15. CMP 장비에 의한 공정 불량 분석

CMP 공정의 평탄화

 

평탄화의 분류

 

비평탄화

 

매끄러운 평탄화

스텝 모서리가 둥글고 측벽이 기울어짐

 

일부분(Partial) 평탄화

매끄러운 평탄화에서 스텝 높이가 국부적으로 낮아지는 평탄화

 

국부적(Local) 평탄화

다이(Die)안의 국부적인 영역에서 작은 틈을 완전하게 채움

 

광역(Global) 평탄화

전체적인 스텝 높이가 균일화 되는 평탄화

-> CMP 평탄화 공정 기술

 

CMP 이상발생 주요 변수

 

평탄도(Planarity)

층간 절연막 CMP 공정에서 중요한 평가지표

반도체 소자 내 셀과 주변회로 간의 광역적 단차 감소 정도로 표현함

관계 공정 변수

• 연마 패드의 탄성 변형성
• 슬러리 공급의 균일성
• 디바이스의 패턴 형상
• 연마 압력 및 연마의 상대 속도 등

 

균일성 (Sigma)

연마 후 웨이퍼 내, 롯(Lot)내, 롯 별 잔류 막 두께의 편차로 정의함

공정변수

• 연마 압력의 분포
• 연마 헤드의 형상 및 연마 플레이튼의 형상
• 슬러리 공급의 균일성

 

연마속도

단위 시간당 제거되는 막의 두께로 정의함

공정 변수

• 연마 압력
• 연마의 상대 속도
• 슬러리 내 연마 입자(Abrasive)의 크기와 함량
• 슬러리 유량
• 연마 헤드의 표면 상태

 

패임 & 침식

STI CMP, Plug CMP 공정 후 회로 배선 내 현상 정도로 정의

공정 변수

• 연마 되는 두 물질간의 연마 속도
• 패드특성
• 슬러리 화약품에 의해 유발되는 미시적인 현상 (결합 및 소자의 전기적 특성 차이를 유발)

 

결함

연마 후 웨이퍼 표면에 잔류하는 입자 및 잔류성 물질에 의해 긁힘

역학적 공정에 의해 발생하는 현상

연마 후 습식 상태에서 웨이퍼를 세정할 수 있는 Post CMP 세정 시스템을 동반함

 

STI CMP 문제점

노랗게 된 부분 절연막

CMP를 하게 되면 가장 이상적인 것은 일정하게 되는 것

언덕이 생기거나 Over Polishing이 되버리면 Nitride를 제거해야하는데 남아있는 Oxide Residue때문에 힘들거나 소자에 데미지를 입히게 됨

 

CMP Variation

 

In Feature/Chip Level

Errosion

Oxide Pattern이 넓은 부위보다 선택비가 큰 Metal Pattern이 조밀한 부위의 Oxide, WPolishing 량이 많아지면서 전체적으로 Oxide 막질까지 영향을 받아 밑으로 꺼지는 현상

Dishing

Oxide와 Metal의 선택비로 인하여 국부적으로 Polishing이 잘 되는 Metal 부위가 Oxide보다 밑으로 꺼지는 현상이며, 대부분 Errosion 현상이 나타나는 부위에서는 동시에 Dishing 현상이 같이 발생함

 

패턴 밀도 & 효율적인 패턴 밀도

모든 부분이 CMP가 잘 될수 있도록 설계부터 신경써야 한다.

 

오염과 긁힘