KR101715932B1 - 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은 하기의 조건을 모두 만족하는 연마입자를 포함한다:
(ⅰ) 평균입도가 100 nm 내지 150 nm인 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 나타내고,
(ⅱ) BET 비표면적이 50 m2/g 내지 55 m2/g이고,
(ⅲ) 평균 기공 크기가 10 nm 내지 15 nm임.
(ⅰ) 평균입도가 100 nm 내지 150 nm인 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 나타내고,
(ⅱ) BET 비표면적이 50 m2/g 내지 55 m2/g이고,
(ⅲ) 평균 기공 크기가 10 nm 내지 15 nm임.
Description
본 발명은 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
제품의 디자인 룰이 감소됨에 따라 구조는 폭이 좁고 높이가 높아져 종횡비(aspect ratio) (깊이/바닥너비)가 급격히 증가하고 있으며, 종전 50 나노급 반도체 공정에서 발생했던 스크래치의 영향이 30 나노급 반도체 공정에서 2 배 이상의 영향을 준다. 이로 인해 막질의 표면에 스크래치뿐만 아니라 토폴로지(topology)의 영향 또한 민감해졌다. 연마공정에서 가장 중요하게 고려되는 인자로는 연마량과 연마 표면의 품질 등이 있는데, 최근 반도체 디자인 룰 감소에 따라 연마 표면의 품질의 중요성이 극대화되어 이를 위한 연마공정이 추가되는 추세이다.
한편, 최근 반도체의 집적도가 높아짐에 따라 더 낮은 전류누설이 요구되고, 이를 충족하기 위해 고유전율 유전체와 금속 게이트 구조가 고안되었다. 일반적으로 금속 게이트 물질로 알루미늄이 많이 사용되었는데, 디자인 룰 감소에 따라 완전한 증착의 어려움과 높은 경도를 갖는 산화알루미늄 연마의 어려움 등의 문제로 인해 최근 게이트 물질로서 텅스텐을 사용하는 것에 대해서 많은 연구가 되고 있다. 그러나, 알루미늄 게이트에서 텅스텐 게이트로 구성 물질이 변화함에 따라 텅스텐은 증착 후 텅스텐 결정입도에 의해 토폴로지가 형성되고, 이는 원치 않은 메탈 간의 쇼트를 유발하여 반도체 수율을 감소시키는 현상을 발생하게 한다. 이러한 텅스텐의 연마 표면품질 개선을 위하여, 즉, 토폴로지 개선을 위한 연마는 차세대 공정을 위해 필수적이다. 연마율을 높이기 위하여 연마입자 크기가 크거나 작은 입자를 사용하거나, 거칠기(roughness) 개선을 위해 화학적 요소를 억제하였으나, 큰 연마입자를 사용할 경우, 표면 거칠기가 불량하고, 화학적 요소를 억제할 경우, 산화력이 떨어져 목적하는 연마율을 달성하기 어려운 문제점을 초래할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 텅스텐 막질 표면의 토폴로지를 개선시킬 수 있고, 텅스텐 표면 평탄화를 이룰 수 있는 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기의 조건을 모두 만족하는 연마입자를 포함하는, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제공한다:
(ⅰ) 평균입도가 100 nm 내지 150 nm인 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 나타내고,
(ⅱ) BET 비표면적이 50 m2/g 내지 55 m2/g이고,
(ⅲ) 평균 기공 크기가 10 nm 내지 15 nm임.
상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마입자는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 표면개선제; 금속봉쇄제; 및 산화제;를 더 포함할 수 있다.
상기 표면개선제는, 중량평균 분자량이 1,000,000 이하이고, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 공중합체, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴 말레익산, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체, 폴리술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰산, 폴리-α-메틸스티렌술폰산, 폴리-ρ-메틸스티렌술폰산 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 표면개선제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다.
상기 금속봉쇄제는, 부티르산, 시트르산, 타르타르산, 숙신산, 옥살산, 아세트산, 아디프산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 카르복실산, 글루타르산, 글루탐산, 글리콜산, 티오글리콜산, 포름산, 만델산, 푸마르산, 락트산, 라우르산, 말산, 말레산, 말론산, 미리스트산, 플라미트산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 시트라콘산, 프로피온산, 피루브산, 스테아르산, 발레르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 아스파르트산, 아미노산 및 에틸렌디아민테트라아세트산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 금속봉쇄제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.005 중량% 내지 0.2 중량%인 것일 수 있다.
상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 산화제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 텅스텐의 토폴로지(topology)를 개선하는 것일 수 있다.
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용한 텅스텐의 연마 후 표면은 피크투밸리(peak to valley, Rpv) 값이 100 nm 이하 및 표면거칠기(roughness, Rq) 값이 10 nm 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은 텅스텐의 토폴로지(topology)를 개선하고 목적하는 연마율을 달성할 수 있으며, 본 발명 조건에 맞는 평균입도, BET 비표면적, 평균 기공 크기를 가지는 다분산 형태의 입자분포를 나타내는 연마입자를 포함함으로써 디싱, 스크래치, 이로젼과 같은 표면 결함을 감소시키고, 잔류 입자가 적게 남는 효과를 제공하며 연마 효율도 우수하므로, 반도체 제조시 평탄화를 위한 화학 기계적 연마 공정에 유용하게 활용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 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 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 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 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 텅스텐 연마용 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하기의 조건을 모두 만족하는 연마입자를 포함하는, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제공한다:
(ⅰ) 평균입도가 100 nm 내지 150 nm인 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 나타내고,
(ⅱ) BET 비표면적이 50 m2/g 내지 55 m2/g이고,
(ⅲ) 평균 기공 크기가 10 nm 내지 15 nm임.
평균 입도는 상기 연마입자를 물 중에 분산시켰을 때 하나의 입자로서 거동하는 단위의 평균 직경을 의미하는 것으로서, 연마입자의 평균 입도의 측정은, 주사형 전자현미경의 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입도의 평균값이다. 연마입자의 평균 입도가 100 nm 미만인 경우 연마 속도의 저하되는 무제가 있고, 150 nm 초과인 경우 과잉 연마가 이루어지고, 디싱, 표면 결함, 연마율 조절이 어려워질 가능성이 있다.
상기 연마입자는 합성 조건에 따라 입자 사이즈를 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 평균입도가 100 nm 내지 150 nm로 상이한 연마입자들이 텅스텐 연마 슬러리 조성물 내에 분산된 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 2종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 바이모달(bimodal) 형태의 입자 분포를 가지거나 3종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 3가지 피크를 보이는 입도 분포를 가지는 것일 수 있다. 또는, 4종 이상의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 다분산 형태의 입자분포를 가질 수 있다. 상대적으로 큰 연마입자와 상대적으로 작은 연마입자가 혼재함으로써 더 우수한 분산성을 가지며, 텅스텐 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
BET 비표면적은 일반적으로, 질소 등의 불활성 기체를 저온에서 고체 입자 표면 물리 흡착시켜, 흡착질의 분자 단면적과 흡착량으로부터 비표면적을 추측할 수 있다. 예를 들어, 물에 분산하고 있는 콜로이달 실리카 연마입자 샘플 100 g을 건조기에 넣고, 150에서 건조시켜 실리카 입자를 수득하고, 수득한 콜로이달 실리카 입자 대략 0.4 g을, BET 비표면적 측정 장치의 측정 셀에 넣어 150에서 60분간, 진공탈기 한다. BET 비표면적 측정 장치로서, 가스 흡착식 비표면적ㆍ세공 분포 측정 장치를 이용하여, 흡착 가스로서 질소 가스를 이용하는 정용법(定容法)으로 측정하고, 면적으로서 얻어지는 값을 BET 비표면적으로 한다. 상기를 2회 측정하고, 그 평균값을 본 발명에 있어서의 BET 비표면적으로 한다.
연마입자의 BET 비표면적이 50 m2/g 미만이면 텅스텐 막과 접촉하는 부분의 면적이 작아 연마가 효율적이지 않고, 연마입자의 비표면적이 55 m2/g 초과이면 연마 속도가 장시간 지속되고, 텅스텐 막 표면에 스크래치와 디싱과 같은 표면 결함을 발생시킬 수 있으며, 텅스텐 연마 슬러리 조성물의 분산 안정성이 저하되는 문제가 있다.
평균 기공 크기(median pore size; MPS)는 N2 기공 분석법에 의해 측정될 수 있다. 평균 기공 크기가 10 nm 미만인 경우 비표면적이 작아져 텅스텐 막과 접촉하는 부분의 면적이 작아지게 되고, 평균 기공 크기가 15 nm 초과인 경우 연마입자가 너무 쉽게 부서져 연마를 진행하기 어렵게 될 수 있다. 상기 평균 기공 크기의 범위의 연마입자는 텅스텐 막 연마속도는 유지되면서도, 낮은 압력으로도 연마입자가 쉽게 부서져 스크래치 및 에로젼 등을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 텅스텐 표면의 거칠기가 높아져 텅스텐 표면의 저항이 높아질 수 있고, 후공정에 악영향을 미칠 수 있다.
상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마입자는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 연마 속도가 감소되는 문제점이 있고, 5 중량% 초과인 경우 연마속도가 너무 높고, 연마입자 수의 증가로 인하여 표면의 잔류하게 되는 입자 흡착성에 의하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 표면개선제; 금속봉쇄제; 및 산화제;를 더 포함할 수 있다.
상기 표면개선제는, 1,000,000 이하의 중량평균 분자량을 갖는 화합물인 것일 수 있으며, 바람직하게는 25,000 내지 1,000,000 이하의 중량평균 분자량을 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 표면개선제의 중량평균 분자량이 1,000,000 초과인 경우 용해성, 입자 분산 안정성 및 연마 특성을 저하될 수 있다.
상기 표면개선제는, 아크릴산, 아크릴산 공중합체, 술폰산 및 그의 염 또는 유도체를 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 공중합체, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴 말레익산, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체, 폴리술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰산, 폴리-α-메틸스티렌술폰산, 폴리-ρ-메틸스티렌술폰산 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 표면개선제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것일 수 있다. 상기 표면개선제가 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우, 흡착성이 저하되는 문제가 생길 수 있고, 0.5 중량% 초과인 경우 텅스텐 연마율 및 안정성의 저하를 초래할 수 있다.
텅스텐은 특성상 불순물이 부착하기 쉬운 성질을 띄어 쉽게 용해되는 반면에 그만큼 재부착이 쉬운 금속으로서 이를 방치할 경우 후속 공정에서 불량을 유발할 수 있는 주요인자로 남을 가능성이 크다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 금속봉쇄제를 포함할 수 있다. 상기 금속봉쇄제는, 부티르산, 시트르산, 타르타르산, 숙신산, 옥살산, 아세트산, 아디프산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 카르복실산, 글루타르산, 글루탐산, 글리콜산, 티오글리콜산, 포름산, 만델산, 푸마르산, 락트산, 라우르산, 말산, 말레산, 말론산, 미리스트산, 플라미트산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 시트라콘산, 프로피온산, 피루브산, 스테아르산, 발레르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 아스파르트산, 아미노산 및 에틸렌디아민테트라아세트산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 금속봉쇄제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.005 중량% 내지 0.2 중량%인 것일 수 있다. 상기 금속봉쇄제가 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.005 중량% 미만인 경우 텅스텐 막 연마율이 떨어져 목적하는 연마율을 달성하지 못할 수 있고, 표면 거칠기가 높아져 표면이 균일하게 연마되지 않아 표면의 디싱 또는 에로젼, 평탄화가 어려울 수 있으며, 0.2 중량% 초과일 경우에는 텅스텐 막의 과연마를 야기하기 쉽고, 텅스텐 연마 슬러리 조성물의 입자 안정성을 감소시킬 수 있는 우려가 있다.
상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 산화제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 산화제가 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우, 텅스텐에 대한 연마 속도 및 에칭 속도가 저하될 수 있고, 5 중량% 초과인 경우, 텅스텐 표면의 산화막이 하드(hard)해져서 연마가 순조롭게 이루어지지 않고 산화막이 성장하여 텅스텐의 부식과 에로젼으로 인하여 토폴로지가 좋지 않게 되는 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 금속 또는 연마기의 부식을 방지하고, 금속 산화가 쉽게 일어나는 pH 범위를 구현하기 위하여 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산, 포름산, 말론산, 말레인산, 옥살산, 초산, 아디프산, 구연산, 아디프산, 아세트산, 프로피온산, 푸마르산, 유산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 숙신산, 프탈산, 부티르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 락트산, 아스파라긴산, 타르타르산 및 그의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 산성 물질; 및 암모니아, AMP(ammonium methyl propanol), TMAH(tetra methyl ammonium hydroxide), 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨, 이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 염기성 물질;로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 pH 조절제를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은, 화학적 에칭속도에 의해 디싱 또는 이로젼과 간은 표면결함을 발생시키는 문제점을 개선하는 동시에 연마율을 지할 수 있다. 따라서, 텅스텐의 토폴로지(topology)를 개선하는 것일 수 있으며, 차세대 고집적화 공정을 가능하게 할 수 있다.
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용한 텅스텐의 연마 후 표면은 피크투밸리(peak to valley, Rpv) 값이 100 nm 이하 및 표면거칠기(roughness, Rq) 값이 10 nm 이하인 것일 수 있다. 피크투밸리 값 및 표면거칠기의 정도는 원자현미경으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은 텅스텐의 토폴로지(topology)를 개선하고 목적하는 연마율을 달성할 수 있으며, 본 발명 조건에 맞는 평균입도, BET 비표면적, 평균 기공 크기를 가지는 다분산 형태의 입자분포를 나타내는 연마입자를 포함함으로써 디싱, 스크래치, 이로젼과 같은 표면 결함을 감소시키고, 잔류 입자가 적게 남는 효과를 제공하며 연마 효율도 우수하므로, 반도체 제조시 평탄화를 위한 화학 기계적 연마 공정에 유용하게 활용될 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1]
평균 입도가 100 nm인 다분산 콜로이달 실리카 연마입자 3 중량%, 표면개선제로서 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 0.5 중량%, 금속봉쇄제로서 부티르산(butylic acid) 0.5 중량% 및 산화제로서 과산화수소 0.5 중량%를 혼합하여 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서, 평균 입도가 120 nm인 다분산 실리카 연마입자를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서, 평균 입도가 130 nm인 다분산 실리카 연마입자를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1에서, 평균 입도가 150 nm인 다분산 실리카 연마입자를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 평균 입도가 30 nm인 단분산 실리카 연마입자를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1에서, 평균 입도가 100 nm인 단분산 실리카 연마입자를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1에서, 평균 입도가 250 nm인 단분산 실리카 연마입자를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
본 발명의 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 3의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 하기와 같은 연마 조건으로 텅스텐 웨이퍼를 연마하였다.
[연마조건]
1. 공급량 (feeding rate): 200 ml
2. 압력(pressure): 3 psi
3. CMP 시간: 1 min.
4. 
[표면거칠기(roughness, Rq) 측정 방법]
스캔 크기(Scan Size): 5 ㎛ × 5 ㎛
하기 표 1은 본 발명의 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 3의 BET 비표면적, 평균 기공 사이즈(MPS), 연마율 및 표면 거칠기를 나타낸 것이다.
| 연마입자 | BET (m2/g) |
MPS (nm) |
연마율 (Å/min) |
표면 거칠기 (nm) |
|
| 실시예 1 | 100 nm 다분산 실리카 |
51.4 | 12.6 | 202 | 4.1 |
| 실시예 2 | 120 nm 다분산 실리카 |
54.9 | 13.8 | 222 | 4.6 |
| 실시예 3 | 130 nm 다분산 실리카 |
54.8 | 13.4 | 215 | 4.5 |
| 실시예 4 | 150 nm 다분산 실리카 |
52.3 | 12.2 | 227 | 4.8 |
| 비교예 1 | 30 nm 단분산 실리카 |
72.97 | 8.98 | 120 | 18.4 |
| 비교예 2 | 100 nm 단분산 실리카 |
34.12 | 24.26 | 186 | 16.7 |
| 비교예 3 | 250 nm 단분산 실리카 |
31.85 | 34.32 | 245 | 16.5 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명 실시예 1 내지 4의 텅스텐 연마용 슬러리 조성물은 평균입도가 본 발명의 조건인 100 nm 내지 150 nm의 다분산 실리카이고, BET 비표면적이 50 m2/g 내지 55 m2/g 범위 안에 포함되고, 평균 기공 사이즈(MPS)가 10 nm 내지 15 nm에 포함되는 조건을 다 만족하며, 목적하는 연마율을 확보하는 동시에 표면거칠기(Rq)가 5 nm 이하로 낮은 것을 알 수 있다.
반면에, 비교예 1 내지 3의 연마 슬러리 조성물은 단분산 실리카를 포함하는 것으로서, BET 비표면적, 평균 기공 사이즈 모두가 본 발명의 조건 범위를 벗어나고, 연마입자 사이즈에 따라 연마율은 증가하지만 표면거칠기가 16 nm 초과로 매우 높은 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 제한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (12)
- 하기의 조건을 모두 만족하는 연마입자를 포함하고,
(ⅰ) 평균입도가 100 nm 내지 150 nm인 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 나타내고,
(ⅱ) BET 비표면적이 50 m2/g 내지 55 m2/g이고,
(ⅲ) 평균 기공 크기가 10 nm 내지 15 nm이고,
상기 연마입자는 실리카, 유기물 또는 무기물로 코팅된 실리카, 및 콜로이달 상태의 실리카 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이고,
텅스텐의 토폴로지(topology)를 개선하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 1 중량% 내지 5 중량%인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
표면개선제;
금속봉쇄제; 및
산화제;
를 더 포함하는, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 표면개선제는, 중량평균 분자량이 1,000,000 이하이고, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 공중합체, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴 말레익산, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체, 폴리술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰산, 폴리-α-메틸스티렌술폰산, 폴리-ρ-메틸스티렌술폰산 및 그들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 표면개선제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 0.5 중량%인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 금속봉쇄제는, 부티르산, 시트르산, 타르타르산, 숙신산, 옥살산, 아세트산, 아디프산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 카르복실산, 글루타르산, 글루탐산, 글리콜산, 티오글리콜산, 포름산, 만델산, 푸마르산, 락트산, 라우르산, 말산, 말레산, 말론산, 미리스트산, 플라미트산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 시트라콘산, 프로피온산, 피루브산, 스테아르산, 발레르산, 벤조산, 페닐아세트산, 나프토산, 아스파르트산, 아미노산 및 에틸렌디아민테트라아세트산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 금속봉쇄제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.005 중량% 내지 0.2 중량%인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 산화제는, 상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 텅스텐 연마용 슬러리 조성물을 이용한 텅스텐의 연마 후 표면은 피크투밸리(peak to valley, Rpv) 값이 100 nm 이하 및 표면거칠기(roughness, Rq) 값이 10 nm 이하인 것인, 텅스텐 연마용 슬러리 조성물.
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