미세 배선 적용을 위한 Ta/Cu 적층 구조에 따른 계면접착에너지 평가 및 분석

손기락; 박영배; 김성태; 김철; 김가희; 주영창

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자료유형: 학술저널

저자정보: 손기락 (안동대학교) 박영배 (안동대학교) 김성태 (서울대학교 재료공학부) 김철 (서울대학교) 김가희 (안동대학교) 주영창 (서울대학교)

저널정보: 한국마이크로전자및패키징학회 마이크로전자 및 패키징학회지 마이크로전자 및 패키징학회지 제28권 제1호

발행연도: 2021.1

수록면: 39 - 46 (8page)

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Cu 배선(interconnect) 적용을 위한 다층박막의 적층 구조에 따른 최적 계면접착에너지(interfacial adhesion energy, Gc) 평가방법을 도출하기 위해, Ta, Cu 및 tetraethyl orthosilicate(TEOS-SiO2) 박막 계면의 정량적 계면접착에너지를 double cantilever beam(DCB) 및 4-점 굽힘(4-point bending, 4-PB) 시험법을 통해 비교 평가하였다. 평가결과, Ta확산방지층이 적용된 시편(Cu/Ta, Cu/Ta/TEOS-SiO2)에서는 두 가지 평가방법 모두 반도체 전/후 공정에서 박리가 발생하지 않는 산업체 통용 기준인 5 J/m2보다 높게 측정되었다. Ta/Cu 시편의 경우 DCB 시험에서만 5 J/m2보다 낮게측정되었다. 또한, DCB시험 보다 4-PB시험으로 측정된 Gc가 더 높았다. 이는 계면파괴역학 이론에 따라 이종재료의계면균열 선단에서 위상각의 증가로 인한 계면 거칠기 및 소성변형에 의한 에너지 손실이 증가 하는것에 기인한다. 4- PB시험결과, Ta/Cu 및 Cu/Ta계면은 5 J/m2 이상의 높은 계면접착에너지를 보이므로, 계면접착에너지 관점에서는 Ta는Cu배선의 확산방지층(diffusion barrier layer) 및 피복층(capping layer)으로 적용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 배선집적공정 및 소자의 사용환경에서 열팽창 계수 차이에 의한 열응력 및 화학적-기계적 연마 (chemical mechanical polishing)에 의한 박리는 전단응력이 포함된 혼합모드의 영향이 크므로 4-PB 시험으로 측정된 Gc와 연관성이 더 클 것으로 판단된다.

참고문헌 (33)

참고문헌 신청

ITRS / 2005 / International technology roadmap for semiconductors 2005 edition interconnect :2~8

C. Wu / 2015 / Electrical reliability challenges of advanced low-k dielectrics / ECS J. Solid State Sci. Technol. 4:3065

H. Ceric / 2019 / Analysis of electromigration failure of nano-interconnects through a combination of modeling and experimental methods / Microelectron. Reliab. 100

F. Chen / 2009 / Critical ultra low-k TDDB reliability issues for advanced CMOS technologies / Proc. IEEE Int. Reliab. Phys. Symp. 464

M. Gall / 2014 / Advanced concepts for TDDB reliability in conjunction with 3D stress / Proc. American Institute of Physics Inc (AIP) :7

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