KR20010104964A - Amorphous silicon carbide film and method of forming the same - Google Patents

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Abstract

낮은 유전상수를 갖는 비정질 실리콘 카바이드 조성물 및 그 형성방법이 제공된다. 이 조성물은 규소(Si), 탄소(C), 수소(H) 및 질소(N)를 포함하되, 질소의 조성비는 규소, 탄소, 수소 및 질소의 총원자량을 기준으로 2 내지 10 원자량(atomic )이고, Si-CH3결합 및 Si-C 결합을 포함한다. 이 조성물을 형성하기 위한 방법은 밀폐된 공정챔버 내의 척 상에 반도체기판을 로딩시키는 단계와, 공정챔버 내의 압력을 대기압보다 낮은 저압으로 조절함과 동시에 척의 온도를 300℃ 내지 450℃의 온도로 조절하는 단계와, 공정챔버 내부로 트라이 메틸 사일레인(tri-methyl-silane; SiH(CH3)3) 가스와 같은 전구체(precursor) 및 운송가스(carrier gas)로서 질소가스를 주입함과 동시에 공정챔버 내의 전극에 플라즈마 소스로서 라디오 주파수 전원을 인가하여, 반도체기판 상에 비정질 실리콘 카바이드막을 형성하는 단계를 포함한다.An amorphous silicon carbide composition having a low dielectric constant and a method for forming the same are provided. The composition comprises silicon (Si), carbon (C), hydrogen (H) and nitrogen (N), the composition ratio of nitrogen being 2 to 10 atomic weights based on the total atomic weight of silicon, carbon, hydrogen and nitrogen And Si-CH 3 bonds and Si-C bonds. The method for forming the composition comprises the steps of loading a semiconductor substrate on a chuck in a closed process chamber, controlling the pressure in the process chamber to a lower pressure than atmospheric pressure and simultaneously adjusting the temperature of the chuck to a temperature of 300 ° C to 450 ° C. And injecting nitrogen gas as a precursor gas and a carrier gas such as tri-methyl-silane (SiH (CH 3 ) 3 ) gas into the process chamber. Applying a radio frequency power source as a plasma source to the electrodes in the substrate, thereby forming an amorphous silicon carbide film on the semiconductor substrate.

Description

비정질 실리콘 카바이드막 및 그 형성방법{Amorphous silicon carbide film and method of forming the same}Amorphous silicon carbide film and method of forming the same

본 발명은 반도체소자의 제조에 사용되는 비정질 실리콘 카바이드 조성물 및 그 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to an amorphous silicon carbide composition used in the manufacture of a semiconductor device and a method of forming the same.

반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 금속배선의 폭 및 두께가 점점 감소하고 있다. 이에 따라, 금속배선의 단면적 또한 감소하여 금속배선의 전기적인 저항이 증가하고, 그 결과 고집적 반도체소자의 동작속도를 개선하기가 어려운 문제점이 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the width and thickness of metal wirings gradually decrease. Accordingly, the cross-sectional area of the metal wiring is also reduced, thereby increasing the electrical resistance of the metal wiring, and as a result, it is difficult to improve the operation speed of the highly integrated semiconductor device.

최근에, 금속배선의 저항을 감소시키기 위하여 구리와 같은 저저항 물질을 금속배선에 적용하는 기술이 제안된 바 있다. 더우기, 구리는 지금까지 금속배선의 재료로 널리 사용되어온 알루미늄에 비하여 용융점이 높고 전자천이(E/M; electro-migration) 특성이 우수하여 차세대 금속배선 기술에 매우 적합한 물질로 알려져 있다.Recently, a technique of applying a low resistance material such as copper to the metal wiring has been proposed to reduce the resistance of the metal wiring. Moreover, copper is known to be a very suitable material for next-generation metal wiring technology due to its high melting point and excellent electro-migration (E / M) characteristics, compared to aluminum, which has been widely used as a metal wiring material.

그러나, 구리막으로 형성된 저저항 금속배선과 층간절연막으로 널리 사용되는 산화막이 직접 접촉하는 경우에, 구리막 내의 구리원자들이 산화막 내부로 확산하는 성질이 강하다. 이에 따라, 구리배선과 산화막 사이에 확산방지막(diffusion barrier layer)이 필수적으로 요구된다. 이때, 상기 확산방지막으로는 탄탈륨 질화막(TaN)과 같은 장벽금속막 및/또는 비정질 실리콘 카바이드막(a-SiC)과 같은 확산방지 절연막이 널리 사용된다.However, when the low resistance metal wiring formed of the copper film and the oxide film widely used as the interlayer insulating film are in direct contact, the copper atoms in the copper film diffuse in the oxide film. Accordingly, a diffusion barrier layer is essentially required between the copper wiring and the oxide film. In this case, a barrier metal film such as a tantalum nitride film (TaN) and / or a diffusion barrier insulating film such as an amorphous silicon carbide film (a-SiC) is widely used as the diffusion barrier.

미국특허 제5,818,071호는 다층금속배선을 형성함에 있어서 비정질 실리콘 카바이드막을 확산방지 절연막으로 채택하는 기술을 개시한다.U.S. Patent No. 5,818,071 discloses a technique of adopting an amorphous silicon carbide film as a diffusion barrier insulating film in forming a multilayer metal wiring.

상기 미국특허 제5,818,071호에 따르면, 금속배선 및 금속층간절연막 사이에 확산방지 절연막으로 비정질 실리콘 카바이드막을 개재시키어 서로 인접한 금속배선들 사이의 금속층간절연막 내부로 금속원자들이 확산되는 현상을 방지한다. 따라서, 금속배선들 사이의 기생 커패시턴스는 금속층간절연막 및 확산방지 절연막의 유전상수에 의해 결정된다. 결과적으로, 금속배선을 통한 전기적인 신호의 전달속도를 개선시키기 위해서는 낮은 유전상수를 갖는 비정질 실리콘 카바이드막이 요구된다.According to U.S. Patent No. 5,818,071, an amorphous silicon carbide film is interposed between the metal wiring and the metal interlayer insulating film to prevent the diffusion of metal atoms into the metal interlayer insulating film between adjacent metal wirings. Therefore, the parasitic capacitance between the metal wirings is determined by the dielectric constants of the intermetallic insulating film and the diffusion preventing insulating film. As a result, an amorphous silicon carbide film having a low dielectric constant is required to improve the transmission speed of the electrical signal through the metallization.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고속 반도체소자에 적합한 낮은 유전상수를 갖는 비정질 실리콘 카바이드 조성물을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide an amorphous silicon carbide composition having a low dielectric constant suitable for high speed semiconductor devices.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 낮은 유전상수를 갖는 비정질 실리콘 카바이드막의 형성방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming an amorphous silicon carbide film having a low dielectric constant.

도 1은 금속배선 기술에 비정질 실리콘 카바이드막을 채택한 일반적인 반도체소자의 단면도이고,1 is a cross-sectional view of a general semiconductor device employing an amorphous silicon carbide film in metallization technology.

도 2는 전구체(precursor)의 유량에 대한 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수의 변화를 본 발명 및 종래의 기술에 사용되는 운송가스의 종류에 따라 도시한 그래프이고,FIG. 2 is a graph showing a change in dielectric constant of an amorphous silicon carbide film with respect to the flow rate of a precursor according to the type of transport gas used in the present invention and the prior art,

도 3은 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수 및 메틸기(CH3-)의 결합비율의 상관관계를 본 발명 및 종래기술에 사용되는 운송가스의 종류에 따라 도시한 그래프이고,3 is a graph showing the correlation between the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film and the bonding ratio of the methyl group (CH 3- ) according to the type of transport gas used in the present invention and the prior art,

도 4는 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수에 대한 질량을 본 발명 및 종래기술에 사용되는 운송가스의 종류에 따라 도시한 그래프이고,Figure 4 is a graph showing the mass of the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film according to the type of transport gas used in the present invention and the prior art,

도 5는 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.5 is a process flowchart illustrating a method of forming an amorphous silicon carbide film according to the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드 조성물은 규소(Si), 탄소(C), 수소(H) 및 질소(N)를 포함하되, 상기 질소의 조성비는 상기 실리콘, 상기 탄소, 상기 수소 및 상기 질소의 총원자량을 기준으로 2 내지 10 원자량(atomic )이고, Si-CH3결합 및 Si-C 결합을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the amorphous silicon carbide composition according to the present invention includes silicon (Si), carbon (C), hydrogen (H) and nitrogen (N), wherein the composition ratio of the nitrogen is the silicon, the carbon, It is 2 to 10 atomic weight (atomic) based on the total atomic weight of the hydrogen and the nitrogen, it characterized in that it comprises a Si-CH 3 bond and a Si-C bond.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드 조성물의 형성방법은 밀폐된 공정챔버 내의 척 상에 반도체기판을 로딩시키는 단계와, 상기 공정챔버 내의 압력을 대기압보다 낮은 12 Torr 이하의 저압으로 조절함과 동시에 상기 척의 온도를 300℃ 내지 450℃의 온도로 조절하는 단계와, 상기 공정챔버 내부로 공정가스, 예컨대 트라이 메틸 사일레인(tri-methyl-silane; SiH(CH3)3) 가스와 같은 전구체(precursor) 및 운송가스(carrier gas)로서 질소가스를 주입함과 동시에 상기 공정챔버 내의 전극에 플라즈마 소스로서 라디오 주파수 전원을 인가하여, 상기 반도체기판 상에 비정질 실리콘 카바이드막을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the method of forming an amorphous silicon carbide composition according to the present invention comprises the steps of loading a semiconductor substrate on a chuck in a closed process chamber, and the pressure in the process chamber lower than 12 Torr lower than atmospheric pressure Controlling the temperature of the chuck to a temperature of 300 ° C. to 450 ° C., and a process gas, such as tri-methyl-silane (SiH (CH 3 ) 3 ) gas, into the process chamber. Forming a amorphous silicon carbide film on the semiconductor substrate by injecting nitrogen gas as a precursor and a carrier gas, and applying a radio frequency power source as a plasma source to an electrode in the process chamber. Include.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드막을 확산방지 절연막으로 채택한 반도체소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device employing an amorphous silicon carbide film according to the present invention as a diffusion barrier insulating film.

도 1을 참조하면, 반도체기판(1) 상에 제1 층간절연막(3), 식각저지막(5) 및 제2 층간절연막(7)을 차례로 형성한다. 상기 제1 및 제2 층간절연막(3, 7)은 FSG(fluorinated silicate glass)막 또는 USG(undoped silicate glass)막과 같은 실리콘산화막으로 형성하고, 상기 식각저지막(5)은 제1 및 제2 층간절연막에 대하여 식각선택비를 갖는 절연막, 예컨대 실리콘질화막으로 형성한다. 상기 식각저지막(5)의 소정영역이 노출될 때까지 상기 제2 층간절연막(7)의 소정영역을 선택적으로 식각하여 그루브(9)를 형성한다. 상기 그루브(9)에 의해 노출된 식각저지막(5)의 소정영역 및 제1 층간절연막(3)을 연속적으로 식각하여 상기 반도체기판(1)의 소정영역을 노출시키는 금속 콘택홀(11)을 형성한다. 상기 금속콘택홀(11) 및 상기 그루브(9) 내에 장벽금속막(13) 및 제1 금속배선(15)을 통상의 다마신 공정을 사용하여 형성한다. 상기 장벽금속막(13)은 탄탈륨 질화막 또는 타이타늄 질화막으로 형성하고, 상기 제1 금속배선은 알루미늄막에 비하여 비저항이 낮은 구리, 금, 은, 또는 초전도성 금속막으로 형성한다.Referring to FIG. 1, a first interlayer insulating film 3, an etch stop film 5, and a second interlayer insulating film 7 are sequentially formed on the semiconductor substrate 1. The first and second interlayer insulating films 3 and 7 may be formed of a silicon oxide film such as a fluorinated silicate glass (FSG) film or an undoped silicate glass (USG) film, and the etch stop film 5 may be formed of the first and second interlayer insulating films 3 and 7. The interlayer insulating film is formed of an insulating film having an etching selectivity, for example, a silicon nitride film. The groove 9 is formed by selectively etching the predetermined region of the second interlayer insulating layer 7 until the predetermined region of the etch stop layer 5 is exposed. The metal contact hole 11 exposing the predetermined region of the semiconductor substrate 1 by continuously etching the predetermined region of the etch stop layer 5 exposed by the groove 9 and the first interlayer insulating layer 3 is formed. Form. The barrier metal film 13 and the first metal wiring 15 are formed in the metal contact hole 11 and the groove 9 using a conventional damascene process. The barrier metal film 13 is formed of a tantalum nitride film or a titanium nitride film, and the first metal wire is formed of a copper, gold, silver, or superconducting metal film having a lower specific resistance than an aluminum film.

도 1에 도시된 바와 같이 제1 금속배선(15) 및 층간절연막(제1 층간절연막 및/또는 제2 층간절연막) 사이에는 장벽금속막(13)이 개재된다. 따라서, 상기 장벽금속막(13)은 제1 금속배선(15) 내의 금속원자들이 제1 금속배선(15)의 측면을 통하여 층간절연막(3, 5) 내부로 확산되는 현상을 방지한다.As shown in FIG. 1, a barrier metal film 13 is interposed between the first metal wiring 15 and the interlayer insulating film (the first interlayer insulating film and / or the second interlayer insulating film). Accordingly, the barrier metal film 13 prevents the metal atoms in the first metal wire 15 from being diffused into the interlayer insulating films 3 and 5 through the side surfaces of the first metal wire 15.

도 1을 다시 참조하면, 상기 제1 금속배선(15)이 형성된 결과물 전면에 비정질 실리콘 카바이드막(17) 및 금속층간절연막(19)을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 비정질 실리콘 카바이드막(17)은 확산방지 절연막으로서 제1 금속배선(15) 내의 금속원자들이 금속층간절연막(19) 내부로 확산되는 현상을 방지하기 위하여 형성된다. 이어서, 상기 금속층간절연막(19) 및 비정질 실리콘 카바이드막(17)을 패터닝하여 상기 제1 금속배선(15)의 소정영역을 노출시키는 비아홀(도시하지 않음)을 형성한다. 상기 금속층간절연막(19) 상에 상기 비아홀을 덮는 제2 금속배선(21)을 형성한다.Referring to FIG. 1 again, an amorphous silicon carbide film 17 and an intermetallic insulating film 19 are sequentially formed on the entire surface of the resultant product on which the first metal wiring 15 is formed. Here, the amorphous silicon carbide film 17 is formed as a diffusion preventing insulating film to prevent the metal atoms in the first metal wiring 15 from being diffused into the interlayer insulating film 19. Subsequently, the metal interlayer insulating film 19 and the amorphous silicon carbide film 17 are patterned to form via holes (not shown) that expose predetermined regions of the first metal wire 15. A second metal wiring 21 is formed on the metal interlayer insulating film 19 to cover the via hole.

상술한 바와 같이, 제1 금속배선(15)은 장벽금속막(13) 및 비정질 실리콘 카바이드막(17)으로 둘러싸여지도록 형성되므로 제1 금속배선(15) 내의 금속원자들이층간절연막(3, 7) 및 금속층간절연막(19) 내부로 확산되는 현상을 방지할 수 있다. 이때, 상기 비정질 실리콘 카바이드막(17)을 헬리움(He) 가스 또는 수소(H) 가스를 운송가스로 사용하는 통상의 플라즈마 화학기상증착 방법(PE-CVD)으로 형성하는 경우에 상기 비정질 실리콘 카바이드막(17)은 5 내지 6 정도의 유전상수를 보인다. 또한, 상기 층간절연막(3, 7) 및 금속층간절연막(19)은 4 이하의 유전상수를 보이는 통상의 실리콘산화막으로 형성된다. 따라서, 서로 이웃하는 제1 금속배선들(15) 사이의 기생 커패시턴스 또는 제1 및 제2 금속배선들(15, 21) 사이의 기생 커패시턴스를 감소시키기 위해서는 상기 비정질 실리콘 카바이드막(17)의 유전상수를 더욱 감소시키는 것이 요구된다.As described above, since the first metal wiring 15 is formed to be surrounded by the barrier metal film 13 and the amorphous silicon carbide film 17, the metal atoms in the first metal wiring 15 are interlayer insulating films 3 and 7. And diffusion into the metal interlayer insulating film 19 can be prevented. In this case, when the amorphous silicon carbide film 17 is formed by a conventional plasma chemical vapor deposition method (PE-CVD) using helium (He) gas or hydrogen (H) gas as a transport gas, the amorphous silicon carbide film The film 17 exhibits a dielectric constant on the order of 5-6. Further, the interlayer insulating films 3 and 7 and the metal interlayer insulating film 19 are formed of a conventional silicon oxide film having a dielectric constant of 4 or less. Therefore, in order to reduce the parasitic capacitance between the adjacent first metal wires 15 or the parasitic capacitance between the first and second metal wires 15 and 21, the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film 17 is reduced. It is required to further reduce.

도 5는 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드막의 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of forming an amorphous silicon carbide film according to the present invention.

도 5를 참조하면, 반도체기판을 플라즈마 화학기상증착 장비의 공정챔버 내부의 척(chuck) 상에 로딩시킨다(51). 이어서, 상기 공정챔버 내부의 압력을 대기압보다 낮은 저압, 예컨대 12 Torr 이하의 저압으로 조절함과 동시에 상기 척의 온도를 300℃ 내지 450℃의 온도로 조절한다(53). 계속해서, 상기 공정챔버 내부로 공정가스, 예컨대 트라이 메틸 사일레인(tri-methyl-silane; SiH(CH3)3) 가스와 같은 전구체(precursor) 및 운송가스(carrier gas)를 주입하여 상기 반도체기판 상에 비정질 실리콘 카바이드막을 형성한다(55). 여기서, 상기 운송가스로는 질소가스를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 트라이 메틸 사일레인 가스는 100 내지 500sccm(standard cubic centimeter per minute)의 유량으로 주입시키는 것이 바람직하고, 상기 운송가스, 즉 질소가스는 500 내지 1000sccm의 유량으로 주입시키는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, the semiconductor substrate is loaded onto a chuck inside the process chamber of the plasma chemical vapor deposition apparatus (51). Subsequently, the pressure in the process chamber is adjusted to a low pressure lower than atmospheric pressure, for example, 12 Torr or lower, and the temperature of the chuck is adjusted to a temperature of 300 ° C. to 450 ° C. (53). Subsequently, a process gas, for example, a precursor gas such as tri-methyl-silane (SiH (CH 3 ) 3 ) gas and a carrier gas, are injected into the process chamber. An amorphous silicon carbide film is formed on the substrate (55). Here, it is preferable to use nitrogen gas as the transport gas. The trimethyl silane gas is preferably injected at a flow rate of 100 to 500 sccm (standard cubic centimeter per minute), and the transport gas, that is, nitrogen gas, is preferably injected at a flow rate of 500 to 1000 sccm.

도 2 내지 도 4는 본 발명 및 종래기술에 따라 형성된 비정질 실리콘 카바이드막의 물성들을 측정하여 도시한 그래프들이다. 여기서, 본 발명 및 종래기술에 따른 비정질 실리콘 카바이드막은 트라이 메틸 사일레인(tri-methyl silane; SiH(CH3)) 가스를 전구체(precursor)로 사용하는 플라즈마 화학기상증착 공정을 이용하여 형성하였다. 또한, 플라즈마 화학기상증착 공정 장비의 플라즈마 전원으로는 13.56MHz의 라디오 주파수 전원(RF power source)을 사용하였다. 한편, 본 발명 및 종래기술에서, 척의 온도는 400℃로 가열하였고, 공정챔버 내부의 압력은 공정가스 및 운송가스가 주입되는 동안에 9 Torr의 안정된 값을 갖도록 조절하였다. 이때, 종래기술에 사용된 운송가스들, 즉 수소가스 및 헬리움 가스의 유량은 각각 1200sccm 및 800sccm 이었고, 본 발명에 사용된 운송가스, 즉 질소가스의 유량은 800sccm 이었다.2 to 4 are graphs showing the measured physical properties of the amorphous silicon carbide film formed according to the present invention and the prior art. Here, the amorphous silicon carbide film according to the present invention and the prior art was formed using a plasma chemical vapor deposition process using tri-methyl silane (SiH (CH 3 )) gas as a precursor. In addition, a 13.56 MHz radio frequency power source (RF power source) was used as a plasma power source for the plasma chemical vapor deposition process equipment. On the other hand, in the present invention and the prior art, the temperature of the chuck was heated to 400 ℃, the pressure inside the process chamber was adjusted to have a stable value of 9 Torr while the process gas and transport gas is injected. At this time, the flow rates of the transport gases, that is, hydrogen gas and helium gas, used in the prior art were 1200sccm and 800sccm, respectively, and the flow rate of the transport gas, that is, nitrogen gas, used in the present invention was 800sccm.

구체적으로, 도 2는 본 발명 및 종래기술에 따른 비정질 실리콘 카바이드막(17)의 형성조건에 따른 유전상수를 도시한 그래프이다. 여기서, 가로축은 공정가스인 트라이 메틸 사일레인(3MS) 가스의 유량을 나타내고, 세로축은 유전상수를 나타낸다.Specifically, FIG. 2 is a graph showing dielectric constants according to the formation conditions of the amorphous silicon carbide film 17 according to the present invention and the prior art. Here, the horizontal axis shows the flow rate of trimethyl silane (3MS) gas which is a process gas, and the vertical axis shows the dielectric constant.

도 2로부터, 수소 가스 또는 헬리움 가스를 운송가스로 사용하는 종래기술은트라이 메틸 사일레인 가스의 유량이 100sccm으로부터 400sccm까지 증가함에따라 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수가 약 7에서 4.6 정도로 감소하는 경향을 보이는 반면에, 질소가스를 운송가스로 사용하는 본 발명은 트라이 메틸 사일레인 가스의 유량에 관계없이 약 4.5 내지 4.1 정도의 균일한 값을 보였다.From FIG. 2, the prior art using hydrogen gas or helium gas as a transport gas has a tendency that the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film decreases from about 7 to 4.6 as the flow rate of trimethyl silane gas increases from 100 sccm to 400 sccm. On the other hand, the present invention using nitrogen gas as the transport gas showed a uniform value of about 4.5 to 4.1 regardless of the flow rate of trimethyl silane gas.

도 3은 본 발명 및 종래기술에 따라 형성된 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수 및 메틸기(CH3-)의 결합비율과의 상관관계를 도시한 그래프이다. 여기서, 가로축은 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수를 나타내고, 세로축은 비정질 실리콘 카바이드막 내의 Si-C 결합수에 대한 Si-CH3결합수의 비율을 나타낸다. 이때, 전구체로 사용된 트라이 메틸 사일레인 가스는 350sccm의 유량으로 공정챔버 내부로 주입되었다.3 is a graph showing the correlation between the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film formed according to the present invention and the prior art and the bonding ratio of the methyl group (CH 3 −). Here, the horizontal axis represents the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film, and the vertical axis represents the ratio of the Si—CH 3 bond number to the Si—C bond number in the amorphous silicon carbide film. At this time, trimethyl silane gas used as a precursor was injected into the process chamber at a flow rate of 350sccm.

도 3으로부터 알수 있듯이, 비정질 실리콘 카바이드막 내에 존재하는 Si-CH3결합수가 증가할수록 유전상수가 낮아지는 경향을 보임을 알 수 있었다. 이로부터, 종래기술에서 운송가스로 사용되는 헬리움 가스 또는 수소 가스는 본 발명에서 운송가스로 사용되는 질소가스에 비하여 트라이 메틸 사일레인 가스의 Si-CH3결합을 분해시키는 능력이 우수한 것으로 평가되었다. 결과적으로, 본 발명은 운송가스로서 질소 가스를 사용함으로써 Si-CH3결합의 수를 종래기술에 비하여 상대적으로 증가시키어 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수를 감소시키는 효과를 보였다.As can be seen from FIG. 3, it can be seen that the dielectric constant tends to decrease as the number of Si—CH 3 bonds present in the amorphous silicon carbide film increases. From this, helium gas or hydrogen gas used as a transport gas in the prior art was evaluated to have an excellent ability to decompose the Si-CH 3 bond of trimethyl silane gas as compared to the nitrogen gas used as the transport gas in the present invention. . As a result, the present invention showed the effect of reducing the dielectric constant of the amorphous silicon carbide film by increasing the number of Si—CH 3 bonds relative to the prior art by using nitrogen gas as the transport gas.

도 4는 본 발명 및 종래기술에 따라 얻어진 비정질 실리콘 카바이드막의 유전상수 및 밀도와의 상관관계를 도시한 그래프이다. 이때, 전구체로 사용된 트라이 메틸 사일레인 가스는 350sccm의 유량으로 공정챔버 내부로 주입되었다.4 is a graph showing a correlation between dielectric constant and density of an amorphous silicon carbide film obtained according to the present invention and the prior art. At this time, trimethyl silane gas used as a precursor was injected into the process chamber at a flow rate of 350sccm.

도 4를 참조하면, 질소가스를 운송가스로 사용하는 본 발명에 따라 형성된 비정질 실리콘 카바이드막의 밀도는 약 1.6 gram/㎤인 반면에, 헬리움 가스 또는 수소가스를 운송가스로 사용하는 종래기술에 따라 형성된 비정질 실리콘 카바이드막의 밀도는 1.6 내지 1.9 gram/㎤의 값을 보였다.Referring to FIG. 4, the density of the amorphous silicon carbide film formed according to the present invention using nitrogen gas as the transport gas is about 1.6 gram / cm 3, whereas the helium or hydrogen gas is used as the transport gas according to the prior art. The density of the formed amorphous silicon carbide film showed a value of 1.6 to 1.9 gram / cm 3.

한편, 본 발명 및 종래기술에 따라 형성된 비정질 실리콘 카바이드 조성물의 조성비를 측정한 결과 다음의 [표]와 같은 결과를 얻었다. 여기서, 운송가스로 사용된 헬리움 가스, 질소 가스 및 수소 가스의 유량은 각각 800sccm, 800sccm 및 1200sccm이었다.On the other hand, as a result of measuring the composition ratio of the amorphous silicon carbide composition formed according to the present invention and the prior art as shown in the following table. Here, the flow rates of helium gas, nitrogen gas, and hydrogen gas used as transport gas were 800sccm, 800sccm and 1200sccm, respectively.

[표] 본 발명 및 종래기술에 따라 형성된 비정질 실리콘 카바이드 조성물의 조성비(atomic )Table Atomic Compositions of Amorphous Silicon Carbide Compositions Formed According to the Present Invention and the Prior Art

SiH(CH3)3유량(sccm)SiH (CH 3 ) 3 flow rate (sccm) 운송가스종류Type of transportation gas SiSi CC HH NN 유전상수Dielectric constant 200200 HeHe 33.333.3 33.333.3 33.333.3 5.55.5 300300 35.735.7 35.735.7 28.628.6 5.25.2 400400 33.333.3 33.333.3 33.333.3 4.74.7 350350 N2 N 2 29.929.9 32.832.8 29.929.9 4.54.5 4.24.2 350350 H2 H 2 32.432.4 32.432.4 32.432.4 1.51.5 5.75.7

상기 표로부터 질소 가스를 운송가스로 사용하는 본 발명에 따라 얻어진 비정질 실리콘 카바이드 조성물은 종래기술에 비하여 낮은 4.2의 유전상수를 보였다. 이때, 헬리움 가스 및 수소 가스를 운송가스로 사용하는 종래기술에 따른 비정질 실리콘 카바이드 조성물의 질소 조성비는 각각 0 atomic 및 1.5 atomic 인 반면에,질소 가스를 운송가스로 사용하는 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드 조성물의 질소 조성비는 4.5 atomic 이었다.From the table, the amorphous silicon carbide composition obtained according to the present invention using nitrogen gas as the transport gas has a dielectric constant of 4.2 lower than that of the prior art. At this time, the nitrogen composition ratio of the amorphous silicon carbide composition according to the prior art using helium gas and hydrogen gas as the transport gas is 0 atomic and 1.5 atomic, respectively, whereas the amorphous silicon according to the present invention using nitrogen gas as the transport gas The nitrogen composition ratio of the carbide composition was 4.5 atomic.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 질소를 운송가스로 사용함으로써 종래기술에 비하여 낮은 유전상수를 보이는 비정질 실리콘 카바이드막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 알루미늄막에 비하여 높은 신뢰성 및 낮은 비저항을 갖는 구리막과 같은 저저항 금속막을 사용하는 반도체소자의 금속배선 기술에 본 발명에 따른 비정질 실리콘 카바이드막을 확산방지 절연막으로 채택하는 경우에 서로 이웃하는 금속배선들 사이의 기생 커패시턴스를 현저히 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by using nitrogen as the transport gas, it is possible to form an amorphous silicon carbide film showing a lower dielectric constant than in the prior art. Accordingly, when the amorphous silicon carbide film according to the present invention is used as the diffusion barrier insulating film in the metal wiring technology of a semiconductor device using a low resistance metal film such as a copper film having high reliability and low resistivity compared to an aluminum film, Parasitic capacitances between metal lines can be significantly reduced.

Claims (1)

규소(Si), 탄소(C), 수소(H) 및 질소(N)를 포함하되, 상기 질소의 조성비는 상기 실리콘, 상기 탄소, 상기 수소 및 상기 질소의 총원자량을 기준으로 2 내지 10 원자량(atomic )이고, Si-CH3결합 및 Si-C 결합을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 실리콘 카바이드 조성물.Silicon (Si), carbon (C), hydrogen (H) and nitrogen (N), and the composition ratio of the nitrogen is 2 to 10 atomic weights (based on the total atomic weight of the silicon, the carbon, the hydrogen and the nitrogen ( atomic) and comprises an Si—CH 3 bond and an Si—C bond.
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