KR100353210B1 - 표면상의층제조방법 - Google Patents
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Abstract
화학 가스상 증착(CVD = 화학 증기 증착)을 수행함에 있어서, 이미 실행된 층 제조 공정으로부터 반응 챔버내에 침식성 가스가 잔류하게 되어 생기는 문제가 종종 발생하게 되는데, 이러한 침식성 가스는 층을 제조하는데 사용된 공정 가스의 잔류 가스이거나 또는 공정 가스의 반응에 의해 생성되는 잔류 가스이며, 이와 같은 침식성 가스는 반도체 제품의 표면상에서 바람직하지 않은 반응을 야기시켜 반도체 제품을 손상시킬 수 있다. 이에 따라, 표면을 가열하기 전에 또는 상기 표면을 가열하는 동안, 또는 상기 표면을 가열하기 전부터 상기 표면을 가열하는 동안, 적어도 하나의 보호 가스를 상기 표면에 공급하는 표면상에 층을 제조하는 방법을 제공하여 이러한 문제를 해결하고, 이 보호 가스를 사용하여 한편으로는, 반응 챔버내에 잔류하는 침식성 가스가 희박하게 되고, 다른 한편으로는, 보호 가스의 일부가 냉각 표면에 흡착되어 표면상에 상기 보호 가스와 침식성 가스의 바람직한 반응이 발생하고 그리고 표면 층 자체가 본질적으로 손상되지 않고 잔류하게 된다.
Description
본 발명은 표면상의 층 제조 방법, 특히 반도체 제품의 표면상의 층 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제품, 특히 집적 반도체 제품의 제조는 개별 단계들의 복잡한 시퀀스(sequence)를 필요로 한다. 반도체 제품상에 재료의 층을 생성하는 제조 단계는 매우 중요하다.
재료 층을 제조하는 방법은 다수가 공지되어 있는데, 제조하고자 하는 층이 가스상태로부터 증착되는 방법이 가장 빈번하게 사용되는 것 중 하나이다. 특히 화학 가스상태에서 증착(CVD = 화학 기상 증착)하는 것이 층 제조에 있어 가장 중요한 방법 중의 하나이다. CVD의 기본적인 원리는 반도체 제품의 가열된 표면에 필요한 층을 증착하기 위해 선택된 공정 가스를 유도하는 것이다. 공정 가스의 반응은 고온 표면상에서 일어나서, 반응 생성물이 한편으로는 의도한 층으로 생성되고, 다른 한편으로는 제거되어야 하는 잔류 가스로 생성된다.
통상적으로 화학 가스 상 증착은 반응 챔버내에서 저압에서 수행된다. 처리하고자 하는 반도체 생성물이 반응 챔버로 공급되고 반응 챔버 내에서 예정된 온도로 가열된다. 하나 또는 다수의 가스 유입부를 이용하여 공정 가스가 반도체 제품의 표면에 공급되고 공정 가스의 반응에 의해 생성된 잔류 가스는 반응 챔버로부터 펌핑되어 나온다.
새 반도체 제품이 층 제조를 위해 반응 챔버에 공급될 때, 종종 먼저 실행된 층 제조 공정으로부터 침식성 가스(aggressive gas)가 반응 챔버 내에 잔류하는 문제가 발생한다. 이 침식성 가스는 층 제조를 위해 사용된 공정 가스의 잔류 가스이거나 또는 공정 가스의 반응에 의해 생성된 잔류 가스이다. 이 침식성 가스는 반도체 제품의 표면상에서 바람직하지 않은 반응을 야기시킬 수 있어서 반도체 제품을 손상시킬 수 있다.
예를 들어, 텅스텐 층 제조 방법에 있어서, WF6가 공정 가스중 하나로서 사용된다. 그러나, 만약 WF6가 실리콘과 텅스텐 간의 접촉 층 및 방벽 층으로서 사용되는 Ti/TiN 층의 표면과 접촉되면, 다음과 같은 WF6와 티타늄의 바람직하지 않은 반응이 일어날 수 있다.
WF6+ Ti → W + TiFX
이런 종류의 WF6와 티타늄의 반응은 Ti/TiN층을 붕괴시키거나 또는 전기적 특성(예컨데, 접촉 저항)을 손상시켜서 반도체 제품의 기능을 위태롭게 할 수 있다. 또한, WF6가 실리콘 표면과 접촉되면, 실리콘 표면을 손상시킬 수 있는 다음과 같은 바람직하지 않은 반응이 일어날 수 있다.
2WF6+ 3Si → 2W + 3SiF4
이에 따라, 본 발명의 목적은 침식성 가스에 의해 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있는 표면상의 층 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 제 1 항에 따른 방법을 사용하여 달성된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예, 변형예 및 다른 양태는 종속항, 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 CVD반응 챔버를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 CVD 반응 챔버의 측면을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 공정을 수행하는 다른 유형의 반응 챔버를 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 40 : 반응 챔버20, 50 : 전달 도관
21, 22 - 27, 51 : 스테이션(station)22, 52 : 가스 유입부
본 발명에 따르면, 표면을 예정된 온도로 가열하고 층 제조를 위해 적어도 하나의 제 1 가스와 이러한 제 1 가스와 반응하는 적어도 하나의 제 2 가스를 가열된 상기 표면에 공급하는, 표면상에 층을 제조하는 방법이 사용되는데, 표면을 가열하기 전에 또는 표면을 가열하는 동안, 또는 표면을 가열하기 전에 그리고 표면을 가열하는 동안, 적어도 하나의 보호 가스를 상기 표면에 공급하는 방법을 제공함에 의해 달성된다.
보호성 가스를 사용함에 의해, 한편으로는, 반응 챔버에 잔류하는 침식성 가스를 희박하게 하고 다른 한편으로는, 보호 가스의 일부를 냉각(cold) 표면에 흡착시켜서, 표면상에서 보호 가스와 상기 침식성 가스의 바람직한 반응이 일어나도록 하고 표면 층 자체가 본질적으로 손상되지 않은 채 유지되도록 한다. 보호 가스는 피복하고자 하는 원자 또는 분자와 비교하여 침식성 가스보다 반응성이 더 높게끔 선택된다.
또한 본 발명은 층을 제조하는 방법을 진행하는 동안 표면을 보호하는 방법으로서 고려될 수 있다. 표면을 보호하는 방법은 표면을 가열하기 전에 또는 표면을 가열하는 동안, 또는 표면을 가열하기 전에 그리고 표면을 가열하는 동안, 적어도 하나의 보호 가스를 표면에 공급하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 보호 가스는 운반 가스, 특히 아르곤과 함께 표면에 공급될 것이다.
이러한 층 제조 방법은 금속 층, 특히 텅스텐 층 또는 몰리브덴 층을 증착하는데 사용되는 경우에 더욱 바람직하다.
바람직하게는, 금속 할로게나이드(metal halogenide)의 그룹으로부터 적어도 하나의 가스가 제 1 가스로서 선택된다.
실란(silanes) 또는 수소(H2)의 그룹으로부터 적어도 하나의 가스가 제 2 가스로서 선택되는 경우에 더욱 바람직하다.
바람직하게는, 실란, 특히 실란(SiH4)의 그룹으로부터의 가스가 보호 가스로서 사용된다.
통상적으로, 층을 제조하는 방법은 반응 챔버에서 수행된다. 보호 가스는 피복하고자 하는 제품이 반응 챔버 내부로 공급되는 위치에서 표면에 공급되는 것이 바람직하다. 그 결과로, 전체 공정의 처리량이 감소되지 않고서 이 지점에서 침식성 가스의 농도가 감소될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공정에서 사용되는 CVD 반응 챔버를 개략적으로 도시한 도면이다. 처리하고자 하는 반도체 제품, 통상적으로 웨이퍼는 반응 챔버(10) 상류의 전달 영역(15)으로부터 전달 도관(20)을 통하여 반응 챔버(10)로 도입된다. 여기에서, 반도체 제품이 스테이션(21)에 낙하된다. 가스 유입부(22)(도 2 참조)가 스테이션(21) 위에 배치되는데, 이 가스 유입부(22)를 이용하여 보호 가스와 캐리어 가스가 반도체 제품의 냉각 표면(대략 실온)에 공급된다.
전달 도관(20) 하류의 제 1 스테이션(21)으로부터, 반도체 제품(도시하지 않았음)이 전달 기구를 이용하여 스테이션(23)으로 이동된다. 층 제조의 추가 과정들에서, 상기 반도체 제품은 스테이션(23)으로부터 반응 챔버의 나머지 스테이션(24 내지 27)으로 시계 방향으로 전달된다. 반도체 제품은 예정된 온도까지 가열된다. 가스 유입부는 또한 개개의 스테이션(23 내지 27)위에도 배치되는데, 층 제조를 위한 공정 가스는 이 가스 유입부를 이용하여 반도체 제품의 표면에 공급된다. 만약 반도체 제품이 스테이션(27)에 배치되고 층 증착 공정이 종료되면, 반도체 제품은 스테이션(27)으로부터 스테이션(21)으로 전달되고 전달 도관(20)을 통해 반응 챔버로부터 제거된다. 동시에, 스테이션(23 내지 26)에 배치된 다른 반도체 제품들은 각각 시계 방향으로 하나의 스테이션씩 더 이동된다. 이후에, 새로운 반도체 제품이 전달 도관(20)을 통해 반응 챔버로 다시 한번 인도되고, 스테이션(21)에서 스테이션(23)을 거친다.
예를 들어, 이러한 종류의 반응 챔버(10)를 사용하여 텅스텐 층이 Ti/TiN층 위에 배치될 수 있다. 스테이션(23)에 배치된 반도체 제품은 대략 440℃의 온도로 가열된다. 스테이션(23) 위에 배치된 가스 유입부(30)(도 2 참조)를 이용하여, 텅스텐 기초 층(seed layer)의 증착에 필요한 공정 가스 WF6및 SiH4가 반도체 제품의 표면에 공급된다. 상기 공정 가스는 다음 반응 방정식에 따라 반응된다.
2WF6+ 3SiH4→ 2W + 3SiF4+ 6H2
충분한 기초 층이 반도체 제품의 표면상에 배열되면, 반도체 제품은 다음 스테이션(24)으로 전달된다. 스테이션(24) 위에도 가스 유입부가 배치되는데, 이를 이용하여 텅스텐 벌크(bulk) 층의 증착에 필요한 공정 가스 WF6및 H2가 반도체 제품의 표면에 공급된다. 이 공정 가스는 다음 반응 방정식에 따라 반응한다.
WF6+ 3H2→ W + 6HF
이러한 텅스텐 벌크 층의 증착은 스테이션(25 내지 27)에서 반복되어 충분한 두께의 텅스텐 층이 생성되도록 한다.
반응 챔버 내에서 이같이 선택된 스테이션들의 배치에 의해, 스테이션(21)에서 반응 챔버에 새로 공급된 냉각 반도체 제품에 침식성 가스 WF6및 HF가 도달될 것임이 당연하다. 이들 침식성 가스는 냉각 반도체 제품의 표면 층과 반응하여 표면에 손상을 미칠 수 있다. 이러한 손상을 가능한 한 광범위하게 방지하기 위하여, 가스 유입부(22)가 스테이션(21) 위에 배치되며, 이를 이용하여 아르곤(Ar)과 실란(SiH4)의 혼합물이 냉각(cold) 반도체 생성물의 표면에 공급된다. 이들 가스에 의해, 한편으로는, 반응 챔버내에서 스테이션(21)의 위치에 존재하는 침식성 가스 WF6및 HF가 희박해지고, 다른 한편으로는, 실란의 일부가 냉각 표면상에 흡착됨으로써 표면상에서 바람직하게는 침식성 가스와 실란(SiH4)의 반응이 일어나게 되어 표면 층 자체가 본질적으로 손상되지 않은 채 유지된다. WF6와 실란(SiH4)이 반응하여 생성된 수 나노메터 두께의 얇은 텅스텐 층 또는 텅스텐 실리사이드 층은 제거될 필요가 없다. 이러한 얇은 중간 층은 추가의 텅스텐 층의 증착을 방해하지 않는다.
스테이션(21) 위로 추가의 실란을 도입함에 의해 반응 챔버 내의 다른 화학 반응들이 영향을 받지 않으므로, 보호 가스는 반응 챔버(10)를 통한 반도체 제품의 처리량에 대해 주목할 만한 악영향을 가지지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 공정을 수행하기 위한 다른 반응 챔버를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 경우에, 처리하고자 하는 반도체 제품, 통상적으로 웨이퍼는 반응 챔버(40) 상류의 전달 도관(50)에 의해 전달 영역(45)으로부터 반응 챔버(40)로 도입된다. 전달 도관(50)으로부터 스테이션(51)으로의 통로상에서, 반도체 제품은 가스 유입부(52) 아래를 통해 유도되는데, 이 가스 유입부(52)를 이용하여 보호 가스가 반도체 제품의 표면에 공급된다. 스테이션(51)에서, 반도체 제품은 예정된 온도로 가열된다. 다른 가스 유입부(도시되지 않았음)가 스테이션(51) 위에 배치되며, 이를 이용하여 공정 가스가 반도체 제품의 표면에 공급된다. 도 1의 반응 챔버(10)와 대조적으로, 반응 챔버(40)는 단지 하나의 반도체 제품만이 반응 챔버(40) 내에서 처리될 수 있도록 디자인된다. 이 경우에, 보호 가스를 사용하여, 한편으로는, 반응 챔버 내에 존재하는 침식성 가스, 예컨대 WF6및 HF가 전달 도관(50)의 하류의 위치에서 희박하도록 하고, 다른 한편으로는, 보호 가스와 침식성 가스의 바람직한 반응이 표면상에서 일어나서 표면층 자체가 본질적으로 손상되지 않고 유지되도록 보호 가스의 일부분이 냉각 표면에 흡착된다. 또한, 반응 챔버(40)에서, 반응 챔버(40)를 통한 반도체 제품의 처리량은 보호 가스를 위해 추가로 제공된 가스 유입부에 의해 부정적인 영향을 받지 않는다.
대안적으로, 또한 반도체 제품은 냉각 상태에서 또는 가열하는 동안 스테이션(51)에서 보호 가스의 작용을 받을 수도 있다.
본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 표면상에서 층을 제조함에 있어서 침식성 가스에 의한 표면 손상을 방지할 수 있다.
Claims (8)
- 표면상의 층 제조 방법으로서,예정된 온도까지 표면을 가열하는 단계;하나 이상의 제 1 가스 및 상기 제 1 가스와 반응하는 하나 이상의 제 2 가스를 층의 증착을 위해 가열된 표면 위로 공급하는 단계; 및상기 표면의 가열 전이나 가열 도중에 또는 가열 전 및 가열 도중에 상기 표면에 하나 이상의 보호 가스를 공급하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 보호 가스는 상기 표면이 냉각 상태일 때 표면상에 흡착될 수 있는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 표면에 상기 보호 가스 및 캐리어 가스를 공급하는 단계를 포함하여 이루어지는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 표면에 상기 보호 가스 및 아르곤 캐리어 가스를 공급하는 단계를 포함하여 이루어지는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가스로서 하나 이상의 금속 할로게나이드를 선택하는 것을 포함하는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가스로서 실란 및 수소(H2)로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상의 가스를 선택하는 것을 포함하는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호 가스로서 실란을 선택하는 것을 포함하는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호 가스로서 SiH4를 선택하는 것을 포함하는 표면상의 층 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 피복하고자 하는 제품을 소정 위치에서 반응 챔버로 공급하는 단계와, 상기 반응 챔버 내에서 상기 층을 생성하는 단계와, 그리고 상기 소정 위치에서 상기 보호 가스를 상기 표면에 공급하는 단계를 포함하는 표면상의 층 제조 방법.
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