KR20010010788A

KR20010010788A - 자장을 이용한 전해 도금 기술

Info

Publication number: KR20010010788A
Application number: KR1019990029851A
Authority: KR
Inventors: 최시영; 박상준; 이길식; 석창길; 박병남
Original assignee: 최시영; 박상준; 이길식; 석창길
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-02-15

Abstract

본 발명은 전해도금 공정에서 매우 얇은 seed layer 층을 가지는 대면적 기판에 균일한 금속 도금을 하는 방법을 제시한 것이다. 이를 실현하기 위해 전해 도금 장치에 자장을 인가하여 임의의 분포로 도금을 할 수 있게 하였다. 즉 자장을 전해액에 가하여 흐르는 금속 이온의 방향과 밀도를 제어하는 것을 특징으로 한다. 인가하는 자장 발생장치는 영구 자석과 전자석을 이용할 수 있다. 이들 자석을 조합하여 도금조에 배치하면 원하는 분포의 막을 얻을 수 있다. 이 기술을 이용하면 반도체 소자 제조용으로 사용되는 구리, 백금 및 룻세늄 등의 도금 공정 특히 200mm 이상의 대면적 실리콘 기판 공정용으로 우수한 특성을 나타낸다.

Description

자장을 이용한 전해 도금 기술 {Electroplating technology using magnetic fields}

도금기술를 사용하는 대표적인 산업은 금속 재료, 인쇄 회로 기판 그리고 반도체 소자 제조이다. 최근 반도체 제조 공정에서 금속 배선용 재료인 구리를 도금방법을 이용하는 것이 실용화 되고 있다.

박막층을 seed layer 로 이용하여 대면적에 균일한 막을 형성하는 전해 도금방법은 seed layer 박막의 저항과 전해액의 저항에 의해 균일한 막을 얻기 어렵다. 특히 구리를 사용하는 반도체 소자의 금속층 형성 공정에 사용되는 전해도금 방법에서는 이런 균일한 막을 얻는 것이 문제가 되고 있다. 반도체 공정에서는 seed layer 라는 물질, 대개는 같은 종류의 금속으로 전류를 공급하게 되고, 이 전류 공급을 하는 접촉부분은 실리콘 기판의 가장자리 부분이다. 만약 아주 얇은 seed layer 가 전류를 공급하는 길이 된다면 가장자리와 중앙부분의 실제 저항차이에 의해 불균일한 구리막이 도금될 것이다. 이는 300 mm 이상의 직경을 가지는 대면적의 실리콘 기판을 사용할 경우는 매우 심각한 문제이다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래의 공정과 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 자장을 인가하는 도금조(1)에 의한 대면적에 균일한 막을 얻는 것을 특징으로 한다. 반도체 소자 제조용 구리 도금 장비 및 공정에 특히 대면적 실리콘 기판과 얇은 seed layer 를 사용하는 기판의 도금에 유용한 기술이다.

도 1 종래의 전해 도금조의 구조도

도 2 본 발명에서 사용된 자장이 가해지는 장비의 구조도

도 3 본 발명에 관련된 편향 코일을 채택한 도금조의 구조도

도 4 본 발명에 사용된 기판 고정용 음극의 구조도

1:도금조, 2: 양극, 3: 전해 용액, 4: 기판, 5: 기판 클램프 및 전기 접촉기, 6: 기판 지지대, 7: 전원, 8: 변형된 양극, 9: 자기장 발생기, 10: 편향코일, 11: 편향 코일용 양극, 12: 초음파 진동자

도 1 은 전형적인 도금장치를 나타낸 것이다. 음극(2)에 기판(4)을 고정시키고 전해용액(3)속에서 전류를 가하면 기판표면에 원하는 금속이 도금된다. 반도체 소자 제조시 사용되는 실리콘 기판에 구리와 같은 금속을 도금하려면 실리콘 표면에 전류를 흘려주어야 한다. 이를 위해 대개 실리콘 가장자리에 전류 공급을 위한 접촉기구를 사용한다. 접촉된 실리콘 기판위에는 전류를 실리콘 표면 전체로 골고루 전달할 수 있는 전도층 물질이 증착되어 있다. 이를 seed layer 라 하며 대개 같은 물질인 구리를 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착 방법을 이용한다. 이 seed layer 는 매우 얇고 또한 요철이 있는 기판에 증착되었으므로 두께 균일도가 매우 나쁘므로, 이 층을 통한 전류 또한 불균일하게 된다. 이 때문에 전해용액(3)을 통해 흐르는 전류차이로 도금되는 막의 두께 역시 불균일하게 되어 양질의 소자 제조가 불가능하게 된다.

도 2 는 위에서 언급한 기존 도금 장치의 문제점을 해결하기 위해 고안된 장치를 설명한 것이다. 기존 장치와의 가장 큰 차이는 자장을 도금조에 인가하는 자기장 발생기(9)을 가졌다는 것이다. 자장을 가하는 방법은 영구자석과 전자석이 있으며, 도금조내에 임의의 자장분포를 위해서는 여러 가지 형태의 자기장 발생기(9)의 배치가 가능하다. 또한 원하는 자장 분포를 위해 양극의 모양도 고려하였다. 즉 액상중의 이온 분포를 효과적으로 조정하기 위해 자장을 가하면서 변형된 양극(8)을 설계하였다.

도 3 은 도금조(1)에 편향 코일(11)을 채용해서 임의의 도금 두께 조절을 할 수 있는 장치를 설명한 것이다. 편향코일을 채용한 도금조의 특징은 기판에 도착하는 이온의 분포를 편향 코일(11)에 가해주는 신호에 의해 조정할 수 있다는 것이다. 이는 전자총을 가진 음극선관과 비슷한 형태이다. 전자총에 해당하는 부분이 편향 코일용 양극(11)이고, 스크린에 해당하는 부분이 음극, 즉 기판이다. 이를 이용하면 기존 장치의 문제점인 도금 막의 두께 불균일 문제점을 해결 할 수 있다.

도 4 는 기판을 고정시키는 음극 구조를 나타낸 것이다. 기판 고정 장치는 초음파 진동자(12)가 내장된 판과 전기를 기판 가장자리에 가해주기 위한 전극으로 구성된다. 이들 물질은 가해준 임의의 자장분포를 방해하는 것이 아니어야 하며 도금 용액과 반응하지 않아야 한다. 초음파는 표면 요철이 심한 기판, 예로 좁고 깊은 골짜기(channel) 모양에 도금할 때 골짜기에 도금 물질이 채워지지 않고 기포나 용액이 잔존하는 현상을 방지하기 위한 것이다.

이상 설명된 본 발명 기술은 반도체 공정에 채택된 구리, 백금(Pt), 룻세늄(Ru) 등의 금속을 300mm 이상의 대면적 실리콘 기판에 도금할 때 매우 균일한 막을 형성할 수 있는 장치와 공정이 된다. 이는 도금 기술을 도입한 반도체 장비 산업 및 공정의 핵심 및 원천 기술이므로, 이의 확보는 차세대 초고속 소자의 양산 시기를 앞당기는 계기가 될 것이다.

Claims

대면적 기판(4)에 균일한 막을 형성하기 위해 도금조(1)에 자기장 발생기(9)를 부가하는 것을 특징으로 하는 도금 기술
청구항 1 에서 균일한 막을 형성하기 위해 양극 전극의 모양을 반원 또는 변형된 양극(8)으로 사용하는 기술
원하는 막의 두께 분포를 얻기 위해 도금조(1)에 편향 코일(10)을 부착하는 것을 특징으로 하는 기술
기판(4)을 고정하는 음극에 초음파 진동자(12)를 매립시키는 것을 특징으로 하는 기술