KR100656214B1 - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 표면에 금속 또는 금속 화합물의 막이 형성된 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과, 레어 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 상기 플라즈마에 의해 상기 금속 또는 금속 화합물의 막 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이다. 본 발명에 의하면, 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하면서 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 상기 플라즈마를 금속 또는 금속 화합물의 막 표면에 형성된 자연 산화막에 작용시키기 때문에, 플라즈마 중의 활성 수소가 자연 산화막을 환원하는 동시에, 레어 가스의 활성종이 자연 산화막을 에칭한다. 그 결과, 상기 자연 산화막을 충분한 선택비로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 기판 표면의 금속 막 또는 금속 화합물 막, 특히 CoSi2 막 위에 형성된 자연 산화막의 제거에 사용되는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서는 피처리체인 실리콘 웨이퍼에 형성된 콘택트 홀의 밑바닥부에 Ti 막이 성막되고, 상기 Ti 막과 실리콘 웨이퍼와의 상호 확산에 의해 형성되는 TiSi층 상에 TiN 등의 배리어층이 형성되고, 또한 상기 배리어층의 위에 Al층, W층, Cu층 등이 형성되고, 콘택트 홀의 매립 및 배선의 형성이 실시된다. 종래부터 이러한 일련의 공정을 실시하기 위해서 복수의 챔버를 갖는 메탈 성막 시스템이 사용되고 있다. 이러한 메탈 성막 시스템에 있어서는 양호한 전기적 콘택트를 얻기 위해서 성막 처리에 앞서 실리콘 웨이퍼상에 형성된 자연 산화막을 제거하는 처리, 이른바 예비세정(pre-clean) 처리가 실시된다.
예비 세정 처리는, 메탈 성막 시스템에 편입된 챔버 내에서 처리 가스의 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마에 의해서 챔버 내의 실리콘 웨이퍼상의 자연 산화막을 제거하는 처리이다. 이 예비 세정 처리에 따르면 인라인으로 비교적 용이하게 자연 산화막을 제거할 수 있다.
한편, 최근 반도체 디바이스의 미세화가 진척되고 있다. 예컨대 홀 직경이 0.15μm 이하에 있어서는 배선 콘택트부의 저 저항화가 더욱 요망되고 있다. 종래에는 콘택트부의 재료로서 TiSi가 사용되었지만 최근 TiSi 대신에 Si의 위로부터 저저항의 CoSi2막을 형성하고, 그 위에 Ti를 형성하는 것이 실시되고 있다. 이 경우, CoSi2막 표면에 자연 산화막이 형성될 수 있다. 자연 산화막은 콘택트 저항이 높아지는 요인이 된다. 따라서 예비 세정 처리를 사용하여 손상을 주지 않고 효율적으로 고선택비로 CoSi2막 표면상의 자연 산화막을 제거할 수 있다면 반도체 제조 공정상의 이점이 크다.
그렇지만, CoSi2막 상의 자연 산화막을 종래의 예비 세정 처리로 제거할 때, 충분한 에칭 선택비를 취할 수 없는 경우가 있다. 또한, HF 수용액에 의한 습식 처리 등의 프로세스로 CoSi2막 상의 자연 산화막을 제거하는 방법에서는 노출 표면의 전체 및 홀 등의 측벽에 등방성 에칭이 실시되어 버린다. 이 때문에 상기 방법을 현재의 미세화된 디바이스에 사용하는 것은 곤란하다.
따라서 CoSi2막에 주는 손상을 저감하면서 CoSi2막 상의 자연 산화막을 효율적으로 고선택비로 제거하는 플라즈마 처리의 실현이 요망되고 있다.
또한 CoSi2 이외의 다른 금속이나 금속 화합물의 막 표면의 자연 산화막에 관해서도, 이것을 플라즈마에 의한 예비 세정 처리로 효율적으로 고선택비로 제거할 수 있다면 반도체 제조 공정상의 이점이 크다.
발명의 요약
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로 금속 또는 금속 화합물막, 특히 CoSi2막 상의 자연 산화막을 충분한 선택비로 효율적으로 제거할 수 있는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 표면에 금속 또는 금속 화합물의 막이 형성된 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과, 레어 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 상기 플라즈마에 의해 상기 금속 또는 금속 화합물의 막 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이다.
본 발명에 의하면, 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하면서 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 상기 플라즈마를 금속 또는 금속 화합물의 막 표면에 형성된 자연 산화막에 작용시키기 때문에, 플라즈마 중의 활성 수소가 자연 산화막을 환원하는 동시에 레어 가스의 활성종이 자연 산화막을 에칭한다. 그 결과, 상기 자연 산화막을 충분한 선택비로 제거할 수 있다.
상기 금속 또는 금속 화합물은 CoSi2, Co, W, WSi, Cu, Si, Al, Mo, MoSi, Ni 및 NiSi 중 어느 1종일 수 있다. 금속 또는 금속 화합물의 막에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비는 3이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 플라즈마는 유도 결합 플라즈마, 헬리콘파 플라즈마, 마이크로파 플라즈마 중 1종인 것이 바람직하다. 이들 플라즈마는 플라즈마 인입용 하부 전극의 바이어스 전압제와는 독립적으로 플라즈마를 형성할 수 있고, 따라서 금속 또는 금속 화합물의 막에 이온에 의해 주어지는 손상을 보다 작게 하여 자연 산화막을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 표면에 CoSi2막이 형성된 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과, 레어 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하면서 상기 기판에 바이어스 전압을 인가하여 상기 플라즈마에 의해 상기 CoSi2막 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이다.
본 발명에 의하면, 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하면서, 처리 용기 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하여 상기 플라즈마를 CoSi2막 표면에 형성된 자연 산화막에 작용시키기 때문에, 플라즈마 중의 활성 수소가 자연 산화막을 환원하는 동시에, 레어 가스의 활성종이 자연 산화막을 에칭한다. 그 결과, CoSi2막 표면에 형성된 자연 산화막을 충분한 선택비로 또한 CoSi2막에 이온에 의한 손상 을 주지 않고서 제거할 수 있다. 이 경우에, CoSi2막에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비는 3이상인 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스는 레어 가스와 H2 가스와의 합계량의 20% 이상이 되도록 공급된다. 더욱 바람직하게는 상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스는 레어 가스와 H2 가스와의 합계량의 40% 이상이 되도록 공급된다.
또한, 바람직하게는 상기 레어 가스는 Ar, Ne, He, Kr 및 Xe 중 적어도 1종이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법이 적용되는 예비 세정 처리 장치를 갖춘 메탈 성막 시스템을 도시하는 개략 구성도,
도 2는 도 1에 도시한 예비 세정 처리 장치의 개략 단면도,
도 3은 고주파 전원의 출력과 CoSi2막에 대한 SiO2막의 에칭 선택비의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 H2 가스 유량의 전체 가스 유량에 대한 비율과, CoSi2막에 대한 SiO2막의 에칭 선택비의 관계를 나타내는 그래프,
도 5는 처리 용기 내의 압력과 CoSi2막에 대한 SiO2막의 에칭 선택비의 관계 를 나타내는 그래프.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법이 적용되는 예비 세정 처리 장치를 갖춘 메탈 성막 시스템을 나타내는 개략 구성도이다. 이 메탈 성막 시스템(1)은 중앙에 반송실(10)이 배치되어 있다. 반송실(10)의 주위에는 2개의 카세트 챔버(11, 12), 탈 가스용 챔버(13), Ti 성막 장치(14), 예비 세정 처리 장치(15), TiN 성막 장치(16), Al 성막 장치(17) 및 냉각 챔버(18)가 설치되어 있다. 즉, 메탈 성막 시스템(1)은 멀티챔버 타입의 클러스터 툴 시스템이다.
이 메탈 성막 시스템(1)에 있어서, 콘택트홀 또는 비어홀이 형성되고, 상기 홀 부분(콘택트 부분)에 CoSi2막이 형성된 실리콘 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라 한다)(W)의 CoSi2막 상에, 배리어층이 형성된다. 또한, 상기 배리어층의 위에 Al(알루미늄)층이 형성되고 홀의 매립과 Al 배선의 형성이 실시된다. 구체적으로는 우선 반송 아암(19)에 의해 카세트 챔버(11)로부터 한 장의 웨이퍼(W)가 취출되고, 반송실을 통해 예비 세정 처리 장치(15)에 장입된다. 예비 세정 처리 장치(15)는 콘택트 부분의 CoSi2막 상에 형성되어 있는 자연 산화막을 제거한다(상세한 것은 후술한다). 그리고 반송 아암(19)에 의해, 웨이퍼(W)가 탈가스용 챔버(13)에 이송되어 배치된다. 탈 가스용 챔버(13)는 웨이퍼(W)의 탈 가스를 실시한다. 또한, 탈 가스용 챔버(13)로 탈 가스 처리를 하지 않고 웨이퍼를 직접 Ti 성막 장치(14)로 반송할 수도 있다.
그 후, 웨이퍼(W)는 Ti 성막 장치(14)에 장입된다. Ti 성막 장치(14)는 H2 가스, Ar 가스 및 TiCl4 가스를 사용한 플라즈마 CVD 등에 의해, CoSi2막 상에 Ti막을 성막한다. Ti막의 성막 종료 후, 웨이퍼(W)는 TiN 성막 장치(16)에 장입된다. TiN 성막 장치(16)는 N2 가스 또는 NH3 가스, 및 Ar 가스 및 TiCl4 가스를 사용한 플라즈마 CVD 등에 의해, TiN 막의 성막을 실시하여 배리어층을 형성한다. 또한, TiN막은 N2 가스, NH3 가스, TiCl4 가스를 사용하여 열 CVD로 성막될 수도 있다. 다음으로 Al 성막 장치(17)가 상기 배리어층상에 Al층을 형성한다. 여기까지의 공정으로 소정의 성막 처리는 종료한다. 그 후, 웨이퍼(W)는 냉각 챔버(18)에서 냉각되어 카세트 챔버(12)에 수용된다.
챔버(14 내지 17)의 배치는 적절히 자유롭게 설정된다. 또한, 웨이퍼의 처리수 및 스루풋을 고려하여 각각 챔버의 수량이 설정된다. 예컨대, 참조부호 14, 15가 예비 세정 챔버, 16이 Ti 챔버, 17이 TiN 챔버일 수 있다. 또는 참조부호 14가 예비 세정 챔버, 15, 16이 Ti 챔버, 17이 TiN 챔버일 수 있다.
이렇게 하여 예컨대, 불순물 확산 영역에 이르는 콘택트 홀이 형성되어 층간 절연막이 설치된 웨이퍼(W)와, 콘택트홀 내의 불순물 확산 영역상에 형성된 CoSi2막과, 이 CoSi2막 상에 형성된 배리어층과, 이 배리어층 상에 형성되어 기판상의 불순 물 확산 영역과 도통하는 금속층을 갖는 반도체 장치가 제조된다.
본 실시 형태의 메탈 성막 시스템(1)에 있어서는 반송실(10) 내부가 진공 상태로 유지되어 있다. 이 때문에 CoSi2막 상의 자연 산화막이 예비 세정 처리 장치(15)로 제거된 후, 웨이퍼(W)는 대기에 노출되지 않고 Ti 성막 장치(14)에 의해서 Ti막의 성막 처리를 받을 수 있다. 따라서 Ti막의 성막 전에 CoSi2막 상에 재차 자연 산화막이 형성되지 않는다. 이에 따라 Ti 성막 장치(14)에 의해 성막되는 Ti막과 CoSi2막의 계면이 양호하게 형성되어 전기적 특성이 개량될 수 있다.
다음으로 상기 메탈 성막 시스템(1)에 포함되어 있는 예비 세정 처리 장치(15)에 관해서 상세히 설명한다. 도 2는 예비 세정 처리 장치(15)의 개략 단면도이다. 이 예비 세정 처리 장치(15)는 유도 결합 플라즈마(ICP) 에칭 장치로서 구성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 예비 세정 처리 장치(15)는 상부가 개구된 바닥이 있는 원통 형상의 챔버(21)와, 이 챔버(21)의 상방에 가스 공급 부재(45) 및 개스킷(46)을 통해 연속적으로 설치된 덮개가 있는 원통 형상의 벨자(22)로 이루어지는 처리 용기(20)를 갖고 있다.
챔버(21) 내에는 그 상부에 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(기판 배치대)(23)가 원통상의 지지 부재(32)에 지지되어 있다. 서셉터(23)의 서셉터 본체(27)의 상면에는 웨이퍼(W)와 대략 동일 형상의 오목부(24)가 형성되어 있다. 이 오목부(24)에 웨이퍼(W)가 배치되도록 되어있다. 이 오목부(24)의 하방에는 메쉬 형상으로 형성된 원반 형상의 하부 전극(25)이 매설되어 있다. 하부 전극(25)에는 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 또한 하부 전극(25)의 하방에는 W, Mo 등으로 이루어지는 발열체(26)가 매설되어 있다. 서셉터 본체(27)는 AlN, Al2O3 등의 세라믹스과 같은 절연체로 이루어지고, 서셉터 본체(27)와 발열체(26)로 세라믹 히터를 구성하고 있다. 발열체(26)에는 직류의 전원(41)이 접속되어 있다. 전원(41)에서의 전력 공급에 의해 발열체(26)가 가열되어 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열될 수 있다.
또한 서셉터(23)의 상방에는, 오목부(24) 상에 배치된 웨이퍼(W)의 에지를 덮도록 석영, AlN, Al2O3 등의 유전체로 이루어지는 환상의 쉐도우 링(30)이 설치되어 있다. 이 쉐도우 링(30)은 그 하면에 접속된 지지 기둥(33)을 통해 환상 부재(34)에 연결되어 있다. 환상 부재(34)에는 막대상 부재(36)를 통해 승강 기구(37)가 접속되어 있다. 이 승강 기구(37)에 의해서 막대상 부재(36)를 승강시킴으로써 환상 부재(34), 지지 기둥(33) 및 쉐도우 링(30)이 일체적으로 승강될 수 있다. 또한, 막대상 부재(36)는 베로즈(35)에 의해 둘러 싸여 있다. 이에 따라 처리 용기(20) 내의 분위기가 막대상 부재(36)의 근방으로부터 외부로 누설되는 것이 방지되어 있다.
쉐도우 링(30)은 웨이퍼(W)의 에지를 마스크함과 동시에, 웨이퍼(W) 표면상에 균일한 밀도의 플라즈마를 형성하기 위한 포커스링으로서의 기능도 갖고 있다. 쉐도우 링(30)은 챔버(21) 내에 웨이퍼(W)가 반입되어 서셉터(23)를 관통하여 상하 구동하는 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)상에 수수될 때에는 소정 위치까지 상승된다. 한편, 상기 웨이퍼 지지 핀 상에 웨이퍼(W)가 수수된 후, 상기 웨이퍼(W)가 서셉터(23)상에 배치될 때에는 상기 웨이퍼 지지 핀과 함께 하강된다.
상기 하부 전극(25)에는, 예컨대 13.56MHz의 주파수의 고주파 전원(39)이 정합기(38)를 통해 접속되어 있다. 고주파 전원(39)으로부터 하부 전극(25)으로의 전력 공급에 의해 소정의 바이어스 전압을 하부 전극(25)(즉, 결과적으로는 웨이퍼(W))에 인가 가능하게 구성되어 있다.
또한 챔버(21)와 벨자(22)의 사이에는 환상의 가스 공급 부재(45) 및 개스킷(46)이 설치되어 기밀하게 유지되어 있다. 가스 공급 부재(45)의 내측에는 복수 개의 가스 토출 구멍이 전체 외주에 걸쳐 대략적인 배치로 형성되어 있다. 상기 가스 토출 구멍에 의해 가스 공급 기구(60)로부터 공급되는 가스가 처리 용기(20) 내에 공급된다.
또한, 챔버(21)의 측벽에는 개구(47)가 설치되어 있다. 챔버(21)의 외측의 개구(47)와 대응하는 위치에는 게이트 밸브(48)가 설치되어 있다. 이에 따라, 게이트 밸브(48)가 열린 상태로, 웨이퍼(W)가 인접하는 로드록실(도시하지 않음)과 챔버(21) 내부의 사이에서 반송실(10)을 통해 반송되도록 이루어져 있다.
벨자(22)는, 예컨대 석영이나 세라믹스 재료 등의 전기 절연 재료로 형성되어 있다. 벨자(22)의 외측에는 플라즈마 발생 수단인 안테나로서의 유도 코일(42)이 감겨있다. 코일(42)에는 예컨대 450kHz 내지 60MHz에서 바람직하게는 450kHz의 주파수의 고주파 전원(44)이 정합기(43)를 통해 접속되어 있다. 고주파 전원(44) 으로부터 정합기(43)를 통해 코일(42)에 고주파 전력을 공급함으로써 벨자(22) 내에 유도 결합 플라즈마(ICP)가 발생되도록 이루어져 있다.
가스 공급 기구(60)는 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(61), 및 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(62)을 갖고 있다. Ar 가스 공급원(61)에는 가스 라인(63)이 접속되어 있다. 이 가스 라인(63)상에 개폐 밸브(65)와, 매스플로우 컨트롤러(68)와, 개폐 밸브(69)가 순차 설치되어 있다. 또한, H2 가스 공급원(62)에는 가스 라인(64)이 접속되어 있다. 이 가스 라인(64)상에 개폐 밸브(66)와, 매스플로우 컨트롤러(68)와, 개폐 밸브(70)가 순차로 설치되어 있다. 이들 가스 라인(63, 64)은 가스 라인(71)에 접속되고, 이 가스 라인(71)이 가스 공급 부재(45)와 접속되어 있다.
또한, 챔버(21)의 밑바닥 벽에는 배기관(50)이 접속되어 있다. 배기관(50)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(51)가 접속되어 있다. 배기 장치(51)를 작동시킴으로써 처리 용기(20) 내부는 소정의 진공도로 유지할 수 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 예비 세정 처리 장치(15)에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성된 자연 산화막을 제거할 때의 동작에 관해서 설명한다.
우선, 게이트 밸브(48)가 열린 상태가 되고, 메탈 성막 시스템(1)의 반송실(10)에 설치된 반송 아암(19)에 의해 챔버(21) 내에 웨이퍼(W)가 장입된다. 다음으로 쉐도우 링(30)이 상승된 상태로 서셉터(23)로부터 돌출하는 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음) 상에 웨이퍼(W)가 수수된다. 이어서, 웨이퍼 지지 핀 및 쉐도 우 링(30)이 하강되어, 웨이퍼(W)가 서셉터(23)상에 배치되는 동시에, 쉐도우 링(30)이 웨이퍼(W)의 외주 테두리부를 마스크한다.
그 후, 게이트 밸브(48)가 닫힌 상태가 되고, 배기 장치(51)에 의해 처리 용기(20) 내부가 배기되어 소정의 감압 상태로 된다. 이 감압 상태로 Ar 가스 공급원(61) 및 H2 가스 공급원(62)으로부터 처리 용기(20) 내에 각각 소정 유량으로 Ar 가스 및 H2 가스가 도입된다. 동시에, 고주파 전원(44)으로부터 코일(42)로의 고주파 전력의 공급이 개시되어 벨자(22) 내에 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 이에 따라 Ar, H2 등의 활성종이 형성된다. 또한 고주파 전원(39)으로부터 서셉터(23)에 고주파 전력이 예컨대, 450kHz 내지 60MHz로, 바람직하게는 13.56MHz로 공급된다. 즉, 웨이퍼(W)에 자기 바이어스 전압이 인가된다. 이에 따라, 상기 활성종이 웨이퍼(W)에 의해 인입되기 쉬워져, 환원·에칭이 효율적으로 실시된다.
이러한 상태로 환원력의 향상을 위해 전원(41)으로부터의 전력 공급에 의해서 발열체(26)를 가열하여 웨이퍼(W)가 200 내지 500℃로 가열된다. 이렇게 하여 웨이퍼(W)의 콘택트 부분에 형성된 CoSi2막 상의 자연 산화막을 환원하여 에칭하여 제거하는 예비 세정 처리가 실시된다.
그 후, 배기 장치(51)에 의한 배기량 및 Ar 가스 공급원(61) 및 H2 가스 공급원(62)으로부터의 가스 공급량이 조절되어 처리 용기(20) 내부가 반송실(10)과 동등한 진공도로 복귀한다. 그리고, 상기 지지 핀이 서셉터(23)로부터 돌출하여 웨이퍼(W)를 들어 올린다. 게이트 밸브(48)가 열린 상태가 되면, 반송 아암(19)이 챔버(21) 내에 진입하여 웨이퍼(W)를 취출한다. 이상에서 예비 세정 처리 장치(15)에 있어서의 공정은 종료된다.
이러한 예비 세정 처리에 의해, CoSi2막 상의 자연 산화막이 적절히 제거될 수 있다. 이 경우에 레어 가스인 Ar 가스와 H2 가스와의 비율을 적절히 조정함으로써 CoSi2막에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비를 충분히 높일 수 있고, 또한 베이스층인 CoSi2막에 가해지는 손상을 저감할 수 있다. 이 경우의 에칭 선택비, 즉, CoSi2막의 에칭율과 자연 산화막의 에칭율의 비는 3이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는 벨자(22) 내에 유도 전자계가 형성되어 베이스층에 가해지는 이온에 의한 손상이 적은 유도 결합형 플라즈마가 발생되고, 상기 유도 결합 플라즈마를 사용하여 자연 산화막의 제거가 실시된다. 따라서, 베이스층인 CoSi2막에 가해지는 이온에 의한 손상이 한층 더 저감된다.
이러한 예비 세정 처리에 있어서 프로세스 조건이 CoSi2막에 대한 SiO2막의 에칭 선택비에 미치는 영향을 조사하는 실험이 실시되었다. 이 실험에서는 프로세스 조건이 Ar 가스/H2 가스 유량: 0.008/0.012L/min(8/12sccm), 처리 용기(20) 내의 압력: 0.655Pa, 웨이퍼(W)의 가열온도: 500℃, 고주파 전원(39)의 전력: 200W, 고주파 전원(44)의 전력: 1000W, 예비 세정 처리의 시간: 60초로 되고, 이들을 기준 으로 하여 고주파 전원(39)의 출력, H2 가스 유량 및 처리 용기(20) 내의 압력 중 어느 1종이 다양하게 변화되어 CoSi2막에 대한 SiO2막의 에칭 선택비(SiO2/CoSi
2 비)가 구해졌다. 그 결과를 도 3 내지 도 5에 나타낸다. 도 3은 횡축에 고주파 전원(39)의 출력(바이어스 파워)을 취하고, 세로축에 에칭 선택비를 취하여 나타낸 그래프이다. 도 4는 횡축에 H2 가스 유량의 전체 가스 유량에 대한 비율을 취하고, 세로축에 에칭 선택비를 취하여 나타낸 그래프이다. 도 5는 횡축에 처리 용기(20) 내의 압력을 취하고 세로축에 에칭 선택비를 취하여 나타낸 그래프이다.
이하, 상기 실험 결과를 토대로 예비 세정 처리에 있어서의 바람직한 프로세스 조건에 관해서 설명한다.
처리 용기(20) 내에 공급되는 H2 가스량이 극히 적어도 처리 시간이 짧으면 CoSi2막에 주는 손상을 적게 하여 자연 산화막을 제거할 수 있다. 그렇지만, CoSi2막에 주는 손상을 적게 하여 자연 산화막을 효과적으로 제거한다는 관점에서는 처리 용기(20) 내에 공급되는 H2 가스의 비율은 20% 이상이 바람직하고, 40% 이상이 보다 바람직하다. 또한 H2 가스의 비율이 상승할수록 자연 산화막의 에칭 선택비는 상승하고, H2 가스의 비율 80%에서는 자연 산화막의 에칭 선택비는 20이상이 된다. 그러나 H2 가스의 비율이 80%를 초과하면 단시간에 소정의 자연 산화막의 에칭량(2nm 이상)을 얻기 어렵게 되기 때문에, H2 가스의 비율은 80% 이하가 바람직 하다.
처리 용기(20)내의 압력은 0.133 내지 6.55Pa(1 내지 50mTorr)로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.133 내지 2.66Pa(1 내지 20mTorr)이다.
전체 가스의 유량은 30sccm 이하이고, 바람직하게는 20sccm 이하로 하는 것이 바람직하다.
고주파 전원(39)으로부터 서셉터에 공급되는 바이어스 전력은 20 내지 700W로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 100 내지 500W이다.
예비 세정 처리의 시간은 에칭의 면내 균일성을 생각하면 10 내지 180초로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10 내지 120초이다.
이들 범위를 만족하는 프로세스 조건을 채용함으로써 CoSi2막 상에 형성된 자연 산화막이 적절히 제거될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 다양하게 변형할 수 있다. 예컨대, 상기 실시 형태에서는 유도 결합 플라즈마에 의해 자연 산화막을 제거했지만, 이에 한정되지 않고, 헬리콘파 플라즈마, 마이크로파 리모트 플라즈마로 대표되는 마이크로파 플라즈마 등, 고플라즈마 밀도로 이온에 의한 손상이 작은 플라즈마를 바람직하게 사용할 수 있다. 물론 다른 플라즈마일 수도 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는 웨이퍼(W)의 콘택트 부분에 형성된 CoSi2막 상의 자연 산화막을 제거하는 경우에 관해서 나타냈지만 이에 한정되지 않고 다른 금속 또는 금속 화합물의 막 표면에 형성된 자연 산화막도 고 선택비로 제거할 수 있다. 이러한 금속 또 는 금속 화합물 막으로서는 Co막, W막, WSi막, Cu막, Si막, Al막, Mo막, MoSi막, Ni막 및 NiSi막을 들 수 있다. 또한, 배선 형성 프로세스에 있어서 CMP에 의한 연마 공정 후에 형성되는 산화물의 제거에도 본 발명이 이용될 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는 레어 가스로서 Ar을 사용한 경우에 관해서 나타냈지만 이에 한정되지 않고 Ne, He, Kr, Xe를 사용할 수도 있다.
Claims (45)
- 플라즈마 처리 방법에 있어서,표면이 금속 또는 금속 화합물 또는 Si를 갖는 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과,상기 처리 용기 내에 Ar 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과,상기 기판을 200 내지 500℃로 가열하는 공정과,Ar 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여, 상기 플라즈마에 의해 상기 금속 또는 금속 화합물 또는 Si의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비하고,상기 Ar 가스 및 H2 가스의 전체 가스 유량은 30sccm 이하이고,상기 금속 또는 금속 화합물 또는 Si에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비는 3이상이고,상기 처리 용기 내에 Ar 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스의 유량은 전체 가스 유량의 20% 이상이 되도록 공급되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 금속 또는 금속 화합물은 CoSi2, Co, W, WSi, Cu, Al, Mo, MoSi, Ni 및 NiSi 중 어느 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
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- 플라즈마 처리 방법에 있어서,표면이 CoSi2 를 갖는 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과,상기 처리 용기 내에 Ar 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과,상기 기판을 200 내지 500℃로 가열하는 공정과,Ar 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하면서 상기 기판에 고주파 바이어스 전압을 인가하여, 상기 플라즈마에 의해 상기 CoSi2 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비하고,상기 Ar 가스 및 H2 가스의 전체 가스 유량은 30sccm 이하이고,상기 CoSi2 에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비는 3이상이며,상기 처리 용기 내에 Ar 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스의 유량은 전체 가스 유량의 20% 이상이 되도록 공급되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
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- 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 플라즈마는 유도 결합 플라즈마이고, 이 유도 결합 플라즈마를 생성하는 주파수는 450kHz 내지 60MHz이고,상기 고주파 바이어스 전압의 주파수는 13.56MHz인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 처리 용기 내의 압력은 0.133 내지 6.55Pa인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
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- 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 자연 산화막을 제거하는 공정의 시간은 10 내지 180초인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
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- 플라즈마 처리 방법에 있어서,표면에 금속 또는 금속 화합물 또는 Si 막이 형성된 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과,상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과,레어 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하여 상기 플라즈마에 의해 상기 금속 또는 금속 화합물 또는 Si의 막 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비하고,상기 레어 가스 및 H2 가스의 전체 가스 유량은 30sccm 이하이고,상기 금속 또는 금속 화합물 또는 Si의 막에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비는 3이상이고,상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스의 유량은 전체 가스 유량의 20% 이상이 되도록 공급되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 플라즈마 처리 방법에 있어서,표면에 CoSi2 막이 형성되는 기판을 처리 용기 내에 수용하는 공정과,상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정과,레어 가스 및 H2 가스의 공급 공정 중에 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하면서 상기 기판에 고주파 바이어스 전압을 인가하여, 상기 플라즈마에 의해 상기 CoSi2막의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비하고,상기 레어 가스 및 H2 가스의 전체 가스 유량은 30sccm 이하이고,상기 CoSi2 의 막에 대한 자연 산화막의 에칭 선택비는 3이상이며,상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스의 유량은 전체 가스 유량의 20% 이상이 되도록 공급되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 플라즈마를 사용하여 기판상에 형성된 자연 산화막을 상기 기판에 손상을 주지 않으면서 상기 기판에 대하여 고 선택비로 제거하기 위한 플라즈마 처리 방법에 있어서,처리 용기 내에 배치된 서셉터상에 기판을 배치하는 공정과,상기 기판의 에지를 마스크하는 공정과,상기 처리 용기 내에 소정의 비율로 H2 가스와 레어 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내부를 소정의 압력으로 조정하는 공정과,상기 서셉터 내에 매설된 하부 전극에 고주파 전력을 공급하여 상기 서셉터를 통해 상기 기판에 소정의 바이어스 전압을 인가하는 공정과,상기 처리실 내에 H2 가스와 레어 가스와의 플라즈마를 생성하여 상기 기판상에 형성된 자연 산화막을 상기 기판으로 이온 손상을 주지 않으면서 상기 기판에 대하여 고 선택비로 제거하는 공정을 구비하고,상기 레어 가스 및 H2 가스의 전체 가스 유량은 30sccm 이하이고,상기 고선택비는 3이상의 비율이며,상기 처리 용기 내에 레어 가스 및 H2 가스를 공급하는 공정에 있어서, H2 가스의 유량은 전체 가스 유량의 20% 이상이 되도록 공급되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 금속 또는 금속 화합물 또는 Si상에 형성하는 자연 산화막을, 손상을 주지 않는 플라즈마를 사용하여, 이 금속 또는 금속 화합물 또는 Si 에 대하여 고선택비로 제거하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,상기 자연 산화막 상에, H2 가스와 레어 가스의 플라즈마를 생성하여, 이 플라즈마에 의해 상기 자연 산화막을 제거하는 공정을 구비하고,상기 H2 가스와 레어 가스의 전체 가스 유량은 30sccm 이하인플라즈마 처리 방법.
- 제 38 항에 있어서,상기 금속 또는 금속 화합물은, CoSi2, Co, W, WSi, Cu, Si, Al, Mo, MoSi, Ni, NiSi 중 어느 하나인플라즈마 처리 방법.
- 제 38 항에 있어서,상기 H2 가스는 전체 가스 유량의 20% 이상인플라즈마 처리 방법.
- 제 1 항 및 제 35 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 플라즈마는, 유도 결합 플라즈마, 헬리콘파 플라즈마, 마이크로파 플라즈마 중 어느 하나인플라즈마 처리 방법.
- 기판 표면에 금속 또는 금속 화합물 또는 Si를 형성하는 공정과,상기 기판 표면에 레어 가스 또는 H2 가스의 전체 가스 유량이 30sccm 이하의 가스 유량으로 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마에 의해 상기 금속 또는 금속 화합물은 Si상의 자연 산화막을 제거하는 공정과,상기 자연 산화막을 제거한 기판 표면에 플라즈마 CVD-Ti 막을 형성하는 공정과,상기 Ti 막상에 열 CVD-TiN 막을 형성하는 공정을 구비하는플라즈마 처리 방법.
- 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 처리 용기 내에 소정의 비율로 H2 가스와 레어 가스를 공급하여 상기 처리 용기 내를 소정의 압력으로 조정하는 공정에 있어서, H2 가스는 전체 가스 유량의 20% 이상의 비율로 공급되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 제 35 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 레어 가스는 Ar, Ne, He, Kr 및 Xe 중 어느 1종인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 제 35 항에 있어서,상기 기판은 그 기판상에 Co, W, WSi, Cu, Si, Al, Mo, MoSi, Ni 및 NiSi 중 어느 1종이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
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