KR20220110799A - 높은 산화막 제거율의 얕은 트렌치 격리(sti) 화학적 기계적 평탄화(cmp) 연마 - Google Patents

높은 산화막 제거율의 얕은 트렌치 격리(sti) 화학적 기계적 평탄화(cmp) 연마 Download PDF

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Abstract

높은 산화막 제거율 얕은 트렌치 격리(STI) 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물, 사용 방법 및 시스템이 이에 따라 제공된다. CMP 연마 조성물은 세리아 코팅된 실리카와 같은 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 연마제; 및 높은 산화막 제거율을 제공하기 위한 화학적 첨가제를 포함한다. 화학적 첨가제는 동일한 분자 상에 음전하와 양전하를 보유하는 젤라틴 분자이다.

Description

높은 산화막 제거율의 얕은 트렌치 격리(STI) 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마
관련 특허 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 12월 4일에 출원된 미국 출원 번호 62/943,314의 이익을 주장한다. 출원 번호 62/943,314의 개시 내용은 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 얕은 트렌치 격리(STI) 공정을 위한 높은 산화막 제거율을 갖는 얕은 트렌치 격리(STI) 화학적 기계적 평탄화(CMP) 조성물, 방법, 및 시스템에 관한 것이다.
마이크로일렉트로닉스 장치의 제조에서, 관련된 중요한 단계는, 특히 선택된 물질을 복구하고/하거나 구조를 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마를 위한 표면을 연마하는 것이다.
패턴화된 STI 구조의 전체적인 평탄화에서, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 및 고밀도 증착 화학 기상 증착(CVD) 또는 HDP 막과 같은 산화막의 벌크 캡핑 층을 빠르게 제거하는 것은 3D NAND, 층간 유전체(ILD) 및 STI CMP 공정에서 높은 처리량의 STI CMP 공정을 위한 핵심 요건이다.
미국 특허 5,876,490은 연마제 입자를 함유하고 수직 응력 효과를 나타내는 연마 조성물을 개시하고 있다. 슬러리는 연마되지 않은 입자를 더 포함하여 오목부에서 연마율을 감소시키는 반면, 연마제 입자는 융기부에서 높은 연마율을 유지한다. 이것은 개선된 평탄화로 이어진다. 보다 구체적으로, 슬러리는 산화세륨 입자 및 폴리머 전해질을 포함하며 얕은 트렌치 격리(STI) 연마 응용예에 사용될 수 있다.
미국 특허 6,964,923은 얕은 트렌치 격리(STI) 연마 응용예를 위한 산화세륨 입자 및 폴리머 전해질을 함유하는 연마 조성물을 교시한다. 사용되고 있는 폴리머 전해질은 미국 특허 5,876,490에서와 유사한 폴리아크릴산 염을 포함한다. 세리아, 알루미나, 실리카 및 지르코니아가 연마제로 사용된다. 이러한 나열된 폴리머 전해질의 분자량은 300 내지 20,000이지만, 전체적으로는 < 100,000이다.
미국 특허 6,616,514는 화학적 기계적 평탄화 연마에 의해 질화규소보다 우선적으로 물품의 표면으로부터 제1 물질을 제거하는 데 사용하기 위한 화학적 기계적 평탄화 연마 슬러리를 개시하고 있다. 이 발명에 따른 화학적 기계적 평탄화 연마 슬러리는 연마제, 수성 매질, 및 양성자를 해리하지 않는 유기 폴리올을 포함하고, 상기 유기 폴리올은 수성 매질에서 해리되지 않는 적어도 3개의 히드록실기를 갖는 화합물, 또는 수성 매질에서 해리되지 않는 적어도 3개의 히드록실 기를 갖는 적어도 하나의 모노머로부터 형성된 폴리머를 포함한다.
미국 특허 6,984,588은 블랭킷 이산화규소 및 질화물 웨이퍼를 연마하는 능력을 평가하기 위해 분쇄된 세리아 슬러리를 개시하고 있다. 입자 크기가 대략 2∼4 μm인 로다이트(Rhodite) 등급 400HS 세리아는 미국 뉴욕주 힉스빌 소재의 Universal Photonics에서 구입했고 교반기 비드 밀을 사용하여 150 nm의 1차 중앙값 입자 크기로 분쇄했다. 분쇄 공정을 거친 후 pH가 대략 7.5 내지 8.5의 생성된 슬러리가 20%∼30%의 고형분을 함유하도록 습윤 상태에서 분쇄했다.
미국 특허 6,544,892는 화학적 기계적 연마에 의해 물품의 표면으로부터 질화규소보다는 이산화규소를 제거하는 방법으로서, 연마 패드, 물, 연마제 입자, 및 카르복실산 작용기와 아민 및 할라이드로부터 선택된 제2 작용기를 둘 다 갖는 유기 화합물을 사용하여 상기 표면을 연마하는 단계를 포함하는 방법을 개시하고 있다.
미국 특허 7,247,082는 연마제, pH 조절제, 선택비(selective ratio) 개선제 및 물을 포함하는 연마 조성물을 개시하고 있으며, 여기서 연마제는 0.5 내지 30 중량%의 양으로 함유되고, pH 조절제는 0.01 내지 3 중량%의 양으로 함유되고, 선택비 개선제는 0.3 내지 30 중량%의 양으로 함유되고, 물은 45 내지 99.49 중량%의 양으로 함유되고, 중량%는 연마 조성물의 중량을 기준으로 하고, 개선제는 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 이소프로필아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 에틸렌디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,3-프로판디아민, 1,4-부탄디아민, 헥사메틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-디아미노헥산, 6-(디메틸아미노)-1-헥산올, 비스(3-아미노프로필)아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸렌 글리콜 비스(3-아미노프로필) 에테르, 피페라진, 및 피페리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다. (참고: 4개의 슬러리 청구항이 있다. 청구항: 청구항 1에 있어서, 상기 개선제는 프로필아민, 이소프로필아민, N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-디아미노헥산, 6-(디메틸아미노)-1-헥산올, 비스(3-아미노프로필)아민, 트리에틸렌테트라아민, 디에틸렌 글리콜 비스(3-아미노프로필) 에테르 및 피페라진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물인 연마 조성물. 청구된 연마제는 콜로이드 실리카 또는 발연 실리카 또는 혼합물이다.
미국 특허 8,778,203은 기판 표면 상의 표적 물질을 선택적으로 제거하는 방법을 개시하고 있으며, 이 방법은 표적 물질 및 비표적 물질을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 연마 용액에 산소를 용해시켜 미리 결정된 용존 산소 농도를 달성하는 단계로서, 연마 용액은 pH가 약 5 내지 약 11이고, 연마 용액이 복수의 연마제 실리카 입자를 포함하고, 상기 복수의 연마제 실리카 입자 중 적어도 일부는 n-(트리메톡시실릴프로필)이소티오우로늄 클로라이드로 작용화되는 것인 단계; 상기 연마 용액에 실질적으로 순수한 산소를 연속적으로 적용함으로써, 상기 연마 용액의 미리 결정된 용존 산소 농도를 대략 8.6 mg/L 및 대략 16.6 mg/L에서 또는 그 사이에서 유지하는 단계; 연마 패드와 표면 사이에 연마 용액을 배치하는 단계; 연마 패드를 표면에 적용하는 단계; 및 표적 물질의 미리 결정된 두께를 선택적으로 제거하는 단계를 포함하고; 연마 용액의 용존 산소 함량을 변화시키는 것은 제거 단계 동안 표적 물질 대 비표적 물질의 제거율을 변화시킨다.
미국 특허 6,914,001은 화학적 기계적 연마 방법으로서, 반도체 웨이퍼의 표면을 연마 패드의 표면과 접촉시키는 단계; 연마 패드의 표면과 반도체 웨이퍼의 표면 사이의 계면에 연마제 입자, 제거율 촉진제, 및 상이한 제1 및 제2 부동화제를 함유하는 수용액을 공급하는 단계로서, 제1 부동화제는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 계면활성제인 단계; 및 연마 패드의 표면에 대해 반도체 웨이퍼의 표면을 회전시켜 반도체 웨이퍼 상의 산화물 물질을 제거하는 단계를 포함하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 상대적으로 낮은 연마 농도 및 산화막 제거율을 높일 수 있는 적합한 신규 화학적 첨가제를 사용하여 높은 산화막 및 유전막 제거율을 제공할 수 있는 STI CMP 슬러리에 대한 강력한 요구가 여전히 존재한다.
따라서, STI 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정에서 높은 산화막 제거율을 제공할 수 있는 STI 화학적 기계적 평탄화 연마의 조성물, 방법 및 시스템에 대한 요구가 당업계에 남아 있다는 것은 전술한 내용으로부터 쉽게 명백해야 한다.
본 발명은 높은 산화막 제거율을 달성하기 위한 STI CMP 연마 조성물, 방법 및 시스템과 이와 관련된 CMP 연마 방법을 제공한다.
얕은 트렌치 격리(STI) CMP 적용예를 위한 개시된 화학적 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물은 동일한 분자 상에 음전하 및 양전하를 보유하는 젤라틴 분자 및 세리아 코팅된 무기 산화물 연마제 입자를 사용하는 독특한 조합을 갖고 산화막 제거율을 높이기 위한 적합한 화학적 첨가제로서 천연 공급원 또는 합성 화학 물질로 만들어진다.
일 측면에서, 하기를 포함하는 STI CMP 연마 조성물이 제공된다:
세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
동일한 분자 상에 음전하 및 양전하를 보유하는 젤라틴 분자;
수용성 용매; 및
선택적으로
살생물제; 및
pH 조절제;
여기서, 조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더욱 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5이다.
세리아 코팅된 무기 산화물 입자는, 비제한적으로, 세리아 코팅된 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아, 또는 임의의 다른 세리아 코팅된 무기 금속 산화물 입자를 포함한다.
수용성 용매는, 비제한적으로, 탈이온(DI)수, 증류수 및 알코올성 유기 용매를 포함한다.
젤라틴 분자는 산화막 제거율 촉진제로서 기능한다.
젤라틴 분자는 유기물 또는 무기물일 수 있고 동일한 분자 상에 음전하 및 양전하를 보유하는 천연 공급원으로부터 또는 합성 화학 물질로부터 제조될 수 있다.
예를 들어, 냉수어류 피부, 돼지 피부 및 소 피부와 같은 동물의 피부로부터 제조된 젤라틴이 STI CMP 연마 조성물에서의 젤라틴 분자로서 고려되고 사용된다.
다른 측면에서, 얕은 트렌치 격리(STI) 공정에서 전술한 STI CMP 연마 조성물을 사용하여 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학적 기계적 평탄화(CMP)하는 방법이 제공된다.
다른 측면에서, 얕은 트렌치 격리(STI) 공정에서 전술한 STI CMP 연마 조성물을 사용하여 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학적 기계적 연마(CMP)하는 시스템이 제공된다.
연마된 산화막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 또는 고밀도 증착 CVD(HDP)에 의해 형성된 이산화규소 막, 또는 스핀온 이산화규소 막일 수 있다.
상기 개시된 기판은 질화규소 표면을 더 포함할 수 있다.
도 1. 3.0 psi 다운포스(DF)에서 냉수어류 피부로 만든 젤라틴을 산화막 RR(Å/min.)에 사용한 제거 효과.
도 2. 3.0 psi 다운포스(DF)에서 냉수어류 피부로 만든 젤라틴을 산화막 및 SiN 막 RR(Å/min.)에 사용한 제거 효과.
도 3. 4.0 psi 다운포스(DF)에서 산화막 및 SiN 막 RR(Å/min.)에 대한 어류 피부로 만든 젤라틴의 효과.
패턴화된 STI 구조의 전체적인 평탄화에서, 높은 산화막 제거율로 산화물 캡핑층을 신속하게 제거하는 것이 고려되어야 할 핵심 요소이다. 따라서, 산화물 캡핑 층을 효과적으로 제거하기 위해 사용될 때 높은 산화막 제거율을 제공할 수 있는 STI CMP 연마 조성물을 갖는 것이 중요하다.
본 발명은 얕은 트렌치 격리(STI) CMP 적용예를 위한 화학적 기계적 연마(CMP) 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 얕은 트렌치 격리(STI) CMP 적용예를 위한 개시된 화학적 기계적 연마(CMP) 조성물은 산화막 제거율 향상제로서 적합한 화학적 첨가제 및 세리아 코팅된 무기 산화물 연마제 입자를 사용하는 독특한 조합을 갖는다.
적합한 화학적 첨가제는, 비제한적으로, 동일한 분자 상에 음전하 및 양전하를 보유하는 젤라틴 분자를 포함하고 천연 공급원, 합성 화학 물질 및 이들의 조합으로부터 제조된다.
본 발명의 STI CMP 연마 조성물에서 화학적 첨가제로서 젤라틴 분자를 사용하는 것은 높은 산화막 제거율을 달성하는 이점을 제공하며, 이는 높은 처리량 장치 제조를 위한 높은 산화막 제거율을 요구하는 VNAND, ILD 및 STI CMP 적용예에 매우 유용하다.
일 측면에서, 하기를 포함하는 STI CMP 연마 조성물이 제공된다:
세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
동일한 분자 상에 음전하와 양전하를 보유하는 젤라틴 분자;
수용성 용매; 및
선택적으로
살생물제; 및
pH 조절제;
여기서, 조성물의 pH는 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더욱 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 4.5 내지 7.5이다.
세리아 코팅된 무기 산화물 입자는, 비제한적으로, 세리아 코팅된 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아, 또는 임의의 다른 세리아 코팅된 금속 산화물 입자를 포함한다.
본원에 개시된 발명에서 이러한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 평균 입자 크기(MPS)는 10 nm 내지 1,000 nm, 20 nm 내지 500 nm, 30 nm 내지 400 nm, 50 nm 내지 250 nm, 또는 100 nm 내지 200 nm 범위이다. MPS는 입자의 직경을 나타내며 동적 광산란(DLS) 기술을 사용하여 측정된다.
이들 세리아 코팅된 무기 산화물 입자의 농도는 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.02 중량% 내지 10 중량%, 0.005 중량% 내지 5 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 3 중량%의 범위이다.
바람직한 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드 실리카 입자이다.
젤라틴 화학적 첨가제는 동일한 분자 상에 음전하와 양전하를 보유하는 젤라틴 분자를 포함한다.
젤라틴 분자는 유기물 또는 무기물일 수 있고 동일한 분자 상에 음전하와 양전하를 보유하는 천연 공급원 또는 합성 화학 물질로부터 제조될 수 있다.
예를 들어, 젤라틴 분자는 음전하를 제공하는 유기 카르복실레이트 작용기 및 양전하를 제공하는 양성자화된 유기 아미노기를 포함한다. 또한, 젤라틴 분자는 유기 아미드 작용기, 헤테로 원자로서 하나의 질소 원자를 갖는 5원 비방향족 고리를 함유할 수도 있다.
예를 들어, 유기 젤라틴 분자는 냉수어류 피부, 돼지 피부 및 소 피부와 같은 동물의 피부로 만들어진다.
냉수어류 피부(G7041), 소 피부(G9381, G9382, G6650), 및 돼지 피부(G1890)로부터의 젤라틴은 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 Sigma-Aldrich로부터 구입할 수 있다.
예를 들어, 냉수어류 피부로 만든 젤라틴의 분자 구조는 다음과 같다:
Figure pct00001
수용성 용매는, 비제한적으로, 탈이온(DI)수, 증류수 및 알코올성 유기 용매를 포함한다.
젤라틴의 농도는 0.0001 중량% 내지 5 중량%, 0.0005 중량% 내지 2 중량%, 0.001 중량% 내지 1 중량%, 0.002 중량% 내지 0.5 중량%, 0.0025 중량% 내지 0.25 중량%, 또는 0.003 중량% 내지 0.1 중량%의 범위이다.
바람직한 수용성 용매는 탈이온수이다.
STI CMP 조성물은 살생물제를 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%; 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 또는 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 함유할 수 있다.
살생물제는, 비제한적으로, Dupont/Dow Chemical Co.로부터의 KathonTM, KathonTM CG/ICP II, Dupont/Dow Chemical Co.로부터의 Bioban을 포함한다. 이들은 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 연마 조성물을 최적화된 pH 값으로 조절하기 위해 사용될 수 있다.
pH 조절제는, 비제한적으로, 질산, 염산, 황산, 인산, 기타 무기산 또는 유기산, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
pH 조절제는 또한 염기성 pH 조절제, 예를 들어 수소화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 테트라알킬 수산화암모늄, 유기 4차 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 더 알칼리성 방향으로 pH를 조정하는 데 사용될 수 있는 기타 화학 시약을 포함한다.
STI CMP 조성물은 0 중량% 내지 1 중량%; 0.01 중량% 내지 0.5 중량%; 또는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%의 pH 조절제를 함유한다.
다른 측면에서, 얕은 트렌치 격리(STI) 공정에서 전술한 STI CMP 연마 조성물을 사용하여 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학적 기계적 평탄화(CMP)하는 방법이 제공된다.
다른 측면에서, 얕은 트렌치 격리(STI) 공정에서 전술한 STI CMP 연마 조성물을 사용하여 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학적 기계적 연마(CMP)하는 시스템이 제공된다.
연마된 이산화규소 막은 CVD 이산화규소 막으로 지칭되는 화학 기상 증착(CVD), PECVD 이산화규소 막으로 지칭되는 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 이산화규소 막으로도 지칭되는 고밀도 증착 CVD(HDP), 또는 스핀온 이산화규소 막으로도 지칭되는 스핀에 의해 형성될 수 있다.
상기 개시된 기판은 질화규소 표면을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 얕은 트렌치 격리(STI) 공정에서 전술한 STI CMP 연마 조성물을 사용하여 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학적 기계적 평탄화(CMP)하는 방법이 제공된다. 연마된 이산화규소 막은 CVD 이산화규소, PECVD 이산화규소, 고밀도 이산화규소, 또는 스핀온 이산화규소 막일 수 있다.
하기 비제한적인 실시예는 본 발명을 더 예시하기 위해 제시된다.
CMP 방법론
하기에 제시된 실시예에서, CMP 실험은 하기에 주어진 절차 및 실험 조건을 사용하여 실행되었다.
매개변수
Å 또는 A: 옹스트롬(들) - 길이 단위
BP: 배압(psi 단위)
CMP: 화학적 기계적 평탄화 또는 화학적 기계적 연마
CS: 캐리어 속도
DF: 다운 포스: CMP 동안 가해진 압력, 단위: psi
min: 분
ml: 밀리리터
mV: 밀리볼트
psi: 제곱 인치당 파운드
PS: 연마 도구의 플래튼 회전 속도, rpm(분당 회전 수)
SF: 조성 흐름, ml/min
중량%: (나열된 성분의) 중량 백분율
HDP: 고밀도 플라즈마 증착된 TEOS
TEOS: 테트라에틸 오르토실리케이트
TEOS 또는 HDP 제거율: 주어진 다운 압력에서 측정된 TEOS 또는 HDP 제거율. CMP 도구의 다운 압력은 하기 나열된 실시예에서 3.0 psi 또는 4.0 psi였다.
SiN 제거율: 주어진 다운 압력에서 측정된 SiN 제거율. CMP 도구의 다운 압력은 하기 나열된 실시예에서 3.0 psi 또는 4.0 psi였다.
연마 실험
사용된 CMP 도구는 미국 95054 캘리포니아주 산타클라라 보어레스 애비뉴 3050에 소재한 Applied Materials에서 제조된 200 mm Mirra 또는 300 mm Reflexion이다. 미국 19713 델라웨어주 뉴와크 벨뷰 로드 451에 소재한 DOW, Inc에 의해 공급받은 IC1000 패드는 블랭킷 및 패턴 웨이퍼 연구를 위해 플래튼 1에 사용되었다.
연마 패드: DOW, Inc.에 의해 공급받은 연마 패드, IC1010, IC1000 및 기타 패드는 CMP 동안 사용되었다.
DOW, Inc에 의해 공급받은 IC1010 패드 또는 기타 패드는 18분 동안 패드를 컨디셔닝하여 파손되었다. 7 파운드에서 컨디셔너에 다운 포스를 가했다. 도구 설정 및 패드 브레이크인을 검증하기 위해 기준선 조건에서 Versum Materials Inc.에 의해 공급받은 Versum® STI2305 조성물로 2개의 텅스텐 모니터와 2개의 TEOS 모니터를 연마했다.
세리아 코팅된 실리카 입자(다양한 크기)는 일본의 JGC C&C Ltd.에 의해 공급받았다. 입자는 JP2013119131, JP2013133255, 및 WO2016159167에 기재된 방법에 의해 제조되고; 입자의 특성은 또한 US20160200944A1에 기재되어 있으며; 본 개시내용은 참고로 본 명세서에 포함된다.
실시예에 사용된 세리아 코팅된 실리카 복합 입자의 MPS는 약 110 nm 내지 약 125 nm였다. 콜로이드 실리카 입자의 표면 상에 코팅된 세리아 나노 입자는 > 10 nm 또는 > 13 nm였다.
냉수어류 피부(G7041)로 만든 젤라틴은 미국 미주리주 세인트 루이스에 소재하는 Sigma-Aldrich에 의해 공급받았다.
블랭킷 웨이퍼 연구에서, 산화물 블랭킷 웨이퍼 및 SiN 블랭킷 웨이퍼는 기준선 조건에서 연마되었다. 도구의 기준선 조건은 다음과 같다: 테이블 속도: 87 rpm, 헤드 속도: 93 rpm, 멤브레인 압력; 3.0 psi DF 또는 4.0 psi DF, 조성물 흐름; 200 ml/min. 테스트에 사용된 연마 패드는 Dow Chemicals에 의해 공급받은 IC1010 패드였다.
PECVD 또는 LECVD 또는 HD TEOS 웨이퍼를 사용하여 연마 실험을 수행했다. 이 블랭킷 웨이퍼는 미국 95051 캘리포니아주 산타클라라 키퍼 로드 2985에 소재한 Silicon Valley Microelectronics에서 구입했다.
실시예의 조성물의 용매로서 탈이온수를 사용했다.
조성물은 미국 95054 캘리포니아주 산타클라라 스콧 블러바드 2920에 소재하는 SWK Associates에 의해 공급받은 패턴화된 웨이퍼(MIT860)에 대한 연마 실험에 사용되었다. 이 웨이퍼는 Veeco VX300 프로파일러/AFM 기기에서 측정되었다. 산화물 디싱 측정에는 3가지 다른 크기의 피치 구조가 사용되었다. 웨이퍼는 중앙, 중간 및 엣지 다이 위치에서 측정되었다.
실시예
실시예 1
실시예 1에서, 산화물 연마에 사용된 연마 조성물을 하기 표 1에 나타냈다.
기준 샘플은 0.2 중량%의 세리아 코팅된 실리카 입자와 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 매우 낮은 농도의 살생물제, 및 5.35에서 pH가 완료된 탈이온수를 사용하여 제조되었다.
최종 pH가 5.35인 기준 샘플에 냉수어류 피부로 만든 0.0083 중량% (또는 83 ppm) 젤라틴을 첨가하여 연마 조성물을 제조했다.
사용된 연마 단계 조건은 3.0 psi DF에서의 Dow의 IC1010 패드와 87/93 rpm의 테이블/헤드 속도 및 계외(ex-situ) 컨디셔닝이었다.
상이한 막에 대한 제거율(Å/min에서의 RR)을 테스트했다. 냉수어류 피부로 만든 화학적 첨가제 젤라틴이 막 제거율에 미치는 영향을 관찰하여 하기 표 1에 나열하고 도 1에 도시했다.
Figure pct00002
표 1 및 도 1에 나타낸 결과와 같이, 냉수어류 피부로 만든 0.0083 중량% 젤라틴을 연마 조성물에 첨가하면 TEOS, HDP 및 SiN 막 제거율이 효과적으로 증가되었다. TEOS 막 제거율은 60%, HDP 막 제거율은 134%, PECVD 막 제거율은 246% 각각 증가했다.
실시예 2
실시예 2에서, 연마에 사용된 연마 조성물을 하기 표 2에 나타내었다.
기준 샘플은 1.0 중량%의 세리아 코팅된 실리카 입자와 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 매우 낮은 농도의 살생물제 및 탈이온수를 사용하여 제조되었다.
기준 샘플에 냉수어류 피부로 만든 젤라틴을 각각 0.0083 중량%(83 ppm), 0.0415 중량%(415 ppm) 또는 0.083 중량%(830 ppm)의 다른 농도로 첨가하여 연마 조성물을 제조했다.
기준 샘플 및 연마 조성물은 약 7.0에서 동일한 pH 값을 가졌다.
냉수어류 피부로 만든 젤라틴을 사용하여 산화막 및 SiN 막 제거율에 대한 효과를 3.0 psi DF에서 테스트하고 그 결과를 하기 표 2에 나열하고 도 2에 도시했다.
Figure pct00003
표 2 및 도 2에 나타낸 결과와 같이, 연마 조성물의 pH 약 7.0에서 다양한 농도의 화학적 첨가제로서 냉수어류 피부로 만든 젤라틴을 첨가하면 산화막 및 SiN 막 제거율이 모두 증가되었다. 냉수어류 피부로 만든 젤라틴 0.0415 중량%를 화학적 첨가제로 사용하여, 3.0 psi DF에서 TEOS 막 제거율은 > 70% 증가했고 SiN 막 제거율은 > 500% 증가했다.
실시예 3
실시예 3에서, 기준 샘플 및 연마 조성물은 실시예 2에서 사용된 것과 동일했다.
산화막 및 SiN 막 제거율에 대한 냉수어류 피부로 만든 젤라틴의 효과를 4.0 psi DF에서 테스트했고, 그 결과를 하기 표 3에 나열하고 도 3에 도시했다.
Figure pct00004
표 3 및 도 3에 나타낸 결과와 같이, 연마 조성물의 pH 약 7.0에서 다양한 농도의 화학적 첨가제로서 냉수어류 피부로 만든 젤라틴을 첨가하면 산화막 및 SiN 막 제거율이 모두 증가되었다. 냉수어류 피부로 만든 젤라틴 0.0415 중량%를 화학적 첨가제로 사용하여, 4.0 psi DF에서 TEOS 막 제거율은 > 70% 증가했고 SiN 막 제거율은 >170% 증가했다.
실시예를 포함한 상기 나열된 본 발명의 실시양태는 본 발명으로 만들어질 수 있는 수많은 실시양태의 예시이다. 공정의 수많은 다른 구성이 사용될 수 있고, 공정에서 사용되는 물질은 구체적으로 개시된 것 이외의 수많은 물질로부터 선택될 수 있음이 고려된다.

Claims (25)

  1. 하기를 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물:
    세리아 코팅된 무기 산화물 입자;
    동일한 분자 상에 음전하를 제공하는 유기 카르복실레이트 작용기 및 양전하를 제공하는 양성자화된 유기 아미노기를 포함하는 젤라틴 분자;
    수용성 용매; 및
    선택적으로
    살생물제; 및
    pH 조절제;
    여기서,
    조성물은 2 내지 12, 3 내지 10, 4 내지 9, 또는 4.5 내지 7.5의 pH 값을 갖는다.
  2. 제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 세리아 코팅된 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아 코팅된 알루미나, 세리아 코팅된 티타니아, 세리아 코팅된 지르코니아 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자는 0.01 중량% 내지 20 중량%, 0.02 중량% 내지 10 중량%, 0.005 중량% 내지 5 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 3 중량%의 농도를 갖는 것인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 젤라틴 분자는 유기 아미드 작용기, 및 헤테로 원자로서 1개의 질소 원자를 갖는 5원 비방향족 고리를 더 포함하는 것인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 젤라틴 분자는 동물 피부로 만든 유기 젤라틴 분자인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 젤라틴 분자는 냉수어류 피부, 돼지 피부, 소 피부 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 동물 피부로 만든 유기 젤라틴 분자인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 젤라틴 분자는 하기 분자 구조를 갖는 것인 화학적 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00005
  8. 제1항에 있어서, 젤라틴 분자는 0.0001 중량% 내지 5 중량%, 0.0005 중량% 내지 2 중량%, 0.001 중량% 내지 1 중량%, 0.002 중량% 내지 0.5 중량%, 0.0025 중량% 내지 0.25 중량%, 또는 0.003 중량% 내지 0.1 중량%의 농도를 갖는 것인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 수용성 용매는 탈이온(DI)수, 증류수 및 알코올성 유기 용매로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%; 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 또는 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 농도를 갖는 살생물제를 더 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 또는 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는 살생물제를 더 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 0 중량% 내지 1 중량%; 0.01 중량% 내지 0.5 중량%; 또는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%의 농도를 갖는 pH 조절제를 더 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 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 4차 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 pH 조절제를 더 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자로서 세리아 코팅된 콜로이드 실리카 입자, 및 냉수어류 피부, 돼지 피부, 소 피부, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 동물 피부로 만든 젤라틴 분자를 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 조성물은 세리아 코팅된 무기 산화물 입자로서 세리아 코팅된 콜로이드 실리카 입자, 및 냉수어류 피부, 돼지 피부, 소 피부, 및 이들의 조합로 이루어진 군으로부터 선택된 동물 피부로 만든 젤라틴 분자를 포함하고; 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물의 pH 값이 4 내지 9인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 세리아 코팅된 무기 산화물 입자로서 세리아 코팅된 콜로이드 실리카 입자, 및 냉수어류 피부로 만든 젤라틴 분자를 포함하는 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 조성물은 세리아 코팅된 무기 산화물 입자로서 세리아 코팅된 콜로이드 실리카 입자, 및 냉수어류 피부로 만든 젤라틴 분자를 포함하고; 화학적 기계적 연마 조성물의 pH 값이 4 내지 9인 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물.
  18. 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 방법으로서,
    상기 반도체 기판을 제공하는 단계;
    연마 패드를 제공하는 단계;
    제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물을 제공하는 단계;
    반도체 기판을 연마 패드 및 화학적 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
    이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 연마하는 단계
    를 포함하는 CMP 방법.
  19. 제18항에 있어서, 이산화규소 막은 화학 기상 증착(CVD) 이산화규소 막, 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 이산화규소 막, 고밀도 증착 CVD(HDP) 이산화규소 막, 스핀온 이산화규소 막, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  20. 제18항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 더 갖는 것인 방법.
  21. 제18항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 더 갖고, 이산화규소 막의 연마율 대 질화규소 막의 연마율은 ≥ 1인 방법.
  22. 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 시스템으로서,
    a. 상기 반도체 기판;
    b. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재된 화학적 기계적 평탄화 연마 조성물; 및
    c. 연마 패드
    를 포함하고, 이산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면은 연마 패드 및 화학적 기계적 연마 조성물과 접촉하는 것인 CMP 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 이산화규소 막은 화학 기상 증착(CVD) 이산화규소 막, 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 이산화규소 막, 고밀도 증착 CVD(HDP) 이산화규소 막, 또는 스핀온 이산화규소 막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 더 갖는 것인 시스템.
  25. 제22항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 더 갖고, 이산화규소 막의 연마율 대 질화규소 막의 연마율은 ≥ 1인 시스템.
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