본 논문은 shallow trench isolation (STI) 공정에서 ILD (inter-layer dielectric) 막의 수분에 의해 야기되는 단 채널 (short-channel) nMOSFET의 hump 특성의 원인을 분석하고 억제 방법을 제안하였다. 다양한 게이트를 가지는 소자와 TDS-APIMS(Thermal Desorption System-Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry) 측정을 이용하여 hump 특성을 체계적으로 분석하였고, 분석을 바탕으로 단 채널 hump모델을 제안하였다. 제안된 모델에 의한 단 채널 nMOSFET의 hump 현상은 poly-Si 게이트 위의 ILD 막의 수분이 상부의 SiN 막에 의해 밖으로 확산되지 못하고 게이트와 STI의 경계면으로 확산하여 발생한 것이 며, 이를 개선하기 위해 상부의 SiN 막의 증착 전 열공정을 통해 ILD 막의 수분을 효과적으로 배출시킴으로써 hump 특성을 성공적으로 억제하였다.
It is very important to understand the correlation of between inter dielectric(ILD) CMP process and various facility factors supplied to equipment to equipment system. In this paper, the correlation between the various facility factors supplied to CMP equipment system and ILD-CMP process was studied. To prevent the partial over-polishing(edge hot-spot) generated in the wafer edge area during polishing, we analyze various facilities supplied at supply system. With facility shortage of D.I water(DIW) pressure, we introduced an adding purified $N_2$(P$N_2$)gas in polishing head cleaning station for increasing a cleaning effect. DIW pressure and P$N_2$gas factors were not related with removal rate, but edge hot-spot of patterned wafer had a serious relation. We estimated two factors (DIW pressure and P$N_2$gas) for the improvement of CMP process. Especially, we obtained a uniform planarity in patterned wafer and prohibited more than 90% wafer edge over-polishing. In this study, we acknowledged that facility factors supplied to equipment system played an important role in ILD-CMP process.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제12권4호
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pp.131-134
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2011
Back-end-of-line using ultra low-k (ULK; k < 2.5) has been required to reduce resistive capacitance beyond 45 nmtechnologies, because micro-processing units need higher speed and density. There are two strategies to manufacture ULK inter-layer dielectric (ILD) materials using an air-gap (k = 1). The former ULK and calcinations of ILD degrade the mechanical strength and induce a high cost due to the complication of following process, such as chemical mechanical polishing and deposition of the barrier metal. In contrast, the air-gap based low-k ILD with a relatively higher density has been researched on the trench-type with activity, but it has limited application to high density devices due to its high air-gap into the next metal layer. The height of air-gap into the next metal layer was reduced by changing to the via-typed air-gap, up to about 50% compared to that of the trench-typed air-gap. The controllable ULK was easily fabricated using the via-typed air-gap. It is thought that the via-type air-gap made the better design margin like via-patterning in the area with the dense and narrow lines.
유리기판 위에서 제작된 다결정 실리콘 TFT(Thin Film Transistor) 에서는 열전도율이 낮은 실리콘 산화막 같은 물질이 사용되기 때문에 열에 대해서 낮은 임계점을 갖는다. 이로 인하여. 게이트와 드레인에 높은 전압이 걸리는 조건에서 동작시킬 경우에는 다결정 실리콘 TFT에서의 열화 현상이 두드러지게 나타나게 된다. 그러나, 열전도율이 실리콘 산화막(SiO2) 보다 열배 이상 높은 실리콘 질화막(SiNx)을 ILD(inter-layer dielectric) 재료로 사용했을 때 같은 스트레스 조건에서 다결정 실리콘의 신뢰성이 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
논문은 MOSFET와 JLFET로 구성된 3D 인버터의 inter-layer dielectric (ILD)의 두께에 따른 하층 게이트에 의한 전기적 상호작용을 비교하였다. MOSFET와 JLFET 모두 ILD의 두께가 100 nm에서 문턱전압의 변화량이 크지 않았지만 100 nm에서 문턱전압의 변화량이 크게 증가하였다. 특히 JLFET의 문턱전압의 변화량이 MOSFET보다 2배 정도 크게 변화하여 하층 게이트에 의한 전기적인 영향을 더 크게 받는다.
Junctionless FET(JLFET)로 구성된 적층형 3차원 인버터의 전기적 상호작용을 연구하였다. 상단과 하단 트랜지스터의 사이에 Inter Layer Dielectric (ILD) 두께가 50 nm 이하일 때에 하단 트랜지스터의 게이트 전압에 따라서 상단 트랜지스터에 전류-전압 특성이 급격히 변화하는 모습을 보였다. 따라서, 적층형 구조를 사용할 때에도 두 트랜지스터의 거리에 따른 전기적 상호작용을 고려해야 한다.
In this study, we verify th effects of pattern density on interlayer dielectric chemical mechanical polishing process based on the analysis of Preston's equation and confirm this analysis by several experiments. Appropriate modeling equation, transformed form Preston's equations used in glass polishing, will be suggested and described the effects of this modeling during pattern wafer ILD CMP. Results indicate that the modeling is well agreed to middle density structure of the die in pattern wafer, but has some error in low and high density structure of the die. Actually, the die used in Fab, was designed to have a appropriate density, therefore this modeling will be suitable for estimating the results of ILD CMP.
한국전기전자재료학회 2000년도 춘계학술대회 논문집 전자세라믹스 센서 및 박막재료 반도체재료 일렉트렛트 및 응용기술
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pp.31-34
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2000
It is very important to understand the correlation of between inter layer dielectric(ILD) CMP process and various facility factors supplied to equipment system. In this paper, the correlation between the various facility factors supplied to CMP equipment system and ILD CMP process were studied. To prevent the partial over-polishing(edge hot-spot) generated in the wafer edge area during polishing, we analyzed various facilities supplied at supply system. With facility shortage of D.I. water(DIW) pressure, we introduced an adding purified $N_2(PN_2)$ gas in polishing head cleaning station for increasing a cleaning effect. DIW pressure and PN2 gas factors were not related with removal rate, but edge hot-spot of patterned wafer had a serious relation. We estimated two factors (DIW pressure and PN2 gas) for the improvement of CMP process. Especially, we obtained a uniform planarity in patterned wafer and prohibited more than 90% wafer edge over-polishing. In this study, we acknowledged that facility factors supplied to equipment system played an important role in ILD-CMP process.
Chemical mechanical polishing (CMP) process has been widely used to planarize dielectric layers, which can be applied to the integrated circuits for sub-micron technology. Despite the increased use of CMP process, it is difficult to accomplish the global planarization of in the defect-free inter-layer dielectrics (ILD). Especially, defects such as micro-scratch lead to severe circuit failure which affect yield. CMP slurries can contain particles exceeding $1\;{\mu}m$ in size, which could cause micro-scratch on the wafer surface. In this paper, we have studied aging effect the of CMP sin as a function of particle size. We prepared and compared the self-developed silica slurry by adding of abrasives before and after annealing. As our preliminary experiment results, we could be obtained the relatively stable slurry characteristics comparable to original silica slurry in the slurry aging effect.
Chemical mechanical polishing(CMP) process is widely used for global planarization of inter-metal dielectric (IMD) layer and inter-layer dielectric (ILD) for deep sub-micron technology. However, as the IMD and ILD layer gets thinner, defects such as micro-scratch lead to severe circuit failure, which affect yield. In this paper, for the improvement of CMP Process, deionized water (DIW) pressure, purified $N_2$ (P$N_2$) gas, slurry filter and high spray bar were installed. Our experimental results show that DIW pressure and P$N_2$ gas factors were not related with removal rate, but edge hot-spot of patterned wafer had a serious relation. Also, the filter installation in CMP polisher could reduce defects after CMP process, it is shown that slurry filter plays an important role in determining consumable pad lifetime. The filter lifetime is dominated by the defects. However, the slurry filter is impossible to prevent defect-causing particles perfectly. Thus, we suggest that it is necessary to install the high spray bar of de-ionized water (DIW) with high pressure, to overcome the weak-point of slurry filter. Finally, we could expect the improvements of throughput, yield and stability in the ULSI fabrication process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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