KR20210078765A - 산화막 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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KR20210078765A
KR20210078765A KR1020190170535A KR20190170535A KR20210078765A KR 20210078765 A KR20210078765 A KR 20210078765A KR 1020190170535 A KR1020190170535 A KR 1020190170535A KR 20190170535 A KR20190170535 A KR 20190170535A KR 20210078765 A KR20210078765 A KR 20210078765A
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polishing slurry
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

본 발명은 산화막 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 연마입자; 수용성 고분자; 및 암모늄염;을 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.

Description

산화막 연마용 슬러리 조성물{SLURRY COMPOSITION FOR OXIDE FILM POLISHING}
본 발명은 산화막 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
CMP(chemical mechanical polishing) 공정은, 반도체 소자를 제조하는데 있어서 기판 상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 이용되고 있다. 예들 들어, 과량으로 성막된 층간 절연막(interlayer dielectric; ILD)을 제거하기 위한 공정이나 트렌치 소자 분리(shallow trench isolation; STI)용 절연막의 평탄화를 위한 공정에 사용되고 있다.
CMP 공정은 연마 입자가 포함된 슬러리를 기판상에 투입하고 연마 장치에 장착된 연마 패드를 이용하여 실시하게 되는데, 슬러리 내 포함된 연마 입자는 연마 장치로부터 압력을 받아 기계적으로 표면을 연마하게 되고, 슬러리 조성물에 포함된 화학적 성분은 기판의 표면을 화학적으로 반응시켜 기판의 표면을 화학적으로 제거하게 된다.
이러한 CMP 공정에 있어서, 연마 속도, 연마 표면의 평탄화도, 스크래치 및 디싱 발생 정도는 중요하게 고려되어야 하는 요소로, 이들은 CMP 공정 조건, 슬러리의 종류, 연마 패드의 종류 등에 의해 결정된다.
특히, 반도체 소자가 고집적화되고 반도체 표면의 패턴이 복잡해짐에 따라 표면 막들의 단차나 스크래치 및 디싱이 소자의 성능에 미치는 영향은 더욱 커지고 있어, 표면 막들의 단차를 빠르게 평탄화하면서 스크래치 및 디싱 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 연마 슬러리 개발의 필요성이 증가하고 있다.
한편, 현재 상용화된 CMP 슬러리의 경우 음이온성 고분자를 첨가제로 사용하고 있는데, 이러한 슬러리의 경우 연마 속도가 현저히 낮을 뿐만 아니라 연마 후에 디펙이나 스크래치 등의 결함 수준이 높고, 과연마에 따른 디싱 수준이 높은 문제점이 있다. 이에 따라, 연마 속도를 향상시키면서 디펙 및 스크래치 발생을 줄일 수 있는 연마제의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 높은 연마 속도를 가지면서, 스크래치 및 디펙 발생을 줄일 수 있는 산화막 연마용 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; 수용성 고분자; 및 암모늄염;을 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물의 전도도는 100 ㎲/cm 내지 400 ㎲/cm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 7인 것일 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, 바륨 티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 자기조립법에 의해 형성된 구형의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 1 nm 내지 10 nm의 입자 크기를 갖는 1차 입자 및 50 nm 내지 200 nm의 입자 크기를 갖는 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, BET로 측정된 비표면적이 50 m2/g 내지 200 m2/g인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 내부 및 표면의 Ce3 + 농도는, 20 % 내지 30 %인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 밀도가 5 내지 6인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.1 중량 % 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 하이드록시기(-OH) 및 폴리에테르 골격을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 폴리글리세롤, 폴리글리세롤 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 디글리세릴에테르, 폴리옥시알킬렌 폴리글리세릴에테르 및 글리세롤 폴리글리세릴에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 n은, 100 내지 1,000,000의 정수이다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자의 중량평균 분자량(Mw)은, 200 내지 5,000인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 1 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 암모늄염은, 암모늄나이트레이트, 암모늄포스페이트, 암모늄아세테이트, 암모늄클로라이드, 암모늄설페이트, 암모늄포메이트, 암모늄카르보네이트 및 암모늄사이트레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 암모늄염은, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 pH 조절제를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 니코틴산(Nicotinic acid), 디니코틴산(Dinicotinicacid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid, 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 선택비조절제를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자 또는 디스플레이 소자의 연마 공정에 적용되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 연마 속도 및 실리콘 산화막에 대한 연마율이 높으며, 패턴 웨이퍼의 단차 제거 능력이 우수한 효과가 있다.
또한, 연마 시 스크래치 및 디펙 발생이 억제되는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시예들의 연마용 슬러리 조성물의 산화막 연마율을 나타낸 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시예 3의 연마용 슬러리 조성물과 실시예 1의 슬러리 조성물의 디펙 측정 결과를 나타낸 것이다.
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, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 연마용 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; 수용성 고분자; 및 암모늄염;을 포함하는, 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은 수용성 고분자에 분산된 연마입자와 암모늄염을 포함함으로써, 전도도가 증가하여 산화막에 대한 연마 속도를 향상시킬 뿐만 아니라, 스크래치 및 디펙 발생을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물의 전도도는 100 ㎲/cm 내지 400 ㎲/cm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 7인 것일 수 있다.
만일, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH가 상기 범위를 벗어날 경우, 연마 속도 및 연마 입자의 분산 안정성이 저하될 수 있으며, 연마시 디펙 및 스크래치 발생이 증가할 수 있다.
즉, 상기 pH 범위 내에서 연마용 슬러리 조성물의 양성자성이 강화되어 연마 속도를 향상시키고, 연마 시 디펙 및 스크래치 발생을 감소시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은 양의 제타전위를 갖는 것일 수 있다.
일례로, 상기 연마 슬러리 조성물의 제타전위는 +5 mV 내지 +70 mV의 범위인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 양(positive)의 전하를 나타내는 포지티브 슬러리 조성물일 수 있고, 양의 전하를 나타냄으로써 높은 분산 안정성을 유지하여 연마 입자의 응집이 발생하지 않아 스크래치 발생을 감소시킬 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, 바륨 티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자는 세리아를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 자기조립법(self-assembly)에 의해 형성된 구형의 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
상기 2차 입자는, 1차 입자가 자기조립법에 의해 응집되어 형성된 것일 수 있다. 1차 입자는 반응에서 초기에 형성된 입자로서 비-응집된 입자를 의미한다. 2차 입자는 다수의 1차 입자가 물리적 화학적 성질에 의해 자기조립되어 형성된 구형의 입자를 의미한다. 이러한 연마입자는 종래에 알려진 고상법으로 제조된 금속산화물 연마입자, 액상법으로 제조된 콜로이달 상태의 금속산화물 연마입자와는 전혀 다른 물성을 나타낸다.
상기 2차 연마입자는, 금속 산화물 전구체, 유기용매 및 고분자를 일정 온도 및 시간으로 열처리하는 과정에서 의도적으로 또는 비의도적으로 입자가 성장하여 형성되는 것일 수 있다. 이때, 수세, 건조 및 하소 처리를 통해 유기물질을 제거함으로써, 금속 산화물 연마입자가 형성되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 1 nm 내지 10 nm의 입자 크기를 갖는 1차 입자 및 50 nm 내지 200 nm의 입자 크기를 갖는 2차 입자를 포함하는 것일 수 있다.
상기 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 반경, 최대 길이 등일 수 있다.
상기 연마입자의 평균 입경은, 주사전자현미경 분석 또는 동적광산란으로 측정될 수 있는 시야 범위 내에 있는 복수의 입자의 입경의 평균값을 의미할 수 있다.
만일, 상기 1차 입자 크기가 상기 범위 미만일 경우 연마율이 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 균일성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 2차 입자 크기가 상기 범위 미만일 경우 연마율이 저하되거나 밀링으로 인하여 작은 입자가 발생하여 세정성이 저하되고 웨이퍼 표면에 과량의 결함이 발생할 수 있으며, 상기 범위를 초과할 경우 과잉 연마가 이루어져 디싱, 침식 및 표면 결함이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, BET로 측정된 비표면적이 50 m2/g 내지 200 m2/g인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 내부 및 표면의 Ce3 + 농도는, 20 % 내지 30 %인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 밀도가 5 내지 6인 것일 수 있다.
상기 연마입자는, 상기 범위의 비표면적, Ce3 + 농도 및 입자밀도를 가짐으로써, 연마 속도 및 실리콘 산화막에 대한 연마율이 높으며, 패턴 웨이퍼의 단차 제거 능력이 우수할 뿐만 아니라, 연마 시 스크래치 및 디펙 발생이 억제되는 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.1 중량 % 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
만일, 상기 연마입자가 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 상기 범위 미만으로 포함될 경우 연마 속도가 감소될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 연마입자가 표면에 잔류하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 하이드록시기 및 폴리에테르 골격을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 연마용 슬러리 조성물은, 수용성 고분자를 포함함으로써, 실리콘 산화막에 대한 연마율이 증가하고, 디싱 발생을 줄일 수 있으며, 디펙을 방지할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 폴리글리세롤, 폴리글리세롤 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 디글리세릴에테르, 폴리옥시알킬렌 폴리글리세릴에테르 및 글리세롤 폴리글리세릴에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 n은, 100 내지 1,000,000의 정수이다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자의 중량평균 분자량(Mw)은, 200 내지 5,000 인 것일 수 있다.
만일, 상기 수용성 고분자의 중량평균 분자량(Mw)이 상기 범위 미만일 경우 폴리실리콘막 보호막의 성능이 저하되어 연마선택비가 낮아지고 디싱이 발생할 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 응집 현상이 발생하여 결함 발생이 많아지고 점도가 높아져 연마용 슬러리 조성물의 보존 안정성이 저하될 우려가 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 1 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 수용성 고분자는, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 1 중량% 내지 15 중량%인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 3 중량% 내지 15 중량%인 것일 수 있다.
만일, 상기 수용성 고분자의 상기 연마용 슬러리 조성물 중 함량이 상기 범위 미만일 경우 연마 시 디싱이 발생할 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 고분자 네트워크에 의해 연마가 충분히 이루어지지 않아 잔여물이 남을 수 있고, 연마 속도가 저하될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 수용성 고분자는, 2종 이상의 수용성 고분자를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 산화막 연마용 슬러리 조성물은, 음이온성 고분자-프리인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 암모늄염은, 암모늄나이트레이트, 암모늄포스페이트, 암모늄아세테이트, 암모늄클로라이드, 암모늄설페이트, 암모늄포메이트, 암모늄카르보네이트 및 암모늄사이트레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 암모늄염은, 연마에 관여하는 이온의 수를 증가시킴으로써 연마용 슬러리 조성물의 전도도를 증가시켜 산화막 연마율을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 암모늄염은, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 암모늄염은, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.01 중량% 내지 3 중량%인 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 3 중량%인 것일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
만일, 상기 연마용 슬러리 조성물 중, 상기 암모늄염의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 산화막 연마율이 저하될 수 있다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물은 상기 성분 외에 나머지 성분으로서 물, 바람직하게는 초순수, 탈이온수 또는 증류수를 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, pH 조절제, 선택비 조절제 또는 이 둘;을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 pH 조절제는, 상기 연마용 슬러리 조성물의 pH를 낮추어 포지티브 성능을 강화하는 역할을 수행할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH 조절제는, 질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리 및 하나 이상의 카르복실기(-COOH)를 포함하는 유기산을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 유기산은 상기 방향족 고리 내의 탄소 원자가 질소 원자로 치환된 것일 수 있으며, 니트로기, 아민기, 술폰기, 인산기, 알킬기, 하이드록실기 등을 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 선택비 조절제는, 벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 니코틴산(Nicotinic acid), 디니코틴산(Dinicotinicacid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid, 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 선택비 조절제는 실리콘 질화막의 연마율을 조절함으로써 목적하는 선택비를 구현할 수 있으며, 디싱을 개선하는 역할을 할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마용 슬러리 조성물은, 반도체 소자 또는 디스플레이 소자의 연마 공정에 적용되는 것일 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.
< 제조예 > 연마 입자의 제조
산화 세륨 연마 입자를 고상법, 액상법 및 자기조립법을 각각 사용하여 합성하였다.
자기조립법을 사용한 연마입자는, 산화 세륨 전구체, 유기 용매 및 고분자를 일정 온도 및 시간으로 열처리하여 입자를 성장시켜 제조하였다. 이때, 수세, 건조 및 하소 처리를 통해 유기물질을 제거하여 최종 산화세륨 연마입자를 제조할 수 있다.
형성된 각 연마입자의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
고상법 액상법 자기조립법
(self-assembly)
Primary Particle size (nm) 25 ~ 45 50 ~ 60 5
Surface Area (m2/ g) 25 15 152
Ce 3+ (%) 19 17 24
입자 밀도(particle density) 6.01 6.8 5.2
표 1을 참조하면, 자기조립법에 의해 형성된 연마입자는 고상법 또는 액상법으로 제조된 연마입자와 전혀 다른 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 자기 조립법으로 형성된 연마입자는 1차 입자 크기가 고상법이나 액상법으로 제조된 연마입자와 비교하여 현저히 작고, 표면적은 현저히 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, Ce3 + 의 함량이 가장 높게 나타나며, 입자 밀도는 가장 작게 나타나는 것을 알 수 있다.
< 실시예 > 연마용 슬러리 조성물의 제조
자기 조립법으로 제조된 산화세륨 연마입자, 수용성 고분자인 폴리글리세롤 및 암모늄 나이트레이트를 사용하여 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다. pH 조절제로 아세트산을 사용하여 목적하는 pH로 조절하였다.
실시예 각 성분의 함량 및 pH 조건을 하기 표 2에 나타내었다.
수용성 고분자 암모늄염 pH 전도도(㎲/cm)
실시예 1 5 % - 6.0 3
실시예 2 5 % - 4.0 35
실시예 3 5 % 0.20% 4.0 200
실시예 4 5 % 0.50% 4.0 415
실시예 5 5 % 1.00% 4.0 790
< 실험예 >
실시예 1 내지 5의 슬러리 조성물의 실리콘 산화막 연마율 및 디펙을 측정하였다.
CMP 장비로는 AP-300을 사용하였고, 연마 조건은 하기와 같다.
[연마조건]
연마 장비 : AP-300
Platen : 110 RPM
Spindle : 108 RPM
Pressure : 3.5 psi
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시예들의 연마용 슬러리 조성물의 산화막 연마율을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 수용성 고분자와 암모늄염을 같이 첨가한 실시예 3에서 연마율이 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 암모늄염을 첨가함에 따라 연마에 관여하는 이온이 증가하여 연마용 슬러리 조성물의 전도도가 높아지게 되고, 연마율이 향상하게 된다. 그러나, 실시예 4 내지 5에서와 같이, 암모늄염 첨가량을 증가시키는 경우 전도도는 높아지지만 연마율은 하락하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 암모늄염을 적적량으로 첨가하는 것이 중요하다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 실시예 3의 연마용 슬러리 조성물과 실시예 1의 슬러리 조성물의 디펙 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2을 참조하면, 실시예 3의 연마용 슬러리 조성물은 실시예 1의 슬러리 조성물과 비교하여 디펙 발생을 현저히 감소시켰음을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연마용 슬러리 조성물은 우수한 산화막 연마율을 나타내면서, 디펙 발생을 현저히 감소시킴을 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 (20)

  1. 연마입자;
    수용성 고분자; 및
    암모늄염;을 포함하는,
    연마용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물의 전도도는 100 ㎲/cm 내지 400 ㎲/cm인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물의 pH는 3 내지 7인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  4. 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, 바륨 티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    자기조립법에 의해 형성된 구형의 2차 입자를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    1 nm 내지 10 nm의 입자 크기를 갖는 1차 입자 및 50 nm 내지 200 nm의 입자 크기를 갖는 2차 입자를 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    BET로 측정된 비표면적이 50 m2/g 내지 200 m2/g인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자의 내부 및 표면의 Ce3 + 농도는, 20 % 내지 30 %인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    밀도가 5 내지 6인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  10. 제1항에 있어서.
    상기 연마 입자는,
    상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자는,
    하이드록시기 및 폴리에테르 골격을 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자는,
    폴리글리세롤, 폴리글리세롤 지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 디글리세릴에테르, 폴리옥시알킬렌 폴리글리세릴에테르 및 글리세롤 폴리글리세릴에테르로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자는,
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    상기 n은, 100 내지 1,000,000의 정수이다.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 고분자의 중량평균 분자량(Mw)은,
    200 내지 5,000인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  15. 제1항에 있어서.
    상기 수용성 고분자는,
    상기 연마용 슬러리 조성물 중, 1 중량% 내지 20 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 암모늄염은,
    암모늄나이트레이트, 암모늄포스페이트, 암모늄아세테이트, 암모늄클로라이드, 암모늄설페이트, 암모늄포메이트, 암모늄카르보네이트 및 암모늄사이트레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 암모늄염은,
    상기 연마용 슬러리 조성물 중, 0.01 중량% 내지 5 중량%인 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  18. 제1항에 있어서,
    질산, 황산, 인산, 염산, 아세트산, 시트르산, 글루타르산, 글루콜산, 포름산, 젖산, 말산, 말론산, 말레산, 옥살산, 프탈산, 숙신산 및 타르타르산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 pH 조절제를 더 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  19. 제1항에 있어서,
    벤조산(Benzoic acid), 페닐아세트산(Phenylacetic acid), 나프토산(Naphthoic acid), 만델산(Mandelic acid), 피콜린산(Picolinic acid), 디피콜린산(Dipicolinic acid), 니코틴산(Nicotinic acid), 디니코틴산(Dinicotinicacid), 이소니코틴산(Isonicotinic acid), 퀴놀린산(Quinolinic acid, 안트라닐산(anthranilic acid), 푸자르산(Fusaric acid), 프탈산(Phthalic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 테레프탈산(Terephthalic acid), 톨루엔산(Toluic acid), 살리실산(Salicylic acid), 니트로벤조산(nitrobenzoic acid) 및 피리딘카르복실산(Pyridinedicarboxylic Acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 선택비조절제를 더 포함하는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 연마용 슬러리 조성물은,
    반도체 소자 또는 디스플레이 소자의 연마 공정에 적용되는 것인,
    연마용 슬러리 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230092596A (ko) * 2021-12-17 2023-06-26 주식회사 케이씨텍 세륨계 연마입자 및 이의 제조방법

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