KR20100109035A - 자기조립단분자막 형성방법과 이를 이용한 반도체 소자의 구리배선 및 그의 형성방법 - Google Patents
자기조립단분자막 형성방법과 이를 이용한 반도체 소자의 구리배선 및 그의 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
Description
Claims (43)
- 반도체 기판을 표면에 수소기(-H)를 갖도록 개질시키는 단계;상기 표면 개질이 이루어진 반도체 기판의 표면에 Cl기가 본딩되도록 Cl2 가스를 공급한 상태에서 UV를 조사하는 단계; 및상기 본딩된 Cl기가 아민기로 치환되도록 반도체 기판의 표면에 NH3 가스를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기조립단분자막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반도체 기판을 개질시키는 단계는 상기 반도체 기판을 H2SO4와 H2O2가 혼합된 피라나 용액 및 희석된 HF 용액에 차례로 침지시키는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자기조립단분자막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 NH3 가스를 공급하는 단계 후, 상기 아민기의 본딩 구조가 안정화되도록 반도체 기판의 결과물을 베이킹하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기조립단분자막 형성방법.
- 반도체 기판의 상부에 형성되며, 배선 형성 영역을 갖는 층간절연막;상기 배선 형성 영역 표면 상에 형성된 자기조립단분자막(Self Assembled Monolayer);상기 자기조립단분자막의 표면에 흡착된 촉매입자들; 및상기 촉매입자들이 흡착된 자기조립단분자막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 구리막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 제 4 항에 있어서,상기 배선 형성 영역의 표면과 상기 자기조립단분자막 사이에 형성된 베리어막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 제 4 항에 있어서,상기 자기조립단분자막은 표면에 아민기 또는 시올기가 본딩된 물질막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 제 4 항에 있어서, 상기 촉매입자는 Au, Cu, Pt 및 Ni 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 제 4 항에 있어서,상기 촉매입자는 2∼3㎚의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 제 4 항에 있어서,상기 촉매입자들은 4∼7㎚의 간격으로 흡착된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 제 4 항에 있어서,상기 구리막은 무전해 도금법으로 형성된 구리 씨드막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선.
- 반도체 기판의 상부에 배선 형성 영역을 갖는 층간절연막을 형성하는 단계;상기 배선 형성 영역 표면을 포함한 층간절연막 상에 자기조립단분자막(Self Assembled Monolayer)을 형성하는 단계;상기 자기조립단분자막의 표면에 촉매입자들을 흡착시키는 단계;상기 촉매입자들이 흡착된 자기조립단분자막 상에 무전해 도금법으로 구리 씨드막을 형성하는 단계; 및상기 구리 씨드막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 구리막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 배선 형성 영역을 갖는 층간절연막을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 자기조립단분자막을 형성하는 단계 전,상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 층간절연막 상에 베리어막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 자기조립단분자막을 형성하는 단계는,상기 배선 형성 영역을 포함하는 반도체 기판의 결과물을 표면에 수산화기 (-OH)를 갖도록 개질시키는 단계;상기 표면 개질이 이루어진 반도체 기판의 결과물을 유기용매에 아민기 또는 시올기를 갖는 물질이 혼합된 케미컬에 침지시키는 단계; 및상기 아민기 또는 시올기를 실란화(silanization)시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 표면에 수산화기 (-OH)를 갖도록 개질시키는 단계는 상기 반도체 기판 의 결과물을 H2SO4와 H2O2가 혼합된 피라나(piranha) 용액에 침지시키는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 아민기 또는 시올기를 갖는 물질은3-아미노프로필트리에톡시-실란(3-aminopropyltriethoxy-silane) 또는 3-메트캅토필트리메톡시-실란(3-mercaptopyltrimethoxy-silane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 케미컬은 유기용매 1ℓ에 아민기 또는 시올기를 갖는 물질을 15∼35g의 비율로 혼합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 아민기 또는 시올기를 실란화시키는 단계는 50∼70℃ 온도에서 60∼400분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 아민기 또는 시올기를 실란화시키는 단계 후,반응 잔류물이 제거되도록 반도체 기판의 결과물을 세정하는 단계; 및상기 세정된 반도체 기판의 결과물을 상기 실란화된 아민기 또는 시올기의 본딩 구조가 안정화되도록 베이킹하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 세정하는 단계는 에탄올 및 초음파 중 어느 하나 이상을 이용해서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 베이킹하는 단계는 진공오븐에서 80∼120℃ 온도로 20∼40분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 자기조립단분자막을 형성하는 단계는,상기 배선 형성 영역을 포함하는 반도체 기판을 표면에 수소기(-H)를 갖도록 개질시키는 단계;상기 표면 개질이 이루어진 반도체 기판의 결과물 표면에 Cl기가 본딩되도록 Cl2 가스를 공급한 상태에서 UV를 조사하는 단계; 및상기 본딩된 Cl기가 아민기로 치환되도록 반도체 기판의 결과물 표면에 NH3 가스를 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 반도체 기판을 개질시키는 단계는 상기 반도체 기판을 H2SO4와 H2O2가 혼합된 피라나 용액 및 희석된 HF 용액에 차례로 침지시키는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 피라나 용액은 상기 H2SO4와 H2O2가 3:2의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 피라나 용액 및 희석된 HF 용액에의 침지는 각각 4∼6분 및 8∼12분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 Cl2 가스 공급 시, N2 가스를 함께 공급하는 것을 특징으로 하는 반도 체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 Cl2 가스 및 N2 가스 공급은 상기 Cl2 가스의 부분압이 1∼5Torr가 되도록 하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 UV를 조사하는 단계는 상기 반도체 기판을 25∼75℃의 온도로 유지시킨 상태에서 10∼60초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 NH3 가스를 공급하는 단계는 상기 NH3 가스의 부분압이 8∼12Torr가 되도록 하여 10∼15분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 NH3 가스를 공급하는 단계 후, 상기 아민기의 본딩 구조가 안정화되도록 반도체 기판의 결과물을 베이킹하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반 도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 29 항에 있어서,상기 베이킹하는 단계는 25∼75℃의 온도로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 촉매입자는 Au, Cu, Pt 및 Ni 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 촉매입자는 2∼3㎚의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 촉매입자를 흡착시키는 단계는상기 자기조립단분자막이 형성된 반도체 기판의 결과물을 상기 촉매입자들이 분산된 수용액에 40∼100분 동안 침지시키는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 촉매입자를 흡착시키는 단계는 상기 촉매입자들이 분산된 수용액의 pH 및 온도 중 어느 하나 이상을 변화시켜 촉매입자들간 간격이 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 34 항에 있어서,상기 촉매입자들이 분산된 수용액의 pH는 2.5∼5 사이로 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 34 항에 있어서,상기 촉매입자들이 분산된 수용액의 온도는 50∼60℃ 사이로 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 34 항에 있어서,상기 촉매입자들간 간격은 4∼7㎚로 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 촉매입자를 흡착시키는 단계 후, 그리고, 상기 구리 씨드막을 형성하는 단계 전, 반응 잔류물이 제거되도록 상기 촉매입자가 흡착된 반도체 기판의 결과물 을 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 38 항에 있어서,상기 세정하는 단계는 증류수를 이용해서 적어도 1회 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 구리막을 형성하는 단계는 무전해 도금법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 40 항에 있어서,상기 구리막을 형성하는 단계는 무전해 도금액에서 50∼100초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 구리막을 형성하는 단계는 전해 도금법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 배선 형성 영역을 매립하도록 구리막을 형성하는 단계 후,상기 층간절연막이 노출되도록 상기 구리막을 CMP 공정으로 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리배선 형성방법.
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