KR20170065437A - SiC 웨이퍼용 CMP 물질 제거율을 향상시키기 위한 실리콘 카바이드 에천트로서의 할라이트 염 - Google Patents
SiC 웨이퍼용 CMP 물질 제거율을 향상시키기 위한 실리콘 카바이드 에천트로서의 할라이트 염 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170065437A KR20170065437A KR1020160154015A KR20160154015A KR20170065437A KR 20170065437 A KR20170065437 A KR 20170065437A KR 1020160154015 A KR1020160154015 A KR 1020160154015A KR 20160154015 A KR20160154015 A KR 20160154015A KR 20170065437 A KR20170065437 A KR 20170065437A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- abrasive
- sic
- mxo
- slurry
- polishing
- Prior art date
Links
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title abstract description 91
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 90
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 title abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 34
- 239000010442 halite Substances 0.000 title abstract description 19
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title description 14
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 title description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 86
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 68
- UKLNMMHNWFDKNT-UHFFFAOYSA-M sodium chlorite Chemical compound [Na+].[O-]Cl=O UKLNMMHNWFDKNT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 36
- 229960002218 sodium chlorite Drugs 0.000 claims abstract description 36
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- DKSMCEUSSQTGBK-UHFFFAOYSA-M bromite Chemical compound [O-]Br=O DKSMCEUSSQTGBK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 7
- 229910001919 chlorite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052619 chlorite group Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N chlorous acid Chemical compound OCl=O QBWCMBCROVPCKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 claims description 6
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 claims description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- CRWJEUDFKNYSBX-UHFFFAOYSA-N sodium;hypobromite Chemical compound [Na+].Br[O-] CRWJEUDFKNYSBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000013011 aqueous formulation Substances 0.000 claims description 2
- 125000001246 bromo group Chemical group Br* 0.000 claims description 2
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 claims description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 claims description 2
- VISKNDGJUCDNMS-UHFFFAOYSA-M potassium;chlorite Chemical compound [K+].[O-]Cl=O VISKNDGJUCDNMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XUXNAKZDHHEHPC-UHFFFAOYSA-M sodium bromate Chemical compound [Na+].[O-]Br(=O)=O XUXNAKZDHHEHPC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XWNSFEAWWGGSKJ-UHFFFAOYSA-N 4-acetyl-4-methylheptanedinitrile Chemical compound N#CCCC(C)(C(=O)C)CCC#N XWNSFEAWWGGSKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004153 Potassium bromate Substances 0.000 claims 1
- 229940094037 potassium bromate Drugs 0.000 claims 1
- 235000019396 potassium bromate Nutrition 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract description 97
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 15
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 7
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 7
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- -1 ammonium halides Chemical class 0.000 abstract description 5
- 150000002367 halogens Chemical group 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 abstract description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 abstract 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 abstract 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 abstract 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 23
- OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N dioxidochlorine(.) Chemical compound O=Cl=O OSVXSBDYLRYLIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 13
- 239000004155 Chlorine dioxide Substances 0.000 description 11
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 235000019398 chlorine dioxide Nutrition 0.000 description 11
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 8
- 230000036541 health Effects 0.000 description 8
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 4
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- NYCVSSWORUBFET-UHFFFAOYSA-M sodium;bromite Chemical compound [Na+].[O-]Br=O NYCVSSWORUBFET-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical compound [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 2
- GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L sodium sulfite Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])=O GEHJYWRUCIMESM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000000703 Cerium Chemical class 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- HKVFISRIUUGTIB-UHFFFAOYSA-O azanium;cerium;nitrate Chemical compound [NH4+].[Ce].[O-][N+]([O-])=O HKVFISRIUUGTIB-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- YUUVAZCKXDQEIS-UHFFFAOYSA-N azanium;chlorite Chemical compound [NH4+].[O-]Cl=O YUUVAZCKXDQEIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002581 neurotoxin Substances 0.000 description 1
- 231100000618 neurotoxin Toxicity 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 239000006174 pH buffer Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical class OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 239000006187 pill Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000010265 sodium sulphite Nutrition 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229940034610 toothpaste Drugs 0.000 description 1
- 239000000606 toothpaste Substances 0.000 description 1
- 239000010891 toxic waste Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
- C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
- C09K13/08—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid containing a fluorine compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/04—Aqueous dispersions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
- C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1409—Abrasive particles per se
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
- H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
- H01L21/02008—Multistep processes
- H01L21/0201—Specific process step
- H01L21/02013—Grinding, lapping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
- H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
- H01L21/02008—Multistep processes
- H01L21/0201—Specific process step
- H01L21/02024—Mirror polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1472—Non-aqueous liquid suspensions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
일반식 MXO2(여기서 M은 알칼리 금속, X는 할로겐, O는 산소)를 가진 실리콘 카바이드(SiC) 에천트를 개시한다. 수성 슬러리 형태 안의 연마재 분말과 혼합이 되면, 이 MXO2 에천트는 화학적 기계적 연마(CMP) 동안에 SiC 물질 제거율을 향상시키는 마찰화학적 반응물로서 작용한다. 물질 제거율은 할라이트 에천트가 없는 슬러리 대비, 몇 자릿수 이상의 크기로까지 증가된다. 식 MXO2 안에서 대표적인 금속은 K(포타슘) 및 Na(소듐)이고, X는 Cl(염소), Br(브롬) 및 I(요오드)를 포함한다. MXO2 화합물의 전체 종류는 금속 할라이트 또는 암모늄 할라이트의 화학군에 속한다. 할라이트 군 중에서 가장 간단하고 가장 입수하기 편한 종류인 소듐 클로라이트, NaClO2가 대표적인 예이다. 향상된 연마율은 SiC 기판 연마 조작을 위한 CMP 생산량을 상당히 증가시키는 데에 활용될 수 있다. 연마 제제 안에 독성 중금속 이온이 부재하므로, CMP 공정으로부터의 연마 폐수는 폐수 처리 설비 안에서 쉽게 처리될 수 있다.
Description
본 발명은, 대체적으로는, 비-산화물 반도체 연마 제제의 준비에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 실리콘 카바이드 웨이퍼 연마에 유용하고 빠르게 작용하는 실리콘 카바이드 화학적-기계적 연마 슬러리에 관한 것이다. 본 출원은 2015. 12. 03에 출원된 미국 임시 출원 No. 62/386,492에 관계되어 있다.
실리콘 카바이드(SiC) 전력 소자는 더 나은 고온 및 훨씬 높은 전기 항복 성능을 제공하며 최근 많은 주목을 받고 있다. 단독으로 사용하거나, 전력 소자 성능을 향상시키기 위해 갈륨 나이트라이드(GaN)와 같은 비-산화물 반도체층들과 조합하여 사용하는 것이 소자 제조에서 흔히 행해지고 있다. 이러한 소자 제조를 위한 첫 번째 단계는, 원하는 공정이 반복되고 이어질 수 있도록, 제조 공정이 진척되도록 하거나 잘못 제조된 표면을 회복하도록 하는 바와 같이, 깨끗하고 평평한 반도체 표면을 준비하는 것이다. 평평한 SiC 표면은, 예를 들어, 화학적-기계적 연마 (CMP) 공정에 의해 준비될 수 있다. US 특허 7,998,866 및 7,678,700은 물 안에 분산되어 있는 연마재 입자가 있을 때 어떻게 수용성 산화제가 SiC를 효과적으로 연마하는지 교시한다. 효과적인 반면에, 선행기술은 제안된 화학적-기계적 연마 슬러리 조성의 가장 좋은 것에 의하더라도 잠재적인 독성 폐기물 및 공정 동안에 일어날 수 있는 도구 변색(staining) 문제를 해결하지 못했다. 특히, 예를 들어, 종래기술에서 주요한 성분인, 과망간산염, 크롬산염, 및 암모늄 세륨 질산염과 같은 산화제는, 연마 조작 동안에 CMP 도구와 접촉하면 도구 부품의 변색을 일으킬 뿐만 아니라 환경에 독성이다. 가장 확실한 변색은 래핑 패드 상에서 발생하여, 빈번하고 지루한 산 세정을 필요로 하는 거무스름한 무늬를 초래한다. 크롬산염은 생물학적으로 위험하다. Bioremediation of Heavy Metal Toxicity-With Special Reference To Chromium, S. Ray and M. K. Ray, Al Ameen, J. Med. Sci. (2009 ) 2 (2) Special: 57-63 참조. 망간 염은 독성이고 공지의 신경 독소이다. Manganese in Drinking-water, background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality, 2011 참조. US 특허 8,557,133은 CMP 동안 SiC 제거를 향상시키기 위한 가속화제로서의 연질 입자를 생성하기 위해, 디크롬산염 또는 과망간산염을 간접적으로 사용하는 다른 접근 방법을 교시한다. 다른 US 특허 출원, US 2008/0305718에서는, 클로라이트, 클로레이트, 및 퍼클로레이트 염이 어떻게 시험되었는지 보여주었는데, 공개된 시험 조건 하에서, CMP 동안 상당한 SiC 제거를 달성하는 것에 실패하였다. 또 다른 특허, US 특허 8247328에서, 발명자들은 SiC 제거를 향상시키기 위해, 코발트 또는 백금과 같은, 중금속 촉매를 상당한 양 추가함으로써, 산화제-기반 SiC 연마 슬러리가 어떻게 더 개선될 수 있는지 보여주었다. 이렇게 함으로써 슬러리는 더 독성을 띠고 더 비싸지게 되는데, 이것은 제품 안에 가외로 첨가된 중금속 및 귀금속의 존재 때문이다.
그러므로, 중금속-함유 산화제를 사용하지 않고, 도구에 변색을 덜 일으키며, 비용 효과적이고, 사용 후 특별한 폐기물 처리를 요구하지 않으며, 양호한 SiC CMP 연마 성능을 내는, 대안적인 CMP 제제에 대한 요구를 갖는 것을 원하게 되었다.
비-산화물 웨이퍼 연마에 유용한 연마 제제가 제공되는데, 이것은 적어도 MXO2 에천트; 및 적어도 7의 모스 경도를 가지는 고순도 연마재 입자의 분산이, 적정 pH, 연마재에 대한 에천트의 적정 혼합비, 및 에천트 및 연마재의 적정 농도로, 수성 제제 안에 포함되어 있는 혼합물을 포함한다. 발명자는 일반식 MXO2를 갖는, 일련의 수용성 할라이트 실리콘 카바이드 에천트들을 발견하였다. 여기서 M은 1가 양이온들, 2가 양이온들, 및 3가 양이온들로 이루어지는 그룹에서 선택되는 금속 또는 암모늄이고; 바람직하게 M은 소듐, 포타슘, 암모늄, 리튬, 및 그 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택된다. 더욱 바람직하게 M은 소듐, 포타슘, 및 그 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되고; X는 염소, 브롬, 요오드, 및 그 혼합물로 이루어지는 할로겐 그룹에서 선택된다.
할라이트 염 MXO2는, 특정 pH 하에서 특정 연마재 입자 존재시, 래핑 패드에 원치않는 변색 효과를 덜 일으키고 원치않는 연마-후 환경 영향을 덜 가지면서, CMP 동안의 SiC 연마를 가속한다. 가장 비용효과적인 MXO2 중 하나는, 예를 들어, 소듐 클로라이트, NaClO2이고, 이것은 사용 후 폐기물 흐름에 소듐 설파이트 첨가 처리를 하면 무해한 염으로 쉽게 환원시킬 수 있다. 알루미나 제거 후에 결과물인 중화된 폐기물은 비-독성 소듐 클로라이드(식염) 및 소듐 설페이트만을 함유한다. 이러한 양성의(benign) 소듐 염들은 쉽게 처분될 수 있으므로, 종래 기술의 제제 안에 사용되는 독성 망간, 크롬 및 세륨 염과 현저히 대비된다.
효과적인 SiC CMP 슬러리 조제를 위한 선별 시험을 수행하기에 앞서 다음과 같은 기준들을 수립하였다:
1. 신속한 물질 제거율(material removal rate : MRR), 단결정 4H-SiC 또는 6H-SiC 웨이퍼의 Si[0001] 면에 대해 적어도 >500nm/hr.
2. 통용되는 비-산화물 반도체 (예를 들어, SiC 및 GaN) 연마 공정과의 호환성.
3. 연마 후 CMP 패드를 부식성 정화시킬 필요가 없을 것.
4. CMP 후 마이크로 스크래치가 없이 평활한 표면 마감(표면 거칠기< 1 nm).
5. 중금속-함유 슬러리에 비해 CMP 패드 및 도구 부품들을 덜 변색시킬 것.
6. 폐기물 흐름에 독성 중금속 잔여물을 남기지 않는, 간단한 슬러리 폐기물 처리.
위에 열거한 모든 기준은 MXO2 에천트(할라이트 염) 및 나노-크기 알파 알루미나 수성 분산액의 혼합물로부터 조제된 슬러리에 의해 충족이 되었다. 양이온 M의 선택이 대단히 중요한 것은 아니며, 용해성 및 독성 고려사항 이외에는, 상업적 입수가능성이 선택을 좌우하는 인자이다. 예를 들어, MXO2 에천트는 금속 클로라이트(MClO2)이고, 여기서 M은 알칼리 금속(Na, K) 또는 암모늄(NH4)이며, X는 염소이다. 다른 예로, MXO2 에천트는 금속 브로마이트(MBrO2)이고, 여기서 M은 알칼리 금속(Na, K), 또는 암모늄(NH4)이며, X는 브롬이다. MXO2의 구체적인 예들은 소듐 클로라이트(NaClO2), 포타슘 클로라이트(KClO2), 소듐 브로마이트(NaBrO2), 포타슘 브로마이트(KBrO2), 또는 그 조합을 포함하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 MXO2는 소듐 클로라이트이고, 여기서 M=Na, X=Cl, 다시 말해, NaClO2이다. 암모늄 클로라이트(NH4ClO2) 또는 소듐 브로마이트(NaBrO2)와 같은 다른 할라이트들도 유사한 효과를 보였지만 추가적인 이득을 제공하지는 않는데, 그 이유는 소듐 클로라이트가 가장 저가로 입수 가능한 클로라이트이며 또한 실온에서 높은 용해도를 가지고 비교적 낮은 pH(pH<7) 하에서 화학적 안정성을 가지기 때문이다. 예를 들어, 브로마이트들은 넓은 pH(pH<8) 범위에서 분해하려는 경향이 있다. 다른 비-SiC 연마 응용 안에서의 US 특허 5,032,203 참조. 이러한 이유때문에, 브로마이트를 함유하는 제제는 최적의 에칭 성능을 위한 것이 아닌, 차라리 연마 제제 안의 브로마이트 농도를 보존하기 위한 pH로 조정이 되어야만 할 것이다. 소듐 클로라이트 및 소듐 브로마이트 모두 비-SiC 연마 용도를 위한 CMP 슬러리에 사용이 되어 왔다; 따라서 깰 수 없을 것 같아 보이는 실리콘 카바이드 기판을 할라이트 염들이 어떤 특별한 조건 하에서는 유용한 식각율(MRR>200nm/hr)로 실제 식각할 수 있다는 것의 발견은 놀라운 것이다. 앞선 US 특허 출원, US 2008/0305718에서는, 예를 들어, 소듐 클로라이트를 특별한 조건 하에서(pH = 8.8, 40% 콜로이달 실리카 및 10g/L NaClO2 농도) 실험하였는데, 그 결과 연마 동안에 지극히 낮은 SiC 제거(MRR=6.6nm/hr)가 되었다.
본 발명의 실시예를 실행하는 데에 필요한 것은 아니지만, 발명자는 연마 슬러리 안에 할라이트들이 있을 때 예기치 못하게 향상되는 SiC 제거율을 설명하기 위해 타당하다고 생각되는 메카니즘을 제공한다. CMP 공정 동안 나노 크기 알파 알루미나와 같은 경질 연마재 입자가 있을 때에, 극한 마찰기계적 압력 하에서 할라이트 음이온들이 분해되는 것이 향상된 SiC 제거율의 원인이라고 제안한다. 클로라이트 양이온으로 보여주는 바와 같이, SiC 식각 반응은 아래 예들을 따라 일어난다:
5ClO2 - + 5H+ ―-> 4ClO2 + HCl + 2H2O [1]
2SiC + 4ClO2 ―-> SiO2 +SiCl4+2CO2+O2 [2]
연마 용액 안의 염소 디옥사이드의 노르스름한 색상으로부터 명백하듯이, 등식 [1]은 용액 상(phase)에서 마찰화학적 및 마찰기계적 힘들과 같은 다른 물리적 힘들이 없더라도, 높은 산도 하에서는(pH<4) 즉각 진행된다. 그러나, 낮은 산도(높은 pH) 하에서, 특히 pH>4일 때에는, 용액 안에서의 농도가 낮기 때문에, 자유 염소 디옥사이드의 존재를 광학적으로 검출하는 것이 확실하지는 않다. SiC 제거율 데이터는 빠르게 작용하는 슬러리 안에 자유 염소 디옥사이드의 확실한 존재가 없을 때에 최대 물질 제거율(MRR)이 일어난다는 것을 드러낸다. 이것은 비교적 높은 용액 pH에서, 유용할 수 있는 할라이트 이온이 근방에 충분한 양으로 있고, 생성된 할로겐 디옥사이드가 연마 표면 근방에 특정한 마찰기계적 조건 하에 있을 때에, 다시 말해, 압력 하에 나노-크기 연마재 입자가 있을 때에, 최적 SiC 식각이 일어난다는 것을 제시한다. 이러한 조건 하에서, 인-시튜(in-situ) 생성된 할로겐 디옥사이드 에천트는 연마재 및 실리콘 카바이드 표면 둘 다와 항상 밀착되므로, 위 등식 [2]에 의해 SiC 식각이 가장 효과적으로 진행된다.
따라서, 기술 분야의 숙련자는 SiC 연마제(polishing agent)가 다음 주요 요구조건들을 만족하는 한 다양한 형태로 조제될 수 있음을 이해한다:
1. 슬러리 안에 상당히 높은 농도로 있는 할라이트 염;
2. 연마 제제 안의 할라이트 대다수가 마찰기계적 및/또는 마찰화학적 작용에 의해 활성 에천트, 할로겐 디옥사이드를 방출하도록 유도될 수 있는, 적정 슬러리 용액 pH;
3. SiC 또는 다른 비-산화물 웨이퍼들의 화학적-기계적 연마 공정 동안에 요구되는 마찰기계적 또는 마찰화학적 반응을 촉발하기에 충분한 농도이고, 적정한 크기 및 경도를 가진 연마제(abrasive agent).
자유 염소 디옥사이드는 독성이고 활성일 수 있다는 것이 잘 알려져 있어서, 바람직하게 모든 슬러리 제제는 조작 및 보관 동안에 이러한 활성 가스의 생성을 방지해야 한다. 다행스럽게, 슬러리가 활성이 되는 최적 pH(pH>4)는 자유 염소 디옥사이드가 불안전한 수준으로 축적되는 것을 허용하는 것보다 훨씬 위이다. 그렇기는 하지만, 적절한 환기, 사용 전 산성화, 및 직사광선 노출 방지와 같은 안전 수칙들은 할로겐 디옥사이드 용액을 취급하기 위해 기술 분야 숙련자들이 통상적으로 실행하고 있는 규칙적인 실무들이다. 이러한 이유로, 본 명세서에서, 혼합물의 산도(pH)는 pH 3에서 pH 8 사이일 수 있고, 바람직하게는 pH 4에서 pH 6 사이이다.
US 특허 8,673,297에 의해 고무되는 바와 같은, 무수 및 진공 조건 하에서 적절한 알약 형태로 포장된 연마재 분말 및 할라이트 염을 가진 연마 제제 패키지의 다른 형태도 연마 제제 보관 중에 우발적인 염소 디옥사이드 방출 위험을 감소시키는 실제적인 대안이다.
슬러리 성능 시험은 그 이하에서는 거의 SiC 비제거가 실현될 수 있는, 연마 제제 안의 할라이트 음이온의 최소 농도 조건도 드러냈다. 여기에서, MXO2의 농도는 11g에서 200g/L 사이, 바람직하게는, 20 내지 100g/L 사이일 수 있다. 테스트 데이터는 이 최소 농도가 소듐 클로라이트의 경우 약 20g/L라는 것을 가리켰다. 이것은 중요한 발견인데, 왜냐하면 시판되는 대부분의 상업용 CMP 슬러리는 연마 제제 안의 박테리아 번식을 제어하기 위해 살생물제를 함유하기 때문이다. 일반적인 슬러리 제제(비록 SiC CMP 용도는 아닐지라도)에 사용되고 있는 가장 효과적인 살생물제 중 하나는 소듐 클로라이트인데, 낮은 농도로도 살생물제로서의 유효성이 있기 때문이다. 예를 들어, US 특허 6,750,257 및 6,447,563 참조. 연마 제제 안에서의 살생물 목적을 위한 소듐 클로라이트 농도는 50-1200ppm 사이이다. 68th JECFA by Ecolab Inc., USA, December 2006. 참조. 이것은 본 발명과 혼동되어서는 안되는데, 본 발명에서는 CMP 동안에 원하는 SiC 연마율을 달성하기 위해 고농도(리터당 백 그램 이상에 달하는)의 소듐 클로라이트를 사용한다.
본 발명의 연마 제제는, 할라이트 염과 연마재 분말 분산액으로 된 수성 용액에 기초하는 것으로서, 그 자체로도 잘 작용하지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 선택적으로 더 변경될 수 있다. 여기에서, 혼합물 안의 고순도 연마재 입자에 대한 MXO2 에천트의 비는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 중량 기준으로 1:1에서 1:10 사이, 또는 중량 기준으로 1:1에서 1:3일 수 있다. 바람직한 연마재는 알루미나이지만 적어도 7의 모스 경도를 가지는, 바람직하게 8 이상의 모스 경도를 가지는 것이면 어떠한 고순도 연마재라도 된다. 특히, 다이아몬드, 큐빅 보론 나이트라이드, 및 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, SiO2, Cr2O3, ZrO2, CeO2와 같은 다른 연마재의 미세 입자(직경이 10에서 1000nm)도 할라이트-함유 슬러리의 마찰기계적 성능을 개선하기 위하여 알루미나-함유 연마 제제 안으로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드 입자(모스 경도 10)는 SiC(모스 경도 9)를 빠른 제거율로 래핑하는 데에 흔히 사용되어 오고 있는데, 상당히 흠집이 난 거친 표면을 만들므로, 평활한 작업 표면을 얻으려면 통상 추가적인 미세 CMP 연마를 수 시간 동안 필요로 한다. 나노-크기 초 분산된 다이아몬드를 사용하면 훨씬 평활한 연마된 표면이 달성될 수 있기는 하지만, 예를 들어, US 특허 9,343,321 참조, 생산 관점에서는 비용적으로 불리할 수 있다. 한편, 보다 연질인 알파 알루미나(모스 경도 8)가 슬러리 안의 할라이트 염없이 사용된다면, SiC 연마는 그다지 일어나지 않을 것이다. 그러나, 소듐 클로라이트가 있을 때에는, 더 연질인 알파 알루미나가 더 경질인 카바이드 표면을 유효하게 연마할 수 있다. 일부 실시예들에서, 고순도 연마재 입자는 모스 경도 8을 가진 알파 알루미나이다. 연마된 표면은 대개 낮은 표면 거칠기 (Ra <0.5nm)를 가지는데, 이것은 향상된 식각을 위한 할라이트 염들 없이 다이아몬드 분말을 유일한 연마재로 사용했을 때의 거친 표면 마감에 비해 바람직하다. 더 연질인 퓸 실리카(모스 경도 7) 또는 구형 실리카를, 동일한 클로라이트 농도로 슬러리에 사용했을 때, 제거율은 본래의 경질 알파 알루미나-함유 슬러리 대비시 약 1/5 이상 급격히 감소되었다. 일부 실시예들에서, 고순도 연마재 입자는 모스 경도 7을 가진 실리카이다. 알파 알루미나를 동일한 입자 크기이면서 더 연질인 감마 알루미나로 대체하면 그 슬러리가 SiC 제거에 불량하다는 것도 입증하였다.
본 발명에 사용된 알파 알루미나 연마재는 높은 화학적 순도(>99.9%)를 가진 알파 알루미나임이 바람직하고, 1100℃ 보다 높은 소결 온도에 처해져, 그 후의 알루미나의 밀도가 3.85 gm/cc보다 크고 BET 비표면적이 25 m2/g보다 작은 것이다. 알파 알루미나의 그레인 크기는 1nm에서 1000nm 사이이고, 바람직한 그레인 크기는 10-1000 nm이며, 가장 바람직한 그레인 크기는 50-400nm이다. 일 실시예에서, 고순도 알파 알루미나는 200nm의 그레인 크기 및 6 m2/g의 비표면적을 가진다. 다른 실시예에서, 고순도 알파 알루미나는 50nm의 그레인 크기 및 15 m2/g의 비표면적을 가진다. 또 다른 실시예에서, 고순도 알파 알루미나는 300nm의 그레인 크기 및 5.5 m2/g의 비표면적을 가진다. SiC 및 GaN을 포함하는, 비-산화물반도체 표면 연마를 위해 이러한 엄격한 사양을 가진 알루미나를 선택할 이유는 충분하며, 다음과 같기 때문이다:
(1) 저순도 알루미나는 연마 표면을 오염시킬 뿐 아니라, 감마에서 알파로의 상 변환 동안에 연질 불순물 유리질 상이 형성됨으로 인해 더 낮은 경도를 가진다.
(2) 소결 온도가 높을수록, 원하는 알파 상 경질 알루미나로의 완전한 변환이 일어난다.
(3) 순수 알파 알루미나는 3.97 gm/cc의 밀도를 가진다. 연마 제제 안에 사용되는 알루미나의 밀도가 높을수록, 제제 안의 알파 상 알루미나의 농도가 높다.
(4) BET 비표면적은 알루미나 내부 기공도의 지표이다. BET 비표면적이 높을수록 연마 성능이 악화되는데, SiC 표면을 연마해야 하는 힘이 그레인을 약화시키는 과도한 기공도로 인해 알루미나 그레인을 분쇄하는 데에 대신 쓰이기 때문이다. BET 비표면적이 25 m2/g보다 작은 나노 크기 알루미나가 수용할 만한 내부 기공도를 가진 알루미나라고 여겨진다. 본 발명에서 평가된 알파 알루미나 분말들의 비표면적들은 모두 25 m2/g보다 작았다. 특히, 50nm 알루미나는 15 m2/g의 비표면적을 가지고, 200nm 알루미나는 6 m2/g의 비표면적을 가지며; 300nm 알루미나는 5.5 m2/g의 비표면적을 가진다.
본 발명에 사용된 알파 알루미나 연마재의 실제 입자 크기는 바람직한 실시예들에 언급한 그레인 크기와 상당히 다를 수가 있는데, 이것은 입자 응집 때문이다. 이론적 모델링은, 다른 연마 변수들이 일정하게 유지될 때에, 더 작은 알루미나 크기에서 물질 제거율(MRR)이 더 빠르다는 것을 나타낸다. 그러나, 실험적 데이터는 이론적 예측과 연관성이 없을 수 있다. 50 nm보다 작은 그레인 크기를 갖는 알루미나 분말은 응집하려는 경향이 있고, 이것은 다른 슬러리 제제 제약을 가져올 수 있다. 시험된 동일 알루미나 샘플에 대하여 입자 크기(D50)은 그레인 크기보다 일반적으로 훨씬 크다. 예를 들어, 본 발명에 사용된 200 nm 그레인 크기 알파 알루미나는 레이저 회절 측정하면 3.19㎛의 입자 크기(D50)를 가진다. 더 큰 그레인 크기(>1000 nm) 알루미나는 제품을 위한 특정 MRR 및 연마 표면 품질 요건을 충족하지 못할 수 있지만 할라이트 염 에천트들이 있을 때 CMP 제제들 안에 더 큰 그레인 크기의 알파 알루미나가 사용될 때에 전체적으로 향상된 CMP 연마 율이 여전히 매우 두드러진다.
원하는 CMP 연마 조건에 따라, 연마 조성물들의 물리적 형태는 물기가 많은 연한 슬러리 혹은 진한 치약같은 겔일 수 있다. 지극히 높은 고체 함유량(예를 들어, 약 1100 g/L의 알루미나 농도) 슬러리가 소면적 벤치 연마에 필요한 경우, 그러한 디스펜싱을 위해 피스톤 펌프가 사용될 수 있다. 다른 대부분의 일상적인 CMP 조작의 경우, 프로펠러-타입 슬러리 교반기가 구비된 슬러리 컨테이너 안에 설치되는 연동 펌프이면 충분할 것이다. 고체 알약 형태의 미리-혼합된 할라이드-알루미나-pH 조정제 혼합물과 같은 다른 특별 제제 패키지들은, 기술 분야의 숙련자에 의해 SiC CMP 용도 조건을 만족하면서 준비될 수 있다.
연마 제제에 적당한 소듐 클로라이트는 용액 형태 또는 80% 건조 고체로 있을 수 있다. 용액 형태는 대개 더 적은 소듐 클로레이트 불순물, 평균적으로 0.5% 미만을 함유하기 때문에 유리하다. 따라서, 폐수 배출 관점에서 용액 클로라이트 사용이 더 환경 친화적이다. Occidental Chemical Co, Dallas, TX로부터 공급되는 것과 같은, 고체 소듐 클로라이트거 제제 실험에서 사용되었다.
요약하면, 본 발명자는 할라이트-알루미나 혼합물로 이루어진 효과적인 SiC 연마 슬러리가 약 3에서 8까지의 pH(바람직하게 4에서 6; 및 가장 바람직하게는 4.6에서 5.6)로 조제될 수 있다는 결론을 내었다. 할라이트 염들, MXO2는 약 11g/L에서 200g/L, 더 바람직하게는 약 20g/L에서 100g/L의 농도일 수 있다. 일부 실시예들에서, MXO2의 농도는 48g/L이다. 나노-크기 알파 알루미나와 같은 고순도 연마재 입자의 수성 현탁액은 약 11g/L에서 1100g/L, 또는 바람직하게 11g/L에서 600g/L, 더욱 바람직하게는 20g/L에서 300g/L일 수 있다. 일부 실시예들에서, 고순도 연마재 입자는 86g/L이다. 상기 주요 제제 변수들을 가지면 적합하게 작업을 하지만, 다른 산화제, 분산제, 소포제, 습윤제 및 pH 버퍼와 같은 다른 비-본질적 성능-향상 성분들도 연마 성능을 더 향상시키기 위해 연마 제제 안으로 혼입될 수 있다.
실험예
후술하는 비-제한적인 실험예들은 본 발명의 성능을 입증한다. "함량(loading)"이라는 용어는 연마 제제 안의 할라이트 염, 특히 소듐 클로라이트의 존재를 의미한다. "저 함량(low loading)"은 슬러리 안의 10g/L 소듐 클로라이트를 의미하고, "중간 함량(medium loading)"은 슬러리 안의 11-30g/L 소듐 클로라이트를 의미하며, "고 함량(high loading)"은 슬러리 안의 >30g/L 소듐 클로라이트를 의미한다. 모든 연마 실험은, 실험예 17을 제외하고는, SpeedFAMTM 50SPAW (Kanagawa, Japan) 슬러리 CMP 폴리셔를 이용해 수행하였는데, 4개의 스핀들들 중 하나가 세 장의 4" 4H-N SiC (Si 면이 아래) 웨이퍼들을 홀딩하고, 슬로리 유속 60mL/min에서 60rpm으로 회전하며 하방으로 작용하는 힘은 0.445Kg/cm2이다. SUBA800XYTM (Dow Chemical, USA) 패드가 모든 실험에서 사용되었다. 연마 혼합물 안에 알루미나 입자가 가라앉는 것을 방지하기 위하여 슬러리 홀더에는 프로펠러 교반기가 구비되었다. 연마 시간은 대략 60분이었다. SiC 제거율(MRR)은 중량 손실을 측정해 시속으로 정규화하였다. 적재된 세 장의 웨이퍼 중 최고의 MRR만 보고한다. 연마 패드 과열을 제거하기 위해 칠러를 통해 시험 온도는 <32℃로 고정하였다. 실험예에서 사용된 모든 연마재들은, 실험예 18을 제외하고는, BET 표면적이 15 m2/g 이하인 고순도(99.99%), 알파 상 알루미나이고, 실험예 18에서는 10nm의 콜로이달 실리카 연마재가 사용되었다. 실험예 17에서는, 4H-N SiC 상에 2.5㎛ 에피택셜-성장 GaN 층을 가지는 세 장의 SiC 웨이퍼들이 시험 웨이퍼들로서 사용되었다.
실험예 1. 미함량 슬러리
이 실험은 슬러리가 할라이트 염을 전혀 함유하지 않으면 SiC 제거가 되지 않음을 보여준다. 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 37g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 2.7L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 3.7로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. SiC 물질 제거 측정(<20nm/hr)은 45분 연마 후에도 측정가능한 물질 제거가 없음을 보여주었다.
실험예 2. 저 함량 슬러리
이 실험은 슬러리가 소듐 클로라이트를 함유하면 SiC가 일부 제거됨을 보여준다. 소듐 클로라이트 27g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 35.5g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 2.0L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 3.81로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 2.7L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 45분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 121nm/hr(1 시간에 대해 정규화시킴)로 측정되었다.
실험예 3. 중간 함량 슬러리
이 실험은 슬러리가 더 많은 소듐 클로라이트를 함유하면 SiC를 더 많이 제거한다는 것을 보여준다. 소듐 클로라이트 51g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 73.5g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 2.2L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 3.71로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 2.7L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 45분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 348nm/hr(1 시간에 대해 정규화시킴)로 측정되었다.
실험예 4. 중간 함량 슬러리
이 실험은 슬러리가 더 많은 소듐 클로라이트와 더 많은 알루미나를 함유하면 SiC 제거가 더 많이 된다는 것을 보여준다. 소듐 클로라이트 60g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 100g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 2.2L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 3.72로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 2.7L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 45분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 769nm/hr(1 시간에 대해 정규화시킴)로 측정되었다.
실험예 5. 낮은 pH의 고 함량 슬러리
이 실험은 슬러리에 높은 농도의 알루미나 및 클로라이트를 첨가하면 SiC 제거율에 있어서 매우 작은 증가분만 있다는 것을 보여준다. 소듐 클로라이트 130g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 165g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 3.72로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 3.5L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 50분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 788nm/hr(1 시간에 대해 정규화시킴)로 측정되었다.
실험예 6. 더 높은 pH의 고 함량 슬러리
이 실험은 실험예 5에서 슬러리가 최고 제거율에 도달한 후에는 SiC 제거에 있어서 더 이상의 개선이 없다는 것을 보여준다. 소듐 클로라이트 150g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 225g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 4.62로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 3.5L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 50분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 789nm/hr(1 시간에 대해 정규화시킴)로 측정되었다.
실험예 7. 낮은 pH의 중간 함량 슬러리
이 실험은 완충된 낮은 pH 하에서, 연마 혼합물이 높은 농도의 자유 염소 디옥사이드를 함유하더라도 SiC 식각율이 제한된다는 것을 보여준다. 소듐 클로라이트 60g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 150g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산 및 소듐 구연산염 완충제(20g/L)를 가지고 슬러리의 pH를 3.10으로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 3.5L로 조정하였다. 이러한 낮은 pH에서, 등식 1에 따라 생성되는, 염소 디옥사이드의 냄새는 즉각 감지 가능하다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 50분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 295nm/hr로 측정되었다. 이 실험은 연마 슬러리의 용액 상 안의 자유 염소 디옥사이드의 높은 농도가 효과적인 연마율을 가져오지 않을 수 있다는 것을 보여준다.
실험예 8. 낮은 pH의 고 함량 슬러리
이 실험은 낮은 pH 및 슬러리 용액 안의 과도한 염소 디옥사이드 하에서 SiC 식각율이 제한된다는 것을 보여준다. 소듐 클로라이트 120g과 그레인 크기 50nm의 99.99% 알파 알루미나 100g(Taian Health Chemical, Shandong, China)을 에톡실레이트 계면활성제를 0.1% 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산 및 소듐 구연산염 완충제(20g/L)를 가지고 슬러리의 pH를 3.12로 조정하였다. 혼합물의 최종 부피는 3.6L로 조정하였다. 이러한 낮은 pH에서, 등식 1에 따라 생성되는, 염소 디옥사이드의 냄새는 즉각 감지 가능하다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 205nm/hr로 측정되었다.
실험예 9. 더 높은 pH이고 200nm 알루미나 분말을 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 다른 그레인 크기(200nm) 알루미나 분말을 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 소듐 클로라이트 163g과 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 244g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 4.64로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.8L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 608nm/hr로 측정되었다.
실험예 10. pH 4.62이고 200nm 알루미나 분말을 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 더 높은 연마재 함량을 가진 200nm 알루미나 분말을 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 304g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 163g을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 4.62로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.8L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 960nm/hr로 측정되었다.
실험예 11. pH 4.65이고 200nm 알루미나 분말을 갖는 극-고 함량 슬러리
이 실험은 pH 4.65이고 극-고 연마재 함량을 가진 200nm 알루미나를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 475g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 162.9g을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 4.65로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.78L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 980nm/hr로 측정되었다.
실험예 12. pH 4.59이고 200nm 알루미나 분말을 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 약간 낮은 pH 및 최적 연마재 함량을 가진 200nm 알루미나를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 324.7g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 180.7g을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 4.59로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.78L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 1120nm/hr로 측정되었다.
실험예 13. pH 5.6이고 200nm 알루미나 분말을 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 더 높은 pH 및 연마재 함량을 가진 200nm 알루미나를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 364g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 180g을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 5.6으로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.8L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 776nm/hr로 측정되었다.
실험예 14. pH 6.35이고 200nm 알루미나 분말을 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 더 높은 pH 및 최적 연마재 함량을 가진 200nm 알루미나를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 325g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 180.7g을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 6.35로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.78L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 490nm/hr로 측정되었다.
실험예 15. pH 4.62이고 300nm 알루미나 분말을 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 최적 pH 및 최적 연마재 함량을 가진 더 큰 300nm 알루미나를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 그레인 크기 300nm의 99.99% 알파 알루미나 328.9g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 163.2g을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 4.62로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.78L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 800nm/hr로 측정되었다.
실험예 16. 더 높은 pH이고 200nm 알루미나 및 소듐 브로마이트 에천트를 갖는 고 함량 슬러리
이 실험은 200nm 알루미나 및 에천트로서 다른 할라이트, 소듐 브로마이트 (Shandong Tianxin Chemical Co., Shandong, China)를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 60% NaBrO2 용액 327g 및 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 306g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)을 폴리에틸렌 글리콜 계면활성제를 2ppm 함유하는 탈이온수 3.5L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 염산을 가지고 슬러리의 pH를 5.13으로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 4.0L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 868nm/hr로 측정되었다. 동일한 조성을 가진 슬러리의 pH를 더 낮추려는 시도는 성공적이지 않았는데, 과도한 산성화로 인해 발생된 브롬이 위험한 수준으로 존재하기 때문이다.
실험예 17. SiC 상의 갈륨 나이트라이드와의 슬러리 호환성 입증.
이 실험은 SiC 기판 회복이 SiC 상의 GaN 필름과 호환될 수 있다는 것을 보여준다. 4H-N SiC 상에 2.5㎛ 에피택셜-성장 GaN 층을 가지는 SiC 웨이퍼를 시험 웨이퍼로 사용하였다. 연마가 시험 웨이퍼의 GaN 면 상에서 시험되었다는 것을 제외하고는, 모든 CMP 변수들은 위에 언급한 실험예들과 동일하였다.
사용된 슬러리는 pH 4.85 및 최적 연마재 함량을 가진 200nm 알루미나를 포함한다. 그레인 크기 200nm의 99.99% 알파 알루미나 325g(Song Shan Specialty Materials, Henan, China)과 소듐 클로라이트 180.7g을 탈이온수 3L 안으로 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 고속 블렌더를 가지고 균질화시켰고 황산을 가지고 pH를 4.85로 조정하였으며, 혼합물의 최종 부피는 3.78L로 조정하였다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 GaN 물질 제거율은 1578nm/hr로 측정되었다. 동일 기판에 대한 지속적인 연마는 결국 GaN-SiC 계면을 노출시켰는데, 이것은 뉴턴 링의 존재로 광학적 감지될 수 있다. 더 연마함으로써 GaN은 완전히 제거되어 SiC 표면만 남겨지게 되었다.
실험예 18. pH 4.59 및 10nm 콜로이달 실리카를 가진 고 함량 슬러리
이 실험은 최적 pH 및 과도하게 높은 연마재 함량을 가진 10nm 크기의 콜로이달 실리카를 사용해 SiC 제거율을 시험한다. 10nm 그레인 크기를 가지고 고체 함유량 800g/gallon인 콜로이달 실리카 현탁액 3.57L을 소듐 클로라이트 181g에 첨가하였다. 그런 다음, 혼합물은 15% 황산을 가지고 pH 4.59로 pH 조정되었고 최종 부피 3.78L로 조정되었다. 그런 다음, 슬러리를 CMP 도구 상으로 디스펜스하였다. 60분 연마 후에 SiC 물질 제거율은 160nm/hr로 측정되었다.
다음의 표는 위 실험예의 결과들을 요약한다.
이제까지, 세 가지 다른 크기(50nm, 200nm 및 300nm)의 고순도 알파 알루미나와 다양한 농도의 소듐 클로라이트 또는 소듐 브로마이트를 가진 수성 슬러리 형태의 혼합물이, 적정 연마 변수를 가지고 있는 상업적 CMP 도구를 이용해, 적정 pH 하에서 실리콘 카바이드 기판의 Si 면을 효과적으로 제거할 수 있음을 입증하였다. 특히, 위 표의 실험예 12는 연마재에 대한 할라이트 혼합비 1에서 1.797이고 pH 4.59, 소듐 클로라이트 및 나노-크기 알파 알루미나 농도가 각각 47.8g/L 및 85.9g/L인 때에, 1120 nm/hr의 SiC MRR을 달성하였다. 이와 같은 비제한적인 실험예들은 필요하다면, 화학적-기계적 연마 조작 동안에, SiC를 포함하는, 비-산화물 반도체 표면의 효과적인 제거를 위한 에천트로서, 연마재 슬러리 안에 할라이트 염을 사용하는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 다른 성능 향상 시약의 추가에 의해 수정되거나 변경될 수 있다. SiC를 위한 것과 동일한 연마 조건 하에서 SiC 적층 위의 GaN을 효과적으로 제거하는 것을 입증한 것은 이러한 알루미나-할라이트 연마 조성이 다른 대부분의 비-산화물 웨이퍼 연마 용도를 위한 포괄적인 CMP 용액이 될 수 있다는 점도 제시한다.
Claims (19)
- 적어도 MXO2 에천트(여기서 M은 금속 또는 암모늄, X는 할로겐, O는 산소), 및 적어도 7의 모스 경도를 가지는 고순도 연마재 입자의 분산이, 수성 제제 안에, 적정 pH, 연마재에 대한 에천트의 적정 혼합비, 및 에천트 및 연마재의 적정 농도로 포함되어 있는 혼합물을 포함하는, 비-산화물 웨이퍼 연마에 유용한 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 MXO2 에천트는 금속 클로라이트(MClO2)이고, 여기서 M은 알칼리 금속 또는 암모늄(NH4)이며, X는 염소인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 MXO2 에천트는 금속 브로마이트(MBrO2)이고, 여기서 M은 알칼리 금속 또는 암모늄(NH4)이며, X는 브롬인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 MXO2 에천트는 소듐 클로라이트(NaClO2), 포타슘 클로라이트(KClO2), 소듐 브로마이트(NaBrO2), 포타슘 브로마이트(KBrO2), 또는 그 조합을 포함하는 혼합물인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물 안에서 상기 고순도 연마재 입자에 대한 상기 MXO2 에천트의 비는 중량 기준으로 1:1 및 1:10 사이인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물 안에서 상기 고순도 연마재 입자에 대한 상기 MXO2 에천트의 비는 중량 기준으로 1:1 및 1:3 사이인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 MXO2의 농도는 11g에서 200g/L 사이이고, 상기 고순도 연마재 입자는 11g 및 600g/L 사이인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 MXO2의 농도는 20에서 100g/L 사이이고, 상기 고순도 연마재 입자는 20 및 300g/L 사이인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 MXO2의 농도는 48g/L이고, 상기 고순도 연마재 입자는 86g/L인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물의 산도(pH)는 pH 3 및 pH 8 사이인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물의 산도(pH)는 pH 4 및 pH 6 사이인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 고순도 연마재 입자는 모스 경도 8을 가진 알파 알루미나인 연마 제제.
- 제1항에 있어서, 상기 고순도 연마재 입자는 모스 경도 7을 가진 실리카인 연마 제제.
- 제12항에 있어서, 상기 고순도 연마재 입자는 순도가 99% 이상인 알파 알루미나인 연마 제제.
- 제12항에 있어서, 상기 고순도 알파 알루미나는 10에서 1000nm 사이의 그레인 크기를 가진 연마 제제.
- 제15항에 있어서, 상기 고순도 알파 알루미나는 200nm의 그레인 크기 및 6 m2/g의 비표면적을 가진 연마 제제.
- 제15항에 있어서, 상기 고순도 알파 알루미나는 50nm의 그레인 크기 및 15 m2/g의 비표면적을 가진 연마 제제.
- 제13항에 있어서, 상기 고순도 연마재 입자는 콜로이달 실리카인 연마 제제.
- 제15항에 있어서, 상기 고순도 알파 알루미나는 300nm의 그레인 크기 및 5.5 m2/g의 비표면적을 가진 연마 제제.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562386492P | 2015-12-03 | 2015-12-03 | |
| US62/386,492 | 2015-12-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170065437A true KR20170065437A (ko) | 2017-06-13 |
| KR101913003B1 KR101913003B1 (ko) | 2018-10-29 |
Family
ID=58722891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160154015A KR101913003B1 (ko) | 2015-12-03 | 2016-11-18 | SiC 웨이퍼용 CMP 물질 제거율을 향상시키기 위한 실리콘 카바이드 에천트로서의 할라이트 염 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9944829B2 (ko) |
| JP (1) | JP6509184B2 (ko) |
| KR (1) | KR101913003B1 (ko) |
| CN (1) | CN106967385B (ko) |
| DE (1) | DE102016122199A1 (ko) |
| TW (1) | TWI609075B (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7106209B2 (ja) * | 2018-04-05 | 2022-07-26 | 株式会社ディスコ | ＳｉＣ基板の研磨方法 |
| EP3894497A4 (en) * | 2018-12-10 | 2022-09-14 | CMC Materials, Inc. | OXIDIZER-FREE SPURRY FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING OF RUTHENIUM |
| TWI686461B (zh) * | 2019-02-01 | 2020-03-01 | 才將科技股份有限公司 | 一種具有高矽／二氧化矽蝕刻的選擇比的矽蝕刻劑及其應用 |
| JP2021077757A (ja) * | 2019-11-08 | 2021-05-20 | 株式会社ディスコ | ＳｉＣ基板の再生方法 |
| CN115418170A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-02 | 德阳展源新材料科技有限公司 | 一种sic晶圆cmp抛光用氧化铝抛光液及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01180708A (ja) * | 1987-09-16 | 1989-07-18 | Hitachi Ltd | 多段圧延機 |
| JPH1180708A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-26 | Fujimi Inkooporeetetsudo:Kk | 研磨用組成物 |
| JP2001523395A (ja) * | 1997-04-30 | 2001-11-20 | ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー | 半導体ウェーハの上面を平坦化する方法 |
| KR100362141B1 (ko) * | 1994-10-06 | 2003-02-11 | 캐보트 마이크로일렉트러닉스 코포레이션 | 화학기계적금속층연마방법및연마슬러리 |
| KR20070018173A (ko) * | 2005-08-09 | 2007-02-14 | 삼성코닝 주식회사 | 금속 배선용 화학기계적 연마 조성물 |
| KR20100065328A (ko) * | 2007-08-15 | 2010-06-16 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 반도체 제작에 적합한 표면 개질용 조성물 및 방법 |
Family Cites Families (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3466208A (en) | 1967-12-18 | 1969-09-09 | Macdermid Inc | Solution and method for dissolving copper |
| US5302368A (en) * | 1987-01-29 | 1994-04-12 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process for preparation of alumina |
| JPH01187930A (ja) | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 研磨剤及び研磨方法 |
| FR2747401B1 (fr) | 1996-04-10 | 1998-05-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif et procede pour la formation de carbure de silicium (sic) monocristallin sur un germe |
| JP2002528903A (ja) | 1998-10-23 | 2002-09-03 | アーチ・スペシャルティ・ケミカルズ・インコーポレイテッド | 活性剤溶液を含有し、化学機械的に磨くためのスラリーシステム |
| US20020039839A1 (en) * | 1999-12-14 | 2002-04-04 | Thomas Terence M. | Polishing compositions for noble metals |
| JP2001187877A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-10 | Nec Corp | 化学的機械的研磨用スラリー |
| JP4435391B2 (ja) | 2000-08-04 | 2010-03-17 | 扶桑化学工業株式会社 | コロイド状シリカスラリー |
| US7029507B2 (en) * | 2001-11-29 | 2006-04-18 | Nanoproducts Corporation | Polishing using multi-metal oxide nanopowders |
| US7314578B2 (en) * | 2003-12-12 | 2008-01-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Slurry compositions and CMP methods using the same |
| KR100640600B1 (ko) * | 2003-12-12 | 2006-11-01 | 삼성전자주식회사 | 슬러리 조성물 및 이를 이용한 화학기계적연마공정를포함하는 반도체 소자의 제조방법 |
| US20060108325A1 (en) | 2004-11-19 | 2006-05-25 | Everson William J | Polishing process for producing damage free surfaces on semi-insulating silicon carbide wafers |
| KR20070012209A (ko) | 2005-07-21 | 2007-01-25 | 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 | 연마용 조성물 및 연마 방법 |
| US7435162B2 (en) * | 2005-10-24 | 2008-10-14 | 3M Innovative Properties Company | Polishing fluids and methods for CMP |
| US8673297B2 (en) | 2006-02-28 | 2014-03-18 | Basf Corporation | Chlorine dioxide based cleaner/sanitizer |
| US7678700B2 (en) | 2006-09-05 | 2010-03-16 | Cabot Microelectronics Corporation | Silicon carbide polishing method utilizing water-soluble oxidizers |
| US7998866B2 (en) | 2006-09-05 | 2011-08-16 | Cabot Microelectronics Corporation | Silicon carbide polishing method utilizing water-soluble oxidizers |
| US9548211B2 (en) * | 2008-12-04 | 2017-01-17 | Cabot Microelectronics Corporation | Method to selectively polish silicon carbide films |
| WO2010105240A2 (en) | 2009-03-13 | 2010-09-16 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Chemical mechanical planarization using nanodiamond |
| US9368367B2 (en) | 2009-04-13 | 2016-06-14 | Sinmat, Inc. | Chemical mechanical polishing of silicon carbide comprising surfaces |
| US8247328B2 (en) * | 2009-05-04 | 2012-08-21 | Cabot Microelectronics Corporation | Polishing silicon carbide |
| CN102403212B (zh) * | 2010-09-17 | 2014-12-10 | 长兴开发科技股份有限公司 | 硅通孔晶片的抛光方法和用于该方法的抛光组合物 |
| TWI605112B (zh) * | 2011-02-21 | 2017-11-11 | Fujimi Inc | 研磨用組成物 |
| WO2012165376A1 (ja) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | 旭硝子株式会社 | 研磨剤および研磨方法 |
| TW201319299A (zh) | 2011-09-13 | 2013-05-16 | Applied Materials Inc | 用於低溫電漿輔助沉積的活化矽前驅物 |
-
2016
- 2016-10-24 US US15/332,966 patent/US9944829B2/en active Active
- 2016-10-26 TW TW105134537A patent/TWI609075B/zh active
- 2016-11-11 CN CN201610997442.7A patent/CN106967385B/zh active Active
- 2016-11-18 DE DE102016122199.6A patent/DE102016122199A1/de active Pending
- 2016-11-18 JP JP2016224689A patent/JP6509184B2/ja active Active
- 2016-11-18 KR KR1020160154015A patent/KR101913003B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01180708A (ja) * | 1987-09-16 | 1989-07-18 | Hitachi Ltd | 多段圧延機 |
| KR100362141B1 (ko) * | 1994-10-06 | 2003-02-11 | 캐보트 마이크로일렉트러닉스 코포레이션 | 화학기계적금속층연마방법및연마슬러리 |
| JP2001523395A (ja) * | 1997-04-30 | 2001-11-20 | ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング・カンパニー | 半導体ウェーハの上面を平坦化する方法 |
| JPH1180708A (ja) * | 1997-09-09 | 1999-03-26 | Fujimi Inkooporeetetsudo:Kk | 研磨用組成物 |
| KR20070018173A (ko) * | 2005-08-09 | 2007-02-14 | 삼성코닝 주식회사 | 금속 배선용 화학기계적 연마 조성물 |
| KR20100065328A (ko) * | 2007-08-15 | 2010-06-16 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 반도체 제작에 적합한 표면 개질용 조성물 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017108118A (ja) | 2017-06-15 |
| US20170158911A1 (en) | 2017-06-08 |
| US9944829B2 (en) | 2018-04-17 |
| JP6509184B2 (ja) | 2019-05-08 |
| DE102016122199A1 (de) | 2017-06-08 |
| CN106967385B (zh) | 2018-10-26 |
| KR101913003B1 (ko) | 2018-10-29 |
| TW201720903A (zh) | 2017-06-16 |
| TWI609075B (zh) | 2017-12-21 |
| CN106967385A (zh) | 2017-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101913003B1 (ko) | SiC 웨이퍼용 CMP 물질 제거율을 향상시키기 위한 실리콘 카바이드 에천트로서의 할라이트 염 | |
| TWI287484B (en) | Composition and method for polishing a sapphire surface | |
| KR102136432B1 (ko) | 몰리브덴을 연마하기 위한 조성물 및 방법 | |
| EP2297263B1 (en) | Stable, high rate silicon slurry | |
| JP2017108118A5 (ja) | ＳｉＣウェハのＣＭＰ材料除去レートを向上させるためのシリコンカーバイドエッチング剤としての岩塩型塩 | |
| KR20170074869A (ko) | 연마용 조성물 | |
| TWI433903B (zh) | 用於鎳－磷記憶碟之拋光組合物 | |
| JP2011508423A (ja) | 金属除去速度を制御するためのハロゲン化物アニオン | |
| JP2019510364A (ja) | カチオン重合体助剤を含む研磨組成物 | |
| JP2007021703A (ja) | 研磨用組成物 | |
| TWI611010B (zh) | 拋光藍寶石表面之組合物及方法 | |
| KR20230141821A (ko) | 연마용 조성물 | |
| JP2024505893A (ja) | ホウ素ドープポリシリコンを研磨するための組成物及び方法 | |
| WO2022168859A1 (ja) | 研磨方法および研磨用組成物 | |
| JP2022546584A (ja) | ポリシリコンｃｍｐ用組成物および方法 | |
| JP2007013070A (ja) | デバイスウエハエッジ研磨用研磨組成物、その製造方法、及び研磨加工方法 | |
| JP2004335664A (ja) | 研磨用組成物、その調製方法及びそれを用いたウェーハの研磨方法 | |
| JP2006344786A (ja) | ポリシリコン用研磨材およびその研磨方法 | |
| TW202328393A (zh) | 研磨用組成物 | |
| JP2001068438A (ja) | 化合物半導体ウェーハ研磨用組成物およびそれによる化合物半導体研磨方法 | |
| TW202330822A (zh) | 研磨用組合物 | |
| JP2001044148A (ja) | 化合物半導体ウェーハエッジ加工方法 | |
| JP2021090027A (ja) | 研磨用組成物 | |
| CN117916858A (zh) | 研磨用组合物 | |
| FR3067034A1 (fr) | Sels halites servant d'agents de gravure du carbure de silicium pour augmenter la vitesse d'elimination de materiau par cmp pour une tranche de sic |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |