초록
반도체 공정에서 기존 금속배선으로 사용되던 Al을 대체하여 사용되는 금속배선으로는 Cu가 그 대안으로 인식되고 있다. 이는 비저항값이 Al ($2.66{\mu}{\Omega}$-cm)보다 Cu ($1.67{\mu}{\Omega}$-cm)가 더 작아 RC 지연 시간 (RC delay time)을 극복하기 때문이다. 그러나 Cu의 녹는점은 $1085^{\circ}C$로 높지만 저온에서 쉽게 Si기판과 반응하는 특성을 가지고 있고, 또한 Si과의 접착력이 좋이 않는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로 Cu와 Si과의 반응을 방지하고 접착력을 높이기 위하여 확산방지막의 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 본 연구그룹에서는 Cu의 확산을 방지하기 위하여 W-C-N의 확산방지막에 대하여 연구하여 왔다. 지금까지 보고된 연구 결과에 의하면 W-C-N (tungsten-carbon-nitrogen) 확산방지막은 고온에서도 Cu와 Si과의 확산을 효과적으로 방지하는 것으로 보고되었다. 이 논문에서는 W-C-N 확산방지막에 질소(N) 비율을 다르게 증착하여 지금까지 진행한 연구 결과를 기반으로 새로이 Cu의 전자거동현상(Electromigration)에 대하여 연구하였고, 고온 열처리 과정에서 박막의 표면강도 (Surface hardness)를 Nano-Indenter system을 이용하여 연구하였다. 이러한 연구를 통하여 박막내 질소가 포함된 W-C-N 확산방지막이 Cu의 전자거동에 더 안정적이며, 고온 열처리 과정에서도 표면 강도가 더 안정한 연구 결과를 획득하였다.
Copper is known as a replacement for aluminum wire which is used for semiconductor. Because specific resistance of Cu ($1.67{\mu}{\Omega}$-cm) is lower than that of Al ($2.66{\mu}{\Omega}$-cm), Cu reduce RC delay time. Although melting point of Cu($1085^{\circ}C$) is higher than melting point of Al, Cu have characteristic to easily react with Silicon(Si) in low temperature, and it isn't good at adhesive strength with Si. For above these reason, research of diffusion barrier to prevent reaction between Cu and Si and to raise adhesive strength is steadily advanced. Our study group have researched on W-C-N (tungsten-carbon-nitrogen) Diffusion barrier for preventing diffusion of Cu through semiconductor. By recent studies, It's reported that W-C-N diffusion barrier can even precent Cu and Si diffusing effectively at high temperature. In this treatise, we vaporized different proportion of N into diffusion barrier to research Cu's Electromigration based on the results and studied surface hardness in the heat process using nano scale indentation system. We gain that diffusion barrier containing nitrogen is more stable for Cu's electromigration and has stronger surface hardness in heat treatment process.
