산화막 연마특성 개선을 위한 슬러리 온도 영향 분석

Abstract

최근 반도체 공정 라인에서는 차세대 초미세 공정기술 도입의 가속화를 통해 메모리 및 비메모리가 고집적화 되어감에 따라 0.13/1㎛ 크기의 회로 선폭 미세화 공정을 요구하였다. 이러한 미세공정은 CMP(chemical mechanical polishing)라고 부르는 화학적 기계적 연마에 의한 평탄화법을 제안하게 되었으며, 미국 IBM사는 일찍부터 CMP를 검토?도입하였고, 일본의 디바이스 메이커 각사에서도 1990년 전후에 고성능 디바이스 실현을 목표로 하여 공정 도입의 검토를 시작하였다. 1980년대 말 미국 IBM은 기계적 제거 가공과 화학적인 제거 가공을 하나의 가공 방법으로 혼합한 CMP(chemical mechanical polishing)라는 새로운 연마공정을 개발하였다. 1995년도에 절연막 CMP에 대해 연구가 되었고, 1997년도는 CMP세정기술에 대해 연구되었다. 2001년도에는 STI(shallow trench isolation) CMP에 대해서 연구가 진행되었으며, CMP의 연구는 PE CVD(plasma-enhanced CVD)와 RIE(Reactice Ion Etcher) 공정과 더불어 연구 되어왔다. 본 논문에서는 층간 절연막 및 STI 공정에 사용되는 SiO2층 연마용 슬러리인 실리카, 세리아 슬러리의 온도를 변화시켜 온도의 변화에 따른 산화막 CMP의 제거율과 비균일도 특성을 분석하고, 또한 슬러리의 온도증가에 따른 pH와 제타포텐셜을 측정하여 산화막 CMP에 가장 적합한 조건을 검토하였다. 온도증가에 따른 슬러리 연마입자의 입도분석을 통하여 슬러리의 입자변화와 CMP이후 산화막의 표면과 형상을 조사하여 연마율과 비균일도등에 미치는 영향을 연구하고자 한다.|As the device geometry shrinks to the deep submicron region, chemical mechanical polishing(CMP) planarization became a more essential technique of advanced ULSI process. Also, CMP process was required for the global planarization of inter-metal dielectric(IMD), inter-level dielectrics(ILD) layers and interconnections with free-defect. Especially, the complete global planarization of IMD, ILD and interconnections can be achieved only with the CMP process. Howerer. as the IMD and ILD layer gets thinner, several problems were found CMP process. Esperially, it does have various problems in processing such as dishing effect caused by CMP process. torn oxide defects nitride residues on oxide, post caused by CMP cleaning. So, it lead to severe circuit failure, which affect yield. In this paper, in order to investigate the effects of slurry temperature on the chemical mechanical polishing (CMP) performance of oxide film with silica and ceria slurries, we have studied slurry properties as a function of different slurry temperature. Also, the effects of each input parameter of slurry on the oxide CMP characteristics were investigated to obtain the higher removal rate and smoother surface morphology. The pH showed a slight tendency of decrease, the conductivity in slurries showed an increased tendency, the mean particle size in slurry decreased, and the zeta potential of slurry decreased with temperature. The removal rates significantly increased and maintained at the specific levels over 40℃. The better surface morphology of oxide films could be obtained at 40℃ of silica slurry and at 90℃ of ceria slurry. It is found that the CMP performance of oxide film could be significantly improved or controlledby change of slurry temperature with the same slurry.