KR20070058439A - 금속 카르보닐 전구체를 이용한 루테늄 및 레늄 금속층의저압 증착 방법 - Google Patents
금속 카르보닐 전구체를 이용한 루테늄 및 레늄 금속층의저압 증착 방법 Download PDFInfo
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Abstract
패턴화된 기판상에서 높은 증착 속도, 낮은 미립자 오염 및 우수한 스텝 커버리지와 함께 기판에 Ru 및 Re 금속층을 증착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 처리 챔버에 기판을 장입하는 단계, 상기 처리 챔버에 캐리어 가스, 및 루테늄 카르보닐 전구체와 레늄 카르보닐 전구체로 구성된 그룹에서 선택된 금속 카르보닐 전구체를 포함하는 처리 가스를 주입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 처리 챔버 압력이 약 20 mTorr 미만인 경우에서 열화학 기상 증착 공정을 통해 기판 위에 Ru 또는 Re 금속층을 증착하는 단계를 더 포함한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 PCT 출원은 2004년 9월 30일에 출원된 미국 정규 특허 출원 제10/953,466호의 우선권 주장에 기초하는 것이며, 그 전체 내용이 참조로서 본원에 통합된다.
기술분야
본 발명은 반도체 처리에 관한 것이며, 보다 구체적으로 저압의 열화학 기상 증착 공정에서 루테늄 및 레늄 금속층을 증착하는 방법에 관한 것이다.
집적회로(IC)의 제조를 위해 구리(Cu) 금속을 다층 금속화 방식(multilayer metallization scheme)에 도입하는 것은, Cu 층의 부착과 성장을 촉진하고 Cu가 유전체 재료로 확산되는 것을 방지하기 위한 확산 장벽/라이너(diffusion barrier /liners)의 사용을 필요로 할 수 있다. 유전체 재료 위에 증착되는 장벽/라이너는 루테늄(Ru), 레늄(Re), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 탄탈(Ta)과 같은, 비반응성이고 Cu와 혼합할 수 없고 낮은 전기 저항율을 제공할 수 있는 굴절 재료(refractive material)들을 포함할 수 있다. Cu 금속화와 유전체 재료를 집적시키는 현재의 집 적 방식은 약 400℃ 내지 약 500℃, 또는 이보다 낮은 기판 온도에서 장벽/라이너의 증착 공정을 필요로 할 수 있다.
열화학 기상 증착(Thermal Chemical Vapor Deposition; TCVD)은, 박층(thin layer)의 조성을 용이하게 제어하고, 기판의 오염이나 손상 없이 박층을 형성할 수 있는 방법이기 때문에, TCVD는 반도체 산업에서 기판 위에 박층을 형성하는 데 특히 매력적인 방법이다. TCVD는 또한 원하는 박층을 홀(hole), 트렌치(trench) 및 다른 계단식 구조에 증착하는 데 이용할 수 있다. 등각(conformal) 박층의 증착이 필요한 경우에, 등각 박층을 형성하는데 증발 및 스퍼터링(sputtering) 기술이 사용될 수 없으므로 TCVD는 선호되는 증착 방법이 될 수 있다.
TCVD 공정은, 증기를 TCVD 처리 챔버로 빠르게 수송하여 디바이스 제조를 위해 충분히 높은 증착 속도(deposition rate)로 층을 증착하도록 하기에 충분히 휘발성이 있는 적합한 전구체를 필요로 한다. 전구체는 상대적으로 안정되어야 하고, 원하는 기판 온도에서 고순도(high-purity)의 층을 증착하기 위해 처리 챔버 안의 기판 위에서 깨끗이 분해되어야 한다.
본 발명의 실시예는, 본 명세서에서 널리 기술되는 것과 같이, 열화학 기상 증착 공정에서 기판 위에 Ru 및 Re 금속의 박층을 증착하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 기판 위의 Ru 및 Re 금속층의 높은 증착 속도, 낮은 미립자 오염(particulate contamination) 및 패턴화된 기판 위의 우수한 스텝 커버리지(step coverage)를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 방법은 처리 챔버에 기판을 장입하는 단계와 캐리어 가스(carrier gas), 및 루테늄 카르보닐 전구체와 레늄 카르보닐 전구체로 구성되는 그룹에서 선택된 금속 카르보닐 전구체(metal-carbonyl precursor)를 포함하는 처리 가스를 처리 챔버에 주입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 약 20 mTorr 미만인 처리 챔버 압력에서 열화학 기상 증착 공정에 의해 기판 위에 Ru 또는 Re 금속층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 처리 챔버 압력은 약 10 mTorr 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 루테늄 카르보닐 전구체는 Ru3(CO)12를 함유할 수 있고 레늄 카르보닐 전구체는 Re2(CO)10을 함유할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 방법은 처리 챔버에 패턴화된 기판을 장입하는 단계-상기 패턴화된 기판은 하나 또는 그 이상의 비아(via), 트렌치(trench) 또는 그들의 조합을 가짐-, 처리 챔버에 처리 가스를 주입하는 단계-상기 처리 가스는 캐리어 가스, 및 루테늄 카르보닐 전구체와 레늄 카르보닐 전구체로 구성되는 그룹에서 선택된 금속 카르보닐 전구체를 포함-, 및 열화학 기상 증착 공정에 의해 상기 패턴화된 기판 위에 Ru 또는 Re 금속층을 증착하는 단계를 포함하며, 상기 처리 챔버에서의 처리 가스 압력은 약 20 mTorr 미만이다. 대안적으로, 처리 챔버 압력은 약 10 mTorr 미만일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 후술하는 설명과 본 명세서에 첨부된 도면으로부터 자명할 것이다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면의 참조와 함께 예시들을 통해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 기판 위에 Ru 및 Re 금속층을 증착하는 처리 장치를 도시한 단순화된 블록도.
도 2A ~ 2C는 본 발명의 실시예에 따라 기판 위에 증착된 Ru 또는 Re의 금속 박층을 포함하는 기판의 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속층 증착 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 저압의 열화학 기상 증착 프로세스에 의해 증착된 Ru 층의 단면 주사전자현미경사진(SEM micrograph).
본 발명의 다양한 실시예가 이하에서 논의된다. 적절한 경우, 유사한 특징을 언급하기 위해 유사한 참조 번호들이 사용된다. 본 명세서에서 제시되는 실시예는 해당 기술 분야의 당업자가 인식할 수 있는, 본 발명의 범주 내의 전형적인 실시예이다. 따라서, 본 발명은 제시된 실시예 뿐만이 아니라, 해당 기술 분야의 당업자가 인식할 수 있는 임의의 또는 모든 변화를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 기판 위에 Ru 및 Re 금속층을 증착하기 위한 처리 장치의 단순화된 블록도이다. 처리 장치(100)는, 상부 챔버부(upper chamber section)(1a), 하부 챔버부(lower chamber section)(1b) 및 배기 챔버(exhaust chamber)(23)를 포함하는 처리 챔버(process chamber)(1)를 포함한다. 바닥부(1b)가 배기 챔버(23)로 연결되는 하부 챔버부(1b)의 중간에 원형 개구부(22)가 형성된다.
처리 챔버(1)의 내부에는 처리될 기판[웨이퍼(wafer)](50)을 수평으로 고정시키기 위한 기판 홀더(2)가 제공된다. 기판 홀더(2)는 배기 챔버(23)의 하부의 중심으로부터 위로 연장된 원통형 지지 부재(3)에 의해 지지된다. 기판 홀더(2)의 가장자리에는 그 기판 홀더(2) 상에 기판(50)을 배치하기 위한 가이드 링(guide ring)이 제공된다. 또한, 상기 기판 홀더(2)는, 전원(6)에 의해 제어되며, 기판(5)을 가열시키기 위해 이용되는 가열기(5)를 포함한다. 가열기(5)는 저항 가열기 또는 이러한 목적에 적합한 예컨대 램프 가열기(lamp heater)와 같은 임의의 가열기를 포함할 수 있다.
처리 중에, 가열된 기판(50)은 금속 카르보닐 전구체(55)를 열분해하여 기판(50)위의 금속층을 증착하는 것을 가능하게 할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따라, 금속 카르보닐 전구체(55)는 예컨대 Ru3(CO)12와 같은 루테늄 카르보닐 전구체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 금속 카르보닐 전구체(55)는 예컨대 Re2(CO)10와 같은 레늄 카르보닐 전구체를 포함할 수 있다. 본 명세서를 참고하면, 해당 기술 분야의 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 다른 루테늄 카르보닐 전구체 및 레늄 카르보닐 전구체가 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
기판 홀더(2)는 원하는 Ru 또는 Re 금속층을 기판(50) 위에 증착하기에 적합 한 미리 결정된 온도로 가열된다. 가열기(도시되지 않음)는 미리 결정된 온도로 챔버 벽을 가열시키기 위해 처리 챔버(1)의 벽에 내장되어 있다. 가열기는 처리 챔버(1)의 벽의 온도를 약 40℃ 내지 약 80℃로 유지할 수 있다. 처리 챔버의 압력을 측정하기 위해 압력 게이지(pressure gauge)(도시되지 않음)가 사용된다.
도 1에서 도시된 것과 같이, 처리 챔버의 상부 챔버부(1a)는 샤워헤드 플레이트(showerhead plate)(10a)가 샤워헤드(showerhead)(10)의 바닥에 배치된 샤워헤드(10)를 포함한다. 샤워헤드 플레이트(10a)는 금속 카르보닐 전구체(55)를 포함하는 처리 가스를 기판(50) 위에 위치한 처리 구역(processing zone)(60)으로 전달하기 위한 다수의 가스 전달 구멍을 포함한다.
상부 챔버부(1a)는, 가스 라인(gas line)(12)으로부터 가스 분배 구획(gas distribution compartment)(10d)으로 처리 가스를 주입시키기 위한 개구부(10c)를 포함한다. 샤워헤드(10) 내부에서 금속 카르보닐 전구체(55)의 분해를 방지하기 위해, 샤워헤드(10)의 온도를 제어하기 위한 동심의 냉각제 유로(concentric coolant flow channel)(10e)가 제공된다. 예컨대 물과 같은 냉각 유체는, 샤워헤드(10)의 온도를 약 20℃ 내지 약 100℃ 범위로 제어하기 위해, 냉각 유체 공급원(coolant fluid source)(10f)으로부터 냉각제 유로(10e)로 공급될 수 있다.
전구체 전달 장치(300)는 가스 라인(12)을 통해 처리 챔버(1)에 연결되어 있다. 전구체 전달 장치(300)는 특히, 전구체 컨테이너(13), 전구체 가열기(13a), 가스 공급원(15), 질량 유량 제어기(Mass Flow Controller; MFC)(16 및 20), 가스 흐름 센서(45) 및 가스 제어기(40)를 포함한다. 전구체 컨테이너(13)는 고체의 금 속 카르보닐 전구체(55)를 포함하고, 전구체 가열기(13a)는, 전구체 컨테이너(13)를 가열하고, 금속 카르보닐 전구체(55)의 원하는 증기압을 생성하는 온도에서 금속 카르보닐 전구체를 유지하기 위해 제공된다.
금속 카르보닐 전구체(55)는 캐리어 가스(carrier gas)를 이용하여 처리 챔버(1)에 전달되어, 처리 챔버(1)로의 전구체(55) 전달을 향상시킬 수 있다. 가스 라인(14)은 가스 공급원(15)으로부터의 캐리어 가스를 전구체 컨테이너(13)에 제공하고, 질량 유량 제어기(MFC)(16)는 캐리어 가스 흐름을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 캐리어 가스는 고체의 금속 카르보닐 전구체(55)에 침투할 수 있도록 전구체 컨테이너(13) 하부로 주입될 수 있다. 대안적으로, 캐리어 가스는 전구체 공급원(13)에 주입되어 고체의 금속 카르보닐 전구체(55)의 상부를 가로질러 살포될 수 있다.
상기 센서(45)는 전구체 컨테이너(13)로부터 총 가스 흐름량을 측정하기 위해 구성된다. 센서(45)는 예컨대 MFC를 포함할 수 있고, 처리 챔버(1)로 전달되는 금속 카르보닐 전구체(55)의 양은 센서(45) 및 질량 유량 제어기(16)를 이용하여 결정될 수 있다. 대안적으로, 센서(45)는 처리 챔버(1)로의 가스 흐름 중의 금속 카르보닐 전구체(55)의 밀집도(concentration)를 측정하기 위해 흡광 센서를 포함할 수 있다.
바이패스 라인(bypass line)(41)은 센서(45)의 하류에 위치하고 있고, 가스 라인(12)을 배기 라인(24)에 연결한다. 바이패스 라인(41)은 가스 라인(12)을 비우고 처리 챔버(1)에 금속 카르보닐 전구체(55)의 공급을 안정화하기 위해 제공된 다. 또한, 가스 라인(12)의 분지(branch) 하류에 위치한 밸브(42)는 바이패스 라인(41) 위에 제공된다.
가열기(도시되지 않음)는 독립적으로 가스 라인(12,14 및 41)들을 가열시키기 위해 제공된다. 그렇게, 가스 라인(12,14 및 41)들에서 금속 카르보닐 전구체(55)의 응축을 피하기 위해서 가스 라인(12,14 및 41)들의 온도가 제어될 수 있다. 가스 라인(12,14 및 41)의 온도는 약 20℃ 내지 약 100℃로 제어될 수 있고, 비록 일부의 경우지만, 약 25℃ 내지 약 60℃로 온도를 제어해도 충분할 수 있다.
가스 라인(18)을 이용하여 가스 공급원(19)에서 가스 라인(12)으로 희석 가스가 공급될 수 있다. 이 희석 가스는 처리 가스를 희석시키거나 처리 가스 분압(들)을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 가스 라인(18)은 질량 유량 제어기(MFC)(20)와 밸브(21)를 포함한다. MFC(16 및 20)와 밸브(17, 21 및 42)는 제어기(40)에 의해 제어되는데, 이 제어기는 캐리어 가스, 금속 카르보닐 전구체 가스 및 희석 가스의 공급, 차단 및 흐름을 제어한다. 또한, 센서는 제어기(40)에 연결되며, 제어기는 상기 센서의 출력에 기초하여, 처리 챔버(1)로의 원하는 금속 카르보닐 전구체 유량을 얻기 위해 질량 유량 제어기(16)를 통해 캐리어 가스의 유량을 제어한다.
배기 라인(24)은 배기 챔버(23)를 진공 펌핑 장치(400)에 연결한다. 진공 펌핑 장치(400)는 자동 압력 제어기(Automatic Pressure Controller; APC)(59), 트랩(trap)(57) 및 진공 펌프(25)를 포함한다. 처리 중에 처리 챔버(1)를 원하는 진공도(degree of vacumm)로 비우고 처리 챔버(1)로부터 가스 상태의 종(species)을 제거하기 위해 진공 펌프(25)가 사용된다. APC(59) 및 트랩(57)은 진공 펌프(25)와 직렬적으로 사용될 수 있다. 진공 펌프(25)는 초당 5000 리터(또는 그 이상)까지 펌핑할 수 있는 터보 분자 펌프(Turbo-Molecular Pump; TMP)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 진공 펌프(25)는 드라이 펌프(dry pump)를 포함할 수 있다.
처리 중에, 처리 가스는 처리 챔버(1)로 주입될 수 있고, 챔버 압력은 APC(59)에 의해 조정될 수 있다. APC(59)는 나비형 밸브(butterfly-type valve) 또는 예컨대 게이트 밸브(gate valve)와 같은 임의의 적합한 밸브를 포함할 수 있다. 트랩(57)은 미반응 전구체 재료 및 처리 챔버(1)의 부산물을 수거할 수 있다.
처리 챔버(1)를 자세히 보면, 세 개의 기판 리프트 핀(substrate lift pin)(26)(단 2 개만 도시)이 기판을 고정, 상승 및 하강시키기 위해 제공된다. 기판 리프트 핀(26)은 플레이트(27)에 고정되고, 기판 홀더(2)의 상부면 아래의 위치로 하강될 수 있다. 예컨대, 에어 실린더(air cylinder)를 이용하는 구동 메커니즘(28)은 플레이트(27)를 상승 및 하강시키도록 구성될 수 있다. 기판(50)은 로봇 이송 장치(robotic transfer system)(도시되지 않음)를 경유하여 게이트 밸브(30) 및 챔버 피드 스루(feed-through) 통로를 통해 처리 챔버(1) 내외로 이송될 수 있고, 기판 리프트 핀(26)에 의해 수납될 수 있다. 기판(50)이 이송 장치로부터 수납되면, 기판 리프트 핀(26)을 하강시켜 기판 홀더(2) 상부면으로 하강될 수 있다.
처리 장치(100)는 처리 장치 제어기(500)에 의해 제어될 수 있다. 특히, 처리 장치 제어기(500)는, 처리 장치(100)의 출력을 모니터링할 뿐만 아니라 처리 장치(100)의 입력을 전달하고 활성화시키기에 충분한 제어 전압을 발생시킬 수 있는 디지털 입출력 포트, 마이크로프로세서 및 메모리를 포함한다. 또한, 처리 장치 제어기(500)는 처리 챔버(1), 제어기(40) 및 전구체 가열기(13a)를 포함하는 전구체 전달 장치(300), 진공 펌핑 장치(400), 전원(6) 및 냉각 유체 공급원(10f)과 연결되어 정보를 교환할 수 있다.
진공 펌핑 장치(400)에서, 처리 챔버(1)안의 압력을 제어하기 위해 처리 장치 제어기(500)는 자동 압력 제어기(APC)(59)와 연결되어 정보를 교환한다. 메모리에 저장된 프로그램을 이용하여, 저장된 처리 레시피(process recipe)에 따라서 전술한 처리 장치(100)의 구성요소들을 제어한다. 처리 장치 제어기(500)의 한 가지 예는 텍사스주 달라스의 Dell사(Dell Corporation)로부터 이용가능한 DELL PRECISION WORKSTATION 610™이다.
도 1에서 개략적으로 도시되고 설명되는 바와 같이, Ru 및 Re 금속층을 형성하기 위한 처리 장치는 단일의 웨이퍼 처리 챔버(1)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 처리 장치는 다수의 기판(웨이퍼)(50)을 동시에 처리할 수 있는 배치 타입(batch type)의 처리 챔버를 포함할 수 있다. 예컨대, 기판은 반도체 기판(예컨대, Si 웨이퍼)(50)에 추가하여 LCD 기판, 유리 기판 또는 복합 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예컨대, 처리 챔버(1)는 200 mm 기판, 300 mm 기판 또는 더 큰 기판과 같은 임의의 크기의 기판을 처리할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위에서 도 1에서의 도시를 위해 선택된 처리 장치(100)에 변형이 될 수 있음은 해당 기술 분야의 당업자에게 자명할 것이다.
금속 카르보닐 전구체(55)의 열분해 및 기판(50) 위의 후속 금속 증착은 주 로 CO 제거 및 기판(50)의 CO 부산물의 탈착(desorption)에 의해 진행된다고 생각된다. 금속층에 CO 부산물이 혼입되는 것은 금속 카르보닐 전구체(55)의 불완전한 분해와, 금속층으로부터 CO 부산물의 불완전한 제거, 그리고 금속층 상에서 처리 구역(60)으로부터의 CO 부산물의 재흡착에 의해 발생할 수 있다. 처리 챔버 압력의 하강은 기판(50) 위의 처리 구역(60) 안의 가스 상태의 종들(예컨대, 금속 카르보닐 전구체, 반응 부산물, 캐리어 가스 및 희석 가스)의 더 짧은 잔류를 야기하고, 이어서, 기판(50) 위에 증착된 금속층의 CO 불순물 레벨을 더 낮게 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 패턴화되지 않은 기판 위나 비아(홀), 트렌치 및 다른 구조를 갖는 패턴화된 기판 위에 Ru 금속 박층을 증착하는 데 상당히 적합하다. 등각 Ru 금속 박층의 증착이 높은 종횡비(aspect ratio) 구조물을 필요로 하는 상황에서, 본 발명의 실시예에서 설명되는 TCVD 공정은 선호되는 증착 방법일 수 있다.
도 2A는 본 발명의 실시예에 따라 기판 위에 증착되는 Ru 또는 Re 금속 박층(202)을 갖는 기판(200)을 개략적으로 도시한다. 일 실시예에 따라, 금속층(202)의 두께는 약 300 옴스트롱(Å) 미만이 될 수 있다. 대안적으로, 두께가 약 200Å 미만, 심지어는 100Å 미만이 될 수 있다.
도 2B는 본 발명의 실시예에 따라 기판 위에 증착된 Ru 또는 Re 금속 박층(214)을 갖는 패턴화된 기판(210)을 개략적으로 도시한다. 패턴화된 기판(210)은 또한, 예컨대 비아, 트렌치나 다른 구조물이 될 수 있는 개구부(216)를 포함한 다. Ru 또는 Re 금속 박층(214)은 예컨대 패턴화된 기판(210), 제 1 금속층(212)과 개구부(216)에 증착될 제 2 금속층 사이의 배리어층(barrier layer)이 될 수 있다. 다른 예로, Ru 또는 Re 금속 박층(214)은 플레이팅 처리(plating process)에 의해 개구부(216)에서 후속되는 Cu 증착을 위한 시드층(seed layer)이 될 수 있다. 다른 예로, 도 2C에서 개략적으로 도시된 Ru 또는 Re 금속 박층(220)은 다른 재료(예컨대, W)를 포함하는 배리어층(218) 위로 증착될 수 있고, 후속해서 Cu가 개구부(216)에서 증착될 수 있다.
낮은 증기압에서 금속 함유 전구체를 이용하는 경우 디바이스 제조를 위해 충분히 높은 증착 속도를 얻기가 어려울 수 있다. 낮은 증기압은 처리 구역(60)에 금속 함유 전구체의 공급을 제한할 수 있어 기판(50) 위의 금속 함유층의 증착속도를 낮게 할 수 있다. Ru3(CO)12 및 Re2(CO)10 전구체는 상대적으로 낮은 증기압을 갖는 금속 카르보닐 전구체들의 예이다. 예컨대, Ru3(CO)12의 증기압은 50℃ 에서 약 0.0055 Torr, 80℃ 에서 약 0.057 Torr로 추정되고, Re2(CO)10의 증기압은 50℃ 에서 약 0.0034 Torr, 80℃ 에서 약 0.035 Torr로 추정된다. 비교를 위해, 잘 알려진 W(CO)6 전구체의 증기압은 50℃ 에서 약 0.33 Torr, 80℃ 에서 약 3.5 Torr이다.
Ru3(CO)12 및 Re2(CO)10 전구체의 상대적으로 낮은 증기압 외에도, 적당한 온도에서 전구체 분해는, 증기압 및 처리 구역(60)으로의 전구체(55) 공급을 증가시키기 위해 전구체 컨테이너(13)의 온도가 증가되는 정도를 심하게 제한한다.
본 발명의 실시예에 따라, 캐리어 가스는 처리 구역(60)에 금속 카르보닐 전구체의 전달을 향상시키기 위해 사용된다. 상대적으로 낮은 캐리어 가스 유량의 사용은 낮은 처리 챔버 압력을 허용하면서 상대적으로 높은 전구체 밀집도를 가지는 처리 가스를 유발한다. 반면에 상대적으로 높은 캐리어 가스 유량은 낮은 증기압과 전구체 컨테이너 안의 고체 전구체의 제한된 증발 속도(evaporation rate) 때문에 상대적으로 낮은 전구체 밀집도를 가지는 처리 가스를 유발한다. 또한, 상대적으로 높은 캐리어 가스 유량의 사용은, 처리 챔버(1)의 처리 가스를 비우도록 구성된 진공 펌핑 장치(400)의 제한된 펌핑 속도 때문에 높은 처리 챔버 압력을 유발한다.
기판 위의 미립자 오염은 로직 및 메모리 디바이스의 낮은 수율(yields)의 주요 원인이다. 집적 회로의 피쳐 사이즈(feature size)가 작아짐에 따라, 서브 마이크론(submicron) 사이즈 입자가 수율에 더 큰 영향을 미칠 것이다. 기판(50)의 처리 중에, 입자들은 인입하는 처리 가스와 함께 처리 챔버(1)로 운반될 수 있고, 또한 그들은 기판(50)의 처리 중에 일어나는 화학 반응에서 발생될 수도 있다. 일반적으로, 캐리어 가스 유량 및 처리 챔버 압력을 증가시킴으로써 더 높은 증착 속도를 얻을 수 있다. 그러나, 입자 발생(particle generation)은 더 높은 압력에서 증가함이 밝혀졌다. 본 발명자는 상대적으로 낮은 캐리어 가스 유량의 사용은 전구체 컨테이너(13) 및 가스 라인(12)에서 처리 챔버(1)로의 미립자 오염의 전송을 감소시키고, 그 때문에 기판(50) 위의 입자 오염(particle contamination)을 감소시킬 수 있음을 인식하였다.
본 발명의 실시예에 따라, 약 20 mTorr 미만의 처리 챔버 압력과 함께 상대적으로 낮은 캐리어 가스 유량은 상대적으로 높은 금속 증착 속도(8Å/분, 또는 그 이상), 낮은 미립자 오염, 반도체 기판의 우수한 스텝 커버리지를 제공할 수 있다. 대안적으로, 처리 챔버 압력이 약 10 mTorr 미만이 될 수 있다.
해당 기술 분야의 당업자에게 알려진 바와 같이, 캐리어 가스 유량, 처리 가스 유량, 및 처리 챔버 압력간의 관계는 처리 챔버(1)의 부피 및 구조와 진공 펌핑 장치(400)의 펌핑 속도에 의존한다. 또한, 전구체 컨테이너(13)의 디자인 및 온도는 전구체(55)의 증발 속도와 처리 구역(60)에의 전구체(55) 공급량에 영향을 미친다. 따라서, 도 1에 도시된 전형적인 처리 장치(100)와는 다르게 구성되는 처리 장치를 위해, 캐리어 가스 유량은 달라질 수 있다. 또한, 전구체 컨테이너(13)에서 처리 구역(60)까지의 거리를 최소화하고 가스 라인(12)의 컨덕턴스를 최대화하면 처리 구역(60)에의 전구체(55) 공급량을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 금속층을 증착하는 공정의 흐름도를 도시한다. 단계(250)에서 공정이 시작한다. 단계(252)에서 기판을 처리 챔버에 장입한다.
단계(254)에서 처리 가스는 처리 챔버로 주입되며, 상기 처리 가스는 캐리어 가스, 및 루테늄 카르보닐 전구체와 레늄 카르보닐 전구체로 구성된 그룹에서 선택된 금속 카르보닐 전구체를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 루테늄 함유 전구체는 Ru3(CO)12를 함유할 수 있고 레늄 함유 전구체는 Re2(CO)10을 함유할 수 있다.
단계(256)에서, 처리 챔버 압력이 약 20 mTorr 미만인 경우 Ru 또는 Re 금속을 함유하는 금속층은 열화학 기상 증착 공정에 의해 기판에 증착될 수 있다. 대안적으로, 처리 챔버 압력은 약 10 mTorr 미만일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속층 두께가 약 300Å 미만일 수 있다. 다른 실시예에서, 금속층 두께가 200Å 미만일 수 있고, 일부 경우에는 금속층 두께가 약 100Å 미만일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 금속층은 약 5Å/분보다 큰 속도로 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 금속층은 약 10Å/분보다 큰 속도로 증착될 수 있고, 일부 경우에는 증착 속도가 약 40Å/분보다 크게 될 수 있다.
도 3에서 도시된 바와 같이, Ru 또는 Re를 함유하는 금속층의 증착 이후에 상기 공정은 단계(258)에서 끝난다.
TCVD 공정을 위한 처리 파라미터 공간은 약 20 mTorr 미만의 처리 챔버 압력과 약 50 sccm(standard cubic centimeters per minute) 내지 약 400 sccm의 캐리어 가스 유량을 이용한다. 대안적으로, 캐리어 가스 유량은 약 100 sccm 내지 약 300 sccm의 범위가 될 수 있고, 약 150 sccm이 될 수 있다. 대안적으로, 처리 챔버 압력은 약 10 mTorr 미만일 수 있다. 희석 가스 유량은 약 5 sccm 내지 약 100 sccm의 범위가 될 수 있다. 대안적으로, 희석 가스 유량은 약 10 sccm 내지 약 50 sccm의 범위가 될 수 있다. 캐리어 가스 및 희석 가스는 불활성 가스를 함유할 수 있다. 불활성 가스는 Ar, He, Ne, Kr, Xe, N2 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 함유 할 수 있다. 기판 온도는 약 300℃ 내지 약 600℃의 범위가 될 수 있다. 대안적으로, 기판 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃의 범위가 될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 저압의 열화학 기상 증착 공정에 의해 증착된 Ru 금속층의 단면의 주사전자현미경 사진(SEM micrograph)을 도시한다. Ru3(CO)12 전구체, 약 7.9 mTorr의 처리 챔버 압력, 400℃의 기판 온도와 63℃의 전구체 컨테이너 온도의 조건에서 Ru 층(602)이 Si 기판(600) 위로 증착되었다. Ar 캐리어 가스의 유량은 150 sccm이고 희석 가스의 유량은 20 sccm이었다. Ru 증착 속도는 약 8Å/분이었고 대략 250Å 두께의 Ru 층(402)의 전기 저항은 약 12.4μΩ-cm이었다. 이 전기 저항값은, 7.1μΩ-cm의 벌크 저항(bulk resistivity)값과 비교해볼 때 Ru 금속층을 반도체 소자로 집적화시키기에 적당하다.
도 3에 도시된 250Å 두께의 Ru 금속층(302)은 예컨대 200 mTorr에서, 더 높은 처리 챔버 압력에서 증착된 Ru 금속층보다 큰 그레인(grain)을 보여주었다. 그러나, 약 10 mTorr 미만의 처리 챔버 압력에서 증착된 더 얇은 Ru 금속층(두께가 100Å 미만)은 200 mTorr의 처리 챔버 압력에서 증착된 Ru 금속층보다 작은 그레인을 보여주었다. 또한, 약 10 mTorr 미만의 처리 챔버 압력에서 증착된 Ru 금속층인 경우가 더 높은 처리 챔버 압력에서 증착된 Ru 금속층에서 보다 더 작은 수의 입자들이 발견되었다.
본 발명의 다른 실시예에서, Ru 금속층은 패턴화된 Si 기판 위로 증착되었다. 패턴화된 Si 기판은 약 4.4의 종횡비(약 0.21μm의 폭과 약 0.92μm의 깊이) 를 가진 비아홀(via hole)을 포함하였다. Ru 메탈층은 65℃의 전구체 컨테이너 온도인 것을 제외하고 위에서 기술한 것과 같은 처리 조건을 이용하여 증착되었다. 주사전자현미경 사진은 약 44퍼센트의 스텝 커버리지를 나타내었다. 스텝 커버리지는 비아에서 멀리 떨어진 Ru 층의 두께에 상대적인, 비아의 바닥 부근에서의 비아 측벽 상의 Ru 층의 두께를 말한다.
비교를 위해, 약 200 mTorr의 처리 챔버 압력, 880 sccm의 캐리어 가스 유량, 400℃의 기판 온도 및 65℃의 전구체 컨테이너 온도의 조건에서 Ru 금속층이 패턴화된 Si 기판위에 증착되었다. 7.9 mTorr의 처리 챔버 압력에서 약 44％의 스텝 커버리지였던 것과 비교해보면, Ru 금속층의 스텝 커버리지의 결과값은 단지 7.5％였다.
본 발명을 실시함에 있어서, 본 발명의 다양한 변형과 변화가 채용될 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에서, 본 명세서에 구체적으로 기술된 것 이외의 발명도 실시될 수 있음은 물론이다.
Claims (38)
- 기판 위에 금속층을 증착하는 방법에 있어서,처리 챔버에 기판을 장입하는 단계;상기 처리 챔버에 처리 가스를 주입하는 단계; 및열화학 기상 증착 공정에 의해 상기 기판 위에 Ru 또는 Re 금속층을 증착하는 단계를 포함하며,상기 처리 가스는 캐리어 가스, 및 루테늄 카르보닐 전구체와 레늄 카르보닐 전구체로 구성된 그룹에서 선택된 금속 카르보닐 전구체를 포함하고, 처리 챔버 압력이 약 20 mTorr 미만인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버 압력은 약 10 mTorr 미만인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 루테늄 카르보닐 전구체는 Ru3(CO)12을 포함하는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 레늄 카르보닐 전구체는 Re2(CO)10을 포함하는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 캐리어 가스 유량은 약 50 sccm 내지 약 400 sccm인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 캐리어 가스 유량은 약 100 sccm 내지 약 300 sccm인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 캐리어 가스는 Ar, He, Ne, Kr, Xe, N2 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 처리 가스는 희석 가스를 더 포함하는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 희석 가스의 유량은 약 5 sccm 내지 약 100 sccm인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 희석 가스의 유량은 약 10 sccm 내지 약 50 sccm인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 희석 가스는 Ar, He, Ne, Kr, Xe, N2 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 온도는 약 300℃ 내지 약 600℃인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판, LCD 기판, 유리 기판 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 약 300Å 미만인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 약 200Å 미만인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 약 100Å 미만인 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층은 약 5Å/분보다 큰 속도로 증착되는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층은 약 10Å/분보다 큰 속도로 증착되는 것인, 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법에 있어서,처리 챔버에 패턴화된 기판을 장입하는 단계;상기 처리 챔버에 처리 가스를 주입하는 단계; 및열화학 기상 증착 공정에 의해 상기 패턴화된 기판 위에 Ru 또는 Re 금속층을 증착하는 단계를 포함하며,상기 패턴화된 기판은 하나 이상의 비아, 트렌치 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 처리 가스는 루테늄 카르보닐 전구체 및 레늄 카르보닐 전구체로 구성된 그룹에서 선택된 금속 전구체를 포함하고, 처리 챔버 압력이 약 20 mTorr 미만인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 처리 챔버 압력은 약 10 mTorr 미만인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 루테늄 카르보닐 전구체는 Ru3(CO)12을 포함하는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 레늄 카르보닐 전구체는 Re2(CO)10을 포함하는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 처리 가스 유량은 약 50 sccm 내지 약 400 sccm인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 처리 가스 유량은 약 100 sccm 내지 약 300 sccm인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 처리 가스는 Ar, He, Ne, Kr, Xe, N2 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 더 포함하는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 처리 가스는 희석 가스를 더 포함하는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 희석 가스의 유량은 약 5 sccm 내지 약 100 sccm인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 희석 가스의 유량은 약 10 sccm 내지 약 50 sccm인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제27항에 있어서, 상기 희석 가스는 Ar, He, Ne, Kr, Xe, N2 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 기판의 온도는 약 300℃ 내지 약 600℃인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 기판의 온도는 약 400℃ 내지 약 500℃인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판, LCD 기판, 유리 기판 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함하는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 약 300Å 미만인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 약 200Å 미만인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 약 100Å 미만인 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 금속층은 약 5Å/분보다 큰 속도로 증착되는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 금속층은 약 10Å/분보다 큰 속도로 증착되는 것인, 패턴화된 기판 위에 금속층을 증착하는 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/953,446 | 2004-09-30 | ||
| US10/953,446 US7077352B2 (en) | 1999-07-09 | 2004-09-30 | Magnetic tape cartridge |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20070058439A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140004007A (ko) * | 2012-07-02 | 2014-01-10 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 원료 용기 및 원료 용기의 사용 방법 |
| KR20180019197A (ko) * | 2015-08-25 | 2018-02-23 | 다나카 기킨조쿠 고교 가부시키가이샤 | 복핵 루테늄 착체를 포함하는 화학 증착용 원료 및 해당 화학 증착용 원료를 사용한 화학 증착법 |
-
2005
- 2005-07-19 KR KR1020077002478A patent/KR20070058439A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140004007A (ko) * | 2012-07-02 | 2014-01-10 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 원료 용기 및 원료 용기의 사용 방법 |
| KR20180019197A (ko) * | 2015-08-25 | 2018-02-23 | 다나카 기킨조쿠 고교 가부시키가이샤 | 복핵 루테늄 착체를 포함하는 화학 증착용 원료 및 해당 화학 증착용 원료를 사용한 화학 증착법 |
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| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |