콜로이달 실리카 슬러리에 첨가된 HEC의 농도 및 분자량이 poly-Si CMP에서 poly-Si 표면 거칠기에 미치는 영향에 대한 연구 : Effect of HEC Concentration and Molecular Weight on Poly-Si Surface Roughness in Poly-Si Chemical Mechanical Polishing원문보기
본 연구는 poly-Si CMP시, 첨가되는 첨가제의 농도 및 분자량이 poly-Si의 표면의 거칠기에 미치는 영향에 관한 연구이다. Poly-Si CMP는 반도체 공정 중에서 NAND flash memory의 floating gate를 형성 할 때 사용되는 공정이다. Poly-Si CMP를 할 때는 poly-Si막의 연마 후 SiO₂막이 노출되면 막의 손상 없이 공정이 멈추게 하기 위해서 poly-Si과 SiO₂막간의 높은 선택비가 요구된다. 최근에는 디자인 룰이 감소함에 따라서 poly-Si CMP 후에 막의 표면 거칠기가 악화되면, floating gate의 높이가 달라지게 되면서 NAND flash memory내의 소자간의 cell Vt의 값의 분포가 커지는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제점으로 인해서 본 연구에서는 일반 상용 colloidal silica ...
본 연구는 poly-Si CMP시, 첨가되는 첨가제의 농도 및 분자량이 poly-Si의 표면의 거칠기에 미치는 영향에 관한 연구이다. Poly-Si CMP는 반도체 공정 중에서 NAND flash memory의 floating gate를 형성 할 때 사용되는 공정이다. Poly-Si CMP를 할 때는 poly-Si막의 연마 후 SiO₂막이 노출되면 막의 손상 없이 공정이 멈추게 하기 위해서 poly-Si과 SiO₂막간의 높은 선택비가 요구된다. 최근에는 디자인 룰이 감소함에 따라서 poly-Si CMP 후에 막의 표면 거칠기가 악화되면, floating gate의 높이가 달라지게 되면서 NAND flash memory내의 소자간의 cell Vt의 값의 분포가 커지는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제점으로 인해서 본 연구에서는 일반 상용 colloidal silica 슬러리에 hydroplane layer을 형성시키기 위한 유기 첨가제를 이용하여서 농도 및 분자량을 변화가 슬러리의 특성, 연마율 및 연마 후 표면 거칠기에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 사용된 colloidal silica는 일차 입자 크기가 35nm인 것을 사용하였고 염기 영역을 맞추기 위해서 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)를 첨가하였으며, poly-Si과 SiO₂막간의 선택비를 향상시키기 위해서 PAM(poly acrylic amide)를 첨가하였다. 그리고 poly-Si 표면에 hydroplane layer를 형성시키기 위해서 HEC(hydroxyl ethyl cellulose)의 농도 및 분자량을 다르게 첨가하여 실험을 진행 하였다.
결론적으로 슬러리에 첨가되는 HEC의 농도가 증가할수록 poly-Si막의 연마율은 감소하지만, poly-Si 표면의 거칠기는 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 첨가되는 HEC의 농도가 높은 경우에는 입자 표면의 zeta potential의 감소로, 입자의 응집이 발생하면서, 오히려 poly-Si막의 표면 거칠기가 악화되는 것을 확인 할 수 있었다. 또 분자량 변화에 따른 실험에서는, 서로 다른 분자량을 가지는 슬러리를 동일한 점도를 맞추었을 때 분자량이 증가함에 따라서 더 향상된 poly-Si막의 연마율을 얻을 수 있었고, 동등한 수준의 poly-Si 표면 거칠기를 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 실험은 6EC장비를 이용하여서 연마를 진행하였고, Ellipsometer, Nanospec 장비들을 이용하여 poly-막과 SiO₂막의 두께를 측정 하였으며, Viscometer, AFM, ELS-Z2+, Contact angle, XPS 장비들을 통해서 실험 결과를 분석 하였다.
본 연구는 poly-Si CMP시, 첨가되는 첨가제의 농도 및 분자량이 poly-Si의 표면의 거칠기에 미치는 영향에 관한 연구이다. Poly-Si CMP는 반도체 공정 중에서 NAND flash memory의 floating gate를 형성 할 때 사용되는 공정이다. Poly-Si CMP를 할 때는 poly-Si막의 연마 후 SiO₂막이 노출되면 막의 손상 없이 공정이 멈추게 하기 위해서 poly-Si과 SiO₂막간의 높은 선택비가 요구된다. 최근에는 디자인 룰이 감소함에 따라서 poly-Si CMP 후에 막의 표면 거칠기가 악화되면, floating gate의 높이가 달라지게 되면서 NAND flash memory내의 소자간의 cell Vt의 값의 분포가 커지는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제점으로 인해서 본 연구에서는 일반 상용 colloidal silica 슬러리에 hydroplane layer을 형성시키기 위한 유기 첨가제를 이용하여서 농도 및 분자량을 변화가 슬러리의 특성, 연마율 및 연마 후 표면 거칠기에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 사용된 colloidal silica는 일차 입자 크기가 35nm인 것을 사용하였고 염기 영역을 맞추기 위해서 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)를 첨가하였으며, poly-Si과 SiO₂막간의 선택비를 향상시키기 위해서 PAM(poly acrylic amide)를 첨가하였다. 그리고 poly-Si 표면에 hydroplane layer를 형성시키기 위해서 HEC(hydroxyl ethyl cellulose)의 농도 및 분자량을 다르게 첨가하여 실험을 진행 하였다.
결론적으로 슬러리에 첨가되는 HEC의 농도가 증가할수록 poly-Si막의 연마율은 감소하지만, poly-Si 표면의 거칠기는 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 첨가되는 HEC의 농도가 높은 경우에는 입자 표면의 zeta potential의 감소로, 입자의 응집이 발생하면서, 오히려 poly-Si막의 표면 거칠기가 악화되는 것을 확인 할 수 있었다. 또 분자량 변화에 따른 실험에서는, 서로 다른 분자량을 가지는 슬러리를 동일한 점도를 맞추었을 때 분자량이 증가함에 따라서 더 향상된 poly-Si막의 연마율을 얻을 수 있었고, 동등한 수준의 poly-Si 표면 거칠기를 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 실험은 6EC장비를 이용하여서 연마를 진행하였고, Ellipsometer, Nanospec 장비들을 이용하여 poly-막과 SiO₂막의 두께를 측정 하였으며, Viscometer, AFM, ELS-Z2+, Contact angle, XPS 장비들을 통해서 실험 결과를 분석 하였다.
A chemical mechanical polishing (CMP) is widely used in the semiconductor memory fabrication process such as the shallow trench isolation CMP. Another application of CMP processes is the poly-Si CMP in NAND flash memory for making the poly-Si floating gate. In the poly-Si CMP, high polishing rate se...
A chemical mechanical polishing (CMP) is widely used in the semiconductor memory fabrication process such as the shallow trench isolation CMP. Another application of CMP processes is the poly-Si CMP in NAND flash memory for making the poly-Si floating gate. In the poly-Si CMP, high polishing rate selectivity between poly-Si and SiO₂ films and smooth surface roughness of polished poly-Si film are required to reduce the polishing time, removal of SiO₂ film and the thickness variation of floating gate. Especially, as the design rule of gate length has decreased, the effect of floating gate thickness variation to VT variation has increased. Thus, more tight control of poly-Si surface roughness is required to reduce the floating gate thickness variation as the design rule shrinks.
We investigated the effect of HEC concentration and molecular weight on the polished poly-Si surface roughness with poly-Si and SiO₂ films. In concentration test, the abrasive was agglomerated with 0.5wt% of HEC due to the decrease of abrasive zeta potential. The polishing rate of poly-Si films decreased, but that of SiO₂ film was not significantly changed according to the increase of HEC concentration. And the polished poly-Si surface was enhanced until 0.1wt% of HEC but abruptly increased with 0.5wt% of HEC. With the variation of HEC molecular weight, the polishing rate of poly-Si increased but that of SiO₂ film and polished surface roughness of poly-Si film showed no significant difference. We suggested that the improvement of surface roughness was produced by the formation of hydroplane layer on the poly-Si surface, which was verified with contact angle and XPS data. In conclusion, we could obtain enhanced surface roughness of poly-Si film with slight loss of polishing rate by the addition of HEC to the slurry at low concentration.
A chemical mechanical polishing (CMP) is widely used in the semiconductor memory fabrication process such as the shallow trench isolation CMP. Another application of CMP processes is the poly-Si CMP in NAND flash memory for making the poly-Si floating gate. In the poly-Si CMP, high polishing rate selectivity between poly-Si and SiO₂ films and smooth surface roughness of polished poly-Si film are required to reduce the polishing time, removal of SiO₂ film and the thickness variation of floating gate. Especially, as the design rule of gate length has decreased, the effect of floating gate thickness variation to VT variation has increased. Thus, more tight control of poly-Si surface roughness is required to reduce the floating gate thickness variation as the design rule shrinks.
We investigated the effect of HEC concentration and molecular weight on the polished poly-Si surface roughness with poly-Si and SiO₂ films. In concentration test, the abrasive was agglomerated with 0.5wt% of HEC due to the decrease of abrasive zeta potential. The polishing rate of poly-Si films decreased, but that of SiO₂ film was not significantly changed according to the increase of HEC concentration. And the polished poly-Si surface was enhanced until 0.1wt% of HEC but abruptly increased with 0.5wt% of HEC. With the variation of HEC molecular weight, the polishing rate of poly-Si increased but that of SiO₂ film and polished surface roughness of poly-Si film showed no significant difference. We suggested that the improvement of surface roughness was produced by the formation of hydroplane layer on the poly-Si surface, which was verified with contact angle and XPS data. In conclusion, we could obtain enhanced surface roughness of poly-Si film with slight loss of polishing rate by the addition of HEC to the slurry at low concentration.
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