半導体素子の形成方法
【課題】半導体素子の形成方法を提供する。
【解決手段】前記方法は、基板上に有機金属化学蒸着工程によって第１導電性金属化合物膜を形成し、前記第１導電性金属化合物膜上に物理気相蒸着工程によって第２導電性金属化合物膜を形成することを含む。第１及び第２導電性金属化合物膜は、第１導電性金属化合物膜が酸素原子に露出されることを防止するか、最小化した状態で形成される。したがって、第１導電性金属化合物膜の劣化を減少させることができる。
【解決手段】前記方法は、基板上に有機金属化学蒸着工程によって第１導電性金属化合物膜を形成し、前記第１導電性金属化合物膜上に物理気相蒸着工程によって第２導電性金属化合物膜を形成することを含む。第１及び第２導電性金属化合物膜は、第１導電性金属化合物膜が酸素原子に露出されることを防止するか、最小化した状態で形成される。したがって、第１導電性金属化合物膜の劣化を減少させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の形成方法に係り、特に、蒸着工程によって形成された導電性金属化合物膜を含む半導体素子の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、多様な特性の導電性金属化合物膜を必要とする場合がある。例えば、導電性金属化合物膜の１つである窒化チタン膜は、導電性と共に優れた耐反応性を持っている。このような特性によって、窒化チタン膜は半導体素子を構成する色々な単位要素に用いられている。例えば、窒化チタン膜を、金属配線と絶縁層の間のバリアとして用いることができ、またキャパシタの電極として用いることもできる。
【０００３】
窒化チタン膜を形成する方法として、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が提案されている。有機金属化学蒸着法は、気化した有機金属前駆体（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を用いる化学気相蒸着法である。例えば、窒化チタン膜を、有機金属前駆体であるＴＤＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ Ｄｉ‐Ｍｅｔｈｙｌ Ａｍｉｎｏ Ｔｉｔａｎｉｕｍ）とアンモニアとをソースガスとして使用する有機金属化学蒸着法によって形成することができる。有機金属化学蒸着法は、工程温度が低いという長所を有する。したがって、蒸着された窒化チタン膜の下の半導体素子の単位素子（例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタなど）の特性変化を最小にすることができる。また、有機金属化学蒸着法によって形成された窒化チタン膜は、優れたステップカバレジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）によって、高い縦横比を有する下部構造体の表面に沿って、十分に均一な厚さで形成され得る。
【０００４】
しかし、窒化チタン膜を有機金属化学蒸着法で形成する場合、様々な問題が発生しかねない。例えば、有機金属前駆体は有機物であるため、多量の炭素原子を含む。よって、有機金属化学蒸着法で形成された窒化チタン膜も、多くの炭素原子を含む。炭素原子を含む窒化チタン膜は、酸素を吸収しやすいという特性を有する。結果的に、炭素原子を含む窒化チタン膜が、大気中の酸素を吸収して、膜の特性が劣化してしまう。特に、酸素を吸収した窒化チタン膜の比抵抗が高くなって、半導体素子の不良をもたらすおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題点に解決するためになされたもので、その目的は、導電性金属化合物膜の特性劣化を防止することができる半導体素子の形成方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、有機金属化学蒸着法で形成された導電性金属化合物膜内に酸素が浸透する現象を最小化して、導電性金属化合物膜の特性劣化を防止することができる半導体素子の形成方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた他の目的は、導電性金属化合物膜の特性劣化を防止すると共に、スループット（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を向上させることができる半導体素子の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係る半導体素子の形成方法によれば、基板上に有機金属化学蒸着工程で第１導電性金属化合物膜を形成するステップと、前記第１導電性金属化合物膜上に物理気相蒸着工程で第２導電性金属化合物膜を形成するステップと、を含む。前記第１及び第２導電性金属化合物膜を形成する全期間に亘って、前記第１及び第２導電性金属化合物膜を、大気より低い圧力（ｓｕｂ−ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に持続することができる。前記第１及び第２導電性金属化合物膜を形成した後、前記第２導電性金属化合物膜は、前記第１導電性金属化合物膜を大気から保護することができる。
【０００９】
また、本発明の一実施形態によれば、前記第１及び第２導電性金属化合物膜を、１つの蒸着装備で形成することができる。前記蒸着装備は、伝送チェンバと、前記伝送チェンバの一側に連結された第１工程チェンバ及び前記伝送チェンバの他側に連結された第２工程チェンバとを含む。ここで、前記第１導電性金属化合物膜は、前記第１工程チェンバ内で形成され、前記第２導電性金属化合物膜は、前記第２工程チェンバ内で形成され、前記第１導電性金属化合物膜を含む基板は、前記第１工程チェンバで大気圧より低い圧力状態の前記伝送チェンバを経由して、前記第２工程チェンバに移動する。前記伝送チェンバは、約１気圧（約７６０ｔｏｒｒ）以下の圧力を有することができる。前記第１導電性金属化合物膜を含む基板が前記伝送チェンバを経由するとき、前記伝送チェンバは、０．１トル以下の低圧状態であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一実施形態によれば、前記方法は、前記第２導電性金属化合物膜を形成する前に、前記第１導電性金属化合物膜にプラズマ処理を行うステップをさらに含むことができる。前記プラズマ処理を行うとき、前記第１導電性金属化合物膜の厚さは、２００〜８００Åであることが好ましい。前記プラズマ処理時、プラズマパワーは７５０ワット（Ｗ）以下であることができる。前記プラズマ処理は、前記第１工程チェンバ内でインサイチュ（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）で行われることができる。前記プラズマ処理は、水素プラズマ処理、窒素プラズマ処理及び水素／窒素プラズマ処理のうち、少なくとも１つであることができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態によれば、前記第１導電性金属化合物膜を形成する前に、前記基板上に下部電極を形成するステップと、前記下部電極の表面を覆う誘電膜を形成するステップと、をさらに含むことができる。この場合、前記第１導電性金属化合物膜は前記誘電膜上に形成され、前記第２導電性金属化合物膜は前記第１導電性金属化合物膜上に形成され、前記第１及び第２導電性金属化合物膜は上部電極を構成する。
【００１２】
前記下部電極を、シリンダー型に形成することができる。このとき、前記第１導電性金属化合物膜を、前記下部電極の表面に沿ってコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に形成し、前記第２導電性金属化合物膜を、前記下部電極の内側壁で取り囲まれた空間を満たすように形成することができる。
【００１３】
前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜を、互いに同一な物質で形成することができる。また、前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜を、互いに異なる導電物質で形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、有機金属化学蒸着法によって形成された第１導電性金属化合物膜を外気に露出させない状態で、物理気相蒸着法によって第２導電性金属化合物膜を前記第１導電性金属化合物膜上に形成する。よって、前記第１導電性金属化合物膜に外気の酸素が浸透する現象を遮断することができる。その結果、前記第１導電性金属化合物膜の特性劣化を最小化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介する実施形態は、開示された内容が完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるように提供されたものである。図面において、層（または膜）及び領域の厚さは、明確性のために誇張されている。また、層（または膜）が他の層（または膜）または基板「上」にあると言及される場合、それは他の層（または膜）または基板上に直接形成されか、またはその間に第３の層（または膜）を介在されることもできる。明細書において、同一の参照番号で表示した部分は、同一の構成要素を表す。
【００１６】
図１ないし図４は、本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図であり、図５は、本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜を形成するための蒸着装備を示す図面であり、図６は、本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【００１７】
図１に示すように、半導体基板１００（以下、基板と称する）上に、層間絶縁膜１０２を形成し、前記層間絶縁膜１０２を貫通するコンタクトプラグ１０４を形成する。前記コンタクトプラグ１０４は、導電物質で形成され、前記層間絶縁膜１０２は、酸化膜で形成されることができる。
【００１８】
前記層間絶縁膜１０２上に、エッチングストップ層１０６及びモールド層１０８を順に形成する。前記エッチングストップ層１０６を、前記モールド層１０８に対してエッチング選択比を有する絶縁物質で形成する。例えば、前記モールド層１０８は酸化膜で形成し、前記エッチングストップ層１０６を窒化膜または酸化窒化膜で形成することができる。
【００１９】
前記モールド層１０８及びエッチングストップ層１０６を連続的にパターニングして、前記コンタクトプラグ１０４を露出させる開口部１１０を形成する。続いて、前記基板１００の全面上に、下部導電膜をコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に形成し、前記下部導電膜上に犠牲膜を形成する。前記犠牲膜及び前記下部導電膜を、前記モールド層１０８が露出するまで平坦化して、前記開口部１１０内に順に積層された下部電極１１２及び犠牲パターン１１４を形成する。前記下部電極１１２を、シリンダー（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）型に形成されることができる。
【００２０】
前記犠牲パターン１１４を、前記エッチングストップ層１０６に対してエッチング選択比を有する物質で形成する。また、前記犠牲パターン１１４を、前記モールド層１０８と等しいエッチング率を有する物質、または前記モールド層１０８より高いエッチング率を有する物質で形成することができる。例えば、前記犠牲パターン１１４は、酸化膜を含むことができる。前記下部電極１１２は、導電物質を含む。例えば、前記下部電極１１２は、ドーピングされたポリシリコン、導電性金属窒化物、貴金属及び導電性金属酸化物（例えば、酸化イリジウム膜）などから選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００２１】
図２に示すように、前記犠牲パターン１１４及びモールド層１０８を除去して、前記下部電極１１２の内外側壁を露出させる。前記犠牲パターン１１４及びモールド層１０８を、湿式エッチングで除去することができる。ここで、前記層間絶縁膜１０２は、前記エッチングストップ層１０６によって保護される。
【００２２】
前記基板１００の全面上に、誘電膜１１６をコンフォーマルに形成する。前記誘電膜１１６は、前記下部電極１０６の表面に沿って、実質的に均一な厚さで形成されることができる。前記誘電膜１１６は、窒化シリコン膜に比べて高い誘電率を有する高誘電膜を含むことができる。例えば、前記誘電膜１１６は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化チタン膜、または酸化タンタル膜などのうちから選択された少なくとも１つを含むことができる。或いは、前記誘電膜１１６は、強誘電体膜を含むこともできる。さらに、前記誘電膜１１６は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜のうちから選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００２３】
図３及び図４に示すように、前記誘電膜１１６上に、有機金属化学蒸着法で、第１導電性金属化合物膜１１８を形成し、前記第１導電性金属化合物膜１１８上に、物理気相蒸着法で、第２導電性金属化合物膜１１９を形成する。前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、上部電極１２０を構成することができる。このとき、前記第２導電性金属化合物膜１１９は、前記第１導電性金属化合物膜１１８が大気に露出されることが防止または減少された状態で、形成される。よって、前記第１導電性金属化合物膜１１８が酸素原子に露出されることが減少する。例えば、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９が形成される全期間に亘って、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、比較的低圧のチェンバ及び／または比較的低酸素のチェンバ内で形成される。これで、前記第１導電性金属化合物膜１１８が酸素原子に露出されることが減少する。
【００２４】
図４に示すように、前記下部電極１１２をシリンダー型とすることができる。前記第１導電性金属化合物膜１１８及び前記誘電膜１１６を、前記下部電極１１２の表面に沿って実質的にコンフォーマルに形成することができる。前記第２導電性金属化合物膜１１９を、前記下部電極の内側壁によって取り囲まれた空間を満たすように形成することができる。
【００２５】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を形成する方法の実施形態を、図６の蒸着装備及び図６のフローチャートを参照して、具体的に説明する。
【００２６】
まず、図５に示した蒸着装備について説明する。図５に示すように、基板１００に工程が行われる間、蒸着装備によって、大気より低い圧力を維持することができる。前記蒸着装備は、伝送チェンバ（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｍｂｅｒ）２００を含む。前記伝送チェンバ２００内には、基板移送装置２０５を配置することができる。前記伝送チェンバ２００の第１側に、基板ローディング部２１０（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｐａｒｔ）が連結される。前記基板ローディング部２１０は、ロードロックチェンバ（ｌｏａｄｌｏｃｋ ｃｈａｍｂｅｒ）を含むことができる。前記基板ローディング部２１０は、前記基板１００を前記蒸着装備内にローディング/アンローディング（ｌｏａｄｉｎｇ／ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）する出入口の役目をすることができる。前記基板ローディング部２１０と前記伝送チェンバ２００の内部空間を、第１開閉装置２１５によって、互いに遮断または連通することができる。
【００２７】
前記伝送チェンバ２００の第２側に、第１工程チェンバ（ｆｉｒｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）２２０が連結される。前記第１工程チェンバ２２０内では、有機金属化学蒸着法が行われることが好ましい。前記第１工程チェンバ２２０内には、第１チャック（ｃｈｕｃｋ、図示せず）を配置することができる。また、前記第１工程チェンバ２２０内には、ソースガスを供給するためのシャワーヘッド（Ｓｈｏｗｅｒ ｈｅａｄ）またはガス供給管等が配置されることができる。前記第１工程チェンバ２２０及び前記伝送チェンバ２００の間には、第２開閉装置２２５が配置される。前記第２開閉装置２２５によって、前記第１工程チェンバ２２０の内部空間と前記伝送チェンバ２００の内部空間が、互いに遮断または連通される。前記伝送チェンバ２００の第３側に、第２工程チェンバ２３０が連結される。前記第２工程チェンバ２３０内では、物理気相蒸着が行われることが好ましい。すなわち、前記第２工程チェンバ２３０内には、第２チャック及び前記第２チャックの上部に蒸着しようとする第２金属化合物からなるターゲット（ｔａｒｇｅｔ）を配置することができる。前記伝送チェンバ２００と前記第２工程チェンバ２３０との間に、第３開閉装置２３５が配置される。前記第３開閉装置２３５によって、前記第２工程チェンバ２３０の内部空間と前記伝送チェンバ２００の内部空間が、互いに遮断または連通される。
【００２８】
前記伝送チェンバ２００の第４側に、第３工程チェンバ２４０を配置することができる。第４開閉装置２４５を、前記伝送チェンバ２００及び前記第３工程チェンバ２４０の間に配置することができる。前記伝送チェンバ２００内の基板を、前記第４開閉装置２４５を介して、前記第３工程チェンバ２４０にローディング、また前記第３工程チェンバ２４０からアンローディングすることができる。すなわち、前記第４開閉装置２４５によって、前記第３工程チェンバ２４０の内部空間と前記伝送チェンバ２００の内部空間が、互いに遮断または連通される。
【００２９】
膜の蒸着前または後の処理工程は、前記第３工程チェンバ２４０内で行われることができる。例えば、前記第３工程チェンバ２４０では、膜の蒸着前または後の洗浄工程を行うことができる。また、前記洗浄工程を、蒸着工程の後に行うこともできる。前記伝送チェンバ２００内の基板移送装置２０５は、前記基板ローディング部２１０、第１工程チェンバ２２０、第２工程チェンバ２３０及び／または第３工程チェンバ２４０内に基板１００を移動させたり、逆の方向に移動させたりすることができる。
【００３０】
続いて、図３、図４、図５及び図６を参照すれば、誘電膜１１６を含む基板１００を前記基板ローディング部２１０に搬入する。前記基板１００は、前記基板ローディング部２１０のロードロックチェンバ内で、外気（ｏｕｔｓｉｄｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）から遮断されることができる。前記第１開閉装置２１５をオープンにして、前記基板ローディング部２１０の基板１００を前記伝送チェンバ２００内にローディングする（Ｓ３００）。前記基板１００が前記伝送チェンバ２００内にローディングされた状態において、前記伝送チェンバ２００の内部圧力は、大気圧に比べて低いことが好ましい。前記伝送チェンバ２００は、０．１トル（Ｔｏｒｒ）以下の低圧であることが好ましい。前記基板１００を、前記低圧状態の伝送チェンバ２００内にローディングすることができる。この場合に、前記基板１００が前記ロードロックチェンバ内に搬入された後、前記ロードロックチェンバの圧力を前記伝送チェンバ２００の低圧状態のように低くし、前記第１開閉装置２１５をオープンにして、前記基板１００を前記伝送チェンバ２００にローディングすることができる。一方、前記基板１００が前記伝送チェンバ２００内にローディングされた後、前記伝送チェンバ２００の圧力を前記低圧状態へと低くすることができる。
【００３１】
続いて、前記伝送チェンバ２００内の基板１００を前記第１工程チェンバ２２０（例えば、第１蒸着チェンバ）に移動させる（Ｓ３１０）。前記第３工程チェンバ２４０の処理工程が前処理工程である場合、前記基板１００は、前記第１工程チェンバ２２０に移動する前に、前記第３工程チェンバ２４０に移動されて、前記前処理工程を行うこともできる。
【００３２】
前記第１工程チェンバ２２０内で、有機金属化学蒸着を行って、前記誘電膜１１６上に第１導電性金属化合物膜１１８を形成する（Ｓ３２０）。前記第１導電性金属化合物膜１１８は、前記有機金属化学蒸着法によって第１金属窒化膜で形成することが好ましい。この場合、前記有機金属化学蒸着法は、有機金属前駆体及びアミノ（ａｍｉｎｏ）系列の有機金属前駆体のうちから選択された少なくとも１つを用いることができる。前記有機金属前駆体及びアミノ系列の有機金属前駆体は、チタン、タンタル、ハフニウム及びジルコニウムなどのうちの少なくとも１つを含むことができる。さらに、前記有機金属化学蒸着法は、窒素を含むソースガス、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスなどを用いることができる。よって、前記第１導電性金属化合物膜１１８を、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜のうちの少なくとも１つから形成することができる。
【００３３】
前記第１導電性金属化合物膜１１８を、前記第１工程チェンバ２２０から前記伝送チェンバ２００に移動させる（Ｓ３４０）。このとき、前記伝送チェンバ２００は低圧状態である。特に、前記伝送チェンバ２００は、０．１トル（Ｔｏｒｒ）以下の低圧状態であることが好ましい。すなわち、前記第１導電性金属化合物膜１１８を含む基板１００は、前記低圧状態である伝送チェンバ２００に移動する。これによって、前記第１導電性金属化合物膜１１８は外気に露出しない。
【００３４】
前記伝送チェンバ２００内の基板１００を前記第２工程チェンバ２３０（例えば、第２蒸着チェンバ）内に移動させる（Ｓ３５０）。続いて、前記第２工程チェンバ２３０内で、前記第１導電性金属化合物膜１１８上に、物理気相蒸着法によって第２導電性金属化合物膜１１９を形成する（Ｓ３６０）。前記第１導電性金属化合物膜１１８は、前記第２導電性金属化合物膜１１９の形成のためのシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）として機能することもできる。前記第２導電性金属化合物膜１１９を、物理気相蒸着法による第２金属窒化膜で形成することが好ましい。例えば、前記第２金属窒化膜を、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜などのうちの少なくとも１つから形成することができる。前述のように、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、上部電極１２０を構成する。
【００３５】
前記第１導電性金属化合物膜１１８及び第２導電性金属化合物膜１１９を、互いに同一の物質で形成することができる。例えば、前記第１導電性金属化合物膜１１８を前記有機金属化学蒸着法による窒化チタン膜で形成し、前記第２導電性金属化合物膜１１９を前記物理気相蒸着法による窒化チタン膜で形成することができる。一方、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を、互いに異なる物質で形成することもできる。
【００３６】
前述のように、物理気相蒸着法によって形成された前記第２導電性金属化合物膜１１９は、外気に露出しない前記第１導電性金属化合物膜１１８上に形成される。これによって、前記第１導電性金属化合物膜１１８と外気との接触が遮断される。その結果、前記第１導電性金属化合物膜１１８に外気の酸素原子が侵透することを最少にして、膜の特性劣化を最少化することができる。また、物理気相蒸着法で形成された前記第２導電性金属化合物膜１１９は、炭素原子を一切含まない。したがって、前記第２導電性金属化合物膜１１９は、導電特性をそのまま維持しつつ、前記第１導電性金属化合物膜１１８に対する保護膜として機能する。
【００３７】
続いて、前記基板１００を前記第２工程チェンバ２３０から前記伝送チェンバ２００内に移動させる（Ｓ３７０）。前記上部電極１２０を含む基板１００を前記伝送チェンバ２００からアンローディングする（Ｓ３８０）。アンローディングされた基板１００を、前記基板ローディング部２１０に搬出して前記蒸着装備から搬出することができる。前記第３工程チェンバ２４０が洗浄工程を含む後処理工程を行うチェンバである場合、前記伝送チェンバ２００からアンローディング（Ｓ３８０）する前に、前記基板１００を前記第３工程チェンバ２４０に移動させて、前記後処理工程を行うことができる。
【００３８】
一方、前記第２導電性金属化合物膜１１９を形成する前及び前記第１導電性金属化合物膜１１８を形成した後に、前記基板１００に形成された前記第１導電性金属化合物膜１１８にプラズマ処理（ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を行うことができる（Ｓ３３０）。前記プラズマ処理を行うステップ（Ｓ３３０）及び前記ステップ（Ｓ３３０）の前後にも、前記第１導電性金属化合物膜１１８は外気に露出しない。前記プラズマ処理は、水素雰囲気で行われる水素プラズマ処理、窒素雰囲気で行われる窒素プラズマ処理、水素と窒素が共存する雰囲気で行われる水素／窒素プラズマ処理のうちから選択された少なくとも１つとすることができる。
【００３９】
前記プラズマ処理は、前記第１工程チェンバ２２０内で前記有機金属化学蒸着工程とインサイチュ（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）で行うことが好ましい。すなわち、前記第１工程チェンバ２２０で有機金属化学蒸着工程を行なった後、前記第１工程チェンバ２２０内の蒸着に関係する残余ガスを全てパージング（ｐｕｒｇｉｎｇ）する。続いて、前記第１工程チェンバ２２０内に水素、窒素または水素／窒素を注入した後、前記プラズマ処理を行うことができる。
【００４０】
前記プラズマ処理は、前記第１導電性金属化合物膜１１８の炭素原子などを含む不純物を除去する工程である。したがって、前記プラズマ処理によって前記第１導電性金属化合物膜１１８内の不純物が最少化して、前記第１導電性金属化合物膜１１８は優れた電気的特性を有することができる。前記プラズマ処理によって、前記誘電膜１１６の特性が劣化するおそれがあるため、前記第１導電性金属化合物膜１１８が十分な厚さで形成された後に、前記プラズマ処理を行うことが好ましい。例えば、前記第１導電性金属化合物膜１１８が２００Å〜８００Åの厚さで形成された後、前記プラズマ処理を行うことが好ましい。また、前記プラズマ処理のプラズマパワー（ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒ）は低いことが好ましい。前記プラズマパワーとは、前記プラズマ処理に用いられるガス（すなわち、窒素、水素または水素／窒素）をプラズマ化するために用いられるパワーである。前記プラズマパワーは７５０ワット（Ｗ）以下であることが好ましい。特に、前記基板１００が２００ｍｍウェーハである場合、前記プラズマパワーを４００ワット（Ｗ）以下に制御し、前記基板１００が３００ｍｍウェーハである場合、前記プラズマパワーを７５０ワット（Ｗ）以下に制御することが好ましい。
【００４１】
前述したように、本実施形態では、本発明に係る第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９が、シリンダー型の下部電極１１２を有するキャパシタの下部電極として用いられる例を開示した。しかし、本発明に係る前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、本実施形態に限定されない。前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、２次元構造の下部電極だけでなく、他の形態の３次元構造の下部電極を有するキャパシタの上部電極に適用されることができる。また、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を、キャパシタの下部電極として形成することもできる。さらに、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を、キャパシタ以外の用途（例えば、微細なホールを満たすコンタクトプラグなど）にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜を形成するための蒸着装備を示す図面である。
【図６】本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 基板
１０２ 層間絶縁膜
１０４ コンタクトプラグ
１０６ エッチングストップ層
１１２ 下部電極
１１６ 誘電膜
１１８ 第１導電性金属化合物膜
１１９ 第２導電性金属化合物膜
１２０ 上部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の形成方法に係り、特に、蒸着工程によって形成された導電性金属化合物膜を含む半導体素子の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、多様な特性の導電性金属化合物膜を必要とする場合がある。例えば、導電性金属化合物膜の１つである窒化チタン膜は、導電性と共に優れた耐反応性を持っている。このような特性によって、窒化チタン膜は半導体素子を構成する色々な単位要素に用いられている。例えば、窒化チタン膜を、金属配線と絶縁層の間のバリアとして用いることができ、またキャパシタの電極として用いることもできる。
【０００３】
窒化チタン膜を形成する方法として、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が提案されている。有機金属化学蒸着法は、気化した有機金属前駆体（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を用いる化学気相蒸着法である。例えば、窒化チタン膜を、有機金属前駆体であるＴＤＭＡＴ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ Ｄｉ‐Ｍｅｔｈｙｌ Ａｍｉｎｏ Ｔｉｔａｎｉｕｍ）とアンモニアとをソースガスとして使用する有機金属化学蒸着法によって形成することができる。有機金属化学蒸着法は、工程温度が低いという長所を有する。したがって、蒸着された窒化チタン膜の下の半導体素子の単位素子（例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタなど）の特性変化を最小にすることができる。また、有機金属化学蒸着法によって形成された窒化チタン膜は、優れたステップカバレジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）によって、高い縦横比を有する下部構造体の表面に沿って、十分に均一な厚さで形成され得る。
【０００４】
しかし、窒化チタン膜を有機金属化学蒸着法で形成する場合、様々な問題が発生しかねない。例えば、有機金属前駆体は有機物であるため、多量の炭素原子を含む。よって、有機金属化学蒸着法で形成された窒化チタン膜も、多くの炭素原子を含む。炭素原子を含む窒化チタン膜は、酸素を吸収しやすいという特性を有する。結果的に、炭素原子を含む窒化チタン膜が、大気中の酸素を吸収して、膜の特性が劣化してしまう。特に、酸素を吸収した窒化チタン膜の比抵抗が高くなって、半導体素子の不良をもたらすおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題点に解決するためになされたもので、その目的は、導電性金属化合物膜の特性劣化を防止することができる半導体素子の形成方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、有機金属化学蒸着法で形成された導電性金属化合物膜内に酸素が浸透する現象を最小化して、導電性金属化合物膜の特性劣化を防止することができる半導体素子の形成方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた他の目的は、導電性金属化合物膜の特性劣化を防止すると共に、スループット（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を向上させることができる半導体素子の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係る半導体素子の形成方法によれば、基板上に有機金属化学蒸着工程で第１導電性金属化合物膜を形成するステップと、前記第１導電性金属化合物膜上に物理気相蒸着工程で第２導電性金属化合物膜を形成するステップと、を含む。前記第１及び第２導電性金属化合物膜を形成する全期間に亘って、前記第１及び第２導電性金属化合物膜を、大気より低い圧力（ｓｕｂ−ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に持続することができる。前記第１及び第２導電性金属化合物膜を形成した後、前記第２導電性金属化合物膜は、前記第１導電性金属化合物膜を大気から保護することができる。
【０００９】
また、本発明の一実施形態によれば、前記第１及び第２導電性金属化合物膜を、１つの蒸着装備で形成することができる。前記蒸着装備は、伝送チェンバと、前記伝送チェンバの一側に連結された第１工程チェンバ及び前記伝送チェンバの他側に連結された第２工程チェンバとを含む。ここで、前記第１導電性金属化合物膜は、前記第１工程チェンバ内で形成され、前記第２導電性金属化合物膜は、前記第２工程チェンバ内で形成され、前記第１導電性金属化合物膜を含む基板は、前記第１工程チェンバで大気圧より低い圧力状態の前記伝送チェンバを経由して、前記第２工程チェンバに移動する。前記伝送チェンバは、約１気圧（約７６０ｔｏｒｒ）以下の圧力を有することができる。前記第１導電性金属化合物膜を含む基板が前記伝送チェンバを経由するとき、前記伝送チェンバは、０．１トル以下の低圧状態であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一実施形態によれば、前記方法は、前記第２導電性金属化合物膜を形成する前に、前記第１導電性金属化合物膜にプラズマ処理を行うステップをさらに含むことができる。前記プラズマ処理を行うとき、前記第１導電性金属化合物膜の厚さは、２００〜８００Åであることが好ましい。前記プラズマ処理時、プラズマパワーは７５０ワット（Ｗ）以下であることができる。前記プラズマ処理は、前記第１工程チェンバ内でインサイチュ（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）で行われることができる。前記プラズマ処理は、水素プラズマ処理、窒素プラズマ処理及び水素／窒素プラズマ処理のうち、少なくとも１つであることができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態によれば、前記第１導電性金属化合物膜を形成する前に、前記基板上に下部電極を形成するステップと、前記下部電極の表面を覆う誘電膜を形成するステップと、をさらに含むことができる。この場合、前記第１導電性金属化合物膜は前記誘電膜上に形成され、前記第２導電性金属化合物膜は前記第１導電性金属化合物膜上に形成され、前記第１及び第２導電性金属化合物膜は上部電極を構成する。
【００１２】
前記下部電極を、シリンダー型に形成することができる。このとき、前記第１導電性金属化合物膜を、前記下部電極の表面に沿ってコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に形成し、前記第２導電性金属化合物膜を、前記下部電極の内側壁で取り囲まれた空間を満たすように形成することができる。
【００１３】
前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜を、互いに同一な物質で形成することができる。また、前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜を、互いに異なる導電物質で形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、有機金属化学蒸着法によって形成された第１導電性金属化合物膜を外気に露出させない状態で、物理気相蒸着法によって第２導電性金属化合物膜を前記第１導電性金属化合物膜上に形成する。よって、前記第１導電性金属化合物膜に外気の酸素が浸透する現象を遮断することができる。その結果、前記第１導電性金属化合物膜の特性劣化を最小化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介する実施形態は、開示された内容が完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるように提供されたものである。図面において、層（または膜）及び領域の厚さは、明確性のために誇張されている。また、層（または膜）が他の層（または膜）または基板「上」にあると言及される場合、それは他の層（または膜）または基板上に直接形成されか、またはその間に第３の層（または膜）を介在されることもできる。明細書において、同一の参照番号で表示した部分は、同一の構成要素を表す。
【００１６】
図１ないし図４は、本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図であり、図５は、本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜を形成するための蒸着装備を示す図面であり、図６は、本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【００１７】
図１に示すように、半導体基板１００（以下、基板と称する）上に、層間絶縁膜１０２を形成し、前記層間絶縁膜１０２を貫通するコンタクトプラグ１０４を形成する。前記コンタクトプラグ１０４は、導電物質で形成され、前記層間絶縁膜１０２は、酸化膜で形成されることができる。
【００１８】
前記層間絶縁膜１０２上に、エッチングストップ層１０６及びモールド層１０８を順に形成する。前記エッチングストップ層１０６を、前記モールド層１０８に対してエッチング選択比を有する絶縁物質で形成する。例えば、前記モールド層１０８は酸化膜で形成し、前記エッチングストップ層１０６を窒化膜または酸化窒化膜で形成することができる。
【００１９】
前記モールド層１０８及びエッチングストップ層１０６を連続的にパターニングして、前記コンタクトプラグ１０４を露出させる開口部１１０を形成する。続いて、前記基板１００の全面上に、下部導電膜をコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）に形成し、前記下部導電膜上に犠牲膜を形成する。前記犠牲膜及び前記下部導電膜を、前記モールド層１０８が露出するまで平坦化して、前記開口部１１０内に順に積層された下部電極１１２及び犠牲パターン１１４を形成する。前記下部電極１１２を、シリンダー（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）型に形成されることができる。
【００２０】
前記犠牲パターン１１４を、前記エッチングストップ層１０６に対してエッチング選択比を有する物質で形成する。また、前記犠牲パターン１１４を、前記モールド層１０８と等しいエッチング率を有する物質、または前記モールド層１０８より高いエッチング率を有する物質で形成することができる。例えば、前記犠牲パターン１１４は、酸化膜を含むことができる。前記下部電極１１２は、導電物質を含む。例えば、前記下部電極１１２は、ドーピングされたポリシリコン、導電性金属窒化物、貴金属及び導電性金属酸化物（例えば、酸化イリジウム膜）などから選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００２１】
図２に示すように、前記犠牲パターン１１４及びモールド層１０８を除去して、前記下部電極１１２の内外側壁を露出させる。前記犠牲パターン１１４及びモールド層１０８を、湿式エッチングで除去することができる。ここで、前記層間絶縁膜１０２は、前記エッチングストップ層１０６によって保護される。
【００２２】
前記基板１００の全面上に、誘電膜１１６をコンフォーマルに形成する。前記誘電膜１１６は、前記下部電極１０６の表面に沿って、実質的に均一な厚さで形成されることができる。前記誘電膜１１６は、窒化シリコン膜に比べて高い誘電率を有する高誘電膜を含むことができる。例えば、前記誘電膜１１６は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化チタン膜、または酸化タンタル膜などのうちから選択された少なくとも１つを含むことができる。或いは、前記誘電膜１１６は、強誘電体膜を含むこともできる。さらに、前記誘電膜１１６は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜のうちから選択された少なくとも１つを含むことができる。
【００２３】
図３及び図４に示すように、前記誘電膜１１６上に、有機金属化学蒸着法で、第１導電性金属化合物膜１１８を形成し、前記第１導電性金属化合物膜１１８上に、物理気相蒸着法で、第２導電性金属化合物膜１１９を形成する。前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、上部電極１２０を構成することができる。このとき、前記第２導電性金属化合物膜１１９は、前記第１導電性金属化合物膜１１８が大気に露出されることが防止または減少された状態で、形成される。よって、前記第１導電性金属化合物膜１１８が酸素原子に露出されることが減少する。例えば、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９が形成される全期間に亘って、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、比較的低圧のチェンバ及び／または比較的低酸素のチェンバ内で形成される。これで、前記第１導電性金属化合物膜１１８が酸素原子に露出されることが減少する。
【００２４】
図４に示すように、前記下部電極１１２をシリンダー型とすることができる。前記第１導電性金属化合物膜１１８及び前記誘電膜１１６を、前記下部電極１１２の表面に沿って実質的にコンフォーマルに形成することができる。前記第２導電性金属化合物膜１１９を、前記下部電極の内側壁によって取り囲まれた空間を満たすように形成することができる。
【００２５】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を形成する方法の実施形態を、図６の蒸着装備及び図６のフローチャートを参照して、具体的に説明する。
【００２６】
まず、図５に示した蒸着装備について説明する。図５に示すように、基板１００に工程が行われる間、蒸着装備によって、大気より低い圧力を維持することができる。前記蒸着装備は、伝送チェンバ（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｍｂｅｒ）２００を含む。前記伝送チェンバ２００内には、基板移送装置２０５を配置することができる。前記伝送チェンバ２００の第１側に、基板ローディング部２１０（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｐａｒｔ）が連結される。前記基板ローディング部２１０は、ロードロックチェンバ（ｌｏａｄｌｏｃｋ ｃｈａｍｂｅｒ）を含むことができる。前記基板ローディング部２１０は、前記基板１００を前記蒸着装備内にローディング/アンローディング（ｌｏａｄｉｎｇ／ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）する出入口の役目をすることができる。前記基板ローディング部２１０と前記伝送チェンバ２００の内部空間を、第１開閉装置２１５によって、互いに遮断または連通することができる。
【００２７】
前記伝送チェンバ２００の第２側に、第１工程チェンバ（ｆｉｒｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）２２０が連結される。前記第１工程チェンバ２２０内では、有機金属化学蒸着法が行われることが好ましい。前記第１工程チェンバ２２０内には、第１チャック（ｃｈｕｃｋ、図示せず）を配置することができる。また、前記第１工程チェンバ２２０内には、ソースガスを供給するためのシャワーヘッド（Ｓｈｏｗｅｒ ｈｅａｄ）またはガス供給管等が配置されることができる。前記第１工程チェンバ２２０及び前記伝送チェンバ２００の間には、第２開閉装置２２５が配置される。前記第２開閉装置２２５によって、前記第１工程チェンバ２２０の内部空間と前記伝送チェンバ２００の内部空間が、互いに遮断または連通される。前記伝送チェンバ２００の第３側に、第２工程チェンバ２３０が連結される。前記第２工程チェンバ２３０内では、物理気相蒸着が行われることが好ましい。すなわち、前記第２工程チェンバ２３０内には、第２チャック及び前記第２チャックの上部に蒸着しようとする第２金属化合物からなるターゲット（ｔａｒｇｅｔ）を配置することができる。前記伝送チェンバ２００と前記第２工程チェンバ２３０との間に、第３開閉装置２３５が配置される。前記第３開閉装置２３５によって、前記第２工程チェンバ２３０の内部空間と前記伝送チェンバ２００の内部空間が、互いに遮断または連通される。
【００２８】
前記伝送チェンバ２００の第４側に、第３工程チェンバ２４０を配置することができる。第４開閉装置２４５を、前記伝送チェンバ２００及び前記第３工程チェンバ２４０の間に配置することができる。前記伝送チェンバ２００内の基板を、前記第４開閉装置２４５を介して、前記第３工程チェンバ２４０にローディング、また前記第３工程チェンバ２４０からアンローディングすることができる。すなわち、前記第４開閉装置２４５によって、前記第３工程チェンバ２４０の内部空間と前記伝送チェンバ２００の内部空間が、互いに遮断または連通される。
【００２９】
膜の蒸着前または後の処理工程は、前記第３工程チェンバ２４０内で行われることができる。例えば、前記第３工程チェンバ２４０では、膜の蒸着前または後の洗浄工程を行うことができる。また、前記洗浄工程を、蒸着工程の後に行うこともできる。前記伝送チェンバ２００内の基板移送装置２０５は、前記基板ローディング部２１０、第１工程チェンバ２２０、第２工程チェンバ２３０及び／または第３工程チェンバ２４０内に基板１００を移動させたり、逆の方向に移動させたりすることができる。
【００３０】
続いて、図３、図４、図５及び図６を参照すれば、誘電膜１１６を含む基板１００を前記基板ローディング部２１０に搬入する。前記基板１００は、前記基板ローディング部２１０のロードロックチェンバ内で、外気（ｏｕｔｓｉｄｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）から遮断されることができる。前記第１開閉装置２１５をオープンにして、前記基板ローディング部２１０の基板１００を前記伝送チェンバ２００内にローディングする（Ｓ３００）。前記基板１００が前記伝送チェンバ２００内にローディングされた状態において、前記伝送チェンバ２００の内部圧力は、大気圧に比べて低いことが好ましい。前記伝送チェンバ２００は、０．１トル（Ｔｏｒｒ）以下の低圧であることが好ましい。前記基板１００を、前記低圧状態の伝送チェンバ２００内にローディングすることができる。この場合に、前記基板１００が前記ロードロックチェンバ内に搬入された後、前記ロードロックチェンバの圧力を前記伝送チェンバ２００の低圧状態のように低くし、前記第１開閉装置２１５をオープンにして、前記基板１００を前記伝送チェンバ２００にローディングすることができる。一方、前記基板１００が前記伝送チェンバ２００内にローディングされた後、前記伝送チェンバ２００の圧力を前記低圧状態へと低くすることができる。
【００３１】
続いて、前記伝送チェンバ２００内の基板１００を前記第１工程チェンバ２２０（例えば、第１蒸着チェンバ）に移動させる（Ｓ３１０）。前記第３工程チェンバ２４０の処理工程が前処理工程である場合、前記基板１００は、前記第１工程チェンバ２２０に移動する前に、前記第３工程チェンバ２４０に移動されて、前記前処理工程を行うこともできる。
【００３２】
前記第１工程チェンバ２２０内で、有機金属化学蒸着を行って、前記誘電膜１１６上に第１導電性金属化合物膜１１８を形成する（Ｓ３２０）。前記第１導電性金属化合物膜１１８は、前記有機金属化学蒸着法によって第１金属窒化膜で形成することが好ましい。この場合、前記有機金属化学蒸着法は、有機金属前駆体及びアミノ（ａｍｉｎｏ）系列の有機金属前駆体のうちから選択された少なくとも１つを用いることができる。前記有機金属前駆体及びアミノ系列の有機金属前駆体は、チタン、タンタル、ハフニウム及びジルコニウムなどのうちの少なくとも１つを含むことができる。さらに、前記有機金属化学蒸着法は、窒素を含むソースガス、例えば、アンモニア（ＮＨ３）ガスなどを用いることができる。よって、前記第１導電性金属化合物膜１１８を、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜のうちの少なくとも１つから形成することができる。
【００３３】
前記第１導電性金属化合物膜１１８を、前記第１工程チェンバ２２０から前記伝送チェンバ２００に移動させる（Ｓ３４０）。このとき、前記伝送チェンバ２００は低圧状態である。特に、前記伝送チェンバ２００は、０．１トル（Ｔｏｒｒ）以下の低圧状態であることが好ましい。すなわち、前記第１導電性金属化合物膜１１８を含む基板１００は、前記低圧状態である伝送チェンバ２００に移動する。これによって、前記第１導電性金属化合物膜１１８は外気に露出しない。
【００３４】
前記伝送チェンバ２００内の基板１００を前記第２工程チェンバ２３０（例えば、第２蒸着チェンバ）内に移動させる（Ｓ３５０）。続いて、前記第２工程チェンバ２３０内で、前記第１導電性金属化合物膜１１８上に、物理気相蒸着法によって第２導電性金属化合物膜１１９を形成する（Ｓ３６０）。前記第１導電性金属化合物膜１１８は、前記第２導電性金属化合物膜１１９の形成のためのシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）として機能することもできる。前記第２導電性金属化合物膜１１９を、物理気相蒸着法による第２金属窒化膜で形成することが好ましい。例えば、前記第２金属窒化膜を、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜などのうちの少なくとも１つから形成することができる。前述のように、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、上部電極１２０を構成する。
【００３５】
前記第１導電性金属化合物膜１１８及び第２導電性金属化合物膜１１９を、互いに同一の物質で形成することができる。例えば、前記第１導電性金属化合物膜１１８を前記有機金属化学蒸着法による窒化チタン膜で形成し、前記第２導電性金属化合物膜１１９を前記物理気相蒸着法による窒化チタン膜で形成することができる。一方、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を、互いに異なる物質で形成することもできる。
【００３６】
前述のように、物理気相蒸着法によって形成された前記第２導電性金属化合物膜１１９は、外気に露出しない前記第１導電性金属化合物膜１１８上に形成される。これによって、前記第１導電性金属化合物膜１１８と外気との接触が遮断される。その結果、前記第１導電性金属化合物膜１１８に外気の酸素原子が侵透することを最少にして、膜の特性劣化を最少化することができる。また、物理気相蒸着法で形成された前記第２導電性金属化合物膜１１９は、炭素原子を一切含まない。したがって、前記第２導電性金属化合物膜１１９は、導電特性をそのまま維持しつつ、前記第１導電性金属化合物膜１１８に対する保護膜として機能する。
【００３７】
続いて、前記基板１００を前記第２工程チェンバ２３０から前記伝送チェンバ２００内に移動させる（Ｓ３７０）。前記上部電極１２０を含む基板１００を前記伝送チェンバ２００からアンローディングする（Ｓ３８０）。アンローディングされた基板１００を、前記基板ローディング部２１０に搬出して前記蒸着装備から搬出することができる。前記第３工程チェンバ２４０が洗浄工程を含む後処理工程を行うチェンバである場合、前記伝送チェンバ２００からアンローディング（Ｓ３８０）する前に、前記基板１００を前記第３工程チェンバ２４０に移動させて、前記後処理工程を行うことができる。
【００３８】
一方、前記第２導電性金属化合物膜１１９を形成する前及び前記第１導電性金属化合物膜１１８を形成した後に、前記基板１００に形成された前記第１導電性金属化合物膜１１８にプラズマ処理（ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を行うことができる（Ｓ３３０）。前記プラズマ処理を行うステップ（Ｓ３３０）及び前記ステップ（Ｓ３３０）の前後にも、前記第１導電性金属化合物膜１１８は外気に露出しない。前記プラズマ処理は、水素雰囲気で行われる水素プラズマ処理、窒素雰囲気で行われる窒素プラズマ処理、水素と窒素が共存する雰囲気で行われる水素／窒素プラズマ処理のうちから選択された少なくとも１つとすることができる。
【００３９】
前記プラズマ処理は、前記第１工程チェンバ２２０内で前記有機金属化学蒸着工程とインサイチュ（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）で行うことが好ましい。すなわち、前記第１工程チェンバ２２０で有機金属化学蒸着工程を行なった後、前記第１工程チェンバ２２０内の蒸着に関係する残余ガスを全てパージング（ｐｕｒｇｉｎｇ）する。続いて、前記第１工程チェンバ２２０内に水素、窒素または水素／窒素を注入した後、前記プラズマ処理を行うことができる。
【００４０】
前記プラズマ処理は、前記第１導電性金属化合物膜１１８の炭素原子などを含む不純物を除去する工程である。したがって、前記プラズマ処理によって前記第１導電性金属化合物膜１１８内の不純物が最少化して、前記第１導電性金属化合物膜１１８は優れた電気的特性を有することができる。前記プラズマ処理によって、前記誘電膜１１６の特性が劣化するおそれがあるため、前記第１導電性金属化合物膜１１８が十分な厚さで形成された後に、前記プラズマ処理を行うことが好ましい。例えば、前記第１導電性金属化合物膜１１８が２００Å〜８００Åの厚さで形成された後、前記プラズマ処理を行うことが好ましい。また、前記プラズマ処理のプラズマパワー（ｐｌａｓｍａ ｐｏｗｅｒ）は低いことが好ましい。前記プラズマパワーとは、前記プラズマ処理に用いられるガス（すなわち、窒素、水素または水素／窒素）をプラズマ化するために用いられるパワーである。前記プラズマパワーは７５０ワット（Ｗ）以下であることが好ましい。特に、前記基板１００が２００ｍｍウェーハである場合、前記プラズマパワーを４００ワット（Ｗ）以下に制御し、前記基板１００が３００ｍｍウェーハである場合、前記プラズマパワーを７５０ワット（Ｗ）以下に制御することが好ましい。
【００４１】
前述したように、本実施形態では、本発明に係る第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９が、シリンダー型の下部電極１１２を有するキャパシタの下部電極として用いられる例を開示した。しかし、本発明に係る前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、本実施形態に限定されない。前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９は、２次元構造の下部電極だけでなく、他の形態の３次元構造の下部電極を有するキャパシタの上部電極に適用されることができる。また、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を、キャパシタの下部電極として形成することもできる。さらに、前記第１及び第２導電性金属化合物膜１１８、１１９を、キャパシタ以外の用途（例えば、微細なホールを満たすコンタクトプラグなど）にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜を形成するための蒸着装備を示す図面である。
【図６】本発明の実施形態に係る第１及び第２導電性金属化合物膜の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 基板
１０２ 層間絶縁膜
１０４ コンタクトプラグ
１０６ エッチングストップ層
１１２ 下部電極
１１６ 誘電膜
１１８ 第１導電性金属化合物膜
１１９ 第２導電性金属化合物膜
１２０ 上部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、有機金属化学蒸着工程で第１導電性金属化合物膜を形成するステップと、
前記第１導電性金属化合物膜上に、物理気相蒸着工程で第２導電性金属化合物膜を形成するステップと、を含み、
前記第１導電性金属化合物膜が形成される期間から前記第２導電性金属化合物膜が形成される期間まで、前記第１及び第２導電性金属化合物膜は、大気圧より低い圧力で持続されることを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項２】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜は、１つの蒸着装備で形成され、
前記蒸着装備は、伝送チェンバと、前記伝送チェンバの一側に連結された第１工程チェンバと、前記伝送チェンバの他側に連結された第２工程チェンバとを含み、
前記第１導電性金属化合物膜は前記第１工程チェンバ内で形成され、前記第２導電性金属化合物膜は前記第２工程チェンバ内で形成され、
前記第１導電性金属化合物膜を含む基板は、前記第１工程チェンバで大気圧より低い圧力状態の前記伝送チェンバを経由して、前記第２工程チェンバに移動することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項３】
前記伝送チェンバは、０．１トル以下の圧力を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項４】
前記第２導電性金属化合物膜を形成する前に、前記第１導電性金属化合物膜にプラズマ処理を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項５】
前記第１導電性金属化合物膜の厚さは、２００Å〜８００Åであることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理時のプラズマパワーは７５０ワット以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理は、前記第１工程チェンバ内でインサイチュで行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理は、水素プラズマ処理、窒素プラズマ処理及び水素／窒素プラズマ処理のうちの少なくとも１つで行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項９】
前記第１導電性金属化合物膜を形成する前に、
前記基板上に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極の表面を覆う誘電膜を形成するステップと、をさらに含み、
前記第１導電性金属化合物膜は前記誘電膜上に形成され、前記第１及び第２導電性金属化合物膜は上部電極を構成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１０】
前記下部電極は、シリンダー型に形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１１】
前記第１導電性金属化合物膜は、前記下部電極の表面に沿ってコンフォーマルに形成され、
前記第２導電性金属化合物膜は、前記下部電極の内側壁で取り囲まれた空間を満たすように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１２】
前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜は、互いに同一な物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１３】
前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜は、互いに異なる導電物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１４】
前記第１導電性金属化合物膜は、第１金属窒化膜で形成され、
前記第２導電性金属化合物膜は、第２金属窒化膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１５】
前記有機金属化学蒸着工程は、有機金属前駆体を使用することを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１６】
前記有機金属前駆体は、アミノ基を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１７】
前記第１金属窒化膜は、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜のうちの少なくとも１つから形成されることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１８】
前記第２金属窒化膜は、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜のうちの少なくとも１つから形成されることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜を形成する前に、前記基板を第３工程チェンバで洗浄するステップをさらに含み、前記第３工程チェンバは、前記伝送チェンバの第４側に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜を第３工程チェンバでアニーリングするステップをさらに含み、前記第３工程チェンバは、前記伝送チェンバの第４側に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１】
基板上に、有機金属化学蒸着工程で第１導電性金属化合物膜を形成するステップと、
前記第１導電性金属化合物膜上に、物理気相蒸着工程で第２導電性金属化合物膜を形成するステップと、を含み、
前記第１導電性金属化合物膜が形成される期間から前記第２導電性金属化合物膜が形成される期間まで、前記第１及び第２導電性金属化合物膜は、大気圧より低い圧力で持続されることを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項２】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜は、１つの蒸着装備で形成され、
前記蒸着装備は、伝送チェンバと、前記伝送チェンバの一側に連結された第１工程チェンバと、前記伝送チェンバの他側に連結された第２工程チェンバとを含み、
前記第１導電性金属化合物膜は前記第１工程チェンバ内で形成され、前記第２導電性金属化合物膜は前記第２工程チェンバ内で形成され、
前記第１導電性金属化合物膜を含む基板は、前記第１工程チェンバで大気圧より低い圧力状態の前記伝送チェンバを経由して、前記第２工程チェンバに移動することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項３】
前記伝送チェンバは、０．１トル以下の圧力を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項４】
前記第２導電性金属化合物膜を形成する前に、前記第１導電性金属化合物膜にプラズマ処理を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項５】
前記第１導電性金属化合物膜の厚さは、２００Å〜８００Åであることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理時のプラズマパワーは７５０ワット以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理は、前記第１工程チェンバ内でインサイチュで行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理は、水素プラズマ処理、窒素プラズマ処理及び水素／窒素プラズマ処理のうちの少なくとも１つで行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項９】
前記第１導電性金属化合物膜を形成する前に、
前記基板上に下部電極を形成するステップと、
前記下部電極の表面を覆う誘電膜を形成するステップと、をさらに含み、
前記第１導電性金属化合物膜は前記誘電膜上に形成され、前記第１及び第２導電性金属化合物膜は上部電極を構成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１０】
前記下部電極は、シリンダー型に形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１１】
前記第１導電性金属化合物膜は、前記下部電極の表面に沿ってコンフォーマルに形成され、
前記第２導電性金属化合物膜は、前記下部電極の内側壁で取り囲まれた空間を満たすように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１２】
前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜は、互いに同一な物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１３】
前記第１導電性金属化合物膜及び前記第２導電性金属化合物膜は、互いに異なる導電物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１４】
前記第１導電性金属化合物膜は、第１金属窒化膜で形成され、
前記第２導電性金属化合物膜は、第２金属窒化膜で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１５】
前記有機金属化学蒸着工程は、有機金属前駆体を使用することを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１６】
前記有機金属前駆体は、アミノ基を含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１７】
前記第１金属窒化膜は、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜のうちの少なくとも１つから形成されることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１８】
前記第２金属窒化膜は、窒化チタン膜、窒化タンタル膜、窒化ハフニウム膜及び窒化ジルコニウム膜のうちの少なくとも１つから形成されることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜を形成する前に、前記基板を第３工程チェンバで洗浄するステップをさらに含み、前記第３工程チェンバは、前記伝送チェンバの第４側に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２導電性金属化合物膜を第３工程チェンバでアニーリングするステップをさらに含み、前記第３工程チェンバは、前記伝送チェンバの第４側に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３０６００１（Ｐ２００７−３０６００１Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５９４７（Ｐ２００７−１２５９４７）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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