KR101546695B1

KR101546695B1 - 지르코니아 입자를 포함하는 폴리싱 슬러리 및 폴리싱 슬러리를 사용하는 방법

Info

Publication number: KR101546695B1
Application number: KR1020137018922A
Authority: KR
Inventors: 앤듀르 지. 할레; 준 왕; 프레드릭 위스
Original assignee: 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2015-08-25
Also published as: CN103328598A; JP5906254B2; US9410063B2; CN103328598B; TW201226547A; JP2014504324A; WO2012092361A2; TWI573863B; US9120200B2; EP2658943A4; KR20130108433A; WO2012092361A3; US20150315441A1; JP2016052988A; EP2658943A2; US20120171936A1; EP2658943B1

Abstract

폴리싱 슬러리는 지르코니아 입자들을 포함할 수 있다. 폴리싱 슬러리는 도전성 및 절연 재료들을 폴리싱하는데 사용될 수 있고, 금속들뿐만 아니라 산화물 재료들을 폴리싱하는데 특히 아주 적합하다. 지르코니아 입자들의 특성은 가공 대상물의 폴리싱에 영향을 끼칠 수 있다. 적절한 특성을 선택함으로써, 폴리싱 슬러리는 허용 가능한 표면 가공을 여전히 제공하면서 양호한 재료 제거 속도를 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 산화세륨 또는 다른 연마재 입자들에 대한 대체물로서 또는 이와 함께 사용될 수 있다. 폴리싱 슬러리에서 지르코니아 입자들의 함량은 실리카 또는 알루미나 입자들을 가지는 비교 가능한 폴리싱 슬러리보다 적을 수 있다.

Description

지르코니아 입자를 포함하는 폴리싱 슬러리 및 폴리싱 슬러리를 사용하는 방법{POLISHING SLURRY INCLUDING ZIRCONIA PARTICLES AND A METHOD OF USING THE POLISHING SLURRY}

본 발명은 지르코니아 입자를 포함하는 폴리싱 슬러리 및 폴리싱 슬러리를 사용하는 방법을 대상으로 한다.

폴리싱은 마이크로 전자 산업 내에 폭넓게 사용된다. 더 작은 피처 크기(feature size)들은 리소그래피 작업(lithographic operations)이 적절하게 실행되도록 허용하기 위해 가공 대상물들이 평탄화되도록 요구한다. 다른 적용에서, 구리와 같은 몇몇의 금속들은 드라이 에칭 기술에 의해 쉽게 제거되지 않는다. 금속 층이 패터닝 절연 층 위와 패터닝 절연 층의 구멍들 내에 부착되는 인레이드 프로세스 시퀀스(inlaid process sequence)가 실행될 수 있다. 폴리싱은 패터닝 층의 구멍들의 외부에 있는 금속을 제거하는데 사용될 수 있고, 접점들, 비어들(vias), 또는 인터커넥트들(interconnects)에 상응하는 인레이드 금속 패턴을 남긴다.

마이크로 전자 산업 내에서, 폴리싱은 폴리싱 제품을 형성하기 위해 가공 대상물의 노출된 표면과 폴리싱 슬러리의 구성요소 사이의 화학 반응 또는 상호 작용을 포함하는 화학-화학 기계 평탄화로서 또한 알려진 화학-기계 폴리싱으로서 실행된다. 폴리싱 슬러리 내의 연마재 입자들은 가공 대상물의 하부를 노출시키기 위해 폴리싱 제품을 제거한다. 폴리싱은 대체로 평평한 표면이 달성되거나, 충분한 양의 층이 제거되거나, 다른 기준이 만족되거나, 또는 이들의 임의의 조합이 달성될 때까지 계속된다. 슬러리 내의 구성요소들, 폴리싱 중에 폴리싱되는 층, 폴리싱 중에 노출될 수 있는 상이한 층, 또는 이들의 임의의 조합 사이의 잠재적인 부정적인 상호 작용 때문에 화학-기계 폴리싱 슬러리의 개발은 어려울 수 있다.

실시예들이 예에 의해 설명되며 첨부한 도면들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 상이한 크기의 지르코니아 입자들과 이트리아 안정화 지르코니아 입자들에 대한 pH의 함수로서 제타 포텐셜의 그래프를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱 장치의 도시를 포함한다.
도 3은 기판과 전자 부품를 덮고 있는 절연 재료의 층을 포함하는 목표 부재의 일부분의 단면도의 도시를 포함한다.
도 4는 층을 평탄화한 후에 도 3의 목표 부재의 단면도의 도시를 포함한다.
도 5는 패터닝 절연 층과 도전성 재료의 층을 형성한 후에 도 4의 목표 부재의 단면도의 도시를 포함한다.
도 6은 패터닝 절연 층을 덮고 있는 도전성 재료의 층의 일부분을 제거한 후에 도 5의 목표 부재의 단면도의 도시를 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 지르코니아 입자들(180nm)의 슬러리의 SEM 이미지를 포함한다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 이트륨 도핑 지르코니아 입자들의 슬러리의 SEM 이미지를 포함한다.
숙련된 기술자들은 도면들에 있는 요소들은 단순성과 명료성을 위해 도시되고 반드시 올바른 축척으로 도시될 필요는 없다는 것을 인정한다. 예를 들면, 도면들에 있는 몇몇의 요소들의 치수는 본 발명의 실시예들의 이해를 향상시키는데 도움을 주기 위해 다른 요소들에 대해 과장될 수 있다.

도면들과 조합한 다음의 설명은 여기에 개시된 교시들을 이해하는데 도움을 주기 위해 제공된다. 다음의 논의는 교시들의 구체적인 실시와 실시예들에 초점을 맞출 것이다. 이런 초점은 교시들을 설명하는데 도움을 주기 위해 제공되고, 교시들의 범위 또는 적용 가능성에 대한 한정으로서 해석되지 않아야 한다.

여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "10 백분위수 입자 크기(10^thpercentileparticlesize)"는 특정한 크기에서, 입자들의 10%가 이와 같은 특정한 크기 이상을 가진다는 것을 의미하기 위한 것이다. 용어 "90 백분위수 입자 크기"는 특정한 크기에서, 입자들의 90%가 이와 같은 특정한 크기 이상을 가진다는 것을 의미하기 위한 것이다.

용어 "평균화된(averaged)"은 평균, 중앙치, 또는 기하 평균을 의미하기 위한 것이다. 따라서, 평균치, 중앙치, 및 기하 평균치는 특정한 타입의 평균화된 값이다.

용어 "희토류 원소"는 Sc, Y, 또는 원소 주기율표에 있는 임의의 란탄족 원소들(La 내지 Lu)을 의미하기 위한 것이다.

용어 "안정한 제타 포텐셜"은 슬러리의 2-단위 범위의 pH에 걸쳐서, 제타 포텐셜의 최대 범위가 10 mV보다 크지 않다는 것을 의미하기 위한 것이다. 용어 "매우 안정한 제타 포텐셜"은 4-단위 범위의 pH에 걸쳐서, 슬러리의 제타 포텐셜의 최대 범위가 10 mV보다 크지 않다는 것을 의미하기 위한 것이다.

원소 주기율표 내에 있는 세로단들에 상응하는 족 번호들은 화학 및 물리학의 CRC 핸드북, 제81 판(2000-2001)에 보여지는 것과 같은 "New Notation(새로운 표시법)" 협약을 사용한다.

용어들 "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하다(includes)", "포함하는(including)", "가지다(has)", "가지는(having)", 또는 이들의 임의의 다른 변형들은 비배타적인 포함을 커버하기 위한 것이다. 예를 들면, 특징들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치는 반드시 이런 특징들만으로 한정될 필요는 없고, 명시적으로 열거되지 않거나 이와 같은 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 대한 고유한 다른 특징들을 포함할 수 있다. 게다가, 반대로 명시적으로 언급되지 않는다면, "또는"은 포괄적인 "또는"을 가리키며 배타적인 ?풔?을 가리키지 않는다. 예를 들면, 조건 A 또는 B가 다음 중의 임의의 하나에 의해 만족된다: A가 참이고 (또는 존재하고) B가 거짓이며 (또는 존재하지 않으며), A가 거짓이고 (존재하지 않고) B가 참이며 (또는 존재하며), A와 B 모두가 참이다 (또는 존재한다).

"하나(a)" 또는 "하나(an)"는 여기에서 설명되는 구성요소들과 요소들을 설명하는데 사용된다. 이는 단지 편의성을 위해 그리고 본 발명의 범위의 일반적인 의미를 제공하기 위해 행해진다. 이런 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 읽혀져야 하고, 만약 다르게 의미한다는 것이 분명하지 않다면 단수는 또한 복수를 포함하거나, 그 반대이다. 예를 들면, 단일 장치가 여기에서 설명될 때, 둘 이상의 장치가 단일 장치의 대신에 사용될 수 있다. 유사하게, 둘 이상의 장치가 여기에서 설명되는 경우에, 단일 장치는 이런 하나의 장치를 대체할 수 있다.

다르게 한정되지 않는다면, 여기에서 사용되는 모든 기술적이고 특정한 용어들은 본 발명이 속하는 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 재료들, 방법들, 및 예들은 단지 설명을 하기 위한 것이며 한정을 하기 위한 것이 아니다. 여기에서 설명되지 않은 정도로, 특정한 재료들과 가공 행위들에 관련된 많은 세부 사항들은 화학-기계 폴리싱 및 평탄화("CMP") 분야들의 교재들과 다른 소스들에서 발견될 수 있다.

폴리싱 슬러리는 지르코니아 입자들을 포함할 수 있다. 지르코니아 입자들은 유일한 연마재 입자들이거나 다른 조성물들을 가지는 연마재 입자들과 함께 사용될 수 있다. 지르코니아 입자들은, 특히 CMP 작업을 실행할 때, 특히 유용한 폴리싱 특성들이 달성되도록 허용한다. 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 산화물와 같은 절연 재료를 폴리싱하기 위해 맞추어진 폴리싱 슬러리, 또는 금속 함유 재료와 같은 도전성 재료를 폴리싱하기 위해 맞추어진 다른 폴리싱 슬러리에 사용될 수 있다.

게다가, 지르코니아 입자들은 폴리싱 슬러리가 폴리싱하도록 구성되는 재료의 표면에 화학적 활성 또는 전자적 활성을 가지는 것과 같은 특징을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 지르코니아 입자들은 폴리싱되는 재료와 반응할 수 있거나, 폴리싱되는 재료와 추가로 반응할 수 있는 반응 생성물을 형성하기 위해 슬러리의 구성요소와 반응할 수 있다. 다른 실시예에서, 지르코니아 입자들은 폴리싱되는 재료로 전자들을 전달할 수 있다 (제공하거나 수용할 수 있다). 여전히 다른 실시예에서, 지르코니아 입자들은 폴리싱 슬러리 내의 구성요소로 전자들을 전달할 수 있다. 전자 전달이 슬러리 내의 재료 또는 구성요소로 일어난 후에, 재료는 보다 쉽게 폴리싱될 수 있다. 따라서, 지르코니아 입자들은 이의 기계적 특성을 위해 단독으로 사용되는 불활성 재료만이 아닐 수 있다.

지르코니아 입자들은 또한 지르코니아 입자들의 결정 구조에 영향을 끼치거나 폴리싱 슬러리의 폴리싱 특성에 상당한 영향을 끼치는 도펀트로서 불리는 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 희토류 원소, 2족 원소, 8족 원소, 9족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 산소 이외의 16족 원소, 17족 원소, 또는 (Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, 또는 Au인) 귀금속일 수 있다. 둘 이상의 첨가제가 사용될 수 있다.

지르코니아의 결정 구조들은 단사정계, 정방정계, 또는 입방정계를 포함한다. 대체로 순수한 지르코니아는 대략 1000 ℃의 온도까지는 단사정계이고, 대략 1000 ℃ 내지 대략 2370 ℃의 범위의 온도에서 정방정계이며, 더 높은 온도에서 입방정계이다. 첨가제는 지르코니아를 안정화하기 위해 첨가될 수 있고 그 결과로 이는 단사정계 결정 구조와는 대조적으로 실온에서 정방정계 또는 입방정계 결정 구조를 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 상당한 양의 정방정계 ZrO₂,입방정계 ZrO₂,또는 이들 모두의 결정형들이 폴리싱을 위해 폴리싱 슬러리에 사용될 수 있고, 단사정계 ZrO₂를 사용하는 것 이상의 이점을 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 정방정계 ZrO₂일 수 있고, 다른 특정한 실시예에서, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 입방정계 ZrO₂일 수 있다. 지르코니아는 부분적으로 안정화되거나 완전히 안정화될 수 있다. 희토류 원소, 2족 원소, 또는 이들의 임의의 조합이 지르코니아를 안정화하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, Y, Ce, 또는 Ca가 이의 정방정계 또는 입방정계 결정 구조를 유지하는 안정화 지르코니아를 형성하는데 사용될 수 있다. 특정한 실시예에서, 산화물 폴리싱, 금속 폴리싱, 합금 폴리싱, 또는 이들의 조합들을 위해 연마재 CMP 슬러리에 사용될 때, 산화세륨이 양호한 폴리싱 특성을 가지기 때문에, Ce는 유용할 수 있다. 다른 특정한 실시예에서, 산화물 폴리싱, 금속 폴리싱, 합금 폴리싱, 또는 이들의 조합들을 위해 연마재 CMP 슬러리에 사용될 때, 이트리아가 양호한 폴리싱 특성을 가지기 때문에, Y는 유용할 수 있다. 도 8은 안정된 정방정계 결정형을 가지는 이트륨 도핑 지르코니아 입자들을 포함하는 슬러리의 일 실시예를 도시한다.

다른 실시예에서, 또한 도펀트로서 불리는 상이한 첨가제가 다른 이유로 사용될 수 있다. 예를 들면, 첨가제는 폴리싱되는 표면의 근처의 상태들에 국부적으로 영향을 끼치는데 도움을 줄 수 있다. 폴리싱되는 층의 표면에서 화학 반응 또는 상호 작용은 지르코니아 입자들 내의 첨가제의 존재에 의해 촉진되거나 그렇지 않으면 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 만약 첨가제가 Zr⁺⁴와 비교하여 상이한 산화 상태에 있다면, 첨가제는 입자들의 국부적인 전하에 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, +1, +2, 또는 +3 산화 상태를 가지는 첨가제는 전자들에 끌어 당기는데 도움을 줄 수 있고, +5, +6, 또는 +7 산화 상태를 가지는 첨가제는 전자들을 제공하는데 도움을 줄 수 있다. 많은 상이한 원소들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 첨가제는 2족 원소, 8족 원소, 9족 원소, 13족 원소, 15족 원소, 산소 이외의 16족 원소, 또는 17족 원소를 포함할 수 있다. 다른 첨가제는 원하는 반응을 촉진하거나 원하지 않는 반응을 억제하는데 도움을 줄 수 있다. 예를 들면, 귀금속은 폴리싱되는 층의 재료와 폴리싱 슬러리 내의 구성요소 사이의 반응을 촉진하는데 도움을 줄 수 있다. 특정한 실시예에서, Pt, Pd, Rh, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.

지르코니아 입자들에 있는 일정한 양의 임의의 특정한 첨가제 또는 첨가제들의 조합은 지르코니아 입자들, 폴리싱 특성, 또는 이들의 임의의 조합에 상당한 영향을 끼칠 수 있다. 일 실시예에서, 지르코니아 입자들에 있는 일정한 양의 첨가제는 지르코니아 입자들 내에서 별도의 상을 형성하는 양보다 적다. 일 실시예에서, 첨가제의 농도는 적어도 대략 0.002 mol%, 적어도 대략 0.02 mol%, 또는 적어도 대략 0.2 mol%이다. 다른 실시예에서, 첨가제의 농도는 대략 9 mol% 이하, 대략 7 mol% 이하, 또는 대략 5 mol% 이하이다. 특정한 실시예에서, 첨가제의 농도는 대략 1 mol% 내지 대략 5 mol%의, 약 1.5 mol% 내지 대략 4.5 mol%, 또는 약 2 mol% 내지 대략 4 mol%의 범위에 있다. 첨가된 지르코니아 입자들 내의 첨가제의 양은 첨가되는 특정한 원소에 의해 좌우될 수 있고, 그에 따라 수치들은 잠재적인 농도를 설명하려는 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니다.

지르코니아 입자들을 제조하는 방법들로 돌아가면, 일 실시예에서, 지르코니아 입자들은 침전 및 하소 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들면, 염기가 지르코늄 염을 포함하는 용액에 첨가될 수 있거나 지르코늄 염이 염기를 포함하는 용액에 첨가될 수 있다. 특히, 용액은 지르코늄 염의 수용액일 수 있다. 지르코늄 염의 예는 지르코늄 나이트레이트, 지르코늄 클로라이드, 지르코늄 하이드록사이드, 지르코늄 설페이트, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 특정한 실시예에서, 지르코늄 염은 지르코늄 설페이트를 포함한다.

다양한 염기들이 사용될 수 있지만, 처리는 일반적으로 지르코늄 염의 수용액과 금속 하이드록사이드 염기를 혼합하는 것을 포함한다. 금속 하이드록사이드 염기는 알칼리 금속으로부터 형성된 염기 또는 알칼리 토금속으로부터 형성된 염기일 수 있다. 특히, 금속 하이드록사이드 염기의 예는 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정한 실시예에서, 수산화나트륨은 지르코늄 설페이트의 수용액과 혼합된다.

침전에 앞서, 첨가제가 염의 형태로 용액에 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, Y 또는 Ce의 염이 안정화 지르코니아를 형성하기 위해 침전에 앞서 혼합물에 첨가된다.

침전 후에, 혼합물은 분말 형태의 비결정질 지르코니아 입자상 재료를 획득하기 위해 건조될 수 있다. 예를 들면, 혼합물은, 예를 들면, 분무 건조, 동결 건조, 또는 팬 건조(pan drying) 공정을 사용하여 건조될 수 있다. 일반적으로, 상이한 응집 특성이 선택된 건조 공정에 의해 달성될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 건조된 지르코니아 옥사이드 미립자는, 예를 들면, 미립자 지르코니아 재료에서 결정 성장을 촉진하고 밀도를 증가시키기에 충분한 온도에서 하소 공정을 사용함으로써 상이한 결정형들을 획득하기 위해 열처리될 수 있다. 일 실시예에서, 지르코니아는 단사정계 결정 구조를 획득하기 위해 대략 1000 ℃의 온도까지 가열된다. 다른 실시예에서, 정방정계 결정이 대략 1000 ℃ 내지 대략 2370 ℃의 범위의 온도에서 가열됨으로써 획득된다. 다른 실시예에서, 입방정계 형이 더 높은 온도에서 획득된다. 첨가제가 지르코니아를 안정화하기 위해 첨가되지 않았고, 그 결과로 정방정계 또는 입방정계 결정 구조를 유지할 수 있다면, 지르코니아는 1000 ℃보다 낮게 냉각될 때 단사정계 형으로 되돌아갈 것이다. 일 실시예에서, 다결정 지르코니아의 응집된 덩어리가 지르코니아 입자들의 열처리에 의해 획득된다. 일 실시예에서, 다결정 지르코니아 입자들은 단사정계이다. 다른 실시예에서, 다결정 지르코니아 입자들은 정방정계이다. 다른 실시예에서, 다결정 지르코니아 입자들은 입방정계이다. 다른 실시예에서, 다결정 지르코니아 입자들은 단사정계와 정방정계의 혼합물이다. 다른 실시예에서, 다결정 지르코니아 입자들은 정방정계와 입방정계의 혼합물이다.

하소와 같은 열처리 공정 후에, 제2의 입자 크기를 가지는 제2의 입자들인 획득된 응집체들이 제1의 입자 크기를 가지는 제1의 입자들인 또한 그레인(grain)으로 불리는 개별 미소 결정들로 구성된다는 것이 일반적으로 이해될 것이다. 제1의 입자들은 제2의 입자인 다공성 응집체 덩어리의 형태로 네킹(necking) 및 과립 내 그레인 성장을 통해 강하게 결합된다. 다르게 언급되지 않는다면, 지르코니아 입자들의 입자 크기, 또는 입자 크기 분포에 대한 모든 언급들은 제2의 입자 크기에 대한 것이다.

일 실시예에서, 하소된 지르코니아 재료의 응집된 덩어리는 원하는 제2의 입자 크기 분포를 획득하기 위해 습식 밀링된다. 일 실시예에서, 지르코니아는 이트리아 안정화 지르코니아를 함유하는 마찰 분쇄기에서 탈응집된다. 밀링 시간과 조건들은 의도된 제2의 입자 크기 분포에 의해 결정된다.

대안의 제조 방법에서, 지르코니아 입자들은 용융 지르코니아 응집체 분말을 형성하기 위해 분리되는 아크로(arc furnace)에 지르콘 샌드(zircon sand)를 도입함으로써 형성된다. 획득된 용융 결정들은 원하는 제2의 입자 크기 분포를 획득하기 위해 이전에 설명된 바와 같이 마찰 분쇄기에서 크기가 감소될 수 있다.

지르코니아 입자들의 크기는 폴리싱 특성에 영향을 끼칠 수 있다. 만약 지르코니아 입자들이 너무 작다면, 폴리싱 속도는 너무 낮을 수 있고, 만약 지르코니아 입자들이 너무 크다면, 폴리싱 속도는 높아질 수 있지만, 폴리싱된 표면은 스크래치들 또는 다른 표면 결함을 가질 수 있다. 입자 크기는 평균 입자 크기, 10 백분위수 입자 크기, 90 백분위수 입자 크기, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 특징지어질 수 있다. 100 nm보다 작은 공칭 입자 크기들에 대해, 입자 크기들은 Malvern Instruments, Ltd로부터 나온 Zetasizer Nano-ZS™-상표의 분석 도구를 사용하고 그리고 5와 10의 pH를 달성하기 위해 HNO₃또는 KOH를 가지는 물에 있는 0.1 wt%의 지르코니아 입자들로 결정될 수 있다. 100 nm보다 큰 공칭 입자 크기들에 대해, 입자 크기들은 Horiba, Ltd로부터 나온 LA-920™-상표 입자 크기 분포 분석기를 사용하여 지르코니아 용액(물에 있는 대략 5 내지 10 wt%의 지르코니아 입자들)의 몇몇의 액적들을 0.3 wt%의 나트륨 헥사메타포스페이트 수용액에 넣음으로써 결정될 수 있다. 입자 크기 결정은 분석기의 램프 강도가 대략 70% 내지 대략 75%에 도달할 때 이루어진다.

일 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 대략 50 nm, 적어도 대략 80 nm, 적어도 대략 110 nm, 또는 적어도 대략 130 nm이다. 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 대략 800 nm 이하, 대략 770 nm 이하, 대략 600 nm 이하, 대략 555 nm 이하, 대략 400 nm 이하, 대략 380 nm 이하, 대략 350 nm 이하, 대략 330 nm 이하, 대략 300 nm 이하, 대략 250 nm 이하, 또는 대략 200 nm 이하이다. 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 대략 130 nm 내지 350 nm의 범위에 있다. 특정한 실시예에서, 평균 입자 크기는 대략 330 nm이다. 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 대략 130 nm 내지 대략 200 nm의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 대략 150 nm 내지 350 nm이다. 특정한 실시예에서, 평균 입자 크기는 대략 180 nm이다. 특정한 실시예에서, 평균 입자 크기들 중의 임의의 것은 중앙치 입자 크기일 수 있다. 일 실시예에서, 10 백분위수 입자 크기는 적어도 대략 51 nm, 적어도 대략 65 nm, 또는 적어도 대략 80 nm이다. 다른 실시예에서, 10 백분위수 입자 크기는 대략 450 nm 이하, 대략 350 nm 이하, 대략 250 nm 이하, 대략 200 nm 이하, 또는 대략 170 nm 이하이다. 특정한 실시예에서, 10 백분위수 입자 크기는 대략 80 nm 내지 대략 130 nm의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 10 백분위수 입자 크기는 대략 150 nm 내지 대략 200 nm의 범위에 있다. 일 실시예에서, 90 백분위수 입자 크기는 적어도 대략 50 nm, 적어도 대략 100 nm, 또는 적어도 대략 200 nm이다. 다른 실시예에서, 90 백분위수 입자 크기는 대략 1600 nm 이하, 대략 1200 nm 이하, 대략 800 nm 이하, 대략 700 nm 이하, 또는 대략 300 nm 이하이다. 특정한 실시예에서, 90 백분위수 입자 크기는 대략 200 nm 내지 대략 300 nm의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 90 백분위수 입자 크기는 대략 600 nm 내지 대략 720 nm의 범위에 있다. 도 7은 180 nm의 평균 입자 크기를 가지는 지르코니아 입자들을 포함하는 슬러리의 일 실시예를 도시한다.

지르코니아 입자들의 형상들은 랜덤일 수 있다. 많은 지르코니아 입자들은 대체로 구형, 대체로 작은 판형, 또는 다면체인 것을 특징으로 할 수 있다. 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 형상에 의해 분리될 수 있다. 그러므로, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 대체로 구형일 수 있거나, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 대체로 작은 판형일 수 있거나, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 대체로 다면체일 수 있다.

지르코니아 입자들은 또한 비표면적("SSA")에 의해 특징지어질 수 있다. 일 실시예에서, SSA는 적어도 대략 5 m²/g,적어도 대략 6 m²/g,적어도 대략 7 m²/g,적어도 대략 8 m²/g,적어도 대략 9 m²/g,또는 적어도 대략 10 m²/g이다. 다른 실시예에서, SSA는 대략 55 m²/g이하, 대략 45 m²/g이하, 대략 35 m²/g이하, 또는 대략 25 m²/g이하이다. 특정한 실시예에서, SSA는 대략 11 m²/g내지 대략 25 m²/g의 범위에 있다. 다른 특정한 실시예에서, SSA는 대략 11 m²/g내지 대략 17 m²/g의 범위에 있다. 다른 특정한 실시예에서, SSA는 대략 19 m²/g내지 대략 25 m²/g의 범위에 있다.

지르코니아 입자들은 부분적으로 입자 크기에 근거하여 변하는 밀도를 가질 수 있다. 50 nm 이하의 공칭 입자 크기를 가지는 지르코니아 입자들은 콜로이드 용액을 형성할 수 있고, 130 nm 이상의 공칭 크기를 가지는 지르코니아 입자들은 콜로이드 용액을 형성하지 않는다. 일 실시예에서, 밀도는 적어도 대략 3.20 g/m³,적어도 대략 4.00 g/m³,적어도 대략 5.00 g/m³,또는 적어도 대략 5.25 g/m³이다. 다른 실시예에서, 밀도는 대략 5.80 g/m³이하, 대략 5.78 g/m³이하, 또는 대략 5.76 g/m³이하이다. 특정한 실시예에서, 밀도는 대략 5.50 g/m³내지 대략 5.75 g/m³의 범위에 있다. 다른 특정한 실시예에서, 밀도는 대략 5.50 g/m³내지 대략 5.65 g/m³의 범위에 있다. 다른 특정한 실시예에서, 밀도는 대략 5.66 g/m³내지 대략 5.75 g/m³의 범위에 있다.

지르코니아 입자들은 또한 평균 공극 크기에 의해 특징지어 질 수 있다. 공극 크기는 Barrett-Joyner-Halenda("BJH") 방법에 근거하여 Micromeritics Instrument Corporation의 TriStar 3000™-상표 표면적 분석기에 의해 측정될 수 있다. N₂가스가 흡착물로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 평균 공극 크기는 적어도 대략 1 nm, 적어도 대략 5 nm, 또는 적어도 대략 11 nm이다. 다른 실시예에서, 평균 공극 크기는 대략 30 nm 이하, 대략 29 nm 이하, 또는 대략 28 nm 이하이다. 특정한 실시예에서, 평균 공극 크기는 대략 15 nm 내지 대략 26 nm의 범위에 있다. 다른 특정한 실시예에서, 평균 공극 크기는 대략 15 nm 내지 대략 20 nm의 범위에 있다. 다른 특정한 실시예에서, 평균 공극 크기는 대략 15 nm 내지 대략 26 nm의 범위에 있다.

지르코니아 입자들의 제타 포텐셜의 안정성은 CMP의 폴리싱 슬러리에 대해 중요한 인자이다. 제타 포텐셜은 폴리싱 제품이 연마재 입자에 의한 인력이 작용되는지 또는 척력이 작용되는지, 그리고 이와 같은 인력 또는 척력이 얼마나 강한지에 영향을 끼칠 수 있다. 폴리싱 슬러리는 벌크 pH 값을 가지지만, 국부적인 pH는 폴리싱되는 재료 또는 폴리싱 중에 노출되는 재료에 근거하여 변할 수 있다. 만약 지르코니아 입자들의 제타 포텐셜이 더 넓은 pH 범위에 걸쳐 크게 변하지 않는다면 폴리싱 슬러리는 보다 예측 가능한 거동을 가질 수 있다.

도 1은 pH의 함수로서, 안정화 지르코니아를 포함하는 상이한 지르코니아 입자 크기들의 제타 포텐셜들의 그래프를 포함한다. 선도들은 각각의 입자 크기들에 대해 상이하다는 것에 주목하라. 각각의 상이한 크기의 지르코니아 입자들에 대한 제타 포텐셜 데이터가 단지 물, 각각의 특정한 크기들에 대한 대략 0.01 wy%의 지르코니아 또는 안정화 지르코니아 입자들, 및, 필요하다면, 바탕 이온 강도(background ionic strength)를 제어하기 위해 KCl 용액, 및 pH를 조절하기 위해 산(예를 들면, HNO₃)또는 염기(예를 들면, KOH)를 포함하는 슬러리를 사용하여 획득되었다. 슬러리는 계면 활성제 또는 임의의 다른 첨가제를 포함하지 않았다. 특정한 실시예에서, 자동 적정이 Malvern Zetasizer에 부착되는 Malvern MPT-자동 적정기를 사용하여 실행되었다. 세 개의 적정제들인, 0.25M KOH, 0.025M HNO3, 및 0.25M HNO3가 사용되었다. 바탕 이온 강도를 제어하기 위해, 0.001M KCl 용액이 사용되었다. 적정은 대략 0.5 pH 단위의 증분으로 높은 pH(12.0)로부터 낮은 pH(2.0)까지 행해졌다. 각각의 pH에서, 적어도 두 개의 제타 포텐셜 측정치들이 수집되었다. 각각의 pH에서 제타 포텐셜 측정치들의 평균은 도 1에 도시된 바와 같은 그래프로 표시되었다.

130 nm 공칭 입자 크기 지르코니아

pH	평균 제타 (mV)
11.50	-42.10
11.10	-41.95
10.65	-41.05
10.20	-39.00
9.67	-37.35
9.10	-34.20
8.47	-29.10
8.13	-24.45
7.51	-15.25
7.10	-7.92
6.62	-0.68
6.25	5.69
5.69	17.40
5.19	25.25
4.65	34.50
4.24	40.25
3.63	45.00
3.22	47.20
2.73	48.70

도 1을 참조하면, 130 nm 단사정계 지르코니아, 180 nm 단사정계 지르코니아, 390 nm 단사정계 지르코니아, 및 327 nm 정방정계 이트리아 안정화 지르코니아의 공칭 입자 크기들에 대해, 제타 포텐셜 선도들은 유사하지만, 동일하지는 않다. 130 nm 공칭 입자 크기를 가지는 지르코니아 입자들은 대략 9.5로부터 대략 11.6까지의 범위에 있는 pH에 대해 10 mV 이하의 제타 포텐셜 차이를 가진다. 따라서, 130 nm 공칭 입자 크기가 대략 9.5의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가지는 슬러리에 사용될 수 있다. 게다가, 등전점은 대략 6.6 pH인 것으로 결정되었다.

180 nm 공칭 입자 크기 지르코니아

pH	평균 제타 (mV)
11.60	-51.80
11.30	-48.40
10.70	-47.35
10.10	-45.90
9.72	-42.55
9.11	-37.85
8.51	-32.20
7.83	-24.75
7.33	-16.30
6.98	-10.35
6.62	-4.39
6.28	3.14
5.75	16.90
5.25	27.10
4.67	39.30
4.18	46.40
3.66	49.40
3.15	50.75
2.67	53.55

180 nm 공칭 입자 크기를 가지는 지르코니아 입자들은 대략 8.8로부터 대략 11.5까지의 pH에 대해 10 mV 이하의 제타 포텐셜 차이를 가진다. 따라서, 180 nm 공칭 입자 크기가 대략 8.8의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가지는 슬러리에 사용될 수 있다. 게다가, 등전점은 대략 6.4 pH인 것으로 결정되었다.

390 nm 공칭 입자 크기 지르코니아

pH	평균 제타 (mV)
11.30	-48.20
11.20	-46.10
10.70	-45.57
10.10	-44.00
9.75	-44.03
9.12	-41.03
8.61	-37.97
7.82	-32.60
7.43	-27.13
7.00	-19.83
6.59	-11.90
6.12	-1.87
5.68	9.14
5.07	22.83
4.67	33.10
3.96	48.87
3.66	54.85

390 nm 공칭 입자 크기를 가지는 지르코니아 입자들은 대략 8.5로부터 대략 11.3까지의 pH에 대해 10 mV 이하의 제타 포텐셜 차이를 가진다. 따라서, 390 nm 공칭 입자 크기가 대략 8.5의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가지는 슬러리에 사용될 수 있다. 게다가, 등전점은 대략 6.0 pH인 것으로 결정되었다.

327 nm 공칭 입자 크기 안정화 지르코니아

pH	평균 제타 (mV)
11.50	-30.20
11.10	-29.00
10.70	-27.35
10.20	-25.20
9.58	-21.40
9.21	-17.95
8.72	-12.10
8.13	-4.99
7.40	6.21
6.93	11.25
6.55	15.75
6.24	21.10
5.78	26.75
5.27	33.30
4.68	40.55
4.26	45.75
3.67	46.45
3.25	48.90
2.62	52.90

327 nm 공칭 입자 크기를 가지는 이트륨 도핑 지르코니아 입자들은 대략 9.4로부터 대략 11.5까지의 pH에 대해 10 mV 이하의 제타 포텐셜 차이를 가진다. 따라서, 327 nm 공칭 입자 크기가 대략 9.45의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가지는 슬러리에 사용될 수 있다. 게다가, 등전점은 대략 7.8 pH인 것으로 결정되었다. 일 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 8.0, 적어도 대략 8.25, 적어도 대략 8.5, 적어도 대략 8.75, 적어도 대략 9.0, 적어도 대략 9.25, 또는 적어도 대략 9.5의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 지르코니아 입자들은 대략 12.0 이하, 대략 11.75 이하, 대략 11.5 이하, 대략 11.25 이하, 또는 대략 11.0 이하의 안정한 제타 포텐셜을 가질 수 있다. 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 대략 8.5 내지 대략 11.6의 범위에 있는 안정한 제타 포텐셜을 가질 수 있다.

지르코니아 입자들의 등전점은 제타 포텐셜이 영인 pH에 의해 특징지어진다. 지르코니아는 5 내지 6의 pH의 등전점을 가지는 것으로 보고되었다. 위의 데이터는 등전점이 제조 방법에 의해 영향을 받을 수 있다는 것을 가리킨다. 등전점은 130 nm 공칭 크기 단사정계 지르코니아, 180 nm 공칭 크기 단사정계 지르코니아, 380 nm 공칭 크기 단사정계 지르코니아, 및 327 nm 공칭 크기 정방정계 이트리아 안정화 지르코니아 입자들에 대해 6.0보다 더 큰 pH일 수 있다. 그러나, 등전점은 일반적으로 130 nm 공칭 크기, 180 nm 공칭 크기, 및 380 nm 공칭 크기 단사정계 지르코니아에 대해 6.75 pH 이하이다. 다른 한편으로, 327 nm 공칭 크기 정방정계 이트리아 안정화 지르코니아 입자들은 7.0보다 더 크거나 심지어 7.5보다 더 큰 pH에 있을 수 있지만, 일반적으로 8.2 pH보다 작은 등전점을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 등전점은 적어도 6.3, 적어도 대략 6.4, 또는 적어도 대략 6.5의 pH에 의해 특징지어질 수 있다. 다른 실시예에서, 지르코니아 입자들의 등전점은 대략 8.5 이하, 대략 8.25 이하, 또는 대략 8.0 이하의 pH에 의해 특징지어진다. 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들의 등전점은 대략 5.8 내지 대략 6.8의 범위에 있는 pH에 의해 특징지어진다.

지르코니아 연마재를 가지는 폴리싱 슬러리의 pH는 1 내지 14의 범위에 있을 수 있다. 폴리싱 금속들에 대해, 폴리싱 슬러리는 강한 산성 내지 약한 염기성일 수 있고(예를 들면, 1에서부터 9까지의 pH), 폴리싱 산화물 재료들에 대해, 폴리싱 슬러리는 약한 산성 내지 강한 염기성일 수 있다(예를 들면, 5에서부터 14까지의 pH). 다양한 연마재 재료들과 pH의 범위들이 CMP에 사용되었지만, 폴리싱은 폴리싱 슬러리의 pH가 폴리싱되는 재료의 등전점과 연마재 입자들의 등전점 사이에 있도록 실행될 수 있다. 여기에서 개시된 바와 같은 폴리싱 슬러리들을 사용하여, CMP는 폴리싱되는 재료의 등전점과 연마재 입자들의 등전점이 모두 폴리싱 슬러리의 pH보다 낮거나 높도록 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 적어도 대략 1.0, 적어도 대략 3.0, 또는 적어도 대략 4.0의 pH를 가진다. 다른 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 대략 14.0 이하, 대략 12.0 이하, 11.0 이하의 pH를 가진다. 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 대략 4.3 내지 대략 10.0의 범위에 있는 pH를 가진다. 비한정적인 실시예들에서, 여기에서 설명되는 많은 폴리싱 슬러리들은 대략 4.3으로부터 대략 12까지의 pH에서 산화물들을 폴리싱하는데 유용할 수 있다. 본 명세서를 읽은 후에, 숙련된 기술자들은 특정한 폴리싱 적용에 대해 특정한 pH 또는 pH의 범위를 결정할 수 있을 것이다.

폴리싱 슬러리 내의 연마재 함량에 대해, 만약 연마재 함량이 너무 낮다면, 폴리싱 속도는 너무 낮아질 수 있고, 만약 연마재 함량이 너무 높다면, 불필요한 양의 연마재 재료가 소비되는 중이며, 스크래치 또는 다른 표면 결함들이 문제가 될 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 적어도 대략 0.2 wt%의 지르코니아 입자들, 다른 실시예에서, 적어도 대략 0.3 wt%의 지르코니아 입자들, 여전히 다른 실시예에서, 적어도 대략 0.5 wt%의 지르코니아 입자들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 대략 20 wt% 이하의 지르코니아 입자들, 또 다른 실시예에서, 대략 9 wt% 이하의 지르코니아 입자들, 및 여전히 다른 실시예에서, 대략 5 wt% 이하의 지르코니아 입자들을 포함할 수 있다. 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 대략 0.5 wt% 내지 대략 1.5 wt%의 범위의 지르코니아 입자들을 가진다.

일 실시예에서, 여기에서 설명되는 바와 같은 지르코니아 입자들은 폴리싱 슬러리 내의 단독 연마재 재료일 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 조성물을 가지는 연마재 입자들이 지르코니아 입자들과 함께 사용될 수 있거나 지르코니아 입자들의 전부가 아닌 단지 일부분만을 대체될 수 있다. 이와 같은 다른 연마재 입자들은 실리카, 알루미나, 산화세륨, 티타니아, 다른 세라믹 재료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

폴리싱 슬러리는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 폴리싱 슬러리는 액체 매질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 액체 매질은 물, 알코올, 글리콜, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 폴리싱 슬러리는 첨가제를 포함할 수 있다. 특정한 첨가제 또는 선택된 첨가제들의 조합은 폴리싱되는 특정한 재료에 의해 좌우될 수 있다. 첨가제는 가수분해제, 산화제, 계면 활성제, 분산제, 부식 억제제, 산 또는 염기, pH 완충제, 변형제, 살생물제, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 폴리싱 슬러리는 단일 첨가제, 첨가제들의 조합을 포함할 수 있거나, 또는 첨가제를 포함하지 않을 수 있다. 임의의 특정한 첨가제는 단일 목적 또는 목적들의 조합을 위해 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 산은 산화제로서 사용될 수 있고 폴리싱 슬러리의 pH를 조절하는데 사용될 수 있다. 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 가수분해제, 산화제, 계면 활성제, 분산제, 부식 억제제, 산 또는 염기, pH 완충제, 변형제, 살생물제, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지 않을 수 있다.

여기에서 설명되는 폴리싱 슬러리들은 실리콘 산화물들, 보다 구체적으로는 SiO₂함유 표면들을 폴리싱하는데 특히 유용하다. 따라서, 폴리싱 슬러리들은 유리, 광학 기구들, 유리 하드 디스크들, 마이크로 전자 산업의 실리콘 산화물 함유 층들을 폴리싱하는데 사용될 수 있고, 다른 상이한 적용들에 사용될 수 있다. 도 2 내지 도 6은 지르코니아 입자들을 포함하는 폴리싱 슬러리들의 특정한 사용들의 설명을 포함한다. 이와 같은 사용들은 예시적인 것이고 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 여기에서 설명되는 바와 같은 지르코니아 입자들을 포함하는 폴리싱 슬러리들 중의 임의의 것을 사용하여 층을 폴리싱한 후에, 이런 층은 대략 0.55 nm 이하, 대략 0.50 nm 이하, 또는 대략 0.45 nm 이하의 표면 조도를 가질 수 있다. 특정한 실시예에서, 폴리싱된 층의 표면 조도는 대략 0.20 nm 내지 대략 0.42 nm의 범위에 있다.

도 2는 폴리싱 장치(10)의 일부분의 도면을 도시한다. 일 실시예에서, 폴리싱 장치(10)는 목표 부재(14)를 CMP하는데 사용될 수 있다. 폴리싱 장치(10)는 플래튼(11) 및 플래튼(11)에 부착되는 폴리싱 패드(12)를 포함한다. 폴리싱 중에, 폴리싱 슬러리(18)는 노즐(16)로부터 폴리싱 패드(12)로 분배된다. 폴리싱 슬러리(18)는 여기에서 이전에 설명된 바와 같은 폴리싱 슬러리들 중의 임의의 하나일 수 있다. 폴리싱 슬러리(18)는 대략 20 mL/분 내지 대략 900 mL/분의 속도로 분배될 수 있다.

목표 부재(14)는 기판 캐리어(13)에 의해 고정되고 기판 캐리어(13)에 의해 폴리싱 패드(12)에 대해 가압된다. 대략 1 kPa(대략 0.14 lbf/in²("psi"))내지 대략 10 kPa(대략 1.4 psi)의 범위의 배면 압력이 기판 캐리어(13)에 의해 목표 부재(14)에 가해질 수 있고, 대략 5 kPa(대략 0.6 psi) 내지 대략 70 kPa(대략 10 psi)의 하향력 압력(downforce pressure)이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 플래튼(11)과 기판 캐리어(13) 모두가 회전되고, 이는 폴리싱 패드(12)와 목표 부재(14)가 이와 마찬가지로 회전되게 한다. 플래튼(11)과 기판 캐리어(13) 각각은 1 내지 99의 분당 회전수("rpm")로 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 플래튼(11)은 기판 캐리어(13)보다 더 높은 속도로 회전된다. 기판 캐리어(13)는 또한 목표 부재(14)의 폴리싱된 표면에 대해 소용돌이 등과 같은 패턴을 형성할 가능성을 감소시키기 위해 다른 방향으로 진동되거나 이동될 수 있다. 사용되는 실제 매개변수들은 폴리싱되는 재료, 목표 부재(14)가 견딜 수 있는 외부 압력 구배의 제한, (만약 적용 가능하다면) 아래에 있는 재료에 대한 선택성, 폴리싱 패드(12)의 조성물, 폴리싱 슬러리(18)의 조성물, 다른 적당한 조건, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 인자들에 의해 좌우될 것이다.

도 3 내지 도 6은 폴리싱이 층을 평탄화하고 인레이드 패턴(inlaid pattern)을 형성하기 위해 상이한 층의 부분들을 제거하는데 사용되는 프로세스 시퀀스 중 목표 부재의 단면도들의 도면들을 포함한다. 도 3은 가공 대상물(22)을 포함하는 목표 부재(20)의 도면을 포함한다. 가공 대상물(22)은 단결정 반도체 웨이퍼, 절연체 위의 반도체 웨이퍼의 형태 또는 다른 적당한 형태일 수 있는 반도체 기판(220)을 포함한다. 필드 분리 영역들(222)이 반도체 기판(220) 내에 형성된다. 반도체 기판(220)은 도 3에 도시된 바와 같이 트랜지스터(24)와 같은 전자 부품을 더 포함한다. 게이트 유전 층(242)과 게이트 전극 층(244)을 포함하는 게이트 스택(gate stack)이 반도체 기판(220) 위에 형성된다. 측벽 스페이서들(246)이 게이트 스택의 측면들을 따라 형성된다. 소스/드레인 영역들(248)이 반도체 기판(220) 내에 형성된다. 소스/드레인 영역들(248)의 연장부 또는 약하게 도핑된 드레인 부분들이 측벽 스페이서들(246)을 형성하기 전에 형성될 수 있고, 소스/드레인 영역들(248)의 비교적 더 강하게 도핑된 부분들은 측벽 스페이서들(246)을 형성한 후에 형성될 수 있다. 기판 접촉 영역(228)이 저항 접촉이 반도체 기판(220)에 뒤이어서 이루어지도록 허용하기 위해 반도체 기판(220) 내에 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같은 특정한 실시예에서, 반도체 기판(220)과 기판 접촉 영역(228)은 소스/드레인 영역들(248)과 반대의 전도도 타입을 가진다.

인터레벨 유전 층(interlevel dielectric layer; 260)이 가공 대상물(22) 위에 형성된다. 인터레벨 유전("ILD") 층(260)은 절연 재료의 단일 필름 또는 적어도 두 개의 상이한 절연 재료들을 포함하는 필림들의 조합을 포함할 수 있는 절연 층이다. ILD 층(260)이 필름들의 조합을 포함할 때, 특정한 필름은 에칭 저지 필름, 폴리싱 저지 필름, 반사방지 필름, 벌크 절연 필름 등을 포함할 수 있다. ILD 층(260) 내의 임의의 필름은 산화물, 산화질화물, 또는 질화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 산화물은 실리콘 산화물, 또는 보다 구체적으로는 SiO₂일 수 있고, 산화질화물은 실리콘 산화질화물일 수 있으며, 질화물은 실리콘 질화물, 또는 보다 구체적으로는 Si₃N₄일 수 있다. SiO₂보다 낮은 유전 상수를 가지는 다른 절연 재료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 플루오르화된 실리콘 산화물 또는 탄소 도핑 실리콘 산화물이 사용될 수 있다.

ILD 층(260)이 단일 필름 또는 필름들의 조합을 부착함으로써 형성된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 게이트 유전 층(242)과 게이트 전극(244)을 포함하는 게이트 스택은 가공 대상물(20)의 형상이고, 이런 형상은 기판(220)의 위에 있다. ILD 층(260)은 ILD 층(260)이 부착되기 전에 가공 대상물(22)의 노출된 표면에 상응하는 외형을 가지는 최상부 표면(262)을 가진다. 따라서, 최상부 표면(262)은 대체로 수평의 표면들 및 수평의 표면들 사이의 경사진 표면들을 포함한다. ILD 층(260)은 목표 부재(20)가 더 가공되기 전에 평탄화될 수 있다.

목표 부재(20)는 이전에 설명된 바와 같이 폴리싱 장치(10)에 배치된다. ILD 층(260)이 절연 재료를 포함하기 때문에, 폴리싱 슬러리는 절연 재료를 폴리싱하는데 적합한 것으로서, 이전에 설명된 것들 중의 임의의 것일 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 산화물 폴리싱 슬러리 또는 산화질화물 폴리싱 재료일 수 있다. 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 SiO₂함유 재료를 폴리싱하도록 구성된다. 목표 부재는 도 4에 도시된 바와 같이 대체로 평평한 표면(362)을 가지는 평탄화된 ILD(360)를 형성하도록 ILD 층의 일부분을 제거하기 위해 폴리싱된다.

목표 부재는 도 5에 도시된 바와 같이 추가로 가공된다. ILD 층(360)은 도전성 플러그들(402)로 채워지는 접촉 구멍들을 형성하기 위해 패터닝된다. 절연 층은 평탄화된 ILD(360)과 도전성 플러그들(402)의 위에 부착된다. 절연 층은 패터닝 절연 층(422)을 형성하기 위해 패터닝된다. 패턴화 절연층(422)은 인터커넥트가 뒤이어서 형성되는 인터커넥트 트렌치(interconnect trench)인 구멍을 한정한다. 도전성 층(460)이 패턴화 절연 층(422), 도전성 플러그들(402), 및 평탄화된 ILD 층(360)의 위에 형성된다. ILD 층(260)과 유사하게, 도전성 층(460)은 단일 필름 또는 필름들의 조합을 포함할 수 있다. 필름들의 조합 내의 필름은 접착 필름, 배리어 필름, 시드 필름(seed film), 벌크 도금 도전성 필름, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도전성 층(460)은 금속 함유 재료를 포함할 수 있고 주로 내화성 금속(즉, 적어도 1400 ℃의 융점을 가지는 금속), Cu, Al, 귀금속, 또는 이들의 합금일 수 있다.

도전성 층(460)은 도전성 층(460)이 형성되기 전에 가공 대상물의 노출된 표면에 상응하는 외형을 가지는 최상부 표면(462)을 가진다. 따라서, 최상부 표면(462)은 대체로 수평의 표면들 및 수평의 표면들 사이의 경사진 표면들을 포함한다. 도전성 층(460)은 폴리싱되어야 하며 그 결과로 패턴화 절연 층(422) 위에 있는 거의 모든 도전성 층(460)이 인터커넥트를 형성하기 위해 제거된다.

목표 부재는 이전에 설명된 바와 같이 폴리싱 장치(10)에 배치된다. 도전성 층(460)이 도전성 재료를 포함하기 때문에, 폴리싱 슬러리는 도전성 재료를 폴리싱하는데 적합한 것으로, 이전에 설명된 것들 중의 임의의 것일 수 있다. 목표 부재는 도 6에 도시된 바와 같이 대체로 평평한 표면(562)을 가지는 인터커넥트(560)를 형성하도록 도전성 층의 일부분을 제거하기 위해 폴리싱된다. 필드 분리 영역(222)의 반대 측에 있는 기판 접촉 영역(228)과 소스/드레인 영역(248)은 서로 전기적으로 연결된다. 인터커넥트(560)는 대체로 일정한 전압으로 유지되는 신호 라인에 또는 레일에 결합될 수 있다. 특정한 실시예에서, 인터커넥트(560)는 V_SS또는 V_DD터미널에 전기적으로 연결된다.

추가적인 인터커넥트 레벨이 만약 필요하거나 원한다면 형성될 수 있다. 패시베이션 층(passivation layer)이 대체로 완전한 전자 장치를 만들도록 접촉 패드들을 노출시키기 위해 형성되고 패터닝될 수 있다.

폴리싱은 도 6에 도시된 다른 형상들에 사용될 수 있다. 예를 들면, 필드 분리 영역들(222)과 도전성 플러그들(402)은 여기에서 설명된 바와 같은 폴리싱 슬러리들을 사용하는 CMP 공정을 사용하여 부분적으로 형성될 수 있다.

예들

여기에서 설명된 개념들은 다음의 예들에서 더 설명될 것이고, 이들은 청구항들에 설명되는 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 아래의 몇몇의 매개변수들은 편의성을 위해 근사치로 계산되었다. 편의성을 위해, 예들에서 명시적으로 언급된 것을 제외하고, 입자 크기들은 공칭 입자 크기들을 가리킨다.

지르코니아 입자 제조

500 g의 지르코늄 옥시클로라이드, ZrOCl₂*8H₂O가 지르코늄 염기 설페이트(ZBS)를 형성하기 위해 황산나트륨으로 처리되었다. 지르코늄 염기 설페이트는 그런 다음에 Zr(OH)₄를 침전시키기 위해 가성 소다로 적정되었다. Zr(OH)₄는 단사정계 지르코늄 산화물 결정들의 응집된 덩어리를 형성하기 위해 건조되며 공기 중에 1050 ℃로 4 시간 동안 하소된다. 지르코늄 산화물 결정들의 응집된 덩어리는 마찰 분쇄기 매질로서 이트리아 안정화 지르코니아를 사용하여 마찰 분쇄기에서 탈응집되었다. 제조된 단사정계 지르코니아 분말은 50 nm와 110 nm 사이의 제1 입자 크기를 가지는 것으로 추정되었다. 제2 입자 크기는 130 nm이었다. 입자들은 5.58 g/cm³의 밀도, 23 m²/g의 비표면적, 및 24.1 nm의 평균 공극 크기를 가졌다.

예 2 - 180 nm 지르코니아

500 g의 지르코늄 옥시클로라이드(ZrOCl₂*8H₂O)가 응집된 단사정계 지르코늄 산화물 결정들의 덩어리를 제조하기 위해 공기 중에 1000 ℃로 4 시간 동안 하소되었다. 지르코늄 산화물 결정들의 응집된 덩어리는 지르코니아 분말을 제조하기 위해 마찰 분쇄기 매질로서 이트리아 안정화 지르코니아로 마찰 분쇄기에서 탈응집되었다. 제1 입자 크기는 70 nm와 120 nm 사인 것으로 추정되었다. 제2 입자 크기는 180 nm이었다. 제조된 재료는 5.72 g/cm³의 밀도, 14 m²/g의 비표면적, 및 25.3 nm의 평균 공극 크기를 가졌다.

예 3 - 390 nm, 550 nm, 770 nm, 820 nm, 1200 nm, 및 3400 nm 지르코니아

지르콘 샌드가 용융된 지르코니아 응집 분말을 형성하기 위해 2800 ℃의 전기 아크로에서 해리되었다. 용융된 결정들은 0.39 미크론 내지 3.4 미크론의 범위의 제2의 입자 크기들을 가지는 지르코니아 분말을 제조하기 위해 이트리아 안정화 지르코니아 매질로 마찰 분쇄기에서 크기가 줄어들었다. 예를 들면, 390 nm, 550 nm, 770 nm, 820 nm, 1200 nm, 및 3400 nm의 제2 입자 크기를 가지는 단사정계 지르코니아 분말이 획득되었다. 390 nm의 분말은 18.4 nm의 평균 공극 크기를 가졌다. 820 nm의 분말은 5.70 g/cm³의 밀도, 6.5 m²/g의 비표면적, 및 13.9 nm의 평균 공극 크기를 가졌다. 1200 nm의 분말과 3400 nm의 분말은 18.7 nm의 평균 공극 크기를 가졌다.

예 4 - 327 nm 이트륨 도핑 지르코니아

500 g의 지르코늄 옥시클로라이드(ZrOCl₂*8H₂O)가 예 1의 ZBS를 형성하기 위해 처리되었다. 이트륨 염이 최종 지르코니아 중량에 근거하여 3.0 몰 퍼센트를 제공하는 양으로 ZBS 용액에 첨가되었다. 용액은 잘 분산된 이트륨과 함께 수화된 지르코늄 Zr(OH)₄를 형성하기 위해 침전되었다. 이런 수화물은 도핑된 지르코니아 결정들의 응집된 덩어리를 형성하기 위해 건조되고 공기 중에서 1300 ℃로 4 시간 동안 하소되었다. 정방정계 이트륨 도핑 지르코늄 산화물 결정들의 응집된 덩어리는 327 nm의 제2 입자 크기를 가지는 입자를 제조하기 위해 마찰 분쇄기에서 탈응집되었다.

실리콘 웨이퍼 폴리싱

예들에서 사용되는 목표 부재들이 200 mm의 실리콘 웨이퍼를 열로 산화시킴으로써 제조되었다. 이런 열 산화물은 22 인치 직경의 플래튼을 가지는 Westech IPEC 372™-상표 CMP 폴리셔(polisher)를 사용하여 폴리싱되었다. 폴리싱 패드는 Dow Electronic Materials로부터 이용 가능한 IC-1000A2™-상표의 폴리싱 패드이었다. 폴리싱은 45 rpm의 플래튼 회전 속도, 43 rpm의 기판 캐리어 회전 속도, 28 kPa(4.0 psi)의 하향력 압력, 0.7 kPa(1.0 psi)의 배면 압력, 및 150 mL/분의 슬러리 유량을 사용하여 실행되었다. 폴리싱 슬러리들은 단지 물, 아래의 특정한 예들에 설명되는 바와 같은 크기들을 가지는 대략 1 wt%의 지르코니아 입자들, 및 특정한 pH를 성취하는데 필요하다면 산 또는 염기를 포함하는 산화물 폴리싱 슬러리들이었다. 산은 HNO₃이었고, 염기는 KOH이었다. 폴리싱 슬러리는 다른 구성요소를 포함하지 않았다. 제거 속도는 폴리싱 전과 후의 산화물 두께를 측정함으로써 계산되었다. 산화물 두께는 Filmetrics, Inc로부터 이용 가능한 F20™-상표 박막 분석기를 사용하여 측정되었다. 표면 계측이 Zygo New View 100-상표 간섭측정 프로파일로미터(interferometric profilometer)를 사용하여 그리고 원자력 현미경에 의해 실행되었다. 표면 외관은 광학 현미경의 도움으로 또는 이의 도움 없이 시각적으로 검사되었다.

예 5 및 예 6

예 5와 예 6은 상이한 pH 레벨에 대한 상이한 입자 크기의 지르코니아 입자들에서 산화물 폴리싱 슬러리들에 대한 폴리싱 특성을 보여준다. 두 세트의 슬러리들이 웨이퍼들로부터 성장된 열 산화물들을 폴리싱하는데 사용되었다. 각각의 세트는 10 nm, 50 nm, 130 nm, 180 nm, 및 820 nm의 입자 크기들을 포함하였다. 아래는 사용된 지르코니아 입자들의 속성과 관련된 데이터이다.

예 5와 예 6에 대한 지르코니아 입자 데이터

입자 크기 (nm)	D50 (nm)	D90 (nm)	D10 (nm)	SSA (m²/g)	밀도 (g/m³)	평균 공극 크기 (nm)	등전점 (pH)
10	10	10	5	NA	2.92	10.6
50	50	51	49	53	3.20	3.0
130	131	229	83.6	23	5.58	24.1	6.6
180	177	244	127	14	5.72	25.3	6.42
390	389.1	792.9	239.6			18.4	6.05
550	546.6	1119.2	325.7
770	772.2	1560.4	420.2
820	821.1	1639.7	432.3	6.5	5.70	13.9
1200	1210.7	2239.9	568
3400	3382.5	9950.4	813.4

D50, D10, 및 D90 값들은 중앙치 입자 크기, 10 백분위수 입자 크기, 및 90 백분위수 입자 크기에 상응한다. 10 nm와 50 nm의 입자 크기들에 대한 폴리싱 슬러리들은 콜로이드의 형태이었다. 따라서, 10 nm와 50 nm의 입자들에 대한 D50, D10, 및 D90의 숫자들은 판매자 데이터에 근거한다. 10 nm의 입자 크기에 대한 의미 있는 SSA 값이 획득되지 않았기 때문에, 10 nm의 입자 크기에 대한 SSA 값은 보고되지 않는다.

예 5에 대해, 폴리싱이 대략 5의 pH로 실행되었다. 표 5는 예 5에 대한 데이터를 포함한다. "Ra"는 폴리싱 후의 열 산화물의 표면 조도이다. 표에 사용되는 것과 같은 "MRR"은 재료 제거 속도를 의미하고, 이는 이 예들에 대해 열 산화물의 폴리싱 속도이다. 표에 사용되는 것과 같은 "SF"는 표면 가공을 의미한다. 표면 가공에 대해, "＋"는 허용 가능한 표면 가공을 나타내고, "－"는 허용할 수 없는 표면 가공을 나타내며, "NA"는 상당한 양의 폴리싱이 일어나지 않았기 때문에 적용이 불가능한 것을 의미한다.

예 5의 폴리싱 데이터

입자 크기 (nm)	슬러리 pH	Ra (nm)	MRR (nm/min.)	SF	제타 (mV)
10	5	0.204	0	NA
50	5	0.512	0	NA
130	5	0.324	323.7	+	25.25 @ pH 5.19
180	5	0.421	297.3	+	27.10 @ pH 5.25
390	5	0.19	250.6	+	22.83 @ pH 5.07
550	5	0.285	294.6	+
770	5	.0293	233.2	+
820	5	0.821	229.4	-
1200	5	0.581	306.3	-
3400	5	N/A	510.4	-

10 nm와 50 nm의 입자 크기들을 포함하는 폴리싱 슬러리들은 열 산화물을 유의하게 폴리싱하지 않았고, 그에 따라 MRR은 0 nm/분으로 보고된다. 130 nm 이상의 입자 크기들의 폴리싱 슬러리들에 대해, 허용 가능한 폴리싱 속도들이 달성된다. 130 nm, 180 nm, 390 nm, 550 nm, 및 770 nm의 입자 크기들의 폴리싱 슬러리들은 허용 가능한 표면 가공을 생성하였다. 그러나, 820 nm 이상의 입자 크기의 폴리싱 슬러리는 허용 가능한 표면 가공을 생성하지 않았다. 폴리싱 후에, 열 산화물의 Ra는 820 nm의 입자 크기를 사용할 때 0.82 nm이었지만, 열 산화물의 Ra는 180의 입자 크기 이하를 사용할 때 0.42 nm 이하였다. 3400 nm의 입자 크기에 대한 SSA는 이용 가능하지 않았다.

예 6에 대해, 폴리싱이 대략 10의 pH에서 실행되었다. 표 6은 예 6에 대한 데이터를 포함한다.

예 6의 폴리싱 데이터

입자 크기 (nm)	슬러리 pH	Ra (nm)	MRR (nm/min.)	SF	제타 (mV)
10	10	0.219	29.3	+
50	10	0.355	164.8	+
130	10	0.281	170.2	+	-39.00 @ pH 10.20
180	10	0.318	259.4	+	-45.90 @ pH 10.10
820	10	0.400	307.0	-

10 nm와 50 nm의 입자 크기들을 포함하는 폴리싱 슬러리들에 대해, 10의 pH에서, 상당한 양의 산화물이 폴리싱되었다. 더 작은 크기들에서 폴리싱 슬러리들에 대한 폴리싱 속도의 변화는 폴리싱 슬러리들에 대한 제타 포텐셜들과 관련될 수 있다. 낮은 pH에서, 10 nm와 50 nm의 입자 크기들의 폴리싱 슬러리들은 콜로이드 현탁액이지만; 10의 pH에서, 10 nm와 50 nm의 입자 크기들의 폴리싱 슬러리들에 대해, 입자들은 콜로이드 현탁액으로부터 응고된다. 10 nm의 입자 크기에 대한 폴리싱 속도는 다른 폴리싱 슬러리들보다 상당히 낮다. 10 nm, 50 nm, 130 nm 및 180 nm의 입자 크기들에 대한 폴리싱 슬러리들은 허용 가능한 표면 가공을 생성하였다. 그러나, 820 nm의 입자 크기의 폴리싱 슬러리는 허용 가능한 표면 가공을 생성하지 않았다.

예 7 - 이트리아 도핑 지르코니아 입자들

예 7은 대략 1 wt%의 Y 도핑 ZrO₂(대략 3 mol% Y) 입자들 및 산화세륨 입자들을 포함하는 산화물 폴리싱 슬러리들에 대한 폴리싱 특성을 보여준다. Y 도핑 ZrO₂입자들은 정방정계 결정형을 가진다. #1 CeO₂샘플은 Cabot Microelectronics Corporation의 D6720™-상표 산화물 폴리싱 슬러리에 상응하고, #2 CeO₂폴리싱 슬러리가 Saint-Gobain Plastics & Ceramics, Inc에 의해 제조된 화학 침전된 산화세륨으로부터 제조되었다. #1 CeO₂샘플에 대한 D10과 D90 값들은 이용 불가능하였다.

예 7의 데이터

샘플	D50 (nm)	D90 (nm)	D10 (nm)	등전점	pH	Ra (nm)	MRR (nm/min.)	SF	제타 (mV)
#1 Y-ZrO₂	327	681	185	7.8	5	0.20	367.6	+	33.30 @ pH 5.27
#2 Y-ZrO₂	327	681	185	7.8	10	NA	337.0	+	-25.20 @ pH 10.20
#1 CeO₂	90	NA	NA		5		206.1	+	36.5 @ pH 5.81
#2 CeO₂	215	405	135		5		309.9	+	-32.70 @ pH 9.93

모든 폴리싱 슬러리들은 대략 10의 pH를 가지는 #2 Y-ZrO₂샘플을 제외하고 대략 5의 pH를 가졌다. 모든 폴리싱 슬러리들은 허용 가능한 폴리싱 속도들을 가졌고 허용 가능한 표면 가공을 제공한다. 따라서, 산화세륨 입자들은 폴리싱 특성에 악영향을 끼치지 않고 안정화 지르코니아 입자들을 포함하는 지르코니아 입자들로 대체될 수 있다.

몇몇의 관찰이 예 5 내지 7의 지르코니아 입자들에 대한 데이터에 대해 행해진다. 821 nm보다 작은 중앙치 입자 크기가 사용될 수 있고 허용 가능한 표면 가공을 달성한다. 특히, 772 nm의 중앙치 입자 크기에서, 표면 가공이 허용 가능하다. 게다가, 산화물을 폴리싱할 때, 열 산화물의 상당한 폴리싱이 지르코니아 입자들이 음의 제타 포텐셜을 가질 때 일어난다. 50 nm 이상의 크기의 입자들을 가지는 폴리싱 슬러리들은 허용 가능한 폴리싱 속도를 제공한다. 130 nm 이상의 크기의 입자들을 가지는 폴리싱 슬러리들은 5와 10의 pH에서 허용 가능한 폴리싱 속도를 제공한다. 이런 관찰은 폴리싱 조건들이 변경될 때 또는 상이한 재료가 폴리싱될 때 보여지거나 보여지지 않을 수 있다. 그러므로, 이런 관찰은 본 발명의 범위를 한정하는 것을 의미하는 것이 아니다.

예 8 - 금속 폴리싱 구리 및 탄탈룸

CMP 폴리싱 기계와 설정들은 하향력 압력이 2.0 psi로 설정되었다는 것을 제외하고 산화물 폴리싱에 대해 위에 설명된 것과 동일한 것이었다. 제거하기 위한 목표 기판 재료들은 Cu와 탄탈룸이었다.

예 8의 데이터

샘플 이름	D50	D10	D90	슬러리 pH	Cu MRR (Å/min)	Ta MRR (Å/min)	선택성 Cu/Ta	표면 가공	Ra (Å)
슬러리 1 (1% ZrO2)	177	244	127	5	8376	189	44	+	11.4
슬러리 2 (3% ZrO2)	177	244	127	5	9247	259	36	+	14.3

폴리싱 슬러리들은 모두 대략 5의 pH를 가졌고, 허용 가능한 폴리싱 속도들을 가졌으며, 허용 가능한 표면 가공을 제공하였다. 따라서, 지르코니아 입자들은 폴리싱 특성에 악영향을 끼치지 않고 Cu와 Ta를 포함하는 금속 기판들을 폴리싱할 수 있다.

여기에서 설명된 실시예들은 폴리싱 슬러리들 내에 지르코니아 입자들을 사용한다. 폴리싱 슬러리들은 폴리싱 슬러리 내에 동일한 연마재 함량에 대해 산화세륨 입자들을 포함하는 폴리싱 슬러리들과 동일하거나 이보다 더 양호한 폴리싱 특성을 제공할 수 있다. 폴리싱 슬러리 내의 지르코니아 입자 함량은 실리카와 알루미나와 같은 다른 연마재들보다 상당히 더 낮은 함량일 수 있다. 더 낮은 연마재 함량은 폴리싱 슬러리 공급 시스템들에 더 적은 연마재를 야기할 수 있고 배관설비와 다른 장비들이 더 오래 사용되도록 허용할 수 있다.

많은 상이한 양상들과 실시예들이 가능하다. 몇몇의 이런 양상들과 실시예들이 여기에서 설명된다. 본 명세서를 읽은 후에, 숙련된 기술자들은 이런 양상들과 실시예들은 단지 설명을 하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하지 않는다는 것을 인정할 것이다. 게다가, 본 기술분야의 숙련된 기술자들은 아날로그 회로들을 포함하는 몇몇의 실시예들이 디지털 회로들을 사용하여 유사하게 실행될 수 있고 그 반대도 가능하다는 것을 이해할 것이다.

제1 양상에서, 폴리싱 슬러리는 지르코니아 입자들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 다음의 특성들 중의 임의의 하나 또는 조합을 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 비결정질 ZrO₂를 포함하지 않을 수 있다. 지르코니아 입자들은 단사정계 ZrO₂,정방정계 ZrO₂,또는 입방정계 ZrO₂입자들을 포함할 수 있다. 지르코니아 입자들은 폴리싱 슬러리가 폴리싱하도록 구성되는 재료의 표면에 화학 활성 또는 전자 활성을 가지는 것으로서 특징지어질 수 있다. 지르코니아 입자들은 지르코니아 입자들의 결정 구조에 영향을 끼치거나 폴리싱 슬러리의 폴리싱 특성에 상당히 영향을 끼치는 Zr과 O 이외의 원소를 포함할 수 있다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 3.0 또는 대략 9.0 이하의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 4.0 또는 대략 9.0 이하의 pH에서 시작하는 매우 안정한 제타 포텐셜을 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 3.0 또는 대략 8.5 이하의 pH에 의해 특징지어지는 등전점을 가질 수 있다. 폴리싱 슬러리는 적어도 대략 1.0 또는 대략 14.0보다 작은 pH를 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 50 nm 또는 대략 800 nm 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 51 nm 또는 대략 1100 nm 이하의 10 백분위수 입자 크기를 가진다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 49 nm 또는 대략 300 nm 이하의 90 백분위수 입자 크기를 가진다. 대부분의 지르코니아 입자들은 대체로 구형 입자들, 대체로 작은 판형 입자들, 또는 다면체 입자들이다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 6 m²/g또는 대략 55 m²/g이하의 비표면적을 가진다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 3.0 g/cm³또는 대략 5.8 g/cm³이하의 밀도를 가질 수 있다. 지르코니아 입자들은 적어도 대략 1 nm 또는 대략 30 nm 이하의 평균 공극 크기를 가질 수 있다. 폴리싱 슬러리는 적어도 대략 0.2 wt%의 지르코니아 입자들 또는 대략 20 wt% 이하의 지르코니아 입자들을 포함한다.

제2 양상에서, 목표 부재를 폴리싱하는 방법은 형상 및 형상의 위에 있는 층을 포함하는 가공 대상물을 가지는 목표 부재를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 지르코니아 입자들을 포함하는 폴리싱 슬러리를 사용하여 층을 폴리싱하는 단계를 더 포함할 수 있다. 폴리싱은 제1 양상에 대해 설명된 바와 같은 폴리싱 슬러리들 중의 임의의 것을 사용하여 실행될 수 있다.

제2 양상의 일 실시예에서, 가공 대상물은 전자 부품을 포함한다. 특정한 실시예에서, 층은 절연 재료를 포함한다. 더 특정한 실시예에서, 절연 재료는 산화물을 포함한다. 다른 특정한 실시예에서, 절연 재료는 실리콘 산화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함한다. 다른 더 특정한 실시예에서, 폴리싱은 제거 속도가 적어도 대략 150 nm/분 또는 대략 400 nm/분 이하가 되도록 실행된다.

제2 양상의 다른 특정한 실시예에서, 층은 도전성 재료를 포함한다. 더 특정한 실시예에서, 도전성 재료는 내화성 금속 함유 재료, Cu, Al, 또는 귀금속을 포함한다. 다른 실시예에서, 폴리싱은 폴리싱 패드를 사용하여 실행된다. 여전히 다른 실시예에서, 폴리싱은 지르코니아 입자들의 등전점과 층의 등전점보다 높은 pH를 가지는 폴리싱 슬러리를 사용하여 실행된다. 또 다른 실시예에서, 층을 폴리싱한 후에, 층은 대략 0.55 nm 이하, 대략 0.50 nm 이하, 또는 대략 0.45 nm 이하의 표면 조도를 가진다. 특정한 실시예에서, Ra는 대략 0.20 nm 내지 대략 0.42 nm의 범위에 있다. Ra는 0.00 nm보다 크다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 특정한 실시예에서, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 단사정계 ZrO₂와 정방정계 ZrO₂입자들을 포함하고, 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 정방정계 ZrO₂입자들을 포함하거나 대부분 또는 거의 모든 지르코니아 입자들은 입방정계 ZrO₂입자들을 포함한다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 폴리싱 슬러리가 폴리싱하도록 구성되는 재료의 표면에 화학 활성 또는 전자 활성을 가지는 것으로 특징지어진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 지르코니아 입자들의 결정 구조 또는 폴리싱 슬러리의 폴리싱 특성에 상당히 영향을 끼치는 Zr과 O 이외의 원소를 포함한다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 더 특정한 실시예에서, 원소는 희토류 원소, 2족 원소, 8족 원소, 9족 원소, 13족 원소, 15족 원소, O 이외의 16족 원소, 17족 원소, 또는 귀금속을 포함한다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 3.0, 적어도 대략 5.0, 적어도 대략 6.0, 대략 9.0 이하, 대략 8.5 이하, 대략 8.0 이하, 또는 대략 6.1 내지 대략 7.9의 범위의 pH에서 시작하는 안정한 제타 포텐셜을 가진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 여전히 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 4.0, 적어도 대략 5.0, 적어도 대략 6.0, 대략 9.0 이하, 대략 8.5 이하, 대략 8.0 이하, 또는 대략 6.1 내지 대략 7.9의 범위의 pH에서 시작하는 매우 안정한 제타 포텐셜을 가진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 또 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 3.0, 적어도 대략 3.1, 적어도 대략 3.2, 대략 8.5 이하, 대략 5.0 이하, 대략 4.7 이하, 대략 4.3 이하, 또는 대략 3.2 내지 대략 4.0의 범위의 등전점을 가진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 다른 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 적어도 대략 1.0, 적어도 대략 3.0, 적어도 대략 4.0, 대략 14.0 이하, 대략 12.0 이하, 대략 11.0 이하, 또는 대략 4.3 내지 대략 10.0의 범위의 pH를 가진다.

앞위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 50 nm, 적어도 대략 80 nm, 적어도 대략 110 nm, 대략 800 nm 이하, 대략 500 nm 이하, 대략 300 nm 이하, 또는 대략 130 nm 내지 대략 200 nm의 범위의 평균 입자 크기를 가진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 여전히 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 51 nm, 적어도 대략 65 nm, 적어도 대략 80 nm, 대략 1600 nm 이하, 대략 1100 nm 이하, 대략 600 nm 이하, 또는 대략 90 nm 내지 대략 300 nm의 범위의 10 백분위수 입자 크기를 가진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 또 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 49 nm, 적어도 대략 60 nm, 적어도 대략 70 nm, 대략 420 nm 이하, 대략 300 nm 이하, 대략 170 nm 이하, 또는 대략 80 nm 내지 대략 150 nm의 범위의 90 백분위수 입자 크기를 가진다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 6 m²/g,적어도 대략 7 m²/g,적어도 대략 9 m²/g,대략 55 m²/g이하, 대략 45 m²/g이하, 대략 35 m²/g이하, 또는 대략 11 m²/g내지 대략 25 m²/g의 범위의 비표면적을 가진다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 또 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 3.20 g/cm³,적어도 대략 4.00 g/cm³,적어도 대략 5.00 g/cm³,대략 5.80 g/cm³이하, 대략 5.78 g/cm³이하, 대략 5.76 g/cm³이하, 또는 대략 5.50 g/cm³내지 대략 5.75 g/cm³의 범위의 밀도를 가진다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 다른 특정한 실시예에서, 지르코니아 입자들은 적어도 대략 1 nm, 적어도 대략 3 nm, 적어도 대략 5 nm, 적어도 대략 11 nm, 대략 30 nm 이하, 대략 29 nm 이하, 대략 28 nm 이하, 또는 대략 11 nm 내지 대략 26 nm의 범위의 평균 공극 크기를 가진다. 앞위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 여전히 다른 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 적어도 대략 0.2 wt%의 지르코니아 입자들, 적어도 대략 0.3 wt%의 지르코니아 입자들, 적어도 대략 0.5 wt%의 지르코니아 입자들, 대략 20 wt% 이하의 지르코니아 입자들, 대략 9 wt% 이하의 지르코니아 입자들, 대략 5 wt% 이하의 지르코니아 입자들, 대략 0.5 wt% 내지 대략 1.5 wt%의 범위의 지르코니아 입자들을 포함한다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 또 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 액체 매질을 더 포함한다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 여전히 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 가수분해제, 산화제, 계면 활성제, 분산제, 부식 억제제, 산 또는 염기, pH 완충제, 변형제, 살생물제, 또는 이들의 임의의 조합을 더 포함한다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 여전히 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 가수분해제, 산화제, 계면 활성제, 분산제, 부식 억제제, pH 완충제, 변형제, 산 또는 염기, 살생물제, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지 않는다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 다른 특정한 실시예에서, 폴리싱 슬러리는 다른 연마재 입자들을 더 포함한다. 위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 더 특정한 실시예에서, 다른 연마재 입자들은 실리카, 알루미나, 산화세륨, 티타니아, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 또 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 (7 pH보다 큰) 염기성 조건 하에서보다 1.09 내지 1.9배 더 큰 (7 pH보다 작은) 산성 조건 하의 산화물 폴리싱 속도를 가진다. 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 (7 pH보다 큰) 염기성 조건 하에서보다 1.1 내지 1.9배 더 큰 (7 pH보다 작은) 산성 조건 하의 산화물 폴리싱 속도를 가진다. 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 (7 pH보다 큰) 염기성 조건 하에서보다 1.11 내지 1.9배 더 큰 (7 pH보다 작은) 산성 조건 하의 산화물 폴리싱 속도를 가진다.

위의 양상들 또는 실시예들 중의 임의의 것의 또 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 대략 32보다 크거나, 대략 33보다 크거나, 대략 35보다 큰 Ta에 대한 Cu의 폴리싱 선택성을 가진다. 다른 특정한 실시예에서, 슬러리는 대략 50 이상, 대략 47 이상, 또는 대략 45 이상의 Ta에 대한 Cu의 폴리싱 선택성을 가진다.

일반적인 설명 또는 예들에서 위에서 설명된 모든 작용들이 요구되지는 않고, 특정한 작용의 일부분이 요구되지 않을 수 있으며, 하나 이상의 추가적인 작용들이 설명된 것들에 추가하여 실행될 수 있다는 것을 주목하라. 게다가, 이런 작용들이 열거되는 순서는 반드시 이들이 실행되는 순서일 필요는 없다.

명료성을 위해, 개별 실시예들의 맥락에서 여기에서 설명되는 어떤 특징들은 또한 조합하여 단일 실시예로 제공될 수 있다. 이와 반대로, 간결성을 위해, 단일 실시예의 맥락에서 여기에서 설명되는 다양한 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 하위 조합으로 제공될 수 있다. 게다가, 범위들에서 기술된 값들에 대한 언급은 이 범위 내의 각각의 값 및 모든 값을 포함한다.

특정한 실시예들과 관련하여 위에서 설명되었다. 그러나, 이익들, 이점들, 문제에 대한 해결 방안들, 및 임의의 이익, 이점, 또는 해결 방안이 일어나거나 더 현저해지게 할 수 있는 임의의 특징(들)은 임의의 청구항 또는 모든 청구항들의 중요하거나, 요구되거나, 기본적인 특징으로서 해석되지 않아야 한다.

여기에서 설명된 실시예들의 명세서와 도면들은 다양한 실시예들의 구조의 일반적인 이해를 제공하기 위한 것이다. 명세서와 도면들은 여기에서 설명된 구조들 또는 방법들을 사용하는 장치 및 시스템들의 모든 구성요소들과 특징들의 완전하고 포괄적인 설명으로서 역할을 하기 위한 것이 아니다. 많은 다른 실시예들이 단지 본 명세서를 읽은 후에 숙련된 기술자들에게 명료할 수 있다. 다른 실시예들은 구조적인 대체, 논리적인 대체, 또는 다른 변화가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 만들어질 수 있도록 사용될 수 있고 본 발명으로부터 유도될 수 있다. 따라서, 본 발명은 한정하는 것보다는 오히려 설명하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

적어도 110 nm 내지 350 nm 이하의 범위의 평균 입자 크기, 적어도 5.5 g/cm³의 밀도, 적어도 11 m²/g의 비표면적 및 적어도 6.3 pH의 등전점을 가지는 지르코니아 입자들을 포함하는 입자상 재료로서,
상기 지르코니아 입자들은 단사정계 ZrO₂, 정방정계 ZrO₂, 입방정계 ZrO₂ 입자들, 또는 이들의 조합들을 포함하는, 입자상 재료.
적어도 5.5 g/cm³의 밀도 및 적어도 6.3 pH의 등전점을 가지는 지르코니아 입자들을 포함하는 폴리싱 슬러리로서,
상기 폴리싱 슬러리는 적어도 0.2 wt% 내지 20 wt% 이하의 지르코니아 입자들을 포함하며, 상기 지르코니아 입자들은 단사정계 ZrO₂, 정방정계 ZrO₂, 입방정계 ZrO₂ 입자들, 또는 이들의 조합들을 포함하는, 폴리싱 슬러리.
제2항에 있어서, 9.5 내지 11.6의 pH 범위에 있는 안정적인 제타 포텐셜을 가지는, 폴리싱 슬러리.
목표 부재를 폴리싱하는 방법으로서,
형상 및 상기 형상 위에 있는 층을 포함하는 가공 대상물을 가지는 상기 목표 부재를 제공하는 단계; 및
지르코니아 입자들을 포함하는 폴리싱 슬러리를 사용하여 상기 층을 폴리싱하는 단계를 포함하고,
상기 지르코니아 입자들은 단사정계 ZrO₂, 정방정계 ZrO₂, 입방정계 ZrO₂ 입자들, 또는 이들의 조합들을 포함하고,
상기 지르코니아 입자들은 적어도 110 nm 내지 350 nm 이하의 범위의 평균 입자 크기, 적어도 5.5 g/cm³의 밀도, 적어도 11 m²/g의 비표면적 및 적어도 6.3 pH의 등전점을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
제4항에 있어서, 산성 조건 하의 산화물 폴리싱 속도는 염기성 조건 하에서보다 1.1 내지 1.9배 더 높은, 방법.
제4항에 있어서, 32보다 큰 Ta에 대한 Cu의 폴리싱 선택성을 가지는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들은 120 nm 내지 200 nm의 평균 입자 크기, 5.5 g/cm³ 내지 5.8 g/cm³의 밀도, 및 11 m²/g 내지 25 m²/g 범위의 비표면적을 가지는, 입자상 재료.
제1항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들은 정방정계 ZrO₂, 입방정계 ZrO₂ 입자들 또는 이들의 조합들이고 Ce, Y, 또는 Ca로 도핑되는, 입자상 재료.
제1항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들의 밀도는 5.8 g/cm³ 이하인, 입자상 재료.
제1항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들의 비표면적은 11 m²/g 내지 25 m² _/g 범위에 있는, 입자상 재료.
제1항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들은 15 nm 내지 26 nm 범위의 공극 크기를 갖는, 입자상 재료.
제2항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들은 정방정계 ZrO₂, 입방정계 ZrO₂ 입자들 또는 이들의 조합들이고 Ce, Y, 또는 Ca로 도핑되는, 폴리싱 스러리.
제2항에 있어서, 산화세륨 입자들을 더 포함하는, 폴리싱 슬러리.
제2항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들의 밀도는 5.8 g/cm³ 이하인, 폴리싱 슬러리.
제2항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들의 비표면적은 11 m²/g 내지 25 m² _/g 범위에 있는, 폴리싱 슬러리.
제2항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들은 15 nm 내지 26 nm 범위의 공극 크기를 갖는, 폴리싱 슬러리.
제4항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들의 비표면적은 11 m²/g 내지 25 m²/g 범위에 있는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 지르코니아 입자들은 정방정계 ZrO₂, 입방정계 ZrO₂ 입자들 또는 이들의 조합들이고 Ce, Y 또는 Ca로 도핑되는, 방법.
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