Diffusion 공정 텅스텐 - Diffusion gongjeong teongseuten

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Abstract

본 발명은 텅스텐 원소의 전구체 물질 및 질소 원소의 소스 물질을 소정의 비율로 반응 챔버 내로 유입하여, 소정의 온도에서 반도체 기판 상에 텅스텐 질화막을 증착시키는 MOCVD 공정을 이용한 텅스텐 질화막의 형성방법에 있어서, 상기 질소 원소의 소스 물질은 하이드라진 유도체인 텅스텐 질화막의 형성방법을 제공한다.

본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에 의하면, 낮은 온도에서 적은 양의 질소 원소 소스 물질을 사용하여 텅스텐 질화막의 형성이 가능할 뿐만 아니라, HF와 같은 부산물의 생성이 방지되므로, 장비의 부식과 같은 문제점을 해소할 수 있게 된다.

텅스텐 질화막, 전구체, MOCVD, 확산방지막, HF

Description

텅스텐 질화막의 형성방법{METHOD FOR FORMING TUNGSTEN NITRIDE FILM}

도 1은 종래 기술에 의한 텅스텐 질화막의 형성과정을 보여주는 모식도이다.

도 2는 본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성과정을 보여주는 모식도이다.

본 발명은 반도체 소자의 제조공정 중 MOCVD법을 사용하여 텅스텐 질화막을 형성하는 방법에 관한 것이다.

최근, 디바이스의 미세화, 고속화 및 고집적화 경향에 따라, 금속 배선기술에 있어서도, 기존의 알루미늄 배선 물질 보다 낮은 전기 저항 및 보다 좋은 전자이동 특성을 갖는 구리를 이용하여 금속 배선을 형성하게 되었다.

이와 같은, 구리 배선기술에 있어서, 열처리 공정시 발생 가능한 층간 분리와 전자 이동을 최대한 억제하기 위하여, 구리 확산을 효과적으로 차단할 뿐만 아니라, 구리와의 접착성(adhesion)이 탁월한 물질을 사용하여, 확산 방지막을 형성할 필요가 있다.

최근, 텅스텐 질화막이 TaN과 TiN 박막과 함께 구리 확산 방지막으로서 각광받고 있다.

현재, 텅스텐 질화막을 형성하기 위한 원료 물질로서는 WF6와 NH3가 주로 사용되고 있다. 이와 같이 WF6와 NH3를 각각 텅스텐 원소의 전구체 물질 및 질소 원소의 소스 물질로 사용하여 텅스텐 질화막을 형성할 때의 반응식은 하기 반응식 (1)과 같다.

2WF6(g)+ 2NH3(g)+6H2(g)=2WN(s)+12HF(g)

상기 반응식 (1)과 같이, 일반적으로 텅스텐 질화막의 형성시에 질소 원소의 소스 물질로서 암모니아(NH3)를 사용하여 박막을 형성하거나 텅스텐 원소의 전구체 물질 자체에 질소 소스를 첨가한 물질을 사용하여 이를 열분해함으로써 박막을 형성하게 된다(도 1 참조).

이와 같이, 텅스텐 질화막 형성시 질소 원소의 소스 물질로서 주로 사용되는 암모니아는 N-H의 결합강도가 커서(435KJ/mol, D.W.Robinson, J.W.Rogers Jr., Applied Surface Science 152(1999)85-98), 분해능(dissociation efficiency)이 작기 때문에 이를 사용하여 텅스텐 질화막을 형성하는 경우에, 박막의 성장 온도를 올려주거나 암모니아의 양을 많이 늘려 주어야 한다는 문제점이 있었다.

또한, 텅스텐 원소의 전구체 물질로서 WF6를 사용하여 텅스텐 질화막을 증착시에는 MFx(여기서, M은 메탈(Ti, Al,...)을 나타냄.)에 의한 리프팅(Vocano Defect) 문제가 발생하거나 부산물로서 HF가 발생하여 공정 장비의 부식을 발생시키는 등의 문제점이 있었다.

따라서, 텅스텐 질화막을 형성할 때에 사용되는 질소 원소의 소스 물질 및 텅스텐 원소의 전구체 물질로 인하여 발생하는 각종 문제점을 해결할 수 있는 텅스텐 질화막의 형성방법이 절실히 요청되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기존에 사용되고 있는 질소 원소의 소스 물질 및 텅스텐 원소의 전구체 물질을 다른 물질로 대체하여 텅스텐 질화막을 형성하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 텅스텐 원소의 전구체 물질 및 질소 원소의 소스 물질을 소정의 비율로 반응 챔버 내로 유입하여, 소정의 온도에서 반도체 기판 상에 텅스텐 질화막을 증착시키는 MOCVD 공정을 이용한 텅스텐 질화막의 형성방법에 있어서, 상기 질소 원소의 소스 물질은 하이드라진 유도체인 텅스텐 질화막의 형성방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 텅스텐 질화막의 형성방법에 의하여 형성되는 텅스텐 질화막을 제공한다.

이하에서, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명은 텅스텐 원소의 전구체 물질 및 질소 원소의 소스 물질을 소정의 비율로 반응 챔버 내로 유입하여, 소정의 온도에서 반도체 기판 상에 텅스텐질화막을 증착시키는 MOCVD 공정을 이용한 텅스텐 질화막의 형성방법에 있어서, 상기 질소 원소의 소스 물질은 하이드라진 유도체인 텅스텐 질화막의 형성방법을 제공한다.

본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에서 사용될 수 있는 질소 원소의 소스 물질로서의 하이드라진 유도체는 텅스텐과 반응하여 텅스텐 질화막을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없다고 할 것이다. 그러나, 본 발명에서는 그 중에서도 디알킬하이드라진이 바람직하며, 특히, 상온에서 액상이고 증기압이 높으며(157torr) 안정한 특성을 보이는 디메틸하이드라진(Dimethylhydrazine)[NH2N(CH3) 2]을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같은 디메틸하이드라진에서의 N-N 결합의 결합 강도는 264KJ/mol 정도 이므로(D.W.Robinson, J.W.Rogers Jr., Applied Surface Science 152(1999)85-98) 더욱 효과적으로 텅스텐 질화막을 형성할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에서 사용될 수 있는 텅스텐 원소 의 전구체 물질로는 특별한 제한은 없다고 할 것이나, 그 중에서도 텅스텐헥사카르보닐(W(CO)6)을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해 공정 진행상 발생하는 부산물인 HF의 생성을 사전에 방지할 수 있으므로, 공정장비의 부식 등과 같은 문제점을 방지할 수 있게 되고, 더욱 더 안정적인 공정을 통해 텅스텐 질화막을 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에서, 텅스텐 원소의 전구체 물질로서 텅스텐헥사카르보닐(W(CO)6)과 질소 원소의 소스 물질로서 디메틸하이드라진[NH2N(CH3)2]을 사용하는 경우의 반응식은 다음과 같다(도 2 참조).

2W(CO)6(g)+2NH2N(CH3)2(g)+5H2(g)--> 2WN(s)+2HN(CH 3)2(g)+하이드로카본(g).

즉, 상기 반응식 (2)에서와 같은 방법으로 텅스텐 질화막을 증착하면, N-N 결합의 결합 강도가 작아 낮은 온도에서도 텅스텐 질화막의 증착이 가능하게 된다. 또한, 텅스텐 원소의 전구체 물질로부터 HF(g)가 발생하지 않으며, 질소 원소의 소스의 공급량을 줄일 수 있어 더욱 더 안전한 프로세스를 진행할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에서, 반응 챔버 내로 유입되는 텅스텐 원소의 전구체 물질과 질소 원소의 소스 물질 사이의 소정 비율은 1:1~2가 바 람직하다.

또한, 상기 텅스텐 질화막의 증착온도는 200~500℃가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 250~350℃이다.

나아가, 본 발명은 상기 텅스텐 질화막의 형성방법에 의하여 제조되는 텅스텐 질화막을 제공한다.

본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법 및 이에 의해 제조되는 텅스텐 질화막의 경우, MOCVD공정을 이용하여, 텅스텐 질화막을 형성하는 경우라면, 어떠한 경우에도 적용가능하다고 할 것이다. 예컨대, 금속 배선 공정에서 텅스텐 플러그의 접착, 확산방지막, 다마신 공정 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 원용 가능한 경우라면 특별히 제한되지 않는다고 할 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에서는, 질소 원소의 소스 물질로서, 하이드라진 유도체, 그 중에서도 특히 디메틸하이드라진[NH2N(CH3)2]을 사용함으로써, 종래 기술에 비하여 낮은 증착온도에서, 소스 물질의 양을 적게 사용하여도 충분한 두께의 텅스텐 질화막의 증착이 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 텅스텐 질화막의 형성방법에서는, 텅스텐 원소의 전구체 물질로서, 텅스텐헥사카르보닐(W(CO)6)을 사용함으로써, 종래의 WF6 사용시에 HF의 생성으로 발생하는 장비의 부식 등의 문제점을 사전에 방지할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 텅스텐 원소의 전구체 물질 및 질소 원소의 소스 물질을 소정의 비율로 반응 챔버 내로 유입하여, 소정의 온도에서 반도체 기판 상에 텅스텐 질화막을 증착시키는 MOCVD 공정을 이용한 텅스텐 질화막의 형성방법에 있어서, 상기 질소 원소의 소스 물질은 하이드라진 유도체인 텅스텐 질화막의 형성방법.

2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하이드라진 유도체는 디알킬하이드라진인 텅스텐 질화막의 형성방법.

3. 제 2 항에 있어서,

   상기 디알킬하이드라진은 디메틸하이드라진(NH2N(CH3)2)인 텅스텐 질화막의 형성방법.

4. 제 1 항에 있어서,

   상기 텅스텐 원소의 전구체 물질은 텅스텐헥사카르보닐(W(CO)6)인 텅스텐 질 화막의 형성방법.

5. 제 1 항에 있어서,

   반응 챔버 내로 유입되는 텅스텐 원소의 전구체 물질과 질소 원소의 소스 물질 사이의 소정 비율은 1:1~2인 텅스텐 질화막의 형성방법.

6. 제 1 항에 있어서,

   상기 텅스텐 질화막의 증착온도는 200~500℃인 텅스텐 질화막의 형성방법.

7. 제 6 항에 있어서,

   상기 텅스텐 질화막의 증착온도는 250~350℃인 텅스텐 질화막의 형성방법.

8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의하여 제조되는 텅스텐 질화막.

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• 2004
  • 2004-12-30 KR KR1020040117301A patent/KR20060077768A/ko not_active Application Discontinuation

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