1. CMP(Chemical Mechanical Planarization)
: 화학. 물리적 작용을 이용해 단차를 완화 or 불필요한 박막 제거하는 연마 공정
이용- STI, W Plug, ILD 산화물, Damascene..
1) 필요성
: 반도체의 고집적. 고성능화 따라 완벽한 평탄화 요구됨
-하부층 단차-> 상부 단차-> 저항, metal open 야기
-Metal 단차-> PR두께 단차, 난반사-> PR 패턴 불량
2) 공정
- Polishing Rate, Planarity, Uniformity, 선택비(Dishing&Erosion) 중요
단차따라 Head에 의해 가해지는 압력 변화-> 연마 rate 변화
- RR(Removal Rate): RPM & Pressure 에 비례
- 패드(Pad): 물리적 연마 역할
미세 기공이 많고 유연한 고분자 물질로 이루어짐
미세기공- Slurry 흡수해 기계적 연마 특성 향상
Soft Pad- 낮은 연마 속도, 높은 Wafer uniformity
Hard Pad- 높은 연마 속도, 낮은 Wafer uniformity, 높은 Die uniformity, 스크래치 위험
>> Stack Pad: Soft, Hard 패드를 겹쳐 사용
Wafer, Die uniformity
슬러리(Slurry)- 미립자와 화학첨가물 수용액
: 미립자(Abrasive): 기계적 연마
화학첨가물(Additive): 화학적 반응 통한 연마 (+분산제, 연마속도 조절제..)
DI Water
연마 대상 따라 성분 다름, 조성 따라 연마 속도, 평탄도, 균일도, 선택비 영향
: Oxide- 슬러리 내 염기성 수용액의 작용으로 물 분자가 산화막 표면 침투
-> 물 분자의 수화 작용으로 산화막(Si-OH)의 OH와 연마 입자(Si-OH)의 OH가 수소결합
-> H2O 분리, 연마 입자(Si)와 웨이퍼 표면 입자(Si-O)의 결합
-> 물리적 마찰로 산화막 표면(Si-O-Si) 제거
금속-산화제가 금속막 표면 산화 후 연마제의 물리적 마찰로 제거
컨디셔너(Conditioner)- 페드 표면 거칠기 복구
Glazing 발생한 패드 표면을 다이아몬드 grit으로 깎아 복원
Glazing: Residue가 표면 축적-> Slurry 공급 불안정-> 연마 속도↓
3) 장. 단점
- 장점: 기계적 연마의 표면 손상 문제 해결
광역 평탄화 (Global Planarization)- 이전의 평탄화 공정(에치 백/ BPSG reflow/SOG)은 불가능
Etch 어려운 물질에 적용 가능 ex) Cu는 쉽게 Etch x->CMP 필요
- 단점: 아직 이해도 부족, 기존 공정보다 비쌈
CMP 특유 불량- Dishing: 패턴 넓은 부분의 연마속도가 빨라 중앙부가 내려앉음, Target 간 단차
-> 노광시 초점, Cu 범프(구리가 닿는 분)가 테두리만 본딩 됨
- Erosion: 패턴 밀도가 큰 부분이 과도 연마되거나 낮은 선택비로 Target x가 연마됨
-> Open 불량, STI에서 Active area damage
- 원인: 패턴 크기, 밀도 및 선택비
개선 방법: 패턴 크기. 밀도 조정, 선택비 최적화, 더미 패턴 형성
- Dishing을 예방하기 위해 패턴을 조밀하게 만들면 Erosion이 발생, 최적화 필요
이물질, 스크래치- 원인: 공정조건 최적화 부족
패드 컨디셔닝 부족
슬러리 건조- 배관에 슬러리 정체
장비 내 Particle 등
- 개선방법: 공정조건 최적화, 컨디셔닝, 슬러리 공급 배관 최적화, 세정
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