KR20200061186A - 연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법 - Google Patents

연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200061186A
KR20200061186A KR1020180146650A KR20180146650A KR20200061186A KR 20200061186 A KR20200061186 A KR 20200061186A KR 1020180146650 A KR1020180146650 A KR 1020180146650A KR 20180146650 A KR20180146650 A KR 20180146650A KR 20200061186 A KR20200061186 A KR 20200061186A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
abrasive particles
composition
silica abrasive
polishing composition
Prior art date
Application number
KR1020180146650A
Other languages
English (en)
Inventor
소혜경
한명훈
Original Assignee
솔브레인 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 솔브레인 주식회사 filed Critical 솔브레인 주식회사
Priority to KR1020180146650A priority Critical patent/KR20200061186A/ko
Priority to US16/226,666 priority patent/US11008482B2/en
Publication of KR20200061186A publication Critical patent/KR20200061186A/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09GPOLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00Polishing compositions
    • C09G1/04Aqueous dispersions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/31051Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09GPOLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00Polishing compositions
    • C09G1/02Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409Abrasive particles per se
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436Composite particles, e.g. coated particles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002Preparing wafers
    • H01L21/02005Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008Multistep processes
    • H01L21/0201Specific process step
    • H01L21/02024Mirror polishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10Etching compositions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/32115Planarisation
    • H01L21/3212Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 연마용 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는 데 사용하기 위한 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 연마용 조성물은 제타 전위(ζ)가 ζ

Description

연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법{Polishing composition and polishing method using the same}
본 발명은 연마용 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체 웨이퍼를 화학 기계적으로 연마하는 데 사용하기 위한 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 조성물에 관한 것이다.
집적회로란 하나의 반도체 기판에 다수의 능동소자와 수동소자를 초소형으로 집적하여 분리될 수 없는 구조로 만든, 완전한 회로기능을 갖춘 기능소자를 말한다. 이러한 소자의 구조는 일반적으로 여러 종류의 금속층, 중간 연결층, 절연막 등으로 구성되어있다. 이중 도핑 및 미 도핑 된 이산화규소(SiO2)와 같은 중간층의 유전체는 실리콘 기판 또는 여러 금속층을 전기적으로 격리시키는데 사용된다.
반도체 소자의 제조 공정 중 하나인 배선 공정은 절연층 상에 형성된 홈에 텅스텐, 구리, 알루미늄 등의 금속 재료를 매립함으로써 홈 부분에 금속층을 퇴적시키는 단계를 포함한다. 그리고, 이러한 금속층의 불필요한 부분을 제거(etching)하기 위하여 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)가 이용되고 있다.
화학적 기계적 연마 공정에서, 기판이 연마 패드에 접촉되어 있으며, 이 때 연마 패드에 압력을 가하는 방식으로 연마 공정이 수행된다. 연마 패드와 테이블이 회전되는 동안에 연마 패드에 접촉되어 있는 기판 면에 압력이 유지된다. 연마용 조성물이 연마 공정 동안에 패드와 기판 사이에 흡착된다. 이 조성물은 연마되는 막과 화학적으로 작용함으로써 연마공정을 수행하게 된다. 연마 공정은, 슬러리가 웨이퍼 및 패드 경계면으로 공급될 때 기판에 대한 패드의 회전운동에 의해 이루어지게 된다. 연마는 기판상의 요구되는 막이 제거될 때까지 이러한 방식으로 계속된다.
최근 반도체 소자의 고집적화 및 고성능화에 따라 배선 패턴의 선 폭은 더욱 미세해지고 다층화되는 추세이며, 이때 연마 공정의 정밀도 향상을 위해, 각 공정에서의 층간 평탄성이 중요시되고 있다. 층간 평탄성 향상을 위해 화학 기계 연마 공정이 더욱 중요시되고 있다. 층간 평탄성은 각 층의 제거 속도뿐 아니라 제거 물질에 대한 높은 선택성, 디싱(Dishing) 및 손실량에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다.
이러한 우수한 평탄성과 적은 결함을 달성하기 위하여, 연마 입자가 적절한 경도, 크기 및 형상을 갖는 것이 요구된다 입자 유형, 크기 및 분포에 따라서 기판 표면 상의 스크래치 유형 및 스크래치 총 수에 영향을 나타낼 수 있다. 또한, 연마 입자가 조성물 내에서 안정한 분산액을 형성하는 것 또한 연마 표면 상의 결함에 영향을 나타낼 수 있다.
우수한 성능의 연마용 조성물을 제공하기 위하여, 기존 합성 방식의 연마 입자를 테오스 합성 방식인 고순도 연마 입자로 바꾸는 등의 노력이 진행되고 있다. 하지만 이 경우 조성물 원료의 단가가 높아져 전체 공정비용을 상승시키는 원인이 된다.
이에 고순도 연마재를 사용하지 않고서도, 연마 속도와 결함, 분산성의 측면에서 우수한 연마용 조성물의 개발이 시급한 실정이다.
이에, 본 발명은 기존 CMP 연마용 조성물의 연마 속도를 개선한 조성물, 보다 구체적으로 인듐 함유 연마 기판에 대한 연마 성능이 개선된 연마용 조성물을 제공하고자 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제타 전위(ζ)가 ζ
Figure pat00001
-10 mV인 음이온 개질화 실리카 연마 입자를 포함하는 연마용 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 연마용 조성물을 연마 기판에 도포하는 단계를 포함하는 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 연마용 조성물을 이용하면, 우수한 연마 성능, 보다 구체적으로 인듐 함유 연마 기판에 대한 우수한 연마 속도를 나타내면서 조성물의 분산성 및 기판에 잔류 결함을 줄이는 효과를 나타낼 수 있다.
일 측면에서, 본 발명은 제타 전위(ζ)가 ζ
Figure pat00002
-10 mV인 음이온 개질화 실리카 연마 입자를 포함하는 연마용 조성물을 제공한다.
본 발명의 연마용 조성물은 제타 전위(ζ)가 ζ
Figure pat00003
-10 mV으로 음이온 개질된 실리카 연마 입자를 포함한다. 연마용 조성물이 음의 표면 전하를 갖는 실리카 연마 입자를 사용함으로써 연마용 조성물 내 분산성, 보다 구체적으로 산성 연마용 조성물 내에서 분산성을 개선하는 효과를 나타낼 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 실리카 연마 입자가 특히 ζ
Figure pat00004
-10 mV으로 음이온 개질된 실리카 연마 입자를 사용함으로써 조성물의 분산성을 우수하게 개선할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 실리카 연마 입자는 연마용 조성물에 사용하는 규소 원자와 산소 원자를 포함하는 연마 입자로서, 본 발명에 있어서, 상기 "표면 개질화" 실리카 연마 입자는 실리카 연마 입자의 규소 원자의 적어도 일부가 치환 금속으로 치환된 것을 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 치환 금속은 분산성 및 연마 성능의 측면에서 더욱 바람직하게는 상기 치환 금속은 알루미늄을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 예를 들어 상기 실리카 연마 입자와 상기 치환 금속의 전구체 화합물을 혼합 및 열처리 등에 의해 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 치환 금속의 전구체는 상기 치환 금속의 금속 산화물, 유기 금속 및 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 금속 산화물은 이에 제한되는 것은 아니나, 예컨대 Al2O3을 포함할 수 있다.
상기 유기 금속은 금속과 탄소의 화학 결합을 포함하는 화합물을 총칭하는 것일 수 있으며, 상기 치환 금속의 임의의 유기 금속 형태의 화합물을 사용하여 상기 치환 금속을 음이온 형태로 제공할 수 있다.
상기 금속염은 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 Al(OH)4 -을 포함할 수 있다.
상기에서 사용되는 치환 금속의 전구체로서 Al(OH)4 -는 Si(OH)4와 기하학적으로 유사하기 때문에, 상기 치환 금속은 실리카 내로 혼입되어서 그 안의 Si(OH)4 위치에 치환되어 음이온 개질화 실리카 연마 입자를 형성할 수 있다.
상기 치환 금속은 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 총 중량을 기준으로 0.001 내지 10 중량%의 함량으로 포함될 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.3 내지 2.5 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위 내로 치환 금속을 포함하는 경우 연마 속도, 결함 정도와 같은 연마 성능을 더욱 우수하게 개선할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 실리카 연마 입자와 Al(OH)4 -를 혼합하여서 제조되는 알루미늄 개질화 실리카 연마 입자를 사용할 수 있으며, 상기 Al(OH)4 -는 상기 알루미늄 개질화 실리카 연마 입자 총 중량을 기준으로 Al의 함량이 0.001 내지 10 중량%의 함량, 보다 구체적으로 0.3 내지 2.5 중량%의 함량으로 혼합된 것을 사용하여 우수한 연마 속도를 나타내는 연마용 조성물을 제공할 수 있다.
상기 실리카 연마 입자는 콜로이드성 실리카, 흄드 실리카 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 연마용 조성물의 분산성 개선의 측면에서 콜로이드성 실리카 연마 입자인 것이 바람직할 수 있으며, 상기 콜로이드성 실리카는 당업계에 공지된 방법으로 제조된 것 또는 상업적으로 이용 가능한 것을 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 평균 입도(D50)는 10 내지 200 nm, 구체적으로 30 내지 150 nm, 보다 구체적으로 40 내지 100 nm인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위 내의 음이온 개질화 실리카 연마 입자를 사용함으로써 조성물의 분산성 개선 및 연마 시 스크래치 개선의 측면에서 더욱 우수한 성능을 나타내는 연마용 조성물을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로 인듐 함유 연마 기판에 대한 연마 속도를 우수하게 유지하면서도 결함의 정도를 우수하게 개선할 수 있다. 예를 들어, 평균 입도가 상기 범위 미만인 경우 연마 속도가 저하되어 생산성 측면에서 비효율적이거나, 상기 범위 초과인 경우 분산이 어렵고 피 연마 면에 스크래치를 다량 발생시키는 문제를 나타낼 수도 있다.
상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 함량은 이에 제한되는 것은 아니나, 연마용 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 내지 50 중량%, 구체적으로 0.1 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자가 상기 함량 범위로 포함되어 우수한 연마 성능 및 분산성 측면에서 바람직할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연마용 조성물의 pH는 2 내지 8일 수 있으며, 구체적으로 4 내지 6일 수 있다. 일 실시예에서 조성물의 pH에 따라 연마 속도를 조절할 수 있으며, 특히 상기 연마용 조성물의 pH가 상기 범위인 경우 인듐 함유 연마 기판에 대한 연마 속도를 우수하게 개선할 수 있음을 확인하였다. 예를 들어 pH가 상기 범위 미만인 경우 장비 등의 부식을 야기할 수 있으며, 음이온 개질된 입자의 안정성을 떨어뜨리는 문제를 나타낼 수 있음, 상기 범위 초과인 경우 입자의 안정성을 떨어뜨리거나 충분한 연마 성능을 나타내지 못하는 문제를 나타낼 수 있다.
상기 연마용 조성물의 pH를 조절하기 위하여, 상기 연마용 조성물은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 당업계에 공지된 임의의 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 상기 pH 조절제는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 질산, 황산, 염산, 인산 또는 이들의 혼합물과 같은 무기산 또는 이들의 염; 또는 아세트산, 숙신산, 말레산, 구연산, 옥살산, 락트산, 타르타르산 또는 이들의 혼합물과 같은 유기산 또는 이들의 염을 포함할 수 있다. 상기 pH 조절제는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 연마용 조성물 총 중량 대비 0.01 내지 10 중량%, 예를 들어 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 1 중량%의 함량으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 표면 상에 가수분해에 의해 안정적인 음이온이 생성될 수 있는 화합물을 더 포함하여서 표면이 추가로 개질된 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 표면 상에 폴리카보네이트, 폴리실록산, 폴리설파이드, 폴리에폭사이드 및 폴리케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물의 가수분해에 의해 생성된 화합물을 더 포함하여서 표면이 추가로 개질된 것을 사용할 수 있다.
상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 표면 상에 폴리카보네이트를 부착시켜서 가수분해함으로써 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 표면은 음이온을 갖는 카복실레이트기(RCOO-)를 포함함으로써, 표면이 음이온으로 추가로 개질되어 제타 전위를 더욱 음의 값으로 개질할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 제타 전위(ζ)는 ζ
Figure pat00005
- 25 mV로 개질된 것을 사용할 수 있으며, 이에 따라 연마용 조성물의 분산성을 개선하여 연마 속도를 개선하고, 스크래치 발생 정도를 우수하게 개선할 수 있으며, 조성물 내 입자 간의 정전기적 인력 및 반발에 의한 조성물의 안정성을 우수하게 개선할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 연마용 조성물은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 착화제, 부식방지제, 살생제 등 당업계에서 연마용 조성물에 사용하는 통상적인 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
상기 착화제는 제거되는 기판 층의 제거 속도를 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나 예를 들어 카르보닐 화합물, 카르복시산 화합물, 알코올류, 및 아민 함유 화합물, 또는 이들의 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 착화제는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 아세틸아세토네이트, 아세트산, 아릴카르복시산, 글리콜산, 젖산, 글루콘산, 갈릭산, 구연산, 숙신산, 타르타르산, 옥살산, 프탈산, 말산, EDTA, 술폰산, 포스폰산, 파이로카테콜, 파이로갈롤, 탄닌산, 또는 이들의 염, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 착화제는 제거되는 기판의 유형에 따라 결정될 수 있다. 상기 화합물들의 염은 예를 들어 금속염, 암모늄염 등을 나타낼 수 있고, 산 또는 부분 염의 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 구연산은 구연산의 모노-, 디-, 트리-염을 포함할 수 있다. 상기 착화제는 조성물 총 중량 대비 0.01 내지 10 중량%, 예를 들어 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 1 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 부식 방지제는 화학적 기계적 연마에 있어서 물리적 연마가 일어나지 않는 낮은 단차 영역의 부식을 억제하고 연마가 일어나는 높은 단차 영역에서는 연마재의 물리적 작용에 의해 제거됨으로써 연마가 가능하게 하는 연마 조절제의 역할을 할 수 있다. 이러한 부식 방지제는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 암모니아, 알킬아민, 아미노산, 이민, 아졸 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 부식 방지제는 조성물 총 중량 대비 0.01 내지 5 중량%, 예를 들어 0.005 내지 1 중량%의 함량으로 포함되어 낮은 단차 영역의 부식 억제 및 우수한 연마 선택성, 및 조성물의 저장 안정성을 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 연마용 조성물은 부식 방지제 및/또는 착화제를 실질적으로 포함하지 않고서, (예를 들어 조성물 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하의 함량으로 포함, 또는 0 중량%로 포함(즉, 전혀 포함하지 않음)) 인듐 함유 층을 포함하는 연마 기판에 대해 우수한 연마 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 살생제는 박테리아 및 진균과 같은 미생물의 성장을 막는 물질로서, 미생물 성장은 장치의 미생물에 의한 오염을 예방 내지 저하시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 살생제는 특별히 제한되는 것은 아니며, 당업계에 통상적으로 사용하는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 50 내지 1,000 ppm의 양으로 사용할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따른 연마용 조성물을 연마 기판에 도포하는 단계를 포함하는 연마 방법을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 있어서, 상기 연마 기판은 금속산화물 막일 수 있으며, 상기 금속산화물 막은 예를 들어 규소를 제외한 금속의 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 금속산화물은 전이금속 또는 전이후 금속의 산화물일 수 있으며, 예를 들어 상기 금속산화물은 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 카드뮴(Cd) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속의 산화물일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 연마 기판은 인듐(Indium)을 함유하는 층을 포함할 수 있으며, 구체적으로 인듐의 산화물을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명에 따른 상기 연마용 조성물은 인듐 함유 층에 대해 특히 우수한 연마 성능을 나타낼 수 있다.
상기 연마용 조성물을 연마 기판에 도포하는 단계는 당업계에 공지된 수단으로 수행될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나 예를 들어 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 테이프 캐스팅법, 딥 코팅법, 바 코팅법, 물리 기상 증착법 및 화학 기상 증착법 중 적으로 하나 이상으로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 특히 본 발명에 따른 연마 방법을 이용하면, ITO 층의 연마 속도가 40 Å/분 이상을 나타낼 수 있으며, 구체적으로 70 Å/분 이상, 100 Å/분 이상, 더욱 구체적으로 1000 Å/분 이상, 2000 Å/분 이상, 예컨대 2000 Å/분 내지 5000 Å/분 의 연마 속도를 나타낼 수 있으며, 여기서 상기 연마 속도는 예를 들어 연마 전후의 박막의 두께 변화량을 연마 시간으로 나타낸 값으로서 측정할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속한 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
연마용 조성물의 제조 및 연마 속도의 평가
증류수에 3 wt%의 함량으로 연마 입자를 투입하고 교반하여 연마용 조성물을 제조하였다. 조성물의 pH는 수산화칼륨을 이용하여 조절하였으며, 제타 전위는 제조한 조성물을 1 wt%로 희석한 후, Zetasizer Nano ZS(Malvern 社) 장비를 이용하여 전기영동 광산란법에 의해 측정하였다.
제조된 연마용 조성물을 이용하여 다음과 같은 방법으로 연마 속도를 평가하여 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.
연마 기판으로는 Si Wafer에 침착된 2000Å 두께의 인듐주석산화물 표면층을 갖는 웨이퍼를 사용하였다. 연마 장비는 G&P Technology 사의 Poli400을 이용하였으며, 연마 패드는 롬앤하스 社의 IC1000 패드를 이용하여 연마 테스트를 실시하였고, 연마 조건은 Table/Head 속도를 93/87 rpm, 연마압력을 2 psi 링(retainer ring) 압력을 2 psi, 유량 100 ml/min, 연마 시간은 60 초로 하였다.
연마 속도는 연마 전후의 박막의 두께 변화량을 연마 시간으로 나눔으로써 산출하였다. 이 때 인듐주석산화물의 박막 두께는 4 탐침 표면저항측정기(Four Point Probe, AIT 社)를 이용하여 면저항 측정 후 두께로 환산하여 계산하였다.
또한, 음이온 개질에 의한 연마 성능 비교를 위해, 음이온 개질되지 않은 콜로이드성 실리카 입자 또는 알루미나를 연마 입자로 사용하거나(비교예 1 내지 4), 규소 중 적어도 일부가 알루미늄으로 치환된 콜로이드 실리카 입자를 사용하였으나, 양의 제타 전위를 갖는 실리카 입자(비교예 5)를 사용하여 연마용 조성물을 제조하여 이들의 연마 속도를 위와 동일한 방법으로 평가하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
또한, 본 발명에 따른 연마용 조성물의 ITO 연마 기판에 대한 우수한 연마 성능의 확인을 위해 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막에 대한 연마 속도를 위와 동일한 방법으로 평가하여 그 결과를 표 3 및 4에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
연마 입자 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카 Al 치환 콜로이드 실리카
Al 함량(중량%) 0.001 0.3 2.5 10 0.3 0.3 0.3 0.3
제타 전위 -25 -30 -26 -34 -25 -26 -35 -36
pH 6 6 6 6 2 4 8 10
ITO 연마 속도 (Å/분) 100 3684 2359 70 500 2223 1206 40
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
연마 입자 콜로이드 실리카 콜로이드 실리카 콜로이드 실리카 알루미나 Al 치환 콜로이드 실리카
Al 함량
(중량%)
- - - - 0.3
제타 전위 30 -33 -35 43 40
pH 6 6 6 6 6
ITO 연마 속도 (Å/분) 17 50 10 38 48
위의 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄 치환된 콜로이드 실리카를 사용하여 제타 전위가 음의 값으로 개질된 연마 입자를 사용한 연마용 조성물의 연마 성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 알루미늄의 함량이 0.3 내지 2.5 wt%인 경우 연마 성능을 더욱 우수하게 개선하는 것을 확인하였으며, 조성물의 pH는 2 내지 8, 특히 4 내지 6인 경우 연마 성능을 더욱 우수하게 개선할 수 있음을 확인하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
실리콘산화막 연마속도
(Å/분)
37 12 22 15
실시예 6 실시예 7 실시예 8
실리콘질화막 연마속도
(Å/분)
428 81 25

Claims (18)

  1. 제타 전위(ζ)가 ζ
    Figure pat00006
    -10 mV인 음이온 개질화 실리카 연마 입자를 포함하는 연마용 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 실리카 연마 입자의 규소 원자의 적어도 일부가 알루미늄을 포함하는 치환 금속으로 치환된 것인 연마용 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 실리카 연마 입자와 상기 치환 금속의 전구체 화합물을 혼합하여서 제조되는 것인 연마용 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 치환 금속의 전구체 화합물은 상기 치환 금속의 금속 산화물, 유기 금속, 및 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 연마용 조성물.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 치환 금속은 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 총 중량을 기준으로 0.001 내지 10 중량%의 함량으로 포함되는 것인 연마용 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 치환 금속은 상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 총 중량을 기준으로 0.3 내지 2.5 중량%의 함량으로 포함되는 것인 연마용 조성물.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 실리카 연마 입자와 Al(OH)4 -를 혼합하여서 제조되는 알루미늄 개질화 실리카 연마 입자이며,
    상기 Al(OH)4 -은 상기 알루미늄 개질화 실리카 연마 입자 총 중량을 기준으로 Al의 함량이 0.001 내지 10 중량%의 함량으로 혼합되는 것인 연마용 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 콜로이드성 실리카인 것인 연마용 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    pH 2 내지 8인 연마용 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    pH 4 내지 6인 연마용 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    pH 조절제를 더 포함하는 것인 연마용 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자는 표면 상에 폴리카보네이트, 폴리실록산, 폴리설파이드, 폴리에폭사이드, 및 폴리케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물의 가수분해에 의해 생성된 화합물을 더 포함하여서 표면이 추가로 개질된 것인 연마용 조성물.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 음이온 개질화 실리카 연마 입자의 제타 전위(ζ )가 ζ
    Figure pat00007
    - 25 mV인 것인 연마용 조성물.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 연마용 조성물을 연마 기판에 도포하는 단계를 포함하는 연마 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 연마 기판은 인듐(Indium) 함유 층을 포함하는 것인 연마 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 연마 기판은 인듐 산화물을 포함하는 층을 포함하는 것인 연마 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 연마용 조성물을 연마 기판에 도포하는 단계는 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 테이프 캐스팅법, 딥 코팅법, 바 코팅법, 물리 기상 증착법 및 화학 기상 증착법 중 적어도 하나 이상으로 수행하는 것인 연마 방법.
  18. 청구항 14에 있어서,
    연마 속도는 연마 전후의 박막의 두께 변화량을 연마 시간으로 나눈 값으로 나타내었을 때,
    ITO 층의 연마 속도가 100 Å/분 이상인 것인 연마 방법.
KR1020180146650A 2018-11-23 2018-11-23 연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법 KR20200061186A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180146650A KR20200061186A (ko) 2018-11-23 2018-11-23 연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법
US16/226,666 US11008482B2 (en) 2018-11-23 2018-12-20 Polishing composition and polishing method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180146650A KR20200061186A (ko) 2018-11-23 2018-11-23 연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200061186A true KR20200061186A (ko) 2020-06-02

Family

ID=70771235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180146650A KR20200061186A (ko) 2018-11-23 2018-11-23 연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11008482B2 (ko)
KR (1) KR20200061186A (ko)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2814000A (en) * 1999-02-26 2000-09-14 Trikon Holdings Limited A method of processing a polymer layer
JP3837277B2 (ja) * 2000-06-30 2006-10-25 株式会社東芝 銅の研磨に用いる化学機械研磨用水系分散体及び化学機械研磨方法
US7374787B2 (en) * 2002-08-22 2008-05-20 Dequssa Ag Stabilized, aqueous silicon dioxide dispersion
US6866793B2 (en) * 2002-09-26 2005-03-15 University Of Florida Research Foundation, Inc. High selectivity and high planarity dielectric polishing
CN101370898B (zh) * 2006-02-14 2012-09-12 卡伯特微电子公司 用于氧化铟锡表面的化学机械抛光的组合物及方法
EP2251304B1 (en) * 2008-02-12 2017-07-19 Nissan Chemical Industries, Ltd. Process for producing colloidal silica particles
US20100096584A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-22 Fujimi Corporation Polishing Composition and Polishing Method Using the Same
JP6222907B2 (ja) * 2012-09-06 2017-11-01 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
WO2017214185A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-14 Cabot Microelectronics Corporation Chemical-mechanical processing slurry and methods for processing a nickel substrate surface
US10428241B2 (en) * 2017-10-05 2019-10-01 Fujifilm Electronic Materials U.S.A., Inc. Polishing compositions containing charged abrasive

Also Published As

Publication number Publication date
US20200165487A1 (en) 2020-05-28
US11008482B2 (en) 2021-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI572702B (zh) 硏磨用組成物以及使用其之硏磨方法及基板之製造方法
US6844263B2 (en) LSI device polishing composition and method for producing LSI device
JP5361306B2 (ja) 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法
US20070037892A1 (en) Aqueous slurry containing metallate-modified silica particles
TWI749324B (zh) 研磨組成物及其使用方法
TWI736623B (zh) 化學機械研磨用漿料組合物
CN1630045A (zh) 用于去除阻挡层的组合物和方法
KR102343437B1 (ko) 비정질탄소막용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법
WO2016067923A1 (ja) 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法
CN104726028A (zh) 一种化学机械抛光液及其使用方法
EP2092034B1 (en) Chemical mechanical polishing slurry compositions, methods of preparing the same and methods of using the same
US20110306211A1 (en) Stabilized Chemical Mechanical Polishing Composition And Method Of Polishing A Substrate
US11008482B2 (en) Polishing composition and polishing method using the same
KR101197163B1 (ko) Cmp슬러리
KR102634300B1 (ko) 연마용 슬러리 조성물 및 고단차 반도체 박막의 연마 방법
JP2016178294A (ja) 研磨スラリー及びこれを用いた基板の研磨方法
CN106883767B (zh) 用于金属线的cmp浆料组合物及使用其的抛光方法
KR20160078746A (ko) 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물, 저유전율막의 화학 기계적 연마 방법 및 반도체 소자의 제조방법
KR102543680B1 (ko) 화학기계적 연마 슬러리 조성물
TW201527507A (zh) 研磨劑及研磨方法
KR101076625B1 (ko) 텅스텐 배선 형성용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법
KR101548715B1 (ko) 구리 배리어층 연마용 슬러리 조성물
KR100970094B1 (ko) 구리 배선 연마용 cmp 슬러리 조성물 및 이를 이용한연마 방법
WO2024139394A1 (zh) 一种组合物、平整层及平整化方法
KR20200046510A (ko) 연마용 조성물 및 이를 이용하는 연마 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal