KR101621473B1 - 텅스텐 함유 박막 형성 방법 - Google Patents
텅스텐 함유 박막 형성 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법은, 챔버 내의 기판으로 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계, 챔버로부터 텅스텐 함유 전구체를 퍼지하는 단계, 기판으로 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계, 및 챔버로부터 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 텅스텐 함유 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용한 텅스텐 함유 박막 형성 방법에 관한 것이다.
텅스텐 질화물, 텅스텐 탄화물 등과 같은 텅스텐 함유막은 상대적으로 비저항이 낮고 열적 화학적 안정성이 우수하여 반도체 소자에 널리 사용되고 있다. 특히, 텅스텐 함유막은 반도체 소자의 배선 구조에서 확산 방지막으로 사용되거나, 트랜지스터의 게이트 또는 캐패시터 등의 전극 등으로 사용되고 있다. 반도체 소자의 고집적화 및 소형화에 따라, 반도체 소자에 사용되는 텅스텐 함유막도 낮은 비저항 및 향상된 단차 도포성이 요구되고 있다.
또한, 반도체 소자와 같은 전자 소자의 소량화에 따라 디자인 룰이 감소됨에 따라, 저온 공정, 정밀한 두께 제어, 박막의 균일성 및 도포성을 만족시키기는 증착 방법으로 자기 제한 표면 반응 메커니즘(self-limiting surface reaction mechanism)을 따르는 원자층 증착법을 이용한 박막 형성이 널리 연구되고 있다. 원자층 증착법은, 박막을 형성하기 위한 반응 챔버 내에 하나 이상의 반응물을 차례로 투입하여, 각 반응물의 흡착에 의해 박막을 원자층 단위로 증착하는 방법이다. 즉, 반응물을 펄싱(pulsing) 방식으로 공급하여 반응 챔버 내부에서 화학적으로 증착시킨 후, 물리적으로 결합하고 있는 잔류 반응물은 퍼지(purge) 방식으로 제거한다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 비저항이 낮고 도포성이 향상된 텅스텐 함유 박막 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법은, 챔버 내의 기판으로 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계; 상기 챔버로부터 상기 텅스텐 함유 전구체를 퍼지하는 단계; 상기 기판으로 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계; 및 상기 챔버로부터 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 텅스텐 함유 전구체는 불소 비함유 가스일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 텅스텐 함유 전구체는 질소를 함유하지 않고, 탄소를 함유할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 반응 가스에서, 수소 가스(H2)의 부피분율은 질소 가스(N2)의 부피분율보다 클 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 반응 가스에서, 질소 가스(N2) 대 수소 가스(H2)의 비율은 1:3 내지 1:10일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 반응 가스를 공급하는 단계에서, 상기 챔버 내에 플라즈마가 인가될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 텅스텐 함유 박막의 비저항은 1000 μΩ·cm보다 작을 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 텅스텐 함유 박막은 WxN(1<x≤2)의 조성을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 텅스텐 함유 박막은 WyCzN1 -z(1<y≤2, 0<z≤1)의 조성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법은, 챔버 내의 기판으로 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계; 및 상기 기판으로 질소(N) 함유 가스를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 텅스텐 함유 전구체는 불소 비함유 가스일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 반응 가스는 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함할 수 있다.
비저항이 낮고 도포성이 향상된 텅스텐 함유 박막 형성 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법을 설명하기 위한 원자층 증착법의 가스 주입 플로우 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법에서의 반응 가스에 따른 텅스텐 함유 박막의 비저항을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 결정 구조에 대한 분석 결과를 도시하는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 증착 특성을 설명하기 위한 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막을 포함하는 반도체 소자의 배선 구조를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막을 포함하는 반도체 소자의 캐패시터 구조를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법을 설명하기 위한 원자층 증착법의 가스 주입 플로우 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법에서의 반응 가스에 따른 텅스텐 함유 박막의 비저항을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 결정 구조에 대한 분석 결과를 도시하는 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 증착 특성을 설명하기 위한 전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막을 포함하는 반도체 소자의 배선 구조를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막을 포함하는 반도체 소자의 캐패시터 구조를 도시하는 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법을 설명하기 위한 원자층 증착법의 가스 주입 플로우 다이어그램이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법은, 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계(S110), 상기 텅스텐 함유 전구체를 퍼지하는 단계(S120), 반응 가스를 공급하는 단계(S130) 및 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계(S140)를 포함한다. 상기 단계들은 원자층 증착 장치의 챔버 내에서 증착 대상물, 예를 들어, 기판에 대하여 수행될 수 있다. 상기 기판은 예를 들어, 반도체 소자의 적어도 일부가 형성되는 기판일 수 있다. 상기 단계들은 순차적으로 1회씩 수행되어, 하나의 증착 사이클을 이룰 수 있다. 상기 증착 사이클은 목적하는 텅스텐 함유 박막의 두께에 따라 복수 회 반복하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 텅스텐 함유 박막 형성 방법은, 소스 가스인 텅스텐 함유 전구체의 공급 및 반응 가스의 공급의 순서로 구성되며, 각 공급 단계 후에 상기 소스 가스 및 반응 가스를 퍼지하는 단계에서 퍼지 가스가 주입될 수 있다. 이 외에, 상기 챔버 내의 압력을 조절하기 위해 불활성 가스를 공급할 수 있다. 이 경우, 불활성 가스는 퍼지 가스와 동일한 가스를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 가스들은 챔버 내로 공급되어 기판 상에 분사될 수 있다. 상기 기판은 그 상면에 도전성 물질, 반도체 물질 또는 절연성 물질을 포함할 수 있다.
상기 챔버 내의 온도는, 예를 들어 약 150 ℃ 내지 350 ℃의 범위일 수 있으며, 챔버 내의 압력은 0.1 Torr 내지 상압의 범위일 수 있다. 상기 온도보다 높거나 낮으면 원자층 증착, 즉 자기 제한 성장이 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 압력보다 낮으면 텅스텐 함유 박막의 비저항이 높아질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 텅스텐 함유 전구체 및 상기 반응 가스의 공급 시간 및 상기 퍼지 가스의 공급 시간은, 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 먼저 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계(S110)가 수행될 수 있다. 상기 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계는, 텅스텐 의 소스 가스로서 텅스텐 함유 전구체를 챔버 내에 주입하는 단계이다.
선택적으로, 텅스텐 함유 전구체 공급에 앞서, 예비 세정(precleaning) 공정을 실시하여 상기 기판 상에 있을 수 있는 식각 잔류물 또는 표면 불순물을 제거할 수 있다. 상기 예비 세정 공정은 아르곤(Ar) 스퍼터링을 이용한 세정 또는 습식 세정제를 이용한 세정 공정을 이용할 수 있다.
상기 텅스텐 함유 전구체는 불소(F) 비함유 물질일 수 있다. 텅스텐 함유 전구체가 불소(F)를 함유하는 경우, 불화수소(HF)와 같은 부산물을 생성하여 상기 기판 상의 다른 물질들에 화학적 손상을 입히거나, 인접한 금속층으로 확산되어 금속층 및/또는 유전층 등과 반응하여 반도체 소자의 기능을 저하할 수 있다. 또한, 박막 표면에 존재하는 불소(F)는 텅스텐 함유 박막 상에 형성되는 금속층과 같은 다른 막과의 접착력을 감소시킬 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막은 불소(F) 비함유의 텅스텐 함유 전구체를 이용함으로써, 이와 같은 문제들을 방지할 수 있다.
상기 텅스텐 함유 전구체는 질소(N)를 함유하지 않고, 탄소(C)를 함유할 수 있다. 상기 텅스텐 함유 전구체는, 예를 들어, WCl6, W(CO)6, bis(cyclopentadienyl)tungsten dichloride (Cp2WCl2), mesitylene tungsten tricarbonyl (C9H12W(CO)3) 및 tris(3-hexyne) tungsten carbonyl (C19H30OW) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 텅스텐 함유 전구체는 기체 상태로 상기 챔버 내에 공급될 수 있으며, 필요에 따라, 불활성 가스를 캐리어(carrier) 가스로 이용하여 상기 챔버 내에 공급할 수 있다.
다음으로, 상기 텅스텐 함유 전구체를 퍼지하는 단계(S120)가 수행될 수 있다. 퍼지 가스로는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2) 가스 등을 사용할 수 있다. 상기 퍼지 가스에 의해, 잔존하는 부산물 및 흡착되지 않은 텅스텐 함유 전구체가 제거될 수 있다.
다음으로, 반응 가스를 주입하는 단계(S130)가 수행될 수 있다. 상기 반응 가스는 기판 상에 흡착된 텅스텐 함유 전구체의 핵생성(nucleation)을 보조하기 위한 것이다. 특히, 상기 반응 가스는 암모니아(NH3) 또는 질소(N2) 등과 같은 질소 함유 가스를 포함할 수 있다. 특히, 상기 반응 가스는, 예를 들어, 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 반응 가스에서, 수소 가스(H2)의 부피분율은 질소 가스(N2)의 부피분율보다 클 수 있다. 질소 가스(N2) 대 수소 가스(H2)의 비율은 1:1보다 클 수 있으며, 예를 들어, 1:3 내지 1:10의 범위일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 반응 가스의 주입 시에, 상기 텅스텐 함유 전구체와의 반응성을 높이기 위해 상기 챔버 내부에 플라즈마가 인가될 수 있다. 즉, 플라즈마 원자층 증착법(Plasma Enhanced ALD, PEALD)에 의해 텅스텐 함유 박막을 형성할 수 있으며, 이 경우 플라즈마에 의해 상기 반응 가스가 활성화될 수 있다. 상기 플라즈마는 상기 반응 가스가 공급되는 시점과 동시에 인가되어 상기 반응 가스의 공급이 완료될 때 동시에 중단될 수 있다. 다만, 상기 플라즈마의 인가 시점은 실시예에 따라 변경될 수 있다. 플라즈마는 실시 형태에 따라 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마와 같은 직접(direct) 플라즈마 방식, 또는 원격 플라즈마(remote plasma) 방식을 이용할 수 있으며, 이는 원자층 증착법이 수행되는 반응기, 사용 물질 및 증착 물질에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플라즈마 인가하는 단계는 생략될 수도 있다. 즉, 열적(thermal) 원자층 증착법에 의해 텅스텐 함유 박막을 형성할 수도 있으며, 이 경우 상기 챔버 내의 증착 온도는 상기 텅스텐 함유 전구체의 열분해가 일어나지 않으며, 상기 반응 가스와 반응하여 박막이 형성되는 온도로 결정될 수 있다.
다음으로, 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계(S140)가 수행될 수 있다. 퍼지 가스로는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 질소(N2) 가스 등을 사용할 수 있다.
이하에서, 도 3 내지 도 5b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 형성 결과를 중심으로 본 발명을 설명한다.
도 3 내지 도 5b의 실시예에서, 챔버 내의 온도는 250 ℃이고, 압력은 0.5 Torr인 조건에서 텅스텐 함유 박막을 형성하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법에서의 반응 가스에 따른 텅스텐 함유 박막의 비저항을 도시하는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 반응 가스로 암모니아(NH3)를 사용한 경우, 비저항이 약 3900 μΩ·cm인 반면, 질소/수소 혼합 가스(N2/H2)를 사용한 경우 1000 μΩ·cm보다 작은 비저항을 나타내었다.
특히, 질소 가스(N2) 대 수소 가스(H2)의 비율이 증가할수록 비저항도 감소하는 경향을 나타내었다. N2/H2의 비율이 1:3인 경우 약 900 μΩ·cm, 1:5인 경우 약 750 μΩ·cm, 1:10인 경우 약 700 μΩ·cm의 비저항을 나타내었다. 이와 같은 비저항의 차이는 형성되는 텅스텐 함유 박막의 조성 차이에 기인한 것일 수 있다.
이차 이온 질량 분석기(Secondary Ion Mass Spectrometer, SIMS)에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 조성을 분석하였다.
분석 결과, 반응 가스로 암모니아(NH3)를 사용하여 형성된 텅스텐 함유 박막의 경우, 질소 리치(N-rich)하거나 WN에 가까운 조성을 갖는 박막이 형성되었으며, 질소/수소 혼합 가스(N2/H2)를 사용한 경우 질소의 조성비가 상대적으로 감소하여 WxN(1<x≤2)의 조성, 예를 들어, W2N에 가까운 조성을 갖는 박막이 형성되었다. 또한, 수소 가스(H2)의 비가 더욱 높아져서 1:10의 질소/수소 혼합 가스(N2/H2)를 사용한 경우 질소의 함량은 매우 낮으며, WyCzN1 -z(1<y≤2, 0<z≤1)의 조성, 예를 들어, W2C에 가까운 조성의 텅스텐 카바이드가 형성됨을 알 수 있었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 결정 구조에 대한 분석 결과를 도시하는 그래프이다.
도 4를 참조하면, X선 회절 분석(X-Ray Diffraction, XRD)에 의한 텅스텐 함유 박막의 결정 구조 분석 결과가 반응 가스에 따라 도시된다. 텅스텐 질화물(WNx)은 입방정계(cubic) 구조를 가지며, 이에 해당하는 결정면인 (111), (200) 및 (220)면의 신호가 나타나며, 50도와 60도 사이에서는 텅스텐 함유 박막이 형성된 기판의 실리콘(Si)에 해당하는 신호가 발생한다.
반응 가스의 종류와 관계 없이, 텅스텐 함유 박막은 결정질 구조를 가짐을 알 수 있으며, N2/H2의 비율이 1:10인 경우 상대적으로 세기가 감소된 것을 통해 나노결정질(nanocrystalline)의 구조를 갖는 것으로 생각할 수 있다. 나노결정질의 경우, 확산 방지막으로 사용되는 경우 결정립계를 따른 확산이 용이하지 않아, 더욱 우수한 확산 방지 특성을 나타낼 것으로 생각할 수 있다.
상기 검토와 같이, 반응 가스로 암모니아(NH3)를 사용한 경우 WN에 가까운 조성의 박막이 형성되고, 질소/수소 혼합 가스(N2/H2)를 사용한 경우 W2N에 가까운 조성의 박막이 형성된 것으로 예측되지만, WN과 W2N의 격자 상수(lattice parameter)가 유사하여 결정면의 신호의 위치로 이를 명확히 구별하기는 어렵다.
반응 가스에서 N2/H2의 비율이 1:10인 경우, W2C의 (002)면에 해당하는 신호를 나타내어 텅스텐 카바이드가 형성된 것으로 생각할 수 있다. 즉, N2/H2의 비율이 1:10 이상인 경우, 질소(N)의 함량이 상대적으로 적어서 형성되는 막 내에 실질적으로 함유되지 못하고, 텅스텐 카바이드 막이 형성되는 것으로 생각할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 증착 특성을 설명하기 위한 전자현미경 사진이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 분석에 사용된 텅스텐 함유 박막은 각각 암모니아(NH3), 1:3의 N2/H2, 1:10의 N2/H2를 반응 가스로 사용하여 트렌치(trench) 패턴 상에 증착되고, 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)에 의해 분석되었다. 상기 트렌치 패턴은 종횡비(aspect ratio)가 약 3.5:1이며, 하단의 너비는 약 15 nm이다.
도시된 것과 같이, 텅스텐 함유 박막은 미세 패턴 상에도 균일하고 컨포멀(conformal)하게 증착되었다. 특히, 도 5b 및 도 5c와 같이 반응 가스로 질소/수소 혼합 가스(N2/H2)를 사용한 경우, 측벽에서와 하부에서의 두께가 크게 차이나지 않고 균일하게 증착되었다.
하부에서의 두께와 상부에서의 두께의 비를 이용하여 계산한 결과, 반응 가스로 암모니아(NH3)를 사용한 경우 약 60 %의 단차 도포성(step coverage)을 나타내었다. 또한, 반응 가스에서 N2/H2의 비율이 1:3인 경우 약 75 %, 반응 가스에서 N2/H2의 비율이 1:10인 경우 약 80 %의 단차 도포성을 나타내었다. 따라서, 반응 가스로 질소/수소 혼합 가스(N2/H2)를 사용하는 경우 단차 도포성이 더욱 우수함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막을 포함하는 반도체 소자의 배선 구조를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 반도체 소자는 기판(100), 제1 도전막(110), 절연막(120), 확산 방지막(130) 및 제2 도전막(140)을 포함할 수 있다.
기판(100)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 기판(100)은 벌크 웨이퍼(bulk wafer) 또는 에피텍셜(epitaxial)층으로 제공될 수도 있다. 또한, 기판(100)은 SOI(Silicon On Insulator) 기판일 수 있다. 기판(100)에는 도시하지 않은 반도체 소자의 다른 영역, 예를 들어 트랜지스터 영역 등이 더 형성되어 있을 수 있다.
제1 및 제2 도전막(110, 140)은 서로 전기적으로 연결되는 두 영역을 나타내는 것으로, 도전성 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 도전막(110)은 기판(101) 내에 형성된 도핑 영역일 수도 있으며, 제2 도전막(140)은 콘택 플러그일 수 있다.
제1 및 제2 도전막(110, 140)은 예를 들어, 도핑된 실리콘, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 납(Pb), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 아연(Zn) 및 탄소(C)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속, 금속 합금 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 도전막(110, 140)은 전해 도금법(electroplating), PVD 또는 CVD 방식을 이용하여 형성할 수 있다.
절연막(120)은 절연 물질, 예컨대 저유전(low-k) 물질을 포함할 수 있다. 상기 저유전 물질은 약 4 미만의 유전 상수(dielectric constant)를 가질 수 있다. 상기 저유전 물질은 예를 들어, 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘 산화물(SiO2), 불소 함유 실리콘 산화물(SiOF) 또는 불소 함유 산화물일 수 있다.
확산 방지막(130)은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법에 의해 형성될 수 있다. 확산 방지막(130)은 제2 도전막(140)의 형성을 위한 접착층 및/또는 확산 방지막으로서 이용될 수 있다. 확산 방지막(130)은 도 1 내지 도 5c를 참조하여 상술한 것과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막 형성 방법에 의해 형성되므로, 높은 종횡비의 패턴에도 높은 단차 도포성을 가지며, 낮은 비저항을 나타낼 수 있다. 또한, 불소(F) 미함유 반응 가스를 이용하여 형성되므로, 불소(F) 및 이를 포함하는 부산물이 형성되지 않아, 제1 및 제2 도전막(110, 140) 또는 절연막(120)이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 제2 도전막(140)과의 접착성도 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막을 포함하는 반도체 소자의 캐패시터 구조를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 반도체 소자는 기판(200), 도전막(210), 절연막(220) 및 캐패시터(capacitor)(240)를 포함할 수 있다.
기판(200)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 기판(200)에는 도시하지 않은 반도체 소자의 다른 영역, 예를 들어 트랜지스터 영역 등이 더 형성되어 있을 수 있다.
도전막(210)은 기판(200) 상에 배치된 도전성 영역으로, 캐패시터(240)를 반도체 소자의 다른 영역에 연결하는 플러그(plug)일 수 있다. 도전막(210)은 도전성 물질, 예를 들어, 티타늄질화물(TiN) 또는 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
절연막(220)은 절연성 물질을 포함할 수 있으며, 캐패시터(240)를 형성하기 위한 홀(H)이 형성될 수 있다.
캐패시터(240)는 하부 전극(242), 유전막(244) 및 상부 전극(246)을 포함할 수 있다.
유전막(244)은 예를 들어, ZrO2, Al2O3, Hf2O3과 같은 고유전율(high- k) 물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 유전막(244)은 상기 고유전율 물질을 두 층 이상 포함하는 복합층으로 이루어질 수도 있다.
하부 전극(242)은 인접하는 홀들(H) 내에서 서로 연결되도록 배치될 수 있으며, 상부 전극(246)도 홀들(H)을 매립하며 서로 연결될 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 캐패시터(240)는 하나의 홀(H)에만 형성되거나, 인접하는 홀들(H) 사이에서 서로 연결되지 않도록 배치될 수도 있다. 하부 전극(242) 및 상부 전극(246)은 예를 들어, 도핑된 폴리실리콘, 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 텅스텐 카바이드(WC), 텅스텐 탄소 질화물(WCN), 루테늄(Ru), 루테늄 산화물(RuO2), 이리듐(Ir), 이리듐 산화물(IrO2), 백금(Pt) 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 특히, 하부 전극(242) 및 상부 전극(246) 중 적어도 하나, 예를 들어, 상부 전극(246)은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 텅스텐 함유 박막일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막은 종횡비가 높은 실린더형 캐패시터 또는 원기둥형 캐패시터에 적용되는 경우에도, 높은 균일성을 가지고 증착될 수 있다. 또한, 불소(F) 미함유 반응 가스를 이용하여 형성되므로, 불소(F) 및 이를 포함하는 부산물이 형성되지 않아, 인접하는 막들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시예들에서, 텅스텐 함유 박막이 반도체 소자의 배선 구조 및 캐패시터에 사용되는 예들을 나타내었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 함유 박막의 용도는 이에 한정되지 않으며, 다양한 용도로 반도체 소자에 적용될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 200: 기판
110: 제1 도전막
120, 220: 절연막
130: 확산 방지막
140: 제2 도전막
210: 도전막
240: 캐패시터
242: 하부 전극
244: 유전막
246: 상부 전극
110: 제1 도전막
120, 220: 절연막
130: 확산 방지막
140: 제2 도전막
210: 도전막
240: 캐패시터
242: 하부 전극
244: 유전막
246: 상부 전극
Claims (11)
- 챔버 내의 기판으로 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계;
상기 챔버로부터 상기 텅스텐 함유 전구체를 퍼지하는 단계;
상기 기판으로 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계; 및
상기 챔버로부터 상기 반응 가스를 퍼지하는 단계를 포함하고,
상기 반응 가스를 공급하는 단계에서, 상기 챔버 내에 플라즈마가 인가되고, 상기 질소 가스(N2) 대 상기 수소 가스(H2)의 비율은 1:3 내지 1:10인 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 전구체는 불소 비함유 가스인 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 전구체는 질소를 함유하지 않고, 탄소를 함유하는 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 박막의 비저항은 1000 μΩ·cm보다 작은 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 박막은 WxN(1<x≤2)의 조성을 갖는 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 텅스텐 함유 박막은 WyCzN1 -z(1<y≤2, 0<z≤1)의 조성을 갖는 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 챔버 내의 기판으로 텅스텐 함유 전구체를 공급하는 단계; 및
상기 기판으로 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함하는 반응 가스를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 텅스텐 함유 전구체는 WCl6, bis(cyclopentadienyl)tungsten dichloride (Cp2WCl2), mesitylene tungsten tricarbonyl (C9H12W(CO)3) 및 tris(3-hexyne) tungsten carbonyl (C19H30OW)중 적어도 하나인 텅스텐 함유 박막 형성 방법.
- 삭제
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|---|---|---|---|---|
| CN114836729A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-08-02 | 合肥安德科铭半导体科技有限公司 | 一种功函数可调的wcn薄膜沉积方法 |
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