KR20230093321A - 연마 조성물 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

연마 조성물 및 이를 사용하는 방법 Download PDF

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KR20230093321A
KR20230093321A KR1020237017874A KR20237017874A KR20230093321A KR 20230093321 A KR20230093321 A KR 20230093321A KR 1020237017874 A KR1020237017874 A KR 1020237017874A KR 20237017874 A KR20237017874 A KR 20237017874A KR 20230093321 A KR20230093321 A KR 20230093321A
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칭민 쳉
빈 후.
얀난 량
효상 이
리칭 웬
이빈 장
아부다야 미쉬라
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후지필름 일렉트로닉 머티리얼스 유.에스.에이., 아이엔씨.
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Abstract

이 개시내용은 (1) 적어도 하나의 연마제; (2) 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염; (3) 6~24개의 탄소 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는 적어도 하나의 제1 아민 화합물; (4) 제1 아민 화합물과 상이하고 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 적어도 하나의 제2 아민 화합물; 및 (5) 수성 용매를 포함하는 연마 조성물에 관한 것이다.

Description

연마 조성물 및 이를 사용하는 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 10월 29일자로 출원된 미국 임시 출원 제63/107,188호에 대한 우선권을 주장한다.
반도체 산업은 공정 및 집적화 혁신을 통한 디바이스의 추가 소형화에 의해 칩 성능을 개선하기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 화학적 기계적 연마/평탄화(CMP: Chemical Mechanical Polishing/Planarization)는 트랜지스터 레벨에서 많은 복잡한 집적화 방식(integration scheme)을 가능하게 하여 칩 밀도 증가를 용이하게 하므로 강력한 기술이다.
CMP는 표면 기반 화학 반응과 동시에 마모 기반 물리적 공정(abrasion-based physical process)을 사용하여 재료를 제거함으로써 웨이퍼 표면을 평탄화/평편화하는 데 사용되는 공정이다. 일반적으로 CMP 공정은 CMP 슬러리(예를 들어, 수성 화학 제제(formulation))를 웨이퍼 표면에 적용하면서 웨이퍼 표면을 연마 패드와 접촉시키고 연마 패드를 웨이퍼에 대해 이동시키는 단계를 수반한다. 슬러리는 일반적으로 연마 성분 및 용해 화학 성분을 포함하고, 이는 CMP 공정 중에 슬러리 및 연마 패드와 상호 작용할 웨이퍼에 존재하는 재료(예를 들어, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 유전체 재료, 예컨대, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 등)에 따라 크게 달라질 수 있다.
몰리브덴은 매우 낮은 화학 반응성, 높은 경도, 우수한 전도성, 강한 내마모성, 및 높은 내식성을 갖는 전이 금속이다. 몰리브덴은 또한 다른 원소와 헤테로폴리(heteropoly) 및 합금 화합물을 형성할 수 있다. 마이크로 전자 산업에서의 그 용도와 관련하여, 몰리브덴 및 이의 합금은 상호 연결(interconnect), 확산 장벽(diffusion barrier), 포토 마스크, 및 플러그 충전 재료로 사용할 수 있다. 그러나 그것의 경도와 내화학성 때문에, 몰리브덴은 높은 제거율(removal rate)과 낮은 결함(defectivity)으로 연마하기 어려워서, 몰리브덴 함유 기판의 CMP에 대한 도전 과제를 제시한다.
이 요약은 상세한 설명에서 아래에 추가로 설명되는 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 주제의 주요하거나 필수적인 특징을 식별하기 위한 것이 아니고, 청구된 주제의 범위를 제한하는 데 보조 수단으로 사용하기 위한 것도 아니다.
이 개시내용은 특정 연마 조성물이 CMP 공정 중에 반도체 기판 내의 다른 재료(예를 들어, 유전체 재료)에 비해 몰리브덴(Mo) 및/또는 그 합금을 우수한 내식성 및 Mo에 대한 낮은 정적 에칭율(static etch rate)로 제어된 방식으로 선택적으로 제거할 수 있다는 예상치 못한 발견을 기반으로 한다.
일 양상에서, 이 개시내용은 (1) 적어도 하나의 연마제; (2) 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염; (3) 6~24개의 탄소 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는 적어도 하나의 제1 아민 화합물; (4) 제1 아민 화합물과 상이하고 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 적어도 하나의 제2 아민 화합물; 및 (5) 수성 용매를 포함하는 연마 조성물을 특징으로 한다.
다른 양상에서, 이 개시내용은 (1) 적어도 하나의 연마제; (2) 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염; (3) 6~24개의 탄소 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는 적어도 하나의 제1 아민 화합물; 및 (4) 수성 용매를 포함하는 연마 조성물을 특징으로 한다.
또 다른 양상에서, 이 개시내용은 (a) 본원에 기술된 연마 조성물을 기판의 표면 위에 몰리브덴 또는 이의 합금을 함유하는 기판에 적용하는 단계; 및 (b) 패드를 기판의 표면과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시키는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다.
본 개시내용은 연마 조성물 및 이를 사용하여 반도체 기판을 연마하기 위한 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 이 개시내용은 몰리브덴(Mo) 금속 및 그 합금을 함유하는 적어도 하나의 부분을 포함하는 기판을 연마하기 위해 사용되는 연마 조성물에 관한 것이다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 적어도 하나의 연마제, 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염, 적어도 하나의 6~24개의 탄소 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는 적어도 하나의 제1 아민 화합물, 제1 아민과 상이하고 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 적어도 하나의 제2 아민 화합물, 및 수성 용매를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 본 개시내용에 따른 연마 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 50 중량%의 적어도 하나의 연마제, 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%의 적어도 하나의 유기산, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%의 적어도 하나의 제1 아민 화합물, 약 0.001% 내지 약 5%의 적어도 하나의 제2 아민 화합물, 및 나머지 중량%(예를 들어, 약 30 중량% 내지 약 99.99 중량%)의 수성 용매(예를 들어, 탈이온수)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본 개시내용은 사용 전에 물로 최대 2배, 또는 최대 4배, 또는 최대 6배, 또는 최대 8배, 또는 최대 10배, 또는 최대 15배, 또는 최대 20배까지 희석될 수 있는 농축 연마 조성물을 제공한다. 다른 구현예에서, 본 개시내용은 위에 기술된 연마 조성물, 물, 및 선택적으로 산화제를 포함하는 사용 시점(POU: point-of-use) 연마 조성물을 제공한다.
하나 이상의 구현예에서, POU 연마 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 25 중량%의 적어도 하나의 연마제, 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%의 적어도 하나의 유기산, 약 0.001 중량% 내지 약 0.5 중량%의 적어도 하나의 제1 아민 화합물, 약 0.001 중량% 내지 약 0.5 중량%의 적어도 하나의 제2 아민 화합물, 및 나머지 중량%(예를 들어, 약 65 중량% 내지 약 99.99 중량%)의 수성 용매(예를 들어, 탈이온수)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 농축 연마 조성물은 0.02 중량% 내지 약 50 중량%의 적어도 하나의 연마제, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 적어도 하나의 유기산, 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 적어도 하나의 제1 아민 화합물, 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 적어도 하나의 제2 아민 화합물, 및 나머지 중량%(예를 들어, 약 35 중량% 내지 약 99.98 중량%)의 수성 용매(예를 들어, 탈이온수)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 적어도 하나(예를 들어, 2종 또는 3종)의 연마제를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 연마제는 양이온성 연마제, 실질적으로 중성인 연마제, 및 음이온성 연마제로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 연마제는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 이들의 공동 형성된 생성물(즉, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 또는 지르코니아의 공동 형성된 생성물), 코팅된 연마제, 표면 개질 연마제(surface modified abrasive), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 연마제는 세리아를 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 연마제는 고순도를 갖고, 약 100 ppm 미만의 알코올, 약 100 ppm 미만의 암모니아, 및 약 100 ppb 미만의 알칼리 양이온, 예컨대, 나트륨 양이온을 가질 수 있다. 연마제는 POU 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01% 내지 약 12%(예를 들어, 약 0.5% 내지 약 10%), 또는 이의 임의의 부분 범위(subrange)의 양으로 존재할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 연마제는 콜로이드 실리카(colloidal silica), 흄드 실리카(fumed silica), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것과 같은 실리카계 연마제(silica-based abrasive)이다. 하나 이상의 구현예에서, 연마제는 유기기(organic group) 및/또는 비규산질 무기기(non-siliceous inorganic group)로 표면 개질될 수 있다. 예를 들어, 양이온성 연마제는 다음 식 (I)의 말단기를 포함할 수 있고:
-Om-X-(CH2)n-Y (I),
상기 식에서, m은 1 내지 3의 정수이고; n은 1 내지 10의 정수이고; X는 Al, Si, Ti, Ce, 또는 Zr이고; Y는 양이온성 아미노기 또는 티올기이다. 다른 예로서, 음이온성 연마제는 다음 식 (I)의 말단기를 포함할 수 있고:
-Om-X-(CH2)n-Y (I),
상기 식에서, m은 1 내지 3의 정수이고; n은 1 내지 10의 정수이고; X는 Al, Si, Ti, Ce, 또는 Zr이고; Y는 산기(acid group)(예를 들어, 설폰산기)이다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마제는 적어도 약 1 nm(예를 들어, 적어도 약 5 nm, 적어도 약 10 nm, 적어도 약 20 nm, 적어도 약 40 nm, 적어도 약 50 nm, 적어도 약 60 nm, 적어도 약 80 nm, 또는 적어도 약 100 nm) 내지 최대 약 1000 nm(예를 들어, 최대 약 800 nm, 최대 약 600 nm, 최대 약 500 nm, 최대 약 400 nm, 최대 약 200 nm, 최대 약 150 nm, 또는 최대 약 100 nm)의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 평균 입자 크기(MPS: mean particle size)는 동적 광산란 기술에 의해 측정된다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 연마제는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.01 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.2 중량%, 적어도 약 0.4 중량%, 적어도 약 0.5 중량%, 적어도 약 0.6 중량%, 적어도 약 0.8 중량%, 적어도 약 1 중량%, 적어도 약 1.2 중량%, 적어도 약 1.5 중량%, 적어도 약 1.8 중량%, 또는 적어도 약 2 중량%) 내지 최대 약 50 중량%(예를 들어, 최대 약 45 중량%, 최대 약 40 중량%, 최대 약 35 중량%, 최대 약 30 중량%, 최대 약 25 중량%, 최대 약 20 중량%, 최대 약 15 중량%, 최대 약 12 중량%, 최대 약 10 중량%, 최대 약 5 중량%, 최대 약 4 중량%, 최대 약 3 중량%, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1 중량%)의 양으로 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 적어도 하나(예를 들어, 2종 또는 3종)의 유기산 또는 유기산의 염을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 유기산(또는 이의 염)은 카르복시산, 아미노산, 유기 설폰산, 유기 포스폰산, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 유기산은 디카르복시산 또는 트리카르복시산과 같은 하나 이상(예를 들어, 2개, 3개, 또는 4개)의 카르복시산기를 포함하는 카르복시산일 수 있다. 일부 구현예에서, 유기산 또는 이의 염은 카르복시산기를 포함하는 아미노산일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유기산은 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 아세트산, 프로피온산, 과아세트산, 숙신산, 락트산, 아미노아세트산, 페녹시아세트산, 비신, 디글리콜산, 글리세린산, 트리신, 알라닌, 히스티딘, 발린, 페닐알라닌, 프롤린, 글루타민, 아스파르트산, 글루탐산, 아르기닌, 리신, 티로신, 벤조산, 1,2-에탄디설폰산, 4-아미노-3-히드록시-1-나프탈렌설폰산, 8-히드록시퀴놀린-5-설폰산, 아미노메탄설폰산, 벤젠설폰산, 히드록실아민 O-설폰산, 메탄설폰산, m-자일렌-4-설폰산, 폴리(4-스티렌설폰산), 폴리아네톨설폰산(polyanetholesulfonic acid), p-톨루엔설폰산, 트리플루오로메탄설폰산, 에틸 인산, 시아노에틸 인산, 페닐 인산, 비닐 인산, 폴리(비닐포스폰산), 1-히드록시에탄-1,1-디포스폰산, 니트릴로트리(메틸포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타키스(메틸포스폰산), N,N,N'N'-에틸렌디아민테트라키스(메틸렌 포스폰산), n-헥실포스폰산, 벤질포스폰산, 페닐포스폰산, 이들의 염, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 유기산(예를 위에 기술된 것과 같은)은 반도체 기판에서 몰리브덴 및/또는 그 합금의 제거율을 개선하기 위해 본원에 기술된 연마 조성물에서 효과적인 금속 제거율 향상제(metal removal rate enhancer)로서 사용될 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염은 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.003 중량%, 적어도 약 0.005 중량%, 적어도 약 0.01 중량%, 적어도 약 0.03 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.3 중량%, 적어도 약 0.5 중량%, 적어도 약 1 중량%, 적어도 약 1.3 중량%, 또는 적어도 약 1.5 중량%) 내지 최대 약 10 중량%(예를 들어, 적어도 약 9 중량%, 적어도 약 8 중량%, 적어도 약 7 중량%, 적어도 약 6 중량%, 적어도 약 5 중량%, 적어도 약 4 중량%, 적어도 약 3 중량%, 적어도 약 2.5 중량%, 최대 약 2.2 중량%, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1.7 중량%, 최대 약 1.5 중량%, 최대 약 1.2 중량%, 최대 약 1 중량%, 최대 약 0.7 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 최대 약 0.2 중량%, 최대 약 0.15 중량%, 최대 약 0.1 중량%, 최대 약 0.07 중량%, 또는 최대 약 0.05 중량%)의 양으로 존재한다. 하나를 초과하는 유기산이 연마 조성물에 포함되는 구현예에서, 상기 범위는 각 유기산에 독립적으로 적용되거나, 조성물 내의 유기산의 합한 양에 적용될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 적어도 하나(예를 들어, 2종 또는 3종)의 제1 아민 화합물을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 제1 아민 화합물은 단지 하나의 아민기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 제1 아민 화합물은 6 내지 24개(즉, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개, 12개, 13개, 14개, 15개, 16개, 17개, 18개, 19개, 20개, 21개, 22개, 23개, 또는 24개)의 탄소를 포함하는 적어도 하나(예를 들어, 2개 또는 3개)의 알킬 사슬을 갖는 알킬아민 화합물일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알킬 사슬은 선형, 분지형, 또는 고리형 알킬기일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알킬아민 화합물은 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민, 또는 고리형 아민 화합물일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알킬아민 화합물은 알콕실화 아민(예를 들어, 에톡실레이트기 및/또는 프로폭실레이트기를 포함함)일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알콕실화 아민은 2개 내지 100개의 에톡실레이트기 및/또는 프로폭실레이트기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 알킬아민 화합물은 6개 내지 18개의 탄소를 포함하는 알킬 사슬을 갖는다. 일부 구현예에서, 알킬아민은 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민, 시클로헥실아민, 디시클로헥실아민, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 위에 기술된 알킬아민 화합물이 반도체 기판에서 몰리브덴 및/또는 그 합금의 부식 또는 에칭을 현저히 줄이거나 최소화할 수 있다는 것은 놀라운 점이다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 제1 아민 화합물은 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.003 중량%, 적어도 약 0.005 중량%, 적어도 약 0.01 중량%, 적어도 약 0.03 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.3 중량%, 적어도 약 0.5 중량%) 내지 최대 약 5 중량%(예를 들어, 최대 약 4.5 중량%, 최대 약 4 중량%, 최대 약 3.5 중량%, 최대 약 3 중량%, 최대 약 2.5 중량%, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1.5 중량%, 최대 약 1 중량%, 최대 약 0.8 중량%, 최대 약 0.6 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 최대 약 0.4 중량%, 최대 약 0.2 중량%, 최대 약 0.1 중량%, 최대 약 0.08 중량%, 최대 약 0.05 중량%, 최대 약 0.02 중량%, 최대 약 0.01 중량%, 최대 약 0.0075 중량%, 또는 최대 약 0.005 중량%)의 양으로 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 선택적으로 제1 아민 화합물과 상이한 적어도 하나(예를 들어, 2종 또는 3종)의 제2 아민 화합물을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 적어도 2개(예를 들어, 3개 또는 4개)의 질소 원자를 함유한다. 하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 적어도 약 50 g/mol(예를 들어, 적어도 약 100 g/mol, 적어도 약 150 g/mol, 적어도 약 200 g/mol, 적어도 약 250 g/mol, 적어도 약 300 g/mol, 적어도 약 350 g/mol, 적어도 약 400 g/mol, 적어도 약 450 g/mol, 또는 적어도 약 500 g/mol) 내지 최대 약 1000 g/mol(예를 들어, 최대 약 950 g/mol, 최대 약 900 g/mol, 최대 약 850 g/mol, 최대 약 800 g/mol, 최대 약 750 g/mol, 최대 약 700 g/mol, 최대 약 650 g/mol, 최대 약 600 g/mol, 최대 약 550 g/mol, 또는 최대 약 500 g/mol)의 분자량을 갖는다.
하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 선형 디아민이고, 여기서 선형 디아민은 선형 알킬 사슬에 의해 분리된 2종의 1차 아민을 포함하는 분자이다. 하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 비선형 디아민(예를 들어, 분지형 또는 고리형 디아민 또는 2차 또는 3차 아미노기를 함유하는 디아민)이다. 하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 1,3-펜탄디아민, 아미노프로필 디이소프로판올아민, 아미노프로필디에탄올아민, 에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판, 부탄-1,4-디아민, 펜탄-1,5-디아민, 아미노에틸에탄올아민, 트리메틸에틸렌디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,12-디아미노도데칸, 1,2-디아미노시클로헥산, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.003 중량%, 적어도 약 0.005 중량%, 적어도 약 0.01 중량%, 적어도 약 0.03 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.3 중량%, 적어도 약 0.5 중량%) 내지 최대 약 5 중량%(예를 들어, 최대 약 4 중량%, 최대 약 3 중량%, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1 중량%, 최대 약 0.8 중량%, 최대 약 0.6 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 최대 약 0.4 중량%, 최대 약 0.2 중량%, 최대 약 0.1 중량%, 최대 약 0.08 중량%, 최대 약 0.05 중량%, 최대 약 0.02 중량%, 최대 약 0.0075 중량%, 또는 최대 약 0.005 중량%)의 양으로 존재한다. 하나 이상의 구현예에서, 제2 아민 화합물은 본원에 기술된 연마 조성물에서 생략될 수 있다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 위에 기술된 제2 화합물은 반도체 기판에서 몰리브덴 및/또는 그 합금의 제거율을 현저히 증가시킬 수 있고, 위에 기술된 제1 아민과 조합하여 사용할 때 상승 효과(예를 들어, 두 아민이 조합될 때 더 낮은 Mo 정적 에칭율에 의해 입증되는 바와 같이 비교적 낮은 Mo 부식과 함께 비교적 높은 Mo 제거율)를 나타낼 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 필요하다면 pH를 원하는 값으로 조정하기 위해 적어도 하나(예를 들어, 2종 또는 3종)의 pH 조정제를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 pH 조정제는 산(예를 들어, 유기산 또는 무기산) 또는 염기(예를 들어, 유기 염기 또는 무기 염기)일 수 있다. 예를 들어, pH 조정제는 질산, 염산, 황산, 프로피온산, 시트르산, 말론산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 과염소산, 암모니아, 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화세슘, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 수산화테트라부틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화에틸트리메틸암모늄, 수산화디에틸디메틸암모늄, 수산화디메틸디프로필암모늄, 수산화벤질트리메틸암모늄, 수산화트리스(2-히드록시에틸)메틸암모늄, 수산화콜린, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 pH 조정제는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.005 중량%, 적어도 약 0.01 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.2 중량%, 적어도 약 0.4 중량%, 적어도 약 0.5 중량%, 적어도 약 1 중량%, 또는 적어도 약 1.5 중량%) 내지 최대 약 2.5 중량%(예를 들어, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1.5 중량%, 최대 약 1 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 최대 약 0.1 중량%, 또는 최대 약 0.5 중량%)의 양으로 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 산성 또는 염기성일 수 있다. 일부 구현예에서, 연마 조성물은 적어도 약 2 내지 최대 약 11 범위의 pH를 가질 수 있다. 연마 조성물이 산성일 때, pH는 적어도 약 2(예를 들어, 적어도 약 2.5, 적어도 약 3, 적어도 약 3.5, 적어도 약 4, 적어도 약 4.5, 또는 적어도 약 5) 내지 최대 약 11(예를 들어, 최대 약 10.5, 최대 약 10, 최대 약 9.5, 최대 약 9, 최대 약 8.5, 최대 약 8, 최대 약 7.5, 최대 약 7, 최대 약 6.5, 최대 약 6, 최대 약 5.5, 최대 약 5, 최대 약 4.5, 또는 최대 약 4)의 범위일 수 있다. 연마 조성물이 산성일 때, pH는 적어도 약 3(예를 들어, 적어도 약 3.5, 적어도 약 4, 적어도 약 4.5, 적어도 약 5, 적어도 약 5.5, 적어도 약 6, 적어도 약 6.5) 내지 최대 약 7(예를 들어, 최대 약 6.5, 최대 약 6, 최대 약 5.5, 최대 약 5, 최대 약 4.5, 또는 최대 약 4, 최대 약 3.5)의 범위일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 수성 용매(예를 들어, 물, 또는 물과 유기 용매를 포함하는 용매)와 같은 용매(예를 들어, 1차 용매)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 용매(예를 들어, 물)는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 20 중량%(예를 들어, 적어도 약 25 중량%, 적어도 약 30 중량%, 적어도 약 35 중량%, 적어도 약 40 중량%, 적어도 약 45 중량%, 적어도 약 50 중량%, 적어도 약 55 중량%, 적어도 약 60 중량%, 적어도 약 65 중량%, 적어도 약 70 중량%, 적어도 약 75 중량%, 적어도 약 80 중량%, 적어도 약 85 중량%, 적어도 약 90 중량%, 적어도 약 92 중량%, 적어도 약 94 중량%, 적어도 약 95 중량%, 또는 적어도 약 97 중량%) 내지 최대 약 99 중량%(예를 들어, 최대 약 98 중량%, 최대 약 96 중량%, 최대 약 94 중량%, 최대 약 92 중량%, 최대 약 90 중량%, 최대 약 85 중량%, 최대 약 80 중량%, 최대 약 75 중량%, 최대 약 70 중량%, 또는 최대 약 65 중량%)의 양으로 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 선택적인 2차 용매(예를 들어, 유기 용매)가 본 개시내용의 연마 조성물(예를 들어, POU 또는 농축 연마 조성물)에 사용될 수 있고, 이는 성분(예를 들어, 아졸 함유 부식 억제제)의 용해를 도울 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 2차 용매는 하나 이상의 알코올, 알킬렌 글리콜, 또는 알킬렌 글리콜 에테르일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 2차 용매는 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, n-부탄올, 프로필렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 및 에틸렌 글리콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 용매를 포함한다.
일부 구현예에서, 2차 용매는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.005 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.01 중량%, 적어도 약 0.02 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.2 중량%, 적어도 약 0.4 중량%, 적어도 약 0.5 중량%, 적어도 약 0.6 중량%, 적어도 약 0.8 중량%, 적어도 약 1 중량%, 적어도 약 3 중량%, 적어도 약 5 중량%, 또는 적어도 약 10 중량%) 내지 최대 약 15 중량%(예를 들어, 최대 약 12 중량%, 최대 약 10 중량%, 최대 약 5 중량%, 최대 약 3 중량%, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1 중량%, 최대 약 0.8 중량%, 최대 약 0.6 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 또는 최대 약 0.1 중량%)의 양으로 존재한다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 아졸 화합물, 산화제, 킬레이트제, 계면활성제, 부식 억제제, 및 수용성 중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 선택적 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
아졸 화합물은 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 헤테로고리 아졸, 치환되거나 비치환된 트리아졸(예를 들어, 벤조트리아졸), 치환되거나 비치환된 테트라졸, 치환되거나 비치환된 디아졸(예를 들어, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 티아디아졸 및 피라졸) 및 치환되거나 비치환된 벤조티아졸을 포함한다. 여기서, 치환된 디아졸, 트리아졸 또는 테트라졸은 디아졸, 트리아졸 또는 테트라졸 내의 하나 또는 둘 이상의 수소 원자를, 예를 들어, 카르복실기, 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 또는 헥실기), 할로겐기(예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I), 아미노기, 또는 히드록실기로 치환하여 얻은 생성물을 나타낸다. 하나 이상의 구현예에서, 아졸 화합물은 테트라졸, 벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 메틸 벤조트리아졸(예를 들어, 1-메틸 벤조트리아졸, 4-메틸 벤조트리아졸, 및 5-메틸 벤조트리아졸), 에틸 벤조트리아졸(예를 들어, 1-에틸 벤조트리아졸), 프로필 벤조트리아졸(예를 들어, 1-프로필 벤조트리아졸), 부틸 벤조트리아졸(예를 들어, 1-부틸 벤조트리아졸 및 5-부틸 벤조트리아졸), 펜틸 벤조트리아졸(예를 들어, 1-펜틸 벤조트리아졸), 헥실 벤조트리아졸(예를 들어, 1-헥실 벤조트리아졸 및 5-헥실 벤조트리아졸), 디메틸 벤조트리아졸(예를 들어, 5,6-디메틸 벤조트리아졸), 클로로 벤조트리아졸(예를 들어, 5-클로로 벤조트리아졸), 디클로로 벤조트리아졸(예를 들어, 5,6-디클로로 벤조트리아졸), 클로로메틸 벤조트리아졸(예를 들어, 1-(클로로메틸)-1-H-벤조트리아졸), 클로로에틸 벤조트리아졸, 페닐 벤조트리아졸, 벤질 벤조트리아졸, 아미노트리아졸, 아미노벤즈이미다졸, 피라졸, 이미다졸, 아미노테트라졸, 아데닌, 벤즈이미다졸, 티아벤다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 1-히드록시벤조트리아졸, 2-메틸벤조티아졸, 2-아미노벤즈이미다졸, 2-아미노-5-에틸-1,3,4-티아디아졸, 3,5-디아미노-1,2,4-트리아졸, 3-아미노-5-메틸피라졸, 4-아미노-4H-1,2,4-트리아졸, 아미노테트라졸, 테트라졸, 페닐테트라졸, 페닐-테트라졸-5-티올, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 아졸 화합물은 연마 공정 중에 특정 재료(예를 들어, 금속 또는 유전체 재료)의 제거를 줄이기 위해 본원에 기술된 연마 조성물에서 부식 억제제로 사용될 수 있는 것으로 여겨진다.
일부 구현예에서, 아졸 화합물은 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.002 중량%, 적어도 약 0.004 중량%, 적어도 약 0.005 중량%, 적어도 약 0.006 중량%, 적어도 약 0.008 중량%, 적어도 약 0.01 중량%, 적어도 약 0.02 중량%, 적어도 약 0.04 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.06 중량%, 적어도 약 0.08 중량%, 또는 적어도 약 0.1 중량%) 내지 최대 약 1 중량%(예를 들어, 최대 약 0.9 중량%, 최대 약 0.8 중량%, 최대 약 0.7 중량%, 최대 약 0.6 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 최대 약 0.4 중량%, 최대 약 0.3 중량%, 최대 약 0.2 중량%, 최대 약 0.18 중량%, 최대 약 0.16 중량%, 최대 약 0.15 중량%, 최대 약 0.14 중량%, 최대 약 0.12 중량%, 최대 약 0.1 중량%, 최대 약 0.08 중량%, 최대 약 0.06 중량%, 최대 약 0.05 중량%, 최대 약 0.04 중량%, 최대 약 0.03 중량%, 최대 약 0.02 중량%, 또는 최대 약 0.01 중량%)일 수 있다.
산화제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 과황산암모늄, 과황산칼륨, 과산화수소, 질산제2철, 질산이암모늄세륨, 황산철, 차아염소산, 오존, 과요오드산칼륨 및 과아세트산을 포함한다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 산화제는 연마 공정 중에 재료의 제거를 용이하게 할 수 있는 것으로 여겨진다.
일부 구현예에서, 산화제는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.05 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.1 중량%, 적어도 약 0.2 중량%, 적어도 약 0.3 중량%, 적어도 약 0.4 중량%, 적어도 약 0.5 중량%, 적어도 약 0.6 중량%, 적어도 약 0.7 중량%, 적어도 약 0.8 중량%, 적어도 약 0.9 중량%, 적어도 약 1 중량%, 적어도 약 1.5 중량%, 또는 적어도 약 2 중량%) 내지 최대 약 10 중량%(예를 들어, 최대 약 9 중량%, 최대 약 8 중량%, 최대 약 7 중량%, 최대 약 6 중량%, 최대 약 5 중량%, 최대 약 4 중량%, 최대 약 3 중량%, 최대 약 2 중량%, 또는 최대 약 1 중량%)일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 킬레이트제는 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 아세트산, 프로피온산, 과아세트산, 숙신산, 락트산, 아미노아세트산, 페녹시아세트산, 비신, 디글리콜산, 글리세린산, 트리신, 알라닌, 히스티딘, 발린, 페닐알라닌, 프롤린, 글루타민, 아스파르트산, 글루탐산, 아르기닌, 리신, 티로신, 벤조산, 암모니아, 1,2-에탄디설폰산, 4-아미노-3-히드록시-1-나프탈렌설폰산, 8-히드록시퀴놀린-5-설폰산, 아미노메탄설폰산, 벤젠설폰산, 히드록실아민 O-설폰산, 메탄설폰산, m-자일렌-4-설폰산, 폴리(4-스티렌설폰산), 폴리아네톨설폰산, p-톨루엔설폰산, 트리플루오로메탄-설폰산, 에틸렌디아민테트라아세트산, 디에틸렌트리아민펜타아세트산, 니트릴로트리아세트산, 아세틸아세톤, 아미노트리(메틸렌포스폰산), 1-히드록시에틸리덴(1,1-디포스폰산), 2-포스포노-1,2,4-부탄트리카르복시산, 헥사메틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 에틸렌디아민-테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 이들의 염, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 킬레이트제는 기판 위의 특정 재료의 제거를 용이하게 하는 제거율 향상제 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다.
일부 구현예에서, 킬레이트제는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.002 중량%, 적어도 약 0.003 중량%, 적어도 약 0.004 중량%, 적어도 약 0.005 중량%, 적어도 약 0.006 중량%, 적어도 약 0.007 중량%, 적어도 약 0.008 중량%, 적어도 약 0.009 중량%, 또는 적어도 약 0.01 중량%) 내지 최대 약 10 중량%(예를 들어, 최대 약 8 중량%, 최대 약 6 중량%, 최대 약 5 중량%, 최대 약 4 중량%, 최대 약 2 중량%, 최대 약 1 중량%, 최대 약 0.8 중량%, 최대 약 0.6 중량%, 또는 최대 약 0.5 중량%)일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 또한 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다.
양이온성 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 지방족 아민 염과 지방족 암모늄 염을 포함한다.
비이온성 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 에테르형 계면활성제, 에테르 에스테르형 계면활성제, 에스테르형 계면활성제, 및 아세틸렌계 계면활성제를 포함한다. 에테르형 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 폴리에틸렌 글리콜 모노-4-노닐페닐 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노올레일 에테르, 및 트리에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르를 포함한다. 에테르 에스테르형 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 글리세린 에스테르의 폴리옥시에틸렌 에테르이다. 에스테르형 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르, 및 소르비탄 에스테르를 포함한다. 아세틸렌계 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 아세틸렌 알코올, 아세틸렌 글리콜, 및 아세틸렌 디올의 에틸렌 옥사이드 부가물(ethylene oxide adduct)을 포함한다.
양쪽성 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 베타인계 계면활성제를 포함한다.
음이온성 계면활성제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 카르복시산 염, 설폰산 염, 설페이트 염 및 포스페이트 염을 포함한다. 카르복시산 염은 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 지방산 염(예를 들어, 비누) 및 알킬 에테르 카르복시산 염을 포함한다. 설폰산 염의 예는 알킬벤젠설폰산 염, 알킬나프탈렌설폰산 염 및 α-올레핀 설폰산 염을 포함한다. 설페이트 염은 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 고급 알코올 설페이트 염(higher alcohol sulfate salt) 및 알킬 설페이트 염을 포함한다. 포스페이트는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 알킬 포스페이트 및 알킬 에스테르 포스페이트를 포함한다.
부식 억제제는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 수산화콜린, 아미노알코올(예를 들어, 모노에탄올아민 및 3-아미노-4-옥탄올), 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 및 이들의 혼합물을 포함한다.
수용성 중합체는 특별히 제한되지는 않지만, 이의 구체적인 예는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 히드록시에틸 셀룰로오스, 및 이전에 나열된 중합체를 포함하는 공중합체를 포함한다. 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 수용성 중합체는 연마 공정 중에 제거할 의도가 없거나 더 낮은 제거율로 제거해야 하는 기판 위의 특정 노출 재료의 제거율을 감소시키는 제거율 억제제(removal rate inhibitor) 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 수용성 중합체는 본원에 기술된 연마 조성물의 적어도 약 0.01 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.02 중량%, 적어도 약 0.03 중량%, 적어도 약 0.04 중량%, 적어도 약 0.05 중량%, 적어도 약 0.06 중량%, 적어도 약 0.07 중량%, 적어도 약 0.08 중량%, 적어도 약 0.09 중량%, 또는 적어도 약 0.1 중량%) 내지 최대 약 1 중량%(예를 들어, 최대 약 0.8 중량%, 최대 약 0.6 중량%, 최대 약 0.5 중량%, 최대 약 0.4 중량%, 최대 약 0.2 중량%, 최대 약 0.1 중량%, 최대 약 0.08 중량%, 최대 약 0.06 중량%, 또는 최대 약 0.05 중량%)일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 유기 용매, pH 조정제(예를 들어, 산 또는 염기), 아민, 알칼리 염기(알칼리 수산화물과 같은), 플루오린 함유 화합물(예를 들어, 플루오린화물 화합물 또는 플루오린화 화합물(플루오린화 중합체/계면활성제와 같은)), 실란(예를 들어, 알콕시실란)과 같은 실리콘 함유 화합물, 질소 함유 화합물(예를 들어, 아미노산, 아민, 또는 이민(예를 들어, 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]-7-운데센(DBU) 및 1,5-디아자바이시클로[4.3.0]논-5-엔(DBN)과 같은 아미딘)), 염(예를 들어, 할로겐화물 염 또는 금속 염), 중합체(예를 들어, 비이온성, 양이온성, 또는 음이온성 중합체), 무기산(예를 들어, 염산, 황산, 인산, 또는 질산), 계면활성제(예를 들어, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 또는 비이온성 계면활성제), 가소제, 산화제(예를 들어, H2O2), 4차 암모늄 화합물(예를 들어, 테트라알킬암모늄 염과 같은 염 및 수산화테트라메틸암모늄과 같은 수산화물), 부식 억제제(예를 들어, 아졸 또는 비아졸 부식 억제제), 전해질(예를 들어, 다가전해질(polyelectrolyte)) 및/또는 특정 연마제(예를 들어, 세리아 연마제, 비이온성 연마제, 표면 개질 연마제, 또는 음전하/양전하를 띠는 연마제)와 같은 특정 성분 중 하나 이상이 실질적으로 없을 수 있다. 연마 조성물로부터 배제될 수 있는 할로겐화물 염은 할로겐화 알칼리 금속(예를 들어, 할로겐화나트륨 또는 할로겐화칼륨) 또는 할로겐화암모늄(예를 들어, 염화암모늄)을 포함하고, 염화물, 브롬화물, 또는 요오드화물일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 연마 조성물로부터 "실질적으로 없는" 성분은 연마 조성물에 의도적으로 첨가되지 않은 성분을 나타낸다. 일부 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 연마 조성물로부터 실질적으로 없는 상기 성분 중 하나 이상의 성분을 최대 약 1000 ppm(예를 들어, 최대 약 500 ppm, 최대 약 250 ppm, 최대 약 100 ppm, 최대 약 50 ppm, 최대 약 10 ppm, 또는 최대 약 1 ppm) 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 기술된 연마 조성물은 상기 성분 중 하나 이상의 성분이 전혀 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물은 적어도 약 3:1(예를 들어, 적어도 약 4:1, 적어도 약 5:1, 적어도 약 10:1, 적어도 약 25:1, 적어도 약 50:1, 적어도 약 60:1, 적어도 약 75:1, 적어도 약 100:1, 적어도 약 150:1, 적어도 약 200:1, 적어도 약 250:1, 또는 적어도 약 300:1) 내지 최대 약 1000:1(예를 들어, 또는 최대 약 500:1)의 몰리브덴 및/또는 그 합금에 대한 제거율 대 유전체 재료(예를 들어, TEOS)에 대한 제거율의 비율(즉, 제거율 비율(removal rate ratio) 또는 선택성(selectivity))을 가질 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 몰리브덴에 대한 제거율은 적어도 약 500 Å/분(예를 들어, 적어도 약 750 Å/분, 적어도 약 1000 Å/분, 적어도 약 1250 Å/분, 적어도 약 1500 Å/분, 적어도 약 1750 Å/분, 또는 적어도 약 2000 Å/분) 내지 최대 약 10000 Å/분일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 위에 기술된 제거율 및 비율은 블랭킷 웨이퍼 또는 패턴화된 웨이퍼(예를 들어, 전도성 층, 장벽 층, 및/또는 유전체 층을 포함하는 웨이퍼)를 연마하기 위한 제거율을 측정할 때 적용할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 이 개시내용은 본 개시내용에 따른 연마 조성물을 기판(예를 들어, 웨이퍼)에 적용하는 단계; 및 패드(예를 들어, 연마 패드)를 기판의 표면과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시키는 단계를 포함할 수 있는 연마 방법을 특징으로 한다. 하나 이상의 구현예에서, 기판은 실리콘 산화물(예를 들어, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 고밀도 플라스마 산화물(HDP: high density plasma oxide), 고종횡비 공정 산화물(HARP: high aspect ratio process oxide), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG: borophosphosilicate glass)), 스핀 온 필름(spin on film)(예를 들어, 무기 입자를 기반으로 하는 막 또는 가교 가능한 탄소 중합체를 기반으로 하는 막), 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, 고유전율(high-K) 유전체(예를 들어, 하프늄, 알루미늄, 또는 지르코늄의 금속 산화물), 실리콘(예를 들어, 폴리실리콘(polysilicon), 단결정 실리콘, 또는 비정질 실리콘), 탄소, 금속(예를 들어, 텅스텐, 구리, 코발트, 루테늄, 몰리브덴, 티타늄, 탄탈럼, 또는 알루미늄) 또는 이의 합금, 금속 질화물(예를 들어, 티타늄 질화물 또는 탄탈럼 질화물), 및 이들의 혼합물 또는 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 연마 방법은 본원에 기술된 연마 조성물을 기판의 표면 위에 몰리브덴 및/또는 그 합금을 함유하는 기판(예를 들어, 웨이퍼)에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기술된 연마 조성물을 사용하는 방법은 하나 이상의 단계를 통해 연마 조성물에 의해 처리된 기판으로부터 반도체 디바이스를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피(photolithography), 이온 주입(ion implantation), 건식/습식 에칭(dry/wet etching), 플라스마 에칭(plasma etching), 증착(deposition)(예를 들어, PVD, CVD, ALD, ECD), 웨이퍼 마운팅(wafer mounting), 다이 커팅(die cutting), 패키징(packaging), 및 테스트(testing)를 사용하여 본원에 기술된 연마 조성물에 의해 처리된 기판으로부터 반도체 디바이스를 생산할 수 있다.
아래의 특정 실시예는 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 어떤 식으로든 본 개시내용의 나머지 부분을 제한하지 않아야 한다. 더 자세히 설명하지 않더라도, 당업자는 본원의 설명을 기반으로 본 발명을 최대한 활용할 수 있는 것으로 여겨진다.
실시예
이들 실시예에서, VP6000 패드 및 300 mL/분의 슬러리 유속을 갖는 AMAT Reflexion LK CMP 연마기(polisher)를 사용하여 300 mm 웨이퍼에 연마를 수행하였다.
실시예에 사용되는 일반 조성은 아래 표 1에 나타나 있다. 테스트된 조성의 차이점에 대한 구체적인 세부 사항은 각 실시예를 논의할 때 더 자세히 설명될 것이다.
표 1
Figure pct00001
실시예 1
몰리브덴에 대한 정적 에칭율(SER)은 몰리브덴 쿠폰(molybdenum coupon)을 조성물 1~4에 45℃에서 1분 동안 현탁시켜 측정하였고, 몰리브덴 제거율(RR)은 블랭킷 몰리브덴 웨이퍼를 조성물 2~4로 연마하여 측정하였다. 조성물 1~4는 (1) 조성물 1이 대조군이고 위의 표 1에 나열된 아민 화합물을 포함하지 않고, (2) 조성물 2~4가 단일 아민기와 6~24개의 탄소 알킬기를 포함하는 동일한 알킬아민을 각각 1×, 1.5×, 및 2× 농도로 포함한 것을 제외하고는 동일하였다. 조성물 1~4는 제2 아민을 포함하지 않았다. 테스트 결과는 아래 표 2에 요약되어 있다.
표 2
Figure pct00002
결과는 알킬아민 화합물(즉, 제1 아민)이 몰리브덴 정적 에칭율을 효과적으로 감소시켰고, 양을 증가시키면 더 큰 감소가 나타남을 보여준다.
알킬아민 화합물이 없는 조성물 1은 SER 테스트 중에 Mo가 완전히 제거되었다. 이러한 결과는 알킬아민 화합물이 CMP 공정 중에 Mo에 대한 부식 억제제로서 사용될 수 있음을 암시한다.
실시예 2
몰리브덴에 대한 정적 에칭율(SER)은 몰리브덴 쿠폰을 조성물 5~8에 45℃에서 1분 동안 현탁시켜 측정하였고, 몰리브덴 및 TEOS 제거율(RR)은 블랭킷 웨이퍼를 조성물 5~8로 연마하여 측정하였다. 조성물 5~8은 모두 동일한 제1 아민(즉, 단일 아민기와 6~24개의 탄소 알킬기를 포함하는 알킬아민 화합물)을 동일한 농도로 포함하였다. 조성물 6~8은 또한 동일한 제2 아민(즉, 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 아민 화합물)을 각각 1×, 2×, 및 3×의 양으로 포함하였다. 테스트 결과는 아래 표 3에 요약되어 있다.
표 3
Figure pct00003
결과는 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 아민 화합물(즉, 제2 아민)의 포함이 몰리브덴의 연마 제거율을 크게 증가시켰다는 것을 보여준다. 그러나 Mo의 SER은 제2 아민 화합물을 첨가하면 실제로 감소하였다. 이것은 조성물에 존재하는 제1 아민 화합물과 제2 아민 화합물 사이의 독특한 상승작용(synergism)(예를 들어, 비교적 낮은 Mo 부식과 함께 비교적 높은 Mo 제거율을 가짐)을 암시하는 놀라운 결과이다. 구체적으로, RR을 극적으로 증가시키는 화합물을 첨가하면 조성물의 SER이 증가할 것으로 예상할 것이다. 조성물 6~8이 SER에 역효과를 나타낸다는 사실은 조성물이 몰리브덴을 제거하기 위해 몰리브덴 에칭에 크게 의존하지 않는 보다 제어된 연마를 전달한다는 것을 암시한다. 이것은 높은 에칭/부식이 일반적으로 연마 중에 결함의 도입을 증가시켜 사용 가능한 디바이스의 최종 수율(ultimate yield)을 감소시킬 수 있기 때문에 중요하다.
실시예 3
몰리브덴에 대한 정적 에칭율(SER)은 몰리브덴 쿠폰을 조성물 9~11에 45℃에서 1분 동안 현탁시켜 측정하였고, 몰리브덴 및 TEOS 제거율(RR)은 블랭킷 웨이퍼를 조성물 9~11로 연마하여 측정하였다. 조성물 9~11은 단일 아민기와 6~24개의 탄소 알킬기를 포함하는 동일한 양의 알킬아민 화합물(즉, 제1 아민)과 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 동일한 양의 아민 화합물(즉, 제2 아민)을 포함하였다. 조성물 9는 음전하를 갖도록 설폰산기 첨가를 통해 표면이 개질된 실리카를 포함하였다. 조성물 10은 양전하를 갖도록 아미노기 첨가를 통해 표면이 개질된 실리카를 포함하였다. 조성물 11은 표면 개질이 없는 개질되지 않은(즉, 천연) 실리카였다. 사용된 모든 실리카 샘플은 비슷한 입자 크기를 가졌다. 테스트 결과는 아래 표 3에 요약되어 있다.
표 4
Figure pct00004
결과는 음전하를 띠는 실리카를 갖는 조성물 9가 조성물 10 및 11과 비교할 때 현저히 더 높은 Mo/TEOS 제거율 비율을 갖는다는 것을 보여준다.
이 개시내용은 본원에 제시된 실시예에 관하여 기술되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 개시내용의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다른 수정 및 변형이 가능한 것으로 이해된다.

Claims (18)

  1. 연마 조성물(polishing composition)에 있어서,
    적어도 하나의 연마제;
    적어도 하나의 유기산 또는 이의 염;
    6~24개의 탄소 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는 적어도 하나의 제1 아민 화합물;
    제1 아민 화합물과 상이하고 적어도 2개의 질소 원자를 함유하는 적어도 하나의 제2 아민 화합물; 및
    수성 용매를
    포함하는, 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 연마제는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 또는 지르코니아의 공동 형성된 생성물, 코팅된 연마제, 표면 개질 연마제(surface modified abrasive), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 연마제는 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 유기산은 카르복시산, 아미노산, 설폰산, 포스폰산, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 유기산 또는 이의 염은 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 아세트산, 프로피온산, 과아세트산, 숙신산, 락트산, 아미노아세트산, 페녹시아세트산, 비신, 디글리콜산, 글리세린산, 트리신, 알라닌, 히스티딘, 발린, 페닐알라닌, 프롤린, 글루타민, 아스파르트산, 글루탐산, 아르기닌, 리신, 티로신, 벤조산, 1,2-에탄디설폰산, 4-아미노-3-히드록시-1-나프탈렌설폰산, 8-히드록시퀴놀린-5-설폰산, 아미노메탄설폰산, 벤젠설폰산, 히드록실아민 O-설폰산, 메탄설폰산, m-자일렌-4-설폰산, 폴리(4-스티렌설폰산), 폴리아네톨설폰산(polyanetholesulfonic acid), p-톨루엔설폰산, 트리플루오로메탄설폰산, 에틸 인산, 시아노에틸 인산, 페닐 인산, 비닐 인산, 폴리(비닐포스폰산), 1-히드록시에탄-1,1-디포스폰산, 니트릴로트리(메틸포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타키스(메틸포스폰산), N,N,N'N'-에틸렌디아민테트라키스(메틸렌 포스폰산), n-헥실포스폰산, 벤질포스폰산, 페닐포스폰산, 이들의 염, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 유기산 또는 이의 염은 조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제1 아민 화합물은 6개 내지 18개의 탄소를 포함하는 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는, 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제1 아민 화합물은 조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 아민 화합물은 약 50 g/mol 내지 약 1000 g/mol의 분자량을 갖는, 연마 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 아민 화합물은 비선형 디아민을 포함하는, 연마 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 아민 화합물은 1,3-펜탄디아민, 아미노프로필 디이소프로판올아민, 아미노프로필디에탄올아민, 에틸렌디아민, 1,3-디아미노프로판, 부탄-1,4-디아민, 펜탄-1,5-디아민, 아미노에틸에탄올아민, 트리메틸에틸렌디아민, 1,2-디아미노프로판, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 아민 화합물은 조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는 유기 용매를 추가로 포함하는, 연마 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    유기 용매는 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, n-부탄올, 프로필렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 에틸렌 글리콜, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    조성물은 약 2 내지 약 11 범위의 pH를 갖는, 연마 조성물.
  16. 방법에 있어서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 연마 조성물을 기판의 표면 위에 몰리브덴 또는 이의 합금을 포함하는 기판에 적용하는 단계; 및
    패드를 기판의 표면과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시키는 단계를
    포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    기판으로부터 반도체 디바이스를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 연마 조성물에 있어서,
    적어도 하나의 연마제;
    적어도 하나의 유기산 또는 이의 염;
    6~24개의 탄소 알킬 사슬을 갖는 알킬아민을 포함하는 적어도 하나의 제1 아민 화합물; 및
    수성 용매를
    포함하는, 연마 조성물.
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