KR20010043541A - 컨포멀 층을 형성하기 위한 다단계 방법 - Google Patents

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Abstract

2단계 형성 프로세스가 고 종횡비 접촉 라이너 또는 저장 셀 캐패시터 전극 응용과 같은 다양한 응용 범위에 대해서 개구부의 밑면과 옆면 모두에서 컨포멀 범위를 제공하고, 그러한 범위를 필요로 하는 어떠한 피처들 상에도 컨포멀 커버리지를 제공한다. 집적 회로의 제조에 있어서 컨포멀층의 형성에는 적어도 일반적으로 수평인 제1 표면과 그로부터 확장된 제2표면을 포함하는 기판 어셈블리를 제공하는 것이 포함된다. 상기 층의 제1 부분은 제1 시간 주기 동안에 수평인 제1 표면 상에 선택적으로 형성되고, 상기 층의 제2부분은 제2 시간 주기 동안에 상기 제2표면 상에 선택적으로 디포지션된다. 또한, 집적 회로의 제조에 있어서 텅스텐 질화물을 형성하기 위한 한 도해적인 프로세스에는 텅스텐 질화물을 제1 시간 주기동안 수평인 제1 표면 상에 형성하는 것과, 텅스텐 질화물을 제2 시간 주기 동안에 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)에 의해 제2표면 상에 디포지션하는 것을 포함한다. 상기 텅스텐 질화물은 PECVD법에 의하여 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 반응 가스 혼합물을 사용하여 제1 표면 상에 형성되고, 상기 텅스텐 질화물은 PECVD법에 의해 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2반응 가스 혼합물을 사용하여 디포지션된다.

Description

컨포멀 층을 형성하기 위한 다단계 방법{MULTIPLE STEP METHODS FOR FORMING CONFORMAL LAYERS}
집적 회로의 설계에 있어서, 도전층이나 절연층과 같은 다양한 층들이 사용된다. 예를 들어, DRAM(dynamic random access memories), SRAM(static random access memories), 마이크로 프로세서 등과 같은 반도체 장치가 형성되는 동안, 도핑된 다결정 실리콘, 도핑된 실리콘, 알루미늄, 내화성 금속 규화물 등등과 같은 도전 층을 전기적으로 분리하기 위해 절연층이 사용된다. 상기 도전층들이 상기 절연층의 홀이나 개구부(opening)를 통해 상호 연결되어야 할 경우가 있다. 그러한 홀들은, 상기 홀이 절연층을 통해서 능동 장치 영역까지 확장되는 경우, 또는 상기 홀이 두개의 도전층 사이에서 절연층을 통하여 확장되는 경우에 흔히 접촉 홀이라 불리운다.
접촉 홀 또는 비아(via)에 도전 물질이 제공되거나 도전물질로 채워지는 경우에, 특정 성질들은 얻을 수 있도록 하기 위해 개구부의 프로파일은 매우 중요하다. 예를 들어, 많은 수의 홀은 고 종횡비 홀 또는 개구부이다. 많은 경우에, 개구부이 종횡비가 높으면 상기 개구부 내에서 어떤 물질을 형성하기가 어렵다. 예를 들어, 개구부를 이루고 있는 밑면과 옆면 상에 텅스텐 질화물을 형성하는데 있어서, 통상적인 텅스텐 질화물 형성 기술을 사용하면 불량 스텝 커버리지를 낳게 된다.
텅스텐 질화물은 바람직하게는 반도체 장치의 제조에 있어서 한 재료가 인접한 재료로 확산되는 것을 방지하기 위한 배리어 형성 재료로서 사용된다. 예를 들어, 알루미늄이 실리콘 표면과 접촉할 경우에는, 스파이킹(spiking)이 발생할 수 있으며, 알루미늄이 텅스텐과 직접적으로 접촉하게 될 경우에는 매우 저항이 많은 합금이 형성된다. 또한, 예컨대 그러한 재료가 직접 접촉하고 있을 때에는 실리콘에서의 구리 확산이 발생한다. 확산 배리어, 예컨대 텅스텐 질화물 배리어들이 흔히 그러한 바람직하지 못한 반응을 막기 위해 사용된다. 텅스텐 질화물은 낮은 저항성을 가지기 때문에 확산 배리어로 이용되고 따라서 고속 이용분야에서 도전성 인터페이스로 적합하다. 또한, 텅스텐 질화물은 열적으로 안정되어 있기 때문에, 집적 회로 제조 기술에서 공통적인 고온 프로세싱에 더 적합하다.
도전 재료들은 반도체 장치, 예컨대 DRAM 같은 반도체 장치에서의 사용을 위한 저장 셀 캐패시터를 만드는 데에도 사용된다. 저장 용량과 크기는 저장 셀의 중요한 특성이다. 저장 용량을 유지하면서 그 크기를 줄이는 한 가지 방법은 상기 저장 셀 캐패시터의 유전층의 유전 상수를 증가시키는 것이다. 그러므로, 유전 상수가 큰 물질들이 두 개의 전극 사이에 삽입되어 사용될 수 있다. 다양한 도전 재료를 가진 하나 이상의 층이 전극 재료로서 사용된다. 그러나, 일반적으로는, 하나 이상의 도전 재료 층은 특히 고 유전 상수의 재료 형성에 사용되는 프로세스 때문에 확실한 배리어 성질과 내 산화성을 가져야만 한다. 텅스텐 질화물은 위에 설명된 바와 같이 산화를 막고 매우 우수한 배리어 성질을 제공하는 재료이다. 그러한 것으로서, 텅스텐 질화물은 저장 셀 캐패시터를 위한 전극 재료로 사용될 수 있는 잇점이 있다.
그러나, 많은 저장 셀 캐패시터는 고 종횡비 개구부를 포함하는 프로세스에 의해 형성된다. 예를 들어, U.S. Patent No. 5,392,189 to Fazan 등, entitled "Capacitor compatible with High Dielectric Constant Materials Having Two Independent Insulative Layers and the Method for Forming Same," issued February 21,1995에서, 저장 셀 캐패시터가 소개되는데, 여기의 전극들은, 밑면과 옆면을 갖는 고 종횡비의 개구부 내에 도전 재료로 만들어 진다. 이전에 설명되었던 바와 같이, 통상적인 텅스텐 질화물 형성 프로세스는 일반적으로 스텝 커버리지가 형편없었고, 그러므로 저장 셀 캐패시터의 전극을 위한 고 종횡비 개구부에서 텅스텐 질화물을 형성하기 위해서는 통상적인 방법으로는 불충분했다. 예를 들어, 통상적인 PECVD 프로세싱에서, 텅스텐 질화물은 고 종횡비 개구부를 이루도록 옆면보다 밑면에 더 두꺼운 두께로 디포지션(deposition)된다.
텅스텐 질화물을 형성하기 위한 다양한 방법들이 알려져 있다. 그러나 그러한 방법들은 다양한 응용을 위한 충분한 컨포멀 커버리지를 제공하지 않는다. 특히,예컨대 텅스텐 질화물이 형성 되는 경우에, 상기와 같은 컨포멀 커버리지는, 예컨대 접촉 개구부 및 비아 개구부, 저장 셀 캐패시터 구조 등과 같이 고 종횡비 개구부에 비하여 부족하다.
예컨대, 텅스텐 질화물을 형성하는 한 방법에는 CVD(CVD;chemical vapor deposition)법이 있다. 일반적으로, 예를 들어 통상적인 CVD 프로세스는 WNX와 HF를 형성하도록 고온에서 WF6,N2및 H2를 반응시킨다. 이 프로세스에 부수되는 문제들에는 상기 텅스텐 질화물이 형성되는 반도체 웨이퍼의 노광된 표면을 공격하는 플루오르의 해로운 경향 및 일반적으로 고온과 관련된 문제들이 포함된다.
텅스텐 질화물을 형성하는 또다른 방법은 PVD(PVD;physical vapor deposition)법에 의하는 것이다. 통상적인 PVD 기술은 아르곤 캐리어 가스를 갖는 질소 가스 대기 내의 텅스텐 타깃으로부터 반응 스퍼터링을 포함한다. 통상적인 PVD 프로세스는 고 종횡비 개구부를 이루는 밑면 상에 디포지션된 막을 만들어 내게 된다. 그러나, 텅스텐 질화물을 그러한 개구부들의 옆면 상에 형성하는데는 불충분하다.
또한, U.S. Patent No. 5,487,923 to Min 등, entitled "Method for Depositing Tungsten Nitride Thin Film for Formation for Metal Wirings of Silicon Semiconductor Elements," issued January 30,1996 에는 텅스텐 질화물의 형성을 위한 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)프로세스가 설명되어 있다. 여기서의 설명과 같이, 상기 텅스텐 질화물 박막의 디포지션은 WF6, H2및 NH3반응 가스 혼합물을 사용하여 수행된다. PECVD 프로세스를 위한 다양한 파라미터들이 설명된다. 그러나 그러한 PECVD 프로세스는 소형의 고 종횡비 개구부에서 충분히 컨포멀이며 균일한 커버리지를 제공하지 않는다. 또한, WNXNHY같은 부산물들은 NH3를 포함하는 반응을 하는 사이에 형성된다. 그러한 부산물들은 고체이고 입자 문제들을 일으킨다.
또한, 다양한 다른 층들 예컨대 이산화 규소나 실리콘 질화물같은 절연층들은 다양한 환경에서 캐패시터 구조같은 컨포멀 커버리지를 필요로 하는 스텝을 갖는 피처들 상에 디포지션 된다. 그러한 층들을 디포지션하기 위한 통상적인 다양한 방법들은 그러한 환경에서의 그러한 피처들에 대해 충분히 컨포멀이고 균일한 커버리지를 제공하지 않는다. 예를 들어, 계단화된 피처들 상에 실리콘 질화물을 디포지션하기 위한 통상적인 CVD방법에서, 실리콘 질화물은 상기 CVD 프로세스의 파라미터에 따라, 측벽들이 확장되어 나오게 되는 아랫 면 보다 상기 옆면 상에 더 많이 디포지션된다.
본 발명은 반도체 장치의 제조에 있어서 예컨대 텅스텐 질화물 층과 같은 층의 형성에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 피처(feature) 상의 컨포멀 커버리지(conformal coverage)를 달성하도록 상기와 같은 층의 형성에 관한 것이다.
도 1A-1D는 본 발명에 따른 2단계 형성 프로세스, 즉 2단계 텅스텐 질화물 형성 프로세스를 개략적으로 보여준다.
도 2A-2D는 저장 셀 캐패시터 응용에서 본 발명에 따른 방법의 사용을 보여준다.
도 3A-3D는 접촉 응용에서 본 발명에 따른 방법의 사용을 보여준다.
위에 설명된 문제들과 아래의 상세한 설명으로부터 명확해질 다른 문제들을 해결하기 위해, 다양한 이용 분야 예컨대, 고 종횡비 접촉 라이너들 또는 저장 셀 캐패시터 전극을 위한 개구부의 밑면과 하나 이상의 측벽에 컨포멀 커버리지를 제공하거나 또는 그러한 커버리지 예컨대 캐패시터의 상부 전극과 같은 상기와 같은커버리지를 필요로 하는 피처상에 컨포멀 커버리지를 제공하기 위한 2단계 형성 프로세스가 설명된다. 상기 2단계 프로세스는 그러한 다양한 이용 분야에서 컨포멀 스텝 커버리지를 제공한다. 본 발명에 따른 집적 회로의 제조에 있어서, 컨포멀 층을 형성하기 위한 방법에는 적어도 일반적으로 수평인 제1 표면과 그로부터 확장된 제2표면을 포함하는 기판 어셈블리를 제공하는 단계가 포함된다. 상기 층의 제1 부분은 제1 시간 주기 동안에 상기 수평인 제1 표면 상에 선택적으로 형성되고, 상기 층의 제2 부분은 제2 시간 주기 동안에 제2 표면 상에 선택적으로 디포지션된다.
상기 방법의 다양한 실시예에서, 상기 층은 절연층 또는 도전층일 수 있고, 개구부는 적어도 부분적으로는 제1 및 제2 표면에 의해 형성되며, 여기서 상기 개구부는 약 1 이상의 종횡비와 약 1 마이크론 이하의 임계 치수을 갖는 소형의 고 종횡비 개구부이다. 제2표면 상으로의 상기 층의 제2부분의 선택적인 디포지션에는, 반응 가스 혼합물을 제공하는 과정과 상기 반응 가스 혼합물을 글로우 방전에 노출시키는 과정이 포함된다. 상기 층의 제1 부분을 상기 표면상에 선택적으로 형성하는 작업은, 상기 층의 제2 부분을 제2 표면상에 선택적으로 디포지션하는 과정을 전후로하여 수행된다.
본 발명에 따른 집적 회로의 제조에 있어서 텅스텐 질화물을 형성하기 위한 방법에는 기판 어셈블리에 일반적으로 수평인 제1 표면과 그로부터 확장되는 제2표면을 제공하는 단계가 포함된다. 텅스텐 질화물은 제1 시간 주기동안 수평인 제1 표면상에 형성되고, 텅스텐 질화물은 제2 시간 주기 동안 PECVD법에 의해 제2표면상에 디포지션된다.
상기 방법의 실시예에 있어서, 텅스텐 질화물은 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 반응 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 상기 제1 표면상에 형성된다. 상기 텅스텐 질화물은 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2반응물 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 제2표면상에 디포지션된다. 또한, 텅스텐 질화물을 제2 시간 주기 동안 텅스텐 질화물을 텅스텐 질화물을 제2표면에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은 텅스텐 질화물을 제2 시간 주기 동안 제2표면에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압의 약 1.5배에서 약 20배 사이의 범위에 있다.
상기 방법의 또다른 실시예에서, 텅스텐 질화물은 제2 시간 주기 동안에 WF6,NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의한 제2표면 상에 디포지션된다. WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은 전체 압력의 약 0.1%에서 약 20% 사이의 범위에 있다. 또한 상기 디포지션은 약 200℃에서 약 500℃ 범위의 기판 온도에서 수행된다.
본 발명에 따른 또다른 방법에 있어서, 텅스텐 질화물의 컨포멀층은 밑면과 그로부터 확장되는 적어도 하나의 옆면에 의해 만들어지는 개구부에 형성된다. 상기 방법은 WF6,NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 가스 혼합물을 사용하여 PECVD 법에 의하여 적어도 밑면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는 것을 포함한다. 상기 방법은 또한 WF6,NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2 반응 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 한개의 옆면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는 것을 포함한다.
상기 방법의 한 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 옆면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은 전체 압력의 약 0.1% 내지 약 20%의 범위 내에 있으며, 텅스텐 질화물을 상기 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션할 때, He의 부분압은 전체압력의 약 0.5% 내지 약 50%의 범위에 있다.
본 발명에 따른 다른 방법에 있어서, 상기 컨포멀 층을 형성하는 2단계 방법은 다양한 이용 분야, 예를 들어 소형의 고 종횡비 개구부나 캐패시터를 위한 전극의 형성, 상호연결 구조의 형성등에 사용된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1A-1D를 참조하여 본 발명을 개략적으로 설명하고자 한다. 그리고, 실시예와 본 발명이 사용되는 응용의 설명은 도 2A-2D 및 도 3A-3D를 참조하여 행해질 것이다. 상기 도면상에서의 스케일링(scaling)이 거기에 그려진 다양한 엘리먼트의 정확한 치수를 나타내지는 않는다는 사실이 상기 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다.
도 1A-1D은 본 발명에 따른 기판 어셈블리(10) 상에 재료(40;도 1D), 예컨대 텅스텐 질화물의 컨포멀 층을 형성하는 2단계 방법을 보여준다. 도 1A에 보여진 바와 같이, 기판 어셈블리(10)는 제1부분(11)과 제2부분(12)을 포함한다. 제2부분(12)은 제1부분(11)상에 형성되고 제1부분(11)의 밑면(16)과 제2부분의 하나 이상의 옆면들에 의해 형성되는 개구부(14)를 포함한다. 밑면(16)은 일반적으로 수평면이며 그로부터 하나 이상의 옆면들(20)이 확장된다. 상기 옆면(20)은 도 1A에 보여진 바와 같이 수평 밑면(16)에 대해 충분히 수직이며, 제2부분(12)에서 바람직한 개구부(14)를 형성하기 위한 다른 바람직한 각을 이루고 있을 수도 있다. 제2부분(12)은 또한 밑면(16)에 평행한 일반적으로 수평인 윗면(18)을 포함한다. 제2부분(12)의 하나 이상의 옆면(20)과 일반적으로 수평인 윗면(18)은 에지 또는 코너(22)를 공유한다. 마찬가지로, 상기 하나 이상의 옆면(20)은 또한 밑면(16)과 함께 코너 또는 에지(21)를 이룬다.
여기에서 사용된 바와 같이, "기판 어셈블리"는, 예컨대 웨이퍼에서 실리콘 재료의 가장 낮은 층의 경우의 베이스 반도체 층과 같은 반도체 기판, 또는 사파이어 상의 실리콘 같이 다른 재료 상에 디포지션된 실리콘 층, 또는 하나 이상의 층 또는 그 위의 구조 또는 그 안의 영역들을 갖는 반도체 기판을 가리킨다. 이 참조 방법이 다음의 설명에서 기판 어셈블리에 만들어질 때, 이전에는 다양한 프로세스 단계가 영역들, 접합부들, 다양한 구조나 피처들 및 바이어스, 접합부 개구부, 고 종횡비 개구부 등과 같은 개구부를 형성하거나 만들기 위해 사용되어 왔다.
예를 들어, 기판 어셈블리(10)의 제2부분(11)은 캐패시터가 그 위에 형성되는 구조이고, 상기 기판 어셈블리(10)의 제2부분(12)은 실리콘 이산화물, BPSG, PSG등의 산화층과 같은 절연층이다. 그로써, 기판 어셈블리에 밑면(16)과 하나 이상의 측벽들(20)로 형성되는 개구부(14)는, 도 2A-2D를 참조하여 설명된 바와 같이, 저장 셀 캐패시터의 하부 전극이 형성되는 표면을 포함한다.
또한, 기판 어셈블리(10)의 제1 부분(11)은 절연층(12)을 통하여 접촉 될 소스 및/또는 드레인 영역을 포함한다. 그로써, 밑면(16)과 하나이상의 옆면(20)에 의해 형성되는 개구부(14)는, 여기서 도 3A-3D를 참조하여 설명된 바와 같이, 본발명에 따라 디포지션된 도전 물질을 이용하여 상호 연결될 영역으로의 접촉 개구부이다.
또한, 예를 들어, 상기 기판 어셈블리(10)는 컨포멀 절연층이 디포지션될 어떠한 구조도 포함한다. 예를 들어, 상기 구조는 아이솔레이션 트렌치 또는 컨포멀층이 요구되는 다른 피처와 같은 계단화된 피처를 포함한다.
본 발명에 따른 2단계 방법은, 컨포멀층 예컨대 텅스텐 질화물과 같은 도전 재료의 컨포멀층이나 실리콘 이산화층 또는 다른 산화층 같은 절연층의 형성을 필요로하는 어떠한 응용에도 사용된다. 그러나 본 발명은 접촉 홀들이나 산화 절연층을 통과하는 비아와 같은 소형의 고 종횡비 개구부들을 형성하는 밑면과 하나 이상의 옆면 모두에서, 피처 표면, 예컨대 스텝 커버리지와 같은 피처들 표면상의 텅스텐 질화물의 컨포멀 커버리지를, 밑에 놓인 물질, 트렌치, 셀 전극을 형성하기 위한 개구부 기타에 제공하는데 특히 유리하다. 해당 분야의 당업자라면 상기 2단계 형성 방법은 균일하고 컨포멀의 층을 필요로 하는 임의의 표면 영역상에 텅스텐 질화물과 같은 어떠한 절연층 또는 도전층을 형성하는 데도 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 여기서 사용된 바와 같이, 컨포멀 커버리지는 상기 표면과 동일한 형태의 표면상에 일반적으로 균일한 재료층을 제공하는 것을 말한다. 즉 상기 층의 표면과 커버되는 표면은 일반적으로 평행하다. 해당 분야의 당업자는 물론 "일반적으로"라는 용어가 어느 정도의 오차는 허용한다는 것을 알 것이다.
여기 설명된 바와 같이, 소형의 고 종횡비 개구부들은 1 마이크론 이하의 피처 크기와 임계 디멘션(예컨대, 틈의 지름 또는 두께가 약 1 마이크론 이하인 경우)를 가지는데, 약 0.5 마이크론 이하의 임계 치수를 가질 수도 있고, 0.3 마이크론 이하도 가능하다. 그러한 소형의 고 종횡비 개구부들은 약 1보다 큰 종횡비를 가지며, 약 5보다 큰 종횡비를 가질 수도 있고, 20이상의 종횡비도 가능하다. 그러한 임계 치수들과 종횡비들은 접촉 홀, 비아, 트렌치들 및 다른 개구부들에 적용가능하다. 예를 들어, 틈 두께가 1 마이크론이고 깊이가 3 마이크론인 트렌치의 종횡비는 3이다. 또한, 예를 들어, 라인 간격이 0.22 마이크론인 경우에, 본 발명은 고 종횡비 틈 내에서 바람직한 컨포멀 스텝 커버리지를 제공한다.
텅스텐 질화물의 디포지션에 관하여, 아래에서 더 상세히 설명되기는 하지만, 본 발명은 1 프로세스 단계 동안에 한 부분의 층이 일반적으로 수평인 표면상에 선택적으로 형성되고, 상기 층의 추가적인 부분은 하나 이상의 다른 프로세스 단계 동안에 수평면, 예컨대 옆면으로부터 확장되는 다른 표면들상에 선택적으로 형성되는 다중 단계 프로세스를 사용하는 어떠한 컨포멀 층의 형성에도 적용가능하다. 다른 말로 하면, 서로 다른 시간 주기동안에 수행되는 적어도 2 프로세스 단계는 기판 어셈블리 표면 상에 컨포멀 층을 디포지션하는데 사용된다. 디포지션되는 컨포멀층은 절연층일 수도, 도전층일 수도 있다. 예를 들어, 다단계 프로세스는 컨포멀 산화 층, 예컨대 시레인과 질화 산소를 사용하는 실리콘 이산화층 또는 산소와 TEOS를 사용하는 TEOS 산화층을 디포지션하는데 사용된다. 또한, 예를 들어 실리콘 질화층은 시레인과 암모니아를 사용하여 디포지션된다. 예컨대 고 종횡비로 피처들 상에 컨포멀 디포지션하기 어려운 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물 또는 다른 도전층들도 여기에 설명된 다단계 프로세스에 의하여 디포지션될 수 있다.
해당 분야의 당업자들은 상기 다단계 프로세스가 각 프로세스 단계를 조절하여 기판 어셈블리 표면의 바람직한 부분상에 선택적으로 디포지션 할 수 있도록 한다는 사실을 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 일반적으로 수평인 표면 상으로의 재료의 선택적인 디포지션은 그러한 재료를 그로부터 확장된 표면, 예컨대 일반적으로 수직 표면상에 선택적으로 디포지션되는 것과는 다른 프로세스 파라미터들을 요구할 수도 있다. 그러한 선택적인 디포지션을 수행하기 위한 다른 프로세스 파라미터들과 방법들이 텅스텐 질화물에 관하여 아래에 설명되지만, 해당 분야의 당업자라면 예컨대 계단화된 피처들 상에 재료를 선택적으로 디포지션하기 위해 제어가능한 프로세스 단계들은 동등하게 다른 재료들에도 적용가능하다는 것을 알게 될 것이다. 여기에 사용된 바와 같이, 표면상에 재료를 선택적으로 형성하는 것은 상당히 높은 정도까지 상기 재료를 한 표면의 다른 부분에 대해서 그 표면의 특정 부분상에 선택적으로 디포지션하는 것을 가리킨다. 그러나 소량의 재료가 상기 표면의 다른 부분에 형성될 수도 있다. 예를 들어 도 1B에 보여진 바와 같이, 재료는 옆면 근처의 코너에는 극소량의 재료만 형성되고, 상기 기판 어셈블리의 수평 표면상에 선택적으로 형성된다.
본 발명에 따른 텅스텐 질화물의 형성은 도 1A-1D를 사용하여 설명될 것이다. 상기 프로세스는 도 1B에 보여진 바와 같이 적어도 일반적으로 수평인 표면들, 예컨대 개구부(14)의 바닥 표면(16) 및 기판 어셈블리(10)의 윗면(18)과 같은 표면들 상에 텅스텐 질화물을 형성하는 제1 단계를 포함한다. 텅스텐 질화물 형성 방법의 제2단계는 텅스텐 질화물을 도 1C에 나타난 바와 같이 적어도 상기 개구부(14)를 형성하는 옆면(20)상에 선택적으로 형성하는 것을 포함한다. 기판 어셈블리(10)위의 컨포멀 균일 텅스텐 질화물층(40)의 결과적인 구조는 도 1D에 보여진다.
해당 분야의 당업자는 상기 순차적인 다단계 프로세스의 단계들이 어떤 순서로도 수행될 수 있다는 사실을 알 것이다. 예를 들어, 1 이상의 옆면(20)상에 텅스텐 질화물의 형성은 밑면(16)을 포함하는 일반적으로 수평인 표면들 상에 텅스텐 질화물을 형성하기에 앞서 행해질 수 있다. 그러나, 바람직하게는 상기 텅스텐 질화물은 우선 밑면(16)과 다른 일반적으로 수평인 표면상에 형성되고, 그 다음 상기 텅스텐 질화물은 하나 이상의 옆면(20)상에 형성된다.
상기 예시적인 텅스텐 질화물 형성 방법의 제1 단계에서, 도 1B에 보여진 바와 같이, 텅스텐 질화물은 적어도 기판 어셈블리(10)의 수평 표면 영역 상에 형성된다. 예를 들어, 텅스텐 질화물 영역(24)은 개구부(14)를 이루는 밑면(16)상에 형성되고, 텅스텐 질화물 영역(26)은 수평인 윗면(18)상에 형셩된다. 또한, 텅스텐 질화물은 하나 이상의 옆면(20)상의 근접한 코너 또는 에지(22)를 형성한다. 그러나, 텅스텐 질화물은 하나 이상의 옆면(20)상에 컨포멀으로 형성되지는 않는다.
상기 일반적으로 수평인 표면, 예컨대 밑면(16)과 윗면(18)과 같은 표면상에 형성된 텅스텐 질화물은 하나 이상의 다양한 프로세스들에 의해 형성된다. 예를 들어, 상기 일반적으로 수평인 표면상에 그러한 텅스텐 질화물 재료(24,26 및 28)의 형성은 텅스텐 질화물 디포지션 타깃으로부터 또는 질소 대기내의 텅스텐 디포지션 타깃으로부터 스퍼터링 하므로써 형성된다. 예를 들어, 텅스텐 질화물의 그러한 PVD에 대한 설명은 U.S. Patent No.5,633,200 to Hu, entitled "Process for Manufacturing a Large Grain Tungsten Nitride Film and Process for Manufacturing a Lightly Nitride Silicide Diffusion Barrier with a Large Grain Tungsten Nitride Cover Layer," issued May 27, 1997. 또한 그러한 텅스텐 질화물 영역(24,26 및 28)은 CVD, 예컨대 대기중의, 저압 또는 PECVD 법에 의해 디포지션된다. 바람직하게는, 일반적으로 수평인 표면, 예컨대 밑면(16)과 윗면(18)상에 텅스텐 질화물이 형성은 PECVD법에 의해 수행된다.
PECVD를 사용하는 본 발명에 따른 단계들은 Genus, Inc., Applied Materials, Inc., 또는 Novelus, Inc.에서 이용 가능한 반응 챔버와 같은 PECVD 반응로에서 수행될 수 있다. 그러나, PECVD를 수행하는데 적합한 어떠한 반응 챔버도 사용될 수 있다.
PECVD 프로세스에서, 상기 반응물 가스들은 압력이 낮은(즉, 주위의 압력에 비해 낮은) 반응 챔버로 유도된다. 상기 반응 챔버는 산소같이 원치않는 반응 물질들을 제거하기 위한 진공 펌프에 의해 비워진다. 그리고, 반응물 가스들을 포함하는 반응물 가스 혼합물은 상기 챔버로 받아들여 진다. 이것은 다양한 기술에 의해 수행된다. 예를 들어, 상기 챔버로의 유도는 상온에서 기체인 혼합물을 사용하거나 또는 휘발성 혼합물을 가열하고 그것을 통해 가스를 부풀리므로써 반응 챔버안으로 수송하는 식으로 이루어 진다. 상기 혼합물을 상기 챔버로 유도하는데 사용되는 기술들은 변형될 수 있고, 본 발명이 어느 특정한 기술에 제한되어 있지 않다는 것은 쉽게 알 수 있다. 반응성 혼합물 외에도, 희석 가스가 상기 챔버 안으로 흘러들어갈 수 있다. 예를 들어, 아르곤은 변화된 흐름 속도로 챔버를 통과하여 흐를 수 있다. PEVCD에서, 플라즈마는 반응물 가스를 포함하는 반응 가스 혼합물에 걸쳐 전기장을 인가하므로써 발생된다. 여기에 사용되는 바와 같이, PECVD 법은 고농도 플라즈마를 포함하는 어떠한 만들어진 플라즈마의 이용도 포함한다. 고농도 플라즈마는 약 1011이온/cm3에서 약 1013이온/cm3이다. 상기 플라즈마는 상기 반응을 끝마치도록 하기 위해 에너지를 상기 반응에 추가시킨다. 일반적으로, 플라즈마 프로세스의 사용은 상기 기판 어셈블리가 다른 CVD 프로세스에서 보다 다소 낮은 온도에서 유지될 수 있도록 한다. 어떠한 전력 소스도 상기 반응 챔버의 플라즈마를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 적절한 파워 소스에는 RF 발생기, 마이크로파(예컨대, 2.5 GHz 마이크로파 소스) 발생기, 전자 사이클로트론 공진(ECR ; electron cyclotron resonance) 소스가 포함된다. 바람직한 파워 소스는 표준 13.56 MHz 소스로 동작하는 RF 발생기이다.
예를 들어, 텅스텐 질화물의 디포지션에 있어서, 상기 반응물 가스들에는 가스를 포함하는 텅스텐과 가스를 포함하는 질소를 포함되어 있을 것이다. RF 발생기는 웨이퍼를 고정하고 있는 챔버의 기판 홀더와 반응 챔버 사이에 파워를 공급하여 상기 텅스텐 질화물이 디포지션될 상기 웨어퍼 위의 영역에 플라즈마를 만들어 낼 것이다. 상기 반응물 가스들은 상기 웨이퍼의 가열된 표면에 흡수되면, 상기 반응 챔버 내에서 반응을 시작한다. 상기 웨이퍼는 예컨대, 저항 가열된 서셉터에 의해서 또는 램프 소스 또는 다른 가열 방법을 통해 바람직한 온도로 가열된 (그래파이트 또는 알루미나와 같은)기판 홀더로부터의 전달에 의해서 가열된다. 화학 반응이 일어나고 이에 의해 텅스텐 질화물 층을 상기 웨이퍼의 표면상에 디포지션한다.
바람직하게는, 본 발명에 따라, 일반적으로 수평인 표면, 예컨대 밑면(16)상에 텅스텐 질화물을 형성하기 위해 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나가 플로우 미터(flow meter) 같은 것을 거쳐 상기 반응 챔버로 유도된다. 또한, 감소시키는 가스로서 H2가 상기 반응 챔버로 유도된다. 또한, 아르곤이나 헬륨같은 불활성 기체도 전체의 가스 흐름과 상기 반응 챔버 안의 부분압을 바꾸기 위한 희석 가스로서 상기 반응 챔버에 공급될 수 있다. 상기 반응 가스와 반응하지 않는 한 어떤 불활성 가스도 사용될 수 있다. 상기 반응 챔버에서, 상기 반응 가스 혼합물은 바람직하게는 글로우 방전이나 약 0.1 W/cm2에서 약 2 W/cm2정도의 파워 농도에서 상기 반응물 가스 혼합물에 13.56 MHz의 고 주파수 전자기장을 인가하므로써 발생하는 플라즈마에 노출된다.
바람직하게는, 상기 반응 가스 혼합물은 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하고 있는 텅스텐과 질소의 부분압은 전체압력의 약 0.5%에서 약 50%가 되도록 만들어 진다. 바람직하게는, 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압은 전체 압력의 약 1%에서 약10%의 범위에 있다.
상기 반응 챔버에서, 상기 디포지션 압력은 약 0.1 torr 에서 약 30 torr 범위의 저압에서 유지된다. 바람직하게는, 상기 디포지션 압력은 약 0.3 torr에서 약 3 torr의 범위에 있다. 또한, 상기 웨이퍼 또는 기판 온도는 약 200℃에서 약 500℃의 저온으로 유지된다. 더 바람직하게는, 상기 온도는 약 250℃에서 약 500℃사이의 범위이다. 보다 더 바람직하게는, 약 250℃에서 약 350℃의 범위이다. 텅스텐 질화물을 밑면(16)을 포함하는 일반적으로 수평인 표면상에 디포지션되는 동안 상기 온도와 전체 압력을 감소시키므로써, 아래 스텝 커버리지가 향상된다. 예를 들어, 텅스텐 질화물(24)의 층은 하나 이상의 옆면(20)에 근접한 밑면(16)상에 형성된다.
밑면(16)과 다른 일반적으로 수평인 표면, 예컨대 윗면(18)상에 텅스텐 질화물의 디포지션을 더 향상시키기 위해, 바이어스가 상기 텅스텐 질화물이 상기 디포지션을 더 방향성으로 만들도록 디포지션되고 있는 웨이퍼에 인가된다. 예를 들어, 0에서 200 볼트 RF를 상기 웨이퍼 또는 상기 웨이퍼가 위치한 기판 홀더에 인가하므로써 바이어스가 제공될 수 있다.
제1 시간 주기동안 제1 단계에 따라 텅스텐 질화물을 형성한 뒤에, 상기 결과적인 구조는 도 1B에 보여진 바와 같다. 그 다음, 상기 텅스텐 질화물 형성 프로세스의 제2단계에서, 제2 시간 주기동안 PECVD에 의해 텅스텐 질화물은 도 1C에 나타난 바와 같이 상기 개구부(14)의 하나 이상의 옆면 상에 디포지션된다. 제2 시간 주기동안 개구부(14)의 하나 이상의 옆면(20)상에 텅스텐 질화물의 디포지션은 일반적으로 수평인 표면상에 텅스텐 질화물의 디포지션과 같은 반응 챔버에서 또는 완전히 다른 반응 챔버에서 행해진다. 제2단계 에서는, 헬륨을 다른 반응 가스들과 함께 반응 챔버로 유도하여, 전체 압력에 대한 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 상기 텅스텐과 질소의 부분압을 증가시키므로써, 상기 옆면(20)의 컨포멀 커버리지가 향상된다. 바람직하게는, 밑면(16)으로부터 확장되는 면, 예컨대 옆면(20)의 컨포멀 커버리지를 제공하기 위해, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나, N2, H2및 He이, 예컨대 플로우 미터를 통하여, 상기 반응 챔버에 유도된다. 이전에 지적된 바와 같이, 불활성 희석 가스가 전체적인 가스 흐름과 부분압을 바꿀 반응 챔버로 유도된다. 상기 반응 챔버에서, 상기 반응 가스들은 바람직하게는 글로우 방전 또는 상기 반응 가스 혼합물에 걸쳐 0.1 W/cm2에서 2 W/cm2의 전력 농도에서 13.56 MHz의 고 주파수 전자기장을 인가하므로써 발생되는 플라즈마에 노출된다.
바람직하게는, 개구부(14)를 형성하는 하나 이상의 옆면(20)상에 컨포멀 커버리지를 만들기 위하여, 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압은 전체 압력의 약 1%에서 10% 범위에 있다. 또한, 상기 반응 챔버에서의 헬륨의 부분압은 약 0.5%에서 약 50% 범위에 있다. 더 바람직하게는, 상기 반응 챔버에서의 헬륨의 부분압은 약 5%에서 약 20%의 범위 내에 있다.
하나 이상의 옆면(20)상의 텅스텐 질화물을 형성하는 단계는 바람직하게는 약 200℃에서 약 500℃ 범위의 기판 온도로 상기 반응 챔버에서 수행된다. 보다 바람직하게, 상기 온도는 약 300 ℃에서 약 400℃ 범위에 있다. 또한, 상기 반응 챔버에서의 디포지션 압력은 약 0.1 torr에서 30 torr의 범위에 있다. 보다 바람직하게는, 상기 디포지션 압력은 약 0.3 torr에서 약 3 torr의 범위에 있다.
제1 단계에서의 반응 가스들을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압을 제2단계 에서의 그것과 비교하면, 상기 하나 이상의 옆면(20)상에 상기 텅스텐 질화물을 디포지션하는데 사용되는 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압은, 상기 일반적으로 수평인 표면, 예컨대 밑면(16)상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는데 사용되는 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압의 약 1.5배에서 약 20배의 범위이다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 옆면(20)상에 상기 텅스텐 질화물을 디포지션하는데 사용되는 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압은, 밑면(16) 또는 상기 일반적으로 수평인 표면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는데 사용되는 반응 가스들(즉, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나)을 포함하는 텅스텐과 질소의 부분압의 약 2배에서 10배 사이이다.
해당 분야의 당업자는 대체적인 플라즈마 인헨스드 프로세스가 상기 바람직한 프로세스에 대해 위에 설명된 바와 같은 유사한 2단계 프로세스와 유사한 파라미터들하에서 상기 텅스텐 디포지션을 수행하기 위해 사용될 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다. 예를 들어, 하나의 플라즈마 인헨스드 프로세스는 WF6, Si4, N2, H2를 포함하는 반응 가스들을 사용하거나, 또는 WCl6, Si4, N2, H2를 포함하는 반응 가스들을 사용할 수 있다.
도 1C에 나타난 바와 같이, 텅스텐 질화물을 하나 이상의 옆면(20)상에 디포지션하는데 사용되는 형성 과정의 제2단계 동안의 텅스텐 질화물의 디포지션은 일반적으로 수평인 표면 상의 몇가지 추가적인 디포지션이 된다. 예를 들어, 텅스텐 질화물 영역(30)은 하나 이상의 옆면(20)에 근접하여 형성되고, 텅스텐 질화물 영역(34)은 상기 개구부(14)를 형성하는 밑면 상의 이전에 형성된 텅스텐 질화물 재료 위에 형성된다. 또한 텅스텐 질화물 영역(32)은 이전에 상기 윗면(18)위에 디포지션된 텅스텐 질화물 위에 형성된다. 도 1D에 나타난 층(40)은 본 발명에 따른 상기 2단계 텅스텐 질화물 형성 프로세스로부터 생긴다. 상기 텅스텐 질화물 층의 두께는 바람직하게는 약 50Å에서 약 500Å의 범위에 있다. 보다 바람직하게는, 상기 텅스텐 질화물 층(40)의 두께는 약 100Å에서 약 500Å의 범위에 있다. 상기 하나 이상의 옆면(20)상에 디포지션된 텅스텐 질화물 재료의 두께에는 상기 밑면(16)에 상대적으로 약간의 변화가 생긴다. 그러나, 일반적으로 상기 컨포멀 텅스텐 질화물층(40)은 균일하게 ±200Å의 두께, 바람직하게는 ±50Å의 두께를 갖는다.
위에 설명된 텅스텐 질화물 형성 방법을 사용하는 두가지 실시예를 도 2A-2D 및 3A-3D를 참조하여 설명하고자 한다. 본 발명에 따른 형성 방법의 용도는 도 2A-2D를 참조하여 설명되며, 여기서 텅스텐 질화물은 저장 셀의 고 유전율 캐패시터의 한 쪽 또는 양쪽 전극에 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 텅스텐 질화물 형성 방법은 도 3A-3D를 참조하여 설명되며, 여기서 텅스텐 질화물의 접촉 라이너가 설명된다. 설명을 간략하게 하기 위해, 설명은 도해적 설명은 이러한 두가지의 도해 구조에 설명된 텅스텐 질화물 층의 사용으로 제한된다. 다양한 장치들, 예컨대 CMOS 장치, 메모리 장치 등을 위한, 본 발명이 유용하게 사용될 수 있는 다른 반도체 프로세스와 구조들이 있으며, 본 발명은 여기에 설명된 실시예, 예컨대 접촉 라이너와 전극 구조에 한정되지 않는다. 상기 텅스텐 질화물 형성 방법은 컨포멀 텅스텐 질화물층을 필요로하는 어떠한 표면 영역에도 사용될 수 있다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 장치 구조(100)는 개구부(184)의 형성에 의한 통상적인 프로세싱 기술에 따라 제조된다. 그러한 프로세싱은 바닥 전극 구조를 상기 개구부(184)를 형성하는 표면상에 디포지션하기에 앞서 본 발명에 따른 텅스텐 질화물 형성 방법을 사용하여 수행된다. 그것으로서, 또한 U.S. Patent No. 5,392,189 to Fazan 등에 더 설명된 바과 같이, 상기 장치 구조(100)는 필드 산화물 영역(105)과 능동 영역, 즉 필드 산화물에 의해 커버되지 않는 기판(107) 영역을 포함한다. 워드 라인(121)과 FET(122)는 상기 능동 영역의 필드 산화물 영역(105)에 상대적으로 형성된다. 적절한 소스/드레인 영역(125,130)은 실리콘 기판(107)에 만들어진다. 산화물 재료(140)의 절연 컨포멀층은 FET(122)의 영역과 워드 라인(121)위에 형성된다. 폴리실리콘 플러그(165)는 상기 기판(107)과 그 위에 형성될 저장 셀 캐패시터 사이에의 전기적인 통신을 제공하도록 만들어 진다. 다양한 배리어층이 상기 폴리실리콘 플러그(165)위에 형성되고, 이 배리어층에는 층(167 및 175)이 포함된다. 예를 들어, 그러한 층들은 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물 또는 배리어로서 작용하는 다른 금속 질화물일 수 있다. 예를 들어, 그러한 텅스텐 질화물층은 본 발명에 따라 디포지션될 수 있다. 그 다음, 또 다른 절연층(183)이 형성되고 개구부(184)가 그 안에 형성된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 텅스텐 질화물층(109)은 개구부(184)를 이루는 밑면(185)와 하나 이상의 옆면(186)상에 형성된다. 첫째로, 도 2B에 나타난 바와 같이, 텅스텐 질화물(103)은 상기 장치 구조(100)의 밑면(185)과 아랫면(189)상에 형성된다. 그 다음, 도 2C에서는 상기 텅스텐 질화물 디포지션 방법의 제2단계가 개구부(184)를 이루는 하나 이상의 옆면(186) 상에 텅스텐 질화물을 형성하는데 사용된다. 도 2C에 나타난 바와 같이, 컨포멀 커버리지를 갖는 균일한 텅스텐 질화물층(109)이 제공된다. 그 다음, 도 2D에 나타난 바와 같이, 상기 텅스텐 질화물층(109)은 형성되어 상기 개구부(184)의 윤곽을 나타내는 텅스텐 질화물층(187)이 된다.
유전층(191)이 상기 텅스텐 질화물층(187)에 상대적으로 형성된다. 예를 들어, 상기 유전층은 BaxSr(1-x)TiO3[BST], BaTiO3, SrTiO3, PbTiO3, Pb(Zr,Ti)O3[PZT], (Pb,La)(Zr,Ti)O3[PLZT],(Pb,La)TiO3[PLT], KNO3및 LiNbO3와 같이 적절한 유전 상수만 갖는다면 어떤 재료라도 될 수 있다.
그 다음, 제2전극(192)이 상기 유전 물질(191)에 상대적으로 형성된다. 본 발명에 따른 실시예에서, 제2전극(192)는 또한 여기에 설명된 바와 같이 상기 2단계 프로세스에 따른 텅스텐 질화물로 형성되고, 더이상 상세하게는 설명되지는 않을 것이다.
해당 분야의 당업자라면 캐패시터의 한쪽 또는 양쪽 전극이 본 발명에 따라 형성될 수 있다는 사실을 알 수 있을 것이다. 상기 전극 중 하나가 텅스텐 질화물로 형성되지 않는다면, 그 전극은 일반적으로 캐패시터 전극 구조를 위해 사용되는 다른 도전 물질일 것이다. 또한, 해당 분야의 당업자라면 텅스텐 질화물층이 전극 스택을 이루는 수개의 층 중 하나라는 사실을 알게 될 것이다. 본 발명의 사용으로, 캐패시터의 한 쪽 또는 양쪽 전극은 컨포멀이면서 균일한 두께로 형성되는 텅스텐 질화물로 형성되며 바람직한 저항과 배리어 성질을 제공하게 된다.
해당 분야의 당업자라면 텅스텐 질화물이 그 위에 컨포멀로 형성될 표면을 갖는 어떠한 캐패시터도 본 발명의 효과를 얻게 될 것이라는 사실을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 컨테이너 캐패시터는 통상적으로 컨포멀한 형성을 필요로 하는 표면상에 형성되는 전극들을 포함한다. 그러한 컨테이너 캐패시터 저장 셀은 U.S. Patent No. 5,270,241 to Dennison 등, entitled "Optimized Container Stacked Capacitor DRAM Cell Utilizing Sacrificial Oxide Deposition and Chemical Mechanical Polishing", issued December 14, 1993.에 설명되어 있다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 장치 구조(200)는 기판(207)의 노출된 접촉 영역(255)의 금속화에 앞서, 접촉 개구부(259)의 형성을 통해, 통상적인 프로세싱 기술에 따라 제조된다. 그에 의하여, 금속화에 앞서, 상기 장치 구조(200)는 필드 산화물 영역(205)과 능동 영역, 즉 필드 산화물에 의해 커버되지 않은 기판(207)의 영역들을 포함한다. 워드 라인(221)과 FET(222)는 상기 필드 산화물 영역(205) 및 상기 능동 영역에 상대적으로 형성된다. 적절히 도핑된 소스/드레인 영역(225,230)은 해당 분야의 당업자에게 알려진 데로 형성된다. 산화물 재료(240)의 컨포멀층은 그 위에 형성되고, 실리콘 기판(207)의 도핑된 영역(230)의 노출된 접촉 영역(255)로의 접촉 개구부(259)가 그 안에 만들어 진다. 그 다음, 하나 이상의 금속화 또는 도전층이 기판 영역(230)으로의 전기적 연결을 제공하기 위하여 상기 접촉 개구부(259)내에 형성된다. 예를 들어, 티타늄 질화물 또는 다른 확산 배리어 재료들과 같은 다양한 재료들은 접촉 영역(259)에 형성된다. 바람직하게, 접촉 라이너(285)는 본 발명에 따라 상기 개구부(259)를 이루는 하나 이상의 옆면(261)과 함께 밑면(260)과 일반적으로 수평인 윗면(263)상에 디포지션된 텅스텐 질화물로 형성된다.
도 3B에 도시된 바와 같이, 상기 텅스텐 질화물 프로세스의 제1 단계 동안에, 텅스텐 질화물 영역(270)은 밑면(260), 상기 FET(222) 부분 및 워드 라인(221)을 포함하는 일반적으로 수평인 표면과 윗면(263)상에 형성된다. 그 다음, 상기 텅스텐 질화물 디포지션 프로세스의 제2단계가 수행되고 도 3C에 보여진 바와 같이 옆면(26)을 포함하는 모든 표면들 위의 균일한 텅스텐 질화물층(275)이 된다. 상기 층부분을 제거 하자마자, 라이너(285)가 접촉 개구부(259)내에 형성된다. 그 다음, 도전 물질(276)이 기판(207)의 도핑된 영역으로의 연결을 제공하기 위한 접촉 개구부에 형성된다.
여기에 인용된 모든 특허와 참고문헌들은 완전히 여기에 합병된다. 본 발명은 도해적인 실시예들을 참조하여 설명되었으며, 이것은 본 발명의 범위를 제한 하고자 하는 의도가 아니다. 이전에 설명된 바와 같이, 해당 분야의 당업자는 다양한 다른 실시예들은, 하나 이상의 표면에 상대적인 컨포멀이고 균일한 층을 제공하기 위해 여기에 설명된 바와 같은 형성 방법을 이용할 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예 외에도 상기 실시예의 다양한 변형이 이 설명을 참조하여 해당 분야의 당업자들에게 명백할 것이다. 첨부된 청구항들이 첨부된 청구항에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 범위 내에 있는 그러한 변형이나 실시예들을 표현하게 될 것이다.

Claims (37)

  1. 집적 회로의 제조에 있어서 컨포멀 층을 형성하기 위한 방법으로서,
    적어도 일반적으로 수평인 제1 표면과 그로부터 확장된 제2표면을 포함하는 기판 어셈블리를 제공하는 단계;
    상기 층의 제1 부분을 제1 시간 주기 동안 상기 수평인 제1 표면 상에 선택적으로 형성시키는 단계; 및
    상기 층의 제2부분을 제2 시간 주기 동안에 상기 제2 표면 상에 선택적으로 디포지션(deposition)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨포멀층 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 층은 절연층인 것을 특징으로 하는 컨포멀층 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 층은 도전층인 것을 특징으로 하는 컨포멀층 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 적어도 부분적으로는 상기 제1 및 제2 표면에 의해 개구부가 만들어지고, 상기 개구부는 약 1이상의 종횡비와 약 1마이크론 이하의 임계 치수를 갖는 소형의 고 종횡비 개구부인 것을 특징으로 하는 컨포멀 층 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 층의 제2부분을 상기 제2표면에 디포지션하는 단계에는, 반응 가스 혼합물을 제공하는 단계 및 상기 반응 가스 혼합물에 전자기장을 인가하므로써 발생된 글로우 방전에 상기 반응 가스 혼합물을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨포멀 층 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 층의 제1부분을 선택적으로 제1 표면상에 형성시키는 단계는 상기 층의 제2부분을 선택적으로 제2표면상에 디포지션시킨 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 컨포멀층 형성 방법.
  7. 집적 회로의 제조에 있어서 텅스텐 질화물을 형성하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 일반적으로 수평인 제1 표면과 그로부터 확장된 제2표면을 포함하는 기판 어셈블리를 제공하는 단계;
    텅스텐 질화물을 제1 시간 주기 동안 적어도 상기 수평인 제1 표면 상에 형성시키는 단계;
    텅스텐 질화물을 제2 시간 주기 동안 PECVD법에 의해 적어도 상기 제2표면 상에 디포지션시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 텅스텐 질화물을 적어도 상기 수평인 제1 표면 상에 형성시키는 단계에는 PEVCD법에 의해 상기 텅스텐 질화물을 상기 제1 표면 상에 디포지션시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 텅스텐 질화물을 제2 시간 주기 동안 상기 제2표면상에 디포지션하는 단계는 상기 텅스텐 질화물을, 헬륨을 포함한 반응 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 상기 제2표면상에 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  10. 제8항에 있어서, 텅스텐 질화물을 제1 표면 상에 형성시키는 단계는 상기 텅스텐 질화물을, WF6, NF3과 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 반응 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 제1 표면 상에 디포지션시키는 단계를 포함하며,
    텅스텐 질화물을 PECVD법에 의해 상기 제2표면 상에 디포지션시키는 단계는는 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2반응 가스 혼합물을 사용하는 것이 포함되며,
    또한 제2 시간 주기 동안에 텅스텐 질화물을 상기 제2표면상에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은 상기 텅스텐 질화물을 상기 제1 시간 주기 동안 상기 제1 표면 상에 디포지션하는 데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압의 약 1.5배에서 약 20배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 시간 주기 동안 텅스텐 질화물을 상기 제2표면상에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은, 상기 제1 시간 주기동안 상기 텅스텐을 상기 제1 표면 상에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압의 약 2배에서 약 10배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  12. 제8항에 있어서, 텅스텐 질화물을 PECVD법에 의해 상기 제1 표면 상에 형성시키는 단계는 상기 기판 어셈블리를 바이어스 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  13. 제8항에 있어서, 텅스텐 질화물을 PECVD법에 의해 상기 제1 시간 주기 동안 상기 제1 표면 상에 디포지션하는 단계는 상기 텅스텐 질화물을 약 200℃ 에서 약 500℃ 범위의 기판 온도에서 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  14. 제12항에 있어서, 텅스텐 질화물을 PECVD법에 의해 상기 제1 시간 주기동안 상기 제1 표면 상에 디포지션하는 단계는 상기 텅스텐 질화물을 약 0.1 torr에서 약 30 torr의 범위에 있는 디포지션 압력에서 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  15. 제7항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 제1 시간 주기 동안 상기 제1 표면 상에 형성시키는 단계는 PVD법에 의해 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  16. 제7항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 제2 시간 주기 동안 적어도 상기 제2 표면 상에 디포지션하는 단계는 텅스텐 질화물을, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 N2를 포함하는 가스 혼합물을 사용하는 PECVD법에 의해 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하며,
    WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은 전체 압력의 약 0.1%에서 약 20%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 텅스텐 질화물을 PECVD법에 의해 상기 제2 시간 주기 동안 상기 제2 표면 상에 디포지션하는 단계는 상기 텅스텐 질화물을 약 200℃에서 약 500℃ 범위의 기판 온도에서 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  18. 제7항에 있어서, 적어도 부분적으로는 제1 및 제2표면에 의해 개구부가 만들어지고, 상기 개구부는 약 1이상의 종횡비와 약 1 마이크론 이하의 임계 치수를 갖는 소형의 고 종횡비 개구부인 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  19. 밑면과 그로부터 확장되는 적어도 하나의 옆면에 의해 만들어 지는 개구부에서 텅스텐 질화물의 컨포멀층을 형성하기 위한 방법으로서,
    WF6, NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 밑면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계; 및
    텅스텐 질화물을 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2반응 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 옆면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨포멀층 형성 방법.
  20. 집적 회로의 제조에 있어서 텅스텐 질화물을 형성하기 위한 방법으로서,
    기판 어셈블리에 만들어지며 밑면과 그로부터 확장된 적어도 하나의 옆면에 의해 만들어지는 개구부를 제공하는 단계; 및
    약 50Å에서 약 500Å 범위의 두께인 균일한 텅스텐 질화물층을 상기 밑면과 적어도 하나의 옆면상에 형성시키는데, 상기 균일한 텅스텐 질화물 층을 형성하는 단계는,
    WF6, NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 밑면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계; 및
    WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 옆면상에텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하는 단계를 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 개구부는 접촉 개구부와 비아 중의 하나이고, 상기 균일한 텅스텐 질화물층은 그로부터 라이너를 형성하며,
    상기 접촉 개구부와 비아 중의 하나는 약 1이상의 종횡비와 1 마이크론 이하의 임계 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 균일한 텅스텐 질화물 층은 캐패시터 전극인 것을 특징으로 하는 텅스텐 질화물 형성 방법.
  23. 캐패시터를 형성하는데 사용하기 위한 방법으로서,
    안에 기판 어셈블리의 밑면과 그로부터 확장된 적어도 하나의 옆면에 의해 만들어 지는 개구부가 형성될 상기 기판 어셈블리를 제공하는 단계; 및
    상기 밑면과 적어도 하나의 옆면 상에 텅스텐 질화물 층을 포함하는 전극을 형성하는데, 상기 층은 약 50Å에서 약 500Å 범위의 두께이고, 상기 텅스텐 질화물 층의 형성은,
    제1 시간 주기 동안 적어도 밑면 상에는 텅스텐 질화물을 형성시키는 단계; 및
    제2 시간 주기 동안 PECVD법에 의해 적어도 옆면 상에 텅스텐 질화물을 디포지션시키는 단계를 포함하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 형성 방법.
  24. 제23항에 있어서, 텅스텐 질화물을 제1 시간 주기동안 적어도 밑면 상에 형성시키는 단계는 상기 텅스텐 질화물을 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 상기 텅스텐 질화물을 디포지션시키는 단계를 포함하고,
    텅스텐 질화물을 제2 시간 주기 동안에 PECVD법에 의해 적어도 옆면 상에 디포지션시키는 단계는 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2반응 가스 혼합물을 사용하는 것을 포함하는 단계를 특징으로 하는 캐패시터 형성 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 전극은 상기 캐패시터의 상부 전극인 것을 특징으로 하는 캐패시터 형성 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 전극은 상기 캐패시터의 하부 전극인 것을 특징으로 하는 캐패시터 형성 방법.
  27. 상호 연결부를 형성하는데 사용하기 위한 방법으로서,
    안에 개구부가 형성된 기판 어셈블리를 제공하는 단계를 포함하는데, 상기 개구부는 도전성의 밑면과 그로부터 확장된 적어도 하나의 옆면에 의해 만들어 지는 단계; 및
    상기 밑면과 적어도 하나의 옆면 상에 상호 연결 구조를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 상호 연결 구조를 형성하는 단계는,
    텅스텐 질화물을 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나 및 H2를 포함하는 제1 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 밑면 상에는 텅스텐 질화물을 디포지션시키는 단계; 및
    텅스텐 질화물을 WF6, NF3와 N2중 적어도 하나, H2및 He를 포함하는 제2반응 가스 혼합물을 사용하여 PECVD법에 의해 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션시키는 단계를 포함하며,
    상기 방법은 상기 텅스텐 질화물과 관련하여 하나 이상의 추가적인 도전 재료를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 연결부 형성 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 개구부는 접촉 개구부와 비아 중 하나이고, 상기 접촉 개구부와 비아 중의 하나는 1 이상의 종횡비를 가지고, 1 마이크로 이하의 임계 치수를 가지며,
    상기 텅스텐 질화물은 약 50Å에서 약 500Å 범위의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 연결 형성 방법.
  29. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 밑면 상에 디포지션하는 것은 텅스텐 질화물을 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션하기 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 밑면 상에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은, 상기 텅스텐 질화물을 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압의 1.5배에서 20배 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 밑면 상에 디포지션 하는 단계는 상기 개구부를 형성하는 기판 어셈블리를 바이어스시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 밑면 상에 디포지션하는 단계는 약 200℃에서 약 500℃ 범위의 디포지션 온도에서 상기 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 밑면 상에 디포지션하는 단계는 상기 텅스텐 질화물을 약 0.1 torr에서 약 30 torr 범위의 디포지션 압력에서 상기 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션하는데 사용되는 WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은 전체 압력의 약 0.1% 에서 20%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, WF6및 NF3와 N2중 적어도 하나의 부분압은, 텅스텐 질화물을 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션할 때 전체 압력의 약 1% 에서 약 10%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제34항에 있어서, He의 부분압은 텅스텐 질화물을 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션할 때 전체 압력의 약 0.5%에서 약 50% 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 텅스텐 질화물을 상기 적어도 하나의 옆면 상에 디포지션하는 단계는 상기 텅스텐 질화물을 약 200℃ 에서 약 500℃ 범위의 온도에서 상기 텅스텐 질화물을 디포지션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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