Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.11a
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pp.528-528
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2007
Cu CMP widely has been using for the formation of multilevel metal interconnects by the Cu damascene process. And lower dielectric constant materials are required for the below 45nm technology node. As the dielectric constant of dielectric materials are smaller, the strength of dielectric materials become weaker. Therefore these materials are easily damaged by high down pressure during conventional CMP. Also, technical problems such as surface scratches, delamination, dishing and erosion are also occurred. In order to overcome these problems in CMP, the ECMP (electro-chemical mechanical planarization) has been introduced. In this process, abrasive free electrolyte, soft pad and low down force were used. The electrolyte is one of important factor to solve these problems. Also, additives are required to improve the removal rate, uniformity, surface roughness, defects, and so on. In this study, KOH and $NaNO_3$ based electrolytes were used for Cu ECMP and the electrochemical behavior was evaluated by the potentiostat. Also, the Cu surface was observed by SEM as a function of applied voltage and chemical concentration.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.78-78
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2007
In semiconductor devices, Cu has been used for the formation of multilevel metal interconnects by the damascene technique. Also lower dielectric constant materials is needed for the below 65 nm technology node. However, the low-k materials has porous structure and they can be easily damaged by high down pressure during conventional CMP. Also, Cu surface are vulnerable to have surface scratches by abrasive particles in CMP slurry. In order to overcome these technical difficulties in CMP, electro-chemical mechanical planarization (ECMP) has been introduced. ECMP uses abrasive free electrolyte, soft pad and low down-force. Especially, electrolyte is an important process factor in ECMP. The purpose of this study was to characterize KOH and $KNO_3$ based electrolytes on electro-chemical mechanical. planarization. Also, the effect of additives such as an organic acid and oxidizer on ECMP behavior was investigated. The removal rate and static etch rate were measured to evaluate the effect of electro chemical reaction.
The Cu thin film material and process, which have been already used for metallization of CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), has been highlighted as the Cu metallization is introduced to the metallization process for giga - level memory devices. The recent progresses in the development of key elements in electrochemical processes like surface pretreatment or electrolyte composition are summarized in the paper, because the semiconductor metallization by electrochemical processes such as electrodeposition and electroless deposition controls the thickness of Cu film in a few nm scales. The technologies in electrodeposition and electroless deposition are described in the viewpoint of process compatibility between copper electrodeposition and damascene process, because a Cu metal line is fabricated from the Cu thin film. Silver metallization, which may be expected to be the next generation metallization material due to its lowest resistivity, is also introduced with its electrochemical fabrication methods.
Song, Inhyeop;Lee, Minjae;Kim, Sungdong;Kim, Sarah Eunkyung
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.4
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pp.81-85
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2013
Wafer stacking technology becomes more important for the next generation IC technology. It requires new process development such as TSV, wafer bonding, and wafer thinning and also needs to resolve wafer warpage, power delivery, and thermo-mechanical reliability for high volume manufacturing. In this study, Cu CMP which is the key process for wafer bonding has been studied using Cu CMP and oxide CMP processes. Wafer samples were fabricated on 8" Si wafer using a damascene process. Cu dishing after Cu CMP and oxide CMP was $180{\AA}$ in average and the total height from wafer surface to bump surface was approximately $2000{\AA}$.
Park, Eunjeong;Lee, Hyunseop;Jeong, Hobin;Jeong, Haedo
Tribology and Lubricants
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v.31
no.3
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pp.79-85
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2015
RC delay is a critical issue for achieving high performance of ULSI devices. In order to minimize the RC delay time, we uses the CMP process to introduce high-conductivity Cu and low-k materials on the damascene. The low-k materials are generally soft and fragile, resulting in structure collapse during the conventional high-pressure CMP process. One troubleshooting method is electrochemical mechanical polishing (ECMP) which has the advantages of high removal rate, and low polishing pressure, resulting in a well-polished surface because of high removal rate, low polishing pressure, and well-polished surface, due to the electrochemical acceleration of the copper dissolution. This study analyzes an electrochemical state (active, passive, transpassive state) on a potentiodynamic curve using a three-electrode cell consisting of a working electrode (WE), counter electrode (CE), and reference electrode (RE) in a potentiostat to verify an electrochemical removal mechanism. This study also tries to find optimum conditions for ECMP through experimentation. Furthermore, during the low-pressure ECMP process, we investigate the effect of current density on surface roughness and removal rate through anodic oxidation, dissolution, and reaction with a chelating agent. In addition, according to the Faraday’s law, as the current density increases, the amount of oxidized and dissolved copper increases. Finally, we confirm that the surface roughness improves with polishing time, and the current decreases in this process.
Kim, Seong-Jin;Shin, Han-Kyun;Park, Hyun;Lee, Hyo-Jong
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.1
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pp.49-54
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2022
The copper plating process used to fabricate the submicron damascene pattern of Cu wiring for Si wafer was applied to the plating of a PCB pattern of several tens of microns in size using the same organic additives and current density conditions. In this case, the non-uniformity of the plating thickness inside the pattern was observed. In order to quantitatively analyze the cause, a numerical calculation considering the solution flow and electric field was carried out. The calculation confirmed that the depletion of Cu2+ ions in the solution occurred relatively earlier at the bottom corner than the upper part of the pattern due to the plating of the sidewall and the bottom at the corner of the pattern bottom. The diffusion coefficient of Cu2+ ions is 2.65 10-10 m2/s, which means that Cu2+ ions move at 16.3 ㎛ per second on average. In the cases of small damascene patterns, the velocity of Cu2+ ions is high enough to supply sufficient ions to the inside of the patterns, while sufficient time is required to replenish the exhausted copper ions in the case of a PCB pattern having a size of several tens of microns. Therefore, it is found that the thickness uniformity can be improved by reducing the current density to supply sufficient copper ions to the target area.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.1117-1120
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2001
Chemical mechanical planarization(CMP) has emerged as the planarization technique of choice in both front-end and back-end integrated circuit manufacturing. Conventional CMP process utilize a polyurethane polishing pad and liquid chemical slurry containing abrasive particles. There have been serious problems in CMP in terms of repeatability and defects in patterned wafers. Since IBM's official announcement on Copper Dual Damascene(Cu2D) technology, the semiconductor world has been engaged in a Cu2D race. Today, even after~3years of extensive R&D work, the End-of-Line(EOL) yields are still too low to allow the transition of technology to manufacturing. One of the reasons behind this is the myriad of defects associated with Cu technology. Especially, dishing and erosion defects increase the resistance because they decrease the interconnection section area, and ultimately reduce the lifetime of the semiconductor. Methods to reduce dishing & erosion have recently been interface hardness of the pad, optimization of the pattern structure as dummy patterns. Dishing & erosion are initially generated an uneven pressure distribution in the materials. These defects are accelerated by free abrasive and chemical etching. Therefore, it is known that dishing & erosion can be reduced by minimizing the abrasive concentration. Minimizing the abrasive concentration by using Ce$O_2$ is the best solution for reducing dishing & erosion and for removal rate. This paper introduce dishing & erosion generating mechanism and a method for developing a semi-rigid abrasive pad to minimize dishing & erosion during CMP.
Kwon, Yongchai;Seok, Jongwon;Lu, Jian-Qiang;Cale, Timothy;Gutmann, Ronald
Korean Chemical Engineering Research
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v.45
no.5
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pp.466-472
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2007
A technology platform for wafer-level three-dimensional integration circuits (3D-ICs) is presented, and that uses wafer bonding with low-k polymeric adhesives and Cu damascene inter-wafer interconnects. In this work, one of such technical platforms is explained and characterized using a test vehicle of inter-wafer 3D via-chain structures. Electrical and mechanical characterizations of the structure are performed using continuously connected 3D via-chains. Evaluation results of the wafer bonding, which is a necessary process for stacking the wafers and uses low-k dielectrics as polymeric adhesive, are also presented through the wafer bonding between a glass wafer and a silicon wafer. After wafer bonding, three evaluations are conducted; (1) the fraction of bonded area is measured through the optical inspection, (2) the qualitative bond strength test to inspect the separation of the bonded wafers is taken by a razor blade, and (3) the quantitative bond strength is measured by a four point bending. To date, benzocyclobutene (BCB), $Flare^{TM}$, methylsilsesquioxane (MSSQ) and parylene-N were considered as bonding adhesives. Of the candidates, BCB and $Flare^{TM}$ were determined as adhesives after screening tests. By comparing BCB and $Flare^{TM}$, it was deduced that BCB is better as a baseline adhesive. It was because although wafer pairs bonded using $Flare^{TM}$ has a higher bond strength than those using BCB, wafer pairs bonded using BCB is still higher than that at the interface between Cu and porous low-k interlevel dielectrics (ILD), indicating almost 100% of bonded area routinely.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.2
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pp.47-51
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2013
Chemical mechanical polishing (CMP) has become one of the key processes in wafer level stacking technology for 3D stacked IC. In this study, two-step CMP process was proposed to polish $Cu/SiO_2$ hybrid bonding surface, that is, Cu CMP was followed by $SiO_2$ CMP to minimize Cu dishing. As a result, Cu dishing was reduced down to $100{\sim}200{\AA}$ after $SiO_2$ CMP and surface roughness was also improved. The bonding interface showed no noticeable dishing or interface line, implying high bonding strength.
For further scaling down of the silicon devices, the application of low dielectric constant materials instead of silicon oxide has been considered to reduce power consumption, crosstalk, and interconnection delay. In this paper, the effect of $O_2/SF_6$ plasma chemistry on the etching characteristics of polyimide-one of the promising low-k interlayer dielectrics-has been studied. The etch rate of polyimide decreases with the addition of $SF_6$ gas due to formation of nonvolatile fluorine compounds inhibiting reaction between oxygen and hydrocarbon polymer, while applying substrate bias enhances etching process through physical attack. However, addition of small amount of $SF_6$ is desirable for etching topography. $SiO_2$ hard mask for polyimide etching is effective under $O_2$plasma etching(selectivity~30), while $O_2/SF_6$ chemistry degrades etching selectivity down to 4. Based on the above results, $1-2\mu\textrm{m}$ L&S PI2610 patterns were successfully etched.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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