초록 ▼

본 연구에서는 유기금속 화합물을 이용하는 진공 반응기를 설계 제작하여 결함이 없고 전기적, 재료적 성질이 우수한 구리박막의 성장을 위한 화학증착 공정을 연구하였다. 금속 유기전구체로는 (hfac)Cu(COD)와 hfacCuPR?을 합성하여 사용하였고 보조 리간드인 R을 Bu, Ph로 바꿔가며 합성하였다. 조업조건, 운반기체와 기판의 종류(Si, SiO?, W, TiN등)를 변화시켜 가며 실험을 수행한 후 증착된 구리박막에 대하여 SEM, TEM, ESCA, AES, FTIR등을 이용하여 표면 분석을 실시하고 구리박막의 여러

본 연구에서는 유기금속 화합물을 이용하는 진공 반응기를 설계 제작하여 결함이 없고 전기적, 재료적 성질이 우수한 구리박막의 성장을 위한 화학증착 공정을 연구하였다. 금속 유기전구체로는 (hfac)Cu(COD)와 hfacCuPR?을 합성하여 사용하였고 보조 리간드인 R을 Bu, Ph로 바꿔가며 합성하였다. 조업조건, 운반기체와 기판의 종류(Si, SiO?, W, TiN등)를 변화시켜 가며 실험을 수행한 후 증착된 구리박막에 대하여 SEM, TEM, ESCA, AES, FTIR등을 이용하여 표면 분석을 실시하고 구리박막의 여러 특성 즉, 저항, 접착력, 증착율, 밀도, 선택도 등을 측정하여 최적 조업 조건에 관한 연구를 수행하였다. 그 결과 증착 속도는 15∼225Å/min였으며 Bubbler 온도에 비례하여 증가하였다. 최적의 압력과 운반 기체 유량이 존재하였다. 최적의 증착온도는 375℃로 가장 높은 증착율을 얻을 수 있었다. Arrhenius Plot을 통해 Cu(hfac)?의 증착 활성화 에너지는 6.6㎉/㏖임을 알았다. ?기판의 종류에 따라 증착률은 다르게 나타났으며 따라서 선택도가 달라짐을 알 수 있었다. 증착된 구리는 (111) 구조를 갖으며 입자크기는 450Å 정도로 나타났으며 조업조건이나 플라즈마 사용에 의해 결정성이 변이 됨을 알 수 있었다. 구리 입자는 둥근형태로 성장하며 박막성장 형태는 Volmen-Weber 경로를 따르는 것으로 추정된다. TiN, TiW, WN위에 증착된 구리박막은 Si, SiO?, BPSG 기판위에 증착된 구리박막의 형태와 다른 불연속적인 고립 형태의 섬 모양으로 성장하였다. 플라즈마를 사용하였을 경우 박막밀도는 적어지고 물을 첨가하였을 경우는 산화막이 형성되었다. 열화학증착에 비해 2배이상의 증착속도를 얻을 수 있었으나 박막내의 탄소성분이 증가(8∼20％)하여 저항치가 증가되었다. 플라즈마를 이용할 경우 I가 합성된 (hfac)Cu(COD)를 사용하여 증착한 막의 탄소 함유량은 Cu(hfac)?를 사용하였을 경우에 비해서 감소하지 않았다. 증착된 구리박막의 저항값은 1.74μΩ-㎝였으며 두께가 증가하면서 감소하였다. AFM분석을 통해서 서로 다른 시편위에 증착시킨 구리박막의 roughness를 측정한 결과 16.90∼58.57Å정도인 TiN, Pt경우에 표면의 morphology가 다른 시편보다 좀 더 양호하였다. 또한 표면 굴절이 70∼80％정도로 높은 굴절율을 얻었다. 확산방지막 적용실험을 통하여 PECVD방법에 의하여 200℃에서 증착시킨 비정질의 W??N??시편이 가장 안전한 확산방지막으로 판명되었다. 합성된 전구체 (hfac)Cu(COD), (hfac)Cu(PBu?), (hfac)Cu(PPh?)에 대한 NMR, FTIR 특성분석을 수행하였다. 구매된 시약이나 보고된 문헌치들과 동일 결과를 얻었다.

Abstract ▼

Copper film of potential use in multilevel metallization in ULSIC was deposited by NOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) process in pure H? atmosphere. Commercially available Cu(hfac)? was used as a precursor. The effect of process parameters as substrate temperature, pressure, flow rate,

Copper film of potential use in multilevel metallization in ULSIC was deposited by NOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) process in pure H? atmosphere. Commercially available Cu(hfac)? was used as a precursor. The effect of process parameters as substrate temperature, pressure, flow rate, bubbler temperature, or plasma power on deposition rate, selectivity, film composition was investigated. In addition, was synthesized copper(I) precursor ((hfac)Cu(COD), (hfac)Cu(PPh?) was synthesized in order to deposit pure copper thin film at low temperature. Copper films which was grown on a Si substrate had resistivites of 1.74μΩ-㎝ and a deposition rate of 50∼225Å/min at 300∼400℃, It was found that the deposition rate was dependent on the substrate type and the usage of RF plasma or the addition of water enhanced the deposition rate. The effect of substrate temperature on the deposition rate for various substrate shows that as Ts increased, the deposition rate increased up to Ts=375℃ but decreased above Ts=375℃. Deposition copper film had (111) orientation structure with 450Å grain size. Depending on the operation conditions or the plasma usage, crystalline structure was changed. It seems that copper grain was grown in island (Volmer-Weber) growth mode. In the case of RF plasma CVD, film density was decreased but the impurity was increased. When water vapor was added to carrier gas, copper(I) oxide film was fromed and thus the resistivity increased. Incorperation of carbon, oxygen and fluorine into the bulk of the copper films was less than 7％ a low operating temperature below 300℃. A continuous Cu films grew on Si(111) while relatively few Cu crystals grew on TiN even at same deposition condition. It was observed that a continuous film was not deposited on TiN, TiW, and WN substrates but formed on metal silicides such as WSi? and TiSi? as well as on Si, SiO?, Pt, and RuOx. This phenomena is probably due to a greater affinity of oxygen to Ti, W, or Ti-W alloys than that to Si. Roughness of Cu film on WN 58.57Å and more severe compared to that on TiW, TiN, or Pt (39.55Å, 16.90Å, and 17.90Å, respectively). This may ascribe to a loose structure of amorphous WN film grown at such low temperature. It is found that amorphous W??N?? thin films deposited with PECVD effectively prevents the interdiffusion of Cu during annealing process at 800℃ for 30min because N impurities spreaded along the amorphous grain boundaries block the diffusion paths.

목차 Contents

• 1. 서론...8
• 2. 연구방법 및 이론...11
• 3. 결과 및 고찰...26
• 4. 결론...67
• 5. 참고문헌...72