금 ＣＭＰ 조성물 및 방법 document_id A220623073217

기판 표면의 화학적-기계적 연마 (CMP)를 위한 조성물 및 방법은 당업계에 잘 알려져 있다. 연마 조성물 (연마 슬러리로도 또한 공지되어 있음)은 전형적으로 수성 담체 중에 연마제 물질을 함유한다. 기판 표면은, 기판 표면을 연마 패드와 접촉시키고 CMP 슬러리를 패드와 표면 사이에서 유지하면서 표면에 대해 연마 패드를 이동시킴으로써 마모되어, 연마된다. 전형적인 연마제 물질은 이산화규소 (실리카), 산화세륨 (세리아), 산화알루미늄 (알루미나), 산화지르코늄 (지르코니아) 및 산화주석을 포함한다. 예를 들면, 미국 특허 제5,527,423호에는 표면을 수성 매질 중 고순도 미세 금속 산화물 입자를 포함하는 연마 슬러리와 접촉시킴으로써 금속 층을 화학적-기계적으로 연마하는 방법이 기재되어 있다. 별법으로, 연마제 물질은 연마 패드에 도입될 수 있다. 미국 특허 제5,489,233호에는 표면 텍스쳐 또는 패턴이 있는 연마 패드의 사용이 개시되어 있으며, 미국 특허 제5,958,794호에는 고정 연마제 연마 패드가 개시되어 있다. 종래의 연마 시스템 및 연마 방법은 전형적으로 반도체 웨이퍼의 평탄화에서 완전하게 충족되지 않았다. 구체적으로, 연마 조성물 및 연마 패드는 연마 속도가 바람직한 연마 속도보다 낮을 수 있으며, 반도체 표면의 화학적-기계적 연마에서의 연마 조성물 및 연마 패드의 사용은 표면 품질을 열악하게 할 수 있다. 반도체 웨이퍼를 위한 효과적인 연마 시스템의 제조에서의 난점은 반도체 웨이퍼의 복잡성에 기인한다. 소정의 CMP 조성물의 성능은 일반적으로 연마되는 표면의 조성 (예를 들면, 금속의 종류 및 반도체의 종류 등)에 따라 다양할 것이다. 반도체 웨이퍼는 전형적으로 복수의 소자가 형성되어 있는 기판으로 이루어진다. 집적 회로는, 기판의 영역들 및 기판 위의 층들을 패턴화함으로써 화학적으로 그리고 물리적으로 기판에 연결된다. 작동가능한 반도체 웨이퍼를 제조하고 웨이퍼의 수득률, 성능 및 신뢰성을 최대화하기 위해, 기초 구조 또는 형상(topography)에 역영향을 미치지 않고 웨이퍼의 표면을 선택적으로 연마하는 것이 바람직하다. 사실상, 반도체 제조에서의 다양한 문제점은 공정 단계가 적절하게 평탄화된 웨이퍼 표면에서 수행되지 않는 경우에 발생할 수 있다. 반도체 웨이퍼의 성능은 표면의 평탄성과 직접적으로 관련되어 있기 때문에, 연마 효율, 균일성 및 제거 속도를 높이고 최소의 표면 결함으로 고품질 연마물을 생성하는 연마 조성물 및 방법을 사용하는 것이 중요하다. 티탄, 질화티탄, 알루미늄-구리, 알루미늄-규소 구리, 텅스텐, 백금, 백금-텅스텐, 백금-주석, 루테늄, 금 및 이들의 배합물을 비롯한, 다양한 금속 및 금속 합금은 상호연결 단(interconnection level)과 장치 사이에 전기적 연결부를 형성하는데 사용된다. 금은 화학적 내성이어서 화학적-기계적 연마를 통해 효율적으로 제거하기 난해하다는 점에서 특정한 어려움이 존재한다. 금 표면의 에칭 및 가공을 위한 CMP 조성물은 일반적으로 시아나이드와 같은 고도로 독성인 착화제(complexing agent), 황화수소를 생성하는 티오술페이트와 같은 독성 물질을 생성하는 화합물, 또는 CMP 종점 광학 검출기에 간섭할 수 있는 진한 유색인 I2/KI와 같은 산화제를 포함한다. 이에 따라, 고도로 독성이거나 고도로 유색인 산화제를 사용하지 않고 금 함유 기판의 연마 및 평탄화 동안 평탄화 효율, 균일성 및 제거 속도가 바람직한 CMP 조성물 및 연마 방법이 계속 요구되고 있다. 본 발명은 이러한 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 상기 및 다른 이점, 및 또한 본 발명의 추가 특징은 본원에 제공되는 발명의 설명으로 명백해질 것이다. 003c#발명의 개요003e# 본 발명은 시아나이드 함유 시약을 사용하지 않고 금을 효율적으로 제거하는, 개선된 시아나이드 무함유 CMP 연마 조성물을 제공한다. 본 발명의 화학적-기계적 연마 (CMP) 조성물은 연마제, 금 산화제, 시아나이드 무함유 금 가용화제 및 수성 담체를 포함한다. 유리하게는, 본 발명의 CMP 조성물은 무색이거나 색이 비교적 옅고, 시아나이드를 함유하지 않는다. 금 산화제는 바람직하게는 과황산염, 옥시할로겐 화합물과 할라이드 염의 반응성 혼합물, 또는 이들의 배합물이다. 특히 바람직한 과황산염은 과황산암모늄이다. 특히 바람직한 옥시할로겐 화합물과 할라이드 염의 반응성 혼합물은 요오데이트 화합물과 요오다이드 염의 혼합물이다. 일부 바람직한 실시양태에서, 가용화제는 포스폰산 킬레이트제 (예를 들면, 아미노트리스(메틸렌포스폰산) 또는 히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산)를 포함한다. 금 산화제가 옥시할로겐 화합물과 할라이드 염의 반응성 혼합물인 실시양태에서, 혼합물은 CMP 동안 형성되는 시아나이드 무함유 금 가용화제 종으로서 또한 작용한다. 목적하는 경우, 이러한 CMP 조성물은 옥시할로겐 화합물과 할라이드 염의 혼합물 이외의 별도의 가용화제, 예컨대 포스폰산 킬레이트제를 포함할 수 있으나, 추가의 가용화제는 필요하지 않다. 바람직하게는, 옥시할로겐 화합물과 할라이드 염은 CMP 조성물을 연마하고자 하는 기판과 접촉시키기 바로 전에 CMP 조성물의 다른 성분들과 배합되거나, 기판 표면 바로 위에서 CMP 조성물의 다른 성분들과 혼합된다. 이러한 조건 하에서는, 유리 할로겐이 빠르게 형성되고 기판의 금과 즉시 반응할 수 있어서, 유리 할로겐의 축적이 회피되고, 옥시할로겐 화합물과 할라이드 염이 사용 전에 비교적 긴 시간 동안 혼합되는 경우 발생할 수 있는 잠재적인 저장 문제점이 회피된다. 본 발명의 화학적-기계적 연마 (CMP) 방법은 기판 표면 위의 금이 산화되기에 충분한 시간 동안 금 함유 기판 표면을 본 발명의 시아나이드 무함유 CMP 조성물 및 연마 패드와 접촉시키는 것을 포함한다. CMP 조성물은 연마제, 금 산화제, 시아나이드 무함유 금 가용화제 및 수성 담체를 포함한다. 연마는, 표면의 일부를 CMP 조성물로 마모시키기에 충분한 시간 동안 CMP 조성물의 일부를 패드와 기판 사이에서 표면과 접촉하게 유지하면서 패드와 기판을 상대적으로 이동시킴으로써 수행된다. 예를 들면, 패드는 기판이 탑재된 회전 플래튼(platen)과 접촉하면서 회전할 수 있다. CMP 조성물은 CMP 조성물의 일부가 패드와 기판 사이에서 기판 표면과 접촉하는 방식으로 기판 표면 위로 공급된다. 금을 포함하는 표면을 연마하는데 이용되는 경우, 본 발명의 조성물 및 방법은 유해한 시아나이드 함유 시약을 이용하지 않고 기판 표면으로부터 금을 효율적으로 제거한다.