화학기상증착법을 이용한 Copper 박막의 제조 = Fabrication of copper thin films from (hfac)- Cu(DMB) by CVD process
저자
발행사항
광주 : 전남대학교 대학원, 2001
학위논문사항
학위논문(석사)-- 전남대학교 대학원: 정밀화학과 2001. 2
발행연도
2001
작성언어
한국어
주제어
KDC
530.48 판사항(4)
DDC
669.3 판사항(20)
발행국(도시)
광주
형태사항
69p. : 삽도 ; 30cm.
일반주기명
지도교수: 김도형
참고문헌수록
소장기관
본 연구에서는 현재의 반도체 집적소자내의 배선 금속으로 쓰이는 알루미늄을 대신하여 차세대 배선 금속으로써 그 사용이 유력시 되고있는 구리의 제조를 위해 화학기상증착법(chemical vapor deposition : CVD)을 이용하여 구리 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다
구리 박막의 증착을 위해 사용한 전구체는 (hfac)Cu(I)DMB ; [(hexafluoro acetylacetonate) Cu(I) dimethylbutene]이였고, 운반기체로는 Ar과 H₂가스를 사용하였다. 반응기는 저압 냉벽 방식의 CVD 반응기로서 공정은 1.0 torr 전압, 100∼200℃의 기판 온도에서 기판 종류, 플라즈마 전처리 및 C₂H_5 I 첨가의 효과성을 살펴보았다. 평가된 박막의 특성은 표면 형상, 층덮임(step coverage), 비저항, 화학적 조성, 결정성 등으로서 분석기기는 Scanning electron microscopy(SEM), 4-point probe, Auger electron spectroscopy(AES), X-ray diffraction(XRD), Atomic force microscope(AFM) 등을 이용하였다. 우선 운반기체의 영향성 평가에서는 H₂가스를 운반기체로 사용할 경우 증착속도와 비저항 측면에서 Ar 운반기체를 사용할 경우보다 더 향상된 결과를 얻었다. 이는 H₂가스가 단순히 운반기체로 사용된 것뿐만 아니라 환원제로서 작용한 결과로 추정된다. 증착온도의 변화에 따른 박막 성장 속도는 H₂운반기체의 경우 최고 520Å/min.를 얻을 수 있었으며, 막의 비저항은 2.0∼5.0 μΩcm로 다소 높은 값을 나타내었다. 박막의 결정성을 조사한 결과 (1 1 1) 우선배향성을 갖고 있었으며, 공정변수에 따른 의존성은 크지 않았다. Cu 박막의 표면거칠기의 개선과 층덮임 특성의 개선을 위해 C₂H_5 I를 반응촉매로 한 증착을 진행하였는데, 이 경우 반응증착속도는 감소되었으나 표면거칠기와 층덮임이 크게 개선됨을 알 수 있었다.
Because of its low electrical resistivity(l.67μΩ㎝ for Cu, vs. 2.7 μΩ㎝ for Al) and high electromigration resistance(up to 4 orders of magnitude greater than Al), copper is considered as a promising alternative to aluminum-based metallization in semiconductor integrated circuits. In this study, copper thin films were prepared by chemical vapor deposition(CVD) processes using (hfac)Cu(DMB) in a low-pressure cold-wall reactor. Experimental conditions for copper CVD were as follow : 1 torr total pressure, 100-200℃ substrate temperatures, 40℃ bubbler temperature and 60sccm carrier gas flow.
Effects of substrate temperature, type of carrier gas and addition of iodine compound on the film growth rate, surface morphology and hole filling property were mainly studied in this work. Also, film composition, electrical resistivity and crystallinity were evaluated. Analysis tools used for this study scanning electron microscopy(SEM), 4-point probe, auger electron spectroscopy(AES), x-ray diffraction(XRD) and atomic force microscope (AFM).
Deposition rate of copper films increases with increasing the substrate temperature up to around 160℃ and then decreased at higher temperature. The highest film growth rate was 520A°/min at 160℃. The effect of carrier gas kind on Cu deposition rate was clearly observed. Compared to Ar carrier gas, usage of H₂ resulted in higher film growth of copper in the experimental conditions investigated in this work. In the case of C₂H_5I addition, film growth rate was decreased but surface morphology was greatly improved. The resistivity of Cu films deposited on TiN substrate was 2.4~5.0 μ Ω㎝ depending on the process conditions. As the Cu films were highly pure(> 99%, AES), relatively higher resistivity than bulk Cu is considered to be due to a poor morphology. The Cu films exhibits a (111) preferred orientation and there was no significant effect of process variables on the crystallinity. Low deposition temperature, usage of H₂ carrier gas and addition of C₂H_5I were favored for smooth surface morphology and void free filling of contact holes.
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