KR20060044831A - 텅스텐 및 티탄의 화학적 기계적 평탄화를 위한 연마재 및조성물 - Google Patents

텅스텐 및 티탄의 화학적 기계적 평탄화를 위한 연마재 및조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법에 관한 것이다. 당해 방법은 물을 소정의 용적으로 제공하는 단계와 퓸드 실리카를 소정의 농도(물의 35중량% 이상)로 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 산을 물에 혼합하여 물을 산성화시키는 단계(여기서, 산의 농도는 퓸드 실리카 농도의 0.0010 내지 0.5중량%이다)와 퓸드 실리카를 산성화된 물 속에 분산시키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 퓸드 실리카의 농도를 희석시키는 단계(여기서, 물의 pH는 1 내지 7이다)와 퓸드 실리카를 수집하는 단계를 포함한다.
반도체, 웨이퍼, 화학적 기계적 평탄화, 연마, 연마재, 선택도, 텅스텐, 티탄, 퓸드 실리카

Description

텅스텐 및 티탄의 화학적 기계적 평탄화를 위한 연마재 및 조성물{Abrasives and compositions for chemical mechanical planarization of tungsten and titanium}
본 발명은 반도체 웨이퍼 물질의 화학적 기계적 평탄화 또는 연마(CMP)에 관한 것이며, 보다 특히, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄을 연마하기 위한 CMP 연마재 및 연마방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄을 연마하기 위한 조성물에 관한 것이다.
각각의 칩 위의 능동 디바이스의 밀도 증가에 대한 요구가 높아짐과 동시에 웨이퍼의 능동 표면의 보다 탁월한 편평도에 대한 요구가 높아졌다. 기저층에 대한 향상된 내부접속 금속화(interconnect metallization) 및 홀(hole)과 라인(line)을 통한 향상된 충전능을 위해 편평한 표면이 요구된다.
CMP는 요구되는 편평도를 달성하기 위한 최초의 기술이다. CMP는, 화학적 조성물("슬러리")이 선택적으로 웨이퍼 표면을 침식하는 동안 표면을 기계적으로 연마시킴으로써, 표면 물질의 제거를 촉진시킨다. 따라서, 통상의 CMP 슬러리는 웨이퍼상의 2개 이상의 상이한 물질에 대해 상이한 제거 속도("선택도")를 나타낸다(예를 들면, 금속의 연마 속도와 내부 유전층의 연마 속도가 상이함). 통상적으로, 슬러리에는 표면 제거를 촉진시키기 위한 연마재가 함유된다.
현재, CMP는 텅스텐 콘택/비아 플러그(contact/via plug)의 형성 동안 텅스텐 및 티탄을 연마하는 바람직한 방법이다. 본 명세서를 위해, 일반적으로, 콘택/비아 홀(contact/via hole)을 유전층을 통과하여 식각하여, (제1 수준 금속화를 위해) 기저 디바이스 영역을 노출시키거나 (보다 고수준의 금속화를 위해) 금속 내부접속(metal interconnect) 영역을 노출시킨다. 티탄 "접착층(glue layer)"을 콘택/비아 홀의 측면과 하단면에 증착하고, 그 위에 텅스템을 증착한다. CMP는, 노출된 유전층과 동일한 평면상에 놓인 콘택/비아 홀 내에 텅스텐 플러그를 남겨두면서, 증착되어 있는 텅스텐 및 티탄을 웨이퍼 표면으로부터 제거하기 위해 사용된다. 따라서, 텅스텐 공정을 위한 CMP 슬러리는 유전체보다 텅스텐 및 티탄에 대해 매우 선택적이어야 한다. 이러한 선택도에 의해, 여전히 평평한 텅스텐 플러그 표면을 달성하면서 과도하게 연마될 수 있다.
세듀라만(Sethuraman) 등의 미국 특허공보 제6,001,269호에는, 요오드산염계 산화제를 포함하는, 알려진 반도체 디바이스 연마용 알루미나 연마 조성물이 기재되어 있다. 통상적으로, 경질의 알루미나 연마재는 특히 금속, 예를 들면, 티탄의 적절한 제거 속도를 달성하기 위해 사용한다. 불행하게도, 알루미나 연마재에 의해 원치않는 결함도가 증가하게 된다. 또한, 알루미나 연마재는 불량한 선택도, 특히 티탄의 산화물에 대한 불량한 선택도를 제공하는 경향이 있다.
따라서, 선택도가 향상된, 텅스텐 및 티탄의 화학적 기계적 연마용 연마재가 요구된다. 특히, 유전층의 제거를 억제시키면서 티탄층의 향상된 제거를 제공하는 연마재 및 연마방법이 요구된다. 또한, 향상된 결함도를 갖는 유전층의 제거를 억제시키면서 티탄층의 향상된 제거를 제공하는 조성물이 요구된다.
제1 양태에서, 본 발명은 물을 소정의 용적으로 제공하는 단계, 퓸드 실리카를 소정의 농도(물의 35중량% 이상)로 제공하는 단계, 산을 물에 혼합하여 물을 산성화시키는 단계(여기서, 산의 농도는 퓸드 실리카 농도의 0.0010 내지 0.5중량%이다), 퓸드 실리카를 산성화된 물 속에 분산시키는 단계, 퓸드 실리카의 농도를 희석시키는 단계(여기서, 물의 pH는 1 내지 7이다) 및 퓸드 실리카를 수집하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법을 제공한다.
제2 양태에서, 본 발명은 표면적이 90㎡/g을 초과하고 산성 pH에서 완전히 분산되고 희석되는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카를 제공한다.
제3 양태에서, 본 발명은 표면적이 90㎡/g을 초과하고 산성 pH에서 완전히 분산되고 희석되는 퓸드 실리카인 연마재를 함유하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 조성물을 제공한다.
본 발명의 연마재 및 연마방법은 텅스텐 및 티탄의 제거에 있어서, 유전층에 비해, 텅스텐 및 티탄에 대한 이례적인 선택도를 제공한다. 당해 연마재는 유리하게는 산성 pH에서 가공하며, 유전층의 제거를 억제하기 위해 표면적이 매우 넓다. 특히, 당해 연마재는 유전층에 비해 텅스텐 및 티탄을 선택적으로 연마하기 위해 산성 pH에서만 가공된 퓸드 실리카이다. 또한, 산성 pH에서만 가공된 퓸드 실리카 연마재는, 유전층에 비해 텅스텐 및 티탄을 선택적으로 연마하기 위해, 표면적이 90㎡/g을 초과한다.
본원에 사용된 바와 같이, "산성 pH에서만 가공된 연마재", "산성 pH에서만 가공된 퓸드 실리카", "산성 연마재" 및 "산성 퓸드 실리카"는 산성 pH에서만 가공된 연마재로 정의된다. 다시 말해, 당해 연마재는 최종 생성물을 포함하는 임의의 지점에서는 염기성 용액에서 분산 또는 희석되지 않았다.
유리하게는, 본 발명의 산성 퓸드 실리카를 소정의 용적의 탈이온수와 함께 믹서에 충전시켜 제조한다. 바람직하게는, 사용되는 믹서는 고전단 믹서, 예를 들면, 미국 캘리포니아주 벨에 소재하는 마이어스 엔지니어링, 인코포레이티드(Myers Engineering, Inc.)에서 제조한 마이어스 믹서(Myers Mixer)이다. 퓸드 실리카, 예를 들면, 에어로실 130(Aerosil 130)은 미국 뉴 저지주 파시패니에 소재한 데구사(Degussa)에서 시판한다. 이 후, 요구되는 pH에 근거하여 소정량의 산을 물에 가한다. 산을 물에 가한 후에, 믹서를 작동시켜 산과 물을 혼합하여 산성 수용액 을 제조한다. 산은 염산, 황산, 질산, 인산, 아세트산 또는 말레산과 같은 무기산 또는 유기산일 수 있다.
바람직하게는, 물에 가하는 산의 양은 물에 가할 퓸드 실리카의 0.0010 내지 0.50중량%이다. 바람직하게는, 물에 가하는 산의 양은 물에 가할 퓸드 실리카의 0.0015 내지 0.15중량%이다.
선택되는 물의 초기량은 가해야 하는 퓸드 실리카의 양 및 수성 분산액 중의 퓸드 실리카의 바람직한 최종 농도를 기초로 한다. 예를 들면, 퓸드 실리카의 수성 분산액의 바람직한 최종 농도가 퓸드 실리카 35중량%인 경우, 물의 초기량은 믹서 내 퓸드 실리카의 농도가 35중량% 이상 되도록 하는 양 또는 농도이다. 본 발명에서, 분산액 중의 퓸드 실리카 농도는, 퓸드 실리카의 수성 분산액 중의 퓸드 실리카의 바람직한 최종 농도보다 약 5중량% 이상 높을 수 있다. 그 다음, 물을 추가량 가하여 믹서 내의 수성 분산액을 희석시켜, 퓸드 실리카의 바람직한 최종 농도에 도달할 수 있다.
이어서, 퓸드 실리카를 믹서 내의 산성 수용액에 소정의 농도로 분산시킨다. 바람직하게는, 당해 용액의 온도를 60℃ 미만, 바람직하게는 35℃ 미만으로 유지시킨다. 믹서가 작동하는 동안 퓸드 실리카를 산성 수혼합물에 혼합하거나 퓸드 실리카를 산성 수혼합물에 가한 후에 믹서를 작동시킴으로써 퓸드 실리카를 가할 수 있다. 또한, 퓸드 실리카는, 일련의 단계에서 각각의 단계 사이에 믹서를 작동시키면서 점증적으로 가할 수 있다. 수성 분산액 중의 퓸드 실리카의 농도가 퓸드 실리카의 바람직한 최종 농도를 초과할 때까지 증가한 후에, 믹서 내의 분산액이 바람직한 점도에 도달할 때까지 믹서를 작동시킨다. 고전단 혼합에 의해 무수 퓸드 실리카의 응고된 구조가 붕괴되어 퓸드 실리카의 점도가 감소된다. 따라서, 공정 전반에 걸쳐 고전단 혼합을 유지시켜, 퓸드 실리카의 구조를 붕괴시킨다. 믹서를 정지시키는 경우, 분산액이 겔화되고 믹서가 고정되어, 분산액에 원치않은 보다 큰 입자가 생성될 수 있다. 논의된 바와 같이, 믹서 내의 분산액은, 희석 전에, 퓸드 실리카의 바람직한 최종 농도보다 농도가 약 5중량% 큰 퓸드 실리카를 가질 수 있다.
유리하게는, 수성 분산액은 퓸드 실리카를 35중량% 이상 함유한다. 바람직하게는, 수성 분산액은 퓸드 실리카를 40 내지 65중량% 함유한다. 또한, 퓸드 실리카의 표면적은 유리하게는 90㎡/g을 초과한다. 바람직하게는, 퓸드 실리카의 표면적은 유리하게는 130㎡/g을 초과한다.
이어서, 탈이온수를 가하여 분산액을 희석시킨다. 믹서에서 추가의 물을 수성 분산액으로 혼합시킨다. 첨가되는 물의 양은 수성 분산액 중 퓸드 실리카의 농도를 바람직한 최종 농도로 낮추기에 충분한 양이다. 희석 동안 용액의 pH는 항상 1 내지 7로 유지시킨다. 바람직하게는, 용액의 pH는 1.5 내지 5.5이다.
이어서, 퓸드 실리카의 수성 분산액을 요구되는 바와 같이 원심 분리시키고 경사 여과할 수 있다. 또한, 퓸드 실리카의 수성 분산액을 필터를 통과시켜 잔 모래(grit)와 임의의 응고된 퓸드 실리카 입자를 제거할 수 있다. 특히, 지름이 1㎛ 이상인 임의의 바람직하기 않은 입자들이 여과된다. 이어서, 앞으로의 사용을 위해 여과된 퓸드 실리카를 요구되 바와 같이 포장할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 반도체 웨이퍼의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카를 제조할 수 있다. 특히, 당해 방법은 퓸드 실리카를 35중량% 이상의 농도로 갖는 산성의 수성 분산액을 제공한다. 보다 바람직하게는, 수성 분산액은 퓸드 실리카를 40 내지 65중량%의 농도로 갖는다. 물에 가하는 산의 양은 물에 가할 퓸드 실리카의 0.001 내지 0.50중량%이다. 희석 동안 용액의 pH는 항상 1 내지 7로 유지시킨다. 바람직하게는, 용액의 pH는 1.5 내지 5.5이다. 또한, 퓸드 실리카의 표면적은 유리하게는 90㎡/g을 초과한다. 바람직하게는, 퓸드 실리카의 표면적은 유리하게는 130㎡/g을 초과한다.
유리하게는, 본 발명의 산성 연마재는 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 조성물에 사용된다. 산성 연마재 이외에, 당해 조성물은 산화제 0.5 내지 9중량%를 함유한다. 바람직하게는, 산화제는 1 내지 4중량%의 범위에서 존재한다. 가장 바람직하게는, 산화제는 2.5 내지 3.5중량%의 범위에서 존재한다. 산화제에는 다수의 산화 화합물, 예를 들면, 과산화수소(H2O2), 아황산염, 요오드산염, 과프탈산마그네슘, 과아세트산 및 다른 과산, 과황산염, 브롬산염, 과요오드산염, 질산염, 철염, 세륨염, 망간(Ⅲ)염, 망간(Ⅳ)염, 망간(Ⅵ)염, 은염, 구리염, 크롬염, 코발트염, 차아염소산할로겐 및 이들의 혼합물 중 1종 이상이 있다. 또한, 산화제 화합물의 혼합물을 사용하는 것이 종종 유리하다. 연마 슬러리에 과산화수소와 같은 불안정한 산화제를 함유시키는 경우, 산화제를 사용 직전에 슬러리에 혼합하는 것이 종종 가장 유리하다. 바람직한 산화제는 요오드산염이며, 이의 산, 염, 혼합된 산염, 에스테르, 부분 에스테르, 혼합된 에스테르 및 이들의 혼합물이 포함된다.
유리하게는, 본 발명의 용액은 텅스텐 위의 부동화층을 유연하게 하기 위한 착화제 0.1 내지 5중량%를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 착화제는 0.5 내지 3중량%의 범위에서 존재한다. 가장 바람직하게는, 착화제는 1 내지 2중량%의 범위에서 존재한다. 유리하게는, 당해 용액은 착화제로서 "인 함유" 화합물을 함유한다. "인 함유" 화합물은 인 원자를 함유하는 임의의 화합물이다. 바람직한 인 함유 화합물은, 예를 들면, 인산염, 피로인산염, 메타인산염, 차인산염, 폴리인산염, 포스폰산염이 있으며, 이들의 산, 염, 혼합된 산염, 에스테르, 부분 에스테르, 혼합된 에스테르 및 이들의 혼합물이 포함된다. 특히, 바람직한 수성 연마 조성물은, 예를 들면, 인산아연, 피로인산아연, 메타인산아연, 차인산아연, 폴리인산아연, 포스폰산아연, 인산암모늄, 피로인산암모늄, 메타인산암모늄, 차인산암모늄, 폴리인산암모늄, 포스폰산암모늄, 인산디암모늄, 피로인산디암모늄, 메타인산디암모늄, 차인산디암모늄, 폴리인산디암모늄, 포스폰산디암모늄, 인산구아니딘, 피로인산구아니딘, 메타인산구아니딘, 차인산구아니딘, 폴리인산구아니딘, 포스폰산구아니딘, 인산철, 피로인산철, 메타인산철, 차인산철, 폴리인산철, 포스폰산철, 인산세륨, 피로인산세륨, 메타인산세륨, 차인산세륨, 폴리인산세륨, 포스폰산세륨, 인산 에틸렌-디아민, 인산피페라진, 피로인산피페라진, 메타인산피페라진, 차인산피페라진, 포스폰산피페라진, 인산멜라민, 인산디멜라민, 피로인산멜라민, 메타인산멜라민, 차인산멜라민, 폴리인산멜라민, 포스폰산멜라민, 인산멜람, 피로인산멜람, 메타인 산멜람, 차인산멜람, 폴리인산멜람, 포스폰산멜람, 인산멜렘, 피로인산멜렘, 메타인산멜렘, 차인산멜렘, 폴리인산멜렘, 포스폰산멜렘, 인산칼륨, 피로인산칼륨, 메타인산칼륨, 차인산칼륨, 폴리인산칼륨, 포스폰산칼륨, 인산디시아노디아미드, 인산우레아와 같은 인 함유 화합물, 이들의 산, 염, 혼합된 산성염, 에스테르, 부분적 에스테르, 혼합된 에스테르 및 이들의 혼합물을 사용하여 제조할 수 있다. 또한, 산화포스핀, 황화포스핀, 포스포네이트의 포스포리난, 아인산염 및 포스피네이트, 이들의 산, 염, 혼합된 산성염, 에스테르, 부분적 에스테르 및 혼합된 에스테르를 사용할 수 있다. 바람직한 인 함유 화합물은 피로인산칼륨이다.
착화제 이외에, 본 발명의 조성물은 유리하게는 산화텅스텐 연마 파편이 패드 위에 축적되는 것을 최소화하기 위한 킬레이트제 0.1 내지 5중량%를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 당해 조성물은 킬레이트제 0.5 내지 3중량%를 함유한다. 가장 바람직하게는, 당해 조성물이 킬레이트제 1 내지 2중량%를 함유한다. 킬레이트제의 예에는 카복시산, 이의 금속염 및 비금속염이 있다. 킬레이트제는 개방 쇄 알칸(또는 이의 유도체) 구조에 연결되거나 환 구조에 결합된 모노카복시 그룹, 디카복시 그룹, 트리카복시 그룹 또는 폴리카복시 그룹을 가질 수 있다. 카복시산의 예에는 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 피발산, 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 벤조산, 아스파르트산, 갈산, 글루콘산, 탄닌산, 프탈산 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 킬레이트제는 α-하이드록시 카복시산(AHA), 이의 금속염 및 비금속염이다. AHA는 카복시 그룹과 바로 인접한 탄소 원자에 하이드록시 그룹을 함유하는 유기산이다. AHA의 예에는 글루콘산, 락트산, 타르타르 산, 시트르산, 말산, 만델산, 살리실산 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 AHA는 락트산이다.
본 발명의 화합물은 광범위한 pH에 걸쳐, 잔여량의 물을 함유하는 용액에서의 효능을 제공한다. 이러한 용액의 유용한 pH 범위는 1 이상으로부터 7까지 연장된다. 또한, 부수적인 불순물을 제한시키기 위해, 당해 용액은 유리하게는 탈이온수의 균형(balance)에 의존한다. 본 발명의 연마액의 pH는 바람직하게는 2 내지 5이고, 보다 바람직하게는 3.5 내지 4.5이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조절하기 위해 사용하는 산은, 예를 들면, 질산, 황산, 염산, 인산 등이다.
임의로, 당해 용액은 산소의 제거를 억제하기 위한 첨가제 0.1 내지 5중량%를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 당해 용액은 산소 반응억제제 0.5 내지 3중량%를 함유한다. 가장 바람직하게는, 용액이 산소 반응억제제 1 내지 2중량%를 함유한다. 첨가제의 예에는 에틸렌디아민테트라아세트산과 이의 염, 에틸렌 디아민, 1,4-디아자비사이클로 옥탄, 에틸렌 글리콜, 크라운 에테르, 카테콜 및 갈롤, 시트르산, 락트산, 말론산, 타르타르산, 석신산, 말산, 아세트산 및 옥살산, 아미노산, 설팜산, 아미도 황산, 인산, 포스폰산, 2-퀴놀린 카복시산 및 이들의 염이 포함된다. 또한, 첨가제의 예에는 불소, 붕불산, 티탄산, 불화수소산, 규화불산 및 이들의 염이 포함된다. 또한, 폴리아크릴산, 프로필렌 옥사이드, 폴리피릴리돈, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리비닐알콜과 같은 중합체성 첨가제를 사용할 수도 있다.
따라서, 본 발명은 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법을 제공한다. 당해 방법은 물을 소정의 용적으로 제공하는 단계 와 퓸드 실리카를 소정의 농도(물의 35중량% 이상)로 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 산을 물에 혼합하여 물을 산성화시키는 단계(여기서, 산의 농도는 퓸드 실리카 농도의 0.0010 내지 0.5중량%이다)와 퓸드 실리카를 산성화된 물 속에 분산시키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 퓸드 실리카의 농도를 희석시키는 단계(여기서, 물의 pH는 1 내지 7이다)와 퓸드 실리카를 수집하는 단계를 포함한다. 본 발명의 퓸드 실리카가 순수 실리카임을 인지해야 한다. 다시 말해, 당해 퓸드 실리카에는, 예를 들면, 산성 pH에서 실리카에 부하를 부여하는 금속 이온 또는 중합체가 함유되어 있지 않다.
[실시예]
당해 실시예에서, 숫자로 표기한 시험은 본 발명의 실시예이고, 문자로 표기한 시험은 비교 실시예이다. 모든 실시예 용액에는 요오드산칼륨 3중량%, 피로인산칼륨 1.5중량% 및 락트산 1.5중량%가 함유되었다.
실시예 1
당해 시험에서 반도체 웨이퍼상의 TEOS에 대한 텅스텐 및 티탄의 선택도를 측정하였다. 특히, 산성 pH에서만 가공된 퓸드 실리카의 TEOS에 대한 텅스텐 및 티탄의 선택도에 있어서의 효과를 시험하였다. 다시 말해, 실시예 1의 퓸드 실리카 연마재는 제조 공정 동안 어떠한 시점에서도 염기성 용액에 분산 또는 희석되지 않았다. 특히, 퓸드 실리카 연마재를 다음의 방법으로 제조하였다:
1) 우선, 탈이온수 6531g과 염산 6.8g을 재킷 혼합 용기에 충전시켰다. pH 를 2로 유지시켰다. 냉각 메뉴를 선택하여 용기내 온도를 35℃ 미만으로 조절하였다. 믹서를 켜서 6158rpm으로 작동시켰다. 믹서는 미국 캘리포니아주 벨에 소재하는 마이어스 엔지니어링, 인코포레이티드에서 제조한 마이어스 믹서이었다.
2) 퓸드 이산화규소(A 130)를 천천히 계량하여, 점도 파괴(viscosity breakdown)시키고 모터의 높은 유동 연신(current draw)을 방지하였다. 실리카의 총 충전량은 4540g이었다. 탈이온수 272g을 용기의 측면에 분무하여 실리카 분말을 가라앉혔다.
3) 온도를 35℃ 미만으로 유지시키면서 믹서를 60분 동안 작동시켰다.
4) 제2 용기를 탈이온수로 충분히 충전시켜 고형물 함량을 20% 미만으로 낮추고, 임펠러 믹서를 작동시켰다. 재킷 탱크로부터의 분산액을 제2 용기에 급속히 가하였다.
5) pH, 고형물 함량(%) 및 입자 크기를 시험하고, 이를 사용하기 위해 제조하였다.
실시예 1의 용액은 퓸드 실리카 연마재 3중량%를 함유하였다. 수직 하중 약 5psi, 연마액 유속 150cc/min, 정반 속도 65rpm 및 케리어 속도 65rpm의 조건하에, IC1000™폴리우레탄 연마 패드를 사용하는 IPEC 472 DE 200㎜ 연마기[제조원: 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티어리얼스 씨엠피 테크놀로지스(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies)]로 시료를 평탄화시켰다. 질산을 사용하여 연마액의 pH를 4.0으로 조절하였다. 모든 용액은 탈이온수를 함유하였다.
시험 산성 pH에서 완전히 연마되었는지의 여부 TEOS (Å/m) W (Å/m) Ti (Å/m) 선택도 (W/TEOS) 선택도 (Ti/TEOS)
A X 273 2023 4190 7.41 15.35
1 O 79 2340 4328 29.62 54.78
표 1에 기재된 바와 같이, 산성 연마재의 첨가에 의해 조성물의 선택도가 향상되었다. 특히, 비교 시험 A의 조성물의 TEOS에 대한 텅스텐의 선택도는 7.41이었으나, 산성 퓸드 실리카의 첨가에 의해 시험 1의 조성물의 TEOS에 대한 텅스텐의 선택도가 29.62로 향상되었다. 유사하게, 비교 시험 A의 조성물의 TEOS에 대한 티탄의 선택도는 15.35이었으나, 산성 퓸드 실리카의 첨가에 의해 시험 1의 조성물의 TEOS에 대한 티탄의 선택도가 54.78로 향상되었다. 산성 퓸드 실리카의 첨가에 의해 TEOS의 제거 속도가 273Å/m(비교 시험 A)에서 79Å/m(시험 1)로 효과적으로 억제되었다.
실시예 2
당해 시험에서는 반도체 웨이퍼상의 TEOS에 대한 텅스텐 및 티탄의 선택도를 측정하였다. 특히, TEOS에 대한 텅스텐 및 티탄의 선택도에 있어서의, 산성 pH에서만 가공된 퓸드 실리카의 표면적의 효과를 시험하였다. 다시 말해, 실시예 2의 퓸드 실리카 연마재는 제조 공정 동안 어떠한 시점에서도 염기성 용액에 분산 또는 희석되지 않았다. 실시예 2의 용액에는 퓸드 실리카 연마재 3중량%가 함유되었다. 모든 용액은 탈이온수를 함유하였다.
시험 연마재의 표면적 (㎡/g) TEOS (Å/m) W (Å/m) Ti (Å/m) 선택도 (W/TEOS) 선택도 (Ti/TEOS)
B 90 610 2072 4497 3.40 7.37
2 130 86 1989 4230 23.26 49.19
3 200 47 2442 4509 51.95 95.94
표 2에 기재된 바와 같이, 산성 pH에서만 가공된 퓸드 실리카의 표면적은 조성물의 선택도에 영향을 끼쳤다. 특히, 표면적이 90㎡/g을 초과하는 산성 퓸드 실리카의 첨가에 의해, 조성물의 TEOS에 대한 텅스텐 및 티탄의 선택도가 향상되었다. 예를 들면, 표면적이 90㎡/g에서 130㎡/g으로 증가하는 경우, 텅스텐 및 티탄의 선택도가 비교 시험 B에서는 각각 3.40 및 7.37이었으나, 시험 2에서는 각각 23.26 및 49.19였다. 또한, 표면적이 90㎡/g(비교 시험 B)에서 130㎡/g(시험 2)으로 증가함으로써, TEOS 제거 속도가 각각 610Å/m에서 86Å/m로 억제되었다. 또한, 표면적이 90㎡/g(비교 시험 B)에서 200㎡/g(시험 3)으로 증가함으로써, TEOS 제거 속도가 각각 610Å/m에서 47Å/m로 억제되었다. 시험 2와 시험 3에서 티탄의 제거가 탁월하였다.
따라서, 본 발명은 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법을 제공한다. 당해 방법은 물을 소정의 용적으로 제공하는 단계와 퓸드 실리카를 소정의 농도(물의 35중량% 이상)로 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 산을 물에 혼합하여 물을 산성화시키는 단계(여기서, 산의 농도는 퓸드 실리카 농도의 0.0010 내지 0.5중량%이다)와 퓸드 실리카를 산성화된 물 속에 분산시키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 퓸드 실리카의 농도를 희석시키는 단계(여기서, 물의 pH는 1 내지 7이다)와 퓸드 실리카를 수집하는 단계를 포함한다.

Claims (10)

  1. 물을 소정의 용적으로 제공하는 단계,
    퓸드 실리카를 소정의 농도(물의 35중량% 이상)로 제공하는 단계,
    산을 물에 혼합하여 물을 산성화시키는 단계(여기서, 산의 농도는 퓸드 실리카 농도의 0.0010 내지 0.5중량%이다),
    퓸드 실리카를 산성화된 물 속에 분산시키는 단계,
    퓸드 실리카의 농도를 희석시키는 단계(여기서, 물의 pH는 1 내지 7이다) 및
    퓸드 실리카를 수집하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 물의 pH가 1.5 내지 5.5인, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 분산이 60℃ 미만의 온도에서 수행되는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 퓸드 실리카의 농도가 물의 40 내지 60중량%인, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 산의 농도가 퓸드 실리카 농도의 0.02 내지 0.15중량%인, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 퓸드 실리카의 표면적이 90㎡/g을 초과하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 퓸드 실리카의 표면적이 130㎡/g을 초과하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  8. 표면적이 90㎡/g을 초과하고 산성 pH에서 완전히 분산되고 희석되는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카.
  9. 제8항에 있어서, 퓸드 실리카의 표면적이 130㎡/g을 초과하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 퓸드 실리카의 제조방법.
  10. 표면적이 90㎡/g을 초과하고 산성 pH에서 완전히 분산되고 희석되는 퓸드 실리카인 연마재를 함유하는, 반도체 웨이퍼상의 텅스텐 및 티탄의 연마에 유용한 조성물.
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