Semi abrasive free slurry 開發에 의한 copper CMP 工程 改善에 關한 硏究

김남훈 中央大學校 2004 국내박사

반도체 소자의 고속화 및 고집적화에 따라 다층 배선 구조에 있어서 배선 층수의 증가와 배선 패턴의 미세화에 대한 요구가 갈수록 높아져 다층 배선 기술이 서브 마이크론 공정에서 중요한 과제이다. 최근 미세 패턴 형성을 실현하기 위한 노광 장치의 초점 심도에 대한 공정 여유가 줄어듦에 따라 충분한 초점 심도를 확보하기 위하여 칩 영역에 걸친 광역 평탄화 기술이 요구된다. 이와 같이 광역 평탄화를 실현하기 위해 현재 CMP(chemical mechanical planarization) 기술이 반도체 소자 제조 공정에 필수적으로 적용되고 있을 뿐만 아니라 차세대 소자에 대해 활발히 연구가 되어 지고 있다. CMP 공정은 광역 평탄화을 위하여 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing)으로 웨이퍼를 회전시키는 캐리어와 연마 패드가 부착된 연마판(platen), 연마제가 포함된 슬러리를 사용하여 일정한 압력을 캐리어에 걸어주고 연마판과 동시에 회전시켜서 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 방법이다. 이러한 CMP 공정은 DARM 분야 뿐만 아니라 LOGIC 분야에서 소자간의 연결 금속막(inter-metal)과 연결절연막(inter-layer dielectric : ILD), STI(Shallow Trench Isolation) 등을 평탄화 하는데 사용되고, 다양한 범위에서의 소자 제작, 다양한 방법, 다양한 물질 등 광범위하게 응용되고 있다. 구리 배선은 구리의 낮은 전기 저항과 높은 electromigration 내성 때문에 초고밀도 집적회로 (ULSI)에 알루미늄 배선을 대체하여 사용된다. 구리 배선은 듀얼 데머신(dual damascene) 방식을 통한 구리 CMP 공정의 새로운 기술이 제안되어졌기 때문에 IC 제조공정에 적용이 가능해졌다. 본 논문에서는 다양한 케미컬들의 조합을 통해서 구리 CMP 적용할 수 있는 최적화된 슬러리를 개발하고 그에 따른 공정 개발을 목표로 한다. 슬러리에 함유된 각종 케미칼들의 첨가효과를 살펴보았을 때, 산화력이 낮은 산화제의 경우 복합제를 첨가는 필수적이지만, 반대로 산화력이 대단히 뛰어난 산화제에 복합제의 첨가는 오히려 역효과를 불러일으키는 것을 볼 수 있었다. 전반적인 복합제의 능력은 tartaric acid과 citric acid가 우수한 특성을 보였다. 막형성제는 그 효과의 우수성이 입증된 BTA뿐만 아니라 TTA 역시 비슷한 수준의 성능을 보였다. 과산화수소(H2O2)가 슬러리의 산화제로 쓰일 경우 기본적인 과산화수소 안정제가 첨가되어야 한다. 막형성제인 BTA를 소량 첨가시 안정성이 증가함을 보였다. 거의 동일한 pH상에서 KOH와 TMAH의 과산화수소 안정성 차이는 크지 않았다. 같은 조건에서 bead milling하기 전에 과산화수소를 첨가한 쪽이 안정성이 낮은 반면, 분산 안정성 면에서는 유리했다. Ta는 모든 산화제들에 대해서 구리에 비하여 부식정도가 현저하게 떨어졌고, 특히 (NH4)2S2O8와 Fe(N03)3는 그 비율이 대단히 컸다. 복합제에 대한 Ta의 부식 실험에서는 과산화수소를 첨가했을 때 거의 부식이 일어나지 않았고, 과산화수소+ammonium oxalate 1%에서도 약간 상승했지만 역시 0에 가까운 부식 정도가 나타났다. 과산화수소 및 CH3COOH를 첨가하였을 때에는 Ta의 부식 정도는 증가하였고, HF를 첨가한 것은 감소하였다. 계면활성제를 milling 후에 첨가함으로써 충분한 milling에 의해 재분산된 알루미나 연마제에 계면활성제가 흡착되어 안정성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 산화제인 HNO3를 milling 후에 첨가하는 것은 입도와 pH가 milling 전에 첨가한 것보다 낮아졌다. 침전율은 각 알루미나에 따라 약간의 차이는 있으나 0.1?1.0 wt%의 비이온성 계면활성제를 첨가하였을 때 대체로 안정하였다. 분자량이 너무 낮으면 분산효과가 작고, 긴 소수성기를 갖는 고분자의 효과가 우수한 것으로 나타났다. 그러나 분자량이 큰 계면활성제의 첨가량이 1.0 wt% 이상이면 안정성이 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 구리 및 TaN CMP 적용을 위한 슬러리에 인산(phosphoric acid)를 첨가하였을 때의 효과를 연구하였다. 일반적으로 구리 CMP 슬러리는 연마제로 알루미나 또는 콜로이드 실리카 등과 복합제(complexing agent), 산화제, 막형성제, pH 조절제 및 각종 첨가제 등이 포함되어져 있다. 과산화수소(H2O2)는 구리 CMP시에 산화제로 많이 사용되어지는 물질이다. 하지만, 과산화수소는 분해를 방지할 안정제가 반드시 필요하다. TaN 촉진제(accelerator) 및 과산화수소 안정제로 인산을 평가하였다. 또한 인산이 포함된 연마제 슬러리의 분산 안정성과 제타 전위를 측정하였다. 전기화확적 실험을 통해 TaN CMP의 촉진이 증명되었다. 본 연구는 2단계 구리 CMP 공정 개선과 연마제 슬러리 내에서 과산화수소의 안정성 향상에 유용할 것이다. 또한 산성 콜로이드 실리카와 과산화수소가 포함된 구리 CMP용 준무연마제(semi abrasive free) 슬러리를 제안하였다. 0.5% 이하의 산성 콜로이드 실리카를 포함한 새로운 준무연마제 슬러리를 개발하여 적용하였다. 과산화수소의 안정제뿐만 아니라 TaN CMP의 촉진제로 사용할 첨가제를 평가하였다. 첨가제가 추가된 산성 콜로이드 실리카의 분산안정성 및 제타 전위를 측정하였다. TaN CMP의 향상 범위가 전기화학적 실험을 통해서 입증되었다. 본 연구는 구리 CMP의 2단계 공정뿐만 아니라 1단계 공정과 단일 패키징 시스템의 단일 공정에도 적용 가능성이 있다.

반도체 브리지 점화 칩의 ESD와 Surge에 대한 특성 연구

빠포우미싸콘 전북대학교 일반대학원 2017 국내석사

This thesis is dedicated to the development of semiconductor bridge ignition chip (SBIC) device which is designed, fabricated, tested to replace the conventional ignition devices like wires, and metal foils. Their performance is evaluated in terms of low energy ignition and safety against electrostatic discharge (ESD). The SBIC devices consists of transient voltage suppression (TVS) diode, resistor, and explosive materials. The SBIC devices have been fabricated in two different groups: the group A (small TVS active area: 215 X 255 μm2) and the group B (large TVS active area: 215 X 375 μm2). In addition, the bridge dimensions are designed as 25, 30, 40 and 45 μm in the group A, and as 50, 55 and 60 μm in the group B. The ESD properties of SBIC devices are measured and analyzed with various types of ESD models and standards, such as a human body model (HBM), machine model (MM), IEC61000-4-5 (surge 8/20 μs) standard, and transmission line pulse (TLP) Barth 4200 electronic. The ignition property of SBIC is analyzed by applying the MM voltages. The SBIC device presented excellent operation like strong explosive fire, reduced energy for ignition, and ruggedness against ESD exposures. This thesis presented extensive study about electrical property including ESD protection as well as characteristic ignition behaviors of SBIC in conjunction with the ignition voltage, current, resistance, and energy levels. The stray voltage immunity as per military standard was relevant for the SBIC detonator/igniter developed by firing current level of SBIC for different size of the bridge. The TVS diodes resulted in the improvement in the ESD robustness and enabled the SBICs with various sizes of bridges. Therefore, it is expected to achieve advanced novel SBICs operating more safely and consuming far less energy.

EFG법에 의한 전력반도체용 산화갈륨 단결정 성장에 있어 액티브 애프터히터의 영향에 대한 다중물리해석

정운현 부산대학교 대학원 2024 국내석사

산화갈륨은 넓은 밴드갭과 낮은 온-저항, 높은 발리가 성능지수(BFOM) 지수 등의 우수 한 특성을 나타내는 차세대 전력반도체 소재이다. 그 중 가장 열적, 화학적 안정성이 가장 우수한 베타상 산화갈륨은 EFG, CZ, VB 등의 다양한 방법을 이용한 융액 성장이 가능하여 활발히 연구되고 있다. EFG법을 이용하여 고품질의 산화갈륨 단결정을 성장시키기 위해 시뮬레이션과 실험을 통해 온도구배를 최적화하였으며, 이후 성장된 산화갈륨 단결정의 특 성에 대해 연구하였다. EFG 성장에서 핫존의 큰 변동은 어려우므로, 활성 애프터히터를 이 용하여 온도구배를 향상시켰다. 활성 애프터히터의 유무에 따른 두가지 모델의 시뮬레이 션을 통해 내부 온도분포, 성장계면 및 성장 결정에서의 온도변화를 계산하였다. 활성 애 프터히터를 사용하여 산화갈륨 단결정을 성장시키면 낮은 온도구배를 갖는 조건에서 결정 성장이 가능하고, 냉각 과정에서 서냉효과를 부여할 수 있음을 알 수 있었다. 이에 따라, 산 화갈륨 단결정 성장 실험에서 활성 애프터히터를 사용한 실험은 애프터히터를 적용하지 않은 경우에 비해 다결정의 혼입을 배제하면서 높은 결정성을 갖는 산화갈륨 단결정을 성 장시킬 수 있음을 확인하였다. Gallium oxide is a next-generation power semiconductor material that exhibits excellent properties such as wide band gaps, low on-resistance, and high Baliga’s Figure of Merit (BFOM). Among them, 𝛽-phase gallium oxide, which has the best thermal and chemical stability, is being actively studied because it is capable of melt growth using various methods such as EFG, CZ, and VB. To grow high quality gallium oxide single crystals using the EFG method, temperature gradient was optimized through simulation and experiment. Subsequently, the properties of grown gallium oxide single crystals were studied. Since large fluctuations of hot zone in the EFG growth are difficult, the temperature gradient was improved by using an active after-heater. The temperature changes in internal temperature distribution, growth interface, and growth crystal were calculated through simulation of two models depending on the presence or absence of active afterheater. It was found that if gallium oxide single crystals were grown using active afterheater, crystal growth was possible under conditions with a low temperature gradient and a slow cooling effect could be given during the cooling process. Accordingly, in the gallium oxide single crystal growth experiment, it was confirmed that the experiment using the active afterheater can grow gallium oxide single crystals with high crystallinity while excluding the mixing of polycrystals compared to the case without the afterheater.

고온용 SiC CMOS 소자

최재승 충북대학교 2004 국내박사

플라스틱 BGA 패키지에서 접합부의 고신뢰성에 관한 연구

김경섭 中央大學校 2001 국내박사

DX센터 트랩핑효과를 고려한 AlxGa₁-xAs/GaAs HEMT 소자모델링과 문턱전압보정에 관한 연구

황문기 중앙대학교 대학원 1991 국내석사

레이어가 있는 하프스페이스에서 페라이트 코아를 가진 와전류탐침에 관한 연구

김태원 中央大學校 1998 국내석사

표면 단차 측정기 개발에 관한 연구

송기오 中央大學校 大學院 2002 국내석사

본 논문에서는 표면 단차 측정기 개발에 관하여 연구 하였다. 최근에는 백색광을 이용하거나 Automic force를 이용한 비접촉식 표면 단차 측정기도 많이 사용되고 있으나 촉침을 이용한 표면 단차 측정기도 정밀한 측정을 위해 더욱 향상된 기술로 많이 개발되어지고 있다. 접촉식 표면 단차 측정기는 선형 변위 차동 트랜스(LVDT)를 이용하여 표면의 단차를 측정 하는 장치이다. 표면 단차 측정기의 측정 오차는 주로 표면을 측정 하는 촉침의 모양에 의해 형성된다. 표면단차의 각이 표면 측정 촉침의 각보다 클때 측정 오차가 생기게 되는데, 표면단차의 각은 표면을 얹은 재료대에 기울임을 줌으로서 표면 측정 촉침의 각과 엇비슷하게 만들어 측정 오차를 줄일 수 있다.

(A)study on etching characteristics of BLT thin films in inductively coupled plasma

김동표 中央大學校 2004 국내박사

BLT 박막의 강유전체 메모리 소자 응용을 위하여, BLT 박막의 식각 기구가 할로겐-아르곤 혼합가스와 ICP (inductively coupled plasma) 식각 장치를 이용하여 관찰하였다. ICP 식각 장치는 물리적 식각에 관여하는 이온들의 에너지와 유량의 흐름을 독립적으로 제어 할 수 있기 때문에 최근의 메모리 식각 공정에 이용되고 있다. 가스 혼합비에 대한 식각종들의 부피밀도의 변화는 OES (optical emission spectroscopy)를 이용하여 측정하였고, 이온전류와 전자온도는 Langmuir probe를 이용하여 관찰하였고, 실험 결과값을 모델링을 이용하여 검증 하였다. BLT 박막의 구성과 플라즈마에 노출된 표면에서의 화학결합상태의 변화는 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 관찰 하였다. FRAM 소자의 집적화를 결정하는데 중요한 변수인 전극과 마스크 물질에 대한 BLT의 식각 선택비에 대하여서도 관찰하였다. Cl-계 플라즈마에서 주된 식각 부산물은 금속-염화 화합물 또는 산소-염화 화합물들이다. Cl 계 플라즈마에서 BLT 박막은 화학반응의 도움에 의한 물리적 식각에 의하여 식각 되었고, 비휘발성 식각 부산물의 효과적인 제거가 BLT 박막의 식각 속도를 결정하는 요인이다. 또한 BLT의 식각 속도는 dc bias 전압 또는 전력이 증가함에 따라서 급격하게 증가하였다. 이는 높은 에너지를 가지는 Ar이 식각 부산물의 형성과 제거에 많은 영향을 미치기 때문으로 판단된다. 식각 된 BLT 박막의 표면에서 La-Clx 결합이 관찰되었다. CF4/Ar 혼합 플라즈마에서 주된 식각 부산물은 금속-불화 화합물이나 산소-불화 화합물이다. 또한 BLT의 식각 속도가 dc bias 전압에 높은 의존성을 나타내고 있다. XPS 분석결과에서 식각된 BLT 박막의 표면에서 La-Fx 결합을 관찰 할 수 있었다. 그러므로, 할로겐-아르곤 혼합 플라즈마에서 BLT 박막의 식각은 물리적 식각과 화학적 식각에 의하여 이루어지고, 높은 에너지를 가지는 Ar 이온 충격에 의하여 금속-산소 결합을 깨트리고, 할로겐 원소와 금속의 결합에 에너지를 공급하고, 비휘발성을 가지는 금속-할로겐 화합물을 BLT 박막의 표면으로부터 제거하는데 중요한 역할을 한다. 할로겐-아르곤 혼합 플라마에서 BLT 박막의 식각은 화학식각의 도움을 받는 물리적 식각 (chemically assisted physical etching) 메커니즘이다.

次世代 DRAM 應用을 위한 PST 薄膜 特性 硏究

엄준철 中央大學校 2004 국내박사

본 논문에서는 Pt/Ti/SiO2/Si 기판 위에 alkoxide-based 졸-겔(sol-gel)법으로 PbxSr1-xTiO3 (PST)박막을 제작하였다. Pb/Sr의 비율에 따라서 PST 박막의 구조적 전기적 특성을 연구하였다. PST 박막은 이차상의 형성없이 밀집한 미세구조를 가진 대표적인 다결정 구조를 보였다. PST 박막의 유전 특성은 Pb/Sr 조성비에 강하게 의존하는 것을 보았다. Pb 함량의 증가는 PST 박막의 유전상수와 유전손실 특성의 동시 증가를 유도한다. FOM 파라미터 (FOM = (%) tunability / tan (%))는 40/60의 Pb/Sr 비율에 대응하는 27.5의 최대 값에 도달한다. Tunability는 Pb 함량의 증가에 따라 증가한다. 100 kHz에서 측정된 40/60의 Pb/Sr 비율에서 PST 박막의 유전상수, 유전손실 그리고 tunability는 각각 335, 0.0174 그리고 47.89 %이었다. 500℃에서 650℃까지 1시간동안 열처리된 PST 박막이 평탄한 표면을 가진 페로브스카이트 상과 미세한 미세구조를 나타내었다. PST 박막의 결정립 크기와 유전상수는 열처리 온도의 증가에 따라 PST 박막의 SiO2 등가 두께는 감소한다. 회절 피크 폭으로부터 분석된 PST 박막에서 결정성 또는 내부 응력은 유전손실의 감소과 밀접한 상호 관련이 있다. 650℃에서 열처리된 PST 박막의 유전상수와 유전손실은 각각 549와 0.21% 이었다. Pt/Ti/SiO2/Si 기판 위에 직접적으로 성장된 PST 박막은 무질서한 방향을 나타내었으며, LNO/Si 기판 위에 성장된 경우, PST 박막은 (100) 방향으로 우선 배향되었다. 무질서하게 방향을 가진 Pt/Ti/SiO2/Si 기판 위에 직접적으로 성장된 PST 박막과 비교하여 보면, LNO/Si 기판 위에 (100) 방향으로 우선 배향된 PST 박막이 보다 나은 유전상수, tunability와 FOM을 보였다. 열처리 온도의 증가에 따라 (100) 방향으로 우선 배향된 PST 박막의 유전상수, tunability와 FOM은 격자 왜곡의 감소에 기인하였다. 유전 특성에서의 차이는 박막 스트레스의 변화에 기인할 수 있고 기판에 의존하는 in-plan 방향성 분극 축이 이용되었다. 1 MHz에서 측정된 LNO/Si 기판 위에 성장된 PST 박막의 유전상수, 유전손실, tunability는 각각 483, 0.002 그리고 60.1%이었다. MgO/Si 완충층의 경우, PST 박막이 (100) 방향으로 우선 배향되었다. MgO 완충층이 (100)-배향된 PST 박막의 스트레스 상태에 영향을 미친다. 열처리 온도 증가에 따라 (100) 방향으로 우선 배향된 PST 박막의 유전상수, tunability 그리고 FOM이 격자 왜형의 감소에 기인하였다. 유전체 특성의 차이는 박막 스트레스의 변화에 기인할 수 있다. 10 kHZ에서 측정된 MgO/Si 기판 위에 증착된 PST 박막의 유전상수, 유전손실 그리고 tunability는 각각 822, 0.025 그리고80.1%이었다.