Cu CMP 성질 향상을 위한 ZrO2 코어/SiO2 쉘 연마재의 합성에 관한 연구

Abstract

최근 반도체의 디자인 룰이 줄어들고 있고 그에 따라 표면의 roughness 개선 issue, dishing 및 erosion 문제 등 기존에는 크게 영향을 주지 않던 작은 issue들이 큰 issue로 부각되고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 광역 평탄화를 할 수 있는 CMP(Chemical Mechanical Planarization)의 중요성이 점점 커지고 있는 상황이다. Cu는 비저항이 낮다는 장점이 있기 때문에 반도체 배선으로 사용되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 이러한 Cu를 CMP하는 공정에 대해 연구하였다. 그 중에서도 슬러리에 대한 연구를 진행하였다. 기존 상용화된 실리카 슬러리의 경우 연마율이 낮고 dishing 및 erosion이 발생한다는 단점이 있다. 이를 해결하고 궁극적으로 반도체 생산성 향상이라는 목표를 달성하기 위하여 지르코니아라는 입자를 대신 사용하고자 하였다. 하지만 지르코니아의 경우 표면에 scratch가 발생하고 표면 roughness가 안좋아지는 문제가 있다. 따라서 지르코니아 입자를 core로 하고 실리카를 shell로 capping한 입자를 통해 연마율 향상 및 표면 특성 저하 현상 해결을 하고자 연구를 진행하게 되었다. 12inch 웨이퍼를 사용하지 않고 쿠폰 웨이퍼를 사용하더라도 경향성은 같기 때문에 쿠폰 웨이퍼를 사용하여 실험을 진행하였다. 실험을 진행한 후 측정오차를 줄이기 위해 표면을 buffing하였다. 실험결과 예상대로 지르코니아를 core로 하고 실리카를 shell로 한 입자가 연마율은 지르코니아를 사용한 슬러리와 비슷하였으며, 표면 roughness 및 scratch등 표면 특성의 경우에는 실리카와 비슷하였다. 이를 상용화하기 위해서는 실제 12inch 웨이퍼를 사용하여 실제 산업계에서 요구하는 수준에 맞도록 슬러리 속에 들어가는 chemical 종류 및 농도에 대한 연구, 슬러리의 특성에 맞는 장비 및 pad에 대한 연구 등 추가적인 연구가 필수적일 것이다.