STI-CMP에서 계면활성제가 첨가된 세리아 슬러리의 하소 및 Aging 공정이 고선택비와 LPD 형성에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

본 연구는 Shallow Trench Isolation-Chemical Mechanical Polishing(STI-CMP)에 사용되는 계면활성제가 첨가된 세리아 슬러리의 하소 및 Aging 공정이 고선택비와 연마 후 Light Point Defect(LPD)의 형성에 미치는 영향에 관한 연구이다. STI 공정에서는 oxide와 nitride의 높은 선택비에 유리한 세리아 슬러리를 사용하게 된다. 이 세리아 슬러리 제조에는 크게 고상법과 액상법 두 가지의 방법이 있다. 이 중 고상법은 세리아 입자의 결정성을 높여 줌으로 연마율의 증가에 유리하여 세리아 슬러리 제조에 주로 쓰이는 방법이다. 이런 고상법은 하소 공정, Aging, Milling공정을 통하여 슬러리를 제조하는 것을 말한다. 이 때 각각의 공정은 슬러리 내의 연마입자의 물리적 특성, 즉 입자의 결정성 및 크기, 입자 크기의 분포 등에 크게 영향을 미치게 된다. 본 연구에 사용된 세리아 슬러리는 하소 공정의 영향을 알아보기 위해 세륨카보네이트 입자를 700oC에서 4시간 하소 한 경우, 그리고 첫번째로 650oC 에서 4시간 하소한 후에 Jet mill 을 통하여 기계적으로 연마입자를 분쇄한 후 두번째로 650oC 에서 4시간 하소하는 각각의 경우의 샘플을 준비하였다. 또한 aging 공정의 영향을 알아보기 위하여 700oC에서 4시간 하소한 세리아를 가지고 만든 슬러리를 각각 aging 시간을 60, 96, 120, 그리고 144시간으로 시간을 달리하였으며 그리고 aging시 온도의 영향을 보기 위해 온도를 각각 30oC, 40oC에서 144시간 동안 aging을 하며 시간에 따른 secondary particle size를 관측하여 온도의 영향을 알아 보았다. 연마 입자 형상 및 사이즈를 분석하기 위해 Transmission Electron Microscope(TEM), Scanning Electron Microscope(SEM) 등을 이용하였으며, 슬러리 입자의 크기를 측정하기 위해 Particle Size Analyzer를 사용하였다. 또한 연마 입자의 밀도는 pycnometer를 사용하였다. Two-step 하소 공정을 한 경우, one-step 하소 공정보다 입자는 매우 작고 크기 분포가 적었으며, aging 시간이 길면 길수록 사이즈는 줄어 듦을 알 수 있었다. 또한 aging 시 온도를 높게 하게 되면 시간에 따른 크기의 감소가 빨라져 aging 시간을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 이런 슬러리가 CMP 특성에 미치는 영향을 알아 보기 위해 8인치 웨이퍼를 직접 Strasbaugh 6EC 장비를 통하여 연마를 하였으며, Nanospec을 사용하여 연마 전후의 필름 두께를 측정하였다. 그리고 연마 후 표면에 남은 입자를 측정하기 위해 Surfscan SP1을 사용하여 측정하였다. 그 결과 one-step보다는 two-step, aging 시간이 긴 경우의 슬러리가 산화막의 연마율은 조금 낮았지만 질화막의 연마율은 차이가 없었으며, 연마 후 남은 필름에 남은 입자의 수나 스크래치가 작음을 알 수 있었다.; The effect of calcination and aging of ceria slurry synthesis, such as the particle size distribution, the large-particle count, and the dispersion stability, and on the number of defects on the wafer surface durfing the shallow trench isolation (STI) chemical mechanical polishing (CMP) process was investigated. In calcination process, two-step calcination can produce harder and denser ceria powder than one-step calcination. So the slurry synthesized by two-step calcination has high oxide removal rates but the number of light point defects (LPDs) is less than one-step calcination. Moreover, by applying aging and selective sedimentation, the number of large particles produced by either strong agglomeration or soft flocculation in ceria slurry was successfully reduced, and the dispersion stability of the ceria particles was also improved. A CMP evaluation demonstrated that the number of defects on the wafers surface was significantly reduced, while maintaining the reasonable oxide removal rate and oxide-nitride selectivity.