KR102434586B1 - Multi-function polishing slurry composition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다기능성 연마 슬러리 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 다기능성 연마 슬러리 조성물은 연마입자; 양이온성 중합체; 및 양쪽성 화합물;을 포함한다.The present invention relates to a multi-functional abrasive slurry composition, wherein the multi-functional abrasive slurry composition comprises: abrasive particles; cationic polymers; and amphoteric compounds.
Description
본 발명은 다기능성 연마 슬러리 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a multifunctional abrasive slurry composition.
반도체 소자가 다양해지고 고집적화됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있으며, 그에 따라 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 표면 막들의 단차도 더욱 커지고 있다. 반도체 소자를 제조하는 데 있어서 기판 상에 형성된 특정한 막에서의 단차를 제거하기 위한 평탄화 기술로서 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정이 이용된다. 화학 기계적 연마 공정에서는 회전판 상에 평탄화 공정을 수행할 웨이퍼를 안착시키고, 상기 웨이퍼의 표면과 연마기의 패드를 접촉시킨 후, 슬러리 조성물의 공급과 함께 회전판 및 연마기의 패드를 회전시켜 연마 공정을 수행한다. 즉, 웨이퍼 표면과 패드 사이로 슬러리 조성물이 유동하여 슬러리 조성물 내의 연마 입자와 패드의 표면 돌기에 의한 기계적 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지는 동시에, 슬러리 조성물 내의 화학적 성분과 웨이퍼 표면의 화학적 반응에 의해 화학적 제거가 이루어진다. 일반적으로 슬러리 조성물은 제거 대상의 종류 및 특성에 따라 다양한 종류가 있다. 그 중에서 특정 피연마막을 선택적으로 제거하는 슬러리는 매우 다양하나 최근 반도체 장치 구조에서는 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 폴리실리콘막을 동시에 연마할 수 화학 기계적 연마용 슬러리 조성물이 필요하다.As semiconductor devices are diversified and highly integrated, finer pattern forming techniques are being used, and accordingly, the surface structure of the semiconductor device is more complicated and the step difference between the surface layers is also increasing. In manufacturing a semiconductor device, a chemical mechanical polishing (CMP) process is used as a planarization technique for removing a step in a specific film formed on a substrate. In the chemical mechanical polishing process, the wafer to be subjected to the planarization process is placed on a rotary plate, the surface of the wafer and the pad of the polisher are brought into contact, and then the rotary plate and the pad of the polisher are rotated together with the supply of the slurry composition to perform the polishing process. . That is, the slurry composition flows between the wafer surface and the pad, and the wafer surface is polished by mechanical friction between the abrasive particles in the slurry composition and the surface protrusions of the pad, and at the same time, chemical components in the slurry composition and the wafer surface are chemically reacted. Removal takes place In general, there are various types of slurry compositions depending on the type and characteristics of the object to be removed. Among them, slurries for selectively removing a specific film to be polished are very diverse, but in recent semiconductor device structures, a slurry composition for chemical mechanical polishing capable of simultaneously polishing a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a polysilicon film is required.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 공정 조건에 따른 산화막, 질화막 및 폴리실리콘 간의 연마 선택비 제어 및 단차 제거 가능한 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a multifunctional polishing slurry composition capable of controlling the polishing selectivity between an oxide film, a nitride film, and polysilicon according to process conditions and removing a step difference.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따르면, 연마입자; 양이온성 중합체; 및 양쪽성 화합물;을 포함하는, 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.According to the present invention, abrasive particles; cationic polymers; and an amphoteric compound; it may provide a multifunctional polishing slurry composition comprising.
상기 양이온성 중합체는, 단량체 내에 2개 이상의 이온화된 원소를 포함하는 것일 수 있다.The cationic polymer may include two or more ionized elements in the monomer.
상기 양이온성 중합체는, 양이온으로 활성화된 질소를 2개 이상 포함하는 것일 수 있다.The cationic polymer may include two or more cation-activated nitrogens.
상기 양이온성 중합체는, 4급 암모늄 형태인 것일 수 있다.The cationic polymer may be in the form of quaternary ammonium.
상기 양이온성 중합체는, 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머; 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아]; 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌-(디메틸이미니오)에틸렌 디클로라이드]; 히드록시메틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머; 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스; 비닐피롤리돈과 4급화 비닐이미다졸의 코폴리머; 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드]; 비닐카프로락탐 및 비닐피롤리돈의 터폴리머; 4급화 비닐이미다졸;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The cationic polymer is 2,2',2''-nitrile having 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine lotrice ethanol polymer; poly[bis(2-chloroethyl)ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]; poly[oxyethylene(dimethyliminio)ethylene-(dimethyliminio)ethylene dichloride]; hydroxymethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer; quaternized hydroxyethyl cellulose; copolymers of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole; poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene(dimethylimino)ethylene dichloride]; terpolymers of vinylcaprolactam and vinylpyrrolidone; It may include at least one selected from the group consisting of quaternized vinylimidazole.
상기 양쪽성 화합물은, pKa1 값이 1 내지 3이고, pKa2 값이 8 내지 12인 것일 수 있다.The amphoteric compound may have a pKa1 value of 1 to 3 and a pKa2 value of 8 to 12.
상기 양쪽성 화합물은, 글리신, 알라닌, 세린, 트레오닌, 발린, 류신 및 이소류신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The amphoteric compound may include at least one selected from the group consisting of glycine, alanine, serine, threonine, valine, leucine and isoleucine.
상기 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 200인 것일 수 있다.The amphoteric compound / cationic polymer weight fraction may be 50 to 200.
상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The abrasive particles include at least one selected from the group consisting of a metal oxide, a metal oxide coated with an organic or inorganic material, and the metal oxide in a colloidal state, wherein the metal oxide is silica, ceria, zirconia, alumina, It may include at least one selected from the group consisting of titania, barium titania, germania, mangania and magnesia.
상기 연마입자는, 상기 다기능성 연마 슬러리 조성물 중 0.5 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.The abrasive particles may be 0.5 wt% to 10 wt% of the multifunctional polishing slurry composition.
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 80일 때, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막으로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 막에 대한 비선택적 연마 특성을 가지는 것일 수 있다.The multifunctional polishing slurry composition, when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 80, has non-selective polishing properties for two or more films selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a polysilicon film. can
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 80일 때, 산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비가, 각각 0.6 내지 1.4인 것일 수 있다.In the multifunctional polishing slurry composition, when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 80, the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film are 0.6 to 1.4, respectively. can
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 90 내지 200일 때, 산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비가, 각각 0.1 내지 0.5인 것일 수 있다.In the multifunctional polishing slurry composition, when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 90 to 200, the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film are 0.1 to 0.5, respectively. can
본 발명의 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양이온성 중합체와 양쪽성 화합물의 중량분율의 조절을 통하여, 공정 조건에 따라 산화막, 질화막 폴리실리콘막에 대한 고속 연마 성능을 구현하거나, 연마 선택비가 유사한 비선택적(non selectivity) 연마 공정을 수행할 수 있다. 이에 따라서, 공정 조건에 따라 연마 선택비를 제어할 수 있고, 단차 제거를 통해 소자가 형성될 반도체층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있고, 두께 균일도가 향상된 반도체층을 갖는 웨이퍼를 제조할 수 있기 때문에, 반도체 소자의 특성 향상을 기대할 수 있으며, 디싱이 제거되는 것에 의해 후속 공정의 안정화를 도모할 수 있다.The multifunctional polishing slurry composition of the present invention implements high-speed polishing performance for an oxide film, a nitride film, and a polysilicon film depending on process conditions through control of the weight fraction of a cationic polymer and an amphoteric compound, or a non-selective, similar polishing selectivity A (non selectivity) polishing process may be performed. Accordingly, the polishing selectivity can be controlled according to process conditions, the thickness uniformity of the semiconductor layer on which the device is to be formed can be improved by removing the step, and the wafer having the semiconductor layer with the improved thickness uniformity can be manufactured. , can be expected to improve the characteristics of the semiconductor device, and by eliminating dishing, it is possible to achieve stabilization of the subsequent process.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms used in this specification are terms used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator, or a custom in the field to which the present invention belongs. Accordingly, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
이하, 본 발명의 다기능성 연마 슬러리 조성물에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the multifunctional polishing slurry composition of the present invention will be described in detail with reference to Examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.
본 발명에 따르면, 연마입자; 양이온성 중합체; 및 양쪽성 화합물;을 포함하는, 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제공할 수 있다.According to the present invention, abrasive particles; cationic polymers; and an amphoteric compound; it may provide a multifunctional polishing slurry composition comprising.
본 발명의 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양이온성 중합체와 양쪽성 화합물의 중량분율의 조절을 통하여, 공정 조건에 따라 산화막, 질화막 폴리실리콘막에 대한 고속 연마 성능을 구현하거나, 연마 선택비가 유사한 비선택적(non selectivity) 연마 공정을 수행할 수 있다. 비선택적 연마는 동등한 속도로 모든 물질을 제거하는 것으로서, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막 막질의 경도(hardness)에 관계 없이 높은 연마 성능과 동시에 비선택적 연마 특성을 구현하는 것이다. 이에 따라서, 공정 조건에 따라 연마 선택비를 제어할 수 있고, 단차 제거를 통해 소자가 형성될 반도체층의 두께 균일도를 향상시킬 수 있고, 두께 균일도가 향상된 반도체층을 갖는 웨이퍼를 제조할 수 있기 때문에, 반도체 소자의 특성 향상을 기대할 수 있으며, 디싱이 제거되는 것에 의해 후속 공정의 안정화를 도모할 수 있다.The multifunctional polishing slurry composition of the present invention implements high-speed polishing performance for an oxide film, a nitride film, and a polysilicon film depending on process conditions through control of the weight fraction of a cationic polymer and an amphoteric compound, or a non-selective, similar polishing selectivity A (non selectivity) polishing process may be performed. Non-selective polishing removes all materials at an equal rate, and realizes high polishing performance and non-selective polishing properties at the same time regardless of the hardness of the oxide film, nitride film, and polysilicon film. Accordingly, the polishing selectivity can be controlled according to process conditions, the thickness uniformity of the semiconductor layer on which the device is to be formed can be improved by removing the step, and the wafer having the semiconductor layer with the improved thickness uniformity can be manufactured. , can be expected to improve the characteristics of the semiconductor device, and by eliminating dishing, it is possible to achieve stabilization of the subsequent process.
상기 양이온성 중합체는, 단량체 내에 2개 이상의 이온화된 원소를 포함하는 것일 수 있다.The cationic polymer may include two or more ionized elements in the monomer.
상기 양이온성 중합체는, 양이온으로 활성화된 질소를 2개 이상 포함하는 것일 수 있다.The cationic polymer may include two or more cation-activated nitrogens.
상기 양이온성 중합체는, 4급 암모늄 형태인 것일 수 있다.The cationic polymer may be in the form of quaternary ammonium.
상기 양이온성 중합체는, 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머; 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아]; 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌-(디메틸이미니오)에틸렌 디클로라이드]; 히드록시메틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머; 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스; 비닐피롤리돈과 4급화 비닐이미다졸의 코폴리머; 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드]; 비닐카프로락탐 및 비닐피롤리돈의 터폴리머; 4급화 비닐이미다졸;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The cationic polymer is 2,2',2''-nitrile having 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine lotrice ethanol polymer; poly[bis(2-chloroethyl)ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]; poly[oxyethylene(dimethyliminio)ethylene-(dimethyliminio)ethylene dichloride]; hydroxymethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer; quaternized hydroxyethyl cellulose; copolymers of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole; poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene(dimethylimino)ethylene dichloride]; terpolymers of vinylcaprolactam and vinylpyrrolidone; It may include at least one selected from the group consisting of quaternized vinylimidazole.
상기 양쪽성 화합물은 산성 물질에 대해서는 염기의 작용을 하고, 염기성 물질에 대해서는 산의 작용을 하는 화합물을 의미한다. 본 발명에서 양쪽성 화합물은 양쪽성 전하를 가지는 아미노산을 포함할 수 있다. 아미노산은 하나의 분자 중에 산성을 나타내는 카르복실기(-COOH)와 염기성을 나타내는 아미노기(-NH2)를 동시에 가지고 있다. 물에 녹으면 pH에 따라 산이나 염기로 작용되기 때문에 아미노산을 양쪽성 화합물이라고 한다. 용액의 pH에 따라 분자구조 중 수소이온(H+)을 받아들인 (염기) 양이온(-NH2 + H+ >>> -NH3+)과 수소이온(H+)을 방출한 (산) 음이온(-COOH>>>-COO- + H+)을 동시에 지닐 수 있기 때문에 양성이온을 형성하는 것이다.The amphoteric compound refers to a compound that acts as a base to an acidic substance and acts as an acid to a basic substance. In the present invention, the amphoteric compound may include an amino acid having an amphoteric charge. Amino acids have both an acidic carboxyl group (-COOH) and a basic amino group (-NH 2 ) in one molecule. Amino acids are called amphoteric compounds because they act as acids or bases depending on the pH when dissolved in water. Depending on the pH of the solution, (base) cations (-NH 2 + H + >>> -NH 3+ ) that accept hydrogen ions (H + ) in the molecular structure and (acid) anions that release hydrogen ions (H + ) (-COOH>>>-COO- + H + ) can have at the same time to form a zwitterion.
상기 양쪽성 화합물은, pKa1 값이 1 내지 3이고, pKa2 값이 8 내지 12인 것일 수 있다. 아미노산은 용액의 pH에 따라 단계적인 이온화 반응을 나타내는데 아미노산을 구성하는 카르복실기, 아미노기, 곁사슬의 pKa 값이 다르기 때문이다. pKa 값은 아미노산을 구성하는 각각의 작용기가 평형상태(50%가 이온인 상태)가 될 때의 pH를 의미하는데, 예를 들어, 글리신의 경우 글리신을 구성하는 카르복실기의 pKa1 값은 2.35이고, 아미노기의 pKa2 값은 9.78이다. 이것은 pH 2.35에서 카르복실기의 50%가 음이온(-COO-), 나머지는 카브복실기(-COOH)로 존재하고, pH 9.78에서 글리신 아미노기기의 50%가 양이온(-NH3+), 나머지는 아미노기(-NH2)로 존재하는 것을 의미한다.The amphoteric compound may have a pKa1 value of 1 to 3 and a pKa2 value of 8 to 12. Amino acids show a stepwise ionization reaction depending on the pH of the solution, because the pKa values of the carboxyl group, amino group, and side chain constituting the amino acid are different. The pKa value means the pH when each functional group constituting the amino acid is in equilibrium (50% is an ion). For example, in the case of glycine, the pKa1 value of the carboxyl group constituting glycine is 2.35, and the amino group pKa2 value is 9.78. At pH 2.35, 50% of the carboxyl groups are anions (-COO-) and the remainder are carboxyl groups (-COOH). At pH 9.78, 50% of the amino groups of glycine are cations (-NH 3+ ), and the rest are amino groups. (-NH 2 ) It means to exist.
상기 양쪽성 화합물은, 글리신, 알라닌, 세린, 트레오닌, 발린, 류신 및 이소류신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The amphoteric compound may include at least one selected from the group consisting of glycine, alanine, serine, threonine, valine, leucine and isoleucine.
본 발명에 따른 다기능성 연마 슬러리 조성물에 함유된 양쪽성 화합물은 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막 막질 표면에 양이온성 중합체의 흡착 정도를 조절하여 연마 막질별 흡착 정도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 연마 공정 수행 시에, 막질이 연마되는 현상을 조절하여 비선택비를 구현할 수 있다. 또한, 상기 양쪽성 화합물은 연마입자 표면에 흡착하여 연마 입자들끼리 서로 뭉치는 현상을 방지하는 역할을 한다. 이에 따라 본 발명에 따른 다기능성 연마 슬러리 조성물의 분산 안정성이 향상될 수 있다.The amphoteric compound contained in the multifunctional polishing slurry composition according to the present invention can control the degree of adsorption of the cationic polymer on the surface of the oxide film, the nitride film and the polysilicon film, thereby controlling the degree of adsorption for each polishing film quality. Accordingly, when the polishing process is performed, the non-selective ratio can be realized by controlling the phenomenon in which the film quality is polished. In addition, the amphoteric compound is adsorbed on the surface of the abrasive particles to prevent the abrasive particles from aggregating with each other. Accordingly, dispersion stability of the multifunctional polishing slurry composition according to the present invention may be improved.
상기 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 200인 것일 수 있다. 상기 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 미만인 경우 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막에 대한 낮은 연마속도로 인하여 원하는 연마 선택비를 얻을 수 없으며, 200 초과인 경우 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막의 비선택적 연마 성능이 나타나지 않을 수 있다.The amphoteric compound / cationic polymer weight fraction may be 50 to 200. When the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is less than 50, the desired polishing selectivity cannot be obtained due to the low polishing rate for the oxide film, the nitride film and the polysilicon film, and when it is more than 200, the oxide film, the nitride film and the polysilicon film are non-selective Polishing performance may not appear.
상기 연마입자는, 금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.The abrasive particles include at least one selected from the group consisting of a metal oxide, a metal oxide coated with an organic or inorganic material, and the metal oxide in a colloidal state, wherein the metal oxide is silica, ceria, zirconia, alumina, It may include at least one selected from the group consisting of titania, barium titania, germania, mangania and magnesia.
상기 연마입자는, 상기 다기능성 연마 슬러리 조성물 중 0.5 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 0.5 중량% 미만인 경우 연마 속도가 저하되고, 10 중량% 초과인 경우 연마입자에 의한 결함 발생이 우려되는 문제점이 있을 수 있다.The abrasive particles may be 0.5 wt% to 10 wt% of the multifunctional polishing slurry composition. If the abrasive particles are less than 0.5% by weight, the polishing rate is lowered, and if the abrasive particles are more than 10% by weight, there may be a problem in that defects caused by the abrasive particles are concerned.
상기 연마입자의 평균 입경이 10 nm 내지 300 nm인 것일 수 있다. 상기 연마입자가 10 nm 미만일 경우에는 연마입자의 크기에 대한 연마율이 감소하고, 선택비 구현이 어려운 문제점이 있을 수 있고, 300 nm 초과인 경우에는 표면 결함, 연마율, 선택비의 조절이 어려운 문제점 있을 수 있다.The abrasive particles may have an average particle diameter of 10 nm to 300 nm. When the abrasive particles are less than 10 nm, the polishing rate for the size of the abrasive particles is reduced, and there may be problems in that it is difficult to implement the selectivity, and when the abrasive particles are more than 300 nm, it is difficult to control the surface defects, the polishing rate, and the selectivity. There may be problems.
상기 연마입자의 형상은 구형, 각형, 침상(針狀) 형상 및 판상(板狀) 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 구형인 것일 수 있다.The shape of the abrasive particles may include at least one selected from the group consisting of a spherical shape, a square shape, a needle shape, and a plate shape, and preferably a spherical shape.
본 발명의 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 80일 때, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막으로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 막에 대한 비선택적 연마 특성을 가지는 것일 수 있다. 본 발명의 다기능성 연마 슬러리 조성물을 이용한 연마 공정은 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막 간의 연마 선택비가 없는 비선택적 연마 공정이므로, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막으로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 막 간의 높이는 대략적으로 균일하게 된다.The multifunctional polishing slurry composition of the present invention has non-selective polishing properties for two or more films selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film and a polysilicon film when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 80. may be having Since the polishing process using the multifunctional polishing slurry composition of the present invention is a non-selective polishing process without a polishing selectivity between the oxide film, the nitride film and the polysilicon film, the height between the two or more films selected from the group consisting of the oxide film, the nitride film and the polysilicon film is becomes approximately uniform.
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 높을 때 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막에 대한 고속 연마 성능이 나타나고, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 낮을 때 최적의 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막에서 비선택적 연마 성능을 구현할 수 있다.The multifunctional polishing slurry composition exhibits high-speed polishing performance for oxide films, nitride films and polysilicon films when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is high, and optimal oxide film when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is low , it is possible to implement non-selective polishing performance on a nitride film and a polysilicon film.
구체적으로, 상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 80일 때, 산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비가, 각각 0.6 내지 1.4인 것일 수 있다. 따라서, 상대적으로 단차가 높은 곳에 응력이 집중되어 상기 단차가 높은 부분이 상대적으로 낮은 단차를 갖는 부분 보다 빨리 연마되어, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막 간의 높이를 균일하게 하여 두께 균일도를 향상시킬 수 있다.Specifically, the multifunctional polishing slurry composition, when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 80, the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film, respectively, 0.6 to It may be 1.4. Therefore, stress is concentrated where the step is relatively high, so that the portion with the high step is polished faster than the portion with the relatively low step, so that the height between the oxide film, the nitride film and the polysilicon film is made uniform, thereby improving the thickness uniformity. .
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 90 내지 200일 때, 산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비가, 각각 0.1 내지 0.5인 것일 수 있다. 따라서, 산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비를 조절할 수 있다.In the multifunctional polishing slurry composition, when the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 90 to 200, the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film are 0.1 to 0.5, respectively. can Accordingly, the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film can be adjusted.
본 발명에 따른 다기능성 연마 슬러리 조성물은, 종래의 연마 슬러리 조성물에 비하여, 경도가 높은 질화막에서도 1,500 Å/min 이상의 연마 성능을 확보할 수 있다.The multifunctional polishing slurry composition according to the present invention can secure a polishing performance of 1,500 Å/min or more even in a nitride film having high hardness compared to a conventional polishing slurry composition.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples and Comparative Examples. However, the technical spirit of the present invention is not limited or limited thereto.
[실시예 1][Example 1]
양쪽성 화합물로서 글리신과 양이온성 중합체로서 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아]를 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체의 중량분율이 150이 되도록 초순수에 첨가하여 1 시간 동안 교반하여 분산 수용액을 준비하였다. 준비된 분산 수용액에 콜로이달 세리아 연마입자를 전체 중량 대비 3% 첨가하여 교반을 실시하였다. 교반은 1 시간 동안 진행하여 습윤을 충분히 한 후, 수직밀 장비를 이용하여 해쇄하여 분산을 안정화하여 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.Glycine as the amphoteric compound and poly[bis(2-chloroethyl)ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea] as the cationic polymer. Weight fraction of the amphoteric compound / cationic polymer A dispersion aqueous solution was prepared by adding it to ultrapure water so as to reach 150 and stirring for 1 hour. 3% of colloidal ceria abrasive particles were added to the prepared dispersion aqueous solution based on the total weight, followed by stirring. Stirring was carried out for 1 hour to ensure sufficient wetting, and then pulverized using a vertical mill to stabilize dispersion to prepare a multifunctional polishing slurry composition.
[실시예 2][Example 2]
양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체의 중량분율이 100이 되도록 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 조건으로 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.A multifunctional polishing slurry composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the amphoteric compound/cationic polymer was added so that the weight fraction became 100.
[실시예 3][Example 3]
양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체의 중량분율이 75가 되도록 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 조건으로 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.A multifunctional polishing slurry composition was prepared under the same conditions as in Example 1, except that the amphoteric compound/cationic polymer was added so that the weight fraction became 75.
[실시예 4][Example 4]
양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체의 중량분율이 60이 되도록 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 조건으로 다기능성 연마 슬러리 조성물을 제조하였다.A multifunctional polishing slurry composition was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the amphoteric compound/cationic polymer was added so that the weight fraction became 60.
본 발명의 실시예 1 내지 4의 연마 슬러리 조성물을 이용하여 하기와 같은 연마 조건으로 웨이퍼를 연마하였다.The wafer was polished under the following polishing conditions using the polishing slurry compositions of Examples 1 to 4 of the present invention.
[연마 조건] [Grinding conditions]
1. 연마장비: AP-3001. Grinding Equipment: AP-300
2. 플레이튼 스피드(platen speed): 110 rpm2. Platen speed: 110 rpm
3. 스핀들 스피드(spindle speed): 108 rpm3. Spindle speed: 108 rpm
4. 웨이퍼 압력: 4 psi4. Wafer pressure: 4 psi
5. 유량 (flow rate): 250 cc/min5. Flow rate: 250 cc/min
7. 패드: IC 10707. Pad: IC 1070
8. 웨이퍼: PE-TEOS 20,000 Å8. Wafer: PE-TEOS 20,000 Å
Nitride 2,500 ÅNitride 2,500 Å
Poly Si 4,800 ÅPoly Si 4,800 Å
하기 표 1은 본 발명의 실시예 1 내지 4의 다기능성 연마 슬러리 조성물을 이용하여 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막을 포함하는 웨이퍼 연마 후 각각의 막질에 따른 연마율과, 선택비를 나타낸 것이다.Table 1 below shows the polishing rate and selectivity according to each film quality after polishing a wafer including an oxide film, a nitride film, and a polysilicon film using the multifunctional polishing slurry compositions of Examples 1 to 4 of the present invention.
(양쪽성/양이온성)weight fraction
(Amphoteric/Cationic)
(Å/min)abrasion rate
(Å/min)
실리콘막Poly
silicon film
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4를 비교해보았을 때, 두 가지 물질의 중량분율에 따라서 선택비가 조절되는 것을 확인할 수 있다. 양쪽성 화합물 /양이온성 중합체의 중량분율이 150인 실시예 1과 100인 실시예 2에서 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막에 대한 고속 연마 성능이 나타나는 것을 알 수 있다. 양쪽성 화합물 /양이온성 중합체의 중량분율이 75인 실시예 3과 60인 실시예 4에서 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막에서 비선택적 연마 성능이 구현되는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, when Examples 1 to 4 are compared, it can be seen that the selectivity is adjusted according to the weight fraction of the two materials. It can be seen that the high-speed polishing performance for the oxide film, the nitride film, and the polysilicon film was shown in Examples 1 and 100 in which the weight fraction of the amphoteric compound/cationic polymer was 150 and 100. It can be seen that non-selective polishing performance was realized in the oxide film, the nitride film, and the polysilicon film in Examples 3 and 4 in which the weight fraction of the amphoteric compound/cationic polymer was 75 and 60.
[실시예 5][Example 5]
상기의 연마 조건 중 웨이퍼 압력이 2 psi인 것을 제외하고 동일한 연마 조건으로 실시예 3과 같은 조건으로 제조한 다기능성 연마 슬러리 조성물을 이용하여 웨이퍼 연마를 실시하였다.Wafer polishing was performed using the multifunctional polishing slurry composition prepared under the same conditions as in Example 3 under the same polishing conditions except that the wafer pressure was 2 psi among the polishing conditions.
[실시예 6][Example 6]
상기의 연마 조건 중 웨이퍼 압력이 3 psi인 것을 제외하고 동일한 연마 조건으로 실시예 3과 같은 조건으로 제조한 다기능성 연마 슬러리 조성물을 이용하여 웨이퍼 연마를 실시하였다.Wafer polishing was performed using the multifunctional polishing slurry composition prepared under the same conditions as in Example 3 under the same polishing conditions except that the wafer pressure was 3 psi among the polishing conditions.
하기 표 2는 본 발명의 실시예 3, 5, 6의 다기능성 연마 슬러리 조성물을 이용하여 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막을 포함하는 웨이퍼 연마 후 각각의 막질에 따른 연마율과, 선택비를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the polishing rate and selectivity according to each film quality after polishing a wafer including an oxide film, a nitride film, and a polysilicon film using the multifunctional polishing slurry compositions of Examples 3, 5, and 6 of the present invention.
(psi)pressure
(psi)
(Å/min)abrasion rate
(Å/min)
최적의 비선택비가 구현된 중량분율이 실시예 3 조건에서 압력에 따른 성능 비교 시, 압력이 4 psi인 실시예 3의 경우 질화막/산화막 선택비와 산화막/폴리막 선택비가 작아 비선택적 연마 특성이 잘 나타나고, 압력이 2 psi인 실시예 5의 경우 질화막/산화막 선택비와 산화막/폴리막 선택비가 큰 것을 알 수 있다. 이에 따라, 산화막, 질화막 및 폴리실리콘막의 선택비는 연마 조건 중 압력에 따라 조절되는 것을 확인할 수 있다.When comparing the performance according to the pressure under the conditions of Example 3 in which the weight fraction in which the optimal non-selectivity was realized, the nitride/oxide film selectivity and the oxide film/poly film selectivity were small in Example 3, where the pressure was 4 psi, so that the non-selective polishing properties were poor. It can be seen that the nitride film/oxide film selectivity and the oxide film/poly film selectivity are large in Example 5 where the pressure is 2 psi. Accordingly, it can be seen that the selectivity of the oxide film, the nitride film, and the polysilicon film is adjusted according to the pressure during polishing conditions.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 제한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
Claims (13)
양이온성 중합체; 및
양쪽성 화합물;을 포함하고,
상기 양이온성 중합체는, 1,4-디클로로-2-부텐 및 N,N,N',N'-테트라메틸-2-부텐-1,4-디아민을 가지는 2,2',2''-니트릴로트리스 에탄올 폴리머; 폴리[비스(2-클로로에틸)에테르-알트-1,3-비스[3-(디메틸아미노)프로필]우레아]; 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌-(디메틸이미니오)에틸렌 디클로라이드]; 히드록시메틸 셀루로오스 디메틸 디알릴암모늄 클로라이드 코폴리머; 4급화 히드록시에틸 셀룰로오스; 비닐피롤리돈과 4급화 비닐이미다졸의 코폴리머; 폴리[옥시에틸렌(디메틸이미노)에틸렌(디메틸이미노)에틸렌 디클로라이드]; 비닐카프로락탐 및 비닐피롤리돈의 터폴리머; 4급화 비닐이미다졸;로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 양쪽성 화합물은, 글리신, 알라닌, 세린, 트레오닌, 발린, 류신 및 이소류신으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
다기능성 연마 슬러리 조성물.
abrasive particles;
cationic polymers; and
amphoteric compounds; and
The cationic polymer is 2,2',2''-nitrile having 1,4-dichloro-2-butene and N,N,N',N'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine lotrice ethanol polymer; poly[bis(2-chloroethyl)ether-alt-1,3-bis[3-(dimethylamino)propyl]urea]; poly[oxyethylene(dimethyliminio)ethylene-(dimethyliminio)ethylene dichloride]; hydroxymethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride copolymer; quaternized hydroxyethyl cellulose; copolymers of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole; poly[oxyethylene(dimethylimino)ethylene(dimethylimino)ethylene dichloride]; terpolymers of vinylcaprolactam and vinylpyrrolidone; At least one selected from the group consisting of quaternized vinylimidazole;
Wherein the amphoteric compound includes at least one selected from the group consisting of glycine, alanine, serine, threonine, valine, leucine and isoleucine,
A multifunctional abrasive slurry composition.
상기 양쪽성 화합물은,
pKa1 값이 1 내지 3이고, pKa2 값이 8 내지 12인 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.
According to claim 1,
The amphoteric compound is
and a pKa1 value of 1 to 3 and a pKa2 value of 8-12.
상기 양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 200인 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.
According to claim 1,
The multifunctional polishing slurry composition, wherein the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 200.
상기 연마입자는,
금속산화물, 유기물 또는 무기물로 코팅된 금속산화물, 및 콜로이달 상태의 상기 금속산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 금속산화물은 실리카, 세리아, 지르코니아, 알루미나, 티타니아, 바륨티타니아, 게르마니아, 망가니아 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.
According to claim 1,
The abrasive particles are
At least one selected from the group consisting of a metal oxide, a metal oxide coated with an organic or inorganic material, and the metal oxide in a colloidal state,
The metal oxide is a multifunctional polishing slurry composition comprising at least one selected from the group consisting of silica, ceria, zirconia, alumina, titania, barium titania, germania, mangania and magnesia.
상기 연마입자는, 상기 다기능성 연마 슬러리 조성물 중 0.5 중량% 내지 10 중량%인 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.
According to claim 1,
The abrasive particles are, of the multi-functional polishing slurry composition, 0.5% to 10% by weight of the multi-functional polishing slurry composition.
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은,
양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 80일 때,
산화막, 질화막 및 폴리실리콘막으로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 막에 대한 비선택적 연마 특성을 가지는 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.
According to claim 1,
The multifunctional polishing slurry composition,
When the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 80,
A multifunctional polishing slurry composition, which has non-selective polishing properties for two or more films selected from the group consisting of an oxide film, a nitride film, and a polysilicon film.
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은,
양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 50 내지 80일 때,
산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비가, 각각 0.6 내지 1.4인 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.
According to claim 1,
The multifunctional polishing slurry composition,
When the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 50 to 80,
The multifunctional polishing slurry composition, wherein the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film are 0.6 to 1.4, respectively.
상기 다기능성 연마 슬러리 조성물은,
양쪽성 화합물 / 양이온성 중합체 중량분율이 90 내지 200일 때,
산화막에 대한 질화막의 연마선택비 및 폴리실리콘막에 대한 산화막의 연마선택비가, 각각 0.1 내지 0.5인 것인, 다기능성 연마 슬러리 조성물.According to claim 1,
The multifunctional polishing slurry composition,
When the amphoteric compound / cationic polymer weight fraction is 90 to 200,
The multifunctional polishing slurry composition, wherein the polishing selectivity of the nitride film to the oxide film and the polishing selectivity of the oxide film to the polysilicon film are 0.1 to 0.5, respectively.
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