KR101396252B1 - 초기 단차 제거용 연마 슬러리 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초기 단차 제거용 연마 슬러리 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 초기 단차 제거용 연마 슬러리는, 연마 입자의 표면이 (+) 전하를 갖도록 분산된 것으로서, 산화규소막의 높은 연마 속도를 가지며, 본 발명의 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 사용하여 연마 공정을 수행하면, 고단차 영역에서는 높은 연마속도를 가지며, 저단차 영역에서는 낮은 연마속도를 가져 STI CMP (shallow trench isolation chemical mechanical polishing) 초기 단차 제거에 효과적일 수 있다.

Description

초기 단차 제거용 연마 슬러리 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법 {POLISHING SLURRY FOR REMOVAL OF INITIAL STEP HEIGHT AND SUBSTRATE OR WAFER POLISHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 초기 단차 제거용 연마 슬러리 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 다양해지고 고집적화됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 그에 따라 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 표면 막들의 단차도 더욱 커지고 있다. 반도체 소자를 제조하는 데 있어서 기판 상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 CMP(chemical mechanical polishing) 공정이 이용된다. 예를 들어, 층간 절연을 위해 과량으로 성막된 절연막을 제거하기 위한 공정으로 ILD(interlayer dielectronic)와, 칩(chip)간 절연을 하는 STI(shallow trench isolation)용 절연막의 평탄화를 위한 공정 및 배선, 컨택 플러그, 비아 컨택 등과 같은 금속 도전막을 형성하기 위한 공정으로서 많이 사용되고 있다.
CMP 공정에 있어서 연마 속도, 연마 표면의 평탄화도, 스크래치의 발생 정도가 중요하며, CMP 공정 조건, 슬러리의 종류, 연마 패드의 종류 등에 의해 결정된다. 한편, 집적도가 높아지고 공정의 규격이 엄격해짐에 따라 단차가 매우 큰 절연막을 빠르게 평탄화할 필요성이 중요시되는데, 패턴 크기가 작고 밀도가 높은 곳은 국부적으로 평탄화되고 패턴이 크고 넓은 지역은 초기 단차를 그대로 반영하게 된다. 패턴 상에서 고단차 영역과 저단차 영역에서 단차를 완전히 제거하지 못하여 연마 후에도 잔여 단차가 남아있어 평탄화 효율을 떨어뜨린다. 이와 같이 종래의 기술에서는 연마공정시 단일 슬러리와 단일 조건으로 연마 목표(target)까지 한 번에 연마함으로써 슬러리 소모량이 많아 연마 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 연마가 완료된 후에도 고단차 영역과 저단차 영역에서 제거되지 않은 잔여 단차가 존재하여 후속 공정을 어렵게 하게 되고 이로부터 반도체 소자의 수율을 감소시키게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 고단차 영역에서는 높은 연마 속도를 가지고, 저단차 영역에서는 고단차 영역 대비 낮은 연마 속도를 가지는 초기 단차 제거용 연마 슬러리 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 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, 연마 입자; 및 1개 이상의 아민기 및 1개 이상의 카르복실기를 포함하는 분산제;를 포함하는, 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 제공할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 아민기는, 연마 시, 연마면의 산화막 표면에의 흡착력을 증대시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 카르복실기는, 상기 산화세륨 입자의 표면과 반응하여 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리의 분산성을 증대시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 분산제는, 세린(serine), 글루타민(glutamine), 베타인(betaine), 프롤린(proline), 파이로글루타민산(pyroglutamic acid) 및 아미노 부티르산(amino butyric acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 초기 단차 제거용 분산제는, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 약 0.01 중량% 내지 약 5.0 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 수용성 비이온성 분산제를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 수용성 비이온성 분산제는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 약 0.1 내지 약 2.0 wt%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 암모늄나이트레이트, 암모늄포스페이트, 암모늄아세테이트, 암모늄클로라이드, 암모늄설페이트, 암모늄포메이트, 암모늄카르보네이트 및 암모늄사이트레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 암모늄염을 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 2차 입자의 평균입경이 약 30 nm 내지 약 300 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리는, pH가 3 내지 8인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 표면의 제타전위가 약 +25 mV 내지 약 +80 mV 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 고단차 영역 연마율이 약 5000 Å/min 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 저단차 영역 연마율이 약 1000 Å/min 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 고단차 영역과 저단차 영역의 연마 선택비가 4.0 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴에 대한 연마의 고단차 영역과 저단차 영역의 평균 연마 선택비가 약 4.0 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 고단차 영역과 저단차 영역의 연마 선택비 표준편차가 10 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 웨이퍼 연마 시, 상기 웨이퍼의 중심 및 가장자리의 두께 편차가 약 500 Å 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 웨이퍼 연마는, 패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴 웨이퍼 연마인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 웨이퍼 연마 시, 웨이퍼 중심과 가장 자리의 연마율 차이가 약 1000 Å/min 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마 입자는, 세리아 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 지르코니아 입자, 티타니아 입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 금속산화물 입자; 스티렌계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자, 폴리염화비닐 입자, 폴리아미드 입자, 폴리카보네이트 입자, 폴리이미드 입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 유기 입자; 및 상기 금속산화물과 유기 입자를 복합하여 형성한 유기-무기 복합 입자;를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 연마 입자는, 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 2 측면은, 본 발명의 제 1 측면에 따른 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 초기 단차 제거용 연마 슬러리는, 연마 입자의 표면이 (+) 전하를 갖도록 분산된 것으로서, 산화규소막의 높은 연마 속도를 가지며, 본 발명의 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 사용하여 연마 공정을 수행하면, 고단차 영역에서는 높은 연마속도를 가지며, 저단차 영역에서는 낮은 연마속도를 가져 STI CMP (shallow trench isolation chemical mechanical polishing) 초기 단차 제거에 효과적일 수 있다. 또한, 본 발명의 초기 단차 제거용 연마 슬러리는 산화막에 흡착성이 높아 산화막의 연마 속도가 높으며, 작은 입자 사이즈 및 낮은 결정성으로 스크래치 및 결함을 억제할 수 있다. 이를 통하여, 반도체의 제조 공정에 적합한 연마 공정을 수행할 수 있다.
도 1은 패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 사용된 패턴 웨이퍼 구조이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 ESA(electrokinetic sonic amplitude) 측정 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 블랭킷 산화 웨이퍼 연마율 (material removal rate; MRR) 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 5는 패턴 웨이퍼의 균일도 확인을 위한 5 포인트 선별 기판을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 패턴 웨이퍼 MRR 프로파일을 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 초기 단차 제거용 연마 슬러리 및 이를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 측면은, 산화세륨 입자; 및 1개 이상의 아민기 및 1개 이상의 카르복실기를 포함하는 분산제;를 포함하는, 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 제공할 수 있다.
상기 연마 입자는, 예를 들어, 세리아 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 지르코니아 입자, 티타니아 입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 금속산화물 입자; 스티렌계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자, 폴리염화비닐 입자, 폴리아미드 입자, 폴리카보네이트 입자, 폴리이미드 입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 유기 입자; 및 상기 금속산화물과 유기 입자를 복합하여 형성한 유기-무기 복합 입자;를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연마 입자는, 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 액상법은 연마 입자 전구체를 수용액중에서 화학적 반응을 발생시키고, 결정을 성장시켜 미립자를 얻는 졸-겔(sol-gel) 법이나 연마 입자 이온을 수용액에서 침전시키는 공침법, 및 고온 고압 하에서 연마 입자를 형성하는 수열합성법 등을 적용하여 제조될 수 있다. 액상법으로 제조된 연마 입자를 포함하는 초기 단차 제거용 연마 슬러리는 연마 입자 표면이 (+) 전하를 갖도록 분산된 슬러리로서 높은 산화규소막의 연마 속도를 가지며, 고단차 영역에서는 높은 연마 속도를 가지며, 저단차 영역에서는 낮은 연마속도를 가질 수 있다.
상기 아민기는, 연마 시, 연마면의 산화막 표면에의 흡착력을 증대시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 카르복실기는, 상기 산화세륨 입자의 표면과 반응하여 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리의 분산성을 증대시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 분산제는, 상기 분산제는, 예를 들어, 세린(serine), 글루타민(glutamine), 베타인(betaine), 프롤린(proline), 파이로글루타민산(pyroglutamic acid) 및 아미노 부티르산(amino butyric acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 세린(serine)은, 예를 들어, L-세린, D-세린 또는 DL-세린인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 초기 단차 제거용 분산제는, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 약 0.01 중량% 내지 약 5.0 중량%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 초기 단차 제거용 분산제의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 슬러리가 연마면에 흡착하는 작용이 작아 연마 속도가 감소하게 되고, 상기 초기 단차 제거용 분산제의 함량이 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 분산제 투입으로 인하여 분산 안정성이 감소하여 응집이 발생하고 이로 인해 마이크로 스크래치 및 결함(defect)가 발생하게 된다.
본 발명의 일측에 따르면, 수용성 비이온성 분산제를 더 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 수용성 비이온성 분산제는, 예를 들어, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으며, 상기 비이온성 분산제에 추가로 작용기가 치환된 것을 사용할 수 있다.
상기 수용성 비이온성 분산제는, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 약 0.1 내지 약 2.0 wt%인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리의 분산 안정성 및 연마 속도를 증가시키기 위하여 암모늄염을 더 포함할 수 있으며, 상기 암모늄염은 예를 들어, 암모늄나이트레이트, 암모늄포스페이트, 암모늄아세테이트, 암모늄클로라이드, 암모늄설페이트, 암모늄포메이트, 암모늄카르보네이트 및 암모늄사이트레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 암모늄염은, 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, 초기 단차 제거용 연마 슬러리의 안정화에 영향을 주지 못하고 연마 속도 증가의 효과가 없으며, 약 1 중량% 초과인 경우에는, 초기 단차 제거용 연마 슬러리 내 연마 입자의 전기 이중층을 급격히 감소시켜 분산 안정성(연마 특성)을 약화시키게 된다.
상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 2차 입자의 평균입경에 있어서, 입자의 크기가 너무 작을 경우 기판을 평탄화하기 위한 연마 속도가 감소될 것이고, 너무 큰 경우에는 평탄화가 어렵고, 긁힌 연마 표면과 같은 기계적 단점이 발생할 것을 고려하여, 약 30 nm 내지 약 300 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리는, pH가 약 3 내지 약 8인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. pH가 낮으면 연마 속도가 감소하게 되며, pH가 높을수록 연마 속도는 증가하지만, pH가 8 초과인 경우 분산 안정성이 급격히 저하되어 응집이 발생하게 되는 문제점이 있다.
상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 표면의 제타전위는 (+)의 제타전위를 가질 수 있으며, 예를 들어, 약 +25 mV 내지 약 +80 mV 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리는, 고단차 영역 연마율이 약 5000 Å/min 이상인 것일 수 있으며, 저단차 영역 연마율이 약 1000 Å/min 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고단차 영역 및 저단차 영역이란 저단차 영역을 기준으로 단차(step height)가 1000 Å 이상인 것일 수 있고, 고단차 영역 및 저단차 영역은 약 1 : 10 내지 약 1 : 2의 비율일 수 있다.
고단차 영역이란 평판 웨이퍼의 기준면에 대하여 단차가 약 7000 Å 이상인 부분일 수 있고, 저단차 영역이란 평판 웨이퍼의 기준면에 대하여 단차가 약 2000 Å 이하인 부분일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본원에서, 평판 웨이퍼의 기준면은 연마대상층이 형성되기 전의 최상층인 것을 말한다.
본 발명의 일측에 따르면, 고단차 영역과 저단차 영역의 연마 선택비가 약 4.0 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴에 대한 연마의 고단차 영역과 저단차 영역의 평균 연마 선택비가 약 4.0 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 패턴 밀도는 라인/스페이스(line/space)을 나타낸 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴을 나타낸다.
본 발명의 일측에 따르면, 고단차 영역과 저단차 영역의 연마 선택비 표준편차가 약 10 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일측에 따르면, 웨이퍼 연마 시, 상기 웨이퍼의 중심 및 가장자리의 두께 편차가 약 500 Å 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 웨이퍼 전체에 있어서의 연마 공정에서의 균일도 (uniformity)가 향상되는 효과가 나타난다. 상기 웨이퍼 연마는, 예를 들어, 패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴 웨이퍼 연마인 경우에, 연마면은 웨이퍼의 중심 또는 가장자리 여부에 무관하게 평탄할 수 있다. 즉, 종래의 센터 언더 형(center under type) 연마면이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 웨이퍼 연마 시, 웨이퍼 중심과 가장 자리의 연마율 차이가 약 1000 Å/min 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제 2 측면은, 본 발명의 제 1 측면에 따른 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법을 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.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 사용된 패턴 웨이퍼 구조이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고단차 영역은 7000 Å이고, 저단차 영역은 2000 Å으로 단차가 5000 Å의 패턴 웨이퍼를 구입하여 연마를 수행하였다.
[실시예1]
액상법으로 제조된 산화세륨 30 중량부를 포함하는 수용액 5000 g에 아미노 부티르산 수용액을 175 g을 첨가하고, 분자량이 1,000인 폴리옥시에틸렌을 25 g을 첨가하였다. 추가로 분산 안정성 및 연마가속제로 암모늄나이트레이트를 25 g 첨가하였다. 이어서, 암모니아를 이용하여 pH를 6으로 조절한 후 약 30 분간 고속믹서를 이용하여 혼합하였다. 이어서, 혼합물을 필터링하여 콜로이달 세리아 슬러리를 제조하였다. 제조된 콜로이달 세리아 슬러리를 Malvern Zeta-Sizer를 이용하여 측정하였을 때 Z-average 입자 크기는 131 nm를 나타내었다.
[실시예 2 내지 6]
아미노 부티르산 대신에 프롤린, 세린, 글루타민, 베타인, 파이로글루타믹산을 각각 실시예 1과 동일한 방법으로 콜로이달 세리아 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예]
고상법으로 제조된 산화세륨 10 Kg을 초순수 90 kg 및 음이온계 고분자 분산제로서 암모늄 폴리메타크릴레이트 0.1 kg을 첨가하였다. 그리고 4 시간 동안 혼합 및 습식시킨 후, 10 중량부 혼합물을 패스형 밀링 방식을 이용하여 6 시간 동안 밀링하였다. 상기 밀링된 혼합물을 필터링화여 세리아 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 Malvern Zeta-Sizer를 이용하여 측정하였을 때 Z-average 입자 크기는 265 nm를 나타내었다.
[연마 조건]
실시예 및 비교예의 슬러리를 하기와 같은 연마 조건으로 연마하였다.
1. 연마기: UNIPLA 231 (Doosan Mechatech 社)
2. 패드: IC-1000 (Rohm&Hass 社)
3. 연마 시간: 60 s(블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)), 30 s(패턴 웨이퍼)
4. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 24
5. 헤드 RPM (Head RPM): 90
6. 유량 (Flow rate): 200 ml/min
7. 사용된 웨이퍼:
- 8인치 SiO2 블랭킷 웨이퍼 (PE-TEOS)
- 8인치 STI 패턴 웨이퍼 (HDP) / 단차 5000 Å
8. 압력: 4.0 psi
실시예 1 내지 6의 분산 안정성은 우수하였다. 분산 안정성 평가는 자연 침전을 육안으로 관찰하였다.
하기 표 1은 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예의 슬러리의 입자크기 및 pH를 측정한 결과이다. 6 개월 저장 안성성을 비교하여 입자 크기의 변화 및 전도도(conductivity) 변화를 측정하여 비교하였다.
Figure 112012049027212-pat00001
도 3은 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 ESA(electrokinetic sonic amplitude) 측정 데이터를 나타낸 그래프이다. ESA 측정 장비는 Matech社 ESA-9800장비를 사용하여 측정하였으며, 고형분 함량을 1 wt%로 하여 측정을 진행하였다. 적정할 때, 산 영역은 HCl 0.1 M 용액을 사용하였으며, 염기 영역은 NaOH 0.1 M 용액을 사용하였다. 실시예 1 내지 실시예 6은 pH가 증가함에 따라 ESA 값이 대체로 일정하다가 pH가 약 8.5 일 때 ESA 값이 낮아지는 특성을 보이지만, 비교예에서는 pH가 3일 때부터 ESA 값이 급격하게 낮아진다.
하기 표 2에 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예의 슬러리에 따른 블랭킷 산화 웨이퍼의 연마성능을 나타내었다.
Figure 112012049027212-pat00002
실시예 1 내지 실시예 6은 비교예에 비하여 평판 연마량이 2배 이상 높으며, 연마 편차가 높은 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 6의 엣지 패스트 (edge fast) 형상을 알 수 있다. 엣지 패스트 현상은 연마공정에서 웨이퍼를 잡아주는 리테이닝 링 (retaining ring)에 의하여 압력이 높아져 발생하게 된다. 실시예 1 내지 실시예 6의 슬러리는 웨이퍼 연마 시 단차 제거력이 있다는 것을 알 수 있다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 블랭킷 산화 웨이퍼 연마율 (material removal rate; MRR) 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 4에서 알 수 있듯이, 비교예의 경우 웨이퍼 전체의 평균 연마율이 2500 Å인데 반해서, 실시예 1 내지 실시예 6의 연마율은 웨이퍼 전체의 평균 연마율이 3500 Å 이상이다. 실시예 3의 경우 웨이퍼 전체의 평균 연마율이 5000 Å 이상으로 우수한 것을 알 수 있다.
하기 표 3은 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 HDP(high density plasma) 패턴 웨이퍼의 라인/스페이스(line/space) 제거율에 대한 실험 결과이다. 패턴 밀도별 연마 전후의 선 두께 및 간격 두께를 측정하여, 고단차 영역과 저단차 영역의 선택비를 확인하였다.
Figure 112012049027212-pat00003
실시예 1 내지 실시예 6은 비교예에 비하여 고단차 영역 제거에서 우수한 특성을 보임을 알 수 있었다.
도 5는 패턴 웨이퍼의 균일도 확인을 위한 5 포인트 선별 기판을 나타낸 도면이다. 또한, 도 6은 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 패턴 웨이퍼 MRR 프로파일을 나타낸 그래프이다. 비교예의 경우 중심 영역의 빠른 제거(center fast removal) 특성을 나타내었고, 실시예 1 내지 실시예 6은 패턴의 균일도가 우수한 것을 알 수 있었다.
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 (22)

  1. 표면전하가 (+)가 되도록 분산된 연마 입자; 및
    1개 이상의 아민기 및 1개 이상의 카르복실기를 포함하는 분산제;
    를 포함하고,
    상기 분산제는, 글루타민(glutamine), 베타인(betaine), 프롤린(proline), 파이로글루타민산(pyroglutamic acid) 및 아미노 부티르산(amino butyric acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아민기는, 연마 시, 연마면의 산화막 표면에의 흡착력을 증대시키는 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실기는, 상기 연마 입자의 표면과 반응하여 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리의 분산성을 증대시키는 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초기 단차 제거용 분산제는, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 0.01 중량% 내지 5.0 중량%인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  6. 제1항에 있어서,
    수용성 비이온성 분산제를 더 포함하는 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수용성 비이온성 분산제는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이고, 상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 0.1 내지 2.0 wt%인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  8. 제1항에 있어서,
    암모늄나이트레이트, 암모늄포스페이트, 암모늄아세테이트, 암모늄클로라이드, 암모늄설페이트, 암모늄포메이트, 암모늄카르보네이트 및 암모늄사이트레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 암모늄염을 더 포함하는 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 중 2차 입자의 평균입경이 30 nm 내지 300 nm인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리는, pH가 3 내지 8인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초기 단차 제거용 연마 슬러리 표면의 제타전위가 +25 mV 내지 +80 mV 인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  12. 제1항에 있어서,
    고단차 영역 연마율이 5000 Å/min 이상인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  13. 제1항에 있어서,
    저단차 영역 연마율이 1000 Å/min 이하인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  14. 제1항에 있어서,
    고단차 영역과 저단차 영역의 연마 선택비가 4.0 이상인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  15. 제1항에 있어서,
    패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴에 대한 연마의 고단차 영역과 저단차 영역의 평균 연마 선택비가 4.0 이상인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  16. 제15항에 있어서,
    고단차 영역과 저단차 영역의 연마 선택비 표준편차가 10 이하인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  17. 제1항에 있어서,
    웨이퍼 연마 시, 상기 웨이퍼의 중심 및 가장자리의 두께 편차가 약 500 Å이하인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 웨이퍼 연마는, 패턴 밀도 (100/50), (100/100), (100/300), (300/50), (300/100) 및 (300/300)의 6가지 패턴 웨이퍼 연마인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  19. 제1항에 있어서,
    웨이퍼 연마 시, 웨이퍼 중심과 가장 자리의 연마율 차이가 1000 Å/min 이하인 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    세리아 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 지르코니아 입자, 티타니아 입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 금속산화물 입자;
    스티렌계 중합체 입자, 아크릴계 중합체 입자, 폴리염화비닐 입자, 폴리아미드 입자, 폴리카보네이트 입자, 폴리이미드 입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 유기 입자; 및
    상기 금속산화물과 유기 입자를 복합하여 형성한 유기-무기 복합 입자;
    를 포함하는, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 입자는, 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것인, 초기 단차 제거용 연마 슬러리.
  22. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제21항 중 어느 한 항의 초기 단차 제거용 연마 슬러리를 이용하여 기판 또는 웨이퍼를 연마하는 방법.
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