Phosphosilicate glass(PSG) films have been used as fusable deposited dielectrics in silicon gate MOS integrated circuits. But in this experiment BPSG(borophosphosilicate glass) will be optimized for more efficient utilization of the reactants. The BPSG films were deposited on silicon wafers by the oxidation of the hydrides at 430$^{\circ}$C in conventional atmospheric-pressure chemical-vapor-deposition (CVD) systems. Physical and chemical properties of CVD BPSG films have been characterized both for as-deposited and for fused films The. relationship between deposited BPSG film composition and infra-red absorption solution etch rate and fusion temperature is discussed and examples of BPSG composition that can be fused at 900~95$0^{\circ}C$ and 800~85$0^{\circ}C$ are given. In addition to having lower fusion temperature than PSG films BPSG films have lower as-deposited intrinsic tensile stress and low aqueous chemical etch rate they have been considered for applications where these characteristics are advantageous.
산화막위에 증착된 금속박막과 산화막과의 계면효과를 조사하였다. 산화막으로는 현재 반도체소자제조공정에 많이 사용되고 있는 BPSG 산화막과 PETEOS 산화막을 사용하였다. 이 두 종류의 산화막위에 적층구조의 금속박막을 형성한 후, 금속박막의 열처리에 의한 계면의 영향을 SEM (scanning electron microscopy), TEM (transmission electron microscopy), AES (auger electron spectroscopy)를 사용하여 조사하였다. BPSG 산화막위에 증착된 금속박막을 $650^{\circ}C$ 이상에서 RTP anneal을 한 경우, BPSG 산화막과 금속박막의 계면결합상태가 좋지 않았고, BPSG 산화막과 금속박막의 계면에 phosphorus가 축적된 영역을 확인하였다. 반면에 PETEOS 산화막위에 증착된 금속박막의 경우, RTP anneal 온도에 관계없이 계면결합상태는 좋았다. 본 연구에서 BPSG 산화막위에 금속박막을 증착할 경우 RTP anneal 온도는 $650^{\circ}C$ 보다 작게 하여야 함을 알 수 있었다.
2충의 BPSG를 사용하는 서브마이크론 CMOS DRAM에 있어 전기적 특성에 관한 BPSG flow온도의 영향을 비교하였다. BPSG flow온도를 $850^{\circ}C/850^{\circ}C,\;850^{\circ}C/900^{\circ}C,\;900^{\circ}C/900^{\circ}C$의 3가지 다른 조합을 적용하여 문턱전압, 파괴전압, Isolation전압과 더불어 면저항과 접촉 저항을 조사하였다. $900^{\circ}C/900^{\circ}C$ flow의 경우 NMOS에서 문턱전압은 $0.8\mu\textrm{m}$ 미만의 채널길이에서 급격히 감소하나 PMOS 경우는 차이가 없었다. NMOS와 PMOS의 파괴전압은 각각 $0.7\mu\textrm{m}$와 $0.8\mu\textrm{m}$ 이하에서 급격히 감소하였다. 그러나 $850^{\circ}C/850^{\circ}C$ flow의 경우에는 NMOS와 PMOS모두 문턱전압과 파괴전압은 채널길이 $0.7\mu\textrm{m}$까지 감소하지 않았다. Isolation전압은 BPSG flow온도 감소에 따라 증가하였다. 면저항과 접촉 저항은 BPSG flow온도가 $900^{\circ}C$에서 $850^{\circ}C$로 감소됨에 따라 급격히 증가되었다. 이와 같은 결과는 열처리 온도에 따라 dopant의 확산과 활성화에 관련 있는 것으로 생각된다. 접촉 저항 증가에 대한 개선 방법에 대하여 고찰하였다.
Effects of annealing temperature, time, and atmospehre on the flow characteristics of Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition-borophosphosilicate glass were investigated. Stable step coverage can be obtained by annealing the BPSG film at 90$0^{\circ}C$ for 30 minutes in N2 atmosphere, but further heat treatment isnot effective. Flow characteristics of the BPSG film was better in steam atmosphere than in N2 atmosphere, and the factors which cause it were analyzed. The concentration of boron in the BPSG film was measured pretty accurately by FTIR spectrum. Boron content in the BPSG film was reduced by annealing treatment. The decrement of boron was greater in steam atmosphere than in the N2 atmosphere. Also it was found from the FTIR spectroscopic analysis that PH3 inhibited the oxidation of B2H6.
선택성을 향상시키기 위해서 BPSG(Borophosphosilicate glass) 위에 형성한 TiN 패턴을 로(furnace) 열처리와 질소 플라즈마 처리를 한 후 유기 화학 기상 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition)으로 구리 박막을 증착하였다. 먼저 650℃∼750℃에서 열처리한 후 150℃에서 구리 박막을 증착시켰을 때 750℃에서 열처리한 경우 TiN 표면 위에만 선택적으로 구리 증착이 일어났다. 질소 플라즈마 처리를 한 경우도 마찬가지로 BPSG 위에 구리 핵 형성이 억제됨을 알 수 있었다. 플라즈마 처리 온도를 증가시킬수록 BPSG 위의 구리 핵 형성이 더 효과적으로 억제되었다. 열처리와 플라즈마 처리 후 증착된 기판 표면을 TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)로 분석하였을 때 플라즈마 처리가 BPSG 표면의 구리 증착 작용기인 0-H(hydroxyl)기를 제거하여 구리의 선택성이 향상되었다고 해석하였다.
0.5$\mu$m 이하 급의 device에서 TEOS/O3 BPSG 박막을 층간절연막(Interlayer Dielectric)으로 사용하여, 평탄화를 위해 etchback 공정을 적용할 때 BPSG 박막이 가지는 구조적, 화학적 불안정성으로 인해 B,P 농도의 변화나 crack 발생 현상이 일어날 수 있다. 본 실험에서는 이러한 현상을 억제하기 위해 농도를 달리한 이층막의 증착, PR strip 시에 사용하는 wet chemical의 변경 및 증착후 치밀화(densificaiton)공정추가 등의 방법을 사용하였으며, 이에 따른 박막 특성의 변화를 조사하였다.
The deposition and reflow properties or BPSG film deposited by APCVD was characterized by variation of each process parameter. As deposition temperature is increased higher, deposition rate is decreased. Maximum deposition rate of BPSG film is obtained in higher 02/Hyride ratio than CVD Oxide or PSG. BPSG film shows stable dielectric properties and we obtained good planarization effect at lower reflow temperature in case of BPSG film than PSG film.
Kim, Eung-Soo;Cho, Won-Ju;Kwon, Hyuk-Choon;Kang, Shin-Won
대한전자공학회:학술대회논문집
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대한전자공학회 2002년도 ITC-CSCC -1
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pp.365-368
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2002
We investigated the influence of RTP annealing of multi-layered metal films deposited on oxides layer. Two types of oxides, BPSG and P-7205, were used as a bottom layer under multi-layered metal film. The bonding was not good in metal/BPSG/Si samples because adhesion between metal layer and BPSG oxide layer was poor by interfacial reaction during RTP annealing above 650$^{\circ}C$. On the other hand bonding was always good in metal/ P-TEOS /Si samples regardless of annealing temperature. We observed the interface between oxide and metal layers using AES and TEM. The phosphorus and oxygen profile in interface between metal and oxide layers were different in metal/BPSG/Si and metal/P-TEOS/Si samples. We have known that the properties of interface was improved in metal/BPSG/Si samples when the sample was annealed below 650$^{\circ}C$.
본 연구에서는 BPSG(borophosphosilicate glass)/SiO2/Si 기판상에 5000$\AA$의 구리박막을 화학증착한 후 Ar 분위기하 250-55$0^{\circ}C$, 5-90초 급속열처리하여 열처리 전후의 결정구조, 면저항, 미세구조의 박막특성 변화를 분석하였다. 후열처리된 구리박막에서는 결정성 및 (111) 배향의개선과 함께 결정립 성장이 확인되었으나, 구리의 표면산화반응과 BPSG 내로의 급속한 확산에 의해 전기적 특성의 개선은 미미하였다. 그리고 열처리 박막내에는 구리 실리사이드상의 형성이 발견되지 않았으며, 25$0^{\circ}C$/90초의 저온 장시간 또는 55$0^{\circ}C$/20초의 고온 단시간 조건에서 전형적으로 나타나는 Cu2O 상이 시편의 전기비저항 증가와 표면열화에 직접적으로 영향을 미쳤다. 또한, 이들 결과로부터 급속열처리법에 의한 Cu/BPSG 열처리의 공정범위를 규명할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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