초록 ▼

본 연구에서는 최대규모 집적회로(VLSI)에서 전극재료로 사용되는 텅스텐 실리사이드의 어닐링 및 산화 특성에 관하여 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) Poly-Si 내의 p(인)의 농도가 실리사이드의 산화속도에 미치는 영향
(Anncaling 처리한 경우):
W/Si 의 조성비가 2.6 인 CVD텡스텐 실리사이드를 어닐링처리한 후 dry 또는 wet oxidation 하여 polycide 구조에서 다결정 Si 내의 농도가 실리사이드의 산화반응속도에 미치는 영향을 조사하였다. P의 농도에 관계없

본 연구에서는 최대규모 집적회로(VLSI)에서 전극재료로 사용되는 텅스텐 실리사이드의 어닐링 및 산화 특성에 관하여 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) Poly-Si 내의 p(인)의 농도가 실리사이드의 산화속도에 미치는 영향
(Anncaling 처리한 경우):
W/Si 의 조성비가 2.6 인 CVD텡스텐 실리사이드를 어닐링처리한 후 dry 또는 wet oxidation 하여 polycide 구조에서 다결정 Si 내의 농도가 실리사이드의 산화반응속도에 미치는 영향을 조사하였다. P의 농도에 관계없이 항상 실리사이드의 산화속도가 (100)Si의 그것보다 더 높았다. 저온에서 dir oxidation 한 경우 P의 농도가 능가함에 따라 산화속도는 감소하였으나, 고온에서 dry oxidation 한 경우에는 모든 산화온도에서 P의 농도가 높을수록 실리사이드의 산화속도가 오히려 더 낮은 것으로 나타났다.
2) poly-Si 내의 P의 농도가 실리사이드의 산화속도에 미치는 영향
(Annealing 처리하지 않은 경우) :
W/Si 의 조성비가 2.6인 CVD텡스텐 실리사이드를 어닐링처리 하지 않고 바로 wet oxidation 하여 polycide 구조에서 다결정 실리콘내의 인의 농도가 실리사이의 산화반응 속도에 미치는 영향을 조사하여 직선, 포물선적 속도법칙을 토대로 하여 분석하였다. 텅스텐 실리사이드의 산화속도는 다결정 실리콘내의 도펀트 인의 농도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 직선적 속도상수와 포물선적 속도상수 모두 인의 농도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 직선적 속도상수에 대한 활성화에녀지는 인의 농도가 증가함에 따라 감소하였으나 포물선적 속도상수에 대한 활성화에너지는 인 농도와 무관한 것으로 나타났다.
3) Annealing 처리가 WSi(sub)(x)의 산화거동에 미치는 영향 :
하부에 다결정 Si층을 가진 WSi?? 막에 대하여 어닐링 처리중 도핀트인과 과잉 실리콘의 재분포 거동을 분석함으로써 어닐링이 산화반응 속도와 산화기구에 미치는 영향을 조사하였다. 어닐링 처리를 거치지 않고 바로 산화한 경우에는 도펀트 인 농도가 증가함에 따라 산화속도가 증가하였으나 어닐링 처리중 도펀트가 외부로 outdiffusion하여 도펀트의 농도 증가에 따른 산화속도의 뚜렷한 증가가 나타나지 않았다. 또한 실리사이드 막내에 과잉의 실리콘이 존재하면, 어닐링이나 산화공정중 실리사이드 표면쪽으로 편석되어 이것이 먼저 소모되고, 그후에는 하부의 다결정 실리콘층의 실리콘이 실리사이드의 표면부로 이동해와 산화반응에 참여함을 SEM 분석으로 증명하였다.
4) poly-Si 막의 두께, 도핑농도 및 WF?flow rate 등이 WSi(sub)(x)의 전기적 특성에 미치는 효과 :
Polycide 구조를 갖는 LPCVD(저압화학 기상침적) 텅스텐 실리사이드의 전기저항 특성에 미치는 다결정 Si 막의 두께, P(인) 도핑농도 및 실리사이드 막 형성시의 WF? 유속의 효과에 관하여 조사하였다. 하부층인 다결정 Si 막의 두께가 증가함에 따라 텅스텐 실리사이드 막의 전기저항이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 다결정 Si 막의 P 도핑농도의 증가에 따라 텅스텐 실리사이드 막의 전기저항이 감소하였다. 그리고 WF? 유속이 감소할수록 annealing시 실리사이드 막의 결정화가 더디게 일어남을 알 수 있었다. 이것으로부터 P와 과잉의 Si이 실리사이드의 결정립계에 편석되어 결정립계의 이동을 방해함을 알 수 있다. 5) Annealing 과 산화에 따른 polycide막 특성의 변화 :
다결정 실리콘 상의 텅스텐 실리사이드 막의 Si/W 조성비, 저항및 응력을 측정함으로써 어닐링과 산화에 따른 막 특성의 변화를 조사하였다. 막형성 직후의 텅스텐 실리사이드 막의 Si/W 조성비는 2.6 이었으나 어닐링 후에는 2.4-2.6 산화후에는 2.0-2.3 으로 감소하였다. 비저항은 막형성 직후에는 41.2Ω/□ 이었으나 어닐링?스텐 실리사이드 막의 응력은 SiH? 유속의 증가에 따라 간소하였으며, 어닐링 후에는 증가하였다. 그밖에 과잉의 Si, 도펀트 P 그리소 막내에 유입된 F 와 H등의 열처리시 실리사이드/다결정 Si 및 실리사이드/SiO?의 계면으로 이동하여 응력의 증가를 초래하는 것으로 보인다.
6) 과잉 Si이 실리사이드의 산화거동에 미치는 효과 :
다결정실리콘 막상에 CVD법으로 증착된 WSi(sub)(2.7) 막과 WSi(sub)(3.1) 막의 열산화 막들에 대한 특성들을 서로 비교함으로써 과잉의 실리콘이 산화막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. AES 분석결과에 의하면, WSi(sub)(2.7) 은 산화시하부층인 다결정 실리콘이 소모되는 반면, WSi(sub)(3.1) 은 산화시 실리사이드 막내의 표면 가까운 부분의 실리콘 성분들이 소모되어 산화후 실리사이드 막내의 조성과 비저항이 매우 불균일해졌다.
7) 실리사이드의 조성이 산화막의 특성에 미치는 효과 :
다결정 실리콘 막상에 CVD 법으로 증착된 WSi(sub)(2.7) 막과 WSi(sub)(3.1) 막의 열산화막에 대한 특성을 서로 비교함으로써 과잉의 실리콘이 산화막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. WSi(sub)(3.1)의 산화막은 WSi(sub)(2.7)의 산화막과 비교할때 에칭속도가 더 빠르고 절연전압이 더 낮는 등 절연막으로서의 특성이 더 불량한 것으로 나타났다. 또한 하부층인 다결정 실리콘의 두께가 3000Å 인 경우가 2000Å 인 경우보다 산화후 실리사이드 막내의 조성비가 더 균일하였다.
8) Fumace annealing 이 텅스텐 실리사이드 막 특성에 미치는 영향 :
XRD, AES, SIMS, Hall 측정등의 분석결과에 의하면, 열처리 온도의 증가에 따라 WSi(sub)(x)의 결정화와 결정립 성장이 일어남과 동시에 WSi(sub)(x) 막내의 과잉 Si 이 하부의 poly-si 층으로 재분포된다. 또한 SiO?막 부근에 잔류한다. WSi(sub)(x) 박막의 전기전도로와 결정립 크기간에서는 직접적인 관계가 있다. 900℃ 이상에서 열처리한 시편의 carrier type 은 positive hole인 반면, 800℃ 이하에서 열처리한 시편에서는 전자이다.
9) Rapid thermal annealing이 텅스텐 실리사이드 막 특성에 미치는 영향 :
Polycide구조에서의 WSi(sub)(x)의 전기저항은 as-deposited 비정질 WSi(sub)(x)시에는 870μΩ-cm 이던 것이 1000℃ 에서 30분간 열처리한 후에는 161μΩ-cm 로 저하되었다. Hall 측정결과에 의하면, 950℃이하에서 열처리한 시편은 n형을, 1000℃이상에서 열처리한 시편은 p형의 준금속특성을 나타내었다. 이것은 p형인 WSi?와 n형으로 heavy 도핑된 poly-Si의 복합구조 특성에 기인한다. SIMS 분석 결과에 의하면, 1100℃ 이하에서 RTA열처리한 시편의 경우 WSi(sub)(x)와 SiO?는 안정하고, 도펀트인 외의 불순물의 재분포는 별로 일어나지 않았다.

Abstract ▼

Oxidation and annealing characteristics of Tungsten silicide film used as a conduclor in VLSI have been investigated and thc results obtained are as follows:
1) Errects of Phosphorus Doping Concentration on the Oxidation Kinctics of Tungstcn Polycide (I):
Effects of phosphorus dopin

Oxidation and annealing characteristics of Tungsten silicide film used as a conduclor in VLSI have been investigated and thc results obtained are as follows:
1) Errects of Phosphorus Doping Concentration on the Oxidation Kinctics of Tungstcn Polycide (I):
Effects of phosphorus doping Icvel in thc undcr layer polycrystalline silicon film on thc thermal oxidation rate of annealed CVD-WSi(sub)(2.6) in wet and/or dry oxidation ambient wcre investigated. The oxidadon rate of tungsten silicide was found to be higher than that of (100) single silicon regardless of the phosphorus concentration. In the case of dry oxidation at lower temperature the oxidation rate of silicide decreased with increasing lhe phosphorus concentration, bul in the case of dry oxidation at higher temperature thcre seemed to bc little reladonship between the oxidalion rate and the phosphorus doping Icvcl. On thc othcr hand, in lhe casc of wet oxidalion the oxidalion rate of tungsten silicide dccreascd with increasing the phosphorus doping Icvel ror any oxidation lemperalure.
2) Effects of Phosphorus Doping Concentration on the Oxidation Kinetics of Tungsten Polycide (II):
Effects of phosphorus doping level in the underlayer polycrystalline silicon film on the thermal oxidation rate of unannealed CVD-WSi(sub)(2.6) in wet O? ambient were investigated over the temperature range 800-1000? and were analysed based on the linear-parabolic rate law. The oxidation rate of tungsten silicide was found to increase with increasing phosphorus doping level in polysilicon. Both linear rate constant and parabolic rate constant increased with increasing phosphorus doping level. The activation energy for the linear rate constant decreased with increasing phosphorus doping level, but the activation energy for the parabolic rate constant seems to be independent of phosphorus doping level.
3) Effects of the annealing treatment on the oxidation behaviors of tungsten silicide:
For the WSi(sub)(2.6)film on the polycrystalline silicon effects of annealing treatment on the oxidation kinetics and mechanism of the silicide have been investigeted by analysing the redistribution behaviors of dopant phosphorus and excess silicon.
It appears that oxidation rate of the silicide does not increase clearly with increasing the dopant concentration due to the outdiffusion of the dopant.
Also the followings has been shown by SEM analysis: excess silicon in the silicide film moves to the silicide surface region during the annealing treatment and it is consumed first and then silicon from the underlying polycrystalline silicon film is consumed during oxidation process.
4) Effects of Poly-Si Thickness,Doping Level. and WF6 Flow Rate on the Electrical Resistance of Tungsten Silicide:
Effects of underlayer poly-Si film thickness, phosphorus doping level of poly-Si, and WF flow rate of silicide deposition on the electrical resistance characteristics of the LPCVD- tungsten silicide film have been investigated. It has been found that the sheet resistance of the tungsten silicide film substantially deaeases with increasing poly-Si film thickness. The sheet resistance of the silicide fllm decreases with increasing phosphorus doping level of the poly-Si film. Also it has appeared that the sheet resistance of silicide is reduced with increasing WF? folw rate.
It has been found from X-ray diffraction results that crystallization of tungsten silicide during the annealing treatment is retarded with increasing the phosphorus doping level of the poly-Si film and decreasing the WF6 flow rate in the silicide film deposition. It is found from this fact that phosphorus and excess Si segregated in silicide grain boundaries inhibit the movement of the grain boundaries.
5) Effects of Annealing and Oxidation on the Properties of the Tungsten polycide film :
Properties of the tungsten silicide film on the polycrystalline silicon such as Si/W composition ratio, resistivity and stress were investigated. The Si/W ratio of the as-deposited tungsten silicide film was 2.6 but it was leduced to 2.4-2.6 after annealing and to 2.0-2.3 after oxidation. The resistivity of the tungsten silicide film was 41.2Ω/□, but it was reduced to 4.7Ω/□ and 4.3Ω/□ after annealinand oxidation, respectively. Also it was found that the stress of the tungsten silicide film decreased with increasing SiH,, gas flow late and that it increased after annealing. In addition segregation of excess Si and dopant P as well as F and H to WSi(sub)(x)/ Poly-Si and WSi(sub)(x)SiO? interfaces seems to cause the increase of film stress.
6) Effects of Excess Silicon on Properties of the Thermal Oxide of Tungsten Silicide:
Effects of excess Si on the properties of the oxide of CVD tungsten silicide were investigated by compaiing the characteristics of the two kinds of thermal oxide for CVD-WSi(sub)(2.7)and WSi(sub)(3.1) films on the polycrystatline Si film each other.
Etch rate of oxide of WSi(sub)(3.1) is faster than that of WSi(sub)(2.7) and WSi3 1 oxide turns out to be inferior in breakdown propelty than WSi(sub)(2.7) oxide. Also it appears that the composition of the silicide film with the underlayer polycrystalline Si of 3000Åthickness is more uniform than that of the one with 2000Å polycrystaltine after oxidation.
7) Studies on the Electricat Resistance and the Behaviors of Excess Silicon of Tungsten Silicide during Oxidation:
Effects of exrcess Si on the properties of the oxide of CVD tungsten silicide were investigated by comparing the characteristics of the two kinds of thermal oxide for CVD-WSi(sub)(2.7)and WSi(sub)(3.1) films on the polycrystalline Si film each other.
It is revealed from AES analysis that Si in the surface region of the silicide film is consumed to make composition and resistivity of the silicide film very nonuniform for the case of the oxidation of WSi(sub)(3.1),while the underlayer polycrystalline Si was consumed for the case of the oxidation of WSi(sub)(2.7)
8) Effects of furnace annealing on the WSi(sub)(x) film properties:
The electrical resistivity decreased almost linearly with increasing annealing temperature and leached 35μΩ-cm at 1000? annealing. The X-ray and SEM analyses indicate that crystallization of WSi? and grain growth occurs when annealed above 1000?. Exccess silicon redistribution occurs considerably when annealed above 1000℃. By Hall measurements, the carrier type for specimens annealed at 1000? was found to be positive holes, while the carriers were electrons in the specimens that were annealed at 800℃.
9) Effects of rapid thermal annealing on the WSi(sub)(x) film properties:
Electrical resistivity of the WSi(sub)(x) in polycide structure denreases from 870μΩ-cm for as-deposited amorphous WSi(sub)(x) to the 161μΩ-cm for the specimen annealed above 1000℃

목차 Contents

• 1. 서론...15
• 2. 연구배경...16
• 3. 결과...18
• 4. 결론...19
• 5. 참고문헌...20
• 제 1 장 연구배경...25
• 제 2 장 텅스텐 폴리사이드의 산화반응속도에 미치는 인 도핑농 의 영향 (I) -Annealing 처리한 polycide의 산화-...29
• 제 1 절 서론...29
• 제 2 절 실험방법...31
• 제 3 절 결과및 고찰...34
• 제 4 절 결론...38
• 제 5 절 참고문헌...39
• 제 3 장 텅스텐 폴리사이드의 산화반응속도에 미치는 인 도핑농도의 영향 (II) -Annealing 처리하지 않은 Polycide의 산화-...51
• 제 1 절 서론...51
• 제 2 절 실험방법...51
• 제 3 절 결과및 고찰...52
• 제 4 절 결론...54
• 제 5 절 참고문헌...55
• 제 4 장 어닐링처리가 텅스텐 실리사이드의 산화거동에 미치는 효과...65
• 제1절 서론...65
• 제2절 실험방법...66
• 제3절 결과및 고찰...67
• 제4절 결론...68
• 제5절 참고문헌...69
• 제 5 장 다결정 실리콘막의 두께, 도핑농도 및 WF$_6$유속이 텅스텐 실리사이드의 전기저항에 미치는 효과...73
• 제1절 서론...73
• 제2절 실험방법...74
• 제3절 결과및 고찰...76
• 제4절 결론...79
• 제5절 참고문헌...80
• 제 6 장 어닐링과 산화에 따른 Tongsten polycide의 막특성의 변화...84
• 제1절 서론...84
• 제2절 실험방법...85
• 제3절 결과및 고찰...86
• 제4절 결론...90
• 제5절 참고문헌...91
• 제 7 장 과잉실리콘이 텅스텐 실리사이드의 열산화막 특성에 미치는 영향 (II)...102
• 제1절 서론...102
• 제2절 실험방범...102
• 제3절 결과및 고찰...103
• 제4절 결론...105
• 제5절 참고문헌...105
• 제 8 장 텅스텐 실리사이드의 산화에 따른 전기저항 및 과잉실리콘의 거동에 관한 연구...112
• 제1절 서론...112
• 제2절 실험방법...113
• 제3절 결과및 고찰...115
• 제4절 결론...118
• 제5절 참고문헌...119
• 목 차...130
• 제1장. Polycide구조로 저압 화학 증착된 WSi$_x$ 박막의 열처리에 따른 거동...132
• 제1절. 서 론...132
• 제3절. 결과 및 고찰...146
• 제4절. 결 론...174
• 제2장. RTP를 이용하여 열처리한 Polycide 구조에서 Tungsten Silicide의 전기적 특성...176
• 제1절. 서 론...176
• 제2절. 실험 방법...177
• 제3절. 결과 및 고찰...187
• 제4절. 결 론...217
• 참고 문헌...219