KR20200073479A - 연마 슬러리 조성물 - Google Patents

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KR20200073479A
KR20200073479A KR1020180161686A KR20180161686A KR20200073479A KR 20200073479 A KR20200073479 A KR 20200073479A KR 1020180161686 A KR1020180161686 A KR 1020180161686A KR 20180161686 A KR20180161686 A KR 20180161686A KR 20200073479 A KR20200073479 A KR 20200073479A
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최보혁
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

본 발명은 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 조성물은 연마입자; 카르복실산을 포함하는 pH 조절제; 산화제를 포함하는 디싱개선제; 및 연마촉진제;를 포함한다.

Description

연마 슬러리 조성물{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SLURRY COMPOSITION}
본 발명은 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 균일한 평탄도를 구현하기 위해서 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정이 이용된다. 화학적 기계적 연마(CMP) 방법은 반도체 소자의 제조시, 슬러리 형태로 공급되는 연마액의 화학 반응에 의한 연마와, 슬러리 및 연마패드에 의한 기계적 연마가 동시에 이루어져 보다 높은 평탄화도를 구현하는 공정이다.
이러한 화학적 기계적 연마(CMP)는 STI(Shallow Trench Isolation)와 같은 소자분리막 형성 공정에 적용될 수 있다. STI 공정은 실리콘 질화막을 포함하는 마스크막 패턴을 이용하여 반도체 기판 내에 트렌치를 형성하고, 트렌치를 매립하는 매립절연막을 형성한 다음에 화학적 기계적 연마(CMP)를 진행한 후, 마스크막 패턴을 제거하여 반도체 기판의 활성영역 및 소자분리영역을 분리하는 과정을 포함한다. 이때, 실리콘 질화막은 연마 종료점으로 이용되고 있으므로, 화학적 기계적 연마(CMP)는 실리콘 질화막에 대해 상대적으로 높은 실리콘 산화막에 대한 연마 선택비를 구현하는 것이 바람직하다.
그러나, 화학적 기계적 연마(CMP) 수행 시 연마 속도가 영역별로 불균일하거나 또는 연마 선택비가 높게 구현되지 않을 경우, 연마 불균일에 따른 문제가 발생될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 중심(center) 지역이 가장자리(edge) 지역보다 제거 속도가 빠르게 진행되면서, 연마 종료 후 웨이퍼의 중심 지역의 STI 잔류막 또는 도전물질층 두께가 웨이퍼의 가장자리 지역에 비해 낮아지는 디싱(dishing)이 발생될 수 있다.
연마 속도가 상대적으로 느린 웨이퍼의 가장자리 부분을 타겟으로 평탄화 공정을 진행할 경우, 웨이퍼의 중심 부분이 과도하게 연마되면서 마스크막 패턴이 원하지 않게 과다 침식되거나 제거되면서 취약 부분(weak point)이 발생할 수 있다. 이와 같이, 웨이퍼의 중심 부분이 과도하게 연마됨에 따라 발생한 취약 부분에서 이후 소자의 동작시 반도체 기판이 어택(attack)을 받을 수 있고, 소자의 동작 특성이 저하될 수 있다.
따라서, 다결정실리콘 및 실리콘질화막에 대한 연마 선택비, 디싱 개선 및 낮은 결함 수준을 제공하는 연마 슬러리 조성물을 개발하는 것이 계속 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 다결정실리콘 및 실리콘질화막의 연마에 있어서, 트렌치가 드러났을 때 연마 선택비를 조절하여 다결정실리콘 및 실리콘질화막 사이의 디싱을 개선시킬 수 있는 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 연마입자; 카르복실산을 포함하는 pH 조절제; 산화제를 포함하는 디싱개선제; 및 연마촉진제;를 포함하는, 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 카르복실산은, 숙신산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 클로로에탄산, 디클로로에탄산, 디클로로에탄산, 트리클로로에탄산, 2-디클로로프로판산, 3-클로로프로판산, 옥살산, 말론산, 글루타르산, 아디프산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 말산 및 타르타르산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱개선제는, 과산화수소, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드, 우레아 과산화수소, 우레아, 과산화요소, 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일퍼옥사이드, 아세틸벤조일퍼옥사이드, 퍼옥시이황산암모늄, 요소, 알루미늄 나이트레이트, 암모늄 나이트레이트, 바륨 나이트레이트, 카드뮴 나이트레이트, 칼슘 나이트레이트, 암모늄 나이트레이트, 세릭 암모늄 나이트레이트, 염화 나이트레이트, 크로뮴 나이트레이트, 코발트(2)나이트레이트(Cobalt(II) nitrate), 구리(2)나이트레이트(Copper(II) nitrate), 수은(2) 나이트레이트(Mercury(II) nitrate), 니켈(2)나이트레이트(Nickel(II) nitrate), 리튬 나이트레이트, 마그네슘 나이트레이트, 포타슘 나이트레이트, 하이드라진 나이트레이트, 암모늄 클로라이드, 아이오딘 모노클로라이드, 아이오딘 트리클로라이드, 아이오도벤젠 다이클로라이드, 암모늄 퍼설페이트, 나트륨 퍼설페이트, 칼륨 퍼설페이트 및 테트라메틸암모늄 퍼설페이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱개선제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마촉진제는, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 2-아미노-1-부탄올, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 디메틸아미노메틸프로판올, 디에틸아미노에탄올, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-펜탄올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 및 N,N-디에틸에탄올아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마촉진제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 pH는 7 내지 12의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 -100 mV 내지 0 mV의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 다결정실리콘막 : 실리콘질화막의 연마 선택비는 10 : 1 내지 200 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 실리콘질화막 자동연마정지 기능을 가지는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 다결정실리콘막을 연마한 후에 실리콘질화막 영역에서 디싱 발생량이 100 Å이하인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따른 연마 슬러리 조성물을 이용하여, 다결정실리콘막 및 실리콘질화막을 포함하는 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 연마 방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 반도체 웨이퍼를 1 psi 내지 5 psi의 연마 압력에서 연마하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 다결정실리콘막은 1 psi 내지 4 psi의 연마 압력에서 연마되고, 상기 실리콘질화막은 1 psi 내지 3 psi의 연마 압력에서 연마되는 것일 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물은, 산화제를 포함하는 디싱개선제를 포함함으로써 트렌치가 드러났을 때 다결정실리콘막 및 실리콘질화막 간의 선택비가 낮아지면서 자동연마정지 기능이 구현되고, 이를 통하여 다결정실리콘막 및 실리콘질화막 간의 디싱이 개선 가능하다.
본 발명의 연마 방법은, 산화제를 포함하는 디싱개선제를 포함하는 연마 슬러리 조성물을 이용함으로써, 연마 수행 시 실리콘질화막에서 압력 저하 효과가 있어 자동연마정지 기능이 구현되는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 4에 따른 300 mm 블랭킷 웨이퍼의 도핑되지 않은 폴리막의 연마율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 4에 따른 300 mm 블랭킷 웨이퍼의 인(P)-도핑된 폴리막의 연마율을 나타낸 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 연마 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은, 연마입자; 카르복실산을 포함하는 pH 조절제; 산화제를 포함하는 디싱개선제; 및 연마촉진제;를 포함하는, 연마 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물은 디싱개선제를 포함함으로써 트렌치가 드러났을 때, 다결정실리콘과 실리콘질화막간 선택비가 낮아지면서 자동연마정지됨으로써 디싱을 개선할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 음전하로 분산된 실리카인 것일 수 있다. 상기 음전하로 분산된 실리카는 산화제를 포함하는 디싱개선제와 혼합되어 자동연마정지 기능이 구현될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다. 상기 연마입자는 액상법에 의해 제조된 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 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. 액상법으로 제조된 연마입자는 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm인 것일 수 있다. 상기 연마입자의 평균 입경의 측정은, 주사전자현미경 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값이다. 상기 연마입자가 10 nm 미만일 경우에는 연마입자의 크기에 대한 연마율이 감소하고, 선택비 구현이 어려운 문제점이 있을 수 있고, 200 nm 초과인 경우에는 과잉 연마가 이루어져 선택비 조절이 어려워지고, 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 가능성이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 단일 사이즈 입자 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, 웨이퍼 표면에 스크래치를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 형상은 구형, 각형, 침상 형상 및 판상 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 단결정성인 것일 수 있다. 단결정성 연마입자를 사용할 경우, 다결정성 연마 입자 대비 스크래치 저감 효과를 달성할 수 있으며, 디싱이 개선될 수 있으며, 연마 후 세정성이 개선될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 상기 연마 슬러리 조성물 중 1 중량% 미만인 경우 연마 속도가 감소되는 문제가 있고, 10 중량% 초과인 경우 연마속도가 너무 높고, 연마입자 수의 증가로 인하여 표면의 잔류하게 되는 입자 흡착성에 의하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 카르복실산은, 숙신산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 클로로에탄산, 디클로로에탄산, 디클로로에탄산, 트리클로로에탄산, 2-디클로로프로판산, 3-클로로프로판산, 옥살산, 말론산, 말레산, 말산, 글루타르산, 아디프산, 푸마르산, 프탈산 및 타르타르산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 pH 조절제가 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 연마속도가 저하되고, 1 중량% 초과인 경우 다결정실리콘막의 과연마 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱개선제는, 과산화수소, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드, 우레아 과산화수소, 우레아, 과산화요소, 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일퍼옥사이드, 아세틸벤조일퍼옥사이드, 퍼옥시이황산암모늄, 요소, 알루미늄 나이트레이트, 암모늄 나이트레이트, 바륨 나이트레이트, 카드뮴 나이트레이트, 칼슘 나이트레이트, 암모늄 나이트레이트, 세릭 암모늄 나이트레이트, 염화 나이트레이트, 크로뮴 나이트레이트, 코발트(2)나이트레이트(Cobalt(II) nitrate), 구리(2)나이트레이트(Copper(II) nitrate), 수은(2) 나이트레이트(Mercury(II) nitrate), 니켈(2)나이트레이트(Nickel(II) nitrate), 리튬 나이트레이트, 마그네슘 나이트레이트, 포타슘 나이트레이트, 하이드라진 나이트레이트, 암모늄 클로라이드, 아이오딘 모노클로라이드, 아이오딘 트리클로라이드, 아이오도벤젠 다이클로라이드, 암모늄 퍼설페이트, 나트륨 퍼설페이트, 칼륨 퍼설페이트 및 테트라메틸암모늄 퍼설페이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 디싱개선제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다. 상기 디싱개선제가 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 다결정실리콘막에 대해 낮은 연마 선택비를 가지며, 이로 이한, 디싱 및 부식 현상이 발생하게 될 우려가 있고, 5 중량% 초과인 경우 분산 안정성이 저하될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마촉진제는, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 2-아미노-1-부탄올, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 디메틸아미노메틸프로판올, 디에틸아미노에탄올, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-펜탄올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 및 N,N-디에틸에탄올아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마촉진제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마촉진제가 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 미만인 경우 연마속도가 저하되고, 1 중량% 초과인 경우 다결정실리콘막의 과연마 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물의 pH는 7 내지 12의 범위인 것일 수 있다. 연마 슬러리 조성물의 pH를 조절하는 양으로 pH 조절제가 첨가될 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나는 경우, 연마 속도가 저하되고, 디싱, 표면 불균형과 같은 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 0의 제타전위 또는 음(negative)의 전하를 나타내는 네거티브 슬러리 조성물일 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 -100 mV 내지 0 mV의 범위인 것일 수 있다. 음으로 하전된 연마입자로 인하여, 상기 연마 슬러리 조성물은 음(nagative)의 전하를 나타내는 네거티브 슬러리 조성물일 수 있으며, 제타전위 값이 -100 mV 미만인 경우 정전기적 반발력에 의한 분산이 약하여 응집의 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 다결정실리콘막 : 실리콘질화막의 연마 선택비는 10 : 1 내지 200 : 1인 것일 수 있다. 이와 같은 다결정실리콘막 및 실리콘질화막에 대한 연마 선택비를 가짐으로써 효과적인 연마를 달성할 수 있다. 상기 연마 선택비가 약 10 : 1 보다 작은 경우에는 다결정실리콘막의 선택적 연마가 이루어지지 않을 우려가 있고, 상기 선택비가 약 200 : 1 보다 큰 경우에는 다결정실리콘막의 상대적인 과연마가 초래될 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 다결정실리콘막은 도핑되지 않은 폴리실리콘막, 인(P)-도핑된 폴리실리콘막 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 실리콘질화막 자동연마정지 기능을 가지는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 다결정실리콘막을 연마한 후에 실리콘질화막 영역에서 디싱 발생량이 100 Å이하인 것일 수 있다. 상기 연마 슬러리 조성물이 지나치게 높은 연마 선택비를 나타내는 경우, 다결정실리콘막 영역이 과연마되어 디싱 발생량이 증가할 수 있으나, 산화제를 포함하는 디싱개선제를 포함함으로써 디싱 발생량이 적다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물은, 산화제를 포함하는 디싱개선제를 포함함으로써 트렌치가 드러났을 때 다결정실리콘막 및 실리콘질화막 간의 선택비가 낮아지면서 자동연마정지 기능이 구현되고, 이를 통하여 다결정실리콘막 및 실리콘질화막 간의 디싱이 개선 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따른 연마 슬러리 조성물을 이용하여, 다결정실리콘막 및 실리콘질화막을 포함하는 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 연마 방법을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 반도체 웨이퍼를 1 psi 내지 5 psi의 연마 압력에서 연마하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 다결정실리콘막은 1 psi 내지 4 psi의 연마 압력에서 연마되고, 상기 실리콘질화막은 1 psi 내지 3 psi의 연마 압력에서 연마되는 것일 수 있다. 예를 들어, 산화제가 첨가됨에 따라 초기 연마 압력이 3 psi 였을 때 보다 실리콘 질화막이 드러날 때 다결정실리콘 영역 압력은 실리콘질화막의 디싱 발생에 따라 압력이 낮아져 3 psi 보다 낮을 수 있다. 실리콘질화막이 산화되는 속도보다 연마 속도가 낮아지고 압력도 낮아져 다결정실리콘 연마율이 낮아지는 것일 수 있다. 실리콘질화막의 디싱 발생은 실리콘질화막에 대한 선택적으로 낮은 압력으로 연마진행되는 것이고, 비교적 높은 압력으로 연마되는 폴리막과 질화막 간의 연마율 차이로 인해 디싱이 개선되는 것일 수 있다.
본 발명의 연마 방법은, 산화제를 포함하는 디싱개선제를 포함하는 연마 슬러리 조성물을 이용함으로써, 연마 수행 시 실리콘질화막에서 압력 저하 효과가 있어 자동연마정지 기능이 구현되는 것일 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
300 mm 블랭킷 웨이퍼(Blanket wafer) 연마 성능
[실시예 1]
입자크기가 80 nm인 콜로이달 실리카 연마입자 1 중량%, 카르복실산으로서 숙신산 0.3 중량%, 디싱개선제로서 과산화수소(H2O2) 0.1 중량%를 첨가하고, pH 조절제로서 트리에탄올아민을 혼합하여 pH 8의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
제조된 연마 슬러리 조성물을 이용하여 1 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 2 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 3 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 4 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 5]
실시예 1에서, 과산화수소 함량을 0.3 중량% 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
제조된 연마 슬러리 조성물을 이용하여 1 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 6]
실시예 5와 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 2 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 7]
실시예 5와 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 3 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 8]
실시예 5와 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 4 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 9]
실시예 1에서, 입자크기가 60 nm인 콜로이달 실리카를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
제조된 연마 슬러리 조성물을 이용하여 1 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[실시예 10]
실시예 9에서, 입자크기가 60 nm인 콜로이달 실리카 0.3 중량%를 첨가한 것을 제외하고 실시예 9와 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
제조된 연마 슬러리 조성물을 이용하여 1 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 과산화수소를 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
제조된 연마 슬러리 조성물을 이용하여 1 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[비교예 2]
비교예 1과 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 2 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[비교예 3]
비교예 1과 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 3 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[비교예 4]
비교예 1과 동일한 연마 슬러리 조성물을 이용하여 4 psi 압력으로 연마를 실시하였다.
[비교예 5]
비교예 1에서, 입자크기가 60 nm인 콜로이달 실리카를 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
제조된 연마 슬러리 조성물을 이용하여 1 psi 압력으로 300 mm 블랭킷 웨이퍼 연마를 실시하였다.
실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5의 공통적인 연마 조건은 아래와 같다.
[연마 조건]
1. 연마기: ST#01 (KCTECH 社)
2. 패드: IC 1000 (DOW 社)
3. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 78 rpm
4. 스핀들 RPM (Spindle RPM): 83 rpm
5. 유량: 250 ml
6. 연마 시간: 60 sec
7. 사용된 웨이퍼: SiN 2500 Å, Undoped poly　5000 Å, P- doped poly　4000 Å
실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5의 연마 슬러리 조성물 구성, 연마조건 및 측정 결과는 아래의 표 1과 같다.
Figure pat00001
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 4에 따른 300 mm 블랭킷 웨이퍼의 도핑되지 않은 폴리막의 연마율을 나타낸 그래프이다. 도 1을 참조하면, 과산화수소를 첨가하지 않은 비교예 1 내지 4에서 압력 조건에 따른 연마율 차이보다 과산화수소 0.1 중량%를 첨가한 실시예 1 내지 4에서 압력 조건 및 과산화수소 0.3 중량%를 첨가한 실시예 5 내지 8에 따른 연마율 차이가 더 크다. 특히, 각각의 경우 3 psi의 압력 조건에서 연마했을 경우 도핑되지 않은 폴리막의 연마율이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 8, 비교예 1 내지 4에 따른 300 mm 블랭킷 웨이퍼의 인(P)-도핑된 폴리막의 연마율을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 과산화수소를 첨가하지 않은 비교예 1 내지 4에서 압력 조건에 따른 연마율 차이보다 과산화수소 0.1 중량%를 첨가한 실시예 1 내지 4에서 압력 조건 및 과산화수소 0.3 중량%를 첨가한 실시예 5 내지 8에 따른 연마율 차이가 더 크다. 특히, 각각의 경우 3 psi의 압력 조건에서 연마했을 경우 인(P)-도핑된 폴리막의 연마율이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 연마입자;
    카르복실산을 포함하는 pH 조절제;
    산화제를 포함하는 디싱개선제; 및
    연마촉진제;
    를 포함하는,
    연마 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는,
    금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있는 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자의 크기는, 10 nm 내지 200 nm인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마입자는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카르복실산은, 숙신산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 클로로에탄산, 디클로로에탄산, 디클로로에탄산, 트리클로로에탄산, 2-디클로로프로판산, 3-클로로프로판산, 옥살산, 말론산, 글루타르산, 아디프산, 말레산, 푸마르산, 프탈산, 말산 및 타르타르산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 pH 조절제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디싱개선제는, 과산화수소, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드, 우레아 과산화수소, 우레아, 과산화요소, 퍼옥시디카보네이트, 옥타노일퍼옥사이드, 아세틸벤조일퍼옥사이드, 퍼옥시이황산암모늄, 요소, 알루미늄 나이트레이트, 암모늄 나이트레이트, 바륨 나이트레이트, 카드뮴 나이트레이트, 칼슘 나이트레이트, 암모늄 나이트레이트, 세릭 암모늄 나이트레이트, 염화 나이트레이트, 크로뮴 나이트레이트, 코발트(2)나이트레이트(Cobalt(II) nitrate), 구리(2)나이트레이트(Copper(II) nitrate), 수은(2) 나이트레이트(Mercury(II) nitrate), 니켈(2)나이트레이트(Nickel(II) nitrate), 리튬 나이트레이트, 마그네슘 나이트레이트, 포타슘 나이트레이트, 하이드라진 나이트레이트, 암모늄 클로라이드, 아이오딘 모노클로라이드, 아이오딘 트리클로라이드, 아이오도벤젠 다이클로라이드, 암모늄 퍼설페이트, 나트륨 퍼설페이트, 칼륨 퍼설페이트 및 테트라메틸암모늄 퍼설페이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디싱개선제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연마촉진제는, 트리에탄올아민, 트리메탄올아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디메틸벤질아민, 에톡시벤질아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 2-아미노-1-부탄올, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 디메틸아미노메틸프로판올, 디에틸아미노에탄올, 모노이소프로판올아민, 아미노에틸에탄올아민, 3-아미노-1-프로판올, 2-아미노-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-펜탄올, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 2-디메틸아미노-2-메틸-1-프로판올 및 N,N-디에틸에탄올아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연마촉진제는, 상기 연마 슬러리 조성물 중 0.01 중량% 내지 1 중량%인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 연마 슬러리 조성물의 pH는 7 내지 12의 범위인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 -100 mV 내지 0 mV의 범위인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서,
    다결정실리콘막 : 실리콘질화막의 연마 선택비는 10 : 1 내지 200 : 1인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서,
    실리콘질화막 자동연마정지 기능을 가지는 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 다결정실리콘막을 연마한 후에 실리콘질화막 영역에서 디싱 발생량이 100 Å이하인 것인,
    연마 슬러리 조성물.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 연마 슬러리 조성물을 이용하여, 다결정실리콘막 및 실리콘질화막을 포함하는 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 연마 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼를 1 psi 내지 5 psi의 연마 압력에서 연마하는 것인,
    연마 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 다결정실리콘막은 1 psi 내지 4 psi의 연마 압력에서 연마되고, 상기 실리콘질화막은 1 psi 내지 3 psi의 연마 압력에서 연마되는 것인,
    연마 방법.
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