KR20010030723A - 연마제 및 반도체 기판을 평탄화하기 위한 그 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마제가 플루오르화물 함유 용액, 및 상기 용액 중에 현탁된 연마 입자로 이루어지고, 연마 입자가 내화학약품성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것을 연마제에 관한 것이다.
본 발명은 또한 반도체 기판, 또는 3d-전이 원소, 규화물, 내화 금속, 산화 금속으로 이루어진 기판 또는 산화 초전도체의 평탄화를 위한 상기 연마제의 용도에 관한 것이다.
Description
반도체 기판의 화학적 습식 에칭을 위해 플루오르화물 함유 용액을 사용하는 것이 공지되어 있다. 플루오르화물 함유 용액은 반도체 기술에 사용되는 다수의 재료, 예컨대 이산화실리콘(SiO2)을 화학적 습식 에칭하는데 적합하다.
화학적-기계적 연마(CMP)는 화학적으로 지지되는 기계적 연마으로 이해될 수 있는 평탄화 방법이다. 연마제는 연마 입자(연마제)와 더불어 화학적 활성 첨가제를 함유한다.
상기 화학적 활성 첨가제는 제거될 재료에 매칭된다. 평탄화될 기판을 화학적으로 부식시키기 위해, 알칼리 용액이 사용된다. 염기도는 예컨대 가성 칼리 용액(KOH), 테트라메틸암모늄히드리드(TMAH), 또는 암모니아(NH3)의 첨가에 의해 얻어진다.
화학적 기계적 연마시 이러한 연마제의 사용은 부식율이 작다는 단점을 갖는다.
본 발명은 연마제 및 반도체 기판을 평탄화하기 위한 상기 연마제의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 피하는 것이다. 특히, 높은 부식율이 얻어져야 하고, 제거 공정의 가급적 높은 균일성이 얻어져야 한다. 또한, 평탄화될 반도체 기판의 금속 오염이 방지되어야 한다. 또한, 지금까지는 평탄화될 수 없었거나 또는 매우 낮은 부식율로한 평탄화될 수 있었던 규화물 또는 세라믹과 같은 재료가 처리될 수 있어야 한다. 부가로, 염기성 용액내에 함유된 금속에 의한 금속 오염의 위험이 제거되어야 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 연마제가 플루오르화물 함유 용액, 및 상기 용액내에 현탁된 연마 입자로 이루어지고, 연마 입자가 내화학약품성 재료로 이루어짐으로써 달성된다.
본 발명에 따라, 연마제는 연마제 용액이 플루오르화물 이온을 함유하도록 형성된다. 상기 연마제 용액에는 내화학약품성 재료로 형성된 연마 입자가 함유된다. 이것과 관련해서 "내화학약품성 재료"는 재료가 불활성이며, 용액 또는 용매와 화학적으로 반응하지 않거나 적게 반응한다는 것을 의미한다.
용액에 함유된 플루오르화물 이온에 의해, 화학적 기계적 평탄화 공정시 높은 부식율이 얻어진다. 또한, 연마 입자 표면에 침착된 불순물이 제거된다. 이로 인해, 연마 입자의 표면이 평활하게 되므로, 연마 공정시 평탄화될 재료에 미세한 긁힘이 생기지 않는다. 또한, 연마제 용액이 평탄화될 재료를 에칭하기 때문에, 평탄화될 재료에 미세한 긁힘이 생기지 않는다.
플로오르화물 이온이 평탄화될 재료를 화학적으로 부식시키는 한편, 연마 입자는 내화학약품성을 갖는다. 연마 입자의 내화학약품성은 용액 중의 플루오르화물 이온 농도에서 그것이 용액으로 바뀌지 않거나 또는 적게만 바뀔 정도로 커야 한다.
연마 입자가 세라믹 재료를 함유하면, 연마 입자의 높은 내화학약품성 및 높은 경도가 특히 바람직하게 얻어질 수 있다.
세라믹 재료는 하나 이상의 전이 원소의 산화물을 함유하는 것이 특히 바람직하다.
연마 입자의 가급적 높은 내화학약품성을 가급적 높은 기계 저항성과 연관시키기 위해, 전이원소들이 지르코늄, 하프늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 3d-전이원소 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
플루오르화물 이온에 대한 연마 입자의 내성을 높이기 위해, 세라믹 재료가 하나 이상의 도펀트의 첨가에 의해 화학적으로 안정화되는 것이 바람직하다.
도펀트의 농도가 세라믹 재료의 상전이가 이루어질 정도로 크면, 연마 입자의 매우 높은 내화학약품성이 얻어질 수 있다.
연마 입자 중의 도펀트의 농도가 2 중량% 내지 10 중량%이면, 내화학약품성 및 기계 저항이 현저히 증가될 수 있다.
도펀트로는 특히 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄, 이트륨 또는 희토류 원소가 적합하다.
용액 중의 플루오르화물 이온의 농도가 0.1 부피% 내지 5 부피% 이면, 용액 중의 연마 입자의 충분히 높은 내화학약품성 및 높은 에칭율이 얻어질 수 있다.
용액 중의 연마 입자의 농도가 0.03 중량% 내지 30 중량%인 것이 특히 바람직하다.
용액 중의 연마 입자의 농도가 0.3 중량% 내지 3 중량%인 것이 바람직하다. 상기 농도 범위에서는, 연마 입자의 침전이 방지되고 높은 부식율이 얻어진다.
평탄화될 재료의 높은 부식율과 동시에 미세한 긁힘 방지를 위해, 연마 입자의 직경이 0.001㎛ 내지 5㎛인 것이 바람직하다. 0.5㎛ 내지 5㎛의 직경이 특히 적합하다.
미세한 긁힘을 방지하기 위해, 연마 입자의 95%의 직경이 서로 10% 미만 정도 차이나는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 또다른 장점 및 바람직한 실시예는 종속항 및 하기의 실시예 설명에 제시된다.
실시예 1:
본 발명에 따른 연마제는 수용액 중에 0.5% 플루오르화수소산을 함유한다. 상기 용액에 3% 중량부의 연마 입자를 현탁하였다. 연마 입자는 5.3 중량% 산화이트륨(Y2O3)으로 도핑된 94.7 중량% ZrO2로 된 이산화지르코늄 화합물로 이루어진다.
산화이트륨(Y2O3)에 의한 5% 도핑에 의해, 이산화지르코늄의 상이 단사정계 상으로부터 정방정계 상으로 전이된다. ZrO2의 단사정계 상은 플루오르화물 함유 용액 중에서 화학적으로 불안정한 한편, 정방정계 상은 플루오르화물 이온에 의해 부식되지 않는다.
실시예 2:
본 발명에 따른 연마제는 수용액 중의 0.5% 플루오르화 수소산을 함유한다. 상기 용액에 3% 중량부의 연마 입자를 현탁하였다. 연마 입자는 8.0 중량% 산화이트륨(Y2O3)으로 도핑된 92.0 중량% ZrO2로 된 이산화지르코늄 화합물로 이루어진다.
5.4 중량% 내지 10 중량% 농도의 산화이트륨(Y2O3)에 의한 도핑에 의해, 이산화지르코늄의 상이 큐빅 상으로 전이된다. ZrO2의 큐빅 상은 정방정계 상 보다 더 높은 내화학약품성을 특징으로 한다.
실시예 3:
본 발명에 따른 연마제는 수용액 중의 0.5% 플루오르화 수소산을 함유한다. 상기 용액에 3% 중량부의 연마 입자를 현탁하였다. 연마 입자는 5 중량% 산화이트륨(Y2O3)으로 도핑된 95 중량% HfO2로 된 이산화하프늄 화합물로 이루어진다.
산화이트륨(Y2O3)에 의한 도핑에 의해, 이산화하프늄의 상이 단사정계 상으로부터 정방정계 상으로 전이된다. HfO2의 단사정계 상은 플루오르화물 함유 용액 중에서 화학적으로 불안정한 한편, 정방정계 상은 플루오르화물 이온에 의해 부식되지 않는다.
실시예 4:
본 발명에 따른 연마제는 수용액 중의 0.5% 플루오르화 수소산을 함유한다. 상기 용액에 3% 중량부의 연마 입자를 현탁하였다. 연마 입자는 8.0 중량% 산화이트륨(Y2O3)으로 도핑된 92.0 중량% HfO2로 된 이산화하프늄 화합물로 이루어진다.
충분한 농도의 산화이트륨(Y2O3)에 의한 도핑에 의해, 이산화하프늄의 상이 큐빅 상으로 전이된다. HfO2의 큐빅 상은 정방정계 상 보다 더 높은 내화학약품성을 특징으로 한다.
실시예 5:
본 발명에 따른 연마제는 수용액 중의 0.5% 플루오르화 수소산을 함유한다. 상기 용액에 3% 중량부의 연마 입자를 현탁하였다. 연마 입자는 특히 큰 경도 및 내화학약품성을 특징으로 하는 탄화붕소(B13C2)로 이루어진다.
상기 연마제는 높은 부식율로 반도체 층, 특히 이산화실리콘 함유 층을 연마하기 위해 사용된다.
물론, 본 발명에 따른 연마제가 경질 재료를 연마하는데도 사용될 수 있다. 경질 재료로는 내화 금속, 즉 몰리브덴, 탄탈, 티탄 및 텅스텐과 더불어, 특히 3d-전이원소, 산화금속, 및 금속 규화물 및 전이금속 규화물이 있다. 3d-원소에서 구리의 평탄화 가능성이 특히 큰 기술적 의미를 갖는데, 그 이유는 그로 인해 구리가 마이크로일렉트로닉 회로의 제조에 사용될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 연마제가 산화 초전도체의 평탄화에 사용될 수 있다는 것이 특히 놀랍다. 지금까지는 상기 경질 재료가 다이아몬드 단편을 포함하는 숫돌차를 갖춘 건식 연마 방법으로 평탄화되어야 했다. 이 경우, 부식율이 매우 낮다. 산화 초전도체가 화학 약품의 공급에 의해 초전도 특성을 쉽게 잃어 버릴 수 있기 때문에, 플루오르화물 함유 연마제가 산화 초전도체의 평탄화에 특히 적합하다. 특히, 질소의 액화 온도 보다 높은 초전도 전이 온도를 가진 소위 고온 초전도체가 외부의 화학적 또는 기계적 영향에 대해 매우 민감하다.
Claims (15)
- 연마제가 플루오르화물 함유 용액 및 상기 용액 중에 현탁된 연마 입자로 이루어지고, 연마 입자가 내화학약품성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 1항에 있어서, 연마 입자가 세라믹 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 2항에 있어서, 세라믹 재료가 하나의 전이원소의 산화물 또는 다수의 전이원소의 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 3항에 있어서, 세라믹 물질의 전이 원소가 지르코늄, 하프늄, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 3d-전이원소로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 물질이 하나 또는 다수의 도펀트 첨가에 의해 화학적으로 안정화되는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 5항에 있어서, 세라믹 물질 중의 도펀트의 농도가 세라믹 물질의 상전이가 이루어질 정도로 큰 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 5항 또는 6항에 있어서, 세라믹 물질 중의 도펀트의 농도가 2 중량% 내지 10 중량%의 범위인 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 5항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 도펀트가 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄, 이트륨 또는 희토류 원소로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 8항에 있어서, 연마 입자가 이산화지르코늄 화합물로 이루어지고, 도펀트가 이트륨인 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 용액 중의 플루오르화물 이온의 농도가 0.1 부피% 내지 5 부피%인 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 용액 중의 연마 입자의 농도가 0.03 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 11항에 있어서, 용액 중의 연마 입자의 농도가 0.3 중량% 내지 3 중량%인 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 입자의 직경이 0.001 ㎛ 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 연마제.
- 제 1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 연마 입자의 95%의 직경이 서로 10% 미만 정도 차이나는 것을 특징으로 하는 연마제.
- 반도체 기판 또는 3d-전이 원소, 규화물, 내화 금속, 산화 금속으로 이루어진 기판 또는 산화 초전도체의 평탄화를 위한 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 따른 연마제의 용도.
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