Abstract
The stress of PSG (Phosphosilicate glass), USG (Undoped-silicate grass) and SiN films, which are mainly used as passivation layers in semiconductor memory devices, deposited by CVD methods has been studied as a function of film thickness and holding time in air. The stress of the PSG film or the USG film is increased in tensile state with increasing film thickness. On the other hand the stress level of the SiN film in compressive stress does not change as film thickness changes. The stress of PSG film shows the drastic change from the tensile stress to the compressive stress after the film is left 2 days in air. FTIR spectra indicated that the stress variation was due to the penetration of water molecule. It looks possible to recover the stress of about $2.5{\times}{10^9}dyne/cm^2$ by annealing treatment at $300^{\circ}C$ for 20min. The total stress of multi-layered films having the PSG film is determined mainly by the stress variation of PSG layer with holding time. The total stress of multi-layered film appears to have a functional relationship with the stress in the thickness of each film. The resistance against stress-migration of sputtered Al line increases with increasing the tensile stress for the PSG film or the USG film.
반도체 공정의 최종 보호막으로 주로 사용되는 PSG (Phosphosilicate class), USG (Undoped silicate glass) 및 SiN 막을 CVD 방식으로 deposition 하여 각 막의 스트레스를 막 두께 또는 대기중 방치시간의 함수로 조사하고 Al 배선의 stress-migration 관점에서 평가했다. 그 결과 PSG 막과 USG 막은 tensile stress를 나타내고 두께증가에 따라 스트레스가 증가하였고, SiN 막은 두께에 관계없이 일정한 compressive stress를 나타내었다. PSG 막은 현저한 스트레스 경시변화를 보여 대기중에 방치시 2일이내로 tensile stress가 compressive stress로 변화되었다. 그 주 원인은 PSG 막의 수분 흡수 때문인것이 FTIR 분석으로 밝혀졌고, $300^{\circ}C$에서 20분간 anneal 처리로 $2.5{\times}{10^9}\;dyne/cm^2$의 스트레스 회복이 가능하였다. PSG 막이 포함된 복합막의 경우, 복합막 stress는 PSG 막의 방치시간에 따라 변한다. 즉, 복합막의 스트레스는 복합막을 구성하고 있는 막들의 두께의 함수이다. 또 SiN 막의 강한 압축응력을 완화시켜주는 PSG, USG 막의 스트레스가 큰 인장응력을 나타낼수록 Al 배선의 stress-migration 에 대한 저항은 커진다.