디자인 룰 50나노 이하의 메모리 소자 제조 공정 중 텅스텐 화학기계적 연마 공정에서 부식 억제제가 텅스텐 플러그의 코닝현상에 미치는 영향

Abstract

본 논문은 디자인 룰이 50nm 이하 NAND Flash 메모리 제조 공정 중, 텅스텐 CMP 공정에서 발생하는 corning 현상을 제어하기 위한 목적으로 텅스텐 필름의 표면특성을 분석하고 부식억제제(inhibitor)를 설계하여 CMP 공정에 적용하는 연구를 진행 하였다. 부식거동 평가에서 amine group을 갖는 polyacrylamide(PAM)을 첨가하였을 때, 부식전위가 상승하여 inhibitor로 작용함을 알 수 있었다. 또한 amine group을 갖는 PAM을 농도 별로 첨가하여 AFM을 통하여 adhesion force를 측정하였을 때 농도가 증가함에 따라 separation distance가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 PAM이 텅스텐 필름에 대하여 강한 adhesion force로 인해, PAM이 텅스텐 필름 위에 흡착이 되어 텅스텐 필름의 부식을 억제하였기 때문이다. 이러한 PAM과 텅스텐 필름 간의 상호작용으로 static etch rate를 측정하였을 때 농도가 증가함에 따라 etch rate가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 실 텅스텐 CMP 연마율과 비평탄화율 그리고 균일성을 비교 분석한 결과 PAM의 농도가 증가함에 따라 CMP 연마율과 비평탄화율은 감소하며 균일성은 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 amine group을 갖는 PAM이 웨이퍼 표면에 잘 흡착이 되어 텅스텐 필름의 부식을 억제하여 corning 현상을 막아 주고 평탄도도 좋게 해 주는 것을 확인할 수 있었다.; Chemical mechanical planarization (CMP) is currently the only available technique used in surface planarization that achieves linewidths of 0.25 ㎛ and below as well as multilevel interconnections for dynamic memory and microprocessor applications. To accomplish these requirements, the nano-ceramic particulate slurry has been employed for CMP process. The interactions of the particulate slurry with organic additives and the wafer during CMP process should be considered from the viewpoint of colloidal science. In this study, the effects of poly (acrylic amide) (PAM) on the electrochemical properties of tungsten (W) film were investigated on the performance of W chemical mechanical planarization (CMP) using commercial slurry. The PAM solution was prepared with various concentrations of without, 0.05, 0.2, and 0.5 wt% PAM. The potentiodynamic behavior of W film was measured as a function of PAM concentration in order to confirm the interaction between the W surface and PAM. The adsorption behavior of PAM on W film was determined by the force measurement using atomic force microscopy (AFM). AFM results revealed that the adlayer of PAM on W film was formed, which results in preventing the oxidation of W film and the increases in the corrosion potential of W film. Consequently, the passivation layer of PAM on the W film impeded the oxidation of the surface of W film, which led to suppression of the static etch rate of W film from 90 to 10 A/min and the removal rate of W film from 2500 to 1850 A/min. Furthermore, within-wafer non-uniformity (WIWNU) of the W wafer was decreased as the concentration of PAM increased. And the CMP process with PAM showed a good uniformity.