In this study, the improved throughput and stability in device fabrication could be obtained by applying CMP process to STi structue in 0.18 um semiconductor device. To employ the CMP process in STI structure, the Reverse Moat Process used to be added after STI Fill, as a result, the process became ...
In this study, the improved throughput and stability in device fabrication could be obtained by applying CMP process to STi structue in 0.18 um semiconductor device. To employ the CMP process in STI structure, the Reverse Moat Process used to be added after STI Fill, as a result, the process became more complex and the defect were seriously increased than they had been,. Removal rate of each thin film in STI CMP was not uniform, so, the device must have been affected. That is, in case of excessive CMP, the damage on the active area was occurred, and in the case of insufficient CMP nitride remaining was happened on that area. Both of them deteriorated device characteristics. As a solution to these problems, the development of slurry having high removal rate and high oxide to nitride selectivity has been studied. The process using this slurry afford low defect levels, improved yield, and a simplified process flow. In this study, we evaluated the 'High Selectivity Slurry' to do a global planarization without reverse moat step, and also we evaluated EPD(Eend Point Detection) system with which 'in-situ end point detection' is possible.
In this study, the improved throughput and stability in device fabrication could be obtained by applying CMP process to STi structue in 0.18 um semiconductor device. To employ the CMP process in STI structure, the Reverse Moat Process used to be added after STI Fill, as a result, the process became more complex and the defect were seriously increased than they had been,. Removal rate of each thin film in STI CMP was not uniform, so, the device must have been affected. That is, in case of excessive CMP, the damage on the active area was occurred, and in the case of insufficient CMP nitride remaining was happened on that area. Both of them deteriorated device characteristics. As a solution to these problems, the development of slurry having high removal rate and high oxide to nitride selectivity has been studied. The process using this slurry afford low defect levels, improved yield, and a simplified process flow. In this study, we evaluated the 'High Selectivity Slurry' to do a global planarization without reverse moat step, and also we evaluated EPD(Eend Point Detection) system with which 'in-situ end point detection' is possible.
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문제 정의
본 논문에서는 높은 선택비를 갖는 슬러리 첨가제를 STI CMP 공정에 적용하여 리버스 모트 패턴 공정 없이 광역 평탄화를 달성하고 연마 정 지점 감지 기술을 적용하여 "in-situ 연마 정 지점 감자”가 가능한지 평가하였다. 이를 통한 리버스 모트 패턴 공정을 하지 않고 직접 STI 공정을 할 수 있도록 공정 단순화에 역점을 두고 평가했다.
그림에서 모트 패턴에서 뾰족한 부분의 bulls ear 부분과 패턴 크기 차이를 보여준다. STI 리버스 모트 패턴 웨이퍼에서 구조석 인 방법을 통한 연마 종말점 모터 전류 변화를 살펴보고자 한다.
. STI 패턴의 리버스 모트 패턴의 영향과 패드 컨디셔닝의 영향을 모두 고려하고자 한다.
신호의 분석을 통하여 신호가 일직선으로 변화를 일으키는 부분은 연마 판이 질화 막을 만나는 부분임을 알 수 있었다. 신호의 일직선으로 변화하는 부분을 연마 종말점으로 하여 연마 종말점 및 과도 연마 시간을 찾고자 하였다. 연마 종말점 감지를 위하여 먼저 고려하여야 할 것은 리 버스 모트 패턴 지역의 산화막 두께와 질화 막이 있는 필드 산화막 접촉 지역에서의 산화막 두께가 차이가 있기 때문에 과도 연마 시간을 수 % 정도 추가 진행하여야 하였다.
연마 종말점 감지를 위한 STI CMP 공정을 위한 신호 추출을 위해서 연마 판의 모터 전류의 변화를 가지고 신호를 측정하고자 하였다. 산화막을 연마하다가 질화 막을 만나게 되면 모터 전류가 변하는데 이점을 연마 종말점으로 잡고자 하였다, 모터 전류의 소 신호를 필터/증폭기를 거쳐 원하는 신호를측정하여어 보고자 하였지만 신호의 분석 결과 소 신호 (축 진동, 패드 컨디셔닝, 연마 토오크)의 영향 때문에 원하는 연마 종말점을 찾을 수가 없었다.
산화막을 연마하다가 질화 막을 만나게 되면 모터 전류가 변하는데 이점을 연마 종말점으로 잡고자 하였다, 모터 전류의 소 신호를 필터/증폭기를 거쳐 원하는 신호를측정하여어 보고자 하였지만 신호의 분석 결과 소 신호 (축 진동, 패드 컨디셔닝, 연마 토오크)의 영향 때문에 원하는 연마 종말점을 찾을 수가 없었다. 연마 종말점을 찾기 위한 구조적인 방법으로 리버스 모 트 패턴이 있는 STI CMP 공정에서 연마 종말점을 찾고자 하였나. 그러나 산화막과 질화 막의 선택비가 2.
제안 방법
표 1은 리버스 모트 패턴이 없는 공정 조건을 나 타낸다’ 표 1에서 축 진동은 126~131 mm, 축 진동 율은 5 mm/sec로 하였고 패드 컨디셔닝은 3 sweeps, 4 lbs, 19초 inter sweep delay로 하였다. 5가지 (1~5) 상을 구분하여 연마 종말점을 찾고자 하였다.
각 설치하여 평가하였다, 적용 소자는 리버스 모트 패턴이 없는 STI 구조에서 실험하였다. 특히 고 선택비의 슬러리 첨가제를 사용한 슬러리를 사용하여 연마되는 과정을 연마 정지 점으로 고찰하였다’
연마 종말점 시스템을 CMP 공정에 적용하기 위해서는 많은 웨이퍼의 연마 재현성이 있어야만 가능하다. 고 선택비의 슬러리를 가진 연마 종말점 측정의 재현성을 확인하고자 두 가지로 나누어 재현성 데스트를 하였다. 첫 번째는 10장의 패턴 웨이퍼를 연마 종말점 감지 시스템을 사용하여 진행된 테스트이다.
본 논문에 있어서 사용된 장비는 SFI사의 472시 스뎀을 사용했으며 공정 조건은 연마 판 속도 46 it>m, 캐리어 속도 28 rpm, down force 7 psi, back pressure 2 psi, 축 진동 126 mm ~ 131 mm, 진동 속도 5 mm/sec, condition scheduled는 Just While, inter sweep delay time 11 sec, condition time/segment 은 L3 sec (total 10 segments), 슬러리 유속 150 ml/min, 패드는 IClOOO/Suba IV을 적용하였으며, 테스트 패턴 웨이퍼는 리버스 모트 패턴을 갖는 STI 구조를 CMP 공정하여 고찰하였다, 사용된 슬러리는 실리카 25%의 연마제와 높은 선택비를 갖은 첨가제는 자체 개발하여 실험하였다. 그리고 모터 전류 방식을 이용하는 Luxtron사의 2350시스템을 이용하여 리버스 모트 패턴을 가진 STI CMP 공정에 적용될 수 있는지를 테스트하였다. 또한 리버스 모트 패턴이 없는 실험의 공정 조건은 표 1에 보인 것과 같이 CMP 각 공정 변수에 대하여 실험하였으며 연마 정 지점 시스템을 신호가 잘 검출되는 점을 찾고자 캐리어 헤드와 연마 판에 각 그림 2는 연마 판의 전류 변화 신호를 보여준다.
그리고 모터 전류 방식을 이용하는 Luxtron사의 2350시스템을 이용하여 리버스 모트 패턴을 가진 STI CMP 공정에 적용될 수 있는지를 테스트하였다. 또한 리버스 모트 패턴이 없는 실험의 공정 조건은 표 1에 보인 것과 같이 CMP 각 공정 변수에 대하여 실험하였으며 연마 정 지점 시스템을 신호가 잘 검출되는 점을 찾고자 캐리어 헤드와 연마 판에 각 그림 2는 연마 판의 전류 변화 신호를 보여준다. 초기의 2초대의 작은 신호의 변화는。~48초의 주기를 가지고 M자형으로 변하는 신호의 변화로 볼 수 있다, 2초대의 전류 변화는 축 진동의 영향을 나타내는 것이다.
본 논문에 있어서 사용된 장비는 SFI사의 472시 스뎀을 사용했으며 공정 조건은 연마 판 속도 46 it>m, 캐리어 속도 28 rpm, down force 7 psi, back pressure 2 psi, 축 진동 126 mm ~ 131 mm, 진동 속도 5 mm/sec, condition scheduled는 Just While, inter sweep delay time 11 sec, condition time/segment 은 L3 sec (total 10 segments), 슬러리 유속 150 ml/min, 패드는 IClOOO/Suba IV을 적용하였으며, 테스트 패턴 웨이퍼는 리버스 모트 패턴을 갖는 STI 구조를 CMP 공정하여 고찰하였다, 사용된 슬러리는 실리카 25%의 연마제와 높은 선택비를 갖은 첨가제는 자체 개발하여 실험하였다. 그리고 모터 전류 방식을 이용하는 Luxtron사의 2350시스템을 이용하여 리버스 모트 패턴을 가진 STI CMP 공정에 적용될 수 있는지를 테스트하였다.
상 1, 상3, 상5는 연마 시간을 30초, down force 7 psi, back pressure 4.5 psi로 하였고 상2, 상4는 연마 시간은 5초 down force 0 psi, back pressure 0 psi로 하였다. 연마 속도는 연마 판 95 rpm 캐리어 50 rpm을 주었다.
제시된 연마 공정 변수는 각각의 상에 따라 나누어서 적용된다. 상의 신호 변화의 감지는 상2, 상4의 시간 동안의 연마에 따른 신호 변화를 감지하여야 하며, 각 공정의 실험은 상 구분을 두어 연마 공정을 수행한 것과 상 구분을 두지 않고 100초간 연마 시간을 적용하여 수행한 것에 대하여 조사하였다. 그림 12는 연마 판에서 상 구분을 두고 신호를 추출한 것이며, 그림 13은 캐리어 상에서 상 구분을 두고 신호를 추출한 것이며, 그림 14 는 캐리어에서 상 구분 없이 100초간의 연마 시간으로 연마하여 신호를 추출한 것이다.
이와 같이 과도 연마 시간으로 연마 정지 점이 추출되는 시간까지의 전체 시간에 대해 비율로서 주어지게 되므로 연마율 감소에 따른 시간 지연을 보상을 할 수 있게 되었다. 연마율 감소에 대한 과도연마 시간을 측정하기 위하여 100장(A)과 299장(B)의 웨이퍼를 연마하여 과도 연마 사간을 측정하고자 하였다.
본 논문에서는 높은 선택비를 갖는 슬러리 첨가제를 STI CMP 공정에 적용하여 리버스 모트 패턴 공정 없이 광역 평탄화를 달성하고 연마 정 지점 감지 기술을 적용하여 "in-situ 연마 정 지점 감자”가 가능한지 평가하였다. 이를 통한 리버스 모트 패턴 공정을 하지 않고 직접 STI 공정을 할 수 있도록 공정 단순화에 역점을 두고 평가했다.
그림 15는 캐 리어 상에서 상 구분 없이 신호를 추출한 것이다. 일반적으로 연마 판 및 캐리어 모두에서 신호를 추출하여도 무방하나, 연마 판은 캐리어에 비해 잡음 민감도가 더 크기 때문에 연마 종말점 신호를 검출하는데 어려움이 있어 캐리어에서 신호를 추출하여 평가하였다. 추출된 신호를 보면, 크게 3부분으로 나뉘어 지는데, 이 부분의 두 곳 이상 2와 상 4의 down force 및 back pressure 값이 "Zero"가 되는 구분 선으로 각 상 구분임을 쉽게 알 수 있었다.
각 설치하여 평가하였다, 적용 소자는 리버스 모트 패턴이 없는 STI 구조에서 실험하였다. 특히 고 선택비의 슬러리 첨가제를 사용한 슬러리를 사용하여 연마되는 과정을 연마 정지 점으로 고찰하였다’
대상 데이터
고 선택비의 슬러리를 가진 연마 종말점 측정의 재현성을 확인하고자 두 가지로 나누어 재현성 데스트를 하였다. 첫 번째는 10장의 패턴 웨이퍼를 연마 종말점 감지 시스템을 사용하여 진행된 테스트이다. 그림 17은 상 5에서 연마 종말점 신호를 잡은 그래프이며 과도 연마 시간 포함되어있는 신 호이다.
이론/모형
진동 시간은 2초이고 연마 판 모터 전류에 영향을 미치게 된다. 축 진동에 의한 신호의 영향을 살펴보기 위하여 평균화 기법을 이용하여 축 진동의 신호 변화를 살펴보았다.
성능/효과
일반적으로 연마 판 및 캐리어 모두에서 신호를 추출하여도 무방하나, 연마 판은 캐리어에 비해 잡음 민감도가 더 크기 때문에 연마 종말점 신호를 검출하는데 어려움이 있어 캐리어에서 신호를 추출하여 평가하였다. 추출된 신호를 보면, 크게 3부분으로 나뉘어 지는데, 이 부분의 두 곳 이상 2와 상 4의 down force 및 back pressure 값이 "Zero"가 되는 구분 선으로 각 상 구분임을 쉽게 알 수 있었다.
연마 시간과 그때의 CMP후 두께를 나타낸 그래프이다. 결과적으로 웨이퍼 간 ±85A 정도 변화 폭으로 조정 가능하 였디、두 번째는 23장의 패턴 웨이퍼를 연마 종말점 감지 시스템을 사용치 않고, 설정된 일정한 연마 시간을 적용하여 진행한 것과 21장의 패턴 웨이퍼를 연마 종말점 감지 시스템을 사용하여 진행한 것의 두 부분으로 나누어 실행된 결과로서, 그림 19는 적용된 연마 시간과 공정 완료 후의 CMP후 두께를 측정하여 고찰한 것으로 웨이퍼 간 두께 차는 420A 을 나타내었다. 그림 20은 연마 종말점 감지 시스템을 적용하여 진행한 것으로.
그림 16에서 보여 지듯이 깨끗한 신호를 보이고 있으며 매우 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 결론적으로 상 5에서 연마 종말점을 추출하였으며, 질화 막의 산화막을 100% 이상 완벽하게 종점을 잡고, 적절한 과도 연마 시간을 두어 재현성을 얻을 수 있었다.
고 선택비를 가진 슬러리(HSS)를 이용하여 적용한 STI CMP 공정에서는 전형적인 연마 종말점 곡선의 6가지 연마 종말점을 토대로 측정하여 본 결과 CMP를 통하여 광역 평탄화를 달성하는 것으로 산화막을 연마하다 질화 막을 만나면 연마 판의 모터 전류의 신호가 변화하여 연마 종말점을 감지할 수 있었다. 신호 분석을 통하여 연마 종말점 신호를 추출하였으며, 설정된 연마 종말점을 적용하여 재현성 실험을 수행한 결고h 첫 번째에서는 웨이퍼 간 두께 차이는 ±85A의 범위 안에, 두 번째는 ±110A의 범위 니로 공정을 제어 할 수 있었다.
연마 종말점 감지를 위한 STI CMP 공정을 위한 신호 추출을 위해서 연마 판의 모터 전류의 변화를 가지고 신호를 측정하고자 하였다. 산화막을 연마하다가 질화 막을 만나게 되면 모터 전류가 변하는데 이점을 연마 종말점으로 잡고자 하였다, 모터 전류의 소 신호를 필터/증폭기를 거쳐 원하는 신호를측정하여어 보고자 하였지만 신호의 분석 결과 소 신호 (축 진동, 패드 컨디셔닝, 연마 토오크)의 영향 때문에 원하는 연마 종말점을 찾을 수가 없었다. 연마 종말점을 찾기 위한 구조적인 방법으로 리버스 모 트 패턴이 있는 STI CMP 공정에서 연마 종말점을 찾고자 하였나.
고 선택비를 가진 슬러리(HSS)를 이용하여 적용한 STI CMP 공정에서는 전형적인 연마 종말점 곡선의 6가지 연마 종말점을 토대로 측정하여 본 결과 CMP를 통하여 광역 평탄화를 달성하는 것으로 산화막을 연마하다 질화 막을 만나면 연마 판의 모터 전류의 신호가 변화하여 연마 종말점을 감지할 수 있었다. 신호 분석을 통하여 연마 종말점 신호를 추출하였으며, 설정된 연마 종말점을 적용하여 재현성 실험을 수행한 결고h 첫 번째에서는 웨이퍼 간 두께 차이는 ±85A의 범위 안에, 두 번째는 ±110A의 범위 니로 공정을 제어 할 수 있었다. 즉, 이 실험을 통해 고 선택비의 슬러리 사용하여 연마 종말점 감지 시스템으로 리버스 모트 패턴이 없는 STI 구 조 소자에 적용이 가능하며 웨이퍼 간 연마 두께는 약 110A 전후로 공정을 유지할 수 있어 매우 안정적인 결과를 얻을 수 있었다.
5:1~3:1 정도이다’ 리버스 모트 패턴을 갖는 STI CMP 공정에서는 현재의 공정의 선택비를 가지고는 연마 종말점 변화를 찾는 데는 큰 어려움이 있었다. 신호의 분석을 통하여 신호가 일직선으로 변화를 일으키는 부분은 연마 판이 질화 막을 만나는 부분임을 알 수 있었다. 신호의 일직선으로 변화하는 부분을 연마 종말점으로 하여 연마 종말점 및 과도 연마 시간을 찾고자 하였다.
신호 분석을 통하여 연마 종말점 신호를 추출하였으며, 설정된 연마 종말점을 적용하여 재현성 실험을 수행한 결고h 첫 번째에서는 웨이퍼 간 두께 차이는 ±85A의 범위 안에, 두 번째는 ±110A의 범위 니로 공정을 제어 할 수 있었다. 즉, 이 실험을 통해 고 선택비의 슬러리 사용하여 연마 종말점 감지 시스템으로 리버스 모트 패턴이 없는 STI 구 조 소자에 적용이 가능하며 웨이퍼 간 연마 두께는 약 110A 전후로 공정을 유지할 수 있어 매우 안정적인 결과를 얻을 수 있었다. 이는 리버스 패턴 공정을 하지 않고 고 선택비를 갖는 첨가제를 사용하여 EPD로 연마 정지 점을 안정적으로 감지 가능함으로써 공정 단순화를 통한 칩 제조 단가를 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라 소자 수율에 크게 기여할 수 있으리라 사료된다.
후속연구
즉, 이 실험을 통해 고 선택비의 슬러리 사용하여 연마 종말점 감지 시스템으로 리버스 모트 패턴이 없는 STI 구 조 소자에 적용이 가능하며 웨이퍼 간 연마 두께는 약 110A 전후로 공정을 유지할 수 있어 매우 안정적인 결과를 얻을 수 있었다. 이는 리버스 패턴 공정을 하지 않고 고 선택비를 갖는 첨가제를 사용하여 EPD로 연마 정지 점을 안정적으로 감지 가능함으로써 공정 단순화를 통한 칩 제조 단가를 현저히 줄일 수 있을 뿐만 아니라 소자 수율에 크게 기여할 수 있으리라 사료된다.
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