KR20020045257A - Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same - Google Patents

Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20020045257A
KR20020045257A KR1020000074641A KR20000074641A KR20020045257A KR 20020045257 A KR20020045257 A KR 20020045257A KR 1020000074641 A KR1020000074641 A KR 1020000074641A KR 20000074641 A KR20000074641 A KR 20000074641A KR 20020045257 A KR20020045257 A KR 20020045257A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction chamber
supply line
chemical vapor
vapor deposition
gas
Prior art date
Application number
KR1020000074641A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
임관용
박대규
조흥재
Original Assignee
박종섭
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박종섭, 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 박종섭
Priority to KR1020000074641A priority Critical patent/KR20020045257A/en
Publication of KR20020045257A publication Critical patent/KR20020045257A/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H01L21/02186—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing titanium, e.g. TiO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for forming a titanium nitride are provided to improve a deposition speed and to minimize chlorine-contained residues by using an ALCVD(Atomic Layer CVD) having a UV(Ultra-Violet) lamp. CONSTITUTION: The ALCVD apparatus comprises a reaction chamber(40), a plurality of supply lines(10,20,30), and an exhaust outlet(50). The reaction chamber(40) further includes a UV lamp(41) and a heater(42) and loads a semiconductor substrate(1). The first supply line(10) is supplied a titanium source to the reaction chamber, the second supply line(20) is supplied a purge gas to the reaction chamber, and the third supply line(30) is supplied a nitrogen source to the reaction chamber. The third supply line(30) further includes a UV lamp(31).

Description

단원자 화학 기상 증착 장비 및 이를 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법{Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same}Monoatomic chemical vapor deposition equipment and titanium nitride film formation method using the same {Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same}

본 발명은 단원자 화학 기상 증착 장비 및 이를 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 단원자 화학 기상 증착법으로 TiN막을 증착하는 과정에서 소오스 가스 및 활성화 가스의 반응성을 향상시켜 증착 속도를 개선하고, TiN막 내의 염소 성분 잔류량을 최소한으로 함으로써 막질을 향상시키는 단원자 화학 기상 증착 장비 및 이를 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a monoatomic chemical vapor deposition apparatus and a method for forming a titanium nitride film using the same, in particular, in the process of depositing a TiN film by monoatomic chemical vapor deposition, improving the reactivity of the source gas and the activating gas to improve the deposition rate. The present invention relates to a monoatomic chemical vapor deposition apparatus for improving film quality by minimizing the residual amount of chlorine components in a TiN film, and a method of forming a titanium nitride film using the same.

최근 들어, MOS 구조에서 기존의 폴리실리콘 게이트 전극을 금속 게이트 전극으로 대체하려는 연구가 활발하다. 그 중에서 TiN막의 경우 스퍼터 증착, 화학 증착, 단원자 화학 기상 증착법(Atomic Layer chemical vapor deposition; ALCVD) 등의 방법으로 증착할 수 있는데, TiN 증착 시 화학 증착과 ALCVD 방법은 기판에 에너지가 거의 전달되지 않으므로 하부 유전체의 손상이 거의 없다는 것이 장점인 반면에, 스퍼터 증착에 의해 형성된 TiN막에 비해 상당히 많은 양의 염소 성분을포함하고 있다. 염소 성분을 줄이는 방법으로는 NH3열처리 및 NH3플라즈마 처리를 할 수 있지만, 대부분 표면 근처의 염소 양을 줄여주는 것에 그치며, 플라즈마 처리의 경우는 오히려 하부 유전막에 영향을 줄 수 있는 단점이 있다.In recent years, studies are being actively made to replace the existing polysilicon gate electrodes with metal gate electrodes in MOS structures. Among them, TiN film can be deposited by sputter deposition, chemical vapor deposition, atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD), etc. In the case of TiN deposition, the chemical vapor deposition and ALCVD method hardly transfer energy to the substrate. The advantage is that there is little damage to the underlying dielectric, whereas it contains a significant amount of chlorine compared to the TiN film formed by sputter deposition. In order to reduce the chlorine content, the NH 3 heat treatment and the NH 3 plasma treatment may be performed, but most of them merely reduce the amount of chlorine near the surface. In the case of the plasma treatment, the lower dielectric film may be rather affected.

또한, ALCVD법을 이용한 TiN막 증착 방법은 TiCl4와 NH3기체를 교대로 반응시켜 한층 씩 박막을 형성시키고, 각 단계에서 N2정화(Purge)를 해야하는 등 많은 시간이 걸린다.In addition, the TiN film deposition method using the ALCVD method takes a long time, such as alternately reacting TiCl 4 and NH 3 gas to form thin films, and N 2 purge at each step.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 자외선을 소오스 가스와 반응 가스에 조사하여 여기시킴으로써 반응성을 개선하여 증착 속도를 향상시킬 수 있는 단원자 화학 기상 증착 장비 및 이를 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems by irradiating the source gas and the reaction gas to the ultraviolet light to excite the monoatomic chemical vapor deposition equipment that can improve the reactivity to improve the deposition rate and titanium nitride film forming method using the same The purpose is to provide.

도 1은 본 발명에 따른 티타늄 나이트라이드막 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 가스 공급 타이밍 특성 그래프.1 is a graph illustrating a gas supply timing characteristic for explaining a method of forming a titanium nitride film according to the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 단원자 화학 기상 증착 장비를 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 단면도.2A through 2C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of forming a titanium nitride film using the monoatomic chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 단원자 화학 기상 증착 장비의 구성 요소를 도시한 구조도.3 is a structural diagram showing the components of the monoatomic chemical vapor deposition equipment according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 반도체 기판2a, 3a : 티타늄 소오스1: semiconductor substrate 2a, 3a: titanium source

2b, 3b : 질소 소오스10 : 제 1 공급 라인2b, 3b: nitrogen source 10: first supply line

20 : 제 2 공급 라인30 : 제 3 공급 라인20: second supply line 30: third supply line

31, 41 : 자외선 램프42 : 히터31, 41: UV lamp 42: heater

40 : 반응 챔버50 : 배출구40: reaction chamber 50: outlet

A : 제 1 단계B : 제 2 단계A: First Step B: Second Step

C : 제 3 단계D : 제 4 단계C: 3rd step D: 4th step

본 발명에 따른 단원자 화학 기상 증착 장비는 반도체 기판이 위치하며, 자외선 램프 및 히터를 구비한 반응 챔버, 반응 챔버 내부로 티타늄 소오스를 공급하기 위하여 설치한 제 1 공급 라인, 반응 챔버 내부를 정화하기 위하여 퍼지 가스를 공급하기 위하여 설치한 제 2 공급 라인, 반응 챔버 내부로 질소 소오스를 공급하기 위하여 설치한 제 3 공급 라인 및 반응 챔버 내부의 잔류 소오스나 반응 부산물등을 상기 반응 챔버 외부로 제거하기 위하여 설치한 배출구를 포함하여 이루어진다.In the monoatomic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, a semiconductor substrate is located, a reaction chamber including an ultraviolet lamp and a heater, a first supply line installed to supply a titanium source into the reaction chamber, and to purify the reaction chamber. In order to remove the second supply line provided to supply the purge gas, the third supply line provided to supply the nitrogen source into the reaction chamber and the residual source or reaction by-products inside the reaction chamber to the outside of the reaction chamber. It consists of installed outlet.

제 3 공급 라인에는 자외선 램프가 설치된다.An ultraviolet lamp is installed in the third supply line.

또한, 단원자 화학 기상 증착 장비를 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법은 제 1 공급라인을 통해 반도체 기판이 장착된 반응 챔버 내부로 티타늄 소오스를 공급하여 반도체 기판 표면에 티타늄 소오스를 흡착시키는 제 1 단계, 제 2 공급 라인을 통해 퍼지 가스를 공급하여 반응 챔버 내부의 미반응 티타늄 소오스를 제거하는 제 2 단계, 제 3 공급라인을 통해 반응 챔버 내부로 질소 소오스 및 활성화 가스를 공급한 후 자외선을 조사하여 질소 소오스 및 활성화 가스를 여기시켜 질소 소오스를 흡착시키는 제 3 단계 및 퍼지 가스를 이용하여 반응 챔버 내부의 미반응 질소 소오스 및 반응 부산물을 제거하는 제 4 단계로 이루어져 제 1 내지 제 4 단계를 1 싸이클하고, 목표 두께의 TiN막을 형성할 때까지 1 싸이클 계속해서 반복 실시한다.In addition, a method of forming a titanium nitride film using the monoatomic chemical vapor deposition apparatus may include supplying a titanium source to a reaction chamber in which a semiconductor substrate is mounted through a first supply line, thereby adsorbing the titanium source onto a surface of the semiconductor substrate, The second step of removing the unreacted titanium source in the reaction chamber by supplying the purge gas through the second supply line, the nitrogen source and the activating gas is supplied into the reaction chamber through the third supply line, and then irradiated with nitrogen A third step of exciting the source and the activating gas to adsorb the nitrogen source, and a fourth step of removing the unreacted nitrogen source and the reaction by-products in the reaction chamber using a purge gas. Then, one cycle was repeated repeatedly until a TiN film having a target thickness was formed.

반응 챔버는 100 내지 700℃의 증착 온도를 유지한다. 티타늄 소오스는 TiCl4또는 Ti(NO3)4를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm이다. 퍼지 가스로는 불활성 가스인 N2, He, Ne 또는 Ar 가스를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm이다. 질소 소오스는 NH3, N2+H2, NH3+H2또는 NH3+H2+N2혼합 가스를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm이다. 활성화 가스는 N2또는 H2를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지10slm이다. 자외선은 파장이 50 내지 400nm이며, 생성 출력은 4 내지 200와트이고, 질소 소오스는 제 3 공급라인에서 자외선에 의해 미리 여기되어 상기 반응 챔버 내부로 공급할 수도 있다.The reaction chamber maintains a deposition temperature of 100 to 700 ° C. The titanium source uses TiCl 4 or Ti (NO 3 ) 4 , and the injection amount is 5 sccm to 10 slm. As the purge gas, N 2 , He, Ne, or Ar gas, which is an inert gas, is used, and an injection amount is 5 sccm to 10 slm. The nitrogen source uses NH 3 , N 2 + H 2 , NH 3 + H 2 or NH 3 + H 2 + N 2 mixed gas, and the injection amount is 5 sccm to 10 slm. The activation gas uses N 2 or H 2 , and the injection amount is 5 sccm to 10 slm. The ultraviolet light has a wavelength of 50 to 400 nm, the output power is 4 to 200 watts, and the nitrogen source may be previously excited by the ultraviolet light in the third supply line and supplied into the reaction chamber.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail.

도 1은 본 발명에 따른 티타늄 나이트라이드막 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 가스 공급 타이밍 특성 그래프이다.1 is a graph illustrating a gas supply timing characteristic for explaining a method of forming a titanium nitride film according to the present invention.

도 1을 참조하면, TiN막을 형성하는 공정 단계는 반응 챔버 내부로 티타늄 소오스를 공급하는 제 1 단계(A), 반응기 내부의 미반응 티타늄 소오스 및 반응 부산물을 제거하는 제 2 단계(B), 질소(Nitrogen) 소오스 가스 및 활성 가스를 공급하는 제 3 단계(C) 및 미반응 질소 소오스 및 반응 부산물을 제거하는 제 4 단계(D)로 이루어지며, 제 1 내지 제 4 단계가 1 싸이클(Cycle)을 이룬다. 목표 두께의 TiN막을 형성하기 위해서는 제 1 내지 제 4 단계로 이루어진 싸이클을 계속해서 반복 실시하면 된다.Referring to FIG. 1, a process of forming a TiN film includes a first step (A) of supplying a titanium source into a reaction chamber, a second step (B) of removing an unreacted titanium source and a reaction byproduct in a reactor, nitrogen (Nitrogen) consists of a third step (C) of supplying a source gas and an active gas and a fourth step (D) of removing an unreacted nitrogen source and reaction by-products, wherein the first to fourth steps comprise one cycle. To achieve. In order to form a TiN film having a target thickness, a cycle consisting of the first to fourth steps may be repeatedly performed.

TiN막의 증착이 이루어지는 반응 챔버는 100 내지 700℃ 범위의 온도를 유지하며, 반도체 기판에는 파장이 50 내지 400nm인 자외선을 조사하여 티타늄 또는 질소 소오스가 반도체 기판으로 흡착되는 속도를 증가시킨다. 이때, 자외선 램프의 출력은 4 내지 200Watt의 범위로 한다. 그리고, 각 단계마다 공급되는 소오스 가스 및 챔버 내부의 정화를 위하여 공급되는 퍼지 가스는 각각의 독립된 공급 라인을통하여 챔버 내부로 공급된다. 이는, 동일한 공급 라인을 통하여 모든 가스가 공급되다 보면 라인 내부에서 잔류하는 가스에 의해 기생반응이 발생하여 공급 라인 내부 및 챔버 내부가 반응 부산물에 의해 오염될 수 있기 때문이다.The reaction chamber in which the TiN film is deposited is maintained at a temperature in the range of 100 to 700 ° C., and the semiconductor substrate is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 50 to 400 nm to increase the rate at which the titanium or nitrogen source is adsorbed onto the semiconductor substrate. At this time, the output of the ultraviolet lamp is in the range of 4 to 200 Watts. Then, the source gas supplied at each step and the purge gas supplied for the purification of the inside of the chamber are supplied into the chamber through each independent supply line. This is because when all the gas is supplied through the same supply line, parasitic reaction may occur due to the gas remaining in the line, and the inside of the supply line and the inside of the chamber may be contaminated by reaction by-products.

도 2a 내지 도 2c를 참조하여 각 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.2A to 2C, each step will be described in detail as follows.

도 2a 내지 도 2c는 단원자 증착법을 이용한 티타늄 나이트라이드막 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of forming a titanium nitride film using monoatomic deposition.

제 1 단계(A)에서는 제 1 공급 라인을 통해 티타늄 소오스 가스를 반응 챔버 내부로 공급하여 반도체 기판(1)의 표면에 티타늄 소오스(2a)가 흡착되도록 한다.In the first step (A), the titanium source gas is supplied into the reaction chamber through the first supply line to adsorb the titanium source 2a onto the surface of the semiconductor substrate 1.

여기서, 티타늄 소오스 가스로는 TiCl4또는 Ti(NO3)4를 사용하며, 5sccm 내지 10slm의 양을 챔버 내부로 주입한다.Here, TiCl 4 or Ti (NO 3 ) 4 is used as the titanium source gas, and an amount of 5 sccm to 10 slm is injected into the chamber.

제 2 단계(B)에서는 반도체 기판(1)의 표면에 흡착되지 않고 챔버 내부에 잔류하는 티타늄 소오스 가스를 제거하기 위하여, 제 2 공급 라인을 통해 불활성 가스를 퍼지 가스로 이용하여 챔버 내부에 공급한다.In the second step (B), in order to remove the titanium source gas remaining in the chamber without being adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 1, an inert gas is used as the purge gas through the second supply line to supply the inside of the chamber. .

반응 챔버의 정화를 위한 퍼지 가스로는 불활성 가스(Inert Gas)인 N2, He, Ne 또는 Ar 가스를 사용하며, 5sccm 내지 10slm의 양을 챔버 내부로 주입한다.As a purge gas for purifying the reaction chamber, an inert gas (N 2 , He, Ne, or Ar gas) is used, and an amount of 5 sccm to 10 slm is injected into the chamber.

제 3 단계(C)에서는 제 3 공급 라인을 통해 질소 소오스 가스 및 활성화 가스를 반응 챔버 내부로 공급하여 반도체 기판(1)의 표면에 흡착된 티타늄 소오스(2a)의 표면에 질소 소오스(3a)가 흡착되도록 한다.In the third step (C), the nitrogen source 3a is supplied to the surface of the titanium source 2a adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 1 by supplying the nitrogen source gas and the activating gas into the reaction chamber through the third supply line. Allow it to adsorb.

여기서, 질소 소오스 가스로는 NH3, N2+H2, NH3+H2또는 NH3+H2+N2혼합 가스를사용하며, 공급되는 질소 소오스 가스의 양은 5sccm 내지 10slm의 범위로 하여 챔버 내부로 주입한다. 또한, 질소 소오스 가스와 동시에 공급되는 활성화 가스인 N2또는 H2가스의 양도 5sccm 내지 10slm의 범위로 한다.Here, as the nitrogen source gas, NH 3 , N 2 + H 2 , NH 3 + H 2 or NH 3 + H 2 + N 2 mixed gas is used, and the amount of nitrogen source gas supplied is in the range of 5 sccm to 10 slm. Inject inside. In addition, the amount of N 2 or H 2 gas, which is an activating gas supplied simultaneously with the nitrogen source gas, is also in the range of 5 sccm to 10 slm.

이때, NH3, N2또는 H2가스에 파장이 50 내지 400nm인 자외선을 조사하여 여기시킴으로써 티타늄 소오스(2a) 표면으로 흡착되는 반응성을 향상시킨다. 제 3 공급 라인으로 공급되는 NH3가스는 제 3 공급 라인에 자외선 램프를 설치하고, NH3가스에 미리 자외선을 조사하여 여기시킨 상태에서 챔버 내부로 공급할 수도 있다. NH3가스에 미리 조사되는 자외선의 파장은 챔버 내부에서 조사되는 자외선의 파장과 동일한 50 내지 400nm의 범위를 유지한다.At this time, by irradiating NH 3 , N 2 or H 2 gas with ultraviolet rays having a wavelength of 50 to 400 nm, the reactivity to be adsorbed onto the titanium source 2a surface is improved. The NH 3 gas supplied to the third supply line may be supplied to the inside of the chamber in a state in which an ultraviolet lamp is provided in the third supply line and the NH 3 gas is irradiated with UV in advance and excited. The wavelength of the ultraviolet light previously irradiated onto the NH 3 gas maintains the same range of 50 to 400 nm as the wavelength of the ultraviolet light irradiated inside the chamber.

제 4 단계(D)에서는 퍼지 가스로 사용하기 위한 불활성 가스를 반응 챔버 내부로 공급하여 반응 챔버 내부에 잔류하는 미반응 반응 가스 및 반응 부산물을 반응 챔버 외부로 배출한다.In the fourth step (D), an inert gas for use as a purge gas is supplied into the reaction chamber to discharge the unreacted reaction gas and the reaction by-product remaining in the reaction chamber to the outside of the reaction chamber.

반응 부산물로는 TiCl4또는 Ti(NO3)4와 NH3가 반응하여 생긴 TiN막 위에 남아 있는 TiCl4, Ti(NO3)4, NH3, HCl, HNO3등이 있으며, 이를 배출하기 위하여 공급하는 불활성 가스로는 N2, He, Ne 또는 Ar 가스를 사용하며, 5sccm 내지 10slm의 양을 챔버 내부로 주입한다.Reaction by-products include TiCl 4 , Ti (NO 3 ) 4 , NH 3 , HCl, HNO 3, etc. remaining on the TiN film formed by the reaction of TiCl 4 or Ti (NO 3 ) 4 with NH 3 . As an inert gas to be supplied, N 2 , He, Ne, or Ar gas is used, and an amount of 5 sccm to 10 slm is injected into the chamber.

이로써, 제 1 내지 제 4 단계(A 내지 D)로 이루어진 1 싸이클 공정이 진행되어 1차 TiN막(2a 및 3a)이 형성된다.As a result, the first cycle process including the first to fourth steps A to D is performed to form the primary TiN films 2a and 3a.

다시, 제 1 단계(A)를 실시하면 티타늄 소오스(2b)가 반도체 기판(1)의 표면에 흡착된다.Again, in the first step A, the titanium source 2b is adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 1.

이하, 도 3을 참조하여 단원자 화학 기상 증착법이 이루어지는 단원자 화학 기상 증착 장비의 구성을 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of the monoatomic chemical vapor deposition apparatus in which the monoatomic chemical vapor deposition method is performed will be described with reference to FIG. 3.

도 3을 참조하면, 단원자 화학 기상 증착 장비는 반도체 기판(1)이 위치하는 반응 챔버(40), 반응 챔버(40) 내부로 티타늄 소오스를 공급하기 위하여 설치한 제 1 공급 라인(10), 반응 챔버(40) 내부를 정화하기 위하여 퍼지 가스를 공급하기 위하여 설치한 제 2 공급 라인(20), 반응 챔버(40) 내부로 질소 소오스를 공급하기 위하여 설치한 제 3 공급 라인(30) 및 반응 챔버(40) 내부의 잔류 소오스나 반응 부산물 등을 반응 챔버(40) 외부로 제거하기 위하여 설치한 배출구(50)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, the monoatomic chemical vapor deposition apparatus includes a reaction chamber 40 in which a semiconductor substrate 1 is located, a first supply line 10 installed to supply titanium sources into the reaction chamber 40, A second supply line 20 installed to supply purge gas to purify the reaction chamber 40, a third supply line 30 installed to supply nitrogen source to the reaction chamber 40, and a reaction; And a discharge port 50 installed to remove residual sources, reaction by-products, and the like in the chamber 40 to the outside of the reaction chamber 40.

반응 챔버(40)에는 챔버 내부로 공급되는 여러 종류의 가스를 여기시키기 위하여 자외선을 조사할 수 있는 자외선 램프(41) 및 반응 챔버(40) 내부의 온도를 제어하기 위한 히터(42)를 포함하여 이루어진다. 제 3 공급 라인(30)에는 질소 소오스를 미리 여기시켜 반응 챔버(40) 내부로 공급하기 위하여 자외선 램프(41)가 설치된다.The reaction chamber 40 includes an ultraviolet lamp 41 for irradiating ultraviolet rays and a heater 42 for controlling the temperature inside the reaction chamber 40 to excite various kinds of gases supplied into the chamber. Is done. The ultraviolet ray lamp 41 is installed in the third supply line 30 to supply the nitrogen source to the reaction chamber 40 in advance.

상기의 공정 단계 및 단원자 화학 기상 증착 장비에서 자외선을 이용하여TiCl4, Ti(NO3)4, NH3, N2, H2가스를 여기시켜 ALCVD 방법에 의한 TiN막을 형성시킬 경우 반응성이 좋아지게 되므로 기존의 500℃ 이상에서 진행하던 공정을 그 이하에서도 쉽게 실시할 수 있고, 증착 시간도 많이 단축할 수 있다.The reactivity of TiCl 4 , Ti (NO 3 ) 4 , NH 3 , N 2 , and H 2 gases by UV light in the above process steps and monoatomic chemical vapor deposition equipment is good for reactivity. Since it is possible to carry out the process that was previously performed at more than 500 ℃ even below, it is possible to reduce the deposition time much.

상술한 바와 같이, 본 발명은 TiN막을 형성하기 위하여 사용되는 각종 가스에 자외선을 조사하여 여기시킴으로써 증착 속도를 향상시켜 공정시간을 단축하고, 막질을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of improving the deposition rate by shortening the process time and improving the film quality by irradiating and exciting ultraviolet rays to various gases used to form the TiN film.

Claims (10)

제 1 공급라인을 통해 반도체 기판이 장착된 반응 챔버 내부로 티타늄 소오스를 공급하여 상기 반도체 기판 표면에 티타늄 소오스를 흡착시키는 제 1 단계;Supplying a titanium source to a reaction chamber in which the semiconductor substrate is mounted through a first supply line to adsorb the titanium source onto the surface of the semiconductor substrate; 제 2 공급 라인을 통해 퍼지 가스를 공급하여 상기 반응 챔버 내부의 미반응 티타늄 소오스를 제거하는 제 2 단계;Supplying a purge gas through a second supply line to remove an unreacted titanium source inside the reaction chamber; 제 3 공급라인을 통해 상기 반응 챔버 내부로 질소 소오스 및 활성화 가스를 공급한 후 자외선을 조사하여 상기 질소 소오스 및 활성화 가스를 여기시켜 질소 소오스를 흡착시키는 제 3 단계 및Supplying a nitrogen source and an activating gas into the reaction chamber through a third supply line and irradiating ultraviolet rays to excite the nitrogen source and the activating gas to adsorb the nitrogen source; and 퍼지 가스를 이용하여 상기 반응 챔버 내부의 미반응 질소 소오스 및 반응 부산물을 제거하는 제 4 단계로 이루어져 상기 제 1 내지 제 4 단계를 1 싸이클하고, 목표 두께의 TiN막을 형성할 때까지 상기 1 싸이클 계속해서 반복 실시하는 것을 특징을 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.A fourth step of removing unreacted nitrogen sources and reaction by-products in the reaction chamber using a purge gas, and cycles the first to fourth steps one by one until the TiN film having a target thickness is formed. TiN film formation method using the monoatomic chemical vapor deposition method characterized in that the repeated. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응 챔버는 100 내지 700℃의 증착 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.The reaction chamber is a TiN film forming method using a monoatomic chemical vapor deposition method, characterized in that for maintaining a deposition temperature of 100 to 700 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 티타늄 소오스는 TiCl4또는 Ti(NO3)4를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm인 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.The titanium source is TiCl 4 or Ti (NO 3 ) 4 , the injection amount is a TiN film formation method using a monoatomic chemical vapor deposition method, characterized in that 5sccm to 10slm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 퍼지 가스로는 불활성 가스인 N2, He, Ne 또는 Ar 가스를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm인 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.As the purge gas, N 2 , He, Ne, or Ar gas, which is an inert gas, is used, and a TiN film forming method using monoatomic chemical vapor deposition method, characterized in that the injection amount is 5sccm to 10slm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소 소오스는 NH3, N2+H2, NH3+H2또는 NH3+H2+N2혼합 가스를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm인 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.The nitrogen source uses NH 3 , N 2 + H 2 , NH 3 + H 2 or NH 3 + H 2 + N 2 mixed gas, and the injection amount is 5 sccm to 10 slm using monoatomic chemical vapor deposition. TiN film formation method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 활성화 가스는 N2또는 H2를 사용하며, 주입량은 5sccm 내지 10slm인 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.The activating gas is N 2 or H 2 , the injection amount is 5sccm to 10slm TiN film formation method using a monoatomic chemical vapor deposition method characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자외선은 파장이 50 내지 400nm이며, 생성 출력은 4 내지 200와트인 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.The ultraviolet light has a wavelength of 50 to 400nm, the output power is 4 to 200 watts TiN film forming method using a monoatomic chemical vapor deposition method characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소 소오스는 상기 제 3 공급라인에서 자외선에 의해 미리 여기되어 상기 반응 챔버 내부로 공급할 수도 있는 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착법을 이용한 TiN막 형성 방법.And the nitrogen source is pre-excited by ultraviolet rays in the third supply line and may be supplied into the reaction chamber. 반도체 기판이 위치하며, 자외선 램프 및 히터를 구비한 반응 챔버;A reaction chamber having a semiconductor substrate, the reaction chamber including an ultraviolet lamp and a heater; 상기 반응 챔버 내부로 티타늄 소오스를 공급하기 위하여 설치한 제 1 공급 라인;A first supply line installed to supply a titanium source into the reaction chamber; 상기 반응 챔버 내부를 정화하기 위하여 퍼지 가스를 공급하기 위하여 설치한 제 2 공급 라인;A second supply line installed to supply purge gas to purify the inside of the reaction chamber; 상기 반응 챔버 내부로 질소 소오스를 공급하기 위하여 설치한 제 3 공급 라인 및A third supply line installed to supply a nitrogen source into the reaction chamber; 상기 반응 챔버 내부의 잔류 소오스나 반응 부산물 등을 상기 반응 챔버 외부로 제거하기 위하여 설치한 배출구를 포함하여 이루어지는 단원자 화학 기상 증착 장비.And a discharge port provided to remove residual sources or reaction by-products inside the reaction chamber to the outside of the reaction chamber. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 3 공급 라인에는 자외선 램프가 설치되는 것을 특징으로 하는 단원자 화학 기상 증착 장비.The monoatomic chemical vapor deposition apparatus of claim 3, wherein an ultraviolet lamp is installed in the third supply line.
KR1020000074641A 2000-12-08 2000-12-08 Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same KR20020045257A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000074641A KR20020045257A (en) 2000-12-08 2000-12-08 Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000074641A KR20020045257A (en) 2000-12-08 2000-12-08 Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020045257A true KR20020045257A (en) 2002-06-19

Family

ID=27680545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000074641A KR20020045257A (en) 2000-12-08 2000-12-08 Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20020045257A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100589285B1 (en) * 2004-08-19 2006-06-14 주식회사 아이피에스 A deposition method of TiN thin film having a multi-layer structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100589285B1 (en) * 2004-08-19 2006-06-14 주식회사 아이피에스 A deposition method of TiN thin film having a multi-layer structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8361910B2 (en) Pretreatment processes within a batch ALD reactor
TW202142723A (en) Method for deposition of silicon nitride layer using pretreatment, structure formed using the method, and system for performing the method
US6627268B1 (en) Sequential ion, UV, and electron induced chemical vapor deposition
US9670579B2 (en) Method for depositing a chlorine-free conformal SiN film
JP5813281B2 (en) Processing process for batch ALD reactor
US7629270B2 (en) Remote plasma activated nitridation
US8647993B2 (en) Methods for UV-assisted conformal film deposition
US9318316B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, method of processing substrate and substrate processing apparatus for forming thin film containing at least two different elements
US7300885B2 (en) Film formation apparatus and method for semiconductor process
US7629267B2 (en) High stress nitride film and method for formation thereof
US6753271B2 (en) Atomic layer deposition methods
KR20160061885A (en) Selective inhibition in atomic layer deposition of silicon-containing films
SG184566A1 (en) Improved silicon nitride films and methods
JPH1187341A (en) Film formation and film-forming apparatus
TW201323647A (en) Atomic layer deposition of films using precursors containing hafnium or zirconium
TWI738895B (en) Technique to prevent aluminum fluoride build up on the heater
KR20020001376A (en) Method of forming a Al2O3 layer in a semiconductor device
US20070042130A1 (en) Method of treating films using UV-generated active species
KR20020045257A (en) Apparatus for atomic layer chemical vapor deposition and method of forming a TiN film using the same
KR101416069B1 (en) Method for depositing low temperature thin film
US20230395372A1 (en) Method and system for forming patterned structures using multiple patterning process
KR20030002894A (en) Atomic layer deposition of alumina and fabricating method of capacitor using the same

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination