KR20050030994A - 니켈막 증착 방법 - Google Patents

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Abstract

비유독성 금속 전구체를 사용하여 고순도의 니켈 금속막을 증착하는 방법이 개시되어 있다. 비유독성을 갖는 금속 유기물 니켈 전구체를 기판 상으로 펄싱한다. 상기 기판 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 1차 퍼지한다. 상기 기판 상에 수소를 펄싱한다. 상기 기판 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 2차 퍼지한다. 상기 과정을 반복하여 고순도의 니켈 금속막을 증착할 수 있다.

Description

니켈막 증착 방법{Method for depositing nickel layer}
본 발명은 반도체 장치에서 니켈 금속막을 증착하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 비유독성을 갖는 금속 전구체를 사용하여 고순도의 니켈 금속막을 증착하는 방법에 관한 것이다.
급속도로 발전하는 정보화 사회에 있어서 대량의 정보를 보다 빠르게 처리하게 위해 데이터 전송속도가 높은 고집적 반도체 장치가 요구되고 있다. 그러나, 상기와 같이 반도체 장치가 고집적화되면서 원하는 반도체 장치의 특성을 확보하기는 점점 더 어려워지고 있다. 예컨대, 반도체 장치에서 게이트 길이 및 소오스/드레인의 정션 깊이는 감소되고 있으며, 이는 게이트 및 소오스/드레인 영역의 저항을 증가시키는 요인이 된다. 상기와 같이 저항이 증가됨에 따라 반도체 장치는 고속으로 동작하기 어렵고, 전력 소비의 문제가 발생하게 된다.
상기와 같은 문제를 감소시키기 위해, 상기 게이트 및 소오스/드레인 영역 상에 금속과 실리콘의 화합물인 금속 실리사이드(silicide)막을 형성하는 방법이 널리 사용하고 있다. 상기 금속 실리사이드막은 예컨대, 니켈 실리사이드막을 포함한다. 상기 니켈 실리사이드막을 형성하기 위해, 니켈막을 증착하는 기술이 요구되고 있다.
종래에는 상기 니켈을 물리 기상 증착 방법을 이용하여 증착하였다. 상기 물리 기상 증착 방법에 의해 니켈막을 형성하면 고순도의 니켈막을 형성할 수 있어서, 후속 공정에 의해 형성되는 니켈 실리사이드막의 저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 그러나, 상기 물리 기상 증착 방법으로 형성되는 니켈막은 스텝커버러지가 매우 불량하다. 그러므로, 단차가 심한 패턴이나 콘택홀 내에 균일한 두께로 상기 니켈막을 형성하는 것이 매우 어려운 단점이 있다. 균일한 두께로 니켈막을 형성하기 위하여, 화학 기상 증착 방법에 의해 상기 니켈막을 형성하기도 한다. 그러나, 상기 화학 기상 증착 방법에 의해 형성된 니켈막은 스텝 커버러지가 양호한 장점이 있는 반면에, 탄소 등과 같은 불순물이 상기 니켈막 내에 다량 함유되어 있어 후속 공정에 의해 형성되는 니켈 실리사이드막의 저항이 증가된다.
상기 화학 기상 증착 방법에 의해 상기 니켈막을 형성하는 방법 중에 가장 널리 알려진 것은 전구체를 Ni(CO)4 로 사용하는 방법이다. 상기 Ni(CO)4는 니켈 금속과 카르보닐 가스를 반응시켜 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 실온에서 액체이므로 버블링이 용이하고, 증착 공정을 수행한 후 반응 부산물인 CO를 회수하여 다시 상기 전구체를 제조하는데 사용할 수 있으며, 40 내지 80℃의 온도에서 안정적이고 고순도를 갖는 니켈막을 수득할 수 있다.
그러나, 상기 Ni(CO)4 가스는 매우 유독하고, 상기 증착 공정을 수행한 후 반응 부산물도 유독하기 때문에, 상기 방법을 양산에 사용하는 것은 기피되고 있는 실정이다. 구체적으로, 미국 노동청이 제시하는 Permissible Exposure Limit (PEL)에서는 Ni(CO)4의 PEL 수치를 0.001ppm으로 제시하여 일반적으로 유독하다고 알려져 있는 CO (50ppm), ClF3 (0.1ppm), F2 (0.1ppm), HF (3ppm)에 대비하여 100~10000 배 더 유독한 물질로 규정하고 있다. 따라서 Ni(CO)4을 사용하게 되면 공정적으로는 우수한 결과가 기대되지만, 흔히 발생 가능한 설비의 가스 누설 및 예방 정비 과정에서 인명 사고의 위험이 너무 커서 양산에서 사용하는 것은 기피되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 비유독성 물질을 사용하면서도 고순도의 니켈막을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비유독성을 갖는 금속 유기물 니켈 전구체를 기판 상으로 펄싱한다. 상기 기판 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 1차 퍼지한다. 상기 기판 상에 수소를 펄싱한다. 이어서, 상기 기판 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 2차 퍼지하여 니켈막을 형성한다.
상기 금속 유기물 니켈 전구체는, 예컨대 Ni(MeCp)2, Ni(EtCp)2, Ni(IpCp)2, 및 Ni(Cocta)2를 들 수 있으며, 이들 중에 어느 하나를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
니켈막을 형성하기 위한 니켈 전구체는 비유독성을 갖는 금속 유기물로서 선택한다. 또한, 상기 니켈 전구체는 녹는점이 60℃ 이하이어서, 상기 니켈 전구체가 담긴 버블러를 가열하여 상기 니켈 전구체를 액체 상태로 유지할 수 있어야 한다. 상기 니켈 전구체가 고체일 경우에는 반도체 설비 내에서 파티클을 발생시킬 수 있으며, 증기압이 너무 낮아 증착 속도가 느린 단점이 있기 때문이다. 또한, 상기 니켈 전구체 내에 산소를 포함하지 않는 화학 구조를 갖는 것이 유리하다. 이는, 상기 니켈 전구체 내에 산소를 포함하는 경우, 증착되는 니켈막 내에 산소성분의 불순물이 발생할 수 있기 때문이다.
상기 조건들을 충족하는 니켈 전구체는 예컨대, Ni(MeCp)2, Ni(EtCp)2, Ni(IpCp)2, Ni(Cocta)2 를 들 수있으며, 이들 중에 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 예를 든 니켈 전구체 중에서, Ni(EtCp)2 및 Ni(IpCp)2 는 상온에서 액체상태이며, Ni(Cocta)2 및 Ni(MeCp)2 는 상온에서 고체이나 녹는점이 60℃ 이하이다.
상기 니켈 전구체를 사용하여 열적 원자층 적층법 및 플라즈마 강화 원자층 적층법에 의해 니켈막을 형성한다. 상기 원자층 적층 방법은 화학 기상 증착 방법과는 달리 원자층이 1층씩 적층되고 퍼지하는 과정이 반복 수행되어 하나의 막이 형성되기 때문에, 막 내의 불순물 함량이 작다.
구체적으로, 기판을 공정 챔버 내에 로딩한다. 이어서, 상기 기판 상에 상기 니켈 전구체를 펄싱하고, 제1 퍼지하고, 수소를 펄싱한 이 후에 제2 퍼지하는 것을 하나의 싸이클로하여 니켈 원자층을 형성하고, 상기 싸이클을 반복 수행하여 니켈 금속막을 형성한다. 상기 수소 펄싱 단계에서, 분자 수소를 펄싱할 수 있다. 또한, 상기 수소 펄싱 단계는 리모트 플라즈마에 의해 수소 라디컬을 유입할 수도 있다.
또한, 상기 니켈 금속막을 형성하기 위한 싸이클에서 적어도 하나의 단계를 수행하는 도중에 상기 공정 챔버 내에 다이렉트 플라즈마를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 다이렉트 플라즈마는 상기 수소를 펄싱하는 공정에 형성할 수 있다. 또는, 상기 다이렉트 플라즈마는 상기 제1 또는 제2 퍼지 공정 시에 형성할 수 있다.
상기 설명한 방법에 의하면, 유독하지 않은 방법으로 불순물 함량이 작고 스텝커버러지가 양호한 니켈막을 형성할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
제1 실시예
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 통상의 소자 분리 공정을 수행하여 필드 영역 및 액티브 영역(미도시)을 구분한다. 이어서, 상기 기판(10)상에 실리콘 산화막을 형성하고, 폴리실리콘막을 형성한 후 이를 패터닝한다. 상기 공정에 의해, 게이트 산화막 패턴(12) 및 폴리실리콘막 패턴(14)이 적층된 게이트(16)를 형성한다.
이어서, 상기 게이트(16)가 형성된 기판에 불순물 이온을 주입하여 상기 게이트(16) 양측 기판 아래로 소오스/ 드레인(18)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트(16) 양측면에 실리콘 질화물로 이루어지는 스페이서(20)를 형성한다. 이어서, 상기 기판(10) 표면에 형성되어 있는 자연 산화막 및 파티클들을 제거하기 위해 상기 기판(10)을 습식 세정한다. 상기 습식 세정 공정은 HF희석액을 사용하여 수행할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 스페이서(20) 및 게이트(16)가 형성되어 있는 기판을 원자층 적층 방법에 의해 니켈막(22)을 형성한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 원자층 적층 방법에 의해 니켈막을 형성하는 방법을 상세히 설명한다.
우선, 상기 기판(10)을 원자층 적층용 공정 챔버 내에 비유독성의 니켈 전구체를 펄싱한다.(S10) 상기 니켈 전구체는 예컨대, Ni(MeCp)2, Ni(EtCp)2, Ni(IpCp)2, Ni(Cocta)2 를 들 수 있으며, 이들 중에 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
이어서, 상기 기판(10) 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 1차 퍼지한다.(S12)
이어서, 상기 기판(10) 상에 수소를 펄싱한다.(S14) 상기 펄싱 공정은 분자 수소를 챔버 내에 유입하여 수행할 수 있다. 또한, 상기 펄싱 공정은 리모트 플라즈마를 사용하여 수소 라디컬을 기판상에 유입하는 방법으로 수행할 수 있다.
마지막으로, 상기 기판상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 2차 퍼지한다.(S16)
상기 설명한 공정들은 원자층을 형성하기 위한 하나의 싸이클(1 cycle)에 포함되는 단계들이다.
상기 한 싸이클 내의 적어도 하나의 단계에서 다이렉트 플라즈마를 턴-온 함으로서, 니켈 원자층 내에 포함되는 탄소 불순물들을 효과적으로 제거할 수 있다. 발명자의 실험 결과, 상기 수소를 펄싱하는 단계에서 상기 다이렉트 플라즈마를 턴-온하는 경우에 탄소 불순물의 제거 효과가 가장 뛰어났다.
상기 설명한 싸이클들을 반복 수행하여 반도체 장치에서 요구하는 두께의 니켈막을 형성한다.
도 1c를 참조하면, 상기 니켈막(22)을 열처리하여, 상기 니켈 및 실리콘을 서로 반응시켜 니켈 실리사이드막(24)을 형성한다. 이어서, 미반응한 니켈막(22)을 제거한다. 구체적으로 상기 니켈 및 실리콘이 서로 접해있는 부위인 소오스/드레인 표면 및 게이트 상부 표면에 선택적으로 니켈 실리사이드막(24)이 형성된다.
제2 실시예
도 3a 내지 도 3c는 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판 상에 폴리실리콘막을 형성한다. 상기 폴리실리콘막 상에 층간 절연층을 형성한다.
이어서, 상기 층간 절연층(104)의 소정 부위를 식각하여 상기 폴리실리콘막(102)의 상부면을 노출하는 콘택홀(106)을 형성한다. 이어서, 상기 콘택홀(106) 내부면을 플라즈마를 사용하여 세정한다.
도 3b를 참조하면, 콘택홀(106) 측벽, 콘택홀(106)의 저면 및 층간 절연층(102)상에 원자층 적층 방법에 의해 니켈막(108)을 형성한다. 상기 니켈막(108)을 형성하는 단계들은 실시예1에서 설명한 것과 동일하므로 그 설명은 생략한다.
도 3c를 참조하면, 상기 니켈막(108)을 열처리하여, 상기 니켈 및 실리콘을 서로 반응시켜 니켈 실리사이드막(110)을 형성한다. 구체적으로, 상기 니켈 실리사이드막은 상기 폴리실리콘과 니켈이 서로 접해있는 부위인 상기 콘택홀(106) 저면 부위에 선택적으로 형성된다. 따라서, 이 후 공정에 의해 상기 콘택홀 내에 형성되는 콘택의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
설명한 바와같이, 비유독성을 갖는 니켈 전구체를 사용하여 불순물의 함량이 작고 스텝커버러지 특성이 양호한 니켈막을 형성할 수 있으며, 상기 니켈막을 실리시데이션하여 니켈 실리사이드막을 형성함으로서 고성능의 반도체 소자를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 비유독성을 갖는 니켈 전구체를 사용하여 인명 사고 등을 최소화하면서 불순물의 함량이 작고 스텝커버러지 특성이 양호한 니켈막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 니켈막을 형성하기 위한 공정 타이밍도이다.
도 3a 내지 도 3c는 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실리콘 기판 16 : 게이트
20 : 스페이서 22 : 니켈막
24 : 니켈 실리사이드막

Claims (6)

  1. i)비유독성을 갖는 금속 유기물 니켈 전구체를 기판 상으로 펄싱하는 단계;
    ii)상기 기판 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 1차 퍼지하는 단계;
    iii)상기 기판 상에 수소를 펄싱하는 단계; 및
    iv)상기 기판 상에 아르곤을 유입하여 상기 기판을 2차 퍼지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 니켈막 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 유기물 니켈 전구체는 녹는점이 60℃이하 인 것을 특징으로 하는 니켈막 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 유기물 니켈 전구체는 Ni(MeCp)2, Ni(EtCp)2, Ni(IpCp)2, Ni(Cocta)2 로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 니켈막 증착 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수소를 펄싱하는 단계는 리모트 플라즈마에 의해 수소 라디컬을 기판 상에 제공하는 것을 특징으로 하는 니켈막 증착 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 i) 내지 iv)단계는 1회이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 니켈막 증착 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 i) 내지 iv) 단계 중 적어도 하나의 단계를 수행하는 도중에 공정 챔버 내에 다이렉트 플라즈마를 형성하는 것을 특징으로 하는 니켈막 증착 방법.
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KR100824536B1 (ko) * 2006-11-29 2008-04-24 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자의 제조방법
KR20160122396A (ko) * 2015-04-14 2016-10-24 (주)디엔에프 니켈 함유 박막의 제조방법 및 이에 따라 제조된 니켈 함유 박막

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