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KR101260266B1 - Chemical-mechanical polishing slurry composition and method for manufacturing semiconductor device by using the same - Google Patents

Chemical-mechanical polishing slurry composition and method for manufacturing semiconductor device by using the same Download PDF

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KR101260266B1
KR101260266B1 KR1020100139060A KR20100139060A KR101260266B1 KR 101260266 B1 KR101260266 B1 KR 101260266B1 KR 1020100139060 A KR1020100139060 A KR 1020100139060A KR 20100139060 A KR20100139060 A KR 20100139060A KR 101260266 B1 KR101260266 B1 KR 101260266B1
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slurry composition
mechanical polishing
polishing slurry
chemical mechanical
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박휴범
안정율
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솔브레인 주식회사
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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 산화세륨 0.01 내지 5 중량%, 아미노산, 아미노 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 이중극자 화합물 0.001 내지 5 중량%, 그리고 나머지 함량의 용매를 포함한다.
상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 본 발명의 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 실리콘 산화막의 연마 속도가 획기적으로 높아 절연막의 제거 공정을 단시간 내에 끝낼 수 있도록 하며, 연마 표면의 손상을 줄일 수 있고, 경시 안정성 및 분산 안정성이 우수하여 파티클의 발생 및 스크래치가 낮다.
The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry composition and a method for manufacturing a semiconductor device, the cerium oxide 0.01 to 5% by weight, amino acid, amino sulfonic acid and any one dipole compound selected from the group consisting of 0.001 to 5 weight % And the rest of the solvent.
The chemical mechanical polishing slurry composition of the present invention is a chemical mechanical polishing slurry composition of the present invention, the polishing rate of the silicon oxide film is significantly high, so that it is possible to finish the removal process of the insulating film in a short time, reduce the damage of the polishing surface, time stability and dispersion Excellent stability, low particle generation and scratches.

Description

화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 반도체 소자의 제조 방법{CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING SLURRY COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE BY USING THE SAME}TECHNICAL-MECHANICAL POLISHING SLURRY COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE BY USING THE SAME

본 발명은 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 산화막의 연마 속도가 획기적으로 높아 절연막의 제거 공정을 단시간 내에 끝낼 수 있도록 하며, 연마 표면의 손상을 줄일 수 있고, 경시 안정성 및 분산 안정성이 우수하여 파티클의 발생 및 스크래치가 낮은 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry composition and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, the polishing rate of the silicon oxide film is remarkably high, so that the process of removing the insulating film can be completed in a short time, and the damage of the polishing surface can be reduced. The present invention relates to a chemical mechanical polishing slurry composition and a method for manufacturing a semiconductor device having excellent stability over time and dispersion stability and low particle generation and scratches.

반도체 소자가 미세화, 고밀도화 됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 그에 따라 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 표면 막들의 단차도 더욱 커지고 있다. 반도체 소자를 제조하는데 있어서 기판상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing, CMP) 공정이 이용된다. As the semiconductor device is miniaturized and densified, a finer pattern forming technique is used, and thus the surface structure of the semiconductor device becomes more complicated and the step difference of the surface film becomes larger. In the manufacture of semiconductor devices, chemical-mechanical polishing (CMP) processes are used as the planarization technique for removing the steps in a particular film formed on a substrate.

CMP 공정에 있어서 연마속도, 연마표면의 평탄화도, 스크래치의 발생 정도가 중요하며, 이들은 CMP 공정조건, 슬러리의 종류, 연마패드의 종류 등에 의해 결정된다. 집적도가 높아지고 공정의 규격이 엄격해짐에 따라 단차가 매우 큰 절연막을 빠르게 평탄화할 필요성이 발생하고 있다.In the CMP process, the polishing rate, the degree of flattening of the polishing surface, and the degree of scratching are important, and these are determined by the CMP process conditions, the type of slurry, and the type of polishing pad. As the degree of integration increases and the process specifications become stricter, there is a need to quickly planarize an insulating film having a large step.

본 발명의 목적은 실리콘 산화막의 연마 속도가 획기적으로 높아 절연막의 제거 공정을 단시간 내에 끝낼 수 있도록 하며, 연마 표면의 손상을 줄일 수 있고, 경시 안정성 및 분산 안정성이 우수하여 파티클의 발생 및 스크래치가 낮은 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention that the polishing rate of the silicon oxide film is remarkably high, so that the removal process of the insulating film can be completed in a short time, the damage of the polishing surface can be reduced, and the particle generation and scratches are low due to the excellent stability over time and dispersion stability. To provide a chemical mechanical polishing slurry composition.

본 발명의 다른 목적은 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the chemical mechanical polishing slurry composition.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 산화세륨 0.01 내지 5 중량%, 아미노산, 아미노 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 이중극자 화합물 0.001 내지 5 중량%, 그리고 나머지 함량의 용매를 포함한다.Chemical mechanical polishing slurry composition according to an embodiment of the present invention is 0.01 to 5% by weight of cerium oxide, 0.001 to 5% by weight of any one dipole compound selected from the group consisting of amino acids, amino sulfonic acid and combinations thereof, and the rest Content of the solvent.

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 pH 1 내지 7의 범위에서 상기 산화세륨의 제타 포텐셜 값이 양의 값을 가질 수 있다.The chemical mechanical polishing slurry composition may have a positive value of the zeta potential value of the cerium oxide in the range of pH 1 to 7.

상기 이중극자 화합물은 음이온성 작용기의 pKa(-) 값과 양이온성 작용기의 pKa(+) 값의 차이가 3 이상일 수 있다.The dipole compound may have a difference of at least 3 between the pKa (-) value of the anionic functional group and the pKa (+) value of the cationic functional group.

상기 아미노산은 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 트레오닌, 세린, 시스테인, 메티오닌, 아스파르트산, 아스파라긴, 글루탐산, 글루타민, 글리신, n-아세틸글리신, 리신, 아르기닌, 히스티딘, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 프롤린, β-알라닌, 아미노부티르산, 오르니틴, 시트룰린, 호모세린, 트리요드티로신, 티록신, 디옥시페닐알라닌, 이들의 유도체, 이들의 염 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The amino acids are alanine, valine, leucine, isoleucine, threonine, serine, cysteine, methionine, aspartic acid, asparagine, glutamic acid, glutamine, glycine, n-acetylglycine, lysine, arginine, histidine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, proline, β -Alanine, aminobutyric acid, ornithine, citrulline, homoserine, triyotyrosine, thyroxine, dioxyphenylalanine, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof.

상기 아미노 술폰산은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.The amino sulfonic acid may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

H2N-R1-SO3HH 2 NR 1 -SO 3 H

(상기 화학식 1에서, 상기 R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다)(In Formula 1, R 1 is any one selected from the group consisting of an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms and an arylene group having 6 to 30 carbon atoms)

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 무기산, 유기산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 pH 조절제를 더 포함할 수 있다.The chemical mechanical polishing slurry composition may further include any one pH adjuster selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids, and combinations thereof.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device using the chemical mechanical polishing slurry composition is provided.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 산화세륨 0.01 내지 5 중량%, 아미노산, 아미노 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 이중극자 화합물 0.001 내지 5 중량%, 그리고 나머지 함량의 용매를 포함한다.The chemical mechanical polishing slurry composition comprises 0.01 to 5% by weight of cerium oxide, 0.001 to 5% by weight of any dipole compound selected from the group consisting of amino acids, amino sulfonic acids and combinations thereof, and the remainder of the solvent.

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 음이온 분산제를 포함하지 않음에 따라 pH 1 내지 7의 범위에서 상기 산화세륨의 제타 포텐셜 값이 양의 값을 가진다. 구체적으로, 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 pH 1 내지 7의 범위에서 상기 산화세륨의 제타 포텐셜 값이 10 내지 50mV일 수 있으며, 바람직하게는 pH 3 내지 5의 범위에서 제타 포텐셜 값이 20 내지 40mV일 수 있다. Since the chemical mechanical polishing slurry composition does not include an anionic dispersant, the zeta potential value of the cerium oxide has a positive value in the range of pH 1 to 7. Specifically, the chemical mechanical polishing slurry composition may have a zeta potential value of 10 to 50 mV of the cerium oxide in a range of pH 1 to 7, preferably a zeta potential value of 20 to 40 mV in a range of pH 3 to 5 Can be.

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물이 음이온 분산제를, 특히, 음이온성 고분자 분산제를 포함하지 않음에 따라 상기 산화세륨의 표면은 양의 극성을 가지게 되며, pH 1 내지 7의 범위에서 제타 포텐셜 값이 양의 값을 가지는 경우 실리콘 산화막 표면의 극성이 음의 값을 나타냄에 따라 상기 산화세륨과 상기 실리콘 산화막 표면 사이의 인력에 의하여 연마 효율이 증대되어 단차를 가지는 패턴에서의 초기 연마속도가 느린 로딩 이펙트(loading effect)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.As the chemical mechanical polishing slurry composition does not include an anionic dispersant, in particular anionic polymeric dispersant, the surface of the cerium oxide has a positive polarity, and the zeta potential value in the range of pH 1 to 7 is a positive value. When the silicon oxide film surface has a negative polarity, the polishing efficiency is increased by the attractive force between the cerium oxide and the silicon oxide film surface, so that the initial polishing speed in the step pattern is slow. ) Can be suppressed from occurring.

상기 연마 입자인 산화세륨은 실리카 입자나 산화알루미늄 입자에 비해 경도가 낮지만 Si와 Ce 원자 간에 Si-O-Ce 결합이 형성되는 화학적 연마 메커니즘에 의해 유리나 반도체 기판과 같은 규소를 포함하는 면의 연마속도가 매우 빨라 반도체 기판의 연마에 유리하다. 상기 산화세륨은 탄산세륨 수화물을 공기 중 600℃ 내지 900℃에서 하소하여 제조되거나 세륨염 용액으로부터 습식으로 제조된 것을 사용할 수 있다.The cerium oxide, which is the abrasive grain, has a lower hardness than silica particles or aluminum oxide particles, but polishes a surface containing silicon such as glass or a semiconductor substrate by a chemical polishing mechanism in which a Si—O—Ce bond is formed between Si and Ce atoms. It is very fast and is advantageous for polishing semiconductor substrates. The cerium oxide may be prepared by calcining cerium carbonate hydrate at 600 ° C. to 900 ° C. in air or wetted from a cerium salt solution.

상기 산화세륨은 평균 입경이 10 내지 500nm, 바람직하게 10 내지 120nm일 수 있다. 상기 산화세륨의 평균 입경이 10nm 미만이면 연마의 효율이 떨어질 수 있고, 500nm를 초과하면 스크레치가 발생할 수 있다. 또한, 상기 산화세륨은 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 전체에 대하여 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게 0.1 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.The cerium oxide may have an average particle diameter of 10 to 500 nm, preferably 10 to 120 nm. If the average particle diameter of the cerium oxide is less than 10nm may be less efficient polishing, if it exceeds 500nm may cause scratches. In addition, the cerium oxide may be included in 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 1% by weight based on the entire chemical mechanical polishing slurry composition.

상기 이중극자 화합물은 아미노산, 아미노 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.The dipole compound is any one selected from the group consisting of amino acids, amino sulfonic acids and combinations thereof.

상기 아미노산은 일단에 아민기와 타단에 카르복시기를 포함하는 화합물로서 아미노기를 가지는 일단은 양의 극성을 가지고, 카르복시기를 가지는 타단은 음의 극성을 가지게 된다. 또한, 상기 아미노 술폰산은 일단에 아미노기와 타단에 술폰산기를 포함하는 화합물로서 상기 아미노산과 마찬가지로 아미노기를 가지는 일단은 양의 극성을 가지고, 술폰산기를 가지는 타단은 음의 극성을 가지게 된다.The amino acid is a compound containing an amine group at one end and a carboxyl group at the other end, and one end having an amino group has a positive polarity, and the other end having a carboxyl group has a negative polarity. In addition, the amino sulfonic acid is a compound having an amino group at one end and a sulfonic acid group at the other end, and similarly to the amino acid, one end having an amino group has a positive polarity, and the other end having a sulfonic acid group has a negative polarity.

한편, 음이온 분산제를 포함하지 않는 상태에서 상기 산화세륨의 표면은 양의 극성을 가지게 되어, 상기 이중극자의 음의 극성을 가지는 타단이 산화세륨을 향하게 배향되어 상기 이중극자 화합물은 상기 산화세륨의 표면에 보호막을 형성하게 된다. 이로 인해, 상기 이중극자 화합물은 산화세륨 입자의 분산상태를 안정화시키는 역할을 한다. On the other hand, the surface of the cerium oxide in the state containing no anionic dispersant has a positive polarity, the other end having a negative polarity of the dipole is oriented toward the cerium oxide so that the dipole compound is on the surface of the cerium oxide A protective film is formed. For this reason, the dipole compound serves to stabilize the dispersed state of the cerium oxide particles.

이에 따라, 음의 극성을 가지는 실리콘 산화막의 표면에 대한 상기 산화세륨의 밀착성이 향상되어 실리콘 산화막의 연마 속도를 높일 수 있으며, 상기 아미노 술폰산기는 상기 산화세륨에 의하여 연마된 실리콘 산화막의 표면에 결함(defect)가 생기는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, the adhesion of the cerium oxide to the surface of the silicon oxide film having a negative polarity can be improved to increase the polishing rate of the silicon oxide film, and the amino sulfonic acid group has a defect on the surface of the silicon oxide film polished by the cerium oxide. defects can be prevented.

상기 아미노산은 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 트레오닌, 세린, 시스테인, 메티오닌, 아스파르트산, 아스파라긴, 글루탐산, 글루타민, 글리신, n-아세틸글리신, 리신, 아르기닌, 히스티딘, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 프롤린, β-알라닌, 아미노부티르산, 오르니틴, 시트룰린, 호모세린, 트리요드티로신, 티록신, 디옥시페닐알라닌 및 그 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으며, 알라닌 또는 글리신을 바람직하게 사용할 수 있다.The amino acids are alanine, valine, leucine, isoleucine, threonine, serine, cysteine, methionine, aspartic acid, asparagine, glutamic acid, glutamine, glycine, n-acetylglycine, lysine, arginine, histidine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, proline, β -Alanine, aminobutyric acid, ornithine, citrulline, homoserine, triyotyrosine, thyroxine, dioxyphenylalanine and derivatives thereof and mixtures thereof, and alanine or glycine can be preferably used.

상기 아미노 술폰산은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.The amino sulfonic acid may preferably be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

H2N-R1-SO3HH 2 NR 1 -SO 3 H

상기 화학식 1에서, 상기 R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기일 수 있다.In Formula 1, R 1 may be any one selected from the group consisting of an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms and an arylene group having 6 to 30 carbon atoms, and preferably may be an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms.

상기 알킬렌기는 알칸(alkane)에서 수소 원자 두 개를 뺀 2가의 원자단이며, 일반식 -CnH2n-으로 표시될 수 있다. 상기 아릴렌기는 1개 이상의 벤젠고리를 포함하는 2가의 원자단이며, 예를들면 벤젠고리, 벤젠고리에 알킬 곁사슬이 붙은 톨루엔 또는 자일렌 등, 2개 이상의 벤젠고리가 단일결합으로 결합한 바이페닐 등, 벤젠고리가 시클로알킬기 또는 헤테로시클로알킬기와 축합한 플루오렌, 크산텐 또는 안트라퀴논 등, 2개 이상의 벤젠고리가 축합한 나프탈렌 또는 안트라센 등에서 수소 원자 두 개를 뺀 2가의 원자단일 수 있다.The alkylene group is a divalent atomic group obtained by subtracting two hydrogen atoms from an alkane, and may be represented by the general formula -C n H 2n- . The arylene group is a divalent atomic group containing one or more benzene rings, for example, benzene ring, biphenyl such as toluene or xylene having an alkyl side chain attached to the benzene ring, such as biphenyl bonded by a single bond, The benzene ring may be a divalent atom group obtained by subtracting two hydrogen atoms from naphthalene or anthracene, such as fluorene, xanthene or anthraquinone, condensed with a cycloalkyl group or a heterocycloalkyl group, or two or more benzene rings.

상기 알킬렌기 또는 상기 아릴렌기는 치환되거나 비치환된 것일 수 있다. 여기서, 치환된이란 수소가 할로겐 원자, 하이드록시기, 카르복시기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 티오기, 메틸티오기, 알콕시기, 나이트릴기, 알데하이드기, 에폭시기, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 아세탈기, 케톤기, 알킬기, 퍼플루오로알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알릴기, 벤질기, 아릴기, 헤테로아릴기, 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 대체된 것을 의미한다.The alkylene group or the arylene group may be substituted or unsubstituted. Herein, the substituted Iran hydrogen is a halogen atom, a hydroxyl group, a carboxyl group, a cyano group, a nitro group, an amino group, a thio group, a methylthio group, an alkoxy group, a nitrile group, an aldehyde group, an epoxy group, an ether group, an ester group, a carbonyl group, Substituted with any one selected from the group consisting of acetal groups, ketone groups, alkyl groups, perfluoroalkyl groups, cycloalkyl groups, heterocycloalkyl groups, allyl groups, benzyl groups, aryl groups, heteroaryl groups, derivatives thereof, and combinations thereof Means that.

상기 이중극자 화합물은 이중극자의 형성이 용이한 것이 연마특성과 분산 안정성 향상에 유리하다. 즉, 음이온성 작용기(-COOH, -SO3H)의 pKa(-) 값과 양이온성 작용기(-NH2)의 pKa(+) 값의 차이가 큰 것이 넓은 pH 영역에서 이중극자를 안정적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 글리신의 경우 pKa(-) 값은 2.34이며, pKa(+) 값은 9.6 이다. 따라서, 상기 이중극자 화합물은 pKa(-) 값과 pKa(+) 값의 차이가 pH 단위로 3 이상인 것이 바람직하고, 5 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, pKa(-) 값과 pKa(+) 값 간의 범위가 산성 영역에 더 많이 포함될수록 본 발명의 용도에 보다 적합하다. The dipole compound is easy to form a dipole is advantageous in improving polishing properties and dispersion stability. That is, a large difference between the pKa (-) value of the anionic functional group (-COOH, -SO 3 H) and the pKa (+) value of the cationic functional group (-NH 2 ) can stably form a dipole in a wide pH range. Can be. For example, for glycine, the pKa (-) value is 2.34 and the pKa (+) value is 9.6. Therefore, it is preferable that the difference between the pKa (-) value and the pKa (+) value of the dipole compound is 3 or more, more preferably 5 or more in pH units. In addition, the more the range between the pKa (−) and pKa (+) values is included in the acidic region, the more suitable the use of the present invention.

상기 이중극자 화합물은 상기 음이온성 작용기와 상기 양이온성 작용기를 연결하는 탄소의 수가 너무 많으면 분산 안정성의 나빠질 수 있으므로, 탄소수는 1 내지 5개가 바람직하며, 1 내지 2개가 더욱 바람직하다. Since the dipole compound may have poor dispersion stability when the number of carbons connecting the anionic functional group and the cationic functional group is too large, the carbon number is preferably 1 to 5, more preferably 1 to 2 carbon atoms.

상기 이중극자 화합물을 포함하지 않는 산화세륨 슬러리로 실리콘 산화막을 연마할 경우 매우 큰 입자성 결함이 발생하여 반도체용 연마제로 부적합하며, 상기 이중극자 화합물이 포함되는 경우는 결함을 현저히 감소시켜 우수한 연마특성을 나타낸다. When the silicon oxide film is polished with a cerium oxide slurry not containing the dipole compound, a very large particle defect is generated, which is not suitable as a semiconductor polishing compound, and when the dipole compound is included, the defect is considerably reduced to provide excellent polishing characteristics. Indicates.

상기 이중극자 화합물은 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 전체에 대하여 0.001 내지 5 중량%, 바람직하게 0.01 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 이중극자 화합물의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우 연마 효율 증대 효과가 미미할 수 있으며, 웨이퍼의 손상을 야기시킬 수 있고, 10 중량%를 초과하는 경우 경제성이 떨어질 수 있다.The dipole compound may be included in an amount of 0.001 to 5% by weight, preferably 0.01 to 1% by weight, based on the entire chemical mechanical polishing slurry composition. When the content of the dipole compound is less than 0.001% by weight, the effect of increasing the polishing efficiency may be insignificant, may cause damage to the wafer, and when the content of the bipolar compound exceeds 10% by weight, economic efficiency may be reduced.

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 pH가 1 내지 7, 바람직하게 3 내지 5일 수 있다. 상기 pH를 조절하기 위한 pH 조절제로는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물의 특성에 영향을 미치지 않으면서 pH를 조절할 수 있는 질산, 염산, 황산, 과염소산 등의 무기산 또는 유기산으로부터 선택되는 산이나 무기 또는 유기염기를 모두 사용할 수 있다.The chemical mechanical polishing slurry composition may have a pH of 1 to 7, preferably 3 to 5. The pH adjusting agent for adjusting the pH is an acid or inorganic or organic base selected from inorganic acids or organic acids such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid which can adjust the pH without affecting the properties of the chemical mechanical polishing slurry composition All can be used.

상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 4급 암모늄 화합물, 윤활제 등을 필요에 따라 추가 포함할 수 있다.The chemical mechanical polishing slurry composition may further include a quaternary ammonium compound, a lubricant, and the like as necessary.

상기 4급 암모늄 화합물은 방부제 기능 및 pH 조절 기능을 추가적으로 부여할 수 있으며, 그 사용양은 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 전체에 대하여 0.01 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%일 수 있다.The quaternary ammonium compound may additionally impart a preservative function and a pH adjusting function, the amount used may be 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight based on the entire chemical mechanical polishing slurry composition.

상기 4급 암모늄 화합물로는 암모늄하이드록사이드, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 테트라프로필암모늄 하이드록사이드 또는 테트라부틸암모늄하이드록사이드 등을 들 수 있다.Examples of the quaternary ammonium compound include ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide or tetrabutylammonium hydroxide.

상기 윤활제는 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물의 윤활 기능을 돕기 위한 것으로서, 글리세린과 에틸렌글리콜을 사용할 수 있다. 상기 윤활제는 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 전체에 대하여 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게 0.1 내지 5 중량%를 사용할 수 있다.The lubricant is to assist the lubrication function of the chemical mechanical polishing slurry composition, glycerin and ethylene glycol may be used. The lubricant may use 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight based on the entire chemical mechanical polishing slurry composition.

상기 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물이 포함하는 용매는 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물에 사용되는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있고, 일 예로 탈이온수를 사용할 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 용매의 함량은 상기 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물 전체에 대하여 상기 산화세륨, 아미노 술폰산, 이중극자 화합물 및 추가적인 첨가제의 함량을 제외한 나머지 함량이다.The solvent included in the chemical mechanical polishing slurry composition may be used as long as it is used in the chemical mechanical polishing slurry composition. For example, deionized water may be used, but the present invention is not limited thereto. In addition, the content of the solvent is the remaining content except the content of the cerium oxide, amino sulfonic acid, dipole compound and additional additives with respect to the entire chemical mechanical polishing slurry composition.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자를 제조하는 방법은 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 사용하여 실리콘 산화막을 연마하는 단계를 포함한다. 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 사용하여 실리콘 산화막을 연마하는 방법은 종래 일반적으로 사용되는 연마 방법 및 조건이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 본 명세서에서는 그 구체적인 설명에 대해서는 생략한다.Method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes the step of polishing the silicon oxide film using the chemical mechanical polishing slurry composition. The method for polishing a silicon oxide film using the chemical mechanical polishing slurry composition can be used as long as it is a polishing method and conditions generally used in the prior art, and is not particularly limited in the present invention. Therefore, in this specification, the detailed description is abbreviate | omitted.

본 발명의 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 실리콘 산화막의 연마 속도가 획기적으로 높아 절연막의 제거 공정을 단시간 내에 끝낼 수 있도록 하며, 연마 표면의 손상을 줄일 수 있고, 경시 안정성 및 분산 안정성이 우수하여 파티클의 발생 및 스크래치가 낮다.The chemical mechanical polishing slurry composition of the present invention has a significantly high polishing rate of the silicon oxide film, so that the removal process of the insulating film can be completed in a short time, the damage of the polishing surface can be reduced, and the particle generation is excellent due to excellent stability over time and dispersion stability. And scratches are low.

도 1은 본 발명의 실험예 1에서 제조된 화학 기계적 연마 슬러리 조성물의 연마 특성 측정에 사용된 기판을 나타내는 단면도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 비교예 1 및 실시예 6에서 제조된 연마된 웨이퍼 표면을 나타내는 사진이다.
1 is a cross-sectional view showing a substrate used for measuring the polishing properties of the chemical mechanical polishing slurry composition prepared in Experimental Example 1 of the present invention.
2 and 3 are photographs showing the polished wafer surfaces prepared in Comparative Examples 1 and 6 of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

[실험예 1][Experimental Example 1]

탄산세륨 수화물을 860℃에서 로터리킬른으로 하소하여 산화세륨 입자를 제조한 후, 탈 이온수와 pH조절을 하기 위하여 질산 3g을 투입한 후 매체 교반식 분말 분쇄기로 분쇄/분산한 다음, 하기 표 1에서와 같은 함량으로 이중극자 화합물 및 탈 이온수와 혼합하여 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.Cerium carbonate hydrate was calcined with a rotary kiln at 860 ° C. to produce cerium oxide particles, and then 3 g of nitric acid was added for deionized water and pH control, followed by pulverization / dispersion with a medium stirred powder grinder. The chemical mechanical polishing slurry composition was prepared by mixing with a dipole compound and deionized water in the same content.

상기 제조된 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 음이온성의 분산제를 포함하지 않았으며, 상기 산화세륨의 평균 입경은 120nm이고, 분산액의 pH는 4.6으로 하였다. 상기 산화세륨 입자의 제타포텐셜 값은 pH 4에서 +33mV, pH 5에서 +30mV, pH 7에서 +12mV, pH 9에서-19mV이였다.The prepared chemical mechanical polishing slurry composition did not include an anionic dispersant, the cerium oxide had an average particle diameter of 120 nm, and the dispersion had a pH of 4.6. Zeta potential values of the cerium oxide particles were + 33mV at pH 4, + 30mV at pH 5, + 12mV at pH 7 and -19mV at pH 9.

상기 제조된 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 연마 특성을 측정하였다. 도 1은 상기 제조된 화학 기계적 연마 슬러리 조성물의 연마 특성 측정에 사용된 기판을 나타내는 단면도이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 기판(100)은 실리콘 웨이퍼 기판(110) 위에 제1 실리콘 산화막(120), 실리콘 질화막(130) 등을 형성한 후 여러 가지 선폭과 밀도로 패턴을 형성한 후, 테트라에톡시 실란(TEOS)을 사용하여 플라즈마 CVD법으로 제2 실리콘 산화막(140)이 형성된 것이다. 상기 기판(100)에서 제거되어야 할 제2 실리콘 산화막(140)의 높이는 약 7000Å이다.Polishing properties were measured using the chemical mechanical polishing slurry composition prepared above. 1 is a cross-sectional view showing a substrate used for measuring the polishing properties of the prepared chemical mechanical polishing slurry composition. Referring to FIG. 1, the substrate 100 forms a first silicon oxide film 120, a silicon nitride film 130, and the like on a silicon wafer substrate 110, and then forms patterns with various line widths and densities. The second silicon oxide film 140 is formed by plasma CVD using tetraethoxy silane (TEOS). The height of the second silicon oxide layer 140 to be removed from the substrate 100 is about 7000 kPa.

상기 제조된 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 각각 CMP장비(G&P테크사)에서 정반 및 헤드의 회전속도를 각 150rpm, 압력을 300g/cm2으로 하여 연마 특성을 평가를 하였다. 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물의 공급 속도는 200ml/분 이였다.Each of the chemical mechanical polishing slurry compositions prepared above was evaluated for polishing characteristics using a CMP device (G & P Tech Co., Ltd.) at a rotational speed of 150 rpm and a pressure of 300 g / cm 2 , respectively. The feed rate of the chemical mechanical polishing slurry composition was 200 ml / min.

산화세륨
(중량%)
Cerium oxide
(weight%)
아미노산1)
(중량%)
Amino acid 1)
(weight%)
아미노 술폰산2)
(중량%)
Amino sulfonic acid 2)
(weight%)
아미노산3)
(중량%)
Amino acid 3)
(weight%)
실리콘 산화막
연마량(Å/분)
Silicon oxide
Polishing amount (Å / min)
pHpH 웨이퍼 표면
상태
Wafer surface
condition
비교예1Comparative Example 1 0.25 0.25 0 0 0 0 0 0 1366813668 4.64.6 XX 실시예1Example 1 0.25 0.25 0.05 0.05 0 0 0 0 16014 16014 4.6 4.6 OO 실시예2Example 2 0.250.25 0.10.1 0 0 0 0 16284 16284 4.64.6 O O 실시예3Example 3 0.250.25 0.50.5 0 0 0 0 1618216182 4.64.6 O O 실시예4Example 4 0.25 0.25 00 0.05 0.05 0 0 1597215972 4.64.6 OO 실시예5Example 5 0.250.25 00 0.10.1 0 0 1582215822 4.64.6 O O 실시예6Example 6 0.250.25 00 0.50.5 0 0 1618916189 4.64.6 O O 실시예7Example 7 0.25 0.25 00 0 0 0.05 0.05 1624216242 4.64.6 OO 실시예8Example 8 0.250.25 00 0 0 0.10.1 1616416164 4.64.6 O O 실시예9Example 9 0.250.25 00 0 0 0.50.5 1612216122 4.64.6 O O

1) 아미노산: 글리신1) amino acid: glycine

2) 아미노 술폰산: 상기 화학식 1에서 R1이 탄소수 2의 알킬렌기인 아미노 술폰산2) Amino sulfonic acid: Amino sulfonic acid wherein R 1 in Formula 1 is an alkylene group having 2 carbon atoms

3) 아미노산: 알라닌3) Amino Acid: Alanine

상기 표 1을 참조하면, 이중극자 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 9가 비교예 1에 비하여 실리콘 산화막의 제거 능력이 모두 증가 되었음을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that Examples 1 to 9 including the dipole compound increased all the removal ability of the silicon oxide film compared to Comparative Example 1.

또한, 도 2 및 3은 각각 상기 비교예 1 및 실시예 6에서 제조된 연마된 웨이퍼 표면을 나타내는 사진이다. 도 2 및 3을 참조하면 비교예 1에서 제조된 웨이퍼 표면은 큰 입자성 결함들이 형성된 것이 광학현미경으로 관찰되어 웨이퍼가 손상되었음을 알 수 있다. 반면, 실시예 6에서 제조된 웨이퍼 표면은 웨이퍼 표면이 깨끗하여 웨이퍼의 손상이 없음을 알 수 있다.2 and 3 are photographs showing the polished wafer surfaces prepared in Comparative Examples 1 and 6, respectively. Referring to FIGS. 2 and 3, it can be seen that the wafer surface prepared in Comparative Example 1 has been observed with an optical microscope that large particle defects are formed, thereby damaging the wafer. On the other hand, the wafer surface prepared in Example 6 can be seen that the wafer surface is clean, there is no damage to the wafer.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

100: 기판 110: 실리콘 웨이퍼
120: 제1 실리콘 산화막 130: 실리콘 질화막
140: 제2 실리콘 산화막 141: 단차
100: substrate 110: silicon wafer
120: first silicon oxide film 130: silicon nitride film
140: second silicon oxide film 141: step difference

Claims (7)

산화세륨 0.01 내지 5 중량%,
알라닌 0.001 내지 5 중량%, 그리고
나머지 함량의 용매
를 포함하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
0.01 to 5 wt% cerium oxide,
Alanine 0.001-5% by weight, and
The remaining amount of solvent
Chemical mechanical polishing slurry composition comprising a.
제1항에 있어서,
상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 pH 1 내지 7의 범위에서 상기 산화세륨의 제타 포텐셜 값이 양의 값을 가지는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The chemical mechanical polishing slurry composition is a chemical mechanical polishing slurry composition having a positive value of the zeta potential value of the cerium oxide in the range of pH 1 to 7.
제1항에 있어서,
상기 알라닌은 음이온성 작용기의 pKa(-) 값과 양이온성 작용기의 pKa(+) 값의 차이가 3 이상인 것인 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
Wherein said alanine has a difference of at least 3 between a pKa (-) value of an anionic functional group and a pKa (+) value of a cationic functional group.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 아미노 술폰산을 더 포함하며,
상기 아미노 술폰산은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
[화학식 1]
H2N-R1-SO3H
(상기 화학식 1에서, 상기 R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기 및 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다)
The method of claim 1,
The chemical mechanical polishing slurry composition further comprises amino sulfonic acid,
The amino sulfonic acid is represented by the formula (1) chemical mechanical polishing slurry composition.
[Formula 1]
H 2 NR 1 -SO 3 H
(In Formula 1, R 1 is any one selected from the group consisting of an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms and an arylene group having 6 to 30 carbon atoms)
제1항에 있어서,
상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물은 무기산, 유기산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 pH 조절제를 더 포함하는 것인 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
The method of claim 1,
The chemical mechanical polishing slurry composition further comprises any one pH adjuster selected from the group consisting of inorganic acids, organic acids and combinations thereof.
제1항 내지 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 이용하여 연마하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a semiconductor device comprising polishing using the chemical mechanical polishing slurry composition according to any one of claims 1 to 3, 5 and 6.
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