일반기술

SOD소자용 다이아몬드 박막의 응력 측정 및 응용

SOD(Silicon on Diamond)소자란 SOI(Silicon on Insulator)소자에서 출발된 개념의 소자형태이다. SOI는 기존의 MOS 소자와는 달리 절연체위에 소자가 존재하여 소자내 절연특성을 향상시켜, 소자사이의 간격을 좁힙으로서 고밀도, 고성능 반도체소자의 개발에 중요한 역할을 하고 있다. 실재로 최근에 개발된 16M DRAM등의 반도체들이 SOI를 이용하여 개발되고 있다. 일반적으로 SOI소자의 경우 절연체로 SiO2등의 산화물을 사용하고 있다. 그러나 절연체로 사용되는 산화물의 열발산에 한계가 있어서 소자의 고밀도화, 고성능화에 장애가 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 절연체로 다이아몬드를 사용하는 것이 바로 SOD이다. 다이아몬드는 열전도성이 은이나 구리등의 금속보다 뛰어날뿐만 아니라 현재 존재하고 있는 재료중 가장 높은 범위의 저항값을 가지는 재료로, 고성능화에 따른 열발생이나 전기절연의 문제를 해결할 수 있는 가장 촉망받는 소자이다. 박막에 발생하는 응력은 기판을 변형시켜 곡률을 발생시키고, 박막자체의 파괴를 유발시킨다. 특히 박막다층화되는 경우 복잡한 경향의 응력이 발생하여 전기적 특성이나 기계적 특성에 영향을 줌으로써 원래 의도하던 성질을 왜곡시키는 역할을 하게된다. 전도성 박막의 경우 금속에서 발생되는 electromigration 현상에 의해 void를 형성시켜 전도성질을 감소시키거나 기계적인 파괴가 발생된다. 특히 박막의 공정이 고온, 장시간이거나, 다층의 박막이 필요한 경우 박막에 발새되는 응력을 해석하지 않으면 소자의 제조과정에서 치명적인 오류가 발생된다. 따라서 모든 소자의 개발에 있어서 박막의 응력해석이 수반되어야, 원하는 성질과 성능을 얻을 수 있다. 박막의 응력을 해석하기 위해서는 박막의 응력을 측정해야한다. 일반적으로 박막의 응력은 기판에 발생되는 곡률을 이용하거나, 박막이 금속이 아닌 경우 Raman Spectroscopy의 Peak의 이동을 이용하기도 한다. 또, 응력에 의해 발생되는 격자내 격자상수의 변화를 XRD 방법으로 측정하여 응력을 측정하기도한다다이아몬드 박막의 경우 고온, 장시간의 증착조건과 큰 값의 탄성계수로 인해 발생하는 응력의 양이 다른 박막에 비해 상대적으로 크다. 따라서, 박막에 발생되는 응력을 측정하고, 해석함으로써 박막에 발생되는 응력을 완화시키는 것이 SOD소자의 개발에서 중요한 문제점으로 떠오르고 있다. 박막내 응력의 제어는 최적 조건의 응력상태를 만들어 이후 소자의 제조공정이나, 소자의 특성을 향상시키는 중요한 의미를 가지고 있다.