• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.57-57
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• 2009

반도체 device가 고집적화 및 다층화 되어짐에 따라 현재 사용되고 있는 구리 interconnect의 확산방지막인 Ta/TaN은 많은 문제가 발생하고 있다. 고집적화 된 반도체 소자에 적용시키기에는 Ta/TaN 확산 방지막의 고유 저항값이 매우 크고, 구리의 증착에 필요한 seed layer의 크기도 문제화 된다고 보고되어지고 있다. 이러한 이유로 인해 점차 고집적화 되어지는 반도체 기술에 맞추어 새로운 확산 방지막에 대한 연구가 현재 활발히 이루어지고 있다. 이에 새로운 확산 방지막으로써 대두되고 연구되고 있는 재료가 Ruthenium (Ru)이다. Ru은 공기 중에서 매우 안정하고 고유저항 값 또한 $13\;{\mu}{\Omega}\;cm$의 Ta에 비해 $7.1\;{\mu}{\Omega}\;cm$의 매우 작은 고유저항 특성을 가지고 있다. 또한, Ru은 구리와의 우수한 접착성으로 인해 구리의 interconnect의 형성에 있어 seed layer가 필요하지 않을 뿐만 아니라 높은 annealing 온도에서도 무시할 만큼 작은 solid solubility를 가지며 구리와의 계면에서 새로운 화합물을 형성하지 않으며 annealing시 구리의 delamination을 유발시키지도 않는다. 이에 따라, 평탄화와 소자 분리를 위하여 chemical mechanical planarization (CMP) 공정이 필요하게 되었다. 하지만, Ru의 noble한 성질과 Ru 확산방지막 CMP공정 시 노출되는 다른 이종 물질 사이의 최적화 된 selectivity를 구현하는데 많은 어려움이 있다. 이로인해 Ru 확산 방지막을 위한 CMP slurry에 대한 연구는 아직 미흡한 수준이다. 본 연구에서는 Ru이 확산방지막으로 사용되었을 때 이를 위한 CMP slurry에 대한 평가와 연구가 이루어졌다. Slurry 조성과 농도 및 pH에 따른 전기 화학적 분석을 통하여 slurry 내에서 각각의 막질들이 어떠한 상태로 존재하는지 분석해 보았다. 또한, Ru을 비롯한 이종막질들의 etch rate, removal rate와 selectivity에 대한 연구가 진행되었다. 최종적으로 Ru 확산방지막 CMP를 위한 최적화된 slurry를 제안하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.50-50
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• 2007

최근 DRAM 소자 내에서 Ruthenium (Ru) 은 높은 화학적 안정성, 누설전류에 대한 높은 저항성, 고유전체와의 높은 안정성등과 같은 특성으로 인해 금속층-유전막(insulator)-금속층 캐패시터에 대한 하부전극으로 각광받고 있다. 일반적으로 Ru은 화학적으로 매우 안정하여 습식 식각으로 제거하기 어려우며, 이로인해 건식 식각을 이용하여 Ru을 제거하는 것이 널리 통용되고 있다. 하지만 칵 캐패시터의 분리를 위해 Ru을 건식 식각할 경우, 유독한 $Ru0_4$ 가스가 발생할 수 있으며 Ru 하부전극의 탈균일한 표면과 몰드 산화막의 손실을 유발할 수 있다. 이로인해 각 캐패시터간의 분리와 평탄화를 위해 CMP 공정이 도입되게 되었다. 이러한 CMP 공정에 공급되는 슬러리에는 부식액, pH 적정제, 연마입자등이 첨가되는데 이때 연마입자가 응집하여 슬러리의 분산 안정성 저하에 영향을 줄 수 있다. 그리하여 본 연구에서는 Ru CMP Slurry에서의 surfactant와 같은 첨가제에 따른 zeta potential, particle size, sedimentation의 분석을 통해 slurry 안정성에 대란 영향을 살펴보았다. 또한 선택된 surfactant가 첨가된 Ru CMP Slurry를 제조하여 Ru의 removal rate와 TEOS에 대한 selectivity를 측정해 보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.112-112
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• 2008

최근 Ruthenium (Ru) 은 높은 화학적 안정성, 누설전류에 대한 높은 저항성, 저유전체와의 높은 안정성 등과 같은 특성으로 인해 금속층-유전막-금속층 캐패시터의 하부전극으로 각광받고 있다. 또한 Cu와의 우수한 Adhesion 특성으로 인해 Cu 배선에서의 Cu 확산 방지막으로도 주목받고 있다. 그러나 이렇게 형성된 Ru 하부전극의 각 캐패시터간의 분리와 평탄화를 위해서는 CMP 공정이 도입이 필요하다. 이러한 CMP 공정에 공급되는 Slurry 에는 부식액, pH 적정제, 연마입자 등이 첨가되는데 이때 연마입자가 응집하여 Slurry의 분산 안전성 저하에 영향을 줄수 있다. 이로 인해 응집된 Slurry는 Scratch와 Delamination 과 같은 표면 결함을 유발할 수 있으며, Slurry의 저장 안정성을 저하시켜 Slurry의 물리적 화학적 특성을 변화시킬 수 있다. 그리하여 본 연구에서는 Ru CMP Slurry에서의 Surfactant와 같은 분산 안정제에 따른 Surface tension, Zeta potential, Particle size, Sedimentation의 분석을 통해 Slurry 안정성에 대한 영향을 살펴보았다. 그 결과 pH9 조건의 31ppm Dispersant 농도에서 50%이상의 Sedimentation 상승효과를 얻을 수 있었다. 또한 선택된 Surfactant가 첨가된 Ru CMP Slurry를 제조하여 Ru wafer의 Static etch rate, Passivation film thickness 와 Wettability를 비교해 보았다. 그리고 CMP 공정을 실시하여 Ru의 Removal rate와 TEOS에대한 Selectivity를 측정해 보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.557-557
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• 2007

최근 Ruthenium (Ru)은 높은 화학적 안정성, 누설전류에 대한 높은 저항성, 저유전체와의 높은 안정성 등과 같은 특성으로 인해 캐패시터의 하부전극으로 각광받고 있다. 이렇게 형성된 Ru 하부전극은 각 캐패시터간의 분리와 평탄화를 위해 CMP 공정이 도입되게 되었다. 이러한 CMP 공정후에는 화학적 또는 물리적 상호작용에 의해 웨이퍼 표면에 오염물이 발생할 수 있다. CMP 공정중에 공급되는 슬러리에는 부식액, pH 적정제, 연마입자등이 첨가되는데 이때 사용된 연마입자는 CMP 공정후 입자오염을 유발할 수 있다. 그러므로, CMP 공정후에는 이러한 오염으로 인해 cleaning 공정이 반드시 필요하게 되었다. 하지만, Post Ru CMP cleaning에 대한 연구는 아직 미비한 상태이다. 그리하여 본 연구에서는 post Ru CMP cleaning에 대한 연구와 cleaning solution 그리고 첨가제에 따른 영향을 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.529-529
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• 2007

Ruthenium (Ru) is a white metal and belongs to platinum group which is very stable chemically and has a high work function. It has been widely studied to apply Ru as an electrode material in memory devices and a Cu diffusion barrier metal for Cu interconnection due to good electrical conductivity and adhesion property to Cu layer. To planarize deposited Ru layer, chemical mechanical planarization(CMP) was suggested. However, abrasive particle can induce particle contamination on the Ru layer surface during CMP process. In this study, zeta potentials of Ru and interaction force of alumina particles with Ru substrate were measured as a function of pH. The etch rate and oxidation behavior were measured as a function of chemical concentration of several organic acids and other acidic and alkaline chemicals. PRE (particle removal efficiency) was also evaluated in cleaning chemical.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.85-85
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• 2007

최근 귀금속중의 하나인 Ruthenium(Ru)은 높은 일함수, 누설전류에 대한 높은 저항성등의 톡성으로 인해 캐패시터의 하부전극으로 각광받고 있다. 하부전극으로 증착된 Ru은 일반적으로 각 캐패시터의 분리와 평탄화를 위해 건식식각이 이루어진다. 하지만, 건식식각 공정중 유독한 $RUO_4$ 가스가 발생할 수 있으며, 불균일한 캐패시터 표면을 유발할 수 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 CMP 공정이 필요하게 되었다. 하지만, Ru은 화학적으로 매우 안정하기 때문에 Ru CMP 슬러리에 대한 연구가 필요하게 되었으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 Ru CMP 공정에서 Chemical A가 에칭제 및 산화제로 사용된 슬러리의 pH 변화와 pH 적정제에 따른 영향을 살펴보았다. Ru wafer를 이용하여 static etch rate, passivation film thickness와 wettability를 pH와 pH 적정제에 따라 비교해 보았다. 또한, pH 적정제로 $NH_4OH$와 TMAH를 이용하여 pH별 슬러리를 제작하고 CMP 공정을 실시하여 Ru의 removal rate을 측정하였다. $NH_4OH$와 TMAH의 경우 각각 130. 100 nm/min의 연마율이 측정된 pH 6에서 가장 높은 연마률을 보였으며, TMAH의 경우가 pH 전 구간에서 $NH_4OH$에 비해 낮은 연마율이 측정되었다. TEOS 에 대한 Ru의 선택비를 측정해 본 결과, $NH_4OH$의 경우 pH 8~9. TMAH의 경우 pH 6~7에서 높은 selectivity를 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.34.2-34.2
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• 2011

The demand for Ru has been increasing in the electronic, chemical and semiconductor industry. Chemical mechanical planarization (CMP) is one of the fabrication processes for electrode formation and barrier layer removal. The abrasive particles can be easily contaminated on the top surface during the CMP process. This can induce adverse effects on subsequent patterning and film deposition processes. In this study, a post Ru CMP cleaning solution was formulated by using sodium periodate as an etchant and citric acid to modify the zeta potential of alumina particles and Ru surfaces. Ru film (150 nm thickness) was deposited on tetraethylorthosilicate (TEOS) films by the atomic layer deposition method. Ru wafers were cut into $2.0{\times}2.0$ cm pieces for the surface analysis and used for estimating PRE. A laser zeta potential analyzer (LEZA-600, Otsuka Electronics Co., Japan) was used to obtain the zeta potentials of alumina particles and the Ru surface. A contact angle analyzer (Phoenix 300, SEO, Korea) was used to measure the contact angle of the Ru surface. The adhesion force between an alumina particle and Ru wafer surface was measured by an atomic force microscope (AFM, XE-100, Park Systems, Korea). In a solution with citric acid, the zeta potential of the alumina surface was changed to a negative value due to the adsorption of negative citrate ions. However, the hydrous Ru oxide, which has positive surface charge, could be formed on Ru surface in citric acid solution at pH 6 and 8. At pH 6 and 8, relatively low particle removal efficiency was observed in citric acid solution due to the attractive force between the Ru surface and particles. At pH 10, the lowest adhesion force and highest cleaning efficiency were measured due to the repulsive force between the contaminated alumina particle and the Ru surface. The highest PRE was achieved in citric acid solution with NaIO4 below 0.01 M at pH 10.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.24.2-24.2
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• 2011

Ru is used as a bottom electrode capacitor in dynamic random access memories (DRAMs) and ferroelectric random access memories (FRAMs). The surface of the Ru needs to be planarized which is usually done by chemical mechanical polishing (CMP). Ru CMP process requires chemical slurry consisting of abrasive particles and oxidizer. A slurry containing NaIO4 and alumina particles is already proposed for Ru CMP process. However, the stability of the slurry is critical in the CMP process since if the particles in the slurry get agglomerated it would leave scratches on the surface being planarized. Thus, in the present work, the stability behavior of the slurry using a suitable anionic polyelectrolyte is investigated. The parameters such as slurry pH, polyelectrolyte concentration, adsorption time and the sequence of addition of chemicals are optimized. The results show that the slurry is stable for longer time at an optimized condition. The polishing behavior of the Ru using the optimized slurry is also investigated.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2007.05a
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• pp.21.1-21.1
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• 2007

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.117-117
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• 2008

In MIM capacitor, poly-Si bottom electrode is replaced with metal bottom electrode. Noble metals can be used as bottom electrodes of capacitors because they have high work function and remain conductive in highly oxidizing conditions. In addition, they are chemically very stable. Among novel metals, Ru (ruthenium) has been suggested as an alternative bottom electrode due to its excellent electrical performance, including a low leakage of current and compatibility to high dielectric constant materials. Chemical mechanical planarization (CMP) process has been suggested to planarize and isolate the bottom electrode. Even though there is a great need for development of Ru CMP slurry, few studies have been carried out due to noble properties of Ru against chemicals. In the organic chemistry literature, periodate ion ($IO_4^-$) is a well-known oxidant. It has been reported that sodium periodate ($NaIO_4$) can form $RuO_4$ from hydrated ruthenic oxide ($RuO_2{\cdot}nH_2O$). $NaIO_4$ exist as various species in an aqueous solution as a function of pH. Also, the removal mechanism of Ru depends on solution of pH. In this research, the static etch rate, passivation film thickness and wettability were measured as a function of slurry pH. The electrochemical analysis was investigated as a function of pH. To evaluate the effect of pH on polishing behavior, removal rate was investigated as a function of pH by using patterned and unpatterned wafers.