KR20160070093A - 기판을 연마하기 위한 습식 공정 세리아 조성물, 및 이와 관련된 방법 - Google Patents

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Abstract

화학-기계적 연마 조성물 및 기판의 연마 방법이 개시된다. 연마 조성물은 낮은 평균 입자 크기 (예를 들어, 30 ㎚ 이하)의 습식-공정 세리아 연마 입자, 1종 이상의 알콜 아민, 및 물을 포함하며, 여기서 상기 연마 조성물은 6의 pH를 갖는다. 연마 조성물은, 예를 들어 임의의 적합한 기판, 예컨대 반도체 산업에서 사용되는 폴리규소 웨이퍼를 연마하는데 사용될 수 있다.

Description

기판을 연마하기 위한 습식 공정 세리아 조성물, 및 이와 관련된 방법 {WET PROCESS CERIA COMPOSITIONS FOR POLISHING SUBSTRATES, AND METHODS RELATED THERETO}
기판의 표면을 평탄화 또는 연마하기 위한 조성물 및 방법은 관련 기술분야에 잘 알려져 있다. 연마 조성물 (또한 연마 슬러리로도 알려져 있음)은 전형적으로 액체 담체 중에 연마 물질을 함유하며 표면을 연마 조성물로 포화된 연마 패드와 접촉시킴으로써 표면에 적용된다. 전형적인 연마 물질은 이산화규소, 산화세륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 및 산화주석을 포함한다. 연마 조성물은 전형적으로 연마 패드 (예를 들어, 연마포 또는 디스크)와 함께 사용된다. 연마 조성물 중에 현탁되는 대신, 또는 그에 부가적으로, 연마 물질이 연마 패드에 혼입될 수 있다.
얕은 트렌치 격리 (STI) 공정은 반도체 장치의 소자를 격리하는 방법이다. STI 공정에서, 폴리규소 층이 규소 기판 상에 형성되고, 얕은 트렌치가 에칭 또는 포토리소그래피를 통해 형성되고, 유전체 층 (예를 들어, 산화물)이 침착되어 트렌치를 충전시킨다. 이 방식으로 형성된, 트렌치, 또는 라인 깊이의 변화로 인해, 전형적으로 모든 트렌치의 완전한 충전을 보장하기 위해서는 기판의 상부 상에 과량의 유전체 물질을 침착시키는 것이 필요하다.
이어서 과량의 유전체 물질은 전형적으로 화학-기계적 평탄화 공정에 의해 제거되어 폴리규소 층을 노출시킨다. 폴리규소 층이 노출될 경우, 화학-기계적 연마 조성물에 노출된 기판의 최대 영역은 폴리규소를 포함하며, 이것은 이어서 매우 평탄하고 균일한 표면을 달성하도록 연마되어야 한다. 따라서, 폴리규소 층은 화학-기계적 평탄화 공정 동안 중단 층으로서 기능을 하였는데, 전체 연마 속도가 폴리규소 층의 노출시 감소하기 때문이다.
STI 기판은 전형적으로 종래의 연마 조성물을 사용하여 연마된다. 그러나, STI 기판을 종래의 연마 조성물로 연마하는 것은 기판 표면의 과도한 연마 또는 STI 지형부에서의 리세스 및 기판 표면 상의 마이크로스크래치와 같은 다른 지형학적 결함의 형성을 야기하는 것으로 관찰되었다. 기판의 과도한 연마는 또한 산화물 손실 및 밑에 있는 산화물을 연마 또는 화학 활성으로부터의 손상에 노출시키는 것을 야기할 수 있고, 이것은 장치의 품질 및 성능에 불리하게 영향을 미친다.
연마 및 평탄화 동안 결함성, 예컨대 표면 결점 및 밑에 있는 구조에 대한 손상 및 지형학을 최소화하면서, 반도체와 같은 기판, 특히 폴리규소 기판의 연마 및 평탄화 동안 바람직한 평탄화 효율, 균일성, 및 제거율을 나타낼 연마 조성물 및 연마 방법에 대한 필요성이 여전히 있다. 본 발명은 그러한 연마 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 및 다른 장점 뿐만 아니라, 부가적인 본 발명의 특징은, 본원에 제공된 본 발명의 설명으로부터 자명해질 것이다.
<발명의 간단한 개요>
한 측면에서, 본 발명은 (a) 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 습식-공정 세리아 연마 입자, (b) 1종 이상의 알콜 아민, 및 (c) 물을 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지며, 6 이상의 pH를 갖는 화학-기계적 연마 조성물을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 기판의 연마 방법을 제공한다. 상기 방법은 기판을 연마 패드, 및 (a) 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 습식-공정 세리아 연마 입자, (b) 1종 이상의 알콜 아민, 및 (c) 물을 포함하며, 6 이상의 pH를 갖는 연마 조성물과 접촉시키는 것을 포함한다. 상기 방법은 연마 패드 및 연마 조성물을 기판에 대해 이동시켜 기판의 적어도 일부를 마모시켜서 기판을 연마하는 것을 추가로 포함한다.
도 1은 pH (X-축), 2-디메틸아미노-2-메틸프로판올 (DMAMP) 농도 (Y-축), 및 폴리소르베이트 20 농도 (Z-축)에 대한 본원의 실시예 1의 연마 조성물의 고밀도 플라즈마 (HDP) 제거율의 큐브 플롯(cube plot)이다.
도 2는 폴리소르베이트 20 농도 (X-축) 및 트리에탄올아민 농도 (Y-축)에 대한 본원의 실시예 2의 연마 조성물의 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS) 제거율의 스퀘어 플롯(square plot)이다.
도 3은 본원의 실시예 2의 연마 조성물의 50% 밀도에서의 피치 길이 (X-축) 대 디싱 (Y-축)의 선 그래프이다.
도 4는 본원의 실시예 3의 연마 조성물 (X-축)의 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율 (Y-축)의 막대 그래프이다.
도 5는 본원의 실시예 3의 연마 조성물의 50% 밀도에서의 피치 길이 (X-축) 대 디싱 (Y-축)의 선 그래프이다.
도 6은 본원의 실시예 4의 연마 조성물 (X-축)의 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율 (Y-축)의 막대 그래프이다.
도 7은 본원의 실시예 6의 다양한 연마 조성물 (X-축)의 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율 (Y-축)의 막대 그래프이다.
도 8은 상이한 역치 (X-축)에서의 본원의 실시예 6의 연마 조성물의 랜덤 결함 카운트 (DCN) (Y-축)의 박스 플롯(box plot)이다.
<발명의 상세한 설명>
본 발명의 실시양태는 (a) 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자, (b) 1종 이상의 알콜 아민, 및 (c) 물을 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진 화학-기계적 연마 조성물을 제공하며, 여기서 상기 화학-기계적 연마 조성물의 pH는 6 이상이다. 이러한 연마 조성물은 슬러리의 형태로 존재하고 임의의 적합한 기판, 예컨대 기계적으로 약한 표면 (예를 들어, 폴리규소)를, 본원에 기재된 바와 같은 연마 패드를 비롯한 적합한 화학-기계적 연마 (CMP) 장치로 연마하는데 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 연마 조성물은 유전체 층 (예를 들어, 산화물)의 높은 제거율을 달성한다. 추가로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 폴리규소 및/또는 질화규소의 낮은 제거율을 달성한다. 추가로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 폴리규소 및/또는 질화규소의 낮은 제거율을 달성하면서 동시에 유전체 층의 높은 제거율을 달성한다. 추가로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 기판 상에 존재하는 물질의 손실에서의 균일성을 나타낸다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "균일성"은 기판의 특정 영역 (예를 들어, 기판의 가장자리, 중간, 중심)으로부터 기판 상의 물질의 총 손실을 측정한 것을 나타내고, 각 영역으로부터 측정한 것을 비교한 것이며, 여기서 더 근접한 값은 더 큰 균일성에 상응한다. 추가로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 유전체 층 트렌치 내에서 낮은 디싱을 나타낸다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "디싱"은 유전체 층으로 충전된 트렌치에서 리세스가 형성되는 정도를 나타낸다. 디싱은 유전체-충전된 트렌치와 인접한 지형부 (예를 들어, 폴리규소 지형부) 사이의 높이의 차를 잼으로써 측정된다. 디싱은 통상의 기술자에게 공지된 타원편광반사법에 의해 측정될 수 있다. 또한, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 연마될 기판 상에서의 낮은 결함성을 달성한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "결함성"은 기판을 연마 조성물로 연마한 후 기판 상에 존재하는 결함 (예를 들어, 스크래치)을 카운팅한 것을 나타낸다. 결함성은 통상의 기술자에게 공지된 주사 전자 현미경법에 의해 측정될 수 있다.
화학-기계적 연마 조성물은 세리아 연마제를 포함한다. 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 세리아는 희토류 금속 세륨의 산화물이고, 산화제2세륨, 산화세륨 (예를 들어, 산화세륨(IV)), 또는 이산화세륨으로도 공지되어 있다. 산화세륨(IV) (CeO2)은 옥살산세륨 또는 수산화세륨을 하소시킴으로써 형성될 수 있다. 세륨은 또한 산화세륨(III), 예컨대, 예를 들어 Ce2O3을 형성한다. 세리아 연마제는 세리아의 이들 또는 다른 산화물 중 임의의 1종 이상일 수 있다.
세리아 연마제는 임의의 적합한 유형을 가질 수 있다. 바람직하게는, 세리아 연마제는 습식-공정 세리아이다. 본원에서 사용된 바와 같이, "습식-공정" 세리아는 (예를 들어, 흄드 또는 발열 세리아와는 대조적으로) 침전, 축합-중합, 또는 유사 공정에 의해 제조된 세리아를 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 습식-공정 세리아는 pH 및 압력을 조정하여 제어된 입자 크기를 달성하도록 침전을 제어하여 세륨-함유 전구체를 침전시킴으로써 형성된다. 따라서, 습식-공정 기술은, 목적하는 결정화도를 달성하기 위해 세리아-함유 전구체로부터 산화세륨을 시도하고 어닐링하는 데에 하소 공정이 전형적으로 사용되는 건조 공정 기술과는 대조적으로, 이 방식으로 입자 성장을 제어함으로써 더 작은 입자를 생성할 수 있다.
습식-공정 세리아 연마제를 포함하는 본 발명의 연마 조성물은 전형적으로 본 발명의 방법에 따라 기판을 연마하는데 사용될 경우 더 적은 결함을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 특정 이론에 의해 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 습식-공정 세리아는 실질적으로 구형 세리아 입자 및/또는 더 작은 응집체 세리아 입자를 포함하며, 이로써 본 발명의 방법에 사용될 경우 더 낮은 기판 결함성을 야기하는 것으로 여겨진다. 추가로 본원에 기재된 같은 습식-공정 세리아 입자는, 더 적은 운동량 및 에너지로 기판, 예컨대 웨이퍼와 접촉할 것이며, 이로써 스크래치와 같은 결함의 크기 및 빈도를 줄일 것으로 여겨진다. 예시적인 습식-공정 세리아는 뉴저지주 크랜베리 소재 로디아(Rhodia)로부터 상업적으로 입수가능한 HC-60™ 세리아이다.
비-구형 입자의 경우, 입자의 크기는 입자를 포함하는 최소 구의 직경이다. 비수식 어구 "입자 크기"는, 본원에서 사용된 바와 같이, 일차 및 이차 입자 중 하나 또는 모두를 지칭할 수 있다. 일차 입자는 수성 담체 (예를 들어, 물) 중에 분산된 그러한 각각의 세리아 입자를 지칭하고, 한편 이차 입자는 물 중에 함께 융합된 각각의 세리아 입자의 응집체를 지칭한다. 입자 크기는 임의의 적합한 기술을 사용하여, 예를 들어 통상의 기술자에게 공지된 레이저 회절 기술을 사용하여 측정될 수 있다.
세리아 연마 입자는 40 ㎚ 이하, 예를 들어, 35 ㎚ 이하, 약 30 ㎚ 이하, 29 ㎚ 이하, 28 ㎚ 이하, 27 ㎚ 이하, 26 ㎚ 이하, 25 ㎚ 이하, 24 ㎚ 이하, 23 ㎚ 이하, 22 ㎚ 이하, 21 ㎚ 이하, 20 ㎚ 이하, 18 ㎚ 이하, 15 ㎚ 이하, 12 ㎚ 이하, 10 ㎚ 이하, 7 ㎚ 이하, 5 ㎚ 이하, 3 ㎚ 이하, 1 ㎚ 이하 또는 0.1 ㎚ 이하의 임의의 적합한 평균 입자 크기 (즉 평균 입자 직경)를 가질 수 있다. 각각의 상기 언급한 종점은, 예를 들어, 0.1 ㎚ 내지 40 ㎚ 범위의 하한, 수치상 적절하게, 예컨대 0.1 ㎚, 1 ㎚, 2 ㎚, 3 ㎚, 4 ㎚, 5 ㎚, 6 ㎚, 7 ㎚, 10 ㎚, 12 ㎚, 15 ㎚, 18 ㎚, 20 ㎚, 22 ㎚, 25 ㎚, 30 ㎚, 35 ㎚, 또는 39 ㎚의 하한을 가질 수 있다. 예를 들어, 세리아 연마 입자는 0.1 ㎚ 내지 40 ㎚, 예를 들어, 14 ㎚ 내지 24 ㎚, 18 ㎚ 내지 23 ㎚, 17 ㎚ 내지 21 ㎚, 3 ㎚ 내지 27 ㎚, 5 ㎚ 내지 26 ㎚, 7 ㎚ 내지 30 ㎚, 또는 15 ㎚ 내지 25 ㎚ 등의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 세리아 연마 입자는 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기를 갖는다.
일부 실시양태에서, 연마 조성물은 16 ㎚ 이하의 평균 일차 입자 크기를 갖는 세리아 연마 입자를 포함할 수 있다. 세리아 연마 입자는 16 ㎚ 이하, 예를 들어, 15 ㎚ 이하, 14 ㎚ 이하, 12 ㎚ 이하, 11 ㎚ 이하, 10 ㎚ 이하, 9 ㎚ 이하, 8 ㎚ 이하, 7 ㎚ 이하, 6 ㎚ 이하, 5 ㎚ 이하, 3 ㎚ 이하, 또는 1 ㎚ 이하의 임의의 적합한 평균 일차 입자 크기를 가질 수 있다. 각각의 상기 언급한 종점은, 예를 들어, 0.1 ㎚ 내지 16 ㎚ 범위의 하한, 수치상 적절하게, 예컨대 0.1 ㎚, 1 ㎚, 2 ㎚, 3 ㎚, 4 ㎚, 5 ㎚, 6 ㎚, 7 ㎚, 10 ㎚, 12 ㎚, 14 ㎚, 또는 16 ㎚의 하한을 가질 수 있다. 예를 들어, 세리아 연마 입자는 0.1 ㎚ 내지 16 ㎚, 예를 들어, 1 ㎚ 내지 11 ㎚, 4 ㎚ 내지 7 ㎚, 2 ㎚ 내지 10 ㎚, 3 ㎚ 내지 8 ㎚, 또는 5 ㎚ 내지 9 ㎚의 평균 일차 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 세리아 연마 입자는 12 ㎚ 이하의 평균 일차 입자 크기를 갖는다.
세리아 연마 입자는 40 ㎚ 이하, 예를 들어, 35 ㎚ 이하, 약 30 ㎚ 이하, 29 ㎚ 이하, 28 ㎚ 이하, 27 ㎚ 이하, 26 ㎚ 이하, 또는 25 ㎚ 이하의 임의의 적합한 평균 이차 입자 크기 (즉 평균 입자 직경)를 가질 수 있다. 각각의 상기 언급한 종점은, 예를 들어, 25 ㎚ 내지 40 ㎚ 범위의 하한, 수치상 적절하게, 예컨대 25 ㎚, 26 ㎚, 27 ㎚, 28 ㎚, 29 ㎚, 30 ㎚, 35 ㎚, 39 ㎚, 또는 40 ㎚의 하한을 가질 수 있다. 예를 들어, 세리아 연마 입자는 25 ㎚ 내지 40 ㎚, 예를 들어, 26 ㎚ 내지 35 ㎚, 27 ㎚ 내지 30 ㎚, 또는 28 ㎚ 내지 29 ㎚의 평균 이차 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 세리아 연마 입자는 30 ㎚ 이하의 평균 이차 입자 크기를 갖는다.
일부 실시양태에 따르면, 세리아 연마 입자는 연마 조성물 중에서 응집이 실질적으로 없다. 응집은 연마 조성물 중에 더 큰 입자 크기를 발생시키고, 따라서 연마 조성물로 연마될 기판 표면에 대해 더 높은 충격 충돌을 초래한다. 따라서, 응집은 기판 표면 상에 더 높은 결함성을 야기할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 어구 "실질적으로 없는"은, 무 응집 또는 비주목할 만한 양의 응집을 의미한다. 비주목할 만한 양의 응집은, 예를 들어, 1 중량% 이하, 예컨대, 예를 들어 0.5 중량% 이하, 0.1 중량% 이하, 0.01 중량% 이하 또는 0.001 중량% 이하의 연마 조성물 중 모든 세리아 입자일 수 있다.
세리아 입자는 바람직하게는 본 발명의 연마 조성물에서 콜로이드적으로 안정적이다. 용어 콜로이드는 액체 담체 중 연마 입자의 현탁액을 지칭한다. 콜로이드적 안정성은 시간에 걸친 상기 현탁액의 유지를 지칭한다. 본 발명의 맥락에서, 세리아 연마제를 100 ㎖ 눈금 실린더에 넣고, 2 시간의 시간 동안 교반하지 않으면서 정치되도록 할 때, 눈금 실린더의 저부 50 ㎖에서의 입자의 농도 (g/㎖ 단위의 [B])와 눈금 실린더의 상부 50 ㎖에서의 입자의 농도 (g/㎖ 단위의 [T]) 간의 차를, 연마제 조성물 중 입자의 초기 농도 (g/㎖ 단위의 [C])로 나눈 값이 0.5 이하 (즉, {[B]-[T]}/[C] ≤ 0.5)인 경우에, 연마제는 콜로이드적으로 안정적인 것으로 간주된다. 보다 바람직하게는, [B]-[T]/[C]의 값은 0.3 이하이고, 가장 바람직하게는 0.1 이하이다.
세리아 연마 입자는 임의의 적합한 양으로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 본 발명의 연마 조성물이 너무 적은 세리아 연마제를 포함하는 경우, 조성물은 충분한 제거율을 나타내지 않을 수 있다. 그에 반해, 연마 조성물이 너무 많은 세리아 연마제를 포함하는 경우, 연마 조성물은 바람직하지 않은 연마 성능을 나타낼 수 있고/있거나 비용 효율적이지 않을 수 있고/있거나 안정성이 부족할 수 있다.
유리하게는, 일부 실시양태에서 세리아 연마 입자는 종래의 시스템에 비해 더 낮은 고체 농도로 존재하고, 이것은 흔히 10-12 중량% 고체를 초과한다. 본 발명의 실시양태에 따라, 더 적은 양의 세리아 연마 입자를 사용하는 것은, 더 낮은 결함성 및 상당한 비용 절감을 초래할 수 있다.
예를 들어, 세리아 연마 입자는 0.0005 중량% 이상, 예를 들어, 0.001 중량% 이상, 0.005 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 세리아 연마 입자는 10 중량% 이하, 예를 들어, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 5 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 세리아 연마 입자를 상기 언급한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위 내의 농도로 포함할 수 있다. 예를 들어, 세리아 연마 입자는 0.0005 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 0.1 중량% 내지 1.0 중량%, 0.01 중량% 내지 3.0 중량%, 0.005 중량% 내지 7.0 중량%, 0.05 중량% 내지 9.0 중량%, 0.5 중량% 내지 8.0 중량%, 또는 0.001 중량% 내지 5.0 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 세리아 연마 입자는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%의 농도로 연마 조성물 중에 존재한다. 일부 실시양태에서, 세리아 연마 입자는 1 중량% 이하, 예컨대 0.1 중량% 내지 1 중량%, 예를 들어, 0.1 중량% 내지 0.7 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량%, 0.1 중량% 내지 0.3 중량% (예를 들어, 0.2 중량%)의 양으로 존재한다.
일부 실시양태에서는, 기판 표면을 연마 입자와의 상호작용에 대해 더 수용적이게 만들기 위해 알콜 아민을 연마 조성물 중에 포함시켜 연마될 기판의 표면 특성을 개질시킨다. 연마 조성물의 pH는 연마 조성물과 연마될 기판의 표면 사이의 상호작용을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 일부 실시양태에서는 알콜 아민을 포함시켜, 세리아 연마 입자를 탈안정화시키는 것 없이, 연마 조성물의 pH를 적어도 약 6, 7 이상의 pH (예를 들어, 6 내지 11의 pH)로 높이는 것을 용이하게 한다. 이와 관련해서, 네이티브 세리아 입자는 더 낮은 pH (예를 들어, 4)를 가질 수 있고, 알콜 아민은 연마 조성물에서 일차 pH 조정제로서 작용하여, 6의 pH에서, 용액 밖으로 나오게 될, 응집된 입자 형태로의 입자 성장을 막을 수 있다. 따라서, 알콜 아민의 존재는 그렇지 않으면 6의 pH에서 일어날 수 있는 세리아 연마 입자의 응집의 시작 및 그의 침전을 감소시킬 수 있다.
연마 조성물의 pH는 적어도 6 이상, 예를 들어, 6.5 이상, 7 이상, 7.5 이상, 8 이상, 8.5 이상, 9 이상, 9.5 이상, 또는 10 이상의 임의의 적합한 pH일 수 있다. 추가로, 연마 조성물의 pH는 14 이하, 예를 들어, 13.5 이하, 13 이하, 12.5 이하, 12 이하, 11.5 이하, 11 이하, 10.5 이하, 10 이하, 9.5 이하, 9 이하, 8.5 이하, 또는 8 이하일 수 있다. 따라서, 연마 조성물의 pH는 임의의 상기 언급한 종점에 의해 제한된 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물의 pH는 6 내지 14, 예를 들어, 6 내지 10, 6 내지 8, 6 내지 7, 7 내지 14, 7 내지 10, 또는 8 내지 12일 수 있다.
알콜 아민이 이러한 pH 범위 내에서 기판과 상호작용하기 위해, 일부 실시양태에서, 알콜 아민은 바람직하게는 7 내지 11, 예컨대 7.5 내지 10, 예를 들어 8 내지 9의 pKa (물 중)를 갖는 관능기를 가져, 예를 들어, 알콜 아민은 물에서 염기로서 작용하게 된다. 일부 실시양태에서, 알콜 아민은 6 내지 10, 예컨대 7.5 내지 9, 예를 들어, 6.5 내지 7의 등전점 (pKi, 또한 pI로도 지칭됨)을 갖는다.
알콜 아민은 임의의 적합한 알콜 아민일 수 있다. 바람직하게는, 알콜 아민은 2-디메틸아미노-2-메틸프로판올 (DMAMP), 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 에탄올아민, 2-아미노-2-2메틸-1,3프로판디올, 비스-트리스, 트리스, 그의 공-형성된 생성물, 또는 그의 조합이다.
알콜 아민은 임의의 적합한 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 알콜 아민은 0.0005 중량% 이상, 예를 들어, 0.005 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 알콜 아민은 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 따라서, 알콜 아민은 상기 언급한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위 내의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 알콜 아민은 0.005 중량% 내지 5 중량%, 예를 들어, 0.01 중량% 내지 3 중량%, 0.1 중량% 내지 2 중량%, 0.005 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 1 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 알콜 아민은 0.001 중량% 내지 1 중량%의 농도로 연마 조성물 중에 존재한다.
연마 조성물의 pH는 임의의 적합한 수단에 의해 달성 및/또는 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 연마 조성물은 단독으로 사용되거나 알콜 아민, pH 완충제, 또는 그의 조합과 함께 사용되는 이차 pH 조정제를 추가로 포함할 수 있다. 이차 pH 조정제는 임의의 적합한 pH-조정 화합물, 예를 들어 임의의 적합한 산일 수 있다. 전형적으로, 산은 아세트산, 질산, 인산, 옥살산, 및 그의 조합이다. 바람직하게는, 산은 질산이다. 이차 pH 조정제는 대안적으로 염기일 수 있다. 염기는 임의의 적합한 염기일 수 있다. 전형적으로, 염기는 수산화칼륨, 수산화암모늄, 및 그의 조합이다. pH 완충제는 임의의 적합한 완충제일 수 있다. 예를 들어, pH 완충제는 인산염, 황산염, 아세트산염, 붕산염, 암모늄 염 등일 수 있다. 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 pH 조정제 및/또는 pH 완충제를 포함할 수 있되, 단 적합한 양이 사용되어 연마 조성물의 pH를 본원에 기재된 pH 범위 내로 달성 및/또는 유지한다.
임의로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 1종 이상의 비이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 비이온성 계면활성제는 임의의 적합한 비이온성 계면활성제일 수 있다. 바람직하게는, 비이온성 계면활성제는 폴리소르베이트, 폴리소르베이트 20, 폴리소르베이트 60, 폴리소르베이트 65, 폴리소르베이트 80, 폴리소르베이트 85, 소르비탄, 폴리옥시에틸렌 에테르, 에톡실레이트, 아크릴, 폴리에테르 폴리올, 히드로팔라트 3233, 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 (40) 노닐페닐 에테르, 펜타에리트리톨 에톡실레이트, 글리세롤 프로폭실레이트-블록-에톡실레이트, 아크릴 공중합체, 폴리프로필렌 옥시드-기재 트리올, 그의 공-형성된 생성물, 또는 그의 조합이다. 일부 실시양태에서, 비이온성 중합체는 계면활성제 및/또는 습윤제로서 기능한다. 비이온성 계면활성제의 존재는 유리하게는 폴리규소에 대한 제거율을 감소시키면서 유전체 층 (예를 들어, 산화물)에 대해 유용한 제거율을 허용한다. 추가로, 비이온성 계면활성제의 존재는, 본 발명의 일부 실시양태에서, 낮은 디싱을 허용한다. 또한, 본 발명의 일부 실시양태에서, 비이온성 계면활성제의 존재는 연마될 기판 상에 낮은 결함성을 허용한다.
연마 조성물 중에 존재할 경우, 비이온성 계면활성제는 임의의 적합한 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 비이온성 계면활성제는 0.0005 중량% 이상, 예를 들어, 0.005 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 비이온성 계면활성제는 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 따라서, 비이온성 계면활성제는 상기 언급한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 비이온성 계면활성제는 0.005 중량% 내지 5 중량%, 예를 들어, 0.01 중량% 내지 3 중량%, 0.1 중량% 내지 2 중량%, 0.005 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 1 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 비이온성 계면활성제는 0.001 중량% 내지 1 중량%의 농도로 연마 조성물 중에 존재한다.
비이온성 계면활성제는 임의의 적합한 소수성 친유성 밸런스 (HLB)를 가질 수 있다. 예를 들어, 비이온성 계면활성제는 3 이상, 예를 들어, 4 이상, 5 이상, 6 이상, 7 이상, 8 이상, 9 이상, 10 이상, 또는 11 이상의 HLB를 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 비이온성 계면활성제는 22 이하, 예를 들어, 21 이하, 20 이하, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 또는 12 이하의 HLB를 가질 수 있다. 따라서, 비이온성 계면활성제는 상기 언급한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위의 HLB를 가질 수 있다. 예를 들어, 비이온성 계면활성제는 3 내지 22, 4 내지 21, 5 내지 20, 6 내지 19, 10 내지 13, 또는 8 내지 15의 HLB를 가질 수 있다. 바람직하게는, 비이온성 계면활성제는 7 내지 18의 HLB를 갖는다.
임의로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 1종 이상의 증점제를 포함할 수 있다. 증점제는 포함되어, 예를 들어, 디싱 감소제로서의 역할을 할 수 있다. 증점제는 임의의 적합한 증점제일 수 있다. 바람직하게는, 증점제는 셀룰로스성 화합물, 덱스트란, 폴리비닐 알콜, 카라기난, 키토산, 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시에틸셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 그의 공-형성된 생성물, 또는 그의 조합이다.
연마 조성물 중에 존재할 경우, 증점제는 임의의 적합한 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 증점제는 0.0005 중량% 이상, 예를 들어, 0.005 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 증점제는 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 따라서, 증점제는 상기 언급한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 증점제는 0.005 중량% 내지 5 중량%, 예를 들어, 0.01 중량% 내지 3 중량%, 0.1 중량% 내지 2 중량%, 0.005 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 1 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 증점제는 0.001 중량% 내지 1 중량%의 농도로 연마 조성물 중에 존재한다.
임의로, 일부 실시양태에서, 연마 조성물은, 예를 들어, 제거율 촉진제, 결함성 감소제, 또는 둘 다로서 역할을 하는 1종 이상의 양이온성 중합체를 포함할 수 있다. 양이온성 중합체는 임의의 적합한 양이온성 중합체일 수 있다. 바람직하게는, 양이온성 중합체는 폴리(메타크릴옥시에틸트리메틸암모늄) 클로라이드 (폴리MADQUAT), 폴리(디알릴디메틸암모늄) 클로라이드 (폴리DADMAC), 폴리(아크릴아미드), 폴리(알릴아민), 폴리(비닐이미다졸륨), 폴리(비닐피리듐), 그의 공-형성된 생성물, 또는 그의 조합이다.
연마 조성물 중에 존재할 경우, 양이온성 중합체는 임의의 적합한 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 양이온성 중합체는 0.0005 중량% 이상, 예를 들어, 0.005 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 또는 0.5 중량% 이상의 농도로 존재할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 양이온성 중합체는 5 중량% 이하, 예를 들어, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 따라서, 양이온성 중합체는 상기 언급한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위의 농도로 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 예를 들어, 양이온성 중합체는 0.005 중량% 내지 5 중량%, 예를 들어, 0.01 중량% 내지 3 중량%, 0.1 중량% 내지 2 중량%, 0.005 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 1 중량%의 농도로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 양이온성 중합체는 0.001 중량% 내지 1 중량%의 농도로 연마 조성물 중에 존재한다.
임의로, 연마 조성물은 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함한다. 예시적 첨가제는 컨디셔너, 산 (예를 들어, 술폰산), 착화제 (예를 들어, 음이온성 중합체성 착화제), 킬레이트제, 살생물제, 스케일 억제제, 분산제 등을 포함한다.
살생물제는 임의의 적합한 살생물제일 수 있고, 연마 조성물 중에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 적합한 살생물제는 이소티아졸리논 살생물제이다. 연마 조성물에 사용되는 살생물제의 양은 전형적으로 1 내지 50 ppm, 바람직하게는 10 내지 20 ppm이다.
연마 조성물은 임의의 적합한 기술에 의해 제조될 수 있으며, 이들 중 다수는 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 연마 조성물은 배치식 또는 연속식 공정에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 본원에 기재된 성분을 임의의 순서로 조합함으로써 제조될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 용어 "성분"은 개별 구성성분 (예를 들어, 세리아 연마제, 알콜 아민, 물, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제) 뿐만 아니라 구성성분들 (예를 들어, 세리아 연마제, 알콜 아민, 물, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체 등)의 임의의 조합을 포함한다.
예를 들어, 연마 조성물은 (i) 액체 담체의 전부 또는 일부를 제공하고, (ii) 세리아 연마제, 알콜 아민, 물, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제를, 이러한 분산액을 제조하기 위한 임의의 적합한 수단을 사용하여 액체 담체 중에 분산시키고, (iii) 분산액의 pH를 적절하게 조정하고, (iv) 임의로 적합한 양의 임의의 다른 임의적인 성분 및/또는 첨가제를 혼합물에 첨가하는 것에 의해 제조될 수 있다.
대안적으로, 연마 조성물은 (i) 1종 이상의 성분 (예를 들어, 물, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제)을 산화세륨 슬러리 중에 제공하고, (ii) 1종 이상의 성분 (예를 들어, 물, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제)을 첨가제 용액 중에 제공하고, (iii) 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액을 조합하여 혼합물을 형성하고, (iv) 임의로 적합한 양의 임의의 다른 임의적인 첨가제를 혼합물에 첨가하고, (v) 혼합물의 pH를 적절하게 조정하는 것에 의해 제조될 수 있다.
연마 조성물은 세리아 연마제, 알콜 아민, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제, 및 물을 포함하는 1-패키지 시스템으로서 공급될 수 있다. 대안적으로, 연마 조성물은 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액을 포함하며, 여기서 산화세리아 슬러리는 세리아 연마제, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진 것인, 2-패키지 시스템으로서 공급될 수 있다. 2-패키지 시스템은 2개의 패키지, 즉 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액의 블렌딩 비를 변화시킴으로써 기판의 전반적 플래트닝 특징 및 연마 속도의 조정을 가능하게 한다.
이러한 2-패키지 연마 시스템을 이용하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 공급 파이핑의 유출구에서 결합 및 연결된 상이한 파이프에 의해 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액을 연마 테이블에 전달할 수 있다. 연마 바로 전에 또는 직전에 산화세륨 슬러리 및 첨가제 용액을 혼합할 수 있거나, 또는 연마 테이블 상에 동시에 공급할 수 있다. 또한, 2개의 패키지를 혼합할 경우, 필요에 따라 탈이온수를 첨가하여 연마 조성물 및 생성된 기판 연마 특징을 조정할 수 있다.
유사하게, 3-패키지, 4-패키지, 또는 그 초과의 패키지 시스템이 본 발명과 함께 이용될 수 있고, 여기서 다수의 용기의 각각은 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물의 상이한 성분, 1종 이상의 임의적인 성분, 및/또는 상이한 농도의 동일한 성분 중 1종 이상을 함유한다.
2개 이상의 저장 장치에 함유된 성분을 혼합하여 사용-지점에서 또는 그 근처에서 연마 조성물을 제조하기 위해, 저장 장치에는 전형적으로 각각의 저장 장치로부터 연마 조성물의 사용-지점 (예를 들어, 압반, 연마 패드 또는 기판 표면 자체)으로 이어진 1개 이상의 유동 라인이 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같이 용어 "사용-지점"은 연마 조성물이 기판 표면에 적용되는 지점 (예를 들어, 연마 패드 또는 기판 표면 자체)을 지칭한다. 용어 "유동 라인"이란 개별 저장 용기로부터 그 내에 저장된 성분의 사용-지점으로의 유동 경로를 의미한다. 유동 라인은 각각 사용-지점으로 직접 이어질 수 있거나, 또는 유동 라인 중 2개 이상이 임의의 지점에서 단일 유동 라인으로 합해져 사용-지점으로 이어질 수 있다. 또한, 유동 라인 중 임의의 것 (예를 들어, 개별 유동 라인 또는 합해진 유동 라인)은 성분(들)의 사용-지점에 도달하기 전에 먼저 1개 이상의 다른 장치 (예를 들어, 펌핑 장치, 측정 장치, 혼합 장치 등)에 이어질 수 있다.
연마 조성물의 성분은 사용-지점에 독립적으로 전달될 수 있거나 (예를 들어, 성분이 기판 표면에 전달되고, 그 결과 성분이 연마 공정 동안 혼합됨), 또는 성분 중 1종 이상은 사용-지점에 전달되기 전에, 예를 들어 사용-지점에 전달되기 바로 전에 또는 직전에 조합될 수 있다. 성분은, 성분이 압반 상에 혼합된 형태로 첨가되기 5 분 이하 전에, 예를 들어 압반 상에 혼합된 형태로 첨가되기 4 분 이하, 3 분 이하, 2 분 이하, 1 분 이하, 45 초 이하, 30 초 이하, 10 초 이하 전에 조합되는 경우에 "사용-지점에 전달되기 직전에", 또는 사용-지점에서 성분의 전달과 동시에 조합된다 (예를 들어, 성분이 분배기에서 조합됨). 성분이 사용-지점의 5 m 내, 예컨대 사용-지점의 1 m 내 또는 심지어 사용-지점의 10 ㎝ 내 (예를 들어, 사용-지점의 1 ㎝ 내)에서 조합되는 경우에, 성분은 또한 "사용-지점에 전달되기 직전에" 조합된다.
연마 조성물의 성분 중 2종 이상이 사용-지점에 도달하기 전에 조합될 경우에, 성분은 혼합 장치의 사용 없이 유동 라인에서 조합되어 사용-지점에 전달될 수 있다. 대안적으로, 유동 라인 중 1개 이상은 성분 중 2종 이상의 조합을 용이하게 하기 위한 혼합 장치로 이어질 수 있다. 임의의 적합한 혼합 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 혼합 장치는 노즐 또는 제트 (예를 들어, 고압 노즐 또는 제트)일 수 있고, 이를 통해 성분 중 2종 이상이 유동한다. 대안적으로, 혼합 장치는, 연마 슬러리의 2종 이상의 성분이 혼합기에 도입되게 하는 1개 이상의 유입구, 및 혼합된 성분이 혼합기를 빠져나가서 직접 또는 장치의 다른 부재를 통해 (예를 들어, 1개 이상의 유동 라인을 통해) 사용-지점에 전달되게 하는 적어도 1개의 유출구를 포함하는 용기-유형 혼합 장치일 수 있다. 또한, 혼합 장치는 1개 초과의 챔버를 포함할 수 있으며, 각 챔버는 적어도 1개의 유입구 및 적어도 1개의 유출구를 갖고, 여기서 2종 이상의 성분이 각 챔버에서 조합된다. 용기-유형 혼합 장치가 사용되는 경우에, 혼합 장치는 바람직하게는 성분의 조합을 더 용이하게 하기 위한 혼합 메카니즘을 포함한다. 혼합 메카니즘은 일반적으로 관련 기술분야에 공지되어 있으며, 교반기, 블렌더, 진탕기(agitator), 패들드 배플(paddled baffle), 가스 스파저 시스템, 진동기 등을 포함한다.
연마 조성물은 또한 사용 전에 적절한 양의 물로 희석되도록 의도된 농축물로서 제공될 수 있다. 이러한 한 실시양태에서, 연마 조성물 농축물은 적절한 양의 물로의 농축물의 희석시, 연마 조성물의 각 성분이 연마 조성물 중에 각 성분에 대해 상기 언급된 적절한 범위 내의 양으로 존재할 정도의 양의 연마 조성물의 성분을 포함한다. 예를 들어, 세리아 연마제, 알콜 아민, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체, 및/또는 임의의 임의적인 첨가제는 각각 농축물 중에 각 성분에 대해 상기 언급된 농도보다 2배 (예를 들어, 3배, 4배, 또는 5배) 많은 양으로 존재할 수 있어서, 농축물이 동등 부피의 물 (예를 들어, 각각 2배 동등 부피의 물, 3배 동등 부피의 물, 또는 4배 동등 부피의 물)로 희석될 경우, 각 성분이 연마 조성물 중에 각 성분에 대해 상기 제시된 범위 내의 양으로 존재하게 될 것이다. 추가로, 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 농축물은 세리아 연마제, 알콜 아민, 임의적인 비이온성 계면활성제, 임의적인 증점제, 임의적인 양이온성 중합체 및/또는 임의의 임의적인 첨가제가 농축물 중에 적어도 부분적으로 또는 완전히 용해되는 것을 보장하기 위해 최종 연마 조성물 중에 존재하는 적절한 분획의 물을 함유할 수 있다.
본 발명의 실시양태는 또한 기판을 본원에 기재된 한 실시양태의 연마 조성물로 연마하는 방법을 제공한다. 기판의 연마 방법은 (i) 기판을 제공하고, (ii) 연마 패드를 제공하고, (iii) 본 발명의 한 실시양태에 따른 연마 조성물을 제공하고, (iv) 기판을 연마 패드 및 연마 조성물과 접촉시키고, (v) 연마 패드 및 연마 조성물을 기판에 대해 이동시켜 기판의 적어도 일부를 마모시켜서 기판을 연마하는 것을 포함한다.
특히, 방법의 일부 실시양태는 기판을 연마 패드, 및 (a) 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 습식-공정 세리아 연마 입자, (b) 1종 이상의 알콜 아민, 및 (c) 물을 포함하는 연마 조성물과 접촉시키는 것을 포함한다. 상기 연마 조성물은 6 이상의 pH를 갖는다. 상기 방법은 연마 패드 및 연마 조성물을 기판에 대해 이동시켜 기판의 적어도 일부를 마모시켜서 기판을 연마하는 것을 추가로 포함한다.
접촉 단계에서, 연마 조성물은 통상의 기술자에 의해 인식될 바와 같은 적합한 양으로 제공된다.
마모 단계는, 예를 들어, 기판의 원하는 연마를 달성하는데 적합한 양의 시간 동안 수행된다.
연마 조성물은 임의의 적합한 기판을 연마하는데 사용될 수 있으며, 저유전 물질로 구성된 적어도 1개의 층 (전형적으로 표면 층)을 포함하는 기판을 연마하기에 특히 유용하다. 적합한 기판은 반도체 산업에서 사용되는 웨이퍼를 포함한다. 웨이퍼는 전형적으로, 예를 들어, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 복합재, 금속 합금, 저유전 물질, 또는 그의 조합을 포함하거나 그로 이루어진다. 본 발명의 방법은 산화규소, 및/또는 폴리규소를 포함하는 기판을 연마하기에 특히 유용하여, 산화규소 및/또는 폴리규소 중 일부 부분이 기판으로부터 제거되어 기판이 연마되게 된다. 본 발명의 연마 조성물로 연마되는 유전체 층 (예를 들어, 산화규소)은 임의의 적합한 유전 상수, 예컨대 3.5 이하, 예를 들어, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 또는 1 이하의 유전 상수를 가질 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 유전체 층은 1 이상, 예를 들어 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 또는 3.5 이상의 유전 상수를 가질 수 있다. 따라서, 유전체 층은 앞서 말한 종점 중 임의의 2개에 의해 제한된 범위 내의 유전 상수를 가질 수 있다. 예를 들어, 유전체 층은 1 내지 3.5, 예를 들어, 2 내지 3, 2 내지 3.5, 2.5 내지 3, 2.5 내지 3.5의 유전 상수를 가질 수 있다.
특정 실시양태에서, 기판은 산화규소 및/또는 질화규소와의 조합으로 폴리규소를 포함한다. 폴리규소는 임의의 적합한 폴리규소일 수 있고, 이들 중 다수는 관련 기술분야에 공지되어 있다. 폴리규소는 임의의 적합한 상을 가질 수 있으며, 무정형, 결정질, 또는 그의 조합일 수 있다. 산화규소도 유사하게 임의의 적합한 산화규소일 수 있으며, 이들 중 다수는 관련 기술분야에 공지되어 있다. 산화규소의 적합한 유형은 보로포스포실리케이트 유리 (BPSG), 플라즈마-강화(plasma-enhanced) 테트라에틸 오르토실리케이트 (PETEOS), 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS), 열 산화물, 비도핑된 실리케이트 유리, 및 고밀도 플라즈마 (HDP) 산화물을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
연마 조성물은 바람직하게는 산화규소를 포함하는 기판을 본 발명의 방법에 따라 연마할 경우 높은 제거율을 나타낸다. 예를 들어, 고밀도 플라즈마 (HDP) 산화물 및/또는 플라즈마-강화 테트라에틸 오르토 실리케이트 (PETEOS), 스핀-온-글라스 (SOG) 및/또는 테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS)를 포함하는 규소 웨이퍼를 본 발명의 한 실시양태에 따라 연마할 경우, 연마 조성물은 바람직하게는 400 Å/min 이상, 예를 들어, 700 Å/min 이상, 1,000 Å/min 이상, 1,250 Å/min 이상, 1,500 Å/min 이상, 1,750 Å/min 이상, 2,000 Å/min 이상, 2,500 Å/min 이상, 3,000 Å/min 이상, 3,500 Å/min 이상, 4000 Å/min 이상, 4500 Å/min 이상, 또는 5000 Å/min 이상의 산화규소 제거율을 나타낸다.
연마 조성물은 바람직하게는 폴리규소 및/또는 질화규소를 포함하는 기판을 본 발명의 방법에 따라 연마할 경우 낮은 제거율을 나타낸다. 예를 들어, 폴리규소를 포함하는 규소 웨이퍼를 본 발명의 한 실시양태에 따라 연마할 경우, 연마 조성물은 바람직하게는 1,000 Å/min 이하, 예를 들어, 750 Å/min 이하, 500 Å/min 이하, 250 Å/min 이하, 100 Å/min 이하, 50 Å/min 이하, 25 Å/min 이하, 10 Å/min 이하, 또는 심지어 5 Å/min 이하의 폴리규소 및/또는 질화규소의 제거율을 나타낸다.
예를 들어, 일부 실시양태에서, 본 발명의 연마 조성물 및 방법은 산화규소 트렌치에 의해 분리된 폴리규소 스퀘어를 갖는 용도에서 유용하다. 일부 실시양태에서, 연마 조성물은 스탑-온-폴리(stop-on-poly) (SOP) 용도를 위해, 예컨대 스크래치와 같은 결함에 민감한 비휘발성 메모리 장치의 "NAND 플래시" 연마를 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 일부 실시양태에서, 본 발명에 따른 연마 조성물 및 방법의 사용은 웨이퍼의 수율을 90% 이상, 예를 들어, 92% 이상, 또는 95% 이상으로 높일 수 있다.
연마 조성물은 바람직하게는 기판을 연마할 경우, 적합한 기술에 의해 결정된 바와 같이 낮은 디싱을 나타낸다. 예를 들어, 유전체 층 (예를 들어, 산화물)으로 충전된 트렌치를 포함하는 패턴화 규소 웨이퍼를 본 발명의 한 실시양태로 연마할 경우, 연마 조성물은 바람직하게는 2500 Å 이하, 예를 들어, 2000 Å 이하, 1750 Å 이하, 1500 Å 이하, 1250 Å 이하, 1000 Å 이하, 750 Å 이하, 500 Å 이하, 250 Å 이하, 100 Å 이하, 50 Å 이하, 또는 25 Å 이하의 디싱을 나타낸다.
연마 조성물은 바람직하게는 기판을 연마할 경우, 적합한 기술에 의해 결정된 바와 같이 적은 입자 결함을 나타낸다. 본 발명의 연마 조성물로 연마된 기판 상의 입자 결함은 임의의 적합한 기술에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광 산란 기술, 예컨대 다크 필드 노말 빔 컴포지트(dark field normal beam composite) (DCN) 및 다크 필드 오블릭 빔 컴포지트(dark field oblique beam composite) (DCO)를 사용하여 연마된 기판 상의 입자 결함을 결정할 수 있다. 입자 결함성을 평가하기 위한 적합한 기기는, 예를 들어, KLA-텐코르(Tencor)로부터 입수가능하다 (예를 들어, 120 ㎚ 역치 또는 160 ㎚ 역치에서 작동하는 서프스캔(SURFSCAN)™ SP1 기기).
연마 조성물로 연마된 기판, 특히 산화규소 및/또는 폴리규소를 포함하는 규소는 바람직하게는 20,000 카운트 이하, 예를 들어, 17,500 카운트 이하, 15,000 카운트 이하, 12,500 카운트 이하, 3,500 카운트 이하, 3,000 카운트 이하, 2,500 카운트 이하, 2,000 카운트 이하, 1,500 카운트 이하, 또는 1,000 카운트 이하의 DCN 값을 갖는다. 바람직하게는 본 발명의 한 실시양태에 따라 연마된 기판은 750 카운트 이하, 예를 들어, 500 카운트, 250 카운트, 125 카운트, 또는 심지어 100 카운트 이하의 DCN 값을 갖는다.
한 실시양태의 연마 조성물로 연마된 기판은 바람직하게는 적합한 기술에 의해 결정된 바와 같이 낮은 총 스크래치 카운트를 나타낸다. 예를 들어, 연마 조성물은 바람직하게는 90 카운트 이하, 예를 들어, 80 카운트 이하, 70 카운트 이하, 60 카운트 이하, 50 카운트 이하, 40 카운트 이하, 30 카운트 이하, 20 카운트 이하, 10 카운트 이하, 5 카운트 이하, 2 카운트 이하, 또는 1.5 카운트 이하의 총 스크래치 카운트를 나타낸다.
폴리규소 기판을 한 실시양태의 연마 조성물로 연마할 경우, 기판으로부터의 폴리규소 손실은 폴리규소 기판의 가장자리, 중간, 및 중심으로부터 측정될 수 있다. 기판을 연마할 경우, 적합한 기술에 의해 결정된 바와 같이, 연마 조성물은 바람직하게는 폴리규소 손실의 균일성을 나타낸다. 예를 들어, 폴리규소 기판의 가장자리, 중간, 및 중심으로부터의 폴리규소 손실 값은 바람직하게는 서로 50 Å 내에, 예를 들어, 서로 40 Å 내에, 서로 30 Å 내에, 서로 20 Å 내에, 서로 10 Å 내에, 서로 5 Å 내에, 서로 2.5 Å 내에, 서로 1.0 Å 내에, 또는 서로 0.1 Å 내에 있다.
연마 조성물은 표면 결점, 결함, 부식, 침식 및 중단 층의 제거를 최소화하면서 동시에 특정 물질에 대해 선택적인 효율적인 연마를 제공하도록 맞춰질 수 있다. 선택성은 연마 조성물의 성분의 상대적인 농도를 변경함으로써 어느 정도 제어될 수 있다. 바람직할 경우, 연마 조성물을 사용하여 5:1 이상, 예를 들어, 10:1 이상, 15:1 이상, 25:1 이상, 50:1 이상, 100:1 이상, 또는 150:1 또는 심지어 그 초과의 이산화규소 대 폴리규소 연마 선택성으로 기판을 연마할 수 있다. 특정 배합물은 훨씬 더 높은 산화규소 대 폴리규소 선택성, 예컨대 20:1 이상, 또는 심지어 30:1 이상을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 산화규소에 대한 제거율 (Å/min)은 폴리규소에 대한 제거율에 비해 10배 이상 더 높을 수 있다.
본 발명에 따라, 기판은 임의의 적합한 기술에 의해 본원에 기재된 연마 조성물로 평탄화 또는 연마될 수 있다. 본 발명의 연마 방법은 CMP 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, CMP 장치는, 사용 중일 때 움직이며 궤도, 선형, 또는 원형 운동으로 인한 속도를 갖는 압반, 압반과 접촉하며 운전 중일 때 압반과 함께 이동하는 연마 패드, 및 연마할 기판을 연마 패드의 표면에 대해 접촉 및 이동시킴으로써 보유하는 담체를 포함한다. 본 발명의 연마 조성물의 실시양태는 증가된 압반 속도 (예를 들어, 50 rpm 이상, 예컨대 100 rpm 이상)를 허용한다. 기판의 연마는 기판을 본 발명의 연마 조성물 및 바람직하게는 연마 패드와 접촉하게 배치하고, 이어서 기판의 표면의 적어도 일부, 예를 들어, 본원에 기재된 기판 물질 중 하나 이상을 연마 조성물로 마모시켜서 기판을 연마함으로써 수행된다.
기판은 임의의 적합한 연마 패드 (예를 들어, 연마 표면)를 사용하여 연마 조성물로 연마될 수 있다. 적합한 연마 패드는, 예를 들어, 직조 및 부직 연마 패드를 포함한다. 또한, 적합한 연마 패드는 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축성, 압축시의 반발성, 및 압축 탄성률의 임의의 적합한 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체는, 예를 들어, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 플루오로카본, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 그의 공형성된 생성물, 및 그의 혼합물을 포함한다. 연질 폴리우레탄 연마 패드가 본 발명의 연마 방법과 함께 특히 유용하다. 전형적인 패드는 서프인(SURFIN)™ 000, 서프인™ SSW1, SPM3100 (예를 들어, 에미네스 테크놀로지스(Eminess Technologies)로부터 상업적으로 입수가능함), 폴리텍스(POLITEX)™, 및 후지보 폴리파스(Fujibo POLYPAS)™ 27을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 특히 바람직한 연마 패드는 캐보트 마이크로일렉트로닉스(Cabot Microelectronics)로부터 상업적으로 입수가능한 에픽(EPIC)™ D100 패드이다.
바람직하게는, CMP 장치는 계내 연마 종점 검출 시스템을 추가로 포함하며, 이들 중 다수는 관련 기술분야에 공지되어 있다. 워크피스의 표면으로부터 반사된 광 또는 다른 방사선을 분석함으로써 연마 공정을 검사 및 모니터링하는 기술은 관련 기술분야에 공지되어 있다. 이러한 방법은, 예를 들어, 미국 특허 5,196,353, 미국 특허 5,433,651, 미국 특허 5,609,511, 미국 특허 5,643,046, 미국 특허 5,658,183, 미국 특허 5,730,642, 미국 특허 5,838,447, 미국 특허 5,872,633, 미국 특허 5,893,796, 미국 특허 5,949,927, 및 미국 특허 5,964,643에 기재되어 있다. 바람직하게는, 연마될 워크피스에 대한 연마 공정의 진행의 검사 또는 모니터링은 연마 종점의 결정, 즉 특정 워크피스에 대해 연마 공정을 종결시킬 때의 결정을 가능하게 한다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하지만, 물론 그의 범주를 어떤 방식으로도 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
실시예 1
본 실시예는 연마 조성물 1A-1I로 연마된 균질한 산화규소 필름 (블랭킷 웨이퍼)으로부터의 산화규소의 제거율에 미치는 pH, DMAMP, 폴리소르베이트, 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 8000, 다양한 양의 폴리소르베이트 20 및 DMAMP-80 (표 1A에 제시된 바와 같음), 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함했다. 추가로, 연마 조성물의 pH 값은 표 1A에 기재되어 있다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다.
테트라에틸 오르토실리케이트 (TEOS) 및 고밀도 플라즈마 (HDP)의 블랭킷 웨이퍼는 미라(Mirra)™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.(Applied Materials, Inc.)) 상에서 연마 조성물 1A-1I로 연마하였다. 미라™ 공정의 연마 파라미터는 하기 표 1B에 제시되어 있다.
연마 이후에, 각 연마 조성물에 대한 HDP 제거율을 Å/min으로 측정하였다. 결과는 도 1에 도시되어 있고, 이것은 주어진 연마 조성물의 pH (X-축), DMAMP 수준 (Y-축), 및 트윈-20 수준 (Z-축)에서 발생된 HDP 제거율을 나타내는 큐브 플롯이다.
표 1A: 연마 조성물 개요
Figure pct00001
표 1B: 미라™ 공정 파라미터
Figure pct00002
이들 결과는 더 높은 DMAMP 수준을 갖는 연마 조성물에 대해 더 높은 산화규소 제거율이 얻어졌다는 것을 입증한다. 특히, 연마 조성물 1G는 연마 조성물 1C보다 대략 4배 높은 제거율을 나타냈다. 두 연마 조성물에서의 유일한 차이는 연마 조성물 1G의 DMAMP ppm이 연마 조성물 1C보다 5배 많다는 점이었다.
결과는 또한 더 낮은 pH가 더 높은 제거율을 위해 최선이라는 것을 입증한다. 특히, 연마 조성물 1B는 연마 조성물 1H보다 10배 이상 높은 제거율을 가졌다. 두 연마 조성물에서의 유일한 차이는 연마 조성물 1B가 더 산성이라는 점이었다.
추가로, 결과는 더 높은 폴리소르베이트 20 수준이 산화규소 제거율을 높인다는 것을 보여준다. 특히, 연마 조성물 1C는 연마 조성물 1H보다 대략 7배 높은 제거율을 나타냈다. 두 연마 조성물에서의 유일한 차이는 폴리소르베이트 20 ppm이 연마 조성물 1C에서 4배 더 많다는 점이었다.
실시예 2
본 실시예는 연마 조성물 2A-2E로 연마된 TEOS 블랭킷 웨이퍼로부터의 산화규소의 제거율에 미치는 폴리소르베이트, 트리에탄올아민, 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식 공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 추가로, 본 실시예는 디싱 연마 조성물 2A-2E가 연마 조성물 2A-2E로 연마된 폴리규소 필름 (패턴 웨이퍼) 내에 패턴화된 산화규소 충전된 트렌치 내에 생성됨을 측정하였다. 본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 8000, 다양한 양의 제거율 촉진제 트리에탄올아민 및 폴리소르베이트 20 (표 2A에 제시된 바와 같음), 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함하였다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다.
TEOS의 블랭킷 웨이퍼는 연마 조성물 2A-2E로 연마하였다. 추가로, 패턴 웨이퍼는 연마 조성물 2A-2E로 연마하였다. 연마는 리플렉션(Reflexion)™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.) 상에서 수행되었다. 리플렉션™ 공정의 연마 파라미터는 하기 표 2B에 제시되어 있다.
디싱은 트렌치 내의 산화규소 필름과 주위 폴리규소 필름 사이의 두께의 차이를 비교함으로써 F5 타원편광반사 장치 (캘리포니아주 밀피타스 소재, KLA-텐코르)에 의해 측정되었고, 여기서 더 큰 차이는 더 높은 디싱율에 상응한다.
연마 이후에, TEOS 제거율을 Å/min으로 측정하였고, 이것의 결과는 도 2에 도시되어 있으며, 이는 주어진 연마 조성물에 대한 폴리소르베이트 20 수준 (X-축), 및 트리에탄올아민 (Y-축) 수준에서 발생된 TEOS 제거율을 나타내는 플롯이다.
각 연마 조성물에 의해 나타나는 디싱은 Å으로 측정되었고 도 3에 도시되어 있으며, 이것은 각 연마 조성물에 대한 50% 밀도에서의 다양한 길이의 피치 (X-축) 내에서 측정된 디싱 (Y-축)을 나타내는 선 그래프이다.
표 2A: 연마 조성물 개요
Figure pct00003
표 2B: 리플렉션™ 공정 파라미터
Figure pct00004
이들 결과는 주어진 연마 조성물에 존재하는 폴리소르베이트의 양에 관계없이 더 낮은 트리에탄올아민 수준을 갖는 연마 조성물의 경우 더 높은 TEOS 제거율이 달성된다는 것을 입증한다. 특히, 연마 조성물 2C가 5배 양의 폴리소르베이트 20을 포함했음에도 불구하고, 연마 조성물 2D 및 2C는 비슷한 TEOS 제거율을 가졌다. 또한, 결과는, 연마 조성물 2A 및 2B를 비교할 경우 입증된 바와 같이, 더 높은 트리에탄올아민이 특정 연마 조성물의 경우 더 높은 pH 수준 및 더 낮은 제거율을 초래하는데 기여했으므로, 더 높은 pH가 제거율에 해로운 것임을 입증한다.
추가로, 결과는 표 2A의 연마 조성물이 나쁜 디싱 성능을 나타낸다는 것을 입증한다. 더욱 특히, 도 3은 50% 밀도에서의 다양한 피치 크기 (마이크로미터로 측정됨) 내에서 디싱을 도시한다. 심지어 가장 작은 피치 크기에서도, 모든 연마 조성물은 1000 Å 초과의 디싱을 나타냈다. 연마 조성물 2B는 다양한 마이크로미터 피치 크기에서 가장 낮은 디싱을 가졌고, 이는 더 높은 수준의 폴리소르베이트 20이 산화규소 트렌치에서 디싱을 감소시킨다는 것을 시사한다.
실시예 3
본 실시예는 1) 연마 조성물 3A-3L로 연마된 블랭킷 웨이퍼로부터의 산화규소의 제거율; 2) 연마 조성물 3A-3L로 연마된 균질한 폴리규소 필름 (폴리규소 블랭킷 웨이퍼)으로부터의 폴리규소의 제거율; 및 3) 패턴 웨이퍼 상의 연마 조성물 3A-3L의 디싱에 미치는 다양한 비이온성 계면활성제, 이게팔(Igepal) CO-890, 이게팔 CA-630, 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm PEG 8000, 다양한 유형의 비-이온성 계면활성제 (표 3에 제시된 바와 같음), 1000 ppm 이게팔 CO-890, 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함하였다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다. (연마 조성물 3K 및 3L에서는 1000 ppm 이게팔 CO-890 대신 이게팔 CA-630 (각각 1000 및 2000 ppm)으로 대체되었다).
각 비이온성 계면활성제에 대한 소수성-친유성 밸런스 (HLB)가 또한 표 3에 기재되어 있다.
TEOS, HDP, 및 폴리규소의 블랭킷 웨이퍼를 연마 조성물 3A-3L로 연마하였다. 추가로, 패턴 웨이퍼를 연마 조성물 3A-3L로 연마하였다. 연마는 미라™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.) 상에서 수행되었다. 디싱은 F5 타원편광반사 장치 (캘리포니아주 밀피타스 소재, KLA-텐코르)에 의해 측정되었다.
연마 이후에 각 연마 조성물에 대한 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율을 Å/min으로 측정하였다. 결과는 도 4에 도시되어 있고, 이것은 특정 연마 조성물 (X-축)에 대한 3개의 표면 웨이퍼 유형의 제거율 (Y-축)을 나타내는 막대 그래프이다.
각 연마 조성물에 의해 나타나는 디싱은 Å으로 측정되었고 도 5에 도시되어 있으며, 이것은 각 연마 조성물에 대한 다양한 길이의 피치 (X-축) 내에서 측정된 디싱 (Y-축)을 나타내는 선 그래프이다.
표 3: 연마 조성물 개요
Figure pct00005
이들 결과는 표 3의 연마 조성물이 폴리규소에 대해 훨씬 더 낮은 제거율을 유지하면서 산화규소에 대해 높은 제거율을 나타낸다는 것을 입증한다. 연마 조성물 3A-3L이 나타내는 선택성은 CMP 조성물에서 이상적이다. 예를 들어, 연마 조성물 3G는 1600 Å/min 초과의 산화규소 제거율을 나타냈으나, 128 Å/min의 비율로 폴리규소를 제거했다. 연마 조성물 3G에 의해 나타나는 선택성의 크기는 표 3의 모든 연마 조성물의 예가 되었다.
결과는 또한 표 3의 연마 조성물이 나쁜 디싱 성능을 나타낸다는 것을 입증한다. 더욱 특히, 도 5는 50% 밀도에서의 다양한 크기의 마이크로미터 피치 내에서 디싱을 도시한다. 심지어 가장 작은 피치 크기에서도, 모든 연마 조성물은 1900 Å 초과의 디싱을 나타냈다. 연마 조성물 3H 및 3J는 다양한 피치 크기에서 가장 낮은 디싱을 가졌다. 이것은, 연마 조성물 3H 및 3J가 가장 많은 양의 폴리소르베이트 65 및 소르비탄 20을 각각 포함하였고, 둘 다 표 3의 연마 조성물에서 사용된 더 소수성인 계면활성제 중에 있으므로, 증가된 소수성이 디싱 성능을 향상시킨다는 것을 시사한다.
실시예 4
본 실시예는 연마 조성물 4A-4K로 연마된 블랭킷 웨이퍼로부터의 산화규소 제거율, 및 연마 조성물 4A-4K로 연마된 폴리규소 블랭킷 웨이퍼로부터의 폴리규소 제거율에 미치는 다양한 양이온성 중합체, 비이온성 계면활성제, 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm PEG 8000, 다양한 유형의 분지형 PEG 및 폴리프로필렌 글리콜 (PPG) 중합체 및 폴리소르베이트 (표 4에 제시된 바와 같음) 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함하였다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다. 각 비-이온성 계면활성제에 대한 HLB는 또한 표 4에 기재되어 있다.
TEOS, HDP, 및 폴리규소의 블랭킷 웨이퍼를 하기 표 4에 제시된 연마 조성물 4A-4K의 세트로 연마하였다. 연마는 미라™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.) 상에서 수행되었다.
연마 이후에, 각 연마 조성물에 대한 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율을 Å/min으로 측정하였다. 결과는 도 6에 도시되어 있고, 이것은 특정 연마 조성물 (X-축)에 대한 3개의 표면 웨이퍼 유형의 제거율 (Y-축)을 나타내는 막대 그래프이다.
표 4: 연마 조성물 개요
Figure pct00006
Figure pct00007
이들 결과는 연마 조성물 4A-4I가 일반적으로 낮은 폴리규소 제거율을 유지하면서 동시에 높은 산화규소 제거율을 나타낸다는 것을 입증한다. 더욱 특히, 결과는, 연마 조성물 4A-4I가 포함하는 폴리소르베이트의 양에 관계없이 제거율이 상기 연마 조성물 중에서 일정하므로, 연마 조성물 4A-4I 중의 에톡실화 분자 (예를 들어, PEG)의 존재가 제거율 데이터 데이터의 원인이 된다는 것을 보여준다. 예를 들어, 연마 조성물 4F 및 4H는 상이한 유형 및 양의 폴리소르베이트를 포함함에도 불구하고 거의 동일한 산화규소 제거율 및 낮은 폴리규소 제거율을 나타냈다.
연마 조성물 4J 및 4K는 극히 낮고, 따라서 덜 이상적인 산화규소 제거율, 뿐만 아니라 매우 낮은 폴리규소 제거율을 나타냈다. 연마 조성물 4J 및 4K는 동일한 양의 제프림 PD-4913, PEG 측쇄를 포함하는 빗살형-중합체를 포함하였고, 이것은 아마 이들 연마 조성물에서의 낮은 산화규소 제거율의 이유가 되었다.
실시예 5
본 실시예는 1) 연마 조성물 5A-5D로 연마된 블랭킷 웨이퍼로부터의 산화규소 제거율; 2) 연마 조성물 5A-5D로 연마된 폴리규소 블랭킷 웨이퍼로부터의 폴리규소 제거율; 및 3) 패턴 웨이퍼 상의 연마 조성물 5A-5D의 디싱에 미치는 증점제 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm PEG 8000, 히드록시에틸셀룰로스 및 다양한 유형의 폴리소르베이트 (표 5A에 제시된 바와 같음), 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함하였다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다.
TEOS, HDP, 및 폴리규소의 블랭킷 웨이퍼를 연마 조성물 5A-5D의 세트로 연마하였다. 추가로, 패턴 웨이퍼를 연마 조성물 5A-5D로 연마하였다. 연마는 리플렉션™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.) 상에서 수행되었다. 디싱은 F5 타원편광반사 장치 (캘리포니아주 밀피타스 소재, KLA-텐코르)에 의해 측정되었다.
연마 이후에, 각 연마 조성물에 대한 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율을 Å/min으로 측정하였다. 결과는 하기 표 5B에 제시되어 있고, 이것은 각 연마 조성물에 대한 산화규소 및 폴리규소 제거율을 모두 Å/min으로 기재한 차트이다. 연마 이후에, 각 연마 조성물에 의해 나타난 디싱은 Å으로 측정되었고 표 5B에 기재되어 있다.
표 5A: 연마 조성물 개요
Figure pct00008
표 5B: 연마 조성물 5A-5D에 대한 연마 성능
Figure pct00009
이들 결과는 연마 조성물 5A-5D 중의 증점제 히드록시에틸셀룰로스의 존재가 특히 연마 조성물 5C 및 5D에서 상당히 더 낮은 디싱률의 발생의 원인이 되었다는 것을 입증한다. 특히, 연마 조성물 5D는 1000 Å/min 초과의 산화규소 제거율 및 매우 낮은 폴리규소 제거율을 유지하면서 100 Å 미만의 디싱을 나타냈다. 이 데이터는 히드록시에틸셀룰로스가 산화규소 및 폴리규소 둘 다에 대해 이상적인 제거율을 유지하면서 실시예 2 및 3에 존재했던 높은 디싱률에 대한 해결책을 제공한다는 것을 보여준다.
본 실시예의 연마 조성물은 일반적으로 이상적인 제거율 및 더 낮은 디싱률을 나타냈지만, 입자 잔류물은 시험했던 블랭킷 웨이퍼 표면 상에 존재한 채 있었다. 연마를 완료한 후 블랭킷 웨이퍼 상에 남아 있는 잔류물은 스크래치에 대해 웨이퍼 표면을 시험하는 성능을 저해한다.
실시예 6
본 실시예는 1) 연마 조성물 6A-6D로 연마된 블랭킷 웨이퍼로부터의 산화규소 제거율; 2) 연마 조성물 6A-6D로 연마된 폴리규소 블랭킷 웨이퍼로부터의 폴리규소 제거율; 및 3) 블랭킷 웨이퍼 상의 연마 조성물 6A-6D에 의해 나타난 결함 카운트 (DCN)에 미치는 양이온성 중합체 폴리MADQUAT 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 이러한 영향을 또한 대조군 연마 조성물과 비교하였다. 본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm PEG 8000, 660 ppm 폴리소르베이트 85, 트리에탄올아민 (400 또는 600 ppm), 양이온성 중합체 폴리MADQUAT (알코(Alco) 4773, 20 또는 50 ppm), 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함하였다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다.
도 7 및 도 8에서 대조군은, 600 ppm 히드록시에틸셀룰로스, 1320 ppm 폴리소르베이트 85, 및 400 ppm 트리에탄올아민을 포함하였다.
TEOS, HDP, 및 폴리규소의 블랭킷 웨이퍼를 연마 조성물 6A-6D의 세트 및 대조군 연마 조성물로 연마하였다. 연마는 미라™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.) 상에서 수행되었다.
연마 이후에, 연마 조성물 6A-6D 및 대조군 연마 조성물에 대한 TEOS, HDP, 및 폴리규소 제거율을 Å/min으로 측정하였다. 결과는 도 7에 도시되어 있고, 이것은 특정 연마 조성물 (X-축)에 대한 3개의 표면 웨이퍼 유형의 제거율 (Y-축)을 나타내는 막대 그래프이다.
DCN 결과는 도 8에 도시되어 있고, 이것은 각 연마 조성물 (X-축)에 대한 2개의 상이한 역치 (0.16 및 0.3 마이크로미터)에서 나타난 랜덤 결함 카운트 (Y-축)의 박스 플롯이다. 연마 후 웨이퍼 표면 상의 스크래치를 검출하기 위해 주사 전자 현미경법 (SEM)을 사용하여 결함 카운트를 발생시켰다.
표 6: 연마 조성물 개요
Figure pct00010
이들 결과는 알코-4773을 연마 조성물 6A-6D에 첨가하는 것이 알코-4773을 포함하지 않았던 대조군과 비교했을 때 결함 카운트를 감소시키는 역할을 했다는 것을 입증한다. 특히, 연마 조성물 6A 및 6C는 더 낮은 폴리규소 제거율을 유지하면서 대조군에 비해 더 큰 산화규소 제거율을 나타냈다. 연마 조성물 6A 및 6C는 또한 0.16 마이크로미터 역치에서 측정된 결함에 대해 대조군에 비해 결함 카운트에서 상당한 감소를 나타냈다.
50 ppm 알코-4773을 포함하는, 연마 조성물 6B 및 6D는 대조군과 비교했을 때 0.16 및 0.3 마이크로미터 역치 모두에서 매우 낮은 결함 카운트를 나타냈고, 알코-4773의 존재가 시험한 연마 조성물에서 결함 카운트를 감소시켰다는 추가 지지를 제공한다.
실시예 7
본 실시예는 1) 연마 조성물 7A-7D로 연마된 블랭킷 웨이퍼로부터의 산화규소 제거율; 2) 연마 조성물 7A-7D로 연마된 폴리규소 블랭킷 웨이퍼로부터의 폴리규소 제거율; 3) 연마 조성물 7A-7D로 연마된 SOG 블랭킷 웨이퍼로부터의 스핀-온-글라스 (SOG) 제거율; 및 4) 연마 조성물 7A-7D로 연마된 블랭킷 웨이퍼 상의 연마 조성물 7A-7D에 의해 나타난 DCN 카운트에 미치는 소수성 계면활성제 히드로팔라트 3323 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 습식-공정 세리아 연마 입자의 영향을 입증한다. 이러한 영향을 또한 대조군 연마 조성물과 비교하였다.
본 실시예에서 연마 조성물은 6000 ppm PEG 8000, 120 ppm 트리에탄올아민, 소수성 계면활성제 히드로팔라트 3323 (750 또는 1500 ppm), 및 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기의 2.4% 습식 공정 세리아 연마 입자를 포함하였다. 모든 조합은 0.43% 고체에서 시험하였다.
하기 표 7B에서, 대조군은 1000 ppm 이게팔 CO890, 500 ppm 폴리소르베이트 20, 및 120 ppm 트리에탄올아민을 포함하였다.
TEOS, SOG, HDP, 및 폴리규소의 블랭킷 웨이퍼를 연마 조성물 7A-7D의 세트 및 대조군으로 연마하였다. 연마는 미라™ CMP 장치 (캘리포니아주 산타 클라라 소재, 어플라이드 머티리얼스 인크.) 상에서 수행되었다.
연마 이후에, 연마 조성물 7A-7D 및 대조군 연마 조성물에 대한 TEOS, HDP, SOG 및 폴리규소 제거율을 Å/min으로 측정하였다. 결과는 표 7B에 기재되어 있다.
추가로, 연마 조성물 7A-7D의 DCN 카운트를 0.16 마이크로미터 역치에서 대조군과 비교하였다. 연마 후 웨이퍼 표면 상의 스크래치를 검출하기 위해 SEM을 사용하여 결함 카운트를 발생시켰다. 또한 결과는 표 7B에 기재되어 있다.
표 7A: 연마 조성물 개요
Figure pct00011
표 7B: 연마 조성물 7A-7D에 대한 제거율 및 결함 성능
Figure pct00012
이들 결과는 히드로팔라트 3323을 연마 조성물 7A-7D에 첨가하는 것이 히드로팔라트 3323을 포함하지 않았던 대조군과 비교했을 때 결함 카운트를 감소시키는 역할을 했다는 것을 입증한다. 특히, 연마 조성물 7A는 대조군과 비교했을 때 상당히 감소된 결함 카운트를 나타내면서 높은 산화규소 제거율, 낮은 폴리규소 제거율, 및 높은 SOG 제거율을 유지했다.
연마 조성물 7A-7D 중에서 가장 높은 결함 카운트를 가졌던 연마 조성물 7C는, 여전히 대조군보다 대략 10배 적은 결함 카운트를 나타냈고, 히드로팔라트 3233이 결함 카운트를 감소시키는 역할을 했다는 추가 지지를 제공한다.
본원에 인용된, 공개물, 특허 출원, 및 특허를 비롯한 모든 참고문헌은 각 참고문헌이 개별적이고 구체적으로 참조로 포함된 것으로 보여지고 그의 전문이 본원에 언급된 것처럼 동일한 정도로 본원에 참조로 포함된다.
본 발명을 기술하는 내용에서 (특히 하기 청구범위의 내용에서) 용어 단수형 표현 및 유사한 지시체의 사용은 본원에서 달리 나타내지 않거나 또는 내용에 의해 명백하게 모순되지 않는 한, 단수형 및 복수형 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 달리 지시되지 않는 한, 용어 "포함하는", "갖는", "비롯한", 및 "포함하는"은 개방형 용어 (즉, "포함하지만, 이에 제한되지는 않음"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위의 언급은, 본원에서 달리 나타내지 않는 한, 단지 그 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 지칭하는 단축 방법으로서 역할을 하고자 함이며, 각각의 개별 값은 그것이 본원에 개별적으로 언급된 것처럼 명세서에 포함된다. 본원에 기재된 모든 방법은, 본원에서 달리 나타내지 않거나 또는 내용에 의해 달리 명백하게 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 및 모든 실시예, 또는 예시적인 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 보다 명확하게 하고자 함이며, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범주에 대한 제한을 두지 않는다. 명세서에서의 어떤 언어도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 본질적인 것으로서 나타내는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 공지된 최상의 모드를 비롯하여, 본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 기재되어 있다. 그러한 바람직한 실시양태의 변형은 상기 설명을 읽자마자 통상의 기술자에게 명백해 질 수 있다. 본 발명자들은 통상의 기술자가 이러한 변형을 적절하게 사용할 것으로 예상하며, 본 발명자들은 본 발명이 본원에 구체적으로 기재된 것과 달리 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법에 의해 허용되는 바와 같이 본원에 첨부된 청구범위에서 언급된 보호대상의 모든 개질 및 등가물을 포함한다. 또한, 그의 모든 가능한 변형에서 상기-기재된 요소의 임의의 조합은 본원에서 달리 나타내지 않거나 또는 내용에 의해 달리 명백하게 모순되지 않는 한 본 발명에 의해 포함된다.

Claims (26)

  1. (a) 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 습식-공정 세리아 연마 입자;
    (b) 1종 이상의 알콜 아민; 및
    (c) 물
    을 포함하며, 6 이상의 pH를 갖는 화학-기계적 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 연마 입자가 12 ㎚ 이하의 평균 일차 입자 크기를 갖는 것인 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 연마 입자가 조성물의 0.001 중량% 내지 2 중량%의 양으로 존재하는 것인 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 알콜 아민이 6 내지 10의 pKi를 갖는 것인 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 알콜 아민이 7 내지 11의 pKa를 갖는 관능기를 갖는 것인 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 알콜 아민이 2-디메틸아미노-2-메틸프로판올, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 비스-트리스, 트리스 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 알콜 아민이 조성물의 0.001 중량% 내지 1 중량%의 양으로 존재하는 것인 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 1종 이상의 비이온성 계면활성제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 7 내지 18의 소수성 친유성 밸런스를 갖는 것인 연마 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 폴리소르베이트, 소르비탄, 폴리옥시에틸렌 에테르, 에톡실레이트, 아크릴, 폴리에테르 폴리올 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 폴리소르베이트 20, 폴리소르베이트 60, 폴리소르베이트 65, 폴리소르베이트 80, 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 (40) 노닐페닐 에테르, 펜타에리트리톨 에톡실레이트, 글리세롤 프로폭실레이트-블록-에톡실레이트, 아크릴 공중합체, 폴리프로필렌 옥시드-기재 트리올 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  12. 제8항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 조성물의 0.001 중량% 내지 1 중량%의 양으로 존재하는 것인 연마 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 증점제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 증점제가 셀룰로스성 화합물, 덱스트란, 폴리비닐 알콜, 카라기난, 키토산 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  15. 제13항에 있어서, 증점제가 히드록시에틸셀룰로스, 카르복시에틸셀룰로스, 히드록시메틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  16. 제13항에 있어서, 증점제가 조성물의 0.001 중량% 내지 1 중량%의 양으로 존재하는 것인 연마 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 비이온성 계면활성제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 양이온성 중합체를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 증점제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  20. 제18항에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리(메타크릴옥시에틸트리메틸암모늄) 클로라이드 (폴리MADQUAT), 폴리(디알릴디메틸암모늄) 클로라이드 (폴리DADMAC), 폴리(아크릴아미드), 폴리(알릴아민), 폴리(비닐이미다졸륨), 폴리(비닐피리디늄) 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  21. 제18항에 있어서, 양이온성 중합체가 조성물의 0.001 중량% 내지 1 중량%의 양으로 존재하는 것인 연마 조성물.
  22. 제18항에 있어서, 비이온성 계면활성제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  23. (i) 기판을
    연마 패드, 및
    (a) 30 ㎚ 이하의 평균 입자 크기를 갖는 습식-공정 세리아 연마 입자;
    (b) 1종 이상의 알콜 아민; 및
    (c) 물
    을 포함하며 6 이상의 pH를 갖는 연마 조성물과 접촉시키고;
    (ii) 연마 패드 및 연마 조성물을 기판에 대해 이동시켜, 기판의 적어도 일부를 마모시켜서 기판을 연마하는 것
    을 포함하는, 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 기판이 폴리규소 및 산화규소를 포함하고, 적어도 산화규소가 기판으로부터 제거되어 기판이 연마되는 것인 방법.
  25. 제24항에 있어서, 폴리규소에 비해 더 많은 산화규소가 더 높은 비율로 기판으로부터 제거되는 것인 방법.
  26. 제25항에 있어서, 산화규소에 대한 기판으로부터의 제거율이 폴리규소에 대한 제거율에 비해 적어도 10배 더 높은 것인 방법.
KR1020167011917A 2013-10-10 2014-09-30 기판을 연마하기 위한 습식 공정 세리아 조성물, 및 이와 관련된 방법 KR102283152B1 (ko)

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