KR20020001653A - 연속 침착 기술로 내화성 금속층을 침착시켜 핵형성 층을형성시키는 방법 및 장치 - Google Patents

연속 침착 기술로 내화성 금속층을 침착시켜 핵형성 층을형성시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 제 1 및 제 2 반응성 기체에 연속적으로 노출시킨 후 층을 형성하고, 증착을 이용하여 핵형성 층을 제 1 및 제 2 반응성 기체 중 하나를 함유하는 화합물로 벌크 침착시키는 연속 침착 기술을 이용함으로써, 기판을 핵형성시켜 기판 특징부상에 내화성 금속층을 형성시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 공정은 모든 공정 단계가 공통 챔버에서 이루어지도록 수행될 수 있거나 상이한 챔버에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 핵형성은 벌크 침착이 일어나는 가공 챔버와 상이한 가공 챔버에서 수행될 수 있다. 또한, 핵형성 과정에서 사용되는 담체 기체의 작용으로서 생성된 층에서 플루오르 원자의 존재를 조절하는 기술이 기술된다.

Description

연속 침착 기술로 내화성 금속층을 침착시켜 핵형성 층을 형성시키는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING REFRACTORY METAL LAYERS EMPLOYING SEQUENTIAL DEPOSITION TECHNIQUES TO FORM A NUCLEATION LAYER}
본 발명은 반도체 기판 공정에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 반도체 기판상에 내화성 금속층을 침착시키는 공정의 개선에 관한 것이다.
반도체 공정 산업은 대규모 생산성 및 표면적이 큰 기판상에 침착된 층의 균일성의 증가를 위해 노력해왔다. 대규모 생산성 및 균일성의 증가는 신소재와 함께 기판의 단위 영역에 대해서 회로의 고밀도 집적화를 제공한다. 회로 집적화가 증가함에 따라, 균일성의 증가 및 층 두께와 관련된 공정 제어에 대한 요구가 증가되고 있다. 결과적으로, 비용 절감 방식으로 기판상에 층을 침착시키면서 층의 특징들에 대해서 제어를 유지시키는 다양한 기술이 개발되었다. 화학 증기 침착 (Chemical Vapor Deposition: CVD)은 기판상에 층을 침착시키는데 사용되는 가장 일반적인 침착 공정 중 하나이다. CVD는 원하는 층의 균일한 두께를 수득하기 위해서 가공 챔버내로 도입된 전구체 및 기판 온도의 정확한 조절을 필요로 하는 유속 의존 침착 기술이다. 이러한 필요조건들은 기판 크기가 증가함에 따라 더욱 중요하게 되어, 충분한 균일성을 유지시키는 기체 흐름 기술 및 챔버 디자인이 더욱 복잡해졌다.
CVD에 비해서 우수한 단계 적용범위를 증명하는 CVD의 한 가지 변형은 원자층 침착(Atomic layer Deposition: ALD)이다. ALD는 전자발광 표시장치를 제조하는데 처음부터 사용되는 원자층 적층(Atomic Layer Epitaxy)을 기준으로 하는 것이다. ALD는 기판 표면상에 반응성 전구체 분자의 포화된 단층을 침착시키는 화학흡착을 이용한다. 이는 적당한 반응성 전구체를 침착 챔버로 택일적으로 펄싱(pulsing)시킴으로써 달성된다. 반응성 전구체 각각의 주입은 불활성 기체 퍼지에 의해 분리되어 이전에 침착된 층에 새로운 원자층을 부가적으로 제공함으로써 기판상에 균일한 층을 제공한다. 이러한 사이클을 반복하여 원하는 두께의 층을형성한다. ALD 기술이 갖는 단점은 침착율이 보편적인 CVD 기술에 비해서 하나 이상의 등급이 차이나도록 매우 낮은 점이다.
충분한 단계 적용범위를 제공하는 한편 높은 침착율로 필름 층을 형성시키는 것은 하나를 희생시키고 다른 것을 수득하는 것을 종종 필요로 하는 상충되는 특징이다. 이러한 상충되는 특징은 내화성 금속층이 유전층에 의해 분리되는 이웃하고 있는 금속층을 서로 연결시키는 접촉부의 형성 과정에서 갭 또는 바이어(via)를 커버하도록 침착되는 경우에 특히 그러하다. 전통적으로, CVD 기술은 저렴하고 빠르게 접촉부를 형성하기 위해 내화성 금속과 같은 전도성 물질을 침착시키는데 사용되어 왔다. 반도체 회로의 집적화의 증가로 인해, 우수한 단계 적용범위를 기준으로 하여 텅스텐이 사용되어 왔다. 결과적으로, CVD 기술을 사용하는 텅스텐의 침착은 공정의 고처리량으로 인해 반도체 공정에서의 광범위하게 적용되고 있다.
그러나, 전통적인 CVD 방법에 의한 텅스텐 침착은 여러 가지 단점을 수반한다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼상에 텅스텐 층의 블랭킷 침착은 400℃ 미만의 온도에서 시간 소모가 크다. 텅스텐의 침착율은 침착 온도를 예를 들어 약 500 내지 약 550℃로 증가시킴으로써 개선될 수 있으나, 이러한 높은 범위의 온도는 형성되는 집적 회로의 밑부분의 구조적 및 조작적 집적화를 손상시킬 수 있다. 텅스텐의 사용은 또한 반사율이 실리콘 기판 보다 20% 이하로 낮은 비교적 강성의 표면에서 이루어지는 바와 같이 제조 공정 동안에 사진평판 단계를 방해하였다. 마지막으로, 텅스텐은 균일하게 침착시키기 어려운 것으로 판명되었다. 텅스텐의 이용시에 1%를 초과하는 필름 두께 변화율이 관찰됨으로써, 층의 저항율 조절을 방해하였다.상술된 단점들을 극복하려는 여러 시도가 종래에 수행되어 왔다.
예를 들어, 창(Chang) 등의 미국 특허 제 5,028,565호(본 발명의 양수인에게 양도됨)에는 침착 화학을 변화시켜 텅스텐 층의 균일성을 개선시키는 방법이 기술되어 있다. 이 방법은 관련 부분으로 벌크 침착을 통해 텅스텐 층을 침착시키기 전에 중간 장벽층 위에 핵형성 층을 형성시키는 것을 포함한다. 핵형성 층은 텅스텐 헥사플루오라이드, 수소, 실란 및 아르곤의 기체 혼합물로부터 형성된다. 핵형성 층은 성장 부위 층을 제공하여 그 위에 텅스텐 층의 균일한 침착을 촉진시키는 것으로 기술되어 있다. 핵형성 층에 의해 제공된 잇점은 주어진 장벽층에 좌우되는 것으로 기술되어 있다. 예를 들어, 장벽층이 티탄 니트라이드로부터 형성되는 경우에, 텅스텐 층의 두께 균일성이 15% 만큼 개선된다. 장벽층이 스퍼터링된 텅스텐 또는 스퍼터링된 티탄 텅스텐으로부터 형성되는 경우에는, 핵형성 층에 의해 제공된 잇점들이 자명하지 않다.
그러므로, 반도체 기판상에 침착되는 내화성 금속층의 특징들을 개선시키는 기술을 제공하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 반도체 기판상에 침착되는 내화성 금속층의 특징들을 개선시키는 기술을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 가공 시스템의 투시도이다.
도 2는 도 1에 제시된 가공(processing) 챔버의 상세도이다.
도 3은 연속 침착 과정에서 기판상에 제 1 분자의 침착을 나타내는 개략도이다.
도 4는 내화성 금속층을 형성하기 위해 연속 침착 과정에서 기판상에 제 2 분자의 침착을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따라, 도 2에 제시된 가공 챔버내로 도입되는 기체의 농도와 기체가 가공 챔버내에 존재하는 시간을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라, ALD 사이클의 수와 연속 침착 기술을 사용하여 기판상에 형성된 층의 두께와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라, 연속 침착 사이클의 수와 연속 침착 기술을 사용하여 기판상에 형성된 층의 저항율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 연속 침착 기술을 사용하여 기판상에 형성된 층의 침착율과 기판의 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라, 연속 침착 기술을 사용하여 기판상에 형성된 층의 저항율과 기판의 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따라, 연속 침착 기술을 사용하여 핵형성 층이 형성된 패턴화된 기판의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따라, CVD를 사용하는 핵형성 층의 상부에 형성된 내화성 금속층을 갖는, 도 10에 제시된 기판의 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 1 구체예에 따라, 도 3에 제시된 기체의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제 2 구체예에 따라, 도 5에 제시된 기체의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 14는 담체 기체가 Ar 또는 N2인 ALD를 사용하여 기판상에 형성된 내화성 금속층의 깊이에 대해서 플루오르 함량을 나타내는 그래프이다.
도 15는 담체 기체가 H2인 ALD를 사용하여 기판상에 형성된 내화성 금속층의 깊이에 대해서 플루오르 함량을 나타내는 그래프이다.
기판을 제 1 및 제 2 반응성 기체에 연속적으로 노출시킨 후 층을 형성하고, 증착을 이용하여 핵형성 층을 제 1 및 제 2 반응성 기체 중 하나를 함유하는 화합물로 벌크 침착시키는 연속 침착 기술을 이용함으로써, 기판을 핵형성시켜 기판 특징부상에 내화성 금속층을 형성시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 공정은 모든 공정 단계가 공통 챔버에서 이루어지도록 수행될 수 있거나 상이한 챔버에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 핵형성은 벌크 침착이 일어나는 가공 챔버와 상이한 가공 챔버에서 수행될 수 있다. 또한, 핵형성 과정에서 사용되는 담체 기체의 작용으로서 생성된 층에서 플루오르 원자의 존재를 조절하는 기술이 기술된다.
도 1에 있어서, 예시되는 웨이퍼 가공 시스템은 벽(18)로 둘러싸인 공통 작업 영역(16)중에 배치된 하나 이상의 가공 챔버(12 및 14)를 포함한다. 모니터는 보편적으로 가공 챔버(12 및 14)와 관련된 공정에 대한 공통적인 정보를 표시한다. 모니터 중 하나(26)은 벽(18)에 고정되어 있으며, 나머지 모니터(24)는 작업 영역(16)에 배치되어 있다. 가공 챔버(12 및 14)의 조작은 모니터(24 및 26) 중 하나와 결합된 가벼운 펜의 사용으로 제어되어, 제어장치(22)와 소통된다. 예를 들어, 가벼운 펜(28)은 모니터(24)와 결합되어, 모니터(24)를 통해 제어장치(22)와의 소통을 촉진시킨다. 가벼운 펜(39)는 모니터(26)을 통해 제어장치(22)와의 소통을 촉진시키는다.
도 1 및 도 2에 있어서, 각각의 가공 챔버(12 및 14)는 밑벽(32), 밑벽(32)의 반대편에 있는 커버(34), 및 이들 사이에 뻗어 있는 측벽(36)을 갖는 하우징(30)을 포함한다. 하우징(30)은 챔버(37)을 한정하며, 받침대(38)은 가공 챔버(37) 내에 배치되어 반도체 웨이퍼와 같은 기판(42)를 지지한다. 받침대(38)은 변위 메커니즘(도시되지 않음)을 이용하여 커버(34)와 밑벽(32) 사이에서 이동하도록 설치될 수 있으나, 이의 일부는 보편적으로 고정된다. 가공 기체의 공급부(39a, 39b 및 39c)는 샤워헤드(40)을 통해 가공 챔버(37)과 유체 소통된다. 공급부(39a, 39b 및 39c)로부터의 기체의 흐름 조절은 흐름 밸브(41)을 통해 이루어진다.
구체적인 공정에 따라, 기판(42)는 받침대(38)내에 봉입된 가열기를 통해 층 침착 이전에 원하는 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 받침대(38)은 AC 파워 공급부(43)에서 가열기 부재(44)로 전류를 인가시킴으로써 저항력있게 가열될 수 있다. 한편, 기판(42)는 받침대(38)에 의해 가열되며, 예를 들어 약 20 내지 약 750℃의 원하는 가공 온도 범위내에서 유지될 수 있다. 열전대와 같은 온도 센서(46)가 또한 웨이퍼 지지 받침대(38)에 봉입되어 통상적인 방식으로 받침대(38)의 온도를 모니터한다. 예를 들어, 측정된 온도는 피드백 루프에 사용되어 파워 공급부(43)에 의해 가열기 부재(44)에 인가된 전류를 조절함으로써 기판 온도를 특정 공정 적용에 적합한 원하는 온도로 유지시키거나 조절할 수 있다. 임의로, 받침대(38)은 복사열을 사용하여 가열될 수 있다(도시되지 않음). 진공 펌프(48)은 가공 챔버(37)을 배기시키고, 가공 챔버(37) 내부의 적당한 압력 및 기체 흐름을 유지시키는데 사용된다.
도 1 및 도 3에 있어서, 상술된 가공 챔버(12 및 14) 중 하나 또는 둘 모두는 연속 침착 기술을 이용하여 기판상에 내화성 금속층을 침착시키도록 조작될 수 있다. 본 발명에 따른 연속 침착 기술의 한 가지 예는 원자층 침착(ALD)를 포함한다. 특정 가공 단계에 따라, 내화성 금속층은 기판(42)를 제조하는 물질, 예컨대 SiO2상에 침착될 수 있다. 또한, 내화성 금속층은 기판(42)상에 이전에 형성된 층, 예를 들어 티탄, 티탄 니트라이드 등 위에 침착될 수 있다.
본 발명에 따른 연속 침착 기술 과정에서, Aax의 경우에, 일군의 제 1 가공 기체는 가공 챔버(37)에 노출된 리간드 a의 표면의 갖는 기판(42)상에 침착된 A의 층을 형성한다. 그후, 퍼지 기체가 가공 챔버(37)에 유입하여 기체 Aax를 퍼징시키며, 기체 Aax는 A 층내로 혼입되지 않는다. 가공 챔버(37)로부터 기체 Aax를 퍼징시킨 후에, 제 2 일군의 가공 기체 Bby는 가공 챔버(37)내로 도입된다. 기판 표면상에 존재하는 리간드 a는 리간드 b 및 원자 B와 반응하여, 예를 들어 분자 ab 및 aA를 이탈시키고, 이들 분자는 기판(42)로부터 이동하며 가공 챔버(37)로부터 연속적으로 펌핑된다. 이러한 방식으로, 도 4에 제시된 바와 같이, B 화합물의 층을 포함하는 표면이 기판(42) 위에 남게 되며, 가공 챔버(37)에 노출된다. B 화합물의 층의 조성은 보편적으로 ALD 기술을 이용하여 형성된 원자의 단일층일 수 있다. 대안적으로는, 화합물 B의 층이 다수 원자들의 층을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 제 1 가공 기체는 가공 기체의 혼합물을 포함할 수 있으며, 각각은 기판(42)에 부착하는 원자들을 갖는다. 본 발명의 공정은 원하는 두께가 달성될 때까지 사이클이 계속된다.
도 2 및 도 5에 있어서, 주어진 실시예에서 가공 기체의 어느 한 유형이 사용될 지라도, 가공 기체 Aax는 B2H6를 포함하며, 가공 기체 Bby는 WF6이다. 2가지 퍼지 기체 Ar 및 N2가 사용된다. 각각의 가공 기체는 퍼지 기체 중 하나인 담체 기체와 함께 가공 챔버(37)로 흐르는데, 이러한 실시예에서 WF6는 Ar과 함께 도입되고, B2H6는 N2와 함께 도입된다. 그러나, 퍼지 기체는 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 담체 기체와는 상이하다. 본 발명에 따른 ALD 기술의 한가지 사이클은 B2H6가 가공 챔버(37)내로 흐르기 전에, 약 0.01 내지 15초의 시간 t1동안 퍼지 기체 N2를 가공 챔버(37)내로 흐르게 하는 것을 포함한다. 약 0.01 내지 15초의 시간 t2동안에, 가공 기체 B2H6는 담체 기체(이 경우에는 N2)와 함께 가공 챔버내로 흐른다. 0.01 내지 15초가 경과한 후에, B2H6의 흐름은 종결되고 N2의 흐름은 0.01 내지 15초의 부가 시간 t3동안에 계속되며, 이때 가공 기체 B2H6가 퍼징된다. 시간 t4동안에는, 가공 챔버(37)이 모두는 아닐지라도, 대부분의 기체를 제거하도록 펌핑된다. 가공 챔버(37)의 펌핑 후에, 담체 기체 Ar은 0.01 내지 15초의 시간 t5동안에 도입되며, 그후 시간 t6동안에 담체 기체 Ar과 함께 가공 기체 WF6가 가공 챔버(37)내로 도입된다. 시간 t6는 0.01 내지 15초이다. 가공 챔버(37) 내로의 가공 기체 WF6의 흐름은 시작후 약 0.01 내지 15초후에 종결된다. 가공 챔버(37)내로의 WF6의 흐름이 종결된 후에, Ar의 흐름은 부가 1 내지 15초의 시간 t7동안에 계속된다. 그후, 시간 t8동안에 가공 챔버(37)은 펌핑되어 모두는 아닐지라도, 대부분의 기체를 제거한다. 펌핑 처리가 약 30초간 지속됨으로써, 본 발명에 따른 연속 침착 기술의 한 사이클이 마무리된다.
연속 침착 기술을 이용하는 잇점은 여러가지이며, 기판 크기에 관계없이 균일한 침착을 제공하여 유동에 무관하게 층이 형성되는 것을 포함한다. 예를 들어, 동일한 챔버내에서 침착된 200mm 기판과 32mm 기판에서 측정된 두께와 층 균일성의 차이는 무시할만하다. 이는 연속 침착 기술의 자체 제한 특징에 의한 것이다. 또한, 이 기술은 복잡한 지형에 대해서 완벽에 가까운 단계 적용범위를 가능케 한다.
부가적으로, 도 4에 제시된 층 B의 두께는 연속 침착 기술을 이용함으로써 저항율의 최소화시키면서 용이하게 조절될 수 있다. 도 6에는 텅스텐 층 B의 두께가 텅스텐 층 B를 형성하기 위해 사용된 사이클 수에 비례하는 기울기 라인(50)이 도시되어 있다. 그러나, 도 7의 기울기 라인(52)로 도시된 바와 같이, 텅스텐 층의 저항율은 비교적 층의 두께와는 무관하다. 이와 같이, 연속 침착 기술을 사용하는 경우에, 내화성 금속층의 두께는 가공 챔버내로 도입되는 가공 기체의 사이클의 작용으로 용이하게 조절되는 한편 저항율에 대한 효과는 무시할만하다.
도 4 및 도 8에 있어서, 침착율의 조절은 기판(42)의 온도에 좌우되는 것으로 밝혀졌다. 기울기 라인(54)에 도시된 바와 같이, 기판(42)의 온도가 증가함에 따라 텅스텐 층 B의 침착율이 증가하였다. 예를 들어, 지점 56에서, 침착율은 250℃에서 약 2Å/사이클이다. 그러나, 지점 58에서는, 침착율은 450℃에서 약 5Å/사이클이다. 그러나, 텅스텐 층의 저항율은 도 9의 기울기 곡선(59)로 도시된 바와 같이, 궁극적으로 층 두께에 무관하다. 결과적으로, 텅스텐 층의 침착율은 저항율을 손상시키지 않으면서 온도에 따라 조절될 수 있다. 그러나, 내화성 금속의 전체 층을 침착시키는데 필요한 시간을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
마지막으로, 내화성 금속층의 벌크 침착이 본 발명의 침착 공정에 포함될 수 있다. 보편적으로, 내화성 금속의 벌크 침착은 핵형성 층이 공통 가공 챔버에서 형성된 후에 일어난다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에서는, 텅스텐층의 핵형성이 상술된 연속 침착 기술을 사용하여 챔버(12)에서 일어나며, 기판(42)는 200 내지 400℃의 온도에서 가열되고, 가공 챔버(37)은 1 내지 10 Torr 로 가압된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 약 12 내지 20nm의 핵형성 층(60)은 패턴화된 기판(42)상에 형성된다. 도시된 바와 같이, 기판(42)는 장벽층(61) 및 다수 바이어(63)을 갖는 패턴화된 층을 포함한다. 핵형성 층은 바이어(63)을 커버하는 패턴화된 층에 이웃하여 형성된다. 도시된 바와 같이, ALD 기술을 이용하여 핵형성 층(60)을 형성하는 100% 단계 적용범위를 제공한다. 텅스텐의 완전한 층을 형성시키는데 필요한 시간을 감소시키기 위해서, 핵형성 층(60) 위에의 텅스텐의 벌크 침착이 CVD 기술을 이용하여 일어나는 반면에, 기판(42)는 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 가공 챔버(12)내에 배치된다. 벌크 침착은 당해 분야에 널리 공지된 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 완전한 플러그 충전을 제공하는 텅스텐 층(65)는 도 11에 도시된 바와 같이, 약 6:1의 비율로 바이어를 갖는 패턴화된 층 위에서 달성된다.
대안적인 구체예에서, 2원화된 침착 공정이 실시될 수 있으며, 이 공정에서 내화성 금속층의 핵형성은 내화성 금속층의 나머지 부분이 형성되는 챔버와 상이한 챔버에서 일어난다. 구체적으로, 본 실시예에서, 텅스텐 층의 핵형성은 상술된 ALD와 같은 연속 침착 기술을 사용하여 챔버(12)에서 일어난다. 마지막으로, 기판(42)는 200 내지 400℃에서 가열되며, 챔버(37)은 1 내지 10 Torr로 가압된다. 약 12 내지 20nm의 핵형성 층(60)은 도 10에 도시된 바와 같이 패턴화된 기판(42)상에 형성된다. 도시된 바와 같이, 기판(42)는 장벽층(61) 및 다수 바이어(63)을 갖는 패턴화된 층을 포함한다. 핵형성 층은 바이어(63)을 커버하는 패턴화된 층에 이웃하여 형성된다. 도시된 바와 같이, 연속 침착 기술을 사용하여 핵형성층(60)을 형성하는 것은 100% 단계 적용범위를 제공한다.
CVD 기술을 사용하여, 핵형성층(60)상에 텅스텐을 벌크 침착시키며, 기판(42)는 도 1에 도시된 바와 같이 가공 챔버(14)에 배치된다. 벌크 침착은 당해 분야에 널리 공지된 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 완전한 플러그 충전을 제공하는 텅스텐 층(65)는 도 11에 도시된 바와 같이, 약 6:1의 비율로 바이어를 갖는 패턴화된 층 위에서 달성된다. 상술된 2원화된 침착 공정을 이용하여 개선된 특징을 갖는 텅스텐을 층을 형성시키는데 필요한 시간을 감소시킬 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 대안적인 구체예에서, 담체 기체는 도 12에 도시된 바와 같이, 퍼지 기체와 상이할 수 있다. 시간 간격 t1, t3, t5및 t7로 도입되는 퍼지 기체는 Ar을 포함한다. 시간 간격 t2및 t6으로 도입되는 퍼지 기체는 N2를 포함한다. 이와 같이, 시간 간격 t2에서, 가공 챔버내로 도입되는 기체들은 B2H6와 N2의 혼합물을 포함하고, 시간 간격 t6에서, 가스 혼합물은 WF6와 N2의 혼합물을 포함한다. 시간 간격 t4및 t8동안의 펌프 공정은 도 5와 관련하여 상기에 기술된 펌프 공정과 동일하다. 도 13에 도시된 또 다른 구체예에서, t2및 t6동안의 담체 기체는 H2를 포함하며, 시간 간격 t1, t3, t5및 t7에서 도입된 퍼지 기체는 Ar으로 이루어진다. 시간 간격 t4및 t8에서의 펌프 공정은 상술된 바와 같다. 결과적으로, 시간 간격 t2에서, 가공 챔버(37)내로 도입된 기체 혼합물은 B2H6와 H2로 이루어지고, 시간 간격 t6에서는 WF6와 H2로 이루어진다.
H2담체 기체를 사용함으로써 수득되는 장점은 텅스텐 층 B의 안정성이 개선될 수 있는 점이다. 구체적으로, 도 14의 곡선(66)과 도 15의 곡선(68)을 비교함으로써, 도 10에 도시된 핵혁성 층(60)중의 플루오르의 온도가 담체 기체로서 N2또는 Ar을 사용했을때보다 담체 기체로서 H2를 사용했을때 훨씬 낮은 것으로 나타났다.
도 14 및 도 15에 있어서, 곡선(66)의 극대점과 극소점은 플루오르 농도가 cm3당 1×1021개의 원자를 초과하는 수준 및 cm3당 1×1019개의 원자보다 낮은 수준으로 달성됨을 보여주고 있다. 그러나, 곡선(68)은 플루오르 농도가 극대점에서 cm3당 1×1021개의 원자 미만이고, 극소점에서는 cm3당 1×1017개의 원자 미만임을 보여준다. 이와 같이, 담체 기체로서 H2기체를 사용하는 경우 훨씬 더 안정한 필름, 즉 기판내로 확산하는 플루오르의 가능성이 제공되거나, 이웃하는 층이 감소된다. 이는 또한 증가된 플루오르 농도로부터 수득될 수 있는 금속 플루오라이드의 형성을 피함으로써 내화성 금속층의 저항을 감소시킨다. 이와 같이, 핵형성 층의 안정성 및 이의 저항율은 사용된 담체 기체의 작용으로서 조절될 수 있다. 이는 또한 내화성 금속층이 ALD 기술을 전적으로 사용하여, 즉 CVD와 같은 다른 침착 기술을 사용하지 않는 경우에 그러하다.
도 2에 있어서, 텅스텐 층을 침착시키는 공정은 제어장치(22)에 의해 실행되는 컴퓨트 프로그램 제품을 사용하여 제어될 수 있다. 마지막으로, 제어장치(22)는 중앙처리장치(CPU) 70, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 72 와 같은 휘발성 기억장치 및 플로피 디스켓으로 사용하기 위한 플로피 디스크 드라이브와 같은 영구 저장 매체, 또는 하드 디스크 드라이브(74)를 포함한다. 컴퓨트 프로그램 코드는 통상적인 컴퓨트 판독 프로그램 언어, 예를 들어, 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 등으로 쓰여질 수 있다. 적합한 프로그램 코드는 통상적인 편집 문서를 사용하여 단일 파일 또는 다수 파일내로 입력되고 저장하거나 하드 디스크 드라이브 74와 같은 컴퓨트 판독 매체내로 삽입된다. 입력된 코드 문서가 고수준의 언어인 경우에, 코드는 컴파일되고, 그후 생성된 컴파일 코드는 사전컴파일된 윈도우스®라이브러리 루틴의 객체 코드와 결합된다. 결합되고 편집된 객체 코드를 실행하기 위해서, 시스템 사용자는 객체 코드를 호출하여, CPU 70을 RAM 70중에서 코드를 로딩시킬 것이다. 그후, CPU 70을 판독하고 코드를 실행시켜 프로그램에서 확인되는 작업을 수행한다.
본 발명이 특정 구체예와 관련하여 기술될지라도, 당업자들은 반응 조건, 즉 온도, 압력, 필름 두께 등이 변할 수 있고 이는 본원에 포함됨을 인지할 것이다. 부가적으로, 2원화된 침착 공정은 공통 시스템에서 일어나는 것으로 기술되는 한편, 벌크 침착은 핵형성 층을 침착시키는데 사용되는 가공 챔버가 정위된 본체 침착 시스템과 상이한 본체 침착 시스템의 가공 챔버에서 일어날 수 있다. 최종적으로, 텅스텐 이외에 다른 내화성 금속이 침착될 수 있으며, 다른 침착 기술이 CVD 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 물리적 증착(physical vapor deposition: PVD) 기술, 또는 CVD 및 PVD 기술 모두의 조합이 사용될 수 있다. 본 발명의 범위는 상술된 설명 보다는 오히려 첨부되는 청구범위와 이의 균등한 범위를 기준으로 한다.
본 발명에 따라 반도체 기판상에 침착되는 내화성 금속층의 특징들을 개선된다.

Claims (14)

  1. 가공(processing) 챔버내에 침착된 기판상에 층을 형성시키는 방법으로서,
    제 1 및 제 2 반응성 기체에 기판을 연속적으로 노출시킴으로써 핵형성 층을 형성시키는 단계; 및
    증착을 이용하여 핵형성 층을 제 1 및 제 2 반응성 기체 중 하나를 함유하는 화합물로 벌크 침착시켜, 핵형성 층의 상부에 벌크 침착 층을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 핵형성 층 및 벌크 침착 층이 공통 가공 챔버에서 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 가공 챔버를 공급하고, 핵형성 층을 형성시키기 전에 제 1 가공 챔버에 기판을 배치하고, 벌크 침착 층을 형성시키기 전에 제 2 가공 챔버내로 기판을 배치하는 것을 포함하며, 핵형성 층이 제 1 가공 챔버에서 형성되고, 벌크 침착 층이 제 2 가공 챔버에서 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 제 2 반응성 기체가 핵형성 층과 관련된 플루오르 원자를 포함하고, 각각의 제 1 및 제 2 반응성 기체가 담체 기체와 함께 가공 챔버내로 도입되며, 담체 기체의 작용으로서 핵형성 층과 관련된 플루오르 원자의 양을 조절하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 핵형성 층의 상부에 화학적 증착을 이용하여 벌크 침착 층을 형성시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 핵형성 층의 상부에 물리적 증착을 이용하여 벌크 침착 층을 형성시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 핵형성 층을 형성시키는 단계가 제 1 및 제 2 기체를 도입하여, 제 2 반응성 기체에 기판을 노출시키기 전에 퍼지 기체를 도입시킴으로써 제 1 반응성 기체의 가공 챔버를 퍼징시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 핵형성 층을 형성시키는 단계가 제 2 반응성 기체를 도입시키기 전에 챔버내에 있는 모든 기체를 제거하도록 가공 챔버를 펌핑시킴으로써 제 1 반응성 기체의 가공 챔버를 퍼징시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 핵형성 층을 형성시키는 단계가 퍼지 기체를 도입시킴으로써 제 1 반응성 기체의 가공 챔버를 퍼징시키고, 연속적으로 기판을 제 2 반응성 기체에 노출시키기 전에 챔버내에 있는 모든 기체를 제거하도록 가공 챔버를 펌핑시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 핵형성 층을 형성시키는 단계가 수소 함유 화합물 및 내화성 금속의 교호적 층을 형성시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 가공 챔버를 한정하는 본체;
    기판을 지지하기 위해, 가공 챔버내에 배치된 홀더;
    가공 챔버와 유체 소통이 이루어지는 기체 운반 시스템;
    가공 챔버와 열 소통이 이루어지는 온도 조절 시스템;
    가공 챔버와 유체 소통이 이루어지는 압력 조절 시스템;
    기체 운반 시스템, 온도 조절 시스템 및 압력 조절 시스템과 전기 소통이 이루어지는 제어장치; 및
    제어장치와 데이타 통신이 이루어지는 메모리로서, 기체 운반 시스템을 제어하여, 기판을 제 1 및 제 2 반응성 기체에 연속적으로 노출시킴으로써 핵형성 층을 형성시키는 제 1 세트의 지시부 및 기체 운반 시스템을 제어하여, 핵형성 층을 제 1 및 제 2 반응성 기체 중 하나를 함유하는 화합물로 증착시킴으로써 핵형성 층의 상부에 벌크 침착 층을 형성시키는 제 2 세트의 지시부를 포함하는 컴퓨터 판독 프로그램이 삽입된 컴퓨트 판독 매체를 포함하는 메모리를 포함하는 기판용 가공 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    부가 가공 챔버를 한정하는 부가 본체;
    기판을 지지하기 위해 제 2 가공 챔버내에 배치된 부가 홀더;
    제 2 가공 챔버와 열 소통이 이루어지는 부가 온도 조절 시스템;
    제 2 가공 챔버와 유체 소통이 이루어지는 부가 압력 조절 시스템;
    제 1 가공 챔버와 부가 가공 챔버 사이에 배치된 로보트식 핸들러;
    부가 가공 챔버와 유체 소통이 이루어지는 기체 운반 시스템;
    부가 온도 조절 시스템, 압력 조절 시스템 및 로보트식 핸들러와 전기 소통이 이루어지는 제어장치; 및
    기체 운반 시스템을 제어하여, 기판이 가공 챔버내에 배치되는 동안 핵형성 층을 형성시키는 제 1 서브 루틴을 추가로 포함하는 제 1 세트의 지시부와, 로보트식 핸들러를 제어하여 가공 챔버와 부가 가공 챔버 사이에서 기판을 이동시키고 기체 운반 시스템을 제어하여 기판이 제 2 가공 챔버내에 배치되는 동안 벌크 침착 층을 형성시키는 제 2 서브 루틴을 포함하는 제 2 세트의 지시부를 추가로 포함함을 특징으로 하는 가공 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 제 2 반응성 기체가 핵형성 층과 관련된 플루오르 원자를 포함하고, 제 1 세트의 지시부가 가공 챔버내로 담체 기체와 함께 제 1 및 제 2 반응성 기체를 각각 도입시키는 서브 루틴을 포함하고, 컴퓨터 판독 프로그램이 담체 기체의 작용으로서 핵형성 층과 관련된 플루오르 원자의 양을 조절하는 제 3 세트의 지시부를 포함함을 특징으로 하는 가공 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 컴퓨터 판독 프로그램이 가공 챔버내에 퍼지 기체를 도입시킴으로써 제 2 반응성 기체를 도입시키기 전에 제 1 반응성 기체의 제 1 가공 챔버를 퍼징시키는 부가 세트의 지시부를 포함함을 특징으로 하는 가공 시스템.
KR1020010037550A 2000-06-28 2001-06-28 연속 침착 기술로 내화성 금속층을 침착시켜 핵형성 층을형성시키는 방법 및 장치 KR100731399B1 (ko)

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