Planarization technique is rapidly recognized as a critical step in chip fabrication due to the increase in wiring density and the trend towards a three dimensional structure. Global planarity requires the preferential removal of the projecting features. Also, the several materials i.e. Si semiconductor, oxide dielectric and sluminum interconnect on the chip, should be removed simultaneously in order to produce a planar surface. This research has investihgated the development of the chemical mechanical polishing(CMP) machine with uniform pressure and velocity mechanism, and the pad insensitive to pattern topography named hard grooved(HG) pad for global planarization. Finally, a successful result of uniformity less than 5% standard deviation in residual oxide film and planarity less than 15nm in residual step height of 4 inch device wafer, is achieved.
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.
As device sizes are scaled down to submicron dimensions, planarization technology becomes increasingly important for both device fabrication and formation of multilevel interconnects. Chemical mechanical polishing (CMP) has emerged recently as a new processing technique for achieving a high degree of planarization for submicron VLSI applications. The polishing process has many variables, and most of which are not well understood. The factors determine the planarization performance are slurry and pad type, insert material, conditioning technique, and choice of polishing tool. Circuit density, pattern size, and wiring layout also affect the performance of a CMP planarization process. This paper presents the results of studies on CMP process window characterization for 0.35 micron process with 5 metal layers.
Chemical mechanical polishing (CMP) has become widely accepted for the planarization of multi-interconnect structures in semiconductor manufacturing. However, perfect planarization is not so easily ahieved because it depends on the pattern sensitivity, the large number of controllable process parameters, and the absence of a reliable process model, etc. In this paper, we realized the planarization of deposited oxide layers followed by metal (W) polishing as a replacement for tungsten etch-back process for via formation. Atomic force microscope (AFM) is used for the evaluation of pattern topography during CMP. As a result, AFM evaluation is very attractive compared to conventional methods for the measurment of planarity. mOreover, it will contribute to analyze planarization characteristics and establish CMP model.
The chemical mechanical polishing (CMP) process is now widely employed in the ultra large scale integrated (ULSI) semiconductor fabrication. Especially, shallow trench isolation (STI) has become a key isolation scheme for sub-0.13/0.10${\mu}{\textrm}{m}$ CMOS technology. The most important issues of STI-CMP is to decrease the various defects such as nitride residue, dishing, and tom oxide. To solve these problems, in this paper, we studied the planarization characteristics using slurry additive with the high selectivity between $SiO_2$ and $Si_3$$N_4$ films for the purpose of process simplification and in-situ end point detection. As our experimental results, it was possible to achieve a global planarization and STI-CMP process could be dramatically simplified. Also, we estimated the reliability through the repeated tests with the optimized process conditions in order to identify the reproducibility of STI-CMP process.
To achieve the global planarization, CMP Technology has been used to the next generation semiconductor process, and the study made tremendous progress up to date. As the device demension shrinked, CMP Technology has been applied in a various way and more people interested in this field to simplify the process. To attain the goal for safer 0.13um or below 10 nano process, many of those expected task must be solved. By describing this current CMP process issue and future trend for the CMP planarization process, It personally hope that this paper would help to the people who has concerns for the next generation semiconductor manufacturing industry in common.
대면적 평탄화 및 미세패턴형성기술로 각광받고 있는 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용하여 SiO₂ trench 패턴의 피치크기와 밀도에 따른 Cu의 평탄화 과정과 평탄화 이후의 표면 profile을 AFM(atomic forced microscopy)으로 측정하고 분석하였다. 실험결과, 평탄화 초기 연마율은 패턴밀도가 높고 피치크기가 작을수록 연마율이 증가하였으며, 초기 평탄화 이후 연마율이 급속히 감소함을 알 수 있었다. 말기 평탄화 이후, 전체 패턴의 평균 rms roughness는 120Å이었다. 그러나, 패턴피치 크기가 2㎛ 이하이고, 50% 패턴밀도를 갖는 패턴의 경우에는 Cu의 일부분이 120∼330Å 정도의 깊이로 떨어져 나가는 현상과 SiO₂와 Cu의 경계면에 oxide erosion 현상이 나타났으며, 패턴 피치 크기가 10㎛ 및 15㎛에서는 Cu와 SiO₂경계면 부분에 Cu가 260∼340Å 정도로 trench 되어 있는 것을 볼 수 있었다. 또한, SiO₂와 Cu의 패턴내부 및 접합면에서 생기는 수백 Å이하의 peeling 및 deeping 현상의 원인과 해결방안에 대해 논의하였다.
Chemical mechanical polishing (CMP) technology for global planarization of multi-level inter-connection structure has been widely studied for the next generation devices. CMP process has been paid attention to planarized pre-metal dielectric (PMD), inter-layer dielectric (ILD) interconnections. Expecially, shallow trench isolation (STI) used to CMP process on essential. Recently, the direct STI-CMP process without the conventional complex reverse moat etch process has established by using slurry additive with the high selectivity between $SiO_2$ and $Si_3N_4$ films for the purpose of process simplification and n-situ end point detection(EPD). However, STI-CMP process has various defects such as nitride residue, tom oxide and damage of silicon active region. To solve these problems, in this paper, we studied the planarization characteristics using a high selectivity slurry(HSS). As our experimental results, it was possible to achieve a global planarization and STI-CMP process could be dramatically simplified. Also we estimated the reliability through the repeated tests with the optimized process conditions in order to identify the reproducibility of HSS STI-CMP process.
Recently, the minimum line width shows a tendancy to decrease and the multi-level to increase in semiconductor. Therefore, a planarization technique is needed, which chemical polishing(CMP) is considered as one of the most important process. CMP accomplishes a high polishing performance and a global planarization of high quality. But there are several defects in CMP such as microscratches, abrasive contaminations, and non-uniformity of polished wafer edges. Spin Etching can improve the defects of CMP. It uses abrasive-free chemical solution instead of slurry. Wafer rotates and chemical solution is simultaneously dispensed on a whole surface of the wafer. Thereby chemical reaction is occurred on the surface of wafer, material is removed. On this study, TEOS film is removed by CMP and Spin Etching, the results are estimated at a viewpoint of material removal rate(MRR) and within wafer non-uniformity(WIWNU).
Recently, the minimum line width shows a tendency to decrease and the multi-level increase in semiconductor. Therefore, a planarization technique is needed and chemical mechanical polishing(CMP) is considered as one of the most suitable process. CMP accomplishes a high polishing performance and a global planarization of high quality. But there are several defects in CMP such as micro-scratches, abrasive contaminations, and non-uniformity of polished wafer edges. Wet etching include of Spin-etching can improve he defects of CMP. It uses abrasive-free chemical solution instead of slurry. On this study, ILD(INterlayer-Dielectric) was removed by CMP and wet-etching methods in order to investigate the superiority of wet etching mechanism. In the thin film wafer, the results were evaluated at a viewpoint of material removal rate(MRR) and within wafer non-uniformity(WIWNU). And pattern step height was also compared for planarization characteristics of the patterned wafer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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