텅스텐 화학적 기계적 연마 공정에서 분산제에 따른 연마 메커니즘에 대한 연구

Abstract

단위면적당 더 많은 소자를 만들기 위해 반도체 소자의 디자인 룰은 계속해서 줄어들고 있으며, 다층의 적층 구조가 필요하게 되었다. 이러한 구조를 가지기 위해서는 전면의 광역 평탄화가 필수적이기 때문에 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Planarization; CMP)이 필수적으로 요구되고 있다. 텅스텐 물질은 반도체 소자 제조 공정에서 내부 금속 배선 사이에 비아로 사용되며 DRAM 제조 공정에서 짧은 채널 효과의 문제점을 줄이기 위해서 게이트 물질로 사용되고 있다. 이를 성공적으로 구현하기 위해서는 화학적 기계적 평탄화 공정이 반드시 요구되고 있다. 본 연구에서는 W CMP과정에서 사용되는 슬러리에 첨가되는 분산제(PAA : Polyacrylic Acid)의 농도에 따른 W 연마량의 변화에 대한 실험을 진행하였다. 높은 텅스텐 연마율을 얻기 위해서는 기계적 부분에 영향을 주는 연마제의 안정적인 분산이 중요하다. 하지만 분산제 농도의 증가에 따라 연마제의 안정적인 분산 정도가 달라지기 때문에 최적의 분산제 농도 선정이 중요하다. 이를 위해 티타니아(Titania) 연마제를 사용하여 분산제 농도의 최적화 및 연속 공정 실험을 진행하여 최적의 입자 크기와 높은 연마량을 얻기 위한 실험을 하였다. 또한, 분산제 농도에 따라 텅스텐 표면에 영향을 미치는 에칭 실험과 접촉각 실험을 통해통해 최적의 농도를 선정하는 연구를 진행하였다. SEM을 통하여 분산제 농도가 증가할수록 텅스텐 표면에 에칭 현상이 더욱 심해지는 것을 확인하였다. 그리고 접촉각도 더욱 커지는 것으로 보아 분산제(PAA)가 텅스텐 표면에 약하게 흡착하여 소수성 상태가 된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 연마 평가를 통해 최적의 분산제 농도에서 높은 텅스텐 연마율을 확보 하였다. 분산제 농도에 따른 연마 메커니즘을 분석하고 텅스텐 연마량 정도에 미치는 영향을 규명하였다.