KR100445499B1

KR100445499B1 - 반도체 디바이스의 산화막 연마용 ｃｍｐ 슬러리

Info

Publication number: KR100445499B1
Application number: KR10-2001-0044165A
Authority: KR
Inventors: 노현수; 이길성; 이재석; 도원중; 강경문; 이동준; 김남수; 임영삼
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2004-08-21
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: KR20030009629A

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 웨이퍼의 표면 평탄화 가공에 적당한 연마용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속산화물, 알칼리 염기, 사급알킬질소화합물 및 탈이온수를 포함하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리에 관한 것이며, 본 발명의 연마용 슬러리는 매우 우수한 분산안정성을 가지므로 반도체 절연층의 CMP 공정시 연마제 입자의 응집으로 인한 μ-스크래치성 LPD의 발생률을 감소시킴과 동시에 우수한 연마속도 및 연마선택비를 달성할 수 있다.

Description

반도체 디바이스의 산화막 연마용 ＣＭＰ 슬러리{CMP slurry for polishing oxide film of semiconductor device}

본 발명은 반도체 디바이스 웨이퍼의 표면 평탄화 가공에 적당한 연마용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 디바이스 제조시 CMP 공정에 의한 층간 절연막 연마에 있어서 웨이퍼 표면에 μ-스크래치성 LPD(Light Point Defect)를 일으키지 않을 뿐만 아니라 연마속도, 질화막에 대한 산화막의 연마선택비 등의 연마특성이 개선되어 고도의 디바이스 형성 기술에 적용 가능한 연마용 조성물에 관한 것이다.

반도체 디바이스는 고성능, 고집적화를 통해 256M 및 1G 비트급의 DRAM으로 대표되는 ULSI 시대로 돌입하고 있으며, 디바이스 제조의 최소가공 사이즈가 점점 작아짐에 따라 차세대 디바이스의 경우 0.19μ, 0.13μ 등의 선폭이 요구될 전망이다. 이와 같은 고집적 디바이스의 경우, 리소그래피(Lithography) 공정시 원하는 해상도를 얻기 위해서는 스텝퍼(Stepper)의 고성능화, 렌즈 개구수 증대 및 빛의 단파장화가 필요하다. 그러나 이러한 조건하에서 리소그래피 공정을 진행시키면초점심도(DOF: Depth Of Focus)가 얕아짐으로 인해서 디바이스 표면의 단차가 큰 경우 충분한 해상도를 얻을 수 없게 된다. 또한 고밀도의 집적회로를 구성하고자 할 때는 이러한 배선구조의 미세화와 더불어 배선층수의 다층화도 진행되는데, 로직(Logic)용 반도체의 경우 층수가 6~7층으로 증가되며, DRAM의 경우 층수가 2~3층으로 증가할 전망이다. 이처럼 배선층수가 많다는 사실은 소재의 표면구조가 복잡하게 되고 표면요철의 정도가 심해진다는 것을 의미한다.

평탄화 기술은 이러한 리소그래피시 초점심도의 여유 감소와 배선구조의 다층화에 따른 문제점을 해결할 중요한 기술로 대두되고 있다. 그 이유는 광역(Global) 평탄화가 이루어진 표면은 리소그래피 및 배선형성을 쉽고 정확하게 할 수 있는 이상적인 상태이기 때문이다.

평탄화에는 Reflow/SOG Etch Back/ECR Depo & Etch 등 여러가지 방법이 제안되어 일부 실용화되고 있으나, 부분 평탄화가 그 주류를 이루며, 광역 평탄화를 실현할 수 있는 방법중 가장 능률적인 것이 새로운 평탄화 기술로서 주목받기 시작한 화학적 기계적 연마방법(CMP: Chemical Mechanical Polishing)이다.

CMP 기술의 원리는 웨이퍼를 연마패드 표면위에 접촉하도록 한 상태에서 연마용 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 연마패드와 웨이퍼를 상대운동시켜 물리적으로 웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화하는 것이다.

반도체 CMP 공정에 사용되는 연마용 슬러리(이하, "CMP 슬러리"라 함)는 일반적으로 탈이온수, 금속산화물, pH 조절제, 그리고 연마속도 개선을 위한 산화제 등을 포함하고 있다. 이중 금속산화물로는 발연법 또는 졸-겔(Sol-Gel)법으로 제조된 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 세리아(CeO₂), 지르코니아(ZrO₂), 티타니아(TiO₂) 등이 주로 사용된다. pH 조절제로는 피연마 재질에 따라 산 또는 염기를 사용하는데, 피연마 재질이 SiO₂로 된 절연층일 경우에는 아민이나 수산화칼륨 등의 염기성 화합물을 사용하며, 피연마 재질이 배선이나 플러그(Plug)처럼 금속일 경우에는 황산, 질산, 아세트산과 같은 산과 함께 과산화수소수(H₂O₂) 등의 산화제를 추가로 첨가할 수 있다.

그동안 피연마 재질의 특성 및 CMP 공정상의 특정 요구사항에 부응하여 다양한 금속산화물 및 첨가제를 조합하여 사용한 CMP 슬러리들이 개발되어 반도체 생산공정에 실제로 적용되고 있으며, 이들 슬러리들은 연마속도, 균일도, 평탄도, 선택비 등의 연마성능 면에서 어느 정도 만족할 만한 수준에 도달한 것으로 평가되고 있다. 그러나 반도체 디바이스의 고집적화가 가속화될 수록 이들 단위항목에 대한 품질 요구는 더욱 엄격해지기 때문에, 반도체 제조사들로 부터 CMP 슬러리의 지속적인 성능 개선이 요구되고 있는 실정이다. 더욱이 연마후 웨이퍼 표면에 μ-스크래치성의 LPD(Light Point Defect)가 다량 발생되는 문제점은 여전히 해결해야 할 과제로 상존하고 있어 개선의 여지가 크다할 수 있겠다.

디바이스 구조가 미세화 되어감에 따라 CMP 공정에 있어서 이러한 μ-스크래치성 LPD 발생은 점점 중요한 문제로 대두되고 있는데, 특히 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 있어서 μ-스크래치성 LPD의 발생은 매우 치명적이다. 이는 STI 공정이 트렌치(Trench)를 이루는 구조가 200nm 정도로 얇고 미세하여 μ-스크래치성 LPD가 발생할 경우 STI 구조 자체가 파괴되고, 그 위층에 형성되는 트랜지스터나 커패시터 등에도 영향을 미치게 되어 결국에는 디바이스 실패(Device fail)를 유발하기 때문이다. 따라서 CMP 공정에 있어서 μ-스크래치성 LPD의 발생을 방지하는 일은 매우 중요하다고 할 수 있다.

μ-스크래치성 LPD, 특히 크기가 0.3 미크론 이상인 LPD는 대부분 연마용 슬러리에 포함되어 있는 일부 큰 금속산화물 미분말 입자에 의해 발생되는 것으로 알려져 있다. 결함을 일으키는 연마제 입자의 크기는 1 미크론 이상인데, 이러한 1 미크론 이상의 거대입자는 슬러리 조성의 부조화에 의하여 연마제의 분산상태가 변화하여 응집을 일으키기 때문에 생성되는 것으로 알려져 있다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연마제의 분산상태의 변화를 방지하여 응집에 의한 거대입자의 형성을 최소화하고 또한 이미 형성된 거대입자가 연마중 웨이퍼상에서 μ-스크래치성 LPD를 발생시키지 않도록 거대입자와 피연마 재질간에 완충작용을 할 수 있는 화합물이 첨가된 CMP 슬러리를 제공함을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 금속산화물, 알칼리 염기, 사급알킬질소화합물 및 탈이온수를 포함하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 탈이온수와 금속산화물 미분말 그리고 알칼리 염기를 주성분으로 하는 슬러리에 사급알킬질소화합물을 첨가하는 경우에 슬러리의 분산안정성이 크게 개선되어 CMP 공정시 μ-스크래치성 LPD의 생성이 극소화될 뿐만 아니라, 부가적으로 산화막과 질화막간의 연마선택비가 20% 이상 개선되는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 발명의 CMP 슬러리는 바람직하게는 금속산화물 미분말 0.1~50중량%; 알칼리 염기 0.1~1.0중량%; 및 사급알킬질소화합물 0.01~2중량%를 포함하며, 보다 바람직하게는 상기 성분들 이외에 수용성 셀룰로오스 0.001~1중량%; 및 비이온성 계면활성제 0.03~3중량%를 추가로 포함한다.

본 발명에 사용된 금속산화물 미분말은 CMP 공정시 물리적 연마작용을 하는 연마제로서 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 그 종류에 특별히 제한받지 않으며, 예를 들면 발연법 또는 졸-겔(Sol-Gel)법으로 제조된 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 세리아(CeO₂), 지르코니아(ZrO₂), 또는 티타니아(TiO₂) 등을 사용할 수 있다. 단, 금속산화물 미분말의 입자크기(1차, BET 측정결과)는 10~100nm, 바람직하게는 20~60nm인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 1차 입자크기가 10nm 미만으로 지나치게 작으면 연마속도(Removal Rate)가 떨어져 생산성(Throughput) 측면에서 바람직하지 못하고, 반대로 100nm를 초과하면 연마속도가 증가하여 생산성 측면에서는 유리하나, 분산에 어려움이 있고 거대입자(Large Particle)가 다량 존재하여 μ-스크래치를 다량 유발하므로 바람직하지 않다. 또한, 이들 금속산화물의 수용성 분산상태에서의 2차 평균 입자크기는 100~250nm인 것이 바람직하다. 금속산화물의 평균 입자 및 최대 입자가 크면 클수록 침강 안정성이 떨어져 CMP 슬러리를 1주일 이상 실온에서 저장시 침강이 일어나 CMP 공정에 사용전에 교반 공정이 추가로 필요하게 되므로 바람직하지 못하다.

상기 금속산화물 미분말의 슬러리내 함량은 전체 조성물 대비 0.1~50중량%, 바람직하게는 1~25중량%, 보다 바람직하게는 9~15중량%이다. 금속산화물 미분말의 함량이 0.1중량% 미만이면 연마작용이 원활하지 못하고, 50중량%를 초과하면 분산성이 떨어지고 비경제적이므로 바람직하지 않다.

본 발명에 사용된 알칼리 염기는 슬러리의 pH 조절과 연마속도 개선을 위한 첨가제로서 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한 그 종류에 특별히 제한받지 않으며, 예를 들면 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)과 같은 통상의 알칼리 염기를 사용할 수 있다.

본 발명에 사용된 사급알킬질소화합물은 연마품질, 특히 웨이퍼 표면의 잔류 LPD(Light Point Defect) 농도, 연마속도, 그리고 산화실리콘막(SiO₂필름)과 질화실리콘막(SiN 필름) 간의 연마선택비의 개선에 핵심적인 첨가제로서, 사급알킬암모늄(R₄N⁺, R=알킬기) 염기(base)를 단독으로 사용하거나, 또는 사급알킬암모늄 염기와 사급알킬암모늄 염(salt)을 함께 사용한다.

상기 사급알킬암모늄 염기의 바람직한 예로는 TMAH(tetramethylammoniumhydroxide)를 들 수 있다. TMAH는 강염기성으로 사진공정에서 현상액으로 사용될 만큼 웨이퍼 표면에 대한 식각력이 우수한 것으로 알려져 있으며, 알칼리 염기에 비하여 분자구조상 웨이퍼 상에서의 이동성이 느리기 때문에 웨이퍼 표면 이하로의 침투에 의한 오염 요인이 적은 특성을 지니고 있는 화합물이다. 본 발명에서는 이와 같은 TMAH의 우수한 산화막 식각특성을 이용하고자 하였다. 그런데, TMAH는 상기와 같은 장점이 있는 반면에 연마제 입자의 분산성을 감소시키는 단점이 있어 연마제 입자의 분산에 세심한 주의를 기울일 필요가 있다.

본 발명에 따르면, TMAH와 같은 사급알킬암모늄 염기 이외에 사급알킬암모늄염을 일정 비율로 병용함으로써 보다 큰 연마특성 개선 효과를 얻음과 동시에 상술한 바와 같은 분산성 저하를 방지할 수 있다. 이러한 사급알킬암모늄 염의 바람직한 예로는 TMACl(tetramethylammoniumchloride)을 들 수 있다. 통상 암모늄염은 연마시 연마제 입자의 응집을 효과적으로 촉진하여 연마제 입자에 의한 기계적 연마효과를 증가시키는 것으로 알려져 있는데(참조: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.34, pp.1037-1042), 반면에 분산안정성 측면에서는 연마제 입자의 전기이중층을 축소시켜 안정성을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 하지만, 본 발명에서는 사급알킬암모늄 염기와 사급알킬암모늄 염, 특히 TMAH와 TMACl의 사용비율과 슬러리내 총 사용농도를 특정 범위로 조정함으로써 우려되는 분산안정성의 저하 없이 본 발명에서 원하는 연마특성의 대폭적인 향상을 달성할 수 있었다.

즉, 본 발명에 사용된 사급알킬질소화합물의 슬러리내 총 함량, 그리고 특히 사급알킬암모늄 염기와 사급알킬암모늄 염을 병용하는 경우에 이들의 사용비율은 최종 연마용 슬러리의 분산안정성에 영향을 미치는 중요한 요인이며, 상기 사급알킬질소화합물의 슬러리내 총 함량은 전체 조성물 대비 0.01~2중량%의 범위로 첨가될 때 가장 우수한 성능을 시현하고, 사급알킬암모늄 염기와 사급알킬암모늄 염을 병용하는 경우에 이들의 사용비율은 중량비로 1:5~1:12의 범위내에서 가장 우수한 성능을 시현한다. 또한, 사급알킬질소화합물에 포함된 알킬기의 탄소수는 5개 이하인 것이 분산성 측면에서 바람직하다.

본 발명에 사용된 사급알킬질소화합물은 상술한 바와 같은 단순한 연마속도 개선 작용 이외에도, 다음과 같은 원리에 의해 연마용 슬러리의 전반적인 연마특성을 향상시키는 것으로 이해된다. 즉, 사급알킬질소화합물은 연마제거물인 실록산(Siloxane)류 화합물의 Si-OH와 수소결합 혹은 이온결합을 형성함으로써 Si-OH의 반응성을 감소시키기 때문에, 이러한 연마제거물이 웨이퍼 표면에 재흡착하거나 연마제거물 간의 고분자화 축중합에 의해 콜로이드 크기의 불안정한 무정형 입자로 성장하거나 또는 더욱 치명적으로는 이들 반응성 중합체가 연마제 입자와 입자간의 가교화 반응을 진행시켜 입자의 불안정화를 촉진하는 경우에 발생하는, 연마속도 감소, μ-스크래치의 발생 및 입자의 잔류와 같은 바람직하지 않은 현상이 감소하게 된다. 그 결과 연마속도 증가는 물론 표면결함인 μ-스크래치에 의한LPD가 감소되는 우수한 연마특성을 발휘하는 것이다. 또한, 특히 TMAH와 TMACl을 적절한 비율로 혼합하여 사용하는 경우, 상용화된 슬러리 혹은 유사한 조성물에 비하여 산화막과 질화막간의 연마선택비가 20% 이상 증가하는 효과가 있다. 이러한 선택비의 개선 원인은 정확하게 파악하지는 못하였으나 사급알킬질소화합물과 질화실리콘막간에는 반응성이 상대적으로 약화되기 때문인 것으로 추측된다.

본 발명에서는, 연마특성을 최적화 하기 위하여 첨가된 사급알킬질소화합물의 바람직하지 않은 영향으로 유발될 수도 있는 연마제 입자의 분산 불안정화를 보상 혹은 개선하기 위한 첨가제를 부가적으로 사용할 수 있는데, 이러한 첨가제로는 슬러리가 층류(laminar)를 생성하도록 분자량이 10만 이상이고 긴 사슬구조를 가진 수용성 고분자인 셀룰로오스류를 사용한다. 본 발명에 사용된 셀룰로오스로는 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시부틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 친유성으로 조절된 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 또는 메틸셀룰로오스 등이 사용될 수 있다. 소량으로 보다 큰 분산안정화 효과를 얻기 위해서는 상기 셀룰로오스의 분자량이 30만~100만인 것이 바람직하고, 표면장력은 65(25℃) 이상이 되도록 사용하는 것이 바람직하다. 상기 셀룰로오스는 응집 침하현상이 두드러진 금속산화물들의 표면 사이를 효과적으로 차단해주기 때문에 분산성을 증진시켜 침하속도를 현저히 감소시킬 수 있다.

상기 셀룰로오스의 슬러리내 함량은 전체 조성물 대비 0.001~1.0중량%이다. 세룰로오스의 함량이 0.001중량% 미만이면 원하는 분산성 개선 효과를 얻을 수 없다. 한편, 셀룰로오스의 함량이 0.5중량% 이상인 경우 기포가 과량으로 발생하여연마공정의 작업성과 연마품질을 저하시킬 수 있는 반면 파포성이 우수한 특성을 고려하여 최적량을 선택하는 것이 중요하며, 1.0중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 분산 성능이 우수한 셀룰로오스의 장점을 살리고 기포성에 대한 취약함을 보강하기 위하여 저기포성의 비이온성 계면활성제를 함께 병용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 비이온성 계면활성제로 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체를 사용하며, 특히 에틸렌옥사이드 부가 몰수가 15 이하이고 프로필렌옥사이드 부가 몰수가 0~5인 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 에틸렌옥사이드류 계면활성제는 특히 연마제로 퓸드 실리카나 콜로이달 실리카를 사용하는 경우의 분산안정화에 효과가 있다. 이러한 분산안정화는 본 발명의 연마용 슬러리가 장기적으로도 균일한 연마품질을 발휘하도록 하는데 매우 중요하다 할 수 있다.

상기 비이온성 계면활성제의 슬러리내 함량은 전체 조성물 대비 0.03~3중량%이다. 계면활성제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 본 발명에서 원하는 목적을 달성할 수 없다.

본 발명의 연마용 슬러리 제조시, 금속산화물 입자의 분산은, 예를 들면, 금속산화물을 포함하여 슬러리 제조에 필요한 각 성분을 모두 혼합한 후 그 혼합물을 고압으로 가속시켜 오리피스를 통과시킴으로써 발생하는 전단력(Shearing Force), 충돌력(Impact) 및 공동화(Cavitation) 현상을 이용하는 방법(참조: 대한민국 특허공개 2000-6595, 대한민국 특허공개 2000-6636)을 사용하여 수행될 수 있다.

한편, 본 발명자들은 본 발명의 연마용 슬러리 제조시 혼합단계에서 상술한 각 성분의 투입 순서가 최종 슬러리의 물성과 연마성능의 재현성에 영향을 주는 것을 발견하였다. 즉, 모든 첨가제는 금속산화물 미분말의 투입 전에 미리 초순수와 혼합되는 것이 바람직한데, 이는 금속산화물이 초순수에 투입되어 웨팅(Wetting)이 진행될 때 초순수만 있는 경우보다는 본 발명에 따른 각종 첨가제가 포함된 경우가 금속산화물 입자의 표면을 보다 안정화시켜 줌으로써 결과적으로 안정된 분산액이 제조되기 때문이라 여겨진다. 보다 바람직하게는 알칼리 염기를 타성분들의 혼합 및 분산이 종료된 후 빠른 속도로 투입하는 경우에 연마제 입자의 입경 감소와 분산성 개선에 있어 보다 큰 효과를 얻을 수 있다. 만일 상기와 같은 투입 순서를 따르지 않고 셀룰로오스와 사급알킬질소화합물을 금속산화물 투입 후에 첨가하는 경우에는 이들을 반드시 초순수에 분산 혹은 용해시켜 서서히 투입해야 한다. 그렇지 않으면 투입 중 젤화가 급속히 진행하거나 점도가 상승하여 뒤이은 분산단계에서 분산이 어려워지고, 분산이 되는 경우에도 연마제의 입경이 증가하고 분산성이 감소하는 문제가 발생한다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예들은 예시적 의미를 지니며 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

20%-KOH 용액 30g을 탈이온수 1682g이 담긴 4ℓ의 폴리에틸렌 용기에 적가하고, 25%-TMAH 8g을 적가한 후 50rpm으로 10분간 교반하였다. 상기 수용액을 500rpm으로 교반하면서 280g의 실리카(실리카 A)를 적가하고 40분 동안 교반하여 1차 혼합을 완료하였다. 이와 같이 제조된 1차 혼합 슬러리를 고압으로 가속시켜 오리피스내에서 전단력(Shearing Force), 충돌력(Impact) 및 공동화(Cavitation) 등을 일으키게 하는 방법(참조: 대한민국 특허공개 2000-6595, 대한민국 특허공개 2000-6636)을 사용하여 분산시켰다. 분산된 슬러리를 1미크론 필터를 사용하여 여과한 후 아래와 같은 조건하에서 2분간 연마하였다. 연마에 의해 제거된 웨이퍼의 두께 변화로 연마속도를 측정하였고, 산화실리콘막과 질화실리콘막 간의 연마선택비는 각각의 블랭킷(Blanket) 웨이퍼의 연마속도비를 취하였다. 표면의 LPD 발생량은 KLA-TENCOR사의 Surfscan 6420을 이용하여 측정하였다. 침하속도는 직경 1cm, 길이 13cm의 유리 시험관에 슬러리를 11cm 높이로 채우고 3개월간 방치한 후, 상단 표면으로부터 투명해진 높이를 계측하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[연마방법]

▷ 연마기 모델: 6EC(STRASBAUGH사)

▷ 연마패드 : IC1000/SubaⅣ Stacked(Rodel사)

▷ 연마대상 : PE TEOS 8" 블랭킷 웨이퍼, Si₄N₄8" 블랭킷 웨이퍼

▷ 연마조건

평탄화 속도	스핀들 속도	다운 포스	배압	슬러리 유량	온도
90rpm	30rpm	8psi	0psi	150㎖/min	25℃

실시예 2~4

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 첨가제의 종류와 첨가량을 달리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였다. 1차 혼합시 각 첨가제의 투입순서는 표에 나타난 순서를 따랐으며, 실리카는 항상 마지막에 첨가하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 5

투입순서 중 20%-KOH 수용액을 분산이 완료된 후에 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 같은 방법으로 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 6

투입순서 중 2%-히드록시프로필셀룰로오스(HPC, 분자량 30만) 수용액을 실리카 투입 후, 분산전에 투입한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 같은 방법으로 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 7

20%-KOH 수용액 30g을 탈이온수 1029g이 담긴 4ℓ의 폴리에틸렌 용기에 적가하고, 25%-TMAH 8g을 적가한 후 50rpm으로 10분간 교반하였다. 상기 수용액을 500rpm으로 교반하면서 실리카 함량이 30중량%인 콜로이달 실리카(실리카 B) 933g을 적가하고 40분 동안 교반하여 1차 혼합을 완료하였다. 이후의 분산과 연마성능 평가는 상기 실시예 1과 같이 진행하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 TMAH를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

비교예 2

상기 실시예 1에서 TMAH를 첨가하지 않고, 실리카 A 대신에 실리카 B를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 슬러리를 제조하고 연마성능을 평가하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	금속산화물	첨가제(중량%)	pH	침하속도(mm/day)	연마성능
	금속산화물	TMAH	pH	침하속도(mm/day)	TMACl	HPC	DEG³⁾	연마속도(Å/min)	연마선택비(산화막/질화막)	LPD>0.3㎛(개)
실시예 1	실리카 A¹⁾	0.1	×	×	×	11.2	0.25	2,620	4.76	46
실시예 2	"	0.05	0.5	×	×	11.2	0.20	2,695	4.87	32
실시예 3	"	0.1	0.8	0.2	×	11.2	0.05	2,630	4.50	25
실시예 4	"	0.1	0.8	0.05	0.2	11.2	0.08	2,650	4.70	18
실시예 5	"	0.1	0.8	0.05	0.2	11.2	0.05	2,650	4.67	14
실시예 6	"	0.1	0.8	0.05	0.2	11.2	0.21	2,620	4.53	30
실시예 7	실리카 B²⁾	0.1	0.8	0.05	0.2	11.2	<0.01	2,600	4.75	29

1) 실리카 A: 비표면적이 70㎡/g인 퓸드 실리카

2) 실리카 B: 실리카 함량이 30중량%인 콜로이달 실리카

3) DEG : 디에틸렌글리콜(diethyleneglycol)

	금속산화물	첨가제	pH	침하속도(mm/day)	연마성능
	금속산화물	첨가제	pH	침하속도(mm/day)	연마속도(Å/min)	연마선택비(산화막/질화막)	LPD>0.3㎛(개)
비교예 1	실리카 A	미첨가	11.1	0.21	2,430	3.87	70
비교예 2	실리카 B	미첨가	11.1	0.08	2,370	3.9	105

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 연마용 슬러리를 사용하면 반도체 절연층의 CMP 공정시 μ-스크래치성 LPD의 발생률을 감소시킴과 동시에 우수한 연마속도 및 연마선택비를 달성할 수 있다.

Claims

금속산화물, 알칼리염기, 사급알킬질소화합물 및 탈이온수를 포함하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리에 있어서, 상기 사급알킬질소 화합물이 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 및 TMACl(tetramethylammonium chloride)을 1:5 내지 1:12 중량비로 혼합한 것이며, 전체 조성물 중 그 함량이 0.01 내지 2 중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.
제 1항에 있어서, 상기 금속산화물은 0.1~50중량%, 상기 알칼리 염기는 0.1~1.0중량% 함량으로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.
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제 1항에 있어서, 상기 금속산화물이 발연법 또는 졸-겔(Sol-Gel)법으로 제조된 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 세리아(CeO₂), 지르코니아(ZrO₂) 및 티타니아(TiO₂)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.
제 1항에 있어서, 상기 슬러리가 분자량 10만 이상의 셀룰로오스 0.001~1중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.
제 7항에 있어서, 상기 슬러리가 저기포성의 비이온성 계면활성제로서 에틸렌옥사이드 부가 몰수가 15 이하이고 프로필렌옥사이드 부가 몰수가 2~5인 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체 0.03~3중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.
제 1항에 있어서, 상기 슬러리내 금속산화물 입자의 분산이 각 성분의 혼합물을 고압으로 가속시켜 오리피스를 통과시킴으로써 발생하는 전단력(Shearing Force), 충돌력(Impact) 및 공동화(Cavitation) 현상을 이용하여 이루어지는 것을특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.
제 9항에 있어서, 상기 알칼리 염기가 상기 분산과정 후에 최종적으로 투입되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 산화막 연마용 CMP 슬러리.