KR20150100509A - 오목부에 코발트를 공급하는 방법 - Google Patents

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아츠시 시마다
신지 후루카와
다츠오 하타노
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 피처리체의 절연막에 형성된 오목부에 코발트를 공급하는 방법을 제공한다. 일 형태에 관한 방법은, (a)오목부를 구획 형성하는 면을 포함하는 절연막의 표면을 따라 코발트 질화막을 형성하는 공정과, (b)코발트 질화막 상에 코발트막을 형성하는 공정과, (c)코발트막을 가열하는 공정을 포함한다.

Description

오목부에 코발트를 공급하는 방법{METHOD OF SUPPLYING COBALT TO RECESS}
본 발명의 실시 형태는, 오목부에 코발트를 공급하는 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서, 절연막에 형성된 오목부에 금속재료를 매립하는 것이 있다. 예를 들어, 콘택트홀 또는 트렌치에 금속재료를 매립하는 처리를 행함으로써, 배선을 형성하는 것이 있다. 이러한 금속재료의 매립을 위한 처리의 일례로서 리플로우 기술이 알려져 있다.
리플로우 기술에서는, 오목부를 갖는 절연막의 표면상에 금속재료의 막이 형성된다. 이어서, 형성된 금속재료의 막을 갖는 피처리체가 가열된다. 이렇게 하여, 유동하게 된 금속재료에 의해, 오목부가 충전된다.
이러한 리플로우 기술은, 예를 들어 일본 특허 공개 제2013-171940호 공보에 기재되어 있다. 이 문헌에 기재된 리플로우 기술에서는, 절연막 상에 배리어층이 형성되고, 구리를 함유하는 시드층이 이 배리어층 상에 형성되고, 이 시드층 상에 고정층이 형성된다. 고정층은, Ta, Ti, W, Ni, Ru, Mn과 같은 재료, 이들 재료의 산화물, 또는, 이들 재료의 질화물로 구성되어 있다. 그리고, 피처리체가 가열됨으로써, 시드층 및 고정층이 유동하게 되고, 유동하게 된 재료에 의해 오목부가 충전된다. 이 기술에서는, 고정층을 이용함으로써, 오목부에 보이드와 같은 공동이 발생하는 것을 억제하고 있다.
일본 특허 공개 제2013-171940호 공보
그런데, 절연막에 형성된 오목부에 매립되는 재료로서, 코발트에 대한 요구가 있다. 그러나, 코발트막에 리플로우 기술을 적용하면, 코발트가 응집하여, 오목부를 향하여 코발트가 유동하지 않는다고 하는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 공동의 발생을 억제하며, 절연막에 형성된 오목부에 코발트를 공급하는 것이 필요해지고 있다.
일 측면에 있어서는, 피처리체의 절연막에 형성된 오목부에 코발트를 공급하는 방법이 제공된다. 이 방법은, (a)오목부를 구획 형성하는 면을 포함하는 절연막의 표면을 따라 코발트 질화막을 형성하는 공정(이하, 「공정(a)」라고 함)과, (b)코발트 질화막 상에 코발트막을 형성하는 공정(이하, 「공정(b)」라고 함)과, (c)코발트막을 가열하는 공정(이하, 「공정(c)」라고 함)을 포함한다.
상기 방법에 의하면, 코발트 질화막이 절연막과 코발트막의 사이에 형성되어 있으므로, 공정(c)에 의해 코발트막을 가열해도, 코발트의 응집을 억제할 수 있다. 따라서, 공정(c)에 의해, 공동의 발생을 억제하며, 오목부에 코발트를 공급하는 것이 가능하게 된다.
일 형태에 있어서는, 공정(b) 및 공정(c)가 교대로 반복되어도 된다. 이 형태에서는, 공정(b) 및 공정(c)의 반복에 의해, 코발트를 오목부에 순차 공급할 수 있다. 따라서, 사이즈가 큰 오목부를 코발트로 충전하는 것이 가능하게 된다.
일 실시 형태에 있어서는, 공정(b) 및 공정(c)가 동시에 행하여져도 된다. 이 형태에 의하면, 코발트막을 성막하면서 이 코발트막이 가열된다. 이에 의해, 오목부에 코발트를 공급하기 위해 필요한 시간이 단축될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서는, 공정(c) 후에, 피처리체를 환원성 가스 분위기 중에서 가열해도 된다. 이 형태에 의하면, 코발트 질화막에서 유래되는 질소를 제거하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 공동의 발생을 억제하여, 절연막에 형성된 오목부에 코발트를 공급하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 오목부에 코발트를 공급하는 방법의 일 실시 형태를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 처리 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 가열 처리 장치를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 1의 방법의 각 공정 후의 피처리체 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 1의 방법의 각 공정 후의 피처리체 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1의 방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 다른 실시 형태에 따른 방법의 실시에 이용 가능한 성막 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상응하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은, 오목부에 코발트를 공급하는 방법의 일 실시 형태를 나타내는 흐름도이다. 도 1에 도시하는 방법은, 절연막에 형성된 오목부에 코발트를 공급하는 방법이다. 이 방법에서는, 공정 ST1에 의해, 오목부를 구획 형성하는 면을 포함하는 절연막의 표면 상에 질화 코발트막이 형성된다. 이어서, 공정 ST2에 의해, 이 질화 코발트막 상에 코발트막이 형성된다. 또한, 공정 ST2의 후에, 또는 공정 ST2와 동시에, 공정 ST3이 실행됨으로써, 코발트막이 가열된다. 이에 따라, 오목부에 코발트가 공급된다.
이하, 도 1의 방법에 관한 상세한 설명 전에, 도 1의 방법의 실시에 이용 가능한 처리 시스템에 대하여 설명한다. 도 2는, 일 실시 형태에 따른 처리 시스템을 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 처리 시스템(100)은 공정 ST2용의 프로세스 모듈과, 공정 ST3용의 프로세스 모듈을 구비하는 처리 시스템이다. 이 처리 시스템(100)은 대(102a 내지 102d), 수용 용기(104a 내지 104d), 로더 모듈(LM), 로드 로크 챔버(LL1), 로드 로크 챔버(LL2), 프로세스 모듈(PM1), 프로세스 모듈(PM2) 및 트랜스퍼 챔버(110)를 구비하고 있다.
대(102a 내지 102d)는 로더 모듈(LM)의 일측 테두리를 따라 배열되어 있다. 이들 대(102a 내지 102d)의 위에는, 수용 용기(104a 내지 104d)가 각각 설치되어 있다. 수용 용기(104a 내지 104d) 내에는, 피처리체(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)가 수용된다.
로더 모듈(LM) 내에는, 반송 로봇(Rb1)이 설치되어 있다. 반송 로봇(Rb1)은, 수용 용기(104a 내지 104d) 중 어느 하나에 수용되어 있는 웨이퍼(W)를 취출하고, 이 웨이퍼(W)를, 로드 로크 챔버(LL1) 또는 로드 로크 챔버(LL2)로 반송한다.
로드 로크 챔버(LL1) 및 로드 로크 챔버(LL2)는, 로더 모듈(LM)의 다른 일측 테두리를 따라 설치되어 있다. 로드 로크 챔버(LL1) 및 로드 로크 챔버(LL2)는, 예비 감압실을 구성하고 있다. 로드 로크 챔버(LL1) 및 로드 로크 챔버(LL2)는, 트랜스퍼 챔버(110)에 게이트 밸브를 통해 각각 접속되어 있다.
트랜스퍼 챔버(110)는 감압 가능한 챔버이고, 이 챔버 내에는 반송 로봇(Rb2)이 설치되어 있다. 트랜스퍼 챔버(110)에는, 프로세스 모듈(PM1) 및 프로세스 모듈(PM2)이 게이트 밸브를 통해 각각 접속되어 있다. 반송 로봇(Rb2)은, 로드 로크 챔버(LL1) 또는 로드 로크 챔버(LL2)에서 웨이퍼(W)를 취출하고, 취출한 웨이퍼(W)를, 프로세스 모듈(PM1) 또는 프로세스 모듈(PM2)로 반송한다. 또한, 반송 로봇(Rb2)은, 프로세스 모듈(PM1)과 프로세스 모듈(PM2)의 사이에서, 웨이퍼(W)를 반송한다.
프로세스 모듈(PM1)은, 공정 ST1 및 공정 ST2에 이용되는 프로세스 모듈이며, 스퍼터링에 의해 성막을 행하는 성막 장치이다. 또한, 프로세스 모듈(PM2)은, 가열 처리 장치이다.
도 3은, 일 실시 형태에 따른 성막 장치를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 성막 장치(10)는 처리 시스템(100)의 프로세스 모듈(PM1)로서 이용 가능한 성막 장치이다. 성막 장치(10)는 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는 예를 들어 알루미늄으로 구성되어 있고, 접지 전위에 접속되어 있다. 처리 용기(12)는 그 내부에 공간(S)을 제공하고 있다. 이 처리 용기(12)의 저부에는, 공간(S)을 감압하기 위한 배기 장치(14)가 접속되어 있다. 배기 장치(14)는 예를 들어 크라이오 펌프 및 드라이 펌프를 포함할 수 있다. 또한, 처리 용기(12)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반송용 개구가 형성되어 있고, 이 측벽을 따라 이 개구를 개폐하기 위한 게이트 밸브(GV)가 설치되어 있다.
처리 용기(12) 내에는, 스테이지(16)가 설치되어 있다. 스테이지(16)는 베이스부(16a) 및 정전 척(16b)을 포함할 수 있다. 베이스부(16a)는 예를 들어 알루미늄으로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 갖고 있다.
베이스부(16a) 위에는, 정전 척(16b)이 설치되어 있다. 정전 척(16b)은 유전체막과, 이 유전체막의 내층으로서 설치된 전극을 갖는다. 정전 척(16b)의 전극에는, 직류 전원(SDC)이 접속되어 있다. 정전 척(16b) 위에 적재된 웨이퍼(W)는, 정전 척(16b)에서 발생하는 정전기력에 의해, 이 정전 척(16b)에 흡착된다.
스테이지(16)는 스테이지 구동 기구(18)에 접속되어 있다. 스테이지 구동 기구(18)는 지지축(18a) 및 구동 장치(18b)를 포함하고 있다. 지지축(18a)은 대략 기둥 형상의 부재이다. 지지축(18a)의 중심 축선은, 연직 방향을 따라서 연장되는 축선(AX1)에 대략 일치하고 있다. 이 축선(AX1)은, 스테이지(16)의 중심을 연직 방향으로 통과하는 축선이다. 지지축(18a)은 스테이지(16)의 바로 아래에서부터 처리 용기(12)의 저부를 통과하여 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 이 지지축(18a)과 처리 용기(12)의 저부의 사이에는, 밀봉 부재(SL1)가 설치되어 있다. 밀봉 부재(SL1)는, 지지축(18a)이 회전 및 상하 이동 가능하도록, 처리 용기(12)의 저부와 지지축(18a) 사이의 공간을 밀봉한다. 이러한 밀봉 부재(SL1)는, 예를 들어 자성 유체 시일일 수 있다.
지지축(18a)의 상단에는, 스테이지(16)가 결합되어 있고, 이 지지축(18a)의 하단에는 구동 장치(18b)가 접속되어 있다. 구동 장치(18b)는 지지축(18a)을 회전 및 상하 이동시키기 위한 동력을 발생시킨다. 이 동력에 의해 지지축(18a)이 회전함에 따라 스테이지(16)는 축선(AX1)을 중심으로 회전하고, 지지축(18a)이 상하 이동함에 따라 스테이지(16)는 상하 이동한다.
스테이지(16)의 상방에는, 하나 이상의 타깃(캐소드 타킷)(20)이 설치되어 있다. 타깃(20)은 코발트 재질이다. 일례에 있어서는, 타깃(20)의 개수는, 4개이다. 이들 타깃(20)은 축선(AX1)을 중심으로 하는 원호를 따라서 배열되어 있다. 또한, 타깃(20)의 개수는, 4개에 한정되는 것은 아니며, 하나 이상의 임의의 개수일 수 있다.
타깃(20)은 금속제의 홀더(22a)에 의해 보유 지지되어 있다. 홀더(22a)는 절연 부재(22b)를 통해 처리 용기(12)의 천장부에 지지되어 있다. 타깃(20)에는, 홀더(22a)를 통해 전원(24)이 접속되어 있다. 전원(24)은 음의 직류 전압을, 타깃(20)에 인가한다. 또한, 전원(24)은 복수의 타깃(20)에 선택적으로 전압을 인가하는 단일의 전원이어도 된다. 또는, 전원(24)은 복수의 타깃(20)에 각각 접속된 복수의 전원이어도 된다.
성막 장치(10)에는, 하나 이상의 마그네트(캐소드 마그네트)(26)가, 홀더(22a)를 통해 대응하는 타깃(20)과 대향하도록, 처리 용기(12)의 외부에 설치되어 있다.
또한, 타깃(20)과 스테이지(16)의 사이에는, 셔터(SH)가 설치되어 있다. 셔터(SH)는, 타깃(20)의 표면에 대치하도록 연장되어 있다. 일 실시 형태에서는, 셔터(SH)는, 축선(AX1)을 중심 축선으로 하는 원추면을 따르는 형상을 갖고 있다.
셔터(SH)에는, 개구(AP)가 형성되어 있다. 또한, 셔터(SH)의 중앙 부분에는, 회전축(RS)이 결합되어 있다. 이 회전축(RS)은 대략 기둥 형상의 부재이며, 그 중심 축선은, 축선(AX1)과 대략 일치하고 있다. 이 회전축(RS)의 일단은, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 셔터(SH)의 중앙 부분에 결합되어 있다. 또한, 회전축(RS)은, 처리 용기(12)의 내부에서부터 처리 용기(12)의 천장부를 통과하여 처리 용기(12)의 외부까지 연장되어 있다. 처리 용기(12)의 외부에 있어서, 회전축(RS)의 타단은, 구동 장치(RD)에 접속되어 있다. 구동 장치(RD)는, 회전축(RS)을 회전시키는 동력을 발생시킨다. 이 동력에 의해 회전축(RS)이 축선(AX1)을 중심으로 회전함에 따라, 셔터(SH)는 축선(AX1)을 중심으로 회전할 수 있다. 이 셔터(SH)의 회전에 의해, 개구(AP)의 위치와 타깃(20)의 상대적인 위치가 변화한다. 이에 따라, 타깃(20)은 셔터(SH)에 의해 스테이지(16)에 대하여 차폐되거나, 또는, 셔터(SH)의 개구(AP)를 통해 스테이지(16)에 대하여 노출된다.
또한, 성막 장치(10)는 처리 용기(12) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부(30)를 구비하고 있다. 가스 공급부(30)는 일 실시 형태에 있어서는, 가스 소스(30a), 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(30b) 및 가스 도입부(30c)를 구비하고 있다. 가스 소스(30a)는 처리 용기(12) 내에서 여기되는 가스의 소스이며, 예를 들어 Ar 가스와 같은 희가스의 소스이다. 가스 소스(30a)는 유량 제어기(30b)를 통해 가스 도입부(30c)에 접속되어 있다. 가스 도입부(30c)는 가스 소스(30a)로부터의 가스를 처리 용기(12) 내로 도입하는 가스 라인이다. 가스 도입부(30c)는 일 실시 형태에서는, 축선(AX1)을 따라 연장되어 있다.
이 가스 공급부(30)로부터 처리 용기(12) 내로 가스가 공급되고, 전원(24)에 의해 타깃(20)에 전압이 인가되면, 처리 용기(12) 내에 공급된 가스가 여기된다. 또한, 마그네트(26)에 의해 대응하는 타깃(20)의 근방에 자계가 발생한다. 이에 의해, 타깃(20)의 근방에 플라즈마가 집중한다. 그리고, 타깃(20)에 플라즈마중의 양이온이 충돌함으로써 이 노출 타깃으로부터 코발트가 방출된다. 이에 의해, 코발트가 웨이퍼(W)에 퇴적된다. 그 결과, 웨이퍼(W) 상에 코발트막이 형성된다.
또한, 성막 장치(10)는 처리 용기(12) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부(31)를 구비하고 있다. 가스 공급부(31)는 일 실시 형태에 있어서는, 가스 소스(31a), 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(31b) 및 가스 도입부(31c)를 구비하고 있다. 가스 소스(31a)는 질소 가스(N2 가스)의 소스이다. 가스 소스(31a)는 유량 제어기(31b)를 통해 가스 도입부(31c)에 접속되어 있다. 가스 도입부(31c)는 가스 소스(31a)로부터의 가스를 처리 용기(12) 내에 도입하는 가스 라인이다. 가스 도입부(31c)는 일 실시 형태에서는, 처리 용기(12)의 측벽에 설치되어 있다.
가스 공급부(30)로부터의 가스 및 가스 공급부(31)로부터의 가스가 처리 용기(12) 내에 공급되고, 전원(24)에 의해 타깃(20)에 전압이 인가되면, 타깃(20)으로부터 코발트가 방출되고, 또한, 이 코발트가 질화한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 코발트 질화막이 형성된다.
계속해서, 도 4를 참조한다. 도 4는, 일 실시 형태에 따른 가열 처리 장치를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 가열 처리 장치(50)는 처리 시스템(100)의 프로세스 모듈(PM2)로서 이용 가능한 가열 처리 장치이다. 가열 처리 장치(50)는 처리 용기(52)를 구비하고 있다. 처리 용기(52)는 예를 들어 알루미늄으로 구성되어 있다. 처리 용기(52)의 저부에는, 이 처리 용기(52)의 내부 공간을 감압하기 위한 배기 장치(54)가 접속되어 있다. 배기 장치(54)는 예를 들어 크라이오 펌프 및 드라이 펌프를 포함할 수 있다. 또한, 처리 용기(52)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반송용 개구가 형성되어 있고, 이 측벽을 따라 이 개구를 개폐하기 위한 게이트 밸브(GV5)가 설치되어 있다.
처리 용기(52) 내에는, 스테이지(56)가 설치되어 있다. 이 스테이지(56) 위에는, 웨이퍼(W)가 적재된다. 스테이지(56)의 상방에는, 가열원으로서의 램프 유닛(58)이 설치되어 있다. 램프 유닛(58)에는, 이 램프 유닛(58)에 전력을 공급하는 전원(58a)이 접속되어 있다.
또한, 가열 처리 장치(50)는 가스 공급부(60) 및 가스 공급부(62)를 더 구비하고 있다. 가스 공급부(60)은 불활성 가스의 가스 소스(60a) 및 유량 제어기(60b)를 갖고 있다. 불활성 가스는, 예를 들어 Ar 가스와 같은 희가스이다. 가스 공급부(62)는 환원성 가스의 가스 소스(62a) 및 유량 제어기(62b)를 갖고 있다. 환원성 가스는, 처리 대상의 막으로부터 질소를 제거하기 위한 가스이며, 수소를 포함하는 가스이다. 예를 들어, 환원성 가스는, H2 가스이다. 가스 공급부(60) 및 가스 공급부(62)는 예를 들어 처리 용기(52)의 측벽에 형성된 가스 라인을 통해, 처리 용기(52)의 내부 공간에 접속되어 있다.
가열 처리 장치(50)에서는, 램프 유닛(58)을 동작시킴으로써, 웨이퍼(W)를 가열할 수 있다. 웨이퍼(W)의 가열 시에는, 가스 공급부(60)로부터 처리 용기(52) 내로 불활성 가스가 공급되어도 된다. 또한, 가열 처리 장치(50)에서는, 가스 공급부(62)에서부터 처리 용기(52) 내로 환원성 가스를 공급하고, 램프 유닛(58)을 동작시킴으로써, 웨이퍼(W)에 포함되는 질소를 제거할 수 있다.
다시 도 2를 참조한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 처리 시스템(100)은 제어부(Cnt)를 더 구비하고 있다. 제어부(Cnt)는, 처리 시스템(100)의 각 부, 프로세스 모듈(PM1)(예를 들어, 성막 장치(10))의 각 부 및 프로세스 모듈(PM2)(예를 들어, 가열 처리 장치(50))의 각 부를 제어한다. 제어부(Cnt)는, 예를 들어 컴퓨터 장치이며, 도 1의 방법을 실시하기 위하여 필요한 레시피를 기억하는 기억 장치 및 이 레시피에 따라, 처리 시스템(100)의 각 부를 제어하는 프로세서를 가질 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 방법에 관하여 보다 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 도 5 및 도 6을 참조한다. 도 5 및 도 6은, 도 1의 방법의 각 공정 후의 피처리체 상태를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 방법에 있어서는, 먼저, 공정 ST1이 실행된다. 공정 ST1에서는, 도 5의 (a)에 도시하는 웨이퍼(W) 상에 코발트 질화막이 형성된다. 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)는, 하지층(UL) 및 절연막(IL)을 갖고 있다. 절연막(IL)은, 예를 들어 실리콘 산화막, 또는, 소위 Low-k 재료로 구성되어 있고, 하지층(UL) 상에 마련되어 있다. 이 절연막(IL)에는, 트렌치 또는 홀과 같은 오목부(RP)가 형성되어 있다. 공정 ST1에서는, 이 웨이퍼(W) 상에 코발트 질화막(CNL)이 형성됨으로써, 도 5의 (b)에 도시하는 웨이퍼(W)가 제작된다. 구체적으로는, 코발트 질화막(CNL)은, 오목부(RP)를 구획 형성하는 절연막(IL)의 측벽면(SW), 절연막(IL)의 상면(TS) 및 오목부(RP)를 구획 형성하는 하지층(UL)의 표면에 형성된다.
도 2에 도시하는 처리 시스템(100)을 이용하여 도 1의 방법의 공정 ST1을 실시하는 경우에는, 웨이퍼(W)는, 프로세스 모듈(PM1), 즉, 성막 장치(10)의 처리 용기(12) 내로 반송되어, 스테이지(16) 위에 적재된다. 그리고, 처리 용기(12) 내의 공간(S)의 압력이 소정의 압력으로 설정되며, 가스 공급부(30)로부터 희가스가 공급되고, 가스 공급부(31)로부터 질소 가스가 공급되며, 스테이지(16)가 회전하여, 전원(24)으로부터 타깃(20)에 전압이 인가된다. 예를 들어, 전원(24)으로부터 타깃(20)에 인가되는 직류 전압은 1.5kW의 전력을 가지며, 희가스(Ar 가스)의 유량 및 질소 가스(N2 가스)의 유량은 각각 100sccm의 유량, 3sccm 내지 20sccm의 범위 내의 유량으로 설정된다. 또한, 처리 용기(12) 내의 공간(S)의 압력은, 수mTorr 정도의 압력으로 설정된다. 또한, 타깃(20)과 스테이지(16) 사이의 연직 방향에 있어서의 거리는, 예를 들어 280mm로 설정된다. 이에 의해, 타깃(20)으로부터 방출되는 코발트가 질화하고, 질화 코발트가 웨이퍼(W) 상에 퇴적된다. 그 결과, 코발트 질화막(CNL)이 형성된다. 또한, 코발트 질화막(CNL)은, 오목부(RP)를 폐색하지 않도록 형성된다. 코발트 질화막(CNL)은, 오목부(RP)의 크기에 의존하는데, 예를 들어 20nm의 막 두께를 갖도록 형성된다.
일 실시 형태에 있어서는, 공정 ST1의 실행 후, 후술하는 공정 ST2에 있어서 코발트막을 형성하기 전에, 웨이퍼(W)가 가열되어도 된다. 이 가열을 도 2에 도시하는 처리 시스템(100)을 이용하여 행하는 경우에는, 도 5의 (b)에 도시하는 웨이퍼(W)가, 프로세스 모듈(PM2), 즉, 가열 처리 장치(50)에 반송되어, 이 가열 처리 장치(50)에 의해 가열된다. 예를 들어, 웨이퍼(W)는, 5×10- 7Torr의 압력 환경하에서 300℃ 내지 400℃의 온도로 60초간 가열된다. 이와 같이, 공정 ST1과 공정 ST2의 사이에서, 웨이퍼(W)를 가열함으로써, 후술하는 공정에서 형성되는 코발트막의 유동성을 높이는 것이 가능하게 된다.
계속해서, 도 1의 방법에서는, 공정 ST2가 실행된다. 공정 ST2에서는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 코발트 질화막(CNL) 상에 코발트막(CL)이 형성된다.
도 2에 도시하는 처리 시스템(100)을 이용하여 도 1의 방법의 공정 ST2를 실시하는 경우에는, 웨이퍼(W)는, 프로세스 모듈(PM1), 즉, 성막 장치(10)의 처리 용기(12) 내로 반송되어, 스테이지(16) 위에 적재된다. 그리고, 처리 용기(12) 내의 공간(S)의 압력이 소정의 압력으로 설정되며, 가스 공급부(30)로부터 희가스가 공급되고, 스테이지(16)가 회전하여, 전원(24)으로부터 타깃(20)에 전압이 인가된다. 예를 들어, 전원(24)으로부터 타깃(20)에 인가되는 직류 전압은 1.5kW의 전력을 가지며, 희가스(Ar 가스)의 유량은 100sccm의 유량으로 설정된다. 또한, 처리 용기(12) 내의 공간(S)의 압력은, 수mTorr 정도의 압력, 예를 들어 0.7mTorr로 설정된다. 또한, 타깃(20)과 스테이지(16) 사이의 연직 방향에 있어서의 거리는, 예를 들어 280mm로 설정된다. 이에 의해, 타깃(20)으로부터 방출되는 코발트가, 코발트 질화막(CNL) 상에 퇴적된다. 그 결과, 코발트막(CL)이 형성된다. 또한, 코발트막(CL)은, 오목부(RP)를 폐색하지 않도록 형성된다. 코발트막(CL)은, 오목부(RP)의 크기에 의존하는데, 예를 들어 10nm의 막 두께를 갖도록 형성된다.
계속해서, 도 1의 방법에서는, 공정 ST3이 실행된다. 공정 ST3에서는, 웨이퍼(W)가 가열된다. 이에 의해, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 코발트막(CL)을 구성하는 코발트가, 오목부(RP)의 바닥을 향해 유동하여, 코발트 재질의 충전 영역(FR)을 형성한다. 이 공정 ST3에 의해, 오목부(RP)는 그 저부에서부터 코발트에 의해 충전된다.
도 2에 도시하는 처리 시스템(100)을 이용하여 도 1의 방법의 공정 ST3을 실시하는 경우에는, 도 6의 (a)에 도시하는 웨이퍼(W)는, 프로세스 모듈(PM2), 즉, 가열 처리 장치(50) 내로 반송되어, 이 가열 처리 장치(50)에 의해 가열된다. 예를 들어, 웨이퍼(W)는, 5×10- 7Torr의 압력 환경하에서 300℃ 내지 400℃의 온도로 60초간 가열된다.
일 실시 형태에 있어서는, 상술한 공정 ST2 및 공정 ST3이 교대로 복수회 실행된다. 즉, 공정 ST2 및 공정 ST3이 교대로 반복된다. 이 반복에 의해, 오목부(RP)가 코발트에 의해 충전된다.
도 1의 방법에서는, 계속해서, 공정 ST4에 있어서, 정지 조건이 판정된다. 이 정지 조건은, 공정 ST2 및 공정 ST3의 반복 횟수가 소정 횟수에 달하는가 그렇지 않은가라고 하는 조건일 수 있다. 공정 ST2 및 공정 ST3의 반복 횟수가 소정 횟수에 달하지 않은 경우에는, 다시 공정 ST2 및 공정 ST3이 실행된다. 한편, 공정 ST2 및 공정 ST3의 반복 횟수가 소정 횟수에 달하고 있는 경우에는, 공정 ST2 및 공정 ST3의 반복이 종료한다.
일 실시 형태에 있어서는, 도 1의 방법에서는, 공정 ST5가 더 실행될 수 있다. 공정 ST5에서는, 웨이퍼(W)에 환원 처리가 실시된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 코발트 질화막(CNL)에서 유래되는 질소가 제거된다.
도 2에 도시하는 처리 시스템(100)을 이용하여 도 1의 방법의 공정 ST5를 실시하는 경우에는, 웨이퍼(W)는, 프로세스 모듈(PM2), 즉, 가열 처리 장치(50) 내에 반송되어, 이 가열 처리 장치(50)에 의해 가열된다. 웨이퍼(W)는, 환원성 가스, 예를 들어 H2 가스의 분위기 중에서, 300℃ 내지 400℃의 온도로 60초간 가열된다.
이상 설명한 도 1의 방법에 의하면, 코발트 질화막(CNL)이 절연막(IL)과 코발트막(CL)의 사이에 개재됨으로써, 공정 ST3의 가열에 의해 코발트가 응집되는 것이 억제된다. 도 7은, 도 1의 방법의 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 절연막(IL) 상에 직접, 코발트막(CL)이 형성되는 경우에는, 절연막(IL)에 대한 코발트의 접촉각(θ)은, 상당히 큰 각도가 된다. 이 원인은, 절연막(IL) 상에 직접, 코발트막을 형성하는 경우에는, 결정 성장 과정에 있어서, 코발트끼리의 금속 간 결합이 형성되어, 코발트가 최밀면으로 성장하는 결과, 코발트의 절연막(IL)에 대한 습윤성이 저하되는 것에 의한 것으로 추측된다. 이에 의해, 절연막(IL) 상에 직접, 코발트막(CL)이 형성되어 있는 경우에는, 코발트가 응집하고, 오목부에 공동이 발생하게 된다.
한편, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 코발트 질화막(CNL) 상에 코발트막(CL)이 형성되는 경우에는, 코발트 질화막(CNL)에 대한 코발트의 접촉각(θ)은, 비교적 작은 각도가 된다. 이 원인은, 코발트 질화막(CNL)에서는 질소에 하나의 자유전자가 남은 상태가 되어, 결정 성장 과정에 있어서, 이 질소와 코발트가 결합하여, 코발트가 최밀면으로 성장하지 않기 때문에, 코발트 질화막(CNL)에 대한 코발트의 습윤성이 높아지는 것에 의한 것으로 추측된다. 따라서, 코발트 질화막(CNL)을 절연막(IL)과 코발트막(CL)의 사이에 개재시키는 도 1의 방법에서는, 코발트의 유동성이 높아지고, 결과적으로, 코발트의 응집이 억제된다. 그러므로, 도 1의 방법에 의하면, 공동의 발생을 억제하고, 오목부(RP)에 코발트를 공급하여, 이 오목부(RP)를 코발트에 의해 충전하는 것이 가능하게 된다.
이하, 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 상술한 도 1의 방법에서는, 공정 ST2의 실행 후에 공정 ST3이 실행되고 있었지만, 다른 실시 형태에 따른 방법에서는, 공정 ST2와 공정 ST3이 동시에 실행되어도 된다. 즉, 성막 장치 내에서 웨이퍼(W) 상에 코발트막(CL)을 형성하면서, 이 웨이퍼(W)를 가열해도 된다. 이 다른 실시 형태에 따른 방법에 의하면, 공정 ST2와 공정 ST3 사이에서 웨이퍼(W)를 반송하는 시간이 생략된다. 즉, 상술한 방법에 비하여, 오목부(RP)에 코발트를 공급하기 위해 필요한 시간이 단축된다. 따라서, 스루풋이 향상된다.
도 8은, 상기의 다른 실시 형태에 따른 방법의 실시에 이용하는 것이 가능한 성막 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 성막 장치(10A)는, 스테이지(16) 내에 히터(HT)를 구비하는 점에서, 성막 장치(10)와는 상이하다. 이 히터(HT)는, 히터 전원(HP)에 접속되어 있다. 히터(HT)는, 예를 들어 전열선에 의해 구성될 수 있다.
이 성막 장치(10A)에서는, 공정 ST1의 실행이 가능하다. 또한, 성막 장치(10A)에서는, 공정 ST2 및 공정 ST3의 동시 실행이 가능하다. 즉, 성막 장치(10A)에서는, 히터(HT)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하면서, 코발트막(CL)을 형성하는 것이 가능하다. 즉, 성막 장치(10A)에 의하면, 코발트막(CL)의 형성과 가열에 의한 코발트의 오목부(RP)로의 공급이 동시에 행하여질 수 있다.
이상, 여러 가지의 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형 형태를 구성 가능하다. 예를 들어, 상술한 성막 장치(10A)의 히터(HT)는, 유도 가열 방식의 히터여도 된다. 또한, 성막 장치(10A)에, 환원성 가스의 가스 공급부를 접속하면, 상술한 공정 ST1, 공정 ST2, 공정 ST3 및 공정 ST5를 포함하는 방법의 실시가, 단일의 성막 장치(10A)를 이용하여 실현 가능하다.
100: 처리 시스템 PM1, PM2: 프로세스 모듈
10: 성막 장치 12: 처리 용기
14: 배기 장치 16: 스테이지
18: 스테이지 구동 기구 20: 타깃
24: 전원 26: 마그네트
30: 가스 공급부(희가스) 31: 가스 공급부(질소 가스)
50: 가열 처리 장치 52: 처리 용기
54: 배기 장치 56: 스테이지
58: 램프 유닛 Cnt: 제어부
W: 웨이퍼 IL: 절연막
RP: 오목부 CNL: 코발트 질화막
CL: 코발트막

Claims (4)

  1. 피처리체의 절연막에 형성된 오목부에 코발트를 공급하는 방법으로서,
    상기 오목부를 구획 형성하는 면을 포함하는 상기 절연막의 표면을 따라 코발트 질화막을 형성하는 공정과,
    상기 코발트 질화막 상에 코발트막을 형성하는 공정과,
    상기 코발트막을 가열하는 공정
    을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코발트막을 형성하는 공정 및 상기 코발트막을 가열하는 공정이 교대로 반복되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코발트막을 형성하는 공정과 상기 코발트막을 가열하는 공정이 동시에 행하여지는, 방법.
  4. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코발트막을 가열하는 공정 후, 상기 피처리체를 환원성 가스 분위기 중에서 가열하는 공정을 더 포함하는 방법.
KR1020150020579A 2014-02-24 2015-02-11 오목부에 코발트를 공급하는 방법 KR20150100509A (ko)

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