[논문]Cu CMP 슬러리에서 화학첨가제 조건의 최적화

김인표; 김남훈; 임종흔; 김상용; 김창일; 장의구

문제 정의

따라서 이러한 광역적인 평탄화를 형성하기 위해 CMP (chemical mechanical polishing) 공정이 대두되었고 소자 집적화, 금속 배선, 복잡한 논리 회로, 충간 절연 평탄화 등 많은 응용 분야에서 점차 사용이 증가할 전망이다.[1-2] 본 논문에서는 CMP 공정 중에서도 차세대 반도체 칩의 금속 배선 재료로 연구가 진행중인 Cu의 적용을 위한 CMP에 대해 조사하였다. 낮은 전기저항과 칩 면적의 감소, 신뢰성 향상 등 많은 장점을 가지고 있는 Cu는 기존의 A1 배선을 대체할 수 있는 새로운 제조 기술로 각광을 받고 있다.
본 실험에서는 전기 저항이 적고 미세한 금속 배선이 가능해 기존의 알루미늄 배선을 대신할 차세대 배선으로 주목받고 있는 구리를 CMP 하기위한 bead milling의 최적화 실험 조건을 도출해 보았다. 실험 결과 Cu 슬러리 milling 공정에서 입도를 증가시키는 주요 케미칼은 tartaric acid인 것으로 나타났다.
그러나, 아직까지 Cu의 배선메카니즘이 제대로 규명되지 못했고, 슬러리 조성 및 pH, 첨가제를 통한 평탄도, 선택비, 슬러리 입자 제거 문제 둥 해결해야할 많은 과제들이 남아있는 상태이다. 본 실험에서는 효율적인 Cu CMP 를 위해서는 이상적인 슬러리의 구현이 가장 절실하다고 판단하여 슬러리에 들어가는 여러 Chemical들을 각기 투입한 후의 CMP 특성을 관찰해 Cu를 CMP 하기 위한 최적의 첨가제 투입 시기와 적절한 milling 시간을 도출해 보았다.

제안 방법

다음으로 milling 효과를 높이기 위한 적절한 케미칼 투여 시기를 살펴보았다. 표 3은 DI water 711.
실험에 쓰인 연마제로는 Alumina-C와 P-4 두 가지로서 각각의 경우에 대해 동일한 조건에서 실험을 진행하였다. 두 번째로, 슬러리에 첨가되는 케미칼들의 적정 투여 시기와 공정 특성이 뛰어난 miUing 시간을 찾기 위해 DI water 711.83g + Alumina-C(P-4) 50g + Bead 1g 용액에 H₂O₂를 비롯한 나머지 케미칼들을 한꺼번에 투여한 경우와 단계적으로 하나씩 투여했을 때의 입도 및 점도, pH에 대한 결과들을 비교 . 분석하여 적절한 투여시기를 도출하였다.
마지막으로 같은 miUing 시간에서 슬러리와 bead량이 각각 1 kg일 때와 0.5 kg일 때의 결과를 비교 분석하여 최종적으로 적정 bead량과 milling 시간을 도출하였다. 실험에 쓰인 연마제로는 Alumina-C와 P-4 두 가지로서 각각의 경우에 대해 동일한 조건에서 실험을 진행하였다.
83g + Alumina-C(P-4) 50g + Bead 1g 용액에 H₂O₂를 비롯한 나머지 케미칼들을 한꺼번에 투여한 경우와 단계적으로 하나씩 투여했을 때의 입도 및 점도, pH에 대한 결과들을 비교 . 분석하여 적절한 투여시기를 도출하였다.
이와 같은 결과에 따라 입도 및 점도를 증가시키는 원인을 알아보기 위해 최초의 실험 조건에서 표 4처럼 앞선 나머지 케미칼들을 하나씩 개별적으로 첨가 후 milling해 보았다. 그림 1, 2는 표 4 의 실험절차를 토대로 하여 그에 따른 입자 크기 및 pH 변화를 처음부터 케미칼을 모두 투입한 후측 정한 Reference와 비교한 그림이다.
이와같이 기본적인 슬러리 구성요소에 첨가성분과 첨가 시기를 달리 하였을 경우와 여기에 따른 milUng 시간을 달리 했을 경우의 입도 및 점도, 이때의 pH 등을 조사하여 Cu CMP를 위한 최적의 케미칼첨가 조건과 bead miUing 공정의 최적화를 도모하였다.
첫째, bead milling을 실시함에 있어서 사용되는 bead의 적절량과 최적 milling 시간을 찾기 위한 실험 에서, 슬러 리량을 1 kg, milling 시간을 20시간으로 고정시켜 놓은 상태에서 입자크기를 관찰하여 적절한 bead량을 책정하고, 다음으로 슬러리량과 bead량을 1 kg으로 고정시킨 상태에서 milling 시간을 달리하였을 때의 입도를 측정하였다.

대상 데이터

5 kg일 때의 결과를 비교 분석하여 최종적으로 적정 bead량과 milling 시간을 도출하였다. 실험에 쓰인 연마제로는 Alumina-C와 P-4 두 가지로서 각각의 경우에 대해 동일한 조건에서 실험을 진행하였다. 두 번째로, 슬러리에 첨가되는 케미칼들의 적정 투여 시기와 공정 특성이 뛰어난 miUing 시간을 찾기 위해 DI water 711.

성능/효과

이것은 pH 에 의한 영향과 tartaric acid(organic acid)의 특성상 입자들을 뭉치게 하는 복합효과로 판단된다. 또한 milling 시간이 증가할수록 입도는 계속적으로 줄어들고 계면활성제 PEG 2,000, 000의 첨가는 슬러리의 점도를 어느 정도 증가시키는 것을 알 수 있었다.
또한 슬러 리량과 bead량이 각기 1 屈으로 같은 조건에서 Alumina-C 연마제를 사용하여 milling 시간변화에 따른 입도 변화를 살펴본 추가실험에서도 20 시간동안 milling했을 때 약 153 run인 입자 크기가 40 시간 정도 경과한 후 116 nm 정도로 감소하였다. 이 상태에서 시간에 따른 입자의 뭉침 현상을 살펴보기 위해 그대로 방치해둔 결과 116 nm였던 입자크기가 4 시간동안 방치해 뒀을 때 129 nm, 24 시간이 흘렀을 때 150 nm로 커져 분산 안정성이 충분히 확보되지 못한 상황에서는 시간에 따라 입도가 많이 증가하는 것을 볼 수 있었다.
5屈일 때 입도가 커지는 현상을 보였다. 마지막으로 milling 시간에 따른 입도 변화를 알아보기 위해 슬러 리량: bead량 = 1 kg: 1 kg으로 놓고 milling 시간을 달리하였을 경우에 시간이 길어질수록 입도는 점차 작아지는 경향을 나타냈다. 이와 같은 사항들을 고려해 볼 때 입도는 bead량이 증가할수록 또한 milling 시간이 많을수록 작아지는 것을 알 수 있으며, 실제 실험이 가능한 상황을 고려해 볼 때 test milling 조건은 시간은 약 24시간 정도가 적당하고, 일정한 슬러리에 상응하는 bead 량은 슬러 리량의 약 1.
그리고 안정한 상태에서 산화제인 H₂O₂를 첨가하였을 경우 입도가 유지되지 않고 소폭 상승하며, 분해 작용으로 인해 내부의 압력을 증가시키므로 milling 후반부에 넣는 것이 바람직할 것으로 사료된다. 마지막으로 tartaric acid를 비롯한 케미칼들은 미리 넣어준 상태에서 miUing 하고, 분산 안정제는 어느 정도 milling이 진행된 후 첨가하는 것이 좋은 것으로 나타났다.
실험 결과 Cu 슬러리 milling 공정에서 입도를 증가시키는 주요 케미칼은 tartaric acid인 것으로 나타났다. 또한 pH가 강산이나 강염기 상태에서는 입도가 전반적으로 증가하므로 milling시 pH는 4~8 정도로 유지하는 것이 바람직한 것으로 보여진다.
감소하였다. 이 상태에서 시간에 따른 입자의 뭉침 현상을 살펴보기 위해 그대로 방치해둔 결과 116 nm였던 입자크기가 4 시간동안 방치해 뒀을 때 129 nm, 24 시간이 흘렀을 때 150 nm로 커져 분산 안정성이 충분히 확보되지 못한 상황에서는 시간에 따라 입도가 많이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러므로 이처럼 슬러리의 조성을 바꾸어가며 관찰하는 실험에 있어서 신속한 CMP test가 필요할 것으로 사료된다.
마지막으로 milling 시간에 따른 입도 변화를 알아보기 위해 슬러 리량: bead량 = 1 kg: 1 kg으로 놓고 milling 시간을 달리하였을 경우에 시간이 길어질수록 입도는 점차 작아지는 경향을 나타냈다. 이와 같은 사항들을 고려해 볼 때 입도는 bead량이 증가할수록 또한 milling 시간이 많을수록 작아지는 것을 알 수 있으며, 실제 실험이 가능한 상황을 고려해 볼 때 test milling 조건은 시간은 약 24시간 정도가 적당하고, 일정한 슬러리에 상응하는 bead 량은 슬러 리량의 약 1.5 배 정도가 바람직한 것으로 추정된다.
따른 입도 변화를 나타난 것이다. 표를 자세히 살펴보면 일단 milling 시간이 20 시간일 때 슬러리 1 kg에 대해 bead량이 증가할수록 입도는 작아짐을 알 수 있다. 또한 같은 milling 시간에 대해서 슬러리량과 bead량이 각각 1 kg일 때보다 0.

후속연구

이 상태에서 시간에 따른 입자의 뭉침 현상을 살펴보기 위해 그대로 방치해둔 결과 116 nm였던 입자크기가 4 시간동안 방치해 뒀을 때 129 nm, 24 시간이 흘렀을 때 150 nm로 커져 분산 안정성이 충분히 확보되지 못한 상황에서는 시간에 따라 입도가 많이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러므로 이처럼 슬러리의 조성을 바꾸어가며 관찰하는 실험에 있어서 신속한 CMP test가 필요할 것으로 사료된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] Cu CMP 슬러리에서 화학첨가제 조건의 최적화
Optimization of Condition of Chemical Additives in Cu CMP Slurry 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] Cu CMP 슬러리에서 화학첨가제 조건의 최적화 Optimization of Condition of Chemical Additives in Cu CMP Slurry 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] Cu CMP 슬러리에서 화학첨가제 조건의 최적화
Optimization of Condition of Chemical Additives in Cu CMP Slurry 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper