KR101207525B1 - 유전체 갭필용 공정 챔버 - Google Patents

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퀴웨이 리앙
박수남
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Abstract

유전체 전구체의 플라즈마로부터 기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 증착 챔버, 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지, 및 증착 챔버로 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함하며, 원격 플라즈마 발생 시스템은 하나 또는 그 이상의 반응 래디컬을 가지는 유전체 전구체를 발생하기 위해 이용된다. 시스템은 또한 하나 이상의 상부 입구 및 다수의 측부 입구를 포함하는 전구체 분배 시스템을 포함할 수 있다. 반응 래디컬 전구체는 상부 입구를 통하여 증착 챔버로 공급될 수 있다. 인-시츄 플라즈마 발생 시스템은 또한 증착 챔버로 공급되는 유전체 전구체로부터 증착 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위해 포함될 수 있다.

Description

유전체 갭필용 공정 챔버 {PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2006년 5월 30일에 출원된 미국 가 출원 제 60/803,499호의 이익을 청구한다. 본 출원은 또한 발명의 명칭이 "갭필 및 공형 필름 적용을 위한 저 K-필름을 증착 및 큐어링하기 위한 방법(A METHOD FOR DEPOSITING AND CURING LOW-K FILMS FOR GAPFILL AND CONFORMAL FILM APPLICATIONS)"이고 2006년 5월 30일에 출원되고 문로(Munro) 등에 의해 공동 양도된 미국 가출원 제 60/803,489호에 관한 것이다. 본 출원은 또한 발명의 명칭이 "실리콘 함유 전구체 및 원자 산소를 이용하여 높은 품질의 유동형 실리콘 일산화물의 화학 증착(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF HIGH QUALITY FLOW-LIKE SILICON DIOXIDE USING A SILICON CONTAINMENT PRECURSOR AND ATOMIC OXYGEN)"이고 2006년 5월 30일에 출원되고 인겔(Ingel) 등에 의해 공동 양도된 미국 가출원 제 60/803,493호에 관련된다. 본 출원은 또한 발명의 명칭이 "실리콘 이산화물의 필름 품질을 강화하기 위한 신규한 증착 플라즈마 큐어링 사이클 공정(A NOVEL DEPOSITION-PLASMA CURE CYCLE PROCESS TO ENHANCE FILM QUALITY OF SILICON DIOXIDE)"이고 2006년 5월 3O일에 출원되고 첸(Chen) 등에 의한 미국 가출원 제 60/803,481호에 관한 것이다. 상술된 미국 가특허 출원 및 관련 출원이 본 명세서에서 전체적으로 참조되었다.
집적 회로 칩메이커는 각각의 칩 상에 회로 요소의 밀도를 계속적으로 증가시키고, 이러한 요소들을 분리하는 갭을 채우는 것에 더 많은 노력을 하였다. 증가된 회로 요소 밀도는 인접한 요소들 사이의 더 짧은 폭이 필요하게 되었다. 이러한 갭의 폭이 이들의 높이 보다 더 빨리 수축되기 때문에, 폭에 대한 높이의 비율(종횡비(aspect ratio)로서 공지됨)이 비례적으로 증가하였다. 얕고 넓은 갭(즉, 작은 종횡비의 갭) 보다 유전체 재료의 균일한 필름으로 크고 좁은 갭(즉, 고 종횡비)을 채우는 것이 더 어렵다.
고 종횡비 갭을 채우는데 통상적으로 마주치는 어려움은 보이드의 형성이다. 고 종횡비 갭에서, 갭의 상단부 주위에 더 빠른 속도(faster rate)로 증착하도록 갭을 충전하는 유전체 재료의 경향이 있다. 종종 갭이 완전히 채워지기 전에 유전체 재료는 상부를 폐쇄하여 보이드를 남긴다. 갭의 상부가 영구적으로 폐쇄되지 않은 경우 조차, 갭의 측벽 아래로 유전체 재료의 불균등한 성장률은 갭필의 중간에 약한 시임(seam)을 형성하도록 한다. 이러한 시임은 장치의 유전체 특성 및 물리적 통합을 역으로 발생시키는 크랙을 초래할 수 있다.
유전체 갭필에서 약한 시임 및 보이드의 형성을 회피하는 하나의 기술은 낮은 증착율로 갭을 채우는 것이다. 저 증착율은 과잉 상측부 성장의 기회를 감소시키기 위하여 갭의 내부 상에 재분배하기에 더 많이 시간이 주어질 수 있다. 저 증착율은 또한 유전체 증착과 동일한 시간에 발생되는 증가되는 에칭 또는 스퍼터링의 결과일 수도 있다. 예를 들면, 갭의 상부 코너에서 HDPCVD 유전체 재료는 갭의 바닥 부분 및 측벽 상의 재료 보다 더 빨리 에칭될 수 있다. 이는 갭의 상측부가 개방되어 있어 측벽 및 바닥이 유전체 재료로 완전히 채워질 수 있도록 하는 기회를 증가시킨다.
그러나, 유전체 증착율을 감소시킴으로써 증착을 완료하는데 더 긴 시간이 걸린다. 긴 증착 시간은 기판 웨이퍼가 증착 챔버를 통하여 처리되는 비율을 감소시켜, 챔버에 대한 감소된 효율을 초래한다.
약한 시임 및 보이드의 형성을 회피하기 위한 또 다른 기술은 갭을 충전하는 유전체 재료의 유동가능성을 강화하는 것이다. 유동가능한 유전체 재료는 측벽 아래로 더욱 용이하게 이동할 수 있어 갭의 중앙의 보이드를 채운다(때때로 보이드의 "힐링(healing)"으로서 지칭된다). 실리콘 산화물 유전체는 보통 유전체에서 하이드록실 그룹의 농도를 증가시킴으로써 더욱 유동가능하게 된다. 그러나, 유전체의 최종 품질에 역효과를 일으키지 않고 산화물로부터 이러한 그룹을 부가하고 제거하는 시도가 있었다.
따라서, 보이드가 없는 유전체 필름을 구비한 짧은 폭, 고 종횡비 갭을 충전하기 위해 개선된 시스템 및 방법에 대한 요구가 있었다. 이러한 및 다른 문제는 본 발명의 시스템 및 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 실시예는 유전체 전구체의 플라즈마로부터 기판 상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템을 포함한다. 시스템은 증착 챔버, 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지, 및 증착 챔버에 결합하기 위한 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함하며, 플라즈마 발생 시스템은 하나 또는 그 이상의 반응 래디컬(reactive radical)을 가지는 유전체 전구체를 발생하기 위해 이용된다. 시스템은 또한 증착 챔버로 유전체 전구체를 도입하기 위한 다수의 측부 입구 및 하나 이상의 상부 입구를 포함하는 전구체 분배 시스템을 포함할 수 있다. 상부 입구는 기판 스테이지 위에 위치설정될 수 있고 측부 입구는 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포될 수 있다. 반응 래디컬 전구체는 상부 입구를 통하여 증착 챔버로 공급될 수 있다. 인-시츄 플라즈마 발생 시스템은 또한 증착 챔버로 공급되는 유전체 전구체로부터 증착 챔버 내에 플라즈마를 발생하도록 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 실리콘 기판 상에 실리콘 일산화물 층을 형성하기 위해 부가 시스템을 포함한다. 이러한 시스템은 증착 챔버, 및 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지를 포함할 수 있으며, 기판 스테이지는 실리콘 산화물 층의 형성 동안 기판을 회전시킨다. 시스템은 또한 증착 챔버로 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함할 수 있다. 이들은 여전히 전구체 분배 시스템을 더 포함할 수 있으며, 전구체 분배 시스템은 (ⅰ) 기판 스테이지 위에 위치설정되는 하나 이상의 상부 입구로서, 상부 입구를 통하여 원자 산소 전구체가 증착 챔버로 공급되는, 상부 입구, 및 (ⅱ) 증착 챔버로 하나 또는 그 이상의 실리콘 함유 전구체를 도입하기 위한 다수의 측부 입구로서, 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포되는, 측부 입구를 포함한다.
본 발명의 실시예는 유전체 전구체의 플라즈마로부터 기판 상에 유전체 층을 형성하기 위해 추가의 시스템을 더 포함한다. 이러한 시스템은 반투명 재료로 제조되는 상 측부, 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지, 및 증착 챔버에 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함하며, 플라즈마 발생 시스템은 반응 래디컬을 포함하는 유전체 전구체를 발생하기 위해 이용된다. 시스템은 또한 기판을 가열하기 위해 하나 이상의 광원을 포함하는 방열 가열 시스템을 포함하며, 광원으로부터 방사되는 광 중 적어도 일부가 기판에 도달하기전에 증착 챔버의 상 측부를 통하여 이동한다. 또한, 시스템은 유전체 전구체를 증착 챔버로 도입하기 위한 다수의 측부 입구 및 하나 이상의 상부 입구를 가지는 전구체 분배 시스템을 포함할 수 있다. 상부 입구는 기판 스테이지 위에 위치설정되어 증착 챔버의 상부 측부에 결합되며, 측부 입구는 기판 스테이지 주위로 방사형으로 분배된다. 반응 래디컬 전구체는 상부 입구를 통하여 증착 챔버로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예는 유전체 전구체의 플라즈마로부터 기판 상에 유전체 층을 형성하도록 부가 시스템을 더 포함할 수 있다. 시스템은 증착 챔버, 기판을 홀딩하기 위해 증착 챔버 내에 기판 스테이지, 및 증착 챔버로 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함하며, 플라즈마 발생 시스템은 하나 또는 그 이상의 반응 래디컬을 포함하는 제 1 유전체 전구체를 발생시키기 위해 이용된다. 시스템은 또한 기판 스테이지 위에 위치하는 이중 채널 샤워헤드를 포함하는 전구체 분배 시스템을 포함할 수 있다. 샤워헤드는 반응 래디컬 전구체가 증착 챔버로 들어가는 제 1 개구 세트, 및 제 2 유전체 전구체가 증착 챔버로 들어가는 제 2 개구 세트를 구비하는 전면판(faceplate)을 포함할 수 있다. 전구체는 증착 챔버로 들어갈 때까지 혼합되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 유전체 전구체의 플라즈마로부터 기판 상에 유전체 층을 형성하도록 부가 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 증착 챔버, 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지, 및 증착 챔버에 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생 시스템은 반응 래디컬을 포함하는 유전체 전구체를 발생하기 위해 이용될 수 있다. 시스템은 또한 하나 이상의 상부 입구, 천공판, 및 유전체 전구체를 증착 챔버로 도입하기 위한 다수의 측부 입구를 포함할 수 있다. 천공판은 상부 입구와 측부 입구 사이에 위치설정될 수 있어, 측부 입구는 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포될 수 있다. 반응 래디컬 전구체는 천공판 내의 개구를 통하여 증착 챔버 내로 분포될 수 있다. 또한, 인-시츄(in-situ) 플라즈마 발생 시스템은 증착 챔버로 공급되는 유전체 전구체로부터 증착 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 기판 상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템을 더 포함할 수 있다. 시스템은 증착 챔버, 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지, 및 증착 챔버에 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생 시스템은 반응 래디컬을 포함하는 제 1 유전체 전구체를 발생하기 위해 이용될 수 있다. 시스템은 또한 부가 유전체 전구체를 증착 챔버로 도입하기 위한 다수의 측부 노즐을 가지는 전구체 분배 시스템을 포함할 수 있다. 측부 노즐은 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포될 수 있으며, 각각의 노즐은 다수의 측벽 개구를 가질 수 있으며 측벽 개구를 통하여 부가 유전체 전구체가 증착 챔버로 유입되도록 통과되어 제 1 유전체 전구체와 혼합된다.
본 발명의 실시예는 또한 기판상에 유전체 층을 형성하도록 부가 시스템을 더 포함할 수 있다. 시스템은 증착 챔버, 기판을 홀딩하기 위한 증착 챔버 내의 기판 스테이지, 및 증착 챔버에 결합되는 원격 플라즈마 발생 시스템을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생 시스템은 반응 래디컬을 포함하는 제 1 유전체 전구체를 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 시스템은 또한 부가 유전체 전구체를 증착 챔버로 도입하기 위한 방사형 전구체 매니폴드를 가지는 전구체 분배 시스템을 포함할 수 있으며, 방사형 전구체 매니폴드는 기판 스테이지 위에 위치하고 기판 스테이지 주위에 축방향으로 정렬되는 다수의 방사형 분포 도관을 포함할 수 있다. 도관은 다수의 측벽 개구를 포함할 수 있으며, 이 측벽 개구를 통하여 부가 유전체 전구체가 증착 챔버로 유입되도록 통과하여 제 1 유전체 전구체와 혼합된다.
부가 실시예 및 특징이 후술되는 상세한 설명에 부분적으로 제시되고 부분적으로 명세서의 심사시 본 기술분야의 기술자에게 명백하게 되고 본 발명의 실시에 의해 이해할 수 있다. 본 발명의 특징 및 장점은 명세서에서 설명되는 수단, 조합, 및 방법에 의해 실현 및 습득될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 시스템의 개략도이며,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전형적인 공정 시스템의 단면도이며,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 전형적인 공정 시스템의 단면도이며,
도 2c는 도 2b에 도시된 공정 시스템의 또 다른 단면도이며,
도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 압력 효과를 감소시키기 위해 펌핑 라이너 내의 개구 및 압력 균등 채널을 포함하는 증착 챔버의 일 부분의 단면도이며,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 공정 시스템의 상부 배플의 형상을 보여주며,
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 공정 시스템의 천공판 및 상부 입구의 형상을 보여주며,
도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 천공 상부판을 포함하는 공정 시스템 내의 산소 함유 및 실리콘 함유 전구체를 위한 압력 유동 분배를 보여주며,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 공정 시스템의 측부 노즐의 형상을 보여주며,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 튜브 노즐의 길이를 따른 다수의 개구 및 캡을 구비한 단부를 구비한 측부 노즐의 또 다른 형상을 보여주며,
도 4c는 도 4b 내에 도시되는 캡을 구비한 측부 노즐 등을 통한 압력 유동의 측면도이며,
도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 원 피스형 전구체 분포 매니폴드를 위한 설계를 보여주며,
도 4e는 도 4d에 도시된 전구체 분배 매니폴드의 확대부를 보여주며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 방사 가열 요소의 방사형 동심 형상을 가지는 공정 시스템의 단면도를 보여주며,
도 5c 및 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 방사 가열 요소를 위한 평형 형상을 가지는 공정 시스템의 단면도를 보여주며,
도 5e 및 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 방사 가열 요소의 이중 소켓 형상을 가지는 공정 시스템의 단면도를 보여주며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 증착, 베이킹 및 큐어링 챔버의 배치를 보여주며,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 독립 가스 유동 채널을 구비한 샤워헤드의 단면을 보여주며,
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 독립 가스 유동 및 플라즈마 존(zone)을 구비한 샤워헤드의 단면을 보여주며,
도 8a는 전면판 내의 동심 홀을 포함하는 독립 채널을 통하여 공정 가스가 제공되는 샤워헤드의 단면 부분을 보여주며.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 동심 홀 설계를 가지는 전면판의 표면의 사진을 보여주며,
도 8c는 전면판에 형성된 독립 평행 채널을 통하여 공정 가스가 제공되는 샤워헤드의 또 다른 단면 부분을 보여주며,
도 8d는 본 발명의 실시예에 따른 샤워헤드의 에지로부터 중앙으로 공정 가스가 유동하는 샤워헤드의 단면 부분을 보여준다.
시스템은 기판상에 유동가능한 CVD 유전체 필름을 증착하기 위해 설명된다. 이러한 유전체 필름은 STI, IMD, ILD, OCS 및 다른 분야를 위해 이용될 수 있다. 시스템은 증착 챔버로 반응 래디컬 종을 공급하는 반응성 종 발생 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 종은 다른 증착 전구체와 화학적으로 반응하여 기판의 증착 표면 상에 유전체의 유동가능한 필름을 형성한다. 예를 들면, 시스템은 원격 플라즈마 소스 및 유기-실란 타입의 전구체에 의해 여기 산소(excited oxygen)로부터 기판 상에 층을 형성할 수 있다. 시스템은 또한 증착 동안 기판을 가열 및 냉각시킬 수 있는 기판 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유동가능한 산화물 필름은 증착 동안 기판을 냉각함으로써 유지되는 저온(예를 들면, 100℃ 보다 작은)에서 기판 표면상에 증착될 수 있다. 필름 증착 다음에, 온도 제어 시스템이 기판을 가열하여 어닐링을 수행할 수 있다.
설명된 시스템은 증착 동안 기판을 회전하고 기판을 전구체 분배 시스템(예를 들면, 증착 챔버 내에 전구체를 분배하는 노즐 및/또는 샤워헤드)을 향하여 또는 전구체 분배 시스템으로부터 멀리 이동시키기 위한 기판 운동 및 위치설정 시스템을 더 포함할 수 있다. 기판의 회전은 스핀-온 기술(spin-on technique)에 유사하게, 기판 표면 위에 더욱 균일하게 유동가능한 산화물 필름을 분배하기 위해 이용될 수 있다. 기판의 이동은 기판 증착 표면과 증착 챔버 내로의 전구체 입구 사이의 거리를 변화시킴으로써 필름 증착율을 변경하기 위해 이용될 수 있다.
시스템은 광으로 증착 필름을 조사할 수 있는 기판 조사 시스템을 더 가질 수 있다. 실시예는 증착 필름을 큐어링하기 위해 UV 광으로 표면을 조사하는 단계, 및 예를 들면, 급속 열 어닐링 타입 공정에서, 기판의 온도를 상승시키기 위해 기판을 조사하는 단계를 포함한다.
도 1은 시스템(100)의 부품이 본 발명의 실시예에 통합될 수 있는 방법의 개략적인 실시예를 제공한다. 시스템(100)은 증착 시스템(102)을 포함하며 이 증착 시스템에서 전구체는 화학적으로 반응하고 증착 시스템 내의 기판 웨이퍼 상에 유동가능한 유전체 필름(예를 들면, 실리콘 산화물 필름)을 형성할 수 있다. 증착 시스템(102)은 플라즈마를 생성하도록 증착 챔버 내부에 무선 주파수 전력을 발생하는 전극 및/또는 코일을 포함할 수 있다. 플라즈마는 전구체의 반응율을 강화할 수 있어, 이어서 기판상의 유동가능한 유전체 재료의 증착율을 증가시킬 수 있다.
유동가능한 산화물이 증착될 때, 기판 운동 및 위치설정 시스템(104)은 기판을 회전시키기 위해 이용될 수 있어 더욱 균일한 방식으로 전구체의 유동이 기판의 상이한 부분에 노출되도록 한다. 이는 전구체 내의 종의 질량 이송을 더욱 균일하게 할 수 있다. 또한 저 점성 필름을 기판의 증착 표면 위에 더욱 넓게 뿌린다. 위치설정 시스템(104)이 포함될 수 있거나 회전가능하고 수직방향으로 이동가능한 기판 페데스탈에 결합될 수 있다.
시스템(100)은 또한 기판의 온도를 상승 및 하강시키도록 작동가능한 기판 온도 제어 시스템(106)을 포함할 수 있다. 온도 제어 시스템(106)은 기판 페데스탈에 결합되어 직접 접촉을 통하여 또는 기판 페데스탈로 기판의 다른 열 결합에 의해 열을 기판으로 및 기판으로부터 전달할 수 있다. 온도 시스템(106)은 기판 온도를 제어하도록 순환 유체(예를 들면, 물), 및/또는 재료를 통하여 전기 회로가 흐름으로써 열 에너지를 공급하는 전기 재료(예를 들면, 내열 필라멘트)를 이용할 수 있다.
유동가능한 유전체 필름을 형성하기 위한 전구체는 전구체 분배 시스템(108)에 의해 공급될 수 있다. 분배 시스템(108)의 예는 전구체가 증착 시스템(102) 내의 증착 챔버의 상부 및 측부로부터 유동하도록 배플 및 노즐 시스템을 포함한다. 예는 또한 다수의 개구를 구비한 샤워헤드를 포함하며 다수의 개구를 통하여 전구체 가스가 증착 챔버 내로 분배된다. 부가 예에서, 시스템(108)은 다수의 개구를 가지는 노즐이 없는 가스 링을 포함할 수 있으며 이 다수의 개구를 통하여 전구체가 증착 챔버 내로 유동한다.
분배 시스템(108)은 두 개 또는 그 이상의 전구체가 증착 챔버 내로 독립적으로 유동하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 적어도 한 쌍의 전구체는 증착 챔버 내에서 혼합하여 반응하도록 분배 시스템으로부터 배출될 때까지 서로 접촉하지 않는다. 예를 들면, 반응성 종 발생 시스템(110)은 원자 산소와 같은 고 반응성 종을 발생시킬 수 있으며, 이 고 반응성 종은 전구체 분배 시스템(108)으로부터 및 증착 시스템(102) 내로 유동할 때까지 실리콘 함유 전구체와 같은, 다른 전구체와 혼합 또는 반응하지 않는다.
시스템(100)에 사용된 전구체는 유동가능한 유전체 산화물 필름을 형성하기 위한 전구체를 포함할 수 있다. 산화물 필름 전구체는 래디컬 원자 산소와 같은 반응성 종 전구체 뿐만 아니라 다른 산화 전구체들 중에서, 분자 산소(O2), 오존(O3), 수증기, 과산화수소(H2O2), 및 질소 산화물(예를 들면, N2O, NO2, 등)과 같 은 다른 산화 전구체를 포함할 수 있다. 산화물 필름 전구체는 또한 다른 것 중에서 TMOS, TriMOS, TEOS, OMCTS, HMDS, TMCTR, TMCTS, OMTS, TMS, 및 HMDSO를 포함하는 유기-실란 화합물과 같은 실리콘 함유 전구체를 포함한다. 실리콘 함유 전구체는 또한 실란(SiH4)과 같은 탄소를 가지지 않는 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 증착된 산화물 필름은 다른 붕소 및 인 도펀트 중에서, TEB, TMB, B2H6, TEPO, PH3, P2H6, 및 TMP와 같은 것이 이용될 수 있다. 필름이 유전체 실리콘 질화물 또는 실리콘 옥시니트라이드(silicon oxynitride)인 경우, 다른 것 중에서 암모니아, BTBAS, TDMAT, DBEAS, 및 DADBS와 같은 질소 함유 전구체가 사용될 수 있다. 일부 필름 증착에 대해, 예를 들면 촉매로서 할로겐이 또한 이용될 수 있다. 이러한 할로겐 전구체는 염화수소(HCl) 및 클로로에틸실란(chloroethylsilane)과 같은 클로로실란을 포함할 수 있다. 유기산(예를 들면, 포름산)과 같은 다른 산성 화합물이 이용될 수 있다. 모든 이러한 증착 전구체는 캐리어 가스에 의해 분배 시스템(108) 및 증착 시스템(102)을 통하여 운반될 수 있으며, 캐리어 가스는 다른 가스 중에서, 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 및 수소(H2)를 포함할 수 있다.
시스템(100)은 기판 표면 상에 증착되는 유동가능한 유전체 재료를 베이킹하고 및/또는 큐어링할 수 있는 기판 조사 시스템(112)을 포함할 수 있다. 조사 시스템(112)은 예를 들면 유전체 재료 내의 실라놀 그룹(silanol group)을 실리콘 산화물 및 물로 분해함으로써 필름을 큐어링하기 위해 이용될 수 있는 UV 광을 방출할 수 있는 하나 또는 그 이상의 램프를 포함할 수 있다. 조사 시스템은 또한 필 름으로부터 수증기 및 다른 휘발성 종을 제거하기 위해 유동가능한 필름을 베이킹(예를 들면, 어닐링)하여 더욱 조밀하게 하는 열 램프를 포함할 수 있다.
지금부터 도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전형적인 처리 시스템(200)의 단면이 도시되어 있다. 시스템(200)은 증착 챔버(201)를 포함하며 증착 챔버에서 전구체는 화학적으로 반응하여 기판 웨이퍼(200) 상에 유동가능한 유전체 필름을 증착한다. 웨이퍼(202)(예를 들면, 200 mm, 300 mm, 400 mm 등의, 직경 반도체 기판 웨이퍼)는 위의 전구체 분배 시스템(206)으로부터 더 가깝게 또는 더 멀리 떨어져 기판(202)을 위치설정하도록 수직으로 이동할 수 있는 회전가능한 기판 페데스탈(204)에 결합될 수 있다. 페데스탈은 기판 웨이퍼를 약 1 rpm 내지 약 2000rpm(예를 들면, 약 10 rpm 내지 약 120 rpm)의 회전 속도로 기판 웨이퍼를 회전시킬 수 있다. 페데스탈은 기판을 전구체 분배 시스템의 측벽 노즐(208)로부터 예를 들면 약 0.5 mm 내지 약 100 mm거리로 이동할 수 있다.
전구체 분배 시스템(206)은 다수의 분배 측부 노즐(208)을 포함하며 이 노즐은 각각 두 개의 상이한 길이들 중 하나를 가진다. 실시예(도시안됨)에 대해 측부 노즐은 증착 챔버의 벽 주위에 분포되는 개구 링을 제거할 수 있다. 전구체는 이러한 개구를 통하여 챔버 내로 유동한다.
분배 시스템(206)은 또한 기판 페데스탈(204)의 중앙과 동축선일 수 있는 원추형 상부 배플(210)을 포함할 수 있다. 유체 채널(212)은 배플의 외측 지향면 아래로 유동하는 전구체 보다 상이한 구성을 가진 전구체 또는 캐리어 가스를 공급하기 위해 배플(210)의 중앙을 통하여 형성될 수 있다.
배플(210)의 외측 표면은 도관(214)에 의해 둘러싸일 수 있으며 도관은 증착 챔버(201) 위에 위치설정되는 반응성 종 발생 시스템(도시안됨)으로부터 반응성 전구체를 지향시킨다. 도관(214)은 배플(210)의 외측면 상에 일단부 개구 및 각각의 종 발생 시스템으로 결합되는 마주하는 단부를 구비한 직선의 원형 튜브일 수 있다.
반응성 종 발생 시스템은 플라즈마로 더욱 안정된 시작 재료를 노출시킴으로써 반응성 종을 발생하는 원격 플라즈마 발생 시스템(RPS)일 수 있다. 예를 들면, 시작 재료는 분자 산소(또는 오존)를 포함하는 혼합물일 수 있다. RPS로부터 플라즈마로 이러한 시작 재료의 노출은 분자 산소의 일 부분이 원자 산소로 해리되도록 하여, 매우 낮은 온도(예를 들면, 100℃ 보다 작은)로 유기-실리콘 전구체(예를 들면, OMCTS)와 화학적으로 반응하는 고 반응 래디컬 종이 기판 표면 상에 유동가능한 유전체를 형성하도록 한다. 반응성 종 발생 시스템에 발생된 반응성 종이 종종 상온에서 조차 다른 증착 전구체와 고 반응성이기 때문에, 반응성 종은 다른 증착 전구체와 혼합되기 전에 도관(214) 아래 고립된 가스 혼합물로 운반되어 배플(210)에 의해 반응 챔버(201) 내로 분산될 수 있다.
시스템(200)은 또한 증착 챔버(201)의 돔(dome; 216) 주위에 코일링되는 rf 코일(도시안됨)을 포함할 수 있다. 이러한 코일은 증착 챔버(201) 내에 유도 결합성 플라즈마를 형성할 수 있어 기판상에 유체 유전체 필름을 증착하도록 반응성 종 전구체 및 다른 전구체의 반응도를 추가로 강화하도록 한다. 예를 들면, 배플(210)에 의해 챔버 내로 분산되는 반응성 원자 산소 및 측부 노즐(208)의 하나 또는 그 이상 및/또는 채널(212)로부터의 유기-실리콘 전구체를 함유하는 가스 유동이 rf 코일에 의해 기판(202) 상에 형성된 플라즈마 내로 지향될 수 있다. 원자 산소 및 유기-실리콘 전구체는 저온에서 조차 플라즈마에서 급속하게 반응하여 기판 표면 상에 고 유동가능한 유전체 필름을 형성하도록 한다.
기판 표면은 자체적으로 증착 필름의 균일성을 강화하기 위해 페데스탈(204)에 의해 회전될 수 있다. 회전 평면은 웨이퍼 증착 표면의 평면에 대해 평행할 수 있거나, 두 개의 평면은 부분적으로 정렬되지 않을 수 있다. 평면이 정렬되지 않을 때, 기판(204)의 회전은 증착 표면 위의 공간에 유체 난류를 발생시킬 수 있는 요동(wobble)이 생성될 수 있다. 일부 상황에서, 이러한 난류는 또한 기판 표면상에 증착되는 유전체 필름의 균일도를 강화할 수 있다. 페데스탈(204)은 또한 이동할 때 페데스탈 상의 제 위치에 웨이퍼를 홀딩하도록 진공 척을 형성하는 리세스 및/또는 다른 구조물을 포함할 수 있다. 챔버 내의 통상적인 증착 압력은 제 위치에 웨이퍼를 홀딩하기 위해 진공 척을 실현가능하게 할 수 있는 약 0.05 Torr 내지 약 200 Torr 총 챔버 압력(예를 들면, 1 Torr) 범위이다.
페데스탈 회전은 증착 챔버(201) 아래 위치설정되어 페데스탈(204)을 지지하는 샤프트(220)에 회전가능하게 결합되는 모터(218)에 의해 작동될 수 있다. 샤프트(220)는 또한 페데스탈(204)로 증착 챔버(도시안됨) 아래 냉각/가열 시스템으로부터 냉각 유체 및/또는 전기 와이어를 지지하는 내부 채널(도시안됨)을 포함할 수 있다. 이러한 채널은 상부 기판 웨이퍼(202)로 균일한 냉각 및/또는 가열을 제공하도록 중앙으로부터 페데스탈의 주변으로 연장될 수 있다. 채널은 또한 샤프트(220) 및 기판 페데스탈(204)이 회전 및/또는 이동할 때 작동되도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 냉각 시스템은 페데스탈이 회전하는 동안 유동가능한 산화물 필름의 증착 동안 100℃ 보다 작은 온도를 기판 웨이퍼(202)에 유지하도록 작동될 수 있다.
시스템(200)은 돔(216) 위에 위치설정되는 방사 시스템(222)을 더 포함할 수 있다. 방사 시스템(222)으로부터 램프(도시안됨)는 하부 기판(202)를 조사할 수 있어 기판 상의 증착된 필름을 베이킹 또는 어닐링하도록 할 수 있다. 램프는 또한 필름 전구체 또는 증착 필름 내의 반응을 강화하도록 증착 동안 작동될 수 있다. 적어도 돔(216)의 상부는 램프로부터 방사되는 광의 일 부분을 전달할 수 있는 반투명 재료로 제조된다.
도 2b는 측부 노즐(253) 위에 위치설정되는 천공 판(252)이 상부 입구(254)로부터 전구체를 분배하는 전형적인 처리 시스템(250)의 또 다른 실시예를 보여준다. 천공판(252)은 판의 두께를 횡단하는 다수의 개구(260)를 통하여 전구체가 분배된다. 판(252)은 예를 들면, 10 내지 2000 개(예를 들면, 200 개의 개구)의 개구를 가질 수 있다. 천공판은 원자 산소 및/또는 TMOS 또는 OMCTS와 같은 산소 함유 가스와 같은 산화 가스를 분배할 수 있다. 도시된 실시예에서, 산화 가스는 증착 기판 위로 도입되는 실리콘 함유 전구체 위의 증착 챔버 내로 도입된다.
상부 입구(254)는 두 개 또는 그 이상의 독립 전구체(예를 들면, 가스) 유동 채널(256 및 258)을 가질 수 있으며, 독립 전구체 유동 채널은 두 개 또는 그 이상의 전구체가 천공판(252) 위의 공간으로 도입될 때까지 두 개 또는 그 이상의 전구 체가 혼합 및 반응을 방지할 수 있다. 제 1 유동 채널(256)은 입구(254)의 중앙을 둘러싸는 고리형상을 가질 수 있다. 이러한 채널은 채널(256) 아래로 그리고 천공판(252) 위의 공간으로 유동하는 반응성 종 전구체를 발생하는 상부 반응성 종 발생 유닛(도시안됨)으로 결합될 수 있다. 제 2 유동 채널(258)은 원통형상일 수 있고 판(252) 위의 공간으로 제 2 전구체를 유동하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 유동 채널은 반응성 종 발생 유닛을 우회하는 전구체 및/또는 캐리어 가스 소스로 시작될 수 있다. 이어서, 제 1 및 제 2 전구체는 혼합되어 판(252) 내의 개구(260)를 통하여 하부 증착 챔버로 유동한다.
천공판(252) 및 상부 입구(254)는 산화 전구체를 증착 챔버(270) 내의 하부 공간으로 전달하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 유동 채널(256)은 산화 전구체를 전달할 수 있으며 산화 전구체는 하나 또는 그 이상의 원자 산소(그라운딩(grounding) 또는 전기적으로 여기된 상태로), 분자 산소(02), N2O, NO, NO2, 및/또는 오존(O3)를 포함한다. 산화 전구체는 또한 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등을 포함할 수 있다. 제 2 채널(258)은 또한 산화 전구체, 캐리어 가스, 및/또는 암모니아(NH3)와 같은 부가 가스를 전달할 수 있다.
시스템(250)은 증착 챔버의 상이한 부분들을 상이한 온도로 가열하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 히터 존은 상부 리드(262) 및 천공판(252)을 약 70℃ 내지 약 300℃의 범위(예를 들면, 약 160℃)의 온도로 가열할 수 있다. 제 2 히터 존은 기판 웨이퍼(264) 및 페데스탈(266) 위의 증착 챔버의 측벽을 제 1 히터 존과 동일한 또는 상이한 온도(예를 들면, 약 300℃ 까지)로 가열할 수 있다. 시스템(250)은 또한 기판 웨이퍼(264) 및 페데스탈(266) 아래를 제 1 및/또는 제 2 히터 존과 동일하거나 상이한 온도로(예를 들면, 약 70℃ 내지 약 120℃) 가열할 수 있는 제 3 히터 존을 가질 수 있다. 또한, 페데스탈(266)은 페데스탈 및 기판의 온도가 약 -40℃ 내지 약 200℃(예를 들면, 약 100℃ 내지 약 160℃, 약 100℃ 보다 작은, 약 40℃, 등)로 설정되는 페데스탈 샤프트(272) 내부에 가열 및/또는 냉각 도관(도시안됨)을 포함할 수 있다. 처리 동안, 웨이퍼(264)는 리프트 핀(276)으로 페데스탈(266)을 상승시킬 수 있으며, 슬릿 밸브 도어(278)에 대해 위치할 수 있다.
시스템(250)은 펌핑 라이너(274)(즉, 펌핑 포트의 비대칭 위치를 보상하기 위한 압력 균등 채널)를 추가로 포함할 수 있으며, 이 펌핑 라이너는 웨이퍼 에지의 플레넘 내, 및/또는 웨이퍼 에지 주위의 원통형 표면에 위치하고, 및/또는 웨이퍼 에지 주위에 위치하는 원추형 표면상에 위치하는 다중 개구를 포함한다. 개구는 자체적으로 라이너(274)에 도시된 바와 같이 원형일 수 있거나, 개구는 슬롯(도시안됨)과 같은, 상이한 형상일 수 있다. 개구는 예를 들면 약 0.125 인치 내지 약 0.5 인치의 직경을 가질 수 있다. 펌핑 라이너(274)는 웨이퍼가 처리될 때 기판 웨이퍼(264) 위 또는 아래에 있을 수 있다. 슬릿 밸브 도어(278) 위에 위치할 수 있다.
도 2c는 도 2b에 도시된 처리 시스템(250)의 또 다른 단면도를 보여준다. 도 2c는 시스템(250)에 대한 소정의 치수(dimensions)를 보여주며, 약 10 인치 내 지 약 18 인치(예를 들면, 약 15 인치) 범위의 주 챔버 내벽을 포함한다. 또한 약 0.5 인치 내지 약 8 인치(예를 들면, 약 5.1 인치)의 측부 노즐과 기판 웨이퍼(264) 사이의 거리를 보여준다. 또한, 기판 웨이퍼(264)와 천공판(252) 사이의 거리는 약 0.75 인치 내지 약 12 인치의 범위(예를 들면, 약 6.2 인치)일 수 있다. 또한, 돔(268)의 상부 내측면과 기판 웨이퍼 사이의 거리는 약 1 인치 내지 약 16 인치(예를 들면, 7.8 인치)일 수 있다.
도 2d는 펌핑 라이너(284) 내의 개구 및 압력 균등 채널(282)을 포함하는 증착 챔버(280)의 일 부분의 단면을 보여준다. 도시된 구성에서, 채널(282) 및 개구(284)는 상부 오버헤드, 상부 배플 및/또는 측부 노즐 아래, 및 기판 페데스탈(286) 및 웨이퍼(288) 레벨 또는 그 위에 위치할 수 있다.
채널(282) 및 개구(284)는 채널 내의 비대칭 압력 효과를 감소시킬 수 있다. 이러한 효과는 증착 챔버(280) 내의 압력 구배를 생성할 수 있는 펌핑 포트의 비대칭 위치에 의해 일어날 수 있다. 예를 들면, 기판 페데스탈(286) 및/또는 기판 웨이퍼(288) 아래 압력 구배는 페데스탈 및 웨이퍼를 기울어지게 하여, 유전체 필름의 증착시 불규칙성을 일으킬 수 있다. 채널(282) 및 펌핑 라이너 개구(284)는 챔버(280) 내의 압력 구배를 감소시켜 증착 동안 페데스탈(286) 및 웨이퍼(288)의 위치를 안정시킨다.
도 3a는 상부가 도관(214)에 의해 둘러싸이는 배플의 중앙 아래에 형성되는 채널(212)을 포함하여, 도 2a 내의 전구체 분배 시스템(206)의 상부(302)의 일 실시예를 보여준다. 도 3a는 배플(210)의 외측면 위 및 도관(214) 아래로 유동하는 반응성 종 전구체(304)를 보여준다. 반응성 종 전구체(304)가 증착 챔버에 가장 가까운 배플(210)의 원추형 단부에 도달할 때, 반응성 종 전구체가 챔버 내로 방사형으로 분배되며, 여기에서, 반응성 종(304)이 제 2 전구체(306)와 1차로 접촉하게 된다.
제 2 전구체(306)는 유기-실란 전구체일 수 있고 또한 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 유기-실란 전구체는 다른 것 중에서 TMOS, TriMOS, TEOS, OMCTS, HMDS, TMCTR, TMCTS, OMTS, TMS, 및 HMDSO와 같은 하나 또는 그 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 다른 캐리어 가스 중에서, 질소(N2), 수소(H2), 헬륨, 및 아르곤과 같은 하나 또는 그 이상의 가스를 포함할 수 있다. 전구체는 전구체 공급 라인(308)으로 연결되는 소스(도시안됨)로부터 공급되며, 전구체 공급 라인은 또한 채널(212)로 결합된다. 제 2 전구체(306)는 배플(210)의 외측면 위로 유동하는 반응성 종(304)으로 노출되지 않고 중앙 채널(212) 아래로 유동할 수 있다. 제 2 전구체(306)가 증착 챔버 내로 배플(210)의 바닥으로부터 나올 때, 측부 노즐(208)에 의해 공급되는 부가 전구체 재료 및 반응성 종(304)과 첫번째로 혼합될 수 있다.
도관(214) 아래로 유동하는 반응성 전구체(304)는 RPS 유닛과 같은, 반응성 종 발생 유닛(도시안됨)에 발생된다. RPS 유닛은, 예를 들면, 반응성 종을 형성하기 위해 매우 적합한 플라즈마 상태를 형성할 수 있다. RPS 유닛 내의 플라즈마가 증착 챔버 내에 발생된 플라즈마로부터 원격에 있기 때문에, 상이한 플라즈마 상태 가 각각의 성분을 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, O2, O3, N2O 등과 같은 산소 전구체로부터 원자 산소 래디컬을 형성하기 위한 RPS 유닛 내의 플라즈마 상태(예를 들면, rf 전력, rf 주파수, 압력, 온도, 캐리어 가스 부분 압력, 등)는 증착 챔버 내의 플라즈마 상태와 상이할 수 있으며, 여기에서, 원자 산소는 하나 또는 그 이상의 실리콘 함유 전구체(예를 들면, TMOS, TriMOS, OMCTS, 등)과 반응하여 하부 기판상에 유동가능한 유전체 필름을 형성한다.
도 3a는 제 1 및 제 2 전구체가 증착 챔버에 도달할 때까지 제 1 및 제 2 전구체의 유동을 서로 독립적으로 유지하도록 설계되는 이중 채널 상부 배플을 보여준다. 본 발명의 실시예는 또한 챔버 내로 3개 또는 그 이상의 전구체의 독립 유동을 위한 구성을 포함한다. 예를 들면, 배플(210)의 내부 및 이를 통하여 형성되는 채널(212)과 같은 두 개 또는 그 이상의 독립 채널을 포함할 수 있다. 각각의 이러한 채널은 증착 챔버에 도달할 때까지 서로 관계없이 유동하는 캐리어 전구체일 수 있다. 부가 예는 중앙를 통하여 형성되는 채널을 가지지 않는 단일 채널 배플(210)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 2 전구체(306)는 측부 노즐(208)로부터 증착 챔버로 들어가서 챔버 내로 배플(210)에 의해 방사형으로 분배되는 반응성 전구체(304)와 반응한다.
도 3b 및 도 3c는 배플(210)의 부가 실시예를 보여준다. 도 3b 및 도 3c에서, 채널(212)은 천공판(310a 내지 310b)에 의해 바닥 측부(즉, 증착 챔버에 가장 가까운 측부) 상에 형성된 원추형 용적 내로 개방된다. 전구체는 천공판 내의 개 구(312)를 통하여 이러한 용적으로 배출된다. 도 3b 및 도 3c는 측벽과 바닥판(310a 내지 310b) 사이의 각도가 어떻게 변화될 수 있는지를 보여준다. 도면은 또한 전구체가 증착 챔버로 들어갈 때 전구체가 위에서 유동하는 외부 원추형 표면의 형상으로의 변화를 보여준다.
도 3d는 증착 챔버의 상부로부터 전구체를 분배하기 위한 상부 배플 대신에 이용되는 천공판(316) 및 상부 입구(314)의 형상을 보여준다. 도시된 실시예에서, 상부 입구(314)는 두 개 또는 그 이상의 전구체가 천공판(316) 위의 공간으로 유입될 때까지 두 개 또는 그 이상의 전구체의 혼합 및 반응을 방지하는 두 개 또는 그 이상의 독립 전구체 유동 채널(318 및 320)을 가질 수 있다. 제 1 유동 채널(318)은 입구(314)의 중앙을 둘러싸는 고리형 형상을 가질 수 있다. 이러한 채널은 반응성 종 전구체를 생성하는 상부 반응성 종 발생 유닛(322)으로 결합될 수 있으며, 반응성 종 전구체는 채널(318) 아래로 그리고 천공판(316) 위의 공간으로 유동한다. 제 2 유동 채널(320)은 원통형으로 형성될 수 있어 천공판(316) 위의 공간으로 제 2 전구체를 유동시키기 위해 이용될 수 있다. 이러한 유동 채널은 반응성 종 발생 유닛을 우회하는 전구체 및/또는 캐리어 가스 소스로 시작할 수 있다. 이어서 제 1 및 제 2 전구체는 혼합되어 천공판(316) 내의 개구(324)를 통하여 하부 증착 챔버로 유동한다.
도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 천공 상부판(356)을 포함하는 공정 시스템(350) 내의 산소 함유(352) 및 실리콘 함유 전구체(354)를 위한 전구체 유동 분배를 보여준다. 도 3d 처럼, 래디컬 원자 산소와 같은 산소 함유 가스는 원격 플라즈마 시스템(도시안됨)에 의해 발생되어 증착 챔버의 상부를 통하여 천공판(356) 위의 공간으로 도입된다. 이어서 반응성 산소 종이 천공판(356)의 개구(358)를 통하여 실리콘 함유 전구체(354)(예를 들면, 유기-실란 및/또는 실라놀 전구체)가 측부 노즐(360)에 의해 챔버로 도입되는 챔버의 영역으로 아래로 유동한다.
도 3e에 도시된 측부 노즐(360)은 증착 챔버 내로 연장하는 말단부에 캡이 구비된다(capped). 실리콘 함유 전구체는 노즐 도관의 측벽에 형성된 다수의 개구(362)를 통하여 측부 노즐(360)로부터 배출된다. 이러한 개구(362)는 웨이퍼를 향하여 실리콘 함유 전구체(354)의 유동을 지향시키도록 기판 웨이퍼(364)와 직면하는 다수의 노즐 측벽에 형성될 수 있다. 개구(362)는 동일한 방향으로 전구체(354)의 유동을 지향시키도록 동일 선상에서 정렬되거나, 개구는 하부 웨이퍼에 대해 상이한 각도로 전구체 유동을 지향시키도록 측벽을 따라 상이한 방사상 위치에 형성될 수 있다. 캡을 구비한 측부 노즐(360)의 실시예는 약 8 mils 내지 약 200 mils(예를 들면, 20 mils 내지 80 mils)의 직경 및 약 40 mils 내지 약 2 인치(예를 들면 약 0.25 인치 내지 약 1 인치) 사이의 간격을 구비한 개구(362)를 포함한다. 개구(262)의 개수는 개구들 사이의 간격 및/또는 측부 노즐의 간격에 대해 변화될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 공정 시스템의 측부 노즐의 구성의 평면도이다. 도시된 실시예에서, 측부 노즐은 3개의 노즐의 그룹에서 증착 챔버 주위에 방사형으로 분포되며 3개의 노즐 그룹에서 중앙 노즐(402)은 두 개의 인접한 노즐(404) 보다 챔버 내로 추가로 연장된다. 16개의 이러한 3개의 그룹은 총 48개의 측부 노즐이 증착 챔버 주위에 균등하게 분배된다. 부가 실시예는 약 12 내지 약 80 노즐의 범위의 총 노즐 개수를 포함한다.
노즐(402 및 404)은 기판 웨이퍼의 증착 표면 위에 이격될 수 있다. 기판과 노즐 사이의 간격은 예를 들면, 약 1 mm 내지 약 80 mm의 범위(예를 들면, 약 10 mm 내지 약 30 mm의 범위)일 수 있다. 노즐(402 및 404)과 기판 사이의 이러한 거리는 증착 동안 변화될 수 있다(예를 들면, 웨이퍼는 증착 동안 수직으로 운동할 뿐만 아니라 회전 및/또는 흔들어질 수 있다).
노즐(402 및 404)은 동일한 평면에 모두 배치될 수 있으며, 상이한 세트의 노즐이 상이한 평면에 위치할 수 있다. 노즐(402 및 404)은 웨이퍼의 증착 표면에 대해 평행한 중앙선으로 배향될 수 있거나, 노즐은 기판 표면에 대해 상방 또는 하방으로 경사질 수 있다. 상이한 세트의 노즐(402 및 404)이 웨이퍼에 대해 상이한 각도로 배향될 수 있다.
노즐(402 및 404)은 노즐에 전구체를 공급하는 고리형 가스 링(406)의 내경 표면에 결합되는 선단부 및 증착 챔버 내로 연장하는 말단부를 가진다. 가스 링은 예를 들면, 약 10 인치로부터 약 22 인치(예를 들면, 약 14" 내지 약 18", 약 15", 등)의 범위의 내경을 가질 수 있다. 일부 구성에서, 더 긴 노즐(402)의 말단부는 하부 기판의 주변을 넘어 기판의 내부 위의 공간으로 연장할 수 있으며, 더 짧은 노즐(404)의 단부는 기판 주변에 도달하지 않는다. 도 4에 도시된 실시예에서, 더 짧은 노즐(404)의 말단 팁은 12"(즉, 300 mm) 기판 웨이퍼의 주변으로 연장하고, 더 긴 노즐(402)의 말단 팁은 증착 표면의 내부 위의 부가 4인치 연장한다.
가스 링(406)은 노즐(402 및 404)에 전구체를 제공하는 하나 또는 그 이상의 내부 채널(예를 들면, 2 내지 4개의 채널)을 가질 수 있다. 단일 채널 가스 링에 대해, 내부 채널은 전구체를 측부 노즐(402 및 404) 모두에 제공할 수 있다. 이중 채널 가스 링에 대해, 하나의 채널은 더 긴 노즐(402)에 전구체를 제공할 수 있으며, 제 2 채널은 더 짧은 노즐(404)에 전구체를 제공한다. 각각의 채널에 대해 반응성 증착 전구체의 종류(예를 들면 유기-실란 전구체의 타입) 및/또는 부분 압력, 캐리어 가스의 유량이 증착 방법에 따라 동일하거나 상이할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 공정 시스템 내의 캡을 구비한 측부 노즐(410)의 구성을 보여준다. 위의 도 3e에 도시된 측부 노즐(360)과 유사하게, 노즐(410)은 증착 챔버 내로 연장하는 말단부에서 캡을 구비한다. 노즐을 통해 유동하는 전구체는 노즐 도관의 측벽에 형성된 다수의 개구(412)를 통하여 배출된다. 이러한 개구(412)는 웨이퍼를 향하여 전구체의 유동을 지향시키도록 기판 웨이퍼(도시안됨)와 직면하는 노즐 측벽의 부분에 형성될 수 있다. 개구(412)는 동일한 방향으로 전구체의 유동을 지향시키기 위해 공동 직선으로 정렬될 수 있거나, 개구는 하부 웨이퍼에 대해 상이한 각도로 전구체를 지향시키도록 측벽을 따라 상이한 반지름방향 위치에 형성될 수 있다.
노즐(410)은 노즐(410)의 선단부가 결합되는 고리형 가스 링(414)에 의해 공급될 수 있다. 가스 링(414)은 노즐(410) 모두로 전구체를 공급하기 위한 단일 가스 유동 채널(도시안됨)을 가질 수 있거나, 링은 노즐(410)의 두 개 또는 그 이상의 세트를 공급하기 위한 다수의 가스 유동 채널을 가질 수 있다. 예를 들면, 이 중-채널 가스 링 설계에서, 제 1 채널은 제 1 전구체(예를 들면, 제 1 유기실란 전구체)를 제 1 세트의 노즐(410)(예를 들면, 도 4b에 도시된 가장 긴 세트의 노즐)로 공급할 수 있으며, 제 2 채널은 제 2 전구체(예를 들면, 제 2 유기실란 전구체)를 제 2 세트의 노즐(410)(예를 들면, 도 4b에 도시된 가장 짧은 세트의 노즐)로 공급할 수 있다.
도 4c는 도 4b에 도시되는 것과 유사한 측부 노즐을 통한 전구체 유동의 단면도를 보여준다. 전구체(418)(예를 들면, 진공 전달 시스템으로부터 캐리어 가스 내의 유기-실란 증기 전구체)가 측부 노즐(420)의 선단부에 결합되는 전구체 유동 채널(416)에 의해 공급된다. 전구체(418)는 노즐 도관의 중앙을 통하여 유동하여 측벽 내의 개구(422)를 통하여 배출된다. 도시된 노즐 구성에서, 개구(422)는 하부 웨이퍼 기판(도시안됨)을 향하여 전구체(418)의 유동을 지향시키기 위해 하방으로 정렬된다. 개구(422)는 약 8 mils 내지 약 200 mils(예를 들면, 약 20 mils 내지 약 80 mils)의 직경, 및 약 40 mils 내지 약 2 인치(예를 들면, 약 0.25 인치 내지 약 1 인치)의 개구들 사이의 간격을 가질 수 있다. 개구(422)의 개수는 개구들 사이의 간격 및/또는 측부 노즐(420)의 길이에 대해 변화될 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 도 4b에 도시된 것과 유사한 방사형 측부 노즐의 세트 대신에 이용되는 단일 피스 방사형 전구체 매니폴드를 포함할 수 있다. 이러한 전구체 매니폴드(450)(또한 샤워헤드로서 지칭될 수 있는)의 일 실시예는 도 4d에 도시되어 있다. 매니폴드(450)는 외부 전구체 링(454) 주위에 방사형으로 분배되는 다수의 직사각형 도관(452)을 포함한다. 도관(452)의 선단부는 외부 링(454) 에 결합될 수 있으며, 관(452)의 말단부는 내부 고리형 링(456)에 결합된다.
직사각형 도관(452)은 외부 전구체 링(454) 내에 하나 또는 그 이상의 전구체 채널(도시안됨)에 의해 전구체(예를 들면, 하나 또는 그 이상의 유기실리콘 전구체)가 공급될 수 있다. 전구체는 도관의 측부 상에 형성되는 다수의 개구(462)를 통하여 도관(452)으로부터 배출된다. 개구(462)는 약 8 mils 내지 약 200 mils(예를 들면, 약 20 mils 내지 약 80mils)의 직경, 및 약 40 mils 내지 약 2 인치(예를 들면, 0.25 인치 내지 약 1 인치) 사이의 간격을 가질 수 있다. 개구(462)의 개수는 개구들 사이의 간격 및/또는 도관(452)의 길이에 대해 변화될 수 있다.
도 4e는 도 4d에 도시된 전구체 분배 매니폴드의 확장된 도면이다. 도시된 실시예에서, 방사형으로 분포된 도관(452a 내지 452b)은 길이가 내부 고리형 링(456)으로 연장하는 제 1 세트의 도관(452a), 및 길이가 내부 링(456)을 넘어 중앙 고리형 링(460)으로 연장하는 제 2 세트의 도관(452b)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 세트의 도관(452)은 전구체의 상이한 혼합물이 공급될 수 있다.
상술된 바와 같이, 증착 시스템의 실시예는 또한 기판상에 증착된 유동가능한 유전체 필름을 큐어링 및/또는 가열하기 위한 방사 시스템을 포함할 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 반투명성 돔(504) 위에 위치설정되어 하부 기판(506)을 조사하도록 작동될 수 있는 일련의 동심 고리형 램프(502)를 포함하는, 하나의 이러한 방사 시스템(500)의 실시예를 보여준다. 램프(502)는 반사 소켓(508) 내로 리세스될 수 있으며, 반사 소켓의 램프측 표면은 반사 코팅을 가져서 램프에 의해 방사되는 더 많은 광을 기판(506)을 향하여 지향시킨다. 총 개수의 램프(502)는 단일 램프로부터 예를 들면 최고 10개의 램프로 변화될 수 있다.
램프(502)는 큐어링 공정을 위한 UV 방사 램프 및/또는 어닐링 공정을 위한 IR 방사 램프를 포함할 수 있다. 예를 들면, 램프(502)는 수평 필라멘트(즉, 램프의 전구의 대칭 축선에 대해 수직하게 배향된 필라멘트), 수직 필라멘트(즉, 전구의 대칭 축선에 대해 평행하게 배향된 필라멘트), 및/또는 원형 필라멘트를 가질 수 있는 텅스텐 할로겐 램프일 수 있다. 반사 소켓(508) 내의 상이한 램프(502)는 상이한 필라멘트 구성을 가질 수 있다.
램프(502)로부터의 광은 돔(504)을 통하여 그리고 기판 증착 표면으로 전달된다. 적어도 일부분의 돔(504)은 UV 및/또는 열 방사선이 증착 챔버 내로 통과하도록 하는 광학적으로 투명한 윈도우(510)를 포함할 수 있다. 윈도우(510)는 예를 들면, 석영, 용융 실리카, 알루미늄, OXY-니트라이드, 또는 소정의 다른 적절한 반투명 재료로 제조될 수 있다. 도 5a 내지 도 5f에 도시된 바와 같이, 윈도우(510)는 형상이 고리형이어서 돔(504)의 상부 부분을 덮을 수 있으며 예를 들면 약 8" 인치 내지 약 22"(예를 들면, 약 14")의 직경을 가질 수 있다. 윈도우(510)의 중앙은 도관이 증착 챔버의 상부 내로 통하여 통과할 수 있도록 하는 내부 개구를 포함할 수 있다. 내부 개구는 예를 들면 약 0.5" 내지 약 4"의 직경(예를 들면 약 1 인치의 직경)을 가질 수 있다.
도 5c 및 도 5d는 고리형 형상 대신 직선형이 관형 벌브를 가지는 램프(512)에 대한 또 다른 형상을 보여준다. 직선형 램프(512)는 평행하게 정렬되어 돔(504)의 투명한 윈도우(510) 위에 위치설정되는 반사 소켓(514)에 리세스될 수 있다. 반사 소켓(514)은 고리형 형상을 가질 수 있으며 하부 윈도우(510)의 직경과 일치할 수 있다. 램프(512)의 단부는 소켓(514)의 주변을 넘어 연장할 수 있다. 윈도우(510)의 중앙의 어느 한 측부는 동일할 수 있으며 약 4개 이상의 램프(예를 들면, 약 4개 내지 약 10개의 램프)가 이용될 수 있다.
도 5e 및 도 5f는 윈도우(510)의 중앙 주위에 마주하는 측부들 상에 위치설정되는 두 개의 대형 램프(516)를 가지는 방사 시스템에 대한 또 다른 구성을 보여준다. 대형 램프는 서로 평행하게 또는 평행한 것보다 작은 각도로 정렬될 수 있다. 램프(516)는 중착 챔버에서 기판을 향하여 램프 광의 일 부분을 지향시키는데 도움이 되는 반사 소켓(518) 내에 리세스될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f에 도시된 방사 시스템의 실시예는 기판 표면상에 유전체 필름의 증착 동안 및/또는 후 유동가능한 유전체 필름을 조사하기 위해 이용될 수 있다. 또한 증착 단계들(예를 들면, 펄스 어닐링) 사이에 기판을 조사하기 위해 이용될 수 있다. 필름 증착 동안, 웨이퍼는 온도 제어 기판 페데스탈 상에 위치설정된다. 웨이퍼 온도는 예를 들면 약 -40℃ 내지 약 200℃(예를 들면 약 40℃)로 설정될 수 있다. 기판이 베이킹(예를 들면, 어닐링) 공정에서 조사될 때, 웨이퍼의 온도가 약 1000℃까지 증가할 수 있다. 이러한 고온 어닐링 동안, 기판 페데스탈 상의 리프트-핀은 페데스탈로부터 기판을 상승시킬 수 있다. 이는 페데스탈이 히트 싱크로서 작용하는 것을 방지하고 웨이퍼 온도가 더 빠른 속도(예를 들면, 약 100℃/초)로 증가되도록 할 수 있다.
증착 시스템의 실시예는 집적 회로 칩을 생산하기 위해 더 큰 제조 시스템으로 결합될 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 증착, 베이킹 및 큐어링 챔버의 하나의 이러한 시스템(600)을 보여준다. 도면에서, 한 쌍의 FOOP(602)는 로보틱 아암(602)에 의해 수용되어 웨이퍼 처리 챔버(608a 내지 608f)들 중 하나로 배치되기 전에 저압 홀딩 영역(606)내로 배치되는 기판 웨이퍼를 공급한다. 제 2 로보틱 아암(610)은 홀딩 영역(606)으로부터 처리 챔버(608a 내지 608f) 및 그 역으로 기판 웨이퍼를 운반하기 위해 이용될 수 있다.
처리 챔버(608a 내지 608f)는 기판 웨이퍼 상에 유동가능한 유전체 필름을 증착, 어닐링, 큐어링 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 그 이상의 시스템을 포함할 수 있다. 하나의 구성에서, 두 쌍의 처리 챔버(예를 들면, 608c 내지 608d 및 608e 내지 608f)가 기판 상의 유동가능한 유전체 재료를 증착하기 위해 이용될 수 있으며, 세번째 쌍의 처리 챔버(예를 들면, 608a 내지 608b)는 증착된 유전체를 어닐링하기 위해 이용될 수 있다. 또 다른 구성에서, 동일한 두 개의 쌍의 처리 챔버(예를 들면, 608c 내지 608d 및 608e 내지 608f)는 기판상에 유동가능한 유전체 필름을 증착 및 어닐링하도록 구성될 수 있으며, 세번째 쌍의 챔버(예를 들면, 608a 내지 608b)는 증착 필름의 UV 또는 E-비임을 위해 이용될 수 있다. 여전히 또 다른 구성에서, 모든 세 쌍의 챔버(예를 들면, 608a 내지 608f)는 기판상에 유동가능한 유전체 필름을 증착 및 큐어링하도록 구성될 수 있다. 또 다른 구성에서, 두 쌍의 처리 챔버(예를 들면, 608c 내지 608d 및 608e 내지 608f)는 유동가능한 유전체의 증착 및 UV 또는 E-비임 큐어링을 위해 이용될 수 있으며, 세번째 쌍 의 처리 챔버(예를 들면, 608a 내지 608b)는 유전체 필름을 어닐링하기 위해 이용될 수 있다. 유동가능한 유전체 필름용 증착, 어닐링 및 큐어링 챔버의 부가 구성이 시스템(600)에 의해 고려된다.
또한, 하나 또는 그 이상의 처리 챔버(608a 내지 608f)는 습식 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이러한 처리 챔버는 습기를 포함하는 대기 내의 유동가능한 유전체 필름을 가열하는 것을 포함한다. 따라서, 시스템(600)의 실시예는 습식 치러 챔버(608a 내지 608b) 및 어닐링 처리 챔버(608c 내지 608d)를 포함할 수 있어 증착된 유전체 필름상의 습식 및 건식 어닐링을 수행할 수 있도록 한다.
샤워헤드 설계
본 발명에 따른 가스 전달 및 플라즈마 발생 시스템의 실시예는 증착 챔버내로 전구체를 분배하기 위한 샤워헤드를 포함할 수 있다. 이러한 샤워헤드는 두 개 또는 그 이상의 전구체가 증착 챔버 내에서 혼합될 때까지 접촉하지 않고 샤워헤드를 통하여 독립적으로 유동할 수 있도록 설계될 수 있다. 샤워헤드는 또한 플라즈마가 전면판 뒤에서 뿐만 아니라 증착 챔버 내에서 독립적으로 발생할 수 있도록 설계될 수 있다. 샤워헤드의 전면판과 블로커 플레이트 사이에 발생되는 독립 플라즈마는 반응성 전구체 종을 형성할 뿐만 아니라 전면판에 근접한 활성 세정 종에 의해 샤워헤드 세정 공정의 효율을 개선하기 우해 이용될 수 있다. 증착 영역 내로 두 개 또는 그 이상의 전구체를 독립적으로 유동하기 위해 설계된 샤워헤드에 대한 부가 상세 설명은 발명의 명칭이 "실리콘 질화물 증착을 위한 에너지를 공급받은 가스 및 에너지를 공급받지 않은 가스의 혼합(MIXING ENERGIZED AND NON- ENERGIZED GASES FOR SILICON NITRIDE DEPOSITION)"이고 2005년 1월 22일에 출원되고 정(Jung) 등의 미국 특허 출원 번호 제 11/040,712호에서 찾아볼 수 있으며, 이는 본 명세서에서 전체적으로 참조된다.
도 7a를 참조하면, 샤워헤드 시스템(700)의 단순화된 단면이 도시된다. 샤워헤드(700)는 두 개의 전구체 입구 포트(702 및 704)로 구성된다. 제 1 전구체 입구 포트(702)는 샤워헤드의 중앙과 동축선이며 샤워헤드의 중앙 아래로 그리고 이어서 전면판(706) 뒤에 측방향으로 제 1 전구체를 위한 유동 경로를 형성한다. 제 1 전구체는 샤워헤드로부터 전면판 내의 선택된 개구 뒤의 증착 챔버 내로 배출된다.
제 2 전구체 입구 포트(704)는 제 2 전구체가 제 1 포트(702) 주위 및 가스박스(710)와 전면판(706) 사이의 영역(708) 내로 유동하도록 구성될 수 있다. 제 2 전구체는 증착 영역(712)에 도달하기 전에 전면판(706) 내의 선택된 개구를 통하여 영역(708)으로부터 유동할 수 있다. 도 7a를 보면, 전면판(706)이 두 개의 세트의 개구, 즉 영역(708)과 증착 영역 사이의 유체 소통을 제공하는 제 1 개구(714) 세트, 및 제 1 입구 포트(702), 전면판 갭(718) 및 증착 영역(712) 사이의 유체 소통을 제공하는 제 2 개구(716) 세트를 가진다.
전면판(706)은 제 1 및 제 2 전구체가 증착 영역을 위한 샤워헤드로부터 나올 때까지 제 1 및 제 2 전구체를 독립적으로 유지하는 이중-채널 전면판일 수 있다. 예를 들면, 제 1 전구체는 개구(716)를 통하여 샤워헤드로부터 나오기 전에 전면판 갭(718) 내의 개구(714) 주위로 이동할 수 있다. 실린더 포트와 같은 배리 어가 개구(714)를 둘러쌀 수 있어 이러한 개구를 통하여 제 1 전구체가 배출되는 것을 방지한다. 또한, 개구(714)를 통하여 이동하는 제 2 전구체는 전면판 갭(718)을 가로질러 제 2 개구(716)로부터 나와서 증착 영역 내로 유동할 수 있다.
전구체가 각각의 세트의 개구로부터 배출될 때, 전구체는 기판 웨이퍼(722) 및 기판 페데스탈(724) 위의 증착 영역(712) 내에서 혼합될 수 있다. 전면판(706) 및 페데스탈(724)은 기판(722) 위의 증착 영역에서 용량 결합된 플라즈마(726)를 발생시키도록 전극을 형성할 수 있다.
시스템(700)은 또한 전면판 뒤의 영역(708)에서 후방에 제 2 플라즈마(728)를 발생하도록 구성될 수 있다. 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 플라즈마(728)는 플라즈마를 위한 전극을 형성하는 가스박스(710)와 전면판(706) 사이에 rf 전기장을 인가함으로써 발생될 수 있다. 이러한 플라즈마는 제 2 전구체 입구 포트(704)로부터 영역(708) 내로 유동하는 제 2 전구체로부터 형성될 수 있다. 제 2 플라즈마(728)는 제 2 전구체 혼합물 내의 하나 또는 그 이상의 전구체로부터 반응성 종을 발생하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 제 2 전구체는 플라즈마(728) 내의 래디컬 원자 ksth 종을 형성하는 산소 함유 소스를 포함할 수 있다. 이어서 반응성 원자 산소는 증착 영역 내로 전면판 개구(714)를 통하여 유동할 수 있으며, 증착 영역 내에서 반응성 원자 산소는 제 1 전구체 재료(예를 들면, 유기-실란 전구체)와 혼합하여 반응할 수 있다.
도 7b에서, 전면판(706)은 증착 영역 내에서 제 2 플라즈마(728) 및 제 1 플라즈마(726) 둘다를 위한 전극으로서 작용할 수 있다. 이러한 이중 영역 플라즈마 시스템은 전면판(706) 뒤에 전구체 반응성 종을 발생하도록 동시에 플라즈마들을 적용할 수 있으며, 플라즈마(726) 내에서 다른 전구체와 상기 종들의 반응성을 강화할 수 있다. 또한, 플라즈마(728)는 세정 전구체를 활성화하기 위해 이용될 수 있어 세정 전구체와 샤워헤드 개구 내에서 강화되는 재료와의 더 많은 반응을 할 수 있도록 한다. 또한, 증착 영역 대신 샤워헤드 내의 반응성 종을 발생하는 것은 증착 챔버의 벽과 활성 세정 종 사이의 원하지 않는 반응의 개수를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 전면판(706) 후방에 발생되는 더 많은 활성 불소 종은 증착 영역 내로 배출되기 전에 반응하게 되며, 증착 영역 내에서 활성 불소 종은 증착 챔버의 알루미늄 성분으로 이동할 수 있어 원하지 않는 AlF3를 형성할 수 있다.
도 8a 및 도 8c는 전면판(802) 내의 개구(804 및 806)의 제 1 및 제 2 세트에 대한 두 개의 구성을 보여주며, 상기 개구를 통하여 두 개의 전구체 혼합물이 증착 영역에 도달하기 전에 독립적으로 유동될 수 있다. 도 8a는 동심 개구 설계를 위한 단면을 보여주며 여기에는 개구(804)의 제 1 세트가 직선형 도관을 통하여 제 1 전구체가 통과하고 개구(806)의 제 2 세트는 제 1 개구를 둘러싸는 동심 고리형 링 개구를 통하여 제 2 전구체가 통과한다. 제 1 및 제 2 전구체는 전면판 뒤에서 서로로부터 격리되어 증착 영역에서 개구(804 및 806)으로부터 나올 때 첫번째로 혼합하여 반응한다.
도 8b는 전면판 표면에 형성된 제 1 및 제 2 개구(804, 806)의 어레이를 보여주는 전면판(802)의 일 부분의 사진이다. 제 2 고리형 개구(806)는 제 1 개 구(804)를 형성하는 관형 벽과 최외각 전면판 층 사이의 갭에 의해 형성된다. 사진에서 보여지는 실시예에서, 고리형 갭 개구(806)는 직경이 약 0.028"인 중앙 개구(804)의 벽 주위에 약 0.003"이다. 물론, 제 1 및 제 2 개구용 다른 크기가 또한 이용될 수 있다. 제 2 전구체는 이러한 고리형 개구(806)를 통하여 통과하고 중앙 개구(804)로부터 나오는 전구체를 둘러싼다.
도 8c는 평행한 개구 설계용 단면을 보여주며, 여기에서는 개구(808)의 제 1 세트가 여전히 제 1 전구체용 직선형 도관을 형성하며 평행하게 인접한 개구(810)의 제 2 세트가 제 2 전구체용 독립 유동 채널을 제공한다. 개구의 두 개의 세트가 서로로부터 격리되어 제 1 및 제 2 전구체는 샤워헤드로부부터 반응 영역으로 배출될 때까지 혼합 및 반응하지 않는다.
개구(810)로부터 나오는 제 2 전구체는 도 8d에 도시된 바와 같이 샤워헤드의 에지 영역으로부터 중앙으로 유동될 수 있다. 제 2 전구체 소스와 개구(810) 사이에 형성된 채널은 제 1 전구체가 영역(812)으로부터 개구(808)를 통하여 증착 영역 내로 유동하는 것을 격리한다. 제 2 전구체는 샤워헤드의 주변 내에 및/또는 주위에 형성된 하나 또는 그 이상의 채널에 의해 제공될 수 있다.
값의 범위가 제공되면, 내용이 명확하게 다르게 기재되어 있지 않은 경우 하부 제한치의 유닛의 1/10으로, 상기 범위의 상부 제한치와 하부 제한치 사이의 각각의 중간 값이 또한 특별히 공개된다. 진술된 범위 내의 중간 값 또는 소정의 진술된 값과 상기 진술된 범위에서의 소정의 다른 진술된 또는 중간 값 사이의 각각의 더 작은 범위가 범위 내에 포함된다. 이러한 더 작은 범위의 상부 및 하부 제 한치가 범위 내에서 독립적으로 포함 또는 제외될 수 있으며, 어느 하나의 제한치, 또는 둘다의 제한치가 더 작은 범위 내에 포함되거나 포함되지 않는 각각의 범위는 또한 본 발명 내에 포함되며, 진술된 범위 내에서 소정의 특별히 제외된 제한치로 처리될 수 있다. 진술된 범위가 제한치들 중 하나 또는 둘다 포함할 때, 포함된 제한치들 중 어느 하나 또는 둘다 제외되는 범위가 또한 본 발명에 포함된다.
상세한 설명 및 첨부된 청구범위에서 이용된, 단수 형태("a", "an", 및 "the"는 다르게 명확하게 기재되지 않으면 복수 형태를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들면, " 공정(a process) "에 대한 표기는 이 같은 공정의 복수를 포함할 수 있으며, "노즐(the nozzle)"은 하나 또는 그 이상의 노즐 및 본원 발명의 기술분야의 기술자에게 공지된 균등물, 등을 포함할 수 있다.
또한, 단어 포함하는("comprise", "comprising", "include", "including", 및 "include")가 청구범위 및 다음의 청구범위에서 사용될 때 기재된 특징물, 정수, 부품, 또는 단계의 존재를 특정화하는 것으로 의도되지만, 이들은 하나 또는 그 이상의 다른 특징물, 정수, 부품, 단계, 또는 그룹의 존재 또는 부가를 제외하지 않는다.

Claims (33)

  1. 기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템으로서,
    증착 챔버,
    상기 증착 챔버 내에 상기 기판을 홀딩하기 위한 기판 스테이지,
    상기 증착 챔버에 결합되고 반응 원자 래디컬을 포함하는 반응 래디컬 가스를 발생하기 위해 이용되는 원격 플라즈마 발생 시스템, 및
    실리콘 함유 전구체를 상기 증착 챔버로 유입시키기 위해 하나 이상의 상부 입구 및 다수의 측부 입구를 포함하는 전구체 분배 시스템으로서, 상기 상부 입구가 상기 기판 스테이지 위에 위치설정되고, 상기 측부 입구가 상기 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포되고 상기 기판 위로 연장하고, 상기 다수의 측부 입구의 바닥을 따라 위치되는 측벽 개구들이 상기 실리콘 함유 전구체를 상기 기판을 향하여 하방으로 지향지키도록 구성되고 그리고 상기 반응 래디컬 가스가 상기 상부 입구를 통하여 상기 증착 챔버로 공급되는, 전구체 분배 시스템을 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 200 mm 또는 300 mm 웨이퍼인,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, 게르마늄, 또는 갈륨 비소를 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 층의 형성 동안 상기 기판 스테이지가 상기 기판을 회전시키는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 상기 유전체 층의 형성 동안 상승 및 하강하여 상기 상부 입구 및 상기 측부 입구에 대한 상기 기판의 위치를 조정하도록 하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 상기 유전체 층 형성 동안 동시에 회전하고 상승 및 하강할 수 있는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 기판 스테이지의 온도를 제어하도록 기판 스테이지 온도 제어 시스템을 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도 제어 시스템은 -40℃ 내지 200℃의 온도로 상기 기판 스테이지를 유지하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 입구는 상기 원격 플라즈마 발생 시스템으로부터 상기 증착 챔버로 상기 반응 래디컬 가스를 운반하기 위한 제 1 도관, 및 전구체 소스로부터 상기 증착 챔버로 부가 전구체를 운반하기 위한 제 2 도관을 포함하는 노즐이며,
    상기 제 1 및 제 2 도관 내의 전구체는 상기 상부 입구로부터 배출될 때 까지 서로로부터 격리되는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 도관 및 상기 제 2 도관의 적어도 일 부분이 상기 노즐 내에 동심으로 정렬되어 있는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 도관은 상기 노즐의 중앙 축선과 공동 정렬되는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 입구는 상기 증착 챔버로 유입되는 상기 반응 래디컬 가스를 분산하기 위한 배플을 포함하는 노즐인,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 배플은 상기 반응 래디컬 가스를 상기 노즐로부터 반지름 외측 방향으로 지향시키는 플레어형 원형 단부를 가지는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 측부 입구는 상기 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포되는 12 개 내지 80 개의 노즐을 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 측부 입구는 다수의 측부 노즐을 포함하고, 상기 다수의 측부 노즐 중두 개 이상이 상이한 길이를 가지는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 측부 입구는 제 1 및 제 2 세트의 노즐을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 세트의 노즐의 각각의 세트는 상기 증착 챔버로 상이한 유전체 전구체를 공급하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  17. 실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템으로서,
    증착 챔버,
    상기 증착 챔버 내에 상기 실리콘 기판을 홀딩하기 위한 기판 스테이지로서, 상기 실리콘 산화물 층의 형성 동안 상기 실리콘 기판을 회전시키는, 기판 스테이지,
    상기 증착 챔버에 결합되고 원자 산소 전구체를 발생시키기 위해 이용되는, 원격 플라즈마 발생 시스템, 및
    전구체 분배 시스템을 포함하며,
    상기 전구체 분배 시스템은,
    (ⅰ) 상기 기판 스테이지 위에 위치설정되는 하나 이상의 상부 입구로서, 상기 원자 산소 전구체가 상기 상부 입구를 통하여 상기 증착 챔버로 공급되는, 하나 이상의 상부 입구, 및
    (ⅱ) 하나 또는 그 초과의 실리콘 함유 전구체를 상기 증착 챔버로 유입시키기 위한 다수의 측부 입구로서, 상기 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포되고 상기 기판 위로 연장하고, 상기 다수의 측부 입구의 바닥을 따라 위치되는 측벽 개구들이 상기 하나 또는 그 초과의 실리콘 함유 전구체를 상기 실리콘 기판을 향하여 하방으로 지향시키도록 구성되는, 다수의 측부 입구를 포함하는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 증착 챔버로 공급되는 상기 원자 산소 전구체 및 상기 하나 또는 그 초과의 실리콘 함유 전구체로부터 상기 증착 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 인-시츄 플라즈마 발생 시스템을 더 포함하는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 다수의 측부 입구는 제 1 실리콘 함유 전구체를 상기 증착 챔버로 공급하는 제 1 세트의 노즐, 및 상기 제 1 실리콘 함유 전구체와 상이한 제 2 실리콘 함유 전구체를 공급하는 제 2 세트의 노즐을 포함하는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 노즐은 상기 제 2 세트의 노즐과 상이한 길이를 가지는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 실리콘 함유 전구체는 실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 디에틸실란, 테트라메틸오르쏘실리케이트(TMOS), 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS), 옥타메틸트리실록산(OMTS), 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS), 테트라메틸사이클로테트라실록산(TOMCATS), DMDMOS, DEMS, 메틸트리에쏙시실란(MTES), 페닐디메틸실란, 및 페닐실란을 포함하는 그룹으로부터 선택되는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 다수의 측부 입구는 상기 제 1 및 제 2 실리콘 함유 가스와 상이한 하나 이상의 부가 실리콘 함유 가스를 공급하는 하나 또는 그 초과의 부가 노즐을 포함하는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 원자 산소 전구체를 발생시키기 위해 상기 원격 플라즈마 발생 시스템으로 공급되는 산소 함유 전구체를 포함하며, 상기 산소 함유 전구체는 분자 산소, 오존, 및 이산화질소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는,
    실리콘 기판상에 실리콘 산화물 층을 형성하기 위한 시스템.
  24. 기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템으로서,
    증착 챔버,
    상기 증착 챔버 내에 상기 기판을 홀딩하기 위한 기판 스테이지,
    상기 증착 챔버로 결합되고 반응 래디컬을 포함하는 유전체 전구체를 발생시키기 위해 이용되는, 원격 플라즈마 발생 시스템, 및
    하나 이상의 상부 입구, 천공판, 및 상기 증착 챔버로 부가 유전체 전구체를 유입시키기 위한 다수의 측부 입구를 포함하는 전구체 분배 시스템으로서, 상기 다수의 측부 입구의 바닥을 따라 위치되는 측벽 개구들이 상기 부가 유전체 전구체를 상기 기판을 향하여 하방으로 지향시키도록 구성되며, 상기 천공판이 상기 상부 입구와 상기 측부 입구 사이에 위치설정되고 상기 측부 입구가 상기 기판 스테이지 주위에 방사형으로 분포되며, 상기 반응 래디컬을 포함하는 유전체 전구체가 상기 천공판 내의 개구를 통하여 상기 증착 챔버에 분배되는, 전구체 분배 시스템을 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  25. 기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템으로서,
    증착 챔버,
    상기 증착 챔버 내에 상기 기판을 홀딩하기 위한 기판 스테이지,
    상기 증착 챔버로 결합되고 반응 래디컬을 포함하는 제 1 유전체 전구체를 발생하기 위해 이용되는, 원격 플라즈마 발생 시스템, 및
    부가 유전체 전구체를 상기 증착 챔버로 유입시키기 위한 방사형 전구체 매니폴드를 포함하는 전구체 분배 시스템으로서, 상기 매니폴드가 상기 기판 스테이지 위에 위치설정되고 상기 기판 스테이지 주위에 축방향으로 정렬되는 다수의 방사형 분포 도관을 포함하며, 상기 도관 각각이 다수의 측벽 개구를 포함하며, 상기 부가 유전체 전구체가 상기 측벽 개구를 통과하여 상기 증착 챔버로 유입되어 상기 제 1 유전체 전구체와 혼합되며, 상기 측벽 개구가 상기 부가 유전체 전구체를 상기 기판을 향하여 하방으로 지향시키도록 구성되는, 전구체 분배 시스템을 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 도관의 각각에 형성된 측벽 개구는 상기 도관의 길이를 따라 공동 직선 상에 정렬되는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  27. 삭제
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 방사형 전구체 매니폴드는 외부 고리형 전구체 링 및 내부 고리형 전구체 링을 포함하며, 상기 외부 고리형 전구체 링 및 상기 내부 고리형 전구체 링은 동심으로 정렬되고, 상기 하나 이상의 도관은 상기 외부 고리형 전구체 링에 결합되는 선단부 및 상기 내부 고리형 전구체 링에 결합되는 말단부를 가지는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 방사형 전구체 매니폴드는 상기 외부 고리형 전구체 링에 결합되는 선단부 및 상기 내부 고리형 전구체 링을 통하여 연장하는 말단부를 가지는 하나 이상의 도관을 포함하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 방사형 전구체 매니폴드는 상부 유입구와 천공판 아래 위치설정되고, 상기 부가 유전체 전구체와 혼합되기 전에 상기 제 1 유전체 전구체가 상기 천공판을 통과하는,
    기판상에 유전체 층을 형성하기 위한 시스템.
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
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