Characteristics and Thermal Stabilities of W-B-C-N Diffusion Barrier by Using the Incorporation of Boron Impurities

Thermally stable diffusion barrier of tungsten carbon nitride(W-C-N) and of tungsten boron carbon nitride(W-B-C-N) thin films have studied to investigate the impurity behaviors of boron and nitrogen. In this paper we newly deposited tungsten boron carbon nitride(W-B-C-N) thin film for various $W_2B$ target power on silicon substrate. The impurities of the 100nm-thick W-C-N and W-B-C-N thin films provide stuffing effect for preventing the inter-diffusion between W-C-N or W-B-C-N thin films and silicon during the high temperature($700^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$) annealing process.

Boron 불순물에 의한 W-B-C-N 확산방지막의 특성 및 열적 안정성 연구

차세대 반도체 산업의 발전을 위하여 반도체 소자의 구조는 DRAM, FRAM, MRAM 등 여러 분야에서 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 이런 차세대 반도체 소자에서 금속 배선으로는 Cu가 사용되며, Cu 금속 배선을 위한 확산방지막에 대한 연구는 반드시 필요하다[1-3]. Cu 금속 배선을 위한 확산방지막에 대한 현재까지의 연구에서는 Tungsten(W)을 기반으로 Nitride(N)를 불순물로 첨가한 확산방지막에 대하여 연구되었다[4-7]. 이러한 W-N를 기반으로 본 연구에서는 물리적 기상 증착법(PVD) 방법인 RF Magnetron Sputter 방법으로 W-N 이외에 Carbon(C) 과 Boron(B)을 첨가하여 확산방지막의 특성을 확인하였고, 특히 Boron Target의 power를 변화하여 W-B-C-N 확산방지막의 Boron에 의한 특성과 열적 안정성을 연구하였다[8-10]. 실험은 다양한 Boron의 조성을 가지는 확산방지막을 증착하여 $\beta$-ray와 4-point probe를 사용하여 확산방지막의 특성을 확인하였고, 고온($700^{\circ}C{\sim}1000^{\circ}C$) 열처리한 후 X-ray Diffraction 분석을 하여 열적 안정성을 확인하였다.