KR20040050721A - Slurry composition for final polishing of silicon wafer - Google Patents

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KR20040050721A
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    • C09K3/1463Aqueous liquid suspensions

Abstract

PURPOSE: A slurry composition for final polishing of silicon wafer is provided to increase polishing speed and improve polishing characteristics. CONSTITUTION: A slurry composition for final polishing of silicon wafer contains colloid silica of 2-10 weight% as an abrasive, ammonia of 0.5-1.5 weight%, and a hydroxide alkyl cellulose based water-soluble polymer thickener of 0.2-1.0 weight%. At this time, the grain diameter of the colloid silica is in the range of 60-80 nm. The last polishing slurry composition further contains an amine compound of 0.01-1 weight%, quaternary ammonium salt of 0.01-0.5 weight%, and deionized water. Preferably, the amine compound is one selected from a group consisting of monoethanolamine, diethylene glycolamine, diethanolamine, triethanolamine, (dimethylamino)ethoxyethanol, aminoethylethanolamine, or piperidineethanol.

Description

실리콘 웨이퍼의 최종 연마용 슬러리 조성물 {Slurry Composition for Final Polishing of Silicon Wafer}Slurry Composition for Final Polishing of Silicon Wafer

본 발명은 반도체 웨이퍼의 이차 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 이차 연마시 연마속도를 증진시키면서도, 연마품질이 증진된 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry composition for secondary polishing of a semiconductor wafer, and more particularly, to a polishing slurry composition for manufacturing a semiconductor wafer having improved polishing quality while improving polishing rate during secondary polishing of a semiconductor wafer.

실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 CMP(chemical mechanical polishing) 공정은 웨이퍼 표면의 마이크로러프니스(microroughness)를 낮추어 부드러운 표면을 만들고 마이크로스크래치(microscratch) 등의 물리적 표면결함을 제거하는 마지막 공정이다. 이러한 CMP 공정을 거친 웨이퍼는 비로소 저 표면 결함의 경면을 구현하는 것이다. 웨이퍼 표면에 잔류하는 마이크로스크래치는 회로를 구현하는 포토리소그래피 공정의 문제를 일으키는 원인을 제공하는 결함으로서 CMP 공정에서 마이크로스크래치를 제거하여 그 잔류 수치를 낮추는 것은 중요한 과제이다.The chemical mechanical polishing (CMP) process in silicon wafer fabrication is the last step to reduce the microroughness of the wafer surface to create a smooth surface and remove physical surface defects such as microscratch. Wafers that have undergone this CMP process are capable of producing mirror surfaces of low surface defects. Residual microscratches on the wafer surface are defects that cause problems in the photolithography process that implements the circuit. It is important to remove microscratches in the CMP process to lower the residual value.

반도체 제조시 기판이 되는 실리콘 웨이퍼는 단결정성장(single crystal growing), 절단(slicing), 연마(lapping), 식각(etching), 경면연마(polishing),세정(cleaning) 등의 여러 공정을 거쳐 제조된다. 제조공정의 최종 단계인 경면연마 공정은 이전 공정에서 생성된 표면이나 표면 이하(subsurface)의 결함, 즉 긁힘, 갈라짐, 그래인 비틀림(grain distortion), 표면거칠기, 표면의 지형(topography)의 결함을 제거하여 무결점 거울면의 웨이퍼로 가공하게 된다.Silicon wafers, which serve as substrates in semiconductor manufacturing, are manufactured through various processes such as single crystal growing, slicing, lapping, etching, mirror polishing, and cleaning. . The mirror polishing process, the final stage of the manufacturing process, eliminates surface or subsurface defects created in the previous process, such as scratches, cracks, grain distortion, surface roughness, and surface topography. It is removed and processed into a defect-free mirror wafer.

웨이퍼의 CMP 공정은 다단계를 거치는데 표면의 딥 스크래치(deep scratch)를 제거하기 위하여 빠른 연마속도를 요하는 1차 연마단계와 여전히 잔류하는 마이크로스크래치를 제거하고 표면의 마이크로러프니스를 수 Å수준으로 낮추어 경면을 구현하는 2차(최종) 연마 단계로 구성된다.The CMP process of the wafer is a multi-step process, which removes the remaining microscratches and removes the microroughness of the surface by several seconds, which requires a fast polishing rate to remove deep scratches on the surface. It consists of a second (final) polishing step that lowers the mirror surface.

연마 가공에는 연마기(polisher)와 초순수(deionized water) 이외에 중요한 두가지 구성요소를 필요로 한다. 그것은 연질 혹은 경질의 우레탄 연마포와 연마액인 실리카 슬러리이다.Abrasive processing requires two important components in addition to polishers and deionized water. It is a silica slurry which is a soft or hard urethane polishing cloth and polishing liquid.

웨이퍼 표면의 연마는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)의 반응으로 설명하는데, 연마포는 기계적 연마의 역할을 하고, 연마액(슬러리)은 패드의 기계적 연마를 보조하고 또한 화학적인 연마를 일으키는 역할을 하는 것이다. 웨이퍼의 대구경화와 이에 따른 고도의 품질요구는 연마포와 슬러리의 성능 향상을 요구하고 있다. 특히 슬러리는 웨이퍼 품질의 최종 조절제로 간주되기 때문에 다양한 물리화학적 성질을 갖는 제품이 출시되었고 계속적으로 연구되고 있다.The polishing of the wafer surface is explained by the reaction of Chemical Mechanical Polishing. The polishing cloth serves as mechanical polishing, and the polishing liquid (slurry) assists in mechanical polishing of the pad and also causes chemical polishing. It is. The large diameter of wafers and their high quality demands require the improvement of performance of abrasive cloth and slurry. In particular, since slurry is regarded as the final regulator of wafer quality, products with various physicochemical properties have been released and are being studied continuously.

CMP 공정에서는 화학적 물리적으로 연마를 촉진하는 슬러리가 사용되는데 연마제(abrasive), pH 조절제인 염기 그리고 초순수(deionized water)가 일반적인 성분이고 특수한 연마품질을 발휘시키기 위하여 유기 혹은 무기 첨가제를 첨가하기도 한다.In the CMP process, a chemically and physically accelerated slurry is used. An abrasive, a pH adjusting base, and deionized water are common components, and organic or inorganic additives may be added to achieve a specific polishing quality.

연마제는 주로 실리카가 사용되고 pH 조절제로는 수산화 칼륨이나 수산화 나트륨을 사용하거나 암모니아수를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 성분에 부가적으로 첨가물을 사용하는데 연마속도를 향상하거나 연마표면의 세정도를 향상시키고 연마제의 분산성을 증진하는 비이온성 계면활성제, 아민류의 연마속도 촉진제 등이 그것이다.Silica is mainly used as a silica, it is common to use potassium hydroxide, sodium hydroxide or ammonia water as a pH adjuster. In addition to these components, additives are used, such as nonionic surfactants and amines for improving the polishing rate, improving the cleanliness of the polishing surface, and improving the dispersibility of the abrasive.

CMP 공정별로 공정 특성에 부합하는 별도의 슬러리를 사용하는 것이 보편화되어 있다. 1차 연마슬러리와 최종연마 슬러리는 공정별 특성을 배가하기 위하여 상이한 물리적 성질로 조성된다. 1차 슬러리는 연마속도를 배가하기 위하여 연마제의 크기(80~120nm)와 농도(2~30중량%)를 크게 조절하고 pH는 11~12의 범위로 하여 기계적 화학적 연마력을 모두 강화시킨다. 반면에 최종 슬러리는 연마속도를 촉진하기보다는 표면의 결함 등의 제거가 관건이기 때문에 연마제의 크기(10~80nm)와 농도(0.2~10중량%)를 낮추어 기계적 연마효과를 낮추고 반면에 화학적 연마효과를 촉진하여 깨끗한 경면을 만들기 위하여 다양한 기능성 첨가제류를 배합하기도 한다.It is common to use separate slurries that match the process characteristics for each CMP process. The primary polishing slurry and the final polishing slurry are formulated with different physical properties to double the process specific properties. In order to double the polishing rate, the primary slurry greatly adjusts the size (80-120 nm) and concentration (2-30% by weight) of the abrasive, and the pH is in the range of 11-12 to enhance both mechanical and chemical polishing power. On the other hand, since the final slurry is a key to removing surface defects rather than promoting the polishing rate, the mechanical polishing effect is lowered by lowering the size of the abrasive (10 to 80 nm) and the concentration (0.2 to 10 wt%), while the chemical polishing effect is reduced. In order to promote the clean mirror surface, various functional additives may be blended.

트레닉(Trednnick) 등은 미국특허 제3,715,842호에서 100nm 이하의 실리카 입자를 물에 분산시키고, 여기에 암모니아를 0.05중량% 이상으로 첨가하여 pH를 7 이상으로 한 후 여기에 수산화메틸셀룰로오스(HMC), 수산화에틸셀룰로오스(HEC), 수산화프로필셀룰로오스(HPC)를 0.05∼2.5중량%가 되도록 첨가하여 최종연마용 슬러리를 제조함으로서 실리카의 침전을 억제하여 스크레치를 감소시키고자 하였다.Trennnick et al., In U.S. Patent No. 3,715,842, disperse silica particles of 100 nm or less in water, add 0.05% by weight or more of ammonia thereto, and bring the pH to 7 or more, followed by methyl cellulose (HMC). In addition, ethyl cellulose hydroxide (HEC) and propyl cellulose hydroxide (HPC) were added to 0.05 to 2.5% by weight to prepare a slurry for the final polishing to suppress the precipitation of silica to reduce the scratch.

페인(Payne) 등은 일련의 특허(미국특허 제4,169,337호, 제4,462,188호, 및 제4,588,421호)에서 4∼100nm 크기의 입자를 사용하고 아미노에탄올아민 (aminoethanolamine) 또는 에틸렌디아민(ethylenediamine)의 아민을 2∼4중량%로 첨가하거나 염화사메틸암모늄 (tetramethylammonium chloride) 혹은 수산화사메틸암모늄(TMAH)등의 사급암모늄염을 2∼4중량%로 첨가한 조성물로써 연마속도를 개선하고자 하였다.Payne et al. Use particles ranging in size from 4 to 100 nm in a series of patents (US Pat. Nos. 4,169,337, 4,462,188, and 4,588,421) and use amines of aminoethanolamine or ethylenediamine. The polishing rate was improved by adding 2 to 4% by weight or by adding 4 to 4% by weight of a quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium chloride or tetramethylammonium hydroxide (TMAH).

사사키(Sasaki) 등은 미국특허 제5,352,277호에서 콜로이달 실리카, 수용성 고분자, 수용성 염을 사용한 슬러리를 제안하였다. 실리카는 5∼500nm인 것을 20∼50%가 되도록 하였으며, 수용성 고분자의 양은 약 100ppm, 염은 양이온이 Na, K, NH4중에서, 음이온이 Cl, F, NO3, ClO4중에서 선택되었으며, 농도는 20∼100ppm이 되도록 하였다. 이러한 슬러리를 사용하여 표면 거칠기를 5nm 미만으로 감소시킨 고운(soft) 표면을 구현시켰다.Sasaki et al. Proposed a slurry using colloidal silica, a water-soluble polymer, and a water-soluble salt in US Pat. No. 5,352,277. Silica was 5 ~ 500nm 20 to 50%, the amount of water-soluble polymer is about 100ppm, salt is selected from Na, K, NH 4 cation, Cl, F, NO 3 , ClO 4 anion Was set to 20 to 100 ppm. This slurry was used to produce a soft surface with reduced surface roughness below 5 nm.

롱카이(Loncki) 등은 국제 특허공개 WO 96/38262에서 수백 나노 이하의 실리카를 0.2~0.5중량%로 하고 아민을 0.01~0.1중량%로 사용하였고 PVA(poly vinyl alcohol)를 0.02~0.05중량% 그리고 pH 8~11을 유지하기 위하여 아민을 사용하여 최종 연마 슬러리로 제조하였다. 150mm 웨이퍼를 연마하였을 때 헤이즈(HAZE) 수준은 0.06ppm, 0.1∼0.3 마이크론의 LPD는 평균 90개 이하의 품질을 보였으나 기타 결함에 관하여는 주목하지 않았다.Longcki et al. Used in the international patent publication WO 96/38262 0.2 to 0.5% by weight of silica and less than 0.01 to 0.1% by weight of amine and 0.02 to 0.05% by weight of polyvinyl alcohol (PVA). And it was prepared as a final polishing slurry using an amine to maintain pH 8-11. When the 150 mm wafer was polished, the HAZE level was 0.06 ppm and the LPD of 0.1-0.3 micron averaged less than 90 qualities, but no other defects were noted.

이노우에 등은 일본 특허출원 2000-6327에서 2차 혹은 최종의 연마 조성물을 제시하였다. 조성물의 연마제는 20∼300nm인 실리카를 사용하였고 염기로는 TMAH를 0.001~0.3 중량%로 사용하였다. 분자량 130만 이상인 수산화에틸셀룰로오스(HEC)를 첨가하여 연마 후 웨이퍼 표면의 친수성을 개선한 것을 언급하였는데 일반적인 연마용 슬러리의 조성에서 벗어나지 못하였다.Inoue et al. Presented a secondary or final polishing composition in Japanese Patent Application 2000-6327. The abrasive of the composition used a silica of 20 ~ 300nm and used as the base at 0.001 ~ 0.3% by weight TMAH. It was mentioned to improve the hydrophilicity of the wafer surface after polishing by adding ethyl cellulose hydroxide (HEC) having a molecular weight of 1.3 million or more, but did not deviate from the composition of the general polishing slurry.

이상의 예에서 보았듯이 기존에 사용되는 연마용 슬러리는 콜로이드 실리카 연마제에 염기성의 분산상으로 추가적으로 연마속도촉진제 분산안정제 등이 첨가되기도 한다. 또한 표면잔류 결합을 대변하는 LPD의 수치를 낮추기 위하여는 슬러리 조성물 고유의 조합을 구현하는 것이 중요한 과제이다.As seen from the above example, the polishing slurry used in the related art may be added to the colloidal silica abrasive as a basic dispersion phase and additionally, a polishing rate accelerator or dispersion stabilizer. In addition, in order to lower the level of LPD representing the surface residual bonds, it is important to implement a unique combination of the slurry composition.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연마속도가 우수하면서도 LPD 표면결함 및 평탄도(uniformity) 등의 연마특성이 향상된 슬러리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide a slurry composition having excellent polishing speed and improved polishing characteristics such as LPD surface defects and uniformity (uniformity).

즉, 본 발명은 연마제로 입경이 60∼80nm인 콜로이드 실리카 2∼10중량%, 암모니아 0.5∼1.5중량%, 수산화알킬셀룰로오스류의 수용성 고분자 증점제 0.2∼1.0중량%, 아민 화합물 0.01∼1중량%, 사급암모늄염기 0.01∼0.5중량% 및 나머지 성분으로서 초순수를 포함하는 반도체 웨이퍼의 이차 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.That is, the present invention is an abrasive, 2 to 10% by weight colloidal silica having a particle size of 60 to 80nm, 0.5 to 1.5% by weight of ammonia, 0.2 to 1.0% by weight of a water-soluble polymer thickener of alkyl cellulose, 0.01 to 1% by weight of an amine compound, A slurry composition for secondary polishing of a semiconductor wafer comprising 0.01 to 0.5% by weight of quaternary ammonium base and ultrapure water as the remaining components.

이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 슬러리 조성물은 초순수, 실리카 연마제, 암모니아, 수산화알킬셀룰로오스류의 수용성 고분자 증점제, 아민 화합물 및 사급암모늄 염기를 포함하여 구성된다.The slurry composition of the present invention comprises ultrapure water, silica abrasive, ammonia, water-soluble polymer thickeners of alkyl celluloses, amine compounds and quaternary ammonium bases.

실리카 연마제로는 기계연마의 효과를 낮추기 위하여 평균 크기가 60 내지 80nm 범위에 속하는 콜로이드 실리카를 사용한다.As the silica abrasive, colloidal silica having an average size in the range of 60 to 80 nm is used to reduce the effect of mechanical polishing.

전체 조성물 중 실리카의 농도는 2~10중량%, 바람직하게는 4~6중량%의 범위로 한다. 연마제의 저농도화로 입자간 분산안정성은 증가하도록 하였지만, 연마속도가 감소되는 문제점이 있다. 본 발명은 이러한 단점을 보완하기 위하여 일반적인 입경인 30~40nm 보다 큰 60nm~80nm의 연마제를 사용하여 분당 0.5~1미크론의 연마속도를 달성한다. 앞선 언급과 같이 실리카의 저농도화로 분산안정성 및 저장안정성이 증가하는 효과를 얻을 수 있는데, 이러한 분산안정화로 슬러리내 거대 입자불순물의 생성이 억제되어 스크래치, 특히 서브마이크로스크래치가 감소하는 연마품질을 얻는다.The concentration of silica in the total composition is in the range of 2 to 10% by weight, preferably 4 to 6% by weight. Although the dispersion stability between particles is increased due to the low concentration of the abrasive, there is a problem that the polishing rate is reduced. The present invention achieves a polishing rate of 0.5 to 1 micron per minute using an abrasive of 60 nm to 80 nm larger than the general particle diameter of 30 to 40 nm to compensate for this disadvantage. As mentioned above, dispersing stability and storage stability can be increased by low concentration of silica, and this dispersion stabilization suppresses the generation of large particle impurities in the slurry, thereby obtaining a polishing quality in which scratches, especially submicro scratches, are reduced.

실리카의 화학적 분산성을 배가하고 CMP 공정에서 화학적 연마효과를 부가하기 위하여 pH 조절제로 약염기인 암모니아를 사용하였는데 pH가 10.4~10.7이 되도록 암모니아수를 첨가한다. 이러한 암모니아의 사용량은 0.5∼1.5중량%의 범위이다.In order to double the chemical dispersibility of silica and add chemical polishing effect in the CMP process, ammonia, a weak base, was used as a pH regulator. Ammonia water was added so that the pH was 10.4-10.7. The amount of such ammonia used is in the range of 0.5 to 1.5% by weight.

입자의 분산안정성을 더욱 배가하기 위하여 수용성 고분자 증점제를 사용한다. 이러한 고분자 증점제로는 수용성의 수산화알킬셀룰로오스류를 사용하는데, 구체적으로는 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시부틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 친유성으로 조절된 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 등을 예로 들 수 있으며, 이를 단독으로 또한 이종 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.In order to further double the dispersion stability of the particles, a water-soluble polymer thickener is used. As the polymer thickener, water-soluble alkyl hydroxide celluloses are used. Specifically, hydroxypropyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose adjusted to lipophilic, Hydroxymethyl cellulose, methyl cellulose, etc. are mentioned, It can be used individually and in mixture of 2 or more types.

이러한 수산화알킬셀룰로오스류는 웨이퍼 표면을 경면의 소프트(soft) 표면으로 만드는데 핵심적인 역할을 하는 것으로 실리카 연마제가 표면에 규칙적인 배향으로 접촉하도록 하는 작용을 배가시킨다. 또한 실리카에 대하여 분산안정제의 역할을 하게 되는데 이것은 증점제가 3차원의 네트-웍을 생성하여 실리카의 응집 혹은 침하를 지연시키기 때문이다.These alkyl hydroxide celluloses play a key role in making the wafer surface a mirror soft surface, which doubles the action of the silica abrasive to contact the surface in a regular orientation. It also acts as a dispersion stabilizer for silica because thickeners create a three-dimensional network, which delays the aggregation or settlement of silica.

상기 수산화알킬셀룰로오스류는 고온에서 안정하여 운점(clouding point)이 50℃ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 측면에서 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 수산화알킬셀룰로오스의 분자량은 층류를 생성시키도록 20만 내지 150만 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 사용량은 슬러리의 점도가 7~80cP, 바람직하게는 20~80cP, 더욱 바람직하게는 30~70cP가 되는 범위 내에서 사용한다. 이러한 고분자 증점제의 사용량은 0.2~1.0중량% 범위이다.The alkyl hydroxide cellulose is stable at high temperature, the clouding point (clouding point) is preferably 50 ℃ or more. In this respect, it is preferable to use hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose. In addition, the molecular weight of the alkyl cellulose is preferably used in the range of 200,000 to 1.5 million to generate a laminar flow. The usage-amount is used within the range whose viscosity of a slurry is 7-80 cP, Preferably it is 20-80 cP, More preferably, it is 30-70 cP. The amount of the polymer thickener used is in the range of 0.2% to 1.0% by weight.

본 발명에서는 연마속도를 개선하고 표면의 평탄도(uniformity(waveness))를 개선하기 위하여 아민 화합물 및 사급암모늄염기를 복합적으로 첨가함을 특징으로한다.In the present invention, in order to improve the polishing rate and to improve the uniformity (waveness) of the surface, the amine compound and the quaternary ammonium base are added in combination.

연마속도를 개선하기 위하여 첨가되는 아민 화합물로는 구체적으로 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 디에틸렌 글리콜아마민(Diethylene glycolamine), 디에탄올아민(Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), (디메틸아미노)에톡시에탄올((Dimethylamino)ethoxyethanol), 아미노에틸에탄올아민The amine compound added to improve the polishing rate is specifically monoethanolamine, diethylene glycolamine, diethanolamine, triethanolamine, and (dimethylamino) ethoxy. Ethanol ((Dimethylamino) ethoxyethanol), aminoethylethanolamine

(Aminoethylethanolamine), 피페리딘에탄올(Piperidineethanol)을 예로 들 수 있다.(Aminoethylethanolamine), Piperidineethanol (Piperidineethanol) is an example.

전체 조성물 중 그 농도는 0.01~1중량%, 바람직하게는 0.05~0.5중량%로 한다. 0.01중량% 미만에서는 연마촉진의 효과가 발휘되지 않고, 0.5중량%, 특히 1중량%를 초과하는 경우에는 표면의 거칠기가 증가하고 LPD가 크게 증가하여 바람직하지 않다. 그러나 적정농도를 첨가하는 경우에는 표면의 거칠기를 안정되게 유지하면서 연마속도를 분당 1~1.5미크론으로 크게 증가시킬 수 있다. 하지만 이 경우에도 LPD 품질 저하현상이 나타나므로, 본 발명에서는 사급암모늄염기를 사용하여, 아민의 첨가로 인한 LPD 저하 현상을 방지한다.The concentration in the total composition is 0.01 to 1% by weight, preferably 0.05 to 0.5% by weight. If it is less than 0.01% by weight, the effect of promoting the polishing is not exerted, and if it is more than 0.5% by weight, especially 1% by weight, the surface roughness increases and the LPD increases greatly, which is not preferable. However, when the proper concentration is added, the polishing rate can be greatly increased to 1 to 1.5 microns per minute while maintaining the surface roughness stably. However, in this case, since LPD quality deterioration occurs, the present invention uses a quaternary ammonium base to prevent LPD deterioration due to the addition of amines.

이러한 목적으로 사용되는 사급암모늄 염기로는 테트라메틸암모늄 히드록사이드(Tetramethylammoniumhydroxide), 테트라에틸암모늄 히드록사이드Quaternary ammonium bases used for this purpose include tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide.

(Tetraethylammoniumhydroxide) 트리메틸(에톡시)암모늄 히드록사이드(Tetraethylammoniumhydroxide) trimethyl (ethoxy) ammonium hydroxide

(Trimethyl(ethoxy)ammoniumhydroxide), N,N-디메틸피페리딘 히드록사이드(N,N-(Trimethyl (ethoxy) ammoniumhydroxide), N, N-dimethylpiperidine hydroxide (N, N-

Dimethylpiperidinehydroxide) 등을 예로 들 수 있다. 이들 사급암모늄염기는 특히 연마 제거물인 실록산 유도체의 반응성을 중화시켜 표면 재흡착하거나 입자 불안정화를 억제하는 효과를 발휘하는 것으로 고찰되었는데 이러한 효과가 LPD 감소를 가져오는 것으로 파악된다.Dimethylpiperidinehydroxide) etc. are mentioned, for example. These quaternary ammonium bases have been considered to have the effect of neutralizing the reactivity of the siloxane derivative, which is a polishing remover, to suppress surface resorption or particle destabilization.

이러한 효과 이외에 부가적으로 사급암모늄염기를 본개발에 사용한 아민과 함께 사용하는 경우에 표면의 평탄도 역시 개선되는 것을 확인하였다.In addition to these effects, when the quaternary ammonium base was used together with the amine used in the present development, it was confirmed that the surface flatness was also improved.

사급알킬암모늄염기 사용량은 최종제품의 pH가 10.4~10.7이 되는 범위에서 0.01~0.5중량%의 범위로 사용한다. 사용농도가 0.01중량% 미만이면 연마품질의 개선효과를 얻기 어렵고, 0.5% 초과이면 실리카의 분산안정성이 깨어져 침전현상이 일어나 연마 효과를 발휘할 수 없게 된다.The quaternary alkylammonium base is used in the range of 0.01 to 0.5% by weight in the range of pH 10.4 ~ 10.7 of the final product. If the concentration is less than 0.01% by weight, it is difficult to obtain the effect of improving the polishing quality. If the concentration is higher than 0.5%, the dispersion stability of the silica is broken, so that precipitation phenomenon occurs and the polishing effect cannot be exhibited.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not intended to be limited by the following Examples.

실시예에서는 일차 연마에 Rodel 2371을 사용하고, 이차와 삼차연마에 본원발명의 슬러리를 사용하는 방법으로 연마하여 연마품질을 비교하였다. 연마표면은 KLA-TENCOR사의 SURFSCAN SP-1으로 분석하였다.In the Example, Rodel 2371 was used for primary polishing, and polishing quality was compared by polishing using a slurry of the present invention for secondary and tertiary polishing. Polishing surface was analyzed by SURFSCAN SP-1 of KLA-TENCOR.

[연마 조건][Polishing condition]

연마기 : STRAUGHBAUGH MARK9KPolishing Machine: STRAUGHBAUGH MARK9K

테이블 스피드(Table speed) : 50rpmTable speed: 50rpm

헤드 스피드(head speed) : 30rpmHead speed: 30rpm

슬러리유량 : 0.5L/분Slurry Flow Rate: 0.5L / min

압력 : 5psiPressure: 5psi

[실시예 1∼4 및 비교예 1∼3][Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3]

평균 입경이 70nm인 콜로이달 실리카를 초순수로 희석하여 입자함량이 4중량%(최종 조성물 기준)가 되도록 하였으며, 암모니아를 1중량%(최종 조성물 기준)가 되도록 첨가하여 pH가 10.3~10.5가 되도록 하였다. 증점제로는 평균분자량이 50만인 히드록시프로필셀룰로오스를 0.7중량%(최종 조성물 기준)가 되는 양으로 혼합하고, 표 1에 표시된 성분 및 함량으로 아민 화합물 및 사급 암모늄 염기를 혼합한 후, IKA사의 HOMOGENIZER를 사용하여 2000RPM으로 교반하여 점도가 65cP가 되는 슬러리 조성물을 제조하였다.Colloidal silica with an average particle diameter of 70 nm was diluted with ultrapure water to have a particle content of 4% by weight (based on the final composition), and ammonia was added to 1% by weight (based on the final composition) to obtain a pH of 10.3-10.5. . As a thickener, hydroxypropyl cellulose having an average molecular weight of 500,000 was mixed in an amount of 0.7% by weight (based on the final composition), an amine compound and a quaternary ammonium base were mixed with the ingredients and contents shown in Table 1, and then IMO HOMOGENIZER Was stirred at 2000 RPM to prepare a slurry composition having a viscosity of 65 cP.

이렇게 제조한 슬러리를 초순수로 10배 희석하여 이차와 최종 연마에 사용하였고, (1 0 0)배향의 p형(p-type) 200mm 플랫(flat) 웨이퍼를 경질의 우레탄 연마포가 부착된 speedfam multihead 연마기로 연마하였다. 웨이퍼 표면의 SCRATCH는 20장을 KLA-Tencor SP1으로 분석하였다.The slurry thus prepared was diluted 10-fold with ultrapure water and used for secondary and final polishing.The p-type 200mm flat wafer of (10) orientation was used for speedfam multihead with hard urethane polishing cloth. Polishing with a polishing machine. SCRATCH on the wafer surface was analyzed by KLA-Tencor SP1.

아민(중량%)Amine (% by weight) 사급암모늄염기(중량%)Quaternary ammonium base (% by weight) 연마속도(㎛/분)Polishing speed (㎛ / min) 거칠기(Å/80㎛2)Roughness (Å / 80㎛2) LPD(>0.1㎛,ea)LPD (> 0.1 μm, ea) 실시예1Example 1 DGA 0.2DGA 0.2 ×× 0.90.9 1.91.9 4141 실시예2Example 2 DGA 0.2DGA 0.2 TMAH 0.3TMAH 0.3 1.21.2 1.61.6 1818 실시예3Example 3 AEEA 0.2AEEA 0.2 ×× 1.11.1 1.81.8 3838 실시예4Example 4 AEEA 0.2AEEA 0.2 TMAH 0.3TMAH 0.3 1.51.5 1.51.5 2323 비교예1Comparative Example 1 ×× ×× 0.60.6 3.73.7 105105 비교예2Comparative Example 2 ×× TMAH 0.3TMAH 0.3 0.70.7 2.42.4 8484 비교예3Comparative Example 3 ×× TMEAH 0.3TMEAH 0.3 0.90.9 1.61.6 120120

DGA : 디에틸렌글로콜아민DGA: Diethylene Glycolamine

AEEA: 아미노에틸에탄올아민AEEA: aminoethylethanolamine

TMAH : 테트라메틸암모늄 히드록사이드TMAH: Tetramethylammonium Hydroxide

TMEAH : 트리메틸(에톡시)암모늄 히드록사이드TMEAH: trimethyl (ethoxy) ammonium hydroxide

상기 표 1의 결과로부터 아민이 첨가되는 경우는 연마속도가 크게 개선되었고, 특히 사급암모늄염기와 함께 사용하는 경우는 평탄도 및 LPD품질도 개선되는 효과가 있음을 알 수 있다.When the amine is added from the results of Table 1, it can be seen that the polishing rate is greatly improved, especially when used with a quaternary ammonium base group, the flatness and LPD quality are also improved.

[비교예 4, 5][Comparative Examples 4 and 5]

일차입경, 이차입경 및 점도가 하기 표 2에 표시된 바와 같고, 실리카농도가 6 중량%이며, pH가 10.7인 상용 슬러리를 초순수로 10배 희석하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 연마를 시행하였다. 그 결과는 표 2에 표시된 바와 같다.The primary particle size, secondary particle size, and viscosity are shown in Table 2 below, silica concentration was 6% by weight, and the slurry was diluted 10-fold with ultrapure water at a pH of 10.7, and the polishing was carried out in the same manner as in the above example. The results are shown in Table 2.

입경(nm)Particle size (nm) 점도(cP)Viscosity (cP) 연마속도(㎛/분)Polishing speed (㎛ / min) 거칠기(Å/80㎛2)Roughness (Å / 80㎛ 2 ) LPD(〉0.1㎛,ea)LPD (> 0.1㎛, ea) 비교예 4Comparative Example 4 6060 3030 0.80.8 2.32.3 3434 비교예 5Comparative Example 5 8080 5555 1.01.0 2.12.1 2727

상기 표 2의 결과로부터 본 발명의 조성물은 상용화된 이차 연마슬러리의 연마품질과 비교하여 우수한 연마품질, 특히 연마속도 측면에서 개선되었음을 확인할 수 있다.From the results of Table 2, it can be seen that the composition of the present invention is improved in terms of excellent polishing quality, in particular, polishing rate, compared to the polishing quality of the commercially available secondary polishing slurry.

본 발명의 슬러리 조성물은 반도체 웨이퍼의 최종 연마공정에서 연마품질을 개선하면서도, 기존의 슬러리에 비하여 생산성을 개선시킬 수 있는 성능인 연마속도를 30%이상 증가시켜 고품질의 실리콘 웨이퍼 경면연마용 슬리리를 만들 수 있다.The slurry composition of the present invention improves the polishing quality in the final polishing process of the semiconductor wafer, while increasing the polishing rate, which is the ability to improve productivity compared to the conventional slurry, by increasing the polishing rate by 30% or more to provide a high-quality silicon wafer mirror polishing slurry. I can make it.

Claims (4)

연마제로 입경이 60∼80nm인 콜로이드 실리카 2∼10중량%, 암모니아 0.5∼1.5중량%, 수산화알킬셀룰로오스류의 수용성 고분자 증점제 0.2∼1.0중량%, 아민 화합물 0.01∼1중량%, 사급암모늄염기 0.01∼0.5중량% 및 나머지 성분으로서 초순수를 포함하는 반도체 웨이퍼의 이차 연마용 슬러리 조성물.2-10% by weight of colloidal silica having a particle diameter of 60-80 nm, 0.5-1.5% by weight of ammonia, 0.2-1.0% by weight of a water-soluble polymer thickener of alkyl cellulose, 0.01-1% by weight of an amine compound, and 0.01-quaternary ammonium base A slurry composition for secondary polishing of a semiconductor wafer comprising 0.5 wt% and ultrapure water as the remaining components. 제 1항에 있어서, 상기 아민 화합물이 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 디에틸렌 글리콜아마민(Diethylene glycolamine), 디에탄올아민(Diethanolamine),The method of claim 1, wherein the amine compound is monoethanolamine (Monoethanolamine), diethylene glycol amine (Diethylene glycolamine), diethanolamine (Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), (디메틸아미노)에톡시에탄올Triethanolamine, (dimethylamino) ethoxyethanol ((Dimethylamino)ethoxyethanol), 아미노에틸에탄올아민 (Aminoethylethanolamine) 또는 피페리딘에탄올(Piperidineethanol)인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.((Dimethylamino) ethoxyethanol), aminoethylethanolamine or piperidineethanol. 제 1항에 있어서, 상기 사급 암모늄염기는 테트라메틸암모늄 히드록사이드The method of claim 1, wherein the quaternary ammonium base is tetramethylammonium hydroxide (tetramethylammonium hydroxide), 테트라에틸암모늄 히드록사이드tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide (tetraethylammonium hydroxide), 트리메틸(에톡시)암모늄 히드록사이드(tetraethylammonium hydroxide), trimethyl (ethoxy) ammonium hydroxide (Trimethyl(ethoxy)ammonium hydroxide) 또는 N,N-디메틸피페리딘(Trimethyl (ethoxy) ammonium hydroxide) or N, N-dimethylpiperidine 히드록사이드(N,N-Dimethylpiperidine hydroxide)인 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.Slurry composition, characterized in that the hydroxide (N, N-Dimethylpiperidine hydroxide). 제 1항에 있어서, 상기 수용성 고분자 증점제로 분자량이 20만∼150만인 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시부틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스 또는 친유성으로 조절된 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스를 단독으로 또는 이들의 이종 이상을 혼합하여 사용하여 슬러리의 점도를 7~80cP로 조절하는 것을 특징으로 하는 슬러리 조성물.According to claim 1, wherein the water-soluble polymer thickener hydroxypropyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose having a molecular weight of 200,000 to 1.5 million, hydroxyethyl cellulose, Slurry composition characterized in that the viscosity of the slurry is adjusted to 7 ~ 80 cP by using hydroxymethyl cellulose, methyl cellulose alone or a mixture of two or more thereof.
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