• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.3 no.1
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• pp.59-64
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• 1994

극소전자 디바이스의 고집적화와 더불어 박막배선의 선폭은 0.5$\mu$m이하까지 축소되며 초고집적 submicron 박막금속화가 진행되고 있다. 미세회로에 적용되어지는 배선재료는 인가되는 고전류밀도로 인하여 electromigration 에 의한 결함이 쉽게 발생한다는 단점이있다. 금속박막 전도체위의 dielectric overlayer는 electromigration 에 대한 passivation 효과를 보여 극소전자 디바이스의 평균수명을 향상시 킨다.본 연구에서는 박막금속화에서 dielectric overlayer의 passivation 효과를 알아보기 위하여 약 3000 $\AA$ 두께의 Al,Al-1%Si, Ag 그리고 Cu 박막배선위에 증착하여 SiO2절연보호막의 유무에 따른 박막배선 의 수명변화 및 신뢰도를 측정하였다. 박막배선에 인가된 전류밀도는 1x106 A/cm2와 1x107 A/cm2 이었다. SiO2 dielectric overlayer는 Al,Al-1%Si Ag. Cu 박막배선에서는 electromigration에 대한 보호막 혀과를 보이며 평균수명을 모두 향상시킨다. SiO2 passivation 효과는 Al, Ag, Cu 박막중 Cu 박막배선에서 가 장 크게 나타났다. SiO2 dielectric overlayer가 형성되지 않은 경우 Al 박막배선의 수명이 가장 긴 것으 로 나타났으나 SiO2 가 형성된 경우는 Cu 박막배선의 수명이 가장 길게 나타났다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.4
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• pp.380-385
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• 1995

AI-1%Si 박막배선에서 수명의 길이 의존성 및 EM에 대한 저항성을 절연보호막 및 온도에 대하여 관찰하였고 ICB증착된 Cu박막배선의 EM에 대한 저항성을 측정하여 진공 열증착된 Cu 박막배선과 비교하였다. 첫째, 절연보호막 처리된 AI-1%Si 박막배선에서 길이가 200$\mu$m에서 1200$\mu$m로 증가함에 따라 전류인가에 의한 평균 수명과 활성화에너지값이 감소하다가 임계길이서부터는 모두 포화되는 것으로 나타났다. 절연보호막 물질에 상관 없이 고온으로 갈수록 임계길이가 짧아지며 그것을 넘는 영역에서는 길에에 대한 의존성이 약해져 임계길이 이상을 갖는 박막배선인 경우 평균수명 및 활성화 에너지값은 길이보다 막특성에 의존하는 것으로 사료된다. 둘째, ICB 증착된 Cu 박막배선의 d.c.인가에 따른 평균 수명은 진공 열층착된 Cu 박막배선보다 길게 나왔으며 e.ectromigration에 대한 활성화 에너지값도 1.70eV로 1.33eV보다 높게 측정되어 EM에 대한 저항성이 증가한 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.3 no.1
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• pp.65-70
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• 1994

본 논문에서는 Al-1%Si 박막금속배선에서 국부적 전류 크라우딩 효과 및 박막금속배선의 길이 에 따른 수명의 변화, 그리고 이층금속배선에서의 전계효과를 연구하였다. 전류 크라우딩 효과에 으한 박막금속 배선의 수명감소를 관찰하기 위해 넓은 도선과 좁은 도선이 반복적으로 연결되어 있는 구조의 금속배선과 톱니 형태의 금속배선을 제작하였다. 길이에 따른 박막금속배선의 수명변화를 연구하기 위 해 100, 400, 800, 1200 그리고 $1600mu$m의 길이를 갖는$ 3\mu$m 선폭의 박막금속배선을 각각 제작하였다. Al-1%Si 박막금속배선에 인가된 전류밀도는 3.5~4.5x106 A/cm2이었다. 이층금속배선에서 전계에 의한 수명의 변화를 살펴보기 위해 두 금속 배선 사이에 0, $\pm$30, $\pm$60V의 전계를 인가하고 상층 금속배선에 1.75x106 A/cm2 전류 밀도를 조사하였으며 발생한 결함 현상에 대한 분석은 광학현미경과 주사전자현미 경으로 관찰하였다. 주요 결론으로는 박막금속배선에서 전류 크라우딩 효과는 수명의 감소를 초래하며 박막금속배선의 길이가 증가함에 따라 수명은 급격하게 감소하다가 포화된다. 중첩된 이층금속배선에서 는 전계효과에 의한 금속배선의 수명감소현상이 가속된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1995.02a
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• pp.057-58
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• 1995

극소전자 디바이스의 고집적화에 의해 박막배선의 선폭은 0.5$mu extrm{m}$ 이하로 축소되고 있고 상대적으로 높은 전류밀도가 흐르게 된다. 높은 전류밀도하에서는 현재 일반적으로 사용되고 있는 Al을 기본으로 하는 박막배선에서의 electromigration에 의한 결함 발생 그리고 비교적 낮은 전기전도도가 심각한 문제점으로 제기된다. 본 연구에서는 Al과 고전기전도도 물질인 Ag, Cu, 그리고 Au 박막배선에 대해 electromigration에 대한 저항성, 즉 activation energy를 측정 비교함으로써 차세대 극소전자 디바이스를 위한 박막배선재료로서의 가능성을 알아보고자 한다. Electromigration test 및 activation energy를 구하기 위해 순수 Ag, Cu, Al, Au 박막배선을 0.05$\mu\textrm{m}$ 두께, 100$\mu\textrm{m}$ 선폭, 그리고 5000$\mu\textrm{m}$ 길이로 SiO2 열산화막 처리된 pp-Si(100) 기판 위에 진공 증착시켰다. 가속화 실험을 위해 인가된 d.c. 전류밀도는 2$\times$106A/$ extrm{cm}^2$ 이었고, Al과 Au에서는 6$\times$106A/$\textrm{cm}^2$이었다. 실온에서 24$0^{\circ}C$까지의 온도범위에서 d.c.인가후의 저항변화를 측정하여 Median-Time-to-Failure(MTF)를 구한 후 Black 방정식을 이용하여 activation energy를 측정하였다. Activation energy는 Cu가 1.34eV로서 가장 높게 나타났고 Au가 1.01eV, Al이 0.66eV, Ag가 0.29eV의 순으로 측정되었다. 따라서 Cu와 Au 박막배선의 경우 Al보다 electromigration에 대한 저항력이 강한 고활성화에너지 특성을 갖는 고전기전도도 재료로서 차세대 극소전자 디바이스를 위한 대체 박막배선재료로서의 가능성을 보인다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.3
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• pp.327-333
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• 1995

전자소자의 축소화에 따라 박막배선에서의 electromigration은 점차 극소전자 디바이스의 주요 결함원인으로 부각되고 있다. 본 실험에서는 현재 박막 배선 재료로 가장 널리 사용되고 있는 AI-1%Si 금속박막배선의 electromigration에 대한 온도 및 배선길이의 의존성에 관하여 연구하였다. PSG($8000AA$)/SiO2(1000$\AA$)/AI-1%Si(7000$\AA$)/SiO2(5000$\AA$)/p-Si(100)의 보호막처리되지 않은 시편 등을 standard photolithography 공정을 이용하여 각각 제작하였다. 선폭 3$\mu$m, 길이 100, 400, 800, $\1600mu$m등의 AI-1%Si 배막배선구조를 사용하였다. 가속화실험을 위해 인가된 d.c.전류밀도는 4.5X106A/$ extrm{cm}^2$이었고 실온에서 $100^{\circ}C$까지의 분위기 온도에서 electromigration test를 진행하였다. 박막배선의 길에에 따른 MTF(Mean-Time-to-Failure)는 임계길이 이상에서 포화되는 경향을 보이며 이는 보호막층의 유무에 관계없이 나타난다. 선폭 $3\mu$m인 AI-1%Si 박막배선에서 임계길이는, 보호막처리된 시편은 $800\mu$m, 보호막처리되지 않은 시편은 $400\mu$m 배선길이에서 나타난다. 이러한 포화의 경향은 낮은 온도에서 더욱 명확해지는 특성을 보인다. 각 시편에서 electromigration에 대한 활성화에너지도 MTF의 특성과 유사하게 임계길이 이상에서 포화되는 특성을 보인다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.4 no.2
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• pp.217-223
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• 1995

절연보호막에 따른 AI-1%Si 박막배선의 평균수명(MTF, Mean-Time-to-Failure) 및 electromigration에 대한 저항성, 즉 활성화에너지(Q)변화 등을 측정 비교하였다. 박막배선은 $5000\AA$두께로 열산화막 처리된 p-Si(100)기판위에 $7000\AA$의 AI-1%Si을 증착한 후 photolithography 공정으로 형성시켰다. Electromigration test를 위한 박막배선은 $3\mu$m의 폭과 $400\mu$m, $1600\mu$m의 두 가지 길이를 가지며 절연보호막 효과를 알아보기 위해 그 위에 $3000\AA$의 두께로 SiO2, PSG, Si3N4등 절연보호막을 APCVD 및 PECVD를 이용하여 각각 증착시켰다. 가속화 실험을 위해 인가된 전류밀도는 4.5X106A/cm2이었고 180, 210, $240^{\circ}C$온도에서 d.c. 인가 후의 저항변화를 측정하여 평균수명을 구한 후 Black 방정식을 이용하여 활성화에너지를 측정하였다. AI-1%Si 박막배선에서 electromigration에 대한 활성화에너지값은 $400\mu$m길이의 경우 0.44eV(nonpassivated), 0.45eV(Si3N4 passivated), 0.50 eV(PSG passivated), 그리고 0.66 eV(SiO2 passivated)로 각각 측정되었다. $1600\mu$m 길이의 AI-1%Si 박막배선 실험에서도 같은 절연보호막 효과가 관찰되었다. 따라서 SiO2, PSG, Si3N4등 절연보호막은 AI-1%Si 박막배선에서의 electromigration에 대한 저항력을 높여 결함방지효과를 보이며 수명을 향상시킨다. SiO2의 절연보호막의 경우가 AI-1%Si 박막배선의 electromigration에 대한 가장 강한 저항력을 보이며 평균수명도 높게 나타났다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1995.06a
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• pp.48-49
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• 1995

전자소자의 축소화에 따라 electromigration은 점차 반도체 디바이스의 주요 결함 원 인으로 부각되고 있다. 본 실험은 현재 배선 재료로 널리 사용되고 있는 Al-1%Si 금속박막 배선의 electromigration에 대한 온도 및 배선길이 의존성에 관하여 연구하였다. ppLCC(pplastic Leaded Chipp Carrier) ppackage된 ppSG(8000$\AA$)/SiO2(1000$\AA$)/Al-1%Si(7000 $\AA$)/SiO2(5000$\AA$)/pp-typpe Si(100)의 보호막처리된 시편과 Al-1%Si/SiO2(5000$\AA$)/pp-typpe Si(100)의 보호막처리되지 않은 시편등을 standard pphotolithograpphy 공정을 이용하여 각각 제작하였다. 선폭 3$mu extrm{m}$, 길이 100, 400, 800, 1600$\mu\textrm{m}$의 등의 Al-1%Si 박막배선구조를 사용하 였다. 가속화실험을 위해 인가된 D.C 전류밀도는 4.5$\times$106A/cm2이었고 실온에서 10$0^{\circ}C$까지 의 분위기 온도에서 electromigration를 실행하였다. 박막배선길이에 따른 MTF(Mean Time-to-Failure)는 임계길이 이상에서 포화되는 경향을 보이며 임계길이는 Al-1%Si 박막 배선에서 분위기온도에 따라 길이 400$\mu\textrm{m}$과 800$\mu\textrm{m}$범위에서 나타났다. 각 시편에서 electromigration에 대한 활성화에너지도 MTF의 특성과 유사하게 임계길이 이상에서 포화 되는 특성을 타나내었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.8 no.1
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• pp.31-35
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• 1999

In this paper, the lifetime dependence as a function of the line length of Al-1%Si thin film interconnections due to electromigration in semiconductor devices was studied. Al-1%Si thin film interconnections with a pattern of straight type were formed by using a standard photolithography process. The test patterns manufactured have line lengths in the range of 100 to 1600 $mu extrm{m}$. Al-1%Si thin film interconnections with Ti underlayers showed longer lifetime than those without Ti underlayers. Ti underlayers are believed to improve electromigration resistance resulting in a longer lifetime in Al-1%Si thin film interconnections. The dependence of lifetime on the line length in Al-1%Si/Ti thin film interconnections shows a saturation tendency near 800 $\mu\textrm{m}$ line length.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.10 no.1
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• pp.27-30
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• 2001

Electromigration Phenomena in Al-1%Si thin film interconnections under DC and PDC conditions were investigated. Thin film interconnections with $SiO_2$ and PSG/$SiO_2$ dielectric passivation layer were formed by a standard photolithography process method and test line lengths were 100, 400, 800, 1200, and 1600 $\mu\textrm{m}$. The current density of $1.19\times10^7\textrm{A/cm}^2$ was stressed in Al-1%Si thin film interconnections under DC condition. The current density of $1.19\times10^7\textrm{A/cm}^2$ was also applied under PDC condition at the frequency of 1 Hz with the duty factor of 0.5. The electromigration resistance of PSG/SiO2 dielectric passivation test line was stronger than $SiO_2$ dielectric passivation test line. The lifetime under PDC was 2-4 times longer than DC condition. As the thin film interconnection line increased, the lifetime decreased and saturated over the critical length. Failure patterns by an electromigration were dominated by void-induced electrical open and hillock-induced electrical short.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.121-121
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• 2000

반도체 산업의 발달에 따라 소자의 보다 빠른 동작 속도와 큰 집적도를 갖은 ULSI 구조를 얻기 위해, 새로운 금속배선 재료가 요구되고 있다. 기존의 금속 배선인 Al 및 Al 합금은 비교적 낮은 비저항과 박막형성의 용이함으로 인하여 현재까지 금속배선 재료로 사용되고 있으나, 고집적화에 따라 RC Time Delay와 Electromigration의 문제점을 들어내었다. 이러한 문제를 해결할 새로운 배선 재료로 Al보다 낮은 비저항을 가지며, electromigration 저항성을 갖는 Cu 금속배선 재료가 활발히 연구되고 있다. 본 실험에서는 (100) Si 웨이퍼를 기판으로 사용하였으며, 각층은 SiO2/Si3N4/EP Cu/Seed Cu/ TaN/SiO2/Si wafer 상태로 증착하였다. 확산방지막으로 TaN을 사용하였고, seed Cu는 sputtering 으로 증착하였으며, seed Cu 만으로 된 박막과 seed Cu + electro plating Cu로 구성된 박막을 제작하였다. 제작 완료된 박막은 N2 분위기에서 20$0^{\circ}C$ 120 min, 45$0^{\circ}C$ 60min 동안 열처리하여 Cu 박막의 조직 변화를 TEM 및 여러 분석방법을 이용하여 분석하였다. Plan-view TEM결과, 45$0^{\circ}C$, 60min 열처리함에 따라 결정립 성장이 일어난 것을 확인 할 수 있었다. 그러나, 성장후에도 twin boundary, stacking fault, dislocation, small defect 등은 여전히 남아 있음이 관찰된다. 그림 1(a)는 as-deposit 상태이며, 그림 1(b)는 45$0^{\circ}C$, 60min 열처리한 plan-view TEM 사진이다.