플라즈마에 의한 Cu Metallization 전처리 세정에 관한 연구

초록

반도체 소자의 초고집적화 및 패턴 미세화에 따라 웨이퍼 세정의 중요성은 더욱 강조되고 있다. 지금까지의 웨이퍼 세정에는 주로 RCA법을 기초로 한 습식세정법이 사용되어 왔고, 이방법은 앞으로도 중요한 웨이퍼 세정 기술로서 사용될 것으로 전망된다. 그러나 습식세정에서는 세정에 사용되는 용액이 오히려 금속불순물의 오염원이 될 수 있으며 웨이퍼 표면으로부터 제거된 오염물들이 세정액 내에 떠돌다가 다시 웨이퍼 표면에 흡착됨으로써 재오염이 발생할 수 있다. 특히, 기가급 초고집적 소자의 홀이나 트렌치는 매우 가늘고 깊기 때문에 기존의 습식세정 기술로는 그 곳의 금속불순물이나 자연 산화막을 제거하는 것이 대단히 어렵다. 또한 습식세정기술은 적용될 수 없다. 이와 같은 단점들을 보완하고 해결하기 위해 개발되고 또 일부는 현재 적용되고 있는 것이 건식세정법이다. 한편 기기급 반도체 집적회로의 배선재료로 Cu가 사용될 것이 확실시되고 있다. 그런데 barrier metal 막이 증착되어 있는 wafer 위에 MOCVD법에 의하여 Cu막을 증착할 때, 아무런 전처리 없이 바로 MOCVD 공정을 실시하면 Cu의 핵생성과 성장이 제대로 이루어지지 않는다. 그러므로 Cu-CVD 공정 전에 barrier metal 막인 TiN 표면을 세정해 주는 전처리 공정이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 Cu-CVD 공정에 앞서 barrier metal 표면을 세정할 수 있는 플라즈마 세정 기술에 관하여 연구하였다. 먼저 n-type (100)Si 웨이퍼 위에 질소 분위기에서 Ti 타겟을 사용하여 반응성 스퍼터링법으로 TiN 막을 증착하였다. 이와 같이 준비한 시편을 다이렉트 수소 플라즈마 세정 처리한 후 TiN 막 표면에 MOCVD 법에 의하여 Cu 막을 증착하여 여러 공정조건에 따른 각각의 세정 효과를 알아보았다. 다이렉트 수소 플라즈마 처리에 의하여 플라즈마 내의 수소 이온이 TiN과 반응하여 NH3가 됨으로써 질소 성분을 제거하고 TiN을 Ti로 환원시키며, Cu는 TiN 기판보다는 Ti 기판상에서 핵생성이 더 잘 되므로 플라즈마 전처리시 rf-power, 플라즈마 조사시간, 수소유량 등의 공정 매개변수를 증가시킴에 따라 대체로 Cu 막의 두께가 증가하였으며, 다이렉트 수소 플라즈마 처리를 받은 후의 TiN 막 표면은 처리전보다 더 매끄러웠다.