KR20180110425A - 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 세라믹 연마 입자; 분산매; pH 조절제; 및 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 포함하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다. 본 발명의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용하면, 실리콘 질화물막에 대한 연마 속도를 제어할 수 있게 되어 반도체 기판 상의 위치에 따른 산포를 줄일 수 있다.

Description

화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 {Slurry composition for chemical mechanical polishing}
본 발명은 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 반도체 기판 상의 위치에 따른 산포를 줄일 수 있는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마에 의하여 특정 물질막을 제거하는 공정이 널리 사용되며, 실리콘 질화물은 반도체 기판의 표면에 형성되는 다양한 물질막 중 가장 빈번하게 사용되는 물질 중의 하나이다. 반도체 기판 내에서의 위치 등에 따라 연마 특성이 달라질 수 있기 때문에 각 물질막에 대하여 연마 속도를 제어할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판 상의 위치에 따른 산포를 줄일 수 있는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 세라믹 연마 입자; 분산매; pH 조절제; 및 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 포함하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은 세리아 연마 입자; 분산매; 및 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 포함하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다. 상기 슬러리 조성물은 pH가 3 내지 6이고, 분산매 100 중량부에 대하여 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량이 0.001 중량부 내지 0.5 중량부일 수 있다.
본 발명의 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용하면, 실리콘 질화물막에 대한 연마 속도를 제어할 수 있게 되어 반도체 기판 상의 위치에 따른 산포를 줄일 수 있다. 또한 연마 속도가 상대적으로 빠른 영역에서 실리콘 질화물막이 과도하게 손실되는 것을 방지할 수 있기 때문에 소자 특성의 산포도 균일해질 수 있다.
도 1은 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있는 연마 장치를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 작용하는 원리를 개념적으로 나타낸 개념도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 구조물을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 상기 구조물을 형성하고자 하는 웨이퍼를 나타낸 사시도이다.
도 6a 내지 도 6b는 도 5의 A 부분 및 B 부분의 단면의 일부를 제조 단계에 따라 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1은 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있는 연마 장치(100)를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 연마 장치(100)는 연마 패드(110)가 놓이는 회전식 디스크 형상의 플래튼(platen, 120)을 포함한다. 상기 플래튼은 축(125)에 대하여 회전하도록 동작가능하다. 예를 들어, 모터(121)는 상기 플래튼(120)을 회전시키기 위해 구동 축(124)을 돌릴 수 있다. 상기 연마 패드(110)는 외측 연마 층(112) 및 더 연성인 후면 층(backing layer)(114)을 갖는 둘 이상의 층을 갖는 연마 패드일 수 있다.
상기 연마 장치(100)는 슬러리와 같은 연마제(132)를 상기 연마 패드(110)를 향해 패드 상에 제공(dispense)하기 위한 슬러리 포트(130)를 포함할 수 있다. 연마 장치는 또한 연마 패드(110)를 일관된 연마 상태로 유지하기 위해 연마 패드(110)를 연삭하기 위한 연마 패드 컨디셔너(160)를 포함할 수 있다.
상기 연마 장치(100)는 적어도 하나의 캐리어 헤드(140)를 포함한다. 상기 캐리어 헤드(140)는 기판(10)을 연마 패드(110)에 대고 유지(hold against)하도록 동작할 수 있다. 캐리어 헤드(140)는 각각의 개별 기판에 연관된 연마 파라미터들, 예를 들어 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
특히, 캐리어 헤드(140)는 가요성 멤브레인 아래에 기판(10)을 유지하기 위해 리테이닝 링(retaining ring)(142)을 포함할 수 있다. 상기 캐리어 헤드(140)는 또한 상기 가요성 멤브레인에 의해 정의되는 복수의 독립적으로 제어가능한 가압 챔버(pressurizable chambers)를 포함할 수 있는데, 이들은 상기 가요성 멤브레인 상의, 그리고 그에 따른 기판(10) 상의 관련 구역들에 독립적으로 제어가능한 압력들을 가할 수 있다.
상기 캐리어 헤드(140)는 지지 구조물(150), 예를 들어 캐러셀(carousel) 또는 트랙에 매달려서, 구동 축(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154)에 접속되므로, 캐리어 헤드는 축(155)에 대하여 회전할 수 있다. 선택적으로, 캐리어 헤드(140)는 측방향으로, 예를 들어 캐러셀(150) 또는 트랙 상의 슬라이더 상에서, 또는 캐러셀 자체의 회전 진동에 의해 진동할 수 있다. 동작 시에, 플래튼은 그의 중심 축(125)에 대하여 회전되며, 캐리어 헤드는 그의 중심 축(155)에 대하여 회전되고, 연마 패드의 최상부면을 가로질러 측방향으로 병진된다.
도 1에는 하나의 캐리어 헤드(140)만이 도시되어 있지만, 연마 패드(110)의 표면적이 효율적으로 사용될 수 있도록 추가의 기판들을 유지하기 위해, 둘 이상의 캐리어 헤드가 제공될 수 있다.
상기 연마 장치(100)는 또한 상기 플래튼(120)의 회전을 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템은 범용의 프로그램 가능한(programmable) 디지털 컴퓨터와 같은 컨트롤러(190), 출력을 위한 출력 장치(192), 예컨대 모니터 및 입력을 위한 입력 장치(194), 예컨대 키보드를 포함할 수 있다.
도 1에서는 상기 제어 시스템이 모터(121)에만 연결된 것으로 도시되었지만, 상기 캐리어 헤드(140)에도 연결되어 헤드 압력이나 캐리어 헤드의 회전 속도를 조절하도록 구성될 수도 있다. 나아가, 상기 제어 시스템은 슬러리 포트(130)에 연결되어 슬러리의 공급을 조절할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기 연마 장치(100)에 사용될 수 있는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 세라믹 연마 입자; 분산매; pH 조절제; 및 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 연마 입자는 금속의 산화물, 금속의 질화물 또는 금속의 산질화물 등일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 특히, 상기 금속은 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 세륨(Ce), 및 티타늄(Ti)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 특히, 상기 세라믹 연마 입자는 세리아(CeO2) 입자일 수 있다.
상기 세라믹 입자는 약 1 nm 내지 약 150 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다. 또는 상기 세라믹 입자는 약 1 nm 내지 약 100 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다. 또는 상기 세라믹 입자는 약 1 nm 내지 약 80 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다. 또는 상기 세라믹 입자는 약 1 nm 내지 약 60 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다. 또는 상기 세라믹 입자는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다. 또는 상기 세라믹 입자는 약 20 nm 내지 약 80 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 상기 세라믹 입자들을 분산시키기 위한 분산매를 더 포함할 수 있다.
상기 분산매는 상기 세라믹 입자들을 실질적으로 균일하게 분산시킬 수 있는 임의의 액체일 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 분산매는 수계 용매일 수도 있고, 유기 용매일 수도 있다. 보다 구체적으로, 상기 분산매는 물, 탈이온수, 초순수 등의 수계 용매일 수 있다. 선택적으로, 상기 분산매는 탄소수 1 내지 15의 지방족 알코올류, 탄소수 2 내지 20의 에테르류 등의 유기 용매일 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 내의 상기 세라믹 입자의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.1 중량부 내지 약 15 중량부일 수 있다. 또는, 상기 슬러리 조성물 내의 상기 세라믹 입자의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있다. 또는, 상기 슬러리 조성물 내의 상기 세라믹 입자의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 내지 약 5 중량부일 수 있다.
pH 조절제
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 조성물의 pH를 조절하기 위한 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 약 3 내지 약 6의, 또는 약 4 내지 약 5의 pH를 가질 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 pH를 제어하여 3 내지 6의, 또는 약 4 내지 약 5의 범위를 갖도록 하기 위하여 산 용액과 알칼리 용액이 적절히 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 pH 조절제는, 황산, 인산, 염산, 질산, 카르복실산, 말레산, 말론산, 시트르산, 옥살산, 타르타르산 등과 같은 산 용액 및/또는 수산화칼슘, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 트리에틸아민, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 암모니아 등과 같은 알칼리 용액이 이용될 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 pH 조절제는 상기 슬러리 조성물의 pH가 3 내지 6의 범위를 갖도록 조절되도록 하는 양만큼 상기 슬러리 조성물 내에 포함될 수 있고 특별히 한정되지 않는다.
연마 가속제
일반적으로 화학적 기계적 연마에 널리 사용되는 연마 가속제는 음이온계 저분자, 음이온계 고분자, 하이드록실산 또는 아미노산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 음이온계 저분자로는 사이트릭산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 이들의 코폴리머산 또는 염중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 하이드록실산은 하이드록실벤조익 산, 아스코빅산 또는 그 염중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 아미노산의 비한정적인 예는 피콜리닉산, 세린(serine), 프롤린(proline), 아르기닌(arginine), 아스파라긴(asparagine), 아스파틱산(aspartic acid), 시스테인(cysteine), 글루타민(glutamine), 글루타민산(glutamic acid), 글라이신(glycine), 히스티딘(histidine), 라이신(lysine), 페닐알라닌(phenylalanine), 티로신(tyrosine), 발린(valine), 트립토판(tryptophan), 베타인(betaine), 파이로글루타민산(pyroglutamic acid), 아미노 부티르산(amino butyric acid), 피리딘 카르복시산(pyridine carboxylic acid), 폴리에틸렌 글라이콜 아미노 에테르 아세트산(polyethyleneglycol amino ether acetatic acid) 및 아이소루신(isoleucine)을 포함할 수 있다.
연마 가속제의 추가적인 예는 3-히드록시-4-메틸-페놀 음이온(3-hydroxy-4-methyl-phenol anion), 또는 3-히드록시-히드로시메틸-페놀 음이온(3-hydroxy-4-hydroxymethyl-phenol anion), 4-메틸-벤젠-1,3-디올(4-methyl-benzene-1,3-diol), 코직 산(kojic acid), 멜톨 프로피오네이트(maltol propionate), 멜톨 이소부틸레이트(maltol iosbutyrate)과 같은 퀴논(quinone)류 화합물을 포함할 수 있다. 상기 퀴논류 화합물의 비한정적인 예는 알킬 벤젠 디올(alkylbenzene diol)류와 히드록시(hydroxy) 및 알킬기를 포함하는 디에논(dienone), 디올(diol), 디에놀(dienol(dienol anion))과, 페놀 음이온(phenol anion) 및 알킬기가 옥소(oxo)로 연결되어 있는 디에논(dienone), 디올(diol), 디에놀 음이온 (dienol anion)과, 히드록시알킬(hydroxyalkyl)과 벤젠(benzene)고리를 포함하는 디에논(dienone), 디올(diol), 디에놀 음이온 (dienol anion)을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 퀴논류 화합물의 비한정적인 예는 4-알킬-벤젠-1,3-디올(4-alkyl-benzene-1,3-diol), 3-히드록시-4-알킬-사이클로헥사-2,5-디에논(hydroxy-4-alkyl-cyclohexa-2,5-dienone), 6-알킬-3-옥소-사이클로헥사-1,4-디에놀 음이온(6-alkyl-3-oxo-cyclohexa-1,4-dienol anion), 3-히드록시-6-알킬-사이클로헥사-2,4-디에논(3-hydroxy-6-alkyl-cyclohexa-2,4-dienone), 4-알킬-3-오엑스오-사이클로헥사-1,5-디에놀 음이온(4-alkyl-3-oxo-cyclohexa-1,5-dienol anion), 3-히드록시-4-알킬-페놀 음이온(3-hydroxy-4-alkyl-phenol anion), 5-히드록시-2-알킬 페놀 음이온(5-hydroxy-2-alkyl-phenol anion), 3-히드록시-4-알킬-페놀 음이온(3-Hydroxy-4-alkyl-phenol anion), 5-히드록시-2-히드록시알킬-페놀 음이온(5-Hydroxy-2-hydroxyalkyl-phenol anion), 3-히드록시-4-히드록시알킬-페놀 음이온(3-Hydroxy-4-hydroxyalkyl-phenol anion), 3-히드록시-4-히드록시알킬-사이클로헥사-2,5-디에논(3-hydroxy-4-hydroxyalkyl-cyclohexa-2,5-dienone), 6-히드록시알킬-3-옥소-사이클로헥사-1,4-디에놀 음이온(6-hydroxyalkyl-3-oxo-cyclohexa-1,4-dienol anion), 3-히드록시-6-히드록시알킬-사이클로헥사-2,4-디에논(3-Hydroxy-6-hydroxyalkyl-cyclohexa-2,4-dienone), 4-히드록시알킬-3-옥소-사이클로헥사-1,5-디에놀 음이온(4-Hydroxyalkyl-3-oxo-cyclohexa-1,5-dienol anion), 4-히드록시알킬-벤젠-1,3-디올(4-Hydroxyalkyl-benzene-1,3-diol)들의 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
연마 가속제의 다른 추가적인 예는 암모늄 하이드로젠 포스페이트(ammonium hydrogen phosphate), 암모늄 디하이드로젠 포스페이트(ammonium dihydrogen phosphate), 비스(2-에틸헥실)포스페이트(bis(2-ethylhexyl)phosphate), 2-아미노에틸 디하이드로젠 포스페이트(2-aminoethyl dihydrogen phosphate), 4-클로로벤젠디아조니움 헥사플루오로포스페이트(4-chlorobenzenediazonium hexafluorophosphate), 니트로벤젠디아조니움 헥사플루오로 포스페이트 (nitrobenzenediazonium hexafluorophosphate), 암모늄 헥사플루오로포스페이트 (ammonium hexafluorophosphate), 비스(2,4-디클로로페닐)클로로포스페이트 (bis(2,4 -dichlorophenyl) chlorophosphate), 비스(2-에틸헥실)하이드로젠포스페이트(bis(2-ethylhexyl) hydrogenphosphate), 비스(2-에틸헥실)포스파이트(bis(2-ethylhexyl)phosphite), 칼슘 플루오로포스페이트(calcium fluorophosphate), 디에틸 클로로포스페이트(diethyl chlorophosphate), 디에틸 클로로티오포스페이트 (diethyl chlorothiophosphate), 포타슘 헥사플루오로포스페이트(potassium hexafluorophosphate), 파이로포스포릭산(pyrophosphoric acid), 테트라부틸암모늄 헥사플루오로 포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate) 및 테트라에틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetraethylammonium hexafluorophosphate)를 포함할 수 있다.
산화제
일반적으로 금속의 물질막을 연마하기 위하여 사용되는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에는 산화제가 포함된다. 이러한 산화제의 비한정적인 예는 과산화수소(H2O2), 과아세트산, 과벤조산, tert-부틸히드로퍼옥시드 등의 유기 과산화물; 과망간산칼륨 등의 과망간산 화합물; 중크롬산칼륨 등의 중크롬산 화합물; 요오드산칼륨 등의 할로겐산 화합물; 질산, 질산철 등의 질산 화합물; 과염소산 등의 과할로겐산 화합물; 과황산나트륨, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염; 과탄산나트륨, 과탄산칼륨과 같은 과탄산염; 과산화요소; 및 헤테로폴리산 등이 포함될 수 있다.
분산 안정제
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 세라믹 입자들의 분산 안정성을 확보하기 위하여 분산 안정제를 더 포함할 수 있다. 상기 분산 안정제는 비이온성 고분자 또는 양이온(cationic) 유기 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산 안정제는 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 글리콜디스테아레이트(glycol distearate), 글리콜 모노스테아레이트(glycol monostearate), 글리콜 폴리머레이트(glycol polymerate), 글리콜 에테르(glycol ether)류,　알킬아민(alkylamine)을 포함하는 알코올(alcohol)류, 폴리머레이트에테르(polymerate ether), 소비트롤(sorbitol)을 포함하는 화합물, 비닐 피롤리돈(vinyl pyrrolidone), 셀룰로스(cellulose)류, 에톡시레이트(ethoxylate) 계열의 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 분산 안정제는 디에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르(diethylene glycol hexadecyl ether), 데카에틸렌 글리콜 헥사데실 에테르(decaethylene glycol hexadecyl ether), 디에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르(diethylene glycol octadecyl ether), 이오코사에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르(eicosaethylene glycol octadecyl ether), 디틸렌 글리콜 올리 에테르(diethylene glycol oley ether), 데카에틸렌 글리콜 올레일 에테르(decaethylene glycol oleyl ether), 데카에틸렌 글리콜 옥타데실 에테르(decaethylene glycol octadecyl ether), 노닐페놀 폴리에틸렌 글리콜 에테르(nonylphenol polyethylene glycol ether), 에틸렌디아민 테트라키스(에톡시레이트ㅡ블록-프로폭시레이트)테트롤 (ethylenediamine tetrakis(ethoxylate-block- propoxylate) tetrol), 에틸렌디아민 테트라키스(프로폭시레이트-블록-에톡시레이트) 테트롤(ethylenediamine tetrakis(propoxylate-block-ethoxylate) tetrol), 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌 글리콜)(polyethylene-block-poly(ethylene glycol)), 폴리옥시에틸렌 이소옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene isooctylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥티페닐 에테르(polyoxyethylene octylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 폴리옥시에틸렌 솔비탄 테트라올리에이트(polyoxyethylene sorbitan tetraoleate), 폴리옥시에틸렌 솔비톨 헥사올리에이트(polyoxyethylene sorbitol hexaoleate), 폴리에틸렌 글리콜 솔비탄 모노라우레이트(polyethylene glycol sorbitan monolaurate), 폴리옥시에틸렌솔비탄 모놀라우레이트(polyoxyethylenesorbitan monolaurate), 솔비탄 모노팔미테이트(Sorbitan monopalmitate), 에프에스-300 모노이오닉 플루오로서팩턴트(FS-300 nonionic fluorosurfactant), 에프에스엔 모노이오닉 플루오로서팩턴트(FSN nonionic fluorosurfactant), 에프에스오 모노이오닉 에소옥실레이티드 플루오로서팩턴트(FSO nonionic ethoxylated fluorosurfactant), 비닐 피롤리돈(vinyl pyrrolidone), 셀룰로오스(cellulose)류, 2,4,7,9,-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 에톡시레이트(2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol ethoxylate), 8-메틸-1-노나놀-프로폭시레이트-블록-에톡시레이트(8-Methyl-1-nonanol propoxylate-block-ethoxylate), 알릴 알코올 1,2-부톡시레이트-블록-에톡시레이트(allyl alcohol 1,2-butoxylate-block-ethoxylate), 폴리옥시에틸렌 브랜치드 노닐사이클로헥실 에테르(polyoxyethylene branched nonylcyclohexyl ether), 및 폴리옥시에틸렌 이소옥틸사이클로헥실 에테르(polyoxyethylene isooctylcyclohexyl ether)의 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산 안정제는 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
계면활성제
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 필요에 따라 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제로서는 비이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제 및 양성 계면활성제의 무엇이든 사용할 수 있다.
상기 비이온계 계면활성제로서는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르류, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노니에르페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르류, 소르비탄모노라우레이트, 소르비탄모노스테아레이트, 소르비탄트리올레에이트 등의 소르비탄 고급 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트 등의 폴리옥시에틸렌소르비탄 고급 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌모노스테아레이트 등의 폴리옥시에틸렌 고급 지방산 에스테르류; 예를 들면, 올레산모노글리세라이드, 스테아르산모노글리세라이드 등의 글리세린 고급 지방산 에스테르류, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리옥시부틸렌 등의 폴리옥시알킬렌류 및 그들의 블록 코폴리머를 들 수 있다.
상기 양이온계 계면활성제로서는 염화알킬트리메틸암모늄, 염화디알킬디메틸암모늄, 염화벤잘코늄염, 알킬디메틸암모늄에토설페이트 등을 들 수 있다.
상기 음이온계 계면활성제로서는 라우르산나트륨, 올레산나트륨, N-아실-N-메틸글리신나트륨염, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르카르복실산나트륨 등의 카르복실산염, 도데실벤젠술폰산나트륨, 디알킬술포숙신산에스테르염, 디메틸-5-술포이소프탈레이트나트륨 등의 술폰산염, 라우릴황산나트륨, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르황산나트륨, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르황산나트륨 등의 황산에스테르염, 폴리옥시에틸렌라우릴인산나트륨, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르인산나트륨 등의 인산에스테르염 등을 들 수 있다.
상기 양성 계면활성제로서는 카르복시베타인형 계면활성제, 아미노카르복실산염, 이미다졸리늄페타인, 레시틴, 알킬아민옥사이드를 들 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 약 0.001 중량% 내지 0.5 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
연마 억제제
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 필요에 따라 연마 억제제를 더 포함할 수 있다.
상기 연마 억제제의 비한정적인 예는 질소 함유 화합물, 예를 들어, 아민 및 저 분자량의 질소 함유 헤테로사이클릭 화합물, 예컨대 벤조트리아졸, 1,2,3-트리아졸, 및 1,2,4-트리아졸을 포함할 수 있다.
상기 연마 억제제는 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
평탄화제
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 필요에 따라 피연마면의 요철을 저감시키는 평탄화제(leveling agent)를 더 포함할 수 있다.
상기 평탄화제의 비한정적인 예는 염화암모늄, 라우릴황산암모늄, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산트리에탄올아민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크롤레인 등을 포함할 수 있다.
상기 평탄화제는 상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
실리콘 질화물 친화성 첨가제
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 더 포함한다.
상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제는 알데하이드(aldehyde)계 첨가제, 술폰산(sulfonic acid)계 첨가제, 및 알킬 핼라이드(alkyl halide)계 첨가제일 수 있다.
구체적으로 상기 알데하이드계 첨가제는 데실 알데하이드(decyl aldehyde), 도데실 알데하이드(dodecyl aldehyde), 테트라데실 알데하이드(tetradecyl aldehyde), 헥사데실 알데하이드(hexadecyl aldehyde), 글루타알데하이드(glutaraldehyde), 폴리아크롤레인(polyacrolein) 중 1종 이상일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 술폰산계 첨가제는 폴리크레줄렌(policresulen) 및 그의 염, 폴리스티렌술폰산 및 그의 염, 폴리비닐술폰산 및 그의 염 중 1종 이상일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 알킬 핼라이드계 첨가제는 1-클로로헵탄(1-chloroheptane), 1-클로로옥탄(1-chlorooctane), 1-클로로노난(1-chlorononane), 1-클로로데칸 (1-chlorodecane), 1-클로로도데칸(1-chlorododecane), 1-클로로테트라데칸(1-chlorotetradecane), 1-클로로헥사데칸(1-chlorohexadecane), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 1-브로모헵탄(1-bromoheptane), 1-브로모옥탄(1-bromooctane), 1-브로모노난(1-bromononane), 1-브로모데칸 (1-bromodecane), 1-브로모도데칸(1-bromododecane), 1-브로모테트라데칸(1-bromotetradecane), 1-브로모헥사데칸(1-bromohexadecane), 1-아이오도헵탄(1-iodoheptane), 1-아이오도옥탄(1-iodooctane), 1-아이오도노난(1-iodononane), 1-아이오도데칸 (1-iododecane), 1-아이오도도데칸(1-iodododecane), 1-아이오도테트라데칸(1-iodotetradecane), 및 1-아이오도헥사데칸(1-iodohexadecane) 중 1종 이상일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.001 중량부 내지 약 0.5 중량부일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.002 중량부 내지 약 0.45 중량부일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.005 중량부 내지 약 0.40 중량부일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.008 중량부 내지 약 0.35 중량부일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량은 상기 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.01 중량부 내지 약 0.3 중량부일 수 있다.
만일 상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량이 너무 적으면 실리콘 산화물과 실리콘 질화물의 선택성 향상의 효과가 미흡할 수 있다. 반대로 만일 상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량이 너무 많으면, 첨가에 따른 실리콘 산화물과 실리콘 질화물의 선택성 향상의 효과가 포화되거나 오히려 열화될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 작용하는 원리를 개념적으로 나타낸 개념도들이다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(201)의 제 1 영역(I)과 제 2 영역(II)에 각각 활성 핀들(210)이 다수 형성되어 있을 수 있다. 상기 활성 핀들(210)의 상부 표면 위에는 자기 정렬적으로 실리콘 산화물로 된 절연층(220)과 실리콘 질화물로 된 캡핑층(230)이 적층되어 있을 수 있다. 상기 캡핑층(230)은 그의 하부에 놓인 활성 핀들(210)을 보호하기 위한 것일 수 있지만, 경우에 따라 하드마스크로서의 역할을 수행하는 구조물일 수도 있다.
상기 활성 핀들(210), 절연층(220), 및 캡핑층(230)의 측면은 소자 분리 절연막(240)에 의하여 매립될 수 있다. 특히, 제 2 영역(II)의 소자 분리 절연막(240)은 제 1 영역(I)의 소자 분리 절연막(240)과 H의 단차(step)를 가지면서 상기 활성 핀들(210), 절연층(220), 및 캡핑층(230)의 상부면까지 덮고 있을 수 있다.
이와 같은 상황에서 제 1 영역(I)과 제 2 영역(II)을 바로 평탄화하게 되면, 제 2 영역(II)의 연마가 수행되는 동안 제 1 영역(I)에서도 일정 정도의 연마가 일어나게 된다. 그 결과 제 2 영역(II)에서 캡핑층(230)이 노출되어 연마가 종료한 시점에서 제 1 영역(I)의 캡핑층(230')과 소자 분리 절연막(240)은 제 2 영역(II)의 평탄화된 상부 표면과 다소간의 단차(ΔH)를 갖게 된다.
또는 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물과 실리콘 질화물에 대한 선택성이 미흡한 첨가제(251)를 연마용 슬러리에 첨가하여 평탄화하면, 첨가제(251)가 실리콘 산화물의 표면과 실리콘 질화물의 표면을 가리지 않고 결합하게 되어 전체적인 연마 속도를 느리게 할 뿐 아니라, 그 결과물에 있어서도 위에서와 동일한 이유로 단차(ΔH)가 발생하게 된다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 첨가제들(253)이 실리콘 질화물에 대하여 현저히 높은 친화도를 지니기 때문에 실리콘 질화물의 캡핑층(230)의 표면에 편중되어 결합하게 된다.
이와 같은 상황에서 제 1 영역(I)과 제 2 영역(II)을 바로 평탄화하게 되면, 제 2 영역(II)의 연마가 수행되는 동안 제 1 영역(I)의 캡핑층(230)은 거의 연마되지 않고 비교적 온전히 보존될 수 있다. 그 결과 제 2 영역(II)에서 캡핑층(230)이 노출되어 연마가 종료한 시점에서 제 1 영역(I)과 제 2 영역(II)의 단차가 실질적으로 발생하지 않으면서 전체적인 평탄화를 달성할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 질화물 친화성 첨가제들 중 예컨대 알데하이드계 첨가제는 실리콘 질화물의 표면에 존재하는 아민기(-NH2)와 하기 반응식 (I)과 같이 반응하여 화학적 공유 결합을 이룰 수 있다.
<반응식 (I)>
-NH2 + R-CH=O → -N=CH-R + H2O
본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 질화물 친화성 첨가제들 중 예컨대 알킬 핼라이드계 첨가제는 실리콘 질화물의 표면에 존재하는 아민기(-NH2)와 정전기적 상호작용에 의한 결합을 이룰 수 있다. 구체적으로, 알킬 핼라이드계 첨가제의 할로겐 원자와 아민기 사이의 정전기적 상호작용에 의한 결합을 이룰 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 질화물 친화성 첨가제들 중 예컨대 술폰산(sulfonic acid)계 첨가제는 실리콘 질화물의 표면에 존재하는 아민기(-NH2)와 정전기적 상호작용에 의한 결합을 이룰 수 있다. 구체적으로, 술폰산계 첨가제의 술폰(-SO3 -)기와 아민기 사이의 정전기적 상호작용에 의한 결합을 이룰 수 있다.
특히 상기 알킬 핼라이드계 첨가제와 상기 술폰산계 첨가제는 산성의 pH 범위, 즉, 약 3 내지 약 6의 pH 범위에서 히드록시기로 종결된 실리콘 산화물 표면과 반발하고 아민기로 종결된 실리콘 질화물 표면과는 인력이 작용하는 특성을 지닐 수 있다. 이는 상기 pH 범위에서 할로겐 원자와 술폰산기가 네거티브한 전하를 띠게 되는 데 따른 효과로 추정된다. 하지만 본 발명이 특정 이론에 구속되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 질화물 친화성 첨가제는 비록 약 3 내지 약 6의 pH 범위 네거티브한 전하를 띠더라도 히드록시기와 수소 결합을 이루지 않는다. 예컨대 카르복시기를 갖는 첨가제는 수소 이온이 해리되어 R-COO-와 같이 네거티브한 전하를 띨 수 있지만 실리콘 산화물 표면의 히드록시기와 수소 결합을 이룰 수 있기 때문에 실리콘 산화물 표면과 반발하지 않는다. 따라서 이와 같이 분산매 내에서 해리되어 히드록시기와 수소 결합을 이룰 수 있는 구조의 첨가제는 본 발명의 기술적 사상에 의하여 기대되는 효과를 발휘하지 못할 수 있다.
화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 제조 방법
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 제조 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 세라믹 연마 입자를 분산 안정제와 혼합한다(S110). 세라믹 연마 입자와 분산 안정제의 종류는 위에서 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
또한 이들 각각의 함량은 뒤에서 설명될 분산매의 양을 기준으로 정해질 수 있다. 즉, 상기 세라믹 연마 입자의 양은 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.1 중량부 내지 약 15 중량부가 되도록 할 수 있다. 또한 분산 안정제의 양은 분산매 100 중량부에 대하여 약 0.01 중량부 내지 약 2 중량부가 되도록 할 수 있다.
이와 같이 제조된 세라믹 연마 입자와 분산 안정제의 혼합물을 분산매 내에 분산시킨다(S120). 적합한 분산매의 종류는 위에서 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
이어서 분산매에 세라믹 연마 입자와 분산 안정제의 혼합물이 첨가된 용액의 pH를 조절한다(S130). 상기 pH는 약 3 내지 약 6의, 또는 약 4 내지 약 5의 범위를 갖도록 조절될 수 있다. 상기 용액의 pH를 조절하기 위하여 pH 조절제가 첨가될 수 있다. pH 조절제의 종류는 위에서 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
첨가되는 pH의 양은 pH를 상기 범위 내로 조절할 수 있는 양이면 되고 특별히 한정되지 않는다.
이어서 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 상기 용액에 첨가한다(S140). 도 3에서는 pH를 조절한 후 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 첨가하는 것으로 나타내었지만, pH를 조절하기 전에 실리콘 질화물 친화성 첨가제를 첨가할 수도 있다.
상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 종류와 양에 대해서는 위에서 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용한 구조물의 제조 방법
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용한 구조물의 제조 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 이용하여 구조물을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 5는 상기 구조물을 형성하고자 하는 웨이퍼를 나타낸 사시도이다. 도 6a 내지 도 6b는 도 5의 A 부분 및 B 부분의 단면의 일부를 제조 단계에 따라 개략적으로 나타낸 단면도이다.
우선 도 5를 참조하면, 반도체 기판(W)의 모든 부분에 대하여 균일하게 연마가 수행되는 것이 의도되지만, 로딩(loading) 효과와 같은 다양한 원인에 의하여 불균일한 연마가 이루어질 수도 있다. 또는 경우에 따라서 반도체 기판(W)의 위치별로 불균일한 연마가 의도될 수도 있다. 여기서는 반도체 기판(W)의 중심에 상대적으로 더 가까운 A 영역과 상기 중심으로부터 상대적으로 더 먼 B 영역을 비교하여 설명한다.
도 6a를 참조하면, A영역과 B영역 공히 활성 핀들(210)이 균일하게 형성되고, 그 위에 절연층(220)과 실리콘 질화물로된 캡핑층(230)이 배치될 수 있다. 이들에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.
또한 A영역과 B영역 모두에 이들 구조물을 덮도록 실리콘 산화물로 된 소자 분리 절연막(240)이 제공될 수 있다. 여기서는 핀형 전계효과 트랜지스터의 활성 영역을 목적하는 구조물로 하여 설명하지만, 통상의 기술자는 실리콘 질화물이 사용되는 다른 임의의 구조물, 예컨대 스위칭 소자의 워드 라인 구조물, 비트라인 구조물, 메모리 소자의 정보 저장 구조물, 버티컬 낸드(vertical NAND, VNAND) 소자의 연결 영역 등에 동일한 방법이 응용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 6b를 참조하면, A 영역과 B 영역에 대하여 화학적 기계적 연마를 수행한다. 두 영역 모두에 대하여 균일한 연마가 의도되지만, 도 6에서 보는 바와 같이 A 영역에서의 연마가 B 영역에 비하여 더욱 신속하게 진행될 수 있다. 이와 같이 진행되는 원인은 연마되는 패턴의 밀도, 인가되는 압력의 불균일성 등 여러 가지가 있을 수 있다. 이러한 불균일한 연마에 의하여 A 영역에서는 실리콘 질화물이 노출되고, B 영역에서는 두 영역에서 연마된 높이의 차이(즉, H1-H2)에 대응되는 두께의 소자 분리 절연막(240B)이 캡핑층(230) 위로 잔존하게 된다.
도 4 및 도 6c를 참조하면, 실리콘 질화물 표면에 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 접촉하도록 한다(S210). 본 발명의 실시예들에 따른 연마용 슬러리를 이용하면, 상기 연마용 슬러리 내에 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 포함되어 있으므로 연마에 의하여 노출된 실리콘 질화물 표면에 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 접촉하여 결합하게 된다.
따라서, 노출된 실리콘 질화물의 연마는 더욱 억제되면서 실리콘 산화물의 연마는 계속되게 된다.
도 4 및 도 6d를 참조하면, 실리콘 질화물의 표면에 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 부착된 상태로 실리콘 산화물을 연마한다(S220). 이러한 실리콘 산화물의 연마는 B 영역의 실리콘 질화물이 노출될 때까지 계속될 수 있다. 그 결과 A 영역의 소자 분리 절연막(240A)과 B 영역의 소자 분리 절연막(240B')의 높이는 실질적으로 동일하게 되어 전체 반도체 기판(W)에 걸쳐 평탄하고 균일한 표면을 얻을 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
<비교예 1>
상용으로 시판되는 Hitachi Chemical사의 HS-8005를 이용하였다.
<실시예 1>
상용으로 시판되는 Hitachi Chemical사의 HS-8005에 실리콘 질화물 친화성 첨가제로서 폴리크레줄렌을 슬러리 100 중량부에 대하여 0.01 중량부가 되도록 첨가하여 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제로서 글루타알데하이드를 사용한 점을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상용으로 시판되는 Asahi Glass사의 CES-350을 이용하였다.
<실시예 3>
상용으로 시판되는 Asahi Glass사의 CES-350에 실리콘 질화물 친화성 첨가제로서 1-클로로옥탄을 슬러리 100 중량부에 대하여 0.01 중량부가 되도록 첨가하여 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
실리콘 질화물과 실리콘 산화물의 패턴이 형성된 기판에 대하여 상기 슬러리 조성물을 이용하여 연마 실험을 수행하였다. 시험 연마 장비로서는 CETR CP-4 장비를 이용하였고, IC1010 연마 패드(Dow사 제조)를 이용하였다. 웨이퍼에 가한 압력은 4 psi였고, 웨이퍼와 연마 패드의 회전 속도는 각 70 rpm, 69 rpm이었다. 또한 연마 시에 슬러리의 공급 유속은 100 ml/분으로 일정하게 조정하였다.
각 슬러리 조성물들을 이용하여 2분 동안 연마하고, 연마 전후의 실리콘 산화물과 실리콘 질화물의 연마된 두께를 측정하여 연마율을 계산하고 하기 표 1에 정리하였다.
첨가제 첨가량
(중량부)		 실리콘산화물
식각속도
(Å/분)		 실리콘질화물
식각속도
(Å/분)		 선택비
실시예 1 폴리크레줄렌 0.01 1046 84 12.5
실시예 2 글루타알데하이드 0.01 1049 80 13.1
비교예 1 - - 1001 85 11.8
실시예 3 1-클로로옥탄 0.05 1531 82 18.7
비교예 2 - - 1536 101 15.2
표 1에서 보는 바와 같이 실시예 1의 첨가제는 비교예 1의 상용 연마용 슬러리에 비하여 선택비가 약 5.9% 상승하였고, 실시예 2의 첨가제는 비교예 1의 상용 연마용 슬러리에 비하여 선택비가 약 11.0% 상승하는 효과가 있었다.
또한 실시예 3의 첨가제는 비교예 2의 상용 연마용 슬러리에 비하여 선택비가 23.0% 상승하는 효과가 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
100: 연마 장치 110: 연마 패드
120: 플래튼 121: 모터
125, 155: 중심 축 130: 슬러리 포트
140: 캐리어 헤드 142: 리테이닝 링
150: 캐러셀 160: 연마 패드 컨디셔너
190: 컨트롤러 210: 활성 핀
220: 절연층 230, 230': 캡핑층
240: 소자 분리 절연막 251, 253: 첨가제

Claims (10)

  1. 세라믹 연마 입자;
    분산매;
    pH 조절제; 및
    실리콘 질화물 친화성 첨가제;
    를 포함하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 알데하이드(aldehyde)계 첨가제, 술폰산(sulfonic acid)계 첨가제, 및 알킬 핼라이드(alkyl halide)계 첨가제 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 데실 알데하이드(decyl aldehyde), 도데실 알데하이드(dodecyl aldehyde), 테트라데실 알데하이드(tetradecyl aldehyde), 헥사데실 알데하이드(hexadecyl aldehyde), 글루타알데하이드(glutaraldehyde), 폴리아크롤레인(polyacrolein) 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 폴리크레줄렌(policresulen) 및 그의 염, 폴리스티렌술폰산 및 그의 염, 폴리비닐술폰산 및 그의 염 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제가 1-클로로헵탄(1-chloroheptane), 1-클로로옥탄(1-chlorooctane), 1-클로로노난(1-chlorononane), 1-클로로데칸 (1-chlorodecane), 1-클로로도데칸(1-chlorododecane), 1-클로로테트라데칸(1-chlorotetradecane), 1-클로로헥사데칸(1-chlorohexadecane), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 1-브로모헵탄(1-bromoheptane), 1-브로모옥탄(1-bromooctane), 1-브로모노난(1-bromononane), 1-브로모데칸 (1-bromodecane), 1-브로모도데칸(1-bromododecane), 1-브로모테트라데칸(1-bromotetradecane), 1-브로모헥사데칸(1-bromohexadecane), 1-아이오도헵탄(1-iodoheptane), 1-아이오도옥탄(1-iodooctane), 1-아이오도노난(1-iodononane), 1-아이오도데칸 (1-iododecane), 1-아이오도도데칸(1-iodododecane), 1-아이오도테트라데칸(1-iodotetradecane), 및 1-아이오도헥사데칸(1-iodohexadecane) 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량이 상기 분산매 100 중량부에 대하여 0.001 중량부 내지 0.5 중량부인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러리 조성물의 pH가 3 내지 6인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물.
  8. 세리아 연마 입자;
    분산매; 및
    실리콘 질화물 친화성 첨가제;
    를 포함하고,
    pH가 3 내지 6이고,
    분산매 100 중량부에 대하여 실리콘 질화물 친화성 첨가제의 함량이 0.001 중량부 내지 0.5 중량부인 실리콘 산화물 연마용 슬러리 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제는 알킬 핼라이드계 첨가제이고,
    상기 알킬 핼라이드계 첨가제의 할로겐 원자는 산성 환경에서 네거티브한 전하를 띠는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 연마용 슬러리 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 실리콘 질화물 친화성 첨가제는 상기 분산매 내에서 해리될 때, 히드록시기와 수소 결합을 이루지 않는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 연마용 슬러리 조성물.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020086953A (ko) * 2001-02-20 2002-11-20 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 연마제 및 기판의 연마방법
US7090786B2 (en) * 2003-07-01 2006-08-15 Jsr Corporation Aqueous dispersion for chemical/mechanical polishing
KR20070044065A (ko) * 2004-09-27 2007-04-26 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 Сｍｐ연마제 및 기판의 연마방법
KR20080056020A (ko) * 2005-10-19 2008-06-19 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 산화세륨 슬러리, 산화세륨 연마액 및 이들을 이용한기판의 연마 방법
KR20110122774A (ko) * 2006-01-31 2011-11-10 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 절연막 연마용 ｃｍｐ 연마제, 연마 방법, 상기 연마 방법으로 연마된 반도체 전자 부품
US20140017892A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 William Ward Compositions and methods for selective polishing of silicon nitride materials
JP2016157913A (ja) * 2015-02-20 2016-09-01 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5378251A (en) 1991-02-06 1995-01-03 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive articles and methods of making and using same
KR101091603B1 (ko) 2003-08-27 2011-12-13 동우 화인켐 주식회사 금속의 ｃｍｐ 연마용 조성물
KR100600429B1 (ko) 2003-12-16 2006-07-13 주식회사 엘지화학 산화세륨을 포함하는 ｃｍｐ용 슬러리
KR100786950B1 (ko) 2004-12-29 2007-12-17 주식회사 엘지화학 Ｃｍｐ 슬러리용 보조제
WO2006071063A1 (en) 2004-12-29 2006-07-06 Lg Chem, Ltd. Adjuvant for chemical mechanical polishing slurry
KR100725550B1 (ko) 2005-01-20 2007-06-08 제일모직주식회사 구리 배선 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 금속배선 연마 방법
KR100662546B1 (ko) 2005-03-07 2006-12-28 제일모직주식회사 실리콘 웨이퍼의 표면 품질을 개선하는 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법
KR101481573B1 (ko) 2008-02-12 2015-01-14 삼성전자주식회사 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용한화학적 기계적 연마 방법
JP2010028086A (ja) 2008-06-16 2010-02-04 Hitachi Chem Co Ltd Ｃｍｐ研磨剤、このｃｍｐ研磨剤を用いた研磨方法
US8506831B2 (en) 2008-12-23 2013-08-13 Air Products And Chemicals, Inc. Combination, method, and composition for chemical mechanical planarization of a tungsten-containing substrate
US8551887B2 (en) 2009-12-22 2013-10-08 Air Products And Chemicals, Inc. Method for chemical mechanical planarization of a copper-containing substrate
JP2012146975A (ja) 2010-12-24 2012-08-02 Hitachi Chem Co Ltd 研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法
JP6013504B2 (ja) 2011-12-21 2016-10-25 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ Ｃｍｐ組成物、半導体装置の製造方法及びｃｍｐ組成物の使用方法
KR101389828B1 (ko) 2012-05-30 2014-05-30 주식회사 케이씨텍 연마 첨가제와 이를 포함하는 슬러리 조성물
KR101534338B1 (ko) 2012-12-27 2015-07-06 제일모직주식회사 Cmp 슬러리 조성물　및 이를 이용한 연마 방법
US20160068711A1 (en) 2013-04-17 2016-03-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Organic Film CMP Slurry Composition and Polishing Method Using Same
KR101656421B1 (ko) 2014-10-14 2016-09-12 주식회사 케이씨텍 슬러리 조성물
KR102415696B1 (ko) 2015-04-21 2022-07-04 주식회사 케이씨텍 연마 슬러리 조성물

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020086953A (ko) * 2001-02-20 2002-11-20 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 연마제 및 기판의 연마방법
US7090786B2 (en) * 2003-07-01 2006-08-15 Jsr Corporation Aqueous dispersion for chemical/mechanical polishing
KR20070044065A (ko) * 2004-09-27 2007-04-26 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 Сｍｐ연마제 및 기판의 연마방법
KR20080056020A (ko) * 2005-10-19 2008-06-19 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 산화세륨 슬러리, 산화세륨 연마액 및 이들을 이용한기판의 연마 방법
KR20110122774A (ko) * 2006-01-31 2011-11-10 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 절연막 연마용 ｃｍｐ 연마제, 연마 방법, 상기 연마 방법으로 연마된 반도체 전자 부품
US20140017892A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 William Ward Compositions and methods for selective polishing of silicon nitride materials
JP2016157913A (ja) * 2015-02-20 2016-09-01 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物

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