텅스텐 CMP 공정에서 실리카 입자개질을 통한 표면결함 감소에 관한 연구

Abstract

실리카 나노 입자는 텅스텐 화학 기계적 평탄화에서 연마재로 널리 사용된다. 원활한 연마를 위해 산성 영역에서 금속 표면 막을 산화하여 사용하는데, 실리카 나노 입자는 pH의 산성 영역에서 등전점을 가지기 때문에 입자의 전기적 인력이 약하고 응집이 쉽게 발생한다. 이러한 응집 입자는 CMP 공정에 적용될 때 결함을 쉽게 생성한다. 여기서, 무결함 텅스텐 CMP를 위한 산성 pH에서 실리카 NP의 표면 전하를 증가시키는 간단한 전략을 연구한다. 수열 합성반응을 이용하여 실리카 나노 입자의 표면에서 Si4+ 이온을 Fe3+ 이온으로 동형 치환하여. 산성영역에서도 음전하를 유지하는 입자개질을 하였다. 산성 pH에서, Fe3+로 치환 된 실리카 나노 입자의 음의 표면 전하 증가는 순수한 실리카 나노 입자에 비해 응집 입자의 수를 감소시켰다. 그 결과, Fe- 실리카 나노 입자는 CMP 후 텅스텐 표면의 결함 수 감소에 있어 높은 성능을 보였다. 이 연구의 결과는 반도체 공정의 다음 단계에서 도움이 될 것으로 기대된다.; Silica nanoparticles are widely used as abrasives in tungsten chemical mechanical planarization (CMP). For properly polishing, it is used to oxidize metal surface in acidic area. Since the silica nanoparticles have an isoelectric point in the acidic region of pH, the electrical attraction of the particles may be weak and the aggregation may easily occur. These agglomerated particles easily generate defects when applied in a CMP process. Herein, we report a simple strategy to increase the surface charge of silica NPs at acidic pH for defect-free tungsten CMP. The isomorphic substitution of Si4+ by Fe3+ ions on the surface of silica nanoparticles by hydrothermal reaction led to a pH-independent permanent negative surface charge, which increased as the concentration of substituted Fe3+ ions increased. At acidic pH, the increased negative surface charge of Fe3+-substituted silica (Fe-silica) nanoparticles resulted in a reduction in the number of agglomerated large particles relative to that of pure silica nanoparticles. As a result, Fe-silica nanoparticles showed high performance in the reduction of defect count on the tungsten surface after CMP. The results of this study are expected to help in next step of semiconductor process.