KR102298038B1 - 금속 합금 막을 증착하는 방법들 - Google Patents

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Abstract

제 1 금속과 제 2 금속의 합금 또는 혼합물을 형성하기 위해, 기판 상에 제 1 금속을 제공하기 위한 금속 전구체, 및 기판 상에 제 2 금속을 증착하기 위한 유기금속 환원제에 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계를 포함하는, 막들을 증착하는 방법들이 제공된다. 금속 전구체 및 유기금속 환원제에 대한 노출은 순서대로 또는 동시에 이루어질 수 있다.

Description

금속 합금 막을 증착하는 방법들{METHODS OF DEPOSITING A METAL ALLOY FILM}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로, 기판 표면 상에 막을 증착하기 위한 방법들 및 환원제들에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은, 기판 상에 티타늄 막을 증착하기 위한 방법들 및 환원제들에 관한 것이다.
[0002] 기판 표면 상의 박막들의 증착은, 반도체 프로세싱, 확산 배리어 코팅들, 및 자기 판독/기록 헤드들을 위한 유전체들을 포함하는 다양한 산업들에서 중요한 프로세스이다. 반도체 산업에서, 특히, 소형화는, 고 애스펙트 구조(high aspect structure)들 상에 등각(conformal) 코팅들을 생성하기 위해, 박막 증착의 원자 레벨 제어를 요구한다. 예컨대, TiAl은 45 nm 내지 20 nm 노드들에서의 평면(planar) 고-k 금속 게이트들에서 사용되었던 막이다.
[0003] 금속 막들(예컨대, 티타늄)은, 화학 기상 증착(CVD) 또는 순환 증착 프로세스들에 의해 증착될 수 있다. 예컨대, 기판은 환원제와 티타늄 유기금속 전구체의 혼합물에 노출될 수 있다. 환원제와 티타늄 유기금속 전구체의 반응은 기판 표면 상의 금속성 티타늄의 증착을 발생시킨다. 원자 층 증착(ALD)과 같은 순환 프로세스에서, 기판은, 예컨대, 기판의 표면에 흡착 또는 화학흡착(chemisorb)하는 티타늄 유기금속 전구체에 노출된다. 티타늄 유기금속 착물(complex)은, 적합한 환원제에 의해, 금속성 티타늄으로 환원될 수 있다. ALD 프로세스들에서, 금속 전구체 및 환원제는, CVD 프로세스에서 사용되는 가스 상 반응들을 방지하기 위해, 기판에 개별적으로 노출된다. 원자 층 증착 프로세스들은 알려진 두께를 갖는 막의 제어되는 증착을 발생시킬 수 있다.
[0004] 티타늄 합금 막들의 증착은 종종, 유기금속 환원제에 의한, 염화물을 함유하는 티타늄 전구체의 환원에 의해 달성된다. TiAl 합금을 증착하기 위한 하나의 일반적인 프로세스는, 알루미늄 및 티타늄을 포함하는 막을 제공하기 위해, 유기알루미늄(organoaluminum) 전구체와 티타늄 사염화물(TiCl4)의 반응을 수반한다. 그러나, 상이한 금속간(intermetallic) 막들을 증착하기 위한 방법들 및 전구체들에 대한 필요성이 본 기술분야에 존재한다.
[0005] 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들은 프로세싱 챔버에서 합금 막을 증착하는 방법들에 관한 것이다. 프로세싱 챔버 내에 기판이 위치된다. 기판 상에 제 1 금속을 제공하기 위해, 금속 할로겐화물 전구체에 기판의 적어도 일부가 노출된다. 프로세싱 챔버로부터, 반응되지 않은 금속 할로겐화물 전구체가 퍼징된다(purged). 기판 상에 제 2 금속을 증착하여, 제 1 금속과 제 2 금속의 합금을 생성하기 위해, 제 1 금속과 상이한 제 2 금속을 포함하는 유기금속 환원제에 기판 표면의 일부가 노출된다.
[0006] 본 발명의 부가적인 실시예들은 프로세싱 챔버에서 기판 상에 합금 막을 증착하는 방법들에 관한 것이다. 프로세싱 챔버 내에 기판이 위치된다. 제 1 금속 및 제 2 금속을 포함하는 합금 막을 증착하기 위해, 제 1 금속을 제공하기 위한 금속 할로겐화물 전구체, 및 제 1 금속과 상이한 제 2 금속을 포함하는 유기금속 환원제가 프로세싱 챔버 내로 동시에 유동된다.
[0007] 본 발명의 추가적인 실시예들은 프로세싱 챔버에서 기판 상에 합금 막을 증착하는 방법들에 관한 것이다. 프로세싱 챔버 내에 기판이 위치된다. 기판의 일부와 접촉하기 위해, 제 1 금속을 제공하기 위한 금속 할로겐화물 전구체가 프로세싱 챔버 내로 유동된다. 기판의 일부와 접촉하기 위해, 제 1 금속과 상이한 제 2 금속을 포함하는 유기금속 환원제가 프로세싱 챔버 내로 유동된다. 금속 할로겐화물 및 유기금속 환원제는, 동시에, 프로세싱 챔버의 상이한 구역들 내로 유동되고, 비활성 가스 커튼(curtain)에 의해 분리되어, 금속 할로겐화물과 유기금속 환원제의 가스 상 반응이 방지된다.
[0008] 본원에서 사용되는 바와 같은 "기판"은, 제조 프로세스 동안에 프로세싱이 수행되는, 임의의 기판 또는 재료 표면, 또는 기판 상에 형성된 막을 지칭한다. 예컨대, 프로세싱이 수행될 수 있는 기판 표면은, 애플리케이션에 따라, 재료들, 예컨대, 실리콘, 실리콘 산화물, 스트레인드(strained) 실리콘, SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어, 및 임의의 다른 재료들, 예컨대, 금속들, 금속 질화물들, 금속 합금들, 유전체들, 고-k 유전체들, 및 다른 전도성 재료들을 포함한다. 기판들은, 제한되지 않으면서, 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은, 예컨대, 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 수산화(hydroxylate), 어닐링, 및/또는 베이킹하기 위한 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 기판 그 자체의 표면에 대한 직접적인 막 프로세싱에 부가하여, 개시되는 막 프로세싱 단계들 중 임의의 것이 또한, 아래에서 더 상세히 개시되는 바와 같이, 기판 상에 형성된 하층에 대해 수행될 수 있고, "기판 표면"이라는 용어는, 문맥이 나타내는 바와 같이, 그러한 하층을 포함하도록 의도된다. "기판 표면"이라는 용어는, 전체 기판 표면, 또는 기판 표면의 일부를 지칭할 수 있다.
[0009] 기판들은, 다양한 치수들, 예컨대 200 mm 또는 300 mm 직경의 웨이퍼들, 뿐만 아니라, 직사각형 또는 정사각형 페인(pane)들을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들이 유용할 수 있는 기판들은, 반도체 웨이퍼들, 예컨대, 결정질 실리콘(예컨대, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘, 실리콘 게르마늄, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼들, III-V 재료들, 예컨대, GaAs, GaN, InP 등, 및 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 기판들은, 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 수산화, 어닐링, 및/또는 베이킹하기 위한 전처리 프로세스에 노출될 수 있다.
[0010] 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, N-금속 막들로서 적합할 수 있는 금속 합금들의 증착에 관련된 방법들이 제공된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 합금 막은 조정가능한 일 함수(work function)를 갖는다.
[0011] 막 증착은, 화학 기상 증착(CVD) 및 원자 층 증착(ALD)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 기법에 의해 이루어질 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제공되는 막들은, 저 탄소 함유량을 갖는, TiAl, TaAl, 또는 HfAl 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0012] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 막들은 ALD, CVD, PVD 프로세스를 사용하여 증착된다. CVD 프로세스에 관련된 실시예들에서, 기판은, 적절하게, 연속적으로 동시에, 또는 실질적으로 동시에, 하나 초과의 전구체에 노출될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동시에"라는 용어는, 하나의 컴포넌트와 다른 컴포넌트가 함께 유동되지(co-flowed) 않는 약간의 시간이 존재할 수 있지만, 하나의 컴포넌트의 대부분의 유동이 다른 컴포넌트의 유동과 오버랩핑(overlap)하는 것을 의미한다.
[0013] 다른 실시예들에서, 막들은, 원자 층 증착(ALD) 프로세스를 사용하여 증착된다. 따라서, 일 실시예에서, 2개 또는 그 초과의 전구체들과의 기판 표면의 접촉은 순차적으로 또는 실질적으로 순차적으로 발생한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 순차적으로"는, 약간의 오버랩이 존재할 수 있지만, 하나의 컴포넌트의 대부분의 유동이 다른 컴포넌트의 유동과 동시에 발생하지 않는 것을 의미한다.
[0014] ALD 프로세스의 예시적인 실시예들에서, 예컨대 TiCl4와 같은 제 1 화학 전구체("A")가 제 1 반 반응에서 기판 표면으로 펄싱(pulse) 또는 유동된다. 과도한 반응물들 및 반응 부산물들은, 전형적으로, 진공배기-펌프 다운(evacuation-pump down)에 의해, 그리고/또는 비활성 퍼지 가스를 유동시킴으로써 제거된다. 그 후에, 예컨대 알루미늄 유기금속 착물과 같은 전구체 "B"가 표면에 전달되고, 여기에서, 제 1 반 반응의 전구체들이 "B" 전구체와 반응되어, 혼합된 금속 막이 생성된다. "B" 공반응물은 또한, 포화(saturating) 제 2 반 반응을 제공하기 위해, 아래놓인(underlying) 반응성 종과 자기-포화(self-saturating) 결합들을 형성한다. 제 2 퍼지 기간은 전형적으로, 사용되지 않은 반응물들 및 반응 부산물들을 제거하기 위해 활용된다. 그 후에, "C" 전구체가, 아래놓인 종과 반응하기 위해 유동될 수 있고, 그 후에, 과도한 "C" 전구체가 제거된다. 그 후에, "A", "B", 및 "C" 전구체들 및 퍼지 가스들이 다시 유동될 수 있다.
[0015] 본 발명의 몇몇 실시예들은 합금 막을 증착하는 방법들에 관한 것이다. 프로세싱 챔버(예컨대, ALD 또는 CVD 챔버) 내에 기판이 위치된다. 기판 상에 제 1 금속을 제공하기 위해, 금속 전구체 또는 제 1 금속 전구체에 기판의 적어도 일부가 노출된다. "기판의 일부"에 대한 언급은, 전체 기판 표면을 포함하는 임의의 사이즈의 부분을 의미할 수 있다. 프로세싱 챔버로부터, 반응되지 않은 금속 전구체 또는 제 1 금속 전구체가 퍼징된다. 그 후에, 기판 상에 제 2 금속을 증착하여, 증착되고 있는 금속들의 합금 또는 혼합물을 생성하기 위해, 금속 전구체에 노출되었던 기판의 일부가 유기금속 환원제에 노출된다. 금속 전구체에서의 금속과 유기금속 환원제에서의 금속은 동일한 금속 또는 상이한 금속들일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전구체로부터의 제 1 금속과 유기금속 환원제로부터의 제 2 금속은 상이하여, 혼합된 금속 또는 합금 막의 증착을 발생시킨다. 예컨대, 금속 전구체는 티타늄을 함유할 수 있고, 유기금속 환원제는 알루미늄을 함유할 수 있어서, 티타늄 알루미늄 합금 막의 형성이 발생될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기금속 환원제, 또는 더 구체적으로, 반응되지 않은 유기금속 환원제 및 반응 부산물들이 프로세싱 챔버로부터 퍼징된다.
[0016] 금속 전구체는 임의의 적합한 금속 원자를 포함하는 임의의 적합한 화합물일 수 있다. 적합한 금속 원자들은, 전이 금속들, 3 족 내지 6 족의 전이 금속들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전구체의 금속은, 티타늄, 탄탈, 텅스텐, 및 알루미늄 중 하나 또는 그 초과이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 금속 전구체의 금속은 티타늄이다. 금속 전구체는, 기판 상에 금속을 증착하도록 환원될 수 있는 화합물일 수 있다. 예컨대, 금속 전구체는 금속 할로겐화물일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 금속 할로겐화물은, 염화물, 플루오르화물, 브롬화물, 요오드화물, 및 이들의 혼합물들 중 하나 또는 그 초과이다. 몇몇 실시예들에서, 금속 할로겐화물은 티타늄 사염화물을 포함한다. 적합한 금속 할로겐화물들은, 전이 금속 할로겐화물들, 3 족 내지 6 족 전이 금속 할로겐화물들을 포함한다. 몇몇 6 족 금속 할로겐화물들에 대해, 금속 할로겐화물 전구체는 포화되지 않은 금속 할로겐화물(예컨대, WCl5)을 포함할 수 있다.
[0017] 유기금속 환원제는, 금속을 증착하도록 금속 전구체를 환원시킬 수 있는 임의의 적합한 화합물일 수 있다. 유기금속 환원제에서의 금속은, 금속 전구체의 금속과 동일한 금속을 포함하는 임의의 적합한 금속일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전구체는 제 1 금속을 갖고, 유기금속 환원제는 제 2 금속을 갖고, 여기에서, 제 1 금속 및 제 2 금속 양자 모두는 동일한 금속이다. 예컨대, 금속들 양자 모두가 티타늄일 수 있어서, 실질적으로 순수한 티타늄 막의 증착을 발생시킬 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 순수한"이라는 용어는, 원자 기초로 약 5 % 미만의 불순물들, 또는 원자 기초로 약 2 % 미만의 불순물들, 또는 원자 기초로 약 1 % 미만의 불순물들이 존재하는 것을 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전구체는 제 1 금속을 갖고, 유기금속 환원제는 제 1 금속과 상이한 제 2 금속을 갖는다. 예컨대, 제 1 금속은 티타늄일 수 있고, 제 2 금속은 알루미늄일 수 있어서, 혼합된 티타늄-알루미늄 막 또는 티타늄-알루미늄 합금의 증착을 발생시킬 수 있다.
[0018] 제 2 금속이라고 또한 지칭되는, 유기금속 전구체에서의 금속은 임의의 적합한 금속일 수 있다. 적합한 금속들은, 게르마늄, 인듐, 주석, 안티몬, 탈륨, 납, 비스무트, 아연, 알루미늄, 갈륨, 및 이들의 혼합물들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
[0019] 유기금속 환원제의 유기 컴포넌트는, 예컨대, 제 1 금속과의 반응의 레이트, 및 환원제의 환원 전위에 현저한 영향을 미칠 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기금속 환원제는 금속 알킬을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제 2 금속의 알킬은, 디메틸-금속 수소화물, 디에틸하이드리도-금속(diethylhydrido-metal), 메틸디하이드로-금속(methyldihydro-metal), 및 화학식 [(CxHy)z-aMHa]n의 알킬 금속 수소화물들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있고, 여기에서, x는 1 내지 3의 값을 갖고, y는 2x+1의 값을 갖고, z는 2 내지 5의 값을 갖고, a는 1 내지 2의 값을 갖고, n은 1 내지 4의 값을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 금속의 알킬은 아민을 포함한다. 유기금속 환원제는 임의의 적합한 유기금속 환원제일 수 있다. 몇몇 실시예들의 유기금속 환원제는, 테트라에틸 주석, 트리메틸 인듐, 트리메틸 갈륨, 트리메틸 알루미늄, 알란(alane)들, 금속 알란들(예컨대, 알루미늄 알란), 및 디에틸 아연 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0020] 제 1 금속(예컨대, 금속 할로겐화물)에 대한 기판의 노출은, 유기금속 환원제에 대한 노출과 동시에 이루어질 수 있거나, 또는 그로부터 분리될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 금속 전구체에 대한 노출은, 유기금속 환원제에 대한 기판의 노출과 적어도 부분적으로 오버랩핑한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "적어도 부분적으로 오버랩핑"이라는 용어는, 금속 전구체 및 유기금속 환원제 양자 모두가, 프로세싱 기간의 적어도 일부 부분 동안, 동시에, 프로세싱 챔버 내로 기판 표면으로 유동되는 것을 의미한다. 예컨대, 통상적인 CVD 프로세스에서, 금속 전구체 및 유기금속 환원제 양자 모두는, 프로세싱 챔버 내로 동시에 유동될 수 있고, 기판 표면 상의 증착 전에 가스 상으로 혼합/반응하게 허용될 수 있다. 덜 통상적인 방법에서, 금속 전구체 및 유기금속 환원제는, 가스들 중 하나만이 시간 기간 동안 기판과 접촉하고, 가스들 양자 모두가 개별적인 시간 기간 동안 기판과 접촉하거나 또는 혼합되도록, 프로세싱 챔버 내로 개별적으로 유동될 수 있다.
[0021] 몇몇 실시예들에서, 기판은, 유기금속 환원제 및 금속 전구체(예컨대, 금속 할로겐화물)에 순차적으로 노출된다. 순차적인 노출은, 임의의 주어진 시간에서, 금속 전구체와 유기금속 환원제 중 하나에만 기판의 특정 부분이 노출되는 것을 의미한다. 그 후에, 기판의 특정 부분은, 상이한 시간에서, 금속 전구체와 유기금속 환원제 중 다른 하나에 노출된다. 예컨대, 공간적 원자 층 증착 프로세스에서, 기판 표면의 개별적인 부분들은 유기금속 환원제 및 금속 전구체의 스트림들에 노출된다. 기판은, 기판의 각각의 별개의 부분이 가스 스트림들 양자 모두에 노출되도록, 가스 분배 어셈블리에 관하여 (또는 반대로) 이동된다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전구체 및 유기금속 환원제는, 프로세싱 챔버의 상이한 구역들 내로 동시에 유동된다. 이러한 개별적인 가스 유동들은, 유기금속 환원제와 금속 전구체의 가스 상 반응을 방지하기 위해, 비활성 가스 커튼에 의해 분리될 수 있다. 비활성 가스 커튼은, 반응성 가스들을 분리된 상태로 유지하기 위한 임의의 적합한 가스 유동, 진공 유동, 또는 가스 유동과 진공 유동의 조합일 수 있다. 예컨대, 가스 커튼은, 가스 커튼의 양 측 상의 반응성 가스들이 가스 상으로 반응할 수 없도록 보장하기 위해, 진공 유동, 퍼지 가스 유동, 및 제 2 진공 유동을 포함할 수 있다.
[0022] 금속 전구체 및 유기금속 환원제에 대한 노출의 순서는, 특정한 프로세스에 따라 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판, 또는 기판의 일부는, 유기금속 환원제에 노출되기 전에, 금속 전구체에 노출된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판, 또는 기판의 일부는, 금속 전구체에 노출되기 전에, 유기금속 환원제에 노출된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판, 또는 기판의 일부는, 금속 전구체 및 유기금속 전구체에 동시에 노출된다.
[0023] 본원에서 설명되는 방법들은 또한, 부가적인 서브-프로세스들을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 방법들은, 증착된 막을 합금제(alloying agent)로 소킹(soaking)하는 단계를 더 포함한다. 예컨대, 제 1 금속 및 제 2 금속을 포함하는 혼합된 금속 막은, 합금을 형성하도록 합금제에 노출될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "소크" 또는 "소킹" 등은, 기판, 또는 기판의 일부가 반응물 가스에 노출되고, 가스가 표면과 반응하지만, 층을 증착하지는 않는 프로세스들을 지칭한다. 몇몇 실시예들은, 합금 막을 합금제로 소킹하는 것을 더 포함하고, 여기에서, 합금제는, SiH4, GeH4, 트리메틸갈륨, 및 B2H6 중 하나 또는 그 초과를 포함한다.
[0024] 설명되는 방법들에 의해 증착된 막은, 다른 방법들에 의해 증착된 유사한 막보다 더 낮은 탄소 오염을 가질 수 있다. 예컨대, 청구되는 방법들에 의해 증착된 합금 막은 약 20 % 미만의 탄소를 함유한다.
[0025] 반응물들에 대한 표면의 교번하는 노출은, 가장 예상되는 애플리케이션들에 대해, 대략 5 Å 내지 100 Å, 그리고 더 구체적으로, 약 15 Å, 20 Å, 25 Å, 또는 30 Å으로부터 약 45 Å, 50 Å, 55 Å, 또는 60 Å까지의 범위에 있을 원하는 두께의 막에 도달될 때까지, 계속된다. 반응물들 및 퍼지 가스들이 동시에 유동할 수 있고, 기판 및/또는 가스 유동 노즐은, 원하는 대로, 기판이 반응물 및 퍼지 가스들에 순차적으로 노출되도록, 왕복(oscillate)할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 물론, 전술된 ALD 사이클들은 단지, 공반응물들 및/또는 전구체들의 층들을 교번시킴으로써, 증착된 층이 형성되는 매우 다양한 ALD 프로세스 사이클들의 예일 뿐이다.
[0026] 이러한 시퀀스들은 단지 예시적이고, 위에서 논의된 바와 같이, 다수의 변형들이 존재하는 것이 유의되어야 한다. 퍼지 단계는, 프로세싱 챔버 내의 임의의 과도한 전구체, 부산물들, 및 다른 오염물들을 제거한다. 캐리어 가스, 퍼지 가스, 또는 다른 프로세스 가스는, 질소, 수소, 아르곤, 네온, 헬륨, 또는 이들의 조합들을 함유할 수 있다.
[0027] 전구체들 및/또는 반응물들은, 가스 또는 증기의 상태, 또는 기상 증착 프로세스에 대해 유용한 다른 물질 상태에 있을 수 있다. 퍼지 동안에, 반응 구역을 퍼징하기 위해, 또는 그렇지 않으면, 반응 구역으로부터 임의의 잔여의 반응성 화합물 또는 부산물들을 제거하기 위해, 전형적으로, 비활성 가스가 프로세싱 챔버 내로 도입된다. 대안적으로, 퍼지 가스는, 공반응물들 및 전구체의 펄스들 사이의 시간 지연 동안에만 퍼지 가스가 유동하도록, 증착 프로세스 전반에 걸쳐 연속적으로 유동할 수 있다.
[0028] 본원에서 사용되는 바와 같은 증착 가스 또는 프로세스 가스는, 단일 가스, 다수의 가스들, 플라즈마를 함유하는 가스, 플라즈마(들) 및/또는 가스(들)의 조합들을 지칭한다. 증착 가스는 기상 증착 프로세스를 위한 적어도 하나의 반응성 화합물을 함유할 수 있다. 반응성 화합물들은, 기상 증착 프로세스 동안에, 가스, 플라즈마, 증기의 상태에 있을 수 있다. 또한, 프로세스는 퍼지 가스 또는 캐리어 가스를 포함할 수 있고, 반응성 화합물을 포함하지 않을 수 있다.
[0029] 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD) 프로세스 동안에, 하나 또는 그 초과의 층들이 형성될 수 있다. 몇몇 프로세스들에서, 플라즈마의 사용은 종을 여기된 상태로 촉진하기에 충분한 에너지를 제공하고, 그러한 여기된 상태에서, 표면 반응들이 유리하게 되고 가능성이 있게 된다. 프로세스로의 플라즈마의 도입은 연속적일 수 있거나 또는 펄싱될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 및 전구체들(또는 반응성 가스들)의 순차적인 펄스들이 층을 프로세싱하기 위해 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 시약(reagent)들은, 근거리에서(즉, 프로세싱 영역 내에서) 또는 원격으로(즉, 프로세싱 영역 외부에서) 이온화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 원격 이온화는, 이온들 또는 다른 에너제틱(energetic) 또는 발광(light emitting) 종이, 증착되는 막과 직접적으로 접촉하지 않도록, 증착 챔버의 상류에서 발생할 수 있다. 몇몇 PEALD 프로세스들에서, 플라즈마는, 예컨대, 원격 플라즈마 생성기 시스템에 의해, 프로세싱 챔버 외부에서 생성된다. 플라즈마는, 당업자에게 알려져 있는 임의의 적합한 플라즈마 생성 프로세스 또는 기법을 통해 생성될 수 있다. 예컨대, 플라즈마는, 마이크로파(MW) 주파수 생성기 또는 무선 주파수(RF) 생성기 중 하나 또는 그 초과에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마의 주파수는, 사용되고 있는 특정 반응성 종에 따라 조정될 수 있다. 적합한 주파수들은, 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 및 100 MHz를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 본원에서 개시되는 증착 프로세스들 동안에 플라즈마들이 사용될 수 있지만, 플라즈마들이 요구되는 것은 아니라는 것이 유의되어야 한다.
[0030] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은, 층을 형성하기 전에 그리고/또는 층을 형성한 후에, 프로세싱을 받는다. 이러한 프로세싱은, 동일한 챔버에서, 또는 하나 또는 그 초과의 개별적인 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 추가적인 프로세싱을 위해, 제 1 챔버로부터 개별적인 제 2 챔버로 이동된다. 기판은, 제 1 챔버로부터 개별적인 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 또는 제 1 챔버로부터 하나 또는 그 초과의 이송 챔버들로 이동될 수 있고, 그 후에 원하는 개별적인 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 소통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는, "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템" 등이라고 지칭될 수 있다.
[0031] 일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-발견(center-finding) 및 배향(orientation), 탈기(degassing), 어닐링, 증착, 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈식 시스템이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제 1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는, 로드 락 챔버들과 프로세싱 챔버들 간에서 또는 사이에서 기판들을 셔틀링(shuttle)할 수 있는 로봇을 하우징할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로, 진공 조건으로 유지되고, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로, 그리고/또는 클러스터 툴의 전단에 위치된 로드 락 챔버로 기판들을 셔틀링하기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 발명에 대해 적응될 수 있는 2개의 잘-알려진 클러스터 툴들은, Centura® 및 Endura®이고, 이들 양자 모두는, 캘리포니아, 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 하나의 그러한 스테이지형-진공 기판 프로세싱 장치의 세부사항들은, 1993년 2월 16일자로 발행된, Tepman 등에 의한, 발명의 명칭이 "Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method"인 미국 특허 번호 제 5,186,718 호에서 개시된다. 그러나, 챔버들의 정확한 배열 및 조합은, 본원에서 설명되는 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 수행하는 목적들을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, 순환 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 사전-세정(pre-clean), 화학 세정, 열 처리, 예컨대 RTP, 플라즈마 질화(nitridation), 탈기(degas), 배향, 수산화, 및 다른 기판 프로세스들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 대기 불순물들에 의한 기판의 표면 오염이, 후속 막을 증착하기 전의 산화 없이, 방지될 수 있다.
[0032] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은, 계속, 진공 또는 "로드 락" 조건들 하에 있고, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동되는 경우에 주변 공기에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 아래로 "펌핑 다운(pump down)"된다. 이송 챔버들 또는 프로세싱 챔버들에, 비활성 가스들이 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비활성 가스는, 기판의 표면 상에 층을 형성한 후에, 반응물들의 일부 또는 전부를 제거하기 위해, 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버 및/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스는 증착 챔버의 출구에서 주입된다. 따라서, 비활성 가스의 유동은 챔버의 출구에서 커튼을 형성한다.
[0033] 기판은, 단일 기판이 로딩되고, 프로세싱되고, 다른 기판이 프로세싱되기 전에 언로딩되는 단일 기판 증착 챔버들에서 프로세싱될 수 있다. 기판은 또한, 다수의 기판이 별개로, 챔버의 제 1 부분 내로 로딩되고, 챔버를 통해 이동하고, 챔버의 제 2 부분으로부터 언로딩되는 컨베이어 시스템과 같이, 연속적인 방식으로 프로세싱될 수 있다. 챔버 및 연관된 컨베이어 시스템의 형상은 직선 경로 또는 휘어진 경로를 형성할 수 있다. 부가적으로, 프로세싱 챔버는, 다수의 기판들이 중앙 축을 중심으로 이동되고, 캐러셀(carousel) 경로를 통해, 증착, 에칭, 어닐링, 세정 등의 프로세스들에 노출되는 캐러셀일 수 있다.
[0034] 프로세싱 동안에, 기판은 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 기판 지지부의 온도를 변화시키는 것 및 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도성으로 변화시키기 위해 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 채용되고 있는 가스들(반응성 가스들 또는 비활성 가스들)은, 기판 온도를 국부적으로 변화시키기 위해 가열 또는 냉각된다. 몇몇 실시예들에서, 가열기/냉각기는, 기판 온도를 대류성으로 변화시키기 위해, 챔버 내에서 기판 표면 근처에 위치된다.
[0035] 기판은 또한, 프로세싱 동안에, 정지되어 있을 수 있거나 또는 회전될 수 있다. 기판의 회전은, 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 회전될 수 있다. 예컨대, 기판은 전체 프로세스 전반에 걸쳐 회전될 수 있거나, 또는 기판은 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출 사이에 소량(small amount) 회전될 수 있다. 프로세싱 동안에 기판을 (연속적으로 또는 단계들로) 회전시키는 것은, 예컨대, 가스 유동 기하형상들에서의 국부적인 변동성의 영향을 최소화함으로써, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 도울 수 있다.
[0036] 원자 층 증착 타입 챔버들에서, 기판은, 공간적으로 또는 시간적으로 분리된 프로세스들에서 제 1 및 제 2 전구체들에 노출될 수 있다. 시간-도메인 ALD는, 제 1 전구체가 표면과 반응하기 위해 챔버 내로 유동하는 통상적인 프로세스이다. 제 1 전구체는, 제 2 전구체를 유동시키기 전에, 챔버로부터 퍼징된다. 공간적 ALD에서, 제 1 및 제 2 전구체들 양자 모두는, 챔버로 동시에 유동되지만, 전구체들의 혼합을 방지하는, 유동들 사이의 구역이 존재하도록 공간적으로 분리된다. 공간적 ALD에서, 기판은 가스 분배 플레이트에 관하여 이동될 수 있거나, 또는 그 반대로 이동될 수 있다.
[0037] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예", "특정한 실시예들", "하나 또는 그 초과의 실시예들", 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명되는 특정한 피처(feature), 구조, 재료, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 곳들에서의 "하나 또는 그 초과의 실시예들에서", "특정한 실시예들에서", "일 실시예에서", 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들은, 반드시, 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 피처들, 구조들, 재료들, 또는 특성들은, 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
[0038] 본원에서 본 발명이 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지, 본 발명의 원리들 및 애플리케이션들의 예일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다양한 변형들 및 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 청구항들 및 이들의 균등물들의 범위에 속하는 변형들 및 변화들을 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 합금 막을 증착하는 방법으로서,
    프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판 상에 제 1 금속을 제공하기 위해, 금속 할로겐화물 전구체에 상기 기판의 적어도 일부를 노출시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버로부터, 반응되지 않은 금속 할로겐화물 전구체를 퍼징(purging)하는 단계; 및
    상기 기판 상에 제 2 금속을 증착하여, 상기 제 1 금속과 상기 제 2 금속의 합금을 생성하기 위해, 상기 제 1 금속과 상이한 상기 제 2 금속을 포함하는 유기금속 환원제에 상기 기판의 표면의 일부를 노출시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 유기금속 환원제는 상기 제 2 금속의 알킬을 포함하며, 상기 제 2 금속은, In, Sb, Tl, Pb, Bi, 및 이들의 혼합물들로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 상기 제 2 금속의 알킬은, 디메틸-금속 수소화물, 디에틸하이드리도-금속(diethylhydrido-metal), 메틸디하이드로-금속(methyldihydro-metal), 및 화학식 [(CxHy)z-aMHa]n의 알킬 금속 수소화물들 중 하나 또는 그 초과를 포함하고, 상기 x는 1 내지 3의 값을 갖고, 상기 y는 2x+1의 값을 갖고, 상기 z는 2 내지 5의 값을 갖고, 상기 a는 1 내지 2의 값을 갖고, 상기 n은 1 내지 4의 값을 갖는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  2. 합금 막을 증착하는 방법으로서,
    프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계; 및
    제 1 금속 및 제 2 금속을 포함하는 합금 막을 증착하기 위해, 상기 제 1 금속을 제공하기 위한 금속 할로겐화물 전구체, 및 상기 제 1 금속과 상이한 상기 제 2 금속을 포함하는 유기금속 환원제를 상기 프로세싱 챔버 내로 동시에 유동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 유기금속 환원제는 상기 제 2 금속의 알킬을 포함하며, 상기 제 2 금속은, In, Sb, Tl, Pb, Bi, 및 이들의 혼합물들로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 상기 제 2 금속의 알킬은, 디메틸-금속 수소화물, 디에틸하이드리도-금속, 메틸디하이드로-금속, 및 화학식 [(CxHy)z-aMHa]n의 알킬 금속 수소화물들 중 하나 또는 그 초과를 포함하고, 상기 x는 1 내지 3의 값을 갖고, 상기 y는 2x+1의 값을 갖고, 상기 z는 2 내지 5의 값을 갖고, 상기 a는 1 내지 2의 값을 갖고, 상기 n은 1 내지 4의 값을 갖는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물은 티타늄 사염화물을 포함하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 금속의 알킬은 아민을 포함하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유기금속 환원제는, 테트라에틸 주석, 트리메틸 인듐, 및 디에틸 아연 중 하나 또는 그 초과를 포함하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 할로겐화물에 대한 상기 기판의 노출은, 상기 유기금속 환원제에 대한 상기 기판의 노출과 적어도 부분적으로 오버랩핑(overlap)하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기금속 환원제를 퍼징하는 단계를 더 포함하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 금속 할로겐화물 및 상기 유기금속 환원제에 순차적으로 노출되는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 유기금속 환원제에 노출되기 전에, 상기 금속 할로겐화물에 노출되는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 금속 할로겐화물에 노출되기 전에, 상기 유기금속 환원제에 노출되는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금 막을 합금제(alloying agent)로 소킹(soaking)하는 단계를 더 포함하고, 상기 합금제는, SiH4, GeH4, 트리메틸갈륨, 및 B2H6 중 하나 또는 그 초과를 포함하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 합금 막은 20 % 미만의 탄소를 함유하는,
    합금 막을 증착하는 방법.
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