KR20180051662A - 전도성 상호연결 구조들을 사전-세정하기 위한 방법들 - Google Patents

전도성 상호연결 구조들을 사전-세정하기 위한 방법들 Download PDF

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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 방법들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판을 프로세싱하는 방법은: 기판 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판을 최대 약 섭씨 400 도의 온도로 가열하는 단계 ―기판은 노출된 전도성 재료를 포함함―; 및 전도성 재료의 오염된 표면을 환원시키기 위해, 약 80 wt. % 내지 약 100 wt. %의 알코올 증기를 포함하는 프로세스 가스에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판은 제1 표면을 더 포함하고, 제1 표면은 제1 표면에 형성된 개구를 가지며, 노출된 전도성 재료는 기판에 배치된 전도성 재료의 일부이며, 노출된 전도성 재료가 개구와 정렬되어서, 기판에 배치된 전도성 재료의 부분이 개구를 통해 노출된다.

Description

전도성 상호연결 구조들을 사전-세정하기 위한 방법들
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판을 프로세싱하는 방법들, 구체적으로는, 전도성 상호연결 구조를 사전-세정하는 방법에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로(IC; integrated circuit) 상호연결 구조들의 제작 시, 비아의 바닥에 형성된 전도성 표면들, 이를테면, 구리 표면들 또는 코발트 표면들은 통상적으로, 비아 개방 및 후속하는 금속 하드 마스크 제거 동안에 형성된 에칭 부산물들 및 잔류물들로 오염된다. 커다란 사이즈의 입자들은 후속하는 건식 세정 프로세스에 의해 제거될 수 있지만, 에칭 관련 원소들, 이를테면, 산소, 불소, 및 탄소로부터의, 또는 전도성 상호연결 표면 상에서의 공기 노출에 기인하는 산화로부터의 원자 레벨 오염은 건식 세정 프로세스에 의해 제거될 수 없다.
[0003] 통상적으로, 불소, 산소, 및 탄소 오염은 습식 세정 방법들을 통해 제거될 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 로우-k(low-k) 유전체들과의 호환성 이슈들 뿐만 아니라 로우-k 손상에 대한 최근의 더 엄격한 요건들(예컨대, 탄소 고갈 이슈들)에 기인하여, 더 새로운 BEOL(back end of the line) 프로세스들에 대해서는, 이들 기법들이 유용하지 않다는 것을 관찰했다. 더욱 알맞은 프로세스를 통해 전기적 성능을 개선시키기 위해, 열 또는 마일드 건식 세정이 통상적으로, 포스트 비아 에칭에 사용된다.
[0004] 그에 따라서, 본 발명자들은, 전도성 상호연결 표면을 환원(reduce)시키기 위한 개선된 기법들을 개발했다.
[0005] 기판을 프로세싱하기 위한 방법들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판을 프로세싱하는 방법은: 기판 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판을 최대 약 섭씨 400 도의 온도로 가열하는 단계 ―기판은 노출된 전도성 재료를 포함함―; 및 전도성 재료의 오염된 표면을 환원시키기 위해, 약 80 wt. % 내지 약 100 wt. %의 알코올 증기를 포함하는 프로세스 가스에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판은 제1 표면을 더 포함하고, 제1 표면은 제1 표면에 형성된 개구를 가지며, 전도성 재료가 개구와 정렬된 상태로 기판에 배치되어서, 전도성 재료의 부분이 개구를 통해 노출된다.
[0006] 일부 실시예들에서, 기판을 프로세싱하는 방법은: 기판 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 배치된 기판을 최대 약 섭씨 400 도의 온도로 가열하는 단계 ―기판은 제1 표면 및 제1 표면에 형성되며 대향하는 제2 표면을 향하여 연장되는 개구를 포함하고, 제2 표면은, 제2 표면에 배치되며 개구와 정렬된 구리 재료를 가짐―; 및 구리 재료의 오염된 표면을 환원시키기 위해, 약 80 wt. % 내지 약 100 wt. %의 알코올에 기판을 노출시키는 단계를 포함하며, 알코올은 화학식 CnH2n+1-OH을 가지며, 여기서 n은 정수(whole number)이다.
[0007] 일부 실시예들에서, 명령들이 저장되어 있는 컴퓨터 판독가능 매체가 제공되며, 명령들은, 실행될 때, 프로세스 챔버로 하여금, 기판을 프로세싱하기 위한 방법을 수행하게 한다. 방법은 본원에서 개시된 방법들 중 임의의 방법을 포함할 수 있다.
[0008] 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 아래에서 설명된다.
[0009] 위에서 간략히 요약되며 아래에서 더욱 상세히 논의된 본 개시내용의 실시예들은, 첨부된 도면들에서 묘사된 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 통상적인 실시예들만을 예시하며, 그러므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 그 이유는 본 개시내용이 다른 동일하게 유효한 실시예들을 인정할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 개략도를 묘사한다.
[0011] 도 2a-도 2f는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하는 스테이지들을 묘사한다.
[0012] 도 3은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하기 위한 방법들을 수행하기에 적절한 클러스터 툴을 묘사한다.
[0013] 도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하기 위한 방법의 흐름도를 묘사한다.
[0014] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 축척에 맞게 그려지지 않으며, 명료성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 유리하게, 추가적인 언급 없이, 다른 실시예들에 통합될 수 있다.
[0015] 기판을 프로세싱하기 위한 방법들이 본원에서 제공된다. 본 발명의 방법들은 유리하게, 기판 상에서 노출된 전도성 표면을 환원시키는 것을 용이하게 한다. 일부 실시예들에서, 노출된 전도성 표면은 로우-k 재료에 형성된 전도성 상호연결 표면일 수 있으며, IC 상호연결 구조들에 대한 로우-k 무결성, 전기 전도도, 및 신뢰성을 유지하면서, 이러한 환원이 제공될 수 있다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, "환원시킨다", "환원시키는", 또는 "환원"이란 용어들은 표면(예컨대, 아래에서 설명된 오염된 표면(224))으로부터 화학 반응을 통한 산소의 부분적인 또는 완전한 제거를 지칭한다. 본 발명의 방법들은 집적 회로에서 금속 상호연결부들의 형성 시, 또는 금속 게이트의 형성 시, 또는 금속-콘택 갭 필(fill) 프로세스, 뿐만 아니라 금속 환원이 수행될 수 있는 다른 적절한 적용들에서 활용될 수 있다.
[0016] 도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판을 프로세싱하기 위한 방법(400)의 흐름도를 묘사한다. 방법(400)은 도 2a-도 2f에서 묘사된, 기판을 프로세싱하는 스테이지들에 관련하여 아래에서 예시적으로 설명되며, 도 4에 관련하여 아래에서 설명된 바와 같이, 예컨대 적절한 반응기에서 수행될 수 있다. 본원에서 개시된 본 발명의 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 프로세싱 시스템들은 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 프로세싱 시스템들의 ENDURA®, CENTURA®, 또는 PRODUCER® 라인 중 임의의 라인(그러나, 이들에 제한되지 않음)을 포함할 수 있다. 다른 제조자들로부터 입수가능한 것들을 포함하는 다른 프로세스 챔버들이 또한, 본원에서 제공된 교시들과 관련하여 적절하게 사용될 수 있다.
[0017] 방법(400)은 예시적으로, 기판(200) 상에서 수행될 수 있으며, 기판(200)은, 도 2a에서 묘사된 바와 같이, 기판(200)의 제1 표면(204)에 형성되며 기판(200)의 대향하는 제2 표면(206)을 향하여 기판(200) 안으로 연장되는 개구(202)를 갖는다. 기판(200)은, 기판(200)에 형성된 개구(202)를 갖는 임의의 적절한 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(200)은 유전체 재료, 실리콘(Si), 금속들 등 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 부가하여, 기판(200)은 재료들의 부가적인 층들을 포함할 수 있거나, 또는 기판(200)에 또는 기판(200) 상에 형성된 하나 또는 그 초과의 완료된 또는 부분적으로 완료된 구조들을 가질 수 있다. 예컨대, 기판(200)은 제1 유전체 층(212), 이를테면, 실리콘 산화물, 로우-k 재료(예컨대, 실리콘 산화물 미만 또는 약 3.9 미만의 유전 상수를 갖는 재료) 등을 포함할 수 있다. 개구(202)는 제1 유전체 층(212)에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 유전체 층(212)은 제2 유전체 층(214), 이를테면, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 등의 위에 배치될 수 있다. 전도성 재료(예컨대, 전도성 재료(220)), 이를테면, 구리 또는 코발트가 제2 유전체 층(214)에 배치될 수 있으며, 개구(202)와 정렬되어서, 개구는, 전도성 재료로 채워질 때, 전도성 재료로의, 그리고 이 전도성 재료로부터의 전기적 경로를 제공할 수 있게 된다. 예컨대, 전도성 재료는, 상호연결부가 커플링되는 비아 또는 라인의 일부일 수 있다.
[0018] 개구(202)는 임의의 개구, 이를테면, 비아, 트렌치, 듀얼 다마신 구조 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 개구(202)는 약 4:1 또는 그 초과의 높이 대 폭 종횡비(예컨대, 높은 종횡비)를 가질 수 있다. 개구(202)는, 임의의 적절한 에칭 프로세스를 사용하여 기판(200)을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 개구(202)를 형성한 결과로서, 전도성 재료(220)는 오염된 표면(224)을 형성한다. 오염된 표면(224)은 산화된 표면을 포함한다. 예컨대, 전도성 재료(220)가 구리 또는 코발트인 실시예들에서, 오염된 표면(224)은 각각 구리 산화물(CuO) 또는 코발트 산화물(CoO)이다. 대안적으로, 전도성 재료는 다른 기판 프로세싱으로부터 오염된 표면을 갖는 노출된 전도성 재료일 수 있으며, 상부의 층의 개구를 통해 노출될 필요가 없다.
[0019] 일부 실시예들에서, 패터닝된 마스크 층을 제1 유전체 층(212) 위에 형성하여, 전도성 재료(220)의 표면(예컨대, 상단 표면)까지 제1 유전체 층(212)에 개구(202)를 에칭함으로써, 개구(202)는 형성될 수 있다. 패터닝된 마스크 층은 임의의 적절한 마스크 층, 이를테면, 하드 마스크 또는 포토레지스트 층일 수 있다. 패터닝된 마스크 층은, 하부의 제1 유전체 층(212)에 패턴을 정의하기 위한 적합한 템플레이트를 제공할 수 있는 패터닝된 마스크 층을 형성하기에 적절한 임의의 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 패터닝된 마스크 층은, 패터닝된 에칭 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 개구(202)는 트렌치 또는 비아일 수 있다. 수직의 또는 실질적으로 수직의 측벽들을 갖는 개구(202)를 형성하기 위해 유전체 재료를 에칭하기에 적절한 임의의 에칭 프로세스를 통해, 개구(202)는 에칭될 수 있다. 예컨대, 기판(200)은 할로겐 함유 가스, 예컨대, 불소-함유 가스, 이를테면, 카본 테트라플루오라이드(CF4), 메틸 트리플루오라이드(CHF3), 옥타플루오로사이클로뷰테인(C4F8), 헥사플루오로부타딘(C4F6), 니트로겐 트리플루오라이드(NF3), 설퍼 헥사플루오라이드(SF6) 등을 사용하여 형성된 에칭 플라즈마에 노출될 수 있다.
[0020] 방법(400)은, 402에서, 기판(200)을 최대 약 섭씨 400 도의 온도로 가열함으로써 시작한다. 일부 실시예들에서, 기판(200)은 약 섭씨 250 도 내지 약 섭씨 350 도의 온도로 가열된다. 본 발명자들은, 최대 약 섭씨 400 도, 예컨대, 약 섭씨 250 도 내지 약 섭씨 350 도의 온도로 기판(200)을 가열하는 것이, 오염된 표면(224)과 반응하도록, 아래에서 설명된 프로세스 가스에 활성화 에너지를 제공한다는 것을 관찰했다. 부가하여, 기판(200)을 위에서 설명된 온도로 가열하는 것은, 기판(200) 상에서 물 응결의 형성 및 유기 잔류물의 빌드-업(build-up)을 방지한다. 기판(200)은 임의의 적절한 가열 메커니즘, 이를테면, 기판 지지 페데스탈 내에 임베딩된 기판 가열기를 사용하여 가열될 수 있다.
[0021] 다음으로, 404에서, 그리고 도 2b에서 묘사된 바와 같이, 기판(200)은 최대 100 wt. %의 알코올을 포함하는 프로세스 가스(222)에 노출된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스(222)는 약 80 wt. % 내지 약 100 wt. %, 이를테면, 약 95 wt. %의 알코올을 포함한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스(222)는 약 100 wt. %의 알코올로 구성되거나 또는 본질적으로 구성된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스(222)는 알코올, 그리고 선택적으로, 수소기(hydrogen radical)들 또는 수소기들과 하나 또는 그 초과의 희가스들의 혼합물로 구성되거나 또는 본질적으로 구성된다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 프로세스 가스(222)는, 프로세스 가스의 나머지(balance)가 수소기들 또는 수소기들과 하나 또는 그 초과의 희가스 원소들의 혼합물인 상태로, 위에서 개시된 퍼센트들 중 임의의 퍼센트의 알코올로 구성되거나 또는 본질적으로 구성된다.
[0022] 예컨대, 일부 실시예들에서, 기판(200)과 상호작용하도록, 100 wt. %의 알코올이 프로세싱 볼륨에 제공된다. 따라서, 기판(200)은 100 wt. %의 알코올에 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수소기들 또는 수소기들과 하나 또는 그 초과의 희가스 원소들의 혼합물(예컨대, 수소기들의 혼합물)이 프로세싱 볼륨에 제공될 수 있으며, 최대 100 wt. %의 알코올과 혼합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판을 최대 100 wt. %의 알코올에 노출시키기 전에, 수소기들 또는 수소기들의 혼합물이 프로세싱 볼륨에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수소기들 또는 수소기들의 혼합물이 최대 100 wt. %의 알코올과 동시에 프로세싱 볼륨에 제공되어서, 기판은 최대 100 wt. %의 알코올과, 수소기들 또는 수소기들의 혼합물 둘 모두에 노출될 수 있다.
[0023] 일부 실시예들에서, 알코올은 하이드록실(OH) 작용기를 갖는 유기 화합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 알코올은 화학식 CnH2n+1-OH를 가지며, 여기서 n은 정수이다. 일부 실시예들에서, 알코올은 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 이소프로판올(C3H7OH), 또는 뷰탄올(C4H9OH) 중 하나 또는 그 초과이다.
[0024] 증발되는 알코올이 오염된 표면(224)과 반응하여 휘발성 부산물들이 생성되며, 이 휘발성 부산물들은 프로세싱 챔버로부터 펌핑될 수 있다. 예컨대, 구리 산화물의 오염된 표면(224)과 증발되는 에탄올의 반응이 아래에서 도시된 반응을 통해 진행되어, 이산화탄소(CO2), 알데히드, 및 수증기(H2O)의 휘발성 부산물들이 형성되며, 이러한 휘발성 부산물들은, 전도성 재료(220)의 오염되지 않은 표면을 남겨 두면서, 프로세스 챔버로부터 진공배기될 수 있다.
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[0025] 도 2c에서 묘사된 바와 같이, 위에서 설명된 기판 온도에서, 최대 100 wt. %의 알코올, 이를테면 에탄올을 포함하는 프로세스 가스(222)에 기판(200)을 노출시키는 것은 유리하게, IC 상호연결 구조들에 대한 로우 k 무결성, 전기 전도도 및 신뢰성을 유지하면서, 전도성 재료(220)의 위에 형성된 오염된 표면(224)을 환원시킨다. 부가하여, 알코올 처리는 손상된 친수성 로우-k 표면들을 소수성 상태로 회복시키는 것을 돕고, 로우-k 표면들로부터 탄소 고갈을 감소시키거나 또는 방지한다. 예컨대, 본 발명자들은, 방법(400)이 유리하게, 로우-k 표면들로부터의 탄소 고갈을 크게 감소시키거나 또는 완전히 제거할 수 있다는 것을 관찰했다.
[0026] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에 커플링된 앰플에 액체 알코올이 저장된다. 알코올을 증발시키기 위해, 앰플은 미리 결정된 온도, 예컨대, 약 섭씨 20 도 내지 약 섭씨 50 도로 가열된다. 증발되는 알코올은 진공 드로 프로세스를 통해 프로세스 챔버의 프로세싱 볼륨에 제공된다. 진공 드로 프로세스는 유리하게, 캐리어 유동 가스로 프로세스 가스를 희석하거나 또는 기계적 유동 메커니즘을 활용하지 않으면서, 프로세스 챔버의 프로세싱 볼륨으로의 고농도의 증발되는 알코올(예컨대, 최대 100 wt. %의 알코올)의 도입을 허용한다. 프로세스 가스에 대한 노출 동안 프로세스 챔버의 프로세싱 볼륨에 대한 일반적인 프로세싱 조건들은 약 0.1 토르 내지 약 30 토르, 또는 일부 실시예들에서 약 0.6 토르 내지 약 3 토르의 프로세스 챔버 내의 압력을 포함한다.
[0027] 본 발명자들은, 위의 방법(400)에서 활용되는 농축된 프로세스 가스 그리고 압력 및 온도 범위들에 대한 노출이 유리하게, 오염된 표면(224)을 전도성 재료(220)로부터 환원시키기 위한 노출 시간을 감소시킨다는 것을 관찰했다. 예컨대, 위에서 제공된 농도들, 압력 및 온도 범위들에서, 최대 약 120 초 동안의, 또는 약 30 초 내지 약 120 초, 또는 최대 약 60 초 동안의 프로세스 가스에 대한 노출은, 오염된 표면(224)을 환원시키기에 충분하다. 부가하여, 위에서 설명된 온도 및 압력 범위들은 유리하게, 환원 프로세스로부터의 휘발성 부산물들의 아웃개싱(outgassing)을 개선시킨다.
[0028] 위에서 논의된 오염된 표면(224)에 부가하여, 도 2d-도 2f에서 묘사된 일부 실시예들에서, 개구(202)를 형성하는 것(또는 다른 기판 프로세싱)은, 전도성 재료(220)의 위에, 에칭 관련 원소들, 이를테면, 산소, 불소, 및 탄소를 포함하는 오염물 층(208)의 형성을 야기한다. 그러한 실시예들에서, 방법(400)은, 오염물 층(208)을 에칭하고, 위에서 설명된 바와 같이, 프로세스 가스(222)가 오염된 표면(224)과 반응할 수 있게 하기 위해, 프로세스 챔버의 프로세싱 볼륨에 수소기들을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(200)은, 오염물 층(208)을 제거하기 전에 수소기들에 노출되며, 이후, 위의 방법(400)에서 설명된 바와 같이, 프로세스 가스(222)에 노출된다. 도 2e에서 묘사된 일부 실시예들에서, 기판(200)을 프로세스 가스(222)에 노출시킴과 동시에, 프로세싱 볼륨에 수소기들(226)이 제공된다. 수소기들(226)이 오염물 층(208)을 에칭함에 따라, 도 2f에서 묘사된 바와 같이, 전도성 재료(220)에 오염물 층(208) 및 오염물 재료(208)가 없을 때까지, 방법(400)에서 위에서 설명된 방식으로, 프로세스 가스(222)는 오염된 표면(224)을 환원시킨다.
[0029] 방법(400) 후에, 기판(200)은 상호연결부의 형성을 완료하기 위한 부가적인 프로세스들, 이를테면, 증착 프로세스(예컨대, 배리어 층, 시드 층, 및 전도성 필 재료의 증착) 그리고 에칭/세정 프로세스(예컨대, CMP)를 겪을 수 있다.
[0030] 본원에서 설명된 방법들은, 독립형 구성으로 제공될 수 있는 개별적인 프로세스 챔버들, 이를테면, 도 1에 관련하여 설명된 프로세스 챔버(72)에서, 또는 하나 또는 그 초과의 클러스터 툴들, 예컨대, 도 3에 관련하여 아래에서 설명된 통합 툴(300)(즉, 클러스터 툴)의 일부로서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 위에서 설명된, 기판을 프로세싱하는 방법(400)은, 클러스터 툴의 일부로서 또는 독립형 챔버로서 제공되는 개별적인 프로세스 챔버들(예컨대, 프로세스 챔버(72))에서 수행될 수 있다.
[0031] 통합 툴(300)의 예들은 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 CENTURA® 및 ENDURA® 통합 툴들을 포함한다. 그러나, 본원에서 설명된 방법들은, 적절한 프로세스 챔버들이 커플링되어 있는 다른 클러스터 툴들을 사용하여, 또는 다른 적절한 프로세스 챔버들에서 실시될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 위에서 논의된 본 발명의 방법들은 유리하게, 프로세싱 단계들 사이에 제한된 진공 파괴(break)들이 있거나 또는 어떤 진공 중단들도 없도록, 통합 툴에서 수행될 수 있다.
[0032] 통합 툴(300)은, 통합 툴(300)의 안팎으로 기판들의 이송을 위한 하나 또는 그 초과의 로드 록 챔버들(306A, 306B)을 포함할 수 있다. 통상적으로, 통합 툴(300)이 진공 하에 있기 때문에, 로드 록 챔버들(306A, 306B)은 통합 툴(300)에 도입되는 기판들을 "펌핑 다운"할 수 있다. 제1 로봇(310)이 로드 록 챔버들(306A, 306B)과, 하나 또는 그 초과의 기판 프로세싱 챔버들(312, 314, 316, 318)(4 개가 도시됨)의 제1 세트 사이에서 기판들을 이송할 수 있다. 각각의 기판 프로세싱 챔버(312, 314, 316, 318)는, 물리 기상 증착(PVD; physical vapor deposition) 프로세스들, 원자 층 증착(ALD; atomic layer deposition), 화학 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition), 사전-세정, 열 프로세스/가스제거, 배향 및 다른 기판 프로세스들에 부가하여, 위에서 설명된 방법(400)을 포함하는 다수의 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 갖춰질 수 있다.
[0033] 제1 로봇(310)은 또한, 하나 또는 그 초과의 중간 이송 챔버들(322, 324)로/로부터 기판들을 이송할 수 있다. 중간 이송 챔버들(322, 324)은, 기판들이 통합 툴(300) 내에서 이송될 수 있게 하면서, 초고 진공 조건들을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 제2 로봇(330)이 중간 이송 챔버들(322, 324)과, 하나 또는 그 초과의 기판 프로세싱 챔버들(332, 334, 336, 338)의 제2 세트 사이에서 기판들을 이송할 수 있다. 기판 프로세싱 챔버들(312, 314, 316, 318)과 유사하게, 기판 프로세싱 챔버들(332, 334, 336, 338)은, 예컨대, 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 사전-세정, 열 프로세스/가스제거, 및 배향에 부가하여, 본원에서 설명된 물리 기상 증착 프로세스들을 포함하는 다양한 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 갖춰질 수 있다. 통합 툴(300)에 의해 수행될 특정 프로세스에 필요하지 않으면, 기판 프로세싱 챔버들(312, 314, 316, 318, 332, 334, 336, 338) 중 임의의 기판 프로세싱 챔버는 통합 툴(300)로부터 제거될 수 있다.
[0034] 도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 기판 프로세싱 시스템을 묘사한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 시스템은 사전-세정 챔버, 이를테면, 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 Preclean II 챔버일 수 있다. 다른 프로세스 챔버들이 또한, 본원에서 제공된 교시들에 따라 수정될 수 있다. 일반적으로, 기판 프로세싱 시스템(즉, 시스템(40))은 제1 볼륨(73) 및 제2 볼륨(75)을 갖는 프로세스 챔버(72)를 포함한다. 제1 볼륨(73)은 플라즈마(77)가 수용(예컨대, 도입 또는 형성)될, 프로세스 챔버(72)의 부분을 포함할 수 있다. 제2 볼륨(75)은 기판이 플라즈마(77)로부터의 반응물들로 프로세싱될, 프로세스 챔버(72)의 부분을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(42)가 프로세스 챔버(72)의 제2 볼륨(75) 내에 배치될 수 있다. 제1 볼륨(73)과 제2 볼륨(75) 사이의 프로세스 챔버(72)에 플라즈마 필터(89)가 배치될 수 있어서, 제1 볼륨(73)에 형성된 플라즈마(77)(또는 플라즈마(77)로부터 형성된 반응물들)는 플라즈마 필터(89)를 통과함으로써만 제2 볼륨(75)에 도달할 수 있다.
[0035] 시스템(40)은, 제1 볼륨에 플라즈마(77)를 형성하기 위해 활용될 수 있는 하나 또는 그 초과의 프로세스 가스들을 제공하기 위해 프로세스 챔버에 커플링된 가스 유입구(76)를 포함할 수 있다. 가스 배기관(78)이 예컨대 제2 볼륨(75)을 포함하는 프로세스 챔버(72)의 하부 부분에서 프로세스 챔버(72)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(72) 내에 플라즈마(77)를 생성하기 위해 유도성 코일(98)에 RF 전력원(74)이 커플링될 수 있다. 대안적으로(미도시), 플라즈마는 예컨대 원격 플라즈마 소스 등에 의해 원격으로 생성되어 프로세스 챔버의 제1 볼륨(73) 안으로 유동될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판 지지부(42)의 표면 상에 존재할 때 기판(54)에 대한 이온 플럭스를 제어하기 위해 기판 지지부(42)에 전력원(80)이 커플링될 수 있다. 시스템(40)은, 예컨대, 기판(54)에 대한 동작들을 수행하도록 시스템(40)의 하나 또는 그 초과의 컴포넌트들을 제어하기 위해 제어기(110)를 포함할 수 있다. 다른 그리고 추가적인 컴포넌트들 및 시스템(40)은 아래에서 논의된다.
[0036] 프로세스 챔버(72)는 벽들(82), 바닥(84) 및 상단(86)을 포함한다. 유전체 덮개(88)가 상단(86) 아래에 그리고 프로세스 키트(90) 위에 배치될 수 있으며, 프로세스 키트(90)는 프로세스 챔버(72)에 커플링되며, 플라즈마 필터(89)를 홀딩하도록 구성된다. 유전체 덮개(88)는 도 1에서 예시된 바와 같이 돔-형상일 수 있다. 유전체 덮개(88)는 유전체 재료들, 이를테면, 유리 또는 석영으로 만들어지며, 통상적으로, 시스템(40)에서 소정 개수의 기판들이 프로세싱된 후에 교체될 수 있는, 교체가능한 부품이다. 제1 볼륨(73)에 RF 전력을 유도성으로 커플링하여 제1 볼륨(73)에 플라즈마(77)를 형성하기 위해, 유도성 코일(98)이 유전체 덮개(88) 주위에 배치되며, RF 전력원(74)에 커플링될 수 있다. 유도성 코일(98)에 대안적으로 또는 유도성 코일(98)과 결합하여, 제1 볼륨(73)에 플라즈마(77)를 형성하기 위해 또는 플라즈마(77)를 제1 볼륨(73)에 제공하기 위해, 원격 플라즈마 소스(미도시)가 사용될 수 있다.
[0037] 프로세스 키트(90)는, 프로세스 챔버(72)의 벽(82)에 얹히도록 구성된 제1 외부 에지(93)를 갖는 링(91), 이를테면, 플랜지를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 1에서 도시된 바와 같이, 링(91)은 벽(82)에 얹히며, 유전체 덮개(88) 및 상단(86)을 가질 수 있다. 그러나, 도 1에서 예시된 실시예들은 단지 예시적이며, 다른 실시예들이 가능하다. 예컨대, 링은 챔버의 내부 피처(feature)(미도시), 이를테면, 벽(82)으로부터 안쪽으로 연장되는 립(lip) 등에 얹히도록 구성될 수 있다. 링(91)은 제1 내부 에지(95)를 더 포함할 수 있다.
[0038] 프로세스 키트(90)는 링(91)의 제1 내부 에지(95)로부터 아래쪽으로 연장되는 바디(97)를 포함할 수 있다. 바디(97)는, 기판 지지부(42) 위의 개구(100)를 정의하는 측벽들(99)을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 1에서 예시된 바와 같이, 개구(100)의 직경은 기판 지지부(42)의 직경을 초과할 수 있다. 예컨대, 바디(97)의 측벽들(99)과 기판 지지부(42) 사이에 형성된 갭(102)이 프로세스 가스들, 부산물들, 및 가스 배기관(78)으로 배기될 다른 재료들에 대한 유동 경로로서 활용될 수 있다.
[0039] 프로세스 키트(90)는 바디(97)의 측벽들(99)로부터 기판 지지부(42) 위의 개구(100)로 연장되는 립(104)을 포함할 수 있다. 립(104)은 아래에서 논의된 바와 같이 플라즈마 필터(89)를 홀딩하도록 구성될 수 있다. 립(104)은, 도 1에서 예시된 바와 같이, 바디(97)의 측벽들(99)로부터, 예컨대, 링(91) 아래의 측벽들(99)을 따르는 포지션으로부터 연장될 수 있다. 대안적으로, 립(104)은, 링(91)의 포지션에 근접하게, 이를테면 링(91)과 거의 평행하게 바디(97)로부터 연장될 수 있다. 립(104)이 임의의 적절한 포지션에서 바디(97)로부터 연장될 수 있어서, 유도성 커플링과의 간섭을 방지하기 위해 그리고 임의의 부유 플라즈마가 플라즈마 필터(89) 아래에서 생성되는 것을 방지하기 위해, 플라즈마 필터(89)는 유도 코일(98)의 평면 아래에 있을 수 있다.
[0040] 립(104)은 제2 내부 에지(106)를 가질 수 있으며, 이러한 제2 내부 에지(106)는 제2 내부 에지(106) 상에서 플라즈마 필터(89)의 주변 에지를 지지하도록 구성된다. 예컨대, 제2 내부 에지(106)는 리세스(108)를 포함할 수 있으며, 이러한 리세스(108)는 리세스(108)에 플라즈마 필터(89)를 홀딩하도록 제2 내부 에지(106) 주위에 배치된다. 그러나, 리세스(108)는 단지, 플라즈마 필터(89)를 홀딩하기 위한 예시적인 일 실시예이며, 다른 적절한 유지 메커니즘들이 활용될 수 있다.
[0041] 프로세스 키트(90)는, 시스템(40)에서 실행되는 프로세스들과 호환가능한 임의의 적절한 재료들을 포함할 수 있다. 프로세스 키트(90)의 컴포넌트들은 제1 볼륨(73) 및 제2 볼륨(75)을 정의하는 것에 기여할 수 있다. 예컨대, 제1 볼륨(73)은 적어도 링(91), 립(104), 플라즈마 필터(89), 및 유전체 덮개(88)에 의해 정의될 수 있다. 예컨대, 도 1에서 예시된 바와 같은 일부 실시예들에서, 제1 볼륨(73)은 추가로, 바디(97)의 측벽들(99)에 의해 정의될 수 있다. 예컨대, 제2 볼륨(75)은 립(104), 플라즈마 필터(89), 바디(97), 및 기판 지지부(42)에 의해 정의될 수 있다.
[0042] 플라즈마 필터(89)는, 플라즈마(77)가 프로세스 챔버에 형성된 후에 플라즈마(77)의 이온 전류를 제한하기 위해 사용될 수 있다. 플라즈마 필터(89)는, 플라즈마 필터(89)의 제1 볼륨 대면 표면(83)으로부터 플라즈마 필터(89)의 제2 볼륨 대면 표면(85)까지, 플라즈마 필터(89)를 통과해 배치된 복수의 개구들(87)을 포함한다. 복수의 개구들(87)은 제1 볼륨(73)을 제2 볼륨(75)에 유동적으로 커플링한다.
[0043] 시스템(40)으로 되돌아가면, 가스 유입구(76)는 프로세싱 가스 공급부(92)에 연결되며, 프로세싱 동안 프로세싱 가스를 시스템(40)에 도입한다. 예시된 바와 같이, 가스 유입구(76)는 유전체 덮개(88)를 통해 제1 볼륨(73)에 커플링된다. 그러나, 가스 유입구(76)는 임의의 적절한 위치에서 제1 볼륨(73)에 커플링될 수 있다. 가스 배기관(78)은 서보 제어 스로틀 밸브(94) 및 진공 펌프(96)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(96)는 프로세싱 전에 시스템(40)을 진공배기시킨다. 프로세싱 동안, 진공 펌프(96) 및 서보 제어 스로틀 밸브(94)는, 프로세싱 동안 시스템(40) 내의 미리 결정된 압력을 유지한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 가스 공급부(92)에 의해 도입되는 프로세스 가스는 수소기들을 형성하기에 적절한 수소 함유 가스, 이를테면 수소(H2), 그리고 희가스, 이를테면, 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 가스는 H2와 He의 혼합물을 포함하며, 여기서 H2는 약 5%이다.
[0044] 프로세스 챔버(72)는 추가로, 액체 알코올을 홀딩하기에 적절한 앰플(79)에 커플링된다. 위에서 설명된 바와 같이, 알코올의 증기압이 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 보장하기 위해, 앰플(79)은 미리 결정된 온도, 예컨대, 약 섭씨 20 도 내지 약 섭씨 50도의 온도로 유지된다. 증발되는 알코올은 가스 유입구(81)를 통해 제2 볼륨(75)에 제공된다.
[0045] 기판 지지부(42)는 일반적으로, 가열기(44), RF 전극(46), 및 척킹 전극(48) 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 예컨대, RF 전극(46)은 티타늄을 포함할 수 있으며, 프로세싱 동안 RF 바이어스를 제공하기 위해 전력원(80)에 연결될 수 있다. RF 전극(46)에 대한 바이어스 전력의 사용은 플라즈마 점화 및/또는 이온 전류의 제어를 보조할 수 있다. 그러나, RF 전극(46)으로부터의 바이어스 전력은 시스템(40)의 모든 실시예들과 호환가능하지는 않을 수 있다. 그에 따라서, 그러한 경우들에서, 플라즈마 점화는 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 예컨대, (가스 타입에 따라) 충분히 높은 압력에서, 유도성 코일(98)과 제1 볼륨(73) 사이의 용량성 커플링이 플라즈마 점화를 가능하게 할 수 있다.
[0046] 기판 지지부 상에 배치될 때 기판(54)을 기판 지지부(42)의 표면에 고정하기 위해, 기판 지지부(42)는 척킹 전극(48)을 포함할 수 있다. 척킹 전극(48)은 매칭 네트워크(미도시)를 통해 척킹 전력원(50)에 커플링될 수 있다. 척킹 전력원들(50)은 약 2 MHz 또는 약 13.56 MHz 또는 약 60 Mhz의 주파수에서 최대 12,000 W을 생산할 수 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 척킹 전력원(50)은 연속적 또는 펄스형(pulsed) 전력을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 척킹 전력원은 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
[0047] 기판 지지부(42) 상에 배치될 때 기판(54)을 미리 결정된 온도로 가열하기 위해, 기판 지지부는 가열기(44)를 포함할 수 있다. 가열기(44)는, 기판 온도에 대한 제어를 제공하기에 적절한 임의의 타입의 가열기일 수 있다. 예컨대, 가열기(44)는 저항성 가열기일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 가열기(44)는, 가열기(44)를 가열하는 것을 용이하게 하기 위해 가열기(44)에 전력을 제공하도록 구성된 전력원(52)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열기(44)는 기판 지지부(42)의 표면에 근접하게 또는 그 위에 배치될 수 있다. 대안적으로, 또는 결합하여, 일부 실시예들에서, 가열기들은 기판 지지부(42) 내에 임베딩될 수 있다. 기판(54)의 온도에 대한 부가적인 제어를 제공하기 위해, 가열기(44)의 개수 및 어레인지먼트는 변화될 수 있다. 예컨대, 하나 초과의 가열기가 활용되는 실시예들에서, 기판(54)에 걸쳐 온도에 대한 제어를 용이하게 하기 위해 복수의 존들에 가열기들이 배열되어서, 증가된 온도 제어가 제공될 수 있다.
[0048] 제어기(110)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(112), 메모리(114), 및 CPU(112)에 대한 지원 회로들(116)을 포함하며, 시스템(40)의 컴포넌트들의 제어, 그리고 따라서 시스템(40)에서 기판을 프로세싱하는 방법들의 제어를 용이하게 한다. 제어기(110)는, 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. CPU(112)의 메모리 또는 컴퓨터-판독가능 매체(114)는 용이하게 입수가능한 메모리, 이를테면, 랜덤 액세스 메모리(RAM; random access memory), 판독 전용 메모리(ROM; read only memory), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장부 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 지원 회로들(116)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(112)에 커플링된다. 이들 회로들은 캐시, 전원들, 클록 회로들, 입력/출력 회로소자 및 서브시스템들 등을 포함한다. 메모리(114)는, 본원에서 설명된 방식으로 시스템(40)의 동작을 제어하기 위해 실행되거나 또는 호출될 수 있는 소프트웨어(소스 또는 오브젝트 코드)를 저장한다. 소프트웨어 루틴은 또한, CPU(112)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격으로 위치되는 제2 CPU(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
[0049] 동작의 예에서, 기판(54)은 기판 지지부(42) 상에 포지셔닝되며, 제2 볼륨(75)은 약 0.1 토르 내지 약 30 토르, 또는 약 0.6 토르 내지 약 3 토르로 가압된다. 제2 볼륨(75)과 앰플(79) 사이의 압력차에 기인하여, 알코올 프로세싱 가스, 이를테면, 에탄올이 가스 유입구(81)를 통해 제2 볼륨(75)에 드로된다. 반응을 활성화하기 위해, 기판(54)은 약 섭씨 250 도 내지 약 섭씨 350 도의 온도로 가열된다. 전도성 재료(220)의 오염된 표면(224)을 환원시키기 위해, 기판은 약 30 초 내지 약 120 초 동안 에탄올에 노출된다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 가스, 이를테면, 수소(H2)가 가스 유입구(76)를 통해 제1 볼륨(73)에 도입된다. 수소 가스로부터 형성된 플라즈마로부터의 수소기들은 유도성 커플링 및/또는 용량성 커플링을 통해 프로세싱 구역에서 생성된다. 플라즈마(77)는, 유도성 코일(98)에 적절한 전력을 인가함으로써 생성될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 수소기들은 오염물 층(208)을 제거하며, 증발되는 알코올이 오염된 표면(224)을 환원시켜서, 전도성 재료(220)는 IC 상호연결 구조들에 대한 로우-k 무결성, 전기 전도도 및 신뢰성을 유지하게 된다.
[0050] 본 개시내용은 다른 반도체 기판 프로세싱 시스템들을 사용하여 실시될 수 있으며, 여기서, 프로세싱 파라미터들은, 본 개시내용의 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 본원에서 개시된 교시들을 활용함으로써, 당업자들에 의해, 수용가능한 특성들을 달성하도록 조정될 수 있다.
[0051] 전술된 내용은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 창안될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판을 최대 약 섭씨 400 도의 온도로 가열하는 단계 ―상기 기판은 노출된 전도성 재료를 포함함―; 및
    상기 전도성 재료의 오염된 표면을 환원(reduce)시키기 위해, 약 80 wt. % 내지 약 100 wt. %의 알코올 증기를 포함하는 프로세스 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 재료는 구리 또는 코발트인,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 알코올은 화학식 CnH2n+1-OH을 가지며, 여기서 n은 정수(whole number)인,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 알코올은 에탄올, 이소프로판올, 메탄올, 또는 뷰탄올 중 하나 또는 그 초과인,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스에 상기 기판을 노출시키는 동안의 상기 기판 프로세싱 챔버의 압력은 약 0.1 토르 내지 약 30 토르인,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스에 상기 기판을 노출시키는 동안의 상기 기판 프로세싱 챔버의 압력은 약 0.6 토르 내지 약 3 토르인,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    최대 약 60 초 동안 상기 프로세스 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스에 기판을 노출시키는 단계는, 액체 알코올을 갖는 앰플을, 상기 앰플에 저장된 알코올을 증발시키기 위한, 상기 기판 프로세싱 챔버 내의 압력에 노출시키는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 앰플은 약 섭씨 20 도 내지 약 섭씨 50도의 온도로 유지되며, 상기 앰플 내의 알코올의 증기압은 실질적으로 일정한,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 앰플로부터 증발되는 알코올을 진공 드로(draw) 프로세스를 통해 상기 프로세싱 볼륨으로 드로하는 단계
    를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  11. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 챔버에 커플링된 원격 플라즈마 소스로부터 상기 프로세싱 볼륨으로 제공되는 수소기(hydrogen radical)들에 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 수소기들은, 상기 프로세스 가스에 기판을 노출시키는 단계 전에 또는 상기 프로세스 가스에 기판을 노출시키는 단계와 동시에 중 적어도 하나로 상기 프로세싱 볼륨에 제공되는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  13. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 제1 표면을 더 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 제1 표면에 형성된 개구를 가지며, 상기 노출된 전도성 재료는 상기 기판에 배치된 전도성 재료의 일부이며, 상기 노출된 전도성 재료가 상기 개구와 정렬되어서, 상기 기판에 배치된 상기 전도성 재료의 부분이 상기 개구를 통해 노출되는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  14. 명령들이 저장되어 있는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    상기 명령들은, 실행될 때, 기판을 프로세싱하는 방법을 유발하며, 상기 방법은 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 방법인,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체.
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