KR20180021387A - 유전체 기판을 가공하기 위한 방법 및 조성물 - Google Patents

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KR20180021387A
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Abstract

연마 조성물 (일명 "슬러리") 및 연마 패드를 사용하여 패턴 유전체 물질을 함유하는 기판을 가공 (연마 또는 평탄화)하기 위한, 예를 들어 CMP 가공을 위한 물질 및 방법이 기재되어 있다.

Description

유전체 기판을 가공하기 위한 방법 및 조성물
본 발명은 연마 조성물 (일명 "슬러리") 및 연마 패드를 사용하여 패턴 유전체 물질을 함유하는 기판을 가공 (연마 또는 평탄화)하기 위한, 예를 들어 CMP 가공을 위한 물질 및 방법에 관한 것이다.
마이크로전자 장치를 제작하는 공정에서, 전도성, 반전도성 및 유전체 물질의 다중 층은 단계적 방식으로 기판의 표면 상에 침착된다. 층의 일부가 제거된 다음, 선택적으로 물질을 첨가 및 제거함으로써 추가의 가공이 이어질 수 있으며, 이들은 모두 큰 정밀도를 갖는다. 층이 기판 상에 침착된 다음, 그로부터 제거됨에 따라, 기판의 최상위 표면은 비-평탄이 될 수 있다. 물질을 더 첨가하기 전에, 비-평탄 표면은 때때로 "평탄화"에 의해 가공되어 후속 층 및 가공을 위한 평활 표면을 생성한다.
비-평탄 표면의 평탄화 또는 연마는 비-평탄 표면의 물질이 제거되어 고도로 평탄한 표면을 남기는 공정이다. 평탄화는 바람직하지 않은 표면 토포그래피 예컨대 조면 (고르지 않은) 표면, 또는 결함 예컨대 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치, 또는 오염된 층 또는 물질을 제거하는데 유용하다. 하나의 특정한 용도에서, 평탄화는 피쳐 예컨대 보다 아래 층 또는 층들의 채널 또는 구멍, 또는 침착된 층이 고르지 않은 표면을 나타내는 경우에 구멍을 채우기 위해 기판 표면 위에 침착된 과량의 물질을 제거한다.
화학-기계적 평탄화 또는 화학-기계적 연마 (CMP)는 마이크로장치 제작에서 기판을 평탄화하기 위해 확립된 상업적 기술이다. CMP는 CMP 조성물, 대안적으로 연마 조성물, 연마 슬러리 또는 단지 슬러리로서 공지된 액체 화학적 조성물을 CMP 패드와 함께 사용하여, 비-평탄 기판 표면으로부터 물질을 기계적 및 화학적으로 제거한다. 슬러리는 전형적으로 기판의 표면을 슬러리가 적용된 CMP 연마 패드와 접촉시킴으로써 기판에 적용될 수 있다. 물질은 전형적으로 슬러리에 함유된 연마제 물질의 기계적 작용, 및 슬러리의 화학적 물질의 화학적 작용의 조합에 의해 기판 표면으로부터 제거된다.
마이크로전자 장치의 크기를 감소시키고자 하는 영속적인 목적을 진보시키기 위해, 장치를 구성하는 구성요소는 작아져야 하며, 함께 훨씬 더 가까이 위치되어야 한다. 회로 사이의 전기 단리는 최적의 반도체 성능을 보장하기 위해 중요하지만, 장치가 작아질수록 점점 더 어려워진다. 이를 위해, 다양한 제작 방법은 얕은 트렌치를 반도체 기판 내로 에칭한 다음, 트렌치를 절연 물질로 채우고, 이에 의해 집적 회로의 가까이에 있는 활성 영역을 격리하는 것을 수반한다. 이러한 공정의 한 예는 얕은 트렌치 격리 (STI)라 지칭된다. 이는 반도체 층을 기판 상에 형성하고, 얕은 트렌치를 에칭 또는 포토리소그래피를 통해 반도체 층에 형성하고, 유전체 물질을 에칭된 표면 위에 침착시켜 트렌치를 채우는 공정이다.
트렌치가 완전히 채워지도록 보장하기 위해, 초과량의 유전체 물질이 에칭된 표면 위에 침착된다. 침착된 유전체 물질 (예를 들어, 산화규소)은 트렌치를 포함한, 아래에 있는 반도체 기판의 토포그래피에 합치된다. 따라서, 유전체 물질이 배치된 후, 침착된 유전체 물질의 표면은 유전체 물질의 트렌치에 의해 분리된 유전체 물질의 융기 영역의 고르지 않은 조합으로, 유전체 물질의 융기 영역 및 트렌치가 아래에 있는 표면의 상응하는 융기 영역 및 트렌치를 따라 정렬되는 것을 특징으로 한다. 융기된 유전체 물질 및 트렌치를 포함하는 기판 표면의 영역은 기판의 패턴 필드, 예를 들어 "패턴 물질", "패턴 산화물", "패턴 유전체" 등으로서 지칭된다. 이러한 영역은 트렌치 높이에 대한 유전체 물질의 융기 영역의 높이에서의 차이인 "단차"를 특징으로 한다.
융기 영역을 구성하는 과량의 유전체 물질은 CMP 공정에 의해 제거되어 평탄한 표면을 생성한다. 융기 영역 물질의 제거 동안에, 트렌치 물질의 일정량이 또한 제거될 것이다. 트렌치로부터의 물질의 이러한 제거는 "트렌치 손실"이라 지칭된다. 유용한 공정에서 트렌치로부터의 물질의 제거 속도는 융기 영역으로부터의 제거 속도보다 훨씬 느리다. 따라서, 융기 영역의 물질이 제거됨에 따라 (트렌치로부터 물질이 제거되는 것과 비교하여 더 빠른 속도로), 패턴 유전체는 가공된 기판 표면의 "블랭킷" 영역, 예를 들어 "블랭킷 유전체" 또는 "블랭킷 산화물"이라 지칭될 수 있는 고도로 평탄화된 표면이 된다.
패턴 유전체 물질을 제거하기 위한 화학 기계적 연마 공정은 하기를 포함하는 성능 파라미터에 의해 특징화될 수 있다: 다양한 연마 속도 (즉, 제거 속도), 트렌치 손실, 평탄화 효율 및 "자가-정지" 거동의 매우 바람직한 특성.
트렌치 손실은 초기 단차를 제거함으로써 패턴 물질의 평탄화를 달성할 때 트렌치로부터 제거되는 물질의 양 (예를 들어, 옹스트롬 (Å) 단위의 두께)이다. 트렌치 손실은 초기 트렌치 두께에서 최종 트렌치 두께를 뺀 것으로 계산된다.
제거 속도는 기판 표면으로부터의 물질의 제거 속도를 지칭하며, 통상적으로 시간 단위당 길이 (두께) 단위 (예를 들어, 분당 옹스트롬 (Å))로 환산하여 표현된다. 기판의 상이한 영역, 또는 연마 단계의 상이한 단계와 관련하여 상이한 제거 속도가 공정 성능을 평가하는데 있어서 중요할 수 있다. "패턴 제거 속도"는 기판이 실질적인 단차를 나타내는 동안의 공정 단계에서 패턴 유전체의 융기 영역으로부터의 유전체 물질의 제거 속도이다. "블랭킷 제거 속도"는 단차가 상당히 (예를 들어, 본질적으로 완전히) 감소되었을 때인, 연마 단계의 종료 시 평탄화된 (즉, "블랭킷") 유전체 물질로부터의 유전체 물질의 제거 속도를 지칭한다.
평탄화 효율은 평탄한 표면을 달성하는데 있어서 단차 감소당 발생하는 트렌치 손실, 즉 단차 감소를 트렌치 손실로 나눈 것에 대한 것이다.
다양한 유전체 연마 단계에서 (예를 들어, STI 공정의), 패턴 유전체의 제거 속도는 전형적으로 전체 공정의 속도-제한 인자이다. 따라서, 처리량을 증가시키기 위해서는 패턴 유전체의 빠른 제거 속도 ("패턴 제거 속도")가 바람직하다. 상대적으로 낮은 트렌치 손실 형태로의 우수한 효율 또한 매우 중요하다. 추가로, 평탄화를 달성한 후의 유전체 제거 속도 (즉, "블랭킷 제거 속도")가 빠르게 유지된다면, 과다연마가 발생하여, 가중된 트렌치 손실을 유발한다.
특정의 특히 고유하고 유리한 공정에서, 과다연마 및 연관된 트렌치 손실은 블랭킷 제거 속도가 특별히 느리다면 피할 수 있다. 관련된 매우 바람직한 성능 특성은 "자가-정지" 거동이라 지칭된다. 자가-정지 거동은 특히 빠른 패턴 제거 속도를 또한 포함하는 공정에서, 매우 드문 공정 특색이다. 자가-정지 공정에서, 큰 백분율의 토포그래피 두께 (예를 들어, 융기 부분)가 제거되었을 때, 제거 속도는 현저히 감소한다. 자가-정지 거동으로, 제거 속도는 상당한 단차가 기판 표면에 존재하는 동안에는 효과적으로 빠르지만, 이어서 표면이 효과적으로 평탄해지면 극도로 느려질 것이다.
자가-정지 슬러리의 이점은 넓은 종점 범위를 생성하는, 감소된 블랭킷 제거 속도로부터 유발된다. 하나의 실용적 효과로서, 자가-정지 거동은 감소된 유전체 필름 두께를 갖는 기판의 가공을 가능하게 하여, 감소된 양의 물질이 구조화된 보다 아래 층 위에 침착되도록 할 수 있다. 또한, 종점 검출의 필요성이 제거될 수 있고, 평탄화는 보다 효율적일 수 있다. 기판은 평탄화 후의 과다연마 또는 유전체의 불필요한 제거를 피함으로써 보다 낮은 트렌치 손실로 연마될 수 있다.
패턴 유전체 물질 (예를 들어, 산화규소)을 함유하는 기판을 가공하기 위한 것을 포함한, CMP 조성물 및 화학-기계적 평탄화 및 연마 공정에서의 지속적인 개선 필요성이 존재한다. 목적하는 조성물 및 방법은 또한 트렌치 손실의 감소된 또는 낮은 수준에 의해 개선된 평탄화 효율을 제공함과 동시에, 유용한 또는 유리하게 빠른 패턴 제거 속도로 성능을 수행하여야 한다. 매우 바람직한 실시양태에서, 슬러리 및 공정은 자가-정지 거동을 나타낼 수 있다.
패턴 유전체 물질의 영역을 포함하는 기판, 즉 융기 영역 및 트렌치를 갖는 그의 표면의 적어도 일부를 갖는 기판의 표면을 가공 (예를 들어, 평탄화, 연마)하기 위한 CMP 연마 조성물 (일명 "슬러리") 및 연마 조성물을 사용하는 방법이 본원에 기재되어 있다. 기판은 패턴 유전체의 영역을 포함하는 임의의 기판일 수 있으며, 그 예로는 특히 평판 디스플레이, 집적 회로, 메모리 또는 하드 디스크, 층간 유전체 (ILD) 장치, 마이크로전기기계 시스템 (MEMS), 3D NAND 장치로의 제작을 겪는 기판을 포함한다.
하나의 예시적인 방법에서, 연마 조성물 및 방법은 특히 유전체 물질 예컨대 산화규소의 연속 층이 반도체 물질 예컨대 규소의 구조화된 보다 아래 층 위에 코팅되는, 얕은 트렌치 격리 (STI) 또는 유사한 공정을 겪은 기판을 평탄화 또는 연마하는데 매우 적합하다.
본 기재내용의 슬러리 및 공정이 특히 유용한 또 다른 유형의 기판은 3D NAND 플래쉬 메모리 장치 기판이다. 3D NAND 플래쉬 메모리 장치의 가공은 메모리 구성요소를 3차원으로 구축하는 것을 수반하고, 반면에 이전 플래쉬 메모리 구성요소는 단지 2차원으로 구축된 바 있다. 많은 다른 마이크로전자 장치를 제조하는 공정과 마찬가지로, 3D NAND 장치를 제작하는 단계는 유전체 물질을 구조화된 기판 위에 코팅한 다음, 생성된 패턴 유전체의 일정량을 제거하여 유전체 물질을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. 공정은 패턴 유전체를 포함하는 초기 유형의 장치를 위한 공정에 익숙한 단차 감소, 트렌치 손실 및 평탄화 효율의 인자를 포함한다. 그러나, 3D NAND 장치를 제조하는 공정에 신규하게, 기판은 초기 기판의 패턴 유전체 물질에는 일반적으로 존재하지 않았던 증가된 단차를 나타낸다.
3D NAND 장치 기판의 패턴 유전체 영역에 존재하는 단차는 이전 패턴 유전체 물질의 단차보다 훨씬 더 큰, 1 또는 2 마이크로미터 (즉, 10,000 또는 20,000 옹스트롬)를 초과할 수 있다. 단차가 클수록 평탄화된 표면을 생성하기 위해서는 반드시 상당히 더 많은 양의 유전체 물질이 패턴 유전체로부터 제거되어야 하도록 요구된다. 과거에 패턴 유전체를 제거하는 단계는 5 옹스트롬 정도의 소량에서부터 약 7,000 옹스트롬 정도의 다량에 이르는 양의 유전체 물질의 제거를 수반한 바 있다. 3D NAND 장치의 경우에, 유전체 제거 (평탄화 또는 연마) 단계는 융기 영역으로부터 적어도 10,000 옹스트롬의, 예를 들어 최대 20,000, 30,000 또는 40,000 옹스트롬 또는 이들을 초과하여 유전체 물질을 제거하도록 요구될 수 있다. 3D NAND 및 다른 유형의 장치 및 이들의 제작 공정이 계속해서 진보 및 개선됨에 따라, 제거되는 물질의 이러한 양은 훨씬 더 높은 수준으로, 예를 들어 50,000 옹스트롬, 70,000 옹스트롬 또는 그 초과까지 증가할 수 있다.
상업적 제작 공정의 효율 및 처리량을 위해, 이러한 증가된 양의 유전체 물질을 제거하는데 요구되는 시간은 연장될 수 없다. 상업적 공정에서 이러한 유전체 물질을 제거하는데 요구되는 단계는 3분 이하로 걸려야 하며, 예를 들어 2분 미만 또는 가장 바람직하게는 1분 미만으로 걸려야 한다. 또한, 유전체 물질을 제거하는 단계는 비실용적인 양의 트렌치 손실을 수반하지 않으면서, 우수한 평탄화 효율을 달성하여야 한다.
기판은 표면에 패턴 유전체 영역을 포함할 수 있으며, 임의로 패턴 유전체가 아닌 다른 영역 또는 필드를 함유할 수 있다. 바람직한 방법에서, 표면은 금속 (예를 들어, 텅스텐, 알루미늄, 은, 구리)을 함유하지 않거나, 또는 많아야 미량의 금속, 예를 들어 전체 표면적을 기준으로 하여 50 퍼센트 미만의 금속, 바람직하게는 전체 표면적을 기준으로 하여 30, 20, 10, 5 또는 1 퍼센트 미만의 금속을 함유한다.
연마 조성물은 액체 담체, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산, 액체 담체 중에 분산된 연마제 입자를 포함하며, 임의로 또한 다른 화학적 물질, 첨가제 또는 부차 성분 예컨대 특히 계면활성제, 촉매, 산화제, 억제제, pH-조정제를 포함할 수 있다. 슬러리는 약 7 미만의 pH를 갖는다.
히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산은 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00001
여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "알킬"은 분지형 또는 직쇄형 비치환 탄화수소 기를 지칭하며, 일반적으로는 포화 기를 지칭하지만, 약간의 불포화를 허용한다 (예를 들어, 단일 탄소-탄소 이중 결합 또는 2개의 탄소-탄소 이중 결합). "치환된" 기는 탄소-결합 수소가 비-수소 원자 예컨대 할라이드, 또는 관능기 예컨대 아민, 히드록시드 등에 의해 대체된 기를 지칭한다.
바람직한 연마 조성물은 패턴 유전체의 영역을 함유하는 CMP 기판을 가공하는데 사용될 수 있다. 바람직한 슬러리 및 공정은 패턴 유전체 물질의 빠른 제거 속도, 낮은 트렌치 손실 및 높은 평탄화 효율을 유발할 수 있다. 일부 특히 바람직한 슬러리 및 공정은 또한 자가-정지 거동을 나타낸다.
한 측면에서, 본 발명은 기판의 유전체-함유 표면을 연마하는 방법에 관한 것이다. 방법은 유전체 물질의 융기 영역 및 유전체 물질의 트렌치 영역을 가지며, 융기 영역의 높이와 트렌치 영역의 높이 사이의 차이가 단차를 나타내는 것인 패턴 유전체 물질을 포함하는 표면을 갖는 기판을 제공하고; 연마 패드를 제공하고; 수성 매질, 수성 매질 중에 분산된 연마제 입자, 및 하기 화학식의 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하는 것을 포함한다:
Figure pct00002
여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있다. 슬러리는 약 7 미만의 pH를 갖는다. 방법은 기판을 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키고; 기판 표면 상의 산화규소 층의 적어도 일부를 마모시키도록 기판에 대해 상대적으로 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물을 이동시켜 기판을 연마하는 것을 추가로 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 유전체-함유 기판을 연마하는데 유용한 화학-기계적 연마 조성물에 관한 것이다. 조성물은 수성 매질, 수성 매질 중에 분산된 연마제 입자, 및 하기 화학식의 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산을 포함한다:
Figure pct00003
여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있다. 슬러리는 약 7 미만의 pH를 갖는다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 유전체-함유 기판을 연마하는데 유용한 화학-기계적 연마 조성물이며, 수성 매질, 수성 매질 중에 분산된 세리아 또는 세리아-함유 입자, 및 하기 화학식의 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물에 관한 것이다:
Figure pct00004
여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있다. 슬러리는 약 7 미만의 pH를 갖는다.
도 1 (일정 비율이 아님)은 본 기재내용에 따라 유용한 예시 기판의 단면도를 예시한다.
도 2, 3 및 4는 본 발명의 슬러리 및 비교 (그러나 반드시 선행 기술의 것은 아님) 슬러리의 성능 특색을 제시한다.
기판의 유전체-함유 표면으로부터 유전체 물질을 제거하는데 유용한 CMP 연마 조성물, 일명 "연마 슬러리", "연마 조성물", "슬러리" 등이 하기와 같이 기재된다. 슬러리는 패턴 유전체 물질의 영역을 함유하는 기판의 표면을 연마 또는 평탄화하는데 유용하다. 바람직한 슬러리는 또한 패턴 유전체 물질의 빠른 제거 속도로 수행되며, 낮은 트렌치 손실 및 높은 연마 효율을 제공하는 공정을 사용하여 패턴 유전체 물질을 연마 또는 평탄화하는데 유용할 수 있다. 특히 바람직하고 유리한 슬러리는 추가적으로 자가-정지 거동을 나타내는 공정에 사용될 수 있다.
기재된 바와 같은 슬러리는 액체 담체, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산, 및 액체 담체 중에 분산된 연마제 입자를 포함한다. 슬러리는 임의로 다른 화학적 물질, 첨가제 또는 부차 성분 예컨대 특히 계면활성제, 촉매, 산화제, 억제제, pH-조정제를 포함할 수 있다.
히드록삼산 및 치환된 히드록삼산은 하기 화학식에 의해 기재된다:
Figure pct00005
여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클릭 알킬, 아릴 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "알킬"은 분지쇄 및 직쇄 기를 허용하며, 일반적으로는 포화 기 (예를 들어, -CnH2n+1)를 지칭하지만, 약간의 불포화, 예를 들어 1개의 탄소-탄소 이중 결합 또는 2개의 탄소-탄소 이중 결합을 허용한다. "치환된" 기는 탄소-결합 수소가 비-수소 원자 예컨대 할라이드, 또는 관능기 예컨대 아민, 히드록시드 등에 의해 대체된 기를 지칭한다. 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산은 임의의 화학적 형태, 예컨대 유리 산 형태로 또는 염으로서 연마 조성물에 포함될 수 있다.
특정 실시양태에서, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산은 R이 2-히드록시페닐, C1 내지 C5 분지쇄 또는 직쇄 알킬-치환된 페닐, 또는 C1 내지 C5 분지쇄 또는 직쇄 알킬 (예를 들어, 포화) 기인 치환된 히드록삼산이다. 하나의 바람직한 치환된 히드록삼산은 살리실히드록삼산이다:
Figure pct00006
히드록삼산, 다양한 치환된 히드록삼산, 및 살리실히드록삼산은 CMP 슬러리 및 CMP 가공에 유용한 형태 (예를 들어, 염 또는 산) 및 순도로 상업적으로 입수가능하다. 살리실히드록삼산 (SHA) (일명 SHAM, 2-히드록시벤젠카르보히드록삼산, 2-히드록시벤조히드록삼산, N,2-디히드록시벤즈아미드)은 99 퍼센트 순도로 미주리주 세인트 루이스 소재 시그마-알드리치 캄파니 엘엘씨(Sigma-Aldrich Co. LLC)로부터 상업적으로 입수가능하다. 살리실히드록삼산은 고리 상에서 할로겐 또는 아미노 기로 치환될 수 있으며, 여기서 할로겐은 염소, 브로민 및 플루오린을 포함하고, 여기서 아미노 기는 -NR2 치환을 포함하며, 여기서 각각의 R은 독립적으로 H 또는 C1-C2 알킬이다.
히드록삼산, 치환된 히드록삼산, 또는 살리실히드록삼산은 목적하는 CMP 가공 성능을 제공하는데 유용한 임의의 양으로 슬러리에 존재할 수 있으며, 이때 바람직한 성능은 패턴 유전체의 연마 시 바람직하게 빠른 유전체 제거 속도, 바람직하게 느린 블랭킷 제거 속도, 바람직하게 낮은 트렌치 손실, 바람직하게 높은 평탄화 효율, 및 매우 바람직한 슬러리 및 CMP 공정에서의 자가-정지 성능을 포함한다. 특정의 예시적인 슬러리는 약 5 내지 약 3,000 백만분율 (ppm); 예를 들어 약 50 내지 약 2,000 ppm, 약 100 ppm 내지 약 1,500 ppm, 약 100 ppm 내지 약 1,200 ppm, 약 100 ppm 내지 약 1,000 ppm, 약 100 ppm 내지 약 800 ppm, 약 100 ppm 내지 약 750 ppm, 약 100 ppm 내지 약 650 ppm, 약 100 ppm 내지 약 500 ppm, 약 250 ppm 내지 약 1000 ppm, 약 250 ppm 내지 약 800 ppm, 약 500 ppm 내지 약 1000 ppm, 또는 약 500 ppm 내지 약 800 ppm의 히드록삼산, 치환된 히드록삼산, 또는 살리실히드록삼산 (즉, 관습에 따라, 슬러리의 리터당 히드록삼산, 치환된 히드록삼산, 또는 살리실히드록삼산의 밀리그램)을 포함할 수 있다.
기재된 바와 같은 슬러리는 임의의 유용한 유형 또는 양의 연마제 입자를 포함할 수 있다. 바람직한 슬러리는 기판의 비-금속 부분 예컨대 패턴 유전체, 예를 들어 기판 표면의 패턴 산화물 영역을 연마 또는 평탄화하는데 효과적인 입자를 포함한다. 바람직한 연마제 입자의 예는 세리아 (예를 들어 CeO2) 또는 지르코니아 (예를 들어 ZrO2), 실리카 (다양한 형태 중 임의의 것)의 입자 또는 이들의 조합을 포함한다.
슬러리가 특히 패턴 유전체를 연마하는데 유용할 수 있기 때문에, 입자는 기판 표면으로부터 금속 예컨대 구리, 은, 텅스텐 또는 또 다른 금속을 제거하도록 의도된 연마제 입자의 임의의 실질적인 양을 포함할 필요가 없으며, 바람직하게는 이들을 제외할 수 있다. 따라서, 바람직한 슬러리의 연마제 입자는 세리아 입자, 지르코니아 입자, 실리카 입자 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있거나 또는 본질적으로 이들로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 금속 기판 표면을 연마 또는 평탄화하는데 유용한 임의의 입자의 임의의 실질적인 양을 제외할 수 있으며, 이러한 입자는 금속 표면을 연마하는데 유용한 것으로 공지된 특정 유형의 금속 산화물, 예를 들어 특히 알루미나, 실리카, 실리카 산화물을 포함한다. 이러한 슬러리는 세리아-기재 또는 지르코니아-기재 입자 이외의 연마제 입자를, 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여 0.1 중량 퍼센트 이하로, 예를 들어 세리아 또는 지르코니아-기재 입자 이외의 연마제 입자를, 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여 0.05 또는 0.01 중량 퍼센트 미만으로 함유할 수 있다. 달리 말하면, 이러한 슬러리는 세리아-기재 또는 지르코니아-기재 입자 이외의 연마제 입자를, 슬러리 중 연마제 입자의 총 중량을 기준으로 하여 0.5 중량 퍼센트 이하로, 예를 들어 세리아- 또는 지르코니아-기재 입자 이외의 연마제 입자를, 슬러리 중 연마제 입자의 총 중량을 기준으로 하여 0.1, 0.05 또는 0.01 중량 퍼센트 미만으로 함유할 수 있다.
유전체 물질을 연마하는데 유용한 세리아 입자는 CMP 기술분야에 널리 공지되어 있으며 상업적으로 입수가능하다. 그 예로는 특히 습식-가공 세리아, 소성 세리아 및 금속-도핑된 세리아라 지칭되는 유형을 포함한다. 마찬가지로, 유전체 물질을 연마하는데 유용한 지르코니아 입자도 CMP 기술분야에 널리 공지되어 있으며 상업적으로 입수가능하다. 그 예로는 특히 금속-도핑된 지르코니아 및 비-금속-도핑된 지르코니아를 포함한다. 금속 도핑된 지르코니아 중에는 도펀트 요소의 중량 백분율이 바람직하게는 0.1-25%의 범위인, 세륨-, 칼슘-, 마그네슘-, 또는 이트륨-도핑된 지르코니아가 있다.
기재된 바와 같은 슬러리에 사용하기 위한 특정의 바람직한 세리아 입자는 2015년 3월에 출원된 출원인의 동시-계류 중인 미국 특허 가출원 일련 번호 14/639,564 (발명의 명칭: "세리아 연마제를 함유하는 연마 조성물")에 기재된 것들을 포함한다. 본 기재내용의 바람직한 연마 조성물은 습식-가공 세리아 입자를 포함한, 상기 가출원에 기재된 바와 같은 연마제 입자를 함유할 수 있다. 상기 가출원에는, 크기, 조성, 제조 방법, 입자 크기 분포, 또는 다른 기계적 또는 물리적 특성에 기초하여, 단일 유형의 연마제 입자 또는 다수의 상이한 유형의 연마제 입자를 함유할 수 있는 슬러리가 기재되어 있다. 이러한 기재내용과 본 기재내용은 "제1" 연마제 입자를 함유하는 슬러리를 지칭하며, 이는 슬러리가 적어도 이러한 "제1" 유형의 연마제 입자를 함유하고, "제1" 연마제 입자와 상이한 추가의 연마제 입자를 임의로 함유할 수 있음 (그러나, 함유하도록 요구되지는 않음)을 의미한다.
세리아 연마제 입자는 다양한 상이한 공정에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 세리아 연마제 입자는 침강 세리아 입자 또는 콜로이드성 세리아 입자를 포함한 축합-중합 세리아 입자일 수 있다.
하나의 보다 특정한 예로서, 세리아 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자로서)는 하기 공정에 따라 제조된 습식-가공 세리아 입자일 수 있다. 습식-가공 세리아 입자의 합성에서 제1 단계는 세리아 전구체를 물 중에 용해시키는 것일 수 있다. 세리아 전구체는 임의의 적합한 세리아 전구체일 수 있으며, 임의의 적합한 전하, 예를 들어 Ce3+ 또는 Ce4+를 갖는 세리아 염을 포함할 수 있다. 적합한 세리아 전구체는, 예를 들어, 세륨 III 니트레이트, 세륨 IV 암모늄 니트레이트, 세륨 III 카르보네이트, 세륨 IV 술페이트 및 세륨 III 클로라이드를 포함한다. 바람직하게는, 세리아 전구체는 세륨 III 니트레이트이다.
세리아 전구체 용액의 pH는 무정형 Ce(OH)3을 형성하기 위해 증가될 수 있다. 용액의 pH는 임의의 적합한 pH로, 예를 들어 약 10 이상의 pH, 예를 들어 약 10.5 이상의 pH, 약 11 이상의 pH, 또는 약 12 이상의 pH로 증가될 수 있다. 전형적으로, 용액은 약 14 이하의 pH, 예를 들어 약 13.5 이하의 pH, 또는 약 13 이하의 pH를 가질 것이다. 임의의 적합한 염기가 용액의 pH를 증가시키는데 사용될 수 있다. 적합한 염기는, 예를 들어, KOH, NaOH, NH4OH 및 테트라메틸암모늄 히드록시드를 포함한다. 유기 염기 예컨대 에탄올아민 및 디에탄올아민이 또한 적합하다. 용액은 pH가 증가함에 따라 백색으로 혼탁해질 것이고, 무정형 Ce(OH)3이 형성된다.
세리아 전구체 용액은 전형적으로 수시간 동안, 예컨대 약 1시간 이상, 예를 들어 약 2시간 이상, 약 4시간 이상, 약 6시간 이상, 약 8시간 이상, 약 12시간 이상, 약 16시간 이상, 약 20시간 이상, 또는 약 24시간 이상 동안 혼합된다. 전형적으로, 용액은 약 1시간 내지 약 24시간 동안, 예를 들어 약 2시간, 약 8시간, 또는 약 12시간 동안 혼합된다. 혼합이 완료되면, 용액은 가압된 용기로 옮겨져 가열될 수 있다.
이어서, 세리아 전구체 용액은 임의의 적합한 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 용액은 약 50℃ 이상, 예를 들어 약 75℃ 이상, 약 100℃ 이상, 약 125℃ 이상, 약 150℃ 이상, 약 175℃ 이상, 또는 약 200℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 용액은 약 500℃ 이하, 예를 들어 약 450℃ 이하, 약 400℃ 이하, 약 375℃ 이하, 약 350℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 250℃ 이하, 약 225℃, 또는 약 200℃ 이하의 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 용액은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 용액은 약 50℃ 내지 약 300℃, 예를 들어 약 50℃ 내지 약 275℃, 약 50℃ 내지 약 250℃, 약 50℃ 내지 약 200℃, 약 75℃ 내지 약 300℃, 약 75℃ 내지 약 250℃, 약 75℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 300℃, 약 100℃ 내지 약 250℃, 또는 약 100℃ 내지 약 225℃의 온도로 가열될 수 있다.
세리아 전구체 용액은 전형적으로 수시간 동안 가열된다. 예를 들어, 용액은 약 1시간 이상, 예를 들어 약 5시간 이상, 약 10시간 이상, 약 25시간 이상, 약 50시간 이상, 약 75시간 이상, 약 100시간 이상, 또는 약 110시간 이상 동안 가열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 용액은 약 200시간 이하, 예를 들어 약 180시간 이하, 약 165시간 이하, 약 150시간 이하, 약 125시간 이하, 약 115시간 이하, 또는 약 100시간 이하 동안 가열될 수 있다. 따라서, 용액은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 시간 기간 동안 가열될 수 있다. 예를 들어, 용액은 약 1시간 내지 약 150시간, 예를 들어 약 5시간 내지 약 130시간, 약 10시간 내지 약 120시간, 약 15시간 내지 약 115시간, 또는 약 25시간 내지 약 100시간 동안 가열될 수 있다.
가열 후, 세리아 전구체 용액은 침강된 세리아 입자를 분리하기 위해 여과될 수 있다. 침강된 입자는 미반응 세리아 전구체를 제거하기 위해 과량의 물로 세정될 수 있다. 침강된 입자 및 과량의 물의 혼합물은 각 세정 단계 후에 여과되어 불순물을 제거할 수 있다. 적절하게 세정되었으면, 세리아 입자는 추가의 가공을 위해 건조, 예를 들어 소결될 수 있거나, 또는 세리아 입자는 직접적으로 재분산될 수 있다.
세리아 입자는 임의로 재분산 전에 건조 및 소결될 수 있다. 용어 "소결" 및 "소성"은 본원에서 하기 기재된 조건 하에서의 세리아 입자의 가열을 지칭하기 위해 상호교환가능하게 사용된다. 세리아 입자의 소결은 이들의 유발되는 결정화도에 영향을 미친다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 세리아 입자의 고온에서의 연장된 시간 기간 동안의 소결은 입자의 결정 격자 구조 내의 결함을 감소시키는 것으로 생각된다. 임의의 적합한 방법이 세리아 입자를 소결시키는데 사용될 수 있다. 예로서, 세리아 입자는 건조될 수 있고, 이어서 승온에서 소결될 수 있다. 건조는 실온에서 또는 승온에서 수행될 수 있다. 특히, 건조는 약 20℃ 내지 약 40℃, 예를 들어 약 25℃, 약 30℃, 또는 약 35℃의 온도에서 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 건조는 약 80℃ 내지 약 150℃, 예를 들어 약 85℃, 약 100℃, 약 115℃, 약 125℃, 또는 약 140℃의 승온에서 수행될 수 있다. 세리아 입자가 건조된 후, 이들은 분쇄되어 분말을 형성할 수 있다. 분쇄는 임의의 적합한 분쇄 물질, 예컨대 지르코니아를 사용하여 수행될 수 있다.
세리아 입자는 임의의 적합한 오븐에서, 및 임의의 적합한 온도에서 소결될 수 있다. 예를 들어, 세리아 입자는 약 200℃ 이상, 예를 들어 약 215℃ 이상, 약 225℃ 이상, 약 250℃ 이상, 약 275℃ 이상, 약 300℃ 이상, 약 350℃ 이상, 또는 약 375℃ 이상의 온도에서 소결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 세리아 입자는 약 1000℃ 이하, 예를 들어 약 900℃ 이하, 약 750℃ 이하, 약 650℃ 이하, 약 550℃ 이하, 약 500℃ 이하, 약 450℃ 이하, 또는 약 400℃ 이하의 온도에서 소결될 수 있다. 따라서, 세리아 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 온도에서 소결될 수 있다. 예를 들어, 세리아 입자는 약 200℃ 내지 약 1000℃, 예를 들어 약 250℃ 내지 약 800℃, 약 300℃ 내지 약 700℃, 약 325℃ 내지 약 650℃, 약 350℃ 내지 약 600℃, 약 350℃ 내지 약 550℃, 약 400℃ 내지 약 550℃, 약 450℃ 내지 약 800℃, 약 500℃ 내지 약 1000℃, 또는 약 500℃ 내지 약 800℃의 온도에서 소결될 수 있다.
세리아 입자는 임의의 적합한 시간 길이 동안 소결될 수 있다. 예를 들어, 세리아 입자는 약 1시간 이상, 예를 들어 약 2시간 이상, 약 5시간 이상, 또는 약 8시간 이상 동안 소결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 세리아 입자는 약 20시간 이하, 예를 들어 약 18시간 이하, 약 15시간 이하, 약 12시간 이하, 또는 약 10시간 이하 동안 소결될 수 있다. 따라서, 세리아 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 시간 기간 동안 소결될 수 있다. 예를 들어, 세리아 입자는 약 1시간 내지 약 20시간, 예를 들어 약 1시간 내지 약 15시간, 약 1시간 내지 약 10시간, 약 1시간 내지 약 5시간, 약 5시간 내지 약 20시간, 또는 약 10시간 내지 약 20시간 동안 소결될 수 있다.
세리아 입자는 또한 상기 기재된 범위 내의 다양한 온도에서, 및 다양한 시간 길이 동안 소결될 수 있다. 예를 들어, 세리아 입자는 세리아 입자를 다양한 시간 길이 동안 하나 이상의 온도에 노출시키는, 구역 퍼니스에서 소결될 수 있다. 예로서, 세리아 입자는 약 1시간 이상 동안 약 200℃ 내지 약 1000℃의 온도에서 소결될 수 있고, 이어서 약 1시간 이상 동안 약 200℃ 내지 약 1000℃ 범위 내의 상이한 온도에서 소결될 수 있다.
건조, 분쇄 및 임의적인 소결 등의 후에, 세리아 입자는 적합한 액체 담체, 예를 들어 수성 담체, 특히 물 중에 재분산될 수 있다. 세리아 입자가 소결된다면, 세리아 입자는 소결의 완료 후에 후속적으로 재분산된다. 임의의 적합한 공정이 세리아 입자를 재분산시키는데 사용될 수 있다. 전형적으로, 세리아 입자는 세리아 입자 및 물의 혼합물의 pH를 적합한 산을 사용하여 낮춤으로써 재분산된다. pH가 낮아짐에 따라, 세리아 입자의 표면은 양이온성 제타 전위를 발생시킨다. 이러한 양이온성 제타 전위는 세리아 입자 사이에 척력을 생성하고, 이는 이들의 재분산을 용이하게 한다. 임의의 적합한 산이 혼합물의 pH를 낮추는데 사용될 수 있다. 적합한 산의 예는 염산 및 질산을 포함한다. 고도로 수용성이며, 친수성 관능기를 갖는 유기 산이 또한 적합하다. 적합한 유기 산은, 예를 들어, 특히 아세트산을 포함한다. 다가 음이온을 갖는 산, 예컨대 H3PO4 및 H2SO4는 일반적으로 바람직하지 않다. 혼합물은 임의의 적합한 pH로 낮춰질 수 있다. 예를 들어, 혼합물의 pH는 약 2 내지 약 5, 예를 들어 약 2.5, 약 3, 약 3.5, 약 4, 또는 약 4.5로 낮아질 수 있다. 전형적으로, 혼합물의 pH는 약 2 미만으로 낮아지지 않는다.
재분산된 세리아 입자는 전형적으로 이들의 입자 크기를 감소시키기 위해 밀링된다. 바람직하게는, 세리아 입자는 재분산과 동시에 밀링될 수 있다. 밀링은 임의의 적합한 밀링 물질, 예컨대 지르코니아를 사용하여 수행될 수 있다. 밀링은 또한 초음파처리 또는 습식-제트 절차를 사용하여 수행될 수 있다. 밀링 후에, 세리아 입자는 임의의 잔류하는 큰 입자를 제거하기 위해 여과될 수 있다. 예를 들어, 세리아 입자는 약 0.3 μm 이상, 예를 들어 약 0.4 μm 이상, 또는 약 0.5 μm 이상의 세공 크기를 갖는 필터를 사용하여 여과될 수 있다.
특정의 바람직한 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 입자의 입자 크기는 입자를 포괄하는 가장 작은 구체의 직경이다. 입자 크기는 다양한 공지되고 적합한 기술 중 임의의 것을 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 입자 크기는 디스크 원심분리기를 사용하여, 즉 편차 원심분리 침강법 (DCS)에 의해 측정될 수 있다. 적합한 디스크 원심분리기 입자 크기 측정 기기는, 예컨대 CPS 인스트루먼츠 (CPS Instruments; 루이지애나주 프레리빌)로부터, 예를 들어 CPS 디스크 원심분리기 모델 DC24000UHR로서 상업적으로 입수가능하다. 달리 명시되지 않는 한, 본원에 보고되고 청구된 중앙 입자 크기 값은 디스크 원심분리기 측정에 기초한 것이다.
바람직한 세리아 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 약 40 nm 이상, 예를 들어 약 45 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 55 nm 이상, 약 60 nm 이상, 약 65 nm 이상, 약 70 nm 이상, 약 75 nm 이상, 또는 약 80 nm 이상의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 세리아 연마제 입자는 약 100 nm 이하, 예를 들어 약 95 nm 이하, 약 90 nm 이하, 약 85 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 75 nm 이하, 약 70 nm 이하, 또는 약 65 nm 이하의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 세리아 연마제 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 세리아 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 약 40 nm 내지 약 100 nm, 예를 들어 약 40 nm 내지 약 80 nm, 약 40 nm 내지 약 75 nm, 약 40 nm 내지 약 60 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 80 nm, 약 50 nm 내지 약 75 nm, 약 50 nm 내지 약 70 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 60 nm 내지 약 85 nm, 또는 약 65 nm 내지 약 75 nm의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직한 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 약 60 nm 내지 약 80 nm의 중앙 입자 크기, 예를 들어 약 65 nm의 중앙 입자 크기, 약 70 nm의 중앙 입자 크기, 또는 약 75 nm의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다.
연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 임의의 유용한 농도 (예를 들어, 농축물의 총 중량당)로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 유용한 농도의 예시적인 범위는 연마 조성물의 약 0.005 내지 약 2 중량 퍼센트일 수 있다. 예를 들어, 제1 연마제 입자는 약 0.005 중량 퍼센트 이상, 예를 들어 약 0.0075 중량 퍼센트 이상, 약 0.01 중량 퍼센트 이상, 약 0.025 중량 퍼센트 이상, 약 0.05 중량 퍼센트 이상, 약 0.075 중량 퍼센트 이상, 약 0.1 중량 퍼센트 이상, 또는 약 0.25 중량 퍼센트 이상의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 제1 연마제 입자는 약 2 중량 퍼센트 이하, 예를 들어 약 1.75 중량 퍼센트 이하, 약 1.5 중량 퍼센트 이하, 약 1.25 중량 퍼센트 이하, 약 1 중량 퍼센트 이하, 약 0.75 중량 퍼센트 이하, 약 0.5 중량 퍼센트 이하, 또는 약 0.25 중량 퍼센트 이하의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 따라서, 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 예를 들어 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1.75 중량 퍼센트, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1.25 중량 퍼센트, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1 중량 퍼센트, 약 0.01 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 약 0.01 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 약 0.05 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 약 0.05 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 또는 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 1 중량 퍼센트의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다.
바람직한 슬러리는 기재된 바와 같은 제1 연마제 입자를 본원에 기재된 바와 같은 CMP 연마 조성물로서 기능하는데 유용한 양으로 함유할 수 있다. 유용한 농도 범위의 예는 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 0.5 중량 퍼센트, 예를 들어 약 0.15 중량 퍼센트 내지 약 0.4 중량 퍼센트, 약 0.15 중량 퍼센트 내지 약 0.35 중량 퍼센트, 또는 약 0.2 중량 퍼센트 내지 약 0.3 중량 퍼센트일 수 있다. 보다 바람직하게는, 슬러리는 제1 연마제 입자를, 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 0.3 중량 퍼센트, 예를 들어 약 0.1 중량 퍼센트, 약 0.15 중량 퍼센트, 약 0.2 중량 퍼센트, 약 0.25 중량 퍼센트, 약 0.28 중량 퍼센트, 또는 약 0.29 중량 퍼센트의 농도로 함유할 수 있다.
바람직한 제1 연마제 입자는 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 입자 크기 분포는 가장 큰 입자의 입자 크기와 가장 작은 입자의 입자 크기 사이의 차이를 지칭한다. 예를 들어, 제1 연마제 입자는 적어도 약 315 nm, 예를 들어 적어도 약 320 nm, 적어도 약 325 nm, 적어도 약 330 nm, 적어도 약 340 nm, 적어도 약 350 nm, 적어도 약 355 nm, 적어도 약 360 nm, 적어도 약 365 nm, 적어도 약 370 nm, 적어도 약 375 nm, 또는 적어도 약 380 nm의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 적어도 약 320 nm, 예를 들어 적어도 약 325 nm, 적어도 약 335 nm, 또는 적어도 약 350 nm의 입자 크기 분포를 갖는다. 제1 연마제 입자는 또한 바람직하게는 약 500 nm 이하, 예를 들어 약 475 nm 이하, 약 450 nm 이하, 약 425 nm 이하, 또는 약 415 nm 이하의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 따라서, 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마제 입자는 약 315 nm 내지 약 500 nm, 예를 들어 약 320 nm 내지 약 480 nm, 약 325 nm 내지 약 475 nm, 약 335 nm 내지 약 460 nm, 또는 약 340 nm 내지 약 450 nm의 입자 크기 분포를 가질 수 있다.
기재된 바와 같은 제1 연마제 입자는 임의의 적합한 최대 입자 크기 및 임의의 적합한 최소 입자 크기를 가질 수 있으며, 바람직한 입자는 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는다. 예를 들어, 연마제 입자는 약 1 nm 내지 약 50 nm, 예를 들어 약 1 nm 내지 약 40 nm, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 25 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 25 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 25 nm의 최소 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 약 10 nm 내지 약 30 nm, 예를 들어 약 15 nm, 약 20 nm, 또는 약 25 nm의 최소 입자 크기를 갖는다. 연마제 입자는 약 250 nm 내지 약 500 nm, 예를 들어 약 250 nm 내지 약 450 nm, 약 250 nm 내지 약 400 nm, 약 300nm 내지 약 500 nm, 또는 약 300 nm 내지 약 400 nm의 최대 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 연마제 입자는 약 350 nm 내지 약 450 nm, 예를 들어 약 375 nm, 약 400 nm, 또는 약 425 nm의 최대 입자 크기를 갖는다.
본원에 기재된 공정에 따라 제조된 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)는 본원에 기재된 바람직한 표면 화학을 갖는 제1 연마제 입자, 예를 들어 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는 제1 연마제 입자를 확인하기 위해 상기 기재된 방법에 따라 스크리닝될 수 있으며, 여기서 제1 연마제 입자는 세자리 히드록실 기를 포함하는 표면을 가지고, 여기서 제1 연마제 입자는 약 2.0 x 10-5 몰/m2 이상의 세자리 히드록실 기의 표면 피복을 가지고/거나 제1 연마제 입자는 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 가지고, 여기서 제1 연마제 입자의 라만 스펙트럼은 약 458 cm-1에서의 피크 및 약 583 cm-1에서의 피크를 포함하고, 여기서 약 458 cm-1에서의 피크 강도 대 약 583 cm-1에서의 피크 강도의 비는 약 100 이하이다. 본원에 기재된 연마 조성물은 바람직하게는 상기 기재된 공정에 따라 제조되며, 또한 상기 기재된 바람직한 표면 화학을 갖는 제1 연마제 입자를 함유한다.
연마 조성물은 임의로 추가의 연마제 입자 (예를 들어, 제2 연마제 입자, 제3 연마제 입자 등)를 함유할 수 있다. 추가의 연마제 입자는, 예를 들어, 제1 연마제 입자와 상이한 금속의 금속 산화물 연마제 입자, 예컨대 지르코니아 (예를 들어, 산화지르코늄), 티타니아 (예를 들어, 이산화티타늄), 게르마니아 (예를 들어, 이산화게르마늄, 산화게르마늄), 마그네시아 (예를 들어, 산화마그네슘), 산화니켈, 그의 공-형성된 생성물, 또는 그의 조합의 금속 산화물 연마제 입자일 수 있다. 추가의 연마제 입자는 또한 젤라틴, 라텍스, 셀룰로스, 폴리스티렌 또는 폴리아크릴레이트의 유기 입자일 수 있다. 대안적으로, 연마 조성물은 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는 습식-가공 세리아 입자인 제1 연마제 입자를 함유할 수 있으며, 여기서 연마 조성물은 임의의 추가의 연마제 입자를 포함하지 않는다.
추가의 연마제 입자는 또한 연마 조성물의 제1 연마제 입자와 비교 시 상이한 유형의 세리아인 세리아 (예를 들어, 산화세륨)의 금속 산화물 연마제 입자, 즉 습식-가공 세리아 입자가 아닌 세리아 입자, 예컨대 발연 세리아 입자 또는 소성 세리아 입자일 수 있다. 대안적으로, 연마 조성물은 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는 습식-가공 세리아 입자인 제1 연마제 입자를 함유할 수 있으며, 여기서 연마 조성물은 임의의 추가의 세리아 입자를 포함하지 않는다.
추가의 연마제 입자는 또한 본원에 기재된 바와 같은 제1 연마제 입자의 바람직한 표면 화학과 비교하여 상이한 표면 화학을 갖는 습식-가공 세리아 입자, 예를 들어 실질적인 수준의 세자리 히드록실 기를 포함하지 않는 표면을 갖는 습식-가공 세리아 입자; 본원에 기재된 바와 같은 표면 세자리 히드록실 기를 갖지만, 여기서 입자는 약 2.3 x 10-5 몰/m2 미만의 세자리 히드록실 기의 표면 피복을 갖는 것인 습식-가공 세리아 입자; 입자의 라만 스펙트럼이 약 583 cm-1에서의 피크를 나타내지 않는 것인 습식-가공 세리아 입자; 또는 습식-가공 세리아 입자의 라만 스펙트럼이 약 458 cm-1에서의 피크 및 약 583 cm-1에서의 피크를 나타내고, 여기서 약 458 cm-1에서의 피크 강도 대 약 583 cm-1에서의 피크 강도의 비가 약 100 초과인 습식-가공 세리아 입자일 수 있다.
또 다른 대안으로서, 연마 조성물은 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 가지며, 본원에 기재된 바람직한 표면 화학을 갖는 습식-가공 세리아 입자인 제1 연마제 입자를 함유할 수 있으며, 여기서 연마 조성물은 임의의 추가의 습식-가공 세리아 입자를 포함하지 않는다. 예를 들어, 연마 조성물은 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는 습식-가공 세리아 입자인 제1 연마제 입자를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 연마제 입자는 세자리 히드록실 기를 포함하는 표면을 가지고, 여기서 제1 연마제 입자는 약 2.3x10-5 몰/m2 이상의 세자리 히드록실 기의 표면 피복을 가지고, 여기서 연마 조성물은 임의의 추가의 습식-가공 세리아 입자를 포함하지 않는다. 연마 조성물은 대안적으로 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는 습식-가공 세리아 입자인 제1 연마제 입자를 함유할 수 있으며, 여기서 제1 연마제 입자의 라만 스펙트럼은 약 458 cm-1에서의 피크 및 약 583 cm-1에서의 피크를 포함하고, 여기서 약 458 cm-1에서의 피크 강도 대 약 583 cm-1에서의 피크 강도의 비는 약 100 이하이고, 여기서 연마 조성물은 임의의 추가의 습식-가공 세리아 입자를 포함하지 않는다.
특정 연마 조성물 실시양태는 약 40 nm 내지 약 100 nm의 중앙 입자 크기 및 적어도 약 300 nm의 입자 크기 분포를 갖는 습식-가공 세리아 입자인 제1 연마제 입자를 함유할 수 있으며, 여기서 연마 조성물은 임의의 추가의 습식-가공 세리아 입자를 포함하지 않는다.
연마 조성물이 추가의 연마제 입자 (예를 들어, 제2 연마제 입자, 제3 연마제 입자 등)를 포함하는 경우에, 추가의 연마제 입자는 임의의 적합한 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 약 1 nm 내지 약 60 nm, 예를 들어 약 1 nm 내지 약 55 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 40 nm, 약 1 nm 내지 약 35 nm, 약 1 nm 내지 약 30 nm, 약 1 nm 내지 약 25 nm, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 35 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 30 nm의 중앙 입자 크기를 갖는 제2 연마제 입자를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마제 입자는 약 100 nm 내지 약 350 nm, 예를 들어 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 105 nm 내지 약 350 nm, 약 115 nm 내지 약 350 nm, 약 135 nm 내지 약 325 nm, 약 150 nm 내지 약 315 nm, 약 175 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 275 nm, 또는 약 225 nm 내지 약 250 nm의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 추가의 연마제 입자 (예를 들어, 제2 연마제 입자, 제3 연마제 입자 등)는 약 1 nm 내지 약 35 nm의 중앙 입자 크기, 또는 약 125 nm 내지 약 300 nm의 중앙 입자 크기를 가질 수 있다.
추가의 연마제 입자 (예를 들어, 전체로서의 제2 연마제 입자, 제3 연마제 입자 등)는 제1 연마제 입자에 추가적으로, 임의의 적합한 양으로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 특정 슬러리 실시양태에서, 추가의 연마제 입자는 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트의 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 추가의 연마제 입자는 약 0.005 중량 퍼센트 이상, 예를 들어 약 0.0075 중량 퍼센트 이상, 약 0.01 중량 퍼센트 이상, 약 0.025 중량 퍼센트 이상, 약 0.05 중량 퍼센트 이상, 약 0.075 중량 퍼센트 이상, 약 0.1 중량 퍼센트 이상, 또는 약 0.25 중량 퍼센트 이상의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 추가의 연마제 입자는 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여 약 2 중량 퍼센트 이하, 예를 들어 약 1.75 중량 퍼센트 이하, 약 1.5 중량 퍼센트 이하, 약 1.25 중량 퍼센트 이하, 약 1 중량 퍼센트 이하, 약 0.75 중량 퍼센트 이하, 약 0.5 중량 퍼센트 이하, 또는 약 0.25 중량 퍼센트 이하의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 따라서, 추가의 연마제 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 연마 조성물은 제2 연마제 입자를 (기재된 바와 같은 제1 연마제 입자의 양에 추가적으로) 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 예를 들어 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1.75 중량 퍼센트, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1.25 중량 퍼센트, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 1 중량 퍼센트, 약 0.01 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 약 0.01 중량 퍼센트 내지 약 1.75 중량 퍼센트, 약 0.01 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 약 0.05 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 약 0.05 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트, 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트, 또는 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 1.5 중량 퍼센트의 농도로 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 추가의 연마제 입자는 슬러리의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.01 중량 퍼센트 내지 약 0.5 중량 퍼센트, 예를 들어 약 0.025 중량 퍼센트, 약 0.05 중량 퍼센트, 약 0.08 중량 퍼센트, 약 0.1 중량 퍼센트, 약 0.15 중량 퍼센트, 약 0.2 중량 퍼센트, 약 0.25 중량 퍼센트, 약 0.3 중량 퍼센트, 또는 약 0.4 중량 퍼센트의 농도로 존재할 수 있다.
연마 조성물이 추가의 연마제 입자 (예를 들어, 제2 연마제 입자, 제3 연마제 입자 등)를 함유하는 경우에, 연마 조성물은 임의로 다중모드 입자 크기 분포를 나타낼 수 있다. 본원에 사용된 용어 "다중모드"는 연마 조성물이 적어도 2개의 최대치 (예를 들어, 2개 이상의 최대치, 3개 이상의 최대치, 4개 이상의 최대치, 또는 5개 이상의 최대치)를 갖는 입자 크기 분포를 나타냄을 의미한다. 특히, 연마 조성물이 제2 연마제 입자를 함유하는 경우에, 연마 조성물은 이중모드 입자 크기 분포를 나타낼 수 있으며, 즉 연마 조성물은 2개의 중앙 입자 크기 최대치를 갖는 입자 크기 분포를 나타낸다. 용어 "최대치" 및 "최대치들"은 입자 크기 분포에서의 피크 또는 피크들을 의미한다. 피크 또는 피크들은 제1, 제2, 및 임의의 추가의 연마제 입자에 대해 본원에 기재된 중앙 입자 크기에 상응한다. 따라서, 예를 들어, 연마 조성물이 추가의 연마제 입자 없이, 제1 연마제 입자 및 제2 연마제 입자를 함유하는 경우에, 입자 수 또는 입자의 상대 중량 대 입자 크기의 플롯은 제1 피크가 약 40 nm 내지 약 100 nm의 입자 크기 범위에 있고, 제2 피크가 약 1 nm 내지 약 35 nm의 입자 크기 범위에 있는, 이중모드 입자 크기 분포를 반영할 수 있다.
연마 조성물에 존재하는 제1 연마제 입자 및 임의의 추가의 연마제 입자는 바람직하게는 연마 조성물 중에, 보다 특히 연마 조성물의 수성 담체 중에 현탁되어 있다. 연마제 입자가 연마 조성물 중에 현탁되는 경우에, 연마제 입자는 바람직하게는 콜로이드 안정성을 갖는다. 용어 콜로이드는 수성 담체 중 연마제 입자의 현탁액을 지칭한다. 콜로이드 안정성은 시간 경과에 따라 상기 현탁액이 유지되는 것을 지칭한다. 본 발명과 관련하여, 연마제 입자를 100 ml 눈금 실린더에 넣고, 2시간의 시간 동안 진탕 없이 정치해 둘 때, 눈금 실린더의 하부 50 ml에서의 입자의 농도 (g/ml 단위의 [B])와 눈금 실린더의 상부 50 ml에서의 입자의 농도 (g/ml 단위의 [T])의 차이를 연마 조성물 중 입자의 초기 농도 (g/ml 단위의 [C])로 나눈 것이 0.5 이하 (즉, {[B]-[T]}/[C] ≤ 0.5)이면, 연마제 입자는 콜로이드 안정성을 갖는 것으로 간주된다. [B]-[T]/[C]의 값은 바람직하게는 0.3 이하이고, 바람직하게 0.1 이하이다.
연마 조성물은 약 7 미만, 예를 들어 약 1 내지 약 6의 pH를 나타낼 수 있다. 전형적으로, 연마 조성물은 약 3 이상의 pH를 갖는다. 또한, 연마 조성물의 pH는 전형적으로 약 6 이하이다. 예를 들어, pH는 약 3.5 내지 약 6의 범위, 예를 들어 약 3.5의 pH, 약 4의 pH, 약 4.5의 pH, 약 5의 pH, 약 5.5의 pH, 약 6의 pH, 또는 이들 pH 값 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위의 pH일 수 있다.
바람직한 연마 조성물은 임의의 적합한 pH-조정제일 수 있는, pH-조정제를 추가로 포함한다. 예를 들어, pH-조정제는 알킬 아민, 알콜 아민, 4급 아민 히드록시드, 암모니아 또는 그의 조합일 수 있다. 특히, pH-조정제는 트리에탄올아민, 테트라메틸암모늄 히드록시드 (TMAH 또는 TMA-OH) 또는 테트라에틸암모늄 히드록시드 (TEAH 또는 TEA-OH)일 수 있다. 특정의 바람직한 실시양태에서, pH-조정제는 트리에탄올아민일 수 있다.
pH-조정제는 임의의 적합한 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 바람직하게는, pH-조정제는 연마 조성물의 pH를 본원에 제시된 pH 범위 내에서, 예를 들어 약 7 미만에서, 예컨대 약 1 내지 약 6의 범위에서, 또는 약 3.5 내지 약 5의 범위에서 달성하거나 또는 유지하는 양으로 존재한다. 예를 들어, pH-조정제는 약 10 ppm 내지 약 300 ppm, 예를 들어 약 50 ppm 내지 약 200 ppm, 또는 약 100 ppm 내지 약 150 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다.
연마 조성물은 물 (예를 들어, 탈이온수)을 함유하며, 임의로 1종 이상의 수혼화성 유기 용매를 함유할 수 있는 수성 담체를 포함한다. 사용될 수 있는 유기 용매의 예는 알콜 예컨대 프로페닐 알콜, 이소프로필 알콜, 에탄올, 1-프로판올, 메탄올, 1-헥산올 등; 알데히드 예컨대 아세틸알데히드 등; 케톤 예컨대 아세톤, 디아세톤 알콜, 메틸 에틸 케톤 등; 에스테르 예컨대 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 메틸 락테이트, 부틸 락테이트, 에틸 락테이트 등; 술폭시드 예컨대 디메틸 술폭시드 (DMSO), 테트라히드로푸란, 디옥산, 디글림 등을 포함한 에테르; 아미드 예컨대 N, N-디메틸포름아미드, 디메틸이미다졸리디논, N-메틸피롤리돈 등; 다가 알콜 및 그의 유도체 예컨대 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 등; 및 질소-함유 유기 화합물 예컨대 아세토니트릴, 아밀아민, 이소프로필아민, 이미다졸, 디메틸아민 등을 포함한다. 바람직하게는, 수성 담체는 유기 용매의 존재 없이 단독의 물이거나 또는 단지 미미한 양의 유기 용매, 예컨대 0.1, 0.05, 0.01 또는 0.005 중량 퍼센트 미만의 유기 용매가 함유된 것이다.
연마 조성물은 첨가제로서 추가의 성분을 포함할 수 있다. 임의적인 첨가제의 한 예는 카르복실산 단량체, 술폰화 단량체 또는 포스폰화 단량체 및 아크릴레이트 단량체를 포함하는 단량체로부터 유래된 음이온성 공중합체이다. 다른 예는 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜들 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜) 및 폴리비닐알콜 (예를 들어, 2-히드록시에틸메타크릴산 및 메타크릴산의 공중합체)을 포함한 다른 중합체 (예를 들어, 비이온성 중합체)를 포함한다. 또 다른 임의적인 첨가제는 실란 예컨대 아미노 실란, 우레이도 실란 및 글리시딜 실란을 포함한다. 또한 또 다른 임의적인 첨가제는 관능화 피리딘의 N-옥시드 (예를 들어, 피콜린산 N-옥시드); 전분; 시클로덱스트린 (예를 들어, 알파-시클로덱스트린 또는 베타-시클로덱스트린); 또는 이들 중 2종 이상의 조합을 포함한다.
폴리비닐피롤리돈은 첨가제로서 유용할 수 있으며, 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 첨가제로서의 폴리비닐피롤리돈은 몰당 약 10,000 그램 (g/mol) 내지 약 1,000,000 g/mol, 예를 들어 약 20,000 g/mol, 30,000 g/mol, 40,000 g/mol, 50,000 g/mol 또는 60,000 g/mol 이하의 분자량을 가질 수 있다.
슬러리가 첨가제로서 비이온성 중합체를 포함하고, 비이온성 중합체가 폴리에틸렌 글리콜인 경우에, 폴리에틸렌 글리콜은 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜은 약 200 g/mol 내지 약 200,000 g/mol, 예를 들어 약 8000 g/mol, 약 100,000 g/mol의 분자량을 가질 수 있다.
슬러리가 첨가제로서 실란을 포함하는 경우에, 실란은 임의의 적합한 아미노 실란, 우레이도 실란 또는 글리시딜 실란일 수 있다. 일부 구체적 예는 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필실란트리올, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란트리올, (N,N-디메틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 우레이도프로필트리에톡시실란 및 3-글리시도프로필디메틸에톡시실란을 포함한다.
연마 조성물 중 특정의 특히 바람직한 첨가제는 2-히드록시에틸메타크릴산 및 메타크릴산의 공중합체; 폴리비닐피롤리돈; 아미노프로필실란트리올; 피콜린산 N-옥시드; 피콜린산, 전분; 알파-시클로덱스트린; 베타-시클로덱스트린; 및 그의 조합을 포함한다.
첨가제 또는 첨가제들 (예를 들어, 전체로서의 카르복실산 단량체, 술폰화 단량체 또는 포스폰화 단량체 및 아크릴레이트의 음이온성 공중합체, 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리비닐알콜; 실란; 관능화 피리딘인 피콜린산의 N-옥시드; 전분; 시클로덱스트린; 또는 그의 조합)은 임의의 적합한 농도로 기재된 바와 같은 연마 조성물에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 첨가제 또는 첨가제들은 약 1 ppm 내지 약 500 ppm, 예를 들어 약 5 ppm 내지 약 400 ppm, 약 10 ppm 내지 약 400 ppm, 약 15 ppm 내지 약 400 ppm, 약 20 ppm 내지 약 400 ppm, 약 25 ppm 내지 약 400 ppm, 약 10 ppm 내지 약 300 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 30 ppm 내지 약 350 ppm, 약 30 ppm 내지 약 275 ppm, 약 50 ppm 내지 약 350 ppm, 또는 약 100 ppm 내지 약 300 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재한다. 보다 바람직하게는, 첨가제 또는 첨가제들은 약 1 ppm 내지 약 300 ppm, 예를 들어 약 1 ppm 내지 약 275 ppm, 약 1 ppm 내지 약 250 ppm, 약 1 ppm 내지 약 100 ppm, 약 1 ppm 내지 약 50 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 10 ppm 내지 약 100 ppm, 또는 약 35 ppm 내지 약 250 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재한다.
기재된 바와 같은 연마 조성물은 임의로 또한 양이온성 중합체를 포함한다. 양이온성 중합체는 4급 아민, 양이온성 폴리비닐 알콜, 양이온성 셀룰로스 및 그의 조합으로부터 선택된다. 연마 조성물은 상기 기재된 첨가제 중 1종 이상, 즉 카르복실산 단량체, 술폰화 단량체 또는 포스폰화 단량체 및 아크릴레이트의 음이온성 공중합체; 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리비닐알콜; 폴리에틸렌 글리콜; 비이온성 중합체; 실란; 관능화 피리딘의 N-옥시드; 전분; 및 시클로덱스트린 중 1종 이상에 추가적으로, 임의로 4급 아민, 양이온성 폴리비닐 알콜, 양이온성 셀룰로스 및 그의 조합으로부터 선택된 양이온성 중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 연마 조성물은 1종 이상의 상기 기재된 이들 첨가제 없이, 양이온성 중합체를 포함할 수 있다.
양이온성 중합체는 4급 아민 기를 함유하거나 또는 4급 아민 단량체로 제조된 중합체일 수 있다. 예를 들어, 양이온성 중합체는 폴리(비닐이미다졸륨), 폴리(메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄) 할라이드 예컨대 폴리(메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄) 클로라이드 (폴리MADQUAT), 폴리(디알릴디메틸암모늄) 할라이드 예컨대 폴리(디알릴디메틸암모늄) 클로라이드 (폴리DADMAC) 및 폴리쿼터늄-2로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 양이온성 중합체가 4급 아민 중합체인 경우에, 양이온성 중합체는 폴리(비닐이미다졸륨)이다.
대안적으로, 양이온성 중합체는 임의의 적합한 양이온성 폴리비닐 알콜 또는 양이온성 셀룰로스일 수 있다. 바람직하게는, 양이온성 중합체는 양이온성 폴리비닐 알콜이다. 예를 들어, 양이온성 폴리비닐 알콜은 니폰 고세이 고세파이머(Nippon Gosei GOHSEFIMER) K210™ 폴리비닐 알콜 제품일 수 있다.
양이온성 중합체 (예를 들어, 전체로서의 4급 아민 중합체, 양이온성 폴리비닐 알콜, 양이온성 셀룰로스 또는 그의 조합)는 임의의 적합한 농도로, 예를 들어 약 1 ppm 내지 약 250 ppm, 예를 들어 약 1 ppm 내지 약 100 ppm, 약 1 ppm 내지 약 50 ppm, 약 1 ppm 내지 약 40 ppm, 약 1 ppm 내지 약 25 ppm, 약 5 ppm 내지 약 225 ppm, 약 5 ppm 내지 약 100 ppm, 약 5 ppm 내지 약 50 ppm, 약 10 ppm 내지 약 215 ppm, 약 10 ppm 내지 약 100 ppm, 약 15 ppm 내지 약 200 ppm, 약 25 ppm 내지 약 175 ppm, 약 25 ppm 내지 약 100 ppm, 또는 약 30 ppm 내지 약 150 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다.
양이온성 중합체가 폴리(비닐이미다졸륨)인 경우에, 양이온성 중합체는 바람직하게는 약 1 ppm 내지 약 10 ppm, 예를 들어 약 2 ppm, 약 5 ppm, 약 6 ppm, 약 7 ppm, 약 8 ppm, 또는 약 9 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 보다 바람직하게는, 양이온성 중합체가 폴리(비닐이미다졸륨)인 경우에, 양이온성 중합체는 바람직하게는 약 1 ppm 내지 약 5 ppm, 예를 들어 약 2 ppm, 약 3 ppm, 또는 약 4 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다.
연마 조성물은 또한 임의로 카르복실산을 포함할 수 있다. 카르복실산은, 예를 들어, 약 1 내지 약 6, 예를 들어 약 2 내지 약 6, 예컨대 약 3.5 내지 약 5의 pKa를 갖는 임의의 적합한 카르복실산일 수 있다. 유용한 카르복실산의 예는 아세트산, 프로피온산 및 부탄산을 포함한다.
카르복실산은 임의의 적합한 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 카르복실산은 약 10 ppm 내지 약 1000 ppm, 예를 들어 약 10 ppm 내지 약 500 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 25 ppm 내지 약 750 ppm, 약 25 ppm 내지 약 500 ppm, 약 25 ppm 내지 약 250 ppm, 약 30 ppm 내지 약 250 ppm, 약 35 ppm 내지 약 350 ppm, 약 50 ppm 내지 약 425 ppm, 약 55 ppm 내지 약 400 ppm, 또는 약 75 ppm 내지 약 350 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재한다. 보다 바람직하게는, 카르복실산은 약 25 ppm 내지 약 150 ppm, 예를 들어 약 40 ppm, 약 50 ppm, 약 60 ppm, 약 75 ppm, 약 100 ppm, 또는 약 125 ppm의 농도로 연마 조성물에 존재할 수 있다.
바람직하게는, 연마 조성물의 pH는 카르복실산의 pKa의 약 2 단위 내에 있을 수 있다. 예로서, 연마 조성물의 pH가 약 3.5인 경우에, 카르복실산의 pKa는 바람직하게는 약 1.5 내지 약 5.5이다.
연마 조성물이 양이온성 중합체를 포함하고, 양이온성 중합체가 4급 아민 중합체인 경우에, 연마 조성물은 바람직하게는 또한 카르복실산을 포함한다. 연마 조성물이 양이온성 중합체를 포함하고, 양이온성 중합체가 양이온성 폴리비닐 알콜 및 양이온성 셀룰로스로부터 선택되는 경우에, 연마 조성물은 임의로 카르복실산을 추가로 포함한다.
연마 조성물은 임의로 1종 이상의 다른 첨가제 예컨대 계면활성제 또는 점도 증진제 및 응고제를 포함한 레올로지 제어제 (예를 들어, 중합체 레올로지 제어제, 예컨대, 예를 들어, 우레탄 중합체), 분산제, 살생물제 (예를 들어, 카톤(KATHON)™ LX) 등을 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제는, 예를 들어, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 음이온성 다가전해질, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 플루오린화 계면활성제, 그의 혼합물을 포함한다.
본 기재내용의 바람직한 연마 조성물은 유전체 물질, 예를 들어 패턴 유전체의 CMP 가공에 사용되도록 설계된다. 이러한 목적을 위해, 연마 조성물은 기판의 금속 표면의 가공을 위해 설계되지 않으며, 그러한 가공에 효과적이도록 요구되지 않는다. 따라서, 이들 바람직한 연마 조성물은 금속 표면의 가공을 위해 설계되고 그러한 가공에 효과적인 CMP 조성물의 연마제 및 화학적 성분을 제외할 수 있으며, 이러한 화학적 성분의 예로는 금속 부동태화제 및 금속 킬레이트화제가 있다. 이들 바람직한 슬러리는 CMP 가공 동안 금속 부동태화제로서 또는 금속 킬레이트화제로서 작용하도록 의도된 화학적 성분을 요구하지 않으며, 바람직하게는 그러한 화학적 성분을 제외할 수 있다. 이는 물론, 본 발명에 기재된 슬러리가 특히 금속-가공 CMP 조성물로서 사용되는 경우에는 금속 부동태화 (예를 들어, 살리실히드록삼산) 또는 금속 킬레이트화 거동을 나타낼 수 있는 화학을 함유하는 것으로 표현될 수 있을 정도로, 본 기재내용의 모든 슬러리가 어느 정도의 금속 부동태화 또는 금속 킬레이트화 거동을 나타낼 수 있는 임의의 형태의 성분을 제외하도록 요구하지는 않는다. 그 대신에, 슬러리 실시양태는 금속 부동태화 또는 금속 킬레이트화를 일으키도록 의도되거나 또는 효과적인 성분을 요구하지 않으면서 유용할 수 있다. 어느 정도의 금속 부동태화 (예를 들어, 살리실히드록삼산) 또는 금속 킬레이트화 작용을 나타낼 수 있는 본 발명의 슬러리에 유용한 것으로 구체적으로 기재된 성분을 포함하지 않으면서, 일부 슬러리 실시양태는 금속 부동태화 또는 금속 킬레이트화 물질인 성분을 많아야 비실질적인 양으로, 예를 들어 금속 부동태화제를 총 슬러리 중량을 기준으로 하여 0.001, 0.0005 또는 0.0001 중량 퍼센트 미만으로; 예를 들어 금속 킬레이트화 화합물을 총 슬러리 중량을 기준으로 하여 0.01, 0.005 또는 0.001 중량 퍼센트 미만으로 포함할 수 있다.
본 기재내용의 슬러리에 요구되지 않으며, 특히 제외될 수 있는 특정한 금속 부동태화제의 예는 미국 특허 8,435,421 (그의 전문이 본원에 참조로 포함됨)의 조성물의 "2차 필름-형성 금속-부동태화제"로서 확인된다 (칼럼 6, 제29행-제67행 참조). 이들 작용제는 화학식 (II): Z-X2(Y2R5)(Y3R6)을 갖는 화합물, 뿐만 아니라 화학식 (II)의 화합물의 염 또는 다른 화학적 (예를 들어, 염기 또는 산) 형태, 및 화학식 (II)의 부분적으로 중화된 형태를 포함한다.
화학식 (II)에서, Z는 NH2 또는 OH이고; X2는 P=O 또는 C이고; Y2 및 Y3은 각각 독립적으로 N, NH 또는 O이고; R5 및 R6은 각각 독립적으로 R7-(OCH2CH2)n-일 수 있으며, 여기서 R7은 H, C1-C20-알킬, 페닐 또는 C1-C20-알킬-치환된 페닐일 수 있고, 여기서 "n"은 약 2 내지 약 1000 범위의 평균값을 갖거나, 또는 Y2 및 Y3이 각각 독립적으로 N 또는 NH이면, R5 및 R6은 각각 독립적으로 N, NH 또는 CH일 수 있고, X2, Y2 및 Y3과 함께 5-원 고리 헤테로사이클을 형성할 수 있다. 바람직하게는, R7은 C1-C20-알킬, 페닐 또는 C1-C20-알킬-치환된 페닐이다. 일부 바람직한 실시양태에서, R7은 C1-C20-알킬-치환된 페닐, 특히 노닐페닐이다.
화학식 (II)의 화합물의 비제한적 예는 헤테로사이클 (예를 들어, 5-아미노테트라졸, 5-아미노-1,2,-4-트리아졸 등) 및 포스페이트 에스테르 예컨대 비스-PEG화 포스페이트 에스테르, 특히 포스페이트 기의 2개의 산소에 부착된 폴리(옥시에틸렌) 쇄를 포함하고, 여기서 폴리(옥시에틸렌) 쇄는 아릴 에테르 기 (예를 들어, 페닐), 알킬 에테르 기 (예를 들어, C1-C20-알킬, 예컨대 라우릴 또는 스테아릴) 또는 알킬아릴 에테르 기 (예를 들어, C1-C20-알킬페닐, 예컨대 노닐페닐)에 의해 종결된 것인 포스페이트 에스테르를 포함한다. 용어 "폴리(옥시에틸렌)"은 폴리(옥시에틸렌) 쇄당 평균 2 내지 약 1000개의 옥시에틸렌 (-OCH2CH2-) 단량체 단위, 바람직하게는 2 내지 100개 (예를 들어, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 또는 90개)의 옥시에틸렌 단위를 갖는 중합체 또는 올리고머를 지칭한다. 포스페이트 에스테르-유형 부동태화제의 하나의 구체적 예는 비스-(노닐페닐폴리(옥시에틸렌)) 포스페이트 에스테르 (NPPOP)이고, 이는 헌츠만(Huntsman)으로부터 서포닉(SURFONIC)™ PE 1198이라는 상표명으로 상업적으로 입수가능하다.
본 기재내용의 슬러리에 요구되지 않으며, 특히 제외될 수 있는 특정한 금속 킬레이트화제의 예는 미국 특허 8,435,421의 칼럼 7, 제17행-제51행에서 확인된다. 이들은 옥살산, 아미노-치환된 카르복실산 (예를 들어, 아미노 폴리카르복실레이트, 예컨대 이미노디아세트산 (IDA), 에틸렌디아민디숙신산 (EDDS), 이미노디숙신산 (IDS), 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 니트릴로트리아세트산 (NTA), 뿐만 아니라 알파-아미노산, 예컨대 글리신, 베타-아미노산 등); 히드록실-치환된 카르복실산 (예를 들어, 글리콜산 및 락트산, 뿐만 아니라 히드록실 폴리카르복실산, 예컨대 말산, 시트르산, 타르타르산 등); 포스포노카르복실산; 아미노포스폰산; 상기 중 임의의 것의 염; 상기 중 2종 이상의 조합 등을 포함한다.
연마 조성물은 임의의 유용한 방식으로 제조될 수 있으며, 이들의 많은 예가 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 연마 조성물은 회분식 또는 연속식 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 그의 구성요소를 임의의 순서로 적합한 혼합 하에 조합하여 구성요소의 균일한 혼합물 (슬러리)을 생성함으로써 제조될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "구성요소"는 개별 성분 (예를 들어, 제1 연마제 입자, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산, pH-조정제 등) 뿐만 아니라 성분의 임의의 조합을 포함한다.
예를 들어, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산은 목적하는 농도로 물에 첨가될 수 있다. 이어서, 생성된 수용액의 pH가 조정될 수 있고 (필요에 따라), 연마제 입자 (예를 들어, 제1 연마제 입자)가 목적하는 농도로 용액에 첨가되어 연마 조성물을 형성할 수 있다. 다른 성분은 또한 성분의 균일한 혼입을 가능하게 할 때 용액에 혼입될 수 있다.
연마 조성물은 1종 이상의 구성요소를 사용 전 즉각적으로 또는 사용 직전에 연마 조성물에 첨가하여 (예를 들어, 사용 전 약 1분 이내, 또는 사용 전 약 1시간 이내, 또는 사용 전 약 7일 이내), CMP 공정에 사용 전 즉각적으로 또는 사용 직전에 제조될 수 있다. 연마 조성물은 또한 CMP 연마 작업 동안 기판의 표면에서 구성요소를 혼합함으로써 또는 슬러리를 기판에 적용하기 직전에 제조될 수 있다.
대안적 실시양태에서, 연마 조성물은 상업적으로 수송 또는 저장되도록 설계된 농축물로서 제공된 다음, 사용을 위해 적절한 양의 수성 담체, 특히 물로 사용 직전 시점에 희석될 수 있다. 이들 실시양태에서, 연마 조성물 농축물은 제1 연마제 입자, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산, pH-조정제 및 물을, 적절한 양의 물로 농축물을 희석하면, 연마 조성물의 각 구성요소가 연마 조성물에 대해 상기 명시된 범위 내의 양으로 희석된 연마 조성물에 존재할 양으로 포함할 수 있다. 게다가, 농축물은 다른 구성요소가 적어도 부분적으로 또는 완전히 농축물 중에 용해되도록 보장하기 위해, 사용 동안 연마 조성물에 존재하는 일정 분율의 수성 담체 (예를 들어, 물)를 함유할 수 있다.
연마 조성물은 사용하기 훨씬 전에, 또는 심지어 사용 직전에 제조될 수 있지만, 연마 조성물은 또한 사용-지점에서 또는 그 근처에서 연마 조성물의 구성요소를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "사용-지점"은 연마 조성물이 기판 표면 (예를 들어, 연마 패드 또는 기판 표면 자체)에 적용되는 지점을 지칭한다. 연마 조성물이 사용-지점 혼합에 의해 제조되어야 할 경우에, 연마 조성물의 구성요소는 2개 이상의 저장 장치에 개별적으로 저장된다.
사용-지점에서 또는 그 근처에서 저장 장치에 함유된 구성요소를 혼합하여 연마 조성물을 제조하기 위해, 저장 장치에는 전형적으로 각 저장 장치로부터 연마 조성물의 사용-지점 (예를 들어, 압반, 연마 패드, 또는 기판 표면)으로 이어지는 1개 이상의 유동 라인이 제공된다. 용어 "유동 라인"은 개별 저장 용기로부터 그에 저장된 구성요소의 사용-지점으로의 유동 경로를 지칭한다. 1개 이상의 유동 라인이 각각 사용-지점으로 직접적으로 이어질 수 있거나, 또는 1개 초과의 유동 라인이 사용되는 상황에서는, 유동 라인 중 2개 이상이 임의의 지점에서 단일 유동 라인으로 합쳐져 사용-지점으로 이어질 수 있다. 게다가, 임의의 1개 이상의 유동 라인 (예를 들어, 개별 유동 라인 또는 합쳐진 유동 라인)은 구성요소(들)가 사용-지점에 도달하기 전에 1개 이상의 다른 장치 (예를 들어, 펌핑 장치, 측정 장치, 혼합 장치 등)로 먼저 이어질 수 있다.
연마 조성물의 구성요소는 사용-지점에 독립적으로 전달될 수 있거나 (예를 들어, 구성성분이 기판 표면에 전달되고, 그 결과 구성요소가 연마 공정 동안 혼합됨), 또는 구성요소는 사용-지점에 전달되기 직전에 조합될 수 있다. 구성요소가 사용-지점에 도달하기 전 10초 이내에, 바람직하게는 사용-지점에 도달하기 전 5초 이내에, 보다 바람직하게는 사용-지점에 도달하기 전 1초 이내에, 또는 심지어 사용-지점에서 구성요소의 전달과 동시에 조합된다면 (예를 들어, 구성요소가 사용-지점 예컨대 기판 또는 연마 패드에서, 분배기에서 조합됨), 이들은 "사용-지점에 전달되기 직전에" 조합되는 것이다.
연마 조성물의 2종 이상의 구성요소가 사용-지점에 도달하기 전에 조합되는 경우에, 구성요소는 혼합 장치의 사용 없이 유동 라인에서 조합되어 사용-지점에 전달될 수 있다. 대안적으로, 유동 라인 중 1개 이상은 구성요소 중 2종 이상의 조합을 용이하게 하기 위해 혼합 장치로 이어질 수 있다. 임의의 적합한 혼합 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 혼합 장치는 구성요소 중 2종 이상이 유동하는 노즐 또는 제트 (예를 들어, 고압 노즐 또는 제트)일 수 있다. 대안적으로, 혼합 장치는, 연마 조성물의 2종 이상의 구성요소가 용기-유형 혼합 장치에 도입되도록 하는 1개 이상의 유입구, 및 혼합된 구성요소가 직접적으로 또는 장치의 다른 요소를 통해 (예를 들어, 1개 이상의 유동 라인을 통해) 사용-지점에 전달되도록 배출되는 적어도 1개의 유출구를 포함하는 용기-유형 혼합 장치일 수 있다. 혼합 장치는 단일 챔버 또는 1개 초과의 챔버를 포함할 수 있고, 이들 각각의 챔버는 적어도 1개의 유입구 및 적어도 1개의 유출구를 가지며, 여기서 2종 이상의 구성요소는 각각의 챔버에서 조합된다. 용기-유형 혼합 장치가 사용되는 경우에, 혼합 장치는 바람직하게는 과도한 발포 또는 공기 포획을 발생시키지 않으면서, 바람직하게는 구성요소를 균일하게 진탕하고 조합하는 혼합 메카니즘을 포함한다. 혼합 메카니즘은 일반적으로 관련 기술분야에 공지되어 있으며, 교반기, 블렌더, 진탕기, 패들 배플, 기체 스파저 시스템, 진동기 등을 포함한다.
기재된 바와 같은 연마 조성물은 임의의 적합한 기판을 연마하는데 유용할 수 있으며, 특히 유전체-함유 (예를 들어, 산화규소-함유) 표면을 포함하는 기판, 특히 유전체 물질의 트렌치 영역에 의해 분리된 융기 유전체 영역을 포함하는 패턴 유전체의 영역을 갖는 것을 연마하는데 유용할 수 있다. 예시적인 기판은 평판 디스플레이, 집적 회로, 메모리 또는 하드 디스크, 층간 유전체 (ILD) 장치, 마이크로전기기계 시스템 (MEMS), 3D NAND 장치 등의 구성요소로서 사용하기 위해 가공되는 것들을 포함한다.
임의의 유형의 장치의 기판의 경우에, 기판 표면은 표면 구조 또는 토포그래피를 또한 포함하는 보다 아래 층 위에 배치된 유전체 물질의 연속적이지만 구조화된 (비-평탄, 비-평활) 층을 포함한다. 유전체 층 표면의 이러한 구조화된 비-평탄 영역은 "패턴 유전체"라 지칭된다. 이는 보다 아래 층에 존재하는 트렌치 또는 구멍을 채우기 위해 유전체 물질이 보다 아래 층의 고르지 않은 구조 위에 배치됨으로써 유발된다. 모든 트렌치 또는 구멍 등이 완전히 채워지고, 트렌치 또는 구멍 등을 함유하는 보다 아래 층의 표면 위로 완전 피복을 보장하기 위해, 유전체 물질은 초과량으로 침착된다. 유전체 물질은 보다 아래 층의 고르지 않은 토포그래피에 합치되어, 트렌치에 의해 분리된 융기 영역을 특징으로 하는 침착된 연속 유전체 표면을 생성할 것이다. 융기부는 활성 연마 및 물질 제거의 위치일 것이며, 이는 대부분의 유전체 물질이 제거되는 위치를 의미한다. 패턴 유전체 물질은 또한 인접한 트렌치에서의 유전체 물질의 높이에 대한 융기된 위치의 유전체 물질의 높이인 소위 "단차"를 특징으로 한다.
연마 조성물은 특히 유전체가 구조화된 보다 아래 층 위에 코팅되어 패턴 유전체 물질의 영역을 생성하는, 얕은 트렌치 격리 (STI) 또는 유사한 공정을 겪은 기판을 평탄화 또는 연마하는데 매우 적합하다. 얕은 트렌치 격리를 겪은 기판의 경우에, 전형적인 단차는 1,000 옹스트롬 내지 7,000 옹스트롬의 범위일 수 있다.
기재된 연마 조성물의 특정 실시양태는 또한 인-프로세스 3D NAND 플래쉬 메모리 장치인 기판을 평탄화 또는 연마하는데 유용하다. 이러한 기판에서, 보다 아래 층은 트렌치, 홀, 또는 고종횡비, 예컨대 적어도 10:1, 30:1, 60:1 또는 80:1의 종횡비를 갖는 다른 구조를 포함하는 반도체 층으로 구성된다. 이러한 고종횡비의 구조를 갖는 표면이 유전체 물질에 의해 코팅되는 경우에, 생성된 패턴 유전체는 높은 단차, 예컨대 7,000 옹스트롬보다 실질적으로 더 큰, 예를 들어 10,000, 20,000, 30,000 또는 40,000 옹스트롬 또는 그 초과보다 더 큰 단차를 나타낼 것이다.
본원에 기재된 임의의 장치의 유전체 층은 임의의 적합한 유전체 물질을 포함하거나, 본질적으로 이들로 이루어지거나 또는 이들로 이루어질 수 있으며, 산화규소 및 산화규소-기재 유전체 물질의 다양한 형태를 포함하여, 이들 중 다수가 널리 공지되어 있다. 예를 들어, 산화규소 또는 산화규소-기재 유전체 층을 포함하는 유전체 층은 테트라에톡시실란 (TEOS), 고밀도 플라즈마 (HDP) 산화물, 포스포실리케이트 유리 (PSG), 보로포스포실리케이트 유리 (BPSG), 고종횡비 공정 (HARP) 산화물, 스핀 온 유전체 (SOD) 산화물, 화학 증착 (CVD) 산화물, 플라즈마-강화 테트라에틸 오르토 실리케이트 (PETEOS), 열적 산화물, 또는 비도핑 실리케이트 유리 중 임의의 1종 이상을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이들로 이루어질 수 있다.
과거에는, 패턴 유전체의 평탄화를 요구하는 기판의 일부 예는 패턴 유전체 물질의 활성 연마 영역 아래 위치에 질화규소 층 (예를 들어, "질화규소 캡" 또는 "라이너")을 포함하도록, 예를 들어 구조화된 반도체 층의 랜드 표면 위에 "캡"을 포함하도록 제조된 바 있다. 질화규소는 질화규소 층에 도달하면, 활성 영역에서의 연마 및 유전체 물질의 제거를 정지시키도록 설계된다. 질화규소 층은 트렌치 손실 및 최종 토포그래피에서의 디싱을 감소시키도록 의도된 방식으로 연마 단계에서 물질의 제거를 중단하는 기능을 한다. 그러나, 이러한 단계는 제조 공정에 상당한 비용을 부가하며, 여전히 디싱을 완전히 방지할 수 없다.
본 기재내용의 공정에 따르면, 기판은 유전체 연마 및 제거 단계의 의도된 종료 위치에 위치하는 질화규소 라이너를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 기판은 활성 영역으로부터 유전체를 제거하는 단계의 종료 위치에 배치된 질화규소 "라이너" 또는 "캡"을 요구하지 않으며, 임의로 바람직하게는 제외할 수 있다.
기판은 임의의 적합한 기술, 특히 화학-기계적 연마 (CMP) 장비를 사용하는 CMP 가공에 의해 본원에 기재된 연마 조성물로 평탄화 또는 연마될 수 있다. 전형적으로, CMP 장치는 사용 중에 있을 때 운동하며, 궤도, 선, 또는 원 운동으로부터 유발된 속도를 갖는 압반; 압반과 접촉해 있으며 운동 중에 있을 때 압반과 함께 이동하는 연마 패드; 및 연마 패드의 표면과 접촉해 있으며, 그에 대해 상대적으로 이동함으로써 연마될 기판을 유지하는 캐리어를 포함한다. 연마는 기판이 기재된 바와 같은 연마 조성물, 및 전형적으로 연마 패드와 접촉하여 배치된 다음, 기판 표면의 적어도 일부, 예를 들어 패턴 유전체 물질을 제거함으로써 발생한다. 임의의 적합한 연마 조건이 사용될 수 있다.
기판은 임의의 적합한 연마 패드 (예를 들어, 연마 표면)와 함께 화학-기계적 연마 조성물로 평탄화 또는 연마될 수 있다. 적합한 연마 패드는, 예를 들어, 직조 및 부직 연마 패드를 포함한다. 더욱이, 적합한 연마 패드는 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축성, 압축 시의 반발 능력 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.
임의로, CMP 장치는 원위치에서의 연마 종점 검출 시스템을 포함하며, 이들 중 다수가 관련 기술분야에 공지되어 있다. 가공물의 표면으로부터 반사된 광 또는 다른 복사선을 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, 연마되는 가공물에 대한 연마 공정 진행의 검사 또는 모니터링은 연마 종점의 결정, 즉 특정한 가공물에 대해 연마 공정을 언제 종결할지를 결정하는 것을 가능하게 한다.
바람직한 방법에 따르면, 패턴 유전체는 융기 영역 (초기 높이 h0을 가짐)과 트렌치 (초기 트렌치 두께 t0을 가짐, 도 1 참조) 사이의 단차를 감소시키도록 평탄화 및 연마된다. 이러한 평탄화를 효과적 및 효율적으로 달성하기 위해, 공정은 패턴 유전체 물질의 융기 영역 (활성)의 빠른 제거 속도를, 트렌치의 유전체 물질의 실질적으로 더 느린 제거 속도와 함께 포함하여야 한다. 가장 바람직하게는, 공정은 또한 자가-정지 기능을 나타낸다.
CMP 연마 또는 평탄화 동안, 유전체 물질은 융기 영역으로부터 제거되고, 트렌치로부터 보다 소량으로 제거된다. 연마 동안, 융기 영역의 높이는 결국 트렌치의 높이와 본질적으로 같아지도록 감소한다. 이는, 예를 들어, 단차가 1,000 옹스트롬 미만, 예를 들어 900, 500, 300 또는 250 옹스트롬 미만으로 감소됨을 의미할 수 있다. 융기 영역의 높이를 감소시키는 것은 효과적으로 패턴을 제거하고 패턴을 평탄화된 유전체 필드, 즉 유전체 물질의 실질적으로 평탄화된 영역을 의미하는 "블랭킷' 유전체 또는 "블랭킷 산화물"로 전환시키면서, 트렌치 중에 융기 영역의 패턴을 제거한다.
가공되는 기판에 따라, CMP 가공의 단계를 시작하기 전에 측정되는 초기 단차는 적어도 1,000, 2,000 또는 5,000 옹스트롬일 수 있으며, 7,000 옹스트롬보다 실질적으로 더 크고, 예컨대 더 크거나, 또는 적어도 10,000, 20,000, 30,000 또는 40,000 옹스트롬일 수 있다.
도 1 (일정 비율이 아님)은 연마 전 기판의 초기 단차 h0 및 초기 트렌치 두께 t0을 개략적으로 제시한다. 연마 후, 단차는 h1로 감소되고, 트렌치 두께는 t1로 감소된다.
도 1을 참조하면, 초기 단차 h0을 갖는 예시적인 기판이 예시되며, 초기 트렌치 두께는 t0이다. 단차의 물질은 대부분이 유전체 예컨대 TEOS, BPSG, 또는 다른 무정형 실리카-함유 물질일 수 있다. 3D NAND 유전체 (및 다른 벌크 산화물 제거) 가공에서의 주요 단계는 가능한 한 낮은 트렌치 손실 (t0-t1)로, 단차 h1을 작은 수 (예를 들어, <1000 또는 < 900 옹스트롬)로 감소시키는 것이다. 우수한 평탄화 효율을 위해, 최종 단차는 합리적인 트렌치 손실로 달성되어야 한다. 이는 트렌치 영역에서보다 활성 (융기) 영역에서 더 빠른 제거 속도를 갖는 슬러리를 요구한다. 추가적으로, 바람직한 슬러리는 과다-연마를 일으키지 않는 보다 효과적인 최종 연마를 가능하게 하는 "자가-정지" 또는 "평탄 시 정지" 거동을 유발할 것이다. 목적하는 슬러리는 블랭킷 (실질적으로 평활한) 유전체 물질에 대한 제거 속도와 비교하여 훨씬 더 빠른 패턴 제거 속도 (활성 영역에서의 제거 속도)를 갖는다.
활성 영역에서의 유전체 물질의 제거 속도는 패턴 물질 (예를 들어, 패턴 산화물)의 제거 속도 또는 "패턴 제거 속도" 또는 "활성 제거 속도"라 지칭된다. 기재된 바와 같은 공정 및 슬러리를 사용하여 달성되는 패턴 제거 속도는 임의의 유용한 속도일 수 있으며, 임의의 주어진 공정 및 기판에 대해 융기 영역의 치수 (예를 들어, 폭)에 크게 좌우될 것이다. 바람직한 공정에 따르면, 패턴 유전체 물질의 제거 속도는 분당 적어도 2,000 옹스트롬, 바람직하게는 분당 적어도 4,000 옹스트롬, 예컨대 분당 적어도 약 5,000 또는 6,000 옹스트롬, 임의로는 심지어 분당 최대 10,000, 14,000 또는 15,000 옹스트롬일 수 있다.
본원에 기재된 기판의 CMP 평탄화의 바람직한 공정에 따르면, 패턴 유전체는 5분 미만, 예를 들어 3, 2 또는 1분 미만의 시간 동안 패턴 유전체의 CMP 가공에 의해 평탄화된 표면으로 가공될 수 있다. 이는 적어도 7,000 또는 10,000, 예를 들어 20,000, 30,000 또는 40,000 옹스트롬의 단차를 포함하는 패턴 유전체를 갖는 기판에 대해 달성될 수 있다. 표면은 1,000 옹스트롬 미만, 예를 들어 900 옹스트롬, 500 옹스트롬, 300 옹스트롬 또는 250 옹스트롬 미만의 감소된 (연마에 의해) 단차 (즉, "잔존" 단차)의 달성 시 효과적으로 평탄화된 것으로 간주된다.
또한 기재된 바와 같은 슬러리를 사용하는 특정의 바람직한 공정에 따르면, 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유하지 않는 슬러리에 비해 트렌치 손실이 감소될 수 있고, 평탄화 효율이 개선될 수 있다. 트렌치 손실은 CMP 가공 전의 트렌치 두께 (t0)에서 CMP 가공 후의 트렌치 두께 (t1)를 뺀 차이를 지칭하고; 트렌치 손실은 t0-t1과 같다 (도 1 참조) (주어진 가공 시간 또는 결과에 대해). 바람직한 공정 및 슬러리에 따르면, 평탄화 (예를 들어, 1,000 옹스트롬 미만, 예를 들어 900, 500, 300 또는 250 옹스트롬 미만의 "잔존" 단차에 의해 한정됨)되기까지의 연마 동안, 또는 주어진 가공 시간 양 동안 발생할 트렌치 손실의 양은 기재된 바와 같은 슬러리 중 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산의 존재에 의해 감소될 수 있으며; 즉 기재된 바와 같은 슬러리 (히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유함)를 사용하는 기재된 바와 같은 공정의 트렌치 손실은, 동일한 기판을 유사하지만, 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유하지 않는 슬러리로 가공하는 동일한 공정을 사용하여 달리 발생할 트렌치 손실의 양보다 실질적으로 적을 것이다 (예를 들어, 적어도 10 퍼센트 적음).
보다 낮은 트렌치 손실은 공정에 대해 단차 감소 (옹스트롬)를 트렌치 손실 (옹스트롬)로 나눈 것을 지칭하는 평탄화 효율로 반영될 수 있다. 본 기재내용의 바람직한 공정에 따르면, 평탄화 효율은 기재된 바와 같은 슬러리 중 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산의 존재에 의해 개선될 수 있으며; 즉 기재된 바와 같은 슬러리 (히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유함)를 사용하는 기재된 바와 같은 공정의 평탄화 효율은, 유사한 기판을 동일한 공정 조건 및 장비를 사용하여 가공할 때, 유사한 공정 및 유사한 슬러리 (그러나, 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유하지 않음)를 사용하여 발생할 평탄화 효율보다 실질적으로 클 것이다 (예를 들어, 적어도 10 퍼센트 큼). 기재된 바와 같은 공정의 평탄화 효율 (단차 감소를 트렌치 손실로 나눈 것)의 바람직한 수준은 적어도 2.0, 바람직하게는 적어도 3.0, 예컨대 적어도 약 3.5일 수 있다.
바람직한 공정은 또한 자가-정지 거동을 나타낼 수 있으며, 이는 블랭킷 유전체 (1,000 옹스트롬, 900 옹스트롬, 500 옹스트롬 미만, 또는 300 또는 200 옹스트롬 미만의 단차에 도달 시)로부터의 유전체 물질의 제거 속도 (즉, "블랭킷 제거 속도")가 동일한 공정의 패턴 제거 속도보다 상당히 더 느림을 의미한다. 본 기재내용의 바람직한 공정에 따르면, 자가-정지 거동은 블랭킷 유전체 물질의 제거 속도가 분당 1,000 옹스트롬 미만, 바람직하게는 분당 800 옹스트롬 미만, 예를 들어 분당 약 500 옹스트롬 미만인 경우에 발생한 것으로 간주된다.
또 다른 측정으로, 블랭킷 제거 속도를 패턴 제거 속도와 비교함으로써 자가-정지 거동이 측정될 수 있다. 블랭킷 제거 속도 대 패턴 제거 속도의 낮은 비는 우수한 자가-정지 거동을 나타낸다. 바람직한 공정에 따르면, 본원에 기재된 바와 같은 슬러리를 사용하는 블랭킷 제거 속도 대 패턴 제거 속도의 비는 1 미만, 예를 들어 0.5 미만 또는 0.1 미만일 수 있다. 이러한 비는 기재된 바와 같은 슬러리 (히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유함)를 사용하는 기재된 바와 같은 공정에 대해, 동일한 기판을 유사하지만, 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유하지 않는 슬러리로 가공하는 동일한 공정을 사용하여 발생할 비와 비교 시 더 낮을 것이다.
실시예:
하기 실시예에 의해 제시된 바와 같이, 본 개시내용은 세리아-함유 슬러리 중의 예상외로 우수한 평탄화 효율 및 자가-정지 거동을 제공하는 화학적 작용제의 발견에 기초한다. 하기 실시예에서, 연마 "대조군 슬러리"는 출원인의 동시-계류 중인 특허 출원 14/639,564에 기재된 바와 같은 세리아-기재 슬러리이다. "대조군 슬러리" ("대조군 슬러리 이력 곡선"에 제시된 바와 같은 것을 포함함)는 세리아 입자 (0.3%), 피콜린산 (500ppm)을 포함하며, 약 4.0의 pH를 갖는다. 대조군 슬러리의 세리아 입자는 100 나노미터의 D50 입자 크기를 가졌다.
사용되는 연마 도구는 미라(Mirra)이며; 하향력 압력은 제곱 인치당 3 파운드이고; 슬러리 유량은 분당 150 밀리리터였다. 패턴 웨이퍼는 2 마이크로미터의 초기 단차를 포함하였고, TEOS로 제조되었다 ("패턴 웨이퍼"). 패턴 웨이퍼는 여러 상이한 피쳐 크기, 예컨대 특히 10x10x3 밀리미터 (mm) (10x10은 피쳐 치수를 나타내며, 3 mm는 트렌치 폭을 나타냄) 및 5x5x3 mm를 함유하였다. 달리 나타내지 않는 한, 3D NAND 패턴 웨이퍼에 대한 연마 시간은 150- 190초이며, STI-10K 패턴 웨이퍼에 대해서는 45-65초였다. 사용되는 연마 패드는 캐보트 마이크로일렉트로닉스(Cabot Microelectronics)로부터 상업적으로 입수가능한 R200-01 패드이며, 컨디셔너는 사솔(Sasol) C7이었다. 입증된 바와 같이, 살리실히드록삼산은 자가-정지 및 평탄화 효율의 예상외로 우수한 성능 (감소된 트렌치 손실 때문에)을 제공한다.
실시예 1
도 2는 대조군 슬러리 및 SHA (살리실히드록삼산)를 함유하는 세리아 슬러리로 연마된 패턴 웨이퍼의 고해상도 프로파일로미터 측정을 제시한다. 관심 피쳐 크기는 10mmx10mmx3mm이며, 이때 10mm는 활성부 (상승 영역)이고, 3 mm는 트렌치 영역이다. 차트에 의해 나타내어지는 바와 같이, 2500 옹스트롬 (Å) 단차에서, 대조군 슬러리는 약 4800 Å의 트렌치 산화물을 손실하고, 반면에 100 ppm SHA 슬러리는 이를 ~2400 Å으로 감소시켜, 산화물 손실에 있어서 50% 감소를 나타낸다. 달리 말하면, 고정된 트렌치 손실, 즉 4000 Å에서, SHA 슬러리는 ~1500 Å 단차까지 떨어질 수 있고, 반면에 대조군 슬러리는 3000 Å 단차를 갖는다. SHA 슬러리는 최종 단차를 ~ 50% 감소시킨다. 본 실시예는 SHA-함유 세리아 슬러리가 대안적 화학 (예를 들어, 피콜린산)을 함유하며 SHA를 함유하지 않는 것을 제외하고 그 외에는 유사한 슬러리에 비해 우수한 평탄화 효율을 가짐을 입증한다.
실시예 2
도 3 및 4는 세리아-기재 슬러리 중 SHA의 존재로부터 예상외로 유발되는 자가-정지 거동을 제시한다. 본 실시예에서, SHA는 세리아를 갖는 슬러리에 포함된다. "대조군 슬러리"는 SHA 없이 세리아 및 피콜린산을 포함하는, 이전에 기재된 바와 같은 것이다. 도 3은 패턴 밀도 특색의 함수로서 패턴 제거 속도를 제시하고; 대조군 슬러리 및 SHA-함유 슬러리는 다소 유사한 패턴 제거 속도를 가지며, 그 차이는 단지 약 20 퍼센트인 것으로 제시될 수 있다. 도 4는 SHA-함유 슬러리의 블랭킷 제거 속도가 대조군 슬러리의 블랭킷 제거 속도보다 현저히 더 느린 것으로, 즉 약 1000 Å /분 대 약 8000 Å /분을 제시한다. 이러한 현저히 더 느린 블랭킷 제거 속도는 평탄화 효율 (PE) 및 공정 작업 범위를 개선시키는데 있어서 매우 유리한 "자가-정지" 거동을 입증한다. 예를 들어, 패턴 웨이퍼를 연마할 때, 연마 종료 시의 웨이퍼 피쳐는 블랭킷 웨이퍼 영역에 보다 더 유사해지며, 느린 제거 속도가 트렌치 손실 감소의 관점에서 유리할 수 있기 때문에, 이러한 느린 블랭킷 제거 속도는 더 넓은 과다-연마 범위로 해석된다. 본 실시예에서, 패턴 제거 속도 대 블랭킷 제거 비는 SHA-함유 슬러리의 경우에 약 7이다.
실시예 3:
IC1010 패드가 R200-01 패드 대신에 사용되고, STI-10K 웨이퍼가 실시예 1 및 2의 패턴 웨이퍼 대신에 사용되는 것을 제외하고는, 연마 조건은 실시예 1 및 2와 동일하다. STI-10K 웨이퍼는 패턴 웨이퍼의 20,000 Å 단차와 비교하여 10,000 Å 단차를 가지고, STI-10K 웨이퍼에 걸쳐 피쳐 크기는 1mm 미만이다. 예시 슬러리는 세리아 0.3% + 175ppm SHA + 50ppm 피콜린산을 함유하며, pH는 4.0으로 조정되었다. 예시 슬러리는 900x900x900 마이크로미터 피쳐 (900 마이크로미터는 활성 평방 치수 및 트렌치 폭임)에서 약 7500 Å /분의 패턴 제거 속도를 가지고, 반면에 블랭킷 웨이퍼의 제거 속도는 250 Å /분 미만의 제거 속도이다. 본 실시예에서, 패턴 제거 속도 대 블랭킷 제거 속도는 약 30이어서, 바람직한 자가-정지 슬러리를 생성한다. 대조적으로, 대조군 슬러리는 7900 Å /분의 패턴 제거 속도, 그러나 7800의 블랭킷 제거 속도를 가져, 패턴 대 블랭킷 비가 약 1.0이다.

Claims (21)

  1. 기판의 유전체-함유 표면을 연마하는 방법이며:
    유전체 물질의 융기 영역 및 유전체 물질의 트렌치 영역을 포함하며, 융기 영역의 높이와 트렌치 영역의 높이 사이의 차이가 단차를 나타내는 것인 패턴 유전체 물질을 포함하는 표면을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    연마 패드를 제공하는 단계;
    하기를 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하는 단계로서:
    수성 매질,
    수성 매질 중에 분산된 연마제 입자, 및
    하기 화학식의 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산:
    Figure pct00007

    여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있음,
    슬러리가 약 7 미만의 pH를 갖는 것인 단계;
    기판을 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
    기판 표면 상의 산화규소 층의 적어도 일부를 마모시키도록 기판에 대해 상대적으로 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물을 이동시켜 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, R이 2-히드록시페닐, C1 내지 C5 분지쇄 또는 직쇄 알킬-치환된 페닐, 또는 C1 내지 C5 분지쇄 또는 직쇄 알킬 (예를 들어, 포화) 기인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산이 살리실히드록삼산인 방법.
    Figure pct00008
  4. 제1항에 있어서, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산이 약 5 내지 약 3,000 백만분율의 농도로 연마 조성물에 존재하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 패턴 유전체가 산화규소, 테트라에톡시실란, 포스포실리케이트 유리 또는 보로포스포실리케이트 유리로부터 선택된 유전체 물질로 이루어지는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    패턴 유전체가 적어도 1000 옹스트롬의 초기 단차를 포함하고,
    방법이 단차를 900 옹스트롬 미만으로 감소시켜 평탄화된 (블랭킷) 유전체의 영역을 생성하는 것을 포함하고,
    평탄화된 (블랭킷) 유전체의 제거 속도가 분당 500 옹스트롬 미만인
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    패턴 유전체가 연마 전의 초기 단차 및 연마 종료 시의 최종 단차를 포함하며, 초기 단차와 최종 단차 사이의 차이는 단차 감소이고,
    패턴 유전체가 연마 전의 초기 트렌치 두께 및 연마 종료 시의 최종 트렌치 두께를 포함하며, 초기 트렌치 두께와 최종 트렌치 두께 사이의 차이는 트렌치 손실이고,
    트렌치 손실이 그 외에는 동일하지만, 히드록삼산, 치환된 히드록삼산 또는 살리실히드록삼산을 함유하지 않는 슬러리로 동일한 기판에 대해 동일한 공정을 사용하여 발생할 트렌치 손실보다 실질적으로 적은 것 (예를 들어, 적어도 10 퍼센트 적음)인
    방법.
  8. 제1항에 있어서, 융기 영역으로부터 적어도 10,000 옹스트롬의 유전체 물질을 제거하는 것을 포함하는 방법.
  9. 유전체-함유 기판을 연마하는데 유용한 화학-기계적 연마 조성물이며:
    수성 매질,
    수성 매질 중에 분산된 연마제 입자, 및
    하기 화학식의 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산을 포함하고:
    Figure pct00009

    여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있음,
    슬러리가 약 7 미만의 pH를 갖는 것인
    화학-기계적 연마 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산이 살리실히드록삼산인 조성물.
    Figure pct00010
  11. 제9항에 있어서, 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산이 약 5 내지 약 3,000 백만분율의 농도로 연마 조성물에 존재하는 것인 조성물.
  12. 제9항에 있어서, 0.001 중량 퍼센트 이하의 금속 부동태화제를 함유하는 조성물.
  13. 제9항에 있어서, 연마제 입자가 연마제 입자의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 99 중량 퍼센트의 세리아, 지르코니아, 실리카, 티타니아 또는 그의 혼합물을 함유하는 것인 조성물.
  14. 제9항에 있어서, 연마제 입자가 습식-가공 세리아 입자, 소성 세리아 입자, 금속-도핑된 세리아 입자, 지르코니아 입자, 금속-도핑된 지르코니아 입자 또는 그의 조합인 조성물.
  15. 제9항에 있어서, 세리아 입자가 약 40 내지 약 100 나노미터의 중앙 입자 크기를 갖는 습식-가공 세리아 입자이며, 약 0.005 중량 퍼센트 내지 약 2 중량 퍼센트의 농도로 연마 조성물에 존재하며, 적어도 약 300 나노미터의 입자 크기 분포를 갖는 것인 조성물.
  16. 제9항에 있어서, 연마제 입자가 약 0.1 중량 퍼센트 내지 약 0.5 중량 퍼센트의 농도로 연마 조성물에 존재하는 것인 조성물.
  17. 제9항에 있어서, pH-조정제를 포함하며, 여기서 연마 조성물의 pH가 약 1 내지 약 6인 조성물.
  18. 유전체-함유 기판을 연마하는데 유용한 화학-기계적 연마 조성물이며:
    수성 매질,
    수성 매질 중에 분산된 세리아 또는 세리아 함유 입자, 및
    하기 화학식의 히드록삼산 또는 치환된 히드록삼산을 포함하고:
    Figure pct00011

    여기서 R은 수소, 알킬, 시클로알킬, 아릴, 헤테로시클릭 알킬 및 헤테로시클릭 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며, 이들 중 임의의 것은 치환될 수 있음,
    슬러리가 약 7 미만의 pH를 갖는 것인
    화학-기계적 연마 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 세리아 또는 세리아 함유 입자가 순수한 세리아, 금속-도핑된 세리아, 소성 세리아, 습식 가공 세리아 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인 조성물.
  20. 제18항에 있어서, 세리아 또는 세리아 함유 입자가 10-200nm 범위의 D50 및 100-500 nm 범위의 입자 크기 분포를 갖는 것인 조성물.
  21. 제18항에 있어서, 10 내지 10,000 ppm의 피콜린산을 포함하는 조성물.
KR1020187003882A 2015-07-13 2016-07-12 유전체 기판을 가공하기 위한 방법 및 조성물 KR20180021387A (ko)

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