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Hyeonchul Lee,Minsu Jeong,김가희,Kirak Son,Jeongmin Seo,Taek-Soo Kim,Young-Bae Park 대한금속·재료학회 2020 ELECTRONIC MATERIALS LETTERS Vol.16 No.4
Effects of Co interlayer and 200 °C post-annealing treatment on interfacial adhesion energy of SiNx/Cu structure were systematically investigated. Initial interfacial adhesion energy of SiNx/Cu structure measured by double cantilever beam test was 0.92 J/m2. The interfacial adhesion energy increased to 2.94 J/m2 with Co interlayer between SiNx and Cu films. After post-annealing treatment at 200 °C for 500 h, the interfacial adhesion energy of SiNx/Co/Cu structure decreased to 0.95 J/m2. X-ray photoelectron spectroscopy analysis revealed that the interfacial adhesion energy increased for SiNx/Co/Cu thin films due to CoSi2 reaction layer at SiNx/Co interface, but sharply decreased during post-annealing treatment by SiO2 formation at SiNx/Co interface.
미세 Cu 배선 적용을 위한 SiNx/Co/Cu 박막구조에서 Co층이 계면 신뢰성에 미치는 영향 분석
이현철(Hyeonchul Lee),정민수(Minsu Jeong),김가희(Gahui Kim),손기락(Kirak Son),박영배(Young-Bae Park) 한국마이크로전자및패키징학회 2020 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.27 No.3
The effect of Co interlayer on the interfacial reliability of SiNx/Co/Cu thin film structure for advanced Cu interconnects was systematically evaluated by using a double cantilever beam test. The interfacial adhesion energy of the SiNx/Cu thin film structure was 0.90 J/㎡. This value of the SiNx/Co/Cu thin film structure increased to 9.59 J/㎡.Measured interfacial adhesion energy of SiNx/Co/Cu structure was around 10 times higher than SiNx/Cu structure due to CoSi2 reaction layer formation at SiNx/Co interface, which was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy analysis. The interfacial adhesion energy of SiNx/Co/Cu structure decreased sharply after post-annealing at 200℃ for 24 h due to Co oxidation at SiNx/Co interface. Therefore, it is required to control the CoO and Co3O4 formation during the environmental storage of the SiNx/Co/Cu thin film to achieve interfacial reliability for advanced Cu interconnections. 비메모리 반도체 미세 Cu배선의 전기적 신뢰성 향상을 위해 SiNx 피복층(capping layer)과 Cu 배선 사이 50 nm 두께의 Co 박막층 삽입이 계면 신뢰성에 미치는 영향을 double-cantilever beam (DCB) 접착력 측정법으로 평가하였다. DCB 평가 결과 SiNx/Cu 구조는 계면접착에너지가 0.90 J/㎡이었으나 SiNx/Co/Cu 구조에서는 9.59 J/㎡으로 SiNx/Cu 구조보다 약 10배 높게 측정되었다. 대기중에서 200℃, 24시간 동안 후속 열처리 진행한 결과 SiNx/Cu 구조는 0.93 J/㎡으로 계면접착에너지의 변화가 거의 없는 것으로 확인되었으나 SiNx/Co/Cu 구조에서는 2.41 J/㎡으로 열처리 전보다 크게 감소한 것을 확인하였다. X-선 광전자 분광법 분석 결과 SiNx/Cu 도금층 사이에 Co를 증착 시킴으로써 SiNx/Co 계면에 CoSi2 반응층이 형성되어 SiNx/Co/Cu 구조의 계면접착에너지가 매우 높은 것으로 판단된다. 또한 대기중 고온에서 장시간 후속 열처리에 의해 SiNx/Co 계면에 지속적으로 유입된 산소로 인한 Co 산화막 형성이 계면접착에너지 저하의 주요인으로 판단된다.
Byung-Hyun Bae,Hyeonchul Lee,Gahui Kim,Kirak Son,Young-Bae Park 대한금속·재료학회 2021 ELECTRONIC MATERIALS LETTERS Vol.17 No.2
The effect of temperature/humidity (T/H) treatment at 85 ℃/85% relative humidity (R.H.) on the peel strength betweenscreen-printed Ag/polyimide (PI) substrate was evaluated using a 180° peel test. Initial peel strength was 22.22 ± 1.00 gf/mm, and then decreased to 0.47 ± 0.22 gf/mm after 500 h at 85 ℃/85% R.H. treatment condition. And, the peeled locus waschanged from Ag/PI interface to mixed mode of Ag/PI interface and shallow cohesive inside PI near Ag/PI interface. Thedecrease in peel strength during T/H treatment is related to formation of weak boundary layer inside PI near Ag/PI interfaceby hydrolytic degradation of PI due to long-term moisture penetration into the Ag/PI interface.
후속열처리 및 고온고습 조건에 따른 Cu 배선 확산 방지층 적용을 위한 ALD RuAlO 박막의 계면접착에너지에 관한 연구
이현철,정민수,배병현,천태훈,김수현,박영배,Lee, Hyeonchul,Jeong, Minsu,Bae, Byung-Hyun,Cheon, Taehun,Kim, Soo-Hyun,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2016 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.23 No.2
The effects of post-annealing and temperature/humidity conditions on the interfacial adhesion energies of atomic layer deposited RuAlO diffusion barrier layer for Cu interconnects were systematically investigated. The initial interfacial adhesion energy measured by four-point bending test was $7.60J/m^2$. The interfacial adhesion energy decreased to $5.65J/m^2$ after 500 hrs at $85^{\circ}C$/85% T/H condition, while it increased to $24.05J/m^2$ after annealing at $200^{\circ}C$ for 500 hrs. The X-ray photoemission spectroscopy (XPS) analysis showed that delaminated interface was RuAlO/$SiO_2$ for as-bonded and T/H conditions, while it was Cu/RuAlO for post-annealing condition. XPS O1s peak separation results revealed that the effective generation of strong Al-O-Si bonds between $AlO_x$ and $SiO_2$ interface at optimum post-annealing conditions is responsible for enhanced interfacial adhesion energies between RuAlO/$SiO_2$ interface, which would lead to good electrical and mechanical reliabilities of atomic layer deposited RuAlO diffusion barrier for advanced Cu interconnects. 차세대 반도체의 초미세 Cu 배선 확산방지층 적용을 위해 원자층증착법(atomic layer deposition, ALD) 공정을 이용하여 증착한 RuAlO 확산방지층과 Cu 박막 계면의 계면접착에너지를 정량적으로 측정하였고, 환경 신뢰성 평가를 수행하였다. 접합 직후 4점굽힘시험으로 평가된 계면접착에너지는 약 $7.60J/m^2$으로 측정되었다. $85^{\circ}C$/85% 상대습도의 고온고습조건에서 500시간이 지난 후 측정된 계면접착에너지는 $5.65J/m^2$로 감소하였으나, $200^{\circ}C$에서 500시간 동안 후속 열처리한 후에는 $24.05J/m^2$으로 계면접착에너지가 크게 증가한 것으로 평가되었다. 4점굽힘시험 후 박리된 계면은 접합 직후와 고온고습조건의 시편의 경우 RuAlO/$SiO_2$ 계면이었고, 500시간 후속 열처리 조건에서는 Cu/RuAlO 계면인 것으로 확인되었다. X-선 광전자 분광법 분석 결과, 고온고습조건에서는 흡습으로 인하여 강한 Al-O-Si 계면 결합이 부분적으로 분리되어 계면접착에너지가 약간 낮아진 반면, 적절한 후속 열처리 조건에서는 효과적인 산소의 계면 유입으로 인하여 강한 Al-O-Si 결합이 크게 증가하여 계면접착에너지도 크게 증가한 것으로 판단된다. 따라서, ALD Ru 확산방지층에 비해 ALD RuAlO 확산방지층은 동시에 Cu 씨앗층 역할을 하면서도 전기적 및 기계적 신뢰성이 우수할 것으로 판단된다.
Jeong, Minsu,Bae, Byung-Hyun,Lee, Hyeonchul,Kang, Hee-Oh,Hwang, Wook-Jung,Yang, Jun-Mo,Park, Young-Bae IOP Publishing 2016 Japanese journal of applied physics Vol.55 No.6
<P>The effects of 200 degrees C post-annealing and 85 degrees C and 85% relative humidity temperature and humidity (T/H) treatments on the interfacial adhesion energy of a Cu/SiNx interface were systematically investigated. The results of a four-point bending test, X-ray photoemission spectroscopy, and high-resolution transmission electron microscopy revealed that the interfacial adhesion energy during T/H treatment decreased with time faster than during annealing treatment, which is closely related to the faster Cu oxidation of SiNx/Cu interfaces. (C) 2016 The Japan Society of Applied Physics</P>
후속 열처리조건이 스크린 프린팅 Ag 박막과 폴리이미드 사이의 필강도에 미치는 영향
배병현,이현철,손기락,박영배,Bae, Byung-Hyun,Lee, Hyeonchul,Son, Kirak,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2017 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.24 No.2
인쇄전자소자 금속 배선의 고온 신뢰성 평가를 위해 스크린 프린팅 기법으로 도포된 Ag 박막과 폴리이미드 기판 사이의 계면접착력을 $200^{\circ}C$ 후속 열처리 시간에 따라 $180^{\circ}$ 필 테스트를 통해 평가하였고, 박리 계면 미세구조를 분석하였다. 후속 열처리 전 필 강도는 약 16.7 gf/mm 이었고, 열처리 24 시간 후 필 강도는 29.4 gf/mm까지 증가하였는데, 이는 초기 열처리에 의해 접합계면에서 Ag-O-C 화학 결합의 증가와 바인더의 organic bridges 효과가 주 원인인 것으로 판단된다. 한편, 열처리 시간이 48, 100, 250, 500 시간으로 더욱 증가함에 따라 필 강도는 각각 22.3, 3.6, 0.6, 0.1 gf/mm으로 급격히 감소하는 거동을 보였다. 이는 $200^{\circ}C$의 고온에서 장시간 노출되었을 때 Cu/Ag 계면 산화막 형성이 주 원인인 것으로 판단된다. Effect of post-annealing treatment times at $200^{\circ}C$ on the peel strength of screen-printed Ag film/polyimide substrate were systematically investigated by $180^{\circ}$ peel test for thermal reliability assessment of printed interconnect. Initial peel strength around 16.7 gf/mm increased up to 29.4 gf/mm after annealing for 24hours, and then sharply decreased to 22.3, 3.6, 0.6, and 0.1 gf/mm after 48, 100, 250, and 500 hours, respectively. Ag-O-C chemical bonding as well as binder organic bridges formations seemed to be responsible for interfacial adhesion improvement after the initial annealing treatment, while excessive Cu oxide formation at Cu/Ag interface seems to be closely related to sharp decrease in peel strength for longer annealing times.