Studies on the nanoscale topography enhancement of tungsten film by using solid silica core – mesoporous silica shell nanoparticles in tungsten CMP

Abstract

반도체 공정이 미세해짐에 따라 선 폭을 줄이거나 단을 높게 올리는 데에 화학적 기계적 평탄화의 중요성이 높아지고 있다. 본 논문에서는 나노 실리카 입자의 개질을 통해서 텅스텐 화학적 기계적 평탄화 후의 지형의 거칠기를 줄이는 연구를 진행하였다. 일반적으로 텅스텐 화학적 기계적 평탄화 공정을 진행할 때, 과수와 같은 산화제를 사용해 텅스텐 표면 막질을 산화 시킨 후 제거하는 방법을 사용한다. 이때 사용되는 과수는 텅스텐 막질 산화막의 용해에 영향을 주어 결과적으로 텅스텐 나노토포그래피 제거를 힘들게 한다. 본 연구에서는 솔리드 나노 실리카 입자와 솔리드 코어-다공성 셸 실리카 나노 실리카 입자가 나노토포그래피 제거에 미치는 영향에 대해서 저 과수 농도와 고 과수 농도에서 각각 비교하였다. SEM, 저 각도 XRD와 비표면적 분석을 통해서 솔리드 코어-다공성 셸 나노 실리카 입자가 합성됨을 확인하였고, 원자간력 현미경을 통해서 표면의 거칠기를 비교하였다. 그 결과, 솔리드 코어-다공성 셸 나노 실리카 입자를 사용 할 경우, 저 과수 농도와 고 과수 농도 두 경우에서 모두 향상된 나노토포그래피를 보임을 확인하였다. 위 연구의 결과는 텅스텐 화학적 기계적 평탄화 공정에서 발생하는 여러 문제 해결에 도움이 될 것으로 기대된다.; As the scale of semiconductor manufacturing process shrinks down, chemical mechanical planarization (CMP) is increasingly important for reducing line width or raising step height. In this dissertation, studies on the enhancement of the nanoscale topography of tungsten films in CMP through the modification of silica nanoparticles were performed. In general, oxidizer such as hydrogen peroxide is used to make an oxidized layer on the surface of tungsten films in tungsten CMP process. And dissolution of tungsten films, which makes it difficult to remove the nanoscale topography of tungsten films, is affected by hydrogen peroxide. In this study, we compared two abrasives, solid silica nanoparticles and solid silica core-mesoporous silica shell nanoparticles in the condition of different concentration of hydrogen peroxide respectively. To prove that solid silica core-mesoporous silica shell nanoparticles were synthesized, experiment procedures such as small angle XRD, BET and SEM methods were performed. And nanoscale topography of tungsten films surface was measured by using AFM instruments. As a result, solid silica core-mesoporous silica shell nanoparticles showed more improved nanoscale topography of tungsten films surface than solid silica nanoparticles did. The results of this study are expected to contribute to solving the issues related to nanoscale topography in tungsten CMP process.