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STI-CMP 공정중 세리아 슬러리에 첨가되는 계면활성제의 분자량에 따른 연마입자의 동전기학적 거동에 관한 연구

Title
STI-CMP 공정중 세리아 슬러리에 첨가되는 계면활성제의 분자량에 따른 연마입자의 동전기학적 거동에 관한 연구
Other Titles
A Study of Electro-Kinetic Behavior of Nano-Ceria Abrasive on Molecular Weight of Surfactant in STI-CMP
Author
이명윤
Alternative Author(s)
Lee, Myung-Yoon
Advisor(s)
박재근
Issue Date
2007-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
본 연구는 STI CMP용 세리아 슬러리를 이용하여 CMP 후 슬러리에 첨가되는 첨가제의 분자량에 따라 필름 표면에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구이다. 진보적인 디바이스공정에서 사용되는 STI(Shallow Trench Isolation)에서는 실리콘 웨이퍼의 앞면에 증착되어있는 the gap-fill 실리콘-산화층을 평탄화하기위해 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 기술의 사용을 필요로 한다. 최근에는 계면활성제가 들어있는 세리아 슬러리가 STI-CMP에서 사용되어 왔다, 그 이유는 더 높은 질화막에 대한 산화막 제거 선택비를 가지고 있으며, 양산체계에서 더 넓은 공정 이익을 꾀할 수 때문이다. 질화막에 대한 산화막 제거 선택비를 증가시키는 유일한 방법은 세리아 슬러리에 계면활성제를 첨가시키는 방법뿐이다. 게다가 계면활성제의 특성을 조절하는 것은 STI-CMP에서 세리아 슬러리의 성능을 개선시키기 위해서는 매우 중요하다. 그러므로 본 논문에서는 계면활성제의 분자량과 농도가 세리아 연마 입자의 동전기학적인 거동에 어떤 영향을 주게 되는지에 초점을 맞추었다. 본 연구에 사용된 슬러리는 고체 치환 반응 방법(solid state displacement reaction method)을 통해 제조된 세리아 연마 입자를 사용하였다. 그리고 연마 입자의 grain size는 4시간 동안 800℃ 에서 하소(calcination) 공정과 40시간 정도의 기계적인 제분(milling)공정을 통하여 제어하였다. 그리고 나서 그 세리아 입자들을 deionized water에 섞었으며 상용 분산제 poly-meta-acrylate acid 100ppm을 첨가하여 안정화시켰다. 세가지 레벨의 서로 다른 분자량 (MW 5000, 50000, 90000)을 가진 음이온 유기 계면활성제(anionic organic surfactant) poly-acrylic acid 를 0에서 0.8 wt%까지의 농도로 첨가하였고 서로 다른 pH(6.0, 6.5, 7.0)와 분자량(MW= 15000, 3000, 9000)을 가진 계면활성제를 0에서 0.57wt%까지의 농도로 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 결론적으로 보다 높은 분자량을 가진 계면활성제의 경우에는 oxide 연마율이 계면활성제의 농도가 증가함에 따라 현저하게 감소했다. 그러나 더 낮은 농도의 분자량을 가진 계면활성제의 경우 오직 약간의 연마율의 감소가 있었을 뿐이었다. 더 낮은 pH의 경우에는 분자량이 감소함에 따라 nitride 연마율이 현저하게 감소하였다. 그리고 보다 높은 분자량을 가진 계면활성제의 경우에는 pH 7.0을 제외하고는 0.10wt%의 계면활성제의 농도 아래로는 모든 슬러리가 포화상태에 도달하였다. 게다가 0.1wt%에서 0.3wt%까지의 계면활성제의 농도가 증가할 경우에는 낮은 분자량을 가진 계면활성제가 참가된 슬러리가 더 높은 분자량을 가진 계면활성제가 첨가되어 있는 슬러리보다 더 높은 nitride 연마율을 나타내었다. 또한 같은 분자량을 가진 계면활성제의 경우 농도가 증가함에 따라 모든 슬러리의 nitride 연마율이 급격하게 감소하여 더 낮은 pH를 띌수록 매우 빠르게 포화상태에 이르게 된다.
We examined the effect of the molecular weight of surfactants on electro-kinetic behavior of nano-ceria abrasive in ceria slurry during chemical mechanical polishing (CMP) for shallow trench isolation (STI). We found that for a surfactant with a higher molecular weight, the oxide removal rate markedly decreased as the surfactant concentration increased, but in the case of a lower molecular weight, the removal rate only slightly decreased. In addition, with increasing surfactant concentration and addition of surfactant with the same molecular weight, the nitride removal rates for all slurries markedly decreased and very quickly saturated at a lower surfactant pH. Moreover, with an increase in the surfactant concentration from 0.1 to 0.3 wt %, the slurries whose surfactants had a medium or the lowest molecular weight maintained higher nitride removal rates than did the slurry whose surfactant had the highest molecular weight.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/149965http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000405550
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF ELECTRONICS & COMPUTER ENGINEERING(전자통신컴퓨터공학과) > Theses (Master)
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