KR102513403B1 - 텅스텐 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 텅스텐 증착 방법은 기판 상에 제 1 공정 가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 제 1 공정 가스의 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계; 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 제 1 공정 가스를 퍼지하는 제 1 퍼지단계; 상기 기판 상에 텅스텐을 함유하는 가스를 제 2 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 반응단계; 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 반응부산물을 퍼지하는 제 2 퍼지단계; 상기 단위증착막 내 불순물의 농도를 감소시키기 위하여 상기 기판 상에 수소(H) 원소를 함유하는 처리가스를 제공하는 처리단계; 및 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 처리가스를 퍼지하는 제 3 퍼지단계;를 구비하는 단위사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 텅스텐 핵 형성층을 증착하는 것을 특징으로 한다.

Description

텅스텐 증착 방법{Methods of depositing tungsten}
본 발명은 텅스텐을 증착하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자 내지 전자 장치에서 전극이나 배선 구조에 적용되는 물질막으로 텅스텐을 증착하는 방법에 관한 것이다.
텅스텐은 낮은 저항과 높은 열적 안정성의 특성을 갖기 때문에 반도체 소자 내지 전자 장치에서 전극이나 배선 구조에 적용되는 물질로 사용되고 있다. 나아가, 텅스텐을 증착하기 위한 화학 반응의 원료물질을 기체 상태로 이용하는 경우 종횡비가 높은 단차 구조에서의 도포율 특성이 우수한 것으로 알려져 있다. 다만, 화학 반응의 원료물질에 따라서는 증착되는 텅스텐 내 존재하는 불순물에 기인하는 문제점이 있을 수 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제19940021758A호(1994.10.19. 공개, 발명의 명칭: 텅스텐 박막의 증착방법)가 있다.
본 발명은 텅스텐 핵 형성층 내의 불순물을 저감시킬 수 있는 텅스텐 증착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 텅스텐 증착 방법이 제공된다. 상기 텅스텐 증착 방법은 기판 상에 제 1 공정 가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 제 1 공정 가스의 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계; 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 제 1 공정 가스를 퍼지하는 제 1 퍼지단계; 상기 기판 상에 텅스텐을 함유하는 가스를 제 2 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 반응단계; 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 반응부산물을 퍼지하는 제 2 퍼지단계; 상기 단위증착막 내 불순물의 농도를 감소시키기 위하여 상기 기판 상에 수소(H) 원소를 함유하는 처리가스를 제공하는 처리단계; 및 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 처리가스를 퍼지하는 제 3 퍼지단계;를 구비하는 단위사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 텅스텐 핵 형성층을 증착하는 것을 특징으로 한다.
상기 텅스텐 증착 방법은, 상기 단위사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 상기 텅스텐 핵 형성층을 증착한 후에, 상기 텅스텐 핵 형성층 상에 텅스텐 벌크층을 증착하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 텅스텐 증착 방법에서, 상기 텅스텐을 함유하는 가스는 WF6 가스를 포함하고, 상기 불순물은 불소(F)를 포함할 수 있다.
상기 텅스텐 증착 방법에서, 상기 처리가스는 수소(H2) 가스를 포함할 수 있다.
상기 텅스텐 증착 방법에서, 상기 처리가스는 수증기(H2O) 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다.
상기 텅스텐 증착 방법에서, 상기 제 1 공정 가스는 B2H6 또는 SiH4를 포함할 수 있다.
상기 텅스텐 증착 방법에서, 상기 처리단계는 상기 제 2 퍼지단계 후에 수행될 수 있다.
상기 텅스텐 증착 방법에서, 상기 처리단계는 상기 단위사이클 중 상기 반응단계 및 상기 제 2 퍼지단계를 제외한 임의의 어느 하나 이상의 단계에서 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 텅스텐 핵 형성층 내의 불순물을 저감시킬 수 있는 텅스텐 증착 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 3은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 비교예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 비교예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법은 단위사이클(S10)을 n(여기에서, 상기 n은 1 이상의 양의 정수)회 수행함으로써 원자층 증착(ALD) 공정으로 텅스텐 핵 형성층을 증착한 후에, 상기 텅스텐 핵 형성층 상에 텅스텐 벌크층을 증착하는 단계(S20)를 포함한다.
예를 들면, 상기 텅스텐 핵 형성층은 단위사이클(S10)을 복수회 반복하여 수행함으로써 구현될 수 있으며, 텅스텐 벌크층을 증착하는 단계(S20)는 단위사이클(S10)을 복수회 반복하여 진행한 후에 수행될 수 있다.
다른 예를 들면, 상기 텅스텐 핵 형성층은 단위사이클(S10)을 단수회 수행함으로써 구현될 수 있으며, 텅스텐 벌크층을 증착하는 단계(S20)는 단위사이클(S10)을 단수회 진행한 후에 수행될 수 있다.
텅스텐 벌크층을 증착하는 단계(S20)는 텅스텐 전구체인 불화텅스텐(WF6) 가스를 수소(H2) 가스로 환원시킴으로써 텅스텐 벌크층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 원자층 증착(ALD) 공정 또는 화학 기상 증착(CVD) 공정으로 수행될 수 있다.
텅스텐 핵 형성층을 구현하기 위한 상기 단위사이클(S10)은 기판 상에 제 1 공정 가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 제 1 공정 가스의 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계(S11); 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 제 1 공정 가스를 퍼지하는 제 1 퍼지단계(S12); 상기 기판 상에 텅스텐을 함유하는 가스를 제 2 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 반응단계(S13); 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 반응부산물을 퍼지하는 제 2 퍼지단계(S14); 상기 단위증착막 내 불순물의 농도를 감소시키기 위하여 상기 기판 상에 수소(H) 원소를 함유하는 처리가스를 제공하는 처리단계(S15); 및 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 처리가스를 퍼지하는 제 3 퍼지단계(S16); 를 구비할 수 있다.
상기 기판은 임의의 형태의 텅스텐막(텅스텐 핵 형성층 및/또는 텅스텐 벌크층)이 증착되기 전에 소정의 대상막이나 대상패턴이 이미 형성된 기판일 수 있다. 상기 대상막이나 대상패턴은, 예를 들어, 티타늄(Ti)층 및/또는 질화티타늄(TiN)층으로 이루어진 확산방지막이나 확산방지패턴일 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 대상막이나 대상패턴의 종류에 한정되지 않음을 명확히 한다.
상기 제 1 공정 가스는 텅스텐 핵 형성층을 형성하기 위한 환원가스의 기능을 수행할 수 있는 바, 예를 들어, B2H6 또는 SiH4를 포함할 수 있다. 한편, 상기 텅스텐을 함유하는 가스는 WF6 가스를 포함하고, 상기 불순물은 불소(F)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 처리가스는 수소(H2) 가스, 수증기(H2O) 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다.
일 예로, SiH4 가스를 이용하는 원자층 증착(ALD) 공정으로 제 1 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클(S10)을 설명한다. 제 1 텅스텐 핵 형성층은 단위사이클(S10)을 n(상기 n은 1 이상의 양의 정수)회 수행함으로써 원자층 증착(ALD) 공정으로 형성된다.
상기 기판 상에 SiH4 가스를 제 1 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 상기 제 1 공정 가스 중 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계(S11)는 SiH4 개시 단계(initiation step)인 화학식 1의 반응을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
SiH4(g) → Si(s) + 2H2(g)↑
화학식 1을 참조하면, SiH4 가스가 고온에서 분해되어 비정질 Si이 생성되는데, 이러한 비정질 Si은 후속 반응시 유입되는 WF6 가스에 의해 소자가 부식되거나 열화되는 현상을 방지할 수도 있다. 제 1 퍼지단계(S12)에서는 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 제 1 공정 가스(SiH4) 및/또는 화학식 1에 의한 반응생성물인 H2 가스를 퍼지할 수 있다.
한편, 상기 기판 상에 WF6 가스를 제 2 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 반응단계(S13)는 화학식 2의 반응을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
3Si(s) + 2WF6(g) → 2W(s) + 3SiF4(g)↑
화학식 2에서 생성된 텅스텐(W)은 텅스텐 단위증착막으로 이해될 수 있다. 이러한 단위증착막은 제 1 텅스텐 핵 형성층의 적어도 일부를 이루며, 텅스텐 전구체인 불화텅스텐(WF6) 가스를 수소(H2) 가스로 환원시킴으로써 텅스텐 벌크층을 형성하는 단계(S20)에서 생성되는 부산물인 HF 가스로부터 소자를 보호할 수 있다. SiH4 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 1 텅스텐 핵 형성층은 형성 과정에서 제 1 공정 가스를 구성하는 원소의 하부막 침투가 미미하여 접합 내지 접착 특성이 우수하다는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
제 2 퍼지단계(S14)에서는 상기 기판 상에서 미반응된 텅스텐 전구체인 불화텅스텐(WF6) 가스 및/또는 화학식 2에 의한 반응생성물인 SiF4 가스를 퍼지할 수 있다.
제 2 퍼지단계(S14) 이후에 상기 기판 상에 수소(H) 원소를 함유하는 처리가스를 제공함으로써 상기 단위증착막 내 불순물(예를 들어, 불소(F))의 농도를 감소시키는 처리단계(S15) 및 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 잔존하는 처리가스를 퍼지하는 제 3 퍼지단계(S16)를 수행할 수 있다. 상기 처리가스는 수소(H2) 가스, 수증기(H2O) 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다.
다른 예로, B2H6 가스를 이용하는 원자층 증착(ALD) 공정으로 제 2 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클(S10)을 설명한다. 제 2 텅스텐 핵 형성층은 단위사이클(S10)을 n(상기 n은 1 이상의 양의 정수)회 수행함으로써 원자층 증착(ALD) 공정으로 형성된다.
이 경우, 단위사이클(S10)은 기판 상에 제 1 공정 가스인 B2H6 가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 B2H6 가스의 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계(S11); 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 B2H6 가스를 퍼지하는 제 1 퍼지단계(S12); 상기 기판 상에 텅스텐을 함유하는 가스(예를 들어, 불화텅스텐(WF6) 가스)를 제 2 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 반응단계(S13); 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 반응부산물을 퍼지하는 제 2 퍼지단계(S14); 상기 단위증착막 내 불순물(예를 들어, 불소(F))의 농도를 감소시키기 위하여 상기 기판 상에 수소(H) 원소를 함유하는 처리가스를 제공하는 처리단계(S15); 및 상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 처리가스를 퍼지하는 제 3 퍼지단계(S16); 를 구비할 수 있다. 상기 처리가스는 수소(H2) 가스, 수증기(H2O) 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있다.
상기 제 2 텅스텐 핵 형성층도, 상기 제 1 텅스텐 핵 형성층과 마찬가지로, 텅스텐 전구체인 불화텅스텐(WF6) 가스를 수소(H2) 가스로 환원시킴으로써 텅스텐 벌크층을 형성하는 단계(S20)에서 생성되는 부산물인 HF 가스로부터 소자를 보호할 수 있다. 나아가, B2H6 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 2 텅스텐 핵 형성층은 SiH4 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 1 텅스텐 핵 형성층 보다 텅스텐 결정입자의 크기가 더 크며 비저항이 더 낮은 것으로 확인되었다.
텅스텐 벌크층을 형성하는 단계(S20)는 상기 텅스텐 핵 형성층 상에 WF6 가스를 이용하여 텅스텐 벌크층을 증착하는 단계로서 화학 기상 증착 공정으로 수행되는 경우 화학식 3의 반응을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
3H2(g) + WF6(g) → W(s) + 6HF(g)↑
화학식 3의 반응은 수소 환원(H2 reduction) 반응으로서 텅스텐막 형성 공정의 주(main) 공정이다. 단계(S20)에서의 H2 환원 반응은 SiH4 환원 반응 보다 텅스텐 증착 속도가 낮으므로 단차 구조에서의 도포율(step coverage)이 우수하다. H2 가스의 부분압의 제곱근에 비례하여 증착속도가 증가하는 반응율속단계(rate limited reaction)이므로 온도에 따른 증착 속도 조절이 수월하다.
만약, 텅스텐 핵 형성층을 먼저 형성하지 않고, 불화텅스텐(WF6) 가스와 수소(H2) 가스를 이용하여 Ti/TiN 확산방지막 상에 직접 텅스텐 벌크층을 증착하는 경우, 소위 볼케이노(volcano) 현상이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. 이는 불화텅스텐의 불소(F) 원자가 확산방지막과 반응하여, 불화티타늄(TiF3)을 형성함으로써 발생되는 것이다. 이러한 볼케이노 현상이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 텅스텐 벌크층을 증착하기에 앞서, 텅스텐 핵 형성층을 형성함으로써, 불화텅스텐이 확산방지막과 반응하는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 예로, SiH4 가스를 이용하는 원자층 증착(ALD) 공정으로 제 1 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클(S10)을 적어도 1회 이상 수행한 후, B2H6 가스를 이용하는 원자층 증착(ALD) 공정으로 제 2 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클(S10)을 적어도 1회 이상 수행함으로써, 텅스텐 벌크층을 형성하기 이전에 서로 다른 제 1 공정 가스를 이용한 제 1 텅스텐 핵 형성층과 제 2 텅스텐 핵 형성층을 순차적으로 형성함으로써 접합 특성이 우수하면서도 비저항이 낮은 텅스텐막을 구현할 수도 있다.
이와 같은 복합 텅스텐 핵 형성층을 형성하지 않고 단일 제 1 공정 가스를 이용한 단일한 텅스텐 핵 형성층을 형성한 경우를 비교예로서 상정해 볼 수 있다.
만약, 텅스텐 전구체인 불화텅스텐(WF6) 가스를 수소(H2) 가스로 환원시킴으로써 텅스텐 벌크층을 형성하는 단계(S20) 이전에, SiH4 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 1 텅스텐 핵 형성층을 형성하는 단계를 수행하지 않고, B2H6 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 2 텅스텐 핵생성을 형성하는 단계만을 수행하여 텅스텐 핵 형성층을 형성하는 경우, 비저항이 낮은 박막 형성은 가능하나 B 원소의 하부막 침투로 인하여 접착 내지 접합 특성이 상대적으로 불량할 수도 있다.
또한, 텅스텐 전구체인 불화텅스텐(WF6) 가스를 수소(H2) 가스로 환원시킴으로써 텅스텐 벌크층을 형성하는 단계(S20) 이전에, B2H6 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 2 텅스텐 핵생성을 형성하는 단계는 수행하지 않고, SiH4 가스를 제 1 공정 가스로 이용하여 형성된 제 1 텅스텐 핵 형성층을 형성하는 단계만을 수행하여 텅스텐 핵 형성층을 형성하는 경우, 접착 특성은 좋으나 비저항이 높은 문제점이 나타날 수 있다.
이에 반하여, 서로 다른 이종의 제 1 공정 가스를 이용한 제 1 텅스텐 핵 형성층과 제 2 텅스텐 핵 형성층으로 구성된 복합 텅스텐 핵 형성층을 형성함으로써 하부막인 질화티타늄막으로 B 원소의 침투를 억제하여 접합 특성은 우수하면서도 비저항이 낮아 박막의 두께 증가 없이 핵생성층을 효과적으로 구현할 수 있음을 확인하였다.
도 3은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
도 2에 도시된 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클(S10)에서는 상기 처리단계(S15)가 상기 제 2 퍼지단계(S14) 후에 수행됨에 반하여, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클(S10)은 상기 처리단계(S15)가 단위사이클(S10) 중 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)를 제외한 임의의 어느 하나 이상의 단계에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 처리단계(S15)는 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)의 이전 단계와 이후 단계에서 각각 수행될 수도 있다.
처리단계(S15)를 수행하기 위한 처리가스(예를 들어, 수소(H2) 가스, 수증기(H2O) 또는 암모니아(NH3) 가스)는 상기 기판 상에 제공되되, 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)의 전단계와 후단계에 각각 제공될 수 있다. 즉, 상기 처리가스는 단위사이클(S10) 동안 지속적으로 기판 상에 제공되되, 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)에서만 제공되지 않을 수 있다.
요약하면, 본 발명의 기술적 사상에 의한 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클은 도 1에 개시된 구성 뿐만 아니라 다양한 변형된 구성들이 가능하다. 즉, 도 1에 개시된 단위사이클(S10)은 흡착단계(S11), 제 1 퍼지단계(S12), 반응단계(S13), 제 2 퍼지단계(S14), 처리단계(S15) 및 제 3 퍼지단계(S16)가 순차적으로 수행되는 구성이지만, 처리단계(S15)가 수행되는 단계는 다양한 변형이 가능하다.
일 예로, 단위사이클(S10)은 처리단계(S15), 제 3 퍼지단계(S16), 흡착단계(S11), 제 1 퍼지단계(S12), 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)가 순차적으로 수행되는 구성일 수도 있다.
다른 예로, 단위사이클(S10)은 흡착단계(S11), 제 1 퍼지단계(S12), 처리단계(S15), 제 3 퍼지단계(S16), 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)가 순차적으로 수행되는 구성일 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예 및 비교예들에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층 내 불순물인 불소(F)의 농도를 실제로 확인한 실험예를 설명한다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 제 1 비교예 및 제 2 비교예에 따른 텅스텐 증착 방법에서 텅스텐 핵 형성층을 구현하는 단위사이클을 도식적으로 도해한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 텅스텐 증착 방법으로 구현한 텅스텐은 도 2에 도시된 단위사이클을 반복하여 수행한 텅스텐 핵 형성층을 구비하며, 제 1 비교예에 따른 텅스텐 증착 방법으로 구현한 텅스텐은 도 4에 도시된 단위사이클을 반복하여 수행한 텅스텐 핵 형성층을 구비하며, 제 2 비교예에 따른 텅스텐 증착 방법으로 구현한 텅스텐은 도 5에 도시된 단위사이클을 반복하여 수행한 텅스텐 핵 형성층을 구비한다.
도 2를 참조하면, 텅스텐 핵 형성층을 구현하기 위한 단위사이클(S10)은 상술한 흡착단계(S11), 제 1 퍼지단계(S12), 반응단계(S13), 제 2 퍼지단계(S14), 처리단계(S15) 및 제 3 퍼지단계(S16)가 순차적으로 수행되도록 구성되되, 수소(H2) 가스와 같은 처리가스가 처리단계(S15)에서만 기판 상에 제공된다. 도 4를 참조하면, 텅스텐 핵 형성층을 구현하기 위한 단위사이클(S10)은 상술한 흡착단계(S11), 제 1 퍼지단계(S12), 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)가 순차적으로 수행되도록 구성되되, 단위사이클(S10)에서 수소(H2) 가스와 같은 처리가스는 별도로 제공되지 않는다. 도 5를 참조하면, 텅스텐 핵 형성층을 구현하기 위한 단위사이클(S10)은 상술한 흡착단계(S11), 제 1 퍼지단계(S12), 반응단계(S13), 제 2 퍼지단계(S14), 처리단계(S15) 및 제 3 퍼지단계(S16)가 순차적으로 수행되도록 구성되되, 수소(H2) 가스와 같은 처리가스가 단위사이클(S10) 내내 지속적으로 제공된다.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 텅스텐 핵 형성층 내 불순물인 불소의 평균농도를 이차이온질량분석법(SIMS) 분석으로 확인한 결과를 나타낸 것이다. 표 1에 기재된 수치는 SIMS 분석에서 검출된 신호의 강도(intensity)를 의미하며, 불소의 평균 농도에 비례한다.
실시예 비교예1 비교예2
Average intensity 129 1093 654
표 1을 참조하면, 별도의 처리가스를 기판 상에 제공하지 않고 처리단계(S15) 를 수행하지 않은 비교예1에서 텅스텐 핵 형성층 내 불소의 농도가 가장 높게 나타났으며, 반응단계(S13) 후에 처리가스를 기판 상에 제공하여 처리단계(S15)를 수행한 실시예에서 텅스텐 핵 형성층 내 불소의 농도가 가장 낮게 나타났다. 한편, 처리가스를 단위사이클(S10) 내 지속적으로 제공하여 반응단계(S13) 및 제 2 퍼지단계(S14)에서도 처리가스에 의한 영향이 미치는 비교예2에서는 비교예1 보다는 텅스텐 핵 형성층 내 불소의 농도가 낮았으나, 실시예 보다는 텅스텐 핵 형성층 내 불소의 농도가 높게 나타남을 확인할 수 있다.
이러한 실험예의 결과를 종합하면, 텅스텐 핵 형성층을 구현하기 위한 ALD 공정의 단위사이클(S10) 내에서 수소(H2) 가스와 같은 처리가스를 제공하여 불순물을 제거하는 처리단계(S15)를 구비하는 것이 필요하되, 적어도 반응단계(S13)가 진행되는 동안에는 상기 처리가스가 기판 상에 제공되지 않는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 제 1 공정 가스를 제공하여 상기 기판 상에 상기 제 1 공정 가스의 적어도 일부가 흡착되는 흡착단계;
    상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상에 미흡착된 제 1 공정 가스를 퍼지하는 제 1 퍼지단계;
    상기 기판 상에 텅스텐을 함유하는 가스를 제 2 공정 가스로 제공하여 상기 기판 상에 단위증착막을 형성하는 반응단계;
    상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 반응부산물을 퍼지하는 제 2 퍼지단계;
    상기 단위증착막 내 불순물의 농도를 감소시키기 위하여 상기 기판 상에 수소(H) 원소를 함유하는 처리가스를 제공하는 처리단계; 및
    상기 기판 상에 퍼지가스를 제공하여 상기 기판 상의 처리가스를 퍼지하는 제 3 퍼지단계;
    를 구비하는 단위사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 텅스텐 핵 형성층을 증착하는 것을 특징으로 하며,
    상기 처리단계는 상기 단위사이클 중 상기 반응단계 및 상기 제 2 퍼지단계를 제외한 단계 동안 지속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    텅스텐 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위사이클을 적어도 1회 이상 수행함으로써 상기 텅스텐 핵 형성층을 증착한 후에, 상기 텅스텐 핵 형성층 상에 텅스텐 벌크층을 증착하는 단계; 를 더 포함하는,
    텅스텐 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅스텐을 함유하는 가스는 WF6 가스를 포함하고, 상기 불순물은 불소(F)를 포함하는,
    텅스텐 증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리가스는 수소(H2) 가스, 수증기(H2O) 또는 암모니아(NH3) 가스를 포함하는,
    텅스텐 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정 가스는 B2H6 또는 SiH4를 포함하는,
    텅스텐 증착 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리단계는 상기 제 2 퍼지단계 후에 수행되는 것을 특징으로 하는,
    텅스텐 증착 방법.
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