KR20210076571A - Sti 공정용 연마 슬러리 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 연마입자; 비이온성 고분자; 및 극성 아미노산;을 포함한다.
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 공정시에 패턴 폴리실리콘 막질을 보호하기 위해 절연막 층의 연마율은 높이고 폴리실리콘막 층의 연마율은 낮추는, 이른바 선택적인 연마특성이 요구된다. 특히, 셀 타입(Cell Type) 패턴에서 과연마 진행 시에도 폴리실리콘 막질에 대한 손실을 절감해야만 한다.
한편, STI 공정에서의 연마 선택비가 지나치게 높아지는 경우, 상기 트렌치에 매립되는 절연막 층이 과연마되면서 디싱(dishing)이 발생하고 소자의 특성 저하가 유발될 수 있다. 특히, 이러한 디싱 문제는 트렌치가 초미세화된 소자에 있어서, 활성 영역과 필드 영역 간의 단차를 초래해 소자의 성능 및 신뢰성에 큰 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 실리콘 산화막에 대해 높은 연마율을 가지면서 동시에 폴리실리콘막(정지막)에 대한 높은 선택비가 있고, 과연마 시 폴리실리콘 막질의 연마 정지와 디싱이 조절 가능하며, 패턴웨이퍼에서 연마 정지막 노출 후 연마량을 조절하여 잔류 산화막을 제거하고, 웨이퍼 내 표면 결함 억제 기능이 있고, 스크래치를 저하시킬 수 있는, STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 연마입자; 비이온성 고분자; 및 극성 아미노산;을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 세리아, 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자의 크기는, 5 nm 내지 150 nm의 1차 입자, 30 nm 내지 300 nm의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자는 하이드록시기를 포함하는 폴리에테르 골격으로 이루어진 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자는, 글리세린, 디아실글리세린, 트리아실글리세린, 폴리글리세린, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 디글리세릴에테르, 폴리옥시알킬렌 폴리글리세릴에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리글리세릴에테르 및 폴리옥시프로필렌 폴리글리세릴에테르 및 글리세린 폴리글리세릴에테르로 이루어진으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자의 중량평균 분자량은, 300 내지 2,000인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 극성 아미노산은, 비전하성 R기를 갖는 아미노산을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 극성 아미노산은, 글루타민, 트레오닌, 세린, 아스파라긴, 시스테인 및 티로신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 극성 아미노산은, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 설포에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분산보조제를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 분산보조제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 6의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 실리콘 산화막 : 폴리실리콘막의 연마 선택비는, 30 : 1 내지 60 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 폴리실리콘막을 연마한 후에 실리콘 산화막 영역에서 디싱 발생량이 300 Å 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 폴리실리콘 막질에 대한 연마 정지 기능이 우수하여, Cell Type 패턴에서 과연마 진행 시에도, 폴리실리콘 막질에 대한 손실을 저감할 수 있다. 동시에 절연막 디싱 방지 효과가 우수하며, 효과적인 디싱 수준의 조절이 가능하다. 또한, 절연막 제거 속도가 비교적 높게 유지되며, 연마 후 평탄도 개선 효과가 우수하며, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 연마 후 잔여물(residue)이 없으며, 실리콘 산화막 디싱(dishing) 발생량을 줄이고, 스크래치를 저감시킬 수 있다.
이하 첨부된 명세서를 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 용어들은 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.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물에 대하여 실시예를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 연마입자; 비이온성 고분자; 및 극성 아미노산;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 폴리실리콘 막질에 대한 연마 정지 기능이 우수하여, Cell Type 패턴에서 과연마 진행 시에도, 폴리실리콘 막질에 대한 손실을 저감할 수 있다. 동시에 절연막 디싱 방지 효과가 우수하며, 효과적인 디싱 수준의 조절이 가능하다. 또한, 절연막 제거 속도가 비교적 높게 유지되며, 연마 후 평탄도 개선 효과가 우수하며, 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 연마 후 잔여물(residue)이 없으며, 실리콘 산화막 디싱(dishing) 발생량을 줄이고, 스크래치를 저감시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 세리아, 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 양전하로 분산된 콜로이달 세리아인 것일 수 있다. 상기 양전하로 분산된 콜로이달 세리아는 양전하로 활성화된 첨가액과 혼합되어 더 높은 단차 제거 성능 및 자동 연마 정지 기능이 구현될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 양전하를 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 양전하를 갖도록 분산되어 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 있어서, 상기 연마입자의 크기는, 5 nm 내지 150 nm의 1차 입자, 30 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 150 nm 이하이어야 하며, 5 nm 미만인 경우에는 연마율이 저하될 수 있다. 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 2차 입자의 크기에 있어서, 2차 입자의 크기가 30 nm 미만인 경우 밀링으로 인하여 작은 입자가 과도하게 발생하면 세정성이 저하되고, 웨이퍼 표면에 과량의 결함이 발생하며, 300 nm를 초과하는 경우 과잉 연마가 이루어져 선택비 조절이 어려워지고, 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 가능성이 있다. 양전하로 분산된 STI 공정용 슬러리 조성물의 경우, 연마 입자 크기가 100 nm로 스크래치 디펙 측면에서 유리하다.
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 있어서, 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 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 있어서, 상기 비이온성 고분자는 하이드록시기를 포함하는 폴리에테르 골격으로 이루어진 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자는, 글리세린, 디아실글리세린, 트리아실글리세린, 폴리글리세린, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 디글리세릴에테르, 폴리옥시알킬렌 폴리글리세릴에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리글리세릴에테르 및 폴리옥시프로필렌 폴리글리세릴에테르 및 글리세린 폴리글리세릴에테르로 이루어진으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자의 중량평균 분자량은, 300 내지 2,000인 것일 수 있다. 상기 비이온성 고분자의 중량평균 분자량이 300 미만인 경우 폴리막 보호막의 성능이 저하되어 연마 선택비가 낮아지고, 상기 중량평균 분자량이 2,000을 초과하는 경우, 응집 현상이 발생하고, 점도가 높아지며 연마 슬러리 조성물의 보존 안정성이 저하될 우려가 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 비이온성 고분자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다. 상기 비이온성 고분자가 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만일 경우, 폴리실리콘막의 연마율이 향상되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 1.0 중량% 이상일 경우 고분자 네트워크에 의해 연마가 충분히 이루어지지 않아 잔여물이 남는 문제가 발생할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 극성 아미노산은, 아미노산의 화학구조 상 곁사슬이 극성을 갖는 아미노산일 수 있고, 바람직하게는 중성 pH에서 전하가 없는 곁사슬을 갖는 아미노산을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 극성 아미노산은, 글루타민, 트레오닌, 세린, 아스파라긴, 시스테인 및 티로신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 극성 아미노산은, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다. 상기 극성 아미노산이 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 미만인 경우 실리콘 산화막, 폴리실리콘막의 선택적 연마 성능이 나타나지 않아 원하는 연마 선택비를 얻을 수 없으며, 1.0 중량% 초과인 경우 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 경시 안정성이 저하되는 문제가 나타날 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 설포에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분산보조제를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 분산보조제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다. 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 상기 분산보조제가 0.001 중량% 미만이면 폴리실리콘막에 대한 자동연마정지 기능이 저하되고, 1 중량% 초과이면 연마 슬러리 조성물 내에서 반응하여 응집 현상을 발생시키고, 스크래치가 발생하는 문제가 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 6의 범위인 것일 수 있다. 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어나는 경우, 분산 안정성이 급격히 저하되어 응집이 발생하게 되는 문제가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은 제조 공정 상, 농축 또는 희석(Dilution)하여 사용할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 연마액과 첨가액을 따로 준비하여 연마 직전 혼합하여 사용하는 2액형 형태로 제공될 수 있고, 연마액과 첨가액이 혼합되어 있는 1액형 형태로 제공될 수도 있다. 2액형 형태로 사용시 폴리실리콘막의 STI 패턴에서 잔유물(residue)가 없으며 디싱 방지 성능이 향상되고, 높은 선택비를 가질 수 있어 패턴 웨이퍼의 단차 제거 능력 우수하다.
일 실시형태에 따르면, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은 양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물일 수 있다. 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV의 범위인 것일 수 있다. 양으로 하전된 연마입자로 인하여, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은 양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물일 수 있으며, 높은 분산 안정성을 유지하여 연마입자의 응집이 발생하지 않아 스크래치 발생을 감소시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 연마용 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서, 실리콘 산화막 : 폴리실리콘막의 연마 선택비는, 30 : 1 내지 60 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 폴리실리콘막은 도핑되지 않은 폴리실리콘막, 인(P)-도핑된 폴리실리콘막 또는 이 둘을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 폴리실리콘막을 연마한 후에 실리콘 산화막 영역에서 디싱 발생량이 300 Å 이하인 것일 수 있다. 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물이 지나치게 높은 연마 선택비를 나타내는 경우, 실리콘 산화막 영역이 과연마되어 디싱 발생량이 증가할 수 있으나, 하이드록시기를 포함하는 폴리에테르 골격으로 이루어진 비이온성 고분자를 포함함으로써 디싱 발생량이 적다.
본 발명의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 하이드록시기를 포함하는 폴리에테르 골격으로 이루어진 비이온성 고분자 및 극성 아미노산을 포함함으로써 폴리실리콘 막질에 대한 높은 연마율을 갖고, 실리콘 산화막에 대해 높은 연마율을 가지면서 동시에 폴리실리콘 막질의 연마율 또한 높은 슬러리를 제공할 수 있다. 또한, 폴리실리콘의 연마 정지와 동시에 우수한 디싱수준을 나타나는 슬러리 조성물을 제공할 수 있으며, 디싱의 조절이 가능하다. 그리고, 스크래치가 우수한 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
패턴 웨이퍼(Pattern wafer) 연마 성능
[실시예 1]
입자크기가 60 nm인 콜로이달 세리아 연마입자 2.5 중량%, 비이온성 고분자로서 중량 평균 분자량이 750인 폴리글리세롤 0.5 중량%, 연마 조절제로서 L-세린 0.25 중량%를 첨가하고, pH 4.5의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
입자크기가 60 nm인 콜로이달 세리아 연마입자 2.5 중량%, 폴리글리세롤 0.2 중량%, 피콜린산 0.1 중량%, PMAC 0.002 중량%를 첨가하고, pH 3.5 의 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.
[연마 조건]
1. 연마기: AP-300 (300 mm, CTS 社)
2. 패드: IC 1000 (DOW 社)
3. 연마 시간: 60 sec
4. 플레이튼 RPM (Platen RPM): 130 rpm
5. 스핀들 RPM (Spindle RPM): 123 rpm
6. 압력: 4.5 psi
7. 유량 (Flow rate): 250 ml/min
8. 사용된 웨이퍼: TEOS 2 ㎛ Blanket Wafer, STI Poly Pattern Wafer (Trench 2,000 Å)(Poly 2.000 Å)(TEOS 4000 Å)
하기 표 1은 실시예 1의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 및 비교예 1의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 산화막 블랭킷 웨이퍼 및 패턴 웨이퍼를 상기 연마 조건에 따라 각각 연마하였을 때, 실리콘 산화막의 초당 연마율(△Oxide), 패턴 웨이퍼에서 폴리실리콘 막질의 연마량(△poly) 및 디싱을 나타낸 것이다.
| 비교예 1 | 실시예 1 | ||
| pH | 3.5 | 4.5 | |
| 유량(슬러리:첨가제) | 250 : 0 | 250 : 0 | |
| △Oxide (Å/sec) | 101.4 | 103.1 | |
| Pattern/Space 100/100 |
△poly | 290 | 28 |
| Dishing | 1147 | 260 | |
| Pattern/Space 50/50 |
△poly | 227 | 19 |
| Dishing | 1018 | 253 | |
| Over polishing: 1000 Å | |||
표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 STI 공정용 연마 슬러리 조성물을 이용하여 연마하면, 비교예 1에 따른 연마 슬러리 조성물에 비하여 높은 산화막의 연마율을 유지하며, 폴리실리콘막의 연마 정지와 동시에 우수한 디싱수준을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
스크래치 측정
실시예 2 내지 4의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 및 비교예 2의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 연마한 기판의 결함을 측정하였다.
기판의 세정공정은 암모니아수, 과산화수소 및 물의 혼합 세정액인 SC-1(Standard Cleaning 1)을 이용하여 5 초 세정 공정 진행한 후, HF를 이용하여 추가로 30 초 동안 세정 공정을 진행하였다. 결함 측정 장비는 ATI-XP를 이용하였다.
하기 표 2는 실시예 1의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 및 비교예 1의 연마 슬러리 조성물과 첨가제 조성물을 혼합하여 산화막 블랭킷 웨이퍼 및 패턴 웨이퍼를 상기 연마 조건에 따라 각각 연마하였을 때, 실리콘 산화막의 초당 연마율(△Oxide), 패턴 웨이퍼에서 폴리실리콘 막질의 연마량(△poly), 디싱 및 스크래치를 나타낸 것이다. 본 실시예에서 사용한 첨가제 조성물은 비이온성 중합체, 히스티딘 및 젖산을 포함한다.
| 비교예 2 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | ||
| 유량(슬러리:첨가제) | 175 : 75 | 175 : 150 | 175 : 75 | 175 : 50 | |
| △Oxide (Å/sec) | 51.9 | 75.3 | 74.1 | 73.5 | |
| Pattern/Space 100/100 |
△poly | 3 | 3 | 4 | 4 |
| Dishing | 15 | 245 | 265 | 291 | |
| Pattern/Space 50/50 |
△poly | 2 | 4 | 6 | 7 |
| Dishing | 11 | 113 | 180 | 208 | |
| 스크래치 | △ | ◎ | ◎ | ◎ | |
| Over polishing: 1000 Å | |||||
◎: 3 개 미만
○: 3 개 미만
△: 10 개 미만
×: 10 개 미만
표 2를 참조하면, 본 발명의 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은, 콜로이달 세리아 연마입자를 포함하고, 하이드록시기를 포함하는 비이온성 고분자로서 폴리글리세린 및 극성 아미노산인 L-세린을 포함함으로써, 폴리실리콘 막질에 대한 높은 연마율을 가지면서, 실리콘 산화막 잔유물(residue)은 없으며, 스크래치가 저감되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (18)
- 연마입자;
비이온성 고분자; 및
극성 아미노산;
을 포함하는,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는,
금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 금속산화물은 세리아, 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자는, 액상법으로 제조되고, 연마입자 표면이 양전하를 갖도록 분산되어 있는 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 연마입자의 크기는, 5 nm 내지 150 nm의 1차 입자, 30 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 비이온성 고분자는 하이드록시기를 포함하는 폴리에테르 골격으로 이루어진 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 비이온성 고분자는, 글리세린, 디아실글리세린, 트리아실글리세린, 폴리글리세린, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 디글리세릴에테르, 폴리옥시알킬렌 폴리글리세릴에테르, 폴리옥시에틸렌 폴리글리세릴에테르 및 폴리옥시프로필렌 폴리글리세릴에테르 및 글리세린 폴리글리세릴에테르로 이루어진으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 비이온성 고분자의 중량평균 분자량은, 300 내지 2,000인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 비이온성 고분자는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 극성 아미노산은, 비전하성 R기를 갖는 아미노산을 포함하는 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 극성 아미노산은, 글루타민, 트레오닌, 세린, 아스파라긴, 시스테인 및 티로신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 극성 아미노산은, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은,
폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜술포닉산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 설포에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸설포에틸셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분산보조제를 더 포함하는,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제13항에 있어서,
상기 분산보조제는, 상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물 중 0.001 중량% 내지 1.0 중량%인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 6의 범위인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV의 범위인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 STI 공정용 연마 슬러리 조성물은 반도체 소자의 얕은 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI) 공정에서,
실리콘 산화막 : 폴리실리콘막의 연마 선택비는, 30 : 1 내지 60 : 1인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
- 제17항에 있어서,
상기 폴리실리콘막을 연마한 후에 실리콘 산화막 영역에서 디싱 발생량이 300 Å 이하인 것인,
STI 공정용 연마 슬러리 조성물.
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