초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 CMP 슬러리 개발 및 분석에 있어서 in-situ CMP 환경과 ex-situ 전기화학 분석 환경간의 차이로 인한 분석 mismatch를 해결하기 위하여 새로운 tribo-electrochemical measurement system을 구축한다. CMP 환경과 유사한 조건인, in-situ 전기 화학 측정 방식을 이용하여 PRAM CMP slurry 및 Cu, Mo CMP slurry 연구 개발에 적용하고자 한다. 본 연구의 성과는 CMP mechanism의 학술적 이해에 큰 도움을 주고

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 CMP 슬러리 개발 및 분석에 있어서 in-situ CMP 환경과 ex-situ 전기화학 분석 환경간의 차이로 인한 분석 mismatch를 해결하기 위하여 새로운 tribo-electrochemical measurement system을 구축한다. CMP 환경과 유사한 조건인, in-situ 전기 화학 측정 방식을 이용하여 PRAM CMP slurry 및 Cu, Mo CMP slurry 연구 개발에 적용하고자 한다. 본 연구의 성과는 CMP mechanism의 학술적 이해에 큰 도움을 주고 슬러리 개발, 특히 부식 반응이 활발한 Cu 또는 Mo와 GST와 같은 metal과 합금 계열 관련된 물질의 CMP slurry 개발에 크나큰 도움을 줄 것이다.

연구결과
Cu는 Pourbaix diagram에 의해 염기성 영역에서 Cu oxide 막 형성이 가능함을 확인 하였고, 연마 입자 흡착과 산화막 형성이 용이함을 확인하였다. Cu는 soft한 물리적 경도를 갖고 있고, 쉽게 부식되는 특성이 있어 CMP 후 부식으로 인한 defect 감소를 위해 benzotriazole(BTA)이 부식억제제로 첨가된다. BTA가 Cu 표면에 흡착하여, open circuit potential이 증가하였으며, open circuit potential은 friction이 있을 때 active한 방향으로 감소하였으나 friction을 제거함과 동시에 potential이 초기 값과 근사한 값으로 급격하게 복원함을 확인할 수 있었고, 이로부터 BTA가 Cu film 표면에 빠르게 흡착하여 corrosion inhibitor로써의 역할을 잘 하고 있음을 알 수 있었다. CMP공정은 전기화학적 반응과 물리적 마모가 결합된 tribo-chemical 과정이지만 GST 합금의 산화물과 이온화 생성물 species는 열역학적인 pourbaix diagram 의 pH와 potential에 의해 결정되었다. H₂O₂를 첨가하였을 때 GST film 표면에 산화물이 다량 형성되었다. GST 합금의 CMP 공정에서 는 형성된 산화물의 마모성이 그 합금의 마모율에 큰 영향을 나타내었다. 또한, 표면의 defect가 산화제 H₂O₂ 첨가에 의해 감소되었다. SiO₂와의 adhesive 특성이 좋지 않은 W을 대체할 물질로 관심 받고 있는 것으로 Molybdenum이 있다. pH 2의 산성 용액에서 산화제가 없는 경우 Mo 표면의 마모 압력이 증가할 때도 Mo film 표면의 전위가 passive 영역에 위치하므로 passive film이 존재하였다. 마모 압력으로 인한 두께 감소로 passive 전류는 증가하였고 open circuit potential(OCP)이 Ecorr 아래로 떨어졌다. 압력이 커질수록 마모되는 passive film이 많아지고 passive current density는 증가하므로 OCP가 감소하였다. 산화제로 NaIO₄ 1 wt%가 첨가되면 anodic polarization의 passive 영역이 사라지고 anodic과 cathodic current 증가와 polarization이 커져 Ecorr이 증가하였다. Mo의 CMP 시, 연마율 상승과 안정한 산화 피막 형성을 위한 산화제 첨가가 passive film 형성을 방해하므로 오히려, 금속 표면의 roughness등을 악화 시킬 수 있었다. Tribo-corrosion kinetics 를 통한 CMP mechanism 분석이 CMP slurry 개발에 큰 도움이 될 수 있었다.

연구결과의 활용계획
기존의 static한 electrochemical system으로는 전기 화학적 부식반응만을 분석할 수 있었으나 tribo-electrochemical system에 의해서는 기계적 연마에 의한 전기화학적 분극 특성의 변화를 분석할 수 있으므로 CMP에서 화학적 영향과 기계적 영향을 분리할 수 있었다. 이러한 분석 방법을 실제 metal CMP에 적용함으로써 metal계열 물질들의 CMP mechanism을 정확히 분석할 수 있고 관련 chemicals 각각이 연마에 미치는 영향을 이해하므로 slurry개발에 시간을 단축할 수 있을 것이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
An in-situ tribo-electrochemical measurement system was designed to produce the similar CMP condition to solve the mismatch problem of in-situ CMP environment and ex-situ electrochemical measurement, and to apply this system for the development of PRAM and Cu CMP slurries. This

Purpose& contents
An in-situ tribo-electrochemical measurement system was designed to produce the similar CMP condition to solve the mismatch problem of in-situ CMP environment and ex-situ electrochemical measurement, and to apply this system for the development of PRAM and Cu CMP slurries. This system would greatly help the researching activities of CMP slurries, especially for some corrosion-susceptible metals and alloys like Cu and GST.

Result
It coincided with the Pourbaix diagram that the Cu-oxide formed on the Cu surface easily in alkali region. Benzotriazole (BTA) was added as a corrosion inhibitor for decreasing the corrosion rate and the defect of Cu surface after CMP. The open circuit potential (OCP) increased because of adsorption of BTA on Cu surface. The OCP decreased under friction and then, rapidly recovered the previous potential with its removal. BTA performed a role as an corrosion inhibitor adsorbed on Cu film. During the CMP process of combined electrochemical reaction and mechanical abrasion of GST, the formed oxides and ions were coincided with species located in a corresponding pH and potential region of Pourbaix diagram. The oxidizer H₂O₂ added to a slurry increased the oxide formation on the surface of GST and decreased the surface defects on it. In CMP process of GST, the abrasivity of formed oxide had a major influence on its polishing rate. To omit the Ti/TiN barrier layer deposited onto SiO₂ to improve the poor adhesion of tungsten film on a SiO₂ layer, tribo-corrosion property of Molybdenum (Mo) was investigated as a direct contact material on silicon. The open circuit potential decreased below Ecorr with increasing the contact pressure in an acid solution with pH 2 because the passive current increased by a reduction of passive film thickness. The open circuit potential increased above Ecorr and the passive region disappeared with an increase of anodic and the cathodic polarization with the addition of 1 wt% NaIO₄ to the pH 2 solution. In metal CMP, pressure on the surface had a lager influence on the OCP than rotation speed. The addition of oxidizer for increasing the polishing rate could have a bad influence on the film surface.

Expected Contribution
The electrochemical reaction of metal and alloys in a chemical solution under an mechanical force with pressure and rotation speed can be measured with in-situ tribo-electrochemical system. The influence of electrochemical reaction and mechanical force on the CMP rate can be controlled separately. In addition, the CMP mechanism for metal could be analyzed by applying these method of analysis on real metal CMP. Constituents of slurries and chemicals for CMP can be determined easily in a shorter time than as using CMP equipment. So, it would give a help for the short term development of related slurries.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 36
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 36
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 37
• 7. 참고문헌 ... 41
• 8. 연구성과 ... 42
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 42
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 43
• 11. 기타사항 ... 43
• 끝페이지 ... 43