KR20110123633A - Method for forming copper alloy by cyclic deposition - Google Patents
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Abstract
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.
The present invention relates to a method of forming a copper alloy using cyclic deposition, and more particularly, depositing a copper layer using a copper precursor on a substrate disposed in the chamber and purging with an inert gas, hydrogen gas or hydrogen Surface treatment with plasma; And depositing an alloying element layer by using a precursor containing an alloying element on the copper layer formed on the substrate, purging with an inert gas, and surface treating with hydrogen gas or hydrogen plasma. It relates to a copper alloy forming method using a cyclic deposition, characterized in that after performing by heat treatment.
전자기기, 특히 반도체(IC및 트랜지스터)의 도선(lead), 커넥터(connector), 스위치 등을 형성하기 위해서는 물성이 우수한 구리합금이 요구된다.Copper alloys having excellent physical properties are required to form leads, connectors, switches and the like of electronic devices, particularly semiconductors (ICs and transistors).
구리합금을 형성하기 위한 종래기술은 서로 다른 증착방법을 혼용하기 때문에 장비가 복잡하고 비용이 증가하는 문제점이 있다.The prior art for forming a copper alloy has a problem that the equipment is complicated and the cost increases because they use different deposition methods.
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. In addition, when simultaneously supplying a precursor containing a copper precursor and an alloying element to form a copper alloy using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), a reaction occurs between the precursor containing the copper precursor and the alloying element. In order to avoid this, it is required to use a special copper precursor containing no oxygen or florin atoms. This problem limits the commercial use of copper alloys having excellent thin film properties. In addition, the resistivity of copper is expected to increase as the scale of semiconductor devices increases to nano size.
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.
Therefore, by using a simple method using a copper precursor containing oxygen or florin atoms, while forming a copper alloy that can control the content of alloying elements in the copper, a low-resistance copper alloy overhangs a trench or via hole having a high aspect ratio. A method for landfilling with or without voids is required.
본 발명의 목적은 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체를 사용하면서도 구리 내 합금 원소의 함유량을 조절할 수 있는 구리합금 형성방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of forming a copper alloy capable of controlling the content of alloying elements in copper while using a copper precursor containing oxygen or florin atoms.
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.In order to achieve the above object, the present invention comprises the step of depositing a copper layer using a copper precursor on a substrate disposed in the chamber (S1) and then purging with an inert gas, surface treatment with hydrogen gas or hydrogen plasma; And (S2) circulating including depositing an alloying element layer using a precursor containing an alloying element on the copper layer formed on the substrate, purging with an inert gas, and surface treatment with hydrogen gas or hydrogen plasma. After repeating the cycle to form a multi-layered thin film of copper and alloying elements, there is provided a method of forming a copper alloy using cyclic deposition, characterized in that the heat treatment for the multi-layered thin film of copper and alloying elements.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 비활성 기체로는 아르곤을 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, argon may be used as the inert gas.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 구리합금을 형성하기 위한 합금 원소로는 알루미늄을 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, aluminum may be used as the alloying element for forming the copper alloy.
(S2) 단계에서 상기 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 단계는 50∼900 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다.In the step (S2), the heat treatment of the multilayer thin film of copper and alloying elements is preferably performed at 50 to 900 ° C.
본 발명에서는 증착되는 구리층과 합금 원소층의 두께비를 조절하여 구리합금 내 합금 원소의 함량을 조절할 수 있다.
In the present invention, it is possible to control the content of the alloying element in the copper alloy by controlling the thickness ratio of the deposited copper layer and the alloying element layer.
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.
The present invention can provide a copper alloy formation method that can control the content of the alloying elements in the copper while using a copper precursor containing oxygen or florin atoms, thereby increasing the commercial utilization of the copper alloy excellent in physical properties.
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.1 is a view schematically showing a circulation cycle of a copper alloy forming method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a) is a scanning electron microscope photograph of a cross section of a copper-aluminum multilayer thin film formed by repeating a cycle in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) shows the copper-aluminum multilayer thin film. After performing the heat treatment, the scanning electron microscope photographed the cross section.
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.
1 is a view schematically showing a circulation cycle of a copper alloy forming method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method of forming a copper alloy using cyclic deposition according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
우선, 챔버 내에 배치된 기판 상에 구리 전구체를 사용하여 구리층을 증착한 후 비활성 기체를 이용하여 퍼징하고, 수소 기체 또는 수소 플라즈마로 표면처리한다(S1).First, a copper layer is deposited using a copper precursor on a substrate disposed in a chamber, then purged using an inert gas, and surface-treated with hydrogen gas or hydrogen plasma (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.According to the characteristic of the precursor in the step (S1) after the purge using only the inert gas, the copper alloy element layer may be deposited or the copper alloy element layer may be deposited after using hydrogen gas or hydrogen plasma without purging the inert gas.
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.In the present invention, the copper alloy is formed in one chamber, and the copper layer is deposited on the substrate by using an organometallic chemical vapor deposition method, a plasma chemical vapor deposition method using a copper precursor on the substrate disposed in the chamber.
본 발명에서는 구리층을 기판 상에 증착하기 위해 구리 전구체로서, 산소나 플로린 원자를 포함하는 구리 전구체 등 구리 전구체의 종류에 제한되지 않고 사용할 수 있다.In this invention, in order to deposit a copper layer on a board | substrate, it can use as a copper precursor, without being limited to the kind of copper precursors, such as a copper precursor containing oxygen and a florin atom.
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.Then, the residual precursor is removed by purging with an inert gas such as argon to the copper layer deposited on the substrate in the chamber, and then impurities on the surface of the copper layer are removed by surface treatment of the copper layer using hydrogen gas or hydrogen plasma. And it can improve the deposition characteristics and physical properties of the copper alloy element.
다음으로, 챔버 내의 가판 상에 형성된 구리층에 합금 원소를 포함한 전구체를 사용하여 구리층에 합금 원소층을 증착한다(S2).Next, an alloying element layer is deposited on the copper layer using the precursor containing the alloying element in the copper layer formed on the substrate in the chamber (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.Subsequently, in step (S2), the residual precursor is removed by purging the alloying element layer using an inert gas in the same manner as in step (S1), and then the alloying element layer is surface-treated using hydrogen gas or hydrogen plasma. .
본 발명에서 합금 원소로는 알루미늄 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Aluminum may be used as the alloying element in the present invention, but is not limited thereto.
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.As described above, in the present invention, (S1) depositing a copper layer using a copper precursor on a substrate disposed in the chamber, purging with an inert gas, and surface treatment with hydrogen gas or hydrogen plasma; And (S2) depositing an alloying element layer using a precursor containing an alloying element on the copper layer formed on the substrate, purging with an inert gas, and surface treating with hydrogen gas or hydrogen plasma. The cycle is defined as a cycle and the cycle is repeated to form a multilayer thin film of copper and alloying elements of a desired thickness on a substrate in the chamber.
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. In the present invention, the copper alloy having a desired component content by controlling the content of the alloying element in the final copper alloy formed by controlling the thickness of the alloying element layer in the process of forming the multilayer thin film of copper and alloying elements by repeating the cycle cycle Can be formed.
상술한 방법에 따라 기판 상에 구리와 합금 원소의 다층박막을 형성한 후 열처리(annealing)하여 구리와 합금 원소가 상호 확산되어 최종적인 구리합금을 제조한다.According to the method described above, a multilayer thin film of copper and an alloying element is formed on a substrate, and then heat-treated (annealed) to diffuse copper and the alloying element to produce a final copper alloy.
본 발명에서 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 단계는 50∼900 ℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
In the present invention, the heat treatment of the multilayer thin film of copper and alloying elements is preferably performed at 50 to 900 ℃.
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.
Hereinafter, preferred embodiments will be described in order to help understanding of the present invention. However, it is apparent to those skilled in the art that the following examples are merely illustrative of the present invention, and various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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.After the metal substrate was placed in the chamber, an organometallic chemical vapor deposition was performed using (hexafluoroacetylacetonate) Cu (I) (3,3-dimetyl-1-butene) copper precursor to deposit a copper layer on the substrate at about 100 nm. Deposited in thickness. After purging with argon gas and oxygen plasma treatment, an aluminum layer was formed on the copper layer using 1-Methyl Pyrrolidine Alane aluminum precursor. Then purged with argon gas and treated with hydrogen gas. The above-described process was repeated five times to form a copper-aluminum multilayer thin film having a thickness of about 400 nm, and scanning electron micrographs of the side cross sections thereof were shown in FIG. Thereafter, the copper-aluminum multilayer thin film was heat-treated at 400 ° C. to form a copper alloy, and a scanning electron microscope photograph was taken of the side cross-section thereof, and is shown in FIG. 2 (b).
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.Referring to Figure 2 (a) it can be observed that the copper-aluminum multilayer thin film formed in accordance with the present invention. Referring to Figure 2 (b) it can be seen that when the heat treatment for the copper-aluminum multilayer thin film, copper and aluminum are diffused to form a copper alloy.
Claims (6)
(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.
(S1) depositing a copper layer using a copper precursor on a substrate disposed in the chamber, purging with an inert gas, and surface treating with hydrogen gas or hydrogen plasma; And
(S2) depositing an alloying element layer using a precursor containing an alloying element on the copper layer formed on the substrate, purging with an inert gas, and surface treating with hydrogen gas or hydrogen plasma;
Forming a multi-layered thin film of copper and alloying elements by repeating a cycle including a cycle, characterized in that the heat treatment for the multi-layered thin film of copper and alloying elements, copper alloy formation method using cyclic deposition.
상기 비활성 기체는 아르곤인 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
The method according to claim 1,
The inert gas is argon, characterized in that the copper alloy forming method using cyclic deposition.
상기 (S2) 단계에서 구리층에 증착되는 합금 원소층은 알루미늄층인 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
The method according to claim 1,
The alloying element layer deposited on the copper layer in the step (S2) is characterized in that the aluminum layer, copper alloy formation method using cyclic deposition.
상기 (S2) 단계에서 상기 구리층에 증착되는 합금 원소층의 두께를 조절하여 구리합금 내 합금 원소의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
The method according to claim 1,
The method of forming a copper alloy using cyclic deposition, characterized in that for controlling the content of the alloying element in the copper alloy by controlling the thickness of the alloying element layer deposited on the copper layer in the step (S2).
상기 구리층과 합금 원소층은 화학기상증착법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
The method according to claim 1,
The copper layer and the alloying element layer are deposited by chemical vapor deposition, copper alloy formation method using cyclic deposition.
상기 구리와 합금 원소의 다층 박막에 대해 열처리하는 단계는 50∼900 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 순환적 증착을 이용한 구리합금 형성방법.
The method according to claim 1,
The heat treatment of the multilayer thin film of the copper and the alloying element is characterized in that it is carried out at 50 ~ 900 ℃, copper alloy formation method using cyclic deposition.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101685372B1 (en) | 2016-12-12 |
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