KR100800142B1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 구리막과 텅스텐막 및 알루미늄막 중 어느 하나의 막으로 이루어진 금속막과 하부막 사이에 개재되어 상기 막들간 확산을 방지하도록 기능하는 확산방지막을 형성하기 위한 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 확산방지막은 ALD 공정을 이용한 비정질의 전이금속 보론화합물막으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a method for manufacturing a semiconductor device. The disclosed method of the present invention provides a semiconductor device for forming a diffusion barrier film interposed between a metal film made of a film of any one of a copper film and a tungsten film and an aluminum film and a lower film and functioning to prevent diffusion between the films. In the method, the diffusion barrier is formed of an amorphous transition metal boron compound film using an ALD process.
Description
도 1a 내지 도 1d는 듀얼 다마신 공정을 설명하기 위한 반도체 소자의 공정별 단면도. 1A to 1D are cross-sectional views of processes of a semiconductor device for describing a dual damascene process.
도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면. 2 is a view for explaining the problems of the prior art.
도 3은 반도체 소자의 선폭에 따라 요구되는 확산방지막의 두께 변동을 나타내는 그래프. 3 is a graph showing the variation of the thickness of the diffusion barrier film required according to the line width of the semiconductor device.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 ALD 공정을 이용한 확산방지막의 형성방법을 설명하기 위한 도면. 4A to 4D are views for explaining a method of forming a diffusion barrier using an ALD process according to an embodiment of the present invention.
도 5는 ZrB2 확산방지막 형성과 관련된 반응들의 온도에 따른 깁스 자유에너지 변화를 나타내는 그래프. FIG. 5 is a graph showing Gibbs free energy change with temperature of reactions related to ZrB2 diffusion barrier formation. FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체 기판 110 : 하부도전층100
120 : 제1층간절연막 130 : 식각정지막120: first interlayer insulating film 130: etch stop film
140 : 제2층간절연막 150 : 감광막패턴140: second interlayer insulating film 150: photosensitive film pattern
160 : 확산방지막 170 : 구리막160: diffusion barrier 170: copper film
H : 콘택홀 M : 틀H: Contact hole M: Frame
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구리와 같은 금속 재질의 콘택 플러그 및 배선을 형성함에 있어서 금속막과 하부막 사이에 개제되는 확산방지막의 다결정 구조에 기인하는 확산 방지 특성의 열화 문제를 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
주지된 바와 같이, 반도체 소자의 전기적 연결 통로를 제공하는 콘택홀의 매립 플러그 물질을 비롯한 금속배선의 재료로는 전기 전도도가 우수한 알루미늄(Al) 및 텅스텐(W)이 주로 이용되어 왔으며, 최근에는 상기 알루미늄 및 텅스텐 보다 전기 전도도가 월등히 우수하여 고집적 고속동작 소자에서 RC 신호 지연 문제를 해결할 수 있는 구리(Cu)를 차세대 배선 및 콘택 플러그 물질로 사용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. As is well known, aluminum (Al) and tungsten (W) having excellent electrical conductivity have been mainly used as a material for metal wiring including a buried plug material of a contact hole providing an electrical connection passage of a semiconductor device. The research has been conducted to use copper (Cu) as a next-generation wiring and contact plug material that can solve the RC signal delay problem in highly integrated high-speed operation devices because the electrical conductivity is much better than that of tungsten.
그런데, 상기 구리의 경우 배선 형태로 건식 식각하기가 용이하지 않기 때문에, 구리로 콘택 플러그 및 배선을 형성하기 위해서는 다마신(damascene)이라는 새로운 공정 기술이 이용된다. 상기 다마신 공정은 층간절연막을 식각하여 층간절연막 내에 콘택 플러그 또는 배선 형태의 틀을 먼저 형성한 후, 상기 틀 내에 구리를 매립시켜 구리 재질의 콘택 플러그 또는 배선을 형성하는 것이다. 특별히, 상기 콘택 플러그와 배선을 동시에 형성하는 기술을 듀얼(dual) 다마신 공정 기술이라 한다. However, in the case of copper, since it is not easy to dry-etch in the form of wiring, a new process technology called damascene is used to form contact plugs and wiring with copper. In the damascene process, the interlayer insulating layer is etched to form a contact plug or wiring form in the interlayer insulating layer first, and then copper is embedded in the frame to form a copper contact plug or wiring. In particular, the technique of simultaneously forming the contact plug and the wiring is referred to as a dual damascene process technique.
한편, 상기 구리를 콘택 플러그 및 배선 물질로 적용하는 경우에도, 종래의 텅스텐 또는 알루미늄을 콘택 플러그 및 배선 물질로 적용하는 경우에서와 마찬가지로 금속막과 하지층(실리콘막 또는 산화막) 사이에 금속막의 확산을 방지하기 위한 확산방지막(diffusion barrier)이 개제되어야 한다. On the other hand, even when the copper is applied as the contact plug and the wiring material, the diffusion of the metal film between the metal film and the underlying layer (silicon film or oxide film) is the same as when the conventional tungsten or aluminum is applied as the contact plug and the wiring material. A diffusion barrier should be provided to prevent this.
이하에서는, 도 1a 내지 도 1d를 참조하여, 상기한 종래의 듀얼 다마신 공정을 이용한 구리 재질의 콘택 플러그 및 배선의 형성방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, referring to FIGS. 1A to 1D, a method of forming a copper contact plug and a wiring using the conventional dual damascene process will be described.
도 1a를 참조하면, 하부도전층(110)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1층간절연막(120)과 식각정지막(130) 및 제2층간절연막(140)을 차례로 형성한 후, 상기 제2층간절연막(140), 식각정지막(130) 및 제1층간절연막(120)을 식각하여 하부도전층(110)을 노출시키는 콘택홀(H)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, the first interlayer
도 1b를 참조하면, 상기 제2층간절연막(140) 상에 배선 형성 영역을 정의하는 감광막패턴(150)을 형성한다. 이때, 상기 콘택홀(H)의 하단부에도 감광막패턴(150)이 매립된다. Referring to FIG. 1B, a
도 1c를 참조하면, 상기 감광막패턴(150)을 식각마스크로 이용해서 식각정지막(130)이 노출될때까지 제2층간절연막(140)을 식각한다. 그리고 나서, 감광막패턴을 제거한다. 이로써, 제1 및 제2층간절연막(120, 140) 내에 콘택 플러그 및 배선 모양의 틀(M)이 형성된다. Referring to FIG. 1C, the second
도 1d를 참조하면, 상기 콘택 플러그 및 배선 모양의 틀(M) 표면을 포함한 제2층간절연막(140) 상에 확산방지막(160)을 형성한다. Referring to FIG. 1D, the
여기서, 상기 확산방지막(160)은 일반적으로 Ti막, TiN막, Ta막 또는 TaN막과 같은 전이금속막 또는 전이금속 질화물막으로 형성하는데, 단차피복성(step coverage)가 우수한 IMP(Ionized Metal Plasma)와 같은 이온화 PVD(Inonized Physical Vapor Deposition) 공정, CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성한다. 상기 ALD 공정은 전이금속의 소오스가스로 TiCl4 또는 TaCl5 등을 사용하고, 질소의 소오스가스로 NH3 또는 N2/H2 등을 사용해서 수행한다. Here, the
그런 다음, 상기 확산방지막(160) 상에 구리막(170)을 형성한다. 그런 다음, 상기 구리막(170)과 확산방지막(160)을 제2층간절연막(140)이 노출될때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 구리 재질의 콘택 플러그 및 배선을 형성한다. Then, a
그러나, 전술한 종래 기술에서는, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 구리의 확산방지막(160)으로서 Ti막, TiN막, Ta막 또는 TaN막과 같은 전이금속막 또는 전이금속 질화물막을 사용하고 있는데, 상기 전이금속막 또는 전이금속 질화물막은 통상 결정립계(grain boundary)가 큰 주상정 구조(columnar structure)를 갖는 다결정질(polycrystalline)으로 형성되기 때문에 확산 방지 특성이 좋지 못하다는 문제점이 있다. However, in the above-described prior art, as mentioned above, a transition metal film or a transition metal nitride film such as a Ti film, a TiN film, a Ta film, or a TaN film is used as the
특히, 상기 구리의 경우 종래의 알루미늄 또는 텅스텐과 비교하여 실리콘막또는 산화막으로 빠르게 확산되기 때문에 상기 종래의 확산방지막(160)으로는 구리의 빠른 확산을 막는데 한계가 있다. 도 2는 주상정 구조를 갖는 종래의 확산방지막(160)을 통해 구리가 확산되는 현상을 나타내는 도면이다. In particular, since the copper is rapidly diffused into the silicon film or the oxide film as compared with the conventional aluminum or tungsten, the conventional
그리고, 콘택 플러그 및 배선에서 금속막 대비 확산방지막의 두께가 두꺼워 질수록 콘택 플러그 및 배선의 저항이 급격히 증가하기 때문에, 반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라 점차 확산방지막의 두께를 얇게 형성해야 하는데, 이렇게 확산방지막의 두께가 얇아질수록 상기 주상정 구조의 결정립계를 통한 구리의 확산 현상이 더욱 심각해진다. In addition, since the thickness of the contact plug and the wiring increases rapidly as the thickness of the diffusion barrier is larger than that of the metal film in the contact plug and the wiring, the thickness of the diffusion barrier should be gradually reduced as the integration of semiconductor devices increases. The thinner the diffusion barrier, the more serious the diffusion of copper through the grain boundaries of the columnar structure.
도 3은 구리를 콘택 플러그 및 배선 재료로 사용하는 경우, 선폭에 따라 요구되는 확산방지막의 두께 변화를 나타내는 그래프로서, 이를 참조하면, 선폭이 45nm인 경우 5nm 이하의 매우 얇은 두께를 갖는 확산방지막이 요구됨을 알 수 있다. 그러므로, 반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라 종래의 다결정질 확산방지막(160)으로는 구리의 확산을 방지하는데 한계점에 이르게 되는 바, 상기 다결정질 확산방지막(160)을 대체할 수 있는 새로운 재질의 확산방지막이 요구된다. 3 is a graph showing the thickness change of the diffusion barrier film required according to the line width when copper is used as the contact plug and the wiring material. Referring to this, when the line width is 45 nm, the diffusion barrier layer having a very thin thickness of 5 nm or less is shown. It can be seen that required. Therefore, as the integration of semiconductor devices proceeds, the conventional polycrystalline
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구리와 같은 금속 재질의 콘택 플러그 및 배선을 형성함에 있어서 금속막과 하부막 사이에 개제되는 확산방지막의 다결정 구조에 기인하는 확산 방지 특성의 열화 문제를 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is attributable to the polycrystalline structure of the diffusion barrier film interposed between the metal film and the lower film in forming a contact plug and a wire made of metal such as copper. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the deterioration problem of diffusion preventing properties.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 구리막과 텅스텐막 및 알루미늄막 중 어느 하나의 막으로 이루어진 금속막과 하부막 사이에 개재되어 상기 막들간 확산을 방지하도록 기능하는 확산방지막을 형성하기 위한 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 확산방지막은 ALD 공정을 이용한 비정질의 전이금속 보론화합물막으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object is interposed between a metal film and a lower film made of any one of a copper film, a tungsten film and an aluminum film and to prevent diffusion between the films. In the method of manufacturing a semiconductor device for forming a diffusion barrier film, the diffusion barrier film is characterized in that the amorphous transition metal boron compound film using an ALD process.
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여기서, 상기 ALD 공정을 이용한 전이금속 보론화합물막은 TiB2막, ZrB2막 및 HfB2막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 이성분계막으로 형성한다.Here, the transition metal boron compound film using the ALD process is formed of any one binary component film selected from the group consisting of TiB2 film, ZrB2 film and HfB2 film.
상기 ALD 공정을 이용한 전이금속 보론화합물막은 TiBxSiy막, ZrBxSiy막 및 HfBxSiy막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 삼성분계막으로 형성한다. The transition metal boron compound film using the ALD process is formed of any one ternary film selected from the group consisting of a TiBxSiy film, a ZrBxSiy film, and a HfBxSiy film.
상기 TiB2막과 TiBxSiy막은 티타늄의 소오스가스로 TiCl4, TiI4 및 TiBr4로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 형성하거나, 또는, Ti를 포함하는 다른 유기 금속 화합물을 사용하여 형성한다. The TiB2 film and the TiBxSiy film are formed using any one selected from the group consisting of TiCl4, TiI4, and TiBr4 as source gases of titanium, or are formed using another organometallic compound containing Ti.
상기 ZrB2막과 ZrBxSiy막은 지르코늄의 소오스가스로 ZrCl4, ZrI4 및 ZrBr4로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 형성하거나, 또는, Zr을 포함하는 다른 유기 금속 화합물을 사용하여 형성한다. The ZrB2 film and the ZrBxSiy film are formed by using one selected from the group consisting of ZrCl4, ZrI4, and ZrBr4 as source gases of zirconium, or other organometallic compounds containing Zr.
상기 HfB2막과 HfBxSiy막은 하프늄의 소오스가스로 HfCl4, HfI4 및 HfBr4로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 형성하거나, 또는, Hf를 포함하는 다른 유기 금속 화합물을 사용하여 형성한다. The HfB2 film and the HfBxSiy film are formed using any one selected from the group consisting of HfCl4, HfI4, and HfBr4 as source gases of hafnium, or other organic metal compounds containing Hf.
상기 ALD 공정을 이용한 전이금속 보론화합물막은 보론의 소오스가스로 BH3, B2H6 및 B10H14로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 형성한다. The transition metal boron compound film using the ALD process is formed using any one selected from the group consisting of BH3, B2H6 and B10H14 as source gas of boron.
상기 삼성분계막은 실리콘의 소오스가스로 SiH4 또는 Si2H6를 사용하여 형성 한다. The ternary membrane is formed using
상기 이성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 및 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The binary component film is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal], [hydrogen plasma supply and purge], and [source gas supply and purge of boron] are sequentially performed.
상기 이성분계막은 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The binary component film is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of boron, the source gas supply and purge of transition metals, and the hydrogen plasma supply and purge are sequentially performed.
상기 이성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]와 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The binary component film is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal] and [source gas supply and purge of hydrogen and boron] are sequentially performed.
상기 이성분계막은 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]와 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The binary component film is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron and the source gas supply and purge of transition metals are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지], [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane has a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal], [hydrogen plasma supply and purge], [source gas supply and purge of boron] and [source gas supply and purge of silicon] are sequentially performed. Form by repeating.
상기 삼성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The Samsung Sequencing Film has a deposition cycle in which the source gas supply and purge of transition metal, the hydrogen plasma supply and purge, the source gas supply and purge of silicon, and the source gas supply and purge of boron are sequentially performed. Form by repeating.
상기 삼성분계막은 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스 가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The Samsung Sequencing Film has a deposition cycle that sequentially proceeds with [boron source gas supply and purge], [transition metal source gas supply and purge], [hydrogen plasma supply and purge], and [silicon source gas supply and purge]. Form by repeating.
상기 삼성분계막은 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The Samsung Sequencing Film has a deposition cycle that sequentially proceeds with [boron source gas supply and purge], [silicon source gas supply and purge], [transition metal source gas supply and purge], and [hydrogen plasma supply and purge]. Form by repeating.
상기 삼성분계막은 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 및 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The Samsung Sequencing Film has a deposition cycle in which the source gas supply and purge of silicon, the source gas supply and purge of transition metals, the hydrogen plasma supply and purge, and the source gas supply and purge of boron are sequentially performed. Form by repeating.
상기 삼성분계막은 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The Samsung Sequencing Film has a deposition cycle in which the source gas supply and purge of silicon, the source gas supply and purge of boron, the source gas supply and purge of transition metals, and the hydrogen plasma supply and purge are sequentially performed. Form by repeating.
상기 삼성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal], [source gas supply and purge of hydrogen and boron], and [source gas supply and purge of silicon] are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal], [source gas supply and purge of silicon], and [source gas supply and purge of hydrogen and boron] are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron, the source gas supply and purge of transition metals, and the source gas supply and purge of silicon are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron, the source gas supply and purge of silicon, and the source gas supply and purge of transition metals are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of silicon], [source gas supply and purge of hydrogen and boron], and [source gas supply and purge of transition metal] are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of silicon, the source gas supply and purge of transition metals, and the source gas supply and purge of hydrogen and boron are sequentially performed.
상기 삼성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal], [source gas supply and purge of hydrogen and boron], and [source gas supply and purge of hydrogen and silicon] are sequentially performed. do.
상기 삼성분계막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal], [source gas supply and purge of hydrogen and silicon], and [source gas supply and purge of hydrogen and boron] are sequentially performed. do.
상기 삼성분계막은 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron, the source gas supply and purge of transition metals, and the source gas supply and purge of hydrogen and silicon are sequentially performed. do.
상기 삼성분계막은 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순 차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron, the source gas supply and purge of hydrogen and silicon, and the source gas supply and purge of transition metal are sequentially performed. do.
상기 삼성분계막은 [수소 및 실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and silicon, the source gas supply and purge of hydrogen and boron, and the source gas supply and purge of transition metal are sequentially performed. do.
상기 삼성분계막은 [수소 및 실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 형성한다. The ternary membrane is formed by repeatedly performing a deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and silicon, the source gas supply and purge of transition metals, and the source gas supply and purge of hydrogen and boron are sequentially performed. do.
상기 이성분계막 형성을 위한 증착사이클을 반복 수행하여 이성분계 확산방지막을 형성한 후, 상기 이성분계 확산방지막과 실리콘의 소오스가스가 반응하도록 SiH4 또는 Si2H6의 실리콘 소오스가스를 공급하는 단계를 더 수행할 수 있다. After repeating the deposition cycle for forming the binary component film to form a bicomponent diffusion barrier film, the step of supplying a silicon source gas of SiH4 or Si2H6 so that the binary gas diffusion barrier film and the source gas of silicon react further. Can be.
상기 이성분계막 형성을 위한 증착사이클을 반복 수행하여 이성분계 확산방지막을 형성한 후, 상기 이성분계 확산방지막과 실리콘의 소오스가스가 반응하도록 수소 및 SiH4 또는 Si2H6의 실리콘 소오스가스를 공급하는 단계를 더 수행할 수 있다. After repeating the deposition cycle for forming the binary component film to form a binary diffusion barrier film, and supplying hydrogen and silicon source gas of SiH4 or Si2H6 so that the binary diffusion barrier film and the source gas of silicon reacts further. Can be done.
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(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다. First, the technical principle of the present invention will be briefly described as follows.
본 발명은 구리와 같은 금속의 확산을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 확산방지막으로 비정질 구조를 갖는 확산방지막을 제안한다. The present invention proposes a diffusion barrier film having an amorphous structure as a diffusion barrier that can more effectively prevent diffusion of a metal such as copper.
확산방지막을 비정질막으로 형성하는 방법으로는 앞서 언급한 종래의 기술로 확산방지막을 증착할 때, 고에너지 이온 빔(ion beam)과 같은 고에너지 입자(high energy particle)를 입사시켜 결정격자를 비정질화시키거나, 혹은, 제3의 원소를 첨가시키는 결정격자를 비정질화시키는 방법이 있으나, 이러한 방법은 콘택홀과 같은 단차를 갖는 하부막에 대해 적용하기 힘들고, 확산방지막 자체의 저항이 증가된다는 문제점이 있다. 이에, 본 발명에서는 고에너지 이온 빔(ion beam)이나 제3의 원소의 도움 없이도 막 자체가 비정질막으로 형성되는 물질을 확산방지막으로 적용한다. As a method of forming the diffusion barrier into an amorphous layer, when depositing the diffusion barrier by the conventional technique mentioned above, the crystal lattice is made by injecting high energy particles such as a high energy ion beam. Although there is a method of crystallizing or amorphizing a crystal lattice in which a third element is added, such a method is difficult to apply to a lower layer having a step like a contact hole, and the resistance of the diffusion barrier itself is increased. have. Thus, in the present invention, a material in which the film itself is an amorphous film without the aid of a high energy ion beam or a third element is applied as the diffusion barrier.
참고자료인 'J. Sung, D.M. Goedde, G.S. Girolami and John R. Abelson, J. of Appl. Phys. 91. 3904(2002)'와 'L.M. Williams, Appl. Phys. Lett 46, 43(1985)'에 따르면 Ti, Zr, Hf와 같은 전이금속과 보론의 화합물(boride)인 TiB2, ZrB2, HfB2 등은 스퍼터링(sputtering)이나 CVD 공정 등으로 형성할 때 비정질로 형성됨을 알 수 있는데, 본 발명에서는 상기 TiB2막, ZrB2막 및 HfB2막 등 비정질막을 확산방지막으로 적용하되, 단차피복성이 매우 우수하며 두께 조절이 용이한 ALD 공정을 이용하여 비정질의 확산방지막을 형성한다. Reference 'J. Sung, D.M. Goedde, G.S. Girolami and John R. Abelson, J. of Appl. Phys. 91. 3904 (2002) and L.M. Williams, Appl. Phys. According to Lett 46, 43 (1985) ', transition metals such as Ti, Zr and Hf and borides TiB2, ZrB2 and HfB2 are amorphous when formed by sputtering or CVD processes. In the present invention, an amorphous film such as TiB2 film, ZrB2 film, and HfB2 film is used as a diffusion barrier, but an amorphous diffusion barrier is formed using an ALD process having excellent step coverage and easy thickness control.
이 경우, 주상정 구조의 같은 다결정질의 확산방지막에서 유발되는 결정립계를 통한 금속의 확산 현상을 방지할 수 있고, 5nm 이하의 얇은 두께를 가지면서도 우수한 확산 방지 특성을 갖는 확산방지막을 구현할 수 있다. In this case, it is possible to prevent the diffusion phenomenon of the metal through the grain boundary caused by the same polycrystalline diffusion barrier of the columnar crystal structure, it is possible to implement a diffusion barrier having an excellent diffusion barrier properties while having a thin thickness of 5nm or less.
또한, 전이금속과 보론의 화합물은 높은 융점(Tm)을 가질 뿐 아니라, 종래의 전이금속 질화물에 비해 낮은 벌크(bulk) 비저항값을 가지기 때문에, 전이금속과 보론의 화합물을 확산방지막으로 적용하는 본 발명은 콘택 플러그를 포함한 배선의 신뢰성 및 저항 특성을 종래 보다 개선할 수 있다. 아래의 표 1은 ZrB2와 TiB2의 융점(Tm) 및 벌크 비저항값을 나타낸다. In addition, the compounds of the transition metal and boron not only have a high melting point (Tm), but also have a low bulk resistivity compared to conventional transition metal nitrides, so that the compounds of the transition metal and boron as diffusion barriers The present invention can improve the reliability and resistance characteristics of the wiring including the contact plug than the conventional one. Table 1 below shows the melting point (Tm) and bulk resistivity of ZrB2 and TiB2.
이하에서는, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 확산방지막 형성방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of forming a diffusion barrier of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4D.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 ALD 공정에 따른 확산방지막 형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 4A to 4D are views for explaining a method of forming a diffusion barrier according to the ALD process according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같은 다마신 공정 기술에서 구리막과 하부막(실리콘막, 산화막 등) 간의 확산을 방지하기 위한 확산방지막을 ALD 공정을 이용한 비정질의 전이금속 보론화합물막으로 형성하는데, 상기 비정질의 전이금속 보론화합물은 TiB2막, ZrB2막 및 HfB2막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 이성분계막으로 형성하거나, TiBxSiy막, ZrBxSiy막 및 HfBxSiy막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 삼성분계막으로 형성할 수 있으며, 도 4a 내지 도 4d에 나타난 바와 같이 여러 가지 증착싸이클로 형성할 수 있다. The present invention is an amorphous transition metal boron compound film using an ALD process as a diffusion barrier for preventing diffusion between a copper film and a lower film (silicon film, oxide film, etc.) in the damascene process technology as shown in FIGS. 1A to 1D. Wherein the amorphous transition metal boron compound is formed of any one binary component film selected from the group consisting of TiB2 film, ZrB2 film and HfB2 film, or is selected from the group consisting of TiBxSiy film, ZrBxSiy film and HfBxSiy film. It may be formed of any one of the three-layered film, and may be formed of various deposition cycles as shown in Figure 4a to 4d.
여기서, 상기 TiB2막과 TiBxSiy막은 티타늄의 소오스가스로 TiCl4, TiI4 또는 TiBr4를 사용하여 형성하거나, 또는, Ti를 포함하는 다른 유기 금속 화합물을 사용하여 형성한다. 상기 ZrB2막과 ZrBxSiy막은 지르코늄의 소오스가스로 ZrCl4, ZrI4 또는 ZrBr4를 사용하여 형성하거나, 또는, Zr을 포함하는 다른 유기 금속 화합물을 사용하여 형성한다. 상기 HfB2막과 HfBxSiy막은 하프늄의 소오스가스로 HfCl4, HfI4 또는 HfBr4 사용하여 형성하거나, 또는, Hf를 포함하는 다른 유기 금속 화합물을 사용하여 형성한다. Here, the
그리고, 상기 ALD 공정을 이용한 전이금속 보론화합물막은 보론의 소오스가스로 BH3, B2H6 또는 B10H14를 사용하고, 상기 전이금속 보론화합물막이 삼성분계막인 경우 실리콘의 소오스가스로 SiH4 또는 Si2H6를 사용하여 형성한다. In addition, the transition metal boron compound film using the ALD process is formed using BH3, B2H6 or B10H14 as the source gas of boron, and SiH4 or Si2H6 is used as the source gas of silicon when the transition metal boron compound film is a Samsung system. .
도 4a를 참조하면, 상기 본 발명의 이성분계 확산방지막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 및 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제1증착사이클을 반복 수행하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4A, the two-component diffusion barrier layer of the present invention may sequentially perform [source gas supply and purge of transition metal], [hydrogen plasma supply and purge], and [source gas supply and purge of boron] in order. It can be formed by repeating the deposition cycle.
그리고, 도시하지는 않았지만, 상기 제1증착사이클의 순서를 변경하여, [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 이성분계 확산방지막을 형성할 수도 있다. Although not shown, the order of the first deposition cycle is changed to sequentially proceed with [boron source gas supply and purge], [transition metal source gas supply and purge], and [hydrogen plasma supply and purge] sequentially. The deposition cycle may be repeated to form a binary diffusion barrier.
도 4b를 참조하면, 상기 본 발명의 이성분계 확산방지막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]와 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제2증착사이클을 반복 수행하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4B, the two-component diffusion barrier of the present invention repeatedly performs a second deposition cycle in which [source gas supply and purge of transition metal] and [source gas supply and purge of hydrogen and boron] are sequentially performed. Can be formed.
그리고, 도시하지는 않았지만, 상기 제2증착사이클의 순서를 변경하여 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]와 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 증착사이클을 반복 수행하여 이성분계 확산방지막을 형성할 수도 있다. Although not shown in the drawings, the second deposition cycle is changed in order to repeat the deposition cycle in which [the source gas supply and purge of hydrogen and boron] and the source gas supply and purge of transition metals are sequentially performed. A powder diffusion barrier may be formed.
도 4a에서는 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 단계가 포함되고, 도 4b에서는 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 단계가 포함되지 않는 대신 보론의 소오스가스 공급시 수소(H2) 가스를 함께 공급한다. 도 4a에서는 수소 플라즈마의 공급 단계가 필요하지만 도 4b에서는 별도의 수소 플라즈마 공급이 필요하지 않다. 이와 같이, 수소 플라즈마 공급 단계가 필요한 경우와 필요하지 않는 경우로 증착사이클이 구분되는 이유는 전이금속의 소오스가스와 보론의 소오스가스의 종류에 따라 그 반응성이 다르기 때문이다. 이하에서는, 도 5를 참조하여, 상기와 같이 수소 플라즈마 공급이 필요한 경우와 필요하지 않는 경우로 증착사이클이 구분되는 이유를 보다 자세하게 설명하도록 한다. 4A includes a [hydrogen plasma supply and purge] step, and FIG. 4B does not include a [hydrogen plasma supply and purge] step, but instead supplies hydrogen (H 2) gas when boron source gas is supplied. In FIG. 4A, a hydrogen plasma supply step is required, but in FIG. 4B, a separate hydrogen plasma supply is not required. As such, the reason why the deposition cycle is divided into a case where a hydrogen plasma supply step is required and a case where a hydrogen plasma supply step is not necessary is that the reactivity is different depending on the type of source gas of transition metal and source gas of boron. Hereinafter, referring to FIG. 5, the reason why the deposition cycle is divided into a case where a hydrogen plasma supply is required as described above and a case where it is not necessary will be described in more detail.
도 5는 ZrB2 재질의 확산방지막 형성시 관련 반응들의 온도에 따른 깁스 자유에너지(Gibbs Free Energy : △G) 변화를 나타낸 그래프로서, 이를 참조하면, ZrCl4와 B2H6의 반응(반응식3)의 경우, 본 발명의 확산방지막 형성시 반응온도인 450℃ 이하의 온도에서는 깁스 자유에너지가 양(+)의 값을 가지기 때문에, ZrCl4의 환원반응이 자발적으로 일어나지 않는다. 한편, ZrCl4와 BH3 또는 B10H14의 반응(반응식4 및 반응식5)의 경우에는 450℃ 이하의 온도에서도 깁스 자유에너지가 음(-)이 되는 부분이 존재하기 때문에, ZrCl4의 환원반응이 자발적으로 일어날 수 있다. FIG. 5 is a graph showing Gibbs Free Energy (ΔG) change according to the temperature of related reactions in forming a diffusion barrier of ZrB2 material. Referring to this, in the case of the reaction of ZrCl4 and B2H6 (Scheme 3), At the temperature of 450 ° C. or lower, which is the reaction temperature in forming the diffusion barrier of the present invention, since Gibbs free energy has a positive value, the reduction reaction of
그러므로, ZrCl4와 B2H6를 사용해서 이성분계 확산방지막을 형성하고자 하는 경우에는 ZrCl4를 450℃ 이하의 온도에서 환원시킬 수 있는 환원가스가 필요하며, 본 발명에서는 상기 환원가스로서 수소 플라즈마를 사용한다. 만약, 수소 플라즈마가 아닌 수소 가스(H2)를 사용하면, 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, ZrCl4와 H2의 반응식인 반응식1에 대한 깁스 자유에너지가 450℃ 이하의 온도에서는 양의 값을 가지기 때문에, ZrCl4의 환원반응이 자발적으로 일어나지 않는다. 그러나, ZrCl4와 H(atomic hydrogen, 수소 플라즈마)가 만나는 경우(반응식2) 450℃ 이하의 온도에서도 깁스 자유에너지가 음이 되는 부분이 존재하기 때문에, ZrCl4의 환원반응이 자발적으로 일어날 수 있다. 그러므로, 수소 플라즈마를 사용하여 ZrCl4를 환원시키면 보론의 소오스가스로 BH3와 B10H14는 물론이고 B2H6를 사용해서도 ZrB2막을 형성할 수 있다. Therefore, when forming a binary diffusion
한편, 상기 보론의 소오스가스로 BH3와 B10H14를 사용하는 경우에는 별도의 수소 플라즈마를 공급하지 않는 도 4b와 같은 증착사이클만으로도 ZrB2막을 형성할 수 있다. On the other hand, when using BH3 and B10H14 as the source gas of boron, it is possible to form a ZrB2 film only by a deposition cycle as shown in FIG. 4B without supplying a separate hydrogen plasma.
이때, 상기 이성분계 확산방지막의 형성 두께는 제1 및 제2증착사이클의 반복 회수에 의해 결정된다. 이상, 확산방지막을 이성분계로 형성하는 경우에 대해서 설명하였고, 이하에서는 확산방지막을 삼성분계로 형성하는 경우에 대해서 설명하도록 한다. At this time, the formation thickness of the bicomponent diffusion barrier film is determined by the number of repetitions of the first and second deposition cycles. In the above, the case where the diffusion barrier is formed of a two-component system has been described. Hereinafter, the case where the diffusion barrier is formed by the Samsung system will be described.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 삼성분계 확산방지막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지], [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제3증착사이클을 반복 수행하여 형성할 수 있다. Referring to Figure 4c, the three-dimensional diffusion barrier of the present invention is [source gas supply and purge of transition metal], [hydrogen plasma supply and purge], [source gas supply and purge of boron] and [source gas supply of silicon and Purge] may be formed by repeatedly performing a third deposition cycle that proceeds sequentially.
그리고, 도시하지는 않았지만, 상기 제3증착사이클의 순서를 변경하여, [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제3-1증착사이클, Although not shown in the drawings, the order of the third deposition cycle is changed to provide [source gas supply and purge of transition metal], [hydrogen plasma supply and purge], [source gas supply and purge of silicon], and [source of boron]. Gas supply and purge] 3-1 deposition cycle to proceed in sequence,
또는, [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제3-2증착사이클, Alternatively, 3-2 deposition which proceeds sequentially from [boron source gas supply and purge], [transition metal source gas supply and purge], [hydrogen plasma supply and purge], and [silicon source gas supply and purge]. cycle,
또는, [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제3-3증착사이클, Alternatively, the third-3 deposition process proceeds sequentially with [boron source gas supply and purge], [silicon source gas supply and purge], [transition metal source gas supply and purge], and [hydrogen plasma supply and purge]. cycle,
또는, [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 플라즈마 공급 및 퍼지] 및 [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제3-4증착사이클, Alternatively, the third to fourth depositions sequentially proceeding [source gas supply and purge of silicon], [source gas supply and purge of transition metals], [hydrogen plasma supply and purge], and [source gas supply and purge of boron] in sequence. cycle,
또는, [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 플라즈마 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제3-5증착사이클을 반복 수행하여 상기 삼성분계 확산방지막을 형성할 수도 있다. Alternatively, the third to fifth depositions sequentially proceeding [source gas supply and purge of silicon], [source gas supply and purge of boron], [source gas supply and purge of transition metal], and [hydrogen plasma supply and purge]. By repeating the cycle it may be formed the ternary diffusion barrier.
도 4d를 참조하면, 상기 본 발명의 삼성분계 확산방지막은 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제4증착사이클을 반복 수행하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4D, the ternary diffusion barrier of the present invention sequentially supplies [source gas supply and purge of transition metal], [source gas supply and purge of hydrogen and boron], and [source gas supply and purge of silicon] in order. It may be formed by repeating the fourth deposition cycle to proceed.
그리고, 도시하지는 않았으나, 상기 제4증착사이클의 순서를 변경하여, [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제4-1증착사이클, Although not shown, the order of the fourth deposition cycle is changed to supply [source gas supply and purge of transition metal], [source gas supply and purge of silicon], and [source gas supply and purge of hydrogen and boron]. 4-1 deposition cycle which proceeds sequentially,
또는, [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제4-2증착사이클, Or a 4-2 deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron, the source gas supply and purge of transition metals, and the source gas supply and purge of silicon are sequentially performed.
또는, [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지], [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제4-3증착사이클, Or a 4-3 deposition cycle in which the source gas supply and purge of hydrogen and boron, the source gas supply and purge of silicon, and the source gas supply and purge of transition metals are sequentially performed.
또는, [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제4-4증착사이클, Or a 4-4 deposition cycle in which [source and purge of silicon gas], [source and purge of hydrogen and boron], and [source and purge of source gas of transition metal] are sequentially performed.
또는, [실리콘의 소오스가스 공급 및 퍼지], [전이금속의 소오스가스 공급 및 퍼지] 및 [수소 및 보론의 소오스가스 공급 및 퍼지]를 순차로 진행하는 제4-5증착사이클을 반복 수행하여 상기 삼성분계 확산방지막을 형성할 수도 있다. Alternatively, the process of repeatedly supplying the source gas of silicon and the purge of silicon, the source gas of silicon and the purge of transition metal, and the supply and purge of hydrogen and boron of source gas are carried out in sequence to perform the 4-5 deposition cycles. It is also possible to form a ternary diffusion barrier.
그리고, 상기 도 4d의 제4증착사이클 및 제4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5증착사이클 진행시 실리콘의 소오스가스를 공급할 때 수소 가스를 함께 공급해 줄 수도 있다. In addition, hydrogen gas may be supplied together when the source gas of silicon is supplied during the fourth deposition cycle and the 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, and 4-5 deposition cycles of FIG. 4D. .
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 이성분계막 형성을 위한 증착사이클들을 반복 수행하여 이성분계의 확산방지막을 형성한 후, 상기 이성분계 확산방지막과 실리콘의 소오스가스가 반응하도록 SiH4 또는 Si2H6와 같은 실리콘의 소오스가스를 공급하는 단계를 더 수행할 수 있다. 그리고, 이때에도 상기 실리콘의 소오스가스를 공급하면서 수소 가스를 함께 공급해 줄 수도 있다. 이 경우, 이성분계로 형성된 확산방지막의 전체 또는 그 표면부가 삼성분계화 된다. In addition, although not shown, after forming the binary diffusion barrier film by repeatedly performing the deposition cycles for forming the binary component film, the source of silicon such as SiH4 or Si2H6 so that the source gas of the silicon reacts with the binary diffusion barrier film The step of supplying a gas may be further performed. In this case, the hydrogen gas may be supplied together with the source gas of the silicon. In this case, the whole or the surface portion of the diffusion barrier formed of the binary system is triturated.
이와 같이, 본 발명은 하부막과 구리막 사이에 개제되는 확산방지막으로서, 막 자체가 비정질막으로 형성되는 ALD 공정에 따른 전이금속 보론화합물막을 적용한다. 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 주상정 구조의 같은 다결정질의 확산방지막에서 유발되는 결정립계를 통한 금속의 확산 현상을 방지할 수 있고, 5nm 이하의 얇은 두께를 가지면서도 우수한 확산 방지 특성을 갖는 확산방지막을 구현할 수 있다. 또한, 확산방지막을 ALD 공정으로 형성하기 때문에 확산방지막의 단차피복성이 매우 우수하며 두께 조절이 용이하다. As described above, the present invention applies a transition metal boron compound film according to the ALD process in which the film itself is formed as an amorphous film as a diffusion preventing film interposed between the lower film and the copper film. In this case, as described above, the diffusion phenomenon of the metal through the grain boundary caused by the same polycrystalline diffusion barrier film of the columnar crystal structure can be prevented, and the diffusion barrier film having a thin thickness of 5 nm or less and excellent diffusion prevention characteristics is provided. Can be implemented. In addition, since the diffusion barrier is formed by the ALD process, the step coverage of the diffusion barrier is very excellent and the thickness can be easily adjusted.
아울러, 본 발명의 전이금속 보론화합물막은 높은 융점(Tm)을 가질 뿐 아니라, 종래의 전이금속 질화물에 비해 낮은 벌크(bulk) 비저항값을 가지기 때문에, 본 발명은 콘택 플러그를 포함한 배선의 신뢰성 및 저항 특성을 개선할 수 있다. In addition, since the transition metal boron compound film of the present invention not only has a high melting point (Tm), but also has a low bulk resistivity compared to the conventional transition metal nitride, the present invention provides reliability and resistance of wiring including a contact plug. Properties can be improved.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예에서는 콘택 플러그 및 배선의 재질이 구리인 경우에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 방법은 이에 한정된 것이 아니며, 콘택 플러그 및 배선이 구리가 아닌 텅스텐이나 알루미늄인 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. Meanwhile, in the above-described embodiments of the present invention, only the case where the material of the contact plug and the wiring is copper is described. However, the method of the present invention is not limited thereto, and the contact plug and the wiring are not tungsten, but also tungsten or aluminum. The same may apply.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
이상에서와 같이, 본 발명은 구리와 같은 금속막과 하부막과 사이에 개제되는 확산방지막으로서, 막 자체가 비정질막으로 형성되는 ALD 공정에 따른 전이금속 보론화합물막을 적용함으로써, 종래 다결정질의 확산방지막에서 유발되는 결정립계를 통한 금속의 확산 현상을 방지할 수 있는 바, 5nm 이하의 얇은 두께를 가지면서도 우수한 확산 방지 특성을 갖는 확산방지막을 구현할 수 있다. As described above, the present invention is a diffusion barrier film of a conventional polycrystalline diffusion barrier film by applying a transition metal boron compound film according to the ALD process in which the film itself is formed as an amorphous film as a diffusion barrier interposed between a metal film such as copper and the lower layer. It is possible to prevent the diffusion of the metal through the grain boundary induced in the bar, it is possible to implement a diffusion barrier having a thin thickness of 5nm or less, but also having excellent diffusion prevention characteristics.
또한, 본 발명은 확산방지막을 ALD 공정으로 형성하기 때문에 확산방지막의 단차피복성이 매우 우수하며 두께 조절이 용이하다. In addition, the present invention is because the diffusion barrier is formed by the ALD process, the step coverage of the diffusion barrier is very excellent and easy to control the thickness.
아울러, 본 발명의 확산방지막인 비정질의 전이금속 보론화합물막은 높은 융점(Tm)을 가질 뿐 아니라, 종래의 전이금속 질화물에 비해 낮은 벌크(bulk) 비저항값을 가지기 때문에, 본 발명은 콘택 플러그를 포함한 배선의 신뢰성 및 저항 특성을 개선할 수 있다. In addition, the amorphous transition metal boron compound film as the diffusion barrier of the present invention not only has a high melting point (Tm), but also has a low bulk resistivity compared to conventional transition metal nitrides. The reliability and resistance characteristics of the wiring can be improved.
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