KR100226764B1 - 화학기상증착 장치를 이용한 박막 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 CVD법을 이용한 ZrN막 형성방법에 관한 것으로서, 특히, 배선 및, 고유전막 전극에 적용이 용이하도록 CVD법을 이용한 ZrN막 형성방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 CVD법을 이용한 ZrN막 형성방법은, CVD 장치의 챔버 내에 기판을 넣는 단계, 소오스로서 Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)2]4, Zr[N(CH3)(C2H5)]4를 마련하는 단계, 상기 소오스에 가스를 제공하여 상기 소오스를 기체상태로 만들고 이를 상기 챔버 내에 공급하는 단계 및, CVD용 반응가스를 챔버내에 공급하여 상기 기판에 ZriN막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면 ZrN막은 TiN막보다 안정하고 저항율(resistivity)도 적으며 확산막의 두께를 감소하게 하고 기생저항을 감소시킨다. 또한, RC 시정수의 감소로 인한 소자의 동작속도도 증가시키는 효과가 있다.
Description
종래기술에 따른 박막형성방법에 의하면, TiN막을 CVD법으로 형성하여 확산방지막(diffusion barrier)이나 밀착증(adhesion layer), 그리고 Ta2O5나 BST 전극으로 사용하였다. 그러나 디바이스의 피처 사이즈(feature size) 감소에 따라서 양호한 스텝 커버리지(step coverage)를 확보하기 위한 차원에서 볼때, TiN을 사용하는 CVD법의 경우 증착막의 불안정(unstBLE) 즉, 에이징 효과(aging effect) 또는 높은 증착 온도로 이러한 적용에 한계가 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 박막의 두께를 감소시키고 보다 안정된 박막을 얻을 수 있도록 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 종래기술에 따른 써머(thermal) 화학기상증착법을 이용한 박막형성방법을 설명하기 위한 CVD 장치의 구성도
제2도는 종래기술에 따른 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 박막형성방법을 설명하기 위한 CVD 장치의 구성도
제3도는 본 발명에 따른 써머(thermal) 화학기상증착법을 이용한 박막형성방법을 설명하기 위한 CVD장치의 구성도
제4도는 본 발명에 따른 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 박막형성방법을 설명하기 위한 CVD 장치의 구성도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30, 40 : 반응실 31, 41 : 서셉터
32, 42 : 웨이퍼 33, 43 : 샤워헤드
34, 44 : 제 1 가스공급관 35, 45 : 제 1 조절밸브
36, 46 : 제 2 가스공급관 37, 47 : 제 2 조절밸브
38, 48 : 항온실 49 : RF 제너레이터
본 발명은 CVD법을 이용한 ZrN막 형성방법에 관한 것으로서, 특히, 배선 및, 고유전막 전극에 적용이 용이하도록 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD)은 형성하려는 박막재료를 구성하는 원소로 된 1 종 또는 2 이상의 화합물, 단체의 가스를 기판위에 공급해, 기상 또는 기판 표면에서의 화학반응에 의해서 원하는 박막을 형성시키는 방법을 말한다.
이러한 화학 기상 증착(CVD)법은 에피택셜 성장 기술의 발전에서 발단하고, 디바이스 기술의 고도화에 대응해서 전개해 오늘날처럼 LSI에서의 기본 기술의 하나가 되었다.
화학 기상 증착(CVD)막 형성은 문자대로 화학반응의 응용으로, 에피택셜 성장과 마찬가지로 온도, 압력, 가스혼합비나 농도등이 대단히 중요한 요인이다. 화학 기상 증착(CVD)법에 의해서 형성하려는 막의 종류와 목적에 따라서, 선택하는 재료나 반응형식, 리액터의 구조 등을 미리 충분히 체크해 두어야 한다.
화학기상증착(CVD)법에서 형성가능한 물질은 무정형 물질(절연막), 다결정(폴리실리콘), 단결정(실리콘, 게르마늄) 등의 분류나 절연막, 금속막, 반도체막 등의 분류에 따라서 생각할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 종래의 화학 기상 증착(CVD)법을 이용한 박막형성방법에 대하여 알아보기로 한다.
도 1 은 종래기술에 따른 써머(thermal) 화학기상증착법을 이용한 박막형성방법을 설명하기 위한 CVD 장치의 구성도이다.
도 1 은 써머(thermal) CVD법을 이용한 박막 형성 방법을 나타낸 구성도로서, 반응실(10)과 상기 반응실(10) 내에 수평으로 위치하는 서셉터(susceptor)(11)와 샤워헤드(13)와 상기 서셉터(11) 상에 웨이퍼(12)가 마련된다. 또한 반응실(10)의 상부에는 상기 샤워헤드(13)와 연결되는 제 1 가스공급관(14)과 상기 제 1 가스공급관(14)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 1 조절밸브(15)가 마련된다. 상기 반응실(10) 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화키셔 가스를 발생시키는 항온실(18)과 상기 가스가 흐르는 제 2 가스공급관(16)과 상기 제 2 가스공급관(16)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 2 조절밸브(17)가 마련된다.
상기한 종래기술의 박막형성방법은 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및, Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스로 이용하여 써머(thermal) CVD 방식으로 TiN막을 증착하는 것으로, CVD 장치의 반응실(10) 하부에 히팅(heating) 기능을 갖춘 서셉터(susceptor)(11)에 웨이퍼(12)를 올려놓는다. 이어 제 2 조절밸브(15)를 열어 He, Ar, H2, N2및, 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(18) 내의 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및, Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나의 소오스를 반응실(10) 내부의 샤워헤드(13)로 공급한다. 또한, 제 1 조절밸브(15)를 열어 N2, H2, NH3, He 및, 혼합가스 등의 반응가스를 반응실(10) 내부의 샤워헤드(13)에 유입시켜 상기 웨이퍼(12) 상에 TiN막을 증착한다.
한편, 도 2 는 플라즈마 CVD법을 이용한 박막 형성 방법을 나타낸 구성도로서, 반응실(20)상기 반응실(20) 내에 수평을 위치하는 서셉터(susceptor)(21)와 샤워헤드(23)와 상기 서셉터(21) 상에 웨이퍼(22)가 마련된다. 또한 반응실(20)의 상부에는 상기 샤워헤드(23)와 연결되는 제 1 가스공급관(24)과 상기 제 1 가스공급관(24)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 1 조절밸브(25)와 상기 제 1 조절밸브(25)에 의해 흐르는 가스를 활성화 시키는 RF 제너레이터(29)가 마련된다. 상기 반응실(20) 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(28)과 상기 가스가 흐르는 제 2 가스공급관(26)과 상기 제 2 가스공급관(26)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 2 조절밸브(27)가 마련된다.
상기한 종래기술에 의한 박막형성방법은 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및, Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스로 이용하여 플라즈마 CVD 방식으로 TiN필름을 증착하는 것으로, CVD 장치의 반응실(20) 하부에 히팅(herting) 기능을 갖춘 서셉터(susceptor) (21)에 웨이퍼(22)를 올려 놓고, 제 2 조절밸브(27)를 열어 He, Ar, H2, N2및, 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(28) 내의 Ti[N(C2H5)2]4혹은 Ti[N(CH3)2]4등의 소오스를 반응실 내부의 샤워헤드(23)로 유입시킨다. N2, H2, NH3, He 및, 혼합가스 등의 반응가스를 RF 제너레이터(29)에 0.01∼5KW의 파워를 가하여 활성화시킨 후, 반응실(20) 내부의 샤워헤드(23)에 유입시켜 상기 웨이퍼(22) 상에 TiN막을 증착한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CVD법을 이용한 ZrN막 형성방법은, CVD 장치의 챔버 내에 기판을 넣는 단계; 소오스로서 Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)2]4, Zr[N(CH3)(C2H5)]4를 마련하는 단계; 상기 소오스에 기화용 가스를 제공하여 상기 소오스를 기체상태로 만들고 이를 상기 챔버 내에 공급하는 단계; 및, CVD용 반응가스를 챔버 내에 공급하여 상기 기판에 ZrN막을 형성하는 단계로 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 써머 CVD(thermal CVD)법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도로서, 반응실(30)과 상기 반응실(30) 내에 수평으로 위치하는 서셉터(susceptor)(31)와 샤워헤드(33)와 상기 서셉터(31) 상에 웨이퍼(32)가 마련된다. 또한, 반응실(3)의 상부에는 상기 샤워헤드(33)와 연결되는 제 1 가스공급관(34)과 상기 제 1 가스공급관(34)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 1 조절밸브(35)가 마련된다. 상기 반응실(30)의 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(38)과 상기 가스가 흐르는 제 2 가스공급관(36)과 상기 제 2 가스공급관(36)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 2 조절밸브(37)가 마련된다.
상기한 본 발명에 따른 박막형성방법은 CVD 장치의 반응실(30) 하부에 히팅(heating) 기능을 갖는 서셉터(susceptor)(31)에 웨이퍼(32)를 올려놓는다. 이어 제 2 조절밸브(37)를 열어 He, Ar, H2, N2및, 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(38) 내의 Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)2]4및, Zr[N(CH3)(C2H5)]4중에서 어느 하나의 소오스를 반응실 내부의 샤워헤드(33)로 공급한다. 이때, 상기 소오스는 약 40∼200℃ 온도로 가열하여 기체상태로 증발시킨 후, N2, H2, NH3, He 및, 혼합가스 등의 반응가스와 함께 반응실 내부의 샤워헤드(43)에 유입하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 조절밸브(35)를 열어 N2, H2, NH3, He 및, 혼합가스 등의 반응가스를 반응실 내부의 샤워헤드(33)에 유입시켜 CVD공정을 실시한다. 이때, ZrN막은 실리콘(Si)과 GaAs 등의 화합물 반도체 등의 반도체, SiO2, SiN4, 폴리머 등의 유전체, Ti, Cu, Al, W, Mo 등의 금속, Ta2O5, BST, PZT 등의 고유전체막 상에 증착된다.
또한, ZrN막 위에 Ta2O5, BST 등의 유전체가 증착되고 다시 ZrN막으로 형성된 캐패시터 전극으로서도 이용가능하다.
ZrN막 형성시 반응실 내부의 증착온도는 25∼450℃이고 압력은 10-3∼760Torr이다.
소오스의 온도는 40∼200℃이다.
또한, ZrN막 형성후, 카본(carbon) 같은 불순물의 감소 및, 막의 밀도를 증가시키기 위해서 N2/H2, 또는 NH3, 또는 N2/H2/NH3분위기(ambient)속에서 500℃ 이상으로 어닐링(annealing) 실시하는 것이 바람직하다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 화학기상증착(PECVD)법에 의한 박막형성방법을 나타낸 구성도로서, 반응실(40)과 상기 반응실(40) 내에 수평으로 위치하는 서셉터(susceptor)(41)와 샤워헤드(43)와 상기 서셉터(41) 상에 웨이퍼(42)가 마련된다. 또한 반응실(40)의 상부에는 상기 샤워헤드(43)와 연결되는 제 1 가스공급관(44)과 상기 제 1 가스공급관(44)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 1 조절밸브(45)와 상기 제 1 조절밸브(45)에 의해 흐르는 가스를 활성화 시키는 RF제너레이터(49)가 마련된다. 상기 반응실(40) 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(48)과 상기 가스가 흐르는 제 2 가스공급관(46)과 상기 제 2 가스공급관(46)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제 2 조절밸브(47)가 마련된다.
상기한 본 발명에 따른 박막형성방법은 반응실(40) 하부에 히팅(heating) 기능을 갖는 서셉터(41)에 웨이퍼(42)를 올려놓고 제 2 조절밸브(47)를 열어 He, Ar, H2, N2및, 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(48) 내의 Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)2]4및, Zr[N(CH3)(C2H5]4중에서 어느 하나의 소오스를 반응실(40) 내부의 샤워헤드(43)로 유입시킨다.
이때, 상기 소오스는 약 40∼200℃ 온도로 가열하여 기체상태로 증발시킨후, N2, H2, NH3, He 및, 혼합가스 등의 반응가스와 함께 반응실 내부의 샤워헤드(43)에 유입하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 조절밸브(45)를 열어 반응가스를 RF 제너레이터(49)에 10∼500KW의 파워를 가하여 활성화 시킨 후, 반응실(40) 내부의 샤워헤드(43)에 유입시켜 상기 웨이퍼(42) 상에 ZrN막을 증착시킨다.
이때, ZrN막은 실리콘(Si)과 GaAs 등의 화합물 반도체 등의 반도체, SiO2, SiN4, 폴리머 드의 유전체, Ti, Cu, Al, W, Mo 등의 금속, Ta2O5, BST, PZT 등의 고유전체막 상에 증착된다.
또한, ZrN막 위에 Ta2O5, BST 등의 유전체가 증착되고 다시 ZrN막으로 형성된 캐패시터 전극으로서도 이용가능하다.
ZrN막 형성시 반응실 내부의 증착온도는 25∼450℃이고 압력은 10-3∼760Torr이다.
또한, ZrN막 형성후, 카본(carbon) 같은 불순물의 감소 및, 막의 밀도를 증가시키기 위해서 N2/H2, 또는 NH3, 또는 N2/H2/NH3분위기(ambient)속에서 500℃ 이상으로 어닐링(annealing) 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 형성된 ZrN막은 TiN막 보다 안정하고 저항율(resistivity)도 적으며 확산막의 두께를 감소하게 하고 기생저항을 감소시킨다. 또한, RC 시정수의 감소로 인한 소자의 동작속도도 증가시키는 효과가 있다.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.
Claims (12)
- (1) CVD 장치의 챔버 내에 기판을 넣는 단계; (2) 소오스로서 Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)2]4, Zr[N(CH3)(C2H5)]4를 마련하는 단계; (3) 상기 소오스에 기화용 가스를 제공하여 상기 소오스를 기체상태로 만들고 이를 상기 챔버 내에 공급하는 단계; 및 (4) CVD용 반응가스를 챔버 내에 공급하여 상기 기판에 ZrN막을 형성하는 단계로 구비되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (3) 단계에서 상기 기화용 가스는 He, Ar, N2, H2, 및, 혼합가스 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (4) 단계에서 상기 CVD용 가스는 N2, He, H2, N2H3및, 혼합가스 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (4) 단계에서 상기 ZrN막 증착시의 챔버 온도는 25∼450℃이고, 압력은 10-3∼760Torr인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (4) 단계에서 상기 ZrN막 증착시의 소오스 온도는 40~200℃인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (4) 단계에서 상기 ZrN막은 반도체, 유전체, 금속 및, 고유전체막 중 어느 하나에 증착되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 반도체는 실리콘(Si)과 화합물 반도체 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 유전체는 SiO2, SiN4, 폴리머 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 금속은 Ti, Cu, Al, W, Mo 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 고유전체막은 Ta2O5, BST, PZT 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (4) 단계에서 상기 CVD법은 써머(thermal) CVD방식인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 제 (4) 단계에서 상기 CVD법은 플라즈마 CVD방식인 것을 특징으로 하는 화학기상증착(CVD)법을 이용한 ZrN막 형성방법.
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