JP5568641B2 - Cmp用スラリー組成物及び研磨方法 - Google Patents

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Description

本発明は、CMP用スラリー組成物及びこれを使用した研磨方法に関し、より詳細には、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れている、CMP用スラリー組成物及びこれを使用した研磨方法に関する。
最近、DRAMまたはフラッシュメモリ素子などの半導体素子の素子間の電気的分離のために、シャロートレンチアイソレーション(Shallow Trench Isolation、STI)工程が使用されている。このようなSTI工程は、研磨停止層などが形成されたシリコン基板上にエッチングまたはフォトリソグラフィを利用してトレンチを形成する段階、シリコン酸化物などの絶縁物質でトレンチを充填する段階、及び過剰な絶縁物質によって発生した段差(step height)を除去する平坦化段階などを含んで構成される。
以前から、前記平坦化段階のために、リフロー(Reflow)、SOG、またはエッチバック(Etchback)などの多様な方法が使用されたが、これらの方法は、半導体素子の高集積化及び高性能化の傾向によって、満足できるだけの結果を示すことができなかった。そのため、最近は、平坦化段階のために、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、CMP)方法が最も幅広く使用されている。
このようなCMP方法は、研磨装置の研磨パッドとウエハー(wafer)との間に研磨粒子及び多様な化学成分を含むスラリー組成物を供給し、前記ウエハー及び研磨パッドを接触させてこれらを相対的に移動させて、前記研磨粒子などでシリコン基板を機械的に研磨し、前記化学成分などの作用によってシリコン基板を化学的に研磨する方法である。
CMP方法によれば、ウエハーの上部にあるシリコン酸化物などの絶縁物質が選択的に除去されて、絶縁物質が充填されたトレンチが生成される。このような研磨及び平坦化段階で研磨停止膜の上面が露出された時に研磨を中止することによって、ウエハーを部位別に均一に研磨することができて、過研磨による活性領域とフィールド領域との間の段差を最少化して、素子の性能及び工程の信頼性を維持することができる。
従来は、シリコン窒化膜が研磨停止膜として使用されたが、最近は、半導体装置の線幅が狭くなって、ICが高集積化されることによって、単結晶シリコンまたはポリシリコン薄膜が研磨停止膜として検討されている。それによって、CMP用スラリー組成物は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜などの研磨停止膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れていることが要求される。
韓国特許登録第0786948号 韓国特許登録第0786949号 韓国特許登録第0786950号
本発明は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れている、CMP用スラリー組成物を提供するものである。
本発明は、また、前記スラリー組成物を使用した研磨方法を提供するものである。
本発明は、研磨粒子;分散剤;イオン性高分子添加剤;及び2つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも1つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体を含む非イオン性高分子添加剤;を含む、CMP用スラリー組成物を提供する。
また、本発明は、前記CMP用スラリー組成物を使用して半導体基板上の研磨対象膜を研磨する段階を含む、研磨方法を提供する。
以下、発明の具体的な具現例によるCMP用スラリー組成物及びこれを使用した研磨方法について、より詳細に説明する。
発明の一具現例によれば、研磨粒子;分散剤;イオン性高分子添加剤;及び2つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも1つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体を含む非イオン性高分子添加剤;を含む、CMP用スラリー組成物が提供される。
このようなCMP用スラリー組成物は、研磨粒子、分散剤、イオン性高分子添加剤、及び特定の構造を有する非イオン性高分子添加剤を含むことによって、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対しては低い研磨率を示し、これとは反対に、シリコン酸化膜に対しては高い研磨率を示して、結果的に単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対して優れた研磨選択比(例えば、ポリシリコン膜に対する研磨率:シリコン酸化膜に対する研磨率が1:35以上)を示す。ここで、前記スラリー組成物をシリコン酸化膜などの研磨対象膜に対するCMP方法のために使用すれば、研磨ターゲットからなる研磨対象膜を迅速に選択的に除去することができる。
また、本発明者の実験の結果、前記CMP用スラリー組成物が前記イオン性高分子添加剤及び特定の構造を有する非イオン性高分子添加剤を同時に含むことによって、研磨及び平坦化段階でスラリー組成物の分散安定性が高くなり、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対して優れた研磨選択比を示して、高い研磨率でシリコン酸化膜を研磨することができることが確認された。
そして、前記CMP用スラリー組成物が研磨領域に均等に良好に分散するため、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の表面特性を均一に調節して、研磨段階で発生するディッシングやエロージョンを最少化することができる。この時、ディッシングやエロージョンとは、研磨によって除去されてはならない部分の一部が除去されることによって、研磨面上に凹部が発生する現象であって、このようなディッシングまたはエロージョンなどによって半導体素子の電気的特性が低下する。
一方、前記イオン性高分子添加剤は、ポリアクリル酸;ポリメタクリル酸;イオン性高分子から誘導された主鎖に非イオン性高分子から誘導された複数の分枝鎖が結合しているくし型(comb−type)共重合体;またはこれらの混合物を含む。このようなイオン性高分子添加剤が研磨停止膜の表面に吸着することによって、研磨停止膜に対する研磨率が低下して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜などの研磨停止膜及びシリコン酸化膜に対する優れた研磨選択比を実現することができる。
特に、前記イオン性高分子添加剤として前記くし型共重合体を使用する場合、前記非イオン性高分子から誘導された複数の分枝鎖は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の表面に吸着して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜を保護する役割を果たし、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨速度を低下させる反面、ポリアクリル酸などのイオン性高分子から誘導された主鎖は、シリコン酸化膜に対する研磨速度を低下させないため、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する優れた研磨選択比を実現することができる。
また、前記くし型共重合体は、同一な分子量範囲の線状共重合体に比べて、主鎖の長さが短く、スラリー組成物内で凝集現象を最少化することができるので、研磨パッドにスラリーが累積して発生した巨大粒子によるマイクロスクラッチを抑制することができる。そして、前記くし型(comb−type)共重合体は、分枝鎖を含む形態で、単位面積当たりの重合体の密度が線状共重合体に比べて大きいため、ポリシリコン膜の表面に厚く吸着して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨速度をより効果的に低下させて、研磨選択比を向上させることができるようにする。したがって、このようなくし型共重合体のイオン性高分子添加剤を含むことによって、前記CMP用スラリー組成物は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する優れた研磨選択比を実現することができる。
一方、前記くし型共重合体は、アクリレート系またはメタクリレート系反復単位を含む主鎖にアルキレンオキシド系反復単位を含む分枝鎖が結合して、主鎖及び分枝鎖がくし型の共重合体を含むことができる。前記主鎖及び分枝鎖がくし型(comb−type)の共重合体は、少なくとも1つ以上のアクリレート系またはメタクリレート系反復単位を含み、少なくとも1つ以上のアルキレンオキシド系反復単位が分枝鎖に結合されたものであれば、特別な制限なく使用することができる。好ましくは、前記アルキレンオキシド系反復単位は、ポリエチレンオキシド系またはポリプロピレンオキシド系反復単位である。
また、前記くし型共重合体は、ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸からなる群から選択されたいずれか1つ以上の反復単位と、ポリプロピレンオキシドメタクリル酸、ポリプロピレンオキシドアクリル酸、ポリエチレンオキシドメタクリル酸、及びポリエチレンオキシドアクリル酸からなる群から選択された1つ以上の反復単位とを含む共重合体を含む。
前記くし型共重合体は、下記の化学式1の単量体及び化学式2の単量体が共重合されて、主鎖及び分枝鎖がくし型(comb−type)の共重合体を含む。
Figure 0005568641
前記化学式1で、R1は水素原子またはメチル(CH3)であり、R2は炭素数2乃至3のアルキル(alkyl)であり、R3は水素または炭素数1乃至4のアルキルであり、mは2乃至100の整数である。
Figure 0005568641
前記化学式2で、R1は水素原子またはメチルである。
前記くし型共重合体は、前記化学式1で示される単量体を10乃至50重量%で含む。このような単量体の含有量が10重量%未満である場合には、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の表面に吸着するくし型共重合体の量が少なくて、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する研磨選択比が低くなり、その含有量が50重量%を超過する場合には、くし型共重合体の水に対する溶解度が低くて、研磨粒子の凝集現象が発生するようになり、研磨対象膜に対する研磨率及び研磨選択比が低くなる。
本発明で使用することができるくし型共重合体の製造方法及び構造に関しては、例えば、韓国特許登録第0786948号、第0786949号、及び第0786950号などに記載されており、前記共重合体は、これら特許文献に開示された方法によって当業者が自明に得ることができる。
一方、前記CMP用スラリー組成物は、前記イオン性高分子添加剤を0.05乃至5重量%で含む。このような高分子添加剤の量によって、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の研磨速度を調節することができるが、イオン性高分子添加剤の含有量が0.05重量%未満である場合には、研磨停止膜として使用される単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜の研磨率が増加して、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜とシリコン酸化膜とに対する研磨選択比が低くなる。これに反して、イオン性高分子添加剤の含有量が5重量%を超過する場合には、シリコン酸化膜の研磨率が低下して、研磨選択比が低くなり、研磨粒子の凝集現象が発生して、スラリー組成物の分散安定性が低下する。
前記イオン性高分子添加剤は、重量平均分子量が1,000乃至500,000である。このようなイオン性高分子添加剤の重量平均分子量が1,000未満である場合には、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が増加して、研磨選択比が低くなり、重量平均分子量が500,000を超過する場合には、CMP用スラリー組成物の製造過程でイオン性高分子添加剤の水に対する溶解度が低くなって、研磨粒子の凝集現象が発生して、研磨対象膜に対する研磨率及び研磨選択比が低くなる。
一方、前記特定の構造を有する非イオン性高分子添加剤は、2つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも1つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体である。このようなポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体は、下記の化学式3または化学式4で示される。
Figure 0005568641
Figure 0005568641
前記化学式3及び4で、lは4乃至100の整数、mは4乃至250の整数、nは4乃至250の整数、oは4乃至250の整数である。
前記化学式3または4で示されるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体の非イオン性高分子添加剤は、研磨工程で湿潤剤(wetting agent)として作用して、より効率的にCMP用スラリー組成物がウエハー内の広い領域に均等に分散及び侵入することができるようにする。それによって、前記化学式3または4で示されるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体の非イオン性高分子添加剤を含むCMP用スラリー組成物は、研磨対象膜に対する高い研磨率及び優れた研磨選択比を示して、より向上した研磨均一度を達成することができるようにして、シリコン酸化膜などの研磨対象膜に対する過剰研磨現象であるディッシングの発生を最少化することができる。
前記ポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体は、疎水性部分及び親水性部分が混ざり合っているので、疎水性部分がポリオレフィン反復単位であり、親水性部分がポリエチレングリコール反復単位である。より好ましくは、前記ポリオレフィン反復単位は、その構成は限定されないが、分子量が100乃至2000のポリエチレンまたはポリエチレン−プロピレン共重合体から選択される。前記のように疎水性部分であるポリオレフィン反復単位が分子量100乃至2000のポリエチレンまたはポリエチレン−プロピレン共重合体などから構成される場合、CMP用水系スラリー組成物のポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体のウエハー内の分散性及び浸透力をより向上させることができる。一方、前記ポリオレフィンの反復単位の分子量が100未満である場合には、高分子添加剤の添加に伴う効果が微々たるものであり、ポリオレフィン反復単位の分子量が2000を超過する場合には、スラリー組成物の構成時に、高分子添加剤の水に対する溶解度が低くなって、研磨剤として好ましくない。
前記CMP用スラリー組成物は、前記非イオン性高分子添加剤を0.0001乃至0.5重量%で含む。このような非イオン性高分子添加剤の含有量によって、研磨率及び研磨選択比を調節することができるが、非イオン性高分子添加剤の含有量が0.0001重量%未満である場合には、研磨対象膜に対する好ましい研磨選択比を実現するのが難しく、0.5重量%を超過する場合には、絶縁膜に対する研磨速度が急激に低下して、研磨スラリーとして適切な機能を発揮することができない。
一方、前記CMP用スラリー組成物は、前記非イオン性高分子添加剤の溶解度を増加させるために、DBSA(ドデシルベンゼンスルホン酸)、DSA(ドデシルセルフェート)、またはこれらの塩をさらに含むことができる。
前記CMP用スラリー組成物は、研磨対象膜の機械的研磨のための研磨粒子を含む。このような研磨粒子は、従来から研磨粒子として使用された通常の物質は特別な制限なく使用することができ、例えば、金属酸化物粒子、有機粒子、または有機無機複合粒子などを使用することができる。
例えば、前記金属酸化物粒子としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、セリア、ジルコニア粒子、またはチタン粒子などを使用することができ、これらの中から選択された2種以上を使用することもできる。また、このような金属酸化物粒子としては、発煙法またはゾルゲル法などの任意の方法で形成されたものであれば、特別な制限なく使用される。
また、前記有機粒子としては、ポリスチレンやスチレン系共重合体などのスチレン系重合体粒子、ポリメタクリレート、アクリル系共重合体、またはメタクリレート系共重合体などのアクリル系重合体粒子、ポリ塩化ビニル粒子、ポリアミド粒子、ポリカーボネート粒子、またはポリイミド粒子などを特別な制限なく使用することができ、これらの中から選択された高分子の単一粒子やコア/シェル構造を有する球形の高分子粒子などを特別な制限なく使用することができる。また、乳化重合法または懸濁重合法などの任意の方法で得られた前記高分子粒子を有機粒子として使用することができる。
そして、前記研磨粒子として、前記高分子などの有機物及び前記金属酸化物などの無機物を複合させて形成した有機無機複合粒子を使用することもできる。
ただし、前記粒子としては、研磨対象膜に対する研磨率または研磨速度や適切な表面保護のために、酸化セリウム(CeO)を使用するのが好ましい。
また、前記研磨粒子は、前記研磨対象膜の適切な研磨速度及び前記スラリー組成物内での分散安定性などを考慮して、平均粒径が10乃至500nmである。前記研磨粒子の大きさが小さすぎると、前記研磨粒子対象膜に対する研磨速度が阻害され、反対に、大きすぎると、前記研磨粒子のスラリー組成物内の分散安定性が阻害される。
前記研磨粒子は、前記CMP用スラリー組成物内に0.001乃至5重量%、好ましくは0.05乃至2重量%の含有量で含まれる。前記研磨粒子が少なすぎると、前記研磨対象膜に対する研磨速度が阻害され、反対に、多すぎると、前記研磨粒子のスラリー組成物内の分散安定性が阻害される。
一方、前記CMP用スラリー組成物は、研磨剤の研磨効率を向上させるために、研磨剤用分散剤を含む。前記分散剤は、非イオン性高分子分散剤または陰イオン性高分子分散剤を使用することができる。非イオン性高分子分散剤は、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレングリコール(EG)、グリセリン、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、またはポリビニルピロリドン(PVP)であり、陰イオン性高分子分散剤は、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、またはポリアクリルマレイン酸であるが、必ずしもこれに限定されない。
前記CMP用スラリー組成物は、前記研磨粒子100重量部に対して前記分散剤0.1乃至100重量部を含む。前記分散剤の含有量が0.1重量部未満である場合には、分散力が低くて、沈澱が容易に行われるので、研磨液の移送時に沈澱が発生して、研磨剤の供給が均一でなくなる。これに反して、前記分散剤の含有量が100重量部を超過する場合には、研磨材粒子の周辺に一種のクッションの役割を果たす分散剤ポリマー層が厚く形成されて、研磨剤の表面が研磨面に接触するのが難しくなり、研磨速度が低くなる。
一方、前記CMP用スラリー組成物は、研磨粒子及び分散剤を水に混合した後、pHを適正に4乃至8にするのが好ましく、pHの適正化のために、pH調節剤をさらに含むことができる。前記pH調節剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、水酸化ビジウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、または炭酸ナトリウムなどの塩基性pH調節剤や、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホルム酸、または酢酸などの酸性pH調節剤を含む。このうちの強酸または強塩基を使用する場合には、局地的pH変化によるスラリーの凝集を抑制するために、脱イオン水で希釈して使用することができる。
また、前記CMP用スラリー組成物は、前記各構成成分を溶解または分散させるための媒質として、残量の水またはこれを含む水溶媒を含む。それによって、前記CMP用スラリー組成物は、前記研磨粒子0.001乃至5重量%;前記イオン性高分子添加剤0.05乃至5重量%;前記非イオン性高分子添加剤0.0001乃至0.5重量%;前記研磨粒子100重量部に対して前記分散剤0.1乃至100重量部;及び残量のpH調節剤及び水;を含む。
本発明の他の具現例によれば、前記CMP用スラリー組成物を使用して半導体基板上の研磨対象膜を研磨する段階を含む研磨方法が提供される。前記スラリー組成物を使用して研磨対象膜を研磨すれば、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対するシリコン酸化膜の研磨選択比が優れていて、半導体基板を均一に研磨することができる。前記研磨対象膜は、シリコン酸化膜である
より具体的に、前記研磨方法は、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜を研磨停止層として使用して、シリコン酸化膜を研磨または平坦化する方法であり、例えば、半導体基板上に所定の単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンを形成する段階;前記単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンが形成された半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する段階;及び前記単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜が露出するまで前記シリコン酸化膜を研磨する段階;を含む。
一方、前記研磨方法は、半導体素子のシャロー・トレンチ・アイソレーション工程(STI工程)に適用され(この時、前記研磨対象膜となるシリコン酸化膜がトレンチ内に埋込まれた素子分離膜を形成して、半導体素子のフィールド領域を定義する)、その他の半導体素子の層間絶縁膜(InterLayerDielectric、ILD)形成工程などの多様な工程に適用される。
本発明によれば、単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜に対する研磨率が低く、シリコン酸化膜に対する研磨率が高くて、研磨選択比が優れている化学的機械的研磨用スラリー組成物が提供される。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は、本発明を例示するためのものであって、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるのではない。
<実施例:CMP用スラリー組成物の製造>
セリア研磨剤(LG化学製品)、分散剤であるポリアクリル酸またはポリメタクリル酸(LG化学製品)、選択比実現用イオン性高分子添加剤であるポリアクリル酸(3k及び7k:LG化学製品、250k:BASF社)またはポリプロピレンオキシドメタクリル酸−ポリアクリル酸共重合体(LG化学製品)、及び選択比実現用非イオン性高分子添加剤(三井化学)を下記の表1の含有量比率で水に混合した。そして、pH調節剤としてアンモニアを使用して、製造された組成物のpHが6になるように調節した。
Figure 0005568641
Figure 0005568641
<比較例:CMP用スラリー組成物の製造>
セリア研磨剤(LG化学製品)、分散剤であるポリメタクリル酸(LG化学製品)、イオン性高分子添加剤であるポリアクリル酸またはポリプロピレンオキシドメタクリル酸−ポリアクリル酸共重合体、及び非イオン性高分子添加剤を下記の表3の含有量比率で水に混合して、100重量%になるようにした。そして、pH調節剤としてアンモニアを使用して、製造された組成物のpHが6になるように調節した。
Figure 0005568641
<実験例:実施例1乃至5及び比較例1乃至4の研磨率の比較>
実験例1.ポリシリコン膜を使用した研磨
前記表1及び表3のCMP用スラリー組成物を使用して、HDPによって6000Åが蒸着された8インチSiO2ウエハー及び8000Åが蒸着された8インチpoly Siウエハーを下記の研磨条件で1分間研磨した。
[研磨条件]
研磨装備:Doosan DND UNIPLA210 8inch
パッド:IC1000/SubalV Stacked(Rodel社)
プレイトン速度:24rpm
キャリア速度:90rpm
圧力:4psi
スラリー流速:200ml/min
前記研磨が行われる前と後とのシリコン酸化膜の厚さ及びポリシリコン膜の厚さをNanospec 6100装備(ナノマトリックス社製品)を使用して測定した。これによってシリコン酸化膜及びポリシリコン膜に対する研磨率(研磨速度:Å/min)を各々算出し、このように算出された各薄膜に対する研磨率から各CMP用スラリー組成物のシリコン酸化膜に対するポリシリコンの研磨選択比を算出した。このように算出された各薄膜に対する研磨率及び研磨選択比を表4に記載した。
Figure 0005568641
前記表4に示された結果によれば、イオン性高分子と共に優れた選択比実現用非イオン性高分子添加剤を含むCMP用スラリー組成物をCMP方法に使用すれば、シリコン酸化膜に対する研磨率:ポリシリコン膜に対する研磨率が35:1以上の優れた研磨選択比が示されることを確認することができる。

Claims (22)

  1. 研磨粒子;分散剤;イオン性高分子添加剤;及び2つ以上のポリエチレングリコール反復単位を含み、少なくとも1つのポリエチレングリコール反復単位が分枝型からなっており、下記化学式3または化学式4:
    Figure 0005568641
    Figure 0005568641
    (前記化学式3及び4で、lは4乃至100の整数、mは4乃至250の整数、nは4乃至250の整数、oは4乃至250の整数である)
    で示されるポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体を含む非イオン性高分子添加剤;を含む、CMP用スラリー組成物。
  2. 前記イオン性高分子添加剤は、イオン性高分子から誘導された主鎖に非イオン性高分子から誘導された複数の分枝鎖が結合しているくし型(comb−type)共重合体;ポリアクリル酸;及びポリメタクリル酸;からなる群から選択された1種以上を含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  3. 前記くし型共重合体は、アクリレート系またはメタクリレート系反復単位を含む主鎖にアルキレンオキシド系反復単位を有する分枝鎖が結合して、主鎖及び分枝鎖がくし型の共重合体を含む、請求項2に記載のCMP用スラリー組成物。
  4. 前記くし型共重合体は、下記の化学式1の単量体及び化学式2の単量体が共重合されて、主鎖及び分枝鎖がくし型の共重合体を含む、請求項2に記載のCMP用スラリー組成物:
    Figure 0005568641
    前記化学式1で、
    R1は水素原子またはメチルであり、
    R2は炭素数2乃至3のアルキル(alkyl)であり、
    R3は水素または炭素数1乃至4のアルキルであり、
    mは2乃至100の整数であり、
    Figure 0005568641
    前記化学式2で、
    R1は水素原子またはメチルである。
  5. 前記イオン性高分子添加剤を0.05乃至5重量%で含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  6. 前記イオン性高分子添加剤の重量平均分子量が1,000乃至500,000である、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  7. 前記ポリオレフィン−ポリエチレングリコール共重合体のポリオレフィンは、分子量が100乃至2000のポリエチレンまたはポリエチレン−プロピレン共重合体を含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  8. 前記非イオン性高分子添加剤を0.0001乃至5重量%で含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  9. ポリシリコン膜に対する研磨率:シリコン酸化膜に対する研磨率が1:35以上の研磨選択比を示す、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  10. 前記研磨粒子は、
    シリカ粒子、アルミナ粒子、セリア、ジルコニア粒子、及びチタン粒子からなる群から選択された1つ以上を含む金属酸化物粒子;
    スチレン系重合体粒子、アクリル系重合体粒子、ポリ塩化ビニル粒子、ポリアミド粒子、ポリカーボネート粒子、及びポリイミド粒子からなる群から選択された1つ以上を含む有機粒子;及び
    前記金属酸化物及び有機粒子を複合して形成した有機無機複合粒子;を含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  11. 前記研磨粒子は、平均粒径が10乃至500nmである、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  12. 前記研磨粒子を0.001乃至5重量%で含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  13. 前記分散剤は、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレングリコール(EG)、グリセリン、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、及びポリビニルピロリドン(PVP)からなる群から選択された1種以上の非イオン性高分子分散剤;または
    ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、及びポリアクリルマレイン酸からなる群から選択された1種以上の陰イオン性高分子分散剤;を含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  14. 前記研磨粒子100重量部に対して前記分散剤0.1乃至100重量部を含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  15. pH調節剤をさらに含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  16. 前記pH調節剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、水酸化ビジウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸ナトリウムからなる群から選択された1つ以上の塩基性pH調節剤;または
    塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホルム酸、及び酢酸からなる群から選択された1つ以上の酸性pH調節剤;を含む、請求項15に記載のCMP用スラリー組成物。
  17. pHが4乃至8である、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  18. 前記研磨粒子0.001乃至5重量%;
    前記イオン性高分子添加剤0.05乃至5重量%;
    前記非イオン性高分子添加剤0.0001乃至0.5重量%;
    前記研磨粒子100重量部に対して前記分散剤0.1乃至100重量部;及び
    残量のpH調節剤及び水;を含む、請求項1に記載のCMP用スラリー組成物。
  19. 請求項1のCMP用スラリー組成物を使用して半導体基板上の研磨対象膜を研磨する段階を含む、研磨方法。
  20. 前記研磨対象膜は、シリコン酸化膜を含む、請求項19に記載の研磨方法。
  21. 半導体基板上に所定の単結晶シリコン膜パターンまたは単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンを形成する段階;
    前記単結晶シリコン膜パターンまたは単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜パターンが形成された半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する段階;及び
    前記単結晶シリコン膜または単結晶シリコン膜またはポリシリコン膜が露出するまで前記シリコン酸化膜を研磨する段階;を含む、請求項20に記載の研磨方法。
  22. 半導体素子のシャロー・トレンチ・アイソレーション工程(STI工程)に適用されて、前記研磨されるシリコン酸化膜が半導体素子のフィールド領域を定義する、請求項20に記載の研磨方法。
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5333571B2 (ja) * 2010-12-24 2013-11-06 日立化成株式会社 研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法
KR101529603B1 (ko) * 2012-05-10 2015-06-17 주식회사 엘지화학 빗 형상 공중합체의 제조 방법
JP6139975B2 (ja) * 2013-05-15 2017-05-31 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
US8906252B1 (en) * 2013-05-21 2014-12-09 Cabot Microelelctronics Corporation CMP compositions selective for oxide and nitride with high removal rate and low defectivity
US9165489B2 (en) * 2013-05-21 2015-10-20 Cabot Microelectronics Corporation CMP compositions selective for oxide over polysilicon and nitride with high removal rate and low defectivity
EP2826827B1 (en) * 2013-07-18 2019-06-12 Basf Se CMP composition comprising abrasive particles containing ceria
US9340706B2 (en) * 2013-10-10 2016-05-17 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive polishing compositions
KR102110613B1 (ko) * 2013-11-07 2020-05-14 주식회사 케이씨텍 연마 슬러리용 첨가제 및 이를 포함하는 슬러리 조성물
US9401104B2 (en) 2014-05-05 2016-07-26 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition for edge roll-off improvement
TWI530557B (zh) * 2014-05-29 2016-04-21 卡博特微電子公司 具高移除速率及低缺陷率之對氧化物與多晶矽及氮化物具有選擇性的cmp組合物
US9422455B2 (en) * 2014-12-12 2016-08-23 Cabot Microelectronics Corporation CMP compositions exhibiting reduced dishing in STI wafer polishing
CN105778774A (zh) * 2014-12-23 2016-07-20 安集微电子(上海)有限公司 一种化学机械抛光液
US9593261B2 (en) * 2015-02-04 2017-03-14 Asahi Glass Company, Limited Polishing agent, polishing method, and liquid additive for polishing
JP6586799B2 (ja) * 2015-07-07 2019-10-09 日立化成株式会社 研磨剤、研磨剤セット及び基体の研磨方法
KR102463863B1 (ko) * 2015-07-20 2022-11-04 삼성전자주식회사 연마용 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법
CN107949615B (zh) * 2015-09-09 2023-08-04 株式会社力森诺科 研磨液、研磨液套剂和基体的研磨方法
SG11201803362VA (en) * 2015-10-23 2018-05-30 Nitta Haas Inc Polishing composition
EP3475375B1 (en) * 2016-06-22 2023-11-15 CMC Materials, Inc. Polishing composition comprising an amine-containing surfactant
WO2018142516A1 (ja) * 2017-02-01 2018-08-09 日立化成株式会社 研磨液、研磨液セット及び研磨方法
CN107353833B (zh) * 2017-07-24 2020-05-12 包头天骄清美稀土抛光粉有限公司 高选择性浅槽隔离化学机械抛光浆料的制备工艺
KR102210251B1 (ko) * 2017-11-10 2021-02-01 삼성에스디아이 주식회사 유기막 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
WO2019181487A1 (ja) * 2018-03-23 2019-09-26 富士フイルム株式会社 研磨液および化学的機械的研磨方法
CN108838745B (zh) * 2018-06-27 2019-08-13 大连理工大学 一种钇铝石榴石晶体的高效化学机械抛光方法
KR102279324B1 (ko) * 2018-12-21 2021-07-21 주식회사 케이씨텍 연마 슬러리 조성물
PL3931891T3 (pl) * 2019-02-26 2023-09-25 Byk-Chemie Gmbh Kompozycja zawierająca kopolimer grzebieniowy
JP7267893B2 (ja) * 2019-03-27 2023-05-02 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
EP3792327A1 (en) * 2019-09-11 2021-03-17 Fujimi Incorporated Polishing composition, polishing method and method for manufacturing semiconductor substrate
KR102358134B1 (ko) * 2021-07-08 2022-02-08 영창케미칼 주식회사 표면 결함수 및 헤이즈 저감용 실리콘 웨이퍼 최종 연마용 슬러리 조성물 및 그를 이용한 최종 연마 방법
CN117683457A (zh) * 2023-11-22 2024-03-12 华中科技大学 一种用于晶圆沟道填充的复合浆料、制备方法及应用

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4092011B2 (ja) 1998-04-10 2008-05-28 花王株式会社 研磨液組成物
JP4123685B2 (ja) * 2000-05-18 2008-07-23 Jsr株式会社 化学機械研磨用水系分散体
US6821897B2 (en) * 2001-12-05 2004-11-23 Cabot Microelectronics Corporation Method for copper CMP using polymeric complexing agents
CN100377310C (zh) * 2003-01-31 2008-03-26 日立化成工业株式会社 Cmp研磨剂以及研磨方法
JP2004335897A (ja) 2003-05-09 2004-11-25 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体
EP1670047B1 (en) 2003-09-30 2010-04-07 Fujimi Incorporated Polishing composition and polishing method
US7303993B2 (en) 2004-07-01 2007-12-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing compositions and methods relating thereto
KR100611064B1 (ko) 2004-07-15 2006-08-10 삼성전자주식회사 화학 기계적 연마 공정용 슬러리 조성물, 상기 슬러리조성물을 이용한 화학 기계적 연마 방법 및 상기 방법을이용한 게이트 패턴의 형성 방법
KR100786950B1 (ko) 2004-12-29 2007-12-17 주식회사 엘지화학 Cmp 슬러리용 보조제
CN100588698C (zh) 2005-01-26 2010-02-10 Lg化学株式会社 氧化铈研磨剂以及包含该研磨剂的浆料
US20070077865A1 (en) 2005-10-04 2007-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Method for controlling polysilicon removal
KR100786948B1 (ko) 2005-12-08 2007-12-17 주식회사 엘지화학 연마 선택비 조절제 및 이를 함유한 cmp 슬러리
KR100786949B1 (ko) 2005-12-08 2007-12-17 주식회사 엘지화학 연마 선택도 조절 보조제 및 이를 함유한 cmp 슬러리
KR100750191B1 (ko) * 2005-12-22 2007-08-17 삼성전자주식회사 슬러리 조성물, 이를 이용한 화학 기계적 연마 방법 및상기 방법을 이용한 비 휘발성 메모리 소자의 제조 방법
KR101245502B1 (ko) 2006-01-31 2013-03-25 히타치가세이가부시끼가이샤 절연막 연마용 cmp 연마제, 연마 방법, 상기 연마 방법으로 연마된 반도체 전자 부품
JP5180185B2 (ja) 2006-03-31 2013-04-10 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション 改良された平坦化のためのポリマー抑制剤
US7445847B2 (en) 2006-05-25 2008-11-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Chemical mechanical polishing pad
CN101077961B (zh) 2006-05-26 2011-11-09 安集微电子(上海)有限公司 用于精细表面平整处理的抛光液及其使用方法
CN101130665A (zh) 2006-08-25 2008-02-27 安集微电子(上海)有限公司 用于抛光低介电材料的抛光液
WO2008029537A1 (fr) 2006-09-08 2008-03-13 Toyo Tire & Rubber Co., Ltd. Procédé de production d'un tampon à polir
TWI402335B (zh) 2006-09-08 2013-07-21 Kao Corp 研磨液組合物
KR100829594B1 (ko) 2006-10-10 2008-05-14 삼성전자주식회사 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체메모리 소자의 제조 방법
JP2008221353A (ja) 2007-03-09 2008-09-25 Ricoh Co Ltd 研磨具及びその製造方法
KR101396853B1 (ko) 2007-07-06 2014-05-20 삼성전자주식회사 실리콘 질화물 연마용 슬러리 조성물, 이를 이용한 실리콘질화막의 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
KR101202720B1 (ko) 2008-02-29 2012-11-19 주식회사 엘지화학 화학적 기계적 연마용 수계 슬러리 조성물 및 화학적 기계적 연마 방법

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