반도체 소자용 구리

반도체용 황산구리

전자 소자의 구리 금속 배선은 전해 도금을 포함한 다마신 공정을 통해 형성한다. 본 총설에서는 배선 형성을 위한 구리 전해 도금 및 수퍼필링

 

매커니즘

Korean Chem. Eng. Res., Vol. 52, No. 1, February, 2014

전해 도금은 외부에서 공급한 전자를 이용하여 금속 혹은 금속 산 화물을 전착하는 방법이다. 전해 도금 시스템은 일반적인 전기화학 시스템과 동일하게 전극, 전해질, 그리고 전자를 공급하는 전원으로 이루어져 있다. 구리 전해 도금을 위해서는 앞서 설명한 패턴이 형 성되어 있는 웨이퍼를 작업 전극(working electrode)로 사용하고, 구리 전극혹은불용성전극(insoluble anode)을상대전극(counter electrode) 으로사용한다. 작업전극의표면에서는전해질에포함된구리이온이 외부에서 공급한 전자를 받고 금속으로 환원되며, 상대 전극에서는 전극의 종류에 따라 다양한 산화 반응이 일어난다. 전해질은 기본적 으로 구리 이온을 포함하고 있으며, 전해질 자체의저항을 낮추기 위 한 지지 전해질(supporting electrolyte)이 포함된다. 구리 전해 도금에 사용되는 대표적인 전해질은 Table 1에 정리되어 있으며, 황산구리 (CuSO4)와 황산(H2SO4)으로 구성되어 있는 전해질이 현재 가장 널 리 사용되고 있다[9-11]. 시안화물(cyanide) 전해질의 경우, KCN은 지지 전해질의 역할뿐만 아니라 착화제(complexing agent)의 역할을 한다

 

Korean Chem. Eng. Res., Vol. 52, No. 1, February, 2014

트렌치에서구리전해 도금을실시하였을경우대표적인전착형태를 보여주고 있다[6]. 비등각 형태(subconformal profile)는 구리 전착 이 트렌치의 입구 부분에 집중되어 내부에 보이드(void)가 형성된 것을 말하며, 보이드는 배선의 신뢰성을 크게 떨어뜨린다. 이러한 형태는 전해 도금이 구리 이온의 물질 전달에 지배를 받을 경우 나 타난다. 등각 형태(conformal profile)는 모든 곳에서 전착 속도가 동일할 경우 얻을 수 있으며, 트렌치의 옆면에서 자라나온 구리가 만나면서 심(seam)이 형성된다. 심의 형성 역시 보이드와 마찬가 지로 배선의 신뢰성을 떨어뜨리는 결과를 가져온다. 초등각 형태 (superconformal profile)는 수퍼필링이라고도 불리며, 트렌치 내부 에 어떠한 결함도 존재하지 않으며, 트렌치의 입구 부분에 볼록한 형태(bump)를 형성하는 것이 특징이다. 이러한 형태는 유기 첨가 제의 흡착과 표면 덮임율(surface coverage)을 적절히 조절함으로 써, 선택적으로 트렌치의 바닥 면에서 전해 도금 속도를 증가시켜 얻을 수 있다.