The Microstructure and physical properties of electroplated Cu films

Cu seed layers deposited by magnetron sputtering onto tantalum nitride barrier films were treated with ECR plasma and then the copper films were electroplated and rapid thermal annealed in an argon or nitrogen atmosphere at various temperatures ranging from 200 to $500^{\circ}C$. Changes in the microstructure and physical properties of the copper films electroplated on the hydrogen ECR plasma cleaned copper seed layers were investigated using X-ray diffraction (XRD), electron back-scattered diffraction (EBSD), and atomic force microscopy (AFM) analyses. It was found that the copper film undergoes complete recrystallization during annealing at a temperature higher than $400^{\circ}C$. The resistivity of the Cu film tends to decrease and the degree of (111) preferred orientation tends to increase as the annealing temperature increases. Theoptimum annealing condition for obtaining the film with the lowest resistivity, the smoothest surface and the highest degree of the (111) preferred orientation is rapid thermal annealing in a nitrogen atmosphere at $400^{\circ}C$ for 120 s. The resistivity and the surface roughness of the electroplated copper film annealed under this condition are 1.98 $\mu$O-cm and 17.77 nm, respectively.

열처리에 따른 Cu 전해도금막의 미세구조 및 물리적성질 변화

TaN막 위에 magnetron sputtering으로 증착 시킨 Cu seed 막을 Cu 전해도금을 하기에 앞서 ECR plasma 장치로 전처리 세정하였다. 이때 Cu 막을 200∼$500^{\circ}C$로 변화시키면서 알곤 또는 질소 분위기에서 RTA(rapid themal annealing) 방법으로 열처리하였다. Cu seed 막 위에 전해도금법으로 형성한 Cu 막을 열처리했을 때 미세구조와 물리적 특성변화를 XRD(x-ray diffraction), EBSD(electron back-scattered diffraction), AFM(atomic force microscopy) 분석을 이용하여 조사하였다. $400^{\circ}C$보다 높은 온도에서 재결정이 일어났으며, 열처리 온도를 증가함에 따라 Cu막의 비저항이 감소하고 (111) 우선배향성이 증가하는 경향을 나타냈다. 최소의 비저항과 부드러운 표면 및 (111) 배향성이 뛰어난 Cu막을 얻기 위한 최적의 열처리 조건은 $400^{\circ}C$의 질소분위기에서 120초간 RTA처리를 하는 것으로 판단된다. 이 조건하에서 전해도금된 Cu막의 비저항(resistivity)과 표면 거칠기(surface roughness)는 각각 1.98$\mu$O-cm 및 17.77nm였다.