실시간분광 Ellipsometry 를 이용한 구리 박막의 초기성장 및 식각 연구

Abstract

반도체 산업에서 집적회로의 고집적화, 고속화는 동시에 배선의 집적을 수반하였고, 배선의 집적화는 선폭을 줄이고 배선의 층을 늘리며 이루어져 왔다. 그러나 배선의 최소 선폭이 1 μm 이하로 줄어듦에 따라 여러 문제점이 발생하였다. 그래서 기존의 알루미늄이나 알루미늄 합금이 주로 사용되어진 on-chip metallization에서 알루미늄 보다 전기적 성질이 더 좋은 구리가 많이 사용되어지고 있다. 그런데 구리의 경우 건식식각법의 부재로 damascene, CMP등의 복잡한 공정이 요구되고 있으므로 새로운 식각법을 연구해 볼 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 magnetron sputter system 을 이용해 구리 박막의 초기 성장 및 염소가 포함된 용액 속에서 자외선 조사를 이용한 식각을 연구하였다. 구리 박막 증착 실험 중에 power source 를 DC 와 RF 를 사용함에 따라 박막의 void 및 증착율이 변하는 것을 추정할 수 있었다. 구리 박막을 식각 할 때 사용되는 염소가 포함된 용액으로는 고농도의 NaCl, HCl 및 1,2-Dicholorethane을 사용하였다. 구리 박막의 식각 과정을 Realtime-ellipsometry 를 이용하여 측정하였다. 또한, 패턴이 새겨진 크롬 마스크에 자외선을 조사하여 구리 박막위에 패턴 식각 실험을 통하여 구리 박막 패턴 식각의 복잡한 공정을 간단한 공정만으로 직접 금속박막을 패터닝할 수 있었다. 이 연구 결과는 반도체 공정 중 on-chip metallization 공정에서 nano-scale 패턴 식각에 매우 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.; The lithography process is an important subject in the semiconductor or the nanostructures. For patterning of metal film, both wet etching and dry etching are used. However, these etching techniques require multiple photoresist patterning processes in a toxic chemical or vacuum environment. We found a new phenomenon that metal is soluble in chlorine-containing solution or solvent with the help of UV irradiation. This is an easy method for metal patterning. We discover that a wavelength shorter than 310 nm can etch the metal film effectively. For liquid, We used 1,2-dichloroethane, low concentration of NaCl, and HCl solutions, which all contain chloride. UV light source were the 15 W mercury lamp and the 193nm ArF excimer laser. AFM(atomic force microscope), optical microscope, ellipsometry were used to characterize the etch rate and the surface morphology. These results suggest that patterning on a metal film is possible with direct exposure to a UV lamp without resorting to a complex resist process. This technique can be performed in nontoxic chemicals and also the etch rate can be controlled from an extremely low rate to a high rate, it can be highly useful for delicate microdevice or nanodevice fabrication. Also, liquid-based UV exposure in this technique can be directly applied to immersion lithography, a popular research topic in lithography.