Chemical mechanical polishing (CMP) process was required for the global planarization of inter-metal dielectric(IMD), inter-level dielectric (ILD) layers of multi-layer interconnections. In this paper, we studied the characteristics of polishing pad, which can apply shallow trench isolation (STI)-CMP process for global planarization of multi-level interconnection structure. Also, we investigated the effects of different sets of polishing pad, such as soft and hard pad. As an experimental result, hard pad showed center-fast type, and soft pad showed edge-fast type. Totally, the defect level has shown little difference, however, the counts of scratch was detected less than 2 on JR111 pad. Through the above results, we can select optimum polishing pad, so we can expect the improvements of throughput and device yield.
In the shallow trench isolation(STI)-chemical mechanical polishing(CMP) process, the key issues are the optimized thickness control, within-wafer-non-uniformity, and the possible defects such as pad oxide damage and nitride residue. The defect like nitride residue and silicon (or pad oxide) damage after STI-CMP process were discussed to accomplish its optimum process condition. To understand its optimum process condition, overall STI related processes including reverse moat etch, trench etch, STI fill and STI-CMP were discussed. Consequently, we could conclude that law trench depth and high CMP thickness can cause nitride residue, and high trench depth and over-polishing can cause silicon damage.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제2C권5호
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pp.262-267
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2002
In this paper, we first studied the factors affecting the motor current (MC) signal, which was strongly affected by the systematic hardware noises depending on polishing such as pad conditioning and arm oscillation of platen and recipe, head motor. Next, we studied the end point detection (EPD) for the chemical mechanical polishing (CMP) process of shallow trench isolation (STI) with reverse moat structure. The MC signal showed a high amplitude peak in the fore part caused by the reverse meal. pattern. We also found that the EP could not be detected properly and reproducibly due to the pad conditioning effect, especially when conventional low selectivity slurry was used. Even when there was no pad conditioning effect, the EPD method could not be applied, since the measured end points were always the same due to the characteristics of the reverse moat structure with an open nitride layer.
In the shallow trench isolation(STI) chemical mechanical polishing(CMP) process, the key issues are the optimized thickness control within- wafer-non-uniformity, and the possible defects such as nitride residue and pad oxide damage. These defects after STI CMP process were discussed to accomplish its optimum process condition. To understand its optimum process condition, overall STI related processes including reverse moat etch, trench etch, STI filling and STI CMP were discussed. It is represented that the nitride residue can be occurred in the condition of high post CMP thickness and low trench depth. In addition there are remaining oxide on the moat surface after reverse moat etch. It means that reverse moat etching process can be the main source of nitride residue. Pad oxide damage can be caused by over-polishing and high trench depth.
Seo, Yong-Jin;Lee, Kyoung-Jin;Kim, Sang-Yong;Lee, Woo-Sun
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제3C권1호
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pp.28-32
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2003
In this paper, we have studied the in-situ end point detection (EPD) for direct chemical mechanical polishing (CMP) of shallow trench isolation (STI) structures without the reverse moat etch process. In this case, we applied a high selectivity $1n (HSS) that improves the silicon oxide removal rate and maximizes oxide to nitride selectivity Quite reproducible EPD results were obtained, and the wafer-to-wafer thickness variation was significantly reduced compared with the conventional predetermined polishing time method without EPD. Therefore, it is possible to achieve a global planarization without the complicated reverse moat etch process. As a result, the STI-CMP process can be simplified and improved using the new EPD method.
In this paper, the results of finite element(FE) analysis of chemical mechanical polishing(CMP) process using 2-dimensional elements were discussed. The objective of this study is to find the generation mechanism of microscratches on a wafer surface during the process. Especially, a FE model with a particle inside pad pore was considered to observe how such a contact situation could contribute to microscratch generation. The results of the finite element simulations revealed that during CMP process the pad-particle mixture could be formed and this would be a major factor leading to microscratch generation.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제8권2호
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pp.79-83
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2007
The implications of a theory of lubricated pad asperity wafer contact are traced through several fundamental areas of chemical-mechanical polishing. The hypothesized existence of a nanolubrication layer underlies a high accuracy model of polish rates. It also provides a quantitative explanation of a power law relationship between the coefficient of friction and a measure of pad surface flattening. The theory may further be useful for interpreting friction changes during polishing, and may explain why the coefficient of friction is sometimes observed to have a temperature or velocity dependence.
SU-8 is an epoxy-type photoresist widely used for the fabrication of high-aspect-ratio (HAR) micro-structures in micro-electro-mechanical systems (MEMS). To fabricate highly integrated structures, chemical mechanical polishing (CMP) has emerged as the preferred manufacturing process for planarizing the MEMS structure. In SU-8 CMP, an oxidizer decomposes organic impurities and particles in the CMP slurry remove the chemically reacted surface of SU-8. To fabricate HAR microstructures using the CMP process, the adhesion between SU-8 and substrate material is important to avoid the delamination of the SU-8 film caused by the mechanical-dominant material removal characteristic. In this study, the friction force during the CMP process is measured with a CMP monitoring system to detect the delamination phenomenon and investigate the delamination of the SU-8 film from the silicon substrate under various pressure conditions. The increase in applied pressure causes an increase in the frictional force and wafer-edge stress concentration. The frictional force measurement shows that the friction force changes according to the delamination phenomenon of the SU-8 film, and that it is possible to monitor the delamination phenomenon during the SU-8 CMP process. The delamination at a high applied pressure is explained by the effect of stress distribution and pad deformation. Consequently, it is necessary to control the pressure of polishing, which can avoid the delamination in SU-8 CMP.
The design rules are being more strict with requirement of operation speed and development of IC industry. For this reason, required minimum line-width has been narrowed under sub-micron region. As the length of minimum line-width is narrowed, local and global planarization are being prominent. CMP(Chemical-Mechanical Polishing), one of the planarizarion technology, is a process which polishes with the ascent of chemical reaction and relative velocity between pad and wafer without surface defects. CMP is performed with a complex interaction among many factors, how CMP has an interaction with such factors is not evident. Accordingly, the studies on this are still carrying out. Therefore, an examination of the CMP phenomena and an accurate understanding of compositive factors are urgently needed. In this paper, we will consider of the relations between the effects of temperature which influences many factors having an effect on polishing results and the characteristics of CMP in order to understand and estimate the influence of temperature. Then, through the interaction of shown temperature and polishing result, we could expect to boost fundamental understanding on complex CMP phenomena.
수평 Bridgman 방법으로 성장한 사파이어 인고트를 절단 연마한 후, 사파이어 결정기판의 표면을 우레탄 천 위에서 실리카 졸을 사용하여 폴리싱하였다. 표면의 결정성을 X-선 회절을 통하여 조사하였으며, 2중 결정회절에 의한 반치폭은 200~400 arcsec을 가지며, 결정 인고트의 절편화 또는 양면 연삭 연마에 따른 잔류응력에 의한 표면에서의 기계적인 스트레스에 의해 결정성이 손상되어진다. 화학-기계적인 폴리싱공정을 수행한 수에 표면처리로 $1,200^{\circ}C$로 4시간 열처리 및 산처리를 연속적으로 수행할 경우 결정성이 반치폭 8.3 arcsec까지 줄어들어 향상됨을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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