반도체 배선용 구리도금에서의 결정구조 분석 및 결정성장 관찰 Investigation of Crystallographic Structure and Recrystallization on Cu Electrodeposits for ULSI Interconnects 금속공학과 전형진 지도교수 이효종 최근에 정보를 보다 빠르게 처리하기 위하여 정보처리에 대한 방법들이 다양해지고 있다. 스마트폰, 노트북 등과 같이 휴대성이 간편하며, 정보를 송출하는 능력을 가진 전자기기들의 고성능을 필요로 하고 있다. 고성능과 더불어 전자기기들의 휴대성을 간편하게 하기 위하여 그 모양과 크기가 점차 작아지고 있으며, 그것에 맞추어 전자기기들의 심장이라 할 수 있는 반도체 회로 또한 고집적화되고 있다. 종래에 사용되었던 알루미늄을 사용한 반도체 배선은 고집적화 됨에 따라 반도체 내부에서 생기는 신호처리속도의 지연문제와 미세선폭을 구현하는 방법에 있어 건식에칭법의 한계에 부딪히게 되었다. 그로 인해 알루미늄을 대체할만한 배선재료로 알루미늄보다 비저항이 낮으며 높은 열전도 특성을 지닌 구리를 배선재료로 사용하는 것이 검토되었고, 미세선폭을 구현하는 방법에 있어서도 기존의 건식에칭법이 아닌 습식공정법으로 차츰 연구가 진행되어졌다. 약 20년 전에 구리배선은 전해도금법과 상감공정(damascene process)을 이용한 시제품이 IBM에서부터 발표되면서 수십년간 사용되어진 건식에칭법에서 습식공정법을 사용한 알루미늄 배선에서 습식공정을 사용하는 구리배선 공정으로 대체되어 오고 있다. 본 논문은 이러한 반도체 배선에서 사용되어지는 구리를 전해도금법을 이용하여 전착시키고, 전착된 구리박막층의 결정성과 결정립 성장에 대하여 나타내었다. 구리박막층의 결정성에 대한 실험은 기존에 연구되어졌던 기본 황산구리도금액에 첨가제를 사용하여 구리박막층을 형성시킨 후 상온에서의 self-annealing과 80℃에서 열처리를 하여 얻은 최종집합조직을 ...
반도체 배선용 구리도금에서의 결정구조 분석 및 결정성장 관찰 Investigation of Crystallographic Structure and Recrystallization on Cu Electrodeposits for ULSI Interconnects 금속공학과 전형진 지도교수 이효종 최근에 정보를 보다 빠르게 처리하기 위하여 정보처리에 대한 방법들이 다양해지고 있다. 스마트폰, 노트북 등과 같이 휴대성이 간편하며, 정보를 송출하는 능력을 가진 전자기기들의 고성능을 필요로 하고 있다. 고성능과 더불어 전자기기들의 휴대성을 간편하게 하기 위하여 그 모양과 크기가 점차 작아지고 있으며, 그것에 맞추어 전자기기들의 심장이라 할 수 있는 반도체 회로 또한 고집적화되고 있다. 종래에 사용되었던 알루미늄을 사용한 반도체 배선은 고집적화 됨에 따라 반도체 내부에서 생기는 신호처리속도의 지연문제와 미세선폭을 구현하는 방법에 있어 건식에칭법의 한계에 부딪히게 되었다. 그로 인해 알루미늄을 대체할만한 배선재료로 알루미늄보다 비저항이 낮으며 높은 열전도 특성을 지닌 구리를 배선재료로 사용하는 것이 검토되었고, 미세선폭을 구현하는 방법에 있어서도 기존의 건식에칭법이 아닌 습식공정법으로 차츰 연구가 진행되어졌다. 약 20년 전에 구리배선은 전해도금법과 상감공정(damascene process)을 이용한 시제품이 IBM에서부터 발표되면서 수십년간 사용되어진 건식에칭법에서 습식공정법을 사용한 알루미늄 배선에서 습식공정을 사용하는 구리배선 공정으로 대체되어 오고 있다. 본 논문은 이러한 반도체 배선에서 사용되어지는 구리를 전해도금법을 이용하여 전착시키고, 전착된 구리박막층의 결정성과 결정립 성장에 대하여 나타내었다. 구리박막층의 결정성에 대한 실험은 기존에 연구되어졌던 기본 황산구리도금액에 첨가제를 사용하여 구리박막층을 형성시킨 후 상온에서의 self-annealing과 80℃에서 열처리를 하여 얻은 최종집합조직을 XRD, EBSD로 관찰 및 비교하였고, 결정립 성장에 대한 실험은 80℃에서 200sec 간격의 열처리를 통하여 결정립이 성장하는 것을 EBSD와 XRD를 통하여 순차적으로 관찰하였다. 도금 시 사용된 전류파형은 직류(direct current)이며, 온도는 상온인 25℃, 교반속도는 200rpm을 유지하였다. Self-annealing과 80℃ 온도로 열처리하여 얻은 최종 집합조직은 분석 결과 일치한 결정립 사이즈와 (111)면과 (100)면이 비슷한 분율을 가지며 성장한 집합조직임을 알 수 있었으며, 수 개의 결정립이 쌍정(twin)관계를 지니며 성장함을 알 수 있었다. 또한 80℃에서 순차적으로 결정립 성장을 관찰하며 four point probe, XRD 2theta scan, EBSD관찰을 통하여 얻은 결과에서 초기 강한 (111) fiber texture를 갖고 있는 것을 확인하였으며, 결정립 성장이 진행함에 따라 (100) 집합조직이 발달하는 것을 알 수 있었다. 상온에서 결정립이 성장한 self-annealing에서도 (100) 집합조직이 비슷한 정도로 발달하는 것으로 미루어, 도금초기에 형성된 내부응력이 기판과의 열팽창계수의 차이에서 비롯된 열응력보다 크게 영향을 미치고 있는 것으로 예상된다. 이러한 (100) fiber texture의 존재는 표면에너지 보다 응력에너지가 재결정에 주요하게 작용한 것으로 판단된다. 주요어 : 구리, 전해도금, EBSD, 결정립 성장
반도체 배선용 구리도금에서의 결정구조 분석 및 결정성장 관찰 Investigation of Crystallographic Structure and Recrystallization on Cu Electrodeposits for ULSI Interconnects 금속공학과 전형진 지도교수 이효종 최근에 정보를 보다 빠르게 처리하기 위하여 정보처리에 대한 방법들이 다양해지고 있다. 스마트폰, 노트북 등과 같이 휴대성이 간편하며, 정보를 송출하는 능력을 가진 전자기기들의 고성능을 필요로 하고 있다. 고성능과 더불어 전자기기들의 휴대성을 간편하게 하기 위하여 그 모양과 크기가 점차 작아지고 있으며, 그것에 맞추어 전자기기들의 심장이라 할 수 있는 반도체 회로 또한 고집적화되고 있다. 종래에 사용되었던 알루미늄을 사용한 반도체 배선은 고집적화 됨에 따라 반도체 내부에서 생기는 신호처리속도의 지연문제와 미세선폭을 구현하는 방법에 있어 건식에칭법의 한계에 부딪히게 되었다. 그로 인해 알루미늄을 대체할만한 배선재료로 알루미늄보다 비저항이 낮으며 높은 열전도 특성을 지닌 구리를 배선재료로 사용하는 것이 검토되었고, 미세선폭을 구현하는 방법에 있어서도 기존의 건식에칭법이 아닌 습식공정법으로 차츰 연구가 진행되어졌다. 약 20년 전에 구리배선은 전해도금법과 상감공정(damascene process)을 이용한 시제품이 IBM에서부터 발표되면서 수십년간 사용되어진 건식에칭법에서 습식공정법을 사용한 알루미늄 배선에서 습식공정을 사용하는 구리배선 공정으로 대체되어 오고 있다. 본 논문은 이러한 반도체 배선에서 사용되어지는 구리를 전해도금법을 이용하여 전착시키고, 전착된 구리박막층의 결정성과 결정립 성장에 대하여 나타내었다. 구리박막층의 결정성에 대한 실험은 기존에 연구되어졌던 기본 황산구리도금액에 첨가제를 사용하여 구리박막층을 형성시킨 후 상온에서의 self-annealing과 80℃에서 열처리를 하여 얻은 최종집합조직을 XRD, EBSD로 관찰 및 비교하였고, 결정립 성장에 대한 실험은 80℃에서 200sec 간격의 열처리를 통하여 결정립이 성장하는 것을 EBSD와 XRD를 통하여 순차적으로 관찰하였다. 도금 시 사용된 전류파형은 직류(direct current)이며, 온도는 상온인 25℃, 교반속도는 200rpm을 유지하였다. Self-annealing과 80℃ 온도로 열처리하여 얻은 최종 집합조직은 분석 결과 일치한 결정립 사이즈와 (111)면과 (100)면이 비슷한 분율을 가지며 성장한 집합조직임을 알 수 있었으며, 수 개의 결정립이 쌍정(twin)관계를 지니며 성장함을 알 수 있었다. 또한 80℃에서 순차적으로 결정립 성장을 관찰하며 four point probe, XRD 2theta scan, EBSD관찰을 통하여 얻은 결과에서 초기 강한 (111) fiber texture를 갖고 있는 것을 확인하였으며, 결정립 성장이 진행함에 따라 (100) 집합조직이 발달하는 것을 알 수 있었다. 상온에서 결정립이 성장한 self-annealing에서도 (100) 집합조직이 비슷한 정도로 발달하는 것으로 미루어, 도금초기에 형성된 내부응력이 기판과의 열팽창계수의 차이에서 비롯된 열응력보다 크게 영향을 미치고 있는 것으로 예상된다. 이러한 (100) fiber texture의 존재는 표면에너지 보다 응력에너지가 재결정에 주요하게 작용한 것으로 판단된다. 주요어 : 구리, 전해도금, EBSD, 결정립 성장
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