KR100546700B1 - 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 박막 형성 공정에서 수소 원자를 표면에 공급하여 표면에 잔류하는 불순물을 제거할 수 있도록한 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법에 관한 것으로, 증착 단계에서 수소 원자에 의한 H + Al-CH3 (또는 Al-C4H9) →H-CH3 (H-C4H9) + Al 반응에 의해 알루미늄 표면에서 알킬기가 제거되도록 하고, 수소 원자에 의한 H + Al-O →H2O + Al 반응에 의해 산소가 표면에서 제거되도록 하는 것이다.
MOCVD
Description
도 1은 본 발명에 따른 수소 원자를 이용한 불순물 제거 메카니즘을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 MOCVD 장치의 구성도
본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로, 특히 알루미늄 박막 형성 공정에서 수소 원자를 표면에 공급하여 표면에 잔류하는 불순물을 제거할 수 있도록한 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법에 관한 것이다.
현재, 박막의 물성이 활발히 연구 규명되고 있고 반도체 박막의 주요 성장법은 유기 금속원을 이용하는 화학 기상 증착 방법(MOCVD:Metal-organic chemical vapor deposition)이 주로 이용된다.
이러한 물성의 연구에도 불구하고 실제로 양산 장비를 이용한 결정 박막 성장은 성장 조건의 공정상의 마진 부족으로 장비 의존성을 보임으로써 소자의 개발에 많은 문제점을 야기시키고 있다.
그리고 MOCVD장치는 수직형과 수평형으로 분류된다. 수직형은 유기금속원의 주 흐름가스가 기판위로 수직 상방에서 분사되는 경우이고, 수평형은 주 흐름가스가 기판표면에 평행한 측면방향에서 유입되는 형태이다.
수직방향에서 분사되는 형태는 축 대칭성을 갖고 기판을 회전하면서 성장할 수 있으며 두께의 축 대칭성으로 균일성이 양호하지 않고, 수평형은 기판을 회전하면서 가스유입의 전/후면에서의 균일성을 확보할 수 있다.
알루미늄(Aluminum)은 텅스텐(Tungsten)에 비해 비저항이 낮기 때문에 반도체 제조 공정에서 금속 배선의 재료로서 현재 광범위하게 사용되고 있으며 앞으로도 적용이 확대될 것으로 기대되고 있다.
하지만 알루미늄을 사용하는 모든 금속 배선 형성 공정에서 텅스텐을 계속적으로 대체하기 위해서는 비아 매립 특성 개선이 수반되어야 한다.
현재까지 이를 해결하려는 노력으로 리플로우, ALPS(Aluminum Low Pressure Seed), CVD Al 등의 기술이 사용되고 있지만, 가장 중요한 것은 스텝 커버리지(step coverage)가 가장 우수한 박막을 증착하기 위해서는 CVD 방법으로 가야 함에는 이견이 없다.
알루미늄 CVD는 현재 DMAH(Dimethylaluminum Hydride), TIBA(Triisobutylaluminum), TMA(trimethylaluminum) 등의 유기금속 재료를 사용하여 수행되고 있는데 이들 유기 소스의 경우 증착 과정에서 불순물로 카본(carbon)이 함유되는 문제점이 있다. 알루미늄의 전기적인 특성을 최대화 구현하기 위해서는 이와 같은 불순물의 제거가 필수적이라 할 수 있다.
현재 주로 사용되고 있는 불순물 제거 방법으로는 플라즈마 처리 방법이 있다.
이와 같은 종래 기술의 알루미늄 박막 형성 공정에 있어서는 다음과 같은 문제가 있다.
유기 금속 소오스를 사용한 박막 형성시에 필연적으로 발생하는 카본등의 불순물 제거가 용이하지 않아 금속 배선으로 사용하는 경우 소자의 전기적 특성을 불균일하게 한다.
특히, 불순물 제거 목적으로 사용되는 플라즈마 표면 처리가 표면 불순물 제거하는 효과이외에 물리적으로 상당한 플라즈마 데미지를 표면에 유발시키는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 알루미늄 박막 형성 공정의 문제를 해결하기 위한 것으로, MOCVD 방법에 알루미늄 증착 공정에 있어서 박막이 증착되는 과정 중에 지속적으로 수소 원자를 표면에 공급함으로써 표면에 잔류하는 카본 등의 불순물을 제거할 수 있도록한 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법은 유기 금속 소오스를 사용하는 알루미늄의 증착 공정에서, 유기 금속 소오스를 공급하는 것과 동시에 수소 원자를 공급하여 증착 단계에서 발생하는 불 순물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 원자를 이용한 불순물 제거 메카니즘을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 MOCVD 장치의 구성도이다.
본 발명은 MOCVD 알루미늄 증착 공정에서 항상 수반되는 불순물을 수소 원자를 이용하여 제거하는 기술이다. 수소 원자는 높은 반응성을 갖고 있기 때문에 불순물이 있는 금속 표면에 수소 원자를 주입할 경우 불순물과 쉽게 반응하여 휘발성 으로 변한다.
본 발명에서는 MOCVD 방법에 의한 알루미늄 증착 공정에 있어서 박막이 증착되는 과정 중에 지속적으로 수소 원자를 표면에 공급함으로써 표면에 잔류하는 카본 등의 불순물을 제거한다.
DMAH(dimethylaluminum hydride), TIBA(triisobutylaluminum), TMA(trimethylaluminum)등의 유기금속 재료는 모두가 methyl(CH3) 또는 isobutyl(i-C4H9)등의 알킬기를 포함하고 있는데 이들 유기금속 재료를 이용한 알루미늄 MOCVD 공정에서 알루미늄이 도중 알킬기가 제거되지 않으면 박막내에 카본등이 불순물로 남게 된다.
본 발명에서는 증착 과정 중 수소 원자가 지속적으로 공급되도록 하여 도 1에서와 같이 H + Al-CH3 (또는 Al-C4H9) →H-CH3 (H-C4
H9) + Al 반응에 의해 알루미늄 표면에서 알킬기가 제거되도록 한다.
이 반응은 H-CH3 (또는 H-C4H9)의 결합에너지가 Al-CH3(또는 Al-C4H9)의 결합에너지보다 훨씬 크기 때문에 자발적으로 일어나게 된다.
뿐만 아니라 표면에 산소(oxygen)등의 불순물이 있을 경우에도 H + Al-O →H2O + Al 반응에 의해 물이 생성되면서 산소가 표면에서 제거된다.
이는 플라즈마 표면처리 공정이 표면 불순물 제거하는 효과이외에 물리적으로 상당한 플라즈마 데미지를 표면에 유발시킨다는 단점이 있는 반면, 본 발명은 오직 표면에서의 화학 반응만을 이용하기 때문에 그러한 물리적 데미지등의 문제가 없다.
본 발명의 전반적인 동작은 도 2에서와 같이 알루미늄 증착 장비에 수소 원자를 생성하는 챔버를 추가로 구성하여 증착 공정과 동시에 수소 원자를 공급함으로써 이루어진다.
증착이 시작되면 증착 챔버내로 유기금속 재료가 캐리어 기체와 함께 공급됨과 동시에 또 다른 수소 원자도 함께 공급되어 증착이 일어남과 동시에 불순물이 제거된다.
물론, 수소 원자의 공급을 동시에 하지 않고 증착 단계를 완료한후 추후에 공급하여 표면 처리를 하는 것도 가능하다.
본 발명은 반도체 제조 공정에서 플러그 앤드 와이어링(plug and wiring) 재료로 사용되는 MOCVD Al 박막의 증착 공정 개선에 관한 것이며 모든 금속 배선 형 성 공정에 적용된다.
그리고 이것에 한정되지 않고 Al 이외에 기타 유사한 유기금속 재료를 사용하여 CVD 방법을 이용하는 다른 금속 박막 제조 공정에 활용이 가능함은 당연하다.
이와 같은 본 발명에 따른 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 현재, 양산에서 사용하는 장비에 수소 원자를 생성하는 장치만 추가하기 때문에 공정상 비교적 간단한 조작으로 표면 불순물을 효과적으로 제거한다.
둘째, 표면 화학 반응을 이용하여 불순물을 제거하기 때문에 플라즈마 표면 처리 등에 의한 물리적 데미지로부터 안전하다.
셋째, 수소 원자가 매우 높은 반응성을 갖고 있기 때문에 카본, 산소등의 박막 증착시 발생하는 거의 모든 불순물을 제거가 용이하다.
Claims (4)
- 유기 금속 소오스를 사용하는 알루미늄의 증착 공정에서,유기 금속 소오스를 공급하는 것과 동시에 수소 원자를 공급하여 증착 단계에서 수소 원자에 의한 H + Al-O →H2O + Al 반응에 의해 산소를 표면에서 제거함으로써,증착 단계에서 발생하는 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법.
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- 제 1 항에 있어서, 수소 원자를 알루미늄의 증착 공정이 완료된후에 공급하는 것을 특징으로 하는 수소 원자를 이용한 불순물 제거 방법.
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