KR20140122271A - 단백질을 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 (ｃｍｐ) 조성물 - Google Patents

단백질을 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 (ｃｍｐ) 조성물 Download PDF

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Abstract

화학적 기계적 폴리싱 조성물이 제공한다. 상기 조성물은 (A) 무기 입자, 유기 입자 또는 이의 혼합물 또는 복합물, (B) 단백질, 및 (C) 수성 매질을 포함한다.

Description

단백질을 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 (ＣＭＰ) 조성물 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING (CMP) COMPOSITION COMPRISING A PROTEIN}
본 발명은 화학적 기계적 폴리싱 (chemical mechanical polishing; CMP) 조성물 및 이의 반도체 산업의 기판 폴리싱에서의 용도에 본질적으로 관련된다. 본 발명에 따른 CMP 조성물은 단백질을 포함하고, 개선된 폴리싱 성능을 보인다.
반도체 산업에서, 화학적 기계적 폴리싱 (CMP 로 약칭) 은, 반도체 웨이퍼와 같은 상급의 광, 마이크로 기전 및 마이크로 전자의 물질 및 장치 조립에 적용되는 익히 공지된 기술이다.
반도체 산업에서 사용된 물질 및 장치의 조립 동안, CMP 가 금속 및/또는 옥시드 표면을 평탄화하는데 활용된다. CMP 는 폴리싱될 표면의 평탄화를 달성하도록 화학적 및 기계적 작용의 상호 작용을 이용한다. 화학적 작용은 CMP 조성물 또는 CMP 슬러리로서 지칭되는 화학 조성물에 의해 제공된다. 기계적 작용은 통상 폴리싱될 표면 상으로 압착되고 이동식 플래튼 (platen) 에 탑재되는 폴리싱 패드에 의해 통상적으로 수행된다. 플래튼의 이동은 통상 선형, 회전형 또는 궤도형이 있다.
전형적인 CMP 공정 단계에서, 회전 웨이퍼 홀더가 폴리싱될 웨이퍼를 폴리싱 패드와 접촉시킨다. CMP 조성물은 통상적으로 폴리싱될 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 적용된다.
당업계에, 펩티드를 포함하는 CMP 조성물이, 예를 들어 하기의 문헌에 공지 및 기재되어 있다:
EP 1 235 261 A1 에는, 반도체 기판 상 형성된 금속 층 및/또는 배리어 층을 폴리싱하기 위한 폴리싱 화합물이 개시되어 있는데, 이는 반도체 장치 제조 공정에서 화학적 기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 화합물로, 폴리싱 입자 및 펩티드를 포함한다. 상기 펩티드는 예를 들어 글리실글리신 (Gly-Gly), 알라닐-알라닌 (Ala-Ala), 글리실알라닌 (Gly-Ala), 알라닐글리신 (Ala-Gly), 글리실글리실글리신 (Gly-Gly-Gly) 및 그의 디- 내지 헵타머로 이루어진 군으로부터 선택된 멤버이다.
본 발명의 목적들 중 하나는 개선된 폴리싱 성능, 특히 이산화규소의 고 재료 제거율 (MRR) 및 질화규소 또는 폴리실리콘의 저 MRR 의 조합을 나타내고/나타내거나 유전체 기판 표면의 CMP 에 적절한 CMP 조성물을 제공하는 것이다. 나아가, 높은 단차 제거 (SHR) 를 제공하고, 즉시 사용가능한 CMP 조성물이 추구되었다.
또한, 각각의 CMP 공정을 제공해야 하는 것이었다.
따라서, 하기를 포함하는 CMP 조성물을 발견하였다:
(A) 무기 입자, 유기 입자 또는 이의 혼합물 또는 복합물,
(B) 단백질, 및
(C) 수성 매질.
또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 CMP 조성물의 존재 하에서 기판을 폴리싱하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.
더욱이, 반도체 산업에서 사용되는 기판을 폴리싱하기 위한 본 발명의 CMP 조성물의 용도를 발견하였으며, 이는 본 발명의 목적을 충족시킨다.
바람직한 구현예들이 특허청구범위 및 명세서에서 설명된다. 바람직한 구현예들의 조합은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.
반도체 장치는 본 발명의 CMP 조성물의 존재 하 기판의 CMP 를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게, 상기 공정은 유전 상수 6 미만의 기판인 유전체 기판의 CMP 를 포함한다. 상기 공정은 보다 바람직하게는 이산화규소를 포함하는 기판의 CMP, 가장 바람직하게는 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 CMP, 특히 쉘로우 트렌치 분리 (STI) 장치 또는 이의 일부인 기판의 이산화규소층의 CMP, 예를 들어 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 이산화규소층의 CMP 를 포함한다.
상기 공정이 이산화규소 및 질화규소를 포함하는 기판의 CMP 를 포함하는 경우, 재료 제거율과 관련한 질화규소에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 20:1 초과, 보다 바람직하게는 35:1 초과, 가장 바람직하게는 50:1 초과, 특히 70:1 초과, 예를 들어 90:1 초과이다. 이 선택율은 단백질 (B) 의 유형 및 농도에 의해서, 그리고 pH 값과 같은 다른 변수를 설정함으로써 조정할 수 있다.
상기 공정이 이산화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판의 CMP 를 포함하는 경우, 재료 제거율과 관련한 폴리실리콘에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 20:1 초과, 보다 바람직하게는 35:1 초과, 가장 바람직하게는 50:1 초과, 특히 70:1, 예를 들어 90:1 초과이다. 이 선택율은 단백질 (B) 의 유형 및 농도에 의해서, 그리고 pH 값과 같은 다른 변수를 설정함으로써 조정할 수 있다.
본 발명의 CMP 조성물은 반도체 산업에서 사용되는 임의의 기판을 폴리싱하는데 사용된다. 상기 CMP 조성물은 바람직하게는 유전 상수 6 미만의 기판인 유전체 기판의 폴리싱, 보다 바람직하게는 이산화규소를 포함하는 기판의 폴리싱, 가장 바람직하게는 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 폴리싱, 특히 쉘로우 트렌치 분리 (STI) 장치 또는 이의 일부인 기판의 이산화규소층의 폴리싱, 예를 들어 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 이산화규소층의 폴리싱에 사용된다.
본 발명의 CMP 조성물이 이산화규소 및 질화규소를 포함하는 기판의 폴리싱에 사용되는 경우, 재료 제거율과 관련한 질화규소에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 20:1 초과, 보다 바람직하게는 35:1 초과, 가장 바람직하게는 50:1 초과, 특히 70:1 초과, 예를 들어 90:1 초과이다.
본 발명의 CMP 조성물이 이산화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판의 폴리싱에 사용되는 경우, 재료 제거율과 관련한 폴리실리콘에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 20:1 초과, 보다 바람직하게는 35:1 초과, 가장 바람직하게는 50:1 초과, 특히 70:1 초과, 예를 들어 90:1 초과이다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은 무기 입자, 유기 입자, 또는 이의 혼합물 또는 복합물 (A) 을 함유한다. (A) 는
- 1 종의 무기 입자,
- 상이한 종의 무기 입자의 혼합물 또는 복합물,
- 1 종의 유기 입자,
- 상이한 종의 유기 입자의 혼합물 또는 복합물, 또는
- 1 종 이상의 무기 입자와 1 종 이상의 유기 입자의 혼합물 또는 복합물
일 수 있다.
복합물은 기계적으로, 화학적으로 또는 또다른 방식으로 서로 결합되는 방식으로 2 종 이상의 입자를 포함하는 복합 입자이다. 복합물의 예는 외부 계면 (쉘) 의 1 종의 입자 및 내부 계면 (코어) 의 또다른 종의 입자를 포함하는 코어-쉘 입자이다. 입자 (A) 로서 코어-쉘 입자를 사용하는 경우, SiO2 코어 및 CeO2 쉘을 포함하는 코어-쉘 입자가 바람직하고, 특히 평균 코어 크기 20 내지 200 ㎚ 의 SiO2 코어를 포함하고, 상기 코어가 평균 입자 크기 10 ㎚ 미만의 CeO2 입자로 코팅된, 라즈베리형 코팅 입자가 바람직하다. 입자 크기는 레이저 회절 기법 및 동적 광 산란 기법을 이용하여 측정된다.
일반적으로, 입자 (A) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (A) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 10 wt.% 이하 ("wt.%" 는 "중량%"를 나타냄), 보다 바람직하게는 5 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 2 wt.% 이하, 예를 들어 0.75 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (A) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 0.005 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.01 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.05 wt.% 이상, 예를 들어 0.1 wt.% 이상이다.
일반적으로, 입자 (A) 는 다양한 입자 크기 분포로 함유될 수 있다. 입자 (A) 의 입자 크기 분포는 일봉형 또는 다봉형일 수 있다. 다봉형 입자 크기 분포의 경우, 이봉형이 종종 바람직하다. 본 발명의 CMP 공정 동안에 용이하게 재현 가능한 특성 프로파일 및 용이하게 재현 가능한 조건을 갖도록 하기 위해서, (A) 는 일봉형 입자 크기 분포가 바람직하다. (A) 는 일봉형 입자 크기 분포를 갖는 것이 가장 바람직하다.
입자 (A) 의 평균 입자 크기는 넓은 범위에서 다양할 수 있다. 평균 입자 크기는 수성 매질 (C) 중의 (A) 의 입자 크기 분포의 d50 값이며, 동적 광 산란 기법을 이용하여 측정할 수 있다. 이 때, d50 값은 입자가 본질적으로 구형이라는 가정하에서 계산된다. 평균 입자 크기 분포의 폭은 2 개의 교점 간의 거리 (x-축의 단위로 주어짐) 이며, 여기서 입자 크기 분포 곡선은 상대적 입자수의 50 % 높이를 가로지르며, 최대 입자수의 높이는 100 % 높이로서 표준화된다.
바람직하게, 입자 (A) 의 평균 입자 크기는 Horiba LB550 또는 Malvern Instruments, Ltd. 사제 고 성능 입도 측정기 (High Performance Particle Sizer (HPPS)) 등의 장치를 이용한 동적 광 산란 기법으로 측정된 바 5 내지 500 nm 의 범위, 더욱 바람직하게 5 내지 400 nm 의 범위, 가장 바람직하게 50 내지 300 nm 의 범위이고, 특히 바람직하게 50 내지 200 nm 의 범위이다.
입자 (A) 는 각종 형상일 수 있다. 즉, 입자 (A) 는 한 유형의 형상 또는 본질적으로 오로지 한 유형의 형상일 수 있다. 그러나, 또한 입자 (A) 가 상이한 형상을 갖는 것도 가능하다. 예를 들어, 두 유형의 상이한 형상의 입자 (A) 가 존재할 수 있다. 예를 들어 (A) 는 정육면체, 모서리를 깎아낸 정육면체, 팔면체, 20면체, 단괴, 또는 볼록부 또는 오목부가 있거나 없는 구체의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 이들은 볼록부 또는 오목부가 없거나 매우 적은 구형일 수 있다.
입자 (A) 의 화학적 성질은 특별히 제한되지 않는다. (A) 는 상이한 화학적 성질을 가진 입자들의 혼합물 또는 복합물일 수 있거나, 또는 동일한 화학적 성질의 것일 수 있다. 대체적으로, 동일한 화학적 성질의 입자 (A) 가 바람직하다. 일반적으로, (A) 는 하기일 수 있다:
- 준금속 (metalloid), 준금속 산화물 또는 탄화물을 포함한 금속, 금속 산화물 또는 탄화물과 같은 무기 입자, 또는
- 중합체 입자와 같은 유기 입자,
- 무기 및 유기 입자의 혼합물 또는 복합물.
입자 (A) 는 바람직하게는 무기 입자이다. 이들 중에서, 금속 또는 준금속의 산화물 및 탄화물이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 세리아 (ceria), 산화구리, 산화철, 산화니켈, 산화망간, 실리카, 질화규소, 탄화규소, 산화주석, 티타니아, 탄화티타늄, 산화텅스텐, 산화이트륨, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 가장 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 세리아, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 특히 바람직하게는, (A) 는 세리아이다. 예를 들어, (A) 는 콜로이드성 세리아이다. 전형적으로, 콜로이드성 세리아는 습식 침전법에 의해서 제조된다.
(A) 가 유기 입자 또는 무기와 유기 입자의 혼합물 또는 복합물인 또 다른 구현예에서, 중합체 입자가 바람직하다. 중합체 입자는 동종 (homo-) 또는 공중합체일 수 있다. 후자는 예를 들어 블록-공중합체, 또는 통계 공중합체일 수 있다. 동종- 또는 공중합체는 각종 구조, 예를 들어 선형, 분지형, 빗형, 덴드리머, 얽히거나 또는 가교형일 수 있다. 중합체 입자는 음이온, 양이온, 제어 라디칼, 자유 라디칼 메카니즘에 따라 현탁 또는 에멀젼 중합 공정에 의해 수득될 수 있다. 바람직하게, 중합체 입자는 폴리스티렌, 폴리에스테르, 알키드 수지, 폴리우레탄, 폴리락톤, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에테르, 폴리(N-알킬아크릴아미드), 폴리(메틸, 비닐 에테르), 또는 단량체 단위로서, 비닐방향족 화합물, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 말레산 무수물, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴산, 또는 메타크릴산 중 하나 이상을 포함하는 공중합체, 또는 그 혼합물 또는 복합물 중 하나 이상이다. 이들 중, 가교 구조의 중합체 입자가 바람직하다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은
(B) 단백질
을 포함한다.
일반적으로, 단백질은 천연 3 차 구조, 경우에 따라 4 차 구조를 갖고 단백질 생합성에 의해 수득된 아미노산 단위를 포함하는 생화학 거대분자이다. 여기서, 단백질 정의는 소위 "합성 단백질", 즉 단백질 생합성에 의해 수득되지 않고 천연 3차 구조를 갖지 않는 단백질은 포함하지 않는다.
일반적으로, 단백질 (B) 는 각종 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게, (B) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 5 wt.% 이하, 보다 바람직하게 1 wt.% 이하, 가장 바람직하게 0.5 wt.% 이하, 특히 0.15 wt.% 이하, 예를 들어 0.08 wt.% 이하이다. 바람직하게, (B) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 0.0001 wt.% 이상, 보다 바람직하게 0.001 wt.% 이상, 가장 바람직하게 0.005 wt.% 이상, 특히 0.01 wt.% 이상, 예를 들어 0.02 wt.% 이상이다.
단백질 (B) 는 바람직하게 진균류 단백질, 즉 잔균류에서 발현된 단백질이고, 보다 바람직하게 (B) 는 사상 진균류에서 발현된 단백질이고, (B) 는 히드로포빈 (hydrophobin) 또는 하나 이상의 히드로포빈 단위를 포함하는 단백질이고, 예를 들면 (B) 는 히드로포빈이다.
또다른 구현예에서, 단백질 (B) 는 바람직하게 아미노산 단위로서 시스테인을 포함하는 단백질, 보다 바람직하게 4% 초과의 모든 아미노산 단위가 시스테인 단위인 단백질, 가장 바람직하게 10% 초과의 모든 아미노산 단위가 시스테인 단위인 단백질, 특히 20% 초과의 모든 아미노산 단위가 시스테인 단위인 단백질, 예를 들어 35% 초과의 모든 아미노산 단위가 시스테인 단위인 단백질이다.
단백질 (B) 에 포함된 아미노산 단위의 개수는 바람직하게 350 이하, 보다 바람직하게 260 이하, 가장 바람직하게 210 이하, 특히 바람직하게 180 이하, 특히 160 이하, 예를 들어 140 이하, 및 바람직하게 40 이상, 보다 바람직하게 70 이상, 가장 바람직하게 90 이상, 특히 바람직하게 100 이상, 특히 110 이상, 예를 들어 125 이상이다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은 수성 매질 (C) 를 포함한다. (C) 는 한 유형의 수성 매질 또는 상이한 유형들의 수성 매질의 혼합물일 수 있다.
일반적으로 수성 매질 (C) 는 물을 포함하는 임의의 매질일 수 있다. 바람직하게 수성 매질 (C) 는 물과 물과 혼화성인 유기 용매 (예, 알코올, 바람직하게 C1 내지 C3 알코올, 또는 알킬렌 글리콜 유도체) 와의 혼합물이다. 더욱 바람직하게, 수성 매질 (C) 는 물이다. 가장 바람직하게, 수성 매질 (C) 는 탈이온수이다.
(C) 이외의 성분의 양이 CMP 조성물의 총 x 중량% 이면, (C) 의 양은 CMP 조성물의 (100-x) 중량% 이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 부식 억제제 (D), 예를 들어 2 종의 부식 억제제를 임의로 함유할 수 있다. 바람직한 부식 억제제는 디아졸, 트리아졸, 테트라졸 및 이들의 유도체, 예를 들어 벤조트리아졸 또는 톨릴트리아졸이다. 바람직한 부식 억제제의 다른 예는 아세틸렌 알코올, 또는 아민의 염 또는 부가물 및 아미드 부분을 포함하는 카르복실산이다.
존재하는 경우, 부식 억제제 (D) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (D) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 10 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 5 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 2.5 wt.% 이하, 예를 들어 1.5 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (D) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.3 wt.% 이상, 예를 들어 0.8 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 산화제 (E), 예를 들어 1 종의 산화제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 산화제는 폴리싱될 기판 또는 이의 층의 하나를 산화시킬 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (E) 는 과-형 산화제이다. 보다 바람직하게는, (E) 는 과산화물, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 과요오드산염, 과망간산염, 또는 이의 유도체이다. 가장 바람직하게는, (E) 는 과산화물 또는 과황산염이다. 특히, (E) 는 과산화물이다. 예를 들어, (E) 는 과산화수소이다.
존재하는 경우, 산화제 (E) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (E) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 20 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 10 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 5 wt.% 이하, 예를 들어 2 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (E) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 0.05 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.5 wt.% 이상, 예를 들어 1 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 착화제 (F), 예를 들어 1 종의 착화제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 착화제는 폴리싱될 기판 또는 이의 층의 하나의 이온들을 착화시킬 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (F) 는 2 개 이상의 COOH 기를 가지는 카르복실산, N-함유 카르복실산, N-함유 술폰산, N-함유 황산, N-함유 포스폰산, N-함유 인산, 또는 이의 염이다. 보다 바람직하게는, (F) 는 2 개 이상의 COOH 기를 가지는 카르복실산, N-함유 카르복실산, 또는 이의 염이다. 가장 바람직하게는, (F) 는 아미노산, 또는 이의 염이다. 예를 들어, (F) 는 글리신, 세린, 알라닌, 히스티딘, 또는 이의 염이다.
존재하는 경우, 착화제 (F) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (F) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 20 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 10 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 5 wt.% 이하, 예를 들어 2 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (F) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 0.05 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.5 wt.% 이상, 예를 들어 1 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 살생물제 (G), 예를 들어 1 종의 살생물제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 살생물제는 저지, 무해성 부여, 또는 화학적 또는 생물학적 수단에 의해 임의의 유해 생물에 대한 방제 효과를 발휘하는 화합물이다. 바람직하게는, (G) 는 4 차 암모늄 화합물, 이소티아졸리논계 화합물, N-치환 디아제늄 디옥시드, 또는 N'-히드록시-디아제늄 옥시드 염이다. 보다 바람직하게는, (G) 는 N-치환 디아제늄 디옥시드, 또는 N'-히드록시-디아제늄 옥시드 염이다.
존재하는 경우, 살생물제 (G) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 존재하는 경우, (G) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 바람직하게는 0.5 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 0.05 wt.% 이하, 특히 0.02 wt.% 이하, 예를 들어 0.008 wt.% 이하이다. 존재하는 경우, (G) 의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 바람직하게는 0.0001 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.001 wt.% 이상, 특히 0.003 wt.% 이상, 예를 들어 0.006 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 당 화합물 (H), 예를 들어 1 종의 당 화합물을 임의로 함유할 수 있다. 바람직하게, 당 화합물은 단-, 이-, 삼-. 사-, 오-, 올리고-, 다당류 및 산화된 단당류로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게, 당 화합물은 글루코오스, 갈락토오스, 사카로오스, 수크라로오스 및 이의 입체이성질체로 이루어진 군으로부터 선택된다. 올리고당류는 6 내지 10 개의 단당류 단위를 포함하는 당류 중합체이다. 다당류는 10 초과의 단당류 단위를 포함하는 당류 중합체이다. 올리고당류에 대한 바람직한 예는 알파-시클로덱스트린이다. 다당류에 대한 바람직한 예는 전분이다. 산화된 단당류에 대한 바람직한 예는 글루코노-델타-락톤이다.
존재하는 경우, 당 화합물 (H) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게, (H) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 4 wt.% 이하, 보다 바람직하게 1 wt.% 이하, 가장 바람직하게 0.5 wt.% 이하, 예를 들어 0.2 wt.% 이하이다. 바람직하게, (H) 의 양은 해당 조성물의 총 중량을 기준으로 0.005 wt.% 이상, 보다 바람직하게 0.01 wt.% 이상, 가장 바람직하게 0.05 wt.% 이상, 예를 들어 0.08 wt.% 이상이다.
본 발명에 따르거나 또는 사용된 CMP 조성물 각각의 특징, 예컨대 안정성 및 폴리싱 성능은 해당 조성물의 pH 에 좌우될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따르거나 사용된 조성물 각각의 pH 값은 3 내지 11 의 범위, 더욱 바람직하게 4 내지 10 의 범위, 가장 바람직하게 5 내지 9 의 범위, 특히 바람직하게 6 내지 8, 예를 들어 6.5 내지 7.5 이다.
본 발명에 따른 CMP 조성물은 또한 각각 필요에 따라서, pH 조절제, 안정화제, 계면활성제 등을 비제한적으로 포함하는 여러가지 기타 첨가제를 함유할 수 있다. 상기 기타 첨가제는, 예를 들어 CMP 조성물에서 통상적으로 사용되는 것이며, 따라서 당업자에게 공지되어 있다. 상기 첨가는, 예를 들어 분산액을 안정화시키거나, 또는 폴리싱 성능, 또는 상이한 층간의 선택율을 향상시킬 수 있다.
존재하는 경우, 상기 첨가제는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 10 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 1 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 0.1 wt.% 이하, 예를 들어 0.01 wt.% 이하이다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 해당 조성물의 총중량에 대해서, 0.0001 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.001 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.01 wt.% 이상, 예를 들어 0.1 wt.% 이상이다.
한 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 세리아 입자,
(B) 진균류 단백질, 및
(C) 수성 매질.
추가 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 세리아 입자,
(B) 아미노산 단위로서 시스테인을 포함하는 단백질, 및
(C) 수성 매질.
추가 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 세리아 입자,
(B) 100 개 초과의 아미노산 단위를 포함하는 단백질, 및
(C) 수성 매질.
추가 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 세리아 입자,
(B) 하나 이상의 히드로포빈 단위를 포함하는 단백질, 및
(C) 수성 매질.
추가 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 세리아 입자,
(B) 히드로포빈, 및
(C) 수성 매질.
추가 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은 하기를 포함한다:
(A) 세리아 입자 (해당 CMP 조성물의 총 중량 기준 0.01 내지 5 wt.% 농도),
(B) 히드로포빈 또는 하나 이상의 히드로포빈 단위를 포함하는 단백질 (해당 CMP 조성물의 총 중량 기준 0.001 내지 0.5 wt.% 농도), 및
(C) 수성 매질.
CMP 조성물의 제조 방법은 일반적으로 공지되어 있다. 이들 방법은 본 발명의 CMP 조성물의 제조에 적용될 수 있다. 이는 상술된 성분 (A) 및 (B) 를 수성 매질 (C), 바람직하게 수중에서, 분산 또는 용해함으로써, 임의로는 pH 값을 산, 염기, 버퍼 또는 pH 조절제 첨가를 통해 조절함으로써 실시될 수 있다. 이를 위해, 통상의 표준 혼합 방법 및 혼합 장치, 예컨대 교반 용기, 고전단 임펠러, 초음파 혼합기, 호모게나이저 노즐 또는 역류 혼합기가 사용될 수 있다.
본 발명의 CMP 조성물은 입자 (A) 를 분산, 단백질 (B) 및 임의로는 추가 첨가제를 수성 매질 (C) 중 분산 및/또는 용해함으로써 제조되는 것이 바람직하다.
폴리싱 공정은 일반적으로 공지되어 있으며, 집적 회로 웨이퍼 조립에서 CMP 에 통상 이용되는 조건 하 공정 및 장치로 실시될 수 있다. 폴리싱 공정을 실시할 수 있는 장치에 대한 제한은 없다.
당업계에 공지된 바, CMP 공정의 전형적인 장치는 폴리싱 패드로 커버된 회전 플래튼으로 이루어진다. 또한 궤도형 폴리셔가 사용된 바 있다. 웨이퍼는 캐리어 (carrier) 또는 척 (chuck) 상에 탑재된다. 프로세싱될 웨이퍼의 측면은 폴리싱 패드에 맞닿는다 (단측 폴리싱 공정). 리테이닝 링 (retaining ring) 은 수평 위치의 웨이퍼를 고정시킨다.
캐리어 아래, 더 큰 직경의 플래튼이 또한 일반적으로 수평 위치되고 폴리싱될 웨이퍼의 표면과 평행인 면을 제공한다. 플래튼 상 폴리싱 패드는 평탄화 공정 동안 웨이퍼 표면과 접촉한다.
재료 감량을 위해서, 웨이퍼는 폴리싱 패드 상에 압착시킨다. 캐리어와 플래튼 양자 모두, 통상, 캐리어 및 플래튼에 수직으로 확장된 그들 각각의 축 (shaft) 주위를 회전하게 된다. 회전 캐리어 축은 회전 플래튼에 대해서 적당한 위치에 고정된 채로 유지될 수 있거나, 또는 플래튼에 대해 수평으로 진동할 수 있다. 캐리어의 회전 방향은 통상적으로 플래튼의 것과 동일하나, 반드시 그러한 것은 아니다. 캐리어 및 플래튼에 대한 회전 속도는 일반적으로 상이한 값으로 설정되나, 반드시 그러한 것은 아니다. 본 발명의 CMP 공정 동안, 본 발명의 CMP 조성물은 통상 연속의 스트림으로 또는 점적 방식으로 폴리싱 패드 상에 적용된다. 관례상, 플래튼의 온도는 10 내지 70℃ 의 온도로 설정된다.
웨이퍼 상에의 하중은 예를 들어, 종종 백킹 필름으로 불리는 연질 패드로 덮인 강철로 제조된 평판에 의해서 적용될 수 있다. 보다 진보된 장비를 사용하는 경우, 공기 또는 질소압으로 로딩된 유연성 막이 패드 상의 웨이퍼를 압착시킨다. 이러한 막 캐리어는 경질 폴리싱 패드를 사용하는 경우, 웨이퍼 상의 하향압 분포가 경질 플래튼 디자인의 캐리어에 비해서 보다 균일하기 때문에, 낮은 하향력 공정에 바람직하다. 또한, 웨이퍼 상의 압력 분포를 제어하는 옵션을 가진 캐리어를 본 발명에 따라서 사용할 수 있다. 이들은 통상적으로 서로 독립적으로 어느 정도 충전될 수 있는 다수의 상이한 챔버를 갖도록 디자인된다.
추가의 상세 설명을 위해서는 WO 2004/063301 A1 를, 특히 페이지 16, 문단 [0036] 에서 페이지 18, 문단 [0040] 을, 도 2 와 함께 참조한다.
본 발명의 CMP 공정을 및/또는 본 발명의 CMP 조성물을 이용하여, 우수한 기능을 갖는, 유전층을 포함하는 집적회로가 있는 웨이퍼가 수득될 수 있다.
본 발명의 CMP 조성물은 즉시 사용 가능한 슬러리로서 CMP 공정에서 사용할 수 있고, 이들은 긴 저장 수명을 가지며, 장시간에 걸쳐서 안정한 입자 크기 분포를 나타낸다. 따라서, 이들은 취급 및 보관이 용이하다. 이들은 특히 이산화규소의 높은 재료 제거율 (MRR) 및 질화규소 또는 폴리실리콘의 낮은 MRR 의 조합과 관련해서, 우수한 폴리싱 성능을 나타낸다. 이의 성분의 양은 최소로 유지되기 때문에, 본 발명에 따른 CMP 조성물은 각각 비용 효율적 방식으로 사용될 수 있다.
실시예 및 비교예
이하에서, CMP 실험의 일반적인 절차에 대해서 설명한다.
200 ㎜ SiO2 웨이퍼에 대한 표준 CMP 공정:
Strasbaugh nSpire (Model 6EC), ViPRR 플로팅 리테이닝 링 캐리어;
하향압: 2.0 psi (138 mbar);
백 사이드 압력: 0.5 psi (34.5 mbar);
리테이닝 링 압력: 2.5 psi (172 mbar);
폴리싱 테이블/캐리어 속도: 95/86 rpm;
슬러리 유속: 200 ㎖/min;
폴리싱 시간: 60 s;
패드 컨디셔닝: 제자리에서, 4.0 lbs (18 N);
폴리싱 패드: IC1000 A2, Suba 4 스택 패드, xy k 또는 k 그르브 (R&H);
백킹 필름: Strasbaugh, DF200 (136 홀);
컨디셔닝 디스크: 3M S60;
패드를 3 회 청소하여 컨디션화시킨 후, 새로운 종류의 슬러리를 CMP 에 사용한다.
슬러리를 현지 공급소에서 교반한다.
(반)투명 블랭킷 웨이퍼의 표준 분석 절차:
Filmmetrics F50 을 이용한 광학 필름 두께 측정에 의해 제거율을 결정한다. 49 점 직경 스캔 (5 ㎜ 에지 배제) 은 각 웨이퍼에 대한 CMP 전 및 후에 측정한다. F50 으로 측정한 웨이퍼 상의 각 점에 대해서, CMP 전 및 후의 필름 두께 차이로부터 필름 두께 손실을 산출한다. 49 점 직경 스캔으로부터 수득된 데이터의 평균은 총 제거율을 제공하며, 표준 편차는 (비(非)) 균일성을 제공한다.
제거률에 대해서는, 총 재료 제거율 및 주 폴리싱 단계 시간의 몫이 이용된다.
CMP 실험에 사용된 표준 필름:
SiO2 필름: PE TEOS;
Si3N4 필름: PE CVD 또는 LPCVD;
Poly Si 필름: 도핑됨;
슬러리 제조의 표준 절차:
암모니아 수용액 (0.1 %) 또는 HNO3 (0.1 %) 를 슬러리에 첨가하여 pH 를 조절한다. pH 조합 전극 (Schott, 블루 라인 22 pH) 으로 PH 값을 측정한다.
실시예에서 사용된 무기 입자 (A)
60 ㎚ 의 평균 1 차 입자 크기 (BET 표면적 측정을 이용하여 결정함) 및 99 ㎚ 의 평균 2 차 입자 크기 (d50 값) (Horiba 기기에 의한 동적 광 산란 기법을 이용하여 결정함) 를 갖는 콜로이드성 세리아 입자 (Rhodia HC60) 를 사용하였다.
히드로포빈은 BASF SE 에서 제공하였다.
표 1: 실시예 1 및 비교예 V1 의 CMP 조성물, 이들의 pH 값, 및 이들 조성물을 이용한 CMP 공정에서의 이들의 MRR (재료 제거율) 및 선택율 데이터, 여기에서, 수성 매질 (C) 은 탈이온수이다 (wt.% = 중량 백분율; PolySi = 폴리실리콘)
Figure pct00001
본 발명의 CMP 조성물의 이들 실시예는 폴리싱 성능을 개선시킨다.

Claims (15)

  1. 하기를 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 (CMP) 조성물:
    (A) 무기 입자, 유기 입자 또는 이의 혼합물 또는 복합물,
    (B) 단백질, 및
    (C) 수성 매질.
  2. 제 1 항에 있어서, 단백질 (B) 는 아미노산 단위로서 시스테인을 포함하는 단백질인 CMP 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단백질 (B) 는 진균류 단백질인 CMP 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단백질 (B) 는 100 개 초과의 아미노산 단위를 포함하는 단백질인 CMP 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 단백질 (B) 는 히드로포빈이거나 또는 하나 이상의 히드로포빈 단위를 포함하는 CMP 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 (A) 는 세리아 입자인 CMP 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 (A) 의 평균 입자 크기는 동적 광 산란 기법으로써 측정된 바 50 nm 내지 300 nm 인 CMP 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (H) 당 화합물
    을 추가로 포함하는 CMP 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (H) 단-, 이-, 삼-, 사-, 오-, 올리고-, 및 다당류, 및 산화된 단당류로 이루어진 군으로부터 선택된 당 화합물
    을 추가로 포함하는 CMP 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (H) 글루코오스, 갈락토오스, 사카로오스, 수크라로오스 및 이의 입체이성질체로 이루어진 군으로부터 선택된 당 화합물
    을 추가로 포함하는 CMP 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, pH 값이 5 내지 9 인 CMP 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    (A) 는 세리아 입자이고,
    (B) 는 히드로포빈인 CMP 조성물.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 CMP 조성물의 존재 하 기판의 화학적 기계적 폴리싱을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 반도체 산업에서 사용된 기판의 화학적 기계적 폴리싱을 위한, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 CMP 조성물의 용도.
  15. 제 14 항에 있어서, 기판이 하기를 포함하는 용도:
    (i) 이산화규소, 및
    (ii) 질화규소, 또는 폴리실리콘.
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