KR20080037802A - Slurry composition and method for polishing using the slurry composition - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 조성물을 이용한 연마 방법을 나타내는 공정 흐름도이다. 1 is a process flowchart showing a polishing method using a slurry composition according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법으로서, 보다 상세하게는 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에 이용할 수 있는 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a slurry composition and a polishing method using the same, and more particularly, to a slurry composition and a polishing method using the same in a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad.
반도체 소자의 제조 공정에서는 평탄한 표면을 갖는 구조물을 형성할 것이 요구되는 경우가 많다. 상기 반도체 소자의 구조물은 일반적으로 증착 공정, 패터닝 공정, 식각 공정, 연마 공정 등을 수행함으로써 형성된다. 상기 연마 공정 중에서 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정이 반도체 기판의 연마 공정에 자주 사용되고 있다. In the manufacturing process of a semiconductor element, it is often required to form the structure which has a flat surface. The structure of the semiconductor device is generally formed by performing a deposition process, a patterning process, an etching process, a polishing process, and the like. Among the polishing processes, a chemical mechanical polishing (CMP) process is frequently used for the polishing process of the semiconductor substrate.
화학 기계적 연마 공정이란, 연마 공정을 수행할 반도체 기판을 장착시키고 상기 반도체 기판과 연마 패드 사이에 연마입자를 포함하는 슬러리 조성물을 제공 한 후 상기 반도체 기판을 상기 연마 패드와 접촉시킨 상태에서 회전하여 가압 및 회전에 의해 상기 반도체 기판의 표면을 평탄화(planarization)시키는 공정을 말한다. In the chemical mechanical polishing process, a semiconductor substrate to be subjected to a polishing process is mounted, a slurry composition including abrasive particles is provided between the semiconductor substrate and the polishing pad, and the semiconductor substrate is rotated and pressed while being in contact with the polishing pad. And a step of planarizing the surface of the semiconductor substrate by rotation.
즉, 연마용 슬러리에 포함된 연마입자 및 연마 패드의 표면 돌기를 상기 반도체 기판의 표면과 기계적으로 마찰시켜 상기 반도체 기판의 표면을 기계적으로 연마하는 동시에 슬러리 조성물에 포함된 화학적 성분과 상기 반도체 기판의 표면을 화학적으로 반응시켜 상기 반도체 기판의 표면을 화학적으로 제거하는 공정이다.That is, the surface projections of the abrasive particles and the polishing pad included in the polishing slurry are mechanically rubbed with the surface of the semiconductor substrate to mechanically polish the surface of the semiconductor substrate, and at the same time the chemical composition of the slurry composition and the semiconductor substrate The surface of the semiconductor substrate is chemically removed by chemically reacting the surface.
상기 화학 기계적 연마 공정의 연마 효율은 화학 기계적 연마 장비, 슬러리 조성물의 조성, 연마 패드의 종류 등에 의해 결정된다. 특히, 상기 슬러리 조성물의 조성은 연마 효율에 중요한 영향을 미친다.The polishing efficiency of the chemical mechanical polishing process is determined by the chemical mechanical polishing equipment, the composition of the slurry composition, the type of polishing pad, and the like. In particular, the composition of the slurry composition has a significant effect on polishing efficiency.
또한, 동일한 조성의 슬러리 조성물에 대하여 막의 성질에 따라 막의 연마 속도가 달라질 수 있으며, 이러한 연마 속도의 차이를 이용하여 막의 연마 정도를 조절할 수 있다. 특히, 반도체 장치에 널리 이용되는 산화막, 질화막, 폴리실리콘막 또는 금속막들 간의 연마 속도의 차이에 의하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하는 경우가 많다. 이러한 슬러리 조성물 중에서, 특히 산화막에 대해서는 높은 연마 속도를 갖고 질화막에 대해서는 낮은 연마 속도를 갖는 슬러리 조성물은 널리 사용되어 왔으며, 상기 막들에 대해 높은 연마 선택비를 갖는 슬러리 조성물은 많이 알려져 있다. In addition, the polishing rate of the film may be changed according to the properties of the film with respect to the slurry composition of the same composition, and the degree of polishing of the film may be adjusted using the difference in the polishing rate. In particular, a chemical mechanical polishing process is often performed due to a difference in polishing rates between oxide films, nitride films, polysilicon films, or metal films widely used in semiconductor devices. Among such slurry compositions, in particular, slurry compositions having a high polishing rate for oxide films and low polishing rates for nitride films have been widely used, and slurry compositions having a high polishing selectivity for the films are well known.
최근에는, 산화막 및 질화막에 대하여 높은 연마 선택비를 갖는 고정 형(fixed) 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에 관한 연구가 진행되고 있다. 일반적으로, 상기 연마 공정은 연마 패드 상에 고정형 연마제가 고착되어 있으므로 연마입자를 포함하지 않은 순수한 연마 조성물을 이용하며, 일반적으로 상기 연마 조성물은 프롤린(proline) 물질을 포함한다. In recent years, research has been conducted on a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad having a high polishing selectivity for oxide and nitride films. In general, the polishing process uses a pure polishing composition containing no abrasive particles because a fixed abrasive is fixed on the polishing pad, and generally the polishing composition comprises a proline material.
하지만, 상기 프롤린 물질을 포함하는 연마 조성물은 낮은 pH에서는 산화막의 연마 제거율이 낮을 뿐 아니라, 산화막 및 질화막의 연마 선택비가 낮은 문제점을 가진다. 또한, 소자 분리막을 형성하기 위하여 산화막을 연마하는 공정을 수행할 경우, 기판의 페리 영역에 형성되는 소자 분리막은 셀 영역에 형성되는 소자 분리막에 비해 두께 손실이 크다. 이는 상기 페리 영역에 형성되는 소자 분리막의 폭은 셀 영역에 형성되는 소자 분리막의 폭보다 크기 때문이다. 따라서, 상기 페리 영역에 형성되는 소자 분리막에는 디싱(Dishing) 현상이 발생된다.However, the polishing composition including the proline material has a low polishing removal rate of the oxide film at a low pH and a low polishing selectivity of the oxide film and the nitride film. In addition, when the oxide film is polished to form the device isolation layer, the device isolation layer formed in the ferry region of the substrate has a greater thickness loss than the device isolation layer formed in the cell region. This is because the width of the device isolation layer formed in the ferry region is larger than the width of the device isolation layer formed in the cell region. Therefore, a dishing phenomenon occurs in the device isolation layer formed in the ferry region.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 고정형 연마 패드를 사용하여 화학 기계적 연마 공정에 이용되는 슬러리 조성물을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a slurry composition used in a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad, in order to solve the above problems.
본 발명의 다른 목적은 상술한 슬러리 조성물을 이용한 연마 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a polishing method using the slurry composition described above.
따라서, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 본 발명의 슬러리 조성물은 연마입자 0.01 내지 0.5중량%, 음이온 계면활성제 0.5 내지 2.5중량% 및 pH조절제를 포함하는 여분의 물을 포함하고, 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에 이용된다.Therefore, the slurry composition of the present invention according to an embodiment for achieving the above object of the present invention comprises 0.01 to 0.5% by weight of abrasive particles, 0.5 to 2.5% by weight of anionic surfactant and extra water containing a pH adjuster And a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따른 본 발명의 슬러리 조성물은 연마입자 0.05 내지 0.3중량%, 음이온 계면활성제 1 내지 2중량% 및 pH조절제를 포함하는 여분의 물을 포함한다.In addition, the slurry composition of the present invention according to a specific embodiment of the present invention includes 0.05 to 0.3% by weight of abrasive particles, 1 to 2% by weight of anionic surfactant and extra water containing a pH adjuster.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 방법은, 기판 상에 연마 저지막을 형성한다. 이어서, 상기 연마 저지막 상에 연마 대상막을 형성한다. 이어서, 연마입자 0.01 내지 0.5중량%, 음이온 계면활성제 0.5 내지 2.5중량% 및 pH조절제를 포함하는 여분의 물을 포함하고, pH 값이 5 내지 9인 슬러리 조성물을 고정형 연마 패드 상에 제공하면서 상기 연마 패드 표면과 상기 연마 대상막의 표면을 접촉시켜 상기 연마 저지막이 노출될 때까지 상기 연마 대상막을 연마한다.A polishing method according to an embodiment of the present invention for achieving another object of the present invention, to form a polishing stopper film on a substrate. Subsequently, a polishing target film is formed on the polishing stopper film. The polishing was then carried out while providing a slurry composition containing 0.01 to 0.5% by weight of abrasive particles, 0.5 to 2.5% by weight of anionic surfactant and a pH adjusting agent and a pH composition of 5 to 9 on a stationary polishing pad. The surface of the polishing target film is brought into contact with the pad surface to polish the polishing target film until the polishing stopper is exposed.
상기와 같은 슬러리 조성물을 이용하여 소자 분리막 형성시, 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정을 수행할 경우, 페리 영역에서 소자 분리막으로 형성되는 산화막에 디싱(dishibg) 현상이 발생되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 산화막을 연마 대상막으로 하고, 질화막 패턴을 연마 저지막으로 하는 공정에서 보다 연마 선택비가 높은 우수한 연마 효과를 얻을 수 있다. When the device isolation layer is formed using the slurry composition as described above, when a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad is performed, a dishing phenomenon may be minimized in the oxide layer formed as the device isolation layer in the ferry region. have. Further, an excellent polishing effect with higher polishing selectivity can be obtained in the process of using the oxide film as the polishing target film and the nitride film pattern as the polishing stop film.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법에 대하여 상세하게 설명하겠지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.Hereinafter, a slurry composition and a polishing method using the same according to preferred embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art will appreciate The present invention may be embodied in various other forms without departing from the spirit of the invention.
슬러리 조성물Slurry composition
본 발명에 따른 슬러리 조성물은 실리콘 산화물을 포함하는 연마대상막을 연마하기 위해 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에 이용되는 슬러리 조성물이다.The slurry composition according to the present invention is a slurry composition used in a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad to polish a film to be polished including silicon oxide.
상기 고정형 연마패드를 사용하여 연마 대상막인 산화막을 연마할 경우, 상기 슬러리 조성물은 산화막에 대해서는 높은 연마 속도를 보이는 동시에 연마 저지막인 질화막 패턴에 대해서는 현저히 낮은 연마 속도를 보인다. 따라서, 연마 저지막인 질화막 패턴에 대하여 연마 대상막인 산화막을 상기 슬러리 조성물을 이용하여 연마 공정을 수행할 때, 상기 산화막을 효과적으로 연마할 수 있는 특성을 갖는다.When the oxide film as the polishing target film is polished using the fixed polishing pad, the slurry composition exhibits a high polishing rate for the oxide film and a significantly low polishing rate for the nitride film pattern as the polishing stopper film. Therefore, when the polishing process is performed using the slurry composition on the oxide film, which is the polishing target film, with respect to the nitride film pattern, which is the polishing stopper film, the oxide film can be effectively polished.
상술한 바와 같은 특성을 확보하기 위한 본 발명의 슬러리 조성물은 연마입자 0.01 내지 0.5중량%, 음이온 계면활성제 0.5 내지 2.5중량% 및 pH조절제를 포함하는 여분의 물을 포함한다.The slurry composition of the present invention to secure the properties as described above comprises extra water containing 0.01 to 0.5% by weight of abrasive particles, 0.5 to 2.5% by weight of anionic surfactant and a pH adjuster.
상기 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서, 상기 슬러리 조성물에 포함되어 있는 음이온 계면활성제는 선택적으로 질화막 패턴의 표면에 흡착하여 상기 슬러리 조성물로부터 상기 질화막 패턴을 보호하는 역할을 한다. 즉, 상기 음이온 계면활성제는 상기 질화막 패턴의 표면에 보호막(passivation layer) 을 형성한다. 따라서, 상기 음이온 계면활성제는 상기 슬러리 조성물 내에 연마입자들이 상기 질화막 패턴에 직접적으로 접촉하는 것을 방지함으로써, 상기 질화막 패턴의 연마율을 현저하게 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 질화막 패턴에 대한 연마율은 급격하게 감소하므로 상기 산화막 및 질화막 패턴의 연마 선택비가 증가되는 결과가 초래된다.In the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the anionic surfactant included in the slurry composition selectively serves to protect the nitride film pattern from the slurry composition by adsorption on the surface of the nitride film pattern. That is, the anionic surfactant forms a passivation layer on the surface of the nitride film pattern. Accordingly, the anionic surfactant may significantly reduce the polishing rate of the nitride film pattern by preventing the abrasive particles from directly contacting the nitride film pattern in the slurry composition. As a result, the polishing rate for the nitride film pattern is drastically reduced, resulting in an increase in the polishing selectivity of the oxide film and the nitride film pattern.
상기 음이온 계면활성제의 예로서는, 폴리 아크릴산(poly acrylic acid), 폴리 카르복실산(poly carboxylic acid), 암모늄 폴리 아크릴레이트(ammonium poly acrylate), 암모늄 폴리 카르복실레이트(ammonium poly carboxylate) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 실시예의 상기 슬러리 조성물에 포함된 음이온 계면활성제는 암모늄 폴리 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다.Examples of the anionic surfactants include poly acrylic acid, poly carboxylic acid, ammonium poly acrylate, ammonium poly carboxylate, and the like. . These can be used individually or in mixture of 2 or more. As the anionic surfactant included in the slurry composition of this embodiment, it is preferable to use ammonium poly acrylate.
상기 음이온 계면활성제의 함량이 0.5중량% 미만이면, 질화막 패턴에 대한 충분한 보호 기능이 저하되고, 음이온 계면활성제의 함량이 2.5중량%를 초과하면, 산화막의 연마율을 저하시킨다. 따라서, 상기 슬러리 조성물은 0.5 내지 2.5중량%의 음이온 계면활성제를 포함하고, 바람직하게는 1 내지 2중량%를 포함한다.If the content of the anionic surfactant is less than 0.5% by weight, sufficient protective function for the nitride film pattern is lowered. If the content of the anionic surfactant is more than 2.5% by weight, the polishing rate of the oxide film is lowered. Thus, the slurry composition comprises 0.5 to 2.5% by weight of anionic surfactant, preferably 1 to 2% by weight.
상기 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서, 상기 슬러리 조성물에 포함되어 있는 연마입자는 연마입자를 포함하지 않은 순수한 연마 조성물과 비교하여 산화막의 연마율을 더욱 향상시키는 특성을 갖는다. In the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the abrasive particles included in the slurry composition have a property of further improving the polishing rate of the oxide film as compared with the pure polishing composition containing no abrasive particles.
일반적으로, 상기 고정형 연마 패드는 연마 패드 내에 고정형 연마제가 고착되어 있으므로, 상기 화학 기계적 연마 공정시 연마입자를 포함하지 않는 순수한 조성물을 이용한다. 하지만, 상기 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서, 연마입자를 약 0.01 내지 0.5중량% 범위 내로 포함하는 상기 슬러리 조성물은 산화막의 연마율을 더욱 향상시키는 효과를 가진다. 이는, 상기 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 순수한 연마 조성물을 대신하여, 연마입자를 포함하는 슬러리 조성물을 적용함으로써, 산화막의 연마율이 향상되는 가능성을 제시한다.In general, since the fixed abrasive is fixed in the polishing pad, the fixed polishing pad uses a pure composition containing no abrasive particles in the chemical mechanical polishing process. However, in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition including the abrasive particles in the range of about 0.01 to 0.5% by weight has an effect of further improving the polishing rate of the oxide film. This suggests the possibility of improving the polishing rate of the oxide film by applying a slurry composition including abrasive particles in place of the pure polishing composition in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad.
상기 연마입자의 예로서는, 세리아(CeO2), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 알루미나(Al2O3) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 실시예의 상기 슬러리 조성물에 포함된 연마입자는 세리아를 사용하는 것이 바람직하다.Examples of the abrasive particles include ceria (CeO 2 ), silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), and the like. These can be used individually or in mixture of 2 or more. As the abrasive particles included in the slurry composition of the present embodiment, it is preferable to use ceria.
상기 연마입자의 함량이 0.01중량% 미만이면, 산화막에 대한 연마율이 저하되고, 연마입자의 함량이 0.5중량%를 초과하면, 질화막 패턴의 연마율을 향상시킨다. 따라서, 상기 슬러리 조성물은 0.01 내지 0.5중량%의 연마입자를 포함하고, 바람직하게는 0.05 내지 0.3중량%를 포함한다.When the content of the abrasive particles is less than 0.01% by weight, the polishing rate for the oxide film is lowered, and when the content of the abrasive particles is more than 0.5% by weight, the polishing rate of the nitride film pattern is improved. Thus, the slurry composition comprises 0.01 to 0.5% by weight of abrasive particles, preferably 0.05 to 0.3% by weight.
상기 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서, 상기 슬러리 조성물에 포함되어 있는 여분의 물에는 pH조절제가 포함되어 있다. 상기 pH조절제는 상기 슬러리 조성물의 pH 값을 약 5 내지 9의 범위 내로 조절하는 역할을 하며, 바람직하게 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 약 6.5 내지 8 범위를 갖는다.In the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the excess water contained in the slurry composition includes a pH adjuster. The pH adjusting agent serves to adjust the pH value of the slurry composition in the range of about 5 to 9, and preferably the pH value of the slurry composition has a range of about 6.5 to 8.
상기 pH 범위 내에서, 상기 산화막의 표면은 마이너스(-) 전하를 갖고 상기 질화막 패턴의 표면은 플러스(+) 전하를 갖는다. 따라서, 상기 음이온 계면활성제는 상기 산화막에 대해서는 정전기적 반발력이 작용하고, 상기 질화막 패턴에 대해서는 정전기적 인력이 작용하므로 정전기적 효과를 기대할 수 있다. 이로 인해, 상기 음이온 계면활성제의 질화막 패턴에 대한 보호 기능이 향상되는 동시에 연마 선택비가 증가되므로, 효율적인 연마 공정이 수행될 수 있다. Within the pH range, the surface of the oxide film has a negative (-) charge and the surface of the nitride film pattern has a positive (+) charge. Therefore, the anionic surfactant may have an electrostatic repulsive force acting on the oxide film and an electrostatic attraction acting on the nitride film pattern. As a result, since the protective function for the nitride film pattern of the anionic surfactant is improved and the polishing selectivity is increased, an efficient polishing process can be performed.
상기 세정액 조성물의 pH 값이 5 미만이면, 산화막의 표면은 플러스(+) 전하로 전환되어 산화막에 대한 연마율이 저하되고, 세정액 조성물의 pH 값이 9를 초과하면, 질화막 패턴의 표면은 마이너스(-) 전하로 전환되어 질화막 패턴에 대한 보호기능을 저하시킨다. When the pH value of the cleaning liquid composition is less than 5, the surface of the oxide film is converted into a positive (+) charge, and the polishing rate for the oxide film is lowered. When the pH value of the cleaning liquid composition exceeds 9, the surface of the nitride film pattern is negative ( -) It is converted to electric charge, which reduces the protection against the nitride film pattern.
상기 pH조절제의 예로서는, 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH) 또는 그 염 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 실시예의 상기 슬러리 조성물에 포함된 pH조절제는 수산화 칼륨을 사용하는 것이 바람직하다.Examples of the pH adjusting agent include hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and salts thereof. These can be used individually or in mixture of 2 or more. The pH adjusting agent included in the slurry composition of the present embodiment is preferably used potassium hydroxide.
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 방법Chemical Mechanical Polishing Method Using Fixed Polishing Pads
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 조성물을 이용하여 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.1 is a process flow diagram illustrating a chemical mechanical polishing method using a fixed polishing pad using a slurry composition according to an embodiment of the present invention.
먼저, 셀 영역 및 페리 영역의 소자 분리막 형성시, 연마 대상막인 산화막과 연마 저지막인 질화막 패턴이 형성된 기판을 준비한다.(S110)First, when the device isolation layer is formed in the cell region and the ferry region, a substrate on which an oxide film, which is a polishing target film, and a nitride film pattern, which is a polishing stopper film, is formed is prepared.
일 예로서, 상기 기판은 약 3,000 내지 4,000Å 정도의 깊이로 형성되어 있는 트렌치를 갖고, 상기 질화막 패턴은 기판 상에 약 800 내지 1,000Å 정도의 두께를 갖도록 형성되어 있다. 또한, 상기 산화막은 상기 트렌치를 매몰하면서, 상기 질화막 패턴 상에 약 7,000 내지 8,000Å 정도의 두께를 갖도록 형성되어 있다. 즉, 상기 질화막 패턴은 연마 저지막이 되고, 상기 산화막은 연마 대상막이 된다.As an example, the substrate has a trench formed to a depth of about 3,000 to 4,000 Å, and the nitride film pattern is formed to have a thickness of about 800 to 1,000 Å on the substrate. In addition, the oxide film is formed to have a thickness of about 7,000 to 8,000 kPa on the nitride film pattern while the trench is buried. That is, the nitride film pattern becomes a polishing stop film, and the oxide film becomes a polishing target film.
이어서, 고정형 연마 패드 상에 고정형 연마 패드용 슬러리 조성물을 제공한다.(S120)Next, a slurry composition for a fixed polishing pad is provided on the fixed polishing pad. (S120)
상기 슬러리 조성물은 연마입자 0.01 내지 0.5중량%, 상기 음이온 계면활성제 0.5 내지 2.5중량% 및 pH조절제를 포함하는 여분의 물을 포함하는 조성을 갖는다. 특히, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 약 5 내지 9 정도의 범위를 갖는다. 상기 슬러리 조성물에 대한 구체적인 설명은 위에서 상세히 설명하였으므로, 중복을 피하기 위하여 생략한다.The slurry composition has a composition including 0.01 to 0.5% by weight of abrasive particles, 0.5 to 2.5% by weight of the anionic surfactant and a pH adjusting agent. In particular, the pH value of the slurry composition has a range of about 5-9 degrees. Since the detailed description of the slurry composition has been described in detail above, it is omitted to avoid duplication.
여기서, 상기 고정형 연마 패드에 부착되어 있는 고정형 연마제는 약 1 내지 50㎛ 정도의 높이를 갖고, 바람직하게는 약 5 내지 20㎛ 정도의 높이다. 또한, 각각의 상기 고정형 연마제는 약 10 내지 500㎛ 정도의 간격으로 이격되어 배치되고, 바람직하게는 약 30 내지 100㎛ 정도의 간격으로 이격되어 배치된다.Here, the fixed abrasive adhered to the fixed polishing pad has a height of about 1 to 50 μm, and preferably about 5 to 20 μm. In addition, each of the fixed abrasives is disposed spaced at intervals of about 10 to 500㎛, preferably spaced at intervals of about 30 to 100㎛.
이는, 상기 고정형 연마제의 높이가 50㎛를 초과하거나 상기 고정형 연마제의 이격 거리가 500㎛를 초과할 경우, 상기 슬러리 조성물 내에 포함되어 있는 상기 연마입자가 상기 고정형 연마제 사이에 존재할 확률이 낮아 바람직하지 않다. 따라서, 상기 고정형 연마제는 상술한 조건의 높이 및 이격 거리의 범위 내에서 가 장 효율적인 연마 공정이 수행될 수 있다. It is not preferable that the height of the fixed abrasive exceeds 50 μm or the separation distance of the fixed abrasive exceeds 500 μm, since the probability that the abrasive particles contained in the slurry composition are present between the fixed abrasives is low. . Therefore, the fixed abrasive can be carried out the most efficient polishing process within the range of the height and the separation distance of the above-described conditions.
또한, 상기 고정형 연마제의 기둥 모양은 상기 기판과의 마찰 면적이 증가될 수 있는 실리더형, 피라미드형 또는 다각형 등을 갖는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the columnar shape of the fixed abrasive has a cylinder type, a pyramid shape, a polygonal shape, or the like, in which the friction area with the substrate can be increased.
이어서, 상기 고정형 연마 패드 표면과 상기 기판을 접촉시켜 상기 연마 저지막인 질화막 패턴이 노출될 때까지 상기 연마 대상막인 산화막을 화학 기계적 연마한다.(S130) Subsequently, the surface of the fixed polishing pad is brought into contact with the substrate to chemically mechanically polish the oxide film, which is the polishing target film, until the nitride film pattern, which is the polishing stopper film, is exposed.
그 결과, 상기 산화막은 디싱 현상이 발생되지 않는 소자 분리막으로 형성된다. As a result, the oxide film is formed of an isolation film in which dishing does not occur.
이하, 실시예들 및 비교예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 인지해야 할 것입니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, it will be appreciated that the following examples are intended to illustrate the invention and that the invention is not limited by the following examples and that various modifications and changes can be made.
<실시예 1><Example 1>
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 이용되는 슬러리 조성물 총 중량에 대하여, 세리아 0.01중량%, 암모늄 폴리 아크릴레이트 1중량% 및 수산화 칼륨을 포함하는 여분의 물을 사용하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 7.5로 확인되었다.With respect to the total weight of the slurry composition used in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition was prepared using extra water containing 0.01% by weight of ceria, 1% by weight of ammonium poly acrylate and potassium hydroxide. In addition, the pH value of the slurry composition was found to be 7.5.
<실시예 2><Example 2>
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 이용되는 슬러리 조성물 총 중량에 대하여, 세리아 0.05중량%, 암모늄 폴리 아크릴레이트 1중량% 및 수산화 칼륨을 포함하는 여분의 물을 사용하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 7.5로 확인되었다. With respect to the total weight of the slurry composition used in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition was prepared using excess water containing 0.05% by weight of ceria, 1% by weight of ammonium poly acrylate and potassium hydroxide. In addition, the pH value of the slurry composition was found to be 7.5.
<실시예 3><Example 3>
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 이용되는 슬러리 조성물 총 중량에 대하여, 세리아 0.1중량%, 암모늄 폴리 아크릴레이트 1중량% 및 수산화 칼륨을 포함하는 여분의 물을 사용하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 7.5로 확인되었다.With respect to the total weight of the slurry composition used in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition was prepared using excess water containing 0.1% by weight of ceria, 1% by weight of ammonium poly acrylate and potassium hydroxide. In addition, the pH value of the slurry composition was found to be 7.5.
<실시예 4><Example 4>
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 이용되는 슬러리 조성물 총 중량에 대하여, 세리아 0.1중량%, 암모늄 폴리 아크릴레이트 2중량% 및 수산화 칼륨을 포함하는 여분의 물을 사용하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 7.5로 확인되었다.With respect to the total weight of the slurry composition used in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition was prepared using excess water containing 0.1% by weight of ceria, 2% by weight of ammonium poly acrylate and potassium hydroxide. In addition, the pH value of the slurry composition was found to be 7.5.
<비교예 1 >Comparative Example 1
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 이용되는 슬러리 조성물 총 중량에 대하여, 세리아 0중량%, 암모늄 폴리 아크릴레이트 1중량% 및 수산화 칼륨을 포함하는 여분의 물을 사용하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 7.5로 확인되었다.With respect to the total weight of the slurry composition used in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition was prepared using extra water containing 0% by weight of ceria, 1% by weight of ammonium poly acrylate and potassium hydroxide. In addition, the pH value of the slurry composition was found to be 7.5.
<비교예 2>Comparative Example 2
고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정에서 이용되는 슬러리 조성물 총 중량에 대하여, 세리아 0중량%, 암모늄 폴리 아크릴레이트 1중량% 및 수산화 칼륨을 포함하는 여분의 물을 사용하여 슬러리 조성물을 제조하였다. 또한, 상기 슬러리 조성물의 pH 값은 9.5로 확인되었다.With respect to the total weight of the slurry composition used in the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad, the slurry composition was prepared using extra water containing 0% by weight of ceria, 1% by weight of ammonium poly acrylate and potassium hydroxide. In addition, the pH value of the slurry composition was found to be 9.5.
실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에 따른 슬러리 조성물에 포함된 물질의 종류, 함량 및 pH 값은 하기 표 1에 개시되어 있다.The types, contents and pH values of the materials included in the slurry compositions according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
연마 선택비 평가Polishing selectivity rating
연마 선택비를 평가하기 위하여 연마 대상막이 증착된 반도체 기판을 준비하였다. 상기 반도체 기판 상에는 연마 저지막으로서 질화막이 증착되고, 상기 질화막 상에는 연마 대상막인 산화막이 증착되어 있다. 각각의 막에 대하여 상기 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에 따라 제조된 슬러리 조성물을 이용하여 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정을 실시하였다. 이때, 상기 화학 기계적 연마 공정의 조건은 하기 표 2에 개시되어 있다.In order to evaluate the polishing selectivity, a semiconductor substrate on which a polishing target film was deposited was prepared. A nitride film is deposited on the semiconductor substrate as a polishing stop film, and an oxide film, which is a polishing target film, is deposited on the nitride film. Each membrane was subjected to a chemical mechanical polishing process using a fixed polishing pad using the slurry compositions prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. At this time, the conditions of the chemical mechanical polishing process are disclosed in Table 2 below.
[표 2]TABLE 2
실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에 따른 슬러리 조성물을 이용하여 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정을 실시한 경우, 각각의 연마 선택비는 하기 표 3에 개시되어 있다.When the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad was carried out using the slurry compositions according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the respective polishing selectivity is shown in Table 3 below.
[표 3]TABLE 3
표 3을 참조하면, 연마입자 및 음이온 계면활성제를 포함하지 않는 비교예1 및 2에 비하여 연마입자 및 음이온 계면활성제를 포함하는 실시예 1 내지 4의 슬러리 조성물은 막질 간의 연마 선택비가 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1 내지 4를 비교하면, 연마입자가 약 0.05 내지 0.1중량%일 경우, 약 300Å/min 이상의 높은 산화막의 제거율을 보여줌을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the slurry compositions of Examples 1 to 4 including abrasive particles and anionic surfactants compared to Comparative Examples 1 and 2 not including abrasive particles and anionic surfactants have excellent polishing selectivity between films. have. In particular, when comparing the Examples 1 to 4, when the abrasive particles are about 0.05 to 0.1% by weight, it can be seen that the removal rate of the high oxide film of about 300 Pa / min or more.
또한, 비교예 1 및 2를 비교하면, 음이온 계면활성제의 질화막에 대한 보호 기능은 슬러리 조성물의 pH 값에 의해 크게 영향을 받음을 확인할 수 있다.In addition, comparing Comparative Examples 1 and 2, it can be confirmed that the protective function of the anionic surfactant to the nitride film is greatly affected by the pH value of the slurry composition.
상술한 본 발명의 슬러리 조성물을 이용하여 고정형 연마 패드를 사용하는 화학 기계적 연마 공정을 수행할 경우, 소자 분리막 형성시, 페리 영역의 산화막이 디싱(dishibg)되는 현상을 최소함과 동시에 산화막 및 질화막 패턴의 연마 선택비 를 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 반도체 장치의 불량을 방지함으로써, 반도체 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.When performing the chemical mechanical polishing process using the fixed polishing pad using the slurry composition of the present invention described above, the oxide film and the nitride film pattern while minimizing the phenomenon that the oxide film of the ferry region is dished when forming the device isolation layer. To improve the polishing selectivity. For this reason, productivity of a semiconductor manufacturing process can be improved by preventing the defect of a semiconductor device.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, but a person of ordinary skill in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and changes can be made.
Claims (7)
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Applications Claiming Priority (1)
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2006
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