KR20240089287A - 얕은 트렌치 분리를 위한 화학 기계적 평탄화 연마 - Google Patents

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크리슈나 피 무렐라
시아오보 시
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버슘머트리얼즈 유에스, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 억제된 Poly-Si 제거율에 더하여 상이한 pH 조건에서 높고 조정 가능한 산화물:SiN 및 산화물:Poly-Si 제거 선택도, 및 낮은 산화물 트렌치 디싱을 제공하는 얕은 트렌치 분리(STI) 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 조성물, 방법 및 시스템을 개시한다. 연마 조성물은 하소된 세리아와 같은 연마 입자, 및 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 화학 첨가제를 포함한다. 첨가제는 (1) 화학 물질, 예컨대 D-만노스, L-만노스, 리비톨(D-리비톨), 자일리톨, 메조-에리스리톨, D-소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 이디톨, 말티톨, 프럭토스, 소르비탄, 수크로스, D-리보스, 이노시톨, 및 글루코스; (2) 폴리아크릴산 또는 폴리아크릴레이트 및 이의 암모늄, 칼륨 또는 나트륨 염, 및 (3) 막 선택도 조정 및 산화물 트렌치 디싱 감소 첨가제로서 상이한 분자량 분포를 갖는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)이다.

Description

얕은 트렌치 분리를 위한 화학 기계적 평탄화 연마
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 10월 5일에 출원된 미국 가출원 제63/252,425호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 얕은 트렌치 분리(STI) 공정을 위한 화학 기계적 평탄화(CMP)에 관한 것이다.
마이크로전자 디바이스의 제조 시, 수반되는 중요한 단계는, 선택된 물질을 회수하고/하거나 구조를 평탄화하는 목적을 위한 화학-기계적 연마의 경우 특히 표면을, 연마하는 것이다.
예를 들어, SiN 층은 SiO2 층 아래에 증착되어 연마 중단재 역할을 한다. 이러한 연마 중단재의 역할은 얕은 트렌치 분리(STI) 구조에서 특히 중요하다. 선택도는 특징적으로 질화물 연마율에 대한 산화물 연마율의 비로 표현된다. 한 예로는 질화규소(SiN)에 비해 증가된 이산화규소(SiO2)의 연마 선택도 비가 있다.
패턴화된 STI 구조의 광역 평탄화 시, 산화물 트렌치 디싱을 감소시키는 것은 고려해야 할 핵심 요소이다. 더 낮은 트렌치 산화물 손실은 인접한 트랜지스터 사이의 전류 누출을 방지할 것이다. 다이에 걸쳐(다이 내의) 불균일한 트렌치 산화물 손실은 트랜지스터 성능 및 디바이스 제조 수율에 영향을 미칠 것이다. 심각한 트렌치 산화물 손실(높은 산화물 트렌치 디싱)은 트랜지스터의 불량한 분리를 유발하여 디바이스 고장을 초래할 것이다. 따라서, STI CMP 연마 조성물에서 산화물 트렌치 디싱을 감소시켜 트렌치 산화물 손실을 감소시키는 것이 중요하다.
미국 특허 제6,491,943호는 얕은 트렌치 분리(STI) 연마 응용분야에 사용되는 세리아 또는 티타니아 입자인 연마 입자 및 알파-아미노산을 함유하는 연마 조성물을 개시한다. 보고된 예에는 산화물과 SiN 제거율 및 산화물:SiN 선택도만 나열되어 있으며, 임의의 나열된 예에서는 디싱 데이터가 전혀 없다.
미국 특허 제8,409,990호는, 얕은 트렌치 분리(STI) 연마 응용분야에 사용되는 연마재로서 세리아 입자, 그리고 화학 첨가제(들)로서 바닐산 또는 프롤린 또는 이소프로필 알코올을 사용하는 연마 조성물을 개시한다. 보고된 예에는 산화물 제거율만 나열되어 있으며, 임의의 나열된 예에서는 SiN 제거율 및 디싱 데이터가 전혀 없다.
미국 특허 출원 제20130248756A1호는, 연마재로서 세리아 입자, 양친매성 비이온 계면활성제로서 수용성 선형 폴리옥시알킬렌 블록 중합체, 수용성 분지형 폴리옥시알킬렌 블록 공중합체, 수분산성 선형 폴리옥시알킬렌 블록 중합체, 및 수분산성 분지형 폴리옥시알킬렌 블록 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 양친매성 비이온 계면활성제를 포함하는 연마를 교시한다. 보고된 예에는, 산화물:Poly-Si의 높은 선택도가 나열되어 있지만, 일반적으로, 보고된 SiN 제거율은 여전히 300 Å/min 초과이고, 임의의 나열된 예에서는 디싱 데이터가 전혀 없다.
미국 특허 제6,616,514호는, 화학 기계적 연마에 의해 질화규소보다 물품의 표면으로부터 제1 물질을 제거하는 데 사용하기 위한 화학 기계적 연마 슬러리를 개시한다. 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 슬러리는 연마재, 수성 매질, 및 양성자를 해리하지 않는 유기 폴리올을 포함하며, 상기 유기 폴리올은 수성 매질에서 해리될 수 없는 적어도 3개의 히드록실기를 갖는 화합물을 포함하거나, 또는 수성 매질에서 해리될 수 없는 적어도 3개의 히드록실기를 갖는 적어도 하나의 단량체로부터 형성된 중합체를 포함한다.
미국 특허 출원 제US20160160083A1호는 STI CMP 응용분야를 위해 연마재로서 세리아 입자를, 그리고 첨가제로서 카르복실산 또는 인산 작용기를 갖는 음이온 중합체를 사용하거나 또는 첨가제로서 일부 폴리히드록시 유기 화합물을 사용하는 연마 조성물을 교시한다. 보고된 예에서는, 산화물, SiN, Poly-Si 제거율 및 이들의 관련 선택도가 보고되었지만, 임의의 나열된 예에서는 디싱 데이터가 전혀 보고되지 않았다.
미국 특허 출원 제20190093051 A1호는, 세리아, 카르복실기를 갖는 중합체 첨가제 또는 이의 염, 또는 다가 히드록시 화합물을 포함하는 연마 조성물로 연마한 후에 얻어지는 연마된 피연마체를 표면-처리하기 위한 표면 처리 조성물을 교시한다. 보고된 예에서는, 산화물, SiN, Poly-Si 제거율 및 이들의 관련 선택도가 보고되지 않았으며, 임의의 나열된 예에서는 디싱 데이터가 전혀 보고되지 않았다.
그러나, 이러한 이전에 개시된 얕은 트렌치 분리(STI) 연마 조성물은 산화물 트렌치 디싱 감소의 중요성을 다루지 않았다.
이산화규소의 높은 제거율과 질화규소에 대한 이산화규소의 높은 선택도에 더하여, STI 화학 및 기계적 연마(CMP) 공정에서 감소된 산화물 트렌치 디싱 및 개선된 과연마 창 안정성을 제공할 수 있는 화학 기계적 연마의 조성물, 방법 및 시스템에 대한 필요성이 당업계 내에 남아 있다는 것이 전술한 바로부터 명백해져야 한다.
본 발명은 얕은 트렌치 분리(STI) CMP 응용분야를 위한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 제공함으로써 이 필요성을 충족시킨다. 조성물은 산성, 중성 및 알칼리성 pH 조건에서 산화물 트렌치 디싱 감소 첨가제로서 3개의 화학 첨가제를 도입함으로써 감소된 산화물 트렌치 디싱을 제공하고 따라서 개선된 과연마 창 안정성을 제공한다.
얕은 트렌치 분리(STI) CMP 응용분야를 위한, 개시된 화학 기계적 연마(CMP) 조성물은, 무기 산화물 입자, 및 적합한 화학 첨가제를 산화물 트렌치 디싱 감소 첨가제로서 사용하는, 독특한 조합을 갖는다.
더 구체적으로, 본 발명은, SiN과 Poly-Si 제거율을 억제하고, 따라서 산화물:SiN 또는 산화물:Poly-Si의 바람직한 높은 제거 선택도를 제공하면서 감소된 산화물 트렌치 디싱을 제공하는, 3개의 상이한 화학 첨가제의 조합을 사용하는 STI CMP 조성물을 제공한다.
한 양태에서, STI CMP 연마 조성물로서,
연마 입자;
적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 화학 첨가제;
용매; 및
선택적으로
살생물제; 및
pH 조정제
를 포함하고, 조성물은 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더 바람직하게는 4 내지 9의 pH를 갖는 것인 STI CMP 연마 조성물이 제공된다.
연마 입자는 무기 산화물 입자, 금속 산화물-코팅된 무기 산화물 입자, 유기 중합체 입자, 금속 산화물-코팅된 유기 중합체 입자, 표면 개질된 무기 산화물 입자, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
무기 산화물 입자는 세리아, 하소된 세리아, 콜로이드 실리카, 고순도 콜로이드 실리카, 흄드 실리카, 콜로이드 세리아, 알루미나, 티타니아, 및 지르코니아 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
하소된 세리아 입자의 예로는 밀링 공정으로부터 제조된 하소된 세리아 입자가 있다.
금속 산화물-코팅된 무기 산화물 입자는 세리아-코팅된 무기 산화물 입자, 예컨대 세리아-코팅된 콜로이드 실리카, 세리아-코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아-코팅된 알루미나, 세리아-코팅된 티타니아, 세리아-코팅된 지르코니아, 및 임의의 기타 세리아-코팅된 무기 산화물 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
유기 중합체 입자는 폴리스티렌 입자, 폴리우레탄 입자, 폴리아크릴레이트 입자, 및 임의의 기타 유기 중합체 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
금속 산화물-코팅된 유기 중합체 입자는 세리아-코팅된 유기 중합체 입자, 및 지르코니아-코팅된 유기 중합체 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
표면 개질된 무기 산화물 입자는 SiO2-R-NH2, 및 -SiO-R-SO3M을 포함하지만, 이에 제한되지 않고; R은 예를 들어 1 내지 12 범위의 n을 갖는 (CH2)n 기일 수 있고, M은 예를 들어 나트륨, 칼륨, 또는 암모늄일 수 있다. 이러한 표면 화학 개질된 실리카 입자의 예는 Fuso Chemical Company로부터의 Fuso PL-2C를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
무기 산화물 입자의 입자 크기는 10 nm 내지 500 nm 범위이고, 바람직한 입자 크기는 20 nm 내지 300 nm 범위이며, 더 바람직한 입자 크기는 50 nm 내지 250 nm 범위이다.
바람직한 연마 입자는 하소된 세리아이다.
용매는 탈이온(DI)수, 증류수, 및 알코올성 용매를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
조합 중 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 화학 첨가제는 함께 작용하여 산화물 트렌치 디싱을 감소시키고 Poly-Si 제거율을 억제하며, 따라서 산화물 대 Poly-Si의 제거 선택도를 증가시킨다.
제1 유형의 화학 첨가제는, 유기 중합체의 분자 구조 내에 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상, 더 바람직하게는 6개 이상의 히드록실 작용기를 함유하는 유기 중합체를 포함한다. 제1 유형의 화학 첨가제는 산화물 트렌치 디싱 감소제로서 기능한다.
이들 화학 첨가제 중 일부는 하기 나열된 바와 같은 일반적인 분자 구조를 갖는다:
Figure pct00001
.
n은 2 내지 5,000으로부터 선택되고, 바람직한 n은 3 내지 12이고, 더 바람직한 n은 4 내지 7이다.
R1, R2, R3, 및 R4는 동일하거나 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
이들은 수소, 알킬, 알콕시, 하나 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; 이들 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개는 수소 원자이다.
R1, R2, R3 및 R4가 모두 수소 원자인 경우, 화학 첨가제는 다중 히드록실 작용기를 보유한다. 이러한 화학 첨가제의 일부 예의 분자 구조는 하기에 나열되어 있다:
Figure pct00002
Figure pct00003
바람직한 제1 유형의 화학 첨가제는 D-만노스, L-만노스, 리비톨(D-리비톨), 자일리톨, 메조-에리스리톨, D-소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 이디톨, 말티톨, 프럭토스, 소르비탄, 수크로스, D-리보스, 및 이노시톨을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
STI CMP 슬러리는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.025 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 농도를 갖는 제1 유형의 화학 첨가제를 함유한다.
제2 유형의 화학 첨가제는 카르복실산기를 함유하는 유기 중합체, 또는 이들의 염이다.
제2 유형의 화학 첨가제는 산화물 트렌치 디싱 감소제로서 기능한다.
카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 이들의 염은 하기 나열된 바와 같은 일반적인 분자 구조를 갖는 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 및 이들의 염을 포함하지만 이에 제한되지 않는다:
Figure pct00004
.
R은 H를 포함하지만 이에 제한되지 않고, 이온은 암모늄, 칼륨, 및 나트륨 이온을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. n은 단량체 반복 단위의 수를 나타내고, 14 내지 13889, 14 내지 139, 또는 14 내지 70의 범위일 수 있다. 또는 n의 수는 1,000 내지 1,000,000, 1,000 내지 10,000, 또는 1,000 내지 5,000 범위의 유기 중합체의 분자량을 제공한다.
STI CMP 슬러리는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.005 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 농도를 갖는 제2 유형의 화학 첨가제를 함유한다.
제3 유형의 화학 첨가제는 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 또는 PEG를 함유하는 공중합체이다. Poly-Si 제거율 억제제로서 폴리에틸렌 글리콜(PEG)이 주로 사용된다.
PEG의 일반적인 구조는 하기에 나열되어 있다:
Figure pct00005
.
단량체 반복 단위의 수 n은 4 내지 22727 범위이고, 이는 200 내지 1,000,000 범위의 분자량을 갖는 PEG 분자에 해당한다.
STI CMP 슬러리는 0.0001 중량% 내지 1.0 중량%, 0.00025 중량% 내지 0.5 중량%, 0.0005 중량% 내지 0.1 중량%, 또는 0.00075 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 농도를 갖는 제3 유형의 화학 첨가제를 함유한다.
다른 양태에서, 얕은 트렌치 분리(STI) 공정에서 전술한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법이 제공된다.
다른 양태에서, 얕은 트렌치 분리(STI) 공정에서 전술한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 시스템이 제공된다.
연마된 산화막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP), 또는 스핀 온 산화막일 수 있다.
상기 개시된 기판은 Poly-Si, 질화규소, 또는 Poly-Si와 질화규소를 둘 다 함유하는 적어도 하나의 표면을 더 포함할 수 있다. SiO2:Poly-Si의 제거 선택도는 10 초과, 바람직하게는 20 초과, 더 바람직하게는 30 초과이다. SiO2:SiN의 제거 선택도는 10 초과, 바람직하게는 20 초과, 더 바람직하게는 30 초과이다.
본 발명은 얕은 트렌치 분리(STI) CMP 응용분야를 위한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물에 관한 것이다.
패턴화된 STI 구조의 광역 평탄화 시, 산화물 트렌치 디싱을 감소시키는 것은 고려해야 할 핵심 요소이다. 더 낮은 트렌치 산화물 손실은 인접한 트랜지스터 사이의 전류 누출을 방지할 것이다. 다이에 걸쳐(다이 내의) 불균일한 트렌치 산화물 손실은 트랜지스터 성능 및 디바이스 제조 수율에 영향을 미칠 것이다. 심각한 트렌치 산화물 손실(높은 산화물 트렌치 디싱)은 트랜지스터의 불량한 분리를 유발하여 디바이스 고장을 초래할 것이다. 따라서, STI CMP 연마 조성물에서 산화물 트렌치 디싱을 감소시켜 트렌치 산화물 손실을 감소시키는 것이 중요하다.
더 구체적으로, 본 발명은, 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 사용하여 산화물 제거율을 조정하고, SiN 및 Poly-Si 제거율을 억제하여 높은 산화물:SiN 및 높은 산화물:Poly-Si 선택도를 제공하고, 동시에 감소된 산화물 트렌치 디싱 및 개선된 과연마 창 안정성을 제공하는, 얕은 트렌치 분리(STI) CMP 응용분야를 위한 화학 기계적 연마 조성물(CMP)에 관한 것이다.
한 양태에서, STI CMP 연마 조성물로서,
연마 입자;
적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 화학 첨가제;
용매; 및
선택적으로
살생물제; 및
pH 조정제
를 포함하고, 조성물은 2 내지 12, 바람직하게는 3 내지 10, 더 바람직하게는 4 내지 9의 pH를 갖는 것인 STI CMP 연마 조성물이 제공된다.
연마 입자는 무기 산화물 입자, 금속 산화물-코팅된 무기 산화물 입자, 유기 중합체 입자, 금속 산화물-코팅된 유기 중합체 입자, 표면 개질된 무기 산화물 입자, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
무기 산화물 입자는 세리아, 하소된 세리아, 콜로이드 실리카, 고순도 콜로이드 실리카, 흄드 실리카, 콜로이드 세리아, 알루미나, 티타니아, 및 지르코니아 입자를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
하소된 세리아 입자의 예로는 밀링 공정으로부터 제조된 하소된 세리아 입자가 있다.
금속 산화물-코팅된 무기 산화물 입자는 세리아-코팅된 무기 산화물 입자, 예컨대 세리아-코팅된 콜로이드 실리카, 세리아-코팅된 고순도 콜로이드 실리카, 세리아-코팅된 알루미나, 세리아-코팅된 티타니아, 세리아-코팅된 지르코니아, 및 임의의 기타 세리아-코팅된 무기 산화물 입자를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
유기 중합체 입자는 폴리스티렌 입자, 폴리우레탄 입자, 폴리아크릴레이트 입자, 및 임의의 기타 유기 중합체 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
금속 산화물-코팅된 유기 중합체 입자는 세리아-코팅된 유기 중합체 입자, 및 지르코니아-코팅된 유기 중합체 입자를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
표면 개질된 무기 산화물 입자는 SiO2-R-NH2, 및 -SiO-R-SO3M을 포함하지만, 이에 제한되지 않고; R은 예를 들어 1 내지 12 범위의 n을 갖는 (CH2)n 기일 수 있고, M은 예를 들어 나트륨, 칼륨, 또는 암모늄일 수 있다. 이러한 표면 화학 개질된 실리카 입자의 예는 Fuso Chemical Company로부터의 Fuso PL-2C를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
무기 산화물 입자의 입자 크기는 10 nm 내지 500 nm 범위이고, 바람직한 입자 크기는 20 nm 내지 300 nm 범위이며, 더 바람직한 입자 크기는 50 nm 내지 250 nm 범위이다.
바람직한 연마 입자는 하소된 세리아이다.
이들 연마 입자의 농도는 0.01 중량% 내지 20 중량% 범위이고, 바람직한 농도는 0.05 중량% 내지 10 중량% 범위이며, 더 바람직한 농도는 0.1 중량% 내지 5 중량% 범위이다.
용매는 탈이온(DI)수, 증류수, 및 알코올성 용매를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
바람직한 용매는 DI수이다.
STI CMP 슬러리는 살생물제를 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%; 바람직하게는 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 더 바람직하게는 0.001 중량% 내지 0.01 중량% 함유할 수 있다.
살생물제는 Dupont/Dow Chemical Co.로부터의 KathonTM, KathonTM CG/ICP II, Dupont/Dow Chemical Co.로부터의 Bioban 또는 Neolone M10을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이들은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 및/또는 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는다.
STI CMP 슬러리는 pH 조정제를 함유할 수 있다.
STI 연마 조성물을 최적화된 pH 값으로 조정하는 데 산성 또는 염기성 pH 조정제가 사용될 수 있다.
산성 pH 조정제는 질산, 염산, 황산, 인산, 기타 무기산 또는 유기산, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
염기성 pH 조정제는 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화테트라알킬암모늄, 유기 4차 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 더 알칼리성인 방향으로 pH를 조정하는 데 사용될 수 있는 기타 화학 시약을 포함한다.
STI CMP 슬러리는 0 중량% 내지 1 중량%; 바람직하게는 0.01 중량% 내지 0.5 중량%; 더 바람직하게는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%의 pH 조정제를 함유한다.
조합 중 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 화학 첨가제는 함께 작용하여 높은 산화막 제거율, Poly-Si 및 SiN 제거율 억제, 높고 조정 가능한 산화물:SiN 및 산화물:Poly-Si 선택도를 달성하고, 더 중요하게는, 산화물 트렌치 디싱을 유의미하게 감소시키고 과연마 창 안정성을 개선하는 것의 이점을 제공한다.
제1 유형의 화학 첨가제는 유기 중합체의 분자 구조 내에 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상, 더 바람직하게는 6개 이상의 히드록실 작용기를 함유하는 유기 중합체를 포함한다. 제1 유형의 화학 첨가제는 산화물 트렌칭 디싱 감소제로서 기능한다.
제1 유형의 화학 첨가제 중 일부는 하기 나열된 바와 같은 일반적인 분자 구조를 갖는다:
Figure pct00006
.
n은 2 내지 5,000으로부터 선택되고, 바람직한 n은 3 내지 12, 더 바람직한 n은 4 내지 7이다.
R1, R2, R3, 및 R4는 동일하거나 또는 상이한 원자 또는 작용기일 수 있다.
이들은 수소, 알킬, 알콕시, 하나 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택될 수 있고; 이들 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개는 수소 원자이다.
R1, R2, R3 및 R4가 모두 수소 원자인 경우, 화학 첨가제는 다중 히드록실 작용기를 보유한다. 이러한 화학 첨가제의 일부 예의 분자 구조는 하기에 나열되어 있다:
Figure pct00007
바람직한 제1 유형의 화학 첨가제는 D-만노스, L-만노스, 리비톨(D-리비톨), 자일리톨, 메조-에리스리톨, D-소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 이디톨, 말티톨, 프럭토스, 소르비탄, 수크로스, D-리보스, 및 이노시톨을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
STI CMP 슬러리는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.025 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 농도를 갖는 제1 유형의 화학 첨가제를 함유한다.
제2 유형의 화학 첨가제는 카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 이들의 염이다. 제2 유형의 화학 첨가제는 산화물 트렌치 디싱 감소제로서 기능한다.
카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 염은 하기 나열된 일반적인 분자 구조를 갖는 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 및 이들의 염을 포함하지만 이에 제한되지 않는다:
Figure pct00009
.
R은 H를 포함하지만 이에 제한되지 않고, 이온은 암모늄, 칼륨, 및 나트륨 이온을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
n은 단량체 반복 단위의 수를 나타내고, 14 내지 13889, 14 내지 139, 또는 14 내지 70의 범위일 수 있다. 또는 n의 수는 1,000 내지 1,000,000, 1,000 내지 10,000, 또는 1,000 내지 5,000 범위의 유기 중합체의 분자량을 제공한다.
STI CMP 슬러리는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.005 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 농도를 갖는 제2 유형의 화학 첨가제를 함유한다.
제3 유형의 화학 첨가제는 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 PEG를 함유하는 공중합체이다.
Poly-Si 제거율 억제제로서 폴리에틸렌 글리콜(PEG)이 주로 사용된다.
PEG의 일반적인 구조는 하기에 나열되어 있다:
Figure pct00010
.
단량체 반복 단위의 수 n은 4 내지 22727 범위이고, 이는 200 내지 1,000,000 범위의 분자량을 갖는 PEG 분자에 해당한다.
STI CMP 슬러리는 0.0001 중량% 내지 1.0 중량%, 0.00025 중량% 내지 0.5 중량%, 0.0005 중량% 내지 0.1 중량%, 또는 0.00075 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 농도를 갖는 제3 유형의 화학 첨가제를 함유한다.
다른 양태에서, 얕은 트렌치 분리(STI) 공정에서 전술한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법이 제공된다.
다른 양태에서, 얕은 트렌치 분리(STI) 공정에서 전술한 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 사용하여 이산화규소를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 시스템이 제공된다.
연마된 산화막은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 증착 CVD(HDP), 또는 스핀 온 산화막일 수 있다.
상기 개시된 기판은 Poly-Si, 질화규소, 또는 Poly-Si와 질화규소를 둘 다 함유하는 적어도 하나의 표면을 더 포함할 수 있다. SiO2:Poly-Si의 제거 선택도는 40 초과, 바람직하게는 90 초과, 더 바람직하게는 200 초과이다. SiO2:SiN의 제거 선택도는 10 초과, 바람직하게는 20 초과, 더 바람직하게는 50 초과이다.
하기의 비제한적인 실시예는 본 발명을 추가로 예시하기 위해 제시된다.
CMP 방법론
하기에 제시된 실시예에서, CMP 실험은 하기에 주어진 절차 및 실험 조건을 사용하여 실행되었다.
용어 해설
구성 요소
하소된 세리아: 대략 200 나노미터(nm)의 입자 크기를 갖는 연마재로서 사용되고; 이러한 하소된 세리아 입자는 대략 20 나노미터(nm) 내지 500 나노미터(nm) 범위의 입자 크기를 가질 수 있고;
(다양한 크기를 갖는) 하소된 세리아 입자는 일본의 BJC Inc.에 의해 공급되었다.
화학 첨가제, 예컨대 말티톨, D-프럭토스, 둘시톨, D-소르비톨, 폴리아크릴산 또는 폴리아크릴레이트 또는 이의 염, 폴리(에틸렌 글리콜) 및 기타 화학 원료는 Sigma-Aldrich(미국 미주리주 세인트루이스 소재)에 의해 공급되었다.
TEOS: 테트라에틸 오르토실리케이트
연마 패드: CMP 동안 DOW, Inc.에 의해 공급된, 연마 패드, IC1010 및 기타 패드가 사용되었다.
파라미터
일반적
Å 또는 A: 옹스트롬(들) ― 길이의 단위
BP: 배압, psi 단위
CMP: 화학 기계적 평탄화 = 화학 기계적 연마
CS: 캐리어 속도
DF: 하향력: CMP 동안 가해지는 압력, 단위 psi
min: 분(들)
ml: 밀리리터(들)
mV: 밀리볼트(들)
psi: 평방 인치당 파운드
PS: 연마 툴의 플래튼 회전 속도, rpm(분당 회전수(들))
SF: 슬러리 흐름, ml/min
중량 %: (나열된 성분의) 중량 백분율
TEOS:SiN 선택도: (TEOS의 제거율)/(SiN의 제거율)
TEOS:Poly-Si 선택도: (TEOS의 제거율)/(Poly-Si의 제거율)
HDP: 고밀도 플라즈마 증착 TEOS
TEOS 또는 HDP 제거율: 주어진 하향 압력에서 측정된 TEOS 또는 HDP 제거율. 하기 나열된 예에서 CMP 툴의 하향 압력은 3.1 psi였다.
SiN 제거율: 주어진 하향 압력에서 측정된 SiN 제거율. 나열된 예에서 CMP 툴의 하향 압력은 3.1 psi였다.
Poly-Si 제거율: 주어진 하향 압력에서 측정된 SiN 제거율. 나열된 예에서 CMP 툴의 하향 압력은 3.1 psi였다.
계측
막은 Creative Design Engineering, Inc(미국 95014 캘리포니아주 쿠퍼티노 알베스 드라이브 20565 소재)에 의해 제조된 ResMap CDE, model 168로 측정되었다. ResMap 툴은 4 포인트 프로브 시트 저항 툴이다. 막의 5 mm 에지를 배제하고 49 포인트 직경 스캔을 취했다.
CMP 툴
사용된 CMP 툴은 Applied Materials(미국 95054 캘리포니아주 산타 클라라 바우어스 애비뉴 3050 소재)에 의해 제조된 200 mm Mirra, 또는 300 mm Reflexion이었다. DOW, Inc(미국 19713 델라웨어주 뉴어크 벨뷰 로드 451 소재)에 의해 공급된 IC1000 패드는, 블랭킷 및 패턴 웨이퍼 연구를 위해 플래튼 1에 사용되었다.
IC1010 패드 또는 기타 패드는 컨디셔너가 7 lbs. 하향력에서 18분 동안 패드를 컨디셔닝함으로써 브레이크 인 되었다. 툴 세팅 및 패드 브레이크-인을 충족하기 위해 2개의 텅스텐 모니터 및 2개의 TEOS 모니터를 기준 조건에서 Versum Materials Inc.에 의해 공급된 Versum® STI2305 슬러리로 연마하였다.
웨이퍼
연마 실험은 PECVD SiN(또는 SiN), LPCVD SiN; PECVD TEOS(또는 TEOS) 및 HDP TEOS(또는 HDP) 웨이퍼을 사용하여 수행되었다. 이들 블랭킷 웨이퍼는 Silicon Valley Microelectronics(미국 95051 캘리포니아주 산타 클라라 키퍼 로드 2985 소재)로부터 구입되었다.
연마 실험
블랭킷 웨이퍼 연구에서, 산화물 블랭킷 웨이퍼, 및 SiN 블랭킷 웨이퍼는 기준 조건에서 연마되었다.
툴 기준 조건은, 테이블 속도; 93 rpm, 헤드 속도: 87 rpm, 멤브레인 압력; 3.1 psi, 인터-튜브 압력; 3.1 psi, 리테이닝 링 압력; 5.1 psi, 슬러리 흐름; 200 ml/분이었다.
슬러리는 SWK Associates, Inc.(미국 95054 캘리포니아주 산타 클라라 스콧 블러바드 2920 소재)에 의해 공급된 패턴화된 웨이퍼(MIT864)에 대한 연마 실험에 사용되었다. 이들 웨이퍼는 Veeco VX300 profiler/AFM 기기 상에서 측정되었다. 3개의 상이한 크기의 피치 구조가 산화물 디싱 측정에 사용되었다. 웨이퍼는 센터, 미들, 및 에지 다이 위치에서 측정되었다.
TEOS:SiN 선택도: STI CMP 연마 조성물로부터 얻은 (TEOS의 제거율)/(SiN의 제거율)은 조정 가능하였다.
TEOS:Poly-Si 선택도: STI CMP 연마 조성물로부터 얻은 (TEOS의 제거율)/(Poly-Si의 제거율)은 조정 가능하였다.
하소된 세리아는 밀링 공정으로부터 제조되었으며 BAIKOWSKI JAPAN CO., LTD.로부터 구입되었다. 하소된 세리아 입자는 동적 광산란(DLS)에 의해 측정된 약 100 nm의 MPS를 갖는다.
3,000 내지 18,000 범위의 분자량을 갖는 폴리아크릴레이트 암모늄 염은 일본의 Kao Chemical Company로부터 구입되었다.
1,000 내지 8,000의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)은 Merck KGaA의 Sigma Aldrich로부터 구입되었다.
다른 모든 시약 및 용매는 Sigma-Aldrich(Merck KGaA)로부터 최고 상업 등급으로 구입되었고 달리 명시하지 않는 한 받은 대로 사용되었다.
실제 실시예 1
하기 실제 실시예에서, 0.5 중량%의 하소된 세리아, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 살생물제, 및 탈이온수를 포함하는 연마 조성물을 pH 5.35에서 레퍼런스(ref.)로서 제조하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, Ref.에 상이한 양의 상이한 첨가제를 첨가하여 실제 연마 조성물을 제조하였다. 3,000 내지 18,000 범위의 분자량을 갖는 폴리아크릴레이트 암모늄 염(PAA 염)을 제2 유형의 화학 첨가제로서 사용하였다.
산성 pH 조건 및 알칼리성 pH 조건의 경우 사용된 pH 조정제는 각각 질산 및 수산화암모늄이었다. 모든 실시예는 5.35에서의 pH를 가졌다.
연마 조성물은 TEOS, HDP, SiN 및 Poly-Si 블랭킷 웨이퍼를 연마하기 위해 사용되었다. 막 제거율(RRs) 및 제거율(RR) 선택도 TEOS:SiN 및 TEOS:Poly-Si는 표 1에 나열되어 있다.
표 1에 나타난 결과에 따르면, 모든 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제(PAA, D-소르비톨, 및 PEG) 및 연마재로서의 하소된 세리아를 함유하는 실제 연마 조성물에서, Poly-Si 제거율은 유의미하게 억제되었고 TEOS:Poly-Si RR 선택도는 화학 첨가제가 없고, 1개 유형의 화학 첨가제, 또는 심지어 2개 유형의 화학 첨가제를 함유하는 조성물에 비해 유의미하게 증가하였다.
디싱 테스트는 상이한 크기의 산화물 트렌치에 동일한 조성물을 사용하여 수행되었다. 결과는 표 2에 나열되어 있다.
표 2에 나타난 산화물 트렌치 디싱 결과에 따르면, 실제 연마 조성물은 200x200 μm 피처에 대해 낮은 산화물 트렌치 디싱을 제공하면서 100x100 μm 피처에 대해 가장 낮은 산화물 트렌치 디싱을 제공하였다.
상이한 크기의 산화물 트렌치에 대한 디싱 속도는 표 3에 나열되어 있다.
표 3에 나타난 산화물 트렌치 디싱 속도 결과에 따르면, 연마재로서의 하소된 세리아 및 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 사용하는 연마 조성물은 100x100 μm 피처에 대해 낮은 산화물 트렌치 디싱을 제공하면서 200x200 μm 피처에 대해 가장 낮은 산화물 트렌치 디싱 속도를 제공하였다.
pH 5.35에서, 연마 조성물 중 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 연마재로서의 하소된 세리아와 함께 사용하는 것의, P200 트렌치, P200 SiN 손실률(Å/sec.), 및 P200 트렌치/블랭킷 비에 대한 영향을 테스트하였다(표 4).
표 4에 나타난 결과에 따르면, 실제 연마 조성물은 낮은 트렌치 손실률 및 질화물 손실률을 제공하면서 가장 낮은 P200 트렌치/블랭킷 비를 제공하였다. 낮은 트렌치 손실률 및 질화물 손실률은 일반적으로 낮은 산화물 트렌치 디싱을 나타낸다. 블랭킷에 대한 트렌치의 낮은 비는 또한 낮은 산화물 트렌치 디싱을 나타낸다. 이는 표 2 및 3에 나타난 결과와 일관된다.
실제 실시예 2
하기 실제 실시예에서, 0.5 중량%의 하소된 세리아, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 살생물제, 및 탈이온수를 포함하는 연마 조성물을 pH 6.74에서 레퍼런스 1(Ref. 1)로서 제조하였다.
TEOS, HDP, SiN 및 Poly-Si 블랭킷 웨이퍼를 연마하기 위해 연마 조성물을 사용하였다. 막 제거율 및 TEOS:SiN 및 TEOS:Poly-Si에 대한 선택도를 측정하였다. 결과는 표 5에 나열되어 있다.
표 5에 나타난 결과에 따르면, 실제 연마 조성물은, pH 6.74에서 화학 첨가제가 없고, 1개 또는 2개의 화학 첨가제를 함유하는 조성물과 비교하여 TEOS:SiN 및 TEOS:Poly-Si 둘 다에 대해 가장 높은 선택도를 제공하였다.
디싱 테스트는 상이한 크기의 산화물 트렌치에 대해 수행되었다. 결과는 표 6에 나열되어 있다.
표 6에 나타난 바와 같이, 실제 연마 조성물은, pH 6.74에서 화학 첨가제가 없고, 1개 또는 2개의 화학 첨가제를 함유하는 조성물과 비교하여 가장 낮은 트렌치 디싱을 제공하였다.
상이한 크기의 산화물 트렌치 디싱 속도에 대한, pH 6.74에서 연마재로서의 하소된 세리아와 함께 연마 조성물 중 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 사용하는 것의 영향을 테스트하였다. 결과는 표 7에 나열되어 있다.
표 7에 나타난 산화물 트렌치 디싱 속도 결과에 따르면, 실제 연마 조성물은 pH 6.74에서 100x100 μm 및 200x200 μm 피처 둘 다에 대해 가장 낮은 산화물 트렌치 디싱 속도를 제공하였다.
pH 6.74에서 P200 트렌치, P200 SiN 손실률(Å/sec.), 및 P200 트렌치/블랭킷 비에 대한, 연마재로서의 하소된 세리아와 함께 연마 조성물 중 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 사용하는 것의 영향을 테스트하였다. 결과는 표 8에 나열되어 있다.
표 8에 나타난 결과에 따르면, pH 6.74에서 연마재로서의 하소된 세리아 및 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 사용하는 실제 연마 조성물로, 가장 낮은 P200 트렌치/블랭킷 비 및 P200 트렌치 손실률을 얻었다.
실제 실시예 1 및 2에 나타난 테스트 결과에 따르면, 하소된 세리아 및 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 유형의 화학 첨가제를 함유하는 STI CMP 연마 조성물(실제 연마 조성물)은, 낮은 산화물 트렌치 디싱을 제공하면서, 억제된 SiN 및 Poly-Si 및 SiN 제거율, 증가된 TEOS:SiN 및 TEOS:Poly-Si 선택도를 제공하였다.
실제 실시예 3
실제 실시예 3에서, 0.5 중량%의 하소된 세리아, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 살생물제, 제1 유형의 화학 첨가제인 PAA 염 0.025 중량%, 제2 유형의 화학 첨가제인 D-소르비톨 0.15 중량%, 제3 유형의 화학 첨가제인 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 0.00125 중량% 및 탈이온수를 포함하는 실제 연마 조성물을 상이한 pH 조건에서 제조 및 테스트하였다.
막 제거율(RR) 및 제거율(RR) 선택도 TEOS:PECVD SiN 및 TEOS:LPCVD SiN에 대한 pH 조건의 영향은 표 9에 나열되어 있다.
표 9에 나타난 결과에 따르면, pH 5.35로부터 시작하여, 실제 연마 조성물은 21 및 32로부터의 높은 TEOS:SiN 선택도를 제공하였고 약 99(pH 7.5) 및 139(pH 9)에서 피크를 이루었다. 따라서, 높은 TEOS:SiN 선택도는 테스트된 pH 범위에 걸쳐 있다.
디싱 테스트는 상이한 크기의 산화물 트렌치에 대해 상이한 pH 조건에서 수행되었다. 결과는 표 10에 나열되어 있다.
표 10에 나타난 바와 같이, 실제 연마 조성물은 5.35 내지 8.5의 pH 범위에서 100 μm 및 200 μm 피처에 대해 낮은 산화물 트렌치 디싱을 제공하였다.
pH 조건이 9.0일 때, 100 μm 및 200 μm 피처는 둘 다, 훨씬 더 나쁘지만 표 2에 나타난 바와 같은 pH 5.35에서의 Ref. 연마 조성물로부터의 산화물 트렌치 디싱보다 여전히 낮은 산화물 트렌치 디싱을 갖는다.
상이한 크기의 산화물 트렌치 피처에 대한 디싱 속도에 대한 pH 조건의 영향은 표 11에 나열되어 있다.
표 11에 나타난 바와 같이, 실제 연마 조성물은 5.35 내지 8.5의 pH 범위에서 100 μm 및 200 μm 피처에 대해 낮은 산화물 트렌치 디싱 속도를 유지하였다. pH 조건이 9.0일 때, 100 μm 및 200 μm 피처는 둘 다, 훨씬 높지만 표 3에 나타난 바와 같은 pH 5.35에서의 Ref. 연마 조성물로부터의 결과보다는 훨씬 낮은 산화물 트렌치 디싱 속도를 갖는다.
P200 트렌치, P200 SiN 손실률(Å/sec.), 및 P200 트렌치/블랭킷 비에 대한 pH 조건의 영향을 테스트하였다. 결과는 표 12에 나타나 있다.
표 12에 나타난 결과에 따르면, 실제 연마 조성물은 5.35 내지 8.5의 pH 범위에서 낮은 P200 트렌치 손실률, 낮은 P200 SiN 손실률 및 낮은 P200 트렌치/블랭킷 비를 유지하였다. pH 조건이 9.0일 때, 훨씬 높지만 표 4에 나타난 바와 같은 pH 5.35에서의 Ref. 연마 조성물로부터의 결과보다는 여전히 낮은 P200 트렌치 손실률, P200 SiN 손실률 및 P200 트렌치/블랭킷 비를 얻었다.
pH 테스트 결과는 실제 연마 조성물을 사용하는 것이 5.35 내지 8.5의 넓은 pH 범위에서 바람직한 산화막 제거율, 낮은 산화물 트렌치 디싱, 낮은 트렌치 디싱 속도 및 낮은 SiN 손실률을 제공한다는 것을 보여주었다.
실제 실시예 4
이 실시예에서, 연마 조성물 Ref. 3은 0.5 중량%의 하소된 세리아, 0.0001 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 살생물제, 제1 유형의 화학 첨가제인 PAA 염 0.025 중량%, 제2 유형의 화학 첨가제인 D-소르비톨 0.15 중량%, 제3 유형의 화학 첨가제인 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 0.00125 중량%, 탈이온수, 및 6.74의 pH로 제조되었다.
PAA 염 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG)의 농도는 Ref. 3으로부터 벗어났다.
표 13에 나타난 바와 같이, Ref. 4는 PAA 염을 Ref. 3을 기준으로 0.025 중량% 내지 0.075 중량% 증가시켜 얻었고; Ref. 5는 PEG를 Ref. 4를 기준으로 0.00125 중량% 내지 0.0025 중량% 더 증가시켜 얻었고; Ref. 6은 PEG를 Ref. 5를 기준으로 0.0025 중량% 내지 0.005 중량% 더 증가시켜 얻었고; Ref. 7은 PAA 염을 Ref. 6를 기준으로 0.075 중량% 내지 0.1 중량% 더 증가시켜 얻었다.
막 제거율(RR) 및 TEOS:SiN 및 TEOS:Poly-Si의 제거율(RR) 선택도에 대한 제1 유형 및 제3 유형의 화학 첨가제의 농도 영향이 표 13에 나열되어 있다.
표 13에 나타난 결과에 따르면, PAA 염 및 PEG의 테스트된 농도 범위 내에서, 연마 조성물은 표 5에 나타난 바와 같은 3개의 화학 첨가제(Ref. 1)의 사용이 없는 연마 조성물과 비교하여 억제된 Poly-Si RR, 및 TEOS:SiN 및 TEOS:Poly-Si의 높은 선택도를 일관되게 제공하였다.
디싱 테스트는 상이한 크기의 산화물 트렌치 피처에 대해 수행되었다. 결과는 표 14에 나열되어 있다.
표 14에 나타난 결과에 따르면, PAA 염 및 PEG의 테스트된 농도 범위 내에서, 연마 조성물은 표 6에 나타난 바와 같은 3개의 화학 첨가제의 사용이 없는 연마 조성물(Ref. 1)과 비교하여 낮은 트렌치 디싱을 일관되게 제공하였다.
상이한 크기의 산화물 트렌치 피처에 대한 디싱 속도를 테스트하였고 결과를 표 15에 나타내었다.
표 15에 나타난 트렌치 디싱 속도 결과에 따르면, PAA 염 및 PEG의 테스트된 농도 범위 내에서, 연마 조성물은 표 7에 나타난 바와 같은 3개의 화학 첨가제의 사용이 없는 연마 조성물(Ref. 1)과 비교하여 낮은 디싱 속도를 일관되게 제공하였다.
실제 실시예를 포함하는, 상기 나열된 본 발명의 실시양태는, 본 발명으로 이루어질 수 있는 수많은 실시양태의 예시이다. 공정의 수많은 다른 구성이 사용될 수 있고, 공정에 사용되는 물질은 구체적으로 개시된 것들 이외의 수많은 물질로부터 선택될 수 있다는 것이 고려된다.

Claims (21)

  1. 화학 기계적 연마 조성물로서,
    연마 입자;
    (1) 유기 중합체의 분자 구조 내에 적어도 2개 이상, 4개 이상, 또는 6개 이상의 히드록실 작용기를 함유하는 유기 중합체; (2) 카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 이의 염; 및 (3) 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 함유하는 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 상이한 화학 첨가제;
    용매;
    선택적으로
    살생물제; 및
    pH 조정제
    를 포함하고, 조성물은 2 내지 12, 3 내지 10, 또는 4 내지 9의 pH를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 연마 입자는 무기 산화물 입자, 금속 산화물-코팅된 무기 산화물 입자, 유기 중합체 입자, 금속 산화물-코팅된 유기 중합체 입자, 표면 개질된 무기 산화물 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 연마 입자는 하소된 세리아, 콜로이드 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 입자, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 산화물 입자인 화학 기계적 연마 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 용매는 탈이온(DI)수, 증류수, 및 알코올성 용매로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 유기 중합체의 분자 구조 내에 적어도 2개 이상, 4개 이상, 또는 6개 이상의 히드록실 작용기를 함유하는 유기 중합체는 하기 일반 분자 구조를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00026

    여기서,
    n은 2 내지 5,000, 3 내지 12, 또는 4 내지 7로부터 선택되고;
    R1, R2, R3, 및 R4는 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 이들 중 하나는 각각 수소, 알킬, 알콕시, 하나 이상의 히드록실기를 갖는 유기기, 치환된 유기 설폰산, 치환된 유기 설폰산 염, 치환된 유기 카르복실산, 치환된 유기 카르복실산 염, 유기 카르복실산 에스테르, 유기 아민기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; 이들 중 적어도 2개 이상, 바람직하게는 4개가 수소 원자이다.
  6. 제5항에 있어서, R1, R2, R3, 및 R4는 모두 수소인 화학 기계적 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 유기 중합체의 분자 구조 내에 적어도 2개 이상, 4개 이상, 또는 6개 이상의 히드록실 작용기를 함유하는 유기 중합체는 D-만노스, L-만노스, 리비톨(D-리비톨), 자일리톨, 메조-에리스리톨, D-소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 이디톨, 말티톨, 프럭토스, 소르비탄, 수크로스, D-리보스, 이노시톨, 글루코스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 이의 염은 하기 일반 분자 구조를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00027

    여기서,
    R은 H와, 암모늄, 칼륨, 및 나트륨 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    n은 (1) 14 내지 13889의 범위; 14 내지 139, 또는 14 내지 70의 범위이거나; 또는 (2) 1,000 내지 1,000,000; 1,000 내지 10,000; 또는 1,000 내지 5,000의 범위의 분자량을 제공하는 반복 단량체 단위의 수를 나타낸다.
  9. 제1항에 있어서, 카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 이의 염은 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트 암모늄 염, 폴리아크릴레이트 칼륨 염, 폴리아크릴레이트 나트륨 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 함유하는 공중합체는 하기 일반 분자 구조를 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물:
    Figure pct00028

    여기서, n은 (1) 4 내지 22,727이거나; 또는 (2) 200 내지 1,000,000 범위의 분자량을 제공한다.
  11. 제1항에 있어서, (1) 유기 중합체의 분자 구조 내에 적어도 2개 이상, 4개 이상, 또는 6개 이상의 히드록실 작용기를 함유하는 유기 중합체는 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.025 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.05 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 농도를 갖고;
    (2) 카르복실산기를 함유하는 유기 중합체 또는 이의 염은 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 0.005 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 농도를 갖고;
    (3) 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 함유하는 공중합체는 0.0001 중량% 내지 1.0 중량%, 0.00025 중량% 내지 0.5 중량%, 0.0005 중량% 내지 0.1 중량%, 또는 0.00075 중량% 내지 0.05 중량% 범위의 농도를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 조성물은 0.0001 중량% 내지 0.05 중량%, 0.0005 중량% 내지 0.025 중량%, 또는 0.001 중량% 내지 0.01 중량%의 살생물제를 더 포함하고, 이 살생물제는 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온 또는 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온의 활성 성분을 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  13. 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, 수산화테트라알킬암모늄, 유기 4차 수산화암모늄 화합물, 유기 아민, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 pH 조정제 0 중량% 내지 1 중량%; 0.01 중량% 내지 0.5 중량%; 또는 0.1 중량% 내지 0.25 중량%를 더 포함하는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 조성물은 (1) D-만노스, L-만노스, 리비톨(D-리비톨), 자일리톨, 메조-에리스리톨, D-소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 이디톨, 말티톨, 프럭토스, 소르비탄, 수크로스, D-리보스, 이노시톨, 글루코스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화학 첨가제; (2) 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트 암모늄 염, 폴리아크릴레이트 칼륨 염, 폴리아크릴레이트 나트륨 염, 및 이들의 조합; 및 (3) 폴리에틸렌 글리콜 중 적어도 3개의 화학 첨가제를 포함하고; 화학 기계적 연마 조성물은 3 내지 10, 또는 4 내지 9의 pH를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 조성물은 D-소르비톨, 폴리아크릴레이트 암모늄 염, 폴리에틸렌 글리콜을 포함하고, 화학 기계적 연마 조성물은 3 내지 10, 또는 4 내지 9의 pH를 갖는 것인 화학 기계적 연마 조성물.
  16. 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법으로서,
    반도체 기판을 제공하는 단계;
    연마 패드를 제공하는 단계;
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 화학 기계적 연마(CMP) 조성물을 제공하는 단계;
    반도체 기판의 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계; 및
    산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 연마하는 단계
    를 포함하는, 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 산화규소 막은 화학 기상 증착(CVD) 산화규소 막, 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 산화규소 막, 고밀도 증착 CVD(HDP) 산화규소 막, 및 스핀 온 산화규소 막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  18. 제16항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소, Poly-Si, 또는 질화규소와 Poly-Si의 조합을 함유하는 제2 표면을 더 포함하고, 제2 표면이 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면과 동시에 연마될 때, SiO2:Poly-Si의 제거 선택도는 40 초과, 바람직하게는 50 초과, 더 바람직하게는 100 초과이고; SiO2:SiN의 제거 선택도는 30 초과, 바람직하게는 60 초과, 더 바람직하게는 70 초과인 방법.
  19. 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 시스템으로서,
    a. 반도체 기판;
    b. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 화학 기계적 연마(CMP) 조성물; 및
    c. 연마 패드
    를 포함하고, 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면은 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물과 접촉하는 것인 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP)하기 위한 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 산화규소 막은 화학 기상 증착(CVD) 산화규소 막, 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 산화규소 막, 고밀도 증착 CVD(HDP) 산화규소 막, 및 스핀 온 산화규소 막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 반도체 기판은 질화규소, Poly-Si, 또는 질화규소와 Poly-Si의 조합을 함유하는 제2 표면을 더 포함하고, 제2 표면이 산화규소 막을 포함하는 적어도 하나의 표면과 동시에 연마될 때, SiO2:Poly-Si의 제거 선택도는 40 초과, 바람직하게는 50 초과, 더 바람직하게는 100 초과이고; SiO2:SiN의 제거 선택도는 30 초과, 바람직하게는 60 초과, 더 바람직하게는 70 초과인 시스템.
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