구리배선을 위한 Ta-Si-N박막의 미세구조와 확산방지특성에 관한 연구

Abstract

구리는 낮은 비저항, 높은 열전도도 및 우수한 electromigration 저항성을 가지고 있어 마이크로프로세서와 3-D 패키징에서 TSV(through Si-via)충전물질로 사용되고있다. 하지만 구리는 Si과 $SiO_2$ 내에서 확산이 매우 용이하며 Si내부에서 generation recombination center로 작용하여 소자 오작동의 원인이 된다. 따라서 구리의 확산을 막아주는 확산방지막이 필요하다. 확산방지막은 구리와 화학적으로 안정해야 하며, 높은온도에서도 안정성을 유지해야 한다. 비정질확산방지막은 구리의 확산경로인 입계를 줄여 우수한 특성을 보인다. 비정질 Ta-Si-N 박막은 가장 우수한 특성을 보이는 것으로 보고 되었다. 하지만 Ta-Si-N 박막의 광범위한 조성범위에서 조성에 변화에 따른 미세조직의 변화와 구리확산방지특성은 보고되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 광범위한 조성범위에서 Si과 N의 조성변화에 따른 미세조직의 변화를 XRD분석을 통해조사하였고, 열처리 실험을 통해 Si과 N조성변화에 따른 구리확산방지파괴온도를 조사하여 확산방지파괴온도 contour map을 완성하였다. 그리고 확산방지막에서 Si과 N의 조성비가 증가할수록 Ta-Si-N박막은 비정질화되었고, 구리확산방지 특성은 Si의 조성비가 약 20 at.%이하일 때, Ta+Si과 N조성비가 1:1이되는 조성범위에서 가장 우수한 특성을 가졌다.