KR20200053213A - Ild 연마공정 또는 sti 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법 - Google Patents

Ild 연마공정 또는 sti 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법 Download PDF

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Abstract

ILD 연마공정 또는 STI 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법이 개시된다.
상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 탈이온수의 함량에 따라 다른 연마특성을 지니며, 탈이온수 함량이 낮은 경우, 높은 단차제거력 및 자동 정지(Auto Stop) 기능 구현을 통해 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 적용이 가능하며, 탈이온수 함량이 높은 경우, 높은 산화막 제거력 및 높은 산화막 대 질화막 선택 비, 트렌치부(Trench) 필드 산화막 부동화(Passivation) 효과를 통해 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정 적용이 가능한 효과가 있다.

Description

ILD 연마공정 또는 STI 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SLURRY COMPOSITION FOR ILD POLISHING PROCESS OR STI POLISHING PROCESS AND POLISHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 ILD 연마공정 또는 STI 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고집적화 및 고성능화에 따라 배선 패턴의 선　폭은 더욱 미세해지고 구조는 점점 다층화되는 추세이다. 포토리소그래피(photolithography)의 정밀도 향상을 위해서 각 공정에서의 층간 평탄도가 매우 중요한 요소로 작용하고 있다. 이러한 평탄화 기술로서 현재 가장 각광받고 있는 것이 CMP　공정이며, CMP 공정은 연마 대상 물질에 따라 산화막(oxide) CMP　공정, 금속(metal) CMP　공정, 폴리실리콘(poly -Si) CMP　공정 등으로 분류되기도 한다.
산화막을 연마하는　CMP 공정이 적용되는 반도체 공정으로는　대표적으로 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정과 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정을 들 수 있다. ILD 연마공정은 층간 절연을 위해 과량으로 성막된 실리콘 산화막(SiO2)을 제거하기 위한 공정이고, STI 연마공정은 칩(Chip)간 절연을 위해 트렌치(trench)를 형성하여 소자 분리를 수행하는 공정이다.
기존 반도체 공정에서 CMP 공정을 진행할 경우 피 연마 공정 별로 사용하는 슬러리 및 첨가제가 각기 상이하였다. 즉, STI 연마공정의 경우 일반적으로 연마 정지막으로서 질화막(Si3N4)을 사용하며, 상기 연마 정지막으로 인해 트렌치(trench) 부의 산화막 손실을 막는다. 반면, ILD 연마공정의 경우 일반적으로 연마정지 막이 따로 없으며, 피 연마 대상인 산화막(SiO2)의 단차(Step height)가 제거되어 평탄화가 진행되면 자동적으로 연마가 정지되게 된다. 따라서, STI 연마공정에 ILD 연마공정용 슬러리를 사용할 경우 피 연마 대상인 산화막이 효과적으로 제거되지 않을 가능성이 높고, 질화막 대비 산화막의 낮은 선택비로 인해 연마 공정 중 연마 정지막인 질화막의 무너짐(Erosion) 이 발생하여 소자의 손실을 가져올 가능성이 있다. 반대로 ILD 공정에 STI용 슬러리를 사용할 경우 자동 정지 기능이 구현되지 않아 목표한 연마정지 위치를 넘어 과 연마가 발생할 가능성이 높으며 이로 인해 소자의 손실을 가져올 수 있다. 따라서 공정 별로 다른 종류의 슬러리를 사용하여야 하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 불편함을 해소하기 위해 연구하던 중 신규한 연마슬러리 조성물의 탈이온수의 함량을 조절함에 따라 상기 연마슬러리 조성물을 ILD 연마공정 또는 STI 연마공정에 각각 적용할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허 제 10-0600599호는 저장안정성이 강화된 CMP슬러리에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 ILD 연마공정 또는 STI 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용한 연마방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
연마재; 분산제; pH 조절제; 연마 첨가제; 및 탈이온수;를 포함하고, 상기 탈이온수의 함량에 따라 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용 가능한 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
상기 연마재는 금속산화물인 것일 수 있다.
상기 금속산화물은 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 티타니아(TiO2), 게르마니아(GeO2) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 분산제는 아르기닌, 히스티딘, 라이신, 아스파르트산, 글루탐산, 세린, 트레오닌, 아스파라진, 글루타민, 글라이신, 프롤린, 알라닌, 발린, 아이소류신, 류신, 페닐알라닌, 베타인 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마 첨가제는 양이온 성 고분자; 양이온 성 화합물; 비이온성 계면활성제; 및 연마가속제를 포함하는 것일 수 있다.
상기 양이온 성 고분자는 폴리 아크릴아미드-디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(P(AAm-co-DADMAC)), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(Poly(DADMAC)), 폴리아크릴아미드(PAAM)및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 양이온 성 화합물은 a) 한 분자 내에 두 개 이상의 질소 원자를 포함하고, b) 각 질소 원자들은 단일결합의 (C2~C3)알킬렌으로 연결되어 결합 축을 따라 회전이 가능하며, c) 각 질소 원자 1개 당 직접 결합된 탄소원자의 평균 수(C/N avg.)가 2 내지 3인 유기 아민 화합물, 그의 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 비이온성 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐알코올, 글리세린, 폴리글리세린, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마가속제는 다당류 화합물, 폴리올 화합물 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 연마재; 분산제; pH 조절제; 및 연마 첨가제;와 상기 탈이온수의 함량의 중량비율이 1:1 내지 3인 경우 상기 화학적 기계적 연마 슬러리는 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정에 사용되는 것일 수 있다.
상기 연마재; 분산제; pH 조절제; 및 연마 첨가제;와 상기 탈이온수의 함량의 중량비율이 1:5 내지 10인 경우 상기 화학적 기계적 연마 슬러리는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용되는 것일 수 있다.
상기 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정은 오목부와 볼록부를 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것이고, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물로 상기 패턴 웨이퍼를 연마 시, 오목부와 볼록부의 연마속도의 비율은 1:30 내지 40인 것일 수 있다.
상기 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 질화막에 대한 산화막의 선택비는 30 내지 50인 것일 수 있다.
상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 2주 이상의 슬러리 숙성(aging) 이후에도 슬러리 숙성(aging) 이전의 특성을 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은,
상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마방법을 제공한다.
본 발명의 슬러리 조성물의 경우 탈이온수의 함량에 따라 다른 연마특성을 지니며, 이에 따라 1종의 슬러리를 통해 2가지 공정을 진행하는 것이 가능하다. 즉, 탈이온수 함량이 낮은 경우, 높은 단차제거력 및 자동 정지 기능 구현을 통해 ILD 연마공정에 적용이 가능하며, 탈이온수 함량이 높은 경우, 높은 산화막 제거력 및 높은 산화막 대 질화막 선택 비, 트렌치부(Trench) 필드 산화막 부동화(Passivation) 효과를 통해 STI 연마공정에 적용이 가능하다. 또한, 우수한 분산성을 가지기 때문에 1액형으로 사용이 가능하며, 보관성이 향상된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ILD 연마공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 STI 연마공정을 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은,
연마재; 분산제; pH 조절제; 연마 첨가제; 및 탈이온수를 포함하고, 상기 탈이온수의 함량에 따라 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용 가능한 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 도 1 및 도 2를 참고하여 상세히 설명한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정은 도 1에서 나타낸 바와 같이 같이 층간 절연을 위해 과량으로 성막된 실리콘 산화막(SiO2)을 제거하기 위한 공정이다. 반면, STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정은 칩(Chip)간 절연을 위해 트렌치(trench)를 형성하여 소자 분리를 수행하는 공정이며, 따라서 도 2에 나타낸 바와 같이 피 연마대상인 실리콘 산화막(SiO2)이 효과적으로 제거되어야 하며, 실리콘 질화막(Si3N4)의 무너짐(Erosion)은 최소가 되어야 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속산화물 연마재는 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 티타니아(TiO2), 게르마니아(GeO2) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 세리아(CeO2)를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 금속산화물은 바람직하게는 습식 합성된 것 일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혼합되는 연마재의 크기는 1차 입경이 10 내지 80 nm, 2차 입경이 80 내지 200 nm일 수 있다. 상기 연마재의 크기는 연마재의 형태에 따라 의미가 달라질 수 있으며, 예를 들어, 구(sphere) 형태일 경우 상기 구의 직경을 의미하고, 타원형일 경우 장축의 직경 또는 단축의 직경일 수 있다. 상기 연마재의 크기가 상기 범위 미만일 경우 크기가 너무 작아 후에 상기 연마재를 포함하는 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물로 피연마물을 연마 시 연마가 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 연마재의 크기가 상기 범위 초과일 경우 크기가 너무 커서 연마 시 피연마물에 스크래치가 발생될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마재의 함량은 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 5 중량부인 것일 수 있다. 상기 연마재의 함량이 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만일 경우 연마 슬러리 조성물의 연마속도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있으며, 5 중량부 초과일 경우 분산 안정성 측면에서 문제가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 분산제는 상기 연마 슬러리 조성물의 분산 안정성을 높이기 위해 첨가되는 것으로서, 상기 분산제는 양쪽성 이온 화합물인 아미노산을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 아르기닌, 히스티딘, 라이신, 아스파르트산, 글루탐산, 세린, 트레오닌, 아스파라진, 글루타민, 글라이신, 프롤린, 알라닌, 발린, 아이소류신, 류신, 페닐알라닌, 베타인 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 분산제의 함량은 상기 연마 슬러리 조성물 내 연마재 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 10 중량부일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 pH 조절제는 산 또는 염기 물질일 수 있다. 상기 pH 조절제가 산 물질인 경우 황산, 염산, 질산, 탄산, 아세트산을 포함하는 유기산 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 pH 조절제가 염기 물질인 경우 수산화칼륨, 수산화나트륨, 암모니아, 수산화암모늄, 암모늄 카보네이트, 유기 아민, 아미노알콜 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 pH는 4 내지 8인 것일 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 pH가 4 미만일 경우 피연마막인 실리콘 산화막에 대한 연마속도가 낮아져 연마성능이 저하되고, 8 초과일 경우 상기 연마 슬러리 조성물의 실리콘 질화막 연마속도가 높게 나타날 수 있으며, 따라서, 실리콘 질화막 대비 실리콘 산화막의 연마 선택비가 낮게 나타날 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 첨가제는 양이온 성 고분자; 양이온 성 화합물; 비이온성 계면활성제; 및 연마가속제를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 성 고분자는 높은 실리콘 질화막 대비 실리콘 산화막의 선택비 및 자동 정지(Auto stop) 기능을 구현하기 위해 첨가되는 것일 수 있다. 상기 양이온 성 고분자는 예를 들어, 폴리 아크릴아미드-디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(P(AAm-co-DADMAC)), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(Poly(DADMAC)), 폴리아크릴아미드(PAAM) 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 성 고분자의 함량은 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.0001 중량부 내지 0.1 중량부 일 수 있다. 상기 양이온 성 고분자의 함량이 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.0001 중량부 미만일 경우 실리콘 질화막에 대한 보호력이 약화되어 실리콘 질화막 손실이 발생하게 되며, 0.1 중량부 초과일 경우 실리콘 산화막에 대한 연마속도가 감소할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 성 화합물은 패턴 웨이퍼의 실리콘 산화막의 부동화(Passivation) 역할 및 자동 정지(Auto stop) 기능을 구현하기 위해 첨가되는 것일 수 있으며, 상기 양이온 성 화합물은 예를 들어, a) 한 분자 내에 두 개 이상의 질소 원자를 포함하고, b) 각 질소 원자들은 단일결합의 (C2~C3)알킬렌으로 연결되어 결합 축을 따라 회전이 가능하며, c) 각 질소 원자 1개 당 직접 결합된 탄소원자의 평균 수(C/N avg.)가 2 내지 3인 유기 아민 화합물, 그의 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 아민 화합물은 구체적으로, 트리스[2-(이소프로필아미노)에틸]아민, 트리스[2-(에틸아미노)에틸]아민, 트리스[2-(메틸아미노)에틸]아민, 1,2-비스(디메틸아미노)에탄, N,N,N',N'-테트라에틸에틸렌디아민, N,N'-디에틸-N,N'-디에틸에틸렌디아민, N,N-디에틸-N',N'-디메틸에틸렌디아민, N,N,N',N'',N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, N,N'-디메틸에틸렌디아민, N,N'-디에틸에틸렌디아민, N,N'-비스(2-히드록시에틸)에틸렌디아민, N,N-디메틸-N'-에틸에틸렌디아민, N,N-디에틸-N'-메틸에틸렌디아민, N,N,N'-트리메틸에틸렌디아민, N,N,N'-트리에틸에틸렌디아민, N-에틸-N'-메틸에틸렌디아민, 1-(2-아미노에틸)피롤리딘, 2-(2-(메틸아미노)-에틸아미노)-에탄올, 1-(2-아미노에틸)피페리딘, 4-(3-아미노프로필)모폴린, 4-(2-아미노에틸)모폴린, 피페라진, 1-메틸피페라진, 2-메틸피페라진, 1-에틸피페라진, 1-이소프로필피페라진, 1-부틸피페라진, 1-(2-메톡시에틸)피페라진, 1-(2-에톡시에틸)피페라진, 1,2,4-트리메틸피페라진, 2,3,5,6-테트라메틸피페라진, 1-(2-아미노에틸)피페라진, 1-(2-히드록시에틸)피페라진, 1,4-디메틸피페라진, 2,6-디메틸피페라진, 2,5-디메틸피페라진, 2-피페라지노에틸아민, 1,4-비스(3-아미노프로필)피페라진, 1-[2-(디메틸아미노)에틸]피페라진, N,N'-비스-(2-히드록시에틸)-2,5-디메틸피페라진, 1,4-디아제판, 1-메틸-1,4-디아제판, 1,4-디메틸-1,4-디아제판, 1,4,7-트리아자시클로노난, 1,4,8,11-테트라아자시클로테트라데칸, 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(DADMAC) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온 성 화합물의 함량은 상기 연마슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 2 중량부 일 수 있다. 상기 양이온 성 화합물의 함량이 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만일 경우 실리콘 산화막에 대한 부동화(passivation) 약화로 자동 정지(Auto Stop) 기능이 구현되지 않을 수 있으며, 2 중량부를 초과할 경우 실리콘 산화막에 대한 과도한 부동화(Passivation)으로 인해 단차(Step height) 연마가 이루어지지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제는 상기 연마 슬러리 조성물의 유동성 및 균일도를 향상시키기 위해 첨가되는 것일 수 있으며, 상기 비이온성 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐알코올, 글리세린, 폴리글리세린, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제의 함량은 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 10 중량부 일 수 있다. 상기 비이온성 계면활성제의 함량이 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만일 경우 연마 첨가제 조성물의 점도가 낮아 유동성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우 연마재의 분산안정성을 저해하여 연마 공정시 스크래치가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마가속제는 상기 연마 슬러리의 단차 제거력을 향상시키기 위해 첨가되는 것일 수 있으며, 상기 연마가속제는 다당류 화합물, 폴리올 화합물 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다당류 화합물은 글리코알데히드(Glycolaldehyde), 글리세르알데히드(Glyceraldehyde), 다이하이드록시아세톤(Dihydroxyacetone), 트레오스(Threose), 에리트로스(erythrose), 에리트루로스(erythrulose), 리보스(ribose), 아라비노스(arabinose), 자일로스(xylose), 프럭토스(fructose), 글루코스(glucose), 갈락토스(galactose), 만노스(mannose)를 단량체로 하는 중합체, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 수크로오스, 폴리갈락투론산(Polygalacturonic acid), 아밀로오스(Amylose), 덱스트린(Dextrin), 이소말토트리오스(Isomaltotriose), 셀로판타오스(Cellopentaose), 글리콜 키토산(Glycol chitosan), 잔탄검(Xanthan gum), 히드록시에틸 셀룰로오스(Hydroxyethyl-cellulose), (히드록시프로필)메틸 셀룰로오스((Hydroxypropyl)methyl cellulose), 아가로오스(Agarose) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 폴리올 화합물은 알긴산, 펙틴산, 카르복시메틸셀룰로오스, 한천, 커들란 및 풀루란 등 폴리에스터계 폴리올, 폴리에테르계 폴리올 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마가속제의 함량은 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 10 중량부 일 수 있다. 상기 연마가속제의 함량이 상기 연마 슬러리 조성물 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만일 경우 연마 가속 효과가 감소하여 실리콘 산화막에 대한 단차 제거 속도가 감소할 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우 연마공정시 스크래치 발생 가능성이 높아질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 탈이온수(DIW)를 포함할 수 있다. 상기 탈이온수는 이온수지를 이용하여 용해되어 있던 이온을 모두 제거한 물로서, 초순수일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마재; 분산제; pH 조절제; 및 연마 첨가제;와 상기 탈이온수의 함량의 중량비율이 1:1 내지 3인 경우 상기 화학적 기계적 연마 슬러리는 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정에 사용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정은 오목부와 볼록부를 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것이고, 볼록부 연마속도가 오목부의 연마속도보다 높을수록 효과적으로 평탄화가 진행될 수 있다. 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물로 상기 패턴 웨이퍼를 연마 시, 오목부와 볼록부의 연마속도의 비율은 1:30 내지 40이 될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마재; 분산제; pH 조절제; 및 연마 첨가제;와 상기 탈이온수의 함량의 중량비율이 1:5 내지 10인 경우 상기 화학적 기계적 연마 슬러리는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용할 시, 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 질화막에 대한 산화막의 선택비는 30 내지 50일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 탈이온수의 함량에 따라 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용될 수 있다. 이는 탈이온수의 함량에 따라 전체 연마 슬러리 조성물 내의 각 첨가제의 농도가 달라질 수 있으며, 첨가제의 농도가 달라질 시 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막에 대한 부동화(Passivation) 효과의 정도가 달라질 수 있기 때문일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 일반적인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물에 대하여 슬러리 숙성(aging)을 거칠 시, 연마 성능의 저하를 보이는 것으로 알려져 있으나, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 2주 이상의 슬러리 숙성(aging) 이후에도 슬러리 숙성(aging) 이전의 특성을 유지할 수 있다. 이는, 일반적인 연마 슬러리 조성물의 경우 연마 슬러리와 첨가제를 연마를 수행하기 직전에 혼합하기 때문에 슬러리 조성물의 안정성이 저하될 수 있으며, 이로 인해 시간이 경과할 경우 연마입자의 응집이 발생하여 연마 성능이 저하되는 것일 수 있다. 따라서, 일반적으로는 연마 슬러리를 2액형으로 생산하여 연마하기 직전 첨가제와 혼합하는 과정을 거치나, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 연마 슬러리에 첨가제가 적용되어 있음에도 슬러리의 안정성 확보가 가능하여, 이를 통해 연마 슬러리를 1액형 슬러리로서 사용할 수 있다.
본원의 제 2 측면은,
상기 본원의 제 1 측면에 따른 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마방법을 제공한다.
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 본원의 제 2 측면에 따른 연마방법을 상세히 설명한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학적 기계적 연마방법은 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 사용하여 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 연마하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 산화막 연마용 슬러리 조성물을 사용하여 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 연마하는 방법은 종래 일반적으로 사용되는 연마 방법 및 조건이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 본 명세서에서는 그 구체적인 설명에 대해서는 생략한다.
또한, ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 및 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정은 종래 일반적으로 사용되는 연마공정으로서, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 본 명세서에서는 그 구체적인 설명에 대해서는 생략한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
본 발명의 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 연마 성능을 평가하기 위해 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 하기와 같이 제조하였다.
우선, 크기 140nm의 세리아 입자를 탈이온수 100 중량부 대비 3 중량부, 피콜린산을 세리아 입자 100 중량부 대비 2 중량부로 혼합하였으며, 초산으로 pH를 4로 조정하여 연마재를 제조하였다.
그 후, 연마첨가제로서, 폴리에테르이미드(PEI) 0.01wt%, 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(DADMAC) 0.1wt%, 폴리에틸렌글리콜(비이온 성 계면활성제) 0.05wt%, 수크로오스(연마가속제) 0.1wt%를 상기 연마재에 첨가하고, 이후 pH조절제인 암모니아수를 이용하여 pH를 6으로 조정하였다.
상기 혼합물에 탈이온수를 1:1의 중량비율로 혼합하여 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 2-1. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 혼합물 및 탈이온수를 중량비율 1:3으로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같이 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 2-2. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 실시예 2-1에서 제조한 슬러리 조성물을 2주 동안 숙성(aging) 시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 2-1과 같이 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 3. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 혼합물 및 탈이온수를 중량비율 1:5로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같이 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 4-1. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 혼합물 및 탈이온수를 중량비율 1:10으로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같이 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
실시예 4-2. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 실시예 4-1에서 제조한 슬러리 조성물을 2주 동안 숙성(aging) 시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 4-1과 같이 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
비교예 1. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
통상적으로 연마 슬러리 조성물로 사용되는 Rhodia社의 HC60을 준비하였다.
비교예 2-1. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
자사에서 판매중인 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정용 연마 슬러리인 PSS-C를 준비하였다.
비교예 2-2. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 슬러리 조성물을 2주 동안 숙성(aging) 시킨 것을 제외하고는, 상기 비교예 2-1과 같은 연마 슬러리 조성물을 사용하였다.
비교예 3-1. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
자사에서 판매중인 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정용 연마 슬러리인 CST-S22를 준비하였다.
비교예 3-2. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 제조
상기 슬러리 조성물을 2주 동안 숙성(aging) 시킨 것을 제외하고는, 상기 비교예 3-1과 같은 연마 슬러리 조성물을 사용하였다.
실험예. 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 성능평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 성능을 평가하기 위해 하기와 같은 조건에서 실험을 진행하였으며, 실험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
연마기 : 폴리 400(Poli 400, G&P Technology社 제조)
평가 조건: 3 psi
웨이퍼: 4 x 4 cm2 Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate(PETEOS)
SKW3-2 pattern wafer(STI), SKW7-2 pattern wafer(ILD)
슬러리 유량: 100 mL/min
연마 패드: IC100(다우社)
[표 1]
Figure pat00001
상기 표 1에서 나타나듯이, 실시예 1의 연마 슬러리 조성물(혼합물 및 탈이온수의 중량비율 1:1) 및 실시예 2-1의 연마 슬러리 조성물(혼합물 및 탈이온수의 중량비율 1:3)을 이용하여 연마 시, ILD(Interlayer Dielectric) 패턴의 오목부 연마속도 대비 볼록부 연마속도의 비율이 비교예 1 내지 5와 비교하여 증가한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 2-2에서 2주 동안 숙성을 거쳤을 때, 실시예 2-1과 비교하여 ILD(Interlayer Dielectric) 패턴의 볼록부 연마속도 및 오목부 연마속도의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 혼합물 및 탈이온수의 중량비율이 1:1 내지 1:3일 때의 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정에 적합하며 2주 동안의 숙성 후에도 성능이 유지됨을 확인할 수 있었다.
한편, 실시예 3의 연마 슬러리 조성물(혼합물 및 탈이온수의 중량비율 1:5) 및 실시예 4-1의 연마 슬러리 조성물(혼합물 및 탈이온수의 중량비율 1:10)을 이용하여 연마 시, 질화막에 대한 산화막의 선택비가 비교예 1, 2-1 및 2-2의 연마슬러리 조성물보다 높음을 확인할 수 있었고, STI 패턴 질화막의 무너짐 및 STI(Shallow Trench Isolation) 패턴 디싱 수준(dishing level)이 현저히 낮아짐을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 4-2에서 2주 동안 숙성을 거쳤을 때, 질화막에 대한 산화막의 선택비와, STI(Shallow Trench Isolation) 패턴 질화막의 무너짐(Erosion) 및 STI(Shallow Trench Isolation) 패턴 디싱 수준(dishing level)이 실시예 4-1과 거의 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 혼합물 및 탈이온수의 중량비율이 1:5 내지 1:10일 때의 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 적합하며 2주 동안의 숙성 후에도 성능이 유지됨을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 탈이온수의 함량에 따라 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 그 성능 또한 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 연마재; 분산제; pH 조절제; 연마 첨가제; 및 탈이온수를 포함하고,
    상기 탈이온수의 함량에 따라 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용 가능한 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마재는 금속산화물인 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속산화물은 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 세리아(CeO2), 티타니아(TiO2), 게르마니아(GeO2) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분산제는 아르기닌, 히스티딘, 라이신, 아스파르트산, 글루탐산, 세린, 트레오닌, 아스파라진, 글루타민, 글라이신, 프롤린, 알라닌, 발린, 아이소류신, 류신, 페닐알라닌, 베타인 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마 첨가제는 양이온 성 고분자; 양이온 성 화합물; 비이온성 계면활성제; 및 연마가속제를 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양이온 성 고분자는 폴리 아크릴아미드-디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(P(AAm-co-DADMAC)), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드(Poly(DADMAC)), 폴리아크릴아미드(PAAM) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양이온 성 화합물은 a) 한 분자 내에 두 개 이상의 질소 원자를 포함하고, b) 각 질소 원자들은 단일결합의 (C2~C3)알킬렌으로 연결되어 결합 축을 따라 회전이 가능하며, c) 각 질소 원자 1개 당 직접 결합된 탄소원자의 평균 수(C/N avg.)가 2 내지 3인 유기 아민 화합물, 그의 염 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 비이온성 계면활성제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐알코올, 글리세린, 폴리글리세린, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 연마가속제는 다당류 화합물, 폴리올 화합물 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연마재; 분산제; pH 조절제; 및 연마 첨가제;와 상기 탈이온수의 함량의 중량비율이 1:1 내지 3인 경우 상기 화학적 기계적 연마 슬러리는 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정에 사용되는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연마재; 분산제; pH 조절제; 및 연마 첨가제;와 상기 탈이온수의 함량의 중량비율이 1:5 내지 10인 경우 상기 화학적 기계적 연마 슬러리는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용되는 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정은 오목부와 볼록부를 갖는 패턴 웨이퍼를 연마하는 것이고,
    상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물로 상기 패턴 웨이퍼를 연마 시, 오목부와 볼록부의 연마속도의 비율은 1:30 내지 40인 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정에 사용되는 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물의 질화막에 대한 산화막의 선택비는 30 내지 50인 것인 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 2주 이상의 슬러리 숙성(aging) 이후에도 슬러리 숙성(aging) 이전의 특성을 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물.
  15. 제1항의 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 ILD(Interlayer Dielectric) 연마공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 연마공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
KR1020180136553A 2018-11-08 2018-11-08 Ild 연마공정 또는 sti 연마공정용 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법 KR20200053213A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116063928A (zh) * 2021-11-01 2023-05-05 凯斯科技股份有限公司 抛光浆料组合物

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