As the limit of silicon-based transistor miniaturization has been reached, a wide input/output (WIDE IO) process is being developed intensively to break through this limit. Since the reliability of data and signal transmission is very important in this process, it is important to develop a dielectric material with a low dielectric constant to improve signal delay and interference between metal wires. Recently, research on amorphous boron nitride with ultra-low dielectric constant has been reported, and it has emerged as a candidate material for a dielectric material between post-process metal interconnections. In this paper, the ultra-low dielectric constant characteristic of amorphous boron nitride was re-verified from the viewpoint of electronics, and the thickness, temperature, and high frequency characteristics were analyzed to confirm its potential as a DRAM copper capping layer. Amorphous boron nitride showed stable characteristics in dielectric constant and breakdown voltage with respect to annealing temperature, and as the dielectric constant decreased as the frequency increased, it was confirmed that stable characteristics could be secured even in high-speed DRAM operation. However, at a thickness of 3 nm or more, as crystallized boron nitride is locally formed, the dielectric constant increases, and it is confirmed that the boron-nitrogen ratio also increases from 3 nm or more. In conclusion, it was confirmed that in order to use amorphous boron nitride as a DRAM copper capping layer, a process that secures the boron-nitrogen ratio according to the thickness and stability of the amorphous characteristics is required.
실리콘 기반의 트랜지스터 미세화의 한계치에 도달하여, 이러한 한계점의 돌파를 위하여 넓은 입출력(WIDE IO) 방식이 중점적으로 개발되고 있다. 이러한 방식은 데이터와 신호 전달의 신뢰성이 매우 중요하기 때문에, 신호지연 및 배선간 간섭현상의 개선을 위한 저유전율의 유전체의 개발이 중요하며, 최근 초저유전율의 특성을 가진 비정질 질화 붕소에 대한 연구가 보고되어 후 공정(BEOL) 금속 배선 간의 유전물의 후보물질로 대두되었다. 본 논문에서는 이 비정질 질화 붕소의 초저유전율 특성을 전자공학 관점에서 재 검증하였으며, 디램 구리 캡핑층 으로서의 가능성을 확인하기 위하여 두께 및 온도, 고주파에서의 특성에 대한 분석을 진행하였다. 비정질 질화 붕소는 어닐링 온도에 대하여 유전율(dielectric constant) 및 역방향 항복 전장 (breakdown field)에서 안정적인 특성을 보였으며, 두께가 두꺼울수록 고주파에서의 유전율이 감소량이 커서, 실제 공정 수준의 두께에서 고속동작의 안정적인 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 그러나 3nm이상 두께에서는 결정화된 질화 붕소가 국부적으로 형성되면서, 유전율이 증가하는 현상이 확인되었고, 붕소-질소의 비율도 3nm이상부터 변동하였다. 결론적으로 디램 구리 캡핑층으로서의 비정질 질화 붕소 사용을 위해서는 두께에 따른 보론-질소 비율과 비정질 특성의 안정성이 확보되는 공정 개선이 필요함을 확인하였다.
