KR102167479B1 - 제거 방법 및 처리 방법 - Google Patents

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다케시 이타타니
다다히로 이시자카
칸다바라 타필리
카이-훙 유
완재 박
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

처리 용기 내의 기판 상에 형성된 복수의 오목부 내의 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 방법이며, BCl3 가스, 또는 BCl3 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정과, BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정과, 불활성 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정과, 불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정을 복수 회 반복하는 것을 포함하고, 상기 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정은, 단일 가스로부터 생성되는 적어도 하나 이상의 상이한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는, 제거 방법.

Description

제거 방법 및 처리 방법{REMOVAL METHOD AND PROCESSING METHOD}
본 발명은 제거 방법 및 처리 방법에 관한 것이다.
금속 막의 표층에 형성된 자연 산화막인 금속 산화막을, BCl3 가스를 포함하는 가스를 사용하여 제거하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1 내지 6을 참조). 금속 막 상에 소정 막을 성막하기 전에 금속 막 상에 형성된 자연 산화막을 제거하는 이유는, 소정 막을 성막하였을 때에 금속 막과 소정 막의 접촉 저항을 낮추기 위함이다.
일본 특허 공개 평10-298759호 공보 일본 특허 공개 평11-145282호 공보 일본 특허 공개 평11-186226호 공보 일본 특허 공개 제2003-68705호 공보 일본 특허 공개 제2009-16611호 공보 일본 특허 공개 제2010-206050호 공보
그런데 기판 상에 형성된 복수의 홀 내의 금속 막이 복수 종의 상이한 금속에 의하여 형성되어 있는 경우, 복수 종의 금속 막의 표층에는 상이한 종류의 자연 산화막이 형성된다. 예를 들어 복수 종의 금속 막이, 표층에 자연 산화막을 형성하기 어려운 금속 막과, 표층에 자연 산화막을 형성하기 쉬운 금속 막인 경우, 자연 산화막을 형성하기 쉬운 금속 막 상의 자연 산화막을, 표층에 자연 산화막을 형성하기 어려운 금속 막 상의 자연 산화막보다도 선택적으로 에칭함으로써, 금속 막 자체의 에칭을 회피할 필요가 있다.
상기 과제에 대하여 일 측면에서는, 본 발명은 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 일 양태에 의하면, 처리 용기 내의 기판 상에 형성된 복수의 오목부 내의 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 방법이며, BCl3 가스, 또는 BCl3 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정과, BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정과, 불활성 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정과, 불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정을 복수 회 반복하는 것을 포함하고, 상기 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정은, 단일 가스로부터 생성되는 적어도 하나 이상의 상이한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는, 제거 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 한층 더 명료해질 것이다.
도 1은 금속 배선을 형성하는 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 일 실시 형태에 따른 금속 산화막 제거 장치의 개략 단면도.
도 3은 일 실시 형태에 따른 ALE 처리의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 일 실시 형태에 따른 복수 종의 금속 산화막의 선택적 제거 공정의 일례를 도시하는 도면.
도 5는 일 실시 형태에 따른 복수 종의 금속 산화막의 선택적 제거(클리닝을 포함함)의 일례를 나타내는 타이밍 차트.
도 6은 일 실시 형태에 따른 복수 종의 금속 산화막의 선택적 제거 공정(클리닝을 포함함)의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 일 실시 형태에 따른 ALE 처리의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 일 실시 형태에 따른 ALE 처리의 효과의 일례를 도시하는 도면.
도 9는 일 실시 형태에 따른 ALE 처리 후의 클리닝 처리를 설명하기 위한 도면.
도 10은 일 실시 형태에 따른 클리닝 처리의 효과의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 일 실시 형태의 변형예에 따른 금속 산화막 제거 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 12는 일 실시 형태의 변형예에 따른 복수 종의 금속 산화막의 선택적 제거(클리닝을 포함함)의 일례를 나타내는 타이밍 차트.
도 13은 일 실시 형태에 따른 복수 종의 금속 산화막의 선택적 제거로부터 금속 배선의 매립까지의 공정의 일례를 도시하는 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
<시스템 구성>
[금속 배선 형성 시스템]
먼저, 도 2 및 도 11에 일례를 도시하는 금속 산화막 제거 장치(100)를 구비한 금속 배선 형성 시스템에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 금속 배선 형성 시스템(300)을 개략적으로 도시하는 수평 단면도이다.
금속 배선 형성 시스템(300)은, 금속 산화막 제거 처리를 행하고, 그 후, 비아 홀 내에 금속 배리어 막으로서, 예를 들어 TaN 막을 형성하고, 금속 배선으로서, 예를 들어 Ru 막을 형성하기 위한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 금속 배선 형성 시스템(300)은 하나의 금속 산화막 제거 장치(100)와 하나의 금속 배리어 막 성막 장치(200)와 2개의 금속 배선 형성 장치(400)를 갖는다. 이들은, 평면 형상이 칠각형을 이루는 진공 반송실(301)의 4개의 벽부에 각각 게이트 밸브 G를 통하여 접속되어 있다. 진공 반송실(301) 내는 진공 펌프에 의하여 배기되어 소정의 진공도로 유지된다. 즉, 금속 배선 형성 시스템(300)은 멀티챔버 타입의 진공 처리 시스템이며, 금속 배선의 형성을, 진공을 깨뜨리는 일 없이 연속하여 행할 수 있는 것이다. 즉, 금속 산화막 제거 장치(100), 금속 배리어 막 성막 장치(200), 금속 배선 형성 장치(400)의 처리 용기 내에서 행해지는 공정 모두는 실리콘 웨이퍼 W(이하 「웨이퍼 W」라 함)를 대기에 폭로하지 않고 행해진다.
금속 산화막 제거 장치(100)의 구성은 후술한다. 금속 배리어 막 성막 장치(200)는, 예를 들어 진공 분위기의 챔버 내에서 CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)에 의하여 웨이퍼 W 상의 오목부에 금속 배리어 막, 예를 들어 TiN 막, TaN 막 등을 성막하는 장치이다. 또한 금속 배선 형성 장치(400)는, 예를 들어 진공 분위기의 챔버 내에서 CVD 또는 ALD에 의하여 웨이퍼 W의 오목부에 형성된 금속 배리어 막 상에 금속 배선으로서, 예를 들어 Ru 막을 형성하는 장치이다.
또한 진공 반송실(301)의 다른 3개의 벽부에는 3개의 로드 로크실(302)이 게이트 밸브 G1을 통하여 접속되어 있다. 로드 로크실(302)을 사이에 두고 진공 반송실(301)의 반대측에는 대기 반송실(303)이 마련되어 있다. 3개의 로드 로크실(302)은 게이트 밸브 G2를 통하여 대기 반송실(303)에 접속되어 있다. 로드 로크실(302)은, 대기 반송실(303)과 진공 반송실(301) 사이에서 웨이퍼 W를 반송할 때에 대기압과 진공 사이에서 압력을 제어하는 것이다.
대기 반송실(303)의 로드 로크실(302)이 장착된 벽부와는 반대측의 벽부에는, 웨이퍼 W를 수용하는 캐리어(FOUP 등) C를 장착하는 3개의 캐리어 장착 포트(305)가 마련되어 있다. 또한 대기 반송실(303)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 챔버(304)가 마련되어 있다. 대기 반송실(303) 내에는 청정 공기의 다운 플로우가 형성되도록 되어 있다.
진공 반송실(301) 내에는 반송 기구(306)가 마련되어 있다. 반송 기구(306)는 금속 산화막 제거 장치(100), 금속 배리어 막 성막 장치(200), 금속 배선 형성 장치(400), 로드 로크실(302)에 대하여 웨이퍼 W를 반송한다. 반송 기구(306)는, 독립적으로 이동 가능한 2개의 반송 암(307a, 307b)을 갖고 있다.
대기 반송실(303) 내에는 반송 기구(308)가 마련되어 있다. 반송 기구(308)는, 캐리어 C, 로드 로크실(302), 얼라인먼트 챔버(304)에 대하여 웨이퍼 W를 반송하도록 되어 있다.
금속 배선 형성 시스템(300)은 전체 제어부(310)를 갖고 있다. 전체 제어부(310)는, 금속 산화막 제거 장치(100), 금속 배리어 막 성막 장치(200) 및 금속 배선 형성 장치(400)의 각 구성부, 진공 반송실(301)의 배기 기구, 가스 공급 기구 및 반송 기구(306), 로드 로크실(302)의 배기 기구 및 가스 공급 기구, 대기 반송실(303)의 반송 기구(308), 게이트 밸브 G, G1, G2의 구동계 등을 제어하는 CPU(컴퓨터)를 갖는 주 제어부와, 입력 장치(키보드, 마우스 등), 출력 장치(프린터 등), 표시 장치(디스플레이 등), 기억 장치(기억 매체)를 갖고 있다. 전체 제어부(310)의 주 제어부는, 예를 들어 기억 장치에 내장된 기억 매체, 또는 기억 장치에 세트된 기억 매체에 기억된 처리 레시피에 기초하여 금속 배선 형성 시스템(300)에 소정의 동작을 실행시킨다. 또한 전체 제어부(310)는, 후술하는 금속 산화막 제거 장치(100)가 갖는 제어부(6)와 같은 각 유닛의 제어부의 상위의 제어부여도 된다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 금속 배선 형성 시스템(300)의 동작에 대하여 설명한다. 이하의 처리 동작은, 전체 제어부(310)에 있어서의 기억 매체에 기억된 처리 레시피에 기초하여 실행된다.
먼저, 반송 기구(308)에 의하여, 대기 반송실(303)에 접속된 캐리어 C로부터 웨이퍼 W를 취출하고 얼라인먼트 챔버(304)를 경유한 후에, 어느 로드 로크실(302)의 게이트 밸브 G2를 열고 그 웨이퍼 W를 그 로드 로크실(302) 내에 반입한다. 게이트 밸브 G2를 닫은 후, 로드 로크실(302) 내를 진공 배기한다.
그 로드 로크실(302)이 소정의 진공도로 된 시점에서 게이트 밸브 G1을 열고, 반송 기구(306)의 반송 암(307a, 307b) 중 어느 것에 의하여 로드 로크실(302)로부터 웨이퍼 W를 취출한다.
그리고 금속 산화막 제거 장치(100)의 게이트 밸브 G를 열고, 반송 기구(306)의 어느 반송 암이 보유 지지하는 웨이퍼 W를 그 금속 산화막 제거 장치(100)에 반입하고, 빈 반송 암을 진공 반송실(301)로 복귀시킴과 함께 게이트 밸브 G를 닫고, 그 금속 산화막 제거 장치(100)에 의하여 금속 산화막 제거 처리를 행한다.
금속 산화막 제거 처리가 종료된 후, 그 금속 산화막 제거 장치(100)의 게이트 밸브 G를 열고, 반송 기구(306)의 반송 암(307a, 307b) 중 어느 것에 의하여 그 안의 웨이퍼 W를 반출한다. 그리고 금속 배리어 막 성막 장치(200)의 게이트 밸브 G를 열고, 반송 암에 보유 지지된 웨이퍼 W를 그 금속 배리어 막 성막 장치(200)에 반입하고, 빈 반송 암을 진공 반송실(301)로 복귀시킴과 함께 게이트 밸브 G를 닫고, 그 금속 배리어 막 성막 장치(200)에 의하여, CVD 또는 ALD에 의하여 웨이퍼 W 상의 오목부 내에 금속 배리어 막으로 될 금속 막, 예를 들어 TiN 막, TaN 등의 성막을 행한다.
금속 배리어 막 형성 처리가 종료된 후, 그 금속 배리어 막 성막 장치(200)의 게이트 밸브 G를 열고, 반송 기구(306)의 반송 암(307a, 307b) 중 어느 것에 의하여 그 안의 웨이퍼 W를 반출한다. 그리고 어느 금속 배선 형성 장치(400)의 게이트 밸브 G를 열고, 반송 암에 보유 지지된 웨이퍼 W를 그 금속 배선 형성 장치(400)에 반입하고, 빈 반송 암을 진공 반송실(301)로 복귀시킴과 함께 게이트 밸브 G를 닫고, 그 금속 배선 형성 장치(400)에 의하여, CVD 또는 ALD에 의하여 웨이퍼 상의 오목부 상에 형성한 금속 배리어 막 상에 금속 배선으로 될, 예를 들어 Ru 막의 성막을 행한다.
이와 같이 금속 배선 형성이 이루어진 후, 그 금속 배선 형성 장치(400)의 게이트 밸브 G를 열고, 반송 기구(306)의 반송 암(307a, 307b) 중 어느 것에 의하여 그 안의 웨이퍼 W를 반출한다. 그리고 어느 로드 로크실(302)의 게이트 밸브 G1을 열고, 반송 암 상의 웨이퍼 W를 그 로드 로크실(302) 내에 반입한다. 그리고 그 로드 로크실(302) 내를 대기로 되돌리고, 게이트 밸브 G2를 열고, 반송 기구(308)로 로드 로크실(302) 내의 웨이퍼 W를 캐리어 C로 복귀시킨다.
이상과 같은 처리를 복수의 웨이퍼 W에 대하여 동시 병행적으로 행하여, 소정 매수의 웨이퍼 W의 금속 배선 형성 처리가 완료된다.
상술한 바와 같이, 금속 산화막 제거 장치(100), 금속 배리어 막 성막 장치(200) 및 2개의 금속 배선 형성 장치(400)를 탑재하여 금속 배선 형성 시스템(300)을 구성함으로써, 금속 산화막 제거, 금속 배리어 막 형성 및 금속 배선 형성을 높은 스루풋으로 실현할 수 있다. 또한 이들의 일련의 처리를, 진공을 깨뜨리는 일 없이 행할 수 있으므로, 처리의 과정에서의 웨이퍼 W 상의 산화를 억제할 수 있다.
[금속 산화막 제거 장치]
다음으로, 금속 산화막 제거 장치(100)의 구성에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속 산화막 제거 장치(100)의 개략 단면도이다. 금속 산화막 제거 장치(100)는 처리 용기(1)와 적재대(2)와 샤워 헤드(3)와 배기부(4)와 가스 공급 기구(5)와 제어부(6)를 갖고 있다.
처리 용기(1)는 알루미늄 등의 금속에 의하여 구성되며, 대략 원통형을 갖고 있다. 처리 용기(1)의 측벽에는, 웨이퍼 W를 반입 또는 반출하기 위한 반출입구(11)가 형성되며, 반출입구(11)는 게이트 밸브(12)에 의하여 개폐된다. 처리 용기(1)의 본체 상에는, 단면이 직사각 형상을 이루는 원환형의 배기 덕트(13)가 마련되어 있다. 배기 덕트(13)에는 내주면을 따라 슬릿(13a)이 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 외벽에는 배기구(13b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 상면에는, 처리 용기(1)의 상부 개구를 막도록 천장벽(14)이 마련되어 있다. 배기 덕트(13)와 천장벽(14) 사이는 시일 링(15)으로 기밀하게 밀봉되어 있다.
적재대(2)는 처리 용기(1) 내에서 기판의 일례인 웨이퍼 W를 수평으로 지지한다. 적재대(2)는, 웨이퍼 W에 대응한 크기의 원판형으로 형성되어 있으며, 지지 부재(23)에 지지되어 있다. 적재대(2)는, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈 합금 등의 금속 재료로 형성되어 있으며, 내부에, 웨이퍼 W를 가열하기 위한 히터(21)와 전극(29)이 매립되어 있다. 히터(21)는 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열한다. 그리고 적재대(2)의 상면의 근방에 마련된 열전대(도시하지 않음)의 온도 신호에 의하여 히터(21)의 출력을 제어하고, 이것에 의하여 웨이퍼 W가 소정의 온도로 제어된다.
전극(29)에는 정합기(43)를 거쳐 제1 고주파 전원(44)이 접속되어 있다. 정합기(43)는 제1 고주파 전원(44)의 내부 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 제1 고주파 전원(44)으로부터는, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전력이 전극(29)을 통하여 적재대(2)에 인가된다. 이와 같이 하여 적재대(2)는 하부 전극으로서도 기능한다.
또한 전극(29)은, 처리 용기(1)의 외측에 배치한 ON/OFF 스위치(20)를 통하여 흡착 전원(40)에 접속되며, 웨이퍼 W를 적재대(2)에 흡착시키기 위한 전극으로서도 기능한다.
또한 샤워 헤드(3)에는 정합기(45)를 거쳐 제2 고주파 전원(46)이 접속되어 있다. 정합기(45)는 제2 고주파 전원(46)의 내부 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 제2 고주파 전원(46)으로부터는, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전력이 샤워 헤드(3)에 인가된다. 이와 같이 하여 샤워 헤드(3)는 상부 전극으로서도 기능한다.
적재대(2)에는, 상면의 외주 영역 및 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스에 의하여 형성된 커버 부재(22)가 마련되어 있다. 적재대(2)의 저면에는, 상부 전극과 하부 전극 사이의 갭 G를 조정하는 조정 기구(30)가 마련되어 있다. 조정 기구(30)는 지지 부재(23)와 승강 기구(24)를 갖는다. 지지 부재(23)는 적재대(2)의 저면의 중앙으로부터 적재대(2)를 지지하며, 처리 용기(1)의 저벽에 형성된 구멍부를 관통하여 처리 용기(1)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)에 의하여 적재대(2)가 지지 부재(23)를 통하여 승강한다. 이것에 의하여, 갭 G를 조정함으로써, 후술하는 BCl3 가스와 Ar 가스를 교대로 공급하는 금속 산화막 제거 처리, H2 가스 및 Ar 가스의 단일 가스로부터 생성된 플라스마에 의한 클리닝 처리의, 각각의 목적에 맞는 갭 G로 적재대(2)의 높이를 조정할 수 있다. 또한 조정 기구(30)는, 도 2의 실선으로 나타내는 처리 위치와, 그 하방의 2점 쇄선으로 나타내는, 웨이퍼 W의 반송이 가능한 반송 위치 사이에서 승강 기구(24)를 승강시켜, 웨이퍼 W의 반입 및 반출을 가능하게 한다.
지지 부재(23)의 처리 용기(1)의 하방에는 플랜지부(25)가 장착되어 있으며, 처리 용기(1)의 저면과 플랜지부(25) 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고 적재대(2)의 승강 동작에 수반하여 신축하는 벨로우즈(26)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 저면의 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(27)이 마련되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)은, 처리 용기(1)의 하방에 마련된 승강 기구(28)에 의하여 승강판(27a)을 통하여 승강한다.
웨이퍼 지지 핀(27)은, 반송 위치에 있는 적재대(2)에 마련된 관통 구멍(2a)에 삽입 관통되어 적재대(2)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)을 승강시킴으로써 반송 기구와 적재대(2) 사이에서 웨이퍼 W의 전달이 행해진다.
샤워 헤드(3)는 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급한다. 샤워 헤드(3)는 금속제이며, 적재대(2)에 대향하도록 마련되어 있고, 적재대(2)와 거의 동일한 직경을 갖고 있다. 샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1)의 천장벽(14)에 고정된 본체부(31)와, 본체부(31) 아래에 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖고 있다. 본체부(31)와 샤워 플레이트(32) 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있으며, 가스 확산 공간(33)에는, 처리 용기(1)의 천장벽(14) 및 본체부(31)의 중앙을 관통하도록 가스 도입 구멍(36, 37)이 마련되어 있다. 샤워 플레이트(32)의 주연부에는, 하방으로 돌출하는 환형 돌기부(34)가 형성되어 있다. 환형 돌기부(34)의 내측의 평탄면에는 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다. 적재대(2)가 처리 위치에 존재한 상태에서는, 적재대(2)와 샤워 플레이트(32) 사이에 처리 공간(38)이 형성되고, 커버 부재(22)의 상면과 환형 돌기부(34)가 근접하여 환형 간극(39)이 형성된다.
배기부(4)는 처리 용기(1)의 내부를 배기한다. 배기부(4)는, 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(41)과, 배기 배관(41)에 접속된 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 기구(42)를 갖는다. 처리 시에는 처리 용기(1) 내의 가스가 슬릿(13a)을 통하여 배기 덕트(13)에 이르고, 배기 덕트(13)로부터 배기 배관(41)을 통과하여 배기 기구(42)에 의하여 배기된다.
가스 공급 기구(5)는 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급 기구(5)는 BCl3 가스 공급원(51a), Ar 가스 공급원(52a), Ar 가스 공급원(53a), H2 가스 공급원(54a) 및 Ar 가스 공급원(56a)을 갖는다.
BCl3 가스 공급원(51a)은 가스 공급 라인(51b)을 통하여 BCl3 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(51b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(51c), 저류 탱크(51d) 및 밸브(51e)가 개재 설치되어 있다. BCl3 가스 공급원(51a)으로부터 공급되는 BCl3 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(51d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(51d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(51d)에 BCl3 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(51b)의 밸브(51e)의 하류측은 가스 도입 구멍(36)에 접속되어 있다. BCl3 가스 공급원(51a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 BCl3 가스의 공급 및 정지는 밸브(51e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(52a)은 가스 공급 라인(52b, 54b)을 통하여 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(52b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(52c), 저류 탱크(52d) 및 밸브(52e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(52b)의 밸브(52e)의 하류측은 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 Ar 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(52d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(52d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(52d)에 Ar 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 저류 탱크(52d)로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(52e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(53a)은 가스 공급 라인(53b)을 통하여 Ar 가스를, 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 처리 중에는 상시, 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(53b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(53c), 밸브(53e) 및 오리피스(53f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(53b)의 오리피스(53f)의 하류측은 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(53a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(53e)에 의하여 행해진다. 저류 탱크(51d)에 의하여 가스 공급 라인(51b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(53f)에 의하여, 가스 공급 라인(51b)에 공급되는 가스가 Ar 가스 공급 라인(53b)으로 역류하는 것이 억제된다.
H2 가스 공급원(54a)은 가스 공급 라인(54b)을 통하여 H2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(54b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(54c), 저류 탱크(54d) 및 밸브(54e)가 개재 설치되어 있다. H2 가스 공급원(54a)으로부터 공급되는 H2 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(54d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(54d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(54d)에 H2 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(54b)의 밸브(54e)의 하류측은 가스 도입 구멍(37)에 접속되어 있다. H2 가스 공급원(54a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 H2 가스의 공급 및 정지는 밸브(54e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(56a)은 가스 공급 라인(56b)을 통하여 Ar 가스를, 캐리어 가스 및 퍼지로서 처리 중에는 상시, 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(56b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(56c), 밸브(56e) 및 오리피스(56f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(56b)의 오리피스(56f)의 하류측은 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(56e)에 의하여 행해진다. 저류 탱크(52d, 54d)에 의하여 가스 공급 라인(52b, 54b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(56f)에 의하여, 가스 공급 라인(52b, 54b)에 공급되는 가스가 Ar 가스 공급 라인(56b)으로 역류하는 것이 억제된다.
제어부(6)는, 예를 들어 컴퓨터이며, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 보조 기억 장치 등을 구비한다. CPU는, ROM 또는 보조 기억 장치에 저장된 프로그램에 기초하여 동작하여, 금속 산화막 제거 장치(100)의 동작을 제어한다. 제어부(6)는 금속 산화막 제거 장치(100)의 내부에 마련되어 있어도 되고, 외부에 마련되어 있어도 된다. 제어부(6)가 금속 산화막 제거 장치(100)의 외부에 마련되어 있는 경우, 제어부(6)는 유선 또는 무선 등의 통신 수단에 의하여 금속 산화막 제거 장치(100)를 제어할 수 있다.
[기본적인 ALE 처리]
다음으로, 상술한 금속 산화막 제거 장치(100)에 있어서 실행되는 기본적인 퇴적·원자층 에칭(ALE Atomic Layer Etching) 처리(이하, ALE 처리라 함)에 대하여, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. ALE 처리는, 퍼지 공정을 사이에 두고, BCl3 가스와 Ar 가스의 플라스마의 교대 공급에 의하여 행해진다. 도 3에는 ALE 처리의 일련의 공정이 기재되어 있다.
BCl3 가스의 플라스마 공정(BCl3 plasma)에서는, 도 2의 저류 탱크(51d)에 일단 저류되고 소정의 압력으로 된 BCl3 가스가, 밸브(51e)가 열림으로써 처리 용기(1)에 공급된다. 또한 밸브(53e, 56e)가 열리고 Ar 가스 공급원(53a, 56a)으로부터, 캐리어 가스로서도 기능하는 Ar 가스가 처리 용기(1)에 공급된다. 또한 제2 고주파 전원(46)으로부터 샤워 헤드(3)에 고주파 전력이 인가된다. 또한, 히터(21)를 사용하여 하부 전극의 온도가 프로세스 조건에서 설정한 온도로 제어된다.
또한 BCl3 가스의 플라스마 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내에서 BCl3 가스로부터 플라스마가 생성되고 웨이퍼 W 상에 폭로된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력(상부 전극) 20 내지 500W
압력(처리 용기 내) 2 내지 40(㎩)(15 내지 300(mT))
온도(하부 전극) 20 내지 200(℃)
처리 시간 5 내지 15(s)
본 공정에서는, 이상의 프로세스 조건에 의하여 BCl3 가스의 플라스마에 자연 산화막(550a, 550b)을 폭로함으로써, BCl3의 플라스마 중의 Cl 및 B가 자연 산화막(550a, 550b)에 흡착된다.
도 3에 나타내는 퍼지 공정(Ar purge)에서는, 도 2의 밸브(51e)가 닫히고 BCl3 가스 공급원(51a)으로부터 처리 용기(1)로의 BCl3 가스의 공급이 정지된다. Ar 가스는 캐리어 가스임과 함께 퍼지 가스로서도 기능하고 있기 때문에, 밸브(53e, 56e)는 상시 열려 있으므로(도 3의 C-Gas Flow), Ar 가스 공급원(53a) 및 Ar 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)로의 Ar 가스의 공급은 계속되고 있다. 또한 퍼지 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내가 Ar 가스에 의하여 퍼지된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력 인가하지 않음
처리 시간 5 내지 20(s)
본 공정에서는, Ar 가스에 의한 퍼지에 의하여, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 BCl3 가스뿐 아니라, 가스 공급 라인(51b)에 있어서 밸브(51e)의 하류측에 잔류하는 BCl3 가스에 대해서도 퍼지한다. 또한 Ar 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 Ar 가스를 저류 탱크(52d)에서 일단 저류하고, 저류 탱크(52d) 내에서 소정의 압력으로 승압시킨다.
도 3에 나타내는 Ar 가스의 플라스마 공정(Ar plasma)에서는, 계속해서 도 2의 밸브(52e)를 열고 처리 용기(1)에 Ar 가스를 공급한다. 또한 제1 고주파 전원(44)으로부터 하부 전극에 고주파 전력을 인가하고 제2 고주파 전원(46)으로부터 상부 전극에 고주파 전력을 인가한다.
또한 Ar 가스의 플라스마 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내에서 Ar 가스의 플라스마가 생성되고 웨이퍼 W 상에 폭로된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력(상부 전극) 20 내지 500W
(하부 전극) 20 내지 500W
압력(처리 용기 내) 4 내지 40(㎩)(=30 내지 300(mT))
온도(하부 전극) 20 내지 200(℃)
처리 시간 3 내지 20(s)
본 공정에서는, 이상의 프로세스 조건에 의하여 Ar 가스의 플라스마에 자연 산화막(550a, 550b)을 폭로함으로써, Ar의 이온이, 자연 산화막(550a) 상에 흡착된 BCl3의 반응 가스에 두드려 흩날리다.
도 3에 나타내는 Ar 가스의 플라스마 공정 후의 퍼지 공정(Ar purge)에서는, 도 2의 밸브(52e)를 닫고 Ar 가스 공급원(52a)으로부터 처리 용기(1)로의 Ar 가스의 공급을 정지한다. 밸브(53e, 56e)는 상시 열려 있으므로, Ar 가스 공급원(53a) 및 Ar 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)에 Ar 가스의 공급은 계속되고 있다. 또한 도 3의 Ar 가스의 플라스마 공정 후의 퍼지 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내가 Ar 가스에 의하여 퍼지된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력 인가하지 않음
처리 시간 5 내지 20(s)
본 공정에서는, Ar 가스에 의한 퍼지에 의하여, 처리 용기(1) 내에 잔류한 가스의 성분을 제거한다. 이상에서 설명한 각 공정을 반복하여 실행함으로써 선택적으로 자연 산화막(550a)을 제거할 수 있다.
예를 들어 도 4의 (a)를 참조하면, 웨이퍼 상에 성막된 실리콘 산화막(SiO2)(500)에는 복수의 오목부의 일례로서 비아 홀(510, 520)이 형성되어 있다. 비아 홀(510, 520) 내의 금속 막은 이종의 금속 막으로 형성되며, 비아 홀(510) 내의 금속 막(530)은, 예를 들어 Co이고, 비아 홀(520) 내의 금속 막(540)은, 예를 들어 TiAl이다.
금속 막(530)은, 표면에 자연 산화막이 형성되기 어려운 금속으로, 금속 막(540)은, 표면에 자연 산화막이 형성되기 쉬운 금속으로 형성되어 있다. 따라서 금속 막(540) 상에 형성되는 자연 산화막(550a)은, 금속 막(530) 상에 형성되는 자연 산화막(550b)보다도 두꺼운 막으로 된다.
금속 막(530, 540)의 표층의 자연 산화막(550a, 550b)에 대하여 상술한 각 공정을 반복하여 실행하는 ALE 처리에 의하여, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 표층에 자연 산화막을 형성하기 어려운 금속 막(530) 상의 자연 산화막(550b)에 비하여 자연 산화막을 형성하기 쉬운 금속 막(540) 상의 자연 산화막(550a)을 선택적으로 에칭할 수 있다. 산화층을 형성하기 쉬운 금속, 형성하기 어려운 금속은, 예를 들어 H2로 환원되기 쉬운 금속, 기브스 에너지의 차이에 의한 것이다. 금속 막(530) 상의 금속 염화막(550c)에 대해서는 후술한다.
[실시 형태에 따른 ALE 처리]
다음으로, 금속 산화막 제거 장치(100)에 있어서 실행되는, 본 실시 형태에 따른 ALE 처리에 대하여, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 5에는, 본 실시 형태에 따른 ALE 처리의 일련의 공정이 기재되어 있다.
도 5에 나타내는 BCl3 가스의 플라스마 공정(BCl3 plasma)에서는, 도 2의 저류 탱크(51d)에 일단 저류되고 소정의 압력으로 된 BCl3 가스가, 밸브(51e)가 열림으로써 처리 용기(1)에 공급된다. 또한 밸브(53e, 56e)가 열리고 Ar 가스 공급원(53a, 56a)으로부터, 캐리어 가스로서도 기능하는 Ar 가스가 처리 용기(1)에 공급된다. 또한 제2 고주파 전원(46)으로부터 샤워 헤드(3)에 고주파 전력이 인가된다. 또한 히터(21)를 사용하여 하부 전극의 온도가 프로세스 조건에서 설정한 온도로 제어된다.
또한 BCl3 가스의 플라스마 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내에서 BCl3 가스로부터 플라스마가 생성되고 웨이퍼 W 상에 폭로된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력(상부 전극) 20 내지 500W
압력(처리 용기 내) 2 내지 40(㎩)(15 내지 300(mT))
온도(하부 전극) 20 내지 200(℃)
처리 시간 5 내지 15(s)
갭 G 10 내지 40㎜
본 공정에서는, 이상의 프로세스 조건에 의하여 BCl3 가스의 플라스마에 자연 산화막(550a, 550b)을 폭로함으로써, BCl3의 플라스마 중의 Cl 및 B가 자연 산화막(550a, 550b)에 흡착된다. 도 7의 (a)에는, BCl3의 반응 가스인 Cl 및 B가 자연 산화막(550a)에 흡착되는 상태가 도시되어 있다.
또한 본 공정에서는, 조정 기구(30)의 조정에 의하여 갭 G가 10 내지 40㎜로 조정되어 있다.
도 5에 나타내는 퍼지 공정(Ar purge)에서는, 도 2의 밸브(51e)가 닫히고 BCl3 가스 공급원(51a)으로부터 처리 용기(1)로의 BCl3 가스의 공급이 정지된다. Ar 가스는 캐리어 가스임과 함께 퍼지 가스로서도 기능하고 있기 때문에, 밸브(53e, 56e)는 상시 열려 있으므로(도 5의 C-Gas Flow), Ar 가스 공급원(53a) 및 Ar 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)로의 Ar 가스의 공급은 계속되고 있다. 또한 퍼지 공정에서는, 이하의 프로세스 조건에 의하여 처리 용기(1) 내가 Ar 가스에 의하여 퍼지된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력 인가하지 않음
처리 시간 5 내지 20(s)
본 공정에서는, Ar 가스에 의한 퍼지에 의하여, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 BCl3 가스뿐 아니라, 가스 공급 라인(51b)에 있어서 밸브(51e)의 하류측에 잔류하는 BCl3 가스에 대해서도 퍼지한다. 또한 Ar 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 Ar 가스를 저류 탱크(52d)에서 일단 저류하고, 저류 탱크(52d) 내에서 소정의 압력으로 승압시킨다. 도 7의 (b)에는, 자연 산화막(550a)에 흡착된 반응 가스 이외의 BCl3 가스가 퍼지된 상태가 도시되어 있다.
또한 본 공정에서는, 다음 공정의 준비로서, 조정 기구(30)는 승강 기구(24)를 하강시켜 전공정(BCl3 가스의 플라스마 공정)보다도 갭 G를 넓게 한다. 본 퍼지 공정에서 갭 G를 조정함으로써 다음 공정을 신속히 행할 수 있다.
도 5에 나타내는 Ar 가스의 플라스마 공정(Ar plasma)에서는, 계속해서 도 2의 밸브(52e)를 열고 처리 용기(1)에 Ar 가스를 공급한다. 또한 제1 고주파 전원(44)으로부터 하부 전극에 고주파 전력을 인가하고 제2 고주파 전원(46)으로부터 상부 전극에 고주파 전력을 인가한다.
또한 Ar 가스의 플라스마 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내에서 Ar 가스의 플라스마가 생성되고 웨이퍼 W 상에 폭로된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력(상부 전극) 20 내지 500W
(하부 전극) 20 내지 500W
압력(처리 용기 내) 4 내지 40(㎩)(=30 내지 300(mT))
온도(하부 전극) 20 내지 200(℃)
처리 시간 3 내지 20(s)
갭 G 10 내지 40㎜
본 공정에서는, 이상의 프로세스 조건에 의하여 Ar 가스의 플라스마에 자연 산화막(550a, 550b)을 폭로함으로써, Ar의 이온이, 자연 산화막(550a) 상에 흡착된 BCl3의 반응 가스에 두드려 흩날리다. 이것에 의하여, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, BCl3과 반응한 반응 부생성물이 자연 산화막(550a)으로부터 빼내지고, 자연 산화막(550a)이 선택적으로 에칭된다. 반응 부생성물은, 예를 들어 TiAlOX이다.
또한 본 공정에서는, 조정 기구(30)의 조정에 의하여, 갭 G가 10 내지 40㎜의 범위이며, BCl3 가스의 플라스마 공정 시의 갭 G보다도 넓은 갭 G로 조정되어 있다. 이와 같이 BCl3 가스의 플라스마 공정 시의 갭 G보다도 넓은 갭 G로 조정하는 목적은, Ar 이온에 의하여, 웨이퍼 상에 형성된 비아 홀 구조에 대하여 물리적 손상을 주는 일 없이, BCl3 가스의 흡착에 의하여 생성된 금속 상의 반응 부생성물만을 화학적으로 탈리시키기 위함이다.
도 5에 나타내는 Ar 가스의 플라스마 공정 후의 퍼지 공정(Ar purge)에서는, 도 2의 밸브(52e)를 닫고 Ar 가스 공급원(52a)으로부터 처리 용기(1)로의 Ar 가스의 공급을 정지한다. 밸브(53e, 56e)는 상시 열려 있으므로, Ar 가스 공급원(53a) 및 Ar 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)에 Ar 가스의 공급은 계속되고 있다.
또한 도 5의 Ar 가스의 플라스마 공정 후의 퍼지 공정은 이하의 프로세스 조건 하에서 실시되며, 처리 용기(1) 내가 Ar 가스에 의하여 퍼지된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력 인가하지 않음
처리 시간 5 내지 20(s)
본 공정에서는, Ar 가스에 의한 퍼지에 의하여, 처리 용기(1) 내에 잔류한 가스의 성분을 제거한다. 도 7의 (d)에는, BCl3과 반응 부생성물이 퍼지된 상태가 도시되어 있다.
또한 본 공정에서는, 조정 기구(30)가 다음 공정의 준비로서 승강 기구(24)를 구동시킨다. 일 실시 형태에서는, 승강 기구(24)를 상승시켜 Ar 가스의 플라스마 공정보다도 갭 G를 좁게 한다. 이와 같이 본 공정에서 갭 G를 조정함으로써 다음 공정을 신속히 행할 수 있다.
[금속 산화막 제거 처리]
다음으로, 금속 배선 형성 시스템에 의한 금속 산화막 제거 처리에 대하여, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태에 따른 복수 종의 금속 산화막의 선택적 제거 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 웨이퍼 상에 성막된 실리콘 산화막(500)에는 복수의 오목부의 일례로서 비아 홀(510, 520)이 형성되어 있다. 비아 홀(510, 520) 내의 금속 막은 이종의 금속 막에서 형성되며, 비아 홀(510) 내의 금속 막(530)은, 예를 들어 Co이고, 비아 홀(520) 내의 금속 막(540)은, 예를 들어 TiAl이다.
도 6의 (a)에 일례를 도시하는 금속 막(530, 540)의 표층의 자연 산화막(550a, 550b)에 대하여, BCl3 가스, 또는 BCl3 가스의 플라스마와 Ar 가스의 플라스마의 교대 공급에 의한 ALE 처리에 의하여 자연 산화막(550a, 550b)을 제거한다.
그때, ALE 처리(BCl3의 플라스마 공급→퍼지→Ar 가스의 플라스마에 의한 에칭→퍼지)의 사이클은 복수 회 반복된다. 이것에 의하여, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 표층에 자연 산화막을 형성하기 어려운 금속 막(530) 상의 자연 산화막(550b)에 비하여 자연 산화막을 형성하기 쉬운 금속 막(540) 상의 자연 산화막(550a)을 선택적으로 에칭할 수 있다.
금속 막(530) 상에 형성된 자연 산화막(550b)은, ALE 처리에 의하여 자연 산화막(550a)과 마찬가지로 하여 제거된다. 그렇게 하면, 하지층의 금속 막(530)의 표층에 BCl3 가스가 도달하고, BCl3 가스와 반응하여 금속 염화막(550c)이 형성된다(도 8 참조). 금속 염화막(550c)은 금속 막(530)을 보호한다. 이것에 의하여, 자연 산화막(550b)이 제거된 후, 금속 막(530)은 에칭되지 않고 금속 막(540) 상의 자연 산화막(550a)이 선택적으로 에칭된다. 금속 염화물은, 예를 들어 CoClX이다.
도 9는, 상기 ALE 처리의 사이클을 16회 반복하여 실행한 후의 금속 막(530) 및 금속 막(540)의 TEM 단면의 해석 결과의 일례를 나타낸다. 이것에 의하면, ALE 처리 후의 금속 막(530)의 에칭양은, 금속 막(540)의 에칭양과 비교하여 약간임을 알 수 있다. 이상으로부터 본 실시 형태에서는, ALE 처리에 의하여 자연 산화막(550a)을 자연 산화막(550b)보다도 선택적으로 에칭하여 금속 막(530)의 에칭양을 약간으로 할 수 있음이 증명되었다. 또한 ALE 처리의 반복의 횟수는 본 실시 형태에서는 16이지만, 이에 한정하지 않는다.
ALE 처리 후, 도 6의 (c) 및 도 8에 도시한 바와 같이, 수소(H2) 가스의 단일 가스로부터 생성된 H2 가스의 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로하여, 금속 막(530, 540) 상의 Cl을 제거한다. 그 후, 도 6의 (d)에 도시한 바와 같이, Ar 가스의 단일 가스로부터 생성된 Ar 가스의 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로하여, 금속 막(530, 540) 상의 B를 제거한다. 이하, ALE 처리 후의 클리닝 처리에 대하여 설명한다.
[ALE 처리 후의 클리닝 처리]
클리닝 처리는 H2 가스의 플라스마 공정 및 Ar 가스의 플라스마 공정으로 구성된다. H2 가스의 플라스마 공정에서는, 금속 막(530)의 표층에 형성된 금속 염화물, 및 금속 막(530, 540) 상의 Cl의 잔사를, H2 가스의 플라스마에 의한 환원 처리에 의하여 제거한다. 이 공정에서는, 도 2의 밸브(54e)를 열고 H2 가스 공급원(54a)으로부터 처리 용기(1)에 H2 가스를 공급한다. 또한 제1 고주파 전원(44)으로부터 하부 전극에 고주파 전력을 인가한다. 고주파 전력은 연속적으로 인가해도 되고 간헐적(펄스)으로 인가해도 된다.
도 5에 나타내는 클리닝 처리의 H2 가스의 플라스마 공정에 나타내는 이하의 프로세스 조건에 의하여 H2 가스의 단일 가스의 플라스마가 생성되고 웨이퍼 W 상에 폭로된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력(하부 전극) 50 내지 500W
압력(처리 용기 내) 4 내지 40(㎩)(=30 내지 300(mT))
온도(하부 전극) 20 내지 200(℃)
처리 시간 2 내지 10(s)
갭 G 10 내지 40㎜
본 공정에서는, 이상의 프로세스 조건에 의하여 H2 가스의 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로함으로써, H2 가스의 플라스마에 의한 환원 처리에 의하여, 금속 막(530)의 표층에 형성된 금속 염화물이 제거되어, 금속 막(530, 540) 상의 Cl 잔사를 제거할 수 있다.
본 공정에 있어서의 갭 G는, ALE 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정보다도 좁은 편이 바람직하다. 또한 본 공정에서 인가하는 고주파 전력은, ALE 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정에서 인가하는 고주파 전력보다도 큰 편이 바람직하다.
다음 Ar 가스의 플라스마 공정에서는 금속 막(530, 540) 상의 B의 잔사를 제거한다. 이 공정에서는, 도 2의 밸브(54e)를 닫고 H2 가스 공급원(54a)으로부터 처리 용기(1)로의 H2 가스의 공급을 정지하고, 밸브(52e)를 열고 Ar 가스 공급원(52a)으로부터 처리 용기(1)에 Ar 가스를 공급한다. 또한 계속해서 제1 고주파 전원(44)으로부터 하부 전극에 고주파 전력을 인가한다.
도 5에 나타내는 클리닝 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정에 나타내는 이하의 프로세스 조건에 의하여 Ar 가스의 단일 가스의 플라스마가 생성되고 웨이퍼 W 상에 폭로된다.
(프로세스 조건)
고주파 전력(하부 전극) 50 내지 500W
압력(처리 용기 내) 0.13 내지 4(㎩)(=1 내지 30(mT))
온도(하부 전극) 20 내지 200(℃)
처리 시간 2 내지 10(s)
갭 G 10 내지 40㎜
본 공정에 있어서의 갭 G는, 클리닝 처리의 H2의 플라스마 공정과 동일하고, ALE 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정보다도 좁은 편이 바람직하다. 또한 본 공정에서 인가하는 고주파 전력은, ALE 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정에서 인가하는 고주파 전력보다도 큰 편이 바람직하다.
본 공정에서는, 이상의 프로세스 조건에 의하여 Ar 가스의 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로함으로써, Ar의 플라스마에 의하여 금속 막(530, 540) 상의 B를 이탈시켜 B 잔사를 저감시킬 수 있다.
도 10은, 클리닝 처리의 효과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10의 좌우의 그래프의 횡축에 나타내는 「Reference」는, 금속 막(530, 540) 상에 자연 산화막(550a, 550b)이 형성된 상태에서 아무 것도 행하지 않은 경우의, 2차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의한 금속 막(530, 540) 상의 관찰 결과를 나타낸다. 「BCl3 only」는, BCl3 가스 및 Ar 가스를 교대로 공급한 ALE 처리만을 행한 경우의, SIMS에 의한 금속 막(530, 540) 상의 관찰 결과를 나타낸다. 「BCl3+H2 plasma」는, ALE 처리 후에 클리닝 처리의 H2 가스의 플라스마 공정을 행한 경우의 금속 막(530, 540) 상의 관찰 결과를 나타낸다. 「BCl3+H2 plasma+Ar plasma」는, ALE 처리 후에 클리닝 처리의 H2 가스의 플라스마 공정을 행하고, 그 후에 클리닝 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정을 행한 경우의 금속 막(530, 540) 상의 관찰 결과를 나타낸다.
도 10의 좌측 그래프의 종축은 금속 막(530, 540) 상의 Cl의 농도를 나타내고, 도 10의 우측 그래프의 종축은 금속 막(530, 540) 상의 B의 농도를 나타낸다. 도 10의 좌측 그래프를 참조하면, ALE 처리 후에 금속 막(530, 540) 상에 잔류하는 Cl은, 클리닝 처리의 H2 가스의 플라스마 공정에 있어서, H2 가스의 플라스마에 의한 환원 처리에 의하여 제거할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 10의 우측 그래프를 참조하면, ALE 처리 후에 금속 막(530, 540) 상에 잔류한 B는, 클리닝 처리의 H2 가스의 플라스마 공정을 실행하더라도 제거할 수 없고, 클리닝 처리의 Ar 가스의 플라스마 공정을 실행함으로써 저감되는 것을 알 수 있다.
이상, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼 W 상에 적어도 하나 이상 형성된 오목부 내의 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 방법으로서, BCl3 가스 및 Ar 가스의 교대 공급에 의한 ALE 처리 후에 클리닝 처리를 행하고, H2플라스마 후에 Ar플라스마에 의하여 금속 막(530, 540)을 클리닝한다. 이것에 의하여, 금속 막(530, 540)의 자연 산화막을 제거하고, 또한 금속 막(530, 540) 상의 Cl 및 B의 잔사를 제거한다. 이것에 의하여, 그 후에 형성되는 금속 배리어 막 및 금속 배선과 그 하지층인 금속 막과의 접촉 저항을 낮출 수 있다.
본 실시 형태에서는, 플라스마에 복수 종의 자연 산화막(550a, 550b), 또는 해당 자연 산화막 아래의 금속 막(530, 540)을 폭로하는 공정은, 불활성 가스의 단일 가스로부터 생성된 하나의 플라스마에 복수 종의 자연 산화막(550a, 550b)을 폭로하는 공정(이하, 「제1 공정」이라고도 함)을 포함한다. 또한 불활성 가스를 포함하는 복수 종의 가스의 각각의 단일 가스로부터 생성된 2개의 플라스마에 복수 종의 금속 막(530, 540)을 폭로하는 공정(이하, 「제2 공정」이라고도 함)을 포함한다. 제1 공정의 일례는, 도 5의 ALE 처리에 있어서의 Ar 가스의 플라스마 공정이다. 제1 공정에서 사용 가능한 불활성 가스는 Ar 가스에 한정되지 않으며, N2 가스여도 된다.
제2 공정의 일례는, 도 5의 클리닝 처리에 있어서의 H2 가스의 플라스마 공정 및 Ar 가스의 플라스마 공정이다. 제2 공정에서 사용 가능한 가스는 H2 가스 및 Ar 가스이며, H2 가스의 단일 가스로 이루어지는 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로한 후, Ar 가스의 단일 가스로 이루어지는 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로한다.
또한 도 9의 예에서는, ALE 처리를 16회 반복한 후, H2 가스의 플라스마에 의한 클리닝 처리, Ar 가스의 플라스마에 의한 클리닝 처리를 1회씩 행하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 ALE 처리를 복수 회 반복한 후, H2 가스의 플라스마에 의한 클리닝 처리를 1회 또는 복수 회 반복하고, 그 후, Ar 가스의 플라스마에 의한 클리닝 처리를 1회 또는 복수 회 행해도 된다. ALE 처리 중의 제1 공정이 반복하여 실행되는 경우, 실행되는 제1 공정의 적어도 어느 타이밍에 제1 공정 대신 제2 공정을 실행해도 되고, 제2 공정에서 H2 가스의 단일 가스로 이루어지는 플라스마와 Ar 가스의 단일 가스로 이루어지는 플라스마에 금속 막(530, 540)을 교대로 폭로해도 된다.
상기 ALE 처리 및 클리닝 처리에서는, 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 어느 것에 고주파 전력을 인가하고, 이것에 의하여 플라스마를 생성한다. 특히 제1 공정의 ALE 처리에 있어서의 Ar 가스의 플라스마 공정에서 인가하는 고주파 전력은, 제2 공정의 클리닝 처리에 있어서의 Ar 가스의 플라스마 공정에서 인가하는 고주파 전력보다도 약하게 제어한다. 그 이유는, 제1 공정에서는 금속 막의 표층에 Cl이 잔류하고 있는 상태이므로, 표층의 Cl이 이온화되지 않도록 약한 플라스마를 생성하기 위함이다. 한편, 제2 공정에서는, 금속 막의 표층에 Cl이 잔류하고 있지 않는 상태이므로, 제2 공정보다도 강한 고주파 전력을 사용하여 강한 플라스마를 생성하여 클리닝 처리를 효율적으로 행한다.
[변형예에 따른 금속 산화막 제거 장치]
다음으로, 본 실시 형태의 변형예에 따른 금속 산화막 제거 장치(100)와, 상기 각 공정에서의 제어 방법에 대하여, 도 11의 변형예에 따른 금속 산화막 제거 장치(100) 및 도 12의 타이밍 차트를 참조하면서 설명한다.
또한 도 11의 변형예에 따른 금속 산화막 제거 장치(100)는, 도 2에 도시하는 금속 산화막 제거 장치(100)로부터의 변경점인 가스 공급 기구(5)만을 설명하고, 그 외에는, 도 2로부터의 변경은 없기 때문에 설명을 생략한다.
가스 공급 기구(5)는 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급 기구(5)는 BCl3 가스 공급원(51a), Ar 가스 공급원(52a), Ar 가스 공급원(53a), H2 가스 공급원(54a), Ar 가스 공급원(55a), Ar 가스 공급원(56a) 및 Ar 가스 공급원(57a)을 갖는다.
BCl3 가스 공급원(51a)은 가스 공급 라인(51b)을 통하여 BCl3 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(51b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(51c), 저류 탱크(51d) 및 밸브(51e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(51b)의 밸브(51e)의 하류측은 가스 도입 구멍(36)에 접속되어 있다. BCl3 가스 공급원(51a)으로부터 공급되는 BCl3 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(51d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(51d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(51d)에 BCl3 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 BCl3 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. BCl3 가스 공급원(51a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 BCl3 가스의 공급 및 정지는 밸브(51e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(52a)은 가스 공급 라인(52b, 54b)을 통하여 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(52b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(52c), 저류 탱크(52d) 및 밸브(52e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(52b)의 밸브(52e)의 하류측은 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(52a)으로부터 공급되는 Ar 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(52d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(52d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(52d)에 Ar 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 저류 탱크(52d)로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(52e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(57a)은 가스 공급 라인(57b, 51b)을 통하여 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(57b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(57c), 저류 탱크(57d) 및 밸브(57e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(57b)의 밸브(57e)의 하류측은 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(57a)으로부터 공급되는 Ar 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(57d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(57d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(57d)에 Ar 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 저류 탱크(57d)로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(57e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(53a)은 가스 공급 라인(53b)을 통하여 Ar 가스를, 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 처리 중에는 상시, 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(53b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(53c), 밸브(53e) 및 오리피스(53f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(53b)의 오리피스(53f)의 하류측은 가스 공급 라인(51b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(53a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(53e)에 의하여 행해진다. 저류 탱크(51d, 57d)에 의하여 가스 공급 라인(51b, 57b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(53f)에 의하여, 가스 공급 라인(51b, 57b)에 공급되는 가스가 Ar 가스 공급 라인(53b)으로 역류하는 것이 억제된다.
H2 가스 공급원(54a)은 가스 공급 라인(54b)을 통하여 H2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(54b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(54c), 저류 탱크(54d) 및 밸브(54e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(54b)의 밸브(54e)의 하류측은 가스 도입 구멍(37)에 접속되어 있다. H2 가스 공급원(54a)으로부터 공급되는 H2 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(54d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(54d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(54d)에 H2 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 H2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. H2 가스 공급원(54a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 H2 가스의 공급 및 정지는 밸브(54e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(55a)은 가스 공급 라인(55b, 54b)을 통하여 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(55b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(55c), 저류 탱크(55d) 및 밸브(55e)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(55b)의 밸브(55e)의 하류측은 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(55a)으로부터 공급되는 Ar 가스는 처리 용기(1) 내에 공급되기 전에 저류 탱크(55d)에서 일단 저류되고, 저류 탱크(55d) 내에서 소정의 압력으로 승압된 후, 처리 용기(1) 내에 공급된다. 이와 같이 저류 탱크(55d)에 Ar 가스를 일단 저류함으로써, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다. 저류 탱크(55d)로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(55e)에 의하여 행해진다.
Ar 가스 공급원(56a)은 가스 공급 라인(56b)을 통하여 Ar 가스를, 캐리어 가스 및 퍼지로서 처리 중에는 상시, 처리 용기(1) 내에 공급한다. 가스 공급 라인(56b)에는 상류측으로부터 유량 제어기(56c), 밸브(56e) 및 오리피스(56f)가 개재 설치되어 있다. 가스 공급 라인(56b)의 오리피스(56f)의 하류측은 가스 공급 라인(54b)에 접속되어 있다. Ar 가스 공급원(56a)으로부터 처리 용기(1)에 대한 Ar 가스의 공급 및 정지는 밸브(56e)에 의하여 행해진다. 저류 탱크(52d, 54d, 55d)에 의하여 가스 공급 라인(52b, 54b, 55b)에는 비교적 큰 유량으로 가스가 공급되지만, 오리피스(56f)에 의하여, 가스 공급 라인에 공급되는 가스가 Ar 가스 공급 라인(56b)으로 역류하는 것이 억제된다.
Ar의 퍼지 가스는 Ar 가스 공급원(53a, 55a, 56a, 57a)으로부터 가스 공급 라인(51b, 53b, 54b, 55b, 56b, 57b)을 통하여 처리 용기(1)에 공급된다. 이는, 처리 용기(1) 내에 잔류하는 BCl3 가스 및 H2 가스뿐 아니라, 가스 공급 라인(51b)에 있어서 밸브(51e)의 하류측에 잔류하는 BCl3 가스, 및 가스 공급 라인(54b)에 있어서 밸브(54e)의 하류측에 잔류하는 H2 가스에 대해서도 퍼지하기 위함이다.
도 12의 「대유량 purge」에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에서는, 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 그 외의 공정은, 도 5에 나타내는 실시 형태의 타이밍 차트에 나타내는 공정과 동일하다. 따라서 여기서는, 「대유량 purge」에 나타내는 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하는 처리에 대하여 설명하며, 그 외의 공정에 관한 설명을 생략한다.
「대유량 purge」의 제어에서는, ALE 처리에 있어서의 BCl3 가스의 플라스마 공정에 있어서, 도 11의 밸브(55e, 57e)를 닫고 Ar 가스 공급원(55a, 57a)으로부터 저류 탱크(55d, 57d)에 Ar 가스를 일단 저류한다(도 12의 1번째의 「Ar 충전」). 다음으로, Ar 가스의 퍼지 공정에 있어서 밸브(55e, 57e)를 열고, 저류 탱크(55d, 57d)에 저류한 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다(도 12에 1번째의 「공급」). 이와 같이 저류 탱크(55d, 57d)에 Ar 가스를 일단 저류함으로써, Ar 가스의 퍼지 공정에 있어서 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다.
다음으로, Ar 가스의 플라스마 공정에 있어서 밸브(55e, 57e)를 닫고, Ar 가스 공급원(55a, 57a)으로부터 저류 탱크(55d, 57d)에 Ar 가스를 일단 저류한다(2번째의 「Ar 충전」). 다음으로, Ar 가스의 플라스마 공정 후의 Ar 가스의 퍼지 공정에 있어서 밸브(55e, 57e)를 열고, 저류 탱크(55d, 57d)에 저류한 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급한다. 이와 같이 저류 탱크(55d, 57d)에 Ar 가스를 일단 저류함으로써, 「Ar 가스의 퍼지 공정」에 있어서 비교적 큰 유량으로 안정적으로 Ar 가스를 처리 용기(1) 내에 공급할 수 있다(2번째의 「공급」).
이상에서 설명한 바와 같이 변형예에 있어서는, 복수 종의 단일 가스(BCl3, Ar)의 플라스마 처리에 의한 선택적 에칭을 행하기 위하여, 일련의 각 공정 간의 효율적인 가스 치환이 중요함을 고려하여, 효율적인 가스 치환을 행한다. 가스치환 방법의 일례로서, 가스 공급 라인(55b, 57b)으로부터 비교적 큰 유량의 Ar의 퍼지 가스를 도입하고, 처리 용기(1) 내에 공급 압력이 높은 가스를 분출한다. 이것에 의하여, BCl3 가스의 미반응 성분, 또는 탈리시킨 B 및 Cl의 성분을 완전히 제거함과 함께, 자연 산화막(550a, 550b)의 에칭을 보다 단시간에 행할 수 있다.
[금속 산화막 제거 처리, 금속 배리어 막 형성 처리 및 금속 배선 형성 처리]
마지막으로, 도 1에 도시하는 금속 배선 형성 시스템(300)에 의한 금속 산화막 제거 처리, 금속 배리어 막 형성 처리 및 금속 배선 형성 처리의 일련의 처리에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은, 본 실시 형태에 따른 복수 종의 금속 산화막인 자연 산화막의 선택적 제거로부터 금속 배선의 매립까지의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13의 (a)를 참조하면, 웨이퍼 상에 성막된 실리콘 산화막(500)에는 복수의 오목부의 일례로서 비아 홀(510, 520)이 형성되어 있다. 비아 홀(510, 520) 내의 금속 막은, 예를 들어 금속 막(530)과 금속 막(540)이다.
금속 막(530, 540)의 표층의 자연 산화막(550a, 550b)에 대하여, BCl3 가스의 플라스마와 Ar 가스의 플라스마의 ALE 처리에 의하여 자연 산화막(550a, 550b)을 제거한다. ALE 처리(BCl3 가스 또는 BCl3의 플라스마 공급→퍼지→Ar 가스의 플라스마에 의한 에칭→퍼지)의 사이클은 복수 회 반복된다.
이것에 의하여, ALE 처리에서는, 표층에 자연 산화막을 형성하기 어려운 금속 막(530) 상의 자연 산화막(550b)에 비하여 자연 산화막을 형성하기 쉬운 금속 막(540) 상의 자연 산화막(550a)이 선택적으로 에칭된다(도 13의 (b)).
ALE 처리 후, 수소(H2) 가스의 단일 가스로부터 생성된 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로한 후(도 13의 (c)), Ar 가스의 단일 가스로부터 생성된 플라스마에 금속 막(530, 540)을 폭로한다(도 13의 (d)). 이것에 의하여 금속 막(530, 540)의 표층의 Cl 및 B를 제거할 수 있다.
다음으로, 금속 전구체 가스와 반응 가스의 교대 공급에 의한 ALD 처리에 의하여, 비아 홀(510, 520) 내의 금속 막(530, 540) 상에 금속 배리어 막으로서, 예를 들어 질화탄탈륨(TaN)의 금속 배리어 막(570)이 형성된다(도 13의 (e)).
마지막으로, CVD 처리에 의하여, 비아 홀(510, 520) 내의 금속 배리어 막(570) 상에, 예를 들어 루테늄의 금속 배선(580)이 매립된다(도 13의 (f)).
본 실시 형태에서는, 금속 배리어 막(570)의 성막 전에 ALE 처리에 의하여 자연 산화막을 제거함으로써, 그 후에 형성되는 금속 배리어 막(570) 및 금속 배선(580)과 그 하지층인 금속 막(530, 540)과의 접촉 저항을 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 자연 산화막의 선택적 제거 방법 및 금속 배선의 매립의 처리 방법에 의하면, 복수 종의 자연 산화막을 선택적으로 제거할 수 있다. 또한 클리닝 처리에 의하여 금속 막 상의 Cl 및 B의 잔사를 제거할 수 있다. 이것에 의하여, 금속의 배선층과 그 하지층인 금속 막과의 접촉 저항을 낮출 수 있다.
또한 본 실시 형태 및 그 변형예에서는, ALE 처리에 있어서 BCl3 가스의 플라스마를 이용하였다. 그러나 BCl3 가스로부터 플라스마를 생성하지 않고 BCl3 가스를 금속 막(530, 540)에 흡착시켜도 된다.
이상, 복수 종의 자연 산화막의 선택적 제거 방법 및 금속 배선의 매립의 처리 방법을 상기 실시 형태에 의하여 설명하였지만, 상기 선택적 제거 방법 및 상기 처리 방법은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 명세서에서는, 기판의 일례로서 웨이퍼 W를 들어 설명하였다. 그러나 기판은 이에 한정되지 않으며, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 사용되는 각종 기판, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 된다.
본 실시 형태에 의하면, 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거할 수 있다.

Claims (17)

  1. 처리 용기 내의 기판 상에 형성된 복수의 오목부 내의 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 방법이며,
    BCl3 가스, 또는 BCl3 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정과,
    BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정과,
    불활성 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막, 또는 금속 산화막 아래의 금속 막을 폭로하는 공정과,
    불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정을 복수 회 반복하는 것을 포함하고,
    상기 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막, 또는 금속 산화막 아래의 금속 막을 폭로하는 공정은,
    단일 가스로부터 생성되는 적어도 하나 이상의 상이한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막 또는 금속 막 중 적어도 어느 것을 폭로하고,
    상기 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막 또는 금속 막 중 적어도 어느 것을 폭로하는 공정은,
    불활성 가스의 단일 가스로부터 생성되는 하나의 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 제1 공정, 또는 불활성 가스를 포함하는 복수 종의 가스의 각각의 단일 가스로부터 생성되는 2개의 상이한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 막을 폭로하는 제2 공정을 행하고,
    기판을 적재하는 적재대인 하부 전극의 높이를 조정하는 조정 기구에 의하여, 상기 하부 전극과, 해당 하부 전극에 대향하는 상부 전극의 갭을 조정하는,
    제거 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정은 Ar 가스 또는 N2 가스를 사용하고,
    상기 제2 공정은 H2 가스 및 Ar 가스를 사용하는,
    제거 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 공정은, H2 가스의 단일 가스로부터 생성되는 플라스마에 상기 복수 종의 금속 막을 폭로한 후, Ar 가스의 단일 가스로부터 생성되는 플라스마에 상기 복수 종의 금속 막을 폭로하는,
    제거 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 공정은, H2 가스의 단일 가스로부터 생성되는 플라스마와 Ar 가스의 단일 가스로부터 생성되는 플라스마에 상기 복수 종의 금속 막을 교대로 폭로하는,
    제거 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 공정에서 H2 가스의 단일 가스로부터 생성되는 플라스마 및/또는,
    Ar 가스의 단일 가스로부터 생성되는 플라스마는 간헐적으로 인가되는,
    제거 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정과, 상기 불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정의, 각각의 상기 공정에 있어서 저류 탱크에 Ar 가스를 저류하고,
    상기 BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정과, 상기 불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정에 있어서, 상기 저류한 Ar 가스를 공급하는,
    제거 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 공정에서는 상부 전극 및 하부 전극에 고주파 전력을 인가하고,
    제2 공정에서는 하부 전극에 고주파 전력을 인가하는,
    제거 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 공정에 있어서 인가하는 고주파 전력은 상기 제2 공정에 있어서 인가하는 고주파 전력보다도 약한,
    제거 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 BCl3 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정에서는 상부 전극에 고주파 전력을 인가하는,
    제거 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정, 및 상기 불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정 중에 상기 조정 기구에 의하여 상기 하부 전극의 높이를 조정하는,
    제거 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 제2 공정보다도 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 갭이 넓어지도록 상기 조정 기구에 의하여 상기 하부 전극의 높이를 조정하는,
    제거 방법.
  14. 오목부 내에 금속 배선을 매립하기 위한 처리 방법이며,
    처리 용기 내의 기판 상에 형성된 복수의 오목부 내의 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 공정과,
    상기 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거한 후, 상기 복수의 오목부 내를 금속 배리어 막으로 덮는 공정과,
    상기 금속 배리어 막으로 덮은 상기 복수의 오목부 내에 금속 배선을 매립하는 공정을 포함하고,
    상기 공정 모두는 상기 처리 용기 내의 기판을 대기에 폭로하지 않고 행해지고,
    상기 복수 종의 금속 산화막을 선택적으로 제거하는 공정은,
    BCl3 가스, 또는 BCl3 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 공정과,
    BCl3 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정과,
    불활성 가스를 도입하여 생성한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막, 또는 금속 산화막 아래의 금속 막을 폭로하는 공정과,
    불활성 가스의 도입을 정지하고 퍼지를 행하는 공정을 복수 회 반복하는 것을 포함하고,
    상기 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막, 또는 금속 산화막 아래의 금속 막을 폭로하는 공정은,
    단일 가스로부터 생성되는 적어도 하나 이상의 상이한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막 또는 금속 막 중 적어도 어느 것을 폭로하고,
    상기 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막 또는 금속 막 중 적어도 어느 것을 폭로하는 공정은,
    불활성 가스의 단일 가스로부터 생성되는 하나의 플라스마에 상기 복수 종의 금속 산화막을 폭로하는 제1 공정, 또는 불활성 가스를 포함하는 복수 종의 가스의 각각의 단일 가스로부터 생성되는 2개의 상이한 플라스마에 상기 복수 종의 금속 막을 폭로하는 제2 공정을 행하고,
    기판을 적재하는 적재대인 하부 전극의 높이를 조정하는 조정 기구에 의하여, 상기 하부 전극과, 해당 하부 전극에 대향하는 상부 전극의 갭을 조정하는,
    처리 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 오목부 내를 덮는 금속 배리어 막은 질화티타늄(TiN) 또는 질화탄탈륨(TaN)인,
    처리 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 오목부를 매립하는 금속 배선은 루테늄인,
    처리 방법.
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