KR20060049343A - Ｃｍｐ용 수성 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP)용 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 1) 금속산화물 연마제 0.5 내지 10 중량%, 2) 중량평균분자량 100만 내지 300만의 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 중량평균분자량 200만 내지 800만의 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 조합 0.01 내지 5 중량%, 이때 상기 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량이 상기 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량 보다 50만 이상 작고, 3) 염기성 중화제 0.1 내지 2 중량%를 포함하며, 상기 제1 및 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체가 상기 연마제와 상호작용하여 크기 100 내지 5,000nm의 착체를 형성하는, 본 발명의 수성 슬러리 조성물은 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 층을 넓은 면적에 걸쳐 비교적 완전하게 평탄화시킬 수 있다.
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래의 CMP용 슬러리 조성물을 사용하여 패턴을 갖는 웨이퍼 위에 증착된 절연막을 평탄화하는 공정을 순서대로 나타낸 모식도이고,
도 2는 긴 사슬형태를 갖는, 본 발명에 따른 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 모식도이고,
도 3은 금속산화물 연마제 입자와 폴리아크릴산 사이에 형성된 착체의 모식도이고,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 CMP용 슬러리 조성물을 사용하여 패턴을 갖는 웨이퍼 위에 증착된 절연막을 평탄화하는 공정을 순서대로 나타낸 모식도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 패턴부 2: 절연막
3: 연마제 입자 4: 연마 패드
5: 연마제-고분자 착체 SHi: CMP 전 단차
SHf: 종래의 슬러리 조성물을 사용하는 CMP 후 단차
SHf': 본 발명의 슬러리 조성물을 사용하는 CMP 후 단차
본 발명은 다층 구조의 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 층을 넓은 면적에 걸쳐 최대한 평탄화시킬 수 있는, 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP)용 수성 슬러리 조성물에 관한 것이다.
화학적 기계적 평탄화(CMP)란, 탄성 폴리우레탄 패드(pad)와 웨이퍼(wafer)를 물체 표면에 장착한 다음 패드와 웨이퍼 사이에 연마입자(abrasive)를 함유하는 슬러리를 연속적으로 공급하면서 화학적 기계적 힘을 이용하여 물체의 표면을 매끄럽고 편평하게 평탄화시키는 것이다. 이때, 웨이퍼를 위에서 누르면서 상대운동(spinning 및 oscillation)시키면 웨이퍼 표면의 돌출부분이 제거되면서 웨이퍼 표면 전체의 평탄화가 이루어진다.
CMP 공정에서의 평탄도(degree of planarity, DOP)는 수학식{DOP=1-(SHf/SHi)(이때, SHi는 CMP 전의 초기 단차이고, SHf는 CMP 후의 최종 단차이다)}에 의해 정의되는데, SHf가 0일 때 평탄도는 1이 되고 평탄도 1은 완전평탄화를 의미한다.
이러한 CMP 기술은 다층 구조의 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 층 위에 생긴 원치 않는 단차(step height)를 제거하기 위해 필수적으로 적용된다.
종래의 CMP용 슬러리 조성물을 사용하여 패턴을 갖는 웨이퍼 위에 증착된 절연막을 평탄화하는 공정을 순서대로 도 1a 내지 도 1c에 나타내었다. 도 1a는 패턴부(1) 위에 절연막(2) 성장시 생긴 단차(SHi)를 보여준다. 도 1b 및 1c에서, 이 단차(SHi)는 연마 패드(4)에 의해 가압되는 슬러리 조성물 중의 연마제 입자(3)의 작용에 의해 점차적으로 낮아진다.
그러나, 종래의 CMP용 슬러리 조성물을 사용하는 경우에는 다양한 인자에 기인하여 0.9 이상의 평탄도 값을 흔히 제공하지 못 하였다. 즉, 도 1c에서 보는 바와 같이, CMP를 완료한 후에도 여전히 초기 단차의 약 10%에 해당하는 단차(SHf)가 존재하였다. 디자인 룰(design rule)이 100nm 이하인 반도체 소자의 층-형성 공정 중에 연마 후 이러한 단차가 존재하면, 후속 노광작업시 초점심도(depth of focus) 마진(margin)의 부족 및 후속 식각공정시 마진의 부족 등에 의해 브리지(bridge)가 형성되거나 누설전류가 크게 증가하여 소자 실패(fail) 및 수율 저하를 초래하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 층의 CMP에 유용하게 사용될 수 있는, 우수한 평탄화 성능을 갖는 수성 슬러리 조성물을 제공 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,
1) 금속산화물 연마제 0.5 내지 10 중량%,
2) 중량평균분자량 100만 내지 300만의 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 중량평균분자량 200만 내지 800만의 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 조합 0.01 내지 5 중량%, 이때 상기 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량이 상기 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량 보다 50만 이상 작고,
3) 염기성 중화제 0.1 내지 2 중량%를 포함하며,
상기 제1 및 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체가 상기 연마제와 상호작용하여 크기 100 내지 5,000nm의 착체를 형성하는,
화학적 기계적 평탄화(CMP)용 수성 슬러리 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 CMP용 슬러리 조성물은 착화제(complexing agent)로서 상이한 중량평균분자량을 갖는 2종의 폴리아크릴산 또는 이의 유도체, 즉 100만 내지 300만의 중량평균분자량을 갖는 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 200만 내지 800만의 중량평균분자량을 갖는 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체를 포함하며, 이때 상기 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량이 상기 제2 폴리아크릴 산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량 보다 50만 이상 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 금속산화물 연마제는 CMP에 사용되는 통상적인 물질로서 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 마그네시아(MgO2), 산화제2철(Fe3O4), 하프니아(HfO2) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 세리아를 사용한다. 금속산화물은 10 내지 500nm의 입자 크기를 가질 수 있다.
상기 금속산화물 연마제는 0.5 내지 10 중량%의 양으로 사용된다. 연마제의 양이 0.5 중량% 보다 적은 경우에는 목적하는 연마 효과를 얻을 수 없고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 연마에 의해 피연마막에 상당한 스크래치(scratch)가 발생한다.
본 발명의 조성물은 착화제로서 폴리아크릴산 또는 이의 유도체를 0.01 내지 5 중량%의 양으로 포함하며, 이때 상기 폴리아크릴산 또는 이의 유도체는 중량평균분자량 100만 내지 300만의 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 중량평균분자량 200만 내지 800만의 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 조합으로서, 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량은 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량 보다 50만 이상 작다. 바람직하게는, 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량비는 1 : 5∼10 일 수 있다.
본 발명에 사용되는 폴리아크릴산으로는 노베온(Noveon)사에 의해 시판되는 제품명 "카보폴(CARBOPOL)"의 적합한 조합, 예를 들어 "카보폴 940" 및 "카보폴 941"의 조합이 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 폴리아크릴산 유도체로는 아민계, 니트릴계, 아미드계 및 술포네이트계 유도체가 바람직하게 사용될 수 있다.
폴리아크릴산 또는 이의 유도체는 수만개의 카복실기(-COOH)를 가져 음이온을 띄어 수성 슬러리 중에서, 특히 염기성 용액 내에서 음이온 간의 반발력에 의해 길게 사슬처럼 펼쳐져 있다가(도 2 참조), 연마제 금속산화물 입자와 접촉시 고분자와 금속산화물 연마제의 금속 간의 끌어당기는 상호작용에 기인하여 연마제와 함께 크기 100 내지 5,000nm, 바람직하게는 크기 200 내지 1,000nm의 착체(연마제-고분자 착체)를 형성한다(도 3 참조). 이 착체 내에서 연마제 입자는 고분자 화합물에 의해 갇혀 있는 형태로 존재한다.
상당한 단차를 갖는 층의 CMP에 적용시, 예를 들어 구형을 갖는 상기 연마제-고분자 착체는 단차가 상이한 지역에서 다른 형태를 취하면서 연마공정에 참여한다. 구체적으로는, 단차가 높은 지역(즉, 연마 표면과 연마 패드 간의 간격(gap)이 적은 지역)에서, 연마제-고분자 착체는 연마 패드와 직접 접촉하여 압력이 가해짐에 따라 그 형태가 편평하게 되어, 피연마막에 대해 연마제 입자가 상대적으로 많이 노출되어(접촉 면적이 넓어짐) 본래의 구형에 비해 더 높은 연마능을 수행한다. 한편, 단차가 낮은 지역(즉, 연마 표면과 연마 패드 간의 간격이 넓은 지역)에 있는 연마제-고분자 착체는 그 형태가 구형 그대로 보존되어, 피연마막에 노출되는 연마제 입자가 적고 외부의 압력 또한 대부분 흡수함으로써 감소된 연마능을 수행한다.
본 발명의 핵심은, 고분자의 사슬 길이 또는 분자량을 변화시킴으로써 연마 패드의 전단작용에 의해 본래 구형인 연마제-고분자 착체의 편평화 정도가 조절될 수 있다는 것을 발견한 데에 있다. 따라서, 본 발명은 다른 분자량을 갖는 착화 고분자들의 적절한 조합이 종래 기술에 의해 달성가능한 것 보다 훨씬 더 높은 평탄도 값을 달성할 수 있다는 것을 최초로 제공한다.
또한, 본 발명에 사용되는 염기성 중화제는 슬러리 중에 존재하는 폴리아크릴산 및 이의 유도체의 활성을 증가시키는 역할을 하며, 이의 대표적인 예로는 수산화칼륨, 수산화암모늄과 같은 알칼리 금속의 수산화물, 및 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민과 같은 유기 염기를 들 수 있다. 상기 염기성 중화제는 0.1 내지 2 중량%의 양으로 사용되어 슬러리 조성물의 pH를 4 내지 9로, 바람직하게는 5 내지 8로 조절한다.
본 발명의 조성물은 상기한 연마제, 폴리아크릴산 또는 이의 유도체 및 염기성 중화제 이외에도 CMP용 슬러리 제조에 통상적으로 사용되는 각종 첨가제를 통상적인 양으로 포함할 수 있다.
상기한 연마제, 폴리아크릴산 또는 이의 유도체, 염기성 중화제 및 기타 첨가제를 상기한 각각의 사용량 범위 내에서 물과 혼합하여 본 발명에 따른 수성 슬러리 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연마제-폴리아크릴산 착체를 함유하는 본 발명의 슬러리 조성물을 단차를 갖는 층의 표면에 공급한 후 연마 수단으로 이 층을 연마하여 층의 단차를 제거함으로써 다층 구조의 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 층의 CMP를 수행한다. 상기 연마는 1 내지 10 psi의 압력 하에서 10 내지 100 rpm의 연마 패드 회전 속도로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 CMP용 슬러리 조성물을 사용하여 패턴을 갖는 웨이퍼 위에 증착된 절연막을 평탄화하는 공정을 순서대로 도 4a 내지 4d에 나타내었다. 도 4a 및 4b에서 알 수 있듯이, 단차가 높은 지역(즉, 연마 표면과 연마 패드 간의 간격이 좁은 지역)에서는 조성물에 있는 연마제-고분자 착체의 연마제 입자가 많이 노출되어 (착체가 더 편평해지기 때문에) 높은 연마율을 달성하고; 한편, 단차가 낮은 지역(즉, 연마 표면과 연마 패드 간의 간격이 넓은 지역)에서는 연마제-고분자 착체가 구형으로 존재하여 연마율의 감소를 가져온다. 도 4c는 초기 단차가 완전히 제거된 후의 모식도로서 웨이퍼의 전지역에 걸쳐 편평한 형태로 연마제-고분자 착체가 거동하게 되면서 연마 속도가 현저히 줄어들게 되어 결과적으로 연마가 이루어지지 않는다. 즉, 연마제-고분자 착체는 초기 단차가 완전히 제거된 후에는 외부의 압력에 의해서도 연마 기능을 수행하지 않는다(자동정지연마(auto stop CMP) 기능). 도 4d는 본 발명의 슬러리 조성물을 사용하는 CMP에 의해 본래의 단차가 완전히 제거되어 이상적인 평탄화가 달성된 경우를 보여준다(SHf'≒0).
이와 같이, 본 발명의 수성 슬러리 조성물은 넓은 면적에 걸쳐 우수한 CMP를 수행할 수 있으므로, 반도체 소자(예: 로직 디바이스(logic device), 메모리(memory), 비메모리 등) 제조공정 동안 형성되는 층의 CMP 공정에 효율적으로 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 슬러리 조성물은 동적 램(Dynamic Random Access Memory, DRAM) 제조공정에서의 STI(shallow trench isolation) CMP, ILD(inter-layer dielectric) CMP, IMD(inter-metal dielectric) CMP 및 금속 CMP에 유용하게 적용될 수 있다.
또한, 연마되는 반도체 소자의 층이 패턴을 갖는 웨이퍼 위에 증착된 절연막인 경우에는, 상기 절연막은 패턴 깊이의 4배 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.
실시예 1
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 실리카 입자를 8% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 400만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 125만의 "카보폴 941"(노베온사제) 및 수산화암모늄을 상기 실리카, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 7.5, 4.5, 0.5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 실리카 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 2
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 알루미나 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 400만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 125만의 "카보폴 941", 수산화암모늄 및 증류수를 상기 실리카, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.5, 4.5, 0.5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 알루미나 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 3
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 400만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 125만의 "카보폴 941", 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.2, 4.5, 0.5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 4
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 1% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 400만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 125만의 "카보폴 941", 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 0.9, 0.9, 0.1 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 5
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 400만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 125만의 "카보폴 941", 수산화칼륨 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화칼륨의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.2, 4.5, 0.5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 6
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 200만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 150만의 "카보폴 941", 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.3, 0.9, 0.1 및 2 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 7
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 1% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 300만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 200만의 "카보폴 941", 수 산화칼륨 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화칼륨의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 0.9, 0.9, 0.1 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 8
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 300만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 200만의 "카보폴 941", 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.7, 0.9, 0.1 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 9
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 300만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 200만의 "카보폴 941", 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.5, 3.6, 0.4 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
실시예 10
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 10% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 300만의 "카보폴 940", 중량평균분자량 200만의 "카보폴 941", 수산화칼륨 및 증류수를 상기 세리아, 카보폴 940, 카보폴 941 및 수산화칼륨의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 8.7, 4.5, 0.5 및 2 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
비교예 1
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 실리카 입자를 10% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 1만의 "폴리아크릴산"(노베온사제), 수산화암모늄 및 증류수를 상기 실리카, 폴리아크릴산 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 8.9, 5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 실리카 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
비교예 2
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 1만의 "폴리아크릴산"(노베온사제), 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 폴리아크릴산 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.5, 5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
비교예 3
약 40nm의 평균 입자크기를 갖는 세리아 입자를 5% 함유하는 수성 슬러리에, 중량평균분자량 100만의 "폴리아크릴산"(노베온사제), 수산화암모늄 및 증류수를 상기 세리아, 폴리아크릴산 및 수산화암모늄의 양이 각각 혼합물 총량 기준으로 4.5, 5 및 1 중량%가 되도록 교반하면서 첨가하였다. 이 혼합물을 안정화를 위해 30분 동안 추가로 교반하여 세리아 수성 슬러리 조성물을 얻었다.
평탄도의 측정
PE-TEOS(플라즈마 개질된-테트라에틸 오르쏘실리케이트)법에 따라 1 마이크론-깊이 패턴을 갖는 실리콘 웨이퍼 위에 2 마이크론의 두께로 이산화규소 절연막을 형성하여 연마용 층을 얻었다.
이어, 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 3에서 얻은 슬러리 조성물 각각을 이용하여, 3.5 psi의 압력 하에서 50 rpm의 연마 패드 회전 속도로 상기 연마용 막을 미라(Mirra) 장치(미국 AMAT사제) 및 IC1000/수바(suba) IV 적층 패드(미국 로델(Rodel)사제)로 1분 동안 평탄화하였다.
각각의 슬러리 조성물을 이용하는 CMP 공정에 따른 평탄도(DOP)를 수학식 {DOP=1-(SHf/SHi)(이때, SHi는 CMP 전의 초기 단차이고, SHf는 CMP 후의 최종 단차이다)}에 의해 결정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 10에서 얻은 본 발명의 슬러리 조성물은 비교예 1 내지 3에서 얻은 슬러리 조성물에 비해 훨씬 더 높은 0.92 이상의 평탄도를 나타낸다.
본 발명의 수성 슬러리 조성물은 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 층을 CMP 공정을 통해 넓은 면적에 걸쳐 비교적 완전하게 평탄화시킬 수 있다.
Claims (14)
1) 금속산화물 연마제 0.5 내지 10 중량%,
2) 중량평균분자량 100만 내지 300만의 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 중량평균분자량 200만 내지 800만의 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 조합 0.01 내지 5 중량%, 이때 상기 제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량이 상기 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량평균분자량 보다 50만 이상 작고,
3) 염기성 중화제 0.1 내지 2 중량%를 포함하며,
상기 제1 및 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체가 상기 연마제와 상호작용하여 크기 100 내지 5,000nm의 착체를 형성하는,
화학적 기계적 평탄화(CMP)용 수성 슬러리 조성물.
제 1 항에 있어서,
금속산화물 연마제가 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 마그네시아(MgO2), 산화제2철(Fe3O4), 하프니아(HfO2) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
제1 또는 제2 폴리아크릴산 유도체가 아민계, 니트릴계, 아미드계, 술포네이트계 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
제1 폴리아크릴산 또는 이의 유도체와 제2 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 중량비가 1 : 5∼10 인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
염기성 중화제가 수산화칼륨, 수산화암모늄, 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
pH가 4 내지 9 범위인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
착체가 200 내지 1,000nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
연마제와 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 착체를 함유하는 제1항의 수성 슬러리 조성물을 층과 회전 연마 수단 사이에 형성된 계면에 공급한 후 이 층을 연마하여 층의 단차를 제거하는 것을 포함하는, 다층 구조의 반도체 소자 제조공정 동안 형성되는 단차를 갖는 층의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 방법.
제 8 항에 있어서,
연마가 1 내지 10 psi의 압력 하에서 10 내지 100 rpm의 연마 수단 회전 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,
STI(shallow trench isolation), ILD(inter-layer dielectric), IMD(inter-metal dielectric) 또는 금속 CMP를 위해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,
연마되는 층이 패턴부를 갖는 웨이퍼 위에 증착된 절연막이고, 상기 절연막이 패턴부 깊이의 4배 이하의 두께를 가짐을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,
연마 공정 동안, 연마제와 폴리아크릴산 또는 이의 유도체의 착체가 단차가 높은 지역에서는 편평한 형태를 취하고, 단차가 낮은 지역에서는 구형에 가까운 본래의 형태를 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항의 방법에 의해 얻어진 층을 포함하는 반도체 소자.
제 13 항에 있어서,
상기 층이 0.92 이상의 평탄도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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