[논문]텡스텐 플러그 CVD 공정에서 SiH4 Soak의 영향

이우선; 서용진; 김상용; 박진성

doi:10.4313/jkem.2003.16.1.001

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The SiH$_4$soak step is widely used to prevent the WF$_{6}$ attack to the underlayer metal using the chemical vapor deposition (CVD) method. Reduction or skipping of the SiH$_4$soak process time if lead to optimizing W-plug deposition process on via. The electrical c...

The SiH$_4$soak step is widely used to prevent the WF$_{6}$ attack to the underlayer metal using the chemical vapor deposition (CVD) method. Reduction or skipping of the SiH$_4$soak process time if lead to optimizing W-plug deposition process on via. The electrical characteristics including via resistance and the structure of W-film are affected by the time of SiH$_4$soak process. The possibility of elimination of SiH$_4$soak process is confirmed In the case of W- film grown on the stable Ti/TiN underlayer.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 비아 위의 텅스텐 플러卫 증삭 공정을 최적화하기 위해 SiH니 soak 공정 시간을 줄이거나 skip 하기 위한 시도를 하였다. 0.

제안 방법

2. 텅스텐 플더二 증착에 사용되七 반응싱이 매우 강한 WF&의 TiN/Ti 층에 서 의 TiN 상벽 증 위 에서-上 SiH】 soak 공정의 생략이 기-능 하였다.
SiHi soak 시간에 따른 텅스텐 nucleation 층의 형성 시 하부 층과의 반응 여무를 알아보기 위해 100A TiN₇₃80A Ti/TEOS(tetra-ethylortho~silicate)- IMD(inter~metal dielectric) 층이 형성되었고, 0초에서 15초까지 soak 시간을 스플릿(split) 하였고, 여기서 15 초의 soak 공정이 텅스텐 플러:z 증착 시 기본공정에 해당한다. Ti/TiN 장벽 급속층 위에서 WF(;와 Ti 사이의 반응 억제(suppression) 효과를 확인하기 위해 CVD 텅스텐 막이 증착되었다.
Ti/TiN 장벽층 위에 텅스텐 막을 증착한 후에 생성된 TiFa 형성은 텅스텐 nucleation 막의 EDS 표면분석을 하였다. 二림 3에 보인 것처럼, 모든 시료에서 F 피크는 관찰되지 않았으며 완전하게 증착된 장벽 구조의 경우에는 SiHi soak 단계를 skip 한 경우 에도 Ti/TiN 층에 대한 WEs 공격은 일어나지 않았다.
CMP(chemical mechanical polishing) 공정[6]이 비아를 제외한 IMD 층위의 텅스텐 막을 제거하기 위해 적용되었다. 二L리고 나서 금속층의 내부배선 구조는 Ti/TiN/AlCu/Top TiN 이었고, 텅스텐 막의 구조 및 표면 원소 분석은 각각 SEM과 EDS에 의해 분석되었다.
Ti/TiN 장벽 급속층 위에서 WF(;와 Ti 사이의 반응 억제(suppression) 효과를 확인하기 위해 CVD 텅스텐 막이 증착되었다. 또한 TEOS 위에서 텅스텐 막의 증착 후에 49번의 면저항(sheet resistance ; Rs)을 측정하여 -A 평균값과 비균일도(non-uniformity ; 를 구하였고, 9번의 반사율(reflectance)을 측정하여 -1 평균값과 비균일도를 각각 평가하였다. 또한 비아의 접촉저항(contact resistance ; Rc) 데이터는 0.

대상 데이터

33 크기에서 측정하였다. CMP(chemical mechanical polishing) 공정[6]이 비아를 제외한 IMD 층위의 텅스텐 막을 제거하기 위해 적용되었다. 二L리고 나서 금속층의 내부배선 구조는 Ti/TiN/AlCu/Top TiN 이었고, 텅스텐 막의 구조 및 표면 원소 분석은 각각 SEM과 EDS에 의해 분석되었다.

성능/효과

보인 것과 같이 스플릿 되었다. Rs와 저항율, 반사도 값들은 Sill, soak 시간이 감소함에 따라 감소하였고 SiH" soak 공정을 사용하지 않은 경우가 가장 좋은 결과를 나타내었다. 여기서 SiH』의 Si이 WFs와 반응하고 9瓦의 compound7|- Rs를 증가시켰으며 반사도의 비균일도는 SiHs soak 시간이 감소함에 따라 증가를 하였다.
skip 하기 위한 시도를 하였다. 0.33 例 크기의 비아 콘택 홀(contact hole)의 면저항, 저항율, 변顷卜 율 등과 같은 전기적 득성과 텅스텐 막의 표면 및 단면 구조上 SiHi soak 시간에 따라 상당한 영향을 받았고 SiH, soak 공정을 생략할 수 있上 가능성은 하부의 안정한 Ti/TiN 장벽층 위에 CVD 텅스텐 막을 성 장시 킨 경 우에 서만 확인할 수 있었다.

참고문헌 (9)

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10.1063/1.350821
Masi, Maurizio, Besana, Giambattista, Canzi, Lorenzo, Carra, Sergio. Modeling of silicon nitride deposition by RF plasma-enhanced chemical vapor deposition. Chemical engineering science, vol.49, no.5, 669-679.

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Lee, T. Y., Tu, K. N., Kuo, S. M., Frear, D. R.. Electromigration of eutectic SnPb solder interconnects for flip chip technology. Journal of applied physics, vol.89, no.6, 3189-3194.

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