KR101542267B1 - 규소 함유 막의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계, 반응 챔버 내로 하나 이상의 규소 함유 화합물을 주입하는 단계; 반응 챔버 내로 하나 이상의 가스상 공-반응물을 주입하는 단계; 및 기판, 규소 함유 화합물, 및 가스상 반응제를 550 ℃ 이하의 온도에서 반응시켜 기판 위에 증착된 규소 함유 막을 획득하는 단계를 포함하는 규소 함유 막 형성 방법이다. 반응 챔버 내에 규소 웨이퍼를 도입하는 단계; 반응 챔버 내에 규소 함유 화합물을 도입하는 단계; 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼지하는 단계; 및 규소 웨이퍼 위의 질화규소 막의 단분자층의 형성에 적합한 조건 하에서 질소 함유 가스상 공-반응물을 도입하는 단계를 포함하는 질화규소 막의 제조 방법이다.

Description

규소 함유 막의 형성 방법{METHOD OF FORMING SILICON-CONTAINING FILMS}
<관련 출원의 상호참조>
본 출원은 2007.09.18에 출원된 미국 가특허 출원 제60/973,210호의 권리를 주장하며, 그의 개시 내용은 본원에 참조문헌으로 도입되었다.
<기술분야>
본 발명은 일반적으로 반도체 제조 분야, 더욱 구체적으로 규소 함유 막의 형성 방법에 관한 것이다. 특히 더욱 구체적으로, 본 발명은 규소 전구체 및 가스상 공-반응물을 사용한 규소 함유 막 형성 방법에 관한 것이다.
상보형 금속-산화물-반도체(CMOS) 장치의 전단부 제조에 있어서는, 각 금속-산화물-반도체(MOS) 트랜지스터의 게이트 전극 상에 질화규소(SiN) 등의 부동화 막이 형성된다. 이 SiN 막은 각 트랜지스터의 파괴 전압을 증가시키기 위하여(다결정질 규소 또는 금속 층들 등의) 게이트 전극의 상단면 및 측면에 증착된다. 400 ℃ 이하의 온도에 도달하기 위하여 그러한 SiN 막의 증착 온도를 감소시키려는 시도가 이루어졌다. 그러나, 400 ℃ 미만의 온도에서 증착된 SiN 막은 일반적으로 막 품질이 좋지 않다. 이 문제를 극복하기 위하여, 이산화규소(SiO2) 막을 사용하여 SiN 막 특성(즉, "듀얼 스페이서")을 보강함으로써, 장치의 성능을 상당히 개선할 수 있는 효율적인 전기 장벽층이 만들어질 수 있게 하는 것이 제안되었다.
SiO2 막은 좁은 트렌치 격리(STI)층, 층 간 절연(ILD)층, 부동화층, 에칭 정지층과 같은 다양한 기능에 도입되었다. 저온에서, 예컨대, 400 ℃ 미만에서 이 SiO2 층의 증착 공정을 개선하는 것이 바람직하다. 듀얼 스페이서 적용예의 경우에, 낮은 증착 온도(예컨대, 300 ℃)에서 수행되는 매우 얇은(예컨대, 20-50 옹스트롬(Å) 두께의) 막의 증착은 금속 전극의 산화를 초래하지 않을 수 있으며, 게이트를 따르는 모든 곳에서 균일할 수 있다. 그러한 요구에는 원자층 증착 공정이 일반적으로 적합하다. STI 적용예에 관한 한, 등각 필름이 500 ℃ 미만에서 높은 증착 속도(분 당 수백 Å)로 증착될 수 있다.
높은 증착 속도를 얻기 위해서, 화학적 기상 증착(CVD) 및/또는 원자 층 증착(ALD) 공정에서의 원하는 증착 조건 하에서의 반응성, 즉, 규소 원, 공-반응물 및 기판 표면 간의 반응성을 개선하기 위하여 새로운 분자를 고려할 수 있다. ALD 의 경우, 최소 입체 장애는 분자가 반응할 수 있는 부위의 수를 최대화하기 위해서 고려되어야 할 하나의 변수이다.
본원에 개시된 발명은
a) 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계,
b) 상기 반응 챔버 내에 하나 이상의 규소 함유 화합물을 주입하는 단계;
c) 상기 반응 챔버 내에 하나 이상의 가스상 공-반응물을 주입하는 단계; 및
d) 550 ℃ 이하의 온도에서 기판, 규소 함유 화합물, 및 가스상 공-반응물을 반응시켜 기판 위에 증착된 실리콘 함유 막을 획득하는 단계를 포함하는 규소 함유 막 형성 방법이다.
몇몇 실시태양에서, 상기 방법은 규소 함유 화합물을 추가적으로 포함하며 상기 규소 함유 화합물은 아미노실란, 디실릴아민(disiliylamine), 실란 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 아미노실란은 화학식 (R1R2N)xSiH4 -X를 가지는 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 식에서 R1 및 R2는 독립적으로 H, C1-C6 선형, 분지형 또는 환형 탄소 사슬, 또는 트리메틸실릴과 같은 실릴기이며, x는 1 또는 2이다. 다르게는, 아미노실란은, 화학식 Lx SiH4 -x를 가지는 화합물을 포함하며, 상기 식에서 L은 C3-C12 환형 아미노 리간드이며 x는 1 또는 2이다. 디실릴아민은 화학식 (SiH3)2NR을 가지는 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 식에서 R은 독립적으로 H, C1-C6 선형, 분지형 또는 환형 탄소 사슬이다. 상기 실란은 화학식 (SiH3)nR을 가지는 화합물을 포함할 수 있으며 이 때, n은 1 내지 4를 포함하고, R은 H, N, NH, O, SO3CF3, CH2, C2H4, SiH2, SiH 및 Si로 구성된 군에서 선택된다. 공-반응물은 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 산소 및 질소를 모두 포함하는 가스, 또는 산소 및 질소를 포함하는 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 산소 함유 가스는 오존, 산소, 수증기, 과산화수소, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 질소 함유 가스는 암모니아, 질소, 히드라진, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 가스 혼합물은 암모니아 및 산소를 포함할 수 있다. 공-반응물은 산화 질소를 포함할 수 있다.
본 방법은 산소 또는 질소 라디칼을 포함하는 공-반응물을 발생시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 공-반응물을 발생시키는 단계는 산소 또는 질소 라디칼을 발생하는데 적합한 조건 하에서 산소 함유 또는 질소 함유 화합물을 플라즈마에 노출하는 것을 포함한다. 일 실시태양에서, 플라즈마는 반응 챔버 내에서 발생된다. 대체 실시태양에서, 라디칼은 반응 챔버 내로 공급되거나, 반응 챔버 내에서 발생되거나, 또는 둘 다이다.
본 방법은 a, b, c, d, 또는 이들의 조합 단계 후에 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼지하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 또는 이들의 조합을 포함한다.
본 방법은 원하는 규소 함유 막 두께가 얻어질 때까지 b) 내지 d)의 단계를 반복하는 것을 추가적으로 포함할 수 있다. 본 방법은 b), c) 및/또는 d)의 단계를 수행하기에 앞서, 기판을 반응 챔버 내에 도입한 후 반응 챔버 내에서 기판을 추가적으로 가열할 수 있으며, 상기 기판은 반응 챔버 온도 이하의 온도로 가열된다.
상기 기판은 반도체 장치의 제조에 사용되는 규소 웨이퍼(또는 SOI), 그 위에 증착된 층, 액정 표시 장치의 제조에 사용되는 유리 기판, 또는 그 위에 증착된 층을 포함할 수 있다.
본 방법은 상기 b), c), 또는 두 단계 모두를 하나 이상의 화합물 및/또는 가스의 불연속적 주입에 의해 수행하는 것을 추가적으로 포함할 수 있다. 반응 챔버 내에서 펄스된 화학적 기상 증착 또는 원자층 증착이 수행될 수 있다.
일 실시태양에서, 반응 챔버 내에서 규소 함유 화합물 및 가스상 공-반응물의 동시 주입이 수행될 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 반응 챔버 내에서 규소 함유 화합물 및 가스상 공-반응물의 교대 주입이 수행될 수 있다. 그리고 또 다른 실시태양에서, 규소 함유 화합물 또는 가스상 공-반응물이 또 다른 화합물 및/또는 하나 이상의 가스상 공-반응물의 주입 전에 기판의 표면 위에 흡착된다.
규소 함유 막은 1 Å/주기 이상의 증착 속도로 형성될 수 있으며, 반응 챔버 압력이 0.1 내지 1000 torr(13 내지 1330 kPa)일 수 있다.
일 실시태양에서, 가스상 공-반응물은 산소와 오존을 오존 대 산소의 비율이 20 용적% 미만이 되도록 포함한다. 대체 실시태양에서, 가스상 공-반응물은 암모니아와 히드라진을 히드라진 대 암모니아의 비율이 15 용적% 미만이 되도록 포함하는 가스 혼합물이다.
일 실시태양에서, 규소 함유 화합물은 트리실릴아민(TSA)(SiH3)3N; 디실록산(DSO)(SiH3)2; 디실릴메틸아민(DSMA) (SiH3)2NMe; 디실릴에틸아민(DSEA) (SiH3)2NEt; 디실릴이소프로필아민(DSIPA) (SiH3)2N(iPr); 디실릴tert부틸아민(DSTBA) (SiH3)2N(tBu); 디에틸아미노실란 SiH3NEt2; 디이소프로필아미노실란 SiH3N(iPr)2; 디tert부틸아미노실란 SiH3N(tBu)2; 실릴피페리딘 또는 피페리디노실란 SiH3(pip); 실릴피롤리딘 또는 피롤리디노실란 SiH3(pyr); 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) SiH2(NEt2)2; 비스(디메틸아미노)실란(BDMAS) SiH2(NMe2)2; 비스(tert-부틸아미노)실란(BTBAS) SiH2(NHtBu)2; 비스(트리메틸실릴아미노)실란(BITS) SiH2(NHS iMe3)2; 비스피페리디노실란 SiH2(pip)2; 비스피롤리디노실란 SiH2(pyr)2; 실릴 트리플레이트 SiH3(OTf); 디트리플라토실란 SiH2(OTf)2; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
반응 챔버 내에 규소 웨이퍼를 도입하는 단계;
반응 챔버 내에 규소 함유 화합물을 도입하는 단계;
반응 챔버를 불활성 가스로 퍼지하는 단계; 및
규소 웨이퍼 위의 질화규소 막의 단분자층의 형성에 적합한 조건 하에서 질소 함유 가스상 공-반응물을 반응 챔버 내에 도입하는 단계를 포함하는 질화규소 막 제조 방법 또한 본원에 개시되었다.
반응 챔버 내에 규소 웨이퍼를 도입하는 단계;
반응 챔버 내에 규소 함유 화합물을 도입하는 단계;
반응 챔버를 불활성 가스로 퍼지하는 단계; 및
규소 웨이퍼 위의 산화규소 막의 단분자층의 형성에 적합한 조건 하에서 산소 함유 가스상 공-반응물을 반응 챔버 내에 도입하는 단계를 포함하는 산화규소 막 제조 방법 또한 본원에 개시되었다.
본 발명의 바람직한 실시태양의 상세한 설명을 위해 수반되는 도면이 참고될 것이다.
도 1은 막 형성 방법의 불활성 가스 퍼지 단계의 개시시에 사용되는 막 형성 장치의 개략도이다.
도 2는 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계의 개시시의 도 1의 막 형성 장치의 개략도이다.
도 3은 공-반응물 혼합된 가스 펄스의 개시시의 도 1의 막 형성 장치의 개략도이다.
도 4는 규소 함유 막을 포함하는 금속 산화물 트랜지스터(MOS) 트랜지스터의 측면도이다.
특정 용어들이 다음의 명세서 및 청구항 전체에서 특정한 시스템 요소를 지칭하기 위해 사용된다. 이 명세서는 명칭은 상이하나 기능은 그렇지 않은 성분들을 구분하도록 의도하지 않았다.
다음의 논의 및 청구항에서, 용어 "포함" 및 "함유"는 제한이 없는 방식으로 사용되었고, 따라서 "포함하나, 여기에 제한되지 않는..."을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본원에서 사용되는, 약어, "Me"는 메틸기를 의미; 약어, "Et"는 에틸기를 의미; 약어, "Pr"는 프로필기를 의미; 약어, "iPr"는 이소프로필기를 의미한다.
본원에 개시된 것은 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법이다. 일 실시태양에서, 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계; 상기 반응 챔버 내에 하나 이상의 규소 함유 화합물을 주입하는 단계; 상기 반응 챔버 내에 하나 이상의 가스상 공-반응물을 주입하는 단계; 및 550 ℃ 이하의 온도에서 기판, 규소 함유 화합물, 및 가스상 공-반응물을 반응시켜 기판 위에 증착된 규소 함유 막을 획득하는 단계를 포함한다. 일 실시태양에서, 규소 함유 막은 산화규소, 다르게는 질화규소, 다르게는 산화규소 및 질화규소을 모두 포함한다. 본원에 개시된 방법은 규소 함유 화합물의 공 반응제 및 기판에 대한 반응성을 최대화하기 위하여 550 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
규소 함유 화합물은 아미노실란, 디실릴아민, 실란, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
일 실시태양에서, 규소 함유 화합물은 화학식 (R1R2N)xSiH4 -X를 가지는 아미노실란을 포함하며, 상기 식에서 R1 및 R2는 독립적으로 H, C1-C6 선형, 분지형 또는 환형 탄소 사슬, 또는 트리메틸실릴과 같은 실릴기이며, x는 1 또는 2이다. 다르게는, 규소 함유 화합물은 화학식 LxSiH4 -x를 가지는 는 아미노실란을 포함하며, 상기 식에서, L은 C3-C12 환형 아미노 리간드이며 x는 1 또는 2이다. 다르게는, 규소 함유 화합물은 화학식 (SiH3)2NR을 가지는 디실릴아민을 포함하며 상기 식에서, R 은 독립적으로 H, C1-C6 선형, 분지형 또는 환형 탄소 사슬이다. 다르게는, 규소 함유 화합물은 화학식 (SiH3)nR을 가지는 실란을 포함하며 이 때 n은 1 내지 4를 포함하고, R은 H, N, NH, O, SO3CF3, CH2, C2H4, SiH2, SiH 및 Si로 구성된 군에서 선택된다. 본 명세서에서 사용되기에 적합한 규소 함유 화합물의 예는 트리실릴아민(TSA)(SiH3)3N; 디실록산(DSO)(SiH3)2; 디실릴메틸아민(DSMA) (SiH3)2NMe; 디실릴에틸아민(DSEA) (SiH3)2NEt; 디실릴이소프로필아민(DSIPA) (SiH3)2N(iPr); 디실릴tert부틸아민(DSTBA) (SiH3)2N(tBu); 디에틸아미노실란 SiH3NEt2; 디이소프로필아미노실란 SiH3N(iPr)2; 디tert부틸아미노실란 SiH3N(tBu)2; 실릴피페리딘 또는 피페리디노실란 SiH3(pip); 실릴피롤리딘 또는 피롤리디노실란 SiH3(pyr); 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) SiH2(NEt2)2; 비스(디메틸아미노)실란(BDMAS) SiH2(NMe2)2; 비스(tert-부틸아미노)실란(BTBAS) SiH2(NHtBu)2; 비스(트리메틸실릴아미노)실란(BITS) SiH2(NHS iMe3)2; 비스피페리디노실란 SiH2(pip)2; 비스피롤리디노실란 SiH2(pyr)2; 실릴 트리플레이트 SiH3(OTf); 디트리플라토실란 SiH2(OTf)2; 또는 이들의 조합을 포함하며 그러나 이에 한정되지 않는다.
공-반응물은 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 산소 및 질소를 모두 포함하는 가스; 또는 산소 함유 및 질소 함유 화합물을 모두 가지는 가스 혼합물과 같은 가스상 물질을 포함할 수 있다
일 실시태양에서, 공-반응물은 산소 함유 가스를 포함한다. 본 명세서에서 사용되기에 적합한 산소 함유 가스는 오존; 산소 분자; 증발된 물; 과산화수소, 또는 이들의 조합물을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 일 실시태양에서, 공-반응물은 질소 함유 가스를 포함한다. 본 명세서에서 사용되기에 적합한 질소 함유 가스는 암모니아; 질소; 히드라진; 또는 이들의 조합물을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 일 실시태양에서 공-반응물은 가스 또는 가스 혼합물을 포함하며, 가스 및/또는 가스 혼합물은 질소와 산소를 모두 포함한다. 본원에서 사용되기에 적합한 이러한 화합물의 예는 산화 질소 및 암모니아와 산소의 혼합물을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
일 실시태양에서, 공-반응물은 오존과 산소의 혼합물을 포함한다. 그러한 실시태양에서, 오존:산소 비는 30 용적퍼센트(vol) 미만, 다르게는 5 용적% 내지 20 용적%이다. 몇몇 실시태양에서, 공-반응물은 예컨대, 질소와 같은 불활성 가스로 희석된 오존 및 산소의 혼합물을 포함한다. 일 실시태양에서, 가스상 공-반응물은 히드라진의 암모니아에 대한 비가 15 용적%, 다르게는 2 용적% 내지 15 용적%로 암모니아 및 히드라진을 포함하는 가스 혼합물이다. 몇몇 실시태양에서, 공-반응물은 이온화 가스(즉, 플라즈마)에 노출되는 경우 반응하여 라디칼을 형성할 수도 있는 가스상의 산소 함유 및/또는 질소-함유 화합물을 포함한다.
가스상 공-반응물은 규소 함유 화합물과 반응하여 기판 위에 증착되어 규소 함유 막을 형성하는 물질을 생성할 수 있다. 예컨대, 공-반응물은 오존 및 산소의 혼합물; 플라즈마 내 산소의 들뜸에서 형성된 산소 라디칼을 포함하는 가스; 오존, 산소 및 질소, 아르곤, 또는 헬륨과 같은 불활성 가스의 혼합물; 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 이러한 가스 혼합물의 오존 농도는 0.1 용적% 내지 20 용적%일 수 있다. 반응 챔버의 조건 하에서, 산소 함유 가스는 규소 함유 화합물을 산화시켜 기판 위에 막으로서 증착되는 산화규소으로 전환할 수 있다.
다르게는, 공-반응물은 질소 함유 가스를 포함하고, 질소 함유 가스는 규소 함유 화합물을 질화하여 질화규소으로 전환한다. 이 질소 함유 가스는 암모니아; 암모니아의 들뜸으로부터 형성된 질소 함유 라디칼을 포함하는 가스; 가스상 암모니아 및 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 가스의 혼합물; 또는 이들의 조합물일 수 있다.
일 실시태양에서, 규소 함유 막 형성 방법은 기판을 반응 챔버 내에 제공하는 것을 포함한다. 반응 챔버는 증착 방법이 일어나는 장치 내의 임의의 폐쇄 용기 또는 챔버, 한정하지 않는 예로써, 저온벽 타입 반응기, 고온벽 타입 반응기, 단일-웨이퍼 반응기, 다중-웨이퍼 반응기, 또는 재료가 반응하여 막을 형성하기에 적합한 조건 하의 다른 타입의 증착 시스템일 수 있다. 당 분야에 공지된 임의의 적절한 기판이 이용될 수 있다. 예컨대, 기판은 반도체 장치의 제조에 사용되는 규소 웨이퍼(또는 규소-온-인슐레이터(SOI) 웨이퍼), 또는 그 위에 증착된 층, 또는 액정 표시 장치의 제조에 사용되는 유리 기판, 또는 그 위에 증착된 층일 수 있다. 일 실시태양에서, 게이트 전극이 그 위에 형성된 반도체 기판은 특히, 산화규소 막이 게이트 파괴 전압을 개선시키기 위한 목적으로 사용되는 경우에 기판으로 사용된다. 일 실시태양에서, 기판은 임의의 추가적인 물질의 도입 전에 반응 챔버 내에서 가열될 수 있다. 기판은 반응 챔버 온도 이하의 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 기판은 적어도 50 ℃ 및 최대 550 ℃, 다르게는 200 ℃ 내지 400 ℃, 다르게는 250 ℃ 내지 350 ℃의 온도로 가열될 수 있다.
본 방법은 반응 챔버 내에 하나 이상의 규소 함유 화합물을 도입하는 것을 추가적으로 포함할 수 있다. 규소 함유 화합물은 임의의 적절한 기술(예컨대, 주입)에 의해서 반응 챔버에 도입될 수 있으며 본원 상기에 개시된 타입일 수 있다.
일 실시태양에서 본 방법은 하나 이상의 공-반응물을 반응 챔버 내에 도입하는 것을 추가적으로 포함할 수 있으며 상기 공-반응물은 가스상 일 수 있고 본원 상기에 개시된 타입일 수 있다. 공-반응물은 반응 챔버에 임의의 적절한 방법, 예컨대, 주입을 이용하여 도입될 수 있다. 규소 함유 화합물 및/또는 가스상 공-반응물은 반응기 내에 펄스로 도입될 수 있다. 규소 함유 화합물은 예컨대, 상온에서 그것이 기체일 때 실린더에서 반응 챔버 내로 펄스될 수 있다. 규소 함유 화합물은 SiH2(NEt2)2의 경우와 같이 상온에서 액체일 때, 버블러(bubbler) 기술을 이용하여 챔버 내로 펄스될 수 있다. 구체적으로, 규소 함유 화합물 용액은 용기 내에 위치하며, 필요한 경우 가열되고, 용기 내에 위치한 불활성 가스 버블러 튜브를 사용하여 불활성 가스를 그를 통하여 버블링 함으로서 불활성 가스(예컨대, 질소, 아르곤, 헬륨)에 연행되고, 그리고 챔버 내로 도입된다. 액체 질량 흐름 조절기 및 기화기의 조합 또한 사용될 수 있다. 가스상 규소 함유 화합물의 펄스는 반응 챔버 내로, 예컨대, 분당 0.1 내지 100 표준 세제곱센티미터(sccm)의 유속으로 0.1 내지 10 초간 전달될 수 있다. 산소 함유 가스의 펄스는 반응 챔버 내로, 예컨대, 10 내지 1000 sccm의 유속으로 0.1 내지 10 초간 전달될 수 있다.
기판, 규소 함유 화합물, 및 공 반응제는 그 후 기판 위에 증착된 규소 함유 막을 형성하기 위해 반응 챔버 내에서 반응할 수 있다. 일 실시태양에서, 기판, 규소 함유 화합물 및 공-반응물의 반응은 550 ℃ 이하의 온도에서 기판 위에 규소 함유 막이 형성되도록 충분한 시간 기간 동안 일어난다. 규소 함유 막의 기판 위에의 증착은 증착 방법에 적절한 조건 하에서 수행된다. 한정하지는 않는 적절한 증착 방법의 예로, 기존 CVD, 저압 화학 기상 증착(LPCVD), 원자층 증착(ALD), 펄스 화학 기상 증착(P-CVD), 플라즈마 강화 원자층 증착(PE-ALD), 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 일 실시태양에서, 규소 함유 화합물 및/또는 공-반응물은 불연속적으로, 예컨대, 불연속적 주입에 의해 반응 챔버 내에 도입된다. 대체 실시태양에서, 규소 함유 화합물 및 공-반응물은 동시에 반응 챔버 내에 도입된다. 또 다른 실시태양에서, 규소 함유 화합물 및/또는 공-반응물은 다른 규소 함유 화합물 및/또는 공-반응물이 반응 챔버 내에 도입되기 전에 기판의 표면 위에 존재한다.
일 실시태양에서, 본 방법은 규소 함유 화합물, 가스상 공-반응물, 또는 둘 모두의 도입 후에 반응 챔버 내로 불활성 가스를 도입하는 것을 추가적으로 포함한다. 불활성 가스는 당업자에게 공지되어 있으며, 예컨대, 질소, 헬륨, 아르곤, 및 이들의 조합을 포함한다. 불활성 가스는 반응 챔버의 퍼지에 충분한 시간 기간 동안 충분한 양으로 도입될 수 있다.
반응 챔버 내 조건은 당업자에 의해 본 명세서의 도움으로 공정의 필요에 부응하여 조절될 수 있다. 일 실시태양에서, 반응 챔버 내 압력은 0.1 내지 1000 torr(13 내지 1330 kPa), 그리고 다르게는 0.1 내지 10 torr(133 내지 1330 kPa)일 수 있다. 다르게는, 반응 챔버 내의 압력이 500 torr 미만, 100 torr 미만, 다르게는 2 torr 미만일 수 있다.
일 실시태양에서, 본원에 개시된 방법은 기판 위에 규소 함유 막의 형성을 가져온다. 막의 두께는 사용자가 원하는 막 두께가 얻어질 때까지 기판에 상기 개시한 방법을 반복적으로 적용함으로써 증가될 수 있다. 일 실시태양에서, 규소 함유 막의 증착 속도는 1 Å/주기 이상이다.
일 실시태양에서, 기판 위의 규소 함유 막 제조 방법은 기판을 반응 챔버 내에 도입하는 것을 포함한다. 기판이 반응 챔버 내에 도입된 후에, 챔버 내의 가스는 감압 하 및 50 내지 550 ℃의 기판 온도에서 먼저 불활성 가스(예컨대, 질소)를 반응 챔버 내에 도입함으로서 퍼지된다. 그 후, 동일한 온도 및 감압 하에서, 가스상 규소 함유 화합물의 펄스가 반응 챔버 내로 전달되고 이 규소 함유 화합물의 매우 얇은 층이 기판 위에 흡착에 의해서 형성된다. 그 후에 반응하지 않은(흡착되지 않은) 규소 함유 화합물을 그로부터 퍼지하기 위해서 반응 챔버 내로의 불활성 가스의 공급이 뒤따르게 되고, 그 후에 하나의 가스상 공-반응물의 펄스가 반응 챔버 내로 전달된다. 가스상 공-반응물은 반응하여 산화규소, 질화규소, 또는 둘 모두를 포함하는 규소 함유 막을 생성한다. 불활성 가스는 그 후 반응 챔버 내로 주입되어 반응하지 않은 생성물을 퍼지할 수 있다. 이 실시태양에서, 규소 함유 막은, 이 불활성 가스 퍼지, 가스상 규소 함유 화합물 펄스, 불활성 가스 퍼지, 및 공-반응물 펄스 순서를 반복함으로서 원하는 두께로 기판 위에 형성된다.
다르게는, 기판이 반응 챔버 내로 도입된 후에, 챔버 내의 가스는 먼저 불활성 가스를 감압 하 및 기판 온도 50 내지 550 ℃에서 반응 챔버 내로 공급함에 의해 퍼지된다. 암모니아로 구성될 수 있는 공-반응물은 그 후 연속적으로 도입될 수 있다. 규소 함유 화합물(예컨대, 실란)은 순차적으로 도입되고 기판의 표면 위에 화학 흡착된다. 과량의 실란을 배출하기에 충분한 시간 기간 동안 반응 챔버를 불활성 가스로 퍼지하고 난 후, 플라즈마는 활성화되어 라디칼과 같은 들뜬 종들의 생성을 야기한다. 규소 함유 화합물, 가스상 공-반응물, 및 기판은 본 명세서에서 상기에 개시한 타입의 규소 함유 막을 형성하기에 충분한 시간 기간 동안 플라즈마와 접촉될 수 있다. 플라즈마의 활성화 동안 형성된 들뜬 종들은 매우 짧은 수명을 가지고 결과적으로 플라즈마의 불활성화 후에 급격하게 사라질 것이다. 결과적으로, 플라즈마 불활성화 이후에 반응 챔버의 불활성 가스를 이용한 퍼지는 필요하지 않을 수 있다. 이 실시태양에서, 한 주기는 규소 함유 화합물의 한 번의 펄스, 퍼지 가스의 한 번의 펄스, 및 플라즈마가 활성화되는 하나의 단계로 구성된다.
본원에 따른 규소 함유 막 형성 방법은 하기에 상세하게 기재된다.
일 실시태양에서, 본 방법은 하나 이상의 가스상 공-반응물 및 일반식(R1R2N)xSiH4-x (여기서, x는 1 또는 2이며, 상기 R1 및 R2는 독립적으로 H 또는 C1-C6 선형, 분지형 또는 환형 탄소 사슬임)의 아미노실란의 사용을 포함하며, 반응기 내로 연속적으로 또는 ALD 공정을 통한 주입과 같이 펄스로 독립적으로 도입된다. 아미노실란은 알킬아미노실란, 예컨대, 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS); 비스(디메틸아미노)실란(BDMAS); 또는 비스(트리메틸실릴아미노)실란(BITS)일 수 있다. 아미노실란은 기판의 표면 위에 흡착된다. 불활성 가스를 사용하여 아미노실란을 반응기로부터 배출하기에 충분한 퍼지 시간 후에, 산소/오존 가스 혼합물(통상적으로 산소 내 오존 5-20 용적%), 산소, 수분 및/또는 과산화수소(H2O2), 암모니아 또는 이들의 조합물로 구성될 수 있는, 가스상 공-반응물이 펄스로서 도입된다. 그렇다면 한 주기는 아미노실란의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 가스상 공 반응제의 한 펄스 및 퍼지 가스의 한 펄스로 구성된다. 주기는 목표하는 두께를 달성하는데 필요한 만큼 반복될 수 있다. 필요한 주기의 수는 목표 두께에 좌우되며, 주어진 실험 조건 하에서 얻어진 주기 당 증착 속도를 고려하여, 본 발명에 기초하여 당업자에 의해 결정될 수 있다. 이 실시태양에서, 작동 압력은 0.1 내지 100 Torr(13 내지 13300 Pa), 증착 온도는 실온 내지 500 ℃ 이하일 수 있다. 매우 낮은 탄소 및 수소 함량을 가지는, 고품질 막은 0.1~10 Torr(13 내지 1330 Pa) 압력에서 200 내지 550 ℃에서 증착될 수 있다.
다른 실시태양에서, 가스상 공-반응물(예컨대, 암모니아)는 연속적으로 도입된다. 아미노실란(예컨대, BDEAS)는 순차적으로 도입될 수 있으며 기판의 표면 위에 화학 흡착될 수 있다. 과량의 아미노실란을 반응 챔버로부터 불활성 가스를 사용하여 배출하기에 충분한 퍼지 시간이 경과한 후에, 플라즈마는 활성화되고, 라디칼과 같은 들뜬 종을 생성한다. 규소 함유 막을 형성하기에 충분한 시간 기간 후에, 플라즈마는 불활성화된다. 플라즈마 활성화 동안 형성된 들뜬 종들은 매우 짧은 수명을 가지고 따라서 플라즈마 불활성화 후에 급격히 사라질 것이다. 결과적으로, 플라즈마 불활성화에 이어 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼지하는 것은 필요하지 않을 수 있다. 그렇다면 한 주기는 아미노실란의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 및 플라즈마가 활성화되는 한 단계로 구성된다.
일 실시태양에서, 기판 위의 규소 함유 막 형성 방법은 하나 이상의 가스상 공 반응제 및 일반식 LxSiH4 -x(여기서, L은 C3-C12 환형 아미노 리간드이며 x는 1 또는 2임)을 가지는 하나 이상의 아미노실란의 사용을 포함한다. 가스상 공-반응물 및 아미노실란은 반응기 내로 연속적으로 또는 펄스로, 예컨대, ALD 공정을 통한 주입으로, 독립적으로 도입된다. 일 실시태양에서, 아미노실란은 피페리디노실란 SiH3(pip), 디피롤리디노실란 SiH2(pyr)2, 디피페리디노실란 SiH2(pip)2, 피롤리디노실란 SiH3(pyr)이다. 아미노실란은 기판의 표면 위에 흡착된다. 후속적으로, 불활성 가스는 불활성 가스를 사용하여 아미노실란을 반응기로부터 배출하는데 충분한 시간 기간 동안 반응 챔버로 도입될 수 있다. 가스상 공-반응물은 그 후 반응 챔버 내로 펄스로 도입될 수 있다. 가스상 공-반응물은 산소/오존 가스 혼합물(통상적으로 산소 내 오존: 5-20 용적%), 산소, 수분 및/또는 과산화수소(H2O2), 암모니아 또는 이들의 조합물로 구성될 수 있다. 그렇다면 한 주기는 아미노실란의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 가스상 공-반응제의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스로 구성된다. 주기는 목표 두께를 달성하는데 필요한 만큼 반복될 수 있다. 필요한 주기의 수는 목표 두께에 따라 결정될 것이며, 주어진 실험 조건에서 얻어진 주기 당 증착 속도를 고려하여, 본 발명에 기초하여 당업자에 의해 결정될 수 있다. 0.1-100 Torr(13 내지 13300 Pa)의 작동 압력에서, 증착 온도는 실온 내지 500 ℃까지 일 수 있다. 매우 낮은 탄소 및 수소 함량을 가지는, 고품질 막은 0.1-10 Torr(13 내지 1330 Pa)의 압력에서 200 내지 550 ℃에서 증착될 수 있다.
다른 실시태양에서, 암모니아로 구성될 수 있는, 가스상 공-반응물은 연속적으로 도입된다. 아미노실란(예컨대, SiH3(pip))이 순차적으로 도입되어 기판의 표면 위에 화학 흡착된 후에 반응 챔버를 퍼지하기 위해 불활성 가스가 사용될 수도 있다. 불활성 가스는 반응기로부터 과량의 아미노실란을 배출하기에 충분한 시간 기간 동안 존재할 수 있다. 불활성 가스로 퍼지한 후에, 플라즈마는 라디칼과 같은 들뜬 종들을 생성하도록 활성화될 수 있다. 층을 형성하기에 충분한 시간 기간 후에, 플라즈마는 불활성화된다. 플라즈마 활성화 동안 형성된 들뜬 종들은 매우 짧은 수명을 가지고 따라서 플라즈마 불활성화 후에 급격히 사라질 것이다. 결과적으로, 플라즈마 불활성화에 이어 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼지하는 것은 필요하지 않을 수 있다. 그렇다면 한 주기는 아미노실란의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 및 플라즈마가 활성화되는 한 단계로 구성된다.
일 실시태양에서, 기판 위의 규소 함유 막 형성 방법은 하나 이상의 가스상 공-반응물 및 일반식 (SiH3)2NR(여기서, 상기 R 는 독립적으로 H, C1-C6 선형, 분지형 또는 환형 탄소 사슬임)을 가지는, 하나 이상의 디실릴아민의 사용을 포함하며 반응기 내로, 연속적으로, 또는 펄스로서, 예컨대, ALD 공정을 통해서 독립적으로 도입된다. 일 실시태양에서, 디실릴아민은 디실릴에틸아민(SiH3)2NEt, 디실릴이소프로필아민(SiH3)2N(iPr), 또는 디실릴tert-부틸아민(SiH3)2NtBu이다. 디실릴아민은 기판의 표면 위에 흡착된다. 가스상 공-반응물은 그 후 반응 챔버 내로 펄스로 도입될 수 있다. 가스상 공-반응물은 산소/오존 가스 혼합물(통상적으로 산소 내 오존: 5-20 용적%), 산소, 수분 및/또는 과산화수소(H2O2), 암모니아 또는 이들의 조합물로 구성될 수 있다. 그렇다면 한 주기는 디실릴아민의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 가스상-공 반응제의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스로 구성된다. 주기는 목표 두께를 달성하는데 필요한 만큼 반복될 수 있다. 필요한 주기의 수는 목표 두께에 따라 결정될 것이며, 주어진 실험 조건에서 얻어진 주기 당 증착 속도를 고려하여, 본 발명에 기초하여 당업자에 의해 결정될 수 있다. 0.1-100 Torr(13 내지 13300 Pa)의 작동 압력에서, 증착 온도는 실온 내지 500 ℃까지 일 수 있다. 매우 낮은 탄소 및 수소 함량을 가지는, 고품질 막은 0.1-10 Torr(13 내지 1330 Pa)의 압력에서 200 내지 550 ℃에서 증착될 수 있다.
다른 실시태양에서, 가스상 공-반응물(예컨대, 암모니아)는 연속적으로 도입된다. 디실릴아민(예컨대, (SiH3)2NEt)이 순차적으로 도입되어 기판의 표면 위에 화학 흡착된 후에, 반응 챔버를 퍼지하기 위해 불활성 가스가 사용될 수도 있다. 불활성 가스는 반응기로부터 과량의 디실릴아민을 배출하기에 충분한 시간 기간 동안 존재할 수 있다. 불활성 가스로 퍼지한 후에, 플라즈마는 라디칼과 같은 들뜬 종들을 생성하도록 활성화될 수 있다. 규소 함유 막을 형성하기에 충분한 시간 주기 후에, 플라즈마는 불활성화된다. 플라즈마 활성화 동안 형성된 들뜬 종들은 매우 짧은 수명을 가지고 따라서 플라즈마 불활성화 후에 급격히 사라질 것이다. 결과적으로, 플라즈마 불활성화에 이어 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼지하는 것은 필요하지 않을 수 있다. 그렇다면 한 주기는 디실릴아민의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 및 플라즈마가 활성화되는 한 단계로 구성된다.
일 실시태양에서, 기판 위의 규소 함유 막 형성 방법은 ALD 체제(regime) 내의 촉매의 가능한 사용과 함께, 하나 이상의 가스상으로 전달된 공-반응물 및 일반식 (SiH3)xR(여기서, x는 1 내지 4에서 변화할 수 있고, 상기 R은 H, N, O, SO3CF3, CH2, CH2-CH2, SiH2, SiH 및 Si로 구성된 군에서 선택됨)을 가지는 실란(실란, 디실란, 트리실란, 트리실릴아민)의 사용을 포함한다. 아미노실란은 기판의 표면 위에 흡착된다. 가스상 공-반응물은 그 후 반응 챔버 내로 펄스로 도입될 수 있다. 가스상 공-반응물은 산소/오존 가스 혼합물(통상적으로 산소 내 오존: 5-20 용적%), 산소, 수분 및/또는 과산화수소(H2O2), 암모니아 또는 이들의 조합물로 구성될 수 있다. 그렇다면 한 주기는 실란의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 가스상-공 반응제의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스로 구성된다. 주기는 목표 두께를 달성하는데 필요한만큼 반복될 수 있다. 필요한 주기의 수는 목표 두께에 따라 결정될 것이며, 주어진 실험 조건에서 얻어진 주기 당 증착속도를 고려하여, 본 발명에 기초하여 당업자에 의해 결정될 수 있다. 0.1-100 Torr(13 내지 13300 Pa)의 작동 압력에서, 증착 온도는 실온 내지 500 ℃ 이하일 수 있다. 매우 낮은 탄소 및 수소 함량을 가지는, 고품질 막은 0.1-10 Torr(13 내지 1330 Pa)의 압력에서 200 내지 550 ℃에서 바람직하게 증착된다.
다른 실시태양에서, 가스상 공-반응물은 연속적으로 도입된다. 실란이 순차적으로 도입되어 기판의 표면 위에 화학 흡착된 후에 반응 챔버를 퍼지하기 위해 불활성 가스가 사용될 수도 있다. 불활성 가스는 반응기로부터 과량의 실란을 배출하기에 충분한 시간 기간 동안 존재할 수 있다. 불활성 가스로 퍼지한 후에, 플라즈마는 라디칼과 같은 들뜬 종들을 생성하도록 활성화될 수 있다. 규소 함유 막을 형성하기에 충분한 시간 기간 후에, 플라즈마는 불활성화된다. 플라즈마 활성화 동안 형성된 들뜬 종들은 매우 짧은 수명을 가지고 따라서 플라즈마 불활성화 후에 급격히 사라질 것이다. 결과적으로, 플라즈마 불활성화에 이어 불활성 가스로 반응 챔버를 퍼지하는 것은 필요하지 않을 수 있다. 그렇다면 한 주기는 실란의 한 펄스, 퍼지 가스의 한 펄스, 및 플라즈마가 활성화되는 한 단계로 구성된다.
도 1에, 본원의 상기에 개시된 막 형성 방법에서 사용되는 막 형성 장치(10)의 개략도가 도시된다. 막 형성 장치(10)는 반응 챔버(11); 불활성 가스(예컨대, 질소 가스) 공급원인 불활성 가스 실린더(12); 가스상 규소 함유 화합물의 공급원인 규소 함유 화합물 가스 실린더(13); 및 공-반응물 실린더(14)를 포함한다. 일 실시태양에서, 막 형성 장치(10)은 단일-웨이퍼 장치로 사용될 수 있다. 이러한 실시태양에서, 서셉터는 반응 챔버(11) 내에 배치될 수 있고 일 반도체 기판, 예컨대, 규소 기판은 그 위에 장착될 수 있다. 히터는 반도체 기판을 특정 반응 온도로 가열하기 위하여 서셉터 내부에 마련될 수 있다. 다른 실시태양에서, 막 형성 장치(10)는 배치형 장치로 사용될 수 있다. 이러한 실시태양에서, 반응 챔버(11) 내부에 5 내지 200 개의 반도체 기판이 있을 수 있다. 배치형 장치 내의 히터는 단일 웨이퍼 장치 내의 히터와 상이한 구조를 가질 수 있다.
질소 가스 실린더(12)는 라인(L1)을 통해 반응 챔버(11)와 유체 소통한다. 라인(L1)에는 차단 밸브(V1)와 유량 제어기, 예컨대 질량 유동 제어기(MFC1)가 배치된다. 차단 밸브(V2) 또한 라인(L1) 내에 배치되며 반응 챔버(11)과 유체 소통한다.
반응 챔버는 배출 라인(L2)를 거쳐 진공 펌프(PMP)와 또한 유체 소통한다. 압력 게이지(PG1), 배압 제어용 버터플라이 밸브(BV), 및 차단 밸브(V3)는 라인(L2) 내에 배치된다. 진공 펌프(PMP)는 해독 장치(15)와 라인(L3)을 통해서 유체 소통한다. 해독 장치(15)는 가스 종과 그들의 농도에 따라서, 예컨대, 연소형 해독 장치 또는 건식형 해독 장치일 수 있다.
규소 함유 화합물 가스 실린더(13)는 라인(L4)를 통해서 라인(L1)과 유체소통하며, 상기 라인(L4)는 차단 밸브(V2)와 질량 유동 제어기(MFC1) 사이에서 라인(L1)을 연결한다. 차단 밸브(V4), 질량 유동 제어기(MFC2), 압력 게이지(PG2), 및 차단 밸브(V5)는 라인(L4) 내에 배치된다. 규소 함유 화합물 가스 실린더(13)는 또한 라인(L4)와 분기 라인(L4')을 통해서 라인(L2)과 유체소통한다. 분기 라인(L4')은 진공 펌프(PMP)와 차단 밸브(V3) 사이에서 라인(L2)을 연결한다. 차단 밸브(V5')는 분지 라인(L4') 내에 배치된다. 차단 밸브들(V5 및 V5')의 상태는 하나가 열려 있는 경우 다른 하나는 닫혀 있도록 동기화된다.
공-반응물 실린더(14)는 높은 반응성을 가지는 분자 발생기(16)과 라인(L5)를 통해 유체 소통한다. 차단 밸브(V6) 및 질량 유동 제어기(MFC3)은 라인(L5) 내에 배치한다. 발생기(16)는 라인(L6)를 통해서 라인(L1)과 유체 소통하며, 상기 라인(L6)은 차단 밸브(V2)와 질량 유동 제어기(MFC1) 사이에서 라인(L1)을 연결한다. 높은 반응성을 가지는 분자 농도 센서(OCS), 압력 게이지(PG3), 및 차단 밸브(V7)는 라인(L6) 내에 배치된다. 발생기(16)은 또한 라인(L2)과 라인(L6) 및 분기 라인(L6')을 통해서 유체 소통한다. 분기 라인(L6')는 진공 펌프(PMP)와 차단 밸브(V3) 사이에서 (L2)를 연결한다. 차단 밸브(V7')는 분기 라인(L6') 내에 배치된다. 차단 밸브들(V7 및 V7')의 상태는 하나가 열려 있는 경우 다른 하나는 닫혀 있도록 동기화된다.
발생기(16)은 라인(L6)으로 흐르는 공-반응물 및 높은 반응성을 가지는 분자가 혼합된 가스를 생산한다. 일정한 공-반응물 가스 공급 유속에서, 혼합 가스 내의 높은 반응성을 가지는 분자의 농도의 조절은 발생기(16)에 적용되는 압력 및 동력에 좌우된다. 높은 반응성을 가지는 분자의 농도는 따라서, 높은 반응성을 가지는 분자 농도 센서(OCS)로 높은 반응성을 가지는 분자의 농도를 측정하고, 이렇게 측정된 값에 기초하여 발생기(16)에 적용되는 동력 및 도관 압력을 조절함으로서 조절된다.
일 실시태양에서, 막 형성 장치(10)를 사용하는 규소 함유 막 형성 방법이 개시된다. 일반적으로, 본 방법은 다음의 단계, 즉 질소 가스 퍼지, 규소 함유 화합물 가스 펄스, 또 다른 질소 가스 퍼지, 및 공-반응물이 혼합된 가스 펄스를 포함한다.
일 실태양에서, 질소 가스 퍼지 단계는 반응 챔버(11) 내에서 처리 기판, 예컨대, 반도체 웨이퍼를 서셉터 위에 장착하고 서셉터에 포함된 온도 조절자를 사용하여 반도체 웨이퍼를 50 ℃ 내지 400 ℃의 온도로 가열함으로서 개시된다. 도 1은 질소 가스 퍼지 단계 동안의 막 형성 장치(10)의 구성을 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 차단 밸브(V5 및 V7)는 닫히고 다른 차단 밸브들(V1 내지 V4, V6, V5' 및 V7')은 모두 열린다. 닫힌 조절 밸브는 도 1에 빗금으로 나타나 있으며, 열린 조절 밸브들은 백색으로 나타나 있다. 이하에, 하기의 설명에서 차단 밸브의 상태는 같은 방법으로 나타나 있다.
반응 챔버(11) 내부의 가스를 진공 펌프(PMP)의 작동에 의해 배기 라인(L2)를 통해서 배기하는 동안, 질소 가스는 질소 가스 실린더(12)로부터 라인(L1)을 통해서 반응 챔버(11)로 도입된다. 질소 가스의 공급 유속은 질량 유량 제어기(MFC1)에 의해 조절된다. 따라서 질소 가스 퍼지는 반응 챔버(11) 내부의 가스를 배기하고 반응 챔버(11) 내부로 질소 가스를 공급함으로서 원하는 진공(예컨대, 0.1 내지 1000 torr)에서 수행되어, 반응 챔버(11) 내부는 질소 가스로 대체된다.
질소 가스 퍼지 단계 동안, 규소 함유 화합물 가스는 질량 유량 제어기(MFC2)에 의해 조절된 공급 유속으로 규소 함유 화합물 가스 실린더(13)로부터 라인(L4)으로 연속적으로 공급된다. 차단 밸브(V5)는 닫히고, 다른 차단 밸브(V5')는 열려서, Si 함유 화합물 가스가 반응 챔버(11)로 공급되지 않고 오히려 라인들(L4 및 L4')을 거쳐서 배기 라인(L2)로 공급되어 배기되게 한다.
추가적으로, 질소 가스 퍼지 단계 동안, 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물은 실린더(14)로부터 라인(L5)를 거쳐서 발생기(16)으로 연속적으로 공급되어, 질량 유량 제어기(MFC3)에 의해 조절된 공급 유속 하에서 불안정한 분자들(예컨대, 오존, 히드라진)을 발생한다. 원하는 동력 수준이 발생기(16)에 적용되고, 불안정한 분자를 원하는 농도로 함유하는 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물(혼합 가스)는 발생기(16)으로부터 라인(L6)로 공급된다. 불안정한 분자 농도는, 불안정한 분자(들)와 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물의 혼합 가스가 이를 통해 흐르는 라인(L6) 내에서 제공되는 농도 센서(OCS)로 측정된다. 일 실시태양에서, 반응 챔버는 반응 챔버 내에 불안정한 분자들(예컨대, 라디칼)의 형성을 위한 장비를 포함한다. 예컨대, 반응 챔버는, 활성화된 경우 반응 챔버 내부에 플라즈마를 발생하는 하나 이상의 플라즈마원을 포함할 수 있다. 더욱이, 플라즈마원은 사용자 및/또는 공정이 원하는 값으로 플라즈마 동력이 조절될 수 있도록 조절 가능한 전원을 가질 수 있다. 이러한 플라즈마 원 및 전원은 당업자에게 공지되어 있다. 적용된 동력 및 발생기(16)의 도관 압력의 피드백 조절은 나타난 측정 값에 기초하여 수행된다. 차단 밸브(V7)는 닫히고, 다른 차단 밸브(V7')는 열려서, 혼합 가스가 반응 챔버(11)로 공급되지 않고 오히려 라인들(L6 및 L6')을 거쳐서 배기 라인(L2)로 공급되어 배기되게 한다.
도 2는 Si 함유 화합물 가스 펄스 단계의 시작 시 막 형성 장치(10)의 구성을 나타낸다. 차단 밸브(V5')는 닫히고, 이 공정과 동기화로, 차단 밸브(V5)는 열린다. 원하는 기간의 시간 후에, 이 차단 밸브(V5 및 V5') 각각의 상태는 반대로 된다. 차단 밸브(V5)가 열리는 사이에, 규소 함유 화합물 가스 실린더(13)로부터의 규소 함유 화합물 가스는 유속 조절 하에서 라인(L4)로부터 라인(L1)으로 공급되고, 질소 가스와 함께 반응 챔버(11) 내로 펄스된다. 이러한 펄스는 반응 챔버(11) 내의 서셉터 위에 장착된 반도체 웨이퍼의 가열된 표면 위에 규소 함유 화합물의 대략적인 단분자층 흡착을 야기한다.
규소 함유 화합물 가스 펄스가 전달된 후에, 질소 가스 퍼지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 차단 밸브(V5)를 닫고 차단 밸브(V5')를 열어서 수행된다. 질소 가스 퍼지 후에, 반응 챔버(11)에 남아있는 반응하지 않은 규소 함유 화합물은 질소 가스를 사용하여 배기되고 반응 챔버(11)의 내부는 다시 질소 가스로 대체된다.
도 3은 공-반응물이 혼합된 가스 펄스의 시작시의 막 형성 장치(10)의 구성을 나타낸다. 차단 밸브(V7')는 닫히고, 이 공정과 동기화로, 차단 밸브(V7)는 열린다. 원하는 기간의 시간 후에, 이 차단 밸브(V7 및 V7') 각각의 상태는 반대로 된다. 차단 밸브(V7)가 열리는 사이에, 불안정한 분자(들) 및 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물의 가스는 라인(L6)로부터 라인(L1)으로 공급되고, 질소 가스와 함께 반응 챔버(11) 내로 펄스된다. 이러한 펄스의 결과로서, 반응 챔버(11) 내의 서셉터 위에 장착된 반도체 웨이퍼의 가열된 표면 위에 흡착된 규소 함유 화합물이 불안정한 분자(들) 및 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물의 혼합 가스와 반응한다. 규소 함유 화합물과 불안정한 분자(들) 및 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물의 혼합 가스의 반응은 반도체 웨이퍼 표면 위의 규소 함유 화합물 막의 대략적인 단분자층 형태의 형성을 야기한다.
원하는 두께의 규소 함유 막은 1) 질소 가스 퍼지 단계, 2) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 3) 질소 가스 퍼지 단계 및 4) 공-반응물이 혼합된 가스 펄스의 단계를 포함하는 주기를 반복하여 반도체 웨이퍼의 표면 위에 형성된다. 공-반응물이 혼합된 가스 펄스의 전달 후에, 질소 가스 퍼지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 차단 밸브(V7)를 닫고 차단 밸브(V7')를 열어서 수행된다. 질소 가스가 퍼지된 후에, 반응 챔버(11)에 남아있는 반응 부생성물과 불안정한 분자(들) 및 가스상으로 전달된 하나 이상의 공-반응물의 혼합 가스는 질소 가스를 사용하여 배기되고 반응 챔버(11)의 내부는 다시 질소 가스로 대체된다.
상기에 개시된 바와 같이, 상온에서 가스상인 규소 함유 화합물은 도 1 내지 3에 나타난 막 형성 장치를 사용한 형성의 예로 사용된다. 다른 실시태양에서, 상온에서 액상인 규소 함유 화합물, 예컨대, BDEAS가 사용될 수도 있다. 이러한 실시태양에서, 가스상 규소 함유 화합물은 버블러 과정을 사용하여 반응 챔버(11) 내로 여전히 도입될 수 있다. 예컨대, 버블러는 도 1 내지 3에 나타난 규소 함유 화합물 가스 실린더(13) 대신에 제공될 수 있다. 버블러는 질소 가스 운반 라인(L1) 내의 밸브(V1)의 상류에서 분지된 분기 라인에 연결될 수 있으며, 가스 실린더(12)로부터의 질소는 규소 함유 화합물 액체를 통해서 버블링되어 반응 챔버(11)로 공급될 수 있어, 본원의 상기에 개시된 방법이 수행될 수 있다.
일 실시태양에서, 하나의 반응제는 연속적으로 도입될 수 있으며 다른 반응제는 펄스(펄스-CVD 체제)로 도입될 수 있다. 이러한 실시태양에서, 대략 단분자층 형상의 규소 함유 막, 예컨대, 산화규소 막의 형성은 먼저 규소 함유 화합물의 흡착을 유도함으로서 발생한다. 이는 본원에서 상기에 기술한 바와 같이 가열된 처리 기판의 표면 위에 규소 함유 화합물 가스의 펄스를 전달하는 것에 의하여 달성되었다. 불활성 가스(예컨대, 질소 가스)는 그 후 공-반응물 혼합 가스(예컨대, 오존 + 산소 혼합 가스)의 펄스를 전달하는 것에 앞서 반응 챔버를 퍼지하는데에 사용된다. 혼합 가스 내 오존의 강력한 산화 작용에 의해 처리 기판의 표면 위에 흡착된 규소 함유 화합물의 철저한 산화는 대략적으로 단분자층 형상의 규소 함유 막 (예컨대, 산화규소 막)의 형성을 가능케 한다. 추가적으로, 산화 반응 후의 불활성 가스 퍼지(예컨대, 질소 가스 퍼지)가 형성된 산화규소 막에 의해 반응 챔버 내의 수분의 흡착을 예방할 수 있다.
도 4는 본원에 개시된 타입의 규소 함유 층(예컨대, SiO2 층)을 포함하는 금속 산화물 반도체(MOS) 트랜지스터(100)의 측면도이다. MOS 트랜지스터(100)은 웨이퍼(107), 드레인(105), 소스(106), 게이트(101), 금속 전극(102) 및 규소 함유 막(103)을 포함한다. 웨이퍼(107) 위에, 게이트(101)가 드레인(105) 및 소스(106) 사이의 위에 위치한다. 금속 전극(102)는 게이트(101) 위에 증착된다. SiO2 막과 같은 규소 함유 막(103)은 게이트(101) 및 금속 게이트 전극(102)의 측단에 측 방향으로 위치한다. 규소 함유 막(103)은 또한 소스(106) 및 드레인(105)의 상단 위에 증착된다.
일 실시태양에서, 본원에 개시된 방법은 특히 각 주입 사이에 질소 퍼지를 하는 ALD 공정을 사용하여 증착된 경우에, 높은 일치성(즉, 홈(trench)의 상단 및 하단에 균일한 막을 증착하는 능력)을 가지는 규소 함유 막을 생산한다. 이러한 막, 즉, 표면 위의 공간을 모두 메우고 균일한 Si 함유 층을 제공하는 막은 갭 필 적용 또는 다이나믹 랜덤 엑세스 메모리(DRAM)의 축전기 전극에 유용할 수 있다.
본 발명의 다양한 추가적인 실시태양들의 상세한 설명을 위해, 하기의 실시예들이 제공된다.
<실시예>
도 1 내지 3에 나타난 막 형성 장치(10)가 하기의 실시예 1A-F에서 사용되었다.
실시예1A
규소 웨이퍼를 반응 챔버(11)의 서셉터 위에 위치하였고 웨이퍼를 500 ℃까지 가열하였다. 산화규소 막을 후술하는 조건을 이용하여 본원에 개시된 바에 따라 1) 질소 가스 퍼지 단계, 2) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 3) 질소 가스 퍼지 단계, 및 4)오존 + 산소 혼합 가스 펄스 단계를 포함하는 주기를 반복하여 형성하였다:
1) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
2) 규소 함유 화합물 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·Si 화합물 가스: 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) 가스
·BDEAS 가스 공급 유속: 2 sccm
·BDEAS 펄스 시간: 1 초
3) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
4) 오존 + 산소 혼합 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·오존 + 산소 혼합 가스(5 %오존 농도)의 공급 유속: 20 sccm
·혼합 가스 펄스 시간: 2 초
실시예1B
규소 웨이퍼를 반응 챔버(11)의 서셉터 위에 위치하였고 웨이퍼를 550 ℃까지 가열하였다. 질화규소 막을 후술하는 조건을 이용하여 본원에 개시된 바에 따라 1) 질소 가스 퍼지 단계, 2) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 3) 질소 가스 퍼지 단계, 및 4) 히드라진 + 암모니아 혼합 가스 펄스 단계를 포함하는 주기를 반복하여 형성하였다:
1) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
2) 규소 함유 화합물 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·규소 함유 화합물 가스: 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) 가스
·BDEAS 가스 공급 유속: 2 sccm
·BDEAS 펄스 시간: 1 초
3) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
4) 히드라진 + 암모니아 혼합 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·히드라진 + 암모니아 혼합 가스(3 %오존 농도)의 공급 유속: 20 sccm
·혼합 가스 펄스 시간: 2 초
실시예1C
규소 웨이퍼를 반응 챔버(11)의 서셉터 위에 위치하였고 웨이퍼를 500 ℃까지 가열하였다. 산화규소 막을 후술하는 조건을 이용하여 본원에 개시된 바에 따라 1) 질소 가스 퍼지 단계, 2) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 3) 질소 가스 퍼지 단계, 및 4) 플라즈마를 작동하면서 산소 펄스하는 단계를 포함하는 주기를 반복하여 형성하였다:
1) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
2) 규소 함유 화합물 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·Si 화합물 가스: 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) 가스
·BDEAS 가스 공급 유속: 2 sccm
·BDEAS 펄스 시간: 1 초
3) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
4) 산소 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·산소 혼합 가스의 공급 유속: 20 sccm
·산소 펄스 시간: 2 초
·플라즈마 동력: 100 W
실시예1D
규소 웨이퍼를 반응 챔버(11)의 서셉터 위에 위치하였고 웨이퍼를 500 ℃까지 가열하였다. 질화규소 막을 후술하는 조건을 이용하여 본원에 개시된 바에 따라 1) 질소 가스 퍼지 단계, 2) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 3) 질소 가스 퍼지 단계, 4) 플라즈마를 작동하면서 암모니아 펄스하는 단계를 포함하는 주기를 반복하여 형성하였다:
1) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
2) 규소 함유 화합물 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·규소 함유 화합물 가스: 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) 가스
·BDEAS 가스 공급 유속: 2 sccm
·BDEAS 펄스 시간: 1 초
3) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
4) 암모니아 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 3 torr
·암모니아의 공급 유속: 20 sccm
·혼합 가스 펄스 시간: 2 초
·플라즈마 동력: 350 W
실시예1E
규소 웨이퍼를 반응 챔버(11)의 서셉터 위에 위치하였고 웨이퍼를 150 ℃까지 가열하였다. 산화규소 막을 산소가 반응 챔버(11) 내에 연속적으로 흐르게 하고 후술하는 조건을 이용하여 본원에 개시된 바에 따라 1) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 2) 질소 가스 퍼지 단계, 및 3) 플라즈마 작동 단계를 포함하는 주기를 반복하여 형성하였다.
1) 규소 함유 화합물 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 1 torr
·규소 함유 화합물 가스: 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) 가스
·BDEAS 가스 공급 유속: 2 sccm
·BDEAS 펄스 시간: 1 초
2) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 1 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
3) 플라즈마 작동
·반응 챔버 내의 압력: 1 torr
·플라즈마 작동 시간: 2 초
·플라즈마 동력: 100 W
실시예1F
규소 웨이퍼를 반응 챔버(11)의 서셉터 위에 위치하였고 웨이퍼를 500 ℃까지 가열하였다. 질화규소 막을 암모니아가 반응 챔버(11) 내에서 유속 20 sccm으로 연속적으로 흐르게 하고 후술하는 조건을 이용하여 본원에 개시된 바에 따라 1) 규소 함유 화합물 가스 펄스 단계, 2) 질소 가스 퍼지 단계, 및 3) 플라즈마 작동 단계를 포함하는 주기를 반복하여 형성하였다.
1) 규소 함유 화합물 가스 펄스
·반응 챔버 내의 압력: 1 torr
·규소 함유 화합물 가스: 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS) 가스
·BDEAS 가스 공급 유속: 2 sccm
·BDEAS 펄스 시간: 1 초
2) 질소 가스 퍼지
·반응 챔버 내의 압력: 1 torr
·질소 가스 공급 유속: 130 sccm
·질소 가스 퍼지 시간: 6 초
3) 플라즈마 작동
·반응 챔버 내의 압력: 1 torr
·플라즈마 작동 시간: 2 초
·플라즈마 동력: 350 W
실시예2 A-F
400 ℃로 가열된 반응 챔버(11)내의 서셉터 상에 규소 웨이퍼를 위치시켜 규소 웨이퍼를 가열한 것을 제외하고는 실시예 1A-F에 기재된 바와 유사한 방법을 사용하여 규소 함유 막을 형성하였다.
실시예3 A-F
300 ℃로 가열된 반응 챔버(11)내의 서셉터 상에 규소 웨이퍼를 위치시켜 규소 웨이퍼를 가열한 것을 제외하고는 실시예 1A-F에 기재된 바와 유사한 방법을 사용하여 규소 함유 막을 형성하였다.
규소 함유 막의 두께를 실시예 1 내지 3의 각 주기(실시예 1에서는 50 주기를 수행하였다)에서 측정하였다. 규소 함유 막은 실시예 1 내지 3에서, 0.8-1.5 Å/주기의 속도로 잠복기 없이 두께를 양호하게 제어하면서 형성할 수 있었다.
또한, 실시예 3에서 생성된 규소 함유 막에 대해 200 주기(웨이퍼 온도: 300 ℃) 후에 FT-IR 분석을 수행하였다.
BDEAS와 오존을 이용한 SiO2 막의 ALD 증착을 연구하였다. 도 1-3의 막 형성 장치를 사용하여 BDEAS 및 오존/산소의 혼합물을 이용하여 ALD에 의해 규소 및 이리듐 상에 막을 성공적으로 증착하였다.
챔버는 종래의 히터에 의해 가열되는 고온벽 반응기였다. 오존 발생기가 오존을 생성하였고 그 농도는 -0.01 MPaG에서 대략 150 g/m3이었다. 액체 아미노실란으로의 불활성 가스(질소)의 버블링에 의해 반응 챔버(11)로 BDEAS(비스(디에틸아미노)실란, SiH2(NEt2)2)를 도입하였다. 실험 조건은 다음과 같다:
·7.0 sccm O3
·93 sccm O2
·BDEAS: 1 sccm (1 내지 7 sccm의 범위)
·N2: 50 sccm
·200 내지 400 ℃ 범위의 온도
·작동 압력: 1 torr (0.1 내지 5 torr의 범위)
·퍼지 및 펄스 시간은 통상 각각 5초로 설정하였다.
·주기의 수는 통상 600 주기로 설정하였다.
증착 속도, 증착 온도, 막 품질 및 막 조성 등의 막 특징을 결정하기 위하여 실험을 수행하였다.
Si 웨이퍼 상에 SiO2 막을 200 ℃, 250 ℃, 300 ℃, 350 ℃, 및 400 ℃에서 증착하였다. 증착된 막은 오제(Auger) 심층 분석법에 따라 질소나 탄소를 포함하지 않았다.
SiO2 막의 증착 주기의 수를 다양하게 변경하고(예컨대, 350, 600, 및 900 주기 증착 테스트) 잠복기가 거의 무시가능할 정도로 있도록 증착된 SiO2 막을 검사하였다. 금속 전극의 가능한 산화를 관찰하기 위하여 이리듐 상에 증착을 수행하였다. 오제 프로파일은 ALD SiO2와 이리듐 기판 사이의 날카로운 계면을 보여주며, 이에 따라 금속 산화는 관찰되지 않았다.
실릴피롤리딘 및 오존을 사용한 SiO2 막의 ALD 증착을 실시예 4에 개시된 것과 유사한 조건을 사용하여 조사하였다. 300 ℃ 내지 350 ℃, 1 Torr에서 1.6 Å/주기의 증착 속도로 고품질 막을 획득하였다.
디에틸아미노실란 및 오존을 사용한 SiO2 막의 ALD 증착을 실시예 4에 개시된 것과 유사한 조건을 사용하여 조사하였다. 250 ℃ 내지 350 ℃, 1 Torr에서 1.4 Å/주기의 증착 속도로 고품질 막을 획득하였다.
실릴피롤리딘 및 히드라진을 사용한 SiN 막의 ALD 증착을 조사하였다. 실릴피롤리딘, N2, 및 히드라진/암모니아 혼합물을 번갈아 도입함으로써 ALD를 사용하여 규소 웨이퍼 상에 막들을 성공적으로 증착하였다.
챔버는 종래의 히터에 의해 가열되는 고온벽 관형 반응기였다. 액체 아미노실란으로의 불활성 가스(질소)의 버블링에 의해 가열로로 실릴피롤리딘을 도입하였다. 실험 조건은 다음과 같다:
·3.2 sccm 히드라진
·96.8 sccm 암모니아
·실릴피롤리딘: 1 sccm
·N2: 50 sccm
·300 내지 550 ℃ 범위의 온도
·작동 압력: 1 torr (0.1 내지 5 torr의 범위)
·퍼지 및 펄스 시간은 통상 각각 5초로 설정하였다.
·주기의 수는 통상 600 주기로 설정하였다.
생성된 SiN 막을 규소 웨이퍼 상에서 획득하였고, 오제 심층 분석법에 따라 질소나 탄소를 포함하지 않았다.
BDEAS와 암모니아를 이용한 SiN 막의 플라즈마 강화 ALD(PEALD) 증착을 조사하였다. 암모니아를 연속적으로 흐르게 하고, BDEAS를 번갈아 도입하고, N2를 퍼지하고, 및 플라즈마 전원을 작동시킴으로서 ALD를 사용하여 규소 상에 막을 성공적으로 증착하였다. 플라즈마의 소멸 후, 암모니아 유도 종들은 매우 짧은 수명을 가지는 바, 플라즈마를 끈 이후의 퍼지는 필요하지 않으며, 그럼으로서 주기 시간을 줄이고 따라서 처리량을 개선할 수 있다.
챔버는 시판되는 6" PEALD 반응기였다. 액체 아미노실란으로의 불활성 가스(질소)의 버블링에 의해 가열로로 BDEAS를 도입하였다. 실험 조건은 다음과 같다:
·100 sccm 암모니아
·BDEAS: 1 sccm
·N2: 50 sccm
·300 내지 550 ℃ 범위의 온도
·작동 압력: 1 Torr
·플라즈마 동력: 350 W
·퍼지 및 펄스 시간은 통상 각각 5초로 설정하였다.
·주기의 수는 통상 400 주기로 설정하였다.
생성된 SiN 막을 규소 웨이퍼 상에서 획득하였고, 오제 심층 분석법에 따라 질소나 탄소를 포함하지 않았다.
BDEAS와 산소를 이용한 SiO2 막의 PEALD 증착을 조사하였다. 산소를 연속적으로 흐르게 하고, BDEAS를 번갈아 도입하고, N2를 퍼지하고, 및 플라즈마 전원을 작동시킴으로서 ALD를 사용하여 규소 상에 막을 성공적으로 증착하였다. 플라즈마의 소멸 후, 산소 유래 종들은 매우 짧은 수명을 가지는 바, 플라즈마를 끈 이후의 퍼지는 필요하지 않아, 주기 시간을 줄이고 따라서 처리량을 개선할 수 있다.
챔버는 시파되는 6" PEALD 반응기였다. 액체 아미노실란으로의 불활성 가스(질소)의 버블링에 의해 가열로로 BDEAS를 도입하였다. 실험 조건은 다음과 같다:
·O2: 100 sccm
·BDEAS: 1 sccm
·N2: 50 sccm
·100 내지 400 ℃ 범위의 온도
·작동 압력: 1 Torr
·플라즈마 동력: 100 W
·퍼지 및 펄스 시간은 통상 각각 5초로 설정하였다.
·주기의 수는 통상 400 주기로 설정하였다.
SiO2 막을 규소 웨이퍼 상에서 획득하였고, 오제 심층 분석법에 따라 질소나 탄소를 포함하지 않았다.
BDEAS와 질소를 이용한 SiN 막의 PEALD 증착을 조사하였다. 질소를 연속적으로 흐르게 하고, BDEAS를 번갈아 도입하고, N2를 퍼지하고, 및 플라즈마 전원을 작동시킴으로써 ALD를 사용하여 규소 상에 막을 성공적으로 증착하였다. 플라즈마의 소멸 후, 질소 유래 종들은 매우 짧은 수명을 가지는 바, 플라즈마를 끈 이후의 퍼지는 필요하지 않으며, 그럼으로서 주기 시간을 줄이고 따라서 처리량을 개선할 수 있다.
챔버는 시판되는 6" PEALD 반응기였다. 액체 아미노실란으로의 불활성 가스(질소)의 버블링에 의해 가열로로 BDEAS를 도입하였다. 실험 조건은 다음과 같다:
·BDEAS: 1 sccm
·N2: 150 sccm
·300 내지 550 ℃ 범위의 온도
·작동 압력: 1 Torr
·플라즈마 동력: 450 W
·퍼지 및 펄스 시간은 통상 각각 5초로 설정하였다.
·주기의 수는 통상 500 주기로 설정하였다.
생성된 SiN 막을 규소 웨이퍼 상에서 획득하였고, 오제 심층 분석법에 따라 질소나 탄소를 포함하지 않았다.
실릴피롤리딘과 H2O2를 이용한 SiO2 막의 CVD 증착을 조사하였다. 하기의 실험 조건을 사용하여 실릴피롤리딘 및 H2O2를 연속적으로 흐르게 함으로써 CVD를 사용하여 규소 상에 막을 성공적으로 증착하였다:
·실릴피롤리딘: 1 sccm
·H2O2: 10 sccm
·N2: 20 sccm
·100 내지 500 ℃ 범위의 온도
·작동 압력: 300 Torr
SiO2 막을 규소 웨이퍼 상에서 획득하였고, 오제 심층 분석법에 따라 질소나 탄소를 포함하지 않았다.
본 발명의 실시태양이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 핵심과 교시를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 그 변형이 있을 수 있다. 개시된 실시태양과 본원에서 제공된 실시예들은 단지 예시적인 것으로 한계를 설정하는 것이 아니다. 본원에 개시된 본 발명의 많은 변경과 변형이 본 발명의 범위 안에서 가능하다. 따라서, 보호 범위는 상기에 제시된 설명에 의해 제한되지 않으며, 그 범위가 청구항의 대상물의 모든 동등물을 포함하는, 하기의 청구항에 의해서만 제한된다.

Claims (33)

  1. a) 반응 챔버와 그 내부에 배치되는 하나 이상의 기판을 제공하는 단계;
    b) 상기 반응 챔버 내에 하나 이상의 규소 함유 전구체를 주입하는 단계 - 상기 규소 함유 전구체는 실릴피페리딘[피페리디노실란, SiH3(pip)]; 실릴피롤리딘[피롤리디노실란, SiH3(pyr)]; 비스피페리디노실란[SiH2(pip)2]; 및 비스피롤리디노실란[SiH2(pyr)2]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 구성요소를 포함함 -;
    c) 상기 반응 챔버 내에 하나 이상의 공-반응물을 주입하는 단계;
    d) 550 ℃ 이하의 온도에서 상기 기판, 규소 함유 전구체, 및 공-반응물을 반응시켜, 상기 기판 위에 증착된 규소 함유 막을 획득하는 단계 - 상기 막은 원자층 증착 (ALD) 또는 플라즈마 강화 원자층 증착 (PECVD) 타입의 공정을 통해 증착됨 -;
    를 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공-반응물이 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 산소 및 질소를 모두 포함하는 가스, 또는 산소 및 질소를 모두 포함하는 가스 혼합물 중의 하나를 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 가스가 오존, 산소, 수증기, 과산화수소, 및 이들의 조합물 중의 하나를 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 질소 함유 가스가 암모니아, 질소, 히드라진, 및 이들의 조합물 중의 하나를 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가스 혼합물이 암모니아 및 산소를 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 공-반응물이 산화 질소인, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 산소 또는 질소 라디칼을 포함하는 공-반응물을 발생시키는 단계를 추가적으로 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공-반응물을 발생시키는 단계가 산소 함유 또는 질소 함유 화합물을 플라즈마에 노출시켜 산소 또는 질소 라디칼을 발생시키는 것을 포함하는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 규소 함유 막이 1 Å/주기 이상의 증착 속도로 형성되는, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버의 압력이 0.1 내지 1000 torr (13 내지 1330 kPa)인, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 공-반응물이 산소와 오존을 오존 대 산소의 비율이 20 부피% 미만이 되도록 포함하는 가스 혼합물인, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 공-반응물이 암모니아와 히드라진을 히드라진 대 암모니아의 비율이 15 부피% 미만이 되도록 포함하는 가스 혼합물인, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 규소 함유 막이 산화규소 막인, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 규소 함유 막이 질화규소 막인, 기판 위에 규소 함유 막을 형성하는 방법.
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