최근 ULSI 반도체 공정기술에서 뛰어난 성능의 device 제조를 위해 기존의 Al 배선을 Cu 배선으로 대체하고 있으며, Cu 배선이 본격적으로 연구되고 있다. Cu 배선은 낮은 저항과 electromigration에 대해 대단히 뛰어난 장점으로, Cu CMP (Chemical Mechanical Planarization)를 통해 활발히 연구가 진행되고 있다. CMP는 반도체 소자의 다층배선을 위해 화학적, 기계적 평탄화를 하는 공정이며, 배선 재료가 되는 Metal line과 층간 절연막으로 사용되는 ILD (Inter Layer Dielectric)를 평탄화를 함으로써 공정이 진행된다. Cu CMP Slurry는 Cu ...
최근 ULSI 반도체 공정기술에서 뛰어난 성능의 device 제조를 위해 기존의 Al 배선을 Cu 배선으로 대체하고 있으며, Cu 배선이 본격적으로 연구되고 있다. Cu 배선은 낮은 저항과 electromigration에 대해 대단히 뛰어난 장점으로, Cu CMP (Chemical Mechanical Planarization)를 통해 활발히 연구가 진행되고 있다. CMP는 반도체 소자의 다층배선을 위해 화학적, 기계적 평탄화를 하는 공정이며, 배선 재료가 되는 Metal line과 층간 절연막으로 사용되는 ILD (Inter Layer Dielectric)를 평탄화를 함으로써 공정이 진행된다. Cu CMP Slurry는 Cu CMP 공정을 위해 가장 중요한 항목이며, 연마입자와 산화제, 식각제, 부식방지제 및 complexing agent로 구성되어있다. 현재 산성 분위기의 알루미나 슬러리는 Cu 박막 평탄화시 높은 연마율을 보임으로써 Cu CMP 공정에서 널리 사용 되어져왔다. 하지만, CMP후 세정시 구리표면위의 연마입자의 오염과 dishing, erosion과 같은 문제, 그리고 폐수 처리시 많은 비용이 요구된다는 점에서 최근 중성 분위기의 Cu CMP 슬러리가 연구되고 있는 추세이다. 이러한 이유로 최근 슬러리에는 유기산을 첨가하여 중성 분위기에서 연마를 하며, 유기산은 슬러리내의 연마 입자의 표면전위를 변화시켜 표면의 제타포텐셜을 반전시키기 때문이라고 알려져 있다. 하지만, 슬러리에 유기산이 첨가 되어졌을 때 Cu CMP에 대한 효과가 아직까지 확실하게 보고된 바가 없다. 따라서 본 실험에서는 유기산이 구리박막의 연마거동에 미치는 영향에 대해 조사 되어 졌으며, 유기산이 슬러리에 첨가되어 졌을 때 슬러리 파티클의 제타포텐셜이 슬러리 안정성에 미치는 효과에 관해서도 조사되었다. 슬러리 파티클은 pH 변화에 따라 electrophoretic 방법에 의해 측정되어 졌다. 본 실험에서 사용되어진 유기산에는 citric acid (C6H8O7), oxalic acid (C2H2O4), succinic acid (C4H6O4)가 슬러리에 첨가되어졌다. 구리 박막의 연마율과 식각율은 four-point probe 방법에 의해 평가 되어졌으며, 구리박막의 연마와 식각 실험을 위해 슬러리는 알루미나 (Al2O3) 연마입자, 산화제 (과산화수소, H2O2), 부식방지제 (BTA, Bezotriazole), 유기산의 농도를 변화시켜 준비 되어졌다. 슬러리의 안정성은 연마입자의 평균크기와 투과전자현미경 (TEM)을 통해 관찰되었다. 유기산 첨가 결과 후, 슬러리 연마 입자의 분산이 가장 뛰어난 결과를 보인 citric acid를 선정하였고, citric acid 농도를 변화시켜가면서 연마율과 식각율을 조사하였다. 또한 슬러리내의 산화제 (과산화수소, H2O2) 농도 변화 효과 역시 연마율과 식각율의 측면에서 조사되었다. 그리고 슬러리내의 첨가제의 영향을 이해하기 위해 각 첨가제의 구성요소를 첨가 및 배제함으로써 그 특성을 Cu 연마율과 식각율로 조사하였으며, AFM (Atomic Force Microscopy)을 사용하여 Cu 표면상태를 조사하였다. 슬러리내의 Cu 이온과 complexing 효과를 이해 하기위해 아민계의 pH 적정제를 사용하여 연마율과 식각율을 각각 조사하였으며, 암모니아수가 첨가된 경우에서만 Cu 이온과 complexing 효과를 보였다. 또한 BTA와 EDTA (Ethylenediamineteraacetic Acid)의 첨가효과는 Cu 연마율과 식각율을 통해 각각의 적절한 농도와 효과를 알 수 있었다. 본 실험은 Cu CMP 슬러리 개발 및 첨가제의 효과에 대해 이해를 위해 시행되었으며, 배선 재료의 Cu 와 확산방지막 TaN의 높은 선택비 (selectivity)를 얻고자 하였다. Cu와 TaN의 selectivity를 실험에서 최적화된 슬러리의 조성에서 40:1의 비교적 높은 선택비를 나타내었다.
최근 ULSI 반도체 공정기술에서 뛰어난 성능의 device 제조를 위해 기존의 Al 배선을 Cu 배선으로 대체하고 있으며, Cu 배선이 본격적으로 연구되고 있다. Cu 배선은 낮은 저항과 electromigration에 대해 대단히 뛰어난 장점으로, Cu CMP (Chemical Mechanical Planarization)를 통해 활발히 연구가 진행되고 있다. CMP는 반도체 소자의 다층배선을 위해 화학적, 기계적 평탄화를 하는 공정이며, 배선 재료가 되는 Metal line과 층간 절연막으로 사용되는 ILD (Inter Layer Dielectric)를 평탄화를 함으로써 공정이 진행된다. Cu CMP Slurry는 Cu CMP 공정을 위해 가장 중요한 항목이며, 연마입자와 산화제, 식각제, 부식방지제 및 complexing agent로 구성되어있다. 현재 산성 분위기의 알루미나 슬러리는 Cu 박막 평탄화시 높은 연마율을 보임으로써 Cu CMP 공정에서 널리 사용 되어져왔다. 하지만, CMP후 세정시 구리표면위의 연마입자의 오염과 dishing, erosion과 같은 문제, 그리고 폐수 처리시 많은 비용이 요구된다는 점에서 최근 중성 분위기의 Cu CMP 슬러리가 연구되고 있는 추세이다. 이러한 이유로 최근 슬러리에는 유기산을 첨가하여 중성 분위기에서 연마를 하며, 유기산은 슬러리내의 연마 입자의 표면전위를 변화시켜 표면의 제타포텐셜을 반전시키기 때문이라고 알려져 있다. 하지만, 슬러리에 유기산이 첨가 되어졌을 때 Cu CMP에 대한 효과가 아직까지 확실하게 보고된 바가 없다. 따라서 본 실험에서는 유기산이 구리박막의 연마거동에 미치는 영향에 대해 조사 되어 졌으며, 유기산이 슬러리에 첨가되어 졌을 때 슬러리 파티클의 제타포텐셜이 슬러리 안정성에 미치는 효과에 관해서도 조사되었다. 슬러리 파티클은 pH 변화에 따라 electrophoretic 방법에 의해 측정되어 졌다. 본 실험에서 사용되어진 유기산에는 citric acid (C6H8O7), oxalic acid (C2H2O4), succinic acid (C4H6O4)가 슬러리에 첨가되어졌다. 구리 박막의 연마율과 식각율은 four-point probe 방법에 의해 평가 되어졌으며, 구리박막의 연마와 식각 실험을 위해 슬러리는 알루미나 (Al2O3) 연마입자, 산화제 (과산화수소, H2O2), 부식방지제 (BTA, Bezotriazole), 유기산의 농도를 변화시켜 준비 되어졌다. 슬러리의 안정성은 연마입자의 평균크기와 투과전자현미경 (TEM)을 통해 관찰되었다. 유기산 첨가 결과 후, 슬러리 연마 입자의 분산이 가장 뛰어난 결과를 보인 citric acid를 선정하였고, citric acid 농도를 변화시켜가면서 연마율과 식각율을 조사하였다. 또한 슬러리내의 산화제 (과산화수소, H2O2) 농도 변화 효과 역시 연마율과 식각율의 측면에서 조사되었다. 그리고 슬러리내의 첨가제의 영향을 이해하기 위해 각 첨가제의 구성요소를 첨가 및 배제함으로써 그 특성을 Cu 연마율과 식각율로 조사하였으며, AFM (Atomic Force Microscopy)을 사용하여 Cu 표면상태를 조사하였다. 슬러리내의 Cu 이온과 complexing 효과를 이해 하기위해 아민계의 pH 적정제를 사용하여 연마율과 식각율을 각각 조사하였으며, 암모니아수가 첨가된 경우에서만 Cu 이온과 complexing 효과를 보였다. 또한 BTA와 EDTA (Ethylenediamineteraacetic Acid)의 첨가효과는 Cu 연마율과 식각율을 통해 각각의 적절한 농도와 효과를 알 수 있었다. 본 실험은 Cu CMP 슬러리 개발 및 첨가제의 효과에 대해 이해를 위해 시행되었으며, 배선 재료의 Cu 와 확산방지막 TaN의 높은 선택비 (selectivity)를 얻고자 하였다. Cu와 TaN의 selectivity를 실험에서 최적화된 슬러리의 조성에서 40:1의 비교적 높은 선택비를 나타내었다.
Cu CMP ( Chemical Mechanical Planarization ) has been researched as a new interconnection technology in ULSI ( Ultra Large Scale Integration ) silicon device manufacturing to fabricate sub-micron Cu lines. Because of many benefits, Cu will be used almost extensively as a main interconnect material, ...
Cu CMP ( Chemical Mechanical Planarization ) has been researched as a new interconnection technology in ULSI ( Ultra Large Scale Integration ) silicon device manufacturing to fabricate sub-micron Cu lines. Because of many benefits, Cu will be used almost extensively as a main interconnect material, which has the lower resistance, the superior resistance to electromigration and the reduced RC time delay compared with conventional aluminum line. For this Cu polishing, Cu CMP slurry should contain abrasive particles, oxidant, etchant, complexing agent and corrosion inhibitor. Acidic and neutral alumina based slurries have been used for Cu CMP because of its higher Cu removal rate and selectivity to oxide and barrier layer materials. Although, CMP offers an attractive solution for implementing copper technology in integrated circuits, many challenges exist in developing a manufacturable copper CMP process. The issues include copper dishing, corrosion and oxide erosion. The dishing and erosion which are significant amount of surface non-planarity which cause various integration problems can be generated by chemistry of slurry solution. And the effects of additives in Cu CMP slurry have sufficiently not yet understood in detail during Cu CMP process for superior performance. In this study, the effects of additives were investigated in alumina (Al2O3) based slurry at neutral pH on Cu CMP in terms of the removal and etch rates. When the citric acid was added, the zeta potential of alumina particle was decreased and IEP (Isoelectric Point) was changed to acidic pH. Citric acid was chosen as an etchant and complexing agent for the preparation of Cu slurry among investigated acids due to its higher removal rate of Cu and better stability of slurry. The removal rate of Cu increase only at the addition of the NH4OH among the amine groups as the pH adjustment by complexing with Cu ions. The removal rate of Cu increased as the concentration of citric acid increased, when H2O2 was added. However, the etch rate increased initially and remained constant independent of its concentration. The control of the concentration of BTA in slurry could change the removal and etch rate of Cu. When EDTA was added in the slurry, the removal and etch rate of Cu increased. The particle agglomeration, dispersion, contamination, and scratches on the polished Cu film in various slurry solution of different pHs were shown in AFM images. The removal rate of TaN increased as a function of H2O2 concentration. The selectivity ratio of Cu to TaN was obtained as high as 40:1 in the slurry investigated.
Cu CMP ( Chemical Mechanical Planarization ) has been researched as a new interconnection technology in ULSI ( Ultra Large Scale Integration ) silicon device manufacturing to fabricate sub-micron Cu lines. Because of many benefits, Cu will be used almost extensively as a main interconnect material, which has the lower resistance, the superior resistance to electromigration and the reduced RC time delay compared with conventional aluminum line. For this Cu polishing, Cu CMP slurry should contain abrasive particles, oxidant, etchant, complexing agent and corrosion inhibitor. Acidic and neutral alumina based slurries have been used for Cu CMP because of its higher Cu removal rate and selectivity to oxide and barrier layer materials. Although, CMP offers an attractive solution for implementing copper technology in integrated circuits, many challenges exist in developing a manufacturable copper CMP process. The issues include copper dishing, corrosion and oxide erosion. The dishing and erosion which are significant amount of surface non-planarity which cause various integration problems can be generated by chemistry of slurry solution. And the effects of additives in Cu CMP slurry have sufficiently not yet understood in detail during Cu CMP process for superior performance. In this study, the effects of additives were investigated in alumina (Al2O3) based slurry at neutral pH on Cu CMP in terms of the removal and etch rates. When the citric acid was added, the zeta potential of alumina particle was decreased and IEP (Isoelectric Point) was changed to acidic pH. Citric acid was chosen as an etchant and complexing agent for the preparation of Cu slurry among investigated acids due to its higher removal rate of Cu and better stability of slurry. The removal rate of Cu increase only at the addition of the NH4OH among the amine groups as the pH adjustment by complexing with Cu ions. The removal rate of Cu increased as the concentration of citric acid increased, when H2O2 was added. However, the etch rate increased initially and remained constant independent of its concentration. The control of the concentration of BTA in slurry could change the removal and etch rate of Cu. When EDTA was added in the slurry, the removal and etch rate of Cu increased. The particle agglomeration, dispersion, contamination, and scratches on the polished Cu film in various slurry solution of different pHs were shown in AFM images. The removal rate of TaN increased as a function of H2O2 concentration. The selectivity ratio of Cu to TaN was obtained as high as 40:1 in the slurry investigated.
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