KR100452493B1

KR100452493B1 - 반도체 기판용 연마제

Info

Publication number: KR100452493B1
Application number: KR10-2000-7000834A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 브라들; 올라프 하이취
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2004-10-08
Also published as: WO1999005232A1; EP0998536A1; CN1265131A; JP2001511468A; DE59806748D1; KR20010022261A; US6447372B1; EP0998536B1; JP3604630B2; CN1116372C

Abstract

본 발명은 연마 입자가 현탁되어 있는 용액을 갖는 연마제에 관한 것이다. 연마제는 연마제 입자가 유리전이 온도(T_G)를 갖는 제 1 성분을 필수 성분으로 함유하고, 도판트를 함유함을 특징으로 한다. 도판트의 농도는 유리전이 온도(T_G)가 도핑되지 않은 제 1 성분의 유리전이 온도(TG)보다 낮게 되도록 결정된다. 이러한 연마제는 반도체 또는 그 위에 도포된 층을 마이크로스크래치 없이 평탄화시키는 데에 사용된다.

Description

반도체 기판용 연마제 {POLISHING AGENT FOR SEMICONDUCTOR SUBSTRATES}

0.5㎛ 이하 기술에 사용되는 평탄화 방법 중 하나는 화학기계적 연마(CMP)이다. 이 방법은 화학 물질이 보조된 기계적 연마, 또는 기계적 작용이 보조된 습식 화학적 에칭으로서 간주될 수 있다. 연마 입자(연마재) 이외에, 연마제는 또한 활성 화학적 첨가제를 함유한다. 화학적 첨가제는 반도체 웨이퍼 상의 특정 층의 선택적 부식을 촉진시킨다. 이들 첨가제는 부식시키려는 층 재료에 맞춰진다. 연마제는 이산화규소(SiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃) 또는 산화세륨(Ce₂O₃)으로 구성된다.

경질 연마 입자가 비교적 연질인 층을 처리하는 데 사용되는 경우, 마이크로스크래치(microscratch)가 발생될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 연마 입자를 구성하는 성분을 보다 연질인 상으로 사용함으로써 연마 입자의 경도를 변화시키는 것이 공지되어 있다.

예를 들어, 산화알루미늄(Al₂O₃)은 경질 육방-상(코런덤) 및 연질 입방-상(알루미나)을 갖는다. 사실상, 이산화규소(SiO₂)는 8가지 상이한 다형태, 즉 석영, 홍연석, 인규석, 코오사이트, 스티쇼바이트(Stishovite), 키이타이트(keatite), 멜라노플로가이트(Melanophlogite) 및 섬유상 이산화규소가 공지되어 있다. 이들 물질은 모두 각각 규정된 경도 및 밀도를 갖는다. 사용되는 연마 입자의 경도를 변화시키기 위한 가능성은 이용가능한 다형태의 선택에 의해 제한된다. 이것은 물성의 연속 스펙트럼을 제공하지 않는다. 그러므로, 분쇄 공정에서는 평탄화시키려는 물질의 경도 및 조성이 제한 범위 내에서만 맞춰질 수 있다.

본 발명은 용액 및 용액 중에 현탁된 연마 입자를 갖는 연마제, 및 반도체 기판을 평탄화시키기 위해 상기 연마제를 사용하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 유리전이 온도와 융점 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 2는 연마 입자의 융점과 경도 사이의 관계를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된, 유리전이 온도와 융점 사이의 관계는 하기의 표 1로부터 유도된다 :

표 1

	유리전이 온도 [K]	융점 [K]
S	246	342
Se	318	490
As₂Te₃	379	633
ZnCl₂	380	590
As₂Se₃	468	633
As₂S₃	478	573
B₂O₃	530	793
BeF₂	598	821
GeSe	695	980
GeS₂	765	1073
GeO₂	853	1388
SiO₂	1453	2003

도 1은 기술된 성분에 대한 유리전이 온도에 따른 융점의 단조로운 증가를 나타낸다.

도 2는 융점의 함수로서의 모오스(Mohs) 스크래칭 경도를 나타낸다. 값은 하기의 표 2에 기재되어 있다 :

표 2

	융점 [K]	모오스 경도 (스크래칭 경도)
KCl	770	2.2
NaCl	800	2.5
NaF	992	3.2
BaO	1925	3.3
SrO	2430	3.9
CaO	2570	4.5
MgO	2642	6.5

도 2에 도시된, 융점과 스크래칭 경도 사이의 관계는 융점에 따른 스크래칭 경도의 단조로운 증가를 나타낸다.

또한, 이에 따라, 유리전이 온도의 증가에 따른 경도의 단조로운 증가가 제공된다.

하기의 표 3에 따른, PSG(인 규산염 유리) 및 BPSG(붕화인 규산염 유리)의 실시예를 참조하면, 도판트의 첨가에 의해 유리전이 온도는 저하된다:

표 3

	조성	유리전이 온도 T_G
	B₂O₃의 질량%	P₂O₅의 질량%
PSG			800
BPSG-A	11.9	4.2	645
BSG	18.9		515
PSG		7.5	750
PSG		6.9	725

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 피하도록 일반적 유형의 연마제를 제조하는 데에 있다. 특히, 마이크로스크래치의 형성을 방지하는 데에 가능한 부식율이 최고인 연마제가 사용된다.

상기 목적은 연마 입자에 유리전이 온도 T_G를 갖는 제 1 성분을 필수 성분으로 포함시키고, 도판트(dopant)를 함유시키며, 도판트의 농도를 도핑된 성분의 유리전이 온도 T_G'가 도핑되지 않은 제 1 성분의 유리전이 온도 T_G보다 낮도록 설정시킴으로써 달성된다.

따라서, 본 발명은 1종 이상의 물질을 조절 첨가하여 연마 입자를 구성하는 성분을, 유리전이 온도를 낮추는 방식으로 개질시키는 것을 제안한다. 이 결과, 상기 성분은 보다 연질이 된다.

연마제의 입자 직경이 50 내지 500 nm인 경우에, 경도와 같은 거시적 값은 더이상 중요하게 사용되지 않을 수 있다. 그러나, 분쇄 공정과 관련된 경도는 단순히 유리전이 온도에 따라 달라지는 것으로 입증되었다.

제 1 성분의 임의의 상전이를 피하기 위해 도판트의 첨가를 제한하는 것이 특히 유리하다. 이 경우에, 도판트의 첨가는 오로지 제 1 성분의 약간의 구조적 변형을 유발시키지만, 상전이를 일으키지는 않는다.

도판트의 첨가는 장거리 질서(long-range order) 및 그에 따른 결정 구조를 약화시킨다. 도판트 농도를 변화시킴으로써, 연마 입자의 경도는 상기 방식으로 정밀하게 조절될 수 있다. 이러한 연화를 위해 유리질 상태로의 전이는 필요하지 않다.

연마 입자의 바람직한 연화를 위해 유리질 상태로의 전이가 필요하지 않더라도, 유리전이 온도는 적합한 연질 조성물을 찾기 위해 사용될 수 있는 기준이 된다. 이와 관련하여, 용어 "유리전이 온도"는 이론적 유리전이 온도, 즉, 유리질 상태로 전이가 일어나면서 매우 느리게 냉각되는 온도를 의미한다. 열역학과 관련하여, 상기 온도 T_G는 이 온도에서 엔트로피 S_유리(T)가 엔트로피 S_결정(T)보다 높음을 특징으로 한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 기술된 방식으로 개질된 결정 구조도 조절 방식으로 보다 연화되는 요건을 충족시키기 때문에, 유리전이 온도 자체가 문제되는 것은 아니다.

도판트의 첨가에 대한 상한은 상분리(풍화) 또는 반전된 점도(즉, 시스템 B로 도핑된 시스템 A가 시스템 A로 도핑된 시스템 B로 전환됨)의 위험이 있는 농도에 의해 형성된다.

연마 작용의 기술적으로 중요한 변화를 달성하기 위해, 유리전이 온도가 도핑되지 않은 성분의 유리전이 온도에 비해 10% 이상까지 저하되도록 도판트의 농도를 설정하는 것이 유리하다.

유리하게는, 연마 입자의 제 1 성분은 금속 또는 반금속의 산화물이다. 제 1 성분이 SiO₂, Al₂O₃또는 Ce₂O₃와 같은 연마 입자용으로 공지된 재료 중 하나로 구성되는 경우가 특히 유리하다. 이들 성분의 부식 작용, 뿐만 아니라 이들과 연마제 중에 함유된 화학적 첨가제와의 상호작용 역시 공지되어 있다. 결정 구조가 약화되는 것과는 달리, 도판트, 예를 들어 B, P, As, Sb, Si 및 Al로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소가 첨가되는 경우에 보존되기 때문에, 처리하려는 층, 층에 함유된 용매 및 첨가제, 및 연마 입자로 구성된 전체 시스템에서의 상호작용은 마이크로스크래치의 형성이 연마 입자의 연화에 의해 방지될 정도로만 변동된다. 평면 연마 공정의 나머지 매개변수의 조절은 생략될 수 있다. 따라서, 연마 공정의 완전히 새로운 개발은 필요하지 않다. 따라서, 상응하게 생성된 연마제의 경우, 화학기계적 연마 공정에 사용될 가능성이 높다.

기술적 제한, 즉 물리적 및 화학적 제한으로 인해, 연마제용 제 1 성분으로서 적합한 성분의 선택이 제한된다. 1종 이상의 도판트를 첨가하면, 연마제를 교체할 필요 없이, 연마시키려는 각각의 기판에 연마제의 경도를 맞출 수 있게 된다.

본 발명에 따라서, 기술된 연마제는 반도체 기판 또는 그 위에 도포된 층을 마이크로스크래치 없이 평탄화시키는 데 사용될 수 있다.

제 1 성분이 도핑되지 않은 상태로 사용되는 경우에는, 반도체 기판 상에 놓인 층 또는 반도체 기판 자체에서 마이크로스크래치가 형성될 정도로 경질이 되도록, 그리고, 도판트의 농도가 도핑된 상태에서는 층 또는 반도체 기판에서 스크래치가 형성되지 않을 정도로 충분히 높게 선택되는 방식으로, 반도체 기판의 평탄화 방법에서 연마제의 사용을 체계화시키는 것이 특히 유리하다.

이러한 특정 용도의 경우, 연마제의 경도는 처리하려는 반도체 기판의 경도 및 조성에 대해 정밀하게 맞춰질 수 있다.

본 발명의 추가의 장점 및 특징은 종속항, 및 도면과 관련한 바람직한 예시적 구체예의 하기 설명에서 발견할 수 있다.

연마제용으로 적합한 콜로이드계의 제조방법은 하기에서 연마 입자의 제 1 성분으로서 SiO₂에 대한 실시예와 관련하여 설명될 것이다. 물론, 다른 제 1 성분 및 다른 도판트를 사용하여 이들 방법을 수행하는 것도 가능하다.

다양한 방법을 사용하여 도판트를 갖는 콜로이드성 SiO₂를 제조할 수 있다.

발열성 방법으로, SiCl₄/AlCl₃혼합물을 산소수소(oxyhydrogen) 기체 불꽃 하에 반응시키고, 반응 혼합물을 가수분해시켰다. 상기 방법으로 생성된 혼합된 산화물에서, 산화알루미늄 Al₂O₃를 모(host)산화물인 SiO₂의 일차 구조 중에 도판트로서 혼입시켰다. 이에 상응하여, SiCl₄와 BCl₃또는 PCl₅의 반응을 통해 다른 도판트, 예를 들어 붕소 또는 인을 혼입할 수 있다.

콜로이드성 SiO₂를 제조하는 또 다른 방법은 오르토규산 나트륨 용액의 탈알칼리화를 수반한다. 이 경우에, 오르토규산 분자는 축합되어, 직경이 50 내지 500 nm인 구형 SiO₂응집체를 생성시킨다. 이러한 축합 반응 동안, 도판트를 상응하는 비 및 pH를 갖는 (NH₄)₂HPO₄또는 H₃BO₄와 같은 화합물 중에 첨가하면, 유사하게, 도판트를 모산화물의 일차 구조 중에 혼입시킬 수 있다.

Claims

용액 및 용액 중에 현탁된 연마 입자를 갖는 연마제로서, 연마 입자가 필수성분으로서 SiO₂, 및 도판트(dopant)를 함유하며, 도판트 도핑된 SiO₂의 유리전이 온도(T_G')가 도핑되지 않은 SiO₂의 유리전이 온도(T_G)보다 낮게 되도록 도판트의 농도가 설정됨을 특징으로 하는 연마제.
제1항에 있어서, 유리전이 온도(T_G')가 도핑되지 않은 SiO₂의 유리전이 온도 (T_G)에 비해 10% 이상 낮게 되도록 도판트의 농도가 설정됨을 특징으로 하는 연마제.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 도판트가 B, P, As, Sb 및 Al로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유함을 특징으로 하는 연마제.
제1항에 있어서, 연마 입자의 직경이 50 내지 500 nm임을 특징으로 하는 연마제.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반도체 기판 및 반도체 기판 상에 도포된 층을 마이크로스크래치 없이 평탄화시키는데 사용됨을 특징으로 하는 연마제.
제7항에 있어서, 도판트의 농도가 도핑된 상태에서 반도체 기판에 스크래치를 생성시키지 않을 정도로 높게 선택됨을 특징으로 하는 연마제.