KR0172857B1 - 화학기상 증착에 의한 박막형성방법 - Google Patents

화학기상 증착에 의한 박막형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막형성에 관한 것으로, 특히 TiN 박막을 보다 효율적으로 형성할 수 있는 화학기상 증착(CVD)에 의한 박막형성 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 CVD에 의한 박막형성 방법은 CVD장치를 이용한 TiN 박막의 형성에 있어서, TEMAT, TiCl4, TMEAT 등의 공급가스(Source GAS)와 활성된 N2, He, H2의 반응가스를 이용하여 리모트 플라즈마 방식으로 TiN 박막을 형성하는 것으로 이루어진다.

Description

화학기상 증착에 의한 박막형성방법
제1도는 종래의 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도.
제2도는 본 발명에 따른 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 플레이트 21 : 웨이퍼
22 : RF 제너레이터 23 : 밸브
24 : 반응로
본 발명은 박막형성에 관한 것으로, 특히 TiN 박막을 보다 효율적으로 형성할 수 있는 화학기상 증착(CVD)에의한 박막형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 형성시키려고 하는 박막재료를 구성하는 원소로된 1종 또는 2이상의 화합물, 단체(單體)의 가스를 기판위에 공급해, 기상 또는 기판 표면에서의 화학반응에 의해서 소망하는 박막을 형성시키는 방법을 말한다.
CVD법은 에피택셜 성장기술의 발전에서 발단하고, 디바이스 기술의 고도화에 대응해서 전개해 오늘날처럼 LSI에서의 기본 기술의 하나가 되었다.
특히, 실리콘 게이트 등의 디바이스에서는 CVD법에 의한 박막형성의 반복으로 그 구조가 만들어지고 있으며, CVD막의 양부(良否)가 수율이나 성능을 결정하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 CVD에 의한 박막형성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도이다.
TiN박막을 증착시에 TEMAT[TiN(C2H5)2]4, TiCl4, TMEAT[TiN(CH3)(C2H5)]4등을 이용하는 것을 나타낸 것으로, CVD 장치의 반응로(5) 하부의 히팅(Heating)기능을 갖는 플레이트(2)에 웨이퍼(1)를 올려 놓고, RF 제너레이터(3)에서 특정의 RF 주파수가 발생되어 반응로(5)에 가해져서 내부의 반응가스를 활성화(Activation) 시킨다.
동시에 밸브(1)를 열어 He, Ar, N2 등의 캐리어 가스를 입력시켜 TEMAT, TiCl4, TMEAT 등의 공급가스를 반응로(5) 내부로 공급한다.
동시에 NH3또는 N2/H2의 반응가스를 반응로(5) 내부로 공급시켜 CVD 공정을 수행하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 CVD에 의한 박막 형성에는 다음과 같은 문제점이 있었다.
공급가스를 TEMAT를 사용할 경우에는 낮은 증기압과 낮은 반응도(Reactivity)로 인하여 반응가스로 NH3를 사용해야만 TiN막의 증착이 가능하며, TiCl4의 경우에는 높은 증착온도로 인하여 반응가스로 NH3를 사용하는 것이 적절하지 못하다.
그리고 TMEAT의 경우에는 싱글 소스(single Source)의 열분해(pyrolysis)의 경우 약 20%정도되는 카본(Carbon)을 함유하기 때문에 저항이 높아지는 문제점이 있다.
상기과 같은 문제점을 해결하기 위하여 다이렉트(Direct)또는 리모트 플라즈마 CVD시스템(Remote Plasma CVD System) 등을 채택하여 CVD를 실시하여도 여전히 파티클(Particle)발생을 제어할 수는 없었다.
왜냐하면 반응가스를 활성화 시키기 위한 RF 파워가 반응로에 가해져 공급가스(TEMAT, TiCl4, TMEAT 등)에도 영향을 미치기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 CVD 박막형성의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, TiN 박막을 보다 효율적으로 형성할 수 있는 화학기상 증착에 의한 박막형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 CVD에 의한 박막형성 방법은 CVD 장치를 이용한 TiN 박막의 형성에 있어서, TEMAT, TiCl4, TMEAT 등의 공급가스(Source GAS)와 활성화된 N2, He, H2의 반응가스를 이용하여 리모트 플라즈마 방식으로 TiN 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 화학기상 증착에 의한 박막형성 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도이다.
본 발명은 TEMAT, TiCl4, TMEAT의 공급가스를 이용하여 리모트 플라즈마(Remote Plasma) 방식으로 TiN 필름을 증착하는 것으로, CVD 장치의 반응로(24) 하부의 히팅(Heating)기능을 갖는 플레이트(20)에 웨이퍼(21)를 올려 놓고, 밸브(23)를 열어 He, Ar, N2등의 캐리어 가스를 이용하여 TEMAT, TiCl4, TMEAT 등의 공급가스(Source GAS)를 반응로 내부로 유입시킨다.
이때, N2, He, H2또는 N2, He, H2의 혼합가스 등의 반응가스를 RF 제네레이터(22)에 0.01∼5KW의 파워를 가하여 활성화 시켜 반응로(24) 내부에 유입시켜 TiN 박막을 반도체, 유전체, 금속 고유전체막 등에 증착시키게 된다.
이때 상기 CVD장치의 반응로(24) 내부의 증착온도는 25℃∼450℃이고, 압력은 10-3Torr∼10Torr이다.
그리고 유입되는 공급가스의 온도는 25℃∼200℃이다.
그리고 상기와 같은 본 발명의 CVD를 이용한 박막을 증착시킬수 있는 반도체는 Si또는 GaAs 등의 화합물 반도에 등이고, 유전체는 SiO2, Si3N4, 폴리머 등이며, 금속은 Ti, Cu, Al, W, Mo 등이다.
그리고 고유전체막은 Ta2O5, BST, PZT 등이다.
상기와 같은 본 발명의 CVD에 의한 박막형성 방법은 NH3를 이용하지 않고 리모트 플라즈마 방식에 의해 반응가스를 활성화 시켜 반응로 내부로 유입시켜 박막을 형성하므로 NH3로 직접 반응시에 발생하는 파티클 문제를 해결하였으며, 단일 반응가스가 아닌 활성화된 혼합가스를 이용하므로, 효율적인 증착온도 및 속도를 갖게 되어 TEMAT 또는 TiCl4또는 TMEAT의 공급가스를 사용한 TiN 박막의 형성이 효율적으로 이루어지게 된다.

Claims (10)

  1. CVD 장치를 이용한 TiN 박막의 형성에 있어서, TEMAT, TiCl4, TMEAT 등의 공급가스(Source GAS)와 활성화된 N2, He, H2의 반응가스를 이용하여 리모트 플라즈마 방식으로 TiN 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  2. 제1항에 있어서, TiN 박막은 반도체 또는 유전체 또는 금속 또는 고유전체막에 증착되는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  3. 제1항에 있어서, TiN 박막의 증착시의 온도는 25℃∼450℃인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  4. 제1항에 있어서 TiN 박막의 증착시의 압력은 10-3Torr∼10Torr인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 반응가스의 활성화는 0.01∼5KW의 에너지에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  6. 제2항에 있어서, 반도체는 Si 또는 GaAs 등의 화합물 반도체에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  7. 제2항에 있어서, 유전체는 SiO2, Si3N4, 폴리머 등에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  8. 제2항에 있어서, 금속은 Ti, Cu, Al, W, Mo 등에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  9. 제1항에 있어서, 반응가스는 N2/He, N2/H2, HelH2또는 N2/He/H2등의 혼합가스중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
  10. 제2항에 있어서, 고유전체막은 Ta2O5, BST, PZT 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착에 의한 박막형성방법.
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