KR20020030138A - 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리 및 이를 이용한 화학기계적 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼(wafer) 연마에 이용되는 슬러리(slurry) 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 방법을 개시한다. 본 발명의 일 관점은, {N-(R1R2R3R4)}+X-의 형태를 가지는 화합물이고 R1, R2, R3및 R4는 래디컬(radical)이고 X는 할로겐 원소 등을 포함하는 음이온 유도체인 사암모늄 화합물을 첨가한 슬러리를 제공한다. 바람직하게, 사암모늄 화합물은 [(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I, [(CH3)3NCH2CH2OH]Br, [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3또는 이들의 혼합물일 수 있다. 슬러리는 KOH, NH4OH 또는 (CH3)4NOH 등의 염기, 및 HCl, H2SO4, H3PO4또는 HNO3등의 산으로 이루어지는 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 또한, pH 조절제는 [(CH3)3NCH2CH2OH]OH를 포함할 수 있다. 또한, 슬러리는 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 알코올 또는 폴리에틸렌 글리콜 등의 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)를 연마하는 데 이용되는 슬러리(slurry) 및 이를 이용하여 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비를 개선하는 화학 기계적 연마(CMP:ChemicalMechanical Polishing) 방법에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 공정에서 CMP를 이용하여 평탄화를 구현하는 방법이 널리 시도되고 있다. CMP는 층간 절연막 또는 금속층간 절연막 등에 대한 CMP와 같이 단일 막질을 평탄화하거나, STI(Shallow Trench Isolation)에 이용되는 경우에서와 같이 둘 이상의 막질을 연마하여 평탄화하여 일정 형상의 패턴을 형성하는 경우에 적용될 수 있다. 둘 이상의 막질을 CMP하여 평탄화하는 경우에, CMP가 진행되는 동안 연마 종료막에 대한 높은 선택비가 요구된다.
예를 들어, 절연 물질인 실리콘 산화막(SiO2layer)을 평탄화할 경우, 일반적으로 연마 종료막으로 실리콘 질화막(Si3N4layer)이 주로 이용되고 있다. 현재 사용되고 있는 실리카(silica) 주성분의 슬러리를 이용하는 실리콘 산화물용 CMP의 경우, SiO2: Si3N4간의 제거 선택비(removal rate)는 블랭킷 웨이퍼(blanket wafer)에서 대략 4:1 정도로 얻어진다고 알려져 있다. 그러나, 이 정도의 제거 선택비로는, 반도체 장치에 요구되는 균일도(uniformity)와 평탄도(planarity)를 구현하기 위해서 매우 정밀한 연마 공정 제어가 CMP 공정에 요구되고, 또한, 공정 마진(margin)의 확보가 어렵다고 알려져 있다.
이를 극복하기 위해서는 연마 종료막으로 사용되는 실리콘 질화막에 대해서 높은 제거 선택비를 구현할 수 있는 슬러리가 필요로 하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실리콘 질화막에 대한 높은 제거선택비를 구현할 수 있는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 슬러리에 첨가되는 [(CH3)3NCH2CH2OH]Cl을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 슬러리에 첨가되는 [(CH3)3NCH2CH2OH]Cl의 영향에 의한 제거 선택비(removal selectivity)의 변화를 설명하기 위해서 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 실시예에 의한 슬러리에 첨가되는 pH 조절제의 영향에 의한 제거 선택비의 변화를 설명하기 위해서 측정 결과를 도시한 그래프이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, {N-(R1R2R3R4)}+X-의 형태를 가지는 화합물이고 상기 R1, R2, R3및 R4는 래디컬이고 X-는 음이온 유도체인 사암모늄 화합물을 첨가한 슬러리를 제공한다.
상기 사암모늄 화합물의 R1, R2, R3및 R4는 알킬기 또는 알카놀기일 수 있으며, R1, R2, 및 R3은 메틸기이고 R4는 에타놀기일 수 있다. 바람직하게, 상기 사암모늄 화합물은 [(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I, [(CH3)3NCH2CH2OH]Br, [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 슬러리는 KOH, NH4OH 또는 (CH3)4NOH 등의 염, 및 HCl, H2SO4, H3PO4또는 HNO3등의 산으로 이루어지는 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 또한, pH 조절제는 [(CH3)3NCH2CH2OH]OH를 포함할 수 있다.
상기 슬러리는 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 알코올 또는 폴리에틸렌 글리콜 등의 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 슬러리를 이용하여 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 포함하는 반도체 웨이퍼 상을 화학 기계적 연마할 경우, 상기 실리콘 질화막에 대한 상기 실리콘 산화막의 제거 선택비를 효과적으로 개선할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 연마를 위한 슬러리는 용액, 실질적으로 탈이온수(deionized water)에 현탁된 연마 입자들을 포함하여 이루어진다. 연마 입자들은 실리카, 알루미나(alumina), 티타니아(titania), 지르코니아(zirconia), 저메니아(germania) 또는 세리아(ceria) 등과 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 이때, 연마 입자들은 전체 슬러리에 대략 1 wt% 내지 30wt% 정도 함유될 수 있다. 또한, 이러한 슬러리에는 필요에 따라 산화제(oxidizer) 등과 같은 첨가제가 더 함유될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 이러한 슬러리에 {N-(R1R2R3R4)}+X-의 형태를 가지는 사암모늄 화합물(quaternary ammonium compound)을 첨가하는 바를 제시한다. 여기서 R1, R2, R3및 R4는 래디컬(radical), 예컨대, 알킬기(alkyl group) 또는 알카놀기(alkanol group)일 수 있고, X-는 할로겐 원소 등을 포함하는 음이온 유도체일 수있다. 예를 들어, R1, R2, 및 R3는 메틸기(methyl group)이고 R4는 에타놀기(ethanol group)일 수 있다.
즉, 이러한 사암모늄 화합물의 바람직한 예로는 [(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I 또는 [(CH3)3NCH2CH2OH]Br 등을 들 수 있다. 이러한 화합물은 콜린-유도체 화합물(choline-halogen compound)로 칭해질 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같은 콜린 클로라이드([(CH3)3NCH2CH2OH]Cl)를 바람직한 예로 들 수 있다. [(CH3)3NCH2CH2OH]I 또는 [(CH3)3NCH2CH2OH]Br 등은 상기한 도 1에 도시된 콜린 클로라이드 구조의 Cl에 I 또는 Br 각각 대체된 구조를 가진다. 즉, 콜린-유도체 화합물로는 할로겐 원소 등을 함유하는 유도체가 결합된 콜린-유도체 화합물이 바람직하게 이용될 수 있다.
또한, 콜린-유도체 화합물로 [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3등과 같은 알려진 콜린 유도체를 이용할 수 있다. 콜린 유도체로는 알려진 콜린 베이스(choline base:C5H15NO2), 콜린 디하이드로전 사이트레이트(choline dihydrogen citrate:C11H21NO8), 콜린 바이타르트레이트(choline bitartrate:C9H19NO7), 트리콜린 사이트레이트(tricholine citrate:C21H47N3O10), 콜린 아스코르베이트(choline ascorbate:C11H21NO7), 콜린 보레이트(choline borate:C5H16BNO4), 콜린 씨오필리네이트(choline theophyllinate:C11H21N6O3), 콜린 글루코네이트(cholinegluconate:C11H25NO8), 아세틸콜린 클로라이드(acetycholine chloride:C7H16ClNO2), 아세틸콜린 브로마이드(acetylcholine bromide:C7H16BrNO2) 또는 메타콜린 클로라이드(metacholine chloride:C8H16ClNO2) 등을 들 수 있다.
이러한 콜린-유도체 화합물, 바람직하게는 콜린-할로겐 원소를 함유하는 유도체 화합물은 상기한 슬러리에 대략 0.1 wt% 내지 5 wt% 정도 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 0.3 wt% 내지 3wt% 정도 첨가될 수 있다. 이러한 콜린-유도체 화합물은 슬러리에 첨가되면 해리되어 콜린의 양이온과 유도체의 음이온이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 콜린 클로라이드의 경우 콜린의 양이온 [(CH3)3NCH2CH2OH]+와 할로겐의 음이온 Cl-이 형성될 수 있다.
콜린 양이온은 실리콘 질화막의 표면에 존재하는 음전하 사이트(site)에 이끌려 표면에서 양이온과 음전하간의 수소 결합 혹은 정전기력 등과 같은 이끌림(attraction)을 가능하게 한다. 보다 상세하게 설명하면, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 실리콘 질화막의 표면에는 미시적으로 ≡N, = N - H, - NH2의 구조가 형성될 수 있으며, 염기 분위기에서 일부의 = N - H, - NH2의 기들은 이온화하여 음의 전하를 가질 수 있게 된다. 이러한 음의 전하는 상기한 해리된 콜린 양이온과, 수소 결합 혹은 정전기력 등과 같은 이끌림(attraction)을 이룰 수 있게 된다. 실질적으로, 콜린 유도체의 에탄올기는 극성이 우세하므로, 상기한 음의 전하를 가지는 사이트(site)와 수소 결합 혹은 정전기력 등과 같은 이끌림을 효율적으로 이룰 수있다.
따라서, 실리콘 질화막 표면은 이러한 수소 결합 등으로 이끌려진 콜린 양이온에 의해서 패시베이션(passivation)될 수 있다. 이에 따라, 실리콘 질화막 상을 본 발명의 실시예에서 제시되는 슬러리를 이용하여 CMP하면, 실리콘 산화막에 비해 상대적으로 덜 연마될 수 있다. 실리콘 산화막의 표면에는 상기한 바와 같은 ≡N, = N - H, - NH2의 구조가 형성될 수 없으므로, 실질적으로 상기한 패시베이션이 발생하지 않는 실리콘 산화막에 비해 실리콘 질화막의 제거 속도가 낮아지게 된다. 이에 따라, 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비(removal rate: 실리콘 산화막에 대한 제거 속도/실리콘 질화막에 대한 제거 속도로 정의된다)는 효과적으로 증가할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의해 구현되는 작용 및 효과를 실험예들을 통해서 설명한다.
실험예 1
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 연마 입자들은 탈이온수 등에 분산시킨 슬러리에 콜린-유도체 화합물과 같은 사암모늄 화합물을 첨가하여 실리콘 질화막에 대한 선택비를 효과적으로 증가시킬 수 있다. 도 2는 슬러리에 도 1의 콜린 클로라이드를 첨가한 효과를 설명하기 위해서 제시된다.
측정에 사용된 화학 기계적 연마기로는 "PRESI polisher"를 이용하였으며, 누름 힘(down force)은 5psi이고, 플레이튼(platen) 회전 속도는 65rpm이었다. 슬러리는 일반적인 산화물용 슬러리를 탈이온수에 희석하여 제조된 슬러리를 이용하였다. 이때, 제거 속도에 대한 pH의 영향을 배제하기 위해서 슬러리의 pH는 11.2로 유지하였다. 이때, CMP 연마의 대상인 실리콘 질화막과 실리콘 산화막 각각은 웨이퍼 전면 상에 각각 형성된 경우로 준비하였다.
한편, 비교 대상으로 콜린 클로라이드를 첨가하지 않은 경우에 대한 상기한 조건에서 얻은 PE-TEOS의 실리콘 산화막의 제거 속도는 2501Å/min이었고, 산화 질화막의 제거 속도는 588Å/min이었으며, 이러한 값에서 계산된 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비는 4.25 이었다. 이러한 비교 대상의 경우에도 전체 슬러리의 pH는 동일한 조건의 비교를 위해서 11.2로 유지하였다.
도 2에 제시된 바에 따르면 본 발명의 실시예에서 제시된 바와 같은 도 1의 콜린 클로라이드가 슬러리에 첨가된 경우가, 첨가되지 않은 경우에 비해 크게는 3배 가까이 제거 선택비가 높아짐을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의해서 SiO2: Si3N4의 제거 선택비가 효과적으로 개선될 수 있음을 도 2에 제시된 결과는 입증한다. 이러한 SiO2: Si3N4의 제거 선택비의 개선 효과는, 상기한 콜린 클로라이드를 첨가한 경우 이외에도, 상술한 [(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I, [(CH3)3NCH2CH2OH]Br 또는 [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3등과 같은 콜린-유도체 화합물을 슬러리에 첨가에서도 얻어질 수 있다.
또한, 슬러리에 콜린-유도체 화합물의 첨가 효과, 즉, 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 선택비 개선의 요인은, 상술한 바와 같이, 콜린-유도체 화합물에서 해리되는 콜린 양이온, 예컨대, [(CH3)3NCH2CH2OH]+의 작용에 의한 효과로 이해될 수 있다. 그러나, 콜린-유도체 화합물의 첨가량이 매우 증가하면, 도 2에 제시된 바에 의한 결과에도 알 수 있듯이, 실리콘 질화막에 대한 제거 속도가 감소함과 동시에 실리콘 산화막에 대한 제거 속도가 함께 감소될 수 있다.
따라서, 제거 선택비의 관점에서 도 2에 제시된 결과에 의하면, 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비를 개선할 수 있는 콜린-유도체 화합물의 첨가 비율은, 슬러리에 대해서 대략 0.1 wt% 내지 5.0wt% 정도일 수 있다. 도 2의 그래프에 나타난 결과에서 볼 때, 대략 0.5 wt% 내지 3.0 wt% 정도로 콜린 클로라이드가 슬러리에 첨가되는 것이 바람직하다.
한편, 콜린-유도체 화합물이 슬러리 내에 해리되어 생성되는 콜린 양이온의 양을 기준으로 할 경우, 슬러리 내에 콜린 양이온이 대략 0.001M 내지 5M, 바람직하게는 0.1M 내지 1M 정도가 되도록 콜린-유도체 화합물, 예를 들어, 콜린 클로라이드를 슬러리 내에 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 콜린-유도체 화합물의 첨가에 의한 효과는 도 2에서와 같이 단일한 콜린 화합물, 예컨대, 콜리 클로라이드만의 첨가에 의해서도 구현될 수 있으나, 2종 이상의 콜린-유도체 화합물을 혼합하여 그 혼합물을 슬러리에 첨가함으로써 보다 효과적으로 제거 선택비의 개선을 구현할 수 있다.
실험예 2
콜린-유도체 화합물을 슬러리에 첨가할 때 슬러리의 pH 변화가 발생할 경우,실리콘 산화막과 실리콘 질화막 각각의 제거 속도가 변화될 수 있으며, 이에 따라, 제거 선택비 또한 변화될 수 있다. 표 1은 콜린 클로라이드의 첨가량을 고정하고, 슬러리의 pH를 황산(H2SO4)과 칼륨 하이드록사이드(KOH)를 이용하여 변화시키면서 각 막질의 제거 속도와 이에 따른 제거 선택비의 변화를 나타낸다. 첨가되는 콜린 클로라이드의 양은 콜린 양이온이 수용액에서 0.1 몰 농도(M:molar concentration)를 가지는 1.39wt%로 임의로 고정하였다.
| pH | PE-TEOS(Å/min) | Si3N4(Å/min) | 제거 선택비 |
| 11.2 | 1736 | 177 | 9.81 |
| 12.45 | 2912 | 433 | 6.73 |
| 12.9 | 3089 | 407 | 7.59 |
상기 표 1에서와 같이 pH의 변화에 따라서 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 제거 속도와 제거 선택비가 변화함을 알 수 있다. pH의 증가 시에 실리콘 산화막의 제거 속도가 증가하는 것은, 높은 pH에서 실리콘 산화막의 수화 속도(hydration rate)가 증가하여 결과적으로 실리콘 산화막의 제거 속도가 증가될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 이러한 수화 속도의 증가는 콜린 클로라이드 첨가에 따른 실리콘 산화막의 제거 속도 감소를 보상해 주는 역할을 할 수 있다.
상술한 표 1에 게시된 결과에 의하면, 콜린 클로라이드 등을 첨가할 때, 슬러리의 pH는 대략 9 내지 13.5 정도의 값을 가지는 것이 바람직하며, 실리콘 산화막의 제거 속도를 높이는 측면을 고려할 경우 대략 12 정도의 pH 값을 슬러리가 가지는 것이 바람직하다.
이와 같은 슬러리의 pH 조절은, 슬러리에 별도로 첨가되는 pH 조절제에 의해서 구현될 수 있다. 콜린 클로라이드 등과 같은 본 발명에서 제시하는 콜린-할로겐 화합물은 슬러리에 첨가되어 수용액에 해리되더라도 슬러리의 전체 pH를 실질적으로 변화시키지 않는다. 따라서, 별도의 pH 조절제를 첨가하여 슬러리의 pH를 조절하는 것이 바람직하다.
pH 조절제로는 염기와 산을 이용할 수 있으며, 염기로는 칼륨 하이드록사이드(KOH), 암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH:TetraMethyl Ammonium Hydroxide:(CH3)4NOH)를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 염으로 콜린 하드록사이드(choline hydroxide:[(CH3)3NCH2CH2OH]OH)를 이용할 수도 있다. 산으로는 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 또는 질산(HNO3)을 이용할 수 있다. 이러한 산 및 염기를 슬러리에 첨가하여 슬러리의 pH를 일정 수준으로 유지할 수 있다.
한편, 슬러리의 pH를 동일하게 유지하더라도, pH 조절제의 종류에 따라 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비는 변화될 수 있다. 이러한 결과는 도 3의 그래프에 묘사되어 있다. 도 3에 묘사된 결과는, 본 발명의 실시예에 제시되는 콜린 클로라이드를 함유하는 슬러리에 pH 조절제 중 염으로 KOH, TMAH 및 콜린 하디드록사이드를 각각 첨가함에 따른 제거 선택비를 측정한 결과를 나타낸다. 이때, 슬러리의 pH는 12.5로 설정하였으며, 산으로는 황산을 이용하였다.
도 3에 묘사된 결과에 따르면, TMAH를 이용하는 경우와 KOH를 이용하는 경우의 제거 선택비 차이는 크게 나지 않았으나, KOH를 이용하는 경우, 개개 막질에 대한 제거 속도는 TMAH를 이용한 경우에 비해 증가하였다. 그러나, 콜린 하드록사이드를 염으로 이용하는 경우에 상대적으로 높은 제거 선택비를 얻을 수 있다.
실험예 3
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서 제시되는 바와 같은 슬러리에 pH 조절제, 즉, 콜린 하이드록사이드를 첨가하는 효과는 그 첨가량에 따라 제거 선택비의 변화를 나타낼 수 있다.
표 2는 pH 조절제 중 염기로서 첨가된 콜린 하이드록사이드의 양에 따른 제거 선택비의 변화를 나타낸다. 구체적으로, 콜린 클로라이드와 콜린 하드록사이드의 비율을 달리하여 제거 선택비의 변화를 측정한 결과를 표 2에 게재하였다. 이때, 슬러리 내의 콜린 양이온의 총량이 일정하도록, 즉, 콜린 양이온의 양이 0.1M 고정되도록 콜린 클로라이드와 콜린 하이드록사이드의 상대적인 양을 변화시켰다.
| 콜린 클로라이드:콜린 하드록사이드의 몰비 | PE-TEOS(Å/min) | Si3N4(Å/min) | 제거 선택비 |
| 1.0:0.0 | 1736 | 177 | 9.81 |
| 0.75:0.25 | 1860 | 164 | 11.3 |
| 0.5:0.5 | 1457 | 104 | 14.0 |
| 0.25:0.7 | 1055 | 72 | 14.7 |
표 2의 결과는 콜린 하이드록사이드의 첨가량이 증가할 경우, 슬러리 내의 콜린 양이온 양이 일정하더라도 제거 선택비의 증가를 구현할 수 있음을 알 수 있다. 콜린 하이드록사이드의 첨가량이 증가된다는 것은 슬러리 내의 OH-의 상대적 양을 증가시킨 효과를 유발하여 결국, 슬러리의 pH 증가를 유발하게 되는 것으로 이해된다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 pH 증가에 따라, 제거 선택비의 증가를 다시 확인할 수 있다.
한편, 이러한 콜린 하이드록사이드를 pH 조절제로 콜린-유도체 화합물이 첨가된 슬러리에 첨가할 경우에도, 슬러리 내의 전체 콜린 양이온의 농도는 대략 0.001M 내지 5M, 바람직하게는 0.1M 내지 1M 정도의 농도가 되도록 콜린-할로겐 화합물의 첨가량을 조절하는 것이 바람직하다.
실험예 4
본 발명의 실시예에서 제시된 바와 같은 슬러리에 계면 활성제(surfactant)를 추가로 첨가함으로써, 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비를 개선할 수 있다. 이와 같은 개선 효과는 표 3에 제시된 결과에 의해서 입증될 수 있다. 표 3은 콜린 클로라이드를 1.3wt% 슬러리에 첨가하고, 계면 활성제로 폴리에틸렌 옥사이드(PEO:PolyEthylene Oxide)를 0.05wt% 첨가한 결과를 게시한 것이다. 이때, 슬러리의 pH는 11.2로 유지하였다.
| 콜린 클로라이드:콜린 하드록사이드의 양 | PE-TEOS(Å/min) | Si3N4(Å/min) | 제거 선택비 |
| 1.3wt%:0.0wt% | 2070 | 399 | 5.2 |
| 1.3wt%:0.05wt% | 2288 | 283 | 8.1 |
상기한 표 3에 제시되듯이, 슬러리에 콜린 클로라이드와 함께 PEO를 첨가함으로써, 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비의 개선을 구현할 수있다. 이러한 계면 활성제로는 저분자성 또는 고분자성 계면 활성제를 이용할 수 있다. 이러한 계면 활성제의 예로는, 세틸디메틸 암모늄 브로마이드(cetyldimethyl ammonium bromide) 또는 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimethyl ammonium bromide) 등과 같은 양이온성 계면 활성제와 알려진 상표명인 "BrijTM" 또는 "TweenTM" 등과 같은 비이온성 계면 활성제를 들 수 있다. 또한, 알려진 상표명인 "PluronicTM", PEO, 폴리비닐 알코올(PolyVinyl Alchohol:PVA) 또는 폴리에틸렌 글리콜(PolyEthylene Glycol:PEG) 등과 같은 고분자성 계면 활성제를 예로 들 수 있다. 이러한 계면 활성제는 슬러리에 대략 0.001wt% 내지 1wt% 정도 첨가될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 슬러리는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 형성된 웨이퍼 상을 연마하는 CMP 공정에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼 상에 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. 이때, 실리콘 산화막은 STI를 채우도록 형성될 수 있고, 실리콘 산화막의 전면을 실리콘 산화막의 하부에 형성된 실리콘 질화막을 연마 종료막으로 이용하여 연마함으로써 실리콘 산화막을 패터닝할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 의한 슬러리를 이용하여 CMP 공정을 수행함으로써, 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비를 개선할 수 있다. 따라서, CMP 공정의 공정 제어를 보다 용이하게 할 수 있고 공정 마진을 보다 확보할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 실리콘 질화막에 대한 실리콘 산화막의 제거 선택비를 개선할 수 있는 슬러리를 제공할 수 있다.
Claims (25)
- 다수의 연마 입자들;상기 연마 입자들이 현탁되는 용액; 및상기 용액에 첨가되며, {N-(R1R2R3R4)}+X-의 형태를 가지는 화합물이고 상기 R1, R2, R3및 R4는 래디컬이고 X-는 음이온 유도체인 사암모늄 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 다수의 연마 입자들은실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 저메니아, 세리아 및 이들의 혼합물의 일군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 다수의 연마 입자들은대략 1 wt% 내지 30 wt%로 상기 슬러리에 포함되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 용액은탈이온수인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물의R1, R2, R3및 R4는 알킬기 또는 알카놀기인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제5항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물의R1, R2, 및 R3은 메틸기이고 R4는 에타놀기인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은[(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I, [(CH3)3NCH2CH2OH]Br, [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3및 이들의 혼합물로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은[(CH3)3NCH2CH2OH]Cl를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은상기 슬러리에 0.1 wt% 내지 5 wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제9항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은상기 슬러리에 0.5 wt% 내지 3 wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은상기 용액 내에서 해리되어 0.001M 내지 5M의 {N-(R1R2R3R4)}+의 양이온을 제공하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제11항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은상기 용액 내에서 해리되어 0.01M 내지 3M의 {N-(R1R2R3R4)}+의 양이온을 제공하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 상기 슬러리는 9.0 내지 13.5의 pH 값을 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, pH 조절제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제14항에 있어서, 상기 pH 조절제는KOH, NH4OH 및 (CH3)4NOH로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나의 염; 및HCl, H2SO4, H3PO4및 HNO3으로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나의 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제14항에 있어서, 상기 pH 조절제는[(CH3)3NCH2CH2OH]OH를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제1항에 있어서, 계면 활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제17항에 있어서, 상기 계면 활성제는세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 알코올 또는 폴리에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제17항에 있어서, 상기 계면 활성제는상기 슬러리에 0.001 wt% 내지 1 wt% 첨가되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 다수의 연마 입자들;상기 연마 입자들이 현탁되는 용액;상기 용액에 첨가되며, {N-(R1R2R3R4)}+X-의 형태를 가지는 화합물이고 상기 R1, R2, R3및 R4는 래디컬이고 X-는 음이온 유도체인 사암모늄 화합물; 및상기 용액에 첨가되는 계면 활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제20항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은[(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I, [(CH3)3NCH2CH2OH]Br, [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3및 이들의 혼합물로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 제21항에 있어서, 상기 계면 활성제는세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 알코올 또는 폴리에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마에 이용되는 슬러리.
- 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 포함하는 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계; 및상기 반도체 웨이퍼 상에 {N-(R1R2R3R4)}+X-의 형태를 가지는 화합물이고 상기 R1, R2, R3및 R4는 래디컬이고 X-는 음이온 유도체인 사암모늄 화합물을 첨가제로 포함하는 슬러리를 공급하며 연마하여, 상기 실리콘 산화막 대 실리콘 질화막의 선택비를 제고하며 상기 연마를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 사암모늄 화합물은[(CH3)3NCH2CH2OH]Cl, [(CH3)3NCH2CH2OH]I, [(CH3)3NCH2CH2OH]Br, [(CH3)3NCH2CH2OH]CO3및 이들의 혼합물로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 슬러리는세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 세틸디메틸 암모늄 브로마이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 알코올 또는 폴리에틸렌 글리콜의 계면 활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법.
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