Characteristic of Zr(Si)N film as a diffusion barrier between Cu metal and Si substrate

We have studied Zr(Si)N film as a diffusion barrier between Cu metal and Si substrate for application of interconnection metal in ULSI circuits. Zr(Si)N film was deposited with reactive DC magnetron sputtering system using $Ar/N_2$mixed gas. The value of the resistivity was the lowest for the ZrN film using 29 : 1 of Ar : $N_2$reactant gas ratio at room temperature and decreased with increasing of Si substrate temperature. As the value of ZrN film resistivity was decreased, the direction of crystal growth was toward to (002) plane. The barrier property of ZrN film added with Si was improved. But Si was added too much in ZrN film, the barrier property was degraded. The adhesive property was improved with increasing of Si in ZrN. For the analysis of the film, XRD, Optical microscopy, Scretch tester, so on were used.

Cu 금속과 Si 기판 사이에서 확산방지막으로 사용하기 위한 Zr(Si)N 박막의 특성

초고집적 반도체 회로에서 Cu를 배선으로 쓰이기 위한 Cu 금속과 Si 기판사이의 확산방지막으로써 Zr(Si)N 박막을 연구하였다. Zr(Si)N 박막증착은 DC magnetron sputter으로 $Ar/N_2$의 혼합 gas를 사용한 reactive sputtering 방법을 이용하였다. 상온에서 ZrN 박막 증착시 Ar gas와 NE gas 비율이 48 : 2일 때 가장 낮은 비저항값을 가졌으며, 증착시 기판의 온도의 증가에 따라서 비저항값이 낮아졌다. 비저항값이 감소된 ZrN 박막일수록 (002)면의 방향성을 갖는 결정이 성장되었다. ZrN 박막의 Cu 확산방지 특성은 ZrN 박막에 Si을 첨가함으로써 개선될 수 있으며 지나치게 첨가될 경우에는 오히려 확산방지 특성이 감소되었다. 접착력 특성에서는 ZrN에 Si의 함유량이 증가함에 파라 개선되었다. 증착막의 특성은 XRD, 광학 현미경, scretch tester 그리고 $\alpha$-step 등을 사용하여 분석하였다.