KR20200025542A - 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%; 아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 유기산인 제 2 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및 둘 이상의 히드록시기들을 포함하는 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%를 포함하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 연마 속도를 희생하지 않으면서도 실리콘 질화물-실리콘 산화물 연마 선택비가 우수하고 디싱 현상이 효과적으로 억제되는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에서, 기판 상에 형성된 막들 사이의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정이 널리 활용되고 있다. 연마 입자를 포함하는 슬러리 조성물을 기판과 연마 패드 사이에 개재시켜 상기 기판 상에 형성된 막들을 평탄화할 수 있다. 그런데, 연마 속도, 연마 선택도, 디싱(dishing) 억제의 관점에서 상기 슬러리 조성물을 개선할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연마 속도를 희생하지 않으면서도 실리콘 질화물-실리콘 산화물 연마 선택비가 우수하고 디싱 현상이 효과적으로 억제되는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%; 아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 유기산인 제 2 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및 둘 이상의 히드록시기들을 포함하는 비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%를 포함하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%; 아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및 둘 이상의 히드록시기들을 포함하는 비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%를 포함하고, pH가 약 2 내지 약 6인 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양은 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%; 아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및 비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%를 포함하고, 상기 다가 알코올은 탄소수 4 내지 20의 탄화수소로서 히드록시기를 4개 내지 14개 포함하는 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따른 CMP용 슬러리 조성물을 사용하면 물질막의 연마 속도를 희생하지 않으면서도 실리콘 질화물-실리콘 산화물 연마 선택비가 우수하고 디싱 현상이 효과적으로 억제되는 효과가 있다. 또한 콜로이드 연마 입자를 사용하기 때문에 스크래치가 적은 고품질의 표면을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 화학적 기계적 연마를 수행할 수 있는 연마 장치를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 패턴 제거 시험을 위한 시편의 제조와 시험 방법을 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 예시적인 일 실시예에 따른 막 연마 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a 내지 도 2c는 패턴 제거 시험을 위한 시편의 제조와 시험 방법을 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 예시적인 일 실시예에 따른 막 연마 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
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 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물을 제공한다.
상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%, 아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%, 유기산인 제 2 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%, 및 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%을 포함할 수 있다.
연마 입자
상기 연마 입자는 금속의 산화물, 금속의 질화물 또는 금속의 산질화물 등일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 특히, 상기 금속은 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 세륨(Ce), 지르코늄(Zr), 저머늄(Ge), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 및 티타늄(Ti)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 연마 입자는 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 연마 입자는 세리아, 특히 콜로이드로부터 합성된 콜로이드 세리아(colloidal ceria)일 수 있다.
상기 연마 입자의 1차 입자 사이즈는 5 nm 내지 150 nm의 평균 입경을 지닐수 있고, 2차 입자 사이즈는 30 nm 내지 300 nm의 평균 입경을 지닐 수 있다. 상기 연마 입자의 평균 입경의 측정은, 주사전자현미경 분석, BET 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값이다. 상기 1차 입자의 크기에 있어서, 입자 균일성을 확보하기 위해서 150 nm 이하일 수 있고, 5 nm 미만인 경우에는 연마율이 저하될 수 있다. 상기 2차 입자의 크기가 30 nm 미만인 경우 밀링으로 인하여 작은 입자가 과도하게 발생하면 세정성이 저하될 수 있고, 연마 공정에 이용되는 기판, 웨이퍼 등의 표면에 과량의 결함이 발생할 수 있으며, 300 nm를 초과하는 경우 과잉 연마가 이루어져 선택비 조절이 어려워지고, 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 가능성이 있다. 상기 연마 입자의 '입경'은 각 연마 입자의 가장 먼 두 점 사이의 거리일 수 있으며, 평균 입경은 이러한 입경을 산술평균한 것일 수 있다.
상기 연마입자는 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있다. 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 및 고압 하에서 연마입자를 형성하는 수열합성법 등을 적용하여 제조될수 있다. 액상법으로 제조된 연마입자는 연마입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있다.
상기 연마 입자는 구형, 각형, 침상(針狀) 형상 또는 판상(板狀) 형상을 가질 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물은 상기 연마 입자들을 분산시키기 위한 분산매를 더 포함할 수 있다.
상기 분산매는 상기 연마 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 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 연마 입자의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%일 수 있다. 또는, 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 연마 입자의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.3 중량부 내지 약 8 중량부일 수 있다. 또는, 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 연마 입자의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.5 중량부 내지 약 7 중량부일 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 연마 입자의 함량이 너무 낮으면 연마 속도가 미흡할 수 있다. 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 연마 입자의 함량이 너무 높으면 연마 선택비가 저하되고 연마 품질과 연마 속도의 제어가 어려울 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 연마 입자의 표면은 양전하를 띠도록 유기물 또는 무기물로 코팅될 수 있다.
상기 연마 입자의 표면을 코팅하는 유기물은, 예를 들면, 아미노산, 폴리알킬렌글리콜, 글루코사민류 화합물이 결합된 고분자 다당체, 및 아민기를 포함하는 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
아민 화합물
상기 아민 화합물은, 하나의 분자 내에 둘 이상의 아민기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 화합물일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 아민 화합물은 디아민, 트리아민, 테트라민(tetramines), 펜타민(pentamines), 헥사민(hexamine), 헵타민(heptamine) 등일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 아민 화합물은 탄소수가 2 내지 20이고, 탄소의 주사슬 내에 질소를 적어도 하나 포함하는 아민 화합물일 수 있다.
상기 아민 화합물은, 예를 들면, 스페르민(spermine), 메탄 디아민, 에탄-1,2-디아민, 프로판-1,3-디아민, 부탄-1,4-디아민, 펜탄-1,5-디아민, 헥산-1,6-디아민, 헵탄-1,7-디아민, 옥탄-1,8-디아민, 디에틸렌 트리아민, 디프로필렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민(triethylenetetramine, TETA), 트리프로필렌 테트라민, 테트라에틸렌 펜타민(tetraethylenepentamine, TEPA), 펜타에틸렌 헥사민(pentaethylenehexamine, PEHA), 헥사에틸렌 헵타민, 비스(헥사메틸렌)트리아민, N-(3-아미노프로필)에틸렌디아민, N,N'-비스(3-아미노프로필)에틸렌디아민, N,N'-비스(2-아미노에틸)-1,3-프로판디아민, N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)에틸렌디아민, N-3-아미노프로필-1,3-디아미노프로판, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, N,N,N'-트리스(3-아미노프로필)-1,3-디아미노프로판, 비스-(3-아미노프로필)아민, N,N,N'N'-테트라키스(2-히드록실프로필) 에틸렌디아민, N,N,N',N'-테트라메틸프로판디아민, 디-t-부틸에틸렌디아민, 3,3'-이미노비스(프로필아민), N-메틸-3,3'-이미노비스(프로필아민), N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,3-프로필렌디아민, N,N'-비스(3-아미노프로필)-1,4-부틸렌디아민, N,N'-비스(4-아미노부틸)-1,4-부탄디아민, N,N'-비스(2-아미노에틸)-1,4-부탄디아민, N,N'-비스(2-아미노에틸)에틸렌디아민, 비스(3-아미노프로필)아민, 비스(4-아미노부틸)아민, 비스(5-아미노펜틸)아민, N-(6-아미노헥실)-1,6-헥산디아민, 헥사하이드로-1,3,5-트리아진, N-메틸에틸렌디아민, N-에틸에틸렌디아민, N-프로필에틸렌디아민, N-부틸에틸렌디아민, N-메틸-1,3-디아미노프로판, N-메틸-1,4-디아미노부탄, N-메틸-1,5-디아미노펜탄, N-메틸-1,6-디아미노헥산, N-메틸-1,7-디아미노헵탄, N-메틸-1,8-디아미노옥탄, N-메틸-1,9-디아미노노난, N-메틸-1,10-디아미노데칸, N-메틸-1,11-디아미노운데칸, N-메틸-1,12-디아미노도데칸, 1,3-비스(아미노메틸)시클로헥산, 1,4-비스(아미노메틸)시클로헥산, 피페라진 및 이의 유도체로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
상기 아민 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%일 수 있다. 또는, 상기 아민 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.005 중량% 내지 약 0.5 중량%일 수 있다. 또는, 상기 아민 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%일 수 있다.
상기 아민 화합물은 실리콘 산화물 표면에 디싱(dishing)이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 아민 화합물의 함량이 너무 낮으면 디싱 현상이 과도하게 발생할 수 있다. 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 아민 화합물의 함량이 너무 높으면 조성물의 안정성이 저하될 수 있다.
제 1 양이온성 화합물
상기 제 1 양이온성 화합물은 아미노산 화합물일 수 있으며, 예를 들면, 아르기닌, 라이신, 히스티딘, 아스파르트산, 글루타민산, 아스파라긴, 글루타민, 티로신, 세린, 시스테인, 트레오닌, 글리신, 알라닌, β-알라닌, 프롤린, 트립토판, 메티오닌, 페닐알라닌, 발린, 류신 및 이소류신으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 하지만 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 1 양이온성 화합물은 양전하를 띠는 아민기와 음전하를 띠는 카르복실산을 포함하기 때문에 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물의 표면을 보호하는 역할을 할 수 있다.
상기 제 1 양이온성 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%일 수 있다. 또는, 상기 제 1 양이온성 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.005 중량% 내지 약 0.5 중량%일 수 있다. 또는, 상기 제 1 양이온성 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%일 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 제 1 양이온성 화합물의 함량이 너무 낮으면 연마 정지층의 연마 정지 성능이 저하되어 연마선택성이 열화될 수 있다. 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 제 1 양이온성 화합물의 함량이 너무 높으면 조성물의 안정성이 저하될 수 있다.
제 2 양이온성 화합물
제 2 양이온성 화합물은 유기산일 수 있으며, 상기 CMP용 슬러리 조성물의 pH를 조절하는 역할을 할 수 있다.
상기 제 2 양이온성 화합물은, 예를 들면, 피멜린산(pimelic acid), 말산, 말론산, 말레산, 아세트산, 2,2-디클로로아세트산, 트리플루오로아세트산, 펠라르곤산(pelargonic acid), 발레르산(valeric acid), 에난트산(enanthic acid), 미리스트산(myristic acid), 아젤라산(azelaic acid), 아디프산, 오로트산(orotic acid), 옥살산, 숙신산, 머캅토숙신산, 아르긴산, 타르타르산, 탄산, 신남산, 시트르산, 락트산, 락토바이오산, 글루타르산(glutaric acid), 2-옥소-글루타르산, 글루코헵톤산(glucoheptonic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글루쿠론산(glucuronic acid), 글루탐산, 피로글루탐산, 글리콜산, 포름산, 푸마르산, 팔미트산, 파모산(pamoic acid), 프로피온산, 부티르산, 히드록시부티르산, 아스코르브산, 아스파르트산, 아스파라긴산, 스테아르산, 티오시안산, 이타콘산, 트리카발산, 피루브산, 수베르산, 벤젠설폰산, 벤조산, 4-아세트아미도벤조산, 4-(4-히드록시페닐)벤조산, 페닐아세트산, 페닐렌 디아세트산, 디에틸말론산, 페닐말론산, 페닐렌 디부티르산, p-페닐렌 디카르복실산, 4,4'-디페닐에테르 카르복실산, 1,5-나프탈렌 디카르복실산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 4'-하이드록시-4-바이페닐카르복실산, 나프토산, 1-하이드록시-2-나프토산, 6-하이드록시-1-나프토산, 만델산, 피콜린산, 겐티스산, 니코틴산, 이소니코틴산, 퀴놀린산, 안트라닐산, 푸자르산, 카프르산(capric acid), 카프로산(caproic acid), 카프릴산(caprylic acid), 도데실황산(dodecylsulfuric acid), 캄포르산(camphoric acid), 캄포르-10-설폰산(camphor-10-sulfonic acid), 에탄-1,2-디설폰산, 메탄설폰산, 에탄설폰산, 2-하이드록시에탄설폰산, p-톨루엔설폰산, 나프탈렌-1,5-디설폰산, 나프탈렌-2-설폰산, 프탈산, 이소프탈산, 살리실산, 4-아미노살리실산, 테레프탈산, 라우르산, 뮤신산, 올레산, 사이클라민산(cyclamic acid), 갈락타르산(galactaric acid), 히푸르산(hippuric acid), 글리세로포스포르산(glycerophosphoric acid), 세바스산(sebacic acid), 운데실렌산(undecylenic acid), 멜리트산(mellitic acid), 트리멜리트산(trimellitic acid), 파이로멜리트산(pyromellitic acid), 파이로멜리트산 무수물, 및 피리딘카르복실산으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 그러나 본 발명이 이들 유기산에 한정되는 것은 아니다.
상기 제 2 양이온성 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 pH가 약 2 내지 약 6이 되도록 조절될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 양이온성 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%일 수 있다.
만일 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 제 2 양이온성 화합물의 함량이 너무 많거나 너무 적어서 상기 CMP용 슬러리 조성물의 pH가 너무 낮거나 너무 높으면 연마 속도가 미흡하거나 디싱이 과도하게 발생할 수 있다.
당알코올 화합물
상기 당알코올 화합물은 당류, 특히 단당류 또는 이당류를 환원하여 수득되는 다가 알코올로서 비이온성의 화합물일 수 있다. 상기 당알코올 화합물은 비이온성의 화합물이기 때문에 연마 표면과의 정전기적 반응이 실질적으로 배제될 수 있다. 또한, 상기 당알코올 화합물은 실리콘 질화물 표면의 질소 말단 및/또는 실리콘 산화물 표면의 산소 말단과 수소 결합을 형성할 수 있다.
상기 당알코올 화합물은 히드록시기를 둘 이상 포함하는 다가 알코올일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 당알코올 화합물은 탄소수 4 내지 20의 탄화수소 화합물로서 히드록시기를 4개 내지 14개 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 당알코올 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1]
(여기서, n은 2 내지 12의 정수)
일부 실시예들에 있어서, 상기 당알코올 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
(여기서, n은 2 내지 12의 정수이고, R은 각각 독립적으로 수소이거나 화학식 3의 치환기)
[화학식 3]
일부 실시예들에 있어서, 상기 화학식 2의 화합물이 갖는 다수의 R들(즉, (n+2)개의 R들) 중에서 화학식 3의 치환기인 것은 2개 이하일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 화학식 2의 화합물이 갖는 다수의 R들(즉, (n+2)개의 R들) 중 적어도 하나는 화학식 3의 치환기일 수 있다.
화학식 1에서 보는 바와 같이 상기 당알코올 화합물은 탄소 4개가 연속으로 직쇄 형태로 연결된 C4 모이어티를 적어도 하나 포함할 수 있다. 구체적으로, 하기 화학식 4에 보인 바와 같이 화학식 1 및 화학식 2의 예시적인 화합물들에 있어서, 탄소 4개가 연속으로 직쇄 형태로 연결된 C4 모이어티를 적어도 하나 갖는다(적색 사각형 내부 참조).
[화학식 4]
일부 실시예들에 있어서, 상기 당알코올 화합물은, 예를 들면, 말티톨(maltitol), 락티톨(lactitol), 트레이톨(threitol), 에리트리톨(erythritol), 리비톨(ribitol), 자일리톨(xylitol), 아라비톨(arabitol), 아도니톨(adonitol), 소르비톨(sorbitol)(=글루시톨(glucitol)), 탈리톨(talitol)(=알트리톨(altritol)), 아이소몰트(isomalt), 만니톨(mannitol), 이디톨(iditol), 알로둘시톨(allodulcitol), 둘시톨(dulcitol)(=갈락티톨(galactitol)), 세도헵티톨(sedoheptitol)(=볼레미톨(volemitol)), 및 페르세이톨(perseitol)로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 그러나 본 발명의 당알코올 화합물이 이들에 한정되는 것은 아니다.
위에서 언급한 바와 같이 상기 당알코올 화합물은 비이온성으로서 연마 표면과의 정전기적 반응이 실질적으로 배제되고, 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물 표면과 수소 결합을 이룰 수 있다.
본 발명이 특정 이론에 의하여 한정되는 것은 아니나, 상기 당알코올 화합물과 실리콘 질화물의 질소가 이루는 수소 결합의 강도(약 29 kJ/몰)는 상기 당알코올 화합물과 실리콘 산화물의 산소가 이루는 수소 결합의 강도(약 21 kJ/몰)보다 강하기 때문에 실리콘 질화물의 연마선택비를 개선하는 데 기여할 수 있는 것으로 이해된다.
또한, CMP용 슬러리 조성물의 pH를 2 내지 6으로 조절하면 실리콘 산화물의 제타 전위(zeta potential)은 음의 값을 갖는데, 상기 제 1 양이온성 화합물의 양전하와 상기 당알코올 화합물의 히드록시기가 경쟁적으로 실리콘 산화물에 흡착한다. 그 결과 당알코올 화합물의 히드록시기와 실리콘 산화물 사이에 수소 결합이 다소간 형성되더라도 실리콘 산화물의 연마속도는 희생되지 않는 것으로 추정된다.
즉, 상기 당알코올 화합물은 실리콘 질화물의 표면에 결합되어 상기 제 1 양이온성 화합물 및 아민 화합물과 함께 연마선택성을 높이고, 나아가 실리콘 산화물 표면에 디싱이 발생하는 것을 효과적으로 억제하는 것이 발견되었다.
상기 당알코올 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 1 중량% 내지 약 5 중량%일 수 있다. 또는, 상기 당알코올 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 1.3 중량% 내지 약 4.5 중량%일 수 있다. 또는, 상기 당알코올 화합물의 함량은 상기 CMP용 슬러리 조성물의 전체 중량에 대하여 약 1.5 중량% 내지 약 4.0 중량%일 수 있다.
상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 당알코올 화합물의 함량이 너무 낮으면 연마선택비의 개선에 기여하는 바가 미흡할 수 있다. 상기 CMP용 슬러리 조성물 내의 상기 당알코올 화합물의 함량이 너무 높으면 연마 속도가 과도하게 느려질 수 있다.
기타 본 발명의 실시예들에 따른 CMP용 슬러리 조성물은 계면활성제, 분산안정제, 연마억제제, 평탄화제 등을 더 포함할 수 있다.
계면활성제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 필요에 따라 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제로서는 비이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제 및 양성 계면활성제 중 적절한 것을 선택하여 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 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.001 중량% 내지 0.5 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
분산 안정제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마 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)를 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), 디에틸렌글리콜 올레일 에테르(diethylene glycol oleyl ether), 데카에틸렌 글리콜 올레일 에테르(decaethylene glycol oleyl ether), 데카에틸렌글리콜 옥타데실 에테르(decaethylene glycol octadecyl ether), 노닐페놀 폴리에틸렌글리콜 에테르(nonylphenol polyethylene glycol ether), 에틸렌디아민 테트라키스(에톡시레이트-블록-프로폭시레이트)테트롤 (ethylenediamine tetrakis(ethoxylate-block- propoxylate) tetrol), 에틸렌디아민 테트라키스(프로폭실레이트-블록-에톡시레이트) 테트롤(ethylenediamine tetrakis(propoxylate-block-ethoxylate) tetrol), 폴리에틸렌-블록-폴리(에틸렌글리콜)(polyethylene-block-poly(ethylene glycol)), 폴리옥시에틸렌 이소옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene isooctylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene octylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르(polyoxyethylene tridecyl ether), 폴리옥시에틸렌 솔비탄 테트라올리에이트(polyoxyethylene sorbitan tetraoleate), 폴리옥시에틸렌 솔비톨 헥사올리에이트(polyoxyethylene sorbitol hexaoleate), 폴리에틸렌글리콜 솔비탄 모노라우레이트(polyethylene glycol sorbitan monolaurate), 폴리옥시에틸렌 솔비탄 모놀라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate), 솔비탄 모노팔미테이트(sorbitan monopalmitate), 에프에스-300 비이온성 플루오로서팩턴트(FS-300 nonionic fluorosurfactant), 에프에스엔 비이온성 플루오로서팩턴트(FSN nonionic fluorosurfactant), 에프에스오 비이온성 에톡실레이티드 플루오로서팩턴트(FSO nonionic ethoxylated fluorosurfactant), 비닐 피롤리돈(vinyl pyrrolidone), 2,4,7,9,-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 에톡실레이트(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 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
연마 억제제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 필요에 따라 연마 억제제를 더 포함할 수 있다.
상기 연마 억제제의 비한정적인 예는 질소 함유 화합물, 예를 들어, 아민 및 저분자량의 질소 함유 헤테로사이클릭 화합물, 예컨대 벤조트리아졸, 1,2,3-트리아졸, 또는 1,2,4-트리아졸을 포함할 수 있다.
상기 연마 억제제는 상기 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
평탄화제
상기 CMP용 슬러리 조성물은 필요에 따라 피연마 표면의 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 CMP용 슬러리 조성물에 약 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도의 혼합비로 혼합될 수 있다.
이하, 구체적인 실험예 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.
탈이온수 내에 콜로이드 세리아(colloidal ceria), 제 1 양이온성 화합물, 아민 화합물, 및 당알코올 화합물을 하기 표 1과 같은 배합비로 혼합한 후 pH가 3이 되도록 옥살산을 첨가하였다. 콜로이드 세리아의 함량은 4 중량%로서 일정하게 하였다.
[표 1]
표 1과 같은 배합비로 조제된 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 연마 실험을 수행하였다.
비패턴 제거 속도를 시험하기 위한 시편들은 실리콘 기판 위에 실리콘 산화물(Si oxide)과 실리콘 질화물(Si nitride)이 형성된 시편을 사용하였다. 연마 전후의 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물의 두께 변화를 측정하고 제거 속도(removal rate)를 계산하여 하기 표 2에 정리하였다.
패턴 제거 시험을 위한 시편들은 100㎛ 실리콘 산화물과 100㎛ 실리콘 질화물이 라인/스페이스 형태로 교대로 형성된 시편, 및 90㎛ 실리콘 산화물과 10㎛ 실리콘 질화물이 라인/스페이스 형태로 교대로 형성된 시편이 사용되었다.
도 2a 내지 도 2c는 패턴 제거 시험을 위한 시편의 제조와 시험 방법을 나타낸 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 실리콘 기판(20) 상에 제 1 폭(W1)을 갖는 실리콘 질화물의 라인 패턴들(21)을 제 2 폭(W2)의 간격을 두고 형성한다. 상기 실리콘 질화물의 라인 패턴들(21)은 제 1 높이(H1)을 갖는다. 그리고 그 위에 실리콘 산화물층(23)을 제 2 높이(H2)를 갖도록 형성할 수 있다.
본 시험에서 제 1 높이(H1)는 1000 옹스트롬이고, 제 2 높이(H2)는 2000 옹스트롬이었다. 또, 제 1 폭(W1)과 제 2 폭(W2)이 각각 100㎛인 시편(100㎛/100㎛)과 제 1 폭(W1)과 제 2 폭(W2)이 각각 10㎛, 90㎛인 시편(10㎛/90㎛)을 각각 제조하였다.
도 2b를 참조하면, 초기 단차를 제거하기 위하여 상기 실리콘 산화물층(23)의 상부를 일부 제거하여 상기 실리콘 산화물층(23b)의 높이(H2b)가 대략 1300 옹스트롬이 되도록 하였다.
도 2c를 참조하면, 상기 실험예들 및 비교예들에 따른 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 연마를 수행하였다.
연마 장비로는 AP-300(CTS사 제품)을 이용하였고, 60초 동안 테이블 RPM은 47, 스핀들 RPM은 53으로 조정하였다. 슬러리 조성물의 공급 유속은 300 ml/분으로 하였고, 패드에 가해지는 압력은 4.0 psi였다.
그 결과 실리콘 질화물의 라인 패턴들(21c)의 상부는 높이(H1c)에 대응하는 만큼의 손실이 발생하였다. 한편 실리콘 산화물층(23c)은 상기 라인 패턴들(21c)의 상부가 노출된 이후에도 다소간 과잉 연마(over-polishing)되어 약간의 디싱과 함께 잔여 높이(H2c)를 갖는 실리콘 산화물층(23c)이 얻어졌다.
100㎛/100㎛ 시편에 대한 높이 H1c(①), H2c(②), 및 10㎛/90㎛ 시편에 대한 H2c(③)를 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
[표 2]
상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 CMP용 슬러리 조성물들은 대체로 양호한 제거 속도 및 디싱 억제 효과를 얻을 수 있었다. 반면, 당알코올 화합물을 포함하지 않는 경우(비교예 1, 비교예 5) 및 당알코올 화합물(솔비톨)을 포함하더라도 함량이 너무 낮은 경우(비교예 2)는 디싱이 과도하게 일어나 잔여 산화물의 높이가 상당히 낮은 것이 관찰되었다.
또 당알코올 화합물(솔비톨)을 과도하게 많이 포함하는 경우(비교예 3)는 비패턴 제거 속도 시험 결과 연마선택비가 현저히 나빠졌고 제거 속도도 과도하게 느려졌다. 비교예 3의 경우에는 물질막의 제거 속도가 지나치게 느리기 때문에 패턴 제거 시험은 수행하지 않았다.
막 연마 방법
도 3a 내지 도 3g는 예시적인 일 실시예에 따른 막 연마 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 예를 들면, 도 3a 내지 도 3g는 위에서 설명한 예시적인 실시예들에 따른 CMP용 슬러리 조성물을 활용한 STI(shallow trench insulation) 공정을 도시하고 있다.
도 3a를 참조하면, 기판(200) 상에 패드 산화막(210) 및 마스크 막(220)을 형성할 수 있다.
기판(200)으로서 실리콘 기판, 게르마늄 기판 또는 실리콘-게르마늄 기판과 같은 반도체 기판, 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판 등이 사용될 수 있다. 기판(200)은 InP, GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 III-V족 화합물을 포함할 수도 있다. 한편, 도시하지는 않았으나, 기판(200) 상부에 p형 혹은 n형 불순물을 주입하여 웰(well)을 형성할 수도 있다.
기판(200)은 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)으로 구분될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기판(200)의 제1 영역(I)은 메모리 소자, 로직 소자 등이 형성되는 소자 영역으로 할당될 수 있다. 기판(200)의 제2 영역(II)은 주변 회로 영역으로 할당될 수 있다.
패드 산화막(210) 및 마스크막(220)은 각각 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 패드 산화막(210) 및 마스크막(220)은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition: CVD) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정, 원자층 증착(atomic layer deposition: ALD) 공정 등과 같은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 패드 산화막(210)은 기판(200) 상면에 대한 열 산화 공정 등을 통해 형성될 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 기판(200) 상부를 식각하여 트렌치들(230, 235)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 포토리소그래피 공정을 통해 마스크 막(220) 및 패드 산화막(210)을 부분적으로 제거하여 마스크 패턴(225) 및 패드 산화막 패턴(215)을 형성할 수 있다. 마스크 패턴(225) 및 패드 산화막 패턴(215)을 식각 마스크로 사용한 STI 공정을 통해 기판(200) 상부를 제거하여 제1 트렌치(230) 및 제2 트렌치(235)를 형성할 수 있다.
제1 트렌치(230) 및 제2 트렌치(235)는 각각 기판(200)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 주변 회로 영역에 형성되는 제2 트렌치(235)는 상기 소자 영역에 형성되는 제1 트렌치(230) 보다 큰 너비로 형성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 있어서, 기판(200)의 단위 면적 대비 트렌치들(230, 235)의 총 면적 비율로 정의되는 패턴 밀도는 약 5% 내지 약 10% 범위일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 트렌치들(230, 235)의 측벽 상에 라이너를 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 예를 들면 열 산화 공정을 통해 제1 및 제2 트렌치들(230, 235)의 노출된 측벽 상에 제1 라이너(240)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 라이너(240)는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
이후, 제1 라이너(240), 패드 산화막 패턴(215) 및 마스크 패턴(225)의 표면들을 따라 컨포멀하게 제2 라이너(245)를 형성할 수 있다. 제2 라이너(245)는 실리콘 질화물을 포함하도록, 예를 들면 CVD 공정, ALD 공정 등을 통해 형성될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 제2 라이너(245) 상에 제1 및 제2 트렌치들(230, 235)을 충분히 채우는 소자 분리막(250)을 형성할 수 있다. 소자 분리막(250)은 피이오엑스(plasma enhanced oxide: PEOX), 테오스(tetraethyl orthosilicate: TEOS), 에프오엑스(flowable oxide: FOX)와 같은 실리콘 산화물 계열 물질을 사용하여 CVD 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 3e를 참조하면, 위에서 설명한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 CMP 슬러리 조성물을 사용하여 소자 분리막(250) 상부를 평탄화할 수 있다. 예를 들면, 상기 CMP 슬러리 조성물을 사용한 CMP 공정을 통해 제2 라이너(245) 또는 마스크 패턴(225)을 연마 정지막으로 사용하여 소자 분리막(250)의 상부를 제거할 수 있다.
이에 따라, 소자 분리막(250)은 제1 영역(I)에서 제1 트렌치(230)를 채우는 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 영역(II)에서 제2 트렌치(235)를 채우는 제2 소자 분리막(255b)로 구분될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%; 아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및 둘 이상의 히드록시기들을 포함하는 비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%를 포함할 수 있다. 또한 상기 CMP용 슬러리 조성물은 pH를 조절하기 위한 유기산을 제 2 양이온성 화합물로서 더 포함할 수 있다.
상기 연마 입자는 표면이 양전하를 띠도록 분산 처리된 콜로이드 연마 입자일 수 있으며, 약 2 내지 약 6의 pH 범위에서 실리콘 산화물을 비교적 신속하게 제거하면서도 스크래치가 적은 고품질의 표면을 얻을 수 있다.
또한, 단당류나 이당류와 같은 당을 환원시켜 얻은 당 알코올 화합물은 비이온성을 띠기 때문에 실리콘 질화물 표면과 수소 결합을 이루어 연마 선택비를 개선시킬 수 있다.
또한, 제1 양이온성 화합물이 실리콘 산화물의 표면에 부착되어 연마 속도를 조절함으로써 실리콘 산화물에 디싱이 발생하는 현상이 억제될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제 1 양이온성 화합물, 아민 화합물, 및 비이온성의 당 알코올 화합물의 상호작용에 의해 상기 CMP용 슬러리 조성물은 높은 질화막 대비 산화막의 연마 선택비, 및 산화막의 낮은 디싱 발생의 효과를 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 패턴 너비(예를 들면, 트렌치의 너비)가 상대적으로 넓은 제2 영역(II)에서도 디싱 발생이 억제되어 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 실질적으로 서로 균일한 상면을 갖는 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)의 상기 상면들은 마스크 패턴(225)의 상면과 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다.
도 3f를 참조하면, 예를 들면 에치-백(etch-back) 공정 또는 추가적인 CMP 공정을 통해 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)의 상부를 제거할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)의 상면들은 패드 산화막 패턴(215)의 상면과 동일 평면 상에 위치할 수 있다.
도 3g를 참조하면, 제2 라이너(245)의 상부, 하드 마스크 패턴(225) 및 패드 산화막 패턴(215)을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)이 기판(200) 상면이 노출될 때까지 추가적으로 연마 또는 평탄화될 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 트렌치(230, 235) 내에는 제1 라이너(240) 및 제2 라이너 패턴(247)이 잔류하며 실질적으로 기판(200)의 상기 상면과 동일한 평면 상에 위치하는 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 연마용 조성물을 사용하여 산화막(예를 들면, 소자 분리막(250))의 디싱을 억제하면서 연마 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 도 3f 및 도 3g를 참조로 설명한 후속 공정 시, 제1 소자 분리막(255a) 및 제2 소자 분리막(255b)의 연마 콘트롤이 가능해지며, 신뢰성 있는 소자 분리 공정이 구현될 수 있다.
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
112: 외측 연마 층 114: 후면층
120: 플래튼 121: 모터
125: 중심 축 130: 슬러리 포트
132: 연마제 140: 캐리어 헤드
142: 리테이닝 링 150: 지지 구조물
152: 구동 축 160: 연마 패드 컨디셔너
190: 컨트롤러
112: 외측 연마 층 114: 후면층
120: 플래튼 121: 모터
125: 중심 축 130: 슬러리 포트
132: 연마제 140: 캐리어 헤드
142: 리테이닝 링 150: 지지 구조물
152: 구동 축 160: 연마 패드 컨디셔너
190: 컨트롤러
Claims (10)
- 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%;
아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%;
아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%;
유기산인 제 2 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및
둘 이상의 히드록시기들을 포함하는 비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%;
를 포함하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 다가 알코올은 당(sugar)을 환원시켜서 얻어진 당 알코올 화합물인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물. - 제 2 항에 있어서,
상기 다가 알코올은 말티톨(maltitol), 락티톨(lactitol), 트레이톨(threitol), 에리트리톨(erythritol), 리비톨(ribitol), 자일리톨(xylitol), 아라비톨(arabitol), 아도니톨(adonitol), 소르비톨(sorbitol), 탈리톨(talitol), 아이소몰트(isomalt), 만니톨(mannitol), 이디톨(iditol), 알로둘시톨(allodulcitol), 둘시톨(dulcitol), 세도헵티톨(sedoheptitol), 및 페르세이톨(perseitol)로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 연마 입자는 콜로이드 세리아인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물. - 제 1 항에 있어서,
pH가 약 2 내지 약 6인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물. - 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%;
아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%;
아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및
둘 이상의 히드록시기들을 포함하는 비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%;
를 포함하고,
pH가 약 2 내지 약 6인 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물. - 연마 입자 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%;
아민 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%;
아미노산인 제 1 양이온성 화합물 약 0.001 중량% 내지 약 1 중량%; 및
비이온성의 다가 알코올 약 1 중량% 내지 약 5 중량%;
를 포함하고,
상기 다가 알코올은 탄소수 4 내지 20의 탄화수소로서 히드록시기를 4개 내지 14개 포함하는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)용 슬러리 조성물. - 제 9 항에 있어서,
상기 다가 알코올은 적어도 탄소 4개가 직쇄형으로 연결된 C4 모이어티를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
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