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KR101371870B1 - 수용성 산화제를 이용한 탄화규소 연마 방법 - Google Patents

수용성 산화제를 이용한 탄화규소 연마 방법 Download PDF

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KR101371870B1
KR101371870B1 KR1020097006892A KR20097006892A KR101371870B1 KR 101371870 B1 KR101371870 B1 KR 101371870B1 KR 1020097006892 A KR1020097006892 A KR 1020097006892A KR 20097006892 A KR20097006892 A KR 20097006892A KR 101371870 B1 KR101371870 B1 KR 101371870B1
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무케시 데사이
케빈 뫼겐보르그
필립 카터
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캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명의 방법은 액상 담체, 연마제 및 산화제를 포함하는 연마 조성물을 사용한 탄화규소의 하나 이상의 층의 화학적-물리적 연마를 포함한다.
화학적-물리적 연마, 탄화규소, 연마제, 산화제, 액상 담체

Description

수용성 산화제를 이용한 탄화규소 연마 방법 {SILICON CARBIDE POLISHING METHOD UTILIZING WATER-SOLUBLE OXIDIZERS}
본 발명은 탄화규소 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
전력 소비를 현저하게 감소시키기 위해서는 보다 효율적으로 작동할 수 있는 반도체가 매우 바람직하다. 전형적으로, 이러한 장치의 제조에서 규소 기판이 사용되지만, 규소의 고유 특성으로 인해 추가의 개발이 제한적이다. 차세대 반도체 장치의 개발에서는 보다 큰 경도 및 다른 독특한 특성을 갖는 물질의 사용이 강조되고 있다. 예를 들면, 탄화규소는 규소 산화물에 비해 열 전도성이 높고, 복사선에 대한 인성(tolerance)이 크고, 유전 강도가 높고, 높은 온도를 견딜 수 있으며, 이는 탄화규소를 다양한 용도에 적합하게 만든다. 그러나, 탄화규소의 사용은 반도체 제조 기술에 의해 한정되어 있다.
탄화규소 반도체를 제조하기 위해, 탄화규소 기판의 표면은 매끄러운 표면을 제공하고 표면에 대해 정밀한 치수를 수득하기 위해 연마되어야 한다. 탄화규소를 이러한 유용한 기판으로 만드는 특성은 연마 공정에서 독특한 문제를 제공한다. 탄화규소의 경도로 인해, 탄화규소 기판을 기계적으로 연마하기 위해 전형적으로 다이아몬드 그릿이 사용된다.
현세대의 규소 장치를 연마하기 위해, 화학적-물리적 연마 (CMP) 기술이 반도체 산업 전반에서 광범위하게 사용된다. CMP는 연마제 및 수성 재료를 함유하는 연마 조성물 (또한, 연마 슬러리로서 공지되어 있음)의 사용을 포함하며, 이는 표면을 연마 조성물로 포화된 연마 패드와 접촉시킴으로써 표면에 적용된다. 연마 조성물은 산화제를 또한 함유할 수 있으며, 이는 기판의 덜 센 기계적 마모를 가능하게 하여, 마모 공정에 의해 초래되는 기판에 대한 기계적 손상을 감소시킨다. 탄화규소 기판을 연마하기 위해 이러한 기술을 사용하는 경우 기판에 대한 손상 및 연마 시간을 감소시킴으로써 반도체의 제조 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
탄화규소 연마에 대한 CMP 기술의 적합성은 비교적 성공적이지 못하다. 콜로이드 실리카를 함유하는 연마 조성물은 탄화규소 제거 속도가 낮아서, 대략 50℃의 온도에서 수 시간 동안 지속되는 긴 연마 순환주기를 필요로 하며, 이는 탄화규소 기판을 손상시킬 가능성이 있다. 문헌 [Zhou, et al., J. Electrochemical Soc, 144, p. L161-L163 (1997); Neslen, et al., J. Electronic Meaterials, 30, p. 1271-1275 (2001)]. 긴 연마 순환주기는 공정에 현저한 비용을 부가하여, 반도체 산업 내에서 탄화규소가 광범위하게 사용되는 것을 막는 장벽이 된다. 따라서, 탄화규소를 포함하는 기판의 연마 방법 및 별법의 연마 시스템이 계속 요구되고 있다.
<발명의 개요>
본 발명은 (i) 단결정 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을 (a) 액상 담체, (b) 평균 입자 크기가 40 nm 내지 130 nm인 실질적으로 구형인 실리카 입자인, 액상 담체에 현탁된 연마제, 및 (c) 과산화수소, 옥손(퍼옥소모노술페이트 칼륨), 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학적-물리적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 화학적-물리적 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 (i) 단결정 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을 (a) 액상 담체, (b) 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 3 중량％ 이하의 양으로 존재하며, 알루미나인 액상 담체에 현탁된 연마제, 및 (c) 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％의 양으로 존재하며, 과산화수소, 옥손, 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학적-물리적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 화학적-물리적 연마 방법을 또한 제공한다.
본 발명은 (i) 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을 (a) 액상 담체, (b) 액상 담체에 현탁된 연마제, 및 (c) 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％의 양으로 존재하며, 옥손, 과황산칼륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학적-물리적 연마 조성물과 접촉시키는 단계, (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 화학적-물리적 연마 방법을 또한 제공한다.
본 발명은 탄화규소를 포함하는 기판의 화학적-물리적 연마 방법을 제공한다. 방법은 (i) 단결정 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을 접촉시키는 단계, (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및 (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계를 포함한다. 연마 조성물은 (a) 액상 담체, (b) 액상 담체에 현탁된 연마제, 및 (c) 산화제를 포함하거나, 이들을 주성분으로 포함하거나, 이들로 이루어진다.
제1 실시양태에서, 연마제는 평균 입자 크기가 40 nm 내지 130 nm인 실질적으로 구형인 실리카 입자이며, 산화제는 과산화수소, 옥손, 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 제2 실시양태에서, 연마제는 알루미나이고, 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 3 중량％ 이하의 양으로 존재하며; 산화제는 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％의 양으로 존재하고, 과산화수소, 옥손, 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 제3 실시양태에서, 산화제는 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％의 양으로 존재하고, 옥손, 과황산칼륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 방법을 사용하여 연마되는 기판은 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 임의의 적합한 기판일 수 있다. 적합한 기판은 평판 디스플레이, 집적 회로, 메모리 또는 강성 디스크(rigid disk), 금속, 층간 유전 (ILD) 장치, 반도체, 미세전자기계 시스템, 강유전체(ferroelectric) 및 자성 헤드를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 탄화규소는 임의의 적합한 탄화규소를 포함할 수 있거나, 이를 주성분으로 포함할 수 있거나, 이로 이루어질 수 있으며, 이의 다수가 당업계에 공지되어 있다. 탄화규소는 단결정 또는 다결정일 수 있다. 탄화규소는 각각이 고유의 독특한 일련의 전자적 특성을 갖는 여러 상이한 유형의 결정 구조를 갖는다. 그러나, 이들 다형체(polytype) 중 소수만이 반도체로서의 용도에 이용가능한 형태로 가공될 수 있다. 이러한 다형체는 입방형 (예를 들면, 3C 탄화규소) 또는 비입방형 (예를 들면, 4H 탄화규소, 6H 탄화규소)일 수 있다. 이러한 다형체의 특성은 당업계에 잘 알려져 있다.
연마 패드는 임의의 적합한 연마 패드일 수 있으며, 이의 다수가 당업계에 공지되어 있다. 적합한 연마 패드는, 예를 들면 제직 및 부직 연마 패드를 포함한다. 또한, 적합한 연마 패드는 밀도, 경도, 두께, 압축성, 압축시의 회복 능력 및 압축 모듈러스가 다양한 임의의 적합한 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 중합체는, 예를 들면 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 나일론, 불화탄소, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 이들의 공생성물, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
연마 패드는 연마 패드의 연마 표면 상에 또는 그 내에 고정 연마제 입자를 포함할 수 있거나, 연마 패드는 고정 연마제 입자를 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 고정 연마제 연마 패드는 접착제, 결합제, 세라머(ceramer) 또는 수지 등에 의해 연마 패드의 연마 표면에 부착된 연마제 입자 또는 연마 패드의 일체부를 형성하도록 연마 패드 내에 함침된 연마제를 포함하는 패드, 예를 들면 연마제 함유 폴리우레탄 분산액으로 함침된 섬유 바트(fibrous batt)를 포함한다.
연마 패드는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 연마 패드는 원형일 수 있으며, 사용시에 전형적으로 패드의 표면에 의해 한정된 평면에 수직인 축 주위를 선회 이동할 것이다. 연마 패드는 원통형일 수 있으며, 이의 표면은 연마 표면으로서 작용하고, 사용시에 전형적으로 원통의 중앙 축 주위를 선회 이동할 것이다. 연마 패드는 무한 벨트(endless belt)의 형태일 수 있으며, 이는 사용시에 전형적으로 연마되는 절단 연부에 대해 선형으로 이동할 것이다. 연마 패드는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있으며, 사용시에 평면 또는 반원을 따라 왕복 또는 궤도형으로 이동한다. 숙련된 당업자는 많은 다른 변형을 잘 알 것이다.
연마 조성물은 바람직하게는 액상 담체 (예를 들면, 물)에 현탁된 연마제를 포함한다. 연마제는 전형적으로 미립자 형태이다. 특히, 연마제는 실질적으로 구형인 실리카 또는 알루미나를 포함하거나, 이를 주성분으로 포함하거나, 이로 이루어진다. 통상의 당업자는 실질적으로 구형인 실리카를 또한 콜로이드 실리카라 칭한다. 바람직하게는, 실질적으로 구형인 실리카는 졸-겔 공정을 사용하여 제조된 침강 또는 축중합 실리카이다. 축중합 실리카 입자는 전형적으로 Si(OH)4를 축합하여 실질적으로 구형인 입자를 형성함으로써 제조된다. 전구물질 Si(OH)4는, 예를 들면 고순도 알콕시실란의 가수분해 또는 실리케이트 수용액의 산성화에 의해 수득될 수 있다. 이러한 연마제 입자는 미국 특허 제5,230,833호에 따라 제조될 수 있거나, 에카 케미칼스(EKA Chemicals) 제조의 빈드질(Bindzil), 푸조(Fuso) PL-1, PL-2 및 PL-3 제품, 및 날코(Nalco) 1034A, 1050, 2327 및 2329 제품, 및 또한 듀폰(DuPont), 바이엘(Bayer), 어플라이드 리서치(Applied Research), 닛산 케미칼(Nissan Chemical) 및 클라리언트(Clariant) 제조의 다른 유사 제품과 같은 임의의 다양한 시판 제품으로서 수득될 수 있다. 바람직하게는, 알루미나는 쌩 고뱅(Saint Gobain)과 같은 제조자로부터 입수가능한 씨딩 겔 공정 알파 알루미나(seeded gel process alpha alumina) (알파 알루미나)이다. 실질적으로 구형인 실리카 입자 및 알루미나 입자는 임의의 적합한 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 실질적으로 구형인 실리카 입자 및 알루미나 입자는 평균 입자 크기가 10 nm 이상 (예를 들면, 20 nm 이상, 30 nm 이상, 40 nm 이상, 또는 50 nm 이상)일 수 있다. 실질적으로 구형인 실리카 입자 및 알루미나 입자는 평균 입자 크기가 200 nm 이하 (예를 들면, 180 nm 이하, 170 nm 이하, 160 nm 이하, 150 nm 이하, 130 nm 이하, 110 nm 이하, 또는 100 nm 이하)일 수 있다. 따라서, 실질적으로 구형인 실리카 입자 및 알루미나 입자는 평균 입자 크기가 40 nm 내지 130 nm (예를 들면, 45 nm 내지 125 nm, 50 nm 내지 120 nm, 55 nm 내지 115 nm, 또는 60 nm 내지 110 nm)일 수 있다. 입자의 입자 크기는 입자를 구성하는 가장 작은 구체의 직경이다.
연마제는 연마 조성물 중에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 전형적으로는, 연마제는 연마 조성물 중에 0.01 중량％ 이상 (예를 들면, 0.05 중량％ 이상)으로 존재할 것이다. 보다 전형적으로는, 연마제는 연마 조성물 중에 0.1 중량％ 이상 (예를 들면, 1 중량％ 이상, 5 중량％ 이상, 7 중량％ 이상, 10 중량％ 이상, 또는 12 중량％ 이상)으로 존재할 것이다. 연마 조성물 중 연마제의 양은 전형적으로는 50 중량％ 이하, 보다 전형적으로는 40 중량％ 이하 (예를 들면, 15 중량％ 이하, 10 중량％ 이하, 5 중량％ 이하, 3 중량％ 이하, 1 중량％ 이하, 0.6 중량％ 이하, 또는 0.3 중량％ 이하)일 것이다. 따라서, 연마 조성물 중 연마제의 양은 2 중량％ 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 5 중량％ 내지 40 중량％ (예를 들면, 10 중량％ 내지 35 중량％, 15 중량％ 내지 35 중량％, 또는 20 중량％ 내지 35 중량％)일 수 있다.
액상 담체는 연마(예를 들면, 평탄화)하고자 하는 적합한 기판의 표면에 연마제 및 임의의 임의적인 첨가제를 적용하는 것을 용이하게 하는데 사용된다. 액상 담체는 저급 알코올 (예를 들면, 메탄올 및 에탄올 등), 에테르 (예를 들면, 디옥산 및 테트라히드로푸란 등), 물 및 이들의 혼합물을 비롯한 임의의 적합한 액체, 예를 들면 용매일 수 있다. 바람직하게는, 액상 담체는 물, 보다 바람직하게는 탈이온수를 포함하거나, 이를 주성분으로 포함하거나, 이로 이루어진다.
연마 조성물은 산화제를 포함하며, 이는 연마 조성물로 연마되는 기판의 1종 이상의 재료를 위한 임의의 적합한 산화제일 수 있다. 바람직하게는, 산화제는 과산화수소, 옥손, 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 퍼요오데이트, 요오데이트 및 퍼술페이트는, 예를 들면 과요오드산칼륨, 요오드산칼륨, 과황산암모늄, 과황산칼륨 또는 과황산나트륨과 같은 임의의 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 또는 퍼요오데이트, 요오데이트 및 퍼술페이트의 배합물일 수 있다. 보다 바람직하게는, 산화제는 옥손 또는 과황산칼륨이다. 산화제는 연마 조성물 중에 임의의 적합한 양으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 연마 조성물은 0.001 중량％ 이상 (예를 들면, 0.005 중량％ 이상, 0.01 중량％ 이상, 0.05 중량％ 이상, 또는 0.1 중량％ 이상)의 산화제를 포함한다. 연마 조성물은 바람직하게는 20 중량％ 이하 (예를 들면, 15 중량％ 이하, 10 중량％ 이하, 5 중량％ 이하, 2 중량％ 이하, 또는 0.5 중량％ 이하)의 산화제를 포함한다. 바람직하게는, 연마 조성물은 0.001 중량％ 내지 20 중량％ (예를 들면, 0.001 중량％ 내지 15 중량％, 0.005 중량％ 내지 10 중량％, 0.01 중량％ 내지 5 중량％, 또는 0.05 중량％ 또는 2 중량％)의 산화제를 포함한다. 보다 바람직하게는, 연마 조성물은 0.001 중량％ 내지 0.05 중량％, 0.001 중량％ 내지 0.1 중량％, 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％, 또는 0.001 중량％ 내지 2 중량％의 산화제를 포함한다.
연마 조성물, 특히 액상 담체와 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들은 임의의 적합한 pH를 가질 수 있다. 연마 조성물의 실제 pH는 연마되는 기판의 유형에 따라 일부 좌우될 것이다. 연마 조성물은 pH가 11 이하 (예를 들면, 9 이하, 7 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 또는 2 이하)일 수 있다. 연마 조성물은 pH가 1 이상 (예를 들면, 4 이상, 6 이상, 8 이상, 또는 9 이상)일 수 있다. pH는, 예를 들면 1 내지 11 (예를 들면, 2 내지 10, 3 내지 9, 4 내지 8, 또는 5 내지 7)일 수 있다.
연마 조성물의 pH는 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있고/있거나 유지될 수 있다. 더욱 특히, 연마 조성물은 pH 조정제, pH 완충제 또는 이들의 배합물을 더 포함할 수 있다. pH 조정제는 임의의 적합한 pH 조정 화합물을 포함할 수 있거나, 이를 주성분으로 포함할 수 있거나, 이로 이루어질 수 있다. 예를 들면, pH 조정제는 무기산, 유기 산 또는 이들의 배합물과 같은 임의의 적합한 산일 수 있다. 예를 들면, 산은 질산일 수 있다. pH 완충제는 임의의 적합한 완충제, 예를 들면 포스페이트, 아세테이트, 보레이트, 술포네이트, 카르복실레이트 및 암모늄 염 등일 수 있다. 연마 조성물은 pH 조정제 및/또는 pH 완충제를 임의의 적합한 양으로 포함할 수 있되, 단 이러한 양은 연마 조성물의 목적하는 pH, 예를 들면 본원에 나타낸 범위 내의 pH를 달성하고/하거나 유지하기에 충분해야 한다.
연마 조성물은 임의로는 킬레이트제 또는 착화제를 포함한다. 착화제는 제거되는 기판 층의 제거 속도를 향상시키거나 규소 연마에서의 미량의 금속 오염물을 제거하는 임의의 적합한 화학 첨가제이다. 적합한 킬레이트제 또는 착화제는, 예를 들면 카르보닐 화합물 (예를 들면, 아세틸아세토네이트 등), 단순 카르복실레이트 (예를 들면, 아세테이트 및 아릴 카르복실레이트 등), 하나 이상의 히드록실기를 함유하는 카르복실레이트 (예를 들면, 글리콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 및 갈산 및 이의 염 등), 디카르복실레이트, 트리카르복실레이트 및 폴리카르복실레이트 (예를 들면, 옥살레이트, 옥살산, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트 (예를 들면, 디칼륨 EDTA) 및 이들의 혼합물 등), 및 하나 이상의 술폰기 및/또는 포스폰기를 함유하는 카르복실레이트 등을 포함할 수 있다. 또한, 적합한 킬레이트제 또는 착화제는, 예를 들면 디알코올, 트리알코올 또는 폴리알코올 (예를 들면, 에틸렌 글리콜, 피로카테콜, 피로갈롤 및 타닌산 등), 디퀘스트(Dequest) 2010, 디퀘스트 2060 또는 디퀘스트 2000 (솔루티아 코포레이션(Solutia Corp.) 제조)과 같은 폴리포스포네이트, 및 아민 함유 화합물 (예를 들면, 암모니아, 아미노산, 아미노 알코올, 디아민, 트리아민 및 폴리아민 등)을 포함할 수 있다.
다수의 상기한 화합물이 염 (예를 들면, 금속 염 또는 암모늄 염 등), 산 또는 부분 염의 형태로 존재할 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 시트레이트는 시트르산, 및 또한 이의 모노염, 디염 및 트리염을 포함하며; 프탈레이트는 프탈산, 및 또한 이의 모노염 (예를 들면, 프탈산수소칼륨) 및 디염을 포함하며; 퍼클로레이트는 상응하는 산 (즉, 과염소산), 및 또한 이의 염을 포함한다. 또한, 특정 화합물 또는 시약은 하나를 초과하는 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 일부 화합물은 킬레이트제와 산화제 둘 다로서 기능할 수 있다 (예를 들면, 질산철(II) 및 질산철(III) 등).
연마 조성물은 임의로는 1종 이상의 다른 첨가제를 더 포함한다. 이러한 첨가제는 하나 이상의 아크릴 하위단위체를 포함하는 아크릴레이트 (예를 들면, 비닐 아크릴레이트 및 스티렌 아크릴레이트), 이의 중합체, 공중합체 및 올리고머, 및 이의 염을 포함한다.
연마 조성물은 계면활성제 및/또는 증점제 및 응집제를 비롯한 유동 제어제(예를 들면, 우레탄 중합체와 같은 중합체 유동 제어제)를 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제는, 예를 들면, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 연마 조성물은 비이온성 계면활성제를 포함한다. 적합한 비이온성 계면활성제의 예로는 에틸렌디아민 폴리옥시에틸렌 계면활성제가 있다. 연마 조성물 중 계면활성제의 양은 전형적으로는 0.0001 중량％ 내지 1 중량％ (바람직하게는 0.001 중량％ 내지 0.1 중량％, 보다 바람직하게는 0.005 중량％ 내지 0.05 중량％)이다.
연마 조성물은 소포제를 포함할 수 있다. 소포제는 임의의 적합한 소포제일 수 있다. 적합한 소포제는 규소 기재 및 아세틸렌 디올 기재 소포제를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 연마 조성물 중 소포제의 양은 전형적으로는 10 ppm 내지 140 ppm이다.
연마 조성물은 살생제를 포함할 수 있다. 살생제는 임의의 적합한 살생제, 예를 들면 이소티아졸리논 살생제일 수 있다. 연마 조성물 중 살생제의 양은 전형적으로는 1 내지 50 ppm, 바람직하게는 10 내지 20 ppm이다.
연마 조성물은 바람직하게는 콜로이드적으로 안정하다. 용어 "콜로이드"는 액상 담체 중 입자의 현탁액을 말한다. "콜로이드적으로 안정함"은 경시적으로 그 현탁액이 유지됨을 말한다. 연마 조성물은 연마 조성물을 100 mL 눈금 실린더에 넣고 2시간 동안 교반 없이 두었을 때 연마 조성물 중 입자의 최초 농도 (g/mL 단위의 [C])로 나눈 눈금 실린더 바닥 50 mL의 입자의 농도 (g/mL 단위의 [B])와 눈금 실린더 상부 50 mL의 입자의 농도 (g/mL 단위의 [T])의 차이가 0.5 이하 (즉, ([B]－[T])／[C]가 0.5 이하)인 경우에 콜로이드적으로 안정한 것으로 고려된다. 바람직하게는, ([B]－[T])／[C]의 값은 0.3 이하, 보다 바람직하게는 0.1 이하, 더욱 바람직하게는 0.05 이하, 가장 바람직하게는 0.01 이하이다.
연마 조성물은 임의의 적합한 기술에 의해 제조될 수 있으며, 이의 다수가 당업자에게 공지되어 있다. 연마 조성물은 회분식 또는 연속식 공정으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 연마 조성물은 이의 성분들을 임의의 순서로 배합함으로써 제조될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "성분"은 개별 구성성분 (예를 들면, 산화제 및 연마제 등), 및 또한 구성성분들 (예를 들면, 물, 할로겐 음이온 및 계면활성제 등)의 임의의 배합물을 포함한다.
연마 조성물은 액상 담체, 연마제, 산화제, 및 임의로는 다른 첨가제를 포함하는 1 패키지 시스템으로서 공급될 수 있다. 별법으로, 산화제와 같은 일부 성분들은 제1 용기에서 건조 형태로, 또는 액상 담체 중 용액 또는 현탁액으로서 공급될 수 있고, 연마제 및 다른 첨가제와 같은 나머지 성분들은 제2 용기 또는 다수의 다른 용기에서 공급될 수 있다. 연마 조성물의 성분들의 다른 2개의 용기, 또는 3개 이상의 용기 조합은 통상의 당업자의 지식 이내이다.
연마제와 같은 고체 성분은 건조 형태로, 또는 액상 담체 중 용액으로서 하나 이상의 용기에 놓일 수 있다. 또한, 이는 제1, 제2 또는 다른 용기의 성분이 상이한 pH 값을 갖거나, 별법으로는 실질적으로 유사하거나 심지어 동일한 pH 값을 갖기에 적합하다. 연마 조성물의 성분들은 서로 별도로 일부 또는 전부 공급될 수 있으며, 예를 들면 최종 사용자에 의해, 사용하기 바로 전 (예를 들면, 사용하기 전 1주일 이내, 사용하기 전 1일 이내, 사용하기 전 1시간 이내, 사용하기 전 10분 이내, 또는 사용하기 전 1분 이내)에 배합될 수 있다.
또한, 연마 조성물은 사용하기 전에 적절한 양의 액상 담체로 희석되는 농축액으로서 제공될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 연마 조성물 농축액은, 농축액을 적절한 양의 액상 담체로 희석할 때 각각의 성분이 연마 조성물 중에 각각의 성분에 대해 상기한 적절한 범위 내의 양으로 존재하도록 하는 양으로 액상 담체 및 임의로는 다른 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 농축액 중 각각의 성분은 연마 조성물 중 각각의 성분에 대해 상기한 농도보다 2배 (예를 들면, 3배, 4배, 또는 5배) 높은 농도인 양으로 존재할 수 있어서, 농축액을 적절한 부피의 액상 담체 (예를 들면, 각각 1 동등 부피(equal volume)의 액상 담체, 2 동등 부피의 액상 담체, 3 동등 부피의 액상 담체, 또는 4 동등 부피의 액상 담체)로 희석할 때 각각의 성분이 연마 조성물 중에 각각의 성분에 대해 상기한 범위 내의 양으로 존재할 것이다. 또한, 통상의 당업자가 이해하는 바와 같이, 연마 조성물의 다른 성분들이 적어도 일부 또는 전부 농축액에 용해되거나 현탁되는 것을 확보하기 위해, 농축액은 최종 연마 조성물 중에 존재하는 액상 담체를 적절한 분율로 함유할 수 있다.
본 발명의 기판의 연마 방법은 화학적-물리적 연마 (CMP) 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 장치는 사용시에 이동하며 궤도형, 선형 또는 원형 이동으로 인해 소정의 속도를 갖는 플래튼(platen); 플래튼과 접촉하며 이동시에 플래튼과 함께 이동하는 연마 패드; 및 기판을 연마 패드의 표면과 접촉시켜 이에 대해 이동시킴으로써 연마되도록 기판을 보유하는 캐리어를 포함한다. 기판의 연마는, 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마하기 위해, 기판을 연마 패드 및 연마 조성물 (이는 일반적으로 기판과 연마 패드 사이에 배치됨)과 접촉하게 위치시키고, 기판에 대해 연마 패드를 이동시킴으로써 수행된다.
바람직하게는, 연마 종점은 탄화규소 기판의 중량을 모니터링하고, 이를 기판으로부터 제거된 탄화규소의 양을 계산하는데 사용함으로써 결정된다. 이러한 기술은 당업계에 잘 알려져 있다.
"연마"는 표면을 연마하기 위해 표면의 적어도 일부를 제거하는 것을 말한다. 연마는 홈(gouge), 구멍(crate) 및 흠집(pit) 등을 제거하여 표면 조도(roughness)가 감소된 표면을 제공하기 위해 수행될 수 있으며, 또한 연마는 평탄한 구획의 교차를 특징으로 하는 표면 기하구조를 도입하거나 복구하기 위해 수행될 수 있다.
본 발명의 방법은 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 임의의 적합한 기판을 연마하는데 사용될 수 있다. 탄화규소는 기판의 연마에 영향을 미치도록 임의의 적합한 속도로 제거될 수 있다. 예를 들면, 탄화규소는 5 nm/hr 이상 (예를 들면, 10 nm/hr 이상, 20 nm/hr 이상, 50 nm/hr 이상, 70 nm/hr 이상, 100 nm/hr 이상, 또는 200 nm/hr 이상)의 속도로 제거될 수 있다. 탄화규소는 800 nm/hr 이하 (예를 들면, 500 nm/hr 이하, 300 nm/hr 이하, 250 nm/hr 이하, 또는 200 nm/hr 이하)의 속도로 제거될 수 있다. 따라서, 탄화규소는 기판으로부터 5 nm/hr 내지 1500 nm/hr (예를 들면, 10 nm/hr 내지 1000 nm/hr, 20 nm/hr 내지 800 nm/hr, 30 nm/hr 내지 500 nm/hr, 40 nm/hr 내지 300 nm/hr, 또는 50 nm/hr 내지 180 nm/hr)의 속도로 제거될 수 있다. 보다 바람직하게는, 탄화규소는 기판으로부터 20 nm/hr 내지 180 nm/hr, 70 nm/hr 내지 180 nm/hr, 100 nm/hr 내지 180 nm/hr, 30 nm/hr 내지 1000 nm/hr, 100 nm/hr 내지 500 nm/hr, 또는 200 nm/hr 내지 400 nm/hr의 속도로 제거될 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 더 예시하며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예 1
본 실시예는 연마 조성물 중 실질적으로 구형인 실리카 및 산화제의 존재에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
6H 반절연성 단결정 탄화규소 웨이퍼를 10종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물의 함량 및 pH를 하기 표 1에 나타내었다. 각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
<표 1>
Figure 112009020216510-pct00001
표 1에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 연마 조성물이 과황산암모늄, 요오드산칼륨 또는 옥손과 같은 산화제와 배합된 실질적으로 구형인 실리카 입자를 포함하는 경우 탄화규소 제거 속도가 증가하였다.
실시예 2
본 실시예는 본 발명의 연마 조성물 중 상이한 산화제의 존재에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
4HN 단결정 탄화규소 웨이퍼를 7종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물은 실질적으로 구형인 실리카 30 중량％를 함유하였다. 이들 연마 조성물 중 6종은 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 과황산암모늄 또는 암모늄 세륨 니트레이트를 첨가하여 추가로 변형시켰다.
각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 표 2에 나타내었다.
<표 2>
Figure 112009020216510-pct00002
표 2에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 연마 조성물 중 과황산암모늄 또는 암모늄 세륨 니트레이트의 존재는 탄화규소 제거 속도를 0에서 182 nm/hr까지 높게 증가시켰다.
실시예 3
본 실시예는 연마 조성물 중 산화제의 존재에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
4HPSI 단결정 탄화규소 웨이퍼를 3종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물은 실질적으로 구형인 실리카 30 중량％를 함유하였으며, pH를 10으로 조정하였다. 이들 연마 조성물 중 2종은 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 과황산암모늄을 첨가하여 추가로 변형시켰다.
각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 표 3에 나타내었다.
<표 3>
Figure 112009020216510-pct00003
표 3에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 연마 조성물이 과황산암모늄을 포함하는 경우 탄화규소 제거 속도가 증가하였다.
실시예 4
본 실시예는 연마 조성물 중 산화제 및 연마제의 존재에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
4H 단결정 탄화규소 웨이퍼를 15종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물의 함량 및 pH를 하기 표 4에 나타내었다. 각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 표 4에 나타내었다.
<표 4>
Figure 112009020216510-pct00004
Figure 112009020216510-pct00005
표 4에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 연마 조성물에 산화제를 첨가하는 경우 전형적으로 탄화규소 제거 속도가 증가하였다. 씨딩 겔 공정 알파 알루미나를 과황산칼륨과 배합하는 것이 탄화규소의 제거 속도를 증가시키는데 특히 효과적이었다.
실시예 5
본 실시예는 연마 조성물 중 상이한 유형의 알루미나 연마제의 존재에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
4H 단결정 탄화규소 웨이퍼를 6종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물은 연마제 3 중량％ 및 과황산칼륨 1.0 중량％를 함유하였으며, pH를 3으로 조정하였다. 각각의 연마 조성물에서 사용된 알루미나 연마제의 유형을 하기 표 5에 나타내었다.
각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 표 5에 나타내었다.
<표 5>
Figure 112009020216510-pct00006
표 5에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 씨딩 겔 공정 알파 알루미나를 사용하는 경우 탄화규소 제거 속도가 다른 유형의 알루미나를 포함하는 조성물을 사용하여 달성되는 탄화규소 제거 속도보다 현저하게 높았다.
실시예 6
본 실시예는 연마 조성물 중 과황산칼륨의 농도에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
4HN 단결정 탄화규소 웨이퍼를 5종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물은 씨딩 겔 공정 알파 알루미나 3 중량％를 함유하였으며, pH를 4로 조정하였다. 이들 연마 조성물 중 4종은 과황산칼륨을 첨가하여 추가로 변형시켰다.
각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
<표 6>
Figure 112009020216510-pct00007
표 6에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 과황산칼륨의 농도를 0.005 중량％ 내지 0.03 중량％ 과황산칼륨의 농도까지 증가시킴에 따라 탄화규소 제거 속도가 계속 증가하였다.
실시예 7
본 실시예는 연마 조성물 중 씨딩 겔 공정 알파 알루미나의 농도에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
4HN 단결정 탄화규소 웨이퍼를 2종의 상이한 연마 조성물로 연마하였다. 각각의 연마 조성물은 과황산칼륨 0.1 중량％를 함유하였으며, pH를 4로 조정하였다. 또한, 연마 조성물은 씨딩 겔 공정 알파 알루미나를 0.1 중량％ 또는 0.5 중량％의 농도로 함유하였다.
각각의 연마 조성물에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
<표 7>
Figure 112009020216510-pct00008
표 7에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 이들 조성물은 둘 다 탄화규소 웨이퍼를 연마하는데 효과적이었지만, 알루미나의 농도가 더 높은 조성물이 탄화규소 연마 속도가 더 높았다.
실시예 8
본 실시예는 연마 조성물에 의한 여러 상이한 유형의 탄화규소 웨이퍼의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
9종의 상이한 유형의 단결정 탄화규소 웨이퍼를 씨딩 겔 공정 알파 알루미나 0.6 중량％ 및 과황산칼륨 0.03 중량％를 함유하고 pH가 4로 조정된 연마 조성물로 연마하였다.
각각의 유형의 웨이퍼에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
<표 8>
Figure 112009020216510-pct00009
표 8에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 본 발명의 연마 조성물은 시험한 각각의 유형의 탄화규소 웨이퍼를 성공적으로 연마할 수 있었다.
실시예 9
본 실시예는 상이한 연마 도구 파라미터를 연마 조성물과 함께 사용한 탄화규소 기판의 연마에 의한 탄화규소의 제거 속도에 대한 효과를 예시한다.
5종의 상이한 일련의 연마 도구 파라미터를 사용하여, 화학적 증착 (CVD) 다결정 탄화규소 웨이퍼를 씨딩 겔 공정 알파 알루미나 1 중량％ 및 과황산칼륨 0.3 중량％를 함유하고 pH가 4로 조정된 연마 조성물로 연마하였다.
각각의 일련의 연마 조건에 대해 탄화규소 제거 속도 (nm/hr)를 측정하고, 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
<표 9>
Figure 112009020216510-pct00010
표 9에 나타낸 데이터로부터 명백하듯이, 연마 패드의 플래튼 선회 속도 및 연마 패드에 대한 기판의 하향압력을 증가시킴에 따라 탄화규소 제거 속도가 증가하였다.

Claims (26)

  1. (i) 단결정 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을
    (a) 액상 담체 (이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들을 가진 액상 담체는 5 이하의 pH를 가진다),
    (b) 평균 입자 크기가 40 nm 내지 130 nm인 실질적으로 구형의 침강 또는 축중합된 실리카 입자로 이루어진, 액상 담체에 현탁된 연마제, 및
    (c) 퍼옥소모노술페이트 칼륨, 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학적-물리적 연마 조성물과 접촉시키는 단계,
    (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및
    (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는, 기판의 화학적-물리적 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연마제가, 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 5 중량％ 내지 40 중량％의 양으로 존재하는 것인 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 실질적으로 구형인 실리카가 축중합 실리카인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 산화제가, 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 2 중량％의 양으로 존재하는 것인 방 법.
  6. 제1항에 있어서, 용해되거나 현탁된 임의의 성분들을 포함하는 액상 담체의 pH가 9 이상인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 용해되거나 현탁된 임의의 성분들을 포함하는 액상 담체의 pH가 3 이하인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 기판으로부터 탄화규소를 20 nm/hr 내지 180 nm/hr의 속도로 제거하는 방법.
  9. 삭제
  10. (i) 단결정 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을 (a) 액상 담체, (b) 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 3 중량％ 이하의 양으로 존재하며 알루미나인, 액상 담체에 현탁된 연마제, 및 (c) 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％의 양으로 존재하며, 과산화수소, 퍼옥소모노술페이트 칼륨, 암모늄 세륨 니트레이트, 퍼요오데이트, 요오데이트, 퍼술페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학적-물리적 연마 조성물과 접촉시키는 단계,
    (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및
    (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는, 기판의 화학적-물리적 연마 방법.
  11. 제10항에 있어서, 연마제가, 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 1 중량％ 이하의 양으로 존재하는 것인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 연마제가 평균 입자 크기가 130 nm 이하인 입자를 포함하는 것인 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항 또는 제10항에 있어서, 산화제가 과요오드산칼륨, 요오드산칼륨, 과황산암모늄 또는 과황산칼륨인 방법.
  17. 제10항에 있어서, 알루미나가 씨딩 겔 공정 알파 알루미나(seeded gel process-alpha alumina)인 방법.
  18. 삭제
  19. (i) 탄화규소의 하나 이상의 층을 포함하는 기판을 (a) 액상 담체, (b) 액상 담체에 현탁된 연마제, 및 (c) 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.5 중량％의 양으로 존재하며, 퍼옥소모노술페이트 칼륨, 과황산칼륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 화학적-물리적 연마 조성물과 접촉시키는 단계,
    (ii) 기판에 대해 연마 조성물을 이동시키는 단계, 및
    (iii) 기판의 탄화규소의 적어도 일부를 마모시켜, 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는, 기판의 화학적-물리적 연마 방법.
  20. 제19항에 있어서, 연마제가 평균 입자 크기가 40 nm 내지 130 nm인 실질적으로 구형인 실리카 또는 알루미나인 방법.
  21. 제19항에 있어서, 탄화규소가 단결정 탄화규소인 방법.
  22. 제1항, 제10항 및 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 액상 담체가 물을 포함하는 것인 방법.
  23. 제10항 또는 제19항에 있어서, 산화제가, 액상 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분들의 중량을 기준으로 0.001 중량％ 내지 0.1 중량％의 양으로 존재하는 것인 방법.
  24. 제10항 또는 제19항에 있어서, 용해되거나 현탁된 임의의 성분들을 포함하는 액상 담체의 pH가 5 이하인 방법.
  25. 제19항에 있어서, 산화제가 과황산칼륨인 방법.
  26. 제10항 또는 제19항에 있어서, 기판으로부터 탄화규소를 30 nm/hr 내지 1000 nm/hr의 속도로 제거하는 방법.
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