KR101470977B1 - Slurry composition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 슬러리 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a slurry composition.
반도체 제조 공정 중 소자 분리 방법의 하나인 얕은 트렌치 소자 분리 화학 기계적 연마(shallow trench isolation chemical mechanical polishing; STI CMP) 공정은 소자가 다양해지고 고집적화됨에 따라 선폭이 더욱 미세해지면서 칩간 절연을 위해 새롭게 대두된 공정으로서, LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 공정에서 문제된 버즈 비크(Bird’s Beak) 현상을 해결할 수 있는 신기술로 대두되고 있다. STI CMP 공정에서는 금속 최소 선폭이 점점 더 엄격해지면서 트렌치의 폭이 감소하고 증착되는 질화막의 두께가 얇아짐에 따라 CMP 공정 마진을 위해서 산화막과 질화막의 연마 선택비가 높은 슬러리 조성물 조성물이 요구되고 있다.The shallow trench isolation chemical mechanical polishing (STI CMP) process, which is one of the device isolation methods during the semiconductor manufacturing process, becomes more and more integrated as the devices become more diverse and highly integrated, As a process, it is emerging as a new technology that can solve the Bird's Beak phenomenon problem in LOCOS (Local Oxidation of Silicon) process. In the STI CMP process, as the minimum line width of the metal becomes increasingly strict, the width of the trench decreases and the thickness of the nitride film to be deposited becomes thinner, so that a slurry composition composition having a high polishing selectivity of the oxide film and the nitride film is required for the CMP process margin.
종래의 슬러리 조성물은 일반적으로 약염기성 영역에서 음의 제타전위를 구현하여 질화막을 연마 정지막으로 하여 산화막을 연마하는데 사용되어 왔다. 그러나, 상기와 같은 CMP 공정의 일반적인 CMP용 슬러리는 질화막에 비하여 산화막이 일반적으로 30 배 이상 빠르게 연마되므로, 이종막 연마에서 단일막의 과연마 현상으로 움푹 패이는 디싱 (dishing)현상이 심하게 발생되는 단점이 있다. 이런 디싱 현상의 발생은 후속 포토리소그래피 또는 식각 공정에 좋지 않은 영향을 주며, 평탄화 특성 및 소자 분리막으로서의 신뢰성이 저하되고, 중합 잔여물로 인하여 후속 게이트 형성 공정에서 전기적 특성을 악화시킨다.Conventional slurry compositions have generally been used to polish oxide films with negative zeta potentials in the weakly basic region and nitride films as polishing stop films. However, since the general CMP slurry of the CMP process as described above is generally polished 30 times faster than the nitride film, the oxide film is generally polished 30 times or more faster than the nitride film. Therefore, the dishing phenomenon is severely caused by the over- . The occurrence of such a dishing phenomenon adversely affects a subsequent photolithography or etching process, lowers the planarization property and reliability as a device isolation film, and deteriorates the electrical characteristics in the subsequent gate formation process due to the polymerization residue.
또한 차세대 0.05 ㎛ 이하의 디자인 룰을 가지는 초고집적 반도체 제조 공정에 필수적으로 적용되는 다마신 게이트(damascene gate) 공정을 위한 CMP 공정에서는 디자인룰이 0.05 ㎛ 이하로 작아지면서 기존의 반도체내 소자에 있어 금속 게이트 층의 형성이 매우 주의를 요하게 되었다. 특히, 기존의 에칭(etching)과 리소그래피(lithography)공정을 통해서는 금속층의 증발(bridging)과 같은 손상이 일어나게 되어, 수율 감소가 나타났다. 양각, 즉 폴리 실리콘을 증착하고 에칭하는 기존의 게이트 공정은 최근에는 소자의 크기가 작아지고 집적화 됨에 따라 음각법, 즉 다마신법으로 대체되어 사용되게 되었다. 특히, 소자의 속도가 빨라야 하는데 기존의 폴리 실리콘을 이용하여 소자 속도를 높이는데는 한계가 있다. 최근에 high-K 물질이 발견되고 있고 또한 금속을 이용한 게이트 형성이 이루어지고 있다. 다마신 공정은 기존의 양각형식의 금속층 형성과 달리 낮은 온도에서 음각형식으로 금속층을 형성하는 것이다. 이를 적용할 수 있는 구조로 게이트 상부에 직접 올려진 베리어 질화막과 금속게이트 사이의 옥사이드가 있는 은이나 구리 게이트 전극 구조가 있다. 은이나 구리는 낮은 녹는점을 가지고 있기 때문에 다마신 게이트 공정에 사용될 수 있다. 따라서 은이나 구리는 소스/드레인 영역에서 불순물의 고온 활성화 다음에 사용되며 이 공정은 셀프-어라인 관계를 가지고 있다. 따라서 기존의 방법과는 다른 다마신 게이트 공정이 사용되기 시작하였고 이에 의해 공정의 복잡함을 피할 수 있고, 배선의 신뢰도를 높일 수 있게 되었다.In the CMP process for a damascene gate process, which is essentially applied to a fabrication process of an ultra high density semiconductor having a design rule of the next generation of 0.05 μm or less, the design rule is reduced to 0.05 μm or less, The formation of the gate layer has become very careful. Particularly, through conventional etching and lithography processes, damage such as bridging of the metal layer occurred, and the yield was reduced. Conventional gate processes for depositing and etching polysilicon, ie, polysilicon, have recently been replaced by intaglio or damascene processes as devices become smaller and more integrated. Particularly, the speed of the device must be high, and there is a limit to increase the device speed by using the existing polysilicon. Recently, high-K materials have been found and gate formation using metal has been made. The damascene process is to form a metal layer in an engraved form at low temperature, unlike the conventional embossed metal layer formation. In this structure, there is a silver or copper gate electrode structure with an oxide between the barrier nitride film and the metal gate directly above the gate. Since silver or copper has a low melting point, it can be used in a damascene process. Thus, silver or copper is used after the high temperature activation of impurities in the source / drain regions and this process has a self-aligned relationship. Therefore, a damascene gate process, which is different from the conventional method, has begun to be used, thereby avoiding the complexity of the process and increasing the reliability of the wiring.
이 때, 다마신 공정에서 질화막을 우선으로 연마를 하고, 산화막에서 정지하는 연마 슬러리가 필요로 하게 된다.
At this time, in the damascene process, a polishing slurry is first required to polish the nitride film and stop at the oxide film.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 산성 영역에서 음의 제타전위를 구현함으로써 질화막 연마 속도를 높이고, 산화막에서 자동 연마 정지 기능을 구현 수 있는 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a slurry composition capable of enhancing a nitride film polishing rate by realizing a negative zeta potential in an acidic region and realizing an automatic polishing stop function in an oxide film .
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 제1 측면에 따른 슬러리 조성물은 연마입자; 폴리아크릴산을 포함하는 음이온성 고분자; 및 pKa 값이 1 내지 4인 산성 물질;을 포함한다.The slurry composition according to the first aspect of the present invention comprises abrasive grains; An anionic polymer comprising polyacrylic acid; And an acidic substance having a pKa value of 1 to 4.
상기 연마입자는, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The abrasive grains may include at least one selected from the group consisting of silica, ceria, zirconia, alumina, titania, barium titania, germania, manganese, and magnesia.
상기 연마입자는, 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.The abrasive grains may be 0.1 wt% to 5 wt% of the slurry composition.
상기 연마입자는, 5 nm 내지 100 nm의 1차 입자 및 50 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.The abrasive grains may include primary particles of 5 nm to 100 nm and secondary particles of 50 nm to 300 nm.
상기 음이온성 고분자는, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리스티렌/아크릴산 공중합체 및 폴리아마이드/아크릴산 공중합체 및 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The anionic polymer may include at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrene / acrylic acid copolymer, polyamide / acrylic acid copolymer, and polyacrylamide / acrylic acid copolymer.
상기 음이온성 고분자는, 상기 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.The anionic polymer may be 0.05% by weight to 5% by weight of the slurry composition.
상기 산성 물질은, 무기산, 카르복실산, 유기 포스폰산, 산성 헤테로시클릭 화합물 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The acidic substance may be at least one selected from the group consisting of an inorganic acid, a carboxylic acid, an organic phosphonic acid, an acidic heterocyclic compound, and a salt thereof.
상기 카르복실산은, 벤조산, 페닐아세트산, 1-나프토산, 2-나프토산, 글리콜산, 포름산, 락트산, 만델산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 아디프산, 타르타르산, 시트르산, 말레산, 푸마르산, 아스파르트산, 글루탐산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산 및 이타콘산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.Wherein the carboxylic acid is selected from the group consisting of benzoic acid, phenylacetic acid, 1-naphthoic acid, 2-naphthoic acid, glycolic acid, formic acid, lactic acid, mandelic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, adipic acid, tartaric acid, At least one selected from the group consisting of aspartic acid, glutamic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and itaconic acid.
상기 산성 물질은, 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.The acidic material may be 0.1 wt% to 1.0 wt% of the slurry composition.
상기 슬러리 조성물은, pH가 2 내지 6인 것일 수 있다.The slurry composition may have a pH of 2 to 6.
상기 슬러리 조성물 표면의 제타전위가 마이너스 제타전위를 가지는 것일 수 있다.And the zeta potential of the surface of the slurry composition may have a negative zeta potential.
상기 슬러리 조성물 표면의 제타전위가 -20 mV 내지 -100 mV인 것일 수 있다.The zeta potential of the surface of the slurry composition may be -20 mV to -100 mV.
상기 슬러리 조성물은, 질화막 대비 산화막의 연마 선택비가 2:1 내지 10:1인 것일 수 있다.In the slurry composition, the polishing selectivity ratio of the oxide film to the nitride film may be 2: 1 to 10: 1.
상기 슬러리 조성물은 질화막을 연마하고, 산화막에서 자동연마정지 기능을 가지는 것일 수 있다.
The slurry composition may be one which polishes a nitride film and has an automatic polishing stop function in the oxide film.
본 발명의 슬러리 조성물은, 연마입자에 약산성 또는 산성 영역에서 음의 제타전위를 구현한 슬러리 조성물을 이용함으로써 질화막의 연마 속도를 높이고, 산화막에서 자동 연마 정지 기능을 구현할 수 있다. 또한, 초순수에 의한 세정성이 우수하여, 결함 발생을 감소시킬 수 있다.The slurry composition of the present invention can improve the polishing rate of the nitride film and realize the automatic polishing stop function in the oxide film by using the slurry composition in which the negative zeta potential is realized in the weakly acidic or acidic region to the abrasive grains. Further, the cleaning property by the ultra-pure water is excellent, and the occurrence of defects can be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화막 연마율 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 연마율 프로파일을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing a nitride film polishing rate profile according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing an oxide film removal rate profile according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Also, terminologies used herein are terms used to properly represent preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, intent of the operator, or custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
이하, 본 발명의 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the slurry composition of the present invention will be specifically described with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and drawings.
본 발명의 제1 측면에 따른 슬러리 조성물은 연마입자; 폴리아크릴산을 포함하는 음이온성 고분자; 및 pKa 값이 1 내지 4인 산성 물질;을 포함한다.The slurry composition according to the first aspect of the present invention comprises abrasive grains; An anionic polymer comprising polyacrylic acid; And an acidic substance having a pKa value of 1 to 4.
본 발명의 조성물 및 방법과 관련하여 본원 명세서 및 청구의 범위에서 사용된 용어 "pKa값이 1 내지 4인 산성 물질"은 pKa에 해당하는 해리 상수가 1 내지 4 범위인 하나 이상의 산성 수소를 포함하는 물질을 나타낸다. 따라서, 산성 수소가 하나인 물질뿐만 아니라 산성 수소가 2개 이상인 물질이 상기 슬러리 조성물의 산성 물질의 범위 내에 포함된다. 산성 수소가 2개 이상인 물질 (예를 들어, 황산, 인산, 숙신산 및 시트르산 등)은 각각의 산성 수소의 순차적인 해리에 상응하는 복수의 순차적인 pKa 값을 갖는다. 예를 들어, 인산은 3개의 산성 수소를 가지며, 제1, 제2 및 제3 수소 각각의 해리에 상응하는 3개의 pKa 값 (즉, 2.1, 7.2 및 12.4)을 갖는다. 다수의 산성 수소가 있는 물질의 경우, pKa 값들 중 하나는 1 내지 4 범위이어야 한다. 이러한 화합물에서 임의의 다른 산성 수소의 pKa 값은 1 내지 4 범위일 수 있거나, 1 미만일 수 있거나, 4를 초과할 수 있다.The term "acidic material with a pKa value of 1 to 4" as used in the specification and claims in connection with the compositions and methods of the present invention includes one or more acidic hydrogens with a dissociation constant in the range of 1 to 4, Lt; / RTI > Thus, materials having two or more acidic hydrogens as well as materials having one acidic hydrogen are included within the range of acidic materials of the slurry composition. Substances with two or more acidic hydrogens (e.g., sulfuric acid, phosphoric acid, succinic acid, and citric acid, etc.) have a plurality of sequential pKa values corresponding to sequential dissociation of each acidic hydrogen. For example, phosphoric acid has three acidic hydrogens and has three pKa values corresponding to dissociation of each of the first, second, and third hydrogens (i.e., 2.1, 7.2, and 12.4). For materials with multiple acidic hydrogens, one of the pKa values should range from 1 to 4. The pKa value of any other acidic hydrogen in such a compound may range from 1 to 4, or less than 1, or may exceed 4.
상기 연마입자는, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The abrasive grains may include at least one selected from the group consisting of silica, ceria, zirconia, alumina, titania, barium titania, germania, manganese, and magnesia.
상기 연마입자는, 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만인 경우, 연마 입자에 의한 연마 속도가 감소되며, 5 중량% 초과인 경우에는, 연마 입자에 의한 기계적인 연마가 우세하여 표면 결함이 발생이 우려되며, 질화막 대비 산화막 연마 속도가 높아져서 낮은 연마 선택비를 가지며, 이로 인한 디싱 및 부식(erosion)이 발생하며, 연마입자에 의한 결함 발생이 우려된다.The abrasive grains may be 0.1 wt% to 5 wt% of the slurry composition. When the abrasive grains are less than 0.1% by weight of the slurry composition, the polishing rate by the abrasive grains is decreased. When the abrasive grains are more than 5% by weight, mechanical polishing by abrasive grains is dominant, The polishing rate of the oxide film is higher than that of the nitride film, so that it has a low polishing selectivity ratio, resulting in the occurrence of dishing and erosion, and the occurrence of defects due to abrasive grains.
상기 연마입자는, 5 nm 내지 100 nm의 1차 입자 및 50 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 슬러리 조성물 중 2차 입자의 평균입경에 있어서, 입자의 크기가 너무 작을 경우 기판을 평탄화하기 위한 연마 속도가 감소될 것이고, 너무 큰 경우에는 평탄화가 어렵고, 긁힌 연마 표면과 같은 기계적 단점이 발생할 것을 고려하여, 50 nm 내지 300 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 슬러리 조성물 중 2차 입자의 평균 크기에 있어서, 2차 입자의 크기가 약 50 nm 미만인 경우 밀링으로 인하여 작은 입자가 과도하게 발생하면 세정성이 저하되고, 약 300 nm를 초과하는 경우 단분산성을 달성하지 못하여 스크래치와 같은 표면 결함 우려가 있다. The abrasive grains may include primary particles of 5 nm to 100 nm and secondary particles of 50 nm to 300 nm. If the particle size of the secondary particles in the slurry composition is too small, the polishing rate for planarizing the substrate will be reduced. If the particle size is too large, planarization will be difficult and a mechanical disadvantage such as a scratched polishing surface will occur , But it is not limited thereto. When the secondary particle size of the slurry composition is less than about 50 nm in average size of the secondary particles, deterioration of cleaning property occurs when small particles are generated due to milling, and when the particle size exceeds about 300 nm, There is a fear of surface defects such as scratches.
상기 음이온성 고분자는, 질화막 표면에 흡착 성능을 강화하여 산화막에서 자동 연마 정지 기능을 구현하며, 예를 들어, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리스티렌/아크릴산 공중합체 및 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The anionic polymer may improve the adsorption performance on the surface of the nitride film to realize an automatic polishing stop function in the oxide film. For example, the anionic polymer may include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrene / acrylic acid copolymer, and polyacrylamide / acrylic acid copolymer And at least one selected from the group consisting of
상기 음이온성 고분자는, 상기 슬러리 조성물 중 연마입자 대비 0.05 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 음이온성 고분자가 상기 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 미만인 경우 산성 영역에서 음의 제타전위를 구현하기 어려우며, 분산 안정성이 저하되어 슬러리 품질이 낮아지고, 산화막에서 자동 연마 정지 기능을 구현하기 어렵다. 10 중량% 초과인 경우 슬러리 조성물과 반응하여 응집 현상을 발생시키는 문제점이 있다.The anionic polymer may be 0.05% by weight to 10% by weight of the abrasive grains in the slurry composition. When the anionic polymer is less than 0.05 wt% in the slurry composition, it is difficult to realize a negative zeta potential in the acidic region, the dispersion stability is lowered and the slurry quality is lowered and it is difficult to realize the automatic polishing stop function in the oxide film. If it is more than 10% by weight, there is a problem that the slurry is reacted with the slurry composition to cause agglomeration phenomenon.
상기 산성 물질은, 질화막의 연마속도를 높일 수 있고, 예를 들어, 무기산, 카르복실산, 유기 포스폰산, 산성 헤테로시클릭 화합물 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The acidic substance may increase the polishing rate of the nitride film and may include at least one selected from the group consisting of an inorganic acid, a carboxylic acid, an organic phosphonic acid, an acidic heterocyclic compound, and a salt thereof .
상기 카르복실산은, 벤조산, 페닐아세트산, 1-나프토산, 2-나프토산, 글리콜산, 포름산, 락트산, 만델산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 아디프산, 타르타르산, 시트르산, 말레산, 푸마르산, 아스파르트산, 글루탐산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산 및 이타콘산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.Wherein the carboxylic acid is selected from the group consisting of benzoic acid, phenylacetic acid, 1-naphthoic acid, 2-naphthoic acid, glycolic acid, formic acid, lactic acid, mandelic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, adipic acid, tartaric acid, At least one selected from the group consisting of aspartic acid, glutamic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and itaconic acid.
상기 카르복실산은 상기 연마입자의 표면과 반응하여 상기 슬러리 조성물의 분산 안정성을 유지시킬 수 있다.The carboxylic acid may react with the surface of the abrasive particles to maintain the dispersion stability of the slurry composition.
상기 산성 물질은, 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다. 상기 산성 물질이 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만인 경우 연마속도가 현저히 감소될 우려가 있고, 상기 산성 물질이 상기 슬러리 조성물 중 1.0 중량% 초과인 경우 분산 안정성이 저하되고, 거대 입자에 의한 스크래치 발생의 우려가 있다.The acidic material may be 0.1 wt% to 1.0 wt% of the slurry composition. When the acidic substance is less than 0.1% by weight of the slurry composition, the polishing rate may be significantly reduced. When the acidic substance is more than 1.0% by weight of the slurry composition, the dispersion stability is lowered. There is a concern.
상기 슬러리 조성물은, pH가 2 내지 6인 것일 수 있다. pH가 낮으면 연마 속도가 감소하게 되며, pH가 높을수록 연마 속도는 증가하지만, pH가 6 초과인 경우 분산 안정성이 급격히 저하되어 응집이 발생하게 되는 문제점이 있다.The slurry composition may have a pH of 2 to 6. When the pH is low, the polishing rate is decreased. When the pH is high, the polishing rate is increased. However, when the pH is more than 6, the dispersion stability is rapidly lowered and coagulation occurs.
상기 슬러리 조성물 표면은 마이너스의 제타전위를 가지는 것일 수 있으며, 예를 들어, -20 mV 내지 -100 mV인 것일 수 있다. 이는, 제타전위가 제로 또는 플러스의 값을 나타내는 경우에는 슬러리의 분산 안정성이 저하되어 응집되고, 또한 산화막에서의 연마 정지 기능이 나타나지 않는다. The surface of the slurry composition may have a negative zeta potential, for example, from -20 mV to -100 mV. This is because, when the zeta potential shows a value of zero or positive, the dispersion stability of the slurry is lowered to coagulate and the polishing stop function in the oxide film does not appear.
또한 슬러리 조성물 중에서의 제타전위가 -20 ㎷보다 높은 경우에는, 가령 마이너스의 값이라도 질화막의 연마 속도가 약간 낮아지는 경향이나 산화막의 연마 속도가 약간 높아지는 경향이 있다. 따라서, 슬러리 조성물 표면의 제타 전위는 -20 ㎷ 이하인 것일 수 있다.When the zeta potential in the slurry composition is higher than -20 ° C, the polishing rate of the nitride film tends to be slightly lower or the polishing rate of the oxide film tends to be slightly higher, even at a negative value. Therefore, the zeta potential of the surface of the slurry composition may be -20 ㎷ or less.
상기 슬러리 조성물은, 질화막 대비 산화막의 연마 선택비가 2:1 내지 10:1인 것일 수 있다.In the slurry composition, the polishing selectivity ratio of the oxide film to the nitride film may be 2: 1 to 10: 1.
상기 슬러리 조성물은 질화막을 연마하고, 산화막에서 자동연마정지 기능을 가지는 것일 수 있다.
The slurry composition may be one which polishes a nitride film and has an automatic polishing stop function in the oxide film.
본 발명의 제2 측면에 따른 질화막의 연마 방법은, 기판 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 질화막을 형성하는 단계; 및 연마입자, 폴리아크릴산을 포함하는 음이온성 고분자, 및 pKa 값이 1 내지 4인 산성 물질을 포함하는 슬러리 조성물을 이용하여 상기 질화막을 연마하는 단계를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of polishing a nitride film, comprising: forming an oxide film on a substrate; Forming a nitride film on the oxide film; And polishing the nitride film using a slurry composition comprising abrasive grains, an anionic polymer including polyacrylic acid, and an acidic material having a pKa value of 1 to 4.
상기 질화막을 연마하는 단계는, 상기 질화막 연마 시 상기 산화막에서 연마 정지되는 것일 수 있다.
The step of polishing the nitride film may be a polishing stop in the oxide film during the polishing of the nitride film.
본 발명의 슬러리 조성물은, 연마입자에 약산성 또는 산성 영역에서 음의 제타전위를 구현한 슬러리 조성물을 이용함으로써 질화막의 연마 속도를 높이고, 산화막에서 자동 연마 정지 기능을 구현할 수 있다. 또한, 초순수에 의한 세정성이 우수하여, 결함 발생을 감소시킬 수 있다.
The slurry composition of the present invention can improve the polishing rate of the nitride film and realize the automatic polishing stop function in the oxide film by using the slurry composition in which the negative zeta potential is realized in the weakly acidic or acidic region to the abrasive grains. Further, the cleaning property by the ultra-pure water is excellent, and the occurrence of defects can be reduced.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
[비교예 1-1][Comparative Example 1-1]
상용화된 150 nm급 세리아 슬러리를 초순수로 희석하여 0.1 wt%의 슬러리로 제조하였다.A commercially available 150 nm ceria slurry was diluted with ultrapure water to prepare a 0.1 wt% slurry.
[실시예 1-1][Example 1-1]
상용화된 150 nm급 세리아 슬러리에 음이온성 고분자로 폴리아크릴산을 연마 입자 대비 2.5 중량% 첨가하고, pKa 값이 1 내지 4인 산 용액으로 pH 조절 후, 초순수로 희석하여 0.1 wt%의 슬러리로 제조하였다. 이어서 상기 슬러리를 필터링을 실시하여 응집된 입자를 제거하였다.
2.5 wt% of polyacrylic acid as an anionic polymer was added to a commercially available 150 nm ceria slurry, pH adjusted with an acid solution having a pKa value of 1 to 4, and then diluted with ultrapure water to prepare a slurry of 0.1 wt% . The slurry was then filtered to remove aggregated particles.
[실시예 2-1][Example 2-1]
하소 공정을 통해 제조된 고상법 세리아 1차 입자 25 nm인 파우더를 준비하였다. 분산액은 음이온성 고분자로 폴리아크릴산을 연마 입자 대비 2.5 중량% 첨가하고, pKa 값이 1 내지 4인 산 용액으로 pH 조절하였다. 준비된 분산액에 파우더를 투입하고, 30분간 예비 혼합(Pre mixing)을 진행하였다. 또한 0.3 mm 크기의 비드(Bead)를 30% 충진하여 볼밀(Ball Mill) 분산을 진행하였다. 입자 크기가 150 nm가 되었을 때, 볼밀링(Ball Milling)을 중단하고, 필터링을 실시하여 응집된 입자를 제거하였다.
A powder with a ceria primary particle size of 25 nm prepared by the calcination process was prepared. The dispersion was prepared by adding 2.5 wt% of polyacrylic acid as an anionic polymer to the abrasive grains and adjusting the pH of the dispersion with an acid solution having a pKa value of 1 to 4. Powder was added to the prepared dispersion and pre-mixed for 30 minutes. In addition, a ball mill dispersion was performed by filling 30% of beads having a size of 0.3 mm. When the particle size reached 150 nm, ball milling was stopped and filtering was performed to remove the agglomerated particles.
[실시예 2-2][Example 2-2]
하소 공정을 통해 제조된 고상법 세리아 1차 입자 40 nm인 파우더를 준비하였다. 분산액은 음이온성 고분자로 폴리아크릴산을 연마 입자 대비 2.5 중량% 첨가하고, pKa 값이 1 내지 4인 산 용액으로 pH 조절하였다. 준비된 분산액에 파우더를 투입하고, 30분간 예비 혼합을 진행하였다. 또한 0.3 mm 크기의 비드를 30% 충진하여 볼밀 분산을 진행하였다. 입자 크기가 150 nm가 되었을 때, 볼밀링을 중단하고, 필터링을 실시하여 응집된 입자를 제거하였다.
A powder with a ceria primary particle diameter of 40 nm prepared by a calcination process was prepared. The dispersion was prepared by adding 2.5 wt% of polyacrylic acid as an anionic polymer to the abrasive grains and adjusting the pH of the dispersion with an acid solution having a pKa value of 1 to 4. Powder was added to the prepared dispersion and premixed for 30 minutes. In addition, ball mill dispersion was performed by filling 30% beads of 0.3 mm size. When the particle size reached 150 nm, ball milling was discontinued and filtering was performed to remove the agglomerated particles.
[실시예 2-3][Example 2-3]
하소 공정을 통해 제조된 고상법 세리아 1차 입자 60 nm인 파우더를 준비하였다. 분산액은 음이온성 고분자로 폴리아크릴산을 연마 입자 대비 2.5 중량% 첨가하고, pKa 값이 1 내지 4인 산 용액으로 pH 조절하였다. 준비된 분산액에 파우더를 투입하고, 30분간 예비 혼합을 진행하였다. 또한 0.3 mm 크기의 비드를 30% 충진하여 볼밀 분산을 진행하였다. 입자 크기가 150 nm가 되었을 때, 볼밀링을 중단하고, 필터링을 실시하여 응집된 입자를 제거하였다.
A powder with a ceria primary particle size of 60 nm prepared by the calcination process was prepared. The dispersion was prepared by adding 2.5 wt% of polyacrylic acid as an anionic polymer to the abrasive grains and adjusting the pH of the dispersion with an acid solution having a pKa value of 1 to 4. Powder was added to the prepared dispersion and premixed for 30 minutes. In addition, ball mill dispersion was performed by filling 30% beads of 0.3 mm size. When the particle size reached 150 nm, ball milling was discontinued and filtering was performed to remove the agglomerated particles.
각 실시예의 슬러리 조성물 중 1차입자, 2차입자의 평균 크기 및 함량, pH 조건은 아래의 표 1 및 표 2와 같다.
The average size and content and pH conditions of the primary and secondary particles in the slurry compositions of the respective Examples are shown in Tables 1 and 2 below.
[비교예 1-1 내지 1-2][Comparative Examples 1-1 to 1-2]
다른 조건은 실시예 1-1 내지 1-2와 모두 동일하되, 하기의 표 1과 같이 슬러리 조성물의 pH를 달리하여 질화막 및 산화막의 연마속도를 측정하였다.
Other conditions were the same as those of Examples 1-1 to 1-2, except that the polishing rate of the nitride film and the oxide film was measured by varying the pH of the slurry composition as shown in Table 1 below.
[연마 조건][Polishing condition]
비교예 1 및 실시예 1의 슬러리 조성물을 하기와 같은 연마 조건으로 연마하였다.
The slurry compositions of Comparative Example 1 and Example 1 were polished under the following polishing conditions.
1. 연마기: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech 社)1. Grinder: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech)
2. 패드: IC-1010 (Rohm&Hass 社)2. Pad: IC-1010 (Rohm & Hass)
3. 연마 시간: 60 s 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)3. Polishing time: 60 s blanket wafer
4. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 244. Platen RPM: 24
5. 헤드 RPM (Head RPM): 90.5. Head RPM: 90.
6. 유량 (Flow rate): 200 ml/min6. Flow rate: 200 ml / min
7. 사용된 웨이퍼:7. Wafers used:
- 8인치 SiO2 블랭킷 웨이퍼 (PE-TEOS)- 8 inch SiO 2 blanket wafer (PE-TEOS)
- 8인치 Si3N4 블랭킷 웨이퍼 (Nitride) - 8 inch Si3N4 blanket wafer (Nitride)
8. 압력: 4.0 psi
8. Pressure: 4.0 psi
(질화막/산화막)Abrasive selection ratio
(Nitride film / oxide film)
(질화막/산화막)Abrasive selection ratio
(Nitride film / oxide film)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질화막 연마율 프로파일을 나타낸 그래프이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화막 연마율 프로파일을 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing a nitride film polishing rate profile according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing a polishing rate profile of an oxide film according to an embodiment of the present invention.
표 1에서 확인할 수 있듯이, 동일 조건인 경우, 비교예 1-2에 비하여 본 발명의 실시예 1-2의 경우 질화막/산화막 선택비가 우수함을 확인할 수 있었다.As can be seen from Table 1, it was confirmed that the nitride film / oxide film selection ratio in Example 1-2 of the present invention was superior to that of Comparative Example 1-2 in the same conditions.
표 2, 도 1 및 도 2에서 확인할 수 있듯이, 동일 조건인 경우, 본 발명의 실시예 2-1, 2-2, 2-3에서 질화막/산화막 선택비가 매우 우수함을 확인할 수 있었다.
As can be seen from Table 2, FIG. 1 and FIG. 2, it was confirmed that the nitride film / oxide film selection ratio was excellent in Examples 2-1, 2-2 and 2-3 of the present invention under the same conditions.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
Claims (14)
폴리아크릴산을 포함하는 음이온성 고분자; 및
pKa 값이 1 내지 4인 산성 물질;
을 포함하고,
상기 연마입자는 세리아 연마입자이고,
마이너스 제타전위를 가지는 것이고,
질화막을 연마하고, 산화막에서 자동연마정지 기능을 가지는 것인,
슬러리 조성물.
Abrasive particles;
An anionic polymer comprising polyacrylic acid; And
an acidic substance having a pKa value of 1 to 4;
/ RTI >
The abrasive grains are ceria abrasive grains,
Has a negative zeta potential,
Wherein the polishing layer is polished and has an automatic polishing stop function in the oxide film.
Slurry composition.
상기 연마입자는, 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the abrasive grains are from 0.1 wt% to 5 wt% of the slurry composition.
상기 연마입자는, 5 nm 내지 100 nm의 1차 입자 및 50 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함하는 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the abrasive particles comprise primary particles of 5 nm to 100 nm and secondary particles of 50 nm to 300 nm.
상기 음이온성 고분자는, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리스티렌/아크릴산 공중합체 및 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the anionic polymer comprises at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polystyrene / acrylic acid copolymer, and polyacrylamide / acrylic acid copolymer.
상기 음이온성 고분자는, 상기 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 내지 5 중량%인 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the anionic polymer is 0.05% to 5% by weight of the slurry composition.
상기 산성 물질은, 무기산, 카르복실산, 유기 포스폰산, 산성 헤테로시클릭 화합물 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the acidic substance comprises at least any one selected from the group consisting of an inorganic acid, a carboxylic acid, an organic phosphonic acid, an acidic heterocyclic compound and salts thereof.
상기 카르복실산은, 벤조산, 페닐아세트산, 1-나프토산, 2-나프토산, 글리콜산, 포름산, 락트산, 만델산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 아디프산, 타르타르산, 시트르산, 말레산, 푸마르산, 아스파르트산, 글루탐산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 1,2,3,4-부탄테트라카르복실산 및 이타콘산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 슬러리 조성물.
8. The method of claim 7,
Wherein the carboxylic acid is selected from the group consisting of benzoic acid, phenylacetic acid, 1-naphthoic acid, 2-naphthoic acid, glycolic acid, formic acid, lactic acid, mandelic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, adipic acid, tartaric acid, Wherein the slurry composition contains at least any one selected from the group consisting of aspartic acid, glutamic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and itaconic acid.
상기 산성 물질은, 상기 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the acidic material is 0.1% to 1.0% by weight of the slurry composition.
상기 슬러리 조성물은, pH가 2 내지 6인 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the slurry composition has a pH of from 2 to 6.
상기 슬러리 조성물 표면의 제타전위가 -20 mV 내지 -100 mV인 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the zeta potential of the surface of the slurry composition is from -20 mV to -100 mV.
상기 슬러리 조성물은, 질화막 대비 산화막의 연마 선택비가 2:1 내지 10:1인 것인, 슬러리 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the slurry composition has a polishing selectivity ratio of the oxide film to the nitride film is from 2: 1 to 10: 1.
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- 2013-08-06 KR KR1020130092948A patent/KR101470977B1/en active IP Right Grant
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