Abstract
The effect of stuffing of TiN on the diffusion barrier property between A1 and Si was investigated. The stuffing of TiN was performed by annealing in a Nz ambient at $450^{\circ}C$ for 30min. By TEM analysis, it is identified that there are solid-free or open spaces of a b u t 10-20$\AA$ between the grains of asdeposited TiN. In the case of stuffed TiN, the width of solid-free or open spaces has been reduced to about 10$\AA$ or below. The combination of RBS and AES analyses showed that the asdeposited TiN had about 7at.% of oxygen, and that the stuffed TiN had about 10-15at.% of oxygen. The diffusion barrier test result shows that after annealing at $650^{\circ}C$ for lhour, the asdeposited TiN fails due to the formation of A1 spikes and Si pits in the Si substrate. However, in the case of stuffed TiN, there is no indication of Al spikes and Si pits at the same annealing condition. Thus, it is concluded that this stuffing of TiN significantly improves the diffusion barrier property of TiN between A1 and Si. It is considered that the stuffing effect results from the reduced diffusion through grain boundaries due to the reduced spacing of grain boundaries.
Al과 Si사이에서 Ti의 충진처리가 확산방지막 성능에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. TiN의 충진처리는 $450^{\circ}C$의 $N_{2}$ 분위기에서 30분간 열처리함으로써 행하였다. TEM 분석을 통해 갓 증착된 TiN의 결정립 사이에는 약 10-20$\AA$ 정도의 고체물질이 없거나 TiN에 비해 밀도가 매우 낮은 공간이 존재함을 알 수 있었다. 또한 충진처리된 TiN의 경우에는 이러한 공간의 폭이 10$\AA$ 이하로 줄어듦을 알 수 있었다. RBS와 AES 분석에 의해 갓 증착된 TiN는 dir 7at.% 정도의 산소를 함유하고 있었고, 충진처리된 TiN는 약 10-15at.%의 산소를 함유하고 있었다. 갓 증착된 TiN와 충진처리된 TiN를 확산방지막으로 시험한 결과, 갓 증착된 TiN는 $650^{\circ}C$, 1시간의 열처리 후에 Al 스파이크와 Si 패임자국의 형성으로 이해 파괴되었다. 하지만 충진처리된 TiN의 경우에는 같은 열처리 조건에서 Al 스파이크나 Si 패임자국을 전혀 찾아볼수 없었다. 따라서, TiN의 충진처리가 Al과 Si사이에서 확산 방지막 성능을 크게 향상시켜주는 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 충진처리 효과는 TiN의 결정립계의 간격이 줄어듦에 의해서 빠른 확산 경로인 결정립계를 통한 확산이 감소하는 것에 기인하는 것으로 이해된다.
