KR19980027834A - 화학기상 증착(cvd)에 의한 박막형성 방법 - Google Patents

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김도형
김정주
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문정환
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본 발명은 박막 형성방법에 관한 것으로 특히, 박막의 베리어(Barrier) 특성을 향상하도록 한 CVD법에 의한 박막형성 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 CVD법에 의한 박막형성 방법은 CVD 장치를 이용한 박막 형성 방법에 있어서, TiCl4, ZrCl4, 등의 공급가스와 N2, NH3등의 반응가스를 이용하여 박막을 형성하는 단계; 상기 박막의 전면에 플라즈마 처리하여 불순물을 제거하는 단계를 포함하여 형성함에 그 특징이 있다.

Description

화학기상 증착(CVD)에 의한 박막형성 방법
본 발명은 박막 형성방법에 관한 것으로 특히, 박막의 베리어(Barrier) 특성을 향상하도록 한 CVD법에 의한 박막형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 형성시키려고 하는 박막재료를 구성하는 원소로된 1종 또는 2종 이상의 화합물, 단체의 가스를 기판위에 공급하고, 기판 또는 기판표면에서의 화학반응에 의해서 소망하는 박막을 형성시키는 방법을 말한다.
CVD법은 에피택셜 성장기술의 발전에서 발단하고, 디바이스 기술의 고도화에 대응해서 전개해 오늘날처럼 LSI에서의 기본 기술의 하나가 되었다.
특히, 실리콘 게이트 등의 디바이스에서는 CVD법에 의한 박막 형성의 반복으로 그 구조가 만들어지고 있으며, CVD막의 양부가 수율이나 성능을 결정하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 CVD법에 의한 박막형성 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 써머(Themical)화학기상 증착(CVD)에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 반응실(10)와 상기 반응실(10)내의 수평으로 위치하는 서셉터(Susceptor)(11)와 샤워헤드(13)와 상기 서셉터(11)상에 웨이퍼(12)로 구성된다.
또한, 상기 반응실(10)의 상부에는 상기 샤워헤드(13)와 연결되는 제1가스공급관(14)과 상기 제1가스공급관(14)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제1조절밸브(15)가 구성된다. 그리고 상기 반응실(10)의 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(18)과 상기 가스가 흐르는 제2가스공급관(16)과 상기 제2가스공급관(16)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제2조절밸브(17)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래의 박막형성 방법은 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및 Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스로 이용하여 써머(Thermal) CVD 방식으로 확산방지막용 TiN막을 형성하는 것으로 CVD 장치의 반응실(10) 하부에 히팅(Heating) 기능을 갖춘 서셉터(11)상에 웨이퍼(12)를 올려 놓는다.
이어, 제2조절밸브(17)를 열어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(18)내의 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및 Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나의 소오스를 반응실(10) 내부의 샤워헤드(13)로 공급한다. 또한, 상기 제1조절밸브(15)를 열어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 반응가스를 반응실(10) 내부의 샤워헤드(13)에 유입시켜 상기 웨이퍼(12)상에 확산방지막용인 TiN막을 형성한다.
한편, 도 2는 플라즈마 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 반응실(20)과 상기 반응실(20)내에 수평으로 위치하는 서셉터(Susceptor)(21)와 샤워헤드(23)와 상기 서셉터(21)상에 웨이퍼(23)가 준비된다.
그리고 상기 반응실(20)의 상부에는 상기 샤워헤드(23)와 연결되는 제1가스공급관(24)과 상기 제1가스공급관(24)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제1조절밸브(25)와 상기 제1조절밸브(25)에 의해 흐르는 가스를 활성화시키는 RF 제너레이터(29)가 준비된다.
상기 반응실(20)의 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(28)과 상기 가스가 흐르는 제2가스공급관(26)과 상기 제2가스공급관(26)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제2조절밸브(27)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래의 플라즈마 CVD법에 의한 박막형성 방법은 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및 Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스로 이용하여 플라즈마 CVD 방식으로 확산방지막용 TiN막을 형성하는 것으로 CVD 장치의 반응실(20) 하부에 히팅(Heating) 기능을 갖춘 서셉터(21)상에 웨이퍼(22)를 올려 놓는다.
이어, 제2조절밸브(27)를 열어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(28)내의 Ti[N(C2H5)2]4또는 Ti[N(CH3)2]4, Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스의 반응실(20) 내부의 샤워헤드(13)로 유입시킨다. 이어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 반응가스를 RF 제너레이터(29)에 0.01-5KW의 파워를 가하여 활성화시킨 후, 상기 반응실(20) 내부의 샤워헤드(23)에 유입시켜 상기 웨이퍼(22)상에 확산방지막용인 TiN막을 형성한다.
그러나 이와 같은 종래의 CVD법에 의한 박막형성 방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 디바이스의 피처 사이즈(Feature Size) 감소에 따른 양호한 스텝 커버리지(Step Coverage)를 확보해야 하는데 증착막에 염소(Cl) 또는 옥소(I) 등의 불순물이 개재되어 베리어 물질의 제 역할이 어렵다. 또한, 증착온도가 높다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 확산 베리어 특성이 우수한 CVD법에 의한 박막형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 써머 CVD에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도
도 2는 종래의 플라즈마 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 써머 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명의 플라즈마 CVD에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30,40:반응실31,41:서셉터
32,42:웨이퍼33,43:샤워헤드
34,44:제1가스공급관35,45:제1조절밸브
36,46:제2가스공급관37,47:제2조절밸브
38,48:향온실49:RF 제너레이터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 CVD법에 의한 박막형성 방법은 CVD 장치를 이용한 박막형성 방법에 있어서, TiCl4, ZrCl4, 등의 공급가스와 N2, NH3등의 반응가스를 이용하여 박막을 형성하는 단계; 상기 박막의 전면에 플라즈마 처리하여 불순물을 제거하는 단계를 포함하여 형성함에 그 특징이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 CVD법에 의한 박막형성 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 써머 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 반응실(30)과 상기 반응실(30)내에 수평으로 위치하는 서셉터(Sesceptor)(31)와 샤워헤드(33)와 상기 서셉터(31)상에 웨이퍼(32)로 구성된다.
또한, 상기 반응실(30)의 상부에는 상기 샤워헤드(33)와 연결되는 제1가스공급관(34)과 상기 제1가스공급관(34)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제1조절밸브(35)가 구성된다. 그리고 상기 반응실(30)의 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(38)과 상기 가스가 흐르는 제2가스공급관(36)과 상기 제2가스공급관(36)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제2조절밸브(37)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 박막형성 방법은 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및 Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스로 이용하여 써머(Thermal) CVD 방식으로 확산방지막용 박막을 형성하는 것으로 CVD 장치의 반응실(30) 하부에 히팅(Heating) 기능을 갖춘 서셉터(31)상에 웨이퍼(32)를 올려 놓는다.
이어, 제2조절밸브(37)를 열어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(38)내의 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및 Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나의 소오스를 반응실(30) 내부의 샤워헤드(33)로 공급한다. 또한, 상기 제1조절밸브(35)를 열어 He, Ar, H2, N2혼합가스 등의 반응가스를 반응실(30) 내부의 샤워헤드(33)에 유입시켜 상기 웨이퍼(32)상에 확산방지막용인 박막(도면에 도시하지 않음)을 10Å-1500Å 두께로 형성한다.
상기 박막은 TiN, TaN, ZrN, HfN, WN 등에서 적어도 어느 하나를 형성한다.
한편, 도 4는 플라즈마 CVD법에 의한 박막형성 방법을 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 반응실(40)과 상기 반응실(40) 내의 수평으로 위치하는 서셉터(Susceptor)(41)와 샤워헤드(43)와 상기 서셉터(41)상에 웨이퍼(42)가 준비된다.
그리고 상기 반응실(40)의 상부에는 상기 샤워헤드(43)와 연결되는 제1가스공급관(44)과 상기 제1가스공급관(44)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제1조절밸브(45)와 상기 제1조절밸브(45)에 의해 흐르는 가스를 활성화시키는 RF 제너레이터(49)가 준비된다.
상기 반응실(40)의 좌측에는 액체소스와 상기 액체소스를 일정하게 기화시켜 가스를 발생시키는 항온실(48)과 상기 가스가 흐르는 제2가스공급관(46)과 상기 제2가스공급관(46)으로 흐르는 가스량을 조절하는 제2조절밸브(47)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마 CVD법에 의한 박막형성 방법은 Ti[N(C2H5)2]4, Ti[N(CH3)2]4및 Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나를 소오스로 이용하여 플라즈마 CVD 방식으로 확산방지막용 박막을 형성하는 것으로 CVD 장치의 반응실(40) 하부에 히팅(Heating) 기능을 갖춘 서셉터(41)상에 웨이퍼(42)를 올려 놓는다.
이어, 제2조절밸브(47)를 열어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 캐리어 가스를 이용하여 항온실(48)내의 Ti[N(C2H5)2]4, 또는 Ti[N(CH3)2]4, Ti[N(CH3)(C2H5)]4중 어느 하나의 소오스를 반응실(40) 내부의 샤워헤드(43)로 유입시킨다. 이어 He, Ar, H2, N2및 혼합가스 등의 반응가스를 RF 제너레이터(49)에 0.01-5KW의 파워를 가하여 활성화시킨 후, 상기 반응실(40) 내부의 샤워헤드(43)에 유입시켜 상기 웨이퍼(22)상에 확산방지막용인 박막을 형성한다.
도 3과 도 4에서 같은 박막형성시 조건으로써 온도는 500-1500℃, 압력은 0.001-760Torr, 소스는 N2또는 NH3이다.
그리고 상기 공정에서 형성된 TiN막상의 전면에 N2/H2또는 N2나 H2플라즈마(Plasma)를 인씨튜(Insitu) 처리하여 불순물을 제거함으로써 상기 박막의 밀도(Density)를 증대시킨다. 한편, 상기 플라즈마 처리는 막의 요구되는 조건에 따라 최소 1회에서 50회까지 가능하다.
이때 상기 플라즈마 처리는 N2/H2, N2, H2, NH3등을 각각 독립 또는 혼합하여 플라즈마를 생성할 수 있으며, 플라즈마 처리시의 조건으로써 온도는 25-1500℃, 압력은 0.001-760Torr, 플라즈마 파워는 10W-1000KW이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 CVD법에 의한 방막형성 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 박막을 형성한 후, 상기 박막을 플라즈마 처리하기 때문에 박막내에 불순물이 없어 비저항을 낮게 하고, 박막의 밀도를 증대시킨다.
둘째, CVD 고유의 우수한 스텝 커버레이지(Step Coverage) 특성의 악화를 방지하고, 베리어 막내의 불순물로 인한 확산 베리어 기능의 저하를 방지한다.

Claims (7)

  1. CVD 장치를 이용한 박막형성 방법에 있어서,
    TiCl4, ZrCl4, 등의 공급가스와 N2, NH3등의 반응가스를 이용하여 박막을 형성하는 단계;
    상기 박막의 전면에 플라즈마 처리하여 불순물을 제거하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 CVD법에 의한 박막형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막은 TiN, TaN, ZrN, HfN, WN 등에서 적어도 하나로 형성함을 특징으로 하는 확산방지막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 박막은 10Å-1500Å 두께로 형성함을 특징으로 하는 확산방지막 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 박막 형성시 조건으로써 온도는 500-1500℃, 압력은 0.001-760Torr으로 형성함을 특징으로 하는 CVD법에 의한 박막형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 박막의 요구되는 조건에 따라 1-50회 까지 가능함을 특징으로 하는 CVD법에 의한 박막형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리조건으로써 온도는 25-1500℃, 압력은 0.001-760Torr, 플라즈마 파워는 10W-1000KW임을 특징으로 하는 CVD법에 의한 박막형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 박막 형성하는 장소와 인씨튜함을 특징으로 하는 CVD법에 의한 박막형성 방법.
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