低壓 化學氣象 蒸着法을 利用한 絶緣層 形成 工程에 대한 硏究 = (A) study on shallow trench isolation by using PECVD
저자
발행사항
수원 : 京畿大學校 産業情報大學院, 2005
학위논문사항
학위논문(석사)-- 京畿大學校 産業情報大學院 : 電子工學科 2006. 2
발행연도
2005
작성언어
한국어
주제어
KDC
569.4 판사항(4)
DDC
621.38152 판사항(21)
발행국(도시)
경기도
형태사항
viii, 40p. : 삽도 ; 26cm
일반주기명
참고문헌: p. 37-38
소장기관
본 연구는 반도체 Micro electronics fabrication 공정에서의 STI(Shallow Trench Isolation) 공법의 매몰용 절연막의 매몰능력을 개선하기 위한 것이다. Memory device 의 선폭이 줄어들고 직접화됨에 따라서 transistor 와 capacitor 의 면적이 감소되었으며, Transistor의 isolation 면적이 10㎛ 단위에서 수십 nm 단위의 수준으로 감소하게 되었다. 기존 HDP 공정의 매몰 능력을 개선하기 위하여 NF_(3) Gas를 이용한 HDP(High Density Plasma) 공정이 도입 되었다. 그러나 STI 구조의 매몰능력은 우수하지만 NF_(3) HDP 공정에서 발생하는 Divot 과 Bubble 불량을 제거하고 매몰능력을 향상 시키는 공정을 제시 하고자 한다.
실험장치는 AMAT 사의 ULTIMA Model 의 설비를 사용 하였다. 장치의 구조는 Dual ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식의 Plasma source를 사용 하였으며, 사용 gas는 SiH_(4), He, H_(2). NF_(3) gas 와 반응압력 5-90 mTorr의 진공을 사용 하였다. 반응압력의 저 진공과 H_(2) gas 사용에 따른 pumping 능력을 구현하기 위하여 3500 sccm/sec 용량의 TMP(Turbo Molecular Pump)를 사용 하였다. 실험의 분석방법으로 CAD Simulation 과 SEM(Scanning Electron Microscope) 과, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer)를 사용하였으며, bubble 불량 분석을 위하여 TEM(Transmission Electron Microscopy) 분석기를 사용하였다. 실험의 설계는 HDP 공정의 NF_(3) gas 유량 / 반응압력 / Bias power 의 parameter 에 대한 DOE(Design of Experience)방법을 사용 하였다.
NF_(3) gas를 사용하여 매몰능력을 개선한 연구결과는 최근 활발히 보고 되고 있다. 그러나 90nm 이상의 Trench space 에서의 매몰 능력은 만족시키지만 NF_(3) gas 의사용으로 인한 film 내 fluorine attack 으로 인한 silicon sub 기판의 silicon을 식각 시키는 divot 을 발생시키는 문제점을 가지고 있다. 또한 HDP film 의 열팽창 차이로 발생하는 bubble defect 이 NF_(3) gas 유량증가에 따라 발생시키는 문제점을 가지고 있었다. NF_(3) HDP 가 가지고 있는 Divot 과 Bubble 의 불량으로 인하여, 우수한 gap fill 능력에도 불구하고, 실제의 반도 체 STI 매몰용 HDP 공정에 적용되지 못하고 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해서는 NF_(3) gas 유량을 줄여야 하지 만, NF_(3) gas 유량이 적은 공정영역에서는 0.92um 이하의 trench를 매몰할 수 없는 기술적 한계를 가지고 있었다.
본 실험에서는 Low NF_(3) gas 유량으로 매몰능력을 확보하기 위하여 NF_(3) gas 유량 / 반응압력 / Bias power 의 인자를 DOE(Design of Experience) 실험 결과 Divot 과 Bubble defect 이 없는 최적의 NF_(3) gas 유량을 확인 하였다. 그러나 NF_(3) gas 유량이 점차 적어짐에 따라 매몰능력이 감소하는 특성을 보이고 있었다. 이를 개선하기 위하여 공정압력 변화에 따른 Void 의 특성을 평가결과 공정 압력을 증가 시켰을 때 Divot 과 Bubble 은 제거되고 적은 유량의 NF_(3) gas 조건에서 매몰 능력을 만족하는 공정 조건을 찾을 수 있었다.
The high-density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD) process has been widely used for the shallow trench isolation(STI) or the interlayer deposition(ILD) gap-fill process of dielectric material for integrated plasma processing. Aim of this study is to report the film characterization done on the materials used to STI formation. As the device dimension shrinks on the sub-90nm scale with high aspect ratio more than 5.0, the HDP-CVD gap fill process emerging as major process. Recently enhance the gap fill capability of HDP-CVD for sub-90nm device, NF_(3) gas was introduced to the SiH_(4) and O_(2) chemistry at low pressure. Because NF_(3) gas has been used to remove oxide film, the overhang around trench entry induced by re-deposition can be removed by NF_(3) chemical etching. In NF_(3) added HDP-CVD process, in-suit deposition and etching take place at the same time, thus it can help obtaining the process window margin for shrink device. However, they have some defect problems such as bubble or divot that should be overcome in the aspect of mass production. Divot is caused by flourine attack in early stage of NF_(3) HDP-CVD gap fill process, so there can be limitation of NF_(3) flow rate to avoid divot. And bubble was often seen from the de-lamination between the USG layer and the NF_(3) HDP layer. The reduced flow rate can rebuild voids in the trench gap, there are trade offs between both of them. In this paper investigated the gap fill properties of NF_(3) HDP-CVD optimal process for STI formation at the High Pressure process of sub-90nm mass production without voids and defect.
Through the measurement result, the deposited films have been investigated to analyze the necessary parameters for the physical effect. In order to deposit of the STI formation, the optimization of the different process steps on silicon substrate is explained. It has been necessary to characterize the film for the trench deposition from the NF_(3), H_(2) and He gas reactions. The effect of fluorine in the HDP oxide film were directly measured using secondary ion mass spectrometer(SIMS). Some defect such as void, divot, and bubble were investigate with the scanning electron microscope(SEM) and Transmission electron microscope(TEM) images. The gap-fill capability is critically influenced by processing pressure, deposition rate, pressure deposition process. The void and defect free NF_(3) HDP-CVD gap-fill processes for sub-90nm device technology are developed and optimized at high pressure. This STI technology can be successfully applied to fabricate sub-90 nm device.
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