KR20080033558A - Method for forming conductive layer and method for manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1b는 종래의 반도체 장치의 텅스텐 배선의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 1A to 1B are cross-sectional views illustrating a method of forming a tungsten wiring in a conventional semiconductor device.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전막의 형성 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.2 is a process flowchart illustrating a method of forming a conductive film according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 6은 배선 형성을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device including wiring formation.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 기판 101 : 콘택 패드100: substrate 101: contact pad
102 : 층간 절연막 104 : 콘택홀102: interlayer insulating film 104: contact hole
106 : 저항 감소막 110 : 베리어 금속막106: resistance reduction film 110: barrier metal film
112 : 도전막 110a : 베리어 금속막 패턴112: conductive film 110a: barrier metal film pattern
112a : 도전막 패턴 120 : 금속 배선112a: conductive film pattern 120: metal wiring
본 발명은 도전막의 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불순물이 증착되지 않으며 저 저항의 도전막을 패터닝하여 형성되는 배선을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a conductive film and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device including wiring formed by patterning a conductive film having a low resistance without depositing impurities.
반도체 장치가 고집적화, 고성능화 및 저전압화됨에 따라, 칩 상에 형성되는 패턴의 사이즈가 작아질 뿐만 아니라 패턴들 간의 간격도 점점 좁아지고 있다. 이전에는 폴리실리콘이 게이트 전극 및 비트라인과 같은 배선 재료로 매우 유용한 물질이었으나, 패턴들이 점점 작아짐에 따라 폴리실리콘의 비저항이 너무 커서 RC 시간 지연 및 IR 전압 강하 등이 증가하였다. 이에 따라 금속막과 같이 저 저항의 배선 물질이 요구되고 있다. As semiconductor devices become more integrated, higher in performance, and lower in voltage, not only the size of the pattern formed on the chip is smaller, but also the gap between the patterns becomes smaller. Previously, polysilicon was a very useful material for wiring materials such as gate electrodes and bit lines. However, as the patterns became smaller, polysilicon resistivity became so large that RC time delay and IR voltage drop increased. Accordingly, low resistance wiring materials such as metal films are required.
통상적으로 VLSI 배선에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 널리 사용되고 있으나, 알루미늄막은 고온 공정에 견디지 못하기 때문에 셀프-얼라인 MOS 공정에 사용하지 못한다. 따라서, 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo) 및 탄탈륨(Ta)과 같은 저 저항의 내화 금속(refractory metal) 또는 상기 내화 금속의 실리사이드가 초고집적(VLSI) 반도체 장치의 게이트 전극이나 비트라인 등의 배선 전극으로 각광받고 있다.Typically, aluminum or aluminum alloy is widely used for VLSI wiring, but aluminum film cannot be used in self-aligned MOS process because it does not endure high temperature process. Therefore, low-resistance refractory metals such as tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tantalum (Ta) or silicides of the refractory metals may be used as gate electrodes of ultra-high density (VLSI) semiconductor devices. It has been spotlighted by wiring electrodes such as bit lines.
특히, 텅스텐은 저 저항, 약 5×109 dyn/cm2의 낮은 스트레스, 우수한 등각의 단차 도포성(conformal step coverage) 및 실리콘과 거의 대등한 열 팽창 계수 등 배선 물질로서 매우 우수한 성질을 갖는다. 또한, 텅스텐은 우수한 전기이 동(electromigration) 저항을 갖기 때문에 실리콘에 대해 저 저항의 콘택을 형성하여 화학량론(stoichiometry) 제어 문제가 발생하지 않는다.In particular, tungsten has excellent properties as a wiring material such as low resistance, low stress of about 5 × 10 9 dyn / cm 2 , excellent conformal step coverage, and a coefficient of thermal expansion nearly equivalent to that of silicon. In addition, tungsten has a good electromigration resistance, thus forming a low resistance contact to silicon so that stoichiometry control problems do not occur.
도 1a 내지 도 1b는 종래의 반도체 장치의 텅스텐 배선의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 1A to 1B are cross-sectional views illustrating a method of forming a tungsten wiring in a conventional semiconductor device.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 콘택 패드(12)를 형성하고 그 상부에 실리콘 산화물을 증착하여 층간 절연막(14)을 형성한다. 이어서, 사진식각 공정으로 층간 절연막(14)을 식각하여 콘택 패드(12)를 노출하는 콘택홀(20)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a
이어서, 콘택홀(20)의 저면 부위에 표면 저항을 낮추기 위한 티타늄 실리사이드(미도시)를 형성한다. 이어서, 상기 콘택홀(20) 및 층간 절연막(14) 상에 티타늄막(22) 및 티타늄 질화막(24)을 순차적으로 증착하여 베리어 금속막(25)들을 형성한 후, 상기 베리어 금속막(25) 상에 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposion; CVD)법으로 콘택홀(20)을 채우도록 텅스텐으로 이루어지는 도전막(26)을 증착한다.Next, titanium silicide (not shown) is formed in the bottom portion of the
도 1b를 참조하면, 상기 도전막(26)을 증착한 후, 사진식각 공정으로 상기 도전막(26)을 패터닝함으로써, 도전막(26)을 통해 콘택 패드(12)와 전기적으로 연결되며 텅스텐으로 이루어진 비트라인(30) 등의 배선층을 형성한다.Referring to FIG. 1B, after depositing the
그러나, 종래의 도전막(26)의 증착시 플루오르화 그룹(F-)을 갖는 육배위 리간드-텅스텐 착물, 예를 들면 WF6 가스를 전구체로 사용하고 SiH4 또는 H2를 환원제로 사용하는데 상기 WF6 가스의 F 원자가 하부의 티타늄 질화막(24)의 결정립계를 통하여 티타늄막(22)으로 확산되어 콘택홀(20) 상부에 TiF4 나 SiF4 성분들이 생성 된다. 상기 성분들이 생성되면서 인장성 스트레스가 증가하여 콘택홀(20) 내부의 텅스텐막이 말려 올라가는 볼케이노 결함(Volcano defect)을 유발한다. 상기와 같은 볼케이노 결함에 의해 콘택홀(20)의 상부의 티타늄 질화막(24)이 끊어지는 문제가 발생하고, 콘택홀(20) 내에는 보이드(void)가 발생하고 있다. 또한, 상기 TiF4 나 SiF4 성분을 포함하는 금속 불순물에 의한 기판(10) 표면의 오염이 발생된다.However, in the deposition of the conventional
뿐만 아니라 WF6를 전구체로 사용하는 경우, 부산물(by-product)로 불산(HF)이 생성될 수 있어, 이러한 불산에 의해 텅스텐으로 이루어지는 도전막(26)을 형성하기 위한 공정 챔버와 펌프 내부에 손상(damage)을 주어 수명을 단축시키는 문제가 발생한다. In addition, when WF 6 is used as a precursor, hydrofluoric acid (HF) may be generated as a by-product, and the hydrofluoric acid may be formed in the process chamber and the pump to form a
본 발명의 일 목적은 플루오르를 사용하는 경우 발생되는 볼케이노 결함, 부산물에 의한 공정 챔버의 수명 단축 문제 및 오염을 최소화시킬 수 있는 저 저항의 도전막 형성 방법을 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide a low-resistance conductive film formation method which can minimize the volcano defects caused by the use of fluorine, shorten the life of the process chamber by the by-products and contamination.
본 발명의 다른 목적은 플루오르를 사용하여 발생되는 볼케이노 결함, 부산물에 의한 공정 챔버의 수명 단축 문제 및 오염을 최소화시킬 수 있는 배선을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device for forming a wiring which can minimize volcano defects generated by using fluorine, shorten the life of the process chamber by the by-products, and contamination.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도전막 형성 방법은, 펜타카르보닐(CO-) 그룹 및 시아노알킬 그룹을 갖는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가 스를 기판 상으로 제공한다. 상기 기판 상으로 제공된 소스 가스를 열분해시킨다. 상기 소스 가스를 이용하여 상기 기판의 표면에 텅스텐을 포함하는 도전막을 증착한다.The conductive film forming method according to the present invention for achieving the above object provides a hexagonal ligand-tungsten complex source gas having a pentacarbonyl (CO-) group and a cyanoalkyl group on a substrate. The source gas provided on the substrate is pyrolyzed. A conductive film including tungsten is deposited on the surface of the substrate using the source gas.
바람직하게는, 상기 소스 가스는 하기의 화학식으로 나타내는 텅스텐 착물이다. Preferably, the source gas is a tungsten complex represented by the following formula.
W(CO)5R ---------- 화학식W (CO) 5 R ---------- Chemical Formula
(상기 화학식 중에서, R은 CN(CH2)3CH3, CNCH2CH(CH3)CH2CH3, CNCH(CH3)CH2CH2CH3 및 CN(CH2)5CH3, CN(CH2)4CH3 으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 시아노알킬 그룹을 나타낸다.) (Wherein R is CN (CH 2 ) 3 CH 3 , CNCH 2 CH (CH 3 ) CH 2 CH 3 , CNCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CH 3 and CN (CH 2 ) 5 CH 3 , CN (CH 2 ) represents one cyanoalkyl group selected from the group consisting of 4 CH 3. )
일 예로서, 상기 소스 가스로는 NH3, N2, N2O 또는 NO를 더 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 소스 가스는 SiH4, Si2H6, SiCl4, Si2Cl6 또는 SiH2Cl2를 더 포함할 수 있다.As an example, the source gas may further include NH 3 , N 2 , N 2 O or NO. As another example, the source gas may further include SiH 4 , Si 2 H 6 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6, or SiH 2 Cl 2 .
바람직하게는, 상기 소스 가스는 불활성 가스에 의해 운반된다.Preferably the source gas is carried by an inert gas.
그리고, 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물은 300 내지 500℃에서 열 분해될 수 있다.In addition, the coordination ligand-tungsten complex may be thermally decomposed at 300 to 500 ° C.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 콘택 패드가 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성한다. 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 콘택 패드를 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀 내부에 펜 타카르보닐(CO-) 그룹 및 시아노알킬 그룹을 가지는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 이용하여 매립하여 상기 콘택 패드와 전기적으로 연결된 도전막을 형성한다. 상기 도전막을 패터닝하여 배선을 형성한다.In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention for achieving the above another object, an interlayer insulating film is formed on a substrate on which a contact pad is formed. The interlayer insulating layer is etched to form a contact hole exposing the contact pad. A conductive layer electrically connected to the contact pad is formed by embedding the coordinating ligand-tungsten complex source gas having a pentacarbonyl (CO-) group and a cyanoalkyl group in the contact hole. The conductive film is patterned to form wiring.
바람직하게는, 상기 콘택홀을 형성한 이후에 상기 콘택홀의 저면 상에 금속 실리사이드로 이루어지는 저항 감소막을 형성하고, 상기 저항 감소막이 형성된 상기 콘택홀의 내벽 및 상기 층간 절연막의 표면 상에 실질적으로 균일한 두께를 갖는 베리어 금속막을 더 형성할 수 있다.Preferably, after the contact hole is formed, a resistance reduction film made of metal silicide is formed on the bottom surface of the contact hole, and a substantially uniform thickness is formed on the inner wall of the contact hole where the resistance reduction film is formed and on the surface of the interlayer insulating film. A barrier metal film may be further formed.
본 발명에 따르면, 기판 상의 콘택홀 내부에 펜타카르보닐(CO-) 그룹 및 시아노알킬 그룹을 가지는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 이용하여 텅스텐, 텅스텐 질화물 또는 텅스텐 실리사이드의 도전막을 증착할 수 있다. 따라서, 기존의 WF6를 소스 가스로 이용하였던 경우에 비해 F 와의 부반응으로 발생하는 공정 챔버 내부의 손상이나 기판 표면의 오염을 최소화할 수 있다. 이와 같이, 기판 상에 오염물이 발생하는 문제를 감소시킴으로써, 도전막을 증착하고 이를 패터닝하여 형성하는 배선의 오염에 의한 결함 문제를 개선할 수 있다.According to the present invention, a conductive layer of tungsten, tungsten nitride or tungsten silicide can be deposited using a hexagonal ligand-tungsten complex source gas having a pentacarbonyl (CO-) group and a cyanoalkyl group inside a contact hole on a substrate. have. Accordingly, damage to the inside of the process chamber or contamination of the substrate surface caused by side reaction with F can be minimized as compared with the case where the conventional WF 6 is used as the source gas. As such, by reducing the problem of generation of contaminants on the substrate, it is possible to improve the problem of defects due to contamination of the wirings formed by depositing and patterning the conductive film.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments and may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of the respective films (layers) and regions are exaggerated for clarity of the invention, and when referred to as being placed on another film (layer) or substrate, It may be formed directly on the film (layer) or substrate, or an additional film (layer) may be interposed therebetween.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전막의 형성 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.2 is a process flowchart illustrating a method of forming a conductive film according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 펜타카르보닐(CO-) 그룹 및 시아노알킬 그룹을 갖는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 기판 상으로 제공한다(단계 S100). Referring to FIG. 2, a sixth coordinating ligand-tungsten complex source gas having a pentacarbonyl (CO—) group and a cyanoalkyl group is provided onto a substrate (step S100).
여기서, 상기 기판은 통상의 STI(shallow trench isolation; STI, 이하, "STI"라고 한다.) 방법에 의해 액티브 영역과 필드 영역으로 구분되고, 질화막 스페이서를 갖는 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역으로 이루어진 트랜지스터가 선택적으로 형성되어 있다. 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스는 하기의 화학식에 의해 나타낼 수 있는 텅스텐 착물이다. Here, the substrate is divided into an active region and a field region by a conventional shallow trench isolation (STI) method, and is formed of a gate electrode having a nitride film spacer and a source / drain region. Is optionally formed. The hexagonal ligand-tungsten complex source gas is a tungsten complex represented by the following formula.
W(CO)5R ---------- 화학식W (CO) 5 R ---------- Chemical Formula
상기 화학식은 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 증착 공정에 적용되는 텅스텐 착물 소스이다. 상기 화학식 중에서 중심 금속은 6A족의 텅스텐이며, 리간드들로는 산소 및 질소와 같은 헤테로 원자를 함유하는 그룹을 포함하며, 이러한 그룹에는 하기 일반식 펜타카르보닐(CO-) 그룹, 시아노알킬 그룹을 포함한다. 여기서 상기 펜타카르보닐(CO-) 그룹은 5개 포함하며, R은 바람직하게는 5개 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 시아노알킬 그룹이다. 바람직하게는 상기 R은 CN(CH2)3CH3, CNCH2CH(CH3)CH2CH3, CNCH(CH3)CH2CH2CH3 및 CN(CH2)5CH3, CN(CH2)4CH3 으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 시아노알킬 그룹을 나타낸다.The formula is a tungsten complex source applied to a chemical vapor deposition process or an atomic layer deposition process. In the above formula, the central metal is tungsten of Group 6A, and the ligands include groups containing hetero atoms such as oxygen and nitrogen, and these groups include the following general pentacarbonyl (CO-) groups and cyanoalkyl groups. do. Wherein said pentacarbonyl (CO—) group comprises 5 and R is preferably a cyanoalkyl group having 5 to 7 carbon atoms. Preferably, R is CN (CH 2 ) 3 CH 3 , CNCH 2 CH (CH 3 ) CH 2 CH 3 , CNCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CH 3 and CN (CH 2 ) 5 CH 3 , CN ( CH 2 ) 4 CH 3 represents a cyanoalkyl group selected from the group consisting of:
일 예로서, 상기 소스 가스에는 NH3, N2, N2O 또는 NO 가스가 환원제로 더 제공될 수 있다. As an example, the source gas may be further provided with NH 3 , N 2 , N 2 O or NO gas as a reducing agent.
다른 예로서, 상기 소스 가스에 SiH4, Si2H6, SiCl4, Si2Cl6 또는 SiH2Cl2 가스가 환원제로 더 제공될 수 있다. As another example, SiH 4 , Si 2 H 6 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6, or SiH 2 Cl 2 gas may be further provided as a reducing agent in the source gas.
여기서, 상기 소스 가스는 불활성 가스를 사용하여 상기 화학식을 갖는 텅스텐 착물 소스 가스를 기판 내부로 도입한다. 상기 불활성 가스의 예로서는 질소, 아르곤을 들 수 있다. Here, the source gas introduces a tungsten complex source gas having the chemical formula into the substrate using an inert gas. Examples of the inert gas include nitrogen and argon.
이어서, 상기 기판 상으로 제공된 소스 가스를 열분해시킨다(단계 S110).Subsequently, the source gas provided on the substrate is pyrolyzed (step S110).
이때, 상기 열분해 공정은 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물의 온도를 300 내지 500℃으로 가열시켜 상기 소스 가스의 중심 금속에 결합된 리간드들이 기체상으로 분리한다. 상기 분리된 리간드들은 일산화탄소 그룹 또는 시아노알킬 그룹들로 상기 기판에 증착되지 못하도록 제거한다. In this case, the pyrolysis process heats the temperature of the six coordination ligand-tungsten complex to 300 to 500 ℃ to separate the ligands bound to the central metal of the source gas into the gas phase. The isolated ligands are removed to prevent deposition on the substrate with carbon monoxide groups or cyanoalkyl groups.
기존의 WF6를 전구체로 사용하고, SiH4 또는 H2를 환원제로 사용한 경우에는 열분해에 의해 TiF4, SiF4와 같은 플루오르화물이 생성시키고, 부산물로 불산을 형성하여 공정 챔버 및 펌프 내부에 손상을 가져왔다. 그러나, 본 발명의 소스 가스 는 F를 사용하지 않아 상기와 같은 F에 의한 손상 문제를 차단할 수 있다. In case of using WF 6 as a precursor and using SiH 4 or H 2 as a reducing agent, fluorides such as TiF 4 and SiF 4 are produced by pyrolysis, and hydrofluoric acid is formed as a byproduct to damage the process chamber and the inside of the pump. Brought. However, the source gas of the present invention does not use F can prevent the damage problem by F as described above.
이어서, 상기 소스 가스를 이용하여 상기 기판의 표면에 텅스텐을 포함하는 도전막을 증착한다(단계 S120). Subsequently, a conductive film containing tungsten is deposited on the surface of the substrate using the source gas (step S120).
여기서, 상기 도전막은 기판 표면에 형성되는 텅스텐으로 이루어지는 화학 흡착층이다. 구체적으로, 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스는 챔버 내부에서 기상 상태로 존재하여 기판 상으로 도입되고, 중심 금속은 기판 상에 화학흡착된다. 이때, 상기 기판 상에 화학 흡착되지 못한 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물은 상기 화학 흡착층의 상부에서 물리 흡착되어 느슨하게 결합력을 갖거나 상기 챔버 내부에서 부유한다. 이에 따라, 상기 중심 금속은 기판 상에 화학 흡착되고 상기 중심금속과 결합되어 있던 리간드들의 일부는 상기 중심금속과 분리될 수 있다. 하기의 반응식 1은 텅스텐으로 이루어지는 화학흡착층이 생성되는 과정을 나타낸다. Here, the conductive film is a chemical adsorption layer made of tungsten formed on the substrate surface. Specifically, the coordination ligand-tungsten complex source gas is present in the gas phase inside the chamber and introduced onto the substrate, and the central metal is chemisorbed onto the substrate. At this time, the sixth coordination ligand-tungsten complex that is not chemisorbed on the substrate is physically adsorbed on the chemisorption layer to have a loose binding force or float inside the chamber. Accordingly, the central metal is chemisorbed on the substrate and some of the ligands that are bound to the central metal can be separated from the central metal. Scheme 1 below shows a process of generating a chemisorption layer made of tungsten.
W(CO)5R(g) → WN(s) + by-product ------ (반응식 2)W (CO) 5 R (g) → WN (s) + by-product ------ (Scheme 2)
이때, 상기 R은 CN(CH2)3CH3, CNCH2CH(CH3)CH2CH3, CNCH(CH3)CH2CH2CH3 및 CN(CH2)5CH3, CN(CH2)4CH3 으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 시아노알킬 그룹을 나타낸다.Wherein R is CN (CH 2 ) 3 CH 3 , CNCH 2 CH (CH 3 ) CH 2 CH 3 , CNCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CH 3 and CN (CH 2 ) 5 CH 3 , CN (CH 2 ) one cyanoalkyl group selected from the group consisting of 4 CH 3 .
다른 예로서, 상기 도전막은 상기 소스 가스에 NH3, N2, N2O 또는 NO 가스를 환원제로 더 제공하여 질소 원자를 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물의 중심금속인 텅스텐과 반응시킬 경우 텅스텐 질화막으로 형성될 수 있다. 이때, 환원제로 암모 니아(NH3)를 사용하는 경우 텅스텐 질화막 증착시 예상되는 화학 반응은 하기의 반응식 2와 같다.As another example, the conductive film may further provide NH 3 , N 2 , N 2 O or NO gas to the source gas as a reducing agent to react a nitrogen atom with tungsten, which is the central metal of the coordination ligand-tungsten complex. It can be formed as. In this case, in the case of using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent, the expected chemical reaction during deposition of tungsten nitride film is shown in Scheme 2 below.
W(CO)5R(g) + 3NH3(g) + N2(g) → WN(s) + by-product ------ (반응식 2)W (CO) 5 R (g) + 3 NH 3 (g) + N 2 (g) → WN (s) + by-product ------ (Scheme 2)
또 다른 예로서, 상기 도전막은 상기 소스 가스에 SiH4, Si2H6, SiCl4, Si2Cl6 또는 SiH2Cl2 가스를 환원제로 더 제공하여 실리콘 원자를 상기 텅스텐과 반응시킬 경우 텅스텐 실리사이드막으로 형성될 수 있다. 이때, 환원제로 실란(SH4)을 사용하는 경우 텅스텐 실리사이드막 증착시 예상되는 화학 반응은 하기의 반응식 3과 같다.As another example, the conductive layer may further provide SiH 4 , Si 2 H 6 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6, or SiH 2 Cl 2 gas to the source gas as a reducing agent to react a silicon atom with the tungsten silicide. It can be formed into a film. In this case, when using the silane (SH 4 ) as the reducing agent, the chemical reaction expected when the tungsten silicide film is deposited is shown in Scheme 3 below.
W(CO)5R(g) + 2SiH4(g) → WSi2(s) + by-product ------ (반응식 2)W (CO) 5 R (g) + 2SiH 4 (g) → WSi 2 (s) + by-product ------ (Scheme 2)
이렇게 형성된 텅스텐, 텅스텐 질화물 또는 텅스텐 실리사이드로 이루어지는 도전막은 종래의 기판 상이나 공정 챔버 및 펌프의 내부에서 F 에 의한 부반응으로 생성되는 결함으로 인한 문제가 발생되지 않는다. The conductive film formed of tungsten, tungsten nitride or tungsten silicide thus formed does not cause problems due to defects generated by side reactions by F on a conventional substrate or in the process chamber and the pump.
도 3 내지 도 6은 배선 형성을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device including wiring formation.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 반도체 장치를 구현하기 위한 콘택 패드(101)를 형성하고, 전체 구조 상부에 층간 절연막(102)을 형성한다. 상기 층간 절연막(102)은 실리콘 산화물로 이루어진다. 상기 콘택 패드(101)는 게이트 전극 및 소스/드레인 영역을 갖는 트랜지스터들, 비트 라인 및 워드 라인 등을 포함한 다. 일 예로서, 상기 콘택 패드(101)는 폴리실리콘막으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 3, a
이어서, 사진식각 공정으로 상기 층간 절연막(102)을 식각하여 상기 콘택 패드(101)를 노출시키는 콘택홀(104)을 형성한다. Subsequently, the
상기 콘택홀(104)의 저면 상에 금속 실리사이드로 이루어지는 저항 감소막(106)을 형성한다. 상기 콘택홀(104)의 저면에 형성된 저항 감소막(106)은 상기 콘택 패드(101)의 저항 및 후속 공정에서 형성될 도전막의 저항을 감소시킨다.A
구체적으로, 상기 콘택홀(104)의 측벽, 저면 및 층간 절연막(102) 상에 연속적으로 금속막(미도시)을 형성한다. 상기 금속막의 예로서는, 티타늄 또는 탄탈륨 등의 저 저항의 금속을 사용할 수 있다. 일 예로서, 상기 금속막을 티타늄을 사용하여 형성할 경우, 상기 콘택홀(104)의 측벽, 저면 및 층간 절연막(102) 상에 TiCl4 가스를 이용한 화학 기상 증착 방법에 의해 약 100Å의 두께로 증착한 후, 소정 온도로 가열하여 상기 티타늄막과 상기 콘택홀(104)의 저면에 노출되는 콘택 패드(101)의 표면에 실리사이데이션 공정에 의해 티타늄 실리사이드(106)를 형성한다. 이와 같이, 금속 실리사이드로 이루어지는 저항 감소막(106) 상에는 저 저항의 금속막이 제거되지 않고 형성되어 있어 상기 후속 공정에서 형성될 도전막과의 사이의 계면 저항을 충분히 감소시킬 수 있다. Specifically, a metal film (not shown) is continuously formed on the sidewalls, the bottom surface, and the
도 4를 참조하면, 상기 금속막이 형성된 상기 콘택홀(104)의 내벽 및 상기 층간 절연막(102)의 표면 상에 실질적으로 균일한 두께를 갖는 베리어 금속막(110)을 형성한다. 상기 베리어 금속막(110)은 후속 공정에 서 형성되는 금속막 내의 금 속 원자들이 상기 층간 절연막(102)으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 제공된다. 상기 베리어 금속막(110)으로 사용될 수 있는 물질의 예로는 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물 등의 금속 질화물을 들 수 있다. 일 예로서, 상기 베리어 금속막(110)을 티타늄 질화물을 사용하여 형성하는 경우, 상기 금속막 상에 TiCl4 및 NH4 가스를 소스 가스로 이용한 화학 기상 증착 방법으로 티타늄 질화막(110)을 300Å 이상의 두께로 증착하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4, a
이어서, 상기 티타늄 질화막(110)의 표면의 거친 부분을 제거하기 위한 에치백 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 에치백 공정에 의해 상기 티타늄 질화막(110)은 약 100 내지 200Å의 두께로 남아 있을 수 있다. Subsequently, an etch back process may be further performed to remove the rough portion of the surface of the
도 5를 참조하면, 상기 베리어 금속막(110) 상에 펜타가르보닐(CO-) 그룹 및 시아노알킬 그룹을 가지는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 이용하여 상기 콘택 패드와 전기적으로 연결되어 금속 배선으로 제공되기 위한 도전막(112)을 형성한다. 상기 도전막(112)은 비교적 낮은 저항을 가지면서 반응성 이온 식각에 의해 제거가 가능한 물질로 형성된다. 바람직하게는, 상기 도전막(112)은 콘택홀에 용이하게 매몰되는 특성을 가진 텅스텐(W)을 증착시켜 형성할 수 있다. 상기 도전막(112)은 화학 기상 증착 방법 또는 원자층 증착 방법으로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5, the
구체적으로, 상기 콘택홀(104) 내부에 하기의 화학식을 갖는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 이용하여 화학 기상 증착 방법으로 도전막을 형성한다.Specifically, a conductive film is formed in the
W(CO)5R ---------- 화학식W (CO) 5 R ---------- Chemical Formula
상기 화학식 중에서 중심 금속은 6A족의 텅스텐이며, 리간드들로는 산소 및 질소와 같은 헤테로 원자를 함유하는 그룹을 포함하며, 이러한 그룹에는 하기 일반식 펜타카르보닐(CO-) 그룹, 시아노알킬 그룹을 포함한다. 여기서 상기 펜타카르보닐(CO-) 그룹은 5개를 포함하며, R은 바람직하게는 5개 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 시아노알킬 그룹이다. 바람직하게는 상기 R은 CN(CH2)3CH3, CNCH2CH(CH3)CH2CH3, CNCH(CH3)CH2CH2CH3 및 CN(CH2)5CH3, CN(CH2)4CH3 으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 시아노알킬 그룹을 나타낸다. In the above formula, the central metal is tungsten of Group 6A, and the ligands include groups containing hetero atoms such as oxygen and nitrogen, and these groups include the following general pentacarbonyl (CO-) groups and cyanoalkyl groups. do. Wherein said pentacarbonyl (CO—) group comprises 5 and R is preferably a cyanoalkyl group having 5 to 7 carbon atoms. Preferably, R is CN (CH 2 ) 3 CH 3 , CNCH 2 CH (CH 3 ) CH 2 CH 3 , CNCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CH 3 and CN (CH 2 ) 5 CH 3 , CN ( CH 2 ) 4 CH 3 represents a cyanoalkyl group selected from the group consisting of:
이때, 상기 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스는 불활성 가스에 의해 운반된다. 상기 불활성 가스의 예로서는 질소, 아르곤 가스 등을 들 수 있다. At this time, the sixth coordination ligand-tungsten complex source gas is carried by the inert gas. Nitrogen, argon gas, etc. are mentioned as an example of the said inert gas.
상기 소스 가스는 300 내지 500℃의 온도로 가열되어 챔버 내부에서 기상 상태로 존재하여 기판 상으로 도입되고, 중심 금속인 텅스텐은 기판 상에 화학흡착되어 도전막(112)으로 형성된다. 이때, 상기 소스 가스의 중심 금속에 결합된 리간드들은 상기 화학 흡착층의 상부에서 물리 흡착되어 결합력이 느슨해지고 상기 중심 금속으로부터 용이하게 분리될 수 있다.The source gas is heated to a temperature of 300 to 500 ° C. and is present in a gaseous state inside the chamber to be introduced onto the substrate, and tungsten, which is a central metal, is chemisorbed on the substrate to form a
도 6을 참조하면, 상기 도전막(112) 및 베리어 금속막(110)을 패터닝하여 상기 콘택 패드(101)와 전기적으로 연결되고 비트라인으로 제공되는 금속 배선(120)을 형성한다. 구체적으로, 상기 도전막(112) 상에 포토리소그래피 공정을 적용하여 상기 금속 배선(120)을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. Referring to FIG. 6, the
이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하는 이방성 식각 공 정을 수행함으로써 상기 도전막(112)과 베리어 금속막(110)으로부터 도전막 패턴(112a)과 베리어 금속막 패턴(110a)으로 이루어지는 금속 배선(120)을 형성한다. 이후, 사용된 상기 포토레지스트 패턴은 도전막 패턴(112a)과 베리어 금속막 패턴(110a)을 형성한 후 애싱 및 스트립 공정을 통해 제거한다. Subsequently, an anisotropic etching process using the photoresist pattern as an etching mask is performed to form a metal including the
상기와 같이 펜타카르보닐(CO-) 그룹, 시아노알킬 그룹을 갖는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 이용하여 도전막을 형성하면 C, O, N, H 원자를 포함하는 부산물만이 발생되므로 기존의 WF6와 SiH4 또는 H2 가스를 사용한 경우에 TiF4, SiF4와 같은 플루오르화물이 생성되어 발생되었던 오염 및 공정 챔버 내부의 손상 문제를 피할 수 있다. As described above, when the conductive film is formed by using a coordination ligand-tungsten complex source gas having a pentacarbonyl (CO-) group and a cyanoalkyl group, only by-products containing C, O, N, and H atoms are generated. When WF 6 and SiH 4 or H 2 gas are used, fluorides such as TiF 4 and SiF 4 are generated to avoid contamination and damage in the process chamber.
상기와 같은 본 발명의 도전막 형성 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 기판 상의 콘택홀 내부에 펜타카르보닐(CO-) 그룹 및 시아노알킬 그룹을 가지는 육배위 리간드-텅스텐 착물 소스 가스를 이용하여 텅스텐, 텅스텐 질화물 또는 텅스텐 실리사이드 등의 도전막을 증착할 수 있다. According to the method of forming a conductive film of the present invention and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, a six-fold ligand-tungsten complex source gas having a pentacarbonyl (CO-) group and a cyanoalkyl group in a contact hole on a substrate By using, it is possible to deposit a conductive film such as tungsten, tungsten nitride or tungsten silicide.
따라서, 기존의 WF6를 소스 가스로 이용하였던 경우에 비해 F 원자가 이용되지 않아 F 와의 부반응으로 발생하는 공정 챔버 내부의 손상이나 기판 표면의 오염을 최소화할 수 있다. 또한, 오염물이 최소화된 도전막을 증착하고 상기 도전막을 패터닝하여 배선을 형성함으로써, 오염으로 인한 결함 문제가 개선된 반도체 장치를 제조할 수 있다.Therefore, compared to the case where the conventional WF 6 is used as a source gas, since F atoms are not used, damage to the inside of the process chamber or contamination of the substrate surface caused by side reaction with F can be minimized. In addition, by depositing a conductive film minimized of contaminants and patterning the conductive film to form a wiring, it is possible to manufacture a semiconductor device in which a defect problem due to contamination is improved.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (9)
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| KR1020060099097A KR20080033558A (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | Method for forming conductive layer and method for manufacturing semiconductor device using the same |
Publications (1)
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| KR1020060099097A KR20080033558A (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | Method for forming conductive layer and method for manufacturing semiconductor device using the same |
Country Status (1)
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|---|---|
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-
2006
- 2006-10-12 KR KR1020060099097A patent/KR20080033558A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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