KR100565419B1 - 연마용 조성물 - Google Patents

연마용 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR100565419B1
KR100565419B1 KR1019990056617A KR19990056617A KR100565419B1 KR 100565419 B1 KR100565419 B1 KR 100565419B1 KR 1019990056617 A KR1019990056617 A KR 1019990056617A KR 19990056617 A KR19990056617 A KR 19990056617A KR 100565419 B1 KR100565419 B1 KR 100565419B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
particle size
metal oxide
polishing composition
present
Prior art date
Application number
KR1019990056617A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010055413A (ko
Inventor
이재석
이길성
김석진
장두원
Original Assignee
제일모직주식회사
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 제일모직주식회사 filed Critical 제일모직주식회사
Priority to KR1019990056617A priority Critical patent/KR100565419B1/ko
Publication of KR20010055413A publication Critical patent/KR20010055413A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100565419B1 publication Critical patent/KR100565419B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09GPOLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00Polishing compositions
    • C09G1/02Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463Aqueous liquid suspensions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12Surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture 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
    • H01L21/18Manufacture 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
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment 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
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/32115Planarisation
    • H01L21/3212Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명은 탈이온수 및 금속산화물 미분말을 포함하는 연마용 조성물에 있어서, 상기 금속산화물이 1차 입자크기 분포가 입자크기분포곡선상 반높이 폭이 20nm 이하인 범위이고, 1차 입자크기가 비표면적 160㎡/g 내지 30㎡/g 범위내인 것임을 특징으로 하는 연마용 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 연마용 조성물은 μ-스크래치성 및 연마균일도가 우수하므로 반도체 디바이스의 광역평탄화에 이용될 경우 반도체 디바이스의 성능 및 수율을 향상시키는 효과를 제공한다.
연마용 조성물, 반도체 디바이스, 광역평탄화, 화학적 기계적 연마공정, 금속산화물, 입자크기, 반높이 폭

Description

연마용 조성물{COMPOSITION FOR CMP}
도 1은 은 본 발명에서 반높이 폭을 설명하기 위한 금속산화물의 입자크기분포곡선을 도시한 것이다.
본 발명은 반도체, 포토마스크, 컴팩트디스크 및 합성 수지등 각종 공업 제품의 연마에 사용되는 연마용 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크기와 분포가 조절된 금속산화물을 포함하므로 연마균일도가 우수하며 연마후의 웨이퍼 연마표면에 μ-스크래치를 일으키지 않아 얕은 트렌치 분리(Shallow Trench Isolation, STI)등과 같은 고도의 디바이스 형성 기술에 적용 가능한 연마용 조성물에 관한 것이다.
오늘날 집적회로(IC)의 집적도가 증가함에 따라, 반도체 디바이스의 웨이퍼 (Wafer)의 광역평탄화의 중요성이 증대되고 있는데, 이런 가운데 새로운 평탄화 기술로서 주목받기 시작한 것이 화학적 기계적 연마공정(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP라 한다)이다. 고집적 반도체 소자는 도체의 재료와 절연체의 재료를 반복적으로 증착시키고 패턴을 형성시킴으로써 제작되는데, 패턴을 형성시킬 때 표면이 평탄화되어 있지 않으면 새로운 패턴층을 형성시키는데 많은 어려움을 겪게 된다. 집적도가 증가함에 따라 피쳐 사이즈(Feature size)의 극소화 및 멀티레벨 인터커넥션 (Multi1evel Interconnection)이 필요하며 이를 극복하기 위한 최소 조건중의 하나가 광역평탄화이다. 마이크로프로세서나 DRAM 등의 구조가 점차 다층구조(예컨대, 3세대 버젼의 64M DRAM의 경우 금속층이 3층으로 구성되어 있음)로 되어 감에 따라서 막층 사이가 균일하지 못한 상태에서 계속 쌓여져 갈때 구조상의 복잡성 때문에 공정 진행상 문제가 발생할 여지(포토 공정에서 평탄치 못한 굴절된 막질에 의해 입사광선이 난반사되며, 이로 인해 현상시 포토레지스트 패턴이 정확하지 않게 되는 문제가 발생)가 커진다. 따라서 반도체 디바이스의 고집적화 및 다층화를 위해서는 반드시 평탄화 공정을 거쳐야 한다.
CMP 공정은 이러한 반도체 디바이스의 광역평탄화에 이용되는 연마 공정의 하나로, 기계적 연마와 화학적 연마를 혼용하는 연마 방법이다. CMP 공정은 단 한번의 연마 및 세정에 의해 연마공정이 마무리될 수 있고, 다른 평탄화 공정에 비해 100∼1000배의 평탄화 범위를 갖기 때문에 새로운 평탄화 기술로서 각광을 받고 있다.
이러한 반도체 CMP 공정에 사용되는 연마용 조성물은 금속산화물, 탈이온수, 첨가제등으로 구성되며, 피연마 재질에 따라 단결정 실리콘 연마용, 절연층 연마용, 금속 배선 및 플러그(Plug) 연마용의 3종류로 나눌 수 있다. 연마용 조성물 에서 금속산화물로는 발연법 또는 졸 겔(Sol-Gel)법에 의해 제조된 실리카(Si02), 알루미나(Al2O3), 세리아(Ce02), 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO 2)등이 널리 사용되고 있고(미국특허 제 4,959,113호, 미국특허 제 5,354,490호, 미국특허 제 5,516,346호, WO 97/40,030), 최근에는 망가니아(Mn2O3, EP 816,457), 실리콘 나이트라이드(SiN, EP 786,504)등이 주로 사용되고 있다.
그러나, 이러한 연마용 조성물들은 연마성능 평가 항목중에서 연마속도, 평탄성, 선택도 등은 어느 정도 만족할 만한 수준에 이르렀지만 연마후 웨이퍼 표면에 μ-스크래치를 다수 발생시키는 문제점을 가지고 있다. CMP 공정에 있어서 μ-스크래치 발생은 반도체 소자의 기능 및 수율면에서 치명적인 결과를 초래한다. 예를 들어, STI(Shallow Trench Isolation)에서 트렌치를 이루는 구조가 200nm 정도로 얇고 미세하여 μ-스크래치가 발생하거나 각각의 층이 평탄하지 못한 상태에서 다음 층을 적층할 경우 절연 또는 절연 부분의 단전이 일어날 수 있고, 위층에 형성되는 TR이나 게이트 형성등에도 영향을 미치게 되어 디바이스 페일(Device Fail)을 초래하므로 CMP 공정에 사용되는 연마용 조성물은 연마후 웨이퍼 표면에 μ-스크래치 등과 같은 결함을 일으키지 않고 연마균일도가 우수한 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 연마용 조성물중의 금속산화물의 1차 입자 크기 및 분포를 조절함으로써, 조성물을 반도체 웨이퍼 연마에 적용시 연마후에 연마 표면에 μ-스 크래치 등의 결함을 일으키지 않고 연마균일도가 우수한 연마용 조성물을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 탈이온수 및 금속산화물 미분말을 포함하는 연마용 조성물에 있어서, 상기 금속산화물이 1차 입자크기 분포가 입자크기분포곡선상 반높이 폭이 20nm 이하인 범위이고, 1차 입자 크기가 비표면적 160㎡/g 내지 30㎡/g 범위내인 것임을 특징으로 하는 연마용 조성물을 제공하는 것이다.
이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 연마용 조성물은 탈이온수에 입자 크기 및 분포가 조절된 금속산화물이 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마용 조성물에서 연마제로 사용되는 금속산화물로는 발연법 또는 졸 겔(Sol-Gel)법에 의해 제조된 실리카(Si02), 알루미나(Al203), 세리아(Ce0 2), 지르코니아(Zr02), 티타니아(Ti02) 등과 같이, 현재 사용되고 있는 임의의 것을 사용할 수 있다. 상기 금속산화물 가운데 SiCl4를 원료로 하여 발연법에 의해 제조된 실리카는 상업적으로 용이하게 입수할 수 있고, 가격이 저렴하며, 반도체 절연층 (Si02)과 동일 재질이므로 오염의 우려가 없는 등의 이점을 갖기 때문에 특히 바람직하다.
본 발명에서 CMP 공정에 적용하기에 적합한 금속산화물 입자의 1차 입자 크 기는 BET법을 이용한 입자의 표면적으로 측정되는데, 바람직한 범위는 30㎡/g부터 200㎡/g까지이며, 더욱 바람직하게는 50㎡/g부터 140㎡/g까지이다. 금속산화물의 입자의 비표면적이 30㎡/g미만인 경우에는 연마속도가 떨어져 생산성 측면에서 바람직하지 못하고, 반대로 200㎡/g를 초과하면 연마속도는 증가하나 분산이 곤란해지고 큰 입자들이 다량 생성되어 μ-스크래치를 다량 유발할 수 있다.
그리고 본 발명에서 금속산화물의 적정 입자 크기 분포는 도 1에 도시된 바와 같은 전체 입자크기 분포곡선의 최대 높이의 1/2 (½h)에서의 폭(ω; 이하 본 발명에서 반높이 폭이라 한다)으로 정의되는데, 이러한 반높이 폭은 연마 성능중 연마균일도와 밀접히 연관되어 있는 항목으로 이 폭을 얼마나 좁고 균일하게 하는냐에 따라서 연마균일도가 급격히 향상된다. 본 발명에서 금속산화물의 적정 입자 크기 분포는 반높이 폭이 20nm 이하, 더욱 바람직하게는 10nm 이하인 것이다. 만약 반높이 폭이 20㎚를 초과할 경우에는 연마균일도가 낮아 반도체 소자의 기능 및 생산성이 저하된다.
금속산화물들의 수용성 분산 상태에서의 2차 입자의 최대 입자 크기는 500nm 미만인 것이 좋은데, 500nm 이상일 경우 μ-스크래치가 급격히 증가할 뿐만 아니라 침강이 잘 일어나는 등 많은 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 평균 입자 및 최대 입자가 크면 클수록 침강안정성이 떨어져 30일 이상 실온에서 방치할 경우 침강이 일어나 CMP 공정에 사용하기 전에 교반공정을 거쳐야 하므로 바람직하지 않다.
본 발명의 연마용 조성물에는 피연마 물질의 종류에 따라 조성물의 물성을 해하지 않는 범위내에서 pH 조절을 위한 염기 또는 산, 연마속도 개선을 위한 산화 제, 슬러리의 안정성을 위한 안정제 등의 기타 첨가제가 추가로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 절연층을 연마할 경우에는 KOH 또는 아민염과 같은 염기를, 금속배선 및 플러그 등을 연마할 경우에는 H2S04, HN03, CH3COOH과 같은 산과 함께 산화제등을 첨가하여 사용할 수 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예들은 예시적 의미를 지니며 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
ω=3nm(200㎡/g)인 시판중인 실리카(Aerosil 200, Degussa사 제품) 130g, 20% KOH 용액 18g, 탈이온수 860g의 혼합물을 2ℓ의 폴리에틸렌 플라스크에서 2000rpm에서 2 시간동안 프리믹싱시킨 혼합물에 2㎜ 유리비드 500g이 들어있는 배치 타입의 다이노밀을 이용하여 1500rpm에서 1 시간 동안 분산시켜 연마용 조성물 샘플을 제조하였다. 이어서 이렇게 해서 얻어진 금속산화물 슬러리를 1㎛ 뎁스 필터를 사용하여 필터링하여 아래와 같은 조건에서 2분간 연마한 후 연마에 의해 제거된 두께 변화로부터 연마속도, 연마균일도, 및 μ-스크래치 발생수 등의 연마성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
o 연마기 모델 : 6EC(STRASBAUGH사 제품)
o 연마조건 :
- 패드 타입 : IC1000/SubaⅣ Stacked(Rodel사 제품)
- 플래튼 스피드(Platen Speed) : 120rpm
- 퀼 스피드(Quill Speed) : 120rpm
- 백 프레셔(Back Pressure) : 0psi
- 슬러리 플로우 : 150㎖/min
- 압 력 : 6psi
- 온 도 : 25℃
실시예 2
금속산화물로 실리카 대신에 ω=5nm(130㎡/g)인 시판되는 Aerosil 130을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마용 조성물 샘플을 제조하고 연마성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
실리카 대신에 ω=7nm(90㎡/g)인 Aerosil 90G을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마용 조성물 샘플을 제조하고 연마성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
실리카 대신에 ω=24nm(50㎡/g)인 시판중인 Aerosil 50을 사용한 것을 제외 하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마용 조성물 샘플을 제조하고 연마성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
실리카 대신에 ω=30nm(45㎡/g)인 시판중인 Aerosil OX50을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마용 조성물 샘플을 제조하고 연마성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 3
실리카 대신에 ω=3nm(300㎡/g)인 시판중인 Aerosil 300을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연마용 조성물 샘플을 제조하고 연마성능을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
금속산화물 pH 연마성능
1차입자크기 (nm) 1차입자표면적 (㎡/g) ω (nm) 2차 입자 크기(nm) 연마속도 (Å/min) μ-스크래치 (個/Wafer) 연마균일도 (WIWNU,%)
실시예 1 3 200 10 180 11 2,880 3 3.4
실시예 2 5 130 13 181 11 2,900 2 3.4
실시예 3 7 90 20 184 11 2,950 2 3.7
비교예 1 24 50 32 195 11 3,100 7 6.2
비교예 2 30 45 45 200 11 3,150 8 6.7
비교예 3 3 300 5.5 178 11 2,200 2 3.4
* WIWNU(Within Wafer Non-Uniformity) : (표준편차/평균연마속도) x 100
본 발명의 연마용 조성물은 연마균일도가 우수하므로 웨이퍼 에지 부분이 과연마되는 현상을 줄일 수 있어 결과적으로 반도체 수율이 증가되는 효과를 제공하고, 연마후 워이퍼 표면에 μ-스크래치 등의 표면결함을 유발하지 아니하므로, 고집적, 다층 반도체 디바이스의 평탄화에 효과적으로 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 탈이온수 및 금속산화물 미분말을 포함하는 연마용 조성물에 있어서, 상기 금속산화물이 1차 입자크기 분포가 입자크기분포곡선상 반높이 폭이 20nm 이하인 범위이고, 1차 입자 크기가 비표면적 30㎡/g 내지 200㎡/g 범위내인 것임을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물이 SiCl4을 원료로 발연법에 의해 제조된 실리카인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속산화물의 2차 입자크기가 500nm 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 조성물.
KR1019990056617A 1999-12-10 1999-12-10 연마용 조성물 KR100565419B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990056617A KR100565419B1 (ko) 1999-12-10 1999-12-10 연마용 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990056617A KR100565419B1 (ko) 1999-12-10 1999-12-10 연마용 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010055413A KR20010055413A (ko) 2001-07-04
KR100565419B1 true KR100565419B1 (ko) 2006-03-30

Family

ID=19624927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990056617A KR100565419B1 (ko) 1999-12-10 1999-12-10 연마용 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100565419B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010055413A (ko) 2001-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20010046395A (ko) 연마용 조성물
KR100643628B1 (ko) 다결정 실리콘 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이의 제조방법
JP4951218B2 (ja) 酸化セリウム研磨粒子及び該研磨粒子を含む組成物
KR20040060217A (ko) 나이트라이드용 cmp 슬러리
US8512593B2 (en) Chemical mechanical polishing slurry compositions, methods of preparing the same and methods of using the same
EP2092034B1 (en) Chemical mechanical polishing slurry compositions, methods of preparing the same and methods of using the same
US6488730B2 (en) Polishing composition
KR100761649B1 (ko) 연마용 조성물
KR100565419B1 (ko) 연마용 조성물
KR100313573B1 (ko) 연마용 조성물
KR100660767B1 (ko) 다결정 실리콘 연마용 cmp 슬러리 및 이의 제조 방법
KR100746917B1 (ko) 다결정 실리콘 연마용 cmp 슬러리 조성물
KR100449610B1 (ko) 절연층 연마용 슬러리 조성물
KR100497410B1 (ko) 연마성능이 개선된 산화막 연마용 슬러리 조성물
KR100366304B1 (ko) 반도체 웨이퍼 절연층의 화학적 기계적 연마용 조성물
KR100367830B1 (ko) Cmp용 조성물
KR20070090128A (ko) 연마용 조성물
KR101178716B1 (ko) 다결정 실리콘 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR20000019872A (ko) 웨이퍼 절연층 연마용 슬러리의 제조방법
KR101178717B1 (ko) 다결정 실리콘 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR100479416B1 (ko) 화학기계적 연마용 슬러리의 제조방법
KR100561568B1 (ko) Cmp용 조성물
KR20020008933A (ko) Cmp용 조성물
KR100599855B1 (ko) 연마용 조성물
KR20010096326A (ko) Cmp용 조성물

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20091230

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee