KR20210153225A - 유기막 연마용 슬러리 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기막 연마용 슬러리 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 연마 입자; 유기산을 포함하는 연마 향상제; 및 C2 이상의 알칸올아민계 화합물을 포함하는 연마 억제제;를 포함하는, 유기막 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.

Description

유기막 연마용 슬러리 조성물{SLURRY COMPOSITION FOR ORGANIC FILM}
본 발명은 유기막 연마용 슬러리 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고집적화 및 고성능화에 따라 배선 패턴의 선 폭은 더욱 미세해지고, 구조는 점점 다층화되고 있다. 이에 따라 반도체 소자에 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 정밀도 향상을 위해서 각 공정에서의 층간 평탄도가 매우 중요한 요소로 작용하고 있다.
반도체 소자를 제조하는 데 있어서 기판 상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로 CMP(chemical mechanical polishing) 공정이 이용된다. 예를 들어, 연마 대상 물질에 따라 산화막(oxide) CMP 공정, 금속(metal) CMP 공정, 폴리실리콘(poly -Si) CMP공정, 유기막 CMP 공정 등으로 분류되기도 한다.
유기막을 연마하는 CMP 공정이 적용되는 반도체 공정으로는 대표적으로ILD(Inter Layer Dielectric) 공정을 들 수 있다. ILD 공정은 미세 패턴을 형성하기 위한 공정으로 과량으로 형성된 유기막(C-SOH)을 제거하기 위한 공정이다.
종래에는 유기막용 CMP 슬러리 조성물에 티타늄 트리클로라이드 등의 환원제를 첨가하여 사용하였으나, 이러한 종래의 유기막용 CMP 슬러리 조성물을 사용할 경우, ILD 공정에 필요한 무기막 대비 유기막에 대한 선택적 연마비를 얻을 수 없었다.
또한, 종래 유기막용 CMP 슬러리 조성물은 유기막을 단위 시간당 높은 연마량으로 연마하되 스크래치와 같은 표면의 결함이 없게 하여야 하므로 고분자 연마재를 포함하였다. 그러나, 유기막과 고분자 연마재의 재질이 상이하기 때문에 유기막에 따라서는 종래 유기막 CMP 슬러리 조성물로 연마할 경우 연마면의 평탄도도 높이면서 동시에 원하는 연마량을 얻을 수 없었다. 뿐만 아니라, 유기막에 따라 원하는 연마량을 얻을 수 없거나 스크래치 등이 발생하여 연마면에 결함이 발생하고 평탄도가 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 유기막에 대한 우수한 연마 성능을 가지면서 유기막 표면에 스크래치와 같은 결함 발생을 억제할 수 있는 유기막 연마용 슬러리 조성물의 개발이 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 유기막에 대한 연마율이 우수하고, 유기막 표면에 스크래치와 같은 결함 발생을 억제할 수 있는 유기막 연마용 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 측면은, 연마 입자; 유기산을 포함하는 연마 향상제; 및 C2 이상의 알칸올아민계 화합물을 포함하는 연마 억제제;를 포함하는, 유기막 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막 연마용 슬러리 조성물은, pH의 범위가 2.0 내지 7.0인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 금속산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨 티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 평균 입경은, 10 nm 내지 200 nm인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 향상제의 함량은, 0.1 중량% 내지 0.8 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 억제제의 함량은, 0.01 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 C2 이상의 알칸올아민계 화합물은, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, N-이소프로필에탄올아민, N,N-디이소프로필에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, N-메틸이소프로판올아민, N,N-디메틸이소프로판올아민, N-에틸이소프로판올아민, N,N-디에틸이소프로판올아민, N-이소프로필이소프로판올아민, N,N-디이소프로필이소프로판올아민, 프로판올아민, N-메틸프로판올아민, N,N-디메틸프로판올아민, N-에틸프로판올아민, N,N-디에틸 프로판올아민, N-이소프로필프로판올아민, N,N-디이소프로필프로판올아민, 모노부탄올아민, 디부탄올아민, 트리부탄올아민, N-메틸부탄올아민, N,N-디메틸부탄올아민, N-에틸부탄올아민, N,N-디에틸부탄올아민, N-이소프로필부탄올아민, N,N-디이소프로필부탄올아민, 페닐에탄올아민, 페닐프로판올아민 및 페닐부탄올아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 음이온성 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 표면 보호제;를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 표면 보호제의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 음이온성 작용기는, 카르복실기, 술폰기, 술페이트기, 포스포르기 및 포스폰기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 음이온성 작용기를 갖는 화합물은, 폴리카르복실산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산, 비닐포스폰산 및 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 산화제;를 더 포함하고, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막은, 탄소-수소 결합을 함유하는 카본계막을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막의 연마율은, 500 Å/min 내지 2,000 Å/min인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유기막 연마용 슬러리 조성물은, 우수한 연마율을 확보함과 동시에 연마 억제제 및 표면 보호제를 통해 유기막의 계면 반응을 억제하고 유기막의 표면을 보호함으로써 표면에 발생하는 스크래치를 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, pH 범위를 제어함으로써, 유기막 연마용 슬러리 조성물의 연마율 및 결함 발생 억제 효과를 최적화할 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 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, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 측면은, 연마 입자; 유기산을 포함하는 연마 향상제; 및 C2 이상의 알칸올아민계 화합물을 포함하는 연마 억제제;를 포함하는, 유기막 연마용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 유기막 연마용 슬러리 조성물은, 연마 억제제를 통해 유기 막의 계면 반응을 억제할 수 있으며, 유기막의 연마율을 조절할 수 있는 특징이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막 연마용 슬러리 조성물은, pH의 범위가 2.0 내지 7.0인 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 pH의 범위는, 2.0 내지 6.0 또는 2.0 내지 5.0 또는 2.0 내지 4.0 또는 2.5 내지 4.0 또는 2.5 내지 3.5인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유기막 연마용 슬러리 조성물은, 상기 pH 범위 내에서 스크래치 발생 억제 및 유기막 연마율을 최적화할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 금속산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨 티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 입자의 평균 입경은, 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.
만일, 상기 연마 입자의 평균 입경이 상기 범위 미만일 경우 유기막 연마율이 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 유기막이 과연마될 수 있으며, 유기막의 과연마로 인하여 패턴에서의 디싱이나 이로젼(erosion)과 같은 2차 결함일 초래될 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.
여기서, 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 수열 합성법 등을 적용하여 제조될 수 있다. 액상법으로 제조된 연마입자는 연마입자 표면이 음전하를 갖도록 분산되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마입자의 형상은 구형, 각형, 침상 형상 및 판상 형상으로 이루어진 군으로부터 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 연마 입자의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 1 중량% 내지 8 중량%, 1 중량% 내지 6 중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 2 중량% 내지 6 중량%, 2 중량% 내지 5 중량%일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 2 중량% 내지 4 중량%, 2.5 중량% 내지 4 중량%일 수 있다.
만일, 상기 연마 입자의 함량이 상기 범위 미만일 경우 유기막 연마율이 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 유기막이 과연마될 수 있으며, 유기막의 과연마로 인하여 패턴에서의 디싱이나 이로젼(erosion)과 같은 2차 결함일 초래될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 향상제의 함량은, 0.1 중량% 내지 0.8 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.7 중량%, 0.1 중량% 내지 0.6 중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.5 중량%, 0.1 중량% 내지 0.4 중량%일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.3 중량%일 수 있다.
만일, 상기 연마 입자의 향상제의 함량이 상기 범위 미만일 경우 유기막 연마율이 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 유기막이 과연마될 수 있으며, 유기막의 과연마로 인하여 패턴에서의 디싱이나 이로젼(erosion)과 같은 2차 결함일 초래될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기산은, 옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 유기산은, 유기막의 탄소 체인을 끊어내어 연마를 향상시키는 기능을 할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 연마 억제제의 함량은, 0.01 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.01 중량% 내지 0.8 중량%, 0.01 중량% 내지 0.7 중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.03 중량% 내지 0.7 중량%, 0.03 중량% 내지 0.6 중량%일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 0.05 중량% 내지 0.6 중량%, 0.05 중량% 내지 0.5 중량%일 수 있다.
만일, 상기 연마 입자의 억제제의 함량이 상기 범위 미만일 경우 과연마로 인하여 패턴 디싱이 초래될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 원하는 연마율을 확보할 수 없는 문제점이 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 C2 이상의 알칸올아민계 화합물은, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, N-이소프로필에탄올아민, N,N-디이소프로필에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, N-메틸이소프로판올아민, N,N-디메틸이소프로판올아민, N-에틸이소프로판올아민, N,N-디에틸이소프로판올아민, N-이소프로필이소프로판올아민, N,N-디이소프로필이소프로판올아민, 프로판올아민, N-메틸프로판올아민, N,N-디메틸프로판올아민, N-에틸프로판올아민, N,N-디에틸 프로판올아민, N-이소프로필프로판올아민, N,N-디이소프로필프로판올아민, 모노부탄올아민, 디부탄올아민, 트리부탄올아민, N-메틸부탄올아민, N,N-디메틸부탄올아민, N-에틸부탄올아민, N,N-디에틸부탄올아민, N-이소프로필부탄올아민, N,N-디이소프로필부탄올아민, 페닐에탄올아민, 페닐프로판올아민 및 페닐부탄올아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 알칸올아민계 화합물은, 유기막 계면의 표면 반응을 억제하여 유기막 표면의 연마를 제어함으로써, 유기막 표면의 마이크로 스크래치 발생을 억제할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 음이온성 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 표면 보호제;를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유기막 연마용 슬러리 조성물은, 표면 보호제를 통해 유기막의 표면을 보호함으로써 표면에 발생하는 스크래치를 억제할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 음이온성 작용기는, 카르복실기, 술폰기, 술페이트기, 포스포르기 및 포스폰기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 음이온성 작용기를 갖는 화합물은, 포스폰산, 포스폰산 유도체, 폴리포스폰산, 폴리포스폰산 유도체 및 그들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로는, 폴리카르복실산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산, 비닐포스폰산 및 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 음이온성 작용기를 갖는 화합물은, 유기막 표면을 보호함으로써, 유기막 표면에 발생하는 스크래치를 억제할 수 있다.
또한, 음이온성 작용기를 갖는 모노머 및 폴리머를 조합함에 따라 유기막 연마율을 조절할 수 있는 특징이 있다.
상기 음이온성 작용기를 갖는 화합물은, 모노머, 폴리머 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 표면 보호제의 함량은, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 1 중량% 내지 8 중량%, 1 중량% 내지 6 중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 2 중량% 내지 6 중량%, 2 중량% 내지 5 중량%일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 2 중량% 내지 4 중량%, 2.5 중량% 내지 4 중량%일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 산화제;를 더 포함하고, 상기 산화제는, 과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 산화제의 함량은, 0.1 중량% 내지 1 중량%인 것일 수 있다.
바람직하게는, 0.1 중량% 내지 0.8 중량%, 0.1 중량% 내지 0.7 중량%일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 0.3 중량% 내지 0.7 중량%, 0.3 중량% 내지 0.6 중량%일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 0.4 중량% 내지 0.6 중량%일 수 있다.
만일, 상기 산화제의 함량이 상기 범위 미만일 경우, 유기막에 대한 연마율과 산화속도가 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 유기막이 하드(hard)해져서 연마가 이루어지지 않을 수 있다.
상기 산화제는 유기막의 산화를 유도함으로써 유기막의 연마율을 확보하는 역할을 할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막은, 탄소-수소 결합을 함유하는 카본계막을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막은, ACL(amorphous carbon layer), APF(상품명, AMAT 제조), SiLK (상품명, Dow Chemical 제조), NCP (상품명, ASM 제조), AHM (상품명, Novellous 제조) 및 C-SOH(spin on hardmask)막으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 C-SOH막은 일반적으로 카본계 하드마스크 막을 의미하나, 본 발명에서는 자가정렬 이중 패턴 공정(self-aligned double patterning technology; SaDPT)에서 형성된 레지스트막, 패턴화된 웨이퍼 위에 증착된 실리카막과 같은 무기막의 비아-홀을 채워주는 갭-필링(gap-filling) 또는 에칭 방지막 등의 레지스트 기능을 가지는 카본계막을 총체적으로 의미한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 유기막의 연마율은, 500 Å/min 내지 2,000 Å/min인 것일 수 있다.
바람직하게는, 600 Å/min 내지 2,000 Å/min, 800 Å/min 내지 2,000 Å/min 일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 800 Å/min 내지 1,800 Å/min, 800 Å/min 내지 1,700 Å/min 일 수 있으며, 더욱 더 바람직하게는, 900 Å/min 내지 1,700 Å/min 일 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.
실시예 1 - 12.
콜로이달 실리카 연마 입자 3.0 중량%, 연마 향상제로 시트르산 0.2 중량%, 연마 억제제로 알칸올아민계 화합물, 표면 보호제로 폴리카르복실산 0.3 중량%, 산화제로 과산화수소 0.5 중량%를 혼합하고, 연마 억제제의 종류와 함량 및 pH 범위를 각각 달리하여 유기막 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
pH는 pH 조절제를 사용하여 조절하였다.
연마 억제제의 종류와 함량 및 pH를 표 1에 나타내었다.
비교예 1 - 3.
pH 범위를 9 이상이 되도록 한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 유기막 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
연마 억제제의 종류와 함량 및 pH를 표 1에 나타내었다.
비교예 4 - 5.
연마 억제제로 수산화칼륨 및 암모니아를 사용한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 유기막 연마용 슬러리 조성물을 제조하였다.
연마 억제제의 종류와 함량 및 pH를 표 1에 나타내었다.
연마 억제제 중량 (%) pH
실시예 1 페닐프로판올아민 0.05 3.5
실시예 2 페닐프로판올아민 0.15 3.5
실시예 3 페닐프로판올아민 0.50 3.5
실시예 4 페닐프로판올아민 0.50 2.5
실시예 5 에탄올아민 0.05 3.5
실시예 6 에탄올아민 0.15 3.5
실시예 7 에탄올아민 0.50 3.5
실시예 8 에탄올아민 0.50 2.5
실시예 9 트리에탄올아민 0.05 3.5
실시예 10 트리에탄올아민 0.15 3.5
실시예 11 트리에탄올아민 0.50 3.5
실시예 12 트리에탄올아민 0.50 2.5
비교예 1 트리에탄올아민 0.50 9
비교예 2 트리에탄올아민 0.50 10
비교예 3 트리에탄올아민 0.50 11
비교예 4 수산화칼륨 0.5 3.5
비교예 5 암모니아 0.5 3.5
실험예.
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 유기막 연마용 슬러리 조성물의 유기막 연마율 및 스크래치 발생여부를 확인하였다.
연마율 및 스크래치 측정 조건은 아래와 같다.
[연마율 측정 조건]
1. 연마장비: ST#01
2. 웨이퍼: 15 cm X 15 cm 유기막 웨이퍼
3. 공급량(feeding rate): 300 ml
4. 압력(pressure): 1 psi
5. CMP 시간: 1 min
6. 연마율(Å= [연마전 웨이퍼 두께(B) - 연마 후 웨이퍼 두께(A)]
[스크래치 측정 조건]
스크래치 측정 : Tencor社 AIT-XP
측정 결과를 표 2에 나타내었다.
스크레치
(ea)		 유기막 연마율
(Å/min)
실시예 1 0 1243
실시예 2 0 1023
실시예 3 0 928
실시예 4 0 1013
실시예 5 0 1326
실시예 6 0 1246
실시예 7 0 1024
실시예 8 0 1123
실시예 9 0 1635
실시예 10 0 1542
실시예 11 0 1321
실시예 12 0 1412
비교예 1 측정 불가 과연마 측정 불가
비교예 2 측정 불가 과연마 측정 불가
비교예 3 측정 불가 과연마 측정 불가
비교예 4 11 4526
비교예 5 16 4531
표 1 및 표2를 참조하면, 실시예 1 내지 12의 경우, 스크래치가 전혀 발생하지 않았고, 약 900 Å/min 내지 2,000 Å/min 범위의 유기막 연마율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
반면, pH 범위가 9 이상인 비교예 1 내지 3의 경우, 스크래치가 측정 불가 수준으로 발생했고, 유기막 연마율이 측정 불가 수준으로 과연마된 것을 확인할 수 있다.
또한, 연마 억제제로 알칸올아민계 화합물을 사용하지 않은 비교예 4 및 5의 경우, 4000 Å/min이상의 유기막 연마율을 나타냈고, 10 ea 이상의 스크래치가 발생한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 연마 억제제 및 pH는 유기막 연마용 슬러리 조성물의 유기막 연마율 및 스크래치 발생 억제에 중요하게 작용하는 요소임을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 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 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 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 (16)

  1. 연마 입자;
    유기산을 포함하는 연마 향상제; 및
    C2 이상의 알칸올아민계 화합물을 포함하는 연마 억제제;
    를 포함하는,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    pH의 범위가 2.0 내지 7.0인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자는,
    금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
    상기 금속산화물은, 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨 티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자의 평균 입경은,
    10 nm 내지 200 nm인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마 입자의 함량은,
    0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마 향상제의 함량은,
    0.1 중량% 내지 0.8 중량%인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기산은,
    옥살산, 말산, 말레산, 말론산, 포름산, 락트산, 아세트산, 피콜린산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 글루타르산, 글루타민산, 글리콜산, 프로피온산, 푸마르산, 살리실산, 피멜린산, 벤조산, 부티르산, 아스파라긴산, 술폰산 및 프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연마 억제제의 함량은,
    0.01 중량% 내지 1.0 중량%인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 C2 이상의 알칸올아민계 화합물은,
    모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, N-이소프로필에탄올아민, N,N-디이소프로필에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, N-메틸이소프로판올아민, N,N-디메틸이소프로판올아민, N-에틸이소프로판올아민, N,N-디에틸이소프로판올아민, N-이소프로필이소프로판올아민, N,N-디이소프로필이소프로판올아민, 프로판올아민, N-메틸프로판올아민, N,N-디메틸프로판올아민, N-에틸프로판올아민, N,N-디에틸 프로판올아민, N-이소프로필프로판올아민, N,N-디이소프로필프로판올아민, 모노부탄올아민, 디부탄올아민, 트리부탄올아민, N-메틸부탄올아민, N,N-디메틸부탄올아민, N-에틸부탄올아민, N,N-디에틸부탄올아민, N-이소프로필부탄올아민, N,N-디이소프로필부탄올아민, 페닐에탄올아민, 페닐프로판올아민 및 페닐부탄올아민으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    음이온성 작용기를 갖는 화합물을 포함하는 표면 보호제;를 더 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표면 보호제의 함량은,
    0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  12. 제10항에 있어서,
    음이온성 작용기는,
    카르복실기, 술폰기, 술페이트기, 포스포르기 및 포스폰기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 음이온성 작용기를 갖는 화합물은,
    폴리카르복실산, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 스티렌술폰산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산(AMPS), 비닐술폰산, 비닐포스폰산 및 폴리스틸렌술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    산화제;를 더 포함하고,
    상기 산화제는,
    과산화수소, 우레아 과산화수소, 우레아, 과탄산염, 과요오드산, 과요오드산염, 과염소산, 과염소산염, 과브롬산, 과브롬산염, 과붕산, 과붕산염, 과망간산, 과망간산염, 과황산염, 브롬산염, 염소산염, 아염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 요오드산, 과산화황산암모늄, 벤조일 퍼옥사이드, 칼슘 퍼옥사이드, 바륨 퍼옥사이드, 소듐 퍼옥사이드 및 과산화요소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유기막은,
    탄소-수소 결합을 함유하는 카본계막을 포함하는 것인,
    유기막 연마용 CMP 슬러리 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유기막의 연마율은,
    500 Å/min 내지 2,000 Å/min인 것인,
    유기막 연마용 슬러리 조성물.
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