KR20120053032A - 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체 - Google Patents
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Abstract
성막 장치는 챔버(1)와, 챔버 내에서 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(5)와, 챔버(1) 밖에 배치된, 성막 재료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기(31)와, 성막 원료 용기(31)로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 챔버(1)로 공급하기 위한 배관(43)과, 챔버(1) 내를 감압 배기하는 배기 기구(23)와, 성막 원료 용기(31)로부터 배관(43)을 거쳐 챔버(1)로 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하기 위한 코발트 카르보닐 공급 기구(38)와, 원료 용기(31) 및 배관(43)의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 온도 콘트롤러(60)와, 원료 용기(31) 내에 CO 가스를 공급하는 CO 가스 공급 기구(37)를 구비한다.
Description
본 발명은 CVD법에 의해 Co막을 성막하는 성막 장치, 성막 방법 및 기억 매체에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고속화, 배선 패턴의 미세화 등에 호응하여, Al보다 도전성이 높고, 또한 엘렉트로 마이그레이션 내성 등도 양호한 Cu가 배선으로서 주목 받고 있다. Cu 배선에는 전해 도금이 이용되고 있고, 전해 도금에 의한 Cu 배선의 씨드로서는, 매립성을 향상시키는 관점에서, 종래의 Cu로부터 Co로의 변경이 검토되고 있다.
또한, MOS형 반도체에서의 소스·드레인 전극, 게이트 전극으로의 Si와의 컨택트에 Co막을 성막한 후에 실리사이드화한 CoSix가 이용되고 있다.
Co막 등의 성막 방법으로서는 스퍼터링으로 대표되는 물리 증착(PVD)법이 다용되고 있었으나, 반도체 디바이스의 미세화에 따라 스텝 커버리지가 나쁘다고 하는 결점이 현재화(顯在化)되어 있다.
이에, Co막의 성막 방법으로서, Co를 포함한 원료 가스의 열 분해 반응 또는 해당 원료 가스의 환원성 가스에 의한 환원 반응에서 기판 상에 Co막을 성막하는 화학 증착(CVD)법이 이용되고 있다. 이러한 CVD법에 의해 성막된 Co막은 스텝 커버리지(단차 피복성)가 양호하고, 가늘고 길고 깊은 패턴 내로의 성막성이 우수하다. 이 때문에, CVD법에 의해 성막된 Co막은, 미세한 패턴으로의 추종성이 높고, Cu 도금의 씨드층 또는 컨택트층으로서 바람직하다.
CVD법에 의한 Co막에 대해서는 성막 원료로서 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)을 이용하고, 이를 챔버 내에 기상 공급하여 챔버 내에 배치된 기판 상에서 열 분해시키는 방법이 발표되어 있다(예를 들면, Journal of The Electrochemical Society, 146(7) 2720－2724(1999)).
그러나, Co2(CO)8은 기화 온도와 분해 온도가 가깝기 때문에, Co2(CO)8을 기화시켜 챔버 내로 공급하는 과정에서 분해 반응이 생겨, 재현성있는 Co막의 성막이 곤란하다. 또한, Co2(CO)8을 기화시켜 수송하고 있는 동안에 Co2(CO)8가 분해되면, 분해물이 배관에 남아 장치의 신뢰성이 저하됨과 동시에, 배위자(配位子)가 되는 부분에서 카본, 산소가 분해되고, 이들이 Co막 중으로 받아들여져 Co막을 오염시켜 버린다.
따라서, 본 발명의 목적은, 성막 원료로서 이용하는 Co2(CO)8을 기상 공급할 때에, 그 분해를 최대한 억제하여 불순물이 적은 Co막을 재현성 좋게 성막할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 이러한 성막 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기억한 기억 매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 기판 상에 Co막을 성막하는 성막 장치이며, 기판이 수용되는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 가열하기 위한 가열 기구와, 상기 처리 용기 밖에 배치된, 성막 원료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기와, 상기 성막 원료 용기로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 상기 처리 용기에 공급하기 위한 배관과, 상기 처리 용기 내를 감압 배기하는 배기 기구와, 상기 성막 원료 용기로부터 상기 배관을 거쳐 상기 처리 용기에 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하기 위한 코발트 카르보닐 공급 기구와, 상기 성막 원료 용기 및 상기 배관의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 제어부와, 상기 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 공급하는 CO 가스 공급 기구를 구비하는 성막 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 기판이 수용되는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 가열하기 위한 가열 기구와, 상기 처리 용기 밖에 배치된, 성막 원료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기와, 상기 성막 원료 용기로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 상기 처리 용기에 공급하기 위한 배관과, 상기 처리 용기 내를 감압 배기하는 배기 기구를 가지는 성막 장치를 이용하여, 기판 상에 Co막을 성막하는 성막 방법이며, 상기 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 공급하는 것과, 상기 성막 원료 용기 내의 코발트 카르보닐을 기화시켜 상기 배관을 거쳐 상기 처리 용기에 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하는 것과, 상기 성막 원료 용기 내 및 상기 배관 내의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 것과, 상기 처리 용기 내로 공급된 기체 형상의 코발트 카르보닐이 가열된 기판 상에서 분해시켜 기판 상에 Co막을 퇴적시키는 것을 가지는 성막 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 컴퓨터 상에서 동작하여, 기판이 수용되는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 가열하기 위한 가열 기구와, 상기 처리 용기 밖에 배치된, 성막 원료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기와, 상기 성막 원료 용기로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 상기 처리 용기에 공급하기 위한 배관과, 상기 처리 용기 내를 감압 배기하는 배기 기구를 가지는 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체이며, 상기 프로그램은, 실행 시에, 상기 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 공급하는 것과, 상기 성막 원료 용기 내의 코발트 카르보닐을 기화시켜 상기 배관을 거쳐 상기 처리 용기에 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하는 것과, 상기 성막 원료 용기 내 및 상기 배관 내의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 것과, 상기 처리 용기 내로 공급된 기체 형상의 코발트 카르보닐이 가열된 기판 상에서 분해시켜 기판 상에 Co막을 퇴적시키는 것을 갖는 성막 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 성막 장치를 제어시키는 기억 매체가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성막 장치를 나타내는 대략 단면이다.
도 2는 Co2(CO)8의 감압 TG의 차트이다.
도 2는 Co2(CO)8의 감압 TG의 차트이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
＜본 발명의 일 실시예에 따른 성막 장치의 구성＞
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 성막 장치를 나타내는 대략 단면이다.
이 성막 장치(100)는 기밀하게 구성된 대략 원통형의 챔버(1)를 가지고 있고, 그 중에는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(2)가 후술하는 배기실의 저부로부터 그 중앙 하부에 이르는 원통형의 지지 부재(3)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 이 서셉터(2)는 AlN 등의 세라믹스로 이루어져 있다. 또한, 서셉터(2)에는 히터(5)가 매립되어 있고, 이 히터(5)에는 히터 전원(6)이 접속되어 있다. 또한, 서셉터(2)의 상면 근방에는 열전대(7)가 설치되어 있다. 열전대(7)의 신호는 후술하는 온도 콘트롤러(60)에 전송되도록 되어 있다. 그리고, 온도 콘트롤러(60)는 열전대(7)의 신호에 따라 히터 전원(6)에 지령을 송신하고, 히터(5)의 가열을 제어해 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어하도록 되어 있다. 또한, 서셉터(2)에는 3 개의 웨이퍼 승강 핀(도시하지 않음)이 서셉터(2)의 표면에 대해 돌출 및 함몰 가능하게 설치되어 있고, 웨이퍼(W)를 반송할 때에, 서셉터(2)의 표면으로부터 돌출된 상태로 된다.
챔버(1)의 천벽(1a)에는 원형의 홀(1b)이 형성되어 있고, 그로부터 챔버(1) 내로 돌출되도록 샤워 헤드(10)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(10)는 후술하는 가스 공급 기구(30)로부터 공급된 성막용의 가스를 챔버(1) 내로 토출하기 위한 것이며, 그 천판(11)에는 성막 원료 가스가 도입되는 가스 도입구(12)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(10)의 내부에는 가스 확산 공간(13)이 형성되어 있고, 샤워 헤드(10)의 저판(14)에는 다수의 가스 토출 홀(15)이 설치되어 있다. 그리고, 가스 도입구(12)로부터 가스 확산 공간(13)에 도입된 가스가 가스 토출 홀(15)로부터 챔버(1) 내로 토출되도록 되어 있다.
챔버(1)의 저벽에는 하방을 향해 돌출되는 배기실(21)이 설치되어 있다. 배기실(21)의 측면에는 배기관(22)이 접속되어 있고, 이 배기관(22)에는 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 가지는 배기 장치(23)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(23)를 작동시킴으로써, 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능하도록 되어 있다.
챔버(1)의 측벽에는 웨이퍼 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(24)와, 이 반입출구(24)를 개폐하는 게이트 밸브(G)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(1)의 벽부에는 히터(26)가 설치되어 있고, 성막 처리 시에 챔버(1)의 내벽을 가열하는 것이 가능하도록 되어 있다. 히터(26)에는 히터 전원(27)으로부터 급전되도록 되어 있다.
가스 공급 기구(30)는 성막 원료인 고체 형상의 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)을 저장하는 성막 원료 용기(31)를 갖고 있다. 성막 원료 용기(31)의 주위에는 히터(32)가 설치되고, 이에 의해 성막 원료인 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)을 가열해 기화하도록 되어 있다. 히터(32)에는 히터 전원(48)으로부터 급전되도록 되어 있다.
성막 원료 용기(31)에는 상방으로부터 가스 도입 배관(33)이 삽입되어 있다. 가스 도입 배관(33)에는 밸브(34)가 개재되어 있다. 가스 도입 배관(33)은 CO 가스 배관(35)과 캐리어 가스 배관(36)으로 분기되어 있고, CO 가스 배관(35)에는 CO 가스 공급 기구로서 기능하는 CO 가스 공급원(37)이, 캐리어 가스 배관(36)에는 코발트 카르보닐 공급 기구로서 기능하는 캐리어 가스 공급원(38)이 접속되어 있다. CO 가스 배관(35)에는 유량 제어기로서의 매스 플로우 콘트롤러(39) 및 그 전후에 밸브(40)가 설치되어 있고, 캐리어 가스 배관(36)에는 유량 제어기로서의 매스 플로우 콘트롤러(41) 및 그 전후에 밸브(42)가 설치되어 있다. 캐리어 가스로서는 Ar 가스 또는 N2 가스를 바람직하게 이용할 수 있다.
CO 가스는 기화한 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)의 분해를 억제하기 위해 도입된다. 즉, Co2(CO)8는 분해됨으로써 CO를 생성하지만, 성막 원료 용기(31)에 CO를 공급하여 CO 농도를 높임으로써, Co2(CO)8가 분해되어 CO를 생성하는 반응이 억제된다. 한편, 캐리어 가스는 성막 원료 용기(31) 내에서 기화하여 생성된 Co2(CO)8 가스를 챔버(1)로 반송하기 위해 도입된다. 또한, CO 가스에 캐리어 가스의 기능을 갖게 해도 좋고, 그 경우에는 별도의 캐리어 가스는 불요하다.
성막 원료 탱크(31)에는 상방으로부터 성막 원료 가스 공급 배관(43)이 삽입되어 있고, 성막 원료 가스 공급 배관(43)의 타단은 가스 도입구(12)에 접속되어 있다. 그리고, 히터(32)에 의해 가열되어 기화된 Co2(CO)8 가스가 캐리어 가스에 의해 성막 원료 가스 공급 배관(43) 내를 반송되어, 가스 도입구(12)를 거쳐 샤워 헤드(10)로 공급된다. 성막 원료 가스 공급 배관(43)의 주위에는 히터(44)가 설치되어 있다. 히터(44)에는 히터 전원(49)으로부터 급전된다. 또한, 성막 원료 가스 공급 배관(43)에는 유량 조정 밸브(45)와, 그 바로 하류측의 개폐 밸브(46)와, 가스 도입구(12)의 바로 옆의 개폐 밸브(47)가 설치되어 있다.
성막 원료 가스 공급 배관(43)의 밸브(47)의 상류에는 희석 가스 공급 배관(61)이 접속되어 있고, 희석 가스 배관(61)의 타단에는 희석 가스로서, 예를 들면 Ar 가스 또는 N2 가스 등을 공급하는 희석 가스 공급원(62)이 접속되어 있다. 희석 가스 배관(61)에는 유량 제어기로서의 매스 플로우 콘트롤러(63) 및 그 전후에 밸브(64)가 설치되어 있다. 또한, 희석 가스는 퍼지 가스나 안정화 가스로서도 기능한다.
상기 챔버(1)의 벽부에는 열전대(51)가 장착되고, 상기 성막 원료 용기(31) 내에는 열전대(52)가 장착되고, 상기 성막 원료 가스 공급 배관(43)에는 열전대(53)가 장착되어 있고, 이들 열전대(51, 52, 53)는 온도 콘트롤러(60)에 접속되어 있다. 상술한 열전대(7)도 포함해, 이들 열전대가 검출한 온도 검출 신호는 온도 콘트롤러(60)로 보내진다. 온도 콘트롤러(60)에는 상술한 히터 전원(6, 27, 48, 49)가 접속되어 있다. 그리고, 온도 콘트롤러(60)는 상술한 열전대(7, 51, 52, 53)의 검출 신호에 따라 히터 전원(6, 27, 48, 49)으로 제어 신호를 보내고, 서셉터(2)의 온도, 챔버(1)의 벽부의 온도, 성막 원료 용기(31) 내의 온도, 성막 원료 가스 공급 배관(43) 내의 온도를 제어하도록 되어 있다.
성막 원료인 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)은 성막 원료 용기(31)에서 히터(32)로 가열되어 기화되고, 성막 원료 가스 공급 배관(43) 내를 히터(44)로 가열됨으로써 기체 형상인 채로 챔버(1) 내로 공급되지만, 이 때의 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)의 가열 온도는 온도 콘트롤러(60)에 의해 분해 개시 온도 미만의 온도로 제어된다. 구체적으로는, 후술하는 바와 같이, 코발트 카르보닐의 감압 TG(열중량 분석계)로 파악되는 분해 개시 온도는 45℃이므로, 45℃ 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 성막 시의 웨이퍼(W)의 온도(성막 온도)는 120 ~ 300℃로 제어되는 것이 바람직하고, 챔버(1)의 벽부(내벽)의 온도는 Co2(CO)8 가스의 분해 온도 미만으로 제어되는 것이 바람직하다.
성막 장치(100)는 제어부(70)를 갖고, 이 제어부(70)에 의해 각 구성부, 예를 들면 온도 콘트롤러(60), 배기 장치(23), 매스 플로우 콘트롤러, 유량 조정 밸브, 밸브 등의 제어 등을 행하도록 되어 있다. 온도 콘트롤러(60)에 관해서는 온도 콘트롤러(60)에 의해 제어해야 하는 부분의 온도 설정 등을 행한다. 이 제어부(70)는 마이크로 프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 콘트롤러(71)와, 유저 인터페이스(72)와, 기억부(73)를 갖고 있다. 프로세스 콘트롤러(71)에는 성막 장치(100)의 각 구성부가 전기적으로 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 유저 인터페이스(72)는 프로세스 콘트롤러(71)에 접속되어 있고, 오퍼레이터가 성막 장치(100)의 각 구성부를 관리하기 위해 커멘드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 성막 장치(100)의 각 구성부의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어져 있다. 기억부(73)도 프로세스 콘트롤러(71)에 접속되어 있고, 이 기억부(73)에는 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 콘트롤러(71)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 성막 장치(100)의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램, 즉 처리 레시피나, 각종 데이터 베이스 등이 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부(73) 중의 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드디스크 등의 고정적으로 설치되어 있는 것이라면 좋고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다.
그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(52)로부터의 지시 등으로 소정의 처리 레시피를 기억부(53)로부터 호출하여 프로세스 콘트롤러(51)로 실행시킴으로써, 프로세스 콘트롤러(71)의 제어 하에서, 성막 장치(100)에서의 원하는 처리가 행해진다.
＜본 실시예에 따른 성막 장치에 의한 성막 방법의 설명＞
이어서, 이상과 같이 구성된 성막 장치를 이용하여 행해지는 성막 방법에 대해 설명한다.
우선, 성막 원료 용기(31) 내에, 성막 원료로서 고체 형상의 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)을 넣은 상태로 하고, 챔버(1) 내의 서셉터(2)의 온도 및 챔버(1)의 벽부의 온도를 성막 시의 온도로 제어한다. 이어서, 게이트 밸브(G)를 열어 도시하지 않은 반송 장치에 의해 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 도입하고, 서셉터(2) 상에 재치한다. Co막을 전해 도금에 의한 Cu 배선의 씨드로서 이용하는 경우에는 웨이퍼(W)로서는 표면에 하지(下地)가 되는 SiOxCy계 절연막(x, y는 양수) 또는 유기물계 절연막 및 하층 배선이 되는 Al, Cu 또는 W 도전체가 형성된 것이 이용된다. 또한, 컨택트층으로서 이용되는 경우에는 웨이퍼(W)로서 표면에 소스·드레인 전극이 되는 실리콘 기판면이 노출되어 있거나, 표면에 폴리 실리콘막이 형성된 것이 이용된다.
이어서, 챔버(1) 내를 배기 장치(23)에 의해 배기하여 챔버(1) 내의 압력을 10 ~ 5000 Pa(0.075 ~ 37.5 Torr)로 하고, 히터(5)에 의해 서셉터(2)를 가열하여 서셉터(2)의 온도(웨이퍼 온도)를 바람직하게는 120 ~ 300℃로 제어한다.
그리고, 밸브(46)를 닫고 밸브(47, 64)를 열어 희석 가스 공급원(62)으로부터 챔버(1) 내로 희석 가스를 공급하여 안정화를 행한다.
한편, 히터(32 및 44)에 의해, 성막 원료 용기(31) 및 성막 원료 가스 공급 배관(43)을 코발트 카르보닐(Co2(CO)8)의 분해 개시 온도 미만의 소정 온도로 엄밀하게 온도 제어하면서 가열해 두고, 소정 시간 희석 가스에 의한 안정화를 행한 후, 희석 가스의 공급을 정지하고, 또는 소정 유량으로 희석 가스를 공급한 채로, CO 가스 및 캐리어 가스를 성막 원료 용기(31)에 공급함과 동시에, 밸브(46)를 열어 성막 원료 용기(31) 내에서 기화한 Co2(CO)8 가스를 캐리어 가스에 의해 성막 원료 가스 공급 배관(43) 내를 반송시켜, 샤워 헤드(10)를 거쳐 챔버(1) 내로 공급한다.
챔버(1) 내로 공급된 Co2(CO)8 가스는 서셉터(2) 내의 히터(5)에 의해 소정 온도로 가열된 웨이퍼(W)의 표면에 이르고, 거기서 열 분해하여 Co막이 형성된다.
이와 같이 하여 Co막을 성막한 후, 퍼지 공정을 행한다. 퍼지 공정에서는 성막 원료 탱크(31)로의 캐리어 가스의 공급을 정지하여 Co2(CO)8의 공급을 정지한 후, 배기 장치(23)의 진공 펌프를 가동 상태로 하고, 희석 가스 공급원(62)으로부터 희석 가스를 퍼지 가스로서 챔버(1) 내로 흘려, 챔버(1) 내를 퍼지한다. 이 경우에, 가능한 한 신속히 챔버(1) 내를 퍼지하는 관점에서, 캐리어 가스의 공급은 단속적으로 행하는 것이 바람직하다.
퍼지 공정이 종료 후, 게이트 밸브(G)를 열어, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 반입출구(24)를 거쳐 웨이퍼(W)를 반출한다. 이에 의해, 1 매의 웨이퍼(W)의 일련의 공정이 종료한다.
이상과 같이 하여 Co막을 성막할 때에, 성막 원료 용기(31) 및 성막 원료 가스 공급 배관(43)이 Co2(CO)8 가스의 분해 개시 온도 미만의 온도로 제어되고 있으므로, 성막 원료 용기(31) 내에서 기화에 의해 생성된 Co2(CO)8 가스가 성막 원료 용기(31)로부터 성막 원료 가스 공급 배관(43)을 거쳐 챔버(1) 내에 이를 때까지의 동안에, 그 온도가 분해 개시 온도 미만이 되어 Co2(CO)8의 분해를 억제할 수 있다. 또한, 성막 원료 용기(31) 내에 CO 가스를 도입함으로써, 그 중의 CO 농도가 높아지고, Co2(CO)8가 분해되어 CO를 생성하는 반응을 억제할 수 있다.
이와 같이, Co2(CO)8을 기화시키는 온도 및 생성된 Co2(CO)8 가스의 챔버(1)로 수송할 때의 온도를 Co2(CO)8 가스의 분해 개시 온도 미만의 온도로 함과 동시에, 성막 원료 용기(31) 내에 Co2(CO)8 가스의 분해를 억제 가능한 CO 가스를 도입하므로, Co2(CO)8을 기화시켜 챔버 내로 공급하는 과정에서의 분해 반응을 매우 효과적으로 억제할 수 있고, 거의 웨이퍼(W) 상에서만 분해 반응을 일으키게 할 수 있다. 이 때문에, 재현성 있는 Co막의 성막을 실현할 수 있다.
또한, Co2(CO)8 가스가 웨이퍼(W)에 이르기 전에 분해된 경우에는 배위자인 CO가 한층 더 분해되어, 카본, 산소를 생성하고, 또한 분해 도중의 Co2(CO)x가 웨이퍼(W)에 퇴적함으로써, 웨이퍼(W) 상에서도 카본, 산소를 생성하므로, 이들이 Co막 중에 불순물로서 받아들여진다. 그러나, 본 실시예와 같이 Co2(CO)8 가스가 웨이퍼(W)에 이를 때까지 분해가 억제됨으로써, 웨이퍼(W) 표면에서 Co2(CO)8가 분해되어 생성하는 CO 가스는 더 분해되지 않고, 신속하게 챔버(1)로부터 배출되므로, Co막에 카본, 산소가 불순물로서 받아들여지는 것이 방지되어, 불순물이 적은 Co막을 얻을 수 있다.
또한, 이와 같이 Co2(CO)8 가스가 웨이퍼(W)에 이를 때까지 분해가 억제되므로, Co2(CO)8 가스 분해물이 배관 등에 남아 장치의 신뢰성을 저하시키는 것을 회피할 수 있고, 챔버 등에 성막되는 Co막은 최소한으로 억제되어, 장치의 메인터넌스성을 매우 높은 것으로 할 수 있다.
또한, 단지 온도 제어만의 경우에는 안전성을 고려하면, Co2(CO)8의 기화 온도(성막 원료 용기(31)의 온도) 및 수송 온도(성막 원료 가스 공급 배관(43) 내의 온도)를, 안전성을 고려하여, 예를 들면 35℃ 이하라고 하는 여유를 가진 온도로 제어 하지 않을 수 없으며, Co2(CO)8 가스의 생성량이 제한되어 버린다. 이에 대해, 본 실시예와 같이, 이들 온도 제어에 추가로, 성막 원료 용기(31) 내로의 CO 가스의 도입을 실시함으로써, Co2(CO)8의 기화 온도 및 수송 온도를 분해 개시 온도 미만의 범위 내의 보다 높은 온도로 제어하는 것이 가능해져, Co2(CO)8 가스의 생성량을 보다 많게 할 수 있다. 이에 의해, 성막 처리의 스루풋을 높일 수 있다.
Co2(CO)8 가스와 같은 화합물의 분해 온도에 대해서는, 통상, DTA(시차 열 분석)로 파악되고, DTA로 구한 Co2(CO)8 가스의 분해 개시 온도는 51℃이며, 이 온도는, 문헌(THE MERCK 10th edition 3067.)에 기재된 분해 개시인 52℃와 매우 가깝다. 그러나, 감압 TG에 의한 중량 변화로부터, 보다 엄밀히 분해 온도를 파악한 바, 도 2에 도시한 바와 같이, 분해 개시 온도는 45℃였다. 이 결과로부터 판단하면, 성막 원료 용기(31) 및 성막 원료 가스 공급 배관(43)의 가열 온도를 45℃ 미만으로 제어하는 것이 바람직하다. 하한은 사실상 실온이 되므로, 실온 이상 45℃ 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
성막 시의 웨이퍼(W)의 온도(성막 온도)에 관해서는 DTA로 구한 Co2(CO)8 가스의 분해 종료 온도가 120℃인 것으로부터, 120℃ 이상이면 Co2(CO)8 가스를 Co와 CO로 완전히 분해시킬 수 있다. 한편, 300℃을 넘으면 Co가 응집해 버린다. 이 때문에, 성막 온도는 120 ~ 300℃이 바람직하다.
챔버(1)의 벽부(내벽)의 온도는 Co2(CO)8 가스의 분해 온도 미만인 것이 바람직하다. 이에 의해 챔버(1)의 내벽에 이른 Co2(CO)8 가스가 분해하여 Co막 중의 불순물이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 하여 성막된 Co막은 전해 도금으로 형성된 Cu 배선의 씨드막으로서 바람직하다. 또한, CVD-Cu막의 하지막으로서 이용할 수도 있다. 또한, 컨택트층으로서 이용하는 경우에는 실리콘 기판 표면 또는 폴리 실리콘막의 표면에 이상과 같이 하여 Co막을 성막한 후, 불활성 가스 분위기 또는 환원 가스 분위기에서 실리사이드화를 위한 열처리를 행한다. 이 때의 열 처리의 온도는, 450 ~ 800℃가 바람직하다.
이상과 같이, 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 도입함과 동시에, 성막 원료 용기 내 및 배관 내의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하므로, 코발트 카르보닐의 분해를 처리 용기 내의 기판에 이를 때까지 충분히 억제할 수 있어, 재현성이 높은 성막을 행할 수 있다. 또한, 코발트 카르보닐의 분해물이 불순물로서 Co막에 받아들여지는 것이 억제되어, 불순물이 적은 Co막을 성막할 수 있다.
＜본 발명의 다른 적용＞
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 여러 변형이 가능하다. 예를 들면, 성막 원료인 코발트 카르보닐의 공급 수법에 대해서도 상기 실시예의 수법으로 한정할 필요는 없고, 여러 방법을 적용할 수 있다.
또한, 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 경우를 설명했으나, 이에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 기판 등의 다른 기판이어도 좋다.
Claims (8)
- 기판 상에 Co막을 성막하는 성막 장치로서,
기판이 수용되는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에서 기판을 가열하기 위한 가열 기구와,
상기 처리 용기 밖에 배치된, 성막 원료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기와,
상기 성막 원료 용기로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 상기 처리 용기에 공급하기 위한 배관과,
상기 처리 용기 내를 감압 배기하는 배기 기구와,
상기 성막 원료 용기로부터 상기 배관을 거쳐 상기 처리 용기에 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하기 위한 코발트 카르보닐 공급 기구와,
상기 성막 원료 용기 및 상기 배관의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 제어부와,
상기 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 공급하는 CO 가스 공급 기구
를 구비하는 성막 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 성막 원료 용기 및 상기 배관의 온도를 45℃ 미만으로 제어하는 성막 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 가열 기구는, 기판을 120 ~ 300℃의 범위의 온도로 가열하는 성막 장치.
- 기판이 수용되는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 가열하기 위한 가열 기구와, 상기 처리 용기 밖에 배치된, 성막 원료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기와, 상기 성막 원료 용기로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 상기 처리 용기에 공급하기 위한 배관과, 상기 처리 용기 내를 감압 배기하는 배기 기구를 가지는 성막 장치를 이용하여, 기판 상에 Co막을 성막하는 성막 방법으로서,
상기 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 공급하는 공정과,
상기 성막 원료 용기 내의 코발트 카르보닐을 기화시켜 상기 배관을 거쳐 상기 처리 용기에 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하는 공정과,
상기 성막 원료 용기 내 및 상기 배관 내의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 공정과,
상기 처리 용기 내로 공급된 기체 형상의 코발트 카르보닐이 가열된 기판 상에서 분해시켜 기판 상에 Co막을 퇴적시키는 공정
을 가지는 성막 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 성막 원료 용기 내 및 상기 배관 내의 온도를 45℃ 미만으로 제어하는 성막 방법.
- 제 4 항에 있어서,
Co막을 퇴적시킬 시의 기판 표면의 가열 온도를 120 ~ 300℃의 범위로 제어하는 성막 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 Co막은 실리콘 상에 성막되고, 성막 후, 불활성 가스 분위기 또는 환원 가스 분위기로 실리사이드화를 위한 열 처리가 행해지는 성막 방법.
- 컴퓨터 상에서 동작하여, 기판이 수용되는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 가열하기 위한 가열 기구와, 상기 처리 용기 밖에 배치된, 성막 원료로서 코발트 카르보닐을 수용하는 성막 원료 용기와, 상기 성막 원료 용기로부터 기체 형상의 코발트 카르보닐을 상기 처리 용기에 공급하기 위한 배관과, 상기 처리 용기 내를 감압 배기하는 배기 기구를 가지는 성막 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서,
상기 프로그램은, 실행 시에, 상기 성막 원료 용기 내에 CO 가스를 공급하는 공정과, 상기 성막 원료 용기 내의 코발트 카르보닐을 기화시켜 상기 배관을 거쳐 상기 처리 용기에 기체 형상의 코발트 카르보닐을 공급하는 공정과, 상기 성막 원료 용기 내 및 상기 배관 내의 온도를 코발트 카르보닐의 분해 개시 온도 미만으로 제어하는 공정과, 상기 처리 용기 내로 공급된 기체 형상의 코발트 카르보닐이 가열된 기판 상에서 분해시켜 기판 상에 Co막을 퇴적시키는 공정을 갖는 성막 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 성막 장치를 제어시키는 기억 매체.
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|---|---|---|---|---|
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