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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 염근영, 이준신
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수16
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반도체 소자의 크기가 나노스케일 단위로 작아지게 되면서 SiO2 trench fill 공정에도 한계가 다가왔다. 기존의 HARP (High Aspect Ratio Process), HDP (High Density Plasma), SOG (Spin On Glass)와 같은 fill 방식들은 반도체 소자가 작아짐에 따라 aspect ratio 증가로 인해 다양한 fill 불량들이 발생하게 되었기 때문이다.
본 논문에서는 기존의 trench fill 불량들이 개선될 수 있는 trench fill 특성을 연구했다. Capacitively Coupled Plasma (CCP)방식의 Very High Frequency (VHF) 플라즈마와 Inhibitor surface treatment를 함께 사용하였으며, Plasma Enhacned Atomic Layer Deposition (PE-ALD) 방식으로 DIPAS [Di-isopropylamino Silane, 화학식 H3Si[N{(CH)(CH3)2}] precursor를 이용하여 향상된 fill 특성을 가진 SiO2 막질을 형성했다. 이를 통해 얻어진 막질은 기존의 trench fill 방식과 다르게 bottom-up 형태의 fill 형태를 가지게 된다. Bottom-up 방식의 trench fill은 측면으로부터 증착되는 막질의 양이 제한되어 trench 중앙부에서 막질이 맞닿는 영역이 사라지게 된다. 이는 trench 내 균일한 막질을 형성하여 void나 seam과 같은 불량에 대해 우수하다. 증착된 막질의 품질 검증은 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), fourier transform infra-red(FT-IR) 분석을 통해 진행되었으며, 다양한 inhibitor 조건에 대해서 실험이 진행되었다. VHF와 inhibitor 적용을 통한 fill 성능 향상을 확인하기 위하여 scanning electron microscopy (SEM) image 분석이 진행되었으며, 15:1에서 40:1까지의 aspect ratio를 갖는 pattern에서 실험이 진행되었다.
Seam 불량이 발생되기 쉬운 negative shaped pattern에서도 기존의 ALD fill 방식과 다르게 40:1의 high aspect ratio에서도 seam 불량 없는 fill이 됨을 확인할 수 있었고, bare silicon에서의 실험을 기준으로 최대 48%의 inhibiting 능력을 확인할 수 있었다. Film quality 측면에서도 XPS 분석 시 Oxygen : Silicon 비율이 1.64: 1로 thermal oxide와 유사함을 확인할 수 있었고, FT-IR 분석시에도 Si-O bonding peak 이외에 inhibitor로 사용된 N bond peak는 확인되지 않아 trench fill 특성 뿐 아니라 film 자체의 특성까지 thermal oxide와 유사한 막질을 구현할 수 있어 차세대 trench fill 막질 기술로 활용될 수 있다.
본 논문에서는 기존의 trench fill 불량들이 개선될 수 있는 trench fill 특성을 연구했다. Capacitively Coupled Plasma (CCP)방식의 Very High Frequency (VHF) 플라즈마와 Inhibitor surface treatment를 함께 사용하였으며, Plasma Enhacned Atomic Layer Deposition (PE-ALD) 방식으로 DIPAS [Di-isopropylamino Silane, 화학식 H3Si[N{(CH)(CH3)2}] precursor를 이용하여 향상된 fill 특성을 가진 SiO2 막질을 형성했다. 이를 통해 얻어진 막질은 기존의 trench fill 방식과 다르게 bottom-up 형태의 fill 형태를 가지게 된다. Bottom-up 방식의 trench fill은 측면으로부터 증착되는 막질의 양이 제한되어 trench 중앙부에서 막질이 맞닿는 영역이 사라지게 된다. 이는 trench 내 균일한 막질을 형성하여 void나 seam과 같은 불량에 대해 우수하다. 증착된 막질의 품질 검증은 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), fourier transform infra-red(FT-IR) 분석을 통해 진행되었으며, 다양한 inhibitor 조건에 대해서 실험이 진행되었다. VHF와 inhibitor 적용을 통한 fill 성능 향상을 확인하기 위하여 scanning electron microscopy (SEM) image 분석이 진행되었으며, 15:1에서 40:1까지의 aspect ratio를 갖는 pattern에서 실험이 진행되었다.
Seam 불량이 발생되기 쉬운 negative shaped pattern에서도 기존의 ALD fill 방식과 다르게 40:1의 high aspect ratio에서도 seam 불량 없는 fill이 됨을 확인할 수 있었고, bare silicon에서의 실험을 기준으로 최대 48%의 inhibiting 능력을 확인할 수 있었다. Film quality 측면에서도 XPS 분석 시 Oxygen : Silicon 비율이 1.64: 1로 thermal oxide와 유사함을 확인할 수 있었고, FT-IR 분석시에도 Si-O bonding peak 이외에 inhibitor로 사용된 N bond peak는 확인되지 않아 trench fill 특성 뿐 아니라 film 자체의 특성까지 thermal oxide와 유사한 막질을 구현할 수 있어 차세대 trench fill 막질 기술로 활용될 수 있다.
목차
제1장 서론. 11.1 연구 목적. 1제2장 이론적 배경. 42.1 Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition Process. 42.1.1 Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition Process 42.1.2 Very High Frequency (VHF) Plasma 72.1.3 Capacitively Coupled Plasma (CCP). 92.1.4 Selective Area Atomic Layer Deposition. 122.2 분석 장비. 142.2.1 Scanning Electron Microscopy (SEM) 142.2.2 Spectroscopic Ellipsometer. 162.2.3 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 182.2.4 Fourier Transform Infra-Red (FT-IR). 20제3장 실험 방법 223.1 실험 설비 및 진행 조건 223.1.1 실험 설비 (Very High Frequency Enhanced Capacitively CoupledPlasma Atomic Layer Deposition). . 223.1.2 ALD 공정 조건 253.1.3 Inhibitor 공정 조건. 26제4장 실험 결과4.1 Atomic Layer Deposition Film Characteristics. 294.1.1 Growth per Cycle(GPC) 실험 결과. 294.1.2 XPS 실험 결과 344.1.3 FTIR 실험 결과. 344.2 Inhibitor Surface Treatment Characteristics. 374.2.1 Inhibitor Treatment at Non-patterned Wafer 374.2.2 Inhibitor Treatment at Patterened Wafer 실험 결과. 444.2.3 XPS 실험 결과 484.2.4 FT-IR 실험 결과 48제5장 결론. 51참고문헌. 53Abstract. 56
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