KR102442600B1 - 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 금속산화물 단분자 착화제 및 수용성 폴리머를 포함한다.

Description

연마용 슬러리 조성물{POLISHING SLURRY COMPOSITION}
본 발명은, 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
최근에는 반도체 및 디스플레이 산업분야에 있어서 소자를 구성하는 여러 가지 박막의 화학기계적 연마(CMP) 공정이 많이 필요하게 되었다.
화학기계적 연마(CMP) 공정은 반도체 웨이퍼 표면을 연마 패드에 접촉하여 회전 운동을 하면서 연마제와 각종 화합물들이 함유된 슬러리를 이용하여 평탄하게 연마하는 공정을 말한다. 일반적으로 금속의 연마 공정은 산화제에 의하여 금속산화물(MOx)이 형성되는 과정과 형성된 금속 산화물을 연마입자가 제거하는 과정이 반복하여 일어나는 것으로 알려져 있다.
집적회로는 규소 지지체 내 또는 그 위에서 형성된 수 백 개의 활성장치로 구성되는데, 단락되어 있는 활성장치는 기능성 회로를 형성할 수 있도록 상호 연결되며, 활성장치의 각 층들은 다중레벨 상호 연결방식에 의하여 연결된다. 집적회로 내 상호 연결층은 일반적으로 제 1 금속층, 상호연결층, 제 2 금속층, 상호연결층 그리고 제 3 금속층으로 연결된 금속화 레벨을 갖고 있다. 상호연결층으로 사용되고 있는 도핑 및 비도핑 이산화규소(SiO2) 와 같은 유전체는 규소 지지체에서도 서로 다른 레벨의 금속층을 전기적으로 단락시키는데 사용된다.
집적 회로 및 다른 전자 디바이스들의 제작에서, 전도성, 반전도성 및 유전성 재료들의 다중층들은 기판의 표면위에 증착되거나 표면으로부터 제거된다. 전도성, 반전도성 및 유전성 재료들의 박층은 수많은 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. 현대 가공에서 보편적인 증착 기술들에는 스퍼터링으로도 공지되어 있는 물리적 증착(PVD), 화학 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD) 및 전기 화학 플레이팅(ECP)이 있다.
재료들의 층이 연속적으로 증착되고 제거되기 때문에, 기판의 최상층 표면은 표면 전반에 걸쳐 평탄하지 않을 수 있으며 평탄화가 필요하다. 표면 평탄화, 또는 표면 " 연마"는 기판의 표면으로부터 재료를 제거하여 일반적으로 평평하고 평탄한 표면을 형성시키는 공정이다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자, 손상부위, 긁힌 자국 및 오염된 층 또는 오염된 재료와 같은 바람직하지 않은 표면 형태 및 표면 결함을 제거하는 데에 유용하다. 또한 평탄화는 금속화 및 가공의 후속 단계를 위해 피처를 충전시키고 평평한 표면을 제공하기 위해 사용된 과잉 증착된 재료를 제거함으로써 기판상에 피처를 형성시키는데 유용하다.
금속 CMP 공정은 산화제에 의해 형성된 산화막을 연마 입자가 제거하는 과정이 반복해서 일어나는 것으로 알려져 있는 바, 연마율의 향상을 위해서는 산화 과정을 빠르게 하거나, 형성된 산화막을 원활하게 제거하는 측면을 고려하여 슬러리를 디자인하게 된다. 손쉽게는 금속을 부식시키는 산화물의 농도를 증가시켜서 연마 속도를 향상시키는 방법이 있으나, 부식 속도의 상승에 따라 seam 이나 contact 부분 등 소자의 전기적 특성을 위해 배선층을 형성해야 하는 부분에까지 부식이 발생하면서, 오히려 소자의 신뢰도와 수율을 감소시킬 수도 있다.
슬러리에 포함된 산화제에 의해서 형성된 산화막을 제거하는 과정은 물리적인 작용과 화학적인 작용이 동시에 고려된다. 물리적인 부분은 주로 연마입자에 의한 것으로 연마 입자의 농도 또는 크기에 관련된다. 연마 입자의 농도가 높을수록 연마속도가 향상되나, 높은 농도의 연마 입자는 스크래치 등 결함을 야기하고, 슬러리의 분산 안정성을 저해시켜서 사용이 가능한 기간을 단축시키기도 한다. 연마 입자의 크기는 적절한 영역이 있는 것으로 알려져 있어서, 너무 작거나 큰 경우 오히려 연마 속도가 감소하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 금속산화물 단분자 착화제 및 수용성 폴리머를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자 및 디스플레이 소자에 적용되는 박막의 표면 평탄화 공정을 개선시킬 수 있는, 콜로이달 실리카 연마입자 및 착화제를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
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 연마용 슬러리 조성물은, 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 금속산화물 단분자 착화제 및 수용성 폴리머를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 산화막의 연마 시, 산화막에 대한 연마율은, 100 Å/min 내지 200 Å/min 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, pKa 1.0 초과 4.5 이하 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 탄소수 2 이상 5 이하의 산성 화합물이고, 히드록시기(-OH), 카보닐기(C=O) 및 카르복시산(-COOH)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기를 2개 이상 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는 연마용 슬러리 조성물 전체 대비 0.1 중량 % 내지 1.0 중량 % 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 말론산, 타르타르산, 글리옥실산, 옥살산, 락트산 및 글루타르산으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 1 % 내지 10 % 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 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, 벤조일퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화제의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.5 % 내지 5 % 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머는, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산 및 비닐포스폰산, 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라상기 수용성 폴리머의 함량은, 1 ppm 내지 50 ppm 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2 : F), ITO(indiumtin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(Aldoped ZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기산화막의 연마에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명은, 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 금속산화물 단분자 착화제 및 수용성 폴리머를 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 1차 입자 및 2차 입자의 크기가 다른 콜로이달 실리카 연마입자를 적용하여 각 연마대상 막질에 대한충분한 연마량을 확보하고, 연마 공정 후 연마막질 표면의 Roughness 및 Haze를 개선하여 후공정에서 광학물성을 확보할 수 있는 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있으며, 금속착화제를 더 포함하여 금속 산화물의 화학적 연마 속도가 향상되어 피연마막의 연마율을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물은, 화학기계적 연마 공정(CMP)에 의해서 반도체 소자 및 디스플레이 소자의 평탄화 공정에 적용되고, 구체적으로, 무기산화막 및 디스플레이 소자에 사용되는 무기산화막의 평탄화 공정에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3 에 따라 제조된 슬러리 조성물의 연마율 그래프이다.
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.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 연마용 슬러리 조성물에 대하여 실시예를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 콜로이달 실리카 연마입자, 산화제, 금속산화물 단분자 착화제 및 수용성 폴리머를 포함한다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자는 비정질 실리카 미립자가 유체에서 안정한 분산 상태인 콜로이드 상태를 이룬 것을 의미할 수 있으며, 다양한 응용분야에 적용되고 있는데, 그 일 예로, 무기 페인트 제조를 위한 바인더, 내열 및 광학 코팅제, 연마용으로서 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 슬러리 등으로 적용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, 연마용 슬러리 조성물 내에서 연마 입자의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 금속막을 산화시키는 산화제의 기능을 동시에 수행할 수도 있다.
일 측에 따를 때, CMP는 가공 대상과 목적에 따라서 층간 절연막(ILD : interlayer dielectric)을 형성하는 산화막(oxide) CMP, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu)와 같은 금속 배선을 형성시키는 금속(Metal) CMP, 소자들 간의 전기적 절연성을 높여 그 동작 특성과 집적도를 향상시키는 소자분리(STI : shallow trench isolation) CMP로 분류될 수 있는데, 이 가운데, 본 발명에서는 산화막(oxide) CMP에서 주로 쓰는 슬러리 종류로 oxide CMP 에 쓰이는 실리카 연마 입자를 사용하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 크기가 다른 1차 입자 및 2차 입자의 콜로이달 실리카 입자의 입자크기별 연마 특성은 상이할 수 있으며, 이를 적절히 혼합함에 따라서 상승된 작용 효과를 나타낼 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 크기가 10 nm 미만일 경우에는, 연마 대상막의 평탄성이 저하되고, 연마 대상막의 표면에 과량의 결함이 발생하여 연마율이 저하되고, 100 nm 초과인 경우에는 단분산성을 달성하지 못하여 기계적 연마 이후에 평탄도, 투명도 및 결함의 조절에 어려움이 있을 수 있다. 상기 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 길이, 두께 등을 의미할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, 슬러리 내의 분산성, 연마 대상막의 연마 성능, 평탄화 및 투명도를 개선시키기 위해서, 10 nm 내지 300 nm의 2종 이상의 상이한 사이즈를 가지는 혼합 입자를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는, 10 nm 내지 40 nm의 제1 사이즈를 갖는 1차 입자 및 40 nm 내지 100 nm 사이즈의 제2 사이즈를 갖는 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 형상은, 구형, 각형, 침상(針狀) 형상 및 판상(板狀) 형상으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, pH 1 내지 12 에서, - 1 mV 내지 - 100 mV제타전위, pH 1 내지 6에서, - 10 mV 내지 - 70 mV의 제타전위 또는 pH 2.5 내지 6에서 - 10 mV 내지 - 70 mV를 가질 수 있다. 이는 산성 영역에서도 높은 제타전위 절대값이 나타나고, 이로 인하여 분산 안정성이 높고 연마 대상막에 대한 우수한 연마력을 구현할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자는, 높은 분산 안정성을 가진 연마용 슬러리 조성물을 제조할 수 있다. 또한, 연마대상막, 예를들어, 무기산화막의 산화를 촉진하여 무기산화막을 용이하게 연마시킬 수 있는 높은 연마 특성을 구현하고, 스크래치 결함을 최소화시켜 ITO 등과 같은 무기산화막의 평탄도 및 투명도를 향상시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 제조 방법은, 당 업계에 알려진 입자 제조방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 그 일 예로, 수열 합성법, 졸겔법, 침전법 또는 직접 산화법일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 입자 크기가 증가할수록 연마율은 증가할 수 있으나, 피연마막 표면의 Roughness가 발생하고, Haze 저감 등의 문제가 생길 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 입자의 크기 및 각각의 다른 크기에 따른 응집도는 연마되는 피연마막 표면 스크래치 발생 여부와 관계 있는 요소일 수 있다. 이 때, 상기 1차 입자 및 2차 입자에 따른 응집도 비율을 적절한 정도로 제어하면, 연마 공정 후 연마막질 표면의 Roughness및 Haze를 개선하여 후공정에서 광학물성을 확보할 수 있는 연마용 슬러리 조성물을 제공할 수 있고, 또한 연마 선택비를 향상시킬 수 있어 연마 공정의 시간을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 1차 입자 및 2차 입자는 연마 입자의 앙상블 구조 및 성질을 조절할 수 있는 바람직한 방법으로서 자가 조립을 형성할 수 있으며, 상기 1차 입자들이 서로 응집(aggregation)되어 2차 입자를 형성하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 10 m2/g 내지 150 m2/g 범위 내의 비표면적을 가질 경우, 상대적으로 낮은 다공성을 가져서 연마효율을 개선시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 비표면적은, NaOH를 사용하여 적정함으로써 측정될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 산화제와 함께 상호 작용하여 연마 결과를 향상시키는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 표면 착화 현상을 통해 표면 거칠기에 영향을 줄 수 있는 금속 이온을 착화합물로 결합하여 표면 거칠기 향상 효과를 가져올 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 산화막의 연마 시, 산화막에 대한 연마율은, 100 Å/min 내지 200 Å/min 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마율은 연마가 끝난 웨이퍼 박막 코팅 두께 측정기로 산화막의 두께를 측정하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마율은 [연마 전 웨이퍼의 두께 - 연마 후 웨이퍼의 두께]/ 1min을 측정한 값일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마율이 100 Å/min 미만일 경우, 충분한 연마 속도 및 이에 따른 선택비가 뒷받침 되지 않아 품질 저하가 있을 수 있으며, 200 Å/min를 초과하는 경우에는, 과식각의 우려가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, pKa 1.0 초과 4.5 이하 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, pKa 값이 1.0 초과 4.5이하를 만족할 뿐만 아니라, 탄소 개수이 2 내지 5 이하 및/또는 무기막질에 대한 연마율이 100 Å/min 초과인 것을 동시에 만족하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 탄소수 2 이상 5 이하의 산성 화합물이고, 히드록시기(-OH), 카보닐기(C=O) 및 카르복시산(-COOH)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기를 2개 이상 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 산화제와 함께 상호 작용하여 연마 결과를 향상시키는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 산성 화합물로, 바람직하게는, pKa 1.0 초과 4.5 이하 인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 1.25 이상 4.3 이하이면서, 동시에 탄소 개수가 2 내지 5이하 이고, 무기막질에 대한 연마율이 100 Å/min 초과인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 pKa 조건, 탄소 개수 및 무기막질에 대한 연마율 조건을 모두 만족하는 금속산화물 단분자 착화제는, 표면 착화 현상을 통해 표면 거칠기에 영향을 줄 수 있는 금속 이온을 착화합물로 결합하여 표면 거칠기 향상 효과를 가져올 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 전기화학 분석을 통해 산화제 함량에 따른 동전위 분극 곡선을 그릴 때, 상대적으로 높은 전류 밀도 값을 나타낼 수 있으며, 이는 곧, 전류 밀도 값이 높을수록 부식속도가 빠르기 때문에 산화에 의한 연마가 활발히 일어나는 것으로 이해될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 히드록시기(-OH), 카보닐기(C=O) 및 카르복시기(-COOH)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기를 2개 이상 포함하는 것일 수 있고, 상기 작용기는 전기음성도가 높은 산소가 전자를 끌어당겨 산도를 가지는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제를 이용할 경우, CMP 연마가 지속되면서 계속 발생되는 금속 산화물을 지속적으로 킬레이트화 할 수 있어서, 금속 산화물이 다시 연마될 금속층으로 재흡착되는 것을 지속적으로 방지할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제를 사용함에 따라, 연마 속도를 지속적으로 증가시키고, 표면 결함 감소를 구현할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는 단독으로 사용되거나 또는 보조 착화제를 더 포함하여 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는 연마용 슬러리 조성물 전체 대비 0.1 중량 % 내지 1.0 중량 % 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위의 농도를 갖는 금속산화물 단분자 착화제는, 산화제와의 상호작용 또는 반작용 효과를 높이면서도, 연마용 슬러리 조성물 내에서 안정성을 유지하여 균일한 산화막을 형성하게하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 말론산, 타르타르산, 글리옥실산, 옥살산, 락트산 및 글루타르산으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 금속산화물 단분자 착화제는, 산화제가 금속 표면을 산화시켜 연마가 용이하게 해주는 역할을 할 때, 과산화가 일어나 부동태 층이 과도하게 생성되면 오히려 연마율 및 표면 거칠기가 저하되는 것을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 1 % 내지 10 % 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 내의 콜로이달 실리카 연마 입자는, 연마이후에 투명도 및/또는 평탄화를 개선시키고, 결함 및 스트래치 등의 결점을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 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, 벤조일퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 산화제는, 바람직하게는 과산화수소일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화제의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.5 % 내지 5 % 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위 내의 산화제에 해당될 경우, 연마 대상막에 대한 적절한 연마 속도를 제공하고, 산화제의 함량 증가에 따른 연마 대상막의 부식, 에로젼 발생 및 표면이 하드(hard)해지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머는, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산 및 비닐포스폰산, 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수용성 폴리머는, 바람직하게는 폴리아크릴산, 폴리스틸렌술폰산 또는 이 둘 모두를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수용성 폴리머는 다른 첨가제와 함께 작용하여 피연마막에 대한 선택비 조절이 가능하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수용성 폴리머의 함량은, 1 ppm 내지 50 ppm 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수용성 폴리머의 함량이 1ppm 미만일 경우, 첨가제의 함량이 낮아 첨가제 대한 작용이 거의 없으며, 50 ppm을 초과하여 사용할 경우에는 함께 첨가된 다른 종류의 첨가제가 제대로 역할을 수행하지 못하여 선택비 조절이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2 : F), ITO(indiumtin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(Aldoped ZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기산화막의 연마에 적용되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 무기산화막은, 바람직하게는 ITO(indiumtin oxide) 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 반도체 소자 및 디스플레이 소자의 평탄화 공정은, 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 가돌륨(Ga), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 징크(Zn), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 안티모니(Sb), Ir(이리듐) 및 Ni(니켈)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 원소의 질화막, 예를 들어, SiN 등의 질화막, Hf계, Ti계, Ta계 산화물 등의 고유전율막, 실리콘, 비정질 실리콘, SiC,SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, 유기 반도체 등의 반도체막, GeSbTe 등의 상 변화막, 폴리이미드계, 폴리벤조옥사졸계, 아크릴계, 에폭시계, 페놀계 등의 중합체수지막 등에 더 적용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 디스플레이 소자는 기판 또는 패널일 수 있고, TFT 또는 유기전계 발광 디스플레이 소자일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 유리, 실리콘, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, 사파이어, 플라스틱 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 기판의 연마공정에 더 적용될 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.
연마재로 콜로이달 실리카를 0.5 % 함량, 산화제로서 과산화수소 0.5 %, pKa 4.5 이하의 탄소수 2 내지 5를 갖는 금속 산화물 착화제로서 말론산 (pKa 2.8) 0.5 중량% 첨가하였으며, 수용성 폴리머로서 폴리아크릴산 및 폴리 스틸렌 술폰산을 25 ppm 함량으로 추가하였다.
실시예 2.
pKa 4.5 이하의 탄소수 2 내지 5를 갖는 금속 산화물 착화제로서 말론산 대신 타르타르산 (pKa 2.9)을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3.
pKa 4.5 이하의 탄소수 2 내지 5를 갖는 금속 산화물 착화제로서 말론산 대신 글리옥신산 (pKa 3.18)을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 4.
pKa 4.5 이하의 탄소수 2 내지 5를 갖는 금속 산화물 착화제로서 말론산 대신 옥살산 (pKa 1.25)을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 5.
pKa 4.5 이하의 탄소수 2 내지 5를 갖는 금속 산화물 착화제로서 말론산 대신 락트산 (pKa 3.83)을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 6.
pKa 4.5 이하의 탄소수 2 내지 5를 갖는 금속 산화물 착화제로서 말론산 대신 글루타르산 (pKa 4.3)을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 1 .
상기 실시예 1과 동일한 조건에서 실험하되, 금속 산화물 착화제를 첨가하지 않았다.
비교예 2.
금속 산화물 착화제로서 시트르산을 0.5 중량 % 첨가한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 3.
금속 산화물 착화제로서 이소니코틴산을 0.5 중량 % 첨가한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일하게 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3 에 따른 슬러리 조성물로 산화막을 연마하여, 연마율을 측정하였는데, Feeding rate : 300 ml, Pressure : 4psi, Polishing Time : 1 min으로 연마하였다.
보다 구체적으로, 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3 에 사용된 금속 산화물 착화제의 특성인 pKa 값, 탄소 개수 및 무기막질에 대한 연마율 측정에 대한 내용은 하기의 표 1과 같다.
[표1]
Figure 112018111616313-pat00001
실시예 1 내지 6 에 따라 제조된 슬러리 조성물은, 적절한 함량으로 첨가된 금속산화물 단분자 착화제가 산화제와 상호 작용을 하여 연마율을 개선시키는 것을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 콜로이달 실리카 연마입자;
    산화제;
    금속산화물 단분자 착화제; 및
    수용성 폴리머;
    를 포함하는 무기산화막 연마용 슬러리 조성물로서,
    상기 금속산화물 단분자 착화제는,
    탄소수 2 이상 5 이하의 산성 화합물이고,
    히드록시기(-OH), 카보닐기(C=O) 및 카르복시산(-COOH)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기를 2개 이상 포함하고,
    상기 금속산화물 단분자 착화제는, pKa 1.0 초과 4.5 이하이고,
    상기 금속산화물 단분자 착화제는, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.1 중량 % 내지 1.0 중량 %이며,
    상기 산화제의 함량은, 상기 슬러리 조성물 전체 대비 0.5 % 내지 5 % 이고,
    상기 수용성 폴리머의 함량은,
    1 ppm 내지 50 ppm이고,
    FTO(fluorine doped tin oxide, SnO2 : F), ITO(indiumtin oxide), IZO(indium zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), AZO(Aldoped ZnO), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), GZO(Ga-doped ZnO), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), SnO2, ZnO, IrOx, RuOx 및 NiO으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기산화막의 연마에 적용되는 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물을 이용한 산화막의 연마 시, 산화막에 대한 연마율은, 100 Å/min 내지 200 Å/min 인 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속산화물 단분자 착화제는,
    말론산, 타르타르산, 글리옥실산, 옥살산, 락트산 및 글루타르산으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은,
    상기 슬러리 조성물 전체 대비 1 % 내지 10 % 인 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
  8. 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, 벤조일퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 폴리머는,
    폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산, 비닐포스폰산 및 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물은,
    반도체 소자, 디스플레이 소자 또는 이 둘의 연마 공정에 적용되는 것인,
    무기산화막 연마용 슬러리 조성물.
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