KR20140034231A - 화학 기계 연마용 부식 방지제, 화학 기계 연마용 슬러리, 및 화학 기계 연마 방법 - Google Patents

화학 기계 연마용 부식 방지제, 화학 기계 연마용 슬러리, 및 화학 기계 연마 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 100,000 이하의 분자량 및 4 개 이상의 히드록실기를 갖는 화합물 (a), 및 4 개 이상의 아미노기를 갖는 화합물 (b) 를 함유하며, 상기 화합물 (a) 와 상기 화합물 (b) 의 질량비 (즉, 화합물 (a)/화합물 (b)) 가 0.10-500 인 화학 기계 연마용 부식 방지제를 제공한다.

Description

화학 기계 연마용 부식 방지제, 화학 기계 연마용 슬러리, 및 화학 기계 연마 방법 {EROSION INHIBITOR FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING, SLURRY FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING, AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING METHOD}
본 발명은 반도체 장치의 제조에 바람직한 화학 기계 연마용 부식 방지제, 화학 기계 연마용 슬러리 및 화학 기계 연마 방법에 관한 것이다. 여기에서, "화학 기계 연마용 부식 방지제" 는 스토퍼막 및 절연막이 모두 제거되는 "부식" 이라고 불리는 현상을 방지하기 위해서, 화학 기계 연마용 슬러리에 첨가되는 첨가제를 의미한다.
본 발명의 화학 기계 연마용 부식 방지제 및 화학 기계 연마용 슬러리는 바람직하게는 반도체 소자의 분리 공정, 층간 절연막의 평탄화, 플러그 및 매립 금속 배선의 형성, 보다 바람직하게는 반도체 소자의 분리 공정에 사용된다.
반도체 회로는 회로를 구성하는 트랜지스터, 저항, 배선 등의 미세화에 의해 달성된 고밀도화에 의해, 및 동시에 고속 응답화에 의해 고성능화를 나타내게 되었다. 또한, 배선의 적층화는 고밀도화 및 고집적화를 가능하게 하였다. 이들을 가능하게 한 반도체 제조 기술은 STI (Shallow Trench Isolation; 천구 소자 분리), 층간 절연막의 평탄화, 다마신 공정 및 금속 플러그를 포함한다. STI 는 트랜지스터 소자 분리를 의미하고, 다마신은 금속 배선의 매립 기술을 의미하며, 금속 플러그는 층간 절연막을 관통한 구조를 가지는 금속을 사용한 3 차원 배선을 의미한다. 각 공정에 필수적인 기술은 CMP (Chemical Mechanical Polishing; 화학 기계 연마) 이며, 이는 STI 형성, 층간 절연막의 평탄화, 다마신 공정 및 금속 플러그 매립의 각 공정에 꾸준히 사용되고 있다. 이들 미세 패턴은 포토리소그래피 공정에 의해 형성되는 레지스트 마스크의 전사에 의해 형성된다. 미세화가 진행됨에 따라, 리소그래피에 사용하는 투영 렌즈의 초점 심도가 얕아져, 웨이퍼의 요철을 그것 이내로 하는 것이 필요하기 때문에, 요구되는 평탄성이 높아진다. CMP 에 의해 가공면을 평탄화함으로써, 나노 오더 원자 레벨의 평탄면을 얻을 수 있어, 3 차원 배선, 즉, 적층화에 의한 고성능화가 가능해진다.
STI 형성 공정에서는, 소자 분리 영역이 되는 홈의 형성 및 홈 이외의 영역에 대한 연마 스토퍼막의 형성후, 홈 내부 및 연마 스토퍼막 상에 소자 분리용 절연막을 형성한다. 그 후, 여분의 절연막을 연마 스토퍼막이 나타날 때까지 CMP 에 의한 연마에 의해 제거하고, 평탄화한다. 스토퍼막으로서는, 통상 질화규소가 사용되며, 절연막으로서는, 산화규소가 자주 사용된다.
고평탄화 및 소자 보호를 위해서, 스토퍼막이 노출될 때, 스토퍼막 및 절연막의 연마 속도를 늦추는 것이 필요하다. 웨이퍼의 전체면에서 스토퍼막을 확실하게 노출시키기 위해서, 웨이퍼상의 연마 속도가 빠른 영역은 스토퍼막의 노출후에도 비교적 장시간 동안 연마한다. 스토퍼막의 연마 속도가 높은 경우에는, 스토퍼막 및 절연막이 모두 제거되는 "부식" 이라고 불리는 현상이 일어나, 소자 분리용 절연막이 얇아진다. 한편, 스토퍼막의 노출후에도 절연막의 연마 속도가 높은 경우에는, 패턴의 오목부의 절연막이 과도하게 제거되는 "디싱 (dishing)" 이라고 불리는 현상이 발생해, 역시 소자 분리용 절연막이 얇아진다.
도 1-3 을 이용해 부식 및 디싱을 더욱더 설명한다. 도 1 은 규소 웨이퍼 (1) 상에 산화 절연막 (2) (산화규소 등), 스토퍼막 (3) (질화규소 등) 및 절연막 (4) (산화규소 등) 이 형성되어 있는, 연마전의 패턴화 웨이퍼의 모식 단면도이다. 도 2 는 부식 및 디싱의 발생을 보여주는, 연마후의 패턴화 웨이퍼의 모식 단면도이다. 도 2 의 패턴화 웨이퍼는 스토퍼막 (3) 및 절연막 (4) 이 모두 제거된 부식, 및 패턴의 오목부의 절연막이 과도하게 제거된 디싱을 모두 나타낸다 (D1: 스토퍼막의 초기 막 두께, D2: 부식량, D3: 디싱량). 도 3 은 부식 및 디싱이 억제된, 연마후의 패턴화 웨이퍼의 모식 단면도이다. 도면에서의 각 부분의 크기는 이해를 용이하게 하기 위해서 설정한 것으로, 각 부분과 각 부분 사이의 크기 비율은 실제 비율과는 반드시 일치하지 않는다.
현재, STI 형성을 위해서는, 세리아 (산화세륨) 지립 및 음이온성 중합체를 조합으로 함유하는 슬러리가 주로 이용되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2). 세리아 지립을 함유하는 슬러리는 우수한 평탄화 능력을 갖지만, 고비용이 필요하고, 지립의 분산 안정성이 나쁘기 때문에, 경시적으로 문제가 있게 변화하기 쉽고, 연마된 막에 연마 결함이 발생하기 쉽다.
세리아 지립을 함유하는 슬러리의 상기 문제를 해결하기 위해서, 실리카 지립 및 각종 수용성 화합물을 조합으로 함유하는 슬러리가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 3-9). 그러나, 특허문헌 3-9 모두는 패턴화되지 않은 블랭킷 웨이퍼를 이용하여, 산화규소막 및 질화규소막의 연마 속도를 따로따로 측정한다. 본 발명자들의 검증에 의하면, 패턴화되지 않은 블랭킷 웨이퍼로 높은 연마 속도비 (질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비율) 를 나타내는 슬러리를 이용해도, 상기 슬러리는 웨이퍼가, 실제 반도체 장치에 사용되는 패턴과 동일한 질화규소막 및 산화규소막으로 이루어지는 요철 패턴을 갖는 경우에, 질화규소막에 대해 불충분한 연마 억제 효과를 나타내는 것으로 판명되었다. 이 원인으로서는, 블랭킷 웨이퍼에 비해서, 패턴화 웨이퍼의 볼록부의 질화규소막에 실질적으로 높은 압력이 가해지며, 볼록부의 질화규소막에 흡착된 수용성 화합물이 탈착하여 오목부에 진입하는 현상이 일어나고 있는 것이 생각된다.
또한, 실리카 지립 및 폴리에틸렌이민을 조합으로 함유하는 슬러리가 검토되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 10-12). 특허문헌 10 의 표 2 에서는, 실리카 지립을 함유하는 슬러리에 폴리에틸렌이민 (특허문헌 10 에 기재된 "PEI") 을 첨가하는 경우, 폴리에틸렌이민 양이 증가함에 따라서, 질화규소막 (특허문헌 10 에 기재된 "Si3N") 의 연마 속도에 대한 산화규소막 (특허문헌 10 에 기재된 "PE-TEOS") 의 연마 속도의 비가 감소하는 것을 교시하고 있다. 이것으로부터, 단순히 실리카 지립 및 폴리에틸렌이민 만의 조합을 함유하는 슬러리는 STI 형성을 위한 화학 기계 연마용 슬러리로서는 적합하지 않다고 생각된다. 또한, 특허문헌 11 및 12 는 연마후의 웨이퍼 표면의 거침 (헤이즈) 을 방지하는 것을 목적으로 하며, STI 형성 공정에서의 과도한 연마시의 연마량 또는 잔여 단차를 저감하는 것을 목적으로 하지 않는다.
특허문헌 1: JP-B-3672493 특허문헌 2: JP-B-3649279 특허문헌 3: JP-A-2000-144111 특허문헌 4: JP-A-2002-114967 특허문헌 5: JP-A-2002-118082 특허문헌 6: JP-A-2002-201462 특허문헌 7: JP-A-2002-261053 특허문헌 8: JP-A-2005-159351 특허문헌 9: JP-A-2008-187191 특허문헌 10: JP-A-2002-305167 특허문헌 11: JP-A-2006-352042 특허문헌 12: JP-A-2007-19093
본 발명은 부식 및 디싱을 효과적으로 방지할 수 있는 화학 기계 연마용 부식 방지제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 검토를 하였으며, 특정의 히드록실기-함유 화합물 및 특정의 아미노기-함유 화합물을 병용함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고, 하기의 본 발명을 완성시켰다.
[1] 100,000 이하의 분자량 및 4 개 이상의 히드록실기를 갖는 화합물 (a), 및 4 개 이상의 아미노기를 갖는 화합물 (b) 를 포함하는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[2] 상기 [1] 에 있어서, 상기 화합물 (a) 와 상기 화합물 (b) 의 질량비 (상기 화합물 (a)/상기 화합물 (b)) 가 0.10-500 인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[3] 상기 [2] 에 있어서, 상기 화합물 (a) 와 상기 화합물 (b) 의 질량비가 0.10-100 인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[4] 상기 [1]-[3] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화합물 (a) 가 100-50,000 의 분자량 및 5-40 mmol/g 의 히드록실기 함량을 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[5] 상기 [1]-[4] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화합물 (a) 가 단당류에서 유래하는 골격을 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[6] 상기 [1]-[5] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화합물 (a) 가 2-50 개의 단당류가 결합된 화합물 및 이의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[7] 상기 [1]-[6] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화합물 (b) 가 300-100,000 의 분자량 및 3-30 mmol/g 의 아미노기 함량을 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[8] 상기 [1]-[7] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화합물 (b) 가 폴리알킬렌이민 (b1); 알릴아민, N-알킬알릴아민, N,N-디알킬알릴아민, 디알릴아민, N-알킬디알릴아민, 비닐아민, 비닐피리딘 및 N,N-디알킬아미노에틸 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단량체 (상기 알킬렌은 탄소수 1-6 의 알킬렌기이고, 상기 알킬은 탄소수 1-4 의 알킬기이다) 25-100 질량% 와 불포화 이중 결합을 갖는 기타의 단량체 75-0 질량% 를 중합시켜 수득된 중합체 (b2); 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[9] 상기 [1]-[8] 중 어느 하나에 있어서, 상기 화합물 (b) 가 하나 이상의 2 차 아미노기 및/또는 하나 이상의 3 차 아미노기를 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
[10] 상기 [1]-[9] 중 어느 하나의 화학 기계 연마용 부식 방지제, 지립 (c) 및 물을 포함하는 화학 기계 연마용 슬러리.
[11] 상기 [10] 에 있어서, 상기 지립 (c) 가 실리카인 화학 기계 연마용 슬러리.
[12] 상기 [10] 또는 [11] 에 있어서, 상기 화합물 (a) 의 농도가 0.01-10 질량% 이고, 상기 화합물 (b) 의 농도가 0.001-5 질량% 이며, 상기 지립 (c) 의 농도가 0.2-30 질량% 인 화학 기계 연마용 슬러리.
[13] 상기 [10]-[12] 중 어느 하나에 있어서, pH 가 9-13 인 화학 기계 연마용 슬러리.
[14] 상기 [10]-[13] 중 어느 하나의 화학 기계 연마용 슬러리를 이용하여 절연막을 연마하는 화학 기계 연마 방법.
[15] 상기 [14] 에 있어서, 질화규소막 상의 산화규소막을 연마하는 화학 기계 연마 방법.
본 발명의 화학 기계 연마용 부식 방지제를 함유하는 화학 기계 연마용 슬러리를 사용함으로써, 부식 및 디싱을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1 은 연마전의 패턴화 웨이퍼의 모식 단면도이다.
도 2 는 부식 및 디싱이 생긴, 연마후의 패턴화 웨이퍼의 모식 단면도이다.
도 3 은 부식 및 디싱이 억제된, 연마후의 패턴화 웨이퍼의 모식 단면도이다.
이하에서, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 화학 기계 연마용 부식 방지제는 (a) 100,000 이하의 분자량 및 4 개 이상의 히드록실기를 가지는 화합물 (이하, "화합물 (a)" 라고 약기하는 경우가 있다), 및 (b) 4 개 이상의 아미노기를 가지는 화합물 (이하, "화합물 (b)" 라고 약기하는 경우가 있다) 을 필수 성분으로서 함유한다. 본 발명의 화학 기계 연마용 부식 방지제는 화합물 (a) 및 화합물 (b) 만으로 이루어질 수 있거나, 또는 이들 이외의 임의 성분 (예를 들어, 물 등) 을 함유할 수 있다. 화학 기계 연마용 부식 방지제가 물 이외의 임의 성분을 함유하는 경우, 물 이외의 임의 성분의 함량은 화합물 (a) 와 화합물 (b) 의 총량에 대해, 바람직하게는 70 질량% 이하, 보다 바람직하게는 50 질량% 이하, 더욱 바람직하게는 30 질량% 이하이다.
화학 기계 연마용 부식 방지제중의 화합물 (a) 와 화합물 (b) 의 질량비 (즉, 화합물 (a)/화합물 (b)) 는 0.10-500 인 것이 필요하다. 이 질량비가 0.10 미만이거나, 또는 500 을 초과하면, 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 스토퍼막의 연마 억제 효과가 낮으며, 스토퍼막 및 스토퍼막에 인접한 절연막이 과도하게 연마되는 부식이 발생한다. 이 질량비는 바람직하게는 0.10-300, 보다 바람직하게는 0.10-100, 더욱 바람직하게는 0.50-100, 특히 바람직하게는 0.50-70, 가장 바람직하게는 1.0-50 이다.
화합물 (a) 및 화합물 (b) 중 하나만을 사용하는 경우에는, 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 스토퍼막의 연마 억제 효과가 낮으며, 스토퍼막 및 스토퍼막에 인접한 절연막이 과도하게 연마되는 부식이 발생한다. 또한, 화합물 (a) 대신에 4 개 미만의 히드록실기를 가지는 화합물을 사용하는 경우와, 화합물 (b) 대신에 4 개 미만의 아미노기를 가지는 화합물을 사용하는 경우에도, 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 스토퍼막의 연마 억제 효과가 낮으며, 스토퍼막 및 스토퍼막에 인접한 절연막이 과도하게 연마되는 부식이 발생한다.
화합물 (a) 의 히드록실기의 수는 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 6 이상, 더욱 바람직하게는 7 이상이다. 한편, 화합물 (a) 의 히드록실기의 수의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 화합물 (a) 의 입수성 등의 관점에서, 화합물 (a) 의 히드록실기의 수는 바람직하게는 4000 이하, 보다 바람직하게는 1000 이하, 더욱 바람직하게는 300 이하이다.
화합물 (b) 의 아미노기의 수는 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 6 이상, 더욱 바람직하게는 7 이상이다. 한편, 화합물 (b) 의 아미노기의 수의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 화합물 (b) 의 입수성 등의 관점에서, 화합물 (b) 의 아미노기의 수는 바람직하게는 3000 이하, 보다 바람직하게는 700 이하, 더욱 바람직하게는 200 이하이다.
화합물 (a) 의 히드록실기 함량은 바람직하게는 5-40 mmol/g 이다. 히드록실기 함량이 상기 범위이면, 화합물 (a) 는 양호한 수용성과 피연마막에 대한 양호한 흡착성을 동시에 나타내며, 스토퍼막 및 패턴의 오목부의 절연막의 연마가 더욱 억제된다. 화합물 (a) 의 히드록실기 함량은 보다 바람직하게는 10-35 mmol/g, 더욱 바람직하게는 15-30 mmol/g 이다. 화합물 (a) 의 히드록실기 함량은 JIS K 0070 에 따른 방법으로 측정할 수 있다. 화합물 (a) 가 단일 화합물이고, 이의 화학 구조가 알려진 경우에는, 화합물 (a) 의 히드록실기 함량은 이의 분자량 및 히드록실기의 수로부터 계산할 수 있다.
본 발명에 있어서, 화합물 (a) 는 100,000 이하의 분자량을 가지는 것이 필요하다. 화합물 (a) 의 분자량이 100,000 을 초과하면, 연마용 슬러리의 점도가 높아지고, 연마 속도 및 연마 균일성이 저하되며, 부식 및 디싱을 효과적으로 방지할 수 없다. 화합물 (a) 의 분자량은 바람직하게는 100-50,000, 보다 바람직하게는 150-50,000, 더욱 바람직하게는 200-10,000 이다. 화합물 (a) 의 분자량이 100 미만이면, 피연마막에 대한 화합물 (a) 의 흡착성이 약해지며, 스토퍼막 및 패턴의 오목부의 절연막의 연마 억제 효과가 낮아지는 경향이 있다. 화합물 (a) 가 중합체 및 실질적으로는 여러가지 분자량을 갖는 화합물의 혼합물인 경우, "화합물 (a) 의 분자량" 은 "화합물 (a) 의 중량 평균 분자량" 이다. 화합물 (a) 의 중량 평균 분자량은, 폴리에틸렌 옥사이드를 교정용 표준 시료로서 사용하는 크기 배제 크로마토그래피 (SEC) 로 측정할 수 있다.
화합물 (a) 의 예는 아라비노오스, 자일로오스, 프룩토오스, 소르보오스, 타가토오스, 글루코오스, 만노오스, 갈락토오스, 푸코오스, 람노오스 등과 같은 단당류; 수크로오스, 락토오스, 말토오스, 이소말토오스, 트레할로오스, 겐티오비오스, 자일로비오스, 이소말투로오스 등과 같은 이당류; 라피노오스, 말토트리오스, 이소말토트리오스, 케스토오스, 겐티오트리오스, 자일로트리오스 등과 같은 삼당류; 니스토오스, 이소말토테트라오스, 겐티오테트라오스, 자일로테트라오스 등과 같은 사당류; 프룩토푸라노실니스토오스, 파노오스 등과 같은 오당류; α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, δ-시클로덱스트린, 메틸-β-시클로덱스트린, 히드록시에틸-β-시클로덱스트린, 히드록시프로필-β-시클로덱스트린 등과 같은 시클로덱스트린; 5-20 개의 글루코오스가 고리로 연결된 시클로덱스트란; 덱스트린, 덱스트란, 이눌린, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 등과 같은 다당류; 에리트리톨, 자일리톨, 소르비톨, 만니톨, 이노시톨, 락티톨, 말티톨, 이소물티톨 등과 같은 당 알코올류; 폴리비닐 알코올, 폴리(2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트), 폴리(2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트) 등과 같은 히드록실기-함유 합성 중합체; 및 이들의 유도체를 포함하며, 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, "(메타)아크릴산" 은 "메타크릴산 및 아크릴산" 을 나타낸다.
화합물 (a) 중에서도, 단당류에서 유래하는 골격을 갖는 화합물 (a) 가, 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 스토퍼막에 대해 특히 높은 연마 억제 효과를 나타내고, 화합물 (b) 와 병용함으로써 매우 높은 상승 효과를 나타내기 때문에 바람직하다. 화합물 (a) 는 2-50 개의 단당류가 결합한 화합물 (예를 들어, 이당류, 삼당류, 사당류, 오당류, 시클로덱스트린, 시클로덱스트란, 저분자량 덱스트란 등) 및 이의 유도체 (예를 들어, 2-50 개의 단당류가 결합한 화합물의 골격의 일부를 수소화에 의해 환원시켜 수득되는 당 알코올류 등) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 보다 바람직하다. 화합물 (a) 는 이당류, 삼당류, 이당류를 환원시켜 수득되는 당 알코올류 및 시클로덱스트린으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것이 더욱 바람직하고, 수크로오스, 라피노오스, 케스토오스, 락티톨 또는 α-시클로덱스트린인 것이 특히 바람직하다.
화합물 (b) 의 아미노기 함량은 바람직하게는 3-30 mmol/g 이다. 상기 범위의 아미노기 함량을 갖는 화합물 (b) 는 양호한 수용성과 피연마막에 대한 양호한 흡착성을 동시에 나타내며, 스토퍼막 및 패턴의 오목부의 절연막의 연마가 더욱 억제된다. 화합물 (b) 의 아미노기 함량은 보다 바람직하게는 5-25 mmol/g, 더욱 바람직하게는 7-20 mmol/g 이다. 화합물 (b) 의 아미노기 함량은 JIS K7237 에 따른 방법으로 측정할 수 있다. 화합물 (b) 가 단일 화합물이고, 이의 화학 구조가 알려진 경우에는, 화합물 (b) 의 아미노기 함량은 이의 분자량 및 아미노기의 수로부터 계산할 수 있다.
화합물 (b) 의 분자량은 바람직하게는 300-100,000, 보다 바람직하게는 400-30,000, 더욱 바람직하게는 500-10,000 이다. 화합물 (b) 의 분자량이 300 미만이면, 피연마막에 대한 화합물 (b) 의 흡착성이 약해지며, 스토퍼막 및 패턴의 오목부의 절연막의 연마 억제 효과가 낮아지는 경향이 있다. 화합물 (b) 의 분자량이 100,000 을 초과하면, 연마용 슬러리의 점도가 높아지고, 연마 속도 및 연마 균일성이 저하되며, 지립이 때때로 응집하는 경향이 있다. 화합물 (b) 가 중합체 및 실질적으로는 여러가지 분자량을 갖는 화합물의 혼합물인 경우, "화합물 (b) 의 분자량" 은 "화합물 (b) 의 수 평균 분자량" 이다. 화합물 (b) 의 수 평균 분자량은 비점 상승법으로 측정할 수 있다.
화합물 (b) 의 예는 폴리알킬렌이민 (b1) (예를 들어, 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌이민, 폴리부틸렌이민, N-메틸폴리에틸렌이민 등); 알릴아민, N-알킬알릴아민 (예를 들어, N-메틸알릴아민, N-에틸알릴아민, N-프로필알릴아민 등), N,N-디알킬알릴아민 (예를 들어, N,N-디메틸알릴아민, N,N-디에틸알릴아민, N-메틸-N-에틸알릴아민 등), N-알킬디알릴아민 (예를 들어, N-메틸디알릴아민, N-에틸디알릴아민 등), 비닐아민, 비닐피리딘 및 N,N-디알킬아미노에틸 (메타)아크릴레이트 (예를 들어, (메타)아크릴산-N,N-디메틸아미노에틸, (메타)아크릴산-N,N-디에틸아미노에틸 등) 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단량체 25-100 질량% 와, 불포화 이중 결합을 갖는 기타의 단량체 (예를 들어, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 스티렌, 메틸 비닐 에테르, 비닐피롤리돈, 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등) 75-0 질량% 를 중합시켜 수득된 중합체 (b2); 폴리리신, 폴리오르니틴, 수용성 키토산; 및 이들의 유도체를 포함하며, 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, "(메타)아크릴아미드" 는 "메타크릴아미드 및 아크릴아미드" 를 나타낸다.
화합물 (b) 는 바람직하게는 폴리알킬렌이민 (b1); 알릴아민, N-알킬알릴아민, N,N-디알킬알릴아민, 디알릴아민, N-알킬디알릴아민 및 N,N-디알킬아미노에틸 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단량체 (상기 알킬렌은 탄소수 1-6 의 알킬렌기이고, 상기 알킬은 탄소수 1-4 의 알킬기이다) 50-100 질량% 와 불포화 이중 결합을 갖는 기타의 단량체 50-0 질량% 를 중합시켜 수득된 중합체 (b2); 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다. 이러한 화합물 (b) 는 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 스토퍼막에 대해 특히 높은 연마 억제 효과를 나타내고, 화합물 (a) 와 병용함으로써 매우 높은 상승 효과를 나타낸다.
화합물 (b) 는 보다 바람직하게는 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌이민, N-메틸폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민, 폴리(N-메틸알릴아민), 폴리(N,N-디메틸알릴아민), 폴리(디알릴아민), 폴리(N-메틸디알릴아민), (알릴아민/N,N-디메틸알릴아민) 공중합체, (알릴아민/N-메틸디알릴아민) 공중합체, (N,N-디메틸알릴아민/N-메틸디알릴아민) 공중합체 및 폴리 N,N-디알킬아미노에틸 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다. 화합물 (b) 는 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌이민, N-메틸폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민, 폴리(N-메틸알릴아민), 폴리(N,N-디메틸알릴아민), 폴리(디알릴아민), 폴리(N-메틸디알릴아민), (알릴아민/N,N-디메틸알릴아민) 공중합체, (알릴아민/N-메틸디알릴아민) 공중합체 및 (N,N-디메틸알릴아민/N-메틸디알릴아민) 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다.
하나 이상의 2 차 아미노기 및/또는 하나 이상의 3 차 아미노기를 갖는 화합물 (b) 를 사용함으로써, 지립과 혼합할 때 슬러리의 안정성이 향상되는 경향이 있다. 그러므로, 화합물 (b) 는 특히 바람직하게는 폴리에틸렌이민, N-메틸폴리에틸렌이민, 폴리(N-메틸알릴아민), 폴리(N,N-디메틸알릴아민), 폴리(디알릴아민), 폴리(N-메틸디알릴아민), (알릴아민/N,N-디메틸알릴아민) 공중합체, (알릴아민/N-메틸디알릴아민) 공중합체 및 (N,N-디메틸알릴아민/N-메틸디알릴아민) 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리는 상기 화학 기계 연마용 부식 방지제 (즉, 화합물 (a), 화합물 (b)), 지립 (c), 및 물을 필수 성분으로서 함유한다.
화학 기계 연마에 일반적으로 사용되는 지립을 본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리중의 지립 (c) 로서 사용할 수 있다. 지립 (c) 의 예는 실리카, 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 산화게르마늄, 산화망간, 산화아연, 산화마그네슘, 다이아몬드, 탄화규소 등을 포함한다. 이들 중에서도, 실리카가 연마 속도 및 지립의 분산 안정성이 우수하고, 특히 본 발명의 부식 방지 효과를 나타내기 때문에 바람직하다.
평균 입자 크기가 5-500 ㎚ 인 지립 (c) 가, 연마 속도가 우수하고, 연마된 막에 대한 연마 결함이 적기 때문에 바람직하다. 지립 (c) 의 평균 입자 크기는 보다 바람직하게는 10-400 ㎚, 더욱 바람직하게는 20-300 ㎚ 이다. 평균 입자 크기는 Otsuka Electronics CO., LTD. 제의 입자 크기 측정장치 "ELSZ-2" 로 측정할 수 있으며, 누적법으로 해석할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리중의 지립 (c) 의 농도는 0.2-30 질량% 가, 연마 속도 및 지립의 분산 안정성이 모두 우수하기 때문에 바람직하고, 보다 바람직하게는 1-25 질량%, 더욱 바람직하게는 3-20 질량% 이다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리중의 화합물 (a) 의 농도는 0.01-10 질량% 가, 연마 속도 및 부식 방지 효과가 모두 우수하기 때문에 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05-8 질량%, 더욱 바람직하게는 0.1-6 질량% 이다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리중의 화합물 (b) 의 농도는 0.001-5 질량% 가, 연마 속도 및 부식 방지 효과가 모두 우수하기 때문에 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01-1 질량%, 더욱 바람직하게는 0.03-0.5 질량% 이다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리의 pH 는 9-13 이, 연마 속도, 부식 방지 효과 및 지립의 분산 안정성이 모두 우수하기 때문에 바람직하고, 보다 바람직하게는 10-12 이다. pH 는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 테트라메틸암모늄 히드록사이드, 2-히드록시에틸트리메틸암모늄 히드록사이드, 암모니아, 트리메틸아민, 트리에틸아민, N,N-디메틸에탄올아민, N,N-디부틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, N-부틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 이미다졸 등과 같은 염기; 염산, 질산, 황산, 아세트산, 시트르산, 말산, 프탈산 등과 같은 산; 글리신, 알라닌, 글루탐산, 아스파르트산 등과 같은 아미노산, 에틸렌디아민테트라아세트산, 디히드록시에틸글리신 등과 같은 킬레이트제 등을 슬러리에 첨가함으로써 조정할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리는 화합물 (a), 화합물 (b), 지립 (c) 및 물 이외에, 추가로 임의 성분을 함유할 수 있다. 임의 성분의 예는 2 또는 3 개의 아미노기를 가지는 화합물 (d) (이하, "화합물 (d)" 라고 약기하는 경우가 있다) 등을 포함한다. 화합물 (d) 를 함유하는 화학 기계 연마용 슬러리는 약간 감소된 부식 방지 효과를 나타내는 경향이 있지만, 연마 균일성을 향상시킬 수 있다. 1 개의 아미노기 만을 가지는 화합물은 연마 균일성의 향상 효과가 작다. 화합물 (d) 는 바람직하게는 분자량이 300 미만이다.
화합물 (d) 의 예는 에틸렌디아민 (분자량 60), 디에틸렌트리아민 (분자량 103), 비스(헥사메틸렌)트리아민 (분자량 215), N,N,N',N",N"-펜타메틸디에틸렌트리아민 (분자량 173), 테트라메틸렌디아민 (분자량 88), 헥사메틸렌디아민 (분자량 116), 시클로헥산디아민 (분자량 114), N,N'-디에틸에틸렌디아민 (분자량 116), N,N,N'-트리메틸에틸렌디아민 (분자량 102), N,N,N'-트리에틸에틸렌디아민 (분자량 144), N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민 (분자량 116), N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-프로판디아민 (분자량 130), N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-헥산디아민 (분자량 172), N,N'-디메틸피페라진 (분자량 114), 1-(2-히드록시에틸)피페라진 (분자량 130), 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올 (분자량 104), N-(3-아미노프로필)디에탄올아민 (분자량 162), N,N,N',N'-테트라키스(2-히드록시에틸)에틸렌디아민 (분자량 236), 리신 (분자량 146), 오르니틴 (분자량 132) 등을 포함한다. 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 분자량이 100-250 인 것이 화합물 (d) 로서 특히 바람직하다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리중의 화합물 (d) 의 농도는 1 질량% 미만이, 연마 속도, 연마 균일성 및 부식 방지 효과가 모두 우수하기 때문에 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 질량% 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 질량% 미만이다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(메타)아크릴아미드, 폴리(메타)아크릴산 등과 같은 수용성 중합체, 및 계면활성제, 항균제, 수용성 유기 용매 등을 함유할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리는 절연막에 형성된 요철 패턴을 평탄화시키는데 특히 유용하고, STI 형성 공정에서 소자 분리용 절연막을 연마하여 평탄화시키는 용도에 특히 적합하다. 본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리는, 스토퍼막의 노출시에 스토퍼막 및 절연막 모두의 연마 속도가 감소하기 때문에, 스토퍼막 및 절연막이 모두 제거되는 부식, 및 패턴의 오목부의 절연막이 과도하게 제거되는 디싱의 발생을 억제할 수 있다. 스토퍼막으로서는, 질화규소막 및 폴리실리콘막을 사용할 수 있으며, 특히 질화규소막이, 본 발명의 부식 방지 효과를 더욱 발휘하기 때문에 바람직하다. 절연막은 산화규소막이, 본 발명의 디싱 억제 효과를 특히 발휘하기 때문에 바람직하다. 산화규소막은 소량의 붕소, 인, 탄소, 불소 등으로 변성시킬 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리를 사용한 화학 기계 연마 방법으로서는, 공지의 방법을 이용할 수 있다. 그 예는, 연마 정반상에 부착시킨 연마 패드의 표면에 본 발명의 슬러리를 공급하면서, 피연마막을 형성한 웨이퍼를 꽉 눌러 가압하고, 연마 정반과 웨이퍼를 함께 회전시켜 피연마막을 연마하는 방법을 포함한다. 본 발명에 사용 가능한 연마 패드는 특별히 제한되지 않으며, 발포 수지, 비발포 수지, 부직포 등의 모두를 사용할 수 있다. 이것은 연마층 만으로 이루어지는 단층 패드일 수 있거나, 또는 연마층 아래에 쿠션층을 구비한 2 층 구조의 패드일 수 있다. 본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리를 연마 패드상에 공급하는 방법으로서는, 모든 성분을 함유하는 하나의 액체를 공급할 수 있거나, 또는 각 성분을 함유하는 복수의 액체를 공급하여, 파이프 도중 또는 패드 위에서 원하는 농도로 혼합할 수 있다. 또한, 연마중에 각 성분의 종류 및 농도를 적절히 변화시킬 수 있다.
실시예
이하에서, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 연마 성능은 하기의 방법으로 평가하였다.
[화학 기계 연마용 슬러리의 pH]
Horiba, Ltd. 제의 pH 미터 "F-22" 및 표준 완충액 (프탈레이트 pH 완충액: pH 4.00 (25 ℃), 중성 포스페이트 pH 완충액: pH 7.00 (25 ℃), 보레이트 pH 완충액: pH 9.00 (25 ℃)) 을 이용하여, 3 점 교정을 실시하고, 화학 기계 연마용 슬러리의 pH 를 25 ℃ 의 조절된 온도에서 측정하였다.
[산화규소막 및 질화규소막의 두께 측정]
Nanometric 제의 두께 측정 장치 "Nanospec Model 5100" 을 이용하여, 배율 10 의 대물 렌즈로 산화규소막 및 질화규소막의 두께를 측정하였다.
[패턴화 웨이퍼의 단차 측정]
Mitutoyo Corporation 제의 표면 조도 측정 장치 "SJ-400" 을 이용하여, 표준 스타일러스, 측정 범위 80 ㎛, JIS 2001, GAUSS 필터, 절단치 λc 2.5 ㎜, 및 절단치 λs 8.0 ㎛ 의 설정하에서 측정을 실시하고, 단면 곡선으로부터 패턴화 웨이퍼의 단차를 구하였다.
[패턴화 웨이퍼의 연마 성능 평가]
Nitta Haas Incorporated 제의 연마 패드 "IC1400 (동심원 홈); 직경 380 ㎜" 를 MAT Ltd. 제의 연마 장치 "BC-15" 의 연마 정반에 부착시켰다. A.L.M.T. Corp. 제의 다이아몬드 드레서 (다이아몬드 No. #100; 직경 190 ㎜) 를 이용하여, 순수를 150 mL/min 의 속도로 흘리면서, 드레서 회전수 140 rpm, 연마 패드 회전수 100 rpm, 드레서 하중 5N 에서 60 min 간 연마 패드의 표면을 연삭하였다 (이하, "조건화" 라고 한다).
다음에, 연마 패드 회전수 100 rpm, 웨이퍼 회전수 99 rpm 및 연마 압력 24 kPa 의 조건하에서, 연마 슬러리를 120 mL/min 의 속도로 공급하면서, 1000 ㎚-두께의 패턴화되지 않은 산화규소막 (플라즈마 화학 증착에 의해 형성된 PETEOS 산화규소막) 을 표면에 갖는 규소 웨이퍼 (직경 2 인치) 를 조건화없이 60 sec 간 연마하였다. 그 후, 30 sec 간 조건화시킨 후, 웨이퍼를 교환하고, 연마 및 조건화를 반복하여, 총 10 매의 웨이퍼를 연마하였다. 또한, 선형의 볼록부와 오목부가 교대로 반복해서 배열하여 형성된 요철 패턴을 갖는, SKW 제의 STI 연마 평가용 패턴화 웨이퍼 "SKW3-2" 를 상기와 동일한 조건하에서 1 매 연마하였다. 이 패턴의 볼록부와 오목부의 초기 단차는 약 500 ㎚ 였다. 패턴의 볼록부는 규소 웨이퍼상에 13 ㎚-두께의 산화규소막이 적층되고, 그 위에 110 ㎚-두께의 질화규소막이 적층되고, 그 위에 670 ㎚-두께의 산화규소막 (고밀도 플라즈마 화학 증착에 의해 형성된 HDP 산화규소막) 이 적층된 구조를 가지며, 패턴의 오목부는 규소 웨이퍼를 400 ㎚ 에칭하여 형성한 홈에 670 ㎚-두께의 HDP 산화규소막이 형성된 구조를 가진다. 웨이퍼 중심으로부터 약 50 ㎜ 의 위치에 있는 볼록부 폭 100 ㎛ 및 오목부 폭 100 ㎛ 의 패턴을 막 두께 및 단차의 측정 대상으로서 사용하였다. 연마에 의해 볼록부 질화규소막상의 산화규소막이 소실된 시점을 저스트 연마 (just polishing) 로 하고, 저스트 연마시의 산화규소막 및 질화규소막의 두께 및 패턴 단차를 측정하였다. 그 후, 저스트 연마에 필요한 연마 시간의 15 % 에 상당하는 시간 동안만 웨이퍼를 추가로 연마하여 과도한 연마시의 모델 시험을 실시하고, 다시 막 두께 및 단차를 측정하였다.
저스트 연마후에 추가로 행한 과도한 연마 동안의 질화규소막의 연마량을 "부식량" 으로서 평가하고, 과도한 연마 동안의 산화규소막의 연마량을 "디싱량" 으로서 평가하였다. 이들 모두는, 값이 작은 것이 보다 바람직하다.
[패턴화 웨이퍼의 연마 성능 평가]
Nitta Haas Incorporated 제의 연마 패드 "IC1400 (동심원 홈); 직경 380 ㎜" 를 MAT Ltd. 제의 연마 장치 "BC-15" 의 연마 정반에 부착시켰다. 다이아몬드 드레서 (다이아몬드 No. #100; 직경 190 ㎜) 를 이용하여, 순수를 150 mL/min 의 속도로 흘리면서, 드레서 회전수 140 rpm, 연마 패드 회전수 100 rpm 및 드레서 하중 5N 에서 60 min 간 조건화를 실시하였다.
다음에, 연마 패드 회전수 100 rpm, 웨이퍼 회전수 99 rpm 및 연마 압력 24 kPa 의 조건하에서, 연마 슬러리를 120 mL/min 의 속도로 공급하면서, 1000 ㎚-두께의 패턴화되지 않은 산화규소막 (플라즈마 화학 증착에 의해 형성된 PETEOS 산화규소막) 을 표면에 갖는 규소 웨이퍼 (직경 4 인치) 를 조건화없이 60 sec 간 연마하였다. 그 후, 30 sec 간 조건화시킨 후, 웨이퍼를 교환하고, 연마 및 조건화를 반복하여, 총 10 매의 웨이퍼를 연마하였다. 다음에, 1000 ㎚-두께의 패턴화되지 않은 산화규소막 (플라즈마 화학 증착에 의해 형성된 PETEOS 산화규소막) 을 표면에 갖는 웨이퍼를 상기와 동일한 조건하에서 60 sec 간 연마하고, 30 sec 간 조건화시키고, 100 ㎚-두께의 패턴화되지 않은 질화규소막을 표면에 갖는 웨이퍼를 상기와 동일한 조건하에서 60 sec 간 연마하였다.
11 매째에 연마한 산화규소막을 표면에 갖는 웨이퍼 및 12 매째에 연마한 질화규소막을 표면에 갖는 웨이퍼 각각에 대해, 연마 전 및 연마 후의 막 두께를 웨이퍼면내에서 49점 측정하고, 각 점에서의 연마 속도를 구하여, 49점의 평균 연마 속도를 각 웨이퍼의 "연마 속도" 라고 하였다.
[실시예 1]
수 평균 분자량이 1800 인 폴리에틸렌이민 (NIPPON SHOKUBAI CO., LTD. 제 "EPOMIN SP-018") (2.0 g) 및 분자량이 972 인 α-시클로덱스트린 (NIHON SHOKUHIN KAKO CO., LTD. 제 "NISSHOKU CELLDEX-A") (40 g) 을 순수 (1358 g) 에 용해시키고, 용액을 실리카 슬러리 (Cabot Microelectronics 제 "Semi-Sperse 25") (600 g) 와 균일하게 혼합하여 화학 기계 연마용 슬러리를 수득하였다. 이 슬러리중의 폴리에틸렌이민의 농도는 0.1 질량% 였고, α-시클로덱스트린의 농도는 2.0 질량% 였으며, 실리카 지립의 농도는 7.5 질량% 였다. 또한, 슬러리의 pH 는 11.2 였다.
패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 상기 방법으로 평가하였다. 그 결과, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 부식량은 5 ㎚ 로 작았고, 디싱량은 14 ㎚ 로 작았으며, 슬러리는 과도한 연마시에 질화규소막 및 산화규소막에 대한 연마 억제 효과가 우수하였다. 또한, 패턴화되지 않은 웨이퍼의 연마 성능을 상기 방법에 의해 평가하였을 때, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비는 1.9 였다.
[실시예 2-7]
화학 기계 연마용 슬러리의 성분 및 농도를 표 1 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 화학 기계 연마용 슬러리를 제조하였다. 각 슬러리의 pH 는 표 1 에 나타낸 바와 같다. 수 평균 분자량이 700 인 알릴아민/디메틸알릴아민 공중합체로서는, Nitto Boseki CO., LTD. 제의 "PAA-1112" 를 분취 크로마토그래피에 의해 저분자량 성분을 제거한 것을 사용하였다.
각 슬러리를 이용하여, 실시예 1 과 동일한 방식으로 패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 부식량 및 디싱량이 모두 적었고, 슬러리는 과도한 연마시에 연마 억제 효과가 우수하였다. 질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비는 표 2 에 나타낸 바와 같다.
[실시예 8-14]
화학 기계 연마용 슬러리의 성분 및 농도를 표 3 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 화학 기계 연마용 슬러리를 제조하였다. 각 슬러리의 pH 는 표 3 에 나타낸 바와 같다. 수 평균 분자량이 600 인 폴리에틸렌이민으로서는, NIPPON SHOKUBAI CO., LTD. 제의 "EPOMIN SP-006" 을 사용하였으며, 수 평균 분자량이 10,000 인 폴리에틸렌이민으로서는, NIPPON SHOKUBAI CO., LTD. 제의 "EPOMIN SP-200" 을 사용하였다.
각 슬러리를 이용하여, 실시예 1 과 동일한 방식으로 패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과, 표 4 에 나타내는 바와 같이, 부식량 및 디싱량이 모두 적었고, 슬러리는 과도한 연마시에 연마 억제 효과가 우수하였다.
[실시예 15-20]
화학 기계 연마용 슬러리의 성분 및 농도를 표 5 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 화학 기계 연마용 슬러리를 제조하였다. 각 슬러리의 pH 는 표 5 에 나타낸 바와 같다. 수 평균 분자량이 650 인 폴리알릴아민으로서는, Nitto Boseki CO., LTD. 제의 "PAA-01" 을, 수 평균 분자량이 2100 인 폴리알릴아민으로서는, Nitto Boseki CO., LTD. 제의 "PAA-03" 을, 수 평균 분자량이 3200 인 폴리디알릴아민으로서는, Nitto Boseki CO., LTD. 제의 "PAS-21" 을, 각각 분취 크로마토그래피에 의해 저분자량 성분을 제거한 것을 사용하였다. 또한, 수 평균 분자량이 1200 인 폴리에틸렌이민으로서는, NIPPON SHOKUBAI CO., LTD. 제의 "EPOMIN SP-012" 를 사용하였다.
각 슬러리를 이용하여, 실시예 1 과 동일한 방식으로 패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과, 표 6 에 나타내는 바와 같이, 부식량 및 디싱량이 모두 적었고, 슬러리는 과도한 연마시에 연마 억제 효과가 우수하였다.
[실시예 21]
수 평균 분자량이 1800 인 폴리에틸렌이민 (NIPPON SHOKUBAI CO., LTD. 제의 "EPOMIN SP-018") (2.0 g) 및 수크로오스 (100 g) 를 순수 (200 g) 에 용해시키고, 용액을 실리카 슬러리 (Fujimi Incorporated 제의 "PLANERLITE4101" 과 Fujimi Incorporated 제의 "GLANZOX1302" 의 질량비 75:10 의 혼합물) (1698 g) 와 균일하게 혼합하여 화학 기계 연마용 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리중의 폴리에틸렌이민의 농도는 0.1 질량% 였고, 수크로오스의 농도는 5.0 질량% 였으며, 실리카 지립의 농도는 17.5 질량% 였다. 또한, 슬러리의 pH 는 11.2 였다.
패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 상기 방법으로 평가하였다. 그 결과, 표 6 에 나타내는 바와 같이, 부식량은 12 ㎚ 로 작았고, 디싱량은 29 ㎚ 로 작았으며, 슬러리는 과도한 연마시에 질화규소막 및 산화규소막에 대한 연마 억제 효과가 우수하였다.
[비교예 1]
순수 (1400 g) 및 실리카 슬러리 (Cabot Microelectronics 제 "Semi-Sperse 25") (600 g) 를 균일하게 혼합하여 화학 기계 연마용 슬러리를 수득하였다. 이 슬러리에는 화합물 (a) 및 화합물 (b) 가 존재하지 않았고, 실리카 지립의 농도는 7.5 질량% 였으며, 슬러리의 pH 는 10.9 였다.
실시예 1 과 동일한 방식으로 패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과, 표 8 에 나타내는 바와 같이, 부식량은 21 ㎚ 로 높았고, 디싱량은 53 ㎚ 로 높았으며, 슬러리는 과도한 연마시에 질화규소막 및 산화규소막에 대한 연마 억제 효과가 열등하였다. 또한, 패턴화되지 않은 웨이퍼의 연마 성능을 상기 방법에 의해서 평가하였다. 그 결과, 표 8 에 나타내는 바와 같이, 질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비는 4.6 이었다.
[비교예 2-8]
화학 기계 연마용 슬러리의 성분 및 농도를 표 7 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 화학 기계 연마용 슬러리를 제조하였다. 각 슬러리의 pH 는 표 7 에 나타낸 바와 같다.
각 슬러리를 이용하여, 실시예 1 과 동일한 방식으로 패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과, 표 8 에 나타내는 바와 같이, 부식량 및 디싱량이 모두 높았고, 슬러리는 과도한 연마시에 연마 억제 효과가 열등하였다. 질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비는 표 8 에 나타낸 바와 같다.
[비교예 9-16]
화학 기계 연마용 슬러리의 성분 및 농도를 표 9 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1 과 동일한 방식으로 화학 기계 연마용 슬러리를 제조하였다. 각 슬러리의 pH 는 표 9 에 나타낸 바와 같다.
각 슬러리를 이용하여, 실시예 1 과 동일한 방식으로 패턴화 웨이퍼의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과, 표 10 에 나타내는 바와 같이, 부식량 및 디싱량이 모두 높았고, 슬러리는 과도한 연마시에 연마 억제 효과가 열등하였다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
[표 3]
Figure pct00003
[표 4]
Figure pct00004
[표 5]
Figure pct00005
[표 6]
Figure pct00006
[표 7]
Figure pct00007
[표 8]
Figure pct00008
[표 9]
Figure pct00009
[표 10]
Figure pct00010
실시예 1-21 의 결과로부터, 화합물 (a) 및 화합물 (b) 모두를 적당한 질량비로 함유하는 본 발명의 화학 기계 연마용 슬러리는 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 적은 부식량 및 적은 디싱량을 나타내고, 과도한 연마시의 연마 억제 효과가 우수하다는 것이 분명하다.
반대로, 비교예 1-16 의 결과로부터, 화합물 (a) 및 화합물 (b) 의 하나만을 함유하거나, 또는 이들을 부절적한 질량비로 함유하는 화학 기계 연마용 슬러리는 패턴화 웨이퍼를 연마할 때 높은 부식량 및 높은 디싱량을 나타내고, 과도한 연마시의 연마 억제 효과가 열등하다는 것이 분명하다.
또한, 비교예 2-5 의 결과로부터, 질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비가 높아도, 패턴화 웨이퍼의 연마 성능이 불충분한 경우가 있다는 것이 분명하다. 또한, 실시예 1, 2 및 6 의 결과로부터, 질화규소막의 연마 속도에 대한 산화규소막의 연마 속도의 비가 낮아도, 패턴화 웨이퍼의 연마 성능이 우수한 경우가 있다는 것이 분명하다.
산업상 이용가능성
본 발명의 화학 기계 연마용 부식 방지제를 함유하는 화학 기계 연마용 슬러리를 사용함으로써, 부식 및 디싱을 효과적으로 억제할 수 있다. 본 발명의 화학 기계 연마용 부식 방지제 및 화학 기계 연마용 슬러리는 특히 반도체 소자를 분리하기 위한 STI 형성 공정에서 유용하다.
1 규소 웨이퍼
2 산화 절연막 (산화규소 등)
3 스토퍼막 (질화규소 등)
4 절연막 (산화규소 등)
D1 스토퍼막의 초기 막 두께
D2 부식량
D3 디싱량

Claims (14)

100,000 이하의 분자량 및 4 개 이상의 히드록실기를 갖는 화합물 (a), 및 4 개 이상의 아미노기를 갖는 화합물 (b) 를 포함하며, 상기 화합물 (a) 와 상기 화합물 (b) 의 질량비 (화합물 (a)/화합물 (b)) 가 0.10-500 인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항에 있어서, 상기 화합물 (a) 와 상기 화합물 (b) 의 질량비가 0.10-100 인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 화합물 (a) 가 100-50,000 의 분자량 및 5-40 mmol/g 의 히드록실기 함량을 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (a) 가 단당류에서 유래하는 골격을 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (a) 가 2-50 개의 단당류가 결합된 화합물 및 이의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (b) 가 300-100,000 의 분자량 및 3-30 mmol/g 의 아미노기 함량을 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (b) 가 폴리알킬렌이민 (b1); 알릴아민, N-알킬알릴아민, N,N-디알킬알릴아민, 디알릴아민, N-알킬디알릴아민, 비닐아민, 비닐피리딘 및 N,N-디알킬아미노에틸 (메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 단량체 (상기 알킬렌은 탄소수 1-6 의 알킬렌기이고, 상기 알킬은 탄소수 1-4 의 알킬기이다) 25-100 질량% 와 불포화 이중 결합을 갖는 기타의 단량체 75-0 질량% 를 중합시켜 수득된 중합체 (b2); 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (b) 가 하나 이상의 2 차 아미노기 및/또는 하나 이상의 3 차 아미노기를 가지는 화학 기계 연마용 부식 방지제.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 화학 기계 연마용 부식 방지제, 지립 (c) 및 물을 포함하는 화학 기계 연마용 슬러리.
제 9 항에 있어서, 상기 지립 (c) 가 실리카인 화학 기계 연마용 슬러리.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 화합물 (a) 의 농도가 0.01-10 질량% 이고, 상기 화합물 (b) 의 농도가 0.001-5 질량% 이며, 상기 지립 (c) 의 농도가 0.2-30 질량% 인 화학 기계 연마용 슬러리.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, pH 가 9-13 인 화학 기계 연마용 슬러리.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 화학 기계 연마용 슬러리를 이용하여 절연막을 연마하는 화학 기계 연마 방법.
제 13 항에 있어서, 질화규소막 상의 산화규소막을 연마하는 화학 기계 연마 방법.
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