KR100466309B1 - 반도체 장치의 금속층 형성 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (28)
- 기판 상에 층간 절연층을 형성하는 단계;상기 층간 절연층을 식각함으로서 상기 기판을 부분적으로 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 및탄탈륨 원소 및 상기 탄탈륨 원소와 화학적으로 결합하는 결합 원소들을 포함하고, 상기 결합 원소들의 일부는 상기 탄탈륨 원소와 리간드 결합하는 리간드 결합 원소들을 포함하는 탄탈륨 전구체를 사용하여 상기 콘택홀을 포함하는 층간 절연층 상에 탄탈륨 질화물을 포함하는 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,상기 금속층을 형성하는 단계는,a) 상기 탄탈륨 전구체를 도입하는 단계;b) 상기 탄탈륨 전구체의 일부를 상기 콘택홀을 포함하는 층간 절연층 상에 화학적으로 흡착시키는 단계;c) 화학적으로 흡착하지 않은 탄탈륨 전구체를 제거시키는 단계;d) 상기 화학적으로 흡착한 탄탈륨 전구체의 결합 원소들 중에서 상기 리간드 결합 원소들을 상기 화학적으로 흡착한 탄탈륨 전구체로부터 제거시키는 단계;e) 상기 제거에 의해 상기 기판 주변에 잔류하는 잔류 물질들을 상기 기판으로부터 제거시키는 단계; 및f) 상기 a)-e)를 적어도 한번 반복하여 상기 콘택홀을 포함하는 층간 절연층 상에 탄탈륨 질화물을 포함하는 박막을 형성하는 단계; 및e) 상기 f)를 수행한 이후에 리모트 플라즈마 방식 또는 다이렉트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, N2, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 박막을 포스트 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탄탈륨 전구체는 탄탈륨 아민 유도체 또는 탄탈륨 헬라이드 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 탄탈륨 아민 유도체는 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), Ta(NR1R2)x(NR3R4)5-x(여기서 R1, R2, R3, R4는 H 또는 C1-C6알칼기로서 서로 동일하거나 상이하다) 또는 터부틸이미도-트리스-디에틸아미도 탄탈륨(terbutylimido-tris-diethylamido tantalum :TBTDET : (NEt2)3Ta=NBut)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 탄탈륨 헬라이드 유도체는 TaF5, TaCl5, TaBr5또는 TaI5를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탄탈륨 전구체는 가스 상태로 도입되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층은 100 내지 650℃의 온도 및 0.3 내지 30 Torr의 압력 분위기 하에서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 화학적으로 흡착하지 않은 탄탈륨 전구체는 불활성 가스를 사용하여 제거시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 리간드 결합 원소는 H2, NH3, N2, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 제거시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 리간드 결합 원소는 리모트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, N2, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 제거시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 f)를 수행하기 이전에 상기 c)-e)를 적어도 한번 반복하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 금속층을 형성하는 단계 대신에,a')상기 탄탈륨 전구체로서 탄탈륨 아민 유도체를 도입하는 단계;b')수소 가스, 질소 가스, 질소 함유 가스 또는 이들의 혼합 가스를 도입하는 단계;c')수소 가스, 질소 가스, 질소 함유 가스 또는 이들의 혼합 가스를 플라즈마 이온들로 생성하는 단계; 및d')상기 플라즈마 이온들을 상기 콘택홀을 포함하는 층간 절연층에 반응시켜 상기 콘택홀을 포함하는 층간 절연층 상에 탄탈륨 질화물을 포함하는 박막을 형성하는 단계;e') 상기 d')를 수행한 이후에 리모트 플라즈마 방식 또는 다이렉트 플라즈마 방식으로 활성화시킨 H2, NH3, N2, SiH4, Si2H6 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 상기 박막을 포스트 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 삭제
- 제13항에 있어서, 상기 질소 함유 가스는 NH3가스 또는 N2H2가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 수소 가스, 상기 질소 가스, 상기 질소 함유 가스 또는 상기 이들의 혼합 가스는 리모트 플라즈마 방식 또는 다이렉트 플라즈마 방식에 의해 활성화시킨 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층 상에 상기 금속층과 전기적 연결을 위한 금속 배선층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 배선층은 폴리 실리콘층, Ti층, Ta층, Al층, Cu층, W층, 희금속을 포함하는 희금속층 및 금속 질화물을 포함하는 금속 질화층으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 희금속은 Ru, Pt 또는 Ir인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 금속 질화물은 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 또는 텅스텐 질화물인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 금속 배선층은 상기 금속층과 동일한 방법으로 형성함으로서 탄탈륨 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 층간 절연층 상에 형성되어 있는 금속층을 식각함으로서 상기 콘택홀 내에만 상기 금속층이 필링되는 금속 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 기판 상에 형성되는 금속층과 전기적으로 연결되는 하부 금속 배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층은 상기 콘택홀의 측벽, 저면 및 상기 층간 절연층의 표면 상에 연속적으로 형성되는 장벽 금속층인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 콘택홀을 포함하는 기판 상에 Ti층, Ta층 또는 희금속을 포함하는 희금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속층 상에 Ti층, Ta층 또는 희금속을 포함하는 희금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 플라즈마를 사용하여 기판을 세정하는 단계;상기 기판 상에 제1금속층으로서 스퍼터링에 의한 Ta층, TaN층, 화학기상증착에 의한 Ta층, TaN층 또는 원자층 적층에 의한 Ta층, TaN층을 적층하는 단계;플라즈마를 사용하여 상기 제1금속층을 처리하는 단계; 및상기 제1금속층 상에 제2금속층으로서 스퍼터링에 의한 Cu층, 화학기상증착에 의한 Cu층 또는 원자층 적층에 의한 Cu층을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 방법.
- 기판을 로딩 및 언로딩시키기 위한 로드락 챔버;상기 로드락 챔버와 연결되고, 상기 기판을 이송하기 위한 이송 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 플라즈마를 사용하여 상기 기판을 세정하기 위한 세정 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 스퍼터링에 의해 기판 상에 장벽 금속층을 적층하기 위한 제1공정 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 화학기상증착 또는 원자층 적층에 의해 상기 기판 상에 장벽 금속층을 적층하기 위한 제2공정 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 플라즈마를 사용하여 상기 장벽 금속층을 처리하기 위한 처리 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 스퍼터링에 의해 장벽 금속층 상에 Cu층을 적층하기 위한 제3공정 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 화학기상증착 또는 원자층 적층에 의해 상기 장벽 금속층 상에 Cu층을 적층하기 위한 제4공정 챔버;상기 이송 챔버로부터 상기 기판을 제공받고, 상기 기판을 쿨링시키는 쿨링 챔버; 및상기 기판의 이송을 제어하여 설정된 공정에 따라 선택되는 상기 챔버들로 상기 기판을 이송시키기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속층 형성 장치.
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