[논문]SiOC 박막의 화학적 특성과 전기적인 특성에 대한 차이점에 관한 연구

오데레사

doi:10.5757/jkvs.2009.18.1.049

초록
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층간 절연막으로써 연구되고 있는 SiOC 박막의 화학적 변화에 대하여 살펴보았다. SiOC 박막의 형성은 알킬기와 수산기에 의한 극성분자의 조합에 의해 무분극성의 박막을 형성할 수 있고 무분극성에 의한 비정질 구조를 형성함으로써 유전상수의 감소를 유도할수 있다. 박막의 화학적인 특성은 이온의 변화에 의한 결정구조의 변화로 결정할수 있고, 화학적인 변화의 분석은 FTIR에 의한 탄소함량변화로부터 무분극성의 영역을 유추해 내었다. 전기적인 특성은 박막 내에서의 전자의 특성을 알아보는 것으로써 화학적인 특성과 반드시 일치하는 것은 아니다 유량변화에 따른 SiOC 박막의 전기적인 특성을 분석함으로써 화학적 특성의 변화와 어느 정도 상관성이 있는지를 조사하였다. SiOC 박막은 열처리 후 대체로 누설전류가 증가하는 것으로 나타났고 특히 탄소의 함량이 급격히 증가하는 샘플이 존재하였다. 그러나 탄소의 함량이 증가하였으나 누설전류는 상대적으로 작게 나타나는 것으로 보아 화학적인 관점에서 탄소의 증가는 박막의 구조변화에 따른 효과로 직접 전류에 기여하지 않는다고 볼 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The chemical properties of SiOC film was studied for inter-layer insulator. SiOC film was formed with non polarity due to the appropriate union by the alkyl and hydroxyl group. An amorphous structure of non polarity can induce the low dielectric constant materials. The chemical properties of thin fi...

The chemical properties of SiOC film was studied for inter-layer insulator. SiOC film was formed with non polarity due to the appropriate union by the alkyl and hydroxyl group. An amorphous structure of non polarity can induce the low dielectric constant materials. The chemical properties of thin film can define the bonding structure owing to the ionic variation, and the analysis of chemical properties was researched by the carbon content using the FTIR spectra, and induced the film with non polarity. The electrical properties is the electron flow, and is always not the same as the chemical properties. The electrical properties of SiOC film with various flow rate ratios was analyzed and researched the correlation between the chemical properties. SiOC film showed the increasing of the leakage current after annealing process, and abruptly increased the carbon content at some samples. But the sample with increasing the carbon content decreased the leakage current. It means that the chemical properties is not the same as the electrical properties, and the carbon is related with the variation of the bonding structure, and does not contribute the current flow.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 유전상수이외에 실제 디바이스제작에 사용되기에 중요하게 다루어져야 할 전기적인 특성을 분석하는데 있어서 화학적인 변화에 따른 결합구조의 변화와의 상관성을 분석함으로써 열처리 후 박막의 전기적인 특성의 변화를 관찰하였다.

제안 방법

층착 후 박막은 진공 챔버 내의 500도 분위기에서 30분간 열처리를 하였다. SiOC 박막의 표면의 특성 변화는 유량비를 변화시키면서 증착한 박막표면의 화학적 변화를 관측하기 위해서 FTIR (Fourier transform infrared, Galaxy 7020A) 분석기를 이용하였다. 박막의 굴절률은 632.
BTMSM 프리커서는 어 플라이 머티리얼사의 P5000을 이용하였다. 층착 후 박막은 진공 챔버 내의 500도 분위기에서 30분간 열처리를 하였다. SiOC 박막의 표면의 특성 변화는 유량비를 변화시키면서 증착한 박막표면의 화학적 변화를 관측하기 위해서 FTIR (Fourier transform infrared, Galaxy 7020A) 분석기를 이용하였다.

대상 데이터

기체를 흘려보내는 라인은 증착이 이루어지는 동안 35℃를 유지하면서, 10초 동안 증착하였다. BTMSM 프리커서는 어 플라이 머티리얼사의 P5000을 이용하였다. 층착 후 박막은 진공 챔버 내의 500도 분위기에서 30분간 열처리를 하였다.
8 nm 의 소스를 갖는 엘립소미터를 사용하여 측정하였다. C-V 측정은 전극공정을 거쳐서 MIS구조 (metal/SiOC박막/기판)를 만들고 1MHz에서 HP4284A분석기를 이용하였다.
SiOC박막은 p-type(100)Si 기판 위에 플라즈마를 이용한 화학적 기상증착 방법에 의해서 증착되었다. 증착시 RF 파워는 13.
SiOC 박막의 표면의 특성 변화는 유량비를 변화시키면서 증착한 박막표면의 화학적 변화를 관측하기 위해서 FTIR (Fourier transform infrared, Galaxy 7020A) 분석기를 이용하였다. 박막의 굴절률은 632.8 nm 의 소스를 갖는 엘립소미터를 사용하여 측정하였다. C-V 측정은 전극공정을 거쳐서 MIS구조 (metal/SiOC박막/기판)를 만들고 1MHz에서 HP4284A분석기를 이용하였다.
기상증착 방법에 의해서 증착되었다. 증착시 RF 파워는 13.56MHz에서 450W이고 bistrimethylsilymethane (BTMSM)과 산소의 혼합 가스에 의한 플라즈마를 유도하고 이온화된 원자들의 재결합이 이루어지면서 박막을 증착하였다. 산소의 유량은 60sccm으로 고정하였으며, BTMSM의유량은 22sccm~33sccm까지 변화시 키면서 증착하였다.

성능/효과

열처리 후 SiOC 박막은 대체적으로 누설전류가 증가하였으며, 특히 30번과 31번은 증착했을 때는 누설전류가 가장 작았지만 열처리 후 누설전류가 크게 증가하는 것을 알 수 있다. SiOC 박막은 열처리공정이 중요하게 다루어지므로 이러한 박막은 절연막으로써 나쁜 영향을 주는 것으로 판단할 수 있다.
무기물의 특성을 갖는 분극성을 나타낸다. 유기물과 무기물의 중간적인 성격을 갖는 하이브리드 유형은 무분극성을 갖으면서 이상적인 저유전 상수 물질에 적합한 특성을 가지며, 전기적인 측정으로부터 누설전류가 가장 작게 나타났다. FTIR 분석은 박막의 이온변화에 의한 화학적 인 변화를 주로 관찰할 수 있으며, 화학적 변화의 경향성은 화학적 이동이나 상대적인 함량비를 계산함으로서 SiOC 박막의 화학적 특징을 구별할 수 있었다.
FTIR 분석은 박막의 이온변화에 의한 화학적 인 변화를 주로 관찰할 수 있으며, 화학적 변화의 경향성은 화학적 이동이나 상대적인 함량비를 계산함으로서 SiOC 박막의 화학적 특징을 구별할 수 있었다. 전자분극의 특성은 전기적인 특성분석을 통하여 분석하였으며, 열처리를 함으로써 증가하는 것을 확인하였다.

후속연구

[15], 이온에 의한 분극성은 열처리 후 감소되며, 전자에 의한 분극은 열처리 증가되어서 누설전류가 다소 증가하기도 한다. 분극성에 의한 유기물, 하이브리드, 무기물의 특성을 갖는 SiOC 박막은 이러한 여러가지 유형 때문에 분석하기가 까다로울 수 있으나 이러한 특성을 잘 이용하면 전기적으로나 기계적, 화학적, 물리적으로 우수한 특성을 갖는 저유전 박막을 만들 수 있는 가능성 있는 우수한 절연막으로 평가받을 수 있을 것이다.

참고문헌 (15)

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T. Oh, Journal of the Korean Physical Soc. 51, 525 (2007)

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