KR100679198B1 - 연마재 및 평탄한 층을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

SiO2를 함유하는 슬러리는 이산화규소 층의 평탄화 공정에서 연마재로서 사용된다. 이정입도분포를 갖는 실리카졸을 함유하는 슬러리는 SiO2층의 연마 공정에서 보다 높은 연마속도를 달성하는 것으로 밝혀졌다.
실리카, 연마재, 이정입도분포, 연마속도, 선택도

Description

연마재 및 평탄한 층을 제조하기 위한 방법 {Polishing Agent and Method for Producing Planar Layers}
본 발명은 평탄한 층을 제조하기 위한 SiO2 기재의 연마재 및 방법에 관한 것이다.
집적회로(IC)는 패턴화된 반전도성, 비전도성 및 전기전도성 박막을 포함한다. 이러한 패턴화된 층은, 통상적으로는 층 재료를 예를 들면 증착법(vapour deposition)으로 도포하고, 마이크로리소그래피법(microlythographic process)으로 패턴화시켜 제조된다. IC의 전자회로부품들, 예를 들면 트랜지스터, 커패시터, 레지스터 및 연결선들은 다양한 반전도성, 비전도성 및 전기전도성 층 재료의 조합으로 만들어진다.
IC의 품질 및 그 성능은, 다양한 층 재료들이 얼마나 정밀하게 도포 및 패턴화되는가에 따라 매우 많이 달라진다.
그러나, 층 수가 증가함에 따라, 층의 평탄성(planarity)은 현저하게 떨어진다. 층 수가 특정 수를 넘어서면, IC의 하나 이상의 성능이 저하되고, 이것은 전체 IC가 불량해지는 결과로까지 이어지게 된다.
이미 패턴화된 층 위에 새로운 층이 도포될 때 층의 평탄성이 떨어진다. 층 당 0.6㎛까지도 가능한 높이차(height difference)는 패턴화 때문에 생기는 것이다. 이러한 높이차는 층에서 층으로 누적되므로, 그 다음에 도포되는 층은 더이상 평탄한 표면에 도포되지 못하고 불균일한 표면위에 도포된다. 이것이 가져다 주는 첫번째 결과는 그 다음에 도포되는 층이 불균일한 두께를 갖는다는 것이다. 극단적인 경우에는, 전자부품에 흠(flaw), 즉 결함(defect)이 생기고 접촉이 불량하게 된다. 불균일한 표면은 패턴화와 관련해서 문제를 일으키기도 한다. 아주 작은 패턴을 만들기 위해서는, 마이크로리소그래피 공정에서 매우 높은 초점심도(depth of focus: DOF)가 요구된다. 그러나, 이러한 구조에서는 한 평면만 예리하게 초점을 맞출 수 있으며, 특정 지점이 이 평면과 많이 다를수록 그 곳에서의 초점 맞추기가 덜 예리해진다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 소위 화학기계연마(chemical mechanical polishing: CMP)를 수행한다. CMP는 층의 돌출부들을 평탄해지도록 연마함으로써 패턴화된 표면을 전체적으로 평탄하게 하는 효과가 있다. 그 결과, 그 다음 층을 높이차가 나지 않게 평탄한 표면에 도포할 수 있게 되었으며, 패턴화의 정밀도 및 IC 부품들의 성능을 유지할 수 있게 되었다.
CMP 단계를 특수한 연마기, 연마패드 및 연마재(연마 슬러리)의 도움을 받아 수행한다. 연마 슬러리는, 연마기 상의 연마패드와 조합으로, 재료를 연마하는 조성물이다.
CMP법에 대해 개략적으로 알려면, 예를 들면 B.M.뮤엘러(Mueller)의 문헌[J.S.Steckenrider Chemtech(1998) pp.38-46]을 참고하도록 한다.
CMP 슬러리는 연마 공정 동안에 연마 성능에 결정적인 영향을 미친다. 현재까지는, 화학반응과 기계적 작업 둘 다가 영향력이 있다고 여겨지고 있다. 이러한 이유로 다양한 연마 단계에서 특수한 연마 슬러리가 요구된다.
이론상으로는 비전도성 층(예를 들면 실리카)을 연마하는 것과 전기전도성 층(주로 텅스텐, 알루미늄 및 구리와 같은 금속)을 연마하는 것은 다르다. 실리카의 연마는 산화물 CMP라고 알려져 있다.
더욱이, 산화물 CMP는, 각 층 구조물 내 실리카의 도포 및 층 구조물 내에 혼입되는 층 재료의 수 및 형태가 서로 다른 일련의 연마 단계를 포함한다.
산화물 CMP 공정의 중요한 단계는, 서로 연결된 두 개의 층들 사이에 절연성을 제공하는 실리카를 연마하는 단계인, 소위 ILD(interlayer dielectric, 층간절연막) 연마 단계이다. 그러나, 또다른 산화물 CMP 단계, 예를 들어 반도체 소자의 절연막을 연마하는 소위 STI(shallow trench isolation, 얕은 홈 매립에 의한 소자 분리) 단계에 대한 중요성이 증가하고 있는 실정이다.
특히 반도체 층과 관련된 연마공정에서는, 연마 단계의 정밀도가 크게 요구되므로, 연마 슬러리에 대한 요건도 크게 강화된다.
연마 슬러리의 성능을 특성짓는 변수들은 연마 슬러리의 효능을 결정짓는 측정 척도가 된다. 이러한 변수들로는 연마속도(abrasion rate: 연마될 재료가 연마되는 속도), 선택도(selectivity: 연마될 재료의 연마속도 대 공존하는 다른 재료의 연마속도의 비) 및 평탄화공정의 균일성을 나타내는 변수가 있다. 평탄화공정의 균일성을 나타내는데 사용되는 변수는 통상적으로 웨이퍼내에서의 불균일성(within-wafer-nonuniformity: WIWNU) 및 웨이퍼들간의 불균일성(wafer-to-wafer nonuniformity: TWNU) 뿐만 아니라, 단위 면적당 결함의 수이다. 웨이퍼는 연마된 규소 조각으로서, 이 위에 집적회로가 설치된다.
연마입자(예를 들면 알루미나, 실리카 및 산화세륨)의 강알칼리성 배합물을 산화물 CMP용 연마 슬러리로서 사용할 수 있는데, 실제로는 특히 실리카를 기재로 하는 연마 슬러리가 널리 사용되고 있다.
연마 슬러리를 만드는데 사용되는 원료는 일반적으로, 보다 작은 주(primary)입자(즉 작고 일반적으로는 구형인 입자)의 큰 응집체를 갖는 발열성 실리카인데, 상기 주입자들은 발열성 실리카 내에서 단단하게 결합되어 보다 크고 불규칙한 형태의 입자로 된다. 따라서, 연마 슬러리를 제조하기 위해서는, 이 응집체를 가능한 한 작게 쪼겔 필요가 있다. 이를 달성하려면, 물 또는 알칼리성 매질과 발열성 실리카의 혼합물에 전단력을 가한다(예를 들면 강하게 교반한다). 전단력으로 인해서 발열성 실리카의 응집체가 파괴된다. 그러나 전단력의 효율은 입도에 따라 달라지기 때문에, 전단력을 사용해서 주입자의 크기 및 형태를 갖는 입자를 만들기란 불가능하다. 따라서, 이러한 방법으로 얻어진 연마 슬러리는 응집체가 완전히 파괴되지 않아서 슬러리 내에 실리카 주입자의 응집체가 여전히 존재한다는 단점이 있다. 이러한 굵은 입자 파편들은 연마될 표면상에 긁힘(scratch) 및 기타 바람직하지 못한 결함들을 보다 많이 형성할 수 있다.
EP-A-899 005는 굵은 입자 파편들을 여과함으로써 상기 문제들을 피할 수 있다고 교시하지만, 이러한 방법은 복잡하며 문제를 부분적으로만 해결할 뿐인데, 왜 냐하면 여과 한계보다 작은 응집체는 여전히 남아있게 되고, 이들은 비-구형이기 때문에 연마될 표면에 여전히 손상을 줄 수 있기 때문이다.
WO 96/027 2096, US-A-5 376 222 및 EP-A-520 109는 pH가 9 내지 12.5인 염기성 실리카졸(silica sol)을 사용함을 교시한다. 이 pH는 알칼리 수산화물이나 아민을 첨가하여 맞춘다.
이러한 연마 슬러리는 사실상 개별적인 구형 입자로만 이루어져 있기 때문에, 연마될 표면 위에 긁힘 및 기타 결함을 덜 생기게 한다는 장점을 갖는다.
이러한 연마 슬러리의 단점은 연마속도가 낮다는 것이다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 염기성 연마촉진제(polishing accelerant)(즉 알칼리 수산화물 및 아민)를 보다 많이 넣는다. 그러나 실리카계 연마 슬러리를 사용하는 경우, 실리카와의 화학평형을 이루기 위해서 염기성 연마촉진제의 첨가를 제한해야 한다. 수산화물 이온 농도가 특정 농도보다 커지면, 이 이온은 실리카 입자와 반응하여 규산염을 형성한다(해교: peptization). 따라서 pH가 12보다 높은 연마 슬러리는 불안정하며 산업현장에서 사용하기에 어려울 수 있다.
EP-A-874 036 및 US-A-5 876 490에서는, 실리카 입자들을 중합체 또는 이산화세륨으로 코팅함으로써, 전술된 바와 같은 문제들을 해결해보려 하였다.
JP 09/324 174는 상기 목적을 위해 유기 중합체 및 폴리실록산을 사용할 것을 제안한다. 알루미나로 코팅하는 법이 US-A-3 922 393에 기술되어 있고, 실리카 입자 표면의 실란올기를 감소시키기 위한 표면 개질법은 US-A-4 664 679에 기술되어 있다.
그 결과 실리카 입자를 기재로 하는 연마 슬러리의 안정성은 증가되었다. 그러나 충분한 연마속도를 달성하기 위해서는 자유롭게 접근가능한 실리카 표면이 어느 정도는 필요하다는 것이 현재의 인식이다. 현재까지는 표면 상에서 일어나는 화학반응에 대해 많이 알려져 있지 않지만, 연마될 표면으로부터 제거될 물질을 침착시키려면 구형 표면이 필요하다는 인식은 있다. 결과적으로 이러한 연마 슬러리는, 많은 양의 연마촉진제의 도움을 받음에도 불구하고, 불만족스러운 연마속도를 제공한다. 더욱이 연마입자를 표면처리하면, 연마 슬러리가 더 비싸져서 결과적으로는 전체 IC 제작공정에 더 많은 비용이 들게 된다.
연구보고서(Research Disclosure: RD) 419 020에는, 연마 효과는 연마입자의 평균입도에 따라서 달라질 수 있는데, 평균입도가 35㎚인 실리카졸 입자를 사용했을 때 연마 결과가 가장 좋다고 되어 있다.
그러나, 개선된 성질을 갖는 연마 슬러리에 대한 요구는 점점 늘어나고 있다. 특히 충분히 높은 연마속도, 특히 실리카와 질화규소 사이에서의 높은 선택도, 우수한 평탄화 작용 및 낮은 결함 밀도를 제공하는 연마 슬러리가 STI 단계에서 요구되고 있다.
놀랍게도, 이정입도분포(bimodal particle size distribution)를 갖는 실리카졸을 기재로 하는 연마재를 사용하면 상기 목적을 달성할 수 있다.
이와 같은 사실은 당업계의 숙련자들에게는 놀라운 것인데, 왜냐하면 RD 419 020에서는 평균입도가 35㎚인 실리카졸 입자를 사용해야 가장 좋은 연마 특성을 얻을 수 있다고 했기 때문이다.
그러나 그것은 사실이 아니다. 본 발명에서 발견한 연마재는 종래기술의 연마재보다 연마속도가 높고 선택도도 높다.
따라서, 본 발명은 (a) 입도가 5 내지 50㎚인 실리카 입자 5 내지 95중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량% 및 (b) 입도가 50 내지 200㎚인 실리카 입자 95 내지 5중량%, 바람직하게는 80 내지 20중량% 함유하되, 전체적으로는 이정입도분포를 가짐을 특징으로 하는, 서로 결합되지 않은 개별적인 구형 실리카 입자들을 함유하는 연마재에 관한 것이다.
더욱이 본 발명은 상기 연마재의 도움을 받아 평탄한 층을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 연마재는 서로 결합된 실리카 입자들을 함유하지 않는다. 본 발명의 연마재의 고체함량은 1 내지 60중량%, 바람직하게는 1 내지 30중량%, 특히 바람직하게는 5 내지 20중량%로서, 물을 첨가하여 원하는 고체함량을 맞출 수 있다. 본 발명의 연마재는 실리카 입자 외에도, 연마촉진제, 표면활성물질 또는 점도조절물질과 같은 첨가제들을 추가로 함유할 수 있다.
본 발명에 따르는 연마재의 기본을 구성하는 것은 실리카졸이다. 실리카졸은 서로 결합되지 않은 실리카 입자들을 함유한다. 실리카졸은 무정형 SiO2가 물 또는 알콜 및 기타 극성 용매에 용해된, 잘 침강되지 않는(sedimentation-resistant) 콜로이드성 용액이다. 이들은 일반적으로 물과 비슷한 점도를 가지며, 시판되는 제품중 일부는 고체함량이 높고(60중량% 이하), 겔화(gellation)에 대해 서도 매우 안정하다.
실리카졸은 실리카 입자의 입도에 따라, 유탁함-유백색-무색투명함에 이르는 범위의 외관을 갖는다. 실리카졸 입자의 직경은 5 내지 250㎚, 바람직하게는 5 내지 150㎚이다. 입자는 구형을 가지며, 공간적으로 제한되어 있고, 바람직하게는 음전하를 띤다. 개별적인 입자들의 내부에는 통상적으로, [SiO4] 4면체의 결합 또는 폴리규산 SiOH기의 결합이 종종 표면상에 배열됨으로써 생겨난 실록산 결합의 골격이 존재한다. 비표면적이 약 30 내지 1000㎡/g인 안정한 실리카졸이 바람직하다. 비표면적을, 건조된 SiO2 분말 상에서 BET법으로 결정짓거나(S.브루나우어(Brunauer), P.H.엠넷(Emmet) 및 E.텔러(Teller)의 문헌[J.Am.Chem.Soc., 1938, 60, p.309]을 참조), G.W.시어스(Sears)의 문헌[Analytical Chemistry, Vol.28, p.1981, 1956]에 기술된 바와 같이 용액중에서 적정법으로 직접 결정할 수 있다.
통상적으로 사용되는 실리카졸은 점도가 10mPa·s 미만이고 고체함량이 30중량%이다. 실리카졸의 점도는 입도, 전해질 함량, 실리카 함량 및 입자의 교차결합도에 따라 달라진다. 교차결합되지 않고 겔화에 대해 안정한 실리카졸을 사용하는 것이 바람직하다.
비가역적으로 실리카겔을 형성하는 겔화(3차원적 교차결합으로 인해 입자들 사이에 Si-O-Si 결합이 생성되는 것)에 대한 안정성은, 실리카 함량이 증가하고 전해질 함량이 증가하고 입도가 감소할수록, 점점 낮아진다. 일반적으로 미립상 실 리카졸(예를 들면 입도가 6㎚ 미만인 실리카졸)은, 60중량% 이하의 고체함량이 달성되는 조립상(coarsely particulate) 실리카졸(예를 들면 입도가 50㎚보다 큰 실리카졸)보다도 낮은 고체함량(예를 들면 30중량% 미만)을 달성할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 실리카졸의 pH는 1 내지 12이다. 본 발명에서 사용되는 실리카졸의 pH는 통상적으로 9 내지 11이다. pH 범위가 5 내지 6인 것은 덜 바람직한데, 왜냐하면 이 범위에서는 실리카졸의 안정성이 낮기 때문이다. pH가 12보다 높으면, 입자들은 점점 해교되고 분리되어서 알칼리 규산염 용액을 형성하게 된다.
실리카졸은 염화나트륨, 염화암모늄 및 플루오르화칼륨과 같은 전해질에 대해 불안정하다. 이러한 실리카졸을 안정화시키려면, 실리카졸에 가성소다(caustic soda) 또는 가성칼륨(potash) 용액, 암모니아 또는 다른 알칼리와 같은 알칼리류를 첨가한다. 따라서, 전해질을 포함하지 않는 실리카졸이 바람직하다.
실리카졸을 만드는 방법으로는, 분자 규산염 용액으로부터 새로이 제조한 묽은 규산 용액을 농축시키는 방법 또는 보다 드물게는 실리카겔을 해교시키는 방법 또는 다른 방법이 있다. 산업현장에서 실행할 수 있는 실리카졸 제조방법들 대부분은 출발물질로서 공업용 물유리(water glass)를 사용한다.
실리카졸 제조공정에서는 소다 물유리 또는 가성칼륨 물유리가 적합하고, 비용적인 면에서 소다 물유리가 바람직하다. 시판되는 소다 물유리의 조성은 Na2O·3.34 SiO2이고, 이를 제조하려면, 통상적으로 규사(silica sand)와 소다 또는 황산나트륨과 석탄의 혼합물을 용융시켜, 피스 유리(piece glass)라고 알려진 무색투명한 유리를 얻는다. 분쇄된 피스 유리를 승온 및 승압에서 물과 반응시켜 콜로이드성 강알칼리성 용액을 얻고, 이어서 이것을 세정한다.
미립상 석영 또는 기타 적합한 SiO2 원료를 열수(hydrothermal) 조건에서 알칼리류와 함께 분쇄하여 수성 물유리를 직접 제조하는 방법이 공지되어 있다.
본 발명의 연마재에 사용할 실리카졸을 제조하려면, 물유리로부터 알칼리금속 양이온을 제거할 필요가 있다. 알칼리금속을 제거하는 가장 통상적인 방법은 묽은 물유리 용액을 H+ 형태의 양이온 교환기로 처리하는 것이다. 바람직하게는, 실리카 함량이 10중량% 미만인 물유리 용액을 교환기 칼럼에 통과시킨다. 용액의 겔화 및 이온교환수지의 규화(silicification)를 막기 위해서는, 용액의 pH가 5 내지 7인 교환대역(exchange zone)에서의 체류시간이 짧은 것이 중요하다.
이렇게 얻은 (프레쉬 졸로서 알려진) 묽은 규산 용액은 매우 불안정한데, 이를 바람직하게는 다시 알칼리화시키고 열처리하면 용액은 즉시 안정화되고 진해진다. 이 실리카졸을 안정화시키는 특히 바람직한 방법은, 상기 용액을 SiO2:NaO2 비가 60 내지 130:1이 되게 알칼리화시키고, 60 내지 100℃에서 용액을 가열하여 입자들을 확대시키고, 프레쉬 졸 용액을 계속 첨가하여 이것이 기존의 입자들 위에서 성장하게 한다. 이와 동시에 또는 이후에, 용액을 증발시킴으로써 원하는 농도로 농축시킬 수 있다.
pH 및 온도를 모니터링하여 반응조건을 정확하게 조절하거나, 체류시간을 조 절함으로써, 원하는 입도범위를 달성할 수 있다. 프레쉬 졸 뿐만 아니라 소위 핵(nuclear)졸을 첨가할 수도 있다. 이 때 사용되는 핵졸은 특정 입도분포를 갖는 실리카졸일 수 있다.
본 발명에 사용할 실리카졸의 제조방법으로 또다른 것도 가능하다. 예를 들면 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)를 가수분해시키는 방법도 가능하다. 이러한 방법으로 얻은 실리카졸은 비싸기 때문에 반도체 제작 공정에서 연마재로서 사용하기에는 한계가 있다.
실리카졸에 대한 보다 상세한 설명을 보려면 K.K.일러(Iler)의 문헌[The Chemistry of Silica, Chapter 4, pp.312-461, Wiley & Sons, New York, 1979]을 참조하도록 한다.
물유리로부터 알칼리금속을 제거한 후 안정화시키는 방법으로 제조한, 이정입도분포를 갖는 실리카졸이 바람직하다. 이러한 실리카졸은 입도가 5 내지 50㎚인 입자를 5 내지 95중량%, 바람직하게는 20 내지 80중량%로 함유하고, 입도가 50 내지 200㎚인 입자를 95 내지 5중량%, 바람직하게는 80 내지 20중량%로 함유하는 입도분포를 갖는다. 이정(bimodal)이란 입도분포의 두 개의 최대값들 사이에 하나 이상의 최소값이 존재한다는 것을 의미한다.
입도를 나노미터 단위로 측정하는데 적합한 방법으로는 전자현미경 사진촬영법 뿐만 아니라, 다른 다양한 방법들이 있는데, 예를 들면 레이저 상관 분광분석법, 초음파 측정법 또는 초원심분리 측정법이다. 이정입도분포를 결정짓는데에는 분해능이 높은 초원심분리법이 특히 적합하다.
초원심분리법의 특징은 실제 측정에 들어가기 전에 입도에 따라 분산액을 분류한다는 것이다. 균질 분산액의 경우, 큰 입자는 공존하는 중간크기 입자나 작은 입자보다 더 빨리 침강한다고 알려져 있다. 초원심분리 셀(cell)에 레이저광을 비추면, 시간에 따라 광 세기(intensity)에 명백한 변화가 일어난다. 입자 농도의 변화 및 입도분포를 광 세기의 변화로부터 계산해 낼 수가 있다. 광원은 He-Ne 레이저이다. 초원심분리법은 높은 정밀도 및 높은 분해능을 가능하게 하므로, 입도분포를 정밀하게 측정할 수 있게 하는데, 이는 특히 이정분포의 측정에 있어 중요하다.
일정(monomodal) 실리카졸들을 혼합함으로써 이정 실리카졸을 얻을 수 있다. 이 경우에는, 최대 입도가 5 내지 50㎚ 범위에 있는 제 1의 일정 실리카졸 성분과 최대 입도가 50 내지 200㎚ 범위에 있는 제 2의 일정 실리카졸 성분을 상이한 양으로 혼합할 수 있다. 경우에 따라서는 안정화 과정 동안에 이정 실리카졸을 제조할 수도 있다. 혼합 공정을 사용하여 이정 실리카졸을 제조하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이 방법으로는 훨씬 더 재현성있게(reproducible manner) 원하는 양적 비율을 맞출 수 있기 때문이다. 연마 슬러리를 만드는데 사용할 졸의 배합은, 예를 들면 물로 희석하고 가능하다면 여기에 첨가제를 첨가하여 수행한다. 첨가제를 연마 슬러리의 중량을 기준으로 0.01 내지 10중량%의 양으로 첨가할 수 있다.
연마재 실리카졸의 pH는 바람직하게는 9 내지 12이고, 특히 바람직하게는 10 내지 11이다. 연마를 촉진하는데 필요한 높은 pH를 달성하는 방법은, 예를 들면 알칼리 수산화물, 예를 들면 수산화칼륨 및 수산화나트륨, 아민 또는 암모니아 또 는 수산화테트라알킬암모늄을 첨가하는 것이다. 가수분해 동안에 알칼리 반응을 하는 염, 예를 들면 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨 및 탄산수소암모늄도 적합하다. 적합한 아민의 예에는 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민, 헤테로환상 아민, 트리아민, 테트라민 또는 펜타민이 포함된다. 사용가능한 수산화테트라알킬암모늄의 예에는 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄 및 수산화테트라부틸암모늄이 포함된다.
연마 슬러리의 성능을 개선시킬 수 있는 추가의 시약, 예를 들면 표면활성물질, 예를 들면 알킬 설페이트, 알킬 설포네이트, 페놀, 글리콜 또는 플루오로계면활성제, 또는 점도조절물질, 예를 들면 여러자리전해질이온(polyelectrolyte), 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 아민 및 폴리실록산을 첨가할 수도 있다.
표면활성물질은 바람직하게는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성이면서 저분자량이고 올리고머성 또는 중합체성인, 유화제, 계면활성제 또는 보호성 콜로이드이다.
음이온성이면서 저분자량이고 올리고머성 또는 중합체성인 유화제 또는 계면활성제의 예는 지방산의 알칼리금속염 또는 알칼리토금속염, 예를 들면 탄소원자를 10 내지 21개 갖는 포화 지방산의 나트륨염, 탄소원자를 12 내지 18개 갖는 불포화 지방산의 나트륨염, 알킬 에테르 설포네이트, 예를 들면 설포-하이드록시-폴리에틸렌 글리콜과 1-메틸페닐에틸-페놀, 노닐페놀, 또는 탄소원자를 12 내지 18개 갖는 알킬 에테르의 에테르, 아릴-알킬-설포네이트, 예를 들면 직쇄 또는 분지쇄-부틸-치환된 나프탈렌설폰산 또는 알킬 설페이트, 예를 들면 장쇄 알킬 설페이트의 나트 륨염이다.
양이온성이면서 저분자량이고 올리고머성 또는 중합체성인 유화제 또는 계면활성제의 예는 탄소원자를 8 내지 22개 갖는 장쇄 알칸 라디칼을 갖고 산과 반응하거나 알킬화되면 암모늄 화합물을 형성하는 아민의 염, 또는 유사한 인 화합물 및 유사한 황 화합물이다.
비이온성이면서 올리고머성 또는 중합체성인 유화제 또는 계면활성제의 예는 알킬 폴리글리콜 에테르 또는 알킬 폴리글리콜 에스테르, 예를 들면 에톡시화 포화 또는 불포화 결합을 갖는 장쇄(예를 들면 탄소원자를 12 내지 18개 갖는) 알콜, 에톡시화 피마자유, 에톡시화 (코코넛) 지방산, 에톡시화 대두유, 에톡시화 수지 산 또는 에톡시화 로진 산, 에톡시화되고 경우에 따라서는 프로폭시화된 부틸 디글리콜, 또는 에톡시화 알킬 아릴 에테르, 예를 들면 에톡시화 직쇄 및/또는 분지쇄 노닐페놀 또는 옥틸페놀 또는 베닐레이티드(bennylated) p-하이드록시비페닐, 에톡시화-트리글리세리드 및 -디글리세리드, 및 알킬 폴리글리코시드이다.
기타 적합한 유화제 또는 계면활성제는 에톡시화 장쇄 알킬- 또는 알케닐-아민, 레시틴, 폴리에틸렌 글리콜과 디이소시아네이트(장쇄 알킬 이소시아네이트에 의해 개질됨)의 반응생성물, 유채유와 디에탄올아민의 반응생성물, 또는 소르비탄과 장쇄 알칸- 또는 알켄-카복시산의 에톡시화 반응생성물이다.
더욱이, 소위 보호성 콜로이드, 예를 들면 폴리비닐 알콜 또는 수용성 셀룰로스 유도체(예를 들면 메틸셀룰로스)도 적합하다.
본 발명을 하기 실시예를 참고로 설명할 것이지만, 본 발명의 연마재가 하기 실시예로만 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
이정 실리카졸의 제조:
실온에서, 평균입도가 15㎚이고 pH가 9.3인 실리카졸 500㎖를 평균입도가 70㎚이고 pH가 9.4인 실리카졸 1583㎖와 혼합하였다. 이 실리카졸의 이정입도분포를 도 3에 나타내었다. pH 9.4의 상기 이정 실리카졸을 실시예 2의 연마시험에 사용하였다.
실시예 2 내지 4
연마시험:
실시예 2 내지 실시예 4에서는, 본 발명에 따르는 실리카졸과 비교용 실리카졸의 연마속도 및 선택도를 측정하고 이를 하기 표에 기재해 놓았다. 연마조건을 아래에 요약해 놓았다. 실시예 2에서는 실시예 1에 따른 본 발명의 이정 실리카졸로 만든 연마 슬러리를 사용한 연마시험결과를 얻었다. 평균입도가 70㎚인 실리카졸(도 2)로 만든 연마 슬러리를 연마시험 3에서 사용하였다. 연마시험 4의 연마 슬러리는 평균입도가 15㎚인 미립상 실리카졸(도 1)을 함유하였다.
연마시험조건
연마기: IPEC 472
압력: 0.5bar
반대 압력: 0bar
플레이트 회전속도: 32rpm
지지체 회전속도: 28rpm
연마 슬러리의 공급 속도 175㎖/분
연마시간: 1분
연마패드: Rodel IC 1400
직경 200㎜의 패턴화되지 않은(블랭킷) 웨이퍼를 사용하였다. 산화물층(TEOS)의 두께는 10,000Å이고 질화물층의 두께는 6000Å이었다.
산화물(TEOS)에 대한 연마속도는 Å/분으로 나타내었고, 선택도는 산화물 대 질화규소의 비율을 말한다.
표: 실리카졸을 함유하는 연마 슬러리의 연마속도 및 선택도
연마 슬러리 연마속도 (Å/분) 선택도 (산화물/질화물)
실시예 2 (이정입도분포를 갖는 실리카졸)(도 3) 3051 8.0
비교실시예 3 (일정입도분포를 갖는 실리카졸)(도 2) 2857 6.6
비교실시예 4 (일정입도분포를 갖는 실리카졸)(도 1) 2109 4.0
상기 표의 시험결과를 보아, 실시예 1에 따라 제조된 본 발명의 이정 실리카졸을 함유하는 연마 슬러리는 일정 실리카졸을 함유하는 두 개의 비교용 연마 슬러리보다 연마속도가 훨씬 더 높고 선택도가 개선되었음을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. (a) 입도가 5 내지 50㎚인 실리카 입자 5 내지 95중량% 및 (b) 입도가 50 내지 200㎚인 실리카 입자 95 내지 5중량%를 함유하되, 전체적으로는 이정형 입도분포(bimodal particle size distribution)를 가짐을 특징으로 하는, 서로 결합되지 않은 개별적인 구형 실리카 입자들을 결합을 통해 함유하는 연마재.
  2. 제 1 항에 있어서, (a) 입도가 5 내지 50㎚인 실리카 입자 20 내지 80중량% 및 (b) 입도가 50 내지 200㎚인 실리카 입자 80 내지 20중량%를 함유함을 특징으로 하는 연마재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, pH가 9 내지 12임을 특징으로 하는 연마재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고체 함량이 1 내지 60중량%임을 특징으로 하는 연마재.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 서로 다른 입도를 갖는 일정형(monomodal) 실리카졸들을 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 연마재.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 선택도(selectivity)가 6 내지 15임을 특징으로 하는 연마재.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 따르는 연마재를 사용함을 특징으로 하는, 평탄한 산화물층의 제조 방법.
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