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KR20210142756A - 텅스텐 버프 적용을 위한 표면 코팅된 연마제 입자 - Google Patents

텅스텐 버프 적용을 위한 표면 코팅된 연마제 입자 Download PDF

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KR20210142756A
KR20210142756A KR1020217037033A KR20217037033A KR20210142756A KR 20210142756 A KR20210142756 A KR 20210142756A KR 1020217037033 A KR1020217037033 A KR 1020217037033A KR 20217037033 A KR20217037033 A KR 20217037033A KR 20210142756 A KR20210142756 A KR 20210142756A
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KR
South Korea
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acid
polishing composition
monomer units
polishing
substrate
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KR1020217037033A
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Inventor
치-시엔 치엔
룽-타이 루
헝-청 후앙
헬린 후앙
Original Assignee
씨엠씨 머티리얼즈, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 기판, 특히 텅스텐, 산화규소 및 질화물을 포함하는 기판을 연마 조성물로 화학 기계적으로 연마하는 방법을 제공한다.

Description

텅스텐 버프 적용을 위한 표면 코팅된 연마제 입자
기판의 표면을 연마 (또는 평탄화)하기 위한 화학 기계적 연마 (CMP) 조성물 및 방법은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 반도체 기판 상의 금속 층 (예컨대, 텅스텐)을 연마하기 위한 연마 조성물 (연마 슬러리, CMP 슬러리, 및 CMP 조성물이라고도 함)은 수용액 중에 현탁된 연마제 입자 및 화학적 촉진제, 예컨대 산화제, 킬레이트제, 촉매 등을 포함할 수 있다.
통상의 CMP 작업에서, 연마하고자 하는 기판 (웨이퍼)은 캐리어 (연마 헤드) 상에 탑재되고, 이것은 다시 캐리어 조립체 상에 탑재되어 CMP 장치 (연마 공구)의 연마 패드와 접촉하여 위치된다. 캐리어 조립체는 기판에 제어가능한 압력을 제공하여, 기판을 연마 패드에 대해 가압한다. 기판 및 패드는 외부 구동력에 의해 서로에 대해 움직인다. 기판 및 패드의 상대적 운동이 기판의 표면으로부터 물질의 일부를 마모시키고 제거함으로써, 기판을 연마한다. 패드 및 기판의 상대적 움직임에 의한 기판의 연마는 연마 조성물의 화학적 활성 (예를 들어, CMP 조성물에 존재하는 산화제 및 다른 화학적 화합물에 의한) 및/또는 연마 조성물 중에 현탁된 연마제의 기계적 활성에 의해 더욱 용이해질 수 있다.
전형적인 텅스텐 플러그 및 인터커넥트 공정에서, 텅스텐은 유전체 상에 및 그 내부에 형성된 개구 내에 증착된다. 그 후에, 유전체 층 상의 과량의 텅스텐을 CMP 작업 동안 제거하여 유전체 내에 텅스텐 플러그 및 인터커넥트를 형성한다. 벌크 텅스텐 제거 후, 기판 표면을 버프 연마 단계에 적용하여 파편을 제거하고 표면에 보다 균일한 토폴로지를 제공할 수 있다. 버프 연마는 텅스텐 플러그 및 인터커넥트와 같은 기판 특징부 내의 침식 (비평탄성을 야기하는, 특징부 내로부터의 과도한 금속 제거)이 최소화되거나 또는 보다 바람직하게는 심지어 역전되어야 한다는 점에서 요구된다. 버핑 단계는 텅스텐, 유전체, 및 또한 질화규소와 같은 장벽 물질 등 2종 이상의 상이한 물질의 연마를 수반하므로, 적합한 표면 토포그래피를 달성하기 위해서는 상이한 물질들의 제거율의 적절한 균형을 필요로 한다.
실리카계 연마제를 함유하는 통상적인 연마 조성물은 전형적으로 텅스텐을 포함하는 기판을 연마할 때 높은 조도, 불량한 토포그래피 및 에지-오버-침식 문제를 야기한다. 대조적으로, 처리된 알루미나를 포함하는 연마 조성물은 우수한 토포그래피 성능을 제공할 수 있지만, 전형적으로 부적합한 제거율의 문제가 있다. 침식은 기판 특징부 내의 텅스텐의 과도한 제거를 지칭하며, 이는 비평탄 표면 토포그래피를 야기한다. 침식을 최소화하거나 심지어 감소시키기 위해, 연마 조성물은 기판 표면 특징부로부터의 텅스텐의 제거 및 산화규소 및/또는 SiN의 제거가 균형을 이루어 최적화된 표면 토포그래피를 초래하도록 최적화된 물질 제거율을 나타내야 한다.
따라서, 침식을 최소화하거나 역전시키면서 (예를 들어, 팡잉(fanging) 감소 및 에지-오버-침식(edge-over-erosion) 감소), 우수한 표면 토포그래피 및 평탄성을 제공하는 텅스텐 벌크 연마 및 버핑 적용을 위한 새로운 연마 방법 및 조성물의 개발이 계속 요구되고 있다.
본 발명은 (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 (i) 기판을 제공하는 단계, (ii) 연마 패드를 제공하는 단계, (iii) (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하는 단계, (iv) 기판을 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, 및 (v) 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물을 기판에 대해 움직이게 하여 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법을 제공한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하거나, 그로 본질적으로 이루어지거나, 또는 그로 이루어진 화학-기계적 연마 조성물을 제공한다. 본 발명의 화학-기계적 연마 조성물의 연마제는, 연마제가 실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나 입자 둘 다를 포함하도록 하는 혼합된 입자 연마제이다.
본 발명의 연마 조성물의 실리카 입자는 임의의 적합한 실리카 입자일 수 있다. 한 실시양태에서, 실리카 입자는 콜로이드성 실리카 입자, 알루미늄-도핑된 실리카 입자, 또는 그의 조합을 포함한다. 예시적인 콜로이드성 실리카 입자는, 예를 들어 푸소 케미칼 캄파니(Fuso Chemical Co.) (일본 도쿄)로부터 상업적으로 입수가능한 PL-3D, PL-2, 및 PL-5 콜로이드성 실리카 (각각 약 35 nm, 25 nm, 및 60 nm의 1차 입자 크기)를 포함한다. 예시적인 알루미늄-도핑된 실리카 입자 (예를 들어, 알루미네이트 처리됨)는 니산 케미칼(Nissan Chemical) (캘리포니아주 산타 클라라)로부터 상업적으로 입수가능한 스노우텍스(SNOWTEX)TM-O 실리카를 포함한다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 알루미나 입자는 알짜 음전하를 보유한다. 음으로 하전된 알루미나 입자는 알루미나 입자에 음전하를 제공하는 임의의 적합한 방식으로 얻어질 수 있다. 전형적으로, 알루미나 입자는 코팅된다 (예를 들어, 음이온성 중합체로 표면-코팅됨). 본 발명의 연마 조성물의 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 임의의 적합한 알루미나 입자일 수 있다.
알루미나 입자는 바람직하게는 음이온성 중합체를 포함하는 (예를 들어, 그로 코팅된) 표면을 갖는다. 음이온성 중합체는 연마제 입자의 표면의 적어도 일부를 코팅하기 위해, 수성 캐리어 중에 현탁되거나 연마 패드 상에 고정된 알루미나 입자와 전형적으로 정전기적으로 상호작용한다. 특히, 음이온성 중합체는 CMP 조성물의 pH에서 적합한 제타 전위를 갖는 알루미나 입자와 회합한다. 제타 전위는 고체 및 액체의 계면에 걸친 전위, 구체적으로 하전된 콜로이드성 입자 (예를 들어, 알루미나 입자)를 둘러싼 이온의 확산 층에 걸친 전위를 지칭한다. 알루미나 입자의 제타 전위는 pH에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 양의 제타 전위를 갖는 알루미나 입자는 음이온성 중합체와 정전기적으로 상호작용할 수 있다. 또한, 알루미나 입자 표면 상에 충분한 양의 자리를 갖는 약간 음의 제타 전위를 갖는 알루미나 입자는 하나 이상의 음이온성 중합체와 정전기적으로 상호작용할 수 있다. 알루미나 입자는 바람직하게는 CMP 조성물의 pH에서 양의 제타 전위를 갖는다. 알루미나 입자의 제타 전위는 음이온성 중합체와 알루미나 입자의 상호작용 시 낮아진다.
α-알루미나의 입자는 전형적으로 비처리/비코팅 상태에서 양으로-하전된 표면을 갖기 때문에, 음이온성 중합체와 α-알루미나 입자의 회합은 중합체 또는 공중합체 상의 산성 관능기의 적어도 일부의 탈양성자화를 초래하여, 중합체가 알루미나 입자와의 회합으로 음으로-하전되게 한다. 생성된 중합체-코팅된 입자는 2 내지 9의 pH 범위에 걸쳐 -10 mV 미만의 제타 전위를 갖는다.
알루미나 입자는 흄드 알루미나 입자 또는 비-흄드 α-알루미나 입자일 수 있다. 흄드 알루미나 입자는 일반적으로 1차 입자의 응집체의 형태이며, 이 응집체는 유의한 에너지 투입 없이는 개별 1차 입자로 용이하게 분해되지 않는다. 1차 입자는 일반적으로 구형이지만, 응집체는 1차 입자의 사슬형 구조이며 일반적으로 구형이 아니다. 비-흄드 α-알루미나 입자는 알루미나의 결정질 형태이고, 전형적으로 응집체를 형성하지 않는다. 바람직한 실시양태에서, 알루미나 입자는 비-흄드 α-알루미나 입자이다.
본 발명의 연마 조성물의 연마제 입자는 임의의 적합한 평균 입자 크기 (예를 들어, 평균 입자 직경)를 가질 수 있다. 입자의 입자 크기는 입자를 포함하는 최소 구의 직경이다. 연마제 입자는 약 10 nm 이상, 예를 들어, 약 15 nm 이상, 약 20 nm 이상, 약 25 nm 이상, 약 35 nm 이상, 약 45 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 55 nm 이상, 약 60 nm 이상, 약 75 nm 이상, 또는 약 100 nm 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마제 입자는 약 1,000 nm 이하, 예를 들어 약 950 nm 이하, 약 950 nm 이하, 약 900 nm 이하, 약 850 nm 이하, 약 800 nm 이하, 약 750 nm 이하, 약 700 nm 이하, 약 650 nm 이하, 약 600 nm 이하, 약 650 nm 이하, 약 500 nm 이하, 약 475 nm 이하, 약 450 nm 이하, 약 425 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 375 nm 이하, 약 350 nm 이하, 약 325 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 275 nm 이하, 약 250 nm 이하, 약 225 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 175 nm 이하, 약 160 nm 이하, 약 150 nm 이하, 약 125 nm 이하, 약 115 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 90 nm 이하, 또는 약 80 nm 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마제 입자는 약 25 nm 내지 약 250 nm, 예를 들어, 약 35 nm 내지 약 200 nm, 약 45 nm 내지 약 150 nm, 약 50 nm 내지 약 125 nm, 약 55 nm 내지 약 120 nm, 또는 약 60 nm 내지 약 115 nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 연마제 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마제 입자는 약 10 nm 내지 약 1,000 nm, 약 25 nm 내지 약 950 nm, 약 30 nm 내지 약 900 nm, 약 35 nm 내지 약 850 nm, 약 40 nm 내지 약 800 nm, 약 45 nm 내지 약 750 nm, 약 50 nm 내지 약 700 nm, 약 55 nm 내지 약 650 nm, 약 60 nm 내지 약 600 nm, 약 75 nm 내지 약 550 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 25 nm 내지 약 450 nm, 약 30 내지 약 400 nm, 약 35 nm 내지 약 350 nm, 약 40 nm 내지 약 300 nm, 약 45 nm 내지 약 250 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 200 nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
연마제 입자의 입자 크기는 임의의 적합한 기술, 예를 들어 광 산란 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 적합한 입자 크기 측정 기기는, 예를 들어 말번 인스트루먼츠(Malvern Instruments) (영국 말번)로부터 입수가능하다.
흄드 알루미나 입자는 약 30 nm 이상, 예를 들어 약 40 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 60 nm 이상, 약 70 nm 이상, 약 80 nm 이상, 약 90 nm 이상, 또는 약 100 nm 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 흄드 알루미나 입자는 약 250 nm 이하, 예를 들어 약 230 nm 이하, 약 210 nm 이하, 약 190 nm 이하, 약 170 nm 이하, 또는 약 150 nm 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 따라서, 흄드 알루미나 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 범위 내의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 흄드 알루미나 입자는 약 30 nm 내지 약 250 nm, 예를 들어 약 80 nm 내지 약 250 nm, 약 80 nm 내지 약 210 nm 또는 약 100 nm 내지 약 150 nm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
연마 조성물은 임의의 적합한 농도의 연마제를 포함할 수 있다. 본 발명의 연마 조성물이 너무 적은 연마제를 포함하는 경우, 조성물은 충분한 제거율을 나타내지 않을 수 있다. 대조적으로, 연마 조성물이 너무 많은 연마제를 포함하는 경우, 조성물은 바람직하지 않은 연마 성능을 나타낼 수 있고/거나, 스크래치 등 표면 결함을 유발할 수 있고/거나, 비용 효과적이지 않을 수 있고/거나, 안정성이 부족할 수 있다. 연마 조성물은 약 10 wt% 이하, 예를 들어 약 9 wt% 이하, 약 8 wt% 이하, 약 7 wt% 이하, 약 6 wt% 이하, 또는 약 5 wt% 이하의 연마제를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 약 0.1 wt% 이상, 예를 들어 약 0.2 wt% 이상, 약 0.3 wt% 이상, 약 0.4 wt% 이상, 약 0.5 wt% 이상, 또는 약 1 wt% 이상의 연마제를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 연마제를 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 약 0.1 wt% 내지 약 10 wt%의 연마제, 예를 들어 약 0.1 wt% 내지 약 9 wt%의 연마제, 약 0.1 wt% 내지 약 8 wt%의 연마제, 약 0.1 wt% 내지 약 7 wt%의 연마제, 약 0.1 wt% 내지 약 6 wt%의 연마제, 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.2 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.3 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.4 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.6 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.7 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.8 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 약 0.9 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제, 또는 약 1 wt% 내지 약 5 wt%의 연마제를 포함할 수 있다.
본 발명의 측면에 따라, 본 발명의 연마 조성물의 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 알루미나 입자는 수소 결합을 통해 및/또는 양이온성 연마제 입자와 음이온성 중합체 간의 정전기적 상호작용을 통해 음이온성 중합체로 표면-코팅되는 것으로 여겨진다. 음이온성 중합체는 임의의 적합한 음이온성 중합체일 수 있다.
한 실시양태에서, 음이온성 중합체는 카르복실산 단량체 단위, 술폰산 단량체 단위, 포스폰산 단량체 단위, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함한다.
일부 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산의 반복 단위를 포함하거나 또는 그로 이루어진다. 일부 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 반복 단위의 조합을 포함하거나 또는 그로 이루어진다 (즉, 공중합체). 일부 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하거나 또는 그로 이루어진다 (즉, 공중합체). 일부 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산 단량체 단위의 반복 단위로 이루어진다. 다른 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산 단량체 단위와 카르복실산 단위 또는 포스폰산 단량체 단위의 공중합체이다. 공중합체는 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하거나 또는 그로 이루어진 임의의 적합한 공중합체일 수 있다.
적합한 술폰산 단량체 단위의 비제한적 예는 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산 (AMPS), 4-비닐벤젠술폰산, 비닐 술폰산, 2-술포에틸 아크릴레이트, 2-술포에틸 메타크릴레이트, 3-술포프로필 아크릴레이트, 3-술포프로필 메타크릴레이트, 소듐 스티렌 술포네이트, 및 2-프로펜-1-술폰산, 및 그의 염, 그의 조합 등을 포함한다.
적합한 카르복실산 단량체의 비제한적 예는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 숙신산, 테레프탈산, 아스파르트산, 그의 조합 등을 포함한다.
적합한 포스폰산 단량체의 비제한적 예는 1개 이상의 불포화 C=C 결합을 갖는 디- 또는 폴리포스폰산, 예컨대 비닐리덴-1,1-디포스폰산), 디메틸-p-비닐벤질포스포네이트, 비닐포스폰산, 암모늄 비스디에틸포스포네이트 (메트)아크릴레이트, 아크릴아미드 포스포네이트 단량체, 그의 조합 등을 포함한다.
공중합체가 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합의 공중합에 의해 제조될 필요는 없다. 전구체 공중합체의 중합-후 가공에 이은, 상기 공중합체의, 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위, 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 갖는 공중합체로의 전환에 의해 적합한 공중합체가 제조될 수 있음이 또한 고려된다.
공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 한 실시양태에서, 공중합체는 랜덤 공중합체이다.
또 다른 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 음이온성 중합체는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함한다.
한 실시양태에서, 음이온성 중합체는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 숙신산, 테레프탈산, 아스파르트산, 말레산 무수물, 4-비닐벤젠술폰산, 비닐 술폰산, 2-술포에틸 아크릴레이트, 2-술포에틸 메타크릴레이트, 3-술포프로필 아크릴레이트, 3-술포프로필 메타크릴레이트, 2-프로펜-1-술폰산, 스티렌 술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판 술폰산, 비닐리덴-1,1-디포스폰산, 디메틸-p-비닐벤질포스포네이트, 암모늄 비스디에틸포스포네이트 (메트)아크릴레이트, 아크릴아미드 포스포네이트 단량체, 비닐포스폰산, 2-(메타크로일옥시)에틸포스페이트, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 음이온성 중합체는 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 및 아크릴산 단량체 단위 (AA-AMPS)로 이루어진다. 이러한 실시양태에 따라, 공중합체는, 제한 없이, 10:1 내지 1:10 범위의 몰비의 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 및 아크릴산 단량체 단위를 가질 수 있다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 음이온성 중합체는 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 (AMPS)로 이루어진다.
음이온성 중합체 (예를 들어, 공중합체)는 임의의 적합한 분자량을 가질 수 있다. 음이온성 중합체는 약 500 g/mol 이상, 예를 들어 약 1,000 g/mol 이상, 약 2,000 g/mol 이상, 약 3,000 g/mol 이상, 약 4,000 g/mol 이상, 약 5,000 g/mol 이상, 약 6,000 g/mol 이상, 약 7,000 g/mol 이상, 약 8,000 g/mol 이상, 약 9,000 g/mol 이상, 약 10,000 g/mol 이상, 약 15,000 g/mol 이상, 약 20,000 g/mol 이상, 약 40,000 g/mol 이상, 또는 약 50,000 g/mol 이상의 평균 분자량을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 음이온성 중합체는 약 100,000 g/mol 이하, 예를 들어 약 95,000 g/mol 이하, 약 90,000 g/mol 이하, 약 85,000 g/mol 이하, 약 80,000 g/mol 이하, 약 75,000 g/mol 이하, 약 70,000 g/mol 이하, 약 65,000 g/mol 이하, 약 60,000 g/mol 이하, 약 55,000 g/mol 이하, 또는 약 50,000 g/mol 이하의 평균 분자량을 가질 수 있다. 따라서, 음이온성 중합체는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 평균 분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 음이온성 중합체는 약 1,000 g/mol 내지 약 100,000 g/mol, 약 1,000 g/mol 내지 약 90,000 g/mol, 약 1,000 g/mol 내지 약 80,000 g/mol, 약 1,000 g/mol 내지 약 70,000 g/mol, 약 1,000 g/mol 내지 약 60,000 g/mol, 약 1,000 g/mol 내지 약 50,000 g/mol, 약 2,000 g/mol 내지 약 50,000 g/mol, 약 3,000 g/mol 내지 약 50,000 g/mol, 약 4,000 g/mol 내지 약 50,000 g/mol, 또는 약 5,000 g/mol 내지 약 50,000 g/mol의 평균 분자량을 가질 수 있다.
알루미나 입자는 임의의 적합한 양의 음이온성 중합체로 코팅될 수 있다. 음이온성 중합체가 연마 조성물에 첨가되어 알루미나 입자를 계내 코팅할 수 있다는 것이 또한 고려된다.
알루미나 입자는 임의의 적합한 방식으로 음이온성 중합체 (예를 들어, 공중합체)로 표면-코팅될 수 있다. 한 실시양태에서, 알루미나 입자는 연마 조성물에 첨가되기 전에, 임의로 용매의 존재 하에, 공중합체로 처리된다. 알루미나 입자는 별도의 단계에서 물 중에서 표면-코팅되어 표면-코팅된 알루미나 입자의 분산액을 형성할 수 있고, 생성된 표면-코팅된 알루미나 입자의 분산액이 연마 조성물의 제조에 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 알루미나 입자는 용매의 부재 하에, 또는 연마 조성물의 물 이외의 용매의 존재 하에, 또는 연마 조성물의 물과 조합된 추가의 용매 중에서 표면-코팅될 수 있다. 추가의 용매는, 예를 들어, 공비 증류에 의해 제거되어, 추가의 용매가 실질적으로 없는 물 중의 표면-코팅된 알루미나 입자의 분산액을 제공할 수 있다. 다른 실시양태에서, 표면-코팅된 알루미나 입자는, 연마 조성물의 제조에 사용되기 전에, 여과, 원심분리, 분무 건조 또는 임의의 적합한 기술을 통해 실질적으로 건조된 물질로서, 즉 임의의 용매를 실질적으로 함유하지 않는 물질로서 단리될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 표면-코팅된 알루미나 입자는, 알루미나 입자 및 음이온성 중합체 (즉, 공중합체)가 연마 조성물로 배합될 때, 계내 형성된다. 바람직한 실시양태에서, 표면-코팅된 알루미나 입자는, 알루미나 입자의 등전점 이하의 pH를 갖는 수성 매질 중에서 알루미나 입자 및 음이온성 중합체를 배합하여 알루미나 입자 및 음이온성 중합체의 수성 분산액을 형성하고, 이어서 알루미나 입자 및 음이온성 중합체의 수성 분산액을 수성 분산액이 완전히 혼합되도록 하는 조건에 적용함으로써 형성된다. 한 실시양태에서, 수성 분산액은 고전단 혼합에 적용된다.
알루미나 입자는 임의의 적합한 양의 음이온성 중합체 (예를 들어, 공중합체)를 포함할 수 있다. 음이온성 중합체의 양은 연마 조성물에 존재하는 음이온성 중합체의 총량을 지칭한다. 알루미나 입자는 약 1 ppm 이상, 예를 들어 약 5 ppm 이상, 약 10 ppm 이상, 약 20 ppm 이상, 약 30 ppm 이상, 약 40 ppm 이상, 또는 약 50 ppm 이상의 음이온성 중합체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 알루미나 입자는 약 500 ppm 이하, 예를 들어 약 450 ppm 이하, 약 400 ppm 이하, 약 350 ppm 이하, 약 300 ppm 이하, 약 250 ppm 이하, 약 200 ppm 이하, 약 150 ppm 이하, 또는 약 100 ppm 이하의 음이온성 중합체를 포함할 수 있다. 따라서, 알루미나 입자는 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 양으로 음이온성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알루미나 입자는 약 1 ppm 내지 약 500 ppm, 예를 들어 약 5 ppm 내지 약 450 ppm, 약 10 ppm 내지 약 400 ppm, 약 10 ppm 내지 약 350 ppm, 약 10 ppm 내지 약 300 ppm, 약 10 ppm 내지 약 250 ppm, 약 10 ppm 내지 약 200 ppm, 약 10 ppm 내지 약 100 ppm, 약 10 ppm 내지 약 90 ppm, 약 10 ppm 내지 약 80 ppm, 약 10 ppm 내지 약 70 ppm, 약 10 ppm 내지 약 60 ppm, 약 10 ppm 내지 약 50 ppm, 약 10 ppm 내지 약 40 ppm, 약 20 ppm 내지 약 300 ppm, 약 20 ppm 내지 약 250 ppm, 약 20 ppm 내지 약 200 ppm, 약 20 ppm 내지 약 150 ppm, 또는 약 20 ppm 내지 약 100 ppm의 음이온성 중합체를 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 연마 조성물은 음이온성 중합체를 연마 조성물 중의 연마제의 중량을 기준으로 한 양으로 포함한다. 예를 들어, 연마 조성물은 연마 조성물 중의 연마제의 중량을 기준으로 약 0.01 wt% 이상, 예를 들어 약 0.05 wt% 이상, 약 0.1 wt% 이상, 약 0.2 wt% 이상, 약 0.3 wt% 이상, 약 0.4 wt% 이상, 약 0.5 wt% 이상, 약 0.6 wt% 이상, 약 0.7 wt% 이상, 약 0.8 wt% 이상, 약 0.9 wt% 이상, 또는 약 1 wt% 이상의 음이온성 중합체를 함유할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 연마 조성물 중의 연마제의 중량을 기준으로 약 5 wt% 이하, 예를 들어 약 4.5 wt% 이하, 약 4 wt% 이하, 약 3.5 wt% 이하, 약 3 wt% 이하, 약 2.5 wt% 이하 또는 약 2 wt% 이하의 음이온성 중합체를 함유할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는, 연마제에 대한 중량비로 음이온성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 연마 조성물 중의 연마제의 중량을 기준으로 약 0.01 wt% 내지 약 5 wt%, 예를 들어 약 0.05 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.2 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.3 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.4 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 4.5 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 4 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 3.5 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 3 wt%, 약 0.6 wt% 내지 약 3 wt%, 약 0.7 wt% 내지 약 3 wt%, 약 0.8 wt% 내지 약 3 wt%, 약 0.9 wt% 내지 약 3 wt%, 또는 약 1 wt% 내지 약 3 wt%의 음이온성 중합체를 함유할 수 있다.
실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나 입자를 포함하는 연마제는 바람직하게는 본 발명의 연마 조성물에서 콜로이드적으로 안정하다. 용어 콜로이드는 액체 캐리어 (예를 들어, 물) 중의 연마제 입자의 현탁액을 지칭한다. 콜로이드적 안정성은 일정 기간 동안 현탁액을 유지하는 것을 지칭한다. 본 발명과 관련하여, 실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나 입자를 포함하는 연마제를 100 mL 눈금 실린더에 넣고 2시간의 시간 동안 교반하지 않고 정치시켰을 때, 눈금 실린더의 저부 50 mL에서의 입자의 농도 ([B], g/mL 단위)와 눈금 실린더의 상부 50 mL에서의 입자의 농도 ([T], g/mL 단위)의 차이를 연마제 조성물 중의 입자의 초기 농도 ([C], g/mL 단위)로 나눈 값이 0.5 이하인 경우 (즉, {[B]-[T]}/[C] ≤ 0.5), 연마제는 콜로이드적으로 안정한 것으로 간주된다. 보다 바람직하게는, [B]-[T]/[C]의 값은 0.3 이하이고, 가장 바람직하게는 0.1 이하이다.
일부 실시양태에서, 화학-기계적 연마 조성물은 산화제를 추가로 포함한다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 산화제는 연마 속도를 증가시키는 데 도움이 되는 것으로, 즉 속도 촉진제로서 기능하는 것으로 여겨진다. 산화제는 임의의 적합한 산화제일 수 있다. 특정 실시양태에서, 산화제는 제2철 이온을 포함한다. 제2철 이온은 제2철 이온의 임의의 적합한 공급원에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시양태에서, 산화제는 금속의 염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2철 이온은 무기 음이온, 예컨대 니트레이트 이온 (예를 들어, 제2철 니트레이트), 시아나이드 이온 (예를 들어, 페리시아나이드 음이온) 등을 포함하는 제2철 염에 의해 제공될 수 있다. 산화제는 또한 제2철 유기 철 (III) 화합물, 예컨대 아세테이트, 아세틸아세토네이트, 시트레이트, 글루코네이트, 옥살레이트, 프탈레이트 및 숙시네이트, 및 그의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시양태에서, 산화제는 옥시-함유 산화제를 포함한다. 적합한 옥시-함유 산화제의 비제한적 예는 퍼술페이트 염, 브로메이트 퍼술페이트 염, 아이오데이트 퍼술페이트 염, 퍼브로메이트 퍼술페이트 염, 퍼아이오데이트 퍼술페이트 염, 퍼옥시드, 유기 퍼옥시 화합물, 예컨대 퍼아세트산, 옥손 등을 포함한다.
화학-기계적 연마 조성물은 임의의 적합한 양의 산화제를 포함할 수 있다. 화학-기계적 연마 조성물은 약 1 ppm 이상, 예를 들어 약 5 ppm 이상, 약 25 ppm 이상, 약 50 ppm 이상, 약 75 ppm 이상, 또는 약 100 ppm 이상의 산화제를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 약 2,000 ppm 이하, 예를 들어 약 1,500 ppm 이하, 약 1,000 ppm 이하, 약 500 ppm 이하 또는 약 250 ppm 이하의 산화제를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 양으로 산화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 화학-기계적 연마 조성물은 약 1 ppm 내지 약 2,000 ppm의 산화제, 약 5 ppm 내지 약 1,500 ppm, 약 25 ppm 내지 약 1,000 ppm, 약 50 ppm 내지 약 500 ppm, 또는 약 75 ppm 내지 약 250 ppm의 산화제를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 화학-기계적 연마 조성물의 산화제는 과산화수소를 추가로 포함한다. 과산화수소는, 존재하는 경우, 연마 조성물 중에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 약 0.1 wt% 내지 약 10 wt%, 예를 들어 약 0.5 wt% 내지 약 10 wt%, 또는 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt%의 과산화수소를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 화학-기계적 연마 조성물은 부식 억제제를 추가로 포함한다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 부식 억제제는 금속 (예를 들어, 텅스텐) 에칭을 억제하는 것을 돕고, 따라서 부식 억제제로서 기능한다. 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 부식 억제제 화합물(들)은 고체 금속이 가용성 금속 화합물로 전환되는 것을 억제함과 동시에 CMP 작업을 통한 고체 금속의 효과적인 제거를 가능하게 한다. 적합한 부식 억제제의 비제한적 예는, 예를 들어 글리신, 리신, 아르기닌, 알라닌 또는 그의 조합을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 화학-기계적 연마 조성물은 글리신을 포함한다.
다른 예시적인 부식 억제제는, 질소 함유 헤테로사이클, 알킬 암모늄 이온, 아미노 알킬과 같은 질소 함유 관능기를 갖는 화합물, 및 본원에 기재된 바와 같은 부식 억제제 (즉, 자연 및 합성 발생)를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 연마 조성물은 헥실아민, 테트라메틸-p-페닐렌 디아민, 옥틸아민, 디에틸렌 트리아민, 디부틸 벤질아민, 아미노프로필실란올, 아미노프로필실록산, 도데실아민, 티로신, 아르기닌, 글루타민, 글루탐산, 시스틴, 리신, 글리신 (아미노아세트산), 및 그의 조합으로부터 선택된 부식 억제제를 포함한다.
연마 조성물은 임의의 적합한 양의 부식 억제제를 포함할 수 있다. 조성물이 너무 적은 부식 억제제를 포함하는 경우, 조성물은 충분한 연마 성능을 나타내지 않을 수 있다. 대조적으로, 연마 조성물이 너무 많은 부식 억제제를 포함하는 경우, 조성물은 비용 효과적이지 않을 수 있고/거나 안정성이 부족할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 약 10 wt% 이하, 예를 들어 약 9 wt% 이하, 약 8 wt% 이하, 약 7 wt% 이하, 약 6 wt% 이하, 약 5 wt% 이하, 약 4 wt% 이하, 약 3 wt% 이하, 또는 약 2 wt% 이하의 부식 억제제를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 약 0.01 wt% 이상, 예를 들어 약 0.05 wt% 이상, 약 0.1 wt% 이상, 약 0.5 wt% 이상, 약 1 wt% 이상 또는 약 1.5 wt% 이상의 부식 억제제를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 양의 부식 억제제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 부식 억제제를 약 0.01 wt% 내지 약 10 wt%, 예를 들어 약 0.05 wt% 내지 약 9 wt%, 약 0.1 wt% 내지 약 8 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 7 wt%, 약 1 wt% 내지 약 6 wt%, 약 1.5 wt% 내지 약 5 wt%, 또는 약 2 wt% 내지 약 4 wt%의 양으로 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 연마 조성물은 부식 억제제를 약 0.02 wt% 내지 약 0.2 wt%, 예를 들어 약 0.05 wt%, 약 0.1 wt%, 또는 약 0.15 wt%의 양으로 포함한다.
일부 실시양태에서, 화학-기계적 연마 조성물은 안정화제를 추가로 포함한다. 전형적으로, 안정화제는 유기 카르복실산을 포함한다. 안정화제는, 존재하는 경우, 산화제의 제2철 이온을 안정화시키는 것을 돕는다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 안정화제 (예를 들어, 유기 카르복실산)는 제2철 이온이 시간 경과에 따라 조성물 중의 다른 성분을 분해하는 것을 방지하는 데 도움이 되는 것으로, 즉 제2철 이온의 반응성을 약화시키는 것으로 여겨진다. 또한, 안정화제의 첨가는 제2철 이온 함유 산화제의 유효성을 감소시켜서, 연마 조성물에 첨가되는 안정화제의 유형 및 양의 선택이 CMP 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있는 것으로 여겨진다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 안정화제의 첨가는 안정화제/산화제 착물의 형성으로 이어질 수 있으며, 이는 산화제의 반응성을 억제하는 동시에 산화제가 충분히 활성으로 유지되어 신속한 텅스텐 연마 속도를 촉진할 수 있도록 하는 것으로 여겨진다.
바람직한 안정화제는 유기 카르복실산 예컨대, 예를 들어, 아세트산, 프탈산, 시트르산, 아디프산, 옥살산, 말론산, 아스파르트산, 숙신산, 글루타르산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 말레산, 글루타콘산, 뮤콘산, 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 프로필렌디아민테트라아세트산 (PDTA), 및 그의 혼합물을 포함한다. 한 실시양태에서, 안정화제는 말론산이다. 안정화제는 그의 컨쥬게이트 형태로 사용될 수 있으며, 예를 들어 카르복실레이트가 카르복실산 대신에 사용될 수 있다. 용어 "산"은 또한 산의 짝염기(들)를 포함한다. 예를 들어, 용어 "아디프산"은 아디프산 및 그의 짝염기를 포함한다. 유기 카르복실산은 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있고, 과산화수소와 같은 산화제가 분해되는 속도를 유의하게 감소시킨다.
연마 조성물은 임의의 적합한 양의 안정화제를 포함할 수 있다. 조성물이 너무 적은 안정화제를 포함하는 경우, 조성물은 충분한 연마 성능을 나타내지 않거나 불안정할 수 있다. 대조적으로, 연마 조성물이 너무 많은 유기 카르복실산을 포함하는 경우, 조성물은 비용 효과적이지 않을 수 있고/거나 안정성이 결여될 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 약 10 wt% 이하, 예를 들어 약 9 wt% 이하, 약 8 wt% 이하, 약 7 wt% 이하, 약 6 wt% 이하, 약 5 wt% 이하, 약 4 wt% 이하, 약 3 wt% 이하, 또는 약 2 wt% 이하의 안정화제를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 약 0.01 wt% 이상, 예를 들어 약 0.05 wt% 이상, 약 0.1 wt% 이상, 약 0.5 wt% 이상, 약 1 wt% 이상 또는 약 1.5 wt% 이상의 안정화제를 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 양으로 안정화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 안정화제를 약 0.001 wt% 내지 약 10 wt%, 예를 들어 약 0.005 wt% 내지 약 9 wt%, 약 0.01 wt% 내지 약 8 wt%, 약 0.05 wt% 내지 약 7 wt%, 약 0.1 wt% 내지 약 6 wt%, 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt%, 약 1 wt% 내지 약 4 wt%, 또는 약 1.5 wt% 내지 약 3 wt%의 양으로 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 연마 조성물은 안정화제를 약 0.01 wt% 내지 약 1 wt% (예를 들어, 약 0.05 wt%)의 양으로 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 연마 조성물은 안정화제를 약 0.1 wt%의 양으로 포함한다.
일부 실시양태에서, 화학-기계적 연마 조성물은 유기 포스폰산을 추가로 포함한다. 어떠한 특정한 이론에 얽매이는 것을 원하지는 않지만, 유기 포스폰산은 산화규소의 연마 속도를 증가시켜 산화물 제거율 촉진제로서 기능하는 것으로 여겨진다. 유기 포스폰산의 포함은 제거율을 개선하고, 연마된 산화물 표면 상의 결함을 감소시키는 것으로 여겨진다. 유기 포스폰산은, 존재하는 경우, 임의의 적합한 유기 포스폰산일 수 있다. 적합한 유기 포스폰산의 비제한적 예는 2-아미노에틸포스폰산, 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 아미노트리(메틸렌포스폰산), 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 에탄-1,1-디포스폰산, 에탄-1,1,2-트리포스폰산, 에탄-1-히드록시-1,1-디포스폰산, 에탄-1-히드록시-1,1,2-트리포스폰산, 에탄-1,2-디카르복시-1,2-디포스폰산, 메탄히드록시포스폰산, 2-포스포노부탄-1,2-디카르복실산, 1-포스포노부탄-2,3,4-트리카르복실산, α-메틸 포스포노숙신산, 및 그의 조합을 포함한다.
연마 조성물은 임의의 적합한 양의 유기 포스폰산을 포함할 수 있다. 연마 조성물은 약 0.01 wt% 이상의 유기 포스폰산, 예를 들어 약 0.02 wt% 이상, 약 0.03 wt% 이상, 약 0.04 wt% 이상, 약 0.05 wt% 이상, 약 0.06 wt% 이상, 약 0.07 wt% 이상, 약 0.08 wt% 이상, 약 0.09 wt% 이상, 또는 약 0.1 wt% 이상의 유기 포스폰산을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 약 2 wt% 이하, 예를 들어 약 1.9 wt% 이하, 약 1.8 wt% 이하, 약 1.7 wt% 이하, 약 1.6 wt% 이하, 약 1.5 wt% 이하, 약 1.4 wt% 이하, 약 1.3 wt% 이하, 약 1.2 wt% 이하, 약 1.1 wt% 이하 또는 약 1 wt% 이하의 유기 포스폰산을 포함할 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 양으로 유기 포스폰산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 약 0.01 wt% 내지 약 2 wt%의 유기 포스폰산, 약 0.01 wt% 내지 약 1 wt%, 약 0.02 wt% 내지 약 1 wt%, 약 0.03 wt% 내지 약 1 wt%, 약 0.04 wt% 내지 약 1 wt%, 약 0.05 wt% 내지 약 0.5 wt%, 또는 약 0.1 wt% 내지 약 0.5 wt%의 유기 포스폰산을 함유할 수 있다.
연마 조성물은 바람직하게는 약 2 내지 약 5의 pH를 갖는다. 따라서, 연마 조성물은 약 2 이상, 예를 들어 약 2.1 이상, 약 2.2 이상, 약 2.3 이상, 약 2.4 이상, 약 2.5 이상, 약 2.6 이상, 약 2.7 이상, 약 2.8 이상, 약 2.9 이상, 약 3.0 이상, 약 3.1 이상, 약 3.2 이상, 약 3.3 이상, 또는 약 3.4 이상의 pH를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 연마 조성물은 약 5 이하, 예를 들어 약 4.9 이하, 약 4.8 이하, 약 4.7 이하, 약 4.6 이하, 약 4.5 이하, 약 4.4 이하, 약 4.3 이하, 약 4.2 이하, 약 4.1 이하, 약 4 이하, 약 3.9 이하, 약 3.8 이하, 약 3.7 이하, 약 3.6 이하, 또는 약 3.5 이하의 pH를 가질 수 있다. 따라서, 연마 조성물은 상기 언급된 종점 중 임의의 2개에 의해 한정되는 pH를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마 조성물은 약 2 내지 약 5, 예를 들어, 약 2.1 내지 약 5, 약 2.2 내지 약 4.9, 약 2.3 내지 약 4.8, 약 2.4 내지 약 4.7, 약 2.5 내지 약 4.6, 약 2.6 내지 약 4.5, 약 2.7 내지 약 4.4, 약 2.8 내지 약 4.3, 약 2.9 내지 약 4.2, 약 3.0 내지 약 4.1, 약 3.1 내지 약 4.0, 약 3.0 내지 약 3.5, 또는 약 3.2 내지 약 3.9의 pH를 가질 수 있다.
연마 조성물의 pH는 임의의 적합한 산 또는 염기를 사용하여 필요에 따라 조정할 수 있다. 적합한 산의 비제한적 예는 질산, 황산, 인산, 및 유기 산, 예컨대 포름산 및 아세트산을 포함한다. 적합한 염기의 비제한적 예는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화암모늄을 포함한다.
연마 조성물은 임의로 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함한다. 예시적인 첨가제는 살생물제, 완충제, 계면활성제, 촉매, 및 그의 조합을 포함한다. 첨가제는, 존재하는 경우, 연마 조성물의 안정성에 유해하지 않은 것이 바람직하다.
살생물제는, 존재하는 경우, 임의의 적합한 살생물제일 수 있으며, 연마 조성물 중에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 적합한 살생물제는 이소티아졸리논 살생물제이다. 연마 조성물 중의 살생물제의 양은 전형적으로 약 1 ppm 내지 약 500 ppm, 바람직하게는 약 10 ppm 내지 약 125 ppm이다. 예시적인 살생물제는 다우 케미칼 (미시간주 미들랜드)로부터 상업적으로 입수가능한 카톤(KATHON)TM이다.
연마 조성물은 임의의 적합한 기술에 의해 제조될 수 있으며, 다수의 기술이 관련 기술분야에 알려져 있다. 연마 조성물은 배치 또는 연속 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 그의 성분들을 임의의 순서로 배합함으로써 제조될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "성분"은 개별 성분 (예를 들어, 실리카 입자, 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자, 임의적 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 임의적 pH 조정제 등) 뿐만 아니라 성분들 (예를 들어, 실리카 입자, 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자, 임의적 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 임의적 pH 조정제 등)의 임의의 조합을 포함한다.
예를 들어, 실리카 입자 및 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자는 물 중에 분산될 수 있다. 이어서, 임의적 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제가 첨가되고, 성분들을 연마 조성물 내로 혼입시킬 수 있는 임의의 방법에 의해 혼합될 수 있다. 임의적 산화제 및/또는 임의적 과산화수소는 연마 조성물의 제조 동안 임의의 시간에 첨가될 수 있다. 대안적으로, 알루미나 입자가 음이온성 중합체로 개별적으로 표면-코팅될 수 있고, 실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나가 물 중에 제공되거나 또는 물 중에 분산된 후, 임의적 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제가 첨가되고, 성분들을 연마 조성물 내로 혼입시킬 수 있는 임의의 방법에 의해 혼합된다. 연마 조성물은, 사용 직전에 (예를 들어, 사용 전 약 1분 내에, 또는 사용 전 약 1시간 내에, 또는 사용 전 약 7일 내에), 임의적 산화제 및/또는 임의적 과산화수소와 같은, 연마 조성물에 첨가되는 1종 이상의 성분을 연마 조성물에 첨가함으로써 사용 전에 제조될 수 있다. 연마 조성물은 또한 연마 작업 동안 기판의 표면에서 성분들을 혼합함으로써 제조될 수 있다.
연마 조성물은 실리카 입자 및 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자, 임의적 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제 및 물을 포함하는 1-패키지 시스템으로서 공급될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 연마 조성물은 연마제, 음이온성 중합체, 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제 및 물을 포함하는 1-패키지 시스템으로서 공급될 수 있다. 대안적으로, 실리카 입자 및 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자를 포함하는 연마제는 물 중 분산액으로서 제1 용기에 공급될 수 있고, 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제 및 물은 제2 용기에, 건조 형태로, 또는 물 중 용액 또는 분산액으로서 공급될 수 있다. 대안적 실시양태에서, 연마제는 물 중 분산액으로서 제1 용기에 공급될 수 있고, 음이온성 중합체, 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제 및 물은 제2 용기에, 건조 형태로, 또는 물 중 용액 또는 분산액으로서 공급될 수 있다. 산화제 및/또는 임의적 과산화수소는 바람직하게는 연마 조성물의 다른 성분과 별도로 공급되어, 예를 들어 최종 사용자에 의해 사용 직전에 (예를 들어, 사용 1주 이하 전에, 사용 1일 이하 전에, 사용 1시간 이하 전에, 사용 10분 이하 전에, 또는 사용 1분 이하 전에) 연마 조성물의 다른 성분과 배합된다. 제1 또는 제2 용기 내의 성분이 건조 형태일 수 있지만, 다른 용기 내의 성분은 수성 분산액 형태일 수 있다. 또한, 적합하게는 제1 용기 및 제2 용기 내의 성분들은 상이한 pH 값을 갖거나, 또는 대안적으로 실질적으로 유사하거나 또는 동일한 pH 값을 갖는다. 연마 조성물 성분들의 다른 2개의 용기 또는 3개 이상의 용기의 조합은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 인지되어 있다.
본 발명의 연마 조성물은 또한 사용 전에 적절한 양의 물로 희석되도록 의도된 농축물로서 제공될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 연마 조성물 농축물은, 산화제 및/또는 임의적 과산화수소의 존재 또는 부재 하에, 실리카 입자 및 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자를 포함하는 연마제, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제 및 물을, 적절한 양의 물 및 과산화수소 (아직 적절한 양으로 존재하지 않는 경우)로 농축물을 희석했을 때, 연마 조성물의 각각의 성분이 각각의 성분에 대해 상기 언급된 적절한 범위 내의 양으로 연마 조성물 중에 존재하도록 하는 양으로 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 연마 조성물 농축물은, 산화제 및/또는 임의적 과산화수소의 존재 또는 부재 하에, 연마제, 음이온성 중합체, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제, 및 임의적 pH 조정제 및 물을, 적절한 양의 물 및 과산화수소 (아직 적절한 양으로 존재하지 않는 경우)로 농축물을 희석했을 때, 연마 조성물의 각각의 성분이 각각의 성분에 대해 상기 언급된 적절한 범위 내의 양으로 연마 조성물 중에 존재하도록 하는 양으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마제, 음이온성 중합체, 산화제, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제 및 임의적 pH 조정제, 또는 실리카 입자 및 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자를 포함하는 연마제, 산화제, 임의적 과산화수소, 임의적 유기 포스폰산, 임의적 부식 억제제, 임의적 완충제 및 임의적 pH 조정제는 각각, 농축물이 적합한 양의 임의적 과산화수소와 함께 동등 부피의 물 (예를 들어, 각각 2 동등 부피의 물, 3 동등 부피의 물, 또는 4 동등 부피의 물)로 희석되는 경우에, 각각의 성분이 연마 조성물 중에서 각각의 성분에 대해 상기 제시된 범위 내의 양으로 존재하도록, 각각의 성분에 대해 상기 언급된 농도보다 약 2배 (예를 들어, 약 3배, 약 4배, 또는 약 5배) 더 많은 양으로 농축물에 존재할 수 있다. 또한, 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 농축물은 다른 성분들이 농축물에 적어도 부분적으로 또는 완전히 용해되는 것을 보장하기 위해 최종 연마 조성물 중에 존재하는 적절한 분율의 물을 함유할 수 있다.
본 발명은 또한 (i) 기판을 제공하는 단계, (ii) 연마 패드를 제공하는 단계, (iii) (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하는 단계, (iv) 기판을 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (v) 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물을 기판에 대해 움직이게 하여 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법을 제공한다. 화학-기계적 연마 조성물은 임의의 적합한 기판을 연마하는 데 사용될 수 있고, 텅스텐으로 구성된 적어도 하나의 층 (전형적으로 표면 층) 및 산화규소 및 질화규소의 적어도 하나의 층을 포함하는 기판을 연마하는 데 특히 유용하다. 바람직하게는, 기판은 기판의 표면 상의 적어도 하나의 텅스텐 층, 기판의 표면 상의 적어도 하나의 산화규소 층, 및 기판의 표면 상의 적어도 하나의 질화규소 층을 포함하며, 여기서 기판의 표면 상의 텅스텐, 산화규소 및/또는 질화규소의 적어도 일부가 마모됨으로써 기판이 연마된다.
화학-기계적 연마 조성물은, 텅스텐, 산화규소 및 질화규소를 포함하는 기판의 벌크 연마 단계 및 연마-후 버핑 단계 둘 다에 사용하기에 특히 적합하다. 본 출원인은 놀랍게도, 혼합된 입자를 포함하는 본 발명의 연마 조성물이 지금까지 단일 연마 조성물로는 관찰되지 않았던, 벌크 연마 및 버프 연마 적용 둘 다에서의 적합한 기판 제거율 및 기판 선택성을 유리하게 제공한다는 것을 밝혀냈다. 통상적인 연마 시스템에서, 적합한 제거율, 선택성 및 토포그래피 성능을 달성하기 위해서는 전형적으로 1종 초과의 연마 조성물이 요구된다. 본 발명의 연마 조성물은 벌크 텅스텐 연마 단계 및 버핑 단계 둘 다에서 침식이 최소화되도록 하는 텅스텐 및 산화규소 및/또는 SiN에 대한 제거율을 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 연마 조성물을 사용할 때 텅스텐에 대한 제거율은 산화규소 또는 질화규소에 대한 제거율보다 낮다. 텅스텐 대 산화규소 제거율은 1:2 이상이다 (예를 들어 1:2.5 이상, 1:5 이상, 1:10 이상의 W:TEOS). 유사하게, 텅스텐 대 질화규소 제거율은 1:2 이상이다 (예를 들어 1:2.5 이상, 1:5 이상, 1:10 이상의 W:SiN).
한 실시양태에서, 기판은 기판의 표면 상의 산화규소 층 및/또는 기판의 표면 상의 질화물 층 (예를 들어, 질화규소 또는 질화티타늄)을 포함하며, 여기서 산화규소 층의 적어도 일부 및/또는 질화물 층의 적어도 일부가 마모되어 기판이 연마된다.
산화규소는 임의의 적합한 산화규소일 수 있으며, 그의 많은 형태가 관련 기술분야에 공지되어 있다. 산화규소의 적합한 유형은 테트라에틸오르토실리케이트 (TEOS), 보로포스포실리케이트 유리 (BPSG), 플라즈마 증진 TEOS (PETEOS), 열 산화물, 도핑되지 않은 실리케이트 유리, 및 HDP 산화물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
한 실시양태에서, 산화규소는 테트라에틸오르토실리카 (TEOS)이다.
한 실시양태에서, 질화물은 질화규소 (SiN)이다.
특정 실시양태에서, 기판은 기판 상에 표면 특징부, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 표면 상에 산화규소의 층을 형성함으로써 제조한다. 후속적으로, 기판 표면을 텅스텐 등 회로 형성 물질의 층으로 코팅하며, 표면 특징부를 덮는 텅스텐 오버버든(overburden)을 남긴다. 텅스텐 오버버든의 초기 연마는 표면 산화규소를 노출시킴으로써, 산화규소 영역에 의해 분리된 텅스텐 및/또는 코발트 충전 라인을 포함한 기판 회로 특징부를 형성하고, 그 후 버핑 단계를 수행하여 초기 연마 단계로부터 초래된 표면 결함을 감소시키고 기판 표면 상의 스크래치 및 잔류물을 제거하거나 감소시킬 수 있다.
한 실시양태에서, 기판은 기판 표면 상의 텅스텐 층을 포함하며, 여기서 텅스텐 층의 적어도 일부가 마모되어 기판이 연마된다.
한 실시양태에서, 기판은 기판 표면 상의 텅스텐 층을 추가로 포함하며, 여기서 산화물 및/또는 질화물 층의 적어도 일부에 더하여 텅스텐 층의 적어도 일부가 마모되어 기판이 연마된다.
본 발명의 화학-기계적 연마 조성물 및 방법은 화학-기계적 연마 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 장치는, 사용 시에 운동하며 궤도, 선 또는 원 운동으로부터 초래되는 속도를 갖는 플래튼(platen), 플래튼과 접촉해 있으며 운동 시 플래튼과 함께 움직이는 연마 패드, 및 기판을 연마 패드의 표면에 대해 접촉시키고 움직이게 하여 기판이 연마되도록 보유하는 캐리어를 포함한다. 기판의 연마는 기판을 연마 패드 및 본 발명의 연마 조성물과 접촉하도록 배치한 다음, 연마 패드를 기판에 대해 움직이게 하여, 기판 표면의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마함으로써 수행된다.
기판은 임의의 적합한 연마 패드 (예를 들어, 연마 표면)를 사용하여 화학-기계적 연마 조성물로 연마될 수 있다. 적합한 연마 패드는, 예를 들어, 직조 및 부직조 연마 패드를 포함한다. 또한, 적합한 연마 패드는 다양한 밀도, 경도, 두께, 압축성, 압축시의 반동 능력, 및 압축 모듈러스를 갖는 임의의 적합한 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체는, 예를 들어 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 플루오로카본, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 이들의 공성형된 생성물 및 이들의 혼합물을 포함된다. 연성 폴리우레탄 연마 패드가 본 발명의 연마 방법과 함께 특히 유용하다. 전형적인 패드는 서핀(SURFIN)TM 000, 서핀TM SSW1, SPM3100 (예를 들어, 에미네스 테크놀로지스(Eminess Technologies)로부터 상업적으로 입수가능함), 폴리텍스(POLITEX)TM, 후지보 폴리파스(Fujibo POLYPAS)TM 27 및 넥스플래너(NexPlanar)® E6088 시리즈 패드 (캐보트 마이크로일렉트로닉스(Cabot Microelectronics)로부터 상업적으로 입수가능함)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
바람직하게는, 화학-기계적 연마 장치는 계내 연마 종결점 검출 시스템을 추가로 포함하며, 이들 중 다수는 관련 기술분야에 공지되어 있다. 연마되는 기판의 표면으로부터 반사되는 광 또는 다른 방사선을 분석함으로써 연마 공정을 검사하고 모니터링하는 기술이 관련 기술분야에 공지되어 있다. 이러한 방법은, 예를 들어 미국 특허 5,196,353, 미국 특허 5,433,651, 미국 특허 5,609,511, 미국 특허 5,643,046, 미국 특허 5,658,183, 미국 특허 5,730,642, 미국 특허 5,838,447, 미국 특허 5,872,633, 미국 특허 5,893,796, 미국 특허 5,949,927, 및 미국 특허 5,964,643에 기재되어 있다. 바람직하게는, 연마되는 기판에 대한 연마 공정 진행의 검사 또는 모니터링이 연마 종결점의 결정, 즉 특정 기판에 대해 연마 공정을 종결할 시점의 결정을 가능하게 한다.
실시양태
(1) 실시양태 (1)에서, (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물이 제시된다.
(2) 실시양태 (2)에서, 실리카 입자가 콜로이드성 실리카 입자, 알루미늄-도핑된 실리카 입자, 술포네이트 개질된 콜로이드성 실리카 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 실시양태 (1)의 연마 조성물이 제시된다.
(3) 실시양태 (3)에서, 음이온성 중합체가 카르복실산 단량체 단위, 술폰산 단량체 단위, 포스폰산 단량체 단위, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인, 실시양태 (1) 또는 (2)의 연마 조성물이 제시된다.
(4) 실시양태 (4)에서, 음이온성 중합체가 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 숙신산, 테레프탈산, 아스파르트산, 말레산 무수물, 4-비닐벤젠술폰산, 비닐 술폰산, 2-술포에틸 아크릴레이트, 2-술포에틸 메타크릴레이트, 3-술포프로필 아크릴레이트, 3-술포프로필 메타크릴레이트, 2-프로펜-1-술폰산, 스티렌 술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판 술폰산, 비닐리덴-1,1-디포스폰산, 디메틸-p-비닐벤질포스포네이트, 암모늄 비스디에틸포스포네이트 (메트)아크릴레이트, 아크릴아미드 포스포네이트 단량체, 비닐포스폰산, 2-(메타크로일옥시)에틸포스페이트, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인, 실시양태 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(5) 실시양태 (5)에서, 음이온성 중합체가 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체, 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함하는 것인, 실시양태 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(6) 실시양태 (6)에서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 및 아크릴산 단량체 단위로 이루어진 것인, 실시양태 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(7) 실시양태 (7)에서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위로 이루어진 것인, 실시양태 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(8) 실시양태 (8)에서, 산화제를 추가로 포함하는, 실시양태 (1) 내지 (7) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(9) 실시양태 (9)에서, 산화제가 제2철 이온을 포함하는 것인, 실시양태 (8)의 연마 조성물이 제시된다.
(10) 실시양태 (10)에서, 산화제가 과산화수소를 추가로 포함하는 것인, 실시양태 (9)의 연마 조성물이 제시된다.
(11) 실시양태 (11)에서, 부식 억제제를 추가로 포함하는, 실시양태 (1) 내지 (10) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(12) 실시양태 (12)에서, 부식 억제제가 글리신, 리신, 아르기닌, 알라닌 또는 그의 조합인, 실시양태 (11)의 연마 조성물이 제시된다.
(13) 실시양태 (13)에서, 부식 억제제가 글리신인, 실시양태 (12)의 연마 조성물이 제시된다.
(14) 실시양태 (14)에서, 안정화제를 추가로 포함하는, 실시양태 (1) 내지 (13) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(15) 실시양태 (15)에서, 안정화제가 아세트산, 프탈산, 시트르산, 아디프산, 옥살산, 말론산, 아스파르트산, 숙신산, 글루타르산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 말레산, 글루타콘산, 뮤콘산, 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 프로필렌디아민테트라아세트산 (PDTA), 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인, 실시양태 (14)의 연마 조성물이 제시된다.
(16) 실시양태 (16)에서, 안정화제가 말론산인, 실시양태 (15)의 연마 조성물이 제시된다.
(17) 실시양태 (17)에서, 유기 포스폰산을 추가로 포함하는, 실시양태 (1) 내지 (16) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(18) 실시양태 (18)에서, 유기 포스폰산이 2-아미노에틸포스폰산, 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 아미노트리(메틸렌포스폰산), 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 에탄-1,1-디포스폰산, 에탄-1,1,2-트리포스폰산, 에탄-1-히드록시-1,1-디포스폰산, 에탄-1-히드록시-1,1,2-트리포스폰산, 에탄-1,2-디카르복시-1,2-디포스폰산, 메탄히드록시포스폰산, 2-포스포노부탄-1,2-디카르복실산, 1-포스포노부탄-2,3,4-트리카르복실산, α-메틸 포스포노숙신산, 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인, 실시양태 (17)의 연마 조성물이 제시된다.
(19) 실시양태 (19)에서, 약 2 내지 약 5의 pH를 갖는, 실시양태 (1) 내지 (18) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(20) 실시양태 (20)에서, 살생물제, 완충제, 계면활성제, 촉매, 안정화제, 부식 억제제 및 그의 조합으로부터 선택된 첨가제를 추가로 포함하는, 실시양태 (1) 내지 (19) 중 어느 하나의 연마 조성물이 제시된다.
(21) 실시양태 (21)에서, (i) 기판을 제공하는 단계, (ii) 연마 패드를 제공하는 단계, (iii) (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및 (b) 물을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하는 단계, (iv) 기판을 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (v) 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물을 기판에 대해 움직이게 하여 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계를 포함하는, 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법이 제시된다.
(22) 실시양태 (22)에서, 실리카 입자가 콜로이드성 실리카 입자, 알루미늄-도핑된 실리카 입자, 술포네이트 개질된 콜로이드성 실리카 또는 그의 조합을 포함하는 것인, 실시양태 (21)의 방법이 제시된다.
(23) 실시양태 (23)에서, 음이온성 중합체가 카르복실산 단량체 단위, 술폰산 단량체 단위, 포스폰산 단량체 단위, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인, 실시양태 (21) 또는 (22)의 방법이 제시된다.
(24) 실시양태 (24)에서, 음이온성 중합체가 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 숙신산, 테레프탈산, 아스파르트산, 말레산 무수물, 4-비닐벤젠술폰산, 비닐 술폰산, 2-술포에틸 아크릴레이트, 2-술포에틸 메타크릴레이트, 3-술포프로필 아크릴레이트, 3-술포프로필 메타크릴레이트, 2-프로펜-1-술폰산, 스티렌 술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판 술폰산, 비닐리덴-1,1-디포스폰산, 디메틸-p-비닐벤질포스포네이트, 암모늄 비스디에틸포스포네이트 (메트)아크릴레이트, 아크릴아미드 포스포네이트 단량체, 비닐포스폰산, 2-(메타크로일옥시)에틸포스페이트, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인, 실시양태 (21) 내지 (23) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(25) 실시양태 (25)에서, 음이온성 중합체가 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함하거나, 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함하는 것인, 실시양태 (21) 내지 (24) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(26) 실시양태 (26)에서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 및 아크릴산 단량체 단위로 이루어진 것인, 실시양태 (25)의 방법이 제시된다.
(27) 실시양태 (27)에서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위로 이루어진 것인, 실시양태 (21) 내지 (24) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(28) 실시양태 (28)에서, 연마 조성물이 산화제, 부식 억제제, 안정화제, 유기 포스폰산 또는 그의 임의의 조합을 추가로 포함하는 것인, 실시양태 (21) 내지 (27) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(29) 실시양태 (29)에서, 연마 조성물이 약 2 내지 약 5의 pH를 갖는 것인, 실시양태 (21) 내지 (28) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(30) 실시양태 (30)에서, 기판이 기판의 표면 상에 산화규소 층을 포함하며, 산화규소 층의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는, 실시양태 (21) 내지 (29) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(31) 실시양태 (31)에서, 기판이 기판의 표면 상에 질화물 층을 포함하며, 질화물 층의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는, 실시양태 (21) 내지 (30) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(32) 실시양태 (32)에서, 기판이 기판의 표면 상에 텅스텐 층을 포함하며, 텅스텐 층의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는, 실시양태 (21) 내지 (31) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(33) 실시양태 (33)에서, 산화규소가 TEOS인, 실시양태 (30) 내지 (32) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
(34) 실시양태 (34)에서, 질화물이 질화규소인, 실시양태 (31) 내지 (33) 중 어느 하나의 방법이 제시된다.
하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 것으로, 어떠한 의미에서든 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
실시예
연마 조성물은 표 1에 기재된 11종의 연마제 입자 (입자 번호 1-11) 중 하나 이상을 함유하였다. 연마제 입자를, 임의의 표면-코팅 전에, 상업적 공급원, 예를 들어 푸소 케미칼 캄파니(Fuso Chemical Co.) (일본 도쿄); 닛산 케미칼 코포레이션(Nissan Chemical Corp.) (캘리포니아주 산타 클라라); 및 캐봇 마이크로일렉트로닉스 코포레이션 (일리노이주 오로라)로부터 입수하였다.
하기 약어가 본원에 사용된다: AMPS는 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산을 지칭하고; AA-AMPS는 아크릴산-2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산을 지칭하고; W는 텅스텐을 지칭하고; TEOS는 테트라에틸오르토실리케이트를 지칭하고; SiN은 질화규소를 지칭하고; CON은 대조군 연마 조성물을 지칭하고; RR은 제거율을 지칭한다.
표 1: 연마제 입자
Figure pct00001
달리 나타내지 않는 한, 모든 연마 조성물은 실시예에 기재된 것들에 추가로 하기 성분을 함유하였다: 부식 억제제로서의 0.1 wt%의 글리신, 산화제로서의 0.03 wt%의 질산제2철, 안정화제로서의 0.0608 wt%의 말론산, 15 ppm의 카톤TM 살생물제, 및 산화규소 제거율 촉진제로서의 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산 (즉, 유기 포스폰산)을 함유하는 0.5 wt%의 데퀘스트(DEQUEST)TM 2010. 연마 조성물의 pH는 필요에 따라 질산 또는 수산화칼륨을 사용하여 조정하였다.
실시예 1-4의 실험을 위한 대조군 연마 조성물 ("CON")은 3의 pH를 가졌고, 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%를 유일한 연마제 입자로서 함유하였다.
실시예 1-4에 기재된 연마 실험에서, 텅스텐, TEOS 및 SiN을 포함하는 기판을 하기 파라미터를 사용하여 연마하였다: 미라(MIRRA)TM 연마기 (어플라이드 머티리얼스(Applied Materials), 캘리포니아주 산타 클라라), 후지보 H7000 패드 (도쿄, 일본), 1.5 psi의 하향력, 및 150 mL/분의 유량.
실시예 1
본 실시예는 본 발명에 따른 연마 조성물에 있어서 텅스텐, TEOS, 및 SiN 제거율에 대한 pH의 효과를 입증한다.
기판을 4종의 연마 조성물 (즉, 본 발명의 연마 조성물 1A-1C 및 CON)로 연마하였다. 연마 조성물 1A-1C는 각각, 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 6) 0.5 wt% 및 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%를 함유하였다.
연마 조성물의 pH 및 연마 결과가 표 2에 기재되어 있다.
표 2: 연마 조성물 pH에 따른 제거율
Figure pct00002
표 2에 기재된 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물 1A-1C는 각각 2 내지 4의 pH 범위에 걸쳐 적합한 W, TEOS, 및 SiN 제거율 및 적합한 TEOS:W 및 SiN:W 선택성을 나타내었다. 또한, 실리카 입자 및 음이온성 중합체로 표면-코팅된 알루미나 입자를 포함하는 본 발명의 연마 조성물 1A-1C는, 연마제로서 표면-코팅된 알루미나 입자만을 포함하는 연마 조성물 (CON)에 비해 개선된 TEOS 및 SiN 선택성을 나타내었다.
실시예 2
본 실시예는 본 발명에 따른 연마 조성물에 있어서 텅스텐, TEOS, 및 SiN 제거율에 대한 콜로이드성 실리카 입자 크기 및 농도의 효과를 입증한다.
기판을 5종의 연마 조성물 (즉, 본 발명의 연마 조성물 2A-2D 및 CON)로 연마하였다. 각각의 연마 조성물 2A-2D 및 CON은 3의 pH를 가졌고, 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%를 함유하였다.
연마 조성물 2A는 1차 입자 크기가 100 nm인 콜로이드성 실리카 (입자 번호 5) 0.5 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 2B는 100 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 5) 1 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 2C는 50 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 4) 0.5 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 2D는 50 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 4) 1 wt%를 함유하였다.
기판 연마 결과는 표 3에 기재되어 있다.
표 3: 실리카 입자 크기 및 농도에 따른 제거율
Figure pct00003
표 3에 제시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물 2A-2D는 적합한 W, TEOS, 및 SiN 제거율 및 적합한 TEOS:W 및 SiN:W 선택성을 나타내었다. 혼합된 연마제를 함유하는 본 발명의 연마 조성물 각각은 대조군에 비해 개선된 성능을 나타내었다. 또한, 1 wt%의 실리카를 함유하는 연마 조성물 2B 및 2D는 0.5 wt%의 실리카를 함유하는 연마 조성물 2A 및 2C에 비해 더 높은 TEOS 및 SiN 제거율을 나타내었다. 따라서, 이러한 결과는 본 발명에 따른 연마 조성물에 대한 실리카 입자의 유익한 영향을 제시한다.
실시예 3
본 실시예는 본 발명에 따른 연마 조성물에 있어서 텅스텐, TEOS, 및 SiN 제거율에 대한 실리카 입자 전하의 효과를 입증한다.
기판을 11종의 연마 조성물 (즉, 연마 조성물 3A-3J 및 CON)로 연마하였다. 연마 조성물 3A 내지 3J는 각각 3의 pH를 가졌고, 각각 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%를 함유하였다. 각각의 조성물은 또한 하기 표 4에 기재된 입자를 함유하였다.
보다 구체적으로, 연마 조성물 3A 및 3B는 70 nm의 평균 입자 크기를 갖는 술포네이트 개질된 콜로이드성 실리카 (입자 번호 7)를 각각 0.5 wt% 및 1 wt% 함유하였다. 연마 조성물 3C 및 3D는 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 술포네이트 개질된 콜로이드성 실리카 (입자 번호 10)를 각각 0.5 wt% 및 1 wt% 함유하였다. 연마 조성물 3E 및 3F는 100 nm의 평균 입자 크기를 갖는 아미노 개질된 콜로이드성 실리카 (입자 번호 8)를 각각 0.5 wt% 및 1 wt% 함유하였다. 연마 조성물 3G 및 3H는 160 nm의 평균 입자 크기를 갖는 흄드 실리카 (입자 번호 11)를 각각 0.5 wt% 및 1 wt% 함유하였다. 연마 조성물 3I 및 3J는 20 nm의 평균 입자 크기를 갖는 알루미늄-도핑된 콜로이드성 실리카 (입자 번호 9)를 각각 0.5 wt% 및 1 wt% 함유하였다.
연마 결과는 표 4에 기재되어 있다.
표 4: 실리카 입자 전하에 따른 제거율
Figure pct00004
표 4에 기재된 결과로부터 명백한 바와 같이, 음으로 하전된 콜로이드성 실리카 입자를 함유하는 연마 조성물 (즉, 연마 조성물 3A-3D, 3I 및 3J)은 적합한 W, TEOS 및 SiN 제거율, 뿐만 아니라 TEOS:W 및 SiN:W 선택성을 나타내었다. 연마 조성물 3A-3D, 3I, 및 3J는 대조군에 비해 개선된 연마 성능을 나타내었다.
양으로 하전된 실리카 입자를 함유하는 연마 조성물 (연마 조성물 3E 및 3F), 및 음으로 하전된 흄드 실리카를 포함하는 연마 조성물 (연마 조성물 3G 및 3H)은 적합한 연마 성능을 나타내지 않았다. 아미노 개질된 실리카 입자를 함유하는 연마 조성물 3E 및 3F는 안정하지 않았다. 유일한 실리카 입자로서 흄드 실리카를 함유하는 연마 조성물 3G 및 3H는 TEOS:W 선택성 증가 또는 SiN:W 선택성 증가를 나타내지 않았다.
실시예 4
본 실시예는 본 발명에 따른 연마 조성물에 있어서 텅스텐, TEOS 및 SiN 제거율에 대한 다양한 양의 실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나 입자의 효과를 입증한다.
기판을 7종의 연마 조성물 (즉, 본 발명의 연마 조성물 4A-4F 및 CON)로 연마하였다. 연마 조성물 4A-4F는 각각, 3의 pH를 가졌고, 표 5에 제시된 바와 같이 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 입자 (입자 번호 6)를 다양한 양으로 함유하였다.
연마 조성물 4A는 130 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 2) 0.5 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 4B는 130 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AMPS) 중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 3) 0.5 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 4C-4F는 표 5에 나타낸 바와 같이 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1)를 다양한 양으로 함유하였다.
연마 결과는 표 5에 기재되어 있다.
표 5: 연마제 농도에 따른 제거율
Figure pct00005
표 5에 제시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 연마 조성물 4A-4F는 적합한 W, TEOS, 및 SiN 제거율 및 적합한 TEOS:W 및 SiN:W 선택성을 나타내었다. 혼합된 연마제를 함유하는 본 발명의 연마 조성물 각각은 대조군에 비해 개선된 성능을 나타내었다.
실시예 5
본 실시예는 본 발명에 따른 연마 조성물에 있어서 토포그래피 성능에 대한 다양한 양의 실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나 입자의 효과를 입증한다.
TEOS (100Å 특징부)를 포함하는 기판을 미라TM 연마기 상에서 연성 패드 (후지보 H600) 및 중간 경성 패드 (U5050, 캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션 제조)를 사용하여 1.5 psi의 하향력으로 8종의 연마 조성물 (즉, 연마 조성물 5A-5J)로 개별적으로 연마하고, 수산화암모늄 (연성 패드 실험), 또는 플루오린화수소산으로 희석된 수산화암모늄 (중간 경성 패드 실험)을 사용하여 CMP 후 세정을 수행하였다. 연마 조성물 5A-5H는 각각 3의 pH를 가졌고, 표 6에 나타낸 연마제 입자를 포함하였다.
연마 조성물 5A, 5G 및 5H는 대조군 조성물이었다. 연마 조성물 5A는 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%만을 함유하였다. 연마 조성물 5G는 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 6) 1 wt%만을 함유하였다. 연마 조성물 5H는 50 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 4) 1 wt%만을 함유하였다.
연마 조성물 5G 및 5H는 부식 억제제로서의 0.1 wt%의 글리신, 0.005 wt%의 질산제2철, 안정화제로서의 0.108 wt%의 말론산, 및 15 ppm의 카톤TM 살생물제를 함유하였다.
본 발명의 연마 조성물로 연마된 기판 상의 총 결함은 임의의 적합한 기술에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광 산란 기술, 예컨대 다크 필드 노말 빔 컴포지트(dark field normal beam composite) (DCN) 및 다크 필드 오블릭 빔 컴포지트(dark field oblique beam composite) (DCO)를 사용하여, 연마된 기판 상의 입자 결함을 결정할 수 있다. 입자 결함성을 평가하기 위한 적합한 기기는 110 nm 임계치에서 작동하는 서프스캔(SURFSCAN)TM SP2 기기 (KLA-텐코르(Tencor)로부터 입수가능함)를 포함한다.
연마 결과는 표 6에 기재되어 있다.
표 6: 연마제의 유형 및 양에 따른 연마 패드 결함
Figure pct00006
표 6에 기재된 결과로부터 명백한 바와 같이, 혼합된 입자 연마 조성물은 표면-코팅된 알루미나 입자만을 포함하는 대조군 조성물에 비해 더 낮은 결함 계수를 나타낸다. 또한, 본 발명의 연마 조성물 5B-5F는 중간 경성 연마 패드 및 연성 연마 패드 둘 다에서 적합한 연마 성능을 나타내었다.
실시예 6
본 실시예는 본 발명에 따른 연마 조성물에 있어서 토포그래피 성능에 대한 실리카 입자 및 표면-코팅된 알루미나 입자의 상대적 양의 효과를 입증한다.
3x1 μm 특징부 및 1x1 μm 특징부를 갖는 텅스텐-오버코팅된 패턴화된 산화규소-코팅된 웨이퍼를 포함하는 기판을, 각각 pH 3을 갖는 5종의 연마 조성물 (즉, 연마 조성물 6A-6E)로 연마하였다. 먼저, 웨이퍼를 미라TM 도구와 M2000 패드 (캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션 제조)를 사용하여 2.5 psi의 하향력 및 150 mL/분의 슬러리 유량에서 연마하였다. 텅스텐 오버버든이 제거된 후, 패턴화된 웨이퍼를 10% 과-연마(over-polish)로 연마하였다. 다음으로, 패턴화된 웨이퍼를 후지보 H7000 패드를 사용하여 약 200Å의 동일 패턴 산화물 손실로 버프 연마하였다.
연마 조성물 6A, 6D 및 6E는 대조군 조성물이었다. 연마 조성물 6A는 유일한 연마제 입자로서 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 6D는 유일한 연마제 입자로서 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 6) 1 wt%를 함유하였다. 연마 조성물 6E는 유일한 연마제 입자로서 50 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 4) 1 wt%를 함유하였다.
연마 조성물 6B 및 6C는 본 발명의 것이었고, 각각 90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 (입자 번호 1) 0.5 wt%를 포함하였다. 연마 조성물 6B는 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 6) 0.5 wt%를 추가로 포함하였고, 연마 조성물 6C는 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (입자 번호 6) 1 wt%를 추가로 포함하였다.
연마 조성물 및 연마 결과는 표 7a 및 7b에 기재되어 있다.
표 7a: 연마제의 유형 및 양에 따른 토포그래피
Figure pct00007
표 7b: 연마제의 유형 및 양에 따른 토포그래피
Figure pct00008
1 총 침식을 버프 연마 전후에 측정하였으며, 여기서 차이를 "총 침식 보정"으로 명명하였다.
2 Δ 침식 보정 = 3x1 μm 특징부의 총 침식 보정 - 1x1 μm의 총 침식 보정, 이 값은 본 발명에서 다이 내 비-균일성(Within Die Non-Uniformity, WIDNU)을 나타내는 데 사용되었다.
3 W 조도는 50 x 50 μm 특징부 상에서 측정된다 (비코(Veeco)).
표 7에 기재된 결과에 의해 명백한 바와 같이, 처리된 알루미나 연마제와 혼합된 특정 실리카 연마제는 다이 내 비-균일성 (WIDNU), 즉 상이한 패턴 밀도를 갖는 영역에서의 비-균일한 물질 제거를 개선시킬 수 있다. 또한, 혼합된 연마제를 함유하는 연마 조성물은 조도 성능의 악화를 초래하지 않는다.
혼합된 연마제 슬러리를 함유하는 본 발명의 연마 조성물에 의해 연마된 텅스텐 필름의 조도는 처리된 알루미나 연마제 슬러리에 의해 연마된 텅스텐 필름의 조도와 유사하며, 실리카-단독 기재 슬러리에 의해 연마된 조도보다 훨씬 더 우수하다.
90 nm의 평균 입자 크기를 갖는 (AA-AMPS) 공중합체 코팅된 α-알루미나 0.5 wt% 및 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (연마 조성물 6B) 0.5 wt% 또는 120 nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카 (연마 조성물 6C) 1 wt%를 함유하는 연마 조성물 6B 및 6C는 현저히 더 낮은 WIDNU (즉, 최저 델타 침식 보정)를 나타내었다.
본원에 인용된 공보, 특허 출원 및 특허를 포함한 모든 참고문헌은, 각각의 참고문헌이 참조로 포함되도록 개별적으로 및 구체적으로 표시되고 본원에 그 전문이 상술된 경우와 동일한 정도로 본원에 참조로 포함된다.
본 발명을 기재하는 문맥에서 (특히 하기 청구항의 문맥에서) 용어 "하나의" 및 "한" 및 "그" 및 "적어도 하나" 및 유사한 지시체의 사용은, 본원에서 달리 지시하지 않는 한 또는 문맥상 분명하게 모순되지 않는 한, 단수형과 복수형을 둘다 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 본원에서 달리 지시하지 않는 한 또는 문맥상 분명하게 모순되지 않는 한, 하나 이상의 항목들의 열거에 뒤이어 "적어도 하나"라는 용어가 사용되면 (예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나"), 열거된 항목들로부터 선택되는 하나의 항목 (A 또는 B) 또는 열거된 항목 중 둘 이상의 임의의 조합 (A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "비롯한" 및 "함유하는"은, 달리 언급하지 않는 한, 개방형 용어 (즉, "포함하나, 이에 제한되지는 않음"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위를 나열하는 것은, 본원에서 달리 지시하지 않는 한, 단지 그 범위 내에 포함되는 각각의 별개의 값을 개별적으로 나타내는 약기 방법으로서 사용하기 위한 것이고, 각각의 별개의 값은 개별적으로 본원에 나열되는 것처럼 본 명세서에 포함된다. 본원에 기재된 모든 방법은, 본원에서 달리 지시하지 않는 한 또는 문맥상 분명하게 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서대로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 모든 예시, 또는 예를 드는 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 더욱 명확하게 하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 본 명세서의 언어는 임의의 청구되지 않은 요소가 본 발명의 실시를 위해 필수적인 것으로 지시되도록 해석되어서는 안된다.
본 발명을 수행하는 데 있어서 본 발명자들에게 공지된 최상의 모드를 포함하여, 본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 기재되어 있다. 이러한 바람직한 실시양태의 변화는 상기의 상세한 설명을 정독하면 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명해질 수 있다. 본 발명자들은 통상의 기술자라면 이러한 변화를 필요에 따라 이용할 것이라고 기대하며, 본 발명이 본원에 구체적으로 기재된 것과 다르게 실시되도록 의도하였다. 따라서, 본 발명은 준거법에 의해 허용되는, 본원에 첨부된 청구범위에 나열된 대상의 모든 수정 및 등가물을 포함한다. 게다가, 모든 가능한 변화에서 상기에 기재된 요소의 임의의 조합은, 본원에서 달리 지시하지 않는 한 또는 문맥상 분명하게 모순되지 않는 한, 본 발명에 의해 포함된다.

Claims (29)

  1. 하기를 포함하는 화학-기계적 연마 조성물:
    (a) 음으로 하전된 콜로이드성 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅되고, 여기서 연마 조성물은 약 2 내지 약 5의 pH를 갖는 것인 연마제, 및
    (b) 물.
  2. 제1항에 있어서, 실리카 입자가 콜로이드성 실리카 입자, 알루미늄-도핑된 실리카 입자, 술포네이트 개질된 콜로이드성 실리카 또는 그의 조합을 포함하는 것인 연마 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 음이온성 중합체가 카르복실산 단량체 단위, 술폰산 단량체 단위, 포스폰산 단량체 단위, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인 연마 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 음이온성 중합체가 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 숙신산, 테레프탈산, 아스파르트산, 말레산 무수물, 4-비닐벤젠술폰산, 비닐 술폰산, 2-술포에틸 아크릴레이트, 2-술포에틸 메타크릴레이트, 3-술포프로필 아크릴레이트, 3-술포프로필 메타크릴레이트, 2-프로펜-1-술폰산, 스티렌 술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판 술폰산, 비닐리덴-1,1-디포스폰산, 디메틸-p-비닐벤질포스포네이트, 암모늄 비스디에틸포스포네이트 (메트)아크릴레이트, 아크릴아미드 포스포네이트 단량체, 비닐포스폰산, 2-(메타크로일옥시)에틸포스페이트, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인 연마 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 음이온성 중합체가 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체, 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함하는 것인 연마 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 및 아크릴산 단량체 단위로 이루어진 것인 연마 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위로 이루어진 것인 연마 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 산화제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 산화제가 제2철 이온을 포함하는 것인 연마 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 산화제가 과산화수소를 추가로 포함하는 것인 연마 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 부식 억제제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 부식 억제제가 글리신, 리신, 아르기닌, 알라닌 또는 그의 조합인 연마 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 부식 억제제가 글리신인 연마 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 안정화제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 안정화제가 아세트산, 프탈산, 시트르산, 아디프산, 옥살산, 말론산, 아스파르트산, 숙신산, 글루타르산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 말레산, 글루타콘산, 뮤콘산, 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 프로필렌디아민테트라아세트산 (PDTA), 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인 연마 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 안정화제가 말론산인 연마 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 유기 포스폰산을 추가로 포함하는 연마 조성물.
  18. 제17항에 있어서, 유기 포스폰산이 2-아미노에틸포스폰산, 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 아미노트리(메틸렌포스폰산), 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산), 에탄-1,1-디포스폰산, 에탄-1,1,2-트리포스폰산, 에탄-1-히드록시-1,1-디포스폰산, 에탄-1-히드록시-1,1,2-트리포스폰산, 에탄-1,2-디카르복시-1,2-디포스폰산, 메탄히드록시포스폰산, 2-포스포노부탄-1,2-디카르복실산, 1-포스포노부탄-2,3,4-트리카르복실산, α-메틸 포스포노숙신산, 및 그의 조합으로부터 선택되는 것인 연마 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 약 3 내지 약 3.5의 pH를 갖는 연마 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 살생물제, 완충제, 계면활성제, 촉매, 안정화제, 부식 억제제, 및 그의 조합으로부터 선택된 첨가제를 추가로 포함하는 연마 조성물.
  21. 하기 단계를 포함하는, 기판을 화학 기계적으로 연마하는 방법:
    (i) 기판을 제공하는 단계,
    (ii) 연마 패드를 제공하는 단계,
    (iii) (a) 실리카 입자 및 알루미나 입자를 포함하는 연마제로서, 여기서 알루미나 입자는 음이온성 중합체로 표면-코팅된 것인 연마제, 및
    (b) 물
    을 포함하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하는 단계,
    (iv) 기판을 연마 패드 및 화학-기계적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, 및
    (v) 연마 패드 및 화학 기계적 연마 조성물을 기판에 대해 움직이게 하여 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 단계.
  22. 제21항에 있어서, 음이온성 중합체가 카르복실산 단량체 단위, 술폰산 단량체 단위, 포스폰산 단량체 단위, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 음이온성 중합체가 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 숙신산, 테레프탈산, 아스파르트산, 말레산 무수물, 4-비닐벤젠술폰산, 비닐 술폰산, 2-술포에틸 아크릴레이트, 2-술포에틸 메타크릴레이트, 3-술포프로필 아크릴레이트, 3-술포프로필 메타크릴레이트, 2-프로펜-1-술폰산, 스티렌 술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판 술폰산, 비닐리덴-1,1-디포스폰산, 디메틸-p-비닐벤질포스포네이트, 암모늄 비스디에틸포스포네이트 (메트)아크릴레이트, 아크릴아미드 포스포네이트 단량체, 비닐포스폰산, 2-(메타크로일옥시)에틸포스페이트, 및 그의 조합으로부터 선택된 반복 단량체 단위를 포함하는 것인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 음이온성 중합체가 술폰산 단량체 단위 및 카르복실산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함하거나, 또는 술폰산 단량체 단위 및 포스폰산 단량체 단위의 조합을 포함하는 공중합체를 포함하는 것인 방법.
  25. 제24항에 있어서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위 및 아크릴산 단량체 단위로 이루어진 것인 방법.
  26. 제21항에 있어서, 음이온성 중합체가 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 단량체 단위로 이루어진 것인 방법.
  27. 제21항에 있어서, 연마 조성물이 산화제, 부식 억제제, 안정화제, 유기 포스폰산 또는 그의 임의의 조합을 추가로 포함하는 것인 방법.
  28. 제21항에 있어서, 기판이 기판의 표면 상에 산화규소 층을 포함하며, 산화규소 층의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 것인 방법.
  29. 제21항에 있어서, 기판이 기판의 표면 상에 질화물 층을 포함하며, 질화물 층의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하는 것인 방법.
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