

상기 산화 타이타늄 입자들은 다면체 형상으로 이루어진다.The titanium oxide particles have a polyhedron shape.

상기 산화 타이타늄 입자들은 평균 1차 입자 크기가 15 이상 50nm 미만이다.The titanium oxide particles have an average primary particle size of at least 15 and less than 50 nm.

상기 산화 타이타늄 입자들은 아나타제상과 루틸상을 구비하며, 상기 아나타제 상과 루틸상의 합을 100으로 하였을 때 상기 아나타제상이 50 초과이다.The titanium oxide particles have an anatase phase and a rutile phase, and the anatase phase is greater than 50 when the sum of the anatase phase and the rutile phase is 100.

상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.2중량% 초과 10중량% 이하로 포함된다.The titanium oxide is included in more than 0.2% by weight to 10% by weight based on the total weight of the slurry.

상기 슬러리는 산화물 형성을 촉진하는 산화촉진제를 포함하고, 상기 슬러리는 pH 조절제를 포함한다.
The slurry includes an oxidation promoter that promotes oxide formation, and the slurry includes a pH adjuster.

본 발명의 또다른 실시 형태로서 기판 연마 방법은 텅스텐층이 형성된 기판을 마련하는 과정; 연마제인 산화 타이타늄 입자와 산화 촉진제를 포함하는 1차 슬러리를 마련하는 과정; 및 상기 1차 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서 상기 텅스텐층을 연마하는 과정을 포함하고, 상기 연마 과정은 상기 텅스텐층의 상부 표면에 텅스텐 산화막이 형성되고, 상기 산화 타이타늄 입자의 적어도 일부가 상기 텅스텐 산화막의 내부로 침투하여 상기 텅스텐층 및 상기 텅스텐 산화막을 연마한다.In still another aspect of the present invention, there is provided a substrate polishing method comprising: providing a substrate on which a tungsten layer is formed; Preparing a primary slurry including titanium oxide particles, which are abrasives, and an oxidation promoter; And polishing the tungsten layer while supplying the primary slurry onto the substrate, wherein the polishing process includes forming a tungsten oxide film on an upper surface of the tungsten layer, wherein at least a portion of the titanium oxide particles The tungsten layer and the tungsten oxide film are polished by penetrating into the oxide film.

상기 1차 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서, 산화제를 상기 기판 상에 공급한다.An oxidant is supplied onto the substrate while the primary slurry is supplied onto the substrate.

상기 1차 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서, 선택비 향상제를 상기 기판 상에 공급한다.A selectivity enhancer is supplied onto the substrate while the primary slurry is supplied onto the substrate.

상기 선택비 향상제 또는 상기 산화제는 상기 1차 슬러리와 별도의 유입 라인을 통하여 상기 기판 상에 제공된다.The selectivity enhancer or oxidant is provided on the substrate through an inlet line separate from the primary slurry.

상기 산화 촉진제는 질산철을 포함하며, 상기 산화제는 과산화수소수이다.The oxidation promoter comprises iron nitrate, and the oxidant is hydrogen peroxide.

상기 연마 과정이 진행되는 동안 상기 텅스텐 산화막은 소정 두께로 유지된다.The tungsten oxide film is maintained at a predetermined thickness during the polishing process.

상기 연마 과정이 진행되는 동안 상기 산화 타이타늄 입자의 적어도 일부는 상기 텅스텐층 표면과 직접 접촉한다.At least a portion of the titanium oxide particles are in direct contact with the tungsten layer surface during the polishing process.

상기 텅스텐층이 형성된 기판을 마련하는 과정은 상기 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 트렌치를 형성하며, 상기 트렌치를 포함하는 절연막 전체면에 텅스텐층을 형성한다.
In the preparing of the substrate on which the tungsten layer is formed, an insulating film is formed on the substrate, a trench is formed in the insulating film, and a tungsten layer is formed on the entire surface of the insulating film including the trench.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 연마제로 산화 타이타늄을 사용함으로써, 텅스텐을 직접 접촉하여 연마할 수 있어, 텅스텐 연마율이 크게 향상되고 텅스텐과 절연막의 연마 선택비가 우수한 연마 공정을 수행할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, by using titanium oxide as the abrasive, tungsten can be directly contacted and polished, so that the tungsten polishing rate is greatly improved and the polishing process with excellent polishing selectivity between the tungsten and the insulating film can be performed.

본 발명의 실시 형태의 슬러리는 종래의 순환 연마에서 발생하는 디싱 및 에로젼을 대폭 감소시킬 수 있다. 특히 디싱이 거의 발생되지 않는 연마 공정을 구현할 수 있다. The slurry of the embodiment of the present invention can greatly reduce dishing and erosion occurring in conventional circulating polishing. In particular, it is possible to implement a polishing process with little dishing.

또한, 본 발명의 실시 형태의 슬러리는 제조가 간판하고, 단순한 CMP 공정수행으로 효율적으로 텅스텐을 연마할 수 있고, 이로부터 반도체 소자의 동작 특성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조 생산성도 향상시킬 수 있게 된다.
In addition, the slurry of the embodiment of the present invention is easy to manufacture, and it is possible to efficiently polish tungsten by performing a simple CMP process, thereby improving the operating characteristics and reliability of the semiconductor element and improving the production productivity. .

도 1은 종래 기술과 본 발명의 실시형태에 따른 연마 입자를 투과전자현미경으로 촬영한 사진.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 연마 입자의 X선 회절 분석 그래프.
도 3은 종래 연마 입자를 사용한 연마 과정을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 연마 입자를 사용한 연마 과정을 도시한 개념도.
도 5는 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 연마 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 패턴이 형성된 기판을 도시한 개념도.
도 7은 패턴이 형성된 기판을 연마할 때 나타나는 디싱과 에로젼을 설명하는개념도.
도 8은 본 발명의 실시예에 사용되는 패턴이 형성된 기판을 주사전자현미경으로 촬영한 사진.
도 9는 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 연마 결과를 나타낸 그래프.
도 10은 종래 기술에 따른 연마 결과를 주사전자현미경으로 촬영한 사진.
도 11은 본 발명의 실시예1에 따른 연마 결과를 주사전자현미경으로 촬영한 사진.
도 12는 본 발명의 실시예2에 따른 연마 결과를 주사전자현미경으로 촬영한 사진.
1 is a photograph taken with a transmission electron microscope of the abrasive particles according to the prior art and the embodiment of the present invention.
2 is an X-ray diffraction analysis graph of abrasive particles according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a polishing process using conventional abrasive particles.
4 is a conceptual diagram illustrating a polishing process using abrasive particles according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a polishing result according to the prior art and the embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram illustrating a substrate on which a pattern is formed.
7 is a conceptual diagram illustrating dishing and erosion which appear when polishing a substrate on which a pattern is formed.
8 is a photograph taken with a scanning electron microscope of a substrate on which a pattern is used for an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a polishing result according to the prior art and the embodiment of the present invention.
10 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the polishing result according to the prior art.
11 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the polishing result according to Example 1 of the present invention.
12 is a photograph taken with a scanning electron microscope of the polishing results according to Example 2 of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 형태들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 형태들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only the embodiments of the present invention make the disclosure of the present invention complete and invented by those skilled in the art. It is provided to fully inform the category of. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명 실시 형태의 슬러리는, 텅스텐 연마용 슬러리로서, 연마를 수행하는 연마제 및 산화물 형성을 촉진하는 산화촉진제를 포함하고, 연마제로 산화 타이타늄 입자를 포함한다. 연마제와 산화촉진제는 용액 내에 함유된다. 즉, 물 특히 초순수(DI water)에 산화촉진제가 용해되고 연마제가 분산되어 분포한다. 또한, 슬러리의 pH를 조절하기 위하여 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 이러한 슬러리는 액체에 고체(연마제)가 분산된 형태이며 각 성분의 함량이 적절하게 조절된다. The slurry of the embodiment of the present invention is a tungsten polishing slurry, which contains an abrasive for performing polishing and an oxidation promoter for promoting oxide formation, and includes titanium oxide particles as an abrasive. Abrasives and oxidation promoters are contained in the solution. That is, the oxidation promoter is dissolved in the water, in particular ultra pure water (DI water), and the abrasive is dispersed and distributed. In addition, a pH adjuster may be further included to adjust the pH of the slurry. These slurries are in the form of a solid (polishing agent) dispersed in a liquid and the content of each component is appropriately controlled.

한편, 슬러리는 상기 성분들을 포함하는 1차 슬러리 및 그 외 별도의 성분들을 연마를 진행하는 공정 시에 별도로 사용할 수 있다. 즉, 상기 1차 슬러리와 별도의 용기에서 보관되는 산화제 및 선택비 향상제를 더 포함할 수 있다. On the other hand, the slurry may be used separately in the process of grinding the primary slurry and the other separate components including the above components. That is, the primary slurry may further include an oxidizing agent and a selectivity improving agent which are stored in a separate container.

우선, 연마제인 산화 타이타늄은 고체 입자로 다면체 형상의 결정질로 마련된다. 산화 타이타늄은 금속 타이타늄의 산화물로 특히, 이산화 타이타늄(TiO2)를 포함한다. 도1의 투과전자현미경(transmission electron microscope: TEM) 사진에서 나타내었듯이, 종래 연마제로 주로 사용되는 실리카의 경우 비정질상이고 입자 모형이 구형이지만(도1의 a, b), 산화 타이타늄 연마 입자는 결정질상이며 결정 면(facet)를 구비한 다면체 형상이다(도1의 c, d). 산화 타이타늄 연마 입자를 X-선 회절 분석한 도2로부터도, 산화 타이타늄 연마 입자가 결정상으로 존재하는 것을 알 수 있다. 이처럼 산화 타이타늄 연마 입자가 결정상이며 면(facet)을 구비함에 의하여 텅스텐 연마를 효율적으로 수행하게 된다. 관련해서는 후술한다.First, titanium oxide, which is an abrasive, is provided as solid particles in polyhedral crystalline form. Titanium oxide is an oxide of metal titanium, in particular titanium dioxide (TiO 2 ). As shown in the transmission electron microscope (TEM) photograph of FIG. 1, silica, which is mainly used as a conventional abrasive, is amorphous and the particle model is spherical (a and b of FIG. 1), but the titanium oxide abrasive grain is crystalline. And a polyhedral shape with a crystal facet (FIGS. 1C and 1D). Also from FIG. 2 in which the titanium oxide abrasive grains were analyzed by X-ray diffraction, it is understood that the titanium oxide abrasive grains were present in the crystal phase. As such, the titanium oxide abrasive grains are crystalline and have a facet, thereby efficiently performing tungsten polishing. This will be described later.

산화 타이타늄 연마 입자는 평균 1차 입자의 크기가 10 내지 100nm가 되도록 한다. 산화 타이타늄 연마 입자의 평균 크기가 10nm 보다 작은 경우 연마율이 낮아 텅스텐 연마가 어렵게 되며, 100nm 보다 큰 경우는 연마 시에 스크래치가 발생된다. 또한, 산화 타이타늄 연마 입자의 평균 1차 입자의 크기가 15nm 이상에서 50nm 미만인 경우가 더욱 좋다. 이 범위에서 연마 입자의 농도가 최적화 되어 높은 연마율을 달성하면서 스크래치 발생은 최소화 할 수 있다. The titanium oxide abrasive grains have an average primary particle size of 10 to 100 nm. If the average size of the titanium oxide abrasive grains is smaller than 10 nm, the polishing rate is low, making tungsten polishing difficult, and if larger than 100 nm, scratches occur during polishing. Moreover, it is more preferable that the average primary particle size of titanium oxide abrasive grain is 15 nm or more and less than 50 nm. In this range, the concentration of the abrasive particles is optimized to achieve high polishing rate while minimizing scratches.

또한, 산화 타이타늄 연마 입자는 적어도 일부가 아나타제(Anatase) 결정상을 포함하며, 다른 결정상에 비하여 아나타제가 더 많이 포함되는 것이 좋다. 즉, 산화 타이타늄 연마 입자는 아나타제상과 루틸(Rutile)상을 구비하며, 아나타제상이 루틸상 보다 많이 포함되는 것이 좋다. 특히, 산화 타이타늄 연마 입자는 아나타제상과 루틸상의 합을 100으로 하였을 때 아나타제상이 55 이상인 것이 좋다. 통상 산화 타이타늄은 결정 구조가 다른 3개의 변종이 알려져 있는 데, 고온에서 안정한 루틸(Rutile)형, 저온에서 안정한 아나타제(Anatase)형, 중간 온도에서 안정한 브루카이트(Brookite)형이 있다. 루틸형은 내화학성이 우수하고 열에도 강하지만, 경도가 6 내지 6.5로 아나타제형 보다 크고 제조가 어렵다. 반면, 아나타제형은 제조가 용이하고 경도가 5.5 내지 6으로 루틸형 보다 작다. 한편, 텅스텐 연마 시에 표면에 생성되는 텅스텐 산화막의 경도는 5 내지 6이며, 텅스텐의 하부에 존재하는 절연막인 실리콘 산화막의 경도는 6 내지 7이다. 텅스텐 산화막과 실리콘 산화막의 연마율을 향상시키기 위해서는 연마 입자의 경도가 높은 것 즉 루틸형이 좋지만, 연마제가 루틸형으로만 이루어지는 경우 연마율이 지나치게 높고 스크래치가 발생된다. 또한, 실리콘 산화막이 많이 제거되어 에로젼이 발생할 수 있다. 따라서, 루틸형에 비해 상대적으로 경도가 낮지만 텅스텐 산화막을 연마하기에 충분한 경도를 가진 아나타제형을 포함하는 것이 좋다. 특히, 아나타제형을 55 이상 포함하는 경우 스크래치 발생을 현저하게 줄이고, 실리콘 산화막에 대한 연마율을 감소시켜 에로젼의 발생을 억제할 수 있다.In addition, at least a part of the titanium oxide abrasive grain includes an anatase crystal phase, and more anatase is included than other crystal phases. That is, the titanium oxide abrasive grain is provided with an anatase phase and a rutile phase, and it is preferable that anatase phase contains more than a rutile phase. In particular, the titanium oxide abrasive grains preferably have an anatase phase of 55 or more when the sum of the anatase phase and the rutile phase is 100. Titanium oxide is known to have three variants with different crystal structures, such as rutile (Rutile), stable at high temperatures, anatase (low temperature), and brookite (stable) at medium temperatures. The rutile type is excellent in chemical resistance and heat resistant, but has a hardness of 6 to 6.5, which is larger than the anatase type and is difficult to manufacture. On the other hand, the anatase type is easy to manufacture and has a hardness of 5.5 to 6, which is smaller than the rutile type. On the other hand, the hardness of the tungsten oxide film formed on the surface during tungsten polishing is 5 to 6, and the hardness of the silicon oxide film, which is an insulating film existing under the tungsten, is 6 to 7. In order to improve the polishing rate of the tungsten oxide film and the silicon oxide film, the abrasive particles have a high hardness, that is, rutile type is good. However, when the abrasive consists only of rutile type, the polishing rate is too high and scratches are generated. In addition, erosion may occur because a large amount of the silicon oxide film is removed. Therefore, it is preferable to include an anatase type having a relatively low hardness compared to the rutile type but having a hardness sufficient to polish the tungsten oxide film. In particular, when 55 or more of the anatase type is included, scratch generation can be significantly reduced, and the polishing rate for the silicon oxide film can be reduced to suppress the generation of erosion.

또한, 산화 타이타늄 연마 입자는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.2중량% 보다 크고 10중량% 이하로 포함되는 것이 좋다. 산화 타이타늄 연마 입자 함량이 0.2중량% 이하이면 연마율이 지나치게 작아 연마가 어렵고, 10중량% 보다 크면 입자의 분산 안정성에 문제가 생기고 이차 입자의 크기가 지나치게 커지는 문제가 발생한다. 산화 타이타늄 연마 입자는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.7 내지 5 중량%로 포함되는 더 좋고, 1.0 내지 2.0 중량%로 포함되는 것이 더욱 좋다. 이는 0.7 내지 5 중량% 범위에서 텅스텐 연마율이 우수하고 분산 안정성이 확보되기 때문이며, 1.0 내지 2.0 중량% 범위에서는 텅스텐 연마율이 더욱 우수하기 때문이다.In addition, the titanium oxide abrasive particles may be included in more than 0.2% by weight and 10% by weight or less based on the total weight of the slurry. If the titanium oxide abrasive grain content is 0.2% by weight or less, the polishing rate is too small to be polished. If the titanium oxide abrasive grain content is more than 10% by weight, a problem arises in the dispersion stability of the particles and the size of the secondary particles is too large. Titanium oxide abrasive particles are better contained in the 0.7 to 5% by weight relative to the total weight of the slurry, more preferably included in 1.0 to 2.0% by weight. This is because the tungsten polishing rate is excellent and dispersion stability is secured in the range of 0.7 to 5% by weight, and the tungsten polishing rate is more excellent in the range of 1.0 to 2.0% by weight.

산화촉진제는 텅스텐층의 표면이 산화되는 것을 촉진하는 성분으로, 질산철(Ferric nitride, Fe(NO3)3)), 페리시안화칼륨(Potassium ferricyanide), 염화철(Iron(III) chloride), 황산철(Iron(III) sulfate), 플루오르화철(Iron(III) fluoride), 브롬화철(Iron(III) bromide), 염화구리(Copper(II) chloride), 플루오르화구리(Copper(II) fluoride) 및 브롬화구리(Copper(II) bromide)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 여기서는, 주로 질산철을 사용한다. 산화촉진제를 사용하지 않더라도 텡스텐을 연마할 수는 있지만, 그 연마율이 매우 낮다. 산화촉진제로서 질산철은 초순수에 용해되어 존재하며, 슬러리 전체 중량에 대하여 0.002 내지 0.1 중량%로 포함되는 것이 좋다. 질산철의 함량이 0.002중량% 보다 작게 되면, 연마율이 지나치게 작아 연마가 어렵고, 0.1중량% 보다 크면 슬러리 및 연마 패드 색깔이 변색되는 문제가 발생한다. 질산철의 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%인 것이 더 좋고, 0.05 내지 0.1 중량%인 것이 더욱 좋다. 질산철의 함량이 0.01 내지 0.1 중량% 범위에서 텅스텐 연마율이 우수하고, 0.05 내지 0.1 중량% 범위에서 최적의 농도로 디싱이 매우 적기 때문이다. Oxidation accelerators promote the oxidation of the surface of the tungsten layer. Ferric nitride (Fe (NO 3 ) 3 )), potassium ferricyanide, iron (III) chloride, and iron sulfate (Iron (III) sulfate), iron fluoride (Iron (III) fluoride), iron bromide (Iron (III) bromide), copper (II) chloride, copper (II) fluoride and brominated At least one selected from the group consisting of copper (II) bromide. Here, iron nitrate is mainly used. Although tungsten can be polished without using an oxidation promoter, the polishing rate is very low. Iron nitrate is dissolved in ultrapure water as an oxidation promoter and may be included in an amount of 0.002 to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry. When the content of iron nitrate is less than 0.002% by weight, the polishing rate is too small to be difficult to polish, and when the content is greater than 0.1% by weight, the color of the slurry and the polishing pad may be discolored. The content of iron nitrate is more preferably 0.01 to 0.1% by weight, and more preferably 0.05 to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry. This is because the tungsten polishing rate is excellent in the content of iron nitrate in the range of 0.01 to 0.1% by weight, and dishing is very small at the optimum concentration in the range of 0.05 to 0.1% by weight.

산화제는 텅스텐층의 표면을 산화시키는 성분으로, 과산화수소수(H2O2), 요소과산화수소(Carbamide peroxide), 과황산암모늄(ammonium persulfate), 티오황산암모늄(Ammonium thiosulfate), 차아염소산나트륨(Sodium hypochlorite), 과요오드산나트륨(Sodium periodate), 과황산나트륨(과황산나트륨), 요오드산칼륨(Potassium iodate), 과염소산칼륨(Potassium perchlorate) 및 과황화칼륨(Potassium persulfate)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 여기서는, 주로 과산화수소수를 사용한다. 산화제를 사용하지 않더라도 텡스텐을 연마할 수는 있지만, 그 연마율이 매우 낮다. 산화제로서 과산화수소수는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5중량% 이상 5.0중량% 미만으로 포함되는 것이 좋다. 과산화수소수의 함량이 0.5중량% 보다 작게 되면 연마율이 지나치게 작아 연마가 어렵고, 5.0중량% 이상이면 버블이 발생되기 시작한다. 과산화수소수의 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2.0 중량%인 것이 더 좋고, 1 내지 2 중량%인 것이 더욱 좋다. 과산화수소수의 함량이 0.5 내지 2.0 중량% 범위에서 텅스텐 연마율이 적절하고, 1 내지 2 중량% 범위에서 최적의 농도로 디싱이 매우 적기 때문이다. 산화제와 산화촉진제는 그 작용이 명확히 구분되지 않을 수 있으며, 모두 텅스텐층의 표면을 산화시키데 기여한다. The oxidant is a component that oxidizes the surface of tungsten layer, which is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), urea hydrogen peroxide (Carbamide peroxide), ammonium persulfate, ammonium thiosulfate, sodium hypochlorite ), Sodium periodate (Sodium periodate), sodium persulfate (sodium persulfate), potassium iodide (Potassium iodate), potassium perchlorate (Potassium perchlorate) and potassium persulfate (Potassium persulfate) . Here, hydrogen peroxide water is mainly used. Although tungsten can be polished without using an oxidizing agent, the polishing rate is very low. Hydrogen peroxide water as the oxidizing agent is preferably contained in more than 0.5% by weight to less than 5.0% by weight relative to the total weight of the slurry. When the content of hydrogen peroxide is less than 0.5% by weight, the polishing rate is too small to be difficult to polish, and when 5.0% by weight or more, bubbles start to be generated. The content of hydrogen peroxide water is more preferably 0.5 to 2.0% by weight, and more preferably 1 to 2% by weight based on the total weight of the slurry. This is because the tungsten polishing rate is appropriate in the content of hydrogen peroxide water in the range of 0.5 to 2.0 wt%, and the dishing is very small at the optimum concentration in the range of 1 to 2 wt%. The oxidizing agent and the oxidation promoter may not be clearly distinguished from each other, and both contribute to oxidizing the surface of the tungsten layer.

선택비 향상제는 텅스텐의 연마율과 실리콘 산화막의 연마율의 비 즉 연마 선택비가 커지도록 하는 데 기여한다. 특히, 실리콘 산화막의 연마율을 감소시켜 연마 선택비가 증가되도록 작용한다. 선택비 향상제는 폴리비닐피롤리돈(poly vinyl pyrrolidone: 이하 PVP로 칭함), 비닐피리딘(vinylpyridine) 및 비닐피롤리돈(vinyl pyrrolidone)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며, 여기서는 주로 PVP를 사용한다. PVP는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05중량% 이상 3.0중량% 미만으로 포함되는 것이 좋다. PVP의 함량이 0.05중량% 보다 작게 되면 디싱이 발생하게 되고, 3.0중량% 이상이면 텡스텐 연마율이 낮아 CMP 공정이 어려워지게 된다. PVP의 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05 내지 1.0 중량%인 것이 더 좋고, 0.05 내지 0.1 중량%인 것이 더욱 좋다. PVP의 함량이 0.05 내지 1.0 중량% 범위에서 텅스텐 연마율이 적절하고, 0.05 내지 0.1 중량%범위에서 연마 선택비가 매우 우수하고 디싱도 거의 발생되지 않는다. The selectivity enhancing agent contributes to a large ratio of the polishing rate of tungsten and the polishing rate of the silicon oxide film, that is, the polishing selectivity. In particular, it serves to reduce the polishing rate of the silicon oxide film to increase the polishing selectivity. Selectivity enhancers include at least one selected from the group consisting of poly vinyl pyrrolidone (hereinafter referred to as PVP), vinylpyridine, and vinyl pyrrolidone, mainly using PVP do. PVP is preferably contained at 0.05 wt% or more and less than 3.0 wt% with respect to the total weight of the slurry. When the content of PVP is less than 0.05% by weight, dishing occurs, and when 3.0% by weight or more, tungsten polishing rate is low, making the CMP process difficult. The content of PVP is preferably 0.05 to 1.0% by weight, and more preferably 0.05 to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry. Tungsten polishing rate is appropriate in the PVP content of 0.05 to 1.0% by weight, very good polishing selectivity in the range of 0.05 to 0.1% by weight and hardly dishing occurs.

pH 조절제는 슬러리의 pH를 조절하기 위해 첨가되며, 질산 등의 산계통을 사용하며, 미량을 첨가하여 pH를 1 내지 4로 조절한다.
The pH adjuster is added to adjust the pH of the slurry, using an acid system such as nitric acid, and adjusting the pH to 1 to 4 by adding a trace amount.

상기와 같은 산화 타이타늄을 포함하는 슬러리는 종래의 슬러리와는 전혀 다른 연마 메커니즘을 보인다. 하기에서는 연마 메커니즘을 상세히 설명한다. The slurry containing such titanium oxide exhibits a completely different polishing mechanism from the conventional slurry. The polishing mechanism is described in detail below.

우선, 종래 텅스텐을 연마하는 연마제로 콜로이달 실리카가 주로 사용되어 왔으며, 콜로이달 실리카를 함유하는 슬러리로 텅스텐층을 연마하는 경우 도3의 개념도에 도시한 바와 같이 순환 연마가 진행되는 것으로 알려져 있다. 즉, 기판에 실리콘 산화막(110) 및 텅스텐층(120)을 형성하고 이를 연마하는 경우, 텅스텐층(120) 상부에 텅스텐 산화막(130)이 형성되고, 그 위에 콜로이달 실리카 연마제(200)가 접촉되어 연마가 시작된다. 이때, 실리카 입자(200)는 마이너스 차지를 띠고 비정질의 구형으로 텅스텐 산화막(130) 표면에 접촉되어 텅스텐 산화막(130)을 연마하며(도3의 a), 최초막 두께(H0-H1)의 텅스텐 산화막(130)이 제거될 때까지 연마한다(도3의 b). 이후 노출된 텅스텐층(120) 표면에 다시 텅스텐 산화막(130)이 형성되고 실리카 입자(200)는 다시 텅스텐 산화막(130)을 연마하며(도3의 c), 두번째 막두께(H1-H2)의 텅스텐 산화막(130)이 제거될 때까지 연마한다(도3의 d). 이처럼 텅스텐 산화막(130)이 형성되고, 이를 연마 제거하는 과정이 순환적으로 반복되면서, 텡스텐층(120)이 제거되는(두께 변화 H0->H1->H2) 과정을 거치게 된다. 또한, 텡스텐층(120)이 제거된 후, 실리콘 산화막(110)을 추가 연마하는 경우, 역시 구형의 비정질 실리카 입자(200)가 실리콘 산화막(110)을 연마하게 되며, 이때, 연마 입자(200)와 실리콘 산화막(110)의 재질이 비슷하여 연마 속도가 빠르다. First, colloidal silica has been mainly used as an abrasive for polishing tungsten, and when polishing a tungsten layer with a slurry containing colloidal silica, it is known that cyclic polishing proceeds as shown in the conceptual diagram of FIG. 3. That is, when the silicon oxide film 110 and the tungsten layer 120 are formed on the substrate and polished, the tungsten oxide film 130 is formed on the tungsten layer 120, and the colloidal silica abrasive 200 contacts thereon. And polishing starts. At this time, the silica particles 200 have a negative charge and are in contact with the surface of the tungsten oxide film 130 in an amorphous sphere to polish the tungsten oxide film 130 (a in FIG. 3), and the tungsten having the initial film thickness (H 0 -H 1). Polishing is performed until the oxide film 130 is removed (b in Fig. 3). Then, the tungsten oxide film 130 is formed on the exposed tungsten layer 120 again, and the silica particles 200 polish the tungsten oxide film 130 again (FIG. 3c), and the second film thicknesses H1-H2 are formed. Polishing is performed until the tungsten oxide film 130 is removed (d in FIG. 3). As such, the tungsten oxide film 130 is formed, and the process of polishing and removing the tungsten oxide layer 130 is repeated, and the tungsten layer 120 is removed (thickness change H0-> H1-> H2). In addition, in the case where the silicon oxide film 110 is further polished after the tungsten layer 120 is removed, the spherical amorphous silica particles 200 also polish the silicon oxide film 110, and at this time, the abrasive particles 200 ) And the silicon oxide film 110 is similar in material and the polishing speed is fast.

반면, 본 발명 실시 형태의 산화 타이타늄을 포함하는 슬러리는 전혀 다른 과정으로 연마가 진행된다. 도4의 개념도를 참조하면, 기판에 실리콘 산화막(110) 및 텅스텐층(120)을 형성하고 여기에 슬러리를 공급하고 CMP 공정을 진행하는 경우, 텅스텐층(120) 상부에 텅스텐 산화막(130)이 형성되고, 산화 타이타늄 연마제(300)는 적어도 일부가 텅스텐 산화막(130)의 내부로 침투하여 텅스텐층(120) 및 텅스텐 산화막(130)을 연마하게 된다. 산화 타이타늄 연마 입자(300)는 산성영역 pH에서 플러스 차지를 띠며 결정질의 다면체 형상이고, 슬러리에 분산제가 함유되어 있고 산성영역 pH에서 텅스텐 산화막(130)은 마이너스 차지를 띤다. 이에 플러스 차지이고 결정 면(facet)을 가지는 입자인 산화 타이타늄 연마 입자(300)가 마이너스 차지이고 상대적으로 연질(경도 5~6)인 텅스텐 산화막(130)의 내부로 파고 들게 되고, 일부는 텅스텐층(120)과 직접 접촉하게 되며, 이러한 상태로 연마가 시작되고 진행된다. 연마가 진행되면서 텅스텐 산화막(130) 및 텅스텐층(120)의 일부가 깍이어 나가게 되고, 텅스텐 산화막(130)과 텅스텐층(120)의 계면에서는 다시 텅스텐 산화막(130)이 형성된다. 이에 연마 과정이 진행되는 동안 텅스텐 산화막(130)은 소정 두께(ΔH)로 유지된다. 이때 텡스텐 산화막(130)은 대략 수~수십Å 범위에서 유지된다. 또한, 산화 타이타늄 연마 입자(300)은 결정성으로 단단하고 접촉 면적이 넓어 화학적 작용 보다는 기계적 연마 작용이 더 강하게 일어나서, 연마 속도가 매우 빠르다. 이러한 연마 과정은 텅스텐층(120)이 제거될 때까지 지속된다. 또한, 텡스텐층(120)이 제거된 후, 실리콘 산화막(110)을 추가 연마하는 경우, 결정질의 산화 타이타늄 연마 입자(300)가 실리콘 산화막(110)을 연마하게 되며, 이때, 산화 타이타늄 연마 입자(300)는 실리콘 산화막(110) 보다 경도가 낮아서 콜로이달 실리카에 비하여, 연마가 느리게 진행된다. 즉, 산화 타이타늄 연마 입자는 경도가 5.5 내지 6.5인 반면 실리콘 산화막(110)은 경도가 6 내지 7이므로, 산화 타이타늄 연마 입자로 실리콘 산화막을 연마할 때 연마능이 감소하게 된다. 이러한 연마능의 감소는 실리콘 산화막이 지나치게 연마되어 발생하는 에로젼 현상을 감소시키게 된다.
On the other hand, the slurry containing titanium oxide according to the embodiment of the present invention is polished by a completely different process. Referring to the conceptual diagram of FIG. 4, when the silicon oxide film 110 and the tungsten layer 120 are formed on the substrate, the slurry is supplied thereto, and the CMP process is performed, the tungsten oxide film 130 is formed on the tungsten layer 120. At least a portion of the titanium oxide abrasive 300 is penetrated into the tungsten oxide film 130 to polish the tungsten layer 120 and the tungsten oxide film 130. Titanium oxide abrasive particles 300 have a positive charge in the acidic region pH and have a crystalline polyhedral shape, a dispersant is contained in the slurry, and the tungsten oxide film 130 has a negative charge in the acidic region pH. Titanium oxide abrasive particles 300, which are positive charges and particles having a crystal facet, dig into the inside of the tungsten oxide film 130 which is negatively charged and relatively soft (hardness 5 to 6), and part of the tungsten layer. In direct contact with 120, the polishing begins and proceeds in this state. As the polishing proceeds, a part of the tungsten oxide film 130 and the tungsten layer 120 are scraped off, and the tungsten oxide film 130 is formed again at the interface between the tungsten oxide film 130 and the tungsten layer 120. Accordingly, the tungsten oxide film 130 is maintained at a predetermined thickness ΔH during the polishing process. At this time, the tungsten oxide film 130 is maintained in a range of about several tens of microseconds. In addition, the titanium oxide abrasive grains 300 are crystalline and hard and have a wide contact area, so that mechanical polishing action is stronger than chemical action, and thus the polishing rate is very fast. This polishing process continues until the tungsten layer 120 is removed. In addition, in the case where the silicon oxide film 110 is further polished after the tungsten layer 120 is removed, the crystalline titanium oxide abrasive grains 300 polish the silicon oxide layer 110, and at this time, the titanium oxide abrasive grains The hardness of 300 is lower than that of silicon oxide film 110, so that polishing is slower than colloidal silica. That is, since the titanium oxide abrasive grains have a hardness of 5.5 to 6.5 while the silicon oxide film 110 has a hardness of 6 to 7, the polishing ability decreases when the silicon oxide film is polished with the titanium oxide abrasive grains. This reduction in polishing ability reduces the erosion phenomenon caused by excessive polishing of the silicon oxide film.

하기에서는 종래 콜로이달 실리카 연마제와 산화 타이타늄 연마제를 사용하여 동일 조건의 슬러리를 제조하고, 텡스텐층과 실리콘 산화막을 연마한 결과를 설명한다. In the following, a slurry of the same conditions is prepared using a conventional colloidal silica abrasive and a titanium oxide abrasive, and the result of polishing the tungsten layer and the silicon oxide film will be described.

비교예 슬러리는 1중량%의 콜로이달 실리카, 0.1중량%의 질산철 및 2중량%의 과산화수소수를 포함하도록 제조되고, 실시예1 슬러리는 1중량%의 산화 타이타늄, 0.1중량%의 질산철 및 2중량%의 과산화수소수를 포함하도록 제조되고, 실시예2 슬러리는 1중량%의 산화 타이타늄, 0.1중량%의 질산철, 2중량%의 과산화수소수 및 0.05중량%의 PVP를 포함하도록 제조되었다.Comparative slurry was prepared to contain 1% by weight colloidal silica, 0.1% by weight iron nitrate and 2% by weight hydrogen peroxide solution, Example 1 slurry was 1% by weight titanium oxide, 0.1% by weight iron nitrate and 2 wt% hydrogen peroxide water, Example 2 The slurry was prepared to contain 1 wt% titanium oxide, 0.1 wt% iron nitrate, 2 wt% hydrogen peroxide and 0.05 wt% PVP.

연마를 수행하기 위한 대상물로는, 실리콘 웨이퍼 위에 절연막인 실리콘 산화막과 질화 티타늄을 1000Å씩 각각 증착 후, 약 6000Å 두께로 텅스텐을 증착한 텅스텐 웨이퍼 및 TEOS(tetraethly orthosilicate)을 원료로 사용하고 플라즈마 증착 방법을 이용하여, 웨이퍼 상에 실리콘 산화막(이하 PETEOS로 칭함)을 약 7000 Å 두께로 증착한 실리콘 산화막 웨이퍼를 사용하였다. 연마 장비로는 G&P Tech사의 poli-762 장비를 사용하였고, 연마 패드로는 Rohm & Haas의 IC 1000/Suba IV CMP 패드를 사용하였다. 연마 조건으로는 하강압력 5 psi, 정반(Table)과 스핀들(Spindle)의 속도는 각각 93, 87 rpm, 슬러리의 유속은 100 mL/min으로 텅스텐 및 실리콘 산화막을 모두 60초씩 연마 하였다. 하기 표에 각 연마제의 조건 및 연마 결과를 나타내었다. As a target for performing polishing, a silicon oxide film and titanium nitride, each of which is an insulating film, are deposited on a silicon wafer, and then, a tungsten wafer having a thickness of about 6000 mW and a tetraethly orthosilicate (TEOS) are used as raw materials. Was used to use a silicon oxide film wafer on which a silicon oxide film (hereinafter referred to as PETEOS) was deposited to a thickness of about 7000 GPa. As a polishing machine, G & P Tech's poli-762 machine was used, and as the polishing pad, Rohm & Haas's IC 1000 / Suba IV CMP pad was used. As polishing conditions, the tungsten and silicon oxide films were polished for 60 seconds at a dropping pressure of 5 psi, table and spindle speeds of 93 and 87 rpm, and slurry flow rates of 100 mL / min, respectively. The following table shows the conditions and polishing results of each abrasive.

종래예Conventional example 실시예1Example 1 실시예2Example 2 연마제abrasive 콜로이달 실리카Colloidal silica 산화 타이타늄Titanium oxide 산화 타이타늄Titanium oxide 선택비 향상제Selectivity enhancer -- -- PVPPVP 연마제 성상Abrasive properties 비정질/구형Amorphous / spherical 결정질/다면체Crystalline / Polyhedron 결정질/다면체Crystalline / Polyhedron 연마 메커니즘Polishing mechanism 순환 방식Circulation method 직접 접촉 방식Direct contact method 직접 접촉 방식Direct contact method 텅스텐 연마율
(Å/min)
Tungsten removal rate
(Å / min)
1787.11787.1 3720.03720.0 2814.02814.0
실리콘산화막 연마율
(Å/min)
Silicon Oxide Polishing Rate
(Å / min)
85.785.7 11.211.2 5.35.3
연마 선택비
[W:SiO2]
Polishing selectivity
[W: SiO 2]
20.9:120.9: 1 332.1:1332.1: 1 531:1531: 1

또한, 도 5는 비교예 및 실시예 슬러리로 연마하는 경우 기판의 각 위치별로 연마 전후의 텡스텐층의 두께 및 연마율을 도시한 그래프이다. 5 is a graph showing the thickness and polishing rate of the tungsten layer before and after polishing for each position of the substrate when polishing with the slurry of Comparative Examples and Examples.

상기 표1 및 도5에 나타내었듯이, 종래 콜로이달 실리카를 연마제로 사용한 경우에 대비하여, 산화 타이타늄을 연마제로 사용한 실시예들은 텅스텐막의 연마율이 현저하게 향상되고, 반면 실리콘 산화막의 연마율은 감소된다. 이에 텅스텐과 실리콘 산화막의 연마 선택비가 증가된다. 선택비 향상제를 추가한 실시예2에서는 실리콘 산화막의 연마율이 더욱 감소되어 텅스텐과 실리콘 산화막의 선택비가 더욱 증가된다. 또한, 종래 콜로이달 실리카를 연마제로 사용한 경우 대상물의 위치별로 연마된 두께에 차이가 있어 연마 균일도(약 7%)가 좋지 않으나(도5의 a), 산화 타이타늄을 연마제로 사용한 실시예들은 대상물의 위치별로 연마된 두께의 차이가 감소하고 연마 균일도가 향상되었으며(도5의 b, c), 특히 선택비 향상제를 추가한 실시예2에서는 연마 균일도가 1.5% 더욱 향상되었다.As shown in Table 1 and Figure 5, compared with the case of using a conventional colloidal silica as an abrasive, the embodiment using titanium oxide as an abrasive is significantly improved the polishing rate of the tungsten film, while the polishing rate of the silicon oxide film is reduced do. This increases the polishing selectivity of tungsten and silicon oxide film. In Example 2, in which the selectivity enhancer was added, the polishing rate of the silicon oxide film was further reduced to further increase the selectivity of tungsten and silicon oxide film. In addition, when using conventional colloidal silica as an abrasive, there is a difference in the thickness polished for each position of the object, so that the polishing uniformity (about 7%) is not good (a) of FIG. 5, but embodiments using titanium oxide as an abrasive The difference in the polished thickness for each position was reduced and the polishing uniformity was improved (b, c in FIG. 5), and in Example 2, in which the selectivity enhancer was added, the polishing uniformity was further improved by 1.5%.

한편, 기판 위에 트렌치 등의 패턴이 형성된 경우에 대해서도 연마 공정을 수행하고 평가하였다. 우선 연마 대상물로 패턴이 형성된 기판을 준비한다. 도6에 나타내었듯이, 실리콘 기판(100)에 절연막으로 실리콘 산화막(110)을 형성하고, 실리콘 산화막(110)에 트렌치(111)를 설치하고 그 위 전체면 상에 질화 타이타늄막(121) 및 텅스텐막(120)을 형성한다. 예컨대, 도8의 주사전자현미경으로 촬영한 단면 사진에서 보여 주듯이, 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘 산화막으로 PETEOS막을 제조하고, 거기에 패턴 폭과 깊이를 각각 약 90 nm, 190 ~ 220 nm로 한 트렌치를 형성하고, 트렌치를 포함한 전체면 위에 질화 타이타늄막을 약 200Å 두께로 증착 후, 약 3000Å 두께의 텅스텐막을 증착 한 웨이퍼를 사용하였다. 연마 장비 및 조건은 상기와 동일하다. On the other hand, the polishing process was performed and evaluated also when the pattern, such as a trench, was formed on the board | substrate. First, a substrate on which a pattern is formed is prepared as a polishing object. As shown in FIG. 6, a silicon oxide film 110 is formed as an insulating film on the silicon substrate 100, a trench 111 is provided in the silicon oxide film 110, and the titanium nitride film 121 and tungsten are formed on the entire surface thereof. A film 120 is formed. For example, as shown in the cross-sectional photograph taken by the scanning electron microscope of FIG. 8, a PETEOS film was manufactured from a silicon oxide film on a silicon wafer, and trenches having a pattern width and depth of about 90 nm and 190 to 220 nm were formed thereon, respectively. After the deposition of a titanium nitride film having a thickness of about 200 mW over the entire surface including the trench, a wafer in which a tungsten film of about 3000 mW was deposited was used. The polishing equipment and conditions are the same as above.

패턴이 형성된 기판을 연마하는 경우, 연마가 진행되면서 텅스텐막 및 실리콘 산화막 중 적어도 하나가 과도하게 연마되어 디싱 또는 에로젼이 발생할 수 있다. 여기서, 도7 디싱 및 에로젼 현상을 설명하는 개념도를 참조하면, 디싱은 연마 공정 후 텡스텐 패턴 안쪽이 과연마되어 오목하게 패이는 현상, 즉, 트렌치 내의 텅스텐막(120)이 과연마되어 오목하게 패이는 현상을 의미한다(도7의 D). 에로젼은 금속 영역과 금속이 형성되지 않은 절연막 영역 사이의 단차 발생 정도 즉, 초기 절연막(점선 위치)으로부터 절연막이 과연마된 정도를 의미한다(도7의 E).When the substrate on which the pattern is formed is polished, at least one of the tungsten film and the silicon oxide film is excessively polished while polishing is performed, and dishing or erosion may occur. Here, referring to the conceptual diagram illustrating dishing and erosion phenomena in FIG. 7, dishing is a phenomenon in which the inside of the tungsten pattern is over-polluted and recessed after the polishing process, that is, the tungsten film 120 in the trench is over-polluted and recessed. This means a phenomenon of dents (FIG. 7D). The erosion means the degree of occurrence of a step between the metal region and the insulating film region in which the metal is not formed, that is, the degree of overpolishing of the insulating film from the initial insulating film (dotted line position) (Fig. 7E).

상기에서 제조된 비교예 및 실시예1, 2의 슬러리를 이용하여 도8의 트렌치 패턴 상에 텅스텐막이 증착된 웨이퍼를 연마하고, 그 결과를 도9 내지 도12에 나타내었다. 도9은 각각의 슬러리로 패턴이 형성된 기판을 연마한 후 평가하여, 이때 나타난 디싱과 에로젼의 양을 그래프로 표시한 것이며, 도10 내지 도12는 비교예 및 실시예1,2의 슬러리로 패턴이 형성된 기판을 연마하고 그 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 보여준다. 여기서 각 슬러리를 사용하는 경우, 디싱과 에로젼 정도 및 그 관련성을 알아보기 위하여, 에로젼이 의도적으로 발생되는 정도까지 과연마를 진행하였다. Using the slurry of Comparative Examples and Examples 1 and 2 prepared above, the wafer on which the tungsten film was deposited on the trench pattern of FIG. 8 was polished, and the results are shown in FIGS. 9 to 12. 9 is a graph showing the amount of dishing and erosion shown at this time after polishing the substrate on which the pattern is formed with each slurry, Figures 10 to 12 are the slurry of Comparative Examples and Examples 1, 2 The patterned substrate is polished and its cross section is observed by scanning electron microscopy (SEM). In the case of using each slurry, in order to find out the degree and relationship between dishing and erosion, over-polishing was performed to the extent that erosion was intentionally generated.

우선, 모든 경우 에로젼이 거의 발생되지 않도록 약하게 연마하는 경우 디싱 발생이 적었다. 다만, 콜로이달 실리카 연마제를 사용하는 비교예의 경우에는 실시예들 보다 현저하게 디싱이 많이 발생하였다. 이후, 연마 시간을 길게 하여 에로젼을 의도적으로 발생시키는 경우, 도9 및 도10에 나타내었듯이 비교예에 있어서는 에로젼 량이 증가함에 따라 디싱의 양이 급격하게 증가하는 경향을 보였다. 반면, 도9 및 도11, 12에서 보여주듯이, 산화 타이타늄 연마제를 사용한 실시예의 경우 에로젼 300Å까지 디싱 양은 60Å 정도까지 나타났으며, 그 이상 에로젼이 증가하더라도 디싱 양은 100Å 정도로 적게 나타났다. 특히, 선택비 향상제 PVP를 첨가한 실리예2의 경우 에로젼이 증가하여도 디싱은 거의 나타나지 않는 것을 확인하였다.First, in all cases, dishing was less likely to occur when the polishing was performed so that little erosion occurred. However, in the case of the comparative example using a colloidal silica abrasive, much dishing occurred more than the examples. Then, when the erosion is intentionally generated by prolonging the polishing time, as shown in Figs. 9 and 10, the amount of dishing tended to increase rapidly as the amount of erosion increased. On the other hand, as shown in Figures 9, 11, and 12, in the case of using the titanium oxide abrasive, the dishing amount was up to 60 kPa up to 300 kPa of erosion, and the dishing amount was less than 100 kPa even if the erosion increased. In particular, in the case of Example 2 to which the selectivity enhancing agent PVP was added, it was confirmed that dishing hardly appeared even if the erosion increased.

결과적으로 콜로이달 실리카 연마제를 사용하는 것보다 산화 타이타늄 연마제를 사용하는 것이 연마율이나 식각 선택비 측면에서 우수하며, 또한 패턴 기판의 연마 평가에서도 우수성을 확인하였다. 여기에 선택비 향상제인 PVP를 첨가할 경우 연마율은 다소 낮아지지만, 식각 선택비가 매우 우수하며, 또한 패턴 기판의 연마 평가에서 디싱 등의 결함이 거의 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다.
As a result, the use of titanium oxide abrasives was superior to the use of colloidal silica abrasives in terms of polishing rate and etching selectivity, and also excellent in polishing evaluation of pattern substrates. When PVP, which is a selectivity improving agent, was added, the polishing rate was slightly lowered, but the etching selectivity was very excellent, and it was confirmed that defects such as dishing did not appear in the polishing evaluation of the pattern substrate.

상기의 슬러리의 제조 과정은 일반적인 슬러리 제조 과정과 크게 다르지 않으므로, 간단히 설명한다. 우선, 슬러리를 제조할 용기를 준비하고, 용기에 원하는 상태로 제어된 산화 타이타늄 연마 입자를 원하는 량으로 측량하여 투입한다. 이후, 용기에 초순수를 투입하여 산화 타이타늄 연마 입자를 초순수에 분산시킨다. 이어서, 질산철을 용해시킨 초순수 용액을 상기 용기에 원하는 양 만큼 투입하고 균일하게 혼합한다. 이어서 질산 등의 pH 조절제를 용기에 투입하고 혼합하여 1차 슬러리를 완성한다. 과산화수소수와 선택비 향상제는 별도의 용기에 준비하고, 연마 시에 1차 슬러리와 함께 연마 대상물 상에 공급한다. 이때 과산화수소수 및 선택비 향상제의 량을 조절하여 공급할 수 있다. Since the manufacturing process of the slurry is not very different from the general slurry manufacturing process, it will be briefly described. First, a container for preparing a slurry is prepared, and the titanium oxide abrasive grains controlled in a desired state are measured and added to the container in a desired amount. Thereafter, ultrapure water is added to the vessel to disperse the titanium oxide abrasive grains in the ultrapure water. Subsequently, an ultrapure water solution in which iron nitrate is dissolved is added to the container in a desired amount and mixed uniformly. Subsequently, a pH regulator such as nitric acid is added to the container and mixed to complete the primary slurry. The hydrogen peroxide solution and the selectivity enhancing agent are prepared in separate containers and are supplied onto the object to be polished together with the primary slurry at the time of polishing. At this time, it can be supplied by adjusting the amount of hydrogen peroxide water and selectivity enhancer.

하기에서는 본 발명 실시 형태의 슬러리의 각 성분의 함량을 변화시키고, 이를 이용하여 텡스텐막 및 실리콘 산화막을 연마한 경우에 대하여 설명한다.Hereinafter, the case where the content of each component of the slurry of the embodiment of the present invention is changed and the tungsten film and the silicon oxide film are polished using the same will be described.

<산화 타이타늄 함량 변화><Titanium oxide content change>

상기에 설명한 방법으로 산화 타이타늄 연마 입자의 함량을 변화시키면서 슬러리 제조하고 이를 이용하여 연마를 수행하였으며, 그 결과를 표2에 나타내었다. 이때, 전체 슬러리 중량에 대하여 질산철은 0.1중량%으로 과산화수소수는 2중량%로 하였다. 연마 장비 및 조건은 상술된 것과 동일하다. The slurry was prepared while changing the content of the titanium oxide abrasive grains by the method described above, and polishing was performed using the same, and the results are shown in Table 2. At this time, iron nitrate was 0.1% by weight and hydrogen peroxide solution was 2% by weight based on the total weight of the slurry. The polishing equipment and conditions are the same as described above.

하기 표2에서 보여주듯이, 산화 타이타늄 연마 입자는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.2중량% 초과 10중량% 이하로 포함되는 것이 좋다. 산화 타이타늄 연마 입자 함량이 0.2중량% 이하이면 텅스텐 연마율이 249.5Å/min 이하로 지나치게 낮아서 텅스텐의 연마가 어렵고, 10중량% 보다 크면 고형 함량이 증가므로 입자의 분산 안정성에 문제가 생기고 이차 입자의 크기가 지나치게 커지는 문제가 발생한다. 산화 타이타늄 연마 입자는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.7 내지 5 중량%로 포함되는 더 좋고, 1.0 내지 2.0 중량%로 포함되는 것이 더욱 좋다. 산화 타이타늄 연마 입자 함량이 0.7 내지 5 중량%인 범위에서는 텅스텐 연마율이 2500Å/min 이상으로 우수하고 분산 안정성이 확보된다. 또한, 산화 타이타늄 연마 입자 함량이 1.0 내지 2.0 중량% 범위에서는 텅스텐 연마율이 3700 내지 3800Å/min 유지되어 매우 우수한 연마율을 나타내며 안정적인 CMP 공정이 가능하기 때문이다.As shown in Table 2 below, the titanium oxide abrasive particles may be included in more than 0.2% by weight to 10% by weight based on the total weight of the slurry. If the titanium oxide abrasive grain content is 0.2% by weight or less, tungsten polishing rate is too low (249.5 kW / min or less), making it difficult to polish tungsten, and when it is more than 10% by weight, the solid content increases, which causes problems in the dispersion stability of the secondary particles. The problem arises that the size becomes too large. Titanium oxide abrasive particles are better contained in the 0.7 to 5% by weight relative to the total weight of the slurry, more preferably included in 1.0 to 2.0% by weight. In the range where the titanium oxide abrasive grain content is in the range of 0.7 to 5% by weight, the tungsten polishing rate is excellent at 2500 Pa / min or more, and dispersion stability is secured. In addition, since the titanium oxide abrasive grains content is in the range of 1.0 to 2.0% by weight, the tungsten polishing rate is maintained at 3700 to 3800 kPa / min, which indicates a very good polishing rate and a stable CMP process.

Figure 112012029400798-pat00001
Figure 112012029400798-pat00001

<과산화수소수 함량 변화><Change of hydrogen peroxide content>

상기에 설명한 방법으로 산화제로 작용하는 과산화수소수의 함량을 변화시키면서 텅스텐 및 실리콘 산화막의 연마를 수행하였으며, 그 결과를 표3에 나타내었다. 이때, 전체 슬러리 중량에 대하여 산화 타이타늄 함량은 1.0중량%로 하고, 질산철은 0.1중량%로 하였다. 연마 장비 및 조건은 상술된 것과 동일하다. The tungsten and silicon oxide films were polished by varying the content of hydrogen peroxide water acting as an oxidant by the method described above, and the results are shown in Table 3. At this time, the titanium oxide content was 1.0% by weight and the iron nitrate was 0.1% by weight based on the total weight of the slurry. The polishing equipment and conditions are the same as described above.

하기 표3에서 보여주듯이, 과산화수소수는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5중량% 이상 5.0중량% 미만으로 포함되는 것이 좋다. 과산화수소수의 함량이 0.5중량% 보다 작게 되면 텡스텐 연마율이 지나치게 작아 텅스텐의 연마 공정이 어렵게 된다. 예컨대, 과산화수소수가 사용되지 않는 경우도 텅스텐 연마는 가능하지만, 연마율이 182.8Å/min으로 지나치게 작아, 생산성을 확보하기 어렵다. 과산화수소수의 함량이 5.0중량% 이상이면 버블이 발생되기 시작한다. 즉, 과산화수소수의 함량이 5.0중량%인 경우 연마율은 5826.4Å/min으로 매우 우수하지만 질산철과 격렬하게 반응하여 버블링이 시작되는 것이 관찰되었다. 과산화수소수의 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2.0 중량%인 것이 더 좋고, 1 내지 2 중량%인 것이 더욱 좋다. 과산화수소수의 함량이 0.5 내지 2.0 중량%인 범위에서 텅스텐 연마율이 1300 내지 3700Å/min으로 적절하고, 과산화수소수의 함량이 1 내지 2 중량%인 범위에서 최적의 농도로 디싱이 매우 적기 때문이다. As shown in Table 3 below, the hydrogen peroxide water is preferably included in more than 0.5% by weight to less than 5.0% by weight relative to the total weight of the slurry. If the content of hydrogen peroxide is less than 0.5% by weight, the tungsten polishing rate is too small, making the tungsten polishing process difficult. For example, tungsten polishing is possible even when hydrogen peroxide water is not used, but the polishing rate is too small at 182.8 kPa / min, making it difficult to secure productivity. If the content of hydrogen peroxide is more than 5.0% by weight, bubbles begin to form. That is, when the content of hydrogen peroxide is 5.0% by weight, the polishing rate is 5826.4 Å / min is very good, but it was observed that bubbling starts by violently reacting with iron nitrate. The content of hydrogen peroxide water is more preferably 0.5 to 2.0% by weight, and more preferably 1 to 2% by weight based on the total weight of the slurry. This is because the tungsten polishing rate is suitably 1300 to 3700 m 3 / min in the range of 0.5 to 2.0 wt% of hydrogen peroxide water, and the dishing is very small at the optimum concentration in the range of 1 to 2 wt% of hydrogen peroxide.

Figure 112012029400798-pat00002
Figure 112012029400798-pat00002

<질산철 함량 변화><Changes in iron nitrate content>

상기에 설명한 방법으로 산화 촉진제로 작용하는 질산철의 함량을 변화시키면서 텅스텐 및 실리콘 산화막의 연마를 수행하였으며, 그 결과를 표4에 나타내었다. 이때, 전체 슬러리 중량에 대하여 산화 타이타늄 함량은 1.0중량%로 하고, 과산화수소수의 함량은 2중량%로 하였다. 연마 장비 및 조건은 상술된 것과 동일하다. The tungsten and silicon oxide films were polished by varying the content of iron nitrate acting as an oxidation promoter by the method described above, and the results are shown in Table 4. At this time, the titanium oxide content was 1.0% by weight based on the total weight of the slurry, and the content of hydrogen peroxide water was 2% by weight. The polishing equipment and conditions are the same as described above.

하기 표4에서 보여주듯이, 질산철은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.002 중량% 이상 0.1 중량% 이하로 포함되는 것이 좋다. 질산철의 함량이 0.002중량% 보다 작게 되면, 텅스텐 연마율이 지나치게 작아 텅스텐 CMP 공정 진행이 어렵다. 예컨대, 질산철이 사용되지 않는 경우도 텅스텐 연마는 가능하지만, 연마율이 163.9Å/min으로 지나치게 작아, 생산성을 확보하기 어렵다. 질산철의 함량이 0.1중량% 보다 크면 연마 패드 색깔이 변색되는 문제가 발생한다. 또한, 질산철의 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%인 것이 더 좋고, 0.05 내지 0.1 중량%인 것이 더욱 좋다. 질산철의 함량이 0.01 내지 0.1 중량%인 범위에서 텅스텐 연마율이 2700 내지 3700Å/min으로 우수하고, 질산철의 함량이 0.05 내지 0.1 중량%인 범위에서 최적의 농도로 디싱의 발생이 매우 적기 때문이다.As shown in Table 4 below, iron nitrate is preferably included in 0.002 wt% or more and 0.1 wt% or less with respect to the total weight of the slurry. When the content of iron nitrate is less than 0.002% by weight, the tungsten polishing rate is too small, making it difficult to proceed with the tungsten CMP process. For example, even when iron nitrate is not used, tungsten polishing is possible, but the polishing rate is too small at 163.9 kW / min, making it difficult to secure productivity. If the content of iron nitrate is greater than 0.1% by weight, the problem of discoloration of the polishing pad color occurs. In addition, the content of iron nitrate is more preferably 0.01 to 0.1% by weight, and more preferably 0.05 to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry. Tungsten removal rate is excellent in the range of 2700 to 3700 철 / min in the iron nitrate content of 0.01 to 0.1% by weight, the occurrence of dishing at the optimum concentration in the range of 0.05 to 0.1% by weight of iron nitrate is very low to be.

Figure 112012029400798-pat00003
Figure 112012029400798-pat00003

<PVP 함량 변화><PVP content change>

상기에 설명한 방법으로 선택비 향상제로 작용하는 PVP의 함량을 변화시키면서 텅스텐 및 실리콘 산화막의 연마를 수행하였으며, 그 결과를 표5에 나타내었다. 이때, 전체 슬러리 중량에 대하여 산화 타이타늄 함량은 1.0중량%로 하고, 과산화수소수의 함량은 2중량%로 하며, 질산철의 함량은 0.1중량%로 하였다. 연마 장비 및 조건은 상술된 것과 동일하다. The tungsten and silicon oxide films were polished by changing the content of PVP acting as a selectivity enhancer by the method described above, and the results are shown in Table 5. At this time, the titanium oxide content was 1.0% by weight based on the total slurry weight, the content of hydrogen peroxide was 2% by weight, and the content of iron nitrate was 0.1% by weight. The polishing equipment and conditions are the same as described above.

하기 표5에서 보여주듯이, PVP는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05중량% 이상 3.0중량% 미만으로 포함되는 것이 좋다. PVP의 함량이 0.05중량% 보다 작게 되면 디싱이 많이 발생하게 되고, 3.0중량% 이상이면 텡스텐 연마율(153Å/min)이 매우 낮아 CMP 공정이 어려워지게 된다. PVP의 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05 내지 1.0 중량%인 것이 더 좋고, 0.05 내지 0.1 중량%인 것이 더욱 좋다. PVP의 함량이 0.05 내지 1.0 중량%인 범위에서 텅스텐 연마율이 1400 내지 2800Å/min으로 적절하고 연마 선택비가 우수하며, PVP의 함량이 0.05 내지 0.1 중량%인 범위에서 연마 선택비가 500 이상으로 매우 우수하고 디싱도 거의 발생되지 않기 때문이다.As shown in Table 5 below, PVP is preferably included in more than 0.05% by weight to less than 3.0% by weight relative to the total weight of the slurry. When the content of PVP is less than 0.05% by weight, a lot of dishing occurs, and when 3.0% by weight or more, the tungsten polishing rate (153 Å / min) is very low, making the CMP process difficult. The content of PVP is preferably 0.05 to 1.0% by weight, and more preferably 0.05 to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry. Tungsten polishing rate is 1400 to 2800Å / min, suitable for the PVP content in the range of 0.05 to 1.0% by weight, and excellent in the polishing selectivity, and excellent in the polishing selectivity of 500 or more in the range of 0.05 to 0.1% by weight of PVP. Because dishing hardly occurs.

Figure 112012029400798-pat00004
Figure 112012029400798-pat00004

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated with reference to the above-mentioned embodiment and an accompanying drawing, this invention is not limited to this, It is limited by the following claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified and modified without departing from the technical spirit of the following claims.

100: 기판 110: 실리콘 산화막
120: 텡스텐층 300: 연마 입자
100: substrate 110: silicon oxide film
120: tungsten layer 300: abrasive grain

Claims (31)

텅스텐 연마용 슬러리로서,
연마를 수행하는 연마제 및 산화물 형성을 촉진하는 산화촉진제를 포함하고,
상기 연마제로 산화 타이타늄 입자를 포함하는 슬러리.
As a tungsten polishing slurry,
An abrasive to perform polishing and an oxidation promoter to promote oxide formation,
Slurry comprising titanium oxide particles as the abrasive.
청구항1에 있어서,
상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.2중량% 초과 10중량%이하로 포함되는 슬러리.
The method according to claim 1,
The titanium oxide slurry is more than 0.2% by weight to 10% by weight relative to the total weight of the slurry.
청구항1 또는 청구항2에 있어서,
상기 산화촉진제로 질산철, 페리시안화칼륨, 염화철, 황산철, 플루오르화철, 브롬화철, 염화구리, 플루오르화구리, 브롬화구리를 슬러리 전체 중량에 대하여 0.002 중량% 이상 0.1 중량% 이하로 포함하는 슬러리.
The method according to claim 1 or 2,
Slurry comprising iron nitrate, potassium ferricyanide, iron chloride, iron sulfate, iron fluoride, iron bromide, copper chloride, copper fluoride, copper bromide in an amount of 0.002% to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry as the oxidation promoter.
청구항3에 있어서,
상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.7 내지 5 중량%로 포함되는 슬러리.
The method according to claim 3,
The titanium oxide is slurry containing 0.7 to 5% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항4에 있어서,
상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 1.0 내지 2.0 중량%로 포함되는 슬러리.
The method of claim 4,
The titanium oxide is a slurry containing 1.0 to 2.0% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항3에 있어서,
상기 산화촉진제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.01중량% 이상 0.1중량% 이하의 범위로 포함되는 슬러리.
The method according to claim 3,
The oxidation accelerator is included in the range of 0.01% to 0.1% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항3에 있어서,
상기 산화촉진제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05 내지 0.1 중량%로 포함되는 슬러리.
The method according to claim 3,
The oxidation accelerator is 0.05 to 0.1% by weight relative to the total weight of the slurry.
청구항3에 있어서,
상기 슬러리는 pH가 1 내지 4로 조절되는 슬러리.
The method according to claim 3,
The slurry is a slurry whose pH is adjusted to 1 to 4.
청구항3에 있어서,
산화물을 형성하는 산화제로 과산화수소수, 요소과산화수소, 과황산암모늄, 티오황산암모늄, 차아염소산나트륨, 과요오드산나트륨, 과황산나트륨, 요오드산칼륨, 과염소산칼륨, 과황화칼륨으로 이루어진 그룹에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 산화제 함량은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5중량% 이상 5.0중량% 미만의 범위인 슬러리.
The method according to claim 3,
Oxides that form oxides include at least one of hydrogen peroxide, urea hydrogen peroxide, ammonium persulfate, ammonium thiosulfate, sodium hypochlorite, sodium periodate, sodium persulfate, potassium iodide, potassium perchlorate, potassium persulfate and,
Wherein the oxidant content is in the range of 0.5% to 5.0% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항9에 있어서,
상기 산화제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2 중량%인 슬러리.
The method of claim 9,
The oxidizing agent is 0.5 to 2% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항9에 있어서,
상기 산화제는 슬러리 전체 중량에 대하여 1 내지 2 중량%인 슬러리.
The method of claim 9,
The oxidizing agent is 1-2 wt% based on the total weight of the slurry.
청구항3에 있어서,
선택비 향상제로 폴리비닐피롤리돈, 비닐피리딘 및 비닐피롤리돈으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 슬러리.
The method according to claim 3,
A slurry comprising at least one selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, vinylpyridine and vinylpyrrolidone as a selectivity enhancing agent.
청구항12에 있어서,
상기 선택비 향상제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05중량% 이상 3.0중량% 미만 의 범위로 포함되는 슬러리.
The method of claim 12,
The selectivity improving agent is a slurry that is contained in the range of 0.05% to 3.0% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항13에 있어서,
상기 선택비 향상제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05 내지 1.0 중량%인 슬러리.
The method according to claim 13,
The selectivity enhancer is 0.05 to 1.0% by weight relative to the total weight of the slurry.
청구항13에 있어서,
상기 선택비 향상제는 슬러리 전체 중량에 대하여 0.05 내지 0.1 중량%인 슬러리.
The method according to claim 13,
The selectivity enhancer is 0.05 to 0.1% by weight relative to the total weight of the slurry.
청구항3에 있어서,
상기 산화 타이타늄 입자는 결정질로 형성되며, 평균 1차 입자 크기가 10 내지 100 nm 인 슬러리.
The method according to claim 3,
The titanium oxide particles are formed crystalline, the slurry having an average primary particle size of 10 to 100 nm.
텅스텐 연마용 슬러리로서,
연마를 수행하는 연마제로 산화 타이타늄 입자들을 포함하고,
상기 산화 타이타늄 입자들은 결정질 상태로 적어도 일부는 아나타제 결정상으로 형성되며,
상기 산화 타이타늄 입자들은 평균 1차 입자 크기가 10 내지 100nm 인 슬러리.
As a tungsten polishing slurry,
An abrasive for performing polishing comprising titanium oxide particles,
The titanium oxide particles are formed in a crystalline state and at least a part of the anatase crystal phase,
The titanium oxide particles have an average primary particle size of 10 to 100nm.
청구항17에 있어서,
상기 산화 타이타늄 입자들은 다면체 형상으로 이루어지는 슬러리.
The method according to claim 17,
The titanium oxide particles are made of a polyhedral slurry.
청구항18에 있어서,
상기 산화 타이타늄 입자들은 평균 1차 입자 크기가 15 이상 50nm 미만인 슬러리.
The method according to claim 18,
Wherein said titanium oxide particles have an average primary particle size of at least 15 and less than 50 nm.
청구항17에 있어서,
상기 산화 타이타늄 입자들은 아나타제상과 루틸상을 구비하며, 상기 아나타제 상과 루틸상의 합을 100으로 하였을 때 상기 아나타제상이 50 초과인 슬러리.
The method according to claim 17,
The titanium oxide particles have an anatase phase and a rutile phase, and the anatase phase is greater than 50 when the sum of the anatase phase and the rutile phase is 100.
청구항17 내지 청구항20 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산화 타이타늄은 슬러리 전체 중량에 대하여 0.2중량% 초과 10중량% 이하로 포함되는 슬러리.
The method according to any one of claims 17 to 20,
The titanium oxide is more than 0.2% by weight to 10% by weight based on the total weight of the slurry.
청구항21에 있어서,
상기 슬러리는 산화물 형성을 촉진하는 산화촉진제를 포함하는 슬러리.
The method of claim 21,
Wherein said slurry comprises an oxidation promoter that promotes oxide formation.
청구항21에 있어서,
상기 슬러리는 pH 조절제를 포함하는 슬러리.
The method of claim 21,
The slurry comprises a pH adjusting agent.
기판 연마 방법으로서,
텅스텐층이 형성된 기판을 마련하는 과정;
연마제인 산화 타이타늄 입자와 산화 촉진제를 포함하는 1차 슬러리를 마련하는 과정; 및
상기 1차 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서 상기 텅스텐층을 연마하는 과정을 포함하고,
상기 연마 과정은 상기 텅스텐층의 상부 표면에 텅스텐 산화막이 형성되고, 상기 산화 타이타늄 입자의 적어도 일부가 상기 텅스텐 산화막의 내부로 침투하여 상기 텅스텐층 및 상기 텅스텐 산화막을 연마하는 기판 연마 방법.
As a substrate polishing method,
Preparing a substrate on which a tungsten layer is formed;
Preparing a primary slurry including titanium oxide particles, which are abrasives, and an oxidation promoter; And
Polishing the tungsten layer while supplying the primary slurry onto the substrate,
In the polishing process, a tungsten oxide film is formed on an upper surface of the tungsten layer, and at least a portion of the titanium oxide particles penetrate into the tungsten oxide film to polish the tungsten layer and the tungsten oxide film.
청구항24에 있어서,
상기 1차 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서, 산화제를 상기 기판 상에 공급하는 기판 연마 방법.
The method of claim 24,
A substrate polishing method, wherein an oxidant is supplied onto the substrate while the primary slurry is supplied onto the substrate.
청구항24 또는 청구항25에 있어서,
상기 1차 슬러리를 상기 기판 상에 공급하면서, 선택비 향상제를 상기 기판 상에 공급하는 기판 연마 방법.
The method according to claim 24 or 25,
A substrate polishing method for supplying a selectivity improving agent onto the substrate while supplying the primary slurry onto the substrate.
청구항26에 있어서,
상기 선택비 향상제 또는 상기 산화제는 상기 1차 슬러리와 별도의 유입 라인을 통하여 상기 기판 상에 제공되는 기판 연마 방법.
The method of claim 26,
Wherein said selectivity enhancer or said oxidant is provided on said substrate through an inlet line separate from said primary slurry.
청구항25에 있어서,
상기 산화 촉진제는 질산철을 포함하며, 상기 산화제는 과산화수소수인 기판 연마 방법.
The method of claim 25,
Wherein said oxidation promoter comprises iron nitrate and said oxidant is hydrogen peroxide.
청구항24에 있어서,
상기 연마 과정이 진행되는 동안 상기 텅스텐 산화막은 소정 두께로 유지되는 연마 방법.
The method of claim 24,
And the tungsten oxide film is maintained at a predetermined thickness during the polishing process.
청구항24 또는 청구항29에 있어서,
상기 연마 과정이 진행되는 동안 상기 산화 타이타늄 입자의 적어도 일부는 상기 텅스텐층 표면과 직접 접촉하는 연마 방법.
The method according to claim 24 or 29,
At least a portion of the titanium oxide particles is in direct contact with the surface of the tungsten layer during the polishing process.
청구항24, 청구항25, 청구항28 또는 청구항29에 있어서,
상기 텅스텐층이 형성된 기판을 마련하는 과정은
상기 기판 상에 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 트렌치를 형성하며,
상기 트렌치를 포함하는 절연막 전체면에 텅스텐층을 형성하는 기판 연마 방법.
The method according to claim 24, 25, 28 or 29,
Preparing a substrate on which the tungsten layer is formed
Forming an insulating film on the substrate, forming a trench in the insulating film,
And forming a tungsten layer on the entire surface of the insulating film including the trench.
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