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KR100449782B1 - 원자층 적층 방법과 이를 이용한 박막 적층 방법 및금속층 적층 방법 - Google Patents

원자층 적층 방법과 이를 이용한 박막 적층 방법 및금속층 적층 방법 Download PDF

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KR100449782B1
KR100449782B1 KR10-2002-0017479A KR20020017479A KR100449782B1 KR 100449782 B1 KR100449782 B1 KR 100449782B1 KR 20020017479 A KR20020017479 A KR 20020017479A KR 100449782 B1 KR100449782 B1 KR 100449782B1
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South Korea
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thin film
tantalum
insulating layer
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강상범
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최길현
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삼성전자주식회사
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Abstract

유기 금속 전구체 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체 등과 같은 반응 물질로 사용하여 원자층 및 박막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 기판이 놓여있는 챔버 내에 가스 상태의 상기 반응 물질을 도입한다. 이때, 상기 반응 물질의 일부는 상기 기판 상에 화학적으로 흡착한다. 그러나, 나머지는 상기 기판 상에 화학적으로 흡착하지 않는다. 이에 따라, 상기 기판 상에 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질을 불활성 가스를 사용하여 제거시킨다. 그리고, H2, NH3, SiH4, Si2H6또는 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 기판 상에 화학적으로 흡착한 반응 물질의 리간드 결합된 결합 원소를 제거시킨다. 따라서, 기판 상에 원자층이 적층되고, 상기 원자층의 적층을 반복함으로서 박막이 형성된다.

Description

원자층 적층 방법과 이를 이용한 박막 적층 방법 및 금속층 적층 방법{Method of depositing an atomic layer, and method of depositing a thin layer and a metal layer using the same}
본 발명은 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법 및 금속층 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 물질로서 유기 금속 전구체(metallorganic precursor) 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체(tantalum halide precursor)를 사용하여 원자층 및 박막을 적층하는 방법에 관한 것이다.
컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
상기 반도체 장치의 금속 배선으로 사용되는 금속층에 대한 요구도 엄격해지고 있다. 이에 따라, 기판 상에 형성되는 소자들의 밀도를 높이기 위하여 상기 금속층은 다층 구조로 형성한다. 상기 금속층은 주로 알루미늄 또는 텅스텐을 사용하여 형성하고 있다. 그러나, 상기 알루미늄 또는 텅스텐은 비저항이 각각 2.8 × 10E-8 Ωm 정도이고, 5.5 × 10E-8 Ωm 정도로 높기 때문에 상기 다층 구조에는 적합하지 않다. 따라서, 최근에는 상기 다층 구조의 금속층으로서 상기 비저항이 상대적으로 낮고, 일렉트로 마이그레이션(electromigration) 특성이 양호한 구리를 사용하고 있다.
상기 구리는 실리콘 및 실리콘 디옥사이드(SiO2)에 매우 높은 이동도를 나타낸다. 그러나, 상기 구리는 상기 실리콘 및 실리콘 디옥사이드와 반응할 경우 쉽게 산화된다. 따라서, 장벽 금속층을 사용하여 상기 구리의 산화 등을 저지하는 것이바람직하다.
상기 장벽 금속층으로는 티타늄 나이트라이드층(TiN layer)이 널리 사용되고 있다. 그렇지만, 상기 티타늄 나이트라이트층은 상기 구리의 장벽 금속층으로는 적합하지 않다. 즉, 상기 구리의 이동성을 저지하기 위하여는 상기 티타늄 나이트라이드층이 적어도 30nm 정도의 두께를 가져야 하는데, 상기 티타늄 나이트라이드층을 30nm 정도로 형성할 경우 저항이 높아진다. 이는, 상기 티타늄 나이트라이층의 저항이 두께에 비례하기 때문이고, 반응성이 높기 때문이다.
따라서, 상기 구리의 장벽 금속층으로서 탄탈륨 나이트라이드층의 적용이 제안되어 있다. 상기 탄탈륨 나이트라이드층은 상대적으로 얇은 두께로도 상기 구리의 이동도를 저지할 수 있기 때문이다.
상기 탄탈륨 나이트라이드층을 장벽 금속층으로 사용한 예들이 미합중국 특허 제6,204,204호(issued to Paranjpe et al.), 미합중국 특허 제6,153,519호(issued to Jain et al.) 및 미합중국 특허 제5,668,054호(issued to Sun et al.) 등에 개시되어 있다.
상기 미합중국 특허 제5,668,054호 등에 개시된 바에 의하면, 반응 물질로서 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum : (NEt2)3Ta=NBut: 이하 'TBTDET'라 함)을 사용하는 화학 기상 증착을 수행하여 상기 탄탈륨 나이트라이드층을 적층한다. 상기 방법은 600℃ 이상의 온도에서 공정을 수행한다. 이는, 500℃ 정도의 온도에서 상기 방법을 수행할 경우 상기탄탈륨 나이트라이드층이 10,000 μΩ·cm 이상의 비저항 값을 갖기 때문이다. 그리고, 상기 방법은 상대적으로 높은 온도에서 공정을 수행하기 때문에 반도체 장치에 불리한 열적 손상을 끼친다. 또한, 상기 화학 기상 증착 방법은 우수한 스텝 커버리지를 갖는 탄탈륨 나이트라이드층의 구현에 적합하지 않다.
최근에는, 원자층 적층(atomic layer deposition : ALD) 방법이 상기 화학 기상 증착을 대체하는 기술로서 제안되고 있다. 상기 원자층 적층 방법에 의하면, 상기 통상의 박막 형성 방법보다 낮은 온도에서 수행할 수 있고, 우수한 스텝 커버리지의 구현이 가능하다.
상기 원자층 적층을 이용한 상기 탄탈륨 나이트라이드를 적층하는 방법에 대한 일 예는 미합중국 특허 제6,203,613호(issued to Gates) 및 문헌 (Kang et al.)(Electrochemical and Solid-State Letters, 4(4) C17-C19 (2001))에 개시되어 있다.
상기 강 등의 방법에 의하면, 상기 TBTDET를 사용하는 원자층 적층 방법에 의해 400μΩ·cm 정도의 비저항 값을 갖는 상기 탄탈륨 나이트라이드층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 적층은 260℃ 정도의 온도에서 수행된다. 이와 같이, 상기 강 등의 방법에 의하면, 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 상기 탄탈륨 나이트라이드층을 용이하게 형성할 수 있다.
그러나, 상기 강 등의 방법에서는, 플라즈마 증대 방법으로 형성하는 하이드로겐 라티컬을 환원제(reducing agent)로 사용한다. 따라서, 상기 적층을 수행할 때 챔버 내에 파워 소스가 인가된다. 때문에, 상기 강의 방법은 상기 파워 소스의제어 등과 같은 공정 변수를 갖는다. 따라서, 상기 강 등의 방법은 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 형성할 수 있음에도 불구하고 상기 파워 소스의 제어와 같은 공정 변수가 부가된다. 또한, 상기 강등의 방법은 상기 파워 소스가 기판이 놓여지는 부위에 직접 가해지기 때문에 상기 기판에 손상이 가해질 수도 있다.
따라서, 낮은 온도에서 수행할 수 있고, 낮은 비저항을 갖고, 우수한 스텝 커버리지의 구현이 용이하고, 간단한 공정 변수를 갖는 탄탈륨 나이트라이트층을 형성하는 새로운 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 제1목적은, 간단한 공정 변수를 갖는 원자층 적층 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2목적은, 간단한 공정 변수를 갖는 원자층 적층을 이용하여 TaN 박막을 적층하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제3목적은 장벽 금속층으로서 간단한 공정 변수를 갖는 원자층 적층을 이용하여 TaN 박막을 적층하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제4목적은 장벽 금속층으로서 간단한 공정 변수를 갖는 원자층 적층을 이용하여 형성한 TaN 박막을 갖는 금속층 적층 방법을 제공하는 데 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 박막을 XRD로 확인한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 H2를 환원성 가스로 적용하였을 경우 박막이 갖는 비저항을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 TaN 박막을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 금속층을 나타내는 단면도이다.
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 반응 물질로서 금속 원소 및 상기 금속 원소와 화학적으로 결합하는 결합원소들을 포함하고, 상기 결합 원소들의 일부는 상기 금속 원소와 리간드 결합하는 리간드 결합 원소들을 포함하는 금속 전구체를 기판 상에 도입하는 단계;
b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
c) 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및
d) 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 결합 원소들 중에서 상기 리간드 결합 원소들을 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질로부터 제거시켜 상기 기판 상에 상기 금속 원소를 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 반응 물질로서 가스 상태의 탄탈륨 아민 유도체 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체를 기판 상에 도입하는 단계;
b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
c) 상기 기판 상에 불활성 가스를 도입하여 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계;
d) 상기 기판 상에 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및
e) 상기 a)-d)를 적어도 한번 반복하여 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제3목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;
c) 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 반응 물질로서 가스 상태의 탄탈륨 아민 유도체 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체를 도입하는 단계;
d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 화학적으로 흡착시키는 단계;
e) 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 불활성 가스를 도입하여 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽으로부터 제거시키는 단계;
f) 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및
g) 상기 c)-f)를 적어도 한번 반복하여 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제4목적을 달성하기 위한 본 발명은,
a) 기판 상에 형성되어 있는 하부 구조물 상에 절연층을 형성하는 단계;
b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 하부 구조물 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;
c) 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 반응 물질로서 가스 상태의 탄탈륨 아민 유도체 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체를 도입하는 단계;
d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 화학적으로 흡착시키는 단계;
e) 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 불활성 가스를 도입하여 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽으로부터 제거시키는 단계;
f) 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계;
g) 상기 c)-f)를 적어도 한번 반복하여 상기 하부 구조물, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계; 및
h) 상기 개구부에 금속 물질을 충전함과 동시에 상기 TaN 박막 상에 상기 금속 물질을 포함하는 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법에 의하면, 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 제거 가스들을 사용하여 공정을 수행할 수 있기 때문에 플라즈마 형성으로 인한 공정 변수를 배제할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 반응 물질로서 금속 원소 및 상기 금속 원소와 화학적으로 결합하는 결합 원소들을 포함하고, 상기 결합 원소들의 일부는 상기 금속 원소와 리간드 결합하는 리간드 결합 원소들을 포함하는 금속 전구체(metallic precursor)를 기판 상에 도입한다.
상기 반응 물질은 기판이 놓여있는 챔버 내부 즉, 상기 기판 상에 도입된다. 그리고, 상기 반응 물질의 금속 원소는 Ta를 포함한다. 여기서, 상기 Ta를 포함하는 반응 물질인 금속 전구체의 예로서는 유기 금속 전구체(metallorganic precursor) 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체(tantalum halide precursor)를 들 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 금속 전구체는 탄탈륨 아민 유도체를 포함하는데, 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum : TBTDET : (NEt2)3Ta=NBut), Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2, R3는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다), Ta(NR1R2)5(여기서 R1, R2는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 Ta(NR1R2)x(NR3R4)5-x(여기서 R1, R2, R3, R4는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도 탄탈륨(Tertiaryamylimido-tris-dimethylamido tantalum : Ta(=NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3) 등을 들 수 있다. 상기 탄탈륨 헬라이드 전구체는 TaF5, TaCl5, TaBr5또는 TaI5등을 예로 들 수 있다.
이어서, 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시킨다. 이때, 상기 반응 물질은 가스 상태로 도입된다. 그리고, 상기 반응 물질 중에서 일부가 기판 상에 화학적으로 흡착되고, 나머지는 물리적으로 흡착된다. 이에 따라, 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시킨다. 이때, 상기 제거는 상기 리간드 결합 원소들의 리간드 교환 또는 상기 리간드 교환에 의한 증착 등을 예로 들 수 있다.
상기 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질 즉, 물리적으로 흡착한 반응 물질들은 불활성 가스를 사용하여 제거시킨다. 사용되는 불활성 가스로서는, 바람직하게는, Ar 또는 N2등을 들 수 있다.
이어서, 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 결합 원소들 중에서 상기 리간드 결합 원소들을 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질로부터 제거시켜 상기 기판 상에 상기 금속 원소를 함유하는 고체 물질을 형성한다.
상기 리간드 결합 원소들은 H2, NH3, SiH4, Si2H6및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 제거시킨다. 바람직하게는, 상기H2, NH3, SiH4, Si2H6및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹은 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시켜 사용한다.
여기서, 상기 원자층 적층은 0.3-10 Torr의 일정 압력에서 수행된다. 바람직하게는, 상기 원자층 적층은 0.3 Torr 또는 5 Torr의 압력에서 수행된다.
상기 원자층 적층은 650℃ 이하의 온도에서 수행된다. 그리고, 상기 리간드 결합 원소를 제거하기 위한 물질들을 활성화시킬 경우, 300℃ 이하의 온도에서도 상기 원자층 적층을 이용한 박막 형성이 가능하다.
그리고, 상기 원자층 적층을 반복적으로 수행할 경우 TaN 박막이 형성된다. 때문에, 구리 금속층의 장벽 금속층으로서, 상기 TaN 박막을 적극적으로 응용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 원자층 적층 방법을 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는 원자층 적층 방법을 나타내는 단면도들이다. 먼저, 실리콘 재질로 구성된 기판(10)을 챔버 내에 위치시킨다. 그리고, 상기 챔버를 전술한 압력 상태를 갖도록 형성한다. 또한, 기판(10)을 전술한 온도를 갖도록 가열한다.
도 1a를 참조하면, 상기 챔버 내에 놓여있는 기판 상에 반응 물질(12)로서 TBTDET를 도입한다. 이에 따라, 반응 물질(12)의 일부가 기판(10) 상에 화학적으로 흡착한다.
도 1b를 참조하면, 기판 상에 불활성 가스를 도입시킨다. 이에 따라, 반응물질(12) 중에서 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질은 기판(10)으로부터 제거된다.
도 1c를 참조하면, 기판(10) 상에 H2, NH3, SiH4, Si2H6및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 제거 가스 중에서 어느 하나를 도입한다.
도 1d를 참조하면, 상기 제거 가스의 도입에 의해 기판(10) 상에 화학적으로 흡착한 반응 물질들의 결합 원소들 중에서 리간드 결합하는 원소(12a)들이 제거된다. 상기 제거는 상기 리간드 결합 원소들의 리간드 교환에 의해 이루어질 수도 있다. 이에 따라, 기판(10) 상에 TaN가 함유되는 원자층(14)이 적층된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성한 박막을 XRD로 확인한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 2는 상기 제거 가스로서 NH3, SiH4, 및 이들의 혼합물을 사용하여 상기 원자층 적층을 수행하였을 경우 TaN이 결정질을 이루고 있다는 것을 나타낸다. 상기 도 2에 도시한 그래프는 기판을 400℃ 가열하는 공정 조건에서 수행한 결과를 나타낸다.
도 2에서, NH3를 제거 가스로 사용한 경우(C), SiH4를 제거 가스로 사용한 경우(A), 이들의혼합물을 제거 가스로 사용한 경우(B) 모두 TaN 피크(peak)인 (111)이 나타남을 확인할 수 있었다. 이로부터 상기 원자층에 TaN이 함유되어 있다는 것을 확인할 수 있었다.
상기 TaN가 함유되는 본 발명의 원자층 적층의 반응 메커니즘은 다음과 같다. 상기 반응 물질로서 (NEt2)3Ta=NBut가 기판 상에 화학적으로 흡착된다. 그리고, 상기 불활성 가스에 의해 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질은 제거된다. 상기 제거는 상기 불활성 가스에 의한 정화이다. 이어서, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 제거 가스 중에서 어느 하나를 상기 기판 상에 도입한다. 그리고, 상기 제거 가스에 의해 상기 (NEt2)3Ta=NBut 중에서 리간드 결합을 갖는 원소가 제거된다. 즉, 상기 제거 가스가 리간드 결합 원소와 반응하는 반응력이 상기 리간드 결합 원소가 결합되어 있는 결합력보다 크기 때문에 상기 리간드 결합을 갖는 원소를 제거시킬 수 있다. 이때, 상기 Ta=N은 이중 결합을 갖기 때문에 상기 제거 가스에 별다른 영향을 받지 않는다. 따라서, 상기 리간드 결합 원소가 제거됨으로서 상기 기판 상에는 Ta=N을 함유하는 원자층 박막이 적층된다.
상기 원자층 박막의 적층에서, 환원제를 이용한 반응 메카니즘에 대해서는 전술한 강에 개시되어 있다. 그러나, 상기 강에 의하면, 본 발명에서와 같이 제거 가스를 사용하여 리간드 결합 원소를 제거하는 것이 아니라 하이드로겐 레디칼을 환원제를 사용하여 상기 리간드 결합 원소를 치환시키는 것으로 생각된다.
그리고, 상기 반응 물질인 (NEt2)3Ta=NBut는 650℃ 의 온도에서는 완전 분해된다. 때문에, 상기 온도가 650℃ 이상일 경우에는 상기 원자층 적층이 이루어지지 않는다. 그리고, 상기 온도가 300℃ 이하인 경우에는 상기 반응 물질을 분해되지않는다. 때문에, 상기 제거 가스를 활성화시킨 다음 사용한다. 상기 활성화는, 바람직하게는, 리모트 플라즈마 방식에 의해 이루어진다. 그리고, 상기 온도가 300-650℃ 정도인 경우에는 상기 반응 물질은 부분적으로 분해한다. 때문에, 상기 온도 범위에서의 원자층 적층에서도 상기 제거 가스를 활성화시킨 다음 사용할 경우 상기 제거를 보다 용이하게 촉진시킬 수 있다.
상기 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법은 상대적으로 낮은 온도에서 낮은 비저항을 갖는 박막을 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 상기 방법은 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 제거 가스들을 사용하기 때문에 플라즈마 형성으로 인한 공정 변수를 배제할 수 있다. 따라서, 낮은 온도에서 수행할 수 있고, 낮은 비저항을 갖고, 우수한 스텝 커버리지의 구현이 용이하고, 간단한 공정 변수를 갖는 원자층 적층을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이에 의해 제한되지 않은다.
실시예 1
챔버 내에 기판을 위치시킨 후, 챔버내의 압력을 5 Torr로 조정하였다. 또한, 상기 기판을 450℃ 정도로 가열하였다. 그리고, 상기 압력 및 온도 분위기를 갖는 챔버 내에 10g/min 정도의 유량으로 상기 TBTDET를 도입하여 그 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시켰다. 상기 화학적으로 흡착하지 않지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 상기 챔버로부터 제거시켰다. 그리고, 리모트 플라즈마방식으로 활성화시킨 NH3를 100sccm 정도의 유량으로 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 리간드 결합 원소를 제거하였다. 이에 따라, 상기 기판 상에는 TaN을 함유하는 원자층을 박막으로 형성하였다. 상기 공정의 수행으로 수득한 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크가 관찰되었고, 비저항값은 1,254μΩ·cm이었다.
실시예 2
상기 기판을 500℃에서 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 TaN으로 구성된 원자층을 박막으로 형성하였다. 수득한 TaN층의 비저항을 측정한 바, 측정된 비저항 값은 1,035μΩ·cm를 나타냈다. 그리고, 상기 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크를 관찰하였다.
실시예 3
상기 기판을 550℃에서 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 TaN으로 구성된 원자층을 박막으로 형성하였다. 수득한 TaN층의 비저항을 측정한 바, 측정된 비저항 값은 1,117μΩ·cm를 나타냈다. 그리고, 상기 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크를 관찰하였다.
실시예 4
상기 기판을 600℃에서 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 TaN으로 구성된 원자층을 박막으로 형성하였다. 수득한 TaN층의 비저항을 측정한 바, 측정된 비저항 값은 721μΩ·cm를 나타냈다. 그리고, 상기 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크를 관찰하였다.
실시예 5
챔버 내에 기판을 위치시킨 후, 챔버 내의 압력을 0.3 Torr로 조정하였다. 또한, 상기 기판을 500℃ 정도로 가열하였다. 그리고, 상기 압력 및 온도 분위기를 갖는 챔버 내에 10g/min 정도의 유량으로 상기 TBTDET를 도입하여 그 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시켰다. 상기 화학적으로 흡착하지 않지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 상기 챔버로부터 제거시켰다. 그리고, 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 NH3를 500sccm 정도의 유량으로 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 리간드 결합 원소를 제거하였다. 이에 따라, 상기 기판 상에는 TaN을 함유하는 원자층을 박막으로 형성하였다. 상기 공정의 수행으로 수득한 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크가 관찰되었고, 비저항값은 1,744μΩ·cm이었다.
실시예 6
상기 기판을 550℃에서 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 상기 TaN으로 구성된 원자층을 박막으로 형성하였다. 수득한 TaN층의 비저항을 측정한 바, 측정된 비저항 값은 1,301μΩ·cm를 나타냈다. 그리고, 상기 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크를 관찰하였다.
실시예 7
상기 기판을 600℃에서 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 상기 TaN으로 구성된 원자층을 박막으로 형성하였다. 수득한 TaN층의 비저항을 측정한 바, 측정된 비저항 값은 1,304μΩ·cm를 나타냈다. 그리고, 상기 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크를 관찰하였다.
실시예 8
챔버 내에 기판을 위치시킨 후, 챔버 내의 압력을 5 Torr로 조정하였다. 또한, 상기 기판을 400℃ 정도로 가열하였다. 그리고, 상기 압력 및 온도 분위기를 갖는 챔버 내에 10g/min 정도의 유량으로 상기 TBTDET를 도입하여 그 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시켰다. 상기 화학적으로 흡착하지 않지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 상기 챔버로부터 제거시켰다. 그리고, 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 NH3를 500sccm 정도의 유량으로 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 리간드 결합 원소를 제거하였다. 이에 따라, 상기 기판 상에는 TaN을 함유하는 원자층을 박막으로 형성하였다. 상기 공정의 수행으로 수득한 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크가 관찰되었고, 비저항값은 924.5μΩ·cm이었다.
실시예 9
상기 기판을 450℃에서 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 8과 동일한 방법으로 상기 TaN으로 구성된 원자층을 박막으로 형성하였다. 수득한 TaN층의 비저항을 측정한 바, 측정된 비저항 값은 685μΩ·cm를 나타냈다. 그리고, 상기 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크를 관찰하였다.
실시예 10
챔버 내에 기판을 위치시킨 후, 챔버 내의 압력을 1 Torr로 조정하였다. 또한, 상기 기판을 250℃ 정도로 가열하였다. 그리고, 상기 압력 및 온도 분위기를 갖는 챔버 내에 10g/min 정도의 유량으로 상기 터셔리아밀이미도-트리스-디메틸아미도 탄탈륨을 도입하여 그 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시켰다. 상기 화학적으로 흡착하지 않지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 상기 챔버로부터 제거시켰다. 그리고, 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 NH3를 500sccm 정도의 유량으로 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 리간드 결합 원소를 제거하였다. 이에 따라, 상기 기판 상에는 TaN을 함유하는 원자층을 박막으로 형성하였다. 상기 공정의 수행으로 수득한 박막에 대하여 XRD 분석을 수행한 바, 도 2에 대하여 설명한 바와 유사하게, (111) 방향성을 갖는 피크가 관찰되었다.
비교예
그리고, 전술한 강 등의 문헌 에 개시된 바와 같이, H2를 환원성 가스로 사용하여 박막을 형성해 보았다. 상기 적층 공정은 다음과 같이 수행하였다. 상기 압력은 0.3 Torr로 조정하였고, 상기 기판은 400℃ 정도로 가열하였다. 그리고, 상기 TBTDET를 10g/min 정도의 유량으로 도입하였고, 상기 NH3는 500sccm의 유량으로 도입하였다. 상기 조건에 의해 형성한 박막은 도 3에 도시된 바와 같은 결과를 나타내었다. 즉, 상기 환원성 가스인 H2의 유량이 증가할수록 상기 박막의 비저항이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이하, TaN 박막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
상기 TaN 박막 형성은 상기 원자층 적층 방법을 적용하는 동일한 공정 조건으로 수행한다. 이때, 상기 불활성 가스를 사용하여 상기 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질을 제거시키는 공정과, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 리간드 결합을 갖는 원소를 제거시키는 공정을 반복적으로 수행할 수 있다. 이는, 상기 TaN 박막 내에 존재하는 불순물을 완전하게 제거하기 위함이다. 그리고, 상기 원자층 적층 방법을 반복적으로 수행함으로서 상기 TaN 박막을 형성할 수 있다. 즉, 상기 원자층 적층을 반복적으로 수행함으로서 상기 원자층이 소정의 두께를 갖는 TaN 박막으로 형성되는 것이다. 상기 박막의 두께는 상기 반복 회수에 따라 차이가 있다. 때문에, 상기 반복 회수를 조절함으로서 상기 박막 두께를 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 상기 박막 형성이 원자층 적층 방법을 이용하기 때문에 양호한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 형성할 수 있다. 이외에도, 상기 TaN 박막을 형성한 이후 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 TaN 박막을 포스트 처리할 수 있다. 이 또한, 상기 TaN 박막 내에 존재하는 불순물을 완전하게 제거하기 위함이다.
먼저, 개구부를 갖는 절연층 패턴이 형성된 기판을 챔버 내에 위치시킨다. 그리고, 전술한 원자층 적층 방법과 동일한 방법으로 상기 기판 상에 TaN을 함유하는 원자층을 적층시킨다. 이때, 상기 원자층은 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 형성된다. 그리고, 상기 원자층 적층 방법을 반복 수행한다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(40) 표면, 절연층(42) 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 상기 TaN 박막(44)이 형성된다.
그리고, 상기 TaN 박막은 상기 개구부를 갖는 절연층 패턴이 형성된 기판 뿐만 아니라 기판 상에 형성된 다층 배선 구조물 상에도 용이하게 적용할 수 있다.
이하, 상기 TaN 박막을 포함하는 배선층 형성 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 챔버 내에 개구부를 갖는 절연층 패턴이 형성된 기판을 위치시킨다. 상기 개구부는 11 : 1 정도의 종횡비(aspect ratio)를 갖는다. 그리고, 상기 기판이 놓여있는 주변을 0.3 Torr의 압력으로 형성한다. 또한, 상기 기판을 450℃ 정도로 가열한다. 이어서, 상기 반응 물질로서 상기 TBTDET를 10g/min 정도의 유량으로 도입한다. 이에 따라, 상기 반응 물질의 일부가 상기 기판 상에 화학적으로 흡착한다. 그리고, 상기 불활성 가스로서 Ar을 100sccm 정도의 유량으로 도입하여 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거한다. 이어서, 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 NH3를 500sccm, SiH4를 100sccm 정도의 유량으로 도입한다. 상기 NH3 및 SiH4의 도입에 의해 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질의 리간드 결합 원소가 제거된다. 따라서, 상기 기판 상에는 TaN을 함유하는 원자층이 적층된다. 이때, 상기 불활성 가스를 사용하여 상기 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질을 제거시키는 공정과, 상기 NH3, 및 SiH4를 사용하여 리간드 결합을 갖는 원소를 제거시키는 공정을 반복적으로 수행할 수 있다. 이는, 상기 TaN 박막 내에 존재하는 불순물을 완전히 제거하기 위함이다. 그리고, 상기 공정 조건으로 반응 물질, 불활성 가스 및 제거 가스의 도입을 600회 정도 반복 수행한다. 따라서, 상기 원자층이 계속 적층됨에 따라 개구부 측벽, 절연층 및 상기 개구부 저부에 노출된 기판 표면 상에 연속적으로 TaN 박막이 형성된다. 이외에도, 상기 TaN 박막을 형성한 이후 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 TaN 박막을 포스트 처리할 수 있다. 이 또한, 상기 TaN 박막 내에 존재하는 불순물을 완전하게 제거하기 위함이다.
상기 TaN 박막은 원자층 적층으로 형성하기 때문에 우수한 스텝 커버리지를 갖는다. 그리고, 낮은 온도의 공정 수행이 가능하다. 또한, 상기 TaN 박막의 공정 조건은 상기 원자층 적층이 상기 리모트 플라즈마 방식의 채택하기 때문에 간단한 공정 변수를 갖는다.
상기 TaN 박막은 금속층의 장벽 금속층으로 응용할 수 있다. 특히, 구리 금속층의 장벽 금속층으로 적극적으로 응용할 수 있다.
구체적으로, 기판 상에 형성되어 있는 개구부를 갖는 절연층 패턴 상에 상기 원자층 적층을 이용한 TaN 박막 형성 방법으로 TaN 박막을 형성한다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 기판(50), 개구부 측벽 및 절연층(52) 패턴 상에 연속적으로 TaN 박막(54)이 형성된다. 그리고, 상기 TaN 박막(54) 상에 구리 금속층(56)을 형성한다. 상기 구리 금속층(56)은 주로 통상의 박막 형성 방법으로 형성한다.
이와 같이, 상기 구리 금속층의 장벽 금속층으로서 TaN 박막을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 구리가 갖는 특징을 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 방법은 Al, Ru, Si를 포함하는 박막 형성에 적극적으로 응용할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 상대적으로 낮은 온도에서, 낮은 비저항을 갖는 금속 원소를 포함하는 원자층을 용이하게 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 원자층 적층은 간단한 공정 변수를 갖는다. 때문에, 상기 원자층 적층을 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다. 즉, 상기 원자층 적층에 사용되는 가스의 활성화를 리모트 플라즈마 방식을 채택하기 때문이다. 이와 같이, 상기 원자층 적층이 갖는 장점 뿐만 아니라 간단한 공정 변수를 갖기 때문에 상기 원자층 적층을 박막 형성에 적극적으로 응용할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (38)

  1. a) 제1 반응 물질로서 탄탈륨 아민 유도체를 기판 상에 도입하는 단계;
    b) 상기 제1 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
    c) 상기 제1 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 제1 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및
    d)상기 기판 상에 제2 반응 물질로서 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여상기 화학적으로 흡착한 제1 반응 물질의 결합 원소들 중에서 상기 리간드 결합 원소들을 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질로부터 제거시켜 상기 기판 상에 상기 탄탈륨 원소를 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체는 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum : TBTDET : (NEt2)3Ta=NBut), Ta(NR1)(NR2R3)3 (여기서 R1, R2, R3는 H 또는 C1-C6 알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다), Ta(NR1R2)5 (여기서 R1, R2는 H 또는 C1-C6 알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 Ta(NR1R2)x(NR3R4)5-x (여기서 R1, R2, R3, R4는 H 또는 C1-C6 알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응 물질은 가스 상태로 도입되는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착하지 않은 반응 물질은 불활성 가스를 사용하여 제거시키는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Ar 또는 N2인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물은 활성화된 것을 특징으로 원자층 적층 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 활성화는 리모트 플라즈마 방식에 의한 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 고체 물질은 TaN인 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 a)-d)는 650℃ 이하의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 a)-d)는 0.3 - 10 Torr의 일정 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  16. a) 반응 물질로서 가스 상태의 탄탈륨 아민 유도체(tantalum amine derivative) 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체(tantalum halide precursor)를 기판 상에 도입하는 단계;
    b) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
    c) 상기 기판 상에 불활성 가스를 도입하여 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계;
    d) 상기 기판 상에 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및
    e) 상기 a)-d)를 적어도 한번 반복하여 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체는 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum : TBTDET : (NEt2)3Ta=NBut), Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2, R3는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다), Ta(NR1R2)5(여기서 R1, R2는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 Ta(NR1R2)x(NR3R4)5-x(여기서 R1, R2, R3, R4는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 탄탈륨 헬라이드 전구체는 TaF5, TaCl5, TaBr5또는 TaI5를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물은 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 a)-d)는 650℃ 이하의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 a)-d)는 0.3 - 10 Torr의 일정 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 e) 단계를 수행하기 이전에 상기 c)-d) 단계들을 적어도 한번 반복하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  23. 제16항에 있어서, 상기 e) 단계를 수행한 이후에 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 TaN 박막을 포스트 처리하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  24. a) 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
    b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 기판 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;
    c) 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 반응 물질로서 가스 상태의 탄탈륨 아민 유도체(tantalum amine derivative) 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체(tantalum halide precursor)를 도입하는 단계;
    d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 화학적으로 흡착시키는 단계;
    e) 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 불활성 가스를 도입하여 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽으로부터 제거시키는 단계;
    f) 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계; 및
    g) 상기 c)-f)를 적어도 한번 반복하여 상기 기판 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체는 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum : TBTDET : (NEt2)3Ta=NBut), Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2, R3는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다), Ta(NR1R2)5(여기서 R1, R2는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 Ta(NR1R2)x(NR3R4)5-x(여기서 R1, R2, R3, R4는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 탄탈륨 헬라이드 전구체는 TaF5, TaCl5, TaBr5또는 TaI5를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 절연층은 산화 물질을 포함하는 박막이고, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물은 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 g) 단계를 수행하기 이전에 상기 e)-f) 단계들을 적어도 한번 반복하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  29. 제24항에 있어서, 상기 g) 단계를 수행한 이후에 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 TaN 박막을 포스트 처리하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층을 이용한 박막 형성 방법.
  30. a) 기판 상에 형성되어 있는 하부 구조물 상에 절연층을 형성하는 단계;
    b) 상기 절연층의 소정 부위를 식각하여 상기 하부 구조물 표면이 노출되는 개구부를 형성하는 단계;
    c) 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 반응 물질로서 가스 상태의 탄탈륨 아민 유도체(tantalum amine derivative) 또는 탄탈륨 헬라이드 전구체(tantalum halide precursor)를 도입하는 단계;
    d) 상기 반응 물질의 일부를 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 화학적으로 흡착시키는 단계;
    e) 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 불활성 가스를 도입하여 상기 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 반응 물질을 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽으로부터 제거시키는 단계;
    f) 상기 하부 구조물 표면, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질에 포함되는 리간드 결합을 갖는 원소들을 상기 반응 물질로부터 제거시켜 TaN을 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계;
    g) 상기 c)-f)를 적어도 한번 반복하여 상기 하부 구조물, 절연층 및 개구부 측벽 상에 연속적으로 상기 고체 물질을 TaN 박막으로 형성하는 단계; 및
    h) 상기 개구부에 금속 물질을 충전함과 동시에 상기 TaN 박막 상에 상기 금속 물질을 포함하는 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속층 형성 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체는 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum : TBTDET : (NEt2)3Ta=NBut), Ta(NR1)(NR2R3)3(여기서 R1, R2, R3는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다), Ta(NR1R2)5(여기서 R1, R2는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 Ta(NR1R2)x(NR3R4)5-x(여기서 R1, R2, R3, R4는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속층 형성 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 탄탈륨 헬라이드 전구체는 TaF5, TaCl5, TaBr5또는 TaI5를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속층 형성 방법.
  33. 제30항에 있어서, 상기 금속층은 Cu, Al, Ru 및 Si 물질로 구성되는 그룹 중에서 어느 하나를 선택하고, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물은 리모트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 것을 특징으로 하는 금속층 형성 방법.
  34. 제30항에 있어서, 상기 g) 단계를 수행하기 이전에 상기 e)-f) 단계들을 적어도 한번 반복하는 것을 특징으로 하는 금속층 형성 방법.
  35. 제30항에 있어서, 상기 g) 단계와 상기 h) 단계 사이에 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 TaN 박막을 포스트 처리하는 것을 특징으로 하는 금속층 형성 방법.
  36. a) 제1 반응 물질로서 탄탈륨 헬라이드 전구체를 기판 상에 도입하는 단계;
    b) 상기 제1 반응 물질의 일부를 상기 기판 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;
    c) 상기 제1 반응 물질 중에서 화학적으로 흡착하지 않는 제1 반응 물질을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및
    d) 상기 기판 상에 제2 반응 물질로서 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 도입하여 상기 화학적으로 흡착한 제1 반응 물질의 결합 원소들 중에서 상기 리간드 결합 원소들을 상기 화학적으로 흡착한 반응 물질로부터 제거시켜 상기 기판 상에 상기 탄탈륨 원소를 함유하는 고체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 탄탈륨 헬라이드 전구체는 TaF5, TaCl5, TaBr5 또는 TaI5를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 H2, NH3, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물은 활성화된 것을 특징으로 원자층 적층 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7098131B2 (en) 2001-07-19 2006-08-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods for forming atomic layers and thin films including tantalum nitride and devices including the same
US7105444B2 (en) 2001-07-19 2006-09-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for forming a wiring of a semiconductor device, method for forming a metal layer of a semiconductor device and apparatus for performing the same
KR100545997B1 (ko) * 2002-06-26 2006-01-25 심상배 볼링공 표면처리 장치
US7081409B2 (en) 2002-07-17 2006-07-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of producing integrated circuit devices utilizing tantalum amine derivatives
TW200524018A (en) * 2003-11-20 2005-07-16 Ulvac Inc Method of cleaning surface of semiconductor substrate, method of manufacturing film, method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
KR100722987B1 (ko) * 2004-10-18 2007-05-30 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자 제조 방법
TWI536451B (zh) 2010-04-26 2016-06-01 應用材料股份有限公司 使用具金屬系前驅物之化學氣相沉積與原子層沉積製程之ｎ型金氧半導體金屬閘極材料、製造方法及設備
TWI661072B (zh) 2014-02-04 2019-06-01 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ控股公司 金屬、金屬氧化物與介電質的選擇性沈積
US10428421B2 (en) * 2015-08-03 2019-10-01 Asm Ip Holding B.V. Selective deposition on metal or metallic surfaces relative to dielectric surfaces
US11081342B2 (en) 2016-05-05 2021-08-03 Asm Ip Holding B.V. Selective deposition using hydrophobic precursors
JP2023059613A (ja) * 2021-10-15 2023-04-27 東京エレクトロン株式会社 パーティクル抑制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990030575A (ko) * 1997-10-01 1999-05-06 윤종용 반도체 장치의 제조 방법 및 그의 제조 장치
KR19990062428A (ko) * 1997-12-31 1999-07-26 윤종용 원자층 증착 공정을 이용하는 도전층 형성방법
KR20000054970A (ko) * 1999-02-02 2000-09-05 정수홍 장벽금속막을 구비한 금속 배선 및 그 제조방법
WO2000065126A1 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Tokyo Electron Limited Cvd tantalum nitride plug formation from tantalum halide precursors
WO2000065123A1 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Tokyo Electron Limited THERMAL CVD OF TaN FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS
KR20030002146A (ko) * 2001-06-30 2003-01-08 주식회사 하이닉스반도체 원자층증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990030575A (ko) * 1997-10-01 1999-05-06 윤종용 반도체 장치의 제조 방법 및 그의 제조 장치
KR19990062428A (ko) * 1997-12-31 1999-07-26 윤종용 원자층 증착 공정을 이용하는 도전층 형성방법
KR20000054970A (ko) * 1999-02-02 2000-09-05 정수홍 장벽금속막을 구비한 금속 배선 및 그 제조방법
WO2000065126A1 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Tokyo Electron Limited Cvd tantalum nitride plug formation from tantalum halide precursors
WO2000065123A1 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Tokyo Electron Limited THERMAL CVD OF TaN FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS
KR20030002146A (ko) * 2001-06-30 2003-01-08 주식회사 하이닉스반도체 원자층증착법에 의한 9족 금속막의 형성 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7368333B2 (en) 2005-05-24 2008-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same by using atomic layer deposition

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