Effects of Trench Depth on the STI-CMP Process Defects

트랜치 깊이가 STI-CMP 공정 결함에 미치는 영향

The more productive and stable fabrication can be obtained by applying chemical mechanical polishing (CMP) process to shallow trench isolation (STI) structure in 0.18 $\mu\textrm{m}$ semiconductor device. However, STI-CMP process became more complex, and some kinds of defect such as nitride residue, tern oxide defect were seriously increased. Defects like nitride residue and silicon damage after STI-CMP process were discussed to accomplish its optimum process condition. In this paper, we studied how to reduce torn oxide defects and nitride residue after STI-CMP process. To understand its optimum process condition, We studied overall STI-related processes including trench depth, STI-fill thickness and post-CMP thickness. As an experimental result showed that as the STI-fill thickness becomes thinner, and trench depth gets deeper, more tern oxide were found in the CMP process. Also, we could conclude that low trench depth whereas high CMP thickness can cause nitride residue, and high trench depth and over-polishing can cause silicon damage.

최근 반도체 소자의 고속화 및 고집적화에 따라 배선 패턴이 미세화 되고 다층의 금속 배선 공정이 요구됨에 따라 단차를 줄이고 표면을 광역 평탄화 시킬 수 있는 STI-CMP 공정이 도입되었다. 그러나, STI-CMP 공정이 다소 복잡해짐에 따라 질화막 잔존물, 찢겨진 산화막 결함들과 같은 여러 가지 공정상의 문제점들이 심각하게 증가하고 있다. 본 논문에서는 이상과 같은 CMP 공정 결함들을 줄이고, STI-CMP 공정의 최적 조건을 확보하기 위해 트렌치 깊이와 STI-fill 산화막 두께가 리버스 모트 식각 공정 후, 트랜치 위의 예리한 산화막의 취약함과 STI-CMP공정 후의 질화막 잔존물 등과 같은 결함들에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 실험결과, CMP 공정에서 STI-fill의 두께가 얇을수록, 트랜치 깊이가 깊을수록 찢겨진 산화막의 발생이 증가하였다. 트랜치 깊이가 낮고 CMP 두께가 높으면 질화막 잔존물이 늘어나는 반면, 트랜치 깊이가 깊어 과도한 연마가 진행되면 활성영역의 실리콘 손상을 받음을 알 수 있었다