Korean Journal of Materials Research, Vol.9, No.5, 509-514, May, 1999
여러 분위기에서의 저온 열처리와 폴리머 기판의 표면 morphology가 비정질 Ta2O5 박막 커패시터의 특성에 미치는 영향
Effects of Low Temperature Annealing at Various Atmospheres and Substrate Surface Morphology on the Characteristics of the Amorphous Ta2O5 Thin Fi1m Capacitors
초록
시스템의 크기롤 줄이고 더 우수한 전기적 성능을 얻을 수 있는 방법으로서 integrated capacitor 에 대한 관심은 날로 커지고 있다. 본 연구에서는 MCM 의 integrated capacitor로 사용하기 위해 DC magnetron 반응성 스퍼터링 방법을 이용하여 비정질 Ta2O5 박막 커패시터를 만들었으며 저온 열처리와 기판의 표면 morphology가 그 특성에 미치는 영향에 대하여 논의하였다. 저온 열처리는 분위기에 상관 없이 커패시터의 수율을 증대시키는 효과가 있었다. 하지만 산소분위기에서의 열처리는 박막의 누설전류를 크게하였는데 이는 누설전류 메커니즘을 살펴본 결과 산소에 의한 Ta2O5막 표면 상태의 변화 때문인 것으로 생각된다. MCM 의 충간 절연물질로 사용되는 Upilex-S 폴리머 필름 위에 제작된 커패시터의 누설전류는 7.27 X 10 -8 A/cm2 이었고 항복전기장세기는 1.0MV/cm 이상이었다. 이 커패시터의 특성은 실리콘 기판 위에 만들어진 커패시터의 특성보다 약간 떨어지는 것이지만 전자패키징용 다충기판 패키지의 decoupling capacitor로 사용할 수 있는 성능을 가지고 있다. AFM 을 통한 여러 충의 표면 roughness 분석 결과 폴리머 필름 위에 만들어진 커패시터의 성질은 기판 표면의 morphology에 의해 상당한 영향을 받았으며 이영향은 폴리머 필름의 표면 morphology에 의한 영향과 커패시터 하부전극의 증착방법에 따른 하부금속전극의 morphology에 의한 영향으로 나눌 수 있었다. 따라서 MCM 의 폴리머 필름 위에 제작된 커패시터가 더 나은 특성율 보이기 위해서는 이 둘의 적절한 조절이 필요하다.
Interest in the integrated capacitors, which make it possible to redu∞ the size of and to obtain improved electrical performance of an electronic system, is expanding. In this study, Ta2O5 thin film capacitors for MCM integrated capacitors were fabricated on a Upilex-S polymer film by DC magnetron reactive sputtering and the effects of low temperature annealing at various atmospheres and substrate surface morphology on the capacitor characteristics were discussed. The low temperature (150℃) annealing produced improved capacitor yield irrespective of the annealing atmosphere. But the leakage current of the O2- annealed film was larger than that of any other films. This is presumably due to the change of the Ta2O5 film surface by oxygen, which was explained by conduction mechanism study. Leakage current and breakdown field strength of the capacitors fabricated on the Upilex-S film were 7.27 x 10-8 A/cm2 and 1.0 MV/cm respectively. These capacitor characteristics were inferior to those of the capacitors fabricated on the Sisubstrate but enough to used for decoupling capacitors in multilayer package. Roughness Analysis of each layer by AFM demonstrated that the properties of the capacitors fabricated on the polymer film were affected by the surfae morphology of the substrate. This substrate effect could be dassified into two factors. One is the surface morphology of the polymer film and the other is the surface morpholgy of the metal bottom electrode determined by the deposition process. Therefore, the control of the two factors is important to obtain improved electrical properties of capacitors deposited on a polymer film.
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