KR20110059741A - 배리어 표면들상의 코발트 증착 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 배리어층상에 코발트층을 증착하고 후속하여 구리 또는 구리 합금과 같은 도전성 물질들 그 상부에 증착하기 위한 프로세스들을 제공한다. 일 실시예에서, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 기판상에 배리어층을 형성하는 단계, 기상 증착 프로세스 동안에 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA: dicobalt hexacarbonyl butylacetylene)에 기판을 노출시키는 단계, 및 코발트층 위에 도전성 물질을 증착하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 배리어층 및/또는 코발트층은 열적 프로세스, 인 시튜 플라즈마 프로세스, 또는 원격 플라즈마 프로세스와 같은 처리 프로세스 동안에 가스 또는 시약에 노출될 수 있다.

Description

배리어 표면들상의 코발트 증착{COBALT DEPOSITION ON BARRIER SURFACES}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 전자 및 반도체 소자들을 제작하기 위한 금속화(metallization) 프로세스와 관련되며, 특히, 실시예들은 상부에 도전성층 또는 콘택 물질을 증착하기 이전에 배리어층상에 코발트층을 증착하기 위한 방법과 관련된다.
구리는 소자 제작에 결정적인 멀티레벨 금속화 프로세스들에서 사용하기 위해 현재 선택된 금속이다. 제작 프로세스들을 구동시키는 멀티레벨 상호접속부들은 콘택들, 비아들, 라인들, 및 다른 피쳐(feature)들을 포함하는 고 종횡비 개구들의 평탄화를 요구한다. 피쳐들이 더 높은 종횡비들을 가질 때, 공극(void)들을 생성하거나 피쳐 기하학적 구조를 변형시키지 않고 피쳐들을 충진시키는 것은 더욱 어렵다. 상호접속부들의 신뢰성 있는 형성도 또한 제작자들이 회로 밀도 및 품질을 증가시키기 위해 노력하기 때문에 더욱 어렵다.
구리의 사용이 자신의 상대적으로 낮은 비용 및 프로세싱 특성들로 인하여 시장에 침투함에 따라, 반도체 제작자들은 구리 확산 및 탈습윤(dewetting)을 감소시킴으로써 구리와 유전체 물질 사이의 경계선 영역들을 개선하기 위한 방법들을 계속하여 강구한다. 다수의 프로세싱 방법들은 피쳐 크기들이 감소함에 따라 구리 상호접속부들을 제작하기 위하여 개발되었다. 각각의 프로세싱 방법은 경계선 영역들 양단의 구리 확산, 구리 결정 구조 변형, 및 탈습윤과 같은 에러의 가능성을 증가시킬 수 있다. 물리 기상 증착(PVD: Physical vapor deposition), 화학 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition), 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition), 전기화학적 도금(ECP: electrochemical plating), 비전착성 증착(electroless deposition), 화학 기계적 연마(CMP: chemical mechanical polishing), 전자화학 기계적 연마(ECMP: electrochemical mechanical polishing), 및 구리층들을 증착하고 제거하는 다른 방법들은 상호접속부들을 형성하는 구리를 다루기 위한 기계적, 전기적, 또는 화학적 방법들을 이용한다. 배리어층 및 구리층은 구리를 포함하도록 증착될 수 있다.
과거에, 탄탈룸, 탄탈룸 질화물, 또는 주석, 알루미늄, 또는 마그네슘을 갖는 구리 합금의 층은 구리와 다른 물질들 사이에 접착성 촉진제 또는 배리어층을 제공하는데 사용되었다. 이러한 옵션들은 대개 비용이 많이 들고, 단지 부분적으로만 효과적이다. 경계선 영역들을 따르는 구리 원자들이 온도, 압력, 기압 조건들, 또는 다수 단계 반도체 프로세싱 동안에 공통인 다른 프로세스 변수들의 변화들을 경험함에 따라, 구리는 경계선 영역들을 따라 이동하고, 응집(agglomerated) 구리가 될 수 있다. 구리는 또한 경계선 영역들을 따라 덜 균일하게 분산되고, 탈습윤된(dewetted) 구리가 될 수 있다. 경계선 영역의 이러한 변화들은 구리 원자들의 스트레스 이동 및 전자이동을 포함한다. 유전체층들 또는 다른 구조들에 걸친 스트레스 이동 및 전자이동은 결과 구조들의 저항을 증가시키고, 결과 소자들의 신뢰성을 감소시킨다.
따라서, 배리어층상에 콘택 물질 또는 도전성층의 안정성 및 접착성을 향상시키기 위한 필요성이 존재한다. 또한, 특히 구리선 형성을 위해 구리 포함층의 전자이동 신뢰성을 향상시키는 한편, 유전체 물질들과 같은 이웃 물질들로의 구리의 확산을 방지하기 위한 필요성이 존재한다.
본 발명의 실시예들은 상부에 도전성층을 증착하기 이전에 배리어층상에 코발트층을 증착하기 위한 프로세스들을 제공한다. 일 실시예에서, 기판상에 배리어층을 형성하는 단계, 기상 증착 프로세스 동안에 상기 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA: dicobalt hexacarbonyl butylacetylene)에 상기 기판을 노출시키는 단계, 및 상기 코발트층 위에 도전성 물질을 증착하는 단계를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 기판은 열적 CVD 프로세스 동안에 상기 CCTBA 및 상기 수소를 포함하는 증착 가스에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판은 ALD 프로세스 동안에 CCTBA 및 수소에 순차적으로 노출될 수 있다. 기판은 CVD 또는 ALD 프로세스 동안에 약 100℃ 내지 약 250℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 코발트층은 약 40Å 미만의 두께로 증착될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 배리어층 및/또는 코발트층은 처리 프로세스 동안에 가스 또는 시약에 노출될 수 있다. 처리는 열적 프로세스, 인 시튜(in situ) 플라즈마 프로세스, 또는 원격 플라즈마 프로세스일 수 있다. 가스 또는 시약은 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 암모니아/수소 혼합물, 시레인, 디실란, 헬륨, 아르곤, 이들의 플라즈마, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들이거나 이들을 포함할 수 있다. 배리어층 또는 코발트층은 약 1초 내지 약 30초 범위 내의 시간 기간 동안 가스, 시약, 또는 플라즈마에 노출될 수 있다. 기판은 처리 프로세스 동안에 약 50℃ 내지 약 400℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 도전성 물질은 구리 또는 구리 합금을 포함할 수 있다. 도전성 물질은 시드층 및 벌크층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 도전성 물질은 전기화학적 도금(ECP: electrochemical plating) 프로세스 등에 의하여 코발트층상에 직접 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 구리를 포함하는 시드층은 PVD 프로세스 또는 CVD 프로세스에 의하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 벌크층은 구리를 포함하고, ECP 프로세스에 의하여 증착될 수 있다. 배리어층은 탄탈룸, 탄탈룸 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배리어층은 탄탈룸층상에 배치되는 탄탈룸 질화물층일 수 있다.
다른 실시예에서, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 기판상에 배리어층을 형성하는 단계, 전-처리 프로세스 동안에 제1 플라즈마에 배리어층을 노출시키는 단계, 기상 증착 프로세스 동안에 상기 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA) 및 수소에 상기 기판을 노출시키는 단계, 후-처리 프로세스 동안에 제2 플라즈마에 상기 코발트층을 노출시키는 단계, 및 기상 증착 프로세스에 의하여 상기 코발트층상에 구리층을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 기판상에 배리어층을 형성하는 단계, 전-처리 프로세스 동안에 플라즈마에 상기 배리어층을 노출시키는 단계, 기상 증착 프로세스 동안에 상기 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA) 및 환원 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계, 후-처리 프로세스 동안에 수소 플라즈마에 상기 코발트층을 노출시키는 단계, 및 상기 코발트층 위에 구리 물질을 증착하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 코발트층을 증착하기 위한 기상 증착 프로세스 및 후-처리 프로세스는 코발트 물질을 형성하기 위하여 순차적으로 반복된다. 코발트 물질은 상부에 증착되는 다른 코발트층을 갖기 이전에 수소 플라즈마에 각각 노출된 다수의 코발트층들을 포함한다.
본 발명의 상기 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 상기 간략히 요약된 본 발명의 보다 상세한 설명이 실시예들을 참고로 하여 진술될 것이며, 설명의 일부는 첨부된 도면들과 함께 설명된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 통상적인 실시예들을 개시하며, 따라서, 본 발명의 범위를 제한하도록 고려되지 않을 것이고, 다른 동일한 유효한 실시예들이 허용될 수 있음을 유념하라.
도 1은 본 명세서에 개시되는 일 실시예에 따른 프로세스를 예시하는 흐름도를 도시한다.
도 2a-2f는 본 명세서에 개시되는 일 실시예에 따른 상이한 프로세스 단계들에서의 기판의 개략도들을 도시한다.
본 발명의 실시예들은 상부에 도전성층을 증착하기 이전에 배리어층상에 코발트층을 증착하기 위한 방법을 제공한다. 코발트층 및 배리어층은 각각 선택적으로 플라즈마 프로세스 또는 열적 프로세스와 같은 처리 프로세스에 노출될 수 있다. 도전성층은 구리 또는 구리 합금을 포함하고, 물리 기상 증착(PVD) 프로세스, 원자층 증착(ALD) 프로세스, 전기화학적 도금(ECP) 프로세스, 또는 비전착성 증착 프로세스에 의하여 증착될 수 있다. 코발트층은 접착성을 증진시키고, 갭충진 및 전자이동 성능을 향상시키고, 확산 및 응집(agglomeration)을 감소시키며, 프로세싱 동안에 기판 표면의 균일한 거칠기(roughness) 및 습윤(wetting)을 촉진(encourage)하기 위하여 구리 경계선 영역 특성들을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스(100)를 예시하는 흐름도를 도시한다. 프로세스(100)는 기판상의 상호접속부 또는 다른 소자를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도 2a-2f에 도시되는프로세스(100)의 단계들(110-150)은 기판(200)상에 수행될 수 있다. 프로세스(100)는 기판상에 배리어층을 증착하거나 형성하는 단계(단계(110)), 선택적으로 배리어층을 전-처리 프로세서에 노출시키는 단계(단계(120)), 배리어층상에 코발트층을 증착하는 단계(단계(130)), 선택적으로 후-처리 프로세스에 코발트층을 노출시키는 단계(단계(140)), 및 코발트층상에 적어도 하나의 도전성층을 증착하는 단계(단계(150))를 포함한다.
도 2a는 하부층(202)상에 증착되는 유전체층(204)을 포함하는 기판(200)을 도시한다. 개구(206)는 유전체층(204) 내에 형성되며, 내부에 형성되는 비아, 다마신, 트러프(trough), 또는 다른 경로일 수 있다. 하부층(202)은 소자 구조에 따라 기판, 기판 표면, 콘택층, 또는 다른 층일 수 있다. 유전체층(204)은 로우-k 유전체 물질과 같은 유전체 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유전체층(204)은 실리콘 탄화물 산화물 물질, 탄소 도핑된 실리콘 산화물 물질, 예를 들어, 캘리포니아 산타 클라라에 위치된 어플라이드 머티리얼스 사로부터 이용가능한 BLACK DIAMOND® Ⅱ 로우-k 유전체 물질과 같은 로우-k 유전체 물질을 포함한다. 유전체층(204)에 대한 적절한 물질의 다른 실시예는 본 명세서에 참조로서 통합되는, 공동으로 양도된 미국 특허 번호 6,537,733, 6,790,788, 및 6,890,850에 개시되는 것과 같은 화학 기상 증착(CVD) 또는 플라즈마 강화 CVD(PE-CVD)를 사용하여 형성되는 실리콘 탄화물 기반 막이다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 배리어층 또는 물질은 프로세스(100)의 단계(110) 동안에 기판상에 증착되거나 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도 2b는 개구(206) 내에 등각으로(conformally), 유전체층(204) 위에, 기판(200)상에 배치되는 배리어층(210)을 도시한다. 배리어층(210)은 하나의 층 또는 다수의 층들일 수 있다. 배리어층(210)은 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈룸, 탄탈룸 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 이들의 규화물들, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배리어층(210)은 탄탈룸/탄탈룸 질화물, 티타늄/티타늄 질화물, 또는 텅스텐/텅스텐 질화물의 이중층을 포함할 수 있다. 배리어층(210)은 약 5Å 내지 약 50Å 범위, 바람직하게는 약 10Å 내지 약 30Å 범위 내의 두께를 가질 수 있으며, PVD, ALD, 플라즈마 강화 ALD(PE-ALD), CVD, PE-CVD, 펄스형-CVD, 또는 이들의 조합들에 의하여 형성되거나 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 배리어층(210)은 PVD 프로세스에 의하여 증착되는 금속 탄탈룸의 하부층 및 다른 PVD 프로세스에 의하여 증착되는 탄탈룸 질화물층의 하부층 위에 배치되는 상부층을 포함한다. 다른 실시예에서, 배리어층(210)은 ALD 프로세스에 의하여 증착되는 금속 탄탈룸의 하부층 및 CVD 프로세스에 의하여 증착되는 탄탈룸 질화물층의 하부층 위에 배치된 상부층을 포함한다. 다른 실시예에서, 배리어층(210)은 PVD 프로세스에 의하여 증착되는 금속 탄탈룸의 하부층 및 CVD 프로세스에 의하여 증착되는 탄탈룸 질화물층의 하부층 위에 배치되는 상부층을 포함한다.
예를 들어, 배리어층(210)은 CVD 프로세스 또는 ALD 프로세스를 사용하여 증착되는 탄탈룸 질화물을 포함할 수 있으며, 여기서 탄탈룸-포함 화합물 또는 탄탈룸 선구물질(예를 들어, PDMAT) 및 질화물 선구물질(예를 들어, 암모니아)이 바응된다. 일 실시예에서, 탄탈룸 및/또는 탄탈룸 질화물이 본 명세서에 참조로서 통합되고 US 2003-0121608로 발행되고 2002년 10월 25일자로 출원된, 공동으로 양도된 미국 일련 번호 10/281,079호에 개시되는 바와 같은 ALD 프로세스에 의하여 배리어층(210)으로서 증착된다. 일 실시예에서, Ta/TaN 이중층은 임의의 순서로 다른 층의 상부에 하나의 층이 놓이는 방식으로, ALD, CVD, 및/또는 PVD 프로세스들에 의하여 독립적으로 증착되는 금속 탄탈룸층 및 탄탈룸 질화물층과 같은 배리어층(210)으로서 증착될 수 있다.
다른 실시예에서, Ti/TiN 이중층은 임의의 순서로 다른 층의 상부에 하나의 층이 놓이는 방식으로, ALD, CVD, 및/또는 PVD 프로세스들에 의하여 독립적으로 증착되는 금속 티타늄층 및 티타늄 질화물층과 같은 배리어층(210)으로서 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, W/WN 이중층은 임의의 순서로 다른 층의 상부에 하나의 층이 놓이는 방식으로, ALD, CVD 및/또는 PVD 프로세스들에 의하여 독립적으로 증착되는 금속 텅스텐층 및 텅스텐 질화물층과 같은 배리어층(210)으로서 증착될 수 있다.
단계(120)에서, 배리어층(210)은 플라즈마 프로세스 또는 열적 프로세스와 같은 전-처리 프로세스에 선택적으로 노출될 수 있다. 플라즈마 또는 열적 전-처리 프로세스들 동안에 기판(200)에 노출될 수 있는 프로세스 가스들 및/또는 시약들은 수소(예를 들어, H2 또는 원자-H), 질소(예를 들어, N2 또는 원자-N), 암모니아(NH3), 수소 및 암모니아 혼합물(H2/NH3), 히드라진(N2H4), 시레인(SiH4), 디실란(Si2H6), 헬륨, 아르곤, 이들의 유도체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 프로세스 가스는 예를 들어, 약 500 sccm 내지 약 10 slm 범위 내의, 바람직하게는 약 1 slm 내지 약 6 slm 범위 내의, 예를 들어, 약 3 slm의 유량을 갖는 기판에 노출되거나 프로세싱 챔버로 흐를 수 있다.
일 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 단계(120)에서 전-처리 프로세스 동안에 배리어층(210)으로부터 오염물질들을 제거하기 위하여 플라즈마에 노출될 수 있다. 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 플라즈마를 형성하기 위하여 점화되는 프로세스 가스에 노출될 수 있다. 프로세스 가스는 하나의 가스 화합물 또는 다수의 가스 화합물들을 포함할 수 있다. 기판(200)은 실온(예를 들어, 23℃)에 있을 수 있으나, 일반적으로 후속 증착 프로세스의 원하는 온도로 미리 가열된다. 기판(200)은 약 100℃ 내지 약 400℃, 바람직하게는 약 125℃ 내지 약 350℃, 보다 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 250℃와 같은 약 150℃ 내지 약 300℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다.
프로세싱 챔버는 인 시튜 플라즈마를 생성하거나, 원격 플라즈마 소스(RPS: remote plasma source)가 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(200)은 약 0.5초 내지 약 90초, 바람직하게는 약 10초 내지 약 60초, 보다 바람직하게는 약 20초 내지 약 40초 범위 내의 시간 기간 동안 (예를 들어, 인 시튜 또는 원격으로) 플라즈마에 노출될 수 있다. 플라즈마는 약 100와트 내지 약 1000 와트, 바람직하게는 약 200 와트 내지 약 600 와트, 보다 바람직하게는 약 300 와트 내지 약 500 와트의 범위 내의 전력에서 생성될 수 있다. 프로세싱 챔버는 일반적으로 약 0.1 Torr 내지 약 100Torr, 바람직하게는 약 0.5 Torr 내지 약 50 Torr, 보다 바람직하게는 약 1 Torr 내지 약 10 Torr 범위 내와 같은, 약 100 Torr 이하의 내부 압력을 갖는다.
일 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 수소, 암모니아, 질소, 또는 이들의 혼합물들로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 수소 및 암모니아로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 수소, 질소, 시레인, 디실란, 또는 이들의 혼합물로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 혼합물들로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 단계(120)에서 열적 전-처리 프로세스 동안에 배리어층(210)으로부터 오염물질들을 제거하기 위하여 프로세스 가스에 노출된다. 열적 전-처리 프로세스는 급속 열적 프로세서(RTP: rapid thermal process) 또는 급속 열적 어닐링(RTA: rapid thermal annealing) 프로세스일 수 있다. 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 적어도 하나의 프로세스 가스 및/또는 시약에 노출될 수 있다. 프로세싱 챔버는 PVD 챔버, CVD 챔버, 또는 ALD 챔버와 같은 후속 증착 프로세스에 대하여 사용될 증착 챔버일 수 있다. 대안적으로, 프로세싱 챔버는 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼스 사로부터 상업적으로 이용가능한 RADIANCE® RTA 챔버와 같은 열적 어닐링 챔버일 수 있다. 기판(200)은 약 25℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 400℃, 보다 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 300℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 기판(200)은 약 2분 내지 약 20분, 바람직하게는 약 5분 내지 약 15분 범위 내의 시간 기간 동안 가열될 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에서 약 12분 동안 약 400℃로 가열될 수 있다.
일 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 수소, 암모니아, 질소, 또는 이들의 혼합물들에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 암모니아/수소 혼합물에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 수소, 질소, 시레인, 디실란, 또는 이들의 혼합물들에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 배리어층(210)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 혼합물에 노출될 수 있다.
다른 실시예에서, 적어도 코발트 물질 또는 코발트층은 프로세스(100)의 단계(130) 동안 기판상에 증착되거나 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도 2c는 개구(206) 내에 등각으로, 배리어층(210) 위에, 기판(200)상에 배치되는 코발트층(220)을 도시한다. 코발트층(220)은 일반적으로 단일층이나, 다수의 층들을 포함할 수도 있다. 코발트층(220)은 배리어층(210)에 걸친 연속층 또는 불연속층일 수 있다. 코발트층(220)은 약 2Å 내지 약 40Å, 바람직하게는 약 5Å 내지 약 30Å 범위 내와 같은, 약 40Å 미만의 두께를 가질 수 있다. 코발트층(220)은 CVD, PE-CVD, 펄스형-CVD, ALD, PE-ALD, 또는 PVD와 같은 기상 증착 프로세스에 의하여 형성되거나 증착될 수 있다. 플라즈마 강화 기상 증착 프로세스, 즉, PE-CVD 및 PE-ALD는 프로세싱 챔버 내의 인 시튜 플라즈마 프로세스일 수 있거나, 또는 플라즈마가 RPS에 의하여 점화되고 프로세싱 챔버로 지향되도록 원격 플라즈마 프로세스일 수 있다. 다수의 실시예들에서, 코발트층(220)은 금속 코발트를 포함한다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 코발트층(220)은 금속 코발트, 코발트 규화물, 코발트 붕소화물, 코발트 인화물, 이들의 합금들, 이들의 유도체들 및 이들의 조합물들과 같은 하나 이상의 코발트 물질들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 코발트층(220)은 열적 CVD 프로세스, 펄스형-CVD 프로세스, PE-CVD 프로세스, 또는 펄스형 PE-CVD 프로세스 동안에 프로세싱 챔버로 코발트 선구물질 및 시약을 동시에 도입함으로써 형성되거나 증착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 코발트 선구물질은 열적 CVD 프로세스, 펄스형-CVD 프로세스, PE-CVD 프로세스, 또는 펄스형 PE-CVD 프로세스 동안에 시약 없이 프로세싱 챔버로 도입될 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 코발트층(220)은 열적 ALD 프로세스 또는 PE-ALD 프로세스 동안에 프로세싱 챔버로 코발트 선구물질 및 시약을 순차적으로 도입함으로써 형성되거나 증착될 수 있다.
코발트층(220)은 몇몇 실시예들에서 금속 코발트를 포함할 수 있으나, 다른 실시예들에서 다른 코발트 물질들을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시되는 CVD 또는 ALD 프로세스들에 의하여 코발트 물질들(예를 들어, 금속 코발트 또는 코발트 합금들)을 형성하기 위한 적절한 코발트 선구물질들은 코발트 카보닐(cobalt carbonyl) 복합체들, 코발트 아미디네이트(cobalt amidinates) 화합물들, 코발토신(cobaltocene) 화합물들, 코발트 디에닐(cobalt dienyl) 복합체들, 코발트 니트로실(cobalt nitrosyl) 복합물들, 이들의 유도체들, 이들의 복합체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 코발트 물질들은 본 명세서에 참조로서 통합되는, 공동으로 양도된 미국 특허 번호 7,264,846호 및 7,404,985호에 추가로 개시되는 CVD 및 ALD 프로세스들에 의하여 증착될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 코발트 카보닐 화합물들 또는 복합체들은 코발트 선구물질들로서 이용될 수 있다. 코발트 카보닐 화합물들 또는 복합체들은 일반 화학식 (CO)xCoyLz를 가지며, 여기서 X는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12이고, Y는 1, 2, 3, 4, 또는 5이며, Z는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8일 수 있다. 그룹 L은 동일한 리간드(ligand) 또는 상이한 리간드들일 수 있는 다수의 리간드들 또는 하나의 리간드가 없으며, 시클로펜타디에닐, 알킬시클로펜타디에닐(예를 들어, 메틸시클로펜타디에닐 또는 펜티메틸시클로펜타디에닐), 펜타디에닐, 알킬펜타디에닐, 시클로부타디에닐, 부타디에닐, 에틸렌, 알릴(또는 프로필렌), 알켄들, 디알켄들, 알킨들, 아세틸렌, 부틸아세틸렌, 니트로실, 암모니아, 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
일 실시예에서, 디코발트 헥사카보닐 아세틸 화합물들은 증착 프로세스 동안에 코발트 물질들(예를 들어, 코발트층(220))을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 디코발트 헥사카보닐 아세틸 화합물들은 (CO)6Co2(RC≡CR')의 화학식을 가질 수 있으며, 여기서 R 및 R'는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 삼차 부틸, 펜타, 벤질, 아릴, 이들의 이성질체들, 이들의 유도체들, 이들의 조합물들로부터 독립적으로 선택된다. 일 실시예에서, 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA, (CO)6Co2(HC≡CtBU))은 코발트 선구물질이다. 디코발트 헥사카보닐 아세틸 화합물들의 다른 실시예들은 디코발트 헥사카보닐 메틸부틸아세틸렌((CO)6Co2(MeC≡CtBU)), 디코발트 헥사카보닐 페닐아세틸렌((CO)6Co2(HC≡CPh)), 헥사카보닐 메틸페닐아세틸렌((CO)6Co2(MeC≡CPh)), 디코발트 헥사카보닐 메틸아세틸렌((CO)6Co2(HC≡CMe)), 디코발트 헥사카보닐 디메틸아세틸렌((CO)6Co2(MeC≡CMe)), 이들의 유도체들, 이들의 복합체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 다른 예시적인 코발트 카보닐 복합체들은 시클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐)(CpCo(CO)2), 트리카보닐 알릴 코발트((CO)3Co(CH2CH=CH2)), 이들의 유도체들, 이들의 복합체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
다른 실시예에서, 코발트 아미디네이트들 또는 코발트 아미도 복합체들은 코발트 선구물질들로서 이용될 수 있다. 코발트 아미도 복합체들은 일반 화학식 (RR'N)xCo를 가지며, 여기서 X는 1, 2, 또는 3일 수 있고, R 및 R'는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 알킬, 실릴, 알킬실릴, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들이다. 몇몇 예시적인 코발트 아미도 복합체들은 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 복합체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
몇몇 예시적인 코발트 선구물질들은 메틸시클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐)(MeCpCo(CO)2), 에틸시클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐)(EtCpCo(CO)2), 펜타메틸시클로펜타디에닐 코발트 비스(카보닐)(Me5CpCo(CO)2), 디코발트 옥타(카보닐)(Co2(CO)8), 니트로실 코발트 트리스(카보닐)((ON)Co(CO)3), 비스(시클로펜타디에닐) 코발트, (시클로펜타디에닐) 코발트 (시클로헥사디에닐), 시클로펜타디에닐 코발트 (1,3-헥사디에닐), (시클로부타디에닐) 코발트 (시클로펜타디에닐), 비스(메틸시클로펜타디에닐) 코발트, (시클로펜타디에닐) 코발트 (5-메틸시클로펜타디에닐), 비스(에틸렌) 코발트 (펜타메틸시클로펜타디에닐), 코발트 테트라카보닐 요오드화물, 코발트 테트라카보닐 트리클로로실란, 카보닐 염화물 트리스(트리메틸포르파인) 코발트, 코발트 트리카보닐-하이드로트리부틸포스핀, 아세틸렌 디코발트 헥사카보닐, 아세틸렌 디코발트 펜타카보닐 트리에틸포스핀, 이들의 유도체들, 이들의 복합물들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 수소(예를 들어, H2 또는 원자-H), 질소(예를 들어, N2 또는 원자-N), 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 수소 및 암모니아 혼합물(H2/NH3), 보란(BH3), 디보란(B2H6), 트리에틸보란(Et3B), 시레인(SiH4), 디실란(Si2H6), 트리실란(Si3H8), 테트라실란(Si4H10), 메틸 실란(SiCH6), 디메틸실란(SiC2H8), 인화수소(PH3), 이들의 유도체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함하는, 본 명세서에 개시되는 프로세스들에 의하여 코발트 물질들(예를 들어, 금속 코발트 또는 코발트 합금들)을 형성하면서, 환원제들을 포함하는 대안적인 시약들이 코발트 선구물질들과 작용하도록 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 열적 CVD 프로세스 동안에 환원제 및 코발트 선구물질 가스에 기판(200)을 동시에 노출시킴으로써 금속 코발트를 포함하는 코발트층(220)이 증착된다. 대안적인 실시예에서, 금속 코발트를 포함하는 코발트층(220)은 플라즈마 강화 CVD 프로세스 동안에 환원제 가스 및 코발트 선구물질 가스에 동시에 기판(200)을 노출시킴으로써 증착된다. 플라즈마 소스는 CVD 챔버 내의 인 시튜 플라즈마 소스 또는 CVD 챔버 외부에 위치되는 RPS일 수 있다. 코발트 선구물질 가스는 코발트 선구물질(예를 들어, CCTBA)의 앰플을 통해 캐리어 가스(예를 들어, 질소 또는 아르곤)를 전달함으로써 형성될 수 있다. 환원제 가스는 단일 화합물(예를 들어, H2)일 수 있고, 따라서 캐리어 가스를 갖지 않을 수 있다. 대안적으로, 환원제 가스는 환원제의 앰플을 통해 캐리어 가스를 전달함으로써 형성될 수 있다.
앰플은 프로세스 동안에 사용되는 환원제 또는 코발트 선구물질에 따라 가열될 수 있다. 일 실시예에서, 디코발트 헥사카보닐 아세틸 화합물 또는 다른 코발트 카보닐 화합물(예를 들어, (CO)xCoyLz)과 같은 코발트 선구물질을 포함하는 앰플은 약 30℃ 내지 약 500℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 코발트 선구물질 가스는 일반적으로 약 100 sccm(standard cubic centimeters per minute) 내지 약 2000 sccm, 바람직하게는 약 200 sccm 내지 약 1000 sccm, 보다 바람직하게는 예컨대 약 500 sccm과 같은 약 300 sccm 내지 약 700 sccm 범위 내의 유량을 갖는다. 환원제 가스는 일반적으로 약 0.5 slm(standard liters per minute) 내지 약 10 slm, 바람직하게는 약 1 slm 내지 약 8 slm, 보다 바람직하게는 약 2 slm 내지 약 6 slm 범위 내의 유량을 갖는다. 일 실시예에서, 환원제 가스는 수소이며, 약 4 slm과 같은 약 2 slm 내지 약 6 slm 범위 내의 유량을 갖는다.
코발트 선구물질 가스 및 환원제 가스는 코발트층(220)을 증착하기 위한 증착 프로세싱 동안에 프로세싱 챔버에 진입하기 이전에, 그 동안에, 또는 그에 후속하여, 증착 가스를 형성하기 위해 조합될 수 있다. 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 약 25℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 400℃, 그리고 보다 바람직하게는 약 150℃와 같은 약 100℃ 내지 약 250℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 미리 결정된 온도에서, 기판(200)은 약 0.1초 내지 약 120초, 바람직하게는 약 1초 내지 약 60초, 보다 바람직하게는 약 5초 내지 약 30초 범위 내의 시간 기간 동안에 코발트 선구물질 가스 및 환원제 가스를 포함하는 증착 가스에 노출될 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 CVD 프로세스 동안에 코발트층(220)을 형성하는 동안 프로세싱 챔버 내에서 약 10분 동안 약 150℃로 가열될 수 있다.
단계(140)에서, 코발트층(220)은 플라즈마 프로세스 또는 열적 프로세스와 같은 후-처리 프로세스에 선택적으로 노출될 수 있다. 플라즈마 또는 열적 후-처리 프로세스들 동안에 기판(200) 및 코발트층(220)에 노출될 수 있는 프로세스 가스들 및/또는 시약들은 수소(예를 들어, H2 또는 원자-H), 질소(예를 들어, N2 또는 원자-N), 암모니아(NH3), 수소 및 암모니아 혼합물(H2/NH3), 히드라진(N2H4), 시레인(SiH4), 디실란(Si2H6), 헬륨, 아르곤, 이들의 유도체들, 이들의 플라즈마들, 또는 이들의 조합물들을 포함한다. 프로세스 가스는 예를 들어, 약 500 sccm 내지 약 10 slm 범위, 바람직하게는 예컨대 약 3 slm과 같은 약 1 slm 내지 약 6 slm 범위 내의 유량을 갖는 기판에 노출되거나 프로세싱 챔버로 흐를 수 있다.
일 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 단계(140)에서 후-처리 프로세스 동안에 코발트층(220)으로부터 오염물질들을 제거하기 위하여 플라즈마에 노출된다. 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 플라즈마를 형성하기 위하여 점화되는 프로세스 가스에 노출될 수 있다. 프로세스 가스는 하나의 가스 화합물 또는 다수의 가스 화합물들을 포함할 수 있다. 기판(200)은 실온(예를 들어, 23℃)에 있을 수 있으나, 일반적으로 후속 증착 프로세스의 원하는 온도로 미리 가열된다. 기판(200)은 약 100℃ 내지 약 400℃, 바람직하게는 약 125℃ 내지 약 350℃, 보다 바람직하게는 약 200℃ 또는 약 250℃와 같은 약 150℃ 내지 약 300℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다.
프로세싱 챔버는 인 시튜 플라즈마를 생성하거나 또는 RPS를 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(200)은 약 0.5초 내지 약 90초, 바람직하게는 약 10초 내지 약 60초, 보다 바람직하게는 약 20초 내지 약 40초 범위 내의 시간 기간 동안 (예를 들어, 인 시튜 또는 원격으로) 플라즈마에 노출될 수 있다. 플라즈마는 약 100와트 내지 약 1000 와트, 바람직하게는 약 200 와트 내지 약 600 와트, 보다 바람직하게는 약 300 와트 내지 약 500 와트의 범위 내의 전력에서 생성될 수 있다. 프로세싱 챔버는 일반적으로 약 0.1 Torr 내지 약 100 Torr, 바람직하게는 약 0.5 Torr 내지 약 50 Torr, 보다 바람직하게는 약 1 Torr 내지 약 10 Torr 범위 내와 같은, 약 100 Torr 미만의 내부 압력을 갖는다.
일 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 수소, 암모니아, 질소, 또는 이들의 혼합물들로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 수소 및 암모니아로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 수소, 질소, 시레인, 디실란, 또는 이들의 혼합물로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 혼합물들로부터 생성되는 플라즈마에 노출될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 RPS에 의하여 점화되는 수소 가스로부터 생성되는 수소 플라즈마에 노출될 수 있다. 코발트층(220)은 약 2 slm 내지 약 4 slm 범위 내의 유량으로 수소 가스에 노출될 수 있다. 프로세싱 챔버는 약 1 Torr 내지 약 10 Torr 범위 내의 내부 압력을 가질 수 있으며, 플라즈마는 약 300 와트 내지 약 500 와트 범위 내의 전력을 갖는 RPS에 의하여 점화된다. 일 실시예에서, 플라즈마는 약 7Å 내지 약 10Å 범위 내의 두께를 갖는 코발트 물질의 모든 증착된 층에 대하여 약 20초 내지 약 40초 범위 내의 시간 기간 동안 코발트층(220)에 노출될 수 있다. 다수의 처리들은 코발트층(220)을 형성하는 동안 증착된 코발트 물질의 다수의 층들과 순차적으로 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 단계(140)에서 열적 후-처리 프로세스 동안에 코발트층(220)으로부터 오염물질들을 제거하기 위하여 프로세스 가스에 노출된다. 열적 후-처리 프로세스는 RTP 또는 RTA 프로세스일 수 있다. 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 적어도 하나의 프로세스 가스 및/또는 시약에 노출될 수 있다. 프로세싱 챔버는 증착 프로세스 이전에 사용된, 또는 PVD 챔버, CVD 챔버, 또는 ALD 챔버와 같은 후속 증착 프로세스에 대하여 사용될 증착 챔버일 수 있다. 대안적으로, 프로세싱 챔버는 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼스 사로부터 상업적으로 이용가능한 RADIANCE® RTA 챔버와 같은 열적 어닐링 챔버일 수 있다. 기판(200)은 약 25℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 400℃, 보다 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 300℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 기판(200)은 약 2분 내지 약 20분, 바람직하게는 약 5분 내지 약 15분 범위 내의 시간 기간 동안 가열될 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 프로세싱 챔버 내에서 약 12분 동안 약 400℃로 가열될 수 있다.
일 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 수소, 암모니아, 질소, 또는 이들의 혼합물들에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 암모니아/수소 혼합물에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 수소, 질소, 시레인, 디실란, 또는 이들의 혼합물들에 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(200) 및 코발트층(220)은 프로세싱 챔버 내에서 가열되는 동안 수소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 혼합물에 노출될 수 있다.
도 2c는 기판(200)상에 유전체층(204) 내에 형성되는 개구(206)를 도시한다. 개구(206)는 내부에 등각으로 배치되는 배리어층(210) 및 코발트층(220)을 포함한다. 다른 실시예에서, 프로세스(100)의 단계(150) 동안에, 도전성층은 코발트층(220) 위에 또는 상부에 증착되거나 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도전성층은 도 2d에 도시되는 바와 같이, 코발트층(220) 위에 직접 증착될 수 있는 벌크층(204)이다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 도전성층은 시드층(230) 및 벌크층(240)이다. 시드층(230)은 코발트층(220) 위에 증착될 수 있으며, 후속하여, 벌크층(240)은 도 2e-2f에 도시되는 바와 같이 시드층(230) 위에 증착될 수 있다.
시드층(230) 및 벌크층(240)은 단일 증착 프로세스 또는 다수의 증착 프로세스들 동안에 증착되거나 형성될 수 있다. 시드층(230)은 구리, 텅스텐, 알루미늄, 류테늄, 코발트, 은, 백금, 팔라듐, 이들의 합금들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 벌크층(240)은 구리, 텅스텐, 알루미늄, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 시드층(230) 및 벌크층(240)은 독립적으로 구리, 텅스텐, 알루미늄, 이들의 합금들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 시드층(230) 및 벌크층(240)은 CVD 프로세스, ALD 프로세스, PVD 프로세스, 비전착성 증착 프로세스, ECP 프로세스, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들과 같은 하나 이상의 증착 프로세스를 사용함으로써 독립적으로 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 시드층(230) 및 벌크층(240)은 구리 또는 구리 합금을 포함한다. 예를 들어, 구리를 포함하는 시드층(230)은 PVD 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있고, 그 후에 구리를 포함하는 벌크층(240)이 비전착성 증착 프로세스 또는 ECP 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하도록 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 구리를 포함하는 시드층(230)은 ALD 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있으며, 그 후에 구리를 포함하는 벌크층(240)은 ECP 프로세스 또는 비전착성 증착 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 구리를 포함하는 시드층(230)은 CVD 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있으며, 그 후에 구리를 포함하는 벌크층(240)은 ECP 프로세스 또는 비전착성 증착 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 구리를 포함하는 시드층(230)은 비전착성 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있으며, 그 후에 구리를 포함하는 벌크층(240)은 ECP 프로세스 또는 비전착성 증착 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 코발트층(220)은 구리를 포함하는 벌크층(240)이 ECP 프로세스 또는 비전착성 증착 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진시키기 위하여 직접 증착될 수 있는 시드층의 역할을 한다.
일 실시예에서, 각각의 시드층(230) 및 벌크층(240)은 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 포함한다. 예를 들어, 텅스텐을 포함하는 시드층(230)이 PVD 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있고, 그 이후에, 텅스텐을 포함하는 벌크층(240)이 CVD 프로세스 또는 펄스형-CVD 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 텅스텐을 포함하는 시드층(230)이 ALD 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있고, 그 이후에, 텅스텐을 포함하는 벌크층(240)이 CVD 프로세스 또는 펄스형-CVD 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 텅스텐을 포함하는 시드층(230)이 펄스형-CVD 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있고, 그 이후에, 텅스텐을 포함하는 벌크층(240)이 CVD 프로세스 또는 펄스형-CVD 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 텅스텐을 포함하는 시드층(230)이 비전착성 프로세스에 의하여 코발트층(220)상에 형성될 수 있고, 그 이후에, 텅스텐을 포함하는 벌크층(240)이 CVD 프로세스 또는 펄스형-CVD 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진하기 위하여 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 코발트층(220)은 CVD 프로세스 또는 펄스형-CVD 프로세스에 의하여 개구(206)를 충진시키기 위하여 텅스텐을 포함하는 벌크층(240)이 직접 증착될 수 있는 시드층의 역할을 한다.
본 명세서에 개시되는 실시예들 동안에 사용되는 ALD 프로세싱 챔버는 캘리포니아 산타 클라라에 위치된 어플라이드 머티리얼스 사로부터 이용가능하다. ALD 프로세싱 챔버의 상세한 설명은 공동으로 양도된 미국 특허 번호 6,916,398 및 6,878,206, 2002년 10월 25일자로 출원되고 미국 공개 번호 2003-0121608로서 발행된 공동으로 양도된 미국 일련 번호 10/281,079, 및 각각 2006년 11월 6일자로 출원되고 미국 공개 번호들 2007-0119379, 2007-0119371, 2007-0128862, 2007-0128863, 및 2007-0128864로서 발행된 공동으로 양도된 미국 일련 번호들 11/556,745, 11/556,752, 11/556,756, 11/556,758, 11/556,763에서 발견될 수 있으며, 그 모든 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다. 다른 실시예에서, ALD 모드 뿐 아니라 종래의 CVD 모드에서도 작동하도록 구성되는 챔버는 공동으로 양도된 미국 특허 번호 7,204,886에 개시되는 코발트-포함 물질들을 증착하는데 사용될 수 있으며, 상기 특허의 모든 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다. 코발트-포함 물질들을 형성하기 위한 ALD 프로세스의 상세한 설명은 공동으로 양도된 미국 특허 번호 7,264,846 및 7,404,985에 추가로 개시되며, 그 모든 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다. 다른 실시예들에서, 코발트-포함 물질들을 증착하는데 사용될 수 있는 종래의 CVD 모드 뿐 아니라 ALD 모드에서도 작동하도록 구성되는 챔버는 캘리포니아 산타 클라라에 위치되는 어플라이드 머티리얼스 사로부터 이용가능한 CVD 챔버 및 TXZ® 샤워헤드이다. 적절한 기상 증착 챔버의 일 실시예는 캘리포니아 산타 클라라에 위치되는 어플라이드 머티리얼스 사로부터 이용가능한 WXZ™ CVD 챔버를 포함한다. 기상 증착 챔버는 ALD 및 PE-ALD 기술들 뿐 아니라, 종래의 CVD, 펄스형-CVD, 또는 PE-CVD 기술들에 의하여 물질들을 증착하도록 적응될 수 있다. 또한, 기상 증착 챔버는 인 시튜 플라즈마 프로세스, 원격 플라즈마 프로세스, 또는 열적 어닐링 프로세스와 같이, 처리 프로세스들에 대하여 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때, "기판 표면" 또는 "기판"은 임의의 기판 또는 막 프로세싱이 제작 프로세스 동안에 수행되는 기판상에 형성되는 물질 표면을 지칭한다. 예를 들어, 프로세싱이 수행될 수 있는 기판 표면은 단결정, 다결정, 또는 비정질 실리콘, 스트레인드(strained) 실리콘, 절연체상 실리콘(SOI: silicon on insulator), 도핑된 실리콘, 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비화물, 유리, 사파이어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 및/또는 예를 들어, 캘리포니아 산타 클라라에 위치되는 어플라이드 머티리얼스 사로부터 이용가능한 BLACK DIAMOND® 로우-k 유전체와 같은, SiOxCy와 같은 탄소 도핑된 실리콘 산화물들과 같은 물질들을 포함한다. 기판들은 직사각형 또는 정사각형 판유리(pane)들 뿐 아니라, 100 mm, 200 mm, 300 mm, 또는 450 mm 직경 웨이퍼들과 같은 다양한 치수들을 가질 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에 개시되는 실시예들 및 예시들은 일반적으로 200mm 직경 또는 300mm 직경, 보다 바람직하게는 300 mm 직경을 갖는 기판들상에 수행된다. 본 명세서에 개시되는 실시예들의 프로세스들은 다수의 기판들 및 표면들상에, 특히 배리어층들 및 층들상에 코발트 물질들(예를 들어, 금속 코발트)을 증착하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들이 유용할 수 있는 기판들은 결정형 실리콘(예를 들어, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘, 실리콘 게르마늄, 도핑된 또는 비-도핑된 폴리실리콘, 도핑된 또는 비-도핑된 실리콘 웨이퍼들, 및 패터닝된 또는 비-패터닝된 웨이퍼들과 같은 반도체 웨이퍼들을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 기판들은 기판 또는 기판 표면을 연마, 에칭, 환원, 산화, 수산화, 가열, 및/또는 어닐링하기 위하여 전-처리 프로세스에 노출될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있으며, 그것의 범위는 하기의 청구항들에 의하여 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법으로서,
    기판상에 배리어층을 형성하는 단계;
    기상 증착 프로세스 동안에 상기 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA: dicobalt hexacarbonyl butylacetylene) 및 수소에 상기 기판을 노출시키는 단계; 및
    상기 코발트층 위에 도전성 물질을 증착하는 단계
    를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    처리 프로세스 동안에 상기 배리어층 또는 상기 코발트층을 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 플라즈마는 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 암모니아/수소 혼합물, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 시약을 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배리어층 또는 상기 코발트층은 약 20초 내지 약 40초 범위 내의 시간 기간 동안에 수소 플라즈마에 노출되며, 상기 수소 플라즈마는 원격 플라즈마 소스에 의하여 형성되는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층 또는 상기 코발트층을 열적 처리 프로세스 동안에 가스에 노출시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 암모니아/수소 혼합물, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 기판은 상기 열적 처리 프로세스 동안에 약 50℃ 내지 약 400℃ 범위 내의 온도로 가열되는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 열적 화학 기상 증착 프로세스 동안에 상기 CCTBA 및 상기 수소를 포함하는 증착 가스에 노출되며,
    상기 기판은 상기 열적 화학 기상 증착 프로세스 동안에 약 100℃ 내지 약 250℃ 범위 내의 온도로 가열되는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기상 증착 프로세스는 원자층 증착 프로세스 동안에 상기 CCTBA 및 상기 수소에 상기 기판을 순차적으로 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층은 탄탈룸, 탄탈룸 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 텅스텐, 텅스텐 질화물, 이들의 합금들, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들을 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 물질은 구리 및 구리 합금을 포함하고, 상기 도전성 물질은 시드(seed)층 및 벌크(bulk)층을 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시드층은 구리를 포함하고, 물리 기상 증착 프로세스 또는 화학 기상 증착 프로세스에 의하여 증착되며,
    상기 벌크층은 구리를 포함하고, 전기 화학적 도금 프로세스에 의하여 증착되는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  10. 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법으로서,
    기판상에 배리어층을 형성하는 단계;
    전-처리 프로세스 동안에 제1 플라즈마에 상기 배리어층을 노출시키는 단계;
    기상 증착 프로세스 동안에 상기 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA) 및 수소에 상기 기판을 노출시키는 단계;
    후-처리 프로세스 동안에 제2 플라즈마에 상기 코발트층을 노출시키는 단계; 및
    기상 증착 프로세스에 의하여 상기 코발트층상에 구리층을 증착하는 단계
    를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 또는 상기 제2 플라즈마는 독립적으로 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 아르곤, 헬륨, 암모니아/수소 혼합물, 이들의 유도체들, 및 이들의 조합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 가스를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    약 20초 내지 약 40초 범위 내의 시간 기간 동안 상기 배리어층이 상기 제1 플라즈마에 노출되거나, 상기 코발트층이 상기 제2 플라즈마에 노출되며, 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마는 원격 플라즈마 소스에 의하여 형성되는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기상 증착 프로세스는 열적 화학 기상 증착 프로세스 동안에 상기 CCTBA 및 상기 수소를 포함하는 증착 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하며,
    상기 기판은 상기 열적 화학 기상 증착 프로세스 동안에 약 100℃ 내지 약 250℃ 범위 내의 온도로 가열되는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기상 증착 프로세스는 원자층 증착 프로세스 동안에 상기 CCTBA 및 상기 수소에 상기 기판을 순차적으로 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
  15. 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법으로서,
    기판상에 배리어층을 형성하는 단계;
    전-처리 프로세스 동안에 플라즈마에 상기 배리어층을 노출시키는 단계;
    기상 증착 프로세스 동안에 상기 배리어층상에 코발트층을 형성하기 위하여 디코발트 헥사카보닐 부틸아세틸렌(CCTBA) 및 환원 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계;
    후-처리 프로세스 동안에 수소 플라즈마에 상기 코발트층을 노출시키는 단계; 및
    상기 코발트층 위에 구리 물질을 증착하는 단계
    를 포함하는, 기판 표면상에 물질들을 증착하기 위한 방법.
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