KR20200094689A - 조정가능한 산화규소 및 질화규소 제거 속도를 갖는 쉘로우 트렌치 분리(sti) 화학기계적 평탄화(cmp) 연마 - Google Patents

조정가능한 산화규소 및 질화규소 제거 속도를 갖는 쉘로우 트렌치 분리(sti) 화학기계적 평탄화(cmp) 연마 Download PDF

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Abstract

쉘로우 트렌치 분리(STI) 화학기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물, 이의 사용 방법 및 시스템이 제공된다. CMP 연마 조성물은 세리아 코팅된 실리카와 같은 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 연마재; 및 조정가능한 산화물 필름 제거 속도 및 조정가능한 SiN 필름 제거 속도를 제공하기 위한 이중 화학 첨가제를 포함한다. 화학 첨가제는 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물 및 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자를 포함한다.

Description

조정가능한 산화규소 및 질화규소 제거 속도를 갖는 쉘로우 트렌치 분리(STI) 화학기계적 평탄화(CMP) 연마{SHALLOW TRENCH ISOLATION (STI) CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION (CMP) POLISHING WITH TUNABLE SILICON OXIDE AND SILICON NITRIDE REMOVAL RATES}
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본원은 2019년 1월 30일에 출원된 미국 출원 제62/798,638호의 이익을 청구한다. 상기 출원 제62/798,638호의 개시내용은 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 쉘로우 트렌치 분리(STI) 공정을 위한 STI CMP 화학적 연마 조성물 및 화학기계적 평탄화(CMP)에 관한 것이다.
미세전자 디바이스의 제작에서, 수반되는 중요한 단계는 연마, 특히 선택된 재료의 회수 및/또는 구조체의 평탄화를 위한 화학기계적 연마를 위한 표면의 연마이다.
예컨대, SiN 층은 연마 중지층로서의 역할을 하는 SiO2 층 아래에 증착된다. 이러한 연마 중지물의 역할은 특히 쉘로우 트렌치 분리(STI) 구조체에서 중요하다. 선택도는 특징적으로 질화물 연마 속도에 대한 산화물 연마 속도의 비로서 표시된다. 예로는 질화규소(SiN)와 비교한 이산화규소(SiO2)의 조정가능한 연마 선택도 비율이 있다.
패턴화된 STI 구조체의 전체적인 평탄화에 있어서, SiN 필름 제거 속도의 조정 및 산화물 트렌치 디싱(oxide trench dishing)의 조정은 고려되어야 하는 2가지 중요한 인자이다. 트렌치 산화물 손실(trench oxide loss)이 저하되면 인접 트랜지스터간 전류 누출이 방지될 것이다. 다이 전체의(다이 내의) 비균일한 트렌치 산화물 손실은 트랜지스터 성능 및 디바이스 제작 수율에 영향을 미칠 것이다. 심한 트렌치 산화물 손실(높은 산화물 트렌치 디싱)은 디바이스 실패를 초래하는 불량한 트랜지스터 분리를 야기할 것이다. 따라서, STI CMP 연마 조성물 내 산화물 트렌치 디싱을 감소시킴으로써 트렌치 산화물 손실을 감소시키는 것이 또한 중요하다.
미국 특허 5,876,490은 연마 입자를 함유하고 정상적인 응력 효과를 나타내는 연마 조성물을 개시한다. 연마 입자는 상승부에서 높은 연마 속도를 유지하는 반면, 슬러리는 오목부에서 연마 속도의 감소를 초래하는 비연마성 입자를 더 함유한다. 이는 평탄화의 개선을 가져온다. 더욱 상세하게는, 슬러리는 산화세륨 입자 및 중합체 전해질을 포함하며, 쉘로우 트렌치 분리(STI) 연마 용도에 사용될 수 있다.
미국 특허 6,964,923은 쉘로우 트렌치 분리(STI) 연마 용도를 위한, 산화세륨 입자 및 중합체 전해질을 함유하는 연마 조성물을 교시한다. 사용되는 중합체 전해질은 미국 특허 5,876,490에서와 유사하게 폴리아크릴산의 염을 포함한다. 세리아, 알루미나, 실리카 및 지르코니아가 연마재로서 사용된다. 이러한 열거된 고분자 전해질의 분자량은 300∼20,000이지만, 전체적으로 <100,000이다.
미국 특허 6,616,514는 화학기계적 연마에 의해 물품의 표면으로부터 질화규소에 우선해서, 제1 물질을 제거하는 데에 사용하기 위한 화학기계적 연마 슬러리를 개시한다. 이 발명에 따른 화학기계적 연마 슬러리는 연마재, 수성 매질 및 양성자를 해리하지 않는 유기 폴리올을 포함하며, 상기 유기 폴리올은 수성 매질 중에서 해리되지 않는 적어도 3개의 히드록실기를 갖는 화합물, 또는 수성 매질 중에서 해리되지 않는 적어도 3개의 히드록실기를 갖는 1종 이상의 단량체로 형성된 중합체를 포함한다.
미국 특허 6,984,588은 pH 3 초과의 가용성 세륨 화합물을 포함하는 화학기계적 연마 조성물, 및 집적 회로 및 반도체의 제조 동안 단일 단계로 질화규소 필름 층보다 우선적으로 산화규소와 오버필(overfill)을 선택적으로 연마하는 방법을 개시하고 있다.
미국 특허 6,544,892는 연마 패드, 물, 연마 입자, 및 카르복실산 작용기와, 아민 및 할라이드에서 선택되는 제2 작용기 둘다를 갖는 유기 화합물을 사용하여 표면을 연마하는 단계를 포함하는 화학-기계적 연마에 의해 물품의 상기 표면으로부터 질화규소보다 우선적으로 이산화규소를 제거하는 방법을 개시하고 있다.
미국 특허 7,247,082는 연마재, pH 조정제, 선택 비의 개량제 및 물을 포함하는 연마 조성물을 개시하며, 여기서 연마재는 0.5 내지 30 중량%의 양으로 함유되고, pH 조정제는 0.01 내지 3 중량%의 양으로 함유되고, 선택 비의 개량제는 0.3 내지 30 중량%의 양으로 함유되고, 물은 45 내지 99.49 중량%의 양으로 함유되고, 여기서 중량%는 연마 조성물의 중량을 기준으로 하며, 여기서 개선제는 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 에틸렌디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,3-프로판디아민, 1,4-부탄디아민, 헥사메틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-디아미노헥산, 6-(디메틸아미노)-1-헥산올, 비스(3-아미노프로필)아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸렌 글리콜비스(3-아미노프로필)에테르, 피페라아진 및 피페리딘으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이다.
미국 특허 8,778,203은 기판의 표면 상에서 표적 물질을 선택적으로 제거하는 방법을 개시하며, 상기 방법은 표적 물질 및 비표적 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 미리 결정된 용해 산소 농도를 달성하기 위해 연마액에 산소를 용해시키는 단계로서, 상기 연마액은 약 5 내지 약 11의 pH를 가지며, 여기서 상기 연마액은 복수의 연마 실리카 입자를 포함하고, 상기 복수의 연마 실리카 입자의 적어도 일부는 n-(트리메톡시실릴프로필)이소티오우로늄 클로라이드로 작용화되는 단계; 실질적으로 순수한 산소를 상기 연마액에 연속적으로 적용함으로써, 상기 연마액의 미리 결정된 용해 산소 농도를 약 8.6 mg/L 내지 약 16.6 mg/L로 유지하는 단계; 연마 패드와 표면 사이에 연마액을 배치하는 단계; 연마 패드를 표면에 도포하는 단계; 및 표적 물질의 미리 결정된 두께를 선택적으로 제거하는 단계를 포함하며; 여기서 연마액의 용해 산소 함량을 변화시키는 것은 제거 단계 동안 비표적 물질에 대한 표적 물질의 제거 비율을 변화시킨다.
미국 특허 6,914,001은 반도체 웨이퍼의 표면을 연마 패드의 표면과 접촉시키는 단계; 연마 입자, 제거 속도 촉진제 및 상이한 제1 및 제2 부동태화제를 함유하는 수용액을 연마 패드의 표면과 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 계면에 공급하는 단계로서, 상기 제1 부동태화제는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 계면 활성제인 단계; 및 연마 패드의 표면에 대해 반도체 웨이퍼의 표면을 회전시켜 반도체 웨이퍼 상의 산화물 재료를 제거하는 단계를 포함하는 화학기계적 연마 방법을 개시한다.
그러나, 이러한 이전에 개시된 쉘로우 트렌치 분리(STI) 연마 조성물은, 질화물에 대한 산화물의 조정가능한 선택도와 함께, 연마된 패턴화 웨이퍼 상의 더욱 균일한 산화물 트렌치 디싱, 및 산화물 필름 제거 속도 조정, SiN 필름 제거 속도 조정 및 산화물 트렌치 디싱 감소의 중요성을 해결하지 않았다.
따라서, STI 화학기계적 연마(CMP) 공정에서의 연마 패턴화 웨이퍼 상의 다양한 크기의 산화물 트렌치 피쳐 전체의 더욱 균일한 산화물 트렌치 디싱, 및 조정가능한 산화물 필름 제거 속도, 조정가능한 SiN 필름 제거 속도 및 감소된 산화물 트렌치 디싱을 제공할 수 있는, STI 화학기계적 연마의 조성물, 방법 및 시스템에 대한 수요가 당업계에 남아 있음이, 상기로부터 용이하게 명백해야 한다.
발명의 개요
본 발명은 비교적 낮은 농도의 세리아 코팅된 무기 산화물 연마재, 조정가능한 SiN 필름 제거 속도 및 조정가능한 TEOS:SiN 선택도 및 연마된 패턴화 웨이퍼 상의 환원된 산화물 트렌치 디싱을 사용하는, 조정가능한 산화물 필름 제거 속도를 위한 STI CMP 연마 조성물을 제공한다.
본 발명의 STI CMP 연마 조성물은, 산성, 중성 및 알칼리성 pH 조건을 포함하는 넓은 pH 범위에서 쉘로우 트렌치 분리(STI) CMP 적용을 위한 화학기계적 연마(CMP) 조성물에서의 산화물 트렌칭 디싱을 감소시키고 산화물 및 SiN 필름 제거 속도를 조정하기 위한 이중 화학 첨가제를 도입함으로써, 질화물에 대한 산화물의 조정가능한 선택도를 제공한다.
쉘로우 트렌치 분리(STI) CMP 적용을 위한, 개시된 화학기계적 연마(CMP) 조성물은, 세리아 코팅된 무기 산화물 연마 입자, 및 산화물 필름 및 질화물 필름 제거 속도 조정제, 및 산화물 트렌치 디싱 환원제로서의 적절한 이중 화학 첨가제를 사용하는 독특한 조합을 갖는다.
일양태에서, 1종 이상의 세리아 코팅된 무기 산화물 입자; 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물; 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자; 1종 이상의 용매; 및 임의로 살생물제; 및 임의로 1종 이상의 pH 조정제를 포함하는 화학기계적 연마 조성물로서, pH가 2 내지 12인 화학기계적 연마 조성물이 제공된다.
다른 양태에서, 산화규소 필름을 포함하는 1 이상의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학기계적 연마(CMP) 방법으로서, 반도체 기판을 제공하는 단계; 연마 패드를 제공하는 단계; 1종 이상의 세리아 코팅된 무기 산화물 입자, 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물, 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자, 1종 이상의 용매, 및 임의로 살생물제, 및 임의로 1종 이상의 pH 조정제를 포함하는 화학기계적 연마(CMP) 조성물로서, pH가 2 내지 12인 화학기계적 연마(CMP) 조성물을 제공하는 단계; 반도체 기판의 표면을 연마 패드 및 화학기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및 이산화규소를 포함하는 1 이상의 표면을 연마하는 단계를 포함하는 화학기계적 연마(CMP) 방법이 제공된다.
또 다른 양태에서, 산화규소를 포함하는 1 이상의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학기계적 연마(CMP) 시스템으로서, 반도체 기판; 1종 이상의 세리아 코팅된 무기 산화물 입자, 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물, 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자, 1종 이상의 용매, 및 임의로 살생물제, 및 임의로 1종 이상의 pH 조정제를 포함하는 화학기계적 연마(CMP) 조성물로서, pH가 2 내지 12인 화학기계적 연마(CMP) 조성물; 연마 패드를 포함하고, 산화규소 필름을 포함하는 1 이상의 표면이 연마 패드 및 화학기계적 연마 조성물과 접촉되어 있는 화학기계적 연마(CMP) 시스템이 제공된다.
연마된 산화물 필름은 화학기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP), 또는 스핀 온 산화물 필름일 수 있다.
상기 개시된 기판은 질화규소 표면을 더 포함할 수 있다. 관련 STI CMP 적용 요건에 따라 SiO2:SiN의 제거 선택도가 조정가능하다.
발명의 상세한 설명
패턴화된 STI 구조체의 전체적인 평탄화에 있어서, SiN 제거 속도 조정, 다양한 크기의 산화물 트렌치 피쳐 전체의 산화물 트렌치 디싱 감소, 산화물 필름 제거 속도 조정, 및 연마재로서의, 상대적으로 낮은 농도의 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 사용은 고려해야 할 주요 인자이다.
트렌치 산화물 손실이 저하되면 인접 트랜지스터간 전류 누출이 방지될 것이다. 다이 전체의(다이 내의) 비균일한 트렌치 산화물 손실은 트랜지스터 성능 및 디바이스 제작 수율에 영향을 미칠 것이다. 심한 트렌치 산화물 손실(높은 산화물 트렌치 디싱)은 디바이스 실패를 초래하는 불량한 트랜지스터 분리를 야기할 것이다. 따라서, STI CMP 연마 조성물 내 산화물 트렌치 디싱을 감소시킴으로써, 트렌치 산화물 손실을 감소시키는 것이 중요하다.
이 개발은 쉘로우 트렌치 분리(STI) CMP 적용을 위한 연마재로서 화학 첨가제 및 세리아 코팅된 복합 입자를 사용하는 화학기계적 연마(CMP) 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 쉘로우 트렌치 분리(STI) CMP 적용을 위한, 개시된 화학기계적 연마(CMP) 조성물은, 세리아 코팅된 무기 산화물 연마 입자, 및 산화물 필름 제거 속도 조정, 산화물 트렌치 디싱 감소 및 질화물 제거 속도 조정을 위한 이중 화학 첨가제로서의 2가지 유형의 화학 첨가제를 사용하는 독특한 조합을 갖는다.
동일한 STI CMP 연마 조성물에 사용되는 이중 화학 첨가제는 바람직한 산화물 필름 제거 속도, 조정가능한 SiN 필름 제거 속도, 및 조정가능한 산화물:SiN 선택도를 달성하는 이점을 제공하며, 더욱 중요하게는, 연마 패턴화 웨이퍼 상의 연마 윈도우 안정성(over polishing window stability) 개선 및 감소된 산화물 트렌치 디싱을 제공한다.
제1 화학 첨가제(본원에서 I형으로도 지칭됨)는 예컨대 벤조트리아졸 및 그의 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸 및 그의 유도체, 아미트롤 및 그의 유도체, 트리아졸 및 그의 유도체와 같은 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물을 포함한다.
제2 화학 첨가제(본원에서 II형으로도 지칭됨)는 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자를 포함한다.
일양태에서, 1종 이상의 세리아 코팅된 무기 산화물 입자; 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물; 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자; 1종 이상의 용매; 및 임의로 살생물제; 및 임의로 1종 이상의 pH 조정제를 포함하는 STI CMP 연마 조성물이 제공되며, 상기 조성물은 2 내지 12의 pH를 갖는다.
세리아 코팅된 무기 산화물 입자는, 세리아 코팅된 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아, 또는 임의의 다른 세리아 코팅된 무기 산화물 입자를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
개시된 본 발명에서의 이러한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 입자 크기는 10 nm 내지 1,000 nm의 범위이고, 바람직한 평균 입자 크기는 20 nm 내지 500 nm의 범위이며, 더욱 바람직한 평균 입자 크기는 50 nm 내지 250 nm 범위이다.
일부 구체예에서, 이러한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 농도는 0.01 중량% 내지 20 중량%의 범위이며, 바람직한 농도는 0.05 중량% 내지 10 중량%의 범위이고, 더욱 바람직한 농도의 범위는 0.1 중량% 내지 5 중량%의 범위이다.
일부 다른 구체예에서, 이러한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 농도는 0.01 중량% 내지 2 중량%의 범위이고, 바람직한 농도는 0.025 중량% 내지 1.0 중량%의 범위이며, 더욱 바람직한 농도는 0.05 중량% 내지 0.5 중량%의 범위이다.
바람직한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드 실리카 입자이다.
용매는 탈이온(DI)수, 증류수 및 알콜성 유기 용매를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직한 용매는 DI수이다.
STI CMP 조성물은 살생물제를 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%; 바람직하게는 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 더욱 바람직하게는 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 포함할 수 있다.
살생물제는 Dupont/Dow Chemical Co.로부터의 KathonTM, KathonTM CG/ICP II, Dupont/Dow Chemical Co.로부터의 Bioban을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이들은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는다.
STI CMP 조성물은 pH 조정제를 함유할 수 있다.
STI 연마 조성물을 최적화된 pH 값으로 조정하는 데에, 산성 또는 염기성 pH 조정제를 사용할 수 있다.
pH 조정제는 질산, 염산, 황산, 인산, 다른 무기 또는 유기 산, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
pH 조정제는 또한 염기성 pH 조정제, 예컨대 수소화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화테트라알킬암모늄, 유기 4급 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 pH를 더욱 알칼리성 방향을 항해 조정하는 데에 사용될 수 있는 다른 화학적 시약을 포함한다.
본원에 개시된 조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더욱 바람직하게는 4 내지 9의 범위일 수 있다.
STI CMP 조성물은 0 중량% 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%의 pH 조정제를 함유한다.
STI CMP 조성물은 0.0001 중량% 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.001 중량% 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.0025 중량% 내지 0.25 중량%의, 주로 산화물 필름 제거 속도 및 SiN 필름 제거 속도를 조정하고 산화물 트렌칭 디싱을 감소시키는 작용을 하는 화학 첨가제로서의 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물을 함유한다.
STI CMP 조성물은 또한 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.0025 중량% 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.5 중량%의, 주로 SiN 필름 제거 속도 및 산화물 필름 제거 속도 조정제 및 산화물 트렌칭 디싱 감소제로서 작용하는, 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자를 함유한다.
화학 첨가제의 I형은 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물을 갖는다.
본원에 개시된 질소 함유 방향족 복소환식 화합물은 전형적으로 하기를 포함하는 군에서 선택되는 일반적인 분자 구조를 갖는다:
(a)
Figure pat00001
[식 중,
R1은 수소, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;
R2는 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R2는 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(b)
Figure pat00002
[식 중,
R3은 수소, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;
R4는 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; 존재할 경우, R4는 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(c)
Figure pat00003
[식 중,
R5는 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R5는 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(d)
Figure pat00004
[식 중,
R6은 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R6은 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(e)
Figure pat00005
[식 중,
R7은 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R7은 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨]; 및
(f) 이들의 조합.
구조 (a)에서 R1이 수소 원자이고 R2가 존재하지 않는 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 벤조트리아졸이다.
구조 (a)에서 R1이 수소 원자 이외의 유기 작용기이고 R2가 벤젠 고리 상의 -4, -5, -6 또는 -7의 임의의 위치에 부착된 다른 유기 작용기인 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 벤조트리아졸의 유도체 분자이다.
구조 (b)에서 R3이 수소 원자이고 R4가 존재하지 않는 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 2-아미노벤즈이미다졸이다.
구조 (b)에서 R3이 수소 원자 이외의 유기 작용기이고 R4가 벤젠 고리 상의 -4, -5, -6 또는 -7의 임의의 위치에 부착된 다른 유기 작용기인 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 2-아미노벤즈이미다졸의 유도체 분자이다.
구조 (c)에서 R5가 존재하지 않는 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 1,2,3-트리아졸이다.
구조 (c)에서 R5가 1,2,3-트리아졸 고리 상의 -4 또는 -5의 임의의 위치에 부착된 유기 작용기인 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 1,2,3-트리아졸의 유도체 분자이다.
구조 (d)에서 R6이 존재하지 않는 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 1,2,4-트리아졸이다.
구조 (d)에서 R6이 1,2,4-트리아졸 고리 상의 -3 또는 -5의 임의의 위치에 부착된 유기 작용기인 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 1,2,4-트리아졸의 유도체 분자이다.
구조 (e)에서 R7이 존재하지 않는 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 3-아미노-1,2,4-트리아졸 또는 아미트롤이다.
구조 (e)에서 R7이 3-아미노-1,2,4-트리아졸 고리 상의 -5의 위치에 부착된 유기 작용기인 경우, 유기 방향족 복소환식 화합물은 3-아미노-1,2,4-트리아졸의 유도체 분자이다.
분자 내 헤테로 원자로서 질소 원자를 갖는 유기 방향족 복소환식 화합물은 벤조트리아졸 및 그의 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸 및 그의 유도체, 아미트롤 및 그의 유도체, 트리아졸 및 그의 유도체, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직한 화학 첨가제의 제1 유형은 이들 분자 내 헤테로 원자로서 질소 원자를 갖는 유기 방향족 복소환식 화합물, 예컨대 벤조트리아졸 및 그의 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸 및 그의 유도체, 아미트롤 및 그의 유도체, 트리아졸 및 그의 유도체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
화학 첨가제의 II형은 하기로 이루어진 군에서 선택되는 일반적인 분자 구조를 갖는, 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자이다:
Figure pat00006
.
일반적인 분자 구조 (a)에서, n은 2 내지 5,000, 바람직하게는 3 내지 12, 더욱 바람직하게는 4 내지 6에서 선택된다.
이들 일반적인 분자 구조에서, R1, R2 및 R3 기는 동일 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
R1, R2 및 R3은 수소, 알킬기 CnH2n+1(n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 1 내지 3임); 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택될 수 있고; 여기서, 2개 이상은 수소 원자이다.
다른 구체예에서, 화학 첨가제의 II형은 하기에 나타낸 일반적인 구조를 갖는다:
Figure pat00007
.
이 구조에서, 하나의 -CHO 작용기는 말단 작용기로서 분자의 하나의 말단에 위치하며; n은 2 내지 5,000, 3 내지 12, 바람직하게는 4 내지 7에서 선택된다.
R1 및 R2 각각은 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 화학 첨가제의 II형은 1종 이상의 (c), 1종 이상의 (d), 1종 이상의 (e) 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 분자 구조를 갖는다:
Figure pat00008
.
이들 일반적인 분자 구조에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13 및 R14는 동일 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
이들은 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택될 수 있으며; 여기서, 이들 중 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상은 수소 원자이다.
또한, 다른 구체예에서, 화학 첨가제의 II형은 1종 이상의 6원 고리 폴리올, 및 분자 단위 구조 내에 다수의 히드록실 작용기를 포함하는 1종 이상의 폴리올 분자 단위, 또는 분자 단위 구조 내에 다수의 히드록실 작용기를 포함하는 1종 이상의 폴리올 분자 단위와 결합된 1종 이상의 6원 고리 구조 모티프 에테르를 함유한다.
화학 첨가제의 일반적인 분자 구조를 (f)에 나타낸다:
Figure pat00009
.
구조 (f)에서, 일반적인 분자 구조 (f) 내 R1 내지 R5의 기 내 1개 이상의 R은 (i)에 나타낸 구조를 갖는 폴리올 분자 단위이다:
Figure pat00010
식 중, n 및 m은 동일 또는 상이할 수 있다. m 또는 n은 1 내지 5, 바람직하게는 1 내지 4, 더욱 바람직하게는 1 내지 3, 가장 바람직하게는 1 내지 2에서 독립적으로 선택되고; R6 내지 R9는 동일 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있고; R6, R7, R8 및 R9 각각은 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되고; 이들 중 2개 이상은 수소 원자이며;
R1 내지 R5의 기 내 각각의 R의 나머지는 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산 또는 염, 치환된 유기 카르복실산 또는 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민, (ii)에 나타낸 구조를 갖는 6원 고리 폴리올; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택될 수 있고:
Figure pat00011
여기서, 상기 구조 (ii)는, (ii) 내 R11 내지 R14에서 1개의 R을 제거함으로써 산소 탄소 결합을 통해 구조 (f)에 연결되고, 나머지 R10 내지 R14는 각각 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산 또는 염, 치환된 유기 카르복실산 또는 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다.
일부 구체예에서, 일반적인 분자 구조 (f)는 R1 내지 R9의 기 내 R 중 2개 이상, 4개 이상 또는 6개 이상이 수소 원자이다. 따라서, 화학 첨가제는 분자 구조 내에 2개 이상, 4개 이상 또는 6개 이상의 히드록실 작용기를 포함한다.
화학 첨가제의 II형의 예는 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, 리비톨, D-소르비톨, 만니톨, 덜시톨, 이디톨, D-(-)-프럭토오스, 소르비탄, 수크로오스, 리보오스, 이노시톨, 글루코오스, D-아라비노오스, L-아라비노오스, D-만노오스, L-만노오스, 메소-에리트리톨, 베타-락토오스, 아라비노오스 및 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 화학 첨가제는 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, D-소르비톨, 만니톨, 덜시톨, 이디톨, D-(-)-프럭토오스, 수크로오스, 리보오스, 이노시톨, 글루코오스, D-(+)-만노오스, 베타-락토오스 및 이들의 조합이다. 더욱 바람직한 화학 첨가제는 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, D-소르비톨, 만니톨, 덜시톨, D-(-)-프럭토오스, 베타-락토오스 및 이들의 조합이다.
일부 구체예에서, CMP 연마 조성물은 2종 이상의 성분으로 제조되어 사용 시점에서 혼합될 수 있다.
화학 첨가제의 II형의 일부 예가 하기에 열거되어 있다:
Figure pat00012
Figure pat00013
바람직한 화학 첨가제의 제1 유형은 벤조트리아졸 및 그의 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸 및 그의 유도체, 아미트롤 및 그의 유도체, 트리아졸 및 그의 유도체이다.
바람직한 화학 첨가제의 제2 유형은 D-소르비톨, 덜시톨, 말티톨 및 락티톨이다.
다른 양태에서, 쉘로우 트렌치 분리(STI) 공정에 전술한 화학기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하는, 이산화규소를 포함하는 1 이상의 표면을 갖는 기판의 화학기계적 연마(CMP) 방법이 제공된다.
또 다른 양태에서, 쉘로우 트렌치 분리(STI) 공정에 전술한 화학기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하는, 이산화규소를 포함하는 1 이상의 표면을 갖는 기판의 화학기계적 연마(CMP) 시스템이 제공된다.
연마된 산화물 필름은 화학적 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP) 또는 스핀온 산화물 필름일 수 있다.
상기 개시된 기판은 질화규소 표면을 더 포함할 수 있다. SiO2:SiN의 제거 선택도는 STI CMP 적용 요건에 따라 조정가능하다.
하기 비한정적인 실시예는 본 발명을 더 예시하기 위해 제시된다.
실시예
CMP 방법론
이하 제시된 실시예에서, CMP 실험은 하기 제공된 절차 및 실험 조건을 이용하여 실시하였다.
용어 사전/성분
입자 크기가 대략 100 나노미터(nm)인 세리아 코팅된 실리카를 연마재로서 사용하였다. 이러한 세리아 코팅된 실리카 입자는 입자 크기가 대략 20 나노미터(nm) 내지 500 나노미터(nm) 범위일 수 있다.
세리아 코팅된 실리카 입자(크기가 다양함)는 일본 소재 JGCC Inc.에 의해 공급되었다.
화학 첨가제, 예컨대 질소 함유 방향족 복소환식 화합물, 예컨대 벤조트리아졸 및 그의 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸 및 그의 유도체, 아미트롤 및 그의 유도체, 트리아졸 및 그의 유도체 등, 말티톨, D-프럭토오스, 덜시톨, D-소르비톨 및 다른 화학 원료는 미주리주 세인트 루이스 소재의 Sigma-Aldrich에 의해 공급되거나, 펜실베이니아주 앨런타운 소재 Evonik Industries에 의해 공급되었다.
TEOS: 테트라에틸 오르토실리케이트
연마 패드: CMP 동안 DOW, Inc.에 의해 공급된 연마 패드, IC1010 및 다른 패드를 사용하였다.
파라미터
일반적인 파라미터
Å 또는 A: 옹스트롬(들) - 길이의 단위
BP: 배압, 단위 psi
CMP: 화학기계적 평탄화 = 화학기계적 연마
CS: 캐리어 속도
DF: 하향력(down force): CMP 동안 인가된 압력, 단위 psi
min: 분(들)
ml: 밀리리터(들)
mV: 밀리볼트(들)
psi: 제곱인치당 파운드
PS: 연마 도구의 압반 회전 속도, rmp(분당 회전(들))
SF: 조성물 유량, ml/분
중량%: (열거된 성분의) 중량 퍼센트
TEOS:SiN 선택도: (TEOS의 제거 속도)/(SiN의 제거 속도)
HDP: 고밀도 플라즈마 증착된 TEOS
TEOS 또는 HDP 제거 속도: 제공된 하향 압력(down pressure)에서 측정된 TEOS 또는 HDP 제거 속도. CMP 도구의 하향 압력은 하기 열거된 실시예에서 3.1 psi였다.
SiN 제거 속도: 제공된 하향 압력에서 측정된 SiN 제거 속도. 하기 열거된 실시예에서 CMP 도구의 하향 압력은 3.1 psi였다.
계량학
미국 95014 캘리포니아주 쿠퍼티노 알베스 드라이브 20565에 소재하는 Creative Design Engineering, Inc에 의해 제조된 ResMap CDE, 모델 168로 필름을 측정하였다. ResMap 도구는 4점 프로브 시트 저항 도구이다. 필름에 대해 5 mm 에지 제외로 49점 직경 스캔을 취했다.
CMP 도구
사용된 CMP 도구는 미국 95054 캘리포니아주 산타 클라라 보웨레스 애버뉴 3050에 소재하는 Applied Materials에 의해 제조된 200 mm Mirra 또는 300 mm Reflexion이었다. 블랭킷 및 패턴 웨이퍼 연구를 위해 압반 1 상에서, 미국 19713 델라웨어주 뉴워크 벨레부 로드 451에 소재하는 DOW, Inc에 의해 공급된 IC1000 패드를 사용하였다.
컨디셔너 상에서 7 lbs. 하향력으로 18 분 동안 패드를 컨디셔닝하여 IC1010 패드를 파손시켰다. 도구 세팅 및 패드 파손을 검증하기 위해, 기저선 조건에서 Versum Materials Inc.에 의해 공급된 Versum® STI2305 조성물로, 2개의 텅스텐 모니터 및 2개의 TEOS 모니터를 연마하였다.
웨이퍼
PECVD 또는 LECVD 또는 HD TEOS 웨이퍼를 이용하여 연마 실험을 수행하였다. 이들 블랭킷 웨이퍼는 미국 95051 캘리포니아주 산타 클라라 카이퍼 로드 2985에 소재하는 Silicon Valley Microelectronics로부터 구입하였다.
연마 실험
블랭킷 웨이퍼 연구에서는, 기저선 조건에서, 산화물 블랭킷 웨이퍼 및 SiN 블랭킷 웨이퍼를 연마하였다. 도구 기저선 조건은 하기와 같았다: 테이블 속도; 87 rpm, 헤드 속도; 93 rpm, 멤브레인 압력; 3.1 psi DF, 슬러리 유속; 200 ml/분.
미국 95054 캘리포니아주 산타 클라라 스콧 블러바드 2920에 소재하는 SWK Associates, Inc.에 의해 공급된 패턴화 웨이퍼(MIT860) 상에서의 연마 실험에 조성물을 사용하였다. 이들 웨이퍼를 Veeco VX300 프로파일러/AFM 기구 상에서 측정하였다. 산화물 디싱 측정에 3개의 상이한 크기의 피치 구조체를 이용하였다. 중심, 중간 및 에지 다이 위치에서 웨이퍼를 측정하였다.
TEOS:SiN 선택도: STI CMP 연마 조성물로부터 얻은 (TEOS의 제거 속도)/(SiN의 제거 속도)는 조정가능하였다.
하기 작업예에서는, 기준물로서, 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 0.188 중량%의 D-소르비톨 및 탈이온수를 포함하는 STI 연마 조성물을 pH 5.35에서 제조하였다.
동일 또는 상이한 pH 조건에서, 다양한 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 다양한 중량%의 D-소르비톨, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 다양한 중량%의 유기 복소환식 방향족 화합물 및 탈이온수를 사용하여, 연마 작업 조성물을 제조하였다.
실시예 1
실시예 1에서, 산화물 연마에 사용된 연마 조성물을 표 1에 나타냈다.
pH 5.35에서, 각각 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 0.188 중량%의 D-소르비톨, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤, 및 탈이온수를 사용하여, 작업 샘플을 제조하였다.
상이한 필름에 대한 제거 속도(Å/min의 RR)를 시험하였다. 필름 제거 속도에 대한 이중 화학 첨가제, D-소르비톨 및 2-아미노벤즈이미다졸 또는 D-소르비톨 및 아미트롤의 효과가 관찰되었고, 표 1에 열거되어 있다.
Figure pat00014
표 1에 나타난 결과와 같이, 연마 조성물에 이중 화학 첨가제 연마 조성물을 갖도록 상이한 농도의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 아미트롤을 첨가하는 것은, PECVD 및 LPCVD SiN 필름 제거 속도를 효과적으로 향상시켰다.
연마 조성물 중의 이중 화학 첨가제로, 높고 바람직한 TEOS 및 HDP 필름 제거 속도가 얻어졌다.
Figure pat00015
이중 화학 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해 2-아미노벤즈이미다졸 또는 아미트롤을 사용하는, PECVD SiN 및 LPCVD SiN 필름 제거 속도 증가에 대한 상승(boosting) 효과가 표 2에 열거되어 있다.
표 2에 나타난 결과와 같이, 이중 화학 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해, 연마 조성물에 상이한 농도의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 아미트롤을 첨가하는 것은, PECVD 및 LPCVD SiN 필름 제거 속도 모두를 현저한 %로 상승시켰고, 이것이 SiN 필름 제거 속도를 조정가능하게 만들었다.
실시예 2
실시예 2에서, 산화물 연마에 사용된 연마 조성물을 표 3에 나타냈다.
Figure pat00016
pH 5.35에서, 각각 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 0.188 중량%의 D-소르비톨, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤, 및 탈이온수를 사용하여, 작업 샘플을 제조하였다.
상이한 연마 시간(over polishing time, OP 시간)에 대한 산화물 트렌칭 디싱에 대해, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤을 사용하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 3에 열거하였다.
표 3에 나타난 결과와 같이, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤을 첨가하는 것은, 세리아 코팅된 실리카 연마재 및 0.188 중량%의 D-소르비톨만을 사용한 기준 샘플과 비교시, 상이한 연마 시간에 대해 유사한 산화물 트렌치 디싱을 유지하였다.
산화물 트렌칭 디싱 속도에 대해, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤을 첨가하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 4에 열거하였다.
Figure pat00017
표 4에 나타난 결과와 같이, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤을 첨가하는 것은, 세리아 코팅된 실리카 연마재 및 0.188 중량%의 D-소르비톨만을 사용한 기준 샘플을 비교시, 유사한 산화물 디싱 속도를 유지하였다.
연마량(over polishing amount, OP 양)에 대한 산화물 트렌치 디싱의 기울기에 대해, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해, 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤을 첨가하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 5에 열거하였다.
Figure pat00018
표 5에 나타난 결과와 같이, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해 다양한 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤을 첨가하는 것은, 1종의 첨가제 0.188 중량%의 D-소르비톨만을 사용한 기준 샘플과 비교시, 연마량에 대해 매우 낮고 유사한 산화물 디싱의 기울기를 유지하였다.
실시예 3
실시예 3에서, 산화물 연마에 사용된 연마 조성물을 표 6에 나타냈다.
상이한 pH 조건에서, 각각 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 0.15 중량%의 D-소르비톨, 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤, 및 탈이온수를 사용하여, 작업 샘플을 제조하였다.
다양한 필름 제거 속도에 대해, 상이한 pH 조건에서, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해 2-아미노벤디이미다졸을 첨가하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 6에 열거하였다.
표 6에 나타난 결과와 같이, 상이한 pH에서 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 형성하기 위해 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 것은, 모든 필름 제거 속도에 영향을 미쳤다.
Figure pat00019
이중 첨가제를 사용하지 않고 참조 샘플에 대해 얻어진 TEOS 및 HDP 필름 제거 속도와 비교시, 이중 첨가제를 베이스로 하는 연마 조성물을 사용시 TEOS 및 HDP 필름 제거 속도가 모두 감소되었다.
PECVD 및 LPCVD SiN 필름 제거 속도는 모두 5.35 내지 6.5의 pH에서 현저하게 상승되었으나, pH 7.5에서는 SiN 제거 속도에 대한 상승 효과가 전혀 또는 거의 관찰되지 않았다.
실시예 4
실시예 4에서, 산화물 연마에 사용된 연마 조성물을 표 7에 나타냈다.
기준 샘플은 pH 5.35에서 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 0.15 중량%의 D-소르비톨을 사용하여 제조하였다. 작업 샘플은 상이한 pH 조건에서 각각 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 범위의 살생물제, 0.15 중량%의 D-소르비톨, 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸 또는 0.05 중량%의 아미트롤, 및 탈이온수를 사용하여 제조하였다.
사용된 연마 단계 조건은 87/93 rpm의 테이블/헤드 속도 및 현장외 컨디셔닝을 갖는, 3.1 psi DF에서의 Dow의 IC1010 패드였다.
상이한 연마 시간에 대한 산화물 트렌치 디싱에 대해, 이중 첨가제 연마 조성물을 형성하기 위해 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 7에 열거하였다.
Figure pat00020
표 7에 나타난 결과와 같이, 이중 첨가제 연마 조성물을 형성하기 위해 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 것은, pH 5.35에서 세리아 코팅된 실리카 연마재 및 1종의 첨가제 0.15 중량%의 D-소르비톨만을 사용한 기준 샘플과 비교시, 상이한 연마 시간에 대해 낮고 유사한 산화물 트렌치 디싱을 유지하였다.
Figure pat00021
산화물 트렌칭 디싱 속도에 대해, 상이한 pH 조건에서 이중 첨가제 연마 조성물을 형성하기 위해 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 8에 열거하였다.
표 8에 나타난 결과와 같이, 이중 첨가제 연마 조성물을 형성하기 위해 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 것은, 세리아 코팅된 실리카 연마재 및 1종의 첨가제 0.15 중량%의 D-소르비톨만을 사용한 기준 샘플과 비교시, pH 5.35 또는 6.5에서 약간 더 높은 산화물 디싱 속도를 가졌고, pH 7.5에서 약간 더 낮은 산화물 트렌치 디싱 속도를 가졌다.
연마량에 대한 산화물 트렌칭 디싱의 기울기에 대해, 이중 첨가제 연마 조성물을 형성하기 위해 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 효과를 시험하였고, 결과를 표 9에 열거하였다.
Figure pat00022
표 9에 나타난 결과와 같이, 이중 첨가제 연마 조성물을 형성하기 위해 0.025 중량%의 2-아미노벤즈이미다졸을 첨가하는 것은, 세리아 코팅된 실리카 연마재 및 0.15 중량%의 D-소르비톨만을 사용한 기준 샘플과 비교시, pH 5.35 및 pH 6.5 조건에서 더 높은 산화물 트렌치 디싱의 기울기를 가졌지만, pH 7.5에서 유사한 기울기 값을 유지하였다.
작업예를 포함하여 상기 열거된 본 발명의 구체예는 본 발명으로 이루어질 수 있는 다수의 구체예의 예이다. 공정의 다수의 다른 구성이 이용될 수 있고, 공정에 사용된 물질은 구체적으로 개시된 것 이외의 다수의 물질로부터 선택될 수 있는 것으로 간주된다.

Claims (22)

1종 이상의 세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물;
1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자;
1종 이상의 용매; 및
임의로, 살생물제; 및
임의로, 1종 이상의 pH 조정제
를 포함하는 화학기계적 연마 조성물로서,
pH가 2 내지 12인 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, pH가 3 내지 10인 화학기계적 연마 조성물.
제2항에 있어서, pH가 4 내지 9인 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는, 세리아 코팅된 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 상기 입자는 조성물 중에 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.05 중량% 내지 10 중량%, 및 0.1 중량% 내지 5 중량%로 이루어진 군에서 선택되는 범위로 존재하는 화학기계적 연마 조성물.
제4항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 조성물 중에 0.05 중량% 내지 10 중량%의 범위로 존재하는 화학기계적 연마 조성물.
제5항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 조성물 중에 0.1 중량% 내지 5 중량%의 범위로 존재하는 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는, 세리아 코팅된 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 상기 입자의 농도는 0.01 중량% 내지 2.00 중량%, 0.025 중량% 내지 1.0 중량%, 및 0.05 중량% 내지 0.5 중량%로 이루어진 군에서 선택되는 농도 범위로 존재하는 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 1종 이상의 용매는 탈이온(DI)수, 증류수 및 알콜 함유 유기 용매로 이루어진 군에서 선택되는 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물은 조성물 중에 0.0001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.001 중량% 내지 1.0 중량%, 및 0.0025 중량% 내지 0.25 중량%로 이루어진 군에서 선택되는 농도로 존재하고, 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물은 하기 (a) 내지 (f)를 포함하는 군에서 선택되는 일반적인 분자 구조를 갖는 화학기계적 연마 조성물:
(a)
Figure pat00023

[식 중,
R1은 수소, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;
R2는 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R2는 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(b)
Figure pat00024

[식 중,
R3은 수소, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고;
R4는 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; 존재할 경우, R4는 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(c)
Figure pat00025

[식 중,
R5는 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R5는 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(d)
Figure pat00026

[식 중,
R6은 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R6은 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨];
(e)
Figure pat00027

[식 중,
R7은 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; R7은 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알킬기, 직쇄 또는 분지쇄를 갖는 알콕시기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 이중 결합을 갖는 알켄기, 단일 또는 다중 탄소 대 탄소 삼중 결합을 갖는 알킨기, 1급 아민기, 2급 아미노기, 3급 아미노기, 양이온성 유기 4급 암모늄기, -COOH, -SO3H, -H2PO4, -COOR', -COOM(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -SO3M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -HPO4M(M= Na+, K+ 또는 NH4+), -PO4M2(M= Na+, K+ 또는 NH4+) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택됨]; 및
(f) 이들의 조합.
제9항에 있어서, 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물은 하기 (1) 내지 (5)로 이루어진 군에서 선택되는 화학기계적 연마 조성물:
(1) R1이 수소 원자이고 R2가 존재하지 않는 경우, 벤조트리아졸; 또는
R1이 수소 원자 이외의 유기 작용기이고 R2가 벤젠 고리 상의 -4, -5, -6 또는 -7의 임의의 위치에 부착된 다른 유기 작용기인 경우, 벤조트리아졸의 유도체 분자;
(2) R3이 수소 원자이고 R4가 존재하지 않는 경우, 2-아미노벤즈이미다졸; 또는
R3이 수소 원자 이외의 유기 작용기이고 R4가 벤젠 고리 상의 -4, -5, -6 또는 -7의 임의의 위치에 부착된 다른 유기 작용기인 경우, 2-아미노벤즈이미다졸의 유도체 분자;
(3) R5가 존재하지 않는 경우, 1,2,3-트리아졸; 또는
R5가 1,2,3-트리아졸 고리 상의 -4 또는 -5의 임의의 위치에 부착된 유기 작용기인 경우, 1,2,3-트리아졸의 유도체 분자;
(4) R6이 존재하지 않는 경우, 1,2,4-트리아졸; 또는
R6이 1,2,4-트리아졸 고리 상의 -3 또는 -5의 임의의 위치에 부착된 유기 작용기인 경우, 1,2,4-트리아졸의 유도체 분자; 및
(5) R7이 존재하지 않는 경우, 3-아미노-1,2,4-트리아졸 또는 아미트롤(amitrole); 또는
R7이 3-아미노-1,2,4-트리아졸 고리 상의 -5의 위치에 부착된 유기 작용기인 경우, 3-아미노-1,2,4-트리아졸의 유도체 분자.
제1항에 있어서, 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자는 조성물 중에 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.0025 중량% 내지 1.0 중량%, 및 0.05 중량% 내지 0.5 중량%로 이루어진 군에서 선택되는 범위의 농도로 존재하며; 하기 (a) 내지 (c)를 포함하는 군에서 선택되는 일반적인 분자 구조를 가지며:
(a)
Figure pat00028

(식 중, n은 1 내지 5,000, 2 내지 12, 및 3 내지 6으로 이루어진 군에서 선택되고; R1, R2, R3 및 R4는 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되는 동일 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있고; R1, R2, R3 및 R4 중 2개 이상은 수소 원자임);
(b)
Figure pat00029

(식 중, n은 1 내지 5,000, 1 내지 100, 1 내지 12, 및 2 내지 6으로 이루어진 군에서 선택되고; R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 수소, 알킬, 알콕시, 1개 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되는 동일 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있고; 여기서, R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7 중 2개 이상은 수소 원자임); 및
(c) (a) 및 (b)의 조합;
비이온성 유기 분자는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.0025 중량% 내지 1.0 중량%, 및 0.05 중량% 내지 0.5 중량%로 이루어진 군에서 선택되는 농도 범위를 갖는 화학기계적 연마 조성물.
제11항에 있어서, 구조 (a)에서 R1, R2, R3 및 R4는 모두 수소 원자이고, 비이온성 유기 분자는
Figure pat00030
, 또는
Figure pat00031
인 화학기계적 연마 조성물.
제11항에 있어서, 구조 (b)에서 R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 모두 수소 원자이고, 비이온성 유기 분자는
Figure pat00032
, 또는
Figure pat00033
인 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 조성물은 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%의 살생물제를 더 포함하고, 살생물제는 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온을 포함하는 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 조성물은 0 중량% 내지 1 중량%의 pH 조정제를 더 포함하고, pH 조정제는 산성 pH 조건을 위해 질산, 염산, 황산, 인산, 다른 무기 또는 유기 산, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되거나; 또는 알칼리성 pH 조건을 위해 수소화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화테트라알킬암모늄, 유기 4급 수산화암모늄 화합물, 유기 아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화학기계적 연마 조성물.
제1항에 있어서, 세리아 코팅된 콜로이드 실리카를 포함하고, 1종 이상의 질소 함유 방향족 복소환식 화합물은 벤조트리아졸 및 그의 유도체, 2-아미노벤즈이미다졸 및 그의 유도체, 아미트롤 및 그의 유도체, 트리아졸 및 그의 유도체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고; 1개 초과의 히드록실 작용기를 갖는 1종 이상의 비이온성 유기 분자는 덜시톨, D-소르비톨, 말티톨, 락티톨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화학기계적 연마 조성물.
산화규소 필름을 포함하는 1 이상의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학기계적 연마(CMP) 방법으로서,
반도체 기판을 제공하는 단계;
연마 패드를 제공하는 단계;
제1항의 화학기계적 연마(CMP) 조성물을 제공하는 단계;
반도체 기판의 표면을 연마 패드 및 화학기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
이산화규소를 포함하는 1 이상의 표면을 연마하는 단계
를 포함하는 화학기계적 연마(CMP) 방법.
제17항에 있어서, 산화규소 필름은 SiO2인 화학기계적 연마(CMP) 방법.
제17항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 표면을 더 포함하는 화학기계적 연마(CMP) 방법.
산화규소를 포함하는 1 이상의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학기계적 연마(CMP) 시스템으로서,
a. 반도체 기판;
b. 제1항의 화학기계적 연마(CMP) 조성물;
c. 연마 패드
를 포함하고,
산화규소 필름을 포함하는 1 이상의 표면이 연마 패드 및 화학기계적 연마 조성물과 접촉되어 있는 화학기계적 연마(CMP) 시스템.
제20항에 있어서, 산화규소 필름은 SiO2인 화학기계적 연마(CMP) 시스템.
제20항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 표면을 더 포함하는 화학기계적 연마(CMP) 시스템.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050122754A (ko) * 2004-06-25 2005-12-29 제일모직주식회사 반도체 ｓｔｉ 공정용 고선택비 ｃｍｐ 슬러리 조성물
KR20140122271A (ko) * 2012-02-10 2014-10-17 바스프 에스이 단백질을 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 (ｃｍｐ) 조성물
US20160108184A1 (en) * 2007-04-10 2016-04-21 Zimmer, Inc. Antioxidant stabilized crosslinked ultra high molecular weight polyethylene for medical device applications
KR20160143569A (ko) * 2015-06-05 2016-12-14 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 세리아-코팅된 실리카 연마재를 사용하는 배리어 화학 기계적 평탄화 슬러리
KR20170113456A (ko) * 2016-03-31 2017-10-12 버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨 복합 입자, 이를 정제하는 방법 및 이의 용도

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5876490A (en) 1996-12-09 1999-03-02 International Business Machines Corporatin Polish process and slurry for planarization
US5759917A (en) 1996-12-30 1998-06-02 Cabot Corporation Composition for oxide CMP
US6491843B1 (en) 1999-12-08 2002-12-10 Eastman Kodak Company Slurry for chemical mechanical polishing silicon dioxide
US20020025762A1 (en) * 2000-02-16 2002-02-28 Qiuliang Luo Biocides for polishing slurries
US6964923B1 (en) 2000-05-24 2005-11-15 International Business Machines Corporation Selective polishing with slurries containing polyelectrolytes
TWI228538B (en) 2000-10-23 2005-03-01 Kao Corp Polishing composition
US6540935B2 (en) 2001-04-05 2003-04-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Chemical/mechanical polishing slurry, and chemical mechanical polishing process and shallow trench isolation process employing the same
US6616514B1 (en) 2002-06-03 2003-09-09 Ferro Corporation High selectivity CMP slurry
JP4206233B2 (ja) 2002-07-22 2009-01-07 旭硝子株式会社 研磨剤および研磨方法
US7071105B2 (en) 2003-02-03 2006-07-04 Cabot Microelectronics Corporation Method of polishing a silicon-containing dielectric
CN100468647C (zh) * 2004-03-08 2009-03-11 旭硝子株式会社 研磨剂以及研磨方法
JP2005294798A (ja) 2004-03-08 2005-10-20 Asahi Glass Co Ltd 研磨剤および研磨方法
KR100851235B1 (ko) 2007-03-13 2008-08-14 테크노세미켐 주식회사 평탄도 개선제를 함유한 화학기계적 연마 조성물 및 이를이용한 연마 방법
CN101302404A (zh) 2008-07-01 2008-11-12 上海大学 纳米氧化铈复合磨粒抛光液的制备方法
KR101760529B1 (ko) * 2009-06-05 2017-07-21 바스프 에스이 화학 기계적 평탄화(ＣＭＰ)를 위한 ＣｅＯ２ 나노입자 코팅된 라스베리형 금속 산화물 나노구조체
US8778203B2 (en) 2010-05-28 2014-07-15 Clarkson University Tunable polish rates by varying dissolved oxygen content
JP6125507B2 (ja) * 2011-09-07 2017-05-10 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ グリコシドを含む化学機械研磨（ｃｍｐ）組成物
EP2794790B1 (en) * 2011-12-21 2018-02-21 Basf Se Chemical mechanical polishing composition comprising polyvinyl phosphonic acid and its derivatives
CN103666276A (zh) 2012-09-25 2014-03-26 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
JP6139975B2 (ja) * 2013-05-15 2017-05-31 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
CN106164208A (zh) * 2014-04-04 2016-11-23 福吉米株式会社 硬质材料的研磨用组合物
KR20190091579A (ko) * 2015-01-12 2019-08-06 버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨 화학적 기계적 평탄화 조성물용 복합 연마 입자 및 이를 사용하는 방법
WO2016158648A1 (ja) * 2015-03-30 2016-10-06 Jsr株式会社 化学機械研磨用処理組成物、化学機械研磨方法および洗浄方法
WO2016159167A1 (ja) * 2015-03-31 2016-10-06 日揮触媒化成株式会社 シリカ系複合微粒子分散液、その製造方法及びシリカ系複合微粒子分散液を含む研磨用スラリー
US10144850B2 (en) 2015-09-25 2018-12-04 Versum Materials Us, Llc Stop-on silicon containing layer additive
JP6957265B2 (ja) 2016-09-29 2021-11-02 花王株式会社 研磨液組成物
WO2018062401A1 (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 花王株式会社 研磨液組成物
US20180244955A1 (en) 2017-02-28 2018-08-30 Versum Materials Us, Llc Chemical Mechanical Planarization of Films Comprising Elemental Silicon

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050122754A (ko) * 2004-06-25 2005-12-29 제일모직주식회사 반도체 ｓｔｉ 공정용 고선택비 ｃｍｐ 슬러리 조성물
US20160108184A1 (en) * 2007-04-10 2016-04-21 Zimmer, Inc. Antioxidant stabilized crosslinked ultra high molecular weight polyethylene for medical device applications
KR20140122271A (ko) * 2012-02-10 2014-10-17 바스프 에스이 단백질을 포함하는 화학적 기계적 폴리싱 (ｃｍｐ) 조성물
KR20160143569A (ko) * 2015-06-05 2016-12-14 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 세리아-코팅된 실리카 연마재를 사용하는 배리어 화학 기계적 평탄화 슬러리
KR20170113456A (ko) * 2016-03-31 2017-10-12 버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨 복합 입자, 이를 정제하는 방법 및 이의 용도

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