KR20170073857A - 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법 - Google Patents

연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170073857A
KR20170073857A KR1020150182551A KR20150182551A KR20170073857A KR 20170073857 A KR20170073857 A KR 20170073857A KR 1020150182551 A KR1020150182551 A KR 1020150182551A KR 20150182551 A KR20150182551 A KR 20150182551A KR 20170073857 A KR20170073857 A KR 20170073857A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
slurry composition
substrate
cerium oxide
acid
Prior art date
Application number
KR1020150182551A
Other languages
English (en)
Inventor
이정호
김석주
Original Assignee
솔브레인 주식회사
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 솔브레인 주식회사 filed Critical 솔브레인 주식회사
Priority to KR1020150182551A priority Critical patent/KR20170073857A/ko
Publication of KR20170073857A publication Critical patent/KR20170073857A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C01F17/0043—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입방형(cubic) 산화세륨을 포함하는 연마제 슬러리를 이용하여 분산안정성이 우수하고, 연마 속도가 우수하며, 가공물의 표면을 균일하게 하고, 큰 흠집을 최소화하며 연마할 수 있고, 수세 공정에서 연마 찌꺼기 및 불순물을 쉽게 제거할 수 있으며, 연마 정반 및 기판의 세정이 물로 가능하도록 하여 비용을 절감할 수 있는 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법에 관한 것이다.

Description

연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법{SLURRY COMPOSITION FOR POLISHING AND POLISHING METHOD OF SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입방형(cubic)의 결정구조를 가지는 산화 세륨을 포함하는 연마제 슬러리를 이용하여 연마 속도가 우수하며, 가공물의 표면을 균일하게 하고, 큰 흠집을 최소화하며 연마할 수 있는 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 미세화, 고밀도화 됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 그에 따라 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 표면 막들의 단차도 더욱 커지고 있다.
따라서, 반도체 소자를 제조하는데 있어서 이러한 기판상에 형성된 단차를 제거하기 위한 반도체 소자의 제조 공정 중 하나인 화학, 기계적 연마 공정(CMP, Chemical Mechanical Planarization)에서는 플레이트 위에 평탄화 공정을 수행할 기판(웨이퍼, wafer)를 안착시키고, 이 기판의 표면과 연마기의 패드(pad)를 접촉시킨 후, 연마용 슬러리(slurry)의 공급과 함께 회전판 및 연마기의 패드를 회전시켜 연마 공정을 수행한다. 즉, 기판 표면과 패드 사이로 슬러리가 유동하여 슬러리 내의 연마 입자와 패드의 표면 돌기에 의한 기계적 마찰에 의해 기판 표면의 연마가 이루어지는 동시에, 슬러리 내의 산 또는 염기성 화학성분과 기판의 화학적 반응에 의해 화학적 제거가 이루어진다.
그간 메모리 반도체 분야에 있어 공정 개발은 공정 미세화를 통한 집적도 향상을 통하여 동일한 면적(2D) 내 메모리 용량을 늘려오는 방향으로 발전해 왔다. 하지만, 공정 미세화에 따른 기술 한계와 누설 전류 등의 문제로 인하여 1 nm 이하 공정 확보의 어려움을 느끼고 있으며, 단순 미세화 만으로는 동일한 면적 내 시장이 요구하는 대용량의 메모리 확보에 어려움을 겪고 있었다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 현재의 공정을 사용하면서도 최대한의 용적(3D) 당 메모리 용량을 확보할 수 있는 삼차원의 수직적층 구조형 메모리가 개발되면서 업계는 공정 미세화에 더불어 적층기술 발전으로 기술의 패러다임 변화가 진행되고 있다. 삼성전자는 V-NAND 24단을 시작으로 32단, 48단까지 3D V-NAND(수직 적층형 낸드플래쉬 소자) 양산에 돌입하여 제품을 공급하고 있으며, 후발 주자인 SK하이닉스, 도시바 등 대다수의 메모리 업체가 적층기술 확보에 전력을 다하고 있는 상황이다.
향후 64단, 128단 등 계속적으로 적층 단수를 높이는 방향으로 기술이 진행되면 다단 적층에 따른 다층막 증착, 종횡비의 폭발적인 증가로 인해 월등히 두꺼운 박막 등의 출현이 예고되고 있어, 두꺼운 박막을 평탄하게 만들기 위한 CMP 공정을 개발하기 위해 보다 효과적인 연마용 슬러리의 개발이 요구되고 있다.
최근 반도체 기판의 선택적 평탄화를 위한 화학, 기계적 연마재로서 널리 사용되는 산화세륨 분말은 연마재, 촉매, 형광체 등의 원료로 사용되는 고기능 세라믹 분말로서, 산화지르코늄이나 산화비스무스와 같이 산소 이온 전도성을 갖는 다른 산화물과 비교하여 안정한 형태인 형석형 구조를 가지고 있으며, 강한 산화 활성을 띈다. 이러한 구조적, 화학적 특성 때문에, 현재 산화세륨은 유리용 첨가제, 유리용 연마재, 인광물질, 산소가스센서, 자동차 배기계용 촉매지지체, 및 고체 산화 연료전지용 고체전해질의 재료 등으로서 각광받고 있다.
하지만, 기존의 하소 세리아 입자의 경우에는 입도가 크고 형상이 균일하지 않아 스크래치 문제가 발생할 수 있고, 기존 콜로이달 세리아 입자의 경우 입도가 작고 균일하지만 하소 세리아 입자에 비해 연마율이 크게 감소하기 때문에, 기존의 세리아 입자들로는 고연마율을 만족할 수 없는 실정이다.
미국등록 제7666239호 한국공개 제2014-0069796호 한국공개 제2010-121636호
본 발명의 목적은 대상막의 두께 상승에 따른 공정 간소화를 위해 고연마율의 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 기판을 연마하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 기판의 연마방법을 이용하여 제조한 기판을 포함하는 화합물 반도체, LED, 및 반도체를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 입방형(cubic) 결정구조의 산화세륨 입자를 포함하는 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
상기 입방형(cubic) 산화세륨은 (100)면에 평행한 면을 95 내지 100 면적% 포함하고, (111)면에 평행한 면을 0 내지 5 면적%로 포함할 수 있다.
상기 입방형(cubic) 산화세륨의 함량은 전체 산화세륨 중 95 중량% 이상일 수 있으며, 상기 입방형(cubic) 산화세륨의 평균 입자 직경은 1 내지 300 nm일 수 있다.
상기 산화세륨의 함량은 전체 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 내지 30 중량% 일 수 있고, 상기 연마용 슬러리 조성물은 물을 70 내지 99.9 중량%만큼 함유할 수 있다.
상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는 2.0 내지 10.0 일 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용하는 기판의 연마방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 기판의 연마방법에 의하여 연마된 기판을 포함하는 반도체를 제공할 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리 조성물은 연마 속도가 우수하며, 큰 흠집을 최소화하며 가공물의 표면을 균일하게 연마할 수 있다.
또한, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물은 분산안정성이 우수하고, 수세 공정에서 연마 찌꺼기 및 불순물을 쉽게 제거할 수 있으며, 연마 정반 및 기판의 세정이 물로 가능하도록 하여 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형(cubic) 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물과 기존 산화세륨을 포함하는 비교예의 연마용 슬러리 조성물의 SEM 이미지 및 이를 이용한 연마 방법의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 X선 회절분석(X-Ray Diffraction, XRD) 데이터이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 입자 크기 분포(Particle Size Distribution, PSD) 데이터이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은 입방형(cubic) 산화세륨을 포함하는 연마 슬러리 조성물일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 SEM 이미지이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물과 기존 산화세륨을 포함하는 비교예의 연마용 슬러리 조성물의 SEM 이미지 및 이를 이용한 연마 방법의 모식도이다.
상기 입방형의 산화세륨은 상기 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이 (100)면에 평행한 면을 95 내지 100 면적% 포함하고, (111)면에 평행한 면을 0 내지 5 면적%로 포함하는 것일 수 있다. 상기 (100)면을 95 면적% 미만으로 포함할 경우에는 산화세륨 형태를 제어함으로써 연마속도 및 연마율이 향상되는 효과가 저감될 수 있다.
상기 산화세륨의 함량은 전체 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 내지 30 중량% 일 수 있다. 보다 상세하게 상기 연마용 슬러리 조성물은 상기 산화세륨을 0.1 내지 30 중량%로 포함하고, 점도 조절제를 0 내지 2 중량%, 계면활성제를 0 내지 2 중량%, pH조절제를 0 내지 2 중량%, 분산매 0 내지 2 중량%, 및 용매 70 내지 99.9 중량%를 포함할 수 있다.
상기 산화세륨의 함량이 전체 연마용 슬러리 조성물의 0.1 중량% 미만인 경우에는 연마속도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 분산성이 저하되고, 스크래치 발생정도를 조절하기 어려울 수 있다.
상기 연마 슬러리 조성물은 pH가 2.0 내지 10.0 일 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물의 pH가 2.0 미만이거나, pH가 10.0을 초과할 경우에는 입자 불안정성으로 인해 입자 분산성에 문제가 있을 수 있다.
상기 입방형의 산화세륨의 함량은 전체 산화세륨 중 95 중량% 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 99 중량% 이상을 차지할 수 있다. 입방형 산화세륨이 95 중량% 미만 포함될 경우에는 형상 제어를 통한 연마속도 향상효과가 저감될 수 있다.
상기 입방형 산화세륨 입자의 평균 입자 직경은 1 내지 300 nm일 수 있다. 상기 산화세륨 입자의 직경이 1 nm 미만인 경우에는 기판을 평탄화하기 위한 연마 속도가 감소되어 적절한 연마 성능을 기대하기 어렵고, 300 nm를 초과하는 경우에는 스크래치 발생빈도가 높아질 수 있어서 피연마 물품의 연마 후 고른 표면 평탄화가 어려운 등 표면 상태가 저하될 수 있다.
상기 연마용 슬러리 조성물은 상기 용매로 정제수, 탈이온수 등의 물을 더 포함할 수 있으며, 보다 자세하게는 상기 물을 70 내지 99.9 중량%만큼 함유할 수 있다. 상기 물의 함량이 70 중량% 미만일 경우에는 입자 분산성 문제 및 스크래치 발생 빈도가 높아질 수 있어서 피연마 물품의 연마 후 고른 표면 평탄화가 어려운 등 표면 상태가 저하되고, 99.9 중량%를 초과할 경우에는 연마속도가 감소되어 적절한 연마 성능을 기대할 수 없다.
본 발명의 상기 연마 슬러리 조성물은 기판을 연마(CMP, Chemical Mechanical Planarization)하는데 사용되는 조성물을 포함할 수 있으며, 본 발명에서 상기 기판은 반도체, 화합물 반도체, LED 소자 등의 제조공정에서 적용되는 기판을 포함한다.
본 발명에서 경질 기판은 사파이어, 질화알루미늄, 질화갈륨, 실리콘카바이드 기판 등을 포함한다.
상기 연마 슬러리 조성물은 상기 입방형(cubic)으로 형상 제어된 산화세륨 입자 이외에도 경질 연마재, 연질 연마재 및 이들의 하나 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
상기 경질 연마재는 상기 경질 기판보다 경도가 높은 천연 다이아몬드, 합성 다이아몬드, 질화붕소(cBN), 사파이어(Al2O3), 알루미나(Al2O3), 텅스텐 카바이드(WC), 탄화규소(SiC), 보론 카바이드(B4C), 산화지르코늄(ZrO2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 상기 경질 기판이 사파이어나 실리콘 카바이드를 사용하는 경우에는 기판보다 경도가 높은 단결정 다이아몬드(mono diamond), 다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond), 레진 다이아몬드(resin diamond), 클러스터 다이아몬드(cluster diamond) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 경우 연마 속도를 높일 수 있다.
상기 연질 연마재는 통상 상기 경질 기판보다 경도가 낮은 연마재를 의미하여 구체적으로, 이산화망간(MnO2), 퓸드 실리카(SiO2), 콜로이달 실리카, 수산화알루미늄(Al(OH)3), 탈크(Talc), 제올라이트(Zeolite), 클레이(Clay) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 연질 연마재를 더 포함하는 경우에는 피연마재 표면의 스크래치나 표면 결함을 개선해줄 수 있고, 슬러리의 점탄성을 높여서 점도를 조절하는 역할도 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 슬러리 조성물은 상기 연마재 이외에도 유기 분산매, 분산제, 계면활성제, pH조절제, 연마 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 유기 분산매는 연마용 슬러리 조성물에 사용되는 유기 분산매라면 적용할 수 있고, 윤활기유(lube base oil)를 포함한다. 보다 상세하게는 원유를 상압증류 또는 잔사유의 감압증류 유분을 용제의 탈아스팔트화(deasphalting), 용제 추출, 용제 탈랍(dewaxing), 수소화 정제, 왁스 이성화, 황산 청정, 백도 처리 등 용제 정제법 또는 수소화 처리 기법 등 고도화 처리기법에 의해 제조되는 윤활기유를 포함하며, 조성으로써는 파라핀유, 나프텐유, 노말파라핀유, 유동파라핀, 지방산, 광물유 등이 있으며, 이들의 혼합물일 수도 있다.
상기 유기 분산매는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 분산매로 상기 유기 분산매를 적용하는 경우에는 슬러리의 윤활성 증가 및 마찰 감소의 효과가 있을 수 있고, 이로 인해 기재의 연마 성능과 피연마 기재인 기판의 연마 후의 표면상태가 향상될 수 있으며, 상기 유기 분산매를 2종 이상 혼합하는 경우에는 기판 연마용 슬러리 조성물에 적합하도록 조성물의 점도를 조절할 수 있다.
상기 분산제는 1개 이상의 아민기와 1개 이상의 카르복실기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분산제는 예를 들어, 세린(serine), 글루타민(glutamine), 베타인(betaine), 프롤린(proline), 파이로글루타민산(pyroglutamic acid) 및 아미노 부티르산(amino butyric acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 세린(serine)은, 예를 들어, L-세린, D-세린 또는 DL-세린인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 분산제는, 상기 연마 첨가제 중 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 분산제의 함량이 약 0.01 중량% 미만인 경우에는 슬러리가 연마면에 흡착하는 작용이 작아 연마 속도가 감소하게 되고, 상기 초기 단차 제거용 분산제의 함량이 약 5 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 분산제 투입으로 인하여 분산 안정성이 감소하여 응집이 발생하고 이로 인해 마이크로 스크래치 및 결함이 발생하게 된다.
상기 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제를 포함하는 이온 계면활성제와 비이온성 계면활성제가 있다.
상기 음이온성 계면활성제로는 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염, 디알킬술포숙신산염, 알킬디아릴에테르디술폰산염, 알킬인산염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산염, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르황산염, 나프탈렌술폰산포르말린축합물, 폴리옥시에틸렌알킬인산에스테르염, 글리세롤보레이트지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세롤지방산에스테르 등이 포함될 수 있다.
상기 양이온성 계면활성제로는 염화스테아릴트리메틸암모늄, 염화라우릴트리메틸암모늄, 염화베헤닐트리메틸암모늄 등의 알킬트리메틸암모늄염, 염화세틸피리디늄 등의 알킬피리디늄염, 염화디스테아릴디메틸암모늄디알킬디메틸암모늄염, 염화폴리(N,N'-디메틸-3,5-메틸렌피페리디늄), 4차암모늄염, 알킬디메틸벤질암모늄염, 알킬이소퀴놀리늄염, 디알킬모르폴리늄염, POE-알킬아민, 아민염, 폴리아민지방산유도체, 아밀알코올지방산유도체, 지방산아미드프로필유도체, 염화벤잘코늄, 염화벤제토늄 등이 포함될 수 있다.
상기 양쪽성 계면활성제로는, 분자 내 음이온으로 -COOH, -SO3H, -OSO3H 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하고, 양이온으로 4차 암모늄 형태의 질소기를 함유하는 것일 수 있고, 구체적으로 라우르산아미도프로필베타인, 야자유지방산아미도프로필베타인 등의 아미도베타인형, 라우릴아미도알킬렌디메틸아미노술포베타인 등의 아미도술포베타인형, 라우릴(디메틸)베타인, 스테아릴(디메틸)베타인, 스테아릴디히드록시에틸베타인 등의 베타인형, 라우릴술포베타인, 라우릴히드록시술포베타인 등의 술포베타인형, 2-운데실-N,N,N-(히드록시에틸카르복시메틸)-2-이미다졸린나트륨, 2-코코일-2-이미다졸리늄히드록사이드-1-카르복시에틸옥시2나트륨염, 야자유알킬-N-카르복시에틸-N-히드록시에틸이미다졸리늄베타인을 포함할 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제는 친수기로 이온화한 원자단을 갖지 않은 계면활성제로, -OH, -COO-, -CONH-, -O- 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 분자 내에 포함하는 비이온 계면활성제일 수 있고, 폴리에틸렌글리콜 축합형 계면활성제일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 비이온 계면활성제는 폴리글리세린지방산, 글리세린알킬에테르, 글리세린지방산에스테르, 소르비탄지방산에스테르, 스테아르산글리세릴, 알킬렌글리콜지방산에스테르, 알칸올아미드, 알킬에톡시디메틸아민옥사이드, 자당지방산에스테르, 테트라폴리옥시에틸렌에틸렌디아민축합물, 테트라폴리옥시프로필렌에틸렌디아민축합물, 트리올레일인산, 폴리옥시에틸렌글리세린지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌밀랍라놀린유도체, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비트지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리옥시에틸렌지방산아미드, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌프로필렌글리콜지방산에스테르, 폴리옥시프로필렌알킬에테르, 프로필렌글리콜지방산에스테르, 플루로닉, 불소계, 실리콘계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 pH 조절제로 질산, 황산, 염산, 암모니아수, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연마 첨가제로 암모늄 염, 유기산, 아민 화합물 등으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 암모늄염은 암모니아수, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 암모늄타르트레이트, 암모늄카보네이트, 암모늄디하이드로젠포스페이트, 암모늄하이드로젠설페이트, 암모늄하이드로젠카보네이트, 암모늄나이트레이트, 암모늄시트레이트, 암모늄옥살레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 연마 첨가제 중 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 암모늄염이 0.001 중량% 미만인 경우에는 슬러리 조성물의 안정화에 영향을 주지 못하며, 1 중량%를 초과하는 경우에는 슬러리 조성물 내 산화세륨 입자의 전기 이중층을 급격히 감소시켜 분산 안정성 및 연마 특성을 약화시키게 된다.
상기 유기산은, 예를 들어, 피콜리닉 산(picolinic acid), 니코틴 산(nicotinic acid), 이소니코틴 산(isonicotinic acid), 퓨자릭 산(fusaric acid), 디니코틴 산(dinicotinic acid), 디피코니릭 산(dipiconilic acid), 루티디닉 산(lutidinic acid), 퀴노릭 산(quinolic acid), 글루탐산(glutamic acid), 알라닌(alanine), 글리신(glycine), 시스틴(cystine), 히스티딘(histidine), 아스파라긴(asparagine), 구아니딘(guanidine), 히드라진(hydrazine), 에틸렌 디아민(ethylene diamine), 포름산(formic acid), 아세트산(acetic acid), 벤조산(benzoic acid), 옥살산(oxalic acid), 숙신산(succinic acid), 말산(malic acid), 말레산(maleic acid), 말론산(malonic acid), 시트르산(citric acid), 젖산(lactic acid), 트리카발산(tricarballyic acid), 타르타르산(tartaric acid), 아스파트산(aspartic acid), 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 수베르산(suberic acid) 및 푸마르산(fumaric acid), 프탈산(phthalic acid), 피리딘카르복실산(pyridinecarboxylic acid), 및 이들의 염으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기산은, 상기 연마 첨가제 중 약 10 중량% 내지 약 90 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 약 10 중량% 미만인 경우 낮은 연마 특성을 보일 수 있고, 약 90 중량%를 초과하는 경우에는 기판 표면 결함이 증가될 수 있다.
상기 아민 화합물은 에틸렌디아민, 피페라진, 디에탄올아민, 디에틸아민, 디메틸시클로헥실아민, 메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리에틸아민, 트리이소프로파놀아민, 디메틸아민, 헥사메틸렌아민, 1,3-디아미노프로판, 비스헥사메틸렌트리아민, 디에틸트리아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 아민 화합물은 연마제 전체에 대하여 0.001 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 연마 슬러리 조성물은 질소 원자를 1개 이상 포함하는 헤테로고리 화합물을 1 내지 1,000 ppm 만큼 더 포함할 수 있다.
상기 질소 원자를 1개 이상 포함하는 헤테로고리 화합물은 1,2,4-H-트리아졸, 테트라졸, 5-아미노테트라졸, 이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 아민 화합물 및 질소 원자를 포함하는 헤테로고리 화합물은 산화막 연마 조절제 역할을 할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 연마 조절제로서의 역할을 원활하게 수행하는데 어려움이 있을 수 있다.
상기 연마용 슬러리 조성물은 산화세륨입자와 연마 첨가제 등을 수중에 분산시켜 제조할 수 있으며, 분산방법은 통상의 교반기에 의한 분산 처리 외에도 호모지나이저, 초음파 분산기, 볼 밀 등을 이용할 수 있다. 특히, 산화세륨 입자를 1 내지 300 nm의 미립자로 분산시키기 위해서는 볼밀, 진동볼밀, 유성볼밀, 매체교반식 밀 등의 습식 분산기를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 연마방법은 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 기판을 연마하는 단계를 포함하고, 상기 연마된 기판에 형성되어 있는 경질막을 제거하여 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판으로서는 반도체 기판, 즉 회로 소자와 배선 패턴이 형성된 단계의 반도체 기판이나 회로 소자가 형성된 단계의 반도체 기판, 반도체 기판 상에 SiO2 절연막층이 형성된 기판 등을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판을 연마함으로써, 회로소자, 배선패턴 및 SiO2 절연막층 표면의 요철을 해소해, 반도체 기판 전면에 걸쳐 평활한 면을 제조할 수 있다.
상기 연마를 위한 장치는 반도체 기판을 지지하는 홀더와 연마포(패드)를 붙인 정반을 가지는 일반적인 연마 장치를 사용할 수 있다. 연마포로는 일반적인 부직포, 발포 폴리우레탄, 다공질 불소수지 등을 사용할 수 있으며 특별히 이에 제한되지는 않는다. 또한 연마포에는 슬러리가 모이는 것 같은 홈 가공을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 연마 공정은 Table/Head 속도를 30/20 내지 100/70 rpm, 연마압력을 0.1 내지 1.6 kg/cm2, 슬러리 공급유량 1.0 내지 5.0 ml/min의 조건에서 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 연마공정 동안에는 연마포에 슬러리를 연속적으로 공급하며, 연마포의 표면이 항상 슬러리로 덮여 있는 것이 바람직하다.
연마공정이 종료된 후에는 반도체 기판을 유수 중에서 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 반도체 기판 상에 부착된 물방울을 떨어뜨리고 나서 건조시키는 것이 바람직하다.
이와 같은 연마 공정은 기판에 배선과 절연막층을 형성할 때 마다 반복하여 수행하며 소자를 입체적으로 적층할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 상기 기판의 연마방법에 의하여 연마된 기판은 SiO2 절연막이 형성된 반도체 기판, 배선판, 유리나 질화규소 등의 무기 절연막, 포토마스트(photomask), 렌즈, 프리즘, 광학유리, ITO 등의 무기 도전막, 광집적 회로, 광스위칭 소자, 광도파로, 광섬유의 단면, 신틸레이터 등의 광학용 단결정, 고체 레이저 단결정, 청색 레이저용 LED 사파이어 기판, SiC, GaP, GaAS 등의 반도체 단결정, 자기 디스크용 유리 기판, 자기 헤드 등을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 반도체, LED 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 하기 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예]
보틀(bottle)에 도 2의 실시예 입자와 같이 (100)면을 위주로 포함하는 입방형(cubic) 결정구조의 산화세륨 입자가 포함되어 있는 5 중량% 콜로이달 산화세륨 용액 100 g을 넣고 400 rpm의 속도로 교반시킨다. 교반되고 있는 용액에 탈이온수 900 g을 넣고, 여기에 pH 조절제를 이용하여 pH를 3.8로 조절하여 유백색의 산화세륨을 포함하는 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형(cubic) 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 X선 회절분석(X-Ray Diffraction, XRD) 데이터이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입방형(cubic) 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 조성물의 입자 크기 분포(Particle Size Distribution, PSD) 데이터이다.
상기 도 3을 통해 2θ = 29.2o, 33.1o, 47.5o, 57.6o, 59.0o, 76.7o, 79.2o, 그리고 88.4o 에서 나타나는 CeO2의 결정구조를 확인할 수 있었으며, 도 4를 통해 입방형(cubic) 산화세륨을 포함하는 연마용 슬러리 내의 조성물의 입도분포를 조사한 결과, 평균 입자 크기가 110.5 nm였다.
[비교예]
상기 실시예의 연마 슬러리 조성물의 구성에서 입방형 산화세륨 입자 대신 도 2의 비교예 입자와 같이 (100)면과 (111)면을 모두 포함하는 콜로이달 세리아를 상기 실시예의 입방형 산화세륨 농도로 조절하여 실시예의 구성과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실험예]
상기 실시예 및 비교예의 연마 조성물을 이용하여 CMP 과정을 수행하고, 연마 속도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
상기 연마에 사용된 웨이퍼는 4 cm x 4 cm 단결정 PETEOS 웨이퍼였으며, 연마장비는 GnP TECHNOLOGY INC의 POLI 400을 이용하였고, 연마조건은 Table/Head 속도를 120/120 rpm, 연마압력을 120 g/cm2, 슬러리 공급유량은 100 ml/min으로 하여 절연막을 연마하였다.
박막 두께는 박막두께측정기는 ST5000(K-MAC)를 이용하여 연마 전후의 막두께 변화를 측정하였다.
연마시간 당 절연막의 연마정도를 이용하여 연마속도를 산출하여 실시예 및 비교예를 서로 대비하였다. 각각의 슬러리의 연마 후, 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 두께가 형성되었음을 알 수 있었며, 눈으로 보아 절연막 표면에 스크래치가 형성되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
실시예 비교예
연마제 농도 0.5 중량% 0.5 중량%
슬러리 pH 3.8 3.8
연마속도 9,000 Å/min 700 Å/min
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예를 따른 연마 조성물을 사용할 경우 연마 속도가 비교예에 비하여 12배 이상 더 우수하게 나타났다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

  1. 입방형(cubic) 결정구조의 산화세륨 입자를 포함하는 연마용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입방형(cubic) 산화세륨은 (100)면에 평행한 면을 95 내지 100 면적% 포함하고, (111)면에 평행한 면을 0 내지 5 면적%로 포함하는 것인 연마용 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입방형(cubic) 산화세륨의 함량은 전체 산화세륨 중 95 중량% 이상인 것인 연마용 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입방형(cubic) 산화세륨의 평균 입자 직경은 1 내지 300 nm인 것인 연마용 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화세륨의 함량은 전체 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 내지 30 중량% 인 것인 연마용 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물은 물을 70 내지 99.9 중량%로 함유하는 것인 연마용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는 2.0 내지 10.0 인 것인 연마용 슬러리 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 연마용 슬러리 조성물을 이용하는 기판의 연마방법.
  9. 제8항에 따른 기판의 연마방법에 의하여 연마된 기판을 포함하는 반도체.
KR1020150182551A 2015-12-21 2015-12-21 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법 KR20170073857A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150182551A KR20170073857A (ko) 2015-12-21 2015-12-21 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150182551A KR20170073857A (ko) 2015-12-21 2015-12-21 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170073857A true KR20170073857A (ko) 2017-06-29

Family

ID=59280188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150182551A KR20170073857A (ko) 2015-12-21 2015-12-21 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170073857A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200018568A (ko) * 2017-06-15 2020-02-19 로디아 오퍼레이션스 세륨 기반 입자
KR102120612B1 (ko) * 2020-03-10 2020-06-16 정동훈 브러쉬 장치
WO2021081162A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-29 Cmc Materials, Inc. Composition and method for silicon oxide and carbon doped silicon oxide cmp
CN115960540A (zh) * 2022-12-23 2023-04-14 昂士特科技(深圳)有限公司 具有改进颗粒的化学机械抛光组合物
EP4048749A4 (en) * 2019-10-22 2023-12-06 CMC Materials, Inc. COMPOSITION AND METHOD FOR DIELECTRIC CMP

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200018568A (ko) * 2017-06-15 2020-02-19 로디아 오퍼레이션스 세륨 기반 입자
WO2021081162A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-29 Cmc Materials, Inc. Composition and method for silicon oxide and carbon doped silicon oxide cmp
TWI764338B (zh) * 2019-10-22 2022-05-11 美商Ｃｍｃ材料股份有限公司 用於氧化矽和碳摻雜之氧化矽化學機械拋光的組合物及方法
EP4048749A4 (en) * 2019-10-22 2023-12-06 CMC Materials, Inc. COMPOSITION AND METHOD FOR DIELECTRIC CMP
EP4048745A4 (en) * 2019-10-22 2023-12-06 CMC Materials, Inc. COMPOSITION AND METHOD FOR DIELECTRIC CMP
KR102120612B1 (ko) * 2020-03-10 2020-06-16 정동훈 브러쉬 장치
CN115960540A (zh) * 2022-12-23 2023-04-14 昂士特科技(深圳)有限公司 具有改进颗粒的化学机械抛光组合物

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1601735B1 (en) Method of polishing a silicon-containing dielectric
TWI408195B (zh) 拋光組合物及使用經胺基矽烷處理之研磨顆粒的方法
KR20170073857A (ko) 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법
JP4863524B2 (ja) 多結晶シリコン膜を研磨するための化学機械研磨用スラリー組成物およびその製造方法
TWI384059B (zh) A method for manufacturing an abrasive, a polishing method, and a semiconductor integrated circuit device for a semiconductor integrated circuit device
KR20120102792A (ko) Ｃｍｐ용 연마액 및 이것을 사용한 연마 방법
JP2009290188A (ja) 研磨剤及び研磨方法
TW201634657A (zh) 研磨劑、研磨方法及半導體積體電路裝置之製造方法
JPWO2012005142A1 (ja) 研磨剤および研磨方法
JP4972829B2 (ja) Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
JP2009272601A (ja) 研磨剤、これを用いた基板の研磨方法並びにこの研磨方法に用いる溶液及びスラリー
KR20060062028A (ko) 웨이퍼 연마방법
JP2001007061A (ja) Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
WO2015019911A1 (ja) Ｃｍｐ用研磨液
JP2003347248A (ja) 半導体絶縁膜用ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法
JP5101625B2 (ja) 化学機械研磨スラリー組成物、その製造方法、およびその使用方法
JP2005048125A (ja) Ｃｍｐ研磨剤、研磨方法及び半導体装置の製造方法
JP4062977B2 (ja) 研磨剤及び基板の研磨方法
KR20170073858A (ko) 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 기판의 연마 방법
KR100576479B1 (ko) 저농도의 연마제를 포함하는 슬러리를 이용한 ｃｍｐ 공정
KR101388104B1 (ko) Ｃｍｐ 첨가제와 이를 포함하는 ｃｍｐ 연마제, 그 제조방법 및 이를 이용하는 ｃｍｐ 연마방법
JP5373250B2 (ja) 半導体ウエハ研磨用組成物の製造方法
JP2009266882A (ja) 研磨剤、これを用いた基体の研磨方法及び電子部品の製造方法
JP2003158101A (ja) Ｃｍｐ研磨剤及び製造方法
JP4491857B2 (ja) Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application