[STEP 한국기술대학] 반도체 제조 공정 장비 운영 - (15) CMP 장비에 의한 공정 불량 분석

반도체 제조 공정 장비 운영
(15) CMP 장비에 의한 공정 불량 분석

---

CMP 공정의 평탄화

 

1. 평탄화(Planarization)의 분류

- 매끄러운 평탄화

- 일부분 평탄화

- 국부 평탄화

- 광역 평탄화

 

2. 비평탄화

단차를 가진 비평탄화된 상태

 

3. 매끄러운(smoothing) 평탄화

스텝 모서리가 둥글고 측벽이 기울어진 상태

 

4. 광역(Global) 평탄화

전체적인 스텝 높이가 균일화 되는 평탄화

 

---

CMP 이상발생 주요 변수

 

평탄도, 균일성, 연마속도, 패임&침식, 결함

 

1. 평탄도(Planarity)

- 층간 절연막 CMP 공정에서 중요한 평가지표

- 반도체 소자 내 세로가 주변회로 간의 광역적 단차 감소 정도로 표현

- 관계 공정 변수: 연마 패드의 탄성 변형성, 슬러리 공급의 균일성, 디바이스의 패턴 형상, 연마 압력 및 연마의 상대속도 등

 

2. 균일도(Sigma, %)

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

- 공정 변수: 연마 압력의 분포, 연마 헤드의 형상 및 연마 플레이튼의 형상, 슬러리 공급의 균일성 등

 

3. 연마 속도(A/minn)

- 단위 시간당 제거되는 막의 두꼐로 정의

- 공정 변수: 연마 압력, 연마의 상대속도, 슬러리 내 연마 입자(Abrasive)의 크기와 함량, 슬러리 유량, 연마 헤드의 표면상태

 

4. 패임&침식 (Dishing&Erosion)

- STI CMP, Plug CMP 공정 후 회로 배선 내현상 정도로 정의

- 공정 변수: 연마되는 두 물질간의 연마 속도, 패드 특성, 슬러리 화약품에 의해 유발되는 미시적인 현상

(결함 및 소자의 전기적 특성 차이를 유발)

 

5. 결함(Defect)

- 연마 후 웨이퍼 표면에 잔류하는 입자 및 잔류성 물질에 의해 긁힘

- 역학적 공정에 의해 발생하는 현상

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

 

---

STI CMP 문제점

노란색이 절연막

두번째 그림이 가장 이상적이지만 Under Polishing 또는 Oxide Residue가 남는 등의 문제가 발생할 수 있음.

 

---

CMP Variation

 

- METAL CMP

Oxide 막까지 영향을 받아 꺼지는 등 문제가 발생.

주로 Errosion이 발생하는 곳에서 Dishing도 발생함

 

---

패턴 밀도

 

오염과 긁힘

 

부산물로 인한 파티클 발생 -> 연마할때 스크래치 발생