KR20070073411A - Method for preparing cerium oxide for polishing of a semiconductor thin film - Google Patents

Method for preparing cerium oxide for polishing of a semiconductor thin film Download PDF

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Abstract

A method for manufacturing a cerium oxide for polishing a semiconductor thin film is provided to polish effectively a high stepped part of the semiconductor thin film by increasing the number of polishing particles in a polishing process. A method for manufacturing a cerium oxide includes a process for baking a precursor of the cerium oxide and a lipid-containing material within a receptacle for shielding external air. The baking process for the precursor of the cerium oxide is performed at the temperature of 600 to 1000 degrees centigrade. The lipid-containing material corresponds to 0.05 to 20 weight percent on the basis of weight percent of the precursor of the cerium oxide.

Description

반도체 박막 연마용 산화세륨의 제조방법{METHOD FOR PREPARING CERIUM OXIDE FOR POLISHING OF A SEMICONDUCTOR THIN FILM}Method for manufacturing cerium oxide for semiconductor thin film polishing {METHOD FOR PREPARING CERIUM OXIDE FOR POLISHING OF A SEMICONDUCTOR THIN FILM}

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 산화세륨 입자를 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 사진이고,1 is a photograph of the cerium oxide particles prepared in Example 1 according to the present invention with a transmission electron microscope (TEM),

도 2a 및 2b는 연마 특성의 일종인 단차 제거력 평가시 사용되는 패턴화된 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 도로서, 도 2a는 상면도에, 도 2b는 단면도에 해당한다.2A and 2B are schematic views of a patterned wafer used in evaluating step removal force, which is a kind of polishing property, in which FIG. 2A corresponds to a top view and FIG. 2B corresponds to a sectional view.

본 발명은 반도체 박막 연마용 산화세륨의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 산화세륨 및 이를 포함하는 연마 슬러리에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a cerium oxide for polishing a semiconductor thin film, a cerium oxide prepared by the method and a polishing slurry comprising the same.

반도체 박막의 화학적 기계적 연마(CMP)시 산화세륨을 수중 현탁액으로 분산하여 슬러리화한 산화세륨 수성 슬러리가 주로 사용되고 있으며, 최근 반도체 공정의 배선이 점차 미세화되고 칩간의 간격이 감소됨에 따라 화학적 기계적 연마용 슬 러리는 스크래치의 발생빈도 및 크기를 감소시키는 특성이 요구되고 있다. 따라서, 산화세륨의 입자 크기를 감소시킴으로써 피연마막에서의 스크래치 발생을 감소시키려는 노력들이 많이 시도되고 있다. During chemical mechanical polishing (CMP) of semiconductor thin films, cerium oxide aqueous slurry, which is a slurry made by dispersing cerium oxide in an aqueous suspension, is mainly used.In recent years, as the wiring of semiconductor processes has become increasingly finer and the spacing between chips decreases, Slurry is required to reduce the frequency and size of scratches. Therefore, many efforts have been made to reduce the occurrence of scratches in the polished film by reducing the particle size of cerium oxide.

그러나, 스크래치 감소를 위해 산화세륨 연마입자의 평균 입경을 감소시키게 되면, 연마량의 저하로 인해 생산량이 감소하고 연마 슬러리의 소모량이 증가하며, 웨이퍼 전면의 평탄성이 악화되는 문제점이 발생한다.However, when the average particle diameter of the cerium oxide abrasive grains is reduced to reduce scratches, a decrease in the amount of polishing reduces production, increases the consumption of the polishing slurry, and deteriorates the flatness of the entire surface of the wafer.

이에, 단차가 큰 패턴을 갖는 반도체 박막의 연마시 이러한 문제점을 보완하기 위해, 산화세륨 슬러리에 비해 연마속도가 우수한 실리카 슬러리를 이용하여 일정시간 연마하여 단차를 제거한 후 후속적으로 산화세륨 슬러리로 연마를 수행하는 방법이 연구되었다. 그러나, 이 경우에도, 산화세륨 슬러리의 소모량 측면에 있어서는 문제를 해결할 수 있지만, 실리카 슬러리의 경우 세리아 슬러리와는 달리 연마기 운영 중 겔화된 입자들이 증류수 등에 의해 재분산되면서 패드나 연마기 부위에 붙어 스크래치를 유발하기 때문에 패드를 교체한 후 산화세륨 슬러리를 사용하게 되므로, 패드 교체를 위해 연마기를 운영하지 못하는 시간이 생겨 생산성 측면에서는 오히려 악영향을 끼치게 된다.Therefore, in order to compensate for this problem when polishing a semiconductor thin film having a large step pattern, polishing is performed for a predetermined time by using a silica slurry having a higher polishing rate than a cerium oxide slurry to remove the step, and subsequently polishing with a cerium oxide slurry. The method of carrying out was studied. However, even in this case, although the problem can be solved in terms of the consumption amount of the cerium oxide slurry, unlike the ceria slurry, in the case of the silica slurry, the gelled particles are re-dispersed by distilled water or the like and adhere to the pad or the polisher site. Since the cerium oxide slurry is used after the pad is replaced, the grinding machine may not be operated to replace the pad, thus adversely affecting productivity.

한편, 산화세륨은 통상적으로 산화세륨 전구체를 고온으로 소성함으로써 대량 제조되는데, 이때 산화세륨 전구체가 산화되면서 내놓는 가스가 배출되면서 산화세륨 입자가 결정으로 성장하게 되며, 일반적으로 그 크기는 소성온도에 비례한다. 이렇게 제조된 산화세륨을 연마 슬러리 제조를 위해 수중에 분산시키는 경우 1차 입자가 단독으로 떨어져 분산된 것과 2 내지 5개 가량이 응집되어 분산된 2차 입자가 섞여 있게 된다. 이러한 입자들의 분산 형태는 슬러리 분산시 넣어 주는 분산제와 분산방법에 따라 다르지만, 대개 결정 각각이 분산되어 있는 경우보다는 다수의 결정이 응집되어 2차 입자를 이루게 된다.On the other hand, cerium oxide is usually produced in large quantities by firing the cerium oxide precursor at a high temperature, wherein the cerium oxide particles are grown as crystals as the cerium oxide precursor is oxidized and the gas is released, and the size thereof is generally proportional to the firing temperature. do. When the cerium oxide thus prepared is dispersed in water to prepare the polishing slurry, the primary particles are separated by being separated alone, and the secondary particles dispersed by 2 to 5 aggregates are mixed. The type of dispersion of these particles depends on the dispersing agent and the method of dispersing the slurry, but a large number of crystals are agglomerated to form secondary particles rather than when each of the crystals are dispersed.

따라서, 연마시 피연마막에 상처를 발생시키지 않기 위해서는 일정 압력이 입자에 가해지면 2차 입자의 결정과 결정이 응집된 부분이 깨져서 피연마막에 심각한 상처, 즉 스크래치를 입히지 않아야만 한다. 그러나, 이제까지 제조된 산화세륨의 경우 연마시의 압력으로 인해 2차 입자들이 쉽게 부서지기가 어려웠다.Therefore, in order to avoid scratches on the polished film during polishing, when a certain pressure is applied to the particles, the crystals and the aggregated portions of the secondary particles must be broken to avoid serious scratches, that is, scratches on the polished film. However, in the case of the cerium oxide produced so far, the secondary particles were difficult to be easily broken due to the pressure during polishing.

이에, 본 발명의 목적은 높은 연마량을 나타내면서 피연마막의 스크래치의 발생을 감소시킬 수 있는 산화세륨의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 산화세륨 및 이를 포함하여 단차가 큰 패턴을 갖는 반도체 박막의 연마에 적합한 연마 슬러리를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing cerium oxide, which can reduce the occurrence of scratches on a polished film while showing a high polishing amount, of a cerium oxide prepared by the method and a semiconductor thin film having a large step pattern including the same. It is to provide a polishing slurry suitable for polishing.

상기 목적에 따라, 본 발명에서는, 외부공기의 유입이 차단된 용기내에서 산화세륨 전구체를 지질-함유 물질과 함께 소성하는 것을 포함하는, 반도체 박막 연마용 산화세륨의 제조방법을 제공한다.In accordance with the above object, the present invention provides a method for producing a cerium oxide for polishing a semiconductor thin film, comprising firing a cerium oxide precursor together with a lipid-containing material in a vessel in which external air is blocked from entering.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 산화세륨의 제법은, 산화세륨 전구체 소성시, 지질-함유 물 질을 첨가한 후 외부공기의 유입을 차단하면서 소성을 수행하는 것을 특징으로 한다.The method for producing cerium oxide according to the present invention is characterized in that during firing of the cerium oxide precursor, firing is performed while blocking the inflow of external air after adding the lipid-containing material.

본 발명에 따르면, 탄산세륨, 수산화세륨, 질화세륨, 염화세륨, 초산세륨 등의 산화세륨 전구체를 지질-함유 물질과 함께 도가니와 같은 용기에 넣고 뚜껑을 덮어 용기 내부 분위기를 외부공기와 차단한 후 600 내지 1000℃에서 30분 내지 8시간 동안 소성한 다음 통상적인 분쇄 공정으로 밀링함으로써 목적하는 산화세륨 분말을 제조할 수 있다.According to the present invention, a cerium oxide precursor such as cerium carbonate, cerium hydroxide, cerium nitride, cerium chloride, cerium acetate, and the like is placed in a container such as a crucible together with a lipid-containing material and covered with a lid to block the atmosphere inside the container from outside air. The desired cerium oxide powder may be prepared by firing at 600 to 1000 ° C. for 30 minutes to 8 hours and then milling in a conventional grinding process.

산화세륨 전구체에 첨가되는 지질-함유 물질은 산화세륨 전구체의 중량을 기준으로 0.05 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%의 양으로 사용될 수 있으며, 이의 대표적인 예로는 스테아르산, 올레산, 글리세롤, 레시틴, 트라이글리세롤, 왁스 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.The lipid-containing material added to the cerium oxide precursor can be used in an amount of 0.05 to 20% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight, based on the weight of the cerium oxide precursor, and representative examples thereof are stearic acid, oleic acid and glycerol. , Lecithin, triglycerol, wax and mixtures thereof.

상기 지질-함유 물질은 550℃ 이상의 온도에서 탄화되므로, 산화세륨 입자를 적절하게 성장시키고 지질-함유 물질의 탄화를 유도하기 위해서 소성 온도는 600 내지 1000℃의 범위로 조절되는 것이 바람직하다. 산화세륨 전구체 소성시, 지질-함유 물질은 이산화탄소와 수분으로 열분해되어 용기(도가니) 내의 가스 분압을 상승시키게 되고, 용기내의 압력이 올라가면서 산화세륨 전구체가 산화되는 속도가 느려지게 된다. 산화세륨 전구체의 산화속도가 느려지면서 미세 기공으로 가스가 배출되고, 이때 가스가 서서히 나오면서 기공이 무너지지 않고 남게 된다. 만약 급가열하거나 산소 분압이 큰 상태로 소성을 진행하면, 산화세륨 전구체가 상 전이를 하면서 산화반응이 촉진되어 급격하게 가스가 배출되어 미세 기공이 무너져, 기존 의 소성 방법과 마찬가지로 미세 기공이 없는 결정으로 산화세륨이 성장하게 된다. 이렇게 제조된 산화세륨 입자를 이용하는 경우에는 90nm 이하의 미세 패턴에서 스크래치 저감을 달성하기 어렵다. Since the lipid-containing material is carbonized at a temperature of 550 ° C. or higher, the firing temperature is preferably controlled in the range of 600 to 1000 ° C. to appropriately grow the cerium oxide particles and induce carbonization of the lipid-containing material. Upon firing the cerium oxide precursor, the lipid-containing material is thermally decomposed into carbon dioxide and water to increase the gas partial pressure in the vessel (crucible), and as the pressure in the vessel increases, the rate at which the cerium oxide precursor is oxidized is slowed. As the oxidation rate of the cerium oxide precursor is slowed, the gas is discharged into the fine pores, and the gas is gradually released while the pores remain without collapse. If calcination is carried out in a state of rapid heating or high oxygen partial pressure, the cerium oxide precursor undergoes a phase transition, and the oxidation reaction is accelerated, the gas is rapidly discharged and the fine pores are collapsed. As a result, cerium oxide grows. When using the cerium oxide particles thus prepared, it is difficult to achieve scratch reduction in a fine pattern of 90 nm or less.

본 발명에서, 소성 공정은 산화세륨 입자의 균일한 성장을 유도하기 위해, 산화세륨 전구체와 지질-함유 물질을 넣은 용기의 뚜껑을 덮음으로써 외기와의 접촉을 최대한 차단하여 수행하여야 한다. 용기의 뚜껑을 열고 소성을 수행하는 경우에는 용기 내부의 가스 분압이 증가하지 않아 제조되는 산화세륨 입자 내에 미세한 기공이 형성되지 않으며, 지질-함유 물질을 첨가한 후 소성을 하여도 지질-함유 물질을 첨가하지 않은 경우와 동일한 결과를 얻게 된다. In the present invention, the firing process should be carried out to close the contact with the outside air by covering the lid of the container containing the cerium oxide precursor and the lipid-containing material in order to induce uniform growth of the cerium oxide particles. When the container is opened and calcined, the gas partial pressure inside the vessel does not increase, and thus fine pores are not formed in the cerium oxide particles produced, and the lipid-containing material is formed even after firing after adding the lipid-containing material. The same result is obtained when no addition is made.

소성 공정을 통해 얻어진 산화세륨 입자는 10 내지 100㎛의 크기를 가지며, 이러한 산화세륨 입자는 입경 50 내지 90nm의 결정들로 이루어진다.The cerium oxide particles obtained through the firing process have a size of 10 to 100 µm, and the cerium oxide particles are composed of crystals having a particle diameter of 50 to 90 nm.

나아가, 이 산화세륨 입자를 통상적인 분쇄 공정, 예컨대 볼 밀 방식을 통해 밀링함으로써 더 작은 크기로 미분할 수 있다. 소성시 첨가된 지질-함유 물질은 소성 과정에서 모두 제거되므로 밀링 공정시에 전혀 문제가 되지 않는다.Furthermore, these cerium oxide particles can be finely divided into smaller sizes by milling through conventional grinding processes such as ball milling. Lipid-containing materials added during firing are all removed during the firing process, so this is not a problem at all during the milling process.

상술한 소성 및 밀링 공정을 통해 얻어진 본 발명의 산화세륨 분말은 20 내지 60nm의 결정 크기를 가지며, 1 내지 10 m2/g의 비표면적(BET값)을 갖는다. 또한, 상기 얻어진 BET값으로부터 산출해 볼 때, 본 발명의 산화세륨 분말은 0.04 내지 0.1 cm3/g의 미세공 용적 및 6.0 내지 7.2 g/cm3의 밀도를 갖는다. 이때, 산화세륨 분말의 밀도가 6.0 g/cm3 미만인 경우에는 연마량이 저하되기 쉽고, 7.2 g/cm3을 초 과하는 경우에는 연마량은 높으나 스크래치의 증가가 예상되어 바람직하지 못 하다.The cerium oxide powder of the present invention obtained through the above-described firing and milling process has a crystal size of 20 to 60 nm and a specific surface area (BET value) of 1 to 10 m 2 / g. In addition, as calculated from the obtained BET value, the cerium oxide powder of the present invention has a micropore volume of 0.04 to 0.1 cm 3 / g and a density of 6.0 to 7.2 g / cm 3 . In this case, when the density of the cerium oxide powder is less than 6.0 g / cm 3 , the polishing amount is likely to decrease, and when the cerium oxide powder exceeds 7.2 g / cm 3 , the polishing amount is high, but an increase in scratch is expected, which is not preferable.

본 발명에 따르면, 이와 같이 얻어진 산화세륨 분말을 증류수에 분산시킴으로써 본 발명에 따른 산화세륨 연마 슬러리를 제조할 수 있다. 이때, 연마 슬러리는 산화세륨 분말을 총중량 대비 0.5 내지 20 중량%의 양으로 포함할 수 있으며, 분산은 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있고 특별히 한정되지 않는다.According to the present invention, the cerium oxide polishing slurry according to the present invention can be produced by dispersing the cerium oxide powder thus obtained in distilled water. In this case, the polishing slurry may include cerium oxide powder in an amount of 0.5 to 20% by weight based on the total weight, and the dispersion may be performed according to a conventional method and is not particularly limited.

연마 슬러리 중의 산화세륨 입자는 20 내지 60nm의 평균 1차 입경, 및 200 내지 1000nm, 바람직하게는 250 내지 500nm의 평균 2차 입경을 갖는다. 본 발명에서와 같이 소성시 지질 성분을 균일하게 혼합한 후 소성하여 제조된 산화세륨 입자를 사용하여 슬러리를 제조하면, 입자 크기에 비해 상대적으로 밀도가 적어 동일한 크기와 농도에서 상대적으로 입자 수가 많고, 연마시 입자가 일정 압력에 도달하면 쉽게 붕괴하여 피연마막에 생기는 스크래치를 감소시킬 수 있다. 또한, 입경이 200nm 보다 작은 2차 입자로 이루어진 슬러리와 비교해 볼 때, 200 내지 1000nm 범위의 입경을 갖는 2차 입자의 경우 패드가 회전함에 따라 슬러리가 원심력에 의해 패드 전체로 퍼지는 속도가 빠르고, 패드와 웨이퍼 사이의 공간이 넓어 슬러리의 유동이 활발하다. 이와 같이 슬러리의 유동이 빠른 경우 웨이퍼 전체에 균일한 연마가 가능하고, 단차로 인해 凹 부위에 슬러리의 입자가 갇히는 경우에도 입자가 쉽게 빠져 나올 수 있어 단차 제거력이 향상된다. The cerium oxide particles in the polishing slurry have an average primary particle diameter of 20 to 60 nm and an average secondary particle diameter of 200 to 1000 nm, preferably 250 to 500 nm. When the slurry is prepared using the cerium oxide particles prepared by uniformly mixing the lipid components during firing and firing as in the present invention, the density is relatively low compared to the particle size, so that the number of particles is relatively high at the same size and concentration, When the particles reach a certain pressure during polishing, they can easily collapse and reduce scratches on the polished finish. In addition, when compared to a slurry composed of secondary particles having a particle diameter smaller than 200 nm, the secondary particles having a particle diameter in the range of 200 to 1000 nm have a high speed of spreading the slurry throughout the pad by centrifugal force as the pad rotates, The space between the wafer and the wafer is wide, and the slurry flows actively. As such, when the slurry flows quickly, uniform polishing is possible on the entire wafer, and even when the particles of the slurry are trapped in the constricted portion due to the step, the particles can easily come out, thereby improving the step removal force.

본 발명의 연마 슬러리는 연마 입자의 입자 안정성을 향상시키고 장기간 안정된 분산성을 갖도록 하기 위해 분산제를 포함할 수 있다. 분산제는 산화세륨이 수중에서 띠게 되는 표면전위값을 고려하여 선택하는 것이 바람직하나, 특별한 제한은 없다. 산화세륨의 분산은 통상 pH 3 내지 9의 범위에서 이루어지고, 이때 산화세륨의 표면전위값은 양의 값을 가지므로, 분산제로서 음이온성 유기 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명에 사용가능한 분산제의 구체적인 예로는 폴리아크릴산, 폴리비닐황산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리아릴아민 및 이들의 염 등을 들 수 있다. 상기 분산제는 중량평균분자량이 250,000 이하인 것이 바람직하며, 분자량이 250,000을 초과하는 경우에는 슬러리의 점도가 증가하여 흐름성이 좋지 않아 일정한 유량을 유지하지 못하여 공정상에 문제를 일으킬 수 있다. 상기 분산제는 산화세륨 분말의 건조중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하며, 0.1 중량% 미만인 경우에는 슬러리의 분산안정성을 확보하기 어렵고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 산화세륨 표면에 흡착하지 않고 슬러리액 중에 남아 장기안정성을 저해하기 쉽다.The polishing slurry of the present invention may include a dispersant to improve the particle stability of the abrasive particles and to have a stable dispersion for a long time. The dispersant is preferably selected in consideration of the surface potential value of cerium oxide in water, but there is no particular limitation. Dispersion of cerium oxide is usually in the range of pH 3 to 9, wherein the surface potential value of cerium oxide has a positive value, an anionic organic compound can be preferably used as the dispersant. Specific examples of the dispersant usable in the present invention include polyacrylic acid, polyvinyl sulfuric acid, polymethacrylic acid, polyacrylamide, polyarylamine and salts thereof. The dispersant preferably has a weight average molecular weight of 250,000 or less, and when the molecular weight exceeds 250,000, the viscosity of the slurry is increased, so that the flowability is not good, so that the flow rate may not be maintained, which may cause problems in the process. The dispersant is preferably added in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the dry weight of the cerium oxide powder, if less than 0.1% by weight it is difficult to secure the dispersion stability of the slurry, if more than 10% by weight of oxidation It does not adsorb | suck to a cerium surface and remains in a slurry liquid, and long-term stability is easy to be inhibited.

이와 같이 본 발명에 따른 산화세륨 연마 슬러리는 스크래치 발생빈도가 낮고, 연마입자 크기가 커서 패턴 凹 부위에 연마입자가 함몰되지 않으며, 凸 부위에서는 높은 압력을 받아 연마량이 증진됨과 동시에 응집된 2차 입자들이 쉽게 부서지면서 연마에 참여하는 연마입자의 수가 증가하므로, 단차가 큰 패턴을 갖는 반도체 박막의 연마에 유용하게 이용될 수 있다.As described above, the cerium oxide polishing slurry according to the present invention has a low frequency of scratches and a large size of the abrasive grains, so that the abrasive grains are not recessed in the pattern region. Since the number of abrasive particles participating in polishing increases as they are easily broken, it can be usefully used for polishing a semiconductor thin film having a large step difference pattern.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1 Example 1

탄산세륨 20kg 및 스테아르산 200g을 교반기에 넣어 10분 동안 골고루 혼합한 후, 혼합된 분말을 알루미나 재질의 도가니에 넣고 뚜껑을 덮은 다음 750℃에서 4시간 동안 소성하였다. 소성처리되어 얻어진 분말과 소금을 5:5의 질량비로 혼합하여 볼 밀에 넣은 후 100rpm으로 60분간 밀링하였다. 밀링된 분말을 증류수로 세정하여 분말로부터 소금을 제거하고 산화세륨 분말을 수득하였다. 소성 후 얻어진 산화세륨 분말을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 도 1에 나타내었다.20 kg of cerium carbonate and 200 g of stearic acid were mixed in a stirrer for 10 minutes, and then the mixed powder was placed in an alumina crucible, covered with a lid, and calcined at 750 ° C. for 4 hours. The powder and salt obtained by baking were mixed at a mass ratio of 5: 5, put in a ball mill, and then milled at 100 rpm for 60 minutes. The milled powder was washed with distilled water to remove salt from the powder to obtain cerium oxide powder. The photograph which observed the cerium oxide powder obtained after baking with the scanning electron microscope (SEM) is shown in FIG.

수득한 산화세륨 분말에 폴리메타아크릴암모늄염(평균 분자량 16,000)을 산화세륨 분말 대비 5 중량%의 양으로 가하고 일정량의 증류수를 가하여 30분 동안 교반하였다. 생성된 슬러리를 고압충돌 분산기를 이용하여 150 MPa의 압력으로 분산시킨 후, 응집되어 있는 0.8㎛ 이상의 입자를 사이클론을 이용하여 제거하고, 마이크로리스사의 3㎛의 뎁스타입(depth type)의 필터를 사용하여 최종적으로 큰 입자를 제거하였다. 이후 증류수를 일정량 가하여 산화세륨을 5 중량%의 농도로 함유하는 산화세륨 슬러리를 제조하였다.Polymethacrylammonium salt (average molecular weight 16,000) was added to the obtained cerium oxide powder in an amount of 5% by weight relative to the cerium oxide powder, and a predetermined amount of distilled water was added thereto, followed by stirring for 30 minutes. The resulting slurry was dispersed at a pressure of 150 MPa using a high-pressure impact disperser, and then aggregated 0.8 μm or more particles were removed using a cyclone, and a microless 3 μm depth type filter was used. Finally, large particles were removed. Thereafter, a predetermined amount of distilled water was added to prepare a cerium oxide slurry containing cerium oxide at a concentration of 5% by weight.

실시예 2Example 2

탄산세륨 대신 수산화세륨을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that cerium hydroxide was used instead of cerium carbonate.

실시예 3Example 3

스테아르산 대신 글리세롤을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that glycerol was used instead of stearic acid.

실시예 4Example 4

스테아르산 대신 올레산을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that oleic acid was used instead of stearic acid.

실시예 5 Example 5

900℃에서 소성을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that firing was performed at 900 ° C.

비교예 1Comparative Example 1

스테아르산을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that stearic acid was not used.

비교예 2Comparative Example 2

도가니 뚜껑을 덮지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1, except that the crucible lid was not covered.

비교예 3Comparative Example 3

500℃에서 소성을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 산화세륨 슬러리를 제조하였다.A cerium oxide slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that firing was performed at 500 ° C.

슬러리 내 산화세륨 입자의 물성 측정Measurement of Properties of Cerium Oxide Particles in Slurries

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 수득된 산화세륨 슬러리 각각에 대해, X-선 회절(XRD) 분석에 의해 결정 입자(1차 입자)의 평균 입경을, 레이저 입도분석기(laser scattering particle size distribution analyzer)로서 LA910을 이용하여 2차 입자의 평균 입경을, 그리고 B.E.T.(Micromeritics Tristar)에 의해 산화세륨 입자의 비표면적을 측정하였으며, 이로부터 밀도와 기공을 측정하여, 이들 물성을 하기 표 1에 나타내었다.For each of the cerium oxide slurries obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, an average particle diameter of crystal grains (primary particles) was determined by X-ray diffraction (XRD) analysis. The average particle diameter of the secondary particles was measured using LA910 as a particle size distribution analyzer, and the specific surface area of the cerium oxide particles was measured by BET (Micromeritics Tristar), and the density and pores were measured therefrom. 1 is shown.

슬러리의 연마 특성 평가Evaluation of Polishing Properties of Slurry

먼저, 8인치 실리콘 웨이퍼 위에, TEOS(테트라에틸 오르토실리케이트)를 사용한 PE-CVD(플라즈마 개질된 화학증착(plasma enhanced-chemical vapor deposition)) 방식, 즉 PE-TEOS 공정에 의해 10,000Å의 두께로 이산화규소막을 성막하여 피연마막을 제조하였다.First, on an 8-inch silicon wafer, PE-CVD (plasma enhanced-chemical vapor deposition) method using TEOS (tetraethyl orthosilicate), ie, a thickness of 10,000Å by PE-TEOS process A silicon film was formed into a film, and the to-be-finished film was produced.

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 수득된 각각의 산화세륨 슬러리를 산화세륨의 농도가 1 중량%가 되도록 희석하여 연마액으로 사용하였다. 연마기는 8인치용 CMP 연마기로서, IPEC472 장치(Speedfam-IPEC사)를 이용하여 상기 피연마막 을 4 psi의 압력으로 90초 동안 연마하였다. 이때, 산화세륨 슬러리는 500 ml/분의 속도로 공급하였으며, 상정반 웨이퍼 헤드(wafer head)의 회전속도는 28 rpm이고, 하정반의 회전속도는 80 rpm이었다. 패드로는 미국 로델(Rodel)사의 IC1000/suba IV 적층된 패드를 사용하였다. Each cerium oxide slurry obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was diluted to a concentration of 1% by weight of cerium oxide and used as a polishing liquid. The grinder was an 8-inch CMP grinder, which was polished for 90 seconds using the IPEC472 device (Speedfam-IPEC) at a pressure of 4 psi. At this time, the cerium oxide slurry was supplied at a rate of 500 ml / min, the rotation speed of the upper plate wafer head was 28 rpm, and the rotation speed of the lower plate was 80 rpm. The pad used was an IC1000 / suba IV laminated pad manufactured by Rodel, USA.

<연마량 및 스크래치 평가>Grinding amount and scratch evaluation

피연마막의 연마 후, 미국 KLA-텐코(Tenco)사의 스크래치 평가 장비인 AIT-XP를 사용하여 스크래치 수를 측정하였으며, 미국 더마-웨이브(Therma-wave)사의 더마-웨이브 옵티프로브 300 시리즈(Therma-wave Optiprobe 300 series)를 사용하여 연마 전후의 막 두께로부터 연마량을 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다. After polishing of the finish, the number of scratches was measured using AIT-XP, a scratch evaluation equipment of KLA-Tenco, USA, and the Derma-Wave Optipro 300 series (Therma-Wave), Therma-wave, USA The amount of polishing was measured from the film thickness before and after polishing using wave Optiprobe 300 series), and is shown in Table 1 below.

<단차 제거력 평가><Step clearance evaluation>

단차 제거력에 대한 평가는 도 2a(상면도) 및 도 2b(단면도)에 개략적으로 도시된 바와 같은 패턴화된 웨이퍼를 1분간 연마 후 연마량을 측정하였다. Evaluation of the step removal force measured the amount of polishing after one minute polishing of the patterned wafer as schematically shown in FIGS. 2A (top view) and FIG. 2B (section view).

Figure 112006000748346-PAT00001
Figure 112006000748346-PAT00001

상기 표 1로부터, 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 산화세륨 슬러리가 연마시 스크래치 발생빈도가 현저히 낮을 뿐만 아니라 연마량의 수준도 4000Å/분 이상으로 상당히 높은 반면, 비교예 1 및 2의 경우는 연마량은 충분하였으나 스크래치 발생빈도가 높고, 비교예 3은 평균 입경이 너무 작아 연마량이 불충분한 것을 확인할 수 있다.From the above Table 1, the cerium oxide slurry prepared in Examples 1 to 5 of the present invention not only has a significantly low frequency of scratches at the time of polishing, but also has a considerably high level of polishing amount of at least 4000 Pa / min. In this case, the polishing amount was sufficient, but the scratch occurrence frequency was high, and in Comparative Example 3, it was confirmed that the polishing amount was insufficient because the average particle diameter was too small.

또한, 단차 제거력에 있어서도, 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 산화세륨 슬러리는 우수한 성능을 나타낸 반면, 비교예 3의 경우는 연마량이 불충분하여 패턴이 없는 웨이퍼를 연마한 경우와 비교하여 연마량이 더욱 낮게 나타났다.In addition, in the step removal force, the cerium oxide slurry prepared in Examples 1 to 5 of the present invention showed excellent performance, whereas in Comparative Example 3, the polishing amount was insufficient to polish compared to the case of polishing a wafer without a pattern. The amount was even lower.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 산화세륨을 포함하는 연마 슬러리는 스크래치 발생빈도가 낮고, 연마입자 크기가 커서 패턴 凹 부위에 연마입자가 함몰되지 않으며, 凸 부위에서는 높은 압력을 받아 연마량이 증진됨과 동시에 응집된 2차 입자들이 쉽게 부서지면서 연마에 참여하는 연마입자의 수가 증가하므로, 단차가 큰 패턴을 갖는 반도체 박막의 연마에 유용하게 이용될 수 있다.As described above, the polishing slurry containing cerium oxide prepared according to the present invention has a low frequency of scratch generation, and has a large abrasive grain size, so that the abrasive grains are not recessed in the pattern region, and subjected to high pressure in the region. As the amount is increased and the aggregated secondary particles are easily broken, the number of abrasive particles participating in polishing increases, and thus, it can be usefully used for polishing a semiconductor thin film having a large step pattern.

Claims (14)

외부공기의 유입이 차단된 용기내에서 산화세륨 전구체를 지질-함유 물질과 함께 소성하는 것을 포함하는, 산화세륨의 제조방법.10. A method for producing cerium oxide, comprising calcining a cerium oxide precursor together with a lipid-containing material in a vessel where external air is blocked from entering. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 소성이 600 내지 1000℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 산화세륨의 제조방법.Firing is carried out at 600 to 1000 ° C., the method of producing cerium oxide. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 지질-함유 물질이 산화세륨 전구체의 중량을 기준으로 0.05 내지 20 중량%의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 산화세륨의 제조방법.A process for producing cerium oxide, characterized in that the lipid-containing material is used in an amount of 0.05 to 20% by weight, based on the weight of the cerium oxide precursor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 지질-함유 물질이 스테아르산, 올레산, 글리세롤, 레시틴, 트라이글리세롤, 왁스 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는, 산화세륨의 제조방법.A process for producing cerium oxide, characterized in that the lipid-containing material is selected from the group consisting of stearic acid, oleic acid, glycerol, lecithin, triglycerol, waxes and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 산화세륨 전구체가 탄산세륨, 수산화세륨, 질화세륨, 염화세륨, 초산세륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는, 산화세륨의 제조 방법.A process for producing cerium oxide, characterized in that the cerium oxide precursor is selected from the group consisting of cerium carbonate, cerium hydroxide, cerium nitride, cerium chloride, cerium acetate and mixtures thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 소성에 이어 밀링을 수행하는 것을 포함하는, 산화세륨의 제조방법.A method for producing cerium oxide, comprising performing milling following firing. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된, 1 내지 10 m2/g의 비표면적을 갖는 산화세륨.Cerium oxide having a specific surface area of 1 to 10 m 2 / g, prepared by the method of any one of claims 1 to 6. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 0.04 내지 0.1 cm3/g의 미세공 용적 및 6.0 내지 7.2 g/cm3의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 산화세륨.Cerium oxide, characterized in that it has a micropore volume of 0.04 to 0.1 cm 3 / g and a density of 6.0 to 7.2 g / cm 3 . 제 7 항의 산화세륨을 연마제로서 포함하는 연마 슬러리.A polishing slurry comprising the cerium oxide of claim 7 as an abrasive. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 산화세륨이 20 내지 60nm의 평균 1차 입경 및 200 내지 1000nm의 평균 2차 입경을 가짐을 특징으로 하는 연마 슬러리.A cerium oxide having an average primary particle size of 20 to 60 nm and an average secondary particle size of 200 to 1000 nm. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 산화세륨을 총 중량 대비 0.5 내지 20 중량%로 포함함을 특징으로 하는 연마 슬러리.A polishing slurry comprising cerium oxide in an amount of 0.5 to 20% by weight based on the total weight. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 평균분자량이 250,000 이하인 음이온성 유기 화합물인 분산제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 연마 슬러리.And a dispersant which is an anionic organic compound having an average molecular weight of 250,000 or less. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 분산제가 폴리아크릴산, 폴리비닐황산, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리아릴아민 및 이들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 연마 슬러리.And the dispersant is selected from the group consisting of polyacrylic acid, polyvinylsulfuric acid, polymethacrylic acid, polyacrylamide, polyarylamine and salts thereof. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 분산제가 산화세륨 건조중량 대비 0.1 내지 10 중량% 범위로 포함됨을 특징으로 하는 연마 슬러리.Polishing slurry, characterized in that the dispersant is included in the range of 0.1 to 10% by weight relative to the dry weight of cerium oxide.
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