JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제3권2호
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pp.69-75
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2003
Cell transistor and data retention time characteristics were studied in 90 nm design rule 512M-bit DRAM, for the first time. And, the characteristics of cell transistor are investigated for different STI gap-fill materials. HDP oxide with high compressive stress increases the threshold voltage of cell transistor, whereas the P-SOG oxide with small stress decreases the threshold voltage of cell transistor. Stress between silicon and gap-fill oxide material is found to be the major cause of the shift of the cell transistor threshold voltage. If high stress material is used for STI gap fill, channel-doping concentration can be reduced, so that cell junction leakage current is decreased and data retention time is increased.
The oxide CMP has been applied to interlayer dielectric(ILD) and shallow trench isolation (STI) in chip fabrication. Recently the slurry used in oxide CMP being changed from silica slurry to ceria (cerium dioxide) slurry particularly in STI CMP, because the material selectivity of ceria slurry is better than material selectivity of silica slurry. Moreover, the ceria slurry has good a planarization efficiency, compared with silica slurry. However ceria abrasives make a material removal rate too high at the region of wafer center. Then we focuses on why profile of material removal rate is convex. The material removal rate sharply increased to 3216 $\AA$/min by $4^{th}$ run without conditioning. After $4^{th}$ run, material removal rate converged. Furthermore, profile became more convex during 12 run. And average material removal rate decreased when conditioning process is added to end of CMP process. This is due to polishing mechanism of ceria. Then the ceria abrasive remains at the pad, in particular remains more at wafer center contacted region of pad. The field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images showed that the pad sample in the wafer center region has a more ceria abrasive than in wafer outer region. The energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) verified the result that ceria abrasive is deposited and more at the region of wafer center. Therefore, this result may be expected as ceria abrasives on pad surface causing the convex profile of material removal rate.
Na, Kyoung Il;Won, Jongil;Koo, Jin-Gun;Kim, Sang Gi;Kim, Jongdae;Yang, Yil Suk;Lee, Jin Ho
ETRI Journal
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제35권3호
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pp.425-430
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2013
In this paper, we propose a triple-gate trench power MOSFET (TGRMOS) that is made through a modified RESURF stepped oxide (RSO) process, that is, the nitride_RSO process. The electrical characteristics of TGRMOSs, such as the blocking voltage ($BV_{DS}$) and on-state current ($I_{D,MAX}$), are strongly dependent on the gate configuration and its bias condition. In the nitride_RSO process, the thick single insulation layer ($SiO_2$) of a conventional RSO power MOSFET is changed to a multilayered insulator ($SiO_2/SiN_x/TEOS$). The inserted $SiN_x$ layer can create the selective etching of the TEOS layer between the gate oxide and poly-Si layers. After additional oxidation and the poly-Si filling processes, the gates are automatically separated into three parts. Moreover, to confirm the variation in the electrical properties of TGRMOSs, such as $BV_{DS}$ and $I_{D,MAX}$, simulation studies are performed on the function of the gate configurations and their bias conditions. $BV_{DS}$ and $I_{D,MAX}$ are controlled from 87 V to 152 V and from 0.14 mA to 0.24 mA at a 15-V gate voltage. This $I_{D,MAX}$ variation indicates the specific on-resistance modulation.
Aluminum oxide ($Al_2O_3$) thin films were grown by atomic layer deposition (ALD) using a new Al metalorganic precursor, dimethyl aluminum sec-butoxide ($C_{12}H_{30}Al_2O_2$), and water vapor ($H_2O$) as the reactant at deposition temperatures ranging from 150 to $300^{\circ}C$. The ALD process showed typical self-limited film growth with precursor and reactant pulsing time at $250^{\circ}C$; the growth rate was 0.095 nm/cycle, with no incubation cycle. This is relatively lower and more controllable than the growth rate in the typical $ALD-Al_2O_3$ process, which uses trimethyl aluminum (TMA) and shows a growth rate of 0.11 nm/cycle. The as-deposited $ALD-Al_2O_3$ film was amorphous; X-ray diffraction and transmission electron microscopy confirmed that its amorphous state was maintained even after annealing at $1000^{\circ}C$. The refractive index of the $ALD-Al_2O_3$ films ranged from 1.45 to 1.67; these values were dependent on the deposition temperature. X-ray photoelectron spectroscopy showed that the $ALD-Al_2O_3$ films deposited at $250^{\circ}C$ were stoichiometric, with no carbon impurity. The step coverage of the $ALD-Al_2O_3$ film was perfect, at approximately 100%, at the dual trench structure, with an aspect ratio of approximately 6.3 (top opening size of 40 nm). With capacitance-voltage measurements of the $Al/ALD-Al_2O_3/p-Si$ structure, the dielectric constant of the $ALD-Al_2O_3$ films deposited at $250^{\circ}C$ was determined to be ~8.1, with a leakage current density on the order of $10^{-8}A/cm^2$ at 1 V.
Chemical-Mechanical Planarization (CMP) 공정이란 화학적 반응 및 기계적인 힘이 복합적으로 작용하여 표면을 평탄화하는 공정이다. 이러한 CMP 공정은 반도체 산업에서 회로의 고집적화와 다층구조를 형성하기 위하여 도입되었으며 반도체 제조를 위한 필수공정으로 그 중요성이 강조되고 있다. 특히 최근에는 Inter-Level Dielectric (ILD)의 형성과 Shallow Trench Isolation (STI) 공정에서실리콘 산화막을 평탄화하기 위한 CMP 공정에 대해 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 CMP 공정 후 scratch, pitting corrosion, contamination 등의 Defect가 발생하는 문제점이 존재한다. 이 중에서도 scratch는 기계적, 열적 스트레스에 의해 생성된 패드의 잔해, 슬러리의 잔유물, 응집된 입자 등에 의해 표면에 형성된다. 반도체 공정에서는 다양한 종류의 실리콘 산화막이 사용되고 gks이러한 실리콘 산화막들은 종류에 따라 경도가 다르다. 따라서 실리콘 산화막의 경도에 따른 CMP 공정 및 이로 인한 Scratch 발생에 관한 연구가 필요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 scratch 형성의 거동을 알아보기 위하여 boronphoshposilicate glass (BPSG), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) tetraethylorthosilicate (TEOS), high density plasma (HDP) oxide의 3가지 실리콘 산화막의 기계적 성질 및 이에 따른 CMP 공정에 대한 평가를 실시하였다. CMP 공정 후 효율적인 scratch 평가를 위해 브러시를 이용하여 1차 세정을 실시하였으며 습식세정방법(SC-1, DHF)으로 마무리 하였다. Scratch 개수는 Particle counter (Surfscan6200, KLA Tencor, USA)로 측정하였고, 광학현미경을 이용하여 형태를 관찰하였다. Scratch 평가를 위한 CMP 공정은 실험에 사용된 3가지 종류의 실리콘 산화막들의 경도가 서로 다르기 때문에 동등한 실험조건 설정을 위해 동일한 연마량이 관찰되는 조건에서 실시하였다. 실험결과 scratch 종류는 그 형태에 따라 chatter/line/rolling type의 3가지로 분류되었다 BPSG가 다른 종류의 실리콘 산화막에 비해 많은 수에 scratch가 관찰되었으며 line type이 많은 비율을 차지한다는 것을 확인하였다. 또한 CMP 공정에서 압력이 증가함에 따라 chatter type scratch의 길이는 짧아지고 폭이 넓어지는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 실리콘 산화막의 경도에 따른 scratch 형성 원리를 파악하였다.
Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor's (MOSFETs) are well known for superior switching speed, and they require very little gate drive power because of the insulated gate. In these respects, power MOSFETs approach the characteristics of an "ideal switch". The main drawback is on-resistance RDS(on) and its strong positive temperature coefficient. While this process has been driven by market place competition with operating parameters determined by products, manufacturing technology innovations that have not necessarily followed such a consistent path have enabled it. This treatise briefly examines metal oxide semiconductor (MOS) device characteristics and elucidates important future issues which semiconductor technologists face as they attempt to continue the rate of progress to the identified terminus of the technology shrink path in about 2020. We could find at the electrical property as variation p base dose. Ultimately, its ON state voltage drop was enhanced also shrink chip size. To obtain an optimized parameter and design, we have simulated over 500 V Field ring using 8 Field rings. Field ring width was $3{\mu}m$ and P base dose was $1e15cm^2$. Also the numerical multiple $2.52cm^2$ was obtained which indicates the doping limit of the original device. We have simulated diffusion condition was split from $1,150^{\circ}C$ to $1,200^{\circ}C$. And then $1,150^{\circ}C$ diffusion time was best condition for break down voltage.
밀도가 높고 주기적인 배열의 기공과 나노패턴이 된 텅스텐 나노점이 실리콘 산화물/실리콘 기판위에 형성이 되었다. 기공의 지름은 25 nm이고 깊이는 40 nm 이었으며 기공과 기공 사이의 거리는 60 nm이었다. nm 크기의 패턴을 형성시키기 위해서 자기조립물질을 사용했으며 폴리스티렌(PS) 바탕에 벌집형태로 평행하게 배열된 실린더 모양의 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)의 구조를 형성했다. 폴리메틸메타아크릴레이트를 아세트산으로 제거하여 폴리스티렌만 남아있는 건식 식각용 마스크를 만들었다. 실리콘 산화막은 불소 기반의 화학반응성 식각법을 이용하여 식각했다. nm크기의 트렌치 안에 선택적으로 증착된 텅스텐 나노점을 만들기 위해서 저압화학기상증착(LPCVD)방법을 이용하였다. 텅스텐 나노점과 실리콘 트렌치의 지름은 26 nm 와 30 nm였다.
대전류용 전력소자를 제조하기 위해 고밀도 트렌치를 형성하여 이들을 병렬로 연결시켜 트렌치 게이트 NMOSFET를 제작하였다. 고밀도 트렌치 소자를 제작한 후 케이트 산화막 두께에 따른 전류-전압 특성을 분석하였다. 트렌치 측벽의 게이트 산화막 두께는 트렌치 측벽의 결정방황에 따라 산화막 두께가 다르게 성장된다. 특히 게이트 산화막 두께의 균일도가 나쁘거나 두꺼울수록 케이트 전류-전압 특성은 다르게 나타난다. 트렌치 형상에 따라 측벽의 산화막 두께가 불균일하거나 혹은 코너 부분의 산화막이 두께가 앓게 증착됨을 알 수 있었다. 이는 트렌치 측벽의 결정방향에 따라 산화막 성장 두께가 다르기 때문이다. 이러한 산화막 두께의 균일도를 향상시키기 위해 트렌치 코너 형상을 개선하여 트렌치 측벽의 게이트 산화막의 두께 균일도를 높였으며, 그 결과 소자의 전기적 특성이 개선되었다.
Copper film, which is expected to be used as interconnection material for 1 giga DRAM integrated circuits was deposited on hole and trench patterns by Metal Organic Chemical Vapor Deposition(MOCVD) method. After a reflow process, contact and L/S patterns were filled by copper and the characteristics of the Cu reflow process were investigated. When deposited Cu films were reflowed, grain growth and agglomeration of Cu have occurred in surfaces and inner parts of patterns as well as complete filling in patterns. Also Cu thin oxide layers were formed on the surface of Cu films reflowed in $O_2$ambient. Agglomeration and oxidation of Cu had bad influence on the electrical properties of Cu films especially, therefore, their removal and prevention were studied simultaneously. As a pattern size is decreased, preferential reflow takes place inside the patterns and this makes advantages in filling patterns of deep submicron size completely. With Cu reflow process, we could fill the patterns with the size of deep sub-micron and it is expected that Cu reflow process could meet the conditions of excellent interconnection for 1 giga DRAM device when it is combined with Cu MOCVD and CMP process.
In this study, the improved throughput and stability in device fabrication could be obtained by applying CMP process to STi structue in 0.18 um semiconductor device. To employ the CMP process in STI structure, the Reverse Moat Process used to be added after STI Fill, as a result, the process became more complex and the defect were seriously increased than they had been,. Removal rate of each thin film in STI CMP was not uniform, so, the device must have been affected. That is, in case of excessive CMP, the damage on the active area was occurred, and in the case of insufficient CMP nitride remaining was happened on that area. Both of them deteriorated device characteristics. As a solution to these problems, the development of slurry having high removal rate and high oxide to nitride selectivity has been studied. The process using this slurry afford low defect levels, improved yield, and a simplified process flow. In this study, we evaluated the 'High Selectivity Slurry' to do a global planarization without reverse moat step, and also we evaluated EPD(Eend Point Detection) system with which 'in-situ end point detection' is possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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