KR20010041280A - 흡착력이 증가된 구리 증착 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼 상의 하부층으로의 구리층의 흡착을 개선시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구리층은 웨이퍼 상의 재료층 위에 형성되며, 구리층은 하부층으로의 흡착을 개선시키기 위해 이온으로 가격된다.
Description
최근에는, 플러그 및 배선과 같은 상호접속부로서 알루미늄이 폭넓게 사용되고 있다. 그렇지만, 장치의 밀도의 증가, 작동 주파수의 고속화, 및 다이 크기의 증대는 상호접속 구조물로서 알루미늄 보다는 보다 낮은 저항성을 갖는 금속을 필요로 하게 되었다. 낮은 저항성을 갖는 구리가 알루미늄을 대체할 수 있는 유력한 성분으로 대두되었다.
알루미늄 대신에 구리를 적용할 때의 한가지 문제점은 구리 건조 에칭이 최근에는 유용하지 않다는 점이다. 화학적 기계적 연마와 같은 연마 공정은 구리 증착층의 바람직하지 못한 부분들을 제거하기 위해 사용된다. 구리는 구리 아래의 확산층으로써 사용되는 재료에 불량하게 흡착되기 때문에 화학적 기계적 연마를 사용할 필요가 있다. 따라서, 확산층 위에 증착된 구리의 연마는 구리의 일부가 확산층의 표면으로부터 바람직하지 못하게 벗겨지게 한다. 이는 집적 회로에 결함을 유발한다.
구리를 증착할 때, 물리 기상 증착과 대립되는 화학 기상 증착(CVD)을 적용하는 것이 바람직한데, 이는 화학 기상 증착 공정이 보다 등각의 구리층을 제공하기 때문이다. 그렇지만, 구리의 화학 기상 증착은 또다른 문제점은 구리를 증착하는 동안 부산물이 발생된다는 점이다.
일예로, 구리의 화학 기상 증착은 Cu(hfac)L의 화학식을 갖는 쿠프라셀렉트(Cupraselect)로서 공지된 전구체를 사용함으로써 달성된다. 여기서, L은 비닐트리메틸실란(VTMS)과 같은 루이스(Lewis) 기초 화합물을 나타낸다. (hfac)는 헥사플루오로아세틸아세토나토를 나타내며, Cu는 구리를 나타낸다. Cu(hfac)L 전구체를 사용하여 Cu를 화학 기상 증착하는 동안, 전구체는 기화되고 웨이퍼를 포함하는 증착 챔버 내로 유동한다. 챔버에서, 전구체는 웨이퍼 표면에서 열에너지를 가지고 주입되며, 다음과 같은 반응을 유발한다.
생성된 구리(Cu)는 Cu(hfac)2와 함께 웨이퍼의 상부 표면 상에 증착된다. 기체상 루이스 기초 부산물(2L)은 챔버로부터 제거된다. 웨이퍼 표면 상의 부산물 및 다른 오염물질의 존재는 질화탄탈륨과 같은 하부 확산 배리어로의 구리의 흡착을 감소시킨다.
하부 확산 배리어로의 구리의 흡착을 개선시키기 위해, 구리 증착 공정은 두 단계로 분할되었다. 제 1단계 동안, 물리 기상 증착(PVD)은 구리의 시이드층(seed layer)을 증착하도록 수행된다. 물리 기상 증착 공정에서, 구리 타겟은 구리가 증착될 기판 위에 위치된다. 아르곤 가스가 구리 타겟과 기판 사이의 분위기 내로 도입된다. 아르곤 가스는 이후 무선 주파수(RF) 신호의 사용을 통해 여기되어서 이온 함유 플라즈마를 발생시킨다.
플라즈마로부터의 이온은 구리 타겟을 가격하며, 이에 의해 기판 상에 증착하는 구리 입자가 제거된다. 이들 구리 입자들은 일반적으로 이온화되며, 높게 활성화된다. 이러한 활성화된 구리 이온은 배리어층에 양호하게 흡착된다. 기판은 타겟과 기판 사이의 전압 구배가 형성되도록 바이어스되며, 이에 의해 구리 이온은 전압 구배를 따라 가속되며 기판을 가격한다. 이러한 가격의 결과로, 구리 입자는 기판의 표면에 강하게 흡착된다. 두 번째로, 이러한 물리 기상 증착 공정은 구리 시이드층과 배리어층 사이에 청결한 경계면을 제공한다.
구리의 시이드층이 물리 기상 증착을 사용하여 증착된다면, 벌크 구리층이 증착된다. 벌크 구리층은 표준 화학 기상 증착 또는 전기 도금에 의해 증착된다. 벌크 구리층은 구리 시이드층에 비해 비교적 양호하게 흡착된다.
그렇지만, 물리 기상 증착 공정의 사용은 작은 구조물을 갖는 장치에 대해서는 허용되지 않는 불량한 스텝 커버리지를 유발한다. 또한, 물리 기상 증착 공정은 화학 기상 증착 또는 전기 도금과 동일한 챔버에서 달성될 수 없다. 물리 기상 증착 챔버 및 화학 기상 증착 챔버 또는 전기 도금 챔버 모두를 갖추어야할 필요성은 집적 회로 제조 비용을 증가시킨다.
따라서, 구리와 하부 확산 배리어 사이의 흡착이 개선되도록 확산 배리어 상에 등각의 구리를 화학 기상 증착하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 증착이 단일 챔버(정위치(in situ)) 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 추가로, 증착이 소량의 전구체로 보다 신속하게 수행될 수 있도록 구리를 증착하는 동안 오염 부산물의 형성을 감소시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 집적 회로 제조 분야에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 구리층을 증착하기 위해 수행되는 일련의 공정을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 구리층 증착을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 구리층 증착에서 사용되는 증착 챔버를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 구리를 증착하는데 사용되는 증착 챔버의 작동을 제어하기 위해 본 발명에 따라 적용된 제어 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명에 따르면, 구리와 같은 재료층이 개선된 흡착으로 웨이퍼의 표면 상에 형성된다. 구리층을 형성할 때, 구리 시이드층은 먼저 웨이퍼의 표면 상에 증착된다. 시이드층이 증착되면, 구리는 이온으로 가격되어서 웨이퍼 표면에서의 구리의 흡착이 개선된다.
보다 상세하게, 불활성 가스의 플라즈마 내의 이온은 개선된 흡착을 제공하도록 구리를 가격하여서, 구리가 웨이퍼의 표면 상에 "고정(mount)"되도록 한다. 이러한 고정은 웨이퍼 표면으로의 구리의 흡착을 개선시킨다. 추가로, 이러한 가격은 구리 결정립을 편평하게 하여 전하 유동성을 개선시킨다. 플라즈마는 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용하는 본 발명의 일실시예에서 발생된다. 선택적으로, 구리를 가격하고 오염물질을 제거하기 위한 플라즈마를 발생시키기 위해 수소가 불활성 가스와 함께 적용될 수도 있다. 수소의 추가는 탄소, 산소, 염소 등과 같은 구리 증착 부산물을 제거하게 위해 제공되며, 이에 의해 배리어층으로의 구리의 흡착이 강화된다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼의 표면 상에 구리를 증착하기 위한 일련의 공정을 도시하고 있다. 먼저, 단계(100)에서 구리의 시이드층은 웨이퍼의 상부 표면 상에 증착된다. 구리의 시이드층은 화학 기상 증착을 사용하여 증착되며, 구리의 연속적이거나 불연속적인 층으로써 증착될 수 있다. 본 발명에 따르면, Cu(hfac)L 전구체는 시이드층의 증착에 적용된다. 그렇지만, 환원제와 조합된 다른 구리 전구체가 시이드층, 즉 수소 환원제를 갖는 Cu(hfac)L 전구체를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
구리 시이드층이 증착되면, 단계(101)에서, 시이드층은 플라즈마로 처리된다. 플라즈마는 하나 이상의 가스에 RF 에너지를 가함으로써 발생된다. 본 발명의 일실시예에서, 플라즈마 가스는 아르곤, 크립톤, 또는 제논과 같은 단일 가스로 구성된다. 본 발명의 선택적인 실시예에서, 가스 혼합물은 아르곤과 수소; 크립톤과 수소; 또는 제논과 수소의 조합물과 같은 다중 가스를 포함한다.
플라즈마 처리 동안, 구리가 증착된 기판은 바이어스된다. 바이어스는 플라즈마 내의 이온을 기판을 향해 가속시킨다. 이들 이온은 구리 시이드층과 충돌하고, 이에 의해 구리가 기판의 표면에 흡착하게 되는데, 즉 구리 결정립은 기판 상에 "고정"되며, 또한 전하 유동성을 개선시키기 위해 결정립을 편평하게 한다. 이는 기판으로의 구리 시이드층의 흡착을 강화한다. 또한, 수소 이온이 플라즈마 내에 존재한다면, 이들은 전구체 오염 부산물과 조합하여 챔버로부터 제거된다.
플라즈마 처리가 단계(101)에서 완료되면, 구리의 벌크 증착이 단계(102)에서 수행된다. 벌크 증착 동안 증착된 구리는 플라즈마 처리된 구리 위에 증착되어서 원하는 두께를 가지고 또한 웨이퍼 표면으로의 흡착이 개선된 구리층을 형성한다. 벌크 증착은 Cu(hfac)L을 사용한 화학 기상 증착 공정 또는 다른 벌크 구리 증착 공정을 사용하여 달성된다.
본 발명의 일실시예에서, 구리 시이드 증착, 플라즈마 처리, 및 벌크 증착은 화학 기상 증착 및 플라즈마 처리 모두를 수행할 수 있는 단일 챔버에서 달성된다. 따라서, 구리층은 완전히 정위치로 형성된다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 화학 기상 증착 및 플라즈마 처리는 상이한 챔버에서 수행된다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 집적 회로 내의 구리층의 형성을 도시하고 있다. 도 2a는 이산화실리콘과 같은 절연재료층(111) 내에 형성(즉, 에칭)된 비아(116)를 도시하고 있다. 졀연재료층(111)은 집적 회로 내의 다른 소자에 전기적으로 연결될 기판(110) 위에 놓인다. 기판(110)은 비아(116) 내에 형성될 상호접속 구조물에 의해 다른 소자에 연결된다.
절연재료층(111)의 상부 표면 및 비아(116)의 둘레 내에 놓인 기판(110)의 상부 표면 위에는 확산 배리어(112)가 증착된다. 이러한 확산 배리어(112)는 상호접속 구조물 금속이 기판(110) 내로 확산되는 것을 방지하도록 적용된다. 본 발명의 일실시예에서, 상호접속 구조물 금속은 구리이며, 확산 배리어는 내화 금속 또는 내화 금속 질화물이다. 예컨대, 내화 금속 질화물은 바람직하게는 질화탄탈륨이지만, 질화티타늄, 탄탈륨, 질화텅스텐, 또는 금속(즉, 구리)과 기판(110) 사이의 확산 배리어로써 작용하는 다른 적절한 재료일 수도 있다.
도 2b는 상호접속 구조물 내에 적용될 구리 시이드층(113)의 증착을 도시하고 있다. 구리 시이드층(113)은 화학 기상 증착을 사용하여 확산 배리어(112)의 상부 표면 상에 증착된다. 본 발명의 일실시예에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 구리 시이드층(113)은 불연속적으로 증착되는데, 즉 증착 영역 사이에 갭이 존재한다. 선택적인 실시예(도시되지 않음)에서, 구리 시이드층(113)은 10 내지 300Å 범위의 두께로 연속적으로 증착된다. 시이드층의 두께는 시이드층을 처리하는데 사용된 플라즈마 처리 인자에 의존한다. 따라서, 증착 두께는 선택된 처리 인자와 일치하여야 한다.
시이드층(113)의 화학 기상 증착은 바람직하게는 Cu(hfac)L 전구체를 사용하여 달성되는데, 여기서 L은 VTMS이다. 액체 Cu(hfac)L은 기화되며 확산 베이러(112)를 포함하는 분위기 내로 유동한다. 전구체의 기화는 액체 전구체를 통해 질소 또는 수소를 "버블링(bubbling)"함으로써 달성될 수 있다. 기화된 전구체는 대략 0.1 내지 1 SCCM의 유량으로 분위기로 제공된다. 이러한 분위기는 0.5 내지 1.5 mTorr의 압력을 가지며 기판의 온도가 150 내지 250℃가 되도록 제어된다. 증착 공정은 시이드층의 원하는 두께에 따라 30초 내지 5분 동안 수행된다. 시이드층은 수소 환원제를 갖는 Cu+2(hfac)2와 같은 다른 구리 전구체를 사용하여 화학적으로 증착될 수도 있다. 넓게 말하면, 구리 증착의 형태는 본 발명의 범위 내에서 고려된다.
구리 시이드층(113)이 증착되면, 도 2c에 도시된 바와 같이 구리 시이드층(113)은 플라즈마(114)로 처리된다. 본 발명에 따르면, 플라즈마(114)는 구리의 원자량과 유사한 원자량을 갖는 불활성 가스를 포함하는 하나 이상의 가스, 즉 가스 혼합물에 에너지를 제공함으로써 형성된다. 이러한 가스는 아르곤, 제논, 및 크립톤을 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 가스 혼합물은 아르곤으로 구성된다.
아르곤이 적용되는 경우, 아르곤 가스는 100 내지 500 sccm의 유량으로 구리 시이드층(113)을 포함하는 분위기로 유입된다. 아르곤 가스는 100kHz 내지 20MHz의 주파수를 갖는 RF 신호로부터 발생된 에너지가 가해짐으로써 플라즈마로 변형되는데, 여기서 13.56MHz는 100 내지 2000와트의 RF 전력 레벨을 사용하여 처리 결과를 얻기에 충분한 전력인 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 플라즈마로 인가되는 전력이 높을수록, 시이드층의 처리가 보다 양호하게 된다. 생성된 플라즈마(114)는 10 내지 60초 동안 유지된다.
플라즈마 처리를 수행할 때, 압력이 0.1 내지 1.5 Torr가 되고 기판(110)의 온도가 150 내지 250℃로 설정되도록 구리 시이드층(113)의 분위기가 제어된다.
플라즈마(114)가 형성될 때, 아르곤이 이온화된다. 아르곤의 생성 이온은 구리 시이드층(113)을 향해 가속되어 구리 시이드층(113)과 충돌한다. 이온으로부터의 충돌은 충돌된 구리 시이드층(113)이 확산 베이러(112)와 보다 양호하게 결합하도록 한다. 확산 배리어(112) 상에서의 구리재료의 이러한 "고정"은 확산 배리어(112)로의 구리 시이드층(113)의 흡착을 개선시킨다.
본 발명의 선택적인 실시예에서, 플라즈마(114)는 아르곤, 크립톤, 또는 제논과 같은 불활성 가스와 수소의 혼합물인 가스 혼합물로부터 형성된다. 아르곤이 적용될 때, 아르곤 대 수소의 비는 1 : 1 내지 3 : 1 이다. 플라즈마는 아르곤 단독으로 플라즈마를 형성할 때와 동일한 방식으로 가스에 에너지를 제공함으로써 아르곤과 수소의 가스 혼합물로부터 형성된다.
상기한 바와 같이, Cu(hfac)L을 사용한 구리의 화학 기상 증착은 (hfac) 오염 부산물과 함께 구리를 증착시킨다. 이러한 오염 부산물은 확산 배리어(112)로의 구리(113)의 흡착에 악영향을 미친다. 플라즈마(114)로의 수소의 부가는 (hfac) 부산물의 일부분을 제거할 뿐만 아니라 염소, 산소, 및/또는 탄소와 같은 다른 오염물질을 제거한다.
아르곤-수소 플라즈마(114)가 적용될 때, 상기한 바와 같이 아르곤 이온은 구리(113)와 충돌하며, 이하의 화학식에 따라 수소는 (hfac) 부산물과 혼합된다.
2H(hfac)는 가스성 반응 부산물이며, 시이드층(113)이 증착되는 분위기로부터 배출된다. 아르곤-수소 플라즈마(114)를 적용함에 따라, 확산 배리어(112)로의 시이드층(113)의 흡착은 두 가지 메카니즘에 의해 개선된다. 제 1메카니즘은 구리와 확산 배리어(112) 사이의 결합을 개선시키기 위해 아르곤 이온으로 구리를 가격하는 것이다. 제 2메카니즘은 수소와 결합하고 챔버로부터 제거될 (hfac) 오염 부산물 및/또는 다른 오염물질을 제거하는 것이다.
본 발명의 선택적인 실시예에서, 구리 시이드층(113)과 하부 확산 배리어(112) 사이의 개선시키면서 플라즈마(114)는 추가로 변형될 수도 있다. 예컨대, 크립톤 및 제논과 같은 다른 불활성 가스가 플라즈마(114) 내에서 아르곤과 대체될 수 있다. 이러한 대체는 수소가 적용되든지간에 수행될 수도 있다. 추가로, 플라즈마(114)는 단지 수소로만 구성될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 구리 결합을 방해할 수도 있는 (hfac) 부산물 및 다른 오염물질이 제거됨으로써 구리 시이드층(113)과 확산 배리어(112) 사이에 흡착이 개선될 수 있다.
구리 시이드층(113)이 플라즈마(114)로 처리되면, 구리의 벌크 증착이 원하는 두께를 갖는 최종 구리층(115)을 형성하도록 수행된다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 새롭게 증착된 구리가 화학 기상 증착을 사용하여 증착되며, 최종 구리층(115)을 형성하도록 구리 시이드층(113)과 융합된다(시이드층 상에서 성장한다). 본 발명의 바람직한 실시예에서, 벌크 CVD 구리층(115)은 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이 Cu(hfac)L 전구체를 사용하여 달성되지만, 다른 벌크 증착 공정에서는 수소 환원제를 갖는 Cu+2(hfac)2와 같은 전구체가 사용될 수도 있다.
구리의 벌크 증착은 최종 구리층(115)이 1000Å 내지 1미크론의 두께를 가질 때까지 수행된다. 하부 확산 배리어(112)로의 확산을 개선시키는 새롭게 증착된 구리가 시이드층(133)의 상부 상에 증착되기 때문에, 확산 배리어(112)로의 최종 구리층(115)의 흡착이 개선된다. 개선된 흡착의 결과로, 구리는 연마 공정 동안 확산 배리어(112)로부터 바람직하지 못하게 벗겨지는 경향이 감소된다.
도 3은 본 발명에 따른 구리층을 형성하도록 적용될 수 있는 CVD 시스템(120)을 도시하고 있다. 챔버는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재한 "어플라이드 머티어리얼스사"로부터 제조되는 모델명 "WxZ" 챔버이며, 이는 본 발명에 따른 구리 증착을 수행하도록 개조되었다. CVD 시스템(120)은 구리 증착 및 플라즈마 처리가 수행되는 공정 챔버(137)를 포함하고 있다. 공정 챔버(137)는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지부(130) 및 공정 챔버(137) 내로 반응 가스를 유입시키기 위한 샤워헤드(129)를 포함한다.
공정 챔버(137)는 절연기(132)에 의해 웨이퍼 지지부(130) 및 샤워헤드(129)로부터 전기적 및 열적으로 절연된 한세트의 벽(131)에 의해 한정된다. 열에너지를 제공하기 위해, 웨이퍼 지지부(130)는 웨이퍼 지지부 표면에 열을 제공하는 저항성 코일(도시되지 않음)을 포함한다. 플라즈마를 형성하기 위한 에너지를 제공하기 위해, 샤워헤드(129)는 100kHz 내지 20MHz의 주파수를 갖는 신호원(126)에 연결된다. 공정 챔버벽(131) 및 웨이퍼 지지부(130)는 모두 접지되어 있다.
압력 제어 유닛(135), 즉 진공 펌프는 공정 챔버(137)에서의 압력을 세팅하기 위해 공정 챔버(137)에 연결되어 있다. 압력 제어 유닛(135)은 또한 공정 챔버로부터 반응 부산물을 제거하기 위해 제공된다.
공정 챔버(137)로 반응물을 제공하기 위해, CVD 시스템(120)은 또한 혼합기 블록(127), 기화기(128), 가스 패널(121), 및 액체 패널(122)을 포함한다. 가스 패널(121)은 가스성 반응물을 제공하며, 기화기(128) 및 혼합기 블록(127) 모두에 연결된다. 액체 패널(122)은 액체 반응물을 제공하며, 기화기(128)에 연결된다.
기화기(128)는 액체 반응물을 가스 반응물로 변환시키기 위해 제공된다. 액체 반응물이 적용될 때, 액체 패널(122)은 액체 반응물을 기화기(128)로 제공하며, 기화기(128)는 액체를 기화시키며, 캐리어 가스로서 헬륨, 수소, 질소, 또는 아르곤과 같은 불활성 희석 가스를 사용한다. 선택적으로, 기화기는 증발을 통해 가스 반응물을 생성할 수도 있다. 가스 및 액체 반응물이 모두 적용될 때, 가스 패널(121)은 기화기(128)로 가스 반응물을 제공하고, 액체 패널(122)은 기화기(128)로 액체 반응물을 제공한다. 기화기는 이후 이들 반응물들을 조합 및 기화시킨다. 혼합기 블록(127)은 가스 패널(121) 및 기화기(128)로부터 샤워헤드(129)로 가스 반응물을 통과시키기 위해 연결된다.
구리층의 형성은 도 3에 도시된 바와 같은 단일 공정 챔버의 정위치로 수행된다. 구리가 증착될 상부 표면을 갖춘 웨이퍼(140)는 웨이퍼 지지부(130) 상의 공정 챔버(137) 내에 위치되며, 샤워헤드(129)로부터 대략 350mils 정도 이격되어 있다. 본 발명의 일실시예에서, 웨이퍼(140)의 상부 표면은 질화티타늄, 질화탄탈륨, 또는 질화텅스텐과 같은 내화 금속 질화물에 의해 형성된다. 웨이퍼(기판)는 이후 상기한 바와 같이 처리된다.
구리층을 형성하기 위한 상기한 공정 단계(도 2a 내지 도 2d)는 프로세서 제어 유닛에 의해 제어되는 시스템 내에서 수행될 수 있다. 제어 유닛은 프로세서 유닛(205), 메모리(210), 대량 저장 장치(220), 입력 제어 유닛(270), 및 디스플레이 유닛(250)을 포함하는데, 이들 모두는 제어 유닛 버스(225)에 연결되어 있다.
프로세서 유닛(205)은 마이크로프로세서 또는 메모리에 저장된 명령을 수행할 수 있는 다른 엔진이다. 메모리(210)는 하드 디스크 드라이브, 랜덤 엑세스 메모리(RAM), 또는 다른 프로세서 판독가능한 저장 매체로 구성될 수 있다. 메모리(210)는 프로세서 유닛(205)이 상기한 공정 단계를 용이하게 수행할 수 있도록 하는 명령을 포함한다. 이러한 메모리(210) 내의 명령은 프로그램 코드의 형태를 갖는다. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어 중 어느 하나에 대응할 수도 있다. 예컨대, 프로그램 코드는 C+, C++, 베이직, 파스칼, 또는 다수의 다른 언어가 사용될 수 있다.
대량 저장 장치(220)는 데이터 및 명령을 저장하고, 자기 디스크 또는 자기 테이프와 같은 프로세서 판독가능한 저장 매체로부터 데이터 및 프로그램 코드 명령을 검색한다. 예컨대, 대량 저장 장치(220)는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 테이프 드라이브, 또는 광학 디스크 드라이브일 수 있다. 대량 저장 장치(220)는 프로세서 유닛(205)으로부터 수용하는 지시에 대응하여 명령을 저장하고 검색한다. 대량 저장 장치(220)에 의해 저장되고 검색되는 데이터 및 프로그램 코드 명령은 상기한 공정 단계를 수행하도록 프로세서 유닛(205)에 의해 적용된다. 데이터 및 프로그램 코드 명령은 먼저 매체로부터 대량 저장 장치(220)에 의해 검색되며, 이후 프로세서 유닛(205)에 의해 사용되도록 메모리(210)로 전달된다.
디스플레이 유닛(250)은 프로세서 유닛(205)의 제어 하에서 그래픽 디스플레이 및 문자숫자식 기호의 형태로 챔버 작동자에게 정보를 제공한다. 입력 제어 유닛(270)은 챔버 작동자의 입력을 수용할 수 있도록 키보드, 마우스, 또는 라이트펜과 같은 데이터 입력 장치를 제어 유닛(200)에 연결한다.
제어 유닛 버스(225)는 제어 유닛 버스(225)에 연결된 모든 장치들 사이에 데이터 및 제어 신호를 전달하기 위해 제공된다. 비록 제어 유닛 버스가 제어 유닛(200) 내의 장치를 직접 연결시키는 신호로써 디스플레이되더라도, 제어 유닛 버스(225)는 또한 버스의 조합일 수 있다. 예컨대, 프로세서 유닛(205) 및 메모리(210)가 국부 프로세서 버스에 연결되는 동안, 디스플레이 유닛(250), 입력 제어 유닛(270), 및 대량 저장 장치(220)는 입력-출력 주변 버스로 연결될 수 있다. 국부 프로세서 버스 및 입력-출력 주변 버스는 제어 유닛 버스(225)를 형성하도록 함께 연결된다.
제어 유닛(200)은 본 발명에 따른 구리층을 형성하는데 적용되는 도 3에 도시된 소자에 연결된다. 각각의 이들 소자들은 제어 유닛(200)과 소자 사이의 통신이 용이하도록 제어 유닛 버스(225)에 연결된다. 이들 소자들은 가스 패널(121), 액체 패널(122), 웨이퍼 지지부 내의 저항성 코일(도시되지 않음)과 같은 가열 소자(230), 압력 제어 유닛(135), 신호원(126), 기화기(128), 및 혼합기 블록(127)을 포함한다. 제어 유닛(200)은 상기 소자들이 구리층을 형성하는 공정 단계를 위한 상기한 공정들을 수행할 수 있도록 챔버 소자들에 신호를 제공한다.
작동 중에, 프로세서 유닛(205)은 메모리(210)로부터 검색된 프로그램 코드 명령에 대응하여 챔버 소자의 작동을 지시한다. 이들 명령에 대응하여, 챔버 소자들은 도 1을 참조하여 전술한 공정 단계들을 수행한다.
웨이퍼가 공정 챔버 내에 위치되면, 단계(100)에서 구리 시이드층은 웨이퍼 상에 증착된다. 단계(100)에서 증착을 수행하기 위해, 프로세서 유닛(205)은 메모리(210)로부터 검색된 명령을 실행한다. 이들 명령들의 실행은 도 2b를 참조하여 상기한 바와 같이 기판 상에 재료층을 증착하도록 챔버의 소자들을 작동시킨다.
구리 시이드층이 증착되면, 메모리(210)로부터 검색된 명령은 프로세서 유닛(205)에 지령하여, 챔버(120)의 소자들이 단계(101)에서 플라즈마 처리를 수행하도록 한다. 이들 지령의 실행은 도 2c를 참조하여 전술한 바와 같이 플라즈마로 증착된 구리를 처리하도록 챔버의 소자들을 작동시킨다.
플라즈마 처리가 완료되면, 메모리(210)로부터 검색된 명령은 프로세서 유닛(205)에 지령하여 챔버(120)의 소자들이 단계(102)에서 구리의 벌크 증착을 수행하도록 한다. 이들 지령의 실행은 도 2d를 참조하여 전술한 바와 같이 구리층을 처리하기 위해 벌크 증착을 수행하도록 챔버의 소자들을 작동시킨다.
본 발명이 예시적인 실시예에 대해 기술되었지만, 당업자들은 본 발명의 개념 및 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 개조 및 변형이 달성될 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (28)
- 기판으로의 구리 흡착을 개선시키는 방법으로서,(a) 상기 기판 상에 구리를 증착하는 단계와, 그리고(b) 상기 구리가 상기 기판의 상부 표면에 흡착되도록 이온 충돌을 통해 상기 구리를 처리하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단계(b)는 상기 구리를 가격하는 이온을 포함하는 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 구리가 연속적인 층으로 증착되는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 구리가 불연속적인 층으로 증착되는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판이 확산 배리어를 포함하는 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 확산 배리어가 내화 금속, 또는 내화 금속 질화물로 구성되는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 확산 배리어가 탄탈륨, 질화티타늄, 질화탄탈륨, 및 질화텅스텐으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료인 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 플라즈마가 불활성 가스를 사용하여 형성되는 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 불활성 가스가 구리의 원자량과 거의 일치하는 원자량을 갖는 방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 불활성 가스가 아르곤, 크립톤, 및 제논으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스인 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 불활성 가스가 수소와 배합되는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단계(a)에서 증착되고 상기 단계(b)에서 처리된 상기 구리 상에 구리를 증착하는 단계(c)를 더 포함하는 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 단계(c)에서 증착된 구리가 연속적인 구리층을 형성하도록 상기 단계(a)에서 증착된 상기 구리와 배합되는 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 단계(a), (b), 및 (c)는 모두 공정 챔버에서 수행되며, 상기 웨이퍼는 상기 단계(a), (b), 및 (c)가 모두 완료될 때까지 상기 공정 챔버로부터 제거되지 않는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단계(a)는 화학 기상 증착을 사용하여 수행되는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 화학 기상 증착은 Cu(hfac)L 화합물을 사용하여 달성되는 방법.
- 웨이퍼 상의 재료층 위에 구리층을 형성하는 방법으로서,(a) 공정 챔버 내에 웨이퍼를 위치시키는 단계와,(b) 상기 웨이퍼가 상기 공정 챔버 내에 있는 동안, 상기 재료층 상에 구리를 화학 기상 증착하는 단계와, 그리고(c) 상기 웨이퍼가 상기 공정 챔버 내에 있는 동안, 상기 구리가 상기 재료층의 상부 표면을 흡착하도록 상기 구리를 처리하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 단계(c)는 상기 구리를 가격하는 이온을 포함하는 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 재료층이 확산 배리어층인 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 플라즈마가 불활성 가스를 포함하는 가스 혼합물을 사용하여 형성되는 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 불활성 가스가 구리의 원자량과 거의 일치하는 원자량을 갖는 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 불활성 가스가 아르곤, 크립톤, 및 제논으로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스인 방법.
- 제 20항에 있어서, 상기 가스 혼합물이 아르곤, 크립톤, 제논, 및 수소로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 방법.
- 제 17항에 있어서, 상기 웨이퍼가 상기 공정 챔버 내에 있는 동안, 상기 단계(b)에서 증착된 상기 구리 상에 구리를 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 24항에 있어서, 상기 단계(d)는 화학 기상 증착을 사용하여 수행되는 방법.
- 제 24항에 있어서, 상기 가스 혼합물이 Cu(hfac)L 화합물을 포함하는 방법,
- 반도체 웨이퍼 공정 시스템에서,화학 기상 증착을 수행하기 위한 챔버와,상기 챔버 내에서 상기 화학 기상 증착을 제어하기 위한 컴퓨터와,상기 컴퓨터에 의해 수행될 때, 상기 반도체 웨이퍼 공정 시스템이 기판 상에 구리 시이드층을 증착하는 단계, 상기 챔버로 처리 가스를 공급하는 단계, 및 이온으로 상기 구리 시이드층을 가격하기 위해 플라즈마 내로 상기 처리 가스를 연소시키는 단계를 수행하도록 하는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하는 반도체 웨이퍼 공정 시스템.
- 컴퓨터에 의해 수행될 때, 상기 반도체 웨이퍼 공정 시스템이 상기 구리 시이드층 상에 구리층을 증착하는 부가적인 단계를 수행하도록 하는 프로그램을 더 포함하는 제 27항에 따른 컴퓨터 판독가능한 매체.
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