KR20010053235A - Ｌｓｉ 디바이스 연마용 연마재 조성물 및 연마방법 - Google Patents

Ｌｓｉ 디바이스 연마용 연마재 조성물 및 연마방법 Download PDF

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KR20010053235A
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후미오 츠지노
가게타카 이치카와
노부오 우오타니
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오하시 미츠오
쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

물과 커플링제로 표면 처리된 세륨 옥사이드의 2차 입자 크기 분포에서 최대 값이 5 μm 이하 그리고 평균값이 0.01 ∼ 1.0 μm인 세륨 옥사이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물에 관한 것이다. 또한, 상기 연마재 조성물을 이용한 LSI 디바이스에 대한 연마방법에 관한 것이다.

Description

ＬＳＩ 디바이스 연마용 연마재 조성물 및 연마방법{ABRASIVE COMPOSITION FOR POLISHING LSI DEVICE}
[본 발명의 분야]
본 발명은 연마가공에 있어서, 연마에 의하여 매우 효율적으로 매우 정밀한 면을 얻을 수 있는 연마재 조성물에 관한 것이다. 보다 자세히 설명하면 본 발명은 LSI 디바이스 제조공정에 있어서 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막 그리고 유기 막과 같은 절연 막의 연마 공정에 적합한 연마재 조성물에 관한 것이다.
[본 발명과 관련된 종래기술]
최근, 컴퓨터 관련 기술의 현저한 발전에 따라 LSI 디바이스는 매년 고 집적화 하는 추세이며 자기 디스크의 기억용량은 끊임없이 증가일로에 있는 바, 이를 지탱하는 기반기술의 하나로 연마가공을 들 수 있다.
LSI 디바이스 제조공정에는 디자인 표준의 미세화에 수반한 광 인쇄(phototlithograpy)에서 초점 심도의 문제점을 완화시키기 위한 목적으로 층간 절연 막을 대상으로 한 연마기술을 도입하여 실용화가 시작되고 있다. 또한, 미세 배선을 형성하기 위한 매립 금속연마 (Damascene method)와 종래의 LOCOS (Local Oxidation of Silicon)법 보다 좁은 면적에서 소자분리를 실현하기 위한 샬로우 트렌치 아이소레이션 법 (Shallow Trench Isolation Method) 등, 차세대 LSI 디바이스 제조에 불가결한 요소기술로서 연마가공기술 응용이 증가되고 있다. 미세한 소자와 배선구조를 연마 대상으로 하는 분야에서는 마감된 면의 고 정밀도를 요구하고 있으며, 또한 연마 가공의 고 능률화와 안정성을 요구하고 있다.
층간 절연막 연마와 샬로우 트렌치 아이소레이션 법에는 기상법으로 얻은 실리콘 디옥사이드 미분말을 알칼리성 수용액에 현탁시킨 슬러리 또는 세륨 옥사이드 분말을 물에 현탁시킨 슬러리를 이용한 것이 주로 검토되고 있는 한편으로 금속연마에서는 기상법으로 얻어진 실리콘 디옥사이드 분말 또는 알루미늄 옥사이드 분말을 물에 현탁시켜 질산 철 또는 과산화 수소 등의 산화제를 첨가시킨 슬러리를 이용하는 방법이 주로 검토되고 있다. 그러나 면의 정밀도, 연마속도, 연마속도의 안정성 등의 모든 관점에서 만족스러운 수준의 방법은 아직 수립되어 있지 않다. 매우 고도한 면의 정밀성을 이루기 위해서는 서브마이크론 오더로서 미세하게 되어야 하는 것이 필요로 하나, 일반적으로 보다 작은 연마재 입자가 보다 낮은 연마속도를 나타낸다. 따라서, 면의 정밀도와 연마속도는 일반적으로 서로 균형(trade-off)을 취하고 있으므로 이들 두 가지를 성취하기가 용이하지 않다.
LSI 디바이스 제조공정 연마에서 가장 실용적 방법인 층간 절연 막 연마에는 면의 정밀도를 향상시키기 위하여 실리콘 디옥사이드 미분말의 알칼리성 슬러리가 사용되고 있으나 연마속도가 낮아 만족스러운 방법이 아니다. 또한 연마속도는 일반적으로 연마가 시작될 때부터 서서히 증대되어 일정 시간, 일반적으로 수 분 또는 그 이상 경과한 후 안정화하는 경향이 있으나 연마기계의 두께가 약 1 μm 정도이므로 연마시간은 수 분 오더로 되는 경우가 많다. 바꾸어 말하면, 연마는 연마속도가 아직도 불안정한 출발 영역에서 연마가 완료되기 때문에 종점 검출에서 현저한 부담을 가지게 된다.
이에 비해, 세륨 옥사이드 슬러리는 층간 절연 막 연마와 샬로우 트렌치 아이소레이션 법에 있어서 면의 정밀도와 연마속도 두 가지 모두를 이룰 수 있는 것이 장점이다. 그러나 실리카 슬러리의 경우에서와 같이 연마시간의 증대에 따라 연마속도도 증대되는 경향이며 그리고 연마속도가 높으면 높을 수록 종점 검출이 어려워지기 때문에 이의 실용화에 하나의 방해요소로 지적된다.
샬로우 트렌치 아이소레이션 법은 연마되는 실리콘 디옥사이드 막의 아래에 실리콘 나이트라이드 막을 정치하여 실리콘 나이트라이드를 스토퍼 (stopper)로서 연마를 수행하기 때문에 실리콘 디옥사이드 막에 대해서는 빠른 연마속도 그리고 실리콘 나이트라이드 막에 대해서는 느린 연마속도, 즉, 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도를 실리콘 나이트라이드 막으로 나눈 값인 높은 "선택 비"를 가지는 것이 필요로 하였다. 그러나 실리콘 디옥사이드 슬러리와 세륨 옥사이드 슬러리 두 가지 모두의 "선택 비"가 2 ∼ 6 정도로 낮다는 문제를 가지고 있다.
종래 기술의 항목에서 상세히 기술한 바와 같이, LSI 디바이스 제조공정에 서는 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막, 유기 막과 같은 절연 막 상에서의 연마공정에서 연마속도의 안정화뿐만 아니라 면의 정밀도와 연마속도를 현재의 수준 보다 높은 수준으로 실현시키고자 노력하고 있다.
본 발명은 상기에서 나타난 문제점들을 해결하기 위한 연마재 조성물에 관하여 제공하고자 하는 것이다.
본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위하여 예의 주시하던 차, 물 및 커플링제로 표면 처리된 세륨 옥사이드를 함유하는 연마재 조성물에 있어서, 상기 세륨 옥사이드의 2차 입자 크기 분포에서, 최대 값이 5 μm 이하이고 평균 값이 0.01 ∼ 1.0 μm을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물이며 그리고 상기 세륨 옥사이드의 1차 결정 크기가 0.005 ∼ 0.5 μm을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물이며 연마재 조성물 중의 세륨 옥사이드 농도가 0.01 ∼ 10 무게%로 이루어진 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물이며 그리고 상기 커플링제가 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트 커플링제, 알루미늄계 커플링제, 포스페에트계 커플링제 군 중에서 선택되는 최소한 한가지 이상의 커플링제로 이루어진 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재를 발견하게 된 것이다.
LSI 디바이스 절연 막을 위한 연마공정에 있어서, 세륨 옥사이드 외에 실리콘 디옥사이드를 연마분 (abrasive grain)으로 하는 연마재 조성물, 또는 이산화망간을 연마분으로 하는 연마재 조성물도 검토 대상으로 하였으나 본 발명에서는 세륨 옥사이드를 연마분으로 한정하였다. 본 발명에 있어서, 실리콘 디옥사이드 또는 이산화망간을 연마분으로 하는 경우에는 연마성능이 최소한으로 향상되었으며 그리고 LSI 디바이스 절연 막 연마공정에 요구되는 만족한 수준에는 도달할 수 가 없다.
본 발명에서는 연마 중에 연마재 입자가 연마 패드(pad)에 강하게 보지하는 상태를 이룸으로써 연마속도의 안정성 뿐만 아니라 면의 정밀도 (또는 면의 마무리 수준)와 연마속도 두 가지 모두를 높은 수준으로 실현시킬 수가 있다. 연마 패드는 전적으로 수지로 제조되며 그리고 높은 정밀도가 요구되는 LSI 디바이스 연마공정에 사용되는 주요 연마 패드는 캐스팅 또는 슬라이싱에 의해 제조되는 건식 독립 발포형 폴리우레탄 패드 (Rodel 사의 IC 1000 등) 또는 폴리에스테르 섬유에 폴리우레탄을 함침시키고 습식으로 발포한 부직포형 (Rodel 사의 Suba 400 등) 또는 상기 두 종류의 패드를 적층시킨 2층형 (Rodel 사의 IC 1000/Suba 400 등) 등이다. 최근에는 플루오르 수지계 패드도 검토되고 있다. 이와 같이, 패드 재료는 유기 화합물임에 반해 본 발명에 사용되는 연마분 재료, 즉 세륨 옥사이드는 무기 화합물이다. 일반적으로 금속 산화물과 같은 무기 화합물 표면과 유기 화합물 표면과는 친화성이 낮으며 또한 유기 화합물의 면들과는 상용성이 좋지 않다. 따라서, 세륨 옥사이드와 패드와의 친화력을 높여 준다면, 연마 중에 세륨 옥사이드가 연마 패드에 강하게 부착될 것인 바, 따라서 피가공물에 세륨 옥사이드가 유용하게 작용하는 비율을 증가시키고 연마속도를 향상시키는 것이 가능하다고 생각하였다.
일반적으로, 무기 화합물 표면과 유기 화합물 표면의 친화력을 높이기 위한 유효 수단으로서, 커플링제로 표면처리하는 것이 공지의 사실이지만 연마재 조성물에의 적용은 거의 적용된 바 없다. 커플링제에 의해 표면처리는 무기 충전제 입자를 유기 재료에 충전하는 분야에 적용시키는 기술이므로 현재까지 본 발명을 대상으로 하는 일반적으로 널리 사용되고 있는 물을 주성분으로 하는 연마재 조성물에 이용한다는 것은 좀처럼 상상 할 수 없었으며 생각할 수도 없었다.
연마재 조성물에 어떠한 형태의 커플링제에 의해 표면처리를 적용한 기술로는 아래와 같이 소개되고 있으나 본 발명의 목적인 물을 주성분으로 하는 연마재 조성물에 있어서 연마분과 패드와의 친화력을 강하게 해 주는 연마속도를 향상시키고자 하는 개념과 관련하여서는 어떠한 것도 교시하고 있지 않다.
일본 특허공개공보 소화 제 60-127965 호에는 무기 화합물 분말과 커플링제와 반응시켜 유기용매 중에 분산시킨 조성물에 대하여 기술하고 있다. 그러나, 분산매체가 유기용매로 제한된 응용의 경우에는 무기 화합물 분말을 커플링제로 표면을 처리하는 것은 매우 당연하며 그리고 분산매체가 물로 된 본 발명과는 전혀 무관한 것이다.
일반적으로, 연마재 조성물을 위한 분산매체로는 물을 사용하는 것이 대부분이다. 왜냐하면 물은 유기 용매에 비해 연마촉진작용이 크기 때문이다. 예로서, 유리를 연마할 경우에는 물이 존재함에 따라 유리 표면에 수화층이 형성되어 연마가 진행되는 동안 높은 연마속도로 고 정밀도의 면을 얻을 수 있는데 비해 실제 유기 용매를 분산매체로 한 연마재 조성물은 유리에 대해 실제적으로 연마력을 가지지 못한다. 또한, 금속을 연마하는 경우에도 물의 존재하에 금속표면이 가수분해되어 금속 산화물 층 또는 금속 수산화물 층이 형성되는 경우에는 높은 연마속도로 고 정밀도의 면을 얻을 수가 있다. 물을 대신하여 유기 용매를 분산매체로 사용하는 경우 연마속도가 현저하게 낮기 때문에 면의 정밀도와 연마속도를 높이는 수준으로 실현하려는 본 발명의 목적과는 다르다. 본 발명의 바람직한 양태에 따르면 실제적으로 유기용매를 사용하지 않는다.
본 발명은 또한 수지로 제조된 연마 패드와 물 및 커플링제로 표면 처리한 세륨 옥사이드를 함유하는 여기서 세륨 옥사이드의 2차 입자 크기 분포에서의 최대 값이 5 μm 이하이고 평균 값이 0.01 ∼ 1.0 μm인 연마재 조성물을 이용하여 LSI 디바이스 연마공정로 구성된 LSI 디바이스의 연마방법에 대하여 제공하고자 한다. 이 방법에 있어서, 본 발명의 LSI 디바이스는 실리콘 기판상에 CVD에 의해 형성된 실리콘 나이트라이드 막과 CVD에 의한 즉시 형성된 실리콘 디옥사이드 막을 가지며 그리고 본 발명은 조성물의 pH가 4 ∼ 11 범위인 연마재 조성물을 이용하며 그리고 스토퍼로서 실리콘 나이트라이드를 이용한 실리콘 디옥사이드 막을 연마하는 단계로 구성하고 있는데, 여기서 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도 비에 대한 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 비는 10 또는 그 이상, 오히려 50 또는 그 이상일 수 있다.
[본 발명을 수행하기 위한 최적 조건]
우선, 본 발명에 사용되는 세륨 옥사이드에 대하여 먼저 기술하기로 한다. 본 발명의 세륨 옥사이드 순도에 있어서는 고 순도의 것이 바람직한 바, 순도가 99 무게% 또는 그 이상이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 99.9 무게% 또는 그 이상의 것이 바람직하다. 만약 순도가 낮으면 연마 후 LSI 디바이스를 세척하여도 LSI 디바이스 특성에 나쁜 영향을 끼치는 불순물 원소를 LSI 디바이스 표면으로부터 제거하기가 곤란하며 불량품을 증가시키고 수율의 저하 등 원하지 않는 경우가 발생하므로 바람직하지 않다.
본 발명의 세륨 옥사이드의 2차 입자크기의 분포에 있어서, 바람직한 최대 값은 5 μm 이하, 보다 바람직한 것은 3 μm 이하, 가장 바람직한 것은 1 μm 이하이다. 최대 값이 5 μm를 초과하면 연마표면에 즉시 결함이 발생하는 경향을 나타내기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 본 발명의 세륨 옥사이드의 2차 입자크기의 분포에 있어서 평균값은 바람직하게는 0.01 ∼ 1.0 μm, 더욱 바람직하기로는 0.1 ∼ 0.5 μm이다. 0.01 μm 이하에서는 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막, 유기 막과 같은 절연막의 연마속도가 감소되기 때문이다. 이와 반대로, 1.0 μm를 초과하면 즉시 연마표면에 결함이 발생하는 경향을 나타나기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 세륨 옥사이드의 1차 결정 크기는 바람직하게는 0.005 ∼ 0.5 μm, 더욱 바람직하기로는 0.02 ∼ 0.2 μm이다. 0.005 μm 이하에서는 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막, 유기 막과 같은 절연막의 연마속도가 현저하게 감소되는 반면 0.5 μm를 초과하면 즉시 연마표면에 결함이 발생하는 경향이므로 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 커플링제는 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트 커플링제, 알루미늄계 커플링제, 포스페에트계 커플링제 등이다. 실란계 커플링제의 예로서는 비닐트리클로로실란, 1,2-디클로로에틸트리클로로실란, 1-클로로에틸트리클로로실란, 2-클로로에틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리클로로실란, 2-시아노에틸트리클로로실란, 알릴트리클로로실란, 3-브로모프로필트리클로로실란, 3-클로로프로필트리클로로실란, 노르말-프로필트리클로로실란, 3-시아노프로필트리클로로실란, 노르말-부틸트리클로로실란, 이소부틸트리클로로실란, 펜틸트리클로로실란, 헥실트리클로로실란, 벤질트리클로로실란, 파라-톨릴트리클로로실란, 6-트리클로로실릴-2-노르보난, 2-트리클로로실릴노르보난, 헵틸트리클로로실란, 2-(4-사이클로헥에닐에틸)트리클로로실란, 옥틸트리클로로실란, 클로로페닐에틸트리클로로실란, 테트라데실트리클로로실란, 옥타데실트리클로로실란, 에이코실트리클로로실란, 도코실트리클로로실란, 클로로메틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 2-시아노에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 2-아미노에틸아미노메틸트리메톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 3-트리플루오로아세톡시프로필트리메톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-알릴아미노프로필트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 3-모르폴리노프로필트리메톡시실란, 3-피페라지노프로필트리메톡시실란, 3-[2-(2-아미노에틸아미노에틸아미노)프로필]트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-피페리디노프로필트리메톡시실란, 3-페닐아미노프로필트리메톡시실란, 3-사이클로헥실아미노프로필트리메톡시실란, O,O'-디에틸-S-(2-트리에톡시실릴에틸)디티오포스페이트, 3-벤질아미노프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-(2-아미노에틸티오에틸)트리에톡시실란, 펜틸트리에톡시실란, 4-클로로페닐트리에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 벤질트리에톡시실란, 6-트리에톡시실릴-2-노르보난, 옥틸트리에톡시실란, 3-(트리에톡시실릴프로필)-파라-니트로벤즈아미드, 도데실트리에톡시실란, 옥타데실트리에톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)메틸디메톡시실란 등을 열거할 수 있다. 또한, 실라잔 및 이의 축합물 등의 유도체, 클로로실란 및 이의 축합물 등의 유도체, 알콕시실란 및 이의 축합물 등의 유도체 구조 중에 가수분해기를 가지고 있는 실리콘은 일반적으로 실란계 커플링제로서 분류되지 않으나 본 발명에서 또한 이용가능하다. 티타네이트계 커플링제의 예로서는 네오펜틸(디알릴)옥시트리(디옥틸)파이로포스페이트 티타네이트 등을 열거할 수 있다. 지르코네이트계 커플링제의 예로서는 사이클로(디옥틸)파이로포스페이트 디옥틸지르코네이트 등을 열거할 수 있다. 알루미늄계 커플링제의 예로서는 아세토알콕시알루미늄 디이소프로필레이트 등을 열거할 수 있다. 포스페이트계 커플링제의 예로서는 디부틸-2-메탈릴로일옥시 디에틸포스페이트 등을 열거할 수 있다. 이들 커플링제 중에서 실란계 커플링제가 코스트, 제품의 다양성, 구입의 용이성에 유리하기 때문에 공업적으로 가장 많이 사용된다. 이들 실란계 커플링제 중에서도 알콕시를 기재로 한 실란계가 바람직하며 그리고 이들을 예로 들자면 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 2-아미노에틸아미노메틸트리메톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란, 3-[2-(2-아미노에틸아미노에틸아미노)프로필]트리메톡시실란, 3-페닐아미노프로필트리메톡시실란, 3-사이클로헥실아미노프로필트리메톡시실란, 3-벤질아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-(2-아미노에틸티오에틸)트리에톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리에톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 메르캅토메틸트리메톡시실란 그리고 3-메프캅토프로필트리메톡시실란을 열거할 수 있다. 3-(아미노에틸아미노프로필)메틸디메톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란 등의 아미노 기로 이루어진 실란계 커플링제들은 수용액에서 매우 높은 안정성을 나타낸다. 따라서, 물을 분산 매체로 사용하는 본 발명의 연마재 조성물에 이를 가장 유리하게 사용된다.
이러한 커플링제의 적정량은 사용하는 커플링제의 종류, 표면처리방법, 표면처리의 대상으로 하는 세륨 옥사이드 물성에 따라 좌우되지만, 세륨 옥사이드에 대하여 바람직하게는 0.001 ∼ 5 무게%, 더욱 바람직하기로는 0.01 ∼ 1 무게%이다. 0.001 무게% 미만의 경우에는 세륨 옥사이드와 패드와의 친화성 향상이라는 효과를 얻기가 곤란하다. 한편, 5 무게% 을 초과하는 경우에는 세륨 옥사이드의 물에 대한 발수성으로 인해 물에 현탁되지 않으며, 또한 커플링제가 피가공물과 세륨 옥사이드와의 직접적인 접촉을 방해하는 작용이 강하기 때문에 연마속도의 저하를 가져다준다.
본 발명에 있어서, 커플링제에 의한 표면처리방법은 특별히 제한을 하지 않아도 된다. V형 블렌더 등으로 세륨 옥사이드를 강제로 교반하고 커플링제 용액을 건조 공기 또는 질소 등으로 분무시켜 충분히 혼합을 시킨 다음 세륨 옥사이드 표면에 축합반응을 수행하기 위해 약 100 ∼ 200 ℃의 온도로 열처리하는 건식법, 또는 세륨 옥사이드를 물 등으로 분산시켜 슬러리 상태로 하고 커플링제 용액을 첨가하여 고체/액체로 분리한 후 약 100 ∼ 200 ℃의 온도로 건조시키는 습식법 등의 공업적으로 확립된 일반적인 방법을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 또한 통상적인 커플링제에 의해 표면처리를 수행하는 상기의 약 100 ∼ 200 ℃의 열처리를 생략할 수 있다. 즉, 세륨 옥사이드를 물에 현탁시킨 슬러리에 일정량의 커플링제를 단순히 혼합만 하여도 커플링제에 의한 표면처리 효과를 나타낼 것이다.
위에 기술한 바와 같이, 본 발명의 연마재 조성물은 커플링제에 표면처리한 세륨 옥사이드를 물, 바람직하기로는 순수에 분산시켜 얻는다. 또한, 세륨 옥사이드를 물에 현탁시킨 슬러리로부터 이루어진 연마재 조성물에 일정량의 커플링제를 혼합한 경우에도 연마분의 커플링제에 의해 표면처리에 일정한 효과가 나타나기 때문에 이것을 본 발명의 연마재 조성물로 사용하여도 좋다. 무기 화합물의 분산방법은 특별히 제한하지 않아도 되며 통상적으로 사용되는 교반기, 호모게나이즈드 믹서, 터바인 믹서, 매체교반 밀 등 공지의 분산기기를 이용할 수 있다. 또한 분산 중에 폴리카르복실레이트, 나프탈렌설포네이트 포르말린 축합물 등의 수성 슬러리에 적합하다고 생각되는 공지의 분산제를 첨가할 수 있다. 조 응집입자를 제거하기 위해서는 침강분급 또는 여과를 수행할 수 있다.
본 발명의 연마재 조성물은 점도 조절제, pH 조절제, 완충제, 킬레이트제, 계면 활성제, 유기산 및 이의 염 등 이 분야에 알려져 있는 공지의 각종 첨가제를 포함시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 커플링제로 표면처리 하는 세륨 옥사이드 농도는 연마할 때의 가공압력 등의 연마조건, 사용하는 커플링제의 종류와 양 그리고 표면처리방법 등에 따라 좌우되지만 0.01 ∼ 10 무게%가 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 0.1 ∼ 5 무게%, 가장 바람직하기로는 0.3 ∼ 3 무게%이다. 0.01 무게% 이하에서는 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막, 유기 막을 포함한 절연막의 연마속도가 낮아지게 되는 한편으로 10 무게%를 초과하는 경우에는 증가된 양만큼 조금 향상, 즉 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막, 유기 막을 포함한 절연막의 연마속도가 다소 향상되긴 하지만 경제적인 측면에서 바람직하지 않다.
본 발명의 연마재 조성물에 있어서, 연마에 적합한 pH에 대하여 기술하고자 한다.
실리콘 디옥사이드 막이 연마대상의 경우에는 사용하는 커플링제의 종류와 양 그리고 표면처리방법에 따라 좌우되나 pH는 2 ∼ 11이 바람직하며 더욱 바람직하기로는 4 ∼ 10이다. 만약 pH가 2 이하인 경우에는 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도가 낮아지게 되며, pH가 11 이상인 경우에는 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 역시 낮아지게 된다.
이와 반면, 실리콘 나이트라이드 막이 연마대상의 경우에는 사용하는 커플링제의 종류와 양 그리고 표면처리방법에 따라 좌우되지만 일반적으로 pH가 중성 영역 또는 중성영역에 근접하는 범위에서 연마속도가 낮아진다.
또한, 본 발명의 연마재 조성물은 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도를 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도로 제한 값인 "선택 비"를 높게 필요로 하는 샬로우 트랜치 아이소레이선법 등에 사용하기가 적합하다. 본 발명의 연마재 조성물에서 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도와 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도에서는 pH 의존성이 다르기 때문에 "선택 비"가 높은 pH 영역에서 존재한다. 높은 선택 비를 얻기 위해서는 사용하는 커플링제의 종류와 양 그리고 표면처리방법에 따라 다를 수 있으나 pH가 4 ∼ 11 범위에서 바람직하며 더욱 바람직하기로는 5 ∼ 10이다.
샬로우 트랜치 아이소레이선법 등에서 높은 "선택 비"를 필요로 하는 경우에는 한 가지 이상의 유기산 또는 이의 염, 특히 -COOH 기, -COOMx기 (여기서, Mx는 H 원자와 치환할 수 있는 원자 또는 관능기로서 염을 형성), -SO3H 기 그리고 -SO3My기 (여기서, My는 H 원자와 치환할 수 있는 원자 또는 관능기로서 염을 형성) 중에서 최소한 한가지를 가지는 수용성 유기 화합물을 한가지 이상 본 발명의 연마재 조성물에 첨가할 수 있다.
이러한 수용성 유기 화합물 중에서 락트산, 말릭산, 타르타르산, 숙신산, 글루콘산, 아스파라긴산, 글루타민산, 6-아미노헥사노익산, 2,7-나프탈렌디설폰산, 및 2-아미노에탄설폰산이 사용에 적합한 바, 그 이유는 본 발명에서 가장 중요한 효과를 나타내는 연마분과 패드간의 친화성 향상에 전혀 손상을 끼치지 않으면서 높은 선택 비를 얻을 수 있기 때문이다.
수용성 유기 화합물의 첨가량은 세륨 옥사이드 1 무게 부에 대해 0.001 ∼ 10 무게 부의 범위에서 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 0.005 ∼ 5 무게 부이다. 0.001 무게 부 보다 낮으면 수용성 유기 화합물 첨가에 따라 선택 비의 향상효과를 기대할 수 없으며 10 무게 부 보다 많은 경우에는 증량에 의한 효과 향상이 적어 경제적이라고 할 수 없다.
수용성 유기 화합물을 첨가한 후 pH를 적절히 조절함으로써 매우 높은 선택 비를 얻을 수 있다. pH를 낮추고자 할 때에는 질산, 염산 또는 황산 등의 무기산, 말릭산, 락트산, 타르타르산, 글루콘산, 시트르산 모노하이드레이트, 숙신산, 아디프산 또는 푸마르산 등의 유기산, 아스파라긴산 또는 글루타민산 등의 산성 아미노산을 사용할 수 있다. 이와 반대로 pH를 높이고자 할 때에는 암모니아 또는 에탄올아민 등의 아민, 글리신, 4-아미노부티르산, 6-아미노헥사노익산, 12-아미노라우릴산, 알긴산 또는 글리실글리신 등의 중성 또는 염기성 아미노산을 사용할 수 있다.
다음 실시예들은 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이나, 본 발명의 범위가 이에 국한된다는 것은 아니다.
실시예 1
고 순도 세륨 옥사이드 슬러리 (쇼와 덴코, KK, GPL-C1010, d50= 0.5 μm, 1차 입자경 0.1 μm, 순도 99.9 무게% 이상의 세륨 옥사이드 농도 10 무게%) 1000 g에 대하여 실란 커플링제 [일본 유니카 사 제품, A-1120, 3-(아미노에틸아미노프로필)트리메톡시실란] 0.5 g과를 혼합하고 통상의 교반기로 20 시간 교반시킨 후 고형분을 거르고 150 ℃에서 2 시간 동안 건조시킨 다음 실란 커플링제에 표면처리한 세륨 옥사이드 미분말 100 g을 얻었다. 여기서, 실란 커플링제의 사용량은 세륨 옥사이드 미분말에 대하여 0.5 무게%이었다.
이렇게 얻어진 세륨 옥사이드 미분말 100 g을 통상의 교반기를 사용하여 순수에 분산시켜 총량 10000 g의 세륨 옥사이드 슬러리를 얻었다. 세륨 옥사이드 농도는 1 무게%이고 pH는 5.1이었다.
이 세륨 옥사이드 슬러리의 실리콘 디옥사이드 막 및 실리콘 나이트라이드 막에 대한 연마성능평가를 다음의 방법으로 수행하였다.
[연마조건]
피연마재 :
(1) 6" Φ, 두께 625 μm 실리콘 웨이퍼 상에 CVD법으로 형성시킨 실리콘 디옥사이드 막(막의 두께 : 1 μm).
(2) 6" Φ, 두께 625 μm 실리콘 웨이퍼 상에 CVD법으로 형성시킨 실리콘 나이트라이드 막(막의 두께 : 0.5 μm).
패드 : 2층 형의 LSI 디바이스 연마용 패드 (Rodel 사 제품, IC 1000/Suba 400).
연마기 :
LSI 디바이스 연마용 편면 연마기 (SpeedFam 사 제품, 모델 SH-24, 정반 경 : 610 mm).
정반 회전 속도 : 70 rpm.
가공압력 : 300 gf/cm2.
슬러리 공급속도 : 100 ml/min.
연마시간 : 10 초, 60 초.
[평가항목 및 평가방법]
연마속도 : 광 간섭식 막 두께 측정장치
(제거 량을 연마시간으로 제하여 산출).
손상 : 광학 현미경 암시야 관찰
(200배로 웨이퍼 표면 3%의 관찰을 하고, 검출 상처 개수를 개/웨이퍼로 환산).
상기의 연마시험 결과, 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 8700 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 8350 Å/min으로 매우 높은 값을 나타내었으며 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 104%이었다. 또한, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 1400 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 1350 Å/min으로 매우 높은 값을 나타내었으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 104%이었다. 따라서, 실리콘 디옥사이드 막과 실리콘 나이트라이드 막 두 가지 모두가 연마의 극 초기 공정에서부터 연마속도가 매우 높은 수준으로 안정되고 있다는 것을 보여주고 있다. 또한, 연마 면에는 손상이 전혀 확인되지 않았다.
실시예 2
실시예 1에서 얻은 세륨 옥사이드 슬러리에 암모니아수를 첨가하여 pH 8.8로 조정하고 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였다.
실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 7400 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 7200 Å/min으로 매우 높은 값을 나타내었으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 103%이었다. 그러나, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 135 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 130 Å/min으로 낮은 값을 나타내었으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 104%이었다. 이 경우, 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 높은 수준으로 안정하며, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 낮은 수준으로 안정한 것이다. 60 sec에 있어서 "선택 비"는 55로 높은 값을 나타내기 때문에 샬로우 트렌치 아이소레이션 방법에도 바람직하게 사용할 수 있다.
비교예 1
케보트 사 (Cabot Co.)의 흄드 실리카 슬러리 (SC-1, 30 무게%)를 순수에 묽게 하여 10 무게%, pH 10.3의 슬러리를 만들어 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였다.
실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 980 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 1610 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 61 %이었다. 또한, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 240 Å/min으로 나타났으며 연마시간 60 sec의 경우에는 410 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 59 %이었다. 따라서, 실리콘 디옥사이드 막과 실리콘 나이트라이드 막 두 가지 모두 연마속도가 낮은 수준이며 연마속도의 시간 의존성도 크게 나타났다. 또한, 60 sec에 있어서, 선택 비는 3.9로 낮은 값이었다. 연마 면에는 손상이 전혀 확인되지 않았다.
비교예 2
고 순도 세륨 옥사이드 (GPL-C 1010)을 순수로 10배 묽게 하고 실란 커플링제에 표면처리를 하지 않은 세륨 옥사이드 농도 1 무게%, pH 7.0의 슬러리를 만들어 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였다.
실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 4150 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 6100 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 68 %이었다. 또한, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 680 Å/min으로 나타났으며 연마시간 60 sec의 경우에는 1050 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 65 %이었다. 따라서, 실리콘 디옥사이드 막과 실리콘 나이트라이드 막 두 가지 모두가 실란 커플링제로 표면처리한 경우와 비교하면 연마속도가 낮은 수준이며 특히 연마초기의 연마속도가 낮으며 연마속도의 시간 의존성도 크게 나타났다. 또한, 60 sec에 있어서, 선택 비는 5.9로 낮은 값이었다. 연마 면에는 손상이 전혀 확인되지 않았다.
비교예 3
케보트 사 (Cabot Co.)의 흄드 실리카 슬러리 (SC-1, 30 무게%)를 순수에 묽게 하여 10 무게%의 슬러리를 만들어 실시예 1과 같은 방법으로 표면처리를 수행하고 실란 커플링제에 표면처리된 실리카 미분말 100 g을 얻었다.
이렇게 얻어진 실리카 미분말 100 g을 매체교반 밀을 사용하여 순수에 분산시키고 이어서 수산화 칼륨을 첨가하여 실리카 농도 10 무게%, pH 10.3의 실리카 슬러리 1000 g을 만들어 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였다.
실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 1050 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 1570 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 67 %이었다. 또한, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 240 Å/min으로 나타났으며 연마시간 60 sec의 경우에는 420 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 57 %이었다. 따라서, 실리콘 디옥사이드 막과 실리콘 나이트라이드 막 두 가지 모두 연마속도가 낮은 수준이며 연마속도의 시간 의존성도 크게 나타났다. 또한, 60 sec에 있어서, 선택 비는 3.7로 낮은 값이었다. 이러한 결과는 실란 커플링제로 표면처리를 하지 않은 경우와 거의 동일한 것이다. 연마 면에는 600개/웨이퍼의 손상이 확인되었다.
비교예 4
시약급 이산화 망간 (MnO2, Wako Pure Chemical Ind., Ltd., 순도 = 99.5%)을 분쇄하고 순수를 사용하여 침강분급을 실시하여 d60= 0.7 μm로 조정된 10 무게%의 슬러리를 만들고 이를 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였다.
실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 1340 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 2170 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 62 %이었다. 또한, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 440 Å/min으로 나타났으며 연마시간 60 sec의 경우에는 750 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 59 %이었다. 따라서, 실리콘 디옥사이드 막과 실리콘 나이트라이드 막 두 가지 모두 연마속도가 낮은 수준이며 연마속도의 시간 의존성도 크게 나타났다. 또한, 60 sec에 있어서, 선택 비는 2.9로 낮은 값이었다. 연마 면에는 400개/웨이퍼의 손상이 확인되었다.
비교예 5
비교예 4에서 얻은 이산화 망간 슬러리를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 실란 커플링제에 표면처리된 이산화 망간 슬러리(이산화 망간 농도 10 무게%)를 만들어 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였다.실리콘 디옥사이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 1480 Å/min, 연마시간 60 sec의 경우에는 2310 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 64 %이었다. 또한, 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도는 연마시간 10 sec의 경우 490 Å/min으로 나타났으며 연마시간 60 sec의 경우에는 780 Å/min으로 나타났으며, 10 sec의 연마속도는 60 sec의 연마속도의 63 %이었다. 따라서, 실리콘 디옥사이드 막과 실리콘 나이트라이드 막 두 가지 모두 연마속도가 낮은 수준이며 연마속도의 시간 의존성도 크게 나타났다. 또한, 60 sec에 있어서, 선택 비는 3.0으로 낮은 값이었다. 이러한 결과는 실란 커플링제에 표면처리를 하지 않은 경우와 거의 동일하였다. 또한, 연마 면에는 630개/웨이퍼의 손상이 확인되었다.
이상의 실시예 1 ∼ 2와 비교예 1 ∼ 5의 연마 성능 평가를 표 1에 요약하여 정리하였다.
시료 실리콘 디옥사이드막의 연마속도(Å/min) 실리콘 나이트라이드막의 연마속도(Å/min) 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 안정성* 60초 연마에서의선택 비**
10초 연마 60초 연마 10초 연마 60초 연마
실시예 1 8700 8350 1400 1350 104 6.2
실시예 2 7400 7200 135 130 103 55.4
비교예 1 980 1610 240 410 61 3.9
비교예 2 4150 6100 680 1050 68 5.8
비교예 3 1050 1570 240 420 67 3.7
비교예 4 1340 2170 440 750 62 3.0
비교예 5 1480 2310 490 780 64 3.0
* : 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 (10초) / 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 (60초)× 100 (%)** : 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 (60초) / 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도 (60초)
실시예 3
실시예 1에서 얻은 세륨 옥사이드 슬러리에 의해 실리콘 디옥사이드 막에서의 단계 차 성능(step-reducing performance)을 아래의 방법으로 평가하였다.
[연마조건]
피연마재 :
6" Φ, 두께 625 μm 실리콘 웨이퍼 상에 단계 차 감소 성능 평가용 모델 패턴에 붙은 CVD 실리콘 디옥사이드 막(凸 부의 막 두께 약 1.55 μm, 凹 부의 막 두께 약 1 μm, 단계 : 약 0.55 μm, 페턴 크기 : 0.6 ∼ 4000 μm).
패드 : 2층형의 LSI 디바이스 연마용 패드 (Rodel 사 제품, IC 1000/Suba 400).
연마기 :
LSI 디바이스 연마용 편면 연마기 (SpeedFam 사 제품, 모델 SH-24, 정반 경 : 610 mm).
정반 회전 속도 : 70 rpm.
가공압력 : 300 gf/cm2.
슬러리 공급속도 : 100 ml/min.
연마시간 : 60 초.
[평가항목 및 평가방법]
측정대상 패턴 크기 : 0.6 μm, 100 μm, 4000 μm.
단계 차 측정 : 촉침식 표면형상 측정장치
(연마 후의 대상 패턴의 단계 차를 측정).
이들 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 6
실시예 1에서 얻은 실리카 슬러리의 실리콘 디옥사이드 막의 단계 차 성능(step-reducing performance)을 실시예 3과 같은 방법으로 평가하였다.
이들 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 7
실시예 2에서 얻은 세륨 옥사이드 슬러리의 실리콘 디옥사이드 막의 단계 차 성능(step-reducing performance)을 실시예 3과 같은 방법으로 평가하였다.
이들 결과를 표 2에 나타내었다.
시료번호 조성물 연마 후의 단계 차 (Å)
0.6 μm 100 μm 4000 μm
실시예 3 실란 커플링제로 처리한세륨 옥사이드 1.0 무게% 200 300 1400
비교예 6 실리카 10 무게% 2600 2800 4400
비교예 7 세륨 옥사이드 1.0 무게% 1700 2100 3700
실시예 4
실시예 1과 같은 방법으로 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 미분말을 제조하고 적절히 조절된 각종 수용성 유기물 수용액에 이를 현탁시켜 표 3에 나타난 연마재 조성물을 만들었다. 이들에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 연마 성능 평가를 수행하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
번호 연마재 조성물 pH
1 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,락트산 1 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
2 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,락트산 2 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
3 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,락트산 3 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
4 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,말산 2 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
5 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,타르타르산 2 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
6 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,숙신산 2 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
7 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,글리콘산 0.5 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
8 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,아스파라긴산 200 ppm 3.8
9 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,글루타민산 500 ppm 4.0
10 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,6-아미노헥사논산 1 무게% 6.5
11 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,2,7-나프탈린디설폰산 1 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
12 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,2-아미노에탄설폰산 1 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
13 실란 커플링제로 처리한 세륨 옥사이드 1 무게%,락트산 3 무게%, 암모니아수로 pH 7 조정 7.0
번호 실리콘 디옥사이드막의 연마속도(Å/min) 실리콘 나이트라이드막의 연마속도(Å/min) 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 안정성* 60초 연마에서의선택 비**
10초 연마 60초 연마 10초 연마 60초 연마
1 5370 5150 실시 안 했음 48 104 107
2 4630 4470 실시 안 했음 36 104 124
3 3980 3830 실시 안 했음 24 104 160
4 3910 3920 실시 안 했음 32 100 123
5 3390 3210 실시 안 했음 28 106 115
6 3050 2980 실시 안 했음 49 102 61
7 2490 2420 실시 안 했음 17 103 142
8 8010 7580 실시 안 했음 43 106 176
9 6360 6130 실시 안 했음 46 104 133
10 5600 5380 실시 안 했음 99 104 54
11 4130 3990 실시 안 했음 47 104 85
12 5010 4850 실시 안 했음 77 103 63
13 5330 5120 실시 안 했음 22 104 233
* : 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 (10초) / 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 (60초) ×100 (%)** : 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 (60초) / 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도 (60초)
[발명의 효과]
본 발명의 연마재 조성물은 커플링제에 의해 표면을 처리한 패드와의 친화성을 향상시킨 세륨 옥사이드를 포함하고 있기 때문에 LSI 디바이스 제조공정에 있어서 실리콘 디옥사이드 막, 실리콘 나이트라이드 막, 유기 막을 포함하는 절연막 연마공정에서 면의 정밀도와 연마속도 그리고 연마속도의 안정화를 현재 보다 높은 수준으로 실현시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 물과 커플링제로 표면 처리된 세륨 옥사이드의 2차 입자 크기분포에서 최대 값이 5 μm 이하, 평균값이 0.01 ∼ 1.0 μm인 세륨 옥사이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 세륨 옥사이드의 1차 결정 크기가 0.005 ∼ 0.5 μm인 것이 특징인 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 연마재 조성물 중의 세륨 옥사이드 농도가 0.01 ∼ 10 무게%인 것이 특징인 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 커플링제가 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트 커플링제, 알루미늄계 커플링제 그리고 포스페에트계 커플링제 군 중에서 선택되는 최소한 한가지 이상의 커플링제로 이루어진 것이 특징인 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, pH를 2 ∼ 11 범위인 것이 특징인 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, pH가 4 ∼ 11이며 CVD법에 의해 실리콘 기판 상에 각각 별도로 형성된 실리콘 나이트라이드 막과 실리콘 디옥사이드 막을 독립적으로 그리고 동일한 조건하에서 연마하였을 때 전자에 대한 후자의 연마속도 비가 10 이상인 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 피연마물의 제거량을 연마시간으로 제한 값을 연마속도로 정의하였을 때, 실리콘 기판 상에 고르게 형성한 피연마물을 10초 동안 연마하였을 때의 연마속도가 60초 동안 연마하였을 때의 연마속도의 80 ∼ 120 %인 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, -COOH 기, -COOMx기 (여기서, Mx는 H 원자와 치환할 수 있는 원자 또는 관능기로서 염을 형성), -SO3H 기 그리고 -SO3My기 (여기서, My는 H 원자와 치환할 수 있는 원자 또는 관능기로서 염을 형성) 군 중에서 최소한 한가지를 가지는 수용성 유기 화합물을 한가지 이상 추가로 상기 화합물에 함유하는 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, CVD법에 의해 실리콘 기판 상에 실리콘 나이트라이드 막과 실리콘 디옥사이드 막이 각각 별도로 형성되며, 이들 각각이 독립적으로 그리고 동일한 조건하에서 연마되었을 때 전자에 대한 후자의 연마속도 비가 최소한 50 이상인 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 연마용 연마재 조성물.
  10. 물과 커플링제로 표면 처리된 세륨 옥사이드의 2차 입자 크기 분포에서 최대 값이 5 μm 이하, 평균값이 0.01 ∼ 1.0 μm인 세륨 옥사이드를 함유하는 연마재 조성물로 구성된 연마재 조성물과 수지로 제조된 연마 패드를 이용하는 LSI 디바이스 연마공정으로 된 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스 의 연마방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 세륨 옥사이드의 1차 결정 크기가 0.005 ∼ 0.5 μm인 것이 특징인 LSI 디바이스의 연마방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 연마재 조성물 중의 세륨 옥사이드 농도가 0.01 ∼ 10 무게%인 것이 특징인 LSI 디바이스의 연마방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 커플링제가 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지르코네이트 커플링제, 알루미늄계 커플링제 그리고 포스페에트계 커플링제 군 중에서 선택되는 최소한 한가지 이상의 커플링제인 것이 특징인 LSI 디바이스의 연마방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 조성물의 pH를 2 ∼ 11 범위인 것이 특징인 LSI 디바이스의 연마방법.
  15. 제 10 항에 있어서, LSI 디바이스가 실리콘 기판 상에서 CVD법에 의해 실리콘 나이트라이드 막을 형성하고, CVD법에 의해 실리콘 나이트라이드 막에 실리콘 디옥사이드 막을 형성하며 그리고 상기 연마재 조성물을 이용하는 상기 실리콘 디옥사이드 막과 상기 조성물의 pH가 4 ∼ 11이며 그리고 스토퍼로서 상기 실리콘 나이트라이드를 이용하는 연마공정에서 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 비가 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도 비 보다 10 이상인 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스의 연마방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 피연마물의 제거량을 연마시간으로 제한 값을 연마속도로 정의하였을 때, 실리콘 기판 상에 고르게 형성한 피연마물을 10초 동안 연마하였을 때의 연마속도가 60초 동안 연마하였을 때의 연마속도의 80 ∼ 120 %인 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스의 연마방법.
  17. 제 10 항에 있어서, -COOH 기, -COOMx기 (여기서, Mx는 H 원자와 치환할 수 있는 원자 또는 관능기로서 염을 형성), -SO3H 기 그리고 -SO3My기 (여기서, My는 H 원자와 치환할 수 있는 원자 또는 관능기로서 염을 형성) 군 중에서 최소한 한가지를 가지는 수용성 유기 화합물을 한가지 이상 추가로 상기 화합물에 함유하는 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스의 연마방법.
  18. 제 17 항에 있어서, LSI 디바이스가 실리콘 기판 상에서 CVD법에 의해 실리콘 나이트라이드 막을 형성하며 CVD법에 의해 실리콘 나이트라이드 막에 실리콘 디옥사이드 막을 형성하며 그리고 상기 실리콘 디옥사이드 막과 상기 연마재 조성물 그리고 스토퍼로서 상기 실리콘 나이트라이드를 이용하는 연마공정에서 실리콘 디옥사이드 막의 연마속도 비가 실리콘 나이트라이드 막의 연마속도 비 보다 50 이상인 것을 특징으로 하는 LSI 디바이스의 연마방법.
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