KR101534859B1 - 연마용 조성물 및 그것을 사용한 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
폴리실리콘을 연마하는 용도로 보다 적합하게 사용 가능한 연마용 조성물 및 그것을 사용한 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 연마용 조성물은 모노옥시에틸렌기 혹은 폴리옥시에틸렌기를 갖는 음이온 계면 활성제 및 지립을 함유하고, pH가 9 내지 12이다. 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제가 폴리옥시에틸렌기를 갖는 경우, 그 폴리옥시에틸렌기의 옥시에틸렌 단위의 반복수는 2 내지 8개인 것이 바람직하다. 연마용 조성물 중에 포함되는 음이온 계면 활성제로서는 인산기, 카르복시기 또는 술포기를 더 갖고 있는 것을 사용할 수 있다. 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제의 함유량은 20 내지 500ppm인 것이 바람직하다.
연마용 조성물, 지립, 음이온 계면 활성제, 폴리실리콘, 함유량
Description
본 발명은, 폴리실리콘을 연마하는 용도에 있어서 주로 사용되는 연마용 조성물 및 그것을 사용한 연마 방법에 관한 것이다.
예를 들어 반도체 장치 제조 공정에 있어서, 기판 위에 형성된 폴리실리콘막의 일부를 제거하기 위한 연마가 행해지는 경우가 있다. 이러한 연마에서는 폴리실리콘 제거 속도가 큰 것이 바람직한 것은 물론이나, 연마 후의 폴리실리콘막 표면의 평탄성을 저하시키는 디싱을 가능한 한 발생시키지 않는 것도 중요하다. 디싱이란, 제거되지 않아야 할 폴리실리콘막의 부분이 연마 제거됨으로써 연마 후의 폴리실리콘막 표면에 오목부가 발생하는 현상을 말한다. 종래 알려져 있는 연마용 조성물의 대부분은 폴리실리콘 제거 속도 및 디싱에 관한 요구 성능을 충분히 만족하지 못하여, 실용적인 것은 아니다.
본 발명에 관련되는 선행 기술 문헌으로서는 이하의 특허 문헌 1, 2를 들 수 있다.
<특허 문헌1> 일본 특허 공개평 10-168431호 공보
<특허 문헌2> 일본 특허 공개평 4-291723호 공보
따라서, 본 발명의 목적은 폴리실리콘을 연마하는 용도로 보다 적합하게 사용 가능한 연마용 조성물 및 그것을 사용한 연마 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에서는 모노옥시에틸렌기 혹은 폴리옥시에틸렌기를 갖는 음이온 계면 활성제 및 지립을 함유하고, pH가 9 내지 12인 연마용 조성물이 제공된다. 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제가 폴리옥시에틸렌기를 가질 경우, 그 폴리옥시에틸렌기의 옥시에틸렌 단위의 반복수는 2 내지 8개인 것이 바람직하다. 연마용 조성물 중에 포함되는 음이온 계면 활성제로서는 인산기, 카르복시기 또는 술포기를 더 갖는 것을 사용할 수 있다. 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제의 함유량은 20 내지 500ppm인 것이 바람직하다. 연마용 조성물 중에 포함되는 지립의 평균 1차 입자 직경은 10 내지 90㎚인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 형태에서는 상기한 연마용 조성물을 사용하여 폴리실리콘을 연마하는 연마 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 폴리실리콘을 연마하는 용도로 보다 적합하게 사용 가능한 연마용 조성물 및 그것을 사용한 연마 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다.
본 실시 형태의 연마용 조성물은 음이온 계면 활성제 및 지립을, 필요에 따라 pH 조정제와 함께 물에 혼합함으로써 pH가 9 내지 12의 범위 내가 되도록 하여 제조된다. 따라서, 연마용 조성물은 음이온 계면 활성제, 지립 및 물을 함유하고, 필요에 따라 pH 조정제를 더 함유한다.
본 실시 형태의 연마용 조성물은 폴리실리콘을 연마하는 용도에서의 사용, 더 구체적으로는, 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 기판 위에 형성된 폴리실리콘막의 일부를 제거하기 위한 연마에서의 사용을 주로 상정한 것이다.
연마용 조성물 중에 포함되는 상기 음이온 계면 활성제는 연마용 조성물을 사용하여 연마된 후의 폴리실리콘막 표면의 디싱의 발생을 실용에 충분한 레벨까지 억제하기 위해서는 모노옥시에틸렌기 혹은 폴리옥시에틸렌기를 갖고 있는 것이 필수적이다. 그러한 음이온 계면 활성제의 구체예로서는, 예를 들어 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르아세트산, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산을 들 수 있다. 즉, 인산기, 카르복시기 또는 술포기를 더 갖는 음이온 계면 활성제를 사용할 수 있다. 연마용 조성물 중에 포함되는 음이온 계면 활성제가 폴리옥시에틸렌기를 갖는 경우, 그 폴리옥시에틸렌기의 옥시 에틸렌 단위의 반복수는 2 내지 8개인 것이 바람직하다.
연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제의 함유량은 20ppm 이상인 것이 바람직하다. 음이온 계면 활성제의 함유량이 많아짐에 따라 연마용 조성물을 사용하여 연마된 후의 폴리실리콘막 표면의 디싱의 발생은 억제된다. 이 점, 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제의 함유량이 20ppm 이상이면, 연마 후의 폴리실리콘막 표면의 디싱의 발생을 실용상 특히 적합한 레벨로까지 억제할 수 있다.
또한, 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제의 함유량은 500ppm 이하인 것이 바람직하다. 음이온 계면 활성제의 함유량이 적어짐에 따라 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 제거 속도는 증대된다. 이 점, 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제의 함유량이 500ppm 이하이면 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 제거 속도에 관하여 실용상 특히 적합한 레벨을 얻을 수 있다.
연마용 조성물 중에 포함되는 상기 지립으로서는, 예를 들어 콜로이드 실리카, 흄드 실리카 및 소성 분쇄 실리카를 들 수 있으나, 그 중에서도 콜로이드 실리카가 바람직하다. 콜로이드 실리카를 이용한 경우에는 다른 지립을 사용한 경우에 비해 연마용 조성물을 사용하여 연마된 후의 폴리실리콘막 표면의 디싱의 발생이 크게 억제된다.
연마용 조성물 중의 지립의 함유량은 0.1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.3 질량％ 이상, 더 바람직하게는 1.0 질량％ 이상이다. 지립의 함유량이 많아짐에 따라 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 제거 속도는 증대된다. 이 점, 연마용 조성물 중의 지립의 함유량이 0.1 질량％ 이상, 더 자세히는 0.3 질량％ 이상, 더 자세히는 1.0 질량％ 이상이면, 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 제거 속도를 실용상 특히 적합한 레벨로까지 향상시킬 수 있다.
또한, 연마용 조성물 중의 지립의 함유량은 15 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 10 질량％ 이하, 더 바람직하게는 5.0 질량％ 이하이다. 지 립의 함유량이 적어짐에 따라 연마용 조성물 중에서의 지립의 분산성은 향상된다. 이 점, 연마용 조성물 중의 지립의 함유량이 15 질량％ 이하, 더 자세히는 10 질량％ 이하, 더 자세히는 5.0 질량％ 이하이면 연마용 조성물 중에서의 지립의 분산성을 실용상 특히 적합한 레벨로까지 향상시킬 수 있다.
연마용 조성물 중에 포함되는 지립의 평균 1차 입자 직경은 3㎚ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 5㎚ 이상, 더 바람직하게는 10㎚ 이상이다. 지립의 평균 1차 입자 직경이 커짐에 따라 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 제거 속도는 증대된다. 이 점, 지립의 평균 1차 입자 직경이 3㎚ 이상, 더 자세히는 5㎚ 이상, 더 자세히는 10㎚ 이상이면 연마용 조성물에 의한 폴리실리콘 제거 속도를 실용상 특히 적합한 레벨로까지 향상시킬 수 있다.
또한, 연마용 조성물 중에 포함되는 지립의 평균 1차 입자 직경은 200㎚ 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 150㎚ 이하, 더 바람직하게는 90㎚ 이하이다. 지립의 평균 1차 입자 직경이 작아짐에 따라 연마용 조성물 중에서의 지립의 분산성은 향상된다. 이 점, 지립의 평균 1차 입자 직경이 200㎚ 이하, 더 자세히는 150㎚ 이하, 더 자세히는 90㎚ 이하이면, 연마용 조성물 중에서의 지립의 분산성을 실용상 특히 적합한 레벨로까지 향상시킬 수 있다.
연마용 조성물 중에 필요에 따라 포함되는 상기 pH 조정제는 특별히 한정되는 것이 아니라, 연마용 조성물의 pH를 9 내지 12 사이의 원하는 값으로 하기 위하여 적절한 양의 어느 한쪽의 알칼리를 사용하는 것도 가능하다. pH 조정제로서 사용 가능한 알칼리의 구체예로서는, 예를 들어 수산화 테트라메틸암모늄, 에틸아민 및 에탄올아민을 들 수 있다.
본 실시 형태에 따르면 이하의 작용 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 연마용 조성물을 사용하여 폴리실리콘막을 연마한 경우, 높은 폴리실리콘 제거 속도를 얻을 수 있는 동시에, 연마 후의 폴리실리콘막 표면의 디싱의 발생을 강하게 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 연마용 조성물은 폴리실리콘을 연마하는 용도, 특히 기판 위에 형성된 폴리실리콘막의 일부를 제거하기 위한 연마에 적절하게 사용할 수 있다. 본 실시 형태의 연마용 조성물을 사용함으로써 상기한 바와 같은 이점을 얻을 수 있는 이유는 상세 불명하나, 연마용 조성물 중에 포함되는 음이온 계면 활성제에 의해 폴리실리콘막 표면이 개질됨으로써 초래되는 것으로 추찰된다.
상기 실시 형태는 다음과 같이 하여 변경되어도 된다.
·상기 실시 형태의 연마용 조성물은 2종류 이상의 음이온 계면 활성제를 함유해도 된다. 더 구체적으로는 모노옥시에틸렌기 혹은 폴리옥시에틸렌기를 갖는 음이온 계면 활성제를 2종류 이상 함유해도 된다.
·상기 실시 형태의 연마용 조성물은 2종류 이상의 지립을 함유해도 된다.
·상기 실시 형태의 연마용 조성물에는 필요에 따라 킬레이트제나 수용성 고분자, 음이온 계면 활성제 이외의 계면 활성제, 방부제, 곰팡이 방지제, 방청제 등의 첨가제를 첨가해도 된다.
·상기 실시 형태의 연마용 조성물은 연마용 조성물의 원액을 물로 희석함으로써 조제되어도 된다.
다음에, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
제1 실시예 내지 제23 실시예 및 제1, 제2 비교예에서는 지립에 pH 조정제 및 물을 첨가하고, 음이온 계면 활성제를 더 첨가하여 연마용 조성물을 조제했다. 단, 여기에서 사용한 음이온 계면 활성제는 모노옥시에틸렌기 혹은 폴리옥시에틸렌기를 갖는 특정한 음이온 계면 활성제이다. 제3 비교예 내지 제6 비교예에서는 지립에 pH 조정제 및 물을 첨가하고, 특정한 음이온 계면 활성제를 대신하는 화합물을 더 첨가하여 연마용 조성물을 조제했다. 각 예의 연마용 조성물 중의 음이온 계면 활성제 또는 그것을 대신하는 화합물과 지립의 상세, 및 각 예의 연마용 조성물의 pH를 측정한 결과를 표1에 나타낸다. 또한, 각 예에 있어서 사용한 pH 조정제는 수산화 테트라메틸암모늄이다.
표1 중,
A1은 평균 1차 입자 직경이 10㎚인 콜로이드 실리카,
A2는 평균 1차 입자 직경이 30㎚인 콜로이드 실리카,
A3은 평균 1차 입자 직경이 70㎚인 콜로이드 실리카,
A4는 평균 1차 입자 직경이 90㎚인 콜로이드 실리카,
A5는 평균 1차 입자 직경이 130㎚인 콜로이드 실리카,
B1은 하기의 구조식 1로 표현되는 디폴리옥시에틸렌알킬에테르인산(m=6),
B2는 하기의 구조식 1로 표현되는 디폴리옥시에틸렌알킬에테르인산(m=2)
B3은 하기의 구조식 1로 표현되는 디폴리옥시에틸렌알킬에테르인산(m=4)
C1은 하기의 구조식 2로 표현되는 모노폴리옥시에틸렌알킬에테르아세트 산(m=3),
C2는 하기의 구조식 2로 표현되는 모노폴리옥시에틸렌알킬에테르아세트산(m=7),
D1은 하기의 구조식 3으로 표현되는 트리폴리옥시에틸렌알킬에테르인산(m=6),
D2는 하기의 구조식 3으로 표현되는 트리폴리옥시에틸렌알킬에테르인산(m=8),
E는 하기의 구조식 4로 표현되는 모노폴리옥시에틸렌알킬에테르황산(m=3),
F는 하기의 구조식 5로 표현되는 평균 분자량 약 120만의 히드록시에틸셀룰로스(m=2 내지 3),
G는 하기의 구조식 6으로 표현되는 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌글리콜(m1+m2=25, n=30),
H는 하기의 구조식 7로 표현되는 알킬 황산염,
J는 하기의 구조식 8로 표현되는 알킬벤젠술폰산을 표현한다.
[구조식1]
[구조식2]
[구조식3]
[구조식4]
[구조식5]
[구조식6]
[구조식7]
[구조식8]
표1의 "폴리실리콘 제거 속도"란에는 각 예의 연마용 조성물을 사용하여 직경 200mm의 폴리실리콘막 블랭킷 웨이퍼의 표면을 표2에 나타내는 조건으로 연마했을 때의 폴리실리콘 제거 속도를 나타낸다. 폴리실리콘 제거 속도의 값은, 다이니폰 스크린 제조 주식회사의 광 간섭식 막 두께 측정 장치 "람다에이스ＶＭ-2030"을 사용하여 측정되는 연마 전후의 각 기판 두께의 차를 연마 시간(60초)으로 나눔으로써 구했다.
표1의 "디싱량"란에는 각 예의 연마용 조성물을 사용하여 직경 200mm의 폴리실리콘막 패턴 웨이퍼의 표면을 표2에 나타내는 조건으로 연마한 후에 측정되는 디싱량(디싱에 의한 오목 부분의 깊이)을 나타낸다. 폴리실리콘막 패턴 웨이퍼의 연마는 엔드 포인트 시그널이 검출된 후, 엔드 포인트 시그널이 검출될 때까지의 연마 시간의 40％의 시간에 상당하는 시간만큼 더 계속한 후에 종료시켰다.
| 연마기 : 어플라이드마테리얼사 제품 "Mirra" 정반 직경 380㎚ 연마 패드 : 롬 앤드 하스사 제품 "IC-1010 M 그루브" 연마 압력 : 약 14kPa(=2.0psi) 정반 회전수 : 63rpm 헤드 회전수 : 57rpm 연마용 조성물의 공급 속도 : 200㎖/min. 드레싱 : In-Situ(#100 다이아몬드 드레서를 사용) |
표1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예 내지 제24 실시예의 연마용 조성물에 따르면, 폴리실리콘 제거 속도에 관하여 500Å/분 이상이라는 실용에 충분한 레벨의 값을 얻을 수 있고, 디싱량에 관해서도 700Å 이하라는 실용에 충분한 레벨의 값을 얻을 수 있었다. 이에 대해, pH가 9 내지 12의 범위로부터 벗어나는 제1 비교예, 제2 비교예의 연마용 조성물에서는 폴리실리콘 제거 속도에 관하여 500Å/분 미만으로 실용에 충분한 레벨의 값을 얻을 수 없었다. 또한, 특정의 음이온 계면 활성제를 함유하지 않는 제3 비교예 내지 제6 비교예의 연마용 조성물에서는 디싱량에 관하여 700Å 초과로 실용에 충분한 레벨의 값을 얻을 수 없었다.
상기 실시 형태로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 대하여 이하에 기재한다.
연마용 조성물 중의 상기 지립은 콜로이드 실리카인 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물.
연마용 조성물 중의 상기 지립의 함유량은 1.0 내지 5.0 질량％인 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 연마용 조성물.
Claims (6)
- 폴리실리콘을 연마하는 용도로 사용되는 연마용 조성물이며,모노옥시에틸렌기 혹은 폴리옥시에틸렌기를 갖는 음이온 계면 활성제 및 지립을 함유하고, pH가９ 내지 12이고,상기 지립은, 콜로이드 실리카, 흄드 실리카 및 소성 분쇄 실리카로부터 선택되는 하나 이상이고, 상기 지립의 평균 1차 입자 직경은 10 내지 150nm인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 연마용 조성물은 산화제를 포함하지 않는, 연마용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 음이온 계면 활성제는 옥시에틸렌 단위의 반복수가 2 내지 8개의 폴리옥시에틸렌기를 갖는 연마용 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음이온 계면 활성제는 인산기, 카르복시기 또는 술포기를 더 갖는 연마용 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연마용 조성물 중의 상기 음이온 계면 활성제의 함유량은 20 내지 500ppm인 연마용 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지립의 평균 1차 입자 직경은 10 내지 90㎚인 연마용 조성물.
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