KR20200112708A - 화학적 기계 연마 조성물 및 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제하는 방법 - Google Patents

화학적 기계 연마 조성물 및 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제하는 방법 Download PDF

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KR20200112708A
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chemical mechanical
mechanical polishing
polishing composition
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colloidal silica
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KR1020200033073A
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쿠마르 펜타 나레쉬
이. 테티 콰도우
반 하네헴 매튜
Original Assignee
롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

화학적 기계 연마 조성물은, 폴리에톡실화 아민, 인산 또는 이의 염, 및 양으로 하전된 질소를 함유하는 콜로이달 실리카 연마 입자를 함유한다. 화학적 기계 연마 조성물은 조정가능한 산화물 대 질화규소 제거 속도 비를 유지하면서 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제하는 연마 방법에서 사용된다. 화학적 기계 연마 조성물은 전공정(front-end-of line) 반도체 공정에서 사용될 수 있다.

Description

화학적 기계 연마 조성물 및 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제하는 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING COMPOSITONS AND METHODS FOR SUPPRESSING THE REMOVAL RATE OF AMORPHOUS SILICON}
본 발명은 화학적 기계 연마 조성물, 및 조정가능한 산화물 대 질화규소 제거 속도 비를 유지하면서 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 화학적 기계 연마 조성물, 및 조정가능한 산화물 대 질화규소 제거 속도 비를 유지하면서 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제하는 방법에 관한 것이며, 여기서 화학적 기계 연마 조성물은 폴리에톡실화 아민, 인산 또는 이의 염 및 양으로 하전된 질소를 함유하는 콜로이달 실리카 연마 입자를 함유한다.
집적 회로 및 기타 다른 전자 장치의 제작에서, 전도성, 반도체 및 유전체 물질의 다중 층은 반도체 웨이퍼의 표면 상에 증착되거나 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 제거된다. 전도성, 반도체 및 유전체 물질의 얇은 층은 여러 증착 기법에 의해 증착될 수 있다. 현대식 공정에 있어서 일반적인 증착 기법은 물리적 기상 층착법(PVD)(스퍼터링으로도 알려짐), 화학적 기상 증착법(CVD), 플라즈마 강화 화학적 기상 증착법(PECVD), 및 전기화학적 도금(ECP)을 포함한다.
물질의 층이 순차적으로 증착되고 제거됨에 따라, 웨이퍼의 최상 표면은 비평면이 된다. 후속 반도체 공정(예를 들어, 금속 배선 공정)은 웨이퍼가 평평한 표면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 원치 않는 표면 지형 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염된 층 또는 물질을 제거하는 데 유용하다.
화학적 기계 평탄화, 또는 화학적 기계 연마(CMP)는 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼를 평탄화하는 데 사용되는 일반적인 기법이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼는 캐리어 조립체 상에 장착되고, CMP 장치에서 연마 패드와 접촉하여 위치된다. 캐리어 조립체는 웨이퍼에 제어가능한 압력을 제공하여, 연마 패드에 대하여 웨이퍼를 가압한다. 패드는 외부 구동력에 의해 웨이퍼에 대하여 이동(예를 들어, 회전)된다. 이와 동시에, 연마 조성물("슬러리") 또는 기타 다른 연마 용액이 웨이퍼와 연마 패드 사이에 제공된다. 따라서, 웨이퍼 표면은 패드 표면 및 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 연마되고 평면으로 된다.
전공정(front-end-of-line; FEOL) 반도체 공정에서, 좁은 트렌치 격리 공정(shallow trench isolation; STI)은, 예컨대 STI에서 트랜지스터의 형성 이전에, 집적 회로 제작에서 게이트의 형성에 중요하며, 유전체, 예컨대 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 또는 이산화규소는 실리콘 웨이퍼에 형성된 개구부, 예를 들어 질화규소 장벽에 의해 집적회로의 나머지로부터 분리되는 트렌치 또는 분리 영역에 과량으로 증착된다. 다수의 CMP 공정은 원하는 최종 분리 방식을 달성하는 데 사용된다. 제1 CMP 단계에서, 과량의 유전체가 연마되고 평탄화된다. 제2 CMP 단계에서, 과도한 디싱(dishing)(트렌치에서 산화물 손실)없이 하부 질화규소 막 상에서 연마 정지가 달성된다. 상대적으로 새롭거나 고급 반도체 장치에서 구현되는 제3 CMP 단계에서, 산화물 및 질화물 모두 연마되고 하부 실리콘 막, 예컨대 비정질 실리콘 막 상에서 CMP 정지가 달성된다.
따라서, 본 발명은 화학적 기계 연마 조성물, 및 산화물 및 질화물 모두를 연마하고 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제함으로써 제3 단계를 개선하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 초기 성분으로,
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 I을 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
[화학식 I]
Figure pat00001
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우(tallow) 모이어티이고, R1은 (C1-C4)알킬 또는 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 (CH2CH2O) y H 모이어티 또는 →O이고, x 및 y는 1 내지 20의 수이며 z는 0 또는 1임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는, 화학적 기계 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 II를 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
[화학식 II]
Figure pat00002
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는, 화학적 기계 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은 초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 III을 가지는 폴리에톡실화 아민 4급 화합물:
[화학식 III]
Figure pat00003
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는, 화학적 기계 연마 조성물을 추가로 제공한다.
본 발명은 초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 IV를 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
[화학식 IV]
Figure pat00004
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는, 화학적 기계 연마 조성물을 추가로 제공한다.
본 발명은
이산화규소, 질화규소, 및 비정질 실리콘의 유전체 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 I을 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
[화학식 I]
Figure pat00005
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, R1은 (C1-C4)알킬 또는 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 (CH2CH2O) y H 모이어티 또는 →O이고, x 및 y는 1 내지 20의 수이며 z는 0 또는 1임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는 화학적 기계 연마 조성물을 제공하는 단계;
연마 표면을 가지는 화학적 기계 연마 패드를 제공하는 단계;
화학적 기계 연마 패드의 연마 표면과 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 생성하는 단계; 및
화학적 기계 연마 패드 및 기판 사이의 계면에서 또는 상기 계면 근처에서 화학적 기계 연마 패드 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계
를 포함하며, 여기서 기판은 연마되고 유전체 물질의 일부는 연마로 제거되는, 기판의 화학적 기계 연마 방법을 제공한다.
본 발명은
이산화규소, 질화규소, 및 비정질 실리콘의 유전체 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 II를 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
[화학식 II]
Figure pat00006
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는 화학적 기계 연마 조성물을 제공하는 단계;
연마 표면을 가지는 화학적 기계 연마 패드를 제공하는 단계;
화학적 기계 연마 패드의 연마 표면과 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 생성하는 단계; 및
화학적 기계 연마 패드 및 기판 사이의 계면에서 또는 상기 계면 근처에서 화학적 기계 연마 패드 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계
를 포함하며, 여기서 기판은 연마되고 유전체 물질의 일부는 연마로 제거되는, 추가의 기판의 화학적 기계 연마 방법을 제공한다.
본 발명은
이산화규소, 질화규소, 및 비정질 실리콘의 유전체 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 III을 가지는 폴리에톡실화 아민 4급 화합물:
[화학식 III]
Figure pat00007
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는 화학적 기계 연마 조성물을 제공하는 단계;
연마 표면을 가지는 화학적 기계 연마 패드를 제공하는 단계;
화학적 기계 연마 패드의 연마 표면과 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 생성하는 단계; 및
화학적 기계 연마 패드 및 기판 사이의 계면에서 또는 상기 계면 근처에서 화학적 기계 연마 패드 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계
를 포함하며, 여기서 기판은 연마되고 유전체 물질의 일부는 연마로 제거되는, 추가적인 기판의 화학적 기계 연마 방법을 제공한다.
본 발명은
이산화규소, 질화규소, 및 비정질 실리콘의 유전체 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로
물;
질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
인산 또는 이의 염;
화학식 IV를 가지는 폴리에톡실화 아민 4급 화합물:
[화학식 IV]
Figure pat00008
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
선택적으로 살생물제
를 포함하는 화학적 기계 연마 조성물을 제공하는 단계;
연마 표면을 가지는 화학적 기계 연마 패드를 제공하는 단계;
화학적 기계 연마 패드의 연마 표면과 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 생성하는 단계; 및
화학적 기계 연마 패드 및 기판 사이의 계면에서 또는 상기 계면 근처에서 화학적 기계 연마 패드 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계
를 포함하며, 여기서 기판은 연마되고 유전체 물질의 일부는 연마로 제거되는, 또 다른 기판의 화학적 기계 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물 및 방법은 조정가능한 산화물 대 질화규소 제거 속도 비를 유지하면서 비정질 실리콘의 제거 속도를 억제할 수 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 하기 약어는 하기 의미를 가진다: ℃ = 섭씨 온도; g = 그램; L = 리터; mL = 밀리리터; μ = μm = 미크론; kPa = 킬로파스칼; Å = 옹스트롬; mm = 밀리미터; cm = 센티미터; nm = 나노미터; mV = 밀리볼트; min = 분; rpm = 분당 회전수; lbs = 파운드; lbf = 풋파운드; kg = 킬로그램; wt% = 중량%; RR = 제거율; Avg. = 평균; H3PO4 = 인산; HNO3 = 질산; Si = 규소; aSi = 비정질 실리콘; SiN 또는 Si3N4 = 질화규소; DEAMS = (N,N-디에틸아미노메틸) 트리에톡시실란, 98%(Gelest Inc., 미국 펜실베이니아주 모리즈빌 소재); TMOS = 테트라메틸 오르토실리케이트; TMAH = 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드; TEA = 테트라에틸 암모늄; EDA = 에틸렌디아민; DTAC = 도데실-트리메틸 암모늄 클로라이드; CTAC = 세틸-트리메틸 암모늄 클로라이드; EO = 에틸렌옥사이드 모이어티; PS = 본 발명의 연마 슬러리; CS = 비교 연마 슬러리.
용어 "화학적 기계 연마" 또는 "CMP"는 기판이 화학적 및 기계적 힘만으로 연마되고, 전기 바이어스가 기판에 적용되는 전기화학적-기계적 연마(ECMP)와 구별되는 공정을 말한다. 용어 "TEOS"는 테트라에틸 오르토실리케이트(Si(OC2H5)4)의 분해로부터 형성된 산화규소를 의미한다. 용어 "조성물"은 및 "슬러리"는 본 명세서 전체에 걸쳐 상호교환적으로 사용된다. 용어 "알킬렌"은 해당 유기기에 대한 보다 최신의 화학 용어인 "알칸디일"과 동의어이다. 용어 "할라이드 이온"은 (-) 음전하를 가지는 할로겐, 즉 클로라이드(Cl-), 브로마이드(Br-), 플루오라이드(F-) 및 요오다이드(I-)를 의미한다. 용어 "모이어티"는 분자의 화학 구조 또는 작용기를 의미한다. 용어 "탤로우"는 올레산, 팔미트산, 스테아르산(16 내지 18개의 탄소 사슬)의 글리세릴 에스테르 또는 이들의 조합을 의미한다. 파라미터 "Zavg"는 DLS 데이터가 누적률(1)의 기법의 사용에 의해 분석될 때 생기며: Z-평균의 계산은 수학적으로 안정적이므로, Z-평균 결과는 노이즈에 민감하지 않고 Z-평균을 바람직한 DLS 크기 파라미터로 만든다. 용어 "a" 및 "an"은 단수 및 복수를 모두 말한다. 모든 백분율은 달리 언급되어 있지 않는 한, 중량 기준이다. 수치 범위가 최대 100%까지 제한되는 것이 논리적인 경우를 제외하고, 모든 수치 범위는 임의의 순서로 포함되고 조합될 수 있다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물 및 방법은 이산화규소, 질화규소 및 비정질 실리콘을 포함하는 유전체 물질을 포함하는 기판을 연마하는 데 유용하여, 이산화규소 및 질화규소는 비정질 실리콘에 대하여 선택적으로 연마되고 동시에 이산화규소 및 질화규소의 연마는 조정가능하다. 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물은 물; 질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자; 인산 또는 이의 염; 화학식 I을 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
[화학식 I]
Figure pat00009
(여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, R1은 (C1-C4)알킬 또는 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 (CH2CH2O) y H 모이어티 또는 →O이고, x 및 y는 1 내지 20의 수이며 z는 0 또는 1이고, 여기서 z = 1이고 G가 (CH2CH2O) y H 모이어티이며 R1이 (C1-C4)알킬인 경우, 화학식 I의 N은 N+이고 반대 음이온은 할라이드 이온, 즉 Cl-, Br-, F- 및 I-로부터 선택되며, z = 1이고 G가 →O인 경우, R1은 (CH2CH2O) y H 모이어티이고 화학식 I의 N은 중성 N임); 및 선택적으로 살생물제를 함유한다(바람직하게는 이들로 이루어진다).
바람직하게는, R'은 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이며, 여기서 탤로우 모이어티는 올레익 및 스테아릭 모이어티를 포함하고, R1은 (C1-C2)알킬 또는 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 (CH2CH2O) y H 모이어티 또는 →O이고, x 및 y는 2 내지 15의 수이며 z는 0 또는 1이고; 보다 바람직하게는, R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고, R1은 메틸 또는 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 (CH2CH2O) y H 모이어티 또는 →O이고, x 및 y는 2 내지 10의 수이며 z는 0 또는 1이고; 보다 바람직하게는, R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고, R1은 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 →O이고, x 및 y는 2 내지 10의 수이며 z는 0 또는 1이고; 가장 바람직하게는, R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고, R1은 (CH2CH2O) y H 모이어티이며 z는 0이고, x 및 y는 2 내지 8의 수이다. 화학식 I의 N이 N+인 경우, 바람직하게는, 반대 음이온은 할라이드 Cl-이다.
본 발명의 예시적인 바람직한 폴리에톡실화 아민 화합물은 하기로 이루어진다:
본 발명의 가장 바람직한 폴리에톡실화 아민 화합물은 하기 화학식 II를 가진다:
[화학식 II]
Figure pat00010
여기서, 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬이고 x 및 y는 2 내지 10의 수이며, 보다 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 8의 수이며, 보다 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 5의 수이며, 가장 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 3의 수이다. 화학식 II의 상업적으로 입수가능한 폴리에톡실화 아민 화합물의 예는 Evonik Industries AG(독일)로부터 입수가능한 TOMAMINE™ E-14-2, E-14-5, E-17-2 및 E-17-5 계면활성제이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 폴리에톡실화 아민 화합물은 화학식 III을 가지는 4급 아민이다:
[화학식 III]
Figure pat00011
여기서, 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우이고 x 및 y는 2 내지 10의 수이며, 보다 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 8의 수이며, 가장 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 5의 수이다. 화학식 III의 상업적으로 입수가능한 4급 아민 화합물의 예는 TOMAMINE™ Q-14-2 및 Q-17-2 계면활성제이다.
본 발명의 보다 바람직한 폴리에톡실화 아민 화합물은 화학식 IV를 가지는 아민 옥사이드이다:
[화학식 IV]
Figure pat00012
여기서, 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬이고 x 및 y는 2 내지 10의 수이며, 보다 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 8의 수이며, 가장 바람직하게는 R'은 선형 또는 분지형 (C10-C21)알킬이고 x 및 y는 2 내지 5의 수이다. 화학식 IV의 상업적으로 입수가능한 에테르 아민 화합물의 예는 TOMAMINE™ AO-14-2 계면활성제이다.
본 발명의 상기 폴리에톡실화 아민 화합물의 중량 평균 분자량은 300 이상의 범위이고, 바람직하게는 폴리에톡실화 아민 화합물의 중량 평균 분자량은 300 내지 1000의 범위이며, 보다 바람직하게는 중량 평균 분자량은 300 내지 500의 범위이다.
바람직하게는 폴리에톡실화 아민 화합물은 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물에 적어도 0.001 wt%의 양으로 포함되고, 보다 바람직하게는 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물은 폴리에톡실화 아민 화합물을 0.001 wt% 내지 0.5 wt%의 양으로 포함하며, 훨씬 더 바람직하게는 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물은 폴리에톡실화 아민 화합물을 0.01 wt% 내지 0.5 wt%, 보다 바람직하게는 0.01 wt% 내지 0.1 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 wt% 내지 0.05 wt%의 양으로 포함한다.
본 발명의 화학적 기계 연마 방법에서 사용되는 화학적 기계 연마 조성물에 함유된 물은 바람직하게는 부수적인 불순물을 제한하기 위해 탈이온수 및 증류수 중 적어도 하나이다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물 및 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로 양의 제타 전위를 가지는 콜로이달 실리카 연마 입자를 함유하며, 여기서 콜로이달 실리카 연마 입자는 질소-함유 화합물을 포함한다. 이와 같은 질소-함유 화합물은 콜로이달 실리카 연마 입자 내에 혼입될 수 있거나, 콜로이달 실리카 연마 입자의 표면 상에 혼입될 수 있거나, 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로, 질소-함유 화합물이 양의 제타 전위를 가지는 콜로이달 실리카 연마 입자 내에 혼입될 수 있고, 질소-함유 화합물이 콜로이달 실리카 연마 입자의 표면 상에 혼입될 수 있는 조합을 가지는 콜로이달 실리카 연마 입자를 함유할 수 있다. 질소-함유 화합물을 포함하는 양으로 하전된 콜로이달 실리카 연마 입자는 구형 형상, 길쭉한 형상, 구부러진 형상 또는 덩어리 형상일 수 있다.
질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자는 상업적으로 입수가능하거나, 화학 및 콜로이달 실리카 연마 입자 문헌에 기재된 바와 같이 당업자에 의해 제조될 수 있다. 상업적으로 입수가능한 질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 입자의 예는 KLEBOSOL™ 1598-B25 표면 개질 콜로이달 실리카 입자(AZ Electronics Materials 제조, The Dow Chemical company(미국 미시간주 미들랜드 소재)로부터 입수가능함); 및 FUSO™ BS-3 및 PL-3(Fuso Chemical Co., Ltd., 일본 오사카 소재)이다. 이와 같은 콜로이달 실리카 연마 입자는 바람직하게는, 당업자에게 잘 알려져 있는 스토버(Stober) 공정에 의해 제조된다.
본 발명의 산성 화학적 기계 연마 조성물은 질소-함유 화합물이 없는 콜로이달 실리카 연마 입자와 혼합된, 질소-함유 화합물을 포함하는 양의 제타 전위를 가지는 콜로이달 실리카 연마 입자를 가질 수 있다. 본 발명을 실시하는 데 적합한 연마재는 DEAMS 표면 개질 FUSO™ BS-3 연마재 슬러리(80 ppm DEAMS 대 1 wt% 실리카) 및 KLEBOSOL™ 1598-B25 슬러리(AZ Electronics Materials 제조, The Dow Chemical company로부터 입수가능함)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이와 같은 연마재의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 양의 제타 전위를 가지는 콜로이달 실리카 연마 입자는 (콜로이달 실리카 연마 입자의 표면 상에, 콜로이달 실리카 연마 입자 내부에, 또는 이들의 조합으로) 하기 일반식을 가지는 암모늄 화합물(이에 제한되는 것은 아님)을 포함하는 질소-함유 화합물을 포함한다:
[화학식 V]
R2R3R4R5N+
여기서, R2, R3, R4 및 R5는 수소, (C1-C6)알킬, (C7-C12) 아릴알킬 및 (C6-C10)아릴로부터 독립적으로 선택된다. 이와 같은 기는 하나 이상의 하이드록실 기로 치환될 수 있다. 암모늄 화합물을 함유하는 이와 같은 콜로이달 실리카 연마재는 당업계 또는 문헌에 알려진 방법으로 제조될 수 있다.
이와 같은 질소-함유 암모늄 화합물의 예는 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 테트라펜틸암모늄, 에틸트리메틸암모늄 및 디에틸디메틸암모늄이다.
질소-함유 화합물은 또한 아미노기를 가지는 화합물, 예컨대 1급 아민, 2급 아민, 3급 아민 또는 4급 아민을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 같은 질소-함유 화합물은 또한 1 내지 8개의 탄소 원자를 가지는 아미노산, 예컨대 리신, 글루타민, 글리신, 이미노디아세트산, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 세린 및 트레오닌을 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 본 발명의 콜로이달 실리카 연마 입자 중 화학종 대 실리카의 몰비는 바람직하게는 0.1% 초과 10% 미만이다.
아미노실란 화합물은 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물의 콜로이달 실리카 연마 입자의 표면 상에 또는 콜로이달 실리카 연마 입자 내로 혼입하는 가장 바람직한 질소-함유 화합물이다. 이와 같은 아미노실란 화합물은 1급 아미노실란, 2급 아미노실란, 3급 아미노실란, 4급 아미노실란 및 멀티-포달(multi-podal)(예를 들어, 다이포달(dipodal)) 아미노실란을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 아미노실란 화합물은 실질적으로 임의의 적합한 아미노실란을 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 데 사용될 수 있는 아미노실란의 예는 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필 트리알콕시실란, 디에틸아미노메틸트리알콕시실란, (N,N-디에틸-3-아미노프로필)트리알콕시실란), 3-(N-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노프로필 트리알콕시실란), 아미노프로필 트리알콕시실란, (2-N-벤질아미노에틸)-3-아미노프로필 트리알콕시실란), 트리알콕시실릴 프로필-N, N, N-트리메틸 암모늄, N-(트리알콕시실릴에틸)벤질-N,N,N-트리메틸 암모늄, (비스(메틸디알콕시실릴프로필)-N-메틸 아민, 비스(트리알콕시실릴프로필)우레아, 비스(3-(트리알콕시실릴)프로필)-에틸렌디아민, 비스(트리알콕시실릴프로필)아민, 3-아미노프로필트리알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리알콕시실란, 3-아미노프로필메틸디알콕시실란, 3-아미노프로필트리알콕시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, (N-트리알콕시실릴프로필)폴리에틸렌이민, 트리알콕시실릴프로필디에틸렌트리아민, N-페닐-3-아미노프로필트리알콕시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리알콕시실란, 4-아미노부틸-트리알콕시실란, (N,N-디에틸아미노메틸) 트리에톡시실란, 및 이들의 혼합물이다. 아미노실란 화합물은 일반적으로 수성 매질에서 가수분해(또는 부분 가수분해)된다는 것을 당업자는 용이하게 이해한다. 따라서, 아미노실란 화합물을 언급함으로써, 아미노실란 또는 이의 가수분해(또는 부분 가수분해)된 종 또는 축합된 종이 콜로이달 실리카 연마 입자에 혼입될 수 있다는 것이 이해된다.
다양한 구현예에서, 콜로이달 실리카 연마 입자 중 아미노실란 종 대 실리카의 몰비는 바람직하게는 0.1% 초과 10% 미만이다.
콜로이달 실리카 연마 입자 내에 혼입된 질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자는 바람직하게는 스토버 공정에 의해 제조되며, 여기서 유기 알콕시실란, 예컨대 TMOS 및 TEOS는 실리카 합성을 위한 전구체로서 사용되고 질소-함유 화합물은 촉매로서 사용된다. 전구체로서의 TMOS 및 TEOS는 수성 알칼리성 환경에서 가수분해 및 축합을 겪는다. 알칼리성 pH를 유지하는 데 사용되는 촉매는 질소-함유 종, 예컨대 암모니아, TMAH, TEA 및 EDA이지만, 이에 제한되지는 않는다. 반대이온으로서, 이들 질소-함유 화합물은 필연적으로 입자 성장 동안 콜로이달 실리카 연마 입자 내부에 포획되어, 콜로이달 실리카 연마 입자 내 내부로 혼입된 질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자를 생성한다. 입자 내부에 혼입된 질소-함유 화합물을 포함하는 상업적으로 입수가능한 콜로이달 실리카 연마 입자의 예는 FUSO™으로부터 입수가능한 입자, 예컨대 FUSO™ BS-3 및 PL-3 콜로이달 실리카 연마 입자이다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물 및 방법은 0.01 내지 20 wt%의 양의 순(net) 제타 전위 및 질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 연마재; 바람직하게는 1 내지 10 wt%, 보다 바람직하게는 1 내지 5 wt%, 가장 바람직하게는 1 내지 4 wt%의 양의 순 제타 전위 및 질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 연마재를 함유한다.
양의 순 제타 전위 및 질소-함유 화합물을 포함하는 콜로이달 실리카 연마재는 바람직하게는 동적 광산란 기법(DLS)으로 측정할 때, 평균 입자 크기가 100 nm 미만; 보다 바람직하게는 50 내지 70 nm; 가장 바람직하게는 60 내지 70 nm이다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물 및 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로 인산 또는 이의 염을 함유한다. 이와 같은 염은 소듐 디하이드로겐 포스페이트, 디소듐 하이드로겐 포스페이트 및 트리소듐 포스페이트를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물은 기타 다른 모든 무기산, 이의 염, 유기산 및 유기산의 염을 배제한다. 오직 인산 및 이의 염만이 산으로서 화학적 기계 연마 조성물에 포함된다. 7 미만, 바람직하게는 2 내지 6.5, 보다 바람직하게는 2 내지 5, 가장 바람직하게는 2 내지 3의 pH를 제공하기에 충분한 인산 또는 이의 염이 화학적 기계 연마 조성물에 포함된다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물에서, 초기 성분으로 인산 또는 이의 염이 산성 pH 또는 7 미만의 pH를 제공하도록 적어도 0.01 wt%의 양으로 첨가되고, 바람직하게는 인산 또는 이의 염이 0.01 wt% 내지 0.1 wt%의 양으로 첨가되며, 보다 바람직하게는 인산 또는 이의 염이 0.01 wt% 내지 0.06 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 wt% 내지 0.03 wt%의 양으로 첨가된다.
선택적으로, 산성 화학적 기계 연마 조성물은 살생물제, 예컨대 KORDEX™ MLX(9.5 내지 9.9%의 메틸-4-이소티아졸린-3-온, 89.1 내지 89.5%의 물 및 1.0% 이하의 관련 반응 생성물) 또는 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 함유하는 KATHON™ ICP III을 함유할 수 있으며, 각각은 The Dow Chemical Company에 의해 제조된다(KATHON™ 및 KORDEX™은 The Dow Chemical Company의 상표명임). 이와 같은 살생물제는 당업자에게 알려진 바와 같이 통상적인 양으로 본 발명의 산성 화학적 기계 연마 조성물에 포함될 수 있다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물로 연마된 기판은 이산화규소, 질화규소 및 비정질 실리콘(aSi)을 포함한다. 기판의 이산화규소는 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 플라즈마 에칭된 테트라에틸 오르토 실리케이트(PETEOS), 열 산화물, 미도핑 실리케이트 유리, 고밀도 플라즈마(HDP) 산화물을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 이산화규소는 TEOS이다. 기판의 질화규소는 질화규소 물질, 예컨대 SiN 또는 Si3N4를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 패드는 당업계에 알려진 임의의 적합한 연마 패드일 수 있다. 당업자는 본 발명의 방법에서 사용하기에 적절한 화학적 기계 연마 패드를 선택하는 것을 알고 있다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 패드는 직포 및 부직포 연마 패드로부터 선택된다. 훨씬 더 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 패드는 폴리우레탄 연마 층을 포함한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마 층 및 폴리우레탄이 함침된 부직포 서브패드를 포함한다. 바람직하게는, 제공되는 화학적 기계 연마 패드는 연마 표면 상에 적어도 하나의 홈을 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 제공되는 화학적 기계 연마 조성물은 화학적 기계 연마 패드 및 기판 사이의 계면에서 또는 상기 계면 근처에서 제공되는 화학적 기계 연마 패드의 연마 표면 상으로 분배된다.
바람직하게는 본 발명의 기판을 연마하는 방법에서, 동적 접촉이 제공되는 화학적 기계 연마 패드와 기판 사이의 계면에서 연마될 기판의 표면에 수직인 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 생성된다.
이산화규소, 질화규소 및 비정질 실리콘을 포함하는 기판을 연마하는 방법에서, 연마는 93 내지 113의 분당 회전수의 플래턴 속도, 87 내지 111의 분당 회전수의 캐리어 속도, 125 내지 300 mL/분의 화학적 기계 연마 조성물 유속, 200 mm 연마 기계 상에서 6.9 kPa 또는 20.7 kPa의 공칭 다운포스로 수행되며, 여기서 화학적 기계 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마 층 및 폴리우레탄이 함침된 부직포 서브패드를 포함한다.
본 발명의 화학적 기계 연마 조성물로 기판을 화학적 기계 연마하는 방법에서, SiN:TEOS 선택도는 0.1 내지 2, 바람직하게는 0.3 내지 1.5, 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.2, 가장 바람직하게는 0.3 내지 0.5의 범위이다. 본 발명의 화학적 기계 연마 조성물로 기판을 화학적 기계 연마하는 방법에서, SiN:aSi 선택도는 2 이상, 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 11 내지 40, 가장 바람직하게는 20 내지 40의 범위이다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하고자 하는 것이며, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예 1
화학적 기계 연마 조성물
하기 화학적 기계 연마 조성물은 연마 슬러리이며, 하기 표 1에 개시된 성분을 포함하도록 제조되었다. 각각의 연마 슬러리의 고체 함량은 4 wt%(연마재의 중량)이었다. 농도가 0.05 wt%인 PS-2를 제외하고 계면활성제 농도는 0.02 wt%이었다. CS-1에는 어떠한 계면활성제도 포함하지 않았다. pH의 추가 조정 없이 성분을 잔량의 탈이온수와 합하였다. 0.03 wt% 수성 인산으로 pH를 유지시켰다.
슬러리 연마재 1 계면활성제 pH 제타 전위
(mV) 		평균 5 입자 크기(nm)
CS-1 PL-3 ---------- 2.7 +2 69
PS-1 PL-3 분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민2 2.8 +12 64
PS-2 PL-3 분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민 3 +13 64
CS-2 PL-3 3급 아민을 포함한 에톡실화 (15) 코코알킬아민3 2.8 +43 응집
CS-3 PL-3 코코알킬메틸 에톡실화 (15) 4급 암모늄 염4 2.6 +35 응집
1질소 화합물을 포함하는 양으로 하전된 콜로이달 실리카 입자의 상표명으로서 Fuso Chemical Co., Ltd.(일본 오사카 소재)(Fuso)로부터 입수.
2TOMAMINE™ E-14-5 계면활성제, Evonik(미국 버지니아주 리치먼드 소재)으로부터 입수가능함.
3ETHOMEEN™ C/25 계면활성제(CAS: 61791-14-8), Akzo Nobel(미국 뉴욕주 테리타운 소재)로부터 입수가능함.
4ETHOQUAD™ C/25 계면활성제(CAS: 61791-10-4), Akzo Nobel로부터 입수가능함.
5DLS Zavg.(동적 광산란 기법).
분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민을 포함한 본 발명의 제형, 즉 PS-1 및 PS-2는 입자 크기를 현저하게 증가시키지 않아서, 안정적인 슬러리 제형을 나타내었다. 따라서, 상기 제형은 슬러리 적용에 매우 적합하였다.
3급 아민을 포함한 에톡실화 (15) 코코알킬아민 및 코코알킬메틸 에톡실화 (15) 4급 암모늄 염은 둘 다 콜로이달 실리카 입자 크기를 증가시켜서 입자가 응집되도록 하였고, 따라서 불안정한 슬러리 제형을 생성하고 슬러리 적용에 부적합하게 하였다. 이들 2가지 계면활성제는 본 발명의 계면활성제와 대조적으로 코코알킬 모이어티에 에테르 기를 포함하지 않는다. 하기는 각각 3급 아민을 포함한 에톡실화 (15) 코코알킬아민의 화학식(VI) 및 코코알킬메틸 에톡실화 (15) 4급 암모늄 염의 화학식(VII)이다.
[화학식 VI]
Figure pat00013
;
(x + y = 2
평균 EO = 4)
[화학식 VII]
Figure pat00014
실시예 2
TEOS , SiN 및 aSi 제거 속도 및 선택도 성능
200 mm 블랭킷 웨이퍼 기판의 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 질화규소 및 aSi 각각에서의 연마로부터 블랭킷 웨이퍼 제거 속도 테스트를 Strasbaugh 6EC 200 mm 웨이퍼 연마기 또는 "6EC RR"(Axus Technology Company, 미국 애리조나주 챈들러 소재)을 사용하여 20.7 kPa(3 psi) 다운포스 및 각각 93 및 87의 테이블 및 캐리어 회전 속도(rpm)에서, 그리고 200 mL/분의 주어진 연마재 슬러리 유속으로, 1010 홈 패턴을 가지는 IC1000™ CMP 연마 패드(Dow, 미국 미시간주 미들랜드 소재) 및 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 표시된 연마재 슬러리를 이용하여 실행하였다. SEASOLTM AK45 AM02BSL8031C1 다이아몬드 패드 컨디셔너 디스크(Kinik Company, 대만)를 사용하여 연마 패드를 컨디셔닝시켰다. 연마 패드의 중심으로부터 4.32 cm에서 23.37cm까지 10 스위프/분으로 3.18 kg(7.0 lbf)의 다운포스를 사용하여 연마 동안 원 위치에서 연마 패드를 컨디셔닝하였다. 3 mm 에지 배제가 있는 49 포인트 나선형 스캔을 사용하는 KLA-TENCORTM FX200 계측 도구(KLA TENCOR, 미국 캘리포니아주 밀피타스 소재)를 사용하여 연마 전 및 후에 막 두께를 측정함으로써 제거 속도를 결정하였다. 제거 속도(RR) 결과 및 이들의 비(선택도)는 하기 표 2에 나타나 있다.
슬러리 SiN RR
(Å/분) 		TEOS RR
(Å/분) 		aSi RR
(Å/분) 		SiN:TEOS
선택도 		SiN:aSi
선택도
CS-1 531 1096 184 0.5 2.9
PS-1 391 1188 18 0.3 22
PS-2 381 1184 10 0.3 38
연마 결과는 본 발명의 연마 슬러리가 aSi에 비하여 SiN의 연마 선택도가 더 높다는 것을 나타내었다. 동시에, 본 발명의 연마 슬러리는 우수한 조정가능한 SiN:TEOS RR을 가졌다.
실시예 3
화학적 기계 연마 조성물
하기 화학적 기계 연마 조성물은 연마 슬러리이며, 하기 표 3에 개시된 성분을 포함하도록 제조되었다. pH의 추가 조정 없이 성분을 잔량의 탈이온수와 합하였다. 수성 인산으로 pH를 유지시켰다.
슬러리 연마재 6 ( wt% ) 폴리에톡실화 아민 계면활성제 7 (wt%) H 3 PO 4
(wt%) 		pH
CS-1 4 ------------ 0.03 2.7
PS-3 2 0.005 0.03 2.63
PS-4 2 0.01 0.03 2.66
PS-5 2 0.02 0.03 2.70
PS-6 1 0.0025 0.03 2.63
PS-7 1 0.01 0.03 2.67
PS-8 1 0.01 0.015 2.99
PS-9 1 0.01 0.06 2.42
6Fuso PL-3(질소 화합물을 포함하는 양으로 하전된 콜로이달 실리카 입자의 상표명으로서 Fuso Chemical Co., Ltd.(일본 오사카 소재)로부터 입수).
7분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민(TOMAMINE™ E-14-5 계면활성제, Evonik(미국 버지니아주 리치먼드 소재)으로부터 입수가능함).
실시예 4
TEOS, SiN 및 aSi 제거 속도 및 선택도 성능
상기 실시예 2에 개시된 바와 같은 절차에 따르고 장치 및 연마 파라미터를 사용하여 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 질화규소 및 aSi 기판 각각에서의 연마로부터 블랭킷 웨이퍼 제거 속도 테스트를 실행하였다. 제거 속도(RR) 결과 및 이들의 비(선택도)는 하기 표 4에 나타나 있다.
슬러리 SiN RR
(Å/분) 		TEOS RR
(Å/분) 		aSi RR
(Å/분) 		SiN:TEOS
선택도 		SiN:aSi
선택도
CS-1 531 1096 184 0.5 2.9
PS-3 471 886 39 0.5 11.9
PS-4 410 965 32 0.4 13
PS-5 338 988 26 0.3 12.8
PS-6 353 285 92 1.2 3.8
PS-7 309 388 48 0.8 6.5
PS-8 173 530 82 0.3 2.1
PS-9 460 306 89 1.5 5.1
PS-8을 제외하고, 연마 결과는 본 발명의 연마 슬러리가 aSi에 비하여 SiN의 연마 선택도가 더 높다는 것을 나타내었다. 동시에, 본 발명의 연마 슬러리는 우수한 조정가능한 SiN:TEOS RR을 가졌다.
실시예 5
화학적 기계 연마 조성물
하기 화학적 기계 연마 조성물은 연마 슬러리이며, 하기 표 5에 개시된 성분을 포함하도록 제조되었다. pH의 추가 조정 없이 성분을 잔량의 탈이온수와 합하였다. 수성 인산으로 pH를 유지시켰다.
슬러리 연마재 8 ( wt% ) 폴리에톡실화 아민 계면활성제 9 (wt%) H 3 PO 4
(wt%) 		pH
CS-2 1 ------------ 0.03 2.63
PS-10 1 0.02 0.03 2.7
PS-11 1 0.02 0.03 2.43
8FUSO™ BS-3(양으로 하전된 콜로이달 실리카 입자(Fuso Chemical Co., Ltd.(일본 오사카 소재)).
9분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민(TOMAMINE™ E-14-5 계면활성제, Evonik(미국 버지니아주 리치먼드 소재)으로부터 입수가능함).
실시예 6
TEOS, SiN 및 aSi 제거 속도 및 선택도 성능
상기 실시예 2에 개시된 바와 같은 절차에 따르고 장치 및 연마 파라미터를 사용하여 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 질화규소 및 aSi 기판 각각에서의 연마로부터 블랭킷 웨이퍼 제거 속도 테스트를 실행하였다. 제거 속도(RR) 결과 및 이들의 비(선택도)는 하기 표 6에 나타나 있다.
슬러리 SiN RR
(Å/분) 		TEOS RR
(Å/분) 		aSi RR
(Å/분) 		SiN:TEOS
선택도 		SiN:aSi
선택도
CS-2 169 931 117 0.2 1.4
PS-10 129 1041 19 0.1 6.8
PS-11 65 729 18 0.1 3.6
연마 결과는 본 발명의 연마 슬러리가 aSi에 비하여 SiN의 연마 선택도가 더 높다는 것을 나타내었다. 동시에, 본 발명의 연마 슬러리는 우수한 조정가능한 SiN:TEOS RR을 가졌다.
실시예 7
상이한 산을 이용한 화학적 기계 연마 조성물
하기 화학적 기계 연마 조성물은 연마 슬러리이며, 하기 표 7에 개시된 성분을 포함하도록 제조되었다. pH의 추가 조정 없이 성분을 잔량의 탈이온수와 합하였다. 표에 개시된 산 중 하나로 pH를 유지시켰다.
슬러리 연마재 10 ( wt% ) 폴리에톡실화 아민 계면활성제 11 (wt%) 산 pH
PS-12 1 0.01 H3PO4 2.63
CS-3 1 0.01 HNO3 2.63
CS-4 1 0.01 HNO3 2.41
CS-5 1 0.01 말론산 2.66
CS-6 4 0.02 말론산 2.90
CS-7 4 0.02 석신산 3.44
CS-8 4 0.02 석신산 3.18
10Fuso PL-3(질소 화합물을 포함하는 양으로 하전된 콜로이달 실리카 입자의 상표명으로서 Fuso Chemical Co., Ltd.(일본 오사카 소재)로부터 입수).
11분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민(TOMAMINE™ E-14-5 계면활성제, Evonik(미국 버지니아주 리치먼드 소재)으로부터 입수가능함).
실시예 8
상이한 산을 이용한 TEOS , SiN 및 aSi 제거 속도 및 선택도 성능
상기 실시예 2에 개시된 바와 같은 절차에 따르고 장치 및 연마 파라미터를 사용하여 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 질화규소 및 aSi 기판 각각에서의 연마로부터 블랭킷 웨이퍼 제거 속도 테스트를 실행하였다. 제거 속도(RR) 결과 및 이들의 비(선택도)는 하기 표 8에 나타나 있다.
슬러리 SiN RR
(Å/분) 		TEOS RR
(Å/분) 		aSi RR
(Å/분) 		SiN:TEOS
선택도 		SiN:aSi
선택도
PS-12 309 388 48 0.8 6.5
CS-3 53 369 82 0.1 0.6
CS-4 63 281 83 0.2 0.8
CS-5 66 389 101 0.2 0.7
CS-7 46 1240 10 0.04 4.6
CS-8 17 1372 14 0.01 1.2
CS-9 28 1286 36 0.02 0.8
연마 결과는 인산을 포함한 연마 슬러리가 질산 또는 카르복실산인 말론산 및 석신산을 포함한 슬러리와 대조적으로 aSi에 비하여 SiN의 연마 선택도가 더 높다는 것을 나타내었다. 동시에, 인산을 이용한 연마 슬러리는 우수한 조정가능한 SiN:TEOS RR을 가졌다.
실시예 9
비교예로서 DTAC 또는 CTAC를 이용한 화학적 기계 연마 조성물
하기 화학적 기계 연마 조성물은 연마 슬러리이며, 하기 표 9에 개시된 성분을 포함하도록 제조되었다. pH의 추가 조정 없이 성분을 잔량의 탈이온수와 합하였다. 수성 인산으로 pH를 유지시켰다.
슬러리 연마재 12 ( wt% ) 계면활성제
(wt%) 		H 3 PO 4
(wt%) 		pH
PS-13 1 0.01 분지형 폴리(5) 옥시에틸렌 이소데실옥시프로필아민 0.03 2.63
CS-10 1 0.01 DTAC 0.03 2.6
CS-11 1 0.05 DTAC 0.03 2.6
CS-12 1 0.01 CTAC 0.03 2.6
CS-13 4 0.05 CTAC 0.03 2.6
12Fuso PL-3(질소 화합물을 포함하는 양으로 하전된 콜로이달 실리카 입자의 상표명으로서 Fuso Chemical Co., Ltd.(일본 오사카 소재)로부터 입수).
[화학식 VIII]
Figure pat00015
[화학식 IX]
Figure pat00016
실시예 10
비교예로서 DTAC 또는 CTAC를 이용한 TEOS , SiN 및 aSi 제거 속도 및 선택도 성능
상기 실시예 2에 개시된 바와 같은 절차에 따르고 장치 및 연마 파라미터를 사용하여 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 질화규소 및 aSi 기판 각각에서의 연마로부터 블랭킷 웨이퍼 제거 속도 테스트를 실행하였다. 제거 속도(RR) 결과 및 이들의 비(선택도)는 하기 표 10에 나타나 있다.
슬러리 SiN RR
(Å/분) 		TEOS RR
(Å/분) 		aSi RR
(Å/분) 		SiN:TEOS
선택도 		SiN:aSi
선택도
PS-13 309 388 48 0.8 6.5
CS-10 327 563 178 0.6 1.8
CS-11 135 417 82 0.3 1.6
CS-12 173 557 63 0.3 2.7
CS-13 22 297 55 0.1 0.4
연마 결과는 본 발명의 연마 슬러리, 즉 PS-13이 DTAC 및 CTAC를 포함한 슬러리와 대조적으로 aSi에 비하여 SiN의 연마 선택도가 더 높다는 것을 나타내었다. 동시에, 본 발명의 연마 슬러리는 우수한 조정가능한 SiN:TEOS RR을 가졌다.

Claims (10)

  1. 초기 성분으로,
    물;
    질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
    인산 또는 이의 염;
    화학식 I을 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
    [화학식 I]
    Figure pat00017

    (여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우(tallow) 모이어티이고, R1은 (C1-C4)알킬 또는 (CH2CH2O) y H 모이어티이며, G는 (CH2CH2O) y H 모이어티 또는 →O이고, x 및 y는 1 내지 20의 수이며 z는 0 또는 1이고, 여기서 R1이 (C1-C4)알킬이고, G가 (CH2CH2O) y H 모이어티이며 z가 1인 경우, N은 N+이고 N+에 대한 반대 음이온은 할라이드 이온으로부터 선택됨); 및
    선택적으로 살생물제
    를 포함하는, 화학적 기계 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로
    물;
    질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
    인산 또는 이의 염;
    화학식 II를 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
    [화학식 II]
    Figure pat00018

    (여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
    선택적으로 살생물제
    를 포함하는 것인, 화학적 기계 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로
    물;
    질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
    인산 또는 이의 염;
    화학식 III을 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
    [화학식 III]
    Figure pat00019

    (여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
    선택적으로 살생물제
    를 포함하는 것인, 화학적 기계 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학적 기계 연마 조성물은 초기 성분으로
    물;
    질소-함유 화합물 및 양의 제타 전위를 포함하는 콜로이달 실리카 연마 입자;
    인산 또는 이의 염;
    화학식 IV를 가지는 폴리에톡실화 아민 화합물:
    [화학식 IV]
    Figure pat00020

    (여기서, R'는 선형 또는 분지형 (C10-C27)알킬 또는 탤로우 모이어티이고, x 및 y는 1 내지 20의 수임); 및
    선택적으로 살생물제
    를 포함하는 것인, 화학적 기계 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 질소-함유 화합물은 아미노실란 화합물인, 화학적 기계 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리에톡실화 아민 화합물의 양은 적어도 0.001 wt%인, 화학적 기계 연마 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폴리에톡실화 아민 화합물의 양은 적어도 0.001 내지 0.05 wt%인, 화학적 기계 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 화학적 기계 연마 조성물의 pH는 7 미만인, 화학적 기계 연마 조성물.
  9. 이산화규소, 질화규소, 및 비정질 실리콘의 유전체 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    제1항에 따른 화학적 기계 연마 조성물을 제공하는 단계;
    연마 표면을 가지는 화학적 기계 연마 패드를 제공하는 단계;
    화학적 기계 연마 패드의 연마 표면과 기판 사이의 계면에서 0.69 내지 34.5 kPa의 다운포스로 동적 접촉을 생성하는 단계; 및
    화학적 기계 연마 패드 및 기판 사이의 계면에서 또는 상기 계면 근처에서 화학적 기계 연마 패드 상에 화학적 기계 연마 조성물을 분배하는 단계
    를 포함하며,
    여기서 기판은 연마되고; 유전체 물질의 적어도 일부는 기판으로부터 제거되는, 기판의 화학적 기계 연마 방법.
  10. 제9항에 있어서, 연마는 93 내지 113의 분당 회전수의 플래턴 속도, 87 내지 111의 분당 회전수의 캐리어 속도, 125 내지 300 mL/분의 산성 화학적 기계 연마 조성물 유속, 200 mm 연마 기계 상에서 6.9 kPa 또는 20.7 kPa의 공칭 다운포스로 수행되며; 여기서 상기 화학적 기계 연마 패드는 중합체 중공 코어 미세입자를 함유하는 폴리우레탄 연마 층 및 폴리우레탄이 함침된 부직포 서브패드를 포함하는 것인, 방법.
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