KR100628000B1 - Ｒｕ 박막증착방법 - Google Patents

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이기훈
임홍주
강현숙
이상규
서태욱
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Abstract

본 발명은 Ru 박막증착방법에 관한 것으로서, 챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S1); Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2); 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 를 피딩하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S4); H2 를 피딩하는 도중에 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5); 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S6); 및 DER 소스 피딩단계(S1)에서 제2퍼지단계(S6)를 포함하는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｒｕ 박막증착방법{Method for depositing Ru thin film on wafer}
도 1은 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법이 수행되는 박막증착장치의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 2에 있어서, Ru 막의 두께를 증가시키기 위한 것을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 4에 있어서, Ru 막의 두께를 증가시키기 위한 것을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제3실시예를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 있어서, Ru 막의 두께를 증가시키기 위한 것을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 ... 챔버 11 ... 스테이지히터
12 ... 샤워헤드 20 ... 가스공급부
30 ... 플라즈마발생장치
본 발명은 박막증착방법에 관한 것으로서, 상세하게는 커패시터 공정에서 전극으로 사용되거나 배리어(barrier) 재료로 사용되는 Ru 박막을 효과적으로 증착할 수 있는 Ru 박막증착방법에 관한 것이다.
종래, 커패시터 공정에서 STO, PZT, SBT 등과 같은 강유전체 물질을 사용하고, 그 전극으로서는 RuOx 막이 사용되었다. 이러한 RuOx 막을 형성하는 과정에서 산소(O2)가 사용되었다.
그런데, 산소를 이용하여 형성되는 RuOx 막을 형성할 경우, RuOx 막과 강유전체 박막사이에서 다공성 산화막이 형성되어 누설전류가 증가되는 원인이 되었다.
또한 RuOx 가 Cu barrier 재료로 사용될 수가 있는데, 이 경우 콘택트 저항 증가 및 후공정에서의 하부막과의 막분리(film lifting) 현상이 발생되곤 하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 커패시터 공정에 있어서 강유전체막과 접하는 경계에서 산화막이 형성되는 것을 방지하여 누설전류의 증가원인을 해소할 수 있는 Ru 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, Cu 등의 barrier 재료로 사용될 경우 콘택트 저항의 증가를 막을 수 있고 후공정에서 하부막과의 막분리 현상을 방지할 수 있는 Ru 박막증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제1실시예는,
챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S1); 상기 Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 상기 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2); 상기 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 또는 NH3 를 피딩하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S4); 상기 H2 또는 NH3 를 피딩하는 도중에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5); 상기 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S6); 및 상기 DER 소스 피딩단계(S1)에서 제2퍼지단계(S6)를 포함하는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 상기 DER 소스 피딩단계(S1)와 제1퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제2실시예는,
챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S11); 상기 Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S12); 상기 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플 라즈마생성가스로서, H2 의 피딩과 동시에 NH3 을 피딩하고, 상기 H2의 피딩이 종료되기 전에 상기 NH3 의 피딩을 종료하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S14); 상기 NH3 의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하고 상기 H2 의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S15); 상기 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S16); 및 상기 DER 소스 피딩단계(S11)에서 제2퍼지단계(S16);를 포함하는 싸이클을 적어도 2 회이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 상기 DER 소스 피딩단계(S11)와 제1퍼지단계(S12)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S13)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제3실시예는,
챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S21); 상기 Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 상기 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S22); 상기 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 의 피딩과 동시에 NH3 를 피딩하고, 상기 H2 의 피딩의 종료와 동시에 상기 NH3 의 피딩을 종료하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S24); 상기 H2 와 NH3 를 피딩하는 도중에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S25); 상기 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S26); 및 상기 DER 소스 피딩단계(S21)에 서 제2퍼지단계(S26)를 포함하는 싸이클을 적어도 2 회이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 상기 DER 소스 피딩단계(S21)와 제1퍼지단계(S22)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S23)를 더 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법이 수행되는 박막증착장치의 개략적 구성도이다.
본 발명에 따른 Ru 박막증착방법은, 웨이퍼와 같은 기판(w)이 안착되는 스테이지히터(11) 및 스테이지히터(11)로 반응에 사용되는 가스 및/불활성가스를 분사하는 샤워헤드(12)가 설치된 챔버(10)와; 챔버(10)로 반응에 사용되는 가스 및/불활성가스를 공급하는 가스공급부(20)와; 챔버(10) 내부에 플라즈마가 형성되도록 하기 위한 플라즈마발생장치(30);를 포함하는 박막증착장치에 의하여 수행되는 것으로서, 기판(w) 상에 Ru 박막이 증착되도록 하는 것이다.
Ru 박막을 증착하기 위한 소스로서, 루테늄함유 유기금속 화합물소스로서, 2,4-디메틸펜타디에닐)(에틸시클로펜타디에닐)루테늄(2,4-Dimethylpentadienyl)(Ethylcyclopentadienyl)Ruthenium(이하, DER 이라 한다)을 사용하는데, 이러한 DER 소스는 안정된 구조를 갖는 Ru(EtCp)2 소스 한쪽의 시클로펜타디에닐환(Cp 환)을 직쇄형의 펜타디에닐로 바꿈으로서 상대적으로 불안정한 open구조를 가지며, 기존의 Ru(EtCp)2 보다 저온영역에서 양호한 분해 특성을 가진다.
상기한 DER 소스는 불활성가스인 Ar 혹은 He 에 의하여 버블링되어 기체화되고, 기체화된 DER 소스는 20~500Sccm 의 유량으로 챔버(10) 내로 공급된다. DER 소스를 버블링시킬 경우, Ru 소스가 채워진 캐니스터(미도시)로 유입되는 불활성가스는 50~120℃ 로 가열되어야 하며, 이렇게 함으로써 버블링효율을 증가시킬 수 있다. 그러나, DER 소스는 공지의 액상공급장치(LSD : Liquid Delivery System) 또는 기화기(vaporizer)에 의하여 챔버 내로 공급될 수도 있음은 물론이다.
여기서, 챔버(10) 내벽의 온도는 100~200℃ 범위로 유지되도록 하고, 스테이지히터(11)는 100~600℃ 의 온도범위를 유지하도록 한다.
한편, 챔버(10) 내의 플라즈마는 50~2000W의 파워에 300~500KHz 의 저주파 또는 13.56MHz ~ 21.12MHz의 고주파를 챔버(10)로 인가하여 형성하는 direct plasma 방식에 의하여 형성한다. 그러나, 외부에서 플라즈마를 이용하여 형성한 라디칼을 챔버 내로 유도하는 remote plasma 방식에 의하여 진행될 수 있음은 물론이다.
또한, DER 소스는 샤워헤드(12)를 통하여 기판(w) 상으로 분사되는데, 이때 분사되는 DER 소스는 50~100℃의 온도범위에 있게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 가스공급부(20)와 챔버(10)를 연결하는 가스라인(R1)(R2)이 80~150℃ 온도범위에 있게 한다. 그리고, 챔버 내의 압력은 10mTorr~10Torr 범위를 유지하도록 하여야 한다.
이러한 Ru 박막증착방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제1실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 있어서, Ru 막의 두께를 증가시키기 위한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제1실시예는,
챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S1)와; Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2)와; 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 또는 NH3 를 피딩하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S4)와; H2 또는 NH3 를 피딩하는 도중에 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5)와; 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S6)와; DER 소스 피딩단계(S1)에서 제2퍼지단계(S6)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
DER 소스 피딩단계(S1)에서, DER 소스는 가열된 챔버(10) 및 스테이지히터(11)에 의하여 기판(w) 상에서 열적으로 분해되는 열적분해작용이 있어나고, 이에 따라 기판(w) 상에 Ru 막이 형성된다. 이때 DER 소스는 50~140℃ 온도범위로 가열되고, 유량이 20~1000sccm 의 불활성가스에 의하여 0.5~10초간 챔버(10)로 피딩된다. 이후, 진행되는 제1퍼지단계(S2)에서, Ru 막의 형성에 사용되지 않는 DER 소스는 챔버(10)로부터 퍼지된다.
이와 같이, DER 소스 피딩단계(S1) 및 제1퍼지단계(S2)에서 형성된 Ru 막은 불안전한 상태이다. 따라서. Ru 막이 안정되게 하기 위하여, 플라즈마생성가스 피딩단계(S4)와 플라즈마처리단계(S5)를 진행한다.
이때, Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, DER 소스 피딩단계(S1)와 제1퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S3)를 수행할 수도 있다.
플라즈마생성가스 피딩단계(S4)는, H2 또는 NH3 가 챔버(10)로 1~30초간 피딩되는 단계이다. 이 단계에서 피딩되는 H2는 또는 NH3 는 챔버(10) 내에서 플라즈마의 생성이 용이해지도록 한다.
플라즈마처리단계(S5)는, H2 또는 NH3 를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 또는 NH3 의 피딩종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1~30초 동안 챔버(10)로 플라즈마를 인가하는 단계이다. 이때 인가되는 플라즈마는, 300~500KHz 또는 13.56MHz 의 주파수범위를 가지며, 50~2000W 의 파워를 가지는 저주파 또는 고주파를 챔버(10)로 1~30초가 인가함으로써 형성된다.
상기한 플라즈마생성가스 피딩단계(S4)와 플라즈마처리단계(S5)에 의하여 Ru 막의 특성은 더욱 안정화되고 조성이 치밀하게 된다.
한편, Ru 막의 형성시 하부막과의 응력차이로 인한 막분리(film lifting) 현상을 방지하기 위하여, Ru 막 형성전, 즉 DER 피딩단계(S1) 이전에 20~100Å 의 버퍼층을 형성하는 것이 바람직하다. 이때 버퍼층은 TiN, TaN, TiAlN, TiSiN, Al2O3, Ta2O5 로 이루어진 군들중에서 선택된 어느 하나로 된다.
상기한 과정을 통하여 증착되는 Ru 박막은, 상대적으로 저온에서 양호한 단 차도포성(step coverage) 및 치밀한 특성을 나타낸다. 또한 증착 과정에서 O2 를 사용하지 않음으로써 층간산화막의 형성을 억제할 수 있어 누설전류의 증가를 방지할 수 있고, 상대적으로 저온에서 치밀한 Ru 박막을 증착할 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제2실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제2실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 있어서, Ru 막의 두께를 증가시키기 위한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제2실시예는, 챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S11)와; Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S12)와; 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 의 피딩과 동시에 NH3 을 피딩하고 H2의 피딩이 종료되기 전에 NH3 의 피딩을 종료하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S14)와; NH3 의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하고 H2 의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S15)와; 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S16)와; DER 소스 피딩단계(S11)에서 제2퍼지단계(S16)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회이상 반복하여 진행된다.
DER 소스 피딩단계(S11)에서, DER 소스는 가열된 챔버(10) 및 스테이지히터(11)에 의하여 기판(w) 상에서 열적으로 분해되는 열적분해작용이 있어나고, 이에 따라 기판(w) 상에 Ru 막이 형성된다. 이때 DER 소스는 50~140℃ 온도범위로 가열되고, 유량이 20~1000sccm 의 불활성가스에 의하여 0.5~10초간 챔버(10)로 피딩된다. 이후, 진행되는 제1퍼지단계(S12)에서, Ru 막의 형성에 사용되지 않는 DER 소스는 챔버(10)로부터 퍼지된다.
이와 같이, DER 소스 피딩단계(S11) 및 제1퍼지단계(S12)에서 형성된 Ru 막은 불안전한 상태이다. 따라서. Ru 막이 안정되게 하기 위하여, 플라즈마생성가스 피딩단계(S14)와 플라즈마처리단계(S15)를 진행한다.
이때, Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, DER 소스 피딩단계(S11)와 제1퍼지단계(S12)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S13)를 수행할 수도 있다.
플라즈마생성가스 피딩단계(S14)는, H2 와 NH3 의 혼합가스를 챔버(10)로 1~30초간 피딩되는 단계이다. 이 단계에서 피딩되는 H2는 챔버(10) 내에서 플라즈마의 생성이 용이해지도록 한다.
플라즈마처리단계(S15)는, H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1~30초 동안 챔버(10)로 플라즈마를 인가하는 단계이다. 이때 인가되는 플라즈마는, 300~500KHz 또는 13.56MHz 의 주파수범위를 가지며, 50~2000W 의 파워를 가지는 저주파 또는 고주파를 챔버(10)로 1~30초가 인가함으로써 형성된다.
상기한 플라즈마생성가스 피딩단계(S14)와 플라즈마처리단계(S15)에 의하여 Ru 막의 특성은 더욱 안정화되고 조성이 치밀하게 된다.
한편, Ru 막의 형성시 하부막과의 응력차이로 인한 막분리(film lifting) 현상을 방지하기 위하여, Ru 막 형성전, 즉 DER 피딩단계(S11) 이전에 20~100Å 의 버퍼층을 형성하는 것이 바람직하다. 이때 버퍼층은 TiN, TaN, TiAlN, TiSiN, Al2O3, Ta2O5 로 이루어진 군들중에서 선택된 어느 하나로 된다.
상기한 과정을 통하여 증착되는 Ru 박막은, 상대적으로 저온에서 양호한 단차도포성(step coverage) 및 치밀한 특성을 나타낸다. 또한 증착 과정에서 O2 를 사용하지 않음으로써 층간산화막의 형성을 억제할 수 있어 누설전류의 증가를 방지할 수 있고, 상대적으로 저온에서 치밀한 Ru 박막을 증착할 수 있다.
다음, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제3실시예를 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제3실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 있어서, Ru 막의 두께를 증가시키기 위한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법의 제3실시예는, 챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S21)와; Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S22)와; 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 의 피딩과 동시에 NH3 를 피딩하고, H2 의 피딩의 종료와 동시에 NH3 의 피딩을 종료하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S24)와; H2 와 NH3 를 피딩하는 도중에 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S25)와; 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계 (S26)와; DER 소스 피딩단계(S21)에서 제2퍼지단계(S26)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2 회이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 한다.
DER 소스 피딩단계(S21)에서, DER 소스는 가열된 챔버(10) 및 스테이지히터(11)에 의하여 기판(w) 상에서 열적으로 분해되는 열적분해작용이 있어나고, 이에 따라 기판(w) 상에 Ru 막이 형성된다. 이때 DER 소스는 50~140℃ 온도범위로 가열되고, 유량이 20~1000sccm 의 불활성가스에 의하여 0.5~10초간 챔버(10)로 피딩된다. 이후, 진행되는 제1퍼지단계(S22)에서, Ru 막의 형성에 사용되지 않는 DER 소스는 챔버(10)로부터 퍼지된다.
이와 같이, DER 소스 피딩단계(S21) 및 제1퍼지단계(S22)에서 형성된 Ru 막은 불안전한 상태이다. 따라서. Ru 막이 안정되게 하기 위하여, 플라즈마생성가스 피딩단계(S24)와 플라즈마처리단계(S25)를 진행한다.
이때, Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같이, DER 소스 피딩단계(S21)와 제1퍼지단계(S22)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S23)를 수행할 수도 있다.
플라즈마생성가스 피딩단계(S24)는, H2 와 NH3 의 혼합가스가 챔버(10)로 1~30초간 피딩되는 단계이다. 이 단계에서 피딩되는 H2는 챔버(10) 내에서 플라즈마의 생성이 용이해지도록 한다.
플라즈마처리단계(S25)는, H2를 피딩하는 도중에 시작되어 H2 의 피딩종료와 동시에 종료되는 단계로서, 약 1~30초 동안 챔버(10)로 플라즈마를 인가하는 단계이다. 이때 인가되는 플라즈마는, 300~500KHz 또는 13.56MHz 의 주파수범위를 가지 며, 50~2000W 의 파워를 가지는 저주파 또는 고주파를 챔버(10)로 1~30초가 인가함으로써 형성된다.
상기한 플라즈마생성가스 피딩단계(S24)와 플라즈마처리단계(S25)에 의하여 Ru 막의 특성은 더욱 안정화되고 조성이 치밀하게 된다.
한편, Ru 막의 형성시 하부막과의 응력차이로 인한 막분리현상을 방지하기 위하여, Ru 막 형성전, 즉 DER 피딩단계(S21) 이전에 20~100Å 의 버퍼층을 형성하는 것이 바람직하다. 이때 버퍼층은 TiN, TaN, TiAlN, TiSiN, Al2O3, Ta2O5 로 이루어진 군들중에서 선택된 어느 하나로 된다.
상기한 과정을 통하여 증착되는 Ru 박막은, 상대적으로 저온에서 양호한 단차도포성 및 치밀한 특성을 나타낸다. 또한 증착 과정에서 O2 를 사용하지 않음으로써 층간산화막의 형성을 억제할 수 있어 누설전류의 증가를 방지할 수 있고, 상대적으로 저온에서 치밀한 Ru 박막을 증착할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 Ru 박막증착방법에 따르면, 커패시터 공정에 있어서 강유전체막의 전극으로 사용될 경우에도 그 강유전체막과 접하는 경계에서 산화막이 형성되지 않게 된다. 따라서 누설전류가 증가되는 것을 방지할 수 있다.
또한 Cu 등의 배리어 재료로 사용될 경우에도, 콘택트 저항의 증가를 방지할 수 있고, 또한 후공정에서의 하부막과의 막분리 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (25)

  1. 챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S1);
    상기 Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 상기 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S2);
    상기 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 또는 NH3 를 피딩하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S4);
    상기 H2 또는 NH3 를 피딩하는 도중에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S5);
    상기 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S6); 및
    상기 DER 소스 피딩단계(S1)에서 제2퍼지단계(S6)를 포함하는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ru 막의 형성시 하부막과의 응력차이로 인한 분리현상(film lifting)을 방지하기 위하여, 상기 DER 피딩단계(S1) 이전에 20~100Å 의 버퍼층을 형성하는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버퍼층은 TiN, TaN, TiAlN, TiSiN, Al2O3, Ta2O5 로 이루어진 군들중에서 선택된 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 상기 DER 소스 피딩단계(S1)와 제1퍼지단계(S2)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  5. 제1항에 있어서,
    플라즈마처리단계(S5)는, 상기 H2 또는 NH3 의 피딩 종료와 동시에 종료되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(w)은 100~600℃ 범위로 가열되고,
    상기 DER 소스 피딩단계(S1)에서, 상기 DER 소스는 50~140℃ 온도범위로 가열되고, 유량이 20~1000sccm 의 불활성가스에 의하여 0.5~10초간 챔버(10)로 피딩되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  7. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마생성가스 피딩단계(S4)는, 상기 H2 또는 NH3 가 챔버(10)로 1~30초간 피딩되는 단계인 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  8. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마처리단계(S5)는, 300~500KHz 또는 13.56MHz 의 주파수범위를 가지며, 50~2000W 의 파워를 가지는 저주파 또는 고주파를 상기 챔버(10)로 1~30초간 인가함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  9. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(10) 내부의 압력을 10mTorr~10Torr 범위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  10. 챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S11);
    상기 Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S12);
    상기 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 의 피딩과 동시에 NH3 을 피딩하고, 상기 H2의 피딩이 종료되기 전에 상기 NH3 의 피딩을 종료하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S14);
    상기 NH3 의 피딩이 종료됨과 동시에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하고 상기 H2 의 피딩이 종료될 때 플라즈마의 인가를 종료하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S15);
    상기 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S16); 및
    상기 DER 소스 피딩단계(S11)에서 제2퍼지단계(S16);를 포함하는 싸이클을 적어도 2 회이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 Ru 막의 형성시 하부막과의 응력차이로 인한 분리현상(film lifting)을 방지하기 위하여, 상기 DER 피딩단계(S11) 이전에 20~100Å 의 버퍼층을 형성하는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버퍼층은 TiN, TaN, TiAlN, TiSiN, Al2O3, Ta2O5 로 이루어진 군들중에서 선택된 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 상기 DER 소스 피딩단계(S11)와 제1퍼지단계(S12)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  14. 제10항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(w)은 100~600℃ 범위로 가열되고,
    상기 DER 소스 피딩단계(S11)에서, 상기 DER 소스는 50~140℃ 온도범위로 가열되고, 유량이 20~1000sccm 의 불활성가스에 의하여 0.5~10초간 챔버(10)로 피딩되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  15. 제10항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마생성가스 피딩단계(S14)는, 상기 H2 와 NH3 의 혼합가스가 상기 챔버(10)로 1~30초간 피딩되는 단계인 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  16. 제10항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마처리단계(S15)는, 300~500KHz 또는 13.56MHz 의 주파수범위를 가지며, 50~2000W 의 파워를 가지는 저주파 또는 고주파를 상기 챔버(10)로 1~30초간 인가함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  17. 제10항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(10) 내부의 압력을 10mTorr~10Torr 범위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  18. 챔버(10)로 DER 소스를 피딩하여 열적 반응에 의하여 Ru 막을 형성하는 DER 소스 피딩단계(S21);
    상기 Ru 막에 사용되지 않은 DER 소스를 상기 챔버(10)로부터 퍼지하는 제1퍼지단계(S22);
    상기 챔버(10)로 플라즈마 생성을 용이하게 하기 위한 플라즈마생성가스로서, H2 의 피딩과 동시에 NH3 를 피딩하고, 상기 H2 의 피딩의 종료와 동시에 상기 NH3 의 피딩을 종료하는 플라즈마생성가스 피딩단계(S24);
    상기 H2 와 NH3 를 피딩하는 도중에 상기 챔버(10)로 플라즈마를 인가하여 Ru 막을 치밀화시키는 플라즈마처리단계(S25);
    상기 챔버(10)로부터 반응되지 않은 반응물 또는 반응부산물을 퍼지하는 제2퍼지단계(S26); 및
    상기 DER 소스 피딩단계(S21)에서 제2퍼지단계(S26)를 포함하는 싸이클을 적어도 2 회이상 반복하여 진행되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 Ru 막의 형성시 하부막과의 응력차이로 인한 분리현상(film lifting)을 방지하기 위하여, 상기 DER 피딩단계(S11) 이전에 20~100Å 의 버퍼층을 형성하는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 버퍼층은 TiN, TaN, TiAlN, TiSiN, Al2O3, Ta2O5 로 이루어진 군들중에서 선택된 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 Ru 막의 두께를 증가시키거나 조밀화시키기 위하여, 상기 DER 소스 피딩단계(S21)와 제1퍼지단계(S22)로 이루어지는 싸이클을 적어도 2회 이상 반복하는 반복단계(S23)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  22. 제18항에 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(w)은 100~600℃ 범위로 가열되고,
    상기 DER 소스 피딩단계(S21)에서, 상기 DER 소스는 50~140℃ 온도범위로 가열되고, 유량이 20~1000sccm 의 불활성가스에 의하여 0.5~10초간 챔버(10)로 피딩되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  23. 제18항 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마생성가스 피딩단계(S24)는, 상기 H2 와 NH3 의 혼합가스가 상기 챔버(10)로 1~30초간 피딩되는 단계인 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  24. 제18항 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마처리단계(S25)는, 300~500KHz 또는 13.56MHz 의 주파수범위를 가지며, 50~2000W 의 파워를 가지는 저주파 또는 고주파를 상기 챔버(10)로 1~30초간 인가함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
  25. 제18항 내지 제22항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버(w) 내부의 압력을 10mTorr~10Torr 범위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 Ru 박막증착방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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