KR100588404B1 - Ceria slurry for polishing semiconductor thin layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 박막 연마용 산화세륨 수성 슬러리에 관한 것으로, 본 발명에 따른, 원심분리에 의한 슬러리 농도 감소(CSL) 시험에서 중량 변화가 20% 이하인 반도체 박막 연마용 산화세륨 슬러리는 장기 안정성이 우수하고, 반도체 웨이퍼의 평탄화 공정 시에 연마 생산성이 우수하면서도 피연마막에 스크래치를 발생시키지 않는다. The present invention relates to a cerium oxide semiconductor thin film polishing aqueous slurry, the slurry concentration decreases (CSL) test weight change a cerium oxide slurry for 20% or less in semiconductor wafer polishing by centrifugation according to the invention is excellent in long-term stability and, while a polishing excellent productivity during the planarization process of a semiconductor wafer does not cause scratches on a polished film.

Description

반도체 박막 연마용 산화세륨 슬러리 {CERIA SLURRY FOR POLISHING SEMICONDUCTOR THIN LAYER} Oxide semiconductor thin film polishing slurry cerium {CERIA SLURRY FOR POLISHING SEMICONDUCTOR THIN LAYER}

본 발명은 반도체 박막 연마용 산화세륨 슬러리에 관한 것으로서, 특히 원심분리에 의한 슬러리 농도시험에서 중량 변화가 20% 이하로서 높은 연마속도와 우수한 스크래치 특성을 가진 산화세륨 슬러리에 관한 것이다. The present invention relates to, in particular cerium oxide slurry having a high polishing rate and excellent scratch characteristics, the weight change in the slurry density test by the centrifugation as 20% or less relates to a cerium oxide polishing slurry for a semiconductor thin film.

반도체의 화학적 기계적 연마(CMP) 용도에는 주로 산화세륨을 수중 현탁액으로 분산하여 슬러리화한 후 사용되고 있는데, 지금까지는 많은 연마량을 나타내는 것을 산화세륨 슬러리의 주요 목적으로 해왔다. There chemical mechanical polishing (CMP) use a semiconductor has been used and then slurried mainly disperse the cerium oxide into the water suspension, have to exhibit a number of polishing amount up to now the main object of the cerium oxide slurry. 그러나, 최근 반도체 공정의 배선이 점차 미세화 되고 칩간의 간격이 감소됨에 따라 화학적 기계적 연마용 슬러리는 연마량 이외에도 적은 수의 스크래치, 발생된 스크래치의 크기 감소의 특성이 요구되고 있다. However, recently, the properties of the reduced size of the chemical mechanical polishing slurry for polishing amount is in addition to a small number of scratches, the scratch generation is required according to the distance between the wiring is reduced in the semiconductor process is increasingly miniaturized chip.

기존의 화학적 기계적 슬러리에 사용된 산화세륨은 밀도가 커서 장시간 보관시 대부분의 입자가 가라앉고, 재분산시 입자가 응집되어 스크래치의 원인이 되곤 했다. The cerium oxide used in the conventional chemical mechanical slurry is a density of the majority of the particles during long-term storage sinking, when the re-dispersed particles were aggregated cursor often cause scratches. 따라서 분산안정성을 갖는 슬러리를 제조하기 위해 많은 노력을 기울여 왔 으며, 연마 입자에 맞는 계면활성제의 적용과 분산기의 개발로 분산안정성은 실제로 많이 개선되었다. Therefore, development of a dispersion stability of the application of the surfactant and the dispersing machine for was been worked hard to produce a slurry having a dispersion stability, the abrasive grain were in fact much improved.

최근 들어서는, 발생되는 연마 후의 불량이 주로 스크래치에 의한 것으로, 특히 슬러리 내에 미량 존재하는 큰 입자들이 그 원인임이 밝혀지고 있다. Last to be due to stepping up, after a defect is caused mainly polishing scratches, in particular, larger particles of a very small amount present in the slurry have been found to be the cause. 그러한 스크래치의 감소를 위한 노력으로서, 일본 공개특허 2003-171653에는 응집된 입자의 입경을 3 미크론 이하로 관리하고 있으나, 이 또한 실제 0.16㎛ 이하의 미세 패턴에서는 스크래치에 의해 수율이 현저하게 떨어지는 문제가 발생하게 된다. In an effort to decrease of such scratches, Japanese Unexamined Patent Publication 2003-171653 However, the administration and the grain size of the agglomerated particles to less than 3 microns, which are also the fine pattern of the actual falling below 0.16㎛ to yield significantly by the scratch problem It is generated. 이것은 실제 웨이퍼 표면에 스크래치를 일으키는 입자는 700nm 이상, 특히 1㎛ 이상의 입자들이기 때문이다. This is because reading the particles causing scratches on the actual surface of the wafer is 700nm or more, particularly more 1㎛ particles.

또한 최근들어 반도체 제조에 있어서 선폭의 감소가 추진되어 예전에 비해 한 장의 웨이퍼에서 생산되는 칩의 수가 늘어나게 되었는데, 이러한 선폭이 감소된 패턴을 가진 반도체 칩 제조 공정에 기존의 슬러리를 그대로 사용할 경우 마이크로 크기의 스크래치도 치명적으로 작용하므로 생산량을 높이는데 한계가 있게 된다. In addition, recently, cases in semiconductor manufacturing is the reduction of line width are promoted was increase the number of chips produced from a single wafer than in the past, use of existing slurry in the semiconductor chip manufacturing process, that has a such a width is reduced pattern as microscale of scratches lethal action as it is possible to increase the production limits. 더욱이 반도체 제조 공정에 화학적 기계적 연마 공정이 적용되는 수가 점차 증가되는 추세이므로, 이러한 연마 공정 후의 스크래치의 유무 및 크기는 웨이퍼내의 칩의 수율과 밀접한 관계가 있다. Moreover, because it is a trend that increasing the number of which is the chemical mechanical polishing process to the semiconductor manufacturing process application, the presence and size of the scratches after this polishing step is closely related to the yield of the chips in the wafer.

따라서 스크래치의 발생과 직접 관련이 있는 큰 입자의 제거는 더욱 중요한 기술이라 할 수 있는데, 이러한 스크래치 감소를 위해 슬러리의 평균 입경을 감소시키게 되면 연마량의 감소로 생산량이 감소하는 문제점이 나타나게 된다. Therefore, the removal of large particles, which is directly related to the generation of scratches may be even more important as technology, when to reduce the average particle size of the slurry to these scratches reduces the problem of reduced yield in reduction of the polishing amount is displayed. 예를 들어 일본 공개특허 2003-188122의 경우 스크래치 감소를 위해 0.56㎛ 이상의 연마 입자량을 규제하고 있으나, 실제 사용한 슬러리는 평균 입경이 30~88nm로 너무 작아 실제 연마 공정에 사용시 연마량 감소 및 연마후 웨이퍼의 평탄도에도 문제를 일으킬 수 있어 실효성이 낮다. For example, in Japanese Patent Application 2003-188122, but regulates the above 0.56㎛ grinding, to reduce particle scratch amount, actual slurry is reduced when using the actual polishing process, the average particle diameter is so small as 30 ~ 88nm and after polishing using the polishing amount this effectiveness is low it can cause problems in the evenness of the wafer.

따라서, 본 발명의 목적은 연마량이 감소하지 않으면서도 큰 입자가 효과적으로 제거되어 스크래치 저감은 물론 발생되는 스크래치의 크기를 작게 함으로써 스크래치로 인한 불량률을 최소로 할 수 있는 산화세륨 슬러리를 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of this invention is even effective to remove the larger particles do not reduce the amount of grinding is to reduce scratching, as well as by reducing the size of the scratch generated provide a cerium oxide slurry to minimize the error rate due to the scratch.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 평균입경이 0.1 내지 0.2 ㎛ 범위의 산화세륨 분말을 포함하고 하기 수학식을 만족하는, 반도체 박막 연마용 산화세륨 슬러리를 제공한다: To achieve the above object, the present invention, the average particle diameter of 0.1 to 0.2 include ㎛ range of cerium oxide powder, and to provide, for the oxide semiconductor thin film cerium polishing slurry that satisfies the equation:

(C 0 -C 1 )/C 0 X 100 ≤20 (C 0 -C 1) / C 0 X 100 ≤20

C 0 은 최초 슬러리의 고형분 농도이고, And C 0 is the initial solid content of the slurry,

C 1 은 슬러리가 받는 평균원심력 g가 1970 g 0 인 조건에서 2분간 원심분리한 후의 고형분 농도이고, g 0 는 중력가속도 (9.8 m/sec 2 )이다. C 1 is the average centrifugal force g slurry the solid concentration after 2 minutes of centrifugation at 1970 g 0 condition receiving, 0 g is the gravitational acceleration (9.8 m / sec 2).

이하 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter the present invention will be described in detail.

본 발명의 슬러리는, 상기 수학식 1을 만족하는, 특정 조건에서 원심분리시 중량 변화가 20% 이하임을 특징으로 하며, 입도분석기(laser scattering particle size distribution analyzer)로 측정시 평균입경 (mean volume size)이 0.1 내지 0.2 ㎛ 범위이며, D 100 (입도분포기로 측정시 분포 누적치가 100이 되는 입경)이 약 0.5 내지 0.7㎛ 범위이다. The slurry of the invention, satisfying the above equation (1), and characterized in that the centrifuge when the weight change is less than or equal to 20% under certain conditions, particle size analyzer (laser scattering particle size distribution analyzer) average particle size (mean volume size when measured by ), with the range from 0.1 to 0.2 ㎛, D 100 (particle size distribution to be measured when the cumulative particle size distribution of 100 groups) is from about 0.5 to 0.7㎛ range.

통상적인 분산 공정, 예를 들면 대항충돌기 또는 초음파기를 통과하거나 습식 밀링 공정을 거친 산화세륨 슬러리는, 대부분의 입자가 수십 마이크로 크기에서 수백 나노크기의 입자로 쪼개어져 수중에 고르게 분산되는데, 지금까지는 이렇게 분산기를 통과하여 분산된 슬러리를 그대로 사용하거나, 필터를 사용하여 미처 쪼개지지 않은 큰 입자를 여과한 후 사용하는 정도였다. Conventional dispersion process, for example, against collider, or the cerium oxide slurry through the choeumpagi or subjected to a wet milling step, most of the turned particles are split in several micro-size particles of several hundred nm in size there is uniformly dispersed in water, so far It was about to use after the use of the dispersed slurry through the dispersing device as is, or to use filters to filter large particles that are not broken down micheo. 그러나, 반도체 배선의 폭이 0.16㎛ 이하가 되면서 스크래치는 반도체 웨이퍼 수율을 낮추는 가장 큰 원인이 되었으며, 이러한 직접적인 원인은 0.7㎛ 이상의 큰 입자의 존재라는 것이 밝혀졌다. However, the semiconductor wiring width as not more than 0.16㎛ scratch was the most likely cause to lower the yield of the semiconductor wafer, this turns out to be the direct cause of the presence of particles larger than 0.7㎛. 그러나, 기존 슬러리의 경우 산화세륨 슬러리의 입도 분포의 평균 입경이 350nm 전후였으며, 1㎛ 이상의 큰 입자도 소량 존재하였고, 이러한 큰 입자들은 슬러리내 존재량이 극히 미량일지라도 CMP 공정에서 박막에 다수의 스크래치를 발생시키며, 발생된 스크래치의 크기나 깊이가 커서, 수율에 치명적인 영향을 끼치게 된다. However, before and after was the case of conventional slurry has an average particle diameter of the particle size distribution of the cerium oxide slurry 350nm, was also present small particles larger than 1㎛, even though such a large amount of the particles present in the slurry extremely small amount of a large number of scratches in the thin film in the CMP process generates, the size or depth of the scratch generated cursor is kkichige a fatal influence on the yield. 그러나, 상기 조건을 만족하는 본 발명에 따른 슬러리는 장기간 보관하여도 용기 바닥에 가라앉는 고형분 양이 적으므로 산화세륨 입자간의 응집을 방지할 수 있어 안정성도 크게 향상될 수 있고, 따라서 장기간 보관 후 사용하더라도 스크래치 수가 증가하지 않는다. However, the slurry according to the present invention satisfying the above conditions may be also greatly improved stability, it is possible to prevent aggregation between the cerium oxide particles since the sitting content of solids sink to the bottom FIG vessel to long-term storage, small, and accordingly the use after long-term storage even if it does not increase the number of scratch.

본 발명에 따른 산화세륨 슬러리는 산화세륨 분말을 물에 분산시켜 얻은 슬러리를 원심분리 공정 및 임의로 추가의 필터링 공정을 거쳐 수득할 수 있다. The cerium oxide slurry according to the present invention can obtain a slurry obtained by dispersing the cerium oxide powder in water through a centrifugation step and the additional step of filtering desired.

구체적으로, 본 발명에 따른 산화세륨 슬러리 제조에 사용되는 산화세륨 분말은, 그 제조방법이 특별히 제한되지는 않으며, 통상의 방법으로 제조될 수 있다. Specifically, the cerium oxide powder used in the cerium oxide slurry prepared in accordance with the present invention, a method of manufacturing the same are not particularly limited and may be prepared by conventional methods. 예를 들면, 탄산세륨, 수산화세륨, 질화세륨(cerium nitrate), 염화세륨, 초산세륨 등의 원료를 650 내지 900℃에서 소성하여 산화시켜 산화세륨을 수득한 후, 이를 습식밀, 건식밀 등을 이용하여 분쇄함으로써 얻을 수 있으며, 10∼100nm 범위의 평균 크기를 가질 수 있다. For an example, cerium carbonate, cerium hydroxide, nitride, cerium (cerium nitrate), and then oxidizing the cerium chloride, and baked at 650 to 900 ℃ a raw material, such as acetic acid cerium obtain a cerium oxide, this wet mill, a dry mill or the like can be obtained by milling used may have an average size in the range of 10~100nm. 상기 소성 공정 및 밀링 공정은 순서를 바꾸어 수행할 수도 있다. The firing step and the milling process may be performed to change the order.

이렇게 제조된 산화세륨 분말을 물에 넣어 분산시키게 되는데, 이때 분산을 용이하게 하기 위한 산화세륨의 농도는 0.5 내지 20 중량%의 범위가 바람직하다. So there is thereby a cerium oxide powder dispersed into the water, wherein the concentration of cerium oxide for facilitating the dispersion is preferably in the range of 0.5 to 20% by weight. 분산 공정도 특별히 제한되지는 않으며, 대항충돌 방식, 초음파 방식, 습식밀링 방식 등을 이용할 수 있다. Dispersing step is also not particularly limited, it is possible to use a counter collision method, ultrasonic method, the wet milling method or the like.

상기 분산시 분산을 용이하게 하기 위해 분산제를 사용할 수 있으며, 분산제는 산화세륨이 수중에서 띠게 되는 표면전위값을 고려하여 선택하는 것이 바람직하나, 특별한 제한은 없다. Can be used a dispersing agent to facilitate the dispersion during the dispersing, a dispersant is preferably one that is not particularly limited to selected considering the surface potential values ​​that can take on in the cerium oxide. 산화세륨의 분산은 통상 pH 4-9의 범위에서 이루어지고, 이때 산화세륨의 표면전위값이 양의 값을 가지므로 음이온성 유기 화합물이 바람직하게 사용될 수 있으며, 이의 구체적인 예로는, 폴리아크릴산, 폴리비닐황산, 폴리 메타크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리아릴아민 등이 있다. Is made in a range of dispersion of the cerium oxide is usually pH 4-9, this time because the value of the surface potential of the cerium oxide have a positive value and the anionic organic compound is preferably used, and specific examples thereof are, polyacrylic acid, there are vinyl sulfuric acid, and polymethacrylic acid, polyacrylamide, poly arylamine. 상기 분산제는 중량평균분자량이 1,000 이상 50,000 이하인 것이 바람직하며, 분자량이 1,000 미만인 경우에는 산화세륨 슬러리의 분산안정성을 확보하기 어렵고, 50,000을 초과하는 경우에는 슬러리의 점도가 증가하여 장기안정성을 확보하기 어렵다. The dispersing agent is preferably not more than 1,000 or more to 50,000 weight average molecular weight, if the molecular weight is less than 1,000, it is difficult to ensure the dispersion stability of the cerium oxide slurry, exceeds 50,000, it is difficult to the viscosity of the slurry increased to secure the long-term stability .

상술한 바와 같이 분산처리된 산화세륨 슬러리에 대해 슬러리 내에 존재하는 큰 입자를 제거하기 위해 본 발명에서는 원심분리기를 사용하여 입경이 0.7 ㎛ 이상인 큰 입자를 강제로 원심분리에 의해 제거하게 된다. In the present invention, in order to remove the larger particles present in the slurry for the cerium oxide slurry of distributed processing as described above is removed by centrifugation to force the larger particle diameter is less than 0.7 ㎛ using a centrifuge. 예를 들면 수천 rpm, 바람직하게는 1,000 내지 5,000 rpm으로 회전하고 있는 원통에 슬러리를 통과시킴으로써 원통 내벽에 슬러리 중의 큰 입자가 달라붙도록 하여 입경이 상대적으로 큰 입자들을 제거할 수 있다. For example, it can be thousands of rpm, preferably removing a relatively large particle diameter so as to hold the larger particles in the slurry to the cylindrical wall by passing the slurry to a cylinder that is rotating at 1,000 to 5,000 rpm vary. 원통 내부를 일정한 유속을 갖고 슬러리가 통과하게 되면, 큰 입자들의 경우 원심력이 크게 작용하여 기벽에 붙게 되고, 크기가 작은 입자들은 기벽에 붙지 않고 원통을 통과하게 되는 것이다. When the inner cylinder has a constant flow rate of the slurry to pass through, and stick to the centrifugal force acts gibyeok case of larger particles larger, the smaller the particle size that will pass through the cylinder does not adhere to the gibyeok.

상기와 같이 원심분리 공정으로 큰 입자를 제거한 세리아 슬러리는, 본 발명에 따라, 슬러리가 받는 평균 원심력이 1970g 0 (g 0 =중력가속도)인 조건에서 2분간 회전시켜 입자를 강제 침강시킨 후 시험 전후의 중량을 비교하는 시험('원심분리 슬러리 농도 감소 시험')을 수행할 때, 20 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하의 슬러리 농도(즉, 고형분) 감소를 나타낼 수 있다. Ceria slurry to remove the large particles in a centrifugal separation process as described above, before and after the after in accordance with the present invention, the slurry is the average centrifugal force to the second rotary minutes at the conditions 1970g 0 (g 0 = gravitational acceleration) force sedimentation the particles receive test of the test to compare the weight to perform (the "centrifuge slurry density decrease test"), may represent the 20% by weight or less, preferably 10 wt% or less of the slurry concentration decreases (i.e., solid content).

일반적으로 사용하는 입도분석기를 이용하여 분석하는 경우 1% 이하로 존재하는 큰 입자들에 대한 정보는 얻기가 어려운 반면, 본 발명에 따른 원심분리 슬러 리 농도감소 시험법은 평균입경이 동일한 슬러리에 있어서의 큰 입자 함량을 알 수 있는 방법이라 할 수 있다. In general, if the particle size analyzed by the analyzer, which uses the information for the large particles present in less than 1% is to obtain a hard, while centrifuged slurry density decrease test method according to the invention according to the average particle diameter is the same slurry It can be called the way to know the content of large particles.

이렇게 제조된 본 발명의 슬러리는 이미 큰 입자의 대부분이 감소된 것으로 화학적 기계적 연마 공정에 연마제 완제품으로 사용시 연마 성능이 우수하면서도 기존의 분산기만을 사용한 슬러리와 비교하여 상당한 스크래치 저감 효과를 얻을 수 있다. Thus the slurry of the present invention preparation can be obtained already large, yet most of the particles to a reduced chemical when using a mechanical polishing process with abrasive articles grinding performance superior significant scratch reduced as compared with the slurry using conventional dispersion deception of the effect. 즉, 본 발명에 따른 세리아 슬러리는 큰 입자만 제거될 뿐 평균입경은 0.1 내지 0.2 ㎛ 범위로 유지되므로 기존의 공정대로 연마를 수행할 경우 연마생산성은 유지하면서도 그 보다 90% 이상의 스크래치 저감 효과를 거둘 수 있다. That is, the ceria slurry as to be removed only large particles with a mean particle size according to the invention stays in its 0.1 to 0.2 ㎛ range, to perform a polishing in conventional processes grinding productivity while maintaining the more achieve a reduction of 90% or more scratch can.

본 발명에 따른 슬러리는, 슬러리 제조과정에서, 상술한 바와 같이 큰 입자를 제거하기 위한 원심분리 공정을 거친 후 필요에 따라 필터링 공정을 거칠 수도 있다. The slurry according to the present invention, in the slurry production process, and may go through a filtering process as needed after a centrifugation step to remove larger particles, as described above.

본 발명에 따른 산화세륨 슬러리는 0.16 ㎛ 이하의 미세 패턴용 반도체 박막의 연마 뿐 아니라, 기존의 실리카 슬러리로 연마되던 반도체 층간절연막층(ILD층)과 STI(shallow trench isolation)의 CMP 연마에도 적용이 가능하며, 장기간 보관하여도 가라앉는 입자의 양이 적어 장기 안정성 또한 매우 우수하다. The cerium oxide slurry according to the present invention is applied to a CMP polishing of not only polishing of a semiconductor thin film for fine pattern of less than 0.16 ㎛, that were polished with a conventional silica slurry semiconductor interlayer insulating layer (ILD layer) and STI (shallow trench isolation) is possible, less the amount of sinking particles also by long-term storage, it is also extremely excellent long-term stability.

하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제공될 뿐 특허청구범위에 기재된 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. To the embodiments it is not intended to limit the scope of protection defined in the range as claimed is provided for illustrative purposes for a better understanding of the present invention.

실시예 Example

제조예 1: 산화세륨 분말 조제 Preparation 1: Preparation of cerium oxide powder

수산화세륨을 750℃에서 열처리하여 산화세륨을 얻은 후 이를 볼밀로 분쇄하여, XRD로 측정시 40nm 크기의 산화세륨을 수득하였다. It was used to obtain a cerium oxide by heat treating the cerium hydroxide at 750 ℃ ​​by crushing them by a ball mill, to give a cerium oxide of 40nm size as determined by XRD.

제조예 2: 피연마막 제조 Preparation 2: polished film production

8인치 실리콘 웨이퍼 위에, TEOS (테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate))를 사용한 PE-CVD (plasma enhanced-chemical vapor deposition) 방식, 즉 PE-TEOS 공정에 의해 10,000Å의 두께로 이산화규소막을 성막하여 피연마막을 제조하였다. Over a 8-inch silicon wafer, TEOS (tetraethyl orthosilicate (tetraethyl orthosilicate)) PE-CVD (plasma enhanced-chemical vapor deposition) method, that is, by a PE-TEOS deposition process the silicon dioxide film with a thickness of 10,000Å blood with polishing membranes were prepared.

제조예 3: 산화세륨 슬러리의 제조 Preparation Example 3: Preparation of cerium oxide slurry

제조예 1에서 수득된 산화세륨 분말 800g을 탈이온수 9160g에 가한 후, 산화세륨 분말 조제시에 뭉쳐진 분말 덩어리가 수중에 남지 않도록 프로펠러 교반기를 이용하여 30분간 교반하였다. Was added to the cerium oxide powder obtained in Production Example 1 800g of deionized water 9160g, it is united to the powder lumps when the cerium oxide powder prepared using a propeller stirrer to eliminate any residual water in the mixture was stirred for 30 minutes. 분산제인 폴리아크릴산(중량평균분자량 3000, 농도 40 중량%) 20g을 교반하면서 첨가한 후, 대항충돌 분산기를 이용하여 200 MPa의 압력으로 입자를 충돌시킴으로써, 수중에 균일하게 분산된 8 중량% 농도의 산화세륨 슬러리를 수득하였다. A dispersing agent of polyacrylic acid (weight average molecular weight of 3000, concentrations of 40% by weight) was added with stirring to 20g, collision of particles at a pressure of 200 MPa using a counter collision dispersing apparatus by, an 8% by weight, uniformly distributed in the water the cerium oxide slurry was obtained.

산화세륨 연마 슬러리의 제조 Preparation of cerium oxide polishing slurry

실시예 1 Example 1

제조 3의 산화세륨 슬러리를 1,500rpm으로 회전하는 원통형의 원심분리기의 하단에서 주입하여 상단으로 빼내는 방식으로(이때, 큰 입자들은 원심분리기의 기벽에 붙게되고 작은 입자들만 원심분리기 상단으로 나오게 됨)하여, 큰 입자들을 제거하였다. And withdrawing in such a way to the top of the injection at the lower end of the cylindrical centrifuge for rotating the cerium oxide slurry prepared in 3 to 1,500rpm (At this time, the search large particles out the top of the centrifuge only stick to gibyeok and small particles of the centrifuge) , to remove large particles. 이후 슬러리의 wt%를 측정한 후 탈이온수를 가하여 5wt% 세리아 슬러리를 제조하였다. Since then a measure of the wt% of the slurry was added to deionized water to prepare a 5wt% ceria slurry.

실시예 2 Example 2

원심분리기의 회전 속도가 2,000rpm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 5wt% 세리아 슬러리를 제조하였다. And by the same way as in Example 1 except that the rotational speed of the centrifuge 2,000rpm 5wt% to prepare a ceria slurry.

실시예 3 Example 3

제조예 3의 산화세륨 슬러리를 1,500rpm으로 원심분리 하여 큰 입자를 1차로 제거한 다음 1㎛ 크기의 필터를 사용하여 여과하였으며, 이후 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하여 5wt% 세리아 슬러리를 제조하였다. Centrifugation of the cerium oxide slurry prepared in Example 3 as 1,500rpm to remove the larger particles first car was then filtered through a filter of 1㎛ size, since the process is to prepare a 5wt% ceria slurry in the same way as in Example 1, .

비교예 1 Comparative Example 1

제조예 3의 산화세륨 슬러리를 원심분리하지 않고 탈이온수만 첨가하여 5wt% 세리아 슬러리를 제조하였다. Adding only without centrifugation of the cerium oxide slurry prepared in Example 3 of deionized water to prepare a 5wt% ceria slurry.

비교예 2 Comparative Example 2

제조예 3의 산화세륨 슬러리를 원심분리하지 않고 직접 3㎛ 크기 필터에 10L/분의 유속으로 여과하였으며, 이후의 공정은 실시예 1과 동일하게 수행하여 5wt% 세리아 슬러리를 제조하였다. Was filtered to 10L / min flow rate of the cerium oxide slurry prepared in Example 3 was centrifuged directly without 3㎛ size filter, the process subsequent to prepare a 5wt% ceria slurry in the same way as in Example 1.

비교예 3 Comparative Example 3

수산화세륨을 650 ℃에서 열처리하여 산화세륨을 얻은 후 이를 볼밀로 분쇄하여 XRD로 측정시 평균입경 25 nm 크기의 산화세륨 분말을 얻었다. It was used to obtain a cerium oxide by heat treating the cerium hydroxide at 650 ℃ by crushing them by a ball mill to obtain a mean particle diameter of 25 nm size cerium oxide powder as determined by XRD. 이를 제조예 3 및 실시예 1과 동일하게 수행하여 5wt% 세리아 슬러리를 제조하였다. And it performs in the same manner as in Production Example 3 and Example 1 to prepare a 5wt% ceria slurry.

참조예 See, for example,

실시예 1에 따른 산화세륨 슬러리에 대해 rpm과 시간을 변화시켜 가면서 CSL 시험을 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다. Embodiment was carried out by changing the rpm and the going-hour CSL tested for the cerium oxide slurry according to Example 1, and the results are shown in Table 1.

Figure 112005013464366-pat00001

슬러리 내 입자의 입경 측정 Particle diameter of the particles in the slurry

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 슬러리에 대해, 일본 호리바(Horiba)사의 입도분포분석기 LA910 이용하여 평균입경을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. Example 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 for the slurry, by Horiba in Japan (Horiba)'s particle size distribution analyzer LA910 were measured and average particle size, the results are shown in Table 2.

원심분리 침강 농도 감소 시험 및 큰 입자 함량 시험 Centrifugal sedimentation density decrease test and large particle content test

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 슬러리에 대해, 장기간 보관시 슬러리 보관 용기 바닥에 가라앉아 응집될 가능성이 있는 입자의 함량을 알아보기 위해 튜브형 원심분리기 (Hanil Science Industrial MF80)를 이용하여 강제 침강시켜 산화세륨 고형분의 농도 감소량을 서로 비교하였다. Using the Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to about a third slurry, tubular centrifuge (Hanil Science Industrial MF80) to determine the long-term storage when the content of the slurry storage particles that are likely to sink agglomerated in the bottom container by forcing sedimentation they were compared to each other to decrease the concentration of cerium oxide solids. 시험 방법은 높이 11.5 cm 및 부피 50ml의 원심분리용 시험관에 40ml의 5 중량% 산화 세륨 슬러리를 각각 채운 후 4,000rpm에서 2분간 회전시킨 후 (원심분리시, 시험관은 수평 상태로 되어 원심분리시의 회전중심축에서 시험관 바닥까지의 거리는 14 cm, 시험관 입구까지의 거리는 2.5 cm가 되며, 이때의 슬러리가 받는 원심력은 1970 g 0 이 된다), 시험관 바닥에 가라앉은 단단한 케익을 제외한 상층액을 다른 시험관으로 옮긴 다음 상층액의 중량%를 측정하여 상기 수학식 1과 같이 계산하여 원심분리 침강 농도 감소 %(CSL%)를 구하였다. After the test is rotated for 2 minutes at 4,000rpm Full the centrifugation test-tube of 5% by weight of the cerium oxide slurry of 40ml for a volume of 11.5 cm and a height of each of 50ml (when centrifuging, the examiner at the time of centrifugal separation in a horizontal state from the central axis of rotation and a distance 14 cm, the distance 2.5 cm to the test tube, the inlet of the test tube to the bottom, centrifugal force the slurry at this time subject is a 1970 g 0), the other of the supernatant other than the solid cake had sunk in the test tube bottom vitro and then transferred to a centrifugal settling was determined concentration reduction% (CSL%) is calculated as shown in equation (1) by measuring the weight% of the supernatant. 감소 %가 적은 것이 큰 입자의 농도가 적은 것을 의미한다. Reducing percent and less is meant that the concentration of large particles is small. 이 시험을 통하여 장기 안정성을 확인할 수 있으며, 큰 입자의 함유 정도도 확인할 수 있다. To check the long-term stability through this test, it is possible to check the degree of containing larger particles. 시험 결과는 표 2에 나타내었다. The test results are shown in Table 2 below.

피연마막의 연마 특성 Polishing film polishing properties

실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 3에서 수득된 각각의 산화세륨 슬러리로, 8인치용 CMP 연마기로서, 미라(Mirra) 장치(미국 AMAT사)를 이용하여 제조예 2에서 수득된 피연마막을 3.5 psi의 압력으로 90초 동안 연마하였다. Examples 1-3, and in Comparative Example 1 to each of the cerium oxide slurry obtained in 3, as a CMP polishing machine for 8 inches, Mira (Mirra) device (US AMAT Co.) The polished obtained in Production Example 2 using the film was polished for 90 seconds with a pressure of 3.5 psi. 상기 슬러리는 150 ml/min의 속도로 공급하였으며, 상정반 웨이퍼 헤드(wafer head)의 회전속도는 104 rpm이고, 하정반의 회전속도는 110 rpm 이었다. The slurry is the rotational speed is 104 rpm, the rotational speed of the hajeong half, assuming half the wafer head (head wafer) was supplied at a rate of 150 ml / min was 110 rpm. 여기에 사용된 패드는 미국 로델(Rodel)사의 IC1000/suba Ⅳ stacked pad를 사용하였다. This pad was used IC1000 / suba Ⅳ stacked pad Rodel, Inc. US (Rodel) used.

피연마막의 연마 후, 미국 KLA-Tenco 사의 스크래치 평가 장비인 AIT-XP를 사용하여 0.16 ㎛ 이상 크기의 스크래치 수에 대해 평가한 결과 및 미국 THERMA-WAVE 사의 Therma-wave Optiprobe 300 series를 사용하여 연마 전후의 막 두께 측정으로 연마량을 평가한 결과를 또한 표 2에 나타내었다. Polishing film polishing after, US KLA-Tenco's scratch evaluation equipment of grinding using the result, and the United States THERMA-WAVE Inc. Therma-wave Optiprobe 300 series reviewed the number of scratches of more than 0.16 ㎛ size using AIT-XP after the results of evaluating the film polishing amount in the thickness of the measurement also shown in Table 2 below.

Figure 112005013464366-pat00002

상기 표 2로부터, 본 발명에 따른 산화세륨 슬러리는 평균입경 0.1 내지 0.2 ㎛를 유지하여 연마량이 우수하면서도 CSL%가 적어 장기 안정성이 우수하고 반도체 연마시 생성되는 스크래치 수를 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. From Table 2, the cerium oxide slurry according to the present invention, while superior amount of grinding by keeping the average particle size of 0.1 to 0.2 ㎛ CSL% is less excellent in the long-term stability, and to know that it can significantly reduce the number of scratches produced in semiconductor polishing can.

본 발명에 따른, 소정의 조건에서 원심분리슬러리농도감소(CSL) 시험시 중량%농도 변화가 20%이하인 산화세륨 슬러리는 화학적 기계적 연마시 생성 스크래치 수가 현저히 적고 크기가 작으며, 또한 저장 용기의 바닥에 가라앉는 입자들이 적어 입자간의 응집이 일어나지 않아 장기간 보관한 후 사용하여도 스크래치 수가 증가하지 않는 등 우수한 성능을 나타낸다. The present invention, reduces centrifugal slurry concentration at a predetermined conditions in accordance with (CSL) test when% change in concentration of 20% or less of the cerium oxide slurry weight is small in the chemical mechanical polishing significantly less in size can produce scratching, and also the floor of the storage vessel go to sit particle agglomeration do not occur between the particles down to exhibit excellent performance such as scratch even number is not increased by the use after long-term storage.

Claims (5)

  1. 평균입경이 0.1 내지 0.2 ㎛ 범위의 산화세륨 분말을 포함하고, 하기 수학식 1을 만족하는 반도체 박막 연마용 산화세륨 슬러리: The average particle diameter of 0.1 to 0.2 ㎛ scope of the following, comprising a cerium oxide powder for the oxide semiconductor thin abrasive satisfying the equation (1) cerium slurry:
    <수학식 1> <Equation 1>
    (C 0 -C 1 )/C 0 X 100 ≤20 (C 0 -C 1) / C 0 X 100 ≤20
    C 0 은 최초 슬러리의 고형분 농도이고, And C 0 is the initial solid content of the slurry,
    C 1 은 슬러리가 받는 평균원심력 g가 1970 g 0 인 조건에서 2분간 원심분리한 후의 고형분 농도이고, g 0 는 중력가속도이다. C 1 is the average centrifugal force g slurry the solid concentration after 2 minutes of centrifugation at 1970 g 0 condition receiving, 0 g is the gravity acceleration.
  2. 제 1 항에 있어서, According to claim 1,
    산화세륨 분말을 물에 0.5 내지 20 중량% 농도로 분산시킨 후 1,000 내지 5,000 rpm의 회전속도로 원심분리시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 산화세륨 슬러리. The cerium oxide slurry, characterized in that the cerium oxide powder was dispersed in a 0.5 to 20% by weight concentration in the water was centrifuged at a rotation speed of 1,000 to 5,000 rpm was prepared.
  3. 제 2 항에 있어서, 3. The method of claim 2,
    원심분리 공정이, 슬러리를 고속으로 회전하는 원통 하단에 일정 유속으로 주입하여 상단으로 배출하는 방식임을 특징으로 하는 산화세륨 슬러리. The centrifugation step, the slurry is injected at a constant flow rate to the cylinder lower end which rotates at a high speed cerium oxide slurry characterized in that the system for discharging to the top.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 산화세륨 슬러리를 이용하여 반도체 박막 또는 절연막을 연마하는 방법. Claim 1 to a method of using a cerium oxide slurry according to any one of claim 3, wherein grinding the semiconductor thin film or an insulating film.
  5. 제 4 항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    선폭 0.16㎛ 이하의 미세 패턴용 반도체 박막을 연마하는 것을 특징으로 하는 방법. Characterized in that for polishing a semiconductor wafer, the line width for a fine pattern of less than 0.16㎛.
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