[논문]BTMSM/O2 유량변화에 따른 SiOCH 박막의 저유전 특성

박인철; 김홍배

doi:10.4313/jkem.2009.22.2.132

BTMSM/O2 유량변화에 따른 SiOCH 박막의 저유전 특성
Properties of SiOCH Thin Film Lour Dielectric by BTMSM/O2 Flow Rates 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.22 no.2, 2009년, pp.132 - 136

Abstract ▼ AI-Helper

SiOC thin film of hybrid-type that is the limelight as low dielectric material of next generation were deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method with bistrimethylsilylmethane (BTMSM) precursor increased by 2 sccms from 24 sccms to 32 sccm. Manufactured samples are analyzed components by measuring FT/IR absorption lines. It is a tendency that seems to be growing of Si-O-Si(C) bonding group and narrowing of Si-O-$CH_3$ bonding group relative to the increasing flow-rate BTMSM. The chemical shift in the XPS analysis was shown in the specimens between the BTMSM=26 sccm and BTMSM = 28 sccm. The binding energy of Si 2p, C 1s and O 1s electron orbit spectra was the low-est at the specimen of the BTMSM=26 sccm. From the results of electrical Properties using the 1 MHz C - V measurements, the dielectric constant was 2.32 at the specimen with the BTMSM = 26 sccm.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

PECVD 방법으로 증착된 SiOC 박막에서 메틸기(-CH₃)의 양이 줄어들면 Si-CH₃ 구조 내의 CH 결합이 산소에 의해 늘어지는 효과가 나타나 유전상수가 낮은 비정질 박막구조를 형성하므로 박막 내에 기공 형성을 억제하면서 낮은 유전 상수 획득이 가능한 것으로 알려져 있다[5, 6]. 본 연구에서는 Capacitive Coupled Plasma (CCP) 방식의 PECVD 증착 방법을 이용하여 프리커서의 미세한 유량 변화에 따른 SiOC 박막의 특성을 조사하기 위하여 기판 온도, 전력, 증착 압력 그리고 반응 가스인 산소 가스의 유량은 고정시키고 Bistrimetylsilylmethane (BTMSM) 프리커서 의유량을 2 seem씩 변화시켜가며 SiOC 박막을 증착하였다. 이러한 실험 결과들을 바탕으로 결합구조의 변화와 유전상수 그리고 누설 전류에 대한 상호 연관성을 조사하고자 한다.
본 연구에서는 Capacitive Coupled Plasma (CCP) 방식의 PECVD 증착 방법을 이용하여 프리커서의 미세한 유량 변화에 따른 SiOC 박막의 특성을 조사하기 위하여 기판 온도, 전력, 증착 압력 그리고 반응 가스인 산소 가스의 유량은 고정시키고 Bistrimetylsilylmethane (BTMSM) 프리커서 의유량을 2 seem씩 변화시켜가며 SiOC 박막을 증착하였다. 이러한 실험 결과들을 바탕으로 결합구조의 변화와 유전상수 그리고 누설 전류에 대한 상호 연관성을 조사하고자 한다.

제안 방법

FTIR (Fourier Transform Infrared) 흡수 스펙트럼을 이용하여 SiOC 박막의 결합 구조 특성을 분석하였다. 그림 1은 BTMSM 유량 변화 (24~32 seem, 2 seem씩 증가)에 따른 상온에서 증착된 SiOC 박막의 FTIR 흡수 스펙트럼을 나타내고 있다.
Oxygen gas의 유량을 60 seem으로 고정시키고 BTMSM 프리커서 유량을 24~32 seem으로 변화시켜가며 PECVD 방식을 이용하여 상온에서 SiOC 박막을 형성하였다. SiOC 박막의 FTIR과 XPS 분석과 전기적 특성을 분석한 결과 BTMSM 유량이 26 seem인 시료에서 SiOC 박막의 화학적 이동 현상이 나타났으며, 화학적 결합 구조의 변화가 나타나는 26 seem 시료에서 우수한 누설전류 특성과 낮은 유전상수 값의 전기적 특성을 나타내었다.
SiOC 박막들의 BTMSM 유량에 따른 주 모드에서의 Si-O-C 진동 모드의 결합 구조를 조사하기 위하여 920 에서 1210 cn「영역의 FTIR 스펙트럼을 가우시안 피크 피팅을 이용하여 디컨벌루션을 수행하였다. 그 결과를 그림 2에 나타내었다.
화학세정 후에 탈 이온수 (DI water) 초음파 세척을 하였으며, 건조 질소를 이용하여 건조하였다. 박막 증착은 실온에서 실시하였으며, 작업 진공도는 3 Torr를 유지하였고, 증착에 필요한 에너지원으로 13.56 MHz의 RF를 450 W로 인가하였으며, 그리고 샤워 헤드 (showr head)와 기판과의 거리는 1 cm로 하였다. 증착 변수로 이용한 BTMSM 프리커서의 유량비를 24 seem ~ 32 seem까지 2 seem씩 변화시켜가며 증착하였으며, 반응 가스로 사용한 산소의 유량은 60 seem으로 일정하게 유지하였다.
증착에 사용된 PECVD 시스템은 AMAT 6인치 웨이퍼용 (wafer type)의 P-5000 시스템이다. 증착 공정 전 부스터 펌프 (BP : booster pump), 드라이 펌프 (DP : dry pump) 그리고 MP (mechanical pump)를 이용하여 작업 챔버 내의 불순물을 제거하였으며 초기 진공도를 10* Torr까지 배기하였다. 증착에 사용된 프리커서는 실리콘 (Si) 원자와 탄소 (C) 원자를 함께 포함한 BTMSM이다.
이러한 가스량은 유량 제어장치 (MFC : mass flow controller)를 이용하여 제어하였다. 증착된 박막은 fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy와 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 이용하여 화학적 결합 구조를 분석하였으며, MIS (Al/SiOC/p-Si) 구조를 제작하여 유전 상수와 누설 전류 측정을 통하여 전기적 특성을 분석하였다.
BTMSM 프리커서는 무독성, 무색의 액체로서 대기압에서의 끓는점과 녹는점은 각각 137 ℃와 -41 ℃이다. 프리커서가 상온에서 액체 상태로 존재하므로 BTMSM이 담겨진 bubbler를 실리콘 bath에 담가 30 ℃ 일정한 온도로 유지할 수 있도록 하였다. 프리커서는 아르곤 (Ar) 가스를 이송가스로 사용하여 반응 챔버로 이동시켰으며 또한 SiOC 증착시 반응가스로 산소 (02) 가스를 BTMSM 프리커서와 혼합하여 사용하였다.
하이브리드 타입 (hybrid-type)의 SiOC 박막이 radio-frequency (RF: 13.56 MHz) PECVD 시스템을 이용하여 증착되었다. 증착에 사용된 PECVD 시스템은 AMAT 6인치 웨이퍼용 (wafer type)의 P-5000 시스템이다.
박막 증착 시 사용한 기판은 p-type (100) Si 웨이퍼로서 반응 챔버에 로딩 전에 표면의 유기물 제거를 위하여 아세톤 보일링을 실시하였으며, 또한 자연 산화막의 제거를 위하여 10 : 1 로 희석시킨 불화수소 (HF) 용액을 이용하였다. 화학세정 후에 탈 이온수 (DI water) 초음파 세척을 하였으며, 건조 질소를 이용하여 건조하였다. 박막 증착은 실온에서 실시하였으며, 작업 진공도는 3 Torr를 유지하였고, 증착에 필요한 에너지원으로 13.

대상 데이터

56 MHz) PECVD 시스템을 이용하여 증착되었다. 증착에 사용된 PECVD 시스템은 AMAT 6인치 웨이퍼용 (wafer type)의 P-5000 시스템이다. 증착 공정 전 부스터 펌프 (BP : booster pump), 드라이 펌프 (DP : dry pump) 그리고 MP (mechanical pump)를 이용하여 작업 챔버 내의 불순물을 제거하였으며 초기 진공도를 10* Torr까지 배기하였다.
증착 공정 전 부스터 펌프 (BP : booster pump), 드라이 펌프 (DP : dry pump) 그리고 MP (mechanical pump)를 이용하여 작업 챔버 내의 불순물을 제거하였으며 초기 진공도를 10* Torr까지 배기하였다. 증착에 사용된 프리커서는 실리콘 (Si) 원자와 탄소 (C) 원자를 함께 포함한 BTMSM이다. BTMSM 프리커서는 무독성, 무색의 액체로서 대기압에서의 끓는점과 녹는점은 각각 137 ℃와 -41 ℃이다.
프리커서가 상온에서 액체 상태로 존재하므로 BTMSM이 담겨진 bubbler를 실리콘 bath에 담가 30 ℃ 일정한 온도로 유지할 수 있도록 하였다. 프리커서는 아르곤 (Ar) 가스를 이송가스로 사용하여 반응 챔버로 이동시켰으며 또한 SiOC 증착시 반응가스로 산소 (02) 가스를 BTMSM 프리커서와 혼합하여 사용하였다. 또한 프리커서 이송 중의 재 응축을 방지하기 위하여 가스 전송라인을 30。(:로 일정하게 유지하였다.

성능/효과

가우시안 피팅 후 나타나는 결합 모드들을 살펴보면, 1010 cm-1 부근에서 나타나는 결합 모드는 Si-C 결합이고 1030 cm1 부근에서 나타나는 결합 모드는 O-C 결합 모드이며 그리고 1100 crr「부근에서 나타나는 결합 모드는 Si-0 결합 모드이다. BTMSM 유량이 24, 26 seem에서는 Si-C 보다 O-C 결합 피크 강도가 더 크고, 28, 30 그리고 32 seem으로 유량이 증가할수록 Si-C의 피크 강도가 더 컸다.
형성하였다. SiOC 박막의 FTIR과 XPS 분석과 전기적 특성을 분석한 결과 BTMSM 유량이 26 seem인 시료에서 SiOC 박막의 화학적 이동 현상이 나타났으며, 화학적 결합 구조의 변화가 나타나는 26 seem 시료에서 우수한 누설전류 특성과 낮은 유전상수 값의 전기적 특성을 나타내었다.
특성을 그림 6에 나타내었다. 유량이 증가하면서 많은 메틸 (-CH₃) 그룹들의 기공 형성에 의해 누설전류가 미세하게 증가하는 특성을 보이고있으며, 그 크기는 대략 2><10「8 A/cm² (1 MV/cm) 수준이었으며, 1.4 MV/cm 정도까지는 SiOC 번} 막이 파괴되지 않는 항복전압특성을 보였다. 이는 층간 절연막에서 요구되는 전류특성에 별다른 문제가 없는 수치로 사료된다.

참고문헌 (8)

M. R. Baklanov and K.Maex, 'Porous low dielectric constant materials for micro- electronics', Phil. Trans. R. Soc., A, Vol. 364, p. 201, 2006

상세보기
M. Morgen, E. Todd, J. H. Zhao, C. Hu, T. Cho, and P. S. Ho, 'Low dielectric constant materials for ULSI interconnects', Annu. Rev. Mater. Sci., Vo1. 30, p. 645, 2000

상세보기
Y. H. Kim, S. K. Lee, and H. J. Kim, 'Low- k Si-O-C-H compoiste films prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition using bis-trimethylsilymethane precursor', J. Vac. Sci. Tech. A, Vol. 18(4), p. 1216, 2000

상세보기
T. Oh, 'Generation of SiOC films by the thermal induction', Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 44, No. 3, p. 1409, 2005

상세보기
T. Oh, K. M. Lee, S. T. Ko, K. S. Kim, K. J. Ahn, and C. K. Cho, 'Bonding structure of the cross-link in organosilicate films using $O_{2}$ /BTMSM precursors', Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42, p. 1517, 2003

상세보기
T. Oh, H. S. Kim, S. B. Oh, and M. S. Wo, 'Chemical shift determined according to flow rate ratio $O_{2}$ /BTMSM by fourier transform infrared spectra and x-ray photoelectron spectroscopy', Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42, p. 6292, 2003

상세보기
C. S. Yang, Y. H. Yu, K. M. Lee, H. J. Lee, and C. K. Choi, 'Investigation of low dielectric carbon-doped silicon oxide films prepared by PECVD using methyltrimethoxysilane precursor', Thin Solid Films, Vol. 506-507, p. 50, 2006

상세보기
J. Xu, C. S. Yang, and C. K. Choi, 'Annealing effects on the structural and electrical properties of SiOC(-H) films with low dielectric constant prepared by plasma- enhanced chemical vapor deposition', Journal of the Korean Physical Society, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 45, No. 1, p. 175, 2004

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증