[논문]CMP 공정의 Defect 및 Scratch의 유형분석

김형곤; 김철복; 정상용; 이철인; 김태형; 장의구; 서용진

CMP 공정의 Defect 및 Scratch의 유형분석
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김형곤 (조선이공대학 전기과) , 김철복 (대불대학교 전기공학과) , 정상용 (아남반도체 (주) FAB 사업부) , 이철인 (안산공과대학 전기과) , 김태형 (여주대학교 전기과) , 장의구 (중앙대학교 전자전기공학부) , 서용진 (대불대학교 전기공학과)

Recently, STI process is getting attention as a necessary technology for making high density of semiconductor by devices isolation method. However, it does have various problems caused by CMP process, such as torn oxide defects, nitride residues on oxide, damages of si active region, contaminations due to post-CMP cleaning, difficulty of accurate end point detection in CMP process, etc. In this work, the various defects induced by CMP process was introduced and the above mentioned Problems of CMP process was examined in detail. Finally, the guideline of future CMP process was presented to reduce the effects of these defects.

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문제 정의

본 논문에서는 이러한 CMP 공정상 발생하는 defect 및 scratch[6,7]의 유형들을 분석하고, STI-CMP 공정시 야기되는 각종 결함들에 대해 고찰함으로써 결함을 방지하여 이러한 문제점들을 해결함과 동시에, 향후 CMP 공정의 연구 방향을 제시하고자 한다.
지금까지 CMP 공정 시 발생하는 결함들의 유형 및 발생원인에 대해 분석해 보았다. 이러한 결함들을 방지하기 위해서는 여러 가지 방법이 있는데, CMP 공정 후 칩 표면에 나타나는 hot-spot나 edge peeling과 같은 edge attack은 DIW의 압력을 조절하여 해결할 수 있다.

제안 방법

패드는 Rodel사의 IC 계열과 SuvaIV 패드를 사용하였고, 연마제인 슬러리 (slurry) 는 cabot 사의 SS 계열을 사용하였으며, SRD(spin-rinse dryer)가 습식 공정 후 세정 및 건식 공정을 위해 사용되었다. 끝으로 웨이퍼 표면의 각종 결함들을 관찰하기 위해서 AIT(Advanced Inspection Tool) 현미경과 SEM을 이용하였다.
본 실험에서 적용된 트랜치 공정은 APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정과 RIE(Reactive Ion Etching) etch back 공정을 거친 8인치 패턴 웨이퍼를 사용하여 STI 공정을 한 후, Reverse Moat Etch 공정을 하였다. CMP 연마 장치로는 그림 1에 보인 산화막과 금속막의 평탄화가 가능한 IPEC 472 연마 장치를 사용하였다.

대상 데이터

하였다. CMP 연마 장치로는 그림 1에 보인 산화막과 금속막의 평탄화가 가능한 IPEC 472 연마 장치를 사용하였다. 패드는 Rodel사의 IC 계열과 SuvaIV 패드를 사용하였고, 연마제인 슬러리 (slurry) 는 cabot 사의 SS 계열을 사용하였으며, SRD(spin-rinse dryer)가 습식 공정 후 세정 및 건식 공정을 위해 사용되었다.

이론/모형

CMP 연마 장치로는 그림 1에 보인 산화막과 금속막의 평탄화가 가능한 IPEC 472 연마 장치를 사용하였다. 패드는 Rodel사의 IC 계열과 SuvaIV 패드를 사용하였고, 연마제인 슬러리 (slurry) 는 cabot 사의 SS 계열을 사용하였으며, SRD(spin-rinse dryer)가 습식 공정 후 세정 및 건식 공정을 위해 사용되었다. 끝으로 웨이퍼 표면의 각종 결함들을 관찰하기 위해서 AIT(Advanced Inspection Tool) 현미경과 SEM을 이용하였다.

성능/효과

1. STI-Fill의 두께가 낮으면 트랜치 위의 예리한 산화막 모서리가 CMP 연마 동안 압력을 받아 뜯겨져 나가 산화막 결함이 증가할 것이므로 가능한 한 STI-Fill의 두께를 높게 하여 산화막 모서리가 안정적인 구조를 갖도록 한다.
2. 트랜치 깊이가 낮을수록, CMP 두께가 클수록 질화막 잔류물이 생성이 쉬운 반면에, 트랜치 깊이가 높으면 과도 연마에 의해 실리콘이 손상되기 쉽다.
3. 정확한 연마 목표를 찾기 위해 in-situ 연마정지 시스템을 적용할 수 있는 공정구조를 확보하는 것이 급선무라 할 수 있다. 이를 실현하기 위하여 STI reverse moat 패턴 구조를 변경하여야 하고, 산화막 하부 층과의 연마 선택비가 우수한 연마 슬러리 개발이 필수적이다.
다만 하지박막의 불안정한 상태가 원인으로 작용하여 CMP에서 압력을 가할 때 발생한 것으로 추정된다. 이 결함을 SEM으로 분석한 결과 질화막 moat 아래 액티브 지역이 영향을 받아 소자에 막대한 영향을 줄 것으로 예상된다.

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