KR101938841B1 - 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 노출된 유전체 위에 있는 구리 표면 상에 코발트 층을 선택적으로 형성하기 위한 공정을 제공한다. 일 실시예에서, 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 예비-처리 공정 중에 금속 구리 표면을 형성하면서 처리 챔버 내의 기판의 오염된 구리 표면을 환원제에 노출시키는 단계와, 기상 증착 공정 중에 유전체 표면을 그대로 노출시키면서 상기 금속 구리 표면 상에 또는 위에 코발트 캡핑 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계, 및 상기 코발트 캡핑 층과 유전체 표면 상에 또는 위에 유전체 배리어 층을 증착시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 증착 처리 사이클은 기상 증착 공정을 수행하고 계속해서 후-처리 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 증착 처리 사이클은 반복되어 다수의 코발트 캡핑 층들을 형성할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 소자들을 제작하기 위한 금속배선 공정(metallization process)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 기판 상에 코발트 재료들을 증착함으로써 구리 디웨팅(dewetting)을 방지하는 것에 관한 것이다.
구리는 반도체 소자 제작에 중요한 다층 금속배선 공정들에 사용하기 위해 선택되는 현재 통용되는 금속이다. 제작 공정들을 추진하는 다층 상호접점(interconnect)들은 콘택들, 비아들, 라인들, 및 다른 피처들을 포함하는 고 종횡비 구멍들의 평탄화를 필요로 한다. 공동들의 형성이나 피처 형상(geometry)의 변형 없이 피처들을 충진하는 것은 피처들이 더 높은 종횡비들을 가질 때 더욱 어렵다. 또한, 제작자들이 회로 밀도 및 회로 품질을 증대시키고자 노력함에 따라 상호접점들의 신뢰가능한 형성은 더욱 어렵다.
구리의 상대적으로 저렴한 비용과 처리 특징들 때문에 구리의 사용이 시장에 널리 보급됨에 따라, 반도체 제작자들은 구리 확산과 디웨팅을 감소시킴으로써 구리와 유전체 재료 사이의 경계 영역들을 개선하고자 하는 방법들을 계속해서 찾고 있다. 피처 사이즈들이 감소함에 따라 구리 상호접점들을 제작하기 위한 여러 처리 방법들이 개발되어 왔다. 각각의 처리 방법은 경계 영역들에 걸친 구리 확산, 구리 결정질 구조의 변형, 및 디웨팅과 같은 에러들의 가능성을 증가시킬 수 있다. 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기계적 폴리싱(CMP), 전기 화학적 도금(ECP), 전기 화학 기계적 폴리싱(ECMP), 및 구리 층들을 증착 및 제거하는 다른 방법들은 상호접점들을 형성하는 구리를 조절하기 위해 기계적, 전기적, 또는 화학적 방법들을 사용한다. 배리어 및 캡핑 층들이 구리를 포함하도록 증착될 수 있다.
과거에, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 또는 주석, 알루미늄 또는 망간과의 구리 합금의 층이 배리어 층을 제공하거나 구리와 다른 재료들 간의 접착 조촉매(promoter)를 제공하기 위해 사용되었다. 이들 옵션들은 고가이거나 단지 부분적으로만 효과적이거나 또는 고가이면서 부분적으로만 효과적이다. 경계 영역들을 따라 구리 원자들이 다단계 반도체 처리 동안 일반적인 온도, 압력, 대기 조건들, 또는 다른 공정 변수들의 변화들을 겪기 때문에, 구리는 경계 영역들을 따라 이동할 수 있으며 응집된 구리가 될 수 있다. 또한, 구리는 경계 영역들을 따라 덜 균일하게 분산될 수 있으며 디웨팅된 구리가 될 수 있다. 경계 영역에서의 이러한 변화들은 응력 이동 및 구리 원자들의 전자 이동(electromigration)을 포함한다. 유전체 층들 또는 다른 구조들에 걸친 구리의 응력 이동 및 전자 이동은 결과적인 구조물들의 저항을 증가시키며 결과적인 소자들의 신뢰도를 감소시킨다.
코발트를 포함한 배리어 층들은 PVD, CVD, 및 ALD 공정들에 의해 증착되었다. 코발트를 증착하기 위한 PVD 공정들은 종종 정밀한 증착 두께들을 제어하는데 어려움을 겪는다. CVD 공정들은 보통 열악한 등각성(conformality)과 증착된 코발트 층 내의 오염들을 겪는다. 통상적인 ALD 공정 동안, 원하는 코발트 층을 형성하기 위해 코발트 전구체와 환원제가 기판에 연속적으로 노출된다. ALD 공정들은 매우 등각인 필름들 및 고 종횡비 비아들로 증착하기 위한 능력과 같이, 다른 기상 증착 공정들에 비해 여러 장점들을 가진다. 그러나, ALD 공정의 증착 속도들은 종종 너무 느리므로, ALD 공정들은 상업적 적용 분야들에 자주 사용되지 않는다.
그러므로, 구리 함유 층들의, 특히 구리 시드 층들에 대한 안정성과 접착력을 개선할 필요성이 존재한다. 또한, 유전체 재료들과 같은 인근 재료들로의 구리 확산을 방지하면서 구리 함유 층의, 특히 구리 라인 형성들에 대한 전자 이동(EM) 신뢰성을 개선할 필요성이 존재한다. 코발트 재료들을 증착하기 위한 개선된 기상 증착 공정에 대한 추가 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예들은 노출된 유전체 표면들 위에서 구리 표면 상에 코발트 층을 선택적으로 형성하기 위한 공정들을 제공한다. 일 실시예에서, 오염된 구리 표면과 유전체 표면을 포함하는 기판을 처리 챔버 내에 위치시키는 단계와, 예비-처리 공정 동안 금속 구리 표면을 형성하면서 상기 오염된 구리 표면을 환원제에 노출시키는 단계와, 기상 증착 공정 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 금속 구리 표면 상에 또는 위에 코발트 캡핑 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계, 및 상기 코발트 캡핑 층과 유전체 표면 상에 또는 위에 유전체 배리어 층을 증착시키는 단계를 포함하는, 기판 상에 구리 표면을 캡핑(capping)하기 위한 방법이 제공된다.
몇몇 예들에서, 상기 방법은 예비-처리 공정 동안 상기 금속 구리 표면을 형성하도록 상기 오염된 구리 표면 상의 구리 산화물들을 화학적으로 환원하는 단계를 더 포함한다. 상기 오염된 구리 표면은 환원제에 노출될 수 있으며 예비-처리 공정 동안 플라즈마가 점화되며 환원제는 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 암모니아/질소 혼합물, 또는 이들의 조합물들과 같은 시약(reagent)을 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, 오염된 구리 표면은 약 5초 내지 약 15초 범위 내의 시간 기간 동안 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 예에서, 환원제는 수소 가스를 포함하며, 예비-처리 공정은 열 공정이며, 상기 기판은 열 공정 동안 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃ 범위 내의 온도로 가열된다.
다른 예들에서, 상기 방법은 상기 유전체 배리어 층을 증착하기 이전의 후-처리 공정 동안 시약 및 플라즈마에 상기 코발트 캡핑 층을 노출시키는 단계를 더 포함한다. 상기 시약은 질소, 암모니아, 수소, 암모니아/질소 혼합물, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 증착 처리 사이클은 기상 증착 공정 및 그 이후의 후-처리 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 증착 처리 사이클은 다수의 코발트 캡핑 층들을 증착하기 위해 2회, 3회 또는 그보다 여러 번 수행된다. 코발트 캡핑 층들 각각은 각각의 증착 처리 사이클들 동안 약 3Å 내지 약 5Å 범위 내의 두께로 증착될 수 있다. 전체 코발트 캡핑 재료 또는 코발트 캡핑 층은 약 4Å 내지 약 20Å, 바람직하게는 약 5Å 내지 약 15Å 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 예들에서, 코발트 캡핑 층은 약 2Å 내지 약 8Å과 같은 약 10Å 미만의 두께를 가진다.
기판은 기상 증착 공정 동안 코발트 전구체 가스와 수소 가스를 포함하는 증착 가스에 노출될 수 있으며, 기상 증착 공정은 열 화학 기상 증착 공정 또는 원자 층 증착 공정이며, 여기서 코발트 전구체 가스는 일반적인 화학식 [(CO)xCoyLz]을 가지는 코발트 전구체를 포함하며, 여기서 X는 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 또는 12이며, Y는 1,2,3,4, 또는 5이며, Z는 1,2,3,4,5,6,7, 또는 8이며, 그리고 L은 사이클로펜타디에닐, 알킬사이클로펜타디에닐, 메틸사이클로펜타디에닐, 펜타메틸사이클로펜타디에닐, 펜타디에닐, 알킬펜타디에닐, 사이클로부타디에닐, 부타디에닐, 알릴, 에틸렌, 프로필렌, 알켄들, 디알켄들, 알킨들, 니트로실, 암모니아, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들로부터 독립적으로 선택되는 리간드(ligand)이다. 코발트 전구체 가스는 트리카르보닐 알릴 코발트, 사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐), 메틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐), 에틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐), 펜타메틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐), 디코발트 옥타(카르보닐), 니트로실 코발트 트리스(카르보닐), 비스(사이클로펜타디에닐) 코발트, (사이클로펜타디에닐) 코발트 (사이클로헥사디에닐), 사이클로펜타디에닐 코발트 (1,3-헥사디에닐), (사이클로부타디에닐) 코발트 (사이클로펜타디에닐), 비스(메틸사이클로펜타디에닐) 코발트, (사이클로펜타디에닐) 코발트 (5-메틸사이클로펜타디에닐), 비스(에틸렌) 코발트 (펜타메틸사이클로펜타디에닐), 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 코발트 전구체를 포함할 수 있다. 일 예에서, 코발트 전구체는 사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐)을 포함한다.
다른 실시예에서, 구리 산화물 표면과 유전체 표면을 포함하는 기판을 처리 챔버 내에 위치시키는 단계와, 예비-처리 공정 동안 금속 구리 표면을 형성하면서 상기 구리 산화물 표면을 암모니아 플라즈마 또는 수소 플라즈마에 노출시키는 단계와, 기상 증착 공정 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 금속 구리 표면 상에 또는 위에 코발트 캡핑 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계, 후-처리 공정 동안 상기 코발트 캡핑 층을 플라즈마에 노출시키는 단계 및 상기 코발트 캡핑 층과 유전체 표면 상에 또는 위에 유전체 배리어 층을 증착시키는 단계를 포함하는, 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법이 제공된다.
몇몇 예들에서, 증착 처리 사이클은 기상 증착 공정 및 그 이후의 후-처리 공정을 수행함으로써 형성된다. 상기 증착 처리 사이클은 다수의 코발트 캡핑 층들을 증착하기 위해 2회, 3회 또는 그보다 여러 번 수행될 수 있다. 코발트 캡핑 층들 각각은 각각의 증착 처리 사이클들 동안 약 3Å 내지 약 5Å 범위 내의 두께로 증착될 수 있다.
다른 예에서, 상기 구리 산화물 표면은 예비-처리 공정 동안 약 5초 내지 약 15초 범위 내의 시간 기간 동안 암모니아 플라즈마 또는 수소 플라즈마에 노출될 수 있다. 상기 플라즈마는 후-처리 공정 동안 코발트 캡핑 층에 노출될 수 있으며 질소, 암모니아, 암모니아/질소 혼합물, 또는 수소를 포함한다.
다른 실시예에서, 구리 산화물 표면과 유전체 표면을 포함하는 기판을 처리 챔버 내에 위치시키는 단계와, 예비-처리 공정 동안 금속 구리 표면을 형성하면서 상기 구리 산화물 표면을 암모니아 플라즈마 또는 수소 플라즈마에 노출시키는 단계와, 기상 증착 공정 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 금속 구리 표면 상에 또는 위에 코발트 캡핑 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스 및 수소 가스에 노출시키는 단계, 및 후-처리 공정 동안 질소, 암모니아, 수소, 암모니아/질소 혼합물, 및 이들의 조합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 및 시약에 상기 코발트 캡핑 층을 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법이 제공된다.
다른 실시예에서, 오염된 구리 표면과 유전체 표면을 포함하는 기판을 처리 챔버 내에 위치시키는 단계와, 예비-처리 공정 동안 금속 구리 표면을 형성하면서 상기 오염된 구리 표면을 환원제에 노출시키는 단계, 및 증착 처리 사이클 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 금속 구리 표면 상에 코발트 캡핑 재료를 증착하는 단계를 포함하는, 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법이 제공된다. 일 예에서, 상기 증착 처리 사이클은 기상 증착 공정 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 금속 구리 표면 상에 또는 위에 제 1 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계와, 처리 공정 동안 질소, 암모니아, 암모니아/질소 혼합물, 또는 수소를 포함하는 플라즈마에 상기 제 1 코발트 층을 노출시키는 단계와, 상기 기상 증착 공정 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 제 1 코발트 층 상에 또는 위에 제 2 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 상기 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계, 및 상기 처리 공정 동안 상기 제 2 코발트 층을 상기 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 코발트 캡핑 재료와 상기 유전체 표면 상에 또는 위에 유전체 배리어 층을 증착하는 단계를 더 제공한다.
몇몇 예들에서, 상기 방법은 기상 증착 공정 동안 상기 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 상기 제 2 코발트 층 상에 또는 위에 제 3 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 상기 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계, 및 상기 처리 공정 동안 상기 제 3 코발트 층을 상기 플라즈마에 노출시키는 단계를 제공한다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간단하게 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들로 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 동등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명에서 설명하는 실시예에 따른 처리 및 증착 공정을 설명하는 흐름도를 나타내며,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에서 설명하는 실시예에 따른 상이한 공정 단계들에서의 기판의 개략도들을 나타내며,
도 3은 본 발명에서 설명하는 다른 실시예에 따른 증착 공정을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에서 설명하는 실시예에 따른 상이한 공정 단계들에서의 기판의 개략도들을 나타내며,
도 3은 본 발명에서 설명하는 다른 실시예에 따른 증착 공정을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
본 발명의 실시예들은 상호접점 경계 영역들에서 구리 확산 및 디웨팅을 방지하기 위해 코발트 캡핑 층 또는 재료를 이용하는 방법을 제공한다. 전이 금속 예를 들어, 코발트는 접착력을 촉진하고, 확산 및 응집을 감소시키며, 처리 동안 기판 표면의 균일한 표면 거칠기 및 습윤화(wetting)를 향상시키도록 구리 경계 영역 특성들을 개선한다. 기판 상에 유전체 표면들을 노출시키게 유지하면서 기판 상의 구리 콘택 또는 표면 상에 코발트 캡핑 층이 선택적으로 증착될 수 있는 실시예들이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정(100)을 설명하는 흐름도를 나타낸다. 공정(100)은 폴리싱 공정 후에 기판 상의 구리 콘택 표면을 세정 및 캡핑하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 공정(100)의 단계들(110-140)은 도 2a 내지 도 2e에 도시된 기판(200) 상에서 사용될 수 있다. 공정(100)은 기판을 예비-처리 공정에 노출시키는 단계(단계(110))와, 기판의 노출된 구리 표면들 상에 코발트 캡핑 층을 증착시키는 단계(단계(120)), 기판을 후-처리 공정에 노출시키는 단계(단계(130)), 및 유전체 배리어 층을 기판 상에 증착시키는 단계(단계(140))를 포함한다.
도 2a는 폴리싱 공정에 노출된 후에 하부 층(202) 위에 배치되는 유전체 층(204)을 포함하는 기판(200)을 도시한다. 구리 콘택들(208)이 유전체 층(204) 내에 배치되며 배리어 층(206)에 의해 유전체 층(204)으로부터 분리된다. 유전체 층(204)은 저-k 유전체 재료와 같은 유전체 재료를 포함한다. 일 예에서, 유전체 층(204)은 실리콘 카바이드 산화물 재료 또는 탄소 도핑된 실리콘 산화물 재료와 같은 저-k 유전체 재료, 예를 들어 미국 캘리포니아 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티리얼즈, 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 BLACK DIAMOND Ⅱ 저-k 유전체 재료를 포함한다.
배리어 층(206)은 유전체 층(204) 내의 구멍 내에 등각으로 증착될 수 있다. 배리어 층(206)은 PVD 공정, ALD 또는 CVD 공정에 의해 형성 또는 증착될 수 있으며, 약 5Å 내지 약 50Å 범위, 바람직하게는 약 10Å 내지 약 30Å 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 배리어 층(206)은 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 이들의 실리사이드들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배리어 층(206)은 탄탈륨/탄탈륨 질화물 이중 층 또는 티타늄/티타늄 질화물 이중 층을 포함할 수 있다. 일 예에서, 배리어 층(206)은 PVD 공정들에 의해 증착되는 탄탈륨 질화물 및 금속 탄탈륨 층들을 포함한다.
화학 기계적 폴리싱(CMP) 공정과 같은 폴리싱 공정 동안, 구리 콘택들(208)의 상부 표면은 기판 영역(210)에 걸쳐 노출되며 오염물들(212)이 구리 콘택들(212) 상에 형성된다. 오염물들(212)은 보통 폴리싱 공정 동안 또는 이후에 형성되는 구리 산화물들을 포함한다. 구리 콘택들(208)의 노출 표면들은 과산화물들, 물, 또는 폴리싱 용액 내의 다른 시약들에 의해 또는 주변 공기 내의 산소에 의해 산화될 수 있다. 오염물들(212)은 또한, 습기, 표면 활성제들 및 다른 첨가물들을 포함하는 폴리싱 용액 잔류물들, 또는 폴리싱된 재료들의 입자들을 포함할 수 있다.
공정(100)의 단계(110)에서, 오염물들(212)은 기판(200)을 예비-처리 공정에 노출시킴으로써 기판 영역(210)으로부터 제거될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 일단 오염물들(212)이 처리되거나 구리 콘택들(208)로부터 제거되면, 구리 표면들(214)이 노출된다. 구리 산화물들은 환원제에 기판(200)을 노출시킴으로써 화학적으로 환원될 수 있다. 예비-처리 공정은 열 공정 또는 플라즈마 공정 동안 기판(200)을 환원제에 노출시킨다. 환원제는 액체 상태, 가스 상태, 플라즈마 상태, 또는 이들의 조합 상태들을 가질 수 있다. 예비-처리 공정 동안 유용한 환원제는 수소(예를 들어, H2 또는 원자-H), 암모니아(NH3), 수소와 암모니아 혼합물(H2/NH3), 원자-N, 히드라진(N2H4), 알콜들(예를 들어, 메탄올, 에탄올, 또는 프로판올), 이들의 유도체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 기판(200)은 예비-처리 공정 동안 원위치(in situ) 또는 원거리에서 형성된 플라즈마에 노출될 수 있다.
일 실시예에서, 기판(200)은 구리 표면들(214)을 형성하면서 오염물들(212)을 구리 콘택들(208)로부터 제거하기 위해 열 예비-처리 공정에 노출된다. 기판(200)은 처리 챔버 내에 위치되며, 환원제에 노출되며, 약 200℃ 내지 약 800℃ 범위, 바람직하게는 약 250℃ 내지 약 600℃ 범위, 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 기판(200)은 약 2분 내지 약 20분 범위, 바람직하게는 약 5 분 내지 약 15분 범위 내의 시간 기간 동안 가열될 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 약 12분 동안 수소 분위기를 포함하는 처리 챔버 내에서 약 500 ℃로 가열될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판(200)은 구리 표면들(214)을 형성하면서 오염물들(212)을 구리 콘택들(208)로부터 제거하기 위해 플라즈마 예비-처리 공정에 노출된다. 기판(200)은 처리 챔버 내에 위치되며, 환원제에 노출되고 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위, 바람직하게는 약 125℃ 내지 약 350℃ 범위, 더 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 300℃ 범위 내의 온도, 예컨대 약 200℃ 또는 약 250℃로 가열될 수 있다. 처리 챔버는 원위치 플라즈마를 생성할 수 있거나 원거리 플라즈마 소스(RPS)를 갖출 수 있다. 일 실시예에서, 기판(200)은, 약 2초 내지 약 60초 범위, 바람직하게는 약 3 초 내지 약 30 초 범위, 더 바람직하게는 약 5 초 내지 약 15 초 범위 내의 시간 기간, 예컨데 약 10초 동안 상기 플라즈마에(예컨데, 원위치 또는 원거리로) 노출될 수 있다. 플라즈마는 약 200와트 내지 약 1000와트 범위, 바람직하게는 약 400 와트 내지 약 800 와트 범위 내의 전력에서 생성될 수 있다. 일 예에서, 기판(200)은 약 5 Torr에서 약 10초 동안 400 와트에서 플라즈마가 생성되는 동안 수소 가스에 노출될 수 있다. 다른 예에서, 약 5 Torr에서 약 20 초 동안 800 와트에서 플라즈마가 생성되는 동안 기판(200)이 암모니아 가스에 노출될 수 있다. 다른 예에서, 약 5 Torr에서 약 15 초 동안 400 와트에서 플라즈마가 생성되는 동안 기판(200)이 수소 및 암모니아 가스 혼합물에 노출될 수 있다.
공정(100)의 단계(120)에서, 코발트 캡핑 층(216)은 도 2c에 도시한 바와 같이, 기판 영역들(210)에 걸쳐서 유전체 층(204)의 노출된 표면들을 그대로 유지하면서 구리 표면들(214) 상에 선택적으로 증착 또는 형성될 수 있다. 그러므로, 유전체 층(204)의 표면들을 코발트 캡핑 층(216) 없이 또는 적어도 실질적으로 없게 유지하면서 기판 영역(210)을 따라 코발트 캡핑 층(216)이 구리 표면들(214) 상에 선택적으로 증착된다. 초기에, 코발트 캡핑 층(216)은 구리 표면들(214)에 걸친 연속 층이거나 불연속 층일 수 있으나, 다수의 증착 사이클들 이후에는 연속 층이다.
오염물들(218)은 도 2c에 도시한 바와 같이, 기판 영역(210) 도처에, 예컨대 코발트 캡핑 층(216)뿐만 아니라 유전체 층(204)의 표면들 상에서 수집될 수 있다. 오염물들(218)은 카본, 유기 잔류물, 전구체 잔류물, 및 기판 영역(210) 상에서 수집된 다른 바람직하지 않은 재료들과 같은, 증착 공정으로부터의 부산물들을 포함할 수 있다.
기판(200)은 공정(100)의 단계(130)에서 후-처리 공정 동안 원위치 또는 원거리에서 형성된 플라즈마에 노출될 수 있다. 후-처리 공정은 코발트 캡핑 층(216)을 더욱 밀집화하면서 기판(200)으로부터 오염물들의 양을 제거하거나 감소시킨다. 후-처리 공정은 플라즈마 공정 동안 기판(200) 및 코발트 캡핑 층(216)을 환원제에 노출시킬 수 있다. 후-처리 공정 동안 유용한 환원제는 수소(예를 들어, H2 또는 원자-H), 암모니아(NH3), 수소와 암모니아 혼합물(H2/NH3), 질소(예를 들어, N2 또는 원자-N), 히드라진(N2H4), 이들의 유도체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 코발트 캡핑 층(216)은 약 2초 내지 약 60초 범위, 바람직하게는 약 3 초 내지 약 30 초 범위, 더 바람직하게는 약 5 초 내지 약 15 초 범위 내의 시간 기간 동안 후-처리 공정 동안 플라즈마에 노출될 수 있다.
일 예에서, 코발트 캡핑 층은 처리 챔버의 원위치 또는 원거리에서 수소 가스를 점화시킴으로써 형성된 수소 플라즈마에 노출된다. 다른 예에서, 코발트 캡핑 층은 처리 챔버의 원위치 또는 원거리에서 암모니아 가스를 점화시킴으로써 형성된 암모니아 플라즈마에 노출된다. 다른 예에서, 코발트 캡핑 층은 처리 챔버의 원위치 또는 원거리에서 수소 가스와 암모니아 가스의 혼합물을 점화시킴으로써 형성된 수소/암모니아 플라즈마에 노출된다.
플라즈마는 예를 들어, 원거리 플라즈마 소스(RPS) 시스템에 의해 처리 챔버 외부에서 생성될 수 있거나, 바람직하게 플라즈마는 단계(130) 또는 단계(330)에서와 같은 플라즈마 처리 공정 동안 PE-CVD 챔버와 같은 원위치 플라즈마 가능한 증착 챔버 내에서 생성될 수 있다. 플라즈마는 마이크로파(MW) 주파수 생성기 또는 무선 주파수(RF) 생성기로부터 생성될 수 있다. 바람직한 예에서, 원위치 플라즈마는 RF 생성기에 의해 생성된다. 처리 챔버는 약 0.1 Torr 내지 약 80 Torr 범위, 바람직하게는 약 0.5 Torr 내지 약 10 Torr 범위, 더 바람직하게는 약 1 Torr 내지 약 5 Torr 범위 내의 압력으로 플라즈마 처리 공정 동안 가압될 수 있다. 또한, 챔버 또는 기판은 약 500℃ 미만, 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 450℃ 범위, 더 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 400℃ 범위 이내, 예를 들어, 약 300℃의 온도로 가열될 수 있다.
처리 공정들 동안, 플라즈마는 원위치 플라즈마 공정을 위해 처리 챔버 내에서 점화될 수 있거나, 대안으로 RPS 시스템과 같은 외부 소스에 의해 형성될 수 있다. RF 생성기는 약 100 ㎑ 내지 약 60 ㎒ 범위 내의 주파수로 설정될 수 있다. 일 예에서, 13.56 ㎒의 주파수를 갖는 RF 생성기는 약 100 와트 내지 약 1000 와트, 바람직하게는 약 250 와트 내지 약 600 와트, 더 바람직하게는 약 300 와트 내지 약 500 와트 범위 내의 전력 출력을 갖도록 설정될 수 있다. 일 예에서, 350 ㎑의 주파수를 갖는 RF 생성기는 약 200 와트 내지 약 2000 와트, 바람직하게는 약 500 와트 내지 약 1500 와트, 더 바람직하게는 약 800 와트 내지 약 1200 와트 범위 내의, 예를 들어, 1000 와트의 전력 출력을 갖도록 설정될 수 있다. 기판 표면은 약 0.01 와트/㎠ 내지 약 10.0 와트/㎠, 바람직하게는 약 0.05 와트/㎠내지 6.0 와트/㎠ 범위 내의 표면적 당 전력 값을 갖는 플라즈마에 노출될 수 있다.
다른 실시예에서, 단계(120)는 적어도 한 번, 두 번 또는 그보다 여러 번 반복된다. 단계(120)는 코발트 캡핑 층(216)의 단일 층을 형성하도록 한번 수행되거나, 코발트 캡핑 층(216)의 2, 3, 4, 5, 또는 그보다 많은 수의 층들과 같은 코발트 캡핑 층(216)의 다수 층들을 형성하도록 여러 번 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(120) 및 단계(130)는 적어도 한 번, 그렇지 않으면 2, 3, 4 또는 그보다 많은 회수로 연속적으로 반복된다. 코발트 캡핑 층(216)은 약 2Å 내지 약 30Å, 바람직하게는 약 3Å 내지 약 25Å, 더 바람직하게는 약 4Å 내지 약 20Å, 더욱 바람직하게는 약 5Å 내지 약 15Å, 더욱 바람직하게는 약 5Å 내지 약 10Å 범위 내의, 예컨대 약 7Å 또는 약 8Å의 두께를 갖도록 증착될 수 있다. 일 예에서, 약 7Å의 두께를 갖는 코발트 캡핑 층(216)을 형성하도록 단계(120) 및 단계(130)의 두 사이클들이 수행된다. 다른 예에서, 약 8Å의 두께를 갖는 코발트 캡핑 층(216)을 형성하도록 단계(120) 및 단계(130)의 세 사이클들이 수행된다.
코발트 캡핑 층(216)은 단계(120) 동안 불활성 가스에 의해 전달되는 코발트 함유 전구체의 열적 분해에 의해 증착될 수 있다. 환원 가스는 처리 챔버 내로 코발트 전구체와 함께 유동되거나 교대로 펄싱될 수 있다. 기판은 약 50℃ 내지 약 600℃ 범위, 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 500℃, 더 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 400℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 대안으로, 코발트 캡핑 층(216)은 ALD 또는 CVD 공정에서 코발트 함유 전구체 가스에 기판을 노출시킴으로써 증착될 수 있다.
도 3은 코발트 캡핑 층(216)과 같은 코발트 함유 재료들을 형성하는데 사용될 수 있는 공정(300)의 흐름도를 나타낸다. 일 실시예에서, 공정(300)은 코발트 캡핑 재료를 형성하도록 증착 가스에 기판을 노출하는 단계(단계(310))와, 선택적으로, 증착 챔버를 퍼지(purge)하는 단계(단계(320))와, 플라즈마 처리 공정에 기판을 노출시키는 단계(단계(330))와, 증착 챔버를 퍼지하는 단계(단계(340)), 및 미리 결정된 두께의 코발트 캡핑 재료가 기판 상에 형성되었는지 여부를 결정하는 단계(단계(350))를 포함한다. 일 실시예에서, 미리 결정된 두께를 갖는 코발트 캡핑 재료가 형성되지 않았다면 단계들(310-350)의 사이클이 반복될 수 있다. 다른 실시예에서, 미리 결정된 두께를 갖는 코발트 캡핑 재료가 형성되지 않았다면 단계(310) 및 단계(330)의 사이클이 반복될 수 있다. 대안으로, 미리 결정된 두께를 갖는 코발트 캡핑 재료가 형성되었다면 공정(300)이 중단될 수 있다.
일 실시예에서, 기상 증착 공정 동안 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 금속 구리 표면 상에 또는 위에 코발트 캡핑 층을 선택적으로 형성하도록 코발트 전구체 가스와 수소 가스에 기판을 노출시키는 단계, 및 후-처리 공정 동안 질소, 암모니아, 수소, 암모니아/질소 혼합물들, 또는 이들의 조합물들과 같은 시약과 플라즈마에 상기 코발트 캡핑 층을 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법이 제공된다.
다른 실시예에서, 증착 처리 사이클 동안 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 금속 구리 표면 위에 코발트 캡핑 재료를 증착하는 단계를 포함하는, 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법이 제공된다. 일 예에서, 증착 처리 사이클은 기상 증착 공정 동안 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 금속 구리 표면 상에 또는 위에 제 1 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계와, 처리 공정 동안 질소, 암모니아, 암모니아/질소 혼합물, 또는 수소를 포함하는 플라즈마에 제 1 코발트 층을 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 기상 증착 공정 동안 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 제 1 코발트 층 상에 또는 위에 제 2 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 코발트 전구체 가스에 기판을 노출시키는 단계, 및 처리 공정 동안 상기 플라즈마에 제 2 코발트 층을 노출시키는 단계를 더 제공한다.
몇몇 예들에서, 상기 방법은 기상 증착 공정 동안 유전체 표면을 노출시키게 유지하면서 제 2 코발트 층 상에 또는 위에 제 3 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 코발트 전구체 가스에 기판을 노출시키는 단계, 및 처리 공정 동안 상기 플라즈마에 제 3 코발트 층을 노출시키는 단계를 제공한다.
본 발명에서 설명된 CVD 또는 ALD 공정들에 의해 코발트 함유 재료들(예를 들어, 금속 코발트 또는 코발트 합금들)을 형성하는데 적합한 코발트 전구체들은 코발트 카르보닐 복합물들, 코발트 아미디네이트(amidinate) 화합물들, 코발토센(cobaltocene) 화합물들, 코발트 디에닐 복합물들, 코발트 니트로실 복합물들, 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 코발트 재료들은 공동 양도된 미국 특허 제 7,264,846호 및 2003년 5월 22일자로 출원되어 US 2005-0220998호로 공개된 미국 출원 번호 10/443,648호에서 더 설명되는 CVD 및 ALD 공정들에 의해 증착될 수 있으며, 이들 공보는 인용에 의해 본 발명에 포함된다.
몇몇 실시예들에서, 코발트 카르보닐 화합물들 또는 복합물들은 코발트 전구체들로서 사용될 수 있다. 코발트 카르보닐 화합물들 또는 복합물들은 일반적인 화학식 [(CO)xCoyLz]을 가지며, 여기서 X는 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 또는 12일 수 있고, Y는 1,2,3,4, 또는 5일 수 있으며, Z는 1,2,3,4,5,6,7, 또는 8일 수 있다. 그룹 L은 없거나, 하나의 리간드이거나, 동일한 리간드 또는 상이한 리간드들일 수 있는 다수의 리간드들이며, 사이클로펜타디에닐, 알킬사이클로펜타디에닐(예를 들어, 메틸사이클로펜타디에닐 또는 펜타메틸사이클로펜타디에닐), 펜타디에닐, 알킬펜타디에닐, 사이클로부타디에닐, 부타디에닐, 에틸렌, 알릴(또는 프로필렌), 알켄들, 디알켄들, 알킨들, 아세틸렌, 부틸아세틸렌, 니트로실, 암모니아, 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 몇몇 예시적인 코발트 카르보닐 복합물들은 사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐)[CpCo(CO)2], 트리카르보닐 알릴 코발트[((CO)3Co(CH2CH=CH2))], 디코발트 헥사카르보닐 부틸아세틸렌[(CCTBA, (CO)6Co2(HC≡CtBu))], 디코발트 헥사카르보닐 메틸부틸아세틸렌[(CO)6Co2(MeC≡CtBu))], 디코발트 헥사카르보닐 페닐아세틸렌[(CO)6Co2(HC≡CPh))], 헥사카르보닐 메틸페닐아세틸렌[(CO)6Co2(MeC≡CPh))], 디코발트 헥사카르보닐 메틸아세틸렌[(CO)6Co2(HC≡CMe))], 디코발트 헥사카르보닐 디메틸아세틸렌[(CO)6Co2(MeC≡CMe))], 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
다른 실시예에서, 코발트 아미디네이트들 또는 코발트 아미도 복합물들이 코발트 전구체들로서 사용될 수 있다. 코발트 아미도 복합물들은 일반적인 화학식 (RR'N)xCo를 가지며, 여기서 X는 1, 2, 또는 3일 수 있으며, R 및 R'은 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 알킬, 실릴, 알킬실릴, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들이다. 몇몇 예시적인 코발트 아미도 복합물들은 비스(디(부틸디메틸실릴)아미도) 코발트 (((BuMe2Si)2N)2Co), 비스(디(에틸디메틸실릴)아미도) 코발트 (((EtMe2Si)2N)2Co), 비스(디(프로필디메틸실릴)아미도) 코발트 (((PrMe2Si)2N)2Co), 비스(디(트리메틸실릴)아미도) 코발트 (((Me3Si)2N)2Co), 트리스(디(트리메틸실릴)아미도) 코발트 (((Me3Si)2N)3Co), 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
몇몇 예시적인 코발트 전구체들은 메틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐)(MeCpCo(CO)2), 에틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐)(EtCpCo(CO)2), 펜타메틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카르보닐)(Me5CpCo(CO)2), 디코발트 옥타(카르보닐)(Co2(CO)8), 니트로실 코발트 트리스(카르보닐)((ON)Co(CO)3), 비스(사이클로펜타디에닐) 코발트, (사이클로펜타디에닐) 코발트 (사이클로헥사디에닐), 사이클로펜타디에닐 코발트(1,3-헥사디에닐), (사이클로부타디에닐) 코발트 (사이클로펜타디에닐), 비스(메틸사이클로펜타디에닐) 코발트, (사이클로펜타디에닐) 코발트 (5-메틸사이클로펜타디에닐), 비스(에틸렌) 코발트 (펜타메틸사이클로펜타디에닐), 코발트 테트라카르보닐 아이오다이드(iodide), 코발트 테트라카르보닐 트리클로로실란, 카르보닐 클로라이드 트리스(트리메틸포스핀) 코발트, 코발트 트리카르보닐-하이드로트리부틸포스핀, 아세틸렌 디코발트 헥사카르보닐, 아세틸렌 디코발트 펜타카르보닐 트리에틸포스핀, 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
본 발명에서 설명된 공정들에 의해 코발트 함유 재료들(예를 들어, 금속 코발트, 코발트 캡핑 층들, 또는 코발트 합금들)을 형성하는데 유용한, 환원제들을 포함하는 적합한 시약들은 수소(예를 들어, H2 또는 원자-H), 원자-N, 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 수소와 암모니아 혼합물(H2/NH3), 보란(BH3), 디보란(B2H6), 트리에틸보란(Et3B), 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 트리실란(Si3H8), 테트라실란(Si4H10), 메틸 실란(SiCH6), 디메틸실란(SiC2H8), 포스핀(PH3), 이들의 유도체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
공정(100)의 단계(140) 동안, 유전체 배리어 층(220)은 도 2e에 도시한 바와 같이, 기판(200) 상에서 그리고 코발트 캡핑 층(216) 위에 증착될 수 있다. 낮은 유전체 상수를 갖는 유전체 배리어 층(220)은 기판 영역(210)에 걸쳐 그리고 코발트 캡핑 층(216) 위에서 기판(200) 상에 증착될 수 있다. 유전체 배리어 층(220)은 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 카바이드 산화물 또는 탄소 도핑된 실리콘 산화물 재료, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들과 같은 저-k 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일 예에서, 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼즈 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 BLOK 저-k 유전체 재료가 유전체 배리어 층(220)을 위한 저-k 유전체 재료로서 사용될 수 있다. 유전체 배리어 층(220)을 위한 적합한 재료의 일 예는 공동 양도된 미국 특허 제 6,537,733호, 제 6,790,788호 및 제 6,890,850호에 설명된 공정들과 같은 CVD 또는 플라즈마 강화 CVD(PE-CVD) 공정들을 사용하여 형성된 실리콘 카바이드 계열의 필름이며, 이러한 특허들은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명에서 실시예들을 설명하는 동안 사용된 ALD 처리 챔버는 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼즈 인코포레이티드로부터 입수할 수 있다. ALD 처리 챔버의 상세한 설명은 공동 양도된 미국 특허 제 6,916,398호 및 제 6,878,206호, 2002년 10월 25일자로 출원되고 미국 공개 번호 2003-0121608호로 공개된, 공동 양도된 미국 출원 번호 10/281,079호, 및 각각 2006년 11월 6일자로 출원되고 미국 공개 번호 2007-0119379호, 2007-0119371호, 2007-0128862호, 2007-0128863호, 및 2007-0128864호로 공개된, 공동 양도된 미국 출원 번호 11/556,745호, 11/556,752호, 11/556,756호, 11/556,758호, 11/556,763호에서 찾아 볼 수 있으며, 이들은 이로써 그 전체가 인용에 의해 포함된다. 다른 실시예에서, 코발트 함유 재료들을 증착시키는데 사용될 수 있는 ALD 모드뿐만 아니라 종래의 CVD 모드 모두에서 동작하도록 구성된 챔버가 본 발명에 그 전체가 인용에 의해 포함된, 공동 양도된 미국 특허 제 7,204,886호에 설명되어 있다. 코발트 함유 재료들을 형성하기 위한 ALD 공정의 상세한 설명은 2003년 5월 22일자로 출원되고 미국 공개 번호 2005-0220998호로 공개된, 공동 양도된 미국 출원 번호 10/443,648호, 및 공동 양도된 미국 특허 제 7,264,846호에 더 기재되어 있으며, 이들은 이로써 그 전체가 인용에 의해 포함된다. 다른 실시예들에서, 코발트 함유 재료들을 증착시키는데 사용될 수 있는 ALD 모드뿐만 아니라 종래의 CVD 모드 모두에서 동작하도록 구성된 챔버는 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼즈 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 TXZ 샤워헤드 및 CVD 챔버이다.
본 발명에 사용된 바와 같은 "기판 표면" 또는 "기판"은 제조 공정 동안 필름 처리가 수행되는 기판 상에 형성된 임의의 기판 또는 재료 표면을 지칭한다. 예를 들어, 처리가 수행될 수 있는 기판 표면은 단결정질, 다결정질 또는 비정질 실리콘, 변형(strained) 실리콘, 절연체 상의 실리콘(SOI), 도핑된 실리콘, 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비화물(arsenide), 유리, 사파이어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 및/또는 SiOxCy와 같은 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 예를 들어 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼즈 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 BLACK DIAMOND 저-k 유전체와 같은 재료들을 포함한다. 기판들은 200 mm 또는 300 mm 직경의 웨이퍼들뿐만 아니라, 직사각형, 또는 정사각형 판유리들과 같은 다양한 치수들을 가질 수 있다. 달리 언급하지 않는 한, 본 발명에서 설명한 실시예와 예들은 바람직하게, 200 mm 직경 또는 300 mm 직경, 더 바람직하게는 300 mm 직경을 갖는 기판들에 대해 수행된다. 본 발명에서 설명된 공정들의 실시예들은 코발트 실리사이드 재료들, 금속 코발트 재료들, 및 다른 코발트 함유 재료들, 특히 실리콘 함유 유전체 재료들을 다수의 기판들 및 표면들에 증착한다. 본 발명의 실시예들이 유용할 수 있는 기판들은 결정질 실리콘(예를 들어, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 변형 실리콘, 실리콘 게르마늄, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼들, 및 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 웨이퍼들과 같은 반도체 웨이퍼들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 기판들은 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 수산화 처리, 어닐링, 및/또는 소성(bake) 처리하기 위한 예비-처리 공정에 노출될 수 있다.
상기는 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가 실시예들이 본 발명의 기본 범주로부터 이탈함이 없이 창안될 수 있으며 본 발명의 범주는 이후의 특허청구범위들에 의해 결정된다.
Claims (28)
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
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- 기판 상에 구리 표면을 캡핑(capping)하기 위한 방법으로서,
오염된 구리 표면과 유전체 표면을 포함하는 기판을 처리 챔버 내에 위치시키는 단계;
예비-처리 공정 동안에 금속 구리 표면을 형성하면서 상기 오염된 구리 표면을 수소 플라즈마에 노출시키는 단계;
원자 층 증착(atomic layer deposition) 공정 동안에 상기 유전체 표면을 노출된 상태로 두면서 상기 금속 구리 표면 상에 코발트 캡핑 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계;
후-처리 공정 동안에 상기 코발트 캡핑 층을 암모니아 플라즈마에 노출시키는 단계; 및
상기 코발트 캡핑 층과 상기 유전체 표면 상에 유전체 층을 증착시키는 단계를 포함하고,
상기 코발트 캡핑 층은 2Å 내지 30Å 범위 내의 두께를 갖고,
상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계와 상기 코발트 캡핑 층을 암모니아 플라즈마에 노출시키는 단계는 복수 회에 걸쳐 반복되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,
상기 오염된 구리 표면은 5 초 내지 15 초 범위 내의 시간 기간(time period) 동안 상기 수소 플라즈마에 노출되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 후-처리 공정 동안에 상기 기판은 100 ℃ 내지 400 ℃ 범위 내의 온도까지 가열되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 암모니아 플라즈마는 암모니아(NH3), 수소(H2), 암모니아/질소 혼합물, 및 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 환원제로부터 형성되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 코발트 캡핑 층은 4Å 내지 20Å 범위 내의 두께를 가지는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 기판은 상기 원자 층 증착 공정 중에 상기 코발트 전구체 가스와 수소 가스에 노출되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 코발트 전구체 가스는 일반 화학식(general chemical formula) (CO)xCoyLz을 가지는 코발트 전구체를 포함하며, 여기서
X는 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, 또는 12이며,
Y는 1,2,3,4, 또는 5이며,
Z는 1,2,3,4,5,6,7, 또는 8이며, 그리고
L은 사이클로펜타디에닐, 알킬사이클로펜타디에닐, 메틸사이클로펜타디에닐, 펜타메틸사이클로펜타디에닐, 펜타디에닐, 알킬펜타디에닐, 사이클로부타디에닐, 부타디에닐, 알릴, 에틸렌, 프로필렌, 알켄, 디알켄, 알킨, 니트로실, 암모니아, 이들의 유도체, 및 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 독립적으로 선택되는 리간드인,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 코발트 전구체 가스는 트리카보닐 알릴 코발트, 사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐), 메틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐), 에틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐), 펜타메틸사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐), 디코발트 옥타(카보닐), 니트로실 코발트 트리스(카보닐), 비스(사이클로펜타디에닐) 코발트, (사이클로펜타디에닐) 코발트 (사이클로헥사디에닐), 사이클로펜타디에닐 코발트 (1,3-헥사디에닐), (사이클로부타디에닐) 코발트 (사이클로펜타디에닐), 비스(메틸사이클로펜타디에닐) 코발트, (사이클로펜타디에닐) 코발트 (5-메틸사이클로펜타디에닐), 비스(에틸렌) 코발트 (펜타메틸사이클로펜타디에닐), 이들의 유도체, 이들의 복합물(complexes), 이들의 플라즈마, 및 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 코발트 전구체를 포함하는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 코발트 전구체는 사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐)을 포함하는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 예비-처리 공정 중에 상기 수소 플라즈마는 원거리 플라즈마 소스에 의해 형성되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 후-처리 공정 중에 상기 암모니아 플라즈마는 원거리 플라즈마 소스에 의해 형성되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법으로서,
오염된 구리 표면과 유전체 표면을 포함하는 기판을 처리 챔버 내에 위치시키는 단계;
예비-처리 공정 동안에 금속 구리 표면을 형성하면서 상기 오염된 구리 표면을 수소 플라즈마에 노출시키는 단계;
증착-처리 사이클(deposition-treatment cycle) 동안에 상기 유전체 표면을 노출된 상태로 두면서 상기 금속 구리 표면에 걸쳐 코발트 캡핑 재료를 증착시키는 단계로서,
상기 코발트 캡핑 재료를 증착시키는 단계는:
원자 층 증착(atomic layer deposition) 공정 동안에 상기 유전체 표면을 노출된 상태로 두면서 상기 금속 구리 표면에 걸쳐 제 1 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계 - 상기 코발트 전구체 가스는 사이클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐)을 포함함 - ;
후-처리 공정 동안에 상기 제 1 코발트 층을 암모니아 플라즈마에 노출시키는 단계;
상기 유전체 표면을 노출된 상태로 두면서 상기 제 1 코발트 층 상에 제 2 코발트 층을 선택적으로 형성하도록 상기 기판을 상기 코발트 전구체 가스에 노출시키는 단계; 및
후-처리 공정 동안에 상기 제 2 코발트 층을 암모니아 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 상기 코발트 캡핑 재료를 증착시키는 단계; 및
상기 코발트 캡핑 재료와 상기 유전체 표면 상에 유전체 층을 증착시키는 단계 - 상기 코발트 캡핑 재료는 2Å 내지 30Å 범위 내의 두께를 가짐 - ;
를 포함하는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 20 항에 있어서,
원자 층 증착 공정은 환원 가스와 코발트 전구체 가스를 교대로 펄싱하는 것을 포함하는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 20 항에 있어서,
예비-처리 공정 동안에 상기 기판은 100 ℃ 내지 400 ℃ 범위 내의 온도까지 가열되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 20 항에 있어서,
암모니아 플라즈마는 암모니아(NH3), 수소(H2), 암모니아/질소 혼합물, 및 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 환원제로부터 형성되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 20 항에 있어서,
상기 코발트 캡핑 층은 4Å 내지 20Å 범위 내의 두께를 가지는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 24 항에 있어서,
상기 기판은 원자 층 증착 공정 중에 상기 코발트 전구체 가스와 수소 가스에 노출되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 20 항에 있어서,
예비-처리 공정 중에 수소 플라즈마는 원거리 플라즈마 소스에 의해 형성되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 20 항에 있어서,
후-처리 공정 중에 암모니아 플라즈마는 원거리 플라즈마 소스에 의해 형성되는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
- 제 8 항에 있어서,
원자 층 증착 공정은 환원 가스와 코발트 전구체 가스를 교대로 펄싱하는 것을 포함하는,
기판 상에 구리 표면을 캡핑하기 위한 방법.
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