KR20070071097A - Apparatus for copper line plating and plating method for copper line using the apparatus - Google Patents

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Abstract

A copper line plating apparatus and a copper line plating method using the same are provided to form a copper line without a void under a 45 nm process by pressurizing a wetting solution in a contact hole pattern. A pre-wetting tank(10) pressurizes a wetting solution onto a pattern forming section of a substrate(20) to remove air in a contact hole of the pattern forming section and pre-wet an inner of the contact hole. The pre-wetting tank includes a loading unit(11) loads the substrate so as to direct the pattern forming section to face a bottom and a pressurizing member(13) facing the loading unit pressurizes a wetting solution toward an upper surface of the substrate where the pattern forming section is formed. A plating chamber loads the substrate unloaded from the pre-wet tank and performs a copper plating on the substrate.

Description

구리 배선 도금장치 및 이를 이용한 구리 배선 도금방법{Apparatus for copper line plating and plating method for copper line using the apparatus}Copper wiring plating apparatus and copper wiring plating method using the same {Apparatus for copper line plating and plating method for copper line using the apparatus}

도 1a 내지 도 1c는 종래 구리 배선 도금 방법의 수순단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views of a conventional copper wiring plating method.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 구리 배선 도금방법의 공정 수순도이다.2A to 2C are process flowcharts of a copper wiring plating method according to the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10:프리 웨팅 탱크 11:로딩부10: free wetting tank 11: loading part

12:실링기재 13:가압기재12: Sealing base 13: Pressurizing base

20:기판 30:도금챔버20: substrate 30: plating chamber

본 발명은 구리 배선 도금장치 및 그 도금장치를 이용한 구리 배선 도금 방법에 관한 것으로, 특히 보이드(void)의 발생없이 미세 패턴의 구리 배선을 도금할 수 있는 구리 배선 도금장치 및 그 도금장치를 이용한 구리 배선 도금방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper wiring plating apparatus and a copper wiring plating method using the plating apparatus, and more particularly, to a copper wiring plating apparatus capable of plating a fine pattern of copper wiring without generating voids, and copper using the plating apparatus. It relates to a wiring plating method.

현재 구리 층간배선막에 사용되는 구리 도금 기술은 산(acid) 용액에 2 내지 3종류의 유기 첨가제를 첨가하여 만든 도금액을 사용한다.The copper plating technology currently used in copper interlayer wiring films uses a plating solution made by adding two or three kinds of organic additives to an acid solution.

이때, 도금이 진행되면서 패턴 내부에서는 도금을 가속화하는 가속제의 농도가 계속적으로 증가하여 가속제의 농도가 일정한 패턴 외부에 비해 도금속도가 빨라지게 되어, 미세 배선을 제조할 수 있게 되며, 이와 같은 종래 구리 도금 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.At this time, as the plating proceeds, the concentration of the accelerator accelerating the plating is continuously increased in the pattern, so that the plating speed is faster than the outside of the pattern with a constant concentration of the accelerator, and thus fine wiring can be manufactured. When described in detail with reference to the accompanying drawings of the conventional copper plating method as follows.

도 1a 내지 도 1c는 종래 구리 금속 배선의 제조공정 수순 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a conventional copper metal wiring.

이를 참조하면, 도 1a에 도시한 바와 같이 하부 배선(1)의 상부에 위치하여 그 하부 배선(1)의 일부를 노출시키는 패턴이 형성된 절연층(2)이 마련된 구조의 상부에 가속제(3)와 억제제(4)가 동일비율로 도포되어 균일한 두께의 구리배선(5)이 도금된다.Referring to this, as illustrated in FIG. 1A, the accelerator 3 is disposed on an upper portion of the structure in which the insulating layer 2 having a pattern formed on the lower wiring 1 and exposing a part of the lower wiring 1 is formed. ) And the inhibitor 4 are applied in the same ratio to plate the copper wiring 5 of uniform thickness.

그 다음, 도 1b에 도시한 바와 같이 점차 구리배선(5)의 두께가 증가함에 따라 상기 절연층(2)의 식각부분의 하부에는 가속제(3)의 농도가 억제제(4)의 농도보다 많아져 절연층(2)의 식각부분의 구리배선(5)이 더 빨리 도금되어 그 절연층(2)의 식각부분을 매립하게 된다.Then, as shown in FIG. 1B, as the thickness of the copper wiring 5 gradually increases, the concentration of the accelerator 3 is greater than the concentration of the inhibitor 4 in the lower portion of the etching portion of the insulating layer 2. The copper wiring 5 of the etched portion of the insulating layer 2 is plated faster to fill the etched portion of the insulating layer 2.

그 다음, 도 1c에 도시한 바와 같이 상기 구리배선(5)에 의해 상기 절연층(2)의 식각부분이 완전히 매립되어 상기 하부 배선(1)에 접하는 상부의 구리배선(5)을 형성할 수 있게 된다.Next, as shown in FIG. 1C, the etching portion of the insulating layer 2 is completely filled by the copper wiring 5 to form an upper copper wiring 5 in contact with the lower wiring 1. Will be.

이러한 과정을 바텀 업 매립(bottom up fill)이라고 한다.This process is called bottom up fill.

그러나, 45nm 이하의 선폭을 가지는 공정에서는 상기 절연층(2)의 식각부분 내부로 도금액 자체가 투입되는 것이 용이하지 않아 상기와 같은 방법으로는 보이드 없이 구리배선을 형성할 수 없어 이를 개선할 필요가 있다.However, in the process having a line width of 45 nm or less, it is not easy to inject the plating solution itself into the etching portion of the insulating layer 2, and thus it is not possible to form copper wiring without voids by the above method, and thus it is necessary to improve it. have.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 45nm 이하의 공정에서도 보이드의 발생 없이 구리 배선을 도금할 수 있는 구리 배선 도금장치 및 그 구리 배선 도금장치를 이용한 도금방법을 제공함에 그 목적이 있다.In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a copper wiring plating apparatus capable of plating copper wiring without generating voids and a plating method using the copper wiring plating apparatus.

상기와 같은 목적은 달성하기 위한 본 발명 구리 배선 도금장치는,Copper wiring plating apparatus of the present invention for achieving the above object,

기판의 패턴 형성부에 웨팅 솔루션을 가압하여 그 패턴 형성부의 콘택홀 내부의 공기를 제거하고, 그 콘택홀 내부를 프리 웨팅하는 프리 웨팅 탱크; 및A pre-wetting tank for pressing the wetting solution to the pattern forming portion of the substrate to remove air inside the contact hole of the pattern forming portion and pre-wetting the inside of the contact hole; And

상기 프리 웨팅 탱크에서 언로딩된 기판을 로딩하여 구리 도금을 실시하는 도금챔버를 포함한다.And a plating chamber configured to load the unloaded substrate from the pre-wetting tank to perform copper plating.

여기서, 상기 프리 웨팅 탱크는,Here, the pre-wetting tank,

패턴 형성부가 저면으로 향하도록 위치하는 기판을 그 하면에 로딩하는 로딩부; 및A loading unit for loading a substrate on the bottom surface of the substrate, the pattern forming portion of which is directed toward the bottom surface; And

상기 로딩부와 마주보며, 상기 패턴 형성부가 형성된 기판의 상면으로 웨팅 솔루션을 가압하는 가압기재를 포함하는 것을 특징으로 한다.Opposed to the loading portion, characterized in that it comprises a pressing substrate for pressing the wetting solution to the upper surface of the substrate on which the pattern forming portion is formed.

또한 본 발명 구리 배선 도금방법은,In addition, the present invention copper wiring plating method,

유기물 첨가제가 혼합된 웨팅 솔루션을 기판의 패턴 형성부에 형성된 콘택홀 측으로 가압하여, 그 콘택홀 내에 존재하는 공기를 유출시켜 콘택홀 내부를 프리 웨팅 시키는 단계; 및Pressing a wetting solution mixed with an organic additive toward a contact hole formed in the pattern forming portion of the substrate, and pre-wetting the inside of the contact hole by flowing out air existing in the contact hole; And

상기 프리 웨팅된 기판에 구리도금을 수행하여 상기 콘택홀의 내부에 보이드가 발생되지 않는 구리 배선을 도금하는 단계를 포함한다.Performing copper plating on the pre-wet substrate to plate a copper wiring in which voids are not generated in the contact hole.

여기서, 상기 유기물 첨가제는,Here, the organic additive is,

SPS(bis-(sodium-sulfopropyl)-disulfide), 3-Mercapto-1-propansesulfonic acid, polyethylene, polypropylene glycols, polyoxyehtylene lauryl ether, polyethynene oxide, alkoxylated beta-naphtol, alkyl naphthalene sulphonates, soluble polyimine, polyamid 및 sulfopropylate polyethylene imine 중 선택된 하나 또는 이들 중 선택된 둘 이상의 첨가제 화합물인 것을 특징으로 한다.Bis- (sodium-sulfopropyl) -disulfide), 3-Mercapto-1-propansesulfonic acid, polyethylene, polypropylene glycols, polyoxyehtylene lauryl ether, polyethynene oxide, alkoxylated beta-naphtol, alkyl naphthalene sulphonates, soluble polyimine, polyamid and sulfopropylate polyethylene It is characterized in that it is one or more selected additive compounds selected from one of the imine.

그리고, 상기 유기물 첨가제는 전체 웨팅 솔루션에 대하여 1 내지 10 부피비로 첨가되는 것을 특징으로 한다.And, the organic additive is characterized in that it is added in a 1 to 10 volume ratio relative to the total wetting solution.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention configured as described above.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 구리 배선 도금방법의 공정수순도이다.2A to 2C are process flowcharts of a copper wiring plating method according to the present invention.

먼저, 본 발명에 따른 구리 배선 도금 장치는 프리 웨팅 탱크(10)와 도금 챔 버(30)로 이루어진다. 상기 프리 웨팅 탱크(10)는, 패턴 형성부가 저면으로 향하도록 위치하는 기판(20)을 그 하면에 로딩하는 로딩부(11)와, 상기 로딩부(11)와 마주보며, 상기 패턴 형성부가 형성된 기판(20)의 상면으로 웨팅 솔루션을 가압하는 가압기재(13)를 포함한다.First, the copper wiring plating apparatus according to the present invention is composed of a pre-wetting tank 10 and the plating chamber 30. The pre-wetting tank 10 includes a loading part 11 for loading the substrate 20 positioned on the bottom surface of the pre-wetting tank 10 to the bottom surface thereof, and facing the loading part 11 to form the pattern forming part. It includes a pressing substrate 13 for pressing the wetting solution to the upper surface of the substrate 20.

상기 프리 웨팅 탱크(10)는 상하를 뒤집는 회전이 가능하며, 저면측에 위치하는 기판(10)으로 압력을 가할 수 있는 구조이다. 이러한 프리 웨팅 탱크(10)는, 기판(20)의 패턴 형성부에 웨팅 솔루션을 가압하여 그 패턴 형성부의 콘택홀 내부의 공기를 제거하고, 그 콘택홀 내부를 프리 웨팅할 수 있다.The pre-wetting tank 10 is capable of rotating upside down, and is capable of applying pressure to the substrate 10 positioned on the bottom surface side. The pre-wetting tank 10 may pressurize the wetting solution to the pattern forming portion of the substrate 20 to remove air inside the contact hole of the pattern forming portion and pre-wet the inside of the contact hole.

상기 프리 웨팅 탱크(10)에 저장된 웨팅 솔루션은 도금액의 흡착특성을 향상시키는 유기 첨가제와 탈이온수가 혼합된 것이다.The wetting solution stored in the pre-wetting tank 10 is a mixture of organic additives and deionized water to improve the adsorption characteristics of the plating liquid.

그리고, 도금 챔버(30)에서는 프리 웨팅 탱크에서 언로딩된 기판(20)을 로딩하여 구리 도금을 실시한다.In the plating chamber 30, the substrate 20 unloaded from the pre-wetting tank is loaded to perform copper plating.

도 2a에 도시한 바와 같이 상기 프리 웨팅 탱크(10)에 로딩되는 기판(20)은 상하부가 뒤집힌 것으로, 프리 웨팅 탱크(10)의 상면으로부터 상기 웨팅 솔루션에 담겨진다.As shown in FIG. 2A, the substrate 20 loaded in the pre-wetting tank 10 is upside down, and is contained in the wetting solution from the upper surface of the pre-wetting tank 10.

이때, 상기 기판(20)을 로딩하는 로딩부(11)와 프리 웨팅 탱크(10)의 내면은 실링기재(12)에 의해 실링되어 있다.At this time, the inner surface of the loading unit 11 and the pre-wetting tank 10 for loading the substrate 20 is sealed by a sealing base 12.

그 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 기판(20)이 웨팅 솔루션에 함침된 상태에서, 상기 프리 웨팅 탱크(10)는 상하가 180도 회전하여, 상면이 저면으로 저면이 상면으로 위치가 변경된다.Then, as shown in FIG. 2B, in the state where the substrate 20 is impregnated with the wetting solution, the pre-wetting tank 10 is rotated 180 degrees up and down, and the top surface is changed to the bottom, and the bottom surface is changed to the top. do.

이에 따라 상기 기판(20)은 프리 웨팅 탱크(10)의 아래쪽에 위치하며, 구리 배선이 형성될 위치의 패턴이 위쪽으로 향해 있게 된다.Accordingly, the substrate 20 is positioned below the pre-wetting tank 10, and the pattern of the position where the copper wiring is to be formed is directed upward.

이와 같은 상태에서 상기 프리 웨팅 탱크(10)의 상면인 가압기재(13)가 하향으로 이동하여, 상기 프리 웨팅 탱크(10)에 담겨진 웨팅 솔루션을 기판(20) 측으로 밀어 압력을 가하게 된다.In this state, the pressurizing base 13, which is the upper surface of the pre-wetting tank 10, moves downward to push the wetting solution contained in the pre-wetting tank 10 toward the substrate 20 to apply pressure.

상기 압력이 가해짐에 따라 상기 기판(20)에 마련된 45nm 이하 공정의 콘택홀 내에도 상기 웨팅 솔루션이 용이하게 침투할 수 있어, 그 콘택홀 내에서의 도금이 잘 이루어질 수 있도록 한다.As the pressure is applied, the wetting solution can easily penetrate into the contact hole of a 45 nm or less process provided in the substrate 20, so that plating in the contact hole can be well performed.

이는 상기 콘택홀 내의 공기를 제거한 것으로, 이후의 공정에서 보이드의 발생을 크게 줄일 수 있게 된다.This is to remove the air in the contact hole, it is possible to greatly reduce the generation of voids in the subsequent process.

그 다음, 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 보이드가 제거된 기판(20)을 프리 웨팅 탱크(10)에서 언로딩 시키고, 그 언로딩된 기판(20)을 도금챔버(30)에 넣고 구리 전극(31)에 전압을 인가하여 도금을 실시한다.Next, as shown in FIG. 2C, the void 20 is unloaded from the pre-wetting tank 10, and the unloaded substrate 20 is placed in the plating chamber 30 and the copper electrode ( Plating is performed by applying a voltage to 31).

이때, 상기 기판(20)의 콘택홀 내부는 상기 웨팅 솔루션의 함침에 의해 보이드가 제거된 상태이며, 특히 그 웨팅 솔루션에 포함된 첨가제에 의해 보이드가 없는 정확한 구리배선을 형성할 수 있게 된다.In this case, the inside of the contact hole of the substrate 20 is voided by the impregnation of the wetting solution, and in particular, it is possible to form an accurate copper wiring without voids by the additive included in the wetting solution.

상기 웨팅 솔루션에 포함되는 유기물 첨가제는 SPS(bis-(sodium-sulfopropyl)-disulfide), 3-Mercapto-1-propansesulfonic acid, polyethylene, polypropylene glycols, polyoxyehtylene lauryl ether, polyethynene oxide, alkoxylated beta-naphtol, alkyl naphthalene sulphonates, soluble polyimine, polyamid 및 sulfopropylate polyethylene imine 중 선택된 하나 또는 이들 중 선택된 둘 이상의 첨가제 화합물을 사용할 수 있다.Organic additives included in the wetting solution include bis- (sodium-sulfopropyl) -disulfide (SPS), 3-Mercapto-1-propansesulfonic acid, polyethylene, polypropylene glycols, polyoxyehtylene lauryl ether, polyethynene oxide, alkoxylated beta-naphtol, alkyl naphthalene One or more additive compounds selected from sulphonates, soluble polyimine, polyamid and sulfopropylate polyethylene imine can be used.

상기 유기물 첨가제는 전체 웨팅 솔루션의 1 내지 10%의 부피비로 첨가한다.The organic additive is added at a volume ratio of 1 to 10% of the total wetting solution.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.The present invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and has ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the concept of the present invention. Various changes and modifications are possible by the user.

상기한 바와 같이 본 발명 구리 배선 도금장치 및 이를 이용한 구리 배선 도금방법은 구리 배선을 형성할 콘택홀 패턴의 내에 웨팅 솔루션을 가압하여 프리 웨팅한 후, 도금하여 보이드 없이 45nm이하의 공정에서 구리 배선을 형성할 수 있는 효과가 있다.As described above, the copper wiring plating apparatus of the present invention and the copper wiring plating method using the same are pressurized by a wetting solution in the contact hole pattern to form the copper wiring, and then pre-wetting the copper wiring in a process of 45 nm or less without voiding by plating. There is an effect that can be formed.

Claims (5)

기판의 패턴 형성부에 웨팅 솔루션을 가압하여 그 패턴 형성부의 콘택홀 내부의 공기를 제거하고, 그 콘택홀 내부를 프리 웨팅하는 프리 웨팅 탱크; 및A pre-wetting tank for pressing the wetting solution to the pattern forming portion of the substrate to remove air inside the contact hole of the pattern forming portion and pre-wetting the inside of the contact hole; And 상기 프리 웨팅 탱크에서 언로딩된 기판을 로딩하여 구리 도금을 실시하는 도금챔버를 포함하는 구리 배선 도금장치.And a plating chamber configured to load the unloaded substrate from the pre-wetting tank to perform copper plating. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 프리 웨팅 탱크는,The pre-wetting tank, 패턴 형성부가 저면으로 향하도록 위치하는 기판을 그 하면에 로딩하는 로딩부; 및A loading unit for loading a substrate on the bottom surface of the substrate, the pattern forming portion of which is directed toward the bottom surface; And 상기 로딩부와 마주보며, 상기 패턴 형성부가 형성된 기판의 상면으로 웨팅 솔루션을 가압하는 가압기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 배선 도금장치.And a pressing substrate facing the loading portion and pressurizing a wetting solution onto the upper surface of the substrate on which the pattern forming portion is formed. 유기물 첨가제가 혼합된 웨팅 솔루션을 기판의 패턴 형성부에 형성된 콘택홀 측으로 가압하여, 그 콘택홀 내에 존재하는 공기를 유출시켜 콘택홀 내부를 프리 웨팅 시키는 단계; 및Pressing a wetting solution mixed with an organic additive toward a contact hole formed in the pattern forming portion of the substrate, and pre-wetting the inside of the contact hole by flowing out air existing in the contact hole; And 상기 프리 웨팅된 기판에 구리도금을 수행하여 상기 콘택홀의 내부에 보이드 가 발생되지 않는 구리 배선을 도금하는 단계를 포함하는 구리 배선 도금방법.Performing copper plating on the pre-wet substrate, thereby plating copper wirings in which voids are not generated in the contact holes. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 유기물 첨가제는,The organic additive is, SPS(bis-(sodium-sulfopropyl)-disulfide), 3-Mercapto-1-propansesulfonic acid, polyethylene, polypropylene glycols, polyoxyehtylene lauryl ether, polyethynene oxide, alkoxylated beta-naphtol, alkyl naphthalene sulphonates, soluble polyimine, polyamid 및 sulfopropylate polyethylene imine 중 선택된 하나 또는 이들 중 선택된 둘 이상의 첨가제 화합물인 것을 특징으로 하는 구리 배선 도금방법.Bis- (sodium-sulfopropyl) -disulfide), 3-Mercapto-1-propansesulfonic acid, polyethylene, polypropylene glycols, polyoxyehtylene lauryl ether, polyethynene oxide, alkoxylated beta-naphtol, alkyl naphthalene sulphonates, soluble polyimine, polyamid and sulfopropylate polyethylene Copper wiring plating method characterized in that the selected compound of imine or at least two selected from among them. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 유기물 첨가제는 전체 웨팅 솔루션에 대하여 1 내지 10 부피비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 구리 배선 도금방법.Wherein the organic additive is a copper wiring plating method, characterized in that added in 1 to 10 by volume relative to the total wetting solution.
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