KR20060099421A - 층간 유전층의 화학기계적 연마용 조성물 및 방법 - Google Patents

층간 유전층의 화학기계적 연마용 조성물 및 방법 Download PDF

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KR20060099421A
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아서 리차드 베이커
사라 제이. 레인
젠동 리우
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량%의 카복실산 폴리머 및 잔량으로 물을 포함하는, 층간 유전체 처리시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는데 유용한 수성 조성물을 제공한다.

Description

층간 유전층의 화학기계적 연마용 조성물 및 방법{Compositions and methods for chemical mechanical polishing interlevel dielectric layers}
본 발명은 반도체 웨이퍼 재료의 화학기계적 평면화(chemical mechanical planarization, CMP)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 층간 유전체(ILD) 처리시에 반도체 구조로부터 유전층을 연마하기 위한 CMP 조성물 및 방법에 관한 것이다.
최근 집적회로는 반도체 장비로 구성된 전자 회로를 소형 반도체 구조상에 집적 형성하는 정교한 방법에 의해 제조된다. 반도체 구조상에 형성되는 통상적인 반도체 장비는 캐패시터, 레지스터, 트랜지스터, 다이오드 등을 포함한다. 고도의 집적회로 제조공정에서, 수백만개의 이들 반도체 장비가 단일 반도체 구조상에 형성된다.
또한, 집적회로는 반도체 구조의 일반적인 실리콘 기판상에 인접 다이로 배열될 수 있다. 전형적으로, 표면 수준의 스크라이브(scribe) 영역이 다이 사이에 위치하며, 여기서 다이는 절단되어 불연속 집적회로를 형성할 것이다. 다이내에서, 반도체 구조의 표면은 반도체 장비의 형성으로 야기되는 융기 영역을 특징으로 한다. 이들 융기 영역은 어레이를 형성하며, 반도체 구조의 실리콘 기판상에 슬롯 형태로 높이가 낮은 하부 영역으로 분리된다.
종래, 반도체 구조의 반도체 장비는 반도체 구조 표면상에 전도성 및 절연 물질층을 교대로 침착 및 패턴화하여 형성된다. 연속층 침착물의 제조시에, 반도체 구조 표면은 빈번히 평활하고 평탄할 것을 요구한다. 따라서, 재료 침착 작업용 반도체 구조 표면을 제조하기 위해, 평탄화 공정이 반도체 구조 표면상에서 수행될 것이 요구된다.
평탄화는 전형적으로 거친 또는 불연속 영역(예: 슬롯(slot))을 메우기 위해 반도체 구조상에 산화물 또는 질화물과 같은 절연 물질의 층간 유전층을 성장 또는 침착시킴으로써 수행된다. 층간 유전층은 공형(conformal) 필름으로 침착되어 어레이위 상방으로 더 높이 뻗은 수직 융기 돌출 모양 또는 다른 영역 보다 높이가 낮은 개방 함몰부를 특징으로 하는 비평탄 표면을 초래할 수 있다. 평탄화 공정은 수직 돌출된 모양을 전형적으로 어레이의 상단 수준위에서 예정 거리의 표적 높이로 감소시키기 위해 사용되며, 여기에서 이상적으로는 평탄화 표면이 형성될 것이다.
현재, CMP는 목적하는 편평화 또는 평탄화를 제공한 최초 기술이다. CMP는 화학 조성물("슬러리")이 표면을 선택적으로 공격하는 동안 표면을 기계적으로 연마하여 표면 물질의 제거를 향상시킨다. ILD 처리를 위한 통상적인 CMP 슬러리는 그의 유효성을 향상시키기 위하여 고 농도의 연마제(예컨대 30%를 초과하는 양)를 포함한다. 불행히도, 연마제는 매우 비싸 연마제의 사용 증가는 단가를 높이는 원 인이 된다.
예를 들어, 브랜칼레오니(Brancaleoni) 등에 의한 미국 특허 제 5,391,258호는 실리콘, 실리카, 또는 금속과 실리카의 복합물을 포함하는 실리콘-함유 제품의 연마 속도의 향상방법에 관해 논의하였다. 조성물은 유전층의 제거 속도를 향상시키기 위하여 약 33 중량%의 알루미나를 함유한다. 조성물은 또한 비교적 연질의 실리카 박막 제거 비율을 억제하는 음이온과 함께 산화제를 포함한다. 억제 음이온은 다수의 카복실산중 임의 형태일 수 있다.
따라서, 연마제의 농도를 감소시키고 제거 비율이 향상된 유전층의 화학기계적 연마용 조성물 및 방법이 요구되고 있다. 특히, 연마제의 농도를 감소시키고 제거 비율이 향상됨과 동시에 평탄화 효율이 증진된, ILD 처리시 유전층을 화학기계적으로 연마하기 위한 조성물 및 방법이 요구된다.
제 1 측면으로, 본 발명은 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량%의 카복실산 폴리머 및 잔량으로 물을 포함하는, 층간 유전체 처리시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는데 유용한 수성 조성물을 제공한다.
다른 측면으로, 본 발명은 0.001 내지 1 중량%의 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량%의 폴리아크릴산 및 잔량으로 물을 포함하는, 층간 유전체 처리 시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는데 유용한 pH 2 내지 5의 수성 조성물을 제공한다.
또 다른 측면으로, 본 발명은 웨이퍼상의 유전체층을 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량%의 카복실산 폴리머 및 잔량으로 물을 포함하는 연마 조성물과 접촉시키고; 유전층을 연마 패드로 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 층간 유전체 처리시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는 방법을 제공한다.
조성물 및 방법은 감소된 연마제의 농도로 예기치 않은 유전층 제거 및 평탄화 효율을 제공한다. 특히, 조성물은 적용 pH에서 ILD 처리를 위한 유전층의 제거를 향상시키도록 사차 암모늄 화합물을 포함한다.
붕소-인-도핑된 실리케이트 유리(BPSG), 인-도핑된 실리케이트 유리(PSG), 인-도핑된 테트라에틸오르토실리케이트(PTEOS), 열 산화물, 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 산화물, 플라즈마 증진된 테트라에틸오르토실리케이트(PETEOS) 산화물 및 고밀도 플라즈마 CVD(HDPCVD) 산화물과 같은 유전체 물질이 본 발명의 슬러리 제제에 의해 평탄화될 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐이다. 실리사이드는 탄탈룸 실리사이드, 티타늄 실리사이드 및 텅스텐 실리사이드를 포함한다.
유리하게, 본 발명의 조성물은 ILD 처리시에 유전층의 제거를 향상시키기 위 하여 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물을 함유한다. 모든 조성물은 달리 제시되지 않는 한 중량%로 표시된다. 유리하게, 본 발명의 조성물은 0.01 내지 0.5 중량%의 사차 암모늄 화합물을 함유한다.
본 발명의 사차 암모늄 화합물은 다음과 같은 구조를 포함한다:
Figure 112006015808776-PAT00001
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R4는 탄소 원자수 1 내지 15의 탄소 사슬 길이를 가지는 유기 화합물이다.
보다 바람직하게, R1, R2, R3 및 R4는 탄소 사슬 길이가 1 내지 10개이다. 가장 바람직하게, R1, R2, R3 및 R4는 탄소 사슬 길이가 1 내지 5개이다. R1, R2, R3 및 R4의 유기 화합물은 치환되거나 비치환된 아릴, 알킬, 아르알킬 또는 알크아릴 그룹일 수 있다. 음이온의 일예는 니트레이트, 설페이트, 할라이드(이를테면, 브로마이드, 클로라이드, 플루오라이드 및 요오다이드), 시트레이트, 포스페이트, 옥살레이트, 말레이트, 글루코네이트, 하이드록사이드, 아세테이트, 보레이트, 락테이트, 티오시아네이트, 시아네이트, 설포네이트, 실리케이트, 퍼-할라이드(이를테면, 퍼브로메이트, 퍼클로레이트 및 퍼요오데이트), 크로메이트, 및 이들 음이온중 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 포함한다.
바람직한 사차 암모늄 화합물은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라이소프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라이소부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라-t-부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라-sec-부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라펜틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로펜틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라헥실 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로헥실 암모늄 하이드록사이드 및 이들의 혼합물을 포함한다. 가장 바람직한 사차 암모늄 화합물은 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드이다.
유리하게, 연마 조성물은 실리카 제거를 촉진하기 위하여 0.01 내지 20 중량%의 연마제를 함유한다. 이 범위내에서, 연마제가 1 중량% 이상의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 이 범위내에서, 19 중량% 이하의 양이 바람직하다.
연마제의 평균 입자 크기는 5 내지 200 나노미터(nm)이다. 본 발명의 목적을 위해, 입자 크기는 연마제의 평균 입자 크기를 의미한다. 보다 바람직하게, 평균 입자 크기가 20 내지 150 nm인 연마제를 사용하는 것이 바람직하다. 연마제의 크기를 20 nm 이하로 감소시키는 경우, 연마 조성물의 평탄화가 향상되나, 제거 비율이 감소되는 경향을 보인다.
연마제의 예에는 무기 산화물, 무기 수산화물, 금속 보라이드, 금속 카바이드, 금속 니트라이드, 폴리머 입자 및 이들중 적어도 하나를 포함하는 혼합물이 포 함될 수 있다. 적합한 무기 산화물로서 예를 들어, (콜로이드성) 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(CeO2), 산화망간(MnO2) 또는 이들 산화물중 적어도 하나를 포함하는 배합물이 포함될 수 있다. 폴리머-코팅된 무기 산화물 입자 및 무기 코팅된 입자와 같은 이들 무기 산화물의 변형 형태가 또한, 필요한 경우 사용될 수 있다. 적합한 금속 카바이드, 보라이드 및 니트라이드로서 예를 들어, 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘 카보니트라이드(SiCN), 보론 카바이드, 텅스텐 카바이드, 지르코늄 카바이드, 알루미늄 보라이드, 탄탈룸 카바이드, 티타늄 카바이드 또는 이들 금속 카바이드, 보라이드 및 니트라이드중 적어도 하나를 포함하는 배합물이 포함될 수 있다. 필요하다면 다이아몬드가 연마제로서 이용될 수 있다. 별도의 연마제로서 폴리머 입자 및 코팅된 폴리머 입자가 또한 포함된다. 바람직한 연마제는 콜로이드성 실리카이다.
임의로, 조성물은 유리하게는 고 선택성을 이루기 위해 0 내지 5 중량%의 계면활성제를 함유한다. 또한, 개시된 범위는 범위내에서 조합 및 부분 조합 및 제한범위를 포함한다. 바람직하게, 계면활성제는 0.001 내지 2 중량% 및 가장 바람직하게는 0.01 내지 1 중량%이다.
본 명세서에 사용된 표면활성화제 또는 계면활성제란 존재하는 경우, 웨이퍼 기판의 표면 또는 계면상으로 흡착되는 특성이 있거나 웨이퍼 기판의 표면 또는 계면의 표면 자유에너지를 변경하는 물질을 의미한다. 용어 "계면"이란 두 개의 불혼화성 상 사이의 경계이다. 용어 "표면"이란 하나의 상이 기체, 보통 공기인 경 우의 계면을 나타낸다. 계면활성제는 통상 계면 자유에너지를 감소시키는 역할을 한다.
음이온성 계면활성제는 친수성 그룹으로 불리는 수친화력이 강한 그룹과 함께, 소수성 그룹으로 알려진 수친화성이 매우 작은 구조 그룹을 가지는 분자 구조를 특징으로 한다. 음이온성 계면활성제는 용액에서 이온화될 때 음이온 전하를 가지는 친수성 그룹을 보유한다. 소수성 그룹은 통상 수용해도에 적합한 길이를 가지는 장쇄 탄화수소, 플루오로탄소 또는 실록산 사슬이다. 특히, 소수성 그룹은 3개를 초과하는 탄소 사슬 길이를 갖는다. 가장 유리하게, 소수성 그룹은 적어도 6개의 탄소 사슬 길이를 갖는다.
바람직한 음이온성 계면활성제는 카복실레이트(카복실산 염), 설포네이트(설폰산 염), 설페이트(황산 염) 또는 포스페이트(인산 및 폴리인산 에스테르) 중 적어도 하나로부터 선택된 화학 그룹을 함유한다. 계면활성제의 친수성 파트는 하나 이상의 질소 원자 또는 하나 이상의 산소 원자 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있으나, 용해성을 제공하는 적어도 하나의 이온성 그룹을 함유한다. 본 발명에서 음이온성 계면활성제의 소수성 파트는 충분한 소수성을 제공하기 위하여 적어도 5개 이상의 탄소를 가진다. 소수성 부분은 직쇄, 측쇄 또는 사이클릭 사슬일 수 있다. 소수성 부분은 포화 사슬, 불포화 사슬일 수 있거나 방향족 그룹을 함유할 수 있다.
계면활성제는 알킬 글루타메이트, 도데세시벤젠설포네이트, 알킬 α-올리핀 설포네이트, 디알킬설포숙시네이트, 알킬설포네이트, 알킬 암포하이드록시프로필 설포네이트, 알킬하이드록시에틸이미다졸린, 알킬 아미도프로필 베타인, 메틸 알킬타우레이트, 알킬 이미다졸린 및 이들의 혼합물중 적어도 하나중에서 선택된 음이온성 계면활성제를 포함한다. 특정 계면활성제는 메틸 코코일타우레이트, 디사이클로헥실 설포숙시네이트(1,4-디사이클로헥실 설포숙시네이트), 디노닐 설포숙시네이트, 코카암포하이드록시프로필설포네이트, C-14-17 알킬 sec 설포네이트, 이소스테아릴하이드록시에틸이미다졸린, 코카미도도프로필 베타인 이미다졸린, C8/C10, C14-16 올레핀 설포네이트(도데실벤젠설포네이트), 수소화 탈로우 글루타메이트, POE(4) 올레일 에테르 포스페이트, 라우릴 설포숙시네이트, 도데실벤젠설포네이트 및 이들의 혼합물중 적어도 하나중에서 선택된 음이온성 계면활성제를 포함한다. 전형적으로 이들 계면활성제는 암모늄, 포타슘 또는 소듐 염으로 첨가된다. 가장 바람직하게, 계면활성제는 고순도 제제의 암모늄 염으로 첨가된다.
임의로, 연마 조성물은 유리하게는 연마 입자의 분산제로 제공되는(이후 설명) 0 내지 5 중량%의 카복실산 폴리머를 함유한다. 바람직하게, 조성물은 카복실산 폴리머를 0.05 내지 1.5 중량%로 함유한다. 또한, 폴리머는 바람직하게는 수평균 분자량이 4,000 내지 1,500,000이다. 또한, 더 크고 적은 수평균 분자량의 카복실산 폴리머의 블렌드가 사용될 수 있다. 이들 카복실산 폴리머는 일반적으로 용액으로 존재하나, 수성 분산물로도 존재할 수 있다. 카복실산 폴리머는 연마제 입자에 대한 분산제로서 유용하게 작용할 수 있다(이후 설명됨). 상기 언급된 폴리머의 수평균 분자량은 GPC에 의해 측정된다.
카복실산 폴리머는 바람직하게는 불포화 모노카복실산 및 불포화 디카복실산 으로부터 형성된다. 전형적인 불포화 모노카복실산 모노머는 3 내지 6개의 탄소 원자를 함유하며 아크릴산, 올리고머 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 및 비닐 아세트산을 포함한다. 전형적인 불포화 디카복실산은 4 내지 8개의 탄소 원자를 함유하며 이들의 무수물을 포함하고, 예를 들어 말레산, 무수 말레산, 푸마르산, 글루타르산, 이타콘산, 무수 이타콘산 및 사이클로헥센 디카복실산이 있다. 또한, 상기 언급된 산의 수용성 염이 또한 사용될 수 있다.
수평균 분자량이 약 1,000 내지 1,500,000, 바람직하게는 3,000 내지 250,000 및 보다 바람직하게는 20,000 내지 200,000인 "폴리(메트)아크릴산"이 특히 유용하다. 본 원에 사용된 "폴리(메트)아크릴산"이란 아크릴산의 폴리머, 메타크릴산의 폴리머 또는 아크릴산과 메타크릴산의 코폴리머로서 정의된다. 상이한 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산의 블렌드가 특히 바람직하다. 이들 폴리(메트)아크릴산의 블렌드 또는 혼합물에서, 수평균 분자량이 1,000 내지 100,000 및 바람직하게는 4,000 내지 40,000인 보다 낮은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산이 수평균 분자량 150,000 내지 1,500,000, 바람직하게는 200,000 내지 300,000인 보다 높은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산과 조합하여 사용된다. 전형적으로, 보다 낮은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산 대 보다 높은 수평균 분자량의 폴리(메트)아크릴산의 중량% 비는 약 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 5:1 내지 1:5, 및 보다 바람직하게는 3:1 내지 2:3이다. 바람직한 블렌드는 수평균 분자량이 약 20,000인 폴리(메트)아크릴산과 수평균 분자량이 약 200,000인 폴리(메트)아크릴산을 2:1의 중량비로 포함한다.
또한, 카복실산 성분이 폴리머의 5 내지 75 중량%로 포함되는 카복실산 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 디카복실산, 이를테면, 아크릴산 또는 메타크릴산 또는 이타콘산의 폴리머; 치환체, 이를테면, 할로겐(즉, 염소, 불소, 브롬), 니트로, 시아노, 알콕시, 할로알킬, 카복시, 아미노, 아미노 알킬을 가진 치환된 비닐 방향족 모노머 및 비치환된 모노 또는 디카복실산 및 알킬 (메트)아크릴레이트의 폴리머; 질소환 함유 모노에틸렌 불포화 모노머, 이를테면 비닐 피리딘, 알킬 비닐 피리딘, 비닐 부티로락탐, 비닐 카프로락탐 및 불포화 모노 또는 디카복실산의 폴리머; 올레핀, 이를테면, 프로필렌, 이소부티렌, 또는 탄소 원자가 10 내지 20개인 장쇄 알킬 올레핀 및 불포화 모노 또는 디카복실산의 폴리머; 비닐 알콜 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 디카복실산의 폴리머; 알킬 그룹에 탄소 원자가 1 내지 24개인 알킬 (메트)아크릴레이트 및 불포화 모노카복실산, 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 폴리머가 사용될 수 있다. 생분해성인 이러한 조성물의 일예는 폴리(아크릴레이트 코메 틸 2-시아노아크릴레이트)의 세그먼트를 함유한 폴리아크릴산 폴리머이다.
화합물은 잔량의 물을 함유한 용액에서 광범위한 pH 범위에 걸쳐 효능을 제공한다. 이 용액의 유용한 pH 범위는 적어도 1 내지 5이다. 또한, 용액은 유리하게는 불가피한 불순물을 제한하는 잔량의 탈이온수에 의존한다. 본 발명의 연마 유체의 pH는 바람직하게는 2 내지 4.5, 더 바람직하게는 2 내지 3이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조정하는데 사용된 산은 예를 들어, 질산, 황산, 염산, 인산 등이다. 본 발명의 조성물의 pH를 조정하는데 사용된 염기의 일예는 예를 들어 수산화암모늄 및 수산화칼륨이다.
또한, 용액은 임의로 생물학적 오염을 제한하는 살생물제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 수중 Kordek® MLX 살생물제 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온(Rohm and Haas Company, Philadelphia PA)이 여러 응용예에 효과적인 살생물제를 제공한다. 살생물제는 전형적으로 공급처에 의해 제시된 농도로 사용된다.
따라서, 본 발명은 감소된 연마제의 농도로 예상외의 유전층 제거 및 평탄화 효율을 제공한다. 특히, 본 발명의 조상물은 적용 pH에서 ILD 처리에 대한 유전층의 제거를 향상시키기 위하여 사차 암모늄 화합물을 포함한다.
실시예 1
본 실시예는 반도체 웨이퍼상의 유전층의 제거능을 측정한다. 특히, TEOS의 제거에 대한 사차 암모늄 화합물의 효과 및 평탄화 효율이 시험된다. 다양한 다운포스(downforce) 조건, 150 cc/분의 연마액 유속, 72 RPM의 플래튼(platen) 속도 및 70 RPM의 캐리어 속도로 IC1010TM 폴리우레탄 연마 패드(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)를 사용한 IPEC 472 DE 200 mm 연마 기계로 샘플을 평탄화하였다. 질산을 사용하여 연마액의 pH를 2.5로 조정하였다. 모든 용액은 16 중량%의 콜로이드성 실리카 및 잔량으로 탈이온수를 함유한다.
시험 다운포스 (kPA) 연마제 (중량%) pH TBAH (중량%) TEOS RR (Å/분)
A 13.79 16 2.5 0.0 1218
1 13.79 16 2.5 0.05 1425
2 13.79 16 2.5 0.1 1756
3 13.79 16 2.5 0.15 1758
4 13.79 16 2.5 0.2 1585
5 13.79 16 2.5 0.3 1659
6 13.79 16 2.5 0.4 1552
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 사차 암모늄 화합물의 첨가가 조성물의 제거능을 향상시켰다. 예를 들어, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(TBAH)의 첨가가 TEOS에 대한 표 1 의 조성물의 제거 비율을 1218 Å/분(시험 A) 에서 1425 Å/분으로 향상시켰다. 또한, 시험 2에서, 0.1 중량%의 TBAH의 첨가가 TEOS의 제거 비율을 1756 Å/분으로 향상시킨 것으로 확인되었다.
실시예 2
본 실시예에서는 샘플을 연마시키기 위해 다운포스를 3 psi(20.68 kPA)로 증가시켰다. 기타 다른 모든 파라미터는 실시예 1과 동일하다.
시험 다운포스 (kPA) 연마제 (중량%) pH TBAH (중량%) TEOS RR (Å/분)
B 20.68 16 2.5 0.0 1828
7 20.68 16 2.5 0.05 2391
8 20.68 16 2.5 0.1 2557
9 20.68 16 2.5 0.15 2555
10 20.68 16 2.5 0.2 2286
11 20.68 16 2.5 0.3 2352
12 20.68 16 2.5 0.4 2207
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 사차 암모늄 화합물의 첨가가 조성물의 제거능을 향상시켰다. 예를 들어, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 첨가가 TEOS에 대한 시험 7의 조성물의 제거 비율을 1828 Å/분(시험 B) 에서 2391 Å/분으로 향상시켰다. 또한, 시험 8에서, 0.1 중량%의 TBAH의 첨가가 TEOS의 제거 비율을 2557 Å/분으로 향상시킨 것으로 확인되었다. 또한, 실시예 1과 비교하여 예시한 바와 같이, 평탄화 효율이 향상되었다. 예를 들어, 다운포스를 2 psi(13.79 kPA)로부터 3 psi(20.68 kPA)로 증가시켰을 때, TEOS 제거 비율이 1425 Å/분에서 2391 Å/분으로 향상되었다.
실시예 3
본 실시예에서는 샘플을 연마시키기 위해 다운포스를 4 psi(27.58 kPA)로 증가시켰다. 기타 다른 모든 파라미터는 실시예 1과 동일하다.
시험 다운포스 (kPA) 연마제 (중량%) pH TBAH (중량%) TEOS RR (Å/분)
C 27.58 16 2.5 0.0 2361
13 27.58 16 2.5 0.05 3175
14 27.58 16 2.5 0.1 3253
15 27.58 16 2.5 0.15 3252
16 27.58 16 2.5 0.2 2887
17 27.58 16 2.5 0.3 2942
18 27.58 16 2.5 0.4 2796
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 사차 암모늄 화합물의 첨가가 조성물의 제거능을 향상시켰다. 예를 들어, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 첨가가 TEOS에 대한 시험 13의 조성물의 제거 비율을 2361 Å/분(시험 C) 에서 3175 Å/분으로 향상시켰다. 또한, 시험 14에서, 0.1 중량%의 TBAH의 첨가가 TEOS의 제거 비율을 3253 Å/분으로 향상시킨 것으로 확인되었다.
실시예 4
본 실시예에서는 샘플을 연마시키기 위해 다운포스를 5 psi(34.47 kPA)로 증가시켰다. 기타 다른 모든 파라미터는 실시예 1과 동일하다.
시험 다운포스 (kPA) 연마제 (중량%) pH TBAH (중량%) TEOS RR (Å/분)
D 34.47 16 2.5 0.0 2807
19 34.47 16 2.5 0.05 3732
20 34.47 16 2.5 0.1 3869
21 34.47 16 2.5 0.15 3906
22 34.47 16 2.5 0.2 3447
23 34.47 16 2.5 0.3 3499
24 34.47 16 2.5 0.4 3321
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 사차 암모늄 화합물의 첨가가 조성물의 제거능을 향상시켰다. 예를 들어, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 첨가가 TEOS에 대한 시험 19의 조성물의 제거 비율을 2807 Å/분(시험 D) 에서 3732 Å/분으로 향상시켰다. 또한, 시험 20에서, 0.1 중량%의 TBAH의 첨가가 TEOS의 제거 비율을 3869 Å/분으로 향상시킨 것으로 확인되었다.
실시예 5
본 실시예에서는 샘플을 연마시키기 위해 다운포스를 6 psi(41.37 kPA)로 증가시켰다. 기타 다른 모든 파라미터는 실시예 1과 동일하다.
시험 다운포스 (kPA) 연마제 (중량%) pH TBAH (중량%) TEOS RR (Å/분)
E 41.37 16 2.5 0.0 3215
25 41.37 16 2.5 0.05 4260
26 41.37 16 2.5 0.1 4405
27 41.37 16 2.5 0.15 4444
28 41.37 16 2.5 0.2 4000
29 41.37 16 2.5 0.3 3999
30 41.37 16 2.5 0.4 3778
상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 사차 암모늄 화합물의 첨가가 조성물의 제거능을 향상시켰다. 예를 들어, 테트라부틸암모늄 하이드록사이드의 첨가가 TEOS에 대한 시험 25의 조성물의 제거 비율을 3215 Å/분(시험 E) 에서 4260 Å/분으로 향상시켰다. 또한, 시험 26에서, 0.1 중량%의 TBAH의 첨가가 TEOS의 제거 비율을 4405 Å/분으로 향상시킨 것으로 확인되었다.
실시예 6
본 비교 실시예에서는 디양한 다운포스에서 연마제를 사용하지 않고 조성물의 제거능 및 평탄화 효율에 미치는 효과를 시험하였다. 모든 용액은 0.05%의 TBAH를 함유하고, pH가 2.5이다. 기타 다른 모든 파라미터는 실시예 1과 동일하다.
시험 다운포스 (kPA) 연마제 (중량%) pH TBAH (중량%) TEOS RR (Å/분)
F 13.79 0 2.5 0.05 7
G 20.68 0 2.5 0.05 3
H 27.58 0 2.5 0.05 0
I 34.47 0 2.5 0.05 1
I 41.37 0 2.5 0.05 2
상기 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 연마제의 무첨가는 조성물의 TEOS 제거 비율을 현저히 감소시켰다. 예를 들어, 시험 F는 0.05% TBAH의 첨가로도 TEOS의 제거 비율을 7 Å/분으로 밖에 제공하지 못했다. 다운포스의 증가는 TEOS의 제거를 실질적으로 증가시키지 못했다.
따라서, 본 발명은 감소된 연마제의 농도로 예상외의 유전층 제거 및 평탄화 효율을 제공한다. 특히, 본 발명의 조상물은 적용 pH에서 ILD 처리에 대한 유전층의 제거를 향상시키기 위하여 사차 암모늄 화합물을 포함한다.

Claims (10)

  1. 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량%의 카복실산 폴리머 및 잔량으로 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층간 유전체 처리시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는데 유용한 수성 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 사차 암모늄 화합물이 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라이소프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라이소부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라-t-부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라-sec-부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라펜틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로펜틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라헥실 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로헥실 암모늄 하이드록사이드 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 사차 암모늄 화합물이 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드인 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 0.01 내지 0.5 중량%의 사차 암모늄 화합물을 포함하는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 카복실산 폴리머가 폴리아크릴산인 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 계면활성제가 알킬 글루타메이트, 도데세시벤젠설포네이트, 알킬 α-올리핀 설포네이트, 디알킬설포숙시네이트, 알킬설포네이트, 알킬 암포하이드록시프로필 설포네이트, 알킬하이드록시에틸이미다졸린, 알킬 아미도프로필 베타인, 메틸 알킬타우레이트, 알킬 이미다졸린 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, pH가 1 내지 5인 조성물.
  8. 0.001 내지 1 중량%의 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량%의 폴리아크릴산 및 잔량으로 물을 포함하는, 층간 유전체 처리시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는데 유용한 pH 2 내지 5의 수성 조성물.
  9. 웨이퍼상의 유전체층을 0.001 내지 1 중량%의 사차 암모늄 화합물, 0.01 내지 20 중량%의 콜로이드성 실리카, 0 내지 5 중량%의 계면활성제, 0 내지 5 중량% 의 카복실산 폴리머 및 잔량으로 물을 포함하는 연마 조성물과 접촉시키고; 유전층을 연마 패드로 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 층간 유전체 처리시 반도체 웨이퍼 상의 유전층을 연마하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 사차 암모늄 화합물이 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라이소프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로프로필 암모늄 하이드록사이드, 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라이소부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라-t-부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라-sec-부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로부틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라펜틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로펜틸 암모늄 하이드록사이드, 테트라헥실 암모늄 하이드록사이드, 테트라사이클로헥실 암모늄 하이드록사이드 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 방법.
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