환형 포로젠을 이용한 유기실리케이트계 초저유전체의 제조와 특성에 관한 연구
Characterization of New Ultralow Dielectrics Fabricated by Reactive Cyclic Porogen
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이희우
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000053379
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약 도움말
세계 반도체 시장에서 시스템 반도체가 차지하는 비중은 63%이다. 이러한 이유로 세계 반도체 시장을 이끌어가기 위해서는 시스템 반도체 분야를 선도할 수 있는 기술력이 뒷받침 되어야 한다. 2012년 12월 발표된 International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS)에 따르면 13.4nm 공정에 적용할 수 있는 유전상수는 2.4 이하를 만족하는 초저유전체에 대한 개발이 지연되고 있기 때문에 그에 대한 해결책이 없는 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구실에서는 반응형 기공형성수지를 도입하여 낮은 유전상수 (k = 2.04)를 갖고 우수한 기계적 강도(E = 7.76 GPa, H = 1.19 GPa)를 만족하는 나노기공형 초저유전체를 성공적으로 개발하였다. 추가적으로 이 초저유전체는 플라즈마 저항성과 에칭 선택성 등의 화학적 안정성 또한 지녔다. 나노 기공형 초저유전체의 플라즈마 저항성을 향상시키기 위해 TMSXT와 같은 비환형 반응형 포로젠과 비교했을 때 같은 공극률을 가질 경우, 환형 구조이면서 더 작은 크기를 가지는 환형 반응형 포로젠인 TMSHT를 도입하였다. 이 새로운 기공형성수지는 매트릭스 대비 60vol% 도입되었을 때 k = 2.09 E = 8.15 GPa, H = 1.35 GPa의 물성을 갖는 나노기공형 초저유전체를 제조하였고, 추가적으로 향상된 화학적 안정성을 갖췄다. TMSHT가 도입된 초저유전체는 선형 포로젠인 TMSXT와 비교했을 때 60 vol% 도입되었을 경우 0.421nm로 더 균일한 표면 거칠기를 가졌다. 또한 표면 높낮이 분포도 2.5 nm로 더 좁은 편차를 보였다. 두께 감소 측정을 통해 나노기공형 초저유전체의 플라즈마 저항성을 측정했을 때, 60 vol%을 기준으로 TMSXT가 52.17%의 두께 감소를 보인 반면 TMSHT의 경우 44.76%의 감소를 보였다. 결과적으로 환형 반응형 포로젠인 TMSHT는 플라즈마 저항성, 표면 고르기, 기계적 강도의 측면에서 더 효과적이었다. 그 이유는 같은 공극률을 나타내더라도 기공의 크기가 더 작고 균일하게 분포되어 있기 때문일 것이다. 이러한 결과는 유전상수가 2.3 이하이면서 더 나은 기계적 강도와 높은 플라즈마 저항을 요구하는 차세대 시스템 반도체에 적용시킬 수 있는 가능성을 보여준 결과이다.
more초록/요약 도움말
The system semiconductor industry has the market share of 63% in the global semiconductor market. For this reason, to lead global semiconductor industries, we have to be in possession of key technology in system semiconductor industry. According to International Technology Roadmap for Semiconductor (ITRS) 2012, there are no solutions for satisfying k < 2.4 that is applicable to < 13.4 nm devices due to the delayed development for ultralow dielectrics. To solve this issue, we designed reactive pore generating materials (porogens) and successfully developed nanoporous ultralow dielectrics that satisfied low dielectric constant (k = 2.04)and superior mechanical properties (7.76 GPa and H = 1.19 GPa). In addition, they had chemical stability such as plasma resistance and etching selectivity. We also found that their chemical structures were critical in their compatibilities and reacitivies with low dielectrics. To further enhance plasma resistance of the nanoporous ultralow dielectrics we introduced trimethoxy cyclohexanetriol (TMSHT) as a cyclic reactive porogen due to its circular and smaller size when compared with non-cyclic reactive porogen such as trimethoxy xylitol (TMSXT) at the same porosity, nano-porous ultralow dielectrics which was introduced cyclic reactive porogen resulted in. The new porogen resullted in nanoporous ultralow dielectrics with k = 2.09 E = 8.15 GPa, H = 1.35 GPa at 60 vol% of trimethoxysilyl cyclohexanetriol (TMSHT) in addition to the enhanced chemical stability. TMSHT resulted in more reduction and uniformity in surface roughness of the ultralow dielectrics than the counterpart of linear type porogen of TMSXT: uniformity of 0.421 nm at 60 vol%. In addition, their surface height distributions appeared around 2.5 nm with narrower standard deviation. When the plasma resistance of the nanoporous ultralow dielectrics was measured in their thickness reduction, thickness reduction for TMSHT was 44.76% at 60 vol% but that of TMSXT was 52.17% . Therefore, cyclic reactive porogen, TMSHT was more effective in terms of plasma resistance, surface uniformity and mechanical properties of the nanoporous ULK. The reason might be was the smaller size and its resultant more uniform distribution of pores at the similar porosity. This result may show the possibility for their applications to the next generation system semiconductors, which requires higher plasma resistance plasma-induced damage in addition to the lower dielectric constants (k < 2.3) and better mechanical properties.
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