KR102094559B1 - 높은 제거율 및 낮은 결함을 갖는 산화물 및 질화물에 대해 선택적인 cmp 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 공중합체, 선택적으로 4급 아민을 포함하는 하나 이상의 중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정하는 하나 이상의 화합물, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 첨가제를 함유하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물로 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법을 제공한다. 전형적으로, 상기 기판은 산화실리콘, 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘을 함유한다.
Description
본 발명은 세리아(ceria) 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 공중합체, 선택적으로 4급 아민을 포함하는 하나 이상의 중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정하는 하나 이상의 화합물, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 첨가제를 함유하는 화학-기계적 연마 조성물에 관한 것이다.
기판의 표면을 평탄화 또는 연마하기 위한 조성물 및 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 연마 조성물(연마 슬러리로도 알려져 있음)은 전형적으로 액체 담체 중에 연마 물질을 함유하며, 표면을 연마 조성물로 포화된 연마 패드와 접촉시킴으로써 표면에 적용된다. 전형적인 연마 물질로는 이산화실리콘, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄 및 산화주석이 포함된다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,527,423 호는 표면을 수성 매질중에 고순도의 미세 금속 산화물 입자를 포함하는 연마 슬러리와 접촉시켜 금속층을 화학-기계적으로 연마하는 방법을 기술하고 있다. 연마 조성물은 전형적으로 연마 패드(예를 들면, 연마포 또는 디스크)와 함께 사용된다. 적절한 연마 패드는, 예를 들면, 연속기포형(open-celled) 다공성 망상구조를 갖는 소결된 폴리우레탄 연마 패드의 용도를 개시하고 있는 미국 특허 제 6,062,968, 6,117,000 및 6,126,532 호, 및 표면 조직 또는 패턴을 갖는 고체 연마 패드의 용도를 개시하고 있는 미국 특허 제 5,489,233 호에 기술되어 있다. 연마 조성물에 현탁시키는 대신에 또는 그에 더하여, 연마 물질이 연마 패드에 혼입될 수 있다. 미국 특허 제 5,958,794 호는 고정된 연삭 연마 패드를 개시하고 있다.
반도체 장치의 소자를 분리하기 위한 방법으로서, 질화실리콘 층이 실리콘 기판위에 형성되고, 얕은 트렌치(trench)가 식각(etching) 또는 사진식각(photolithography)에 의해 형성되고, 유전체 층(예를 들면, 산화물)이 침착되어 트렌치를 충전시키는 얕은 트렌치 소자분리(STI, shallow trench isolation) 공정에 많은 관심이 향하고 있다. 상기 방식으로 형성된 트렌치 또는 라인의 깊이의 변화로 인해, 전형적으로 모든 트렌치를 완전히 충전시키기 위해 기판의 상부위에 과량의 유전체 물질을 침착시키는 것이 필수적이다. 과량의 유전체 물질은 이어서 전형적으로 화학-기계적 평탄화 공정에 의해 제거되어 질화실리콘 층을 노출시킨다. 질화실리콘층이 노출될 때, 화학-기계적 연마 조성물에 노출된 기판의 최대 영역은 질화실리콘을 포함하며, 이것은 이어서 매우 평탄하고 균일한 표면을 달성하기 위해 연마되어야 한다.
일반적으로, 과거의 관행은 질화실리콘 연마보다 우선적으로 산화물 연마에 대한 선택성을 강조하였다. 따라서, 질화실리콘 층의 노출시 전체 연마율이 감소됨에 따라, 화학-기계적 평탄화 공정동안 질화실리콘 층은 식각정지층으로 작용하였다. 예를 들면, 미국 특허 제 6,544,892 호 및 그에 인용된 참조문헌들은 질화실리콘에 대한 이산화실리콘의 선택성을 제공하는 연마 조성물을 기술하고 있다. 또한, 미국 특허 제 6,376,381 호는 산화실리콘과 질화실리콘 층 사이에 연마 선택성을 증가시키기 위한 특정 비이온성 계면활성제의 용도를 기술하고 있다.
최근들어, 폴리실리콘 연마보다 우선적으로 산화물 연마에 대한 선택성도 또한 강조되어 왔다. 예를 들면, 폴리실리콘에 대한 산화물의 연마 선택성을 증가시키기 위해, 일련의 BRIJ(등록상표) 및 폴리에틸렌 옥사이드 계면활성제 뿐 아니라 플루로닉(PLURONIC, 등록상표) L-64, 15의 HLB를 갖는 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드-에틸렌 옥사이드 3중블록 공중합체의 첨가가 주장된다(예를 들면, 문헌 [Lee et al., "Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-to-Polysilicon Selectivity during Chemical Mechanical Polishing", J. Electrochem. Soc., 149(8):G477-G481 (2002)] 참고). 또한, 미국 특허 제 6,626,968 호는 폴리비닐메틸에터, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리옥시에틸렌 23 라우릴 에터, 폴리프로파노산, 폴리아크릴산 및 폴리에터 글리콜 비스(에터)로부터 선택된 친수성 및 소수성 작용기를 갖는 중합체 첨가제의 사용을 통해 폴리실리콘에 대한 산화실리콘의 연마 선택성을 수득함을 주장하고 있다.
STI 기판은 전형적으로 종래의 연마 매질 및 연마제-함유 연마 슬러리를 사용하여 연마된다. 그러나, STI 기판을 종래의 연마 매질 및 연마제-함유 연마 슬러리로 연마하면 기판 표면의 과연마 또는 STI 지형에 오목부의 형성 및 기판 표면상의 마이크로스크래치(microscratch)와 같은 다른 지형학적 결함을 야기하는 것으로 관찰되었다. 상기 과연마 및 STI 지형에 오목부 형성 현상은 디슁(dishing)으로 지칭된다. 디슁은 또한 다른 유형의 지형에서 과연마 및 오목부 형성을 지칭하기 위해서도 사용된다. 디슁은 기판 지형의 디슁이 트랜지스터 및 트랜지스터 부품의 서로로부터의 분리 실패를 야기하여 단락을 초래함으로써 장치 제작에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 또한, 기판의 과연마는 또한 산화물 손실 및 연마 또는 화학 활성으로부터의 손상에 하부 산화물의 노출을 야기하여 장치의 질 및 성능에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
미국 특허출원 공개공보 제 2009/0246956, 2009/0221145, 2008/0242091 및 2007/0200089 호는 알려진 대로라면 개선된 디슁 성능을 제공하는 다양한 트리아졸, 테트라졸, 인돌 및 인다졸 화합물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 개시하고 있다.
상기 연마 조성물 및 방법들에도 불구하고, 당해 분야에는 산화실리콘, 질화실리콘 및 폴리실리콘의 바람직한 선택성을 제공할 수 있고 적절한 제거율, 낮은 결함 및 적절한 디슁 성능을 갖는 연마 조성물 및 방법에 대한 필요가 존재한다. 본 발명은 그러한 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 상기 및 기타 이점들 및 추가의 본 발명의 특징들은 본원에 제공된 본 발명의 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명은 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 공중합체, 선택적으로 4급 아민을 포함하는 하나 이상의 중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정하는 하나 이상의 화합물 및 물을 포함하거나, 본질적으로 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지는 화학-기계적 연마 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물로 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법을 제공한다. 전형적으로, 상기 기판은 산화실리콘, 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘을 포함한다.
본 발명에 따른 화학-기계적 연마 조성물은 산화실리콘, 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘의 바람직한 선택성을 나타낸다(예를 들면, 산화실리콘 상에서 높은 제거율 및 질화실리콘 및 폴리실리콘 상에서는 낮은 제거율을 나타낸다). 또한, 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 바람직하게는 본 발명의 방법에 따라 기판을 연마할 때 낮은 입자 결함 및 적절한 디슁 성능, 및 적절한 디슁 성능을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 연마 조성물의 적어도 일부 태양은 낮은 고체 함량을 가짐으로써 비교적 낮은 비용을 나타낸다.
본 발명은 화학-기계적 연마(chemical-mechanical polishing, CMP) 조성물 및 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법을 제공하며, 이때 연마 조성물은 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 공중합체, 선택적으로 4급 아민을 포함하는 하나 이상의 중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정하는 하나 이상의 화합물 및 물을 포함하거나, 본질적으로 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 세리아 연마제를 포함한다. 당해 분야에 통상의 기술을 가진 자에게 공지되어 있는 바와 같이, 세리아는 희토류 금속 세륨의 산화물이며, 또한 산화 제 2 세륨, 산화 세륨(예를 들면, 산화 세륨(IV)) 또는 이산화 세륨으로도 알려져 있다. 산화 세륨(IV)은 세륨 옥살레이트 또는 수산화세륨을 소성시켜 제조할 수 있다. 세륨은 또한 산화 세륨(III), 예를 들면, Ce2O3 및 CeO2를 형성하며, 이때 CeO2가 전형적으로 실온에서 및 대기 조건하에서 가장 안정한 상이다. 세리아 연마제는 세리아의 상기 또는 기타 산화물 중 임의의 하나 이상일 수 있다.
세리아 연마제는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "습식(wet-process)" 세리아는 침전, 축합-중합 또는 유사한 공정에 의해 제조된 세리아(예를 들면, 발연 또는 발열 세리아가 아니라)를 말한다. 습식 세리아 연마제를 포함하는 본 발명의 연마 조성물은 전형적으로 본 발명의 방법에 따라 기판을 연마할 때 더 낮은 결함을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 특정 이론에 결부되길 바라는 것은 아니지만, 습식 세리아는 구형 세리아 입자 및/또는 더 작은 응집성 세리아 입자를 형성함으로써, 본 발명의 방법에 사용될 때 더 낮은 기판 결함을 야기하는 것으로 생각된다. 예시적인 습식 세리아는 로디아(Rhodia)에서 상업적으로 시판하는 HC-60(등록상표)이다.
세리아 입자는 임의의 적합한 평균 크기(즉, 평균 입자 직경)를 가질 수 있다. 평균 세리아 입자 크기가 너무 작은 경우, 연마 조성물은 충분한 제거율을 나타내지 않을 수 있다. 반대로, 평균 세리아 입자 크기가 너무 크면, 연마 조성물은, 예를 들면, 불량한 기판 결함과 같은 바람직하지 않은 연마 성능을 나타낼 수 있다. 따라서, 세리아 입자는 10 nm 이상, 예를 들면, 15 nm 이상, 20 nm 이상, 25 nm 이상 또는 50 nm 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 세리아는 10,000 nm 이하, 예를 들면, 7,500 nm 이하, 5,000 nm 이하, 1,000 nm 이하, 750 nm 이하, 500 nm 이하, 250 nm 이하, 150 nm 이하, 100 nm 이하, 75 nm 이하 또는 50 nm 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 세리아는 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 세리아는 10 내지 10,000 nm, 10 내지 7,500 nm, 15 내지 5,000 nm, 20 내지 1,000 nm, 50 내지 250 nm, 또는 50 내지 150 nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 비-구형 세리아 입자의 경우, 입자의 크기는 입자를 둘러싸는 최소 구의 직경이다. 세리아의 입자 크기는 임의의 적절한 기술을 사용하여, 예를 들면, 레이저 회절 기술을 사용하여 측정할 수 있다. 적합한 입자 크기 측정 기기는, 예를 들면, 말번 인스트루먼츠(Malvern Instruments)(영국 말번)에서 시판한다.
세리아 입자는 바람직하게는 본 발명의 연마 조성물중에서 콜로이드적으로 안정하다. 용어 콜로이드는 액체 담체(예를 들면, 물) 중의 세리아 입자의 현탁액을 말한다. 콜로이드 안정성은 상기 현탁액의 시간 경과에 따른 유지를 말한다. 본 발명의 맥락에서, 연마제는, 연마제를 100 mL 눈금 실린더에 넣고 2 시간동안 흔들지 않고 정치시킬 때 눈금 실린더의 바닥 50 mL 중 입자의 농도(g/mL로 나타낸 [B])와 눈금 실린더의 상부 50 mL 중 입자의 농도(g/mL로 나타낸 [T]) 사이의 차이를 연마제 조성물중 입자의 초기 농도(g/mL로 나타낸 [C])로 나눈 값이 0.5 이하인 경우(즉, ([B] - [T])/[C] ≤ 0.5), 콜로이드적으로 안정한 것으로 간주된다. 보다 바람직하게, [B]-[T]/[C]의 값은 0.3 이하이고, 가장 바람직하게는 0.1 이하이다.
연마 조성물은 임의의 적당량의 세리아 연마제를 포함할 수 있다. 본 발명의 연마 조성물이 너무 적은 세리아 연마제를 포함하는 경우, 조성물은 충분한 제거율을 나타내지 않을 수 있다. 반대로, 연마 조성물이 너무 많은 세리아 연마제를 포함하면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 성능을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있고/있거나 안정성이 결여될 수 있다. 연마 조성물은 10 중량% 이하의 세리아, 예를 들면, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 0.9 중량% 이하, 0.8 중량% 이하, 0.7 중량% 이하, 또는 0.6 중량% 이하의 세리아를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 0.3 중량% 이상, 0.4 중량% 이상, 0.5 중량% 이상, 또는 1 중량% 이상의 세리아를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 세리아를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 0.1 내지 10 중량%의 세리아, 0.2 내지 9 중량%, 0.3 내지 8 중량%, 0.4 내지 7 중량%, 0.5 내지 6 중량%, 0.6 내지 5 중량%의 세리아, 0.7 내지 4 중량%, 또는 0.8 내지 3 중량%의 세리아를 포함할 수 있다. 한 태양에서, 연마 조성물은, 사용 시점에서, 0.2 내지 0.6 중량%의 세리아(예를 들면, 0.4 중량%의 세리아)를 포함할 수 있다. 또 다른 태양에서, 연마 조성물은 농축물로서 2.4 중량%의 세리아를 포함한다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 하나 이상의 비이온성 중합체를 포함한다. 본 발명의 태양에 따르면, 연마 조성물은 폴리알킬렌 글리콜, 폴리에터아민, 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체, 친수성 비이온성 중합체, 폴리사카라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 비이온성 중합체를 포함한다. 비이온성 중합체는 바람직하게는 수용성이고 연마 조성물의 다른 성분들과 상용성이다. 비이온성 중합체는 폴리실리콘의 제거율을 감소시키는 것을 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 기판의 폴리실리콘 부분은 전형적으로, 산화실리콘 및 질화실리콘보다 기계적으로 더 유연하므로, 산화실리콘 및/또는 질화실리콘을 포함하는 기판에 적합한 연마 조성물을 사용하여 연마될 때 과도한 기계적 연마가 일어난다. 어떤 특정 이론에 결부되길 바라는 것은 아니지만, 비이온성 중합체는 기판의 폴리실리콘 부분위에 흡착됨으로써, 연마 조성물의 연마 입자 및 다른 성분들과 폴리실리콘 표면과의 접촉을 감소시키는 윤활막을 형성하는 것으로 생각된다. 일부 태양에서, 비이온성 중합체는 계면활성제 및/또는 습윤제로 작용한다. 본 발명의 연마 조성물중 비이온성 중합체의 존재는 유리하게 폴리실리콘에 대한 제거율을 감소시키면서 산화실리콘 및/또는 질화실리콘에 유용한 제거율을 허용한다.
비이온성 중합체는 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 비이온성 중합체의 분자량이 너무 낮은 경우, 비이온성 중합체를 사용한 이점이 수득되지 않는다. 또는, 비이온성 중합체의 분자량이 너무 높으면, 산화실리콘의 제거율이 실행불가능하게 낮은 수준으로 저하될 수 있다.
연마 조성물은 사용 시점에서 임의의 적당량의 비이온성 중합체를 포함한다. 대량의 비이온성 중합체의 사용은 폴리실리콘 및 질화실리콘 층 이외의 다른 기판 층의 연마율의 원치않는 억제를 야기할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 바람직하게는, 액체 담체 및 그중에 용해되거나 현탁된 임의 성분의 총 중량을 기준으로, 1 내지 3,000 ppm의 비이온성 중합체를 포함한다. 연마 조성물은 5 ppm 이상, 50 ppm 이상, 100 ppm 이상, 150 ppm 이상, 200 ppm 이상, 250 ppm 이상, 300 ppm 이상, 400 ppm 이상, 500 ppm 이상, 750 ppm 이상, 1,000 ppm 이상 또는 1,500 ppm 이상의 비이온성 중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 2,500 ppm 이하, 2,000 ppm 이하 또는 1,750 ppm 이하의 비이온성 중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 하나 이상의 비이온성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 1 내지 2,500 ppm, 5 내지 2,000 ppm, 50 내지 1,500 ppm 등의 비이온성 중합체를 포함할 수 있다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 폴리알킬렌 글리콜을 포함하거나 폴리알킬렌 글리콜이다. 폴리알킬렌 글리콜은 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 폴리알킬렌 글리콜은 300 g/몰 이상, 예를 들면, 500 g/몰 이상, 1,000 g/몰 이상, 1,500 g/몰 이상, 2,000 g/몰 이상, 2,500 g/몰 이상, 3,000 g/몰 이상, 3,500 g/몰 이상, 4,000 g/몰 이상, 4,500 g/몰 이상, 5,000 g/몰 이상, 5,500 g/몰 이상, 6,000 g/몰 이상, 6,500 g/몰 이상, 7,000 g/몰 이상 또는 7,500 g/몰 이상의 평균 분자량을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 폴리알킬렌 글리콜은 15,000 g/몰 이하, 14,500 g/몰 이하, 14,000 g/몰 이하, 13,500 g/몰 이하, 13,000 g/몰 이하, 12,500 g/몰 이하, 12,000 g/몰 이하, 11,500 g/몰 이하, 11,000 g/몰 이하, 10,500 g/몰 이하, 10,000 g/몰 이하, 9,500 g/몰 이하, 9,000 g/몰 이하, 8,500 g/몰 이하, 또는 8,000 g/몰 이하의 평균 분자량을 가질 수 있다. 따라서, 폴리알킬렌 글리콜은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들면, 폴리알킬렌 글리콜은 300 내지 15,000 g/몰, 500 내지 14,500 g/몰, 1,000 내지 14,000 g/몰 등의 평균 분자량을 가질 수 있다.
예시적인 폴리알킬렌 글리콜로는, 예를 들면, 그 혼합물을 포함하여, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜이 포함된다. 한 태양에서, 폴리알킬렌 글리콜은 8,000 g/몰의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜이다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 폴리에터아민을 포함하거나 폴리에터아민이다. 적합한 폴리에터아민 화합물로는 연마 조성물의 다른 성분들과 상용성이고 바람직한 연마 특성을 나타내는 것들이 포함된다. 예시적인 폴리에터아민 화합물로는 헌츠만 퍼포먼스 프로덕츠(Huntsman Performance Products)에서 상업적으로 시판하는 제파민(JEFFAMINE, 등록상표) 부류의 아민이 포함된다. 제파민(등록상표) 폴리에터아민은 모노아민, 다이아민 및 트라이아민으로 이루어지며, 이들은 5,000 g/몰 이하 범위의 다양한 분자량으로 시판된다. 제파민(등록상표) 폴리에터아민은 폴리에터 주쇄의 말단에 결합된 1급 아미노기를 함유하는 폴리옥시알킬렌아민이다. 폴리에터 주쇄는 프로필렌 옥사이드(PO), 에틸렌 옥사이드(EO), 또는 혼합 EO/PO(예를 들면, O,O'-비스(2-아미노프로필)프로필렌 글리콜-블록-폴리에틸렌 글리콜-블록-폴리프로필렌 글리콜)을 기초로 한다. 폴리에터아민의 반응성은 1급 아민을 저해함으로써 또는 2급 아민 작용기를 통해 개질될 수 있다.
일부 태양에서, 비이온성 중합체는 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체("PEO/PPO 공중합체")를 포함하거나 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체("PEO/PPO 공중합체")이다. PEO/PPO 공중합체는, 존재하는 경우, 바람직하게는 연마 조성물의 다른 성분들(예를 들면, 세리아 연마제, 비이온성 중합체, 포스폰산 등)과 사용성이고 바람직한 연마 성능을 나타낸다. PEO/PPO 공중합체는 임의의 적합한 PEO/PPO 공중합체일 수 있고, 바람직하게는 1급 하이드록실기 또는 2급 하이드록실기로 말단-작용화될 수 있다. PEO/PPO 공중합체는 바람직하게는 25 이하의 친수성-친유성 평형(HLB) 값을 갖는다. 따라서, PEO/PPO 공중합체중 에틸렌 옥사이드 반복 단위의 수는 전형적으로 프로필렌 옥사이드 반복 단위의 수보다 적을 것이다. 바람직하게, 에틸렌 옥사이드 단위의 수는 PEO/PPO 공중합체의 40 중량% 미만, 30 중량% 미만, 25 중량% 미만 또는 20 중량% 미만이다. PEO/PPO 공중합체는 바람직하게는 23 이하, 18 이하, 12 이하, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하 또는 5 이하의 HLB를 갖는다. 바람직하게, PEO/PPO 공중합체는 1 이상(예를 들면, 1 내지 23, 1 내지 18, 1 내지 12, 1 내지 10, 1 내지 9, 1 내지 8, 1 내지 7, 1 내지 6, 또는 1 내지 5), 또는 2 이상(예를 들면, 2 내지 23, 2 내지 18, 2 내지 12, 2 내지 10, 2 내지 8, 2 내지 6, 또는 2 내지 5), 또는 3 이상(예를 들면, 3 내지 23, 3 내지 18, 3 내지 12, 3 내지 9, 3 내지 7, 3 내지 6, 또는 3 내지 5)의 HLB를 갖는다.
PEO/PPO 공중합체는 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 바람직하게, PEO/PPO 공중합체는 4,000 g/몰 이하(예를 들면, 3,500 g/몰 이하, 3,000 g/몰 이하, 2,500 g/몰 이하, 2,250 g/몰 이하, 2,000 g/몰 이하, 1,750 g/몰 이하, 1,500 g/몰 이하, 또는 심지어 1,250 g/몰 이하)의 분자량을 갖는다. 대안적으로 또는 추가적으로, PEO/PPO 공중합체는 200 g/몰 이상(예를 들면, 300 g/몰 이상, 400 g/몰 이상, 또는 500 g/몰 이상)의 분자량을 갖는다. 따라서, PEO/PPO 공중합체는 200 내지 4,000 g/몰, 300 내지 3,000 g/몰, 또는 500 내지 2,500 g/몰의 분자량을 가질 수 있다. 상이한 바람직한 태양에서, PEO/PPO 공중합체의 분자량은 2,500 g/몰, 1,950 g/몰, 1,900 g/몰, 1,850 g/몰 및 1,100 g/몰이다.
연마 조성물은 사용 시점에서 임의의 적당량의 PEO/PPO 공중합체를 포함할 수 있지만, 비교적 다량의 PEO/PPO 공중합체를 사용하는 것은 폴리실리콘층 이외의 다른 기판 층의 연마율의 원치않는 억제를 야기할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은, 액체 담체 및 그에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 총 중량을 기준으로, 1 내지 5,000 ppm의 PEO/PPO 공중합체를 포함할 수 있다. 연마 조성물은 5 ppm 이상, 50 ppm 이상, 100 ppm 이상, 250 ppm 이상, 500 ppm 이상, 1,000 ppm 이상, 1,500 ppm 이상, 2,000 ppm 이상, 또는 2,500 ppm 이상의 PEO/PPO 공중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 4,500 ppm 이하, 4,000 ppm 이하, 3,500 ppm 이하 또는 3,000 ppm 이하의 PEO/PPO 공중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 PEO/PPO 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 1 내지 5,000 ppm, 5 내지 4,500 ppm, 50 내지 4,000 ppm 등의 PEO/PPO 공중합체를 포함할 수 있다.
한 태양에서, 연마 조성물은 사용 시점에서 1,000 ppm의 PEO/PPO 공중합체를 포함한다. 또 다른 태양에서, 연마 조성물은 4,700 ppm의 PEO/PPO 공중합체를 포함한다. 또 다른 태양에서, 연마 조성물은 2,700 ppm의 PEO/PPO 공중합체를 포함한다.
PEO/PPO 공중합체는 BASF에서 상업적으로 시판하는 플루로닉(등록상표) 공중합체를 포함하거나 상기 공중합체일 수 있다. 플루로닉(등록상표) 제품은 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드를 기재로 하는 블록 공중합체이다. 예시적인 플루로닉(등록상표) 공중합체로는 플루로닉(등록상표) 10R5, 플루로닉(등록상표) L31, 플루로닉(등록상표) L35, 플루로닉(등록상표) L43 및 플루로닉(등록상표) L62가 포함된다. 바람직한 태양에서, PEO/PPO 공중합체는 플루로닉(등록상표) L31 공중합체이다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 폴리아크릴아미드를 포함하거나 폴리아크릴아미드이다. 어떤 특정 이론에 결부되길 바라는 것은 아니지만, 폴리아크릴아미드는 세리아 연마제 입자를 안정시키는 것으로 생각된다. 폴리아크릴아미드는 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 바람직하게, 폴리아크릴아미드는 세리아 입자의 안정성에 유리한 효과를 나타내는 분자량을 갖는다. 한 태양에서, 폴리아크릴아미드는 8,000 g/몰 이상, 예를 들면, 10,000 g/몰의 평균 분자량을 갖는다.
연마 조성물은 임의의 적당량의 폴리아크릴아미드를 포함할 수 있다. 연마 조성물중 폴리아크릴아미드의 양이 너무 낮은 경우, 세리아 연마제 안정성에 대한 유리한 효과가 수득되지 않는다. 반대로, 연마 조성물중 폴리아크릴아미드의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 0.5 중량% 이하의 폴리아크릴아미드, 예를 들면, 0.4 중량% 이하, 0.3 중량% 이하, 0.2 중량% 이하, 0.1 중량% 이하, 또는 0.05 중량% 이하의 폴리아크릴아미드를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 0.001 중량% 이상의 폴리아크릴아미드, 예를 들면, 0.002 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.02 중량% 이상, 0.0375 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.075 중량% 이상 또는 0.1 중량% 이상의 폴리아크릴아미드를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 폴리아크릴아미드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%, 0.02 내지 0.4 중량%, 또는 0.0375 내지 0.3 중량%의 하나 이상의 폴리아크릴아미드를 포함할 수 있다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 폴리비닐피롤리돈을 포함하거나 폴리비닐피롤리돈이다. 폴리비닐피롤리돈은 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 바람직하게, 폴리비닐피롤리돈은 세리아 입자의 안정성에 대해 유리한 효과를 나타내는 분자량을 갖는다. 폴리비닐피롤리돈은 10,000 g/몰 이상, 예를 들면, 15,000 g/몰 이상, 20,000 g/몰 이상, 또는 25,000 g/몰 이상의 분자량을 가질 수 있다. 대안적으로, 폴리비닐피롤리돈은 40,000 g/몰 이하, 예를 들면, 35,000 g/몰 이하 또는 30,000 g/몰 이하의 분자량을 가질 수 있다. 따라서, 폴리비닐피롤리돈은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들면, 폴리비닐피롤리돈은 10,000 내지 40,000 g/몰 등의 평균 분자량을 가질 수 있다.
연마 조성물은 임의의 적당량의 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. 연마 조성물중 폴리비닐피롤리돈의 양이 너무 낮으면, 세리아 연마제 안정성에 대한 유리한 효과가 수득되지 않는다. 반대로, 연마 조성물중 폴리비닐피롤리딘의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 0.5 중량% 이하의 폴리비닐피롤리돈, 예를 들면, 0.4 중량% 이하, 0.3 중량% 이하, 0.2 중량% 이하, 0.1 중량% 이하 또는 0.05 중량% 이하의 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 0.001 중량% 이상의 폴리비닐피롤리돈, 예를 들면, 0.002 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.02 중량% 이상, 0.0375 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.075 중량% 이상, 또는 0.1 중량% 이상의 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%, 0.02 내지 0.4 중량%, 또는 0.0375 내지 0.3 중량%의 하나 이상의 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함하거나, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체이다. 어떤 특정 이론에 결부되길 바라는 것은 아니지만, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 또한 계면활성제 및/또는 습윤제로 작용하는 것으로 생각된다. 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 바람직하게, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 세리아 입자의 안정성에 대해 유리한 효과를 나타내는 분자량을 갖는다. 한 태양에서, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 500 g/몰 이상, 예를 들면, 750 g/몰 이상, 1,000 g/몰 이상, 또는 1,250 g/몰 이상, 1,500 g/몰 이상, 1,750 g/몰 이상, 2,000 g/몰 이상, 2,250 g/몰 이상, 2,500 g/몰 이상, 3,000 g/몰 이상, 3,500 g/몰 이상, 4,000 g/몰 이상, 4,500 g/몰 이상, 또는 5,000 g/몰 이상의 분자량을 갖는다. 또 다른 태양에서, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 20,000 g/몰 이하, 예를 들면, 19,000 g/몰 이하, 18,000 g/몰 이하, 17,000 g/몰 이하, 16,000 g/몰 이하, 또는 15,000 g/몰 이하의 분자량을 갖는다. 따라서, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들면, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 500 내지 20,000 g/몰 등의 평균 분자량을 가질 수 있다.
예시적인 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 모멘티브 퍼포먼스 케미칼스(Momentive Performance Chemicals)에서 상업적으로 시판하는 실웨트(SILWET, 등록상표) L-7604이다.
연마 조성물은 임의의 적당량의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다. 연마 조성물중 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체의 양이 너무 낮으면, 세리아 연마제 안정성에 대한 유리한 효과가 수득되지 않는다. 반대로, 연마 조성물중 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 0.5 중량% 이하의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 예를 들면, 0.4 중량% 이하, 0.3 중량% 이하, 0.2 중량% 이하, 0.1 중량% 이하 또는 0.05 중량% 이하의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 0.001 중량% 이상의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 예를 들면, 0.002 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.02 중량% 이상, 0.0375 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.075 중량% 이상, 또는 0.1 중량% 이상의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%, 0.02 내지 0.4 중량%, 또는 0.0375 내지 0.3 중량%의 하나 이상의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다.
전형적으로, 연마 조성물은 1 ppm 이상의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함한다. 예를 들면, 연마 조성물은 5 ppm 이상, 10 ppm 이상, 25 ppm 이상, 50 ppm 이상, 75 ppm 이상, 100 ppm 이상, 125 ppm 이상, 150 ppm 이상, 200 ppm 이상, 250 ppm 이상 또는 300 ppm 이상의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 1000 ppm 이하의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 예를 들면, 900 ppm 이하, 800 ppm 이하, 700 ppm 이하, 600 ppm 이하, 500 ppm 이하, 또는 400 ppm 이하의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 예를 들면, 1 내지 1000 ppm, 5 내지 900 ppm 등의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다. 한 태양에서, 본 발명의 연마 조성물은 사용 시점에서 150 내지 600 ppm의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체를 포함한다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체를 포함하거나 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체이다. 예시적인 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체로는 폴리에틸렌 글리콜 측쇄를 갖는 폴리아크릴산 주쇄를 포함하는 중합체가 포함된다. 예시적인 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체는 악조노벨(AkzoNobel)에서 상업적으로 시판하는 아그릴란(AGRILAN, 등록상표)이다.
연마 조성물은 임의의 적당량의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있다. 연마 조성물중 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체의 양이 너무 낮으면, 유리한 효과가 관찰되지 않는다. 반대로, 연마 조성물중 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다. 전형적으로, 연마 조성물은 2000 ppm 이하의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체, 예를 들면, 1,750 ppm 이하, 1,500 ppm 이하, 또는 1,250 ppm 이하의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 500 ppm 이상의 하나 이상의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체, 예를 들면, 750 ppm 이상, 또는 1,000 ppm 이상의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로, 예를 들면, 500 내지 2,000 ppm, 또는 750 내지 1,750 ppm 등의 양으로, 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있다. 한 태양에서, 연마 조성물은 1000 ppm의 하나 이상의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체를 포함한다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 친수성 비이온성 중합체를 포함하거나 친수성 비이온성 중합체이다. 예시적인 친수성 비이온성 중합체로는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린)이 포함된다. 연마 조성물은 임의의 적당량의 친수성 비이온성 중합체를 포함할 수 있다. 친수성 비이온성 중합체의 양이 너무 낮으면, 유리한 효과가 관찰되지 않는다. 반대로, 친수성 비이온성 중합체의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다.
전형적으로, 연마 조성물은 1,000 ppm 이하의 친수성 비이온성 중합체, 예를 들면, 900 ppm 이하, 800 ppm 이하, 700 ppm 이하, 또는 600 ppm 이하의 친수성 비이온성 중합체를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 50 ppm 이상의 하나 이상의 친수성 비이온성 중합체, 예를 들면, 100 ppm 이상, 150 ppm 이상, 200 ppm 이상, 250 ppm 이상, 300 ppm 이상, 350 ppm 이상, 400 ppm 이상, 450 ppm 이상, 또는 500 ppm 이상의 친수성 비이온성 중합체를 포함할 수 있다. 한 태양에서, 연마 조성물은 250 ppm의 하나 이상의 친수성 비이온성 중합체를 포함한다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로, 예를 들면, 50 내지 1,000 ppm, 또는 100 내지 900 ppm 등의 양으로, 친수성 비이온성 중합체를 포함할 수 있다.
전형적으로, 친수성 비이온성 중합체는 50,000 g/몰의 분자량을 갖는다.
한 태양에서, 비이온성 중합체는 폴리사카라이드를 포함하거나 폴리사카라이드이다. 예시적인 폴리사카라이드로는, 예를 들면, 하이드록시알킬셀룰로스, 덱스트란, 카복시메틸 덱스트란, 설폰화 덱스트란, 키토산, 잔탄 검, 카복시메틸셀룰로스, 카라기난 및 이들의 혼합물이 포함된다.
연마 조성물은 적당량의 폴리사카라이드를 포함한다. 전형적으로, 연마 조성물은 사용 시점에서 1,000 ppm 이하의 폴리사카라이드를 포함한다. 예를 들면, 연마 조성물은, 사용 시점에서, 예를 들면, 900 ppm 이하의 폴리사카라이드, 800 ppm 이하, 700 ppm 이하, 600 ppm 이하, 500 ppm 이하, 400 ppm 이하, 300 ppm 이하, 200 ppm 이하, 또는 100 ppm 이하의 폴리사카라이드를 포함할 수 있다.
하이드록시알킬셀룰로스의 비-제한 예로는 개질된 셀룰로스 에터, 예를 들면, 메틸하이드록시에틸 셀룰로스(HEMC), 메틸하이드록시프로필 셀룰로스(HPMC), 하이드록시에틸 셀룰로스(HEC) 및 하이드록시프로필 셀룰로스(HPC)가 포함된다.
바람직한 태양에서, 폴리사카라이드는 하이드록시에틸셀룰로스, 예를 들면, 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company)에서 상업적으로 시판하는 셀로사이즈(CELLOSIZE, 등록상표) QP-09L 하이드록시에틸셀룰로스이다. 하이드록시에틸셀룰로스는 적절한 점도를 갖는다. 전형적으로, 하이드록시에틸셀룰로스는 25 ℃에서 수중 5% 용액으로서 측정될 때 50 센티포이즈 이상의 점도를 갖는다. 예를 들면, 하이드록시에틸셀룰로스는 75 cP 이상 또는 100 cP 이상의 점도를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하이드록시에틸셀룰로스는 150 cP 이하, 예를 들면, 125 cP 이하의 점도를 가질 수 있다. 따라서, 하이드록시에틸셀룰로스는 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 점도, 예를 들면, 50 내지 150 cP, 75 내지 125 cP 등의 점도를 가질 수 있다. 점도는 통상의 기술을 가진 자에게 공지된 임의의 적합한 방법을 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 연마 조성물은 하나보다 많은 비이온성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 태양에서, 연마 조성물은 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체 및 폴리비닐피롤리돈을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 폴리사카라이드 및 폴리에틸렌옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체를 포함할 수 있다.
일부 태양에서, 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 하나 이상의 포스폰산을 포함한다. 어떤 특정 이론에 결부되길 바라는 것은 아니지만, 포스폰산은 연마 조성물에서 금속 킬레이트제로 작용하며, 기판 표면 및 연마 도구 상에 잔류물 축적을 감소시키는 것을 촉진하는 것으로 생각된다. 예시적인 포스폰산으로는 디퀘스트(DEQUEST, 등록상표) P9030, 디퀘스트(등록상표) 2000EG 및 디퀘스트(등록상표) 2010을 포함하여, 디퀘스트에서 상업적으로 시판하는 디퀘스트(등록상표) 포스포네이트가 포함된다.
바람직한 태양에서, 포스폰산은 1-하이드록시에틸리덴-1,1-다이포스폰산, 아미노트라이(메틸렌)포스폰산, 아미노트라이(메틸렌)포스폰산, 메틸포스폰산, 다이에틸렌트라이아민펜타키스(메틸포스폰산), 헥사메틸렌다이아민-N,N,N',N'-테트라키스(메틸포스폰산), 이미노다이(메틸포스폰산), (아미노메틸)포스폰산, N-(포스포노메틸)글리신 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.
연마 조성물은 임의의 적당량의 포스폰산을 포함할 수 있다. 포스폰산의 양이 너무 낮으면, 유리한 효과가 관찰되지 않는다. 반대로, 포스폰산의 양이 너무 높으면, 산화실리콘의 제거율이 저하될 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 전형적으로 0.001 중량% 이상, 예를 들면, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.0075 중량%, 0.01 중량%, 0.05 중량%, 0.1 중량% 이상, 0.2 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 포스폰산을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 2 중량% 이하, 예를 들면, 1.5 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 포스폰산을 함유할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양의 포스폰산을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 0.001 내지 2 중량%, 0.002 내지 1.5 중량%, 또는 0.003 내지 1 중량%의 포스폰산을 포함할 수 있다.
또 다른 태양에서, 연마 조성물은 1,000 ppm 이하의 포스폰산, 예를 들면, 900 ppm 이하, 800 ppm 이하, 700 ppm 이하, 600 ppm 이하, 500 ppm 이하, 400 ppm 이하, 300 ppm 이하, 200 ppm 이하, 또는 100 ppm 이하의 포스폰산을 포함한다. 상이한 태양에서, 연마 조성물은 150 ppm의 포스폰산, 125 ppm의 포스폰산, 50 ppm의 포스폰산, 및 25 ppm의 포스폰산을 포함한다.
일부 태양에서, 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물을 포함한다. 양쪽이온성 화합물일 수 있는 질소-함유 화합물은 특정 pH에서 양쪽이온성 화합물일 수 있는 질소-함유 화합물이다. 양쪽이온성 화합물은 비-인접 원자 상에 반대 형식 전하를 갖는 중성 화합물이다. 양쪽이온성 화합물은 전형적으로, pH가 산 잔기의 pKa와 염기 잔기의 pKa 사이에 있을 때 화합물이 양쪽이온성이도록, 염기 잔기의 pKa와 상이한 산 잔기의 pKa 하에, 산 잔기와 염기 잔기를 둘 다 함유한다. 양쪽이온성 화합물은 또한 분자내 염으로 지칭된다. 예를 들면, 아미노산(예를 들어, 라이신)은 양쪽이온성 화합물일 수 있는 질소-함유 화합물이지만, 양쪽이온성 화합물일 수 있는 질소-함유 화합물이 아미노산일 필요는 없다. 예를 들면, 베타인, 피리딘에탄설폰산, 피리딘 설폰산, 피리딜 아세트산, 3-(3-피리딜)프로피온산, 피라진 카복실산, 1-(3-설포프로필)피리디늄 하이드록사이드 및 피콜린산이 양쪽이온성 화합물일 수 있는 질소-함유 화합물이다. 본 발명의 연마 조성물에 유용한, 양쪽이온성 화합물일 수 있는 또 다른 질소-함유 화합물로는 설파닐산, 도데실다이메틸(3-설포프로필)암모늄 하이드록사이드(라우릴 설포베타인), (카복시메틸)트라이메틸암모늄 하이드록사이드(베타인), 2-(N-모폴리노)에탄설폰산, N-2-아세트아미도이미노다이아세트산, 1,3-비스[트리스(하이드록시메틸)메틸아미노]프로판, N-2-아세트아미도-2-아미노에탄설폰산, 3-(N-모폴린)프로판설폰산, N-트리스(하이드록시메틸)메틸-2-아미노에탄설폰산, N-2-하이드록시에틸피페라진-N'-2-에탄설폰산, N-2-하이드록시에틸피페라진-N'-3-프로판설폰산, N-트리스(하이드록시메틸)메틸글리신, 사이클로헥실아미노에탄설폰산, 3-(사이클로헥실아미노)프로판설폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산, 그의 염 및 이들의 혼합물이 포함된다. 연마 조성물은, 존재하는 경우, 적당량의 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물을 포함한다. 질소-함유 양쪽이온성 화합물의 양이 너무 낮으면, 유리한 효과가 관찰되지 않는다. 반대로, 질소-함유 양쪽이온성 화합물의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다. 연마 조성물은 사용 시점에서 1 ppm 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 예를 들면, 5 ppm 이상, 10 ppm 이상, 15 ppm 이상, 25 ppm 이상, 50 ppm 이상, 75 ppm 이상, 100 ppm 이상, 125 ppm 이상, 150 ppm 이상, 175 ppm 이상, 200 ppm 이상, 250 ppm 이상, 300 ppm 이상, 350 ppm 이상, 400 ppm 이상, 450 ppm 이상, 또는 500 ppm 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 1,000 ppm 이하의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 예를 들면, 950 ppm 이하, 900 ppm 이하, 850 ppm 이하, 800 ppm 이하, 750 ppm 이하, 700 ppm 이하, 650 ppm 이하, 600 ppm 이하, 또는 550 ppm 이하의 질소-함유 양쪽이온성 화합물을 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양, 예를 들면, 1 내지 1000 ppm, 5 내지 950 ppm 등의 양으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물을 포함할 수 있다.
바람직한 태양에서, 연마 조성물은 피콜린산을 포함한다. 연마 조성물은 전형적으로 사용 시점에서 100 ppm 이하의 피콜린산, 예를 들면, 사용 시점에서 90 ppm 이하, 85 ppm 이하, 80 ppm 이하, 75 ppm 이하, 70 ppm 이하, 65 ppm 이하, 60 ppm 이하, 55 popm 이하의 피콜린산을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 15 ppm 이상의 피콜린산, 예를 들면, 사용 시점에서 20 ppm 이상, 25 ppm 이상, 30 ppm 이상, 35 ppm 이상, 40 ppm 이상, 45 ppm 이상, 또는 50 ppm 이상의 피콜린산을 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 피콜린산을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 사용 시점에서 15 내지 100 pppm, 20 내지 95 ppm, 25 내지 90 ppm, 30 내지85 ppm 등의 피콜린산을 포함할 수 있다.
또 다른 바람직한 태양에서, 연마 조성물은 베타인을 포함한다. 연마 조성물은 전형적으로 사용 시점에서 1000 ppm 이하의 베타인, 예를 들면, 사용 시점에서 950 ppm 이하, 900 ppm 이하, 850 ppm 이하, 800 ppm 이하, 750 ppm 이하, 700 ppm 이하, 650 ppm 이하, 600 ppm 이하, 550 ppm 이하의 베타인을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 사용 시점에서 100 ppm 이상의 베타인, 예를 들면, 사용 시점에서 150 ppm 이상, 200 ppm 이상, 250 ppm 이상, 300 ppm 이상, 350 ppm 이상, 400 ppm 이상, 450 ppm 이상 또는 500 ppm 이상의 베타인을 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양으로 베타인을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 사용 시점에서 100 내지 1000 ppm의 베타인, 150 내지 950 ppm, 200 내지 900 ppm, 250 내지 850 ppm, 300 내지 800 ppm 등의 베타인을 포함할 수 있다.
일부 태양에서, 본 발명의 연마 조성물은 하나보다 많은 질소-함유 양쪽이온성 화합물을 포함한다. 예를 들면, 일부 태양에서, 연마 조성물은 피콜린산 및 베타인, 및/또는 아미노산(예, 라이신)을 포함한다.
일부 태양에서, 화학-기계적 연마 조성물은 하나 이상의 설폰산 공중합체를 포함한다. 예시적인 설폰산 공중합체는 아크릴산과 2-아크릴아미도-2-메틸프로필 설폰산(AMPS)의 공중합체이다. 한 태양에서, 설폰산 공중합체는 15,000 g/몰 이상, 예를 들면, 25,000 g/몰 이상, 50,000 g/몰 이상, 75,000 g/몰 이상, 100,000 g/몰 이상, 125,000 g/몰 이상, 150,000 g/몰 이상, 200,000 g/몰 이상, 225,000 g/몰 이상, 또는 250,000 g/몰 이상의 평균 분자량을 갖는 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS)이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체는 500,000 g/몰 이하, 450,000 g/몰 이하, 400,000 g/몰 이하, 350,000 g/몰 이하, 또는 300,000 g/몰 이하의 평균 분자량을 갖는다. 따라서, 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체는 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 분자량, 예를 들면, 15,000 내지 500,000 g/몰 등을 가질 수 있다.
설폰산 공중합체는 또한 삼원중합체와 같은 설폰화 다중합체를 포함할 수 있다. 설폰화 다중합체의 예시적인 예로는 악조노벨(일리노이, 시카고)의 알코플로우(ALCOFLOW, 등록상표) 270 및 루브리졸(Lubrizol)(오하이오 클리블랜드)의 카보스퍼스(CARBOSPERSE, 등록상표) K-797D가 포함된다.
연마 조성물은, 존재하는 경우, 사용 시점에서, 임의의 적당량의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체를 포함할 수 있다. 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체의 양이 너무 낮으면, 기판 지형에 대한 유리한 효과가 수득되지 않는다. 반대로, 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체의 양이 너무 높으면, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 특성을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효과적이지 않을 수 있다. 따라서, 연마 조성물은, 액체 담체 및 그에 용해되거나 현탁된 임의 성분들의 총 중량을 기준으로, 사용 시점에서 1 ppm 이상의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마 조성물은 5 ppm 이상, 50 ppm 이상, 100 ppm 이상, 250 ppm 이상, 500 ppm 이상, 1,000 ppm 이상, 또는 1,250 ppm 이상의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 조성물은 2,000 ppm 이하의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체, 예를 들면, 1,750 ppm 이하, 또는 1,500 ppm 이하의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급한 종말점중 임의의 2개에 의한 한계를 갖는 양의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체, 예를 들면, 1 내지 2,000 ppm, 5 내지 1,500 ppm, 50 내지 1,250 ppm 등의 폴리(아크릴산)-코-폴리-(AMPS) 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 하나 이상의 음이온성 공중합체를 포함할 수 있다. 임의의 적합한 음이온성 공중합체를 사용할 수 있다. 음이온성 공중합체는 음이온성 단량체를 갖는 공중합체를 포함할 수 있다. 음이온성 단량체의 예로는 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산, 4-스티렌설폰산, 비닐 설폰산 및 비닐 포스폰산이 포함된다. 음이온성 단량체는 임의의 적합한 유기산과 중합될 수 있다. 적합한 유기산의 예로는 아크릴산, 메타크릴산 및 말레산이 포함된다. 상기 음이온성 단량체와 유기산과의 임의의 조합이 적합한 음이온성 중합체로 간주될 수 있다. 예시적인 음이온성 공중합체는 폴리(말레산)-코-폴리(스티렌-4-설폰산)(악조노벨에서 상업적으로 시판하는 버사(VERSA) TL(등록상표)-4)이다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 4급 아민을 포함하는 중합체를 포함할 수 있다. 4급 아민을 포함하는 중합체는, 존재하는 경우, 4급 아민을 포함하는 임의의 적합한 중합체일 수 있으며, 연마 조성물에 임의의 적당량으로 존재할 수 있다. 적합한 단량체의 예로는 메타크릴아미도 프로필 트라이메틸 암모늄 클로라이드, 다이메틸아미노(메트)아크릴레이트 및 다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드가 포함된다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는(즉, 조정하는) 하나 이상의 화합물(즉, pH 조정 화합물)을 포함할 수 있다. 연마 조성물의 pH는 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 임의의 적합한 화합물을 사용하여 조정될 수 있다. pH 조정 화합물은 바람직하게는 수용성이며 연마 조성물의 다른 성분들과 상용성이다. 전형적으로, 화학-기계적 연마 조성물은 사용 시점에서 5.5 내지 8.5의 pH를 갖는다. 일부 태양에서, pH를 조정할 수 있는 화합물은 연마 조성물의 산성 pH를 완충시킬 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 태양에서는, 연마 조성물의 pH가 7.0 미만(예를 들면, 6.5 +/- 0.5, 6.0 +/- 0.5, 5.5 +/- 0.5, 5.0 +/- 0.5, 4.5 +/- 0.5, 4.0 +/- 0.5, 3.5 +/- 0.5, 3.0 +/- 0.5, 2.5 +/- 0.5, 또는 2.0 +/- 0.5)인 것이 바람직하다. 전형적으로, 상기 태양에서 연마 조성물의 pH는 사용 시점에서 5.5이다. 따라서, 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 화합물은 전형적으로 25 ℃에서 측정할 때 5 내지 7의 pKa를 갖는 하나 이상의 이온화가능한 기를 갖는다.
다른 태양에서, pH를 조정할 수 있는 화합물은 염기성 pH를 완충시킬 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 태양에서, 연마 조성물의 pH는 7.0보다 큰(예를 들면, 7.3 +/- 0.2, 7.5 +/- 0.3, 7.8 +/- 0.5, 8.0 +/- 0.5, 8.3 +/- 0.5, 8.5 +/- 0.5, 8.8 +/- 0.5, 또는 9.0 +/- 0.5) 것이 바람직하다. 전형적으로, 상기 태양에서 연마 조성물의 pH는 사용 시점에서 7 내지 9이다.
한 태양에서, pH를 조정할 수 있는 화합물은 암모늄염, 알칼리 금속염, 카복실산, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 금속 카보네이트, 알칼리 금속 바이카보네이트, 보레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 선택적으로 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함한다. 예시적인 첨가제로는 컨디셔너, 산(예, 설폰산), 착화제(예를 들면, 음이온 중합체성 착화제), 킬레이트화제, 살생물제, 스케일 억제제, 분산제 등이 포함된다.
살생물제는, 존재하는 경우, 임의의 적합한 살생물제일 수 있으며, 연마 조성물에 임의의 적당량으로 존재할 수 있다. 적합한 살생물제는 이소티아졸리논 살생물제이다. 연마 조성물에 사용되는 살생물제의 양은 전형적으로 1 내지 50 ppm, 바람직하게는 10 내지 20 ppm이다.
산, 염기 또는 염(예를 들면, 유기 카복실산, 염기 및/또는 알칼리 금속 카보네이트 등)인 연마 조성물의 임의의 성분은, 연마 조성물중의 물에 용해될 때, 양이온 및 음이온으로 해리된 형태로 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 본원에 열거된 바와 같은 연마 조성물에 존재하는 상기 화합물의 양은 연마 조성물의 제조에 사용된 비해리된 화합물의 중량을 말하는 것임을 이해할 것이다.
연마 조성물은 그 다수가 당해 분야에 숙련된 자에게 공지되어 있는 임의의 적합한 기술에 의해 생성될 수 있다. 연마 조성물은 배치 또는 연속 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 연마 조성물의 성분들을 배합하여 제조된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "성분"은 개별적 성분들(예를 들면, 세리아 연마제, 비이온성 중합체, 포스폰산, 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 하나 이상의 화합물, 및/또는 임의의 선택적인 첨가제), 및 성분들(예를 들면, 세리아 연마제, 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체 등)의 임의의 조합을 포함한다.
예를 들면, 연마 조성물은, (i) 전체 또는 일부의 액체 담체를 제공하고, (ii) 분산액을 제조하기 위한 임의의 적합한 수단을 이용하여, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 및 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 하나 이상의 화합물을 분산시키고, (iii) 분산액의 pH를 적절하게 조정하고, (iv) 선택적으로 임의의 다른 선택적 성분 및/또는 첨가제 적당량을 혼합물에 첨가함으로써 제조될 수 있다.
또는, 연마 조성물은, (i) 하나 이상의 성분(예를 들면, 액체 담체, 세리아 연마제 및 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 및 하나 이상의 선택적 성분들)을 세리아 산화물 슬러리중에 제공하고, (ii) 첨가제 용액 중에 하나 이상의 성분(예를 들면, 액체 담체, 하나 이상의 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 및 하나 이상의 선택적 성분들)을 제공하고, (iii) 분산액의 pH를 적절하게 조정하고, (iv) 선택적으로 적당량의 임의의 다른 선택적 첨가제를 혼합물에 첨가함으로써 제조될 수 있다.
연마 조성물은, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 하나 이상의 화합물, 및 물을 포함하는 1-패키지 시스템으로 공급될 수 있다. 또는, 2-용기, 또는 3개 이상의 용기, 연마 조성물의 성분들의 조합은 당해 분야에 통상의 기술을 가진 자의 지식에 속한다. 예를 들어, 살생물제와 같은 선택적 성분들은 제 1 및/또는 제 2 용기, 또는 제 3의 용기에 적절하게 배치될 수 있다. 또한, 제 1 또는 제 2 용기 중의 성분은 건조 형태로 존재할 수 있는 반면, 또 다른 용기중의 성분들은, 존재하는 경우, 수성 분산액의 형태일 수 있다. 게다가, 제 1 또는 제 2 용기중의 성분들은 상이하거나, 실질적으로 유사하거나, 또는 심지어 동일한 pH 값을 가질 수 있다. 선택적 성분 및/또는 첨가제, 예를 들면, 음이온 중합체성 착화제가 고체인 경우, 이것은 건조 형태로 또는 액체 담체 중의 혼합물로서 공급될 수 있다.
또는, 본 발명의 연마 조성물은 세리아 산화물 슬러리 및 첨가제 용액을 포함하는 2-패키지 시스템으로 공급되며, 이때 상기 세리아 산화물 슬러리는 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 하나 이상의 화합물 및 물로 본질적으로 이루어지거나 또는 이들로 이루어지고, 상기 첨가제 용액은 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 하나 이상의 화합물, 선택적으로 하나 이상의 비이온성 중합체 및 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체로 본질적으로 이루어지거나 또는 이들로 이루어진다. 2-패키지 시스템은, 2개의 패키지, 즉 세리아 산화물 슬러리와 첨가제 용액의 블렌딩 비를 변화시킴으로써 기판의 전체적 평탄화 특성 및 연마 속도의 조정을 가능하게 한다.
상기 2-패키지 연마 시스템을 사용하기 위해 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액은 연마 테이블 위에 혼합물을 공급하기 위한 공급 배관의 외부에서 이어지고 연결되는 상이한 파이프들에 의해 전달될 수 있거나, 또는 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액은 연마 조금 전에 또는 직전에 혼합될 수 있거나 또는 연마 테이블 상에 동시에 공급될 수 있다. 또한, 2개의 패키지를 혼합할 때, 바람직한 대로, 연마 조성물 및 수득된 기판 연마 특성을 조정하기 위해 탈이온수가 첨가될 수 있다.
사용 시점에서 또는 사용 시점 부근에서 연마 조성물을 생성하기 위해 저장 장치에 함유된 성분들을 혼합하기 위해, 저장 장치에는 전형적으로 각각의 저장 장치로부터 연마 조성물의 사용 시점(예를 들면, 압반(platen), 연마 패드 또는 기판 표면)까지 연결하는 하나 이상의 흐름 라인이 제공된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "사용 시점"은 연마 조성물이 기판 표면에 적용되는 지점을 말한다(예를 들면, 연마 패드 또는 기판 표면 자체). 연마 조성물이 사용 시점 혼합을 이용하여 생성되는 경우, 연마 조성물의 성분들은 적절한 대로 2개 이상의 저장 장치에 별도로 저장된다. 용어 "흐름 라인"은 개개의 저장 용기로부터 그 안에 저장된 성분의 사용 시점까지의 흐름 경로를 의미한다. 하나 이상의 흐름 라인은 각각 사용 시점까지 직접 연결될 수 있거나, 또는 하나보다 많은 흐름 라인이 사용되는 상황에서는, 2개 이상의 흐름 라인이 임의 지점에서 사용 시점까지 연결하는 단일 흐름 라인으로 통합질 수 있다. 또한, 임의의 하나 이상의 흐름 라인(예를 들면, 개개 흐름 라인 또는 통합된 흐름 라인)은 성분(들)의 사용 시점에 도달하기 전에 먼저 다른 장치(예를 들면, 펌핑 장치, 측정 장치, 혼합 장치 등) 중 하나 이상에 연결될 수 있다.
연마 조성물의 성분들은 사용 시점까지 독립적으로 전달될 수 있거나(예를 들면, 성분들은 기판 표면으로 전달되어 거기에서 성분들이 연마 공정동안 혼합된다), 또는 하나 이상의 성분들은 사용 시점까지 전달되기 전에, 예를 들면, 사용 시점까지 전달되기 조금 전에 또는 직전에 혼합될 수 있다. 성분들은, 압반 위에 혼합된 형태로 첨가되기 5분 이하 전에, 예를 들면, 4분 이하, 3분 이하, 2분 이하, 1분 이하, 45초 이하, 30초 이하, 10초 이하, 또는 심지어 사용 시점에 성분의 전달과 동시에 배합되는 경우에 "사용 시점까지 전달되기 직전에" 배합된다(예를 들면, 성분들은 디스펜서에서 배합된다). 성분들은 또한, 이들이 사용 시점의 5m 이내에서, 예를 들면, 사용 시점의 1m 이내에서 또는 심지어 사용 시점의 10cm 이내에서(예를 들면, 사용 시점의 1cm 이내) 배합되는 경우 "사용 시점까지 전달되기 직전에" 배합된다.
연마 조성물의 2개 이상의 성분들이 사용 시점에 도달되기 전에 배합될 때, 성분들은 흐름 라인에서 배합되고 혼합 장치를 사용하지 않고 사용 시점까지 전달될 수 있다. 또는, 하나 이상의 흐름 라인은 2개 이상의 성분들의 혼합을 촉진하기 위해 혼합 장치에 연결될 수 있다. 임의의 적합한 혼합 장치를 사용할 수 있다. 예를 들면, 혼합 장치는 그를 통해 2개 이상의 성분이 유동되는 노즐 또는 제트(예를 들면, 고압 노즐 또는 제트)일 수 있다. 또는, 혼합 장치는, 그에 의해 연마 슬러리의 2개 이상의 성분이 혼합기에 도입되는 하나 이상의 유입구, 및 그를 통해 혼합된 성분이 혼합기에서 유출되어 사용 시점으로 직접 또는 장치의 다른 요소를 통해(예를 들면, 하나 이상의 흐름 라인을 통해) 전달되는 하나 이상의 유출구를 포함하는 용기-유형 혼합 장치일 수 있다. 또한, 혼합 장치는 하나보다 많은 챔버를 포함할 수 있으며, 각각의 챔버는 하나 이상의 유입구 및 하나 이상의 유출구를 가지며 이때 2개 이상의 성분들이 각 챔버에서 배합된다. 용기-유형 혼합 장치를 사용하는 경우, 혼합 장치는 바람직하게는 성분들의 혼합을 더 촉진하기 위한 혼합 메카니즘을 포함한다. 혼합 메카니즘은 일반적으로 당해 분야에 공지되어 있으며, 교반기, 블렌더, 진탕기, 패들형 배플, 가스 스파저 시스템, 진동기 등을 포함한다.
연마 조성물은 또한 사용전에 적절한 양의 물로 희석되기 위한 농축물로서 제공될 수 있다. 상기 태양에서, 연마 조성물 농축물은, 적절한 양의 물로 농축물을 희석할 때 연마 조성물의 각 성분이 연마 조성물중에 각 성분에 대해 상기 열거한 적절한 범위내의 양으로 존재하도록 하는 양으로 연마 조성물의 성분들을 포함한다. 농축물이 동일 부피의 물(예를 들면, 각각 2개의 동일 부피의 물, 3개의 동일 부피의 물, 또는 4개의 동일 부피의 물)로 희석될 때 각 성분이 연마 조성물 중에 각 성분에 대해 상기에 나타낸 범위내의 양으로 존재하도록, 예를 들면, 세리아 연마제, 비이온성 중합체(들), 선택적으로 포스폰산(들), 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 폴리에틸렌옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체(들), 선택적으로 설폰산 공중합체(들), 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 화합물(들) 및 선택적으로 첨가제(들)은 각각 농축물중에 각 성분에 대해 상기 열거된 농도보다 2배이상(예를 들면, 3배, 4배 또는 5배) 더 큰 양으로 존재할 수 있다. 또한, 당해 분야에 통상의 기술을 가진 자가 이해하듯이, 세리아 연마제, 비이온성 중합체(들), 선택적으로 포스폰산(들), 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 폴리에틸렌옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체(들), 선택적으로 설폰산 공중합체(들), 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정할 수 있는 화합물(들) 및 선택적으로 첨가제(들)이 농축물에 적어도 부분적으로 또는 완전히 용해되도록 하기 위해, 농축물은 최종 연마 조성물에 존재하는 적절한 분획의 물을 함유할 수 있다.
본 발명의 연마 조성물은 바람직하게는 본 발명의 방법에 따라 산화실리콘을 포함하는 기판을 연마할 때 높은 제거율을 나타낸다. 예를 들면, 고밀도 플라즈마(HDP) 산화물 및/또는 플라즈마-강화 테트라에틸 오쏘 실리케이트(PETEOS) 및/또는 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS)를 포함하는 실리콘 웨이퍼를 본 발명의 태양에 따라 연마할 때, 연마 조성물은 바람직하게는 500 Å/분 이상, 700 Å/분 이상, 1,000 Å/분 이상, 1,250 Å/분 이상, 1,500 Å/분 이상, 1,750 Å/분 이상, 2,000 Å/분 이상, 2,500 Å/분 이상, 3,000 Å/분 이상, 3,500 Å/분 이상의 산화실리콘 제거율을 나타낸다. 한 태양에서, 산화실리콘에 대한 제거율은 4,000 Å/분 이상, 4,500 Å/분 이상, 또는 5,000 Å/분 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 바람직하게 질화실리콘을 포함하는 기판을 본 발명의 방법에 따라 연마할 때 낮은 제거율을 나타낸다. 예를 들면, 질화실리콘을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 본 발명의 태양에 따라 연마할 때, 연마 조성물은 바람직하게는 250 Å/분 이하, 예를 들면, 200 Å/분 이하, 150 Å/분 이하, 100 Å/분 이하, 75 Å/분 이하, 50 Å/분 이하, 또는 심지어 25 Å/분 이하의 질화실리콘 제거율을 나타낸다.
또한, 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 바람직하게 폴리실리콘을 포함하는 기판을 본 발명의 방법에 따라 연마할 때 낮은 제거율을 나타낸다. 예를 들면, 폴리실리콘을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 본 발명의 태양에 따라 연마할 때, 연마 조성물은 바람직하게는 1,000 Å/분 이하, 750 Å/분 이하, 500 Å/분 이하, 250 Å/분 이하, 100 Å/분 이하, 50 Å/분 이하, 25 Å/분 이하, 10 Å/분 이하, 또는 심지어 5 Å/분 이하의 폴리실리콘 제거율을 나타낸다.
더욱이, 본 발명의 연마 조성물은 바람직하게 적당한 기술에 의해 측정할 때, 기판을 연마할 때 낮은 입자 결함을 나타낸다. 바람직한 태양에서, 본 발명의 화학-기계 연마 조성물은 바람직하게는 낮은 결함에 기여하는 습식 세리아를 포함한다. 본 발명의 연마 조성물로 연마된 기판 상의 입자 결함은 임의의 적합한 기술에 의해 측정할 수 있다. 예를 들면, 레이저 광 산란 기술, 예를 들어, 암시야 수직 빔 복합체(dark field normal beam composite, DCN) 및 암시야 경사 빔 복합체(dark field oblique beam composite, DCO)를 사용하여 연마된 기판 상의 입자 결함을 측정할 수 있다. 입자 결함을 평가하기에 적합한 기기장치는, 예를 들면, KLA-텐코(KLA-Tencor)에서 상업적으로 시판한다(예를 들면, 120 nm 임계점 또는 160 nm 임계점에서 작동하는 서프스캔(SURFSCAN, 등록상표) SP1 기기).
본 발명의 연마 조성물로 연마된 기판, 특히 산화실리콘 및/또는 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘을 포함하는 실리콘 기판은 바람직하게는 20,000 카운트 이하, 예를 들면, 17,500 카운트 이하, 15,000 카운트 이하, 12,500 카운트 이하, 3,500 카운트 이하, 3,000 카운트 이하, 2,500 카운트 이하, 2,000 카운트 이하, 1,500 타운트 이하, 또는 1,000 카운트 이하의 DCN 값을 갖는다. 바람직하게, 본 발명의 태양에 따라 연마된 기판은 750 카운트 이하, 500 카운트, 250 카운트, 125 카운트, 또는 심지어 100 카운트 이하의 DCN 값을 갖는다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물은 바람직하게는, 적합한 기술에 의해 측정할 때, 기판을 연마할때 낮은 스크래치를 나타낸다. 예를 들면, 본 발명의 태양에 따라 연마된 실리콘 웨이퍼는 바람직하게는, 당해 분야에 공지된 임의의 적합한 방법에 의해 측정할 때, 250 스크래치 이하, 또는 125 스크래치 이하를 포함한다.
본 발명의 연마 조성물은, 표면 결점, 결함, 부식, 침식 및 식각정지층의 제거를 최소화하는 동시에, 특정 박층 물질에 선택적인 목적하는 연마 범위에서 효과적인 연마를 제공하도록 조정될 수 있다. 선택성은, 연마 조성물의 성분들의 상대 농도를 변화시킴으로써 어느 정도 조절될 수 있다. 바람직한 경우, 본 발명의 방법은, 5:1 이상(예를 들면, 10:1 이상, 15:1 이상, 25:1 이상, 50:1 이상, 100:1 이상, 또는 150:1 이상)의 이산화실리콘 대 폴리실리콘 연마 선택성하에 기판을 연마하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은, 2:1 이상(예를 들면, 4:1 이상, 또는 6:1 이상)의 질화실리콘 대 폴리실리콘 연마 선택성하에 기판을 연마하기 위해 사용될 수 있다. 특정 배합물은 훨씬 더 높은 이산화실리콘 대 폴리실리콘 선택성, 예를 들면, 20:1 이상, 또는 심지어 30:1 이상의 선택성을 나타낼 수 있다. 바람직한 태양에서, 본 발명의 방법은 폴리실리콘에 대한 이산화실리콘 및 질화실리콘의 선택적 연마를 동시에 제공한다.
본 발명은 또한 (i) 기판을 연마 패드 및 본원에 기술된 바와 같은 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키고, (ii) 연마 패드를 기판에 대해, 이들 사이에 화학-기계적 연마 조성물이 존재하는 상태에서, 이동시키고, (iii) 기판의 적어도 일부를 연삭시켜 기판을 연마하는 것을 포함하는, 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법을 제공한다.
화학-기계적 연마 조성물은 임의의 적당한 기판을 연마하기 위해 사용될 수 있으며, 낮은 유전성 물질로 이루어진 하나 이상의 층(전형적으로 표면층)을 포함하는 기판을 연마하는데 특히 유용하다. 적합한 기판으로는 반도체 산업에서 사용되는 웨이퍼가 포함된다. 웨이퍼는 전형적으로, 예를 들면, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 복합체, 금속 합금, 낮은 유전성 물질 또는 그의 조합을 포함하거나 그로 이루어진다. 본 발명의 방법은 산화실리콘, 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘, 예를 들면, 상기 언급한 물질중 임의의 1개, 2개 또는 특히 3개 모두를 포함하는 기판을 연마하는데 특히 유용하다. 예를 들면, 연마 조성물은 전자 산업에서 사용되는 실리콘 웨이퍼를 연마하기 위해 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 실리콘은 도핑되지 않은 실리콘일 수 있거나, 또는 붕소 또는 알루미늄으로 도핑된 p-형 실리콘일 수 있다. 또한, 실리콘은 폴리실리콘일 수 있다.
기판은 바람직하게는 산화실리콘 및/또는 질화실리콘과 함께 폴리실리콘을 포함한다. 폴리실리콘은 임의의 적당한 실리콘일 수 있으며, 이들중 다수는 당해 분야에 공지되어 있다. 폴리실리콘은 임의의 적합한 상을 가질 수 있으며, 무정형이거나, 결정성이거나 또는 그의 조합일 수 있다. 산화실리콘은 유사하게 임의의 적당한 산화실리콘일 수 있으며, 이들중 다수는 당해 분야에 공지되어 있다. 적합한 유형의 산화실리콘으로는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), PETEOS, 열 산화물(thermal oxide), 비도핑된 실리케이트 유리 및 HDP 산화물이 포함되나, 이로 한정되지는 않는다. 다른 적합한 금속 산화물로는 부분적으로 안정화된 지르코니아(PSZ)가 포함된다.
유리하게, 본 발명의 연마 방법을 이용하여 연마된 실리콘 기판은 낮은 표면 조도 및 낮은 입자 결함을 나타낸다. 표면 조도(Ra)는 본원에서 평탄도로부터의 편차의 산술 평균으로 정의되며, 임의의 적당한 기술을 이용하여 측정할 수 있다. 적합한 기술로는, 예를 들면, 베코 인스트루먼츠(Veeco Instruments, 뉴욕 플레인뷰)에서 시판하는 기기를 사용한 촉침 형상측정법(stylus profilometry) 및 광학 형상측정법(optical profilometry), 및 원자력 현미경이 포함된다. 전형적으로, 본 발명의 연마 방법은, 광학 형상측정장치를 사용하여 측정할 때, 20 Å 이하(예를 들면, 14 Å 이하 또는 12 Å 이하 또는 10 Å 이하 또는 심지어 8 Å 이하)의 실리콘 웨이퍼 상에서의 표면 조도를 제공한다.
본 발명의 연마 조성물 및 방법은 특히 화학-기계적 연마 장치와 함께 사용하기에 적합하다. 전형적으로, 상기 장치는, 사용시 작동되고 있고 궤도, 선형 또는 원형 운동으로부터 야기되는 속도를 갖는 압반, 상기 압반과 접촉하고 작동하고 있을 때 압반과 함께 이동하는 연마 패드, 및 기판을 연마 패드의 표면에 대해 접촉시키고 이동시킴으로써 연마될 기판을 유지시키는 캐리어를 포함한다. 기판의 연마는, 기판의 적어도 일부를 연삭시켜 기판을 연마하기 위해, 기판을 연마 패드 및 본 발명의 연마 조성물과 접촉시켜 위치시킨 다음 연마 패드를 기판에 대해 이동시킴으로써 일어난다.
기판은 임의의 적당한 연마 패드(예를 들면, 연마 표면)를 사용하여 화학-기계적 연마 조성물로 연마될 수 있다. 적당한 연마 패드로는, 예를 들면, 직물 및 부직포 연마 패드가 포함된다. 또한, 적당한 연마 패드는 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축성, 압축시 반동되는 능력 및 압축 모듈러스를 갖는 임의의 적합한 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체로는, 예를 들면, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 플루오로카본, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 폴리에터, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 그의 혼성(coformed) 생성물 및 이들의 혼합물이 포함된다. 연질 폴리우레탄 연마 패드는 본 발명의 연마 방법과 함께 특히 유용하다. 전형적인 패드로는 서핀(SURFIN, 등록상표) 000, 서핀(등록상표) SSW1, SPM3100(예를 들면, 에미네스 테크놀로지스(Eminess Technologies)에서 상업적으로 시판), 폴리텍스(POLITEX, 등록상표) 및 후지보 폴리패스(Fujibo POLYPAS, 등록상표) 27이 포함되나, 이로 한정되지는 않는다. 특히 바람직한 연마 패드는 캐봇 마이크로일렉트로닉스(Cabot Microelectronics)에서 상업적으로 시판하는 에픽(EPIC, 등록상표) D100 패드이다.
바람직하게, 화학-기계적 연마 장치는 또한 동일반응계내 연마 종료점 검출 시스템을 포함하며, 이들중 다수는 당해분야에 공지되어 있다. 연마되는 기판의 표면으로부터 반사되는 빛 또는 다른 방사선을 분석함으로써 연마 공정을 점검하고 모니터링하는 기술은 당해 분야에 공지되어 있다. 상기 방법은, 예를 들면, 미국 특허 제 5,196,353, 5,433,651, 5,609,511, 5,643,046, 5,658,183, 5,730,642, 5,838,447, 5,827,633, 5,893,796, 5,949,927 및 5,964,643 호에 기술되어 있다. 바람직하게, 연마되는 기판에 관해 연마 공정 진행의 점검 또는 모니터링은 연마 종료점의 측정, 즉, 특정 기판에 관해 연마 공정을 종료할 때의 측정을 가능하게 한다.
실시예
하기의 실시예는 본 발명을 예시하지만, 어떻게든 그 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안되는 것은 물론이다.
하기의 약칭들을 실시예 전체에 걸쳐 사용하였다: 제거율(RR); 테트라에틸 오쏘실리케이트(TEOS); 질화실리콘(SiN); 폴리실리콘(polySi); 분자량(MW); 하이드록시에틸셀룰로스(HEC); 포스폰산(PA); 폴리에틸렌 글리콜(PEG); 플라즈마 강화 테트라에틸 오쏘실리케이트(PETEOS); 폴리비닐피롤리돈(PVP); 폴리에틸렌옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체(PEO/PPO); 폴리(아크릴산)-코-폴리(2-아크릴아미도-2-메틸프로필 설폰산(PAA-AMPS), 및 실록산 폴리알켄옥사이드 공중합체(SiO/PAO).
하기 실시예에서, 기판은 미라(MIRRA, 등록상표)(어플라이드 머티리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)) 또는 레플렉시온(REFLEXION, 등록상표)(어플라이드 머티리얼스, 인코포레이티드) 공구를 사용하여 연마하였다. IC 1010(등록상표) 연마 패드(롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스(Rohm and Haas Electronic Materials))는 모든 조성물에 대해 동일한 연마 파라미터하에 사용하였다. 제거율은 분광 타원해석기를 사용하여 필름 두께를 측정하고, 초기 두께로부터 최종 두께를 감함으로써 산출하였다.
실시예
1
본 실시예는, 세리아 연마제, 하나 이상의 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물 및 물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물이, 우수한 polySi 선택성하에 TEOS의 적절한 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 성질을 나타낼 수 있음을 보여준다.
TEOS 및 polySi를 포함하는 실리콘 웨이퍼를 표 1에서 확인되는 바와 같은 연마 조성물 1A 내지 1M으로 동일한 조건하에서 연마하였다. 연마 조성물은 각각 0.4 중량% 습식 세리아(로디아에서 상업적으로 시판하는 HC-60(등록상표))를 함유하였다. 연마 조성물은 각각 표 1에 나타낸 바와 같이 PEG(8,000 MW, 다우 코포레이션(Dow Corp.)에서 상업적으로 시판), 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체(플루로닉(등록상표) L31), 포스폰산(디퀘스트(등록상표) D2000EG)을 함유하였다. 연마 조성물 1I 내지 1M은 추가로 128 ppm의 피콜린산을 함유하였다. 각 연마 조성물의 pH는 5.5였다. 대조군 조성물은 0.4 중량%의 습식 세리아와 물만을 함유하였다.
TEOS 및 polySi 제거율을 각 연마 조성물에 대해 측정하고 표 1에 나타내었다.
| 조성물 | PEG (ppm) |
PEO/PPO (ppm) |
PA (ppm) |
N-함유 양쪽이온성 화합물 (ppm) | TEOS RR (Å/분) |
polySi RR (Å/분) |
| 1A | 842 | 2668 | 23 | 없음 | 3121 | 31 |
| 1B | 842 | 2668 | 58 | 없음 | 2515 | 16 |
| 1C | 842 | 2668 | 117 | 없음 | 1738 | 13 |
| 1D | 1667 | 1000 | 22 | 없음 | 4060 | 51 |
| 1E | 1667 | 1000 | 44 | 없음 | 2598 | 22 |
| 1F | 1667 | 1000 | 64 | 없음 | 2052 | 2 |
| 1G | 1667 | 1000 | 88 | 없음 | 1879 | 21 |
| 1H | 1667 | 1000 | 130 | 없음 | 1534 | 22 |
| 1I | 1667 | 1000 | 22 | 피콜린산(128) | 3441 | 55 |
| 1J | 1667 | 1000 | 44 | 피콜린산(128) | 2383 | 24 |
| 1K | 1667 | 1000 | 64 | 피콜린산(128) | 1706 | 23 |
| 1L | 1667 | 1000 | 88 | 피콜린산(128) | 1449 | 22 |
| 1M | 1667 | 1000 | 130 | 피콜린산(128) | 1157 | 17 |
| 대조군 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 4800 | 420 |
표 1에 나타낸 결과에 의해 명백하듯이, 습식 세리아 연마제, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체, 포스폰산, 선택적으로 질소-함유 양쪽이온성 화합물 및 물을 함유하는 연마 조성물은, 50 Å/분 미만의 높은 polySi 제거율 하에 1000 Å/분보다 높고 4,000 Å/분 만큼 높은 TEOS 제거율을 나타냄으로써 높은 TEOS:polySi 선택성을 갖는 것을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낸다.
실시예
2
본 실시예는, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 포스폰산, 피콜린산 및 물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물이, 우수한 polySi 선택성하에 TEOS의 적절한 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낼 수 있음을 보여준다.
TEOS 및 polySi를 포함하는 실리콘 웨이퍼를 표 2에서 확인되는 바와 같은 연마 조성물 2A 내지 2E로 식별된 5개의 상이한 연마 조성물로 동일한 조건하에서 연마하였다. 연마 조성물은 각각 로디아에서 상업적으로 시판하는 HC-60(등록상표) 습식 세리아 0.4 중량%를 함유하였으며; 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체(SiO/PAO)는 모멘티브 퍼포먼스 케미칼스에서 제조한 실웨트(등록상표) L-7604였으며; PVP는 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)에서 입수하였고; 포스폰산 공급원은 디퀘스트(등록상표) D2000EG이었고; 피콜린산은 유키 고세이 코교 USA 인코포레이티드(Yuki Gosei Kogyo USA, Inc.)에서 입수하였다. 연마 조성물 2A는 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 함유하지 않고, 1667 ppm PEG(8,000 MW, 다우 코포레이션에서 상업적으로 시판)를 함유하였다.
TEOS, SiN 및 polySi 제거율을 각 연마 조성물에 대해 측정하고 표 3에 나타내었다.
| 조성물 | SiO/PAO (ppm) |
PVP (ppm) |
PA (ppm) |
피콜린산 (ppm) |
| 2A | 0 | 0 | 64 | 15 |
| 2B | 90 | 90 | 64 | 40 |
| 2C | 360 | 90 | 64 | 40 |
| 2D | 90 | 0 | 64 | 40 |
| 2E | 600 | 0 | 64 | 40 |
| 조성물 | TESO RR (Å/분) |
SiN RR (Å/분) |
polySi 60s RR (Å/분) |
polySi 180s RR (Å/분) |
| 2A | 1706 | 257 | 33 | 54 |
| 2B | 2113 | 65 | 54 | 98 |
| 2C | 2029 | 66 | 43 | 84 |
| 2D | 2058 | 88 | 33 | 63 |
| 2E | 2128 | 119 | 40 | 88 |
연마 조성물의 디슁 성능은 측면을 가로지르는 두께를 측정함으로써 패턴화된 웨이퍼 상에서 평가하였다. 디슁 성능의 결과를 표 4에 나타내었다.
| 조성물 | 트렌치 두께 50% 500㎛(Å) |
| 2A | 4119 |
| 2B | 4479 |
| 2C | 4565 |
| 2D | 4576 |
| 2E | 4447 |
표 3에 나타낸 결과에 의해 명백하듯이, 습식 세리아 연마제, 실록산 폴리알킬렌 공중합체, 하나 이상의 포스폰산, 피콜린산 및 물을 함유하는 연마 조성물(연마 조성물 2B 내지 2E)은, 우수한 TEOS:SiN 및 TEOS:polySi 선택성하에 적절한 TEOS 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 표 4에 나타낸 결과로부터 명백하듯이, 상기 연마 조성물(연마 조성물 2B 내지 2E)은 300 내지 400 Å의 연마 조성물 2A에 비해 남은 트렌치 두께의 증가에 의해 입증되듯이 적절한 디슁 성능을 나타낸다.
실시예
3
본 실시예는, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 포스폰산, 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 하나 이상의 설폰산 공중합체 및 물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물이, 우수한 polySi 및 SiN 선택성하에 TEOS의 적절한 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낼 수 있음을 보여준다.
TEOS, polySi 및 SiN을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 연마 조성물 3A 내지 3D로 식별된 4개의 상이한 연마 조성물로 동일한 조건하에서 연마하였다. 연마 조성물은 각각 사용 시점에서 로디아에서 상업적으로 시판하는 HC-60(등록상표) 습식 세리아 0.4 중량%를 함유하였다. 연마 조성물은 또한 산동 타이허 워터 트리트먼트 캄파니 리미티드(TaiHe Water Treatment Co., Ltd.)에서 시판하는 폴리(아크릴산)-코-폴리(AMPS)(PAA/AMPS), 디퀘스트(등록상표) D2000EG 형태의 포스폰산(PA) 및 유키 고세이 코교 USA 인코포레이티드에서 시판하는 피콜린산을 표 5에 나타낸 양으로 함유하였다. 연마 조성물 3B 내지 3D는 표 5에 나타낸 바와 같이 다우 케미칼 캄파니에서 상업적으로 시판하는 셀로사이즈(등록상표) QP-09L 하이드록시에틸셀룰로스(HEC)를 상이한 양으로 함유하였다. 각 연마 조성물의 pH는 7 내지 8이었다.
TEOS, SiN 및 polySi 제거율을 각 연마 조성물에 대해 측정하고 표 6에 나타내었다. 또한, 연마 조성물 3A, 3C 및 3D의 연마 성질을 패턴화된 웨이퍼상에서 측정하고, 이들 결과를 표 7에 나타내었다.
| 조성물 | PAA/AMPS (ppm) |
PA (ppm) |
피콜린산 (ppm) |
PEG (ppm) |
HEC (ppm) |
| 3A | 0 | 64 | 16 | 1667 | 0 |
| 3B | 1000 | 0 | 16 | 1667 | 100 |
| 3C | 1000 | 0 | 16 | 1667 | 500 |
| 3D | 1000 | 0 | 16 | 1667 | 1000 |
| 조성물 | TESO RR (Å/분) |
SiN RR (Å/분) |
polySi 60s RR (Å/분) |
polySi 180s RR (Å/분) |
| 3A | 1843 | 27 | 2 | 29 |
| 3B | 908 | 160 | 29 | 29 |
| 3C | 945 | 143 | 18 | 6 |
| 3D | 874 | 133 | 5 | 30 |
| 조성물 | 트렌치 두께 50% 500㎛(Å) |
| 3A | 1398 |
| 3C | 2084 |
| 3D | 2206 |
표 6 및 7에 나타낸 결과로부터 명백하듯이, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 포스폰산, 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물 및 물을 함유하는 연마 조성물(연마 조성물 3A 내지 3D)은, 우수한 TEOS:SiN 및 TEOS:polySi 선택성하에 적절한 TEOS 제거율 및 적절한 디슁 성능을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낸다. 예를 들면, 각각 비이온성 중합체로서 HEC를 함유하는 연마 조성물 3B 내지 3D는 적절한 TEOS:polySi 선택성을 나타낸다. 또한, 연마 조성물 3C 및 3D는 각각 피처 크기(feature size)의 범위 전체에 걸쳐 낮은 트렌치 손실(예를 들면, 2100 내지 2500 Å의 트렌치 두께)을 나타내었다.
실시예
4
본 실시예는, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 포스폰산, 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물 및 물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물이, 우수한 polySi 및 SiN 선택성하에 TEOS의 적절한 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낼 수 있음을 보여준다.
TEOS, polySi 및 SiN을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 연마 조성물 4A 및 4B로 식별된 2개의 상이한 연마 조성물로 동일한 조건하에서 어플라이드 머티리얼스에서 상업적으로 시판하는 레플렉시온(등록상표) 공구를 사용하여 연마하였다. 연마 조성물 4A 및 4B는 각각 로디아에서 상업적으로 시판하는 HC-60(등록상표) 습식 세리아 0.4 중량%, 1000 ppm의 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체(플루로닉(등록상표) L31), 64 ppm의 포스폰산(PA), 16 ppm의 피콜린산 및 1667 ppm의 폴리에틸렌 글리콜을 함유하였다. 연마 조성물 4A는 베타인을 함유하지 않은 반면, 연마 조성물 4B는 100 ppm의 베타인을 함유하였다. 각 연마 조성물의 pH는 7 내지 8이었다.
TEOS, SiN 및 polySi 제거율을 각 연마 조성물에 대해 측정하고 표 8에 나타내었다.
| 조성물 | 베타인 (ppm) |
TEOS RR (Å/분) |
SiN RR (Å/분) |
polySi RR (Å/분) |
| 4A | 0 | 1024 | 16 | 3 |
| 4B | 100 | 954 | 11 | 3 |
표 8에 나타낸 결과에 의해 명백하듯이, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 포스폰산, 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물 및 물을 함유하는 연마 조성물은, 우수한 TEOS:SiN 및 TEOS:polySi 선택성하에 적절한 TEOS 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낸다. 또한, 베타인을 함유하는 상기 연마 조성물(연마 조성물 4B)은 더 높은 TEOS 제거율 및 우수한 TEOS:SiN 및 TEOS:polySi 선택성을 나타낸다.
실시예
5
본 실시예는, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 중합체 및 물을 포함하는 본 발명의 연마 조성물이, 우수한 polySi 및 SiN 선택성하에 TEOS의 적절한 제거율을 포함하여 우수한 전체적 기판 연마 특성을 나타낼 수 있음을 보여준다.
TEOS, polySi 및 SiN을 포함하는 실리콘 웨이퍼를 표 9에서 확인되는 바와 같이, 연마 조성물 5A 내지 5H로 동일한 조건하에서 연마하였다. 연마 조성물 5A 내지 5H는 각각 로디아에서 상업적으로 시판하는 HC-60(등록상표) 습식 세리아 0.4 중량%, 다우 코포레이션에서 상업적으로 시판하는 PEG(8,000 MW) 50 ppm 및 500 ppm의 피콜린산을 함유하였다. 본 실시예에 사용된 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체(여기서 comb 중합체로 표시됨)는 PEG 측쇄를 갖는 폴리(아크릴산) 주쇄로 이루어졌다(악조노벨에서 제조한 아그릴란(등록상표) 700). 음이온성 공중합체는 폴리(말레산)-코-폴리(스티렌-4-설폰산)(악조노벨에서 제조한 버사(등록상표) TL-4)이었다.
TEOS, SiN 및 polySi 제거율을 각 연마 조성물에 대해 측정하고, 결과를 표 10에 나타내었다. 각 연마 조성물의 디슁 성능을 측정하고, 결과를 표 11에 나타내었다.
| 조성물 | HEC (ppm) |
PEO/PPO (ppm) |
AA-AMPS (ppm) |
라이신 (ppm) |
버사 TL4 (ppm) |
Comb 중합체 (ppm) |
베타인 (ppm) |
| 5A | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5B | 1500 | 0 | 1500 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5C | 500 | 1000 | 500 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5D | 1000 | 1000 | 1500 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5E | 0 | 0 | 1000 | 1000 | 0 | 0 | 0 |
| 5F | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 500 |
| 5G | 0 | 0 | 0 | 0 | 250 | 0 | 500 |
| 5H | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1000 | 0 |
| 조성물 | TEOS RR (Å/분) |
SiNRR (Å/분) |
polySiRR (Å/분) |
| 5A | 4763 | 25 | 80 |
| 5B | 1445 | 83 | 14 |
| 5C | 924 | 114 | 20 |
| 5D | 1294 | 92 | 8 |
| 5E | 1031 | 44 | 18 |
| 5F | 1234 | 45 | 15 |
| 5G | 824 | 41 | 15 |
| 5H | 1058 | 41 | 964 |
| 조성물 | 중합체 손실 (Å) |
POP-디슁 (Å) |
SiN 손실 (Å) |
STI 디슁 (Å) |
| 5A | NA | NA | 345 | 974 |
| 5B | NA | NA | 39 | 637 |
| 5C | NA | NA | 70 | 694 |
| 5D | NA | NA | 39 | 655 |
| 5E | 0 | 5 | 77 | 425 |
| 5F | 1 | 3 | 77 | 352 |
| 5G | 9 | 2 | 53 | 325 |
| 5H | 0 | 4 | 57 | 166 |
표 10 및 11에 나타낸 결과에 의해 명백하듯이, 세리아 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 중합체 및 물을 포함하는 연마 조성물은 우수한 SiN 손실 성능 및 적절한 디슁 성능을 나타낸다.
Claims (20)
- (i) 산화실리콘 및 폴리실리콘을 포함하는 기판을 연마 패드, 및 본질적으로 (a) 세리아 연마제, (b) 폴리알킬렌 글리콜, 폴리에터아민, 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체, 친수성 비이온성 중합체, 폴리사카라이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 비이온성 중합체, (c) 피콜린산, (d) 선택적으로, 하나 이상의 포스폰산, (e) 선택적으로, 하나 이상의 설폰산 공중합체, (f) 하나 이상의 음이온성 공중합체, (g) 선택적으로, 4급 아민을 포함하는 하나 이상의 중합체, (h) 선택적으로, 연마 조성물의 pH를 조정하는 하나 이상의 화합물 및 (i) 물로 이루어진 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계,
(ii) 연마 패드를 기판에 대해, 이들 사이에 화학-기계적 연마 조성물이 존재하는 상태에서, 이동시키는 단계, 및
(iii) 기판의 적어도 일부를 연삭시켜 기판으로부터 산화실리콘 및 폴리실리콘을 제거하고 기판을 연마하는 단계
를 포함하는, 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
세리아 연마제가 습식(wet-process) 세리아인, 방법. - 제 2 항에 있어서,
습식 세리아가 연마 조성물의 0.1 내지 10 중량%의 양으로 존재하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
하나 이상의 비이온성 중합체가 연마 조성물의 1 내지 3,000 ppm의 양으로 존재하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
연마 조성물 중에 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜이 존재하는, 방법. - 제 5 항에 있어서,
하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜이 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는, 방법. - 제 6 항에 있어서,
연마 조성물 중에 폴리에틸렌 글리콜이 존재하는, 방법. - 제 7 항에 있어서,
폴리에틸렌 글리콜이 300 내지 15,000 g/몰의 평균 분자량을 갖는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
연마 조성물 중에 하나 이상의 폴리에터아민이 존재하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
연마 조성물 중에 하나 이상의 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체가 존재하는, 방법. - 제 10 항에 있어서,
폴리에틸렌/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체가, 사용 시점(point-of-use)에서, 1 내지 5,000 ppm의 양으로 존재하는, 방법. - 제 10 항에 있어서,
하나 이상의 폴리에틸렌 옥사이드/폴리프로필렌 옥사이드 공중합체의 평균 분자량이 200 내지 4,000 g/몰인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
연마 조성물 중에 하나 이상의 실록산 폴리알킬렌옥사이드 공중합체가 존재하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
연마 조성물 중에 하나 이상의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체가 존재하는, 방법. - 제 14 항에 있어서,
하나 이상의 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트 공중합체가, 폴리에틸렌 글리콜 측쇄를 갖는 폴리아크릴산 주쇄를 포함하는 중합체인, 방법.
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