KR20100021941A - 화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 용매 및 용매에 분산된 금속 산화물 입자를 포함하는 화학적 기계적 연마 조성물에 있어서, 제1 첨가제인 디싱-에로젼 억제제 및 선택적으로 고분자 유기산, 아미노 알코올, 계면활성제, 윤활제 및 방부제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 제2 첨가제를 더 포함하는 연마 조성물을 제공하고, 이를 이용하여 친수성 절연막과 소수성막이 함께 구비된 반도체 기판을 연마함으로써, 디싱 및 에로젼 없이 균일한 높이의 소자분리 영역을 형성할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{Chemical Mechanical Polishing Composition and Method for Manufacturing Semiconductor Device Using the Same}
본 발명은 화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 친수성 절연막과 소수성막이 함께 구비된 반도체 기판을 연마하여 소자분리 영역을 형성할 때, 디싱 (dishing) 및 에로젼 (erosion) 현상을 최소화할 수 있는 화학적 기계적 연마 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급으로 반도체 소자의 응용 분야가 확대되어 감에 따라, 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가지는 고집적의 반도체 메모리 소자를 제조하기 위한 공정 설비 및 제조 기술의 개발이 끊임없이 이루어지고 있다.
고집적 반도체 소자는 형성되는 패턴 모양이 다양해지고, 패턴 적층 수는 증가하는 반면, 패턴의 크기는 점차 축소되고 있다. 이에 따라, 고집적 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 공정 단계 과정에서 발생한 불규칙한 표면 굴곡이 하층으로 그대로 전사되면서, 막들 간의 단차는 반도체 소자 제조가 거의 불가능 정도로 가중되고 있다.
현재 반도체 소자 제조 공정에는 상기 단차를 최소화하기 위한 화학적 기계적 연마 (chemical mechanical polishing; 이하 ‘CMP’라 칭함) 공정과 같은 평탄화 공정이 필수적으로 적용된다.
한편, 반도체 제조 공정 중 소자 분리를 위한 STI(Shallow Trench Isolation) 공정은 반도체 소자의 최소 패턴 선폭이 0.13㎛ 이하로 축소되면서 칩(chip) 간 절연을 위해 새롭게 대두된 공정이다. 구체적으로, 상기 STI 공정은 실리콘 웨이퍼 상에 연마 정지막 (stopper layer)인 소수성막을 증착하고, 트랜치(trench)를 형성한 다음, 트랜치를 포함하는 전면에 친수성 절연막을 매립하고, 평탄화는 단계로 수행된다.
상기 STI CMP 공정은 ILD(Inter layer Dielectric) CMP 공정과 달리 소수성막과 친수성 절연막으로 이루어진 이종막에 대하여 수행하되, 소수성막이 연마 정지막으로 나타날 때까지 상기 친수성 절연막을 연마하는 공정이다.
더욱이, 반도체 소자의 크기의 감소로 공정 규격이 엄격해 짐에 따라, STI 공정 수행 시에 소수성막과 친수성 절연막을 함유하는 반도체 기판을 고도로 평탄화할 필요성이 있다. 예컨대, 패턴의 최소 선폭 및 트랜치 폭이 감소함에 따라, 막들 간의 연마 선택비(polishing selectivity) 차이로 연마 표면상에 유발되는 디싱 및 에로젼과 같은 결함 또한 점차 미세화되기 때문에, 이를 개선할 새로운 연마 공정이 요구된다.
종래 STI 공정에 의한 소자분리 영역을 형성하는 방법은 도 1a 및 도 1b를 참고하여 설명할 수 있다.
도 1a를 참조하면, 실리콘 기판(1) 상에 산화실리콘막(미도시), 소수성막(미도시) 및 포토레지스트막(미도시)을 순차적으로 증착한다. 상기 포토레지스트막 상부에 소자분리마스크(미도시)를 장치하고, 이를 이용한 포토리소그라피 공정을 실시하여 소수성막(미도시)을 노출하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다.
상기 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 소수성막, 산화실리콘막 및 실리콘 기판에 대한 건식 식각 공정을 수행하여 산화실리콘 패턴(3) 및 소수성막 패턴(5)으로 이루어진 ISO 패턴과 트랜치(7)를 형성한다.
상기 트랜치(7)를 포함하는 전면에 친수성 절연막(9)을 매립한 다음, 소수성막 패턴(5)이 노출될 때까지 친수성 절연막(9)에 대한 연마 공정을 수행하여 평탄화된 소자분리 영역을 형성한다.
이때, 상기 연마 공정에서는 통상적인 STI 공정용 연마 조성물을 이용하기 때문에, 소수성막 패턴(5)에 비하여 친수성 절연막(9)이 2배 이상 빠르게 연마된다. 그 결과, 도 1b에 도시하는 바와 같이 트랜치 내에 존재하는 친수성 절연막(9)이 이상적인 연마면(a) 보다 과도 식각되어 중앙부분이 오목하게 패이는 디싱 현상(c)이 유발된다. 또한, 연마 정지막인 ISO 패턴 상부인 소수성막 패턴이 일부 손실되어 패턴과 패턴 간의 단차, 즉 에로젼(b)이 발생한다.
반도체 소자의 전기적 특성을 동일하게 유지하기 위해서는 절연막의 깊이 또는 높이가 웨이퍼 전면에서 일정해야 한다. 즉, 디싱과 에로젼이 적어야 반도체 소 자의 생산 수율이 높아진다. 통상 에로젼은 패턴 밀도가 높은 영역에서 쉽게 발생하고, 디싱은 상대적으로 패턴 밀도가 낮고, 연마 속도가 빠른 넓은 절연막 영역에서 빈번하게 발생한다. 상기 에로젼과 디싱이 발생하는 경우, 후속 포토리소그라피 또는 식각 공정에 좋지 않은 영향을 줄 뿐만 아니라 평탄화 특성 및 소자 분리막으로서의 신뢰성이 저하되어 반도체 소자의 전기적 특성을 악화시킨다.
따라서, 소수성막 및 친수성 절연막에 대한 연마 선택비, 연마속도 및 마이크로-스크래치 안전성을 개선하여, 소자의 전기적 특성에 악영향을 미칠 수 있는 디싱 및 에로젼 발생을 최소화할 수 있는 연마 조성물에 대한 개발이 요구되고 있다.
한편, 현재 STI 공정에서 사용되는 CMP용 슬러리는 대부분 분산 및 저장 안정성 등이 낮다. 예컨대 일본 특허 공개 제2000-109794호 및 제2000-109815호에는 고선택비를 갖는 산화세륨 슬러리가 기재되어 있다. 그러나 이들 문헌에 기재된 산화세륨 입자는 고온 고상법으로 제조되었으므로 마이크로-스크래치를 다량 발생시키는 문제가 있다. 또한, 상기 문헌들에는 분산안정성과 고선택비를 구현하기 위한 첨가제들이 기재되어 있으나, 기본적인 연마속도와 선택비에 대해서만이 기재되어 있을 뿐 상기 첨가제들에 의한 작용원리는 기재되어 있지 않다. 또한, 미국 특허 제6,221,118호 및 제6,420,269호에는 산화세륨 연마재와 연마방법 및 고선택비 슬러리의 제조 방법이 기재되어 있으나, 이들 문헌에 기재된 산화세륨 입자도 역시 고온 고상법으로 합성된 것이므로 전술한 바와 같은 문제점이 있으며, 분산 안전성을 향상시키기 위한 분산제 및 분산 방법과 고선택비를 구현하기 위한 첨가제에 대 해서는 구체적으로 기재되어 있지 않다. 미국 특허 제6,468,910호에는 질화막을 보호하는 첨가제를 사용한 고선택비 슬러리의 제조 방법이 기재되어 있다. 그러나 이 문헌에는 질화막의 연마속도를 저하하는 첨가제만 명시되어 있으므로 STI CMP 슬러리 제조방법에 대한 종합적이고 완전한 방법이라고는 볼 수 없다.
본 발명은 반도체 소자 제조 중에 소수성막과 친수성 절연막이 공존하는 반도체 기판을 평탄화하는 공정에 사용할 수 있는 화학적 기계적 연마 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 화학적 기계적 연마 조성물을 이용하여 소수성막과 친수성 절연막이 공존하는 반도체 기판을 연마하는 단계를 포함함으로써, 디싱 및 에로젼 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
I. 화학적 기계적 연마 조성물
본 발명에서는 용매 및 용매에 분산된 금속 산화물 입자를 포함하는 화학적 기계적 연마 조성물로서, 상기 조성물은 i) 유기 아민계 화합물, ii) 히드록시 카르복시산 화합물 및 iii) 상기 i) 및 ii) 화합물들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 디싱-에로젼 억제제를 제1 첨가제로 포함하는 화학적 기계적 연마 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 연마 조성물은 연마 효과 개선을 위하여 선택적으로 고분자 유기산, 아미노 알코올, 계면활성제, 윤활제 및 방부제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 제2 첨가제를 더 포함한다.
상기 연마 조성물의 pH는 3~11, 구체적으로 pH는 5~8인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 상기 연마 조성물은 소수성막을 연마 정지막으로 친수성 절연막을 연마하는 평탄화 공정에 적용 가능한 조성물로서, 친수성 절연막에 대한 소수성막의 연마 선택비가 10~500:1, 구체적으로 50~100:1이다. 특히, 본 발명의 연마 조성물은 친수성 절연막 상부의 디싱을 억제하기 위하여 친수성 절연막의 볼록부/오목부의 연마 속도가 1 이상인 것이 바람직하다.
(A) 용매
본 발명의 연마 조성물에 포함되는 잔량의 용매는 증류수 또는 초순수를 들 수 있다.
(B) 금속 산화물 연마 입자
본 발명의 금속 산화물 연마 입자는 실리카, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나들 들 수 있으나, 상기 실리카 또는 산화알루미늄에 비하여 입자 경도가 낮고, 친수성 절연막에 대한 연마 속도가 빠른, 실리콘 기판의 연마 공정에 유리한 산화세륨이 보다 바람직하다.
본 발명의 연마 조성물 내의 금속 산화물 연마 입자의 함량은 얻고자 하는 연마 속도에 따라 변화 가능한데, 예를 들면 산화세륨의 함량으로 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%, 바람직하게는 0.03 내지 5중량%, 더욱 바 람직하게는 0.05 내지 3중량%이다. 이때 상기 산화세륨의 함량이 0.01중량% 미만이면 연마 속도가 감소하는 경향이 있고, 10중량%를 초과하는 경우 피연마막에 스크래치가 발생하기 쉽다. 산화 세륨의 연마 입자 크기는 스크래치와 연마 속도를 고려하여 분산액 내의 2차 입경이 10nm 내지 1000nm, 바람직하게는 30 내지 300nm가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내지 120nm이다. 만약, 상기 입자 크기가 10nm 미만인 경우 연마 속도가 감소하고, 1000nm를 초과하면 연마 면에 스크래치 발생이 잦다.
(C) 디싱 - 에로젼 억제제 (제1 첨가제)
본 발명에 사용되는 제1 첨가제인 디싱-에로젼 억제제는 친수성 절연막 표면에 흡착 가능한 화합물이면 특별히 제한하지 않으며, 예컨대, 연마 공정을 수행하는 동안 친수성 절연막 표면에 흡착하여 연마 패드와 친수성 절연막이 접촉되는 것을 방지하기 때문에, 친수성 절연막의 빠른 연마 속도를 억제할 수 있다. 특히, 상기 디싱-에로젼 억제제는 친수성 절연막의 오목부 상에 다량 존재하여 연마되는 것을 막기 때문에, 디싱 현상이 가중되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 i) 유기 아민계 화합물은 하기 화학식 1 또는 2의 화합물로 표기할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112008058782057-PAT00001
상기 식에서, A와 B는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고,
R1 또는 R3는 각각 -OH, 치환되지 않은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이며, R2, R4 및 R5는 각각 H, -OH, -COOH, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 치환되지 않은 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬(aralkyl), 히드록시기(-OH)로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 아민기로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 고리내에 포함하는 탄소수 5 내지 10의 사이클로알킬이며, n은 0 내지 3의 정수이다.
[화학식 2]
Figure 112008058782057-PAT00002
상기 식에서, X 및 Y는 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고, R6 및 R7은 각각 수소, -OH, -COOH, 치환되지 않은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 치환되지 않은 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 히드록시기(-OH)로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 아민기로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 고리내에 포함하는 탄소수 5 내지 10의 사이클로알킬이다.
구체적으로, 상기 유기 아민계 화합물은 N,N,N',N'-테트라에틸 에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌디아민(이하 ‘TMEDA’라 칭함), N,N'-디에틸-N,N'-디에틸 에틸렌디아민, N,N-디에틸-N',N'-디메틸 에틸렌디아민, N,N,N',N'',N''-펜타메틸 디에틸렌트리아민(이하 ‘PMDETA’라 칭함), N,N'-디메틸 에틸렌디아민, N,N'-디에틸 에틸렌디아민, N,N'-비스(2-히드록시에틸)에틸렌디아민, N,N-디메틸-N'-에틸 에틸렌디아민, N,N-디에틸-N'-메틸 에틸렌디아민, N,N,N'-트리메틸 에틸렌디아민, N,N,N'-트리에틸 에틸렌디아민, N-에틸-N'-메틸 에틸렌디아민, 1-(2-아미노에틸)피롤리딘, 2-(2-(메틸아미노)-에틸아미노)-에탄올, 1-(2-아미노에틸)피페리딘, 피페라진(이하 ‘PPZ’라 칭함), 1-메틸 피페라진, 2-메틸 피페라진, 1-에틸 피페라진, 1-이소프로필 피페라진, 1-부틸 피페라진, 1-(2-메톡시에틸) 피페라진, 1-(2-에톡시에틸) 피페라진, 1,2,4-트리메틸 피페라진, 2,3,5,6-테트라메틸 피페라진, 1-(2-아미노에틸) 피페라진, 1-(2-히드록시에틸)피페라진(이 하 ‘HEPPZ’라 칭함), 1,4-디메틸 피페라진(DMPPZ), 2,6-디메틸 피페라진, 2,5-디메틸 피페라진, 2-피페라지노에틸아민, 1,4-비스(3-아미노프로필)피페라진, 1-[2-(디메틸아미노)에틸]피페라진, 1,4-디아제판(1,4-diazepane), 1-메틸-1,4-디아제판 및 1,4-디메틸-1,4-디아제판으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 화합물 또는 1종 이상의 혼합 화합물을 들 수 있으며, TMEDA, PPZ, PMDETA 또는 HEPPZ이 더욱 바람직하다.
상기 유기 아민계 화합물은 단일 분자 내에 친수성부와 소수성부를 함께 가지고 있기 때문에, 탄소-탄소 단일 결합 또는 탄소-질소 단일 결합의 회전을 통하여 소수성부와 친수성부가 서로 반대 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 중성 pH의 수용액상에서 TMEDA는 하기 화학식 4에 나타낸 바와 같이 친수성부와 소수성부가 위치할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112008058782057-PAT00003
이때, 분자 내의 소수성부는 기판의 소수성막에 흡착하고, 친수성부는 기판의 친수성 절연막에 흡착한다. 즉, 같은 방향으로 배치할 수 있는 친수성 아민기가 두 개 이상이며, 소수성부가 그 반대 방향으로 배치되기 때문에, 막에 대한 흡착 반응이 더욱 효과적으로 이루어져 연마 공정 시에 디싱 현상이 발생하는 것을 보다 억제할 수 있다. 이때, 질소 원자에 결합하는 소수성기의 수가 2∼3개인 2차 또는 3차 아민인 경우, 디싱-에로젼 억제 효과가 더욱 향상된다.
상기 ii) 히드록시 카르복시산 화합물은 하기 화학식 3의 화합물로 표기할 수 있다.
[화학식 3]
(HO)m-R-(COOH)o
상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌, 탄소수 5 내지 7의 시클로알킬렌, 페닐렌, 또는 탄소수 7 내지 9의 아릴알킬렌이며, m 및 o는 각각 1 내지 10의 정수이고, m+o은 3 내지 20이다.
예를 들어, 상기 히드록시 카르복시산 화합물은 글루콘산, 글루코헵톤산, 시트르산(이하 ‘CA’라 칭함), 타르타르산(이하 ‘TA’라 칭함), 말산, 시트라말산, 케토말론산, 디메틸올프로피온산, 디에틸올프로피온산, 디메틸올부탄산, 디에틸올부탄산, 글리세린산, 점액산, 사카린산, 퀴닉산, 펜타릭산, 2,4-디히드록시벤조산 및 갈산으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 또는 1종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
본 발명의 연마 조성물에서 디싱-에로젼 억제제의 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 10중량%, 바람직하게는 0.05 내지 5중량%이며, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 1중량%이다. 이때, 상기 디싱-에로젼 억제제의 함량이 0.001중량% 미만이면 디싱-에로젼 억제 기능이 미비하고, 10중량%를 초과하는 경우 절연 막에 대한 연마 속도가 낮다.
(D) 제2 첨가제
고분자 유기산
상기 첨가제 중 하나인 고분자 유기산은 패턴의 단차 제거 속도를 향상시키는 역할을 수행하는 화합물로서, 산성기를 가지는 수용성 고분자라면 특별히 제한하지 않으며, 폴리아크릴산 또는 폴리아크릴산 공중합체를 예로 들 수 있다. 고분자 유기산의 함량은 본 발명의 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%이다. 고분자 유기산의 함량이 0.01중량% 미만인 경우 단차 제거 효과가 낮으며, 고분자 유기산의 함량이 10중량%를 초과하는 경우 친수성 절연막의 연마 속도가 감소한다.
아미노 알코올
상기 아미노 알코올은 pH 조절 기능과, 디싱 억제 기능을 보조적으로 부여할 수 있는 화합물이면 특별히 제한하지 않으며, 구체적으로 트리에탄올아민, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-프로판올, 3-디메틸아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 2-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-에탄올, 2-에틸아미노-1-에탄올, 1-(디메틸아미노)2-프로판올, 디에탄올아민 N-메틸디에탄올아민, N-프로필디에탄올아민, N-이소프로필디에탄올아민, N-(2-메틸프로필)디에탄올아민, N-n-부틸디에탄올 아민, N-t-부틸에탄올아민, N-사이클로헥실디에탄올아민, N-도데실디에틸아민, 2-(디메틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-디프로필아미노에탄올, 2-부틸아미노에탄올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜탄올, 2-[비스(2-히드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-히드록시에틸)아미노]-2-프로판올, N,N-비스(2-히드록시프로필)에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄(Trizma), 트리이소프로판올아민(이하 ‘TIPA’칭함) 및 히드록시에틸이미노디아세트산(이하 ‘HIDA’라 칭함)로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 화합물 또는 1종 이상의 혼합물을 들 수 있다. 상기 아미노 알코올의 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%가 바람직하고, 0.1 내지 5중량%가 더 바람직하다. 이때 상기 아미노 알코올의 함량이 0.01중량% 미만인 경우, 디싱 억제 기능이 감소하고, 10중량%를 초과하는 경우, 친수성 절연막의 연마 속도가 감소한다.
계면활성제
상기 계면활성제는 피연마면의 스크래치 발생을 억제하는 첨가제로서, 경도가 약한 폴리실리콘막이나, 저유전율막 연마시에 유리한 효과를 가져온다. 계면활성제 중에서 양이온 계면활성제는 금속 산화물 연마 입자인 산화세륨 분산액과 섞여 빠르게 침강하는 문제가 있으므로, 음이온성, 비이온성 또는 양쪽성 이온 계면활성제가 사용 가능하며, 구체적으로 도데실벤젠설폰산을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.0001중량% 내지 1.0중량%, 바람직하게는 0.001중량% 내지 0.1중량%이다. 만약, 0.0001중량% 미만일 경우 스크래치 억제 기능이 저하되는 단점이 있고, 1.0중량%를 초과하는 경우 연마 공정 중에 거품이 증가하는 단점이 있다.
윤활제
상기 윤활제는 연마 공정 효과를 향상시키는 물질로서, 구체적으로 글리세린 또는 에틸렌글리콜을 들 수 있다. 상기 윤활제 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1중량% 내지 5중량%를 사용한다. 상기 윤활제의 함량이 0.01중량% 미만일 경우 윤활 기능이 저하되는 단점이 있고, 10중량%를 초과하는 경우 전체 연마 속도를 낮추는 단점이 있다.
방부제
상기 방부제는 본 발명의 연마 조성물에 유기산이 함유되는 경우, 세균이나 박테리아의 공격에 의한 부패로 발생하는 조성물의 경시 변화를 방지하기 위한 첨가제로서, 연마 조성물에 포함된 구성 성분의 부패를 억제할 수 있는 것이면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 이소티아졸린계 화합물인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온(1,2-benzisothoazolin-3-one)을 들 수 있다. 상기 방부제는 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.0001 중량% 내지 0.1 중량%를 사용한다. 0.0001 중량% 미만일 경우 방부 기능이 약하고, 0.1 중량%를 초과하는 경우 연마제의 기능을 감소시킨다.
(E) 연마 조성물의 pH
본 발명의 연마 조성물은 절연막 연마 속도 및 디싱 억제 기능을 개선하기 위하여 pH 3 내지 11, 바람직하게는 pH 5 내지 8, 더욱 바람직하게는 pH 5.5 내지 6.9의 범위로 조절할 수 있으며, 이를 위하여 pH 조절제를 더 포함할 수 있다.
상기 pH 조절제는 연마 조성물의 특성, 즉 고선택비 및 디싱-에로젼 억제 기능에 악 영향을 미치지 않으면서 pH를 조절할 수 있는 유기산이나, 질산, 염산, 황산 또는 과염소산 등의 무기산, 트리에틸아민 등의 아민, 또는 KOH, 암모늄하이드록사이드, 테르라메틸암모늄 하이드록사이드와 같은 무기 또는 유기염기이면 모두 사용 가능하다.
II. 반도체 소자의 제조 방법
또한, 본 발명에서는
제1 친수성 절연막 및 소수성막의 적층 구조가 구비된 실리콘 기판의 소정 영역을 식각하여 제1 친수성 절연막 패턴 및 소수성막 패턴으로 이루어진 ISO 패턴 및 트랜치를 형성하는 단계;
상기 트랜치를 포함하는 ISO 패턴 전면에 제2 친수성 절연막을 도포하는 단계; 및
상기 소수성막을 연마 정지막으로 본 발명의 연마 조성물을 이용하여 상기 제2 친수성 절연막을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 방법은 제2 친수성 절연막 도포 전에 트랜치 내부에 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 및 제2 친수성 절연막은 산화실리콘막인, CVD(chemical vapor deposition) 방법에 의해 형성된 고밀도 플라즈마(high density plasma; HDP) 산화막, PE-TEOS (plasma enhanced-tetra ethylene ortho silicate;)막, 보론포스포실리케이트 글라스(BPSG)막, 언도프트-실리케이트 글라스(USG)막, 폴리실라잔(PSZ)막, BSG막 및 스핀 온 글라스(SOG)막으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 막을 들 수 있다. 구체적으로 상기 제2 친수성 절연막은 갭 필 효과가 우수한 HDP 산화막을 적용함으로써, 친수성 절연막 증착 공정 시에 보이드(void) 발생을 방지하여 공정 마진을 확보할 수 있다.
또한, 상기 소수성막은 질화실리콘막, 폴리실리콘막 및 저유전율(low-k)막으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 디싱-에로젼 억제제를 제1 첨가제로 포함하며, 소수성막에 대한 친수성 절연막의 연마 선택비가 10 이상으로 높은 연마 조성물을 이용하여 ISO 연마 공정을 수행함으로써, 실리콘 기판 상에 발생하는 에로젼과 디싱 현상을 최소화할 수 있다. 즉, 연마 공정 시에 빈번하게 발생하던 EFH (effective for height)에 대한 변화 (variation)를 최소화하여 평탄화 공정 중에 유발하는 결함을 개선할 수 있으므로, 반도체 소자의 제조 비용을 절감하면서, 신뢰성 있는 반도체 메모리 소자를 제조할 수 있다.
특히, 본 발명의 연마 조성물을 이용하는 연마 공정은 EFH에 대한 변화폭을 최소화하여 공정 중의 커플링 비(coupling ratio)를 증가시킴으로써, 프로그램의 왜곡 현상 방지와 포텐셜 분포(potential distribution) 및 전자 분포(electron distribution)가 활성 영역과 필드 영역 사이에 집중되는 전기적인 왜곡 현상을 방지할 수 있다. 또한, ONO EOT (oxide/nitride/oxide Effective oxide thickness)에 대한 특성을 향상시켜 안정된 소자를 구현할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 디싱-억제제를 포함하는 연마 조성물을 이용하여, 소수성막을 연마 정지막으로 친수성 절연막을 연마함으로써, 연마 공정 시에 기판 상부에 발생하던 에로젼과 디싱 현상을 최소화할 수 있으므로, 신뢰성 있는 반도체 메모리 소자를 제조할 수 있다.
이하, 첨부한 도 2a 및 도 2b를 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(21) 상부에 제1 친수성 절연막(미도시) 및 소수성막(미도시)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 소수성막 상부에 포토레지스트막(미도시)을 형성한다. 상기 포토레지스트막 상부에 소자분리마스크(미도시)를 장치하고, 이를 이용한 포토리소그라피 공정을 실시하여 트랜치가 위치할 예정의 소수성막(미도시) 영역을 노출시키는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다.
상기 제1 친수성 절연막은 산화실리콘막인 HDP 산화막, PE-TEOS막, BPSG막, USG막, PSZ막, BSG막 또는 SOG막을 들 수 있다. 또한, 상기 소수성막은 질화실리콘 막, 폴리실리콘막 또는 저유전율 막을 들 수 있으며, 구체적으로 질화실리콘막을 사용한다.
상기 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 소수성막, 제1 친수성 절연막 및 실리콘 기판에 대한 건식 식각 공정을 수행하여 제1 친수성 절연막 패턴(23), 소수성막 패턴(25)으로 이루어진 ISO 패턴과 트랜치(27)를 형성한다.
이때, 상기 소수성막 패턴은 500∼1000Å의 두께를 가지며, 상기 형성된 트랜치(27)는 반도체 기판(21)의 상부 표면에서부터 2000Å∼3000Å 깊이까지 과다 식각하여 형성된다.
상기 트랜치(27)의 측벽 결점을 제거한 다음, 측벽과 후속 제2 친수성 절연막 사이에 생기는 경계면의 트랩 전하를 감소시키기 위한 측벽 산화막(미도시) 및 라이너 질화막(미도시)을 형성한다.
이어서, 상기 트랜치(27) 및 ISO 패턴을 포함하는 전면에 제2 친수성 절연막(29)을 매립한다.
이때, 상기 제2 친수성 절연막은 산화실리콘막인 HDP 산화막, PE-TEOS막, BPSG막, USG막, PSZ막, BSG막 또는 SOG막을 들 수 있는데, 구체적으로 갭 필 효과가 우수한 HDP 산화막을 적용하여, 막 내부에 보이드 발생을 방지한다.
도 2b를 참조하면, 상기 도 2a의 결과물에 대하여 상기 소수성막 패턴(25)을 연마 정지막으로 상기 제2 친수성 절연막(29)을 연마하는 공정을 실시하여 활성 영역을 고립시킴으로써, 디싱 및 에로젼 없이 평탄화된 ISO (미도시) 영역을 형성한다.
이때, 상기 연마 공정은 친수성 절연막에 대하여 빠른 연마 선택비를 가지는 연마 조성물을 이용하여 수행될 수 있는데, 예컨대 0.01 내지 10중량%의 연마 입자와, 0.001 내지 10중량%의 디싱-에로젼 억제제 및 0.02 내지 20중량%의 제2 첨가제를 함유하는 pH 3 내지 11의 연마 조성물, 바람직하게는 0.03 내지 5 중량%의 산화 세륨 금속 산화물 연마 입자와, 0.05 내지 5 중량%의 유기 아민계 디싱-에로젼 억제제, 0.05 내지 5 중량%의 히드록시 카르복시산계 디싱-에로젼 억제제, 0.1 내지 5 중량%의 고분자 유기산 화합물, 0.1 내지 5 중량%의 아미노 알코올 화합물을 포함하는 pH 5 내지 8의 연마 조성물을 이용하여 실시한다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나, 하기의 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
I. 본 발명의 연마 조성물 제조
(i) 산화 세륨 슬러리 제조
본 발명의 실시예에서는 탄산 세륨 수화물을 750℃에서 4시간 동안 공기 중에서 하소하여 산화세륨을 제조하였다. 상기 산화 세륨에 탈이온수와 소량의 분산제를 첨가하고 매체 교반식 분말 분쇄기로 분쇄 및 분산한 다음, 분급 및 여과 과정을 거치고 탈이온수를 첨가하여 최종적으로 고형분 5중량%인 산화세륨 슬러리를 얻었다. 슬러리의 이차 입자 크기는 110nm 이며, pH는 8.4였다.
(ii) 본 발명의 연마 조성물 제조예
상기 방법에 의해 얻어진 5% 산화세륨 슬러리와, 하기 표 2와 같은 조성 비율로 혼합된 제조예 1 내지 13의 첨가제 조성물 및 초순수를 1:3:3의 중량비로 각 각 혼합한 후, 안정화될 때까지 교반하여 실시예 1 내지 13의 본 발명의 연마 조성물을 각각 제조하였다. 이때, 표 2에 도시한 첨가제 조성물의 pH는 트리에탄올아민(TEA)과 질산을 사용하여 조절하였다.
한편, 하기 표 2에서 고분자 유기산은 2.5 중량%의 수용액 점도가 1.67 cps인 폴리아크릴산 L (일본 순약사 제품), 또는 2.5중량% 수용액 점도가 2.27cps 인 폴리아크릴산 K (시그마 알드리치사 제품)를 사용하였다. 또한, 하기 표 2에 간략하게 기재된 첨가제의 명칭은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
[표 1]
약자 명칭
TMEDA N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌디아민
PMDETA N,N,N',N'',N''-펜타메틸 디에틸렌트리아민
PPZ 피페라진
HEPPZ 1-(2-히드록시에틸)피페라진
CA 시트르산
TA 타르타르산
HIDA 히드록시에틸이미노디아세트산
[표 2]
Figure 112008058782057-PAT00004
II. 종래 연마 조성물 제조
(i) 비교 제조예 1의 연마 조성물
상기 실시예에서 제조한 산화세륨 슬러리와, 폴리아크릴산 L (0.5wt%) 및 트리에탄올아민(0.83wt%)을 혼합한 첨가제 조성물 및 초순수를 1:3:3의 중량비로 각각 혼합한 후, 안정화 될 때까지 교반하여 비교 제조예 1의 연마 조성물을 제조하였다.
(ii) 비교 제조예 2의 연마 조성물
상기 실시예에서 제조한 산화세륨 슬러리와, 폴리아크릴산 L (0.5wt%) 및 부틸아민(0.27wt%)을 혼합한 첨가제 조성물 및 초순수를 1:3:3의 중량비로 각각 혼합한 후, 안정화 될 때까지 교반하여 비교 제조예 2의 연마 조성물을 제조하였다.
(iii) 비교 제조예 3의 연마 조성물
현재 시중에 유통되고 있는 5wt%의 산화 세륨 슬러리((주)히다치사 제조, 제품번호. HS-8005)와, 1~10wt%의 폴리카르복시레이트를 함유한 첨가제 조성물((주)히다치사 제조, 제품번호. HS-8102 GP) 및 초순수를 1:3:3의 비율로 혼합한 후, 교반하여 비교 제조예 3의 연마 조성물을 제조하였다.
실험예 1. 평가 결과
상기 실시예 1 내지 13에 제조된 본 발명의 연마 조성물과, 상기 비교 제조예 1 내지 3의 연마 조성물 각각에 대한 시편 연마 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 상기 시편은 다양한 선폭과 밀도로 형성된 패턴 상에 소수성막인 질화실리콘막과, 약 8000Å 두께의 친수성 절연막이 증착된 SKW 3-2 패턴 웨이퍼 (SKW사 제조)를 사용하였다. 상기 친수성 절연막은 테트라에톡시실란(TEOS)을 이용한 플라즈마 화학 기상 증착법으로 증착한 산화실리콘막을 적용하였다. 상기 패턴 간 요철부의 단차는 약 6000Å이였다.
상기 평가 결과는 G&P Technology사 CMP 장비를 이용하여 정반(table) 및 헤드(head)의 회전속도를 93rpm 및 87rpm 을 조절하면서, 압력 300 g/cm2 조건하에서 연마하여 얻어진 결과를 교시하였다. 이때, 상기 연마 조성물의 공급 속도는 200mL/min였다.
[표 3]
Figure 112008058782057-PAT00005
상기 표 3에 나타낸 연마량 A,B 및 C는 소수성막이 노출되는 시점에서부터 추가로 30초 동안 과도하게 연마하여 얻어진 연마량이며, D는 연마 초기 30초 동안의 연마 결과이다.
A는 패턴 피치 크기가 200㎛ (친수성 절연막의 라인 넓이/소수성막의 라인 넓이=100㎛/100㎛)로 넓은 영역에서 친수성 절연막(오목부)의 연마량을 기재한 것으로서, 본 발명의 연마 조성물을 사용하는 경우의 연마량이 비교예 1(782), 비교 예 2(1123) 및 비교예 3(802)에 비하여 매우 낮기 때문에, 디싱 효과가 감소한다는 것을 알 수 있었다.
B는 패턴 밀도가 20% 영역(친수성 절연막의 라인 넓이/소수성막의 라인 넓이=80㎛/20㎛)에서 연마된 소수성막 표면의 연마량으로서, 본 발명의 연마 조성물을 사용한 경우의 연마량이 비교예 1 (704), 비교예 2(559) 및 비교예 3(352)에 비하여 매우 낮은 것을 알 수 있으므로, 에로젼이 감소한다는 것을 알 수 있었다.
C는 패턴 피치 크기가 200㎛ (친수성 절연막의 라인 넓이/소수성막의 라인 넓이=100㎛/100㎛)로 넓은 영역에서 소수성막의 연마량을 기재한 것으로서, 본 발명의 연마 조성물을 사용한 경우의 연마량이 비교예 1(93), 비교예 2(95) 및 비교예 3(78)에 비하여 매우 낮은 것을 알 수 있었다.
B-C는 연마 공정 시에 패턴 밀도 즉, 패턴 밀도가 조밀한 영역과 조밀하지 않은 영역 간에 소수성막 패턴의 연마량 편차를 비교한 결과로서, 웨이퍼 내의 국부적인 영역에서의 평탄도를 나타내므로, 그 값이 작을수록 유리하다. 즉, 본 발명의 연마 조성물을 사용한 경우의 연마 편차값이 비교예 1(611), 비교예 2(464) 및 비교예 3(274)에 비하여 매우 낮은 것을 알 수 있었다. 따라서, 에로젼 현상이 감소하는 것을 알 수 있었다.
D는 패턴 피치 크기가 200㎛ (친수성 절연막의 라인 넓이/소수성막의 라인 넓이=100㎛/100㎛)로 넓은 영역에서 소수성막 패턴 상부의 친수성 절연막의 볼록부의 평탄화 된 연마량을 기재하였다.
A/D는 디싱 발생 정도로서 친수성 절연막의 볼록부(D)의 연마량에 대하여 디 싱과 직접 관계있는 친수성 절연막의 오목부 (A)의 상대적인 비로서, 이값이 적을수록 디싱 발생이 낮다. 즉, 본 발명의 연마 조성물을 사용한 경우의 연마량 상대비가 비교예 1(0.32), 비교예 2(0.38) 및 비교예 3(0.30)에 비하여 매우 낮으므로, 디싱 현상이 감소하는 것을 알 수 있었다.
D/C는 패턴 피치 크기가 200㎛로 넓은 영역 친수성 절연막의 볼록부(D)와 소수성막 간의 연마 선택비를 기재한 값으로서, 본 발명의 연마 조성물을 사용한 경우의 친수성 절연막에 대한 연마 선택비가 비교예 1 (27), 비교예 2(31) 및 비교예 (35)에 비하여 대부분 매우 높으므로, 소수성막 상부 손실이 작은 것을 알 수 있었다.
통상 ISO 연마 공정 시 발생하는 에로젼은 연마 정지막의 연마 속도를 낮추어 방지할 수 있다. 또한, 디싱은 초기 연마 공정 시 절연막의 단차를 빠르게 제거하고, 연마 정지막에 도달한 이후 추가적인 절연막의 연마를 억제함으로써 방지할 수 있다. 즉, 상기 표 3에 나타낸 결과와 같이, 본 발명의 연마 조성물을 이용하는 연마 공정 시에 연마 정지막인 소수성막의 연마속도 (B, C)뿐만 아니라, 친수성 절연막의 오목부의 연마 속도(A)도 낮다. 또한, 친수성 절연막의 오목부의 연마 속도가 낮다. 따라서, 본 발명의 연마 조성물을 사용하는 연마 공정의 경우, 비교예 1의 슬러리를 사용하는 경우보다 연마 공정 종결 후, 연마 기판 상부에 발생하던 디싱과 에로젼 현상이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있었다.
도 1a 및 도 1b는 종래 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 개략도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방법에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1, 21: 실리콘 기판 3: 산화실리콘 패턴
5, 25: 소수성막 패턴 7, 27: 트랜치
9: 친수성 절연막 23: 제1 친수성 절연막 패턴
29: 제2 친수성 절연막 a: 이상적인 연마 종결면
b: 에로젼 c: 디싱

Claims (23)

  1. 용매 및 용매에 분산된 금속 산화물 입자를 포함하는 화학적 기계적 연마 조성물로서, 상기 조성물은 i) 유기 아민계 화합물, ii) 히드록시 카르복시산 화합물 및 iii) 상기 i) 및 ii) 화합물들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 디싱-에로젼 억제제를 제1 첨가제로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연마 조성물은 고분자 유기산, 아미노 알코올, 계면활성제, 윤활제 및 방부제로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 제2 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연마 조성물의 pH는 3~11인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연마 조성물의 pH는 5~8인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연마 조성물은 소수성막을 연마 정지막으로 친수성 절연막을 연마하는 평탄화 공정용 조성물인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연마 조성물은 친수성 절연막에 대한 소수성막의 연마 선택비가 10~500:1인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연마 조성물은 친수성 절연막에 대한 소수성막의 연마 선택비가 50~100:1인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매는 증류수 또는 초순수인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 산화물 연마 입자는 실리카, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 i) 유기 아민계 화합물은 하기 화학식 1의 화합물 또는 하기 화학식 2의 화합물로 표기되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112008058782057-PAT00006
    [화학식 2]
    Figure 112008058782057-PAT00007
    상기 식에서, A와 B는 탄소수 2 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고,
    R1 또는 R3는 각각 -OH, 치환되지 않은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬이며, R2, R4 및 R5는 각각 H, -OH, -COOH, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 치환되지 않은 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬(aralkyl), 히드록시기(-OH)로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 포함 하는 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 아민기로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 고리내에 포함하는 탄소수 5 내지 10의 사이클로알킬이며, n은 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌이고, R6 및 R7은 각각 수소, -OH, -COOH, 치환되지 않은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 아민기로 치환된 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬, 치환되지 않은 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 히드록시기(-OH)로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 포함하는 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 아민기로 치환된 탄소수 7 내지 15의 직쇄 또는 측쇄 알랄킬, 에테르기를 고리내에 포함하는 탄소수 5 내지 10의 사이클로알킬이다.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 i) 유기 아민계 화합물은 N,N,N',N'-테트라에틸 에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸 에틸렌디아민, N,N'-디에틸-N,N'-디에틸 에틸렌디아민, N,N-디에틸-N',N'-디메틸 에틸렌디아민, N,N,N',N'',N''-펜타메틸 디에틸렌트리아민, N,N'-디메틸 에틸렌디아민, N,N'-디에틸 에틸렌디아민, N,N'-비스(2-히드록시에틸)에틸렌디아민, N,N-디메틸-N'-에틸 에틸렌디아민, N,N-디에틸-N'-메틸 에틸렌디아민, N,N,N'-트리메틸 에틸렌디아민, N,N,N'-트리에틸 에틸렌디아민, N-에틸-N'-메틸 에틸렌디아민, 1-(2-아미노에틸)피롤리딘, 2-(2-(메틸아미노)-에틸아미노)-에탄 올, 1-(2-아미노에틸)피페리딘, 피페라진, 1-메틸 피페라진, 2-메틸 피페라진, 1-에틸 피페라진, 1-이소프로필 피페라진, 1-부틸 피페라진, 1-(2-메톡시에틸) 피페라진, 1-(2-에톡시에틸) 피페라진, 1,2,4-트리메틸 피페라진, 2,3,5,6-테트라메틸 피페라진, 1-(2-아미노에틸) 피페라진, 1-(2-히드록시에틸)피페라진, 1,4-디메틸 피페라진(DMPPZ), 2,6-디메틸 피페라진, 2,5-디메틸 피페라진, 2-피페라지노에틸아민, 1,4-비스(3-아미노프로필)피페라진, 1-[2-(디메틸아미노)에틸]피페라진, 1,4-디아제판, 1-메틸-1,4-디아제판 및 1,4-디메틸-1,4-디아제판으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 화합물 또는 1종 이상의 혼합 화합물인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 ii) 히드록시 카르복시산 화합물은 하기 화학식 3의 화합물로 표기되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물:
    [화학식 3]
    (HO)m-R-(COOH)o
    상기 식에서, R은 탄소수 1 내지 6의 직쇄 또는 측쇄 알킬렌, 탄소수 5 내지 7의 시클로알킬렌, 페닐렌, 또는 탄소수 7 내지 9의 아릴알킬렌이며, m 및 o는 각각 1 내지 10의 정수이고, m+o은 3 내지 20이다.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 ii) 히드록시 카르복시산 화합물은 글루콘산, 글루코헵톤산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 시트라말산, 케토말론산, 디메틸올프로피온산, 디에틸올프로피온산, 디메틸올부탄산, 디에틸올부탄산, 글리세린산, 점액산, 사카린산, 퀴닉산, 펜타릭산, 2,4-디히드록시벤조산 및 갈산으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 또는 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 연마 조성물은 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%의 금속 산화물 연마 입자, 0.001 내지 10중량%의 디싱-에로젼 억제제 및 잔량의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 연마 조성물은 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.03 내지 5 중량%의 금속 산화물 연마 입자, 0.05 내지 5중량%의 디싱-에로젼 억제제 및 잔량의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  16. 청구항 2에 있어서,
    상기 고분자 유기산은 폴리아크릴산 또는 폴리아크릴산 공중합체인 것을 특징으로 하고;
    상기 아미노 알코올은 트리에탄올아민, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-프로판올, 3-디메틸아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 2-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-에탄올, 2-에틸아미노-1-에탄올, 1-(디메틸아미노)2-프로판올, 디에탄올아민 N-메틸디에탄올아민, N-프로필디에탄올아민, N-이소프로필디에탄올아민, N-(2-메틸프로필)디에탄올아민, N-n-부틸디에탄올아민, N-t-부틸에탄올아민, N-사이클로헥실디에탄올아민, N-도데실디에틸아민, 2-(디메틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-디프로필아미노에탄올, 2-부틸아미노에탄올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜탄올, 2-[비스(2-히드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-히드록시에틸)아미노]-2-프로판올, N,N-비스(2-히드록시프로필)에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 트리이소프로판올아민 및 히드록시에틸이미노디아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택된 단일 화합물 또는 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하며;
    상기 계면활성제는 음이온성, 비이온성 또는 양쪽성 이온 계면활성제인 것을 특징으로 하고;
    상기 윤활제는 글리세린 또는 에틸렌글리콜인 것을 특징으로 하며;
    상기 방부제는 이소티아졸린계 화합물인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  17. 청구항 2에 있어서,
    상기 고분자 유기산은 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 포함되고;
    상기 아미노 알코올은 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10중량%로 포함되며;
    상기 계면활성제 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.0001중량% 내지 1.0중량%로 포함되고;
    상기 윤활제의 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 10중량%로 포함되며;
    상기 방부제는 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.0001 중량% 내지 0.1 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 고분자 유기산은 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%으로 포함되고;
    상기 아미노 알코올은 연마 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%로 포함되며;
    상기 계면활성제 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.001중량% 내지 0.1중량%로 포함되고;
    상기 윤활제의 함량은 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.1중량% 내지 5중량%로 포함되며;
    상기 방부제는 연마 조성물 전체 중량에 대하여 0.0001 중량% 내지 0.1 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  19. 청구항 3에 있어서,
    상기 연마 조성물의 pH는 유기산, 무기산, 무기염 및 유기염으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 pH 조절제로 조절하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 조성물.
  20. 제1 친수성 절연막 및 소수성막의 순차적 적층 구조가 구비된 실리콘 기판의 소정 영역을 식각하여 제1 친수성 절연막 패턴 및 소수성막 패턴으로 이루어진 ISO 패턴 및 트랜치를 형성하는 단계;
    상기 트랜치를 포함하는 ISO 패턴 전면에 제2 친수성 절연막을 도포하는 단계; 및
    상기 소수성막을 연마 정지막으로 청구항 1 기재의 연마 조성물을 이용하여 상기 제2 친수성 절연막을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 방법은 제2 친수성 절연막 도포 전에 트랜치 내부에 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제 조 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 및 제2 친수성 절연막은 고밀도 플라즈마(HDP) 산화막, PE-TEOS막, 보론포스포실리케이트 글라스(BPSG)막, 언도프트-실리케이트 글라스(USG)막, 폴리실라잔(PSZ)막, BSG막 및 스핀 온 글라스(SOG)막으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 소수성막은 질화실리콘막, 폴리실리콘 및 저유전율(low-k)막으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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