KR102279324B1 - 연마 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은, 1개 이상의 아마이드 결합을 포함하는 비이온 고분자 중합체; 선택비 조절제; 및 연마입자;를 포함한다.

Description

연마 슬러리 조성물{POLISHING SLURRY COMPOSITION}
본 발명은 연마 슬러리 조성물에 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 층간절연막(interlayer dielectric; ILD)과, 칩(chip)간 절연을 하는 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI)용 절연막의 평탄화를 위한 공정 및 배선, 컨택 플러그, 비아 컨택 등과 같은 금속 도전막을 형성하기 위한 공정으로서 많이 사용되고 있다.
STI 공정시에 패턴 폴리실리콘 막질을 보호하기 위해 절연막 층의 연마율은 높이고 폴리실리콘막 층의 연마율은 낮추는, 이른바 선택적인 연마특성이 요구된다. 특히, 셀 타입(Cell Type) 패턴에서 과연마 진행 시에도 폴리실리콘 막질에 대한 손실을 절감해야만 한다.
한편, STI 공정에서의 연마 선택비가 지나치게 높아지는 경우, 상기 트렌치에 매립되는 절연막 층이 과연마되면서 디싱(dishing)이 발생하고 소자의 특성 저하가 유발될 수 있다. 특히, 이러한 디싱 문제는 트렌치가 초미세화된 소자에 있어서, 활성 영역과 필드 영역간의 단차를 초래해 소자의 성능 및 신뢰성에 큰 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 절연막에 대한 높은 연마율과 폴리실리콘막에 대한 연마가 억제되어 연마 정지 기능 및 높은 연마 선택비를 가지고, 패턴 웨이퍼 과연마 진행 시 연마 후 디싱 억제 기능이 있는, 연마 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 측면은, 1개 이상의 아마이드 결합을 포함하는 비이온 고분자 중합체; 선택비 조절제; 및 연마입자;를 포함하는, 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체는, 하기 화학식 1로 표기되는 것일 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112018128841221-pat00001
(상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이고, R2는 단순결합, 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬렌, 알케닐렌, 시클로알킬렌, 아릴렌, 아릴알킬렌 또는 알키닐렌이고, R1, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 히드록시기, 관능기가 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 아랄킬(aralkyl)기임.)
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체는, 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 수산화기 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), α-벤질 및 ω아지드 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 아지드 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 피페라진 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 알킨 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), α-벤질 및 ω티올 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), α-메틸 및 ω히드록시에틸아민 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 아민 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 피페라진 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 폴리(2-프로틸-2-옥사졸린), 아지드 말단을 갖는 폴리(2-프로틸-2-옥사졸린) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체의 중량평균 분자량은, 5,000 내지 500,000인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리 및 하나 이상의 카르복실기(-COOH)를 포함하는 유기산을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 니코틴산(Nicotinic acid),디니코틴산(Dinicotinic acid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid, 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalicacid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 비이온 중합체를 포함하는 분산보조제; 양이온 폴리머를 포함하는 연마조절제; 또는 이 둘을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산보조제는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 설포에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산보조제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마조절제는, 폴리(2-메타크릴옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드[Poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride); PMAC], 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)[poly(diallyldimethyl ammonium chloride)]; 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아](Poly[bis(2-chloroethyl) ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]); 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머(Ethanol, 2,2',2 ' ' -nitrilotris-, polymer with 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine); 히드록시에틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머(Hydroxyethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer); 아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 아크릴아미드/4급화 디메틸암모늄에틸 메타크릴레이트(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 아크릴산/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylic acid and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴아미드/디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 메틸 클로라이드 코폴리머(Acrylamide-dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride copolymer); 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethyl cellulose); 비닐피롤리돈/4급화 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸의 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 비닐피롤리돈/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 폴리[2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트)메틸 클로라이드](poly[2-(dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride]); 폴리[3-아크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-acrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[3-메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드](Poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene (dimethylimino)ethylene dichloride]); 아크릴산/아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, acrylamide and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴산/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드/메틸 아크릴레이트 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride, and methyl acrylate) 및 비닐카프로락탐/비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸 터폴리머(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 폴리(2-메타크릴옥시에틸)포스포릴클로린-코-엔-부틸 메타크릴레이트(Poly(2-methacryloxyethyl phosphorylcholine-co-n-butyl methacrylate)); 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 벤질 클로라이드 4차염](PDMAEA BCQ) 및 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 메틸 클로라이드 4차염](PDMAEA MCQ)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 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.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 고상법 또는 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 크기는, 5 nm 내지 150 nm의 1차 입자, 30 nm 내지 300 nm 의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 6의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 물;을 더 포함하고, 상기 연마액 : 물 : 첨가액의 비율은 1 : 3 내지 10 : 1 내지 10인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 실리콘 산화막 대 실리콘 질화막의 연마 선택비가, 2 : 1 내지 30 : 1이거나, 실리콘 산화막 대 폴리실리콘막의 연마 선택비가, 2 : 1 내지 20 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막을 연마한 후에 실리콘 산화막 영역에서 디싱 발생량이 300 Å 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물에 의하여, 폴리실리콘막에 대한 연마 정지 기능이 우수하여 셀 타입 패턴에서 과연마 진행 시에도 폴리실리콘막에 대한 손실을 저감할 수 있다. 또한, 패턴 웨이퍼 연마 시 절연막 디싱(dishing) 발생량을 줄일 수 있다. 절연막에 대해 높은 연마율과 연마 후 평탄도 개선 효과가 우수하다. 따라서, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정 등에 적용하여, 신뢰성 및 특성이 보다 우수한 반도체 소자의 제조를 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 9의 연마 후 웨이퍼 표면의 결함 사진이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
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다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 연마 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은, 1개 이상의 아마이드 결합을 포함하는 비이온 고분자 중합체; 선택비 조절제; 및 연마입자;를 포함하는, 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물에 의하여, 폴리실리콘막에 대한 연마 정지 기능이 우수하여 셀 타입 패턴에서 과연마 진행 시에도 폴리실리콘막에 대한 손실을 저감할 수 있다. 또한, 패턴 웨이퍼 연마 시 절연막 디싱(dishing) 발생량을 줄일 수 있다. 절연막에 대해 높은 연마율과 연마 후 평탄도 개선 효과가 우수하다. 따라서, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정 등에 적용하여, 신뢰성 및 특성이 보다 우수한 반도체 소자의 제조를 가능하게 할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체는, 하기 화학식 1로 표기되는 것일 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112018128841221-pat00002
(상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이고, R2는 단순결합, 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬렌, 알케닐렌, 시클로알킬렌, 아릴렌, 아릴알킬렌 또는 알키닐렌이고, R1, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 히드록시기, 관능기가 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 아랄킬(aralkyl)기임.)
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체는, 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 수산화기 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), α-벤질 및 ω아지드 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 아지드 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 피페라진 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 알킨 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), α-벤질 및 ω티올 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), α-메틸 및 ω히드록시에틸아민 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 아민 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 피페라진 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 폴리(2-프로틸-2-옥사졸린), 아지드 말단을 갖는 폴리(2-프로틸-2-옥사졸린) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체의 중량평균 분자량은, 5,000 내지 500,000인 것일 수 있다. 상기 중량평균 분자량이 5,000 미만인 경우 폴리실리콘막 보호막의 성능이 저하되어 연마 선택비가 낮아지고 디싱 성능이 약화되는 문제가 있고, 상기 중량평균 분자량이 500,000을 초과하는 경우, 응집 현상이 발생하여 결함 발생이 많아지고, 점도가 높아지며 연마 슬러리 조성물의 보존 안정성이 저하될 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 비이온 고분자 중합체는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 비이온 고분자 중합체가 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만일 경우, 폴리실리콘막에 대한 자동 연마정지 기능이 구현되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 5 중량% 이상일 경우 고분자 네트워크에 의해 연마가 충분히 이루어지지 않아 잔여물이 남는 문제가 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는 산성 물질에 대해서는 염기의 작용을 하고, 염기성 물질에 대해서는 산의 작용을 하는 화합물을 의미한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리 및 하나 이상의 카르복실기(-COOH)를 포함하는 유기산을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기산은 상기 방향족 고리 내의 탄소 원자가 질소 원자로 치환된 것일 수 있으며, 니트로기, 아민기, 술폰기, 인산기, 알킬기, 하이드록실기 등을 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 니코틴산(Nicotinic acid),디니코틴산(Dinicotinic acid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid, 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalicacid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는 질화막의 연마율을 조절함으로써 목적하는 선택비를 구현할 수 있으며, 디싱을 개선하는 역할을 한다. 또한 상기 연마 슬러리 조성물의 pH를 맞추는 용도로도 사용되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물의 pH를 3 내지 6으로 맞추기에 적절한 양으로 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량% 범위 내에서 첨가될 수 있다. 상기 선택비 조절제가 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막의 선택적 연마 성능이 나타나지 않아 원하는 연마 선택비를 얻을 수 없으며, 5 중량% 초과인 경우 연마 슬러리 조성물의 경시 안정성이 저하되는 문제가 나타날 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 비이온 중합체를 포함하는 분산보조제; 양이온 폴리머를 포함하는 연마조절제; 또는 이 둘을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산보조제는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 설포에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 분산보조제는, 상기 연마 슬러리 조성물의 분산안전성을 유지하기 위해 첨가되며, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 분산보조제가 0.001 중량% 미만이면 폴리실리콘막에 대한 자동연마정지 기능이 저하되고, 1 중량% 초과이면 연마 슬러리 조성물 내에서 반응하여 응집 현상을 발생시키고, 스크래치가 발생하는 문제가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마조절제는, 분자식 내에 2개 이상의 이온화된 양이온을 포함하는 것일 수 있으며, 양이온으로 활성화된 질소를 2개 이상 포함하는 것일 수 있다. 이에 따라, 양이온성 중합체의 점도를 조절할 수 있다. 상기 양이온성 중합체는, 20 cp 내지 40 cp 점도를 가지는 것일 수 있다. 상기 점도 조절을 통하여 질화막 연마율을 상승시키고, 산화막 연마율을 컨트롤하여 산화막/질화막 선택비를 제어할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 양이온성 중합체는, 4급 암모늄 형태인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마조절제는, 폴리(2-메타크릴옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드[Poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride); PMAC], 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)[poly(diallyldimethyl ammonium chloride)]; 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아](Poly[bis(2-chloroethyl) ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]); 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머(Ethanol, 2,2',2 ' ' -nitrilotris-, polymer with 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine); 히드록시에틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머(Hydroxyethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer); 아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 아크릴아미드/4급화 디메틸암모늄에틸 메타크릴레이트(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 아크릴산/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylic acid and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴아미드/디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 메틸 클로라이드 코폴리머(Acrylamide-dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride copolymer); 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethyl cellulose); 비닐피롤리돈/4급화 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸의 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 비닐피롤리돈/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 폴리[2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트)메틸 클로라이드](poly[2-(dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride]); 폴리[3-아크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-acrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[3-메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드](Poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene (dimethylimino)ethylene dichloride]); 아크릴산/아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, acrylamide and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴산/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드/메틸 아크릴레이트 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride, and methyl acrylate) 및 비닐카프로락탐/비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸 터폴리머(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 폴리(2-메타크릴옥시에틸)포스포릴클로린-코-엔-부틸 메타크릴레이트(Poly(2-methacryloxyethyl phosphorylcholine-co-n-butyl methacrylate)); 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 벤질 클로라이드 4차염](PDMAEA BCQ) 및 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 메틸 클로라이드 4차염](PDMAEA MCQ)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마조절제가 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 미만인 경우 원하는 연마 선택비 구현이 어렵고, 1 중량% 초과인 경우 연마 막질에 대한 선택적 흡착 성능으로 과도한 연마 억제 현상이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 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.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 양전하로 분산된 세리아인 것일 수 있다. 상기 양전하로 분산된 세리아는 양전하로 활성화된 첨가액과 혼합되어 더 높은 단차 제거 성능 및 자동 연마 정지 기능이 구현될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 고상법 또는 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다. 상기 고상법은 연마입자 전구체를 400 ℃ 내지 1,000 ℃의 온도에서 하소하는 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 액상법은 연마 입자 전구체를 수용액 중에서 화학적 반응을 발생시키고, 결정을 성장시켜 미립자를 얻는 졸-겔(sol-gel) 법이나 연마입자 이온을 수용액에서 침전시키는 공침법 및 고온 고압 하에서 연마입자를 형성하는 수열합성법 등을 적용하여 제조될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는 단결정성인 것일 수 있다. 단결정성 연마입자를 사용할 경우, 다결정성 연마 입자 대비 스크래치 저감 효과를 달성할 수 있으며, 디싱이 개선될 수 있으며, 연마 후 세정성이 개선될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자의 형상은 구형, 각형, 침상 형상 및 판상 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 크기는, 5 nm 내지 150 nm의 1차 입자, 30 nm 내지 300 nm 의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연마입자의 평균 입경의 측정은, 주사전자현미경 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값이다. 1차 입자의 크기에 있어서, 입자 균일성을 확보하기 위해서 150 nm 이하이어야 하며, 5 nm 미만인 경우에는 연마율이 저하될 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물 중 2차 입자의 크기에 있어서, 2차 입자의 크기가 30 nm 미만인 경우 밀링으로 인하여 작은 입자가 과도하게 발생하면 세정성이 저하되고, 웨이퍼 표면에 과량의 결함이 발생하며, 300 nm를 초과하는 경우 과잉 연마가 이루어져 선택비 조절이 어려워지고, 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 가능성이 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마입자는 단일 사이즈 입자 이외에도, 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 포함하는 혼합입자를 사용할 수 있는데, 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, 웨이퍼 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 연마 슬러리 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 연마 속도가 감소되는 문제가 있고, 10 중량% 초과인 경우 연마속도가 너무 높고, 연마입자 수의 증가로 인하여 표면의 잔류하게 되는 입자 흡착성에 의하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 6의 범위인 것일 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나는 경우, 분산 안정성이 급격히 저하되어 응집이 발생하게 되는 문제가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV 의 범위인 것일 수 있다. 양으로 하전된 연마입자로 인하여, 상기 연마 슬러리 조성물은 양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물일 수 있으며, 높은 분산 안정성을 유지하여 연마입자의 응집이 발생하지 않아 스크래치 발생을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물은 상기 성분 외에 나머지 성분으로서 물, 바람직하게는 초순수, 탈이온수 또는 증류수를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 제조 공정 상, 농축제조 및 희석(Dilution) 공정을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 물;을 더 포함하고, 상기 연마액 : 물 : 첨가액의 비율은 1 : 3 내지 10 : 1 내지 10인 것일 수 있다. 상기 물은, 예를 들어, 탈이온수, 이온 교환수 및 초순수를 포함할 수 있다. 상기 첨가액의 비율이 1 내지 4의 범위에서는 첨가액의 비율이 적을수록 벌크(bulk)한 고단차 연마에 사용이 적합하다.
일 실시형태에 따르면, 연마액과 첨가액을 따로 준비하여 연마 직전 혼합하여 사용하는 2액형 형태로 제공될 수 있고, 연마액과 첨가액이 혼합되어 있는 1액형 형태로 제공될 수도 있다. 2액형 형태로 사용시 폴리실리콘막의 STI 패턴에서 잔유물(residue)가 없으며 디싱 방지 성능이 향상되고, 높은 선택비를 가질 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 실리콘 산화막 대 실리콘 질화막의 연마 선택비가, 2 : 1 내지 30 : 1이거나, 실리콘 산화막 대 폴리실리콘막의 연마 선택비가, 2 : 1 내지 20 : 1인 것일 수 있다.
본 발명의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 1개 이상의 아마이드 결합을 포함하는 비이온 고분자 중합체를 포함함으로써 폴리실리콘막의 표면에서 연마를 억제하게 되므로, 폴리실리콘막 자동연마 정지 기능을 가지는 것일 수 있다. 또한 셀 타입 패턴에서 과연마 진행 시에도 폴리리실리콘막에 대한 손실을 저감할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막을 연마한 후에 실리콘 산화막 영역에서 디싱 발생량이 300 Å 이하인 것일 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물이 지나치게 높은 연마 선택비를 나타내는 경우, 폴리실리콘막을 연마 정지층으로 사용하는 공정에서, 이러한 실리콘 산화막 영역이 과연마되어 디싱 발생량이 증가할 수 있으나, 1개 이상의 아마이드 결합을 포함하는 비이온 고분자 중합체를 포함함으로써 디싱 발생량이 적다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[연마 조건]
1. 연마기: AP-300 (300 mm, KCTECH 社)
2. 패드: IC 1000 (DOW 社)
3. 연마 시간: 60 sec
4. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 93 rpm
5. 스핀들 RPM (Spindle RPM): 87 rpm
6. 압력: 3.5 psi
7. 유량 (Flow rate): 250 ml/min
8. 사용된 웨이퍼: PE-TEOS 20 K (Å), STI 폴리 패턴 웨이퍼 5000 K (Å), 트렌치 깊이 5 K (Å)
시험예 1: 연마입자 크기에 따른 연마 슬러리 조성물의 연마 성능
[실시예 1]
입자크기가 30 nm인 콜로이달 세리아 연마입자 5 중량%, 비이온 고분자 중합체로서 중량 평균 분자량이 200,000인 폴리(2-에틸-2-옥사졸린) 0.5 중량%, 선택비 조절제로서 피콜린산 0.25 중량%를 첨가하고 혼합하여, pH 4의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서, 입자크기가 40 nm인 콜로이달 세리아 연마입자를 포함한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서, 입자크기가 50 nm인 콜로이달 세리아 연마입자를 포함한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1에서, 입자크기가 60 nm인 콜로이달 세리아 연마입자를 포함한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 4의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 상기와 같은 연마 조건으로 연마를 진행하였다.
하기 표 1은 실시예 1 내지 4의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 웨이퍼를 연마하였을 때, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘막의 연마율(Removal Rate; RR)을 나타낸 것이다.
구분 연마입자 비이온 고분자
중합체		 선택비 조절제
(wt%)		 300 mm CMP
Mw wt% 실리콘
산화막
R.R(Å/분)		 실리콘
질화막
R.R
(Å/분)		 폴리
실리콘막
R.R
(Å/분)
실시예 1 30 nm 200,000 0.5 0.25 325 15 27
실시예 2 40 nm 200,000 0.5 0.25 1906 572 667
실시예 3 50 nm 200,000 0.5 0.25 3179 954 1113
실시예 4 60 nm 200,000 0.5 0.25 3374 1012 1181
표 1을 참조하면, 연마입자 크기가 커질수록 연마율을 상승하는 것을 확인할 수 있다.
시험예 2: 선택비 조절제 함량에 따른 연마 슬러리 조성물의 연마 성능
[실시예 5]
입자크기가 60 nm인 콜로이달 세리아 연마입자 5 중량%, 비이온 고분자 중합체로서 중량 평균 분자량이 50,000인 폴리(2-에틸-2-옥사졸린) 0.5 중량%, 선택비 조절제로서 피콜린산 0.15 중량%를 첨가하고, pH 4의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 5에서, 피콜린산을 0.25 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 5와 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
하기 표 2는 실시예 5 및 6의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 웨이퍼를 연마하였을 때, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘막의 연마율(Removal Rate; RR)을 나타낸 것이다.
구분 연마입자 비이온 고분자
중합체		 선택비 조절제
(wt%)		 300 mm CMP
Mw wt% 실리콘
산화막
R.R(Å/분)		 실리콘
질화막
R.R
(Å/분)		 폴리
실리콘막
R.R
(Å/분)
실시예 5 60 nm 50,000 0.5 0.15 3303 1024 1156
실시예 6 60 nm 50,000 0.5 0.25 3682 852 1289
표 2를 참조하면, 피콜린산 함량 증가 시 질화막 연마율이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
시험예 3: 연마조절제 함량에 따른 연마 슬러리 조성물의 연마 성능
[실시예 7]
입자크기가 60 nm인 콜로이달 세리아 연마입자 5 중량%, 비이온 고분자 중합체로서 중량 평균 분자량이 50,000인 폴리(2-에틸-2-옥사졸린) 0.5 중량%, 선택비 조절제로서 피콜린산 0.5 중량%를 혼합하여 pH 4의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 7에서, 연마조절제로서 폴리(2-메타크릴옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드[Poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride); PMAC] 0.005 중량%를 더 첨가한 것을 제외하고 실시예 7과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 8에서, 비이온 고분자 중합체로서 중량 평균 분자량이 200,000인 폴리(2-에틸-2-옥사졸린)을 첨가한 것을 제외하고 실시예 8과 동일하게 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
하기 표 3은 실시예 7 내지 9의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 웨이퍼를 연마하였을 때, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘막의 연마율(Removal Rate; RR)을 나타낸 것이다.
구분 연마입자 비이온 고분자 중합체 선택비 조절제
(wt%)		 연마
조절제
(wt%)		 300 mm CMP
Mw wt% 실리콘
산화막
R.R(Å/분)		 실리콘
질화막
R.R
(Å/분)		 폴리
실리콘막
R.R
(Å/분)
실시예 7 60 nm 50,000 0.5 0.5 - 4524 989 680
실시예 8 60 nm 50,000 0.5 0.5 0.005 4793 1189 780
실시예 9 60 nm 200,000 0.5 0.5 0.005 4665 1226 552
표 3을 참조하면, 연마조절제로서 PMAC 첨가로 질화막 연마율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
시험예 4: 연마입자 종류에 따른 웨이퍼 결함
[비교예 1]
입자크기가 60 nm인 콜로이달 세리아 연마입자 5 중량%, 비이온 고분자 중합체로서 중량 평균 분자량이 50,000인 폴리(2-에틸-2-옥사졸린) 0.5 중량%, 선택비 조절제로서 피콜린산을 첨가하지 않고 혼합하여 pH 5의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
고상법으로 제조된 세리아 연마입자에 폴리아크릴산을 분산제로 첨가하여 연마입자를 분산시킨 후 암모니아를 첨가하여 pH 8의 음이온성 슬러리 조성물을 제조하였다.
하기 표 4는 비교예 1 및 2의 슬러리 조성물, 실시예 9의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 웨이퍼를 연마하였을 때, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘막의 연마율(Removal Rate; RR)을 나타낸 것이다.
구분 연마입자 비이온 고분자
중합체		 선택비 조절제
(wt%)		 분산
보조제
(wt%)		 연마
조절제
(wt%)		 제타
전위
(mV)		 300 mm CMP
Mw wt% 실리콘
산화막
R.R(Å/분)		 실리콘
질화막
R.R
(Å/분)		 폴리
실리콘막 R.R
(Å/분)
비교예 1 60 nm 50,000 0.5 - - - +50 4189 26 38
비교예 2 고상법 - - - - - -40 3738 594 1848
실시예 9 60 nm 200 0.5 0.5 - 0.1 +54 4665 1226 552
비교예 1, 비교예 2 및 실시예 9의 결함을 측정하였다.
세정공정은 암모니아수, 과산화수소 및 물의 혼합 세정액인 SC-1(Standard Cleaning 1) 15 초 진행 후 HF 30 초 진행하였다. 결함 측정 장비는 ATI-XP를 이용하였다.
도 1은 본 발명의 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 9의 연마 후 웨이퍼 표면의 결함 사진이다. 비교예 1은 116 개, 비교예 2는 145 개, 실시예 9는 101 개의 결함 개수가 나타났다. 즉, 본 발명의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 콜로이달 세리아 연마입자를 포함하고, 아마이드 결합을 갖는 중합체를 포함하는 양이온성 연마 슬러리 조성물을 이용함으로써, 폴리실리콘막의 표면에서 연마를 억제하게 되므로, 폴리실리콘막 자동연마 정지 기능을 가지고, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막에 대해 높은 연마율과 폴리실리콘막 층에 대한 연마 억제가 가능하여 패턴 폴리실리콘 막질을 보호할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (22)

1개 이상의 아마이드 결합을 포함하는 비이온 고분자 중합체;
선택비 조절제; 및
연마입자;
를 포함하는 연마 슬러리 조성물에 있어서,
상기 비이온 고분자 중합체의 중량평균 분자량은, 5,000 내지 500,000이고,
상기 비이온 고분자 중합체는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%이고,
상기 선택비 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%이고,
양이온 폴리머를 포함하는 연마조절제;
를 더 포함하고,
상기 연마조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%이고,
반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서,
실리콘 산화막 대 실리콘 질화막의 연마 선택비가, 2 : 1 내지 30 : 1이고,
실리콘 산화막 대 폴리실리콘막의 연마 선택비가, 2 : 1 내지 20 : 1인 것인,
연마 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비이온 고분자 중합체는, 하기 화학식 1로 표기되는 것인, 연마 슬러리 조성물:
[화학식 1]
Figure 112018128841221-pat00003

(상기 화학식 1에서 n은 1 이상의 정수이고, R2는 단순결합, 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬렌, 알케닐렌, 시클로알킬렌, 아릴렌, 아릴알킬렌 또는 알키닐렌이고, R1, R3 및 R4는 서로 독립적으로 수소, 히드록시기, 관능기가 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 아랄킬(aralkyl)기임.)
제1항에 있어서,
상기 비이온 고분자 중합체는, 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 수산화기 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), α-벤질 및 ω아지드 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 아지드 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 피페라진 말단을 갖는 폴리(2-메틸-2-옥사졸린), 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 알킨 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), α-벤질 및 ω티올 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), α-메틸 및 ω히드록시에틸아민 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 아민 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 피페라진 말단을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린), 폴리(2-프로틸-2-옥사졸린), 아지드 말단을 갖는 폴리(2-프로틸-2-옥사졸린) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
연마 슬러리 조성물.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 선택비 조절제는, 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리 및 하나 이상의 카르복실기(-COOH)를 포함하는 유기산을 포함하는 것인,
연마 슬러리 조성물.
제6항에 있어서,
상기 선택비 조절제는, 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 니코틴산(Nicotinic acid),디니코틴산(Dinicotinic acid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid, 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalicacid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
연마 슬러리 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
비이온 중합체를 포함하는 분산보조제;
를 더 포함하는,
연마 슬러리 조성물.
제9항에 있어서,
상기 분산보조제는, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 설포에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
연마 슬러리 조성물.
제9항에 있어서,
상기 분산보조제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1 중량%인 것인,
연마 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마조절제는, 폴리(2-메타크릴옥시에틸)트리메틸암모늄 클로라이드[Poly(2-methacryloxyethyltrimethylammonium chloride); PMAC], 폴리(디알릴디메틸암모늄클로라이드)[poly(diallyldimethyl ammonium chloride)]; 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아](Poly[bis(2-chloroethyl) ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]); 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머(Ethanol, 2,2',2 ' ' -nitrilotris-, polymer with 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine); 히드록시에틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머(Hydroxyethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer); 아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 아크릴아미드/4급화 디메틸암모늄에틸 메타크릴레이트(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 아크릴산/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머(Copolymer of acrylic acid and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴아미드/디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 메틸 클로라이드 코폴리머(Acrylamide-dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride copolymer); 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethyl cellulose); 비닐피롤리돈/4급화 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸의 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 비닐피롤리돈/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 코폴리머(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 폴리[2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트)메틸 클로라이드](poly[2-(dimethylaminoethyl methacrylate methyl chloride]); 폴리[3-아크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-acrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[3-메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드](poly[3-methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride]); 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드](Poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene (dimethylimino)ethylene dichloride]); 아크릴산/아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, acrylamide and diallyldimethylammonium Chloride); 아크릴산/메타크릴아미도프로필 트리메틸암모늄 클로라이드/메틸 아크릴레이트 터폴리머(Terpolymer of acrylic acid, methacrylamidopropyl trimethylammonium chloride, and methyl acrylate) 및 비닐카프로락탐/비닐피롤리돈/4급화 비닐이미다졸 터폴리머(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 폴리(2-메타크릴옥시에틸)포스포릴클로린-코-엔-부틸 메타크릴레이트(Poly(2-methacryloxyethyl phosphorylcholine-co-n-butyl methacrylate)); 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 벤질 클로라이드 4차염](PDMAEA BCQ) 및 폴리[(디메틸아미노)에틸아크릴레이트 메틸 클로라이드 4차염](PDMAEA MCQ)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
연마 슬러리 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
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 것인,
연마 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 고상법 또는 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것인,
연마 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마입자의 크기는, 5 nm 내지 150 nm의 1차 입자, 30 nm 내지 300 nm 의 2차 입자를 포함하는 것인,
연마 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
연마 슬러리 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 6의 범위인 것인,
연마 슬러리 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV의 범위인 것인,
연마 슬러리 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 실리콘 질화막 또는 폴리실리콘막을 연마한 후에 실리콘 산화막 영역에서 디싱 발생량이 300 Å 이하인 것인,
연마 슬러리 조성물.
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