KR100298943B1 - Method for fabricating a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
이온화된 클러스터 빔을 이용하여 표면기복이 적은 반도체 소자용 박막을 제조하는 방법에 관해 개시하고 있다. 본 발명은 기존의 화학기상 증착장치와 이온 클러스터 빔 장치를 통합한 장비를 사용하였다는 데 특징이 있다. 본 발명에 따르면, 표면 거칠기가 개선된 박막을 반도체 기판 상부에 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 반응성 이온식각공정이나 이온 빔 식각공정보다 식각률이 높은, 이온 클러스터 빔에 의한 식각공정을 이용하기 때문에 공정시간을 단축할 수 있다. 그리고, 박막 내부에 불순물 주입을 행할 수 있다는 장점도 있다. 특히, 본 발명은 마땅한 식각공정을 찾기 어려웠던 구리 배선공정에도 적용될 수 있다.Disclosed is a method for manufacturing a thin film for semiconductor device with low surface undulation using an ionized cluster beam. The present invention is characterized by the use of equipment incorporating existing chemical vapor deposition apparatus and ion cluster beam apparatus. According to the present invention, a thin film having an improved surface roughness can be easily formed on the semiconductor substrate. In addition, since the etching process using an ion cluster beam, which has a higher etching rate than the reactive ion etching process or the ion beam etching process, is used, the process time can be shortened. In addition, there is an advantage that impurity implantation can be performed in the thin film. In particular, the present invention can be applied to a copper wiring process, which was difficult to find a suitable etching process.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 이온화된 클러스터 빔을 이용하여 표면기복이 적은 반도체 소자용 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a thin film for semiconductor device with low surface undulation using an ionized cluster beam.
1956년 E.W.베커 등은 가스를 진공상태에 분사시켜 팽창시킴으로써 클러스터 빔(cluster beam)을 형성할 수 있음을 최초로 보였다. 그 후, 이온화된 클러스터빔(Ionized Cluster Beam; 이하 "ICB")이 박막의 합성에 사용되어 왔다. 통상, ICB를 이용한 박막증착에서 증착 재료물질은 고온의 도가니에서 기화되어, 소구경의 노즐을 통해 분사된다. 분사된 기화물질 중의 일부는 전자충돌에 의해 이온화된 후, 인가된 전계에 의해 기판 쪽으로 가속 접근하게 된다. 기화물질이 팽창하는 동안, 열 에너지가 빔의 운동에너지로 전환되며 빔의 온도는 급강하한다. 빔은 초음속 상태에 이르며, 기화물질의 냉각은 응축과정을 통해 클러스터를 생성시키게 된다. 이와 같이 ICB를 이용하여 박막을 증착하는 방법은 다음과 같은 장점을 갖는다.In 1956, E.W. Becker and others demonstrated for the first time that a cluster beam could be formed by injecting and expanding a gas in a vacuum. Thereafter, ionized cluster beams (hereinafter referred to as "ICBs") have been used for the synthesis of thin films. Typically, in thin film deposition using ICB, the deposition material is vaporized in a hot crucible and sprayed through a small diameter nozzle. Some of the injected vaporization material is ionized by electron collisions and then accelerated toward the substrate by an applied electric field. During the expansion of the vaporization material, thermal energy is converted into kinetic energy of the beam and the temperature of the beam drops sharply. The beam reaches a supersonic state, and cooling of the vaporization material creates clusters through condensation. As described above, the method of depositing a thin film using ICB has the following advantages.
1) 클러스터 이온들은 쉽게 가속된다. 또한, 운동에너지가 충분하다면, 클러스터 자체 뿐 아니라 클러스터가 가격된 부분도 국부적으로 융해되므로, 강력한 점착성을 가진 박막을 형성할 수 있다. 2) 종래의 박막 형성기술에 비해, 기판온도를 상대적으로 낮게 유지하여도 좋다. 3) 기판이 국부적으로 고온화되므로, 자체 세정이 가능하다. 4) 클러스터 이온이 가지는 전하량이 작기 때문에, 공간전하에 따른 문제가 감소한다.1) Cluster ions are easily accelerated. In addition, if the kinetic energy is sufficient, not only the cluster itself but also the portion where the cluster is priced can be locally melted, thereby forming a thin film having strong adhesiveness. 2) The substrate temperature may be kept relatively low as compared with the conventional thin film forming technology. 3) Since the substrate is locally hot, self cleaning is possible. 4) Since the charge amount of the cluster ions is small, problems due to space charges are reduced.
ICB를 이용한 박막증착 이외에, 최근에는 가속된 ICB가 기판을 가격하면서 발생하는 충격을 이용하여 건식식각, 표면세정, 표면 평탄화, 얕은 불순물 주입 등의 반도체 소자 제조공정을 확립하려 하고 있다.In addition to thin film deposition using ICB, recently, the ICB is trying to establish a semiconductor device manufacturing process such as dry etching, surface cleaning, surface planarization, shallow impurity implantation by using the impact generated when the ICB strikes a substrate.
이 중에서 특히 가속된 ICB가 기판의 표면에 나란한 방향으로 움직이면서 발생하는 측방향 스퍼터링에 의한 표면 평탄화 현상을 반도체 소자의 제조공정에 응용하려는 노력이 행해지고 있다.Among these, efforts have been made to apply the surface planarization phenomenon caused by lateral sputtering, which occurs when the accelerated ICB moves in a direction parallel to the surface of the substrate, in the manufacturing process of semiconductor devices.
한편, 최근에 반도체 소자용 배선금속으로서 구리를 채택하는 공정이 주목을 받고 있다. 즉, 반도체 소자의 고속동작에 대한 요구에 의해 도전율이 높은 구리가 종래의 알루미늄 소재를 대체할 가능성이 높아지고 있다. 구리는 도전율이 높기 때문에 반도체 소자의 고속화로 인해 도선에 흐르는 전자량이 증대하더라도 소재의 내성을 유지할 수 있다는 이점을 가진다. 그러나, 구리는 알루미늄에 비해 가공하기 어렵고 또한 산화되기 쉽기 때문에, 이에 따른 난점도 있다. 다시 말해, 가공의 어려움으로 배선회로를 형성하기 위한 식각에 많은 시간이 소요된다. 따라서, 구리배선의 하부에 위치할 절연막을 미리 회로 도선부에 따라 식각해 내고 그곳에 구리를 형성시키는 다마신(damascene)공법이 주로 적용될 수도 있다. 한편, 구리박막을 형성시키는 방법으로는 현재 도금방식이 많이 적용되고 있으나, 기존 반도체 공정과의 정합성을 위해서는 화학기상 증착공정 또는 스퍼터링공정을 적용하는 것이 바람직하다. 그런데, 화학기상 증착공정 또는 스퍼터링공정에 의해 증착된 구리박막의 표면은 거칠기가 심하기 때문에 이를 평탄화해야 할 필요가 있다. 이는 비단 구리박막에만 국한되는 문제가 아니라 일반적인 금속박막을 형성할 경우에도 발생하는 문제이다. 표면 거칠기가 심할 경우에는, 콘택홀에서 오버행(overhang) 즉, 콘택홀의 입구가 심한 거칠기로 증착된 금속박막에 의해 막히는 문제가 발생하기도 한다.On the other hand, the process of adopting copper as a wiring metal for semiconductor elements has attracted attention recently. In other words, due to the demand for high-speed operation of semiconductor devices, there is a high possibility that copper having high conductivity will replace conventional aluminum materials. Since copper has high conductivity, it has the advantage that the material resistance can be maintained even if the amount of electrons flowing through the conductive wire increases due to the high speed of the semiconductor element. However, since copper is difficult to process and easy to oxidize compared with aluminum, there are also difficulties. In other words, it takes a lot of time to etch to form a wiring circuit due to the difficulty of processing. Therefore, a damascene method may be mainly applied in which an insulating film to be positioned below the copper wiring is etched in advance along the circuit lead and copper is formed therein. Meanwhile, as a method of forming a copper thin film, many plating methods are currently applied, but it is preferable to apply a chemical vapor deposition process or a sputtering process for compatibility with existing semiconductor processes. However, since the surface of the copper thin film deposited by the chemical vapor deposition process or the sputtering process is very rough, it is necessary to planarize it. This problem is not only limited to the copper thin film but also occurs when forming a general metal thin film. If the surface roughness is severe, a problem may occur in which the overhang in the contact hole, that is, the inlet of the contact hole is blocked by a metal thin film deposited with a high roughness.
본 발명의 기술적 과제는 표면 거칠기가 개선된 박막을 일관적인 연속공정을통해 반도체 기판 상부에 형성하는 반도체 소자 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method for forming a thin film with improved surface roughness on the semiconductor substrate through a consistent continuous process.
본 발명의 다른 기술적 과제는 표면 거칠기를 개선함과 동시에 박막의 내부에 불순물 주입을 행하는 반도체 소자 제조방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which improves surface roughness and simultaneously implants impurities into a thin film.
도 1은 본 발명의 실시예에 사용되는 반도체 소자 제조장치를 개략적으로 나타낸 단면도;1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device manufacturing apparatus used in an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 방법의 일부를 구성하는 것으로서, 이온 클러스터 빔을 이용하여 박막 표면의 평탄화 및 얕은 불순물 주입 과정을 나타낸 도면;FIG. 2 is a view showing a planarization and shallow impurity implantation process of a thin film surface using an ion cluster beam as part of the method of the present invention; FIG.
도 3a 및 3b는 CO2클러스터와 실리콘 표면과의 충돌시간에 따른 표면 거칠기 변화를 AFM으로 관찰한 결과를 나타낸 도면들이다.3A and 3B show the results of observing surface roughness change with AFM according to the collision time between the CO 2 cluster and the silicon surface.
본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치는, 기존의 화학기상 증착장치와 ICB 장치를 통합하였다는 데 특징이 있다. 상기 장치는, 화학기상 증착용 제1 진공챔버와 가속된 ICB를 제공하는 제2 진공챔버가 개폐 가능한 격리벽에 의해 격리되어 있다. 제2 진공챔버 내에는 가속된 ICB를 반도체 기판의 원하는 부위에 충돌시키기 위한 편향수단이 더 마련될 수 있다. 이와 같은 장치를, 적어도 하나 이상의 다른 반응기 모듈과 함께 사용한다면 다중 반응기를 가진 반도체 공정처리장치를 구성할 수 있다.An apparatus for carrying out the method of the present invention is characterized by integrating an existing chemical vapor deposition apparatus and an ICB apparatus. The device is isolated by a separating wall that can be opened and closed by a first vacuum chamber for chemical vapor deposition and a second vacuum chamber providing an accelerated ICB. In the second vacuum chamber, deflection means for colliding the accelerated ICB with a desired portion of the semiconductor substrate may be further provided. If such a device is used in conjunction with at least one other reactor module, it is possible to construct a semiconductor processing apparatus having multiple reactors.
상기한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 방법은, 화학기상증착 반응챔버에 반도체 기판을 탑재하여 그 위에 1차 박막을 증착한다. 그 다음, 증착된 박막의 표면 거칠기를 개선하기 위해, ICB를 박막에 가속 충돌시켜 박막의 표면을 평탄화하고, 박막 표면의 평탄화 단계를 실시한 후에, 1차 박막을 형성한 반응 챔버 또는 저산소 분위기를 통해 다른 반응챔버로 이동하여 2차 반응가스를 다시 도입하여 평탄화된 1차 박막 위에 2차 박막을 증착한다.The method of the present invention for solving the above technical problem, by mounting a semiconductor substrate in a chemical vapor deposition reaction chamber to deposit a primary thin film thereon. Then, in order to improve the surface roughness of the deposited thin film, ICB is accelerated impingement on the thin film to planarize the surface of the thin film, and after performing the planarization step of the thin film surface, through a reaction chamber or a low oxygen atmosphere in which the primary thin film is formed. The second thin film is deposited on the planarized first thin film by moving to another reaction chamber and introducing a second reactive gas again.
1차 및 2차 박막이 금속막이어서, 표면 거칠기를 개선할 필요가 있을 경우, 특히 본 발명의 방법이 유용하다. 금속막에는 구리, 알루미늄, 내화물 금속, 금속질화막, SnO2및 ITO로 구성된 금속 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.The method of the present invention is particularly useful when the primary and secondary thin films are metal films and therefore need to improve surface roughness. The metal film may include at least one selected from the group of metals consisting of copper, aluminum, a refractory metal, a metal nitride film, SnO 2, and ITO.
한편, 여기서, ICB에 대한 가속도를 조절함에 따라, 1차 박막의 형성전 기판의 세정을 행할 수도 있고, 박막 표면을 평탄화함과 동시에 박막 표면 하부에 불순물을 주입할 수도 있다. ICB를 기판 세정에 사용하는 경우에는, 기판의 표면을 손상시키지 않을 정도로 ICB의 가속도를 조절해야 한다.Meanwhile, by adjusting the acceleration with respect to the ICB, the substrate may be cleaned before the formation of the primary thin film, and the impurities may be implanted under the thin film surface while the surface of the thin film is flattened. When the ICB is used for cleaning the substrate, the acceleration of the ICB should be adjusted to such an extent that the surface of the substrate is not damaged.
구체적으로, 1차 박막이 알루미늄인 경우, 구리를 ICB 재료로 선택한다면 구리를 알루미늄막 내부에 불순물로 주입하여, 전기이동을 방지할 수도 있다.Specifically, when the primary thin film is aluminum, if copper is selected as the ICB material, copper may be injected into the aluminum film as impurities, thereby preventing electrophoretic movement.
또한, ICB를 만들기 위해, 비활성 기체 또는 할로겐 화합물 기체가 소스로 사용될 수 있다. 할로겐 화합물 중에서도, 불화물 기체인 불화탄소, 불화질소, 불화염소, 불화규소, 불화브롬, 불화인, 불화황, 불화염소 및 불화아세닉으로 구성된 기체 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, an inert gas or a halogen compound gas may be used as the source to make the ICB. Among the halogen compounds, it is preferable to use any one selected from the group of gases consisting of carbon fluoride gases, nitrogen fluorides, chlorine fluorides, silicon fluorides, bromine fluorides, phosphorus fluorides, sulfur fluorides, chlorine fluorides and arsenic fluorides.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 사용되는 반도체 소자 제조장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 화학기상 증착공정을 수행하는 화학기상 증착장치(10)와 ICB를 제공하는 ICB장치(50)가 서로 연결되어 있다. 화학기상 증착장치(10)의 반응실(S) 내에는 반도체 기판(12)을 탑재하기 위한 서셉터(14)가 위치한다. 서셉터(14)는 위치에 따라 최적 반응조건을 얻기 위해 상하이동할 수 있다. 반응가스는 공급관(16)을 통하여 반응실(S) 내로 공급되며, 반응이 완료된 가스는 배기관(18)을 통해 외부로 방출된다. 반응실(S) 내의 압력 역시 배기관(18)에 연결된 펌프(미도시)에 의해 조절된다. 반응실(S) 내의 온도는 돔형의 벨자(bell jar)의 둘레에 나선형으로 감겨진 히터(20)에 의해 조절된다. 한편, 반응공간(S) 내부로 공급되는 반응가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마전극(22)이 벨자의 측면을 둘러싼 형태로 설치되어 있다. 화학기상 증착장치(10)와 ICB장치(50)는 개폐가 가능한 격리벽(24)에 의해 구분되어 있다. 한편, ICB장치(50)의 내부에는 ICB용 소스가스 공급관(52)을 통해 아르곤 등의 가스가 공급된다. 공급된 소스가스는 노즐(54)에 의해 ICB용 진공챔버 내부로 분사되어 클러스터 빔을 형성시킨다. 이 클러스터 빔은 중성빔 감지기(neutral beam detecter; 56)와 이온화기 및 매스 필터(ionizer and mass filter; 58)를 차례로 거쳐 ICB로 바뀐다. 이 때, 이온화기는 전자빔을 발생시켜 클러스터 빔에 충돌시킴으로써 클러스터들을 분해·이온화시킨다. 한편, 매스 필터는 정해진 범위의 질량을 갖는 이온 클러스터들만 통과시키는 역할을 한다. 매스 필터를 통과한 ICB에 의해 운반되는 전류는, 차례로 포개어진 실린더형 쉘(shell)로 구성된 패러데이컵(60)에 의해 측정된다. 그 다음, ICB 내의 각각의 입자가 대략 수 keV 내지 수백 keV의 에너지를 갖도록 가속기(62)에 의해 가속된다. 이어서, 서로 수직방향으로 빔의 방향을 바꾸어 줄 수 있는 두 쌍의 편향판(64)이 가속된 ICB의 방향을 조절하여 기판(12)의 원하는 부위에 ICB가 충격을 줄 수 있도록 한다. 한편, 도 1에서 설명되지 않은 참조부호인 72, 74, 76 및 78은 ICB장치(50)의 각 부분에서의 진공도를 조절하기 위한 펌프, 예컨대 드라이 펌프 또는 터보 모레큘러 펌프(turbo molecular pump)에 연결된 배기관들을 각각 나타낸다.1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device manufacturing apparatus used in an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a chemical vapor deposition apparatus 10 performing a chemical vapor deposition process and an ICB apparatus 50 providing an ICB are connected to each other. The susceptor 14 for mounting the semiconductor substrate 12 is located in the reaction chamber S of the chemical vapor deposition apparatus 10. The susceptor 14 may move in and out to obtain optimum reaction conditions depending on the location. The reaction gas is supplied into the reaction chamber S through the supply pipe 16, and the gas, which has been completed, is discharged to the outside through the exhaust pipe 18. The pressure in the reaction chamber S is also controlled by a pump (not shown) connected to the exhaust pipe 18. The temperature in the reaction chamber S is controlled by a heater 20 wound spirally around a dome shaped bell jar. On the other hand, the plasma electrode 22 for making the reaction gas supplied into the reaction space (S) into the plasma state is provided in the form surrounding the side of the bell. The chemical vapor deposition apparatus 10 and the ICB apparatus 50 are divided by the separating wall 24 which can be opened and closed. On the other hand, a gas such as argon is supplied into the ICB device 50 through the ICB source gas supply pipe 52. The supplied source gas is injected into the ICB vacuum chamber by the nozzle 54 to form a cluster beam. This cluster beam is converted into an ICB via a neutral beam detector 56 followed by an ionizer and mass filter 58. At this time, the ionizer decomposes and ionizes the clusters by generating an electron beam and impinging the cluster beam. On the other hand, the mass filter serves to pass only the ion clusters having a predetermined range of mass. The current carried by the ICB passing through the mass filter is measured by a Faraday cup 60 composed of cylindrical shells which are in turn superimposed. Then, each particle in the ICB is accelerated by the accelerator 62 to have an energy of approximately several keV to several hundred keV. Subsequently, two pairs of deflection plates 64 which can change the direction of the beam in the vertical direction to each other adjust the direction of the accelerated ICB so that the ICB can impact the desired portion of the substrate 12. On the other hand, reference numerals 72, 74, 76 and 78, which are not described in FIG. 1, are used for pumps for controlling the degree of vacuum in each part of the ICB apparatus 50, such as a dry pump or a turbo molecular pump. Represent each connected exhaust pipe.
다음, 본 발명의 방법에 대한 실시예를 설명하기로 한다.Next, examples of the method of the present invention will be described.
우선, 화학기상 증착장치(10)의 반응실(S) 내에 있는 서셉터(14) 위에 반도체 기판(12)을 탑재한다. 그 다음, 반응실(S)에 박막형성을 위한 1차 반응가스를 도입하여 기판(12) 상에 1차적으로 박막을 형성한다. 형성된 박막의 표면 거칠기가 나쁠 경우, 1차 박막 형성을 위한 가스를 배기관(18)을 통해 모두 배기시키고, 격리벽(24)을 개방한다. 그 다음, ICB장치(50)에서 형성된 가속 ICB를 기판(12) 상에 형성된 1차 박막에 충돌시켜, 증착된 박막의 표면 거칠기를 개선한다. 이어서, 격리벽(24)을 폐쇄하고 반응실(S)에 2차 반응가스를 다시 도입하여 평탄화된 1차 박막 위에 2차 박막을 다시 증착한다. 격리벽(24)의 개방 및 폐쇄에 있어서는, 화학기상 증착장치(10)의 반응실(S)과 ICB장치(50)의 챔버 간에 압력차이가 없도록 사전에 조절이 되어야 한다. 한편, 1차 및 2차 박막을 서로 같은 박막으로 형성시킬 수 있으나, 경우에 따라서는 서로 다른 박막으로 형성시켜 복합막을 만들 수도 있다. 이 방법은, 구리, 알루미늄, 내화물금속, 금속질화막, SnO2,ITO 등의 금속막을 형성함에 있어서 표면 거칠기에 문제가 있는 경우 특히 유용하다. 또한 적절한 불순물을 박막 내부에 주입하는 방법으로 사용할 수 있다. ICB를 만들기 위한 소스가스로서는, Ar 등의 비활성 기체나 SF6등의 불화물 기체가 사용될 수 있다.First, the semiconductor substrate 12 is mounted on the susceptor 14 in the reaction chamber S of the chemical vapor deposition apparatus 10. Next, a first reaction gas for forming a thin film is introduced into the reaction chamber S to form a thin film primarily on the substrate 12. When the surface roughness of the formed thin film is bad, all the gas for forming the primary thin film is exhausted through the exhaust pipe 18, and the isolation wall 24 is opened. Then, the accelerated ICB formed in the ICB device 50 is collided with the primary thin film formed on the substrate 12 to improve the surface roughness of the deposited thin film. Subsequently, the isolation wall 24 is closed and the secondary reaction gas is introduced into the reaction chamber S again to deposit the secondary thin film on the planarized primary thin film. In opening and closing of the isolation wall 24, it must be adjusted in advance so that there is no pressure difference between the reaction chamber S of the chemical vapor deposition apparatus 10 and the chamber of the ICB apparatus 50. Meanwhile, although the primary and secondary thin films may be formed of the same thin film, in some cases, the composite film may be formed by forming different thin films. This method is particularly useful when there is a problem in surface roughness in forming metal films such as copper, aluminum, refractory metals, metal nitride films, SnO 2 and ITO. In addition, it can be used as a method of injecting appropriate impurities into the thin film. As a source gas for making ICB, an inert gas such as Ar or a fluoride gas such as SF 6 can be used.
도 2는 본 발명의 방법의 일부를 구성하는 것으로서, ICB를 이용하여 박막 표면의 평탄화 및 얕은 불순물 주입 과정을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면,ICB를 구성하는 클러스터 입자(210)가 B방향으로 진행하여, 반도체 기판(미도시) 상에 형성된 박막(220)의 표면을 가격한다. 이 때, ICB의 에너지 및 표면과의 충돌시간을 최적화시켜 박막(220) 자체가 큰 손상은 입지 않도록 한다. 박막(220) 표면에서의 충돌에 의해 클러스터 입자(210)가 분해되는데, 표면 거칠기를 개선시키는 것은 기판(220) 표면과 나란한 방향(L 방향)으로 진행하는 원자(또는 분자)들이다. 한편, ICB의 에너지 및 표면과의 충돌시간을 잘 조절한다면, 박막 표면을 평탄화함과 동시에 박막 표면의 하부에 얕은 깊이로 불순물을 주입할 수도 있다. 따라서, 박막(220)으로서 알루미늄막을 선택하고, 구리 ICB를 이용한다면, 전기이동(electromigration)을 방지하기 위해, 알루미늄 증착 시 구리, 티타늄 또는 마그네슘 등의 불순물을 미리 포함시켰던 종래기술을 대치할 수도 있을 것이다. 이와 같은 공정은 필요에 따라서, 여러 번 반복 실시되어 원하는 두께의 최종 박막을 완성시킬 수 있다.FIG. 2 is a view showing the planarization and shallow impurity implantation of a thin film surface using ICB as part of the method of the present invention. Referring to FIG. 2, the cluster particles 210 constituting the ICB travel in the B direction to hit the surface of the thin film 220 formed on a semiconductor substrate (not shown). At this time, the collision time between the energy and the surface of the ICB is optimized so that the thin film 220 itself is not damaged. The cluster particles 210 are decomposed by the collision at the surface of the thin film 220. The surface roughness is improved by atoms (or molecules) traveling in the direction parallel to the surface of the substrate 220 (L direction). On the other hand, if the ICB energy and the collision time with the surface is well controlled, the surface of the thin film may be flattened, and impurities may be implanted at a shallow depth under the thin film surface. Therefore, if the aluminum film is selected as the thin film 220 and the copper ICB is used, the prior art which previously contained impurities such as copper, titanium, or magnesium during deposition of aluminum may be replaced to prevent electromigration. will be. This process may be repeated several times as needed to complete the final thin film of the desired thickness.
도 3a 및 3b는 CO2클러스터와 실리콘 표면과의 충돌시간에 따른 표면 거칠기 변화를 AFM(Atomic Force Microscope)으로 관찰한 결과를 나타낸 도면들이다. 이 때, CO2클러스터는 10keV의 에너지를 갖도록 가속되었으며, 도 3a는 0.1초 동안 충돌, 도 3b는 1초 동안 충돌한 것이다. 도면을 참조하면, 0.1초 충돌의 경우보다 1초 충돌의 경우에 표면 거칠기가 개선된 것을 알 수 있다.3A and 3B are diagrams illustrating the results of observing surface roughness change with atomic force microscope (AFM) according to a collision time between a CO 2 cluster and a silicon surface. At this time, the CO 2 cluster was accelerated to have an energy of 10 keV, FIG. 3a collided for 0.1 second, and FIG. Referring to the drawings, it can be seen that the surface roughness is improved in the case of 1 second collision than in the case of 0.1 second collision.
본 발명에 따르면, 표면 거칠기가 개선된 박막을 반도체 기판 상부에 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 반응성 이온식각공정이나 이온 빔 식각공정보다 식각률이 높은 ICB식각공정을 이용하기 때문에 공정시간을 단축할 수 있다. 특히, 본 발명은 마땅한 식각공정을 찾기 어려웠던 구리 배선공정에도 적용될 수 있다. 더욱이, 박막의 하부에 얕은 깊이로 간단히 불순물을 주입할 수 있다.According to the present invention, a thin film having an improved surface roughness can be easily formed on the semiconductor substrate. In addition, the ICB etching process, which has a higher etching rate than the reactive ion etching process or the ion beam etching process, is used, so that the process time can be shortened. In particular, the present invention can be applied to a copper wiring process, which was difficult to find a suitable etching process. Moreover, impurities can be simply injected to the bottom of the thin film at a shallow depth.
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