소자가 고집적화 됨에 따라서, 비저항이 낮고 EM(Electromigration)특성과 XM(Stress Migration)특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고자 하는 연구가 늘어나고 있다. 그러나 구리는 Si과 SiO2 내부로 확산이 빠르게 일어나고, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하여, 소자의 비저항을 높이고, ...
소자가 고집적화 됨에 따라서, 비저항이 낮고 EM(Electromigration)특성과 XM(Stress Migration)특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고자 하는 연구가 늘어나고 있다. 그러나 구리는 Si과 SiO2 내부로 확산이 빠르게 일어나고, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하여, 소자의 비저항을 높이고, 누설 전류를 일으키는 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있으므로, 이러한 구리의 확산을 막기 위하여 Ti, Ta, TiN, TaN, WN 등과 같은 확산방지막에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, 이러한 기존의 확산방지막 물질들은 비저항이 높은 문제점을 가지고 있었다. 또한, 소자가 고집적화 됨에 따라, 기존의 PVD 법에 의한 구리
배선 공정은 step coverage 문제가 발생됨에 따라, 앞으로는 CVD를 이용하여 seed layer를 증착하고 Electrochemical deposition (ECP) 혹은 CVD 법을 이용하여 copper filling을 하는 공정 혹은 seed layer 없이 copper filling을 하는 공정이 제시되고 있으나, 기존의 확산방지막과 구리 사이에 adhesion특성이 좋지 않은 문제점이 발생되어, 구리와 adhesion 특성이 우수하고, 낮은 비저항을 가지는 새로운 확산 방지막 개발이 시급하다. 새로운 확산방지막 물질로 가능성이 제시되고 있는 여러 가지 후보물질 중에서, 특히 Ru은 구리와 화합물을 만들지 않고, 비저항이 낮으며, 구리와 adhesion 특성이 우수한 장점을 지니고 있어 많은 주목을 받고 있다. 새로운 확산방지막 물질로서 Ru의 응용가능성과 그 특성을 살펴보기 위한 연구를 진행하던 중 다음과 같은 문제점들이 나타났다. 우선, Ru은 구리와는 adhesion 특성이 우수하나, SiO2 와 adhesion 특성이 좋지 않았으며, 또한 columnar 성장을 하는 것으로 나타났다. 특히, 확산방지막의 columnar grain은 구리의 빠른 확산 경로가 되므로, 이러한 문제점들에 대한 해결은 필수적이다. 본 논문에서는, 새로운 확산방지막 물질로서 Ru-AlN 박막을 제시하고, 플라즈마 원자층 증착법 (PEALD)를 이용하여 증착하였으며, 확산방지막 특성과 adhesion 특성을 분석하였다. Ru-AlN 박막은 그 구조가 비정질임에도 낮은 비저항을 가지고 있음을 확인할 수 있었고, poly crystal 구조를 가진 물질보다 우수한 확산방지막 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 구리와 SiO2 양쪽에 대해 adhesion 특성이 우수함을 알 수 있었다. 또한 DRAM 등과 같은 메모리 소자에서 필요로 하는 산소확산방지막으로 사용되기에 요구되어 지는 성질이 Ru-AlN박막이 갖는 성질과 매우 유사함을 알 수 있다. 산소의 확산을 억제시켜줄 수 있는 비정질구조를 가지며, 고온에서 안정하고, adhesion 특성이 좋아야 하는데, 이는 앞서 분석한 Ru-AlN박막이 갖는 성질과 매우 유사하다. 그러므로, PEALD 법으로 증착된 Ru-AlN 박막은 우수한 특성을 가진 새로운 구리확산방지막 물질로서, 산소확산방지막 물질로서, 하이브리드 기능을 갖는 확산방지막 물질로 실제 소자 제조에 그 활용이 매우 기대된다.
소자가 고집적화 됨에 따라서, 비저항이 낮고 EM(Electromigration)특성과 XM(Stress Migration)특성이 우수한 구리(Cu)를 배선재료로서 사용하고자 하는 연구가 늘어나고 있다. 그러나 구리는 Si과 SiO2 내부로 확산이 빠르게 일어나고, Si 소자 내부에 deep donor level을 형성하여, 소자의 비저항을 높이고, 누설 전류를 일으키는 등 소자의 성능을 저하시킬 수 있는 문제점을 가지고 있으므로, 이러한 구리의 확산을 막기 위하여 Ti, Ta, TiN, TaN, WN 등과 같은 확산방지막에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, 이러한 기존의 확산방지막 물질들은 비저항이 높은 문제점을 가지고 있었다. 또한, 소자가 고집적화 됨에 따라, 기존의 PVD 법에 의한 구리
배선 공정은 step coverage 문제가 발생됨에 따라, 앞으로는 CVD를 이용하여 seed layer를 증착하고 Electrochemical deposition (ECP) 혹은 CVD 법을 이용하여 copper filling을 하는 공정 혹은 seed layer 없이 copper filling을 하는 공정이 제시되고 있으나, 기존의 확산방지막과 구리 사이에 adhesion특성이 좋지 않은 문제점이 발생되어, 구리와 adhesion 특성이 우수하고, 낮은 비저항을 가지는 새로운 확산 방지막 개발이 시급하다. 새로운 확산방지막 물질로 가능성이 제시되고 있는 여러 가지 후보물질 중에서, 특히 Ru은 구리와 화합물을 만들지 않고, 비저항이 낮으며, 구리와 adhesion 특성이 우수한 장점을 지니고 있어 많은 주목을 받고 있다. 새로운 확산방지막 물질로서 Ru의 응용가능성과 그 특성을 살펴보기 위한 연구를 진행하던 중 다음과 같은 문제점들이 나타났다. 우선, Ru은 구리와는 adhesion 특성이 우수하나, SiO2 와 adhesion 특성이 좋지 않았으며, 또한 columnar 성장을 하는 것으로 나타났다. 특히, 확산방지막의 columnar grain은 구리의 빠른 확산 경로가 되므로, 이러한 문제점들에 대한 해결은 필수적이다. 본 논문에서는, 새로운 확산방지막 물질로서 Ru-AlN 박막을 제시하고, 플라즈마 원자층 증착법 (PEALD)를 이용하여 증착하였으며, 확산방지막 특성과 adhesion 특성을 분석하였다. Ru-AlN 박막은 그 구조가 비정질임에도 낮은 비저항을 가지고 있음을 확인할 수 있었고, poly crystal 구조를 가진 물질보다 우수한 확산방지막 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 구리와 SiO2 양쪽에 대해 adhesion 특성이 우수함을 알 수 있었다. 또한 DRAM 등과 같은 메모리 소자에서 필요로 하는 산소확산방지막으로 사용되기에 요구되어 지는 성질이 Ru-AlN박막이 갖는 성질과 매우 유사함을 알 수 있다. 산소의 확산을 억제시켜줄 수 있는 비정질구조를 가지며, 고온에서 안정하고, adhesion 특성이 좋아야 하는데, 이는 앞서 분석한 Ru-AlN박막이 갖는 성질과 매우 유사하다. 그러므로, PEALD 법으로 증착된 Ru-AlN 박막은 우수한 특성을 가진 새로운 구리확산방지막 물질로서, 산소확산방지막 물질로서, 하이브리드 기능을 갖는 확산방지막 물질로 실제 소자 제조에 그 활용이 매우 기대된다.
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