KR20050004944A - 플라즈마 활성 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막형성 방법 - Google Patents

플라즈마 활성 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막형성 방법 Download PDF

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Abstract

TaN을 포함하는 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법이 개시되어 있다. TAIMATA가 흡착된 기판 상에 플라즈마 상태에서 H2, NH3및 N2로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나의 반응 가스를 제공함으로서 TaN 박막을 형성한다. 이때, 상기 플라즈마 상태의 반응가스를 제공하는 전후로 상기 반응가스를 제공하여 반응 분위기 및 박막의 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

플라즈마 활성 원자층 적층 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법{Method of forming an atomic layer using plasma assisted atomic layer deposition and method of forming a thin film using the same}
본 발명은 플라즈마 활성 원자층 적층방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 리모트 플라즈마를 이용하여 반응 기체를 제공하여 저항이 낮은 박막을 형성하는 플라즈마 활성 원자층 증착 방법 및 이를 이용한 박막 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 금속 배선으로 사용되는 금속층에 대한 요구가 점점 엄격해지고 있다. 이에 따라, 기판상에 형성되는 소자들의 밀도를 높이기 위하여 금속층은 다층 구조로 형성되고 있다. 금속층은 주로 알루미늄 또는 텅스텐을 사용하여 형성하고 있다. 그러나 알루미늄 또는 텅스텐은 비저항이 각각 2.8x10E-8Ωm, 5.5x10E-8Ωm 정도로 높기 때문에 다층 구조에는 적합하지 않다. 따라서 최근에는 상대적으로 비저항이 낮고 일렉트로마이그레이션(electromigration) 특성이 양호한 구리를 다층 구조의 금속층으로서 많이 사용하고 있다.
구리는 실리콘 및 산화실리콘에 매우 높은 이동도를 나타낸다. 그러나 구리는 실리콘 및 산화실리콘과 반응할 경우 쉽게 산화된다는 단점이 있다. 따라서 장벽 금속층을 사용하여 구리의 산화 등을 저지할 필요가 있다.
구리의 장벽 금속층으로서 티타늄 나이트라이드층(TiN)이 널리 사용되고 있다. 그런데 구리의 이동성을 저지하기 위해서는 티타늄 나이트라이드층이 적어도 30nm 정도의 두께를 가져야 하는데 티타늄 나이트라이드층을 30nm 정도의 두께로 형성할 경우 저항이 높아지는 문제가 있다. 이는 티타늄나이트라이드층의 저항이 두께에 비례하기 때문이다.
이에 따라 구리의 장벽 금속층으로서 탄탈륨 질화층의 적용이 제안되어 있다. 이는 탄탈륨 질화층이 상대적으로 얇은 두께로도 구리의 이동도를 저지할 수 있기 때문이다. 또한 탄탈륨 질화층은 스텝 커버리지, 갭필 능력 등이 우수하기 때문에 장벽 금속층으로서 뿐 아니라 금속 플러그, 금속 배선, 금속 게이트, 커패시터 전극 등에 응용하기에도 적합하다.
탄탈륨 질화층을 형성하는 방법에 대한 예들이 미합중국 특허 제 6,204,204호 (issued to Paranjpe et al.), 제 6,153,519호 (issued to Jain et al.), 제 5,668,054호 (issued to Sun et al.) 등에 개시되어 있다. 특히, 상기 미합중국 특허 제 5,668,054호에 개시된 내용에 의하면 반응 물질로서 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨 (terbutylimido-tris-diethylamido tantalum; (NEt2)3Ta=NtBu; TBTDET)을 사용하는 화학 기상 증착을 수행하여 탄탈륨 질화층을 적층하고 있다. 개시된 방법에 의하면 증착은 600℃ 이상의 온도에서 수행된다. 만약 증착 공정을 500℃ 정도의 온도에서 수행할 경우 탄탈륨 질화층이 약 10,000μΩ·cm 이상의 비저항 값을 갖기 때문에 증착 온도는 600℃ 이상이 되도록 해야 한다.
최근에는 원자층 적층 (atomic layer deposition; ALD) 방법이 상기 화학 기상 증착을 대체하는 기술로서 제안되고 있다. 상기 원자층 적층 방법에 의하면 통상의 박막 형성 방법보다 낮은 온도에서 적층을 수행할 수 있고 우수한 스텝 커버리지의 구현이 가능하다는 장점이 있다. 원자층 적층 방법을 이용한 탄탈륨 질화층의 적층 방법에 대한 일례는 미합중국 특허 제 6,203,613호 (issued to Gates) 및다른 문헌 (Electrochemical and Solid-State Letters, 4(4) C17-C19 (2001), Kang et al.)에 개시되어 있다. 강 등의 방법에 의하면, 상기 TBTDET를 사용하는 원자층 적층 방법에 의해 400μΩ·cm 정도의 비저항 값을 갖는 탄탈륨 질화층을 형성할 수 있는 것으로 보고되어 있다. 이 때, 적층 공정은 약 260℃ 정도의 온도에서 수행된다. 이와 같이, 상기 강 등의 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 탄탈륨 질화층을 용이하게 형성할 수 있다.
그런데 상기 강 등의 방법에서는 플라즈마 증대 화학 증착 방법으로 형성하는 하이드로겐 라디컬을 환원제로 사용한다. 따라서 적층을 수행할 때 챔버 내에 파워 소스가 인가된다. 그렇기 때문에 강의 방법은 파워 소스의 제어 등과 같은 공정 변수를 갖는다. 따라서 강 등의 방법에 의하면 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 형성할 수 있음에도 불구하고 파워 소스의 제어와 같은 공정 변수가 부가된다는 단점이 있다. 이에 더하여, 강 등의 방법은 파워 소스가 기판이 놓여지는 부위에 직접 가해지기 때문에 기판에 손상이 가해질 수도 있다는 문제가 있다.
그 외의 TaN 박막 증착과 관련된 문헌으로서는 TaCl5소스를 이용한 ALD 방법 (Controlled Growth of TaN, Ta3N5and TaOxNy Thin Films by Atomic Layer Deposition, Mikko Ritala et al., Chem. Mater. 1999, 11, pp1712-1218)과 TBTDET 소스를 이용하여 CVD 방식으로 증착하는 방법 (Metalorganic chemical vapor deposition of Tantalum Nitride by Terbutylimidotris(Diethylamido)Tantalum foradvanced metallization, Tsai MH et al., Applied Physics Letters, V. 67 N. 8, 19950821) 등이 있다.
그러나 기존의 TaN 증착 공정은 소스에 대한 문제들로 인하여 여러 가지 문제들을 내포하고 있다. TaCl5의 경우에는 할로겐 소스를 사용하기 때문에 소스 자체가 높은 녹는점을 가지는 고체로서, 이를 채용하는 경우에 파티클이 유발되며 증착하는 TaN 박막에 Cl 불순물을 남겨 이로 인한 추가적인 문제가 야기된다. 또한 TBTDET 소스를 사용하는 경우에는 낮은 증기압으로 인하여 증착 속도가 너무 늦다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 비저항이 낮은 TaN 박막을 형성하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법을 제공하는데 있다.
도 1a 내지 1d는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법의 수행시 기판상에서 이루어지는 반응을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 반응 물질인 TAIMATA의 화학식을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1에 의해 형성된 TaN 박막의 제1 내지 제5 박막의 증착 속도 및 비저항을 나타낸 그래프이다.
도 4는 제5 TaN 박막을 약 170시간 동안 공기 중에 노출시키며 측정한 면저항(sheet resistance)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 제5 내지 7 박막의 XRD 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 6c는 기판상에 형성된 개구부를 갖는 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 활성 원자층 적층 방식을 이용한 반도체 소자의 단면을 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, a) 챔버 내에 장착된 기판 상에 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3)
도입하여 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계, b) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 챔버 외부로 배출시켜 상기 기판으로부터 제거하는 단계, c) 상기 기판 상에 플라즈마 상태의 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TanNn막을 형성하는 단계 및 d)상기 반응 가스 중에서 상기 리간드 결합을 갖는 원소들과 반응하지 않은 반응 가스 및 상기 리간드 결합을 갖는 원소들이 상기 반응 가스와 반응하여 형성된 생성물을 상기 챔버 외부로 배출시키는 단계를 포함하는 플라즈마 활성 원자층 적층(PAALD; plasma assisted atomic layer deposition) 방법을 제공한다.
상기 TAIMATA 소스는 액체 상태로 적용될 수 있고 높은 증기압을 가지고 있기 때문에 향상된 증착 속도로 공정의 수행이 가능하며 반응 가스를 플라즈마로 활성화시켜 비저항이 낮으며 우수한 스텝 커버리지를 갖는 TaN 박막을 형성할 수 있다.
이하, 도면을 참조하면 본 발명의 플라즈마 활성 원자층 적층 방식을 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 1d는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법의 수행시 기판상에서 이루어지는 반응을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 실리콘 재질로 구성된 기판(10)을 챔버 내에 위치시킨다. 그리고, 챔버 내부를 약 0.01∼30 torr의 압력 및 약 100∼550℃의 온도 범위 중 일정 압력 및 온도로 설정한다. 바람직하게는 약 0.01∼10 torr 및 약 100∼450℃의 조건으로 설정하고, 더욱 바람직하게 약 0.01∼5 torr의 압력 및 약 100 내지 350℃의 조건으로 설정한다.
도 2는 본 발명의 반응 물질인 TAIMATA의 화학식을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 챔버 내에 놓여 있는 기판(100) 상에 반응 물질(120)인 TAIMATA을 도입한다. 이에 따라, 반응 물질(120)의 일부가 기판(100) 상에 화학적으로 흡착되고, 나머지는 물리적으로 흡착된다. 이 때, 바람직하게 반응 물질은 액체 상태로 도입된다.
도 1b를 참조하면, 기판상에 불활성 가스를 도입시켜 퍼지시킨다. 이에 따라, 반응 물질(120) 중에서 화학적으로 흡착되지 않은 반응 물질, 즉, 물리적으로 흡착한 반응물질들은 기판(100)으로부터 제거된다.
도 1c를 참고하면, 기판(100) 상에 H2, NH3, N2및 이들의 혼합물 중에서 어느 하나의 반응 가스를 도입하도록 한다. 상기 반응 가스는 플라즈마 상태이며, 상기 플라즈마는 다이렉트 플라즈마 방법 또는 리모트 플라즈마 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 1d를 참고하면, 상기 반응 물질이 화학적으로 흡착된 기판 상에 플라즈마 상태의 반응 가스를 도입하면 기판(100) 상에 화학적으로 흡착한 반응 물질들의 결합 원소들 중에서 리간드 결합하는 원소(120a)들이 제거된다. 이때, 리모트 플라즈마에 의한 플라즈마 상태의 반응 가스는 Ar 또는 He의 불활성 가스를 캐리어로 사용하여 제공된다.
상기 제거는 리간드 결합 원소들의 리간드 교환에 의해 이루어질 수도 있다. 상기 반응 가스가 리간드 결합 원소와 반응하는 반응력이 리간드 결합 원소가 결합되어 있는 결합력보다 크기 때문에 리간드 결합을 갖는 원소를 제거시킬 수 있는 것이다. 이 때, Ta=N 결합은 이중 결합이기 때문에 상기 반응 가스에 의해 별다른 영향을 받지 않는다. 따라서, 리간드 결합 원소가 제거됨으로써 기판상에는 Ta=N을함유하는 원자층 박막이 적층되는 것이다. 이러한 원리에 따라, 기판(100) 상에 TaN이 함유되는 원자층(140)이 적층된다.
상기 반응 가스 중에서 상기 리간드 결합을 갖는 원소들과 반응하지 않은 반응 가스 및 상기 반응 가스가 상기 리간드 결합을 갖는 원소들과 반응에 의해 형성된 생성물을 퍼지 시켜 상기 챔버로부터 제거한다.
이와 같은 일련을 과정을 반복하여 기판상에 TaN 박막을 형성할 수 있다.
즉, 상기 플라즈마 활성 원자층 적층 방식에서 단일층의 박막을 형성하는 1 사이클(cycle)은 TAIMATA 흡착, 퍼지, 플라즈마 상태의 반응 가스 제공 및 퍼지로 이루어진다. 이때, 상기 플라즈마 상태의 반응 가스 제공 단계 전후로 H2또는 NH3기체를 제공하여 플라즈마 상태를 형성할 때, 갑작스런 기압의 변화를 감소시킬 수 있으며, 기판 상에 흡착되어 있는 TAIMATA의 리간드 결합을 갖는 원소들을 부가적으로 제거한다.
예컨대, 상기 1 사이클은 TAIMATA 흡착, 퍼지, 플라즈마 상태의 반응 가스 제공, NH3기체를 제공, 퍼지 및 플라즈마 상태의 반응 가스 제공으로 이루어지거나, TAIMATA 흡착, 퍼지, NH3기체를 제공, 플라즈마 상태의 반응 가스 제공 및 퍼지로 이루어지거나, TAIMATA 흡착, 퍼지, 플라즈마 상태의 반응 가스 제공, 퍼지, NH3기체를 제공 및 퍼지로 이루어지거나, TAIMATA 흡착, H2또는 NH3기체를 제공, 플라즈마 상태의 반응 가스 제공 및 퍼지 등과 같이 조합하여 이루어질 수 있다.
따라서, 잔류하는 리간드 결합을 갖는 원소들을 제거하여 TaN으로만 이루어진 박막을 형성할 수 있으므로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 용이하게 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1
약 250℃로 유지되는 기판 상에 TAIMATA를 펄싱(pulsing)하여 상기 TAIMATA로 이루어진 흡착막을 형성하였다. 상기 흡착막에 물리적으로 흡착된 TAIMATA 및 챔버 내에 잔류하는 TAIMATA를 제거하도록 기판 상에 불활성 가스를 퍼지하였다. 상기 흡착막 상에 H2가스를 플라즈마 상태로 펄싱하여 TaN으로 이루어진 박막을 형성하였다. 상기 TaN 박막을 이루지 못하고 잔류하는 반응 가스 및 부산물을 제거하기 위해 기판 상에 불활성 가스를 퍼지하였다. 상기 과정을 300회 반복하여 TaN 박막을 형성하였다. 또한, 상기 플라즈마 상태의 H2가스를 0.5, 1, 3, 5 및 10초 동안 각각 펄싱하여 제1 박막, 제2 박막, 제3 박막, 제4 박막 및 제5 박막을 형성하였다.
실시예 2
약 250℃로 유지되는 기판 상에 TAIMATA를 펄싱(pulsing)하여 상기 TAIMATA로 이루어진 흡착막을 형성하였다. 상기 흡착막에 물리적으로 흡착된 TAIMATA 및 챔버 내에 잔류하는 TAIMATA를 제거하도록 기판 상에 불활성 가스를 퍼지하였다. 상기 흡착막 상에 NH3가스를 플라즈마 상태로 약 10초 동안 펄싱하여 TaN으로 이루어진 박막을 형성하였다. 상기 TaN 박막을 이루지 못하고 잔류하는 반응 가스 및 부산물을 제거하기 위해 기판 상에 불활성 가스를 퍼지하였다. 상기 과정을 300회 반복하여 제6 박막을 형성하였다.
비교예 1
약 250℃로 유지되는 기판 상에 TAIMATA를 펄싱(pulsing)하여 상기 TAIMATA로 이루어진 흡착막을 형성하였다. 상기 흡착막에 물리적으로 흡착된 TAIMATA 및 챔버 내에 잔류하는 TAIMATA를 제거하도록 기판 상에 불활성 가스를 퍼지하였다. 상기 흡착막 상에 NH3가스를 약 10초 동안 펄싱하여 TaN으로 이루어진 박막을 형성하였다. 상기 TaN 박막을 이루지 못하고 잔류하는 반응 가스 및 부산물을 제거하기 위해 기판 상에 불활성 가스를 퍼지하였다. 상기 과정을 300회 반복하여 제7 박막을 형성하였다.
* TaN 박막의 H2 제공 시간에 따른 박막 특성 평가
상기 실시예 1에 의해 형성된 상기 제1 내지 제5 박막에 있어서, 상기 제1 박막에서 상기 제5 박막으로 갈수록 증착속도는 증가하고, 비저항은 감소하는 것으로 나타났다.
도 3은 실시예 1에 의해 형성된 TaN 박막의 제1 내지 제5 박막의 증착 속도 및 비저항을 나타낸 그래프이다.
상기 도3의 증착속도 곡선(400) 및 저항 곡선(410)을 참조하면, 상기 제1 박막의 증착속도는 약 0.2Å/cycle 이고, 비저항은 약 30,000μΩㆍ㎝ 으로 나타났다. 반면, 제5 박막의 증착속도 및 비저항은 각각 0.95Å/cycle 및 366μΩㆍ㎝이었다.
즉, 상기 H2의 펄싱 시간이 증가할수록, 증착 속도는 증가하며, 저항은 감소하였다.
* TaN 박막의 시간에 따른 저항 특성 평가
실시예 1에서 형성한 제5 박막을 대기 중에 노출시켜 면저항의 변화를 관찰하였다.
도 4는 제5 TaN 박막을 약 170시간 동안 공기 중에 노출시키며 측정한 면저항(sheet resistance)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4을 참조하면, 제5 박막을 형성한 초기에 측정한 면저항(sheet resistance)은 약 156μΩ/sq 이었다. 또한, 초기 저항 측정 후, 대기 중에 약 170시간 동안 노출시킨 후 측정한 상기 제5 박막의 면저항은 약 158μΩ/sq 이었다. 즉, 상기 제5 박막은 매우 안정적인 박막으로 대기 중에 노출되어도 수분 및 기타 불순물에 의해 저항이 증가하지 않는 에이징 효과(aging effect)를 갖는 것으로 나타났다.
* 반응 가스 상태에 따른 비저항 비교
상기 실시예 1, 2 및 비교예 3에서 형성한 박막에 대한 비저항 및 XRD(x-ray diffraction) 데이터를 측정하였다. 상기 비저항은 4 포인트 푸르브(4 point probe)를 사용하여 측정하였고, 상기 XRD는 JCPDS CARD 에 의해 측정하였다.
도 5는 제5 내지 7 박막의 XRD 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제7 박막의 그래프(A)은 특정 피크를 나타내지 않고 넓게 퍼진 형상의 그래프를 나타내어 상기 제7 박막이 비정질이 막임을 나타내었다. 제6 박막의 그래프(C) 또한 상기 제7 박막과 유사한 형태로 나타났으나 상기 제7 박막에 비해 피크의 세기가 강하게 나타났다. 제5 박막의 그래프(B)는 cubic(111)(500) 및 cubic(200)(510)에서 각각 뚜렷하게 날카로운 피크를 나타내었다. 상기 피크들은 XRD 핸드북에 의해 TaN을 나타내는 피크로 상기 제5 박막이 결정임을 나타내었다.
XRD 결과 비저항(μΩㆍ㎝)
제5 박막 결정(cubic(111), cubic(200) 366
제6 박막 비정질 1.7E8
제7 박막 비정질 측정불가
표 1을 참조하면, 상기 제7 박막은 비정질이며, 그 비저항을 측정할 수 없었다. 즉, 비저항이 매우 높은 것으로 나타났다. 반면, 상기 제6 박막은 상기 제7 박막을 형성한 공정에서 반응가스를 플라즈마 상태로 제공하여 형성한 박막으로써, 비저항이 상기 제7 박막 보다 낮은 것으로 나타났다. 즉, 플라즈마 상태로 반응가스를 제공할 때, 박막의 비저항을 저하시킬 수 있는 것으로 나타났다. 상기 제5 박막은 비저항이 매우 낮은 것으로 나타났다. 즉, NH3가스가 제공되었을 때에 비해 H2가스가 플라즈마 상태로 제공되었을 때 비저항이 낮은 박막을 형성할 수 있는 것으로 나타났다.
상기 방법을 사용하여 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부가 형성된 패턴상에 TaN 박막을 형성하는 경우, 매우 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 형성할 수 있다.
상기 실시예 2 및 비교예 1에 있어서, 온도, cycle 반복 회수 및 반응 가스를 동일한 조건하에서 수행하더라도, 상기 반응 가스를 플라즈마 상태에서 제공한 경우의 비저항이 더 낮은 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, 일반적인 ALD 방식으로 형성한 박막의 비저항은 반도체 공정에 적용할 수 없을 정도로 높아서 일반적인 설비로 측정이 불가능하였다.
또한, 상기 실시예 1에 있어서, 저항은 급속하게 감소하여 저온에서도 약 400μΩㆍ㎝ 이하의 비저항을 갖는 박막을 형성할 수 있었다.
도 6a 내지 6c는 기판상에 형성된 개구부를 갖는 절연층상에 TaN 박막을 형성하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 6a를 참고하면, 반도체 공정에 사용되는 실리콘 기판 등과 같은 기판상(600)에 산화물 등으로 절연층(620)을 형성하도록 한다.
도 6b를 참고하면, 포토리소그라피 공정을 이용하여 상기 절연층(620)의 일부를 식각함으로써 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부를 포함하는 절연층 패턴(620a)을 형성한다.
도 6c를 참고하면, 상기 개구부를 포함하는 절연층 패턴(620a)상에 상술한 PAALD-TaN 방식을 이용하여 TaN 박막(640)을 형성하도록 한다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 활성 원자층 적층 방식을 이용한 반도체 소자의단면을 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 7을 참조하면, 소정의 어스펙트비를 갖는 개구부(700)를 갖는 절연층상에 TAIMATA소스에 반응 가스로서 플라즈마 상태의 H2를 공급하였을 때, 우수한 스텝 커버리지를 갖는 TaN 박막(710)이 형성되었다.
상기 개구부(700)의 상부(top) 및 저면(bottom)에 형성된 TaN 박막의 두께는 모두 약 250Å 이었고, 개구부 상부(top) 의 임계치수(CD)가 약 250nm이었으며, 상기 개구부의 깊이는 약 25000Å 으로서 어스펙트비가 약 1:10으로 나타났다. 또한, 상기 박막은 약 100%에 가까운 스텝 커버리지 특성이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 TAIMATA가 흡착된 상태에서 플라즈마 상태의 반응가스를 도입하여 증착 공정을 수행함으로써 스텝 커버리지가 우수한 박막의 형성이 구현될 수 있다.
또한, TAIMATA가 흡착된 상태에서 플라즈마 상태의 반응가스를 제공함으로써 박막의 비저항을 감소시키며, 증착 속도를 향상시킬 수 있었다. 따라서, 낮은 온도에서도 양호한 증착 속도로 비저항이 낮은 박막을 형성하여, 생산성을 증가시켜 수율을 향상시킬 것으로 기대된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. a) 챔버 내에 장착된 기판 상에 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3)을 도입하여 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
    b) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 챔버 외부로 배출시켜 상기 기판으로부터 제거하는 단계;
    c) 상기 기판 상에 플라즈마 상태의 반응 가스를 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TanNn막을 형성하는 단계; 및
    d) 상기 반응 가스 중에서 상기 리간드 결합을 갖는 원소들과 반응하지 않은 반응 가스 및 상기 리간드 결합을 갖는 원소들이 상기 반응 가스와 반응하여 형성된 생성물을 상기 챔버 외부로 배출시키는 단계를 포함하는 플라즈마 활성 원자층 적층(PAALD; plasma assisted atomic layer deposition) 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마는 다이렉트 플라즈마 및 리모트 플라즈마 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 방법에 의해 형성된 플라즈마 상태의반응가스는 Ar 또는 He의 불활성 가스를 캐리어로 사용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스는 H2, NH3및 N2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 c) 단계 후,
    H2또는 NH3기체를 제공하여 잔류하는 리간드 결합을 갖는 원소들을 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 d) 단계 후,
    플라즈마 상태의 반응 가스를 도입하여 잔류하는 리간드 결합을 갖는 원소들을 제거하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계 후,
    H2또는 NH3기체를 제공하여 상기 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 d) 단계 후,
    H2또는 NH3기체를 제공하여 잔류하는 리간드 결합을 갖는 원소들을 제거하는 단계; 및
    잔류하는 H2또는 NH3기체를 제거시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계들을 수회 반복하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성 원자층 적층 방법.
  10. a) 기판상에 절연층을 형성하는 단계;
    b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;
    c) 반응 물질로서 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도탄탈륨 (Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3)를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 도입하는 단계;
    d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 개구부가 형성된 절연층 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
    e) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 개구부가 형성된 절연층으로부터 제거시키는 단계;
    f) 상기 기판상에 H2, NH3및 N2로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함한 반응 가스를 플라즈마 상태로 도입하여 상기 화학적으로 흡착된 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TanNn을 포함하는 고체물질을 형성하는 단계; 및
    (g) 상기 c)-f) 단계를 적어도 한번 반복하여 상기 개구부가 형성된 절연층상에 TanNn막을 형성하는 단계를 포함하는 플라즈마 활성 원자층 적층(PAALD; plasma assisted atomic layer deposition)을 이용한 박막 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 개구부의 어스펙트비는 10:1 이상인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100717501B1 (ko) * 2005-12-29 2007-05-14 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법
KR20070094308A (ko) * 2006-03-17 2007-09-20 주식회사 아이피에스 박막 증착 방법
KR100790897B1 (ko) * 2006-11-21 2008-01-03 삼성전자주식회사 반응성 이온을 이용한 원자층 증착 방법 및 그 장치

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