KR20020050145A

KR20020050145A - 실리카 막의 화학-기계적 연마용 연마 슬러리

Info

Publication number: KR20020050145A
Application number: KR1020010081028A
Authority: KR
Inventors: 크리스티나 보그트; 로타르 푸페; 춘-쿠오 민; 리-메이 첸; 흐신-흐센 루
Original assignee: 빌프리더 하이더; 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2002-06-26
Also published as: MXPA01013270A; CN1359997A; EP1217650A1; AU9730101A; RU2001134183A; NO20016236D0; IL147165A0; SG130931A1; HU0105380D0; CZ20014586A3; HUP0105380A3; TW517301B; NZ516222A; DE10063488A1; HUP0105380A2; JP2002246341A; NO20016236L; CA2365593A1; US20020170237A1

Abstract

콜로이드성 실리카 연마제 5 내지 50 중량%, 및 화학식 R₄N⁺X^-(여기에서, R은 동일하거나 상이하고, 알킬, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬 및 에스테르기로 이루어진 군에서 선택되고, X는 히드록실 또는 할로겐임)로 표시되는 4차 암모늄 염 0.1 내지 10 중량%을 포함하는 화학-기계적 연마용 연마 슬러리는 높은 연마율을 특징으로 한다.

Description

실리카 막의 화학-기계적 연마용 연마 슬러리 {Polishing Slurry for the Chemical-Mechanical Polishing of Silica Films}

본 발명은 실리카 막을 연마하는 데 사용할 수 있는 화학-기계적 연마용 연마 슬러리, 특히 4차 암모늄 염을 함유하는 실리카 유형의 콜로이드성 연마 슬러리에 관한 것이다.

최근, 화학-기계적 연마 (CMP)는 웨이퍼 상의 전체적인 편평화를 달성하기 위하여 집적 회로(IC)의 제조에서 선호하는 방법이다. 웨이퍼는 집적 회로가 그 위에 구성되는 규소의 연마된 디스크이다. 먼저, 연마 슬러리를 탄성 연마 패드에 가하거나, 연마하고자 하는 웨이퍼 표면에 직접 가한다. 이어서, 연마 패드를 연마하고자 하는 표면에 대해 가압하고, 공정 중에 웨이퍼면에 대해 움직임으로써 슬러리의 입자가 웨이퍼 표면 상에 가압되도록 한다. 연마 패드의 움직임으로 연마 슬러리를 분산시킴으로써, 웨이퍼 표면 상의 입자가 분산되어 기판 표면에서 화학 및 기계적으로 제거되도록 한다.

연마 슬러리는 2 개의 범주로 나눌 수 있다. 한 범주는 연마제로서의 열분해법 실리카의 현탁액을 포함하는 것이고, 나머지 범주는 연마제로서 콜로이드성실리카를 함유하는 것이다. 열분해법 실리카로부터 연마 슬러리를 제조하는 방법과 실리카 졸로도 알려져 있는 콜로이드성 실리카로부터 연마 슬러리를 제조하는 방법은 서로 다르다. 열분해법 실리카의 현탁액은 열분해법 실리카를 수성 매질에 분산시킴으로써 수득된다. 콜로이드성 실리카를 함유하는 연마 슬러리에서, 콜로이드성 실리카는 졸-겔 기술을 이용하여 수용액, 즉 규산나트륨 용액으로부터 직접 제조된다. 열분해법 실리카를 사용하는 경우에서와 같이 제조 동안에 덩어리 또는 응괴를 형성할 수 있는 건조 상태인 콜로이드성 실리카가 존재하는 때가 없다. 열분해법 실리카의 현탁액은 콜로이드성 실리카로부터 얻어진 연마 슬러리 범주보다 더 넓은 입도 분포를 갖는다. 이는 저장 및(또는) 연마 동안에 열분해법 실리카를 포함하는 연마 슬러리 입자에 덩어리화 또는 침강물의 형성을 유도하여, 이는 또한 비균일 입도 분포를 유도한다. 따라서, 열분해법 실리카를 포함하는 연마 슬러리를 사용할 경우, 표면 조도 및 미세긁힘과 같은 결함이 연마된 반도체 표면에 형성된다. 이러한 현상은 IC 부품의 선폭이 0.25 ㎛ 또는 0.18 ㎛ 또는 그 이하일 경우에 심해진다. 따라서, 콜로이드성 실리카를 함유하는 연마 슬러리 범주가 점차 널리 사용되고 있다.

다양한 연마 슬러리가 개발되었다. 미국 특허 제5,891,205호에는 산화세륨 입자 및 실리카 입자를 함유하는 알칼리성 수분산액을 포함하는 화학-기계적 연마 슬러리용 조성물이 기재되어 있다. 미국 특허 제5,264,010호에는 산화세륨, 열분해법 실리카 및 침전된 실리카를 함유하는 연마 슬러리 조성물이 기재되어 있다. 미국 특허 제5,139,571호에는 다수의 미세 연마 입자 및 4차 암모늄 화합물을 함유하는 반도체 웨이퍼용 연마 슬러리가 기재되어 있다. 미국 특허 제5,230,833호에는 금속 함량이 적은 실리카 졸을 제조하는 방법이 기재되어 있다.

그러나, 연마율이 높은 화학-기계적 연마용 실리카 졸 유형의 연마 슬러리의 개발이 여전히 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 연마율이 높고 기판의 표면 조도가 낮은 화학-기계적 연마용 연마 슬러리를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 화학-기계적 연마용 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제 5 내지 50 중량%, 및 화학식 R₄N⁺X^-(여기에서, R은 동일하거나 상이하고, 알킬, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬 및 에스테르기로 이루어진 군에서 선택되고, X는 히드록실 또는 할로겐임)로 표시되는 4차 암모늄 염 0.1 내지 10 중량%를 함유한다.

화학-기계적 연마를 위한 본 발명의 연마 슬러리는 특히 실리카 막의 연마에 사용하기에 적합하다. 이 경우, 실리카는 예컨대, 열 산화물, PE-TEOS 또는 HDP로 알려진 것들일 수 있다.

실리카 막은 B, P 및(또는) F와 같은 도핑 성분을 함유할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연마 슬러리는 주 성분으로서 SiO₂를 함유하는 유리로부터 제조된 성형체를 연마하는 데 적합하다.

본 발명의 연마 슬러리에서, 콜로이드성 실리카 연마제는 바람직하게는 10 내지 30 중량%의 양으로 존재하고, 암모늄 염은 바람직하게는 0.3 내지 5 중량%의 양으로 존재한다. 콜로이드성 실리카는 평균 입도가 10 nm 내지 1 ㎛, 바람직하게는 20 nm 내지 100 nm이다.

평균 입도는 초원심분리를 통해 측정된다.

본 발명에서 사용하는 4차 암모늄 염 R₄N⁺X^-에 있어서, R은 바람직하게는 C_1-20알킬, C_1-20알케닐, C_7-20알킬아릴, C_7-20아릴알킬 또는 에스테르기일 수 있다. 4차 암모늄 염은 동시에 다른 기 R를 함유할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 태양에서, X는 할로겐이다. 4차 암모늄 염의 특히 바람직한 예로는 옥틸디메틸벤질암모늄 클로라이드 및 세틸트리메틸암모늄 브로마이드가 있다.

본 발명의 연마 슬러리의 22℃에서의 pH는 9 내지 12, 바람직하게는 11 내지 12일 수 있다.

본 발명의 연마 현탁액은 또한 수산화칼륨과 같은 알칼리 금속의 수산화물을 함유할 수 있다.

본 발명의 다양한 변형 및 변형물은 당업자에게는 명백할 것이므로, 하기 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않고, 본 발명의 방법 및 이점을 보다 상세하게 설명하려는 의도일 뿐이다.

<실시예>

실시예 및 비교예의 연마 슬러리는 하기 지시에 따라 제조하였다. 연마 슬러리를 웨스테크(Westech)-372 연마 기계를 사용하여 규소 웨이퍼 상의 실리카 막을 연마하는 데 사용하였으며, 막은 저압 CVD 방법에 의해 제조되었다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 연마율은 연마 전후의 두께의 차이를 연마 시간으로 나눔으로써 계산하였으며, 막 두께는 나노스펙(Nanospec)으로 측정하였다. 요철율은 1σ 방법으로 측정하였으며, 연마율은 웨이퍼 표면상의 9개의 다른 지점에서 측정하였다.

<실시예 1>

탈이온수를 사용하여 레바실(Levasil; 등록상표) 50 CK/30% (독일 레버쿠센 소재, Bayer AG에서 구입한 콜로이드성 실리카 졸)를 실리카 30 중량%로 조정하였다. 콜로이드성 실리카의 평균 입도는 60 내지 90 nm이고, 비표면적은 50 내지 180 m²/g이었다. 옥틸디메틸벤질암모늄 클로라이드 0.8 중량%를 희석한 실리카 졸에 가하고, 혼합물을 전체적으로 혼합하였으며, 그 결과 pH = 11.2의 목적하는 연마 슬러리를 얻었다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<실시예 2>

실리카 15 중량%를 함유하는 연마 슬러리를 형성하도록 실리카 졸을 희석한 것 이외는 실시예 1에서와 동일한 방법을 이용하였다. 연마 슬러리의 pH는 11.0이었다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 1>

옥틸디메틸벤질암모늄 클로라이드를 가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법을 이용하였다. 연마 슬러리의 pH는 11.2이었다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 2>

옥틸디메틸벤질암모늄 클로라이드를 가하지 않고, 실리카 졸의 농도를 실리카 15 중량%로 희석한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법을 이용하였다. 연마 슬러리의 pH는 11.0이었다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 3>

본 예에서 사용한 연마 슬러리는 열분해법 실리카 25 중량%를 함유하는 SS 25(미국 일리노이주 오로라 소재, Cabot Microelectronics에서 구입)이었다. 연마 슬러리의 pH는 11.2이었다.

<비교예 4>

비교예 3에서 사용한 SS 25 연마 현탁액을 탈이온수를 사용하여 희석하였으며, 그 결과로 열분해법 실리카 12.5 중량%를 함유하는 목적하는 연마 슬러리를 얻었으며, 그 pH는 11.0이었다.

실시예	실리카 원료	실리카 농도(중량%)	4차 암모늄 염의 농도(중량%)	연마율(Å/분)	요철율 (%)
실시예 1	콜로이드성 실리카	30%	0.8%	3100	4.1
실시예 2	콜로이드성 실리카	15%	0.8%	2246	2.3
비교예 1	콜로이드성 실리카	30%	0	2702	3.9
비교예 2	콜로이드성 실리카	15%	0	1946	1.8
비교예 3	열분해법 실리카	25%	0	1900	4.1
비교예 4	열분해법 실리카	12.5%	0	1366	6

상기 실시예들로부터 콜로이드성 실리카 유형의 연마 슬러리를 사용한 연마율은 4차 암모늄 염을 첨가함으로써 증가할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 태양의 상기 설명은 예시 및 설명을 위해 제공된 것이다. 명백한 변경 또는 변형이 본 발명의 교시 범위 내에서 가능하다. 실시 태양은 본 발명의 원리 및 그의 실용적인 응용에 대한 최상의 예시를 제공하기 위해 선택 및 기재되었으며, 당업자는 본 발명을 이용하여 다양한 실시 태양을 제공할 수 있으며, 의도된 특정 용도에 적합한 여러가지 변형을 이용할 수 있다. 모든 변경 및 변형이 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명의 화학-기계적 연마용 연마 슬러리는 콜로이드성 실리카 연마제 및 4차 암모늄 염을 함유함으로써, 보다 높은 연마율을 제공한다.

Claims

콜로이드성 실리카 연마제 5 내지 50 중량%, 및

화학식 R₄N⁺X^-(여기에서, R은 동일하거나 상이하고, 알킬, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬 및 에스테르기로 이루어진 군에서 선택되고, X는 히드록실 또는 할로겐임)로 표시되는 4차 암모늄 염 0.1 내지 10 중량%를 함유하는 화학-기계적 연마용 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 콜로이드성 실리카 연마제가 10 내지 30 중량%의 양으로 존재하고, 4차 암모늄 염이 0.3 내지 5 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제1항에 있어서, R이 동일하거나 상이하고, C_1-20알킬, C_1-20알케닐, C_7-20알킬아릴, C_7-20아릴알킬 또는 에스테르기인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제1항에 있어서, X가 할로겐인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제4항에 있어서, 4차 암모늄 염이 옥틸디메틸벤질암모늄 클로라이드 또는 세틸트리메틸암모늄 브로마이드인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제5항에 있어서, 4차 암모늄 염이 옥틸디메틸벤질암모늄 클로라이드인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 알칼리 금속의 수산화물을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제7항에 있어서, 수산화물이 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 22℃에서의 pH가 9 내지 12인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.
제1항에 있어서, 콜로이드성 실리카의 평균 입도가 10 nm 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 연마 슬러리.