KR20140059230A - 글리코시드를 포함하는 화학 기계 연마 (ｃｍｐ) 조성물 - Google Patents
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Abstract
(A) 무기 입자, 유기 입자, 또는 이의 혼합물 또는 복합물,
(B) 화학식 1 내지 6 의 글리코시드
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R2 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R3 은 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R4 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R5 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
글리코시드중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수는 1 내지 20 의 범위이다),
및
(C) 수성 매질
을 포함하는 화학 기계 연마 (CMP) 조성물.
(B) 화학식 1 내지 6 의 글리코시드
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R2 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R3 은 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R4 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R5 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
글리코시드중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수는 1 내지 20 의 범위이다),
및
(C) 수성 매질
을 포함하는 화학 기계 연마 (CMP) 조성물.
Description
본 발명은 본질적으로 화학 기계 연마 (CMP) 조성물 및 반도체 산업의 기판의 연마에서의 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 CMP 조성물은 특정한 글리코시드를 포함하며, 향상된 연마 성능을 나타낸다.
반도체 산업에 있어서, 화학 기계 연마 (CMP 로 약기함) 는 반도체 웨이퍼와 같은 고급 광자, 미세전자기계 및 미세전자 재료 및 장치의 제작에 적용되는 충분히 공지된 기술이다.
반도체 산업에서 사용되는 재료 및 장치의 제작 동안에, CMP 는 금속 및/또는 산화물 표면을 평탄화시키는데 사용된다. CMP 는 피연마 표면의 평탄성을 달성하기 위해서, 화학적 및 기계적 작용의 상호작용을 활용한다. 화학적 작용은 CMP 조성물 또는 CMP 슬러리라고도 언급되는 화학 조성물에 의해 제공된다. 기계적 작용은 통상적으로, 전형적으로 피연마 표면에 프레스되며, 이동식 플래튼에 부착된 연마 패드에 의해 수행된다. 플래튼의 이동은 통상적으로 직선, 회전 또는 궤도이다.
전형적인 CMP 공정 단계에 있어서, 회전식 웨이퍼 홀더는 피연마 웨이퍼가 연마 패드와 접촉하게 한다. CMP 조성물은 통상적으로 피연마 웨이퍼와 연마 패드 사이에 적용된다.
종래에는, 글리코시드를 포함하는 CMP 조성물이 일반적으로 알려져 있으며, 예를 들어 하기 문헌에 기재되어 있다.
US 6 616 514 에는, (a) 연마제, (b) 수성 매질, 및 (c) 프로톤를 해리시키지 않는 또다른 특정한 유기 폴리올을 포함하는 CMP 슬러리가 기재되어 있다. 이러한 폴리올의 예는 만니톨, 소르비톨, 만노오스, 자일리톨, 소르보오스, 수크로오스, 및 덱스트린을 포함한다.
US 6 866 793 에는, (a) 벌크 용액, (b) 복수의 입자, 및 (c) 특정한 농도로 추가로 특정되는 하나 이상의 선택적 흡착 첨가제를 포함하는 CMP 슬러리가 기재되어 있으며, 이 흡착 첨가제는 비이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 비이온성 계면활성제의 예는 - 그 중에서도 - 당 알킬레이트 및 당 에스테르를 포함한다.
US 6 974 777 에는,
(i) (A) 구리, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 니켈, 백금, 루테늄, 이리듐, 및 로듐으로 이루어진 군에서 선택되는 금속층, 및 (B) 유전층을 포함하는 기판을,
(a) (1) 알루미나, 실리카, 이의 동시-형성 생성물, 코팅된 금속 산화물 입자, 중합체 입자, 및 이의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 연마제, (2) 연마 패드, 또는 (3) 상기 (1) 과 (2) 의 조합물,
(b) 양친매성 비이온성 계면활성제,
(c) 산화제, 및
(d) 액상 담체
를 포함하는 CMP 시스템과 접촉시키는 단계,
(ii) 기판의 일부분 이상을 연마하여 기판을 연마하는 단계
를 포함하는 기판의 연마 방법이 기재되어 있다.
상기 양친매성 비이온성 계면활성제는
- 소르비탄 알킬 산 에스테르 또는 폴리옥시에틸렌소르비탄 알킬 산 에스테르, 또는
- 알킬 폴리글루코오스 (예를 들어, Henkel 제 Plantaren
계면활성제), 또는 알킬 글루코오스의 에톡실레이트 에스테르 또는 디에스테르 (예를 들어, Amerchol 제 PEG-120 메틸 글루코오스 디올레에이트 등)
일 수 있다.
US 7 071 105 에는, (a) 산화세륨, (b) pKa 가 약 4 내지 약 9 인 작용기를 가지는 특정한 연마용 첨가제, 및 (c) 액상 담체를 포함하는 CMP 시스템이 기재되어 있으며, 상기 연마 시스템은 약 7 이하의 pH 를 가지고, 무기 연마제와 정전기적으로 연관이 있는 유의한 양의 가교 중합체 연마 입자를 함유하지 않는다. 이 CMP 시스템은 또한 계면활성제를 임의로 포함할 수 있으며, 적합한 비이온성 계면활성제는, 예를 들어 소르비탄 C6 -30 알킬 산 에스테르 또는 폴리옥시에틸렌소르비탄 C6-30 알킬 산 에스테르이다.
본 발명의 목적의 하나는 유전체 기판의 표면의 CMP 에 적절하고 및/또는 향상된 연마 성능, 특히 이산화규소의 높은 재료 제거율 (MRR) 과 질화규소 또는 폴리실리콘의 낮은 MRR 의 조합을 나타내는 CMP 조성물을 제공하는 것이었다. 또한, CMP 조성물은 높은 단차 제거 (SHR) 를 제공하며, 즉시 사용 가능한 것으로 확인되었다.
또한, 각각의 CMP 공정을 제공해야 하는 것이었다.
따라서,
A) 무기 입자, 유기 입자, 또는 이의 혼합물 또는 복합물,
B) 화학식 1 내지 6 의 글리코시드:
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R2 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R3 은 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R4 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R5 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
글리코시드중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수는 1 내지 20 의 범위이며,
X1 내지 X6 은 상응하는 화학식 1 내지 6 의 직사각형내에 나타낸 구조 단위이다),
및
C) 수성 매질
을 포함하는 CMP 조성물을 발견하였다.
또한, 상기 본 발명의 목적은 상기 CMP 조성물의 존재하에서 기판을 연마하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 의해서 달성된다.
또한, 반도체 산업에서 사용되는 기판을 연마하기 위한 본 발명의 CMP 조성물의 용도를 발견하였으며, 이는 본 발명의 목적을 충족시킨다.
바람직한 구현예들이 특허청구범위 및 명세서에서 설명된다. 바람직한 구현예들의 조합은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.
반도체 장치는 본 발명의 CMP 조성물의 존재하에서 기판의 CMP 를 포함하는 방법에 의해서 제조할 수 있다. 바람직하게는, 상기 방법은 유전 상수 6 미만의 기판인 유전체 기판의 CMP 를 포함한다. 상기 방법은 보다 바람직하게는 이산화규소를 포함하는 기판의 CMP, 가장 바람직하게는 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 CMP, 특히 쉘로우 트렌치 분리 (STI) 장치 또는 이의 일부인 기판의 이산화규소층의 CMP, 예를 들어 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 이산화규소층의 CMP 를 포함한다.
상기 방법이 이산화규소 및 질화규소를 포함하는 기판의 CMP 를 포함하는 경우, 재료 제거율과 관련한 질화규소에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 15:1 초과, 보다 바람직하게는 25:1 초과, 가장 바람직하게는 35:1 초과, 예를 들어 50:1 초과이다. 이 선택율은 글리코시드 (B) 의 종류와 농도에 의해서, 그리고 pH 값과 같은 다른 변수를 설정함으로써 조정할 수 있다.
상기 방법이 이산화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판의 CMP 를 포함하는 경우, 재료 제거율과 관련한 폴리실리콘에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 15:1 초과, 보다 바람직하게는 25:1 초과, 가장 바람직하게는 35:1 초과, 예를 들어 50:1 초과이다. 이 선택율은 글리코시드 (B) 의 종류와 농도에 의해서, 그리고 pH 값과 같은 다른 변수를 설정함으로써 조정할 수 있다.
본 발명의 CMP 조성물은 반도체 산업에서 사용되는 임의의 기판을 연마하는데 사용된다. 상기 CMP 조성물은 바람직하게는 유전 상수 6 미만의 기판인 유전체 기판의 연마, 보다 바람직하게는 이산화규소를 포함하는 기판의 연마, 가장 바람직하게는 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 연마, 특히 쉘로우 트렌치 분리 (STI) 장치 또는 이의 일부인 기판의 이산화규소층의 연마, 예를 들어 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 이산화규소층의 연마에 사용된다.
본 발명의 CMP 조성물이 이산화규소 및 질화규소를 포함하는 기판의 연마에 사용되는 경우, 재료 제거율과 관련한 질화규소에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 15:1 초과, 보다 바람직하게는 25:1 초과, 가장 바람직하게는 35:1 초과, 예를 들어 50:1 초과이다.
본 발명의 CMP 조성물이 이산화규소 및 폴리실리콘을 포함하는 기판의 연마에 사용되는 경우, 재료 제거율과 관련한 폴리실리콘에 대한 이산화규소의 선택율은 바람직하게는 15:1 초과, 보다 바람직하게는 25:1 초과, 가장 바람직하게는 35:1 초과, 예를 들어 50:1 초과이다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은 무기 입자, 유기 입자, 또는 이의 혼합물 또는 복합물 (A) 을 함유한다. (A) 는
- 1 종의 무기 입자,
- 상이한 종의 무기 입자의 혼합물 또는 복합물,
- 1 종의 유기 입자,
- 상이한 종의 유기 입자의 혼합물 또는 복합물, 또는
- 1 종 이상의 무기 입자와 1 종 이상의 유기 입자의 혼합물 또는 복합물
일 수 있다.
복합물은 기계적으로, 화학적으로 또는 또다른 방식으로 서로 결합되는 방식으로 2 종 이상의 입자를 포함하는 복합 입자이다. 복합물의 예는 외부 계면 (쉘) 의 1 종의 입자 및 내부 계면 (코어) 의 또다른 종의 입자를 포함하는 코어-쉘 입자이다. 입자 (A) 로서 코어-쉘 입자를 사용하는 경우, SiO2 코어 및 CeO2 쉘을 포함하는 코어-쉘 입자가 바람직하고, 특히 평균 코어 크기 20 내지 200 ㎚ 의 SiO2 코어를 포함하고, 상기 코어가 평균 입자 크기 10 ㎚ 미만의 CeO2 입자로 코팅된, 라즈베리형 코팅 입자가 바람직하다. 입자 크기는 레이저 회절 기법 및 동적 광 산란 기법을 이용하여 측정된다.
일반적으로, 입자 (A) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (A) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 10 중량% 이하 (이하, "wt.%" 로 나타냄), 보다 바람직하게는 5 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 2 wt.% 이하, 예를 들어 0.75 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (A) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 0.005 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.01 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.05 wt.% 이상, 예를 들어 0.1 wt.% 이상이다.
일반적으로, 입자 (A) 는 다양한 입자 크기 분포로 함유될 수 있다. 입자 (A) 의 입자 크기 분포는 일봉형 또는 다봉형일 수 있다. 다봉형 입자 크기 분포의 경우, 이봉형이 종종 바람직하다. 본 발명의 CMP 공정 동안에 용이하게 재현 가능한 특성 프로파일 및 용이하게 재현 가능한 조건을 갖도록 하기 위해서, (A) 는 일봉형 입자 크기 분포가 바람직하다. (A) 는 일봉형 입자 크기 분포를 갖는 것이 가장 바람직하다.
입자 (A) 의 평균 입자 크기는 넓은 범위에서 다양할 수 있다. 평균 입자 크기는 수성 매질 (C) 중의 (A) 의 입자 크기 분포의 d50 값이며, 동적 광 산란 기법을 이용하여 측정할 수 있다. 이 때, d50 값은 입자가 본질적으로 구형이라는 가정하에서 계산된다. 평균 입자 크기 분포의 폭은 2 개의 교점 간의 거리 (x-축의 단위로 주어짐) 이며, 여기서 입자 크기 분포 곡선은 상대적 입자수의 50 % 높이를 가로지르며, 최대 입자수의 높이는 100 % 높이로서 표준화된다.
바람직하게는, 입자 (A) 의 평균 입자 크기는 Malvern Instruments, Ltd. 제의 고성능 입도 분석기 (HPPS) 또는 Horiba LB550 과 같은 기기를 이용하여 동적 광 산란 기법으로 측정되는, 5 내지 500 ㎚ 의 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 250 ㎚ 의 범위, 가장 바람직하게는 50 내지 150 ㎚ 의 범위, 특히 80 내지 130 ㎚ 의 범위이다.
입자 (A) 는 여러가지 형상일 수 있다. 이로써, 입자 (A) 는 한가지 또는 본질적으로 오직 한가지 유형의 형상일 수 있다. 그러나, 입자 (A) 는 또한 상이한 형상을 갖는 것도 가능하다. 예를 들어, 2 종의 상이한 형상의 입자 (A) 가 존재할 수 있다. 예를 들어, (A) 는 정6면체, 챔퍼처리된 모서리를 갖는 정6면체, 8면체, 20면체, 단괴, 또는 볼록부 또는 오목부가 있거나 없는 구체의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 이들은 볼록부 또는 오목부가 없거나 매우 적은 구형일 수 있다.
입자 (A) 의 화학적 성질은 특별히 제한되지 않는다. (A) 는 동일한 화학적 성질일 수 있거나, 또는 상이한 화학적 성질의 입자의 혼합물 또는 복합물일 수 있다. 일반적으로, 동일한 화학적 성질의 입자 (A) 가 바람직하다. 일반적으로, (A) 는
- 준금속, 준금속 산화물 또는 탄화물을 포함한 금속, 금속 산화물 또는 탄화물과 같은 무기 입자, 또는
- 중합체 입자와 같은 유기 입자,
- 무기 및 유기 입자의 혼합물 또는 복합물
일 수 있다.
입자 (A) 는 바람직하게는 무기 입자이다. 이들 중에서, 금속 또는 준금속의 산화물 및 탄화물이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 산화세륨, 산화구리, 산화철, 산화니켈, 산화망간, 실리카, 질화규소, 탄화규소, 산화주석, 티타니아, 탄화티타늄, 산화텅스텐, 산화이트륨, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 가장 바람직하게는, 입자 (A) 는 알루미나, 산화세륨, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 특히, (A) 는 산화세륨 및 산화세륨을 포함하는 복합 입자로 이루어진 군에서 선택되는 입자이다. 특히 바람직하게는, (A) 는 산화세륨이다. 예를 들어, (A) 는 콜로이드성 산화세륨이다. 전형적으로, 콜로이드성 산화세륨은 습식 침전법에 의해서 제조된다.
(A) 가 유기 입자, 또는 무기 및 유기 입자의 혼합물 또는 복합물인 또다른 구현예에서는, 중합체 입자가 바람직하다. 중합체 입자는 단일- 또는 공중합체일 수 있다. 후자는 예를 들어 블록 공중합체 또는 통계 공중합체일 수 있다. 단일- 또는 공중합체는 여러가지 구조, 예를 들어 선형, 분지형, 빗형, 덴드리머형, 얽힌형 또는 가교형을 가질 수 있다. 중합체 입자는 음이온, 양이온, 제어 라디칼, 자유 라디칼 메커니즘에 따라서, 그리고 현탁 또는 유화 중합 공정에 의해서 수득될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 입자는 폴리스티렌, 폴리에스테르, 알키드 수지, 폴리우레탄, 폴리락톤, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리에테르, 폴리(N-알킬아크릴아미드), 폴리(메틸 비닐 에테르)의 하나 이상, 또는 단량체 단위로서 비닐방향족 화합물, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 말레산 무수물, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴산, 또는 메타크릴산의 하나 이상을 포함하는 공중합체, 또는 이의 혼합물 또는 복합물이다. 이들 중에서, 가교 구조를 갖는 중합체 입자가 바람직하다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은
B) 화학식 1 내지 6 의 글리코시드:
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R2 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R3 은 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R4 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R5 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
글리코시드중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수는 1 내지 20 의 범위이며,
X1 내지 X6 은 상응하는 화학식 1 내지 6 의 직사각형내에 나타낸 구조 단위이다)
를 포함한다.
이하에서, 글리코시드중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수를 "단당류-수" 라고 한다.
단당류-수는 1 내지 20 의 범위에서 다양할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 15 의 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 10 의 범위, 가장 바람직하게는 1 내지 5 의 범위, 예를 들어 1 내지 3 의 범위이다.
바람직하게는, (B) 는 화학식 1 내지 5 의 글리코시드이다. 보다 바람직하게는, (B) 는 화학식 1 내지 4 의 글리코시드이다. 가장 바람직하게는, (B) 는 화학식 1 내지 3 의 글리코시드이다. 특히 바람직하게는, (B) 는 화학식 1 내지 2 의 글리코시드이다. 특히, (B) 는 화학식 1 의 글리코시드이다. 예를 들어, (B) 는 화학식 1a 의 글리코시드이다:
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,
R12 는 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R13 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,
R14 는 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R15 는 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,
k 는 1 내지 20 의 정수이다).
R1 은 일반적으로 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. 바람직하게는, R1 은
(식 중,
R16 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴, 바람직하게는 알킬이고,
R17 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴, 바람직하게는 알킬이다)
이다.
보다 바람직하게는, R1 은 CH2R18 (식 중, R18 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴, 바람직하게는 알킬이다) 이다.
R1 은 일반적으로 다양한 탄소 원자수를 갖는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. 바람직하게는 R1 은 C1-C30 알킬, C1-C30 알킬아릴, 또는 C1-C30 아릴이고, 보다 바람직하게는 R1 은 C1-C30 알킬이며, 가장 바람직하게는 R1 은 C7-C17 알킬이고, 특히 R1 은 비치환 C10-C16 알킬이며, 예를 들어 R1 은 비치환 C12-C14 알킬이다.
R2 는 일반적으로 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. (B) 가 화학식 # (# = 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6) 의 글리코시드인 경우, R2 는 바람직하게는 H, X# 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X# 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X# 이다. 예를 들어, (B) 가 화학식 1 의 글리코시드인 경우, R2 는 바람직하게는 H, X1 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X1 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X1 이다.
R3 은 일반적으로 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. (B) 가 화학식 # (# = 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6) 의 글리코시드인 경우, R3 은 바람직하게는 H, X# 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X# 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X# 이다. 예를 들어, (B) 가 화학식 1 의 글리코시드인 경우, R3 은 바람직하게는 H, X1 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X1 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X1 이다.
R4 는 일반적으로 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. (B) 가 화학식 # (# = 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6) 의 글리코시드인 경우, R4 는 바람직하게는 H, X# 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X# 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X# 이다. 예를 들어, (B) 가 화학식 1 의 글리코시드인 경우, R4 는 바람직하게는 H, X1 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X1 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X1 이다.
R5 는 일반적으로 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. (B) 가 화학식 # (# = 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6) 의 글리코시드인 경우, R5 는 바람직하게는 H, X# 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X# 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X# 이다. 예를 들어, (B) 가 화학식 1 의 글리코시드인 경우, R5 는 바람직하게는 H, X1 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H, X1 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 또는 X1 이다.
R12 는 일반적으로 H 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. R12 는 바람직하게는 H 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 이다.
R13 은 일반적으로 H 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. R13 은 바람직하게는 H 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 이다.
R14 는 일반적으로 H 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. R14 는 바람직하게는 H 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 이다.
R15 는 일반적으로 H 또는 임의의 치환 또는 비치환 알킬, 아릴 또는 알킬아릴기일 수 있다. R15 는 바람직하게는 H 또는 알킬, 보다 바람직하게는 H 또는 비치환 알킬, 가장 바람직하게는 H 이다.
k 는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 15, 보다 바람직하게는 1 내지 10, 가장 바람직하게는 1 내지 5, 예를 들어 1 내지 3 의 정수이다.
일반적으로, 글리코시드 (B) 는 화학식 1 내지 6 의 글리코시드의 1 종 또는 상이한 종의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, (B) 는 화학식 1 내지 6 의 글리코시드의 1 종이다. 보다 바람직하게는, (B) 는 R2, R3, R4 및 R5 가 - 서로 독립적으로 - H, X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6 인 화학식 1 내지 6 의 글리코시드이다. 가장 바람직하게는, (B) 는 R2 가 H 또는 X1 이고, R3 이 H 또는 X1 이며, R4 가 H 또는 X1 이고, R5 가 H 또는 X1 인 화학식 1 의 글리코시드이다. 특히 바람직하게는, (B) 는 R12, R13, R14 및 R15 가 H 이고, R1 이
(식 중, R16 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고, R17 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이다) 인 화학식 1a 의 글리코시드이다. 특히, (B) 는 R12, R13, R14 및 R15 가 H 이고, R1 이 CH2R18 (식 중, R18 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이다) 인 화학식 1a 의 글리코시드이다. 예를 들어, (B) 는 Lutensol GD70 (BASF 제품, m = 1 내지 3 및 n = 9 내지 15 인 화학식 7 의 알킬글루코시드의 수용액), Glucopon 600 CS UP (Cognis 제품, m = 1 내지 3 및 n = 11 내지 13 인 화학식 7 의 알킬글루코시드의 수용액), Glucopon 215 CS (215 UP) (Cognis 제품, m = 1 내지 3 및 n = 7 내지 9 인 화학식 7 의 알킬글루코시드의 수용액), 메틸 갈락토피라노시드, 및 n-도데실 베타-D-말토피라노시드이다.
바람직하게는, 글리코시드 (B) 는 글루코시드, 갈락토시드 또는 만노시드이다. 보다 바람직하게는, (B) 는 글루코시드 또는 갈락토시드이다. 가장 바람직하게는, (B) 는 글루코시드이다. 예를 들어, (B) 는 D-글루코시드이다.
또다른 바람직한 구현예에 있어서, (B) 는 R1 이 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고, R2 가 H 또는 X1 이며, R3 이 H 또는 X1 이고, R4 가 H 또는 X1 이며, R5 가 H 또는 X1 이고, 단당류-수가 1 내지 10, 보다 바람직하게는 1 내지 5, 가장 바람직하게는 1 내지 3 의 범위인 화학식 1 의 글리코시드이다.
또다른 바람직한 구현예에 있어서, (B) 는 R1 이 알킬이고, R2 가 H 또는 X1 이며, R3 이 H 또는 X1 이고, R4 가 H 또는 X1 이며, R5 가 H 또는 X1 이고, 단당류-수가 1 내지 10, 보다 바람직하게는 1 내지 5, 가장 바람직하게는 1 내지 3 의 범위인 화학식 1 의 글리코시드이다.
일반적으로, 글리코시드 (B) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (B) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 10 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 5 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 2 wt.% 이하, 예를 들어 1 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (B) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 0.001 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.005 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.01 wt.% 이상, 예를 들어 0.05 wt.% 이상이다.
일반적으로, 수성 매질중의 화학식 1 내지 6 의 글리코시드 (B) 의 용해도는 넓은 범위에서 다양할 수 있다. pH 7, 25 ℃, 대기압하에서 (B) 의 수중 용해도는 바람직하게는 1 g/L 이상, 보다 바람직하게는 10 g/L 이상, 가장 바람직하게는 70 g/L 이상, 특히 200 g/L 이상, 예를 들어 350 g/L 이상이다. 상기 용해도는 용매를 증발시키고, 포화 용액중의 잔류 질량을 측정함으로써 결정할 수 있다.
하나의 구현예에 있어서, (B) 는 바람직하게는 화학식 2 의 글리코시드, 보다 바람직하게는 사이코시드, 소르보시드, 타가토시드, 또는 프룩토시드, 가장 바람직하게는 프룩토시드, 예를 들어 D-프룩토시드이다.
또다른 구현예에 있어서, (B) 는 바람직하게는 화학식 3 의 글리코시드, 보다 바람직하게는 사이코시드, 소르보시드, 타가토시드, 또는 프룩토시드, 가장 바람직하게는 프룩토시드, 예를 들어 D-프룩토시드이다.
또다른 구현예에 있어서, (B) 는 바람직하게는 화학식 4 의 글리코시드, 보다 바람직하게는 아라비노시드, 릭소시드, 리보시드, 또는 자일로시드, 가장 바람직하게는 리보시드, 예를 들어 D-리보시드이다.
또다른 구현예에 있어서, (B) 는 바람직하게는 화학식 5 의 글리코시드, 보다 바람직하게는 리불로시드 또는 자일룰로시드, 가장 바람직하게는 리불로시드, 예를 들어 D-리불로시드이다.
또다른 구현예에 있어서, (B) 는 바람직하게는 화학식 6 의 글리코시드, 보다 바람직하게는 아라비노시드, 릭소시드, 리보시드, 또는 자일로시드, 가장 바람직하게는 리보시드, 예를 들어 D-리보시드이다.
본 발명에 따르면, CMP 조성물은 수성 매질 (C) 을 함유할 수 있다. (C) 는 수성 매질의 1 종 또는 상이한 종의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, 수성 매질 (C) 은 물을 함유하는 임의의 매질일 수 있다. 바람직하게는, 수성 매질 (C) 은 물 및 물과 혼화성인 유기 용매 (예를 들어 알코올, 바람직하게는 C1 내지 C3 알코올, 또는 알킬렌 글리콜 유도체) 의 혼합물이다. 보다 바람직하게는, 수성 매질 (C) 은 물이다. 가장 바람직하게는, 수성 매질 (C) 은 탈이온수이다.
(C) 이외의 성분의 양이 CMP 조성물의 총 x 중량% 이면, (C) 의 양은 CMP 조성물의 (100-x) 중량% 이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 부식 억제제 (D), 예를 들어 2 종의 부식 억제제를 임의로 함유할 수 있다. 바람직한 부식 억제제는 디아졸, 트리아졸, 테트라졸 및 이들의 유도체, 예를 들어 벤조트리아졸 또는 톨릴트리아졸이다. 바람직한 부식 억제제의 다른 예는 아세틸렌 알코올, 또는 아민의 염 또는 부가물 및 아미드 부분을 포함하는 카르복실산이다.
존재하는 경우, 부식 억제제 (D) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (D) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 10 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 5 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 2.5 wt.% 이하, 예를 들어 1.5 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (D) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.3 wt.% 이상, 예를 들어 0.8 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 산화제 (E), 예를 들어 1 종의 산화제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 산화제는 피연마 기판 또는 이의 층의 하나를 산화시킬 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (E) 는 과-형 산화제이다. 보다 바람직하게는, (E) 는 과산화물, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 과요오드산염, 과망간산염, 또는 이의 유도체이다. 가장 바람직하게는, (E) 는 과산화물 또는 과황산염이다. 특히, (E) 는 과산화물이다. 예를 들어, (E) 는 과산화수소이다.
존재하는 경우, 산화제 (E) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (E) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 20 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 10 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 5 wt.% 이하, 예를 들어 2 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (E) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 0.05 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.5 wt.% 이상, 예를 들어 1 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 착화제 (F), 예를 들어 1 종의 착화제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 착화제는 피연마 기판 또는 이의 층의 하나의 이온들을 착화시킬 수 있는 화합물이다. 바람직하게는, (F) 는 2 개 이상의 COOH 기를 가지는 카르복실산, N-함유 카르복실산, N-함유 술폰산, N-함유 황산, N-함유 포스폰산, N-함유 인산, 또는 이의 염이다. 보다 바람직하게는, (F) 는 2 개 이상의 COOH 기를 가지는 카르복실산, N-함유 카르복실산, 또는 이의 염이다. 가장 바람직하게는, (F) 는 아미노산, 또는 이의 염이다. 예를 들어, (F) 는 글리신, 세린, 알라닌, 히스티딘, 또는 이의 염이다.
존재하는 경우, 착화제 (F) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, (F) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 20 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 10 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 5 wt.% 이하, 예를 들어 2 wt.% 이하이다. 바람직하게는, (F) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 0.05 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.5 wt.% 이상, 예를 들어 1 wt.% 이상이다.
본 발명의 CMP 조성물은 또한 1 종 이상의 살생물제 (G), 예를 들어 1 종의 살생물제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 살생물제는 저지, 무해성 부여, 또는 화학적 또는 생물학적 수단에 의해 임의의 유해 생물에 대한 방제 효과를 발휘하는 화합물이다. 바람직하게는, (G) 는 4 차 암모늄 화합물, 이소티아졸리논계 화합물, N-치환 디아제늄 디옥사이드, 또는 N'-히드록시-디아제늄 옥사이드 염이다. 보다 바람직하게는, (G) 는 N-치환 디아제늄 디옥사이드, 또는 N'-히드록시-디아제늄 옥사이드 염이다.
존재하는 경우, 살생물제 (G) 는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 존재하는 경우, (G) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 바람직하게는 0.5 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 0.05 wt.% 이하, 특히 0.02 wt.% 이하, 예를 들어 0.008 wt.% 이하이다. 존재하는 경우, (G) 의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 바람직하게는 0.0001 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.001 wt.% 이상, 특히 0.003 wt.% 이상, 예를 들어 0.006 wt.% 이상이다.
본 발명에 따라서 사용되는 CMP 조성물의 안정성 및 연마 성능과 같은 특성은 상응하는 조성물의 pH 에 각각 의존할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따라서 사용되는 조성물의 pH 값은 각각 3 내지 9, 보다 바람직하게는 4 내지 9, 가장 바람직하게는 5 내지 8.5, 예를 들어 7 내지 8.5 의 범위이다.
본 발명에 따른 CMP 조성물은 또한 각각 필요에 따라서, pH 조절제, 안정화제, 계면활성제 등을 비제한적으로 포함하는 여러가지 기타 첨가제를 함유할 수 있다. 상기 기타 첨가제는, 예를 들어 CMP 조성물에서 통상적으로 사용되는 것이며, 따라서 당업자에게 공지되어 있다. 상기 첨가는, 예를 들어 분산액을 안정화시키거나, 또는 연마 성능, 또는 상이한 층간의 선택율을 향상시킬 수 있다.
존재하는 경우, 상기 첨가제는 다양한 양으로 함유될 수 있다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 10 wt.% 이하, 보다 바람직하게는 1 wt.% 이하, 가장 바람직하게는 0.1 wt.% 이하, 예를 들어 0.01 wt.% 이하이다. 바람직하게는, 상기 첨가제의 양은 상응하는 조성물의 총중량에 대해서, 0.0001 wt.% 이상, 보다 바람직하게는 0.001 wt.% 이상, 가장 바람직하게는 0.01 wt.% 이상, 예를 들어 0.1 wt.% 이상이다.
하나의 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 무기 입자,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 화학식 1a 의 글리코시드,
(C) 수성 매질
을 포함한다.
또다른 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의, 산화세륨 및 산화세륨을 포함하는 복합 입자로 이루어진 군에서 선택되는 입자,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의, 글루코시드인 화학식 1a 의 글리코시드,
(C) 수성 매질
을 포함한다.
또다른 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의, 알루미나, 산화세륨, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 또는 이의 혼합물 또는 복합물,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 화학식 1a 의 글리코시드
(식 중,
R1 은 
이고,
R16 은 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R17 은 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이다),
(C) 수성 매질
을 포함한다.
또다른 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의, 산화세륨 및 산화세륨을 포함하는 복합 입자로 이루어진 군에서 선택되는 입자,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 화학식 1a 의 글리코시드
(식 중,
R1 은 CH2R18 이고,
R18 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이다),
(C) 수성 매질
을 포함한다.
또다른 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의, 산화세륨 및 산화세륨을 포함하는 복합 입자로 이루어진 군에서 선택되는 입자,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 화학식 1a 의 글리코시드
(식 중,
R12, R13, R14 및 R15 는 H 이다),
(C) 수성 매질
을 포함한다.
또다른 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 산화세륨,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 화학식 1a 의 글리코시드,
(C) 수성 매질
을 포함한다.
또다른 구현예에 따르면, 본 발명의 CMP 조성물은
(A) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 산화세륨,
(B) 상응하는 CMP 조성물의 총중량에 대해서, 0.01 내지 5 wt.% 의 농도의 화학식 1a 의 글리코시드
(식 중,
R1 은 CH2R18 이고,
R18 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R12, R13, R14 및 R15 는 H 이다),
(C) 수성 매질
을 포함한다.
CMP 조성물의 제조 방법은 일반적으로 공지되어 있다. 이들 방법은 본 발명의 CMP 조성물의 제조에 적용될 수 있다. 이것은, 상기 성분 (A) 및 (B) 를 수성 매질 (C), 바람직하게는 물에 분산 또는 용해시키고, 임의로 산, 염기, 완충제 또는 pH 조절제를 첨가하여 pH 값을 조절함으로써 수행할 수 있다. 이를 위해서, 통상의 표준 혼합 공정, 및 교반 용기, 고전단 임펠러, 초음파 혼합기, 균질화기 노즐 또는 역류 혼합기와 같은 혼합 장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 CMP 조성물은 바람직하게는 수성 매질 (C) 에 입자 (A) 를 분산시키고, 글리코시드 (B) 및 임의로 또다른 첨가제를 분산 및/또는 용해시킴으로써 제조된다.
연마 공정은 일반적으로 공지되어 있으며, 집적 회로를 가진 웨이퍼의 제작에서의 CMP 에서 통상적으로 사용되는 조건하에서의 공정 및 장비로 수행할 수 있다. 연마 공정을 수행할 수 있는 장비는 특별히 제한되지 않는다.
당업계에 공지되어 있는 바와 같이, CMP 공정을 위한 전형적인 장비는 연마 패드로 덮인 회전식 플래튼으로 이루어진다. 또한, 오비탈 연마기가 사용된다. 웨이퍼를 캐리어 또는 척 상에 장착한다. 가공할 웨이퍼의 한쪽 면이 연마 패드를 향하게 한다 (한쪽 면 연마 공정). 리테이닝 링은 웨이퍼가 확실하게 수평 위치에 있도록 한다.
캐리어 아래에, 또한 보다 큰 직경의 플래튼이 일반적으로 수평으로 위치하며, 연마할 웨이퍼의 표면에 평행한 표면을 제공한다. 플래튼 상의 연마 패드는 평탄화 공정 동안에 웨이퍼 표면과 접촉한다.
재료 감량을 위해서, 웨이퍼를 연마 패드 상에 압착시킨다. 캐리어 및 플래튼 모두는 통상적으로 캐리어 및 플래튼으로부터 수직으로 뻗어있는 이들의 각 샤프트 주위를 회전하게 된다. 회전식 캐리어 샤프트는 회전식 플래튼에 대해서 적당한 위치에 고정된 채로 유지될 수 있거나, 또는 플래튼에 대해서 수평으로 움직일 수 있다. 캐리어의 회전 방향은 반드시는 아니지만, 전형적으로 플래튼의 회전 방향과 동일하다. 캐리어 및 플래튼의 회전 속도는 반드시는 아니지만, 일반적으로 상이한 값으로 설정된다. 본 발명의 CMP 공정 동안에, 본 발명의 CMP 조성물은 통상적으로 연속 흐름으로서 또는 적하 방식으로 연마 패드 상에 적용된다. 통상적으로, 플래튼의 온도는 10 내지 70 ℃ 의 온도에서 설정된다.
웨이퍼 상에의 하중은 예를 들어, 종종 백킹 필름으로 불리는 연질 패드로 덮인 강철로 제조된 평판에 의해서 적용될 수 있다. 보다 진보된 장비를 사용하는 경우, 공기 또는 질소압을 다량 함유한 유연성 막이 패드 상의 웨이퍼를 압착시킨다. 이러한 막 캐리어는 경질 연마 패드를 사용하는 경우, 웨이퍼 상의 하향압 분포가 경질 플래튼 디자인의 캐리어에 비해서 보다 균일하기 때문에, 낮은 하향력 공정에 바람직하다. 또한, 웨이퍼 상의 압력 분포를 제어하는 옵션을 가진 캐리어를 본 발명에 따라서 사용할 수 있다. 이들은 통상적으로 서로 독립적으로 어느 정도 충전될 수 있는 다수의 상이한 챔버를 갖도록 디자인된다.
보다 상세한 내용에 대해서는, WO 2004/063301 A1, 특히 도 2 와 함께, 16 페이지, 단락 [0036] 내지 18 페이지, 단락 [0040] 을 참조한다.
본 발명의 CMP 공정에 의해 및/또는 본 발명의 CMP 조성물을 이용하여, 우수한 기능성을 갖는, 유전층을 포함하는 집적 회로가 있는 웨이퍼를 수득할 수 있다.
본 발명의 CMP 조성물은 즉시 사용 가능한 슬러리로서 CMP 공정에서 사용할 수 있고, 이들은 긴 저장 수명을 가지며, 장시간에 걸쳐서 안정한 입자 크기 분포를 나타낸다. 따라서, 이들은 취급 및 보관이 용이하다. 이들은 특히 이산화규소의 높은 재료 제거율 (MRR) 및 질화규소 또는 폴리실리콘의 낮은 MRR 의 조합과 관련해서, 우수한 연마 성능을 나타낸다. 이의 성분의 양은 최소로 유지되기 때문에, 본 발명에 따른 CMP 조성물은 각각 비용 효율적 방식으로 사용될 수 있다.
도 1 은 실시예 4 내지 6 및 비교예 V1 내지 V4 의 조성물을 사용한 CMP 공정에서의 SiO2/Si3N4 선택율 대 첨가제 농도에 대한 상관 도표를 나타낸다; 첨가제 소르비톨에 대한 데이터 (비교예) 는 검정색 마름모형으로 나타내고, Lutensol GD70 인 첨가제 B1 에 대한 데이터 (본 발명의 실시예) 는 검정색 정사각형으로 나타낸다; X 는 상응하는 조성물의 총중량에 대한 중량% 단위의 첨가제의 농도이다; Y1 은 SiO2/Si3N4 선택율이다; X = 0 에 대한 데이터 점들은 비교예 V1 에 해당한다; 상세한 데이터는 표 1 을 참조한다; 소르비톨 데이터 (검정색 굵은선 참조) 의 선형 외삽법에 대한 결정 계수 R2 는 0.94 이다.
도 2 는 실시예 4 내지 6 및 비교예 V1 내지 V5 의 조성물을 사용한 CMP 공정에서의 Si3N4 재료 제거율을 나타낸다; 첨가제 소르비톨에 대한 데이터 (비교예) 는 검정색 마름모형으로 나타내고, Lutensol GD70 인 첨가제 B1 에 대한 데이터 (본 발명의 실시예) 는 검정색 정사각형으로 나타낸다; X 는 상응하는 조성물의 총중량에 대한 중량% 단위의 첨가제의 농도이다; Y2 는 옹스트롬/분 단위의 Si3N4 재료 제거율이다; X = 0 에 대한 데이터 점들은 비교예 V1 에 해당한다; 상세한 데이터는 표 1 을 참조한다.
도 3 은 실시예 4 내지 6 및 비교예 V1 내지 V5 의 조성물을 사용한 CMP 공정에서의 PolySi 재료 제거율을 나타낸다; 첨가제 소르비톨에 대한 데이터 (비교예) 는 검정색 마름모형으로 나타내고, Lutensol GD70 인 첨가제 B1 에 대한 데이터 (본 발명의 실시예) 는 검정색 정사각형으로 나타낸다; X 는 상응하는 조성물의 총중량에 대한 중량% 단위의 첨가제의 농도이다; Y3 은 옹스트롬/분 단위의 polySi 재료 제거율이다; X = 0 에 대한 데이터 점들은 비교예 V1 에 해당한다; 상세한 데이터는 표 1 을 참조한다.
실시예 및 비교예
이하에서, CMP 실험의 일반적인 절차에 대해서 설명한다.
200 ㎜ SiO2 웨이퍼에 대한 표준 CMP 공정:
Strasbaugh nSpire (Model 6EC), ViPRR 플로팅 리테이닝 링 캐리어;
하향압: 실시예 16 이외의 모든 실시예의 조성물을 사용한 CMP 공정의 경우 3.0 psi (210 mbar);
실시예 16 의 조성물을 사용한 CMP 공정의 경우 2.0 psi (138 mbar);
백 사이드 압력: 0.5 psi (34.5 mbar);
리테이닝 링 압력: 2.5 psi (172 mbar);
연마 테이블/캐리어 속도: 95/85 rpm;
슬러리 유속: 200 ㎖/min;
연마 시간: 60 s;
패드 컨디셔닝: 제자리에서, 실시예 16 이외의 모든 실시예의 조성물을 사용한 CMP 공정의 경우 6.0 Ibs (27 N);
제자리에서, 실시예 16 의 조성물을 사용한 CMP 공정의 경우 4.0 Ibs (18 N);
연마 패드: IC1000 A2 on Suba 4 stacked pad, xy k or k grooved (R&H);
백킹 필름: Strasbaugh, DF200 (136 holes);
컨디셔닝 디스크: 3M S60;
패드를 3 회 청소하여 컨디션화시킨 후, 새로운 종류의 슬러리를 CMP 에 사용한다.
슬러리를 로컬 서플라이 스테이션에서 교반한다.
(반)투명 블랭킷 웨이퍼의 표준 분석 절차:
Filmmetrics F50 을 이용한 광학 필름 두께 측정에 의해 제거율을 결정한다. 49 점 직경 스캔 (5 ㎜ 에지 배제) 은 각 웨이퍼에 대한 CMP 전 및 후에 측정한다. F50 으로 측정한 웨이퍼 상의 각 점에 대해서, CMP 전 및 후의 필름 두께 차이로부터 필름 두께 손실을 산출한다. 49 점 직경 스캔으로부터 수득된 데이터의 평균은 총 제거율을 제공하며, 표준 편차는 (비-) 균일성을 제공한다.
제거율에 대해서는, 총 재료 제거율 및 주 연마 단계 시간의 비가 이용된다.
CMP 실험에 사용된 표준 막:
SiO2 막: PE TEOS;
Si3N4 막: 실시예 16 이외의 모든 실시예의 조성물을 사용한 CMP 공정의 경우 PE CVD;
실시예 16 의 조성물을 사용한 CMP 공정의 경우 LP CVD;
PolySi 막: CVD;
슬러리 제조의 표준 절차:
암모니아 수용액 (0.1 %) 또는 HNO3 (0.1 %) 를 슬러리에 첨가하여 pH 를 조절한다. pH 조합 전극 (Schott, blue line 22 pH) 으로 PH 값을 측정한다.
실시예에서 사용된 무기 입자 (A)
60 ㎚ 의 평균 1 차 입자 크기 (BET 표면적 측정을 이용하여 결정함) 및 99 ㎚ 의 평균 2 차 입자 크기 (d50 값) (Horiba 기기에 의한 동적 광 산란 기법을 이용하여 결정함) 를 갖는 콜로이드성 산화세륨 입자 (Rhodia HC60) 를 사용하였다.
실시예에서 사용된 글리코시드 (B)
글리코시드 B1 내지 B3 은 하기 화학식 (화학식 7) 으로 나타낼 수 있다:
글리코시드 B1: Lutensol GD70, BASF 제품, m = 1 내지 3 및 n = 9 내지 15 인 화학식 7 의 알킬글루코시드의 수용액
글리코시드 B2: Glucopon 600 CS UP, Cognis 제품, m = 1 내지 3 및 n = 11 내지 13 인 화학식 7 의 알킬글루코시드의 수용액
글리코시드 B3: Glucopon 215 CS (215 UP), Cognis 제품, m = 1 내지 3 및 n = 7 내지 9 인 화학식 7 의 알킬글루코시드의 수용액
글리코시드 B4: 메틸 갈락토피라노시드
글리코시드 B5: Acros Organics 에서 수득한 n-도데실 베타-D-말토피라노시드.
| 실시예 | 첨가제 | 첨가제 conc. [wt%] | pH [ ] |
Rhodia HC60 의 conc. [wt%] | MRR SiO2 [Å/min] |
MRR Si3N4 [Å/min] | MRR polySi [Å/min] | 선택율 Si3N4 [ ] |
선택율 polySi [ ] |
| 비교예 V1 | - | 0 | 5.5 | 0.5 | 5480 | 475 | 441 | 12 | 12 |
| 실시예 1 | B1 | 0.1 | 4 | 0.5 | 5417 | 165 | 126 | 33 | 43 |
| 실시예 2 | B1 | 0.1 | 5 | 0.1 | 3453 | 56 | 90 | 62 | 38 |
| 실시예 3 | B1 | 0.5 | 5 | 0.5 | 4610 | 54 | 99 | 85 | 47 |
| 실시예 4 | B1 | 0.1 | 5.5 | 0.5 | 6274 | 134 | 124 | 47 | 51 |
| 실시예 5 | B1 | 0.25 | 5.5 | 0.5 | 5161 | 55 | 96 | 94 | 54 |
| 실시예 6 | B1 | 1.0 | 5.5 | 0.5 | 3070 | 43 | 83 | 71 | 37 |
| 실시예 7 | B1 | 0.5 | 5.5 | 0.1 | 2348 | 25 | 24 | 94 | 98 |
| 실시예 8 | B1 | 0.5 | 7.8 | 0.5 | 4172 | 66 | 96 | 63 | 43 |
| 실시예 9 | B1 | 0.5 | 7.8 | 0.1 | 1527 | 25 | 20 | 61 | 76 |
| 실시예 10 | B2 | 0.05 | 5.0 | 0.5 | 4737 | 177 | 149 | 27 | 32 |
| 실시예 11 | B2 | 0.1 | 5.5 | 0.5 | 5366 | 68 | 130 | 79 | 41 |
| 실시예 12 | B3 | 0.2 | 5.5 | 0.5 | 4001 | 53 | 84 | 75 | 48 |
| 실시예 13 | B3 | 0.5 | 5.5 | 0.1 | 1209 | 28 | 43 | 43 | 28 |
| 실시예 14 | B4 | 0.1 | 4 | 0.1 | 3238 | 62 | 450 | 52 | 7 |
| 실시예 15 | B4 | 0.2 | 5 | 0.1 | 2711 | 65 | 290 | 42 | 9 |
| 실시예 16 | B5 | 0.1 | 4 | 0.5 | 3032 | 17 | - | 178 | - |
| 비교예 V2 | 소르비톨 | 0.25 | 5.5 | 0.5 | 5608 | 360 | 461 | 16 | 12 |
| 비교예 V3 | 소르비톨 | 0.5 | 5.5 | 0.5 | 5330 | 303 | 440 | 18 | 12 |
| 비교예 V4 | 소르비톨 | 1 | 5.5 | 0.5 | 5249 | 255 | 448 | 21 | 12 |
| 비교예 V5 | 소르비톨 | 2 | 5.5 | 0.5 | 3853 | 198 | 453 | 19 | 9 |
본 발명의 CMP 조성물의 이들 예는 연마 성능을 향상시킨다.
Claims (15)
- (A) 산화세륨 및 산화세륨을 포함하는 복합 입자로 이루어진 군에서 선택되는 입자,
(B) 화학식 1 내지 6 의 글리코시드:
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R2 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R3 은 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
R4 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이며,
R5 는 H, X1, X2, X3, X4, X5, X6, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고,
글리코시드중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수는 1 내지 20 의 범위이며,
X1 내지 X6 은 상응하는 화학식 1 내지 6 의 직사각형내에 나타낸 구조 단위이다),
및
(C) 수성 매질
을 포함하는 화학 기계 연마 (CMP) 조성물. - 제 1 항에 있어서, 글리코시드 (B) 중의 단당류 단위 (X1, X2, X3, X4, X5, 또는 X6) 의 총수가 1 내지 5 의 범위인 CMP 조성물.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 글리코시드가 R1 이 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고, R2 가 H 또는 X1 이며, R3 이 H 또는 X1 이고, R4 가 H 또는 X1 이며, R5 가 H 또는 X1 인, 화학식 1 의 글리코시드인 CMP 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 글리코시드가 화학식 1a 의 글리코시드인 CMP 조성물:
(식 중,
R1 은 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,
R12 는 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R13 은 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,
R14 는 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R15 는 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이고,
k 는 1 내지 20 의 정수이다). - 제 4 항에 있어서,
R1 이이고,
R16 이 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴이며,
R17 이 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴인
CMP 조성물. - 제 4 항에 있어서, R1 이 CH2R18 이고, R18 이 H, 알킬, 아릴 또는 알킬아릴인 CMP 조성물.
- 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, R12, R13, R14 및 R15 가 H 인 CMP 조성물.
- 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, k 가 1 내지 5 의 정수인 CMP 조성물.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 (A) 가 산화세륨인 CMP 조성물.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 글리코시드 (B) 의 농도가 CMP 조성물의 0.01 내지 2 중량% 의 범위인 CMP 조성물.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 글리코시드 (B) 가 글루코시드인 CMP 조성물.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, CMP 조성물의 pH 값이 5 내지 8.5 의 범위인 CMP 조성물.
- 제 4 항에 있어서,
(A) 가 산화세륨이고,
(B) 가 화학식 1a 의 글리코시드 (식 중, R1 은 CH2R8 이고, R8 은 C3-C29 알킬 또는 페닐이며, R2, R3, R4 및 R5 는 H 이고, k 는 1 내지 5 의 정수이다) 이며,
(C) 가 물인
CMP 조성물. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 CMP 조성물의 존재하에서, 이산화규소를 포함하는 기판의 화학 기계 연마를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 이산화규소 및 질화규소 또는 폴리실리콘을 포함하는 기판의 화학 기계 연마를 위한, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 CMP 조성물의 용도.
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