• 한국세라믹학회지
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• 제41권6호
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• pp.435-438
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• 2004

MOCVD is one of the major deposition techniques for Cu thin films and Ta-Si-N is one of promising barrier metal candidates for Cu with high thermal stability. Effects of hydrogen plasma pretreatment of the underlying Ta-Si-N film surface on the Cu nucleation in Cu MOCVD were investigated using scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and Auger electron emission spectrometry analyses. Cu nucleation in MOCVD is enhanced as the rf-power and the plasma exposure time are increased in the hydrogen plasma pretreatment. The optimal plasma treatment process condition is the rf-power of 40 Wand the plasma exposure time of 2 min. The hydrogen gas flow rate in the hydrogen plasma pretreatment process does not affect Cu nucleation much. The mechanism through which Cu nucleation is enhanced by the hydrogen plasma pretreatment of the Ta-Si-N film surface is that the nitrogen and oxygen atoms at the Ta-Si-N film surface are effectively removed by the plasma treatment. Consequently the chemical composition was changed from Ta-Si-N(O) into Ta-Si at the Ta-Si-N film surface, which is favorable for Cu nucleation.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권12호
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• pp.1091-1098
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• 1998

Thermal stability of the electroless deposited Cu thin film was investigated. Cu/TaN/Si multilayer was fabricated by electroless-depositing Cu thin layer on TaN diffusion barrier layer which was deposited by MOCVD on the Si substrate, and was annealed in $H_2$ ambient to investigate the microstructure of Cu film with a post heat-treatment. Cu thin film with good adhesion was successfully deposited on the surface of the TaN film by electroless deposition with a proper activation treatment and solution control. Microstructural property of the electroless-deposited Cu layer was improved by a post-annealing in the reduced atmosphere of $H_2$ gas up to $600^{\circ}C$. Thermal stability of Cu/TaN/Si system was maintained up to $600^{\circ}C$ annealing temperature, but the intermediate compounds of Cu-Si were formed above $650^{\circ}C$ because Cu element passed through the TaN layer. On the other hand, thermal stability of the Cu/TaN/Si system in Ar ambient was maintained below $550^{\circ}C$ annealing temperature due to the minimal impurity of $O_2$ in Ar gas.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2001년도 The IMAPS-Korea Workshop 2001 Emerging Technology on packaging
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• pp.100-103
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• 2001

본 연구에서는 무전해도금으로 증착된 구리박막의 열적 및 접착특성에 관하여 고찰하였다. Si 기판에 MOCVD 방법으로 TaN 확산방지막을 증착한 후, 무전해 도금으로 구리박막을 증착하여 Cu/TaN/Si 다층구조를 제조공정하였다. 그리고, Ar 분위기에서 열처리시켰으며, 열처리온도에 따른 비저항 변화를 고찰함으로서 Cu/TaN/Si 계의 열적 특성을 분석하였다. 무전해도금 구리박막의 접착특성은 스크래치 테스트에 의해 평가하였으며, 열적 증착방법과 스퍼터 방법으로 증착된 구리 박막과 비교하였다. 스크래치 테스트 결과, 무전해도금 구리 박막의 접착력이 열적 증착과 스퍼터 방법으로 증착된 구리 박막보다 더 우수하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권3호
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• pp.19-24
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• 2009

3차원 패키지용 고종횡비 TSV(through-Si via)를 이용한 배선 공정에서 via 충진을 위한 대표적인 방법중의 하나가 via 내부에 $SiO_2$ 절연막을 형성한 다음 Sputtering법으로 접착/확산방지막 및 씨앗층을 형성하고 전해도금법으로 Cu를 충진하는 방법이다. 본 연구에서는 Cu 박막과 $SiO_2$ 절연막 사이에 reactive sputtering법으로 증착한 $TaN_x$ 박막의 조성에 따른 접착특성 및 확산방지막특성을 연구하였다. $TaN_x$ 박막의 질소함량에 따른 Cu 박막과 $SiO_2$ 절연막사이의 접착력을 $180^{\circ}$ peel test와 topple test를 이용하여 정량적으로 측정하였다. $TaN_x$ 박막 내 질소함량이 증가함에 따라 접착력은 더욱 증가하였는데, 이는 질소함량이 증가함에 따라 $TaN_x$ 박막과 $SiO_2$ 절연막사이의 계면에서 계면반응물의 생성이 증가하였기 때문으로 해석된다. 고온에서 열처리를 통하여 Cu에 대한 확산방지막으로서의 특성을 조사한 결과, $TaN_x$ 박막은 Ta 박막에 비하여 우수한 Cu에 대한 확산방지 특성을 보였으며 N/Ta성분비 1.4까지는 $TaN_x$ 박막내 질소함량의 증가에 따라 확산방지특성도 향상되었다.

• 전자공학회논문지A
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• 제32A권11호
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• pp.35-43
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• 1995

To obtain high quality of $Ta_{2}O_{5}$ film, two dielectric layers of $Si_{3}N_{4}$ and $Ta_{2}O_{5}$ were subsequently formed on Si wafer. Silicon nitride films were thermally grown in 10 Torr ammonia ambient by R.F induced heating system. The thickness of thermally grown $Si_{3}N_{4}$ film was able to be controlled in the range of tens $\AA$ due to the self-limited growth property. $Ta_{2}O_{5}$ film of 200$\AA$ thickness was then deposited on the as-grown $Si_{3}N_{4}$ film about 25$\AA$ thickness by sputtering method and annealed at $900^{\circ}C$in $O_{2}$ ambient for 1hr. Stoichiometry film was prepared by the annealing in oxygen ambient. Despite the high temperature anneal process, silicon oxide layer was not grown at the interface of the layered films because of the oxidation barrier effect of Si$_{3}$N$_{4}$ film. The fabricated $Ta_{2}O_{5}$/$Si_{3}N_{4}$ film showed low leakage current less than several nA and high dielectric breakdown strength.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제6권1호
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• pp.31-37
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• 1999

본 연구에서는 집적회로의 배선공정에 적용될 무전해도금된 Cu박막의 열적 특성과 접착특성에 대하여 고찰하였다. 시편은 Si 기판에 MOCVD법으로 TaN 확산방지막을 증착시킨 후 그 위에 무전해도금법으로 Cu 막을 증착시켜 Cu/TaN/Si 구조의 다층박막을 제조하였다. 이렇게 제조된 Cu/TaN/Si 시편을 수소와 Ar 분위기에서 각각 열처리시킨 후 열처리온도에 따른 비저항을 측정함으로써 Cu박막의 열적 안정성을 분석하였다. Cu박막과 TaN확산방지막과의 접착특성을 분석하기 위하여 scratch test를 사용하였으며, TaN 확산방지막에 대한 무전해도금된 Cu배선막의 접착력은 일반적인 Thermal evaporation과 Sputturing 방법으로 증착된 Cu 박막의 경우와 비교함으로써 평가되었다. TaN 박막에 대한 Cu박막의 접착성을 평가하기 위해 scratch test를 행한 결과 무전해도금된 Cu박막의 경우 다른 방법으로 증착된 Cu 박막과 비슷한 접착특성을 나타내었으며, acoustic emission분석과 microscope 관찰 결과 sputtering이나 evaporation 방법으로 증착된 Cu박막 보다 무전해도금된 Cu박막이 상대 적으로 우수한 접착력을 나타내었다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2005년도 춘계 학술대회
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• pp.139-145
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• 2005

In the study, in order to deposit TaN thin film using diffusion barrier and bottom electrode we made the Plasma Assisted ALD equipment and confirmed the electrical characteristic of TaN thin films deposited PAALD method, PAALD equipment depositing TaN thin film using PEMAT(pentakis(ethylmethlyamlno) tantalum) Precursor and $NH_3$ reaction gas is aware that TaN thin film deposited of high density and amorphous phase with XRD measurement The degree of diffusion and react ion taking place in Cu/TaN(deposited using 150 W PAALD)/$SiO_2$/Si systems with increasing annealing temperature was estimated from MOS capacitor property and the $SiO_2(600\;\AA)$/Si system surface analysis by C-V measurement and secondary ion material spectrometer(SIMS) after Cu/TaN/$SiO_2(400\;\AA)$ system etching. TaN thin film deposited PAALD method diffusion barrier have a good diffusion barrier property up to $500^{\circ}C$.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제4권2호
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• pp.39-43
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• 2005

In the study, in order to deposit TaN thin film for diffusion barrier and bottom electrode we made the Plasma Assisted ALD equipment and confirmed the electrical characteristics of TaN thin films grown PAALD method. Plasma Assisted ALD equipment depositing TaN thin film using PEMAT(pentakis(ethylmethlyamino) tantalum) precursor and NH3 reaction gas is shown that TaN thin film deposited high density and amorphous phase with XRD measurement. The degree of diffusion and reaction taking place in Cu/TaN (deposited using 150W PAALD)/$SiO_{2}$/Si systems with increasing annealing temperature was estimated for MOS capacitor property and the $SiO_{2}$, (600${\AA}$)/Si system surface analysis by C-V measurement and secondary ion material spectrometer (SIMS) after Cu/TaN/$SiO_{2}$ (400 ${\AA}$) layer etching. TaN thin film deposited PAALD method diffusion barrier have a good diffusion barrier property up to 500$^{\circ}C$.

• 한국재료학회지
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• 제21권2호
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• pp.95-99
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• 2011

The microstructure and Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films for various Si and N compositions were studied. Ta-Si-N films of a wide range of compositions (Si: 0~30 at.%, N: 0~55 at.%) were deposited by DC magnetron reactive sputtering of Ta and Si targets. Deposition rates of Ta and Si films as a function of DC target current density for various $N_2/(Ar+N_2)$ flow rate ratios were investigated. The composition of Ta-Si-N films was examined by wavelength dispersive spectroscopy (WDS). The variation of the microstructure of Ta-Si-N films with Si and N composition was examined by X-ray diffraction (XRD). The degree of crystallinity of Ta-Si-N films decreased with increasing Si and N composition. The Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films with more than sixty compositions was investigated. The Cu(100 nm)/Ta-Si-N(30 nm)/Si structure was used to investigate the Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films. The microstructure of all Cu/Ta-Si-N/Si structures after heat treatment for 1 hour at various temperatures was examined by XRD. A contour map that shows the diffusion barrier failure temperature for Cu as a function of Si and N composition was completed. At Si compositions ranging from 0 to 15 at.%, the Cu diffusion barrier property was best when the composition ratio of Ta + Si and N was almost identical.

• 한국자기학회지
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• 제15권4호
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• pp.226-230
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• 2005

본 연구에서는 스핀밸브 구조에서 하지층으로 많이 사용되고 있는 Ta 층에 질소를 첨가하여 질소량에 따른 자기적 특성과 열처리 결과를 비교 검토하였다. 또한 하지층에 질소를 첨가하여 확산 방지막으로서 역할과 기판과 하지층과의 접착력을 측정하여 비교하였다. 사용된 스핀밸브는 Si($SiO_2$)/Ta(TaN)/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/FeMn/Ta 구조이다. Ta 박막에 비해 TaN 박막의 질소량이 증가할수록 증착률은 감소하였고, 비저항과 표면 거칠기는 증가하였다. 고온에서 열처리 후 측정한 XRD 결과를 보면 Si/Ta 박막에서는 규소화합물이 생성된 반면 Si/TaN 박막에서는 규소화합물을 발견할 수 없었다. 자기저항비(MR)와 교환결합자장($H_{ex}$)은 질소량이 4.0 sccm 이상에서는 감소하였다. 열처리 결과 자기저항비는 하지층이 Ta인 시편과 질소량이 4.0 sccm까지 혼합된 TaN 시편은 $200^{\circ}C$까지는 약 $0.5\%$ 정도 증가하다가 감소하였다. 기판과 하지층과의 접착력을 측정한 결과 Ta 박막보다 질소량이 8.0 sccm인 TaN 박막인 경우 약 2배 강한 접착력을 보였다. 본 연구 결과에 의하면 하지층 증착 시 아르곤 가스에 3.0 sccm 정도의 질소 가스를 혼합하여 사용하면 자기적 특성에 크게 영향을 주지 않으면서 확산 방지막, 접착력 향상등의 이점을 얻을 수 있으리라 사료된다.