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중성 영역 구리 화학적 기계적 평탄화 공정에서의 작용기에 따른 부식방지제의 영향성 연구

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Authors
이상원
Advisor
김재정
Major
공과대학 화학생물공학부
Issue Date
2014-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
다마신 공정중성영역 Cu CMP부식방지제착물형성제1H-124-triazoleBTA작용기
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 화학생물공학부, 2014. 2. 김재정.
Abstract
소자의 고집적화에 따라 RC delay, electromigration 등의 문제 해결을 위해 금속 배선형성 재료는 알루미늄(Al)에서 구리(Cu)로 대체되고 있다. 이러한, 구리의 배선형성을 위해 상감기법을 응용한 다마신(damascene) 공정이 도입되었고, 다마신 공정 중 과증착된 구리를 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 방식을 통해 제거하는 CMP 공정이 필요하게 되었다. Cu CMP 공정은 연마제(abrasive), 산화제(oxidizer), 착물 형성제(complexing agent) 및 부식 방지제(corros ion inhibitor)등으로 이루어진 슬러리를 포함하며, 일정한 압력과 회전속도를 인가해 기판의 표면을 화학적 기계적으로 평탄화시키는 공정이다. 이때, Cu CMP 공정용 슬러리는 적정 연마율(removal rate, RR) 뿐만 아니라 우수한 표면 평탄성(planarity)을 동시에 확보하여야 하며, 이를 위한 연구가 지속되고 있다.
본 연구에서는 중성영역 Cu CMP 공정용 슬러리의 구성 요소 중 작용기에 따른 부식 방지제의 변화가 Cu CMP 공정에 미치는 영향성을 확인하고자 하였다. 동일 농도에서 benzotriazole (BTA)와 5-aminotetrazole (ATRA)에 비해 식각속도 및 제거속도의 값이 높아 작용기의 변화에 따른 부식방지제의 역할 관찰이 용이한 1H-1,2,4-triazole (TT)를 기준 부식방지제로 선정하였다. 1H-1,2,4-triazole의 말단에 카르복실기(-COOH)와 아미노기(-NH2)를 갖는 3-amino-1,2,4-triazole (AT), 1H-1,2,4-triazole-3-carboxylic acid (TC), 3-amino-1,2,4-triazole-5-carboxylic acid (ATC)를 이용해, 각 작용기에 따른 부식방지막을 확인하였다. 식각속도, 제거속도 및 식각 능력 평가 실험을 통하여 아미노기를 갖는 AT의 경우 기준 부식방지제인 TT보다 높은 식각속도 및 제거속도를 보였으며, 카르복실기가 포함된 TC, ATC의 경우 TT보다 낮은 식각력을 보였다. 또한, 카르복실기가 포함된 TC와 ATC의 결과는 높은 Cu RR(removal rate)/DR(dissolution rate) ratio에 기인한 것으로 확인되었다. 식각속도 및 제거속도와 동일한 경향성을 자외/가시선 분광 측정법(UV-vis.)과 유도결합플라즈마 원자방출분광법(ICP-AES)를 통해서도 확인하였다. CMP 공정 중 부식방지제에 의해 기판위에 형성된 부식방지막들의 부식방지능력을 파악하기 위해, 각 농도에 따른 공정을 진행하여 기판의 표면 상태를 전계 방출 주사 현미경(FE-SEM), 원자간력 현미경(AFM) 등을 통해 확인하였다. 그에 따른, Cu CMP 공정에 사용 가능한 적정농도를 판단하였다. 원소분석 실험을 통해 동일 몰수의 부식방지제가 구리 표면에 흡착되는 것을 확인하였고, 구리와의 반응비 실험을 통해 카르복실기가 부착된 부식방지막은 상대적으로 많은 구리원자와 결합하는 것을 확인하였다. 이러한 실험을 통해, 카르복실기를 포함한 부식방지제에 의해 형성된 부식방지막의 경우 더 높은 농도의 구리 원자가 동일 농도의 부식방지제와 결합함으로써 카르복실기를 포함하지 않은 경우와 구별되는 식각력, Cu RR/DR ratio, RMS roughness 값을 보인 것으로 판단되었다. 이러한 결과를 바탕으로 높은 제거속도가 필요시 되는 1차 Cu CMP에는 아미노기를, 낮은 제거속도를 필요로 하는 2차 Cu CMP에는 카르복실기가 적합하다는 결론을 도출하였다.
Language
Korean
URI
http://hdl.handle.net/10371/127077
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Chemical and Biological Engineering (화학생물공학부)Theses (Master's Degree_화학생물공학부)
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