WO2025005674A1 - 구리막 형성 방법 - Google Patents

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forming
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이민규
김현민
여승민
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    • H10P14/42—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials using a gas or vapour

Definitions

  • the present invention relates to a copper film forming method for forming a copper film on a substrate.
  • a substrate processing process is performed, such as a deposition process for depositing a thin film of a specific material on a substrate, a photo process for selectively exposing the thin film using a photosensitive material, and an etching process for forming a pattern by removing the thin film of a selectively exposed portion.
  • processing processes may include a copper film forming process for forming a copper film on a substrate.
  • the above copper film formation process can be performed by spraying a copper (Cu)-containing precursor onto the substrate to form a copper film.
  • Cu copper
  • an agglomeration issue in which copper sticks together may occur during the process of performing the copper film formation process. Accordingly, the copper film formed through the copper film formation process is not formed continuously but is formed sparsely, so there is a problem of low film quality.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, and to provide a method for forming a copper film capable of solving the agglomeration problem resulting from the use of copper.
  • the present invention may include the following configuration.
  • a method for forming a copper film according to the present invention is a method for forming a copper film on a substrate in a chamber, the method including: a) a step of spraying a copper-containing precursor on the substrate; b) a step of spraying a first purge gas on the substrate; c) a step of forming a plasma using hydrogen (H 2 ) on the substrate; and d) a step of spraying a mixed gas including a hydrogen-containing gas and a nitrogen-containing gas on the substrate.
  • the step d) may continuously spray the mixed gas while the steps a) to c) are performed.
  • the step c) can be performed after repeating the cycle of sequentially performing the steps a) and b) N times (N is a natural number greater than 1).
  • the copper film forming method according to the present invention can repeat a cycle of sequentially performing steps a), b), and c) M times (M is a natural number greater than 1).
  • the nitrogen-containing gas may include at least one of nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), plasma-activated nitrogen (N 2 ), and plasma-activated ammonia (NH 3 ).
  • the method for forming a copper film according to the present invention may include a step of performing treatment with plasma using hydrogen or oxygen (O 2 ) on the substrate before step a) is performed.
  • steps a) to d) can be performed when the internal temperature of the chamber is 50°C or higher and 300°C or lower.
  • the copper film forming method according to the present invention may include the step of e) spraying a second purge gas onto the substrate.
  • the step e) may be performed after the step c) is performed.
  • the copper film forming method according to the present invention can repeat a cycle of sequentially performing steps a), b), c, and e R times (R is a natural number greater than 1).
  • the step d) can continuously inject the mixed gas while the cycle is repeatedly performed.
  • the present invention is implemented to continuously inject a gas containing at least one of a hydrogen-containing gas and a nitrogen-containing gas while forming a copper film using a copper-containing precursor. Accordingly, the present invention can rapidly decompose a ligand of a copper organic substance, thereby continuously weakening the property of copper to stick to each other. Accordingly, the present invention can solve the problem of copper aggregation during the process of forming a copper film. Accordingly, the present invention can improve the morphology of a copper film, thereby continuously forming a copper film, thereby improving the film quality of the copper film. In addition, since the present invention can increase the growth rate per cycle (GPC) for forming a copper film, the process time required to form a copper film can be shortened.
  • GPC growth rate per cycle
  • Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a substrate processing device in which a copper film forming method according to the present invention is performed.
  • Figures 2 and 3 are schematic cross-sectional side views of an injection unit that injects gas in an example of a substrate processing device in which a copper film forming method according to the present invention is performed.
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing a copper film formed on a substrate by a copper film forming method according to the present invention.
  • Figure 5 is a schematic flow chart of a copper film forming method according to the present invention.
  • Figure 6 is a timing diagram regarding the point in time at which gas injection and plasma generation occur in a substrate processing device according to the present invention.
  • Figure 7 is a schematic flow chart of a copper film forming method according to a modified embodiment of the present invention.
  • a copper film forming method is for forming a copper film (110) on a substrate (100).
  • the substrate (100) may be a silicon substrate, a glass substrate, a metal substrate, etc.
  • the copper film (110) may be provided in a semiconductor element, a display device, a solar cell, etc.
  • the copper film (110) may be provided in a capacitor.
  • the copper film forming method according to the present invention can be performed by a substrate processing device (1).
  • a substrate processing device (1) Before explaining an embodiment of the copper film forming method according to the present invention, an example of the substrate processing device (1) will be specifically examined as follows.
  • the substrate processing device (1) may include a chamber (2), a substrate support unit (3), and an injection unit (4).
  • the chamber (2) above provides a processing space (200).
  • a process of forming a copper film can be performed in the processing space (200).
  • the processing space (200) can be arranged inside the chamber (2).
  • An exhaust port (not shown) for exhausting gas from the processing space (200) can be coupled to the chamber (2).
  • the substrate support part (3) and the injection part (4) can be arranged inside the chamber (2).
  • the substrate support member (3) above supports the substrate (100).
  • the substrate support member (3) may support one substrate (100) or may support multiple substrates (100). When multiple substrates (100) are supported by the substrate support member (3), processing processes for multiple substrates (100) can be performed at one time.
  • the substrate support member (3) may be coupled to the chamber (2).
  • the substrate support member (3) may be placed inside the chamber (2).
  • the above-described injection unit (4) injects gas toward the substrate support unit (3).
  • the injection unit (4) may be connected to a gas storage unit (40). In this case, the injection unit (4) may inject gas supplied from the gas storage unit (40) toward the substrate support unit (3).
  • the injection unit (4) may be arranged inside the chamber (2).
  • the injection unit (4) may be arranged opposite the substrate support unit (3).
  • the injection unit (4) may be arranged above the substrate support unit (3).
  • the processing space (200) may be arranged between the injection unit (4) and the substrate support unit (3).
  • the injection unit (4) may be coupled to a lid (not shown). The lid may be coupled to the chamber (2) so as to cover an upper portion of the chamber (2).
  • the above injection unit (4) may include a first gas path (4a) and a second gas path (4b).
  • the first gas path (4a) above is for injecting the first gas.
  • One side of the first gas path (4a) may be connected to the gas storage unit (40) through a pipe, a hose, a gas block, or the like.
  • the other side of the first gas path (4a) may be connected to the processing space (200). Accordingly, the first gas supplied from the gas storage unit (40) may flow along the first gas path (4a) and then be injected into the processing space (200) through the first gas path (4a).
  • the first gas path (4a) may function as a path for the first gas to flow and also as an injection port for injecting the first gas into the processing space (200).
  • the second gas path (4b) is for injecting the second gas.
  • the second gas and the first gas may be different gases.
  • the second gas may be a reactant gas.
  • One side of the second gas path (4b) may be connected to the gas storage unit (40) through a pipe, a hose, a gas block, or the like.
  • the other side of the second gas path (4b) may be connected to the processing space (200). Accordingly, the second gas supplied from the gas storage unit (40) may flow along the second gas path (4b) and then be injected into the processing space (200) through the second gas path (4b).
  • the above second gas path (4b) can function as a path for the second gas to flow and as an injection port for injecting the second gas into the processing space (200).
  • the second gas path (4b) and the first gas path (4a) may be arranged to be spatially separated from each other. Accordingly, the second gas supplied from the gas storage unit (40) to the second gas path (4b) may be injected into the processing space (200) without passing through the first gas path (4a). The first gas supplied from the gas storage unit (40) to the first gas path (4a) may be injected into the processing space (200) without passing through the second gas path (4b). The second gas path (4b) and the first gas path (4a) may inject gas toward different parts of the processing space (200).
  • the injection unit (4) may include a first plate (41) and a second plate (42).
  • the first plate (41) is arranged on the upper side of the second plate (42).
  • the first plate (41) and the second plate (42) may be arranged spaced apart from each other.
  • a plurality of first gas holes (411) may be formed in the first plate (41).
  • the first gas holes (411) may each function as a passage for the first gas to flow.
  • the first gas holes (411) may belong to the first gas path (4a).
  • a plurality of second gas holes (412) may be formed in the first plate (41).
  • the second gas holes (412) may each function as a passage for the second gas to flow.
  • the second gas holes (412) may belong to the second gas path (4b).
  • a plurality of protruding members (413) may be combined with the first plate (41).
  • the protruding members (413) may protrude from the lower surface of the first plate (41) toward the second plate (42).
  • Each of the first gas holes (411) may be formed by penetrating the first plate (41) and the protruding members (4
  • a plurality of openings (421) may be formed in the second plate (42).
  • the openings (421) may be formed by penetrating the second plate (42).
  • the openings (421) may be arranged at positions corresponding to each of the protruding members (413). Accordingly, as illustrated in FIG. 2, the protruding members (413) may be formed with a length such that they may be inserted into each of the openings (421). Although not illustrated, the protruding members (413) may be formed with a length such that they are arranged above each of the openings (421).
  • the protruding members (413) may be formed with a length such that they protrude downward from the second plate (42).
  • the second gas holes (412) may be arranged to inject gas toward the upper surface of the second plate (42). Although not shown, the lower surface of the first plate (41) may be formed flat without the protruding member (413).
  • the above injection unit (4) can generate plasma using the second plate (42) and the first plate (41).
  • plasma power such as RF power
  • the first plate (41) may be grounded, and plasma power may be applied to the second plate (42).
  • a plurality of first openings (422) and a plurality of second openings (423) may be formed in the second plate (42).
  • the first openings (422) may be formed by penetrating the second plate (42).
  • the second openings (423) may be formed by penetrating the second plate (42).
  • the second plate (42) and the first plate (41) may be arranged to be spaced apart from each other.
  • the lower surface of the first plate (41) facing the second plate (42) may be formed flat without the protruding member (413, illustrated in FIG. 2).
  • the first gas and the second gas may be supplied to the space between the first plate (41) and the second plate (42) through the first gas holes (411) and the second gas holes (412) and then sprayed into the processing space (200) through the first openings (422) and the second openings (423).
  • the first gas and the second gas can be mixed in the space between the first plate (41) and the second plate (42) and then sprayed into the processing space (200) through the first openings (422) and the second openings (423).
  • the first openings (422) may be arranged vertically below each of the first gas holes (411).
  • the first opening (422) and the first gas hole (411) may be arranged on the same vertical line.
  • the first opening (422) and the first gas hole (411) may be arranged at staggered positions.
  • the first opening (422) and the first gas hole (411) may be arranged at positions where they do not overlap each other, or may be arranged at positions where they only partially overlap each other.
  • the second openings (423) may be arranged vertically below each of the second gas holes (412).
  • the second openings (423) and the second gas holes (412) may be arranged on the same vertical line.
  • the second openings (423) and the second gas holes (412) may be arranged at staggered positions.
  • the second openings (423) and the second gas holes (412) may be arranged at positions that do not overlap each other, or may be arranged at positions where only a portion of the overlap occurs.
  • the above injection unit (4) may include a third gas path (4c).
  • the third gas path (4c) above is for injecting the third gas.
  • the third gas path (4c) may have one end connected to the gas storage unit (40) via a pipe, a hose, a gas block, or the like. The other end of the third gas path (4c) may be connected to the processing space (200). Accordingly, the third gas supplied from the gas storage unit (40) may flow along the third gas path (4c) and then be injected into the processing space (200) through the third gas path (4c).
  • the third gas path (4c) may function as a path for the third gas to flow and also as an injection port for injecting the third gas into the processing space (200).
  • the third gas path (4c), the second gas path (4b), and the first gas path (4a) may be arranged to be spatially separated from each other.
  • the third gas may be supplied to the space between the first plate (41) and the second plate (42) through the third gas path (4c) and then sprayed into the processing space (200) through the openings (422, 423) formed in the second plate (42).
  • the copper film formation method according to the present invention can be performed through a substrate processing device (1) of this type.
  • a copper film forming method is for forming a copper film (110) on a substrate (100) within the chamber (2).
  • the copper film forming method according to the present invention may include step a) (S11), step b) (S12), step c) (S13), and step d) (S20).
  • the above step a) (S11) is to spray a copper-containing precursor on the substrate (100).
  • the above step a) (S11) can be performed by the spraying unit (4) spraying the copper-containing precursor into the processing space (200).
  • the spraying unit (4) can spray the copper-containing precursor through the first gas path (4a).
  • an adsorption process in which a copper layer containing copper is adsorbed can be performed.
  • the above b) step (S12) is to spray the first purge gas on the substrate (100).
  • the above b) step (S12) can be performed by the spraying unit (4) spraying the first purge gas into the processing space (200).
  • the spraying unit (4) can spray the first purge gas through at least one of the first gas path (4a) and the second gas path (4b).
  • the first purge gas can be an inert gas such as argon (Ar).
  • a purge process can be performed to purge the copper-containing precursor, etc., which was not used in the adsorption process, from the processing space (200).
  • the above c) step (S13) is to form plasma using hydrogen (H 2 ) on the substrate (100).
  • the above c) step (S13) can be performed by forming plasma in the processing space (200) using hydrogen. Hydrogen for forming the plasma can be injected into the processing space (200) through the second gas path (4b).
  • a deposition process can be performed in which the copper layer adsorbed by the adsorption process is formed as a copper film (110).
  • the copper film (110) can be formed by an atomic layer deposition method.
  • the above d) step (S20) is to inject a mixed gas containing a hydrogen-containing gas and a nitrogen-containing gas onto the substrate (100).
  • the above d) step (S20) can be performed by the injection unit (4) injecting the mixed gas into the processing space (200). In this case, the injection unit (4) can inject the mixed gas through the third gas path (4c).
  • the above d) step (S20) can continuously spray the mixed gas while the above a) to c) steps (S11, S12, S13) are performed.
  • the mixed gas can weaken the property of copper to stick together by quickly decomposing the ligand of the copper organic material. Since the mixed gas is continuously sprayed through the d) step (S20) while the above a) to c) steps (S11, S12, S13) are performed, the mixed gas can continuously weaken the property of copper to stick together while the above a) to c) steps (S11, S12, S13) are performed. Accordingly, the copper film forming method according to the present invention can solve the agglomeration issue of copper during the process of forming the copper film (110).
  • the copper film forming method according to the present invention can improve the film quality of the copper film (110) by improving the morphology of the copper film (110) and forming the copper film (110) continuously.
  • the copper film forming method according to the present invention can increase the growth rate per cycle (GPC) for forming the copper film (110), and thus can shorten the process time required to form the copper film (110).
  • GPC growth rate per cycle
  • the nitrogen-containing gas may include at least one of nitrogen (N 2 ), ammonia (NH 3 ), plasma-activated nitrogen (N 2 ), and plasma-activated ammonia (NH 3 ).
  • the step d) (S20) may be such that the steps a) to c) (S11, S12, and S13) are performed under a nitrogen and hydrogen atmosphere.
  • the step d) (S20) may weaken the property of copper to stick to each other by rapidly decomposing the ligand of the copper organic material using the plasma density of nitrogen and hydrogen.
  • the copper film forming method according to the present invention can further improve the film quality of the copper film (110).
  • the copper film (110) can also be formed to be composed only of copper.
  • the step d) (S20) may also be performed by injecting a mixed gas containing only hydrogen-containing gas without nitrogen-containing gas.
  • the copper film forming method according to the present invention can increase the growth rate per cycle (GPC) for forming the copper film (110) by more than two times by continuously injecting the mixed gas.
  • the copper film forming method according to the present invention can be implemented to perform the step c) (S13) after repeating the cycle of sequentially performing the step a) (S11) and the step b) (S12) N times (N is a natural number greater than 1). Since the steps a) (S11) and b) (S12) are sequentially performed repeatedly, the copper film forming method according to the present invention can increase the supply amount of the copper-containing precursor before the step c) (S13) is performed, thereby reducing the empty space within the copper layer. Therefore, the copper film forming method according to the present invention can further improve the film quality of the copper film (110) by further improving the morphology of the copper film (110).
  • the present invention is not limited thereto, and the cycle of sequentially performing the steps a) (S11) and b) (S12) may be repeated four or more times before the step c) (S13) is performed.
  • the cycle of sequentially performing the steps a) (S11) and b) (S12) may be repeated six times or less.
  • the mixed gas may be continuously injected into the processing space (200) by the step d) (S20).
  • the copper film forming method according to the present invention may be implemented to repeat the cycle of sequentially performing the steps a) (S11), b) (S12), and c) (S13) M times (M is a natural number greater than 1). Even while the cycle of sequentially performing the steps a) (S11), b) (S12), and c) (S13) is performed, the mixed gas may be continuously sprayed into the processing space (200) by the step d) (S20). Therefore, the copper film forming method according to the present invention can form a thick copper film (110) having a high copper ratio. In this case, the copper film (110) may be formed to be composed only of copper.
  • steps a) to d) may be performed when the internal temperature of the chamber (2) is 50°C or more and 300°C or less.
  • the internal temperature of the chamber (2) may refer to the temperature of the processing space (200).
  • the copper film forming method according to the present invention can weaken the property of copper to stick together through step d) (S20), so it is possible to form the copper film (110) with improved film quality when the internal temperature of the chamber (2) is 50°C or more and 300°C or less. Therefore, the copper film forming method according to the present invention can improve the versatility of forming the copper film (110) at various process temperatures.
  • the copper film forming method according to the present invention may include a step (S30) of performing a treatment.
  • the step (S30) of performing the above treatment can be performed by performing treatment with plasma using hydrogen (H 2 ) or oxygen (O 2 ) on the substrate (100).
  • the step (S30) of performing the treatment can be performed before the step (S11) of a) is performed. Accordingly, the step (S30) of performing the treatment can be performed from the step (S11) of a) after the step (S30) of performing the treatment is performed. Therefore, the method for forming a copper film according to the present invention is implemented to form the copper film (110) on the substrate (100) from which impurities, etc. have been removed by the treatment, thereby increasing the deposition rate of the copper film (110) and improving the film quality of the copper film (110).
  • the step (S30) of performing the treatment can be performed by performing treatment on the lower film using plasma using hydrogen or oxygen.
  • impurities, etc. can be removed from the lower film.
  • the lower film can be a metal film, an oxide film, a nitride film, etc.
  • the copper film forming method according to the present invention may include step e) (S14).
  • the above step e) (S14) is to spray the second purge gas on the substrate (100).
  • the above step e) (S14) may be performed after the above step c) (S13) is performed.
  • the above step e) (S14) may be performed by the spraying unit (4) spraying the second purge gas into the processing space (200).
  • the spraying unit (4) may spray the second purge gas through at least one of the first gas path (4a) and the second gas path (4b).
  • the second purge gas may be an inert gas such as argon.
  • a purge process may be performed to purge gases that were not used in the deposition process, materials removed from the copper layer, etc. from the processing space (200).
  • the copper film forming method according to the present invention can be implemented to repeatedly perform a cycle of sequentially performing the steps a) (S11), b) (S12), c) (S13), and e) (S14) R times (R is a natural number greater than 1). While the cycle of sequentially performing the steps a) (S11), b) (S12), c) (S13), and e) (S14) is repeatedly performed, the step d) (S20) can continuously spray the mixed gas. Therefore, the copper film forming method according to the present invention can form a thick copper film (110) having a high copper ratio. In this case, the copper film (110) can be formed to be composed only of copper.

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Abstract

본 발명은 챔버 내의 기판 상에 구리막을 형성하는 방법으로, a) 상기 기판 상에 구리 함유 전구체를 분사하는 단계; b) 상기 기판 상에 제1퍼지가스를 분사하는 단계; c) 상기 기판 상에 수소(H2)를 이용한 플라즈마를 형성하는 단계; 및 d) 상기 기판 상에 수소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 혼합가스를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 d) 단계는 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계가 수행되는 동안 지속적으로 상기 혼합가스를 분사하는 구리막 형성 방법에 관한 것이다.

Description

구리막 형성 방법
본 발명은 기판 상에 구리막을 형성하기 위한 구리막 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자, 디스플레이장치, 태양전지(Solar Cell) 등을 제조하기 위해서는 기판 상에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 한다. 이를 위해, 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 증착공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각공정 등과 같은 기판에 대한 처리공정이 이루어진다. 이러한 처리공정에는 기판 상에 구리막을 형성하는 구리막 형성 공정이 포함될 수 있다.
상기 구리막 형성 공정은 구리(Cu) 함유 전구체(Precursor)를 상기 기판 상에 분사하여 구리막을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 구리는 온도가 증가할수록 서로 엉겨 붙으려는 성질이 강하기 때문에, 상기 구리막 형성 공정을 수행하는 과정에서 구리가 서로 엉겨 붙는 응집 문제(Agglomeration Issue)가 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 구리막 형성 공정을 통해 형성된 구리막은 연속적으로 이어지게 형성되지 못하고 듬성듬성 형성되므로, 막질이 낮은 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 구리를 이용함에 따른 응집 문제를 해결할 수 있는 구리막 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 챔버 내의 기판 상에 구리막을 형성하는 방법으로, a) 상기 기판 상에 구리 함유 전구체를 분사하는 단계; b) 상기 기판 상에 제1퍼지가스를 분사하는 단계; c) 상기 기판 상에 수소(H2)를 이용한 플라즈마를 형성하는 단계; 및 d) 상기 기판 상에 수소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 혼합가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 d) 단계는 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계가 수행되는 동안 지속적으로 상기 혼합가스를 분사할 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법에 있어서, 상기 c) 단계는 상기 a) 단계와 상기 b) 단계를 순차적으로 수행하는 사이클을 N회(N은 1보다 큰 자연수) 반복 수행한 후에 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 a) 단계, 상기 b) 단계, 및 상기 c) 단계를 순차적으로 수행하는 사이클을 M회(M은 1보다 큰 자연수) 반복 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법에 있어서, 상기 질소 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 플라즈마에 의해 활성화된 질소(N2), 및 플라즈마에 의해 활성화된 암모니아(NH3) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 a) 단계가 수행되기 이전에, 상기 기판 상에 수소 또는 산소(O2)를 이용한 플라즈마로 트리트먼트를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법에 있어서, 상기 a) 단계 내지 상기 d) 단계는, 상기 챔버의 내부온도가 50℃ 이상 300℃ 이하인 상태에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 e) 상기 기판 상에 제2퍼지가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 e) 단계는 상기 c) 단계가 수행된 이후에 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 a) 단계, 상기 b) 단계, 상기 c) 단계, 및 상기 e) 단계를 순차적으로 수행하는 사이클을 R회(R은 1보다 큰 자연수) 반복 수행할 수 있다. 상기 d) 단계는 상기 사이클이 반복 수행되는 동안 지속적으로 상기 혼합가스를 분사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 구리 함유 전구체를 이용하여 구리막을 형성하는 동안에 수소 함유 가스와 질소 함유 가스 중에서 적어도 하나가 포함된 가스를 지속적으로 분사하도록 구현된다. 이에 따라, 본 발명은 구리 유기체의 리간드를 빠른 시간 내에 분해하여 구리가 서로 엉겨 붙으려는 성질을 지속적으로 약화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 구리막을 형성하는 과정에서 구리에 대한 응집 문제를 해소할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 구리막의 형태성(Morphology)을 개선하여 구리막을 연속적으로 이어지게 형성함으로써 구리막의 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 구리막을 형성하기 위한 사이클당 성장율(GPC, Growth per cycle)을 증대시킬 수 있으므로, 구리막을 형성하는데 걸리는 공정시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구리막 형성 방법이 수행되는 기판처리장치의 일례를 나타낸 개략적인 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 구리막 형성 방법이 수행되는 기판처리장치의 일례에 있어서 가스를 분사하는 분사부의 개략적인 측단면도
도 4는 본 발명에 따른 구리막 형성 방법에 의해 기판 상에 형성된 구리막을 나타낸 개략적인 측단면도
도 5는 본 발명에 따른 구리막 형성 방법의 개략적인 순서도
도 6은 본 발명에 따른 기판처리장치에 있어서 가스의 분사와 플라즈마 발생이 이루어지는 시점에 관한 타이밍도
도 7은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 구리막 형성 방법의 개략적인 순서도
이하에서는 본 발명에 따른 구리막 형성 방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고, 이들 구조물 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 한편, 도 6의 타이밍도에서 가로축은 시간이고, 세로축은 가스의 유량 또는 가스의 분사압력일 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 기판(100) 상에 구리막(110)을 형성하기 위한 것이다. 상기 기판(100)은 실리콘기판, 유리기판, 메탈기판 등일 수 있다. 상기 구리막(110)은 반도체 소자, 디스플레이장치, 태양전지(Solar Cell) 등에 구비되는 것일 수 있다. 예컨대, 상기 구리막(110)은 캐패시터(Capacitor)에 구비되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 기판처리장치(1)에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 구리막 형성 방법의 실시예를 설명하기에 앞서, 상기 기판처리장치(1)의 일례를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 기판처리장치(1)는 챔버(2), 기판지지부(3), 및 분사부(4)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(2)는 처리공간(200)을 제공하는 것이다. 상기 처리공간(200)에서는 구리막을 형성하는 공정이 이루어질 수 있다. 상기 처리공간(200)은 상기 챔버(2)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 챔버(2)에는 상기 처리공간(200)으로부터 가스를 배기시키는 배기구(미도시)가 결합될 수 있다. 상기 챔버(2)의 내부에는 상기 기판지지부(3)와 상기 분사부(4)가 배치될 수 있다.
상기 기판지지부(3)는 상기 기판(100)을 지지하는 것이다. 상기 기판지지부(3)는 하나의 기판(100)을 지지할 수도 있고, 복수개의 기판(100)을 지지할 수도 있다. 상기 기판지지부(3)에 복수개의 기판(100)이 지지된 경우, 한번에 복수개의 기판(100)에 대한 처리공정이 이루어질 수 있다. 상기 기판지지부(3)는 상기 챔버(2)에 결합될 수 있다. 상기 기판지지부(3)는 상기 챔버(2)의 내부에 배치될 수 있다.
상기 분사부(4)는 상기 기판지지부(3)를 향해 가스를 분사하는 것이다. 상기 분사부(4)는 가스저장부(40)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 분사부(4)는 상기 가스저장부(40)로부터 공급된 가스를 상기 기판지지부(3)를 향해 분사할 수 있다. 상기 분사부(4)는 상기 챔버(2)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)는 상기 기판지지부(3)에 대향되게 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)는 상기 기판지지부(3)의 상측에 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)와 상기 기판지지부(3)의 사이에는 상기 처리공간(200)이 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)는 리드(미도시)에 결합될 수 있다. 상기 리드는 상기 챔버(2)의 상부를 덮도록 상기 챔버(2)에 결합될 수 있다.
상기 분사부(4)는 제1가스유로(4a), 및 제2가스유로(4b)를 포함할 수 있다.
상기 제1가스유로(4a)는 제1가스를 분사하기 위한 것이다. 상기 제1가스유로(4a)는 일측이 배관, 호스, 가스블록 등을 통해 상기 가스저장부(40)에 연결될 수 있다. 상기 제1가스유로(4a)는 타측이 상기 처리공간(200)에 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스저장부(40)로부터 공급된 상기 제1가스는, 상기 제1가스유로(4a)를 따라 유동한 후에 상기 제1가스유로(4a)를 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 상기 제1가스유로(4a)는 상기 제1가스가 유동하기 위한 유로로 기능함과 아울러 상기 처리공간(200)에 상기 제1가스를 분사하기 위한 분사구로 기능할 수 있다.
상기 제2가스유로(4b)는 제2가스를 분사하기 위한 것이다. 상기 제2가스와 상기 제1가스는 서로 상이한 가스일 수 있다. 예컨대, 상기 제1가스가 소스가스(Source Gas)인 경우, 상기 제2가스는 리액턴트가스(Reactant Gas)일 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)는 일측이 배관, 호스, 가스블록 등을 통해 상기 가스저장부(40)에 연결될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)는 타측이 상기 처리공간(200)에 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스저장부(40)로부터 공급된 상기 제2가스는, 상기 제2가스유로(4b)를 따라 유동한 후에 상기 제2가스유로(4b)를 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)는 상기 제2가스가 유동하기 위한 유로로 기능함과 아룰러 상기 처리공간(200)에 상기 제2가스를 분사하기 위한 분사구로 기능할 수 있다.
상기 제2가스유로(4b)와 상기 제1가스유로(4a)는 서로 공간적으로 분리되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스저장부(40)로부터 상기 제2가스유로(4b)로 공급된 상기 제2가스는, 상기 제1가스유로(4a)를 거치지 않고 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 상기 가스저장부(40)로부터 상기 제1가스유로(4a)로 공급된 상기 제1가스는, 상기 제2가스유로(4b)를 거치지 않고 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)와 상기 제1가스유로(4a)는 상기 처리공간(200)에서 서로 상이한 부분을 향해 가스를 분사할 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분사부(4)는 제1플레이트(41), 및 제2플레이트(42)를 포함할 수 있다.
상기 제1플레이트(41)는 상기 제2플레이트(42)의 상측에 배치된 것이다. 상기 제1플레이트(41)와 상기 제2플레이트(42)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1플레이트(41)에는 복수개의 제1가스홀(411)이 형성될 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들은 각각 상기 제1가스가 유동하기 위한 통로로 기능할 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들은 상기 제1가스유로(4a)에 속할 수 있다. 상기 제1플레이트(41)에는 복수개의 제2가스홀(412)이 형성될 수 있다. 상기 제2가스홀(412)들은 각각 상기 제2가스가 유동하기 위한 통로로 기능할 수 있다. 상기 제2가스홀(412)들은 상기 제2가스유로(4b)에 속할 수 있다. 상기 제1플레이트(41)에는 복수개의 돌출부재(413)가 결합될 수 있다. 상기 돌출부재(413)들은 상기 제1플레이트(41)의 하면(下面)으로부터 상기 제2플레이트(42) 쪽으로 돌출될 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들 각각은 상기 제1플레이트(41)와 상기 돌출부재(413)를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제2플레이트(42)에는 복수개의 개구(421)가 형성될 수 있다. 상기 개구(421)들은 상기 제2플레이트(42)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 개구(421)들은 상기 돌출부재(413)들 각각에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 돌출부재(413)들은 상기 개구(421)들 각각에 삽입되게 배치되는 길이로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 돌출부재(413)들은 상기 개구(421)들 각각의 상측에 배치되는 길이로 형성될 수도 있다. 상기 돌출부재(413)들은 상기 제2플레이트(42)의 하측으로 돌출되는 길이로 형성될 수도 있다. 상기 제2가스홀(412)들은 상기 제2플레이트(42)의 상면을 향해 가스를 분사하도록 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제1플레이트(41)의 하면(下面)은 상기 돌출부재(413) 없이 평평하게 형성될 수도 있다.
상기 분사부(4)는 상기 제2플레이트(42)와 상기 제1플레이트(41)를 이용하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 제1플레이트(41)에 RF전력 등과 같은 플라즈마전원이 인가되고, 상기 제2플레이트(42)가 접지될 수 있다. 상기 제1플레이트(41)가 접지되고, 상기 제2플레이트(42)에 플라즈마전원이 인가될 수도 있다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2플레이트(42)에는 복수개의 제1개구(422)와 복수개의 제2개구(423)가 형성될 수도 있다.
상기 제1개구(422)들은 상기 제2플레이트(42)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2개구(423)들은 상기 제2플레이트(42)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2플레이트(42)와 상기 제1플레이트(41)는 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기 제2플레이트(42)를 향하는 상기 제1플레이트(41)의 하면(下面)은 상기 돌출부재(413, 도 2에 도시됨) 없이 평평하게 형성될 수 있다. 상기 제1가스와 상기 제2가스 각각은 상기 제1가스홀(411)들과 상기 제2가스홀(412)들을 통해 상기 제1플레이트(41)와 상기 제2플레이트(42) 사이의 공간으로 공급된 후에 상기 제1개구(422)들과 상기 제2개구(423)들을 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 이 경우, 상기 제1가스홀(411)들을 통한 상기 제1가스의 공급과 상기 제2가스홀(412)들을 통한 상기 제2가스의 공급이 동시에 이루어진 경우, 상기 제1가스와 상기 제2가스는 상기 제1플레이트(41)와 상기 제2플레이트(42) 사이의 공간에서 혼합된 후에 상기 제1개구(422)들과 상기 제2개구(423)들을 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다.
한편, 상기 제1개구(422)들은 상기 제1가스홀(411)들 각각의 수직 하방에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1개구(422)와 상기 제1가스홀(411)은 동일한 수직선 상에 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제1개구(422)와 상기 제1가스홀(411)은 서로 엇갈린 위치에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 제1개구(422)와 상기 제1가스홀(411)은 서로 중첩되지 않는 위치에 배치될 수도 있고, 일부만 중첩되는 위치에 배치될 수도 있다.
한편, 상기 제2개구(423)들은 상기 제2가스홀(412)들 각각의 수직 하방에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2개구(423)와 상기 제2가스홀(412)은 동일한 수직선 상에 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제2개구(423)와 상기 제2가스홀(412)은 서로 엇갈린 위치에 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 제2개구(423)와 상기 제2가스홀(412)은 서로 중첩되지 않는 위치에 배치될 수도 있고, 일부만 중첩되는 위치에 배치될 수도 있다.
상기 분사부(4)는 제3가스유로(4c)를 포함할 수 있다.
상기 제3가스유로(4c)는 제3가스를 분사하기 위한 것이다. 상기 제3가스유로(4c)는 일측이 배관, 호스, 가스블록 등을 통해 상기 가스저장부(40)에 연결될 수 있다. 상기 제3가스유로(4c)는 타측이 상기 처리공간(200)에 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스저장부(40)로부터 공급된 상기 제3가스는, 상기 제3가스유로(4c)를 따라 유동한 후에 상기 제3가스유로(4c)를 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 상기 제3가스유로(4c)는 상기 제3가스가 유동하기 위한 유로로 기능함과 아울러 상기 처리공간(200)에 상기 제3가스를 분사하기 위한 분사구로 기능할 수 있다. 상기 제3가스유로(4c), 상기 제2가스유로(4b), 및 상기 제1가스유로(4a)는 서로 공간적으로 분리되도록 배치될 수도 있다. 상기 제3가스는 상기 제3가스유로(4c)를 통해 상기 제1플레이트(41)와 상기 제2플레이트(42) 사이의 공간으로 공급된 후에 상기 제2플레이트(42)에 형성된 개구들(422, 423)을 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수도 있다.
이와 같은 기판처리장치(1) 등을 통해, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법이 수행될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 챔버(2) 내의 기판(100) 상에 구리막(110)을 형성하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 a) 단계(S11), b) 단계(S12), c) 단계(S13), 및 d) 단계(S20)를 포함할 수 있다.
상기 a) 단계(S11)는 상기 기판(100) 상에 구리 함유 전구체를 분사하는 것이다. 상기 a) 단계(S11)는 상기 분사부(4)가 상기 구리 함유 전구체를 상기 처리공간(200)으로 분사함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 분사부(4)는 상기 제1가스유로(4a)를 통해 구리 함유 전구체를 분사할 수 있다. 상기 a) 단계(S11)를 통해, 구리가 포함된 구리층이 흡착되는 흡착공정이 이루어질 수 있다.
상기 b) 단계(S12)는 상기 기판(100) 상에 제1퍼지가스를 분사하는 것이다. 상기 b) 단계(S12)는 상기 분사부(4)가 상기 제1퍼지가스를 상기 처리공간(200)으로 분사함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 분사부(4)는 상기 제1가스유로(4a)와 상기 제2가스유로(4b) 중에서 적어도 하나를 통해 상기 제1퍼지가스를 분사할 수 있다. 상기 제1퍼지가스는 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성가스일 수 있다. 상기 b) 단계(S12)를 통해, 상기 흡착공정에 사용되지 못한 구리 함유 전구체 등을 상기 처리공간(200)으로부터 퍼지하는 퍼지공정이 이루어질 수 있다.
상기 c) 단계(S13)는 상기 기판(100) 상에 수소(H2)를 이용한 플라즈마를 형성하는 것이다. 상기 c) 단계(S13)는 수소를 이용하여 상기 처리공간(200)에 플라즈마를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 플라즈마를 형성하기 위한 수소는 상기 제2가스유로(4b)를 통해 상기 처리공간(200)으로 분사될 수 있다. 상기 처리공간(200)에 수소를 이용한 플라즈마가 형성됨에 따라, 상기 흡착공정에 의해 흡착된 구리층이 구리막(110)으로 형성되는 증착공정이 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 구리막(110)은 원자층 증착 방식으로 형성될 수도 있다.
상기 d) 단계(S20)는 상기 기판(100) 상에 수소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 혼합가스를 분사하는 것이다. 상기 d) 단계(S20)는 상기 분사부(4)가 상기 혼합가스를 상기 처리공간(200)으로 분사함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 분사부(4)는 상기 제3가스유로(4c)를 통해 상기 혼합가스를 분사할 수 있다.
상기 d) 단계(S20)는 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계(S11, S12, S13)가 수행되는 동안 지속적으로 상기 혼합가스를 분사할 수 있다. 상기 혼합가스는 구리 유기체의 리간드를 빠른 시간 내에 분해함으로써, 구리가 서로 엉겨 붙으려는 성질을 약화시킬 수 있다. 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계(S11, S12, S13)가 수행되는 동안에 상기 d) 단계(S20)를 통해 상기 혼합가스가 지속적으로 분사되므로, 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계(S11, S12, S13)가 수행되는 동안에 상기 혼합가스는 구리가 서로 엉겨 붙으려는 성질을 지속적으로 약화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 구리막(110)을 형성하는 과정에서 구리에 대한 응집 문제(Agglomeration Issue)를 해소할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 구리막(110)의 형태성(Morphology)을 개선하여 상기 구리막(110)을 연속적으로 이어지게 형성함으로써 상기 구리막(110)의 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 구리막(110)을 형성하기 위한 사이클당 성장율(GPC, Growth per cycle)을 증대시킬 수 있으므로, 상기 구리막(110)을 형성하는데 걸리는 공정시간을 단축할 수 있다.
상기 d) 단계(S20)에 있어서, 상기 질소 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 플라즈마에 의해 활성화된 질소(N2), 및 플라즈마에 의해 활성화된 암모니아(NH3) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 d) 단계(S20)는 질소와 수소 분위기 하에서 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계(S11, S12, S13)가 수행되도록 할 수 있다. 또한, 상기 d) 단계(S20)는 질소와 수소의 플라즈마 밀도(Plasma Density)를 이용하여 구리 유기체의 리간드를 빠른 시간 내에 분해함으로써, 구리가 서로 엉겨 붙으려는 성질을 약화시킬 수 있다.
한편, 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)가 수행되는 동안에 상기 d) 단계(S20)를 통해 상기 처리공간(200)에 상기 혼합가스가 지속적으로 분사됨에 따라, 상기 구리 함유 전구체와 상기 혼합가스를 이용하여 구리가 포함된 구리층이 흡착될 수 있다. 그 후, 상기 c) 단계(S13)를 통해 수소를 이용한 플라즈마가 형성됨과 아울러 상기 d) 단계(S20)를 통해 상기 처리공간(200)에 상기 혼합가스가 지속적으로 분사됨에 따라, 환원 공정 등을 통해 상기 구리층으로부터 구리를 제외한 나머지 물질이 제거됨으로써 구리의 비율이 더 높아진 구리막(110)이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 구리막(110)의 막질을 더 향상시킬 수 있다. 이 경우, 상기 구리막(110)은 구리만으로 이루어지도록 형성될 수도 있다.
한편, 상기 d) 단계(S20)는 질소 함유 가스 없이 수소 함유 가스만을 포함하는 혼합가스를 분사함으로써 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 혼합가스를 간헐적 내지 주기적으로 분사하는 비교예와 대비할 때, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 혼합가스를 지속적으로 분사하여 상기 구리막(110)을 형성하기 위한 사이클당 성장율(GPC)을 2배 이상 증가시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은, 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)를 순차적으로 수행하는 사이클을 N회(N은 1보다 큰 자연수) 반복 수행한 후에, 상기 c) 단계(S13)를 수행하도록 구현될 수 있다. 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)가 순차적으로 반복 수행되므로, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 c) 단계(S13)가 수행되기 이전에 상기 구리 함유 전구체의 공급량을 증대시킬 수 있으므로, 상기 구리층 내의 빈 공간을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 구리막(110)의 형태성을 더 향상시킴으로써 상기 구리막(110)의 막질을 더 향상시킬 수 있다. 도 6에는 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)를 순차적으로 수행하는 사이클이 2회 반복 수행된 후에 상기 c) 단계(S13)가 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)를 순차적으로 수행하는 사이클이 4회 이상 반복 수행된 후에 상기 c) 단계(S13)가 수행될 수도 있다. 이 경우, 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)를 순차적으로 수행하는 사이클은 6회 이하로 반복 수행될 수도 있다. 한편, 상기 a) 단계(S11)와 상기 b) 단계(S12)를 순차적으로 수행하는 사이클이 수행되는 동안에도, 상기 d) 단계(S20)에 의해 상기 혼합가스가 상기 처리공간(200)으로 지속적으로 분사될 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은, 상기 a) 단계(S11), 상기 b) 단계(S12), 및 상기 c) 단계(S13)를 순차적으로 수행하는 사이클을 M회(M은 1보다 큰 자연수) 반복 수행하도록 구현될 수도 있다. 상기 a) 단계(S11), 상기 b) 단계(S12), 및 상기 c) 단계(S13)를 순차적으로 수행하는 사이클이 수행되는 동안에도, 상기 d) 단계(S20)에 의해 상기 혼합가스가 상기 처리공간(200)으로 지속적으로 분사될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 구리의 비율이 높은 구리막(110)을 두껍게 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 구리막(110)은 구리만으로 이루어지도록 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법에 있어서, 상기 a) 단계 내지 상기 d) 단계(S11, S12, S13, S20)는 상기 챔버(2)의 내부온도가 50℃ 이상 300℃ 이하인 상태에서 수행될 수 있다. 상기 챔버(2)의 내부온도는 상기 처리공간(200)의 온도를 의미할 수 있다. 상기 챔버(2)의 내부온도가 50℃ 이상 300℃ 이하인 경우 구리가 서로 엉겨 붙으려는 성질이 강화되지만, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 d) 단계(S20)를 통해 구리가 서로 엉겨 붙으려는 성질을 약화시킬 수 있으므로 상기 챔버(2)의 내부온도가 50℃ 이상 300℃ 이하인 상태에서 향상된 막질을 갖는 상기 구리막(110)을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 다양한 공정 온도에서 상기 구리막(110)을 형성할 수 있는 범용성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 트리트먼트를 수행하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
상기 트리트먼트를 수행하는 단계(S30)는 상기 기판(100) 상에 수소(H2) 또는 산소(O2)를 이용한 플라즈마로 트리트먼트를 수행함으로써 이루어질 수 있다. 상기 트리트먼트를 수행하는 단계(S30)는 상기 a) 단계(S11)가 수행되기 이전에 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 트리트먼트를 수행하는 단계(S30)가 수행된 이후에, 상기 a) 단계(S11)에서부터 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 트리트먼트에 의해 불순물 등이 제거된 기판(100) 상에 상기 구리막(110)을 형성하도록 구현됨으로써, 상기 구리막(110)의 증착률을 높일 수 있고 상기 구리막(110)의 막질을 향상시킬 수 있다. 상기 기판(100)과 상기 구리막(110)의 사이에 하부막이 배치되는 경우, 상기 트리트먼트를 수행하는 단계(S30)는 수소 또는 산소를 이용한 플라즈마로 상기 하부막에 대한 트리트먼트를 수행함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 하부막으로부터 불순물 등이 제거될 수 있다. 상기 하부막은 금속막, 산화막, 질화막 등일 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 e) 단계(S14)를 포함할 수 있다.
상기 e) 단계(S14)는 상기 기판(100) 상에 제2퍼지가스를 분사하는 것이다. 상기 e) 단계(S14)는 상기 c) 단계(S13)가 수행된 이후에 수행될 수 있다. 상기 e) 단계(S14)는 상기 분사부(4)가 상기 제2퍼지가스를 상기 처리공간(200)으로 분사함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 분사부(4)는 상기 제1가스유로(4a)와 상기 제2가스유로(4b) 중에서 적어도 하나를 통해 상기 제2퍼지가스를 분사할 수 있다. 상기 제2퍼지가스는 아르곤 등과 같은 불활성가스일 수 있다. 상기 e) 단계(S14)를 통해, 상기 증착공정에 사용되지 못한 가스, 상기 구리층으로부터 제거된 물질 등을 상기 처리공간(200)으로부터 퍼지하는 퍼지공정이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 상기 a) 단계(S11), 상기 b) 단계(S12), 상기 c) 단계(S13), 및 상기 e) 단계(S14)를 순차적으로 수행하는 사이클을 R회(R은 1보다 큰 자연수) 반복 수행하도록 구현될 수 있다. 상기 a) 단계(S11), 상기 b) 단계(S12), 상기 c) 단계(S13), 및 상기 e) 단계(S14)를 순차적으로 수행하는 사이클이 반복 수행되는 동안에, 상기 d) 단계(S20)는 지속적으로 상기 혼합가스를 분사할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구리막 형성 방법은 구리의 비율이 높은 구리막(110)을 두껍게 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 구리막(110)은 구리만으로 이루어지도록 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (8)

  1. 챔버 내의 기판 상에 구리막을 형성하는 방법으로,
    a) 상기 기판 상에 구리 함유 전구체를 분사하는 단계;
    b) 상기 기판 상에 제1퍼지가스를 분사하는 단계;
    c) 상기 기판 상에 수소(H2)를 이용한 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    d) 상기 기판 상에 수소 함유 가스와 질소 함유 가스를 포함하는 혼합가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 d) 단계는 상기 a) 단계 내지 상기 c) 단계가 수행되는 동안 지속적으로 상기 혼합가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는, 상기 a) 단계와 상기 b) 단계를 순차적으로 수행하는 사이클을 N회(N은 1보다 큰 자연수) 반복 수행한 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계, 상기 b) 단계, 및 상기 c) 단계를 순차적으로 수행하는 사이클을 M회(M은 1보다 큰 자연수) 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질소 함유 가스는 질소(N2), 암모니아(NH3), 플라즈마에 의해 활성화된 질소(N2), 및 플라즈마에 의해 활성화된 암모니아(NH3) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계가 수행되기 이전에, 상기 기판 상에 수소 또는 산소(O2)를 이용한 플라즈마로 트리트먼트를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징을 하는 구리막 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계 내지 상기 d) 단계는, 상기 챔버의 내부온도가 50℃ 이상 300℃ 이하인 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    e) 상기 기판 상에 제2퍼지가스를 분사하는 단계를 포함하고,
    상기 e) 단계는 상기 c) 단계가 수행된 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 a) 단계, 상기 b) 단계, 상기 c) 단계, 및 상기 e) 단계를 순차적으로 수행하는 사이클을 R회(R은 1보다 큰 자연수) 반복 수행하고,
    상기 d) 단계는 상기 사이클이 반복 수행되는 동안 지속적으로 상기 혼합가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 구리막 형성 방법.
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