(57)【要約】【課題】下部膜の特性劣化を防止し、スループットを向上させ、低比抵抗及び優れた段差被覆性を有する金属化合物膜の蒸着方法及び蒸着装置を提供する。【解決手段】金属化合物膜の蒸着方法では、金属を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給して基板上に第１金属化合物膜を蒸着する。前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第２流量比で供給して前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着すると同時に、前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含む第１ソースガス、及び前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給し、基板上に第１金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第２流量比で供給して第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を形成し、同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する段階と、
を含むことを特徴とする金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２】
前記第１ソースガスはＴｉＣｌ4を含み、前記第２ソースガスはＮＨ3を含むことを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３】
前記第１流量比は１．０：０．５〜１．０：１０であり、前記第２流量比は１．０：１００〜１．０：１０００であることを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項４】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階で供給される前記第１ソースガスの流量は前記第２金属化合物膜を蒸着する段階で供給される前記第１ソースガスの流量より大きいことを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項５】
前記第２金属化合物膜を蒸着する段階で供給される前記第２ソースガスの流量は、前記第１金属化合物膜を蒸着する段階で供給される前記第２ソースガスの流量より大きいことを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項６】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での前記第２ソースガスの供給流量に対する前記第２金属化合物膜を蒸着する段階での前記第２ソースガスの供給流量の比である第３流量比は１．０：１０〜１．０：１００であることを特徴とする請求項５記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項７】
前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜は、４０℃〜６００℃の温度で蒸着されることを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項８】
前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜は、０．１トル〜２．５トル（１３Ｐａ〜３４０Ｐａ）の圧力、及び４００℃〜７００℃の温度で蒸着されることを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項９】
前記第２ソースガスの流量を増加させ、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、残留する第１ソースガスが前記第２ソースガスと反応して前記第２金属化合物膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１０】
前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、前記第２ソースガスを前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での流量より大きい流量で供給することにより、前記第１金属化合物膜から所望しない物質を除去する段階と、
前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、前記第２ソースガスを前記第２金属化合物膜を蒸着する段階での流量より大きい流量で供給することにより、前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１１】
金属を含む第１ソースガス、及び前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給し、基板上に第１金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１流量比と異なる第２流量比で前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスを供給して第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガスと前記第２ソースガスとの間に表面反応が行われるように、前記第１流量比と異なる第３流量比で前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスを供給し、第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第３流量比と異なる第４流量比で前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスを供給して第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を蒸着する段階と、
を含むことを特徴とする金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１２】
前記第１ソースガスはＴｉＣｌ4を含み、前記第２ソースガスはＮＨ3を含むことを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１３】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階で前記第１ソースガスの供給流量は前記第２ソースガスの供給流量より小さいことを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１４】
前記第１流量比は１．０：２．０〜１．０：１０．０であることを特徴とする請求項１３記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１５】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での前記第１ソースガスの供給流量は前記第２金属化合物膜を蒸着する段階での前記第１ソースガスの供給流量より大きいことを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１６】
表面反応による前記第２金属化合物膜の蒸着率は物質伝達による前記第２金属化合物膜の蒸着率と実質的に同一であることを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１７】
前記第２流量比は、１．０：１００〜１．０：１０００であることを特徴とする請求項１６記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１８】
前記第２金属化合物膜を蒸着する段階での前記第２ソースガスの供給流量は前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での前記第２ソースガスの供給流量より大きいことを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項１９】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での前記第２ソースガスの供給流量と前記第２金属化合物膜を蒸着する段階での前記第２ソースガスの供給流量との比は、１．０：１０〜１．０：１００であることを特徴とする請求項１８記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２０】
前記第３金属化合物膜を蒸着する段階での前記第１ソースガスの流量は前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での前記第１ソースガスの流量より大きいことを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２１】
前記第３流量比は、１．０：０．５〜１．０：２．０であることを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２２】
前記第２流量比は、前記第４流量比と実質的に同一であることを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２３】
前記第２金属化合物膜を蒸着する段階での前記第１ソースガスの供給流量は前記第４金属化合物膜を蒸着する段階での前記第１ソースガスの供給流量と実質的に同一であることを特徴とする請求項２２記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２４】
前記第１金属化合物膜、前記第２金属化合物膜、前記第３金属化合物膜及び前記第４金属化合物膜は４００℃〜６００℃の温度で蒸着されることを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２５】
前記第１金属化合物膜、前記第２金属化合物膜、前記第３金属化合物膜及び前記第４金属化合物膜は、０．１トル〜２．５トル（１３Ｐａ〜３４０Ｐａ）の圧力、及び４００℃〜７００℃の温度で蒸着されることを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２６】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階、及び前記第２金属化合物膜を蒸着する段階を順次に反復して前記基板上に第１金属複合膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２７】
前記第１金属複合膜は３０Å〜１００Åの厚さを有することを特徴とする請求項２６記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２８】
前記第３金属化合物膜を蒸着する段階、及び前記第４金属化合物膜を蒸着する段階を順次に反復して第１金属複合膜上に第２金属複合膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２６記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項２９】
前記第１金属複合膜及び前記第２金属複合膜は、キャパシターの下部電極または上部電極として機能することを特徴とする請求項２８記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３０】
前記第１金属複合膜及び前記第２金属複合膜は、半導体装置の絶縁膜と金属配線との間の金属障壁膜として機能することを特徴とする請求項２８記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３１】
前記第１金属複合膜及び前記第２金属複合膜は、半導体装置の下部構造物と上部構造物とを電気的に連結するプラグとして機能することを特徴とする請求項２８記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３２】
金属を含む第１ソースガス、及び前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給し、基板上に第１金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量で前記第２ソースガスを供給し、残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスとの反応によって第２金属化合物膜を第１金属化合物膜上に蒸着する段階と、
前記第１ソースガスと前記第２ソースガスとによる表面反応が行われるように、前記第１流量比と異なる第２流量比で前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスを供給し、第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、前記第３金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量で前記第２ソースガスを供給し、残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスとの反応によって第４金属化合物膜を第３金属化合物上に蒸着する段階と、
を含むことを特徴とする金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３３】
前記第１ソースガスはハロゲンを含み、前記第２ソースガスは前記ハロゲンと反応可能な物質を含むことを特徴とする請求項３２記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３４】
前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で供給して前記第１金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガスを前記第１流量より小さい第３流量で供給し、前記第２ソースガスを前記第２流量より大きい第４流量で供給することにより、前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から前記ハロゲンを除去する段階と、
前記第１ソースガスを前記第１流量より大きい第５流量で供給し、前記第２ソースガスを前記第２流量と同じまたは小さい第６流量で供給し、前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガスを前記第３流量と実質的に同一の第７流量で供給し、前記第２ソースガスを前記第４流量と実質的に同一の第８流量で供給することにより、前記第３金属化合物膜上に前記第４金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第３金属化合物膜及び前記第４金属化合物膜から前記ハロゲンを除去する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３３記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３５】
前記第１流量に対する前記第２流量の比は、１．０：２．０〜１．０：１０であり、前記第３流量に対する前記第４流量の比は１．０：１００〜１．０：１０００であり、前記第５流量に対する前記第６流量の比は１．０：０．５〜１．０：２．０であることを特徴とする請求項３４記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３６】
前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、前記第２ソースガスを前記第２流量より大きい第３流量で供給し、残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスとの反応によって前記第２金属化合物膜を前記第１金属化合物膜上に蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から前記ハロゲンを除去する段階と、
前記第１ソースガスを前記第１流量より大きい第４流量で供給し、前記第２ソースガスを前記第２流量と同じまたは小さい第５流量で供給し、前記第２金属化合物膜上に前記第３金属化合物膜を蒸着する段階と、
前記第１ソースガスの供給を減少または中断し、前記第２ソースガスを前記第３流量と実質的に同一の第６流量で供給し、残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスとの反応によって前記第４金属化合物膜を前記第３金属化合物膜上に蒸着すると同時に前記第３金属化合物膜及び前記第４金属化合物膜から前記ハロゲンを除去する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３４記載の金属化合物膜の蒸着方法。
【請求項３７】
基板を収容する工程チャンバーと、
金属を含む第１ソースガス、及び前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスを基板上に供給するガス供給ユニットと、
前記基板上に第１金属化合物膜を蒸着するために前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスの流量を第１流量比に調節し、第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去するために前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスの流量を前記第１流量比と異なる第２流量比に調節する流量調節ユニットと、
を備えることを特徴とする金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項３８】
前記流量調節ユニットは、
前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスの流量を前記第１流量比に調節するための第１質量流量制御器及び第２質量流量制御器を有する第１流量調節部と、
前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスの流量を前記第２流量比に調節するための第３質量流量制御器及び第４質量流量制御器を有する第２流量調節部と、
を有することを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項３９】
前記流量調節ユニットは、
前記第２ソースガスに対する前記第１ソースガスの流量を前記第１流量比に調節するための第１質量流量制御器を有する第１流量調節部と、
前記第１ソースガスに対する前記第２ソースガスの流量を前記第２流量比に調節するための第２質量流量制御器及び第３質量流量制御器を有する第２流量調節部と、
を有することを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４０】
前記流量調節ユニットは、
前記第２ソースガスに対する前記第１ソースガスの流量を前記第１流量比に調節するための第１質量流量制御器及び第３質量流量制御器を有する第１流量調節部と、
前記第１ソースガスに対する前記第２ソースガスの流量を前記第２流量比に調節するための第２質量流量制御器を有する第２流量調節部と、
を有することを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４１】
前記流量調節ユニットは、
前記第２ソースガスに対する前記第１ソースガスの流量を前記第１流量比に調節するための第１質量流量制御器を有する第１流量調節部と、
前記第１ソースガスに対する前記第２ソースガスの流量を前記第２流量比に調節するための第２質量流量制御器を有する第２流量調節部と、
を有することを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４２】
前記流量調節ユニットは、
前記第１ソースガスの流量を第１流量に調節する第１質量流量制御器、前記第１ソースガスの流量を第３流量に調節する第３質量流量制御器、及び前記第１ソースガスの流量を第５流量に調節する第５質量流量制御器を有する第１流量調節部と、
前記２ソースガスの流量を第２流量に調節する第２質量流量制御器、前記第２ソースガスの流量を第４流量に調節する第４質量流量制御器、及び前記第１ソースガスの流量を第６流量に調節する第６質量制御器を有する第２流量調節部と、
を有することを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４３】
前記流量調節ユニットは、
前記第１ソースガスの流量を第１流量に調節する第１質量流量制御器、及び前記第１ソースガスの流量を第４流量に調節する第４質量流量制御器を有する第１流量調節部と、
前記第２ソースガスの流量を第２流量に調節する第２質量流量制御器、前記第２ソースガスの流量を第３流量に調節する第３質量流量制御器、及び前記第１ソースガスの流量を第５流量に調節する第５質量流量制御器を有する第２流量調節部と、
を有することを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４４】
前記工程チャンバーの上部に配置され前記第１ソースガス及び前記第２ソースガスを前記基板上に均一に供給するために設けられるシャワーヘッドをさらに備えることを特徴とする請求項３７記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４５】
前記ガス供給ユニットは、
前記第１ソースガスを供給するための第１ガス供給部と、
前記第２ソースガスを供給するための第２ガス供給部とを有し、
前記ガス供給ユニットは複数の配管を通じて前記シャワーヘッドに連結され、前記配管は前記第１ソースガスを供給するために前記シャワーヘッドと連結された第１配管と、前記第２ソースガスを供給するために前記シャワーヘッドと連結された第２配管とを有することを特徴とする請求項４４記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【請求項４６】
前記ガス供給ユニットは、
工程チャンバー内にパージガスを供給する第３ガス供給部と、
前記工程チャンバー内に洗浄ガスを供給する第４ガス供給部と、
をさらに有することを特徴とする請求項４５記載の金属化合物膜の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に金属化合物膜を蒸着するための方法、及びそれを実施するための装置に関し、より詳細には、半導体ウェーハのような基板上にチタン窒化物のような金属化合物膜を蒸着するための方法とそれを実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体装置は基板として使用される半導体ウェーハに対する一連の単位工程を順次に反復実施することで製造される。例えば、膜形成工程は前記基板上に膜を形成するために実施され、酸化工程は前記基板上に酸化膜を形成するためにまたは前記基板上に形成された膜を酸化させるために実施され、フォトリソグラフィ工程は前記基板上に形成された膜を目的とするパターンに形成するために実施され、平坦化工程は前記基板上に形成された膜を平坦化させるために実施される。
【０００３】
前記基板上には多様な膜が化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）などを通じて形成される。例えば、シリコン酸化膜は半導体装置のゲート絶縁膜、層間絶縁膜、誘電膜などに使用され、ＣＶＤ工程を通じて形成される。シリコン窒化膜はマスクパターン、ゲートスペーサなどに使用され、ＣＶＤ工程を通じて形成される。
【０００４】
また、半導体基板上には金属配線、電極、コンタクトプラグなどを形成するために多様な金属膜が形成され、前記金属膜はＣＶＤ工程、ＰＶＤ工程またはＡＬＤ工程を通じて形成される。
特に、チタン窒化膜のような金属化合物膜はキャパシターの電極または金属配線と単位素子とを電気的に連結するためのコンタクトプラグなどに使用され、また、金属拡散を防止するために金属障壁膜としても使用される。前記チタン窒化膜はＣＶＤ工程、ＰＶＤ工程またはＡＬＤ工程を通じて形成される。前記チタン窒化膜の形成方法に関する例は、特許文献１、特許文献２、特許文献３などに開示されている。
【０００５】
前記チタン窒化膜は約６８０℃程度の温度でＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスの反応によって形成される。このとき、前記チタン窒化膜に残留する塩素の含有量はチタン窒化膜の蒸着温度を上昇させることで減少させることができる。しかし、それとは反対に、前記チタン窒化膜の段差被覆性は蒸着温度を低くすることで改善することができる。
【０００６】
また、前記チタン窒化膜内の塩素含有量を低くするために工程温度を上昇させる場合、半導体基板上に既に形成された下部膜または下部パターンの熱的ストレスを上昇させるという問題点が発生する。
一方、半導体装置の集積度が向上することにより単位セルが占める領域が漸次縮小され、これを具現するための新しい工程が多様に開発されつつある。例えば、誘電膜の誘電率と関連して、セルトランジスタのゲート酸化膜及びキャパシターの誘電膜を高誘電率物質で形成する方法、金属配線と関連した寄生キャパシタンスを減少させるために層間絶縁膜を低誘電率物質で形成する方法などが活発に研究されている。
【０００７】
前記高誘電率物質からなる薄膜の例としては、Ｙ2Ｏ3膜、ＨｆＯ2膜、ＺｒＯ2膜、Ｎｂ2Ｏ5、ＢａＴｉＯ3膜またはＳｒＴｉＯ3膜などを挙げることができる。特に、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ2）またはジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）を含む誘電膜上にチタン窒化膜をＣＶＤ工程を通じて形成する場合、前記チタン窒化膜を形成するためのソースガスとして使用されるＴｉＣｌ4ガスと前記ハフニウム酸化物またはジルコニウム酸化物とが反応して４塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ4）または４塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4）のような反応副産物が形成され、前記反応副産物は前記誘電膜の特性を劣化させる要因として作用する。具体的に、前記反応副産物は前記誘電膜を通じた漏洩電流を上昇させる。また、前記反応副産物は前記誘電膜の比抵抗を上昇させ、結果的に接触抵抗を上昇させるようになる。
【０００８】
前記のような問題点を改善するために原子層蒸着（ＡＬＤ）方法が適用される。前記ＡＬＤ方式でチタン窒化膜を形成する場合、６００℃より低い工程温度で工程が実施されるので段差被覆性を大きく改善することができ、ソースガスを交互に供給することで塩素含有量を大きく減少させることができる。しかし、ＡＬＤ方式を適用する場合、一般的なＣＶＤ方式に比べてスループットが大きく低下するという短所がある。
【０００９】
前記のような問題点を改善するためのまた他の例として、特許文献４に順次的蒸着（ＳＦＤ）方法が開示されている。前記ＳＦＤ方式はＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスを供給してチタン窒化膜を形成する段階、第１パージ段階、ＮＨ3ガスを供給して前記チタン窒化膜内の塩素を除去する段階、及び第２パージ段階を含む。前記ＳＦＤ方式はＡＬＤ方式に比べてスループットを多少改善することができるが、前記ＣＶＤ方式に比べてスループットが相対的に低いので、新しい工程開発に対する要求が相変わらず残っている。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−００８２１２号公報
【特許文献２】米国特許第６，５４８，４０２号明細書
【特許文献３】大韓民国特許第０３６３０８８号明細書
【特許文献４】大韓民国特許第２００４-９６４０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、下部膜の特性劣化を防止することができ、スループットを向上させることができ、低比抵抗及び向上した段差被覆性を含む改善された特性を有する金属化合物膜の蒸着方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、前述したような金属化合物膜の蒸着方法を実施するに適合した金属化合物膜の蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記本発明の目的を達成するための本発明の第１側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給して基板上に第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第２流量比で供給して前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する。
【００１３】
前記第１ソースガスとしてＴｉＣｌ4ガスを使用してもよく、前記第２ソースガスとしてＮＨ3ガスを使用してもよい。前記第２金属化合物膜を蒸着する間の前記第１ソースガスの供給流量は前記第１金属化合物膜を蒸着する間の前記第１ソースガスの供給流量より少ない。また、前記第２金属化合物を蒸着する間の前記第２ソースガスの供給流量は前記第１金属化合物膜を蒸着する間の第２ソースガスの供給流量より顕著に大きい。一方、前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜を形成する間前記基板の温度は約４００℃〜６００℃程度に保持されることが望ましく、前記基板が配置される工程チャンバーの内部圧力は約０．１トルから２．５トル（１３Ｐａから３４０Ｐａ）に保持されることが望ましい。
【００１４】
前記した本発明の目的を達成するための本発明の第２側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属を含む第１ソースガスと前記金属と結合可能な物質を含む第２ガスソースとを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい流量比で供給して、工程チャンバー内に配置された基板上に第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し第２ソースガスの供給流量を増加させ、前記工程チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記増加された供給流量を有する第２ソースガスとの反応による第２金属化合物膜を前記第１金属化合物膜上に蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する。
【００１５】
前記した本発明の目的を達成するための本発明の第３側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属を含む第１ソースガスと前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給して基板上に第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１流量比と異なる第２流量比で前記第１ソースガスと第２ソースガスを供給して前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着する。
【００１６】
続いて、前記第１ソースガスと第２ソースガスによる表面反応が行われるように、前記第１流量比と異なる第３流量比で前記第１ソースガスと第２ソースガスを供給して前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着し、前記第３流量比と異なる第４流量比で前記第１ソースガスと第２ソースガスを供給して前記第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を蒸着して、前記金属化合物膜を含む金属複合膜を蒸着する。
【００１７】
前記第１金属化合物膜を蒸着する段階と前記第２金属化合物膜を蒸着する段階は、目的とする第１厚さの第１金属複合膜を得るために順次に反復実施してもよい。この場合、前記第１金属複合膜の厚さは約３０Åから１００Åであってもよい。また、前記第３金属化合物膜を蒸着する段階と前記第４金属化合物膜を蒸着する段階は目的とする第２厚さの第２金属複合膜を得るために順次に反復実施してもよい。
【００１８】
前記第１金属複合膜と第２金属複合膜は、キャパシターの電極、半導体装置及び絶縁膜と金属配線との間に配置される金属障壁膜、半導体装置の下部構造物と上部構造物とを電気的に連結するプラグなどに使用してもよい。
前記した本発明の目的を達成するための本発明の第４側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属を含む第１ソースガスと前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給して、工程チャンバー内に配置された基板上に第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量を有する第２ソースガスを供給して、前記工程チャンバー内部に残留する第１ソースガスと第２ソースガスとの反応による第２金属化合物膜を前記第１金属化合物膜上に蒸着する。
【００１９】
続いて、前記第１ソースガスと第２ソースガスによる表面反応が行われるように、前記流量比と異なる第２流量比で前記第１ソースガスと第２ソースガスを供給して前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着し、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し前記第３金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量を有する第２ソースガスを供給して、前記工程チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスとの反応による第４金属化合物膜を前記第３金属化合物膜上に蒸着する。
【００２０】
前記した本発明の目的を達成するための本発明の第５側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属を含む第１ソースガスと前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比で供給して、工程チャンバー内に配置された基板上に第１金属化合物を蒸着した後、前記第１ソースの供給を減少または中断し前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量を有する第２ソースガスを供給して前記第１金属化合物膜から所望しない物質を除去する。
【００２１】
続いて、前記第１ソースガスと第２ソースガスによる表面反応が行われるように、前記第１流量比と異なる第２流量比で前記第１ソースガスと第２ソースガスを供給して第２金属化合物膜を蒸着し、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し前記第２金属酸化物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量を有する第２ソースガスを供給して前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する。
【００２２】
前記した本発明の目的を達成するための本発明の第６側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質、及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを第１流量及び第２流量でそれぞれ供給して基板上に第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量より小さい第３流量、及び前記第２流量より大きい第４流量でそれぞれ供給して前記第１金属化合物膜上に前記第２金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜からハロゲン元素を除去する。
【００２３】
続いて、前記第１ソースガスと前記第２ソースガスを前記第１流量より大きい第５流量、及び前記第２流量と同じであるか小さい第６流量でそれぞれ供給して前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着し、前記第１ソースガスと前記第２ソースガスを前記第３流量と実質的に同一の第７流量、及び前記第４流量と実質的に同一の第８流量でそれぞれ供給して前記第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第３金属化合物膜及び前記第４金属化合物膜からハロゲン元素を除去する。
【００２４】
前記した本発明の目的を達成するための本発明の第７側面によると、金属化合物膜の蒸着方法では、金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質、及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを金属化合物膜の蒸着のためのチャンバー内部に第１流量及び第２流量でそれぞれ供給して基板上に第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し第２ソースガスを前記第２流量より大きい第３流量で供給して、前記チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記第３流量で供給された第２ソースガスとの反応による第２金属化合物膜を前記第１金属化合物上に蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜からハロゲンのような所望しない物質を除去する。
【００２５】
続いて、前記第１ソースガスと前記第２ソースガスを前記第１流量より大きい第４流量、及び前記第２流量と同じであるか小さい第５流量でそれぞれ供給して前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着する。続けて、前記第１ソースガスの供給を減少または中断し前記第２ソースガスを前記第３流量と実質的に同一の第６流量で供給して、前記チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記第６流量で供給された第２ソースガスとの反応による第４金属化合物膜を前記第３金属化合物膜上に蒸着すると同時に前記第３金属化合物膜及び前記第４金属化合物膜からハロゲンのような所望しない物質を除去する。
【００２６】
前記した本発明の他の目的を達成するための本発明の第８側面によると、金属化合物膜の蒸着装置は、基板を収容し、前記基板上に金属化合物膜を蒸着するための工程チャンバーと、前記基板上に金属化合物膜を蒸着するために金属を含む第１ソースガス、及び前記金属と結合可能な物質を含む第２ソースガスを供給するガス供給ユニットと、を備える。
【００２７】
第１流量調節手段は前記基板上に第１金属化合物膜を蒸着するために表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよく、第２流量調節手段は前記第１金属化合物上に第２金属化合物を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去するために前記第１流量比と異なる第２流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよい。
【００２８】
また、前記金属化合物膜の蒸着装置は、前記工程チャンバーの上部に配置され前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記基板上に均一に供給するために設けられるシャワーヘッドをさらに備えてもよく、前記ガス供給部は前記第１ソースガスを供給するための第１ガス供給ユニットと前記第２ソースガスを供給するための第２ガス供給部をと含む。
【００２９】
前記シャワーヘッドは、第１配管と前記第１配管から分岐された第１分岐配管及び第２分岐配管によって第１ガス供給部と連結してもよく、第２配管と前記第２配管から分岐された第３分岐配管及び第４分岐配管によって第２ガス供給部と連結してもよい。
前記第１流量調節手段は、前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を前記第１流量比に調節するために前記第１分岐配管及び第２分岐配管にそれぞれ設置された第１質量制御器と第２質量流量制御器を含んでもよく、前記第２流量調節手段は前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を前記第２流量比に調節するために前記第３分岐配管及び第４分岐配管に設置された第３質量流量制御器と第４質量流量制御器を含んでもよい。
【００３０】
第１流量調節手段は前記基板上に第１金属化合物膜を蒸着するために表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよく、第２流量調節手段は前記第１ソースガスの供給を減少または中断し第２ソースガスの供給流量を増加させ、前記工程チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記増加された供給流量を有する第２ソースガスとの反応による第２金属化合物膜を前記第１金属化合物膜上に蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去するために、第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよい。
【００３１】
第１流量調節手段は前記基板上に第１金属化合物膜を蒸着するために表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよく、第２流量調節手段は前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着するために前記第１流量比と異なる第２流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよい。
【００３２】
また、第３流量調節手段は、前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着するために前記第１ソースガスと第２ソースガスによる表面反応が行われるように、前記第１流量と異なる第３流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節し、第４流量調節手段は前記第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を蒸着するために前記第３流量比と異なる第４流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節する。
【００３３】
第１流量調節手段は前記基板上に第１金属化合物膜を蒸着するために表面反応による蒸着率が物質伝達による蒸着率より大きい第１流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節してもよく、第２流量調節手段は前記第１ソースガスの供給を減少または中断し前記第１金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量に前記第２ソースガスの供給流量を調節し、前記工程チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスとの反応による第２金属化合物膜を前記第１金属化合物上に蒸着させてもよい。
【００３４】
また、第３流量調節手段は前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物を蒸着するために前記第１ソースガスと第２ソースガスによる表面反応が行われるように、前記第１流量比と異なる第２流量比に前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節し、第４流量調節手段は前記第１ソースガスの供給を減少または中断し前記第３金属化合物膜を蒸着する段階での流量より増加された流量で前記第２ソースガスの供給流量を調節して、前記工程チャンバー内部に残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスの反応による第４金属化合物膜を前記第３金属化合物膜上に蒸着させる。
【００３５】
前記金属化合物膜内に残留する所望しない物質は、前記第２金属化合物を蒸着する段階、及び前記第４金属化合物膜を蒸着する段階で供給された第２ソースガスによって十分に除去できる。
前記のような本発明の多様な側面による金属化合物膜の蒸着方法及び蒸着装置によると、前記所望しない物質が十分に除去されるので低い比抵抗を有する金属化合物膜を蒸着することができ、金属化合物膜の蒸着が相対的に低い温度及び圧力で実施されるので改善された段差被覆性を有する金属化合物を蒸着できるだけではなく下部膜または下部構造物に対する熱的ストレスを減少させることができる。また、前記所望しない物質を除去すると同時に前記第２金属化合物膜を前記第１金属化合物膜上に連続的に蒸着し、前記第４金属化合物膜を前記第３金属化合物膜上に連続的に蒸着することでスループットを大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例による金属化合膜物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。図２は図１に示された第１ガス供給部を概略的に示す断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着装置１００は半導体ウェーハのような基板１０上に金属化合物を蒸着するために使用される。特に、前記装置１００は基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するために使用され、工程チャンバー１０２、ステージ１０４、ガス供給部１２０などを含む。
【００３７】
前記工程チャンバー１０２は基板１０上に金属化合物膜を蒸着する工程を実施するための密閉空間を提供し、前記ステージ１０４は前記工程を実施する間基板１０を支持するために工程チャンバー１０２内に配置される。また、前記工程チャンバー１０２は反応副産物、残余ガス及びパージガスを排出するための真空システム１１０と連結されている。
【００３８】
前記ガス供給ユニット１２０はステージ１０４上に支持された基板１０上に金属化合物膜を蒸着するためのソースガスと、前記金属化合物膜を蒸着した後工程チャンバー１０２内部をパージするためのパージガスとを工程チャンバー１０２内に供給する。具体的に、工程チャンバー１０２上部には前記ソースガス及びパージガスを工程チャンバー１０２内に均一に供給するためのシャワーヘッド１０６が配置され、ガス供給部１２０はシャワーヘッド１０６と連結されている。一方、前記パージガスは前記工程チャンバー１０２内部の圧力を調節するための圧力調節用ガスとしても使用される。
【００３９】
前記ガス供給ユニット１２０は前記金属化合物膜を形成するための第１ソースガスと第２ソースガスを供給する。具体的に、前記第１ソースガスは金属及びハロゲン元素を含むことができ、前記第２ソースガスは前記金属と結合可能な物質、及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含むことができる。例えば、前記基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を形成するための第１ソースガスと第２ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガス及びＮＨ3ガスがそれぞれ使用される。
【００４０】
前記ガス供給ユニット１２０は前記ＴｉＣｌ4ガスと第１キャリアガスを供給するための第１ガス供給部１３０、ＮＨ3ガスと第２キャリアガスを供給するための第２ガス供給１４０、及びパージガスを供給するための第３ガス供給部１５０を含み、複数の配管を通じてシャワーヘッド１０６と連結されている。
【００４１】
前記第１ガス供給部１３０は、図２に示されたように、第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器、液相のＴｉＣｌ4を収容するための密閉容器１３４、及び第１貯蔵容器１３２から前記密閉容器１３４内部に延長する浸漬配管１３６を含む。具体的に、前記浸漬配管１３６の第１端部は第１貯蔵容器１３２と連結されており、第２端部は前記密閉容器１３４に収容された前記液相のＴｉＣｌ4に浸漬する。前記第１ソースガスは浸漬配管１３６を通じて伝達された第１キャリアガスのバブリングによって形成される。
【００４２】
しかし、前記第１ガス供給部１３０は気化器を使用して構成することもできる。前記気化器は液相のＴｉＣｌ4を直接加熱して気相のＴｉＣｌ4を形成するか、液相のＴｉＣｌ4をキャリアガスを用いてミスト形態に形成し、前記ミスト形態のＴｉＣｌ4を加熱して気相のＴｉＣｌ4を形成することができる。
【００４３】
前記第２ガス供給部１４０は第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器１４２、ＮＨ3ガスを提供するためのＮＨ3タンク１４４を含み、前記第３ガス供給部１５０はパージガスを提供するための第３貯蔵容器を含む。
前記工程チャンバー１０２の上部には前記第１ソースガス及び第２ソースガスを半導体基板１０上に供給するための前記ガス供給ユニット１２０と連結されるシャワーヘッド１０６が配置されている。
【００４４】
前記シャワーヘッド１０６は前記第１ソースガスを半導体基板１０上に均一に供給するための複数の第１ノズルと前記第２ソースガスを半導体基板１０上に均一に供給するための複数の第２ノズルとを有する。前記第１ソースガスと第２ソースガスはシャワーヘッド１０６内で混合されず、個別的に前記シャワーヘッド１０６を通じて半導体基板１０上に供給される。前記ステージ１０４上に支持された半導体基板１０上には前記第１ソースガスとして使用されるＴｉＣｌ4ガスと前記第２ソースガスとして使用されるＮＨ3ガスとの反応によってチタン窒化膜が蒸着される。
【００４５】
前記シャワーヘッド１０６と第１ガス供給部１３０の密閉容器１３４は、第１配管１７０ａ、前記第１配管１７０ａから分岐された第１分岐配管１７２ａ及び第２分岐配管１７２ｂによって連結されている。シャワーヘッド１０６と第２ガス供給部１４０のＮＨ3タンク１４４は、第２配管１７０ｂ、前記第２配管１７０ｂから分岐された第３分岐配管１７２ｃ及び第４分岐配管１７２ｄによって連結されている。第３ガス供給部１５０は第３配管１７０ｃによって第１配管１７０ａに連結されており、第２ガス供給部１４０の第２貯蔵容器１４２は第４配管１７０ｄを通じて第２配管１７０ｂに連結されている。前記工程チャンバー１０２内部を洗浄するために洗浄ガスを供給する第４ガス供給部１６０は第５配管１７０ｅを通じて第３配管１７０ｃに連結されている。
【００４６】
図面では、前記パージガスを第３配管１７０ｃ及び第１配管１７０ａを通じてシャワーヘッド１０６に供給する例を示したが、他の実施例によると、前記第３配管１７０ｃを第２配管１７０ｂに連結してもよい。
一方、前記第１分岐配管１７２ａ、第２分岐配管１７２ｂ、第３分岐配管１７２ｃ及び第４分岐配管１７２ｄにはそれぞれ第１迂回配管１７４ａ、第２迂回配管１７４ｂ、第３迂回配管１７４ｃ及び第４迂回配管１７４ｄが連結されている。
【００４７】
前記第１配管１７０ａ及び第２配管１７０ｂには第１ゲートバルブ１７６ａ及び第２ゲートバルブ１７６ｂが設けられ、第３配管１７０ｃ、第４配管１７０ｄ、第５配管１７０ｅ及び浸漬配管１３６には第１流量制御バルブ１７８ａ、第２流量制御バルブ１７８ｂ、第３流量制御バルブ１７８ｃ及び第４流量制御バルブ１７８ｄが設けられている。また、前記第１分岐配管１７２ａ、第１迂回配管１７４ａ、第２分岐配管１７２ｂ、第２迂回配管１７４ｂ、第３分岐配管１７２ｃ、第３迂回配管１７４ｃ、第４分岐配管１７２ｄ及び第４迂回配管１７４ｄにはそれぞれ第１連動バルブ１８０ａ、第２連動バルブ１８０ｂ、第３連動バルブ１８０ｃ、第４連動バルブ１８０ｄ、第５連動バルブ１８０ｅ、第６連動バルブ１８０ｆ、第７連動バルブ１８０ｇ及び第８連動バルブ１８０ｈが設けられている。
【００４８】
前記第１分岐配管１７２ａには第１ソースガスの流量を既に設定された第１流量に調節するための第１質量流量制御器１８２ａが設置され、前記第３分岐配管１７２ｃには第２ソースガスの流量を既に設定された第２流量に調節するための第２質量流量制御器１８２ｂが設置される。また、前記第２分岐配管１７２ｂには第１ソースガスの流量を既に設定された第３流量に調節するための第３質量流量制御器１８２ｃが設置され、前記第４分岐配管１７２ｄには第２ソースガスの流量を既に設定された第４流量に調節するための第４質量流量制御器１８２ｄが設置される。
【００４９】
一方、実質的に前記第１質量流量制御器１８２ａ及び第３質量流量制御器１８２ｃによって制御される第１流量及び第３流量は第１ソースガスと第１キャリアガスとの混合ガスの流量であり、前記第１質量流量制御器１８２ａ及び第３質量流量制御器１８２ｃをそれぞれ通過する前記混合ガスの前記第１ソースガスと第１キャリアガスとの比は約１：１程度とそれぞれ推定される。
【００５０】
前記迂回配管１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄは前記ソースガスの流動特性を層流に形成するために設置される。例えば、前記迂回配管１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄは前記半導体基板１０上に金属化合物膜を蒸着する前、前記分岐配管１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｄ内でのソースガスの流れを層流に形成するために開放される。
【００５１】
具体的に、前記半導体基板１０上に第１金属化合物を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で半導体基板１０上に供給する間、前記第１連動バルブ１８０ａ及び第５連動バルブ１８０ｃが開放され前記第２連動バルブ１８０ｂ及び第６連動バルブ１８０ｆが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第３流量及び第４流量で迂回させるために前記第３連動バルブ１８０ｃ及び第７連動バルブ１８０ｇが閉められ、第４連動バルブ１８０ｄ及び第８連動バルブ１８０ｈが開放される。
【００５２】
それとは反対に、前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第３流量及び第４流量で工程チャンバー１０内部に供給する間、前記第３連動バルブ１８０ｃ及び第７連動バルブ１８０ｇが開放され前記第４連動バルブ１８０ｄ及び第８連動バルブ１８０ｈが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で迂回させるために前記第１連動バルブ１８０ａ及び第５連動バルブ１８０ｅが閉められ第２連動バルブ１８０ｂ及び第６連動バルブ１６０ｆが開放される。それにより、前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜が連続的に蒸着されると同時に前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜から塩素のような所望しない物質が除去される。具体的に、第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜内の塩素成分は第４流量で供給される第２ソースガスと反応して塩化水素（ＨＣｌ）の形態で除去される。
【００５３】
前記のような第１連動バルブ１８０ａ、第２連動バルブ１８０ｂ、第３連動バルブ１８０ｃ、第４連動バルブ１８０ｄ、第５連動バルブ１８０ｅ、第６連動バルブ１８０ｆ、第７連動バルブ１８０ｇ及び第８連動バルブ１８０ｈの動作はバルブ制御部１９０によって制御される。また、前記バルブ制御部１９０は前記第１ゲートバルブ１７０ａ及び第２ゲートバルブ１７０ｂと、第１流量制御バルブ１７８ａ、第２流量制御バルブ１７８ｂ、第３流量制御バルブ１７８ｃ及び第４流量制御バルブ１７８ｄの動作を制御することができる。
【００５４】
前記第１キャリアガス、第２キャリアガス及びパージガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスまたは窒素（Ｎ2）ガスを使用することもできる。示されたように、前記ガス供給ユニット１２０は第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器１３２、第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器１４２、パージガスを貯蔵するための第３ガス供給部１５０を採用しているが、一つの貯蔵容器を使用して第１キャリアガス、第２キャリアガス及びパージガスを供給することもできる。
【００５５】
一方、図示されてはいないが、前記浸漬配管１３６には第１貯蔵容器１３２から伝達される第１キャリアガスを加熱するための第１ヒーター（図示せず）が設置される。前記第１ヒーターはＴｉＣｌ4の気化効率を向上させるために設置され、前記第１キャリアガスをＴｉＣｌ4ガスの凝縮温度より高い温度で加熱する。例えば、前記第１ヒーターは前記第１キャリアガスを約１００℃から１８０℃程度の温度で加熱することができる。特に、前記第１キャリアガスを約１５０℃程度の温度で加熱することができる。また、第１ソースガスの凝縮を防止するために第１配管１７０ａ、第１分岐配管１７２ａ及び第２分岐配管１７２ｂにはそれぞれヒーティングジャケット（図示せず）が設置される。
【００５６】
また、前記液相のＴｉＣｌ4の気化効率を向上させるために前記密閉容器１３４を加熱する第２ヒーター１８４が前記密閉容器１３４と連結されている。具体的に、前記第２ヒーター１８４は電気抵抗熱線を含むことができ、前記密閉容器１３４を取り囲むように配置される。
【００５７】
前記ステージ１０４の内部には基板１０を前記工程温度で加熱するためのステージヒーター１０８が具備されている。前記ステージヒーター１０８は電気抵抗熱線を含むことができる。前記ステージヒーター１０８として複数のランプを使用することもできる。例えば、複数のハロゲンランプと、前記ハロゲンランプから発生した光がステージ１０４に照射されるように前記ハロゲンランプを収容するランプハウジング、前記ハロゲンランプと前記ステージ１０４との間に配置され前記光を透過させる透明窓を含むランプ組立体が使用される。
【００５８】
一方、工程チャンバー１０２の側壁には半導体基板１０の搬出入のためのゲートドア１８６が設置されており、前記金属化合物膜を蒸着する間発生した反応副産物と、残余ガスなどは工程チャンバー１０２と連結された真空システム１１０によって工程チャンバー１０２から除去される。前記真空システム１１０は真空ポンプ１１２、真空配管１１４及び遮断バルブ１１６を含むことができる。
【００５９】
図３は図１に示された金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図であり、図４は図３に示された金属化合物膜の蒸着方法によるガスの供給時間を示すタイミング図である。
図１から図４に示すように、シリコンウェーハのような半導体基板１０上に第１ソースガスと第２ソースガスを供給して第１金属化合物膜を蒸着する（段階Ｓ１００）。具体的に、金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質、及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスを工程チャンバー１０２内に配置された半導体基板１０上に供給して前記第１金属化合物膜を蒸着する。前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。
【００６０】
前記第１金属化合物膜を蒸着する間前記第１ソースガス及び第２ソースガスの流量は第１質量制御器１８０ａ及び第２質量流量制御器１８２ｂによって設定された第１流量比を有するように制御される。例えば、前記第１ソースガスの第１流量と前記第２ソースガスの第２流量との比は約１：０．５から１：１０程度に設定される。特に、前記第１ソースガスと第２ソースガスは約１：１程度の流量比で供給される。言い換えれば、前記第１ソースガスの第１流量と前記第２ソースガスの第２流量との比は約０．１：１から２：１程度に設定される。例えば、前記第１ソースガスと第２ソースガスはそれぞれ約３０ｓｃｃｍ程度で供給される。
【００６１】
一方、前記第２流量に対する第１流量の比が０．１より小さい場合第１金属化合物膜が正常に蒸着されないこともあり、前記第２流量に対する第１流量の比が２を超過する場合、基板１０上に連続的な第１金属化合物膜を形成することができるが前記第１ソースガスの使用効率が低下するという短所がある。
【００６２】
続いて、前記半導体基板１０上に前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第２流量比で供給して前記第１金属化合物上に第２金属化合物を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する（段階Ｓ１１０）。
【００６３】
具体的に、前記第１ソースガスを前記第１流量より小さい第３流量で供給して、前記第２ソースガスを前記第２流量より大きい第４流量で供給する。このとき、前記第１ソースガスの第３流量、及び前記第２ソースガスの第４流量は第３質量流量制御器１８２ｃ及び第４質量流量制御器１８２ｄによって制御される。例えば、前記第３流量と第４流量との間の第２流量比は前記所望しない物質を十分に除去するために約１：１００から１：１０００程度に設定されることが望ましい。言い換えれば、前記第３流量と第４流量との間の流量比は０．００１：１から０．０１：１程度であることができる。また、前記第２流量と第４流量との間の第３流量比は約１：１０から１：１００程度に設定される。言い換えれば、前記第２流量と第４流量との間の第３流量比は約０．０１：１から０．１：１程度に設定される。例えば、前記第２金属化合物膜を形成する間前記第１ソースガスは約２ｓｃｃｍ程度で供給され、前記第２ソースガスは約１０００ｓｃｃｍ程度で供給される。
【００６４】
具体的に、前記第２金属化合物膜は、前記第１金属化合物膜を形成する間前記工程チャンバー１０２に供給された後前記工程チャンバー１０２内に残留する第１ソースガスの一部分と前記第３流量で供給された第１ソースガス及び前記第４流量で供給された第２ソースガスによって形成され、前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜に含有された塩素成分は相対的に大きい流量で供給される第２ソースガスによって除去される。
【００６５】
続けて、前記Ｓ１００段階及びＳ１１０段階を交互に反復的に実施し前記半導体基板上に目的とする厚さを有する金属複合膜を形成する（段階Ｓ１２０）。
一方、前記第１金属化合物膜を蒸着する段階は第１時間（ｔｌ）の間実施され、第２金属化合物膜を蒸着する段階は第２時間（ｔ２）の間実施される。前記それぞれの段階は数から数十秒の間実施される。例えば、前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜はそれぞれ６秒の間蒸着される。
【００６６】
前記のような第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜から塩素成分を十分に除去することができるので、前記Ｓ１００段階及びＳ１１０段階は相対的に低い温度で実施され、それにより、前記金属複合膜の段差被覆性を向上させることができる。例えば、前記金属複合膜の蒸着は約４００℃から６００℃の温度と約０．１トルから２．５トル（１３Ｐａから３４０Ｐａ）の圧力で実施される。
【００６７】
（工程温度とソースガスの供給流量によるチタン窒化膜の蒸着率）
工程温度とソースガスの流量によるチタン窒化物の蒸着率を評価するために約５５０℃及び７００℃の工程温度でソースガスの流量の変化によるチタン窒化膜の蒸着率の変化をそれぞれ測定した。具体的に、半導体基板１０を約５５０℃の工程温度で加熱し一定に保持した状態でＮＨ3ガスを６０ｓｃｃｍで供給し、ＴｉＣｌ4ガスの供給流量変化によるチタン窒化膜の蒸着率を測定し、半導体基板を７００℃の工程温度で加熱して一定に保持した状態でＮＨ3ガスを６０ｓｃｃｍで供給しＴｉＣｌ4ガスの流量変化によるチタン窒化膜の蒸着率を測定し、実験結果を図５のグラフに示した。一方、工程チャンバー１０２内部の圧力は約５トル（０．７ｋＰａ）に保持された。
【００６８】
図５に示すように、７００℃の工程温度で、チタン窒化膜の蒸着率はＮＨ3ガスに対するＴｉＣｌ4ガスの流量比が約０．５より大きい範囲で飽和し、ＮＨ3ガスに対するＴｉＣｌ4ガスの流量比が０．５以下の範囲で急激なピーク値を有すると測定された。これとは対照的に、５５０℃の工程温度で、チタン窒化膜の蒸着率はＮＨ3ガスによるＴｉＣｌ4ガスの流量比が約０．１７以上の範囲で大きい変化がないことがわかった。
【００６９】
示されたように、７００℃の工程温度で、前記ＴｉＣｌ4ガスの供給流量が約３０ｓｃｃｍより大きい場合チタン窒化膜の蒸着率が約６．１Å/ｓｅｃで一定に保持され、前記ＴｉＣｌ4ガスの供給流量が約１４ｓｃｃｍである場合約１０．６Å/ｓｅｃの蒸着率が測定された。これとは対照的に、５５０℃の工程温度で、前記ＴｉＣｌ4ガスの供給流量が約３０ｓｃｃｍ以上の場合、チタン窒化膜の蒸着率は約３．８Å程度に一定に測定され、前記ＴｉＣｌ4ガスの供給流量が３０ｓｃｃｍより小さい場合にも大きい変化は測定されなかった。
【００７０】
前記のような結果から、約７００℃程度の工程温度、及びＮＨ3ガスに対するＴｉＣｌ4ガスの流量比が０．５以下でチタン窒化膜の蒸着工程を実施することが望ましくないことがわかる。即ち、前記流量比が０．５以上である場合、チタン窒化膜はソースガスの表面反応によって蒸着される。しかし、前記流量比が０．５以下である場合、基板上に形成されるチタン窒化膜の蒸着はソースガスの表面反応よりは物質伝達による影響が大きいので段差被覆性側面で非常に不利である。前記物質伝達は工程チャンバー１０２内部に流入した第１ソースガスと第２ソースガスが基板１０の上部で反応した後、前記反応によって形成された固相のチタン窒化物粒子が基板１０上に不均一に吸着される現象を意味し、前記表面反応は第１ソースガスと第２ソースガスが基板１０の表面部位で反応して基板１０上に均一な厚さを有する連続的な膜を形成することを意味する。
【００７１】
即ち、チタン窒化膜の蒸着工程がソースガスの表面反応より物質伝達によってさらに大きい影響を受ける場合、示されたように前記チタン窒化膜の段差被覆性は非常に劣悪になることがあり得る。これとは反対に、チタン窒化膜の蒸着工程がソースガスの表面反応によって行われる場合、前記チタン窒化膜の段差被覆性は大きく向上することができる。
【００７２】
示されたように、約５５０℃程度の工程温度を保持する場合、ＮＨ3ガスに対するＴｉＣｌ4ガスの流量比マージンをより広く確保することができる。即ち、前記流量比が約０．５以上でチタン窒化膜の蒸着率が一定を示し、約０．１７〜０．５の間でチタン窒化膜の蒸着率が多少増加することがわかる。これは相対的に低い流量で物質伝達現象が発生するからである。しかし、蒸着率の飽和値とピーク値との間の差異が約０．９Å/ｓｅｃ程度で小さいので、前記７００℃でのチタン窒化膜の蒸着に比べて適用可能な流量比の範囲が相対的に広い。これは前記約０．１７〜０．５の間の流量比範囲でチタン窒化膜の蒸着工程が物質伝達よりはソースガスの表面反応に依存することを意味し、また、段差被覆性側面で非常に有利であることを意味する。
【００７３】
結果的に、前記のような実験結果からチタン窒化膜の蒸着工程に相対的に低い工程温度を適用する場合、チタン窒化膜の段差被覆性を向上させることができ、ＮＨ3ガスに対するＴｉＣｌ4ガスの流量比マージンを広く確保することができるのを確認した。また、前記チタン窒化膜の下部の半導体構造物に対する熱的ストレスを減少させることができる。
【００７４】
（工程圧力とソースガスの供給流量によるチタン窒化膜の蒸着率）
工程圧力とソースガスの流量によるチタン窒化物の蒸着率を評価するために、約２トル（０．３ｋＰａ）及び３トル（０．４ｋＰａ）の工程チャンバー１０２圧力でソースガスの流量の変化によるチタン窒化膜の蒸着率の変化をそれぞれ測定した。具体的に、２トル（０．３ｋＰａ）の工程圧力でＮＨ3ガスを６０ｓｃｃｍで供給しＴｉＣｌ4ガスの流量変化によるチタン窒化膜の蒸着率を測定し、３トル（０．４ｋＰａ）の工程温度でＮＨ3ガスを６０ｓｃｃｍで供給しＴｉＣｌ4ガスの流量変化によるチタン窒化膜の蒸着率を測定し、実験結果を図６のグラフに示した。一方、工程温度は約５００℃に保持した。
【００７５】
また、工程温度を約７００℃に保持した状態で工程チャンバー１０２の圧力をそれぞれ２トル（０．３ｋＰａ）及び５トル（０．７ｋＰａ）に異なるように適用した場合チタン窒化膜の蒸着率を測定し、実験結果を図７のグラフで示した。
図６に示すように、２トル（０．３ｋＰａ）及び３トル（０．４ｋＰａ）のそれぞれの工程圧力で、約１：１程度のソースガスの流量比でチタン窒化膜の蒸着率がそれぞれ飽和しているが、３トル（０．４ｋＰａ）の圧力で蒸着工程を実施した場合が２トル（０．３ｋＰａ）の圧力で蒸着工程を実施した場合より蒸着率がさらに早く測定された。これは工程圧力が低くなるほどチタン窒化膜の段差被覆性が改善されることを意味する。
【００７６】
図７に示すように、圧力変化による蒸着率の変化は図５に示された温度変化による蒸着率の変化と非常に類似することがわかる。具体的に、工程チャンバー１０２圧力を２トル（０．３ｋＰａ）に設定した場合、非常に広い流量範囲でソースガスの表面反応による蒸着特性が観察され、これは５トル（０．７ｋＰａ）の圧力と５５０℃の工程温度を適用した場合の蒸着形態と非常に類似する。これは下部膜または下部構造物に対する熱的ストレスを考慮する必要がない場合、工程温度と工程圧力中で一つのみを制御することで目的とする段差被覆性を具現することができることを意味する。
【００７７】
図８、図９及び図１０は７００℃の温度と５トル（０．７ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真であり、図１１、図１２及び図１３は５００℃の温度と２トル（０．３ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【００７８】
図８、図９及び図１０に示すように、７００℃の温度と５トル（０．７ｋＰａ）の圧力でＮＨ3ガスを６０ｓｃｃｍの流量で供給しＴｉＣｌ4ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ（図８）、３０ｓｃｃｍ（図９）及び６０ｓｃｃｍ（図１０）で供給してシリンダ型キャパシターの下部電極上にチタン窒化膜の蒸着工程を実施した。示されたように、ＴｉＣｌ4ガスを１０ｓｃｃｍの流量で供給した場合、チタン窒化膜の蒸着が物質伝達に大きく依存するのでチタン窒化膜が非常に不連続的に形成されたことを確認でき、ＴｉＣｌ4ガスを３０ｓｃｃｍの流量で供給した場合、チタン窒化膜の連続性は多少向上されるが相変わらず不連続的なプロファイルを示している。これとは反対に、ＴｉＣｌ4ガスをＮＨ3ガスの流量と同一の６０ｓｃｃｍの流量で供給した場合、非常に連続的なチタン窒化膜が形成されたことがわかる。
【００７９】
図１１、図１２及び図１３に示すように、５００℃の温度と２トル（０．３ｋＰａ）の圧力でＮＨ3ガスを６０ｓｃｃｍの流量で供給しＴｉＣｌ4ガスをそれぞれ１０ｓｃｃｍ（図１１）、３０ｓｃｃｍ（図１２）、及び６０ｓｃｃｍ（図１３）で供給してシリンダ型キャパシターの下部電極上にチタン窒化膜の蒸着工程を実施した。示されたように、それぞれの実験でチタン窒化膜は全部非常に連続的なプロファイルを示した。これにより、相対的に低い温度と圧力でチタン窒化膜の段差被覆性が大きく向上されたことがわかる。
【００８０】
前記のような実験でチタン窒化膜の蒸着は相対的に低い温度及び低い圧力で実施されることが望ましく、前記のように低い温度及び低い圧力で金属化合物膜の蒸着工程を実施することで段差被覆性を向上させることができ下部膜に対する熱的ストレスを大きく減少させることができる。特に、前記のような本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着方法を通じて形成されたチタン窒化膜がキャパシターの上部電極、ゲート構造物の金属障壁膜などに使用される場合、下部膜を通じて漏洩電流を大きく抑制することができる。
【００８１】
図１４及び図１５は図３に示された金属化合物膜の蒸着方法の段階の反復回数による基板上への実質的なガス供給量を説明するためのグラフである。
図１４及び図１５に示すように、工程サイクルを２回反復実施する場合（Ａ）より４回反復する場合（Ｂ）が相対的にさらに多くの第１ソースガスが供給されることがわかる。これはＳ１００段階で供給された第１ソースガスがＳ１１０段階を実施する間にも一部工程チャンバー１０２内に残留するからである。即ち、既に設定された工程時間内で工程サイクル反復回数を増加させるほど第１ソースガスの供給量は増加する。従って、既に設定された工程時間内で工程サイクルの反復回数を調節することで前記金属化合物膜の蒸着率を調節することができ、前記金属化合物膜の蒸着装置１００のスループットを向上させることができる。また、前記工程サイクルの反復回数を調節することで前記金属化合物膜の比抵抗を調節することができる。具体的に、工程サイクルの反復回数が増加するほど前記金属化合物膜内に残留するハロゲン元素を除去する回数が増加するので、前記金属化合物膜の比抵抗が減少される。
【００８２】
図１６は本発明の第２実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
図１６に示された金属化合物膜の蒸着装置２００は半導体基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するために使用され、工程チャンバー２０２、ステージ２０４、真空システム２１０、ガス供給ユニット２２０などを含むことができる。
【００８３】
前記ステージ２０４は工程チャンバー２０２内で半導体基板１０を支持するために使用され、前記真空システム２１０は工程チャンバー２０２内部の圧力を設定された工程圧力に保持するために使用される。
前記ガス供給ユニット２２０は前記基板１０上に金属化合物膜を形成するための第１ソースガス及び第２ソースガスを工程チャンバー２０２内部に供給するために前記工程チャンバー２０２上部に配置されたシャワーヘッド２０６と連結される。前記シャワーヘッド２０６は前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記ステージ２０４上の基板１０にそれぞれ供給するための複数の第１ノズルと複数の第２ノズルを有する。
【００８４】
前記ガス供給ユニット２２０は前記基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するためにチタン及び塩素を含む第１ソースガスと窒素及び水素を含む第２ソースガスとを前記基板１０上に供給する。前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。一方、前記第１ソースガス及び第２ソースガスはそれぞれ第１キャリアガス及び第２キャリアガスによって工程チャンバー２０２に運搬され、前記ガス供給ユニット２２０は前記工程チャンバー２０２をパージするためのパージガスと前記工程チャンバー２０２内部を洗浄するための洗浄ガスとを追加的に供給する。ここで、前記パージガスは前記工程チャンバー２０２内部の圧力を調節するための圧力調節用ガスとしても使用される。
【００８５】
前記ガス供給ユニット２２０は前記ＴｉＣｌ4ガスと第１キャリアガスを供給するための第１ガス供給部２３０、ＮＨ3ガスと第２キャリアガスを供給するための第２ガス供給部２４０、パージガスを供給するための第３ガス供給部２５０、及び前記洗浄ガスを供給するための第４ガス供給部２６０を含み、複数の配管を通じてシャワーヘッド２０６と連結されている。
【００８６】
前記第１ガス供給部２３０は、第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器２３２、液相のＴｉＣｌ4を収容するための密閉容器２３４、及び第１貯蔵容器２３２から前記密閉容器２３４内部に延長する浸漬配管２３６を含む。前記第１ソースガスは浸漬配管２３６を通じて伝達された第１キャリアガスのバブリングによって形成される。前記第１ガス供給部１３０は気化器を使用して構成することもできる。前記第２ガス供給部２４０は第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器２４２、及びＮＨ3ガスを提供するためのＮＨ3タンク２４４を含む。
【００８７】
前記シャワーヘッド２０６と第１ガス供給部２３０の密閉容器２３４は第１配管２７０ａによって連結されている。前記シャワーヘッド２０６と第２ガス供給部２４０のＮＨ3タンク２４４は第２配管２７０ｂ、前記第２配管２７０ｂから分岐された第１分岐配管２７２ａ及び第２分岐配管２７２ｂによって連結されている。第３ガス供給部２５０は第３配管２７０ｃによって第１配管２７０ａに連結されており、第２ガス供給部２４０の第２貯蔵容器２４２は第４配管２７０ｄを通じて第２配管２７０ｂに連結されている。前記工程チャンバー１０２内部を洗浄するために洗浄ガスを供給する第４ガス供給部２６０は第５配管２７０ｅを通じて第３配管２７０ｃに連結されている。
【００８８】
一方、前記第１配管２７０ａ、第１分岐配管２７２ａ及び第２分岐配管２７２ｂにはそれぞれ第１迂回配管２７４ａ、第２迂回配管２７４ｂ及び第３迂回配管２７４ｃが連結されている。
前記第１配管２７０ａ及び第２配管２７０ｂには第１ゲートバルブ２７６ａ及び第２ゲートバルブ２７６ｂが設置されており、第３配管２７０ｃ、第４配管２７０ｄ、第５配管２７０ｅ及び浸漬配管２３６には第１流量制御バルブ２７８ａ、第２流量制御バルブ２７８ｂ、第３流量制御バルブ２７８ｃ及び第４流量制御バルブ２７８ｄが設置されている。また、前記第１配管２７０ａ、第１迂回配管２７４ａ、第１分岐配管２７２ａ、第２迂回配管２７４ｂ、第２分岐配管２７２ｂ及び第３迂回配管２７４ｃにはそれぞれ第１連動バルブ２８０ａ、第２連動バルブ２８０ｂ、第３連動バルブ２８０ｃ、第４連動バルブ２８０ｄ、第５連動バルブ２８０ｅ及び第６連動バルブ２８０ｆが設置されている。
【００８９】
前記第１配管２７０ａには第１ソースガスの流量を既に設定された第１流量に調節するための第１質量流量制御器２８２ａが設置され、前記第１分岐配管２７２ａには第２ソースガスの流量を既に設定された第２流量でに調節するための第２質量流量制御器２８２ｂが設置される。また、前記第２分岐配管２７２ｂには第２ソースガスの流量を既に設定された第３流量に調節するための第３質量流量制御器２８２ｃが設置される。
【００９０】
前記半導体基板１０上に第１金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で半導体基板上に供給する間、前記第１連動バルブ２８０ａ及び第３連動バルブ２８０ｃが開放され前記第２連動バルブ２８０ｂ及び第４連動バルブ２８０ｄが閉められる。これと同時に、前記第２ソースガスを第３流量で迂回させるために前記第５連動バルブ２８０ｅが閉められ第６連動バルブ２８０ｆが開放される。
【００９１】
前記第１金属化合物膜を形成した後、前記第１金属化合物膜上に第２ソースガスを第３流量で供給する間、前記第５連動バルブ２８０ｅが開放され前記第６連動バルブ２８０ｆが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で迂回させるために前記第１連動バルブ２８０ａ及び第３連動バルブ２８０ｃが閉められ、第２連動バルブ２８０ｂ及び第４連動バルブ２８０ｄが開放される。これにより、前記第１金属化合物膜を形成する間前記工程チャンバー２０２内部に供給され前記工程チャンバー２０２内で残留する第１ソースガスと前記第３流量で供給された第２ソースガスの反応によって第１金属化合物膜上には第２金属化合物膜が連続的に蒸着されると同時に前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜から塩素のような所望しない物質が除去される。
【００９２】
前記のような連動バルブ２８０ａ、２８０ｂ、２８０ｃ、２８０ｄ、２８０ｅ、２８０ｆ、ゲートバルブ２７６ａ、２７６ｂ及び流量制御バルブ２７８ａ、２７８ｂ、２７８ｃ、２７８ｄの動作はバルブ制御部２９０によって制御される。
前記ステージ２０４は前記半導体基板１０の温度を工程温度に加熱するためのヒーター２０８を内蔵し、工程チャンバー２０２の側壁には半導体基板１０の搬出入のためのゲートドアー２８６が設置されている。前記金属化合物膜を蒸着する間発生した反応副産物、残余ガスなどは工程チャンバー２０２と連結された真空システム２１０によって工程チャンバー２０２から除去される。
【００９３】
前記のような本発明の第２実施例による金属化合物膜の蒸着装置の構成要素は図１及び図２を参照して既に説明された実施例と類似するのでこれらについての追加的な詳細説明は省略する。
図１７は図１６に示された金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図であり、図１８は図１７に示された金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフであり、図１９は図１７に示された金属化合物膜の蒸着方法での基板上への実質的な第１ソースガスの供給流量を説明するためのグラフである。
【００９４】
図１７から図１９に示すように、シリコンウェーハのような半導体基板１０上に金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを第１流量比で供給して第１金属化合物膜を前記基板１０上に形成する（段階Ｓ２００）。
【００９５】
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。前記第１金属化合物膜を蒸着する間ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスの第１流量及び第２流量はそれぞれ第１質量流量制御器２８２ａ及び第２質量流量制御器２８２ｂによって制御される。例えば、前記ＴｉＣｌ4ガスの第１流量と前記ＮＨ3ガスの第２流量との間の第１流量比は約１：０．５から１：１０程度に制御される。特に、前記第１金属化合物膜の蒸着工程が前記ソースガスの表面反応によって行われるように前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスとの間の第１流量比は１：１に制御される。
【００９６】
続いて、前記第１ソースガスの供給を中断し前記第１金属化合物膜上に供給される第２ソースガスの供給流量を増加させ、前記工程チャンバー１０２内部に残留する第１ソースガスと前記増加された供給流量を有する第２ソースガスを用いて前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を連続的に形成すると同時に第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜からハロゲン元素、即ち塩素を除去する（段階Ｓ２１０）。
【００９７】
前記第２金属化合物膜を蒸着し前記塩素を除去するための前記第２ソースガスの第３流量は第３質量制御器２８２ｃによって制御され、前記第１金属化合物膜を蒸着する間供給される第２ソースガスの第２流量より大きいことが望ましい。例えば、前記第２流量と第３流量との間の第２流量比は１：１０から１：１００程度であることが望ましい。
【００９８】
続けて、前記Ｓ２００段階及びＳ２１０段階を交互に反復的に実施し前記半導体基板１０上に目的とする厚さを有する金属複合膜を形成する（段階Ｓ２２０）。
一方、Ｓ２００段階で、前記第１ソースガスは第１流量で半導体基板１０上へ第１時間（ｔ１）の間供給され、前記第２ソースガスは第２流量で半導体基板１０上に第１時間（ｔ１）の間供給される。Ｓ２１０段階で、前記第１ソースガスの供給は遮断され、前記第２ソースガスは第３流量で半導体基板１０上に第２時間（ｔ２）の間供給される。前記Ｓ２００段階を実施する間工程チャンバー１０２内に供給された第１ソースガスはＳ２１０段階で第１ソースガスの供給が中断された後にも所定時間の間工程チャンバー１０２内に残留し、第３流量で供給される第２ソースガスと反応して前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を連続的に蒸着する。
【００９９】
例えば、前記Ｓ２００段階を実施する間前記ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスはそれぞれ約６０ｓｃｃｍで供給され、Ｓ２１０段階を実施する間前記ＮＨ3ガスは約１０００ｓｃｃｍで供給される。
特に、前記Ｓ２１０段階で、前記第１ソースガスは、第１連動バルブ２８０ａの閉めによって供給を中断される。しかし、図１９に示されたように、実質的に基板１０の側面でみると、前記Ｓ２００段階で既に工程チャンバー２０２内部に供給され工程チャンバー２０２内に残留する第１ソースガスがＳ２１０段階でも継続的に基板１０上に供給されていることがわかる。即ち、基板１０の側面で第１ソースガスは第１流量から漸次減少され、続いて、完全に基板１０上への供給が中断される。これは前記Ｓ２１０段階を実施する第２時間（ｔ２）が第１ソースガスの完全排気に所要される時間より短い場合、基板１０上への第１ソースガスの供給量は第１流量から漸次減少され、前記Ｓ２１０段階を実施する第２時間（ｔ２）が十分に長い場合、基板１０上への第１ソースガスの供給量は第１流量から漸次減少された後、完全に中断されることを意味する。
【０１００】
一方、前記Ｓ２００段階とＳ２１０段階を実施する間前記半導体基板１０の温度は約４００℃から６００℃に保持され、工程チャンバー２０２の内部圧力は約０．１トルから２．５トル（１３Ｐａから３４０Ｐａ）程度に保持される。特に、半導体基板１０の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバー２０２の内部圧力は約２トル（０．３ｋＰａ）程度に保持される。
【０１０１】
一方、前記のような本発明の実施例による金属化合物膜の蒸着方法を用いて基板上にチタン窒化膜を形成する工程をＴＰＤ（ＴｉＣｌ4  ｐｕｌｓｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程として命名することができる。前記ＴＰＤ工程を適用して半導体基板１０上に形成されたチタン窒化膜は従来のＳＦＤ工程を適用して形成された窒化膜に比べて改善された電気的特性を有する。
【０１０２】
（ＳＦＰによるチタン窒化膜とＴＰＤによるチタン窒化膜の特性比較）
半導体基板上にＳＦＤ方法を適用してチタン窒化膜を形成した。具体的に、ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスをそれぞれ６０ｓｃｃｍで６秒の間供給してチタン窒化膜を形成し、窒素ガスを３秒の間供給して工程チャンバーをパージする。続いて、ＮＨ3ガスを１０００ｓｃｃｍで６秒の間供給してチタン窒化膜内の塩素を除去し、窒素ガスを３秒の間供給して工程チャンバーをパージした。続けて、前記のようなＳＦＤ工程サイクルを２４回反復して実施した。ここで、半導体基板の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバーの内部圧力は約３トル（０．４ｋＰａ）に保持された。
【０１０３】
また、半導体基板１０上にＴＰＤ方法を適用してチタン窒化膜を形成した。具体的に、ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスをそれぞれ６０ｓｃｃｍで６秒の間供給して第１チタン窒化膜を形成した。続いて、ＴｉＣｌ4ガスの供給を中断し、ＮＨ3ガスを１０００ｓｃｃｍで６秒の間供給して、工程チャンバー２０２内に残留するＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスの反応を用いて前記第１チタン窒化膜上に第２チタン窒化膜を連続的に形成すると同時に第１チタン窒化膜と第２チタン窒化膜に含まれた塩素を除去した。続いて、前記のようなＴＰＤ工程サイクルを２４回反復した。ここで、半導体基板１０の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバーの内部圧力は約２トル（０．３ｋＰａ）に保持された。
【０１０４】
前記ＳＦＤ工程を適用して形成されたチタン窒化膜の比抵抗は３２９μΩｃｍと測定され、前記ＴＰＤ工程を適用して形成されたチタン窒化膜の比抵抗は２８３μΩｃｍと測定された。また、前記ＳＦＤ工程を適用して形成されたチタン窒化膜の厚さ均一度は１２．１％と算出され、前記ＴＰＤ工程を適用して形成されたチタン窒化膜の厚さ均一度は６％と算出された。前記のような結果から、本発明の実施例によるＴＰＤ工程を適用して形成されたチタン窒化膜は従来のＳＦＤ工程を適用して形成されたチタン窒化膜に比べて低い比抵抗と改善された厚さ均一度を有することが立証された。また、従来のＳＦＤ工程に比べて工程実施時間が大きく短縮されるので、金属化合物蒸着装置のスループットを大きく向上させることができる。
【０１０５】
図２０は従来のＳＦＤ工程のサイクル反復回数による蒸着率を示すグラフであり、図２１は図３に示された金属化合物膜の蒸着方法のサイクル反復回数による蒸着率を示すグラフである。図２２は従来のＳＦＤ工程と本発明の実施例によるＴＰＤ工程をそれぞれ実施する場合の単位時間当たり単位設備当たりの基板処理量（ＵＰＥＨ）を示すグラフである。
【０１０６】
従来のＳＦＤ工程によって、ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスをそれぞれ６０ｓｃｃｍで１時間の間供給して半導体基板上にチタン窒化膜を形成し、窒素ガスを１０００ｓｃｃｍで第２時間の間供給して工程チャンバー内部をパージした。続いて、ＮＨ3ガスを１０００ｓｃｃｍで第３時間の間供給してチタン窒化膜に含まれた塩素を除去し、窒素ガスを１０００ｓｃｃｍで第４時間の間供給して工程チャンバーをパージした。続いて、前記段階を反復的に実施して約１５０Å程度の目標厚さを有するチタン窒化膜を形成した。また、前記段階の反復回数を変化させ前記目標厚さを有するチタン窒化膜を形成し、前記反復回数によるチタン窒化膜の蒸着率を図２０のグラフで示した。ここで、半導体基板の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバーの内部圧力は約３トル（０．４ｋＰａ）に保持された。また、前記第１時間、第２時間、第３時間及び第４時間はそれぞれ６秒、３秒、６秒及び３秒にした。
【０１０７】
図２０に示すように、前記ＳＦＤ工程で工程サイクル反復回数はチタン窒化膜の蒸着率に殆ど変化を与えない。これは第１時間の間供給された第１ソースガスと第２ソースガスが第２時間の間供給される窒素ガスによって工程チャンバーから十分に除去されるからである。即ち、既に設定された全体工程時間内で工程サイクル反復回数を増加させても、工程チャンバー内でチタン窒化膜の蒸着に寄与する第１ソースガスの総量は変化されない。従って、工程サイクル反復回数を増加させる場合にもチタン窒化膜の蒸着率は殆ど一定に保持される。
【０１０８】
一方、本発明の実施例によるＴＰＤ工程によって、半導体基板１０上に第１時間の間ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスをそれぞれ６０ｓｃｃｍで供給して第１チタン窒化膜を形成し、 ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスを２ｓｃｃｍ及び１０００ｓｃｃｍで第２時間の間それぞれ供給して第１チタン窒化膜上に第２チタン窒化膜を形成すると同時に第１チタン窒化膜と第２チタン窒化膜に含まれた塩素を除去した。続いて、前記段階を反復的に実施し約１５０Å程度の目標厚さを有するチタン窒化膜を形成した。また、前記段階の反復回数を変化させながら前記目標厚さを有するチタン窒化膜を形成し、前記反復回数によるチタン窒化膜の蒸着率を図２１のグラフに示した。ここで、半導体基板１０の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバー１０２の内部圧力は約２トル（０．３ｋＰａ）に保持された。また、前記第１時間及び第２時間はそれぞれ６秒にした。
【０１０９】
また、前記第２時間の間供給されるＴｉＣｌ4ガスの流量を３．５ｓｃｃｍ及び５ｓｃｃｍに変化させながらそれぞれチタン窒化膜を形成し、蒸着率を図２１のグラフに示した。
図２１に示すように、前記第２時間の間ＴｉＣｌ4ガスを２ｓｃｃｍ（ａ）、３．５ｓｃｃｍ（ｂ）、及び５ｓｃｃｍ（ｃ）で供給する場合、既に設定された全体工程時間内でサイクル反復回数を増加させることによりチタン窒化膜の蒸着率が漸次増加することがわかる。
【０１１０】
前記のような結果は、第１チタン窒化膜は第１時間の間供給されたＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスの表面反応によって蒸着され、第２チタン窒化膜は前記第１時間の間工程チャンバー１０２内部に供給され残留する第１ソースガスと前記第２時間の間相対的に小さい流量で供給されたＴｉＣｌ4ガスと相対的に大きい流量で供給されたＮＨ3ガスとの間の表面反応と物質伝達によって前記第１チタン窒化膜上に第２チタン窒化膜が連続的に蒸着されるからである。
【０１１１】
前記のように、第２チタン窒化膜を形成する間ソースガスの流量比変化に起因して発生するソースガスの物質伝達による影響があるにも関わらず、前記チタン窒化膜の段差被覆性は劣化されない。これは前記第２時間の間供給されるＴｉＣｌ4ガスの流量がＮＨ3ガスの流量に比べて非常に小さく前記第１チタン窒化膜と第２チタン窒化膜が交互に反復的に蒸着されるからである。また、工程温度と工程圧力を相対的に低く保持することで前記ソースガスの物質伝達が抑制されるからである。
【０１１２】
従って、チタン窒化膜の段差被覆性を阻害しない範囲内で前記第２時間の間ＴｉＣｌ4ガスを供給する場合、チタン窒化膜の蒸着率を大きく向上させることができる。
一方、工程温度と工程圧力に関わらず前記第２時間の間供給されるＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスの流量比のみを調節することでチタン窒化膜の段差被覆性を阻害しない範囲で前記チタン窒化膜の蒸着率を上昇させることもできる。具体的に、前記ＴｉＣｌ4ガスとＮＨ3ガスの流量比を約１：１００から１０００程度に調節することで物質伝達による蒸着率が表面反応による蒸着率と実質的に同一の程度に調節することができる。
【０１１３】
図２０に示すように、既に設定された全体工程時間内でＳＦＤ工程のサイクル反復回数を増加させる場合、チタン窒化膜の蒸着率は殆ど一定に保持されるので従来のチタン窒化膜の蒸着装置のスループットは一定に保持される。しかし、図２２を参照すると、チタン窒化膜の比抵抗を大きく減少させるためにＮＨ3供給時間を増加させる場合、単位時間当たり単位設備当たり基板処理量（ＵＰＥＨ）が大きく減少する。即ち、前記従来のチタン窒化膜の蒸着装置のスループットが大きく減少する。
【０１１４】
これとは異なり、図２１に示されたように既に設定された時間内でＴＰＤ工程のサイクル反復回数を増加させる場合、チタン窒化膜の蒸着率が増加するので金属化合物蒸着装置１００のスループットが増加する。また、図２２に示されたように、チタン窒化膜の比抵抗を大きく減少させるためにＮＨ3供給時間を増加させる場合も、単位時間当たり単位設備当たり基板処理量（ＵＰＥＨ）は大きく変わらない。これは前記第２時間の間第２チタン窒化膜が連続的に蒸着されるからであり、これにより、金属化合物蒸着装置１００のスループットは殆ど一定に保持できる。
【０１１５】
図２３は本発明の第３実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
図２３に示された金属化合物膜の蒸着装置３００は半導体基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するために使用され、工程チャンバー３０２、ステージ３０４、真空システム３１０、ガス供給ユニット３２０などを含むことができる。
【０１１６】
前記ステージ３０４は工程チャンバー３０２内で半導体基板１０を支持するために使用され、前記真空システム３１０は工程チャンバー３０２内部の圧力を設定された工程圧力に保持するために使用される。
前記ガス供給ユニット３２０は前記基板１０上に金属化合物膜を形成するための第１ソースガス及び第２ソースガスを工程チャンバー３０２内部に供給するために前記工程チャンバー３０２上部に配置されたシャワーヘッド３０６と連結される。前記シャワーヘッド３０６は前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記ステージ３０４上の基板１０にそれぞれ供給するための複数の第１ノズルと複数の第２ノズルを有する。
【０１１７】
前記ガス供給ユニット３２０は前記基板１０上にチタン窒化膜のような金属複合膜を蒸着するためにチタン及び塩素を含む第１ソースガスと、窒素及び水素を含む第２ソースガスとを前記基板１０上に供給する。前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。一方、前記第１ソースガス及び第２ソースガスはそれぞれ第１キャリアガス及び第２キャリアガスによって工程チャンバー３０２に運搬され、前記ガス供給ユニット３２０は前記工程チャンバー３０２をパージするためのパージガスと、前記工程チャンバー３０２内部を洗浄するための洗浄ガスとを追加的に供給する。ここで、前記パージガスは前記工程チャンバー３０２内部の圧力を調節するための圧力調節用ガスとして使用することもできる。
【０１１８】
前記ガス供給ユニット３２０は前記ＴｉＣｌ4ガスと第１キャリアガスを供給するための第１ガス供給部３３０、ＮＨ3ガスと第２キャリアガスを供給するための第２ガス供給部３４０、パージガスを供給するための第３ガス供給部３５０、及び前記洗浄ガスを供給するための第４ガス供給部３６０を含み、複数の配管を通じてシャワーヘッドと連結されている。
【０１１９】
前記第１ガス供給部３３０は、第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器３３２、液相のＴｉＣｌ4を収容するための密閉容器３３４、及び第１貯蔵容器３３２から前記密閉容器３３４内部に延長する浸漬配管３３６を含む。前記第１ソースガスは浸漬配管３３６を通じて伝達された第１キャリアガスのバブリングによって形成される。前記第１ガス供給部１３０は気化器を使用して構成することもできる。前記第２ガス供給部３４０は第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器３４２、及びＮＨ3ガスを提供するためのＮＨ3タンク３４４を含む。
【０１２０】
前記シャワーヘッド３０６と第１ガス供給部３３０の密閉容器３３４は、第１配管３７０ａ、前記第１配管３７０ａから分岐された第１分岐配管３７２ａ及び第２分岐配管３７２ｂによって連結されている。前記シャワーヘッド３０６と第２ガス供給部３４０のＮＨ3タンク３４４は第２配管３７０ｂによって連結されている。第３ガス供給部３５０は第３配管３７０ｃによって第１配管３７０ａに連結され、第２ガス供給部３４０の第２貯蔵容器３４２は第４配管３７０ｄを通じて第２配管３７０ｂに連結されている。前記工程チャンバー１０２内部を洗浄するために洗浄ガスを供給する第４ガス供給部３６０は第５配管３７０ｅを通じて第３配管３７０ｃに連結されている。
【０１２１】
一方、前記第１配管３７０ａ、第１分岐配管３７２ａ及び第２分岐配管３７２ｂにはそれぞれ第１迂回配管３７４ａ、第２迂回配管３７４ｂ及び第３迂回配管３７４ｃが連結されている。
前記第１配管３７０ａ及び第２配管３７０ｂには第１ゲートバルブ３７６ａ及び第２ゲートバルブ３７６ｂが設けられ、第３配管３７０ｃ、第４配管３７０ｄ、第５配管３７０ｅ及び浸漬配管３３６には第１流量制御バルブ３７８ａ、第２流量制御バルブ３７８ｂ、第３流量制御ベル３７８ｃ及び第４流量制御バルブ３７８ｄが設けられている。また、前記第１分岐配管３７２ａ、第１迂回配管３７４ａ、第２分岐配管３７２ｂ、第２迂回配管３７４ｂ、第２配管３７０ｂ及び第３迂回配管３７４にはそれぞれ第１連動バルブ３８０ａ、第２連動バルブ３８０ｂ、第３連動バルブ３８０ｃ、第４連動バルブ３８０ｄ、第５連動バルブ３８０ｅ、及び第６連動バルブ３８０ｆが設けられている。
【０１２２】
前記第１分岐配管３７２ａには第１ソースガスの流量を既に設定された第１流量に調節するための第１質量流量制御器３８２ａが設置され、前記第２配管３７０ｂには第２ソースガスの流量を既に設定された第２流量に調節するための第２質量流量制御器３８２ｂが設置される。また、前記第２分岐配管３７２ｂには第１ソースガスの流量を既に設定された第３流量に調節するための第３質量流量制御器３８２ｃが設置される。
【０１２３】
前記半導体基板１０上に第１金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で半導体基板上に供給する間、前記第１連動バルブ８８０ａ及び第５連動バルブ３８０ｅが開放され前記第２連動バルブ３８０ｂ及び第６連動バルブ３８０ｆが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第３流量で迂回させるために前記第３連動バルブ３８０ｃが閉められ第４連動バルブ３８０ｄが開放される。
【０１２４】
前記第１金属化合物膜を形成した後、前記第１金属化合物膜上に第１ソースガスを第３流量で供給し第２ソースガスを第２流量で供給する間、前記第３連動バルブ３８０ｃ及び第５連動バルブ３８０ｅが開放され、前記第４連動バルブ３８０ｄ及び第６連動バルブ３８０ｆが閉められる。これとは同時に、前記第１ソースガスを第１流量で迂回させるために前記第１連動バルブ３８０ａが閉められ第２連動バルブ３８０ｂが開放される。これにより、前記第１金属化合物膜を形成する間前記工程チャンバー３０２内部に供給され前記工程チャンバー３０２内で残留する第１ソースガスと第３流量で供給された第１ソースガス及び第２流量で供給された第２ソースガスの反応によって前記第１金属化合物膜上には第２金属化合物膜が連続的に蒸着されると同時に前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜から塩素のような所望しない物質が除去される。
【０１２５】
前記のような連動バルブ３８０ａ、３８０ｂ、３８０ｃ、３８０ｄ、３８０ｅ、３８０ｆ、ゲートバルブ３７６ａ、３７６ｂ及び流量制御バルブ３７８ａ、３７８ｂ、３７８ｃ、３７８ｄの動作はバルブ制御部３９０によって制御される。
前記ステージ３０４は前記半導体基板１０の温度を工程温度に加熱するためのヒーター３０８を内蔵し、工程チャンバー３０２の側壁には半導体基板１０の搬出入のためのゲートドア３８６が設置されている。前記金属化合物膜を蒸着する間発生した反応副産物、残余ガスなどは工程チャンバー３０２と連結された真空システム３１０によって工程チャンバー３０２から除去される。
【０１２６】
前記のような本発明の第３実施例による金属化合物膜の蒸着装置の構成要素は図１及び図２を参照して既に説明された実施例と類似するのでこれらについての追加的な詳細説明は省略する。
図２４は図２３に示された金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図であり、図２５は図２４に示された金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【０１２７】
図２４及び図２５に示すように、シリコンウェーハのような半導体基板１０上に金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガス、前記金属と結合可能な物質及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスを第１流量比で供給して第１金属化合物膜を前記基板１０上に形成する（段階Ｓ３００）。
【０１２８】
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスにはＮＨ3ガスが使用される。前記第１金属化合物膜を蒸着する間ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスの第１流量及び第２流量はそれぞれ第１質量流量制御器３８２ａ及び第２質量流量制御器３８２ｂによって制御される。例えば、前記ＴｉＣｌ4ガスの第１流量と前記ＮＨ3ガスの第２流量との比は約１：０．５から１：１０程度に制御される。特に、前記第１金属化合物膜の蒸着工程が前記ソースガスの表面反応によって行われるように前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスとの間の第１流量比は１：１で制御される。例えば、前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスは約６０ｓｃｃｍで供給される。
【０１２９】
続いて、前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第２流量比で供給して前記第１金属化合物上に第２金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する（段階Ｓ３１０）。
具体的に、前記第１ソースガスの流量は前記第１流量より小さい第３流量に調節し、前記第２ソースガスの流量を一定に保持することができる。例えば、前記第１ソースガスの第３流量に対する第２ソースガスの第２流量の比は１００以上に設定され、前記第３質量流量制御器３８２ｃによって調節される。
【０１３０】
続けて、前記Ｓ３００段階及びＳ３１０段階を交互に反復的に実施し前記半導体基板１０上に目的とする厚さを有する金属複合膜を形成する（段階Ｓ３２０）。
一方、Ｓ３００段階において、前記第１ソースガスは第１流量で半導体基板１０上に第１時間（ｔ１）の間供給され、前記第２ソースガスは第２流量で半導体基板１０上に第１時間（ｔ１）の間供給される。Ｓ３１０段階で、前記第１ソースガスは第３流量で供給され、前記第２ソースガスは第２流量で半導体基板１０上に第２時間（ｔ２）の間供給される。即ち、前記第２ソースガスは全体工程を実施する間前記第２流量で一定に保持される。
【０１３１】
一方、前記Ｓ３００段階とＳ３１０段階を実施する間前記半導体基板１０の温度は約４００℃から６００℃に保持され、工程チャンバー３０２の内部圧力は約０．１トルから２．５トル（１３Ｐａから３４０Ｐａ）程度に保持される。特に、半導体基板１０の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバー３０２の内部圧力は約２トル（０．３ｋＰａ）程度に保持される。
【０１３２】
図２６は本発明の第４実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
図２６に示された金属化合物膜の蒸着装置４００は半導体基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するために使用され、工程チャンバー４０２、ステージ４０４、真空システム４１０、ガス供給ユニット４２０を含むことができる。
【０１３３】
前記ステージ４０４は工程チャンバー４０２内で半導体基板１０を支持するために使用され、前記真空システム４１０は工程チャンバー４０２内部の圧力を設定された工程圧力に保持するために使用される。
前記ガス供給ユニット４２０は前記基板１０上に金属化合物膜を形成するための第１ソースガス及び第２ソースガスを工程チャンバー４０２内部に供給するために前記工程チャンバー４０２上部に配置されたシャワーヘッド４０６と連結される。前記シャワーヘッド４０６は前記第１ソースガスと第２ソースガスを前記ステージ４０４上の基板１０にそれぞれ供給するための複数の第１ノズルと複数の第２のノズルを有する。
【０１３４】
前記ガス供給ユニット４２０は前記基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するためにチタン及び塩素を含む第１ソースガスと、窒素及び水素を含む第２ソースガスとを前記基板１０上に供給する。前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。一方、前記第１ソースガス及び第２ソースガスはそれぞれ第１キャリアガス及び第２キャリアガスによって工程チャンバー４０２に運搬され、前記ガス供給ユニット４２０は前記工程チャンバー４０２をパージするためのパージガスと前記工程チャンバー４０２内部を洗浄するための洗浄ガスを追加的に供給する。ここで、前記パージガスは前記工程チャンバー４０２内部の圧力を調節するための圧力調節用ガスとして使用することもできる。
【０１３５】
前記ガス供給ユニット４２０は前記ＴｉＣｌ4ガスと第１キャリアガスを供給するための第１ガス供給部４３０、ＮＨ3ガスと第２キャリアガスを供給するための第２ガス供給部４４０、パージガスを供給するための第３ガス供給部４５０、及び前記洗浄ガスを供給するための第４ガス供給部４６０を含み、複数の配管を通じてシャワーヘッド４０６と連結されている。
【０１３６】
前記第１ガス供給部４３０は第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器４３２、液相のＴｉＣｌ4を収容するための密閉容器４３４、及び第１貯蔵容器４３２から前記密閉容器４３４内部に延長する浸漬配管４３６を含む。前記第１ソースガスは浸漬配管４３６を通じて伝達された第１キャリアガスのバブリングによって形成される。前記第１ガス供給部１３０は気化器を使用して構成することもできる。前記第２ガス供給部４４０は第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器４４２、及びＮＨ3ガスを貯蔵するためのＮＨ3タンク４４４を含む。
【０１３７】
前記シャワーヘッド４０６と第１ガス供給部４３０の密閉容器４３４は第１配管４７０ａによって連結されており、前記シャワーヘッド４０６と第２ガス供給部４４０のＮＨ3タンク４４４は第２配管４７０ｂによって連結されている。第３ガス供給部４５０は第３配管４７０ｃによって第１配管４７０ａに連結され、第２ガス供給部４４０の第２貯蔵容器４４２は第４配管４７０ｄを通じて第２配管４７０ｂに連結されている。前記工程チャンバー１０２内部を洗浄するために洗浄ガスを供給する第４ガス供給部４６０は第５配管４７０ｅを通じて第３配管４７０ｃに連結されている。
【０１３８】
一方、前記第１配管４７０ａ及び第２配管４７０ｂにはそれぞれ第１迂回配管４７４ａ及び第２迂回配管４７４ｂがそれぞれ連結されている。
一方、前記第１配管４７０ａ及び第２配管４７０ｂには第１ゲートバルブ４７６ａ及び第２ゲートベル部４７６ｂが設置されており、第３配管４７０ｃ、第４配管４７０ｄ、第５配管４７０ｅ、及び浸漬配管４３６には第１流量制御バルブ４７８ａ、第２流量制御バルブ４７８ｂ、第３流量制御バルブ４７８ｃ及び第４流量制御バルブ４７８ｄが設置されている。
【０１３９】
前記第１配管４７０ａには第１ソースガスの流量を既に設定された第１流量に調節するための第１質量流制御器４８２ａが設置され、前記第２配管４７０ｂには第２ソースガスの流量を既に設定された第２流量に調節するための第２質量流量制御器４８２ｂが設置される。
【０１４０】
前記半導体基板１０上に第１金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で半導体基板上に供給する間、前記第１連動バルブ４８０ａ及び第３連動バルブ４８０ｃが開放され前記第２連動バルブ４８０ｂ及び第４連動バルブ４８０ｄが閉められる。
【０１４１】
前記第１金属化合物膜を形成した後、前記第１ソースガスの供給を中断し前記第１金属化合物膜上に第２ソースガスを第２流量で供給する間、前記第３連動バルブ４８０ｃが開放され前記第４連動バルブ４８０ｄが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量で迂回させるために前記第１連動バルブ４８０ａが閉められ第２連動バルブ４８０ｂが開放される。これにより、前記第１金属化合物膜を形成する間前記工程チャンバー４０２内部に供給され前記工程チャンバー４０２内に残留する第１ソースガスと第２流量で供給された第２ソースガスの反応によって前記第１金属化合物膜上には第２金属化合物膜が連続的に蒸着されると同時に前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜から塩素のような所望しない物質が除去される。
【０１４２】
前記のような連動バルブ４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、４８０ｄ、ゲートバルブ４７６ａ、４７６ｂ及び流量制御バルブ４７８ａ、４７８ｂ、４７８ｃ、４７８ｄの動作はバルブ制御部４９０によって制御される。
前記ステージ４０４は前記半導体基板１０の温度を工程温度で加熱するためのヒーター４０８を内蔵し、工程チャンバー４０２の側壁には半導体基板１０の搬出入のためのゲートドア４８６が設置されている。前記金属化合物膜を蒸着する間発生した反応副産物と、残余ガスなどは工程チャンバー４０２と連結された真空システム４１０によって工程チャンバー４０２から除去される。
【０１４３】
前記のような本発明の第４実施例による金属化合物膜の蒸着装置の構成要素は図１及び図２を参照して既に説明された実施例と類似するのでこれらに対する追加的な詳細な説明は省略する。
図２７は図２６に示された金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図であり、図２８は図２７に示された金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【０１４４】
図２７及び図２８に示すように、シリコンウェーハのような半導体基板１０上に金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを第１流量比で供給して第１金属化合物膜を前記基板１０上に形成する（段階Ｓ４００）。
【０１４５】
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスにはＮＨ3ガスが使用される。前記第１金属化合物膜を蒸着する間前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスの第１流量及び第２流量はそれぞれ第１質量流量制御器４８２ａ及び第２質量流量制御器４８２ｂによって制御される。例えば、前記ＴｉＣｌ4ガスの第１流量と前記ＮＨ3ガスの第２流量との間の第１流量比は１：０．５から１：１０程度に制御される。特に、前記第１金属化合物膜の蒸着工程が前記ソースガスの表面反応によって行われるように前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスとの間の第１流量比は１：１に制御される。例えば、前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3はそれぞれ約６０ｓｃｃｍで供給される。
【０１４６】
続いて、前記第１ソースガスの供給を中断し前記第１金属化合物上に供給される第２ソースガスの供給流量を一定に保持し、前記工程チャンバー４０２内部に残留する第１ソースガスと前記第２ソースガスを用いて前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を連続的に形成すると同時に第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜から所望しない物質を除去する（段階Ｓ４１０）。
【０１４７】
続けて、前記Ｓ４００段階及びＳ４１０段階を交互に反復的に実施して前記半導体基板１０上に目的とする厚さを有する金属複合膜を形成する（段階Ｓ４２０）。
一方、前記Ｓ４００段階で、前記第１ソースガスは第１流量で半導体基板１０上に第１時間（ｔ１）の間供給され、前記第２ソースガスは第２流量で半導体基板１０上に第１時間（ｔ１）の間供給される。Ｓ４１０段階で、前記第１ソースガスの供給は遮断され、前記第２ソースガスは第２流量で半導体基板１０上に第２時間（ｔ２）の間供給される。前記Ｓ４００段階を実施する間工程チャンバー１０２内に供給された第１ソースガスはＳ４１０段階で第１ソースガスの供給が中断された後にも所定時間の間工程チャンバー４０２内に残留し、第２流量で供給される第２ソースガスと反応して前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を連続的に蒸着する。
【０１４８】
例えば、前記Ｓ４００段階及びＳ４１０段階を実施する間前記ＴｉＣｌ4ガスは間歇的に約６０ｓｃｃｍで供給され、ＮＨ3ガスは約６０ｓｃｃｍで供給される。
特に、前記Ｓ４１０段階で、前記第１ソースガスは第１連動バルブ４８０ａの閉めによって供給が中断される。しかし、実質的に基板１０の側面で見ると、前記Ｓ４００段階で既に工程チャンバー４０２内部に供給され工程チャンバー内に残留する第１ソースガスがＳ４１０段階でも継続的に基板１０上に供給され第２金属化合物蒸着に寄与する。即ち、前記Ｓ４１０段階を実施する第２時間（ｔ２）が第１ソースガスの完全排気に所要される時間より短い場合、基板１０上への第１ソースガスの供給量は第１流量から漸次減少され、前記Ｓ４１０段階を実施する第２時間（ｔ２）が十分に長い場合、基板１０上への第１ソースガスの供給量が第１流量から漸次減少された後、供給が完全に中断される。
【０１４９】
一方、前記Ｓ４００段階とＳ４１０段階を実施する間前記半導体基板１０の温度は約４００℃から６００℃に保持され、工程チャンバー４０２の内部圧力は約０．１トルから２．５トル（１３Ｐａから３４０Ｐａ）程度に保持される。特に、半導体基板１０の温度は約５００℃に保持され、工程チャンバー４０２の内部圧力は約２トル（０．３ｋＰａ）程度に保持される。
【０１５０】
図２９は本発明の第５実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
図２９に示された金属化合物膜の蒸着装置５００は、半導体基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するために使用され、工程チャンバー５０２、ステージ５０４、真空システム５１０、ガス供給ユニット５２０を含むことができる。
【０１５１】
前記ガス供給ユニット５２０は、前記基板上に金属化合物膜を形成するための第１ソースガス及び第２ソースガスを工程チャンバー５０２内部に供給するために前記工程チャンバー５０２上部に配置されたシャワーヘッド５０６と連結される。
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。一方、前記第１ソースガス及び第２ソースガスはそれぞれ第１キャリアガス及び第２キャリアガスによって工程チャンバー５０２に運搬され、前記ガス供給ユニット５２０は前記工程チャンバー５０２をパージするためのパージガスと前記工程チャンバー５０２内部を洗浄するための洗浄ガスを追加的に供給する。
【０１５２】
前記ガス供給ユニット５２０は、前記ＴｉＣｌ4ガスと第１キャリアガスを供給するための第１ガス供給部５３０、ＮＨ3ガスと第２キャリアガスを供給するための第２ガス供給部５４０、パージガスを供給するための第３ガス供給部５５０、及び前記洗浄ガスを供給するための第４ガス供給部５６０を含み、複数の配管を通じてシャワーヘッド５０６と連結されている。
【０１５３】
前記第１ガス供給部５３０は第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器５３２、液相のＴｉＣｌ4を収容するための密閉容器５３４、及び第１貯蔵容器５３２から前記密閉容器５３４内部に延長し前記第１キャリアガスのバブリングによって第１ソースガスを形成する浸漬配管５３６を含む。前記第２ガス供給部５４０は第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器５４２、及びＮＨ3ガスを提供するためのＮＨ3タンク５４４を含む。
【０１５４】
前記シャワーヘッド５０６と第１ガス供給部５３０の密閉容器５３４は第１配管５７０ａ、前記第１配管５７０ａから分岐された第１分岐配管５７２ａ、第２分岐配管５７２ｂ及び第３分岐配管５７２ｃによって連結されている。前記シャワーヘッド５０６と第２ガス供給部５４０のＮＨ3タンク５４４は第２配管５７０ｂ、前記第２配管５７０ｂから分岐された第４分岐配管５７２ｄ、第５分岐配管５７２ｅ及び第６分岐配管５７２ｆによって連結されている。第３ガス供給部５５０は第３配管５７０ｃによって第１配管５７０ａに連結され、第２ガス供給部５４０の第２貯蔵容器５４２は第４配管５７０ｄを通じて第２配管５７０ｂに連結されている。前記工程チャンバー５０２内部を洗浄するために洗浄ガスを供給する第４ガス供給部５６０は第５配管５７０ｅを通じて第３配管５７０ｃに連結されている。
【０１５５】
一方、前記第１分岐配管５７２ａ、第２分岐配管５７２ｂ、第３分岐配管５７２ｃ、第４分岐配管５７２ｄ、 第５分岐配管５７２ｅ及び第６分岐配管５７２ｆにはそれぞれ第１迂回配管５７４ａ、第２迂回配管５７４ｂ、第３迂回配管５７４ｃ、第４迂回配管５７４ｄ、第５迂回配管５７４ｅ及び第６迂回配管５７４ｆが連結されている。
【０１５６】
前記第１配管５７０ａ及び第２配管５７０ｂには第１ゲートバルブ５７６ａ及び第２ゲートバルブ５７６ｂが設置されており、第３配管５７０ｃ、第４配管５７０ｄ、第５配管５７０ｅ及び浸漬配管５３６には第１流量制御バルブ５７８ａ、第２流量制御バルブ５７８ｂ、第３流量制御バルブ５７８ｃ及び第４流量バルブ５７８ｄが設置されている。また、前記第１分岐配管５７２ａ、第１迂回配管５７４ａ、第２分岐配管５７２ｂ、第２迂回配管５７４ｂ、第３分岐配管５７２ｃ、第３迂回配管５７４ｃ、第４分岐配管５７２ｄ、第４迂回配管５７４ｄ、第５分岐配管５７２ｅ、第５迂回配管５７４ｅ、第６分岐配管５７２ｆ、第６迂回配管５７４ｆにはそれぞれ第１連動バルブ５８０ａ、第２連動バルブ５８０ｂ、第３連動バルブ５８０ｃ、第４連動バルブ５８０ｄ、第５連動バルブ５８０ｅ、第６連動バルブ５８０ｆ、第７連動バルブ５８０ｇ、第８連動バルブ５８０ｈ、第９連動バルブ５８０ｉ、第１０連動バルブ５８０ｊ、第１１連動バルブ５８０ｋ、及び第１２連動バルブ５８０ｍが設置されている。
【０１５７】
前記第１分岐配管５７２ａには第１ソースガスの流量を既に設定された第１流量に調節するための第１質量流量制御器５８２ａが設置され、前記第４分岐配管５７２ｄには第２ソースガスの流量を既に設定された第２流量に調節するための第２質量流量制御器５８２ｂが設置される。前記第２分岐配管５７２ｂには第１ソースガスの流量を既に設定された第３流量に調節するための第３質量流量制御器５８２ｃが設置され、前記第５分岐配管５７２ｅには第２ソースガスの流量を既に設定された第４流量に調節するための第４質量流量制御器５８２ｄが設置される。前記第３分岐配管５７２ｃには第２ソースガスの流量を既に設定された第５流量に調節するための第５質量流量制御器５８２ｅが設置され、前記第６分岐配管５７２ｆには第２ソースガスの流量を既に設定された第６流量に調節するための第６質量流量制御器５８２ｆが設置される。
【０１５８】
前記半導体基板１０上に第１金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で半導体基板１０上に供給する間、前記第１連動バルブ５８０ａ及び第７連動バルブ５８０ｇが開放され前記第２連動バルブ５８０ｂ及び第８連動バルブ５８０ｈが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第３流量及び第５流量でそれぞ迂回させるために前記第３連動バルブ５８０ｃ及び第５連動バルブ５８０ｅが閉められ前記第４連動バルブ５８０ｄ及び第６連動バルブ５８０ｆが開放され、前記第２ソースガスを第４流量及び第６流量で迂回させるために第９連動バルブ５８０ｉ及び第１１連動バルブ５８０ｋが閉められ前記第１０連動バルブｊ及び第１２連動バルブ５８０ｍが開放される。
【０１５９】
前記第１金属化合物膜を蒸着した後、前記第１金属化合物膜上に第２金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第３流量及び第４流量で前記工程チャンバー５０２内部に供給する間、前記第３連動バルブ５８０ｃ及び第９連動バルブ５８０ｉが開放され前記第４連動バルブ５８０ｄ及び第１０連動バルブ５８０ｊが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量及び第５流量でそれぞれ迂回させるために前記第１連動バルブ５８０ａ及び第５連動バルブ５８０ｅが閉められ前記第２連動バルブ５８０ｂ及び第６連動バルブ５８０ｆが開放され、前記第２ソースガスを第２流量及び第６流量で迂回させるために第７連動バルブ５８０ｇ及び第１１連動バルブ５８０ｋが閉められ前記第８連動バルブ５８０ｈ及び第１２連動バルブ５８０ｍが開放される。
【０１６０】
前記第２金属化合物膜を蒸着した後、前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第５流量及び第６流量で前記工程チャンバー５０２内部に供給する間、前記第５連動バルブ５８０ｅ及び第１１連動バルブ５８０ｋが開放され前記第６連動バルブ５８０ｆ及び第１２連動バルブ５８０ｍが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量及び第３流量でそれぞれ迂回させるために前記第１連動バルブ５８０ａ及び第３連動バルブ５８０ｃが閉められ前記第２連動バルブ５８０ｂ及び第４連動バルブ５８０ｄが開放され、前記第２ソースガスを第２流量及び第４流量で迂回させるために第７連動バルブ５８０ｇ及び第９連動バルブ５８０ｉが閉められ前記第８連動バルブ５８０ｈ及び第１０連動バルブ５８０ｊが開放される。
【０１６１】
前記第３金属化合物膜を蒸着した後、前記第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第３流量及び第４流量で前記工程チャンバー５０２内部に供給する間、前記第３連動バルブ５８０ｃ及び第９連動バルブ５８０ｊが開放され前記第４連動バルブ５８０ｄ及び第１０連動バルブ５８０ｊが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量及び第５流量でそれぞれ迂回させるために前記第１連動バルブ５８０ａ及び第５連動バルブ５８０ｅが閉められ前記第２連動バルブ５８０ｂ及び第６連動バルブ５８０ｆが開放され、前記第２ソースガスを第２流量及び第６流量で迂回させるために第７連動バルブ５８０ｇ及び第１１連動バルブ５８０ｋが閉められ前記第８連動バルブ５８０ｈ及び第１２連動バルブ５８０ｍが開放される。
【０１６２】
前記のような連動バルブ５８０ａ、５８０ｂ、５８０ｃ、５８０ｄ、５８０ｅ、５８０ｆ、５８０ｇ、５８０ｈ、５８０ｉ、５８０ｊ、５８０ｋ、５８０ｍ、ゲートバルブ５７６ａ、５７６ｂ及び流量制御バルブ５７８ａ、５７８ｂ、５７８ｃ、５７８ｄの動作はバルブ制御部５９０によって制御される。
【０１６３】
前記ステージ５０４は前記半導体基板１０の温度を工程温度に加熱するためのヒーター５０８を内蔵し、工程チャンバー５０２の側壁には半導体基板１０の搬出入のためのゲートドア５８６が設置されている。前記金属化合物膜を蒸着する間発生した反応副産物、残余ガスなどは工程チャンバー５０２と連結された真空システム５１０によって工程チャンバー５０２から除去される。
【０１６４】
前記のような本発明の第５実施例による金属化合物膜の蒸着装置の構成要素は図１及び図２を参照して既に説明された実施例と類似するので、これらについての追加的な詳細な説明は省略する。
図３０は図２９に示された金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図であり、図３１は図３０に示された金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【０１６５】
図３０及び図３１に示すように、シリコンウェーハのような半導体基板１０上に金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガスと、前記金属と結合可能な物質及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスとを第１流量比で供給して第１金属化合物膜を前記基板１０上に形成する（段階Ｓ５００）。
【０１６６】
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。前記第１金属化合物膜を蒸着する間前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスの第１流量及び第２流量はそれぞれ第１質量流量制御器５８２ａ及び第２質量流量制御器５８２ｂによって制御される。前記第１流量比は第１金属化合物の段差被覆性を向上させるために物質伝達による蒸着率より表面反応による蒸着率がさらに大きい範囲で決定されることが望ましい。
【０１６７】
例えば、前記第１ソースガスの第１流量と前記第２ソースガスの第２流量との間の第１流量比は１：２から１：１０程度に制御される。言い換えれば、前記第１ソースガスと第２ソースガスとの間の第１流量比は０．１：１から０．５：１程度に制御される。これは前記第２ソースガスの第２流量より第１ソースガスの第１流量を相対的に小さくすることで第１金属化合物膜内での所望しない物質、即ち、塩素の含量を減少させるためである。
【０１６８】
例えば、前記第１質量流量制御器５８２ａを用いて第１ソースガスの第１流量を約２０ｓｃｃｍに制御し、前記第２質量流量制御器５８２ｂを用いて第２ソースガスの第２流量を約６０ｓｃｃｍに制御することができる。
前記第１金属化合物上に第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第２流量比で供給して第２金属化合物膜を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜内の所望しない物質を除去する（段階Ｓ５１０）。
【０１６９】
具体的に、前記第１ソースガスを前記第１流量より小さい第３流量で供給し、前記第２ソースガスを前記第２流量より大きい第４流量で供給する。このとき、前記第１ソースガスの第３流量及び前記第２ソースガスの第４流量は第３質量流量制御器５８２ｃ及び第４質量流量制御器５８２ｄによって制御される。例えば、前記第３流量と第４流量との間の第２流量比は前記所望しない物質を十分に除去するために約１：１００から１：１０００程度に設定されることが望ましい。言い換えれば、前記第３流量及び第４流量との間の第２流量比は０．００１：１から０．０１：１程度であることができる。また、前記第２流量と前記第４流量との間の比は約０．１から１：１００程度に設定される。例えば、前記第２金属化合物膜を形成する間前記第１ソースガスは約２ｓｃｃｍ程度で供給され、前記第２ソースガスは約１０００ｓｃｃｍ程度で供給される。
【０１７０】
前記Ｓ５００段階及びＳ５１０段階を交互に反復的に実施して前記半導体基板１０上に目的とする厚さを有し前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜を含む第１金属複合膜を形成する（段階Ｓ５２０）。
前記第１金属複合膜上に第１ソースガスと第２ソースガスを前記第１流量比と異なる第３流量比で供給して第３金属化合物膜を蒸着する（段階Ｓ５３０）。具体的に、前記第１ソースガスの第５流量に対する第２ソースガスの第６流量の第３流量比は第５質量流量制御器５８２ｅ及び第６質量流量制御器５８２ｆによって約０．５より大きいか同じであり２より小さく制御される。特に、第３金属化合物膜の蒸着工程がソースガスの表面反応によって安定的に実施されるように前記第３流量比は約１：１程度に制御されることが望ましい。
【０１７１】
例えば、前記第３金属化合物膜を蒸着する間前記第１ソースガスの第５流量及び第２ソースガスの第６流量は第５質量流量制御器５８２ｅ及び第６質量流量制御器５８２ｆによって約３０ｓｃｃｍにそれぞれ制御される。
前記第３金属化合物膜上に前記第３流量比と異なる第４流量比で第１ソースガス及び第２ソースガスを供給して前記第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を連続的に蒸着すると同時に前記第３金属化合物膜及び第４金属化合物膜に残留する塩素成分を除去する（段階Ｓ５４０）。
【０１７２】
前記第４流量比は実質的に前記第２流量比と同一に制御される。即ち、前記第１ソースガスの第７流量と第２ソースガスの第８流量との間の第４流量比は第３質量流量制御器５８２ｃと第４質量流量制御器５８２ｄによって約１：１００から１０００程度に制御される。
【０１７３】
前記Ｓ５３０段階及びＳ５４０段階を交互に反復的に実施して前記第１金属複合膜上に目的とする厚さを有し前記第３金属化合物膜及び第４金属化合物膜を含む第２金属複合膜を形成する（段階Ｓ５５０）。
一方、前記第１金属複合膜を蒸着する間前記ハロゲン元素と下部膜との間で化学的な反応が発生し、前記反応による副産物は下部膜の電気的な特性を劣化させる可能性がある。前記のような問題点を解決するために前記第１金属複合膜を蒸着する間第２ソースガスの第２流量に対して第１ソースガスの第１流量を前記のように相対的に小さい範囲で制御する。
【０１７４】
前記第２金属複合膜を蒸着する間には前記第１金属複合膜によって前記下部膜と前記ハロゲン元素との間の反応を防止することができるので、前記したように第１ソースガスの第５流量を前記第１流量より相対的に大きく制御することができる。従って、第２金属複合膜はソースガスの表面反応によって連続的に均一に形成される。
【０１７５】
前記第１金属複合膜を蒸着する間工程温度とチャンバー内部圧力は相対的に低く保持されることが望ましい。これは図５及び図６に示されたように相対的に低い温度及び圧力では物質伝達による蒸着が抑制できるからであり、これにより前記第１金属複合膜の段差被覆性が改善され、下部膜に対する熱的ストレスが減少する。また、相対的に低い温度で前記ハロゲン元素と下部膜との間の反応が抑制され、相対的に低い圧力で前記第１ソースガスが工程チャンバー５０２内で滞留する時間が相対的に短くなり得るので前記ハロゲン元素と下部膜との間の反応が減少する。
【０１７６】
例えば、前記第１金属複合膜を蒸着する間工程温度は約４００℃から約６００℃程度に保持されることが望ましく、前記チャンバー内部圧力は約０．１トルから２．５トル（１３Ｐａから３４０Ｐａ）程度に保持されることが望ましい。例えば、約５００℃の工程温度と約２トル（０．３ｋＰａ）程度の工程圧力が適用される。また、前記第２金属複合膜を蒸着する間の工程温度とチャンバー内部圧力は前記第１金属複合膜を蒸着する間実質的に同一に保持されることが望ましい。
【０１７７】
前記下部膜の例としてはキャパシター誘電膜、ゲート構造物のゲート酸化膜、不揮発性メモリセルでのブロッキング酸化膜などがあり、前記下部膜がハフニウム酸化物（ＨｆＯ2）またはジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）のような高誘電物質を含む場合、前記のような工程条件を適用することで４塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ4）または４塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4）のような反応副産物生成を抑制することができ、これにより、漏洩電流増加及び比抵抗増加を大きく抑制することができる。
【０１７８】
一方、図５及び図７に示されたように、金属複合膜の段差被覆性のみを考慮する場合、工程温度と工程圧力のうち一つのみを制御することで、目的とする段差被覆性を得ることもできる。
例えば、前記第１金属複合膜を蒸着する間約５トル（０．７ｋＰａ）程度の相対的に高い圧力と約５００℃程度の低い工程温度を保持する場合、工程圧力と大きく関係なしに、目的とする段差被覆性、及び下部膜に対する熱的ストレスを改善することができる。この場合、前記第１金属複合膜を形成する間第１ソースガスが工程チャンバー内部で滞留する時間が相対的に長くなることがありえるので前記ハロゲン元素と下部膜との間の反応が増加する可能性もあるが、目的とする段階被覆性の具現は十分に達成される。
【０１７９】
これとは異なり、前記第１金属複合膜を蒸着する間約２トル（０．３ｋＰａ）程度の相対的に低い圧力と約７００℃の高い工程温度を保持する場合、下部膜に対する熱的ストレスを改善することはできないが、目的とする段差被覆性の具現は十分に達成される。
一方、前記したように前記第３金属化合物膜を蒸着する間供給される第１ソースガスの第５流量は前記第１金属化合物膜を蒸着する間供給される第１ソースガスの第１流量より大きく設定される。しかし、それとは反対に、前記第３金属化合物膜を蒸着する間供給される第２ソースガスの第６流量は前記第１金属化合物膜を蒸着する間供給される第２ソースガスの第２流量より小さいか同じに設定される。これは前記第３金属化合物膜を形成する間前記第３金属化合物膜の蒸着で物質伝達による影響を十分に排除させることで前記第３金属化合物膜の蒸着がソースガスの表面反応によってのみ行われるようにするためである。即ち、前記第５流量を第１流量より増加させると同時に前記第６流量を第２流量より小さくすることで前記第１金属化合物膜と第３金属化合物膜の蒸着段階で実質的な流量比差異を相対的に大きくすることができる。従って、第３金属化合物膜の蒸着段階で物質伝達による影響を十分に排除することができ、ソースガスの表面反応による段差被覆性改善効果を安定的に確保することができる。
【０１８０】
一方、前記第１金属複合膜及び第２金属複合膜を含む金属化合物膜は反復的に実施される段階によって形成された複合構造を有するので、後続するエッチング工程でエッチング液の浸透を防止することができる。従って、前記金属化合物膜の下部に配置される基板または下部膜で発生し得る前記エッチング液の浸透による損傷を防止することができる。
【０１８１】
図３２は本発明の第６実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
図３２に示された金属化合物膜の蒸着装置６００は半導体基板１０上にチタン窒化膜のような金属化合物膜を蒸着するために使用され、工程チャンバー６０２、ステージ６０４、真空システム６１０、ガス供給ユニット６２０などを含むことができる。
【０１８２】
前記ガス供給ユニット６２０は前記基板１０上に金属化合物膜を形成するための第１ソースガス及び第２ソースガスを工程チャンバー６０２内部に供給するために前記工程チャンバー６０２上部に配置されたシャワーヘッド６０６と連結される。
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。一方、前記第１ソースガス及び第２ソースガスはそれぞれ第１キャリアガス及び第２キャリアガスによって工程チャンバー６０２に運搬され、前記ガス供給ユニット６２０は前記工程チャンバー６０２をパージするためのパージガスと前記工程チャンバー６０２内部を洗浄するための洗浄ガスを追加的に供給する。
【０１８３】
前記ガス供給ユニット６２０は前記ＴｉＣｌ4ガスと第１キャリアガスを供給するための第１ガス供給部６３０、ＮＨ3ガスと第２キャリアガスを供給するための第２ガス供給部６４０、パージガスを供給するための第３ガス供給部６５０、及び前記洗浄ガスを供給するための第４ガス供給部６６０を含み、複数の配管を通じてシャワーヘッド６０６と連結されている。
【０１８４】
前記第１ガス供給部６３０は第１キャリアガスを貯蔵するための第１貯蔵容器６３２、液相のＴｉＣｌ4を収容するための密閉容器６３４、及び第１貯蔵容器６３２から前記密閉容器６３４内部に延長し前記第１キャリアガスのバブリングによって第１ソースガスを形成する浸漬配管６３６を含む。前記第２ガス供給部６４０は第２キャリアガスを貯蔵するための第２貯蔵容器６４２、及びＮＨ3ガスを提供するためのＮＨ3タンク６４４を含む。
【０１８５】
前記シャワーヘッド６０６と第１ガス供給部６３０の密閉容器６３４は第１配管６７０ａと、前記第１配管６７０ａから分岐された第１分岐配管６７２ａ及び第２分岐配管６７２ｂによって連結されている。前記シャワーヘッド６０６と第２ガス供給部６４０のＮＨ3タンク６４４は第２配管６７０ｂと、前記第２配管６７０ｂから分岐された第３分岐配管６７２ｃ、第４分岐配管６７２ｃ及び第５分岐配管６７２ｅによって連結されている。第３ガス供給部６５０は第３配管６７０ｃによって第１配管６７０ａに連結されており、第２ガス供給部６４０の第２貯蔵容器６４２は第４配管６７０ｄを通じて第２配管６７０ｂに連結されている。前記工程チャンバー６０２内部を洗浄するために洗浄ガスを供給する第４ガス供給部６６０は第５配管６７０ｅを通じて第３配管６７０ｃに連結されている。
【０１８６】
一方、前記第１分岐配管６７２ａ、第２分岐配管６７２ｂ、第３分岐配管６７２ｃ、第４分岐配管６７２ｄ及び第５分岐配管６７２ｅにはそれぞれ第１迂回配管６７４ａ、第２迂回配管６７４ｂ、第３迂回配管６７４ｃ、第４迂回配管６７４ｄ及び第５迂回配管６７４ｅがそれぞれ連結されている。
【０１８７】
前記第１配管６７０ａ及び第２配管６７０ｂには第１ゲートバルブ６７６ａ及び第２ゲートバルブ６７６ｂが設置されており、第３配管６７０ｃ、第４配管６７０ｄ、第５配管６７０ｅ及び浸漬配管６３６には第１流量制御バルブ６７８ａ、第２流量制御バルブ６７８ｂ、第３流量制御バルブ６７８ｃ及び第４流量制御バルブ６７８ｄが設置されている。また、前記第１分岐配管６７２ａ、第１迂回配管６７４ａ、第２分岐配管６７２ｂ、第２迂回配管６７４ｂ、第３分岐配管６７２ｃ、第３迂回配管６７４ｃ、第４分岐配管６７２ｄ、第４迂回配管６７４ｄ、第５分岐配管６７２ｅ、第５迂回配管６７４ｅにはそれぞれ第１連動バルブ６８０ａ、第２連動バルブ６８０ｂ、第３連動バルブ６８０ｃ、第４連動バルブ６８０ｄ、第５連動バルブ６８０ｅ、第６連動バルブ６８０ｆ、第７連動バルブ６８０ｇ、第８連動バルブ６８０ｈ、第９連動バルブ６８０ｉ及び第１０連動バルブ６８０ｊが設置されている。
【０１８８】
前記第１分岐配管６７２ａには第１ソースガスの流量を既に設定された第１流量に調節するための第１質量流量制御器６８２ａが設置され、前記第３分岐配管６７２ａには第２ソースガスの流量を既に設定された第２流量に調節するための第２質量流量制御器６８２ｂが設置される。前記第４分岐配管６７２ｄには第２ソースガスの流量を既に設定された第３流量に調節するための第３質量流量制御器６８２ｃが設置される。前記第２分岐配管６７２ｂには第１ソースガスを既に設定された第４流量に調節するための第４質量流量制御器６８２ｄが設置され、前記第５分岐配管６７２ｅには第２ソースガスの流量を既に設定された第５流量に調節するための第５質量流量制御器６８２ｅが設置される。
【０１８９】
前記半導体基板１０上に第１金属化合物膜を蒸着するために第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第１流量及び第２流量で半導体基板上１０に供給する間、前記第１連動バルブ６８０ａ及び第５連動バルブ６８０ｅが開放され前記第２連動バルブ６８０ｂ及び第６連動バルブ６８０ｆが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第４流量で迂回させるために前記第３連動バルブ６８０ｃが閉められ第４連動バルブ６８０ｄが開放され、前記第２ソースガスを第３流量及び第５流量で迂回させるために第７連動バルブ６８０ｇ及び第９連動バルブ６８０ｉが閉められ前記第８連動バルブ６８０ｈ及び第１０連動バルブ６８０ｊが開放される。
【０１９０】
前記第１金属化合物膜を形成した後、前記第１ソースガスの供給を中断し前記第２ソースガスを第３流量で供給するために第７連動バルブ６８０ｇが開放され前記第８連動バルブ６８０ｈが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量及び第４流量でそれぞれ迂回させるために前記第１連動バルブ６８０ａ及び第３連動バルブ６８０ｃが閉められ、第２連動バルブ６８０ｂ及び第４連動バルブ６８０ｄが開放され、前記第２ソースガスを第２流量及び第５流量でそれぞれ迂回させるために前記第５連動バルブ６８０ｅ及び第９連動バルブ６８０ｉが閉められ、第６連動バルブ６８０ｆ及び第１０連動バルブ６８０ｈが開放される。前記第１金属化合物膜上には前記工程チャンバー６０２内に残留する第１ソースガスと前記第３流量で供給される第２ソースガスの反応によって第２金属化合物膜が連続的に蒸着され、前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜に含まれた塩素成分は前記第３流量で供給される第２ソースガスによって除去される。
【０１９１】
前記第２金属化合物膜を蒸着した後、前記第２金属化合物膜上に第３金属化合物膜を蒸着するため第１ソースガスと第２ソースガスをそれぞれ第４流量及び第５流量で前記工程チャンバー６０２内部に供給する間、前記第３連動バルブ６８０ｃ及び第９連動バルブ６８０ｉが開放され前記第４連動バルブ６８０ｄ及び第１０連動バルブ６８０ｊが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量で迂回させるために前記第１連動バルブ６８０ａが閉められ前記第２連動バルブ６８０ｂが開放され、第２ソースガスを第２流量及び第３流量で迂回させるために前記第５連動バルブ６８０ｅ及び第７連動バルブ６８０ｇが閉められ第６連動バルブ６８０ｆ及び第８連動バルブ６８０ｈが開放される。
【０１９２】
前記第３金属化合物膜を蒸着した後、第１ソースガスの供給を中断し前記第２ソースガスを第３流量で供給するために前記第７連動バルブ６８０ｇが開放され前記第８連動バルブ６８０ｈが閉められる。これと同時に、前記第１ソースガスを第１流量及び第４流量でそれぞれ迂回させるために前記第１連動バルブ６８０ａ及び第３連動バルブ６８０ｃが閉められ前記第２連動バルブ６８０ｂ及び第４連動バルブ６８０ｄが開放され、第２ソースガスを第２流量及び第５流量でそれぞれ迂回させるために前記第５連動バルブ６８０ｅ及び第９連動バルブ６８０ｉが閉められ第６連動バルブ６８０ｆ及び第１０連動バルブ６８０ｊが開放される。前記第３金属化合物上には前記工程チャンバー６０２内に残留する第１ソースガスと前記第３流量で供給される第２ソースガスの反応によって第４金属化合物膜が連続的に蒸着され、前記第３金属化合物膜及び第４金属化合物膜に含まれた塩素成分は前記第３流量で供給される第２ソースガスによって除去される。
【０１９３】
前記のような連動バルブ６８０ａ、６８０ｂ、６８０ｃ、６８０ｄ、６８０ｅ、６８０ｆ、６８０ｇ、６８０ｈ、６８０ｉ、６８０ｊ、ゲートバルブ６７６ａ、６７６ｂ及び流量制御バルブ６７８ａ、６７８ｂ、６７８ｃ、６７８ｄの動作はバルブ制御部６９０によって制御される。
【０１９４】
前記ステージ６０４は前記半導体基板の温度を工程温度に加熱するためにヒーターを内蔵し、工程チャンバー６０２の側面には半導体基板１０の搬出入のためのゲートドア６８６が設置されている。前記金属化合物膜を蒸着する間発生した反応副産物、残余ガスなどは工程チャンバー６０２と連結された真空システム６１０によって工程チャンバー６０２から除去される。
【０１９５】
前記のような本発明の第６実施例による金属化合物膜の蒸着装置の構成要素は図１及び図２を参照して既に説明された実施例と類似するのでこれらの説明についての追加的な詳細説明は省略する。
図３３は図３２に示された金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図であり、図３４は図３３に示された金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【０１９６】
図３３及び図３４に示すように、シリコンウェーハのような半導体基板１０上に金属及びハロゲン元素を含む第１ソースガス、前記金属と結合可能な物質及び前記ハロゲン元素と結合可能な物質を含む第２ソースガスを第１流量比で供給して第１金属化合物膜を前記基板上に形成する（段階Ｓ６００）。
【０１９７】
前記第１ソースガスとしてはＴｉＣｌ4ガスが使用され、前記第２ソースガスとしてはＮＨ3ガスが使用される。前記第１金属化合物膜を蒸着する間前記ＴｉＣｌ4ガスと前記ＮＨ3ガスの第１流量及び第２流量はそれぞれ第１質量流量制御器６８０ａ及び第２質量流量制御器６８０ｂによって制御される。前記第１流量比は第１金属化合物の段差被覆性を向上させるために物質伝達による蒸着率より表面反応による蒸着率がさらに大きい範囲で決定されることが望ましい。
【０１９８】
例えば、前記第１ソースガスの第１流量と第２ソースガスの第２流量との比である第１流量比は約１：２から１：１０程度に制御される。言い換えれば、前記第１ソースガスと第２ソースガスとの間の第１流量比は０．１：１から０．５：１程度に制御される。これは前記第２ソースガスの第２流量より第１ソースガスの第１流量を相対的に小さくすることで、第１金属化合物膜内での所望しない物質、即ち、塩素の含量を減少させるためである。
【０１９９】
例えば、前記第１質量流量制御器６８０ａを用いて第１ソースガスの第１流量を約２０ｓｃｃｍに制御し、前記第２質量流量制御器６８０ｂを用いて第２ソースガスの第２流量を約６０ｓｃｃｍに制御することができる。
前記第１ソースガスの供給を中断し前記第１金属化合物膜上に第２ソースガスを前記第２流量より大きい第３流量で供給して前記工程チャンバー６０２内に残留する第１ソースガスと前記第３流量で供給された第２ソースガスの反応を通じて第２金属化合物を蒸着すると同時に前記第１金属化合物膜及び前記第２金属化合物膜内の所望しない物質を除去する（段階Ｓ６１０）。
【０２００】
具体的に、前記第２ソースガスの第３流量は第３質量流量制御器６８０ｃによって制御され、前記第２流量と前記第３流量との間の比は約１：１０から１：１００程度に設定される。例えば、前記第２金属化合物膜を蒸着する間前記第２ソースガスは約１０００ｓｃｃｍ程度で供給される。
【０２０１】
特に、前記Ｓ６１０段階で、前記第１ソースガスは第１連動バルブ６８０ａ及び第３連動バルブ６８０ｃの閉めによって供給が中断される。しかし、実質的に基板１０上には、前記Ｓ２００段階で既に工程チャンバー２０２内部に供給され工程チャンバー２０２内に残留する第１ソースガスがＳ２１０段階でも継続的に基板１０上に提供され、前記第２金属化合物膜の蒸着に寄与する。即ち、前記Ｓ６１０段階を実施する時間が十分に長い場合、基板１０の側面で第１ソースガスは第１流量から漸次減少され、続いて、完全に基板１０上への供給が中断される。これとは異なり、前記Ｓ６１０段階を実施する時間が相対的に短い場合、前記工程チャンバー６０２に残留する第１ソースガスは前記Ｓ６１０段階を実施する間持続的に第２金属化合物膜の蒸着に寄与することができる。
【０２０２】
前記Ｓ６００段階及びＳ６１０段階を交互に反復的に実施して前記半導体基板１０上に、目的とする厚さを有し前記第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜を含む第１金属複合膜を形成する（段階Ｓ６２０）。
前記第１金属複合膜上に第１ソースガスを前記第１流量より大きい第４流量で供給し前記第２ソースガスを前記第２流量より小さいか同じである第５流量で供給して第３金属化合物膜を蒸着する（段階Ｓ６３０）。具体的に、前記第１ソースガスの第４流量は第４質量流量制御器６８０ｄによって制御され、前記第２ソースガスの第５流量は第５質量流量制御器６８０ｅによって制御される。前記第４流量に対する第５流量の比は０．５より大きいか同じであり２より小さく制御される。
【０２０３】
例えば、前記第３金属化合物膜を蒸着する間前記第１ソースガスの第４流量及び第２ソースガスの第５流量は約３０ｓｃｃｍにそれぞれ制御される。
前記第１ソースガスの供給を中断し、前記第３金属化合物膜上に前記第２ソースガスを前記第３流量と実質的に同一の第６流量で供給して第３金属化合物膜上に第４金属化合物膜を連続的に蒸着すると同時に前記第３金属化合物膜及び第４金属化合物膜に残留する塩素成分を除去する（段階Ｓ６４０）。
【０２０４】
前記第６流量は第３質量流量制御器６８０ｃによって制御され、前記第４金属化合物膜の蒸着は前記第２金属化合物膜の蒸着の場合と実質的に同一に行われる。
前記Ｓ６３０段階及びＳ６４０段階を交互に反復的に実施して前記第１金属複合膜上に、目的とする厚さを有し前記第３金属化合物膜及び第４金属化合物膜を含む第２金属複合膜を形成する（段階Ｓ６５０）。
【０２０５】
図３５は本発明の一実施例によって形成されたチタン窒化膜を含む半導体装置を概略的に示す断面図である。
図３５に示すように、半導体基板１０上には複数の電界効果トランジスタ２０が形成されており、前記トランジスタ２０上にはビットライン構造物３０が形成され、前記ビットライン構造物３０上にはデータ貯蔵のためのキャパシター４０が形成されている。
【０２０６】
前記トランジスタ２０のうちセル領域に配置された一部は前記ビットライン構造物３０及び前記キャパシター４０と電気的に連結され、それぞれのキャパシター４０は下部電極、誘電膜及び上部電極を含む。また、前記トランジスタ２０のうち他の一部は信号伝達のための金属配線構造物５０とコンタクトプラグ６０を通じて連結されており、前記金属配線構造物５０はキャパシター４０の上部に形成される。
【０２０７】
詳細に図示されてはいないが、前記のような構造物は層間絶縁膜７０によって電気的に絶縁され、多様な単位工程を反復的に実施することで形成される。
特に、前記キャパシター４０の下部電極４２と上部電極４４は本発明の実施例による金属化合物膜の蒸着方法と蒸着装置を用いて形成される。このとき、前記誘電膜４６が高誘電物質を含む場合、相対的に低い温度で相対的に小さい流量のＴｉＣｌ4ガスを用いるので前記高誘電物質とハロゲン元素との間の反応を抑制することができる。従って、前記誘電膜４６の電流漏洩特性を改善することができ、前記下部電極４２及び上部電極４４の比抵抗を改善することができる。
【０２０８】
前記ビットライン及び金属配線のような導電性構造物３０、５０と前記層間絶縁膜７０との間には金属障壁膜３２、５２が形成され、前記金属障壁膜３２、５２は本発明の実施例による金属化合物膜の蒸着方法と蒸着装置を用いて形成される。前記金属障壁膜３２、５２は相対的に低い温度で形成されるので基板１０上の下部構造物に対する熱的ストレスを減少させることができる。また、ビットライン及び金属配線構造物３０、５０と下部構造物との間で電気抵抗を減少させることができる。
【０２０９】
また、前記コンタクトプラグ６０は下部のトランジスタ構造物２０と上部の金属配線構造物５０とを電気的に連結し、本発明の実施例による金属化合物膜の蒸着方法と蒸着装置を用いて形成される。前記コンタクトプラグ６０は相対的に低い温度で形成されるので基板１０上の下部構造物に対する熱的ストレスを減少させることができる。また、ビットライン及び金属配線構造物３０、５０と下部構造物との間で電気抵抗を減少させることができる。
【０２１０】
（産業上の利用可能性）
前記のような本発明の実施例によると、第１ソースガスと第２ソースガスを用いて第１金属化合物膜を蒸着し、前記第１ソースガスと第２ソースガスの供給流量を調節して前記第１金属化合物膜上に連続的に第２金属化合物を蒸着すると同時に第１金属化合物膜及び第２金属化合物膜に含まれた所望しない物質を除去する。従って、金属化合物膜の比抵抗を低くすることができ、従来のＡＬＤ方法及びＳＦＤ方法に比べて工程時間を大きく短縮させることができ金属化合物膜の蒸着装置のスループットが大きく向上する。
【０２１１】
また、金属化合物膜の蒸着工程を相対的に低い温度と圧力で実施するので下部構造物に対する熱的ストレスを減少させることができ、金属化合物膜の段差被覆性を大きく改善することができる。
特に、下部膜が高誘電物を含む場合、相対的に低い温度でソースガスの供給流量を調節することで前記高誘電物質とソースガスのハロゲン元素との間の反応を抑制することができ、これにより、下部膜を通じて電流漏洩を大きく抑制することができる。
【０２１２】
最後に、本発明の実施例によって蒸着された金属化合物膜は複数の金属化合物が反復的に積層された形態を有するので、後続するエッチング工程でのエッチング液の浸透を抑制することができる。従って、下部膜に対するエッチング損傷を防止することができる。
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施例による第１ガス供給部を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図である。
【図４】本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着方法によるガスの供給時間を示すグラフである。
【図５】工程温度とソースガスの供給流量によるチタン窒化膜の蒸着率を示すグラフである。
【図６】工程圧力とソースガスの供給流量によるチタン窒化膜の蒸着率を示すグラフである。
【図７】工程圧力とソースガスの供給流量によるチタン窒化膜の蒸着率を示すグラフである。
【図８】７００℃の温度と５トル（０．７ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【図９】７００℃の温度と５トル（０．７ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【図１０】７００℃の温度と５トル（０．７ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【図１１】５００℃の温度と２トル（０．３ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【図１２】５００℃の温度と２トル（０．３ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【図１３】５００℃の温度と２トル（０．３ｋＰａ）の圧力でのソースガスの変化によるチタン窒化膜の蒸着特性を示す電子顕微鏡写真である。
【図１４】本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着方法の段階の反復回数による基板上への実質的なガス供給量を説明するためのグラフである。
【図１５】本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着方法の段階の反復回数による基板上への実質的なガス供給量を説明するためのグラフである。
【図１６】本発明の第２実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
【図１７】本発明の第２実施例による金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物を蒸着する方法を説明するための流れ図である。
【図１８】本発明の第２実施例による金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【図１９】本発明の第２実施例による金属化合物膜の蒸着方法での基板上への実質的な第１ソースガスの供給量を説明するためのグラフである。
【図２０】従来のＳＦＤ工程のサイクル反復回数による蒸着率を示すグラフである。
【図２１】本発明の第１実施例による金属化合物膜の蒸着方法のサイクル反復回数による蒸着率を示すグラフである。
【図２２】従来のＳＦＤ工程と本発明の実施例によるＴＰＤ工程をそれぞれ実施する場合の単位時間当たり単位設備当たり基板処理量を示すグラフである。
【図２３】本発明の第３実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
【図２４】本発明の第３実施例による金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物を蒸着する方法を説明するための流れ図である。
【図２５】本発明の第３実施例による金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【図２６】本発明の第４実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
【図２７】本発明の第４実施例による金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物を蒸着する方法を説明するための流れ図である。
【図２８】本発明の第４実施例による金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【図２９】本発明の第５実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
【図３０】本発明の第５実施例による金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図である。
【図３１】本発明の第５実施例による金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【図３２】本発明の第６実施例による金属化合物膜の蒸着装置を概略的に示す構成図である。
【図３３】本発明の第６実施例による金属化合物膜の蒸着装置を用いて基板上に金属化合物膜を蒸着する方法を説明するための流れ図である。
【図３４】本発明の第６実施例による金属化合物膜の蒸着方法によるソースガスの供給時間を示すグラフである。
【図３５】本発明の実施例によって形成されたチタン窒化膜を含む半導体装置を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０２１４】
１０  半導体基板、１００  金属化合物膜の蒸着装置、１０２  工程チャンバー、１０４  ステージ、１０６  シャワーヘッド、１１０  真空システム、１２０  ガス供給部ユニット、１３０  第１ガス供給部、１４０  第２ガス供給部、１５０  第３ガス供給部、１６０  第４ガス供給部、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄ、１７０ｅ  第１、第２、第３、第４、第５配管、１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｄ  第１、第２、第３、第４分岐配管、１７４ａ、１７４ｂ、１７４ｃ、１７４ｄ  第１、第２、第３、第４迂回配管、１７６ａ、１７６ｂ  第１、第２ゲートバルブ、１７８ａ、１７８ｂ、１７８ｃ、１７８ｄ  第１、第２、第３、第４流量制御バルブ、１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ、１８０ｄ、１８０ｅ、１８０ｆ、１８０ｇ、１８０ｈ  第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８連動バルブ、１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄ  第１、第２、第３、第４質量流量制御器、１９０  バルブ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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