KR100412283B1 - 코발트 박막의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코발트 박막의 형성방법을 개시한다. 이에 의하면, RF(Radio Frequency) 전원부에서 RF 전원을 매칭부에 인가하고, 매칭부에서 상기 RF 전원을 음의 직류 전원으로 변환함으로써 음(-)의 전자를 코발트 타겟의 표면에 집적시킨다. 따라서, 일반적으로 사용되는 두께보다 훨씬 두꺼운 코발트 타겟을 사용하더라도 마그네트론 측으로 끌리는 자속에 영향을 받지 않고 코발트 타겟의 스퍼터링이 가능해진다.
따라서, 본 발명은 두꺼운 코발트 타겟을 사용 가능하므로 코발트 타겟의 교체 주기를 그만큼 연장한다. 그 결과, 코발트 타겟의 빈번한 교체에 따른 원가 상승 부담을 경감할 수 있고 나아가 반도체소자의 제조 원가를 낮출 수 있다. 또한, 스퍼터링장치의 가동 시간을 연장하여 생산성을 향상시키고, 교체 작업에 소요되는 인력의 낭비를 줄일 수 있다. 더욱이, 본 발명은 마그네트론에 의한 이로젼(Erosion) 효과를 줄일 수 있으므로 웨이퍼 상에 형성되는 코발트 박막의 두께 균일성을 향상시켜 반도체소자의 특성 향상을 이룰 수 있다.
Description
본 발명은 코발트실리사이드 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두꺼운 코발트 타겟을 사용하면서도 코발트 박막을 스퍼터링 가능하도록 한 코발트 박막의 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자의 크기가 서브마이크로미터의 단위로 지속적으로 축소됨에 따라 반도체소자의 확산영역의 면저항 및 접촉저항 등의 기생 저항이 증가하는데, 이는 반도체소자의 성능을 크게 저하시킨다. 따라서, 이러한 기생 저항의값을 감소시키기 위한 방법의 하나로 다결정 실리콘 게이트와 확산영역을 동시에 선택적으로 실리사이드화시키는 샐리사이드(Self Aligned Silicide: Salicide) 공정이 주목을 받아 왔다. 샐리사이드공정의 경우, n-, p-의 확산영역 상에 낮은 비저항값을 갖는 실리사이드가 형성되므로 소오스/드레인 영역의 비저항값이 무시할 정도로 낮게 된다. 티타늄실리사이드(TiSi2)나 코발트실리사이드(CoSi2)의 비저항값이 15∼25μm로 다른 실리사이드 재료들의 비저항값에 비하여 훨씬 낮기 때문에 상기 티타늄실리사이드(TiSi2)나 코발트실리사이드(CoSi2)가 샐리사이드 재료로서 폭넓게 연구되고 있다.
상기 티타늄실리사이드는 낮은 비저항값을 가지며 또한 Ti 원자가 자연산화막을 환원시켜 제거할 수 있으므로 게이트 및 소오스/드레인 영역을 모두 신뢰성있게 실리사이드화할 수 있는 장점을 갖고 있다. 그러나, Ti 원자는 산화막 스페이서(Spacer)와 반응함으로써 게이트 영역과 소오스/드레인 영역 사이에 브리지(Bridge)를 형성시켜 반도체소자의 단락을 일으킬 수 있으며, 800℃ 이상의 온도에서 소오스/드레인 영역에 도핑시킨 보론(B) 원자가 실리사이드로 급속히 확산하여 실리사이드와의 계면에서 도펀트의 고갈로 접촉저항이 오히려 증가한다.
코발트실리사이드는 최근에 들어 상기 티타늄실리사이드를 대신하여 초고밀도 집적회로에 사용될 전극재료로서 많은 관심을 끌고 있다. 이는 상기 코발트실리사이트가 상기 티타늄실리사이드에 비하여 고온에서 도펀트들과 화합물을 형성하지 않고 좁은 선폭에서도 균일한 실리사이드의 형성이 가능하며, 불산(HF) 수용액과건식에칭에 대한 내성이 비교적 큰 장점을 지니고 있기 때문이다. 현재, 상기 코발트실리사이드는 자연산화막을 제거하기 위해 Co/Ti 이중층 또는 Co/Ti/TiN의 삼중층으로 제조되고 있다.
상기 코발트실리사이드를 형성하기 위한 코발트 박막은 일반적으로 스퍼터링공정에 의해 형성되며 직류(DC) 전원을 사용하는 직류 마그네트론 스퍼터링법이 주된 형성방법이며, 상기 코발트 박막의 두께가 너무 두꺼운 경우, 보호층으로 사용되는 Ti층과 확산되는 정도가 심해져 저항이 오히려 증가하므로 약 200Å 정도의 두께로 조절되고 있다.
종래의 직류 마그네트론 스퍼터링장치는 주로 도전체의 스퍼터링을 위해 주로 사용되어 왔으며 도 1에 도시된 바와 같이 구성된다. 즉, 도 1에서 반응 챔버(10) 내의 저면에 반도체기판인 웨이퍼(1)를 지지하며 히팅하기 위한 히터부(20)가 설치된다. 플라즈마의 집적을 위한 마그네트론(30)이 상기 히터부(20)로부터 상측으로 일정 거리만큼 이격하며 상기 반응 챔버(10) 내에 설치된다. 상기 마그네트론(30)의 저면부에 코발트 타겟(40)이 설치된다. 상기 마그네트론(30)에는 직류(DC) 전원부(50)의 직류 전원이 인가되고, 상기 마그네트론(30)의 내부를 통하여 상기 마그네트론(30)의 냉각을 위한 냉각수(CW)가 흐른다.
이와 같이 구성되는 종래의 직류 마그네트론 스퍼터링장치에서는 코발트 타켓(40)의 코발트는 포화 자화값이 1,423 emu/cm3으로서 자기적으로 강자성체를 나타낸다. 이러한 강자성체인 코발트는 플라즈마의 집적을 위해 사용되는마그네트론(30)의 큰 자화값에 의해 코발트의 자속이 마그네트론(30) 측으로 끌리어서 스퍼터링을 위한 플라즈마가 형성되지 않거나, 플라즈마가 형성된 경우이더라도 플라즈마 자체가 마그네트론(30) 측으로 끌려서 웨이퍼(1)로 스퍼터링되는 플라즈마의 밀도가 적어지므로 웨이퍼(1) 상에 형성되는 코발트 박막의 성막 속도가 현저히 감소한다.
그런데, 코발트 타겟(40)의 자화값이 코발트 타겟(40)의 부피에 비례하므로 일반적으로 사용되는 알루미늄(Al) 타겟이나 티타늄(Ti) 타겟의 두께, 예를 들어 10mm 정도의 두께로 제조된 코발트 타겟(40)을 사용하는 경우, 플라즈마 집적 및 2차 전자의 에너지 증가를 위해 코발트 타겟(40)에 접촉되어 있는 마그네트론(30) 측으로 자속이 끌려 코발트 타겟(40)의 외측으로 발생하지 않으므로 반응 챔버(10) 내에서 플라즈마가 발생하지 않는다. 그 결과, 코발트 박막의 스퍼터링이 불가능해진다.
따라서, 현재 사용되고 있는 코발트 타겟(40)은 일반적으로 사용되는 알루미늄(Al) 타겟의 두께(T2) 보다 훨씬 얇은 3mm의 두께로 제약을 받는데, 이는 코발트 타겟(42)의 두께 감소에 따른 코발트 타겟(42)의 부피 감소를 이루어 코발트 타겟(42)의 자화값을 강제적으로 줄임으로써 반응 챔버(10) 내에서의 플라즈마 발생을 가능하도록 하기 위함이다.
그러나, 3mm의 얇은 두께를 갖는 코발트 타겟의 경우, 마그네트론의 형태에다른 자화값의 차이로 인하여 코발트 타겟의 특정 부위가 집중적으로 많이 소모되는 이로젼(Erosion) 효과 때문에 작업자의 실수로 코발트 타겟의 스퍼터링이 일정 시간 이상으로 연장하여 사용되면, 웨이퍼 상에 형성되는 코발트 박막의 두께 균일성이 저하되는 현상이 발생하기 쉽다. 이를 방지하기 위해 코발트 타겟의 교환 주기를 단축하지 않으면 안되는데 이는 고가인 코발트 타겟의 빈번한 교체를 가져오고 나아가 반도체소자의 제조 원가를 상승시키는 요인으로 작용한다. 더욱이, 코발트 타겟의 교체 동안에 스퍼터링장치의 가동을 중단하여야 하므로 스퍼터링장치의 가동성이 그만큼 떨어지므로 반도체소자 제조라인의 생산이 떨어지고, 또한 코발트 타겟의 교체에 많은 작업 인력이 소요되므로 그만큼 인력 낭비가 많다.
따라서, 본 발명의 목적은 일반적으로 사용되는 알루미늄(Al) 타겟이나 티타늄(Ti) 타겟의 두께를 갖는 코발트 타겟을 사용하면서도 스퍼터링 가능하도록 한 코발트 박막의 형성방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 코발트 타겟의 교체 주기를 연장하여 스퍼터링장치의 가동성을 높이도록 한 코발트 박막의 형성방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 코발트 타겟의 교체에 소요되는 작업 인력의 낭비를 억제하도록 한 코발트 박막의 형성방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 직류 마그네트론 스퍼터링장치를 나타낸 개략 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 코발트 박막의 형성방법에 적용된 RF(Radio Frequency) 마그네트론 스퍼터링장치를 나타낸 개략 구성도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 코발트 박막의 형성방법을 나타낸 공정도.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 코발트 박막의 형성방법은
RF 마그네트론 스퍼터링장치의 반응 챔버 내에서 히팅부에 반도체기판이 배치되고, 상기 히팅부의 상측으로 일정 거리를 두고 이격하여 마그네트론이 배치되고, 상기 마그네트론의 저면부에 3mm보다 두꺼운 두께를 갖는 코발트 타겟이 배치된 상태에서 RF 전원부에 의해 RF 전원을 매칭부에 인가하는 단계; 상기 매칭부에 의해 상기 RF 전원을 음의 직류 전원으로 변환하여 음의 전자를 상기 코발트 타겟의 표면에 하전시키는 단계; 및 상기 코발트 타겟을 여기된 불활성 반응가스로 스퍼터링하여 상기 반도체기판 상에 코발트 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 코발트 타겟의 두께를 3mm∼10mm의 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 코발트 박막의 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일 구성 및 동일 작용의 부분에는 동일 부호를 부여한다.
도 2는 본 발명에 의한 코발트 박막의 형성 방법에 적용된 RF(radio Frequency) 스퍼장치를 나타낸 개략 구성도이다. 도 2에서 반응 챔버(10) 내의 저면에 기판인 반도체기판인 웨이퍼(1)를 지지하며 히팅하기 위한 히터부(20)가 설치된다. 플라즈마의 집적을 위한 마그네트론(30)이 상기 히터부(20)로부터 상측으로 일정 거리만큼 이격하며 상기 반응 챔버(10) 내에 설치된다. 상기 마그네트론(30)의 저면부에 코발트 타겟(80)이 설치된다. 상기 마그네트론(30)에는 RF 전원부(60)의 RF 전원이 인가되고, 매칭부(70)가 상기 반응 챔버(10) 내의 상태에 따라 상기RF 전원을 매칭하고, 상기 마그네트론(30)의 내부에 상기 마그네트론(30)의 냉각을 위한 냉각수(CW)가 흐른다.
여기서, 상기 RF 전원부(60)로는 13.56 MHz 또는 그 이상의 RF 전원부가 사용된다. 상기 코발트 타겟(80) 대신에 강자성체 재질의 타겟이 사용 가능하다.
이와 같은 구조의 RF 마그네트론 스퍼터링장치는 주로 직류 마그네트론 스퍼터링장치에서 스퍼터링할 수 없는 절연막, 예를 들어 SiO2막 이나 Al2O3막의 제조에 주로 사용된다. 즉, 절연막의 타겟의 표면이 매칭부(70)에서 형성된 음(-)의 직류 바이어스에 의해 음의 전자로 하전되어 양(+)의 이온상태로 여기된 알곤(Ar) 등의 반응가스가 상기 타겟의 표면으로 이동함으로써 스퍼터링이 가능하게 된다. 본 발명은 이러한 RF 마그네트론 스퍼터링장치를 이용하여 두꺼운 강자성체 타겟을 스퍼터링할 수 있는 방법을 발명하였다.
이하, 두꺼운 코발트 타겟을 이용한 RF 마그네트론 스퍼터링장치에 의해 코발트 박막을 형성하는 방법을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 먼저, 도 2에 도시된 바와 같은 RF 마그네트론 스퍼터링장치의 반응 챔버(10) 내의 히팅부(20) 상에 웨이퍼(1)를 로딩하여 놓는다. 상기 웨이퍼(1)는 반응 챔버(10)의 도아(도시 안됨)를 통하여 로봇 암과 같은 이송장치에 의해 로딩되며, 처리 완료된 웨이퍼(1)도 마찬가지로 상기 이송장치에 의해 언로딩되는 것이 일반적이다.
여기서, 상기 코발트 타겟(80)으로는 3mm 보다 두꺼운 소정의 두께, 예를 들어 10mm 이내의 코발트 타겟이 사용될 수 있다. 물론, 코발트 타겟 대신에 강자성체 재질의 타겟이 사용 가능하다.
상기 웨이퍼(1)의 로딩이 완료되고 나면, 진공장치(도시 안됨)를 이용하여 상기 반응 챔버(10) 내의 진공도를 스퍼터링에 적합한 진공도로 충분히 낮춘다.
이후, RF 전원부(60)에서 예를 들어 13.56 MHz 또는 그 이상의 RF 전원을 매칭부(70)로 인가하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 매칭부(70)가 상기 RF 전원을 음의 직류 전원으로 변환하여 줌으로써 음(-)의 전자(81)가 코발트 타겟(80)의 표면에 집적된다. 따라서, 코발트 타겟(80)이 강한 음(-)의 캐소드 전극을 형성하게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 음(-)의 전자(81)가 코발트 타겟(80)의 표면에 집적되고 나면, 상기 반응 챔버(10)로 가스 주입구(도시 안됨)를 거쳐 알곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스를 주입한다. 이때, 알곤(Ar) 가스가 양(+)의 이온상태로 여기된 후 코발트 타겟(80)의 표면으로 이동하여 플라즈마(5)가 생성됨으로써 코발트 타겟(80)의 스퍼터링이 가능하게 된다.
즉, 코발트 타겟(80)의 두께가 도 1의 코발트 타겟(40)의 두께인 3mm보다 훨씬 두꺼운 10mm 정도 되더라도 코발트 타겟(80)의 스퍼터링은 마그네트론(30)의 영향보다도 코발트 타겟(80)의 표면에 형성된 음의 전자(81)에 의해 이루어진다. 그러므로, 마그네트론(30) 측으로 끌리는 자속에 무관하게 코발트 타겟(80)의 스퍼터링이 가능하게 되며 마그네트론(30)에 의한 이로젼 효과를 줄여줄 수 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 코발트 타겟에 비하여 훨씬 두꺼운 코발트 타겟을 사용 가능하므로 그만큼 코발트 타겟의 교체 주기를 연장할 수 있다. 이는 고가인코발트 타겟의 빈번한 교체를 억제하고 나아가 코발트 타겟에 대한 원가 절감을 이룰 수 있으므로 반도체소자의 제조 원가를 낮출 수 있고 그 만금 반도체소자의 가격 경쟁력을 강화시킬 수 있다. 또한, 코발트 타겟의 교체 주기가 연장되므로 스퍼터링장치의 가동 중단 회수도 감소하므로 스퍼터링장치의 가동성이 그만큼 향상되고 나아가 반도체소자 제조라인의 생산성이 향상된다. 또한 코발트 타겟의 빈번한 교체에 따른 작업 인력의 낭비가 억제될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 종래에 비하여 코발트 타겟을 장시간 계속 사용하더라도 웨이퍼 상에 형성되는 코발트 박막의 두께 균일성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 RF 마그네트론 스퍼터링이 직류 마그네트론 스퍼터링에 비하여 코발트 박막의 성막 속도가 느리므로 비교적 얇은 코발트 실리사이드를 형성하는 경우, 스퍼터링장치의 스루풋(throughput)에 영향을 주지 않고도 치밀한 코발트 박막을 형성할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 코발트 박막의 형성방법은 RF 전원부에서 RF 전원을 매칭부에 인가하고, 매칭부에서 상기 RF 전원을 음의 직류 전원으로 변환함으로써 음(-)의 전자를 코발트 타겟의 표면에 집적시킨다. 따라서, 일반적으로 사용되는 두께보다 훨씬 두꺼운 코발트 타겟을 사용하더라도 마그네트론 측으로 끌리는 자속에 영향을 받지 않고 코발트 타겟의 스퍼터링이 가능해진다.
따라서, 본 발명은 두꺼운 코발트 타겟을 사용 가능하므로 코발트 타겟의 교체 주기를 그만큼 연장한다. 그 결과, 코발트 타겟의 빈번한 교체에 따른 원가 상승 부담을 경감할 수 있고 나아가 반도체소자의 제조 원가를 낮출 수 있다. 또한, 스퍼터링장치의 가동 시간을 연장하여 생산성을 향상시키고, 교체 작업에 소요되는 인력의 낭비를 줄일 수 있다. 더욱이, 본 발명은 마그네트론에 의한 이로젼 효과를 줄일 수 있으므로 웨이퍼 상에 형성되는 코발트 박막의 두께 균일성을 향상시켜 반도체소자의 특성 향상을 이룰 수 있다.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.
Claims (2)
- RF(Radio Frequency) 마그네트론 스퍼터링장치의 반응 챔버 내에서 히팅부에 반도체기판이 배치되고, 상기 히팅부의 상측으로 일정 거리를 두고 이격하여 마그네트론이 배치되고, 상기 마그네트론의 저면부에 3mm보다 두꺼운 두께를 갖는 코발트 타겟이 배치된 상태에서 RF 전원부에 의해 RF 전원을 매칭부에 인가하는 단계;상기 매칭부에 의해 상기 RF 전원을 음의 직류 전원으로 변환하여 음의 전자를 상기 코발트 타겟의 표면에 하전시키는 단계; 및상기 코발트 타겟을 여기된 불활성 반응가스로 스퍼터링하여 상기 반도체기판 상에 코발트 박막을 형성하는 단계를 포함하는 코발트 박막의 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코발트 타겟의 두께를 3mm∼10mm의 범위로 제한하는 것을 특징으로 하는 코발트 박막의 형성방법.
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- 2001-06-28 KR KR10-2001-0037809A patent/KR100412283B1/ko not_active IP Right Cessation
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