KR102584970B1 - 금속들의 원자 층 에칭 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은 일반적으로, 반도체 제조 애플리케이션들을 위해 기판 상의 구리, 코발트, 및/또는 알루미늄 층들을 선택적으로 에칭하기 위한 방법들에 관한 것이다. 하나 이상의 구리 층들, 코발트 층들, 또는 알루미늄 층들을 포함하는 기판이 프로세싱 챔버로 전달된다. 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층의 표면은 산화된다. 그런 다음, 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면은 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출된다. 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기는 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하며, 그런 다음, 휘발성 화합물은 챔버 밖으로 펌핑된다. 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면과 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기의 반응은 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면을 선택적으로 원자 층 에칭한다.
Description
[0001] 본 개시내용이 실시예들은 일반적으로, 반도체 제조 애플리케이션들을 위해 기판 상의 구리, 코발트, 및/또는 알루미늄 층들을 선택적으로 에칭하기 위한 방법들에 관한 것이다.
[0002] 1/2 미크론 이하의(sub-half micron) 그리고 더 작은 피처(feature)들을 신뢰할 수 있게 생성하는 것은 반도체 디바이스들의 차세대 VLSI(very large-scale integration) 및 ULSI(ultra-large-scale integration)에 대한 핵심 기술 과제들 중 하나이다. 그러나, 회로 기술이 한계들에 부딪힘에 따라, VLSI 및 ULSI 기술의 축소되는 치수들은, 프로세싱 능력들에 추가적인 요구들을 부과하였다. 회로 밀도들이 차세대 디바이스들에 대해 증가함에 따라, 상호연결부들, 이를테면, 비아들, 트렌치들, 접촉부들, 게이트 구조들 및 다른 피처들뿐만 아니라 그들 사이의 유전체 재료들의 폭들은 45 nm 및 32 nm 치수들 이상으로 감소되는 반면, 유전체 층들의 두께는 실질적으로 일정하게 유지되며, 그 결과, 피처들의 종횡비들을 증가시킨다.
[0003] 이러한 피처들을 형성할 때, 기판 상에 배치된 막 스택에서 그러한 상호연결 구조들, 습식 에칭 프로세스 또는 이온-에칭 프로세스가 대개 활용된다. 습식-화학 에칭 프로세스들은 바람직하지 않은 반면, 이온-에칭 방법들은 에칭된 표면을 거칠게 남길 수 있다. 추가적으로, 종래의 에천트들은 구조에 존재하는 다른 재료에 비해 하나의 재료를 에칭하기 위해 낮은 선택도를 가지며, 이는 상호연결 구조들을 에칭할 때 부서지기 쉬운 기판이 손상되게 할 수 있다.
[0004] 따라서, 기판을 손상시키지 않으면서 상호연결 구조들을 에칭하는 개선된 방법이 당해 기술분야에 필요하다.
[0005] 본 개시내용은 일반적으로, 반도체 제조 애플리케이션들을 위해 기판 상의 구리, 코발트, 및/또는 알루미늄 층들을 선택적으로 에칭하기 위한 방법들에 관한 것이다. 하나 이상의 구리 층들, 코발트 층들, 또는 알루미늄 층들을 포함하는 기판이 프로세싱 챔버로 전달된다. 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층의 표면은 산화된다. 그런 다음, 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면은 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출된다. 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기는 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하며, 그런 다음, 휘발성 화합물은 챔버 밖으로 펌핑된다. 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면과 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기의 반응은 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면을 선택적으로 원자 층 에칭한다.
[0006] 일 실시예에서, 제1 층을 에칭하는 방법은, 프로세스 챔버에서 제1 층의 제1 표면을 산화시키는 단계, 휘발성 화합물을 형성하기 위해, 제1 층의 산화된 제1 표면을 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 휘발성 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 구리 층을 에칭하는 방법은 프로세스 챔버에서 구리 층의 표면을 산화시키는 단계, 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 형성하기 위해, 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
[0008] 또 다른 실시예에서, 코발트 층을 에칭하는 방법은 프로세스 챔버에서 코발트 층의 표면을 산화시키는 단계, 코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 형성하기 위해, 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0010] 도 1은 일 실시예에 따른, 기판 상의 층들을 원자 층 에칭하기 위해 활용되는 예시적인 프로세스 챔버를 예시한다.
[0011] 도 2a - 도 2d는 일 실시예에 따른, 샤워헤드를 포함하는 프로세스 챔버에서 기판 상에 배치된 제1 층을 원자 층 에칭하는 것의 개략도를 예시한다.
[0012] 도 3은 일 실시예에 따른, 기판 상에 배치된 구리 층을 원자 층 에칭하는 방법을 예시한다.
[0013] 도 4는 일 실시예에 따른, 기판 상에 배치된 코발트 층을 원자 층 에칭하는 방법을 예시한다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0010] 도 1은 일 실시예에 따른, 기판 상의 층들을 원자 층 에칭하기 위해 활용되는 예시적인 프로세스 챔버를 예시한다.
[0011] 도 2a - 도 2d는 일 실시예에 따른, 샤워헤드를 포함하는 프로세스 챔버에서 기판 상에 배치된 제1 층을 원자 층 에칭하는 것의 개략도를 예시한다.
[0012] 도 3은 일 실시예에 따른, 기판 상에 배치된 구리 층을 원자 층 에칭하는 방법을 예시한다.
[0013] 도 4는 일 실시예에 따른, 기판 상에 배치된 코발트 층을 원자 층 에칭하는 방법을 예시한다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0015] 본 개시내용은 일반적으로, 반도체 제조 애플리케이션들을 위해 기판 상의 구리, 코발트 및/또는 알루미늄 층들을 선택적으로 에칭하기 위한 방법들에 관한 것이다. 하나 이상의 구리 층들, 코발트 층들, 또는 알루미늄 층들을 포함하는 기판이 프로세싱 챔버로 전달된다. 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층의 표면은 산화된다. 그런 다음, 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면은 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출된다. 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기는 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하며, 그런 다음, 휘발성 화합물은 챔버 밖으로 펌핑된다. 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면과 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기의 반응은 구리, 코발트, 또는 알루미늄 표면을 선택적으로 원자 층 에칭한다.
[0016] 도 1은 일 실시예에 따른, 기판(102) 상의 층들을 원자 층 에칭(ALE; atomic layer etching)하기 위해 활용되는 예시적인 프로세스 챔버(100)를 예시한다. 프로세싱 챔버(100)는 프로세스 볼륨(108)을 포함한다. 기판(102)을 지지하기 위한 기판 지지부(104), 및 샤워헤드(106)가 프로세스 볼륨(108)에 배치된다. 샤워헤드(106)는 가열식 샤워헤드일 수 있다. 샤워헤드(106)는 하나 이상의 공급 라인들(112)을 통해 가스 소스(110)에 커플링된다. 가스 소스(110) 및 공급 라인들(112)은 샤워헤드(106)에 가스들을 전달하며, 그런 다음, 샤워헤드(106)가 이 가스들을 기판(102)을 프로세싱하기 위해 프로세스 볼륨(108) 내로 분산시킨다. 샤워헤드(106)는 기판(102)을 가열하기 위해, 그리고 산화제(oxidizing agent)들, 증기들, 및 플라즈마들과 같은 화합물들을 기판의 표면에 분산시키기 위해 사용될 수 있다.
[0017] 기판 지지부(104)는 진공 펌프(114)에 커플링된다. 진공 펌프(114)는 프로세싱 챔버(100)로부터 가스들을 제거하기 위해 가스들을 프로세스 볼륨(108) 밖으로 펌핑하도록 구성된다. 기판 지지부(104)는 기판 지지부(104)를 이동시키기 위해 액추에이터(미도시)에 연결될 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(104)는 샤워헤드(106)에 더 근접하게 이동하기 위해 z-방향으로 상승 또는 하강하도록 구성될 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 여기서 도시되거나 설명되지 않은 몇몇 다른 엘리먼트들 또는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 따라서, 프로세싱 챔버(100)는 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
[0018] 도 2a - 도 2d는 일 실시예에 따른, 가열식 샤워헤드(206)를 포함하는 프로세스 챔버(200)에서 기판(202) 상에 배치된 제1 층(204)을 원자 층 에칭하는 것의 개략도를 예시한다. 프로세스 챔버(200)는 도 1의 프로세스 챔버(100)일 수 있다. 제1 층(204)은 구리, 코발트, 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(202)은 SiO2 또는 SiN을 포함한다. 도 2a - 도 2d는 아래의 도 3 및 도 4에서 설명될 것이다.
[0019] 도 3은 일 실시예에 따른, 기판(202) 상에 배치된 제1 층(204)을 원자 층 에칭하는 방법(300)을 예시하며, 여기서 제1 층(204)은 구리(Cu) 층이다. 도 3에서 제1 층(204)으로서 구리가 사용되지만, 제1 층(204)은 알루미늄과 같은 다른 금속일 수 있다. 기판(202)은 먼저 프로세싱 챔버(200)로 전달된다. 기판(202)은 구리 층(204)이 기판(202) 상에 이미 증착된 채로 프로세싱 챔버(200)로 전달될 수 있거나, 또는 프로세싱 챔버(200) 내에서 기판 상에 구리 층(204)이 증착될 수 있다.
[0020] 동작(302)에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(202) 상에 배치된 구리 층(204)은 산화제(208) 또는 옥시다이저(oxidizer)를 사용하여 산화된다. 구리 층(204)을 포함하는 기판(202)은 샤워헤드(206)로부터 제1 거리(D1)로 이격된다. 산화제(208)는 O3, O2, O2 플라즈마, 또는 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 구리 층(204)은, 높은 이온 밀도를 제공하도록 대략 수십 암페어의 방전 전류 및 약 10 eV 내지 약 20 eV의 이온 에너지를 유발하는 약 20 V 내지 약 30 V의 전압과 같은 저 에너지의 전기 바이어스 및 산소 이온들을 사용하여 방향성 산화될 수 있다. 방전 전류는 산화 레이트를 변화시키도록 튜닝될 수 있다. 그러한 실시예에서, 산소 이온들 또는 라디칼들에 노출된 구리 층(204)의 부분들만이 산화될 수 있기 때문에, 구리 층(204)의 산화는 더 선택적일 수 있다. 추가적으로, 산소 이온들의 방향성을 사용하고 에칭이 요구되지 않는 영역들을 마스킹하는 것은 방향성 산화 선택도를 제공할 수 있다. 예컨대, 구리 층(204)이 비아 또는 홀에 배치되는 경우, 비아 또는 홀의 최하부만이 산화될 수 있는 반면, 비아 또는 홀의 측벽들은 산화되지 않은 채로 유지될 수 있다.
[0021] 구리 층(204)을 산화시킴으로써, 구리 층의 산화된 부분들(210)은, 제1 화학식에 기반하여, 구리(I) 산화물(즉, 산화 제1구리)(Cu2O) 또는 구리(II) 산화물(즉, 산화 제2구리)(2CuO)을 형성한다:
[0022] 동작(304)에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)은 헥사플루오로아세틸아세토네이트(H(hfac)) 증기(212)에 노출된다. 일 실시예에서, 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)은 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 H(hfac)(212)에 노출될 수 있거나, 또는 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)은 먼저 H(hfac)(212)에 노출된 다음, 이어서 가열될 수 있다(도 2c에 도시됨). 그러한 실시예에서, 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)을 가열하기 위해, 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(202)이 샤워헤드(206)로부터의 제1 거리(D1) 미만의 제2 거리(D2)로 이격되도록, 기판(202)은 가열된 샤워헤드(206)에 더 근접하게 위치될 수 있다.
[0023] 다른 실시예에서, H(hfac) 증기(212)에 노출된 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)은, 도 2d에 도시된 바와 같이, 높은 이온 밀도를 제공하도록 대략 수십 암페어의 방전 전류 및 약 10 eV 내지 약 20 eV와 같은 저 이온 에너지의 지향성 아르곤(Ar+) 이온들(216)로 타격된다. Ar+ 이온들(216)의 타격은, 도 2c에서 설명된 것처럼 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)을 가열하기보다는, 극저온 내지 실온(즉, Cu(hfac)2의 비등점 미만)에서 발생할 수 있다.
[0024] 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)을 H(hfac)(212)에 노출시키는 것은 휘발성 화합물(Cu(hfac)2)(214)을 형성하며, 그 휘발성 화합물(Cu(hfac)2)(214)은 구리 층(204)의 에칭된 산화된 구리 및 hfac를 포함한다. H(hfac)는 구리 층(204)의 표면 상의 산소를 hfac로 대체하고, Cu(hfac)2(214)를 형성한다. 따라서, 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)만이 에칭되고, 임의의 하부 금속성 층들은 에칭되지 않는다. H(hfac)에 대한 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)의 노출의 화학 반응은 제2 화학식(Cu2O로 시작됨) 또는 제3 화학식(CuO로 시작됨)으로 제시된다:
[0025] 도 2c에서 논의된 바와 같이, 구리 층(204)의 산화된 부분들(210)이 가열될 때, 휘발성 화합물(Cu(hfac)2)(214)이 기판(202)의 표면을 떠나는데, 왜냐하면 휘발성 화합물이 가스상(gaseous) 상태에 있기 때문이다. 유사하게, 도 2d에 도시된 바와 같이, Cu(hfac)2(214)가 Cu(hfac)2의 비등 온도 미만의 온도에서 방향성 Ar+ 이온들(216)로 타격될 때, Ar+ 이온들(216)의 타격은 Cu(hfac)2(214) 최상부 표면의 결합(bond)들을 파괴하여, 휘발성 화합물(Cu(hfac)2)이 기판(202)의 표면을 떠나게 한다. 일단 휘발성 화합물이 기판(202)의 표면을 떠나면, 구리 층(204)의 에칭되지 않은 부분들이 남을 수 있다.
[0026] 동작(306)에서, 형성된 화합물(Cu(hfac)2)은 프로세싱 챔버(200) 밖으로 펌핑된다. 방법(300)은 층 단위 방식으로 구리 층들을 선택적으로 에칭하기 위해 한 번 이상 반복되어, 더 많은 양의 제어를 제공할 수 있다. H(hfac)가 휘발성 구리 화합물을 형성하는 데 사용되지만, 다른 유기 증기들, 이를테면, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 헥사플루오로-3차-부톡사이드 아세틸 아세톤, 및 테트라-플루오로프로판올이 사용될 수 있다. 따라서, H(hfac)는 예로서 사용되며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[0027] 도 4는 다른 실시예에 따른, 기판(202) 상에 배치된 제1 층(204)을 원자 층 에칭하는 방법(400)을 예시하며, 여기서 제1 층(204)은 코발트(Co) 층이다. 도 4에서 제1 층(204)으로서 코발트가 사용되지만, 제1 층(204)은 알루미늄과 같은 다른 금속일 수 있다. 기판(202)은 먼저 프로세싱 챔버(200)로 전달된다. 기판(202)은 코발트 층(204)이 기판(202) 상에 이미 증착된 채로 프로세싱 챔버(200)로 전달될 수 있거나, 또는 프로세싱 챔버(200) 내에서 기판 상에 코발트 층(204)이 증착될 수 있다.
[0028] 동작(402)에서, 기판(202) 상에 배치된 코발트 층(204)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 산화제(208) 또는 옥시다이저를 사용하여 산화된다. 코발트 층(204)을 포함하는 기판(202)은 샤워헤드(206)로부터 제1 거리(D1)로 이격된다. 산화제(208)는 O3, O2, O2 플라즈마, 또는 물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 코발트 층(204)은, 높은 이온 밀도를 제공하도록 대략 수십 암페어의 방전 전류 및 약 10 eV 내지 약 20 eV의 이온 에너지를 유발하는 약 20 V 내지 약 30 V의 전압과 같은 저 에너지의 전기 바이어스 및 산소 이온들을 사용하여 방향성 산화될 수 있다. 방전 전류는 산화 레이트를 변화시키도록 튜닝될 수 있다. 그러한 실시예에서, 산소 이온들 또는 라디칼들에 노출된 코발트 층(204)의 부분들만이 산화될 수 있기 때문에, 코발트 층(204)의 산화는 더 선택적일 수 있다. 추가적으로, 산소 이온들의 방향성을 사용하고 에칭이 요구되지 않는 영역들을 마스킹하는 것은 방향성 산화 선택도를 제공할 수 있다. 예컨대, 코발트 층(204)이 비아 또는 홀에 배치되는 경우, 비아 또는 홀의 최하부만이 산화될 수 있는 반면, 비아 또는 홀의 측벽들은 산화되지 않은 채로 유지될 수 있다.
[0029] 코발트 층(204)을 산화시킴으로써, 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)은 제4 화학식에 기반하여 코발트 산화물(CoO)을 형성한다:
[0030] 동작(404)에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)은 H(hfac) 증기(212)에 노출된다. 일 실시예에서, 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)은 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 H(hfac)(212)에 노출될 수 있거나, 또는 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)은 먼저 H(hfac)(212)에 노출된 다음, 이어서 가열될 수 있다(도 2c에 도시됨). 그러한 실시예에서, 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)을 가열하기 위해, 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(202)이 샤워헤드(206)로부터의 제1 거리(D1) 미만의 제2 거리(D2)로 이격되도록, 기판(202)은 가열된 샤워헤드(206)에 더 근접하게 될 수 있다.
[0031] 다른 실시예에서, H(hfac) 증기(212)에 노출된 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)은, 도 2d에 도시된 바와 같이, 높은 이온 밀도를 제공하도록 대략 수십 암페어의 방전 전류 및 약 10 eV 내지 약 20 eV와 같은 저 이온 에너지의 지향성 아르곤(Ar+) 이온들(216)로 타격된다. Ar+ 이온들(216)의 타격은, 도 2c에서 설명된 것처럼 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)을 가열하기보다는, 극저온 내지 실온(즉, Co(hfac)2의 비등점 미만)에서 발생할 수 있다.
[0032] 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)을 H(hfac)(212)에 노출시키는 것은 휘발성 화합물(Co(hfac)2)(214)을 형성하며, 그 휘발성 화합물(Co(hfac)2)(214)은 코발트 층(204)의 에칭된 산화된 코발트 및 hfac를 포함한다. H(hfac)는 코발트 층(204)의 표면 상의 산소를 hfac로 대체하고, Co(hfac)2(214)를 형성한다. 따라서, 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)만이 에칭되고, 임의의 하부 금속성 층들은 에칭되지 않는다. H(hfac)에 대한 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)의 노출의 화학 반응은 제5 화학식으로 제시된다:
[0033] 도 2c에서 논의된 바와 같이, 코발트 층(204)의 산화된 부분들(210)이 가열될 때, 휘발성 화합물(Co(hfac)2)(214)이 기판(202)의 표면을 떠나는데, 왜냐하면 휘발성 화합물이 가스상 상태에 있기 때문이다. 유사하게, 도 2d에 도시된 바와 같이, Co(hfac)2(214)가 Co(hfac)2의 비등 온도 미만의 온도에서 방향성 Ar+ 이온들(216)로 타격될 때, Ar+ 이온들(216)의 타격은 Co(hfac)2(214) 최상부 표면의 결합들을 파괴하여, 휘발성 화합물(Co(hfac)2)이 기판(202)의 표면을 떠나게 한다. 일단 휘발성 화합물이 기판(202)의 표면을 떠나면, 코발트 층(204)의 에칭되지 않은 부분들이 남을 수 있다.
[0034] 동작(406)에서, 형성된 화합물(Co(hfac)2)은 프로세싱 챔버(200) 밖으로 펌핑된다. 방법(400)은 층 단위 방식으로 코발트 층들을 선택적으로 에칭하기 위해 한 번 이상 반복되어, 더 많은 양의 제어를 제공할 수 있다. H(hfac)가 휘발성 구리 화합물을 형성하는 데 사용되지만, 다른 유기 증기들, 이를테면, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로판올, 헥사플루오로-3차-부톡사이드 아세틸 아세톤, 및 테트라-플루오로프로판올이 사용될 수 있다. 따라서, H(hfac)는 예로서 사용되며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
[0035] 도 3이 구리의 에칭을 예시하고, 도 4가 코발트의 에칭을 예시하지만, 알루미늄과 같은 다른 금속들이 동일한 프로세스를 사용하여 에칭될 수 있다. 따라서, 구리 및 코발트의 예들은 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
[0036] 먼저 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층을 산화시킨 다음, 산화 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층을 H(hfac) 증기에 노출시킴으로써, 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층은, 에칭된 표면의 표면 거칠기를 증가시키지 않으면서, 쉽고 효과적인 방식으로 선택적으로 원자 층 에칭될 수 있다. 추가적으로, 본원에서 설명되는 구리, 코발트, 또는 알루미늄 층을 에칭하는 방법들은, 산화된 구리, 코발트, 또는 알루미늄만이 에칭되어, 종래의 방법들에 비해 더 많은 양의 제어를 제공하기 때문에, 구리, 코발트, 또는 알루미늄의 에칭이 자기-제한적일 수 있게 한다.
[0037] 일 실시예에서, 제1 층을 에칭하는 방법은, 프로세스 챔버에서 제1 층의 제1 표면을 산화시키는 단계, 휘발성 화합물을 형성하기 위해, 제1 층의 산화된 제1 표면을 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 휘발성 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
[0038] 제1 표면은 산소 이온들 및 저 에너지의 전기 바이어스를 사용하여 방향성 산화된다. 제1 층은 구리, 코발트, 또는 알루미늄을 포함하며, 제1 표면을 산화시키는 단계 및 산화된 제1 표면 층을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는 제1 층을 에칭하고, 그리고 제1 층의 산화된 제1 표면만이 에칭되어 제1 층의 제2 표면을 노출시킨다. 방법은 제1 층의 제2 표면을 산화시키는 단계, 휘발성 화합물을 형성하기 위해, 제1 층의 산화된 제2 표면을 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 휘발성 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 더 포함한다.
[0039] 다른 실시예에서, 구리 층을 에칭하는 방법은 프로세스 챔버에서 구리 층의 표면을 산화시키는 단계, 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 형성하기 위해, 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
[0040] 구리 층을 산화시키기 위해, 물, 오존, 산소, 및 산소 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산화제가 사용된다. 구리 층의 표면을 산화시키는 것은 구리(I) 산화물 또는 구리(II) 산화물을 형성한다. 구리 층을 산화시키는 단계 및 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는 구리 층의 표면을 에칭한다. 구리 층의 산화된 표면만이 에칭된다. 구리 층을 산화시키는 단계 및 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는 물을 형성하며, 물은 가스상 형태이고, 그리고 물은 프로세스 챔버 밖으로 펌핑된다. 방법은 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 하이드레이트 화합물을 저 에너지의 아르곤 이온들로 타격하는 단계를 더 포함한다. 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계는 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 수행된다.
[0041] 또 다른 실시예에서, 코발트 층을 에칭하는 방법은 프로세스 챔버에서 코발트 층의 표면을 산화시키는 단계, 코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 형성하기 위해, 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계, 및 코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함한다.
[0042] 코발트 층을 산화시키기 위해, 물, 오존, 산소, 및 산소 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산화제가 사용된다. 코발트 층의 표면을 산화시키는 단계는 코발트 산화물을 형성한다. 코발트 층을 산화시키는 단계 및 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는 코발트 층의 표면을 에칭한다. 코발트 층의 산화된 표면만이 에칭된다. 코발트 층을 산화시키는 단계 및 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는 물을 형성하며, 물은 가스상 형태이고, 그리고 물은 프로세스 챔버 밖으로 펌핑된다. 방법은 코발트 헥사플루오로아세틸아세토네이트 하이드레이트 화합물을 저 에너지의 아르곤 이온들로 타격하는 단계를 더 포함한다. 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계는 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 수행된다.
[0043] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (20)
- 제1 층을 에칭하는 방법으로서,
프로세스 챔버에서 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계;
상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제1 시간 기간 동안 상기 기판 상의 제1 층의 제1 표면을 산화시키는 단계;
휘발성 화합물을 형성하기 위해, 상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제2 시간 기간 동안 상기 제1 층의 산화된 제1 표면을 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계 ― 상기 제2 시간 기간은 상기 제1 시간 기간이 끝난 후에 시작됨 ―;
상기 제1 시간 기간 동안 상기 기판의 온도와 비교하여 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판의 온도를 상승시키도록 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판을 가열하는 단계 ― 상기 제2 시간 기간 동안의 가열은 상기 프로세스 챔버 내의 가열식 샤워헤드에 의해 제공됨 ―; 및
상기 휘발성 화합물을 상기 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함하는,
제1 층을 에칭하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 표면은 산소 이온들 및 저 에너지의 전기 바이어스를 사용하여 방향성 산화되는,
제1 층을 에칭하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 층은 구리, 코발트, 또는 알루미늄을 포함하며,
상기 제1 표면을 산화시키는 단계 및 상기 산화된 제1 표면 층을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는, 상기 제1 층의 원자 층을 에칭하여 상기 제1 층의 제2 표면을 노출시키는,
제1 층을 에칭하는 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제3 시간 기간 동안 상기 제1 층의 제2 표면을 산화시키는 단계 ― 상기 제2 표면을 산화시키는 단계는, 상기 제1 층의 원자 층의 깊이까지만 상기 제1 층을 산화시키는 단계를 포함하고, 상기 제3 시간 기간은 상기 제2 시간 기간이 끝난 후에 발생함 ―;
상기 휘발성 화합물을 형성하기 위해, 상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제4 시간 기간 동안 상기 제1 층의 산화된 제2 표면을 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계 ― 상기 제4 시간 기간은 상기 제3 시간 기간이 끝난 후에 시작됨 ―; 및
상기 휘발성 화합물을 상기 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 더 포함하는,
제1 층을 에칭하는 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 시간 기간 동안 상기 기판과 상기 가열식 샤워헤드 사이의 거리보다 상기 제2 시간 기간 동안 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판을 상기 가열식 샤워헤드에 더 가까운 거리로 이동시켜 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판이 가열되는,
제1 층을 에칭하는 방법. - 구리 층을 에칭하는 방법으로서,
프로세스 챔버에서 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계;
상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제1 시간 기간 동안 상기 기판 상의 구리 층의 표면을 산화시키는 단계;
구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 형성하기 위해, 상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제2 시간 기간 동안 상기 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계 ― 상기 제2 시간 기간은 상기 제1 시간 기간이 끝난 후에 시작됨 ―;
상기 제1 시간 기간 동안 상기 기판의 온도와 비교하여 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판의 온도를 상승시키도록 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판을 가열하는 단계 ― 상기 제2 시간 기간 동안의 가열은 상기 프로세스 챔버 내의 가열식 샤워헤드에 의해 제공됨 ―; 및
상기 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 상기 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함하는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 구리 층을 산화시키기 위해, 물, 오존, 산소, 및 산소 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산화제가 사용되는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 제7 항에 있어서,
상기 구리 층의 표면을 산화시키는 단계는 구리(I) 산화물 또는 구리(II) 산화물을 형성하는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 제8 항에 있어서,
상기 구리 층을 산화시키는 단계 및 상기 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트에 노출시키는 단계는, 상기 구리 층의 원자 층을 에칭하는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 구리(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 저 에너지의 아르곤 이온들로 타격하는 단계를 더 포함하는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 구리 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계는 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 수행되는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 시간 기간 동안 상기 기판과 상기 가열식 샤워헤드 사이의 거리보다 상기 제2 시간 기간 동안 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판을 상기 가열식 샤워헤드에 더 가까운 거리로 이동시켜 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판이 가열되는,
구리 층을 에칭하는 방법. - 코발트 층을 에칭하는 방법으로서,
프로세스 챔버에서 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계;
상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제1 시간 기간 동안 상기 기판 상의 코발트 층의 표면을 산화시키는 단계;
코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 형성하기 위해, 상기 기판이 상기 기판 지지부 상에 있을 때 제2 시간 기간 동안 상기 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계 ― 상기 제2 시간 기간은 상기 제1 시간 기간이 끝난 후에 시작됨 ―;
상기 제1 시간 기간 동안 상기 기판의 온도와 비교하여 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판의 온도를 상승시키도록 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판을 가열하는 단계 ― 상기 제2 시간 기간 동안의 가열은 상기 프로세스 챔버 내의 가열식 샤워헤드에 의해 제공됨 ―; 및
상기 코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 상기 프로세스 챔버 밖으로 펌핑하는 단계를 포함하는,
코발트 층을 에칭하는 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 코발트 층을 산화시키기 위해, 물, 오존, 산소, 및 산소 플라즈마로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산화제가 사용되는,
코발트 층을 에칭하는 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 코발트(II) 헥사플루오로아세틸아세토네이트 화합물을 저 에너지의 아르곤 이온들로 타격하는 단계를 더 포함하는,
코발트 층을 에칭하는 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 코발트 층의 산화된 표면을 헥사플루오로아세틸아세토네이트 증기에 노출시키는 단계는 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 수행되는,
코발트 층을 에칭하는 방법. - 제13 항에 있어서,
상기 제1 시간 기간 동안 상기 기판과 상기 가열식 샤워헤드 사이의 거리보다 상기 제2 시간 기간 동안 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판을 상기 가열식 샤워헤드에 더 가까운 거리로 이동시켜 상기 제2 시간 기간 동안 상기 기판이 가열되는,
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