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KR20220000284A - 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 Download PDF

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Publication number
KR20220000284A
KR20220000284A KR1020200078045A KR20200078045A KR20220000284A KR 20220000284 A KR20220000284 A KR 20220000284A KR 1020200078045 A KR1020200078045 A KR 1020200078045A KR 20200078045 A KR20200078045 A KR 20200078045A KR 20220000284 A KR20220000284 A KR 20220000284A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
slurry composition
polishing
cmp
booster
Prior art date
Application number
KR1020200078045A
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English (en)
Inventor
김인권
변예린
김보연
박승호
이효산
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US17/354,403 priority patent/US20210403756A1/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
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    • C09K3/1409—Abrasive particles per se

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

이미늄(iminium) 양이온을 포함하는 유기 연마 부스터; 및 캐리어를 포함하고, 무기 연마 입자의 함량이 0.1 중량% 미만인 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물이 제공된다. 본 발명의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용하면 제품 불량이 낮고 제조 비용이 저렴하며, 제품의 스루풋도 증대될 수 있다.

Description

화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 {Slurry composition for chemical mechanical polishing}
본 발명은 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 제품 불량이 낮고 제조 비용이 저렴하며, 제품의 스루풋도 증대될 수 있는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에는 무기 연마 입자와 같은 연마제(abrasive)가 첨가된다. 이러한 연마제는 연마 조건에 따라 제품 불량의 원인이 되는 경우가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 제품 불량이 낮고 제조 비용이 저렴하며, 제품의 스루풋도 증대될 수 있는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 제품 불량이 낮고 제조 비용이 저렴하며, 제품의 스루풋도 증대될 수 있는 폴리실리콘 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 이미늄(iminium) 양이온을 포함하는 유기 연마 부스터; 및 캐리어를 포함하고, 무기 연마 입자의 함량이 0.1 중량% 미만인 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은 유기 연마 부스터; 계면 활성제; 및 캐리어를 포함하고, 상기 유기 연마 부스터의 함량은 중량 기준 약 10 ppm 내지 약 10000 ppm이고, 무기 연마 입자를 불포함하는 CMP용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 이미늄(iminium) 양이온을 포함하는 유기 연마 부스터; 계면 활성제; pH 조절제; 및 캐리어를 포함하고, pH가 약 2 내지 약 5이고, 무기 연마 입자와 상기 무기 연마 입자의 균일한 분산을 위한 분산 안정제를 불포함하는 폴리실리콘 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용하면 제품 불량이 낮고 제조 비용이 저렴하며, 제품의 스루풋도 증대될 수 있다.
도 1은 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있는 연마 장치를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 1은 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있는 연마 장치(100)를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 연마 장치(100)는 연마 패드(110)가 놓이는 회전식 디스크 형상의 플래튼(platen, 120)을 포함한다. 상기 플래튼(120)은 축(125)에 대하여 회전하도록 동작가능하다. 예를 들어, 모터(121)는 상기 플래튼(120)을 회전시키기 위해 구동 축(124)을 회전시킬 수 있다. 상기 연마 패드(110)는 외측 연마 층(112) 및 더 연성인 후면 층(backing layer)(114)을 갖는 둘 이상의 층을 갖는 연마 패드(110)일 수 있다.
상기 연마 장치(100)는 슬러리와 같은 연마제(132)를 상기 연마 패드(110)를 향해 패드 상에 제공(dispense)하기 위한 슬러리 포트(130)를 포함할 수 있다. 연마 장치는 또한 연마 패드(110)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(110)를 연삭하기 위한 연마 패드 컨디셔너(160)를 포함할 수 있다.
상기 연마 장치(100)는 적어도 하나의 캐리어 헤드(140)를 포함한다. 상기 캐리어 헤드(140)는 기판(10)을 연마 패드(110)에 대고 유지(hold against)하도록 동작할 수 있다. 캐리어 헤드(140)는 각각의 개별 기판에 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어 압력을 제어할 수 있다.
특히, 캐리어 헤드(140)는 가요성 멤브레인 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 리테이닝 링(retaining ring)(142)을 포함할 수 있다. 상기 캐리어 헤드(140)는 또한 상기 가요성 멤브레인에 의해 정의되는 복수의 독립적으로 제어가능한 가압 챔버(pressurizable chambers)를 포함할 수 있는데, 이들은 상기 가요성 멤브레인 상의, 그리고 그에 따른 기판(10) 상의 관련 구역들에 독립적으로 제어가능한 압력들을 가할 수 있다.
상기 캐리어 헤드(140)는 지지 구조물(150), 예를 들어 캐러셀(carousel) 또는 트랙에 매달려서, 구동 축(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154)에 접속되므로, 캐리어 헤드는 축(155)에 대하여 회전할 수 있다. 선택적으로, 캐리어 헤드(140)는 측방향으로, 예를 들어 캐러셀(150) 또는 트랙 상의 슬라이더 상에서, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 진동할 수 있다. 동작 시에, 플래튼은 그의 중심 축(125)에 대하여 회전되며, 캐리어 헤드는 그의 중심 축(155)에 대하여 회전되고, 연마 패드의 최상부면을 가로질러 측방향으로 병진된다.
도 1에는 하나의 캐리어 헤드(140)만이 도시되어 있지만, 연마 패드(110)의 표면적이 효율적으로 사용될 수 있도록 추가의 기판들을 유지하기 위해, 둘 이상의 캐리어 헤드가 제공될 수 있다.
상기 연마 장치(100)는 또한 상기 플래튼(120)의 회전을 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템은 범용의 프로그램 가능한(programmable) 디지털 컴퓨터와 같은 컨트롤러(190), 출력을 위한 출력 장치(192), 예컨대 모니터 및 입력을 위한 입력 장치(194), 예컨대 키보드를 포함할 수 있다.
도 1에서는 상기 제어 시스템이 모터(121)에만 연결된 것으로 도시되었지만, 상기 캐리어 헤드(140)에도 연결되어 헤드 압력이나 캐리어 헤드의 회전 속도를 조절하도록 구성될 수도 있다. 나아가, 상기 제어 시스템은 슬러리 포트(130)에 연결되어 슬러리의 공급을 조절할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 연마 장치(100)에 사용될 수 있는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물을 제공한다.
상기 CMP용 슬러리 조성물은 유기 연마 부스터 및 캐리어를 포함한다.
유기 연마 부스터
상기 유기 연마 부스터는 이미늄(iminium) 양이온을 포함한다. 상기 이미늄 양이온은, 구체적으로 이미다졸륨, 피리디늄, 트리아졸륨, 및/또는 구아니디늄일 수 있다.
상기 유기 연마 부스터는 하기 화학식 A1을 갖는 이미다졸륨 양이온을 포함할 수 있다.
< 화학식 A1 >
Figure pat00001
(여기서, RA1 및 RA2는 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, RA1과 RA2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
일부 실시예들에 있어서, 상기 이미다졸륨은 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 이미다졸륨 양이온을 포함할 수 있다.
< 화학식 1 >
Figure pat00002
< 화학식 2 >
Figure pat00003
(여기서, R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, R1과 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, R3과 R4는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
일부 실시예들에 있어서, 상기 피리디늄은 하기 화학식 3의 피리디늄 양이온을 포함할 수 있다.
< 화학식 3 >
Figure pat00004
(여기서, R5는 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합임)
상기 유기 연마 부스터는 하기 화학식 A2 또는 화학식 A3를 갖는 트리아졸륨 양이온을 포함할 수 있다.
< 화학식 A2 >
Figure pat00005
< 화학식 A3 >
Figure pat00006
(여기서, RA3, RA4, RA5, 및 RA6는 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, RA3과 RA4는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, RA5과 RA6는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
일부 실시예들에 있어서, 상기 트리아졸륨은 하기 화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6의 트리아졸륨 양이온을 포함할 수 있다.
< 화학식 4 >
Figure pat00007
< 화학식 5 >
Figure pat00008
< 화학식 6 >
Figure pat00009
(여기서, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, R6과 R7은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, R8과 R9는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, R10과 R11은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
일부 실시예들에 있어서, 상기 구아니디늄은 하기 화학식 7의 구아니디늄 양이온을 포함할 수 있다.
< 화학식 7 >
Figure pat00010
(여기서, R12, R13, R14, R15, R16 및 R17은 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, R12, R13, R14, R15, R16 및 R17 중 임의의 둘은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
화학식 1 내지 화학식 7에서 C1 내지 C20의 직쇄형 알킬은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸 등일 수 있다.
화학식 1 내지 화학식 7에서 C1 내지 C20의 분지형 알킬은 각각 독립적으로 이소프로필, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, sec-펜틸, sec-이소펜틸, 3-펜틸 등일 수 있다.
화학식 1 내지 화학식 7에서 C3 내지 C20의 시클로알킬은 각각 독립적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 등일 수 있다.
화학식 1 내지 화학식 7에서 C2 내지 C20의 알케닐은 각각 독립적으로 에틸레닐, 프로필레닐, 부틸레닐 등일 수 있다.
화학식 1 내지 화학식 7에서 C6 내지 C20의 아릴은 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 톨릴(tolyl), 자일릴(xylyl) 등일 수 있다.
이상에서 설명한 화학식 1 내지 화학식 7의 유기 연마 부스터는 치환기에 따라 중합 가능한 단량체일 수도 있다. 예컨대 치환기가 이중 결합을 포함하는 -CH=CH2와 같은 비닐기를 갖는 경우, 중합(polymerization)에 의해 올리고머 또는 폴리머를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유기 연마 부스터는 상기 올리고머 또는 폴리머를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 화학식 1의 R2가 비닐기인 경우 화학식 1의 화합물은 다음과 같은 화학식 1a의 구조를 가지며, 이를 중합하면 화학식 8의 구조를 갖는다.
< 화학식 1a >
Figure pat00011
< 화학식 8 >
Figure pat00012
일부 실시예들에 있어서, 화학식 4의 R7이 비닐기인 경우 화학식 4의 화합물은 다음과 같은 화학식 4a의 구조를 가지며, 이를 중합하면 화학식 9의 구조를 갖는다.
< 화학식 4a >
Figure pat00013
< 화학식 9 >
Figure pat00014
일부 실시예들에 있어서, 화학식 3의 R5가 비닐기인 경우 화학식 3의 화합물은 다음과 같은 화학식 3a의 구조를 가지며, 이를 중합하면 화학식 10의 구조를 갖는다.
< 화학식 3a >
Figure pat00015
< 화학식 10 >
Figure pat00016
상기 화학식 1 내지 화학식 7의 유기 연마 부스터를 중합하여 얻어진 올리고머 또는 폴리머는 약 3,000 내지 약 100,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 올리고머 또는 폴리머는 약 5,000 내지 약 90,000, 약 8,000 내지 약 80,000, 약 10,000 내지 약 70,000, 약 15,000 내지 약 60,000, 또는 약 20,000 내지 약 50,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 중량평균분자량은, 예를 들면, 폴리스티렌을 스탠다드로 이용하여 겔 침투 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)로 측정된 값일 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 유기 연마 부스터의 함량은 중량 기준 약 10 ppm 내지 약 10000 ppm일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유기 연마 부스터의 함량은 중량 기준 약 30 ppm 내지 약 9000 ppm, 약 100 ppm 내지 약 8000 ppm, 약 150 ppm 내지 약 7000 ppm, 약 300 ppm 내지 약 6500 ppm, 약 500 ppm 내지 약 6000 ppm, 약 800 ppm 내지 약 5500 ppm, 또는 약 1000 ppm 내지 약 5000 ppm일 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 유기 연마 부스터의 함량이 너무 낮으면 연마 효과가 미흡할 수 있다. 상기 유기 연마 부스터의 함량이 너무 높으면 연마 속도의 제어가 어려울 수 있다.
상기 캐리어는 상기 유기 연마 부스터를 실질적으로 균일하게 분산시킬 수 있는 임의의 액체일 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 캐리어는 수계 용매일 수도 있고, 유기 용매일 수도 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 캐리어는 물, 탈이온수, 초순수, 알콜(예를 들면, 프로페닐 알콜, 이소프로필 알콜, 에탄올, 1-프로판올, 메탄올, 1-헥산올 등), 알데히드(예를 들면, 포름알데히드, 아세트알데히드 등), 에스테르(예를 들면, 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 메틸 락테이트, 부틸 락테이트, 에틸 락테이트 등), 케톤(예를 들면, 아세톤, 디아세톤 알콜, 메틸 에틸 케톤 등), 디메틸 술폭사이드 (dimethyl sulfoxide, DMSO), 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 디글라임, 아미드(예를 들면, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸이미다졸리딘온, N-메틸피롤리돈 등), 다가 알콜 및 그의 유도체(예를 들면, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 디에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르 등), 질소-함유 유기 화합물(예를 들면, 아세토니트릴, 아밀아민, 이소프로필아민, 이미다졸, 디메틸아민 등), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 캐리어의 함량은 유기 연마 부스터 및 후술하는 다른 성분을 제외한 잔여 부분일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 무기 연마 입자를 약 0.1 중량% 미만으로 포함할 수 있다. 상기 무기 연마 입자는 CMP용 슬러리 조성물에 널리 사용되는 임의의 무기 입자일 수 있으며, 예를 들면 금속 산화물일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, CMP용 슬러리 조성물은 무기 연마 입자를 약 0.08 중량% 미만, 약 0.05 중량% 미만, 약 0.03 중량% 미만, 약 0.01 중량% 미만, 약 0.008 중량% 미만, 약 0.005 중량% 미만, 약 0.003 중량% 미만, 약 0.001 중량% 미만, 약 0.0008 중량% 미만, 약 0.0005 중량% 미만, 약 0.0003 중량% 미만, 약 0.0001 중량% 미만으로 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 무기 연마 입자를 불포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 금속 산화물 입자를 불포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아, 마그네시아, 게르마니아, 및 망가니아 중의 어느 것도 불포함할 수 있다.
여기서, 어떤 입자를 '불포함한다'는 것은 의도적으로 첨가하지 않았음을 의미하며, 전혀 없거나 검출 한계 미만으로 존재한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 따라서 상기 CMP용 슬러리 조성물은 불가피한 불순물 정도의 함량으로는 이러한 입자들을 포함할 수 있다.
CMP용 슬러리 조성물에 통상적으로(conventionally) 포함되는 무기 연마 입자는 연마 조건에 따라 연마 대상에 형성되어 있는 반도체 소자를 손상시킬 가능성이 있다. 즉, 무기 연마 입자가 연마 대상에 형성되어 있는 층, 배선, 패턴 등을 손상시키거나 또는 연마가 종료한 후에도 충분히 제거되지 않고 오염의 원인이 될 수 있다.
뿐만 아니라, 이러한 무기 연마 입자는 연마에 이용되는 연마 패드(110)(도 1 참조)의 수명을 단축하기 때문에 연마 패드(110)의 교환 비용 및 연마 패드(110) 교환을 위한 다운타임에 따른 기회비용의 원인이 되고 있다.
유기 연마 부스터를 적절히 선택하면 무기 연마 입자를 생략하고도 충분한 연마 속도를 얻을 수 있음이 발견되었다. CMP용 슬러리 조성물 내에 이러한 무기 연마 입자를 불포함하면, 연마 대상에 대한 손상과 오염의 원인이 제거되고 연마 패드의 마모가 줄어들어 제조비용이 절감될 수 있다. 또, CMP용 슬러리 조성물 자체의 가격이 저렴해지는 점에서도 제조비용이 더욱 절감될 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물은 분산 안정제도 불포함할 수 있다. 이상에서 설명한 바와 같이 상기 CMP용 슬러리 조성물은 무기 연마 입자를 불포함하기 때문에, 일반적으로 상기 무기 연마 입자의 양호한 분산을 확보하기 위해 첨가되는 분산 안정제가 불필요할 수 있다.
예컨대, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 글리콜디스테아레이트(glycol distearate), 글리콜 모노스테아레이트(glycol monostearate), 글리콜 폴리머레이트(glycol polymerate), 글리콜 에테르(glycol ether)류,　알킬아민(alkylamine)을 포함하는 알코올(alcohol)류, 폴리머레이트에테르(polymerate ether)를 포함하는 화합물, 비닐 피롤리돈(vinyl pyrrolidone), 셀룰로스(cellulose)류, 및 에톡시레이트(ethoxylate) 중의 어느 것도 분산 안정제로서 포함하지 않는다. 구체적으로, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 디에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르(diethylene glycol hexadecyl ether), 데카에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르(decaethylene glycol hexadecyl ether), 디에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르(diethylene glycol octadecyl ether), 이오코사에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르(eicosaethylene glycol octadecyl ether), 디에틸렌글리콜 올레일 에테르(diethylene glycol oleyl ether), 데카에틸렌 글리콜 올레일 에테르(decaethylene glycol oleyl ether), 데카에틸렌글리콜 옥타데실 에테르(decaethylene glycol octadecyl ether), 노닐페놀 폴리에틸렌글리콜 에테르(nonylphenol polyethylene glycol ether), 에틸렌디아민 테트라키스(에톡시레이트-블록-프로폭시레이트)테트롤 (ethylenediamine tetrakis(ethoxylate-block- propoxylate) tetrol), 에틸렌디아민 테트라키스(프로폭실레이트-블록-에톡시레이트) 테트롤(ethylenediamine tetrakis(propoxylate-block-ethoxylate) tetrol), 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌글리콜)(polyethylene-block-poly(ethylene glycol)), 폴리옥시에틸렌 이소옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene isooctylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene octylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 폴리옥시에틸렌 솔비탄 테트라올리에이트(polyoxyethylene sorbitan tetraoleate), 폴리옥시에틸렌 솔비톨 헥사올리에이트(polyoxyethylene sorbitol hexaoleate), 폴리에틸렌글리콜 솔비탄 모노라우레이트(polyethylene glycol sorbitan monolaurate), 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모놀라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate), 솔비탄 모노팔미테이트(sorbitan monopalmitate), 에프에스-300 비이온성 플루오로서팩턴트(FS-300 nonionic fluorosurfactant), 에프에스엔 비이온성 플루오로서팩턴트(FSN nonionic fluorosurfactant), 에프에스오 비이온성 에톡실레이티드 플루오로서팩턴트(FSO nonionic ethoxylated fluorosurfactant), 비닐 피롤리돈(vinyl pyrrolidone), 2,4,7,9,-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 에톡실레이트(2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol ethoxylate), 8-메틸-1-노나놀-프로폭시레이트-블록-에톡시레이트(8-methyl-1-nonanol propoxylate-block-ethoxylate), 알릴 알코올 1,2-부톡시레이트-블록-에톡시레이트(allyl alcohol 1,2-butoxylate-block-ethoxylate), 폴리옥시에틸렌 브랜치드 노닐사이클로헥실 에테르(polyoxyethylene branched nonylcyclohexyl ether), 및 폴리옥시에틸렌 이소옥틸사이클로헥실 에테르(polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether) 중의 어느 것도 분산 안정제로서 포함하지 않는다.
pH 조절제
일부 실시예들에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 조성물의 pH를 조절하기 위한 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 약 1 내지 9의 pH를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 약 2 내지 7의 pH를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 약 2 내지 5의 pH를 가질 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물의 pH를 필요에 따라 제어하기 위하여 산 용액과 알칼리 용액이 적절히 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 pH 조절제는, 황산, 인산, 염산, 질산, 카르복실산, 말레산, 말론산, 시트르산, 옥살산, 타르타르산 등과 같은 산 용액 및/또는 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 트리에틸아민, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 암모니아 등과 같은 알칼리 용액이 이용될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 pH 조절제는 상기 CMP용 슬러리 조성물의 pH가 원하는 범위를 갖도록 하는 양만큼 상기 CMP용 슬러리 조성물 내에 포함될 수 있고 특별히 한정되지 않는다.
계면활성제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 필요에 따라 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제로서는 비이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제 및 양성 계면활성제 중 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 비이온계 계면활성제로서는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노니에르페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르류, 소르비탄모노라우레이트, 소르비탄모노스테아레이트, 소르비탄트리올레에이트 등의 소르비탄 고급 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트 등의 폴리옥시에틸렌소르비탄 고급 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌모노스테아레이트 등의 폴리옥시에틸렌 고급 지방산 에스테르류; 예를 들면, 올레산모노글리세라이드, 스테아르산모노글리세라이드 등의 글리세린 고급 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리옥시부틸렌 등의 폴리옥시알킬렌류 및 그들의 블록 코폴리머를 들 수 있다.
상기 양이온계 계면활성제로서는 염화알킬트리메틸암모늄, 염화디알킬디메틸암모늄, 염화벤잘코늄염, 알킬디메틸암모늄에토설페이트 등을 들 수 있다.
상기 음이온계 계면활성제로서는 라우르산나트륨, 올레산나트륨, N-아실-N-메틸글리신나트륨염, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르카르복실산나트륨 등의 카르복실산염, 도데실벤젠술폰산나트륨, 디알킬술포숙신산에스테르염, 디메틸-5-술포이소프탈레이트나트륨 등의 술폰산염, 라우릴황산나트륨, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르황산나트륨, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르황산나트륨 등의 황산에스테르염, 폴리옥시에틸렌라우릴인산나트륨, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르인산나트륨 등의 인산에스테르염 등을 들 수 있다.
상기 양성 계면활성제로서는 카르복시베타인형 계면활성제, 아미노카르복실산염, 이미다졸리늄페타인, 레시틴, 알킬아민옥사이드를 들 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.001 중량% 내지 0.5 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
평탄화제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 필요에 따라 피연마 표면의 요철을 저감시키는 평탄화제(leveling agent)를 더 포함할 수 있다.
상기 평탄화제의 비한정적인 예는 염화암모늄, 라우릴황산암모늄, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산트리에탄올아민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크롤레인 등을 포함할 수 있다.
상기 평탄화제는 상기 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 함유될 수 있다.
산화제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 산화제를 더 포함할 수 있다. 이러한 산화제의 비한정적인 예는 과아세트산, 과벤조산, tert-부틸히드로퍼옥시드 등의 유기 과산화물; 과망간산칼륨 등의 과망간산 화합물; 중크롬산칼륨 등의 중크롬산 화합물; 요오드산칼륨 등의 할로겐산 화합물; 질산, 질산철 등의 질산 화합물; 과염소산 등의 과할로겐산 화합물; 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염; 과탄산나트륨, 과탄산칼륨과 같은 과탄산염; 과산화요소; 및 헤테로폴리산 등이 포함될 수 있다.
부식 억제제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 필요에 따라 피연마면을 부식으로부터 보호하는 부식 억제제를 더 포함할 수 있다.
상기 부식 억제제의 비한정적인 예는 트리아졸 및 이의 유도체, 벤젠 트리아졸 및 이의 유도체를 포함한다. 상기 트리아졸 유도체는 아미노-치환된 트리아졸 화합물, 바이-아미노-치환된 트리아졸 화합물을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 부식 억제제는 상기 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.001 중량% 내지 약 0.15 중량%의 함량으로 혼합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 부식 억제제의 함량은 약 0.0025 중량% 내지 약 0.1 중량% 또는 약 0.005 중량% 내지 약 0.05 중량%일 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
< 비교예 1 >
세리아 입자를 3 중량%, 유기 연마 부스터로서 화학식 8의 구조를 갖고 중량평균분자량이 55000인 폴리머 2000 중량 ppm (단, R1=메틸기), 캐리어로서 탈이온수를 포함하는 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다. 질산을 pH 조절제로 이용하여 pH를 4.0으로 조절하였다.
< 비교예 2 >
세리아 입자 및 유기 연마 부스터를 생략한 점을 제외하면 비교예 1과 동일한 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다.
< 실시예 1 >
세리아 입자를 생략한 점을 제외하면 비교예 1과 동일한 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 폴리실리콘 층을 연마하였다. 연마 압력은 3 psi, 플래튼과 캐리어 헤드의 회전 속도는 각각 93 rpm 및 87 rpm, CMP용 슬러리 조성물의 유량은 250 ml/min으로 조절되었다. 연마 전후의 폴리실리콘 층의 두께를 각각 측정하여 연마 속도를 계산하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
< 표 1 >
Figure pat00017
표 1에서 보는 바와 같이 무기 연마 입자를 포함하는 비교예 1의 조성물은 무기 연마 입자를 불포함하는 실시예 1의 조성물에 비하여 대략 10% 정도의 연마 속도 향상을 가져왔지만, 실시예 1의 조성물이 보이는 연마 속도(2000 Å/min)도 실제 공정에 적용하기에 충분한 연마 속도이다.
한편, 유기 연마 부스터를 포함하지 않는 비교예 2의 조성물은 극히 저조한 연마 속도를 보였다.
< 비교예 3 내지 비교예 8 >
각각 세리아 입자를 3 중량%, 유기 연마 부스터로서 하기 표 2에 표시된 구조를 갖는 화합물 2500 중량 ppm, 캐리어로서 탈이온수를 포함하는 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다. 질산을 pH 조절제로 이용하여 pH를 4.0으로 조절하였다.
< 실시예 2 내지 실시예 7 >
세리아 입자를 생략한 점을 제외하면 각각 비교예 3 내지 비교예 8과 동일한 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 2 내지 실시예 7, 및 비교예 2 내지 비교예 8의 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 폴리실리콘 층을 연마하였다. 연마 압력은 3 psi, 플래튼과 캐리어 헤드의 회전 속도는 각각 93 rpm 및 87 rpm, CMP용 슬러리 조성물의 유량은 250 ml/min으로 조절되었다. 연마 전후의 폴리실리콘 층의 두께를 각각 측정하여 연마 속도를 계산하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
< 표 2 >
Figure pat00018
< 실시예 8 >
pH를 8.5로 조절한 점을 제외하면 실시예 2와 동일한 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다.
이후 실시예 8의 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 폴리실리콘 층을 연마하였다. 연마 압력은 3 psi, 플래튼과 캐리어 헤드의 회전 속도는 각각 93 rpm 및 87 rpm, CMP용 슬러리 조성물의 유량은 250 ml/min으로 조절되었다. 연마 전후의 폴리실리콘 층의 두께를 각각 측정하여 연마 속도를 계산한 결과 1084 Å/분의 연마 속도를 얻었다.
실시예 2와 실시예 8의 연마 속도를 비교하면 CMP용 슬러리 조성물의 pH가 연마 속도에 상당한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
이하에서는 위에서 설명한 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 설명한다.
도 2a 내지 도 2m은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(300)의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 복수의 활성 영역(AC)을 포함하는 기판(310) 상에 상기 복수의 활성 영역(AC)을 적어도 부분적으로 노출하도록 패터닝된 층간절연막(320)을 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(320)은 상기 활성 영역(AC)을 노출하는 리세스부(RE)를 포함할 수 있다. 상기 리세스부(RE)는 콘택홀일 수도 있고, 트렌치 형태일 수도 있다. 여기서는 상기 리세스부(RE)가 콘택홀인 경우에 대하여 설명하지만 통상의 기술자는 트렌치 형태에 대해서도 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
상기 기판(310)은 Si 또는 Ge와 같은 반도체, 또는 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(310)은 III-V 족 물질 및 IV 족 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 적어도 하나의 III 족 원자와 적어도 하나의 V족 원자를 포함하는 2 원계, 3 원계, 또는 4 원계 화합물일 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 III 족 원자로서 In, Ga 및 Al 중 적어도 하나의 원자와, V 족 원자로서 As, P 및 Sb 중 적어도 하나의 원자를 포함하는 화합물일 수 있다. 예를 들면, 상기 III-V 족 물질은 InP, InzGa1-zAs (0 ≤ z ≤ 1), 및 AlzGa1-zAs (0 ≤ z ≤ 1)로부터 선택될 수 있다. 상기 2 원계 화합물은, 예를 들면 InP, GaAs, InAs, InSb 및 GaSb 중 어느 하나일 수 있다. 상기 3 원계 화합물은 InGaP, InGaAs, AlInAs, InGaSb, GaAsSb 및 GaAsP 중 어느 하나일 수 있다. 상기 IV 족 물질은 Si 또는 Ge일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자에서 사용 가능한 III-V 족 물질 및 IV 족 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 다른 예에서, 상기 기판(310)은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 상기 기판(310)은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰(well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수의 활성 영역(AC)은 기판(310)에 형성된 복수의 소자분리 영역(312)에 의해 정의될 수 있다. 상기 소자분리 영역(312)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 층간절연막(320)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 리세스부(RE)의 내부 및 상기 층간절연막(320)의 상부면 전체에 배리어 금속 물질층(322m)을 형성한다. 상기 배리어 금속 물질층(322m)은 원자층 증착법(atomic layer deposition, ALD), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD), 또는 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 배리어 금속 물질층(322m)은, 예를 들면, Ti 및/또는 TiN으로 될 수 있다.
또한 상기 배리어 금속 물질층(322m)의 상부 전면에 도전 물질층(324m)을 형성할 수 있다. 상기 도전 물질층(324m)은 도핑된 폴리실리콘 또는 텅스텐(W)과 같은 금속으로 될 수 있으며, CVD에 의하여 형성될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 도전 물질층(324m)을 상기 리세스부(RE)의 내부로 한정하기 위하여 상기 도전 물질층(324m)에 대하여 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있다. 이를 위하여 위에서 설명한 바와 같은 CMP용 슬러리 조성물을 이용할 수 있으며, 상기 CMP용 슬러리 조성물 내에는 실리카, 세리아, 알루미나 등과 같은 무기 연마 입자가 불포함될 수 있다.
이 때 상기 배리어 금속 물질층(322m)을 연마 정지막으로 활용하여 CMP를 수행할 수 있다.
도 2d를 참조하면, 노출된 상기 배리어 금속 물질층(322m)에 대하여 CMP를 수행함으로써 각 콘택홀 내에 배리어 금속층(322)을 한정하고 콘택홀들 사이의 완전한 노드 분리를 수행할 수 있다. 이를 위하여 위에서 설명한 바와 같은 CMP용 슬러리 조성물을 이용할 수 있다.
도 2d의 공정에서도 도 2c를 참조하여 설명한 공정에서와 마찬가지로 상기 슬러리 조성물 내에 무기 연마 입자 없이 연마가 수행될 수 있다.
도 2c와 도 2d에서는 배리어 금속 물질층(322m)과 층간절연막(320)을 각각 연마 정지막으로 활용하는 2단계의 CMP를 수행하는 것으로 예시하였지만, 일부 실시예들에서 층간절연막(320)만을 연마 정지막으로서 활용하여 단일 단계로 CMP 공정을 수행할 수도 있다.
또, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 약 2 내지 약 7의 pH를 갖는 것으로 조절될 수 있지만, 도 2c 및 도 2d에서와 같이 금속 및/또는 폴리실리콘을 연마하는 경우에는 pH를 산성으로, 보다 구체적으로는 pH가 2 내지 5가 되도록 조절될 수 있다.
상기 복수의 도전 영역(324)은 기판(310) 상에 형성된 전계효과 트랜지스터와 같은 스위칭 소자(도시 생략)의 일 단자에 연결될 수 있다. 상기 복수의 도전 영역(324)은 도핑된 폴리실리콘, 금속, 도전성 금속 질화물, 금속 실리사이드, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
도 2e를 참조하면, 층간절연막(320) 및 복수의 도전 영역(324)을 덮는 절연층(328)을 형성한다. 상기 절연층(328)은 식각 정지층으로 사용될 수 있다.
상기 절연층(328)은 층간절연막(320) 및 후속 공정에서 형성되는 몰드막(330) (도 2f 참조)에 대하여 식각 선택비를 가지는 절연 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 절연층(328)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 절연층(328)은 약 100 Å 내지 600 Å의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2f를 참조하면, 절연층(328) 위에 몰드막(330)을 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 몰드막(330)은 산화막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 몰드막(330)은 BPSG (boro phospho silicate glass), PSG (phospho silicate glass), USG (undoped silicate glass), SOD (spin on dielectric), HDP CVD (high density plasma chemical vapor deposition) 공정에 의해 형성된 산화막 등과 같은 산화막을 포함할 수 있다. 상기 몰드막(130)을 형성하기 위하여, 열 CVD 공정 또는 플라즈마 CVD 공정을 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 몰드막(330)은 약 1000 Å 내지 약 20000 Å의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 상기 몰드막(330)은 지지막(도시 생략)을 포함할 수 있다. 상기 지지막은 몰드막(330)에 대하여 식각 선택비를 가지는 물질로 형성될 수 있으며, 약 50 Å 내지 약 3000 Å의 두께를 가질 수 있다. 상기 지지막은 후속 공정에서 상기 몰드막(330)을 제거할 때 사용되는 식각 분위기, 예를 들면 불화암모늄(NH4F), 불산(HF) 및 물을 포함하는 LAL (Limulus Amoebocyte Lysate) 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하는 경우, LAL에 대하여 식각율이 비교적 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 지지막은 실리콘 질화물, 실리콘 탄화질화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 지지막의 구성 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
도 2g를 참조하면, 상기 몰드막(330) 위에 희생막(342) 및 마스크 패턴(344)을 차례로 형성한다.
상기 희생막(342)은 BPSG, PSG, USG, SOD, HDP CVD 공정에 의해 형성된 산화막 등과 같은 산화막을 포함할 수 있다. 상기 희생막(342)은 약 500 Å 내지 2000 Å의 두께를 가질 수 있다. 상기 희생막(342)은 상기 몰드막(330)에 포함된 지지막을 보호하는 역할을 할 수 있다.
상기 마스크 패턴(344)은 산화막, 질화막, 폴리실리콘막, 포토레지스트막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 마스크 패턴(344)에 의해 커패시터의 하부 전극이 형성될 영역이 정의될 수 있다.
도 2h를 참조하면, 마스크 패턴(344)을 식각 마스크로 이용하고 절연층(328)을 식각 정지층으로 이용하여 희생막(342) 및 몰드막(330)을 건식 식각하여, 복수의 홀(H1)을 한정하는 희생 패턴(342P) 및 몰드 패턴(330P)을 형성한다.
이 때, 과도 식각에 의해 상기 절연층(328)도 식각되어 복수의 도전 영역(324)을 노출시키는 절연 패턴(328P)이 형성될 수 있다.
도 2i를 참조하면, 도 2h의 결과물로부터 마스크 패턴(344)을 제거한 후, 복수의 홀(H1) 각각의 내부 측벽과, 절연 패턴(328P)의 노출 표면과, 복수의 홀(H1) 각각의 내부에서 노출되는 상기 복수의 도전 영역(324)의 표면과, 희생 패턴(342P)의 노출 표면을 덮는 하부 전극 형성용 도전막(350)을 형성한다.
상기 하부 전극 형성용 도전막(350)은 상기 복수의 홀(H1) 각각의 내부 공간이 일부 남도록 복수의 홀(H1)의 측벽에 컨포멀(conformal)하게 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)은 도핑된 반도체, 도전성 금속 질화물, 금속, 금속 실리사이드, 도전성 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)은 TiN, TiAlN, TaN, TaAlN, W, WN, Ru, RuO2, SrRuO3, Ir, IrO2, Pt, PtO, SRO (SrRuO3), BSRO ((Ba,Sr)RuO3), CRO (CaRuO3), LSCO ((La,Sr)CoO3), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)의 구성 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
상기 하부 전극 형성용 도전막(350)를 형성하기 위하여, CVD, MOCVD (metal organic CVD), 또는 ALD 공정을 이용할 수 있다. 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)은 약 1 nm 내지 약 100 nm의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이후, 도 2i에서 도시하지 않았지만, 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)에 의해 정의되는 리세스 부분 내부를 매립하는 희생막이 더 형성될 수 있다. 상기 희생막은 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)의 상부 표면을 덮을 수 있다.
도 2j를 참조하면, 하부 전극 형성용 도전막(350)의 상부를 부분적으로 제거하여 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)을 복수의 하부 전극(LE)으로 분리한다.
상기 복수의 하부 전극(LE)을 형성하기 위하여, 몰드 패턴(330P)의 상면이 노출될 때까지 에치백(etchback) 또는 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용하여 상기 하부 전극 형성용 도전막(350)의 상부측 일부와 희생 패턴(342P)(도 2i 참조)을 제거할 수 있다.
상기 복수의 하부 전극(LE)은 상기 절연 패턴(328P)을 관통하여 도전 영역(324)에 연결될 수 있다.
도 2k를 참조하면, 몰드 패턴(330P)을 제거하여, 실린더 형상의 복수의 하부 전극(LE)의 외벽면들을 노출시킨다.
상기 몰드 패턴(330P)은 LAL 또는 불산을 이용하는 리프트-오프 공정에 의해 제거될 수 있다.
도 2l를 참조하면, 복수의 하부 전극(LE) 위에 유전막(360)을 형성한다.
상기 유전막(360)은 상기 복수의 하부 전극(LE)의 노출 표면들을 컨포멀하게 덮도록 형성될 수 있다.
상기 유전막(360)은 ALD 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 유전막(360)은 산화물, 금속 산화물, 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유전막(360)은 ZrO2 막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 유전막(360)은 ZrO2 막의 단일층으로 이루어지거나, 적어도 하나의 ZrO2 막과 적어도 하나의 Al2O3 막의 조합을 포함하는 다중층으로 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 유전막(360)은 약 50 Å 내지 약 150 Å의 두께를 가질 수 있으나, 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
도 2m을 참조하면, 유전막(360) 상에 상부 전극(UE)을 형성한다.
상기 하부 전극(LE), 유전막(360), 및 상부 전극(UE)에 의해 커패시터(370)가 구성될 수 있다.
상기 상부 전극(UE)은 도핑된 반도체, 도전성 금속 질화물, 금속, 금속 실리사이드, 도전성 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 전극(UE)은 TiN, TiAlN, TaN, TaAlN, W, WN, Ru, RuO2, SrRuO3, Ir, IrO2, Pt, PtO, SRO (SrRuO3), BSRO ((Ba,Sr)RuO3), CRO (CaRuO3), LSCO ((La,Sr)CoO3), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 상부 전극(UE)의 구성 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
상기 상부 전극(UE)을 형성하기 위하여, CVD, MOCVD, PVD, 또는 ALD 공정을 이용할 수 있다.
이상, 도 2a 내지 도 2m를 참조하여 실린더형 하부 전극(LE)의 표면을 덮는 유전막(360)을 형성하는 공정을 포함하는 집적회로 소자(300)의 제조 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실린더형 하부 전극(LE) 대신 내부 공간이 없는 필라(pillar)형 하부 전극을 형성할 수도 있으며, 상기 유전막(360)은 상기 필라형 하부 전극 위에 형성될 수도 있다.
도 2a 내지 도 2m를 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 따르면, 배리어 금속층(322) 및 도전 영역(324)을 형성하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상에 의한 CMP용 슬러리 조성물을 사용하여 화학적 기계적 연마를 수행한다. 하지만 통상의 기술자는 다른 반도체 소자의 제조에도 본 발명의 실시예들에 따른 CMP용 슬러리 조성물을 사용하여 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있음을 이해할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (10)

  1. 이미늄(iminium) 양이온을 포함하는 유기 연마 부스터; 및
    캐리어;
    를 포함하고, 무기 연마 입자의 함량이 0.1 중량% 미만인 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 연마 부스터는 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 이미다졸륨 양이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
    < 화학식 1 >
    Figure pat00019

    < 화학식 2 >
    Figure pat00020

    (여기서, R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, R1과 R2는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, R3과 R4는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 연마 부스터는 하기 화학식 3의 피리디늄 양이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
    < 화학식 3 >
    Figure pat00021

    (여기서, R5는 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합임)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 연마 부스터는 하기 화학식 4, 화학식 5 또는 화학식 6의 트리아졸륨 양이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
    < 화학식 4 >
    Figure pat00022

    < 화학식 5 >
    Figure pat00023

    < 화학식 6 >
    Figure pat00024

    (여기서, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합이고, R6과 R7은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, R8과 R9는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, R10과 R11은 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있음)
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 연마 부스터는 화학식 1 내지 화학식 7의 이미늄 양이온을 단량체로 하여 중합된 올리고머 또는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기 연마 부스터는 하기 화학식 8 또는 화학식 9의 폴리머인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
    < 화학식 8 >
    Figure pat00025

    < 화학식 9 >
    Figure pat00026

    (여기서, R1 및 R6은 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 직쇄형 알킬, C1 내지 C20의 분지형 알킬, C3 내지 C20의 시클로알킬, C2 내지 C20의 알케닐, C2 내지 C20의 알키닐, C6 내지 C20의 아릴, C3 내지 C20의 알릴, C1 내지 C20의 알콕시, C6 내지 C20의 아릴옥시, 또는 이들의 조합임)
  7. 제 1 항에 있어서,
    pH가 약 2 내지 약 7인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 연마 입자를 불포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  9. 유기 연마 부스터;
    계면 활성제; 및
    캐리어;
    를 포함하고,
    상기 유기 연마 부스터의 함량은 중량 기준 약 10 ppm 내지 약 10000 ppm이고,
    무기 연마 입자를 불포함하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물.
  10. 이미늄(iminium) 양이온을 포함하는 유기 연마 부스터;
    계면 활성제;
    pH 조절제; 및
    캐리어;
    를 포함하고, pH가 약 2 내지 약 5이고, 무기 연마 입자와 상기 무기 연마 입자의 균일한 분산을 위한 분산 안정제를 불포함하는 폴리실리콘 연마용 슬러리 조성물.
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