• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.141-141
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• 2009

Blue light-emitting diodes (LEDs), violet laser diodes 같은 광전소자들은 질화물 c-plane 기판위에 소자로 응용되어 이미 상품화 되어 왔다. 그러나 2족-질화물 재료들은 wurtzite 구조를 가지므로 c-plane에 평행한 자연적인 극성을 띌 뿐만 아니라 결정 내부 stress로 인한 압전현상 또한 나타나 큰 내부 전기장을 형성하게 된다. 이렇게 생성된 내부 전기장은 전자와 홀의 재결합 효율을 감소시키고 소자 응용 시 red-shift의 원인이 되곤 한다. 따라서 최근 들어 m-plane(1-100), a-plane (11-20)같은 무극성을 뛰는 기판 위에 소자를 만드는 방법이 각광을 받고 있는 추세다. 그러나 무극성 기판을 소자에 응용 시 Chemical Mechanical Planarization (CMP)에 의한 가공은 반도체 기판으로써 이용하기 위한 필수 불가결의 공정이다. c면(0001) SiC wafer에 대한 연구는 현재 많이 발표가 되어 있으나 무극성면 SiC wafer에 대한 CMP 공정에 대한 연구사례는 없는 실정이다. 본 연구에서는 C면 (0001)으로 성장된 잉곳을 a면(11-20)과 m(1-100)면으로 절단 후, slurry type (KOH-based colloidal silica slurry, NaOCl), 산화제, 연마제등을 변화하여 CMP 공정을 거침으로서 일어나는 기계 화학적 가공 양상에 대하여 알아보았다. 그 후 표면 형상 분석 하기위해 Atomic Force Microscope(AFM)을 사용하였고, 표면 스크레치를 SEM을 이용해서 알아보았다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 하계학술대회 논문집 Vol.5 No.2
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• pp.1300-1303
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• 2004

Copper는 낮은 저항률과 높은 Electromigration 저항 때문에 반도체 소자에 배선 재료로 사용된다. CMP 공정을 이용 하여 Cu wafer의 여러 가지 특성을 파악하기에는 wafer의 소모량이 많고 고가가의 비용이 예상 되므로, 본 논문에서는 비용절감을 위하여 wafer를 Disc로 대체 하고자 실험을 진행 하였고 Cu wafer와 Disc의 비료 방법은 우선 PM-5 (Genitech. co) 장비를 이용하여 removal rate의 차이점을 알 아 보았으며, 서로의 etch rate을 reomval rate과 비교하였다. EG&G 273A를 통하여 Cu wafer와 disc의 corrosion potential과 $R_p$ (Polarization resistance)값을 서로 비교 하였다. 이 논문에서는 이러한 것들을 서로 비교 하여, Cu wafer와 disc에서의 상관관계를 알고자 하였으며, 만약에 Cu wafer와 disc의 특성이 비슷하다면, Cu wafer 대신에 disc를 이용 하여 실험하여도 되는지에 관하여 조사 하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제14권9호
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• pp.707-713
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• 2001

As the integrated circuit device shrinks to smaller dimensions, chemical mechanical polishing (CMP) process was requirdfo the global planarization of inter-metal dielectric (IMD) layer with free-defect. However, as the IMD layer gest thinner, micro-scratches are becoming as major defects. However, as the IMD layer gets thinner, micro-scratches are becoming as major defects. Micro-scratches are generated by agglomerated slurry, solidified and attached slurry in pipe line of slurry supply system. To prevent agglomerated slurry particle from inflow, we installed 0.5${\mu}{\textrm}{m}$ point of use (POU) filter, which is depth-type filter and has 80% filtering efficiency for the 1.0${\mu}{\textrm}{m}$ size particle. In this paper, we studied the relationship between defect generation and polished wafer counts to understand the exact efficiency fo the slurry filteration, and to find out the appropriate pad usage. Our experimental results showed that it sis impossible to prevent defect-causing particles perfectly through the depth-type filter. Thus, we suggest that it is necessary to optimize the slurry flow rate, and to install the high spray bar of de-ionized water (DIW) with high pressure, to overcome the weak-point of depth type filter.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.88-88
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• 2007

Chemical mechanical polishing (CMP) 공정은 그 어원에서 알 수 있듯이 슬러리의 화학적인 요소와 웨이퍼에 가해지는 기계적 압력에 의해 결정되는 평탄화 기술이다. 최근, 금속배선공정에서 높은 전도율과 재료의 값이 싸다는 이유로 Cu률 사용하였으나, 디바이스의 구조적 특성을 유지하기 위해 높은 압력으로 인한 새로운 다공성 막(low-k)의 파괴와, 디싱과 에로젼 현상으로 인한 문제점이 발생하게 되었다. 이러한 문제점을 해결하고자, 본 논문에서는 Cu 표면에 Passivation layer를 형성 및 제거하는 개념으로 공정시 연마제를 사용하지 않으며, 낮은 압력조건에서 공정을 수행하기 위해, 전해질의 농도 변화에 따른 선형추의전압전류법과 순환전압전류법을 사용하여 전압활성화에 의한 전기화학적 반응이 어떤 영향을 미치는지 연구하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.57-57
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• 2009

반도체 device가 고집적화 및 다층화 되어짐에 따라 현재 사용되고 있는 구리 interconnect의 확산방지막인 Ta/TaN은 많은 문제가 발생하고 있다. 고집적화 된 반도체 소자에 적용시키기에는 Ta/TaN 확산 방지막의 고유 저항값이 매우 크고, 구리의 증착에 필요한 seed layer의 크기도 문제화 된다고 보고되어지고 있다. 이러한 이유로 인해 점차 고집적화 되어지는 반도체 기술에 맞추어 새로운 확산 방지막에 대한 연구가 현재 활발히 이루어지고 있다. 이에 새로운 확산 방지막으로써 대두되고 연구되고 있는 재료가 Ruthenium (Ru)이다. Ru은 공기 중에서 매우 안정하고 고유저항 값 또한 $13\;{\mu}{\Omega}\;cm$의 Ta에 비해 $7.1\;{\mu}{\Omega}\;cm$의 매우 작은 고유저항 특성을 가지고 있다. 또한, Ru은 구리와의 우수한 접착성으로 인해 구리의 interconnect의 형성에 있어 seed layer가 필요하지 않을 뿐만 아니라 높은 annealing 온도에서도 무시할 만큼 작은 solid solubility를 가지며 구리와의 계면에서 새로운 화합물을 형성하지 않으며 annealing시 구리의 delamination을 유발시키지도 않는다. 이에 따라, 평탄화와 소자 분리를 위하여 chemical mechanical planarization (CMP) 공정이 필요하게 되었다. 하지만, Ru의 noble한 성질과 Ru 확산방지막 CMP공정 시 노출되는 다른 이종 물질 사이의 최적화 된 selectivity를 구현하는데 많은 어려움이 있다. 이로인해 Ru 확산 방지막을 위한 CMP slurry에 대한 연구는 아직 미흡한 수준이다. 본 연구에서는 Ru이 확산방지막으로 사용되었을 때 이를 위한 CMP slurry에 대한 평가와 연구가 이루어졌다. Slurry 조성과 농도 및 pH에 따른 전기 화학적 분석을 통하여 slurry 내에서 각각의 막질들이 어떠한 상태로 존재하는지 분석해 보았다. 또한, Ru을 비롯한 이종막질들의 etch rate, removal rate와 selectivity에 대한 연구가 진행되었다. 최종적으로 Ru 확산방지막 CMP를 위한 최적화된 slurry를 제안하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.33.2-33.2
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• 2011

CMP (Chemical-Mechanical Planarization) 공정이란 화학적 반응과 기계적 힘을 동시에 이용하여 표면을 평탄화하는 공정으로, 반도체 산업에서 회로의 고집적화와 다층구조를 형성하기 위해 CMP 공정이 도입되었으며 반도체 패턴의 미세화와 다층화에 따라 CMP 공정의 중요성은 더욱 강조되고 있다. CMP 공정은 압력, 속도 등의 공정조건과, 화학적 반응을 유도하는 슬러리, 기계적 힘을 위한 패드 등에 의해 복합적으로 영향을 받는다. CMP 공정에서, 폴리우레탄 패드는 많은 기공들을 포함한 그루브(groove)를 형성하고 있어 웨이퍼와 직접적으로 접촉을 하며 공정 중 유입된 슬러리가 효과적으로 연마를 할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 하지만, 공정이 진행 될수록 그루브는 손상이 되어 제 역할을 하지 못하게 된다. 패드 컨디셔닝이란 컨디셔너가 CMP 공정 중에 지속적으로 패드 표면을 연마하여 패드의 손상된 부분을 제거하고 새로운 표면을 노출시켜 패드의 상태를 일정하게 유지시키는 것을 말한다. 한편, 금속박막의 CMP 공정에 사용되는 슬러리는 금속박막과 산화반응을 하기 위하여 산화제를 포함하는데, 산화제는 금속 컨디셔너 표면을 산화시켜 부식을 야기한다. 컨디셔너의 표면부식은 반도체 수율에 직접적인 영향을 줄 수 있는 scratch 등을 발생시킬 뿐만 아니라, 컨디셔너의 수명도 저하시키게 되므로 이를 방지하기 위한 노력이 매우 중요하다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 연마 잔여물 흡착을 억제하고, 슬러리와 컨디셔너 표면 간에 일어나는 표면부식을 방지하기 위하여 소수성 자기조립 단분자막(SAM: Self-assembled monolayer)을 증착하여 특성을 평가하였다. SAM은 2가지 전구체(FOTS, Dodecanethiol를 사용하여 Vapor SAM 방법으로 증착하였고, 접촉각 측정을 통하여 단분자막의 증착 여부를 평가하였다. 또한 표면부식 특성은 Potentiodynamic polarization와 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 등의 전기화학 분석법을 사용하여 평가되었다. SAM 표면은 정접촉각 측정기(Phoenix 300, SEO)를 사용하여 $90^{\circ}$ 이상의 소수성 접촉각으로써 증착여부를 확인하였다. 또한, 표면에너지 감소로 인하여 슬러리 내의 연마입자 및 연마잔여물 흡착이 감소하는 것을 확인 하였다. Potentiodynamic polarization과 EIS의 결과 분석으로부터 SAM이 증착된 표면의 부식전위와 부식전류밀도가 감소하며, 임피던스 값이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 컨디셔너 표면에 SAM을 증착 하였고, CMP 공정 중 발생하는 오염물의 흡착을 감소시킴으로써 CMP 연마 효율을 증가하는 동시에 컨디셔너 금속표면의 부식을 방지함으로써 내구성이 증가될 수 있음을 확인 하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.32.2-32.2
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• 2011

반도체 생산공정에서 CMP (Chemical-mechanical planarization) 공정은 우수한 전기전도성 재료인 Cu의 사용과 다층구조의 소자를 형성하기 위해서 도입되었으며, 최근 소자의 집적도가 증가함에 따라 CMP 공정 비중은 점점 높아지고 있다. Cu CMP 공정에서 연마제인 슬러리는 금속 표면과의 물리적 화학적 반응을 동시에 사용하여 표면을 연마하게 되며, 연마특성을 향상시키기 위해 산화제, 부식방지제, 분산제 및 다양한 계면활성제가 첨가된다. 하지만 슬러리는 Cu 표면을 평탄화하는 동시에 오염입자, 유기오염물, 스크레치, 표면부식 등을 발생시키며 결과적으로 소자의 결함을 야기시킨다. 특히 부식방지제로 사용되는 BTA (Benzotriazole)은 Cu CMP 공정 중 Cu-BTA 형태로 표면에 흡착되어 오염원으로 작용하며 입자오염을 증가시시고 건조공정에서 물반점 등의 표면 결함을 발생시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Cu 표면에서 식각과 부식반응을 최소화하며, 오염입자 제거 및 유기오염물을 효과적으로 제거하기 위한 Post-CMP 세정 공정과 세정액 개발이 요구된다. 본 연구에서는 오염입자 및 유기물 제거와 동시에 표면 거칠기와 부식현상을 제어할 수 있는 post Cu CMP 세정액을 개발 평가하였다. 오염입자 및 유기오염물을 제거하기 위해서 염기성 용액인 TMAH 사용하였으며, Cu 이온을 용해할 수 있는 Chelating agent와 표면 부식을 억제하는 부식 방지제를 사용하여 세정액을 합성하였다. 접촉각 측정과 FESEM(field Emission Scanning Electron Microscope) 분석을 통하여 CMP 공정에서 발생하는 유기오염물과 오염입자의 흡착과 제거를 확인하였으며 Cu 웨이퍼 세정 전후의 표면 거칠기의 변화와 식각량을 AFM(Atomic Force Microscope)과 4-point probe를 사용하여 각각 평가하였다. 또한 세정액 내에서의 연마입자의 zeta-potential을 측정 및 조절하여 세정력을 향상시켰다. 개발된 세정액과 Cu 표면에서의 화학반응 및 부식방지력은 potentiostat를 이용한 전기화학 분석법을 통해서 chelating agent와 부식방지제의 농도를 최적화 시켰다. 개발된 세정액을 적용함으로써 Cu-BTA 형태의 유기오염물과 오염입자들이 효과적으로 제거됨을 확인하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제8권1호
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• pp.26-31
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• 2007

The goal of this study is to determine if High Pressure Micro Jet (HPMJ) conditioning can be used as a substitute for, or in conjunction with, conventional diamond pad conditioning. Five conditioning methods were studied during which 50 ILD wafers were polished successively in a 100-mm scaled polisher and removal rate (RR), coefficient of friction (COF), pad flattening ratio (PFR) and scanning electron microscopy (SEM) measurements were obtained. Results indicated that PFR increased rapidly, and COF and removal rate decreased significantly, when conditioning was not employed. With diamond conditioning, both removal rate and COF were stable from wafer to wafer, and low PFR values were observed. SEM images indicated that clean grooves could be achieved by HPMJ pad conditioning, suggesting that HPMJ may have the potential to reduce micro scratches and defects caused by slurry abrasive particle residues inside grooves. Regardless of different pad conditioning methods, a linear correlation was observed between temperature, COF and removal rate, while an inverse relationship was seen between COF and PFR.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 춘계학술대회 논문집 반도체 재료 센서 박막재료 전자세라믹스
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• pp.38-41
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• 2004

The oxidizer plays an important role in the metal chemical mechanical polishing(CMP) slurry. Currently, the oxidizer used in CMP slurry is nearly divided into several kinds such as $Fe(NO_3)_3$, $H_2O_2$, $KIO_3$, and $H_5IO_6$. It is generally known that oxidizer character of $H_2O_2$ is more effective than other oxidizers. In this work, we have been studied the characteristics for the $H_2O_2$ concentration of copper slurry, which can applicable in the recent semiconductor manufacturing process. Also, it plays an important role in the planarization of copper films using copper slurries during micro-electronic device fabrication. In this work, we confirmed that removal rate of Cu/TaN changed by $H_2O_2$ concentration on copper slurry. And we used $KMnO_4$ in the measurement method of $H_2O_2$. In analysis results, we confirmed that the difference of results is large. We thought that the difference was due to organic component existence. So in titration method of $H_2O_2$ concentration, we used $Na_2S_2O_3$ instead of $KMnO_4$ as solution. Consequently, using the titration method, we could calculate correct data reduced error. And $H_2O_2$ concentration has been adjusted to the target concentration of 0.1 wt%.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.34.2-34.2
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• 2011

The demand for Ru has been increasing in the electronic, chemical and semiconductor industry. Chemical mechanical planarization (CMP) is one of the fabrication processes for electrode formation and barrier layer removal. The abrasive particles can be easily contaminated on the top surface during the CMP process. This can induce adverse effects on subsequent patterning and film deposition processes. In this study, a post Ru CMP cleaning solution was formulated by using sodium periodate as an etchant and citric acid to modify the zeta potential of alumina particles and Ru surfaces. Ru film (150 nm thickness) was deposited on tetraethylorthosilicate (TEOS) films by the atomic layer deposition method. Ru wafers were cut into $2.0{\times}2.0$ cm pieces for the surface analysis and used for estimating PRE. A laser zeta potential analyzer (LEZA-600, Otsuka Electronics Co., Japan) was used to obtain the zeta potentials of alumina particles and the Ru surface. A contact angle analyzer (Phoenix 300, SEO, Korea) was used to measure the contact angle of the Ru surface. The adhesion force between an alumina particle and Ru wafer surface was measured by an atomic force microscope (AFM, XE-100, Park Systems, Korea). In a solution with citric acid, the zeta potential of the alumina surface was changed to a negative value due to the adsorption of negative citrate ions. However, the hydrous Ru oxide, which has positive surface charge, could be formed on Ru surface in citric acid solution at pH 6 and 8. At pH 6 and 8, relatively low particle removal efficiency was observed in citric acid solution due to the attractive force between the Ru surface and particles. At pH 10, the lowest adhesion force and highest cleaning efficiency were measured due to the repulsive force between the contaminated alumina particle and the Ru surface. The highest PRE was achieved in citric acid solution with NaIO4 below 0.01 M at pH 10.