Cu 배선의 확산 방지 CoReBP 무전해 도금의 Capping Layer 연구

Abstract

집적소자는 미세화 기술에 의해 고집적화, 다기능화, 고성능화를 실현해 왔으며, 그로 인해 알루미늄 합금으로부터 구리로의 배선 물질의 변화가 요구 되고 있다. 구리는 알루미늄 합금보다 낮은 비저항과 높은 내열화성의 특징을 가지고 있어 배선 금속과 층간 절연막에 의해 발생 하는 속도 지연(RC delay) 을 효과적으로 감소 시킬 수 있다. 하지만 구리는 쉽게 실리콘으로 확산하여 전기적 deep level가 형성되어 소자 특성을 저하시키는 단점을 지닌다. 따라서 Cu 확산을 방지하고 전자이동 열화 및 자연 산화 등을 방지 하기 위한 확산 방지막(Capping layer)가 필요하다. 우수한 Cu 배선의 확산 방지막을 얻기 위해 도금액 조성 과 Cu 배선 형성 방법을 변화시키면서 CoReBP 도금층의 특성을 연구 하였다. 도금욕의 Co와 Re의 source로는 각각 CoSO4․ H2O와 KReO4가, 환원제로는 NaH2PO2․ 2H2O와 (CH3) 2HNBH3 가 사용되었다. 도금욕의 안정성을 높이기 위해 첨가제 Maleic acid 가 사용 되었다. 도금욕의 온도는 80 ± 1 oC, pH 범위는 9 – 11 로 하였다. 무전해 CoWBP 도금의 Cu 확산의 AES 분석 결과, 400℃에서 1시간 열처리한 CoWBP 도금층에서 Cu가 2~3 at% 검출 되었다. TEM 분석 결과, CoSO4․ 7H2O 농도와 (CH3) 2HNBH3 농도가 증가하면 도금속도가 증가하였다. CoSO4․ 7H2O 농도가 증가 할수록 CoReBP 도금층의 Co의 함량이 증가하였고 반대로 P 와 Re의 함량이 감소하였다. pH를 변화시켜 CoReBP 도금층을 TEM cross-section으로 조사한 결과, pH가 증가 할수록 도금층 두께는 줄어 들고 pH 13 일 때에는 거의 도금이 이루어 지지 않았다. 도금층 CoReBP의 EDX 측정 결과, NaH2PO2․ H2O 농도가 증가함에 따라 도금층의 P의 함량은 증가 하였고 NaH2PO2․ H2O 가 0.15M 일 때 P의 양은 5.75 at% 이었다. Cu 배선 형성 방법 따라 CoReBP 도금층 구조는 변하지 않았지만 확산 방지 특성은 다르게 나타났다. 전기도금으로 Cu 배선 형성 한 경우, AES를 이용하여 depth profile 결과 Cu 가 5at% 이내로 검출되었다. CoReBP 도금층은 Cu 원자의 이동을 효과적으로 억제하므로 Cu 배선의 확산 방지막으로 적용가능 할 것으로 보인다.