Düşük basınçta kimyasal buhardan depolama yöntemi ile katkılı ve katkısız silisyum dioksit tabakalarının depolanması

Abstract

Bu çalışmanın amacı Düşük Basınçta Kimyasal Buhardan Depolama Yöntemi ile katkısız silisyumdioksit, fosfor katkılı silisyumdioksit (PSG), bor ve fosfor katkılı silisyumdioksit (BPSG) tabakalarının büyütülmesi ve bu tabakaların; TÜBİTAK UEKAE YİT AL bölümünde geliştirilip, halen bu birimde çok geniş ölçekli tümdevre üretiminde (VLSI) kullanılan 3 um ve 1.5 um CMOS süreçlerinde yeralmasıdır. Düşük Basmçta Kimyasal Buhardan Depolama yöntemiyle depolanan tabakaların süreçlerinin geliştirilmesi ve kullanılan sistemlerin anlaşılması için hazır matematiksel modeller yoktur. Bu süreçlerin doğası tam olarak anlaşılamamıştır. Dolayısıyla süreç geliştirme aşaması büyük ölçüde deneysel çalışmayı gerektirmektedir. Çalışma sırasında depolama değişkenleri olan sıcaklık, basmç ve gazların akış mimarlarından yalnızca bir tanesi değiştirilerek tabaka büyütme süreçleri geliştirilmeye çalışılmıştır. 3 um sürecinde PSG tabakası ile BPSG tabakası; 1.5um sürecinde ise her üç tabaka yeralmaktadır. PSG tabakası CMOS teknolojisinde geçit malzemesi olarak kullanılan polisilisyum tabakaların bir yüksek sıcaklık işlemi sonucu katkılanarak tabaka dirençlerinin 25+5 O/kare değerine getirilmesi işleminde kullanılır. 3 um sürecinde yüksek sıcaklık işlemi 1000 °C'de gerçekleştirilirken, 1.5um sürecinde bu sıcaklık, kaynak-savak bölgeleri ile kanal bölgesindeki katkı atomlarının difuzyonla daha az yol almaları için 925°C'ye mdirilmiştir. BPSG tabakası ise polisilisyum ile 1. metal arasında yalıtkan görevini görür. Ayrıca bu tabaka, bir yüksek sıcaklık işlemi ile akıtılarak 1. metal öncesi tümdevre yüzeyi olabildiğince düz yapılır. Bu, çift metal katmanlı bir CMOS süreci için çok gerekli bir ıxadımdır. Böylece metal, yüzey üzerindeki yükseltileri çok yumuşak geçişlerle aşar. Yumuşak geçişler devrenin güvenilirliği açısından büyük önem taşır. Katkısız oksit tabakası da 1.5 um sürecinde düşük seviyede katkılanmış savak yapılarının (Lightly Doped Drain, LDD) oluşturulmasında yanduvar oksidi olarak kullanılır. 2500Â kalınlığında depolanmaktadır. Bu tabaka, kaynak savak bölgelerinin iyon ekme ile oluşturulması aşamasında tranzistörün kanalına yakın bölgelerin, yüksek dozda katkı iyonu görmesini engeller. Geliştirilmeye çalışılan katkısız silisyumdioksit ve PSG süreçlerinde elde edilenler, her ikisinde de hala üzerinde durulması gereken noktalar olmasına rağmen tatmin edicidir. Katkısız silisyumdioksit tabakası ±%2 pul içi, +%4 puldan pula üniformiteyle 95Â/dak.'lık bir büyüme hızında depolanabilmektedir. 25 pul aynı anda işlenebilmektedir. Hem l.Sum hem de 3 um süreçlerinde, PSG tabakası büyütülmesi ve katkılama işlemleri sonucu hedeflenen 25±5 O/kare'lik dirence ulaşılmıştır. PSG prosesinde de 25 pul birlikte büyütülebilmektedir. BPSG prosesinin üzerinde diğer iki prosese oranla üzerinde daha fazla çalışma gerekmektedir. 25 pulda aynı anda tabaka büyütülmesi durumunda ilk 5 puldaki +%5.5'luk pul içi üniformite kabul edilebilir sınınn üzerindedir.

In the frame of this thesis, undoped silicondioxide (USG), phosphorus doped silicondioxide (PSG) and boron and phosphorus doped silicondioxide (BPSG) films were deposited by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) technic, in order to be utilized in the 3um ve 1.5um CMOS processes which have been developed in the TÜBİTAK UEKAE YİTAL department. These CMOS processes are being used in manufacturing very large scale IC's in YİTAL. There is no reliable models to describe and to develop the Low Pressure Chemical Vapor Deposition processes. The nature of the LPCVD was not fully understood, yet. Thus, developing a process requires many experiments. During the development of the deposition, deposition parameters which are temperature, pressure and reactant concentrations has been changed one at a time. The BPSG and PSG films are being used in the 3 urn CMOS production, while all of three films have been utilized in the 1.5um CMOS process. The PSG film is used to dope the gate material polysilicon. After a drive-in step the sheet resistance of the polysilicon layer is decreased to the value of 25 fi/D. In the 3um CMOS process drive-in step was performed at 1000 °C. In order to reduce the diffusion of dopants in the the drain, source and channel regions, drive-in temperature was lowered to 925 °C in the 1.5um CMOS process. The BPSG film is being used as an interlayer dielectric between the polysilicon and metal- 1 layers. After BPSG deposition, the film is annealed at high temperatures and flowed in order to smoothen the steps in the dielectric layer on top of polysilicon. Before metallization steps the wafer surface topography should be as smooth as xipossible. Smoothing the topography improves the metal reliability, therefore it has a vital importance for double metal processes. The undoped oxide is being used as sidewall spacers in the 1.5um CMOS process in the formation of LDD structures. Its thickness is 2500Â. This oxide prevents the channel side of the source-drain regions from high dose implantation, as the source drain regions are being formed by implantation. Despite both the two still have some points to be studied; the results of the undoped silicondioxide and PSG processes being developed are satisfying. The undoped silicondioxide layer can be deposited at the growth rate of 95Â/min. The uniformity within a run and within a wafer is +%4 and ±%2, respectively. After PSG deposition and the doping of the polysilicon layer the aimed resistivity of 25±5 Q/D has been reached for both of 1.5um and 3um processes. 25 wafers can be deposited in the same run. In the PSG process 25 wafers can be deposited in a run, as well. Compared to the other two processes, the BPSG process needs further studying. In the case of 25 wafers being deposited in the same run, the value of 1%5.5 uniformity in the first- five wafers is over the acceptible limit.