Study on diffusion barrier properties of Tantalum films deposited by substrate bias voltage

Ta diffusion barriers have been deposited on Si (100) substrate by applying a negative substrate bias voltage. The effect of the substrate bias voltage on the properties of the Ta films was investigated. In the case of the Ta films deposited without the substrate bias voltage, a columnar structure and small grains were observed distinctly, and the electrical resistivity of the deposited Ta films was very high (250 $\mu\Omega$cm). By applying the substrate bias voltage, no clear columnar structure and grain boundary were observed. The resistivity of the Ta films decreased remarkably and at a bias voltage of -125 V, reaching a minimum value of 40 $\mu\Omega$cm, which is close to that of Ta bulk (13 $\mu\Omega$cm). The thermal stability of Cu(100 mm)/Ta(50 mm)/Si structures was evaluated after annealing in H2 atmosphere for 60 min at various temperatures. The Ta films deposited by applying the substrate bias voltage were found to be stable up to $600^{\circ}C$, while the Ta films deposited without the substrate bias voltage degraded at $400^{\circ}C$.

Ta 확산 방지막 특성에 미치는 기판 바이어스에 관한 연구

본 논문은 탄탈 확산 방지막의 증착시 음의 기판 바이어스에 의한 탄탈막의 특성변화와 열적 안정성에 대해서 고찰하였다. 기판 바이어스를 걸지 않은 경우, 탄탈막은 원주형 모양의 결정 성장을 보이는 주상구조와 250 $\mu\Omega$cm의 높은 비저항값을 보였으나, 기판 바이어스를 걸어줌에 파라서 주상구조가 아닌 치밀한 미세구조와 표면이 평탄한 막이 형성되었고 비저항값도 현저히 감소되었으며, 특히 -125 V에서 증착된 탄탈막은 비저항값이 약 40 $\mu\Omega$cm로 이는 탄탈 벌크의 저항값 (13 $\mu\Omega$cm)에 근접한 값임을 알 수 있었다. 또한, 탄탈 확산 방지막의 열적 안정성에 대해서도, 기판 바이어스를 걸지 않은 탄탈막의 경우 $400^{\circ}C$에서 구리와 실리콘의 반응에 의해 비저항 값이 크게 증가한 결과에 비해, 기판 바이어스에 의해 증착된 탄탈막의 경우 $600^{\circ}C$까지 확산 방지막의 효과를 유지하고 있는 것으로 관찰되었다.