[논문]W-B-C-N 확산방지막의 특성 및 열적 안정성 연구

김상윤; 김수인; 이창우

doi:10.4283/jkms.2006.16.1.075

W-B-C-N 확산방지막의 특성 및 열적 안정성 연구
Diffusion and Thermal Stability Characteristics of W-B-C-N Thin Film 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.16 no.1, 2006년, pp.75 - 78

김상윤 (국민대학교 나노전자물리학과) , 김수인 (국민대학교 나노전자물리학과) , 이창우 (국민대학교 나노전자물리학과)

초록
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텅스턴-보론-카본질소 화합물 박막(W-B-C-N)을 만들기 위하여 박막내에 보론과 카본 그리고 질소의 불순물을 주입한 다음 결정구조를 조사하였으며, 이러한 박막의 식각 특성을 조사하기 위하여 고온에서 열처리한 다음 Cu박막을 W-B-C-N 박막위에 증착한 다음에 열처리하였고 여기에서 열적인 특성을 조사하였다. $1000\;{\AA}$의 박막을 RF magnetron sputtering방법을 이용하여 증착한 후에 박막의 전기적구조적인 특성을 측정하였으며, scratch test를 통해 박막의 결합력을 측정하였고, XRD측정을 통하여 결정성을 조사하였으며, 열처리한 후 etching을 하여 nomarski 현미경을 통하여 확산방지막의 안정성을 조사하였다. 이로부터 확산방지막내의 보론과 카본 질소 등의 불순물이 들어감에 따라 Cu가 Si 속으로 얼마나 들어가는가를 효과적으로 조사하였다. W-B-C-N 확산방지막의 역할은 $850^{\circ}C$까지 고온 열처리를 하는 경우에 Cu 원자가 Si 속으로 확산되어 나가는 것을 효과적으로 방지하는 것을 알 수 있었다. 텅스텐-보론-카본질소 화합물 박막의 비저항은 질소 가스의 유량비를 조절함으로써 쉽게 조절할 수 있었으며, 텅스텐-보론-카본-질소 화합물 박막은 Cu 확산방지막으로 적용했을 때 적절한 질소 농도가 들어간 확산방지막에서는 효과적으로 Cu의 확산을 방지하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In case of contacts between semiconductor and metal in semiconductor circuits, they become unstable because of thermal budget. To prevent these problems, we use diffusion barrier that has a good thermal stability between metal and semiconductor. So we consider the diffusion barrier to prevent the increase of contact resistance between the interfaces of metals and semiconductors, and the increase of resistance and the reaction between the interfaces. In this paper we deposited tungsten boron carbon nitride (W-B-C-N) thin film on silicon substrate. The impurities of the $1000\;{\AA}-thick$ W-B-C-N thin films provide stuffing effect for preventing the inter-diffusion between metal thin films $(Cu-2000\;{\AA})$ and silicon during the high temperature $(700\~1000^{\circ}C)$ annealing process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

로 하여 W-B- C-N(tungsten-boron-carbon-nitrogen) 확산 방지막을 증착하여 연구를 하였고, 연구에 사용된 텅스텐, 보론, 카본은 모두 녹는점 이 높아(텅스텐 : 3407 ℃, 보론 : 2027 ℃, 카본 : 3827 ℃) 열에 강한 가장 큰 장점을 지니고 있으며 비저항 또한 좋은 값을 나타내고 있다. 본 연구에서는 위에서 언급한 4가지 화합물로 이루어진 W-B-C-N 박막의 온도 변화에 따른 박막의 특성을 알아보고자 한다.
이렇게 즉정된 결과 값으로 W-B-C-N 확산 방지막의 열적 안정성을 연구하였다.

제안 방법

Fig. 4에서는 금속에서 W-B-C-N 박막이 확산 방지막의 특성을 가지는지를 알아보기 위하여 W-B-C-N/Si 위에 Cu 박막을 증착하여 Cu/WBCN/Si 구조의 다층박막을 구성하여 열처리하면서 금속과의 열적인 특성에 대하여 조■사 하였다. Fig.
따라서 본 실험실에서는 tungsterr을 main으.로 하여 W-B- C-N(tungsten-boron-carbon-nitrogen) 확산 방지막을 증착하여 연구를 하였고, 연구에 사용된 텅스텐, 보론, 카본은 모두 녹는점 이 높아(텅스텐 : 3407 ℃, 보론 : 2027 ℃, 카본 : 3827 ℃) 열에 강한 가장 큰 장점을 지니고 있으며 비저항 또한 좋은 값을 나타내고 있다.
2 W/cm² 이었으며 1000 A의 확산 방지막을 증착하였다. 증착 후 700 ℃에서 1000 ℃까지 N₂ 분위기에서 30분간 열처리를 하여 열처리 전과 후의 확산 방지막을 4-point probe 장비를 사용하여 비저항을 측정하였고, X-Ray diffraction(XRD)을 사용하여 결정 구조를 분석하였으며, 박막의 접착력(adhesion)을 측정하기 위하여 Scratch Test를 실시하였다.

대상 데이터

시스템을 사용하였다. 타겟은 순도 99.99 %인 W, 99.95 %인 W2B, 99.95 %인 WC를 사용하였으며 각각 100 W, 40 W, 4 W의 세기를 가하였다. 본 실험에 들어가기 전 pre- sputtering을 하여 타겟의 native oxide layer를 제거한 후 상온에서 본 실험에 임하였다.

이론/모형

W-B-C-N 확산 방지막을 증착하기에 앞서 Si기판을 HF에담그어 산소를 제거하였으며 증착법으로는 RF magnetron sputtering 시스템을 사용하였다. 타겟은 순도 99.

성능/효과

850 ℃ 까지는 Si 표면이 거의 손상되지 않아 spike가 발생하지 않는 것을 알 수 있고, 900。(2에서는 (100) 방향의 Si기판이기 때문에 Cu가 Si 속으로 파고들어간 spike 형태가 rectangular shaped 나타내고 있음을 알 수 있고, 또 한 spike의 크기는 약 1。呻 이 상임을 알 수가 있다.이로부터 W-B-C-N 박막은 850。(2까지 Cu의 확산을 방지하는 열적으로 아주 우수한 확산방지 막 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
한편, 질소분압이 7.5 %에서는 10師。(2까지 열처리했음에도 불구하고 비저항 값이 약 170 μQ-cm 정도에서 포화상태를 보이고 있음을 알 수 있고, 이로부터 1000v까지 열처리를 하더라도 W-B-C-N 박막 내의 질소가 완전히 빠져나가지 않음을 알 수 있다. Fig.
질소가 첨가되지 않은 경우에는 시작점에서부터 바로 스크래치가 발생함을 알 수가 있다. 그러나 질소를 첨가한 경우, 질소의 양이 증가함에 따라 0.5에서 2 seem까지는 접착력이 계속적으로 증가함을 알 수 있고, 질소유량이 2 seem에서 가장 접착력이 우수한 것을 알 수가 있다. 한편, 질소 농도가 2 seem 이상에서는 다시 접착력이 감소하고 있음을 알 수 있고, 5 seem까지 질소량을 증가시키면서 W-B- C-N 박막을 증착한 경우 접착력은 게속적으로 감소함을 알 수 있다.
안정한 확산 방지막 특성을 가짐을 확인하였다. 또한 질소 비율에 따른 접착력에서도 적은 질소 함량을 통해 접착력이 향상됨을 보여주었다. 이로 인하여 우리는 고온에서도 W-B- C-N 확산방지막은 우수한 열적 안전성을 가짐을 알 수 있었다.
따라서 본 실험실에서는 tungsterr을 main으.로 하여 W-B- C-N(tungsten-boron-carbon-nitrogen) 확산 방지막을 증착하여 연구를 하였고, 연구에 사용된 텅스텐, 보론, 카본은 모두 녹는점 이 높아(텅스텐 : 3407 ℃, 보론 : 2027 ℃, 카본 : 3827 ℃) 열에 강한 가장 큰 장점을 지니고 있으며 비저항 또한 좋은 값을 나타내고 있다. 본 연구에서는 위에서 언급한 4가지 화합물로 이루어진 W-B-C-N 박막의 온도 변화에 따른 박막의 특성을 알아보고자 한다.
여러 온도열처리 결과 W-B-C-N 확산 방지막은 Si 기판과 계면에서 1000<, C까지 안정한 열적 특성을 가지는 것을 확인하였고, Cu 금속의 확산에 대하여 Cu/W-B-C-N/Si 구조로열적인 특성을 조사하였는데, W-B-C-N 확산 방지막은 850 ℃ 까지 안정한 확산 방지막 특성을 가짐을 확인하였다. 또한 질소 비율에 따른 접착력에서도 적은 질소 함량을 통해 접착력이 향상됨을 보여주었다.

참고문헌 (8)

C. C. Baker, J. Vac. Sci. Technol. A20, 5 (2002)
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상세보기
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Y. T. Kim and C. W. Lee, Phil. Mag. B74, 293 (1996)
D. S. Williams and S. P. Murarka, J. Vac. Sci. Technol. B 5, 1723 (1987)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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