KR20060076689A - 실리콘 디옥사이드와 실리콘 니트리드를 화학적 기계적연마하는 다단계 방법 - Google Patents

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사라 제이. 레인
앤드류 스콧 로윙
브라이언 엘. 뮬러
찰스 유
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 실리카를 0.01 내지 5 중량의 카르복실산 폴리머, 0.02 내지 6 중량%의 연마제, 0.01 내지 10 중량%의 평균 분자량이 100 g/몰 내지 1,000,000 g/몰인 폴리비닐피롤리돈, 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물, 0 내지 1 중량%의 프탈산 및 염, 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물 및 잔량의 물을 포함하는 제 1 수성 조성물로 평면화하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는 방법을 제공한다. 이 방법은 추가로 평면화의 종말점을 검측하고, 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.001 내지 1 중량%의 프탈산 및 그의 염, 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머, 0.01 내지 5 중량%의 연마제 및 잔량의 물을 포함하는 제 2 수성 조성물로 실리카를 제거하는 것을 제공한다.

Description

실리콘 디옥사이드와 실리콘 니트리드를 화학적 기계적 연마하는 다단계 방법{Multi-step methods for chemical mechanical polishing silicon dioxide and silicon nitride}
도 1a-1d는 단일 단계의 연마 공정을 이용한 실리콘 디옥사이드와 실리콘 니트리드의 연마된 지형도를 도시한 도면; 및
도 2a-2c는 2 단계 연마 공정을 이용한 실리콘 디옥사이드와 실리콘 니트리드의 연마된 지형도를 도시한 도면.
본 발명은 반도체 웨이퍼 재료의 화학적 기계적 평면화(chemical mechanical planarization, CMP)에 관한 것이며, 더 구체적으로는 얕은 트렌치 분리(shallow trench isolation, STI) 공정에서 반도체 웨이퍼로부터 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하기 위한 CMP 방법에 관한 것이다.
장치(device)의 크기 감소와 마이크로일렉트로닉 회로에서 집적도의 증가에 는 분리 구조의 크기에서 대응하는 감소가 필요하다. 이러한 감소는 기판 표면의 최소량을 점유하면서, 효과적으로 분리되는 구조의 재현가능한 형성에 중요하다.
STI 기술은 집적 회로에서 형성된 다양한 활성 소자를 전기적으로 분리하는 분리 구조를 형성하기 위해 널리 사용된 반도체 조립 방법이다. 종래의 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 기술에 비해 STI 기술을 이용하는 주요 장점 중 하나는 서브마이크론 수준의 집적 조립을 위한 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) IC 장치에 대한 높은 확장성이다. 다른 장점은 STI 기술이 소위 새부리 잠식(bird's beak encroachment)의 발생을 막는데 도움이 된다는 것이며, 이는 분리 구조를 형성하기 위한 LOCOS 기술에 대한 특성이다.
STI 기술에서, 제 1 단계는 통상적으로 이방성 에칭에 의해 기판의 예정된 위치에 복수의 트렌치를 형성하는 것이다. 다음에, 이들 트렌치 각각에 실리카를 침착시킨다. 그 후 실리카를 CMP에 의해 실리콘 니트리드(정지 층) 아래까지 연마하여 STI 구조를 형성한다. 효과적인 연마를 달성하기 위해, 전형적으로 연마 슬러리는 실리콘 니트리드에 대한 실리카의 제거 속도("선택도")를 포함한 높은 선택도를 갖추고 있다.
공교롭게도, 선택도가 높은 슬러리는 상당한 밀도 의존성을 나타내며, 다이 스케일 두께 변화를 야기한다. 예를 들어, 도 1a-1d에 도시된 바와 같이, 질화물 층(5)과 산화물 층(3)을 포함하는 실리콘 기판(1)이 예시되어 있다. 도 1a에서는 "높은" 밀도 영역(7)과 "낮은" 밀도 영역(9)을 포함하여, 예비-연마한 실리콘 기판(1)의 지형도를 도시하고 있다. 낮은 밀도 영역(9)이 평면화될 때, 높은 밀도 영 역(7)은 상당한 스텝(step) 높이, 3000Å 정도의 높이를 가질 수 있다. 그 후, 낮은 밀도 영역(9)을 클리어링(clearing) 할 때, 높은 밀도 영역(7)은 3000Å 정도의 상당한 잔류 산화물(3)을 가질 수 있다. 그 결과, 높은 밀도 영역(7)을 깨끗이 할 때, 낮은 밀도 영역(9)은 500Å 이상의 차수로 상당한 디싱(dishing)을 나타낼 수 있다.
EP 1479741A2에서 Hattori et al.은 STI 공정에서 공지의 연마 방법을 개시하고 있다. Hattori의 방법이 적절한 선택도를 제공하지만, 마이크로일렉트로닉 회로에서 항상 증가하는 집적도는 개량 방법을 요구하고 있다.
따라서, 디싱이 개선된 얕은 트렌치 분리 공정에 대한 실리콘 디옥사이드("실리카")와 실리콘 니트리드의 화학적-기계적 연마 방법이 필요하다.
제 1의 일예에서, 본 발명은 실리카를 0.01 내지 5 중량의 카르복실산 폴리머, 0.02 내지 6 중량%의 연마제, 0.01 내지 10 중량%의 평균 분자량이 100 g/몰 내지 1,000,000 g/몰인 폴리비닐피롤리돈, 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물, 0 내지 1 중량%의 프탈산 및 염, 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물 및 잔량의 물을 포함하는 제 1 수성 조성물로 평면화하며(planarizing); 평면화의 종말점을 검측하고, 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.001 내지 1 중량%의 프탈산 및 그의 염, 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머, 0.01 내지 5 중량%의 연마제 및 잔량의 물을 포함하는 제 2 수성 조성물로 실리카를 제거하는(clearing) 단계를 포 함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는 방법을 제공한다.
제 2의 일예에서, 본 발명은 실리카를 억제 슬러리로 평면화하며; 제 1 종말정을 검측하고 평면화를 중단하며; 실리카를 선택적 슬러리로 제거한 다음; 제 2 종말점을 검측하여 제거를 중단하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하는 2 단계 방법을 제공한다.
제 3의 일예에서, 본 발명은 실리카를 0.01 내지 5 중량의 카르복실산 폴리머, 0.02 내지 6 중량%의 연마제, 0.01 내지 10 중량%의 평균 분자량이 100 g/몰 내지 1,000,000 g/몰인 폴리비닐피롤리돈, 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물, 0 내지 1 중량%의 프탈산 및 염, 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물 및 잔량의 물을 포함하는 제 1 수성 조성물로 평면화하며; 제 1 종말점을 검측하여 평면화를 중단하고; 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.001 내지 1 중량%의 프탈산 및 그의 염, 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머, 0.01 내지 5 중량%의 연마제 및 잔량의 물을 포함하는 제 2 수성 조성물로 실리카를 제거하고; 제 2 종말점을 검측하여 제거를 중단하는 것을 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는 다단계 방법을 제공한다.
제 2의 일예에서, 본 발명은 실리카를 억제 슬러리로 평면화하며; 제 1 종말정을 검측하고 평면화를 중단하며; 실리카를 선택적 슬러리로 제거한 다음; 제 2 종말점을 검측하여 제거를 중단하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하는 2 단계 방법을 제공한다.
STI 구조의 평면화를 위한 다단계 연마 방법이 개발되었다. 제 1 단계에서, 신규의 "평면-위-정지"(stop-on-planar) 또는 "억제"(inhibitive) 슬러리가 사용된다. 이 슬러리는 비프레스토니안 반응(non-Prestonian response)을 나타낸다. 억제 슬러리는 산화물 막의 "아래쪽"(down) 영역보다 "위쪽"(up) 영역 위에서 상당히 더 빠른 연마를 보여준다. 이 슬러리에 의한 연마 속도는 바람직하게는 산화물의 스텝 높이가 감소되고 평면화가 이루어짐에 따 감소된다. 본 발명의 바람직한 유형에서, 제 1 단계의 종료를 유발하는데 종말점 신호가 사용된다. 마찰 또는 모터 커런트-베이스(friction or motor current-based) 종말점 신호를 비롯한, 다양한 방법이 이용될 수 있다. 평면화가 얻어지는 지점은 종말점 신호의 특징적인 피처(feature)를 근거로 측정될 수 있다. 종말점 신호를 제 1 단계 "억제" 슬러리를 커플링함으로써, 향상된 평면화 특성이 유지될 수 있으며, 반면에 진정한 평면-위-정지 모드에서 조작에 비해 더 높은 연마 속도와 상당히 더 짧은 공정 시간을 얻는다.
제 1 단계의 종료시에, 웨이퍼는 전체 웨이퍼를 피복하는 실질적으로 평면인 산화물 오버필(overfill)에 의해 특징이 있다. 제 2 단계에서, 신규의 고 "선택적" STI 슬러리가 오버필을 제거하는데 사용된다. 이 슬러리는 프레스토니안 반응을 보인다. 제 2 단계의 종말점은 또한 마찰 또는 모터 커런트-베이스 종말점의 이용으로 측정될 수 있다. 바람직하게는, 웨이퍼가 이미 평면화 되어 있고(제 1 단계에 의해), 선택적 슬러리의 더 높은 패턴 밀도 의존성은 평면화 성능을 손상시키지 않는다. 또한, 평면화에 대응하는 특징적인 피처를 나타내는 종말점 시스템(이를테면 열 또는 광학)이 또한 이용될 수 있다.
도 2a-2c와 관련하여, 제 1 단계 연마 수성 조성물과 제 2 단계 수성 조성물을 이용하는, 실리콘 디옥사이드와 실리콘 니트리드를 연마하기 위한 본 발명의 방법이 예시된다. 도 1a에서는 질화물 층(5)과 산화물 층(3)을 비롯하여, "높은" 밀도 영역(7)과 "낮은" 밀도 영역(9)을 포함하는 실리콘 기판(1)의 예비-연마된 지형도를 도시한다. 본 발명의 바람직한 유형에서, 높은 밀도 영역(7)과 낮은 밀도 영역(9)은 도 2b에 도시한 바와 같이, 제 1 단계 연마 조성물을 이용한 제 1 단계 연마의 종료시에 유사한 속도로 평면화된다. 바람직하게는, 제 1 단계 연마의 종말점 또는 평면화는 예를 들어 마찰 또는 광학 종말점 신호를 이용하여 측정될 수 있다. 또한, 평면화에 대응하는 특징적인 피처를 보여주는 다른 종말점 시스템(예를 들어, 열 또는 광학)도 이용될 수 있다. 그 후, 도 2c에 도시한 바와 같이, 높은 밀도 영역(7)과 낮은 밀도 영역(9)을 본 발명의 제 2 단계 연마 조성물을 이용한 제 2 단계 연마의 종료시에 유사한 속도로 클리어링한다. 임의로, 제 1 단계 연마의 종말점 또는 평면화가 예를 들어 마찰 또는 광학 종말점 신호를 이용하여 측정될 수 있다.
바람직하게는, 신규의 제 1 단계 연마 조성물은 약 0.01 내지 10 중량%의 폴리비닐피롤리돈을 함유하여 산화물 제거 중에 압력 한계 반응(pressure threshold response)을 제공한다. 바람직하게는, 폴리비닐피롤리돈은 0.015 내지 5 중량%의 양으로 존재한다, 더 바람직하게는, 폴리비닐피롤리돈은 0.02 내지 0.5 중량%의 양으로 존재한다. 또한, 더 크고 더 적은 수평균 분자량의 폴리비닐피롤리돈의 블렌드가 사용될 수 있다.
또한, 폴리비닐피롤리돈의 중량 평균분자량은 겔투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정할 때 100 내지 1,000,000 g/몰이다. 바람직하게는, 폴리비닐피롤리돈은 중량 평균분자량이 500 내지 500,000 g/몰이다. 더 바람직하게는, 폴리비닐피롤리돈에 대한 중량 평균분자량은 약 1,500 내지 약 100,000 g/몰이다.
폴리비닐피롤리돈 외에, 제 1 단계 연마 조성물은 바람직하게는 카르복실산 폴리머를 0.01 내지 5 중량% 함유하여 연마제 입자(이후 설명됨)에 대한 분산제로서 작용한다. 바람직하게는, 조성물은 카르복실산 폴리머를 0.05 내지 1.5 중량% 함유한다. 또한, 폴리머는 바람직하게는 수평균 분자량이 4,000 내지 1,500,000이다. 또한, 더 크고 더 적은 수평균 분자량의 카르복실산 폴리머의 블렌드가 사용될 수 있다. 이들 카르복실산 폴리머는 일반적으로 용액으로 존재하나 수성 분산액으로 존재할 수 있다. 카르복실산 폴리머는 연마제 입자(이후 설명됨)에 대한 분산제로서 유용하게 작용할 수 있다. 이전에 언급된 폴리머의 수평균 분자량은 GPC에 의해 측정된다.
카르복실산 폴리머는 바람직하게는 불포화 모노카르복실산 및 불포화 디카르복실산으로부터 형성된다. 전형적인 불포화 모노카르복실산 모노머는 3 내지 6개의 탄소 원자를 함유하며 아크릴산, 올리고머릭 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 및 비닐 아세트산을 포함한다. 전형적인 불포화 디카르복실산은 4 내지 8개의 탄 소 원자를 함유하며 이들의 무수물을 포함하고, 예를 들어 말레산, 무수 말레산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 무수 이타콘산, 및 사이클로헥센 디카르복실산이다. 또한, 이전에 언급된 산의 수용성 염도 사용될 수 있다.
수평균 분자량이 약 1,000 내지 1,500,000, 바람직하게는 3,000 내지 250,000 및 더 바람직하게는 20,000 내지 200,000인 "폴리(메트)아크릴산"이 특히 유용하다. 본 발명에서 사용된, "폴리(메트)아크릴산"이란 아크릴산의 폴리머, 메타크릴산의 폴리머 또는 아크릴산과 메타크릴산의 코폴리머로서 정의된다. 수평균 분자량이 다른 폴리(메트)아크릴산의 블렌드가 특히 바람직하다. 이들 블렌드 또는 폴리(메트)아크릴산의 혼합물에서, 수평균 분자량이 1,000 내지 100,000 및 바람직하게는, 4,000 내지 40,000인 더 낮은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산이 수평균 분자량 150,000 내지 1,500,000, 바람직하게는 200,000 내지 300,000인 더 높은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산과 조합하여 사용된다. 전형적으로, 더 낮은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산 대 더 높은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산의 중량% 비가 약 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 5:1 내지 1:5, 및 더 바람직하게는 3:1 내지 2:3이다. 바람직한 블렌드는 수평균 분자량이 약 20,000인 폴리(메트)아크릴산과 수평균 분자량이 약 200,000인 폴리(메트)아크릴산을 2:1 중량비로 포함한다.
또한, 카르복실산 성분이 폴리머의 5 내지 75 중량%를 포함하는 카르복실산 함유 코폴리머 및 터폴리머가 사용될 수 있다. 전형적인 이러한 폴리머는 (메트)아크릴산 및 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드의 폴리머; (메트)아크릴산과 스티 렌 및 다른 비닐 방향족 모노머의 폴리머; 알킬 (메트)아크릴레이트(아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르) 및 모노 또는 디카르복실산, 이를테면, 아크릴산 또는 메타크릴산 또는 이타콘산의 폴리머; 치환체, 이를테면, 할로겐(즉, 염소, 불소, 브롬), 니트로, 시아노, 알콕시, 할로알킬, 카르복시, 아미노, 아미노 알킬을 가진 치환된 비닐 방향족 모노머 및 비치환된 모노 또는 디카르복실산 및 알킬 (메트)아크릴레이트의 폴리머; 질소환 함유 모노에틸렌 불포화 모노머, 이를테면 비닐 피리딘, 알킬 비닐 피리딘, 비닐 부티로락탐, 비닐 카프로락탐, 및 불포화 모노 또는 디카르복실산의 폴리머; 올레핀, 이를테면, 프로필렌, 이소부티렌, 또는 탄소 원자가 10 내지 20개인 장쇄 알킬 올레핀 및 불포화 모노 또는 디카르복실산의 폴리머; 비닐 알코올 에스테르, 이를테면 비닐 아세테이트 및 비닐 스테아레이트 또는 비닐 할라이드, 이를테면 비닐 플루오라이드, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 플루오라이드 또는 비닐 니트릴, 이를테면 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴 및 불포화 모노 또는 디카르복실산의 폴리머; 알킬 그룹에 탄소 원자가 1 내지 24개인 알킬 (메트)아크릴레이트 및 불포화 모노카르복실산, 이를테면, 아크릴산 또는 메타크릴산의 폴리머이다. 이들은 본 발명의 신규 연마 조성물에 사용될 수 있는 다양한 폴리머의 몇가지 일예일 뿐이다. 또한, 생분해성, 광분해성 또는 다른 수단에 의해 분해가능한 폴리머를 사용할 수 있다. 생분해성인 이러한 조성물으 일예는 폴리(아크릴레이트 코메틸 2-시아노아크릴레이트)의 세그먼트를 함유한 폴리아크릴산 폴리머이다.
바람직하게는, 제 1 단계 연마 조성물은 실리카 제거를 용이하게 하는 0.2 내지 6 중량%의 연마제를 함유한다. 이 범위 내에서, 연마제가 0.5 중량%보다 크거나 같은 양으로 존재하는 것이 유용하다. 또한, 이 범위 내에서 2.5 중량%보다 적거나 같은 양이 유용하다.
연마제의 평균 입도는 50 내지 200 나노미터(nm)이다. 본 명세서의 목적상, 입도란 연마제의 평균 입도를 뜻한다. 더 바람직하게는, 평균 입도가 80 내지 150 nm인 연마제를 사용하는 것이 유용하다. 연마제의 크기를 80 nm 보다 적거나 같게 감소시키면, 연마 조성물의 평면화를 향상시키는 경향이 있으나, 제거 속도를 감소시키는 경향도 있다.
연마제의 일예로서 무기 산화물, 무기 수산화물, 금속 보라이드, 금속 카바이드, 금속 니트리드, 폴리머 입자 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 들 수 있다. 적합한 무기 산화물로서 예를 들어, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(CeO2), 산화망간(MnO2), 또는 이들 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 들 수 있다. 이들 무기 산화물의 변형 형태, 이를테면, 폴리머-코팅된 무기 산화물 입자 및 무기 코팅된 입자도 필요한 경우 이용될 수 있다. 적합한 금속 카바이드, 보라이드 및 니트리드는 예를 들어 실리콘 카바이드, 실리콘 니트리드, 실리콘 카르보니트리드(SiCN), 보론 카바이드, 텅스텐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 알루미늄 보라이드, 탄탈룸 카바이드, 티타늄 카바이드, 또는 이들 금속 카바이드, 보라이드 및 니트리드 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 들 수 있다. 다이아몬드도 필요한 경우 연마제로서 이용될 수 있다. 별도 연마제 도 폴리머 입자와 코팅된 폴리머 입자를 포함한다. 바람직한 연마제는 세리아이다.
화합물은 잔량의 물을 함유한 용액에서 광범위한 pH 범위에 걸쳐 효능을 제공한다. 이 용액의 유용한 pH 범위는 적어도 4 내지 9로 확장된다. 또한, 용액은 바람직하게는 불가피한 불순물을 한정하는 잔량의 탈이온수에 의존한다. 본 발명의 연마 유체의 pH는 바람직하게는 4.5 내지 8, 더 바람직하게는 5.5 내지 7.5이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조정하는데 사용된 산은 예를 들어, 질산, 황산, 염산, 인산 등이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조정하는데 사용된 염기의 일예는 예를 들어 암모늄 히드록시드 및 포타슘 히드록시드이다.
임의로, 제 1 단계 연마 조성물은 바람직하게 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물을 함유하여 평면화를 촉진하고 질화물 제거에 억제제로서 작용한다. 바람직하게는, 조성물은 0.01 내지 1.5 중량%의 쯔비터이온 화합물을 함유한다. 본 발명의 쯔비터이온 화합물은 유용하게는 평면화를 촉진할 수 있으며 니트리드 제거를 억제할 수 있다.
"쯔비터이온 화합물"이란 화합물이 전체적으로 순수 중성이도록, 물리적 브리지, 예를 들어 CH2 그룹에 의해 대략 동일 비율로 연결된 양이온 및 음이온 치환체를 함유한 화합물을 의미한다. 본 발명의 쯔비터이온 화합물은 다음 구조를 포함한다:
Figure 112005076411862-PAT00001
상기 식에서,
n은 정수이며,
Y는 수소 또는 알킬 그룹을 포함하고,
Z는 카르복실, 설페이트 또는 산소를 포함하며,
M은 질소, 인 또는 황 원자를 포함하고,
X1, X2 및 X3 는 독립적으로 수소, 알킬 그룹 및 아릴 그룹을 포함하는 그룹 중에서 선택된 치환체를 포함한다.
본 발명에서 정의된, "알킬"(또는 알킬- 또는 알크-)란 바람직하게는 탄소 원자 수 1 내지 20개를 함유하는 치환되거나 비치환된, 직쇄, 측쇄 또는 사이클릭 탄화수소를 뜻한다. 알킬 그룹은 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 사이클로프로필, 부틸, 이소-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 사이클로부틸, 펜틸, 사이클로펜틸, 헥실 및 사이클로헥실을 포함한다.
"아릴"이란 바람직하게는 탄소 원자 수 6 내지 20개를 함유하는 치환되거나 비치환된 방향족 카르보사이클릭 그룹을 뜻한다. 아릴 그룹은 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭일 수 있다. 아릴 그룹은 예를 들어, 페닐, 나프틸, 비페닐, 벤질, 톨릴, 크실릴, 페닐에틸, 벤조에이트, 알킬벤조에이트, 아닐린, 및 N-알킬아닐리노를 포함한다.
바람직한 쯔비터이온 화합물은 예를 들어 베타인을 포함한다. 본 발명의 바람직한 베타인은 다음 구조로 나타낸, N,N,N-트리메틸암모니오아세테이트이다:
Figure 112005076411862-PAT00002
임의로, 본 발명의 제 1 단계 연마 조성물은 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 임의로 0.01 내지 1.5 중량%의 양이온 화합물을 포함한다. 본 발명의 양이온 화합물은 유용하게도 평면화를 촉진할 수 있으며, 웨이퍼-클리어링 시간을 조절하고 산화물 제거를 억제하는 역할이 있다. 바람직한 양이온 화합물은 알킬 아민, 아릴 아민, 사차 암모늄 화합물 및 알코올 아민을 포함한다. 양이온 화합물의 일예는 메틸아민, 에틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 아닐린, 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에틸암모늄히드록시드, 에탄올아민 및 프로판올아민을 포함한다.
임의로, 제 1 단계 연마 조성물은 바람직하게는 0 내지 1 중량%의 착화제를 함유한다. 바람직하게는, 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%의 착화제를 함유한다. 착화제의 일예는 카르보닐 화합물(예를 들어, 아세틸아세토네이트 등), 간단한 카르복실레이트(예를 들어, 아세테이트, 아릴 카르복실레이트, 등), 하나 이상의 히드록실 그룹을 함유한 카르복실레이트(예를 들어, 글리콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 갈산 및 그의 염, 등), 디-, 트리-, 및 폴리-카르복실레이트(예를 들어, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트(예를 들어, 디소듐 EDTA), 이들의 혼합물 등), 하나 이상의 설포닉 및/또는 포스포닉 그룹을 함유한 카르복실레이트를 포함한다. 또한, 다른 적합한 착화제는 예를 들어 디-, 트리- 또는 폴리-알코올(예를 들어, 에틸렌 글리콜, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닉산, 등) 및 포스페이트-함유 화합물(예를 들어, 포스포늄 염 및 포스폰산)을 포함한다. 바람직하게는, 착화제는 프탈산 및 그의 염이다. 바람직한 프탈레이트 염은 암모늄 히드로겐 프탈레이트 및 포타슘 히드로겐 프탈레이트, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
따라서, 본 발명은 얕은 트렌치 분리 공정을 위한 반도체 웨이퍼 상의 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하는데 유용한 제 1 단계 연마 조성물을 이용한 연마 방법을 제공한다. 조성물은 바람직하게는 향상된 디싱 성능을 위해 폴리비닐피롤리돈을 포함한다. 특히, 본 발명은 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머, 0.02 내지 6 중량%의 연마제, 0.01 내지 10 중량%의 폴리비닐피로리돈, 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물, 0 내지 1 중량%의 프탈산 및 염, 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물 및 잔량의 물을 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하는데 유용한 수성 조성물을 제공하며, 여기서 폴리비닐피롤리돈의 평균 분자량은 100 g/몰 내지 1,000,000 g/몰이다. 조성물은 4 내지 9의 pH 범위에서 향상된 한계 압력 반응을 나타낸다.
바람직하게는, 상기에서 일부 설명된 바와 같이, 종말점 신호는 제 1 단계의 종료를 측정하는데 사용될 수 있다. 마찰 또는 모터 커런트-베이스 종말점 신호를 비롯한, 다양한 방법이 이용될 수 있다. 평면화가 얻어지는 지점은 종말점 신호의 특징적인 피처에 기초하여 결정될 수 있다. 종말점 신호를 제 1 단계 "억제" 슬러리와 커플링함으로써, 향상된 평면화 특성이 유지될 수 있으며, 반면에 진정한 평면-위-정지 모드에서 조작할 때보다 더 높은 연마 속도와 상당히 짧은 공정 시간을 얻는다. 제 1 단계에 대한 종말점 신호는 연마에서 감소와 제 1 단계의 종료시에 평면도에 도달함으로써 결정된다. 이러한 제 2 단계에 대한 종말점 신호는 종래의 STI 슬러리를 이용한 단일 단계의 연마 방법의 종말점 신호에 비해 크게 향상된 것이다. 이러한 종말점(즉, 제 1 단계의 종료시) 신호는 최적화 STI CMP 성능(즉, 평면화와 처리량(throughput))에 영향을 끼칠 수 있다.
바람직하게는, 신규의 제 2 단계 연마 조성물은 실리콘 니트리드에 비해 실리카를 선택적으로 제거하는 사차 암모늄 화합물을 0.001 내지 1 중량% 함유한다. 더 바람직하게는, 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%의 사차 암모늄 화합물을 함유한다.
본 발명의 사차 암모늄 화합물은 다음 구조를 포함한다:
Figure 112005076411862-PAT00003
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R4 는 탄소 사슬 길이가 1 내지 15개의 탄소 원자인 유기 화합물이다.
더 바람직하게는, R1, R2, R3, 및 R4 는 탄소 사슬 길이가 1 내지 10개이다. 가장 바람직하게는, R1, R2, R3, 및 R4 는 탄소 사슬 길이가 1 내지 5개이다. R1, R2, R3, 및 R4 는의 유기 화합물은 치환되거나 비치환된 아릴, 알킬, 아르알킬, 또 는 알크아릴 그룹일 수 있다. 음이온의 일예는 니트레이트, 설페이트, 할라이드(이를테면, 브로마이드, 클로라이드, 플루오라이드 및 요다이드), 시트레이트, 포스페이트, 옥살레이트, 말레이트, 글루코네이트, 히드록시드, 아세테이트, 보레이트, 락테이트, 티오시아네이트, 시아네이트, 설포네이트, 실리케이트, 퍼-할라이드(이를테면, 퍼브로메이트, 퍼클로레이트 및 퍼요오데이트), 크로메이트, 및 이들 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 들 수 있다.
바람직한 사차 암모늄 화합물은 테트라메틸 암모늄 히드록시드, 테트라에틸 암모늄 히드록시드, 테트라프로필 암모늄 히드록시드, 테트라이소프로필 암모늄 히드록시드, 테트라사이클로프로필 암모늄 히드록시드, 테트라부틸 암모늄 히드록시드, 테트라이소부틸 암모늄 히드록시드, 테트라t-부틸 암모늄 히드록시드, 테트라sec-부틸 암모늄 히드록시드, 테트라사이클로부틸 암모늄 히드록시드, 테트라펜틸 암모늄 히드록싣, 테트라사이클로펜틸 암모늄 히드록시드, 테트라헥실 암모늄 히드록시드, 테트라사이클로헥실 암모늄 히드록시드, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 가장 바람직한 사차 암모늄 화합물은 테트라메틸 암모늄 히드록시드이다.
사차 암모늄 화합물 외에, 제 2 단계 연마 조성물은 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%의 착화제를 함유한다. 더 바람직하게는, 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%의 착화제를 함유한다. 착화제의 일예로서 카르보닐 화합물(예를 들어, 아세틸아세토네이트 등), 간단한 카르복실레이트(예를 들어, 아세테이트, 아릴 카르복실레이트, 등), 하나 이상의 히드록실 그룹을 함유한 카르복실레이트(예를 들어, 글리콜레이트, 락테에트, 글루코네이트, 갈산 및 이들의 염, 등), 디-, 트리-, 및 폴리 -카르복실레이트(예를 들어, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트(예를 들어, 디소듐 EDTA), 이들의 혼합물, 등), 하나 이상의 설포닉 및/또는 포스포닉 그룹을 함유한 카르복실레이트를 들 수 있다. 또한, 다른 적합한 착화제는 예를 들어, 디-, 트리-, 또는 폴리-알코올(예를 들어, 에틸렌 글리콜, 피로카테콜, 피로갈롤, 탄닉산, 등) 및 포스페이트-함유 화합물(예를 들어, 포스포늄 염 및 포스폰산)을 포함한다. 바람직하게는, 착화제는 프탈산과 그의 염이다. 바람직한 프탈레이트 염은 암모늄 히드로겐 프탈레이트 및 포타슘 히드로겐 프탈레이트, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
바람직하게는, 신규의 제 2 단계 연마 조성물은 약 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머를 함유한다. 바람직하게는, 조성물은 약 0.05 내지 3 중량%의 카르복실산 폴리머를 함유한다. 또한, 폴리머는 바람직하게는 수평균 분자량이 약 20,000 내지 1,500,000이다. 또한, 더 크고 더 낮은 수평균 분자량의 카르복실산 폴리머의 블렌드가 사용될 수 있다. 이들 카르복실산 폴리머는 일반적으로 용액으로 존재하나 수성 분산액일 수 있다. 이전에 언급된 폴리머의 수평균 분자량은 GPC(겔 투과 크로마토그래피)에 의해 측정된다.
카르복실산 폴리머는 불포화 모노카르복실산 및 불포화 디카르복실산으로부터 형성된다. 전형적인 불포화 모노카르복실산 모노머는 3 내지 6개의 탄소 원자를 함유하며 아크릴산, 올리고머릭 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 및 비닐 아세트산을 포함한다. 전형적인 불포화 디카르복실산은 4 내지 8개의 탄소 원자를 함유하며 그의 무수물을 포함하고 예를 들어, 말레산, 무수 말레산, 푸마르산, 글루 타르산, 이타콘산, 무수 이타콘산, 및 사이클로헥센 디카르복실산을 포함한다. 또한, 이전에 언급된 산의 수용성 염도 사용될 수 있다.
또한, 카르복실산 성분이 폴리머의 5 내지 75 중량% 포함하는, 카르복실산 함유 코폴리머 및 터폴리머가 사용될 수 있다. 전형적인 이러한 폴리머는 (메트)아크릴산 및 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드의 폴리머; (메트)아크릴산과 스티렌 및 다른 비닐 방향족 모노머의 폴리머; 알킬 (메트)아크릴레이트(아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르) 및 모노 또는 디카르복실산, 이를테면, 아크릴산 또는 메타크릴산 또는 이타콘산의 폴리머; 치환체, 이를테면, 할로겐, 즉, 염소, 불소, 브롬, 니트로, 시아노, 알콕시, 할로알킬, 카르복시, 아미노, 아미노 알킬을 가진 치환된 비닐 방향족 모노머 및 비치환된 모노 또는 디카르복실산 및 알킬 (메트)아크릴레이트의 폴리머; 질소환 함유 모노에틸렌 불포화 모노머, 이를테면 비닐 피리딘, 알킬 비닐 피리딘, 비닐 부티로락탐, 비닐 카프로락탐, 및 불포화 모노 또는 디카르복실산의 폴리머; 올레핀, 이를테면, 프로필렌, 이소부티렌, 또는 탄소 원자가 10 내지 20개인 장쇄 알킬 올레핀 및 불포화 모노 또는 디카르복실산의 폴리머; 비닐 알코올 에스테르, 이를테면 비닐 아세테이트 및 비닐 스테아레이트 또는 비닐 할라이드, 이를테면 비닐 플루오라이드, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 플루오라이드 또는 비닐 니트릴, 이를테면 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴 및 불포화 모노 또는 디카르복실산의 폴리머; 알킬 그룹에 탄소 원자가 1 내지 24개인 알킬 (메트)아크릴레이트 및 불포화 모노카르복실산, 이를테면, 아크릴산 또는 메타크릴산의 폴리머이다. 이들은 본 발명의 신규 연마 조성물에 사용될 수 있는 다양한 폴리머 의 몇가지 일예일 뿐이다. 또한, 생분해성, 광분해성 또는 다른 수단에 의해 분해가능한 폴리머를 사용할 수 있다. 생분해성인 이러한 조성물으 일예는 폴리(아크릴레이트 코메틸 2-시아노아크릴레이트)의 세그먼트를 함유한 폴리아크릴산 폴리머이다.
바람직하게는, 제 2 단계 연마 조성물은 실리카 제거를 용이하게 하는 0.01 내지 5 중량%의 연마제를 함유한다. 이 범위 내에서, 연마제가 0.1 중량%보다 크거나 같은 양으로 존재하는 것이 유용하다. 또한, 이 범위 내에서 3 중량%보다 적거나 같은 양이 유용하다.
연마제의 평균 입도는 50 내지 200 나노미터(nm)이다. 본 명세서의 목적상, 입도란 연마제의 평균 입도를 뜻한다. 더 바람직하게는, 평균 입도가 80 내지 150 nm인 연마제를 사용하는 것이 유용하다. 연마제의 크기를 80 nm 보다 적거나 같게 감소시키면, 연마 조성물의 평면화를 향상시키는 경향이 있으나, 제거 속도를 감소시키는 경향도 있다.
연마제의 일예로서 무기 산화물, 무기 수산화물, 금속 보라이드, 금속 카바이드, 금속 니트리드, 폴리머 입자 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 들 수 있다. 적합한 무기 산화물로서 예를 들어, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(CeO2), 산화망간(MnO2), 또는 이들 산화물 중 적어도 하나늘 포함하는 조합물을 들 수 있다. 이들 무기 산화물의 변형 형태, 이를테면, 폴리머-코팅된 무기 산화물 입자 및 무기 코팅된 입자도 필요한 경우 이용될 수 있 다. 적합한 금속 카바이드, 보라이드 및 니트리드는 예를 들어 실리콘 카바이드, 실리콘 니트리드, 실리콘 카르보니트리드(SiCN), 보론 카바이드, 텅스텐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 알루미늄 보라이드, 탄탈룸 카바이드, 티타늄 카바이드, 또는 이들 금속 카바이드, 보라이드 및 니트리드 중 적어도 하나를 포함하는 조합물을 들 수 있다. 다이아몬드도 필요한 경우 연마제로서 이용될 수 있다. 별도 연마제도 폴리머 입자와 코팅된 폴리머 입자를 포함한다. 바람직한 연마제는 세리아이다.
제 2 단계 연마 조성물 잔량의 물을 함유한 용액에서 광범위한 pH 범위에 걸쳐 효능을 제공한다. 이 용액의 유용한 pH 범위는 적어도 4 내지 7로 확장된다. 또한, 용액은 바람직하게는 불가피한 불순물을 한정하는 잔량의 탈이온수에 의존한다. 본 발명의 연마 유체의 pH는 바람직하게는 4.5 내지 6.8, 더 바람직하게는 5 내지 6.5이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조정하는데 사용된 산은 예를 들어, 질산, 황산, 염산, 인산 등이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조정하는데 사용된 염기의 일예는 예를 들어 암모늄 히드록시드 및 포타슘 히드록시드이다.
따라서, 본 발명은 얕은 트렌치 분리 공정을 위한 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는데 유용한 제 2 단계 연마 조성물을 이용한 연마 방법을 제공한다. 조성물은 바람직하게는 향상된 선택도를 위해 사차 암모늄 화합물을 포함한다. 특히, 본 발명은 사차 암모늄 화합물, 프탈산 및 그의 염, 카르복실산 폴리머, 연마제 및 잔량의 물을 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하는데 유용한 수성 조성물을 제공한다. 조성물은 4 내지 7의 pH 범위에서 특히 향상된 선택도를 나타낸다.
실시예
실시예에서, 숫자는 본 발며의 실시예를 나타내고 문자는 비교예를 나타낸다. 모든 제 1 단계 수성 용액은 중량%로 1.8의 세리아, 0.27의 폴리아크릴산, 0.5의 베타인 및 0.15의 에탄올아민을 함유하였다. 또한, 제 1 단계 연마 조성물은 0.1 중량%의 폴리비닐피로리돈을 함유하였다. 모든 제 2 단계 수성 용액은 중량%로 1.8의 세리아, 0.18의 폴리아크릴산, 0.21의 암모늄 히드로겐 프탈레이트 및 0.12의 테트라메틸 암모늄 히드록시드를 함유하였다. 연마제 패키지를 화학제 패키지와 조합하여 슬러리를 제조하였다. 블레이드 믹서를 이용하여 폴리아크릴산 농축액을 탈이온수에 용해시키고 세리아 농축액을 폴리아크릴산 용액에 첨가함으로써 연마제 패키지를 제조하였다. 그 후, 질산 또는 암모늄 히드록시드를 이용하여 세리아-폴리아크릴산-물 혼합물을 적정하였다. 그 후 혼합물을 고전단 Kady Mill에 공급하였다. 모든 잔류 케미칼을 탈이온수에 적당량 용해시키고, 블레이드 믹서에 의해 혼합한 다음 질산 또는 암모늄 히드록시드를 이용하여 최종 pH로 원하는대로 적정함으로써 화학제 패키지를 제조하였다. 연마제 패키지를 화학제 패키지와 혼합하고 원하는 pH로 적정함으로써 최종 슬러리를 제조한다.
실시예 1
본 실험에서 트렌치 산화물 평면화를 위한 단일 단계 공정과 비교하여 2 단 계 연마 방법의 평면화 성능을 측정하였다. 특히, 10% 내지 90%의 트렌치 산화물에서 디싱에 대한 2 단계 연마 방법의 효과를 시험하였다. 본 발명에서 10% 트렌치 산화물은 활성 폭/(트렌치 폭 + 활성 폭) x 100%=10%인 반복 구조의 배열에서의 트렌치로서 정의된다. 예를 들어, 트렌치 폭 + 활성 폭 = 100 마이크론인 경우, 10% 트렌치는 폭이 90 마이크론이다. 유사하게, 90% 트렌치는 10 마이크론의 폭을 갖고 있다. 단일 단계 공정에 대해, IC1000TM 폴리우레탄 연마 패드(롬 앤드 하스사)를 이용한 Applied Materials Mirra 200mm 연마기가 2.7 psi의 하강력(downforce) 조건과 85 cc/분의 연마 용액 유속, 123 rpm의 플레튼 속도 및 44 rpm의 캐리어 속도하에 샘플을 평면화하였다. 제 2 단계 공정의 제 1 단계에 대해, IC1000TM 폴리우레탄 연마 패드(롬 앤드 하스사)를 이용한 Applied Materials Mirra 200mm 연마기가 3.7 psi의 하강력(downforce) 조건과 125 cc/분의 연마 용액 유속, 51 rpm의 플레튼 속도 및 68 rpm의 캐리어 속도하에 샘플을 평면화하였다. Luxtron Optima 9300 CMP 종말점 컨트롤러를 이용하여 종말점을 측정하였다. 제 2 단P 공정의 제 2 단계에 대한 공정 조건은 단일 단계 공정의 공정 조건과 동일하다. 연마 용액의 pH는 질산 또는 암모늄 히드록시드에 의해 조정하여 6.5이었다. 모든 용액은 잔량의 탈이온수를 함유하였다
시험 사이트 피처 (%) 중심 다이의 트렌치 산화물 두께 범위 (Å) 중간 다이의 트렌치 산화물 두께 범위 (Å) 에지 다이의 트렌치 산화물 두께 범위 (Å) 글로벌 트렌치 산화물 두께 범위 (Å)
A 10-90 328 257 286 461
1 10-90 46 71 153 166
상기 표 1에 예시한 바와 같이, 2 단계 공정(시험 1)은 단일 단계 공정(시험 A)과 비교하여 저밀도 피처에서 상당히 적은 디싱을 제공하였다. 단일 단계 공정에 대한 중심, 중간 및 에지 다이(die)의 트렌치 산화물 두께 범위는 각각 2 단계 공정의 두께 범위보다 훨씬 큰 범위를 제공하였다. 즉, 단일 단계 공정에 대해, 중심, 중간 및 에지 다이에 대한 트렌치 산화물 두께 범위는 각각 328 Å, 257 Å 및 286 Å이었지만, 반면에 2 단계 공정에 대해 동일 두께 범위 측정치는 각각 46 Å, 71 Å 및 153 Å을 제공하였다. 바꾸어 말하자면, 2 단계 연마 공정에 대한 평균 트렌치 내-다이(within-die) 범위는 단일 단계 공정에 대해 약 290 Å 과 비교하여 약 90 Å 이었다. 또한, 2 단계 연마 공정에 대한 글로벌(global) 트렌치 내-웨이퍼(within-wafer) 범위는 단일 단계 공정에 대해 약 461 Å과 비교하여, 약 166 Å이었다.
실시예 2
본 실험에서 단일 단계 공정의 질화물 평면화와 비교하여 2 단계 연마 방법의 평면화 성능을 측정하였다. 특히, 10% 내지 100% 사이트 피처(site feature)에서 질화물 손실에 대한 2 단계 연마 방법의 효과를 시험하였다. 공정 조건은 실시예 1의 조건과 동일하였다.
시험 사이트 피처 (%) 중심 다이의 트렌치 산화물 두께 범위 (Å) 중간 다이의 트렌치 산화물 두께 범위 (Å) 에지 다이의 트렌치 산화물 두께 범위 (Å) 글로벌 트렌치 산화물 두께 범위 (Å)
B 10-100 210 162 172 210
2 10-100 41 25 41 58
상기 표 2에 예시한 바와 같이, 2 단계 공정(시험 2)은 단일 단계 공정(시험 B)과 비교하여 저밀도 피처에서 상당히 적은 질화물 손실을 제공하였다. 단일 단계 공정에 대한 중심, 중간 및 에지 다이의 트렌치 산화물 두께 범위는 각각 2 단계 공정의 두께 범위보다 훨씬 큰 범위를 제공하였다. 즉, 단일 단계 공정에 대해, 중심, 중간 및 에지 다이에 대한 트렌치 산화물 두께 범위는 각각 210 Å, 162 Å 및 172 Å이었지만, 반면에 2 단계 공정에 대해 동일 두께 범위 측정치는 각각 41 Å, 25 Å 및 41 Å을 제공하였다. 바꾸어 말하자면, 2 단계 연마 공정에 대한 평균 트렌치 내-다이 범위는 단일 단계 공정에 대해 약 181 Å 과 비교하여 약 36 Å 이었다. 또한, 2 단계 연마 공정에 대한 글로벌 트렌치 내-웨이퍼(within-wafer) 범위는 단일 단계 공정에 대해 약 210 Å과 비교하여, 약 58 Å이었다.
따라서, 본 발명은 실리카를 억제 슬러리에 의해 평면화하고 평면화를 중단하는 제 1 종말점을 검측하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는 2 단계 방법을 제공한다. 이 방법은 추가로 실리카를 선택적 슬러리에 의해 클리어링하고 클리어링을 중단하는 제 2 종말점을 검측하는 것을 포함한다.

Claims (10)

  1. 실리카를 0.01 내지 5 중량의 카르복실산 폴리머, 0.02 내지 6 중량%의 연마제, 0.01 내지 10 중량%의 평균 분자량이 100 g/몰 내지 1,000,000 g/몰인 폴리비닐피롤리돈, 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물, 0 내지 1 중량%의 프탈산 및 염, 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물 및 잔량의 물을 포함하는 제 1 수성 조성물로 평면화하며(planarizing);
    평면화에 대한 종말점을 검측하고;
    0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.001 내지 1 중량%의 프탈산 및 그의 염, 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머, 0.01 내지 5 중량%의 연마제 및 잔량의 물을 포함하는 제 2 수성 조성물로 실리카를 클리어링하는(clearing) 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 폴리비닐피롤리돈의 평균 분자량이 1,500 g/몰 내지 10,000 g/몰인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 쯔비터이온 화합물이 다음 구조를 가진 방법:
    Figure 112005076411862-PAT00004
    상기 식에서,
    n은 정수이며,
    Y는 수소 또는 알킬 그룹을 포함하고,
    Z는 카르복실, 설페이트 또는 산소를 포함하며,
    M은 질소, 인 또는 황 원자를 포함하고,
    X1, X2 및 X3 는 독립적으로 수소, 알킬 그룹 및 아릴 그룹을 포함하는 그룹 중에서 선택된 치환체를 포함한다.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 수성 조성물 내 카르복실산 폴리머가 폴리아크릴산인 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 양이온 화합물이 알킬 아민, 아릴 아민, 사차 암모늄 화합물 및 알코올 아민을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 수성 조성물 내 연마제가 세리아인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 사차 암모늄 화합물이 테트라메틸 암모늄 히드록시드, 테트라에틸 암모늄 히드록시드, 테트라프로필 암모늄 히드록시드, 테트라이소프로필 암모늄 히드록시드, 테트라사이클로프로필 암모늄 히드록시드, 테트라부틸 암모늄 히드록시드, 테트라이소부틸 암모늄 히드록시드, 테트라t-부틸 암모늄 히드록시드, 테트라sec-부틸 암모늄 히드록시드, 테트라사이클로부틸 암모늄 히드록시드, 테트라펜틸 암모늄 히드록드, 테트라사이클로펜틸 암모늄 히드록시드, 테트라헥실 암모늄 히드록시드, 테트라사이클로헥실 암모늄 히드록시드, 및 이들의 혼합물을 포함하는 그룹 중에서 선택되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 프탈레이트 염이 암모늄 히드로겐 프탈레이트 및 포타슘 히드로겐 프탈레이트를 포함하는 그룹 중에서 선택되는 방법.
  9. 실리카를 억제 슬러리(inhibitive slurry)로 평면화하며;
    제 1 종말정을 검측하여 평면화를 중단하며;
    실리카를 선택적 슬러리로 클리어링한 다음;
    제 2 종말점을 검측하여 클리어링을 중단하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카와 실리콘 니트리드를 연마하는 2 단계 방법.
  10. 실리카를 0.01 내지 5 중량의 카르복실산 폴리머, 0.02 내지 6 중량%의 연마제, 0.01 내지 10 중량%의 평균 분자량이 100 g/몰 내지 1,000,000 g/몰인 폴리비닐피롤리돈, 0 내지 5 중량%의 양이온 화합물, 0 내지 1 중량%의 프탈산 및 염, 0 내지 5 중량%의 쯔비터이온 화합물 및 잔량의 물을 포함하는 제 1 수성 조성물로 평면화하며;
    제 1 종말점을 검측하여 평면화를 중단하고;
    0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.001 내지 1 중량%의 프탈산 및 그의 염, 0.01 내지 5 중량%의 카르복실산 폴리머, 0.01 내지 5 중량%의 연마제 및 잔량의 물을 포함하는 제 2 수성 조성물로 실리카를 클리어링하고;
    제 2 종말점을 검측하여 클리어링을 중단하는 것을 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 실리카 및 실리콘 니트리드를 연마하는 다단계 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821488B1 (ko) * 2006-12-28 2008-04-14 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자의 격리막 형성방법
KR101406487B1 (ko) * 2006-10-06 2014-06-12 제이에스알 가부시끼가이샤 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 반도체 장치의 화학 기계연마 방법

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050189322A1 (en) * 2004-02-27 2005-09-01 Lane Sarah J. Compositions and methods for chemical mechanical polishing silica and silicon nitride
US20060021972A1 (en) * 2004-07-28 2006-02-02 Lane Sarah J Compositions and methods for chemical mechanical polishing silicon dioxide and silicon nitride
KR101134590B1 (ko) * 2005-03-28 2012-04-09 삼성코닝정밀소재 주식회사 분산 안정성이 우수한 연마 슬러리의 제조방법
US7365045B2 (en) * 2005-03-30 2008-04-29 Advanced Tehnology Materials, Inc. Aqueous cleaner with low metal etch rate comprising alkanolamine and tetraalkylammonium hydroxide
US20070269908A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-22 Hsin-Kun Chu Method for in-line controlling hybrid chemical mechanical polishing process
US7544618B2 (en) * 2006-05-18 2009-06-09 Macronix International Co., Ltd. Two-step chemical mechanical polishing process
JP5204960B2 (ja) * 2006-08-24 2013-06-05 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物及び研磨方法
DE102006061891A1 (de) 2006-12-28 2008-07-03 Basf Se Zusammensetzung zum Polieren von Oberflächen aus Siliziumdioxid
US20100087065A1 (en) * 2007-01-31 2010-04-08 Advanced Technology Materials, Inc. Stabilization of polymer-silica dispersions for chemical mechanical polishing slurry applications
KR100949250B1 (ko) 2007-10-10 2010-03-25 제일모직주식회사 금속 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
JP5186296B2 (ja) * 2008-06-30 2013-04-17 信越半導体株式会社 ウェーハの研磨方法及び半導体素子の製造方法
JP5261065B2 (ja) * 2008-08-08 2013-08-14 シャープ株式会社 半導体装置の製造方法
KR101678114B1 (ko) * 2008-09-26 2016-11-21 로디아 오퍼레이션스 화학적 기계적 폴리싱용 연마제 조성물 및 그의 이용 방법
JP5759904B2 (ja) * 2010-01-29 2015-08-05 株式会社フジミインコーポレーテッド 半導体ウェーハの再生方法及び研磨用組成物
KR20120135870A (ko) * 2011-06-07 2012-12-17 동우 화인켐 주식회사 단결정 실리콘 웨이퍼 및 그 제조방법
CN103890139A (zh) * 2011-10-19 2014-06-25 东友精细化工有限公司 结晶性硅晶片的织构蚀刻液组合物及织构蚀刻方法
EP2662885A1 (en) 2012-05-07 2013-11-13 Basf Se A process for the manufacture of semiconductor devices comprising the chemical mechanical polishing (cmp) of iii-v material in the presence of a cmp composition comprising a compound containing an n-heterocycle
US8821215B2 (en) * 2012-09-07 2014-09-02 Cabot Microelectronics Corporation Polypyrrolidone polishing composition and method
JP7356932B2 (ja) * 2019-09-26 2023-10-05 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物及び研磨方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5391258A (en) * 1993-05-26 1995-02-21 Rodel, Inc. Compositions and methods for polishing
EP0853335A3 (en) * 1997-01-10 1999-01-07 Texas Instruments Incorporated Slurry and process for the mechano-chemical polishing of semiconductor devices
US6019806A (en) * 1998-01-08 2000-02-01 Sees; Jennifer A. High selectivity slurry for shallow trench isolation processing
US20020019202A1 (en) * 1998-06-10 2002-02-14 Thomas Terence M. Control of removal rates in CMP
US6293845B1 (en) * 1999-09-04 2001-09-25 Mitsubishi Materials Corporation System and method for end-point detection in a multi-head CMP tool using real-time monitoring of motor current
US20040055993A1 (en) * 1999-10-12 2004-03-25 Moudgil Brij M. Materials and methods for control of stability and rheological behavior of particulate suspensions
JP2001332516A (ja) * 2000-05-19 2001-11-30 Hitachi Chem Co Ltd Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
US6593240B1 (en) * 2000-06-28 2003-07-15 Infineon Technologies, North America Corp Two step chemical mechanical polishing process
US6307628B1 (en) * 2000-08-18 2001-10-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Method and apparatus for CMP end point detection using confocal optics
US20030176151A1 (en) * 2002-02-12 2003-09-18 Applied Materials, Inc. STI polish enhancement using fixed abrasives with amino acid additives
US6910951B2 (en) * 2003-02-24 2005-06-28 Dow Global Technologies, Inc. Materials and methods for chemical-mechanical planarization
JP2004349426A (ja) 2003-05-21 2004-12-09 Jsr Corp Ｓｔｉ用化学機械研磨方法
US20050028450A1 (en) * 2003-08-07 2005-02-10 Wen-Qing Xu CMP slurry

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101406487B1 (ko) * 2006-10-06 2014-06-12 제이에스알 가부시끼가이샤 화학 기계 연마용 수계 분산체 및 반도체 장치의 화학 기계연마 방법
KR100821488B1 (ko) * 2006-12-28 2008-04-14 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자의 격리막 형성방법

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Publication number Publication date
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