Abstract
As device dimensions approach submicrometer size in ULSI, the demand for interlayer dielectric materials with very low dielectric constant is increased to solve problems of RC delay caused by increase in parasitic resistance and capacitance in multilevel interconnectins. Fluorinated amorphous carbon in one of the promising materials in ULSI for the interlayer dielectric films with low dielectric constant. However, poor thermal stability and adhesion with Si substrates have inhibited its use. Recently, amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) film as a buffer layer between the Si substrate and a-C:F has been introduced because it improves the adhesion with Si substrate. In this study, therfore, a-C:F/a-C:H films were deposited on p-type Si(100) by ECRCVD from $C_2F_6, CH_4$and $H_2$gas source and investigated the effect of forward power and composition on the thickness, chemical bonding state, dielectric constant, surface morphology and roughness of a-C:F films as an interlayer dielectric for ULSI. SEM, FT-IR, XPS, C-V meter and AFM were used for determination of each properties. The dielectric constant in the a-C:F/a-C:H films were found to decrease with increasing fluorine content. However, the dielectric constant increased after furnace annealing in $N_2$atomosphere at $400^{\circ}C$ for 1hour due to decreasing of flurorine content. However, the dielectric constant increased after furnace annealing in $N_2$atmosphere at $400^{\circ}C$ for 1hour due to decreasing of fluorine concentration.
초고집적 회로의 미세화에 따라 다층배선에서 기생저항(parasitic resistance)과 정전 용량의 증가는 RC시정수(time constant)의 증가로 인하여 소자의 동작속도를 제한하고 있 다. 이로 인하여 발생되는 배선지연의 문제를 해결하기 위하여 매우 낮은 유전상수를 갖는 층간 절연물질이 필요하다. 이러한 저유전상수 층간절연물질로서 현재 유기계 물질중의 하 나인 a-C:F이 주목받고 있는 물질이다. 본 연구에서는 ECRCVD를 이용하여 a-C:F박막과 Si기판사이의 밀착력을 향상시키기 위하여 a-C:H박막을 500$\AA$증착한 후 a-C:F을 증착전력 500W에서 원료가스의 유량비($C_2F_6, CH_4/(C_2F_6+CH_4)$))를 0~1.0까지 변화시키면서 상온에서 증착하 였다. a-C:F박막의 특성은 SEM, FT0IR, XPS, C-V meter와 AFM등을 이용하여 두께, 결 합상태, 유전상수, 표면형상 및 표면 거칠기를 관찰하였다. a-C:F박막에서 불소함량은 가스 유량비가 1.0일 경우에는 최대 약31at.%정도 검출되었으며, 가스 유량비가 증가됨에 따라 증 가하였다. 또한 유전상수는 a-C:H의 유전상수 $\varepsilon$=3.8에서 $\varepsilon$=2.35까지 감소하였다. 이는 영 구 쌍극자 모멘트가 1.5인 C-H결합은 감소하고 영구 쌍극자 모멘트가 0.6, 0.5인 CF, CF2결 합이 증가하였기 때문이다. 하지만 $400^{\circ}C$에서 질소분위기로 1시간 동안 furnace열처리 후에 가스유량비가 1.0인 a-C:F박막에서 불소의 함량이 감소하여 C-F결합이 줄어들었다. 이로 인하여 유전상수가 열처리전의 2.7에서 열처리후 3.2까지 상승하였다.
