Abstract
Formation of an adhesion/barrier layer and a seed layer by sputtering techniques followed by electroplating has been one of the most widely used methods for the filling of through-Si via (TSV) with high aspect ratio for 3-D packaging. In this research, the adhesion and diffusion-barrier properties of the $TaN_x$ film deposited by reactive sputtering were investigated. The adhesion strength between Cu film and $SiO_2$/Si substrate was quantitatively measured by $180^{\circ}$ peel test and topple test as a function of the composition of the adhesive $TaN_x$ film. As the nitrogen content increased in the adhesive $TaN_x$ film, the adhesion strength between Cu and $SiO_2$/Si substrate increased, which was attributed to the increased formation of interfacial compound layer with the nitrogen flow rate. We also examined the diffusion-barrier properties of the $TaN_x$ films against Cu diffusion and found that it was improved with increasing nitrogen content in the $TaN_x$ film up to N/Ta ratio of 1.4.
3차원 패키지용 고종횡비 TSV(through-Si via)를 이용한 배선 공정에서 via 충진을 위한 대표적인 방법중의 하나가 via 내부에 $SiO_2$ 절연막을 형성한 다음 Sputtering법으로 접착/확산방지막 및 씨앗층을 형성하고 전해도금법으로 Cu를 충진하는 방법이다. 본 연구에서는 Cu 박막과 $SiO_2$ 절연막 사이에 reactive sputtering법으로 증착한 $TaN_x$ 박막의 조성에 따른 접착특성 및 확산방지막특성을 연구하였다. $TaN_x$ 박막의 질소함량에 따른 Cu 박막과 $SiO_2$ 절연막사이의 접착력을 $180^{\circ}$ peel test와 topple test를 이용하여 정량적으로 측정하였다. $TaN_x$ 박막 내 질소함량이 증가함에 따라 접착력은 더욱 증가하였는데, 이는 질소함량이 증가함에 따라 $TaN_x$ 박막과 $SiO_2$ 절연막사이의 계면에서 계면반응물의 생성이 증가하였기 때문으로 해석된다. 고온에서 열처리를 통하여 Cu에 대한 확산방지막으로서의 특성을 조사한 결과, $TaN_x$ 박막은 Ta 박막에 비하여 우수한 Cu에 대한 확산방지 특성을 보였으며 N/Ta성분비 1.4까지는 $TaN_x$ 박막내 질소함량의 증가에 따라 확산방지특성도 향상되었다.
