KR20230162028A - 연마 조성물 및 이의 사용 방법 - Google Patents

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KR20230162028A
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칭민 쳉
빈 후
크리스토퍼 디. 켈리
얀난 량
효상 이
에릭 터너
아부다야 미쉬라
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후지필름 일렉트로닉 머티리얼스 유.에스.에이., 아이엔씨.
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Abstract

본 개시내용은 (1) 적어도 하나의 연마재; (2) 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염; (3) 적어도 하나의 아민 화합물; (4) 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제; 및 (5) 수성 용매를 포함하는 연마 조성물에 관한 것이다.

Description

연마 조성물 및 이의 사용 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 3월 26일 출원된 미국 가출원 일련 번호 63/166,340에 대한 우선권을 주장하며, 이의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
반도체 산업은 공정 및 통합 혁신을 통한 장치의 추가 소형화에 의해 칩 성능을 개선하도록 지속적으로 추진되고 있다. 화학적 기계적 연마/평탄화(CMP)는 많은 복잡한 통합 체계를 트랜지스터 수준에서 가능하게 하여, 칩 밀도의 증가를 용이하게 하는 강력한 기술이다.
CMP는 표면 기반 화학 반응과 동시에 마모 기반 물리적 공정을 사용하여 재료를 제거함으로써 웨이퍼(wafer) 표면을 평탄화/평평화하는 데 사용되는 공정이다. 일반적으로, CMP 공정은 웨이퍼 표면을 연마 패드와 접촉시키고 연마 패드를 웨이퍼에 대해 이동시키면서 CMP 슬러리(예를 들어, 수성 화학 제형)를 웨이퍼 표면에 적용하는 것을 수반한다. 슬러리는 전형적으로 연마재 구성요소 및 용해된 화학적 구성요소를 포함하며, 이는 웨이퍼 상에 존재하는 재료(예를 들어, 금속, 금속 산화물, 금속 질화물, 유전체물 예컨대 산화규소 및 질화규소 등)에 따라 상당히 달라질 수 있으며 CMP 공정 동안 슬러리 및 연마 패드와 상호작용할 것이다.
몰리브덴은 화학 반응성이 매우 낮고, 경도가 높고, 전도성이 뛰어나고, 내마모성이 강하고, 내식성이 높은 전이 금속이다. 몰리브덴은 또한 다른 요소와 헤테로폴리 및 합금 화합물을 형성할 수 있다. 마이크로전자 산업에서의 용도와 관련하여, 몰리브덴 및 이의 합금은 상호연결, 확산 장벽, 광 마스크, 및 플러그 충전 재료로서 용도를 찾을 수 있다. 그러나, 경도 및 내화학성으로 인해, 몰리브덴은 높은 제거 속도 및 낮은 결함도로 연마하기가 어려우며, 이는 몰리브덴 함유 기판의 CMP에 대한 도전과제를 제시한다.
이 발명의 내용은 아래의 상세한 설명에 추가로 기재된 여러 개념들을 도입하기 위해 제공된다. 이 발명의 내용은 청구된 주제의 주요하거나 필수적인 특징을 식별하려는 것으로 의도되지 않으며, 청구된 주제의 범위를 제한하는 데 도움을 주기 위해 사용되는 것으로도 의도되지 않는다.
본 개시내용은 특정 연마 조성물이 몰리브덴(Mo)에 대한 뛰어난 내식성 및 낮은 정적 에칭 속도와 함께 제어된 방식으로 CMP 공정 동안 반도체 기판에서 다른 재료(예를 들어, 질화 규소)에 비해 Mo 및/또는 그의 합금을 선택적으로 제거할 수 있다는 예상치 못한 발견에 기반한다.
하나의 양태에서, 본 개시내용은 적어도 하나의 연마재; 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염; 아미노산, 6-24개의 탄소 알킬 쇄를 갖는 알킬아민, 또는 이의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 아민 화합물; 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제; 및 수성 용매를 포함하는 연마 조성물을 특징으로 하며; 여기서 연마 조성물은 약 2 내지 약 9의 pH를 갖는다.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 (a) 본원에 기재된 연마 조성물을 기판의 표면 상의 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 연마하는 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 본 개시내용은 몰리브덴(Mo) 금속 및 그의 합금을 함유하는 적어도 하나의 부분을 포함하는 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 조성물에 관한 것이다. 하나 이상의 구현예에서, 본 개시내용은 몰리브덴(Mo) 금속 및 그의 합금을 함유하는 적어도 하나의 부분을 포함하고 유전체물(예를 들어, 질화규소와 같은 질화물)을 중지시키는(즉, 실질적으로 제거하지 않는) 능력을 갖는 기판을 연마하는 데 사용되는 연마 조성물에 관한 것이다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 적어도 하나의 연마재, 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염, 적어도 하나의 아민 화합물, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제, 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 연마재, 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%의 적어도 하나의 유기산, 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%의 적어도 하나의 아민 화합물, 약 0.001% 내지 약 10%의 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제, 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 최대 2배, 또는 최대 4배, 또는 최대 6배, 또는 최대 8배, 또는 최대 10배, 또는 최대 15배, 또는 최대 20배까지 물로 희석될 수 있는 농축된 연마 조성물을 제공한다. 다른 구현예에서, 본 개시내용은 위에 기재된 연마 조성물, 물, 및 임의적으로 산화제를 포함하는 사용 지점(POU) 연마 조성물을 제공한다.
하나 이상의 구현예에서, POU 연마 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 25 중량%의 적어도 하나의 연마재, 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%의 적어도 하나의 유기산, 약 0.001 중량% 내지 약 0.5 중량%의 적어도 하나의 아민 화합물, 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%의 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제, 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, 농축된 연마 조성물은 0.02 중량% 내지 약 50 중량%의 적어도 하나의 연마재, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 적어도 하나의 유기산, 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 적어도 하나의 아민 화합물, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제, 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 기재된 연마 조성물은 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 연마재를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 연마재는 양이온성 연마재, 실질적으로 중성 연마재, 및 음이온성 연마재로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 연마재는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 이의 공동 형성된 생성물(즉, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 또는 지르코니아의 공동 형성된 생성물), 코팅된 연마재, 표면 변형된 연마재, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 연마재는 세리아를 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 연마재는 순도가 높고, 약 100 ppm 미만의 알코올, 약 100 ppm 미만의 암모니아, 및 약 100 ppb 미만의 알칼리 양이온 예컨대 나트륨 양이온을 가질 수 있다. 연마재는 POU 연마 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01% 내지 약 12%(예를 들어, 약 0.5% 내지 약 10%)의 양, 또는 이의 임의의 하위범위로 존재할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 연마재는 콜로이드성 실리카, 발연 실리카, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 연마재와 같은 실리카계 연마재이다. 하나 이상의 구현예에서, 연마재는 유기 기 및/또는 비규산질 무기 기로 표면 변형될 수 있다. 예를 들어, 양이온성 연마재는 화학식 (I)의 말단 기를 포함할 수 있다:
-Om-X-(CH2)n-Y (I),
여기서 m은 1 내지 3의 정수이고; n은 1 내지 10의 정수이고; X는 Al, Si, Ti, Ce, 또는 Zr이고; Y는 양이온성 아미노 또는 티올 기이다. 또 다른 예로서, 음이온성 연마재는 화학식 (I)의 말단 기를 포함할 수 있다:
-Om-X-(CH2)n-Y (I),
여기서 m은 1 내지 3의 정수이고; n은 1 내지 10의 정수이고; X은 Al, Si, Ti, Ce, 또는 Zr이고; Y는 산 기이다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마재는 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, 또는 최대 약 200 nm)의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 평균 입자 크기(MPS)는 동적 광 산란(dynamic light scattering) 기술에 의해 결정된다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 연마재는 본원에 기재된 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 기재된 연마 조성물은 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 유기산 또는 유기산의 염을 포함한다. 일부 구현예에서, 유기산은 하나 이상(예를 들어, 2, 3, 또는 4개)의 카르복실산 기, 예컨대 디카르복실산 또는 트리카르복실산을 포함하는 카르복실산일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 유기산은 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 아세트산, 프로피온산, 퍼아세트산, 숙신산, 락트산, 아미노 아세트산, 페녹시아세트산, 바이신, 디글리콜산, 글리세르산, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 유기산(예컨대 위에 기재된 것들)은 반도체 기판에서 몰리브덴 및/또는 그의 합금의 제거 속도를 개선하기 위해 본원에 기재된 연마 조성물에서 효과적인 금속 제거 속도 향상제로서 사용될 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 유기산 또는 이의 염은 본원에 기재된 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. 하나 초과의 유기산이 연마 조성물에 포함되는 구현예에서, 위의 범위는 각 유기산에 독립적으로, 또는 조성물 내의 유기산의 조합된 양에 적용될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 아민 화합물을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 아민 화합물은 아미노산일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 아민 화합물은 트리신, 알라닌, 히스티딘, 발린, 페닐알라닌, 프롤린, 글루타민, 아스파르트산, 글루탐산, 아르기닌, 리신, 티로신, 세린, 류신, 이소류신, 글리신, 트립토판, 아스파라긴, 시스테인, 메티오닌, 아스파르테이트, 글루타메이트, 트레오닌, 타우린 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 아미노산일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 아민 화합물은 적어도 2개의 아미노 기를 포함하는 아미노산(예를 들어, 히스티딘, 리신, 아르기닌 등)일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 아민 화합물은 6 내지 24개(즉, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 또는 24개)의 탄소를 포함하는 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 알킬 쇄를 갖는 알킬아민 화합물일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알킬 쇄는 선형, 분지형, 또는 사이클릭 알킬 기일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알킬아민 화합물은 1차, 2차, 3차, 또는 사이클릭 아민 화합물일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알킬아민 화합물은 알콕실화 아민(예를 들어, 에톡실레이트 및/또는 프로폭실레이트 기 포함)일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 알콕실화 아민은 2 내지 100개의 에톡실레이트 및/또는 프로폭실레이트 기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 알킬아민 화합물은 6 내지 18개의 탄소를 포함하는 알킬 쇄를 갖는다. 일부 구현예에서, 알킬아민은 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민, 사이클로헥실아민, 디사이클로헥실아민, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 적어도 하나의 아미노산 및 적어도 하나의 알킬아민 화합물을 둘 다 포함할 수 있다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 위에 기재된 아민 화합물이 반도체 기판에서 몰리브덴 및/또는 그의 합금의 부식 또는 에칭을 상당히 감소시키거나 최소화시켜, 몰리브덴 및/또는 그의 합금의 제거 속도를 제어할 수 있다는 것은 놀라운 일이다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 아민 화합물은 본원에 기재된 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, 적어도 하나의(예를 들어, 2 또는 3개의 별개의) 질화물 제거 속도 감소제는 C6 내지 C40 탄화수소 기를 함유하는(예를 들어, 알킬 기, 알케닐 기, 아릴 기(예를 들어, 페닐), 및/또는 아릴알킬 기(예를 들어, 벤질)를 함유하는) 소수성 부분; 및 술피나이트 기, 술페이트 기, 술포네이트 기, 카르복실레이트 기, 포스페이트 기, 및 포스포네이트 기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 기를 함유하는 친수성 부분을 포함하는 화합물(예를 들어, 비중합체성 화합물)을 포함한다. 하나 이상의 구현예에서, 소수성 부분 및 친수성 부분은 0 내지 10개(예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 9개)의 알킬렌 옥사이드 기(예를 들어, -(CH2)nO- 기, 여기서 n은 1, 2, 3, 또는 4일 수 있음)에 의해 분리된다. 하나 이상의 구현예에서, 질화물 제거 속도 감소제는 소수성 부분 및 친수성 부분을 분리하는 0개의 알킬렌 옥사이드 기를 갖는다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 질화물 제거 속도 감소제 내의 알킬렌 옥사이드 기의 존재는 슬러리 안정성 문제를 야기하고 질화규소 제거 속도를 증가시킬 수 있기 때문에 일부 구현예에서 바람직하지 않을 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 질화물 제거 속도 감소제는 적어도 6개의 탄소 원자(C6)(예를 들어, 적어도 8개의 탄소 원자(C8), 적어도 10개의 탄소 원자(C10), 적어도 12개의 탄소 원자(C11), 적어도 14개의 탄소 원자(C14), 적어도 16개의 탄소 원자(C16), 적어도 18개의 탄소 원자(C18), 적어도 20개의 탄소 원자(C20), 또는 적어도 22개의 탄소 원자(C22)) 및/또는 최대 40개의 탄소 원자(C40)(예를 들어, 최대 38개의 탄소 원자(C38), 최대 36개의 탄소 원자(C36), 최대 34개의 탄소 원자(C34), 최대 32개의 탄소 원자(C32), 최대 30개의 탄소 원자(C30), 최대 28개의 탄소 원자(C28), 최대 26개의 탄소 원자(C26), 최대 24개의 탄소 원자(C24), 또는 최대 22개의 탄소 원자(C22))를 포함하는 탄화수소 기를 함유하는 소수성 부분을 갖는다. 본원에 언급된 탄화수소 기는 탄소 및 수소 원자를 함유하고 하나 이상의 할로겐(예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I), C1-C40 알콕시, 또는 아릴옥시로 임의적으로 치환되는 기를 지칭한다. 탄화수소 기는 포화된 기(예를 들어, 선형, 분지형, 또는 사이클릭 알킬 기) 및 불포화된 기(예를 들어, 선형, 분지형, 또는 사이클릭 알케닐 기; 선형, 분지형, 또는 사이클릭 알키닐 기; 또는 방향족 기(예를 들어, 페닐, 벤질, 또는 나프틸))를 둘 다 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 질화물 제거 속도 감소제의 친수성 부분은 포스페이트 기 및 포스포네이트 기로부터 선택된 적어도 하나의 기를 함유한다. 용어 "포스포네이트 기"는 포스폰산 기를 포함하도록 분명히 의도된다는 점에 유의해야 한다.
하나 이상의 구현예에서, 질화물 제거 속도 감소제는 라우릴 포스페이트, 미리스틸 포스페이트, 세틸 포스페이트, 스테아릴 포스페이트, 옥타데실포스폰산, 올레일 포스페이트, 베헤닐 포스페이트, 옥타데실 술페이트, 락세릴 포스페이트, 올레트-3-포스페이트, 올레트-10-포스페이트 1,4-페닐렌디포스폰산, 도데실포스폰산, 데실포스폰산, 헥실포스폰산, 옥틸포스폰산, 페닐포스폰산, 1,8-옥틸디포스폰산, 2,3,4,5,6-펜타플루오로벤질포스폰산, 헵타데카플루오로데실포스폰산, 및 12-펜타플루오로페녹시도데실포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
하나 이상의 구현예에서, 질화물 제거 속도 감소제는 음이온성 중합체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 음이온성 중합체는 술피나이트 기, 술페이트 기, 술포네이트 기, 카르복실레이트 기, 포스페이트 기, 및 포스포네이트 기와 같은 하나 이상의 음이온성 기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 음이온성 중합체는 (메트)아크릴산, 말레산, 아크릴산, 비닐 포스폰산, 비닐 인산, 비닐 술폰산, 알릴 술폰산, 스티렌 술폰산, 아크릴아미드, 아크릴아미도프로필 술폰산, 및 나트륨 포스피나이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체로부터 형성된다. 보다 구체적인 구현예에서, 음이온성 중합체는 폴리(4-스티렌일술폰)산(PSSA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리(비닐포스폰산)(PVPA), 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산), 폴리(N-비닐아세트아미드)(PNVA), 폴리에틸렌이민(PEI), 음이온성 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 음이온성 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리아스파르트산(PASA), 음이온성 폴리(에틸렌 숙시네이트)(PES), 음이온성 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리(비닐 알코올)(PVA), 2-메틸-2-((1-옥소-2-프로페닐)아미노)-1-프로판술폰산 일나트륨 염 및 나트륨 포스피나이트와의 2-프로펜산 공중합체, 2-메틸-2-((1-옥소-2-프로페닐)아미노)-1-프로판술폰산 일나트륨 염 및 아황산수소나트륨 나트륨 염과의 2-프로펜산 공중합체, 및 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산-아크릴산 공중합체, 폴리(4-스티렌술폰산-코-아크릴산-코-비닐포스폰산) 삼량체, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 음이온성 중합체는 소수성 연마 재료 및/웨이퍼 표면 상의 결함을 가용화하고 CMP 공정 및/또는 CMP 후 세정 공정 동안 그들의 제거를 용이하게 할 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 음이온성 중합체는 적어도 약 250 g/mol(예를 들어, 적어도 약 500 g/mol, 적어도 약 1000 g/mol, 적어도 약 2,000 g/mol, 적어도 약 5,000 g/mol, 적어도 약 50,000 g/mol, 적어도 약 100,000 g/mol, 적어도 약 200,000 g/mol, 또는 적어도 약 250,000 g/mol) 내지 최대 약 500,000 g/mol(예를 들어, 최대 약 400,000 g/mol, 최대 약 300,000 g/mol, 최대 약 200,000 g/mol, 최대 약 100,000 g/mol, 또는 최대 약 50,000 g/mol, 또는 최대 약 10,000 g/mol) 범위의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 음이온성 중합체는 적어도 약 1000 g/mol 내지 최대 약 10,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 음이온성 중합체는 적어도 약 2,000 g/mol 내지 최대 약 6,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 음이온성 중합체는 약 5,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제는 (1) 소수성 부분 및 친수성 부분을 포함하는 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 화합물(예를 들어, 비중합체성 화합물) 및 (2) 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 음이온성 중합체를 둘 다 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 질화물 제거 속도 감소제는 본원에 기재된 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 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%, 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. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 위에 기재된 질화물 제거 속도 감소제는 질화물 기판 재료(예를 들어, 질화규소)에 대한 연마 조성물의 제거 속도를 상당히 감소시켜, 이러한 기판 재료에서 멈출 수 있는(stop-on) 능력을 제공할 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 필요한 경우 pH를 원하는 값으로 조정하기 위해 적어도 하나(예를 들어, 2 또는 3개)의 pH 조정기를 임의적으로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 하나의 pH 조정기는 산(예를 들어, 유기 또는 무기 산) 또는 염기(예를 들어, 유기 또는 무기 염기)일 수 있다. 예를 들어, pH 조정기는 질산, 염산, 황산, 프로피온산, 시트르산, 말론산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 과염소산, 암모니아, 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화세슘, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸에탄올아민, 메틸디에탄올아민 테트라부틸암모늄 수산화물, 테트라프로필암모늄 수산화물, 테트라에틸암모늄 수산화물, 테트라메틸암모늄 수산화물, 에틸트리메틸암모늄 수산화물, 디에틸디메틸암모늄 수산화물, 디메틸디프로필암모늄 수산화물, 벤질트리메틸암모늄 수산화물, 트리스(2-하이드록시에틸)메틸암모늄 수산화물, 수산화콜린, 및 이의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 적어도 하나의 pH 조정기는 본원에 기재된 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 기재된 연마 조성물은 산성 또는 염기성일 수 있다. 일부 구현예에서, 연마 조성물은 적어도 약 2 내지 최대 약 9 범위의 pH를 가질 수 있다. 예를 들어, 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 9(예를 들어, 최대 약 8.5, 최대 약 8, 최대 약 7.5, 최대 약 7, 최대 약 6.5, 최대 약 6, 최대 약 6.5, 또는 최대 약 5) 범위일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 약 2 내지 약 6(예를 들어, 약 2 내지 약 4)과 같은 산성 pH를 가질 수 있다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 이러한 산성 조건 하에, 본원에 기재된 연마 조성물은 증가된 몰리브덴 제거 속도 및 질화물 재료(예를 들어, 질화규소)에 대한 감소된 제거 속도를 가질 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 수성 용매(예를 들어, 물 또는 물 및 유기 용매를 포함하는 용매)와 같은 용매(예를 들어, 1차 용매)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 용매(예를 들어, 물)는 본원에 기재된 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%) 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, 임의적인 2차 용매(예를 들어, 유기 용매)는 본 개시내용의 연마 조성물(예를 들어, POU 또는 농축된 연마 조성물)에 사용될 수 있으며, 이는 성분(예를 들어, 존재하는 경우 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 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 용매를 포함한다.
일부 구현예에서, 2차 용매는 본원에 기재된 연마 조성물의 적어도 약 0.001 중량%(예를 들어, 적어도 약 0.005 중량%, 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 10 중량%(예를 들어, 최대 약 7.5 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 기재된 연마 조성물은 킬레이트화제(chelating agent), 아졸 화합물, 산화제, 계면활성제, 부식 억제제, 및 수용성 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 임의적인 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
킬레이트화제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 1,2-에탄디술폰산, 4-아미노-3-하이드록시-1-나프탈렌술폰산, 8-하이드록시퀴놀린-5-술폰산, 아미노메탄술폰산, 벤젠술폰산, 하이드록실아민 O-술폰산, 메탄술폰산, m-크실렌-4-술폰산, 폴리(4-스티렌술폰산), 폴리아네톨술폰산, p-톨루엔술폰산, 트리플루오로메탄-술폰산, 에틸렌디아민테트라아세트산, 디에틸렌트리아민펜타아세트산, 니트릴로트리아세트산, 아세틸아세톤, 아미노트리(메틸렌포스폰산), 1-하이드록시에틸리덴(1,1-디포스폰산), 2-포스포노-1,2,4-부탄트리카르복실산, 헥사메틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 에틸렌디아민-테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 이의 염, 및 이의 혼합물로 이루어진 군의 것들을 포함한다.
일부 구현예에서, 킬레이트화제는 본원에 기재된 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 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%, 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%)일 수 있다.
아졸 화합물은 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 헤테로사이클릭 아졸, 치환 또는 비치환된 트리아졸(예를 들어, 벤조트리아졸), 치환 또는 비치환된 테트라졸, 치환 또는 비치환된 디아졸(예를 들어, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 티아디아졸, 및 피라졸), 및 치환 또는 비치환된 벤조티아졸을 포함한다. 여기서, 치환된 디아졸, 트리아졸, 또는 테트라졸은 디아졸, 트리아졸, 또는 테트라졸의 1 또는 2개 이상의 수소 원자를 예를 들어, 카르복실 기, 알킬 기(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 또는 헥실 기), 할로겐 기(예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I), 아미노 기, 또는 하이드록실 기로 치환함으로써 수득된 생성물을 지칭한다. 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, 벤즈일 벤조트리아졸, 아미노트리아졸, 아미노벤즈이미다졸, 피라졸, 이미다졸, 아미노테트라졸, 아데닌, 벤즈이미다졸, 티아벤다졸, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 1-하이드록시벤조트리아졸, 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 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 아졸 화합물은 연마 공정 동안 특정 재료(예를 들어, 금속 또는 유전체물)의 제거를 감소시키기 위해 본원에 기재된 연마 조성물에서 부식 억제제로서 사용될 수 있는 것으로 여겨진다.
일부 구현예에서, 아졸 화합물은 본원에 기재된 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 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 0.9 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 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 암모늄 퍼술페이트, 칼륨 퍼술페이트, 과산화수소, 질산제2철, 질산세륨이암모늄, 황산철, 치아염소산, 오존, 과옥소산칼륨, 및 퍼아세트산을 포함한다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 산화제는 연마 공정 동안 재료의 제거를 용이하게 할 수 있는 것으로 여겨진다.
일부 구현예에서, 산화제는 본원에 기재된 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 0.3 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, 본원에 기재된 연마 조성물은 또한 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다.
양이온성 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 지방족 아민 염 및 지방족 암모늄 염을 포함한다.
비이온성 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 에테르 유형 계면활성제, 에테르 에스테르 유형 계면활성제, 에스테르 유형 계면활성제, 및 아세틸렌계 계면활성제를 포함한다. 에테르 유형 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 폴리에틸렌 글리콜 모노-4-노닐페닐 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 모노올레일 에테르, 및 트리에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르를 포함한다. 에테르 에스테르 유형 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 글리세린 에스테르의 폴리옥시에틸렌 에테르이다. 에스테르 유형 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르, 및 소르비탄 에스테르를 포함한다. 아세틸렌계 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 아세틸렌 알코올, 아세틸렌 글리콜, 및 아세틸렌 디올의 에틸렌 옥사이드 부가물을 포함한다.
양쪽성 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 베타인계 계면활성제를 포함한다.
음이온성 계면활성제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 카르복실산 염, 술폰산 염, 술페이트 염, 및 포스페이트 염을 포함한다. 카르복실산 염은 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 지방산 염(예를 들어, 비누) 및 알킬 에테르 카르복실산 염을 포함한다. 술폰산 염의 예는 알킬벤젠술폰산 염, 알킬나프탈렌술폰산 염, 및 α-올레핀 술폰산 염을 포함한다. 술페이트 염은 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 고급 알코올 술페이트 염 및 알킬 술페이트 염을 포함한다. 포스페이트는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 알킬 포스페이트 및 알킬 에스테르 포스페이트를 포함한다.
부식 억제제는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 수산화콜린, 아미노 알코올(예를 들어, 모노에탄올아민 및 3-아미노-4-옥탄올), 아미노산(예를 들어, 본원에 기재된 것들), 및 이의 혼합물을 포함한다.
수용성 중합체는 특별히 제한되지 않지만, 이의 구체적인 예는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 하이드록시에틸 셀룰로스, 및 이전에 나열된 중합체를 포함하는 공중합체를 포함한다. 이론에 얽매이기를 바라지 않고, 수용성 중합체는 연마 공정 동안 제거할 의도가 없거나 더 낮은 제거 속도로 제거해야 하는 기판 상의 특정 노출된 재료의 제거 속도를 감소시키기 위한 제거 속도 억제제로서 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다.
하나 이상의 구현예에서, 수용성 중합체는 본원에 기재된 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 기재된 연마 조성물은 유기 용매, pH 조정제, 불소 함유 화합물(예를 들어, 불소 화합물 또는 불소화 화합물(예컨대 불소화 중합체/계면활성제)), 염(예를 들어, 할로겐화 염 또는 금속 염), 중합체(예를 들어, 비이온성, 양이온성, 또는 음이온성 중합체), 4차 암모늄 화합물(예를 들어, 테트라알킬암모늄 염과 같은 염 또는 테트라알킬암모늄 수산화물과 같은 수산화물), 부식 억제제(예를 들어, 아졸 또는 비아졸 부식 억제제), 알칼리 염기(예컨대 알칼리 수산화물), 규소 함유 화합물 예컨대 실란(예를 들어, 알콕시실란), 질소 함유 화합물(예를 들어, 아미노산, 아민, 이민(예를 들어, 아미딘 예컨대 1,8-디아자비사이클로[5.4.0]-7-운데센(DBU) 및 1,5-디아자비사이클로[4.3.0]논-5-엔(DBN)), 아미드, 또는 이미드), 폴리올, 무기산(예를 들어, 염산, 황산, 인산, 또는 질산), 계면활성제(예를 들어, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비중합체성 계면활성제, 또는 비이온성 계면활성제), 가소제, 산화제(예를 들어, H2O2 및 과요오드산), 부식 억제제(예를 들어, 아졸 또는 비아졸 부식 억제제), 전해질(예를 들어, 폴리전해질), 및/또는 특정 연마재(예를 들어, 세리아 연마재, 비이온성 연마재, 표면 변형된 연마재, 또는 음전하/양전하 연마재)와 같은 특정 성분 중 하나 이상이 실질적으로 없을 수 있다. 연마 조성물로부터 제외될 수 있는 할로겐화 염은 알칼리 금속 할로겐화물(예를 들어, 할로겐화나트륨 또는 할로겐화칼륨) 또는 할로겐화암모늄(예를 들어, 염화암모늄)을 포함하고, 플루오르화물, 염화물, 브롬화물, 또는 요오드화물일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 연마 조성물이 "실질적으로 없는" 성분은 연마 조성물에 의도적으로 첨가되지 않는 성분을 지칭한다. 일부 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 연마 조성물이 실질적으로 없는 위의 성분 중 하나 이상을 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)으로 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 기재된 연마 조성물은 위의 성분 중 하나 이상이 완전히 없을 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 몰리브덴 및/또는 그의 합금에 대한 제거 속도 대 질화물 재료(예를 들어, 질화규소)에 대한 제거 속도의 비율(즉, 제거 속도 비율 또는 선택성)을 적어도 약 2:1(예를 들어, 적어도 약 3:1, 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, 최대 약 500:1, 최대 약 300:1, 최대 약 250:1, 최대 약 200:1, 최대 약 150:1, 또는 최대 약 100:1)로 가질 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물은 몰리브덴 및/또는 그의 합금에 대한 제거 속도 대 산화물 재료(예를 들어, TEOS와 같은 산화규소)에 대한 제거 속도의 비율(즉, 제거 속도 비율 또는 선택성)을 적어도 약 1:50(예를 들어, 적어도 약 1:45, 적어도 약 1:40, 적어도 약 1:35, 적어도 약 1:30, 적어도 약 1:25, 적어도 약 1:20, 적어도 약 1:15, 적어도 약 1:10, 적어도 약 1:8, 적어도 약 1:6, 적어도 약 1:5, 적어도 약 1:4, 적어도 약 1:2, 또는 적어도 약 1:1) 내지 최대 약 50:1(예를 들어, 최대 약 45:1, 최대 약 40:1, 최대 약 35:1, 최대 약 30:1, 최대 약 25:1, 최대 약 20:1, 최대 약 15:1, 최대 약 10:1, 최대 약 8:1, 최대 약 6:1, 최대 약 5:1, 최대 약 4:1, 최대 약 2:1, 또는 최대 약 1:1)로 가질 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 위에 기재된 비율은 블랭킷(blanket) 웨이퍼 또는 패턴화 웨이퍼(예를 들어, 전도성 층, 장벽 층, 및/또는 유전체 층을 포함하는 웨이퍼)를 연마하기 위한 제거 속도를 측정할 때 적용가능할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 몰리브덴 및/또는 TEOS 제거 속도는 적어도 약 20 Å/분(예를 들어, 적어도 약 30 Å/분, 적어도 약 40 Å/분, 적어도 약 50 Å/분, 적어도 약 60 Å/분, 적어도 약 70 Å/분, 적어도 약 80 Å/분, 적어도 약 90 Å/분, 또는 적어도 약 100 Å/분) 내지 최대 약 600 Å/분(예를 들어, 최대 약 550 Å/분, 최대 약 500 Å/분, 최대 약 450 Å/분, 최대 약 400 Å/분, 최대 약 350 Å/분, 최대 약 300 Å/분, 최대 약 250 Å/분, 최대 약 200 Å/분, 최대 약 150 Å/분, 또는 최대 약 100 Å/분) 범위일 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 질화물(예를 들어, 질화규소) 제거 속도는 최대 약 85 Å/분(예를 들어, 최대 약 80 Å/분, 최대 약 75 Å/분, 최대 약 70 Å/분, 최대 약 65 Å/분, 최대 약 60 Å/분, 최대 약 55 Å/분, 최대 약 50 Å/분, 최대 약 45 Å/분, 최대 약 40 Å/분, 최대 약 35 Å/분, 최대 약 30 Å/분, 또는 최대 약 25 Å/분, 또는 최대 약 20 Å/분, 또는 최대 약 15 Å/분, 또는 최대 약 10 Å/분, 또는 최대 약 5 Å/분, 또는 본질적으로 0 Å/분)일 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본 개시내용은 본 개시내용에 따른 연마 조성물을 기판(예를 들어, 블랭킷 웨이퍼 또는 패턴화 웨이퍼와 같은 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 산화규소(예를 들어, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 고밀도 플라즈마 산화물(HDP), 높은 종횡비 프로세스 산화물(HARP), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG)), 스핀 온(spin on) 필름(예를 들어, 무기 입자 기반 필름 또는 가교 결합성 탄소 중합체 기반 필름), 질화규소, 탄화규소, 높은-K 유전체(예를 들어, 하프늄, 알루미늄, 또는 지르코늄의 금속 산화물), 규소(예를 들어, 폴리규소, 단일 결정질 규소, 또는 무정형 규소), 탄소, 금속(예를 들어, 텅스텐, 구리, 코발트, 루테늄, 몰리브덴, 티타늄, 탄탈륨, 또는 알루미늄) 또는 이의 합금, 금속 질화물(예를 들어, 질화티타늄 또는 질화탄탈륨), 및 이의 혼합물 또는 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 연마 방법은 본원에 기재된 연마 조성물을 기판의 표면 상의 몰리브덴 및/또는 그의 합금을 함유하는 기판(예를 들어, 웨이퍼)에 적용하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본원에 기재된 연마 조성물을 사용하는 방법은 하나 이상의 단계를 통해 연마 조성물에 의해 처리된 기판으로부터 반도체 장치를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피(photolithography), 이온 주입, 건식/습시 에칭, 플라즈마 에칭, 증착(예를 들어, PVD, CVD, ALD, ECD), 웨이퍼 마운팅(wafer mounting), 다이 컷팅(die cutting), 패키징(packaging), 및 테스트를 사용하여 본원에 기재된 연마 조성물에 의해 처리된 기판으로부터 반도체 장치를 생산할 수 있다.
아래의 구체적인 실시예는 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 어떤 방식으로든 개시내용의 나머지를 제한하지 않는다. 추가 설명 없이, 당업자는 본원의 설명에 기초하여, 본 발명을 충분한 정도로 활용할 수 있는 것으로 여겨진다.
실시예
이들 실시예에서, VP6000 패드 또는 H804 패드 및 175 mL/분 또는 300 mL/분의 슬러리 유속을 갖는 AMAT Reflexion LK CMP 연마기를 사용하여 300 mm 웨이퍼에 대해 연마를 수행하였다.
실시예에 사용된 일반적인 조성물은 아래 표 1에 제시되어 있다. 테스트된 조성물의 차이에 대한 구체적인 세부사항은 각각의 실시예를 논의할 때 더 상세하게 설명될 것이다.
표 1
실시예 1
TEOS, SiN, 및 몰리브덴(Mo)에 대한 제거 속도를 Mo 정적 에칭 속도(SER)와 함께 연마 조성물 1-5에 대해 측정하였다. Mo에 대한 SER은 45℃에서 1분 동안 연마 조성물에 Mo 쿠폰을 현탁시켜 측정하였다. 제거 속도는 표시된 재료의 블랭킷 웨이퍼를 연마하여 측정하였다. 조성물 1-4는 (1) 조성물 1이 대조군이었고 아민 화합물을 포함하지 않았다는 점, (2) 조성물 2-5가 아미노산을 (본원에 기재된 아민 화합물로서) 각각 1X, 2X, 3X, 4X 농도로 포함하였다는 점을 제외하고 동일하였다. 조성물 1-5는 모두 본원에 기재된 질화물 제거 속도 감소제를 4X로 포함하였다. 테스트 결과는 아래 표 2에 요약되어 있다.
표 2
결과는 조성물 2-5의 아미노산(즉, 본원에 기재된 아민 화합물)이 몰리브덴 정적 에칭 속도를 효과적으로 감소시켰으며, 양이 증가할수록 더 많은 감소를 보인다는 것을 나타낸다. 아민 화합물이 없는 조성물 1은 몰리브덴 재료가 완전히 삭제되었으며 이는 조성물이 몰리브덴에 대해 너무 공격적인 환경이었음을 나타낸다. 이들 결과는 아미노산 화합물이 CMP 공정 동안 Mo에 대한 부식 억제제로서 사용될 수 있다는 것을 시사한다.
실시예 2
TEOS, SiN, 및 Mo에 대한 제거 속도를 Mo 정적 에칭 속도(SER)와 함께 연마 조성물 6-9에 대해 위에 기재된 바와 같이 측정하였다. 조성물 6-9는 상이한 pH 값(즉, 각각 2.5, 3, 4, 및 5)을 제외하고 동일하였다. 조성물 6-9는 본원에 기재된 아민 화합물로서 아미노산을 1X로 포함하고 본원에 기재된 질화물 제거 속도 감소제를 4X로 포함하였다. 테스트 결과는 아래 표 3에 요약되어 있다.
표 3
결과는 SER이 pH 2.5에서 pH 5까지 상대적으로 안정하였음에도 불구하고, pH가 낮을수록 Mo RR이 높아진다는 것을 보여준다. SiN에 대한 RR은 pH 4 이상에서 상당히 증가하였다.
실시예 3
TEOS, SiN, 및 Mo에 대한 제거 속도를 연마 조성물 10-13에 대해 측정하였다. 조성물 10-13은 조성물 10이 임의의 질화물 제거 속도 감소제를 포함하지 않았던 반면, 조성물 11-13이 각각 본원에 기재된 질화물 제거 속도 감소제를 1X, 2X, 및 4X로 포함하였다는 점을 제외하고 동일하였다. 조성물 10-13은 모두 본원에 기재된 아민 화합물로서 아미노산을 1X로 포함하였다. 테스트 결과는 아래 표 4에 요약되어 있다.
표 4
결과는 본원에 기재된 질화물 제거 속도 감소제가 SiN RR을 상당히 감소시켰다는 것을 보여준다. 또한, 질화물 제거 속도 감소제는 TEOS 또는 Mo 제거 속도에 주목할만한 영향을 미치지 않았다.
실시예 4
TEOS, SiN, 및 Mo에 대한 제거 속도를 Mo 정적 에칭 속도(SER)와 함께 연마 조성물 14-17에 대해 위에 기재된 바와 같이 측정하였다. 조성물 14-17은 본원에 기재된 아민 화합물로서 6-24개의 탄소 알킬 기를 포함하는 알킬아민을 각각 0X, 1X, 2X, 및 3X로 포함하였다는 점을 제외하고 동일하였다. 조성물 14-17는 모두 본원에 기재된 질화물 제거 속도 감소제를 2X로 포함하였다. 결과는 아래 표 5에 요약되어 있다.
표 5
결과는 아민 화합물로서 6-24개의 탄소 알킬 기를 포함하는 알킬아민의 첨가가 Mo RR 및 SER을 상당히 감소시켰던 반면, TEOS 또는 SiN의 제거 속도에 주목할만한 영향을 미치지 않았다는 것을 보여준다.
실시예 5
Mo SER을 연마 조성물 18-22에 대해 위에 기재된 바와 같이 측정하였다. 조성물 18은 임의의 아민 화합물을 포함하지 않은 대조군이었다. 조성물 19-22는 조성물 19-22가 각각 동일한 wt%의 6개의 탄소, 8개의 탄소, 12개의 탄소, 및 16개의 탄소 알킬아민 화합물을 포함하였다는 점을 제외하고 조성물 18과 동일한 구성요소를 포함하였다. 모든 조성물은 동일한 양의 다른 모든 구성요소를 포함하였으며, 조성물 18은 알킬아민의 부족으로 인해 약간 더 많은 물을 포함하였다. 결과는 아래 표 6에 요약되어 있다.
표 6
결과는 알킬아민 화합물의 첨가가 대조군(Comp. 18)과 비교하여 Mo SER의 상당한 감소를 초래하였다는 것을 보여준다. 또한, 탄소 쇄 길이가 6개의 탄소에서 16개의 탄소로 증가함에 따라 Mo SER의 감소가 증가한다. Comp. 21 및 Comp. 22에 대한 SER 측정은 아주 최소한의 Mo 부식이 발생하였고 Mo에 대해 매우 보호적인 환경이 제공되어, 결함이 거의 없이 제어된 연마 속도를 제공해야 한다는 것을 나타낸다.
실시예 6
TEOS, SiN, 및 Mo에 대한 제거 속도를 연마 조성물 23-25에 대해 측정하였다. 조성물 23-25는 각각 C6, C12, 및 C18 질화물 제거 속도 감소제를 포함하였다는 점을 제외하고 동일하였다. 조성물 23-25는 모두 본원에 기재된 아민 화합물로서 동일한 아미노산을 포함하였다. 테스트 결과는 아래 표 7에 요약되어 있다.
표 7
결과는 탄소 쇄 길이가 질화물 제거 속도 감소제에서 증가함에 따라 질화규소 제거 속도가 점진적으로 감소하였다는 것을 보여준다. TEOS 및 Mo 제거 속도는 유사한 진행을 보여주지만 규모는 더 작다. 따라서, 위의 결과는 질화물 제거 속도 감소제에서 더 긴 탄소 쇄가 더 효과적인 질화물 중지(stop-on)를 제공할 수 있다는 것을 시사한다.
실시예 7
Mo SER 및 TEOS, SiN, 및 Mo에 대한 제거 속도를 연마 조성물 26-29에 대해 측정하였다. 조성물 26-29는 각각이 본원에 기재된 아민 화합물로서 상이한 아미노산을 포함하였다는 점을 제외하고 동일하였다. 조성물 26-29는 모두 동일한 질화물 제거 속도 감소제를 포함하였다. 테스트 결과는 아래 표 8에 요약되어 있다.
표 8
결과는 조성물 28이 다른 조성물과 비교하여 Mo를 충분히 보호할 수 없었다는 것(즉, 높은 SER 및 RR)을 보여준다. 또한, 조성물 28은 또한 상당히 증가된 SiN RR을 보여주었다. 위의 결과는 적어도 2개의 아미노 기를 함유하는 아미노산(예를 들어, 히스티딘, 아르기닌, 및 리신)이 1개의 아미노 기만을 함유하는 아미노산(예를 들어, 글리신)과 비교하여 Mo에 대해 우수한 부식 억제를 나타내었다는 것을 시사한다.
본 개시내용은 여기에 제시된 실시예와 관련하여 기재되었지만, 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같은 본 개시내용의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 다른 변형 및 변경이 가능하다는 것으로 이해된다.

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 연마재;
    적어도 하나의 유기산 또는 이의 염;
    아미노산, 6-24개의 탄소 알킬 쇄를 갖는 알킬아민, 또는 이의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 아민 화합물;
    적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제; 및
    수성 용매
    를 포함하며, 약 2 내지 약 9의 pH를 갖는, 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 연마재가 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 또는 지르코니아의 공동 형성된 생성물, 코팅된 연마재, 표면 변형된 연마재, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 연마재가 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 유기산이 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 아세트산, 프로피온산, 퍼아세트산, 숙신산, 락트산, 아미노 아세트산, 페녹시아세트산, 바이신, 디글리콜산, 글리세르산, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 유기산이 조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 아민 화합물이 트리신, 알라닌, 히스티딘, 발린, 페닐알라닌, 프롤린, 글루타민, 아스파르트산, 글루탐산, 아르기닌, 리신, 티로신, 세린, 류신, 이소류신, 글리신, 트립토판, 아스파라긴, 시스테인, 메티오닌, 아스파르테이트, 글루타메이트, 트레오닌, 타우린, 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 아민 화합물이 조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재하는, 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제가
    C6 내지 C40 탄화수소 기를 포함하는 소수성 부분; 및
    술피나이트 기, 술페이트 기, 술포네이트 기, 카르복실레이트 기, 포스페이트 기, 및 포스포네이트 기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 기를 포함하는 친수성 부분을 포함하고;
    소수성 부분 및 친수성 부분이 0 내지 10개의 알킬렌 옥사이드 기에 의해 분리되는, 연마 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 소수성 부분이 C12 내지 C32 탄화수소 기를 포함하는, 연마 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 친수성 부분이 포스페이트 기 또는 포스포네이트 기를 포함하는, 연마 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제가 소수성 부분 및 친수성 부분을 분리하는 0개의 알킬렌 옥사이드 기를 갖는, 연마 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제가 라우릴 포스페이트, 미리스틸 포스페이트, 세틸 포스페이트, 스테아릴 포스페이트, 옥타데실포스폰산, 올레일 포스페이트, 베헤닐 포스페이트, 옥타데실 술페이트, 락세릴 포스페이트, 올레트-3-포스페이트, 올레트-10-포스페이트, 1,4-페닐렌디포스폰산, 도데실포스폰산, 데실포스폰산, 헥실포스폰산, 옥틸포스폰산, 페닐포스폰산, 1,8-옥틸디포스폰산, 2,3,4,5,6-펜타플루오로벤질포스폰산, 헵타데카플루오로데실포스폰산, 및 12-펜타플루오로페녹시도데실포스폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제가 음이온성 중합체를 포함하는, 연마 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제가 폴리(4-스티렌일술폰)산(PSSA), 폴리아크릴산(PAA), 폴리(비닐포스폰산)(PVPA), 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산), 폴리(N-비닐아세트아미드)(PNVA), 음이온성 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 음이온성 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리아스파르트산(PASA), 음이온성 폴리(에틸렌 숙시네이트)(PES), 음이온성 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리(비닐 알코올)(PVA), 2-메틸-2-((1-옥소-2-프로페닐)아미노)-1-프로판술폰산 일나트륨 염 및 나트륨 포스피나이트와의 2-프로펜산 공중합체, 2-메틸-2-((1-옥소-2-프로페닐)아미노)-1-프로판술폰산 일나트륨 염 및 아황산수소나트륨 나트륨 염과의 2-프로펜산 공중합체, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산-아크릴산 공중합체, 폴리(4-스티렌술폰산-코-아크릴산-코-비닐포스폰산) 삼량체, 또는 이의 혼합물을 포함하는, 연마 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 질화물 제거 속도 감소제가 조성물의 0.001 중량% 내지 약 10 중량%인, 연마 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 아졸 화합물을 추가로 포함하는, 연마 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 아졸 화합물이 조성물의 0.001 중량% 내지 약 5 중량%인, 연마 조성물.
  18. 제1항에 있어서,
    조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는 유기 용매를 추가로 포함하는, 연마 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 유기 용매가 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, n-부탄올, 프로필렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 프로필렌 글리콜 프로필 에테르, 에틸렌 글리콜, 및 이의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 연마 조성물.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 연마 조성물을 기판의 표면 상의 몰리브덴 또는 이의 합금을 포함하는 기판에 적용하는 단계; 및
    패드를 기판의 표면과 접촉시키고 패드를 기판에 대해 이동시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 기판으로부터 반도체 장치를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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