KR19980023929A - 연마 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 질화물 미세 분말, 물 또는 산을 포함하는 연마 조성물에 관한 것이다.

Description

연마 조성물.

본 발명은 반도체, 포토 마스크, 다양한 메모리 하드 디스크 또는 합성수지와 같은 여러가지 공업용 제품, 또는 그 부품들을 연마하는데 사용하는 연마 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 산업에서 디바이스 웨이퍼 표면의 평탄화 연마를 위해 사용하는데 적합한 연마 조성물에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명은 높은 스톡 (stock) 제거 속도를 제공하며, 지금까지는 기계, 화학적 연마 기술이 적용되었고 동시에, 구성요소 절연 및 다른 높은 수준의 집적회로 제작에도 응용이 가능한 금속배선 또는 층간 유전체 연마시, 연마 표면을 우수하게 형성할 수 있는, 우수한 분산도와 고순도를 갖는 연마 조성물에 관한 것이다.

컴퓨터를 포함한 소위 고 기술 제품에서의 진보는 최근에 현저하게 이루어져 왔고, 상기 제품에 사용된 ULSI 와 같은 부품은 고밀도와 고속도로 매년 끊임없이 발전되었다. 따라서, 반도체 장치를 생산하기 위한 공정에서 포커스의 깊이가 얕아지고 패턴 형성 표면의 평면성의 요건이 엄격해 지도록, 반도체 장치 디자인 방식에서, 매년 배선의 좁혀짐이 발전되어왔다.

나아가, 배선의 좁혀짐에 기인한 배선 저항의 증가에 대처하고 배선 길이를 짧게하기 위해, 장치의 적층이 수행되어지지만, 형성된 패턴 표면의 층 높이가 적층에 대해 방해함으로써 많은 문제점이 있어왔다.

따라서, 좁혀짐과 적층을 수행하기 위해, 공정에서 층 높이가 제거되도록, 원하는 표면을 평탄화시키는 것이 요구된다. 평탄화를 위해, 유리상의 회전, 저항에치백 (resist etch back) 또는 다른 평탄화 방법이 지금까지 사용되었다.

종래의 방법으로는, 비록 부분적 평탄화는 가능하지만, 개량된 장치에 요구되는 전영역 평탄화 (완전한 평탄화) 에 이르기는 어렵다. 따라서, 평탄화를 위한 기계, 화학적 연마 (이하, CMP 로 칭한다) 가 지금까지 연구되어 왔고, 이것이 기계적 또는 물리적 연마와 화학적 연마의 조합이다.

반면에, 실리콘 이산화막과 같은 층간 유전체, 알루미늄, 텡스텐 또는 구리막 또는 폴리 실리콘막과 같은 배선 재료의 평탄화, 구성 요소의 분리, 및 다른 응용 장치에 CMP 기술을 사용하는 연구가 행해졌다. 새로우- 트렌치 (shallow-trench) 절연 방법은 최근에 연구된, 구성 요소 절연을 위한 방법의 하나로 언급될수 있다. 이러한 방법은 실리콘에서 새로우- 트렌치를 형성 하는 것과, CMP 기술에 의해 평탄화 작업후, 실리콘 이산화막을 형성하는 단계를 포함함으로서, 구성 요소 절연은 보다 헙소한 영역에서 이루어 질 수 있어, 반도체 소자의 고밀도를 위해 유용한 기술로 주목을 받게 되었다.

새로우-트렌치 절연을 수행함에 있어 기술적 문제는, 평탄화를 위한 표면 연마에 있어서 충분한 또는 불충분한 스톡 제거없이 균일하게 끝 마치는 문제, 혹은 미리 정한 스톡 제거 수준에서 연마를 완전하게 하는 문제가 있다. 대개, 연마할 동안, 실리콘 질화막이 스토퍼 (stopper) 로서 사용되기 위하여, 연마된 실리콘 이산화막 아래에 경화 실리콘 질화막을 제공하는 것이 일반적이다. 그것은 여기에서 사용된 연마 방법으로 기꺼이 이해되어야 하며, 또한 실리콘 이산화막을 효율적으로 연마할 수 있으면서, 실리콘 질화막 연마가 불가능한 연마제를 사용하는 것이 바람직하다.

대개, 실리콘 질화막 위의 실리콘 이산화막 연마에 대한 민감도 지수로서, 연마에 대한 선택도 (이하, 선택도 로 한다) 가 사용되고, 선택도는 연마제로 연마되는 실리콘 질화막 속도에 대한 동 연마제로 연마되는 실리콘 이산화막 속도의 비율이다. 상기 선택도는 연마제로 연마되는 실리콘 이산화막 속도를 실리콘 질화막이 연마되는 동일한 속도로 분할함으로써 얻어진다.

연마제에 의해 실리콘 질화막 연마 속도가 일정할지라도, 상기 선택도의 정의로부터 분명해지기 때문에, 선택도는 실리콘 이산화막 연마 속도가 높아짐에 따라 높아진다. 또한, 실리콘 이산화막 연마 속도가 일정할지라도, 선택도는 실리콘 질화막 연마 속도가 낮아짐에 따라 높아진다. 물론, 연마제는 실리콘 질화막 연마 속도가 제로에 가까워지게 하는것이 바람직하고, 실리콘 이산화막 연마 속도는 가능한 한 높을수록 좋다.

따라서, 실리콘 이산화막 연마 속도가 높다 하더라도, 실리콘 질화막 연마 속도가 높은곳에 있는 연마제는 높은 선택도에 관계없이 요구되지 않는다. 연마를 중지하기 위한 스토퍼로서 실리콘 질화막이 기대되기 때문에, 높은 선택도 및 제로에 가까운 실리콘 질화막 연마속도는, 비록 실리콘 이산화막 연마 속도가 다소 낮더라도, 실질적으로 유용하다.

대개, 실리콘 이산화막은 약 5,000 내지 6,000 Å 의 두께에서 형성된다. 반면에, 실리콘 이산화막을 일반적인 연마 조성물로 연마하는 속도는 수천 Å/min 부터이다. 따라서, 실리콘 이산화막 연마를 위한 높은 속도를 갖는 연마 조성물로서, 실리콘 이산화막은 연마가 시작된 후 매우 짧은 시간에 제거된다. 실리콘 질화막상에 형성된 실리콘 이산화막을 갖는 웨이퍼가 연마 조성물로 연마되는 경우에, 이것은 실리콘 이산화막의 제거후에 즉시 정확하게 연마를 정지 하기 위해 필요하며, 그렇지 않다면 연마는 스토퍼로서 실리콘 질화막에 미친다. 대부분의 경우, 연마 조성물로서의 실리콘 질화막 연마 속도는 제로이다. 따라서, 만약 연마가 실리콘 이산화막의 제거후에도 계속된다면, 심지어 실리콘 질화막도 또한 연마되고, 극도의 경우에는 완전히 제거될수 있다. 이상에서 분명해졌기 때문에, CMP 처리에서 종말점을 감지하는 것은 중요하며, 공정을 위한 적당한 연마 속도를 갖는 연마 조성물이 바람직하며, 다시말해 종말점이 정확하게 감지될 수 있는 범위 내에서 바람직하다.

예를들면, 실리콘 질화막상에 형성된 실리콘 이산화막을 갖는 연마 웨이퍼의 경우에, 실리콘 질화막이 부분적으로 노출되었을 때 실리콘 이산화막의 연마를 결정하는 것이 중요하다. 이러한 타이밍은 종말점 이라 불리며, 이러한 마지막 지점 감지를 종말점 감지 라 불린다. 다양한 연구가 종말점 감지를 위한 방법으로 연구 되어왔다. 예를들면, 연마 테이블 아래에서부터 웨이퍼로의 레이저 빔 투사로써 연마할 동안 남아있는 막 두께를 측정하기 위한 방법과, 또는 다른 방법들이 제안되어 왔다. 그러나, 상기 제안의 어떤것도 실제적으로 유용하지 못하였다. 따라서, 실리콘 이산화막이 어떤 미리 예정된 두께를 제거하기 위해 요구되는 시간은 연마 조성물이 가지는 연마 속도로부터 계산되어지며, 또한 연마는 종말점에서 이용하는 이와같이 계산된 시간의 미리 예정된 기간내에 이루어지는 방법을 사용하는 것이 일반적이다.

특별한 제품 공정을 위해 어떤 특유한 선택도를 얻기위하여, 연마 가속물의 양을 조정함으로써 선택도를 조정하는 것이 일반적이다. 그러나, 선택도는 산의 소량의 첨가에서 조차도 실질적으로 변화할수 있으며, 또한 일정한 선택도와 연마 속도를 얻기 어렵기 때문에, 그와같은 조정은 쉽지않다.

반면에, 수용액이나 다른 액체에서 흩어진 연마제를 갖는 연마 조성물은, 시간이 지남에 따라, 연마제가 분산되어 있는 현탁액 부분, 또는 실질적으로 어떠한 연마제도 존재하지 않는 상층액 부분과 같은 케이크 (cake) 영역으로 분리한다. 연마 조성물의 조성에 따라서, 어떤 현탁액 부분도 형성되지 않는 경우가 있을 수도 있으며, 다시말해 케이크 영역이나 단지 상층액 영역으로 분리되는 연마 조성물일 수도 있다.

연마 조성물의 재분산도는, 컨테이너가 흔들릴 때 컨테이너 하단에 위치한 케이크가 얼마나 기꺼이 분산될 수 있는냐의 지수이다. 따라서, 케이크가 기꺼이 분산할 수 있는 곳에서의 조성물은 우수한 재분산도라 할수 있다. 반면에, 나쁜 재분산도를 갖는 조성물을 가지면서, 저장될 동안 상대적으로 확고하게 침전된 연마제는 조밀 구조를 형성하는 경향이 있고, 또한 케이크를 형성하는 경향이 있으며, 다시말해 때때로 케이크가 충분히 분산되게 하지 못하는 컨테이너 아랫 부분에서 침전된 연마제의 덩어리이다. 또한 집합하는 경향이 있으며, 또한 연마된 표면의 스크래칭을 일으키는 미세한 분말의 거친 입자가 형성될 수도 있다. 게다가, 한때 침전되었고, 나쁜 재분산도를 갖는 연마 조성물을 가지고서는 제한적인 장치에서, 케이크는 거의 재분산 될 수 없고, 인간의 힘과 시간이 슬러리 분산을 위해 요구될수 있다. 따라서, 우수한 재분산도를 갖는 연마 조성물이 바람직하다.

재분산도를 향상시키기 위한 용제로써, 셀룰로스, 당류, 그리고 다른 유기물, 중합체 양모, 또는 산화졸 및 겔, 그리고 비유기물이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 유기물은 취약함과 연마속도의 감소와 같은 문제점들을 가지고 있다. 나아가, 재분산도를 향상시키기 위한 많은 종래의 용제들이 금속 불순물의 많은 양을 포함하고 있다는 문제가 있어 왔다. 그렇기 때문에, 종래 용제의 상당수가 CMP 처리를 위해 사용되는 연마 조성물로서는 부적합 하였다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어졌으며, CMP 처리하는데 유용한 연마 조성물을 제공하는 것과, 또한 고순도, 고선택도 및 우수한 표면 상태 및 연마 조성물을 위한 소정의 다른 기본적 연마 특성을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 실리콘 질화막 연마 속도가 더 낮아질 수 있고, 선택도가 조정될 수 있고, 심지어 오랜 기간동안 저장 후에도 석출의 재분산이 쉬우며 또한 처리된 표면의 스크래칭을 예방함으로써 연마 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 실리콘 질화물 미세 분말, 물 및 산을 포함하는 연마 조성물을 제공한다.

본 발명의 연마 조성물은 실리콘 질화막에 대한 속도와 비교하여 실리콘 이산화막에 대한 속도가 높으며, 그것에 의해 연마 조성물은 상대적으로 높은 선택도를 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 연마 조성물은 나아가 퓸드 (fumed) 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카의 구성 군으로부터 선택된 하나 이상의 항을 포함할 수 있다. 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카의 첨가로 인해 실리콘 질화막 연마 속도는 더욱 낮아질 수 있으며, 선택도는 첨가된 양으로써 조정될 수 있다. 나아가, 오랜 시간동안 저장 후에 석출의 재분산도가 우수하므로, 저장된 후에 침전된 케이크 분산을 위해 사용되는한정된 설치, 노동력 및 시간은 더 이상 필요하지 않을 것이다. 게다가, 혼합물과 거친 입자가 거의 형성되지 않기 때문에, 긁힌 자국의 형태나 연마된 표면상의 다른 표면 결함은 방지될수 있다.

지금부터 바람직한 실시예를 참고로하여 더욱 상세히 본 발명을 서술한다.

실리콘 질화물 미세 분말에 관하여 설명하고자 한다.

본 발명 연마 조성물 구성 요소 중에서 주요한 연마 용제로 사용되는 실리콘 질화물은 특별히 제한되지 않으며, 또한 그것은, 예를들면, α-실리콘 질화물, β-실리콘 질화물 또는 결정학적인 관점에 의한 비결정 실리콘 질화물 일 수도 있다. 그렇지 않다면, 선택비의 이와같은 미세한 분말들의 혼합물일 수도 있다.

실리콘 질화물 미세 분말은 기계적인 영향으로 연마된 표면을 연마하기 위해 연마제 입자로 이용된다. 실리콘 질화물 미세 분말의 입자 크기는 BET 방법으로 측정한 주요 입자 평균크기로 대개 0.01 내지 10 ㎛ 정도이며, 바람직하게는 0.05 내지 3 ㎛ 정도이다. 만약 주요 입자 평균크기가 10 ㎛ 을 초과한다면, 연마된 표면의 표면 조도 (roughness) 가 풍부하거나, 또는 스크래칭이 생길수 있다는 문제가 있을 것이다. 반면에, 주요 입자 평균크기가 0.01 ㎛ 보다 적다면, 연마 속도는 극도로 낮아지거나 실행 불능이 되는 경향이 있다.

연마 조성물에서 실리콘 질화물 미세 분말의 함유량은 대개 0.1 내지 50 wt % 이며, 조성물의 총량에 근거하여 1 내지 25 wt % 가 더 바람직하다. 만약 실리콘 질화물 미세 분말의 함량이 너무 적다면, 연마 속도는 낮아지게 되며, 또한 만약 실리콘 질화물 미세 분말의 함량이 너무 많다면, 균일한 분산이 유지될 수 없으며, 혹은 화합물의 점성도가 너무 높기 때문에 다루기에 어려운 경향이 있다.

다음은 물에 관해 설명하고자 한다.

본 발명에 사용된 물은 특별히 제한이 없으며, 예를들면, 물은 산업 용수, 수도 용수, 탈이온화된 물, 증류된 물 및 초고순도의 물일 수 있다. 연마 화합물에서 물 함량은 대략 30 내지 99.899 wt % 까지이며, 바람직하게는 65 내지 98.995 wt % 이다.

산에 관해 설명해 보자.

산은 화학적 작용에 의해 연마된 표면을 연마하기 위해 이용된다. 유용한 산은 유기산 및 비유기산이 될 수도 있다. 사용된 산의 유형은 본 발명의 효과에 손상을 주지 않는다면 특별히 제한이 없다. 유기산, 카르복실 산, 특히 수산화물 카르복실산이 더 바람직하다. 카르복실산 중에서도 특히 더 우수한 것은 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산 또는 옥살산 등이다. 무기산 중에서도, 염산 및 니트르산이 더욱 바람직하다. 경우에 따라서, 상기의 산들은 화합물에서 사용될 수 있다.

상기 산의 함량은 대략 0.001 내지 20 wt % 이며, 비록 산의 강도에 의존하여 그 함량이 변화할지라도, 연마 조성물의 총량을 근거로 하면, 0.005 내지 10 wt % 정도가 바람직하다. 어떤 부가된 산의 양으로 인해, 본 발명의 효과는 분명하게 나타날 것이다. 반면에, 산의 양이 너무 많이 증가할지라도, 효과면에서 나은 향상은 힘들것이며, 혹은 비경제적이다. 게다가, 산의 첨가로 인하여, 상기 연마 조성물의 수소 이온농도는 대략 7 보다 높지 않을 것이다. 연마 조성물의 수소 이온농도는 다양한 첨가물의 첨가로 인해 변화할 수는 있으나, 본 발명의 효과를 얻기 위해서는, 수소 이온농도가 7 보다 높지않은 정도에서 수소 이온농도를 유지하는 것이 바람직하다.

퓸드 티타니아/퓸드 지르코니아/퓸드 알루미나/퓸드 실리카에 관하여 설명해보자.

본 발명의 연마 조성물은 오히려 퓸드 티타니아, 퓸드 알루미니아, 퓸드 지르코니아 및 퓸드 실리카를 포함한다. 상기 첨가물은 연마 조성물의 재분산도를 향상할 목적으로, 또는 실리콘 질화막 연마 속도를 낮춤으로 인해 선택도를 조정할 목적으로 혼합된다. 본 발명에서, 사용된 퓸드 티타니아, 퓸드 알루미니아, 퓸드 지르코니아 및 퓸드 실리카는 각각의 산화물들을 대변 할수 있는 할로겐 화합물, 특히 염화 화합물과 같은, 각기 열분해 할수 있는 선구 물질 화합물의 고온 열분해에 의해 준비된 것들이다.

퓸드 티타니아는 제조될수 있다. 예를들면, 사염화 티타늄 및 수소를 대기에서 연소함으로써 제조 될 수 있다. 그 반응식이 아래와 같이 나타낼수 있다. 즉

TiCl₄+ 2H₂+ O₂→ TiO₂+ 4HCl

그와 같은 퓸드 티타니아는 각자에 집합된 수개 내지 수십개 정도의 미세 제 1 입자를 갖는 체인 구조의 제 2 입자 집합체의 모양과 같다. 그와 같은 퓸드 티타니아는, 예를들면 일본 에어로실 회사로부터 이산화 티타늄 P 25 상품명으로, 상업적으로 이용할수 있다.

퓸드 알루미니아, 퓸드 지르코니아 및 퓸드 실리카는, 예를들면 퓸드 티타니아에 관해서와 같은 방법으로, 대기에서 각각의 사염화물과 수소를 연소함으로써 또한 제조될 수 있다. 이와같은 반응들은 아래와 같이 표현될 수 있다.

ZrCl₄+ 2H₂+ O₂→ ZrO₂+ 4HCl

4AlCl₄+ 6H₂+ 3O₂→ 2Al₂O₃+ 12HCl

SiCl₄+ 2H₂+ O₂→ SiO₂+ 4HCl

퓸드 티타니아와 같이, 개별 입자들은 집합된 수개 내지 수십개 정도의 미세 제 1 입자를 갖는 체인 구조의 제 2 입자 집합체의 모양과 같다. 상기 퓸드 지르코니아는, 예를들면, 일본 에어로실 회사의 샘플 시험으로 이용될수 있다. 나아가, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카는, 예를들면, 일본 에어로실 회사로 부터, 개별적으로, 알루미늄 산화물 C 및 에어로실의 상품명으로, 상업적으로 이용할수 있다.

본 발명에서, 사용된 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 또는 퓸드 실리카의 함량은, 실리콘 질화물 미세 분말 중량에 근거하면, 거의 0.0002 내지 50,000 wt % 정도이며, 바람직하게는 0.004 내지 2,500 wt % 정도이다. 게다가, 연마 조성물의 총량에 근거하면, 거의 0.0001 내지 50 wt % 정도이며, 바람직하게는 0.001 내지 25 wt % 정도이다. 이러한 범위내에서, 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카는 공동으로 사용될 수 있다. 만약 함량이 너무 적으면, 본 발명의 효과는 거의 얻어질 수 없다. 반면에, 함량이 너무 많으면, 균일한 분산이 유지될 수 없고, 조성물의 점성도가 너무 높기 때문에 취급함에 어려운 경향이 있다.

본 발명 연마 조성물의 그러한 우수한 연마 효과를 위한 메카니즘의 상세한 서술은 공지되지 않았다. 그러나, 산의 존재는 어떤 의미에서 연마조성물에서, 실리콘 질화물 미세분말의 분산된 상태위에 영향을 미치고, 그와같은 분산된 상태는 연마공정에서 유리하게 작용한다고 생각된다.

게다가, 메카니즘의 상세한 서술은, 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카의 첨가로 인해, 실리콘 질화막 연마 속도가 낮아지고, 우수한 분산도가 얻어질 수 있다는, 효과에 대해서는 공지되지 않았다. 그러나, 실리콘 질화물 미세 분말과 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 또는 그곳 주위에 나타나 있는 사슬구조의 퓸드 실리카 사이에서 결합/분산 상태는 연마공정에서 유리하게 작용하는 것이라 생각된다.

연마 조성물에 관하여 설명해 보겠다.

본 발명의 연마조성물은 대개 물에다가 소정의 실리콘 질화물 미세분말 양을 혼합하고, 혼합물이 분산하는동안 그곳에 미리결정한 산의 양을 첨가함으로써 준비한다. 게다가, 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카의 구성 군으로부터 선택된 하나 이상 요소의 미리 결정한 양은 오히려 분산이 좋다. 상기 각각의 구성요소들은 현탁액 상태에서 연마조성물을 형성하기 위해 상기 조성물에서 균일하게 분산된다. 상기 구성요소들은 어떤 선택적인 방법으로 인해 물에서 분산될 수 있고, 예를들면, 교반기에 의한 교반 또는 극 초음파 분산으로 분산될 수 있다.

게다가, 연마 조성물의 준비에서 요구하는 경우에서 처럼, 다양한 종래의 첨가물들이 더욱 첨가될 수 있으며, 안정화 또는 제품의 품질 유지 목적을 위하여, 연마조건과 연마를 위한 다른 요구 조건들은 연마된 대상물의 형태에 의존한다.

상기 부가물의 전형적인 샘플들은 (a) 콜로이드 실리카, 석출된 실리카및 이외의 것들과 같이, 퓸드 실리카와 다른 이산화 실리콘, (b) 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 하이드록시에틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스류, (c) 에탄올, 프로판올 및 에틸렌 글리콜과 같은 수용성 알코올, (d) 나트륨 알킬벤젠 술폰산염 및 나프탈렌 술폰산으로 된 포르말린의 액화 생산물과 같은 술폰산염류, (e) 리그닌 술폰산염 및 폴리아크릴산염과 같은 유기 폴리어니온 (polyanion) 형의 물질, (f) 암모늄 황산염, 마그네슘 황산염, 마그네슘 염화물, 칼륨 아세테이트산염 및 알루미늄 질화물과 같은 비유기염류, (g) 폴리비닐 알코올과 같은 수용성 폴리머류 (유화제류), 혹은 (h) 알루미나 졸 및 이외의 것과 같은 퓸드 알루미나 이외의 알루미늄 산화물류를 포함한다.

본 발명의 연마 조성물의 준비를 위해, 혼합 방법과 다양한 첨가물의 혼합 순서는 특별히 제한되지 않는다.

본 발명의 연마 조성물은 상대적으로 높은 농도를 가진 스톡 (stock) 용액의 형태로 준비되고, 저장되거나 또는 운반될수 있으며, 혹은 실제적인 연마공정의 시간에 사용하기 위해 희석된다. 상기 언급한 바람직한 농도의 범위는 실제적으로 연마공정을 위한 것이다. 따라서, 조성물이 저장되거나 스톡 용액의 형태로 운반될 때, 그러한 스톡 용액은 더 높은 농도를 가지기 위해 준비된다.

전술한바와 같이, 준비한 본 발명의 연마 조성물은 재분산도가 우수하고, 응집된 입자에 의한 스크래칭이 없으며, 또한 연마 반도체 소자, 포토마스크, 다양한 메모리 하드 디스크를 위한 기판, 합성수지 등에 유용하다. 그러나, 실리콘 이산화막을 연마하기 위해 높은 속도를 가지고, 실리콘 질화막을 연마하기 위해 낮은 속도를 가지기 때문에, 준비한 본 발명의 연마 조성물은 특히 반도체 산업에서 웨이퍼의 CMP 처리에 사용하기에 적합하며, 또한 조정할 수 있는 높은 선택도를 가진다.

그러면, 본 발명의 연마 조성물은 실시예를 참고로 하여 더욱 상세히 서술될수 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 그런 특별한 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

다음은 실시예 1 내지 23 과 비교 실시예 1 내지 17 에 대해 설명한다.

연마조성물의 준비에 대해 설명한다.

다음의 연마제는, 각기 10 wt % 연마제 농도를 갖는 각각의 슬러리를 얻기위해 교반기로 물에서 분산된다. 그후, 상기 슬러리에서, 다양한 산들이 비교 실시예 1 내지 16 의 샘플을 얻기위해 표 1 에 표시된 것과 같은 양으로 혼합된다.

퓸드 실리카 (평균 주요 입자 크기 : 0.05 ㎛)

세륨 산화물 (평균 주요 입자 크기 : 0.98 ㎛)

알루미늄 산화물 (평균 주요 입자 크기 : 0.07 ㎛)

크롬 산화물 (평균 주요 입자 크기 : 0.20 ㎛)

지르코늄 산화물 (0.20 ㎛)

실리콘 탄화물 (평균 주요 입자 크기 : 0.60 ㎛)

α- 실리콘 질화물 미세 분말 (평균 주요 입자 크기 : 0.12 ㎛)

비교 실시예 17 에서, α- 실리콘 질화물 미세 분말의 슬러리는 3 개월동안 방치시킨 후 평가되었다.

게다가, 10 wt % 연마제 농도를 갖는 슬러리를 얻기 위해, α- 실리콘 질화물 미세 분말이 교반기에 의해 물에서 분산되었으며, 실시예 1 내지 11 의 샘플을 얻기 위해 여기에 여러가지 산들이 표 2 에 표시된 양으로 첨가 혼합되었다.

게다가, 실시예 12 내지 23 의 샘플들은 글리콜산의 1 wt % 첨가로 준비되었고, 표 2 에 표시된 양으로 퓸드 티타니아 (일본 에어로실 회사 제조 상표가 티타늄 이산화물 P-25 인 50 m²/g), 퓸드 지르코니아 (일본 에어로실 회사 제조의 시험 샘플 40 m²/g), 퓸드 알루미나 (일본 에어로실 회사 제조 상표가 알루미늄 산화물인 C 인 100 m²/g ) 또는 퓸드 실리카 (일본 에어로실 회사 제조 의 900 m²/g 의 에어로실 90) 는 전술한 방법으로 준비된 α- 실리콘 질화물 미세 분말의 10 wt % 함량을 포함하는 슬러리에 첨가함으로써 준비 되었다.

재분산도 시험에 대해 설명하겠다.

실시예 1 내지 23 과 비교 실시예 1 내지 17 의 샘플에 관하여, 재분산도 시험은 아래 조건하에서 이루어졌다.

(1) 충분하게 분산된 샘플들의 각기 100 cc 는, 각각 100 cc 색 대조 관에 주입한다

(2) 실시예 1 내지 23 과 비교 실시예 1 내지 16 의 샘플에 관하여, 샘플들은 2 주동안 방치되었고, 비교 실시예 17 의 샘플에 관하여, 샘플은 3 개월 동안 방치하였다. 각 샘플에 관하여, 고체 알맹이는 색 대조 관의 하단부에 케이크를 형성하기 위하여 침식되었다. 각 샘플은, 케이크가 균일하게 분산될 때까지 넓이, 속도 및 방향에 관하여 같은 조건하에서, 진동 시켰다.

(3) 각 샘플에 관하여, 분산도는 분산에 요구되는 진동 시간의 회수를 근거로 하여 평가 되었다.

침식된 혼합재 입자들에 관하여, 각각 준비된 슬러리는 50 배 희석 되었고 부드럽게 섞으며, 나이론망에 의해 여과가 잇따라 일어나, 나이론망상에 잉여 잔존물이 관찰 되었다.

결과는 표 1 및 2 에 나타내었다.

연마 시험에 관하여 설명 하겠다.

연마 시험이, 위의 재분산도 시험에서 조건으로 한 실시예 1 내지 23 과 비교 실시예 1 내지 17 의 샘플에 의해, 수행되었다.

연마되는 물질로서, 열산화법으로 형성된 실리콘 이산화막을 갖는 6 인치 실리콘 웨이퍼와 저압력 화학 진공증착 (LPCVD) 으로 형성된, 실리콘 질화물을 갖는 6 인치 실리콘 웨이퍼가 사용된다 (각 실리콘 웨이퍼는 약 150 mm 의 외직경을 갖는다). 웨이퍼의 실리콘 이산화막 측면과 실리콘 질화막 측면이 연마된다.

연마는 단일측면 연마기에 의해 실행된다 (테이블 직경 : 570 mm). 폴리우레탄 (미국 로델사에 의해 제조된 IC-1000/Suba 400) 으로 만들어진 축적 연마 패드는 연마기 테이블에 부착된다. 우선, 실리콘 이산화막을 갖춘 웨이퍼가 장착되고 1 분동안 연마된후, 웨이퍼는, 동일한 방법으로 1 분 동안 연마된 실리콘 질화막을 갖춘 웨이퍼로 바뀐다. 연마 조건은, 연마압이 490 g/㎠, 연마테이블의 회전속도 30 rpm, 연마제의 피딩 (feeding) 속도는 150 cc/min 및 웨이퍼 회전속도는 30 rpm 이다.

연마후, 웨이퍼는 계속 세척되고 건조되어, 연마에 의한 웨이퍼의 막 두께 감소는 49 개의 샘플에 관하여 측정되었고, 연마속도는 각각 시험하는동안 얻어진다. 더욱이, 선택도는 실리콘 질화막이 연마되는 속도로 실리콘 이산화막이 연마되는 속도를 분할함으로써 얻어진다.

스크래치와 관련하여, 연마후 각 웨이퍼가 세척되고 건조되어 암실내 스포트라이트하에서 스크래치 자국의 유무가 시각적으로 관측되었다.

결과가 표 1 과 2 에 나타나 있다.

재분산도는 아래의 기준하에서 평가되었다.

1 : 케익은 20 번 이상 진동시에도 분산되지 않았다.

2 : 케익은 15 내지 20 번 진동시에, 겨우 분산됐다.

3 : 케익은 11 내지 15 번 진동시에, 분산됐다.

4 : 케익은 6 내지 10 번 진동시에, 분산됐다.

5 : 케익은 1 내지 5 번 진동시에, 분산됐다.

스크래치는 다음 기준하에서 평가됐다.

◎ : 관측시 스크래치가 없었다는 기호.

○ : 관측시 실질적인 스크래치가 없었다는 기호.

△ : 관측시 약간의 스크래치가 있었다는 기호.

× : 관측시 실질적인 스크래치가 있었다는 기호.

본발명의 실시예 1 내지 11 의 연마조성물을 가진, 실리콘 이산화막 연마 속도는 비교 실시예 17 을 제외한 비교 실시예에 있어서의 속도보다 실질적으로 더욱 빠르다는 것과, 각 실시예에서 선택도는 각 비교 실시예에서의 선택도 보다 더욱 향상된다. 또 상기 원인에 의한 침전 혼합재 입자와 스크래치가 별로 없음이 명백하다.

퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 또는 퓸드 실리카를 첨가물로 사용함으로써, 선택도가 실질적으로 증가하고, 침전 혼합재 입자가 없거나, 스크래치 자국이 없는 것이 관측되었다. 더욱이, 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 또는 퓸드 실리카의 첨가된 전체량에 의해서 선택도가 조절될 수 있다.

더욱이, 샘플의 연마 표면을 시각적으로 관찰한 결과, 표에 나타낸 바와 같이 스크래치 자국외에는 어떠한 표면 결함도 관측되지 않았다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 본 발명의 조성물이 실리콘 질화물 미세분말, 산 및 물을 포함함으로써, 연마될 표면상에 표면 결함을 형성함이 없이, 실리콘 이산화막 연마 속도 및 선택도가 향상될 수 있다. 더욱이, 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 첨가함으로써, 장기간 저장후, 침전 연마제의 재분산도가 향상됨으로써, 침전 혼합재 입자의 형성을 방지하는 것이 가능하다. 더욱이, 연마될 표면상에 스크래치 자국 형성을 방지하는 것과, 실리콘 질화막 연마속도를 저하시키는 것이 가능하고, 선택도는 그러한 첨가물 양을 조절함으로써, 조절될수 있다.

본 발명은, CMP 처리를 하는데 유용한 연마 조성물을 제공할수 있고, 고순도, 고선택도 및 우수한 표면 상태를 제공하며, 실리콘 질화막 연마속도를 더 낮아지게하고, 선택도가 조정될 수 있으며, 심지어 오랜 기간 저장 후에도 석출의 재분산이 쉬우며 또한 처리된 표면의 스크래칭을 예방할 수 있다.

장시간 저장후 석출의 재분산도가 우수하므로 노동력 및 분산을 위하여 사용되는 시간이 필요하지 않다. 또한 혼합물과 거친 입자가 거의 형성되지 않기 때문에 긁힌 자국의 형태나 연마된 표면상의 결함을 방지할 수 있다.

Claims (10)

1. 실리콘 질화물 미세분말, 물 및 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 퓸드티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카로 구성하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분 (member) 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 산은 카르복실산인 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 산은 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산 및 옥살산으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 산이 염산 또는 니트르산인 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 질화물 미세분말은 평균 기본입자 크기가 0.01 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 질화물 미세 분말 함량이 0.1 내지 50 wt %, 상기 물의 함량이 30 내지 99.899 wt % 및 상기 산의 함량이 0.001 내지 20 wt % 인 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
8. 제 2 항에 있어서, 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카를 구성하는 상기 군으로부터 선택된 하나 이상 성분의 상기 함량이, 상기 연마 조성물의 무게를 기초로하여, 최대 50 wt % 인 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
9. 집적회로용 평면 연마에 사용하는 실리콘 질화물 미세분말, 물 및 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 조성물.
10. 제 9 항에 있어서, 집적 회로용 평면 연마에 사용하는 퓸드 티타니아, 퓸드 지르코니아, 퓸드 알루미나 및 퓸드 실리카를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 조성물.