KR101701005B1 - 산화세륨계 연마재와 이를 포함하는 슬러리 및 그 제조 방법 - Google Patents

산화세륨계 연마재와 이를 포함하는 슬러리 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화세륨 연마재와 이를 포함하는 슬러리 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따라 산화세륨 연마재의 왜(歪)의 값을 제어함으로써 슬러리 제조 시에 산화세륨 연마재의 입도 분포 및 산포를 줄일 수 있다. 또한, 거대 입자를 포함하지 않는 연마재를 신속하게 얻는 것이 가능하고, 상기 산화세륨 연마재를 이용하여, 적절한 연마 속도를 유지하면서, 스크래치 및 결함의 발생을 감소시키고, 반도체 표면을 정밀하게 연마 가능한 슬러리를 제공할 수 있다.

Description

산화세륨계 연마재와 이를 포함하는 슬러리 및 그 제조 방법 {CERIUM OXIDE BASED POLISHING PARTICLE, SLURRY COMPRISING THE SAME AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 산화세륨계 연마 슬러리의 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초고집적 반도체 제조시 화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정에 사용되는 연마 입자, 그 제조 방법 및 화학적 기계적 연마 슬러리의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체의 고성능화, 고집적화의 추세에 따라 미세 회로 소자의 디자인 룰은 해마다 미세해지고 있어 반도체 디바이스 설계 및 제조에 있어서 전체적으로 배선 폭이 미세해지는 경향이 있다. 그래서 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 연마중 발생하는 표면 결함 즉, 결함(defect) 이나 스크래치(scratch) 개선에 대한 슬러리 조성물 개발이 필요하다. 일반적으로, 반도체 박막의 연마에는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP)가 이용되는데, 기계적 연마(mechanical polishing)를 수행 하기위한 산화세륨 연마재(abrasive)와, 연마되는 반도체 기판과의 화학적 연마(chemical polishing)를 수행하기위한 분산제 및 첨가제(additive)를 사용하여 각 막질에 차별화된 특성을 갖도록 슬러리를 제조한다.
산화세륨계 슬러리는 쉘로우 트렌치 절연막(shallow trench isolation; STI) 공정이나 높은 평탄도가 요구되는 층간절연막(interlevel dielectric; ILD) 공정에 유용하게 사용되는데 산화세륨계 슬러리는 연마하고자하는 막질에 따라 선택적으로 연마하는 특성이 있어 고평탄 슬러리로도 유용하게 사용된다.
반도체 수율에 직접적인 영향을 미치는 스크래치의 발생 빈도를 줄이기 위해서는, 슬러리의 입도분포를 제어함으로써 스크래치의 발생 빈도를 줄일 수 있는데 특히, 연마 슬러리 내에 존재하는 거대 입자의 분포를 제어함으로써 스크래치 발생 빈도를 줄일 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 금속산화물 연마재의 입자 크기 및 입자내에 존재하는 왜(歪) 값을 제어함으로써, 슬러리 제조시의 거대 입자 분포를 제어하여 입도 분포 및 산포를 제어하는 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 목적은 입도 분포가 제어된 슬러리를 사용하여 CMP 연마 시 연마율 향상과 함께 결함 및 스크래치를 감소시킬 수 있는 산화세륨계 연마재와 이를 포함하는 슬러리, 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 사용된 산화세륨 연마재의 제조방법은, 금속염을 건조 공정 및 하소 공정을 거쳐 혼합물을 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 금속염은, 탄산세륨, 질산세륨, 초산세륨, 황산세륨, 질산암모늄세륨 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 혼합물을 하소하여 금속 산화물을 얻는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 하소는 300℃ 내지 900℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 산화세륨계 슬러리의 제조방법은, 상기 일측에 따라 제조된 연마재를 수성 용매에 분산시키는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 슬러리에 분산제를 추가하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 분산제는, 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 비닐 알코올(PVA), 에틸렌글리콜(EG), 글리세린 및 폴리 비닐 피롤리돈(PVP)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 비이온성 고분자; 폴리 아크릴산, 폴리 아크릴산 암모늄염 및 폴리 아크릴 말레익산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 음이온성 고분자; 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 산화세륨계 연마재와 이를 포함하는 슬러리 및 그 제조 방법은 산화세륨계 입자의 왜(歪) 값을 제어함으로써 미세분말 본연의 성질을 유지하며, 입도 분포 및 산포 조절, 거대 입자 분포 개선을 통하여, CMP 연마 시 결함 및 스크래치를 줄일 수 있으므로 반도체 디바이스 제조 시 생산성 향상을 기대할 수 있다. 또한 공정 구성이 매우 간단하고, 생산에 필요한 설비가 이미 산업적으로 널리 사용되는 것들로서 비교적 저렴하며, 대형화하기가 매우 용이하다.
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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 산화세륨계 연마재의 제조방법 및 산화세륨계 연마재에 대하여 실시 예를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시한 예에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 예에 따른 산화세륨계 연마재의 제조방법은, 금속염에 포함된 수분의 휘발이 용이하게 하기 위해 표면이 넓은 건조작업대에 넣어서 건조하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 예에 따르면, 상기 금속염은, 예를 들면, 황산 세륨, 질산 세륨, 탄산 세륨, 초산 세륨, 질산암모늄세륨 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 금속염은 일반적인 방법으로 분무식 건조기(spray dryer) 또는 건조 오븐(drying oven)을 이용하여 건조할 수 있다. 분무식 건조는 분무식 방법에 의해 입자를 건조 및 입자의 형상을 제어하는 것으로서, 2차 입자의 크기를 조절할 수 있어 이후 분쇄공정이 쉬워지는 장점이 있고, 오븐 건조는 손쉽게 건조온도와 건조시간을 조절함으로써, 분말 내에 존재하는 수분의 함량을 조절하며 건조할 수 있는 장점이 있다. 건조 온도는, 예를 들어, 약 50℃내지 약 100℃에서 행해지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 예에 따르면, 상기 금속염을 하소 하여 금속 산화물을 얻는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 분무식 건조기 또는 건조 오븐을 이용하여 건조된 분말은 알루미나 또는 백금 재질의 도가니에 담아 하소 공정을 수행하거나 로타리 킬른(ratary kiln)을 사용하여 연속적으로 생산을 진행할 수 있다.
본 발명의 예에 따르면, 상기 하소는, 예를 들어, 약 300℃ 내지 약 900℃에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 하소는 공기가 충분히 공급되는 산화 분위기를 유지하고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 10 시간 동안 수행하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
경우에 따라서 산소의 분압을 조정하여 하소 공정을 수행할 수도 있다. 바람직하게는, 약 600℃ 내지 약 900℃의 온도에서 약 30분 내지 1 시간 동안 하소 공정을 수행할 수 있다. 하소 공정을 거치면서 탄산 세륨이 산화세륨으로 형성된다. 하소 온도가 600℃ 이하인 경우에는 산화세륨 입자의 결정성이 낮아져 왜(歪) 값이 0.4% 이상으로 상승하고 슬러리 제조시 입자의 응집 및 연마율 감소 등의 영향을 받는다. 하소 온도가 900℃ 이상의 온도에서는 왜(歪) 값이 거의 0에 가까워지며 결정 내에 왜(歪) 값이 거의 존재 하지 않은 완전한 결정구조 형태를 나타내므로 인해 입자의 강도가 강해져서 CMP 연마중 스크래치가 과다하게 발생할 위험이 있다.
결정 내의 왜(歪) 값은 금속염이 하소 공정중 결정질로 바뀌는 과정에서 결정 내에 결함이 유입되어 발생하는 것으로 일반적인 결함의 종류에는 점 결함이나, 선 결함, 면 결함 등이 있으며, 외부의 불순물에 의한 결함에 의해 발생할 수 있다. 또한 분말 상태에서 외부에 강한 에너지를 부여함으로 인해 연마 입자에 왜(歪)곡이 발생하여 왜(歪) 값이 변경이 될 수도 있다. 이러한 왜(歪)의 값을 가지는 슬러리 연마재는 슬러리 제조시에 분산을 용이하게 하고, CMP 도중에 슬러리 입자가 외부의 힘에 의해 적절히 깨어짐으로 인해 연마율 상승 및 스크래치 방지에 도움을 준다.
일반적으로, 왜(歪) 값이 (+)값이면 결정이 압축방향으로 왜곡이 있고 (-)값이면 인장방향으로 왜곡이 있다. 왜(歪) 값이 압축 방향이면 결정 사이즈가 작아지게 되고 인장방향이면 결정 사이즈가 커지게 된다.
왜(歪) 값이 클수록 결정의 왜곡 현상이 심하여 슬러리의 분산 안정성은 저하된다. 슬러리 제조중에 입자 변형을 방지하기 위해 낮은 에너지값으로 분쇄를 하면 연마재의 입도 분포 및 분산 안정성은 좋아지나, 공정 시간이 길어지는 문제점이 있으며, 높은 에너지값으로 슬러리 제조시에는 슬러리 입자의 분쇄공정 중 불균일한 입자 분쇄로 인해 슬러리의 분산 안정성이 저하된다. 또한 불균칙한 입자 분포로 인해 CMP 연마 중 스크래치 발생 빈도를 높일 수 있다.
본 발명의 예에 따르면, 제조된 산화세륨 입경의 중앙치는, 예를 들어, 약 1 내지 약 3000nm일 수 있다.
본 발명의 예에서는 수직밀 형태의 장비를 사용하였다. 0.2mm 비즈를 밀 용량의 80%를 충진한 후 패스형 방식으로 원하는 입자 크기가 될 때까지 밀링 작업을 수행하였다.
본 발명의 예에 따르면, 상기 분산제는, 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 비닐 알코올(PVA), 에틸렌글리콜(EG), 글리세린 및 폴리 비닐 피롤리돈(PVP)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 비이온성 고분자; 폴리 아크릴산, 폴리 아크릴산 암모늄염 및 폴리 아크릴 말레익산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 음이온성 고분자; 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
상기 분산제 혼합비율은 연마재 기준 약 0.1 중량% 내지 약 10.0 중량%일 수 있으며, 바람직하게는 연마재 기준 약 1.5 중량% 내지 약 5.0 중량%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 예에 따른 슬러리 입자의 제조방법은, 예에 따라 제조된 슬러리를 분쇄하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 예에 따른 산화세륨 연마재를 포함하는 슬러리 입자는, 산화세륨계 연마재를 건조 및 분쇄하여 제조된 슬러리 입자이다.
본 발명의 예에 따르면, 상기 슬러리 입자는 예에 따라 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
슬러리 제조 후 입도 측정은 호리바 960 (Horiba 960(굴절률 1.70으로 설정)) 장비를 이용하여 측정하였다. 입자의 분산 안정성은 초음파 분산 없이 측정했을 때의 중앙치 값과 초음파를 1분 가한 후의 중앙치 값의 편찻값으로 나타내었다.
XRD 자료는 리가쿠사(Rigaku) 고속 검출기가 장착된 Miniflex 600장비를 사용하였으며, PDXL프로그램을 사용하여 결정자 사이즈 및 왜(歪)의 계산하였다. 결정자 사이즈 및 왜(歪)의 계산은 전형적으로 쉬러(Sherrer) 식이 계산식을 따르나, 좀 더 정확한 계산을 위해 홀방법(Hall Method)과 할더-와그너방법(Halder-Wagner Method)을 적용하여 계산을 하였다.
정량적 여과방법 (QFM : Quantitative filtering Method)은 어드반텍(Advantec)사의 3㎛ 메브레인필터를 사용하여 0.5중량% 슬러리 100g을 여과하여 남은 잔량을 측정하여 상대 비교하였다.
연마 평가는 CTS사의 AP-300 장비를 사용하여 압력 5 psi 조건하에서 연마하여 얻어진 결과를 교시하였다. 이때, 상기 연마 조성물의 공급 속도는 200mL/min였다. 패드는 IC1010을 사용하였으며, 사용한 웨이퍼는 PETEOS(plasma enhanced chemical vapor deposition TEOS Oxide)를 도포하여 8인치 웨이퍼 전면에 산화막이 형성된 웨이퍼와 Si3N4를 도포하여 8인치 웨이퍼 전면에 질화막이 형성된 웨이퍼를 대상으로 실시하였다.
연마 전,후 두께 측정은 케이맥사의 ST-5030 장비를 사용하여 측정하였다.
광학현미경으로 200배의 배율로 연마된 산화 규소막을 관찰하여 관찰되는 스크래치의 수를 조사하였다. 웨이퍼당 20개 이하를 1등급, 20개 이상 50개 이하를 2등급, 50개 이상 200개 이하를 3등급으로 분류하였다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시 예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시 예]
(산화세륨 연마재 및 슬러리의 제조)
실시 예 1
금속염 물질인 탄산 세륨 1000 g을 80℃의 온도에서 10 시간 건조를 한 분말을 알루미나 용기에 넣고, 박스형 전기로에서 800℃, 1 시간 대기압 상태에서 가열함으로써 황백색의 분말을 얻었다. 이 분말을 리가쿠사의 미니플럭스 600(Miniflex 600) 장비를 이용하여 X선 회절법으로 산화 세륨 연마 입자의 크기를 측정한 결과 32 nm이었다. 왜(歪)의 값은 0.09% 이었다.
상기 제조된 산화세륨 연마재를 이용하여 폴리아크릴산암모늄염 수용액을 연마재 대비 3.5 중량%로 혼합하고, 피콜틴산을 연마재 대비 10중량%를 혼합한 후, 0.2 mm 지르코니아 비즈를 밀 용량의 80%를 충진 한 후 수직밀을 이용하여 패스형 밀링 방식을 이용하여 주속 5.4m/sec로 분쇄를 수행하였다. 슬러리의 최종 입자크기는 호리바 960을 이용하여 초음파 없이 측정한 결과 중앙치 값이 280nm에서 분쇄 작업을 중단하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링 및 숙성 작업을 거친 후 산화 세륨 슬러리를 제조하였다. 숙성 작업은 상온에서 3일 이상 교반하는 작업을 거친 후 연마 평가를 진행하였다. 숙성과정 거친 슬러리를 초음파 분산 유무에 따른 편찻값을 관찰한 결과 초음파 유무에 따른 편찻값은 +2nm이었다. 상기 제조된, 산화세륨 슬러리를 건조, 막자사발을 사용하여 분쇄한 후 XRD 분석을 한 결과 산화세륨 연마재의 크기는 23nm이며, 왜(歪)의 값은 0.16% 이었다.
연마평가는 CTS사의 AP-300 장비를 사용하여 압력 5 피에스아이(psi) 조건하에서 슬러리 고형분 함량이 0.7중량%인 슬러리를 공급 속도 200mL/min하에서 행하였다. 연마패드는 IC1010을 사용하였다.
연마 평가 결과, 산화막의 연마속도는 5268Å/min이었으며, 질화막의 연마 속도는 80Å/min이었다. 선택비는 66이었으며, 스크래치 등급은 1등급이었다.
실시 예 2
실시 예 1과 동일하게 산화세륨 연마재를 제조하되, 슬러리 제조시 주속을 4.3m/sec로 분쇄를 수행하였다. 슬러리의 최종 입자크기는 호리바 960을 이용하여 초음파 없이 측정한 결과 중앙치 값이 285nm에서 분쇄 작업을 중단하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링 및 숙성 작업을 거친 후 산화 세륨 슬러리를 제조하였다. 숙성 작업은 상온에서 3일 이상 교반하는 작업을 거친 후 연마 평가를 진행하였다. 숙성과정 거친 슬러리를 초음파 유무에 따른 편찻값을 관찰한 결과 초음파 유무에 따른 편찻값은 +5nm이었다. 상기 제조된, 산화세륨 슬러리를 건조, 막자사발을 사용하여 분쇄한 후 XRD 분석을 한 결과 산화세륨 연마재의 크기는 24nm이며, 왜(歪)의 값은 0.059% 이었다. 정량적 여과방법에 의한 잔량을 측정한 결과 실시 예 1의 잔량의 98% 수준이었다.
연마평가는 실시 예 1 조건과 동일 조건에서 행하였다.
연마 평가 결과, 산화막의 연마속도는 5100Å/min이었으며, 질화막의 연마 속도는 89Å/min이었다. 선택비는 57이었으며, 스크래치 등급은 1등급이었다.
실시 예 3
실시 예 1과 동일하게 산화세륨 연마재를 제조하되, 슬러리 제조시 주속을 3.6m/sec로 분쇄를 수행하였다. 슬러리의 최종 입자크기는 호리바 960을 이용하여 초음파 없이 측정한 결과 중앙치 값이 278nm에서 분쇄 작업을 중단하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링 및 숙성 작업을 거친 후 산화 세륨 슬러리를 제조하였다. 숙성 작업은 상온에서 3일 이상 교반하는 작업을 거친 후 연마 평가를 진행하였다. 숙성과정 거친 슬러리를 초음파 유무에 따른 편찻값을 관찰한 결과 초음파 유무에 따른 편찻값은 +3nm이었다. 상기 제조된, 산화세륨 슬러리를 건조, 분쇄하여 XRD 분석을 한 결과 산화세륨 연마재의 크기는 24nm이며, 왜(歪)의 값은 0.043% 이었다. 정량적 여과방법에 의한 잔량을 측정한 결과 실시 예 1의 잔량의 88% 수준이었다.
연마평가는 실시 예 1 조건과 동일 조건에서 행하였다.
연마 평가 결과, 산화막의 연마속도는 5145Å/min이었으며, 질화막의 연마 속도는 90Å/min이었다. 선택비는 57이었으며, 스크래치 등급은 1등급이었다.
비교 예 1
실시 예 1과 동일하게 산화세륨 연마재를 제조하되, 슬러리 제조시 주속을 10.8m/sec로 분쇄를 수행하였다. 슬러리의 최종 입자크기는 호리바 960을 이용하여 초음파 없이 측정한 결과 중앙치 값이 285nm에서 분쇄 작업을 중단하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링 및 숙성 작업을 거친 후 산화 세륨 슬러리를 제조하였다. 숙성 작업은 상온에서 3일이상 교반하는 작업을 거친 후 연마 평가를 진행하였다. 숙성과정 거친 슬러리를 초음파 유무에 따른 편차값을 관찰한 결과 초음파 유무에 따른 편찻값은 +50nm이었다. 상기 제조된, 산화세륨 슬러리를 건조, 막자사발을 사용하여 분쇄한 후 XRD 분석을 한 결과 산화세륨 연마재의 크기는 23nm이며, 왜(歪)의 값은 0.25% 이었다. 정량적 여과방법에 의한 잔량을 측정한 결과 실시 예 1의 잔량의 219% 수준이었다.
연마평가는 실시 예 1 조건과 동일 조건에서 행하였다.
연마 평가 결과, 산화막의 연마속도는 2030Å/min이었으며, 질화막의 연마 속도는 95Å/min이었다. 선택비는 21이었으며, 스크래치 등급은 2등급이었다.
비교 예 2
실시 예 1과 동일하게 산화세륨 연마재를 제조하되, 박스형 전기로에서 900℃, 1 시간 대기압 상태에서 가열함으로써 황백색의 분말을 얻었다. 이 분말을 리가쿠사의 미니플럭스 600(Miniflex 600) 장비를 이용하여 X선 회절법으로 산화 세륨 연마 입자의 크기를 측정한 결과 51 nm이었다. 왜(歪)의 값은 0이었다. 슬러리 제조시 주속을 10.8m/sec로 분쇄를 수행하였다. 슬러리의 최종 입자크기는 호리바 960을 이용하여 초음파 없이 측정한 결과 중앙치 값이 290nm에서 분쇄 작업을 중단하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링 및 숙성 작업을 거친 후 산화 세륨 슬러리를 제조하였다. 숙성 작업은 상온에서 3일이상 교반하는 작업을 거친 후 연마 평가를 진행하였다. 숙성과정 거친 슬러리를 초음파 유무에 따른 편찻값을 관찰한 결과 초음파 유무에 따른 편찻값은 +62nm이었다. 상기 제조된, 산화세륨 슬러리를 건조, 막자사발을 이용하여 분쇄한 후 XRD 분석을 한 결과 산화세륨 연마재의 크기는 29nm이며, 왜(歪)의 값은 0.24% 이었다. 정량적 여과방법에 의한 잔량을 측정한 결과 실시 예 1의 잔량의 272% 수준이었다.
연마평가는 실시 예 1 조건과 동일 조건에서 행하였다.
연마 평가 결과, 산화막의 연마속도는 6430Å/min이었으며, 질화막의 연마 속도는 112Å/min이었다. 선택비는 57이었으며, 스크래치 등급은 3등급이었다.
비교 예 3
실시 예 1과 동일하게 산화세륨 연마재를 제조하되, 박스형 전기로에서 650℃, 1 시간 대기압 상태에서 가열함으로써 황백색의 분말을 얻었다. 이 분말을 리가쿠사의 미니플럭스 600(Miniflex 600) 장비를 이용하여 X선 회절법으로 산화 세륨 연마 입자의 크기를 측정한 결과 16nm이었다. 왜(歪)의 값은 0.37% 이었다. 슬러리 제조시 주속을 5.4m/sec로 분쇄를 수행하였다. 슬러리의 최종 입자크기는 호리바 960을 이용하여 초음파 없이 측정한 결과 중앙치 값이 287nm에서 분쇄 작업을 중단하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링 및 숙성 작업을 거친 후 산화 세륨 슬러리를 제조하였다. 숙성 작업은 상온에서 3일 이상 교반하는 작업을 거친 후 연마 평가를 진행하였다. 숙성과정 거친 슬러리를 초음파 유무에 따른 편찻값을 관찰한 결과 초음파 유무에 따른 편찻값은 +34nm이었다. 상기 제조된, 산화세륨 슬러리를 건조, 막자사발을 이용하여 분쇄한 후 XRD 분석을 한 결과 산화세륨 연마재의 크기는 14nm이며, 왜(歪)의 값은 0.38% 이었다. 정량적 여과방법에 의한 잔량을 측정한 결과 실시 예 1의 잔량의 47% 수준이었다.
연마평가는 실시 예 1조건과 동일 조건에서 행하였다.
연마 평가 결과, 산화막의 연마속도는 1543Å/min이었으며, 질화막의 연마 속도는 68Å/min이었다. 선택비는 23이었으며, 스크래치 등급은 1등급이었다.
상기 실시 예에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러리는 산화세륨계 연마재의 왜(歪) 값을 제어함으로 해서 적절한 연마 속도를 유지하면서, 결함의 발생을 감소시키고, 반도체 표면을 정밀하게 연마 가능한 슬러리를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
산화세륨계 슬러리는 쉘로우 트렌치 절연막(shallow trench isolation; STI) 공정이나 높은 평탄도가 요구되는 층간절연막(interlevel dielectric; ILD) 공정에 유용하게 사용되는데 산화세륨계 슬러리는 연마하고자하는 막질에 따라 선택적으로 연마하는 특성이 있어 고평탄 슬러리로도 유용하게 사용된다.
반도체 수율에 직접적인 영향을 미치는 스크래치의 발생 빈도를 줄이기 위해서는, 슬러리의 입도분포를 제어함으로써 스크래치의 발생 빈도를 줄일 수 있는데 특히, 연마 슬러리 내에 존재하는 거대 입자의 분포를 제어함으로써 스크래치 발생 빈도를 줄일 수 있다.

Claims (9)

  1. 금속염을 사용하여 산화 분말을 제조하는 단계;
    산화 분말에 분산제, 물을 첨가한 후 분쇄하여 슬러리를 제조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화세륨 슬러리에 있어서,
    상기 제조된 슬러리를 초음파 분산 없이 측정했을 때의 중앙치 값과 초음파를 1분 가한 후의 중앙치 값의 편찻값인 입자의 분산안정성값이 5이하이며,
    상기 슬러리내 존재하는 산화세륨 연마재를 건조한 후, X선 회절 분석법에 의해 측정한 왜(歪)의 값은 양의 값을 가지며, 상기 측정된 왜 값은 0.16% 이하인 것을 특징으로 하는 산화 세륨 슬러리.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    금속염은, 탄산 세륨, 질산 세륨, 초산 세륨, 황산 세륨, 질산암모늄세륨 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 세륨 슬러리.
  4. 제 1항에 있어서,
    산화분말을 제조하는 단계가 300℃ 내지 900℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 산화 세륨 슬러리.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    산화세륨 연마재를 수성용매에 분산시키는 단계에서 주속은 10m/sec이하 인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 세륨 슬러리.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    분산제는,
    폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 비닐 알코올(PVA), 에틸렌글리콜(EG), 글리세린 및 폴리 비닐 피롤리돈(PVP)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 비이온성 고분자; 폴리 아크릴산, 폴리 아크릴산 암모늄염 및 폴리 아크릴 말레익산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 음이온성 고분자; 또는 이들의 조합;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 세륨 슬러리.
  9. 삭제
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