• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.179-179
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• 2010

다양한 분야에서 확산 방지막은 소자의 신뢰성 향상에 중요한 역할을 하고 있다. 최근 반도체에 적용되기 시작한 구리 배선 형성 공정에서도 실리콘이나 실리콘 산화막으로 구리가 확산하는 것을 방지하는 기술이 중요한 부분을 차지하고 있다. 기존 physical vapor deposition (PVD)법을 이용한 $TaN_x$ 확산 방지막 형성 기술이 성공적으로 적용되고 있으나 반도체의 최소선폭이 지속적으로 감소함에 따라 한계에 다다르고 있다. 20 nm 급과 그 이하의 구리 배선을 위해서는 5 nm 이하의 매우 얇고 높은 피복 단차율을 가진 확산 방지막 형성 기술이 요구된다. 또한, 요구 두께의 감소에 따라 더 우수한 확산 방지 특성이 요구된다. Atomic layer deposition (ALD)은 박막의 정교한 두께 조절이 가능하며 높은 종횡비를 가지는 구조에서도 균일한 박막 형성이 가능하다. 이번 연구에서는 다른 질소 함량을 가진 $TaN_x$ 박막을 Tertiarybutylimido tris (ethylamethlamino) tantalum (TBITEMAT) 전구체와 $H_2+N_2$ 반응성 플라즈마를 사용하여 plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) 법으로 형성하였다. 박막 내질소 함량에 따라 $TaN_x$의 상 (phase)과 미세구조 변화가 관찰되었고, 이러한 물성의 변화는 확산 방지 특성에 영향을 주었다. TEM (Transmission electron microscopy)과 SEM (scanning electron microscope), XPS (x-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 $TaN_x$의 물성을 분석하였고, 300 도에서 700 도까지 열처리 후 XRD (x-ray deffraction)와 I-V test를 통해 확산 방지막의 열적 안정성이 평가되었다. PEALD를 통해 24 nm 크기의 trench 기판 위에 약 4 nm의 $TaN_x$ 확산 방지막이 매우 균일하게 형성할 수 있었으며 향후 구리 배선에 효과적으로 적용될 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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• 2011.04a
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• pp.330-333
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• 2011

2009년도 사고설비별 전기화재 발생현황을 살펴보면 전기화재중 전기배선 및 배선기구에서 발화한 화재가 2,158건으로 전기화재 발생 중 23%를 점유하였다. 또한 사고전압별 전기화재 발생현황으로 220/380V에서 화재가 5,307건(56.5%)으로 전기화재의 대부분을 점유하였다. 전기화재는 단락, 과전류, 접촉불량, 트래킹 등 9가지로 분류할 수 있다. 이러한 화재현장에서 대부분 구리 전선의 용융흔으로 전기적인 원인을 판단하는 경우가 많다. 본 논문에서는 최근 실화법 등의 적용으로 일반적으로 전기화재로 오인될 수 있는 구리 용융흔의 특성을 모의 화재 실험을 통해 나타날 수 있는 형태학적 분석을 X-ray를 통해 분석하였으며 실체현미경을 통해 구리 배선의 형태를 관찰하여 화재조사 분야에 적용할 수 있도록 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.145-145
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• 2012

반도체 집적회로의 집적도가 증가함에 따라 RC delay가 증가하며, 금속 배선의 spiking, electromigration 등의 문제로 인해 기존의 알루미늄 금속을 대체하기 위하여 구리를 배선재료로 사용하게 되었다. 하지만 구리는 실리콘 및 산화물 내에서 매우 빠른 확산도를 가지고 있으므로, 구리의 확산을 막아 줄 확산방지막이 필요로 하다. 이러한 확산방지막의 증착은, 소자의 크기가 작아짐에 따라 via/contact과 같은 고단차 구조에도 적용이 가능하도록 기존의 sputtering 증착 방법에서 이를 개선한 collimated sputter, long-throw sputter, ion-metal plasma 등의 방법으로 물리적인 증착법이 지속되어 왔지만, 근본적인 증착방법을 바꾸지 않는 한 한계에 도달하게 될 것이다. 원자층 증착법(ALD)은 CVD 증착법의 하나로, 소스와 반응물질을 주입하는 시간을 분리함으로써 증착하고자 하는 표면에서의 반응을 유도하여 원자층 단위로 원하는 박막을 얻을 수 있는 증착방법이다. 이를 이용하여 물리적 증기 증착법(PVD)보다 우수한 단차피복성과 함께 정교하게 증착두께를 컨트롤을 할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 원자층 증착법을 이용하여 구리 배선을 위한 확산방지막으로 텅스텐질화막을 형성하였다. 텅스텐 질화막을 형성하기 위하여 금속-유기물 전구체와 함께 할라이드 계열인 WF6를 텅스텐 소스로 이용하였으며, 이에 대한 원자층 증착방법으로 이루어진 박막의 물성을 비교 평가하여 분석하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.21 no.1
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• pp.45-50
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• 2014

Effects of wet chemical treatment and thermal cycle conditions on the quantitative interfacial adhesion energy of $Cu/SiN_x$ thin film interfaces were evaluated by 4-point bending test method. The test samples were cleaned by chemical treatment after Cu chemical-mechanical polishing (CMP). The thermal cycle test between Cu and $SiN_x$ capping layer was experimented at the temperature, -45 to $175^{\circ}C$ for 250 cycles. The measured interfacial adhesion energy increased from 10.57 to $14.87J/m^2$ after surface chemical treatment. After 250 thermal cycles, the interfacial adhesion energy decreased to $5.64J/m^2$ and $7.34J/m^2$ for without chemical treatment and with chemical treatment, respectively. The delaminated interfaces were confirmed as $Cu/SiN_x$ interface by using the scanning electron microscope and energy dispersive spectroscopy. From X-ray photoelectron spectroscopy analysis results, the relative Cu oxide amounts between $SiN_x$ and Cu decreased by chemical treatment and increased after thermal cycle. The thermal stress due to the mismatch of thermal expansion coefficient during thermal cycle seemed to weaken the $Cu/SiN_x$ interface adhesion, which led to increased CuO amounts at Cu film surface.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.83-84
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• 2007

Damascene 공정을 이용하여 80nm급의 trench 패턴 내에 구리 배선 형성을 위해 무전해 구리 도금법을 이용하였다. 화학 반응으로 진행되는 무전해 도금법에 의한 구리이온의 초미세 패턴 내 환원 과정에 구리 이온의 물질 전달과정이 구리 도금층의 표면 특성과 superconformality에 미치는 영향을 살펴보았다. 회전 전극에 고정된 칩의 회전 속도가 증가함에 따라 구리 도금층의 비저항이 감소하고, trench 내 균일 도금성이 향상되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.30-30
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• 1999

알루미늄에 비해 전기저항이 낮고 electromigration 및 stress-migration에 대한 저항서이 높은 구리는 차세대 반도체 소자의 배선금속 재료로 여겨지고 있다. 최근 Chemical Mechanical Polishing (CMP) 기술의 도래로 구리배선 공정의 채택이 더욱 앞당겨질 전망이다. 한편, 구리 MOCVD를 위해 다양한 전구체화합물이 합성되었고, 근래에는 Cu(I)(hfc)L (L은 Lewis base 형태의 ligand) 형태의 전구체를 이용한 많은 증착 연구를 통하여 순수하고 전기저항이 낮은 구리 박막의 증착이 보고되었다. 구리 MOCVD의 가장 큰 문제점은 증착속도가 150-$^{\circ}C$20$0^{\circ}C$에서 500$\AA$/min 이하로 낮고 또한 증착된 필름 표면이 매우 거칠다는 데 있다. 이러한 단점으로 인해 전기화학적 증착후 CMP를 적용하는 것이 더욱 경제적이라는 견해가 우세해 지고 있다. 본 강연에서는 박막의 증착 속도와 표면 거칠기를 동시에 향사시키기 위해 catalytic surfactant를 이용한 새로운 MOCVD 개념을 도입하고, 구리 MOCVD에서 단원자층으로 흡착된 요오드 원자가 그 역할을 수행할 수 있음을 보이겠다. 또 요오드원자가 표면반응을 어떻게 수정하여 활성화에너지를 낮추는가를 반응메카니즘으로 밝히고 표면 평탄화의 미시적 해석을 제공하고자 한다. Catalytic Surfactant의 개념은 다른 박막 재료의 MOCVD에도 적용될 수 있으며, 나아가 적절한 기판 표면처리를 통하여 epitaxy도 가능할 것으로 본다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.54 no.4
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• pp.548-554
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• 2016

In this study, semi-aqueous solutions containing carboxylic acids such as oxalic acid (OA), lactic acid (LA) and citric acid (CA) were formulated for the removal of copper etching residues produced at the interconnection process, and their characteristics were analyzed. Carboxylic acids in the solutions were apt to form various copper complexes according to the value of pH. Semi-aqueous solution containing 10 wt% CA showed the lowest etching rate of copper in the range from pH2 to pH7 and the highest selectivity in the range of pH 2 to pH 4. However, the cleaning solution containing 10 wt% LA revealed the superior selectivity at the range from pH 5 to pH 7. Appropriate selection of carboxylic acid should be required to improve the performance of cleaning solution. In the case of CA, the etching selectivity of copper oxide complex to copper was increased with the concentration of CA in the solution, when the solutions contain over 5 wt% CA, the copper interconnection layer has a metallic copper surface more than 88% in the area. The result shows that CA contained semi-aqueous solution has a relatively good cleaning ability.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.6 no.3
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• pp.206-212
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• 1997

The reflow characteristics of copper, which is expected to be used as interconnection materials in the next generation semiconductor devices, were investigated. Copper films were deposited on hole and trench patterns by metal organic chemical vapor deposition and annealed in nitrogen and oxygen ambient with the annealing temperatures ranging from $350^{\circ}C$ to $550^{\circ}C$. Copper films were not reflowed into the patterns upon the annealing in nitrogen ambient, but reflowed at the annealing temperature higher than $450^{\circ}C$ in oxygen ambient. It is considered that the reflow takes place as the heat generated by the oxidation of copper liquefies the copper film partly and the liquid copper fills the patterns for minimizing the surface energy and the potential energy. Upon the annealing in oxygen ambient, the copper oxide whose thickness was less than 300$\AA$ formed at the surface of an agglomerate and the resistivity of copper film increased drastically at an annealing temperature of $550^{\circ}C$ due to the copper agglomeration.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.88-88
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• 2003

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.51-52
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• 2011

본 연구에서는 전해 구리도금막과 SiN 피복층 사이의 힐락 (Hillock) 및 보이드 (Void) 결함에 미치는 전해 구리도금 공정 및 CVD SiN 피복층 증착 전 NH3 플라즈마 처리 효과에 대해 연구하였다. SiN 피복층 증착전 NH3 플라즈마 효과를 정량화하기 위해 실험계획법을 이용해 NH3 플라즈마 공정 인자가 힐락 결함의 밀도에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 실험결과, 힐락 결함의 밀도는 NH3 플라즈마 인가 시간에 비례한다는 것을 알았다. 보이드 결함의 경우, 구리 씨앗층 및 NH3 플라즈마 조건의 최적화를 통해 구리 씨앗층의 표면 조도를 최소화할 경우 보이드 결함이 최소화된다는 것을 알 수 있었다. 이는 구리 씨앗층의 표면 조도를 최소화함에 따라 전해 구리도금막의 결정립 크기가 커져 결정립 계면에 존재하는 불순물 양이 줄어들었기 때문인 것으로 사료된다.