Plasma induced damage

목차

1. Introduction
2. Charging damage
3. Protection for antenna violation
4. Ion-bombardment damage
5. Radiation damage
6. Reference

본문내용

1. Introduction
반도체 공정에서 집적도의 향상으로 인해 미세 패턴의 중요성이 크게 증가되었다. 이를 위해서 새로운 공정이 도입되었는데 특히 Plasma를 이용한 공정이 등장함에 따라 scaling down 법칙이 충족되고 있다. ULSI뿐만 아니라 MEMS도 많은 plasma process를 거쳐 제작되고 있다. 그러나 feature size의 감소와 새로운 물질의 도입으로 plasma process의 문제점이 발생하고 있다. Si surface에 plasma가 노출되면 ion bombardment와 etching species의 침투가 일어나 Si substrate에 defect을 발생시키거나 격자에 손상을 일으킨다. 이러한 damage로 인해 device의 전기적 특성, 성능 저하 및 신뢰성 하락을 일으키게 된다. 미세공정이 발전될 수록 plasma density는 높아지고 이는 더 큰 손상을 입힌다. 이러한 문제의 메커니즘을 이해하고 해결하기 위한 다양한 연구가 이루어졌다. PID는 메커니즘에 따라 charging damage, ion-bombardment damage, radiation damage로 분류되는데 본 레포트에서 각각의 현상을 이해하고 이를 해결하는 방법에 대해 알아본다.

Figure 1. Schematic illustration of three plasma-induced damage mechanisms in advanced metal-oxide-semiconductor devices: (A) Charging damage, (B) ion-bombardment damage (physical damage) and (C) radiation damage.

2. Charging damage
Plasma processing 시, MOS 소자 내의 gate electrode는 그림1에서 (A)로 표시된 gate dielectric과 Si substrate 사이의 전도 전류 또는 전위차에 의한 electrical stress에 시달리게 된다. 이러한 electrical stress는 때때로 기기 작동 조건에서의 stress보다 커지고, charging damage는 gate dielectric(SiO2) 및 SiO2/Si interface state에 결함을 발생시킨다. 1983년에 보고된 이후, charging damage는 이른바 'Antenna effect'와 'Electron shading effect’에 초점을 맞추어 조사되었다. Antenna effect는 gate electrode에 연결된 electrically floating metal interconnect에 의한 전하 수집에 의해 발생하며 interconnect의 길이만큼 향상된다.

참고자료

· Quantitative and comparative characterizations of plasma process-induced damage in advanced metal-oxide-semiconductor devices, Koji Eriguchi; Kouichi Ono, 4 January 2008, Journal of Physics D: Applied Physics, Volume 41, Number 2
· Antenna Effect in 16nm Technology Node, Upma Pawan Kumar; Sunandan Choubey, Design & Reuse.
· The Study of Physical Layout Methods for Reducing Antenna Effect in CMOS Process, Jong-Jin Lee, 2010 12 30. 산업기술교육훈련논문지 제15권 4호, 1~7쪽
· 이준우. DRAM device에서 ILD 공정에 의한 plasma-induced damage 개선 연구. 성균관대학교 일반대학원, 2012
· Photoreflectance characterization of the plasma-induced damage in Si substrate, Hideo Wada, Masashi Agata, Journal of Applied Physics 88, 2336 (2000)
· Charge Damage Caused by Electron Shading Effect, Koichi Hashimoto, Jpn. J. Appl. Phys. Volume33, 6013-6018
· Fundamental Aspects of Plasma-induced Radiation Damage of SiO2/Si, Mizutani T, Plasma Process-Induced Damage, 1996 1st International Symposium on 1996, pp.157 - 159
· Principles of Chemical Vapor Deposition: What's Going on Inside the Reactor, by Daniel M. Dobkin and Michael K. Zuraw, Kluwer Academic Publishers, 2003.04.01s