고기능 Post Cu-CMP 세정제 개발

기사입력 2017.03.30 10:39
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1. 머리말

반도체의 미세화는 Moore의 법칙에 따라 집적도 향상을 실현하고 있으며 프로세스의 미세화는 빨리 진행하고 있다. 현재로는 시판되고 있는 범용MPU 까지도 D/R이 22㎚에 달하고 있으며 배선공정에서 평탄화에 적용되고 있는  CMP(Chemical mechanical Polishing)의 연마슬러리의 입자 직경과 측정기기의 검출하한 범위에 가까이 까지 오고 있다.  디비이스의 성능 및 신뢰성향상을 위해서는 고청정정화된 제조프로세스의 구축이 중요하게 되며 Post CMP세정에는 원리, 원칙에 기초를 둔 기술의 적용이 요구된다.

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반도체기판에서 CMP기술은 슬러리에 의하여 기판재료 표면을 연마 및 용해하여 평탄화를 실현한다. CMP 직후의 디바이스 기판 표면은 슬러리 잔량과 기판절삭 찌꺼기, 패드 찌꺼기 등 종래의 반도체 프로세스와는 비교할 수 없는 정도의 오염물로 차 있다. 이들 오염물의 제거에는 오염물 자신의 형태, 조성 및 구조에 적합한 최적의 세정법을 선택하는 것이 중요하다. 미쯔비시화학(일)에서는 고기능 세정제 (RCA대체, 매엽세정용)으로 개발한 오염 제어기술을 활용하여 차세대, 신재료대응 세정제「MCX시리즈」를 제품화하고 있다. 본고에서는 특히 Cu-CMP후의 웨트 세정에 요구되어지는 기능과 과제 중에서 특히 파티클제거, 및 동배선의 부식저감에 초점을 두고 Post CMP에서의 세정기술에 대하여 소개한다.

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2. Post Cu-C MP세정액의 과제
 
Cu/Low-k막의 CMP에 의한 평탄화 후에는 각종 무기, 유기물질에 의하여 오염되어 있으므로 CMP세정에 의한 고청정화 실현을 위해서는
① 파티클 제거
② 유기잔사 제거
③ 메탈 제거
④ Cu부식 저감
⑤ 부반응 억제
⑥ 기판 친수화
의 6개의 기능이 요구된다. 향후 Cu배선이 더욱 더 미세화 및 신재료 대응에는 특히 미세파티클 제거 및 Cu배선의 부식 저감이 중요한 것으로 생각된다.

파티클의 제거 및 기판의 재부착방지에는 입자계면 ζ(제타)전위의 제어가 유효하게 된다. 일반적으로 산성액중에는 SiO2 등의 입자는 정으로 대전하나 특정의 계면활성제의 첨가에 의하여 입자 및 기판표면의 ζ 는 부(마이너스)를 나타내어 입자 및 기판면의 전하반발에 의한 파티클 제거 및 재부착방지를 가능하게 한다. 특히 미세파티클의 제거에는 파티클입자-기판간의 van der Waals력(분자간력) 보다 큰 전하반발이 필요하게 된다. 그래서 세정액 중의 계면 활성능력의 최적화에 의하여 종래에 비하여 보다 큰 전하반발에 의한 세정성향상을 추구하고 있다.

또 Cu-CMP에서 Cu배선의 부식은 배선구조, 베리어메탈 소재, CMP 슬러리중의 방식제(防食劑), Cu표면산화막, 세정제의 pH, 산화환원전위 및 용존산소 등의 복잡한 요인에 의해서도 일어난다. 특히 Post CMP세정에서는 세정제의 조성 및 pH, 산화환원전위의 최적화에 의하여 Cu의 용해성을 제어,저감하는 것도 가능하다.
 
3. 세정제에 요구되는 조건
 
Post CMP세정제로서는 각종 재료에 데미지를 주지 않는 소프트한 세정액이 요구되고 있으나 동시에 프로세스중에서 안정하며 또 환경에 의한 곰팡이와 균의 혼입, 증식에 의한 라인배관과 필터의 막힘 등이 일어나지 않도록 하는 것도 중요하다. 세정제와 환경에 의한 곰팡이 및 균과의 혼합에 의한 생균평가에서는 48시간이내에 사멸하여 버리는 양호한 결과를 나타내고 있다. 최근 환경영향부하저감을 위하여 신속하고 세정후의 폐액에 대해서도 신속히 분해처리 가능한 것이 요구되고 있으며 공장 등의 부설의 활성오염조 등에 있어서도 오염균에의 영향도 없으며 용이하게 분해처리 되는 것을 확인 할 수 있었다.

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4. 맺음말
 
당사에서는 Cu/Low-k 프로세스 대응의 Post CMP세정제로서 「MCX시리즈」를 개발, 출시중에 있다. 「MCX시리즈」에서는 우수한 파티클제거성, 메탈제거성 및 유기잔사제거성에 더하여 Cu배선, Low-k재료에의 저부식성, 저데미지를 실현하고 있다. 향후 테크노로지에 대응한 배선의 미세화와 새로운 배선재료, 절연막 등에의 대응을 목표로 함과 동시에 고세정성에 더하여 품질과 사용의 편리성도 포함하여 높은 토탈 발란스를 실현하는 제품개발을 하여 고객니즈에 적응한 프로세스 케미칼의 제안을 실현해 갈 방침이다.

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