KR0139718B1 - 금속막 선택영역 기상성장방법 - Google Patents

금속막 선택영역 기상성장방법

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KR0139718B1 KR1019940031716A KR19940031716A KR0139718B1 KR 0139718 B1 KR0139718 B1 KR 0139718B1 KR 1019940031716 A KR1019940031716 A KR 1019940031716A KR 19940031716 A KR19940031716 A KR 19940031716A KR 0139718 B1 KR0139718 B1 KR 0139718B1
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세끼사와 다다시
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Abstract

금속막의 선택영역 기상성장방법에 관한 것으로서, 이 방법은 금속과 라디칼로 구성되는 분자를 갖는 원료물질을 준비하고, 상기 라디칼과 반응하지 않는 제1물질로된 선택영역과 상기 라디칼과 반응하는 제2물질로된 다른 영역을 갖는 기판을 제공하고, 막성장온도로 유지된 상기 기판상에 상기 원료물질을 공급하여 상기 기판에 반응을 유도하여서, 상기 선택영역에서는 상기 원료물질의 분자를 상기 제1물질에 결합하여 분해한 다음에 상기 제1물질에서 상기 금속을 석출하고, 상기 다른 영역에서는 상기 분자의 라디칼을 상기 제2물질과 결합하여 상기 원료물질의 분자와 반응하지 않는 피복제로 상기 기판의 다른 영역을 피복하는 단계로 구성된다.

Description

금속막 선택영역 기상성장방법
제1도는 종래의 금(Au)막 선택 기상성장방법을 설명하는 그래프도로서, 횡축은 막성장온도를 표시하고 종축은 막성장속도를 표시함.
제2도는 본 발명에 따른 금속막 선택영역 기상성장방법의 원리설명도로서, (a)는 고온성장, (b)는 저온성장을 나타냄.
제3도는 본 발명에 따른 금속막 선택영역 기상성장방법을 행하는데 적합한 배열도.
제4도는 본 발명에 따른 선택영역 기상성장에 의해 금막을 성장하는 공정에 있어서 원료물질로서 유리하게 사용되는 원료물질 DMAu(hfa), 즉 디메틸 골드 헥사플루오로아세틸아세토네이트의 분자구조도.
제5도는 본 발명에 따른 선택영역 기상성장방법에 의해 성장된 금막의 성장속도를 막성장온도의 함수로서 도시한 도.
제6a도 및 제6b도는 본 발명에 따른 선택영역 기상성장방법에 의해 성장된 Au막 패턴의 현미경사진을 상부프레임에 도시한 것이고 Au막 패턴의 단면의 스케치를 하부프레임에 도시한 도.
제7도는 본 발명에 따른 금속막의 선택영역 기상성장방법에 의해 제조된 X선 마스크를 도시한 도.
제8a도 및 제8b도는 본 발명에 따른 금속막의 선택영역 기상성장방법에 의해 Au막 충전 콘택트홀(contact hole)을 형성하기 위한 공정단계를 단면으로 도시한 도.
본 발명은 금속막의 선택영역 기상성장방법에 관한 것이다.
최근에, 집적회로의 도체배선, 다층도체배선의 콘택트홀, 및 X선 노광용 마스크재로서, 저전기저항성, 우수한 내부식성, 및 X선 불투과성을 갖는 Au, Pt 또는 그밖의 금속의 선택 기상성장방법을 확립하는 것이 강하게 요망되어 왔다.
폴 에프 세이들러등(Paul F. Seidler et al.)은 금막이 형성되는 선택영역의 촉매반응을 이용하는 금막 선택 기상성장방법을 제안하였다(Low Temperature Selective Chemical Vapor Deposition of gold Films:Growth and Characterization, 1992 Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 참조).
제1도는 종래의 금막 선택 기상성장방법을 설명하는 것으로서, 횡축은 막성장온도, 종축은 막성장속도를 표시한 것이다.
종래의 금막 선택 기상성장방법은 30-109℃ 범위의 막성장온도에서 Au 기판과 Cu 기판사이의 선택성을 제공하는데, 그 범위에서의 금막의 성장속도는 많아도 30Å/min에 불과하며 실용적으로 적합하지가 않다.
따라서, 원료물질을 선택영역에 형성한 촉매에 의해 분해하여 금속을 석출하는 통상의 기상성장에 의해 금 또는 다른 불활성 금속의 막을 성장시키는 것은 상술된 바와같이 그 성장속도가 많아도 30Å/min 정도로 극히 작은 것에 기인하여 효과적이지 않기 때문에 실용적이지가 않다.
이 이유는 높은 선택성을 제공하는 공정을 사용하는 Au 또는 다른 불활성 금속의 기상성장은 반응속도가 비선택영역(즉, 선택영역과 다른 영역)에서도 작게되어야 하고, 또한 성장속도도 선택영역에서 작게되어야 할 필요성이 있기 때문이다.
본 발명의 목적은 다른 기판들사이에 고성장속도와 고선택비를 동시에 확보하는 금속막의 선택영역 기상성장방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여는, 금속막을 그 선택영역에서 기판상에 기상성장에 의해 성장하는 방법에 있어서, 금속과 라디칼로 이루어진 분자를 갖는 원료물질을 준비하고, 라디칼과 반응하지 않는 제1기판으로 된 선택영역과 라디칼과 반응하는 제2기판으로 된 비선택영역(선택영역과 다른영역)을 갖는 기판을 제공하며, 막성장온도로 유지된 기판상에 원료물질을 공급하여 기판에 반응을 유도하여서, 선택영역에서는 원자물질의 분자를 제1기판에 결합하여 분해한 다음 제1기판상에 금속을 석출하며, 비선택영역에서는 분자의 라디칼을 제2기판과 결합하여 원료물질의 분자에 결합하기 어려운 피복재로 기판의 다른 영역을 피복하는 단계로 구성되는 금속막 선택영역 기상성장방법이 제공된다.
대표적으로, 금속은 금(Au)과 플라티늄(Pt)중에서 선택된다.
바람직하게는, 라디칼은 헥사플루오로아세틸아세톤 라디칼(C5HF6O2)이다.
금속이 금인 경우에, 원료물질은 디메틸골드 헥사플루오로아세틸 아세토네이트((CH3)2Au(C5HF6O2))로 구성되는 것이 바람직하다.
금속이 플라티늄인 경우에, 원료물질은 플라티늄 디헥사플루오로 아세틸아세토네이트(Pt(C5HF6O2)2)로 구성되는 것이 바람직하다.
기판의 선택영역을 형성하는 제1물질은 금(Au), 텅스텐(W), 플라티늄(Pt), 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 질화실리콘(SiN), 및 산화실리콘(SiO2)로 구성되는 군에서 선택되는 것이 유리하다.
대표적으로, 비선택영역을 형성하는 제2물질은 구리(Cu)이다.
금(Au)막은 이하의 원리에 근거된 본 발명의 선택영역 기상성장방법에 의해 성장된다.
금막의 원료물질로서 기판상에 디메틸 골드 헥사플루오로아세틸 아세토네이트(DMAu(hfa))를 공급하여 hfa 라디칼과 반응하는 Cu 또는 다른 물질로 된 비선택영역과 접촉하게 하여, hfa 라디칼은 Cu와 반응하여 DMAu(hfa)의 다음 공급량이 Cu에 결합되지 않게하여서 비선택영역에 Au의 석출을 방지하도록 Cu를 피복하는 Cu(hfa)를 형성하는 반면에, DMAu(hfa)의 잔류부분은 hfa 라디칼과 반응하지 않는 Au, W, Pt, Ti, TiN, SiN 또는 SiO2등의 물질로 된 선택영역과 접촉하게 되어, DMAu(hfa)가 Au에 결합되어 분해되어서 선택영역에 Au를 석출한다.
DMA(hfa)와 기판사이 반응은 반응온도가 변화할 때 상당히 변화한다.
제2도는 본 발명에 따른 금속막의 선택영역 기상성장방법의 원리를 도시한 것으로서, A는 고온성장, B는 저온성장을 나타낸다.
A 경우는 본 발명에 따라 200℃ 이상의 막성장온도에서 유지된 구리기판상에 금막을 성장시키는 반응모델을 나타낸 것으로서, 그 온도에서 DMAu(hfa)의 hfa 라디칼은 구리 기판과 반응하여 상(Phase) 1에서 구리기판을 피복하는 피복재를 형성하고, 상 2에서는 구리기판상에 hfa 피복재가 DMAu(hfa)의 다음 공급량이 구리에 결합되지 않게 하여서, 구리기판상에 금의 석출을 방지한다.
B 경우는 본 발명에 따라 200℃ 이하의 막성장온도에서 유지된 구리기판상에 금막을 성장시키는 반응모델을 도시한 것으로서, 그 온도에서, DMAu(hfa)는 상 1에서 구리기판에 결합한 다음에 분해되어 상 2에서 구리기판상에 금을 석출한다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 공정의 실시예를 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 금속막 선택영역 기상성장방법을 행하기 위한 배열상태를 도시한 것이다.
이 배열은 반응챔버 1, 히터 2, 히터전극 3, 서셉터(susceptor) 4, 웨이퍼 5, 열전쌍 6, 운반기체도입구 7, 버블러(bubbler) 8, 원료물질 9, 압력계 10, 가변콘덕턴스 밸브 11, 희석기체도입구 12, 및 배기구 13으로 구성된다.
이러한 배열을 이용하여, 금막을 다음과 같이 기판상에 전형적으로 성장시킨다.
금막이 성장되도록 하는 기판으로서 준비된 웨이퍼 5를 히터 2, 열전쌍 6, 및 히터전극 3을 구비한 서셉터 4상에 탑재하고, 웨이퍼 5가 탑재된 서셉터 4를 반응챔버 1의 중앙부에 삽입한다. 버블러 8에 수용된 원료물질 DMAu(hfa)를 운반기체도입구 7를 통하여 유량 200sccm으로 도입되는 H2기체 의해 버블하고, H2기체에 의해 운반되는 DMAu(hfa)기체를 버블러 8에서 방출시킨다. 이 기체 혼합물의 압력을 압력계 10에 의해 측정하여 20℃ 온도에서 37torr로 되도록 조정하고 유량을 가변 콘덕턴스 밸브 11에 의하여 조절한다. 기체혼합물은 희석기체도 입구 12를 통하여 유량 50sccm으로 도입되는 다른 H2기체와 결합하고 나서 반응챔버 1내에 도입된다. 챔버 12내의 기체압력을 2.3Torr로 조정하여 배기구 13을 통하여 배기시킨다.
제4도는 본 발명에 따른 선택영역 기상성장에 의해 금막을 성장하는 공정에 있어서 원료물질로서 유리하게 사용되는 DMAu(hfa), 즉 디메틸골드 헥사플루오로아세틸아세토네이트의 분자구조를 나타낸 것이다. DMAu(hfa)는 24℃에서 400Torr의 증기압을 갖는다.
제5도는 본 발명에 따른 선택영역 기상성장방법에 의해 성장된 금막의 성장속도를 도시한 것으로서, 횡축은 막성장온도를, 종축은 막성장속도를 표시한 것이다.
제5도에 있어서, 선택성(W)는 텅스텐으로 된 선택영역이 Si 또는 Cu 기판상에 형성된다는 것을 의미한다.
이 도면에서, 기체압력이 2Torr와 30Torr인 경우에, 구리기판과 실리콘 또는 텅스텐 기판상에 성장속도사이의 선택성이 약 180℃ 이하의 온도에서는 중요하지 않지만, 약 190℃ 이상의 온도에서는 중요하다는 것을 알 수 있다.
성장속도는 각각 W 기판과 Si 기판상에 600Å/min와 500Å/min만큼 높고, 이는 종래의 Au 기판상에 Au 막을 성장하는 공정에 의해 달성된 성장속도 30Å/min의 약 20배에 달한다.
제6a도 및 제6b도는 상부 프레임에서, 본 발명에 따른 선택영역 기상성장방법에 의해 성장된 Au막 패턴의 현미경 사진과 하부 프레임에서, Au막 패턴의 단면 스케치를 도시한 것이다.
제6a도는 본 발명에 따른 상술된 공정에 의해 성장된 Au막 패턴을 도시한 것으로, 이 도면에서는, Si 기판상에 W 막을 먼저 형성하고, 4μm×4μm 정사각형 개구를 갖는 Cu막(어두운 부분)을 W 막상에 형성하고나서, 개구의 측벽을 거쳐서 개구의 모서리부까지 연장되는 Au막(밝은 부분)을 Cu막의 정사각형 개구의 저면에 노출된 부분의 W 막상에 선택적으로 성장하였다.
제6b도는 본 발명에 따른 상술된 공정에 의해 성장된 다른 Au 막 패턴을 도시한 것으로서, 이 도면에서는, SiO2막을 Si 기판상에 먼저 형성하고 Cu 막(어두운 부분)의 2μm 폭 스트립(strip)을 SiO2막상에 형성하고나서, Cu 스트립의 측벽을 거쳐서 Cu 스트립의 모서리까지 연장되는 Au 막(밝은 부분)을 Cu 스트립이 형성되지 않는 부분의 SiO2막상에 선택적으로 성장하였다.
제6a도와 제6b도에서, Au 막이 Cu 막상에 성장되지 않고 W와 SiO2막상에만 선택적으로 성장되었다는 것을 명확히 알 수 있다.
제7도는 SiC 기판 21, Si막 22, 폴리이미드막 23, 개구 23A, Cu 막 24, 및 Au 막 25를 갖는 X선 노광용 마스크를 단면으로 도시한 것이다. SiC 기판은 후면측상에의 에칭에 의해 감소된 두께를 갖는 중앙에 얇은막(membrane) 부분을 갖는다.
제7도에 도시된 마스크는 다음과 같이 본 발명에 따른 금속막 선택영역 기상성장방법에 의해 제조된다.
본 발명의 공정에 의해 Au 막을 쉽게 성장시킨 Si 막 22를 SiC 기판 21에 먼저 성장시킨다. 이 Si 막 22상에 폴리이미드막 23을 형성하고 나서 이 폴리이미드막 23의 X선을 차단하는 부분에 개구 23A를 형성한다.
그 다음에, 폴리이미드막 23, 구체적으로 폴리이미드 23의 상면과 개구 23A의 측벽에 Cu막 24를 스퍼터링하여 형성한다. 그러나, Cu막은 스퍼터링의 새도우(shadow) 효과 때문에 개구 23A의 하면에 형성되지 않는다.
그후에, 본 발명에 따른 선택영역 기상성장방법을 행하여 개구 23A에 노출된 부분에 Si막 22상에만 Au막 25를 선택적으로 성장시킨다. 이렇게 형성된 Au막 25는 하면에서 그 상부주변까지 개구 23A에 충전된다. 즉, 실제 폴리이미드막 23과 같은 두께를 갖는다.
이렇게 제조된 X선 마스크는 Au막 25가 존재하는 영역은 X선을 차단하고 Au막 25가 존재하지 않는 영역은 X선을 투과하므로, 개구 23A로 구성된 패턴은 반도체 집적회로를 형성하는 기판상에 역패턴으로서 전사된다.
제8a도와 제8b도는 본 발명에 따른 금속막의 선택영역 기상성장방법에 의해 콘택트홀에 충전하는 Au막을 형성하는 공정단계를 단면으로 도시한 것으로서, 도면부호 31은 Si 기판, 32는 텅스텐(W) 전극, 32A는 TiN막, 3은 SiO2의 층간절연층, 33A는 콘택트홀, 34는 Cu막, 35는 Au막을 표시한다.
제8a도를 참조하면, 콘택트홀 33A에 충전하는 Au막 35의 도체접점은 다음과 같이 본 발명에 따른 금속막의 선택영역 기상성장방법에 의해 형성된다.
먼저, Si 기판을 웨이퍼 선처리를 한다. 텅스텐(W)전극 32와 TiN 막 32A의 배리어(barrier) 금속층을 Si 기판 31상에 그 순서대로 형성한다. 기판전체에 SiO2의 층간절연층 33을 형성한다. 텅스텐 전극 32가 하지층이 되는 부분에 SiO2층간절연층 33에 콘택트홀 33A를 형성한다.
그 다음에, SiO2층간 절연층 33상에 Cu막 34를 스퍼터링하여 형성하지만, 스퍼터링의 새도우 효과에 의하여 층간절연층 33의 콘택트홀 33A의 하면에 형성하지 않는다.
그후에 제8b도를 참조하여, 본 발명에 따른 선택영역 기상성장 방법을 행하여 콘택트홀 33A의 하면에만 Au막 35를 선택적으로 성장한다. 이 하면은 W전극 32상에 형성된 TiN막 32A에 의해 제공되어 있다. 이렇게 형성된 Au막 35는 그 하면에서 상부주변까지 콘택트홀 33A에 충전된다. 즉, SiO2층간 절연층 33의 레벨과 같은 레벨에 상면을 갖고, 이것에 의해 도체접점을 W전극 32에 제공한다.
상술된 실시예는 Au막의 선택영역 기상성장을 설명하였지만, 본 발명에 따른 방법이 Pt 또는 다른 불활성 금속막의 선택영역 기상성장에 적용될 수 있다는 것을 즉시 인지할 수가 있다.
Pt막인 경우에, 원료물질은 Pt(hfa) 또는 고증기압을 갖는 Pt와 hfa 라디칼의 다른 화합물이고 비선택영역을 형성하는 물질을 Cu일 수도 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 Au 또는 다른 불활성 금속막을 예를 들면, 종래의 성장속도보다 20배에 상당하는 600Å/min 정도의 성장속도로 미세한 서브미크론(submicron)영역에 선택적으로 성장하여, 반도체 집적회로의 제조에 상당히 기여하는 금속막의 선택영역 기상성장방법을 제공한 것이다.

Claims (7)

  1. 금속과 라디칼로 구성되는 분자를 갖는 원료물질을 준비하고, 상기 라디칼과 반응하지 않는 제1물질로된 선택영역과 상기 라디칼과 반응하는 제2물질로된 다른 영역을 갖는 기판을 제공하고, 막성장온도로 유지된 상기 기판상에 상기 원료물질을 공급하여 상기 기판에 반응을 유도하여서, 상기 선택영역에서는 상기 원료물질의 분자를 상기 제1물질에 결합하여 분해한 다음에 상기 제1물질에서 상기 금속을 석출하고, 상기 다른 영역에서는 상기 분자의 라디칼을 상기 제2물질과 결합하여 상기 원료물질의 분자와 반응하지 않는 피복제로 상기 기판의 다른영역을 피복하는 단계로 구성되는 금속막 선택영역 기상성장방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속이 금과 플라티늄중에서 선택되는 금속막 선택영역 기상성장방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 라디칼이 헥사플루오로아세틸아세토네이트 라디칼(C5HF6O2)인 금속막 선택영역 기상성장방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속이 금이고 상기 원료물질이 디메틸골드 헥사플루오로 아세틸아세토네이트((CH3)2)Au(C5HF6O2))인 금속막 선택영역 기상성장방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속이 플라티늄이고 상기 원료물질이 플라티늄 디헥사플루오로아세틸아세토네이트(Pt(C5HF6O2)2)인 금속막 선택영역 기상성장방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판의 선택영역을 형성하는 제1물질이 금(Au), 텅스텐(W), 플라티늄(Pt), 티탄늄(Ti), 질화티탄늄(TiN), 질화실리콘(SiN), 및 산화실리콘(SiO2)로 이루어지는 군에서 선택되는 금속막 선택영역 기상성장방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다른 영역을 형성하는 제2물질이 구리(Cu)인 금속막 선택영역 기상성장방법.
KR1019940031716A 1994-02-09 1994-11-29 금속막 선택영역 기상성장방법 KR0139718B1 (ko)

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