KR20010004982A - Method of manufacturing a slurry for polishing an oxide film in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 산화막 연마용 슬러리 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an oxide film polishing slurry of a semiconductor device.
일반적으로 CMP(Chemical Mechenical Polishing) 공정에서 산화막 평탄화용으로 사용되는 슬러리에는 염기성계의 용액에 미세한 실리카(SiO2)가 포함되는데, 이와 같은 슬러리는 제조공정 후의 연마제의 형상에 따라 콜로이달계 실리카와 퓸드 실리카로 대별할 수 있다.Generally, a slurry used for planarization of an oxide in a chemical mechanical polishing (CMP) process includes fine silica (SiO 2 ) in a basic solution. Such a slurry includes colloidal silica and silica depending on the shape of the abrasive after the manufacturing process. It can be roughly classified as fumed silica.
콜로이달계 실리카의 제조 방법은 다음과 같다. 먼저, 출발물질로 소듐실리케이트에 물을 첨가하여 가수분해한다. 이후, 양이온 교환법에 의해 Na2+, K+, Ca2+, Mg2+와 같은 알카리 성분을 추출하고 산도(pH)가 2 내지 3인 산성 실리카졸을 1차적으로 결합시킨다. 여기에 연마 실리카 입자의 입도 안정성을 위하여 NaOH나 Na2Si2O8과 같은 염기성 용액을 결합하여 최종 pH 범위가 10 내지 11인 산화막 연마용 실리카가 제조된다. 이러한 방법으로 제조된 상용 슬러리로는 Fujimi사의 4101 산화막용 슬러리와 Rodel 사의 Klebosol 1050 산화막용 슬러리가 있다.The method for producing colloidal silica is as follows. First, water is added to sodium silicate as a starting material and hydrolyzed. Then, couples the Na2 +, K +, Ca2 + , to extract the alkali component, such as Mg2 + and acidity (pH) of 2 to 3 or an acidic silica sol by cation exchange method primarily. An oxide film polishing silica having a final pH range of 10 to 11 is prepared by combining a basic solution such as NaOH or Na 2 Si 2 O 8 for particle size stability of the abrasive silica particles. Commercial slurries prepared in this manner include Fujimi's 4101 oxide film slurry and Rodel's Klebosol 1050 oxide film slurry.
퓸드 실리카의 제조 방법은 다음과 같다. 먼저, 출발물질로 실리콘클로라이드(SiCl4)에 산소와 수소를 동시에 공급하면서 분무열분해 시켜 실리카 합성물을 얻는다. 이후, 이 실리카 합성물로부터 HCl 성분과 물 성분을 제거시키는 방법으로 1차 퓸드 실리카 연마입자를 추출하고, 이를 염기성 용액에 분산제와 함께 기계적인 방법에 의해 분산시키므로써 슬러리가 제조된다. 이러한 방법으로 제조된 상용 슬러리에는 Cabot사의 SS 시리즈와 Moyco사의 P-1500 슬러리가 있다.The manufacturing method of fumed silica is as follows. First, a silica composite is obtained by spray pyrolysis while simultaneously supplying oxygen and hydrogen to silicon chloride (SiCl 4 ) as a starting material. Thereafter, primary fumed silica abrasive grains are extracted from the silica composite by removing the HCl component and the water component, and the slurry is prepared by dispersing it in a basic solution together with a dispersant by a mechanical method. Commercial slurries prepared in this manner include Cabot's SS series and Moyco's P-1500 slurry.
이러한 실리카계 슬러리의 제조공정 중에서, 1차로 합성된 연마제 까지의 화학적인 제조공정을 정확하게 조절하는 것이 연마입자의 순도, 평균입자 크기와 분포 및 비중 등 최종 슬러리의 물성에 중요한 영향을 미치고 있기 때문에, 이에 대한 정밀한 검토 및 제어가 필요하게 된다. 실제적으로 상용되고 있는 일련의 슬러리들을 연마에 적용한 결과 다량의 스크래치(scratch)와 연마된 막 표면의 오염이 심각한 문제로 대두되고 있으며, 이는 슬러리 중에 포함된 연마입자들의 입도 불균일에 의한 것으로 판단되고 있다.Of these silica slurry manufacturing process, precisely controlling the chemical manufacturing process up to the first synthesized abrasive has an important effect on the physical properties of the final slurry, such as the purity, average particle size and distribution and specific gravity of the abrasive particles, This requires careful review and control. As a result of applying a series of commercially available slurries to polishing, a large amount of scratches and contamination of the polished film surface are a serious problem, which is considered to be caused by the particle size irregularity of the abrasive particles contained in the slurry. .
따라서, 본 발명은 졸-겔 분말합성 방법과 초임계건조 방법에 의하여 매우 균일화되고 작은 입자 크기를 갖는 실리카 분말의 코로이달 실리카 입자를 제조하므로써 슬러리의 입도 균일성을 향상시키고 연마 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 산화막 연마용 슬러리 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention can improve the particle size uniformity of the slurry and improve the polishing properties by preparing the cooidal silica particles of the silica powder having a very uniform and small particle size by the sol-gel powder synthesis method and the supercritical drying method. It is an object of the present invention to provide a method for producing an oxide film polishing slurry of a semiconductor device.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 산화막 연마용 슬러리 제조 방법은 이소프로판올의 혼합비를 달리하면서 TEOS를 증류수, 염산, 암모니아와 함께 이소프로판올에 용해시켜 가수분해하는 단계; 상기 가수분해의 결과물에 염산과 암모니아를 각각의 졸 조건에 따라 다른 비율로 첨가하여 반응시키고, 이로 인하여 각각의 졸 조건에 따른 콜로이달 실리카 졸이 제조되는 단계; 상기 각 콜로이달 실리카 졸 용액의 산도, 점도, 농도 등의 특성을 파악하고 각 콜로이달 실리카 졸 용액을 초임계건조반응시켜 실리카 연마제 분말이 제조되는 단계; 상기 실리카 연마제 분말을 염기성 용액과 반응시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Method for producing an oxide film polishing slurry of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is a step of dissolving the TEOS dissolved in isopropanol with distilled water, hydrochloric acid, ammonia while varying the mixing ratio of isopropanol; Hydrochloric acid and ammonia are added to the result of the hydrolysis at different ratios according to the respective sol conditions, thereby reacting the colloidal silica sol according to the respective sol conditions; Determining the characteristics of acidity, viscosity, concentration, etc. of each colloidal silica sol solution and preparing a silica abrasive powder by supercritical drying reaction of each colloidal silica sol solution; And reacting the silica abrasive powder with a basic solution.
본 발명은 슬러리를 제조하기 위한 연마입자의 제조 방법에 졸-겔 분말합성 방법과 초임계전조 방법을 도입하여, 균일도가 매우 우수하고 입자의 크기가 미세한 실리카 분말의 콜로이달 실리카 입자를 제조하므로써, 슬러리의 입도 불균일로 인한 단점을 보완하고 연마 특성이 우수한 슬러리를 제작할 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The present invention introduces a sol-gel powder synthesis method and a supercritical precursor method in the production method of abrasive particles for preparing a slurry, thereby producing colloidal silica particles of silica powder having excellent uniformity and fine particle size. It is possible to prepare a slurry having excellent polishing properties and to compensate for the disadvantages caused by the particle size unevenness of the slurry. More specifically described as follows.
본 발명에 따른 슬러리의 연마입자를 제조하기 위한 출발물질로는 TEOS와 이소프로판올 및 증류수가 사용되고, 산성 및 염기성 촉매제로서 염산(HCl)과 암모니아(NH4OH) 용액이 사용된다.As starting materials for preparing abrasive particles of the slurry according to the present invention, TEOS, isopropanol and distilled water are used, and hydrochloric acid (HCl) and ammonia (NH 4 OH) solutions are used as acidic and basic catalysts.
먼저, 일정량의 TEOS를 이소프로판올에 용해시킨다. 이때에는 점도에 따른 연마 입자의 크기를 조절하기 위하여 TEOS 및 증류수에 대한 이소프로판올의 혼합비를 변화시켜 반응시킨다. 예를 들어, TEOS : 이소프로판올 : 증류수 = 1 : X(X=3, 6, 9) : 1이 되도록 하고, 반응의 활성화 및 중합반응을 위하여 상온의 반응조에 칭량된 염산과 암모니아를 각각 몰비에 맞추어 첨가하고 반응시켜 1시간동안 빠르게 가수분해시킨다. 또한, 가수분해시에는 반응 속도를 빠르게 하기 위해 반응조를 강하게 교반시킨다. 이상과 같은 조건 하에서 이루어진 가수분해의 결과물에 이후 형성될 졸의 점도와 졸 내의 입자 크기를 조절하는 펩티재이션(petization)용으로 염산과 암모니아를 각각의 졸 조건에 따라 비율을 달리하여 첨가시키고 2시간동안 반응시켜 콜로이달 실리카 졸(sol)을 얻는다. 콜로이달 실리카 졸의 점도 및 최종 입자크기 조절을 위하여 첨가하는 염산의 양은 TEOS 1몰에 대하여 1.5 내지 2.0×10-3몰이 되도록 하고, 암모니아의 양은 TEOS 1몰에 대하여 7.5 내지 8.5×10-3몰이 되도록 한다. 이후, 합성된 각 콜로이달 실리카 졸 용액의 산도, 점도, 농도 등의 특성을 파악한다. 다음에, 이와 같이 제조된 여러 종류의 졸 용액을 250℃, 1100 내지 1160psi의 조건에서 초임계건조반응시켜 최종 슬러리를 제조하기 위한 실리카 연마제 분말을 확보한다. 이후, 실리카 연마제 분말을 염기성 용액과 결합하므로써, 최종 슬러리가 제조되게 된다.First, a certain amount of TEOS is dissolved in isopropanol. At this time, in order to adjust the size of the abrasive particles according to the viscosity it is reacted by changing the mixing ratio of the isopropanol to TEOS and distilled water. For example, TEOS: isopropanol: distilled water = 1: X (X = 3, 6, 9): 1 Add and react to rapidly hydrolyze for 1 hour. In addition, during the hydrolysis, the reaction vessel is stirred vigorously to speed up the reaction rate. Hydrochloric acid and ammonia were added in different ratios according to the respective sol conditions for peptification to control the viscosity of the sol to be formed thereafter and the particle size in the sol. The reaction is carried out for a time to obtain a colloidal silica sol. The amount of hydrochloric acid added to adjust the viscosity and final particle size of the colloidal silica sol is 1.5 to 2.0 x 10 -3 moles per 1 mole of TEOS, and the amount of ammonia is 7.5 to 8.5 x 10 -3 moles per 1 mole of TEOS. Be sure to Then, the characteristics of the acidity, viscosity, concentration, etc. of each of the colloidal silica sol solution synthesized. Next, the various kinds of sol solutions thus prepared are subjected to supercritical drying at 250 ° C. and 1100 to 1160 psi to obtain silica abrasive powder for preparing the final slurry. Thereafter, the silica abrasive powder is combined with the basic solution to produce a final slurry.
상술한 바와 같이 본 발명은 졸-겔 분말합성 방법과 초임계건조 방법에 의하여 매우 균일화되고 작은 입자 크기를 갖는 실리카 분말의 코로이달 실리카 입자를 제조하므로써, 선택할 수 있는 슬러리의 범위를 확장시킬 수 있으며, 슬러리의 입도 균일성을 향상시키고 우수한 연마 특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can expand the range of slurry that can be selected by producing co-idal silica particles of silica powder having a very uniform and small particle size by sol-gel powder synthesis method and supercritical drying method. In addition, there is an effect that can improve the particle size uniformity of the slurry and ensure excellent polishing characteristics.
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