Abstract
Recent ULSI and multilevel structure trends in microelectronic devices minimize the line width down to less than $0.25{\mu}m$, which results in high current densities in thin film interconnections. Under high current densities, an EM(electromigration) induced failure becomes one of the critical problems in a microelectronic device. This study is to improve thin film interconnection materials by investigating the EM characteristics in Ag, Cu, Au, and Al thin films, etc. EM resistance characteristics of Ag, Cu, Au, and Al thin films with high electrical conductivities were investigated by measuring the activation energies from the TTF (Time-to-Failure) analysis. Optical microscope and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis were used for the failure analysis in thin films. Cu thin films showed relatively high activation energy for the electromigration. Thus Cu thin films may be potentially good candidate for the next choice of advanced thin film interconnection materials where high current density and good EM resitance are required. Passivated Al thin films showed the increased MTF(Mean-time-to-Failure) values, that is, the increased EM resistance characteristics due to the dielectric passivation effects at the interface between the dielectric overlayer and the thin film interconnection materials.
최근 미세전자 소자에서 초고집적, 적층구조 추세는 선폭이 $0.25{\mu}m$ 이하까지 소형화되고 있는 실정이다. 이러한 미세화는 박막배선에서 높은 전류밀도를 초래하게 된다. 높은 전류밀도 하에서는 엘렉트로마이그레이션에 의한 결함발생이 미세전자 소자에서의 치명적인 문제점의 하나로 대두되고 있다. 본 연구는 Ag, Cu, Au, 그리고 Al 박막 등에서 엘렉트로마이그레이션 특성을 조사함으로써 박막배선 재료를 개선하기 위한 것이다. 고전기전도도를 갖고 있는 Ag, Cu, Au, 그리고 Al 박막배선에서 엘렉트로마이그레이션에 대한 저항 특성을 결함발생 시간 분석으로부터 활성화 에너지를 측정함으로써 조사하였다. 광학현미경 그리고 XPS 분석이 박막에서의 결함분석에 사용되었다. Cu 박막이 엘렉트로마이그레이션에 대해 상대적으로 높은 활성화 에너지를 보였다. 따라서 Cu 박막이 높은 전류빌도 하에서 엘렉트로마이그레이션에 대한 높은 저항성이 요구되는 차세대 미세전자 소자에서 적합한 박막배선 재료로서의 가능성을 갖는 것으로 판단된다. 보호막 처리된 Al 박막은 평균수명 증가, 엘렉트로마이그레이션에 대한 저항 특성 향상을 나타내며 이는 보호막 층과 박막배선 재료 계면에서의 유전 보호막 효과에 기인하는 것으로 사료된다.
