디지털 화학 증착공정을 이용한 구리의 성막 특성 평가 = Growth characteristics of copper films prepared by digital chemical vapor deposition
저자
발행사항
광주 : 전남대학교 대학원, 2003
학위논문사항
학위논문(석사)-- 전남대학교 대학원: 전자·에너지재료협동과정 2003. 2
발행연도
2003
작성언어
한국어
주제어
KDC
569.41 판사항(4)
DDC
669.3 판사항(20)
발행국(도시)
광주
형태사항
65p. : 삽도 ; 30cm.
일반주기명
지도교수 : 김도형
참고문헌수록
소장기관
구리의 낮은 비저항과 뛰어난 electro/stress migration 때문에 차세대 배선 재료로서 각광받고 있다. 일반적으로 구리는 CVD 공정으로 증착 될 수 있지만 Cu CVD 공정으로는 Pt나 Pd 같은 씨앗층(seed layer)을 사용이 필연적이다. Cu metallization에서 다른 seed 금속을 사용하는 것과 같은 Cu seed 형성에 대한공정 연구가 화두로 떠오르고 있다. 본 연구에서는 반도체 집적소자내의 차세대 배선 금속으로 유력시 되고있는 구리 박막을 위한 seed layer 제조를 위해 디지털 화학 증착공정(digital chemical vapor deposition, DCVD or atomic layer deposition, ALD)을 이용하여 씨앗층을 제조하고 박막의 성막 특성을 평가하였다.
구리 seed layer의 증착을 위해 사용한 전구체는 (hfac)Cu(I) (1,5-COD) ; [(hexafluoro acetylacetonate) Cu(I) (1,5-cyclooctadiene)]와 Cu(OCHM e-CH₂NMe₂)₂이였고, 운반기체로는 He, 퍼징가스로는 Ar 가스를 사용하였다. 반응물로는 H ₂O₂, CH₃OH, C₂H_5OH, HCHO, H₂O, O₂, O₃등 다양한 반응물을 이용하여 구리 박막의 성막 특성을 살펴보았다. 반응기는 전구체의 응축을 막기 위해 벽면을 70 ℃정도 가열한 저압 방식의 ALD반응기로서 공정은 1.4 torr 전압, 80-270 ℃의 기판온도에서 기판 종류, 반응물별, 증착 온도별 특성을 살펴보았다. 평가된 박막의 특성은 표면 형상, 층덮임(step coverage), 비저항, 결정성 등으로서 분석기기는 Scanning electron microscopy (SEM), 4-point probe, X-ray diffraction(XRD), Atomic force microscope(AFM) 등을 이용하였다.
(hfac)Cu(I) (1,5-COD) 전구체를 이용하여 구리 박막을 증착한 결과, 기존에 CVD 방식에 비해 낮은 온도인 80℃-100℃의 저온에서 증착하였다. 수소 환원공정 보다는 반응물을 넣고 진행하는 공정이 핵화가 잘 이루어졌고 반응물 중에서는 H₂O₂가 가장 좋은 특성을 보였다. 2가 전구체인 Cu(OCHM eCH₂NMe₂)₂ 전구체를 이용한 구리박막의 실험에서는 SiO₂ 기판과 Si 기판에 선택적인 증착 특성을 나타내었다. 증착된 구리 박막의 표면 morphology에서보면 막들이 서로 coalescence되지 않아 높은 비저항 값을 가졌고 1 cycle 당 증착두께는 H₂O 반응물을 사용했을 경우 박막의 두께가 4.3Å으로 saturation 되었고 박막의 두께를 정확하게 조절할 수 있었다.
Copper thin film has been considered as a major interconnect material for the fabrication of advanced integrated circuit (IC) devices, due to its low resistivity and excellent electro/stress migration resistance. Although Cu can be deposited by conventional CVD processes, the usage of seed layers such as Pt or Pd for copper CVD is inevitable. However, the usage of foreign seed material in Cu - metallization investigation of the process for copper seed formation has become a urgent issue.
Therefore, in this work, digital CVD (or atomic layer deposition, ALD) processes were studied aiming to deposit copper seed layer using Cu (I) and Cu (II) precursors. To investigate feasibility of digital CVD processes, var ious react ion system using H₂O, H₂O₂, CH₃OH, C₂H_5OH and O₂ were evaluated. Particularly, the properties of nucleation of ALD Cu on various types of substrate layers were mainly focused. In addition, electrical resistivity, surface roughness, surface morphology, step coverage, and preferred orientation of the Cu films were analyzed with four-point probe, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and x-ray diffraction (XRD), respectively.
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