Effect of the particle size on the electrical contact in selective electro-deposition of copper

구리의 선택적 전착에서 결정 입자의 크기가 전기적 접촉성에 미치는 영향

With the advent of ULSI, many problems in previous metallization techniques and interconnection materials have become more serious. In this work, selective deposition of copper to fill the submicron contact has been tried. After forming electro-deposited copper films on p-type (100) silicon wafer using 0.75M $CuSO_4{\cdot}$5H_2O$ as an electrolyte, the effect of deposition time, current density and concentration of an additive on film properties were investigated. Film thickness, particle size and resistivity were analyzed by Alpha Step, SEM and 4 - point probe measurement respectively. The deposition rate was about $0.5-0.6\mu\textrm{m}$/min at $2A/dm^2$ and the particle size increased with increasing current density. The resistivities of electro-deposited copper films were about $3-6{\mu}{\Omega}{\cdot}$cm for the particle size above $4000{\AA}$. By the addition of 0.2 g/l gelatin, the particle size was reduced to less than $0.1{\mu}m $ and selective plugging of copper on submicron contacts could be successfully achieved.

초 고집적 회로의 시대로 접어들면서 지금까지의 금속선 형성 기술 및 배선 재료에 많은 문제점들이 나타나고 있다. 알루미늄의 대체 재료로서 검토되고 있는 구리를, 전기 화학적 방법에 의해 미세 접촉창에 선택적으로 충전함으로써 새로운 금속선 형성 기술을 제시하고자 하였다. 0.75M의 황산구리 수용액을 전해액으로 사용하여 p형 (100) 규소 박판위에 구리 전착막을 형성한 후 Alpha Step, 주사 전자 현미경, 4-탐침법을 사용하여 막의 두께, 입자 크기, 비저항을 측정함으로써 전착 시간, 전류 밀도, 첨가물로 사용한 젤라틴 농도가 전착막의 성질에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 평균 전착 속도는 전류 밀도가 $ 2A/dm^2$일 때 0.5-0.6\mu\textrm{m}$/min 였고 구리 입자의 크기는 전류밀도 증가에 따라 증가하였다. 입자 크기 $4000{\AA}$이상에서 얻어진 비저항값은 3-6 Ω.cm였다. 젤라틴을 첨가하여 입자의 크기를 $0.1\mu\textrm{m}$이하로 감소시킴으로써 크기 $1\mu\textrm{m}$이하의 접촉장에 구리를 선택적으로 충전시키는데 성공하였다.