KR102367056B1 - 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 산화제; 및 카본 연마 억제제;를 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물{SLURRY COMPOSITION FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING}
본 발명은 화학적 기계적 연마용 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 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정이 이용된다. 화학 기계적 연마 공정에서는 회전판 상에 평탄화 공정을 수행할 웨이퍼를 안착시키고, 상기 웨이퍼의 표면과 연마기의 패드를 접촉시킨 후, 슬러리 조성물의 공급과 함께 회전판 및 연마기의 패드를 회전시켜 연마 공정을 수행한다. 즉, 웨이퍼 표면과 패드 사이로 슬러리 조성물이 유동하여 슬러리 조성물 내의 연마 입자와 패드의 표면 돌기에 의한 기계적 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지는 동시에, 슬러리 조성물 내의 화학적 성분과 웨이퍼 표면의 화학적 반응에 의해 화학적 제거가 이루어진다. 화학 기계적 연마 공정의 연마 효율은 화학 기계적 연마 장비, 슬러리 조성물의 조성, 연마 패드의 종류 등에 의해 결정된다. 특히, 상기 슬러리 조성물의 조성은 연마 효율에 중요한 영향을 미친다. 동일한 조성의 슬러리 조성물에 대하여 막의 성질에 따라 막의 연마 속도가 달라질 수 있으며, 이러한 연마 속도의 차이를 이용하여 막의 연마 정도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 연마 대상 물질에 따라 산화막(oxide) CMP 공정, 금속(metal) CMP 공정, 폴리실리콘(poly-Si) CMP 공정, 유기막 CMP 공정 등으로 분류되기도 한다.
반도체 장치에 널리 이용되는 산화막, 질화막, 금속막, 폴리실리콘막들 간의 연마 속도의 차이에 의하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 경우가 많다. 이러한 슬러리 조성물 중에서, 특히 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막을 동시에 연마하는 슬러리 조성물이 사용되어 왔다. 그러나, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막을 동시에 연마하는 슬러리 조성물은 연마 정지 기능이 부족하여 소자 분리할 때 디싱 및 에로전이 발생하는 문제가 있어, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 필요한 막을 선택적으로 연마할 수 있는 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 질화막, 절연막, 금속막 및 폴리실리콘막의 연마율은 일정 수준으로 유지하면서 카본막의 연마율은 선택적으로 억제할 수 있는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 산화제; 및 카본 연마 억제제;를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm의 1 차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2 차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 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 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산화제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본 연마 억제제는, C6 내지 C20 이하인 음이온성 기능기, C6 내지 C20 이하인 음이온성 기능기와 양이온성 기능기 또는 이둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본 연마 억제제는, 음이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 음이온성 계면활성제는, 암모늄라우릴설페이트, 소듐도데실설페이트, 소듐폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트, 암모늄폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트, 알킬에테르포스페이트, 소듐라우릴설페이트, 소듐라우레스설페이트, 암모늄라우레스설페이트, 소듐코코일메칠타우레이트, 디소듐라우레스설포석시네이트, 디소듐라우릴설포석시네이트, 디소듐코코일글루타메이트, 소듐코코일글루타메이트, 소듐코코일글리시네이트, 소듐라우로일사코시네이트, 소듐코코일알라니네이트, 소듐코코일이세치오네이트, 소듐라우로일메칠이세치오네이트, 소듐라우레스카복실레이트 및 소듐 C14-16 올레핀설포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 양쪽성 계면활성제는, 상기 양쪽성 계면활성제는, 코카미도프로필베타인, 라우라미도프로필베타인, 알킬베타인, 아미도베타인, 설포베타인, 히드록시설포베타인, 아미도설포베타인, 포스포베타인, 이미다졸리늄베타인, 알킬 아미도 베타인, 알킬아미드 프로필 베타인, 알킬 디메틸 아민 베타인, 알킬디메틸 베타인, 아프리코타미도프로필 베타인, 코코 아미도 베타인, 코코 베타인, 코코아미도프로필 베타인, 코코디메틸베타인, 라우릴 베타인, 라우릴아미도프로필 베타인, 위트게르마미도프로필 베타인, 이소스테아르아미도프로필 베타인, 미리스타미도프로필 베타인, 팔미타미도프로필 베타인, 운데실란아미도프로필 베타인, 2-알킬-N-카르복시메틸-N-하이드록시에틸 이미다졸리늄 베타인, 라우라미도프로필하이드록시설테인, 라우릴하이드록시설테인, 코카미도프로필하이드록시설테인, 소듐라우로암포아세테이트 및 소듐코코암포아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본 연마 억제제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.0001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 금속 연마 향상제, 금속 연마 억제제, 질화막 연마 향상제, 질화막 연마 억제제, 폴리막 연마 향상제 및 폴리막 연마 억제제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 접촉각은 10° 내지 70°의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH는 2.0 내지 6.0의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 연마대상막은, 질화막, 절연막, 금속막, 폴리실리콘막 및 카본막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본막의 연마량은 20 Å/min 미만인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은, 질화막, 절연막, 금속막, 폴리실리콘막의 연마율은 일정 수준으로 유지하면서 선택적으로 카본막질의 연마를 효과적으로 억제할 수 있다. 카본 막질과 슬러리 조성물 간의 표면 에너지를 조절함으로써 카본막질과 슬러리 간의 상호작용을 극대화하여 카본막질의 연마를 효과적으로 억제하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
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 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 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 화학적 기계적 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 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은, 연마입자; 산화제; 및 카본 연마 억제제;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은, 질화막, 절연막, 금속막, 폴리실리콘막의 연마율은 일정 수준으로 유지하면서 선택적으로 카본막질의 연마를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 카본 막질과 슬러리 간의 표면 에너지를 조절함으로써 카본막질과 슬러리 조성물 간의 상호작용을 극대화하여 카본막질의 연마를 효과적으로 억제하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다. 상기 연마입자는 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 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. 액상법으로 제조된 연마입자는 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm의 1 차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2 차 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. 1 차 입자의 크기에 있어서, 입자 균일성을 확보하기 위해서 200 nm 이하이어야 하며, 5 nm 미만인 경우에는 연마율이 저하될 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 2 차 입자의 크기에 있어서, 2 차 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 실시형태에 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 연마입자의 형상은 구형, 각형, 침상 형상 및 판상 형상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형인 것일 수 있다.
일 실시형태에 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 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 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 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 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산화제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 산화제가 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 미만인 경우에는 연마대상막에 대한 연마 속도 및 산화 속도가 저하될 수 있고, 5 중량% 초과인 경우에는 과잉 연마되어 패턴에서의 디싱 또는 이로젼 같은 2차적인 문제를 야기시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본 연마 억제제는, C6 내지 C20 이하인 음이온성 기능기, C6 내지 C20 이하인 음이온성 기능기와 양이온성 기능기 또는 이둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본 연마 억제제는, 음이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 음이온성 계면활성제는, 암모늄라우릴설페이트, 소듐도데실설페이트, 소듐폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트, 암모늄폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트, 알킬에테르포스페이트, 소듐라우릴설페이트, 소듐라우레스설페이트, 암모늄라우레스설페이트, 소듐코코일메칠타우레이트, 디소듐라우레스설포석시네이트, 디소듐라우릴설포석시네이트, 디소듐코코일글루타메이트, 소듐코코일글루타메이트, 소듐코코일글리시네이트, 소듐라우로일사코시네이트, 소듐코코일알라니네이트, 소듐코코일이세치오네이트, 소듐라우로일메칠이세치오네이트, 소듐라우레스카복실레이트 및 소듐 C14-16 올레핀설포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 양쪽성 계면활성제는, 코카미도프로필베타인, 라우라미도프로필베타인, 알킬베타인, 아미도베타인, 설포베타인, 히드록시설포베타인, 아미도설포베타인, 포스포베타인, 이미다졸리늄베타인, 알킬 아미도 베타인, 알킬아미드 프로필 베타인, 알킬 디메틸 아민 베타인, 알킬디메틸 베타인, 아프리코타미도프로필 베타인, 코코 아미도 베타인, 코코 베타인, 코코아미도프로필 베타인, 코코디메틸베타인, 라우릴 베타인, 라우릴아미도프로필 베타인, 위트게르마미도프로필 베타인, 이소스테아르아미도프로필 베타인, 미리스타미도프로필 베타인, 팔미타미도프로필 베타인, 운데실란아미도프로필 베타인, 2-알킬-N-카르복시메틸-N-하이드록시에틸 이미다졸리늄 베타인, 라우라미도프로필하이드록시설테인, 라우릴하이드록시설테인, 코카미도프로필하이드록시설테인, 소듐라우로암포아세테이트 및 소듐코코암포아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본 연마 억제제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.0001 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 카본 연마 억제제가 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.0001 중량% 미만인 경우 카본막질 연마를 억제하는 기능이 발휘되지 않고, 1 중량% 초과하면 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 안정성이 감소할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 금속 연마 향상제, 금속 연마 억제제, 질화막 연마 향상제, 질화막 연마 억제제, 폴리막 연마 향상제 및 폴리막 연마 억제제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 접촉각은 10° 내지 70°의 범위인 것일 수 있다.
접촉각(표면장력)은 고체 표면위 액체 방울이 표면과 이루는 각을 접촉각이라고 한다. 고체 간의 표면 에너지가 열역할적 평형을 이루고 있을 때 형성되며, 고체 표면의 물리적, 화학적 성질이 균일할 경우, 같은 종류의 액체는 그 고체표면 어디에서나 동일한 접촉각을 가진다. 접촉각이 작을수록 표면은 액체에 의해 젖고, 접촉각이 클수록 표면에 잘 젖지 않고 흘러내리는 경향을 가진다.
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 접촉각이 10° 미만인 경우 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 안정성이 감소 될수 있고, 70°을 초과할 경우, 카본막질 연마 억제가 원활하지 않을 수 있다.
접촉각을 조절하여 카본막질과 슬러리 조성물 간의 상호작용을 극대화하여 카본막질의 연마를 효과적으로 억제할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 표면에너지는 3 mN/m 내지 30 mN/m인 것일 수 있다.
접촉각을 조절하여 표면에너지를 제어할 수 있으며, 표면에너지 제어를 통해 카본막질과 슬러리 조성물 간의 상호작용을 극대화하여 카본막질의 연마를 효과적으로 억제할 수 있다.일 실시형태에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH는 2.0 내지 6.0의 범위인 것일 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH는 바람직하게는, 2.0 내지 4.5인 것일 수 있다. 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH를 조절하는 양으로 pH 조절제가 첨가될 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나는 경우, 연마 속도가 저하되고, 디싱, 표면 불균형과 같은 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 pH 조절제를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 분산 안정성에서 유리하기 때문에 본 발명의 연마 대상인 막질들에 대하여 고속 연마 성능 및 양호한 연마 표면을 확보할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 벤질아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA), 테트라에틸렌펜타민(TEPA), 펜타에틸렌헥사민(PEHA), 비스(헥사메틸렌)트리아민, N-(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am3), N,N'-비스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am4), N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)에틸렌디아민(Am5), N-3-아미노프로필-1,3-디아미노프로판, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, 비스-(3-아미노프로필)아민, 디프로필렌트리아민 및 트리프로필렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 pH 조절제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 pH 조절제가 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 연마속도가 저하되고, 1 중량% 초과인 경우 연마 대상막들의 과연마 우려가 있다.
일 실시형태에 있어서, 연마대상막은, 질화막, 절연막, 금속막, 폴리실리콘막 및 카본막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 연마 대상막은, 연마대상막은, 질화막, 절연막, 금속막, 폴리실리콘막 및 카본막을 모두 포함하는 것일 수 있다. 상기 절연막은 산화막인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본막은 탄소-수소(C-H) 결합을 함유하는 카본막을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본막은, ACL(amorphous carbon layer), APF (상품명, AMAT 제조), SiLK (상품명, Dow Chemical 제조), NCP (상품명, ASM 제조), AHM (상품명, Novellous 제조) 및 C-SOH(spin on hardmask)막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 C-SOH막은 일반적으로 카본계 하드마스크 막을 의미하나, 본 발명에서는 자가정렬 이중 패턴 공정(self-aligned double patterning technology; SaDPT)에서 형성된 레지스트막, 패턴화된 웨이퍼 위에 증착된 실리카막과 같은 무기막의 비아-홀을 채워주는 갭-필링(gap-filling) 또는 에칭 방지막 등의 레지스트 기능을 가지는 카본계막을 총체적으로 의미한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 질화막 : 절연막 : 금속막 : 폴리실리콘막의 연마 선택비는 0.5 내지 1.5 : 0.5 내지 1.5 : 0.5 내지 1.5 : 0.5 내지 1.5인 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 질화막 : 절연막 : 금속막 : 폴리실리콘막의 연마 선택비가 1 : 1 : 1 : 1인 것일 수 있으며, 이는, 금속 연마 향상제, 금속 연마 억제제, 질화막 연마 향상제, 질화막 연마 억제제, 폴리막 연마 향상제 및 폴리막 연마 억제제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함함으로써 조절할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 카본막의 연마량은 20 Å/min 미만인 것일 수 있다. 상기 카본막의 연마량은, 바람직하게는, 약 15 Åmin 이하, 또는 약 12 Å인 것일 수 있다. 더 바람직하게는 0 Å/min인 것일 수 있으며, 카본 스톱 기능을 가질 수 있다. 카본막의 연마율은 2.0 psi의 연마 다운포스 압력에서 측정된 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
초순수에 65 중량%에 콜로이달 실리카를 5 중량% 분산시킨 후, 카본 연마 억제제로서 암모늄라우릴설페이트 0.003 중량%, 산화제로서 과산화수소 0.5 중량%를 투입하고, 30 분간 혼합하여 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제로서 암모늄라우릴설페이트를 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제로서 소듐도데실설페이트를 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 3에서, 카본 연마 억제제로서 소듐도데실설페이트를 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제로서 소듐폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트를 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 5에서, 카본 연마 억제제로서 소듐폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트를 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제로서 암모늄폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트를 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 8]
실시예 7에서, 카본 연마 억제제로서 암모늄폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트를 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 7과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제로서 코카미도프로필베타인을 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 10]
실시예 9에서, 카본 연마 억제제로서 코카미도프로필베타인을 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 9와 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 11]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제로서 알킬에테르포스페이트를 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[실시예 12]
실시예 11에서, 카본 연마 억제제로서 알킬에테르포스페이트를 0.2 중량% 첨가한 것을 제외하고, 실시예 11과 동일하게 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제를 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제 대신 폴리아크릴산 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1에서, 카본 연마 억제제 대신 소듐옥살레이트 0.003 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 12의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물, 비교예 1 내지 3의 슬러리 조성물을 이용하여 상기와 같은 연마 조건으로 연마를 진행하였다.
[연마 조건]
1. 연마기: ST( KCT 社)
2. 캐리어 RPM (Carrier RPM): 87 rpm
3. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 93 rpm
4. 웨이퍼 압력: 2.0 psi
5. R-링 압력: 6.5 psi
6. 슬러리 유량 (Flow rate): 250 ml/min
7. 연마패드: IC 1000 (DOW 社)
8. 웨이퍼: Carbon (함유량 40 % 이상)
[측정 조건]
1. 측정기기: DSA100(KRUSS社)
하기의 표 1은 실시예 1 내지 12의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물, 비교예 1 내지 3의 슬러리 조성물을 이용한 카본막 연마량을 나타낸 것이다.
항목 입자
(중량%)		 카본
연마 억제제
(중량%)		 산화제
(중량%)		 접촉각
(°)		 Poly-Si
RR
(Å/min)		 W
RR
(Å/min)		 Ox
RR
(Å/min)		 Si3N4
RR
(Å/min)		 Carbon
RR
(Å/min)
실시예
1		 Silica
(5)		 암모늄라우릴
설페이트
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 64.1 454 723 750 660 9
실시예
2		 Silica
(5)		 암모늄라우릴
설페이트
(0.2)		 H2O2
(0.5)		 48.3 389 699 764 624 4
실시예
3		 Silica
(5)		 소듐도데실
설페이트
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 61.5 439 704 789 662 11
실시예
4		 Silica
(5)		 소듐도데실
설페이트
(0.2)		 H2O2
(0.5)		 39.4 411 716 764 651 6
실시예
5		 Silica
(5)		 소듐폴리옥시에틸렌
알킬아릴설페이트
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 59.2 391 723 779 638 12
실시예
6		 Silica
(5)		 소듐폴리옥시에틸렌
알킬아릴설페이트
(0.2)		 H2O2
(0.5)		 41.3 409 704 746 649 6
실시예
7		 Silica
(5)		 암모늄폴리옥시에틸렌
알킬아릴설페이트
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 69.2 426 719 715 627 9
실시예
8		 Silica
(5)		 암모늄폴리옥시에틸렌
알킬아릴설페이트
(0.2)		 H2O2
(0.5)		 44.6 419 720 736 648 2
실시예
9		 Silica
(5)		 코카미도프로필베타인
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 66.0 423 733 774 699 10
실시예
10		 Silica
(5)		 코카미도프로필베타인
(0.2)		 H2O2
(0.5)		 43.1 468 736 718 667 2
실시예
11		 Silica
(5)		 알킬에테르포스페이트
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 67.1 446 690 769 684 9
실시예
12		 Silica
(5)		 알킬에테르포스페이트
(0.2)		 H2O2
(0.5)		 45.6 440 688 728 682 4
비교예
1		 Silica
(5)		 - H2O2
(0.5)		 91.7 433 693 764 673 235
비교예
2		 Silica
(5)		 폴리아크릴산
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 89.3 429 687 762 649 259
비교예
3		 Silica
(5)		 소듐
옥살레이트
(0.003)		 H2O2
(0.5)		 92.8 437 708 738 688 266
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 12의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용했을 때, 접촉각이 70° 미만이고, 비교예 1 내지 3의 슬러리 조성물과 비교하였을 때, 카본막질에서의 연마율이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다. 그리고, 같은 종류의 카본 연마 억제제를 사용하였을 때 함량이 높으면 카본막질에서 연마율이 더 낮은 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 연마입자;
    산화제; 및
    카본 연마 억제제;
    를　포함하고,
    상기 카본 연마 억제제는,　음이온성 계면활성제,　양쪽성 계면활성제 또는 이 둘을 포함하고,
    상기 카본 연마 억제제는, C6　내지　C20　이하인 음이온성 기능기, C6　내지　C20　이하인 음이온성 기능기와 양이온성 기능기 또는 이 둘을 포함하고,
    상기 음이온성 계면활성제는, 암모늄라우릴설페이트, 소듐도데실설페이트,　소듐폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트, 암모늄폴리옥시에틸렌알킬아릴설페이트,　알킬에테르포스페이트,　소듐라우릴설페이트,　소듐라우레스설페이트,　암모늄라우레스설페이트,　소듐코코일메칠타우레이트,　디소듐라우레스설포석시네이트,　디소듐라우릴설포석시네이트,　디소듐코코일글루타메이트,　소듐코코일글루타메이트,　소듐코코일글리시네이트,　소듐라우로일사코시네이트,　소듐코코일알라니네이트,　소듐코코일이세치오네이트,　소듐라우로일메칠이세치오네이트,　소듐라우레스카복실레이트 및 소듐　C14-16　올레핀설포네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 양쪽성 계면활성제는,　코카미도프로필베타인,　라우라미도프로필베타인,　알킬베타인,　아미도베타인,　설포베타인,　히드록시설포베타인,　아미도설포베타인,　포스포베타인,　이미다졸리늄베타인,　알킬 아미도 베타인,　알킬아미드 프로필 베타인,　알킬 디메틸 아민 베타인,　알킬디메틸 베타인,　아프리코타미도프로필 베타인,　코코 아미도 베타인,　코코 베타인,　코코아미도프로필 베타인,　코코디메틸베타인,　라우릴 베타인,　라우릴아미도프로필 베타인,　위트게르마미도프로필 베타인,　이소스테아르아미도프로필 베타인,　미리스타미도프로필 베타인,　팔미타미도프로필 베타인,　운데실란아미도프로필 베타인, 2-알킬-N-카르복시메틸-N-하이드록시에틸 이미다졸리늄 베타인,　라우라미도프로필하이드록시설테인,　라우릴하이드록시설테인,　코카미도프로필하이드록시설테인,　소듐라우로암포아세테이트 및 소듐코코암포아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    연마대상막은,　카본막;을 포함하고,
    상기 카본막의 연마량은　20　Å/min　미만인 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는,
    금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm의 1 차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2 차 입자를 포함하는 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 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 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.05 중량% 내지 5 중량%인 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 카본 연마 억제제는, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 중 0.0001 중량% 내지 1 중량%인 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    금속 연마 향상제, 금속 연마 억제제, 질화막 연마 향상제, 질화막 연마 억제제, 폴리막 연마 향상제 및 폴리막 연마 억제제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 접촉각은 10° 내지 70°의 범위인 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH는 2.0 내지 6.0의 범위인 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    연마대상막은, 질화막, 절연막, 금속막 및 폴리실리콘막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것인,
    화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  16. 삭제
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