Abstract
We have carried out copper MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition) onto the reactive sputtered PVD-TiN and rapid thermal converted RTP-TiN substrates using direct liquid injection for effective delivery of the (hfac)Cu(vtmos) [$C_{10}H_{13}O_{5}CuF_{6}$Si: 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4- pentadionato (vinyltrimethoxysilane) copper (I)] precursor. Especially, the influences of deposition conditions and the substrate type on growth rate, crystal structure, microstructure, and electrical resistivity of copper deposits have been discussed. It is found that the film growth with 0.2ccm precursor flow rate become mass-transfer controlled up to Ar flow rate of 200sccm and pick-up rate controlled at a vaporizer above 1.0Torr reactor pressure. The surface-reaction controlled region from 155 to 225$^{\circ}C$ at 0.6Torr reactor pressure results in the apparent activation energies of 12.7~14.1kcal/mol, and above 224$^{\circ}C$ the growth rate with $H_2$ addition could be improved compared to the pure Ar carrier. The Cu/RTP-TiN structures which have high copper nucleation density in initial stage of growth show more pronounced (111) preferred orientations and lower electrical resistivities than those on PVD-TiN. The variation of electrical resistivity with substrate temperature reflects the three types of film microstructure changes, showing the lowest value for the deposit at 165$^{\circ}C$ with small grains of good contacts.
(hfac)Cu(vtmos) [$C_{10}H_{13}O_{5}CuF_{6}$Si: 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4- pentadionato (vinyltrimethoxysilane) copper (I)] 구리원을 액체분사법으로 공급하여 반응성 스퍼터 증착된 PVD-TiN과 급속열처리 변환된 RTP-TiN 기판상에 구리를 유기금속 화학증착법으로 성장시키고, 증착조건과 기판 종류가 박막의 증착율, 결정구조 및 미세조직, 전기비저항 등에 미치는 영향을 분석하였다. 구리원 유량 0.2ccm에서 증착반응은 Ar 유량 200sccm까지 물질전달 지배과정과 전압 1.0Torr 이상에서 기화기에서의 공급율속을 보였다. 전압 0.6Torr일 때 활성화에너지는 155~225$^{\circ}C$의 표면반응 지배영역에서 12.7~14.1kcal/mol의 값을 나타내었으며, 225$^{\circ}C$ 이상의 기판온도에서는 $H_2$ 첨가에 따른 증착율 개선이 간응한 것으로 판단되었다. 증착층은 기판온도 증가에 따라 3차원 island 양식으로 성장하였으며, 증착초기 구리 핵생성밀도가 큰 RTP-TiN상 증착층이 PVD-TiN상보다 현저한 (111) 우선방위와 낮은 전기비저항값을 나타내었다. 구리박막의 전기비저항은 결정립간 연결성이 양호한 165$^{\circ}C$에서 가장 낮았으며, 증착온도에 따른 박막 미세구조 변화로 인해 그 거동은 3개의 영역으로 구분되어 나타났다.
(Telecommunication Basic Research Laboratory, ETRI)
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