KR101389828B1 - 연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 기판의 연마 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 슬러리 조성물을 사용하여 연마 공정을 수행하면, 전도성을 향상시켜 슬러리 조성물의 이온화를 활성화시킴으로써 기판 표면의 중심부의 연마 속도를 향상시키고 음이온성 고분자 및 암모늄 염의 작용으로 우수한 연마 속도를 확보하면서, 질화막 대비 산화막의 연마 선택비를 높일 수 있다.

Description

연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물 {POLISHING COMPOSITION AND SLURRY COMPOSITION COMPRISING THE SAME}
본 발명은 연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물 및 연마액에 관한 것이다.
종래에는 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정에서 절연막으로 HDP(high density plasma), 연마정지막으로 질화막이 사용되고 있다. 최근에는 반도체 디자인룰(design rule)이 더욱 감소됨 (40 nm => 30 nm => 20 nm 공정)에 따라 소자 선폭이 더욱 좁아지고, 깊이(depth)가 더욱 증가되어 갭 충진(Gap fill) 공정이 도입되고 있다. STI용 갭 충진 공정으로 SOD(spin on deposition)이 사용될 수 있으며, 갭 충진 공정으로 부분적으로 또는 전면적으로 사용되고 있다. 이러한 갭 충진 공정에 사용되는 유, 무기 복합재료는 갭 충진 후 열처리 공정이 별도로 필요하며, CMP시 표면 스크래치나 결함에 더욱 민감하다. STI 공정에서 CMP 공정은 3단계에 걸쳐서 진행하게 되는데, 초기 벌크(bulk)를 제거하는 단계, 선택비를 구현하여 평탄화를 달성하는 단계, 과연마를 통해 잔여 절연막을 완전히 제거하는 단계이다. 이 때 변경된 절연막질의 기계적 강도가 약해짐에 따라서 선택비를 구현하여 평탄화를 달성하는 단계에서 웨이퍼 내 연마 불균일성(within wafer non-uniformity; WIWNU)으로서, 센터 언더(Center Under)가 문제가 되고 있다. 현재 300 nm에서 100 nm급 슬러리로 줄어들면서 CMP 공정시 스크래치가 감소하고 있다. 그러나, 100 nm 슬러리는 300 nm 슬러리와 동일한 첨가제를 사용하게 되면 제거율(removal rate)이 현저히 줄어들어 수율 저하의 원인이 된다. 제거율을 보상하기 위해서는 첨가제의 농도를 낮추는 등의 처리가 필요하다. 하지만 첨가제의 농도만을 낮춰서는 프로파일(profile) 등을 맞출 수 없다. 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)를 이용하여 평가를 진행하게 되면 이 현상이 잘 나타나지 않지만, 여러 가지의 밀도를 가진 패턴 웨이퍼(pattern wafer)를 연마하게 되면 이 현상이 뚜렷하게 나타난다. 특히, 패턴 밀도가 높아질수록 연마 감소 및 센터 언더 영향이 심하게 나타난다.
현재 사용되고 있는 슬러리 조성물 첨가제를 분석해 보면 1 내지 10 wt% 함량을 가지고 있는 슬러리 연마 첨가제가 사용되고 있다. 반도체 소자의 크기가 점점 축소되고 있기 때문에 슬러리 조성물의 사이즈도 점점 줄어들고 있다. 그러나, 슬러리 조성물의 사이즈가 줄어들고 있는데 슬러리 조성물 첨가제의 전체 고형분 함량은 변화되지 않고 1 wt% 이상으로 첨가되고 있어 이에 따른 첨가제의 함량으로 인해 첨가제의 점도 특성이 높아져 패턴 제거율을 감소하는 현상이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 연마 속도 향상 및 연마 프로파일을 개선하고 산화막과 질화막의 높은 선택비를 구현할 수 있는 연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 기판의 연마 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 측면은, 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자, 암모늄 염 및 pH 조절제를 포함하는, 연마 첨가제를 제공할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 암모늄 염은, 암모늄 니트레이트, 암모늄 포르메이트, 암모늄 시트레이트, 암모늄 아세테이트, 암모늄 벤조에이트, 암모늄 브로마이드, 암모늄 카보네이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 크로메이트, 암모늄 디크로메이트, 암모늄 옥살레이트, 암모늄 설파메이트, 암모늄 설페이트, 암모늄 설파이트, 암모늄 타르테이트, 암모늄 테트라플루오로보레이트, 암모늄 티오시아네티트, 암모늄 티오설페이트, 암모늄 아스코르베이트 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 암모늄 염은, 상기 연마 첨가제 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리술폰산(polysulfonic acid), 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체(polyacrylamide/acrylic acid copolymer), 폴리아크릴산/술폰산 공중합체(polyacrylic acid/sulfonic acid copolymer), 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체(polysulfonic acid/acrylamide copolymer), 폴리아크릴산/말론산 공중합체(polyacrylic acid/malonic acid copolymer) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 상기 연마 첨가제 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 pH 조절제는, 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 트리에탄올아민, 트로메타민, 나이아신아마이드, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산, 타르타르산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 pH 조절제는, 상기 연마 첨가제 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 2 측면은, 상기 본 발명의 제 1 측면에 따른 연마 첨가제, 및 산화세륨 입자를 포함하는, 슬러리 조성물 제공할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 산화세륨 입자는, 상기 슬러리 조성물 중 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마 첨가제는, 상기 슬러리 조성물 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 산화세륨 입자는, 평균입경이 약 50 nm 내지 약 1 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 슬러리 조성물은 pH가 약 4 내지 약 9인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 슬러리 조성물은 산화막 및 질화막을 포함하는 피연마막을 연마하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마는, 산화막 : 질화막의 연마 선택비가 45 : 1 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 슬러리 조성물은, 상기 슬러리 조성물을 이용하는 연마 공정의 연마 속도가 1800 Å/min 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 3 측면은, 산화세륨 입자를 포함하는 산화세륨 슬러리 및 상기 본 발명의 제 1 측면에 따른 연마 첨가제를 포함하며, 상기 산화세륨 슬러리와 상기 연마 첨가제를 각각 준비하여 연마 시에 혼합하여 사용하는 2액형인 CMP용 연마액을 제공할 수 있다.
본 발명의 카르복실기를 가진 음이온성 고분자 연마 첨가제에 암모니아 염을 포함하는 연마제를 사용하여 연마 공정을 수행하면, 전도성을 향상시켜 슬러리 조성물의 이온화를 활성화시킴으로써 기판 표면의 중심부의 연마 속도를 향상시키고 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자 및 암모늄 염의 작용으로 우수한 연마 속도를 확보하면서, 질화막 대비 산화막의 연마 선택비를 높일 수 있다. 이를 통하여, 반도체의 제조 공정에 적합한 연마 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 조성물의 제조 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따른 슬러리 조성물 중에 암모늄 염으로서 각각, 암모늄 니트레이트(실시예 1)/암모늄 포르메이트(실시예 2)를 첨가한 중심 프로파일(center profile) 개선 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 패턴 밀도별 연마 프로파일 결과 비교 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 패턴 밀도별 제거율 결과 비교 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 산화막/질화막 선택비 구현 결과를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물 및 이를 이용하는 기판의 연마 방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 측면에 따른 연마 첨가제는, 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자, 암모늄 염 및 pH 조절제를 포함할 수 있다.
상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 음이온성 고분자가 후술하는 슬러리 조성물의 연마 입자와의 흡착 상태가 약해 물리 흡착(수소 결합)으로 되고, 연마 시, 음이온성 고분자가 연마 입자에서 용이하게 이탈하기 때문에, 연마 입자로서의 활동을 충분히 얻을 수 있고, 높은 연마 속도를 얻을 수 있으며, 우수한 평탄화 특성이 된다. 또한, 연마 공정 시 산화막에 비해 질화막의 연마속도를 크게 감소시킴으로써 연마 선택비를 향상시키고, 연마 입자에 의해 발생하는 미세 스크래치를 감소시키는 역할을 할 수 있다. 상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 예를 들어, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리술폰산(polysulfonic acid), 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체(polyacrylamide/acrylic acid copolymer), 폴리아크릴산/술폰산 공중합체(polyacrylic acid/sulfonic acid copolymer), 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체(polysulfonic acid/acrylamide copolymer), 폴리아크릴산/말론산 공중합체(polyacrylic acid/malonic acid copolymer) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 상기 연마 첨가제 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자가 약 0.01 중량% 미만일 경우, 연마 동안에 연마된 표면의 보호가 더욱 우수하게 실시될 수 있으며, 약 1 중량% 초과일 경우에는, 연마 첨가제가 스크래치를 야기시키기 쉽다.
상기 암모늄 염은, 연마속도를 향상시킬 수 있고, 연마 프로파일(profile)을 개선할 수 있고, 산화막과 질화막의 높은 선택비를 구현할 수 있으며, 슬러리 조성물 내 연마 입자 간의 상호작용에 영향을 주고, 상기 pH 조절제의 안정성을 높일 수 있다. 상기 암모늄 염은, 예를 들어, 암모늄 니트레이트, 암모늄 포르메이트, 암모늄 시트레이트, 암모늄 아세테이트, 암모늄 벤조에이트, 암모늄 브로마이드, 암모늄 카보네이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 크로메이트, 암모늄 디크로메이트, 암모늄 옥살레이트, 암모늄 설파메이트, 암모늄 설페이트, 암모늄 설파이트, 암모늄 타르테이트, 암모늄 테트라플루오로보레이트, 암모늄 티오시아네티트, 암모늄 티오설페이트, 암모늄 아스코르베이트 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 암모늄 염은, 상기 연마 첨가제 중 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량% 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 약 0.001 중량% 미만인 경우, 슬러리 조성물의 안정화에 영향을 주지 못하며, 약 1 중량% 초과인 경우에는, 슬러리 조성물 내 산화세륨 입자의 전기 이중층을 급격히 감소시켜 분산 안정성(연마 특성)을 약화시키게 된다.
상기 pH 조절제는, 연마 첨가제의 pH를 조절하여 피복된 연마 입자의 분산도를 조절하는 역할을 할 수 있다. 상기 pH 조절제는, 예를 들어, 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 트리에탄올아민, 트로메타민, 나이아신아마이드, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산, 타르타르산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 pH 조절제는, 상기 연마 첨가제 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 pH 조절제는 약 1 중량% 미만에서 원하는 pH 달성이 가능할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면은, 상기 본 발명의 제 1 측면에 따른 연마 첨가제, 및 산화세륨 입자를 포함하는 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
상기 산화세륨 입자는, 연마속도를 증가시키고 산화막과 질화막의 연마 선택성을 향상시킬 수 있으며, 반도체 장치로의 사용이 허용되는 순도 및 결정 형태를 가지는 것으로서, 공지되어 있는 산화세륨 입자가 본 발명의 슬러리 조성물에 사용되는 산화세륨 입자로서 사용될 수 있다.
상기 산화세륨 입자는, 상기 슬러리 조성물 중 약 0.001 중량% 내지 약 5중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 연마 입자의 함량이 약 0.001 중량% 미만인 경우, 산화막의 연마 속도가 저하되고, 약 5 중량% 초과인 경우, 연마 속도가 높아져 연마 균일도가 저하되고, 미세 스크래치가 증가하며, 밀링 공정 등 제조 공정의 경제성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 산화세륨 입자의 함량을 이와 같은 범위로 설정함으로써, 규정된 연마 속도가 경제적으로 보장될 수 있는 슬러리 조성물이 얻어질 수 있다.
상기 연마 첨가제는, 상기 슬러리 조성물 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 산화세륨 입자는, 2차 입경에 있어서, 입자의 크기가 너무 작을 경우 기판을 평탄화하기 위한 연마 속도가 손상될 것이고, 너무 큰 경우에는 평탄화가 어렵고, 긁힌 연마 표면과 같은 기계적 단점이 발생할 것을 고려하여, 약 50 nm 내지 약 1 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 슬러리 조성물은 pH가 약 4 내지 약 9인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 pH조절제의 함량은, 상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자, 상기 암모윰 염, 상기 산화세륨 입자, 기타 다른 성분의 기능을 저해하지 않는 범위 내로서, 상기 슬러리 조성물의 pH가 4 내지 9가 되도록 사용할 수 있다. 이는, 슬러리가 중성영역이면, 기판 연마 표면의 보호가 더욱 우수하게 실시될 수 있고, 연마 표면의 더욱 우수한 평탄화가 달성될 수 있기 때문이다. 그 이유는, 슬러리 조성물이 중성영역이면, 슬러리 조성물이 연마 표면 위로 더욱 강력하게 흡착하므로, 심지어는 소량의 슬러리 조성물로 연마 표면의 효과적인 보호가 가능해진다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 슬러리 조성물은 산화막 및 질화막을 포함하는 피연마막을 연마하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마는, 산화막 : 질화막의 연마 선택비가 45 : 1 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 슬러리 조성물은, 상기 슬러리 조성물을 이용하는 연마 공정의 연마 속도가 1800 /min 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은, 하기를 포함하는 슬러리 조성물의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 조성물의 제조 공정 순서도이다. 도 1을 참조하면, 먼저, 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자, 암모늄 염 및 pH 조절제를 포함하는 연마 첨가제를 제조할 수 있다(S100).
상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 예를 들어, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리술폰산(polysulfonic acid), 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체(polyacrylamide/acrylic acid copolymer), 폴리아크릴산/술폰산 공중합체(polyacrylic acid/sulfonic acid copolymer), 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체(polysulfonic acid/acrylamide copolymer), 폴리아크릴산/말론산 공중합체(polyacrylic acid/malonic acid copolymer) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 암모늄 염은, 예를 들어, 암모늄 니트레이트, 암모늄 포르메이트, 암모늄 시트레이트, 암모늄 아세테이트, 암모늄 벤조에이트, 암모늄 브로마이드, 암모늄 카보네이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 크로메이트, 암모늄 디크로메이트, 암모늄 옥살레이트, 암모늄 설파메이트, 암모늄 설페이트, 암모늄 설파이트, 암모늄 타르테이트, 암모늄 테트라플루오로보레이트, 암모늄 티오시아네티트, 암모늄 티오설페이트, 암모늄 아스코르베이트 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 예를 들어, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리술폰산(polysulfonic acid), 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체(polyacrylamide/acrylic acid copolymer), 폴리아크릴산/술폰산 공중합체(polyacrylic acid/sulfonic acid copolymer), 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체(polysulfonic acid/acrylamide copolymer), 폴리아크릴산/말론산 공중합체(polyacrylic acid/malonic acid copolymer) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 pH 조절제는, 예를 들어, 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 트리에탄올아민, 트로메타민, 나이아신아마이드, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산, 타르타르산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 연마 첨가제에 산화세륨 입자를 첨가할 수 있다(S200).
상기 산화세륨 입자는, 상기 슬러리 조성물 중 약 0.001 중량% 내지 약 5 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연마 첨가제는, 상기 슬러리 조성물 중 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명은, 상기 본 발명의 제 2 측면에 따른 슬러리 조성물을 이용하여, 산화막 및 질화막을 포함하는 피연마막을 연마하는 단계;를 포함하는 기판의 연마 방법을 제공할 수 있다:
본 발명의 기판의 연마 방법은, 상기의 슬러리 조성물을 이용하여, 질화막 및 산화막을 포함하는 피연마막의 표면을 연마하는 것이다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마 속도는, 약 1800 Å/min 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마는, 산화막 : 질화막의 연마 선택비가 약 45 : 1 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 3 측면은, 산화세륨 입자를 포함하는 산화세륨 슬러리 및 상기 본 발명의 제 1 측면에 따른 연마 첨가제를 포함하며, 상기 산화세륨 슬러리와 상기 연마 첨가제를 각각 준비하여 연마 시에 혼합하여 사용하는 2액형인 CMP용 연마액을 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[ 비교예 ]
2차 입자가 100 nm인 산화 세륨 연마제(5 wt%)와 카르복실기를 가진 음이온성 고분자 수용액에 pH 조절제를 이용하여 pH를 적정한 연마 첨가제를 혼합하여 슬러리 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 1]
2차 입자가 100 nm인 산화 세륨 연마제(5 wt%)와 카르복실기를 가진 음이온성 고분자 수용액에 pH 조절제를 이용하여 pH를 적정한 다음, 암모늄 염으로서, 암모늄 니트레이트(nitrate)를 첨가하여 제조한 연마 첨가제를 혼합하여 슬러리 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 2]
실시예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하되, 암모늄 염으로서 암모늄 포르메이트(formate)를 첨가하여 슬러리 조성물을 제조하였다.
[ 실시예 3]
실시예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하되, 암모늄 염으로서 암모늄 시트레이트(citrate)를 첨가하여 슬러리 조성물을 제조하였다.
[결과]
전도도 평가
실시예 1 내지 실시예 3의 슬러리 조성물의 전도도(conductivity)를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112012043109712-pat00001
중심 프로파일( center profile ) 평가
도 2는 실시예 1 및 실시예 2의 슬러리 조성물 중에 암모늄 염으로서 각각, 암모늄 니트레이트(실시예 1)/암모늄 포르메이트(실시예 2)를 첨가한 중심 프로파일(center profile) 그래프이다.
패턴 밀도별 연마 프로파일 평가
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 슬러리 조성물을 이용하여 라인(line)/스페이스(space)_300/300인 패턴 단차를 연마 평가하였다. 도 3은 실시예 1 내지 실시예 3의 패턴 밀도별 연마 프로파일 결과 비교 그래프이다. 각각의 암모늄 염 첨가시 연마 속도도 향상되며, 연마 프로파일도 개선된 것을 알 수 있다.
패턴 밀도별 제거율 평가
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 슬러리 조성물을 이용하여 패턴 밀도별 연마 평가를 진행하였다. 도 4는 비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 패턴 밀도별 제거율 결과 비교 그래프이다.
선택비 평가
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 슬러리 조성물을 이용하여 산화막/질화막 연마 평가를 실시하였다. 도 5는 비교예 및 실시예 1 내지 실시예 3의 산화막/질화막 선택비 구현 결과를 나타낸 그래프이다. 암모늄 염 첨가시에 산화막과 질화막의 높은 선택비를 구현하였다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

  1. 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자, 암모늄 염 및 pH 조절제를 포함하고,
    상기 암모늄 염은, 암모늄 니트레이트, 암모늄 포르메이트, 암모늄 시트레이트, 암모늄 아세테이트, 암모늄 벤조에이트, 암모늄 브로마이드, 암모늄 카보네이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 크로메이트, 암모늄 디크로메이트, 암모늄 옥살레이트, 암모늄 설파메이트, 암모늄 설페이트, 암모늄 설파이트, 암모늄 타르테이트, 암모늄 테트라플루오로보레이트, 암모늄 티오시아네티트, 암모늄 티오설페이트, 암모늄 아스코르베이트 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하고,
    상기 암모늄 염은, 연마 첨가제 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것인, 연마 첨가제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리술폰산(polysulfonic acid), 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체(polyacrylamide/acrylic acid copolymer), 폴리아크릴산/술폰산 공중합체(polyacrylic acid/sulfonic acid copolymer), 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체(polysulfonic acid/acrylamide copolymer), 폴리아크릴산/말론산 공중합체(polyacrylic acid/malonic acid copolymer) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 연마 첨가제.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 카르복실기(COOH)를 포함하는 음이온성 고분자는, 상기 연마 첨가제 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것인, 연마 첨가제.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 pH 조절제는, 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 트리에탄올아민, 트로메타민, 나이아신아마이드, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산, 타르타르산 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 연마 첨가제.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 pH 조절제는, 상기 연마 첨가제 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것인, 연마 첨가제.
  8. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 연마 첨가제, 및
    산화세륨 입자
    를 포함하고,
    전도도가 3000 ㎲ 내지 7000 ㎲인, 슬러리 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화세륨 입자는, 상기 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 5 중량%인 것인, 슬러리 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 연마 첨가제는, 상기 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것인, 슬러리 조성물.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화세륨 입자는, 평균입경이 50 nm 내지 1 ㎛인 것인, 슬러리 조성물.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은 pH가 4 내지 9인 것인, 슬러리 조성물.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은 산화막 및 질화막을 포함하는 피연마막을 연마하는 것인, 슬러리 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연마는, 산화막 : 질화막의 연마 선택비가 45 : 1 이상인 것인, 슬러리 조성물.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물은, 상기 슬러리 조성물을 이용하는 연마 공정의 연마 속도가 1800 Å/min 이상인 것인, 슬러리 조성물.
  16. 산화세륨 입자를 포함하는 산화세륨 슬러리 및
    제 1 항, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 연마 첨가제를 포함하며,
    상기 산화세륨 슬러리와 상기 연마 첨가제를 각각 준비하여 연마 시에 혼합하여 사용하는 2액형이고,
    전도도가 3000 ㎲ 내지 7000 ㎲인 것인, CMP용 연마액.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10428242B2 (en) 2017-03-29 2019-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Slurry composition for chemical mechanical polishing
US10957557B2 (en) 2018-11-19 2021-03-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Polishing slurry and method of manufacturing semiconductor device

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101656421B1 (ko) * 2014-10-14 2016-09-12 주식회사 케이씨텍 슬러리 조성물
KR101674092B1 (ko) * 2014-12-09 2016-11-08 주식회사 케이씨텍 세리아 슬러리 첨가제 조성물 및 이를 포함하는 슬러리 조성물
KR101693278B1 (ko) * 2015-09-25 2017-01-05 유비머트리얼즈주식회사 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080036051A (ko) * 2005-08-04 2008-04-24 아사히 가라스 가부시키가이샤 연마제 조성물 및 연마 방법
KR20100021941A (ko) * 2008-08-18 2010-02-26 주식회사 하이닉스반도체 화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR20100077814A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 제일모직주식회사 금속 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR20100080070A (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 제일모직주식회사 Ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080036051A (ko) * 2005-08-04 2008-04-24 아사히 가라스 가부시키가이샤 연마제 조성물 및 연마 방법
KR20100021941A (ko) * 2008-08-18 2010-02-26 주식회사 하이닉스반도체 화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR20100077814A (ko) * 2008-12-29 2010-07-08 제일모직주식회사 금속 배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
KR20100080070A (ko) * 2008-12-31 2010-07-08 제일모직주식회사 Ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10428242B2 (en) 2017-03-29 2019-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Slurry composition for chemical mechanical polishing
US10957557B2 (en) 2018-11-19 2021-03-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Polishing slurry and method of manufacturing semiconductor device

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