Study on the adsorption of PEG for high removal selectivity in tungsten CMP

Abstract

텅스텐 CMP 공정에서 텅스텐과 산화규소 막질의 연마 선택비는 옥사이드 막질에서의 연마 중지 단계를 위해서 매우 중요하다. 이 연구에서는 PEG의 산화 규소 막질로의 선택적 흡착을 이용해서 해당 막질의 연마량을 감소시키고 이를 이용해서 텅스텐 대비 산화규소 막질 연마량 선택비를 증가시켰다. PEG와 산화규소의 수소결합은 용액의 페하값이 감소할수록 증가한다. 페하 3에서 산화규소의 표면 전하가 0에 가까워 지기 때문에 PEG와 산화규소간의 반발력이 매우 작아지게 된다. 따라서 해당 영역에서 PEG가 산화규소에 최대로 흡착된다. 반면에 텅스텐의 경우 산성영역의 페하에서도 음의 전하를 띄기 때문에 PEG가 접근하지 못해서 훨씬 적은 양만이 흡착되었다. CMP 평가 결과 산화규소 막질의 연마량은 PEG의 흡착으로 인해서 감소하였고, 동시에 텅스텐은 PEG의 적은 흡착으로 인해서 연마량이 거의 감소되지 않았다. 이러한 PEG의 선택적 흡착이 텅스텐 대비 산화규소 막질의 연마 선택비를 증가시켰다. 결과적으로 연마 선택비는 PEG의 농도를 0에서 9 wt% 까지 증가시켰을 때, 4.5에서 85.5까지 증가하였다.; In tungsten chemical mechanical polishing (CMP), the removal selectivity between tungsten and SiO2 film is crucial for the removal stopping step on SiO2. We studied the selective adsorption of polyethylene glycol (PEG) on SiO2 for high removal selectivity of tungsten to SiO2 in tungsten CMP. The hydrogen bonding between PEG and SiO2 increased as the solution pH decreased. At pH 3, the maximum adsorption of PEG on SiO2 occurred due to the low surface charge of SiO2 (near its isoelectric point). On the other hand, less amount of PEG was adsorbed on tungsten due to the high negative surface charge of tungsten. From the CMP test, the removal rate of SiO2 film was reduced by the adsorption of PEG. At the same time, the removal rate of tungsten was reduced but much less than SiO2 due to the little adsorption of PEG. The selective adsorption led to the selective reduction of removal rate of SiO2 during CMP process. As a result, the removal selectivity increased from 4.5 to 85.5 as the PEG concentration increased from 0 to 9 wt% at pH 3.