본 발명은 반도체 소자의 확산방지막 제조방법에 관한 것으로, 특히, 플라즈마 원자층 증착법(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition: 이하, PEALD라 함)에 의해 TiSiN 확산방지막을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a diffusion barrier of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a TiSiN diffusion barrier by plasma-enhanced atomic layer deposition (hereinafter referred to as PEALD).
일반적으로, TiSiN 확산방지막은 화학적으로 안정되고 우수한 확산 방지 특성을 갖고 있다. 이 때문에 최근 반도체 메모리 소자용 커패시터를 제조할 시 산소의 확산으로 인한 컨택 플러그의 오믹 특성 열화를 방지하기 위한 목적으로 널리 사용되어 지고 있다.Generally, TiSiN diffusion barrier films are chemically stable and have excellent diffusion barrier properties. For this reason, in the manufacture of capacitors for semiconductor memory devices, it has been widely used for the purpose of preventing deterioration of ohmic characteristics of contact plugs due to oxygen diffusion.
상기 TiSiN 확산방지막을 제조하는 방법으로 스퍼터링법(Sputtering)과 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition: 이하, ALD라 함.)이 일반적으로 이용되고 있다.As a method of manufacturing the TiSiN diffusion barrier film, sputtering and atomic layer deposition (hereinafter referred to as ALD) are generally used.
전자의 방법은 증착이 간단하고 전기적 특성이 좋은 반면에 단차도포성(Step Coverage)이 불량하다는 단점이 있고, 특히 100㎚ 이하의 컨택홀과 같은 미세 패턴에는 적용이 불가능한 것으로 알려져 있고, 후자의 방법은 상기 스퍼터링법의 단점을 개선하기 위해 제안된 기술로서 단차도포성이 매우 양호하지만 전기적 특성이 나쁘고 고온공정을 사용해야 하는 단점이 있다.The former method has a disadvantage of simple deposition and good electrical properties but poor step coverage, and is not particularly applicable to fine patterns such as contact holes of 100 nm or less. The proposed technique to improve the disadvantages of the sputtering method is very good step coverage, but has the disadvantages of poor electrical properties and the use of a high temperature process.
도 1은 종래의 ALD을 이용한 확산방지막 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a conventional method of manufacturing a diffusion barrier using ALD.
도 1을 참조하면, 먼저 타이밍 구간 TA에서 Ti(N(CH3)2)4을 반응로 내로 주입하여 기판에 흡착시키고, 타이밍 구간 TP1에서 제 1퍼지(Purge) 공정을 수행함으로써 상기 기판에 흡착되지 않은 기상의 Ti(N(CH3)2)4을 반응로 외부로 배출시킨다.Referring to FIG. 1, first, Ti (N (CH3 )2 )4 is injected into a reactor in a timing section TA and adsorbed onto a substrate, and a first purge process is performed in the timing section TP1 to the substrate. Unadsorbed gaseous Ti (N (CH3 )2 )4 is discharged out of the reactor.
그 다음, 타이밍 구간 TB에서 반응물 NH3를 반응로 내로 주입하여 기판에 흡착된 Ti(N(CH3)2)4와 반응시켜 TiN막을 형성하고, 타이밍 구간 TP2에서 제 2퍼지 공정을 수행함으로써 반응하지 않은 기상의 NH3를 반응로 외부로 배출시킨다.Next, the reactant NH3 is injected into the reactor in the timing section TB to react with Ti (N (CH3 )2 )4 adsorbed on the substrate to form a TiN film, and the second purge process is performed in the timing section TP2. Unreacted gaseous NH3 is discharged outside the reactor.
그 다음, 타이밍 구간 TC에서 반응물 SiH4를 반응로 내로 주입하여 상기 TiN막과 반응시켜 TiSiN막을 형성시키고, 타이밍 구간 TP에서 제 3퍼지 공정을 수행함에 의해 상기 TiN막과 반응하지 않은 기상의 SiH4를 반응로 외부로 배출시킨다.Then, in the timing section TC, reactant SiH4 is injected into the reactor to react with the TiN film to form a TiSiN film, and in the timing section TP, a third purge process is performed to perform gas phase SiH4 not reacting with the TiN film. To the outside of the reactor.
이와 같은 1사이클의 공정이 반복적으로 수행됨에 의해 종래 기술에 의한 TiSiN 확산방지막이 제조된다.By repeatedly performing such a cycle, a TiSiN diffusion barrier according to the prior art is manufactured.
상기의 확산방지막 제조 공정에서 반응물 주입 단계들 사이에 제 1내지 제 3퍼지 공정을 삽입하는 것은 반응물 주입 후 반응로 내에 잔류하는 반응물간의 기상반응을 제거하기 위함이다.The first to third purge processes are inserted between the reactant injection steps in the diffusion barrier film manufacturing process to remove the gas phase reaction between the reactants remaining in the reactor after the reactant injection.
상술한 바와 같은 종래의 확산방지막 제조방법은 증착과정이 표면에서의 흡착반응에 의해 진행되기 때문에 화학기상증착법에 비해 단차도포성이 양호하지만 증착온도가 높고, 또한 흡착반응물이 완전히 분해되지 않기 때문에 탄소함유량이 높아져 비저항이 증가하는 단점이 있다.As described above, the conventional diffusion barrier film manufacturing method has a higher step coverage than the chemical vapor deposition method because the deposition process proceeds by adsorption reaction on the surface, but the deposition temperature is high and the adsorption reactant is not completely decomposed. There is a disadvantage that the content is increased to increase the specific resistance.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위해 PEALD법을 이용하여 열부담이 적고 카본이 함유되지 않은 TiSiN 확산 방지막을 제조하는 반도체 소자의 확산방지막 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a diffusion barrier film of a semiconductor device for producing a TiSiN diffusion barrier film having a low heat load and no carbon containing by using the PEALD method.
도 1은 종래의 확산방지막 제조방법을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a conventional method of manufacturing a diffusion barrier.
도 2는 본 발명에 따른 확산방지막 제조방법을 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a method for manufacturing a diffusion barrier according to the present invention.
도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 확산방지막 제조방법을 설명하기 위한 세부 도면.3a to 3c is a detailed view for explaining a method for manufacturing a diffusion barrier according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 확산방지막 제조방법은, 본 발명은 플라즈마 원자증착법을 이용하여 확산방지막을 제조하는 방법에있어서, 반응로 내에 Ti(N(CH3)2)4를 주입한 후 퍼지하는 제 1단계; 상기 반응로 내에 수소 가스를 주입하고 플라즈마 처리하여 수소 라디칼을 생성하는 제 2단계; 상기 반응로 내에 NH3가스를 상기 반응로 내로 주입하고 퍼지하여 피증착체에 TiN막을 형성하는 제 3단계; 상기 반응로 내에 SiH4를 주입하고 퍼지하여 TiSiN막을 형성하는 제 4단계를 구비하며, 상기 제 1내지 제 4단계를 반복 수행하여 확산을 방지하기 위한 박막을 증착하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a diffusion barrier film of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object, the present invention is a method of manufacturing a diffusion barrier film using a plasma atomic vapor deposition method, Ti (N (CH3 )2 )4 in the reactor Injecting and purging the first step; Injecting hydrogen gas into the reactor and performing plasma treatment to generate hydrogen radicals; A third step of injecting and purging NH3 gas into the reactor into the reactor to form a TiN film on the deposit; And a fourth step of forming a TiSiN film by injecting and purging SiH4 into the reactor, and repeating the first to fourth steps to deposit a thin film for preventing diffusion.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산방지막 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a diffusion barrier manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산방지막 제조방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A method of manufacturing a diffusion barrier according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2를 참조하면, 먼저 타이밍 구간 TA에서 Ti(N(CH3)2)4을 반응로 내로 주입하여 피증착체(1)에 흡착시킨다. 이 때, Ti(N(CH3)2)4이 피증착체(1)에 흡착된다. 여기서, 피증착체(1)는 평탄 웨이퍼, 컨택 홀 및 트랜치 패턴 중 하나가 될 수 있다.Referring to FIG. 2, first, Ti (N (CH3 )2 )4 is injected into the reactor in the timing section TA and adsorbed onto the deposit 1. At this time, Ti (N (CH3 )2 )4 is adsorbed on the vapor-deposited body 1. Here, the deposition target 1 may be one of a flat wafer, a contact hole and a trench pattern.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 TiSiN막을 형성하기 위한 Ti 소스 가스로서을 Ti(N(CH3)2)4를 대체하여 Ti(N(C2H5)(CH3))4및 Ti(OCH(CH3)2)4중 하나가 사용될수 있고TiSiN Ti source gas for forming a film roseoeulTi (N (CH 3) 2 ) by replacing4 Ti (N (C 2 H 5) (CH 3)) in accordance with a preferred embodiment of the present invention4 and Ti (OCH ( CH3 )2 )4 can be used
그 다음, 타이밍 구간 TP1에서 제 1퍼지(Purge) 공정을 수행함에 의해 상기 기판(1)에 흡착되지 않은 기상의 Ti(N(CH3)2)4을 반응로 외부로 배출시킨다.Next, by performing a first purge process in the timing section TP1 , Ti (N (CH3 )2 )4, which is not adsorbed on the substrate 1, is discharged to the outside of the reactor.
그 다음, 타이밍 구간 TH에서 수소(H2) 가스를 반응로 내에 주입한 상태에서 프라즈마 처리하여 수소 라디칼(H*)을 생성한다. 이렇게 생성된 수소 라디칼은 상기 흡착된 Ti(N(CH3)2)4과 반응하게 되고, 이에 따라 Ti원자와 N원자 사이의 결합 및 질소원자와 탄소원자 사이의 결합이 끊어져 리간드(Ligand)가 Ti원자로부터 분리된다. Ti원자와 (N(CH3)2)4의 강한 결합 사슬이 끊어져 기판(1)의 표면에는 Ti원자만 남게 된다.Subsequently, the hydrogen radical (H *) is generated by performing plasma treatment in a state in which hydrogen (H2 ) gas is injected into the reactor in the timing section TH. The hydrogen radicals thus produced react with the adsorbed Ti (N (CH3 )2 )4, and thus, the bond between the Ti atom and the N atom and the bond between the nitrogen atom and the carbon atom are interrupted, resulting in a ligand. It is separated from Ti atom. The strong bond chains of Ti atoms and (N (CH3 )2 )4 are broken, leaving only Ti atoms on the surface of the substrate 1.
상기 수소 플라즈마 처리에 의한 화학적 현상을 도식화 하면 도 3a 내지 도 3c와 같이 나타낼 수 있다. 도 3a는 Ti(N(CH3)2)4의 표면 흡착상태를 나타낸 도면이고, 도 3b는 수소 라디칼에 의한 Ti(N(CH3)2)4의 타격 상태를 나타낸 도면이고, 도 3c는 Ti원자의 표면 결합 상태를 나타낸 도면이다.When the chemical phenomenon by the hydrogen plasma treatment is plotted, it may be represented as shown in FIGS. 3A to 3C. Figure 3a is a view showing the surface adsorption state of Ti (N (CH3 )2 )4 , Figure 3b is a view showing the striking state of Ti (N (CH3 )2 )4 by hydrogen radicals, Figure 3c A diagram showing the surface bonding state of Ti atoms.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어 플라즈마 처리를 위한 수소 가스는 아르곤(Ar) 가스로 대체될 수 있으며, 상기 수소가스와 함께 아르곤 가스가 동시에 사용될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, hydrogen gas for plasma treatment may be replaced with argon (Ar) gas, and argon gas may be used simultaneously with the hydrogen gas.
그 다음 타이밍 구간 TP2에서 제 2퍼지(Purge) 공정을 수행함으로써 수소 라디칼에 의해 분리된 부산물(NH2, CH4, 및 NH(CH3)2)을 반응로 외부로 배출시킨다.Next, by performing a second purge process in the timing section TP2 , by-products (NH 2, CH 4, and NH (CH 3) 2) separated by hydrogen radicals are discharged to the outside of the reactor.
그 다음, 그 다음, 타이밍 구간 TB에서 반응물 NH3를 반응로 내로 주입하여 기판에 표면 결합된 Ti와 반응시켜 TiN막을 형성하고, 타이밍 구간 TP3에서 제 3퍼지 공정을 수행함으로써 반응하지 않은 기상의 NH3스를 반응로 외부로 배출시킨다.Then, in the timing section TB , reactant NH3 is injected into the reactor to react with Ti surface-bonded to the substrate to form a TiN film, and the third gas purge step is performed in the timing section TP3 to prevent the reaction of the gas phase. NH3 gas is discharged to the outside of the reactor.
그 다음, 타이밍 구간 TC에서 반응물 SiH4를 반응로 내로 주입하여 상기 TiN막과 반응시켜 TiSiN막을 형성시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 TiSiN막을 형성하기 위한 Si 소스 가스로서 SiH4를 대체하여 Si2H6 및 SiH2Cl2 중 하나가 사용될 수 있다.Then, reactant SiH4 is injected into the reactor in the timing section TC to react with the TiN film to form a TiSiN film. According to a preferred embodiment of the present invention, one of Si2 H 6 and SiH2 Cl2 may be used in place of SiH4 as the Si source gas for forming the TiSiN film.
그 다음 타이밍 구간 TP4에서 제 4퍼지 공정을 수행함에 의해 상기 TiN막과 반응하지 않은 기상의 SiH4를 반응로 외부로 배출시킨다.Then, the fourth purge process is performed in the timing section TP4 to discharge the gaseous SiH4 not reacted with the TiN film to the outside of the reactor.
이로써, PEALD를 이용한 1사이클의 TiSiN 확산방지막 제조 공정이 완료된다.As a result, the one-step TiSiN diffusion barrier manufacturing process using PEALD is completed.
본 발명은 상기 TiSiN 확산방지막 제조 공정을 반복적으로 수행함으로써 원자층 단위의 TiSiN 확산방지막을 형성한다.The present invention forms a TiSiN diffusion barrier film in atomic layer units by repeatedly performing the TiSiN diffusion barrier manufacturing process.
상기 1사이클의 확산방지막 제조 공정에서 반응물 주입 단계들 사이에 제 1내지 제 4퍼지 공정을 삽입하는 것은 반응물 주입 후 반응로 내에 잔류하는 반응물간의 기상반응을 제거하기 위함이다.The first to fourth purge processes are inserted between the reactant injection steps in the one-cycle diffusion barrier film manufacturing process to remove the gas phase reaction between the reactants remaining in the reactor after the reactant injection.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소소 플라즈마 처리는 TiN막 형성후 적용될 수 있으며, 또한 TiSiN막 형성 후 적용될 수 있으며, 또한 Ti(N(CH3)2)4, NH3,SiH4를 주입하는 각각의 공정에 동시에 적용될 수 있다.The calcined plasma treatment according to the preferred embodiment of the present invention can be applied after the formation of the TiN film, and can also be applied after the formation of the TiSiN film, and also injecting Ti (N (CH3 )2 )4 , NH3 , and SiH4 , respectively. Can be applied simultaneously to the process of.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 원자증착법은 TiSiN 확산방지막의 제조에만 제한되지 않고 TiN, TaN, TaSiN 및 WN 중 하나의 확산 방지막을 제조하는 데 적용될 수 있다.The plasma atomic vapor deposition method according to a preferred embodiment of the present invention is not limited to the production of the TiSiN diffusion barrier, but may be applied to the production of one of the diffusion barriers of TiN, TaN, TaSiN and WN.
상기에서 본 발명의 특정 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.While specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, it will be apparent that the present invention may be modified and practiced by those skilled in the art. Such modified embodiments should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention, but should fall within the claims appended to the present invention.
이상에서와 같이, 본 발명은 플라즈마를 이용하여 원자층 단위로 TiSiN 확산방지막을 증착함으로써, 종래의 원자층 증착법에 비해 낮은 증착온도에서 공정이 가능해짐에 따라 열부담을 줄일 수 있고, 또한 흡착 반응물의 분해가 용이해짐에 따라 탄소 등의 불순물이 박막내에 함유되는 것을 최소할 수 있고, 이로 인해 비저항의 증가를 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, by depositing the TiSiN diffusion barrier layer by atomic layer using plasma, the heat burden can be reduced as the process is possible at a lower deposition temperature than the conventional atomic layer deposition method, and the adsorption reactant With the ease of decomposition, it is possible to minimize the inclusion of impurities such as carbon in the thin film, thereby preventing the increase in the specific resistance.
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| PE0601 | Decision on rejection of patent | Patent event date:20100331 Comment text:Decision to Refuse Application Patent event code:PE06012S01D Patent event date:20100128 Comment text:Notification of reason for refusal Patent event code:PE06011S01I |