KR20180069773A - Chemical mechanical polishing slurry composition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)용 화학-기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 수행 시 평탄화율을 현저히 개선할 수 있는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical-mechanical polishing slurry composition, and more particularly, to a chemical-mechanical polishing slurry composition capable of remarkably improving a planarization rate when a chemical mechanical polishing (CMP) process for an interlayer dielectric (ILD) To a chemical-mechanical polishing slurry composition.
반도체 소자 제조 시에는 통상적으로 절연막의 평탄화를 위한 화학-기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정을 수행하게 된다. 특히, 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)용 화학-기계적 연마 공정은 높이 단차를 갖는 단일 막질에서 식각 정지막인 패턴 하부(요부)에 비해 패턴 상부(철부)가 높은 연마속도를 가지도록 하여 표면을 연마(평탄화)하는 것이다. 그러나, 일반적인 연마용 슬러리를 사용하여 연마를 할 경우, 패턴 상, 하부의 연마속도의 차이가 크지 않아 연마 종료 후에도 단차가 여전히 존재하는 문제점이 있다.A chemical mechanical polishing (CMP) process for planarizing an insulating film is typically performed during the manufacture of semiconductor devices. Particularly, the chemical-mechanical polishing process for interlayer dielectric (ILD) of a semiconductor has a higher polishing speed than that of the lower portion (recess) of the pattern, which is the etch stop film in a single film having a height step, (Planarization). However, when a general polishing slurry is used for polishing, there is a problem in that the difference in polishing rate between the pattern and the lower portion is not large, and the step remains even after polishing.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 특허출원 10-2005-0127065호에는 알킬체인이 비교적 긴 아민 계열 첨가제를 사용한 화학 기계적 연마용 수성 슬러리가 개시되어 있고, 특허공개 10-2004-0016154호에는 금속산화물 연마 입자, 제거속도 가속제, 음이온성 폴리머 패시베이션제를 포함하는 화학 기계적 폴리싱 슬러리가 개시되어 있으며, 특허출원 10-2006-0117367호에는 제미니형 계면활성제를 포함하는 연마용 슬러리 조성물이 개시되어 있다.As a conventional technique for solving such a problem, Patent Application No. 10-2005-0127065 discloses an aqueous slurry for chemical mechanical polishing using a relatively long amine-based additive having an alkyl chain. In Patent Document 10-2004-0016154, A chemical mechanical polishing slurry comprising oxide abrasive grains, a removal rate accelerator, and an anionic polymer passivating agent is disclosed, and Patent Application 10-2006-0117367 discloses a polishing slurry composition comprising a gemini surfactant .
그러나, 상기 특허의 방법을 사용하더라도, 간격이 조밀한 영역에서의 단차 제거가 용이하지 않거나, 연마 종료 특성이 나타나지 않아 반도체 기판 상에 형성된 상부 구조물이 손상될 우려가 있으며, 일반적인 화학-기계적 연마 공정보다 긴 연마시간이 요구되기 때문에 사용이 제한될 수 있다.However, even if the method of the above patent is used, there is a fear that the steps are not easily removed in a dense region or the upper structure formed on the semiconductor substrate is damaged due to no abrasive termination characteristic. In general chemical- Use may be limited since a longer polishing time is required.
따라서, 본 발명의 목적은, 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)용 화학-기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 수행 시, 평탄화율이 우수한 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a chemical-mechanical polishing slurry composition having an excellent planarization ratio when a chemical mechanical polishing (CMP) process for an interlayer dielectric (ILD) is performed.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마입자; pH 조절제; pH 완충제; 물; 및 하기 화학식 1로 표시되는 이온성 액체를 포함하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, pH adjusting agents; pH buffering agents; water; And a chemical-mechanical polishing slurry composition comprising an ionic liquid represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, X-는 1가 음이온을 나타낸다.In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X - represents a monovalent anion.
본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 이미다졸 구조를 갖는 이온성 액체를 포함하는 것으로서, 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)용 화학-기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 수행 시, 상기 이온성 액체가 연마 압력이 상대적으로 낮은 층간절연막의 요부(패턴 하부)에 흡착되어 보호층을 형성한다. 따라서, 층간절연막 철부(패턴 상부)의 연마속도에 비해 상기 층간절연막의 요부(패턴 하부)의 연마속도를 현저히 낮출 수 있고, 이를 이용하여 단차가 있는 층간절연막의 고평탄화가 가능하다.The chemical-mechanical polishing slurry composition according to the present invention includes an ionic liquid having an imidazole structure. When the chemical mechanical polishing (CMP) process for an interlayer dielectric (ILD) The ionic liquid is adsorbed on the recesses (lower portion of the pattern) of the interlayer insulating film having a relatively low polishing pressure to form a protective layer. Therefore, the polishing rate of the concave portion (lower portion of the pattern) of the interlayer insulating film can be significantly lowered compared with the polishing rate of the interlayer insulating film convex portion (upper portion of the pattern), and the planarization of the interlayer insulating film having a step difference can be achieved.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물은 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)용 화학-기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 수행 시 사용되는 것으로서, 연마입자, pH 조절제, pH 완충제, 물, 및 이온성 액체를 포함한다.The chemical-mechanical polishing slurry composition according to the present invention is used for performing a chemical mechanical polishing (CMP) process for a semiconductor interlayer dielectric (ILD), and includes abrasive particles, a pH adjuster, a pH buffer, And ionic liquids.
본 발명에 사용되는 이온성 액체는 하기 화학식 1로 표시되는 것으로서, 이온성 액체의 이미다졸리움 양이온이 웨이퍼(특히, 층간절연막의 요부(패턴 하부))와 흡착하여 연마 보호층을 형성함으로써, 웨이퍼(특히, 층간절연막의 요부(패턴 하부))의 연마 진행을 막아줄 수 있는 것이다.The ionic liquid used in the present invention is represented by the following formula (1), and the imidazolium cation of the ionic liquid is adsorbed on the wafer (particularly, the concave portion (pattern lower portion) of the interlayer insulating film) (Particularly, the recessed portion (lower portion of the pattern) of the interlayer insulating film).
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기 등이고, X-는 1가 음이온, 바람직하게는 Cl-, Br-, BF4 -, PF6 -, (CF3SO2)2N-(trifluoromethylsulfonylamide anion: Tf2N-), CF3SO2 -(trifluoromethylsulfonate anion: TfO-), CF3COO-, (CN)2N-, SCN-, FeCl4 -, (CH3O)2PO2 -, NO3 -, HSO4 -, 등을 나타낸다.R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group or a pentyl group, X - is a monovalent anion, Cl -, Br -, BF 4 -, PF 6 -, (CF 3 SO 2) 2 N - (trifluoromethylsulfonylamide anion: Tf 2 N -), CF 3 SO 2 - (trifluoromethylsulfonate anion: TfO -), CF 3 COO - , (CN) 2 N -, SCN -, FeCl 4 -, (CH 3 O) 2 PO 2 -, NO 3 -, HSO 4 -, And so on.
상기 화학식 1로 표시되는 이온성 액체의 비한정적인 예로는, 하기 화학식 1a 내지 1u로 표시되는 이온성 액체를 예시할 수 있다.Non-limiting examples of the ionic liquid represented by the formula (1) include ionic liquids represented by the following formulas (1a) to (1u).
[화학식 1a][Formula 1a]
[화학식 1b][Chemical Formula 1b]
* *
[화학식 1c][Chemical Formula 1c]
[화학식 1d]≪ RTI ID = 0.0 &
[화학식 1e] [Formula 1e]
[화학식 1f](1f)
[화학식 1g][Formula 1g]
[화학식 1h][Chemical Formula 1h]
[화학식 1i][Formula 1i]
[화학식 1j][Chemical Formula 1j]
[화학식 1k][Chemical Formula 1k]
[화학식 1l]≪ EMI ID =
[화학식 1m][Formula 1m]
[화학식 1n][Formula 1n]
[화학식 1o]≪ EMI ID =
[화학식 1p][Chemical Formula 1p]
[화학식 1q][Chemical Formula 1q]
[화학식 1r][Chemical Formula 1 r]
[화학식 1s][Formula 1s]
[화학식 1t][Formula 1t]
[화학식 1u][Formula 1]
상기 이온성 액체의 함량은 전체 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 대하여, 0.01 내지 10중량%, 바람직하게는 0.05 내지 5중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3중량%이다. 상기 이온성 액체의 함량이 0.01중량% 미만이면, 층간절연막의 요부(패턴 하부)에 흡착되지 못하여 보호층을 형성하지 못할 우려가 있고, 10중량%를 초과하면, 전체 웨이퍼(층간절연막 요부 및 철부)에 대한 이온성 액체의 흡착력이 증가하여 웨이퍼 전체에 보호층이 형성되고, 연마가 진행되지 않을 우려가 있다.The content of the ionic liquid is 0.01 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 3% by weight, based on the total chemical mechanical polishing slurry composition. If the content of the ionic liquid is less than 0.01% by weight, the protective layer may not be formed due to the inability to be adsorbed on the concave portion (lower portion of the pattern) of the interlayer insulating film. If the content exceeds 10% by weight, ), The protective layer is formed over the entire wafer, and the polishing may not proceed.
본 발명에 사용되는 연마입자는 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)의 기계적 연마를 수행하는 것으로서, 통상적인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 사용되는 연마입자(연마제)를 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들면, 콜로이달 실리카, 흄드 실리카, 알루미나, 세리아, 티타니아, 지르코니아, 젠나니아 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 세리아를 사용할 수 있으며, 초순수 등의 물에 분산시킨 슬러리 형태로 다른 첨가제와 혼합하여 본 발명의 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 포함시킬 수 있다. 상기 연마입자의 함량은 전체 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 대하여, 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.2 내지 7중량%, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 5중량%이다. 상기 연마입자의 함량이 0.1중량% 미만이면, 연마 시 층간절연막의 철부(패턴 상부)를 충분히 연마하지 못하여 층간절연막의 철부 및 요부의 연마 선택비가 저하됨으로써, 평탄화율이 저하될 우려가 있고, 10중량%를 초과하면, 층간절연막 표면의 스크래치 등 결점의 원인이 될 우려가 있다. 또한, 상기 연마입자의 크기는 크게 제한되지 않으나, 예를 들면, 50 내지 300nm의 입자 크기를 가지는 것이 바람직하다.The abrasive grains used in the present invention perform mechanical polishing of a semiconductor interlayer dielectric (ILD), and can use abrasive grains (abrasives) used in conventional chemical-mechanical polishing slurry compositions without limitation, For example, colloidal silica, fumed silica, alumina, ceria, titania, zirconia, zenonia, etc. may be used alone or in combination. Preferably, ceria can be used and mixed with other additives in the form of a slurry dispersed in water such as ultrapure water and incorporated into the chemical-mechanical polishing slurry composition of the present invention. The content of the abrasive grains is 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 7% by weight, more preferably 0.2 to 5% by weight based on the total chemical-mechanical polishing slurry composition. When the content of the abrasive grains is less than 0.1 wt%, the convex portion (pattern upper portion) of the interlayer insulating film at the time of polishing is not sufficiently polished, and the polishing selectivity ratio of the convex portion and the concave portion of the interlayer insulating film is lowered, On the other hand, when the amount exceeds the above range, scratches such as scratches on the surface of the interlayer insulating film may be caused. In addition, the size of the abrasive grains is not particularly limited, but preferably has a particle size of, for example, 50 to 300 nm.
본 발명에 사용되는 pH 조절제는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 pH를 4 내지 10, 바람직하게는 5 내지 8, 더욱 바람직하게는 5.5 내지 7로 조절하기 위한 것으로서, 통상적인 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 사용되는 pH 조절제(산, 염기 등)를 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들면, 인산, 염산, 황산, 질산, 암모니아, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide: TMAH), 테트라에틸암모늄 하이드록사이드(Tetraethylammonium hydroxide: TEAH), 테트라부틸암모늄 하이드록사이드(Tetrabutylammonium hydroxide: TBAH) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The pH adjusting agent used in the present invention is to adjust the pH of the chemical-mechanical polishing slurry composition to 4 to 10, preferably 5 to 8, more preferably 5.5 to 7, Examples of the pH adjuster (acid, base, etc.) used may include, but are not limited to, phosphoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, ammonia, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) Tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), etc. may be used alone or in combination.
상기 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나면, 연마입자의 분산성이 떨어지고, 연마 공정 시, 연마가 충분하게 일어나지 못할 우려가 있다. 또한, 상기 pH 조절제의 함량은, 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 pH에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면, 전체 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 대하여, 0.05 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 2중량%이다. 상기 pH 조절제의 함량이 상기 범위를 벗어나면, 상기 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 pH 조절이 어려워지고, 불순물로 작용할 우려가 있다.If the pH of the chemical-mechanical polishing slurry composition is out of the above-mentioned range, the dispersibility of the abrasive grains is deteriorated, and there is a fear that the abrasion can not occur sufficiently during the polishing step. The content of the pH adjusting agent may vary depending on the pH of the chemical-mechanical polishing slurry composition, but may be, for example, 0.05 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight %, More preferably 0.3 to 2% by weight. If the content of the pH adjusting agent is out of the above range, the pH of the chemical-mechanical polishing slurry composition becomes difficult to control and may act as an impurity.
본 발명에 사용되는 pH 완충제는 연마입자가 분산된 용액(슬러리)과 이온성 액체, pH 조절제 등의 첨가제를 혼합 시 발생하는 pH의 급격한 변화를 방지하기 위한 것으로서, 통상적인 버퍼 용액을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 연마입자의 분산제로도 사용되는 수용성 고분자, 바람직하게는 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산 등의 불포화 카르복실산의 중합체, 그의 암모늄염, 또는 아민염, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산 등의 불포화 카르복실산과 아크릴산메틸, 아크릴산에틸 등의 아크릴산알킬, 아크릴산히드록시에틸 등의 아크릴산히드록시알킬, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸 등의 메타크릴산알킬, 메타크릴산히드록시에틸 등의 메타크릴산히드록시알킬, 아세트산비닐, 비닐알코올 등의 공중합성 단량체와의 공중합체, 그의 암모늄염 또는 아민염, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 중합체, 공중합체 등 수용성 고분자의 비한정적인 예로는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴말레산공중합체, 폴리아크릴메타크릴산공중합체, 폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산 암모늄염 등을 예시할 수 있다.The pH buffer used in the present invention is used for preventing abrupt changes in pH occurring when a solution (slurry) in which abrasive grains are dispersed and an additive such as an ionic liquid and a pH adjuster are mixed, For example, a water-soluble polymer used also as a dispersing agent for abrasive particles, preferably a polymer of an unsaturated carboxylic acid such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, an ammonium salt thereof, an amine salt thereof, acrylic acid, methacrylic acid, Unsaturated carboxylic acids such as maleic acid, and alkyl acrylates such as methyl acrylate and ethyl acrylate, hydroxyalkyl acrylates such as hydroxyethyl acrylate, alkyl methacrylates such as methyl methacrylate and ethyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate , A copolymer of a copolymerizable monomer such as hydroxyalkyl methacrylate, vinyl acetate or vinyl alcohol, an ammonium salt thereof or Amine salts, mixtures thereof and the like can be used. Non-limiting examples of the water-soluble polymer such as the above polymer and copolymer include polyacrylic acid, polyacrylic maleic acid copolymer, polyacrylic methacrylic acid polymer, polyacrylamide, and polyacrylic acid ammonium salt.
상기 pH 완충제의 함량은 전체 화학-기계적 연마 슬러리 조성물에 대하여, 0.05 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2중량%이다. 상기 연마입자의 함량이 0.05중량% 미만이면, pH 완충제로서의 역할을 수행하지 못할 우려가 있고, 10중량%를 초과하면, 연마입자의 분산성을 저하시켜 층간절연막 표면의 스크래치 등 결점의 원인이 될 우려가 있다. 또한, 상기 pH 완충제가 수용성 고분자일 경우, 크게 제한되지는 않으나, 상기 수용성 고분자의 중량평균분자량은 1,000 내지 100,000, 바람직하게는 3,000 내지 20,000이다. 상기 수용성 고분자(pH 완충제)의 중량평균분자량이 1,000 미만이면, pH 완충제로서의 역할을 수행하지 못할 우려가 있고, 100,000을 초과하면, 연마입자의 분산성을 저하시킬 우려가 있다.The content of the pH buffer is 0.05 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.2 to 2% by weight based on the total chemical mechanical polishing slurry composition. If the content of the abrasive grains is less than 0.05% by weight, it may fail to serve as a pH buffering agent. If the content of the abrasive grains exceeds 10% by weight, the dispersibility of the abrasive grains may deteriorate and cause defects such as scratches on the surface of the interlayer insulating film. There is a concern. When the pH buffer is a water-soluble polymer, the weight-average molecular weight of the water-soluble polymer is 1,000 to 100,000, preferably 3,000 to 20,000, although it is not particularly limited. If the weight average molecular weight of the water-soluble polymer (pH buffer) is less than 1,000, it may fail to serve as a pH buffer. If the weight average molecular weight exceeds 100,000, the dispersibility of the abrasive particles may deteriorate.
본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 나머지 성분은 물, 바람직하게는 증류수, 탈이온수, 초순수, 더욱 바람직하게는 초순수이다.The remaining components of the chemical-mechanical polishing slurry composition according to the present invention are water, preferably distilled water, deionized water, ultrapure water, and more preferably ultrapure water.
또한, 본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물은, 필요에 따라, 분산 안정성을 유지하기 위한 분산제, 분산액의 점도를 낮추기 위한 각종 염류 등 통상적인 첨가제를 더욱 포함할 수도 있다.The polishing slurry composition according to the present invention may further contain conventional additives such as a dispersant for maintaining dispersion stability and various salts for lowering the viscosity of the dispersion liquid, if necessary.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The following examples illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
[제조예] 세리아 함유 슬러리의 제조 [Preparation Example] Preparation of ceria-containing slurry
연마입자로서 세리아 입자 1kg, pH 완충제(분산제)로서 수용성 폴리아크릴산 용액(40중량%) 23g, 및 초순수 8,977g을 혼합한 후, 교반하면서 초음파 분산을 10분간 실시하였다. 얻어진 슬러리를 1 미크론(micron) 필터로 여과를 하고, 초순수를 더욱 가하여 세리아 함량 5중량%인 세리아 함유 슬러리를 얻었다. 슬러리를 적당한 농도로 희석하고, 레이저 산란식 입도분포계(제품명: Master Sizer Microplus, 제조사: Malvern)를 이용하여 입자 크기를 측정한 결과, 평균입경이 200nm이었다.23 kg of a water-soluble polyacrylic acid solution (40% by weight) as a pH buffering agent (dispersant) and 8,977 g of ultra pure water were mixed as abrasive grains, followed by ultrasonic dispersion for 10 minutes while stirring. The obtained slurry was filtered with a 1-micron filter, and ultrapure water was further added to obtain a ceria-containing slurry having a ceria content of 5% by weight. The slurry was diluted to an appropriate concentration and the particle size was measured using a laser scattering type particle size distribution meter (trade name: Master Sizer Microplus, manufactured by Malvern). The average particle size was 200 nm.
[실시예 1] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 1] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
중량평균분자량(Mw)이 10,000인 폴리아크릴산(pH 완충제) 2중량%, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH, pH 조절제) 2중량%, 및 상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량%를 초순수에 첨가하여 첨가제를 제조한 후, 상기 제조예에서 제조한 세리아 함유 슬러리 및 상기 첨가제 비율이 각각 1:10이 되도록 혼합하여 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.2% by weight of polyacrylic acid (pH buffer) having a weight average molecular weight (Mw) of 10,000, 2% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH, pH adjusting agent) and 1% by weight of an ionic liquid (1-methyl- 3-butyl-imidazolium Chloride) was added to ultrapure water to prepare an additive. The ceria-containing slurry prepared in the above Preparation Example and the additive were mixed so as to have a ratio of 1:10, thereby preparing a chemical-mechanical polishing slurry composition .
다음으로, 상기 화학-기계적 연마 슬러리 조성물과 연마 장비(장치명: Mirra, 제조사: AMAT), 연마 패드(IC1000/suba IV, 제조사: Rohm & Hass) 및 패턴 웨이퍼(ILD용 패턴 웨이퍼(단차: 8000Å)를 사용하여, 헤드(Head) 회전수 87 rpm, 플레이튼(Platen) 회전수 93 rpm, 웨이퍼(Wafer) 압력 4.0 psi, 및 상기 슬러리 조성물 유량 200 ml/분의 조건으로 상기 패턴 웨이퍼의 연마를 수행하였다. 두께 측정기(장치명: Nanospec 2000, 제조사: Nanometrics)를 사용하여 패턴 웨이퍼의 연마 전 및 후의 두께를 측정하여 패턴 웨이퍼의 요부 연마속도, 철부 연마속도 및 요, 철부 선택비를 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Then, the above-described chemical-mechanical polishing slurry composition and polishing apparatus (equipment name: Mirra, manufacturer: AMAT), polishing pad (IC1000 / suba IV, Rohm & The polishing of the pattern wafer was performed under the conditions of a head rotational speed of 87 rpm, a platen rotational speed of 93 rpm, a wafer pressure of 4.0 psi, and a slurry composition flow rate of 200 ml / min. The thickness of the patterned wafer before and after polishing of the patterned wafer was measured using a thickness measuring device (Nanospec 2000, manufacturer: Nanometrics) to calculate the recessed portion polishing rate, the polishing rate of the recessed portion, and the selectivity of the recessed portion and the recessed portion, The results are shown in Table 1 below.
[실시예 2] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 2] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 1.0중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Mechanical polishing slurry composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.0 wt% was used instead of 0.5 wt% of the ionic liquid (1-methyl-3-butyl-imidazolium chloride) Were prepared and evaluated. The results are shown in Table 1 below.
[실시예 3] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 3] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1s로 표시되는 이온성 액체 (1-ethyl-3 -butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.0.5% by weight of an ionic liquid (1-ethyl-3-butyl-imidazolium chloride) represented by the above formula (1s) was used instead of 0.5% by weight of the ionic liquid (1-methyl- Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 4] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 4] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1n으로 표시되는 이온성 액체(1-ethyl-3 -methyl-imidazolium Chloride) 0.5중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.0.5% by weight of 1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride represented by the formula 1n was used instead of 0.5% by weight of the ionic liquid (1-methyl-3-butyl-imidazolium chloride) Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 5] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 5] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1n으로 표시되는 이온성 액체(1-ethyl-3 -methyl-imidazolium Chloride) 1.0중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.1.0% by weight of an ionic liquid (1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride) represented by the formula 1n was used instead of 0.5% by weight of the ionic liquid (1-methyl- Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 6] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 6] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1n으로 표시되는 이온성 액체(1-ethyl-3-methyl-imidazolium Chloride) 3.0중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.3.0 wt% of 1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride represented by the above formula (1n) was used instead of 0.5 wt% of the ionic liquid (1-methyl-3-butyl- imidazolium chloride) Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 7] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 7] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1n으로 표시되는 이온성 액체(1-ethyl-3-methyl-imidazolium Chloride) 5.0중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.5.0 wt% of the ionic liquid (1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride) represented by the above formula (1n) was used instead of 0.5 wt% of the ionic liquid represented by the formula (1r) Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 8] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 8] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1t로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Tetrafluoroborate) 0.5중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.0.5 wt% of an ionic liquid (1-methyl-3-butyl-imidazolium tetrafluoroborate) represented by the formula (1t) was used instead of 0.5 wt% of the ionic liquid represented by the formula (1r) Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[실시예 9] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Example 9] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
상기 화학식 1r로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-butyl-imidazolium Chloride) 0.5중량% 대신에 상기 화학식 1u로 표시되는 이온성 액체(1-methyl-3-octyl-imidazolium Tetrafluoroborate) 0.5중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.0.5 wt% of the ionic liquid (1-methyl-3-octyl-imidazolium tetrafluoroborate) represented by the above formula (1u) was used instead of 0.5 wt% of the ionic liquid represented by the formula (1r) Was used to prepare and evaluate a chemical-mechanical polishing slurry composition in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1 below.
[비교예] 화학-기계적 연마 슬러리 조성물의 제조 및 평가 [Comparative Example] Preparation and evaluation of chemical-mechanical polishing slurry composition
이온성 액체를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학-기계적 연마 슬러리 조성물을 제조 및 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.A chemical-mechanical polishing slurry composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the ionic liquid was not used, and the results are shown in Table 1 below.
연마속도
(Å/분)waist
Polishing rate
(Å / min)
연마속도
(Å/분)Convex
Polishing rate
(Å / min)
선택비
(철부/요부)Yo
Selection ratio
(Iron / lumbar)
상기 결과로부터, 본 발명에 따른 화학-기계적 연마 슬러리 조성물(실시예)은 반도체 층간절연막(Interlayer Dielectric: ILD)용 화학-기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 수행 시, 층간절연막 철부(패턴 상부)의 연마속도에 비해 상기 층간절연막의 요부(패턴 하부)의 연마속도를 현저히 낮출 수 있고(연마 선택비(요부/철부): 8.5 이상), 이를 이용하여 단차가 있는 층간절연막의 고평탄화가 가능함을 알 수 있다.It can be seen from the above results that the chemical mechanical polishing slurry composition (embodiment) according to the present invention can be used in a chemical mechanical polishing (CMP) process for a semiconductor interlayer dielectric (ILD) The polishing rate of the concave portion (lower portion of the pattern) of the interlayer insulating film can be remarkably lowered (polishing selectivity ratio (recessed portion / convex portion): 8.5 or more) compared with the polishing rate of the interlayer insulating film. .
Claims (8)
pH 조절제;
pH 완충제;
물; 및
하기 화학식 1로 표시되는 이온성 액체를 포함하는 화학-기계적 연마 슬러리 조성물.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, X-는 1가 음이온을 나타낸다.0.2 to 5 wt% abrasive particles;
pH adjusting agents;
pH buffering agents;
water; And
A chemical-mechanical polishing slurry composition comprising an ionic liquid represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X - represents a monovalent anion.
[화학식 1a]
[화학식 1b]
[화학식 1c]
[화학식 1d]
[화학식 1e]
[화학식 1f]
[화학식 1g]
[화학식 1h]
[화학식 1i]
[화학식 1j]
[화학식 1k]
[화학식 1l]
[화학식 1m]
[화학식 1n]
[화학식 1o]
[화학식 1p]
[화학식 1q]
[화학식 1r]
[화학식 1s]
[화학식 1t]
[화학식 1u]
The chemical-mechanical polishing slurry composition according to claim 1, wherein the ionic liquid represented by Formula 1 is selected from the group consisting of ionic liquids represented by the following Chemical Formulas 1a to 1u.
[Formula 1a]
[Chemical Formula 1b]
[Chemical Formula 1c]
≪ RTI ID = 0.0 &
[Formula 1e]
(1f)
[Formula 1g]
[Chemical Formula 1h]
[Formula 1i]
[Chemical Formula 1j]
[Chemical Formula 1k]
≪ EMI ID =
[Formula 1m]
[Formula 1n]
≪ EMI ID =
[Chemical Formula 1p]
[Chemical Formula 1q]
[Chemical Formula 1 r]
[Formula 1s]
[Formula 1t]
[Formula 1]
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