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KR20230063182A - 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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Publication number
KR20230063182A
KR20230063182A KR1020210148153A KR20210148153A KR20230063182A KR 20230063182 A KR20230063182 A KR 20230063182A KR 1020210148153 A KR1020210148153 A KR 1020210148153A KR 20210148153 A KR20210148153 A KR 20210148153A KR 20230063182 A KR20230063182 A KR 20230063182A
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KR
South Korea
Prior art keywords
acid
polishing
slurry composition
group
weight
Prior art date
Application number
KR1020210148153A
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English (en)
Inventor
권창길
이성표
Original Assignee
주식회사 케이씨텍
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
Application filed by 주식회사 케이씨텍 filed Critical 주식회사 케이씨텍
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Priority to US17/977,702 priority patent/US20230136640A1/en
Priority to TW111141291A priority patent/TWI837912B/zh
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Abstract

본 발명은 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 연마 입자; 분산제; pH 버퍼제; 및 당류 화합물, 아미노산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 디싱 억제제;를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.

Description

연마용 슬러리 조성물 {POLISHING SLURRY COMPOSITION}
본 발명은 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 넓은 폭을 갖는 패턴 웨이퍼의 저단차부 디싱(Dishing) 발생량을 최소화할 수 있는 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 공정은 연마 입자가 포함된 슬러리를 기판 상에 투입하고 연마 장치에 장착된 연마 패드를 이용하여 실시하게 된다. 이 때, 연마 입자는 연마 장치로부터 압력을 받아 기계적으로 표면을 연마하게 되고, 슬러리 조성물에 포함된 화학적 성분이 기판의 표면을 화학적으로 반응시켜 기판의 표면 부위를 화학적으로 제거하게 된다.
화학적 기계적 연마 공정은 반도체 소자 제조 공정에 있어서 층간 절연막의 평탄화 공정, 얕은 트렌치 소자 분리(Shallow Trench Isolation : STI) 공정, 플러그 및 매립 금속 배선 형성 등에 사용되고 있다.
STI 공정은 분리 부분을 분리 영역을 식각하고 트렌치를 형성시킨 뒤, 산화물을 증착한 후 CMP를 통하여 평탄화하는 기술을 도입한다. 이 때, 절연막인 산화물 층의 연마율은 높이고 확산 장벽인 질화물 층의 연마율은 낮추는 이른바 선택적 연마 특성이 요구된다.
그러나 선택적 연마 특성이 증가할 경우, 즉, 질화막에 대한 산화막의 높은 선택비는 산화막에 디싱(Dishing)을 발생시키며, 이는 완성된 반도체 칩에 전자 터널링에 의한 전류 누설 및 신뢰성 문제를 유발한다.
이에, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비를 높이면서 산화막 디싱을 낮추는 슬러리 조성물들이 연구되었으나, 종래 슬러리 조성물의 경우 500 ㎛ 이하의 폭을 갖는 패턴 저단차부에 대해서만 성능이 구현되었으며 그 이상의 넓은 폭을 갖는 패턴 저단차부에 대한 디싱 저하 성능은 구현되지 않는 한계를 보였다.
따라서 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비를 높이면서, 넓은 폭을 갖는 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막 디싱을 최소화할 수 있는 연마용 슬러리 조성물에 대한 개발이 요구되었다.
문제점은 점착 시트 또는 필름이 디스플레이에 적용될 시 게터층의 신뢰성 저하로 이어지게 된다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비를 높이면서 넓은 폭을 갖는 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막 디싱을 최소화할 수 있는 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 연마 입자; 분산제; pH 버퍼제; 및 당류 화합물, 아미노산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 디싱 억제제;를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 금속산화물; 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물; 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속 산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 1차 입자 크기는, 5 nm 내지 150 nm이고, 상기 연마 입자의 2차 입자 크기는, 30 nm 내지 300 nm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 연마 입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산제는, 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 니코틴산(Nicotinic acid), 디니코틴산(Dinicotinic acid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid), 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산제의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 버퍼제는, 아미노산을 포함하고, 상기 아미노산은, 히스티딘, 리신 및 아르기닌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 버퍼제의 함량은, 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 단당류, 다당류, 당 알코올 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 하이드록시기(-OH)를 4개 이상 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 하이드록시기 및 아민기를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱 억제제는, 프롤린(proline), 리보스(Ribose), 글루코스(glucose), 소르비톨(sorbitol), N-아세틸-D-글루코사민(N-Acetyl-D-glucosamine) 및 글루코사민 염산염(glucosamine hydrochloride)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱 억제제의 함량은, 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, pH 조절제;를 더 포함하고, 상기 pH 조절제는, 락트산(lactic acid), 피멜린산(pimelic acid), 말산(malic acid), 말론산(malonicacid), 말레산(maleic acid), 아세트산(acetic acid), 아디프산(adipic acid), 옥살산(oxalic acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 시트르산(citric acid), 글루타르산(glutaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 포름산(formic acid), 푸마르산(fumaric acid), 프로피온산(propionic acid), 부티르산(butyric acid), 히드록시부티르산(hydroxybutyric acid), 아스파르트산(aspartic acid), 이타콘산(Itaconic Acid), 트리카발산(tricarballylic acid), 수베르산(suberic acid), 세바스산(sebacic acid), 스테아르산(stearic acid), 피루브산(pyruvic acid), 아세토아세트산(acetoacetic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 아젤라산(azelaic acid), 카프릴산(caprylic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 발레르산(valeric acid) 및 팔미트산(palmitic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, pH 가 4 내지 6인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 2,000 ㎛ 이상의 폭을 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것이고, 상기 패턴 웨이퍼의 저단차부의 디싱(Dishing) 발생량은 1,600 Å 이하인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 산화막(SiO2)의 연마 속도가 2000 Å/min 이상이고, 질화막(SiN)에 대한 산화막(SiO2)의 연마 선택비(산화막(SiO2)의 연마 속도/질화막(SiN)의 연마 속도)는 200 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비가 높고, 넓은 폭을 갖는 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막 디싱(Dishing)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 측면은, 연마 입자; 분산제; pH 버퍼제; 및 당류 화합물, 아미노산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 디싱 억제제;를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 디싱 억제제를 포함함으로써, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비가 높고, 넓은 폭(스페이스)을 갖는 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막 디싱(Dishing)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
상기 패턴 웨이퍼의 저단차부는, 단차의 오목부를 의미한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 금속산화물; 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물; 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속 산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 입자는 콜로이달 세리아인 것일 수 있다.
상기 연마 입자는, 높은 분산 안정성을 제공하고, 연마 대상막인 무기 산화막의 산화를 촉진하여 무기 산화막을 용이하게 연마시켜 스크래치 등의 결함을 최소화하면서 높은 연마 특성을 구현할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있다. 액상법은 연마 입자 전구체를 수용액 중에서 화학 반응시키고 결정을 성장시켜 미립자를 얻는 졸-겔(sol-gel)법이나 연마 입자 이온을 수용액에 침전시키는 공침법 또는 고온 고압 하에서 연마 입자를 형성하는 수열 합성법 등을 적용하여 제조될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 연마 입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다. 상기 연마 입자는, 액상법에 의해 제조될 수 있는데 이 때 연마 입자의 표면이 양전하를 갖도록 분산될 수 있다.
상기 연마 입자는 단결정성 입자를 포함할 수 있다. 단결정성 연마 입자를 사용할 경우, 다결정성 연마 입자 대비 스크래치 저감 효과를 얻을 수 있으며 디싱이 개선될 수 있다.
상기 연마 입자의 형상은, 구형, 각형, 침상(針狀) 형상 및 판상(板狀) 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형인 것일 수 있다.
상기 연마입자는, 단일 사이즈 입자 이외에도, 다분산(multi dispersion) 형태의 입자 분포를 포함하는 혼합입자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 2종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 바이모달(bimodal) 형태의 입자 분포를 가지거나 3종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 3가지 피크를 보이는 입도 분포를 가지는 것일 수 있다. 또는, 4종 이상의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 다분산 형태의 입자분포를 가질 수 있다. 상대적으로 큰 연마 입자와 상대적으로 작은 연마입자가 혼재함으로써 더 우수한 분산성을 가지며, 웨이퍼 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 1차 입자 , 2차 입자 또는 이둘을 모두 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 1차 입자 크기는, 5 nm 내지 150 nm 이고, 상기 연마 입자의 2차 입자 크기는, 30 nm 내지 300 nm인 것일 수 있다.
상기 연마 입자의 크기는, 주사전자현미경 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값을 의미한다.
상기 연마 입자의 1차 입자 크기가 상기 범위 미만일 경우 연마속도가 현저히 감소하는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 스크래치 발생 확률이 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 연마 입자의 2차 입자 크기가 상기 범위 미만일 경우 연마율이 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 과잉 연마로 인해 선택비 조절이 어려울 수 있고 산화막 디싱이 증가할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.5 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.5 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
상기 연마 입자의 함량이 상기 범위 미만일 경우, 연마 속도가 감소될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 과도한 연마에 의한 결함이나 스크래치 등의 결점이 발생할 수 있고, 연마 입자 수가 증가함에 따라 표면에 잔류하는 입자의 흡착성에 의해 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산제는, 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 니코틴산(Nicotinic acid), 디니코틴산(Dinicotinic acid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid), 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산제의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.5 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
상기 분산제의 함량이 상기 범위 미만으로 포함될 경우 연마 입자의 분산이 이루어지지 않아 연마 성능이 저하될 수 있고, 목표하는 연마 선택비의 구현이 어려울 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
반면, 상기 범위를 초과하는 경우에 응집이 발생하여 분산 안정성이 저하될 수 있으며, 이로 인해 연마 대상막 표면에 결함이 발생할 수 있고, 연마율이 현저하게 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 버퍼제는, 아미노산을 포함하고, 상기 아미노산은, 히스티딘, 리신 및 아르기닌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 pH 버퍼제는, 연마 입자의 분산성 및 분산 안정성을 확보하는 기능을 수행할 수 있고, 첨가제들로 인한 분산 안정성 저하를 방지할 수 있다.
상기 아미노산은, 연마속도를 유지할 수 있고, 소량으로도 충분한 pH 버퍼 역할을 하는 장점이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 버퍼제의 함량은, 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.3 중량%인 것일 수 있다.
상기 pH 버퍼제가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 분산 안정성이 저하되어 원하는 연마 성능의 구현일 어려울 수 있고, 연마속도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
반면, 상기 pH 버퍼제가 상기 범위를 초과하여 포함될 경우, 과량의 pH 버퍼제들이 응집하여 분산 안정성이 감소하고 연마 대상막에 마이크로 결함이나 스크래치 등을 발생시킬 수 있으며, 연마속도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 연마용 슬러리 조성물은, 당류 화합물, 아미노산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 디싱 억제제;를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 아미노산은, 프롤린, 글리신, 알라닌, 메티오닌, 발린, 아이소류신 및 류신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 디싱 억제제는, 하이드록시기 작용기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함하는 것으로, 산화막의 디싱을 억제하는 기능을 수행한다.
즉, 상기 디싱 억제제는 연마 슬러리 조성물이 질화막과 산화막 동시 연마 시, 질화막 대 산화막에 대한 높은 연마 선택비를 확보하면서도 산화막의 디싱을 억제할 수 있도록 한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 단당류, 다당류, 당 알코올 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 단당류는, 단당류 및 단당류 유도체를 모두 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 단당류는, 글루코스, 리보스, 아라비노스, 릭소스, 말토스, 알로스, 알트로스, 굴로스, 자일룰로스, 탈로스, 말로스, 리불로스, 이도스, 락토스, 자일로스, 갈락토스, 프락토스 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 단당류 유도체로는, N-아세틸-D-글루코사민 (N-Acetyl-D-glucosamine)을 사용할 수 있다.
상기 다당류는, 다당류 및 다당류 유도체를 모두 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 다당류는, 겔란검(Gellangum), 람산검(Rhamsan gum), 웰란검(Welangum), 크산탄검(Xanthangum), 구아검(Guargum), 카라야검(Karayagum), 아라빅검(Arabicgum), 메뚜기콩검(Locust beangum), 트라가칸트검(Tragacanth gum), 가티검(Gum Ghatti), 타라검(Tara gum), 곤약검(konjac gum), 알긴(Algin), 아가(Agar), 카라기난(Carrageenan), 퍼셀라란(Furcellaran), 커들란(Curdlan), 알긴산(Alginic acid), 카세인(Casein), 타타검(Tatagum), 타마린드검(Tamarind gum), 펙틴(Pectin), 글루코만난(Glucomannan), 아라비노갈락탄(Arabino Galactan), 풀루리안(Pulluian) 및 아카시아검(Acacia gum)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당 알코올은, 말티톨(maltitol), 락티톨(lactitol), 트레이톨(threitol), 에리트리톨(erythritol), 리비톨(ribitol), 자일리톨(xylitol), 아라비톨(arabitol), 아도니톨(adonitol), 소르비톨(sorbitol), 탈리톨(talitol), 아이소몰트(isomalt), 만니톨(mannitol), 이디톨(iditol), 알로둘시톨(allodulcitol), 둘시톨(dulcitol), 세도헵티톨(sedoheptitol), 및 페르세이톨(perseitol)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 단당류, 다당류 및 당 알코올의 염은, 상기 단당류의 염, 상기 다당류의 염 및 상기 당 알코올의 염을 의미하는 것으로, 예를 들어, 상기 단당류의 염으로는 글루코사민 염산염(glucosamine hydrochloride)을 사용할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 하이드록시기(-OH)를 4개 이상 포함하는 것일 수 있다.
하이드록시기를 4개 이상 포함할 경우, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비를 높게 구현하면서도 넓은 폭의 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막의 디싱을 최소화할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 하이드록시기(-OH)를 6개 이상 포함하는 것일 수 있고, 이 때 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비를 최대화할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 당류 화합물은, 하이드록시기 및 아민기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 하이드록시기 및 아민기를 동시 포함하는 화합물의 경우에는, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비를 최대로 구현하면서도 넓은 폭의 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막의 디싱을 최소화할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱 억제제는, 프롤린(proline), 리보스(Ribose), 글루코스(glucose), 소르비톨(sorbitol), N-아세틸-D-글루코사민(N-Acetyl-D-glucosamine) 및 글루코사민 염산염(glucosamine hydrochloride)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱 억제제의 함량은, 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.01 중량% 내지 0.8 중량%인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.08 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 0.08 중량% 내지 0.3 중량%인 것일 수 있다.
상기 디싱 억제제의 함량이 상기 범위 미만으로 포함될 경우, 산화막 디싱 억제 성능이 저하되고, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비가 저하될 수 있다.
반면, 상기 디싱 억제제의 함량이 상기 범위를 초과하여 포함될 경우, 연마속도가 현저하게 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, pH 조절제;를 더 포함하고, 상기 pH 조절제는, 락트산(lactic acid), 피멜린산(pimelic acid), 말산(malic acid), 말론산(malonicacid), 말레산(maleic acid), 아세트산(acetic acid), 아디프산(adipic acid), 옥살산(oxalic acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 시트르산(citric acid), 글루타르산(glutaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 포름산(formic acid), 푸마르산(fumaric acid), 프로피온산(propionic acid), 부티르산(butyric acid), 히드록시부티르산(hydroxybutyric acid), 아스파르트산(aspartic acid), 이타콘산(Itaconic Acid), 트리카발산(tricarballylic acid), 수베르산(suberic acid), 세바스산(sebacic acid), 스테아르산(stearic acid), 피루브산(pyruvic acid), 아세토아세트산(acetoacetic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 아젤라산(azelaic acid), 카프릴산(caprylic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 발레르산(valeric acid) 및 팔미트산(palmitic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 pH 조절제는, 연마용 슬러리 조성물의 pH를 조절하는 양으로 첨가될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은, 농축 또는 희석되어 사용될 수 있다. 또한, 상기 연마 슬러리 조성물은, 용매를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물인 것일 수 있다.
상기 연마용 슬러리 조성물은, 제타전위가 +10 mV 내지 +60 mV인 양의 제타전위를 가지는 것일 수 있다.
양으로 하전된 연마 입자는 높은 분산 안정성을 유지하여 연마 입자의 응집이 발생하지 않아 마이크로 스크래치 발생을 감소시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, pH 가 4 내지 6인 것일 수 있다. 바람직하게는, pH 가 4 내지 5인 것일 수 있다.
상기 pH 범위를 벗어날 경우, 분산성이 감소하고 입자의 응집을 유발하여 스크래치나 결함을 유발하는 문제점이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 2,000 ㎛ 이상의 폭을 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것이고, 상기 패턴 웨이퍼의 저단차부의 디싱(Dishing) 발생량은 1,600 Å 이하인 것일 수 있다.
여기서, 저단차부는 단차의 오목부를 의미하는 것일 수 있다.
또한, 상기 디싱 발생량은, 단차의 볼록부와 오목부의 높이차를 의미하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 2,700 ㎛ 이상의 폭을 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 패턴 웨이퍼의 저단차부의 디싱(Dishing) 발생량은 1,000 Å 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 넓은 폭을 갖는 패턴 웨이퍼의 저단차부에서 산화막 디싱(Dishing)을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
즉, 산화막 디싱 발생량을 최소화함으로써 결함을 방지하고, 반도체 소자의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 산화막(SiO2)의 연마 속도가 2,000 Å/min 이상이고, 질화막(SiN)에 대한 산화막(SiO2)의 연마 선택비(산화막(SiO2)의 연마 속도/질화막(SiN)의 연마 속도)는 200 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 질화막에 대한 산화막의 연마 선택비가 높은 특징을 갖는다.
특히, 2,000 Å/min 이상의 높은 산화막 연마 속도에서도 산화막에 대한 고선택비 구현이 가능한 장점이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 절연막 및 무기 산화막 중 적어도 하나를 포함하는 박막의 연마에 적용되는 것일 수 있다.
상기 절연막은, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 폴리실리콘막으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 무기 산화막은, FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2 : F), ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(Al-doped ZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 얕은 트렌치 소자 분리(Shallow Trench Isolation : STI) 공정에 적용되는 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
연마 입자로 콜로이달 세리아 4 중량%, 분산제로 피콜린산을 0.5 중량%로 혼합하여 연마 입자 분산액을 제조하였다.
연마 입자 분산액에 pH 버퍼제로 히스티딘 0.1 중량%, 디싱 억제제로 프롤린 0.1 중량%를 첨가하고, pH 조절제를 사용하여 pH 4.5의 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
디싱 억제제로 리보스를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
디싱 억제제로 글루코스를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
디싱 억제제로 소르비톨을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
디싱 억제제로 N-아세틸-D-글루코사민을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
디싱 억제제로 글루코사민 염산염을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
디싱 억제제를 첨가하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 하기와 같은 연마 조건으로CMP 공정을 수행하였다.
연마 조건
1. 연마장비: AP-300 (CTS社)
2. 웨이퍼: 300mm PE-TEOS, LP-SiN, STI용 패턴 웨이퍼
3. 캐리어 압력(Carrier pressure): 4psi
4. 스핀들 스피드(spindle speed): 87rpm
5. 플레이튼 스피드(platen speed): 93rpm
6. 유량(flow rate): 250ml/min
7. 연마 시간:60s
표 1은, 각 연마용 슬러리 조성물에 사용된 디싱 억제제의 종류와 산화막 및 질화막의 연마 속도(Removal Rate: RR), 연마 선택비, 산화막 디싱(Dishing) 발생 정도 및 질화막 손실 정도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 실시예들의 경우 200 이상의 연마 선택비를 나타내면서 2700 um 이상의 넓은 폭을 갖는 패턴 저단차부에 대해서도 산화막의 디싱 발생량이 1600 Å 이하로 나타났으며, 질화막 손실량은 75 Å로 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 디싱 억제제를 사용하지 않은 비교예1 슬러리 조성물과 비교하여 연마 선택비는 증가하고 산화막의 디싱 발생량과 질화막 손실량은 감소하였음을 확인할 수 있다. 특히, 하이드록시기(-OH)를 4개 이상 포함하는 당류 화합물을 디싱 억제제로 포함하는 경우(실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4) 1400 Å 이하의 디싱 발생량을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 하이드록시기(-OH)를 4개 이상 포함하면서, 아민기를 가지는 디싱 억제제를 포함하는 경우(실시예 5 및 실시예 6)에 연마 선택비 증가, 산화막 디싱 발생 감소 및 질화막 손실 감소 효과가 더욱 증진되는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 연마 입자;
    분산제;
    pH 버퍼제; 및
    당류 화합물, 아미노산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는, 디싱 억제제;
    를 포함하는,
    연마용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    금속산화물; 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물; 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 금속 산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자의 1차 입자 크기는, 5 nm 내지 150 nm이고,
    상기 연마 입자의 2차 입자 크기는, 30 nm 내지 300 nm인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자의 함량은,
    0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분산제는,
    피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 니코틴산(Nicotinic acid), 디니코틴산(Dinicotinic acid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid), 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분산제의 함량은,
    0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 pH 버퍼제는,
    아미노산을 포함하고,
    상기 아미노산은, 히스티딘, 리신 및 아르기닌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 pH 버퍼제의 함량은,
    0.01 중량% 내지 5 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 당류 화합물은,
    단당류, 다당류, 당 알코올 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 당류 화합물은,
    하이드록시기(-OH)를 4개 이상 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 당류 화합물은,
    하이드록시기 및 아민기를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 디싱 억제제는,
    프롤린(proline), 리보스(Ribose), 글루코스(glucose), 소르비톨(sorbitol), N-아세틸-D-글루코사민(N-Acetyl-D-glucosamine) 및 글루코사민 염산염(glucosamine hydrochloride)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 디싱 억제제의 함량은,
    0.001 중량% 내지 1 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    pH 조절제;를 더 포함하고,
    상기 pH 조절제는, 락트산(lactic acid), 피멜린산(pimelic acid), 말산(malic acid), 말론산(malonicacid), 말레산(maleic acid), 아세트산(acetic acid), 아디프산(adipic acid), 옥살산(oxalic acid), 숙신산(succinic acid), 타르타르산(tartaric acid), 시트르산(citric acid), 글루타르산(glutaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 포름산(formic acid), 푸마르산(fumaric acid), 프로피온산(propionic acid), 부티르산(butyric acid), 히드록시부티르산(hydroxybutyric acid), 아스파르트산(aspartic acid), 이타콘산(Itaconic Acid), 트리카발산(tricarballylic acid), 수베르산(suberic acid), 세바스산(sebacic acid), 스테아르산(stearic acid), 피루브산(pyruvic acid), 아세토아세트산(acetoacetic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 아젤라산(azelaic acid), 카프릴산(caprylic acid), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 발레르산(valeric acid) 및 팔미트산(palmitic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    pH 가 4 내지 6인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  17. 제1항에 있어서,
    2,000 ㎛ 이상의 폭을 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것이고,
    상기 패턴 웨이퍼의 저단차부의 디싱(Dishing) 발생량은 1,600 Å 이하인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  18. 제1항에 있어서,
    산화막(SiO2)의 연마 속도가 2000 Å/min 이상이고,
    질화막(SiN)에 대한 산화막(SiO2)의 연마 선택비(산화막(SiO2)의 연마 속도/질화막(SiN)의 연마 속도)는 200 이상인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
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