KR100483411B1 - 연마제, 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

연마제, 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 25 ℃에서 분산매에 대한 용해도가 0.001 g/100 g 이상인 재료를 포함하는 지립(砥粒)(유기물 및 무기물 중 어느 것이어도 좋음)을 상기 분산매에 분산시킨 연마제를 사용함으로써 연마 후의 피연마물 표면에 또는 연마 장치 내에 부착된 지립을 효과적으로 제거하는 것이다.

Description

연마제, 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 {Abrasive Agent, Method for Polishing and Method for Production of Semiconductor Devices}
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 참고로 이용된 일본 특허 출원 제2000-164650호 (출원일:2000년 6월 1일)를 기초로 한다.
본 발명은 전자 재료, 자성 재료, 광학 재료의 연마 프로세스에 적합한 연마제와, 그것을 사용하는 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로의 고집적화를 도모하기 위하여, 배선 기술은 점점 더 미세화, 다층화의 방향으로 진행하고 있으며, 이에 따라 층간 절연막의 단차가 커지는 경향이 있다. 이 층간 절연막의 단차는, 그 위에 형성되는 배선의 가공 정밀도 및 신뢰성을 저하시키는 원인이 된다. 이 때문에, 층간 절연막의 평탄성을 향상시키기 위한 연마 기술이 중요해지고 있으며, 예를 들면 특개평 제9-22885호 공보에는, 반도체 웨이퍼 층간 절연막의 화학 기계 연마에 대하여 기재되어 있다.
종래부터 이용되고 있는 반도체 기판용 연마제로서는, 예를 들면 특개평 제11-111657호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 지립(砥粒)으로서 산성(pH 3 정도)의 알루미나 슬러리 또는 실리카 입자를 분산시킨 중성 실리카 슬러리, 이 중성 슬러리에 수산화나트륨 등을 첨가한 알칼리성 실리카 슬러리 등을 들 수 있다. 이 공보에는, 또한 지립으로서 이들 이외에 금속 알콕시화물을 가수 분해하여 얻어지는 알루미나 입자, 산화티탄 입자, 산화지르코늄 등의 산화물 입자도 기재되어 있다.
이들 종래의 연마제에서 이용되고 있는 금속(반금속 포함) 또는 금속 산화물로 이루어지는 지립은, 연마 후 피연마물 표면 또는 패드(pad), 드레서(dresser) 등의 연마 장치내에 부착되고 잔류되어, 이대로는 평탄성 또는 막 특성을 손상시킨다. 그래서, 연마의 후처리로서, 예를 들면 특개평 제9-22885호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 알칼리 세정액을 사용한 세정 또는 스크럽 세정이 이루어지고 있었다. 그러나, 이들 종래의 연마제에서 사용되고 있는 금속(반금속 포함) 또는 금속 산화물로 이루어지는 지립은 세정에 의해 완전히 제거하기가 어렵고, 특히 지립이 반도체 기판 표면에 박혀있는 경우, 이의 제거가 매우 곤란하였다.
따라서, 본 발명은 연마 후에 남은 지립을 용이하게 제거할 수 있는 연마제와 이것을 이용하는 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 분산매와 상기 분산매에 분산된 지립을 포함하고, 지립은 상온(25 ℃)에서 분산매에 대한 용해도가 0.001 g/100 g 이상인 재료를 포함하는 연마제가 제공된다. 또한, 본 발명에서는 분산매와 상기 분산매에 분산된 유기물인 재료로 이루어지는 지립을 포함하는 연마제가 제공된다. 지립 재료의 분산매에 대한 용해도는 무기물 및 유기물 중 어느 쪽이든 0.001g/100 g 이상인 것이 바람직하고, 0.1 g/100 g 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 지립이 유기물인 경우, 통상의 연마 공정에서 고체로 존재할 수 있도록 그 융점은 30 ℃ 이상인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는, 이들 본 발명의 연마제를 이용한 연마 방법과, 상기 방법을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 상이한 그리고 그 외의 형태, 목적 및 이점은 첨부 도면을 함께 참고하여 하기 기재로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 연마제에 포함되는 지립은, 상온에서 분산매에 대한 용해도가 0.001 g/100 g 이상으로서 고체로 분산매 중에 존재할 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것이 아니며, 무기물이든 유기물이든 상관없지만 피연마물의 특성에 영향을 주지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면 피연마물이 반도체 기판인 경우에는 나트륨, 칼슘 등을 포함하지 않는 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 지립으로서 이용할 수 있는 무기 화합물로서는,
AgBr, AgCl, AgClO4, Ag2CrO4, AgF, AgNO3, Ag2O, Ag2SO4 등의 Ag 화합물; AlCl3, Al(NO3)3, Al2(SO4)3, Al(ClO 4)3·9H2O, AlCs(SO4)2·12H2O, AlF 3·3H2O, AlK(SO4)2·12H2O, AlNH4(SO4)2·12H 2O, AlNa(SO4)2·12H2O 등의 Al 화합물; As2O3 등의 As 화합물; BaBr2, BaCl2, Ba(ClO3)2, BaI2, Ba(NO 2)2, Ba(NO3)2, Ba(OH)2, BaS, BaSO4 등의 Ba 화합물; Be(ClO4)2, Be(NO3)2, BeSO4 등의 Be 화합물; CaBr2 등의 Br 화합물; CaCO3, CaCl2, Ca(ClO4)2, CaCrO4, CaI2, Ca(IO3)2, Ca(NO3)2, Ca(OH)2, CaSO4 등의 Ca 화합물; CdBr2, CdCl2, Cd(ClO3)2, Cd(ClO4)2 , CdI2, Cd(NO3)2, CdSO4 등의 Cd 화합물; Ce2(SO4)3, Ce(IO3)3, Ce2Mg3(NO 3)12·24H2O, Ce(NH4)2(NO3)5·4H 2O, Ce(NO3)4, Ce(NH4)(NO3)6, Ce2(WO4)3 등의 Ce 화합물; CoBr2, CoCl2, Co(ClO3)2, CoI2, Co(NO3) 2, CoSO4 등의 Co 화합물; Cr(NO3)3, CrO3 등의 Cr 화합물; CsCl, CsClO3, CsClO4, CsI, CsNO3, Cs2SO4 등의 Cs 화합물; CuBr2, CuCl2, Cu(ClO 3)2, Cu(NO3)2, CuSO4, CuCl2, Cu(ClO4)2·6H2O, CuCrO4, CuF2·2H2O, CuI, CuI2, CuK2(SO4)·6H2O, Cu(NH4)2Cl 4·2H2O, Cu(NH4)2(SO4)2·6H2O, CuSeO4·5H2 O, Cu(SiF6)·4H2O, Cu(SO3NH2)2 등의 Cu 화합물; FeBr2, FeCl2, FeCl3, Fe(ClO4)2, Fe(ClO4 )3, Fe(NO3)2, Fe(NO3)3, FeSO4, FeF3·3H2O, FeK2(SO4)2·6H2O, FeNH4(SO4)2 ·12H2O, Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O 등의 Fe 화합물; GeO2 등의 Ge 화합물; H3BO3 등의 B 화합물; HClO4·H2O 등의 Cl 화합물; H3PO4 등의 P 화합물; HgBr2, HgCl2, Hg2Cl2, Hg(ClO4)2 등의 Hg 화합물; I2; InCl3 등의 In 화합물; KBr, KBrO3, K2CO3, KCI, KClO3, KClO4, K2 CrO4, K2Cr2O7, KF, K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6], KHCO3, KH2PO4, K2HPO 4, KI, KIO3, KIO4, KMnO4, K2MnO4, KNO3, KOH, K3PO4, KSCN, K2SO3, K2SO4, KHF2 , KHSO4, KNO2 등의 K 화합물; LaCl3, La(NO3)3 , La2(SO4)3 등의 La 화합물; LiBr, LiBrO3, Li2CO 3, LiCl, LiClO4, Li2CrO4, LiI, LiNO3, LiOH, Li2SO4 등의 Li 화합물; MgBr2, MgCO3, MgCl2, Mg(ClO3)2, Mg(ClO4)2, MgCrO4, MgMoO4, Mg(NO3)2, MgSO3, MgSO4 등의 Mg 화합물; MnBr2, MnCl2, Mn(NO3)2, MnSO4 등의 Mn 화합물; MoO3 등의 Mo 화합물; NH4Br, NH4Cl, NH4ClO4, (NH4)2CrO4, (NH4)Cr2O7, NH4F, NH4HCO3, NH4 H2PO4, (NH4)2HPO4, NH4I, NH 4NO3, NH4SCN, (NH4)2SO4, (NH4)2S2O8, (NH3OH)Cl, (NH4)2 CO3, NH4HF2, NH4N3, NH4NO3 등의 NH4 화합물; NaBO2, NaBr, NaBrO3, NaCN, Na2CO3, NaCl, NaClO2, NaClO3, NaClO4, Na2CrO4, Na2Cr2O7, NaF, Na4[Fe(CN)6], NaHCO3, NaH2PO4, Na2HPO 4, NaI, NaIO3, NaMnO4, NaNO2, NaNO3, NaOH, Na4P2O7, Na2S, NaSCN, Na2SO3, Na2 SO4, Na2S2O3, Na3VO4, Na2 WO4 등의 Na 화합물; NdCl3, Nd(NO3)3, Nd2(SO4)3 등의 Nd 화합물; NiBr2, NiCl2, Ni(ClO3)2, Ni(ClO4)2 , Ni(NO3)2, NiSO4 등의 Ni 화합물; PbBr2, PbCl2, PbI2, Pb(NO3)2, PbSO4 등의 Pb 화합물; PrCl3, Pr(NO3)3, Pr2(SO4)3 등의 Pr 화합물; PtCl4, [PtCl(NH3)5]Cl3, [Pt(NH3)6]Cl4 등의 Pt 화합물; RbBr, RbCl, RbClO3, RbClO 4, Rb2CrO4, Rb2Cr2O7, RbI, RbNO3, Rb2SO4 등의 Rb 화합물; SbCl3 등의 Sb 화합물; SeO 2 등의 Se 화합물; SmCl3 등의 Sm 화합물; SrBr2, SrCl2, Sr(ClO3)2, Sr(ClO4) 2, SrI2, Sr(NO2)2, Sr(NO3)2, Sr(OH)2, SrSO4 등의 Sr 화합물; Th(NO3)4, Th(SO4) 2 등의 Th 화합물; TlBr, TlCl, TlClO4, TlNO2, TlNO3, TlOH, Tl2SO4 등의 Tl 화합물; U(SO4)2, UO2CrO4, UO2(NO3)2, UO2SO4 등의 U 화합물; YBr3, YCl3, Y(NO3)3 , Y2(SO4)3 등의 Y 화합물; Yb2(SO4)3 등의 Yb 화합물; 및 ZnBr2, ZnCl2, Zn(ClO2)2, Zn(ClO3) 2, Zn(ClO4)2, ZnI2, Zn(NO3)2, ZnSO 4 등의 Zn 화합물을 들 수 있다.
이들 중, Al 화합물, Ce 화합물, Cu 화합물, Fe 화합물 및(또는) NH4 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 NH4 화합물은 반도체 제품에 영향을 주지 않기 때문에 바람직하다. 가장 바람직한 지립 재료로서는, NH4Cl, NH4ClO4, NH4HCO3, Ce2(SO4)3, CuCl2 및 CuSO4을 들 수 있다.
본 발명에서 지립으로서 이용할 수 있는 유기물의 구체적인 예로서는 유기산류(유기산 및 그 에스테르 또는 염), 알코올 화합물, 에테르 화합물, 페놀 화합물, 질소 함유 화합물 등을 들 수 있다. 이들 유기물은, 일반적으로 무기물보다도 결정이 부드럽기 때문에 피연마물에 연마 상처를 입히기 어렵고, 유기 재료 또는 금속·반금속의 산화물 등으로 이루어진 절연막같은 부드러운 물질을 연마하는 경우에 특히 우수하다.
유기산류로서는 아디프산, 아세틸살리실산, 벤조산염(벤조산칼륨, 스트리크닌벤조산염 등), o-니트로벤조산, p-히드록시벤조산, 카르밤산에스테르(카르밤산에틸 등), 포름산염(포름산칼륨, 포름산마그네슘 이수화물 등), 시트르산, 시트르산 수화물, 클로로아세트산(즉, α-클로로아세트산, β-클로로아세트산 또는 클로로아세트산), 숙신산, 옥살산염(옥살산암모늄, 옥살산칼륨 등), 옥살산수화물, 타르타르산(즉, (+)-타르타르산 또는 (-)-타르타르산), 니코틴산, 니코틴산염, 말레인산, 말론산, DL-만델산, DL-말산, 발레르산염(발레르산은 등), 글루콘산염(글루콘산칼륨 등), 신남산염(시스-신남산칼슘 등), 아세트산염(아세트산 우라닐 이수화물, 아세트산칼슘, 아세트산세슘, 아세트산마그네슘 사수화물, 아세트산리튬 이수화물 등), 살리실산염(살리실산암모늄, 살리실산칼륨 수화물 등), 트리클로로 아세트산, 나프탈렌술폰산염(1-나프탈렌술폰산암모늄, 2-나프탈렌술폰산암모늄등), 히푸르산, 히푸르산에스테르(히푸르산에틸 등), 페녹시아세트산염(페녹시아세트산암모늄 등), 푸마르산염(푸마르산칼슘삼수화물 등), 부티르산염(부티르산칼슘수화물, 부티르산바륨 등) 및 아미노산류 등을 들 수 있다.
아미노산류로서는, 예를 들면 L-아스코르빈산, 글리신, DL-α-아미노이소부티르산, 아미노부티르산(DL-α-아미노부티르산, 3-아미노부티르산 또는 4-아미노부티르산 등), 아미노프로피온산(DL-알라닌, L-알라닌, β-알라닌 등), 오로트산에스테르염(오로트산에틸암모늄, 오로트산벤질암모늄 등) 및 DL-바린 등의 아미노산류등이 사용 가능하다.
알코올 화합물로서는 D-글루코오스, D-글루코오스 수화물, 자당 및 D-만니톨 등의 당류 및 글리세롤린산염(글리세롤린산칼슘) 등을 들 수 있으며, 에테르 화합물로서는 18-크라운-6 등을 들 수 있다. 또, 여기서 예로 든 당류는 단당류 및 이당류인데, 삼당류 이상의 다당류이어도 좋다.
페놀 화합물로서는 카테콜, 2-나프톨, m-니트로페놀, 히드로퀴논, 레조르시놀, 글리시딜글리신, 피로가롤 등을 들 수 있다.
질소 함유 화합물로는 아민 화합물, 아미드 화합물, 이미드 화합물, 니트로 화합물, 암모늄염, 질소를 헤테로 원자로서 함유하는 복소환 화합물 등을 들 수 있으며, 구체적으로는 아세트아닐리드, 아세트아미드, 아닐린 염산염, 에틸렌디아민테트라아세트산, 카페인, 요소, 티오요소, 2,4,6-트리니트로톨루엔, 페닐렌디아민(즉, o-페닐렌디아민, α-m-페닐렌디아민, β-m-페닐렌디아민, p-페닐렌디아민), 아크릴아미드, 안티피린, 퀴닌염(퀴닌염산염 이수화물, 퀴닌황산염 칠수화물 등), 코카인염산염, 코데인인산염 이수화물, 숙신이미드 수화물, 타우린, 테트라에틸암모늄염(염화테트라에틸암모늄, 브롬화테트라에틸암모늄, 요오드화테트라에틸암모늄 등), 테트라프로필암모늄염(요오드화테트라프로필암모늄 등), 테트라메틸암모늄염(브롬화테트라메틸암모늄, 요오드화테트라메틸암모늄 등), 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 피라졸, 프테리딘, 헥사메틸렌테트라민 등을 사용할 수가 있다.
이들 중, 아디프산, 시트르산 수화물 및 말론산은 금속 구리의 부식을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 자당은 폐액 처리가 용이하여 반도체 제품에 영향을 주지 않기 때문에 바람직하다.
분산매는, 이들 지립 재료를 용해할 수 있는 액체이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 분산매로서는 다음의 (1) 내지 (5)를 이용할 수 있다:
(1) 불화수소산, 염산, 황산, 질산, 아세트산 및 유기산 중 하나 이상의 산을 포함하는 산성 용액(바람직하게는 pH 2 내지 4)
(2) 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 아민 중 하나 이상의 염기를 포함하는 알칼리성 용액(바람직하게는 pH 9 내지 11)
(3) 상기 산과 상기 염기의 염을 포함하는 용액
(4) 물
(5) 유기 용매(바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 지방족 알코올).
또, 분산매는 필요에 따라 과산화수소 및 불화 암모늄을 추가로 포함하여도 좋으며, 방부식제, 분산제 등의 첨가제를 적절하게 포함할 수도 있다. 지립을 안정하게 분산시키기 위하여, 분산매에는 지립 재료가 포화 상태로 용해되어 있는 것이 바람직하다. 이 분산매 중에 용해되어 있는 지립 재료가 계면활성제, 분산제, 방부식제, 완충제 등으로서의 기능을 하고 있어도 무방하다.
또한, 본 발명에서는, 분산매가 필요에 따라서 다시 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양성 계면활성제 및 유기 용매 중 하나 이상을 포함하여도 좋다. 각종 계면활성제의 농도는 지립의 응집을 피하고, 안정된 분산성을 얻기 위하여 분산제 전량에 대하여 임계 미셀 농도 이하 또는 0.01 mo1/ℓ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 지립의 입자 직경은 특별히 한정되는 것이 아니고, 피연마물이나 요구되는 평탄성 등에 따라 적절하게 결정할 수가 있다. 특정한 크기의 지립을 얻기 위해서는 건조한 상기 지립을 분쇄하여 체로 등급을 분류하는 방법이 있다. 또한 지립이 용해되어 있는 용액을 아토마이저(atomizer)를 사용하여 분무상으로 만들고, 그 분무상의 지립을 수집하여 건조시킨 후, 체로 등급을 분류하는 방법도 있다.
본 발명의 연마제에서의 지립의 분산량(즉, 연마제 단위 체적 (또는 중량) 당 고체로 존재하고 있는 지립의 양)은 피연마물, 요구되는 평탄성 및 연마 속도 등에 따라 적절하게 결정할 수가 있지만, 연마제 전량에 대하여 1 내지 50 중량%로 하는 것이 바람직하고, 1 내지 20 중량%으로 하는 것이 보다 바람직하다. 분산매에 용해하지 않고서 지립을 고체로 남기기 위해서는, 지립 재료의 용해도를 초과하는 양의 지립을 분산매에 첨가하여 연마제를 조제하는 것이 좋다. 따라서, 이용하는 지립의 양은, 연마 조건(용액의 양 및 종류, pH, 온도, 첨가제 등)에 따라 적절하게 결정하는 것이 좋다.
또, 본 발명의 연마제는, 분산매에 용해될 수 있는 지립을 이용하기 위하여 예를 들면 분산매의 양 및(또는) 온도를 변화시킴으로써, 연마 도중에 연마제 중의 지립의 분산량을 동적으로 변화시킬 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에서는 연마제 중의 분산매의 양을 변화시킴으로써 연마제 중에 고체로 분산되는 지립의 분산량을 변화시킬 수가 있다. 즉, 본 발명에서는 연마제에 분산매를 추가함으로써 지립의 일부를 분산매 중에 용해시켜 분산량을 저하시킬 수 있고, 반대로 연마제로부터 분산매의 일부를 제거하여 분산매 중에 용해되어 있는 지립 재료를 재결정시킴으로써 지립을 생성시켜 분산량을 증가시킬 수 있다. 또한, 연마제의 온도를 변화시킴으로써 지립의 분산매에 대한 용해도를 변화시켜 연마제 중에 고체로서 분산하는 지립의 분산량을 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 본 발명의 연마제를 이용한 연마 방법과, 상기 연마 방법을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 연마제는 수지, 도체, 세라믹 등의 전기·전자 재료, 자성 재료, 광학 재료 등의 연마에 적합하고, 특히 반도체 소자, 배선 기판 등의 높은 평탄성 및 청정성이 요구되는 전기·전자 장치 제조에서의 도체막 또는 절연막 등의 연마에 특히 적합하다.
예를 들면 플라즈마 실리콘 산화막, CVD(화학 증착, Chemical Vapor Deposition) 실리콘 산화막, PVD (물리 증착, Physical Vapor Deposition) 실리콘 산화막 등의 층간 절연막의 화학 기계 연마에 의한 평탄화를 행한 후의 반도체 웨이퍼(2)의 표면에는 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 지립(1)이 부착되어 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 연마에 의해 발생하는 열에 의해서 지립 재료의 용해도가 증가하기 때문에, 지립이 분산매 중에 용해됨으로써 피연마면에 부착하는 지립(1)이 적으며, 부착된 지립(1)을 세정액에 용해시킴으로써, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 완전한 제거를 용이하게 할 수 있기 때문에, 종래의 연마제에 비하여 청정한 피연마면을 훨씬 용이하게 얻을 수가 있다. 또, 세정액으로서는, 분산매로 이용하고 있는 용제 등, 지립 재료를 용해할 수 있는 액체를 적절하게 선택할 수가 있다.
본 발명에 따르면, 연마 후에 반도체 기판 등의 피연마물의 표면 또는 연마 장치내 등에 부착되어 있는 지립을 효율적으로 제거할 수가 있기 때문에, 반도체 제품 등을 저비용으로 고품질, 고수율로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 연마제에서의 지립의 분산량을 용이하게 제어할 수 있기 때문에 연마량·연마 속도를 섬세하게 제어할 수 있다. 또한, 지립을 용해시킬 수 있기 때문에 연마제로부터 지립을 분리하지 않고 폐액 처리를 할 수 있다. 또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼뿐만 아니라 박막 디바이스, 박막 디스크 등의 기판에도 적용할 수가 있다.
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 도 2를 사용하여 설명하는데, 이들은 본 발명을 한정하지는 않는다.
본 실시예에서는 표 1에 나타내는 화합물로 이루어지는 지립(입경 150 nm)을 연마제 100 g당 30 g 분산시킨 연마제를 제조하고, 이것을 사용하여 산화막을 연마함으로써 반도체 기판 표면을 평탄화시켰다. 또한, 표 1에는 상온(25 ℃)에서 각 화합물의 용해도를 병기하였다.
지립재료 용해도(%)
실시예 1 NH4Cl 28.2 무기물
실시예 2 NH4ClO4 21.0
실시예 3 NH4HCO3 19.9
실시예 4 Ce2(SO4)3 7.59
실시예 5 CuCl2 42.8
실시예 6 CuSO4 18.2
실시예 7 아디프산 2.4 유기물
실시예 8 시트르산 일수화물 62.0
실시예 9 숙신산 7.5
실시예 10 옥살산 암모늄 5.0
실시예 11 자당 67.0
실시예 12 말론산 32.2
(1) 연마제의 제조
우선, pH를 11로 조절한 암모니아 수용액에 NH4HCO3 입자를 용해시켜 포화시키고, 이어서 이 용액에 다시 일차 입자 직경(각 지립의 입자 직경)이 30 nm, 이차 입자 직경(응집되어 있을 때의 지립의 입자 직경)이 150 nm인 지립을, 연마제 100 g 당 30 g 첨가하고, 분산시켜 연마제를 얻었다.
(2) 연마 조건
연마 장치에는 어플라이드 마테리얼스사(Applied Materials Inc.) 제품인 연마 장치를 사용하여, 연마시의 헤드 회전수를 90 rpm, 플라텐(platen) 회전수를 90 rpm으로 하고, 25 ℃의 연마제를 분당 200㎖ 씩 공급하면서 연마를 하였다. 이 때, 연마 중에 용액 온도가 상승하지 않도록 연마 온도를 25 ℃로 제어하였다.
(3) 반도체 기판의 제작
우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판(3) 표면에 산화막(4)을 형성시키고, 다시 그 표면에 Al 배선(5)를 형성하여 표면에 단차를 갖는 반도체 기판(도 2(a))을 제작하였다. 이 기판의 표면에, 산화막(4) 및 배선(5)의 노출면을 덮도록 연마 스토퍼층인 질화 실리콘막(6)을 형성하였다(도 2(b)).
이어서, 배선(5)에 의해 형성된 단차를 매립하도록 CVD에 의해 산화막(7)을 형성시킨 후(도 2(c)), 이 산화막(7)을 상술한 공정(1)으로 조제한 연마제를 이용하여 표면이 평탄해지도록 연마 장치에 의해 연마하였다(도 2(d)). 이에 따라, 표면이 평탄한 층간 절연막(8)을 구비하는 반도체 기판(9)이 얻어졌다.
마지막으로, 이 기판(9)를 다이닛본 스크린 제조(주)(DAINIPPON SCREEN MFG. CO., LTD)제품인 브러시 세정 장치로 수세하여 연마제를 제거한 후, 산화막(7)의 표면을 광학 현미경 및 주사 전자 현미경으로 관찰한 결과, 스크래치 및 산화막(7) 중으로 매립된 지립은 발견되지 않았고, 실시예 1 내지 12 중의 어느 연마제를 사용했을 경우에도 산화막(7)에 양호한 평탄성이 부여되었다는 것을 확인할 수 있었다.
또, 각 실시예에 의해 얻어진 반도체 기판의 불량율은, 종래의 연마제(일차입자 직경 30 nm, 이차 입자 직경 150 nm의 실리카 입자를 지립으로서 이용하고, 이것을 pH 11로 조절한 암모니아 수용액에 분산시킨 것)을 이용하여 기판을 연마, 수세한 경우에 비하여 5 % 적었다. 이에 따라, 각 실시예의 연마제를 이용하여 반도체 제품을 고품질, 고수율로 제조할 수 있다는 것이 분명해졌다.
지금까지 본 발명에 따라서 몇가지 실시형태를 개시하였으나, 상기 실시형태는 본 발명의 범위 내에서 변화되고 수정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명자들은 본 발명을 본 명세서에 개시된 세부사항에 국한시키지 않고, 첨부된 청구의 범위에 속하는 이러한 모든 변화 및 수정을 본 발명에 포함시키고자 한다.
본 발명의 연마제를 사용함으로써 연마 후의 피연마물 표면에 또는 연마 장치 내에 부착된 지립을 효과적으로 제거할 수 있어서, 반도체 제품을 고품질, 고수율로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기본 개념도.
도 2는 반도체 기판의 제조 공정의 일부를 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 지립(砥粒) 2 : 반도체 웨이퍼
3,9 : 반도체 기판 4,7 : 산화막
5 : Al 배선 6 : 질화 실리콘막
8 : 절연막

Claims (26)

  1. 분산매와 이 분산매에 분산된 지립(砥粒)을 포함하며, 이 지립은 25 ℃에서 상기 분산매에 대한 용해도가 0.001 g/100 g 이상인 Ce 화합물, Cu 화합물, 및 NH4 화합물 중 하나 이상인 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 지립은 Ce2(SO4)3, Ce(IO3)3, Ce2Mg3(NO3)12·24H2O, Ce(NH4)(NO3)6, Ce(NO3)4, Ce2(WO4)3, Ce(NH4)2(NO3)5·4H2O; CuBr2, CuCl2, Cu(ClO3)2, Cu(NO3)2, CuSO4, CuCl2, Cu(ClO4)2·6H2O, CuCrO4, CuF2·2H2O, CuI, CuI2, CuK2(SO4)·6H2O, Cu(NH4)2Cl4·2H2O, Cu(NH4)2(SO4)2·6H2O, CuSeO4·5H2O, Cu(SiF6)·4H2O, Cu(SO3NH2)2; 옥살산암모늄, NH4Br, NH4Cl, NH4ClO4, (NH4)2CrO4, (NH4)Cr2O7, NH4F, NH4HCO3, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, NH4I, NH4NO3, NH4SCN, (NH4)2SO4, (NH4)2S2O8, (NH3OH)Cl, (NH4)2CO3, NH4HF2, NH4N3, NH4NO3 중 하나 이상인 연마제.
  4. 분산매와 이 분산매에 분산된 지립을 포함하며, 이 지립은 25℃에서 상기 분산매에 대한 용해도가 0.001g/100g 이상인 유기산, 유기산 에스테르 및 유기산염으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 유기물인 것을 특징으로 하는 연마제.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 유기물의 융점이 30 ℃이상인 것을 특징으로 하는 연마제.
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서, 상기 유기물은 아디프산, 시트르산, 클로로아세트산, 숙신산, 옥살산염, 옥살산수화물, 타르타르산, 니코틴산, DL-만델산, DL-말산, 발레르산염, 글루콘산염, 신남산염, 아세트산염, 살리실산염, 트리클로로아세트산, 나프탈렌술폰산염, 히푸르산, 페녹시아세트산염, 푸마르산염, 부티르산염, 오로트산에스테르염, 글리세롤린산염, 및 코데인인산염 이수화물 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연마제.
  9. 제1항에 있어서, 상기 분산매는 (1) 불화 수소산, 염산, 황산, 질산, 아세트산 및 유기산 중 하나 이상의 산을 포함하는 산성 용액,
    (2) 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 아민 중 하나 이상의 염기를 포함하는 알칼리성 용액,
    (3) 상기 산과 상기 염기의 염을 포함하는 용액,
    (4) 물, 또는
    (5) 유기 용매인 것을 특징으로 하는 연마제.
  10. 제4항에 있어서, 상기 분산매는 (1) 불화 수소산, 염산, 황산, 질산, 아세트산 및 유기산 중 하나 이상의 산을 포함하는 산성 용액,
    (2) 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 아민 중 하나 이상의 염기를 포함하는 알칼리성 용액,
    (3) 상기 산과 상기 염기의 염을 포함하는 용액,
    (4) 물, 또는
    (5) 유기 용매인 것을 특징으로 하는 연마제.
  11. 제9항에 있어서, 상기 분산매는 과산화수소 및 불화암모늄을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
  12. 제10항에 있어서, 상기 분산매는 과산화수소 및 불화암모늄을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
  13. 제1항에 있어서, 상기 분산매는 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양성 계면활성제 및 유기 용매 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
  14. 제4항에 있어서, 상기 분산매는 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 양성 계면활성제 및 유기 용매 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
  15. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 및 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 연마제를 사용하여 반도체 기판의 표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 공정과 이 박막의 표면을 연마하는 공정을 포함하고, 상기 박막의 표면을 제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 및 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 연마제를 사용하여 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 공정과 이 박막의 표면을 연마하는 공정을 포함하고, 이 연마 공정을 제15항에 기재된 연마 방법을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  21. 삭제
  22. 제1항에 있어서, 25℃에서 상기 분산매에 대한 용해도가 0.001g/100g 이하인 물질은 포함하지 않는 연마제.
  23. 제1항에 있어서, 상기 지립이 NH4Cl, NH4ClO4, NH4HCO3, Ce2(SO4)3, CuCl2, 및 CuSO4 중 하나 이상인 연마제.
  24. 제4항에 있어서, 상기 지립이 아디프산, 시트르산 일수화물, 숙신산, 옥살산 암모늄, 및 말론산 중 하나 이상인 연마제.
  25. 제15항에 있어서, 상기 분산매가 상기 지립 화합물의 포화 용액인 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  26. 삭제
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