KR20210062566A - 연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법 - Google Patents

연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210062566A
KR20210062566A KR1020200153380A KR20200153380A KR20210062566A KR 20210062566 A KR20210062566 A KR 20210062566A KR 1020200153380 A KR1020200153380 A KR 1020200153380A KR 20200153380 A KR20200153380 A KR 20200153380A KR 20210062566 A KR20210062566 A KR 20210062566A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
silicon
polishing composition
alkyl group
containing material
Prior art date
Application number
KR1020200153380A
Other languages
English (en)
Inventor
징즈 천
Original Assignee
가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 filed Critical 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드
Publication of KR20210062566A publication Critical patent/KR20210062566A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1472—Non-aqueous liquid suspensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)

Abstract

연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법을 제공한다.
연마 조성물은 연마 지립, 첨가제 분자, pH 조정제 및 분산매를 포함한다. 연마 지립은 실리카 입자를 포함하며, 또한 실리카 입자 표면의 실라놀기 밀도는 0 내지 3.0개/n㎡이다. 실라놀 밀도는, BET법에 의해 측정한 비표면적 및 적정에 의해 측정한 실라놀기의 양에 기초하여 계산해 구해진 것이다. pH 조정제는, 연마 조성물의 pH를 1.5 이상이며 4.5 이하의 범위로 조정하는 데 사용된다. 첨가제 분자는 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는다.
Figure pat00008

(식 중 R1, R2, n, m, p, q 및 r은 명세서 중에서 정의한 바와 같다.)

Description

연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법{POLISHING COMPOSITION, POLISHING METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE}
본 발명은 연마 조성물, 이 연마 조성물을 사용하는 연마 방법 및 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에 있어서는 통상 반도체 기판(예를 들어 웨이퍼) 표면의 평탄도를 높이기 위해 평탄화 기술을 사용하고 있다. 화학 기계 연마(chemical mechanical polishing, CMP)는 자주 사용되는 평탄화 기술의 하나이다. 화학 기계 연마 기술은, 실리카, 알루미나 또는 세리아 등의 지립, 방촉제, 계면 활성제 등을 포함하는 연마용 조성물을 사용하여, 반도체 기판 등의 연마 대상물(피연마물)의 표면을 평탄화하는 방법을 포함한다.
또한, 실리콘 또는 실리콘게르마늄 등의 반도체 재료(본 명세서에서는 "실리콘 함유 재료"라고 약칭하는 경우도 있음)로 이루어지는 기판도 이미 보급되어 있다. 따라서, 실리콘 함유 재료를 포함하여 이루어지는 기판을 연마하는 데 적용될 연마 조성물에 대한 요구도 점차 증가되어`왔다.
특허문헌 1은 (A) 무기 입자, 유기 입자 또는 이들 혼합물 혹은 복합체와, (B) 적어도 1종의 산화제와, (C) 수성 매체를 포함하는 화학 기계 연마 조성물을 개시하고 있다. 특허문헌 1의 화학 기계 연마 조성물은 원소 게르마늄 또는 실리콘게르마늄에 대해 화학 기계 연마를 행하는 데 적용할 수 있다.
대만 특허 출원 제201311842 A1호 명세서
반도체 장치의 미세화에 수반하여, 화학 기계 연마 공정에 대한 요구도 점차 가혹해지고 있다. 예를 들어, 반도체 장치에서는 통상, 산화물(예로서 산화규소)로 형성된 쉘로우 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation, STI) 구조를 사용하여 반도체 소자끼리를 분리하고 있다. 쉘로우 트렌치 아이솔레이션 공정에 있어서, 화학 기계 연마를 행하여 기판 상에 성막된 여분의 산화물 재료를 제거할 수 있다. 화학 기계 연마를 정지시키기 위해, 산화물층과 기판과의 사이에 연마 속도가 비교적 낮은 연마 정지층(polishing stop layer)을 형성하는 것이 통상이다. 또한 화학 기계 연마를 원하는 위치에서 고정밀도로 정지시키기 위해서는, 산화물층의 연마 정지층에 대한 연마 선택비를 높일 필요가 있다. 연마 정지층에 자주 사용되는 재료에는 질화물, 탄화물 또는 탄질화물 등, 예를 들어 질화 실리콘이 포함될 수 있다.
실리콘 함유 재료로 형성된 기판(예를 들어, 실리콘게르마늄 기판 또는 실리콘 기판) 상에 산화물층을 형성할 때, 산화물의 기판 재료에 대한 연마 선택비를 높일 수 있으면, 가일층의 연마 정지층(예를 들어 질화 실리콘층)을 형성하지 않아도 된다. 이 경우, 프로세스의 복잡도를 단순화 할 수 있음과 함께, 생산에 소요되는 시간과 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 산화물의 연마 속도(본 명세서에서 "연마 속도"를 "제거 속도"라고 칭하는 경우도 있음)를 높일 수 있으면, 연마 공정에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있고, 나아가 제품의 생산 효율이 높아진다.
그러나, 현존하는 연마 조성물에서는, 산화물의 실리콘 함유 재료(예를 들어 실리콘게르마늄 또는 실리콘)에 대한 연마 선택비(본 명세서에서 "연마 선택비"를 "연마 속도비" 또는 "제거 속도비"라고 칭하기도 함)를 충분한 정도로까지 높이는 것은 여전히 곤란하다. 환언하면, 실리콘게르마늄 또는 실리콘을 산화물에 대해 화학 기계 연마를 행할 때의 연마 정지층으로서 사용하는 것은 여전히 어렵다.
본 발명은 상기한 실제의 상황을 감안하여 완성된 것으로, 산화물의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 속도비를 높일 수 있는 연마 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 제공하는 연마 조성물은, 산화물의 연마 속도를 높일 수도 있다. 또한, 본 발명은 이러한 연마 조성물을 사용하는 연마 방법 및 기판의 제조 방법도 제공한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 몇몇 실시 형태는, 하기와 같은 연마 조성물, 이 연마 조성물을 사용하는 연마 방법, 및 기판의 제조 방법을 제공한다.
[1] 연마 조성물은, 실리카 입자를 포함하는 연마 지립이며, 실리카 입자 표면의 실라놀기 밀도는 0 내지 3.0개/n㎡이며, 실라놀 밀도는, BET법에 의해 측정한 비표면적 및 적정에 의해 측정한 실라놀기의 양에 기초하여 계산하여 구한 것인, 연마 지립과; 첨가제 분자와; 상기 연마 조성물의 pH를 1.5 이상이며 4.5 이하의 범위로 조정하는 데 사용하는 pH 조정제와; 분산매를 포함한다. 상기 첨가제 분자는 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는다.
Figure pat00001
식 (I) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이며, m이 1일 때, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, p가 1일 때, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이다.
[2] [1]에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 연마 조성물의 총중량에 대해, 상기 첨가물 분자의 함량은 50 내지 10000 중량ppm이다.
[3] [1] 또는 [2]에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 첨가물 분자의 중량 평균 분자량은 100 내지 10000이다.
[4] [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 식 (I) 중, R1이 H이며, R2가 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고; n이 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p, q 및 r이 모두 0이다.
[5] [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 식 (I) 중, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1이다.
[6] [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 식 (I) 중, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1이다.
[7] [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 식 (I) 중, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, q 및 r은 모두 1이며, p는 0이다.
[8] [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 식 (I) 중, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 모두 0이며, r은 2이다.
[9] [1] 내지 [8] 중 어느 것에 기재된 연마 조성물에 있어서, 상기 연마 조성물의 총중량에 대해, 상기 연마 지립의 함량은 0.1 내지 10중량％이다.
[10] 연마 방법은, [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 연마 조성물을 사용하여 연마 대상물을 연마하는 공정을 포함하며, 상기 연마 대상물의 재료에는 실리콘 함유 재료 및 산화물이 포함되고, 상기 실리콘 함유 재료는 SixGe1-x로 표시되고, 또한 x=0.1 내지 1이다.
[11] [10]에 기재된 연마 방법에 있어서, 연마 압력이 1.0psi일 때, 상기 연마 조성물의 상기 산화물에 대한 제거 속도는 제1 제거 속도 R1이고, 상기 연마 조성물의 상기 실리콘 함유 재료에 대한 제거 속도는 제2 제거 속도는 R2이며, 또한 제1 제거 속도의 상기 제2 제거 속도에 대한 비의 값 R1/R2는 10 이상이다.
[12] 기판의 제조 방법은, 기판을 준비하는 공정이며, 상기 기판의 표면은 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하며, 상기 실리콘 함유 재료가 SixGe1-x로 표시되고, 또한 x=0.1 내지 1인, 공정과, [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 연마 조성물을 사용하여 상기 기판에 연마를 행하는 공정을 포함한다.
본 발명에 관한 연마 조성물은, 특정 조건을 충족하는 연마 지립 및 특정 구조를 갖는 첨가제를 포함하며, 특정 pH의 환경에서, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 고연마 선택비를 실현할 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명에 관한 연마 조성물은, 실라놀기 밀도가 비교적 낮은 연마 지립을 사용하기 때문에, 산화물의 연마 속도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 연마 조성물은, 특정 구조를 갖는(즉, 후술하는 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는) 첨가제 분자를 사용하기 때문에, 실리콘 함유(예를 들어 실리콘게르마늄 또는 실리콘)의 연마 속도를 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 관한 연마 조성물은 특정 산성 pH(즉, pH가 1.5 이상이며, 4.5 이하) 환경에서 사용되기 때문에, 산화물의 제거 속도와 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 선택비가 저하되는 것을 회피할 수 있다. 본 발명에 관한 연마 조성물을 사용하여 실리콘 함유 재료층 상에 형성된 산화물층에 대해 화학 기계 연마를 행할 때, 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료층을 그대로 사용할 수 있기 때문에, 가일층의 연마 정지층(예를 들어, 질화 실리콘층)을 형성할 필요가 없다. 이에 의해, 프로세스의 복잡도를 단순화 할 수 있음과 함께, 생산에 필요로 하는 시간과 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 연마 조성물은, 첨가제의 종류와 함량을 조정함으로써, 산화물의 제거 속도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 산화물의 제거 속도를 더욱 높일 수 있고, 연마 공정에 필요로 하는 시간이 단축된다.
본 발명의 상술 및 그 밖의 목적, 특징, 그리고 장점이 보다 명료하게, 또한 이해하기 쉬워지도록, 이하에 바람직한 실시 형태를 들어, 상세하게 설명해 간다.
이하에 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시 형태는, 실리카 입자를 포함하는 연마 지립이며, 실리카 입자 표면의 실라놀기 밀도는 0 내지 3.0개/n㎡이며, 실라놀 밀도는, BET법에 의해 측정한 비표면적 및 적정에 의해 측정한 실라놀기의 양에 기초하여 계산하여 구한 것인, 연마 지립과; 첨가제 분자와; 상기 연마 조성물의 pH를 1.5 이상이며 4.5 이하의 범위로 조정하는 데 사용하는 pH 조정제와; 분산매를 포함하는 연마 조성물을 제공한다. 상기 첨가제 분자는 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는다.
Figure pat00002
식 (I) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이며, m이 1일 때, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, p가 1일 때, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이다.
본 실시 형태에 있어서, 연마 조성물은, 실라놀기 밀도가 비교적 낮은 실리카 입자를 연마 지립으로서 사용하고, 또한 특정 구조를 갖는 첨가제를 조합하여 이루어지고, 특정 pH의 환경에서, 산화물의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 고연마 선택비(즉, 산화물/실리콘 함유 재료의 연마 선택비가 높음)를 실현할 수 있다. 본 실시 형태의 연마 조성물을 사용하고, 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 연마 대상물에 대해 화학 기계 연마를 행하면, 산화물의 제거 속도를 높일 수 있음과 함께, 산화물의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 선택비를 높일 수 있다. 따라서, 실리콘 함유 재료를 연마 정지층으로 할 수 있어, 가일층의 연마 정지층을 형성할 필요가 없어진다. 이에 의해, 연마 대상물의 표면 평탄성이 양호해지고, 프로세스의 복잡도를 단순화 할 수 있으며, 또한, 생산에 필요로 하는 시간과 비용을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 연마 조성물에 적용되는 연마 대상물에 특별히 제한은 없고, 일반적인 반도체 기판이라면 모두 적용 가능하다. 본 발명에 관한 연마 조성물은, 표면에 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 기판을 연마하는 데 특히 적합하고, 본 발명의 기술적 효과가 충분히 발휘된다. 산화물의 구체예로서 산화규소를 들 수 있다. 실리콘 함유 재료에는, 예를 들어 비정질 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘게르마늄 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다. 실리콘 함유 재료의 구체예로서는, 예를 들어 분자식 SixGe1-x로 표시되는 실리콘 함유 재료를 들 수 있다. 상기 분자식에 있어서의 x의 값은 0.1 이상이 바람직하고, 0.2 이상이 더 바람직하고, 0.3 이상이 더욱 바람직하다. 상기 분자식에 있어서의 x의 값은 1 이하가 바람직하고, 0.9 이하가 더 바람직하고, 0.8 이하가 더욱 바람직하다.
또한, 본 명세서에서, "실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 기판"은, 기판의 표면에 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 것이면 되고, 그 양태에 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 임의의 기판의 표면 상에 산화물 및 실리콘 함유 재료에 의해 형성된 패턴화 구조가 존재하여 있는 것이어도, 또한 실리콘 함유 재료로 구성된 기판 상에 산화물층이 존재하고 있는 것이어도, 또한 실리콘 함유 재료로 구성된 기판(또는 실리콘 함유 재료층) 상에 산화물층과 그 밖의 재료로 형성된 패턴화 구조가 존재하는 것이어도 된다. 여기서 수 종류의 다른 "실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 기판"의 양태를 예로 들었지만, 이들은 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 임의의 "실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 기판"의 다른 가능한 양태를 포함할 수 있다.
이하에 본 실시 형태에 관한 연마 조성물 중에 포함되는 각종 성분에 대해 설명한다.
[연마 지립]
본 실시 형태의 연마 조성물은 연마 지립으로서 실리카(silica)를 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 연마 지립은 콜로이달 실리카(colloidal silica)이다. 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 실라놀기(silanol group) 밀도가 비교적 낮은 실리카 입자를 연마 지립으로서 사용한다. 본 명세서에서, "실라놀기 밀도"란, 실리카 입자 표면의 단위 면적당에 있어서의 실라놀기의 수를 의미한다. 실라놀기 밀도는, 실리카 입자 표면의 전기 특성 또는 화학 특성을 나타내기 위한 지표이다.
본 명세서에서, 실라놀 밀도는 BET법에 의해 측정한 비표면적 및 적정에 의해 측정한 실라놀기의 양에 기초하여 계산해 구한 것이다. 예를 들어, G. W. Sears에 의한 "Analytical Chemistry, vol.28, No.12, 1956, 1982 내지 1983에" 기재된 중화 적정을 사용한 시어즈(Sears) 적정법에 의해, 실리카(연마 지립) 표면의 평균 실라놀기 밀도(단위: 개/n㎡) 산출할 수 있다. "시어즈 적정법"이란, 콜로이달 실리카 메이커가 실라놀기 밀도를 평가할 때 통상 사용하는 분석 방법이며, pH를 4에서 9까지 변화시키는 데에 필요한 수산화나트륨 수용액의 양에 기초하여 계산을 행하는 방법이다. 실라놀 밀도 측정의 상세에 대해서는, 이하의 실시예에 있어서 상세하게 설명한다.
연마 지립의 실라놀기 밀도는 0 내지 3.0개/n㎡이다. 실라놀기 밀도가 상기 범위 내에 있으면, 실리카 입자는 본 실시 형태에서의 첨가제 분자를 잘 흡착시킬 수 있다. 이에 의해, 첨가제 분자를 연마 지립의 표면에 흡착하고 또한 집중시킬 수 있고, 나아가 첨가제 분자의 입체 장애에 의해 연마 지립의 응집을 피할 수 있게 된다. 따라서, 연마 조성물 중의 연마 지립의 분산 안정성이 양호해져, 연마 지립이 응집을 생성하기 어려워지고, 보존 안정성도 양호해진다. 또한 한편, 첨가제 분자를 연마 지립의 표면에 흡착하고 또한 집중시킴으로써, 산화물의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 선택비를 개선할 수 있다. 연마 지립의 실라놀기 밀도는, 0개/n㎡ 초과가 바람직하고, 0.5개/n㎡ 이상이 더 바람직하고, 1.0개/n㎡ 이상이 더욱 바람직하고, 1.2개/n㎡ 이상이 보다 더욱 바람직하다. 또한, 연마 지립의 실라놀기 밀도는, 2.5개/n㎡ 이하가 바람직하고, 2.0개/n㎡ 이하가 더 바람직하고, 1.8개/n㎡ 이하가 더욱 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 지립의 단위 표면적당 실라놀기수를 0 내지 3.0개/n㎡로 하기 위해서는, 지립의 제조 방법의 선택 등에 의해 제어할 수 있고, 예를 들어 소성 등의 열처리를 행하는 것이 적합하다. 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 소성은, 예를 들어 지립(예를 들어, 실리카)을 120 내지 200℃의 환경 하에, 30분 이상 유지함으로써 행해진다. 이러한, 열처리를 실시함으로써, 지립 표면의 실라놀기수를, 0 내지 3.0개/n㎡ 등의 원하는 수치로 좁힐 수 있다. 이와 같은 특수한 처리를 실시하지 않는 한, 지립의 표면의 실라놀기수가 0개/n㎡ 이상 3.0개/n㎡ 이하는 되지 않는다.
연마 지립의 평균 1차 입자경은 5㎚ 이상이 바람직하고, 7㎚ 이상이 더 바람직하고, 10㎚ 이상이 더욱 바람직하고, 25㎚ 이상이면 특히 바람직하다. 연마 지립의 평균 1차 입자경이 커짐에 따라, 실리콘 함유 재료와 산화물에 대한 연마 속도는 보다 높아질 수 있다. 연마 지립의 평균 1차 입자경은 120㎚ 이하가 바람직하고, 80㎚ 이하가 더 바람직하고, 50㎚ 이하이면 더욱 바람직하다. 연마 지립의 평균 1차 입자경이 작아짐에 따라, 연마 조성물을 사용하여 연마 대상물에 연마를 행할 때, 스크래치가 보다 적은 연마면을 용이하게 얻을 수 있게 된다. 또한, 연마 지립의 평균 1차 입자경의 값은 BET법을 사용하여 측정된 비표면적에 기초하여, 산출할 수 있다.
연마 지립의 평균 2 입자경은 10㎚ 이상이 바람직하고, 20㎚ 이상이 더 바람직하고, 30㎚ 이상이 더욱 바람직하고, 50㎚ 이상이면 특히 바람직하다. 연마 지립의 평균 2차 입자경이 커짐에 따라, 실리콘 함유 재료와 산화물에 대한 연마 속도가 보다 높아질 수 있다. 연마 지립의 평균 2차 입자경은 250㎚ 이하가 바람직하고, 200㎚ 이하가 더 바람직하고, 150㎚ 이하가 더욱 바람직하고, 100㎚ 이하이면 특히 바람직하다. 연마 지립의 평균 2차 입자경이 작아짐에 따라, 연마 조성물을 사용하여 연마 대상물에 연마를 행할 때, 스크래치가 보다 적은 연마면을 용이하게 얻을 수 있게 된다. 또한, 연마 지립의 평균 2차 입자경의 값은, 예를 들어 레이저광 산란법에 의해 측정할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 연마 지립의 산성 조건 하에서의 제타 전위는 양의 값이기 때문에, 연마 지립끼리를 서로 강하게 반발시켜 양호하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 연마 조성물의 보존 안정이 높아진다. 또한, 본 발명 몇몇 실시 형태에 있어서, 연마 지립의 표면 제타 전위는 양의 값이며, 음에 대전하는 연마 대상물(예를 들어 산화물)과의 사이에 정전기적으로 끌어 당기는 힘이 있다는 점에서, 산화물의 연마 속도가 높아질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 특정 산성 조건(예를 들어 pH가 1.5 이상이며, 4.5 이하) 하에서의 연마 지립의 제타 전위는, +10mV 이상이 바람직하고, +20mV 이상이 더 바람직하고, +30mV 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 특정 산성 조건(예를 들어 pH가 1.5 이상이며, 4.5 이하) 하에서의 연마 지립의 제타 전위는, +100mV 이하가 바람직하고 +80mV 이하가 보다 바람직하고; +60mV 이하이면 더욱 바람직하고, +40mV 이하이면 특히 바람직하다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 연마 조성물의 총중량에 대해, 연마 지립의 함량은 0.01중량％ 이상이 바람직하고, 0.05중량％ 이상이 더 바람직하고, 0.1중량％ 이상이 더욱 바람직하고, 0.3중량％ 이상이 특히 바람직하다. 또한, 연마 지립의 함량은 10.0중량％ 이하가 바람직하고, 5.0중량％ 이하가 더 바람직하고, 2.0중량％ 이하가 더욱 바람직하고, 1.0중량％ 이하가 특히 바람직하다. 연마 지립의 함량이 많아짐에 따라, 연마 대상물에 대한 연마 속도가 높아진다. 한편, 연마 지립의 함량이 적어질수록, 연마 조성물의 재료 비용을 저감시킬 수 있다는 것 외에, 연마 지립의 응집이 생기기 어려워질 수 있다. 또한, 연마 지립의 함량을 저감시킴으로써, 과도한 연마에 의해 연마 대상물의 연마 후 표면이 평탄하지 않게 되는 것을 회피할 수도 있다.
[첨가제 분자]
본 실시 형태의 연마 조성물은 적어도 하나의 첨가제 분자를 포함하며, 또한 해당 첨가제 분자는 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는다:
Figure pat00003
식 (I) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이며, m이 1일 때, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, p가 1일 때, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이다. 또한, 일 실시 형태에 있어서, m이 1일 때, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 또한 p가 1일 때, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이다.
여기서, 본 명세서 중, C1 내지 C18직쇄상 알킬기(즉, 탄소수 1 내지 18의 직쇄상 알킬기) 또는 C3 내지 C18분지쇄상 알킬기(즉, 탄소수 3 내지 18의 분지쇄상 알킬기)로서는, 특별히 제한되지 않고, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 2-메틸부틸기, sec-펜틸기, 네오펜틸기, 1,2-디메틸 프로필기, tert-펜틸기, 헥실기, 이소헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기(라우릴기), 2-에틸헥실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기 등을 들 수 있다.
본 명세서 중, C2 내지 C18직쇄상 알케닐기(탄소수 2 내지 20의 직쇄상 알케닐기는, 특별히 제한되지 않고, 에테닐기, 프로페닐기, 알릴기, 이소프로페닐기, 이소프로페닐기, 1-헥세닐기, 2-헥세닐기, 3-헥세닐기, 1-헵테닐기, 2-헵테닐기, 3-헵테닐기, 9-데세닐기, 11-도데세닐기, (Z)-9-펜타데세닐기, 올레일기(Z-9-옥타데세닐기) 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같이, 실리카 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도가 비교적 낮기 때문에, 연마 지립의 소수성이 높아진다. 또한, 연마 대상물인 실리콘 함유 재료(예를 들어 실리콘게르마늄 또는 실리콘)의 표면도 소수성이 비교적 높은 표면이다. 상기 첨가제를 사용하지 않는 경우, 소수성의 연마 지립과 소수성의 실리콘 함유 재료 사이의 친화력은 비교적 크고, 이 때문에 연마 지립의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도는 높다. 이러한 경우에, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비는 과도하게 낮아지기 때문에, 실리콘 함유 재료를 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로 하지는 못한다.
상기 식 (I)로 나타내는 구조를 참조하기 바란다. 첨가제 분자는 소수성의 분자쇄 세그먼트, 예를 들어 R1, R2 또는 주쇄상의 알킬쇄 세그먼트를 갖고 있다. 첨가제 분자는 소수성의 분자쇄 세그먼트를 통하여 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 소수성 표면에 흡착됨과 함께 집중된다. 따라서, 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에는 첨가제 분자를 포함하는 한층 더한 박층이 흡착된다. 첨가제 분자의 입체 구조에 의해 장애가 생김으로써, 연마 지립과 실리콘 함유 재료의 직접적인 접촉이 감소 또는 방지될 수 있다. 환언하면, 첨가제 분자는, 실리콘 함유 재료 표면에 보호층과 비슷한 구조를 형성할 수 있으며, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 대폭 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비가 높아지고, 이 때문에 실리콘 함유 재료를 산화물 연마 시의 연마 정지층으로서 사용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 식 (I)에 나타내는 구조를 참조하기 바란다. 첨가제 분자는 말단 위치에 친수성의 기, 예를 들어 히드록시(-OH)기를 갖고 있다. 따라서, 첨가제 분자가 연마 지립 표면에 흡착된 후, 연마 지립 표면의 친수성기는 증가하며, 연마 지립의 친수성도 이에 수반하여 높아진다. 또한, 연마 대상물의 산화물의 표면도 친수성이 비교적 높은 표면이다. 연마 지립의 표면에는 첨가제 분자를 포함하는 한층 더한 박층이 흡착되지만, 친수성의 연마 지립과 친수성의 산화물의 사이의 친화력이 충분히 크다는 것에 더하여, 연마 지립과 산화물의 정전적으로 끌어 당기는 작용이 있기 때문에, 여전히 산화물의 연마 속도를 적절하게 높일 수는 있다. 이에 의해, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비가 더욱 높아지기 때문에, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 보다 유리해진다. 또한, 산화물의 연마 속도가 높아지는 것은, 연마 공정에 걸리는 시간의 단축으로도 이어져, 생산 효율의 향상에 기여한다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)로 나타내는 구조 중, R1이 H이며, R2가 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고; n이 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p, q 및 r이 모두 0이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 분자 구조는 비교적 단순해서, 긴밀하게 배열하기 쉽다. 이 때문에, 첨가제 분자는 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에, 구조가 비교적 치밀한 박층을 형성하기 쉽고, 나아가 실리콘 함유 재료를 잘 보호할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 대폭 저하시킬 수 있다. 또한, 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 대량의 친수성기를 구비하기 때문에, 연마 지립 표면의 친수성이 높아질 수 있다. 그래서, 연마 지립과 친수성의 산화물의 사이의 친화력이 높아지고, 나아가 산화물의 연마 속도가 더 높아지게 된다. 이에 의해, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비는 한층 높아져, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 더 유리해지고, 또한 연마 공정에 걸리는 시간의 단축으로도 이어진다.
본 실시 형태에 있어서, R2는, 바람직하게는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기이며, 보다 바람직하게는 C1 내지 C10직쇄상 알킬기이고, 더욱 바람직하게는 C1 내지 C5직쇄상 알킬기이며, 더욱 보다 바람직하게는 C1 내지 C3직쇄상 알킬기이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)로 나타내는 구조 중, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 분자 구조는 비교적 단순해서, 긴밀하게 배열하기 쉽다. 이 때문에, 첨가제 분자는 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에, 구조가 비교적 치밀한 박층을 형성하기 쉽고, 나아가 실리콘 함유 재료를 잘 보호할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 대폭 저하시킬 수 있다. 또한, 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 대량의 친수성기를 구비하기 때문에, 연마 지립 표면의 친수성이 높아질 수 있다. 따라서, 연마 지립과 친수성의 산화물의 사이의 친화력이 높아져, 나아가 산화물의 연마 속도가 보다 높아지게 된다. 이에 의해, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비는 한층 높아지고, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 보다 유리해지고, 또한 연마 공정에 걸리는 시간의 단축으로도 이어진다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)로 나타내는 구조 중, R1 및 R2가 H이며; 또한 m, p 및 q가 모두 0이며, r이 2이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 분자 구조는 비교적 단순해서, 긴밀하게 배열하기 쉽다. 이 때문에, 첨가제 분자는 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에, 구조가 비교적 치밀한 박층을 형성하기 쉽고, 나아가 실리콘 함유 재료를 잘 보호할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 대폭 저하시킬 수 있다. 또한, 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 대량의 친수성기를 구비하기 때문에, 연마 지립 표면의 친수성이 높아질 수 있다. 따라서, 연마 지립과 친수성의 산화물의 사이의 친화력이 높아지고, 나아가 산화물의 연마 속도가 보다 높아지게 된다. 이에 의해, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비는 한층 높아져, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 보다 유리해지고, 또한 연마 공정에 걸리는 시간의 단축으로도 이어진다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)에 나타내는 구조 중, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 소수성 분자쇄 세그먼트(즉, 말단에 위치하는 알킬쇄 세그먼트)를 갖는다. 따라서, 첨가제 분자가 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 소수성 표면에 의해 용이하게 흡착될 수 있게 된다. 또한, 소수성 분자쇄 세그먼트는, 첨가제 분자의 입체 구조를 보다 큰 것으로 바꿀 수 있기 때문에, 연마 지립과 실리콘 함유 재료의 직접적인 접촉을 보다 감소 또는 회피시키는 데에 유리해진다. 이에 의해, 실리콘 함유 재료의 연마 속도가 한층 저하되어, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비가 한층 높아지기 때문에, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 더 유리해진다.
본 실시 형태에 있어서, R1은, 바람직하게는 C3 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 바람직하게는 C5 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C5 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 더욱 바람직하게는 C10 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C10 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 더 바람직하게는 C10 내지 C16직쇄상 알킬기 또는 C12 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 특히 바람직하게는 C10 내지 C14직쇄상 알킬기이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)에 나타내는 구조 중, R1은 H이며, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 대량의 소수성 분자쇄 세그먼트(즉, 측쇄에 위치하는 알킬쇄 세그먼트)를 갖는다. 따라서, 첨가제 분자가 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 소수성 표면에 의해 용이하게 흡착될 수 있게 된다. 또한, 대량의 소수성 분자쇄 세그먼트는, 첨가제 분자의 입체 구조를 보다 큰 것으로 바꿀 수 있기 때문에, 연마 지립과 실리콘 함유 재료의 직접적인 접촉을 보다 감소 또는 회피시키는 데에 유리해진다. 이에 의해, 실리콘 함유 재료의 연마 속도가 한층 저하되어 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비가 한층 높아지기 때문에, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 보다 유리해진다.
본 실시 형태에 있어서, R2는, 바람직하게는 C3 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 바람직하게는 C5 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C5 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 더욱 바람직하게는 C10 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C10 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 더 바람직하게는 C10 내지 C16직쇄상 알킬기 또는 C12 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 특히 바람직하게는 C10 내지 C14직쇄상 알킬기이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)에 나타내는 구조 중, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, q 및 r은 모두 1이며, p는 0이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 소수성 분자쇄 세그먼트(즉, 말단에 위치하는 알킬쇄 세그먼트)를 갖는다. 따라서, 첨가제 분자가 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 소수성 표면에 의해 용이하게 흡착될 수 있게 된다. 또한, 소수성 분자쇄 세그먼트는, 첨가제 분자의 입체 구조를 보다 큰 것으로 바꿀 수 있기 때문에, 연마 지립과 실리콘 함유 재료의 직접적인 접촉을 보다 감소 또는 회피시키는 데에 유리해진다. 이에 의해, 실리콘 함유 재료의 연마 속도가 한층 저하되어 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비가 한층 높아지기 때문에, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 보다 유리해진다.
본 실시 형태에 있어서, R1은, 바람직하게는 C3 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 바람직하게는 C5 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C5 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 더욱 바람직하게는 C10 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C10 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 더 바람직하게는 C10 내지 C16직쇄상 알킬기 또는 C12 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 특히 바람직하게는 C10 내지 C14직쇄상 알킬기이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 식 (I)에 나타내는 구조 중, R1은 H이며, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m은 0이며, p, q 및 r은 모두 1이다. 이러한 실시 형태에서는, 첨가제 분자는 대량의 소수성 분자쇄 세그먼트(즉, 측쇄에 위치하는 알킬쇄 세그먼트)를 갖는다. 따라서, 첨가제 분자가 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 소수성 표면에 의해 용이하게 흡착될 수 있게 된다. 또한, 대량의 소수성 분자쇄 세그먼트는, 첨가제 분자의 입체 구조를 보다 큰 것으로 바꿀 수 있기 때문에, 연마 지립과 실리콘 함유 재료의 직접적인 접촉을 보다 감소 또는 회피시키는 데에 유리해진다. 이에 의해, 실리콘 함유 재료의 연마 속도가 한층 저하되어 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비가 한층 높아지기 때문에, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 보다 유리해진다.
본 실시 형태에 있어서, R2는, 바람직하게는 C3 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 바람직하게는 C5 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C5 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 더욱 바람직하게는 C10 내지 C18직쇄상 알킬기 또는 C10 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 보다 더 바람직하게는 C10 내지 C16직쇄상 알킬기 또는 C12 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, 특히 바람직하게는 C10 내지 C14직쇄상 알킬기이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은 100 이상이 바람직하고, 200 이상이 더 바람직하고, 300 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은 10000 이하가 바람직하고, 6000 이하가 더 바람직하고, 4000 이하가 더욱 바람직하다. 본 명세서 중의 중량 평균 분자량은, 폴리스티렌을 표준 물질로서 사용하는 겔 침투 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)에 의해 측정된다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 100 이상, 200 이상, 250 이상, 300 이상, 450 이상, 400 이상, 500 이상, 600 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 1500 이하, 1000 이하, 950 이하, 900 이하, 800 이하, 700 이하, 650 이하, 600 이하이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 식 (I)에 있어서, R1이 H이며, R2가 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고; n이 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p, q 및 r이 모두 0인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 100 이상, 200 이상, 250 이상, 300 이상, 400 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 식 (I)에 있어서, R1이 H이며, R2가 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고; n이 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p, q 및 r이 모두 0인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 1000 이하, 950 이하, 900 이하, 800 이하, 700 이하, 600 이하, 500 이하이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 식 (I)에 있어서, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 100 이상, 150 이상, 200 이상, 250 이상, 280 이상, 300 이상, 400 이상, 500 이상, 600 이상, 700 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 식 (I)에 있어서, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 3000 이하, 1500 이하, 1000 이하, 900 이하, 800 이하이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 소수성 분자쇄 세그먼트로서 알킬에테르를 갖는 경우, 즉, 식 (I)에 있어서, (i) R1은 H이며, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1인 경우, 및 (ⅱ) R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 100 이상, 200 이상, 250 이상, 300 이상, 350 이상, 400 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 소수성 분자쇄 세그먼트로서 알킬에테르를 갖는 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 1500 이하, 1000 이하, 900 이하, 800 이하, 600 이하, 500 이하이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 소수성 분자쇄 세그먼트로서 지방산 에스테르를 갖는 경우, 즉, 식 (I)에 있어서, (i) R1은 H이며, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m은 0이며, p, q 및 r은 모두 1인 경우 및 (ⅱ) R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, q 및 r은 모두 1이며, p는 0인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 100 이상, 200 이상, 250 이상, 300 이상, 350 이상, 400 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 소수성 분자쇄 세그먼트로서 지방산 에스테르를 갖는 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 1500 이하, 1000 이하, 900 이하, 800 이하, 700 이하, 600 이하이다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 식 (I)에 있어서, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 모두 0이며, r은 2인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 100 이상, 150 이상, 200 이상, 220 이상, 230 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 식 (I)에 있어서, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 모두 0이며, r은 2인 경우, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량(MW)은, 1000 이하, 800 이하, 600 이하, 500 이하, 400 이하이다.
첨가제 분자의 중량 평균 분자량이 과도하게 크면, 첨가제 분자의 입체 구조가 너무 커져 버릴 가능성이 있다. 이러한 경우, 연마 지립 및 실리콘 함유 재료에 흡착된 첨가제 분자끼리의 사이에 간극이 형성되기 쉬워지고, 나아가 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에 구조가 치밀한 박층을 형성하기가 어려워진다. 그 결과, 첨가제 분자는 실리콘 함유 재료를 잘 보호할 수 없어, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 충분히 낮출 수 없게 된다. 따라서, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비를 높일 수 없어, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 불리하다.
한편, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량이 과도하게 작으면, 첨가제 분자의 소수성 쇄 세그먼트가 너무 적어지고, 또한 첨가제 분자의 친수성이 너무 높아질 가능성이 있다. 이러한 경우에, 첨가제 분자는 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에 흡착되기 어려워질 수 있다. 따라서, 첨가제 분자는 실리콘 함유 재료를 잘 보호할 수 없어, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 충분히 낮출 수 없다. 또한, 첨가제 분자의 친수성이 너무 높아지면, 친수성의 산화물 표면에, 첨가제 분자를 포함하는 한층 더한 박층이 흡착할 가능성이 있기 때문에, 산화물의 연마 속도는 저하될 수 있다. 따라서, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비는 낮아져, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 불리해진다.
또한, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량은, GPC법(수계, 폴리에틸렌옥사이드 환산)에 의해 측정된 값을 채용할 수 있다. 중량 평균 분자량은, 겔 퍼미에이션 크로마토그래피(GPC)에 의해, GPC 장치(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼제 형식: Prominence+ELSD 검출기(ELSD-LTII)) 등을 사용하여 폴리에틸렌글리콜 환산에 의해 구할 수 있다.
첨가제 분자는, 시판품을 사용해도 되고, 합성품을 사용해도 된다. 합성하는 경우의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지된 제조 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 해당 연마 조성물의 총중량에 대해, 해당 첨가제 분자의 함량은 10 중량ppm 이상이 바람직하고, 30 중량ppm 이상이 더 바람직하고, 50 중량ppm 이상이 더욱 바람직하고, 70 중량ppm 이상이 특히 바람직하다. 또한, 해당 첨가제 분자의 함량은 10000 중량ppm 이하가 바람직하고, 5000 중량ppm 이하가 더 바람직하고, 2000 중량ppm 이하가 바람직하고, 1000 중량ppm 이하가 특히 바람직하다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 함량은, 연마 조성물의 총중량에 대해, 60ppm 이상, 80 중량ppm 이상, 90 중량ppm 이상, 95 중량ppm 이상, 120 중량ppm 이상, 150 중량ppm 이상, 200 중량ppm 이상이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시 형태에서는, 첨가제 분자의 함량은, 연마 조성물의 총중량에 대해, 900 중량ppm 이하, 700 중량ppm 이하, 500 중량ppm 이하, 400 중량ppm 이하, 350 중량ppm 이하, 300 중량ppm 이하이다.
첨가제 분자의 연마 조성물 중에 있어서의 함량이 과도하게 많으면, 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에 과도하게 많은 첨가제 분자가 흡착할 가능성이 있다. 또한, 첨가제 분자의 함량이 과도하게 많으면, 첨가제 분자가 산화물의 표면에도 한층 더한 박층을 형성할 가능성이 있다. 이에 의해, 실리콘 함유 재료의 연마 속도와 산화물의 연마 속도는 어느 쪽도 저하되어, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비를 충분히 높일 수 없기 때문에, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 불리하고, 연마 공정에 걸리는 시간의 단축에도 불리해진다.
한편, 첨가제 분자의 연마 조성물 중에 있어서의 함량이 과도하게 적으면, 첨가제 분자가 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면에 한층 더한 박층을 형성하기가 곤란해지고, 특히, 연마 지립 및 실리콘 함유 재료의 표면 전체를 덮는 것은 어려워진다. 따라서, 첨가제 분자는 실리콘 함유 재료를 잘 보호할 수 없어, 실리콘 함유 재료의 연마 속도를 충분히 낮출 수 없게 된다. 또한, 첨가제 분자의 함량이 너무 적으면, 연마 지립의 친수성이 불충분해져, 연마 지립과 친수성의 산화물의 사이의 친화력을 효과적으로 높이기가 곤란해지기 때문에, 산화물의 연마 속도를 높일 수 없다. 상술한 바와 같이, 첨가제 분자의 함량이 너무 적으면, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비를 높이기는 어렵다. 따라서, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 불리해진다.
[pH 조정제]
본 실시 형태의 연마 조성물은 pH 조정제를 포함한다. pH 조정제에 의해 연마 조성물의 pH값을 1.5 이상이며, 4.5 이하의 범위로 조정할 수 있다. pH 조정제로서는, 공지된 산 또는 염기를 사용할 수 있다.
본 실시 형태의 연마 조성물에 사용되는 pH 조정제의 산은, 무기산 또는 유기산이어도 되고, 또한, 킬레이트제여도 된다. pH 조정제로서 사용할 수 있는 무기산의 구체예로서는, 예를 들어 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 불화수소산(HF), 붕산(H3BO3), 탄산(H2CO3), 차아인산(H3PO2), 아인산(H3PO3) 및 인산(H3PO4)을 들 수 있다. 이들 무기산 중, 바람직한 것은 염산, 황산, 질산 및 인산이다.
pH 조정제로서 사용할 수 있는 유기산의 구체예로서는, 예를 들어 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 2-메틸부티르산, n-헥산산, 3,3-디메틸부티르산, 2-에틸부티르산, 4-메틸펜탄산, n-헵탄산, 2-메틸 헥산산, n-옥탄산, 2-에틸헥산산, 벤조산, 히드록시아세트산(hydroxyacetic acid), 살리실산(salicylic acid), 글리세린산(glyceric acid), 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid), 숙신산(succinic acid), 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 피멜산(pimelic acid), 말레산(maleic acid), 프탈산(phthalic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 시트르산(citric acid), 락트산(lactic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 2-푸란카르복실산(2-furancarboxylic acid), 2,5-푸란디카르복실산(2,5-furandicarboxylic acid), 3-푸란카르복실산(3-furancarboxylic acid), 2-테트라히드로푸란카르복실산(2-tetrahydrofuran carboxylic acid), 메톡시아세트산(methoxyacetic acid), 메톡시페닐아세트산(methoxyphenylacetic acid) 및 페녹시아세트산(Phenoxyacetic acid)을 들 수 있다. 메탄술폰산(methanesulfonic acid), 에탄술폰산(ethanesulfonic acid) 및 이세티온산(2-hydroxyethanesulfonic acid) 등의 유기 황산을 사용해도 된다. 이들 유기산 중 바람직한 것은, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 말레산, 프탈산, 말산타르타르산, 2,5-푸란디카르복실산 및 시트르산이다.
본 실시 형태의 연마 조성제에 사용하는 pH 조정제의 염기로서는, 알칼리 금속의 수산화물 또는 그의 염, 제2족 원소의 수산화물 또는 그의 염, 수산화제4급 암모늄 또는 그의 염, 암모니아, 아민을 들 수 있다. 알칼리 금속의 구체예로서는, 칼륨, 나트륨 등을 들 수 있다.
연마 조성물의 pH가 증가함에 수반하여, 연마 지립 표면의 제타 전위는 음의 값으로 시프트해 가고, 산화물과 실리콘 함유 재료 표면의 제타 전위도 음의 값으로 시프트해 간다. 따라서, 연마 조성물의 pH가 과도하게 높으면(예를 들어 pH가 5 이상), 연마 지립 표면의 제타 전위는 음의 값이 될 가능성이 있고, 연마 대상물 표면의 제타 전위도 또한 음의 값일 가능성이 있다. 따라서, 연마 지립과 연마 대상물(산화물 및 실리콘 함유 재료를 포함함) 사이의 정전 반발력이 커짐으로써, 실리콘 함유 재료 및 산화물의 연마 속도가 함께 대폭 저하되어, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비를 높이기 어려워진다. 따라서, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 불리해지고, 연마 공정에 걸리는 시간을 단축하는 데도 불리하다.
본 실시 형태의 연마 조성물의 pH는 1.5 이상이며, 4.5 이하의 범위이다. 이러한 환경에 있어서 연마 지립의 표면 제타 전위는 양의 값이며, 음에 대전되어 있는 연마 대상물(예를 들어 산화물) 사이에는 정전기적으로 끌어당기는 힘이 있다. 따라서, 산화물의 연마 속도가 높아질 수 있다. 또한, 산성 조건 하에서는, 연마 지립으로서의 실리카 입자끼리는 정전 반발에 의해 응집을 일으키기 어려워, 연마 조성물의 보존 안정성이 대폭 높아질 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 실시 형태의 연마 조성물의 pH는 1.8 이상이 바람직하고, 2 이상이 더 바람직하고, 2.5 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 연마 조성물의 pH는 4.2 이하가 바람직하고, 4 이하가 더 바람직하고, 3.5 이하가 더욱 바람직하다.
몇몇 실시 형태에서는, 연마 조성물은 pH가, 1.5 이상, 1.6 이상, 1.7 이상, 1.8 이상, 1.9 이상, 2.0 이상, 2.1 이상, 2.2 이상, 2.3 이상, 2.4 이상, 2.5 이상, 2.6 이상, 2.7 이상일 수 있다. 또한, 몇몇 실시 형태에서는, 연마용 조성물은, pH가, 4.5 이하, 4.4 이하, 4.3 이하, 4.2 이하, 4.1 이하, 4.0 이하, 3.9 이하, 3.8 이하, 3.7 이하, 3.6 이하, 3.5 이하일 수 있다.
연마 조성물의 pH가 과도하게 높으면, 산화물의 연마 속도가 대폭 저하되며, 또한 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 속도비도 대폭 저하된다. 따라서, 산화물을 연마할 때의 연마 정지층으로서 실리콘 함유 재료를 사용하는 데 불리해지고, 연마 공정에 걸리는 시간의 단축에도 불리해진다. 또한, 연마 조성물의 pH값이 과도하게 높으면, 연마 조성물의 보존 안정성도 저하될 수 있다. 한편, 연마 조성물의 pH값이 과도하게 낮으면, 프로세스의 안전성이 저하되고, 폐액 처리의 부담이 증가한다.
[분산매]
본 실시 형태의 연마 조성물은 분산매("용매"라고 칭해도 된다)를 포함한다. 분산매는, 연마 조성물 중의 각 성분을 분산 또는 용해시키기 위해 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 연마 조성물은, 분산매로서 물을 포함하고 있어도 된다. 다른 성분의 작용을 저해하는 것을 억제한다고 하는 관점에서, 가능한 한 불순물을 포함하지 않는 물이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 이온 교환 수지로 불순물 이온을 제거한 후, 필터에 통과시켜 이물을 제거한 순수 혹은 초순수 또는 증류수가 바람직하다.
[그 밖의 성분]
본 발명의 연마 방법에 사용하는 연마 조성물은, 필요에 따라, 킬레이트제, 산화제, 금속 방식제, 방부제, 항곰팡이제 등의 그 밖의 성분을 더 포함하고 있어도 된다.
[연마 방법 및 기판의 제조 방법]
상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 연마 조성물은, 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 기판을 연마하는 데 특히 적합하다. 따라서, 본 발명은 본 발명에 관한 연마 조성물을 사용하여 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 연마 대상물을 연마하는 연마 방법을 제공한다. 예를 들어, 이러한 연마 대상물은, 실리콘 함유 재료를 포함하는 기판과 이 기판 상에 형성된 산화물층을 포함할 수 있다. 산화물의 구체예로서는, 산화규소를 들 수 있다. 실리콘 함유 재료의 구체예로서는, 분자식 SixGe1-x로 표시되는 실리콘 함유 재료를 들 수 있고, x=0.1 내지 1이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 관한 연마 조성물을 사용하여 실리콘 함유 재료 및 산화물 게르마늄 재료를 포함하는 기판에 대하여 연마를 행하는 스텝을 포함하는 기판의 제조 방법을 제공한다.
실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 연마 대상물을 연마할 때, 실리콘 함유 재료를 산화물 연마 시의 연마 정지층으로서 사용하는 데는, 산화물의 제거 속도와 실리콘 함유 재료의 제거 속도의 차는 클수록 바람직하다. 즉, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 선택비(연마 속도비 또는 제거 속도비)가 높을수록 좋다. 보다 구체적으로는, 특정 연마 압력(예를 들어 1.0psi)으로 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 연마 대상물을 연마할 때, 산화물의 제거 속도 R1의 실리콘 함유 재료의 제거 속도 R2에 대한 비의 값(R1/R2)은 10 이상이고, 비의 값 R1/R2가 높을수록 바람직하다. 본 발명의 몇몇 실시 형태에 있어서, 연마 압력이 1.0psi일 때, 연마 조성물의 산화물에 대한 제거 속도는 제1 제거 속도 R1이고, 연마 조성물의 실리콘 함유 재료에 대한 제거 속도는 제2 제거 속도 R2이며, 또한 제1 제거 속도의 제2 제거 속도에 대한 비의 값(R1/R2)은 10 이상이 바람직하고, 15 이상이 더 바람직하고, 20 이상이 더욱 바람직하고, 30 이상이면 특히 바람직하다. 제1 제거 속도의 제2 제거 속도에 대한 비의 값(R1/R2)의 상한값에 특별히 한정은 없으며, 높으면 높을수록 좋지만, 예로서 비의 값(R1/R2)을 200 이하로 할 수 있다.
연마 스텝에서 사용하는 연마 장치로서, 일반적인 화학 기계 연마 프로세스에서 사용하는 연마 장치를 사용할 수 있다. 이러한 연마 장치에는, 연마 대상물을 보유 지지하는 캐리어 및 회전수를 변경할 수 있는 모터 등이 설치되어 있음과 함께, 연마 패드(또는 연마포)를 첩부할 수 있는 연마 정반을 구비한다.
상기 연마 패드에 특별히 제한은 없고, 일반적인 부직포, 폴리우레탄 수지제 패드 및 다공질 불소 수지제 패드 등을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 필요에 따라, 연마 패드에 홈 가공을 실시할 수도 있고, 이에 의해 연마 조성물이 연마 패드의 홈 내에 고이게 된다.
연마 스텝의 파라미터 조건에도 특별히 제한은 없고, 실제의 필요에 따라 조정을 행할 수 있다. 예를 들어, 연마 정반의 회전 속도는 10 내지 500rpm으로 할 수 있고, 캐리어의 회전 속도는 10 내지 500rpm으로 할 수 있고, 연마 조성물의 유량은 10 내지 500mL/min으로 할 수 있고, 연마 압력은 0.1 내지 10psi로 할 수 있고, 연마 시간은 10초 내지 30분으로 할 수 있다. 연마 조성물을 연마 패드에 공급하는 방법에도 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 펌프 등에 의한 연속 공급의 방법을 채용할 수 있다.
연마 스텝 종료 후, 수류 중에서 연마 대상물을 세정하여, 회전 건조기 등에서 연마 대상물에 부착되어 있는 물방울을 날려 건조하여, 평탄한 표면을 갖는 단차가 없는 기판을 얻는다.
[실시예 ]
이하의 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명의 기술 범위는 이하의 실시예에만 한정되지는 않는다. 또한, 본 명세서에서, 특기하지 않는 한, 조작 및 물성 등의 측정은 실온(20 내지 25℃)/상대 습도 40 내지 50％ RH의 조건 하에서 행하였다.
[연마 조성물의 조제]
하기 표 1에 나타내는 조성에 따라, 연마 지립, 첨가제 및 pH 조정제를 분산매(초순수) 중에서 혼합해(혼합 온도: 약 25℃, 혼합 시간: 약 10분), 연마 조성물을 조제하였다. 연마 조성물의 pH를 pH미터(호리바 세이사쿠쇼제 LAQUA)로 확인했다(pH 측정 시의 연마 조성물의 온도는 25℃). 또한, 표 1 중의 "-"은 그 성분을 첨가하고 있지 않은 것을 나타낸다. 표 1 및 표 2에 있어서의 각 성분의 상세는 이하와 같다.
[연마 지립 및 첨가제 분자]
연마 지립 a: 콜로이달 실리카(1차 입자경: 30㎚, 2차 입자경: 60㎚, 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도: 1.5개/n㎡)
연마 지립 b: 콜로이달 실리카(1차 입자경: 35㎚, 2차 입자경: 70㎚, 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도: 4.4개/n㎡)
연마 지립 c: 콜로이달 실리카(1차 입자경: 35㎚, 2차 입자경: 70㎚, 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도: 4.5개/n㎡)
첨가제 A: Glycerol(글리세린; MW: 92g/mol)
첨가제 B: Polypropylene glycol 400(폴리프로필렌글리콜400; MW: 446g/mol)
첨가제 C: Polyglycerin # 310(폴리글리세린#310; MW: 314g/mol)
첨가제 D: Polyglycerin # 500(폴리글리세린#500; MW: 462g/mol)
첨가제 E: Polyglycerin # 750(폴리글리세린#750; MW: 759g/mol)
첨가제 F: Polyglycerin 40(폴리글리세린40; MW: 2978g/mol)
첨가제 G: Polyglyceryl-4 lauryl ether(폴리글리세릴-4라우릴에테르; MW: 482g/mol)
첨가제 H: Polyglyceryl-10 lauric acid ester(폴리글리세린-10라우르산에스테르; MW: 940g/mol)
첨가제 I: Polyglyceryl-10 oleic acid ester(폴리글리세린-10올레산에스테르; MW: 1022g/mol)
HNO3: 질산(농도: 70％)
첨가제 J: Polyglyceryl-4 lauric acid ester(폴리글리세린-4라우르산에스테르; MW: 432 g/mol)
첨가제 K: Polyglyceryl-6 lauric acid ester(폴리글리세린-6라우르산에스테르; MW: 548 g/mol)
첨가제 L: Polytetrahydrofuran(폴리테트라히드로푸란(=폴리테트라메틸렌에테르글리콜; MW: 250g/mol).
또한, 상기 첨가제 B는, 상기 식 (I)에 있어서, R1이 H이며, R2가 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고; n이 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p, q 및 r이 모두 0인 화합물에 상당한다. 또한, 상기 첨가제 C 내지 F는, 상기 식 (I)에 있어서, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 40의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0, q 및 r은 1인 화합물에 상당한다. 상기 첨가제 G는, 상기 식 (I)에 있어서, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1인 화합물에 상당한다. 상기 첨가제 H 내지 K는, 상기 식 (I)에 있어서, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, q 및 r은 모두 1이며, p는 0인 화합물에 상당한다. 상기 첨가제 L은, 상기 식 (I)에 있어서, R1 및 R2는 모두 H이며; n은 2 내지 20의 정수이고; 또한 m, p 및 q는 모두 0이며, r은 2인 화합물에 상당한다.
[연마 지립의 2차 입자경의 측정]
연마 지립(콜로이달 실리카)의 평균 2차 입자경(단위: ㎚)을 연마 지립 시료에 대해 동적 광 산란식의 입자경 분포 측정 장치(닛키소사제: UPA-UT151)에 의해, 체적 평균 입자경(체적 기준의 산술 평균 직경; Mv)으로서 측정하였다. 연마 지립의 2차 입자경의 측정 결과는 표 1 및 표 2에 기록되어 있다.
[표면 제타 전위의 측정]
연마용 조성물에 포함되는 연마 지립의 표면 제타 전위를, 계면 전위 분석계(Colloidal Dynamics사제: Zeta Probe Analyzer)를 사용하여, 다주파수 전기 음향파(Multiple Frequency Electro-Acoustic)법에 의해 측정하였다. 표면 제타 전위의 측정 결과는 표 1 및 표 2에 기록되어 있다.
[연마 지립 표면의 실라놀기 밀도의 측정]
우선, 고형분으로서의 콜로이달 실리카를 1.50g 칭량하여, 200mL의 비이커에 넣고, 순수 약 100mL을 첨가하여 슬러리를 만든 후, 염화나트륨 30g을 가하여 용해시켰다. 다음에, 1N염산을 가하여, 슬러리의 pH를 약 3.0 내지 3.5로 조정하고 나서, 순수를 첨가하여 슬러리의 용적을 150mL로 하였다. 이 슬러리에 대해, 자동 적정 장치(히라누마 산교사제, COM-1700)를 사용하여, 25℃에서 0.1N 수산화나트륨으로 pH가 4.0이 되도록 조정하고, 또한, pH 적정에 의해 pH를 4.0으로부터 9.0으로 높이는데 필요한 0.1N 수산화나트륨 용액의 용적 V(단위: L)를 측정하였다. 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도는, 하기 식에 의해 산출할 수 있다. 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도의 측정 결과는, 상술한 각 성분의 상세([연마 지립 및 첨가제 분자])에 있어서, 각각 연마 지립 a 내지 연마 지립 c의 란에 기록되어 있다.
Figure pat00004
상기 식 중,
ρ은 연마 지립 표면의 실라놀기 밀도(단위: 개/n㎡)를 나타내고;
c는 적정에 사용한 수산화나트륨 용액의 농도(단위: mol/L)를 나타내고;
V는 pH를 4.0으로부터 9.0까지 높이는데 필요한 수산화나트륨 용액의 용적(단위: L)을 나타내고;
NA는 아보가드로 상수(단위: 개/mol)를 나타내고;
C는 실리카의 총 질량(고형분)(단위: g)을 나타내고;
S는 실리카의 BET 비표면적(단위: n㎡/g)을 나타낸다.
[제거 속도의 측정]
상기에서 얻어진 연마 조성물을 사용하여, 이하의 연마 조건에서 직경 300㎜의 실리콘게르마늄(SixGe1-x)(구체적으로는 x=0.75) 기판(제조 메이커: Silicon Valley Microelectronic, Inc.; 막 두께: 1500Å), 직경 300㎜의 폴리실리콘(Poly-Si) 기판(제조 메이커: Silicon Valley Microelectronic, Inc.; 막 두께: 5000Å) 및 직경 300㎜의 산화규소(구체적으로는 오르토 규산 테트라에틸(TEOS) 유래의 산화규소) 기판(이하, "TEOS 기판"이라고 약칭한다 ; 제조 메이커: Silicon Valley Microelectronic, Inc.; 막 두께: 10000Å)에 대해 각각 연마를 행했을 때의 제거 속도를 측정하였다. 제거 속도의 측정 결과는 표 1 및 표 2에 기록되어 있다.
연마 장치: 편면 CMP 연마 장치(FREX 300E; 에바라 세이사쿠쇼사제)
연마 패드: 폴리우레탄제 패드
정반 회전 속도: 90rpm
캐리어 회전 속도: 90rpm
연마 조성물의 유량: 300mL/min
연마 시간: 60sec
연마 압력: 1.0psi(약 6.9kPa).
연마 대상물의 연마 전 및 연마 후의 두께를, 막 두께 측정 시스템(KLA-Tencor사정; ASET F5x)에 의해 측정하였다. 제거 속도를 다음 식에 의해 산출하였다.
제거 속도={[연마 전의 두께도]-[연마 후의 두께도]}/[처리 시간]
상기 식 중, 두께의 단위는 Å, 처리 시간의 단위는 분, 제거 속도의 단위는(Å/min)이다. 또한, 1Å=0.1㎚이다.
[제거 속도의 비의 값의 계산]
상기한 연마 압력(즉 1.0psi)으로 연마 스텝을 행하여, 상기 식에 의해 이 연마 압력에 있어서의 실리콘게르마늄 기판의 제거 속도 RSiGe, 폴리실리콘 기판의 제거 속도 RSi, 산화규소 기판의 제거 속도 RTEOS를 각각 구하였다. 연마 압력이 1.0psi일 때의, 산화규소 기판의 제거 속도 RTEOS의 실리콘게르마늄 기판의 제거 속도 RSiGe에 대한 비의 값(RTEOS/RSiGe), 산화규소 기판의 제거 속도 RTEOS의 폴리실리콘 기판의 제거 속도 RSi에 대한 비의 값(RTEOS/RSi)을 산출하였다. 이러한 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은, 이 특정 연마 압력(즉 1.0 psi)에서의 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 선택비를 나타내는 데에 사용할 수 있다. 제거 속도의 비의 값이 커질수록, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 선택비는 커진다. 각 실시예 및 비교예의 제거 속도의 비의 값 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)도 표 1 및 표 2 중에 나타내고 있다.
본 명세서에서, 연마 조성물의 산화물에 대한 제거 속도는 제1 제거 속도 R1이며, 또한 제1 제거 속도 R1은 실시예 중의 산화규소 기판의 제거 속도 RTEOS에 대응하고, 또한 연마 조성물의 실리콘 함유 재료에 대한 제거 속도는 제2 제거 속도 R2이며, 또한 제2 제거 속도 R2는 실리콘게르마늄 기판의 제거 속도 RSiGe 또는 폴리실리콘 기판의 제거 속도 RSi에 대응할 수 있다는 점에 유의하기 바란다. 제1 제거 속도의 제2 제거 속도에 대한 비의 값(R1/R2)은, 산화규소 기판의 제거 속도의 실리콘게르마늄 기판의 제거 속도에 대한 비의 값(RTEOS/RSiGe) 또는 산화규소 기판의 제거 속도의 폴리실리콘 기판의 제거 속도에 대한 비의 값(RTEOS/RSi)에 대응할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
표 1의 실시예 1 내지 8, 표 2의 실시예 11 내지 13 및 표 1의 비교예 1을 참조하기 바란다. 비교예 1이 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는 첨가제를 사용하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1 내지 8, 11 내지 13 및 비교예 1의 그 밖의 실험 조건은 모두 동일하거나 가깝다. 실험 결과로부터, 비교예 1의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 각각 2.3 및 3.6이며, 즉 어느 쪽도 10 미만임을 나타내고 있다. 이에 비하여, 실시예 1 내지 8은 모두 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는 첨가제(즉 첨가제 B, C, D, E, F, G, H, I)를 사용하고 있고, 실시예 1 내지 8, 11 내지 13의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 모두 10보다 크다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는 첨가제를 사용한 연마 조성물은, TEOS의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 선택비를 대폭 높일 수 있다.
표 1의 실시예 1 내지 8, 표 2의 실시예 11 내지 13 및 표 1의 비교예 2를 참조하기 바란다. 비교예 2에서 사용한 첨가제가 식 (I)로 나타내는 구조의 모든 조건을 충족하는 첨가제가 아닌 것을 제외하고, 실시예 1 내지 8, 11 내지 13 및 비교예 2의 그 밖의 실험 조건은 모두 동일하거나 가깝다. 실험 결과로부터, 비교예 2의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 각각 5.9 및 6.2이며, 즉 어느 쪽도 10 미만임을 나타내고 있다. 또한, 비교예에서 사용한 첨가제는 글리세린(중량 평균 분자량은 92)이며, 글리세린의 구조는 식 (I)로 나타내는 구조와 흡사하고, 차이는 주쇄의 쇄 세그먼트가 비교적 짧다는 점에 있고, 첨가제 분자의 친수성은 비교적 강하고, 중량 평균 분자량도 비교적 작다는 점에 유의하기 바란다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 사용하는 첨가제의 구조와 흡사하다고 해도, 첨가제 분자의 중량 평균 분자량이 과도하게 작거나 또는 친수성이 과도하게 강하면, 첨가제 분자의 소수성 쇄 세그먼트가 과도하게 적어져 버려, TEOS의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 선택비를 효과적으로 높이기 데 불충분해진다. 또한, 첨가제를 사용하지 않는 비교예 1의 TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS(547Å/min)에 비하여, 비교예 2의 TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS(533Å/min)는 약간 낮다. 이러한 점에서, 첨가제의 사용도 산화물의 제거 속도의 저하를 초래할 가능성이 있다는 것을 알 수 있다.
표 1의 실시예 4 및 비교예 3을 참조하기 바란다. 비교예 3에서 사용한 연마 지립 b의 표면 제타 전위가 음의 값(즉 -132.0mV)인 것을 제외하고, 실시예 4와 비교예 3의 그 밖의 실험 조건은 모두 동일하거나 가깝다. 실험 결과로부터, 비교예 3의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 각각 0.7 및 0.6이며, 즉 어느 쪽도 10보다 훨씬 작음을 나타내고 있다. 또한, 비교예 3에서는, TEOS 기판의 제거 속도가 대폭 저하되었기 때문에, TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS(9Å/min)가 실리콘게르마늄 기판의 제거 속도 RSiGe(13Å/min) 및 폴리실리콘 기판의 제거 속도 RSi(14Å/min)보다 작게 되어 있다는 점에 유의하기 바란다.
표 1의 실시예 4 및 비교예 4를 참조하기 바란다. 비교예 4에서 사용한 연마 지립 c의 표면의 실라놀기 밀도가 4.5개/n㎡임을 제외하고, 실시예 4와 비교예 4의 그 밖의 실험 조건은 모두 동일하거나 가깝다. 실험 결과로부터, 비교예 4의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 각각 4.6 및 9.3이며, 즉 어느 쪽도 10 미만임을 나타내고 있다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실라놀기 밀도가 과도하게 높은 연마 지립을 사용하면, TEOS의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 선택비를 효과적으로 높이기는 어렵다. 또한, 실시예 4 및 비교예 4에 있어서, TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS는 각각 608Å/min 및 205Å/min이다. 즉, TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS가, 비교예 4는 실시예 4의 약 1/3밖에 아니다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실라놀기 밀도가 과도하게 높은 연마 지립을 사용하면, TEOS 기판의 제거 속도가 대폭 저하됨으로써, 이 때문에 연마 공정에 걸리는 시간을 증가시켜 버린다.
표 1의 실시예 4, 9, 10 및 비교예 5, 6을 참조하기 바란다. 실시예 4, 9, 10 및 비교예 5, 6의 pH가 각각 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 7.0인 것 이외에, 실시예 4, 9, 10 및 비교예 5, 6의 그 밖의 실험 조건은 모두 동일하거나 가깝다. 또한, 이들은 모두 연마 지립 a를 사용하고 있지만, 비교예 5, 6의 연마 지립의 표면 제타 전위는 모두 음의 값이며(비교예 5, 6은 각각 -87.8mV, -240.7mV이다), 실시예 4, 9, 1의 연마 지립의 표면 제타 전위는 모두 양의 값(실시예 4, 9, 10은 각각 36.7mV, 33.9mV, 11.8mV)이라는 점에 유의하기 바란다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 동일한 연마 지립을 사용해도, 다른 pH의 조건 하에서는 연마 지립의 표면 제타 전위도 달라진다. 실험 결과로부터, 비교예 5의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 각각 0.5 및 0.4이며, 비교예 6의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 각각 1.0 및 0.9임을 나타내고 있다. 즉, 비교예 5, 6에서는, 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 어느 쪽도 10보다 훨씬 작다. 또한, 비교예 5, 6에서는, TEOS 기판의 제거 속도가 대폭 저하된다는 점에서, TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS(각각 12Å/min, 14Å/min)가 모두 실리콘게르마늄 기판의 제거 속도 RSiGe(각각 26Å/min, 14Å/min) 및 폴리실리콘 기판의 제거 속도 RSi(각각 32Å/min, 16Å/min) 이하로 되어 있다.
표 1의 실시예 1 내지 10 및 표 2의 실시예 11 내지 13을 참조하기 바란다. 실시예 1 내지 10에서 각각 사용한 연마 조성물은 모두, 특정 실라놀기 밀도의 범위를 충족하는 연마 지립(즉 연마 지립 a)과, 상기 식 (I)로 나타내는 구조의 모든 조건을 충족하는 첨가제(즉 첨가제 B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L)를 포함하고 있고, 또한 연마 조성물의 pH가 상술에서 특정한 산성 범위(즉 2.0, 3.0, 4.0)를 충족할 만한 것이다. 실험 결과로부터, 실시예 1 내지 13의 제거 속도의 비의 값(RTEOS/RSiGe) 및 (RTEOS/RSi)은 모두 10보다 큼을 나타내고 있다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 특정 pH 조건 하, 식 (I)로 나타내는 구조를 갖는 첨가제를 특정한 연마 지립과 조합한 연마 조성물을 사용하면, TEOS의 실리콘게르마늄 또는 실리콘에 대한 연마 선택비가 대폭 높아진다. 또한, 비교예 2의 TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS(533Å/min)와 비교하여, 실시예 1 내지 6의 TEOS 기판의 제거 속도 RTEOS(각각 626Å/min, 637Å/min, 595Å/min, 608Å/min, 574Å/min, 598Å/min)는 모두 8％ 이상 높아져 있다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 첨가제의 종류와 함량을 조정함으로써, 산화물의 제거 속도를 더욱 높일 수 있어, 연마 공정에 걸리는 시간이 단축된다.
이상 정리하면, 본 발명에 관한 연마 조성물은, 특정 조건을 충족하는 연마 지립 및 특정 구조를 갖는 첨가제를 포함하며, 특정 pH의 환경에서, 산화물의 실리콘 함유 재료에 대한 연마 선택비를 대폭 높일 수 있다. 본 발명에 관한 연마 조성물을 사용하여 실리콘 함유 재료 및 산화물을 포함하는 연마 대상물을 연마할 때, 실리콘 함유 재료를 산화물 연마 시의 연마 정지층으로서 사용할 수 있다. 따라서, 연마 대상물의 표면 평탄성을 양호하게 할 수 있어, 프로세스의 복잡도를 단순화 할 수 있는 데다가, 생산에 걸리는 시간과 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 연마 조성물은, 첨가제의 종류와 함량을 조정함으로써, 산화물의 제거 속도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 산화물의 제거 속도를 더욱 높일 수 있어, 연마 공정에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 연마 조성물은 화학 기계 연마 공정에 사용할 수 있고, 평탄한 표면을 갖는 기판을 얻는데도 유용하다. 따라서 산업상 이용 가능성을 구비한다.
본 발명을 몇몇 바람직한 실시 형태에 의해 이상과 같이 개시했지만, 이들은 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위를 일탈하지 않고, 당연히 임의의 변경 및 수식을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는, 후술하는 특허 청구 범위에서 정의된 것이 기준이 된다.
본 출원은, 2019년 11월 20일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2019-209538호의 원서에 첨부하여 제출된 외국어 명세서에 기초하고 있고, 그 개시 내용은, 그의 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

Claims (12)

  1. 연마 조성물이며,
    실리카 입자를 포함하는 연마 지립이고, 상기 실리카 입자 표면의 실라놀기 밀도는 0 내지 3.0개/n㎡이며,
    상기한 실라놀 밀도는, BET법에 의해 측정한 비표면적 및 적정에 의해 측정한 실라놀기의 양에 기초하여 계산하여 구한 것인, 연마 지립과,
    식 (I)로 나타내는 구조를 갖는 첨가제 분자와,
    Figure pat00007

    (식 (I) 중,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 H, C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며;
    n은 2 내지 40의 정수이며;
    m, p 및 q는 각각 독립적으로 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이며, m이 1일 때, R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, p가 1일 때, R2는 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이다.)
    상기 연마 조성물의 pH를 1.5 이상이며 4.5 이하의 범위로 조정하는 데 사용하는 pH 조정제와,
    분산매
    를 포함하는, 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연마 조성물의 총중량에 대해, 상기 첨가제 분자의 함량이 50 내지 10000 중량ppm인, 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 첨가제 분자의 중량 평균 분자량이 100 내지 10000인, 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 식 (I) 중,
    R1이 H이며, R2가 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며;
    n이 2 내지 20의 정수이며; 또한
    m, p, q 및 r이 모두 0인,
    연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 식 (I) 중,
    R1 및 R2가 모두 H이며;
    n이 2 내지 40의 정수이며; 또한
    m 및 p가 모두 0이며, q 및 r이 모두 1인,
    연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 식 (I) 중,
    R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이고, R2는 H이며;
    n은 2 내지 20의 정수이며; 또한
    m 및 p는 모두 0이며, q 및 r은 모두 1인,
    연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 식 (I) 중,
    R1은 C1 내지 C18직쇄상 알킬기, C3 내지 C18분지쇄상 알킬기 또는 C2 내지 C18직쇄상 알케닐기이며, R2는 H이며;
    n은 2 내지 20의 정수이며; 또한
    m, q 및 r은 모두 1이며, p는 0인,
    연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 식 (I) 중,
    R1 및 R2는 모두 H이며;
    n은 2 내지 20의 정수이며; 또한
    m, p 및 q는 모두 0이며, r은 2인,
    연마 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연마 조성물의 총중량에 대해, 상기 연마 지립의 함량이 0.1 내지 10중량％ 인, 연마 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 연마 조성물을 사용하여 연마 대상물을 연마하는 공정을 포함하고, 상기 연마 대상물의 재료는 산화물 및 실리콘 함유 재료를 포함하는 것, 상기 실리콘 함유 재료는 SixGe1-x로 표시되고, 또한 x=0.1 내지 1인, 연마 방법.
  11. 제10항에 있어서, 연마 압력이 1.0psi일 때, 상기 연마 조성물의 상기 산화물에 대한 제거 속도는 제1 제거 속도 R1이고, 상기 연마 조성물의 상기 실리콘 함유 재료에 대한 제거 속도는 제2 제거 속도 R2이며, 또한 상기 제1 제거 속도의 상기 제2 제거 속도에 대한 비의 값 R1/R2가 10 이상인, 연마 방법.
  12. 기판을 준비하는 공정이며, 상기 기판의 표면은 산화물 및 실리콘 함유 재료를 포함하는 것, 상기 실리콘 함유 재료가 SixGe1-x로 표시되고, 또한 x=0.1 내지 1인, 공정과,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 연마 조성물을 사용하여 상기 기판에 연마를 행하는 공정
    을 포함하는 기판의 제조 방법.
KR1020200153380A 2019-11-20 2020-11-17 연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법 KR20210062566A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2019-209538 2019-11-20
JP2019209538 2019-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210062566A true KR20210062566A (ko) 2021-05-31

Family

ID=75906542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200153380A KR20210062566A (ko) 2019-11-20 2020-11-17 연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20210147714A1 (ko)
JP (1) JP2021080441A (ko)
KR (1) KR20210062566A (ko)
CN (1) CN112824475A (ko)
TW (1) TW202134389A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130011842A1 (en) 2001-07-25 2013-01-10 Life Technologies Corporation DNA Sequencing System

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6411708B2 (ja) * 2011-06-14 2018-10-24 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP2014187268A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Hitachi Chemical Co Ltd Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
JP6113619B2 (ja) * 2013-09-30 2017-04-12 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
SG11201607359XA (en) * 2014-03-20 2016-10-28 Fujimi Inc Polishing composition, polishing method, and method for producing substrate
JP6517555B2 (ja) * 2014-09-30 2019-05-22 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法
JP6423279B2 (ja) * 2015-02-10 2018-11-14 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
KR101905371B1 (ko) * 2015-09-30 2018-10-05 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드 연마용 조성물
WO2017169743A1 (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 株式会社フジミインコーポレーテッド 金属を含む層を有する研磨対象物の研磨に用いられる研磨用組成物
US10253216B2 (en) * 2016-07-01 2019-04-09 Versum Materials Us, Llc Additives for barrier chemical mechanical planarization
CN110997856B (zh) * 2017-08-09 2021-10-29 昭和电工材料株式会社 研磨液和研磨方法
WO2019043819A1 (ja) * 2017-08-30 2019-03-07 日立化成株式会社 スラリ及び研磨方法
JP7058097B2 (ja) * 2017-09-29 2022-04-21 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物および磁気ディスク基板の製造方法
JP7128005B2 (ja) * 2018-03-26 2022-08-30 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP7066480B2 (ja) * 2018-03-29 2022-05-13 株式会社フジミインコーポレーテッド 砥粒分散液、研磨用組成物キットおよび磁気ディスク基板の研磨方法
KR20200056808A (ko) * 2018-11-15 2020-05-25 솔브레인 주식회사 연마 첨가제 조성물, 연마 슬러리 조성물 및 반도체 소자의 절연막의 연마 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130011842A1 (en) 2001-07-25 2013-01-10 Life Technologies Corporation DNA Sequencing System

Also Published As

Publication number Publication date
TW202134389A (zh) 2021-09-16
JP2021080441A (ja) 2021-05-27
US20210147714A1 (en) 2021-05-20
US20240043720A1 (en) 2024-02-08
CN112824475A (zh) 2021-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6762390B2 (ja) 研磨用組成物、研磨方法および基板の製造方法
JP5516604B2 (ja) Ｃｍｐ用研磨液及びこれを用いた研磨方法
KR101060441B1 (ko) Ｓｔｉ를 위한 화학/기계 연마 방법
KR101718788B1 (ko) 화학 기계 연마 조성물 및 관련 방법
TWI384059B (zh) A method for manufacturing an abrasive, a polishing method, and a semiconductor integrated circuit device for a semiconductor integrated circuit device
KR101672811B1 (ko) 폴리실리콘, 실리콘 옥사이드 및 실리콘 니트라이드를 포함하는 기판의 연마 방법
WO2014034379A1 (ja) 研磨剤、研磨剤セット及び基体の研磨方法
CN111718657B (zh) 化学机械抛光组合物及抑制无定形硅的去除速率的方法
KR20190112636A (ko) 연마용 조성물
KR102005254B1 (ko) 기판의 폴리싱 방법
JP7121696B2 (ja) 低酸化物トレンチディッシング化学機械研磨
TWI828727B (zh) 研磨用組合物及研磨系統
KR20220100529A (ko) 연마용 조성물, 연마용 조성물의 제조 방법, 연마 방법
JP2014130957A (ja) 半導体基板用研磨液組成物
CN111748284B (zh) 研磨用组合物
JP2005048125A (ja) Ｃｍｐ研磨剤、研磨方法及び半導体装置の製造方法
KR102463855B1 (ko) 슬러리 및 연마 방법
JP2020002357A (ja) 低酸化物トレンチディッシング化学機械研磨
CN110655868A (zh) 低氧化物沟槽凹陷化学机械抛光
KR20210062566A (ko) 연마 조성물, 연마 방법 및 기판의 제조 방법
CN115260911A (zh) 半导体工艺用抛光组合物以及半导体器件的制造方法
JP6551136B2 (ja) Ｃｍｐ用研磨液及び研磨方法
KR102278257B1 (ko) 슬러리 및 연마 방법
CN111117492A (zh) 对于浅沟槽隔离(STI)工艺抑制SiN去除速率并减少氧化物沟槽凹陷
JP6551053B2 (ja) Ｃｍｐ用研磨液及びこれを用いた研磨方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination