KR102488753B1 - 낮은 연마제 실리카 입자의 수성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2.5 내지 5.3의 범위인 pH를 가지고 그리고 구형 콜로이드 실리카 입자와, 수성 CMP 연마 조성물 내 실리카 고형물의 총 중량을 기준으로 30 내지 99 중량%의 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물을 포함하는 수성 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물을 제공하되, 여기서 상기 콜로이드성 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자는 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)가 서로 다르고, 여기서 구형 콜로이드 실리카 입자 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나는 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유한다. 본 발명은 높은 다운포스 CMP 연마 적용에 상기 조성물을 사용하는 방법을 더 제공한다.

Description

낮은 연마제 실리카 입자의 수성 조성물{AQUEOUS COMPOSITIONS OF LOW ABRASIVE SILICA PARTICLES}
본 발명은 구형 콜로이드 실리카 입자 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물을 포함하는 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 관한 것으로 여기서 상기 구형 콜로이드 실리카 입자 및 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나는 양이온성 질소 원자를 함유한다.
현재, 기판을 연마하기 위한 CMP 연마 패드와 함께 사용되는 수성 화학, 기계적 평탄화 연마 (CMP) 조성물의 사용자는 이러한 연마에 사용되는 수성 연마제 슬러리의 고체분을 1 내지 10 중량%의 고형물 수준으로 감소함에 의해 그것의 비용을 감소시키고자 한다. 그러나, 이러한 수성 실리카 슬러리 CMP 조성물은, 특히 메모리 칩 또는 모듈과 같은 경질 유전체 웨이퍼 기판에 대해 요구되는 높은 다운 포스 조건 하에서, 양호하게 수행하지 못한다. 높은 다운 포스 CMP 연마에서, 웨이퍼 기판과 연마 패드 표면 사이의 공간은 상당히 수축되고, 이로써 연마 중에 패드 모서리에서 패드 중심으로 연마제 입자 이송의 실패를 야기하게 된다. 그 결과는 높은 다운 포스 CMP 연마를 사용하여 연마된 기판에 평탄성의 실질적인 결여로 되어 평탄화 효율에 악영향을 미친다. 또한, 연마 중 패드와 기판 사이의 마찰이 상당히 증가하여, 연마 온도가 상승하고 기판을 연마하는 대신에 패드 마모 또는 마손이 발생하여 단축된 연마 패드 수명을 초래한다. 또한, 증가하는 다운 포스로, 공지된 수성 실리카 슬러리를 사용할 때 발견되는 기판 제거 속도는 정체될 수 있고 심지어 감소할 수 있다.
Higuchi 등의 미국 특허 공개번호 US2011/0163262 A1는 콜로이드 실리카와 2차 입자로서 분지형 또는 휜 실리카 입자의 혼합물을 함유하는 조성물뿐만 아니라 이러한 실리카 조성물을 제조하는 방법을 개시한다. Higuchi는 얻어지는 수성 슬러리 조성물의 순도에 중점을 두고 있다. 그러나, Higuchi 조성물의 어느 것도 연마 중 과도한 마찰 증강 또는 높은 다운 포스 CMP 연마로 인한 기판에서의 평탄성의 결여의 문제를 다루거나 더욱이 전혀 해결하지 못한다.
본 발명자들은 높은 다운 포스 적용에서 낮은 실리카 고형분으로 보다 일관된 기판 연마 성능을 제공하는 수성 실리카 CMP 연마 조성물을 제공하는 문제를 해결하기 위해 노력해왔다.
1. 본 발명에 따르면, 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물은 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)에서 서로 다른 구형 콜로이드 실리카 입자 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물을 포함하고, 상기 조성물은 2.5 내지 5.3 또는, 바람직하게는, 3 내지 5의 범위로 되는 pH를 가지고, 여기서 상기 구형 콜로이드 실리카 입자 및 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나는 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하고, 그리고 추가로 여기서, 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 양은 수성 CMP 연마 조성물 내 실리카 고형물의 총 중량을 기준으로 30 내지 99 중량%, 또는 30 내지 95 중량%, 또는, 바람직하게는 40 내지 90 중량%, 또는, 더 바람직하게는, 40 내지 85 중량%의 범위이다.
2. 상기 항목 1에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 양이온성 질소 원자는 수성 CMP 연마 조성물의 pH에서 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하는 아미노실란으로부터 유래하고, 이로써 구형 콜로이드 실리카 입자 또는 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나는 아미노실란 기 함유 실리카 입자이고, 바람직하게는, 여기서 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자는 추가로 양성자화된 아민 또는 4차 암모늄을 함유한다.
3. 상기 항목 1 또는 2 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 아미노실란은 1종 이상의 3차 아민 기, 예컨대 N,N-(디에틸아미노메틸)트리에톡시실란 (DEAMS), 또는 1종 이상의 2차 아민 기, 예컨대 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 (AEAPS) 또는 N-아미노에틸아미노에틸아미노프로필 트리메톡시실란 (DETAPS)을 함유하는 아미노실란, 바람직하게는, 1종 이상의 3차 아민 기를 함유하는 아미노실란으로부터 선택된다.
4. 상기 항목 2 또는 3 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 아미노실란의 양은 수성 CMP 연마 조성물 내 총 실리카 고형물을 기반으로 0.0020 내지 0.25 중량%, 또는, 바람직하게는, 0.003 내지 0.1 중량% 또는, 더 바람직하게는, 0.003 내지 0.02 중량%의 범위이다.
5. 상기 항목 1, 2, 3, 또는 4 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물에 따르면, 상기 조성물은 2개의 4차 암모늄 기, 예컨대 헥사부틸 C1-C8 알칸디암모늄 이수산화물 또는 염, 예컨대 이들의 디할라이드, 예를 들면, N,N,N',N',N'-헥사부틸-1-6-헥산디암모늄 이수산화물, 또는, 바람직하게는, N,N,N,N',N',N'-헥사부틸-1,4-부탄디암모늄 이수산화물 (HBBAH)을 함유하는 화합물을 더 포함한다.
6. 상기 항목 5에서와 같은 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물의 양은 수성 CMP 연마 조성물 내 총 실리카 고형물을 기반으로 1 내지 2000ppm 또는, 바람직하게는, 5 내지 500ppm 또는, 더 바람직하게는, 10ppm 내지 200ppm의 범위이다.
7. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6 중 어느 하나에서와 같은 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 양이온성 질소 원자는 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 내에 함유된 양성자화된 아민 또는 4차 암모늄으로부터 유래하거나 또는, 바람직하게는, 여기서 상기 1종 이상의 양이온성 질소 원자는 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 내에 함유된 양성자화된 아민 또는 4차 암모늄으로부터 유래하고 그리고 뿐만 아니라, 아미노실란, 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물, 또는 아미노실란과 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물 모두 중에서 임의의 것으로부터 유래한다.
8. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7 중 어느 하나에서와 같은 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 실리카 입자의 중량 평균 입자 크기(CPS)는 10nm 내지 200nm, 또는, 바람직하게는, 25nm 내지 80nm의 범위이다.
9. 상기 항목 1 내지 8 중 어느 하나에서와 같은 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 따르면, 상기 조성물은 0 내지 50밀리몰/kg(mmol/kg), 또는, 바람직하게는, 0.1 내지 10mmol/kg의 총 (습성) 조성물의 양에서 3 내지 7의 (디)카복실산 pKa, 또는, 바람직하게는, 3 내지 6의 pKa의 카복실레이트인 완충액을 더 포함한다.
10. 연마 유전체 또는 산화물 함유 기판에 사용하기 위한, 상기 항목 1 내지 9 중 어느 하나에서와 같은 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 따르면, 상기 조성물은 것이고 산화제 화합물, 예컨대 과산화수소를 포함하지 않는다.
11. 상기 항목 1 내지 10 중 어느 하나에서와 같은 수성 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 조성물에 따르면, 여기서 상기 실리카 입자의 총량은 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%, 또는, 바람직하게는, 15 내지 30 중량%의 범위이다.
12. 본 발명의 별개의 측면에 따르면, 수성 CMP 연마 조성물을 제조하는 방법은 (i) 구형 콜로이드 실리카 입자의 수성 슬러리 및 (ii) 수성 CMP 연마 조성물 내 실리카 고형물의 총 중량을 기준으로 30 내지 99 중량%, 또는 30 내지 95 중량%, 또는, 바람직하게는 40 내지 90 중량%, 또는, 더 바람직하게는, 40 내지 85 중량%의 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 수성 슬러리를 상기 조성물 (i) 및 (ii)가 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)에서 서로 다르도록 혼합하는 단계, 및 수성 CMP 연마 조성물을 형성하기 위해 완충액 또는 카복실산, 바람직하게는 석신산으로 얻어진 혼합물의 pH를 2.5 내지 5.3 또는, 바람직하게는, 3 내지 5로 조정하는 단계를 포함하고, 여기서 구형 콜로이드 실리카 입자 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나, 또는 둘 모두는 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하거나 또는, 바람직하게는, 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자는 1종 이상의 추가 양이온성 질소 원자를 제공하는 양성자화된 아민 또는 4차 암모늄 w를 포함한다.
13. 상기 항목 12에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 수성 슬러리 (i) 또는 (ii) 중 적어도 하나, 또는 둘 모두는 pH 6 내지 9, 바람직하게는, 7 내지 8에서 수성 아미노실란으로 입자를 처리하고 그리고 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하는 아미노실란 기 함유 실리카 입자 조성물을 형성하기 위해 5 내지 180분, 예를 들면, 최대 60분 동안 혼합물을 격렬한 진탕 하에 두고 그리고 얻어진 조성물의 pH를 2.5 내지 5.2 또는, 바람직하게는, 3 내지 5로 조정함에 의해 형성된다.
14. 항목 13에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 상기 방법은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하기 위해 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물을 혼합하는 것을 더 포함한다.
15. 항목 12에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 수성 슬러리 (i) 또는 (ii) 중 적어도 하나, 또는 둘 모두는 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하는 실리카 입자를 형성하기 위해 수성 슬러리를 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물과 배합시킴에 의해 형성된다.
16. 상기 항목 13, 14 또는 15 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하는 방법에 따르면, 여기서 상기 수성 아미노실란은 1종 이상의 3차 아민 기, 예컨대 N,N-(디에틸아미노메틸)트리에톡시실란 (DEAMS), 또는 1종 이상의 2차 아민 기, 예컨대 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 (AEAPS) 또는 N-아미노에틸아미노에틸아미노프로필 트리메톡시실란 (DEAPS aka DETAPS)을 함유하는 아미노실란을 포함한다.
16. 항목 14 또는 15 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하는 방법에 따르면, 여기서 상기 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물은 헥사부틸 C1-C8 알칸디암모늄 이수산화물 또는 그것의 염, 예컨대 디할라이드, 바람직하게는, N,N,N,N',N',N'-헥사부틸-1,4-부탄디암모늄 이수산화물 (HBBAH)로부터 선택된다.
17. 상기 항목 11 내지 16 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 각각의 수성 슬러리 (i) 및 수성 슬러리 (ii)는 15 내지 30 중량%의 고형분을 가진다.
18. 상기 항목 17에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물을 제조하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 상기 방법은 수성 CMP 연마 조성물을 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%의 총 실리카 입자 함량으로 희석하는 것을 더 포함한다.
19. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, CMP 연마 패드 및 수성 CMP 연마 조성물로 반도체, 메모리 또는 광학 유전체 기판과 같은 CMP 기판을 연마하는 방법은 패드 및 상기 항목 1 내지 10 중 어느 하나에서와 같은 수성 CMP 연마 조성물로 기판을 연마하는 것을 포함한다.
20. 상기 항목 19에서와 같은 CMP 기판을 연마하는 방법에 따르면, 여기서 상기 연마 다운포스는 20.7 kPa (3 psi) 내지 41.5 kPa (6 psi) 또는, 바람직하게는, 24.15 kPa (3.5 psi) 내지 36 kPa (5.2 psi)의 범위이다.
달리 나타내지 않는 한, 온도 및 압력의 조건은 주위 온도 및 표준 압력이다. 인용된 모든 범위는 포괄적이고 조합가능하다.
달리 나타내지 않는 한, 괄호를 포함하는 임의의 용어는, 대안적으로 마치 괄호가 존재하지 않는 것과 같은 전체의 용어 및 이들이 없는 용어 그리고 각각의 대안의 조합을 지칭한다. 따라서, 용어 "(폴리)이소시아네이트"는 이소시아네이트, 폴리이소시아네이트 또는 이들의 혼합물을 지칭한다.
모든 범위는 포괄적이며 조합가능하다. 예를 들면, 용어 "50 내지 3000 cPs, 또는 100 이상 cPs의 범위"는 50 내지 100 cPs, 50 내지 3000 cPs 및 100 내지 3000 cPs 각각을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "ASTM"은 펜실베이니아주 웨스트 콘쇼호켄 소재의 ASTM 인터내셔날의 출판물을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "콜로이드성으로 안정적인"은 소정의 조성물이 겔화되거나 침전되지 않고 소정의 시간 및 소정의 온도 후에 가시적인 점검에서 투명하게 남아 있음을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "하드 염기"는 알칼리(ne 토) 금속 수산화물, 예컨대 NaOH, KOH, 또는 Ca(OH)2을 포함하는 금속 수산화물을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "ISO"는 스위스 제네바의 국제 표준화 조직의 출판물을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "입자 크기(CPS)"는 CPS 인스트루먼트(네덜란드) 디스크 원심 분리기 시스템에 의해 결정된 조성물의 중량 평균 입자 크기를 의미한다. 입자는 용매에서 원심력을 사용하여 크기별로 분리되고 광학 광 산란을 사용하여 정량화된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "실리카 입자 고형물" 또는 "실리카 고형물"은, 소정의 조성물에 대해, 임의의 이들 입자가 처리되는 임의의 것을 포함하여, 구형 실리카 입자의 총량에, 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 총량을 더한 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "고형물"은 그것의 물리적 상태가 무엇인지에 관계없이 사용 조건에서 휘발하지 않는 물 또는 암모니아 이외의 임의의 물질을 의미한다. 따라서, 사용 조건에서 휘발하지 않는 액체 실란 또는 첨가제는 "고형물"로 간주된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "강산"은 황산 또는 질산과 같은 무기산과 같이, 2 또는 그 미만의 pKa를 갖는 양성자산을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "사용 조건"은 사용의 도중 또는 결과로 온도 및 압력에서의 증가를 포함하여 소정의 조성물이 사용되는 온도 및 압력을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "중량 분율 실리카"는 조성물/100%의 총 중량을 기준으로 실리카의 총 중량%를 의미한다. 따라서, 30 중량% 실리카는 0.3의 중량 분율과 같다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "중량%"는 중량 퍼센트를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "제타 전위"는 Malvern Zetasizer 기기에 의해 측정된 바와 같은 소정의 조성물의 전하를 지칭한다. 모든 제타 전위 측정은 실시예에 기재된 바와 같이 (희석된) 슬러리 조성물에 대해 행해졌다. 보고된 값은 각각의 표시된 조성물에 대해 기기에 의해 취해진 >20회 취득을 사용하여 평균화된 제타 값의 측정으로부터 얻어졌다.
본 발명자들은 놀랍게도 20nm 미만(콜로이드성 크기)으로 중량 평균 입자 크기(CPS)에서 서로 다른 구형 콜로이드 실리카 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물을 포함하고 그리고 여기서 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 또는 구형 콜로이드 실리카 입자 중 적어도 1종이 양이온성 질소 원자를 함유하는 수성 CMP 연마 조성물이 연마 도중 마찰을 낮출 수 있고 연마 도중 연마 온도를 낮출 수 있다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 또한, 구형 콜로이드 실리카 입자 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물은 연마 다운포스가 증가함에 따라 일관된 제거율 (RR) 및 제거 프로파일의 균일성에서의 개선을 가능하게 한다. 더욱이, 본 발명의 조성물은 또한 보다 적은 패드 텍스처 마모에 유리한 상당히 감소된 연마 온도를 가능하게 한다. 본 발명의 수성 CMP 연마 조성물의 성능을 평가할 때, RR (y) 대 압력 (x)의 그래프는 연마 다운포스가 증가됨에 따라 직선을 만든다. 한층 더, 구형 및 휘거나 또는 연신된 실리카 입자의 블렌드는 이것이 중심으로부터 모서리로 기판을 가로질러 이동함에 따라 RR에서의 개선된 일관성 또는 균일성을 가능하게 한다. 본 발명의 수성 CMP 연마 조성물은 따라서 1 내지 5 중량% 고형물의 경제적인 낮은 연마제 고형분에서 양호한 연마 성능을 가능하게 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자는 1.8:1 내지 3:1의 가장 긴 치수 대 가장 긴 치수에 수직인 직경의 종횡비를 갖는 실리카 입자를 지칭한다.
적합한 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자는 테트라에톡시실란(TEOS) 또는 테트라메톡시실란(TMOS)과 같은 전구체로부터 공지된 방식으로 형성된 실란올의 가수분해 축합에 의한 현탁 중합으로부터 제조된다. 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자를 제조하는 공정은 공지되어 있고, 예를 들면, Higuchi 등의 미국 특허 번호 8,529,787에서 찾아볼 수 있다. 가수분해 축합은 염기성 촉매, 예컨대 알킬암모늄 수산화물, 알킬아민 또는 KOH, 바람직하게는, 테트라메틸암모늄 수산화물의 존재에서 수성 현탁액 내에서 전구체를 반응시키는 것을 포함한다; 가수분해 축합 공정은 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 내에 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 합체할 수 있다. 바람직하게는, 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자는 4의 pH에서 양이온성이다.
적합한 휘거나 또는 결절성 실리카 입자는 상표명 HL-2, HL-3, HL-4, PL-2, PL-3 또는 BS-2 및 BS-3 슬러리로 일본 오사카(Fuso)의 Fuso Chemical Co., Ltd.로부터 이용가능하다. Fuso로부터 HL 및 BS 시리즈 입자는 pH 4에서 양이온성 전하를 부여하는 1종 이상의 질소 원자를 함유한다.
본 발명의 수성 CMP 연마 조성물의 콜로이드성 안정성을 보장하기 위해, 조성물은 2.5 내지 5.3 또는, 바람직하게는, 3 내지 5의 범위로 되는 pH를 가진다. 조성물은 바람직한 pH 이상에서는 그것의 안정성을 소실하는 경향이 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 수성 CMP 연마 조성물은 2개의 4차 암모늄 기, 예컨대 N,N,N,N',N',N'-헥사부틸-1,4-부탄디암모늄 이수산화물 (HBBAH)을 함유하는 화합물을 포함한다. 이러한 화합물은 높은 제거율을 유지하면서 저장, 수송 및 열 노화에 대해 수성 CMP 연마 조성물의 안정성을 고양한다.
본 발명에 따르면, 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 적합한 화합물은 헥사부틸 C1-C8 알칸디암모늄 이수산화물 또는 그것의 염, 예컨대 디할라이드, 또는, 바람직하게는, N,N,N,N',N',N'-헥사부틸-1,4-부탄디암모늄 이수산화물 (HBBAH)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 화합물의 적합한 양은 조성물 내 총 실리카 고형물을 기반으로 1 내지 2000ppm 또는, 바람직하게는, 5 내지 500ppm 또는, 더 바람직하게는, 10ppm 내지 200ppm의 범위이다. 양은 안정화 효과를 보장하기에 충분하여야 한다. 2개의 4차 암모늄 기를 함유하는 더 많은 화합물은 더 높은 실리카 농도 및/또는 더 낮은 아미노실란 농도를 갖는 조성물을 안정화하고 농축하는데 필요하다. 올리고머화 또는 겔화에 대한 가능성과 그것의 증가된 표면적에 기인하여 더 작은 평균 크기 입자를 안정화하기에 또한 더 많이 필요하다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 아미노실란 기 함유 실리카 입자를 제조하는데 사용하기에 적합한 아미노실란은 3차 아민 기 및 2차 아민 기 함유 아미노실란이다. 본 발명의 수성 CMP 연마 조성물에 사용하기에 적합한 아미노실란은 1종 이상의 3차 아민 기, 예컨대 N,N-(디에틸아미노메틸)트리에톡시실란 (DEAMS), 또는 1종 이상의 2차 아민 기, 예컨대 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 (AEAPS) 또는 N-아미노에틸아미노에틸아미노프로필 트리메톡시실란 (DEAPS aka DETAPS)을 함유하는 아미노실란을 포함한다.
본 발명에 따른 수성 CMP 연마 조성물에 사용하기 위한 아미노실란의 적합한 양은 범위이다
본 발명의 조성물은 층간 유전체 (ILD)와 같은 유전체 연마를 위해 의도된다.
실시예 : 하기 실시예는 본 발명의 다양한 특징을 예시한다.
다음의 실시예에서, 달리 나타내지 않는 한, 온도 및 압력의 조건은 주위 온도 및 표준 압력이다.
하기 물질이 다음의 실시예에서 사용되었다:
HBBAH= N,N,N,N',N',N'-헥사부틸-1,4-부탄디암모늄 이수산화물, 98 중량% (텍사스주 오스틴의 Sachem).
AEAPS= N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 98% (펜실베이니아주 모리즈빌의 Gelest Inc.);
DEAMS=(N,N-디에틸아미노메틸)트리에톡시실란, 98%, (Gelest Inc.).
실시예에서 사용된 다양한 실리카 입자는 아래 표 A에 열거된다.
표 A: 실리카 입자
Figure 112017103073455-pat00001
1. 프랑스 라모트의 Merck KgAA; 3. 일본 오사카의 Fuso Chemical; 4. 알칼리성 촉매, 예컨대 테트라메틸암모늄 수산화물을 함유하는 아민과 TMOS로 형성된 양이온성 입자 및 4.0의 pH에서 결정된 전하; 5. 공급원으로부터 전달된 pH. 6. Fuso BS-3 입자는 BS-2H 입자로 초기에 공급되었으나 지금은 BS-3 입자로 시판됨.
하기 약어가 다음의 실시예에서 사용되었다:
POU: 사용현장; RR: 제거율;
하기 시험 방법이 다음의 실시예에서 사용되었다:
POU에서의 pH : 사용현장에서의 pH (POU에서의 pH)는 표시된 고형분으로 물로 표시된 농축 조성물의 희석 후 제거율 시험 동안 측정된 것이다.
불균일성: 패드의 중심으로부터 모서리로 이동하는 다중 위치에서 측정된 제거율로부터 취해진 평균 제거율 값으로부터의 표준 편차.
제거율: 표시된 기판 상에 연마로부터 제거율 시험은, 표시된 바와 같이 표시된 다운포스 및 테이블과 캐리어 회전 속도(rpm)에서 그리고 소정의 연마제 슬러리 유량 200ml/min에서 표시된 CMP 연마 패드 및 연마제 슬러리로, 표시된 연마기, 예컨대 Strasbaugh 6EC 200mm 웨이퍼 연마기 또는 "6EC RR" (애리조나주 챈들러 소재의 Axus Technology Company) 또는 Applied Materials Mirra™ 200mm 연마 기계 또는 "Mirra RR" (캘리포니아주 산타클라라 소재의 Applied Materials)를 사용하여 수행되었다. Diagrid™ AD3BG-150855 다이아몬드 패드 컨디셔너 (대만의 Kinik Company)가 연마 패드를 컨디셔닝하기 위해 사용되었다. 연마 패드는 20분 동안 6.35kg(14.0lb)의 다운 포스를 사용한 패드 컨디셔너로 파괴되었고 그런 다음 10분 동안 4.1kg(9lb)의 다운 포스를 사용한 연마 전에 추가로 컨디셔닝되었다. 연마 패드는 4.1kg(9lb)의 다운 포스로 연마 패드의 중심으로부터 4.32cm에서 23.37cm로 10 스윕/분으로 연마하는 동안 원위치에서 추가로 컨디셔닝되었다. 제거율은 3mm 모서리 배제로 49 포인트 나선형 스캔을 사용하여 KLA-Tencor™ FX200 계측 도구 (캘리포니아주 밀피타스 소재의 KLA Tencor)를 사용하여 연마 전후의 필름 두께를 측정함에 의해 결정되었다.
제타 전위: 표시된 조성물의 제타 전위는 15-30 중량% 농도로 Malvern Zetasizer™ 기기 (영국 말번 소재의 Malvern Instruments)를 사용하여 측정되었다. 보고된 값은 각각의 표시된 조성물에 대한 단일 측정으로부터 취해졌다.
실시예 1: 연마
제거율 시험에서, 방사상 홈의 오버레이와 1778 마이크론(70mils)의 피치를 갖는 원형 홈이 있는 VP6000™ K7+R32 패드(미시간주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company (Dow))를 구비한 Mirra™ (Applied Materials) 연마 디바이스가 사용되어 아래 표 1A에서 정의된 CMP 연마 조성물을 사용하여, 200ml/min의 슬러리 유량, 123rpm 압반 속도, 및 117rpm 캐리어 속도에서 TEOS 기판을 연마하였다. 연마 조성물은 1 내지 2 중량%의 총 실리카 고형분으로 사용되었다. 최종 pH는 POU에서 희석 직후에 취해졌다.
표 1A: 제형(모든 비율은 총 고형물을 기반으로 한 중량%임)
Figure 112017103073455-pat00002
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 1B: 제거율 성능
Figure 112017103073455-pat00003
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 1C: 연마 마모
Figure 112017103073455-pat00004
*- 비교 실시예를 나타냄.
상기 표 1B 및 1C에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조성물은 연마 동안에 더 높은 연마 다운포스, 보다 더욱이 연마 (균일성) 및 감소된 온도와 그리고 따라서, 감소된 패드 마모에서 개선된 제거율, 덜 확연한 중심-느린 프로파일 및 슬러리의 군 중에서 감소된 RR 대 다운포스 곡선 굽힘 거동의 모두를 나타냈다. 비교 실시예 1, 2, 5, 7 및 8에서는, 슬러리 A에 구형 실리카 입자를 함유하는 DEAMS 및 슬러리 G 또는 슬러리 K에 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 모두의 혼합물 없이, 수성 CMP 연마 조성물 제형의 어느 것도 제거율이 증가된 다운포스와 일치하여 증가하였거나 남아있는 선형 P-곡선을 나타내지 않았다. 더욱이, 34.47kPa에서, 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 슬러리를 단독으로 갖는 비교 실시예 1, 2, 5, 7 및 8의 수성 CMP 연마 조성물은 >10% 프로파일 불균일성을 나타냈다. 한편, 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)에서 서도 다른 구형 콜로이드 실리카와 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물을 함유하는 모든 본 발명의 실시예 3, 4 및 6은 모두 더 높은 다운포스에서 더 높은 제거율로 5% 아래인 34.47kPa 불균일성과 보다 선형인 P-곡선을 나타냈다. 또한, 본 발명의 수성 CMP 연마 조성물의 연마 온도는 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자만의 이러한 조성물로부터의 연마 온도보다 상당히 낮아서, 이는 보다 적은 패드 텍스처 마모와 잠재적으로 더 긴 패드 수명을 의미한다.
실시예 2: 더 큰 패드의 연마
제거율 시험에서, IC1000™ K7+R32 패드(Dow)를 갖는 Reflexion™(Applied Materials) 연마 디바이스가 사용되어 아래 표 2A에서 정의된 CMP 연마 조성물을 사용하여, 300ml/min의 슬러리 유량, 93rpm 압반 속도, 및 87rpm 캐리어 속도에서 TEOS 기판을 연마하였다. 연마 조성물은 1 내지 2 중량%의 총 실리카 고형분으로 사용되었다. 최종 pH는 POU에서 희석 직후에 취해졌다.
표 2A: 제형(모든 비율은 총 고형물을 기반으로 한 중량%임 )
Figure 112017103073455-pat00005
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 2B: 제거율 성능
Figure 112017103073455-pat00006
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 2C: 연마 마모
Figure 112017103073455-pat00007
*- 비교 실시예를 나타냄.
상기 표 2B 및 2C에서 나타낸 바와 같이, 구형 콜로이드 실리카 대 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카의 1:1 고형물 중량 비에서 실시예 12의 수성 CMP 연마 조성물(2%)은 비교 실시예 13에서 훨씬 높은 입자 고형분(6%)을 갖는 구형 콜로이드 실리카의 산성 슬러리에 비교될 때 선형 P-곡선 및 평탄한 5psi RR 프로파일을 제공한다. 5psi에서 슬러리 18(1.125%)의 중심 느린 문제가 남아있다. 실시예 12의 본 발명의 수성 CMP 연마 조성물의 연마 온도는 비교 실시예 11에서의 낮은 고형물 수성 CMP 연마 조성물과 비교될 때 낮게 유지된다는 것이 주목할만하다.
실시예 3: 다양한 아미노실란을 갖는 연마 조성물
제거율 시험에서, VP6000™ K7+R32 패드(Dow)를 갖는 Mirra™(Applied Materials) 연마 디바이스가 사용되어 아래 표 3A에서 정의된 CMP 연마 조성물을 사용하여, 200ml/min의 슬러리 유량, 93rpm 압반 속도, 및 87rpm 캐리어 속도에서 TEOS 기판을 연마하였다. 연마 조성물은 2 중량%의 총 실리카 고형분으로 사용되었다. 최종 pH는 POU에서 희석 직후에 취해졌다.
표 3A: 제형(모든 비율은 총 고형물을 기반으로 한 중량%임 )
Figure 112017103073455-pat00008
표 3B: 제거율 성능
Figure 112017103073455-pat00009
2차 아민 기 함유 아미노실란(AEAPS)의 사용으로, 실시예 15 및 16의 본 발명의 조성물은 3차 아민 기 함유 아미노실란(DEAMS)을 함유하는 실시예 14에서의 조성물의 것에 유사한 제거율 및 균일성 거동을 나타냈다. 모든 실시예는 1:1 중량 비를 가졌고 P-곡선(제거율 곡선)은 상당히 선형이고 그리고 AEAPS를 함유하는 조성물의 5psi 제거 프로파일은 그것의 제거율이 약간 낮다고 하더라도 DEAMS를 함유하는 조성물과 같이 더 높은 다운포스(34.47kPa)에서 일관된다.
실시예 4: 연마 성능
제거율 시험에서, VP6000™ K7+R32 패드(Dow)를 갖는 Mirra™(Applied Materials) 연마 디바이스가 사용되어 아래 표 4A에서 정의된 CMP 연마 조성물을 사용하여, 200ml/min의 슬러리 유량, 123rpm 압반 속도, 및 117rpm 캐리어 속도에서 TEOS 기판을 연마하였다. 연마 조성물은 1-2 중량%의 총 실리카 고형분으로 사용되었다. 최종 pH는 POU에서 희석 직후에 취해졌다.
표 4A: 제형(모든 비율은 총 고형물을 기반으로 한 중량%임 )
Figure 112017103073455-pat00010
*- 비교 실시예를 나타냄.
하기 실시예 17, 18, 19, 20 및 21 모두에서, 제형은 0.001 중량% 또는 10ppm의 양으로 HBBAH 및 0.011 중량%의 양으로 DEAMS를 함유한다.
표 4B: 제거율 성능
Figure 112017103073455-pat00011
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 4C: 연마 마모
Figure 112017103073455-pat00012
*- 비교 실시예를 나타냄.
상기 표 4B 및 4C에서 나타낸 바와 같이, 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)에서 서로 다른 구형 콜로이드 실리카 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 본 발명 혼합물은 연마에서 우수한 제거율 및 균일성을 제공할 뿐만 아니라 감소된 패드 마모로 연마를 가능하게 한다. 각각 비교 실시예 18 및 21에서 나타낸 바와 같이, 두 개의 연신된 실리카 입자의 단순한 블렌딩 또는 단지 한 유형의 피막 입자는 높은 다운포스에서 효과적인 연마를 가능하게 하지 않는다. 구형 실리카 입자가 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 제형에 도입될 때, 연마된 웨이퍼의 불균일성을 상당히 개선했다. 본 발명의 실시예 19-20을 실시예 17에 비교하면, 물 유리로부터 제조된 구형 실리카 입자는 TMOS 및 TEOS와 같은 테트라알콕시실리케이트로부터 현탁 중합에 의해 제조된 구형 실리카 입자에 대해, 예컨대 27.58kPa에서 우수한 연마 마모 결과 및 보다일관된 연마 결과를 제공한다.
실시예 5: 제형 변형체로 연마
제거율 시험에서, VP6000™ K7+R32 패드(Dow)를 갖는 Mirra™(Applied Materials) 연마 디바이스가 사용되어 아래 표 5A에서 정의된 CMP 연마 조성물을 사용하여, 200ml/min의 슬러리 유량, 123rpm 압반 속도, 및 117rpm 캐리어 속도에서 TEOS 기판을 연마하였다. 연마 조성물은 1-2 중량%의 총 실리카 고형분으로 사용되었고 그리고 아래 표 5A에 도시된다. 최종 pH는 POU에서 희석 직후에 취해졌다.
표 5A: 제형 (모든 비율은 총 고형물을 기반으로 한 중량%임)
Figure 112017103073455-pat00013
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 5B: 제거율 성능
Figure 112017103073455-pat00014
*- 비교 실시예를 나타냄.
표 5C: 연마 마모
Figure 112017103073455-pat00015
*- 비교 실시예를 나타냄.
상기 표 5B 및 5C에서 나타낸 바와 같이, 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)에서 서로 다른 구형 콜로이드 실리카 및 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 혼합물을 갖는 본 발명의 실시예 24 및 25에서의 조성물은 실리카 입자의 혼합물이 없거나(C.Ex 22-23) 또는 혼합물이 모두 연신된 실리카 입자를 포함하는(C.Ex 26-27) 비교 실시예 22-23 및 26의 조성물보다 극단적으로 뛰어나다. 비교 실시예 28은 양호한 제거율 성능을 제공하지만 연마 동안에 열과 마모에 대한 가능성을 증강한다. 상기 표 5B에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 24 및 25의 조성물의 연마 성능은 높은 연마 다운포스에서 향상된다.

Claims (11)

  1. 20nm 미만으로 중량 평균 입자 크기(CPS)가 서로 다른 구형 콜로이드 실리카 입자 및 세장형(elongated), 만곡형(bent) 또는 결절형(nodular) 실리카 입자의 혼합물을 포함하는 수성 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물로서,
    상기 조성물은 2.5 내지 5.3의 범위인 pH를 갖고, 상기 구형 콜로이드 실리카 입자 및 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나는 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하고, 그리고 추가로, 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 양은 상기 수성 CMP 연마 조성물 내 실리카 고형물의 총 중량을 기준으로 30 내지 99 중량%의 범위인, 수성 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자의 양은 상기 수성 CMP 연마 조성물 내 실리카 고형물의 총 중량을 기준으로 40 내지 90 중량%의 범위인, 수성 CMP 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 양이온성 질소 원자는, 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자에 함유된 양성자화된 아민 또는 4차 암모늄으로부터, 또한 상기 수성 CMP 연마 조성물의 상기 pH에서 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하는 아미노실란으로부터 유래하고, 이로써 상기 구형 콜로이드 실리카 입자 또는 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나는 아미노실란기 함유 실리카 입자인, 수성 CMP 연마 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 아미노실란은 1종 이상의 3차 아민기, 또는 1종 이상의 2차 아민기를 함유하는 아미노실란으로부터 선택된, 수성 CMP 연마 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나 내의 상기 1종 이상의 양이온성 질소 원자는, 수성 현탁액 내에서 알킬암모늄 수산화물 또는 알킬아민을 사용한 실란올의 가수분해 축합에 의하여 도입된 것인, 수성 CMP 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 2개의 4차 암모늄기를 함유하는 화합물을 더 포함하는, 수성 CMP 연마 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 2개의 4차 암모늄기를 함유하는 화합물의 양은 상기 수성 CMP 연마 조성물 내 총 실리카 고형물을 기준으로 1 내지 2000ppm의 범위인, 수성 CMP 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 실리카 입자의 상기 중량 평균 입자 크기(CPS)는 10nm 내지 200nm의 범위인, 수성 CMP 연마 조성물.
  9. 제1항에 있어서, (디)카복실산 pKa가 3 내지 7인 카복실레이트인 완충액을 총 (습성) 조성물 1kg당 0 내지 50밀리몰(mmol/kg)의 양으로 더 포함하는, 수성 CMP 연마 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 실리카 입자의 총량은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 범위인, 수성 CMP 연마 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 세장형, 만곡형 또는 결절형 실리카 입자 중 적어도 하나가 그 입자 내에, 양성자화된 아민 또는 4차 암모늄으로부터 유래한 1종 이상의 양이온성 질소 원자를 함유하는, 수성 CMP 연마 조성물.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10037889B1 (en) * 2017-03-29 2018-07-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Cationic particle containing slurries and methods of using them for CMP of spin-on carbon films
US10822524B2 (en) * 2017-12-14 2020-11-03 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, I Aqueous compositions of low dishing silica particles for polysilicon polishing
WO2019163993A1 (ja) * 2018-02-26 2019-08-29 日産化学株式会社 細長い粒子形状を有するシリカゾルの製造方法
KR20200124249A (ko) 2018-02-26 2020-11-02 닛산 가가쿠 가부시키가이샤 가늘고 긴 입자형상을 갖는 실리카졸의 제조방법
US10995238B2 (en) 2018-07-03 2021-05-04 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings Neutral to alkaline chemical mechanical polishing compositions and methods for tungsten
CN108949036B (zh) * 2018-09-06 2021-01-05 北京保利世达科技有限公司 一种抛光液及对碳化硅晶体的抛光方法
JP7186568B2 (ja) * 2018-09-28 2022-12-09 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物、基板の研磨方法および基板の製造方法
JP7292844B2 (ja) * 2018-09-28 2023-06-19 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物、基板の研磨方法および基板の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150259574A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten cmp

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4105838B2 (ja) * 1999-03-31 2008-06-25 株式会社トクヤマ 研磨剤及び研磨方法
US6334880B1 (en) * 1999-12-07 2002-01-01 Silbond Corporation Abrasive media and aqueous slurries for chemical mechanical polishing and planarization
JP4278020B2 (ja) * 2001-10-30 2009-06-10 日揮触媒化成株式会社 研磨用粒子および研磨材の製造方法
JP2006080406A (ja) * 2004-09-13 2006-03-23 Catalysts & Chem Ind Co Ltd 研磨用組成物
WO2008069781A1 (en) * 2006-12-04 2008-06-12 Basf Se Planarization composition for metal surfaces comprising an alumina hydrate abrasive
JP2008270584A (ja) 2007-04-23 2008-11-06 Nippon Chem Ind Co Ltd 半導体ウエハ研磨用組成物及び研磨加工方法
CN101802125B (zh) * 2007-09-21 2013-11-06 卡伯特微电子公司 使用经氨基硅烷处理的研磨剂颗粒的抛光组合物和方法
US8529787B2 (en) 2008-09-26 2013-09-10 Fuso Chemical Co., Ltd. Colloidal silica containing silica secondary particles having bent structure and/or branched structure, and method for producing same
US8119529B2 (en) * 2009-04-29 2012-02-21 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for chemical mechanical polishing a substrate
US9340706B2 (en) 2013-10-10 2016-05-17 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive polishing compositions
US9303190B2 (en) 2014-03-24 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive tungsten CMP composition
US9127187B1 (en) * 2014-03-24 2015-09-08 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive tungsten CMP composition
EP3161859B1 (en) 2014-06-25 2023-03-08 CMC Materials, Inc. Methods for fabricating a chemical-mechanical polishing composition

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150259574A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten cmp

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