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반도체 집적회로의 배선에 사용되는 구리 도금막의 불순물

전문가 제언: ○ 종래 반도체 장치의 배선으로 사용되고 있는 재료로서 알루미늄이나 알루미늄과 구리의 합금 등이 있다. LSI의 고집적화에 따라 배선의 미세화가 진행되면, 배선 저항과 용량의 증가에 의한 신호 전달 지연 및 전자 이동에 의한 신뢰성 저하가 문제가 된다. 이 문제를 해결하는 수단으로서는, 금, 은, 구리 등의 더욱 저항이 낮은 금속 배선을 형성하고 배선 저항을 감소시키는 방법이 있다. 특히 구리는 알루미늄과 그 합금의 대체 재료로서 기대되고 있다.

○ 구리는 알루미늄과 달리 증기압이 높은 화합물을 만들 수 없으므로 드라이 에칭으로 미세한 배선 패턴을 형성하는 것은 곤란하다. 이를 위해 우선 절연층의 배선 패턴에 해당하는 부분에 홈이나 구멍을 형성하고, 그 홈이나 구멍을 구리로 충전하는 방법 (다마신 법)이 사용된다.

○ 금속의 홈이나 구멍의 충전 방법은 스퍼터링 같은 물리적 기상 증착 (PVD) 방법, 화학적 기상 증착 (CVD) 법, 도금 법 등이 있다. PVD 법은 홈이나 구멍의 옆벽에 대한 금속 적용성이 나쁘고, 아스팩트(aspect) 비가 커지면 충전되는 금속에 공극이 발생한다. CVD 법에서는 금속 적용성은 비교적 좋지만, 원료 물질의 비용이 비싸다는 문제가 있다. 이들에 비해 도금 법은 비용이 적고 매입성이 좋은 것으로 주목받고 있다. 특히 전기 도금 법은 처리량도 많고, 양산성이 좋으므로 홈이나 구멍의 충전 방법이 가장 유력하다.

○ 구리의 전기 저항을 감소시켜 안정화하고, 불순물을 제거하여 구리 배선의 신뢰성을 향상할 수 있는 구리 막의 어닐링 방법이 연구되고 있다. 확산 방지층이 형성된 실리콘 기판 위에 도금 법 또는 기상 증착으로 구리 필름을 증착한다. 이것을 200℃~300℃, 2~30MPa의 고온 고압의 이산화탄소 또는 불활성 원소 기체에 수소를 함유시켜 기체 속에서 처리한다.

저자: Kazuyoshi UENO
자료유형: 학술정보