텅스텐의 화학적 기계적 연마후 발생되는 파티클 제거에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 텅스텐의 화학적 기계적 연마(CMP)이후 발생되는 파티클 제 거에 관한 연구를 하였다. CMP를 통해 이뤄진 평탄화된 표면은 ,사실, 요구되 지 않는 많은 결함들이 발생된다. 텅스텐 CMP의 경우에는 마이크로 스크래치, 슬러리 입자오염, 패턴영향에 의한 Erosion, CMP시 발생된 설비문제에 의한 장 기정체로 발생되는 Corrosion등의 결함이 발생된다. 텅스텐 CMP에서 가장 중 요한 공정 중에 하나는 텅스텐 플러그 내에 발생되는 슬러리 파티클의 제거이 다. 일반적으로 HF세정은 텅스텐 플러그내의 파티클을 제거하는데 효과적이라 고 알려져 있다. HF세정은 브러쉬 스크러버동안 텅스턴 플러그 내 파티클을 식각후, 웨이퍼 표면으로부터 이격시키면서 효율적으로 파티클을 제거한다. 그 러나, 간혹 특정한 LSI 제품에서는 HF세정의 전기적 특성의 문제가 발생되어 HF용액을 사용하는 것이 불가능하다. 이 논문에서는 CMP후 세정 시 HF용액 을 사용하지 않고, 파티클을 제거하는 방법이 연구되었다. 텅스텐 CMP후에 발생되는 파티클이 텅스텐 플러그에만 많이 존재하는지를 알기 위하여 슬러리 파티클인 SiO2입자와 PETEOS, SiO2입자와 텅스텐간의 흡착력을 상호 비교시 SiO2입자와 PETEOS간의 흡착력이 오히려 더 컸다. TEM사진을 통해 확인된 텅스텐 플러그는 파티클이 있는 불량부위에서는 더 많이 꺼져 있어 파티클이 존재하기 쉬운 환경이다. 암모니아는 농도에 관계없이 텅스텐 플러그 상부의 파티클을 제거할 수 없었고, 파티클의 크기의 변화도 확인할 수 없었다. 브러 쉬 스크러버 횟수 증가에 따른 텅스텐 플러그 상부의 파티클은 사이즈가 줄 어드는 현상이 있었으나, 본 실험 범위 내에서는 완전제거를 할 수 없었다. 이 는 브러쉬의 표면이 텅스텐 플러그 상부의 파티클을 제거할 만큼 효율적인 힘 전달 안되기 때문이다. 텅스텐 CMP시 DIW Buffing 적용시에는 텅스텐 플러그 위의 파티클을 제거한다기 보다는 오히려 더 불량을 만드는 현상을 보이며, 그 수준은 텅스텐 플러그를 완전 덮을 정도로 심하였다. 브러쉬 스크러버 후 속에 연속해서 메가소닉 세정 진행시에도 파티클 제거 효과가 없었고, 또한 메가소닉 횟수 증가 시에도 제거효과는 없었다. 텅스텐 플러그의 형태에 따른 영향성을 파악하기 위해서 텅스텐 CMP후 SS12 슬러리 Buffing을 통해 Flat, Recess, Protrusion profile을 만들어 암모니아 세정 평가를 하였다. Recess된 텅스 텐 플러그를 제외한 Flat, Protrusion profile에서는 HF세정에서의 효과와 같이 텅 스텐 플러그의 파티클을 완전히 제거 할 수 있었다.; A surface planarized by CMP may have many undesirable features on or within the surface. In case of tungsten (W) CMP, Many kinds of defects including process-induced micro-scratch and slurry particles, erosion affected by pattern, corrosion by stagnancy on pad after CMP have been studied. One of key processes in tungsten (W) CMP is to remove slurry particles inside W plug after CMP. In general, HF cleaning is well known to remove the slurry residue particles in W plugs. HF chemistry etches and lifts off particles inside the plug during scrubbing and effectively removes particles. However, it is sometimes impossible to apply HF chemistry on W plug due to the degradation of electrical characteristics of a device. In this study, a post W CMP cleaning process was proposed to remove residue particles without applying HF chemistry. The adhesion forces between silica particles as abrasives of slurry and W and PETEOS surfaces were measured to understand why slurry particles exist most inside W-plug. Higher adhesion force of silica particle was measured on PETEOS surface than on W. After W CMP, TEM profile of W-plugs showed the recessed feature. Once slurry residues trapped in recessed W plug, independent of NH4OH solution concentrations, it was impossible to remove these particles except HF cleaning. Various repeated brush scrubbings (respectively, 2, 4, 6 times of repeated brush scrubbings) were performed to confirm the effect of physical force by brush on particle removal. More than 6 times of repeated cleaning even did not remove the slurry particles from W plug. These particles in recessed plug are not easy to remove by brush scrubbing when NH4OH chemistry is used for the cleaning because the brush surface can not reach the recessed area of plugs. Buffing with de-ionized water (DIW) process right after tungsten CMP did not remove particles inside tungsten plug, but left slurry particles on pad after tungsten CMP to put them toward recessed plug. Buffing with oxide slurry was followed by W CMP due to its high selectivity to W. The buffing polishes only oxide slightly which creates flat or higher plug profiles than surrounding oxide. Flat or higher profiles make the brush contact much more effectively and result in a similar particle removal efficiency even in NH4OH cleaning to that in HF brush scrubbing.