KR102253294B1 - 산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘 물질의 cmp를 위한 조성물 및 방법 - Google Patents

산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘 물질의 cmp를 위한 조성물 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판을 연마하기 위한 화학 기계적 연마 방법을 제공한다. 방법은 상기 기판의 표면을 CMP 조성물로 마모시켜, 그로부터 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘을 적어도 일부 제거하는 것을 포함한다. 상기 CMP 조성물은, 약 3 내지 9.5의 pH를 갖고 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 미립자 세리아 연마제를 포함하고; 상기 양이온성 중합체는 4급 메타크릴로일옥시알킬암모늄 중합체로 이루어진다.

Description

산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘 물질의 CMP를 위한 조성물 및 방법 {COMPOSITIONS AND METHODS FOR CMP OF SILICON OXIDE, SILICON NITRIDE, AND POLYSILICON MATERIALS}
본 발명은 연마 조성물 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 산화규소, 질화규소 및/또는 폴리실리콘을 함유하는 기판을 연마하는 방법, 및 그를 위한 조성물에 관한 것이다.
전형적인 고체 상태 메모리 장치 (동적 랜덤 액세스 메모리 (DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리 (SRAM), 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리 (EPROM), 및 전기적 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리 (EEPROM))는 메모리 응용에서 각각의 메모리 비트에 대해 마이크로-전자 회로 소자를 사용한다. 전형적인 비-휘발성 메모리 소자 (예컨대 EEPROM, 즉 "플래시" 메모리)를 위해, 플로팅 게이트 전계 효과 트랜지스터가 데이터 저장 장치로서 사용된다. 이러한 장치는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 상에 전하를 보유하여, 각각의 메모리 비트를 저장하고 제한된 재-프로그램가능성을 갖게 된다. 이들은 또한 프로그래밍하기에 느리다.
반도체 및 메모리 장치 제조 동안에, 웨이퍼 상에 회로의 다양한 성분을 형성하기 위해 다양한 물질 층을 제거하거나 감소시켜야 하고, 이는 전형적으로 화학 기계적 연마 (CMP)에 의해 달성된다. 많은 전통적인 CMP 조성물은 한 유형의 집적 회로 성분을 또 다른 성분에 대해 제거하는데에 있어서 선택적이다.
기판 표면의 CMP를 위한 조성물 및 방법은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 반도체 기판 표면의 CMP를 위한 (예를 들어 집적 회로 제조를 위한) 연마 조성물 (연마 슬러리, CMP 슬러리 및 CMP 조성물로도 공지됨)은 전형적으로 연마제, 다양한 첨가 화합물 등을 함유한다.
통상적인 CMP 기술에서, 기판 캐리어 또는 연마 헤드를 캐리어 어셈블리 상에 설치하고, CMP 장치에서 연마 패드와 접촉하게 위치시킨다. 캐리어 어셈블리는 기판에 제어가능한 압력을 제공하여, 기판을 연마 패드에 대해 유지시킨다. 패드 및 캐리어와, 그의 부착 기판을 서로에 대해 이동시킨다. 패드 및 기판의 상대적 이동은 기판의 표면을 마모시켜서 기판 표면으로부터 물질의 일부를 제거하는 기능을 하며, 그에 의해 기판을 연마시킨다. 기판 표면의 연마는 전형적으로 연마 조성물의 화학적 활성에 의해 (예를 들어, CMP 조성물에 존재하는 산화제, 산, 염기 또는 다른 첨가제에 의해) 및/또는 연마 조성물에 현탁된 연마제의 기계적 활성에 의해 추가로 도움을 받는다. 전형적인 마모 물질은 이산화규소, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄 및 산화주석을 포함한다.
3차원 트랜지스터 적층을 갖는 플래시 메모리 장치 (3D 플래시 메모리)가 점점 더 인기있다. 3D 플래시 응용을 위한 연마 슬러리는 일반적으로 산화규소 (예를 들어, "PETEOS" 또는 "TEOS"로도 공지된 플라즈마-강화 테트라에틸오르토실리케이트-유래 이산화규소), 질화규소 및 폴리실리콘에 대해 비교적 높은 제거 속도, 뿐만 아니라 양호한 표면 토포그래피 (예를 들어, 50 Å 미만의 디싱(dishing)) 및 낮은 결함 수준 (예를 들어, 웨이퍼 당 50개 미만의 결함)을 제공해야 한다. 이러한 특징의 조합은 전형적으로 기존의 CMP 조성물 또는 방법에서는 발견되지 않는다. 그 결과, 이러한 유익한 특성을 제공하는 신규 연마 방법 및 조성물을 개발하는 것이 계속 요구되고 있다. 본 발명은 이러한 계속적인 요구를 해결한다. 본 발명의 상기 및 기타 이점 뿐만 아니라 추가의 본 발명의 특징은 본원에 제공된 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명은 이산화규소, 질화규소 및/또는 폴리실리콘을 포함하는 기판을 연마하기 위한 화학 기계적 연마 방법을 제공한다. 본원에 기재된 방법으로 달성가능한 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘에 대한 제거 속도는 높고, 예를 들어 전형적으로 3가지 물질 각각에 대해 분-당-1000 옹스트롬 (Å/min) 초과이며, 이는 3D 플래시 메모리 제조에 유익하다. 바람직한 실시양태에서, 방법은 상기 기판의 표면을 CMP 조성물로 마모시켜, 그로부터 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘을 적어도 일부 제거하는 것을 포함한다. CMP 조성물은 3 내지 9.5 (바람직하게는 3 내지 5) 범위의 pH를 갖고 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 미립자 세리아 연마제 (예를 들어, 콜로이드성 세리아)를 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 그로 이루어진다. 양이온성 중합체는 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체, 예컨대 2-메타크릴로일옥시에틸 트리메틸 암모늄 중합체, 예를 들어 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드) (본원에서 "폴리MADQUAT"로도 지칭됨) 및 유사한 물질로 이루어진다. 사용 지점에서, 세리아 연마제는 바람직하게는 0.1 내지 2 중량 퍼센트 (중량%)의 농도로 CMP 조성물에 존재하고, 양이온성 중합체는 20 내지 200 백만분율 (ppm)의 농도로 CMP 조성물에 존재한다. 바람직하게는, 미립자 세리아 연마제는 일차 연마제 입자에 있어서 10 내지 200 nm, 예를 들어 60 nm의 평균 입자 크기를 갖는다. 4급 2-메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체는 바람직하게는 본원에 기재된 조성물 및 방법에 사용된 단독 양이온성 중합체이다. 임의로, 수용성 염, 예컨대 질산암모늄, 살생물제, pH 완충제 등이 조성물에 포함될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 마모는 CMP 연마 장치에서 연마 패드와 함께 수행된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 산화규소, 질화규소 및/또는 폴리실리콘 (도핑 또는 비도핑) 성분을 포함하는, 기판을 연마하기에 유용한 CMP 조성물 (슬러리)를 제공한다. CMP 슬러리는 3 내지 9.5의 pH를 갖고, 연마 방법 측면에 대해 상기 기재된 바와 같은 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 미립자 세리아 연마제를 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 그로 이루어진다. 세리아 연마제 (예를 들어, 콜로이드성 세리아)는 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%의 농도로 조성물에 존재한다. CMP 조성물의 양이온성 중합체는 바람직하게는 20 내지 800 ppm의 농도로 CMP 조성물에 존재한다. 사용 중에, 조성물은 필요하다면, 사용 지점에서 세리아의 농도가 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%이고 양이온성 중합체의 농도가 20 내지 200 ppm이 되도록, 물 또는 또 다른 적합한 수성 담체로 희석될 수 있다.
한 실시양태에서, CMP 조성물은 150 내지 200 ppm의 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 1.2 내지 2 중량%의 미립자 콜로이드성 세리아 연마제를 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 그로 이루어지고; 상기 양이온성 중합체는 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드)로 이루어지고, 조성물은 3 내지 5 범위의 pH를 갖는다. 임의로, 질산암모늄, 살생물제, pH 완충제 등과 같은 수용성 염이 조성물에 포함될 수 있다.
본원에 기재된 조성물 및 방법은 3D 플래시 메모리 연마 응용에 특히 유용하고, 유리하게는 산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘에 대해 예상외로 높은 제거 속도 (예를 들어, > 1000 Å/min)를 제공한다.
도 1은 본 발명의 조성물 및 방법에서 평가된, 선택된 양이온성 중합체의 화학식을 제공한다.
도 2는 본원의 실시예 1에 기재된 바와 같이 다양한 양이온성 중합체를 함유하는 세리아 CMP 조성물 1 내지 8 (수평축)을 사용하여 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 블랭킷 웨이퍼를 연마하는 것에 대한 제거 속도 (RR)의 그래프를 제공한다.
도 3은 염이 첨가되지 않은 세리아 CMP 조성물을 사용하여 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 블랭킷 웨이퍼를 연마하는 것에 대한 제거 속도 (RR)의 그래프를 제공한다.
도 4는 염이 첨가된 세리아 CMP 조성물을 사용하여 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 블랭킷 웨이퍼를 연마하는 것에 대한 제거 속도 (RR)의 그래프를 제공한다.
도 5는 염이 첨가되지 않고 도 3에서의 실시예에 비해 중합체 농도가 더 높은 세리아 CMP 조성물을 사용하여 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 블랭킷 웨이퍼를 연마하는 것에 대한 제거 속도 (RR)의 그래프를 제공한다.
본 발명은 산화규소 (예를 들어, TEOS), 질화규소 및 폴리실리콘 중 하나 이상을 포함하는 기판을 연마하기에 적합한 방법 및 조성물을 제공한다. 특히, 본원에 기재된 방법에 사용된 조성물은 미립자 세리아 연마제와, 바람직하게는 조성물 중의 단독 양이온성 중합체로서의 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체, 예를 들어 MADQUAT 단독중합체 등과의 조합을 포함한다. 이러한 특유의 물질 조합은 산화물, 질화물 및 폴리실리콘에 대해 원하는 높은 제거 속도를 제공하고, 이는 예를 들어 3D 플래시 메모리 연마 응용에 유용한 조성물 및 방법을 이룬다. 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체 이외의 다른 양이온성 중합체를 평가하였으나, 산화물 제거 속도의 과다-억제 또는 질화물 및 폴리실리콘 제거 속도의 불충분한 향상과 같은 결과를 제공하였으며, 이는 3D 플래시 메모리 연마 응용에는 바람직하지 않았다.
본 발명의 조성물은 바람직하게는 3 내지 9.5의 pH (보다 바람직하게는 3 내지 5, 예를 들어 4 내지 5의 pH)를 갖는다. 조성물의 pH는, 임의의 무기 또는 유기 산일 수 있는 산성 성분을 포함하는 완충 물질의 포함에 의해 달성 및/또는 유지될 수 있다. 일부 바람직한 실시양태에서, 산성 성분은 무기 산, 카르복실산, 유기포스폰산, 산성 헤테로시클릭 화합물, 그의 염, 또는 이들 중 2종 이상의 조합일 수 있다. 적합한 무기 산의 비제한적 예는 염산, 황산, 인산, 아인산, 피로인산, 아황산 및 사붕산, 또는 그의 임의의 산성 염을 포함한다. 적합한 카르복실산의 비제한적 예는 모노카르복실산 (예를 들어, 아세트산, 벤조산, 페닐아세트산, 1-나프톤산, 2-나프톤산, 글리콜산, 포름산, 락트산, 만델산 등) 및 폴리카르복실산 (예를 들어, 옥살산, 말론산, 숙신산, 아디프산, 타르타르산, 시트르산, 말레산, 푸마르산, 아스파르트산, 글루탐산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산, 이타콘산 등), 또는 그의 임의의 산성 염을 포함한다. 적합한 유기 포스폰산의 비제한적 예는 포스포노아세트산, 이미노디(메틸포스폰산), 디퀘스트(DEQUEST)® 2000LC 브랜드 아미노-트리(메틸렌포스폰산) 및 디퀘스트® 2010 브랜드 히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산 (이들 둘 다는 솔루티아(Solutia)로부터 입수가능함), 또는 그의 임의의 산성 염을 포함한다. 적합한 산성 헤테로시클릭 화합물의 비제한적 예는 요산, 아스코르브산 등, 또는 그의 임의의 산성 염을 포함한다. 일부 실시양태에서, 완충제를 사용하지 않거나, 단지 비교적 소량의 완충제를 사용하거나, 또는 산 또는 염기로의 단순한 pH 조절에 의해 원하는 pH를 달성 및 유지할 수 있다.
본 발명의 연마 조성물은 연마 조성물에 일반적으로 포함되는 적절한 양의 1종 이상의 다른 첨가제 물질, 예컨대 금속 착물화제, 부식 억제제, 점도 개질제, 살생물제 등을 임의로 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 히스티딘 또는 비스-트리스와 같은 완충제; 카톤(KATHON) 또는 네올론(NEOLONE) 살생물제와 같은 살생물제; 아세트산, 히스티딘, 리신, 글리신, 피콜린산, 타르타르산, 이미노디아세트산, 알라닌, 벤조산, 니트릴로트리아세트산 (NTA), 글루탐산, 글루타르산, 베타-알라닌, 아스파르트산, 오르니틴 또는 프롤린과 같은 착물화제; 벤조트리아졸(BTA), 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 테트라졸, 5-아미노테트라졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 페닐포스폰산, 메틸포스폰산과 같은 부식 억제제 등을 포함할 수 있다.
수성 담체는 임의의 수성 용매, 예를 들어 물, 수성 메탄올, 수성 에탄올, 그의 조합 등일 수 있다. 바람직하게는, 수성 담체는 주로 탈이온수를 포함한다.
본원에 기재된 CMP 조성물의 세리아 연마제 성분은 반도체 연마 응용에 유용한 임의의 미립자 세리아 연마제일 수 있다. 일부 바람직한 실시양태에서, 세리아 연마제는 콜로이드성 세리아이다. 바람직하게는, 세리아 연마제는 10 내지 200 nm, 보다 바람직하게는 40 내지 80 nm (예를 들어, 60 nm)의 평균 입자 크기를 갖는 주 세리아 입자를 포함한다. 세리아 연마제는 또한 보다 큰 입자 크기 (예를 들어, 150 내지 170 nm)를 갖는 부 세리아 입자를 포함할 수 있다.
CMP 조성물의 양이온성 중합체 성분은 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체, 예컨대 메타크릴로일옥시에틸트리메틸 아모늄 단독중합체 (예를 들어, 도 1에 중합체 1로서 나타낸 폴리MADQUAT), 3-메타크릴로일옥시-2-히드록시프로필트리메틸 암모늄 단독중합체 (예를 들어, 도 1에 나타낸, 폴리(2-히드록시-3-메타크릴옥시프로필트리메틸 암모늄 클로라이드로도 공지된 중합체 3), 2-메타크릴로일옥시에틸-N,N-디메틸-N-(2-히드록시-3-클로로프로필) 암모늄 단독중합체 (예를 들어, 도 1에 나타낸, 폴리(3-클로로-2-히드록시프로필-2-메타크릴옥시에틸디메틸 암모늄 클로라이드로도 공지된 중합체 2), 또는 이들 중 2종 이상의 조합이다. 바람직한 실시양태에서, 양이온성 중합체는 폴리MADQUAT, 즉 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드)이다. 양이온성 중합체의 암모늄 기를 위한 반대-이온은 임의의 음이온, 예컨대 할라이드 (예를 들어, 클로라이드), 니트레이트, 메틸술페이트 또는 이들 음이온 중 2종 이상의 조합일 수 있다. 양이온성 중합체, 특히 폴리MADQUAT는 바람직하게는 10000 내지 25000, 보다 바람직하게는 12000 내지 16000 범위의 분자량을 갖는다.
임의로, CMP 조성물은 수용성 염, 예컨대 윤곽 조절 및 전도성을 위한 질산암모늄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 50 내지 2000 ppm의 수용성 염을 포함할 수 있다. 염의 부재 하에, 산화물 제거 속도는 질화물 및/또는 폴리실리콘에 대한 제거 속도보다 상당히 클 수 있고 (예를 들어, 2배 또는 그 초과); 염의 첨가는 산화물 제거 속도를 질화물 및 폴리실리콘에 대한 제거율과 유사한 값으로 떨어뜨리는 경향이 있다.
본원에 기재된 방법에 사용된 연마 조성물은 임의의 적합한 기술에 의해 제조될 수 있고, 이들 중 다수가 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 연마 조성물은 회분식 또는 연속식 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 그의 성분들을 임의의 순서로 조합함으로써 제조될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "성분"은 개개의 성분들 (예를 들어, 연마제, 중합체, 킬레이트화제, 완충제 등) 뿐만 아니라 성분들의 임의의 조합을 포함한다. 예를 들어, 세리아 연마제를 물에 분산시키고, 중합체 성분과 조합하고, 성분을 연마 조성물에 혼입할 수 있는 임의의 방법에 의해 혼합할 수 있다. 전형적으로, 사용시에 산화제는, 조성물이 CMP 공정에서의 사용을 위해 준비될 때까지 연마 조성물에 첨가되지 않으며, 예를 들어 연마 개시 직전에 산화제를 첨가할 수 있다. pH는 필요에 따라 산 또는 염기의 첨가에 의해 임의의 적합한 시간에 추가로 조절될 수 있다.
본 발명의 연마 조성물은 또한, 사용 전에 적절한 양의 수성 용매 (예를 들어, 물)로 희석하는 것으로 의도된 농축액으로서 제공될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 연마 조성물 농축액은 적절한 양의 수성 용매로 농축액을 희석시에, 연마 조성물의 각각의 성분이 사용을 위해 적절한 범위 내의 양으로 연마 조성물에 존재하게 될 양으로 수성 용매에 분산 또는 용해된 다양한 성분을 포함할 수 있다.
놀랍게도, 본 발명의 조성물 및 방법은 전형적인 CMP 조건 하에서 유용하고 높은 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 제거 속도를 제공한다. 본원에 사용된 용어 폴리실리콘은 비도핑 및 도핑 폴리실리콘 (예를 들어, 인 (P) 또는 붕소 (B) 도핑 폴리실리콘) 둘 다를 포괄하는 것으로 의도된다.
본 발명의 CMP 방법은 바람직하게는 화학 기계적 연마 장치를 사용하여 달성된다. 전형적으로, CMP 장치는 사용시에 이동하며 궤도형, 선형 및/또는 원형 이동으로부터 생성된 속도를 갖는 압반(platen), 압반과 접촉하며 작동시에 압반에 대해 이동하는 연마 패드, 및 연마 패드의 표면과 접촉하고 그에 대해 이동함으로써 연마될 기판을 보유지지하는 캐리어를 포함한다. 기판의 연마는, 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하기 위해, 기판을 연마 패드 및 본 발명의 연마 조성물과 접촉하게 위치시키고, 이어서 기판에 대해 연마 패드를 이동시킴으로써 수행된다.
하기 실시예는 본 발명의 특정한 측면을 추가로 예증하지만, 당연히 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본원 및 하기 실시예 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 백만분율 (ppm) 또는 중량 퍼센트 (중량%)로서 기록된 농도는 관심 활성 성분의 중량을 조성물의 중량으로 나눈 것을 기초로 한다.
실시예 1
본 실시예는 세리아-기재 CMP 연마 조성물에서 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 제거 속도에 대해 다양한 양이온성 중합체의 효과를 예증한다.
100 rpm의 압반 속도, 85 rpm의 캐리어 속도, 3 psi의 하향력(down force) 및 150 mL/분의 슬러리 유동 속도; 연마 시간: 60초에서, 다우(DOW) IC 1010 연마 패드를 사용하여 미라(MIRRA) 연마 장치 상에서 산화규소 (TEOS), 질화규소 및 폴리실리콘 블랭킷 웨이퍼를 별도로 화학 기계적으로 연마하기 위해 4.3의 pH를 갖고 콜로이드성 세리아 (0.4 중량%, 60 nm의 주 평균 입자 크기) 및 양이온성 중합체를 포함하는 수성 연마 슬러리를 사용하였다. 질화물, 산화물 및 폴리실리콘의 각각 2개의 웨이퍼를 연마하기 위해 관찰된 제거 속도 (Å/min)와 함께 슬러리에 사용된 중합체 및 중합체 농도를 표 1에 나타낸다. 도 1은 본 실시예에서 평가된 일부 중합체를 포함하여 선택된 양이온성 중합체의 화학 구조 다이아그램을 제공한다. 도 2는 시험된 슬러리로 달성된 제거 속도의 그래프를 제공한다. 도 2에서, 수직축은 제거 속도 (Å/min)를 제공하고, 수평축은 표 1로부터의 조성물 번호를 기재한다.
<표 1>
Figure 112015124934799-pct00001
표 1에서, 폴리MADQUAT는 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드)를 지칭하고, 폴리DADMAC는 폴리(디알릴디메틸 암모늄 클로라이드)를 지칭하고, PEI는 폴리(에틸렌이민)을 지칭하고, 폴리Ac-MADQUAT는 폴리(아크릴아미드/2-아크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드)공중합체 (80:20 아크릴아미드:MADQUAT; 50K MW)를 지칭하고, PVI-쿼트는 디메틸 술페이트로 사량화된 4급 폴리(1-비닐이미다졸)을 지칭하고, PVP는 폴리(4-비닐피리딘)을 지칭하고, 폴리VBTAC는 폴리(4-비닐벤질트리메틸 암모늄 클로라이드)를 지칭한다.
표 1 및 도 2의 결과로부터 명백하듯이, 단지 폴리MADQUAT 만이 놀랍게도 질화물 및 폴리실리콘 제거 속도 둘 다를 향상시키고 높은 산화물 제거 속도를 유지하였으며, 그 결과 산화물, 질화물 및 폴리실리콘에 대한 제거 속도는 각각 1300 Å/min보다 높다. 반대로, PEI, 폴리DADMAC, PVP 및 폴리VBTAC는 질화물 및 산화물 제거 속도 둘 다를 억제한 반면, PVI-쿼트는 산화물 제거 속도를 현저하게 억제하였고, 폴리Ac-MADQUAT는 질화물 및 폴리실리콘 제거 속도에서만 단지 중등의 향상을 제공하였다. 추가로, 폴리MADQUAT 조성물을 사용한 블랭킷 웨이퍼 결과를 패턴 웨이퍼 상에서 확인하였고, 질화물/폴리실리콘 패턴을 함유한 패턴 웨이퍼의 연마시에 놀랍게도 10 Å 미만의 디싱 및 단지 30개의 결함/웨이퍼를 제공하였다.
실시예 2
본 실시예는 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체를 포함하는 세리아-기재 CMP 연마 조성물에서 산화물, 질화물 및 폴리실리콘 제거 속도에 대해 첨가된 염 및 양이온성 중합체 농도의 효과를 예증한다.
100 rpm의 압반 속도, 85 rpm의 캐리어 속도, 3 psi의 하향력 및 150 mL/분의 슬러리 유동 속도; 연마 시간: 60초에서, 다우 IC 1010 연마 패드를 사용하여 미라 연마 장치 상에서 산화규소 (TEOS), 질화규소 및 폴리실리콘 블랭킷 웨이퍼를 별도로 화학 기계적으로 연마하기 위해 4.5의 pH를 갖고 콜로이드성 세리아 (0.4 중량%, 60 nm의 주 평균 입자 크기) 및 양이온성 중합체를 포함하는 수성 연마 슬러리를 사용하였다. 슬러리에 사용된 중합체를 표 2에 나타낸다. 조성물 1에 상응하는 슬러리는 15 ppm의 중합체 농도를 갖고, 조성물 2에 상응하는 슬러리는 17 ppm의 중합체 농도를 갖고, 조성물 3에 상응하는 슬러리는 21 ppm의 중합체 농도를 가졌다. 도 3은 시험된 슬러리로 달성된 제거 속도의 그래프를 제공한다. 도 3에서, 수직축은 제거 속도 (Å/min)를 제공하고, 수평축은 표 2로부터의 조성물 번호를 기재한다.
<표 2>
Figure 112015124934799-pct00002
표 2의 것과 유사하지만 900 ppm의 질산암모늄 염을 포함하고 중합체 농도가 더 높은 수성 연마 슬러리를, 동일한 연마 조건 하에서 시험하였다. 도 4는 시험된 슬러리로 달성된 제거 속도의 그래프를 제공한다. 도 4에서, 수직축은 제거 속도 (Å/min)를 제공하고, 수평축은 표 2로부터의 상응하는 조성물 번호를 기재한다. 첨가된 염을 포함하는 슬러리에서, 조성물 1에 상응하는 슬러리는 25 ppm의 중합체 농도를 갖고, 조성물 2에 상응하는 슬러리는 29 ppm의 중합체 농도를 갖고, 조성물 3에 상응하는 슬러리는 35 ppm의 중합체 농도를 가졌다.
도 3 및 도 4에 나타낸 결과로부터 명백하듯이, 염의 첨가는 산화물 제거 속도를 질화물 및 폴리실리콘 제거에 대해 관찰된 것과 근접한 수준으로 억제한다.
또한 중합체 농도를 증가시킴으로써 질화물 및 폴리실리콘에 대한 제거 속도가 향상될 수 있다. 도 5는 조성물 1에 대한 중합체 농도를 55 ppm으로 증가시키고 조성물 2에 대한 중합체 농도를 65 ppm으로 증가시키는 것 이외에는 표 2에서의 조성물 1 및 2와 유사한 슬러리에 대한 제거 속도를 제공한다. 이러한 슬러리에 염을 첨가하지 않았다.
도 3, 4 및 5에서의 정보를 기초로 하여, 중합체, 중합체 농도의 조절 및 질산암모늄과 같은 첨가된 염의 사용에 의해 원하는 제거 속도를 맞추기 위해 본원에 기재된 방법을 조작할 수 있다.
본원에 인용된 공보, 특허 출원 및 특허를 포함한 모든 참고문헌은, 마치 각각의 참고문헌이 개별적으로 그리고 구체적으로 참고문헌으로 포함된 것으로 표시된 것처럼 그리고 그 전문이 본원에 기재된 것처럼 동일한 정도까지 참고문헌으로 포함된다.
본 발명을 설명하는 문맥에서 (특히 하기 청구 범위의 문맥에서) 단수 표현 및 유사한 지시어의 사용은, 본원에 달리 표시되거나 문맥에 의해 달리 명백히 모순되지 않는 한, 단수 및 복수 둘 다를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "비롯한" 및 "함유하는"은 달리 주지되지 않는 한 개방형 용어 (즉, "포함하나, 이에 제한되지는 않는"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위의 열거는, 본원에 달리 표시되지 않는 한, 단순히 그 범위에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급된 속기 방법으로서 역할을 하는 것으로 의도되며, 각각의 개별 값은 마치 본원에 개별적으로 열거된 것처럼 명세서에 포함된다. 측정에 의해 수득된 모든 수치 (예를 들어, 중량, 농도, 물리적 치수, 제거 속도, 유동 속도 등)는 절대적으로 정확한 수로서 해석되어서는 안되고, 용어 "약"이 명확하게 언급되든지 또는 아니든지에 관계없이, 당 기술에서 일반적으로 사용되는 측정 기술의 공지된 한계 내의 값을 포괄하는 것으로 간주되어야 한다. 본원에 기재된 모든 방법은 본원에 달리 표시되거나 문맥에 의해 달리 명백히 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 임의의 및 모든 예, 또는 본원에 제공된 예시적 용어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명의 특정한 측면을 보다 잘 예증하기 위한 의도이고, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위에 대한 제약을 가하지 않는다. 명세서 내의 어떠한 용어도, 임의의 비-특허 청구 요소를 본 발명의 실시에 필수적으로 나타내는 것으로서 해석되어서는 안된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 공지된 최선의 방식을 포함하여 본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 기재되어 있다. 이러한 바람직한 실시양태의 변형은 상기 명세서를 읽으면 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 본 발명자들은 통상의 기술자가 이러한 변형을 적절하게 사용할 것으로 기대하고, 본 발명자들은 본 발명이 본원에 구체적으로 기재된 것과는 달리 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법에 의해 허용되는 본원에 첨부된 청구범위에 열거된 주제의 모든 변형 및 균등물을 포함한다. 또한, 본원에 달리 표시되거나 문맥에 의해 달리 명백히 모순되지 않는 한, 모든 가능한 그의 변형에서 상기 기재된 요소의 임의의 조합이 본 발명에 의해 포괄된다.

Claims (22)

  1. 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판의 표면을 화학 기계적 연마 (CMP) 조성물로 마모시켜, 그로부터 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘을 적어도 일부 제거하는 것을 포함하며, 상기 CMP 조성물은, 3 내지 9.5의 pH를 갖고 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 미립자 세리아 연마제를 포함하고; 상기 양이온성 중합체는 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체로 이루어지며; 상기 세리아 연마제는 0.1 내지 2 중량 퍼센트 (중량%)의 농도로 CMP 조성물에 존재하고, 상기 양이온성 중합체는 20 내지 200 백만분율 (ppm)의 농도로 CMP 조성물에 존재하며; 상기 수성 담체는 질산암모늄을 추가로 포함하는 것인, 이산화규소, 질화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판을 연마하기 위한 CMP 방법.
  2. 제1항에 있어서, 미립자 세리아 연마제가 콜로이드성 세리아를 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 미립자 세리아 연마제가 10 내지 200 nm의 평균 입자 크기를 갖는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 양이온성 중합체가 할라이드, 니트레이트 및 메틸술페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 반대-이온을 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 마모가 CMP 연마 장치에서 연마 패드와 함께 달성되는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, pH가 3 내지 5인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드), 폴리(2-히드록시-3-메타크릴옥시프로필트리메틸 암모늄 클로라이드) 및 폴리(3-클로로-2-히드록시프로필-2-메타크릴옥시에틸디메틸 암모늄 클로라이드)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체로 이루어진 것인 방법.
  8. 3 내지 9.5의 pH를 갖고 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 미립자 세리아 연마제를 포함하며, 상기 양이온성 중합체는 4급 메타크릴로일옥시알킬 암모늄 중합체로 이루어지고; 상기 수성 담체는 질산암모늄을 추가로 포함하는 것인, 이산화규소, 질화규소, 폴리실리콘 또는 그의 조합을 포함하는 기판을 연마하기에 적합한 화학 기계적 연마 (CMP) 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 양이온성 중합체가 할라이드, 니트레이트 및 메틸술페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 반대-이온을 포함하는 것인 CMP 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 미립자 세리아 연마제가 0.1 내지 4 중량%의 농도로 조성물에 존재하는 것인 CMP 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 미립자 세리아 연마제가 1.2 내지 2 중량%의 농도로 조성물에 존재하는 것인 CMP 조성물.
  12. 제8항에 있어서, 양이온성 중합체가 20 내지 800 ppm의 농도로 조성물에 존재하는 것인 CMP 조성물.
  13. 제8항에 있어서, 양이온성 중합체가 20 내지 200 ppm의 농도로 조성물에 존재하는 것인 CMP 조성물.
  14. 제8항에 있어서, pH가 3 내지 5인 CMP 조성물.
  15. 제8항에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드), 폴리(2-히드록시-3-메타크릴옥시프로필트리메틸 암모늄 클로라이드) 및 폴리(3-클로로-2-히드록시프로필-2-메타크릴옥시에틸디메틸 암모늄 클로라이드)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체로 이루어진 것인 CMP 조성물.
  16. 3 내지 5의 pH를 갖고 150 내지 200 ppm의 양이온성 중합체를 함유하는 수성 담체에 현탁된 1.2 내지 2 중량%의 미립자 콜로이드성 세리아 연마제를 포함하며, 상기 양이온성 중합체는 폴리(2-메타크릴로일옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드)로 이루어지고; 상기 수성 담체는 질산암모늄을 추가로 포함하는 것인, 이산화규소, 질화규소, 폴리실리콘 또는 그의 조합을 포함하는 기판을 연마하기에 적합한 화학 기계적 연마 (CMP) 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 50 내지 2000 ppm의 질산암모늄을 포함하는 CMP 조성물.
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