KR20110123633A - 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계; 및 상기 기판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함하는 전구체를 사용하여 합금 원소층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계를 포함하는 순환 주기를 반복하여 수행한 후 열처리하는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법에 관한 것이다. 본 발명은 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체를 사용하면서도 구리 내 합금 원소의 함유량을 조절할 수 있는 구리합금 형성방법을 제공함으로써 물성이 우수한 구리합금의 상업적 활용도를 높일 수 있다.
Description
본 발명은 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 사용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계; 및 상기 기판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함하는 전구체를 사용하여 합금 원소층을 증착한 후 비활성 기체를 사용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계를 포함하는 순환 주기를 반복하여 수행한 후 열처리하는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법에 관한 것이다.
전자기기, 특히 반도체(IC및 트랜지스터)의 도선(lead), 커넥터(connector), 스위치 등을 형성하기 위해서는 물성이 우수한 구리합금이 요구된다.
구리합금을 형성하기 위한 종래기술은 서로 다른 증착방법을 혼용하기 때문에 장비가 복잡하고 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 유기금속 화학증착법(metalorganic chemical vapour deposition; MOCVD)을 이용하여 구리합금을 형성하기 위하여 구리 전구체와 합금 원소를 포함하는 전구체를 동시에 공급하는 경우 구리 전구체와 합금 원소를 포함하는 전구체 간에 반응이 일어나는 것을 피하기 위해서 산소나 플로린 원자를 포함하지 않는 특수한 구리 전구체를 사용할 것이 요구된다. 이러한 문제점이 박막특성이 뛰어난 구리합금의 상업적인 사용을 제약하고 있다. 뿐만 아니라 반도체 소자의 스케일이 나노 사이즈로 감에 따라 구리의 비저항이 증가가 예상된다.
따라서 간단한 방법을 사용하여 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체를 사용하면서도 구리 내 합금 원소의 함유량이 조절될 수 있는 구리합금 형성과 함께 저저항을 가지는 구리합금을 고종회비를 가지는 트렌치나 비아홀에 오버행이나 보이드 없이 매립하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체를 사용하면서도 구리 내 합금 원소의 함유량을 조절할 수 있는 구리합금 형성방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (S1) 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계; 및 (S2) 상기 기판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함하는 전구체를 사용하여 합금 원소층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계를 포함하는 순환 주기를 반복하여 수행하여 구리와 합금 원소의 다층 박막을 형성한 후, 상기 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 비활성 기체로는 아르곤을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 구리합금을 형성하기 위한 합금 원소로는 알루미늄을 사용할 수 있다.
(S2) 단계에서 상기 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 단계는 50∼900 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 증착되는 구리층과 합금 원소층의 두께비를 조절하여 구리합금 내 합금 원소의 함량을 조절할 수 있다.
본 발명은 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체를 사용하면서도 구리 내 합금 원소의 함유량을 조절할 수 있는 구리합금 형성방법을 제공함으로써, 물성이 우수한 구리합금의 상업적 활용도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구리합금 형성방법의 순환 주기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에서 순환 주기를 반복하여 형성된 구리-알루미늄 다층박막의 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진이며, 도 2의 (b)는 상기 구리-알루미늄 다층박막에 대해 열처리를 수행한 후, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에서 순환 주기를 반복하여 형성된 구리-알루미늄 다층박막의 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진이며, 도 2의 (b)는 상기 구리-알루미늄 다층박막에 대해 열처리를 수행한 후, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구리합금 형성방법의 순환 주기를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하에서 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법을 구체적으로 설명한다.
우선, 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리한다(S1).
(S1) 단계에서 전구체의 특성에 따라서 비활성 기체만을 사용하여 퍼징한 후에 구리합금 원소층을 증착하거나 비활성 기체의 퍼징없이 수소 기체나 수소플라즈마를 사용한 후 구리합금원소층을 증착할 수 있다.
본 발명에서 구리합금은 한 챔버 내에서 형성되며, 챔버 내 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 유기금속 화학기상증착법, 플라즈마 화학기상증착법 등을 사용하여 기판 상에 구리층을 증착한다.
본 발명에서는 구리층을 기판 상에 증착하기 위해 구리 전구체로서, 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체 등 구리 전구체의 종류에 제한되지 않고 사용할 수 있다.
이후, 챔버 내의 기판 상에 증착된 구리층에 아르곤 등의 비활성 기체를 사용하여 퍼징함으로써 잔류 전구체를 제거하고, 이후 수소 기체 또는 수소 플라즈마를 사용하여 구리층을 표면처리함으로써 구리층 표면의 불순물을 제거하고 구리합금 원소의 증착특성 및 물성을 향상 시킬 수 있다.
다음으로, 챔버 내의 가판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함한 전구체를 사용하여 구리층에 합금 원소층을 증착한다(S2).
이후, (S2) 단계에서는 합금 원소층에 대해 (S1) 단계에서와 동일한 방법으로 비활성 기체를 사용하여 퍼징함으로써 잔류 전구체를 제거하고, 이후 수소 기체 또는 수소 플라즈마를 사용하여 합금 원소층을 표면처리한다.
본 발명에서 합금 원소로는 알루미늄 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는, (S1) 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계; 및 (S2) 상기 기판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함하는 전구체를 사용하여 합금 원소층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계를 포함하여 1 순환 주기로 정의하며 상기 순환 주기를 반복하여 챔버 내의 기판 상에 목적하는 두께의 구리와 합금 원소의 다층박막을 형성한다.
본 발명에서는 상기 순환 주기를 반복하여 구리와 합금 원소의 다층박막을 형성하는 과정에서 합금 원소층의 두께를 조절하여 최종 형성되는 구리합금 내의 합금 원소의 함량을 제어함으로써 목적하는 성분 함량을 가지는 구리합금을 형성할 수 있다.
상술한 방법에 따라 기판 상에 구리와 합금 원소의 다층박막을 형성한 후 열처리(annealing)하여 구리와 합금 원소가 상호 확산되어 최종적인 구리합금을 제조한다.
본 발명에서 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 단계는 50∼900 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시 예를 설명한다. 하지만 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
챔버 내 금속 재질의 기판을 배치한 후 (hexafluoroacetylacetonate)Cu(I) (3,3-dimetyl-1-butene)구리 전구체를 사용하여 유기금속 화학기상증착법을 수행함으로써 기판 상에 구리층을 약 100 nm 두께로 증착하였다. 이후 아르곤 가스로 퍼징하고 산소 플라즈마 처리를 한 후 1-Methyl Pyrrolidine Alane 알루미늄 전구체를 사용하여 구리층에 알루미늄 층을 형성하였다. 이후 아르곤 가스로 퍼징하고 수소 가스를 처리를 하였다. 상술한 과정을 5 회 반복 하여 약 400 nm 두께의 구리-알루미늄 다층박막을 형성하였고 이의 측단면에 대해 주사전자현미경 사진을 촬영하여 도 2의 (a)에 나타내었다. 이후 상기 구리-알루미늄 다층박막을 400 ℃로 열처리하여 구리합금을 형성하였고 이의 측단면에 대해 주사전자현미경 사진을 촬영하여 도 2의 (b)에 나타내었다.
도 2의 (a)를 참조하면 본 발명에 따라 구리-알루미늄 다층박막이 형성된 것을 관찰할 수 있다. 도 2의 (b)를 참조하면 구리-알루미늄 다층박막에 대해 열처리하는 경우 구리와 알루미늄이 확산하여 구리합금이 형성됨을 알 수 있다.
Claims (6)
- (S1) 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계; 및
(S2) 상기 기판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함하는 전구체를 사용하여 합금 원소층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리하는 단계;
를 포함하는 순환 주기를 반복하여 수행하여 구리와 합금 원소의 다층 박막을 형성한 후, 상기 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 비활성 기체는 아르곤인 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (S2) 단계에서 구리층에 증착되는 합금 원소층은 알루미늄층인 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (S2) 단계에서 상기 구리층에 증착되는 합금 원소층의 두께를 조절하여 구리합금 내 합금 원소의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 구리층과 합금 원소층은 화학기상증착법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 단계는 50∼900 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
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2010
- 2010-05-07 KR KR1020100043226A patent/KR101685372B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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