Thermal Stability of TiN/Ti Barrier Metals with Al Overlayers and Si Substrates Modified under Different Annealing Histories

형성조건에 따른 TiN/Ti Barrier Metal의 Al 및 Si 과의 열적 안정성

The thermal stability of "stuffed" TiN/Ti barrier matals with different annealing history has been studied to improve the contact reliability of Al/Si contacts in 16M DRAM. The annealing conditions before the Al deposition such as film thickness, the annealing temperature and the annealing ambient have been varied. For TiN(900A)/Ti(300A) annealed at 450 in nitrogen ambient to form a "stuffed barrier" by inducing oxygen atoms into grain boundaries, there is no observation of Al penetrations into Si substrates after the post heat treatment of up to 700 even though there are massive amounts of Al found in TiN film after the post heat treatment of 600 indicating that TiN has a "sponge-like" function due to its ability to absorb several amounts of aluminum at elevated temperature. The TiN/Ti diffusion barrier annealed at 550 has, however, failed after the post heat treatment at 600. The thinner diffusion barriers with TiN(300A)/Ti(100A) failed after the post heat treatment at 600.he post heat treatment at 600.

16M DRAM 용 Al/Si contact 의 열적안정성을 개선하기 위하여 "stuffed" TiN/Ti diffusion barrier를 사용하였다. Diffusion barrier 로서의 특성을 개선하기 위한 Al 증착전 TiN/Ti barrier metal의 열처리 과정중 barrier metal의 두께, 열처리온도, 분위기 등을 변화시켰다. 질소분위기하에서 450도에서 TiN(900A)/Ti(300A) 박막을 열처리 하여 "stuffed" barrier metal을 형성 시켰을 경우 Al 원자의 TiN층으로의 확산의 600도에서 후속열처리한 경우 일어났으나, 700도까지도 Al-spike를 관찰할 수 없었다. 그러나 "stuffed" barrier metal을 550도에서 형성한 경우에는 600도의 후속열처리온도에서 Al이 Si 기판으로 침투했음을 관찰하였다. 박막의 두께를 얇게한 경우, 600도의 후속 열처리에서 Al-spike가 형성되었음을 확인하였다.