KR100617883B1 - Ｅｃｔｄｍａｔ를 이용한 박막증착방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 제1,2반응물질이 유입되는 반응기 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고, 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로 ECTDMAT (Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＥＣＴＤＭＡＴ를 이용한 박막증착방법{Method for depositing thin film on wafer using ECTDMAT}
도 1은 본 발명에 따른 박막증착방법이 수행되는 박막증착장치의 일 실시예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 박막증착방법이 수행되는 박막증착장치의 다른 실시예를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 반응기
11 ... 챔버
12 ... 서셉터
13 ... 샤워헤드
20 ... 가스박스
21 ... 캐니스터
L1, L2, L3 ... 제1,2,3가스라인
본 발명은 ECTDMAT(Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용하여 박막을 증착하는 박막증착방법에 관한 것이다.
현재 대형 소자 업체를 중심으로 커패시터 일렉트로드(capacitor electrode) 및 Al 공정에서의 배리어 머티리얼(barrier material)에 적용하고 있는 TiN 공정에서는 Ti 소스로서 주로 TiCl4을 사용하고 있다. 그러나 TiCl4를 사용하게 되면 Cl 성분이 잔류하게 되는데 Cl은 부식성이 있어 소자의 성능을 저하시킨다.
따라서 이를 제거하기 위하여 500℃ 이상의 고온 공정을 적용하게 되는데 이것은 또 다른 문제, 즉 TiN 막이 유전재료와 반응하거나 산화되어 커패시터(capacitor)의 전기적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라 부식성의 Cl 성분은 배선 공정에의 적용을 제한하는 원인이 된다.
이와 같은 문제점을 해결하고자 400℃ 이하의 저온영역에서 TiN 박막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 Cl 성분을 근원적으로 제거할 수 있는 TDMAT, TEMAT와 같은 유기금속 계열 소스들이 사용되었다.
그러나 해당 소스들은 H2O와 쉽게 반응하여 산소에 의한 불순물(oxygen contamination)과 공정 중 파티클 생성이라는 바람직하지 않은 결과를 초래하고 또한 NH3 와의 높은 반응성으로 인하여 공정 파티클을 생성시키며 아미드 알킬 리간드(amide alkyl ligand)에서 비롯된 carbon 성분은 비저항을 높여 결과적으로 소자 성능을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 로우 아미드 타입(low amide type)의 소스인 ECTDMAT(Ethylcyclo- pentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용하여 비교적 저온에서 박막증착이 가능하고 막질이 우수한 Ti 함유 박막을 증착하는 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착방법의 일 실시예는, 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 제1,2반응물질이 유입되는 반응기 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고, 상기 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로 ECTDMAT (Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2-1)와, 상기 제1반응물질을 상기 챔버(11)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와, 상기 챔버(11)로 제2반응물질을 피딩하는 제2피딩단계(S2-3)와, 상기 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)로 구성되는 ALD 싸이클을 반복함으로써 가판(w)상에 박막을 증착한다.
본 발명에 있어서, 상기 박막증착단계(S2)는, 상기 박막증착단계(S2')는, 제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2'-1)와 제2반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제2피딩단계(S2'-3)를 동시에 수행하는 단계와, 불활성가스를 상기 챔버(11)로 유입시켜 박막증착에 사용되지 않은 나머지 가스를 퍼지시키는 퍼지단계를 포함하여 이루어지는 CVD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복함으로써 기판(w) 상에 박막을 증착한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착방법의 다른 실시예는, 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 제1,2,3반응물질이 유입되는 챔버(11)의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질과 제3반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고, 상기 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로 ECTDMAT을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2-1)와, 상기 제1반응물질을 상기 챔버(11)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와, 상기 챔버(11)로 제2반응물질을 피딩하는 제2피딩단계(S2-3)와, 상기 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)와, 제3반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제3피딩단계(S2-5)와, 상기 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제3퍼지단계(S2-6)로 구성되는 ALD 싸이클을 반복함으로써 가판(w)상에 박막을 증착한다.
본 발명에 있어서, 상기 박막증착단계(S2')는, 제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2'-1)와 제2반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제2피딩단계(S2'-3)와 제3반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제3피딩단계(S2'-5)를 동시에 수행하는 단계와, 불활성가스를 상기 챔버(11)로 유입시켜 박막증착에 사용되지 않은 나머지 가스를 퍼지시키는 퍼지단계를 포함하여 이루어지는 CVD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복함으로써 기판(w) 상에 박막을 증착한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착방법의 또 다른 실시예는, 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 반응물질이 유입되는 챔버 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고, 상기 박막증착단계(S2)는, 반응물질로 ECTDMAT을 이용하고, 상기 챔버(11)로 인가출력이 50w ~ 2000W 의 범위의 플라즈마를 직접 인가하는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기 또는, 외부에서 발생된 인가출력이 50w ~ 2000w 인 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서, 자체 열분해작용에 의하여 Ti 와 TiN 이 혼용된 박막을 증착하는 것을 특징으로 한다.b
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 박막증착방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 박막증착방법이 수행되는 박막증착장치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 박막증착방법이 수행되는 박막증착장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막증착방법이 적용되는 박막증착장치 는, 기판(w)이 수납되는 반응기(10)와, 반응기(10)로 반응물질과 불활성가스를 공급하는 가스박스(20)로 구성된다.
반응기(10)는, 기판(w)을 안착시키기 위한 서셉터(12)가 내장된 챔버(11)와, 기판(w)을 향하는 다수개의 분사홀이 형성된 샤워헤드(13)와, 플라즈마를 발생하는 플라즈마발생기(RF generator and matching network))를 포함한다. 이때, 서셉터(12)는 안착된 기판(w)을 임의의 온도로 가열한다.
가스박스(20)는 ECTDMAT(Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)가 수용되는 캐니스터(21)와, ECTDMAT를 반응기(10)로 이송하기 위한 이송가스나 반응기(10)를 퍼지하기 위한 퍼지가스의 유량을 제어하는 MFC 등을 포함하고, 캐니스터(21)나 MFC, 또는 반응기(10) 사이의 제1,2가스라인(L1)(L2)등에는 다수개의 밸브(V)가 설치된다. 여기서, 제1가스라인(L1)은 제1반응물질 및/또는 불활성가스가 경유하는 라인이고, 제2가스라인(L2)은 제2반응물질 및/또는 불활성가스가 경유하는 라인으로 정의한다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 제3가스라인(L3)을 채용하였을 때 그 제3가스라인(L3)으로는 제3반응물질 및/또는 불활성가스가 경유하게 된다.
상기한 박막증착장를 이용하여 기판상에 Ti 함유 박막을 증착하는 박막증착방법의 다양한 실시예를 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 박막증착방법의 제1실시예를 설명한다. 박막증착방법의 제1실시예는 제1반응물질로서 ECTDMAT를 이용하고, 제1반응물질과 다른 제2반응물질을 이용하며, ALD 방식을 통하여 기판상에 Ti 함유 박막을 증착하는 것이다.
여기서, ECTDMAT 는 기존 TDMAT 의 아미드 알킬 리간드(amide alkyl ligand)(-NMe2)를 벌키 알킬 리간드(bulky alkyl ligand)(Cp : cyclopentadienyl)로 치환시킨 것이다. ECTDMAT 의 구조는 다름과 같다.
Figure 112005001918154-pat00001
Figure 112005001918154-pat00002
Figure 112005001918154-pat00003
위 구조에서 보듯이 ECTDMAT는 TDMAT의 네 개의 아미드 알킬 리간드(amide alkyl ligand) 중 하나의 리간드(ligand)가 벌키 알킬 리간드(bulky alkyl ligand) 로 치환된 것이며, 이러한 치환 결과 기존 TDMAT 및 TDEAT의 단점인 H2O 및 NH3와의 반응성을 낮추게 되어 산소에 의한 불순물(oxygen contamination) 및 공정 파티클 생성으로 인한 소자 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
상기한 ECTDMAT를 이용하여 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 가스라인(L1)(L2)에 의하여 제1,2반응물질이 유입되는 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판상에 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질을 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 수행한다.
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 기판을 챔버(11)로 유입시킨 후 서셉터(12) 상에 안착시키는 단계이며, 이 단계에서 기판(w)의 예열이 함께 이루어진다.
박막증착단계(S2)는 제1반응물질로서 ECTDMAT (Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 챔버(11)로 공급하고, 제2반응물질로서 제1반응물질과 다른 반응물질을 챔버(11)로 공급하는 단계이다. 상기한 박막증착단계(S2)의 동작을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로서 ECTDMAT를 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2-1)와, 제1반응물질을 챔버(11)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와, 챔버(11)로 제2반응물질을 피딩하는 제2피딩단계(S2-3)와, 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)로 구성되는 ALD 싸이클을 반복함으로써 가판(w)상에 박막을 증착한다.
즉, 첫번째 단계인 제1피딩단계(S2-1)에서는 ECTDMAT 가 Ar 버블링(bubbling) 방식으로 제1가스라인(L1)을 통하여 챔버(11) 내로 피딩되며 이 제1피딩단계(S2-1)를 통하여 제1반응물질은 기판(w) 표면에 흡착된다. 이때, 제2가스라인(L2)으로는 불활성가스인 Ar 을 흐르게 하여 가스라인 및 챔버(11) 내의 압력을 일정하게 유지한다.
두번째 단계인 제1퍼지단계(S2-2)에서는 제1반응물질의 피딩이 완료된 후, Ar 을 제1가스라인(L1)을 통하여 유입시킴으로써 제1가스라인(L1) 및 챔버(11)에 잔존하는 제1반응물질을 제거한다.
세번째 단계인 제2피딩단계(S2-3)에서는 제2반응물질을 제2가스라인(L2)을 통하여 챔버(11) 내로 피딩하여 기판(w) 상에서 제1반응물질과의 표면반응(surface reaction)을 통한 박막이 형성되도록 한다. 이때에도 제1가스라인(L1)으로 Ar 을 흐르게 하여 챔버(11) 내의 압력을 일정하게 유지하도록 한다.
네번째 단계인 제2퍼지단계(S2-4)에서는 제2반응물질의 피딩이 완료된 후, Ar을 제2가스라인(L2)을 통하여 유입시킴으로써 제2가스라인(L2) 및 챔버(11)에 잔존하는 제2원료물질 및 반응부산물을 제거한다.
이때, 플라즈마발생기(14)는 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기를 형성할 수 있다. 또는, 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기를 형성할 수 있다.
박막증착단계(S2)는 상기와 같이 챔버(11)에 플라즈마를 인가한 상태에서 수행될 수도 있고, 또는 플라즈마가 인가되지 않은 상태에서 수행될 수도 있다.
또한, 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소(H2)를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착할 수도 있다. 이 경우, H2 는 ECTDMAT의 리간드(ligand)를 제거하여 형성되는 박막을 치밀화 시킨다.
여기서, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용한다. 이 경우, 기판상에 TiN 박막을 증착할 수 있다.
또는, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 TMA 를 이용한다. 이 경우, 기판상에 TiAlN 박막을 증착할 수 있다.
또한, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 선택하여 이용한다. 이 경우, 기판(w) 상에 TiSiN 박막을 증착할 수 있다.
그리고, 제1반응물질로 ECTDMAT를 사용하고, 제2반응물질로 O2,O3, 및 H2O 중 어느 하나를 선택한다. 이 경우, 기판(w) 상에 티타늄옥사이드(TiOX) 박막을 증착할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1반응물질은 Ar에 의한 버블링(bubbling) 방식에 의해 이송되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1반응물질들을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용할 수도 있다. 이러한 액체운송방식은 당업계에서 공지의 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
다음, 본 발명에 따른 박막증착방법의 제2실시예를 설명한다. 박막증착방법의 제2실시예는 제1반응물질로서 ECTDMAT를 이용하고, 제1반응물질과 다른 제2반응물질을 이용하며, CVD 방식을 통하여 기판상에 Ti 함유 박막을 증착하는 것이다.
기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 가스라인(22)(23)에 의하여 제1,2반응물질이 유입되는 반응기(10)의 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판상에 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 수행한다.
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 기판을 챔버(11)로 유입시킨 후 서셉터(12) 상에 안착시키는 단계이며, 이 단계에서 기판(w)의 예열이 함께 이루어진다.
박막증착단계(S2)는 제1반응물질로서 ECTDMAT (Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 챔버(11)로 공급하고, 제2반응물질로서 제1반응물질과 다른 반응물질을 챔버(11)로 공급하는 단계이다. 상기한 박막증착단계(S2)의 동작을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로서 ECTDMAT를 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2'-1)와 제2반응물질을 챔버(11)로 피딩하는 제2피딩단계(S2'-3)를 동시에 수행하는 단계와, 불활성가스를 챔버(11)로 유입시켜 박막증착에 사용되지 않은 나머지 가스를 퍼지시키는 퍼지단계를 포함하여 이루어지는 CVD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복함으로써 기판(w) 상에 박막을 증착한다.
이때, 플라즈마발생기(14)는 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기를 형성할 수 있다. 또는, 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기를 형성할 수 있다.
박막증착단계(S2)는 상기와 같이 챔버(11)에 플라즈마를 인가한 상태에서 수행될 수도 있고, 또는 플라즈마가 인가되지 않은 상태에서 수행될 수도 있다.
또한, 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착할 수도 있다. 이 경우, H2 는 ECTDMAT의 리간드(ligand)를 제거하여 형성되는 박막을 치밀화 시킨다.
여기서, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용한다. 이 경우, 기판상에 TiN 박막을 증착할 수 있다.
또는, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 TMA 를 이용한다. 이 경우, 기판상에 TiAlN 박막을 증착할 수 있다.
또한, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 선택하여 이용한다. 이 경우, 기판(w) 상에 TiSiN 박막을 증착할 수 있다.
그리고, 제1반응물질로 ECTDMAT를 사용하고, 제2반응물질로 O2,O3, 및 H2O 중 어느 하나를 선택한다. 이 경우, 기판(w) 상에 티타늄옥사이드(TiOX) 박막을 증착할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1반응물질은 Ar에 의한 버블링(bubbling) 방식에 의해 이송되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1반응물질들을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용할 수도 있다. 이러한 액체운송방식은 당업계에서 공지의 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
다음, 본 발명에 따른 박막증착방법의 제3실시예를 설명한다. 박막증착방법의 제3실시예는 제1반응물질로서 ECTDMAT를 이용하고, 제1반응물질과 다른 제2반응물질과, 제1반응물질과 다른 제3반응물질을 이용하며, ALD 방식을 통하여 기판상에 Ti 함유 박막을 증착하는 것이다.
기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 3 개의 가스라인, 즉 제1,2,3가스라인(L1)(L2)(L3)을 각각 경유하는 제1,2,3반응물질 및/또는 불활성가스가 유입되는 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판상에 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반 응물질과 제3반응물질을 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 수행한다.
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 기판을 챔버(11)로 유입시킨 후 서셉터(12) 상에 안착시키는 단계이며, 이 단계에서 기판(w)의 예열이 함께 이루어진다.
박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로서 ECTDMAT를 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2-1)와, 제1반응물질을 챔버(11)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와, 챔버(11)로 제2반응물질을 피딩하는 제2피딩단계(S2-3)와, 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)와, 제3반응물질을 챔버(11)로 피딩하는 제3피딩단계(S2-5)와, 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제3퍼지단계(S2-6)로 구성되는 ALD 싸이클을 반복함으로써 가판(w)상에 박막을 증착한다.
이때, 플라즈마발생기(14)는 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기를 형성할 수 있다. 또는, 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기를 형성할 수 있다.
박막증착단계(S2)는 상기와 같이 챔버(11)에 플라즈마를 인가한 상태에서 수행될 수도 있고, 또는 플라즈마가 인가되지 않은 상태에서 수행될 수도 있다.
또한, 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착할 수도 있다.
여기서, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하고, 제3반응물질로서 TMA를 이용할 수 있다. 이 경우, 기판상에 TiAlN 박막을 증착할 수 있다.
또는, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로서 N2, NH3 중 어느 하나를 이용하며, 제3반응물질로서 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 이용할 수도 있다. 이 경우, 기판상에 TiSiN 박막을 증착할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1반응물질은 Ar에 의한 버블링(bubbling) 방식에 의해 이송되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1반응물질들을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용할 수도 있다. 이러한 액체운송방식은 당업계에서 공지의 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
다음, 본 발명에 따른 박막증착방법의 제4실시예를 설명한다. 박막증착방법의 제4실시예는 제1반응물질로서 ECTDMAT를 이용하고, 제1반응물질과 다른 제2반응물질과, 제1반응물질과 다른 제3반응물질을 이용하며, ALD 방식을 통하여 기판상에 Ti 함유 박막을 증착하는 것이다.
기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 3 개의 가스라인, 즉 제1,2,3가스라인(L1)(L2)(L3)을 각각 경유하는 제1,2,3반응물질 및/또는 불활성가스가 유입되는 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 기판상에 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질과 제3반응물질을 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2')를 수행한다.
기판안착단계(S1)는 로봇암(미도시)이 기판을 챔버(11)로 유입시킨 후 서셉터(12) 상에 안착시키는 단계이며, 이 단계에서 기판(w)의 예열이 함께 이루어진다.
박막증착단계(S2')는, 제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2'-1)와 제2반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제2피딩단계(S2'-3)와 제3반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제3피딩단계(S2'-5)를 동시에 수행하는 단계와, 불활성가스를 챔버(11)로 유입시켜 박막증착에 사용되지 않은 나머지 가스를 퍼지시키는 퍼지단계를 포함하여 이루어지는 CVD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복함으로써 기판(w) 상에 박막을 증착한다.
이때, 플라즈마발생기(14)는 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기를 형성할 수 있다. 또는, 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기를 형성할 수 있다.
박막증착단계(S2')는 상기와 같이 챔버(11)에 플라즈마를 인가한 상태에서 수행될 수도 있고, 또는 플라즈마가 인가되지 않은 상태에서 수행될 수도 있다.
또한, 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착할 수도 있다.
여기서, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하며, 제3반응물질로서 TMA를 이용할 수 있다. 이 경우, 기판상에 TiAlN 박막을 증착할 수 있다.
또는, 제1반응물질로 ECTDMAT를 이용하고, 제2반응물질로서 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하며, 제3반응물질로서 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 이용할 수도 있다. 이 경우, 기판상에 TiSiN 박막을 증착할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1반응물질은 Ar에 의한 버블링(bubbling) 방식에 의해 이송되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1반응물질들을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용할 수도 있다. 이러한 액체운송방식은 당업계에서 공지의 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
다음, 본 발명에 따른 박막증착방법의 제5실시예를 설명한다. 박막증착방법의 제5실시예는 제1반응물질로서 ECTDMAT 만을 이용하고 챔버(11)에 플라즈마를 인가한 상태에서, 기판을 가열시킴으로써, 자체 열분해 작용에 의하여 기판(w) 상에 Ti 함유 박막을 증착하는 것이다.
이를 상세히 설명하면, 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여, 반응물질이 유입되는 반응기 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함한다.
이때, 박막증착단계(S2)는, 반응물질로 ECTDMAT(Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용하고, 챔버(11)로 인가출력이 50w ~ 2000W 의 범위의 플라즈마를 직접 인가하는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기나, 외부에서 발생된 인가출력이 50w ~ 2000w 인 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서, 자체 열분해작용에 의하여 Ti 와 TiN 이 혼용된 박막을 증착한다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막증착방법에 따르면, 로우 아미드 타입(low amide type)의 소스인 ECTDMAT(Ethylcyclo- pentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용함으로써 비교적 저온에서 박막증착이 가능하고 막질이 우수한 Ti 함유 박막을 증착할 수 있다.

Claims (39)

  1. 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여,
    제1,2반응물질이 유입되는 반응기 챔버(11) 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고,
    상기 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로 ECTDMAT (Ethylcyclopentadienyltris(dimethylamino) titanium)을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막증착단계(S2)는,
    제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2-1)와, 상기 제1반응물질을 상기 챔버(11)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와, 상기 챔버(11)로 제2반응물질을 피딩하는 제2피딩단계(S2-3)와, 상기 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)로 구성되는 ALD 싸이클을 반복함으로써 가판(w)상에 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  6. 제2항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하여 TiN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  7. 제2항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 TMA를 이용하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  8. 제2항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 선택하여 TiSiN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  9. 제2항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 O2,O3, 및 H2O 중 어느 하나를 선택하여 Ar 기체 분위기 하에서 티타늄옥사이드(TiOX) 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 상기 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 박막증착단계(S2')는,
    제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2'-1)와 제2반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제2피딩단계(S2'-3)를 동시에 수행하는 단계와, 불활성가스를 상기 챔버(11)로 유입시켜 박막증착에 사용되지 않은 나머지 가스를 퍼지시키는 퍼지단계를 포함하여 이루어지는 CVD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복함으로써 기판(w) 상에 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 N2, NH3 과 같은 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하여 TiN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  16. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 TMA를 이용하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  17. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 선택하여 TiSiN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  18. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 O2,O3, 및 H2O 중 어느 하나를 선택하여 Ar 기체 분위기 하에서 티타늄옥사이드(TiOX) 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  19. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 상기 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  20. 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여,
    제1,2,3반응물질이 유입되는 챔버(11)의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 제1반응물질과 제2반응물질과 제3반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고,
    상기 박막증착단계(S2)는, 제1반응물질로 ECTDMAT을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 박막증착단계(S2)는,
    제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2-1)와, 상기 제1반응물질을 상기 챔버(11)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2-2)와, 상기 챔버(11)로 제2반응물질을 피딩하는 제2피딩단계(S2-3)와, 상기 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S2-4)와, 제3반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제3피딩단계(S2-5)와, 상기 챔버(11)로부터 반응하지 않거나 반응하여 생성된 부산물을 퍼지하는 제3퍼지단계(S2-6)로 구성되는 ALD 싸이클을 반복함으로써 가판(w)상에 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  25. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하고, 상기 제3반응물질로서 TMA를 이용하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  26. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하고, 상기 제3반응물질로서 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 이용하여 TiSiN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  27. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 상기 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  28. 제20항에 있어서, 상기 박막증착단계(S2')는,
    제1반응물질로서 상기 ECTDMAT를 상기 챔버(11)로 피딩하는 제1피딩단계(S2'-1)와 제2반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제2피딩단계(S2'-3)와 제3반응물질을 상기 챔버(11)로 피딩하는 제3피딩단계(S2'-5)를 동시에 수행하는 단계와, 불활성가스를 상기 챔버(11)로 유입시켜 박막증착에 사용되지 않은 나머지 가스를 퍼지시키는 퍼지단계를 포함하여 이루어지는 CVD 싸이클을 적어도 1회 이상 반복함으로써 기판(w) 상에 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 챔버(11) 내부에 인가출력이 50W ~ 2000W 의 범위인 플라즈마를 직접 발생시키는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 챔버(11) 외부에서 인가출력이 50W ~2000W 의 범위인 플라즈마를 발생시킨 후 그 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 기판(w) 온도는 100도 ~ 800도 범위로 가열된 상태에서, Ar 기체 분위기 하에서 수소를 포함하는 가스를 환원기체로 하여 박막을 증착하는 것을 특징으 로 하는 박막증착방법.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하고, 상기 제3반응물질로서 TMA를 이용하여 TiAlN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  33. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반응물질로서 N2, NH3 와 같이 N을 함유하는 분자 혹은 분자단을 이용하고, 상기 제3반응물질로서 TEMASi, SiH4, SiH2Cl2, Si2H6 중 어느 하나를 이용하여 TiSiN 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  34. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질을 액상 상태에서 가스라인을 통하여 이송한 후 상기 챔버(11) 바로 직전에서 기화시키는 액체운송방식(LDS ; Liquid Delivery System)을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  35. 기판상에 Ti 원소를 포함하는 박막을 증착하기 위하여,
    반응물질이 유입되는 챔버 내의 서셉터 상에 기판을 안착시키는 기판안착단계(S1)와, 상기 기판상에 상기 박막을 증착하기 위한 반응물질을 상기 기판(w) 상에 분사하여 박막을 증착하는 박막증착단계(S2)를 포함하고,
    상기 박막증착단계(S2)는, 반응물질로 ECTDMAT을 이용하고,
    상기 챔버(11)로 인가출력이 50w ~ 2000W 의 범위의 플라즈마를 직접 인가하는 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 분위기 또는, 외부에서 발생된 인가출력이 50w ~ 2000w 인 플라즈마를 상기 챔버(11) 내로 유도하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 분위기에서, 자체 열분해작용에 의하여 Ti 와 TiN 이 혼용된 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  36. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질은 버블링(bubbling) 방식에 의해 가스라인을 통하여 이송되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  37. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질은 버블링(bubbling) 방식에 의해 가스라인을 통하여 이송되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  38. 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질은 버블링(bubbling) 방식에 의해 가스라인을 통하여 이송되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
  39. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반응물질은 버블링(bubbling) 방식에 의해 가스라인을 통하여 이송되는 것을 특징으로 하는 박막증착방법.
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