STI CMP에서 PAA conformation 제어를 통한 Si3N4막의 연마 억제

Abstract

본 연구에서는 초고집적 반도체 공정 중, 소자 분리 기술인 shallow trench isolation (STI) chemical mechanical planarization (CMP)용 슬러리에 첨가되는 고분자인 poly(acrylic acid) (PAA)의 conformation이 질화막에 대한 PAA의 흡착거동을 변화시키고, STI CMP 공정에서 질화막의 연마 특성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. PAA의 conformation은 이온 강도의 조절(KNO3 첨가)을 통해 제어되었다. 중성 pH 영역에서, 첨가된 KNO3로 부터 해리된 K+이온은 PAA의 COO-그룹간의 전하들을 스크린하여 PAA의 이온화를 쉽게 하지만 COO-그룹들간의 반발을 감소시켜 PAA의 conformation을 stretched에서 coiled로 바뀌게 한다. 이는 AFM을 이용한 interaction force 측정을 통해 확인하였다. 이러한 PAA의 conformation 변화가 질화막에 대한 PAA의 흡착량을 증가시켜 질화막 위에 더 dense한 PAA 보호막을 형성하여, CMP 실장 평가시 질화막의 연마율을 감소시켰다.; The role of poly(acrylic acid) (PAA) conformation on the Si3N4 film passivation in shallow trench isolation chemical mechanical planarization (STI CMP) was investigated. The PAA conformation was modulated by adding adequate KNO3. The dissolved potassium ion from KNO3 slightly facilitated the ionization of carboxylic acid of PAA, however it simultaneously screened the negatively charged carboxylate groups of PAA, which alters PAA conformation of passivation layer from stretched to coiled configuration. The adsorption of PAA was observed to be increased due to lowering solvency by the charge neutralization of negatively charged PAA. The conformational change of PAA adlayer was also confirmed by the interaction force measurement using AFM. When CMP was carried out on the Si3N4 film passivated with PAA solution with 0.4 M KNO3, the removal rate of the film was significantly suppressed.