KR20190071268A - Sti 공정용 연마 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로, 연마입자 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물; 및 디싱개선제, 질화막 연마억제제 및 산화막 연마억제제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제 조성물; 을 포함하는, STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 소자가 다양해지고 고집적화됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 그에 따라 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 표면 막들의 단차도 더욱 커지고 있다. 반도체 소자를 제조하는 데 있어서 기판 상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 CMP(chemical mechanical polishing) 공정이 이용된다. 예를 들어, 층간 절연을 위해 과량으로 성막된 절연막을 제거하기 위한 공정으로 층간절연막(interlayer dielectric; ILD)과, 칩(chip)간 절연을 하는 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI)용 절연막의 평탄화를 위한 공정 및 배선, 컨택 플러그, 비아 컨택 등과 같은 금속 도전막을 형성하기 위한 공정으로서 많이 사용되고 있다.
STI 공정은 분리(isolation) 부분을 삭감하고 트렌치(trench)를 형성시킨 뒤 산화물을 증착한 후에 CMP를 통하여 평탄화하는 기술을 도입한다. 이때, 절연재료인 산화물 층의 연마율은 높이고 확산장벽인 질화물 층의 연마율은 낮추는, 이른바 선택적인 연마특성을 요구한다. STI 공정에서의 연마 선택비가 지나치게 높아지는 경우, 상기 트렌치에 매립되는 산화막이 과연마되면서 디싱(dishing)이 발생하고 소자의 특성 저하를 유발할 수 있다. 특히, 이러한 디싱 문제는 트렌치가 초미세화된 소자에 있어서, 활성 영역과 필드 영역간의 단차를 초래해 소자의 성능 및 신뢰성에 큰 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질화막에 대한 높은 선택비를 가지면서, 디싱(dissing)을 개선시킬 수 있는, STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 양상은,
연마입자 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물; 및 디싱개선제, 질화막 연마억제제 및 산화막 연마억제제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제 조성물;을 포함하는, STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 금속산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마입자는, 5 nm 내지 100 nm의 1차 입자 및 10 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연마입자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 분산제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리말레산, 폴리말레산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 암모늄 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체, 폴리아크릴산/말레산 공중합체, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체, 폴리술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰산, 폴리-α-메틸스티렌술폰산, 폴리-ρ-메틸스티렌술폰산, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 분산제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기산은, 시트르산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 프로피온산(propionic acid), 스테아린산(stearic acid), 피루브산(pyruvic acid), 아세트산(acetic acid), 아세토아세트산(acetoacetic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 말산(malic acid), 말론산(malonic acid), 디메틸마론산, 말레산(maleic acid), 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피메린산, 프탈산(phthalic acid), 트리멜리트산(trimellitic acid), 타르타르산(tartaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 2,2-디메틸글루탈산, 락트산(lactic acid), 이소루신(isoleucine), 글루타르산(glutaric acid), 뷰티르산(butyric acid), 숙신산(succinic acid), 3,3-디에틸숙신산 및 아스코르빈산(ascorbic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유기산은, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 디싱 개선제는, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 아크릴 스티렌 공중합체, 폴리스티렌/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말론산 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 음이온성 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 음이온성 고분자는, 2,000 내지 100,000의 중량평균 분자량을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 음이온성 고분자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 질화막 연마억제제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 아민계 화합물은, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 트리에틸아민, 트리부틸아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 에틸렌트리아민, 디에틸렌트리아민, 부틸렌디아민, 펜타메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 비스(3-아미노프로필)아민, N-이소프로필에틸렌디아민, N-이소프로필-1,3-프로판디아민, 테트라에틸렌펜타아민, N,N'-디메틸-1,3-프로판디아민, 1-디메틸아미노-2-프로필아민, 2,2-디메틸-1,3-프로판디아민, N,N-디메틸-1,3-프로판디아민, N,N,N,N-테트라메틸에틸렌디아민, 1,5-디아미노-3-펜탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-프로판올, 1,3-디아미노-2-프로판올, 3-디메틸아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 2-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-프로판올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노-1-에탄올, 2-에틸아미노-1-에탄올, 1-(디메틸아미노)2-프로판올, N-메틸디에탄올아민, N-프로필디에탄올아민, N-이소프로필디에탄올아민, N-(2-메틸프로필)디에탄올아민, N-n-부틸디에탄올아민, N-t-부틸에탄올아민, N-시아클로헥실디에탄올아민, 2-(디메틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-디프로필아미노에탄올, 2-브틸아미노에틴올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜타놀, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-프로판올, N,N-비스(2-하이드록시프로필)에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 및 트리아이소프로판올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화막 연마억제제는, 아민계 화합물을 더 포함하고, 상기 산화막 연마억제제는, 상기 질화막 연마억제제보다 작은 분자량을 갖는 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 9의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 산화막 : 질화막의 연마 선택비가 20 : 1 내지 50 : 1일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 질화막을 연마한 후에 디싱 발생량이 120 Å 이하일 수 있다.
본 발명은, 패턴 웨이퍼의 화학적 기계 연마(CMP) 시 낮은 질화막 연마율을 가지면서 동시에 산화막 필드 영역에서 디싱이 개선된 STI 공정용 연마 슬러리를 제공할 수 있다.
또한, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정 및 층간절연막(interlayer dielectric; ILD) 형성 공정 등에 적용하여, 신뢰성 및 특성이 보다 우수한 반도체 소자의 제조를 가능하게 할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 연마입자 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물; 및 디싱개선제, 질화막 연마억제제 및 산화막 연마억제제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제 조성물;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자는 고상법 또는 액상법으로 제조된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 고상법에 의해 제조되는 연마입자는 400℃ 내지 1,000℃의 온도에서 하소되어 형성되는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 액상법은 연마 입자 전구체를 수용액 중에서 화학적 반응을 발생시키고, 결정을 성장시켜 미립자를 얻는 졸-겔(sol-gel) 법이나 연마입자 이온을 수용액에서 침전시키는 공침법 및 고온 고압 하에서 연마입자를 형성하는 수열합성법 등을 적용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자는, 5 nm 내지 100 nm의 1차 입자 및 50 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다. 상기 연마입자의 평균 입경의 측정은, 주사전자현미경 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값이다. 1차 입자의 크기에 있어서, 입자 균일성을 확보하기 위해서 100 nm 이하이어야 하며, 5 nm 미만인 경우에는 연마율이 저하될 수 있고, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 2차 입자의 크기에 있어서, 2차 입자의 크기가 50 nm 미만인 경우 밀링으로 인하여 작은 입자가 과도하게 발생하면 세정성이 저하되고, 웨이퍼 표면에 과량의 결함이 발생하며, 300 nm를 초과하는 경우 과잉 연마가 이루어지고, 디싱, 표면 디펙트, 연마율, 선택비의 조절이 어려워질 가능성이 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자는 단일입자 이외에도, 다분산(multi dispersion) 형태의 입자분포를 포함하는 혼합입자를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 2종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 바이모달(bimodal) 형태의 입자 분포를 가지거나 3종의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 3가지 피크를 보이는 입도 분포를 가지는 것일 수 있다. 또는, 4종 이상의 상이한 평균입도를 가지는 연마입자가 혼합되어 다분산 형태의 입자분포를 가질 수 있다. 상대적으로 큰 연마입자와 상대적으로 작은 연마입자가 혼재함으로써 더 우수한 분산성을 가지며, 피연마막 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만인 경우 연마 속도가 감소되는 문제점이 있고, 10 중량% 초과인 경우 연마속도가 너무 높고, 연마입자 수의 증가로 인하여 표면의 잔류하게 되는 입자 흡착성에 의하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 분산제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리말레산, 폴리말레산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 암모늄 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체, 폴리아크릴산/말레산 공중합체, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체, 폴리술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰산, 폴리-α-메틸스티렌술폰산, 폴리-ρ-메틸스티렌술폰산, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 분산제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 분산제가 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만인 경우 STI 공정용 연마 슬러리 조성물이 연마면에 흡착하는 작용이 작아 연마율이 감소하게 되고, 5 중량% 초과인 경우 과량의 분산제 투입으로 인하여 분산 안정성이 감소하여 응집이 발생하고 이로 인해 마이크로 결함 및 스크래치가 발생하게 된다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물의 pH는 8 내지 11의 범위인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 디싱개선제는, 유기산을 포함하며, STI용 이산화 실리콘 연마 공정에서 실리콘 질화막 정지 시 산화막 필드영역에서의 디싱을 개선시킬 수 있고, 상기 디싱개선제는, 음이온성 고분자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 디싱 개선제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 3; 0.1 중량% 내지 2; 또는 0.1 중량% 내지 1 중량%일 수 있다. 상기 디싱개선제가 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 디싱의 개선 효과를 얻을 수 없고, 3 중량% 초과인 경우 질화막, 산화막에 연마입자가 잔류하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 유기산은, 질화막의 선택성을 향상시켜 디싱을 개선시킬 수 있으며, 예를 들어, 카르복실기(carboxyl group)를 갖는 유기산이며, 보다 구체적으로, 시트르산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 프로피온산(propionic acid), 스테아린산(stearic acid), 피루브산(pyruvic acid), 아세트산(acetic acid), 아세토아세트산(acetoacetic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 말산(malic acid), 말론산(malonic acid), 디메틸마론산, 말레산(maleic acid), 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피메린산, 프탈산(phthalic acid), 트리멜리트산(trimellitic acid), 타르타르산(tartaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 2,2-디메틸글루탈산, 락트산(lactic acid), 이소루신(isoleucine), 글루타르산(glutaric acid), 뷰티르산(butyric acid), 숙신산(succinic acid), 3,3-디에틸숙신산, 아스코르빈산(ascorbic acid), 포름산(Formic Acid), 푸마르산(fumaric acid) 및 아스파라긴산(Aspartic Acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 유기산은, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%; 또는 0.1 내지 1.5 중량% 미만; 또는 0.1 내지 1 중량%일 수 있다. 상기 유기산은, 상기 범위 내에 포함되면, 질화막, 예를 들어, SiN의 선택비를 증가시키고 디싱을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 디싱 개선제는, 음이온성 고분자를 더 포함하고, 상기 음이온성 고분자는, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 아크릴 스티렌 공중합체, 폴리스티렌/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말론산 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 음이온성 고분자는, 2,000 내지 100,000 이하의 중량평균 분자를 가지며, 상기 음이온성 고분자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%; 또는 0.1 중량% 내지 1.5 중량% 미만; 또는 0.1 중량% 내지 1 중량%일 수 있다. 상기 중량평균 분자량 및 질량비 내로 포함되면 디싱 개선제, 예를 들어, 유기산과 슬러리 조성물의 균일한 분산을 유도하면서, 디싱 개선제의 기능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 산화막 연마억제제는, 음이온성 고분자를 포함하고, 아민계 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 음이온성 고분자는 상기 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 상기 아민계 화합물은, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 트리에틸아민, 트리부틸아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 에틸렌트리아민, 디에틸렌트리아민, 부틸렌디아민, 펜타메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 비스(3-아미노프로필)아민, N-이소프로필에틸렌디아민, N-이소프로필-1,3-프로판디아민, 테트라에틸렌펜타아민, N,N'-디메틸-1,3-프로판디아민, 1-디메틸아미노-2-프로필아민, 2,2-디메틸-1,3-프로판디아민, N,N-디메틸-1,3-프로판디아민, N,N,N,N-테트라메틸에틸렌디아민, 1,5-디아미노-3-펜탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-프로판올, 1,3-디아미노-2-프로판올, 3-디메틸아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 2-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-프로판올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노-1-에탄올, 2-에틸아미노-1-에탄올, 1-(디메틸아미노)2-프로판올, N-메틸디에탄올아민, N-프로필디에탄올아민, N-이소프로필디에탄올아민, N-(2-메틸프로필)디에탄올아민, N-n-부틸디에탄올아민, N-t-부틸에탄올아민, N-시아클로헥실디에탄올아민, 2-(디메틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-디프로필아미노에탄올, 2-브틸아미노에틴올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜타놀, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-프로판올, N,N-비스(2-하이드록시프로필)에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄, 트리아이소프로판올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또는, 테트라메틸암모늄히드록시드(TMAH), 테트라에틸암모늄히드록시드(TEAH), 테트라프로필암모늄히드록시드(TPAH) 및 테트라부틸암모늄히드록시드(TBAH)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 질화막 연마억제제는, 음이온성 고분자 및 아민계 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 음이온성 고분자는, 상기 디싱 개선제에서 언급한 바와 같으며, 2,000 내지 100,000 이하의 중량평균 분자량을 갖는 1종 이상의 음이온성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 음이온성 고분자이 100,000 초과인 경우 용해성, 입자 분산 안정성 및 연마 특성을 저하될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 질화막 연마억제제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 질화막 연마억제제가 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만인 경우 질화막에서의 연마 억제 기능이 충분히 발휘되지 않을 수 있고, 10 중량% 초과인 경우 연마율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 아민계 화합물은, 상기 언급한 바와 같고, 산화막 연마 억제제와 상이한 아민계 화합물을 포함하고, 예를 들어, 산화막 연마 억제제에 비하여 높은 분자량을 갖는 아민계 화합물을 적용할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 첨가제 조성물의 pH는, 5 내지 8의 범위인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH는 5 내지 8의 범위인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 연마입자 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물, 상기 첨가제 조성물 및 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 적어도 하나 이상은, pH 조절제의 첨가에 의해 pH를 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 pH조절제는, 잔량으로 포함되고, 질산, 염산, 인산, 황산, 불산, 브롬산, 요오드산 및 그의 염로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 산성 물질; 및 암모니아, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 모노에탄올아민, 암모늄메틸프로판올(AMP, ammonium methyl propanol), TMAH, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화루비듐, 수산화암모늄, 수산화세슘, 탄산수소나트륨, 탄산나트륨 및 이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 염기성 물질;로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 염기성 물질 중 아민계 화합물을 pH조절제로 적용 시 상기 산화물 및/또는 질화물 연마 억제제 보다 낮은 분자량의 아민계 화합물이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 산화막 : 질화막의 연마 선택비가 20 : 1 내지 50 : 1인 것일 수 있다. 상기 산화막 연마율이 1,000 Å/min 내지 3000 Å/min; 또는 2,000 Å/min 내지 3000 Å/min이고, 상기 질화막 연마율이 120 Å/min 이하인 것일 수 있다. 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은 상기 음이온성 고분자를 포함하는 질화막 연마억제제를 포함함으로써, 질화막의 표면에서 연마를 억제하게 되므로 연마속도가 현저히 느려짐에 따라 질화막 자동연마 정지 기능을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 질화막을 연마한 후에 디싱 발생량이 100 Å 이하인 것일 수 있다. 상기 STI 공정에서, 디싱 발생량을 줄여 반도체 소자의 성능 또는 신뢰성 향상에 기여할 수 있다. 상기 디싱 발생량은 상기 연마 방법을 진행한 후에 연마된 산화막과 질화막의 단차로 정의될 수 있으며, Profiler(제조사 KLA Tencor, Model P10) 장비를 사용하여 연마된 패턴 웨이퍼 표면을 스캐닝 하여 단차를 측정하며, 모니터링 박스(Monitoring box)에 대한 원자현미경(atomic force microscope; AFM) 분석을 통해, 산화막과 질화막의 프로파일(profile)을 측정하여 산출 가능하다. 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리 공정뿐만 아니라, 기타 반도체 소자의 층간 절연막(Inter Layer Dielectric; ILD) 형성 공정 등의 다양한 공정에 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예
1 내지
실시예
8
하기의 표 1과 같이, 2차 연마입자 평균 크기가 120 nm 내지 170 nm (Malvern size)이고 고상법으로 제조된 세리아 연마입자 3 중량%와 디싱 개선제, 질화막 연마 억제제 및 산화막 연마 억제제를 초순수와 혼합하여 pH 조절제를 첨가하여 pH 5 내지 6의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
중량% | 실시예 | 비교예 | ||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 1 | 2 | 3 | ||
슬러리 |
세리아 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
분산제 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
디싱 개선제 |
시트르산 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 3 | 0.1 | |
옥살산 | 0.1 | |||||||||||
말산 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |||||||||
이소루신 | 0.1 | |||||||||||
산화막 연마 억제제 | 폴리아크릴산 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | ||
폴리아크릴산* | 0.1 | |||||||||||
폴리아크릴산** | 0.1 | |||||||||||
TMEDA | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | ||
질화막 연마 억제제 | 폴리아크릴산 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
TEA(ethanol) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | |||||
TEA (ethyl) |
0.1 | |||||||||||
TMAH | 0.1 | |||||||||||
NH4OH | 0.1 |
(1) 분산제: A-550, Lion 社, Copolymer of acrylate and maleate)
(2) 폴리아크릴산: PolyScience 社의 중량평균 분자량 3,000
폴리아크릴산* : 중량평균 분자량 5000
폴리아크릴산**: 중량평균 분자량 2000
(3) pH 조절제: 테트라메틸암모늄 하이드록사이드
(4) TMEDA: 테트라메틸에틸렌디아민
(5) TEA(ethanol): 트리에탄올아민
(6) TEA (ethyl): 트리에틸아민
(7) TMAH: 테트라메틸암모늄히드록시드
비교예
1 내지 3
하기의 표 1에 제시한 성분 및 함량으로 초순수와 혼합하여 pH 조절제(테트라메틸암모늄 하이드록사이드)를 첨가하여 pH 5 내지 6의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[연마 조건]
1. 연마기: AP-300 (300 mm, CTS 社)
2. 패드: K7 (Rohm&Hass 社)
3. 연마 대상: HDP(8,000 Å), Nitride(2,500 Å), STI Pattern(2,000 Å)
3. 연마 시간: 60 sec
4. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 67
5. 스핀들 RPM (Carrier RPM): 73
6. 웨이퍼 압력: 3.6 psi
7. Flow Rate(mL/min): 200
7. 유량 (Flow rate): 200 ml/min
8. 사용된 웨이퍼: HDP 블랭킷 웨이퍼(8000 Å), Nitride 블랭킷 웨이퍼(2500 Å), STI 패턴 웨이퍼 (필드 산화막(Field Oxide) 1500 Å, 라인 산화막(Line Oxide) 500 Å, 질화막(Nitride) 800 Å)
하기 표 2는, 실시예 1 내지 8의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 및 비교예 1 내지 3의 슬러리 조성물을 이용하여 블랭킷 웨이퍼 연마 후 디싱개선제, 산화막 및 질화막 연마 억제제의 성분 및 함량에 따른 질화막 연마 성능(산화막 연마율, 질화막 연마율 및 선택비)을 나타낸 것이다.
실시예 | 비교예 | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 1 | 2 | 3 | ||
Blanket Removal Rate (Å/min) |
Oxide | 2452 | 2890 | 2140 | 2985 | 2479 | 2827 | 2876 | 2763 | 2747 | 2450 | 2450 |
Nitride | 110 | 120 | 103 | 110 | 104 | 113 | 103 | 93 | 144 | 150 | 130 | |
선택도 | 22 | 24 | 21 | 27 | 24 | 25 | 28 | 30 | 19 | 16 | 18 |
하기의 표 3은, 본 발명의 비교예의 슬러리 조성물, 실시예 1 및 3의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 이용한 패턴 웨이퍼 연마 후 디싱 및 질화막 스큐(skew)를 나타낸 것이다. 질화막 스큐(skew)는 패턴 웨이퍼를 과연마(overpolishing) 하였을 때 패턴 웨이퍼에서 질화막이 연마된 양에 대한 값을 나타낸다.
실시예 | 비교예 | ||||||
1 | 2 | 3 | 7 | 8 | 1 | ||
STI Pattern Dishing & SIN Skew | Dishing | 140 | 114 | 102 | 99 | 92 | 135 |
SiN Skew | 19 | 21 | 23 | 17 | 12 | 40 |
표 2 내지 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 8의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 비교예 1 내지 3 에 비하여 산화물에 대한 연마 성능 및 질화물에 대한 선택도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3, 7 및 8의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 비교예 1에 비하여 20 % 이상 디싱이 개선되고, 50 %의 질화막 스큐(skew)가 감소된 것을 확인할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예 8의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 이용하면 질화막에 대한 선택도가 우수하면서 이와 동시에 디싱 발생량 및 질화막 스큐가 크게 감소하는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (17)
- 연마입자 및 분산제를 포함하는 슬러리 조성물; 및
디싱개선제, 질화막 연마억제제 및 산화막 연마억제제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 첨가제 조성물;
을 포함하는,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 금속산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 5 nm 내지 100 nm의 1차 입자 및 10 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 분산제는, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 폴리말레산, 폴리말레산 암모늄염, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 암모늄 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체, 폴리아크릴산/말레산 공중합체, 폴리술폰산/아크릴아마이드 공중합체, 폴리술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리비닐술폰산, 폴리아크릴아미드메틸프로판술폰산, 폴리-α-메틸스티렌술폰산, 폴리-ρ-메틸스티렌술폰산, 폴리아크릴산/스티렌 공중합체 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 분산제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산은, 시트르산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 프로피온산(propionic acid), 스테아린산(stearic acid), 피루브산(pyruvic acid), 아세트산(acetic acid), 아세토아세트산(acetoacetic acid), 글리옥실산(glyoxylic acid), 말산(malic acid), 말론산(malonic acid), 디메틸마론산, 말레산(maleic acid), 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 2-메틸아디프산, 트리메틸아디프산, 피메린산, 프탈산(phthalic acid), 트리멜리트산(trimellitic acid), 타르타르산(tartaric acid), 글리콜산(glycollic acid), 2,2-디메틸글루탈산, 락트산(lactic acid), 이소루신(isoleucine), 글루타르산(glutaric acid), 뷰티르산(butyric acid), 숙신산(succinic acid), 3,3-디에틸숙신산 및 아스코르빈산(ascorbic acid)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유기산은, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 디싱 개선제는, 음이온성 고분자를 더 포함하고,
상기 음이온성 고분자는, 폴리메타크릴산, 폴리메타크릴산 암모늄염, 폴리아크릴 말레익산, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 암모늄염, 아크릴 스티렌 공중합체, 폴리스티렌/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체, 폴리아크릴산/술폰산 공중합체 및 폴리아크릴산/말론산 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 음이온성 고분자를 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 음이온성 고분자는, 2,000 내지 100,000의 중량평균 분자량을 갖는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 음이온성 고분자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 질화막 연마억제제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 아민계 화합물은, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 트리에틸아민, 트리부틸아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 에틸렌트리아민, 디에틸렌트리아민, 부틸렌디아민, 펜타메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 비스(3-아미노프로필)아민, N-이소프로필에틸렌디아민, N-이소프로필-1,3-프로판디아민, 테트라에틸렌펜타아민, N,N'-디메틸-1,3-프로판디아민, 1-디메틸아미노-2-프로필아민, 2,2-디메틸-1,3-프로판디아민, N,N-디메틸-1,3-프로판디아민, N,N,N,N-테트라메틸에틸렌디아민, 1,5-디아미노-3-펜탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-디메틸아미노-2-프로판올, 1,3-디아미노-2-프로판올, 3-디메틸아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 2-디메틸아미노-1-프로판올, 2-디에틸아미노-1-프로판올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노-1-에탄올, 2-에틸아미노-1-에탄올, 1-(디메틸아미노)2-프로판올, N-메틸디에탄올아민, N-프로필디에탄올아민, N-이소프로필디에탄올아민, N-(2-메틸프로필)디에탄올아민, N-n-부틸디에탄올아민, N-t-부틸에탄올아민, N-시아클로헥실디에탄올아민, 2-(디메틸아미노)에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 2-디프로필아미노에탄올, 2-브틸아미노에틴올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜타놀, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-하이드록시에틸)아미노]-2-프로판올, N,N-비스(2-하이드록시프로필)에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 및 트리아이소프로판올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 산화막 연마억제제는, 아민계 화합물을 더 포함하고,
상기 산화막 연마억제제는, 상기 질화막 연마억제제보다 작은 분자량을 갖는 아민계 화합물을 포함하는 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 9의 범위인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
산화막 : 질화막의 연마 선택비가 20 : 1 내지 50 : 1인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 질화막을 연마한 후에 디싱 발생량이 120 Å 이하인 것인, STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
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---|---|---|---|
KR1020170172157A KR20190071268A (ko) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Sti 공정용 연마 슬러리 조성물 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4237501A4 (en) * | 2020-10-29 | 2024-04-17 | Fujifilm Electronic Mat Usa Inc | POLISHING COMPOSITIONS AND METHODS OF USING THE SAME |
-
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