KR20010041962A - 구리 기판에 유용한 화학 기계적 연마용 슬러리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화제, 착화제, 연마제 및 임의의 계면활성제를 포함하는 화학 기계적 연마용 슬러리, 이 화학 기계적 연마용 슬러리를 사용하여 구리 합금, 티타늄, 질화티타늄, 탄탈륨 및 질화탄탈륨 함유층을 기판으로부터 제거하는 방법에 관한 것이다. 이 슬러리는 별도의 피막 형성제를 함유하지 않는다.

Description

구리 기판에 유용한 화학 기계적 연마용 슬러리 {Chemical Mechanical Polishing Slurry Useful for Copper Substrates}
집적 회로는 실리콘 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 수백만개의 능동 소자들로 이루어져 있다. 처음에는 서로 분리되어 있는 능동 소자들이 접속되어 기능성 회로 및 부재를 형성한다. 이 소자들은 잘 알려져 있는 다층 배선을 사용하여 접속된다. 배선 구조는 보통 제1 금속화층, 배선층, 제2 금속화층 및 경우에 따라 제3 금속화층 및 후속 금속화층을 갖는다. 실리콘 기판 또는 웰(well) 내에 있는 각각의 금속화층을 전기적으로 절연시키기 위해서는 혼입 산화규소(SiO2) 및 비혼입 산화규소와 같은 층간 유전체를 사용한다. 각각의 배선층들은 금속화 비아를 사용하여 전기적으로 접속시킨다. 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,789,648호는 절연막에서 다층의 금속화층 및 금속화 비아를 제조하는 방법을 기재하고 있다. 유사한 방식으로, 웰에 형성된 배선층과 소자간에 전기적 접속을 형성하기 위해서는 금속 콘택트를 사용한다. 금속 비아 및 콘택트는 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 탄탈륨(Ta), 알루미늄 구리(Al-Cu), 알루미늄 규소(Al-Si), 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 그의 조합을 비롯한 각종 금속 및 합금으로 충전될 수 있다. 금속 비아 및 콘택트는 일반적으로 금속층을 SiO2기판에 부착시키기 위해 질화티타늄(TiN) 및(또는) 티타늄(Ti)과 같은 접착층을 사용한다. 콘택트 층에서, 접착층은 충전된 금속과 SiO2가 반응하는 것을 막기 위한 확산 배리어로 작용한다.
반도체를 제조하는 한 방법에서는, 블랭킷 금속 침착 후 화학 기계적 연마(CMP) 단계에 의해 금속화 비아 또는 콘택트를 형성한다. 통상적인 방법에서는, 층간 유전체(ILD)를 통과해서 배선 또는 반도체 기판까지 비아 홀을 에칭시킨다. 그 다음, 질화티타늄 및(또는) 티타늄과 같은 얇은 접착층을 일반적으로 ILD 위에 형성시켜 에칭된 비아 홀로 보낸다. 그후, 금속막을 접착층 위 및 비아 홀에 블랭킷 침착시킨다. 비아 홀이 블랭킷 침작된 금속으로 가득찰 때까지 침착을 계속한다. 마지막으로, 화학 기계적 연마(CMP)에 의해 과잉의 금속을 제거하여 금속 비아를 형성한다. 비아의 제조 방법 및(또는) CMP가 미국 특허 제4,671,851호, 제4,910,155호 및 제4,944,836호에 개시되어 있다.
통상적인 화학 기계적 연마 공정에서는 기판을 회전하는 연마 패드와 직접적으로 접촉시킨다. 운반체는 기판의 뒷쪽에서 압력을 가한다. 연마 공정 중에는 기판 뒤쪽으로 하향력을 유지하면서 패드 및 테이블을 회전시킨다. 연마 작용을 하며 화학적으로 반응성인 용매 (통상적으로는 "슬러리"라고 함)를 연마 중에 패드에 도포한다. 이 슬러리는 연마될 막과 화학적으로 반응하여 연마 공정을 개시한다. 슬러리가 웨이퍼/패드 경계면에 제공되기 때문에 기판에 대한 패드의 회전 운동에 의해 연마 공정이 용이해진다. 절연체 상에서 소정의 막이 제거될 때까지 이러한 방식으로 연마를 계속한다. 슬러리 조성물은 CMP 단계에서 중요한 요소이다. 산화제, 연마제 및 기타 유용한 첨가제의 선택에 따라 연마용 슬러리를 제조하여 표면 결함, 흠, 부식 및 침식은 최소화하면서 원하는 연마율로 금속층을 효과적으로 연마할 수 있다. 또한, 현행 집적 회로 기술에 사용되는, 티타늄, 질화티타늄 등과 같은 기타 박막 재료에 대한 연마 선택성을 조절하기 위해 연마용 슬러리를 사용할 수 있다.
통상적으로, CMP 연마용 슬러리는 산화성 수성 매질 중에 현탁되어 있는 실리카 또는 알루미나와 같은 연마 재료를 함유한다. 예를 들어, 유(Yu) 등의 미국 특허 제5,244,534호에서는 밑에 있는 절연층은 거의 제거하지 않으면서 텅스텐을 예측가능한 제거율로 제거하는 데 유용한, 알루미나, 과산화수소, 및 수산화칼륨 또는 수산화암모늄을 함유하는 슬러리를 보고하고 있다. 유 등의 미국 특허 제5,209,816호는 알루미늄 연마에 유용한, 수성 매질 중의 과염소산, 과산화수소 및 고형 연마 재료를 포함하는 슬러리를 개시하고 있다. 카디엔(Cadien) 등의 미국 특허 제5,340,370호는 약 0.1M의 칼륨 페리시안화물, 약 5 중량%의 실리카 및 아세트산 칼륨을 포함하는 텅스텐 연마용 슬러리를 개시하고 있다. pH를 약 3.5로 완충하기 위해 아세트산을 가한다.
베이어(Beyer) 등의 미국 특허 제4,789,648호는 황산, 질산, 아세트산 및 탈이온수와 함께 알루미나 연마제를 사용하는 슬러리 배합물을 개시하고 있다. 미국 특허 제5,391,258호 및 제5,476,606호는 수성 매질, 연마 입자, 및 실리카 제거율을 조절하는 음이온을 포함하는, 금속과 실리카의 복합물을 연마시키기 위한 슬러리를 개시하고 있다. CMP 용도로 사용하기 위한 기타 연마용 슬러리가 네빌(Neville) 등의 미국 특허 제5,527,423호, 유 등의 미국 특허 제5,354,490호, 메델린(Medellin)의 미국 특허 제5,157,876호, 메델린의 미국 특허 제5,137,544호 및 코테(Cote) 등의 미국 특허 제4,956,313호에 기재되어 있다.
종전 기술에서는 슬러리를 사용하여 금속 표면을 연마시킬 수 있는 여러 가지 메카니즘을 밝혀냈다. 금속 입자의 기계적 제거 및 슬러리에서의 금속 입자의 용해에 의해 연마 공정이 진행되는 경우에는 피막을 형성하지 않는 슬러리를 사용하여 금속 표면을 연마할 수 있다. 이러한 메카니즘에서는 습식 에칭을 피하기 위해 화학적 용해 속도가 느려야 한다. 그러나, 보다 바람직한 메카니즘은 금속 표면과 슬러리 중의 1종 이상의 성분 (예컨대 착화제) 및(또는) 피막 형성층 간의 반응에 의해 얇은 연마성 층이 연속적으로 형성되는 경우이다. 연마성 층은 이후에 기계적인 작용에 의해 조절된 방식으로 제거한다. 기계적 연마 공정이 중단되면, 얇은 패시베이션막이 표면에 남아서 습식 에칭 과정을 조절한다. CMP 슬러리가 이러한 메카니즘을 이용하여 연마하는 경우 화학 기계적 연마 공정의 조절은 훨씬 용이해진다.
구리 CMP 슬러리를 개발하기 위한 연구들이 문헌에 개시되어 있다. RPI 연구 [J.M. Steigerwald 외, Electrochemical Potential Measurements during the Chemical-Mechanical Polishing of Copper Thin Films, Mat. Res. Soc. Symp. 337, 113 (1994)]는 암모늄 화합물 (암모늄 질산염, 염화물, 수소화물), 질산 및 알루미나 연마제의 사용에 촛점을 두고 있다. 막이 없는 표면으로부터의 구리 용해는 (전기적으로 측정시) 2 nm/분으로 진행될 것으로 추측된다. 그러나, 연마율은 400 nm/분을 넘는 것으로 보고되어 있다. 이러한 불일치는 Cu 부스러기 (나중에 용액에 의해 용해됨)를 형성하는 기계적 작용의 중요성으로 설명된다. 선택성 요소는 제시되지 않는다.
문헌 [Q. Luo 외, Chemical-Mechanical Polishing of Copper in Acidic Media, Proceedings - First International Chemical-Mechanical Polish (CMP) for VLSI/LSI Multilevel Interconnection Conference (CMP-MIC), Santa Barnara, Feb. 22-23, (1996)]에서는 매우 강한 부식제인 Fe-질산염 (pH 1-2)을 포함하는 CMP 슬러리를 억제제 (벤조트리아졸), 슬러리 안정화 계면활성제 (폴리-에틸렌-글리콜) 및 알루미나와 함께 사용하는 것을 개시하고 있다. 부식 억제 막, 즉 Cu-BTA이 형성됨으로써 화학 반응이 명백히 조절되지만, 계면활성제는 보호능을 손상시킨다. 산화물에 대한 선택성은 15:1 내지 45:1인 것으로 제시되어 있다.
세마텍(Sematech) 실험실에서의 CMP 전기화학 연구가 문헌 [R. Carpio 외, Initial Study On Copper CMP Slurry Chemistries, Thin Solid Films, 262 (1995)]에 개시되어 있다. 이 문헌에서는 기본적인 특성화에 있어서 전기화학법을 사용하여 그럴듯한 슬러리를 찾아내고 있다. 슬러리 산화제로 과망간산 칼륨을 사용하고 있으며, 몇가지 다른 것도 사용하고 있다.
문헌 [H. Hirabayashi 외, Chemical Mechanical Polishing of Copper Using A Slurry Composed of Glycine and Hydrogen Peroxide, Proceedings - First International Chemical-Mechanical Polish (CMP) for VLSI/LSI Multilevel Interconnection Conference (CMP-MIC), Santa Barbara, Feb. 22-23 (1996) 및 Japanese Kokai 특허 출원 제8 83780호 (1996)]은 부식율 및 결함 정도가 낮은, Cu의 CMP 공정을 위한 벤조트리아졸 유무의 글리신, 과산화수소 및 실리카의 혼합물을 개시하고 있다. 이 문헌에서는 벤조트리아졸 및 n-벤조일-n-페닐히드록실아민과 같은 화학 시약을 포함하는 CMP 슬러리는 구리 상에 보호막을 형성한다고 개시하고 있다. 제거율은 슬러리 성분의 농도에 따라 달라진다. TiN 제거율은 30 nm/분이고 디싱(dishing)은 지름 200 nm, 폭 15 ㎛ 구조이며, 최적 제거율이 120 nm/분인 것으로 보고되었다.
벤조트리아졸(BTA)과 같은 패시베이션제를 포함하는 슬러리를 사용하여 기판을 연마하는 경우, 연마 중 구리 표면과 BTA의 반응이 연마제의 기계적 작용에 대해 매우 강한 피막을 생성시켜서 피막의 제거를 어렵게 만든다. 또한, 패시베이션도는 시간 의존성이며 조절이 쉽지 않아 기판 연마 공정의 자동화를 어렵게 만든다. 또한, BTA는 산화성 분해를 겪는다. 따라서, BTA 및 산화제를 함유하는 슬러리는 유효 포트 수명(pot life)이 짧아서 제작 유용성을 제한한다. BTA와 같은 패시베이션제의 이러한 특성은 기계를 사용하여 패시베이션 기판을 재현성 있게 연마하는 것을 어렵게 만든다.
CMP 공정에서의 피막 형성 메카니즘에서 패시베이션제를 사용하는 것이 바람직함에도 불구하고, 형성된 막의 패시베이션층의 두께를 조절할 수 있는 CMP 슬러리의 배합에 관한 문제점 및 형성된 막이 연마성이어야 하는 문제점이 여전히 남아 있다. 이러한 문제들은 연마율이 만족스럽지 않을 정도로 낮거나, 또는 연마 결과가 불량한 피막 형성 CMP 슬러리를 얻게할 수 있다. 따라서, 기판의 표면 상에, 보다 특히 구리 합금을 함유하는 기판의 표면 상에 제거가 가능한 얇은 패시베이션층을 형성할 수 있는 CMP 슬러리가 여전히 요구된다. 바람직한 CMP 슬러리는 박막 연마 선택성이 양호하면서 동시에 디싱은 최소이고 결함도가 적은 연마 기판을 제공할 것이다.
〈발명의 개요〉
본 발명은 금속을 함유하는 기판을 재현성 있고 만족스러운 연마율로 연마할 수 있는 화학 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 화학 기계적 연마용 슬러리는 절연체의 연마 선택성은 낮으면서 구리 및 구리 합금을 함유하는 금속층에 대한 연마 선택성은 높게 나타난다.
또한, 본 발명은 집적 회로에서의 금속층, 특히 구리 또는 구리 합금을 함유하는 층을 연마하기 위한 화학 기계적 단일 연마용 슬러리를 사용하는 방법에 관한 것이다.
한 측면에서, 본 발명은 화학 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다. 슬러리는 연마제, 1종 이상의 산화제, 및 시트르산, 락트산, 타르타르산, 숙신산, 말론산, 옥살산, 아미노산 및 그의 염을 포함하는 화합물의 군에서 선택되는 착화제를 포함한다. 이 슬러리는 피막 형성제를 포함하지 않는다.
또다른 측면에서, 본 발명은 화학 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다. 슬러리는 연마제, 과산화수소, 우레아 과산화수소 및 그의 혼합물로 구성되는 산화제, 및 타르타르산을 포함한다. 이 화학 기계적 연마용 슬러리는 pH가 약 5.0 내지 약 9.0이다. 그러나, 슬러리에는 피막 형성제가 전혀 없다.
또다른 측면에서, 본 발명은 하나 이상의 금속층을 포함하는 기판을 연마시키는 방법에 관한 것이다. 화학 기계적 연마용 슬러리를 제공하기 위해 연마제 약 1.0 내지 약 15.0 중량%, 산화제 약 0.3 내지 약 15.0 중량%, 1종 이상의 착화제 약 0.5 내지 약 5.0 중량% 및 탈이온수를 혼합하여 연마를 수행한다. 슬러리에 피막 형성제를 전혀 첨가하지 않는다. 그 다음, 화학 기계적 연마용 슬러리를 기판에 도포하고, 패드를 기판과 접촉시키고, 기판에 대해 패드를 이동시킴으로써 금속층의 적어도 일부분을 기판으로부터 제거한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 화학 기계적 연마용 슬러리를 제조하는 데 유용한 멀티-팩키지 시스템에 관한 것이다. 멀티 팩키지 시스템은 착화제가 들어 있는 제1 용기 및 산화제가 들어 있는 제2 용기를 포함한다. 연마제는 제1 용기, 제2 용기 또는 제3 용기 중 어느 하나에 있을 수 있다.
본 발명은 착화제, 1종 이상의 산화제 및 1종 이상의 연마제를 포함하는 화학 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다. 이 슬러리는 피막 형성제를 함유하지 않는다는 점에서 주목할만하다. 기판 표면상에서의 어떠한 패시베이션(passivation) 층의 깊이는 가능한 작게하면서 연마는 가능한 잘 일어나도록 산화제 및 착화제의 양 및 종류를 선택한다. 본 발명의 화학 기계적 연마용 슬러리는 반도체 제조와 관련된 금속층 및 박막을 연마하는 데 유용하다. 보다 특히, 본 발명은 층이나 막 중 하나가 구리 또는 구리 함유 합금으로 이루어진 다층의 금속층 및 박막을 연마하도록 특별히 배합된 3성분의 화학 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다.
본 발명은 피막 형성제 없이도 효과적인 화학 기계적 연마 조성물 전구체 및 화학 기계적 연마용 슬러리에 관한 것이다. 화학 기계적 연마용 슬러리는 연마제 및 전구체를 포함한다. 전구체는 1종 이상의 산화제 및 착화제를 포함하는데, 산화제 및 착화제를 선택해서 기판 표면의 용해를 억제하기에 충분한 양으로 배합한다. 화학 기계적 연마용 슬러리는 집적 회로, 박막, 다층 반도체 및 웨이퍼를 포함하는 군에서 선택되는 기판과 관련된 금속, 특히 구리 및 구리 합금을 함유하는 금속층을 연마하는 데 유용하다.
본 발명의 여러가지 바람직한 실시태양의 상세 사항을 설명하기 전에, 본원에 사용되는 몇몇 용어가 정의될 것이다. 화학 기계적 연마용 슬러리 ("CMP 슬러리")는 산화제, 연마제, 착화제 및 기타 임의의 성분을 포함하는 본 발명의 유용한 생성물이다. 그러나, CMP 슬러리는 피막 형성제를 포함하지 않는다. CMP 슬러리는 반도체 박막, 집적 회로 박막, 및 CMP 공정이 유용한 임의의 기타 막 및 표면이 포함될 수 있지만 이에 제한되지는 않는 다층 금속화층을 연마하는 데 유용하다. 당업계의 숙련자들은 "구리" 및 "구리 함유 합금"이란 용어가 순수한 구리, 구리 알루미늄 합금층을 포함하는 기판 및 Ti/TiN/Cu 및 ta/TaN/Cu 다층의 기판층을 포함하는 기판 (이에 제한되지는 않음)을 의미한다는 것을 알기 때문에 본원에서는 이 용어들을 상호 교환적으로 사용한다.
본 발명의 CMP 슬러리는 1종 이상의 산화제를 함유한다. 산화제는 기판 금속 층 또는 층들을 상응하는 산화물, 수산화물 또는 이온으로 산화시키는 것을 돕는다. 예를 들어, 본 발명에 있어서 산화제는 금속층을 그의 상응하는 산화물 또는 수산화물로 산화시키는데 사용될 수 있다 (예, 티타늄을 산화티타늄으로, 텅스텐을 산화텅스텐으로, 구리를 산화구리로, 탄탈륨을 산화탄탈륨으로, 알루미늄을 산화알루미늄으로). 산화제는 각각의 산화물 층을 제거하기 위해 금속을 기계적으로 연마함으로써 티타늄, 질화티타늄, 탄탄륨, 질화탄탈륨, 구리, 텅스텐, 알루미늄, 및 알루미늄/구리 합금과 같은 알루미늄 합금, 및 그의 여러가지 혼합물 및 조합물을 포함하는 금속 및 금속 기재 부품을 연마하기 위한 CMP 슬러리에 혼입하는 경우 유용하다.
본 발명의 CMP 슬러리에 사용되는 산화제는 환원시 히드록실기를 형성하는 화합물에서 선택될 수 있다. 이러한 산화제는 금속 및 금속 함유 기판층, 특히 구리 합금층에 대한 연마 선택성이 양호하다. 환원시 히드록실기를 형성하는 금속 산화 화합물의 비제한적인 예로는 과초산, 우레아-과산화수소, 과산화 우레아, 과산화수소 및 그의 혼합물이 포함되며, 과산화수소, 우레아 과산화수소 및 그의 혼합물이 바람직하다.
산화제는 화학 기계적 연마용 슬러리 중에 약 0.3 내지 약 30.0 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 산화제가 본 발명의 CMP 슬러리 중에 약 0.3 내지 약 17.0 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.0 내지 약 12.0 중량% 범위의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
또다른 실시태양에서, 산화제는 우레아 과산화수소이다. 우레아 과산화수소는 과산화수소 34.5 중량% 및 우레아 65.5 중량%으로 이루어져 있기 때문에 상기한 산화제 로딩을 달성하기 위해서는 본 발명의 CMP 슬러리에 더 많은 양의 우레아 과산화수소가 포함되어야 한다. 예를 들어, 산화제 1.0 내지 1.0 중량%는 우레아 과산화수소의 경우 3배가 더 많은 양, 즉 3.0 내지 36.0 중량%에 해당된다.
우레아 과산화수소를 포함하는 CMP 슬러리는 과산화 우레아를 물과 조합하는 방법, 및 수용액 중에 우레아와 과산화수소를 약 0.75:1 내지 약 2:1 범위의 몰비로 조합하여 우레아 과산화수소 산화제를 얻는 방법을 비롯한 여러가지 방법으로 배합할 수 있다.
본 발명의 CMP 슬러리는 산화제 이외에 별도의 피막 형성제를 포함하지 않는다는 점에서 다른 CMP 슬러리, 특히 구리 층을 연마시키는 데 유용한 CMP 슬러리와 구별된다. 본 발명의 조성물에는 없는 이러한 별도의 피막 형성제의 예로는 이미다졸, 벤조트리아졸, 벤즈이미다졸 및 벤조티아졸과 같은 고리형 화합물이 있다. 별도의 피막 형성제에 의해 형성된 부식 억제층의 깊이를 조절하고, 후속적으로 이 층을 제거하는 데에 있어서 부닥치는 어려움을 피하기 위해 본 발명의 전구체 및 슬러리 조성물에서는 별도의 피막 형성제를 생략한다.
표면 결함을 최소화하기 위해 화학 기계적 연마 중에 기판 표면층의 용해를 억제하는 것이 중요하다. 표면 용해를 조절하기 위해 산화제와 함께 유용하다고 밝혀진 화합물의 한 종류가 착화제이다. 유용한 착화제로는 시트르산, 락트산, 타르타르산, 숙신산, 아세트산, 말론산, 옥살산 및 기타 산과 같은 산, 및 그의 염, 예컨대 암모늄 타르트레이트, 및 또한 아미노산 및 아미노 황산 및 그의 염이 포함되며, 이에 제한되지는 않는다. 타르타르산, 시트르산, 말론산 및 그의 혼합물이 바람직한 착화제이며, 타르타르산이 가장 바람직하다.
착화제는 산화된 금속과는 착물을 형성하지만 밑에 놓인 산화되지 않은 금속과는 착물을 형성하지 않으므로 산화된 층의 깊이를 제한한다. 착화제는 본 발명의 CMP 슬러리에 약 0.1 내지 약 5.0 중량% 범위의 양으로, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 3.0 중량% 범위의 양으로 존재할 것이다.
CMP 공정의 조절을 용이하게 하기 위해 본 발명의 CMP 슬러리의 pH를 약 2.0 내지 약 12.0의 범위내로, 바람직하게는 약 5.0 내지 약 9.0, 가장 바람직하게는 약 6.5 내지 약 7.5로 유지하는 것이 바람직하다. 본 발명의 CMP 슬러리의 pH를 너무 낮게하면 (예, 2 미만), 슬러리 취급 문제 및 기판 연마 특성 문제에 부닥치게 된다. 타르타르산을 착화제로 선택하는 경우, CMP 슬러리의 pH는 약 2.0일 것이므로 pH를 더 높게 조정하는 것이 필요하다.
본 발명의 CMP 슬러리의 pH는 임의의 알려진 산, 염기 또는 아민을 사용하여 조정할 수 있다. 그러나, 본 발명의 CMP 슬러리로 원치않는 금속 성분이 도입되는 것을 막기 위해서는 금속 이온을 전혀 함유하지 않는 산 또는 염기, 예컨대 수산화암모늄 및 아민, 또는 질산, 인산, 황산 또는 유기산이 바람직하다.
침강, 응집 및 침착에 대한 본 발명의 CMP 슬러리의 안정화를 촉진하기 위해, 임의의 각종 CMP 슬러리 첨가제, 예컨대 계면활성제, 안정화제 또는 분산제를 사용할 수 있다. 계면활성제를 CMP 슬러리에 가하는 경우, 계면활성제는 음이온성, 양이온성, 비이온성 또는 양쪽성일 수 있거나, 또는 2종 이상의 계면활성제의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 계면활성제의 첨가가 웨이퍼내 불균일(WIWNU)을 감소시키는 데 유용할 수 있으므로 웨이퍼의 표면을 개선시키고 웨이퍼 결함을 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다.
일반적으로, 본 발명에 사용되는 계면활성제와 같은 임의의 첨가제의 양은 슬러리의 효과적인 안정화를 달성하기 위해 충분해야 하며, 통상적으로 선택된 특정 계면활성제 및 금속 산화물 연마제의 표면 성질에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 소정의 계면활성제가 충분치 않게 사용된다면, CMP 슬러리 안정화 효과가 거의 없거나 전혀 없을 것이다. 한편, CMP 슬러리에 너무 맣은 계면활성제를 사용한다면 슬러리에 원치않은 거품 및(또는) 응집을 일으킬 수 있다. 결과적으로, 계면활성제와 같은 안정화제는 일반적으로 본 발명의 슬러리에 약 0.001 내지 약 0.2 중량%, 바람직하게는 약 0.001 내지 약 0.1 중량% 범위의 양으로 존재해야 한다. 또한, 첨가제를 슬러리에 직접 가하거나, 공지된 기술을 이용하여 금속 산화물 연마제의 표면 상에서 처리할 수 있다. 어떠한 경우든지 첨가제의 양을 조절하여 연마용 슬러리의 원하는 농도를 달성한다. 바람직한 계면활성제로는 도데실 술페이트 나트륨염, 나트륨 라우릴 술페이트, 도데실 술페이트 암모늄염 및 그의 혼합물이 있다. 유용한 계면활성제의 예로는 유니온 카바이드(Union Carbide)에 의해 제조된 트리톤(TRITON:등록) DF-16 및 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스(Air Products and Chemicals)에 의해 제조된 서피놀(SURFYNOL:등록)이 있다.
본 발명의 CMP 슬러리는 연마제를 포함한다. 연마제는 통상적으로 금속 산화물 연마제이다. 금속 산화물 연마제는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 게르마니아, 실리카, 세리아 및 그의 혼합물을 포함하는 군에서 선택할 수 있다. 본 발명의 CMP 슬러리는 약 1.0 내지 약 15.0 중량% 이상의 연마제를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 CMP 슬러리는 약 2.0 내지 약 6.0 중량%의 연마제를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
금속 산화물 연마제는 당업계의 숙련자에게 공지되어 있는 임의의 기술에 의해 제조될 수 있다. 금속 산화물 연마제는 졸-겔법, 열수법 또는 플라즈마법과 같은 임의의 고온 방법, 또는 열분해법 또는 침강 금속 산화물의 제조 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 금속 산화물은 열분해법 또는 침강 연마제가 바람직하고, 열분해법 실리카 또는 열분해법 알루미나와 같은 열분해법 연마제가 보다 바람직하다. 예를 들어, 열분해법 금속 산화물의 제조는 수소 및 산소 불꽃에서 적당한 공급원 증기 (예컨대 알루미나 연마제에 대해서는 염화 알루미늄)를 가수분해시키는 것을 포함하는 공지된 방법이다. 대략 구형의 모양을 갖는 용융 입자가 연소 공정으로 형성되며, 지름은 공정 파라미터에 의해 달라진다. 알루미나나 유사한 산화물의 용융된 구체 (통상 1차 입자라고 칭함)는 그들의 접촉 지점에서 충돌하여 서로 융합되어 분지된 3차원의 쇄형 집합체를 형성한다. 집합체를 파괴하는 데 필요한 힘은 상당히 크다. 냉각 및 수집 중에 집합체는 약간의 기계적인 엉킴을 일으켜서 덩어리를 형성할 수 있는 추가의 충돌을 겪는다. 덩어리는 반데르 발스력에 의해 서로 느슨하게 유지되는 것으로 생각되며, 그 반대일 수도 있는데, 즉, 적당한 매질에서 적당한 분산력에 의해 탈응집화될 수 있다.
침강 연마제는 높은 염 농도, 산 또는 기타 응고제의 영향하에 수성 매질에서 소정 입자로 응고시키는 것과 같은 통상의 기술로 제조될 수 있다. 당업계의 숙련자에게 알려져 있는 통상의 기술에 의해 입자를 여과, 세척, 건조하고, 다른 반응 생성물의 잔류물로부터 분리한다.
바람직한 금속 산화물은 문헌 [S. Brunauer, P.H. Emmet 및 I. Teller, J. Am. Chemical Society, Volume 60, Page 309 (1938)]의 방법으로 계산된, 보통 BET라고 언급되는 표면적이 약 5 내지 약 430 m2/g, 바람직하게는 약 30 내지 약 170 m2/g의 범위일 것이다. IC 산업에서의 엄격한 순도 조건으로 인해, 바람직한 금속 산화물은 고순도여야 한다. 고순도란 원료 불순물 및 미량의 공정 오염물로부터의 총 불순물 함량이 통상 1% 미만, 바람직하게는 0.01% (즉, 100 ppm) 미만인 것을 의미한다.
본 발명의 슬러리에 유용한 금속 산화물 연마제는 금속 산화물 집합체 또는 개별적인 단일 구체 입자로 이루어질 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "입자"란 1종 이상의 1차 입자의 집합체 및 개별적인 단일 입자 모두를 말하는 것이다.
금속 산화물 연마제는 입도 분포가 약 1.0 미크론 미만이고 (즉, 모든 입자는 직경이 1.0 미크론 미만이고), 평균 입경은 약 0.4 미크론 미만이고, 연마제 집합체들 간에 반데르 발스력을 반발해서 극복하기에 충분한 힘을 갖는 금속 산화물 입자로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 금속 산화물 연마제가 연마 중에 긁힘, 패인 자국, 뜯긴 자국 및 다른 표면 결함을 최소하거나 없애는 데 효과적이라는 것을 알아내었다. 본 발명에서의 입도 분포는 투과 전자 현미경(TEM)과 같은 공지된 기술을 이용하여 측정할 수 있다. 평균 입경이란 TEM 이미지 분석법을 이용할 경우, 즉, 입자의 횡단면적을 기초로 동일한 평균 구 직경을 말한다. 금속 산화물 입자의 표면 전위 또는 수화력이 입자 간 반데르 발스 인력을 반발해서 극복하기에 충분해야 한다.
또다른 바람직한 실시태양에서, 금속 산화물 연마제는 1차 입경이 0.4 미크론 (400 nm) 미만이고, 표면적이 약 10 내지 약 250 m2/g 범위인 분리된 개별적인 금속 산화물 입자로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 금속 산화물 연마제를 고체 약 3 내지 약 45%, 바람직하게는 10 내지 20% 포함하는 금속 산화물의 진한 수분산액으로서 연마용 슬러리의 수성 매질에 혼입시킨다. 금속 산화물의 수분산액은 금속 산화물 연마제를 탈이온수와 같은 적당한 매질에 천천히 첨가하여 콜로이드 분산액을 형성하는 것과 같은 통상적인 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 분산액은 통상적으로 금속 산화물의 수용액을 당업계의 숙련자에게 알려져 있는 고전단 혼합 조건에서 얻을 수 있다. 이 분산액의 pH는 콜로이드 안정성을 최대화하기 위해 등전점을 pH 약 4.0으로 조정할 수 있다. 이 분산액은 통상적으로 CMP 슬러리 침전 중에 탈이온수 및 기타 슬러리 성분으로 희석한다. 캐보트 코포레이션 (Cabot Corporation)에 의해 제조된 세미-스퍼스(SEKI-SPERSE:등록) W-A355 열분해법 알루미나 분산액이 가장 바람직한 금속 산화물 연마제이다. W-A355는 pH가 약 4.0인 9 중량%의 열분해법 알루미나 분산액이다.
어떠한 형태의 금속층을 연마하든지 본 발명의 CMP 슬러리를 사용할 수는 있지만, 본 발명의 화학 기계적 연마용 슬러리는 구리, 티타늄, 질화티타늄 및 질산탄탈륨에 대해 높은 연마율을 가지며, 탄탈륨에 대해 만족할 만한 연마율을 갖는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 CMP 슬러리는 당업계의 숙련자에게 공지되어 있는 통상의 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 통상적으로, 산화제 및 기타 비연마 성분을 저전단 조건하에서 탈이온수 또는 증류수와 같은 수성 매질에 소정의 농도로 이들 성분이 매질에 완전히 용해될 때까지 혼합한다. 열분해법 알루미나와 같은 금속 산화물 연마제의 진한 분산액을 매질에 가하고, 최종 CMP 슬러리 중 연마제를 원하는 로딩량이 되게 희석시킨다.
본 발명의 CMP 슬러리를 1 팩키지 시스템 (안정한 수성 매질 중의 산화제, 연마제 및 착화제)으로 제공할 수 있다. 가능한 CMP 슬러리 분해를 피하기 위해, 제1 팩키지는 착화제, 연마 분산액 및 임의의 첨가제를 포함하고, 제2 팩키지는 산화제를 포함하는 2 이상의 팩키지 시스템이 바람직하다. 본 발명의 CMP 슬러리 성분의 기타 2-용기 조합법에 대해 당업계의 통상의 지식을 가진 자들은 알 것이다.
본 발명의 CMP 슬러리는 1종 이상의 착화제를 1종 이상의 금속 산화물 연마제 및 탈이온수와 조합하여 산화제가 들어 있지 않은 CMP 전구체를 제공하도록 배합할수 있다. 슬러리 전구체로부터 본 발명의 CMP 슬러리를 배합함으로써 과산화수소를 함유하는 슬러리에서 생기는 안정성, 운송 및 안전성 문제를 없앨 수 있다. 이는 산화제가 없는 CMP 전구체를 제조하고, 이것이 사용될 곳으로 운반된 후, 과산화수소와 같은 산화제와 그 자리에서 혼합해서 CMP 슬러리를 제공할 수 있기 때문이다.
본 발명의 임의의 슬러리 전구체는 우레아, 1종 이상의 착화제 및 1종 이상의 금속 산화물 연마제의 수성 혼합물을 포함할 것이다. 피막 형성제를 제외한 추가의 성분을 우레아 함유 슬러리 전구체에 혼입시킬 수 있다.
본 발명의 가장 바람직한 슬러리 전구체는 열분해법 알루미나, 옥살산암모늄, 타르타르산, 암모늄 타르트레이트 또는 그의 혼합물에서 선택되는 착화제 (타르타르산이 바람직함), 및 계면활성제의 수분산액을 상기한 양으로 포함할 수 있다. 슬러리 전구체 또는 그의 혼합물의 pH는 약 5.0 내지 약 9.0인 것이 바람직할 것이다.
웨이퍼의 소정의 금속층에서 사용하기에 적당한 임의의 표준 연마 장치와 함께 멀티-팩키지 CMP 슬러리 시스템을 사용할 수 있다. 멀티-팩키지 시스템은 적당한 경우 2개 이상의 용기에 1종 이상의 CMP 슬러리를 수성 형태 또는 건조 형태로 포함한다. 멀티-팩키지 시스템은 슬러리를 기판에 도포하기 전에 또는 도포할 때에 각 용기에 있는 성분들을 소정의 양으로 조합하여 1종 이상의 산화제, 착화제 및 1종 이상의 연마제를 상기한 양으로 포함하는 CMP 슬러리를 얻는데 사용한다. 알루미나, 우레아, 옥살산암모늄, 타르타르산, 암모늄 타르트레이트 및 그의 혼합물에서 선택되는 착화제, 및 pH 약 5.0 내지 약 8.0의 계면활성제를 포함하는 제1 용기, 및 과산화수소를 포함하는 제2 용기를 포함하는 팩키지 시스템이 바람직하다. CMP 전구체 및 과산화수소 소정량을 연마시에 조합하여 본 발명의 CMP 슬러리를 연마 위치에 제공한다.
본 발명의 CMP 슬러리가 이산화규소 연마율은 유의하게 증가시키지는 않는다. 그러나, 본 발명의 CMP 슬러리는 구리, 티타늄, 질화티타늄, 탄탈륨 및 질화탄탈륨 층은 조절 가능한 조건하에서 양호한 연마율로 연마시킨다. 따라서, 본 발명의 CMP 슬러리는 티타늄, 구리, 질화티타늄, 탄탈륨 및 질화탄탈륨 층의 연마 선택성을 조절하는 데 효과적이다. 본 발명의 연마용 슬러리를 반도체 집적 회로 제작의 여러 단계에서 사용하여 표면 결함 및 흠은 최소화하면서 원하는 연마율로 효과적인 연마를 제공할 수 있다.
본 발명자들은 특정 종류 및 양의 1종 이상의 연마제, 1종 이상의 산화제 및 착화제를 포함하는, 피막 형성제가 없는 CMP 슬러리가 유전층에 대한 양호한 선택성을 나타내면서 구리 합금, 티타늄 및 질화티타늄, 탄탈륨 및 질화탄탈륨을 포함하는 다층 금속층을 높은 연마율로 연마시킬 수 있다는 것을 알아내었다.
하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시태양 및 본 발명의 조성물을 사용하는 바람직한 방법을 설명한다.
〈실시예 1〉
이 실시예에서는 피막 형성제 BTA 유무의 CMP 슬러리 존재하에 구리의 용해율 및 부식율을 측정하였다. 전기화학적 측정치로부터 CMP 공정 중의 Cu 용해율을 뺐다. 전기화학 데이터 대부분은 (파인(Pine)사 제품의 회전자를 갖는) Cu 회전 디스크 전극 및 부식 소프트웨어를 갖는 273 전위차계 (EG＆G, PAR사 제품)로 이루어진 장치를 사용하여 다른 곳에서 얻었다 (즉, 연마 테이블 위에서 얻지 않음). 백금 메쉬 전극을 보조 전극으로, 포화 황산 제일 수은 전극 (MSE)을 기준 전극으로 사용하였다. 전기화학 데이터는 연마 패드와 접촉되어 있거나 (하력 1.2 kg 또는 5.9 psi) 패드 위에 있는 회전자 및 전극을 500 rpm (또는 최대 19.94 m/초)으로 회전시켜서 얻었다.
상기 장치로써 금속 표면이 연마될 때 (또는 연마 기구에서 연마)와 연마된 후의 금속 용해율을 측정할 수 있다. 이 연마 수치는 연마 중 화학적인 용해율의 대략적인 측정인 것으로 여겨지며, 연마 후의 측정치는 주어진 슬러리에서의 금속의 부식율을 제공한다. 통상적으로 전기화학 데이터는 개방 회로 전위에 대해 약 -0.25 V의 환원 전위에서부터 약간의 산화 전위까지 10 mV/초의 비율로 전위동력학적 극성 커브로서 기록한다.
측정되는 각각의 슬러리는 pH가 7.0이었다. 슬러리에 사용되는 알루미나는 세미-스퍼스(등록) W-A355 열분해법 알루미나 분산액 (캐보트 코포레이션에 의해 제작)이었고, 이를 원하는 로딩량으로 희석하였다. 상기 장치에서 전류 밀도로 측정된 구리 용해율은 Å/분으로 재계산하였고, 이를 몇몇 슬러리에 대해 표 1에 열거하였다.
슬러리 연마시 Cu 용해율 Å/분 (연마 후) Cu 부식율 Å/분
1 3% 알루미나, 2% H2O2, 50 ppm 트리톤 DF-16 및 0.04% BTA 4.8 0.2
2 BTA가 없다는 것을 제외하고는 1과 동일 24 4.8
3 3% 알루미나, 2% H2O2, 1% 옥살산암모늄, 50 ppm 트리톤 DF-16 및 0.04% BTA 96 1.4
4 BTA가 없다는 것을 제외하고는 3과 동일 2,400 60
5 3% 알루미나, 2% H2O2, 1% 타르타르산, 3.65% 우레아, 50 ppm 트리톤 DF-16 및 0.04% BTA 96 1.1
6 BTA가 없다는 것을 제외하고는 5와 동일 240 24
이 결과들은, H2O2(및 계면활성제) 만을 함유하는 슬러리(슬러리 2)를 사용하는 경우 Cu 표면이 Cu-산화물로 패시베이션되기 때문에 연마 중 및 연마 후에 Cu 용해율이 비교적 낮다는 것을 보여준다. BTA를 H2O2에 첨가하면 추가의 피막이 생겨서 연마 여부에 상관 없이 Cu 용해율은 한 자리수이다. 옥살산암모늄과 같은 강한 착화제를 슬러리에 첨가할 경우, 연마시 Cu 용해율은 과산화물을 단독으로 사용하는 경우보다 100배 더 크고 (슬러리 2와 4를 비교), Cu 부식율은 약 5 Å/분에서 60 Å/분으로 증가한다. BTA와 같은 피막 형성제를 사용하면 Cu 용해율은 연마시에는 96 Å/분, 연마 후에는 1.4 Å/분으로 각각 감소한다. 타르타르산을 함유하는 슬러리 5 및 6의 경우, 연마 여부, BTA 유무에 상관없이 Cu의 용해율은 비교적 낮다. 따라서, 이러한 착화제를 함유하는 경우에는 산화제의 패시베이션 능력이 유의하게 영향을 받지 않으므로 Cu 부식율을 제한하는데 피막 형성제인 BTA가 필요하지 않다.
〈실시예 2〉
이 실시예에서는 각종 기판층을 연마하기 위한, 0.04 중량% BTA 피막 형성제 유무의 CMP 슬러리의 능력을 측정하였다. 각각의 슬러리는 H2O22.0 중량%, 타르타르산 1.0 중량%, 세미-스퍼스(등록) W-A355 열분해법 알루미나 분산액 (캐보트 코포레이션 제작) 3.0 중량% 및 트리톤 DF-16 50 ppm을 함유하였다. 각 슬러리의 pH는 사용전에 NH4OH를 사용하여 7.0으로 조정하였다.
각각의 CMP 슬러리를 Ti, TiN 또는 Ta 하층 및 IPEC 472 연마제를 갖는 PVD 구리 웨이퍼에 도포하고, 하력 3 psi, 테이블 속도 55 rpm, 스핀들 속도 30 rpm 및 후압 0.8 psi에서 로델 인크 (Rodel, Inc.)사에 의해 제조된 다공성의 IC1000/SUBA IV 패드 스택을 사용하여 연마하였다. 연마 데이터는 하기 표 2에 나타내었다.
BTA 존재 BTA 부재
성능 변수 성능 w/TiN 성능 w/Ta 성능 w/TiN 성능 w/Ta
Cu 연마율 3000-8000 Å/분 3000-8000 Å/분 3639 Å/분 5600 Å/분
Cu WIWNU 4.7 (15%) 5.6% 7.9%
Ti에 대한 선택성 1.5 이상 1.8:1
TiN에 대한 선택성 1.5:1 1.5:1
Ta에 대한 선택성 13:1 12:1
TaN에 대한 선택성 7:1 8:1
SiO2에 대한 선택성 〉100:1 〉100:1 〉100:1 〉100:1
디싱 (150㎛) 1145 Å
디싱 (100㎛) 2900 Å (15% 과연마) 850 Å 1100 Å
디싱 (50㎛) 650 Å 1200 Å
디싱 (20㎛) 577 Å
디싱 (15㎛) 290 Å 290 Å
부식 483 Å 1250 Å (15% 과연마) 255 Å 400 Å
CMP 입자 계수 후(산화물 완충제 없음) 〈50 입자/웨이퍼 (초기 0.2 미크론)
PETEOS 상의 Cu(E10 에서) 측정불가능 내지 80
PETEOS 표면 거칠기 〈0.30 nm rms (AFM 사용)
1.6㎛의 Cu를 갖는 투명한 문양의 웨이퍼에 대한 시간 〈4 분
이 결과들은 BTA가 있는 슬러리와 없는 슬러리의 연마 성능은 유사하며, 디싱 및 부식에 관해서는 BTA가 없는 슬러리가 약간 개선되었음을 나타낸다.
〈실시예 3〉
상이한 농도의 H2O2및 타르타르산을 갖는 pH 7의 슬러리를 사용하여 이 실시예에서의 Cu, Ta 및 유리의 제거율을 측정하였다. 각 슬러리에서 사용된 연마제는 캐보트 코포레이션에 의해 제조된 세미-스퍼스(등록) W-A355 열분해법 알루미나 분산액이었다. 연마 결과를 표 3에 나타냈다. PVD Cu 웨이퍼를 하력 3 psi, 후압 0.6 psi, 압반 속도 55 rpm 및 운반체 속도 30 rpm에서 IPEC 472 기구를 사용하여 연마하였다.
슬러리 Cu 제거율 Å/분 Ta 제거율 Å/분 PETEOS 제거율 Å/분
1 3% 알루미나, 2.5% H2O2, 1.25% 타르타르산, 3.65% 우레아, 50 ppm 트리톤 DF-16 2396 434 77
2 5% 알루미나, 5% H2O2, 0.7% 타르타르산, 3.65% 우레아, 50 ppm 트리톤 DF-16 1025 432 78
3 2% 알루미나, 5% H2O2, 0.3% 타르타르산, 3.65% 우레아, 50 ppm 트리톤 DF-16 807 408 135
표 3에 내타낸 결과들은 타르타르산에 대한 과산화물의 중량비가 클수록 Cu 제거율이 작아진다는 것을 (즉, 패시베이션이 보다 양호해짐) 보여준다.
본 발명은 피막 형성제가 전혀 없고, 대신 연마제, 1종 이상의 산화제 및 1종 이상의 착화제를 갖는 CMP 슬러리 전구체 및 이로부터 제조된 슬러리에 관한 것이다. 본 발명의 CMP 슬러리는 얇은 패시베이션층을 재현성있게 형성함으로써 조절된 방식으로 금속층을 연마할 수 있다. 결과적으로, 연마 공정에 대한 변화가 적어져서 슬러리의 연마 성능은 보다 일정하고 조절가능해지며, 연마 결과는 양호하고, 생성물의 저장 수명은 증가한다.
본 발명을 특정 실시태양으로 기재하였지만, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않고 변형이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 명세서 및 실시예에서 설명되는 본 발명의 설명에 의해 제한되는 것이라 하기의 청구항에 의해 정의되는 것으로 고려된다.

Claims (33)

  1. 연마제;
    1종 이상의 산화제; 및
    시트르산, 락트산, 타르타르산, 말론산, 숙신산, 옥살산, 아미노산 및 그의 염 및 그의 혼합물을 포함하는 화합물 군에서 선택되는 착화제 약 0.1 내지 5.0 중량%를 포함하고, pH가 약 5 내지 약 9이며, 피막 형성제를 포함하지 않는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  2. 제1항에 있어서, 착화제가 타르타르산인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  3. 제2항에 있어서, 타르타르산이 0.5 내지 약 3.0 중량% 범위의 양으로 존재하는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  4. 제1항에 있어서, 산화제는 환원시 히드록실기를 형성하는 화합물인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  5. 제4항에 있어서, 산화제가 과산화수소, 우레아 과산화수소 및 그의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  6. 제5항에 있어서, 과산화수소가 약 0.3 내지 약 17 중량%의 양으로 존재하는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  7. 연마제;
    과산화수소, 우레아 과산화수소 및 그의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 산화제; 및
    타르타르산을 포함하고, pH가 5 내지 9이며, 피막 형성제를 포함하지 않는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  8. 제7항에 있어서, 산화제가 과산화수소인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  9. 제7항에 있어서, 산화제가 우레아 과산화수소인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  10. 제7항에 있어서, 타르타르산이 슬러리에 약 0.5 내지 약 3.0 중량% 범위의 양으로 존재하는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  11. 제7항에 있어서, 연마제가 1종 이상의 금속 산화물인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  12. 제11항에 있어서, 금속 산화물 연마제가 알루미나, 세리아, 게르마니아, 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 그의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  13. 제7항에 있어서, 연마제가 금속 산화물의 수분산액인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  14. 제11항에 있어서, 금속 산화물 연마제는 입도 분포가 약 1.0 미크론 미만이며 집합체의 평균 직경이 약 0.4 미크론 미만인 금속 산화물 집합체로 이루어져 있는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  15. 제11항에 있어서, 금속 산화물 연마제는 1차 입경이 0.4 미크론 미만이고, 표면적이 약 10 내지 약 250 m2/g의 범위인 분리된 개별 금속 산화물의 구체로 이루어져 있는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  16. 제7항에 있어서, 연마제의 표면적이 약 5 내지 약 430 m2/g인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  17. 제7항에 있어서, 연마제의 표면적이 약 30 내지 약 170 m2/g인 화학 기계적 연마용 슬러리.
  18. 제7항에 있어서, 연마제가 침강 연마제 또는 열분해법 연마제로 구성된 군에서 선택되는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  19. 알루미나 연마제 약 1.0 내지 약 15.0 중량%;
    과산화수소 약 1.0 내지 약 12.0 중량%; 및
    타르타르산 약 0.5 내지 약 3.0 중량%를 포함하고, pH가 약 5 내지 약 9로 조정되었으며, 피막 형성제를 포함하지 않는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  20. 제19항에 있어서, 1종 이상의 계면활성제를 포함하는 화학 기계적 연마용 슬러리.
  21. (a) 연마제 약 1.0 내지 약 15.0 중량%, 산화제 약 0.3 내지 약 17.0 중량%, 1종 이상의 착화제 약 0.1 내지 약 5.0 중량% 및 탈이온수를 혼합하여 피막 형성제를 함유하지 않는 화학 기계적 연마용 슬러리를 제공하는 단계;
    (b) 이 슬러리의 pH를 약 5 내지 약 9로 조정하는 단계;
    (c) 이 화학 기계적 연마용 슬러리를 기판에 도포하는 단계; 및
    (d) 패드를 기판과 접촉시키고, 기판에 대해 패드를 이동시켜 기판으로부터 금속층의 적어도 일부를 제거하는 단계
    를 포함하는, 하나 이상의 금속층을 포함하는 기판의 연마 방법.
  22. 제21항에 있어서, 기판이 구리 합금 함유층을 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 기판이 티타늄 및 질화티타늄층을 포함하며, 이 층의 적어도 일부를 (c) 단계에서 제거하는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 패드를 기판과 접촉시키기 전에 화학 기계적 연마용 슬러리를 패드에 도포하는 방법.
  25. 제21항에 있어서, 산화제가 과산화수소, 우레아 과산화수소 및 그의 혼합물인 방법.
  26. 제21항에 있어서, 착화제가 타르타르산인 방법.
  27. 제21항에 있어서, 화학 기계적 연마용 슬러리의 pH가 약 5.0 내지 약 9.0인 방법.
  28. 제21항에 있어서, 연마제가 금속 산화물인 방법.
  29. 제28항에 있어서, 금속 산화물 연마제가 알루미나, 세리아, 게르마니아, 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 그의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 방법.
  30. 제21항에 있어서, 연마제가 금속 산화물의 수분산액인 방법.
  31. 제30항에 있어서, 금속 산화물 연마제가 침강 알루미나, 열분해법 알루미나, 침강 실리카, 열분해법 실리카 및 그의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 방법.
  32. (a) 알루미나 약 1.0 내지 약 15.0 중량%, 과산화수소 약 1.0 내지 약 12.0 중량%, 타르타르산 약 0.5 내지 약 3.0 중량% 및 탈이온수를 혼합하여 티타늄에 대한 구리 합금의 연마 선택도 [Cu:Ti]가 약 4 미만인 화학 기계적 연마용 슬러리를 제공하는 단계;
    (b) 이 화학 기계적 연마용 슬러리의 pH를 약 5.0 내지 약 9.0으로 조정하는 단계;
    (c) 이 화학 기계적 연마용 슬러리를 기판에 도포하는 단계; 및
    (d) 패드를 기판과 접촉시키고, 기판에 대해 패드를 이동시켜 구리 합금층의 적어도 일부, 티타늄층의 적어도 일부 및 질화티타늄층의 적어도 일부를 제거하는 단계
    를 포함하는, 구리 합금층, 티타늄층 및 질화티타늄층을 포함하는 기판의 연마 방법.
  33. (a) 착화제가 들어 있는 제1 용기;
    (b) 산화제가 들어 있는 제2 용기; 및
    (c) 제1 용기, 제2 용기 또는 제3 용기 중 어느 하나에 들어 있는 연마제
    를 포함하는, 화학 기계적 연마용 슬러리를 제조하는 데 유용한 멀티-팩키지 시스템.
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