열처리에 따른 Cu 전해도금막의 미세구조 및 물리적성질 변화

권덕렬,박현아,김충모,이종무 한국진공학회 2004 Applied Science and Convergence Technology Vol.13 No.2

TaN막 위에 magnetron sputtering으로 증착 시킨 Cu seed 막을 Cu 전해도금을 하기에 앞서 ECR plasma 장치로 전처리 세정하였다. 이때 Cu 막을 200∼$500^{\circ}C$로 변화시키면서 알곤 또는 질소 분위기에서 RTA(rapid themal annealing) 방법으로 열처리하였다. Cu seed 막 위에 전해도금법으로 형성한 Cu 막을 열처리했을 때 미세구조와 물리적 특성변화를 XRD(x-ray diffraction), EBSD(electron back-scattered diffraction), AFM(atomic force microscopy) 분석을 이용하여 조사하였다. $400^{\circ}C$보다 높은 온도에서 재결정이 일어났으며, 열처리 온도를 증가함에 따라 Cu막의 비저항이 감소하고 (111) 우선배향성이 증가하는 경향을 나타냈다. 최소의 비저항과 부드러운 표면 및 (111) 배향성이 뛰어난 Cu막을 얻기 위한 최적의 열처리 조건은 $400^{\circ}C$의 질소분위기에서 120초간 RTA처리를 하는 것으로 판단된다. 이 조건하에서 전해도금된 Cu막의 비저항(resistivity)과 표면 거칠기(surface roughness)는 각각 1.98$\mu$O-cm 및 17.77nm였다. Cu seed layers deposited by magnetron sputtering onto tantalum nitride barrier films were treated with ECR plasma and then the copper films were electroplated and rapid thermal annealed in an argon or nitrogen atmosphere at various temperatures ranging from 200 to $500^{\circ}C$. Changes in the microstructure and physical properties of the copper films electroplated on the hydrogen ECR plasma cleaned copper seed layers were investigated using X-ray diffraction (XRD), electron back-scattered diffraction (EBSD), and atomic force microscopy (AFM) analyses. It was found that the copper film undergoes complete recrystallization during annealing at a temperature higher than $400^{\circ}C$. The resistivity of the Cu film tends to decrease and the degree of (111) preferred orientation tends to increase as the annealing temperature increases. Theoptimum annealing condition for obtaining the film with the lowest resistivity, the smoothest surface and the highest degree of the (111) preferred orientation is rapid thermal annealing in a nitrogen atmosphere at $400^{\circ}C$ for 120 s. The resistivity and the surface roughness of the electroplated copper film annealed under this condition are 1.98 $\mu$O-cm and 17.77 nm, respectively.

다공성 실리콘위에 rf-스퍼터링법으로 증착된 ITO 박막의 구조적 물리적 특성

홍광표,권덕렬,박현아,이종무 대한금속재료학회 2003 대한금속·재료학회지 Vol.41 No.6

Transparent conducting indium tin oxide (ITO) films are deposited by rf-sputtering at a constant power of 400W in Ar atmosphere on the porous silicon (PS) layers anodized on p-type (100) Si wafers. At three successive stages of deposition for 10, 20 and 30 min. respectively, the growth of ITO on PS is thoroughly investigated by AFM, SEM and XRD techniques. The features of growth on other substrates like single crystal p-type (100) silicon, quartz and glass are also taken into consideration. The influence of ITO microstructure on the porous silicon interface is correlated with the electrical and luminescent behavior of the resulting heterojunction diode structure.

ALD법으로 제조된 $AI_2O_3$막의 유전적 특성

김재범,권덕렬,오기영,이종무 한국진공학회 2002 Applied Science and Convergence Technology Vol.11 No.3

지금까지 주로 사용해 오던 TMA(trimethylaluminum, AI$(CH_3)_3)$와 $H_2O$를 사용하여 ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 증착시킨 AI$(CH_3)_3)$막내의 $OH^{-}$기는 AI$(CH_3)_3)$의 우수한 물성을 악화시키는 불순물 역할을 하므로, 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 TMA와 오존(ozone, $O_3$)을 이용하여 AI$(CH_3)_3)$막을 증착한 후, 산화제 소스로 $H_2O$와 $O_3$을 각각 사용했을 때 그것들이 AI$(CH_3)_3)$막의 유전적 특성에 끼치는 효과에 관하여 비교 조사하였다. XPS 분석결과 $O_3$를 사용한 AI$(CH_3)_3)$막은 $H_2O$를 사용할 때와는 다르게 $OH^{-}$기가 감소됨을 관찰할 수 있었다. 화학적 안정성(chemical inertness)의 척도가 되는 wet 에칭율 또한 $O_3$를 사용한 AI$(CH_3)_3)$막의 경우가 더욱 우수하게 나타났다. TiN을 상부전극으로 한 MIS (metal-insulator-silicon) capacitor 구조로 제작된 AI$(CH_3)_3)$막의 경우 $H_2O$를 사용한 경우 보다 $O_3$를 사용한 경우에 누설전류밀도가 더 낮았고, 절연특성이 더 우수하였으며, $H_2O$보다 $O_3$를 사용했을 때 C-V 전기적이력(hystersis) 곡선의 편차(deviation)가 감소하는 것으로 보아 전기적 특성이 더 향상되었음을 알 수 있었다. In the present study AI$(CH_3)_3)$films were deposited by the ALD technique using trimethylaluminum(TMA) and ozone to improve the quality of the AI$(CH_3)_3)$ films, since the $OH^-$ radicals existing in the AI$(CH_3)_3)$ films deposited using TMA and $H_2O$ degrade the physical and the dielectric properties of the AI$(CH_3)_3)$ film. The XPS analysis results indicate that the $OH^-$ radical concentration in the AI$(CH_3)_3)$film deposited using $O_3$is lower than that using $H_2O$. The etch rate of the AI$(CH_3)_3)$film deposited using $O_3$is also lower than that using $H_2O$, suggesting that the chemical inertness of the former is better than the latter. The MIS capacitor fabricated with the TiN conductor and the $Al_2$O$_3$dielectrics formed using $O_3$offers lower leakage current, better insulating property and smaller flat band voltage shift $({\Delta}V_{FB})$.

다공성 실리콘위에 증착된 Cu 박막의 구조적 물리적 특성

홍광표,권덕렬,박현아,이종무 한국진공학회 2003 Applied Science and Convergence Technology Vol.12 No.2

Thin transparent Cu films in the thickness range of 10 ~ 40 nm are deposited by rf-magnetron sputtering on porous silicon (PS) anodized on p-type silicon in dark. Microstructural features of the Cu films are investigated using SEM, AFM and XRD techniques. The RMS roughness of the Cu films is found to be around 1.47 nm and the grain growth is columnar with a (111) preferred orientation and follows the Volmer-Weber mode. The photoluminescence studies showed that a broad luminiscence peak of PS near the blue-green region gets blue shifted (~0.05 eV) with a small reduction in intensity and therefore, Cu-related PL quenching is absent. The FTIR absorption spectra on the PS/Cu structure revealed no major change of the native PS peaks but only a reduction in the relative intensity. The I-V characteristic curves further establish the Schottky nature of the diode with an ideality factor of 2.77 and a barrier height of 0.678 eV. An electroluminiscence (EL) signal of small intensity could be detected for the above diode. 다공질 실리콘(PS)기판 위에 rf-스퍼터링법으로 10~40 nm의 두께의 반 투과성 구리박막을 증착하였다. PS는 p형 (100) 실리콘 웨이퍼를 기판으로 50㎃/$\textrm{cm}^2$의 전류밀도를 사용하여 전해 에칭법으로 양극 산화하여 제작하였다. PS층과 Cu박막의 미세구조를 분석하기 위하여 SEM, AFM 그리고 XRD 분석을 시행하였다. AFM 분석결과 Cu 박막의 RMS roughness 값은 약 1.47nm로 Volmer-Weber 유형의 결정립 성장을 보였으며, 결정립의 성장은 (111) 배향성을 나타냈다. PS층의 PL 스펙트럼은 blue green 영역에서 관찰되었고, Cu 박막 증착 후 0.05eV의 blue shift가 나타났으며, 약간의 강도저하를 보였다. PS/Cu접합구조의 FTIR스펙트럼은 주 피크변화는 없으나 전반적인 강도의 감소를 보였다. I-V 특성곡선으로 본 PS/Cu 접합구조는 ideality factor가 2.77이고 barrier의 높이가 0.678eV인 Schottky 유형의 다이오드 특성을 보였다. PS/Cu 접합구조로 만든 다이오드 제조로 EL특성을 관찰할 수 있었다.

ECR plasma로 전처리된 Cu seed층 위에 전해도금 된 Cu 막에 대한 Annealing의 효과

이한승,권덕렬,박현아,이종무,Lee, Han-seung,Kwon, Duk-ryel,Park, Hyun-ah,Lee, Chong-mu 한국재료학회 2003 한국재료학회지 Vol.13 No.3

Thin copper films were grown by electrodeposition on copper seed layers which were grown by sputtering of an ultra-pure copper target on tantalum nitride-coated silicon wafers and subsequently, cleaned in ECR plasma. The copper films were then subjected to ⅰ) vacuum annealing, ⅱ) rapid thermal annealing (RTA) and ⅲ) rapid thermal nitriding (RTN) at various temperatures over different periods of time. XRD, SEM, AFM and resistivity measurements were done to ascertain the optimum heat treatment condition for obtaining film with minimum resistivity, predominantly (111)-oriented and smoother surface morphology. The as-deposited film has a resistivity of ∼6.3 $\mu$$\Omega$-cm and a relatively small intensity ratio of (111) and (200) peaks. With heat treatment, the resistivity decreases and the (111) peak becomes dominant, along with improved smoothness of the copper film. The optimum condition (with a resistivity of 1.98 $\mu$$\Omega$-cm) is suggested as the rapid thermal nitriding at 400oC for 120 sec.

ALD법으로 제조된 Al₂O₃ 박막의 물리적 특성

김재범,권덕렬,오기영,이종무,Kim, Jae-Bum,Kwon, Duk-Ryel,Oh, Ki-Young,Lee, Chong-Mu 한국재료학회 2002 한국재료학회지 Vol.12 No.6

$Al_2O_3$ is a promising gate dielectric because of its high dielectric constant, high resistivity and low leakage current. Since $OH^-$ radical in $Al_2O_3$ films deposited by ALD using TMA and $H_2O$ degrades the good properties of $Al_2O_3$, TMA and $O_3$ were used to deposite $Al_2O_3$ films and the effects of $O_3$ on the properties of the $Al_2O_3$ films were investigated. The growth rate of the $Al_2O_3$ film under the optimum condition was 0.85 $\AA$/cycle. According to the XPS analysis results the $OH^-$ concentration in the $Al_2O_3$ film deposited using $O_3$ is lower than that using $H_2O$. RBS analysis results indicate the chemical formula of the film is $Al_{2.2}O_{2.8}$. The carbon concentration in the film detected by AES is under 1 at%. SEM observation confirms that the step coverage of the $Al_2O_3$ film deposited by ALD using $O_3$ is nearly 100%.

ALD법으로 제조된 Al₂O₃막의 유전적 특성

김재범(Jaebum Kim),권덕렬(Duk-Ryel Kwon),오기영(Ki-Young Oh),이종무(Chongmu Lee) 한국진공학회(ASCT) 2002 Applied Science and Convergence Technology Vol.11 No.3

지금까지 주로 사용해 오던 TMA(trimethylaluminum, Al(CH₃)₃)와 H₂O를 사용하여 ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 증착시킨 Al₂O₃막내의 OH^-기는 Al₂O₃의 우수한 물성을 악화시키는 불순물 역할을 하므로, 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 TMA 와 오존(ozone, O₃)을 이용하여 Al₂O₃막을 증착한 후, 산화제 소스로 H₂O와 O₃을 각각 사용했을 때 그것들이 Al₂O₃막의 유전적 특성에 끼치는 효과에 관하여 비교 조사하였다. XPS 분석결과 O₃를 사용한 Al₂O₃막은 H₂O를 사용할 때와는 다르게 OH^-기가 감소됨을 관찰할 수 있었다. 화학적 안정성(chemical inertness)의 척도가 되는 wet 에칭율 또한 O₃를 사용한 Al₂O₃막의 경우가 더욱 우수하게 나타났다. TiN을 상부전극으로 한 MIS (metal-insulator-silicon) capacitor 구조로 제작된 Al₂O₃막의 경우 H₂O를 사용한 경우 보다 O₃를 사용한 경우에 누설전류밀도가 더 낮았고, 절연특성이 더 우수하였으며, H₂O보다 O₃를 사용했을 때 C-V 전기적이력(hystersis) 곡선의 편차(deviation)가 감소하는 것으로 보아 전기적특성이 더 향상되었음을 알 수 있었다. In the present study Al₂O₃ films were deposited by the ALD technique using trimethylaluminum(TMA) and ozone to improve the quality of the Al₂O₃ films, since the OH^- radicals existing in the Al₂O₃ films deposited using TMA and H₂O degrade the physical and the dielectric properties of the Al₂O₃ film. The XPS analysis results indicate that the OH^- radical concentration in the Al₂O₃ film deposited using O₃ is lower than that using H₂O. The etch rate of the Al₂O₃ film deposited using O₃ is also lower than that using H₂O, suggesting that the chemical inertness of the former is better than the latter. The MIS capacitor fabricated with the TiN conductor and the Al₂O₃ dielectrics formed using O₃ offers lower leakage current, better insulating property and smaller flat band voltage shift (?VFB).