WO2017052280A1 - Cmp용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법 - Google Patents

Cmp용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법 Download PDF

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이승훈
이승현
이수진
김승환
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영창케미칼 주식회사
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    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Definitions

  • the to-be-polished surface in CMP exposes various materials, such as a polysilicon film (polycrystalline silicon film), a single crystal silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film.
  • the target material was removed by CMP using the slurry composition for CMP which targeted 1 type of said materials.
  • the targeted material may be excessively polished, causing defects such as dishing and erosion.
  • productivity is lowered because a slurry composition for CMP suitable for each object must be selected for each target material and removed by CMP.
  • the additive may be made of polyethylene glycol having a selectivity control with respect to the polysilicon film, a heterocyclic compound and an organic acid with a selectivity control with respect to the silicon nitride film. have.
  • the polishing rate for the polysilicon film can be greatly reduced by the characteristics of the powder phase emulsifier as a nonionic surfactant.
  • the content of the heterocyclic compound and the organic acid as the additive is increased, sedimentation and aggregation are performed. Along with the characteristic of suppressing this, the polishing rate for the silicon nitride film can be increased.
  • the slurry composition for CMP is 0.2 to 10% by weight of the abrasive, consisting of colloidal silica, 0.001 to 7% by weight of one or more additives selected from the group consisting of polyethylene glycol, heterocyclic compounds and organic acids, and the rest It may be to include a solvent.
  • the abrasive composed of colloidal silica that is, colloidal silica, preferably comprises 0.2 to 10% by weight relative to the total weight of the composition. If colloidal silica is used at less than 0.2% by weight, it is not preferable because the removal rate is reduced due to the lack of solid content, and when used in excess of 10% by weight, aggregation occurs due to excessive content.
  • the one or more additives selected from the group consisting of polyethylene glycol, heterocyclic compounds and organic acids preferably comprise 0.001 to 7% by weight, based on the total weight of the composition. If the additive is used at less than 0.001% by weight, the additive content is low and there is little effect on the additive. When the additive is used at an amount exceeding 7% by weight, the additive is contained in an excess amount so that other additives added together do not play a role. It is not desirable because it is not.
  • the slurry composition for CMP may further include a water-soluble polymer capable of controlling the selectivity with respect to the silicon nitride film.
  • the water-soluble polymer may be selected from one or more selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid and hydroxyethyl cellulose.
  • the water-soluble polymer preferably contains 0.001 to 5% by weight of the water-soluble polymer, based on the total weight of the composition. If the water-soluble polymer is used at less than 0.001% by weight, the additive content is low and there is little effect on the additive. When the water-soluble polymer is used at more than 5% by weight, other additives added together do not play a role. Not.
  • Another embodiment of the present invention may be to provide a polishing method using the slurry composition for CMP comprising the step of polishing the semiconductor wafer using the CMP slurry composition.
  • the polishing method may be one in which the abrasive and the additive are injected, respectively, to adjust the selectivity of the silicon oxide film, the silicon nitride film and the polysilicon film by controlling the content of the additive.
  • An example of the polishing method using the CMP slurry composition is as follows. As can be seen in the schematic diagram showing the polishing of the pad and wafer of the CMP equipment as shown in FIG. 1, first, the CMP slurry composition is supplied to the polishing pad on the polishing surface, and the contact surface to be polished and the polishing surface and the polishing pad are Move to polish.
  • the general polishing apparatus which has the holder which hold
  • As the polishing pad a general nonwoven fabric, expanded polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used.
  • the silicon oxide film is best polished, but the CMP slurry composition according to the present invention can polish the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the polysilicon film with a high polishing selectivity, so that the polysilicon film, the silicon nitride film, It can be usefully applied to a semiconductor manufacturing process having a to-be-polished surface formed of three kinds of silicon oxide films. Since the CMP slurry composition as described above does not need to select each slurry suitable for the object for each polishing object, the production efficiency can be improved.
  • FIG. 2 A method of polishing a silicon nitride film according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 2.
  • the silicon nitride film may be selectively polished by increasing the polishing selectivity of the silicon nitride film with respect to the silicon film or silicon oxide film.
  • silicon oxide film: polysilicon film: silicon nitride film 1: 1: 50)
  • FIG. 3 is a slurry composition for CMP prepared from the present invention is that the additive is included in the abrasive, as the structure of Figure 3 after polishing the silicon nitride film and polysilicon film after the various processes, the additive polyethylene glycol, When a heterocyclic compound and an organic acid are added at a ratio of 0 to 5.0: 0 to 5.0: 0 to 5.0, a slurry having a low selectivity for the silicon oxide film and a high selectivity for the silicon nitride film and the polysilicon film can be used.
  • the silicon oxide film is not polished well, but the silicon nitride film and polysilicon film are polished well, and the CMP process is carried out.
  • One side of the two trench structures is filled with polysilicon film.
  • the structure can be obtained and other trench structures can be obtained in the form of structures filled with silicon nitride.
  • a slurry composition for CMP was prepared in the same manner as in Example 1 except for the type of additive, the amount of the abrasive additive, and the solvent in Example 1.
  • the slurry content contained in the prepared slurry composition for CMP is shown in Table 1 below.
  • Example 1 Colloidal silica (% by weight) Additive (% by weight) pH Polyethylene glycol Organic acid (glutaric acid) Heterocyclic Compounds (5methyl-benzotriazole)
  • Example 2 0.5 0.025 0.05 3.5
  • Example 2 0.4 0.025 0.025 3.5
  • Example 3 2 0.4 0.025 - 3.5
  • Example 4 2 0.45 0.025 0.025 3.5
  • Example 5 1.5 0.5 0.025 0.05 3.5
  • Example 6 2 0.2 0.025 - 3.5
  • Example 7 2 - 0.025 - 3.5
  • Example 8 2.5 0.8 0.025 - 3.5
  • Example 9 3.0 1.0 0.5 0.025 3.5
  • Example 10 3.5 1.4 1.0 0.025 3.5
  • polishing rates of the silicon oxide film, the silicon nitride film and the polysilicon film were evaluated using the CMP slurry compositions prepared in Examples 1 to 10. At this time, the polishing equipment used CMP equipment of CTS (CTS).
  • CTS CTS
  • Table 2 shows the results of measuring polishing rates of the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the polysilicon film using the CMP slurry composition.
  • Examples 1 to 10 confirmed that the polishing selectivity of the silicon nitride film and the polysilicon film to the silicon oxide film is increased.
  • the polishing selectivity of the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film was all significantly increased to 1:10 or more.

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Abstract

본 발명은 CMP용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 첨가제 및 용매의 함량 조절을 통해 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 자유롭게 조절하여 연마할 수 있기 때문에 실리콘산화막에 대하여 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택적인 제거가 요구되는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있는 CMP용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법을 제공하는 것이다.

Description

CMP용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법
본 발명은 CMP용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라 반도체 웨이퍼(Wafer) 상에 형성되는 구조물의 높낮이 단차가 증가되고 있는데, 단차가 증가될 경우 후속 리소그래피(Lithography)공정에서 촛점깊이(DOF : Depth Of Focusing) 문제로 인하여 마스크 패턴을 정확하게 프린팅(Printing)하는데 어려움이 발생하게 된다.
따라서, 최근에는 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해서 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공공정으로 합한 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 공정이 널리 이용되고 있다.
일반적으로 CMP 공정은 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱패드(Polishing pad) 위에 밀착시킨 후, 연마재와 화학물질이 포함된 연마액인 슬러리(Slurry)를 웨이퍼와 폴리싱패드 사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키게 된다. 즉, CMP 공정은 간단히 말해 반도체 웨이퍼에서 특정의 막질을 평탄하게 깍아내는 작업이라 할 수 있으며, 이러한 CMP 공정에 있어서 연마(Polishing) 후 연마면의 균일도는 매우 중요하다.
CMP 공정을 위한 구성으로 웨이퍼가 장착되는 헤드, 그와 같은 방향으로 회전하는 패드, 이들 사이에 나노 크기의 연마입자 등이 포함된 슬러리가 있고, 웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해서 헤드에 장착된다. CMP 공정에서 웨이퍼는 패드와 슬러리에 의해서 연마되며, 패드가 부착된 연마 테이블은 단순한 회전운동을 하고 헤드부는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 웨이퍼를 일정한 압력으로 연마 테이블 방향으로 가압을 한다. 헤드부의 자체하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼 표면과 패드는 접촉하게 되고 이 접촉면 사이의 미세한 틈 즉, 패드의 기공 부분 사이로 가공액인 슬러리가 유동한다. 슬러리 내부의 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리 내의 화학성분에 의해서는 화학적인 제거작용이 이루어진다. 또한, 웨이퍼의 디바이스가 형성된 돌출된 부분의 상부에서부터 연마입자 또는 표면돌기들과 접촉이 이루어지고 이 돌출된 부분에 압력이 집중되므로 다른 부분보다 상대적으로 높은 표면제거 속도를 가지게 되며, 가공이 진행되면서 전 면적에 걸쳐 돌출된 부분은 균일하게 제거된다. 상기 평탄화 공정 중에 실리콘산화막이 나타나는 층에서 연마가 멈춰야 한다. CMP 공정은 공정 진행 동안 동일한 물질만을 연마하여 지정된 두께만큼을 제거해야 하는 타입과 다른 종류의 물질을 만나면서 폴리싱 엔드 포인트(Polishing end point)가 정해지는 타입으로 구분할 수 있다. 공정 중에 연마되지 말아야 할 층의 연마율이 연마되는 물질의 연마율보다 크게 작은 경우, 약간의 오버 폴리싱으로 자연스럽게 폴리싱 엔드 포인트(PEP)가 결정될 수 있다. 상기와 같이 두 물질의 연마비를 선택비라고 한다. 상기 CMP 공정에 사용되는 슬러리는 화학적인 반응을 일으킬 수 있는 분위기의 용액에 선택비를 가진 연마재가 혼합되어야 한다. 다시 말해, 다마신 공정(Damascene) 중에 상기와 같이 실리콘질화막의 연마를 우선으로 하고 실리콘산화막이 노출됨과 동시에 연마가 정지하는 두 물질의 연마비가 다른 즉, 선택비가 다른 슬러리가 필요하게 되었다. 또한, 금속층의 손상이 없고, 소자의 전기적 특성을 향상시키는 슬러리를 필요로 하게 되었다. 그러나 종래에 개발된 슬러리는 실리콘질화막 대비 실리콘산화막의 연마율이 훨씬 높기 때문에 상기 다마신 게이트 공정에 사용할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, CMP 공정의 능력이 슬러리의 특성에 의존하는 경우가 많이 발생하고 있기 때문에 최적의 CMP용 슬러리 조성물의 개발이 요구되고 있다.
한편, CMP에서의 피연마면은 폴리실리콘막(다결정 실리콘막), 단결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 등 다종다양한 재료를 노출하고 있다. 종래에는 상기한 재료 중 1종을 타겟으로 한 CMP용 슬러리 조성물을 이용하여 그 타겟으로 한 재료를 CMP로 제거하였다. 그러나, 다른 재료와의 연마 속도비가 크게 다르면, 타겟으로 한 재료가 과도하게 연마되어, 디싱이나 침식 등의 결함을 야기하는 경우가 있었다. 또한, 타겟으로 하는 재료마다 각 대상에 적합한 CMP용 슬러리 조성물을 선택하고 CMP에 의해 제거해야만 하기 때문에 생산성이 낮아진다는 문제가 있었다.
따라서, 최근 들어 반도체 디바이스의 구조의 다양화에 수반하여, 폴리실리콘막, 실리콘산화막 및 실리콘질화막의 3 종류의 막질을 동시에 연마할 것이 요구되고 있다. 이 3 종류의 막질을 동시에 연마하기 위해서는 각 연마 대상마다 대상에 맞는 슬러리를 선택하여 슬러리를 공급해야하는 공정에서 벗어나 CMP용 슬러리 조성물 자체로 막질의 선택비를 조절하여 연마할 수 있는 개발이 필요하다.
상기와 같이 CMP용 슬러리 조성물 자체로 막질의 선택비를 조절하여 연마시키기 위한 기술로서, 대한민국등록특허공보 제1396853호 「실리콘 질화물 연마용 슬러리 조성물, 이를 이용한 실리콘질화막의 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법」에는 실리콘 산화막에 대하여 실리콘 질화막을 높은 연마 선택비로 연마할 수 있어 실리콘 질화막의 선택적인 제거가 요구되는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있는 실리콘 질화물 연마용 슬러리 조성물이 개시되어 있다. 또한, 대한민국공개특허공보 제2014-0133604호 「높은 제거율 및 낮은 결함을 갖는 산화물 및 질화물에 대해 선택적인 CMP 조성물」에는 세리아(Ceria) 연마제, 하나 이상의 비이온성 중합체, 선택적으로 하나 이상의 포스폰산, 선택적으로 하나 이상의 질소-함유 양쪽이온성 화합물, 선택적으로 하나 이상의 설폰산 공중합체, 선택적으로 하나 이상의 음이온성 공중합체, 선택적으로 4급 아민을 포함하는 하나 이상의 중합체, 선택적으로 연마 조성물의 pH를 조정하는 하나 이상의 화합물, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 첨가제를 함유하는 화학-기계적 연마 조성물을 제공하여 산화실리콘, 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘의 바람직한 선택성을 나타낸다. 또한, 상기 화학-기계적 연마 조성물로 산화실리콘, 질화실리콘 및/또는 폴리실리콘을 포함하는 기판을 화학-기계적으로 연마하는 방법이 개시되어 있다.
이에, 본 발명은 연마 대상에 따라 막질(실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막)에 적합한 슬러리를 각각 적용할 필요 없이 첨가제 및 용매의 함량 조절을 통해 막질의 선택비를 조절하여 연마할 수 있는 CMP용 슬러리 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 연마 선택비를 자유롭게 조절하여 연마할 수 있어 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택적인 제거가 요구되는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있는 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는데 있다. 특히, 실리콘산화막에 대한 연마율이 높은 종래의 슬러리와는 달리 실리콘산화막 대하여 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 높은 연마 선택비로 연마할 수 있는 CMP용 슬러리 조성물을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 CMP용 슬러리 조성물 이용한 연마방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 연마할 수 있도록, 콜로이달실리카로 이루어진 연마재; 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 콜로이달실리카는 입자 크기가 10 내지 120nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 헤테로고리화합물은 질소원자가 2개 이상인 것으로서, 1,2,4H-트리아졸, 5-메틸벤조트리아졸, 테트라졸, 이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸 및 피페라진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 유기산은 카르복실산을 포함하는 화합물인 것으로서, 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid) 및 아디프산(Adipic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 첨가제는 폴리실리콘막에 대하여 선택비 조절이 가능한 폴리에틸렌글리콜과 실리콘질화막에 대하여 선택비 조절이 가능한 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, 콜로이달실리카로 이루어진 연마재 0.2 내지 10 중량%, 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제 0.001 내지 7 중량% 및 나머지는 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산의 비율이 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 수용성 고분자를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 수용성 고분자는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 및 히드록시에틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 선택할 수 있으며, 조성물 총 중량에 대하여, 수용성 고분자 0.001 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 pH가 3 내지 5인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막 중에서 선택되는 2종 이상으로 형성되는 피연마막을 동시에 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 연마는 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 선택비가 1:1~50:1~50인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마재에 첨가제를 포함시켜 단일 슬러리로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다른 구현 예에서, 상기 CMP 슬러리 조성물을 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 이용한 연마방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 연마방법은 연마재와 첨가제가 각각 주입되어, 첨가제의 함량 조절을 통해 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택비를 조절하여 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜의 함량 조절을 통해 폴리실리콘막의 선택비를 조절하여 연마시키는 것이고, 헤테로고리화합물 및 유기산의 함량 조절을 통해 실리콘질화막의 선택비를 조절하여 연마시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산의 비율이 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘산화막에 대하여 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 높은 연마 선택비로 연마할 수 있어 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택적인 제거가 요구되는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 상기와 같은 CMP용 슬러리 조성물은 각 연마 대상마다 대상 막질에 적합한 각각의 슬러리를 선택할 필요가 없기 때문에 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 CMP 장비의 패드 및 웨이퍼에 대한 연마공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘질화막의 연마방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘질화막 및 실리콘폴리막의 연마방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일반적으로 CMP(Chemical-Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 공정에서 슬러리(Slurry)라고 하면 통상적으로 연마재(Abrasive)와 첨가제(Additive)가 포함된 것을 슬러리라고 하며, 또한 단일화된 제품으로 연마재만으로도 슬러리라고 한다. 본 발명은 연마재와 첨가제의 유량을 변경하면서 연마되는 막질의 선택비를 변경하는 기술이므로 연마재와 첨가제로 구분하기로 한다. 하지만, 경우에 따라서는 연마재에 첨가제를 포함시켜 단일 슬러리 조성물로 제조할 수도 있다.
본 발명에서 '제거율(Removal rate)'이라 함은 CMP 공정에서 웨이퍼의 막질이 깍이는 정도, 즉 막질의 제거 속도를 의미한다.
본 발명에서 '선택비(Selectivity ratio)'라 함은 동일 연마 조건에서 서로 다른 물질에 대한 다른 제거율을 의미한다.
이하, 본 발명의 CMP용 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마방법을 상세하게 설명한다.
일반적인 CMP용 슬러리 조성물의 경우에는 실리콘산화막이 가장 연마가 잘되나, 본 발명에서는 실리콘산화막에 대한 선택비를 낮게 하여 제거율을 최소화하면서, 디바이스의 구조적인 특징에 따라 실리콘산화막 대비 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 제거율을 높거나 낮게 자유롭게 조절하여 연마할 수 있다.
상기와 같이 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하기 위한 요인으로는 CMP용 슬러리 조성물의 구성물질인 '첨가제 및 용매의 함량 조절'에 따라 좌우되는데, 첨가제 및 용매의 함량 조절을 통해 각각의 CMP 공정에 맞는 최적의 선택비를 적용하여 반도체 웨이퍼를 연마할 수 있게 된다.
따라서, 기존 반도체 공정에서 사용되는 슬러리는 각 연마 대상에 따라 도중에 슬러리를 교환해야하는 번거로움이 있었으나, 본 발명에서 개발하고자 하는 슬러리는 다양한 디바이스 및 여러 공정에 대해 하나의 슬러리를 사용하여 첨가제 및 용매의 함량 조절을 통해 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 연마할 수 있기 때문에 연마 대상에 따라서 도중에 슬러리를 교환하는 일 없이 연속적으로 연마하여 제거할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는, 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 연마할 수 있도록, 콜로이달실리카로 이루어진 연마재; 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제; 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 제공하는 것일 수 있다.
상기 콜로이달실리카는 나노 입경의 실리카 입자가 침강이 일어나지 않고 용매에 안정적으로 분산된 콜로이드 용액을 의미한다. 상기 콜로이달실리카는 입자 크기가 10 내지 120nm인 것이 스크레치(Scratch) 및 제거율(Removal rate)을 적절하게 유지하기 위한 측면에서 바람직하고, 입자 크기가 30 내지 80nm일 경우 더욱 바람직하다. 만일, 콜로이달실리카의 입자크기가 10nm 미만일 경우에는 막질에 대한 제거율(Removal rate)이 감소하여 공정 진행시간이 오래 걸리게 되고, 120nm을 초과할 경우에는 스크레치(Scratch)에 취약하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMP용 슬러리 조성물에 있어서, 상기 첨가제는 폴리실리콘막에 대하여 선택비 조절이 가능한 폴리에틸렌글리콜과, 실리콘질화막에 대하여 선택비 조절이 가능한 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 것일 수 있다. 즉, 첨가제인 폴리에틸렌글리콜의 함량을 높게 하면 비이온 계면활성제로서 분상 유화제 특성에 의해서 폴리실리콘막에 대한 연마 속도를 크게 감소 할 수 있으며, 첨가제인 헤테로고리화합물 및 유기산의 함량을 높게 하면 침강 및 응집을 억제하는 특성과 함께 실리콘질화막에 대한 연마 속도를 크게 할 수 있게 된다.
이때, 상기 헤테로고리화합물은 질소원자가 2개 이상인 것으로서, 1,2,4H-트리아졸, 5-메틸벤조트리아졸, 테트라졸, 이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸 및 피페라진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 상기 유기산은 카르복실산을 포함하는 화합물인 것으로서 숙신산(Succinic acid), 글루타르산(Glutaric acid) 및 아디프산(Adipic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMP용 슬러리 조성물에 있어서, 상기 용매는 조성물의 농도를 조절하여 막질의 제거율을 조절하기 위하여 사용되는 것으로서, 첨가제에 희석시켜 사용할 수 있으며, 용매는 탈이온수, 물 등을 사용할 수 있으나, 탈이온수를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 CMP용 슬러리 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, 콜로이달실리카로 이루어진 연마재 0.2 내지 10 중량%, 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제 0.001 내지 7 중량% 및 나머지는 용매를 포함하는 것일 수 있다.
상기 콜로이달실리카로 이루어진 연마재, 즉 콜로이달실리카는 조성물 총 중량에 대하여, 0.2 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 콜로이달실리카를 0.2 중량% 미만으로 사용할 경우에는 Solid 함량이 부족하여 제거율(Removal rate)이 감소하고, 10 중량%를 초과하여 사용할 경우에는 과도한 함량으로 인한 응집 현상이 일어나기 때문에 바람직하지 않다.
상기 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제는 조성물 총 중량에 대하여, 0.001 내지 7 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 첨가제를 0.001 중량% 미만으로 사용할 경우에는 첨가제의 함량이 낮아 첨가제 대한 작용이 거의 없으며, 7 중량%를 초과하여 사용할 경우에는 첨가제가 과량 함유되어 함께 첨가된 다른 종류의 첨가제가 제대로 역할을 수행하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.
이때, 첨가제는 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산의 비율이 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0인 것이 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 선택비가 1: 1~50:1~50을 만족시켜 실리콘산화막 대비 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 제거율을 높거나 낮게 자유롭게 조절하여 연마할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘질화막에 대하여 선택비 조절이 가능한 수용성 고분자를 추가적으로 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 수용성 고분자는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 및 히드록시에틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 선택할 수 있다. 상기 수용성 고분자는 조성물 총 중량에 대하여, 수용성 고분자 0.001 내지 5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 만일 수용성 고분자를 0.001 중량% 미만으로 사용할 경우에는 첨가제의 함량이 낮아 첨가제 대한 작용이 거의 없으며, 5 중량%를 초과하여 사용할 경우에는 함께 첨가된 다른 종류의 첨가제가 제대로 역할을 수행하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CMP용 슬러리 조성물은 pH가 3 내지 5인 것이 조성물의 안정성 측면에서 바람직하다. 만일, pH 범위가 3 미만일 경우에는 제거율(Removal rate)이 불안정하고, pH 범위가 5를 초과할 경우에는 콜로이달 입자의 응집 현상 및 제거율(Removal rate)이 불안정하기 때문에 바람직하지 않다. 상기 pH 범위가 되도록 조절하기 위하여 염기성 물질로는 KOH, NH4OH, NaOH, TMAH, TBAH, HNO3 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 산성물질로는 질산, 황산, 염산 등의 무기산을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. pH는 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 속도와 밀접하게 관련되어 있기 때문에 정밀하게 조절해야 한다.
전술된 바와 같이, 본 발명으로부터 제공되는 CMP용 슬러리 조성물은 첨가제 및 용매의 함량 조절을 통해 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막 중에서 선택되는 2종 이상으로 형성되는 피연마막을 동시에 연마하는 것일 수 있다. 이때, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 선택비가 1:1~50:1~50인 것일 수 있다. 또한, 실리콘산화물의 제거율(연마 속도)은 20~200Å/min, 폴리실리콘막의 제거율(연마 속도)은 20~1500Å/min, 실리콘질화막의 제거율(연마 속도)은 200~2000Å/min를 가진 것일 수 있다. 이는, 실리콘산화막이 노출되는 반도체 공정에서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 높은 연마 선택비로 연마할 수 있기 때문에 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택적인 제거가 요구되는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있다.
일 예로, 실리콘산화막에 대한 선택비는 낮게 가져가면서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 변경하고자 할 경우에 있어서, 폴리실리콘막에 대한 선택비를 강화하고자 할 경우에는 폴리실리콘막에 대한 첨가제인 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산을 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0의 비율로 선택비를 조절할 수 있다.(ex) 실리콘산화막 : 폴리실리콘막 : 실리콘질화막 = 1 : 1~30 : 5~30)
또 다른 일 예로, 실리콘산화막에 대한 선택비는 낮게 가져가면서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 변경하고자 할 경우에 있어서, 실리콘질화막에 대한 선택비를 강화하고자 할 경우에는 실리콘질화막에 대한 첨가제인 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산을 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0의 비율로 선택비를 조절할 수 있다.(ex) 실리콘산화막 : 폴리실리콘막 : 실리콘질화막 = 1 : 1~5 : 5~30)
또 다른 일 예로, 실리콘산화막에 대한 선택비는 낮게 가져가면서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 변경하고자 할 경우에 있어서, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 강화하고자 할 경우에는 첨가제인 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산을 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0의 비율로 선택비를 조절할 수 있다.(ex) 실리콘산화막 : 폴리실리콘막 : 실리콘질화막 = 1 : 5~15 : 5~15)
또한, 본 발명으로부터 제공되는 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 연마할 수 있지만, 경우에 따라 일부 다른 막질의 경우에 있어서도 연마할 수 있는 것일 수 있다. 일 예로 본 발명의 CMP용 슬러리 조성물의 경우 트렌치(Trench) 구조의 형태일 경우 벌크(Bulk) 막질을 연마하는 용도로 유용하게 사용 될 수 있다. 뿐만 아니라, 보통 파이프 채널(Pipe channel) 지역은 희생막질을 사용하여 구조를 형성하게 되는데, CMP 공정으로 구조를 형성하고자 할 경우, 파이프 채널의 Dishing 이나 Over CMP 로 인한 트렌치 변화를 최소화하기 위해 다양한 특성을 갖는 슬러리의 사용이 필요하다. 이러할 경우 막질의 선택비 조절이 가능한 본 발명의 CMP용 슬러리 조성물의 적용이 가능하다.
상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마재에 첨가제를 포함시켜 단일 슬러리로 사용이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 CMP 슬러리 조성물을 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 이용한 연마방법을 제공하는 것일 수 있다. 상기 연마방법은 연마재와 첨가제가 각각 주입되어, 첨가제의 함량 조절을 통해 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택비를 조절하여 연마하는 것일 수 있다.
상기 CMP 슬러리 조성물을 이용한 연마방법의 일예는 다음과 같다. 도 1과 같이 CMP 장비의 패드 및 웨이퍼에 대한 연마를 나타낸 개략도에서 확인할 수 있듯이, 먼저, CMP 슬러리 조성물을 연마 정반 상의 연마 패드에 공급하고, 피연마면과 접촉시키고 피연마면과 연마 패드를 상대적으로 움직여 연마한다. 연마 장치로서는 반도체 기판을 유지하는 홀더와 연마 패드를 접착한 연마 정반을 갖는 일반적인 연마 장치를 사용할 수 있다. 연마 패드로서는 일반적인 부직포, 발포 폴리우레탄, 다공질 불소 수지 등을 사용할 수 있다. 연마 중, 연마 패드에는 CMP용 슬러리 조성물을 각 연마재 및 첨가제 라인을 통해 펌프 등으로 연속적으로 공급한다. 이 공급량에 제한은 없지만, 연마 패드의 표면이 항상 연마재로 덮여 있는 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜의 함량 조절을 통해 폴리실리콘막의 선택비를 조절하여 연마시키는 것이고, 헤테로고리화합물 및 유기산의 함량 조절을 통해 실리콘질화막의 선택비를 조절하여 연마시키는 것일 수 있다. 이때, 상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산의 비율이 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0인 것일 수 있다. 연마 종료 후의 반도체 기판은 유수로 잘 세정한 후, 스핀드라이어, 램프타입 등을 이용하여 반도체 기판 상에 부착된 물방울을 떨어내고 나서 건조시키는 것이 바람직하다. 피처리체로서는 폴리실리콘막, 실리콘질화막 및 실리콘산화막 중에서 선택되는 2종 이상으로 형성되는 피연마면을 갖는 반도체 기판을 들 수 있다.
일반적인 종래 CMP용 슬러리 조성물의 경우에는 실리콘산화막이 가장 연마가 잘되나, 본 발명에 따른 CMP 슬러리 조성물은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 높은 연마 선택비로 연마할 수 있어 폴리실리콘막, 실리콘질화막 및 실리콘산화막의 3종으로 형성되는 피연마면을 갖는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있다. 상기와 같은 CMP 슬러리 조성물은 각 연마 대상마다 대상에 적합한 각각의 슬러리를 선택할 필요가 없기 때문에 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘질화막의 연마방법은 도 2와 같다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 본 발명으로부터 제조된 CMP용 슬러리 조성물의 첨가제 함량 조절을 통해 첨가제인 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산을 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0의 비율로 첨가시켜 폴리실리콘막 또는 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막의 연마 선택비를 높여 실리콘질화막을 선택적으로 연마할 수 있다. (ex) 실리콘산화막 : 폴리실리콘막 : 실리콘질화막 = 1 : 1 : 50)
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 실리콘질화막 및 실리콘폴리막의 연마방법은 도 3과 같다. 도 3은 본 발명으로부터 제조된 CMP용 슬러리 조성물은 연마재에 첨가제가 함께 포함되어 있는 것으로서, 도 3의 구조에서처럼 여러 공정을 거친 후 실리콘질화막 및 폴리실리콘막 막질을 연마할 경우, 첨가제인 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물 및 유기산을 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0의 비율로 첨가시켜 실리콘산화막에 대한 선택비는 낮으면서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 높게 할 수 있는 슬러리를 사용하면 트렌치 지역에서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막를 연마하면서 실리콘산화막에 대한 선택비가 높아 트렌치 지역에서의 높이에 대한 변화를 최소화시킬 수 있다. (ex) 실리콘산화막 : 폴리실리콘막 : 실리콘질화막 = 1 : 20 : 20)
즉, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘산화막은 연마가 잘 안되면서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막이 연마가 잘되는 슬러리로서, 두 개의 트렌치 구조에서 한 곳은 폴리실리콘막으로 채우고 다른 한 곳은 실리콘질화막으로 채우고자 할 경우, 먼저 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 먼저 증착하여 두 개의 트렌치가 한 가지 종류의 막질로 증착이 되면 마스크 패턴 공정을 거쳐 Cleaning이나 Etching 공정을 이용하여 한 개의 트렌치에 채워져 있는 막질을 제거한다. 그 후에는 이종 막질의 물질로 채우고 난 후 다시 실리콘산화막은 연마가 잘 안되면서 실리콘질화막 및 폴리실리콘막이 연마가 잘 되는 슬러리로 CMP 공정을 진행하면 두 개의 트렌치 구조에서 한 쪽은 폴리실리콘막으로 채워진 구조를 얻을 수 있고 다른 트렌치 구조는 실리콘질화막으로 채워진 구조의 형태를 얻을 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1
연마재인 콜로이달실리카를 준비하고, 폴리에틸렌글리콜, 헤테로고리화합물인 5메틸-벤조트리아졸과 유기산인 글루타르산이 함유된 첨가제에 용매인 탈이온수를 혼합하여 각각 연마재 및 첨가제를 준비하여 상기 첨가제의 라인을 통해 함량을 조절하여 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 연마하는 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다. 제조된 CMP용 슬러리 조성물에 pH 조절제로서 KOH, HNO3을 첨가하여 pH를 3.5로 조절하였다. 제조된 CMP용 슬러리 조성물에 포함된 슬러리 함량은 하기 표 1과 같다.
실시예 2 내지 10
실시예 1에서 첨가제 종류와 연마제 첨가제 및 용매의 함량을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 CMP용 슬러리 조성물을 제조하였다. 제조된 CMP용 슬러리 조성물에 포함된 슬러리 함량은 하기 표 1과 같다.
콜로이달실리카(중량%) 첨가제(중량%) pH
폴리에틸렌글리콜 유기산(글루타르산) 헤테로고리화합물(5메틸-벤조트리아졸)
실시예 1 2 0.5 0.025 0.05 3.5
실시예 2 2 0.4 0.025 0.025 3.5
실시예 3 2 0.4 0.025 - 3.5
실시예 4 2 0.45 0.025 0.025 3.5
실시예 5 1.5 0.5 0.025 0.05 3.5
실시예 6 2 0.2 0.025 - 3.5
실시예 7 2 - 0.025 - 3.5
실시예 8 2.5 0.8 0.025 - 3.5
실시예 9 3.0 1.0 0.5 0.025 3.5
실시예 10 3.5 1.4 1.0 0.025 3.5
CMP 슬러리 조성물에 따른 연마 속도 평가
상기 실시예 1 내지 10으로부터 제조된 CMP 슬러리 조성물을 이용하여 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 속도를 평가하였다. 이때, 연마 장비는 씨티에스(CTS)社의 CMP 장비를 사용하였다.
CMP 슬러리 조성물을 이용하여 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 속도를 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
제거율(=연마 속도, Å/min) 선택비(실리콘산화막: 실리콘질화막: 폴리실리콘막)
실리콘산화막 실리콘질화막 폴리실리콘막
실시예 1 30 550 100 1 : 18.3 : 3.3
실시예 2 30 550 109 1 : 18.3 : 3.6
실시예 3 30 600 150 1 : 20.0 : 5.0
실시예 4 50 600 150 1 : 12.0 : 3.0
실시예 5 50 500 150 1 : 10.0 : 3.0
실시예 6 50 600 450 1 : 12.0 : 9.0
실시예 7 40 600 886 1 : 15.0 : 22.2
실시예 8 50 500 100 1 : 10 : 2
실시예 9 50 600 70 1 : 12 :1.4
실시예 10 50 750 50 1 : 15 :1
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 10은 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 선택비가 증가하는 것을 확인하였다. 특히, 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막의 연마 선택비는 모두 1 : 10 이상으로 현저하게 증가하였다.
결과적으로, 본 발명의 CMP용 슬러리 조성물을 포함할 경우, 실리콘산화막에 대하여 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 높은 연마 선택비로 연마할 수 있어 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택적인 제거가 요구되는 반도체 제조 공정에 유용하게 적용될 수 있는 CMP용 슬러리 조성물을 제공할 수 있다는 것을 확인하였다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (11)

  1. 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막에 대한 선택비를 조절하여 연마할 수 있도록,
    콜로이달실리카로 이루어진 연마재 0.2 내지 10 중량%;
    A: 글루타르산 및 5-메틸벤조트리아졸을 포함하며, B: 폴리에틸렌글리콜을 선택적으로 포함하는 첨가제 0.001 내지 7 중량%; 및
    나머지는 용매를 포함하되,
    상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜, 5-메틸벤조트리아졸 및 글루타르산의 비율이 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0 : 0 ~ 5.0이고, 상기 글루타르산 및 5-메틸벤조트리아졸은 각각 0을 초과하는 비율이며,
    상기 연마는 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 연마 선택비가 1:10~20:1~22.2인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 콜로이달실리카는 입자 크기가 10 내지 120nm인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는 폴리실리콘막에 대하여 선택비 조절이 가능한 폴리에틸렌글리콜과 실리콘질화막에 대하여 선택비 조절이 가능한 5-메틸벤조트리아졸 및 글루타르산으로 이루어진 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 수용성 고분자를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  5. 제8항에 있어서, 상기 수용성 고분자는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 및 히드록시에틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 선택할 수 있으며, 조성물 총 중량에 대하여, 수용성 고분자 0.001 내지 5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 pH가 3 내지 5인 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막 중에서 선택되는 2종 이상으로 형성되는 피연마막을 동시에 연마하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 CMP용 슬러리 조성물은 연마재에 첨가제를 포함시켜 단일 슬러리로 사용하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물.
  9. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항의 CMP 슬러리 조성물을 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 이용한 연마방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연마방법은 연마재와 첨가제가 각각 주입되어, 첨가제의 함량 조절을 통해 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막의 선택비를 조절하여 연마하는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 이용한 연마방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 첨가제는 폴리에틸렌글리콜의 함량 조절을 통해 폴리실리콘막의 선택비를 조절하여 연마시키는 것이고, 헤테로고리화합물 및 글루타르산의 함량 조절을 통해 실리콘질화막의 선택비를 조절하여 연마시키는 것을 특징으로 하는 CMP용 슬러리 조성물을 이용한 연마방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020091242A1 (ko) * 2018-10-31 2020-05-07 영창케미칼 주식회사 구리 배리어층 연마용 슬러리 조성물
KR102082922B1 (ko) * 2019-03-04 2020-04-23 영창케미칼 주식회사 실리콘산화막 연마용 슬러리 조성물 및 그를 이용한 연마방법
KR102410845B1 (ko) * 2021-01-08 2022-06-22 에스케이씨솔믹스 주식회사 반도체 공정용 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 제조방법
WO2024043213A1 (ja) * 2022-08-24 2024-02-29 株式会社ダイセル 薄膜形成用組成物、及び半導体素子の製造方法
CN118256158A (zh) * 2022-12-28 2024-06-28 华为技术有限公司 一种组合物、平整层及平整化方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040012510A (ko) * 2002-08-02 2004-02-11 엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션 화학기계적연마용슬러리
KR20120067701A (ko) * 2010-12-16 2012-06-26 솔브레인 주식회사 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
JP2013074036A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Toshiba Corp Ｃｍｐ用スラリーおよび半導体装置の製造方法
KR20140005963A (ko) * 2011-01-25 2014-01-15 히타치가세이가부시끼가이샤 Cmp 연마액 및 그의 제조 방법, 복합 입자의 제조 방법, 및 기체의 연마 방법
KR20150020614A (ko) * 2012-05-30 2015-02-26 가부시키가이샤 구라레 화학 기계 연마용 슬러리 및 화학 기계 연마 방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI282360B (en) * 2002-06-03 2007-06-11 Hitachi Chemical Co Ltd Polishing composition and polishing method thereof
JP2007234784A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Fujimi Inc 研磨用組成物
US8759216B2 (en) * 2006-06-07 2014-06-24 Cabot Microelectronics Corporation Compositions and methods for polishing silicon nitride materials
JP4614981B2 (ja) * 2007-03-22 2011-01-19 Ｊｓｒ株式会社 化学機械研磨用水系分散体および半導体装置の化学機械研磨方法
KR101396853B1 (ko) 2007-07-06 2014-05-20 삼성전자주식회사 실리콘 질화물 연마용 슬러리 조성물, 이를 이용한 실리콘질화막의 연마 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
JP5467804B2 (ja) * 2008-07-11 2014-04-09 富士フイルム株式会社 窒化ケイ素用研磨液及び研磨方法
US8697576B2 (en) * 2009-09-16 2014-04-15 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing polysilicon
SG11201606187RA (en) * 2010-09-08 2016-09-29 Basf Se Aqueous polishing composition and process for chemically mechanically polishing substrates containing silicon oxide dielectric and polysilicon films
KR101894712B1 (ko) * 2010-09-08 2018-09-04 바스프 에스이 산화규소 유전체 필름 및 폴리실리콘 및/또는 질화규소 필름을 함유하는 기판의 화학적 기계적 연마 방법
CN102533125A (zh) * 2010-12-30 2012-07-04 安集微电子（上海）有限公司 一种化学机械抛光液
EP2693459A4 (en) * 2011-03-30 2015-04-22 Fujimi Inc POLISHING COMPOSITION AND POLISHING METHOD
TWI573864B (zh) * 2012-03-14 2017-03-11 卡博特微電子公司 具有高移除率及低缺陷率之對氧化物及氮化物有選擇性之ｃｍｐ組成物
KR101612520B1 (ko) * 2012-05-10 2016-04-14 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 화학 첨가제를 지닌 화학적 기계적 폴리싱 조성물 및 이를 사용하는 방법
US9303187B2 (en) * 2013-07-22 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Compositions and methods for CMP of silicon oxide, silicon nitride, and polysilicon materials
TWI530557B (zh) * 2014-05-29 2016-04-21 卡博特微電子公司 具高移除速率及低缺陷率之對氧化物與多晶矽及氮化物具有選擇性的ｃｍｐ組合物

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040012510A (ko) * 2002-08-02 2004-02-11 엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션 화학기계적연마용슬러리
KR20120067701A (ko) * 2010-12-16 2012-06-26 솔브레인 주식회사 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법
KR20140005963A (ko) * 2011-01-25 2014-01-15 히타치가세이가부시끼가이샤 Cmp 연마액 및 그의 제조 방법, 복합 입자의 제조 방법, 및 기체의 연마 방법
JP2013074036A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Toshiba Corp Ｃｍｐ用スラリーおよび半導体装置の製造方法
KR20150020614A (ko) * 2012-05-30 2015-02-26 가부시키가이샤 구라레 화학 기계 연마용 슬러리 및 화학 기계 연마 방법

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