STI(shallow trench isolation)-CMP(chemical mechanical polishing) process have been substituted for LOCOS(local oxidation of silicon) process to obtain global planarization in the below sub-0.5㎛ technology. However TI-CMP process, especially TI-CMP with RIE(reactive ion etching) etch back process, has some kinds of defect like nitride residue, torn oxide defect, etc. In this paper, we studied how to reduced torn oxide defects after STI-CMP with RIE etch back processed. Although torn oxide defects which can occur on trench area is not deep and not severe, torn oxide defects on moat area is not deep and not severe, torn oxide defects on moat area is sometimes very deep and makes the yield loss. Thus, we did test on pattern wafers which go through trench process, APECVD process, and RIE etch back process by using an IPEC 472 polisher, IC1000/SUVA4 PAD and KOH base slurry to reduce the number of torn defects and to study what is the origin of torn oxide defects.
Chemical mechanical polishing(CMP) performances can be optimized by several process parameters such as equipment and consumables (pad, backing film and slurry). Pad properties are important in determining removal rate and planarization ability of a CMP process. It is investigated the performance of oxide CMP process using commercial silica slurry after the pad conditioning temperature was varied. Conditioning process with the high temperature made the slurry be unrestricted to flow and be hold, which made the removal rate of oxide film increase. The pad became softer and flexible as the conditioning temperature increases. Then the softer pad provided the better surface planarity of oxide film without defect.
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.
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
Post-Oxide CMP(Chemical-Mechanical Polishing) 결과 실리콘 웨이퍼를 오염 시키고 있는 슬러리 입자의 세정 가능성을 조사하기 위하여DHF(Diluted HF)에 비이온성 계면 활성제인 PAAE(Polyoxyethylene Alkyl Aryl Ether), 비양성자성 용제인 DMSO(Dimethylsulfoxide) 와 초순수의 혼합물인 새로운 세정액을 제조하였다. 세정력을 평가하기 위해서 세정제 내에서 각각 다른 제타 포텐셜을 갖는 실리카($SiO_2$), 알루미나($Al_2O_3$)와 PSL(polystylene latex) 입자를 실리콘 웨이퍼 표면의 산화막에 인위적으로 오염시킨 후 실험에 이용하였다. 초음파하에서 세정액의 성능 평가 결과 본 세정기술은 효과적인 입자의 세정능력과 금속이온에 대한 세정 능력을 나타내고 있음을 확인하였다. 즉 기존의 APM($NH_4OH,\;H_2O_2$와 D.I.W의 혼합물)과 달리 상온에서 세정이 가능하고 세정과정이 단축 되었으며, 낮은 농도의 HF를 사용함으로써 최소의 에칭에 의하여 표면 거칠기를 감소시킬 수 있음을 보여주고 있다. 또한 주요 CMP 금속 배선 물질들에 대한 낮은 부식력으로 기존의 CMP 후 세정공정에 뿐만 아니라 차세대CMP 공정으로 각광 받고 있는 Copper CMP 에 대한 Brush 세정 공정의 보조 세정제로 본 세정제가 적용될 가능성이 있음을 확인하였다.
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 nprocess, 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.
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.
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.
CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology for global planarization of multilevel interconnection structure has been widely studied for the next generation devices. Among the consumables for CMP process, especially, slurry and their chemical compositions play a very important role in the removal rates and within-wafer non-uniformity (WIWNU) for global planarization ability of CMP process. However, CMP slurries contain abrasive particles exceeding 1 ${\mu}{\textrm}{m}$ size, which can cause micro-scratch on the wafer surface after CMP process. Such a large size particle in these slurries may be caused by particle agglomeration in slurry supply-line. In this work, to investigate the effects of agglomeration on the performance of oxide CMP slurry, we have studied an aging effect of silica slurry as a function of particle size distribution and aging time during one month. We Prepared and compared the self-developed silica slurry by adding of alumina powders. Also, we have investigated the oxide CMP characteristics. As an experimental result, we could be obtained the relatively stable slurry characteristics comparable to aging effect of original silica slurry. Consequently, we can expect the saving of high-cost slurry.
To investigate the effects of slurry temperature on the chemical mechanical polishing(CMP) performance of oxide film with silica and ceria slurries, we have studied slurry properties as a function of different slurry temperature. Also, the effects of each input parameter of slurry on the oxide CMP characteristics were investigated. The pH showed a slight tendency of decrease, the conductivity in slurries showed an increased tendency, the mean particle size in slurry decreased, and the zeta potential of slurry decreased with temperature. The removal rates significantly increased and maintained at the specific levels over 4$0^{\circ}C$. The better surface morphology of oxide films could be obtained at 40 $^{\circ}C$ of silica slurry and at 90 $^{\circ}C$ of ceria slurry. It is found that the CMP performance of oxide film could be significantly improved or controlled by change of slurry temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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