KR100235939B1 - 티타늄탄화질화막 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티타늄탄화질화막 형성방법에 관한 것으로, 반응챔버 내부에 TDMAT 소스를 이용한 열반응공정으로 웨이퍼에 티타늄탄화질화막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 TDMAT 소스에 반응성 가스인 NF3가스 또는 NF3가스/수소 가스를 주입하고 반응챔버에서 열반응공정을 실시하여 비저항이 낮은 티탄늄탄화질화막을 하되, 대기중의 노출시에도 낮은 비저항을 가질 수 있도록 함으로써 반도체소자의 적용시 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.
Description
본 발명의 티타늄탄화질화막(TiCN) 형성방법에 관한 것으로, 반도체 소자에서 장벽금속 또는 접착층(glue layer)로 사용되는 티타늄탄화질화막의 비저항 개선, 그리고 대기노출시 상기 박막의 안정성 향상등을 위한 상기 티타늄탄화질화막의 개질 향상에 관한 것이다.
반도체소자의 고집적화에 따라 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, 이하에서 PVD라 함)에 의한 금속 증착방법은 한계에 이르러, 층덮힘이 우수한 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, 이하에서 CVD라 함)에 의한 금속 증착연구가 활발히 진행되고 있다.
그 중에서, 인터콘넥 금속(interconnect metal)으로 사용되는 TiCN을 CVD 방법으로 증착하는 연구가 많이 연구되었다.
이때, 상기 CVD 방법으로 티타늄탄화질화막을 증착하는 방법은 여러 가지가 있으나, 그 중에서 대표적으로 테트라키스디메틸아미노타이타늄(TetraKisDiMethylAmino∼Ti, Ti(N(CH3)2)4, 이하에서 TDMAT라 함)라는 액체소스를 이용하는 방법에 널리 사용되고 있다.
그러나, 상기 TDMAT 소스에 의해서 열분해 방법으로 증착된 티타늄탄화질화막은 다공질성으로 박막 내에 많은 수분을 흡습한다.
이로인하여, 사어기 티타늄탄화질화막의 비저항은 수천 μΩm 이상의 매우 높은 값을 나타내며, 또한 시간경과에 따라 지속적으로 비저항이 증가하는 등 매우 불안전한 박막 특성을 가져, 상기 티타늄탄화질화막을 이용하여 소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키고 그에 따른 반도체 소자의 고집적화를 어렵게 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, TDMAT에 반응성 가스인 NF3가스를 소량 주입하면서 이들을 열반응시켜 낮은 비저항을 가지며 대기중의 노출시에도 매우 안정된 특성을 갖는 티타늄탄화질화막을 형성하여 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 티타늄탄화질화막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 티타늄탄화질화막 형성 방법은, 반응챔버 내부에 TDMAT 소스를 이용한 열반응공정으로 웨이퍼에 티타늄탄화질화막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 TDMAT 소스에 반응성 가스로 NF3가스를 주입하여 비저항이 낮은 티타늄탄화질화막을 형성하는 것으로서, 상기 NF3가스는 3∼100sccm 정도의 유량을 사용하는 것과, 상기 반응성 가스는 NF3가스와 수소가스를 사용하는 것과, 상기 NF3가스는 3∼100sccm 정도의 유량을 사용하는 것과, 상기 수소가스는 10∼100sccm 정도의 유량을 사용하는 것과, 상기 열반응공정은 TDMAT 유량 10∼200sccm, NF3가스유량 3∼100sccm, 증착압력 0.5∼10torr, 증착온도 300∼550℃ 그리고 증착시간을 50∼1000초 정도로 하는 조건으로 실시하는 것을 포함한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 티타늄탄화지라화막 형성에 사용된 소스는 액체 소스인 TDMAT 로서 유량은 10∼200sccm 정도로 하고, 반응성 가스인 NF3가스는 3∼100sccm 정도로 하여 고온의 반응 챔버에서 열반응 방법으로 증착하였다.
이때, 상기 티타늄탄화질화막은 증착압력 0.5∼10torr, 증착온도 300∼550℃, 증착시간 50∼1000초 정도의 범위에서 형성하였으며, 상기 TDMAT 소스에 운반가스는 헬륨(He) 10∼100sccm과 질소(N2) 10∼100sccm을 각각 사용하였다.
표 1. 은 본 발명에 따른 티타늄탄화질화막의 비저항값 변화를 도시한다.
상기 표 1. 은 상기 TDMAT 100sccm, NF35 sccm으로 실험결과이다.
[표 1]
상기 표 1. 은 대기 노출 초기 0.5 시간 후 약 2127μΩcm의 비저항값을 나타내어 NF3를 주입하지 않은 경우와 비교하여 약 1/6로 크게 감소하였다. 또 시간이 경과하여도 매우 안정된 박막 특성을 나타내었으며 상대적으로 NF3를 주입하진 않은 631500 μΩcm 경우의 1/278인 매우 작은 비저항값을 나타내었다.
참고로, 상기 표 1.에서 나타낸 바와 같이 TDMAT를 이용하여 CVD 방법으로 열분해 증착된 티타늄탄화질화막, 즉 NF3가스를 주입하지 않은 경우의 티타늄질화막은 대기노출 초기 0.5시간 후 비저항이 약 12975 μΩcm로 증가하여 초기값과 비교하여 약 50배의 높은 증가율을 보이는 등 매우 불안정한 박막특성을 나타내고 있다.
본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 실시예에서 사용하는 반응성 가스인 NF3가스 3∼100sccm에 10∼100sccm의 H2가스를 혼합시켜 티타늄탄화질화막을 형성하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 티타늄탄화질화막 형성 방법은, 결정구조가 매우 조밀하여 수분등 대기중의 불순물 흡습을 최소화 할 수 있도록 비저항이 감소된 티타늄탄화질화막을 형성함으로써 반도체 소자의 제조공정에 적용시 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 잇점이 있다.
Claims (6)
- 반응챔버 내부에 TDMAT 소스를 이용한 열반응 공정으로 웨이퍼에 티타늄탄화질화막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 TDMAT 소스에 반응성 가스로 NF3가스를 주입하여 비저항이 낮은 티타늄탄화질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 티타늄탄화질화막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 NF3가스는 3∼100 sccm 정도의 유량을 사용하는 것을 특징으로하는 티타늄탄화질화막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응성 가스는 NF3가스와 수소가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 티타늄탄화질화막 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 NF3가스는 3∼100 sccm 정도의 유량을 사용하는 것을 특징으로하는 티타늄탄화질화막 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 수소가스는 10∼100 sccm 정도의 유량을 사용하는 것을 특징으로 하는 티타늄탄화질화막 형성방법.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 열반응 공정은 TDMAT 유량 10∼200 sccm, NF3가스유량 3∼100 sccm, 증착압력 0.5∼10 torr, 증착온도 300∼550℃ 그리고 증착시간을 50∼1000초 정도로 하는 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 티타늄탄화질화막 형성방법.
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