Recently, STI process is getting attention as a necessary technology for making high density of semiconductor by devices isolation method. However, it does have various problems caused by CMP nprocess, such as torn oxide defects, nitride residues on oxide, damages of si active region, contaminations due to post-CMP cleaning, difficulty of accurate end point detection in CMP process, etc. In this work, the various defects induced by CMP process was introduced and the above mentioned problems of CMP process was examined in detail. Finally, the guideline of future CMP process was presented to reduce the effects of these defects.
Recently, STI process is getting attention as a necessary technology for making high density of semiconductor by devices isolation method. However, it does have various problems caused by CMP process, such as torn oxide defects, nitride residues on oxide, damages of si active region, contaminations due to post-CMP cleaning, difficulty of accurate end point detection in CMP process, etc. In this work, the various defects induced by CMP process was introduced and the above mentioned Problems of CMP process was examined in detail. Finally, the guideline of future CMP process was presented to reduce the effects of these defects.
Chemical mechanical polishing (CMP) is one of the most important processes in recent ULSI (Ultra Large Scale Integrated Circuit) manufacturing technology. Recently, ceria slurries with surfactant have recently been used in STI-CMP,[1] became they have high oxide-to-nitride removal selectivity and widen the processing margin The role of the abrasives, however, on the effect of planarization on STI-CMP is not yet clear. In this study, we investigated how the crystal characteristic affects the planarization efficiency of wafer surface with controlling crystallite size and poly crystalline abrasive size independently.
최근 고밀도 플라즈마(High Density Plasma, HDP)를 이용하여 STI (shallow trench Isolation) 공정에 사용하기 위한 높은 종횡비를 가지는 갭을 공극 없이 절연물질로 채우는 HDP CVD 법이 개발되어 사용되고 있으며, HDP 공정에서는 그 증착 과정 중에 스퍼터링(Sputtering)에 의한 식각이 동시에 발생하기 때문에 높은 종횡비를 가지는 갭을 공극 없이 채우는 것이 가능하게 되었다. 이러한 특성을 이용하여 HDP CVD 공정은 주로 STI 와 알루미늄 배선간의 갭을 실리콘 산화막 ($SiO_2$)의 절연막으로 채우는 데 주로 사용되고 있다. 이 논문에서는 새로 개발된 HDP CVD 법을 적용하여 300 mm Si 웨이퍼에 $SiO_2$ 절연막을 증착하여 웨이퍼의 중심과 가장자리의 deposition uniformity를 nano-indenter system을 이용하여 연구하였으며, 그 결과 300 mm 웨이퍼에서 균일한 탄성계수 값이 측정되었다. 또한 HDP CVD로 제작된 SiO2 박막의 탄성계수 값이 99 - 107 GPa로 측정되어 기존 PECVD-$SiO_2$ 박막보다 약 10 - 20% 향상된 것을 확인하였다.
In this study, oxide(TEOS) CMPs were carried out for various head pressures. Table and head speeds are fixed at 25 RPM. Head pressures are 5, 7.5, 10, 12.5 PSI, and under these conditions, 1,587, 1,631, 2,556, 2,871.agns./min of oxide (TEOS) removal rates and 14.7, 18.5, 9.52, 7.9% of uniformities are obtained, respectively. Also, these experiments for local and global planarizations were done using the patterned 4" wafers. These conditions are applicable to STI(shallow trench isolation) structures and planarizations for sub-half micron lithography.aphy.
In this study, the improved throughput and stability in device fabrication could be obtained by applying CMP process to STi structue in 0.18 um semiconductor device. To employ the CMP process in STI structure, the Reverse Moat Process used to be added after STI Fill, as a result, the process became more complex and the defect were seriously increased than they had been,. Removal rate of each thin film in STI CMP was not uniform, so, the device must have been affected. That is, in case of excessive CMP, the damage on the active area was occurred, and in the case of insufficient CMP nitride remaining was happened on that area. Both of them deteriorated device characteristics. As a solution to these problems, the development of slurry having high removal rate and high oxide to nitride selectivity has been studied. The process using this slurry afford low defect levels, improved yield, and a simplified process flow. In this study, we evaluated the 'High Selectivity Slurry' to do a global planarization without reverse moat step, and also we evaluated EPD(Eend Point Detection) system with which 'in-situ end point detection' is possible.
Chemical mechanical polishing (CMP) technology for global planarization of multi-level inter-connection structure has been widely studied for the next generation devices. CMP process has been paid attention to planarized pre-metal dielectric (PMD), inter-layer dielectric (ILD) interconnections. Expecially, shallow trench isolation (STI) used to CMP process on essential. Recently, the direct STI-CMP process without the conventional complex reverse moat etch process has established by using slurry additive with the high selectivity between $SiO_2$ and $Si_3N_4$ films for the purpose of process simplification and n-situ end point detection(EPD). However, STI-CMP process has various defects such as nitride residue, tom oxide and damage of silicon active region. To solve these problems, in this paper, we studied the planarization characteristics using a high selectivity slurry(HSS). As our experimental results, it was possible to achieve a global planarization and STI-CMP process could be dramatically simplified. Also we estimated the reliability through the repeated tests with the optimized process conditions in order to identify the reproducibility of HSS STI-CMP process.
In this study, the rise throughput and the stability in fabrication of device can be obtained by applying of CMP process to STI structure in 0.18um semiconductor device. To employ in STI CMP, the reverse moat process has been added thus the process became complex and the defects were seriously increased. Removal rates of each thin films in STI CMP was not equal hence the devices must to be effected, that is, the damage was occured in the device dimension in the case of excessive CMP process and the nitride film was remained on the device dimension in the case of insufficient CMP process than these defects affect the device characteristics. To resolve these problems, the development of slurry for CMP with high removal rate and high selectivity between each thin films was studied then it can be prevent the reasons of many defects by reasons of many defects by simplification of process that directly apply CMP process to STI structure without the reverse moat pattern process.
현재 폭넓게 이용되고 있는 STI (Shallow Trench Isolation) 공정에서 active edge 부분에 발생하는 기생 transistor의 subthreshold hump 특성을 제어하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 일반적으로 STI 공정을 이용하는 MOSFET에서 active edge 부분의 얇게 형성된 gate oxide, sharp한 active edge 형성, STI gap-fill 공정 중에 생기는 channel dopant out-diffusion은 subthreshold hump 특성의 주된 요인이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 active edge rounding process와 channel dopant compensation의 implantation을 이용하여 subthresold hump 특성 개선을 연구하였다. 본 연구는 STI 공정에 필요한 wafer와 phosphorus를 함유한 wafer를 한 chamber 안에서 auto-doping하는 방법을 이용하여 subthresold hump 특성을 구현하였다. phosphorus를 함유한 wafer에서 빠져나온 phosphorus가 STI 공정중인 wafer로 침투하여, active edge 부분의 channel dopant인 boron 농도를 상대적으로 낮춰 active edge 부분의 가 감소하고 leakage current를 증가시킨다. transistor의 channel length, gate width이고, wafer#No가 클수록 phosphorous를 함유한 wafer까지의 거리는 가까워진다. wafer #01은 hump 특성이 없고, wafer#20은 에서 심한 subthreshold hump 특성을 보였다. channel length 고정, gate width를 ~으로 가변하여 width에 따른 영향을 실험하였다. active 부분에 대한 SCM image로 확인된 phosphorus에 의한 active edge 부분의 boron 농도 감소와 gate width vs curve에서 확인된 phosphorus에 의한 감소가 narrow width로 갈수록 커짐을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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