KR20220088749A - 높은 산화물 제거율을 지닌 얕은 트렌치 절연 화학 기계적 평탄화 조성물 - Google Patents

높은 산화물 제거율을 지닌 얕은 트렌치 절연 화학 기계적 평탄화 조성물 Download PDF

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시아오보 시
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Abstract

본 발명은 얕은 트렌치 절연(STI) 적용을 위한 화학 기계적 평탄화 연마(CMP) 조성물을 제공한다. CMP 조성물은 연마제로서 세리아 코팅된 무기 산화물 입자, 예를 들어, 세리아 코팅된 실리카 입자; 각각 -2, -3, 또는 -4번 위치에 1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자로 이루어진 군으로부터 선택된 화학 첨가제; 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자; 및 이들의 조합; 수용성 용매; 및 임의로 살생물제 및 pH 조절제를 함유하고; 조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더욱 바람직하게는 4 내지 9이다.

Description

높은 산화물 제거율을 지닌 얕은 트렌치 절연 화학 기계적 평탄화 조성물
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e)하에 2019년 10월 24일에 출원된 조기 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 62/925,378에 대한 우선권의 이익을 주장한 것이며, 해당 미국 출원은 전체가 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 얕은 트렌치 절연(Shallow Trench Isolation; STI) 화학 기계적 평탄화(CMP) 조성물 및 얕은 트렌치 절연(STI) 공정을 위한 화학 기계적 평탄화(CMP)에 관한 것이다.
마이크로일렉트로닉스 장치의 제조에서, 관련된 중요한 단계는, 특히 선택된 재료를 회수하고/하거나 그 구조를 평탄화하기 위한 화학 기계적 연마를 위한 표면을, 연마하는 것이다.
예를 들어, SiN 층은 SiO2 층 아래에 증착되어 연마 정지 층으로서 기능을 한다. 이러한 연마 정지의 역할은 얕은 트렌치 절연(STI) 구조물에서 특히 중요하다. 선택도는 질화물 연마 속도에 대한 산화물 연마 속도의 비율로서 특징적으로 표시된다. 일례는 질화규소(SiN)와 비교하여 이산화규소(SiO2)의 증가된 연마 선택도 비율이다.
패턴화된 STI 구조물의 전체 평탄화에서, 산화물 트렌치 디싱을 감소시키는 것은 고려해야 할 핵심 인자이다. 보다 낮은 트렌치 산화물 손실은 인접 트랜지스터들 간의 전류 누출을 방지할 것이다. 다이 전체(다이 내)에서의 불균일한 트렌치 산화물 손실은 트랜지스터 성능 및 장치 제조 수율에 영향을 미칠 것이다. 심각한 트렌치 산화물 손실(높은 산화물 트렌치 디싱)은 트랜지스터의 절연 불량을 유발하고 이는 결과적으로 장치 고장을 초래하게 된다. 따라서, STI CMP 연마 조성물에서 산화물 트렌치 디싱을 감소시킴으로써 트렌치 산화물 손실을 감소시키는 것이 중요하다.
미국 특허 5,876,490에는 연마 입자를 함유하고 정상적인 응력 효과를 나타내는 연마 조성물이 개시되어 있다. 그 슬러리는 비연마 입자를 추가로 함유하는데, 그 비연마 입자는 결과적으로 오목부에서 감소된 연마 속도를 유도하고, 반면에 연마 입자는 융기부에서 높은 연마 속도를 유지한다. 이것은 평탄화를 유도한다. 보다 구체적으로, 그 슬러리는 산화세륨 입자 및 중합체 전해질을 포함하며, 얕은 트렌치 절연(STI) 연마 적용에 사용될 수 있다.
미국 특허 6,964,923에는 얕은 트렌치 절연(STI) 연마 적용을 위한, 산화세륨 입자 및 중합체 전해질을 함유하는 연마 조성물이 교시되어 있다. 사용되는 중합체 전해질은 미국 특허 5,876,490에서의 것들과 유사한 폴리아크릴산의 염을 포함한다. 연마제로서는 세리아, 알루미나, 실리카 및 지르코니아가 사용된다. 이와 같이 열거된 중합체 전해질의 분자량은 300 내지 20,000이지만, 일반적으로 100,000 미만이다.
미국 특허 6,616,514에는, 화학 기계적 연마에 의해 질화규소보다 우선적으로 물품의 표면으로부터 제1 물질을 제거하는 데 사용하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 슬러리는 연마제, 수성 매질, 및 양성자를 해리하지 않는 유기 폴리올을 포함하고, 상기 유기 폴리올은 수성 매질에서 해리 가능하지 않은 적어도 3개의 하이드록실 기를 갖는 화합물, 또는 수성 매질에서 해리 가능하지 않은 적어도 3개의 하이드록실 기를 갖는 적어도 하나의 단량체로부터 형성된 중합체를 포함한다.
그러나, 이러한 종래의 개시된 얕은 트렌치 절연(STI) 연마 조성물은 높은 산화물 대 질화물 선택도와 함께 연마된 패턴화 웨이퍼 상의 산화물 트렌치 디싱 감소 및 보다 균일한 산화물 트렌치 디싱의 중요성을 다루지 않았다.
또한, 이러한 종래의 개시된 얕은 트렌치 절연(STI) 연마 조성물은 패턴화된 웨이퍼 상의 HDP와 같은 일부 산화물 막 상의 계단 높이의 효과적인 제거를 다루지 않았다.
따라서, 상기로부터 명백히 이해되는 바와 같이, STI 화학 기계적 연마(CMP) 공정에서 패턴화된 웨이퍼의 연마시 다양한 크기의 산화물 트렌치 특징에 걸쳐 감소된 산화물 트렌치 디싱 및 보다 균일한 산화물 트렌치 디싱을 제공할 수 있고, 패턴화된 웨이퍼의 연마시, 이산화규소의 높은 제거율 뿐만 아니라 질화규소에 대한 이산화규소의 높은 선택도 이외에도, 특정 유형의 산화물 막의 계단 높이를 효과적으로 제거할 수 있는 STI 화학 기계적 연마의 조성물, 방법 및 시스템에 대한 요구가 당업계에서 여전히 남아 있다.
본 발명은, 연마된 패턴화 웨이퍼 상의 다양한 크기의 산화물 트렌치 피처에 걸쳐 감소된 산화물 트렌치 디싱 및 보다 균일한 산화물 트렌치 디싱을 제공하고, 패턴화된 웨이퍼 연마시, 이산화규소의 높은 제거율 및 질화규소에 대한 이산화규소의 높은 선택도 이외에도, 특정 유형의 산화물 막의 계단 높이를 효과적으로 제거한다.
본 발명의 STI CMP 연마 조성물은 또한 산성, 중성 및 알칼리성 pH 조건을 포함한 광범위한 pH 범위에서 얕은 트렌치 절연(STI) CMP 적용을 위한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물에서 SiN 막 제거율 억제제 및 산화물 트렌칭 디싱 감소제로서 화학 첨가제를 도입함으로써 높은 산화물 대 질화물 선택도를 제공한다.
얕은 트렌치 절연(STI) CMP 적용을 위한 개시된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물은 세리아 코팅된 무기 산화물 연마 입자 및 적절한 화학 첨가제를 산화물 트렌치 디싱 감소제 및 질화물 억제제로서 사용하는 독특한 조합을 갖는다.
한 측면에서는, STI CMP 연마 조성물로서,
세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기, 또는 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자; 다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학 첨가제;
수용성 용매; 및
임의로
살생물제; 및
pH 조절제
를 포함하고;
조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더욱 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5인 STI CMP 연마 조성물이 제공된다.
또 다른 측면에서는, STI CMP 연마 조성물로서,
세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자;
다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자;
수용성 용매; 및
임의로
살생물제; 및
pH 조절제
를 포함하고;
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자는 하기 화학식의 일반 분자 구조를 갖고;
Figure pct00001
식 중, R은 수소 원자, 양 금속 이온 또는 알킬 기 CnH2n +1일 수 있고, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 1 내지 3이고;
조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 보다 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5인 STI CMP 연마 조성물이 제공된다.
세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드성 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아, 또는 임의의 기타 세리아 코팅된 무기 금속 산화물 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
수용성 용매는 탈이온(DI)수, 증류수 및 알코올성 유기 용매를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
화학 첨가제는 SiN 막 제거율 억제제 및 산화물 트렌칭 디싱 감소제로서 기능을 한다.
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자인 화학 첨가제의 일반 분자 구조는 다음과 같이 표시된다:
Figure pct00002
일반적인 분자 구조에서, -COOR 기는 하기 나타낸 바와 같은 고리에서 -2, -3 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 부착될 수 있다:
Figure pct00003
식 중, R은 수소 원자, 양 금속 이온 또는 알킬 기 CnH2n +1일 수 있고, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 1 내지 3이다.
하기 3개의 화학 첨가제는 R이 수소 원자인 하나의 카르복실산 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자이다:
Figure pct00004
R이 양 금속 이온인 경우, 하기 화학식의 일반 분자 구조가 제시된다:
Figure pct00005
식 중, 양이온은 나트륨, 칼륨 또는 암모늄 이온일 수 있다.
R 기가 알킬 기 CnH2n +1이고, 여기서 n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3인 경우; 화학 첨가제는 피리딘 카르복실레이트 에스테르이다.
다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자인 화학 첨가제의 일반적인 분자 구조 중 하나는 하기 제시된다:
Figure pct00006
일반적인 분자 구조에서, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 2 내지 12, 보다 바람직하게는 3 내지 6으로부터 선택된다.
이러한 일반적인 분자 구조에서, R1, R2, R3 및 R4 기는 동일하거나 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
R1, R2, R3, 및 R4는 수소, 알킬 기 CnH2n +1(여기서, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이다), 알콕시, 하나 이상의 하이드록실 기를 갖는 유기 기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; 여기서 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상은 수소 원자이다.
R1, R2, R3 및 R4가 모두 수소 원자인 경우, 화학 첨가제는 다중 하이드록실 작용기를 보유한다. 이러한 화학 첨가제의 일부 예의 분자 구조는 하기 열거된다:
Figure pct00007
다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자인 화학 첨가제의 또 다른 일반 분자 구조는 하기 제시된다:
Figure pct00008
이러한 일반적인 분자 구조에서, R 기 중 R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 동일하거나 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
일반적인 분자 구조에서, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 1 내지 100, 보다 바람직하게는 1 내지 12, 가장 바람직하게는 2 내지 6으로부터 선택된다.
각각의 R 기는 수소, 알킬 기 CnH2n +1(여기서, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이다), 알콕시, 하나 이상의 하이드록실 기를 갖는 유기 기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; 여기서 이들 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상, 더욱 바람직하게는 6개 이상은 수소 원자이다.
R1, R2, R3 및 R4, R5, R6 및 R7이 모두 수소 원자인 경우, 이는 다중 하이드록실 작용기를 보유하는 화학 첨가제를 제공한다.
이러한 화학 첨가제의 일부 예의 분자 구조는 하기 열거된다:
Figure pct00009
다른 측면에서는, 얕은 트렌치 절연(STI) 공정에서 상기 기재된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법이 제공된다.
다른 측면에서는, 얕은 트렌치 절연(STI) 공정에서 상기 기재된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 시스템이 제공된다.
연마된 산화물 막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP) 또는 스핀 온 산화물 막일 수 있다.
상기 개시된 기판은 질화규소 표면을 추가로 포함할 수 있다. SiO2:SiN의 제거 선택도는 질화규소보다 크고, 10 초과, 바람직하게는 30 초과, 더욱 바람직하게는 50 초과이다.
도 1. 블랭킷 막 및 P50μm RR(Å/분)에 대한 피콜린산의 효과
도 2. 막 RR(A/분) & TEOS:SiN 선택도에 대한 피콜린산의 효과
도 3. 산화물 트렌치 디싱율 등에 대한 피콜린산의 효과
도 4. 막 RR(A/분)에 대한 피콜린산의 효과
도 5. 다른 pH에서 막 RR(A/분) & TEOS:SiN 선택도에 대한 피콜린산의 효과
도 6. 다른 pH에서 산화물 트렌치 손실(A/초)에 대한 피콜린산의 효과
도 7. 다른 pH에서 산화물 트렌치 디싱율(A/초)에 대한 피콜린산의 효과
발명의 상세한 설명
패턴화된 STI 구조물의 전체 평탄화에서, SiN 제거율을 억제하는 것, 및 다양한 크기의 산화물 트렌치 피처에 걸쳐 산화물 트렌치 디싱을 감소시키고 보다 균일한 산화물 트렌치 디싱을 제공하는 것은 고려해야 할 핵심 인자이다. 보다 낮은 트렌치 산화물 손실은 인접한 트랜지스터들 간의 전류 누출을 방지할 것이다. 다이 전체(다이 내)에서 불균일한 트렌치 산화물 손실은 트랜지스터 성능 및 장치 제조 수율에 영향을 미칠 것이다. 심각한 트렌치 산화물 손실(높은 산화물 트렌치 디싱)은 트랜지스터의 절연 불량을 유발할 것이며, 이는 결과적으로 장치 고장을 초래하게 된다. 따라서, STI CMP 연마 조성물에서 산화물 트렌치 디싱을 감소시킴으로써 트렌치 산화물 손실을 감소시키는 것이 중요하다.
본 발명은 얕은 트렌치 절연(STI) CMP 적용을 위한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 얕은 트렌치 절연(STI) CMP 적용을 위한 개시된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물은 세리아 코팅된 무기 산화물 연마 입자 및 적절한 화학 첨가제를 산화물 트렌치 디싱 감소제 및 질화물 억제제로서 사용하는 독특한 조합을 갖는다.
적합한 화학 첨가제에는 2가지 유형의 화학 첨가제 및 이들의 조합이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다: 제1 유형의 화학 첨가제는 1개의 카르복실산 기, 카르복실레이트 염 기 또는 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자이고; 제2 유형의 화학 첨가제는 다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자이다.
제1 유형의 화학 첨가제는 1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자이다. 이들 카르복실산 기, 카르복실레이트 염 기 또는 카르복실레이트 에스테르 기는 각각 고리에서 -2, -3 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 부착될 수 있다.
제2 번째 유형의 화학 첨가제는 2개 이상, 즉 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 및 비방향족 유기 분자이다.
화학 첨가제는 높은 산화물 막 제거율, 낮은 SiN 막 제거율, 높고 조정 가능한 산화물:SiN 선택도를 달성하는 이점을 제공하며, 더 중요하게는 패턴화된 웨이퍼를 연마하고 산화물 트렌치 디싱을 상당히 감소시키고 패턴화된 웨이퍼 연마시 연마 윈도우 안정성을 향상시키면서 바람직한 단계-높이 제거율을 제공하는 이점을 제공한다.
한 측면에서는, STI CMP 연마 조성물로서,
세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기, 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자; 다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학 첨가제;
수용성 용매; 및
임의로
살생물제; 및
pH 조절제를 포함하고;
조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더욱 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5인 STI CMP 연마 조성물이 제공된다.
또 다른 측면에서는, STI CMP 연마 조성물로서,
세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자;
다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자;
수용성 용매; 및
임의로
살생물제; 및
pH 조절제를 포함하고;
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자는 하기 화학식의 일반 분자 구조를 갖고;
Figure pct00010
식 중, R은 수소 원자, 양 금속 이온 또는 알킬 기 CnH2n +1일 수 있고, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 1 내지 3이고;
조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 보다 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5인 STI CMP 연마 조성물이 제공된다.
세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드성 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아, 또는 임의의 기타 세리아 코팅된 무기 금속 산화물 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본원에 개시된 발명에서 이들 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 입자 크기는 10 nm 내지 1,000 nm 범위이고, 바람직한 평균 입자 크기는 20 nm 내지 500 nm 범위이고, 보다 바람직한 평균 입자 크기는 50 nm 내지 250 nm 범위이다.
이들 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 농도는 0.01 중량% 내지 20 중량% 범위이고, 바람직한 농도는 0.05 중량% 내지 10 중량% 범위이고, 보다 바람직한 농도는 0.1 중량% 내지 5 중량% 범위이다.
바람직한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자이다.
수용성 용매는 DI 수, 증류수 및 알코올성 유기 용매를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
바람직한 수용성 용매는 DI수이다.
STI CMP 조성물은 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%; 바람직하게는 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 더욱 바람직하게는 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 살생물제를 함유할 수 있다.
살생물제는 Dupont/Dow Chemical Co.의 KathonTM, KathonTM CG/ICP II, Dupont/Dow Chemical Co.의 Bioban을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 그들은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는다.
STI CMP 조성물은 pH 조절제를 함유할 수 있다.
산성 또는 염기성 pH 조절제는 STI CMP 조성물을 최적화된 pH 값으로 조절하는 데 사용될 수 있다.
pH 조절제는 질산, 염산, 황산, 인산, 기타 무기산 또는 유기산, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
pH 조절제는 또한 염기성 pH 조절제, 예를 들어, 수소화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라알킬 수산화암모늄, 유기 4급 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 pH를 더 알칼리성 방향으로 조절하는 데 사용될 수 있는 기타 화학 시약을 포함한다.
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 조절제를 함유한다.
STI CMP 조성물은 1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기, 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자인 화학 첨가제 0.0001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.0002 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.0005 중량% 내지 0.5 중량%를 함유한다.
STI CMP 조성물은 다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자인 화학 첨가제 0.0001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.001 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.005 중량% 내지 0.75 중량%를 함유한다.
1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자인 화학 첨가제의 일반 분자 구조는 하기 제시된다:
Figure pct00011
일반적인 분자 구조에서, -COOR 기는 이하 제시된 바와 같은 고리에서 -2, -3 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 부착될 수 있다:
Figure pct00012
식 중, R은 수소 원자, 양 금속 이온 또는 알킬 기 CnH2n +1일 수 있고, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 1 내지 3이다.
R이 수소 원자일 때, 화학 첨가제는 하기 열거된 바와 같이 하나의 카르복실산 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자이다:
Figure pct00013
R이 양 금속 이온인 경우, 하기의 일반 분자 구조가 제시된다:
Figure pct00014
식 중, 양이온은 나트륨, 칼륨 또는 암모늄 이온일 수 있다.
R 기가 알킬 기 CnH2n +1이고, 여기서 n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3인 경우, 화학 첨가제는 피리딘 카르복실레이트 에스테르이다.
다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자인 제2 유형 화학 첨가제의 일반적인 분자 구조 중 하나가 하기 제시된다:
Figure pct00015
일반적인 분자 구조에서, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 2 내지 12, 보다 바람직하게는 3 내지 6으로부터 선택된다.
이러한 일반적인 분자 구조에서, R1, R2, R3 및 R4 기는 동일하거나 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
R1, R2, R3, 및 R4는 수소, 알킬 기 CnH2n +1(여기서, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이다), 알콕시, 하나 이상의 하이드록실 기를 갖는 유기 기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; 여기서 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상은 수소 원자이다.
R1, R2, R3 및 R4가 모두 수소 원자인 경우, 화학 첨가제는 다중 하이드록실 작용기를 보유한다. 이러한 화학 첨가제의 일부 예의 분자 구조는 하기 열거된다:
Figure pct00016
다중 하이드록실 작용기를 갖는 제2 유형 화학 첨가제의 또 다른 일반 분자 구조는 하기 제시된다:
Figure pct00017
이러한 일반적인 분자 구조에서, R 기 중 R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 동일하거나 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
일반적인 분자 구조에서, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 1 내지 100, 보다 바람직하게는 1 내지 12, 가장 바람직하게는 2 내지 6으로부터 선택된다.
각각의 R 기는 수소, 알킬(CnH2n +1, 여기서 n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이다), 알콕시, 하나 이상의 하이드록실 기를 갖는 유기 기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; 여기서 그들 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상, 더욱 바람직하게는 6개 이상은 수소 원자이다.
R1, R2, R3 및 R4, R5, R6 및 R7이 모두 수소 원자인 경우, 이는 다중 하이드록실 작용기를 보유하는 화학 첨가제를 제공한다.
이러한 화학 첨가제의 일부 예의 분자 구조는 하기 열거된다:
Figure pct00018
다른 측면에서는, 얕은 트렌치 절연(STI) 공정에서 상기 기재된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법이 제공된다.
다른 측면에서는, 얕은 트렌치 절연(STI) 공정에서 상기 기재된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 시스템이 제공된다.
연마된 산화물 막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP) 또는 스핀 온 산화물 막일 수 있다.
상기 개시된 기판은 질화규소 표면을 추가로 포함할 수 있다. SiO2:SiN의 제거 선택도는 10 초과, 바람직하게는 20 초과, 더욱 바람직하게는 30 초과이다.
다른 측면에서는, 얕은 트렌치 절연(STI) 공정에서 상기 기재된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법이 제공된다. 그 연마된 산화물 막은 CVD 산화물, PECVD 산화물, 고밀도 산화물 또는 스핀 온 산화물 막일 수 있다.
후술하는 비제한적 실시예는 본 발명을 추가 예시하기 위해 제시된다.
CMP 방법론
하기 제시된 실시예에서, CMP 실험은 하기 제시된 절차와 실험 조건을 이용하여 실행되었다.
용어론
성분
세리아 코팅된 실리카: 약 100 나노미터(nm)의 입자 크기를 갖는 연마제로서 사용됨; 이러한 세리아 코팅된 실리카 입자는 대략 20 나노미터(nm) 내지 500 나노미터(nm) 범위의 입자 크기를 가질 수 있다.
세리아 코팅된 실리카 입자(다양한 크기를 가짐)는 JGCC Inc.(Japan)에 의해 공급되었다.
피콜린산, 말티톨, D-프럭토스, 둘시톨, D-소르비톨 및 기타 화학 원료와 같은 화학 첨가제는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO)에 의해 공급되었다.
TEOS: 테트라에틸 오르토실리케이트
연마 패드: DOW, Inc.에 의해 공급된 연마 패드, IC 1000, IC1010 및 기타 패드가 CMP 동안 사용되었다
매개변수
일반적
Å 또는 A: 옹스트롬(들) - 길이의 단위
BP: 역압, psi 단위
CMP: 화학 기계적 평탄화 = 화학 기계적 연마
CS: 담체 속도
DF: 하향력: CMP 동안 인가된 압력, 단위 psi
min: 분(들)
ml: 밀리리터(들)
mV: 밀리볼트(들)
psi: 제곱 인치당 파운드
PS: 연마 도구의 플래튼 회전 속도, rpm(분당 회전 수(들))
SF: 조성물 유량, ml/분
Wt. % 또는 %: (열거된 성분의) 중량 백분율
TEOS:SiN 선택도: (TEOS의 제거율)/(SiN의 제거율)
HDP: 고밀도 플라즈마 증착된 TEOS
TEOS 또는 HDP 제거율: 주어진 하향력에서 측정된 TEOS 또는 HDP 제거율. CMP 도구의 하향력은 상기 열거된 예에서 2.0, 3.0 또는 4.0psi였다.
SiN 제거율: 주어진 하향력에서 측정된 SiN 제거율. CMP 도구의 하향력은 열거된 예에서 3.0psi였다.
계량론
막은 Creative Design Engineering, Inc(20565 Alves Dr., Cupertino, CA, 95014)에 의해 제조된 ResMap CDE, 모델 168로 측정되었다. ResMap 도구는 4-포인트 프로브 시트 저항 도구이다. 막에 대해 5 mm 가장자리 배제에서 49-포인트 직경 스캔이 촬영되었다.
CMP 도구
사용된 CMP 도구는 Applied Materials(3050 Boweres Avenue, Santa Clara, California, 95054)에 의해 제조된 200 mm Mirra 또는 300 mm Reflexion이다. DOW, Inc.(451 Bellevue Rd., Newark, DE 19713)에 의해 공급된 IC1000 패드가 블랭킷 및 패턴 웨이퍼 연구를 위한 플래튼 1에 사용되었다.
IC1010 패드 또는 기타 패드는 그 패드를 컨디셔너 위에서 하향력 7lbs으로 18분 동안 컨디셔닝함으로써 시운전하였다. 도구 설정 및 패드 시운전을 검증하기 위해, 기준 조건에서 Versum Materials Inc.에서 제공된 Versum® STI2305 조성물로 2개의 텅스텐 모니터와 2개의 TEOS 모니터를 연마했다.
웨이퍼
연마 실험은 PECVD 또는 LECVD 또는 HD TEOS 웨이퍼를 사용하여 수행되었다. 이 블랭킷 웨이퍼는 Silicon Valley Microelectronics(2985 Kifer Rd., Santa Clara, CA 95051)에서 구입했다.
연마 실험
블랭킷 웨이퍼 연구에서, 산화물 블랭킷 웨이퍼 및 SiN 블랭킷 웨이퍼는 기준선 조건에서 연마되었다. 도구 기준선 조건은 다음과 같았다: 테이블 속도; 87 rpm, 헤드 속도: 93 rpm, 막 압력; 2.0 psi, 튜브 간 압력; 2.0psi, 리테이닝 링 압력; 2.9 psi, 조성물 유량; 200 ml/분
조성물은 SWK Associates, Inc.(2920 Scott Blvd. Santa Clara, CA 95054)에서 공급된 패턴화 웨이퍼(MIT860) 상에서의 연마 실험에 사용되었다. 이러한 웨이퍼는 Veeco VX300 프로파일러/AFM 기기에서 측정되었다. 산화물 디싱 측정에는 3가지 다른 크기의 피치 구조가 사용되었다. 웨이퍼는 중앙, 중간 및 가장자리 다이 위치에서 측정되었다.
TEOS:SiN 선택도: STI CMP 연마 조성물로부터 수득된 (TEOS의 제거율)/(SiN의 제거율)은 조정 가능하였다.
실시예
다음 실시예에서, 세륨 코팅된 실리카 입자 1.0 중량%, D-소르비톨 0.1 중량%, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 살생물제, 및 탈이온수를 포함하는 STI P1(STI P1 단계는 상대적으로 높은 제거율로 과도한 산화물 막을 제거하는 것이다) 연마 조성물이 기준(ref.)으로서 제조되었다.
연마 조성물은 기준(1.0 중량% 세륨-코팅된 실리카, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 살생물제, 및 탈이온수) 및 0.0025 중량% 내지 0.28 중량% 범위의 개시된 화학 첨가제를 사용하여 제조되었다.
실시예에서의 표들은 중량%로서 %를, 그리고 중량 ppm으로서 ppm을 가졌다.
실시예 1
실시예 1에서는, 산화물 P1 단계 연마에 사용된 연마 조성물을 표 1에 나타내었다. 기준 샘플은 1.0 중량% 세리아 코팅된 실리카와 매우 낮은 농도의 살생물제 및 0.1 중량% D-소르비톨을 사용하여 제조되었다. 제2 화학 첨가제인 피콜린산은 시험 샘플에서 각각 0.002 중량% 및 0.02 중량%로 사용되었다.
모든 기준 샘플 및 시험 샘플은 약 5.35에서 동일한 pH 값을 가졌다.
[표 1]
Figure pct00019
상이한 막에 대한 제거율(Å/분에서 RR)을 시험했다. 막 제거율과 피치 50μm 트렌치 산화물 제거율 및 활성 산화물 제거율에 대한 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 1에 열거하고 도 1에 묘사했다.
상이한 막에 대한 제거율(Å/분에서 RR)을 시험했다. 막 제거율과 피치 50μm 트렌치 산화물 제거율 및 활성 산화물 제거율에 대한 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 1에 열거하고 도 1에 묘사했다.
P1 산화물 연마 단계 조건은 다음과 같았다: Dow's IC1010 패드, 3.7 psf DF, 87/93의 테이블/헤드 속도, 및 현장외 컨디셔닝(ex-insu conditioning).
표 1 및 도 1에 나타낸 결과로서, 연마 조성물에 피콜린산을 첨가하면 피치 50μm 특징적인 트렌치 산화물 제거율을 효과적으로 증가시키면서 여전히 높은 HDP 막 제거율을 제공하고, 따라서 패턴화된 웨이퍼 산화물 트렌치 제거율을 증가시켰다.
실시예 2
실시예 2에서는, 산화물 P2 단계(STI P2 CMP 단계는 산화물 패턴화된 웨이퍼를 연마하기 위해 STI CMP 공정에서 사용되는 단계이기도 한 상대적으로 낮은 산화물 막 제거율을 이용한다) 연마에 사용된 연마 조성물은 표 2에 나타내었다. 기준 샘플은 0.2 중량% 세리아 코팅된 실리카와 매우 낮은 농도의 살생물제 및 0.15 중량% D-소르비톨을 사용하여 제조되었다. 제2 화학 첨가제인 피콜린산은 시험 샘플에서 0.002 중량%로 사용되었다.
모든 기준 샘플과 시험 샘플은 약 5.35에서 동일한 pH 값을 가졌다.
상이한 막에 대한 제거율(Å/분에서 RR)을 시험했다. 막 제거율과 TEOS:SiN 선택도에 대한 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 2에 열거하고 도 2에 묘사했다.
[표 2]
Figure pct00020
표 2 및 도 2에 나타낸 결과로서, 연마 조성물에 피콜린산을 첨가하는 것은 TEOS 및 HDP 막 제거율을 효과적으로 증가시키고 TEOS:SiN의 선택도를 또한 증가시켰다.
따라서, 연마 조성물은 증가된 TEOS 및 HDP 막 제거율 및 높은 산화물:SiN 선택도를 제공하였다.
P2 산화물 연마를 위한 연마 조건은 다음과 같았다: Dow's IC1010 패드, 2.7psi 하향력, 86/85의 테이블/헤드 속도 및 100% 현장내 컨디셔닝.
P2 단계 연마 조성물에서 산화물 트렌치 디싱율, SiN 막 손실률, 및 산화물 트렌치 손실률 대 블랭킷 막 제거율에 대한 화학 첨가제인 피콜린산의 효과를 시험하였다. 결과는 표 3에 열거하고, 도 3에 묘사했다.
[표 3]
Figure pct00021
표 3 및 도 3에 나타낸 결과로서, 연마 조성물에 피콜린산을 첨가하는 것은 P200 SiN 손실 제거율에 영향을 미치지 않았으며 상대적으로 낮은 트렌치 산화물 손실률과 산화물 트렌치 디싱율을 유지했다.
실시예 3
실시예 3에서, 산화물 P2 단계 연마에 사용된 연마 조성물은 표 4에 나타내었다. 기준 샘플은 0.2 중량% 세리아 코팅된 실리카와 매우 낮은 농도의 살생물제 및 0.28 중량% 말티톨을 사용하여 제조되었다. 제2 화학 첨가제인 피콜린산은 시험 샘플에서 0.0075 중량%로 사용되었다. 모든 기준 샘플과 시험 샘플은 약 5.35에서 동일한 pH 값을 갖는다.
상이한 막에 대한 제거율(Å/분에서 RR)을 시험했다. 막 제거율과 TEOS:SiN 선택도에 대한 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 4에 열거하고 도 4에 묘사했다.
연마 부품 및 조건은 다음과 같았다: Dow의 연마 패드, 3M의 컨디셔닝 디스크, 2.0 psi DF, 현장외 컨디셔닝 및 50/48rpm 테이블/헤드 속도.
[표 4]
Figure pct00022
표 4 및 도 4에 나타낸 결과로서, 연마 조성물에 화학 첨가제인 피콜린산을 첨가하는 것은 TEOS 및 HDP 막 제거율을 감소시키고 TEOS; SiN 선택도를 감소시켰다.
실시예 4
실시예 4에서, 산화물 P2 단계 연마에 사용된 연마 조성물은 표 5에 나타내었다. 기준 샘플은 pH 5.35에서 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카와 매우 낮은 농도의 살생물제 및 0.28 중량%의 말티톨을 사용하여 제조하였다. 제2 화학 첨가제인 피콜린산은 시험 샘플에서 0.0075 중량% 및 상이한 pH 조건으로 사용되었다.
상이한 막에 대한 제거율(Å/분에서 RR)을 시험했다. 다른 pH 조건에서 막 제거율과 TEOS:SiN 선택도에 미치는 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 5에 열거하고 도 5에 묘사했다.
연마 부품 및 조건은 다음과 같았다: Dow의 연마 패드, 3M의 컨디셔닝 디스크, 2.0 psi DF, 현장외 컨디셔닝 및 50/48 rpm 테이블/헤드 속도.
표 5 및 도 5에 나타낸 결과로서, 다른 pH 조건에서 동일한 농도의 제2 유형의 화학 첨가제 피콜린산을 사용한 HDP 및 TEOS 막 제거율은 연마 조성물의 pH가 증가함에 따라 점진적으로 증가했다.
[표 5]
Figure pct00023
SiN 막 제거율은 연마 조성물의 pH가 증가함에 따라 점차적으로 감소되었다. TEOS:SiN 선택도는 연마 조성물의 pH가 증가함에 따라 점진적으로 증가되었다. 62:1 TEOS:SiN 선택도는 pH 6.5에서 달성되었다.
[표 6]
Figure pct00024
동일한 농도와 다른 pH 조건에서 산화물 트렌치 손실률에 대한 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 6에 열거하고 도 6에 묘사했다.
연마 부품 및 조건은 다음과 같았다: Dow의 연마 패드, 3M의 컨디셔닝 디스크, 2.0 psi DF, 현장외 컨디셔닝 및 50/48 rpm 테이블/헤드 속도.
표 6 및 도 6에 나타낸 결과로서, 다른 pH 조건에서 동일한 농도의 제2 유형의 화학 첨가제 피콜린산을 사용하면, 연마 조성물의 pH가 증가함에 따라 3가지 다른 크기의 피치에서 산화물 트렌치 손실률이 점진적으로 감소되었다.
동일한 농도와 다른 pH 조건에서 산화물 트렌치 디싱율에 대한 화학 첨가제 피콜린산의 효과를 관찰하여 표 7에 열거하고 도 7에 묘사했다.
연마 부품 및 조건은 다음과 같았다: Dow의 연마 패드, 3M의 컨디셔닝 디스크, 2.0 psi DF, 현장외 컨디셔닝 및 50/48 rpm 테이블/헤드 속도.
[표 7]
Figure pct00025
표 7 및 도 7에 나타낸 결과로서, 다른 pH 조건에서 동일한 농도의 제2 유형의 화학 첨가제 피콜린산을 사용하면, 연마 조성물의 pH가 증가함에 따라 3개의 상이한 크기 피치에서 산화물 트렌치 디싱율은 점진적으로 감소되었다.
실시예를 포함하여 상기 열거된 본 발명의 구현예는 본 발명으로 만들어질 수 있는 다수의 구현예의 예시이다. 공정의 수많은 다른 구성이 사용될 수 있고, 공정에 사용되는 재료는 구체적으로 개시된 것 이외의 수많은 재료로부터 선택될 수 있는 것으로 고려된다.

Claims (28)

  1. 화학 기계적 연마 조성물로서,
    세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
    1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자;
    다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자;
    수용성 용매; 및
    임의로
    살생물제; 및
    pH 조절제를 포함하고;
    1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자는 하기 화학식의 일반 분자 구조를 갖고;
    Figure pct00026

    식 중, R은 수소 원자, 양 금속 이온 또는 알킬 기 CnH2n +1일 수 있고, 여기서 n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 더욱 바람직하게는 1 내지 3이고;
    조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 보다 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5인 화학 기계적 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드성 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 입자는 0.01 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5 중량% 범위인 화학 기계적 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 수용성 용매는 탈이온(DI)수, 증류수 및 알코올성 유기 용매로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 1개의 카르복실산 기, 1개의 카르복실레이트 염 기 또는 1개의 카르복실레이트 에스테르 기를 갖는 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자는 0.0001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.0005 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.0005 중량% 내지 0.5 중량% 범위인 화학 기계적 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 다중 하이드록실 작용기를 갖는 유기 분자는 0.0001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.001 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.005 중량% 내지 0.75 중량% 범위인 화학 기계적 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자에서의 -COOR 기는 하기 나타낸 고리에서 -2, -3 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 부착될 수 있는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00027
  7. 제1항에 있어서, 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자의 -COOR 기에서의 R은 수소 원자이고, -COOH 기는 하기 나타낸 고리에서 -2, -3 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 부착될 수 있는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00028
  8. 제1항에 있어서, 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자의 -COOR 기에서의 R은 나트륨, 칼륨 및 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 양 금속 이온 M+인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00029
  9. 제1항에 있어서, 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자의 -COOR 기에서의 R은 알킬 기 CnH2n +1이고, 여기서 n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이고; 질소 함유 유기 방향족 또는 피리딘 고리 분자는 피리딘 카르복실레이트 에스테르인 화학 기계적 연마 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자는 하기 화학식의 일반 분자 구조를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00030

    식 중, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 2 내지 12, 보다 바람직하게는 3 내지 6으로부터 선택되고;
    R 기 중 R1, R2, R3, 및 R4는 동일하거나 상이한 원자 또는 작용기일 수 있고; 수소, 알킬 기 CnH2n +1(여기서, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이다), 알콕시, 하나 이상의 하이드록실 기를 갖는 유기 기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; R 기 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상은 모두 수소 원자이다.
  11. 제1항에 있어서, 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자는
    Figure pct00031
    및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자는 하기 화학식의 일반 분자 구조를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00032

    식 중, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 1 내지 100, 보다 바람직하게는 1 내지 12, 가장 바람직하게는 2 내지 6으로부터 선택되고;
    R 기 중 R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 동일하거나 상이한 원자 또는 작용기일 수 있고; 수소, 알킬 기 CnH2n +1(여기서, n은 1 내지 12, 바람직하게는 1 내지 6, 보다 바람직하게는 1 내지 3이다), 알콕시, 하나 이상의 하이드록실 기를 갖는 유기 기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; R 기 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상, 더욱 바람직하게는 6개 이상은 수소 원자이다.
  13. 제1항에 있어서, 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자는 하기 화학식의 일반 분자 구조를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00033

    식 중, n은 1 내지 5,000, 바람직하게는 1 내지 100, 더욱 바람직하게는 1 내지 12, 가장 바람직하게는 2 내지 6으로부터 선택되고;
    R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 모두 수소 원자이다.
  14. 제1항에 있어서, 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자는
    Figure pct00034

    Figure pct00035
    및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 조성물은 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자; 다중 하이드록실 작용기를 갖는 비이온성 유기 분자; 피리딘 고리에서 -2, -3, 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 연결된 1개의 카르복실산, 카르복실레이트 염 또는 카르복실레이트 에스테르를 갖는 피리딘 고리 분자; 및 물을 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 조성물은 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자; 락티톨, 말티톨, 둘시톨 및 D-소르비톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나; 피리딘 고리에서 -2, -3, 또는 -4번에 위치된 탄소 원자에 연결된 1개의 카르복실산, 카르복실레이트 염 또는 카르복실레이트 에스테르를 갖는 피리딘 고리 분자; 및 물을 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 조성물은 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자; 락티톨, 말티톨, 둘시톨 및 D-소르비톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나; 및 2-피콜린산, 3-피리딘카르복실산 및 4-피리딘카르복실산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 조성물은 세리아 코팅된 콜로이드성 실리카 입자; 락티톨, 말티톨, 둘시톨 및 D-소르비톨로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나; 및 2-피콜린산을 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 조성물은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는 살생물제 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%, 바람직하게는 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 더욱 바람직하게는 0.001 중량% 내지 0.01 중량%를 추가로 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 조성물은 산성 pH 조건의 경우 질산, 염산, 황산, 인산, 기타 무기산 또는 유기산, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되거나; 또는 알칼리성 pH 조건의 경우 수소화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라알킬 수산화암모늄, 유기 4급 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 pH 조절제 0 중량% 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%를 추가로 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  21. 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학 기계적 연마(CMP) 방법으로서,
    반도체 기판을 제공하는 단계;
    연마 패드를 제공하는 단계;
    제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
    반도체 기판의 적어도 하나의 표면을 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
    산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 연마하는 단계
    를 포함하는 화학 기계적 연마(CMP) 방법.
  22. 제21항에 있어서, 산화규소 막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP), 또는 스핀 온 산화규소 막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 산화규소 막은 SiO2 막인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 추가로 갖고; 산화규소:질화규소의 제거 선택도는 10 초과, 바람직하게는 30 초과, 더욱 바람직하게는 50 초과인 방법.
  25. 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학 기계적 연마(CMP) 시스템으로서,
    a. 반도체 기판;
    b. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 화학 기계적 연마 조성물;
    c. 연마 패드
    를 포함하고; 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면은 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉하게 되는 것인 화학 기계적 연마 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 산화규소 막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP), 또는 스핀 온 산화규소 막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 산화규소 막은 SiO2 막인 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 추가로 갖고, 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면은 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉하게 되고; 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면 및 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면이 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물에 의해 연마될 때, 산화규소:질화규소의 제거 선택도는 10 초과, 바람직하게는 30 초과, 더욱 바람직하게는 50 초과인 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020173243A1 (en) * 2001-04-05 2002-11-21 Costas Wesley D. Polishing composition having organic polymer particles
JP2003313542A (ja) * 2002-04-22 2003-11-06 Jsr Corp 化学機械研磨用水系分散体
JP2010512657A (ja) * 2006-12-22 2010-04-22 テクノ セミケム シーオー．， エルティーディー． ゼオライトを含有する銅化学機械的研磨組成物
WO2010139603A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Basf Se RASPBERRY-TYPE METAL OXIDE NANOSTRUCTURES COATED WITH CeO2 NANOPARTICLES FOR CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION (CMP)
JP2016175949A (ja) * 2013-08-09 2016-10-06 コニカミノルタ株式会社 Ｃｍｐ用研磨液
KR20190091579A (ko) * 2015-01-12 2019-08-06 버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨 화학적 기계적 평탄화 조성물용 복합 연마 입자 및 이를 사용하는 방법
US9505952B2 (en) * 2015-03-05 2016-11-29 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition containing ceria abrasive
KR102583709B1 (ko) * 2015-03-10 2023-09-26 가부시끼가이샤 레조낙 연마제, 연마제용 저장액 및 연마 방법
JP6985905B2 (ja) * 2017-11-28 2021-12-22 花王株式会社 研磨液組成物

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