• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제31권2호
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• pp.36-44
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• 2024

구리 전해 도금 기술은 반도체 패키징 및 반도체, 이차 전지 등 다양한 마이크로 전자 산업 분야에서 구리 박막 또는 배선의 제조를 위해 사용되고 있으며, 각 응용처에서 요구하는 특성을 획득하기 위해 이들 구리 박막 또는 배선의 미세조직을 제어하고자 광범위한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 기계적 물성이 우수한 이차 전지용 구리 박막을 제조하기 위해, 이차 전지 제조 공정 중 기계적 또는 열적 하중에 의한 박막의 소성 변형 시 박막을 구성하는 결정립들의 결정학적 이방성의 영향성을 조사하였다. 이를 위해, 상이한 집합조직이 발달한 2 종류의 10 ㎛ 두께 전해 도금 구리 박막에 대해 전자 후방 산란 (electron backscattering diffraction or EBSD) 기술을 이용하여 표면 또는 단면의 결정 방위 지도를 측정하였고, 이들을 초기 입력 정보로 한 결정소성 유한요소해석을 통해 1축 인장 변형에 따른 박막 내부의 국부적 변형 거동을 분석하였다. 이를 통해, 인장 변형률의 증가에 따른 박막 내 소성 변형 불균질성과 집합조직의 변화를 추적하였고, 불균질한 소성 변형을 일으키는 결정립의 결정 방위를 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제37권3호
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• pp.27-33
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• 2000

선택성을 향상시키기 위해서 BPSG(Borophosphosilicate glass) 위에 형성한 TiN 패턴을 로(furnace) 열처리와 질소 플라즈마 처리를 한 후 유기 화학 기상 증착법(MOCVD； Metal Organic Chemical Vapor Deposition)으로 구리 박막을 증착하였다. 먼저 650℃∼750℃에서 열처리한 후 150℃에서 구리 박막을 증착시켰을 때 750℃에서 열처리한 경우 TiN 표면 위에만 선택적으로 구리 증착이 일어났다. 질소 플라즈마 처리를 한 경우도 마찬가지로 BPSG 위에 구리 핵 형성이 억제됨을 알 수 있었다. 플라즈마 처리 온도를 증가시킬수록 BPSG 위의 구리 핵 형성이 더 효과적으로 억제되었다. 열처리와 플라즈마 처리 후 증착된 기판 표면을 TOF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)로 분석하였을 때 플라즈마 처리가 BPSG 표면의 구리 증착 작용기인 0-H(hydroxyl)기를 제거하여 구리의 선택성이 향상되었다고 해석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.326-326
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• 2011

반도체 소자의 집적화/소형화에 따라, 낮은 비저항을 가진 구리(Cu)를 이용한 배선공정에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 구리배선 공정에 있어 전기 도금법이 다양하게 적용됨에 따라, 구리도금 박막 형성을 위해 사용되는 Cu seed 층의 상태는 배선으로 형성된 Cu박막 특성에 크게 영향을 미친다 [1-3]. 본 연구에서는 sputter 방식으로 증착된 Cu seed 층(Cu seed / Ti / Si) 위에 형성된 자연산화막을 제거하기 위하여 다양한 세정방법을 도입하여 비교 분석하였다. 계면활성제인 TS-40A를 비롯한 NH4OH 용액과 H2SO4 용액을 사용하여 Cu seed 층 위에 형성된 구리산화막을 제거함으로서 형성된 표면형상 및 표면상태를 조사분석 하였다. FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 표면 처리된 Cu seed층 표면의 형상 및 roughness 등을 측정하였고, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 이용하여 표면 처리된 Cu seed 표면의 화학구조 및 불순물 상태를 조사하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제1권1호
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• pp.37-42
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• 2000

유기금속 화학기상증착기술에 의해 폴리이미드 기판과 질화티탄 기판 위에 구리박막을 형성하였다. 구리박막을 화학기상증착기술에 의해 형성하면 종래의 물리적증착기술에 비하여 증착속도가 빠르고 층덮힘 성질이 좋아 산업체의 제품생산 응용에서 많은 장점이 있다. 이 장점은 제품의 생산성과 신뢰성에 영향을 미친다. 기판의 온도와 구리전구체 증기압력 조건을 변화시키며 반복실험을 실시하였으며, 시편에 따라서는 전기적 성질 향상을 위하여 후속 열처리를 수행하였다. 형성된 구리박막의 미세구조는 전자현미경으로 관찰하였으며, 전기비저항은 4점 프로브를 이용하여 측정하였다. 질화티탄을 기판으로 사용한 경우 구리박막에서는 섭씨 180도의 기판온도에서 만들어진 시편에서 가장 좋은 전기적 성질이 측정되었다. 한편, 폴리이미드 기판을 사용한 경우, 기상과 액상의 혼합상태 전구체를 이용하여 250 nm/min의 매우 높은 증착속도를 얻을 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제6권1호
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• pp.28-35
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• 1997

급속열처리에 따른 (hfac)Cu(VTMS)구리원으로 증착한 구리 박막의 특성개선 효과 와 TiN층의 확산방지 특성의 변화를 고찰하였다. 구리 박막의 특성 변화는 열처리 시간보 다 열처리 온도의 변화에 더 민감하며, 후열처리에 의해 Cu/TiN구조의 전기적 특성과 더불 어 미세구조 변화가 뚜렷하게 나타났다. $400^{\circ}C$이상에서 면저항의 증가가 시작되어 $600^{\circ}C$이 상에서 구리와 TiN의 상호 반응과 구리박막 표면에서의 산화물 형성이 관찰되었다. 후열처 리에 의한 결정립 성장은 (111)배향을 나타내었고, $500^{\circ}C$에서 결정립의 성장이 가장 활발하 게 나타났다. MOCVD-Cu/PVD-TiN구조에서 TiN층의 확산방지 특성을 충분히 유지시키면 서 구리 박막의 전기적 특성을 개선시킬 수 있는 열처리 공정 온도는 $400^{\circ}C$정도가 적정한 것으로 판단되었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.84-84
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• 2012

소자가 고집적화 됨에 따라, 비저항이 낮고 electro migration (EM), Stress Migration (SM) 특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고 있다. 그러나, 구리는 Si과 $SiO_2$의 내부로 확산이 빠르게 일어나, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하고, 누설 전류를 증가시키는 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있다. 그러나, electroplating 을 이용하여 증착한 Cu 박막은 일반적으로 확산 방지막으로 쓰이는 TiN, TaN, 등의 물질과의 접착 (adhesion) 특성이 나쁘다. 따라서, Cu CMP 에서 증착된 Cu 박막의 벗겨지거나(peeling), EM or SM 저항성 저하 등의 배선에서의 reliability 문제를 야기하게된다. 따라서 Cu 와 접착 특성이 좋은 새로운 확산방지막 또는 adhesion layer의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 이러한 Cu 배선에서의 접착성 문제를 해결하고자 Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)을 이용하여 제조한 코발트(Co) 박막을 $Cu/TaN_x$ 사이의 접착력 개선을 위한 adhesion layer로 적용하려는 시도를 하였다. Co는 비저항이 낮고, Cu 와 adhesion이 좋으며, Cu direct electroplating 이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 수소 분위기에서 $C_{12}H_{10}O_6(Co)_2$ (dicobalt hexacarbonyl tert-butylacetylene, CCTBA) 전구체에 의한 MOCVD Co 박막의 경우 탄소, 산소와 같은 불순물이 다량 함유되어 있어, 비저항, surface roughness 가 높아지게 된다. 따라서 구리 전착 초기에 구리의 핵 생성(nucleation)을 저해하고 핵 생성 후에도 응집(agglomeration)이 발생하여 연속적이고 얇은 구리막 형성을 방해한다. 이를 해결하기 위해, MOCVD Co 박막 증착 시 수소 반응 가스에 암모니아를 추가로 주입하여, 수소/암모니아의 분압을 1:1, 1:6, 1:10으로 변화시켜 $Co/TaN_x$ 박막의 특성을 비교 분석하였다. 각각의 수소/암모니아 분압에 따른 $Co/TaN_x$ 박막을 TEM (Transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), AES (Auger electron spectroscopy)를 통해 물성 및 조성을 분석하였고, AFM (Atomic force microscopy)를 이용하여, surface roughness를 측정하였다. 실험 결과, $Co/TaN_x$ 박막은 수소/암모니아 분압 1:6에서 90 ${\mu}{\Omega}-cm$의 낮은 비저항과 0.97 nm 의 낮은 surface roughness 를 가졌다. 뿐만 아니라, MOCVD 에 의해 증착된 Co 박막이4-6 % concentration 의 탄소 및 산소 함량을 가지는 것으로 나타났고, 24nm 크기의 trench 기판 위에 약 6nm의 $Co/TaN_x$ 박막이 매우 균일하게 형성된 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들은, 향후 $Co/TaN_x$ 박막이 Cu direct electroplating 공정이 가능한 diffusion barrier로서 성공적으로 사용될 수 있음을 보여준다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권2호
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• pp.233-239
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• 2013

본 연구에서는 해석과 실험을 결합하여 $15{\mu}m$ 두께 구리 박막의 파괴인성을 평가하였다. 박막의 균열 진전 실험에서 관측된 영상과 동일한 균열 열림 형상을 보이는 국부-전체 유한요소 해석 모델의 원거리장 하중 조건을 역문제로 구성하여 구하게 된다. 단순화시킨 원거리장 하중 조건을 사용하여 유한요소 해석을 하였으며 균열 선단의 J-적분을 통하여 파괴인성을 평가하였다. 실험에서는 균열이 있는 구리 박막을 알루미늄 판에 붙여서 하중을 간접적으로 부여하였으며, 현미경 카메라를 사용하여 균열의 열림을 관측하였다. 마이크로 인장시험기를 사용하여 구리 박막의 응력-변형률 곡선을 구하였으며 구리 박막의 결정립 크기를 관측하기 위하여 투과전자현미경(TEM)을 사용하였다. 본 연구서는 $500nm{\sim}1{\mu}m$ 크기 결정립을 갖는 구리 박막의 파괴인성은 $6,962J/m^2$ 으로 평가되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권2호
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• pp.141-149
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• 2009

초고속 연산용 CMOS(complementary Metal Oxide Semiconductor) 배선재료로 사용되고 있는 구리(Cu)가, 기가급 메모리 소자용 금속 배선 물질에도 사용이 시작되면서 구리 박막에 대한 재료 및 공정이 새로운 조명을 받고 있다. 반도체 금속 배선에 사용하는 수 nm 두께의 구리 박막의 형성에 전해도금(electrodeposition)과 무전해 도금(electroless deposition) 같은 전기화학적 방법을 이용하게 되어서 표면 처리, 전해액 조성과 같은 중요한 요소에 대한 최신 연구 동향을 요약하였다. 구리 박막에서 구리 배선을 제작하여야 하므로 새로운 패턴 기술인 상감기법이 도입되어, 구리도금과 상감기법과의 공정 일치성 관점에서 전해도금과 무전해 도금의 요소 기술에 대해 기술하였다. 구리보다 비저항이 낮아 차세대 소자용 배선에 있어서 적용이 예상되는 은(Ag)을 전기화학적 방법으로 금속 배선에 적용하는 최신 연구에 대하여도 소개하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2007년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.107-108
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• 2007

박막형태의 소재는 일반적으로 광 전자 및 소재가 공 관련 산업에서 특수한 기능이 요구되는 부품 제조에 광범위하게 응용되고 있다. 이러한 박막 소재는 물성 면에서 벌크물질일 때의 물성과 매우 다를 수 있는 것으로알려져 있다. 박막에 스트레인이 존재하면 전자의 이동도나 밴드갭 에너지를 변화시켜 줄 수 있으며, 계면의 전위는 소자를 열화 시키는 역할을 하기도 한다. 이러한 이유로 박막 성장 시 실시간으로 스트레인을 관찰하고 이 결과를 실제 제조공정에 피드백 하여, 소자의 신뢰성을 확보하는 노력이 행해지고 있다. 구리박막의 실시간 응력거동은 F.Spaepen에 의해 보고된 초기 압축응력, 인장응력, 2차적으로 나타나는 점진성의 압축응력의 독특한 3단계 응력거동으로 나타나는 것으로 알려져 있으며, 본 실험에서는 박막증착도중 단시간 증착을 중단한 이후 재 증착을 하여 응력거동을 관찰함으로써 독특한 3단계 응력거동의 메커니즘을 알고자 하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권3호
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• pp.9-15
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• 2021

최근 반도체 소자의 소형화는 물리적 한계에 봉착했으며, 이를 극복하기 위한 방법 중 하나로 반도체 소자를 수직으로 쌓는 3D 패키징이 활발하게 개발되었다. 3D 패키징은 TSV, 웨이퍼 연삭, 본딩의 단위공정이 필요하며, 성능향상과 미세피치를 위해서 구리 본딩이 매우 중요하게 대두되고 있다. 본 연구에서는 대기중에서의 구리 표면의 산화방지와 저온 구리 본딩에 티타늄 나노 박막이 미치는 영향을 조사하였다. 상온과 200℃ 사이의 낮은 온도 범위에서 티타늄이 구리로 확산되는 속도가 구리가 티타늄으로 확산되는 속도보다 빠르게 나타났고, 이는 티타늄 나노 박막이 저온 구리 본딩에 효과적임을 보여준다. 12 nm 티타늄 박막은 구리 표면 위에 균일하게 증착되었고, 표면거칠기(R_q)를 4.1 nm에서 3.2 nm로 낮추었다. 티타늄 나노 박막을 이용한 구리 본딩은 200℃에서 1 시간 동안 진행하였고, 이후 동일한 온도와 시간 동안 열처리를 하였다. 본딩 이후 측정된 평균 전단강도는 13.2 MPa이었다.