KR20220104999A - 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자 - Google Patents

Abstract

세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자로, 구형 입자; 및 상기 구형 입자 상에 증착된 세리아층을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자가 제공된다.

Description

세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자{Abrasive particls for CMP coated with ceria}

본 발명은 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세리아가 코팅되어 연마 특성이 개선된 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자에 관한 것이다.

화학기계적 연마 (chemical mechanical polishing; CMP)는 가압된 웨이퍼와 연마 패드 사이에 존재하는 연마제에 의한 기계적인 가공과 슬러리의 화학 성분 (케미칼)에 의한 화학적 에칭이 동시에 일어나는 반도체 가공 기술 중 하나이다. 이는 1980년대 말 미국의 IBM사에서 개발된 이래로 서브마이크론 스케일의 반도체 칩의 제조에 있어서 광역평탄화 (global planarization) 기술의 필수 공정으로 자리 잡고 있다.

슬러리의 종류는 연마되는 대상의 종류에 따라 크게 산화물 (oxide)용 슬러리, 금속용 슬러리, 폴리실리콘(poly-silicon)용 슬러리로 구분된다. 산화물용 슬러리는 층간 절연막 및 STI (Shallow Trench Isolation) 공정에 사용되는 실리콘산화물층 (SiO2 layer)을 연마할 때 사용되는 것으로서, 크게 연마재 입자, 탈이온수, pH 안정제 및 계면활성제 등의 성분을 포함하여 구성된다. 이중 연마제 입자는 연마 장치로부터 압력을 받아 기계적으로 표면을 연마하는 작용을 하는 것으로, 주로 실리카 (SiO2), 세리아 (CeO2), 알루미나 (Al2O3) 등이 사용된다.

특히, 세리아를 연마 입자로 이용하는 세리아 슬러리는 STI 공정에서 실리콘산화물층을 연마하기 위해 널리 사용되고 있으며, 이때 연마 정지층으로서 실리콘질화물층이 주로 사용되고 있다. 일반적으로 질화물층에 대한 산화물층의 연마속도 선택비를 향상시키기 위해 소정의 화학적 첨가제가 세리아 슬러리에 첨가된다. 이때 화학적 첨가제의 양, 종류 또는 농도 등에 의하여 적절한 수준으로 제어되지 않는 경우에는 질화물층 제거속도뿐만 아니라 산화물층 제거속도도 감소하게 된다.

세리아 슬러리의 연마 입자는 통상적으로 실리카 슬러리의 연마 입자보다도 크고 거대 입자가 많이 존재하기 때문에 상대적으로 많은 응집이 발생한다. 따라서 웨이퍼 표면에 소자의 치명적인 결함이 되는 스크래치를 유발할 수 있는데, 이 또한 화학적 첨가제의 특성과 밀접한 관련이 있다.

한편, 질화물층에 대한 산화물층의 연마속도 선택비가 작은 경우에는 인접한 질화물층 패턴의 손실로 인하여 산화물층이 과잉 제거되는 디싱 (dishing) 현상이 발생되어 균일한 표면 평탄화를 달성할 수 없다는 문제가 있다.그러므로, 이런 STI CMP용 슬러리에서, 고선택비, 연마속도, 분산안정성, 마이크로-스크래치(micro-scratch) 안정성 등의 특성이 요구되며, 좁고 균일한 적정입도 분포와 1 이상의 크기를 갖는 큰 입자 개수가 일정한도 범위 내에 존재하여야 한다.

STI CMP용 슬러리를 제조하기 위한 종래 기술로 일본의 쇼와 덴코의 미국특허공보 제6,436,835호, 미국특허공보제6,299,659호, 미국특허공보 제6,478,836호, 미국특허공보 제6,410,444호 및 미국특허공보 제6,387,139호에는 세리아 입자의 합성방법과 이를 이용한 고선택비 슬러리 제조방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 이들 발명에서 주로 슬러리에 들어가는 첨가제 및 그 효과와 커플링제 (coupling agent)에 대하여 기재하고 있다.

이러한 종래 기술은 연마용 슬러리를 구성하고 있는 연마 입자들의 평균입도 및 이들의 범위에 대해서 기재하고 있거나 연마제의 조성 등에 대하여 설명하고 있다. 그러나 CMP 연마 공정에서 같이 사용되는 화학적 첨가제에 대한 세부적인 고찰이 부족하다. 화학적 첨가제의 특성이 변화함에 따라 선택비, 연마 속도가 달라질 수 있고, 마이크로 스크래치를 유발하는 정도가 달라진다. 즉 화학적 첨가제의 종류뿐만 아니라 농도 또는 분자량 등이 연마 속도 등 연마 특성에 큰 영향을 끼칠 수 있기 때문에 화학적 첨가제에 대하여 고찰하는 것은 매우 중요하다.

하지만 기존 특허와 기술은 모두 세리아를 원하는 크기와 형태로 입자 자체를 생산하는 것에 초점을 맞추었으나, 이 경우 세리아 합성과 균일도 유지 등에 있어 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 세리아의 연마특성을 유지하면서 합성 등이 용이한 연마입자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, SiO2나 TiO2 입자 상에 세리아를 증착시켜 코팅함으로써 입자 형상의 균일도를 유지하면서, 경제적인 생산비용으로 효과적인 연마 공정이 가능하다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자로, 구형 입자; 및 상기 구형 입자 상에 증착된 세리아층을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자를 제공한다.

이로써 발명에 따르면, SiO2나 TiO2 입자 상에 세리아를 증착시켜 코팅함으로써 입자 형상의 균일도를 유지하면서, 경제적인 생산비용으로 효과적인 연마 공정이 가능하다.

Claims (1)

1. 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자로,
   구형 입자; 및
   상기 구형 입자 상에 증착된 세리아층을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라아가 코팅된 화학기계연마용 연마입자.