Abstract
The diffusion barrier properties of TiN by using Cu(Mg) alloy film have been investigated. Cu(Mg) alloy film was deposited on air-exposed TiN film. Upon annealing, interfacial MgO of 100 $\AA$ has been formed due to the reaction of Mg with oxygen existed on the surface of TiN. Combined MgO/TiN structure prevented the interdiffusion of Cu and Si up to $800^{\circ}C$. To improve the adhesion of Cu(Mg) alloy film to the TiN, TiN layer was treated by $O_2$ plasma, followed by vacuum annealing at $300^{\circ}C$. It was found that increased oxygen on the surface of TiN film by plasma treatment enhanced segregation of Mg toward the interface, resulting in the formation of dense MgO layer. Improved adhesion characteristics have been formed through this treatment. However, increased power of $O_2$ plasma led to the formation of TiO$_2$ and decreased the Mg content to be segregated to the interface, resulting in the decrease in adhesion property. In addition, the deposition of 50 ${\AA}$ Si on the TiN enhanced the adhesion of Cu(Mg) alloy to TiN without deteriorating the TiN diffusion barrier characteristics.
본 연구에서는 Mg을 첨가한 Cu-alloy에 의해 TiN의 확산방지능력을 향상시키고자 하였다. Cu(Mg) 박막은 대기노출시킨 TiN박막위에 증착되었으며 열처리시 Cu 박막내의 Mg은 TiN의 표면에 있는 산소와 반응하여 매우 얇은(~100 $\AA$) MgO를 형성하게되고 MgO에 의해 TiN의 확산방지능력은 Cu(4.5 at.%Mg)의 경우 $800^{\circ}C$까지 향상됨을 알 수 있었다. 그러나 Cu(Mg) a]toy는 TiN위에서 접착특성이 좋지 않기 때문에 TiN을 $O_2$plasma 처리하였으며 $O_2$ plasma 처리후 $300^{\circ}C$ 진공열처리를 통해 접착력이 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 이는 $O_2$ plasma 처리에 의해 TiN표면에 Mg과 반응할 수 있는 산소의 양이 증가하는 데 기인하며 이에 따라 Mg의 계면이동이 크게 증가되어 치밀한 MgO가 형성됨을 확인하였다. 그리고 $O_2$ plasma 처리시 RF power를 증가시키면 계면으로 이동하는 Mg의 양이 오히려 감소하였고 이것은 TiN의 표면이 $TiO_2$로 변하여 Mg과 결합할 수 있는 산소의 양이 상대적으로 감소하였기 때문인 것으로 생각된다. 또한 접착층으로서 Si을 50$\AA$ 증착하여 접착력을 크게 향상시켰으며 Si 증착에 의한 TiN의 확산방지능력은 감소되지 않는 것을 알 수 있었다.
