KR0126457B1 - 집적회로, 그 제조방법 및 그 박막형성장치 - Google Patents

집적회로, 그 제조방법 및 그 박막형성장치

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KR0126457B1
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히사오 요시다
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기타오카 다카시
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Abstract

집적회로장치는 배선도체층의 하부층으로 장벽층을 포함한다.
그 장벽층은 티타늄옥사이드-티타늄니트리드 또는 티타늄니트리드로 구성되거나 티타늄, 2-티타늄니트리드와 티타늄니트리드로 된 복합층으로 구성되어 있다. 그 장벽층은 산소 또는 탄소를 포함시킬 수 있다.
집적회로장치의 제조방법에는 진공체임버내에 설치된 기판부근에 가스를 도입시켜, 클러스터타입 이온원을 사용하여 기판을 질소이온으로 조사시킴으로써 티타늄증착을 하여 티타늄옥사이드-티타늄니트리드 박막 또는 티타늄니트리드 박막 또는 그 복합박막을 형성시키는 공정을 포함한다.
박막형성장치는 클러스터형 이온원과 가스이온원으로 구성된다.
그 클러스터형 이온원은 소정의 진공레벨에서 유지된 진공체임버와, 그 진공체임버내에 설정된 기판과, 이 기판부근에 가스를 도입하는 가스도입관과, 그 기판쪽으로 증착재 증기를 분사시켜 그 증착재의 증기 또는 클러스터를 발생하는 증기발생원과, 그 증기의 일부 또는 클러스터를 이온화하는 이온화전극과, 이온화증기 또는 이온화클러스터를 조절하여 가속시켜 그 기판으로 이온화되지 않은 증착재의 클러스터 또는 증기와 함께 이동시키는 가속전극으로 구성된다.
그 가스이온원은 진공체임버내에 설정된 질소가스도입관과, 질소가스를 이온화하는 가스이온화전극과, 가스이온화전극에 의해 이온화하여 얻어진 질소이온을 조절하여 가속하는 가속전극으로 구성된다.
종횡비(aspect ratio)가 높은 미세한 접촉공을 배선도체막으로 만족스럽게 피복시킬 수 있다.

Description

집적회로, 그 제조방법 및 그 박막형성장치
제1도는 이 발명의 제1실시예에 의하여 제조된 접촉공과 관통공이 있는 고밀도 집적(LSI)회로의 부분단면도,
제2도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 장벽층이 일체로 된 고밀도 집적회로(LSI)의 단면도,
제3도는 이 발명에 의하여 형성된 질화티타늄층내의 질소, 티타늄비의 변동 표시도,
제4도는 이 발명의 실시예에 의하여 형성된 질화티타늄의 결정구조의 X선 회절분석 결과 표시도,
제5도는 각종 조성비의 질화티타늄층의 전기 저항율 그래프,
제6도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 장치를 형성하는 박막의 일반적인 개략 배치도,
제7도는 이 발명의 또 다른 실시예에 의한 고밀도 집적회로장치의 단면도,
제8도는 이 발명의 또 다른 실시예에 의한 박막형성장치 표시도,
제9도는 이 발명의 또 다른 하나의 실시예에 의하여 제조된 집적회로장치의 구조를 표시하는 개략단면도,
제10도는 이 발명의 다른 실시예에 의하여 제조된 집적회로장치의 부분단면도,
제11도는 이 발명의 또 다른 실시예에 의한 집적회로장치를 표시하는 단면도,
제12도는 이 발명의 또 다른 하나의 실시예에 의한 장치를 형성하는 박막의 개략 입면도,
제13도는 동상의 개략 평면도,
제14도는 이 발명의 또 다른 실시예에 의한 박막형성장치의 다른 구조의 개략표시도,
제15도는 제14도에 표시한 장치의 동작 표시도,
제16도는 이 발명의 또 다른 하나의 실시예에 의한 박막형성장치의 일반적인 개략배치도,
제17도(a) 및 제17도(b)∼제26도(a) 및 제26도(b)는 제16도에 표시한 장치에 적용할 수 있는 점증발원의 배치를 각각 개략표시한 평면도 및 측면도,
제27도는 종래의 집적회로장치의 구조를 표시한 확대단면도,
제28도는 종래의 집적회로 구조의 확대단면도,
제29도는 종래의 마그네트론형 스퍼터링장치의 일반구조를 표시한 개략도,
제30도는 마그네트론형 스퍼터링장치에 의하여 막이 퇴적된 상태에서 대략 0.8의 종횡비를 가진 접촉공의 단면도,
제31도는 종래의 반응형 클러스터 이온빔 장치의 개략표시도,
제32도는 제31도의 확대도이고, 클러스터 이온빔 증착장치의 요부 표시도,
제33도는 종래의 장치를 형성하는 박막구조의 개략표시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
160 : 제1배선도체층161 : 제1장벽층
162 : 실리콘기판163 : 접촉공
164 : 제3장벽층165 : 티타늄서브층
167 : 질화티타늄서브층168 : 2-질화티타늄서브층
169 : 제1절연층171 : 제2장벽층
이 발명은 배선도체층과 기판간에 장벽층을 개제시킨 집적회로(LSI)장치와 이 집적회로장치를 제조하는데 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 집적회로 또는 LSI 장치에는, 배선도체층의 물질이 절연층으로 확산되는 것을 방지하는 동시에 배선도체층과 절연층간의 강력한 접착을 확실하게 하기 위하여 질화티타늄등으로 형성된 장벽층을 배선도체층과 절연층간의 접촉면에 설치하고 있다.
LSI 장치는 더욱 미세한 구조 또는 형상으로 고밀도화가 실용화되는 경향에 따라 LSI 장치를 구성하는 개별층이나 막의 두께는 더욱더 감소되어서 층이나 막의 품질이 하부층이나 막의 영향을 더욱 잘받게 된다.
이 때문에 고품질의 장벽층의 배치가 요구되고 있다.
이외에, LSI 장치의 집적도 증가에 수반하여 그 설계기준(배선도체층의 폭등)이 미세화되었다.
예를 들면 16비트 DRAM(Dynamic Random Acess Memory)의 경우, 도체폭등의 기준은 0.5μ 이하이다. 또 알루미늄 배선막 또는 층에 따라 형성된 접촉공은 64M비트 DRAM 의 경우 2보다도 큰 종횡비로 직경이 각각 0.5㎛인 반면 256M비트 DRAM의 경우는 접촉공의 직경이 5의 차수인 종횡비로 하여 0.3㎛이다. 또 멀지 않은 장래에 개발이 예상되는 1G 비트 DRAM 의 경우는 접촉공의 직경 및 종횡비에 대하여 더욱 엄격한 치수공차 또는 요건이 부가될 것이다.
이에 따라 이동현상으로 인한 파손을 억제하기 위하여 고도의 신뢰성이 실현되지 않으면 안된다. 이와 연관하여, 현 상태의 기술로서도 증발 또는 증착 프로세스를 통하여 장벽층의 형성에 이어서 접촉공내에 배선도체층을 설치하는 것이 곤란하며, 용이한 방법으로 금속 배선층을 형성하는 것을 어렵게 한다는 것을 알 수 있다.
이 발명의 이해를 돕기 위하여 관련기술을 상세히 논의한다.
제27도는 종래의 집적회로의 확대도이다.
NIKKEI MICRODEVICE(1991. 2월)를 참고하여도 된다.
즉 단일 스택형 셀구조의 64M비트 DRAM의 다층 배선부가 단편적인 확대도로 표시되어 있다.
이 도면에서, 집적회로는 알루미늄, 실리콘 및 동 등의 합금으로 형성된 제2금속배선층(1)과, 실리콘 디옥사이드로 된 제2층간절연층(2)과, 제2층간 배선플러그(3)와, 질화티타늄으로 된 제2장벽층(4)과, 알루미늄, 실리콘 또는 그 합금으로 된 제1금속배선층(5)과, 실리콘 디옥사이드로 된 제1층간절연층(6)과, 제1층간 배선플러그(7)와, 질화티타늄으로 된 제1장벽층(8)과, 실리콘기판(9)를 포함한다.
제28도는 종래의 집적회로 구조의 확대 단면도이다.
즉 단일 스택형 셀구조의 64M 비트 DRAM의 배선 접촉공과 2층구조가 표시되어 있다. 이 도면에서, 이공지의 집적회로장치는 알루미늄, 실리콘 및 동의 합금으로 형성된 금속배선층(1A), 질화티타늄으로 된 장벽층(2A), 실리콘기판(3A) 및 접촉공(4A)으로 구성된다.
상기 집적회로장치에는 실리콘 디옥사이드(SiO2), 알루미나(Al2O3), 질화티타늄(TiNx)등의 화합물 박막이 진공 증발 프로세스, 스퍼터링 프로세스, 또는 CVD(Chemical vapor Deposition)프로세스를 통하여 퇴적된다.
그러나 상기 프로세스를 통하여 퇴적된 화합물 박막은 특성의 심한 변이도, 합성의 부적합, 취약한 접착등 결함이 적지 않다.
그 외에 접촉공, 관통공등의 부분에 균일한 두께층으로 피복하는데 제약이 있다.
제29도는 Journal of vaccum Science and Technology Vol 3, No, 2(1985)에 개시된 마그네트론형 스퍼터링장치의 일반구조를 표시하는 개략도이다. 이 도면에서, 25는 진공 스퍼터링 체임버이며, 이 안에서 스퍼터 처리가 실시된다.
기판(20)에 대향하여 진공체임버(25)내에 설치된 것은 티타늄으로 되고 자석이 수용된 타겟 홀더(24)에 설치된 타겟(21)이다.
기판(20)과 티타늄타겟(21)간에는 셔터(22)가 개재되어 있다.
알곤등과 같은 불활성가스는 적절한 가스공급시스템(23)을 통하여 스퍼터링 체임버(25)로 도입된다.
26은 체임버(25)를 비우기 위한 배기시스템이다.
다음은 제29도에 표시한 구조의 마그네트론형 스퍼터링장치의 동작을 설명한다. 먼저, 스퍼터링 체임버(25)는 배기시스템(26)을 통하여 배기된다. 이어서, 질소 및 알곤가스를 가스공급시스템(23)을 통하여 체임버(25)로 도입된다.
다음은 기판(20)을 배선도체층용 장벽막으로 피복하기 위하여 타겟(21)에 대하여 정극의 바이어스 전압을 기판(20)에 인가한다.
이 상태에서 타겟(21) 및 기판(20)간에 플라즈마가 발생한다.
이때, 플라즈마내의 전자가 타겟홀더(24)내에 수용된 자석의 자력하에 나선상으로 회전하게 되고 이에 따라 플라즈마 발생이 더욱 촉진된다.
한편, 플라즈마내 알곤이온은 바이어스 전압에 의한 가속하에 타겟(21)상에 충돌하게 되고 이에 따라 타겟재 또는 티타늄을 스퍼터링하게 된다.
셔터(22)의 개방에 의하여 스퍼터된 티타늄 원자가 질소가스 분위기의 존재하에 기판(20) 전면에 퇴적되어 배선도체용 질화티타늄 장벽막을 형성한다.
제30도는 A Collection of Preliminaries for Semicon Japan 88 Technical Symposium으로 보고된 마그네트론형 스퍼터링장치를 사용하여 막을 퇴적한 상태에서 대략 0.8의 종횡비를 가진 접촉공을 표시하는 단면도이다. 이 제30도에서, 기판(20)에는 직경 0.5㎛과 깊이 2.0㎛의 접촉공(31)이 형성된다.
알루미늄으로 된 배선도체막(32)은 접촉공(31)을 포함하여 기판(20) 전면에 형성되며 이 알루미늄막(32)하부에 질화티타늄 장벽막(33)이 형성된다.
제30도에서 알 수 있는 바와 같이, 프로세스 과정에서 오버행(overhang) 성장 및 셀프새도윙 효과(self shadowing effect)가 동시에 발생함으로써 다른 평탄부에 퇴적된 장벽막부에 비하여 접촉공(31)의 하부 측벽부와 저부의 장벽막(33)두께는 감소된다.
이 방법에서는 마그네트론형 스퍼터링 프로세스에 의하여 장벽막(33) 전면에 알루미늄 배선도체막(32)을 형성하면, 오버행부가 불가피하게 형성되고 접촉공 저부의 전체막 두께를 감소시키게 된다.
상술에서 알 수 있는 바와 같이, 마그네트론형 스퍼터링 프로세스에 의존하는 배선도체층 형성기술에 의하여 직경 0.5㎛ 깊이 2.0㎛으로 특징되는 높은 종횡비를 가진 접촉공의 전면상에 균일 두께의 막을 형성하는 것은 곤란하다.
이 시점에서, 종래의 마그네트론형 스퍼터링장치에서 스퍼터된 입자가 플라즈마의 활성입자에 충돌하여서 분산된다.
따라서 타겟에서 스퍼터된 입자는 거의 수 cm의 짧은 평균자유행정을 가진다. 상기에서 알 수 있듯이, 마그네트론형 스퍼터링 프로세스는 2 이상의 값의 종횡비를 가진 접촉공의 저부에 도달하는 스퍼터된 입자의 확률은 현저히 감소되므로 접촉공의 측벽 및 저부등의 오프셋부위의 배선도체막 또는 층을 형성할 수가 없다.
상기와 같은 문제에 대처하는 조치로서, 점증발원이 사용되는 클러스터 이온빔 증착장치가 개발되어 왔다.
제31도는 Proceedings of the Seventh Symposium on Ion Source and Ion Assisted Technology 에 개시된 비교적 고품질의 박막을 형성할 수 있는 클러스터 이온빔(R-ICB) 증착장치중 전형적인 하나를 표시하는 개략도이다. 제31도에서, 진공 또는 반응체임버(41)는 배기시스템(42)를 통하여 소정의 진공레벨로 유지되고, 산소가스와 같은 반응가스로 충전된 가스용기와 진공체임버(41)로 도입되는 반응가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브(45)와, 반응가스 도입파이프(46)로 구성되는 반응가스 도입시스템(43)으로 장치된다. 일반적으로 50으로 표시된 증기발생원은 증발용 물질로 충전되고 노즐(51)이 있는 폐쇄형 도가니(52)와, 도가니(52)를 가열하기 위한 필라멘트(53)와, 열차폐통(54)을 포함한다.
클러스터(56)를 이온화하는 이온화수단(60)은 전자빔 사출 필라멘트(61)와 필라멘트(61)로부터 사출된 전자를 인출 또는 가속하는 전자인출전극(62)과 열차폐판(63)으로 구성된다.
이온화클러스터(66)은 가속전극(65)에 의하여 발생된 전계의 가속효과하에 기판(67)에 충돌하게 된다.
기판(67)은 얇은 산화막으로 형성된 표면이 있으며 회전가능한 축(68)을 통하여 전기모터등의 회전수단(69)에 의하여 회전하게 된다.
전원시스템(80)은 DC 바이어스 전압을 공급하는 DC전원(81)(82)(83)과 필라멘트(53)(62)가열용 전류 공급용 전원(84)(85)을 각각 포함한다.
전원시스템(80)에 포함된 개별 바이어스 전압원은 아래와 같은 기능이 있다. 제1DC전원(81)은 필라멘트(53)에 대하여 정전위인 도가니(52)를 바이어스하는데 사용되므로 필라멘트 열전원(84)에 의하여 전기적 힘이 가해진 도가니 가열필라멘트(53)로부터 사출된 열전자는 도가니(52)에 충돌한다.
제2DC전원(82)은 필라멘트(61)에 대하여 정전위인 전자인출전극(62)을 바이어스하는데 사용되므로 필라멘트 가열전원(85)에 의하여 가열된 이온화필라멘트(61)로부터 사출된 열전자를 전극(62)내로 끌어당긴다.
또 제3DC전원(83)은 접지전위인 가속전극에 대하여 정전위인 전자빔 인출전극(62)과 도가니(52)를 바이어스하며 이 결과 정전하를 반송하는 클러스터 이온을 가속하는 전계를 형성한다.
다음은 클러스터 이온빔 증발장치의 동작을 기술한다.
배출시스템(42)에 의하여 진공체임버(41)를 배출하여 체임버(41)내의 진공도가 10-4Torr 이하로 된 후 유량조절밸브(45)를 개방하여 반응가스를 가스도입파이프(46)를 통하여 체임버(41)로 공급한다.
한편 DC전원(81)에 의하여 가해진 전계효과로 도가니 가열필라멘트로부터 사출된 전자는 도가니(52)와 충돌하게 되고 이에 따라 도가니(5)내의 증기 압력이 수 Torr 레벨로 도달될때까지 도가니를 가열하게 된다.
이때 도가니 내의 증발물질(55)가 증발하여 노즐(51)을 통하여 진공공간으로 사출된다. 사출된 증기는 노즐(51)을 통한 유출과정에서 단열팽창을 받아 가속되며 동시에 클러스터(66)인 원자집단 또는 원자운을 형성하도록 응축된다. 클러스터(66)는 그때 이온화필라멘트(61)로부터 사출된 전자에 의하여 부분적으로 이온화되어 클러스터 이온으로 부분적으로 변환되고 이는 중성클러스터와 함께 가속전극(65)에 의하여 발생된 전계작용으로 더욱 가속되어 기판(67)에 충돌하게 된다.
기판(67)부근에는 반응성 산소가스가 존재한다.
그러므로 증발물질(55)의 클러스터와 반응성가스의 반응이 기판(67)상부 부근에서 발생하며 결과로서 기판(67)의 노출면 전체에 얇은 산화막이 퇴적되게 된다.
일반적으로 진공공간으로 사출된 이온화클러스터(66)에 대하여는 긴 평균자유행정이 있다.
따라서 기판(67)과 반응전에 이온화되고 가속된 클러스터(66)가 다른 이온화클러스터와 충돌할 확률은 낮다.
따라서 개량지침으로 클러스터는 기판에 형성된 접촉공 및 관통공에 도달할 수 있다. 점증발원이 있는 클러스터 이온빔 증착장치는 제31도 표시한 바와 같이 기판(67)에 조사(照射)되는 이온화클러스터(66)의 운동에너지는 가속전극(65)에 가해진 바이어스 전압에 대응한 제어에 의하여 최적의 제어를 할 수 있는 한편 이온량은 이온화필라멘트(61)로부터 사출되는 전자수를 증가시킴으로써 증대시킬 수 있으며 이에 따라 극히 작은 종횡비의 접촉공이라도 그 저면상에 퇴적되는 클러스터량을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 구멍 직경이 0.5-1㎛로 상징되는 작은 종횡비의 접촉공에도 그 저면에 적절한 두께의 막을 형성할 수 있다.
그러나 작은 종횡비의 접촉공 측벽상에 퇴적된 막은 저면에 형성된 막에 비하여 얇다. 특히 클러스터 이온빔 증발장치는 오프셋부분에 소망하는 두께의 막을 형성하는 능력이 부족하다.
이와 관련하여 배선막이 얇은 영역에서는 전계집중 및/또는 응력집중으로 인하여 알루미늄 원자의 이동이 발생하여 배선도체의 파손을 초래할 우려가 있다. 또 점상의 증발원을 클러스터 이온빔 증착장치내 기판의 회전축과 일치하는 위치의 기판아래에 설치하는 경우는 아래와 같은 문제점이 발생한다. 제32도는 제31도의 확대도이고 클러스터 이온빔 증착장치의 요부를 표시한다. 제32도에서 회전축(68)에 가까운 위치에 있는 접촉공(67a)의 저부는 B로 표시되는 한편 회전축(68)로부터 먼쪽에 위치한 측벽과 저부는 A로 표시되고 있다.
클러스터 이온빔 점상의 증발원이 회전축(68)직하에 설치될때 이온화클러스터가 용이하게 이들 A에 도달할 수 있으므로 접촉공 A 부는 만족스런 피복효율을 달성할 수 있다.
그러나 접촉공 B부는 소위 셀프새도윙 효과 때문에 피복 및 매설효율이 저하된다. 또 상기 장치에서는 진공체임버 내의 반응가스가 분자상태에 있어 저활성이므로 저반응효율이 된다.
따라서 반응가스의 주요부분은 방출되고 극히 소부분의 반응가스만이 박막형상을 담당하게 되어 심각한 문제점을 발생시키게 된다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 여기, 해리 및 부분 이온화에 의하여 반응가스를 활성화하여 반응 효율을 향상시키는 방법이 제안되고 있다.
이 목적을 위하여 설계된 화합물 박막형성장치가 일본특허공보 88-11662호에 개시되어 있다. 제33도에 표시한 바와 같이 종래의 화합물과 형성장치는 ICB(이온화클러스터빔)원에 병치(倂置)된 가스이온원을 포함한다.
이 ICB원은 제31도와 동일한 구조이다.
따라서 그 구성품은 제31도에 사용한 동일부호로 표시하고 반복설명은 생략한다. 제33도에 표시한 박막 형성장치의 가스이온원(89)은 가스분출노즐(90)과, 반응가스 통로에 설치된 전자빔 방출수단(92)과, 전자빔을 인출하는 전자빔 인출하는 전자빔 인출전극(91)과, 가스이온을 가속하는 가속전극(93)과 가스이온원(89)를 완전히 밀폐하는 내부통(94)을 포함한다.
가스분출노즐(90)은 가스유량 조절밸브(97)가 설치된 가스도관(95)를 통하여 가스용기(96)으로 접속되어 있다,
가스이온원(89)용 전원시스템(100)은 전자빔 방출수단(92)을 구성하는 필라멘트 가열용 전원(101)과, 필라멘트(92)에 대하여 정전위로 전자빔 인출전극(91)을 바이어스하는 DC전원(102)와, 가속전극(93)에 대하여 정전위일때 전자빔 인출전극을 바이어스하는 DC전원(103)을 포함한다.
화합물 박막형성장치의 동작은 아래와 같이 수행된다.
배출장치(42)에 의하여 고진공레벨로 유지된 진공체임버(41)에 가스용기(96)로부터 반응가스가 공급되고 조절밸브(97)에 의하여 가스유량을 조정하여서 가스분출노즐(90)을 통해 체임버(41)에 가스가 도입되므로 진공체임버(41)내의 가스압력이 10-4∼10-3Torr 범위가 된다.
이때, 내부통(94)내의 가스압력은 높은 레벨로 유지된다.
한편, 전자빔 방출수단인 필라멘트(92)는 가열전원(101)에 의하여 전기적으로 가열되는 한판, 가스분출노즐(90)의 하류위치에 설치된 전자빔 인출전극(91)에는 DC전원(102)로부터 바이어스 전압이 인가되며 이에 따라 반응가스가 열전자에 의하여 여기되고, 해리되어 부분적으로 이온화된다.
이와 같이 하여 반응가스는 활성상태를 나타낸다.
다음에, 도가니(52)는 도가니 가열필라멘트(53)에 의하여 도가니(52)내의 증기압력이 수 Torr이 되는 온도까지 가열된다.
증기분자 또는 클러스터는 이온화필라멘트(61)에서 방출된 전자에 의하여 부분적으로 이온화되고 가속전극(65)에 의하여 생성된 전계효과로 가속되어서, 이온화안된 증기분자 또는 클러스터와 함께 기판(67)에 강제로 충돌하게 된다.
한편, 기판(67)부근에는 여기되고, 해리되며 또는 이온화된 반응가스가 존재하고, 이 반응가스가 증기분자 또는 클러스터와 충돌하여 기판(67)전면에 화합물을 퇴적시키기 위한 반응이 촉진되며 따라서 기판상에 박막이 형성된다. 관련 DC전원으로부터 가속전극(65)(93)에 바이어스 전압을 인가하면, 상기 이온이 가속하에 기판(67)으로 도달할 수 있다.
그러므로 가속전압을 변동시킴으로써 기판(67)에 충돌하는 반응가스 이온과는 별도로 증기 또는 클러스터의 운동에너지를 제어할 수 있게 되고, 이렇게 하여 물성 또는 물량 및 구조(단결정, 다결정, 비결정의 구조등)등 기판(67)상에 형성되는 화합물의 특성을 제어할 수 있다.
위에서 설명한 박막형성장치는 제31도의 장치에 비하여 반응을 개선할 수 있으나 질소산화막을 형성할때 그 질소산화막에 함유된 산소와 질소의 조성비를 제어하기 곤란하다는 문제점이 발생한다.
이 발명은 상기 종래의 막형상장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 배선도체층과 기판 또는 밀접한 퇴적층(접착층)간의 상호작용 및 확산을 방지하기 위한 고품질의 장벽층을 포함하는 집적회로장치와 이 접적회로장치의 제조방법 및 박막형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명의 다른 목적은 효율적으로 기판의 전면에 고품질의 질화산화 장벽 벽막을 퇴적할 수 있는 한편 바람직한 방법으로 산소와 질소간의 조성비를 제어할 수 있는 박막형성장치를 제공하는데 있다.
이 발명의 또 다른 목적은 접촉공내 배선도체층용 금속을 유동시켜 이 유동금속을 집적회로의 미세구조 패터닝에 관계없이 접촉공내로 원활하게 유입되게 하여서 배선도체층을 용이하게 형성할 수 있는 집적 회로장치를 제공하는데 있다. 이 발명의 또 다른 하나의 목적은 높은 종횡비등의 접촉공등 미세오프세트부를 피복하는데 뛰어난 박막형성방법 및 박막형성장치를 제공하는데 있다.
이 발명의 또 다른 하나의 목적은 높은 종횡비의 미세 또는 정밀한 접촉공의 내면상에도 균일하게 막을 형성할 수 있는 박막형성장치를 제공하는데 있다. 이 발명의 한 특징에 의하면 집적회로장치에는 배선도체층용 하부층인 장벽층을 구성하고 이 장벽층은 산화티타늄-질화티타늄(TiON)박막으로 구성된다. 이 발명의 다른 특징은 진공실내에 설치된 기판부근에 산소가스를 도입하는 공정과 질소이온을 기판에 조사하는 한편 클러스터 이온원을 사용하여서 증기상의 티타늄을 퇴적시켜 산화티타늄-질화티타늄(TiON)을 형성하는 공정으로 구성되는 집적회로장치의 제조방법이다.
이 발명의 또 다른 특징은 클러스터형 이온원과 가스이온원으로 구성되는 집적회로장치용 박막형성장치이며 상기 클러스터형 이온원은 소정 진공레벨에 유지되는 진공체임버와, 진공체임버내에 설치된 기판과, 기판부근에 산소가스를 도입하기 위한 가스도관과, 기판쪽으로 퇴적용 물질의 증기를 분출하며, 그 물질의 증기 또는 클러스터를 생성하는 증기발생원과, 증착용 물질의 증기 또는 클러스터의 일부를 이온화하는 이온화수단과, 이온화증기 또는 이온화클러스터를 제어가능하게 가속하며 이온화 안된 증착용 물질의 증기 또는 클러스터와 함께 기판으로 이온화 증기 또는 이온화클러스터를 반송하는 가속수단과, 질소가스를 포함하는 가스이온원은 진공체임버내에 설치된 질소가스도관과, 질소가스를 이온화하는 가스이온화수단을 포함하며, 이 가스이온화수단은 질소가스가 도입되는 위치에 설치된 전자빔 인출전극과 전자빔 방출수단과 가스이온화수단에 의한 이온화로 발생되는 질소이온을 제어가능하게 가속하는 가속수단을 구비한다.
이 발명의 또 다른 하나의 특징에 의하면 집적회로장치에는 기판상에 장벽층을 개재시켜서 형성된 배선도체층을 구성하고 장벽층은 기판에서 배선도체층쪽 방향으로 조성이 변화는 질화티타늄(TiNx)으로 구성된다.
이 발명의 또 다른 하나의 특징은 기판상에 장벽층을 개재시켜서 형성된 배선도체층이 있는 집적회로장치의 제조방법이며 이 제조방법은 진공실내에 설치된 기판부근에 질소가스를 도입하는 공정과, 클러스터형 티타늄 이온원에서 발생된 티타늄 이온을 기판에 조사하여 기판상에 티타늄을 퇴적하는 공정과, 진공체임버내의 기판부근으로 도입되는 질소가스량에 대응한 제어에 의하여 조성(X)을 점차 변화하는 질화티타늄(TiNx)의 박막으로 된 장벽층을 형성하는 공정으로 구성된다.
이 발명의 또 다른 하나의 특징에 의하면 집적회로장치에는 기판상에 장벽층을 개재시켜서 형성된 배선도체 또는 층이 있으며, 장벽층은 산소와 탄소를 함유하는 질화티타늄으로 형성된다.
이 발명의 또 다른 하나의 특징에 의하면 집적회로장치는 접촉공 및/또는 관통공과, 배선도체층용 하부층으로 형성된 장벽층과, 장벽층과 배선도체층간에 형성된 금속의 버퍼층으로 구성되고 금속은 배선도체층의 형성재와 합금형성이 용이한 것으로 한 것이다.
이 발명의 또 다른 하나의 특징은 기판이 그 내부에 설치된 진공체임버와, 기판에 대향하여 설치된 증기 발생원과, 증기발생원과 기판간에 설치되고 증기발생원에서 발생된 증기를 이온화하는 이온화수단과, 이온화수단에 의하여 이온화된 증기에 운동에너지를 부여하여 증기빔 형태의 이온화증기를 기판쪽으로 가속하는 가속수단과, 희유가스를 진공체임버로 도입하는 수단과, 희유가스의 가스 압력을 제어하는 가스압력제어 수단으로 구성되는 집적회로장치상에 배선도체막을 형성하기 위한 장치이다.
이 발명의 또 다른 하나의 특징은 막형성물질의 증기 또는 이온이 방출되는 점상의 영역이 있는 점증발원과, 기판상에 방출된 물질을 퇴적하여 막을 형성하는 수단과 상기 점상의 증발원은 기판의 외주부 직하 또는 외주부의 방사상 외측위치에 설치되며, 기판의 중심을 통하여 뻗는 축 중심이 있는 원형통로에 따라 점상의 증발원을 회전시키는 수단으로 구성하는 막형성장치이다. 다음은 도면에 의하여 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 이 발명의 제1실시예에 의한 접촉공과 관통공이 있는 고밀도 집적(LSI)회로장치의 단면도이다.
LSI 회로장치는 상부에 제1배선도체층(160)이 설치되는 실리콘기판(162)으로 구성되고 실리콘기판(162)과 제1배선도체층(160)간에는 제1절연층(169)과 제1장벽층(161)이 개재되어 있다.
또 제1배선도체층(160)상에 설치된 것은 제2절연층(170) 및 제2장벽층(171)에 삽입된 제2배선도체층(172)이다.
접촉공(163)은 제1장벽층(161)과 제1절연층(169)을 관통하여 형성되고, 접촉공(163)내에는 그 내부에 형성되어 있는 제3장벽층(164)과 함께 제1배선도체층(160)이 부분적으로 매입된다.
제1절연층(169)과 제1배선도체층(160)간에 삽입된 제1장벽층(161)에는 각각 서로 다른 조성물로 된 3개의 서브층을 포함한다.
특히 제1장벽층(161)은 제1절연층(169)에 인접하여 설치된 티타늄서브층(165)과, 제1배선도체층(160)에 인접하여 형성된 질화티타늄서브층(167)과, 티타늄서브층(165)과 질화티타늄서브층(167) 사이에 끼어 있는 2질화티타늄서브층(168)으로 구성된다.
접촉공(163)내에 형성된 제3장벽층(164)은, 제1장벽층과 실질적으로 같은 구조이며, 실리콘기판(162)에 인접하여 형성된 티타늄서브층(165a)과, 제1배선도체층(160)에 인접하여 형성된 질화티타늄서브층(167a)과, 타타늄서브층(165a)과 질화티타늄서브층(167a)사이에 끼어 있는 2-질화티타늄서브층(168a)를 포함한다.
관통공(173)은 티타늄으로 형성된 제2장벽층(171)과 제2절연층(170)을 관통하여 형성되고 이 관통공(173)은 제2배선도체층(172)으로 일부충전되며 제2배선도체층(172)와 제1배선도체층(160) 사이의 관통공(173)내에는 티타늄으로 된 장벽층(174)이 형성된다.
제1도에 표시한 집적회로의 구조에서는 이들 장벽층을 박막구조로 실현할때라도 장벽층(161)(164)의 티타늄과 질소의 조성비를 적절히 변화시킴으로써 전기접촉의 질을 장벽의 질과 함께 유리하게 개선할 수 있다.
제2도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 장벽층이 일체로 된 LSI 장치의 단면도이다. LSI 장치의 도시된 구조에 있어서, 배선도체층(182)이 실리콘기판(180)상에 절연층(181)을 개재시켜서 설치된다.
절연층(181)을 관통하여 뻗어 있는 접촉공(183)내에 형성된 것은 장벽층(184)이며 이 장벽층은 실리콘기판(180)과 접촉하여 형성된 티타늄서브층(185)과, 배선도체층(182)과 접촉하여 형성되고 대략 일정한 질화티타늄 조성물 프로파일을 가진 제1질화티타늄서브층(186)과, 티타늄서브층(185) 및 제1질화티타늄서브층(186)간에 삽입된 제2질화티타늄(TiNx)서브층(187)으로 구성된다. 제2질화티타늄서브층(187)과 관련하여, 질소함량이 티타늄서브층(185)로부터 제1질화티타늄서브층(186)쪽 방향으로 점차 증가한다.
특히 도시된 구조의 경우에는 제2질화티타늄서브층(187)내의 질소티타늄 비율(예 N/Ti)은 제3도에 표시 한 바와 같이 티타늄서브층(185)로부터의 거리에 대략 비례하여 증가한다.
제1도 및 제2도에 표시한 고밀도 집적회로장치의 구조는 제31도에 표시한 박막형성장치를 사용하여 아래에 기술한 방법으로 제조할 수 있다.
먼저, 진공체임버(41)는 배기시스템(42)에 의하여 10-4Torr 이하의 진공레벨로 배기한 후 유량조절밸브(45)를 개방하여 가스도관(46)을 통하여 진공체임버(41)로 질소가스를 도입한다.
한편, 도가니 가열필라멘트에 DC전원(81)으로부터 전력을 공급하여 도가니내를 수 Torr의 증기 압력에 대응하는 온도까지 도가니(52)를 가열하여 DC전원(81)에 의하여 가해진 전계하에서 방출된 전자는 도가니에 충돌하게 된다.
이 결과 퇴적물질(예 증발 또는 증착용 물질)로서 도가니내에 들어있는 티타늄(55)이 기화되며 이에 따라 티타늄 증기가 노즐(51)을 통하여 진공공간으로 분출한다.
티타늄 증기는 노즐(51)통과시 단열팽창을 통하여 기속되고 응축되며 이에 따라 클러스터(66)인 원자운(예 원자의 집합)이 형성된다.
이후 클러스터(66)은 이온화필라멘트(61)에서 방출된 전자에 의하여 이온화되어 클러스터 이온으로 변형된 다음 가속전극(65)에 의하여 발생된 전계작용하에서 가속되어 이온화되지 않는 중성클러스터와 함께 기판에 충돌하게 된다. 한편 반응을 나타내는 질소가스가 기판(67)부근에 존재하므로 티타늄(55)의 클러스터(66)와 반응가스간의 반응결과로서 기판(67)상에 질화티타늄막이 퇴적된다. 이 경우 질화티타늄층의 조성은 유량조절밸브(45)에 의하여 가스도관(46)을 통해 도입되는 질소가스의 유량을 제어함으로써 변동시킬 수 있다.
제4도는 상기와 같이 도입되는 질소가스유량을 변동시켜서 형성된 질화티타늄 결정구조의 X선 회절분석 결과 표시도이다.
제4도에서 알 수 있는 바와 같이 4.0×10-6Torr 이하의 질소 부분압력에서 티타늄(Ti)의 결정구조가 형성된다.
1.0×10-5Torr의 질소 부분압력에서 2-질화티타늄(Ti2N)이 형성된다.
1.7×10-5Torr에서 2-질화티타늄(Ti2N)과 질화티타늄(TiN)의 혼합결정 구조를 얻게 된다. 또 3.0×10-5Torr 이상의 질소 부분압력에서 질화티타늄(TiN)이 실현된다.
이 방법에서, 막내의 질소 및 티타늄의 조성 또는 함량은 그 결정구조와 함께 질소의 부분압력을 제어함으로써 임의로 제어할 수 있다.
제4도에서 괄호내에 표시한 PN2치는 티타늄(55)이 증발되기 전의 진공체임버내 질소의 부분압력을 표시한다.
이와 같이, 진공체임버(41)내에 도입되는 질소가스량을 제어하여서 질화티타늄층내의 티타늄과 질소의 조성비를 용이하게 변동시킬 수 있다.
제5도는 각종 조성비의 질화티타늄(TiNx)층의 전기 저항율을 표시한 그래프이다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이 질화산화막은 티타늄이 증가하고 질소가 감소함에 따라 전기 저항율이 저하하는 것을 표시하고 있다.
제6도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 박막형성장치의 일반적인 개략배치도이다. 이 도면에서, 박막형성장치는 기판(207)부근에 설치된 질소가스도관(240)과, 알곤가스용기(241)와, 알곤가스 유량조절밸브(242)와, 알곤가스도관(243)과, 전자빔 방출수단인 필라멘트(음극)(244)와, 내부 플라즈마를 형성하는 전자빔 인출전극(양극)(245)과, 이온을 제어가능하게 가속하여 구멍낸 전극(247)을 통하여 기판에 이온을 조사하는 가속수단(247)과 전자빔 방출장치인 필라멘트(244)를 가열하는 필라멘트 가열전원(248)과, 전자빔 방출수단인 필라멘트(344)에 대하여 정전위로 전자빔 인출전극(245)을 바이어싱하는 DC전원(249)와, 가속전극(246)에 대하여 정전위로 전자빔 인출전극(245)를 바이어싱하는 DC전원(250)을 포함한다.
다음은 상기 구조의 박막형성장치의 동작을 설명한다.
기판부근에 설치된 가스도관(240)을 통하여 배기시스템(도시 생략)에 의하여 고진공상태로 유지되고 있는 진공체임버(도시 생략)로 질소가스를 도입한다. 한편, 유량조절밸브(242)를 조작하여 불활성가스인 알곤가스를 알곤가스용기(241)로부터 알곤가스도관(243)을 통하여 가스이온원내에 설치된 전자빔 인출전극(245)으로 도입하여서 알곤부분압력과 질소부분압력의 합계가 10-5∼10-3Torr 가 되도록 진공체임버내 가스압력을 조절한다.
DC전원(249)으로부터 바이어스 전압을 인가하여 필라멘트 가열전원에 의하여 전자빔 인출전극(255)쪽 방향으로 가열되고 전자빔 방출수단인 필라멘트(244)로부터 전자빔을 방출시키고 방출된 열전자가 전자빔인출전극(245)내의 알곤가스입자와 충돌하게 하여 플라즈마와 이온화를 발생시킨다.
발생된 질소이온은 가속전극(246)에 의하여 발생된 전계작용하에 가속을 받게 되며 구멍난 전극(247)을 통과후 기판(207)에 조사된다.
이어서, 도가니(212)는 도가니 가열필라멘트(213)에 의하여 수 Torr의 도가니 내부증기 압력에 대응하는 온도까지 가열된다.
그러면 티타늄(215)는 기체화되어 노즐(211)로부터 분출된다.
티타늄증기 입자 또는 클러스터(216)는 이온화필라멘트(221)에서 방출된 전자에 의하여 부분적으로 이온화된 다음 가속전극(203)에 의하여 발생된 전계영향하에서 가속되어서 결국 이온화되지 않는 증기 또는 클러스터와 함께 기판(207)에 충돌한다.
한편, 가스도관(240)으로부터 공급된 질소가스가 기판(207)부근에 존재한다. 이 질소가스는 알곤이온의 조사하에 여기되고, 해리되며 또는 이온화되어 있는 활성상태에 있다.
그러므로 이들 질소가스 입자와 티타늄 증기 또는 클러스터간에 충돌이 생겨 기판(207)상에 퇴적을 통하여 산화티타늄-질화티타늄막을 형성하는 반응을 촉진하게 된다.
이때 기판(207)에 조사되는 질소이온량을 변동시킴으로써 형성된 막의 티타늄과 질소의 조성비를 대응하여 변화시킬 수 있다.
환언하면 막 조성비율은 상기와 같이 제어 할 수 있다.
또 기판에 가까운 위치에 도입되는 질소가스는 불활성가스이온의 조사하에 활성화되고 있는 동안 기판(207)상에 퇴적되므로 증기 또는 클러스터와의 반응효율이 향상되며 이는 질을 개선할 수 있는 박막형성을 확실하게 한다. 상기에서는 가스도관(240)에 의하여 기판(207)부근영역에서 질소가스를 도입하는 것을 기술하였으나, 질소가스를 함유한 혼합가스 또는 질소원소를 함유한 혼합가스로 대치하여도 본질적으로 같은 효과를 나타낸다.
또 도관(240)을 통하여 질소가스 대신에 산소가스 또는 산소원소를 도입하여도 제7도와 같이 티타늄층(209)가 기판(207)간에 산화티타늄-질화티타늄으로 형성된 장벽층(208)을 포함하는 LSI 장치의 제조가 가능하다.
이 경우 기판(207)에 따라 위치한 또는 그 가까이 위치한 영역에는 가스도관(240)에서 공급된 산소가스가 존재하며 이 산소가스는 질소이온 조사하에 여기되고, 해리되며 또는 이온화되어 티타늄증기 또는 클러스터와의 충돌을 촉진하게 되고 기판상에 높은 효율로 산화티타늄-질화티타늄막(208)의 퇴적을 촉진하게 된다.
기판(207)에 조사되는 질소이온량을 변동시킴으로써 막내에 함유된 산소 및 질소의 조성비가 이에 대응하여 변화한다.
따라서 극히 간소화되고 용이한 방법으로 박막에 함유된 산소 및 질소간의 조성비의 제어를 할 수 있다.
또 산소 및 질소가스를 함유한 혼합가스 또는 대신 산소원소와 질소원소를 함유하는 혼합가스를 가스도관(240)을 통하여 기판(207)부근에 도입하여도 된다. 이 경우에 가스도관(240)을 경유하여 기판(207)으로 산소 및 질소가스 또는 산소 및 질소원소가 함유된 혼합가스를 도입하는 한편 알곤용기(241)에서 뻗어나온 알곤도관상에 설치된 유량조절밸브(242)을 조작하여서 가스이온원의 전자 인출전극(245)으로 도입되는 알곤가스량을 제어하므로 진공체임버내의 가스압력은 산소/질소 혼합가스의 부분압력과 알곤가스의 부분압력의 합계가 10-5∼10-3범위의 레벨이 된다.
이때 전자빔 인출전극(245)쪽으로 방출된 열전자는 전극(245)내의 알곤가스와 충돌하여 알곤가스를 이온화하여 플라즈마를 형성한다.
이렇게 생성된 알곤이온은 가속전극(246)에 의하여 발생된 전계효과하에 가속되어 구멍난 전극(247)을 통과후 기판(207)에 조사된다.
상술한 경우와 같이, 알곤이온의 조사하에 여기되고, 해리되며 또는 이온화되어 있는 활성화상태에서 가스도관(240)으로부터 공급된 산소 및 질소가스의 혼합가스가 기판(207)부근 또는 기판에 따라 위치한 영역에 널리 공급된다. 따라서 티타늄증기 또는 클러스터와의 충돌은 퇴적을 통하여 기판(207)상에 산화티타늄-질화티타늄막을 형성하는 반응을 촉진하게 된다.
이때, 알곤이온 조사하에 산소 및 질소가스의 혼합비를 변동시킴으로써 형성되는 막내 산소와 질소간의 조성비를 대응하여 변화시킬 수 있다.
이 방법으로 막조성비를 상술한 바와 같이 자유롭게 제어할 수 있다.
이 발명의 이 실시예에 의한 박막형성장치의 구조에 의하면 증기 또는 클러스터와의 반응효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 산소와 질소간의 조성비를 임의로 변화시킬 수 있으며 이에 따라 고품질의 산화티타늄-질화티타늄 박막을 형성할 수 있다.
배선도체층 하부에 있는 장벽층은 상술한 프로세스를 통하여 제조된 LSI 장치내의 산화티타늄-질화티타늄 박막으로 구성되므로 배선도체층과 절연층간의 상호작용과 확산을 최대로 억제할 수 있어 장벽으로서의 고유성질을 향상시키게 된다.
제8도는 이 발명의 또 다른 실시예에 의한 박막형성장치를 표시한다.
이 장치가 제6도에 표시한 것과 다른점은 자계인가수단(251)이 가스이온원(240) 외주에 추가 설치된 것이다.
다음은 제8도에 표시한 박막형성장치의 동작을 아래에 간단히 설명한다. 제6도를 참조하여 상술한 실시예의 경우와 같이 가스도관(243)에 의하여 산소가스가 기판(207)부근으로 도입되는 동시에 진공체임버내의 가스압력이 대략 10-5∼10-3Torr 범위에 있도록 제어하면서 질소가스를 가스도관(243)을 통하여 가스이온원(240)으로 도입한다.
전자는 전자빔 방출수단(244)으로부터 전자빔 인출전극(245)쪽으로 방출되어서 플라즈마내의 질소가스를 이온화한다.
이때 이온원의 외부에 설치된 자계인가 수단에 의해 인가되는 자계하에 전자는 강제로 나선동작을 하게되며 이에 따라 질소가스의 이온화율이 증대된다. 이온화 질소가스는 기판(207)쪽 방향으로 가속되어 기판(207)부근의 산소가스를 활성화한다.
이렇게 활성화된 산소가스는 ICB원에서 발생된 티타늄 증기 또는 클러스터와 반응하여서 제6도의 실시예의 경우와 같이 산화티타늄-질화티타늄막을 형성한다.
제9도는 이 발명의 또 다른 하나의 실시예에 의한 집적회로장치의 구조를 나타낸 개략단면도이다.
도면에서, 집적회로장치는 알루미늄-실리콘-동 합금등의 금속으로 형성된 제2금속 배선도체층(311)과, 제2층간절연층(312)과, 제2층간 접속플러그(313)과, 제2장벽층(314)과, 제2접촉층(315)과, 알루미늄-실리콘 동합금등의 금속으로 형성된 제1금속 배선도체층(316)과, 제1층간절연층(317)과, 제1층간 접속플러그(318)와, 제1장벽층(319)과, 제1접촉층(320)과, 실리콘기판(321)을 포함한다.
이 실시예에 의한 IC장치의 경우에 있어서, 제1 및 제2의 장벽층(319)(314)는 각각 산소 및 탄소를 함유하는 질화티타늄 조성물로 형성되는 한편, 기타층은 지금까지 알려진 장치의 대응하는 층에 사용된 것과 같은 물질로 형성된다. 장벽층을 형성하기 위하여 산소와 탄소를 함유한 질화티타늄 조성물을 사용함으로써 산화티타늄의 결정이 탄화티타늄의 결정과 마찬가지로 질화티타늄층에 일체화될 수 있다.
그러므로 관련 장벽층은 화학적으로 안정된 장벽 성질을 나타낼 수 있다.
따라서, 제1금속 배선도체층(316)과 실리콘기판(321)간과 마찬가지로 제1금속 배선도체층(316)과 제1층간절연층(317)간의 합금 확산을 제1장벽층(319)의 존재때문에 확실하게 방지할 수 있다.
한편, 제2장벽층(314)은 제1 및 제2의 금속배선층(316)(311)간 및 제2금속배선도체층(311)과 제2층간절연층(312)간의 합금확산을 방지하는데 효과적이다.
제1 및 제2의 장벽층(319)(314)에 있어서, 산소함량은 5∼20원자% 범위내, 탄소의 함유량도 5∼20원자%로 하여 산소 및 탄소의 총함량이 5∼20원자% 범위내인 것이 바람직하다.
부가하여 산소 및 탄소는 원소의 형태든가 티타늄과의 화합형태물로 함유하여도 된다. 산소와 탄소의 총함량이 5원자% 이하의 경우는 층(314) 및 (319)의 장벽성이 만족하지 않게 된다.
한편, 20원자%를 초과하는 양원소의 총함량 증가는 장벽성의 다소의 개선도 이루지 못한다. 또 제9도에 표시한 집적회로장치의 경우에 있어서, 장벽층(314)(319)용 하부층으로서 50Å 이하의 두께의 티타늄으로 각각 형성된 제2접촉층(315)와 제1접촉층(320)이 설치되어 있다.
제2접촉층(315)의 존재에 의하여 한쪽의 제2장벽층(314)과 다른쪽의 제1금속배선도체층(316) 및 제2층간절연층간의 전기접촉을 증가할 수 있는 한편, 제1접촉층(320)때문에 한쪽의 제1장벽층(319)와 다른쪽의 실리콘기판(321) 및 제1층간절연층(319)간의 전기접촉을 게선할 수 있다.
이외에 접촉층(315)(320)내에 함유된 탄소 및/또는 산소는 이들 층(315)(320)의 높은 전기적 안정을 확실하게 하는데 기여한다.
접촉층(315)(320)의 탄소 및/또는 산소함량에 관하여 산소함량이 3원자% 이하이고 탄소함량이 3원자% 이하가 바람직하다.
이때 산소와 탄소가 공히 동시에 함유하는 경우에는 이들 원소의 함량은 각각 3원자% 이하가 바람직하다.
이는 3원자%를 초과하는 함량은 제1접촉층(320)의 전기저항치를 바람직하지 않게 증가시키기 때문이다.
부가하여 탄소 및/또는 산소는 원소형태나 화합물이나 티타늄화합물을 함유하여도 된다.
제9도에 표시한 집적회로에 있어서, 두 장벽층(314)(319) 또는 두 접촉층(315)(320)은 각각 상술한 구조 또는 조성물로 구성된다.
그러나, 장벽층중의 하나 또는 접촉층중의 하나로 이 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 상술한 각 구조로 실현할 수 있다.
제9도에 표시한 집적회로장치의 변형으로서, 제1 및 제2의 장벽층(319)(314)은 탄소를 함유한 질화티타늄으로 각각 형성하여도 된다.
이경우, 탄화티타늄결정을 질화티타늄층으로 형성할 수 있으며, 이에 따라 고도의 안정된 장벽성을 장벽층에 부여할 수 있다.
그러므로 이 변형도 제9도의 집적회로구조와 같이 유리한 효과를 제공할 수 있다. 이 발명에 의하여 제조된 집적회로장치를 시험하기 위하여 실시한 실험에서, 산소 및/또는 탄소함량이 하기 표 1과 같이 변동 하는 IC 장치를 제조하고 제어장치(산소와 탄소가 전혀 함유되지 않은)와 비교한다.
이 발명에 의한 장치는 제어장치와 마찬가지로 실리콘기판상에 순차로 질화티티늄의 장벽층과 알루미늄의 배선도체층을 퇴적하여 적층구조로 하여 제조된다. 이 발명에 의한 장치는 금속배선도체층으로 실리콘의 열확산을 촉진하기 위하여 온도 500-800℃ 에서 1시간 가열한다.
가열후, 이 장치는 냉각되고 슬라이스되며 그 다음에 실리콘층, 장벽층 및 금속배선도체층의 상태를 육안검사하기 위하여 장치의 단면을 50000 배율로 촬영하였다. 제어장치도 동일한 절차로 다루고 관찰하였다.
그 결과는 표 1에 표시되어 있다.
이 표에서 알 수 있는 바와 같이, 이 발명에 의하여 제조된 집적회로장치의 경우, 알루미늄으로 형성된 배선도체층은 전체노출영역에 균일하게 백색을 나타낸다. 반대로 제어장치의 경우는 배선도체층에 혼탁상태가 관찰되었다. 이러한 혼탁상태는 장벽층을 넘어 배선도체층으로 실리콘이 확산된 것으로 설명할 수 있다.
반대로 이 발명에 의하여 제조된 장치의 경우에 혼탁상태가 아닌 것을 산소와 탄소를 함유한 장벽층에 의하여 실리콘의 열확산이 억제되고 있음을 나타내고 있다.
상기 표에서 “○”는 배선 도체층에 혼탁상태가 발생하지 않은 상태를 표시하며, “△”는 약간의 혼탁상태가 관찰된 상태를 표시하며, “×”는 심한 혼탁상태를 표시한다.
제10도는 이 발명의 또 다른 하나의 실시예에 의한 집적회로장치의 부분단면도이다. 이 도면에서, 반도체장치는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 형성된 배선도체층(431)과 질화티타늄으로 된 장벽층(432)과, 실리콘기판(433)과, 배선도체층(434)과 장벽층(432)간에 설치되고, 배선도체층(431)의 금속과 합금을 용이하게 형성할 수 있는 금속으로 형성된 접촉공(434) 및 버퍼층(435)으로 구성된다.
배선도체층(431)의 알루미늄 또는 알루미늄합금과 용이하게 합금을 형성하게 되는 버퍼층(435)용 금속으로서는 예를 들어 티타늄, 실리콘, 게르마늄 등을 들 수 있다.
다음은 이 실시예에 의한 집적회로장치내의 배선도체층 형성 프로세스를 설명한다. 먼저, 접촉공(434)내에 장벽층(432)이 질화티타늄등으로 형성하고, 이어서 티타늄, 실리콘, 게르마늄등 금속으로 된 버퍼층(435)을 형성한다. 티타늄, 실리콘 및 게르마늄 등, 금속은 알루미늄과 합금형성이 용이한 경향이 있으므로, 버퍼층(435)상에 퇴적된 배선도체층(431)의 알루미늄 또는 알루미늄합금과 합금할 수 있으며 이에 따라 실리콘기판을 약간 가열함으로써 버퍼층(435)과 배선도체층(431)간의 접촉면을 따라 알루미늄 합금층을 형성한다.
이러한 알루미늄합금은 순알루미늄 또는 알루미늄을 다량 함유하는 알루미늄합금에 비하여 현저히 낮은 융점을 가지고 있기 때문이다.
그러므로, 배선도체층(431)은 용이하게 변화하여 접촉공(434)을 메운다.
이 방법으로 접촉공(434)은 아주 편리한 방법으로 만족스럽게 배선도체층(31)으로 메울 수 있다.
다음은 제12도 및 제13도에 의하여 상술한 바와 같이 접촉공내에 배선도체층을 형성하는데 사용되는 장치를 설명한다.
450으로 표시된 이 장치는 실리콘기판(433)을 회전시키기 위하여 진공체임버(도시생략)내에 설치된 회전구동기구(451)과, 회전구동기구(451)상에 지지된 실리콘기판(433)의 이면에 설치되는, 실리콘기판(433)을 가열하기 위한 가열수단(452)과, 가열수단(452)으로 가열된 기판(433)에 티타늄, 실리콘, 게르마늄등 금속의 증기 또는 클러스터를 퇴적시키기 위한 점라이트원을 포함하는 증기발생원(453)과, 알루미늄 또는 알루미늄합금의 증기 또는 클러스터를 퇴적하기 위한 점라이트원을 포함하는 제2증기발생원(454)으로 구성되고, 금속증기 또는 클러스터는 회전구동기구(451)가 회전하고 있는 동안 증기발생원(453)(454)에 의하여 발생되며 이에 의하여 실리콘기판(433)의 접촉공(431)(제10도)내에 버퍼층(435) 및 배선도체층(431)을 형성한다. 또, 제조장치(450)는 증기발생원(453)(454)에 의하여 발생된 증기 또는 클러스터를 이온화하는 이온화수단(도시생략)과, 이온화된 증기 또는 클러스터를 실리콘기판(433)쪽으로 가속하는 제어가능한 가속수단(도시생략)을 포함한다. 다음은 제조장치(450)를 사용한 제10도에 표시한 구조의 집적회로장치의 제조방법을 설명한다.
먼저, 배기시스템(도시생략)에 의하여 진공체임버의 진공레벨을 10-4Torr 이하로 한다. 그후 증기발생원(453)으로부터 티타늄, 실리콘, 게르마늄 등의 금속을 증발시키고, 이온화수단 및 가속수단에 의하여 진공공간내 증기를 가속하여서 증기를 실리콘기판(433)쪽으로 분출하는 한편, 회전구동수단(451)에 의하여 회전하고 있는 기판(433)을 가열수단(452)에 의하여 가열한다. 이 방법을 티타늄, 실리콘, 게르마늄등의 금속증기 또는 클러스터가 실리콘기판(433)의 접촉공(434)내에 퇴적된다.
이어서, 가열수단(452)에 의하여 실리콘기판(433)을 가열하는 한편 증기발생원(455)로부터 알루미늄 또는 알루미늄합금을 증발시키며 이에 의하여 알루미늄 또는 알루미늄합금이 접촉공(434)내에 퇴적되게 하여 배선도체층(431)을 형성한다.
이때 버퍼층(435)상에 퇴적된 알루미늄 또는 알루미늄합금은 티타늄, 실리콘, 게르마늄등의 금속과 혼합되어 접촉공(434)으로 유입하여 변형되고 배선도체층(431)을 형성하는 합금을 형성한다.
상술에서 명백한 바와 같이, 이 발명의 이 실시예에 의하면 버퍼층(435)이 먼저 접촉공내에 퇴적된 장벽층(432)상에 설치된 후 배선도체층(431)을 접촉공(434)내에 형성하여서 버퍼층(435)의 금속과 배선도체층(435)의 금속을 합금시키게 한다.
이와 같이 하여 접촉공이 미소치수이고 고종횡비의 경우에도 배선도체층(431)이 접촉공(434)내 배선도체층(431)의 유동성으로 인하여 용이하게 접촉공(434)으로 유입할 수 있다.
이와 같이 배선도체층(431)이 실수없이 형성된다.
제11도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 집적회로장치를 표시하는 단면도이다. 이 실시예에 의한 집적회로장치는 버퍼층(435a)의 금속성분에 관하여서만 제10도 장치와 다르다.
따라서, 동일 또는 상당부분은 제10도와 동일부호를 붙인다.
이 실시예에 의한 집적회로장치의 버퍼층(435a)은 티타늄, 실리콘, 게르마늄등의 금속이 알루미늄합금과 합금을 형성한다.
이 실시예에 의한 집적회로장치를 제12도의 장치를 사용하여 제조할때, 티타늄,게르마늄등이 증기발생원(453)으로부터 기화하며 동시에 알루미늄 또는 알루미늄합금이 증기발생원(454)로부터 기화되어서 양금속은 실리콘기판의 접촉공(434)내에 동시에 퇴적되므로 티타늄, 실리콘, 게르마늄등의 금속이 알루미늄합금과 합금된 버퍼층(435a)을 형성한다.
이 공정을 제외하고, 제10도에 의하여 앞서 설명한 방법과 동일한 방법으로 퇴적하여 배선도체층을 형성하는 금속으로 접촉공(434)을 용이하게 메울 수 있다. 제11도에 표시한 실시예의 변형으로서 버퍼층(435a)로부터 배선도체층까지의 거리가 감소함에 따라 티타늄, 실리콘, 게르마늄등의 금속함량을 알루미늄 함량에 대하여 점차적으로 감소시키도록 버퍼층(435a)을 형성하여도 된다. 이 목적을 위하여, 티타늄, 실리콘, 게르마늄등의 금속과 알루미늄 또는 알루미늄합금의 동시 퇴적에 있어서, 증착과정에서 전자의 기화량을 점진적으로 감소시키거나 대신 후자의 기화량을 점진적으로 증가시키게 된다. 배선도체층(431)까지의 거리의 감소에 따라 알루미늄함량을 점진적으로 감소시킨 버퍼층(435)을 접촉공(434)내에 형성된 장벽층(432a) 표면상에 설치함으로써, 배선도체층(431)을 형성하는 알루미늄 또는 알루미늄합금이 배선도체층(431)에 의하여 접촉공을 메울때 버퍼층(435)의 표면합금과 혼합되고 이 결과 배선도체층(431)을 형성하는 금속의 융점이 저하되며 접촉공(434)에서 합금을 유동화하여 접촉공을 배선도체층의 금속으로 메우는 것을 용이하게 촉진하게 된다.
티타늄, 실리콘, 게르마늄을 제10도 및 제11도에 표시한 실시예의 변형과 관련하여 버퍼층을 형성하기 위한 금속으로 언급한 바 있으나, 이 발명은 티타늄, 실리콘, 게르마늄에 결코 한정되는 것은 아니고 알루미늄과 용이하게 합금 가능한 기타 금속도 이 발명의 범위내에 같이 사용할 수 있다. 또 기판에 접촉공 및 관통공이 있는 경우는 버퍼층을 이들 구멍에 설치할 수 있음을 말할 필요가 있다.
제14도는 이 발명의 또 다른 실시예에 의한 박막형성장치의 구조를 표시하는 개략도이다.
도면에서, 장치는 진공체임버(501)와, 진공체임버(501)내에 설치되고 배선도체층이 형성될 기판(510)과, 기판(510)을 회전시키는 회전기구(518)와, 기판(510)을 가열하는 히터(517)와, 예를 들어 알루미늄 등 및 실리콘의 증착용 물질로 충만되고 수직상방향 면을 지향하여 기판(510)아래에 각각 설치된 클러스터 이온범형 이온빔 증착장치로 구성된다.
이온빔 증착장치(520)(530)(535)는 상기 증착용 물질이 각각 충전되어 있는 도가니(521)(532)(551)와, 도가니(521)(532)(551)를 각각 가열하는 도가니 가열필라멘트(522)(532)(552)와, 도가니(521)(531)(551)에 각각 설치된 노즐(523)(533)(553)를 포함한다.
조합된 도가니(521)(531)(551)에서 발생된 증기 또는 클러스터(525)(535)(555)는 각각 이온화필라멘트(526)(536)(556)에 의하여 이온화되고 각각 가속전극(528)(538)(558)에 의하여 기판(510)쪽 방향으로 가속되어서 기판(510)에 조사된다.
가스도관(560)은 진공체임버(501)내로 알곤가스를 도입하기 위하여, 기판(510)부근위치에 설치된다.
유량조절밸브(561)는 진공체임버(501)내의 가스압력을 소망하는 압력레벨로 제어하기 위하여 알곤가스도관(560)에 설치된다.
상기 구조의 박막형성장치에서, 증착장치(520)(530)(550)를 포함하는 클러스터 이온형 증착장치가 가동될 때, 도가니(521)(531)(551)에 들어있는 예를 들면 알루미늄, 동 및 실리콘등 증착용재가 각각 가열필라멘트(522)(532)(552)에 의하여 가열되어 알루미늄, 동 및 실리콘이 기화되어서 각 노즐(523)(533)(553)을 통하여 진공체임버(501)내에 규제된 고진공 공간으로 분출하게 되므로 클러스터(525)(535)(555)가 각각 형성된다.
이들 클러스터의 일부는 이온화필라멘트(526)(536)(556)로부터 각각 방출된 전자와 충돌되어서 이온화되고 가속전극(528)(538)(558)의 전계효과 작용하에 각각 가속화되어서 최종적으로 기판(510)의 노출면상에 퇴적되어 각각 배선막을 형성한다.
이 경우 가속전극(528)(538)(558)에 인가된 바이어스 전압을 제어하여 기판(510)에 조사되는 이온화증기 또는 클러스터의 운동에너지를 제어하는 한편 이온화필라멘트(526)(536)(556)로부터 방출된 전자량을 증가시켜서 조사 이온의 수량을 증가시키며 고종횡비의 미세접촉공저부에 퇴적되는 클러스터량을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 가스도관(560)에 의하여 알곤가스가 기판(510)부근의 진공체임버내로 도입된다.
진공체임버(501)내의 가스압력을 유량조절밸브(561)에 의하여 조절함으로써 클러스터 빔(525)(535)(555)의 각 평균자유행정을 변화시킬 수 있다.
진공체임버내에 도입된 가스압력을 증가시킴으로써 클러스터와 알곤가스 입자의 충돌이 더 강력이 발생되므로 이 결과 클러스터의 선형이동행정이 변환된다. 따라서 저면에 퇴적되는 클러스터량에 비하여 더 많은 량의 클러스터가 접촉공의 원통벽면에 퇴적하는 경향이 있다.
특히 제15도를 참조하여 가스입력이 “10”Torr 정도로 낮으며 클러스터의 평균자유행정이 2500㎝를 초과할때 알곤입자와의 충돌확률은 낮다.
따라서 클러스터 또는 증기빔은 이동행정에서 고도의 선형을 유지한다.
이 경우 많은 량의 클러스터가 접촉공저면에 퇴적되는 반면 측벽면 퇴적량은 이에 대응하여 감소한다.
한편 체임버(501)내의 가스압력이 10-3Torr 정도일때 평균자유행정은 2.5㎝ 보다 짧게 되고 알곤입자의 충돌확률이 높아진다.
결과적으로 클러스터 입자의 이동행정이 굴곡되고 접촉공이 저면보다 측벽면에 더 많은 량의 클러스터가 퇴적되게 된다.
이 경우 접촉공이 0.5㎛ 정도의 미세규격일때 접촉공입구의 퇴적량이 증가되어 특히 접촉공내부로의 통과를 막게 되는 원치않는 상황이 발생할 수도 있다. 그래서, 체임버(501)의 진공레벨을 평균자유행정의 길이를 약 25㎝로 확보할 수 있는 10-4Torr 정도로 선택하는 것이 바람직하다.
이 경우 접촉공저부의 퇴적량은 측벽상의 퇴적량과 균형이 잘 잡히므로 오프세트부가 있는 미세구조에 대하여도 개선된 피복을 획실하게 할 수 있다. 물론 알곤가스압력은 접촉공의 직경에 의존하여 제어된다.
실시예에서 극히 정밀프로세서가 소요되는 직경이 0.3㎛인 접촉공의 경우에 있어서는 일곤가스압력을 10-6∼2×10-4Torr 정도의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.
상기 설명에서는 진공체임버(501)에 도입되는 가스로서 알곤가스를 사용하는 것으로 가정하였다.
그러나 배선도체막 형성시 전혀 사용하지 않는 헤륨, 네온, 알곤, 크립톤, 크세논, 라돈으로부터 선택한 회유가스를 동일하게 사용하여도 같은 효과를 얻게 된다. 또, 회유가스의 압력은 배선도체층의 형성과정에서 변동된다. 이 실시예에서, 층형성시 초기 또는 시작단계에서, 가스압력을 저레벨로 설정하여 접촉공저부에 퇴적하는데 우선을 두고 그후 가스압력을 증가시켜서 접촉공의 측벽상에 층을 형성한다.
물론 이 절차를 반대로 하여도 같은 효과를 얻는다.
상기에서는 막형성에 반응성분으로 기여하지 않는 불활성 회유가스를 퇴적용 클러스터 또는 증기의 평균자유행정을 조절하기 위하여 사용한다.
이와 관련하여 관계되는 평균자유행정의 제어를 목적으로 회유가스 대신에 공기를 사용하는 것도 고려될 수 있다.
이 경우 이온화 프로세스를 통하여 질소이온과 산소이온을 생성하여 증착 프로세스를 통한 막형성시 질소와 산소를 포함하거나 또는 추가로 인하여 소망의 조성으로 된 배선도체층을 형성할 수 없다는 바람직하지 않는 상황으로 되기 쉽다. 그러나 이 문제는 진공체임버(501)내의 가스압력에 기인할 수 있다. 다시 말하면 가스압력을 충분히 낮게 유지하는 한 공기의 존재는 배선도체층 또는 막조성에 영향을 미치지 않는다,
발명자의 실험결과, 공기의 영향은 10-6Torr 이상압력에서 나타난다.
그래서 다른식으로 말하면 진공레벨이 10-6Torr 이상 또는 가스압력이 10-6Torr 이하에서, 극소형의 접촉공이 있는 배선도체막 형성시 퇴적되는 기화물질의 평균자유행정은 희유가스의 도입에 의존하지 않고 상기 조건하에 진공레벨을 변동시켜서 제어할 수 있다.
실제에 있어서, 희유가스 도입없이 상술한 바와 같은 방법으로 진공레벨을 변동시킴으로써 극소형의 접촉공이라도 그 저부와 측벽상에 만족스러운 두께의 배선도체막을 형성할 수 있다.
제14도에 표시한 장치의 경우에 있어서, 알곤가스가 기판(510)부근으로 도입된다. 이는 기판을 알곤가스 분위기로 감싸서 적절하게 평균자유행정을 선택하는데 목적이 있다.
그러나 단시간 경과후 알곤가스의 부분압력의 소멸로 알곤가스의 균일한 확산이 발생한다.
이 사실에 비추어 이 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않으면 진공체임버(501)의 어떤 적절한 부분에 알곤가스도입수단을 설치하여도 된다.
증착재로서 전기저항이 낮고 염가인 알루미늄만을 사용할 수도 있다.
그러나 형성되는 배선도체층내에서 발생하는 이동을 억제하기 위하여 알루미늄과 동 또는 알루미늄화합물, 동 및 실리콘, 텅스텐실리사이드, 티타늄실리사이드로 구성되는 그룹에서 선택된 물질의 조성물이 바람직하며 이 조성물은 알루미늄이 95∼99.5% 범위이고 기타 원소는 5∼0.5%이다.
제14도에 표시한 장치에서는 클러스터 이온빔형 이온빔 증착장치가 사용된다. 그러나 진공증착장치(전자빔 및 레이저빔으로 조사를 통하여 원료를 기화시키는 장치 포함), 이온도금장치, 분자빔에피타키셜장치, 이온빔스퍼터링장치 또는 물질증착장치등의 기타증착장치가 고진공하에 증착을 달성하기 위하여 동일하게 사용할 수도 있다.
그러나 물질증착장치중 하나이고 알곤가스가 10-3Torr 이상의 가스압력에서 도입되는 물리증착장치의 하나인 마그네트론형 스퍼터링장치로는 만족한 방법에 의하여 배선도체층의 오프세트부의 피복을 가능하게 하는 알곤가스의 도움으로 증착용재의 평균자유행정을 제어하는 것이 불가능하다.
또 제14도에 표시한 장치의 경우에 있어서, 기판(510)은 구동기구(518)에 의하여 회전하게 되었다.
이는 균일한 조성과 막두께의 증착막을 실현하는데 목적이 있다.
이와 연관에서, 이 발명은 그러한 회전구동기구 사용을 규제하는 것은 결코 아니다. 간단하게 말하면 증기빔과 기판간에 상대적운동이 발생하는 한 어떤 알맞는 기구라도 된다.
이 실시예에서 기판(510)은 제14도와 같이 수평 또는 수직방향으로 움직이게 된다. 물론 도가니(522)(532)(552)를 포함하는 증착원이 움직이거나 대신 이온빔을 전계 또는 자계를 인가하여 굴절시켜도 같은 효과를 얻게 된다. 상기 이 실시예와 그 변형에서 구체화된 발명에 의하면 고종횡비의 미세한 접촉공의 저면 뿐만 아니라 측벽면에도 적합한 두께의 배선도체막을 형성할 수 있는 한편 적절한 압력에서 도입된 회유가스입자에 의하여 증기입자의 평균자유행정이 제어되는 증착에 따른 이동으로 인한 파손을 방지한다. 진공체임버 10-6Torr 이상의 진공레벨로 유지하므로 고종횡비의 미세한 접촉공의 저면과 함께 측벽상에 충분한 두께의 배선도체층 형성이 가능한 한편, 희유가스의 도입에 의지하지 않고도 이동으로 인한 파손을 방지할 수 있다. 이외에, 증기빔과 기판간의 상대적운동은 균일한 두께의 배선도체막 형성에 기여할 수 있다.
제16도는 이 발명의 또 다른 하나의 실시예에 의한 박막형성장치의 일반적 배치의 개략표시도이다.
이 도면에서, 601은 증발재(증기상의 퇴적용의 증발될 물질)로 충전된 도가니(611)를 포함하는 클러스터 이온빔 증발점원을 표시하며, 이는 도가니(611)를 가열하는 히터필라멘트(612), 필라멘트(612)에 의하여 도가니를 가열하여서 기화된 증발재의 증기를 클러스터(615)형상으로 분출하는 노즐(613)과, 히터필라멘트(612)에 의하여 발생된 열은 차폐하는 열차폐판(614)과, 노즐(613)을 통하여 분출된 클러스터(615)를 이온화하는 이온화필라멘트(616)과, 이온화필라멘트(616)의 열을 차폐하는 열차폐판(617)과, 이온화클러스터(615)를 가속하여서 이 가속된 클러스터이온을 기판(602)에 조사하는 가속전극(618)을 포함한다.
이 발명의 이 실시예에 의하여 클러스터 이온빔 증발장치는 제32도에 표시한 지금까지 알려진 장치와 다르며 상술한 것은 전자(前者)가 동축선으로 기판(602)직하에 설치되지 않고 외주(602)직하 또는 외주의 비스듬한 아래 외측 위치에 설치된다.
이 배치를 제외하고 기타구조나 구성요소는 제32도에 표시한 장치와 같거나 동등하다. 부가적으로 “외주직하”라는 표현은 클러스터이온빔원의 중심축(또는 제16도와 같은 수직축)이 기판(602)의 작동구역의 가장 먼 주위와 교차하는 것을 의미한다.
기판중심직하에(즉 클러스터 이온빔 증발점원의 중심을 통하여 뻗은 기판의 회전축이 지나는 동축위치)에 설치된 클러스터 이온빔 증발점원을 사용하는 박막형성에 있어서, 제32도에 표시한 장치에서 아는 바와 같이 기판(602) 접촉공의 B부에 클러스터의 퇴적과 이들 B부의 피복자화율이 앞에서 설명한 셀프새도윙효과때문에 저하된다.
반대로 접촉공의 A부의 피복자화율은 제16도에서 알 수 있는 바와 같이 클러스터 이온빔 증발점원(601)이 외주(602)의 직하 또는 외측에 설치될때 개선될 수 있다.
따라서 기판(602)을 180°회전함으로써, 접촉공 B부의 피복자화율이 향상된다. 이와 같이 제16도에 표시한 바와 같은 사선배치로 기판(602)과 클러스터 이온빔 증발점원(602)을 위치시키고 기판(602)을 회전에 의해 막의 퇴적프로세스를 실시함으로써 접촉공의 모든 내부를 균일하게 박막으로 피복할 수 있다.
다음은 막이 퇴적될 기판(602)과 클러스터 이온빔 증발점원(601)간 위치관계와 함께 기판(602)과 접촉공간의 치수관계를 상세히 설명한다.
기판의 반경을 d, 기판(602)내에 형성된 접촉공의 직경을 a, 그 깊이를 b, 기판(602)의 회전축중심과 클러스터 이온빔 증발점원간 거리를 D, 기판(602)의 표면으로부터 뻗은 평면과 클러스터이온빔점원(601) 더 명확하게는 노즐(613)간의 거리를 L로 각각 표시하기로 한다.
이 실시예에 의한 장치에 있어서, 기판(602)과 클러스터 이온빔 증발점원(601)은 서로 충분한 거리를 띄워서 다음관계가 성립되게 한다.
d=D 및 L≥d(b/a) 또는 d≤L(a/b)
이 경우 클러스터 이온빔 증발점원(601)의 위치는 다음조건을 충족시켜야 한다.
d≤D≤L(a/b)
다시 말하면, 큰 치수의 기판(602)에 대하여는 거리 L를 대응하여 증가시켜야 한다. 한편 접촉공의 종횡비(즉 b/a)가 클때는 거리 D를 지나치게 길게 선정할 수 없다.
제16도를 다시 참조하여 기판(602)와 클러스터 이온빔 증발원(601)을 서로 과도하게 가까이 재배치할때 즉 Ld(b/a) 또는 d(a/b)일때는 막이 접촉공의 측벽상에는 형성되나 접촉공의 중심영역에는 형성되지 않는다.
따라서 이 실시예를 실시하는 바람직한 모드에서는 다수의 클러스터 이온빔 증발점원(601)을 외주(602)의 직하 또는 그 외측의 위치 뿐만 아니라 기판(602) 외주의 방사방향 내측에 있는 위치에 각각 설치한다.
이러한 배치로 인하여, 기판(602)과 클러스터 이온빔 증발점원(601)간의 거리를 확보할 수 없는 경우에도 기판(602)내에 형성된 접촉공의 내면전체에 막을 균일하게 형성할 수 있다.
제17도(a)(b)는 제16도에 표시한 이 실시예의 바람직한 변형에 의한 배치의 평면도 및 측입면도를 각각 표시하며, 여기서 6개의 클러스터 이온빔 증발점원이 증착프로세스를 통하여 박막을 형성하게 될 기판의 외주직하에 설치된다. 제17도(a)에서, 602는 상면에 막이 형성될 기판이며, 603은 기판(602)을 구동하는 구동수단이고, 620은 기판(602)의 외주직하에 설치된 6개의 클러스터 이온빔 증발점원이다.
6개의 클러스터 이온빔 증발점원(620)은 2개의 알루미늄증발원과 2개의 동증발원 및 2개의 티타늄증발원을 포함한다.
이 배치로, 알루미늄, 동 및 티타늄 및 합금막을 기판(602)의 접촉공내에 균일하게 형성할 수 있다.
이외에 증가된 수량의 클러스터빔증발점원을 사용함으로써 증착을 통한 막형상을 고속으로 달성할 수 있고 또 더욱 막두께의 균일분포를 얻게 된다. 이 시점에서, 기판과 증발점원간의 거리를 짧게 배치한 경우 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(620)을 제19도(a)(b)에 도시한 바와 같이 기판외주의 직하위치에 배치하고 다른 클러스터 이온빔 증발점원(640)을 회전중심과 외주간의 기판(602) 아래위치에 배치하여도 된다.
물론 클러스터빔 증발점원은 상기 배치에 극한되는 것은 아니다.
상술한 접촉공의 치수에 부가된 조건 및 클러스터 이온빔 증발점원간의 위치관계가 충족되는 한 제20도(a)(b)∼제26도(a)(b)에 표시한 바와 같은 클러스터 이온빔 증발점원(620)(630)(640)(650)의 각종 조합을 체택하여도 된다. 더 상세히 설명하면 제20도(a)(b)는 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(620)이 기판(602) 외주직하에 배치된 것에 부가하여 하나의 클러스터 이온빔 증발점원(650)이 기판(602)의 회전중심직하에 배치된다.
제21도(a)(b)에 표시한 배치에서는, 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(630)이 기판(602)외주 외측아래에 배치된 것에 부가하여 하나의 클러스터 이온빔 증발점원(650)이 기판(602)의 회전중심직하에 배치된다.
제22도(a)(b)에 표시한 배치에서는 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(630)이 기판(602)외주 외측아래에 배치된 것에 부가하여 하나의 클러스터 이온빔 증발점원(640)이 기판(602)의 회전중심축과 그 외주간에 위치한 기판(602)아래에 배치된다.
제23도(a)(b)는 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(620)이 기판(602)의 외주 직하에 설치된 것에 부가하여 2개의 클러스터 이온빔 증발점원(640)과 하나의 클러스터 이온빔 증발점원(650)이 사용된 구조를 표시한다.
제24도(a)(b)에 표시한 구조는 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(620)이 기판의 외주 외측아래에 배치된 것에 부가하여 하나의 클러스터 이온빔 증발점원(650)이 기판(602)의 회전중심(603)직하에 배치되고 또 다른 하나(640)가 기판의 회전중심과 외주간위치에 배치된다.
제25도(a)(b)에 표시한 구조에서는, 하나의 클러스터 이온빔 증발점원(640)이 기판(602)의 회전중심과 외주간위치 아래에 배치되고 2개의 점원(620)이 기판의 외주직하위치에 직경방향으로 대향하여 배치되는 한편 6개의 클러스터 이온빔 증발점원(630)이 기판(602)의 외주 외측아래에 배치된다.
제26도(a)(b)는 박막형성장치의 또 다른 구조의 개략도이며 이는 기판의 외주밖 t 위치에 배치된 다수의 클러스터 이온빔 증발점원(620)과, 기판(602)의 회전중심과 외주간 아래에 배치된 6개의 클러스터 이온빔 증발점원을 포함한다.
이배치에서 클러스터 이온빔 증발점원(630)의 위치는 아래조건을 충족하도록 선정되어야 한다.
D≤L/a
여기서 a는 기판(602)내에 형성된 접촉공의 종횡비, L는 기판표면의 연장과 클러스터 이온빔 증발점원(630)간의 거리, D는 기판(602)의 회전중심과 클러스터 이온빔 증발점원(630)간의 거리를 나타낸다.
마지막으로 기판상에 퇴적되는 물질이나 조성물은 알루미늄, 동 및 티타늄의 합금에 극한되지 않으며 알루미늄과 실리콘의 합금도 동등하게 사용할 수 있음은 말할 것도 없다.
또, 기판이 회전하는 것으로 설명하였으나 이 발명은 이에 극한되는 것이 아니며 증발점원이 기판의 수직중심축 아래 주위를 회전하여도 된다.
상술에서 명백한 바와 같이, 상기 실시예에 의하면 고종횡비인 미세한 접촉공내일지라도 박막을 균일하게 형성할 수 있으므로 이 발명에 의하면 종래의 박막형성장치의 문제점을 충분히 해소할 수 있다.

Claims (22)

  1. 기판과, 상기 기판상에 설치된 배선도체층과, 상기 기판과 상기 배선도체층 사이에 개재시킨 장벽층으로 구성되고, 상기 장벽층은 5원자%∼20원자%의 탄소를 포함하는 질화티타늄인 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장벽층 하부에 산소와 탄소를 함유하고 티타늄의 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  3. 기판과 상기 기판상에 설치된 배선도체층과, 상기 기판과 상기 배선도체층 사이에 개재시킨 장벽층으로 구성되고, 상기 장벽층은 10원자%에서 20원자% 범위에 있는 산소와 탄소의 총함량을 공급하는 20원자%까지의 농도를 가지는 산소와 20원자%까지의 농도를 가지는 탄소를 함유하는 질화티타늄인 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  4. 제3항에 있어서, 티타늄의 접착층을 포함하고 상기 장벽층의 하부에 산소와 탄소중의 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접착층은 탄소와 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  6. 기판과 상기 기판상에 설치된 배선도체층과, 다른 구성성분층에 접착된 접착층으로 구성되고, 상기 접착층은 5∼20원자%의 탄소를 함유하는 질화티타늄인 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  7. 기판과, 상기 기판상에 설치된 베선도체층과, 다른 구성성분층에 접착된 접착층으로 구성되고 상기 접착층은 10원자%에서 20원자% 범위내에 있는 산소와 탄소의 총함량을 공급하는 20원자%까지의 농도를 가지는 산소와, 20원자%까지의 농도를 가지는 탄소를 함유하는 질화티타늄인 것을 특징으로 하는 집적회로장치.
  8. 산소가스를 진공체임버내에 설치된 기판부근에 도입하는 공정과, 가스이온원을 사용하여 기판을 질소이온으로 조사시킴으로써 티타늄증착에 의해 산화티타늄-질화티타늄(TiON) 박막을 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 집적회로장치의 제조방법.
  9. 산소가스와 질소가스를 포함하는 혼합가스를 진공체임버내에 설치된 기판부근에 도입시키는 공정과, 가스이온원을 사용하여 그 기판을 알곤이온으로 조사시킴으로써 티타늄(Ti)을 증착시켜 산화티타늄-질화티타늄(TiON) 박막을 형성하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 집적회로장치의 제조방법.
  10. 클러스터형 이온원과 가스이온원을 구성하고, 상기 클러스터형 이온원등의 금속증발원은 소정 진공레벨로 유지되는 진공체임버와, 이 진공체임버내에 설치된 기판과, 이 기판부근에 산소가스 또는 산소가스와 질소가스를 포함하는 혼합가스를 도입하는 가스도관과, 증착재증기를 상기 기판쪽으로 분사시켜 상기 증착재의 증기 또는 클러스터를 생성하는 증기발생원과, 증착재의 증기 또는 클러스터의 일부를 이온화하는 이온화수단과, 이온화증기 또는 이온화클러스터를 제어할 수 있게 가속하여서 상기 이온화증기 또는 이온화클러스터를 이온화안된 증착재의 증기 또는 클러스터와 함께 상기 기판으로 이동시키는 가속수단을 포함하며 ; 상기 가스이온원은 상기 진공체임버내에 설치된 질소 또는 알곤가스도관과, 질소가스 또는 알곤가스를 이온화시키며, 질소가스 또는 알곤가스를 도입하는 위치에 설치된 전자빔방사전극과 전자빔 인출수단을 포함하는 가스이온화수단과, 상기 가스이온화수단에 의하여 이온화된 질소이온 또는 알곤이온을 제어가능하게 가속하는 가속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로장치의 박막형성장치.
  11. 기판상에 장벽층을 개재시켜서 형성한 배선도체층을 가진 집적회로장치의 제조방법에 있어서, 질소가스를 진공체임버내에 설치된 기판부근에 도입시키는 공정과, 클러스터형 이온원등의 금속증발원에서 발생한 티타늄 이온으로 그 기판을 조사시켜서 그 기판상에 티타늄을 증착시키는 공정으로 구성되며, 그 진공체임버내의 기판부근에 도입한 질소가스량을 대응조절시킴으로써 조성(X)이 점진적으로 변화하는 질화티타늄(TiNx) 박막의 장벽층을 형성하는 것을 특징으로 하는 집적회로장치의 제조방법.
  12. 기판상에 장벽층을 개재시켜서 형성된 배선도체층을 가진 집적회로장치의 제조방법에 있어서, 질소원소를 포함하는 가스혼합물 또는 질소가스를 포함하는 가스혼합물을 진공체임버내에 설치시킨 기판부근에 도입시키는 공정과, 클러스터형 이온원등의 금속증발원에서 발생한 티타늄이온으로 그 기판을 조사시키며 동시에 그 기판을 불활성가스이온으로 조사시킴으로써 그 기판상에 티타늄을 증착시키는 공정과, 그 진공체임버에의 기판부근에 도입된 가스혼합물량을 대응조절함으로써 조성(X)이 변화되는 질화티타늄(TiNx) 박막에 의해 장벽층을 형성함을 특징으로 하는 집적회로장치의 제조방법.
  13. 클러스터형 이온원등의 금속증발원과 가스이온원을 구성시켜 그 클러스터형 이온원등의 금속증발원에는 소정의 진공레벨로 유지된 진공체임버와, 진공체임버내에 설치된 기판과, 그 기판부근에 질소가스 또는 질소원소를 함유하는 가스혼합물의 흐름을 조절하여 도입하는 가스도관과, 그 기판쪽으로 증착재 증기를 분사시켜 그 증착재의 증기 또는 클러스터를 발생시키는 증기발생원과, 그 증착재의 클러스터 또는 증기의 일부를 이온화하는 이온화수단과, 이온화증기 또는 클러스터이온을 조절가능하게 가속화시킴으로써 그 이온화증기 또는 클러스터이온을 그 기판으로 이온화되지 아니한 증착재의 증기 또는 클러스터와 함께 이동시키도록 하는 가속수단을 포함하며, 그 가스이온원에는 그 진공체임버내에 설치된 불활성가스도관과, 그 불활성가스를 이온화하며, 전자빔 인출전극과 그 불활성가스를 도입하는 위치에 설치한 전자빔방사수단을 포함하는 가스이온화수단과, 그 가스이온화수단에 의해 이온화한 불활성이온을 조절가능하게 가속하는 가속수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로장치의 박막형성장치.
  14. 높은 진공레벨의 진공체임버내에 설치된 기판상에 하나의 층(layer)으로 도전재를 증착시키는 증착장치를 사용하여 집적회로장치의 배선도체막을 형성하는 방법에 있어서, 필요로 하는 압력에서 진공체임버내에 희유가스를 도입시킴을 특징으로 하는 집적회로장치의 배선도체막 형성방법.
  15. 제14항에 있어서, 그 희유가스의 가스압력은 10-6Torr∼약 2×10-4Torr의 범위인 것을 특징으로 하는 집적회로장치의 배선도체막 형성방법.
  16. 높은 진공레벨의 진공체임버내에 설치시킨 기판상에 하나의 층으로 도전재를 증착하는 증착장치를 사용하여 접적회로장치의 배선도체막을 형성하는 방법에 있어서, 그 도전층의 증착은 10-6Torr 보다 높은 필요로 하는 진공레벨에서 실시함을 특징으로 하는 집적회로장치의 배선도체막 형성방법.
  17. 그 내부에 기판을 설치하는 진공체임버(vacceum chamber)와, 그 기판에 대항하여 설치한 증기발생원과, 그 증기발생원에 의해 발생한 증기를 이온화하기 위하여 기판과 증기발생원 사이에서 설치된 이온화수단과, 그 이온화수단에 의해 이온화된 증기에 운동에너지를 부여하여서 그 기판쪽으로 증기빔형상의 이온화증기를 가속시키는 가속수단과, 그 진공체임버로 희유가스를 도입하는 수단과, 그 희유가스의 가스압력을 조절하는 가스압력조절수단으로 구성함을 특징으로 하는 집적회로장치의 배선도체막 형성장치.
  18. 제17항에 있어서, 그 증기빔과 기판 사이에 상대적인 위치의 이동을 하는 위치이동수단을 더 구비함을 특징으로 하는 집적회로장치의 배선도체막 형성장치.
  19. 그 내부에 기판을 설치된 진공체임버와, 그 기판에 대향하여 설치한 증기발생원과, 그 증기발생원에 의해 발생한 증기를 이온화하기 위하여 그 증기발생원과 기판 사이에 설치된 이온화수단과, 그 이온화수단에 의해 이온화된 증기에 운동에너지를 부여하여 그 기판쪽으로 증기빔 형상으로 이온화증기를 가속시키는 가속수단과, 그 진공체임버내의 진공레벨을 조절하여 10-6Torr 보다 더 높도록 하는 진공레벨조절수단과, 그 증기빔과 기판 사이에 상대적인 위치의 이동을 하는 위치이동수단을 구비함을 특징으로 하는 집적회로장치의 배선도체막 형성장치.
  20. 박막형성재의 증기 또는 이온을 분사시키는 포인트(point)형상영역을 가진 검증발원(spot vaporization source)과, 기판상에 그 분사재를 증착시켜 막을 형성하는 수단으로 구성되며 그 점증발원은 기판의 외주부직하 또는 그 외주부의 반경방향 바깥쪽위치에 설치하며, 그 기관을 회전시키는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 집적회로장치의 박막형성장치.
  21. 박막형성재의 이온 또는 증기를 분사시키는 포인트형상영역을 가진 점증발원과, 그 기판상에 분사재를 증착시켜 막을 형성하는 수단으로 구성되고, 그 점증발원은 그 기판의 외주부직하 또는 그 외주부의 반경방향 바깥쪽 위치에 설치되며, 그 기판의 중심을 통하는 축을 중심으로 하는 원형경로를 따라 그 점증발원을 회전시키는 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 집적회로장치의 박막형성장치.
  22. 제1항에 있어서, 그 기판과 점증발원을 소정의 거리보다 더 짧은 거리로 설치시킬때 점증발원은 그 기판의 외주부에 대하여 내측반경방향에 있는 위치에서 그 기판아래에 추가로 형성됨을 특징으로 하는 집적회로장치의 박막형성장치.
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