KR20130014543A - 라디칼 성분 cvd에 의한 컨포멀 층들 - Google Patents
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Abstract
탄소-프리 실리콘-및-질소 전구체와 라디칼-질소 전구체로부터 실리콘과 질소를 함유한 컨포멀 유전체 층(예컨대, 실리콘-질소-수소(Si-N-H) 필름)들을 형성하기 위한 방법들, 재료들 및 시스템들이 개시된다. 탄소-프리 실리콘-및-질소 전구체는 라디칼-질소 전구체와의 접촉에 의해 주로 여기된다. 실리콘-및-질소 필름이 탄소 없이 형성되기 때문에, 필름의 경화된 실리콘 산화물로의 변환이, 기공이 덜 형성되고 부피가 덜 수축되면서, 이루어진다. 증착된 실리콘-및-질소-함유 필름은 전체적으로 또는 부분적으로 실리콘 산화물로 변환될 수 있으며, 실리콘 산화물은 컨포멀 유전체 층의 광학 특성들이 선택가능하게 되도록 허용한다. 얇은 실리콘-및-질소-함유 필름의 증착은 기판 트랜치에 라이너 층을 형성하기 위해 저온에서 실시될 수 있다. 저온 라이너 층은 습윤 특성들을 향상시키고, 유동성 필름들이 트랜치를 더 완벽하게 충진할 수 있도록 하는 것으로 밝혀졌다.
Description
본원은 "라디칼 성분 CVD에 의한 컨포멀 층들"이란 명칭으로 2011년 2월 10일자로 출원된 미국 특허 출원번호 제13/024,487호; "비-탄소 유동성 CVD 프로세스들을 이용한 실리콘 산화물의 형성"이란 명칭으로 2010년 7월 21일자로 출원된 미국 특허 출원번호 제12/840,768호; 및 "라디칼 성분 CVD에 의한 컨포멀 층들"이란 명칭으로 2010년 3월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/311,061호의 이익을 주장한다. 이 출원들의 전체 내용들이 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.
반도체 장치의 기하학적 구조들은 수십년전 그들이 도입된 이래 그 크기가 현저히 감소되었다. 현대의 반도체 제조 설비는 45㎚, 32㎚ 및 28㎚의 배선폭(feature sizes)들을 가진 장치들을 일상적으로 생산하며, 심지어 더 작은 기하학적 구조들을 가진 장치들을 제조하기 위해 새로운 설비가 개발 및 실행되고 있다. 이러한 배선폭들의 감소는 공간 치수들이 감소된 장치에 대해 구조적 특징(structural features)들을 초래하게 된다. 상기 장치에서 갭들과 트랜치들의 폭들은 갭 깊이 대 그 폭의 종횡비가 유전체 재료로 당해 갭을 충진하기 어렵게 만들 정도로 커지는 수준까지 좁아졌다. 증착되는 유전체 재료는 갭이 완전히 충진되기 전에 상단에서 쉽게 막혀 갭의 중간에 공극(void)이나 시임(seam)을 형성한다.
수년 간, 유전체 재료가 갭의 상단을 막지 않도록 하거나, 이미 형성된 공극이나 시임을 "치유(heal)"하기 위한 많은 기술들이 개발되었다. 패턴화된 기판 표면에 형성될 수 있는 고 유동성의 전구체 재료들을 이용한 하나의 접근법(예컨대, SOG 증착 기술들)이 시작되었다. 이 유동성 전구체들은 공극 또는 약한 시임들을 형성하지 않고 매우 작은 기판 갭들 속으로 흘러들어 충진할 수 있다.
몇몇 경우들에서, 기판 갭들 내부의 표면들이 유동성 유전체 재료로 습윤화되지 않을 수 있다. 이는 하부의 재료가, 예컨대, 고온에서 증착되었을 때 발생하는 경향이 있다. 따라서, 유동성 재료들이 기판 표면의 갭들을 더 용이하게 침투할 수 있도록, 구조화된 기판들 상에 유전체 재료들을 형성하기 위한 새로운 증착 프로세스들 및 재료들이 요구되고 있다. 여타 요구들이 본원에서 다루어진다.
탄소-프리 실리콘-및-질소 전구체와 라디칼-질소 전구체로부터 실리콘과 질소를 함유한 컨포멀 유전체 층(예컨대, 실리콘-질소-수소(Si-N-H) 필름)들을 형성하기 위한 방법들, 재료들 및 시스템들이 개시된다. 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 전구체는 상기 라디칼-질소 전구체와의 접촉에 의해 주로 여기된다. 상기 실리콘-및-질소 필름이 탄소 없이 형성되기 때문에, 상기 필름의 경화된 실리콘 산화물로의 변환이, 기공이 덜 형성되고 부피가 덜 수축되면서, 이루어진다. 증착된 실리콘-및-질소-함유 필름은 전체적으로 또는 부분적으로 실리콘 산화물로 변환될 수 있으며, 실리콘 산화물은 컨포멀 유전체 층의 광학 특성들이 선택가능하게 되도록 허용한다. 얇은 실리콘-및-질소-함유 필름의 증착은 기판 트랜치에 라이너 층을 형성하기 위해 저온에서 실시될 수 있다. 저온 라이너 층은 습윤 특성들을 향상시키고, 유동성 필름들이 트랜치를 더 완벽하게 충진할 수 있도록 하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 실시예들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서 패턴화된 기판 상에 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하기 위한 방법들을 포함한다. 이 방법들은 탄소-프리 실리콘-및-질소-함유 전구체를 라디칼-질소 전구체와 혼합하는 단계를 포함한다. 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소-함유 전구체는 상기 라디칼-질소 전구체와의 접촉에 의해 대부분 여기된다. 이 방법들은 상기 패턴화된 기판 상에 컨포멀 층 두께를 가진 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 증착하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예들은 부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하기 위한 방법들을 더 포함한다. 이 방법들은 갭을 포함한 기판을 전송하는 단계; 및 상기 기판 상에 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 증착하는 단계;를 포함한다. 상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층은 등각성(conformality)을 갖는다. 이 방법들은 상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층 위에 유동성 실리콘-및-질소-함유 층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 상기 실리콘-함유 층은 상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층과 상기 유동성 실리콘-및-질소-함유 층을 모두 포함한다.
추가적인 실시예들과 특징들이 이하 상세한 설명에 일부 개시되어 있으며, 당업자들은 본 명세서를 검토함으로써 명료하게 이해할 수 있거나, 본 발명을 실시함으로써 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 특장점들은 본 명세서에 개시된 수단(instrumentalities)들, 조합들 및 방법들에 의해 실현되거나 체득될 수 있을 것이다.
본 명세서의 나머지 부분들과 도면들을 참조하면, 본 발명의 본질과 장점들을 더 이해할 수 있을 것이며, 수개의 도면들에서 유사한 구성요소들을 인용하기 위해 유사한 참조번호들을 사용하였다. 몇몇 예들에서, 다수의 유사한 구성요소들 중 하나를 표시하기 위해 참조번호와 연관된 서브라벨(sublabel)이 하이픈 다음에 이어진다. 기존 서브라벨에 대한 설명없이 참조번호를 인용하면, 이는 다중의 유사한 구성요소들을 모두 인용하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 컨포멀 유전체 층을 제조하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따라 선택가능한 광학 특성들을 가진 컨포멀 유전체 층을 형성하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 갭에 유전체 층을 형성하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 샤워헤드를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 컨포멀 유전체 층을 제조하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따라 선택가능한 광학 특성들을 가진 컨포멀 유전체 층을 형성하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 갭에 유전체 층을 형성하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 샤워헤드를 도시한 도면이다.
탄소-프리 실리콘-및-질소 전구체와 라디칼-질소 전구체로부터 실리콘과 질소를 함유한 컨포멀 유전체 층(예컨대, 실리콘-질소-수소(Si-N-H) 필름)들을 형성하기 위한 방법들, 재료들 및 시스템들이 개시된다. 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 전구체는 상기 라디칼-질소 전구체와의 접촉에 의해 대부분 여기된다. 상기 실리콘-및-질소 필름이 탄소 없이 형성되기 때문에, 상기 필름의 경화된 실리콘 산화물로의 변환이, 기공이 덜 형성되고 부피가 덜 수축되면서, 이루어진다. 증착된 실리콘-및-질소-함유 필름은 전체적으로 또는 부분적으로 실리콘 산화물로 변환될 수 있으며, 실리콘 산화물은 컨포멀 유전체 층의 광학 특성들이 선택가능하게 되도록 허용한다. 얇은 실리콘-및-질소-함유 필름의 증착은 기판 트랜치에 라이너 층을 형성하기 위해 저온에서 실시될 수 있다. 실시예들에서 저온 라이너 층들은 습윤 특성들을 향상시키고, 유동성 필름들이 트랜치를 더 완벽하게 충진할 수 있도록 하는 것으로 밝혀졌다. 컨포멀 유전체 층들을 형성하기 위한 방법들 및 시스템들에 대한 추가적인 세부 사항들을 소개하는 과정 중에, 일 실시예에 대해 설명할 때 실시예들의 양태들이 제시될 것이며, 반대로 언급하지 않는다면, 그 양태들이 또한 나머지 실시예들에도 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 컨포멀 유전체 층들의 제조 방법(100)들에서 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다. 상기 방법(100)은 반응 챔버에 탄소-프리 실리콘 전구체를 제공하는 단계(102)를 포함한다. 상기 탄소-프리 실리콘 전구체는, 다른 부류의 실리콘 전구체들 중, 예컨대, 실리콘-및-질소 전구체, 실리콘-및-수소 전구체, 또는 실리콘-질소-및-수소 함유 전구체일 수 있다. 이 전구체들의 특수한 예들로서는, 다른 실릴-아민들 중 H2N(SiH3), HN(SiH3)2 및 N(SiH3)3와 같은 실릴-아민들이 포함될 수 있다. 이 실릴-아민들은 캐리어 가스들, 반응 가스들 또는 이들 모두로서 작용할 수 있는 추가적인 가스들과 혼합될 수 있다. 추가적인 가스들의 예들로서는, 다른 가스들 중, H2, N2, NH3, He 및 Ar이 포함될 수 있다. 또한, 탄소-프리 실리콘 전구체들의 예들로서는 실란(SiH4) 단독, 또는 다른 실리콘-함유 가스(예컨대, N(SiH3)3)들, 수소-함유 가스(예컨대, H2)들, 및/또는 질소-함유 가스(예컨대, N2, NH3)들과 혼합된 실란이 포함될 수도 있다. 또한, 탄소-프리 실리콘 전구체들은 디실란, 트리실란, 고차(higher-order)의 실란들, 및 염소화된 실란, 이들 단독 또는 서로 또는 전술한 탄소-프리 실리콘 전구체들과의 조합을 포함할 수 있다.
실리콘-전구체는 탄소-프리일 뿐만 아니라 산소-프리(oxygen-free)일 수 있다. 산소의 결핍은 상기 전구체들로부터 형성된 실리콘-및-질소 층에서 실라놀(Si-OH)기들의 농도를 낮추게 된다. 증착된 필름에서 과다한 실라놀 성분들은 증착된 층으로부터 하이드록실(-OH) 성분들을 제거하는 증착후 단계들에서 공극율과 수축율의 증대를 유발할 수 있다. 다른 실시예들에서, 실리콘-전구체는 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름에 합체되는 산소를 함유한다. 증착된 필름의 증착 특성들 및/또는 광학 특성들을 변경시키기 위해, 산소 함유가 바람직할 수 있다. 산소-함유 전구체들은 별도의 전구체로서 유도될 수 있으며, 탄소-프리 실리콘 전구체와 산소-함유 전구체는 기판 프로세싱 영역으로 동시에 유입될 수 있다.
상기 반응 챔버에 라디칼-질소 전구체가 또한 제공된다(단계 (104)). 상기 라디칼-질소 전구체는 더 안정된 질소 전구체로부터 반응 챔버의 외부에서 발생된 질소-라디칼 함유 종들이다. 예컨대, NH3와 같이 안정된 질소 전구체가 반응 챔버 외부의 플라즈마 유닛에서 활성화되어 라디칼-질소 전구체를 형성할 수 있으며, 그 후, 라디칼-질소 전구체는 반응 챔버로 운반된다. 또한, 상기 안정된 질소 전구체는, 여러가지 실시예들에서, NH3와 N2, NH3와 H2, NH3와 N2와 H2, 및 N2와 H2를 포함한 혼합물일 수도 있다. 하이드라진이 N2 및 H2와의 혼합물들에서 NH3와 조합하여 또는 그 대신에 사용될 수 있다. 안정된 질소 전구체(및 라디칼-질소 전구체)는 아르곤(Ar), 수소(H2), 질소(N2), 헬륨 등과 같은 캐리어 가스를 수반할 수 있다. 제조된 라디칼-질소 전구체는 ·N, ·NH, ·NH2 등 중 하나 또는 그 초과일 수 있으며, 플라즈마에서 형성된 이온화된 종들을 수반할 수도 있다.
일반적으로, 질소를 포함하지 않은 라디칼 전구체도 실리콘-및-질소-함유 층이 형성되도록 허용할 것이다. 라디칼 전구체는, 원격 플라즈마 영역으로 전술한 전구체들과 함께 공급되는 질소를 포함한다면, 라디칼-질소 전구체일 수 있다. 상기 라디칼 질소 전구체는 증착 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼) 상에 실리콘-및-질소 층을 증착하기 위해 전구체들이 혼합되어 반응하는 증착 영역으로부터 구획된 반응 챔버 섹션에서 발생된다. 라디칼 전구체가 라디칼-질소 전구체인 실시예에서, 안정된 질소 전구체가 원격 플라즈마 영역으로 유입되어 플라즈마에 의해 여기된다. 상기 안정된 질소 전구체(및 라디칼-질소 전구체)는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤, 헬륨 등과 같은 캐리어 가스를 수반할 수도 있다. 또한, (추가적인 불활성 캐리어 가스들을 갖거나 갖지 않고) 필수적으로 질소(N2)를 포함하는 입력 가스로부터 형성된 라디칼-질소 전구체는 개시된 실시예들에서 유용한 필름들을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 실리콘-함유 전구체가 질소를 포함하는 실시예들에서, 라디칼-질소 전구체는 필수적으로 수소(H2)(및 선택적으로 불활성 캐리어 가스들)를 포함하는 입력 가스로부터 형성된 라디칼 전구체로 대체될 수 있다.
실시예들에서, 스크린 또는 샤워헤드에 의해 기판 프로세싱 영역으로부터 구획된 반응 챔버 섹션에서 라디칼-질소 전구체가 발생된다. 기판 프로세싱 영역에서, 탄소-프리 실리콘 전구체와 라디칼-질소 전구체가 혼합되어 반응하여(단계 (106)), 증착 기판 상에 컨포멀 실리콘-및-질소 함유 필름을 증착하게 된다(단계 (108)). 라디칼-질소 전구체는 탄소-프리 실리콘 전구체에 주된 여기(dominant excitation)를 제공한다. 실시예들에서, 라디칼-질소 전구체는 탄소-프리 실리콘 전구체에 유일한 여기를 제공한다. 증착시 기판 프로세싱 영역에 플라즈마 파워가 전혀 또는 본질적으로 전혀 인가되지 않는다.
기판 프로세싱 영역의 압력은, 여러 실시예들에서, 200mTorr, 150mTorr, 100mTorr, 75mTorr 또는 50mTorr 중 하나의 미만이다. 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름의 두께는, 여러 실시예들에서, 30㎚, 20㎚, 15㎚, 10㎚ 및 5㎚ 중 하나의 미만일 수 있다. 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름의 성장률은 30㎚/min, 20㎚/min, 15㎚/min, 10㎚/min 및 5㎚/min 중 하나의 미만일 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 1을 참조하여 설명한 한계는 본 명세서의 다른 곳에 개시된 다른 실시예들에도 적용된다. 전구체들의 유량들은 기판 프로세싱 영역 내에 비교적 낮은 압력들을 설정할 정도로 낮을 수 있다. 대안적으로, 펌핑 속도가 증대될 수 있다. 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름의 증착시, 기판의 온도는, 여러 실시예들에서, 200℃, 150℃, 100℃, 75℃, 및 50℃ 중 하나의 미만일 수 있다. 증착에 이어서, 도 2를 참조하여 본 명세서에 더 상세하게 설명한 바와 같이, 필름의 산소 함량을 높이기 위해 상기 필름이 경화 및/또는 어닐링될 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따라 패턴화된 기판 상에 컨포멀 유전체 필름을 형성하기 위한 방법(200)에서 선택된 단계들을 나타낸 다른 흐름도가 도시되어 있다. 상기 방법(200)은 패턴화된 기판을 전송하는 단계(단계 (202))를 포함할 수 있다. 상기 기판은 당해 기판 상에 전기 부품들(예컨대, 트랜지스터들)과 인터커넥션들을 제조하는 과정에서 나타나는 트랜치들, 갭들 및 다른 수직 피쳐들을 가질 수 있다. 도 1을 설명하는 과정 중에 이미 제시된 방법들로 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름이 기판 상에 증착된다(단계 (204)).
패턴화된 기판은, 실리콘-및-질소-함유 필름이 증착된 후, 산소-함유 분위기에서 가열되거나 그 분위기에 단순히 노출될 수 있다(단계 (206)). 상기 기판은 산소-함유 분위기가 유도될 때 반응 챔버에 남아 있을 수 있거나, 또는 상기 기판은 산소-함유 분위기가 유도되는 다른 챔버로 전달될 수 있다. 상기 산소-함유 분위기는, 다른 산소-함유 가스들 중, 산소 분자(O2), 오존(O3), 수증기(H2O), 및 질소 산화물(NO,NO2 등)들과 같은 하나 또는 그 초과의 산소 함유 가스들을 포함할 수 있다. 상기 산소-함유 분위기는 산소 원자(O), 수산화물(OH) 등과 같은 라디칼 산소 및 하이드록실 종들을 또한 포함할 수 있으며, 이들은 원격지에서 발생되어 기판 챔버로 전달될 수 있다. 산소-함유 종들의 이온들이 존재할 수도 있다.
산소-함유 분위기는 실리콘-및-질소 함유 필름을 실리콘 산화물(SiO2) 필름으로 부분적으로 또는 완전히 변환시키기 위한 산소를 제공한다. 실리콘-및-질소 함유 필름에서의 탄소의 결핍은 최종 실리콘 산화물 필름에 현저히 적은 기공들이 형성되는 결과를 초래한다. 또한, 실리콘 산화물로의 변환시 필름의 체적 감소(즉, 수축)를 적게 하는 결과를 초래한다. 예컨대, 탄소-함유 실리콘 전구체들로부터 형성되는 실리콘-질소-탄소 층은 실리콘 산화물로 변환될 때 40체적% 또는 그 초과 수축할 수 있는 반면, 실질적으로 탄소-프리 실리콘-및-질소 필름들은 약 15체적% 또는 그 미만으로 수축할 수 있다.
산소-함유 분위기에 노출될 때, 실시예들에서, 패턴화된 기판은 50℃, 100℃, 150℃, 200℃, 250℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃, 800℃ 및 1000℃ 중 하나를 초과하여 가열될 수 있다. 상기 기판 온도는, 산소-함유 분위기에 노출될 때, 실시예들에서, 100℃, 200℃, 300℃, 400℃, 500℃, 600℃, 800℃, 1000℃ 또는 1100℃ 중 하나의 미만일 수 있다. 여러 실시예들에서, 기판 온도의 추가적인 범위들을 형성하기 위해 임의의 상한들이 임의의 하한들과 조합될 수 있다.
실시예들은 서로 다른 온도들과 분위기들을 가진 다중의 가열 단계들을 포함할 수 있다. 제 1 가열 단계는 증기(H2O)를 포함한 분위기에서 더 낮은 제 1 온도로 실시될 수 있는 반면, 제 2 가열 단계는 실질적으로 수증기가 결핍된 건식 산소-함유 분위기에서 더 높은 제 2 온도로 실시될 수 있다. 제 3 가열 단계는 비-산소 함유 분위기(예컨대, 건식 N2, He, Ar 등)에서 실시될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 저온(예컨대, 200℃ 내지 400℃)에서 실시된 오존 경화가 고온(예컨대, 800℃ 초과) 산소(O2) 어닐링으로 진행한다. 산소-함유 분위기 경화 및/또는 어닐링은, 여러 실시예들에서, (193㎚에서 측정된) 굴절률의 실수 부분을 1.8, 1.75, 1.7 또는 1.65 중 하나의 미만으로 감소시킨다. 경화 및/또는 어닐링은 (역시, 193㎚에서 측정된, 굴절률의 허수 부분의 크기) 소광 계수를 0.15, 0.10, 0.075, 0.050 또는 1.025 중 하나의 미만으로 또한 감소시킨다. 실리콘 산화물로의 변환은 부분적이며, 변환 후의 소광 계수는, 여러 실시예들에서, 0.010, 0.025, 0.050, 0.075 또는 0.10 중 하나를 초과한다. 여러 실시예들에서, 소광 계수의 추가적인 범위들을 형성하기 위해 임의의 상한들이 임의의 하한들과 조합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 기판 상의 갭에 유전체 층을 형성하기 위한 방법(300)들에서 선택된 단계들을 나타낸 흐름도가 도시되어 있다. 상기 방법(300)은 패턴화된 기판을 기판 프로세싱 영역으로 전송하는 단계(302)를 포함할 수 있다. 상기 기판은 당해 기판 상에 형성된 장치 부품(예컨대, 트랜지스터들)들의 구조와 간격을 위한 복수의 갭을 가질 수 있다. 상기 갭들은 1:1 보다 훨씬 더 큰 높이 대 폭(즉, H/W)의 종횡비(AR)(예컨대, 5:1 또는 그 초과, 6:1 또는 그 초과, 7:1 또는 그 초과, 8:1 또는 그 초과, 9:1 또는 그 초과, 10:1 또는 그 초과, 11:1 또는 그 초과, 12:1 또는 그 초과, 등)를 규정하는 높이와 폭을 가질 수 있다. 많은 경우들에서, 높은 종횡비는 약 90㎚ 내지 약 22㎚ 또는 그 미만의 범위인 작은 갭 폭(예컨대, 약 90㎚, 65㎚, 45㎚, 32㎚, 22㎚, 16㎚ 등)들에 기인한다.
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층이 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 기판 상에 증착될 수 있다(단계 304). 본 명세서에 사용된 바와 같이, 컨포멀 층은 표면과 동일한 형태로 표면 상에 형성된 대체로 균일한 재료층, 즉 층의 표면과 덮인 표면이 대체로 평행한 재료층을 의미한다. 당업자라면 증착된 재료가 100% 컨포멀할 수는 없으므로, 용어 "대체로"는 허용가능한 공차를 인정한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 등각성은 2개의 서로 다른 위치들에서 측정된 컨포멀 층의 2개의 두께들의 비율인 것으로 본 명세서에서 정량화되며, 하나의 두께는 갭의 측벽에 있고, 다른 하나의 두께는 갭의 바닥에 있다. 웨이퍼를 가로질러, 또는 다이를 가로질러 상당한 두께 변화가 있는 경우들에서, 지점들을 샘플링하여 얻은 평균 측정값이 용인된다. 갭충진 필름의 증착시 발생하는 다양한 효과들로 인해 벽체 두께 또는 바닥 두께 중 어느 하나가 더 작을 수 있다. 2개의 두께들 중 더 작은 두께는 더 큰 두께로 나누어지고, 그 비율이 백분율로 변환된다. 이러한 방식으로 측정하면, 실리콘-및-질소-함유 층의 등각성은, 여러 실시예들에서, 70%, 80%, 90% 및 95% 중 하나 보다 더 클 수 있다.
기판 프로세싱 영역 내의 압력을 증대시킴으로써, 상기 컨포멀 층 상에 유동성 실리콘-및-질소-함유 층이 증착된다(단계 306). 이는 전구체(라디칼 질소 전구체 및/또는 탄소-프리 실리콘-함유 전구체)들 중 하나 또는 모두의 유량을 증대시킴으로써 이루어진다. 대안적으로 또는 조합하여, 밸브를 부분적으로 폐쇄하거나 진공 펌프의 실제 펌핑 속도를 감소시킴으로써, 펌핑 속도가 감소될 수 있다. 기판 프로세싱 영역의 압력은, 상기 유동성 층이 형성될 때, 여러 실시예들에서, 500mTorr, 750mTorr, 1Torr 또는 2Torr 중 하나 보다 더 크다. 컨포멀 층의 습윤 특성들은 갭으로의 유동층의 침투를 보조한다. 상기 층은 유동성이기 때문에, 충진 재료의 중앙 주변에 공극 또는 약한 시임을 형성하지 않고 높은 종횡비를 가진 갭들을 충진할 수 있다. 예를 들어, 증착되는 유동성 재료는 갭이 완전히 충진되기 전에 갭의 상단을 미리 막아 갭의 중간에 공극을 남기는 경우가 거의 없다.
유동성은 라디칼-질소 전구체들과 탄소-프리 실리콘 전구체의 혼합에 기인한 다양한 특성들 때문일 수 있다. 이 특성들은 증착된 필름에서 의미있는 수소 성분 및/또는 단쇄형(short chained) 폴리실라잔 폴리머의 존재를 포함할 수 있다. 이러한 단쇄들이 성장하여 연결됨으로써, 필름 형성시 및 그 후에 더 치밀한 유전체 재료를 형성한다. 예를 들면, 증착된 필름은 실라잔 타입의 Si-NH-Si 백본(backbone)(즉, Si-N-H 필름)을 가질 수 있다. 실리콘 전구체와 라디칼-질소 전구체가 모두 탄소-프리인 경우, 증착되는 실리콘-및-질소 함유 필름도 실질적으로 탄소-프리이다. 물론, 본질적으로, "탄소-프리"는 필름이 소량의 탄소도 갖고 있지 않다라는 것을 의미하지는 않는다. 탄소 오염물들은 상기 증착된 실리콘-및-질소 전구체 상태가 되는 전구체 재료들에 존재할 수 있다. 그러나, 이러한 탄소 불순물들의 양은 탄소 성분(예컨대, TEOS, TMDSO 등)을 가진 실리콘 전구체에서 발견되는 것보다 훨씬 더 작다.
도 1 및 도 2의 이전 실시예들과 유사하게, 상기 컨포멀 및 유동성 실리콘-및-질소-함유 필름들의 증착에 이어서, 경화 및/또는 어닐링이 이루어진다(단계 308). 실리콘 산화물로의 변환은 부분적이거나 완전할 수 있으며, 유동성 및 컨포멀하게 증착된 필름들 모두에 대해 영향을 미칠 수 있다. 산소-함유 분위기는, 다른 가스들 중, 산소 분자, 오존, 및 수증기를 포함할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 상기 산소-함유 가스들을 포함한 혼합물로부터 플라즈마가 갑자기 발생할 수 있는 반면, 다른 경우들에서는 상기 가스들로부터 플라즈마가 형성되지 않는다.
CVD 챔버로 유입되는 산소-함유 가스는 챔버로 유입되기 전에 활성화된(예컨대, 라디칼화, 이온화, 등) 하나 또는 그 초과의 화합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 산소-함유 가스는 원격 플라즈마 소오스를 통해 더 안정된 전구체 화합물들을 노출함으로써 활성화된 라디칼 산소 종들, 라디칼 하이드록실 종들 등을 포함할 수 있다. 상기 더 안정된 전구체들은 하이드록실(OH) 라디칼들과 이온들을 생성하는 수증기와 과산화수소(H2O2), 그리고 산소 원자(O) 라디칼들과 이온들을 생성하는 산소 분자 및/또는 오존을 포함할 수 있다.
예시적 실리콘 산화물 증착 시스템
본 발명의 실시예들을 실행할 수 있는 증착 챔버들은, 다른 유형의 챔버들 중에서, 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP-CVD) 챔버들, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 챔버들, 감압 화학기상증착(SACVD) 챔버들, 및 열 화학기상증착 챔버들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들을 실행할 수 있는 CVD 시스템들의 특수한 예들은, 칼리프, 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼사로부터 입수할 수 있는, CENTURA ULTIMA?HDP-CVD 챔버들/시스템들과 PRODUCER?PECVD 챔버들/시스템들을 포함한다.
본 발명의 예시적 방법들과 함께 사용될 수 있는 기판 프로세싱 챔버들의 예들은 "유전체 갭충진을 위한 프로세스 챔버"란 명칭으로 2006년 5월 30일자로 출원되어 루보미르스키 등에 공동 양도된 미국 가특허 출원번호 제60/803,499호에 개시된 것들을 포함하고, 이의 전체 내용이 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다. 추가적인 예시적 시스템들은 미국특허 제6,387,207호 및 제6,830,624호에 개시된 것들을 포함하고, 이들은 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.
증착 시스템들의 실시예들은 집적 회로 칩들을 생산하기 위한 대형 제조 시스템들에 통합될 수 있다. 도 4는 개시된 실시예들에 따른 증착, 베이킹(baking) 및 경화 챔버들의 그러한 하나의 시스템(400)을 도시하고 있다. 도면에서, 한 쌍의 FOUP(전면 개구 통합형 포트들)(402)가 기판(예컨대, 300㎜ 직경의 웨이퍼들)들을 공급하고 있으며, 이 기판들을 로봇 암(404)이 받아서 웨이퍼 프로세싱 챔버(408a 내지 408f)들 중 하나에 위치되기 전에 저압 유지 영역(406)에 위치시킨다. 상기 유지 영역(406)으로부터 프로세싱 챔버(408a 내지 408f)들로 그리고 그 역으로 기판 웨이퍼들을 운반하기 위해 제 2 로봇 암(410)이 사용될 수 있다.
상기 프로세싱 챔버(408a 내지 408f)들은 기판 웨이퍼 상에 유동성 유전체 필름을 증착, 어닐링, 경화 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 그 초과의 시스템 부품들을 포함할 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 유동성 유전체 재료를 기판 상에 증착하기 위해 2쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408c와 408d, 및 408e와 408f)가 사용될 수 있으며, 증착된 유전체를 어닐링하기 위해 제 3 쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408a와 408b)들이 사용될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 동일한 2쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408c와 408d, 및 408e와 408f)들이 기판 상에 유동성 유전체 필름을 증착 및 어닐링 모두 하도록 구성될 수 있으며, 한편, 제 3 쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408a와 408b)들은 증착된 필름의 자외선 또는 E-빔 경화를 위해 사용될 수 있다. 또 다른 구성에 있어서, 모든 3쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408a 내지 408f)들이 기판 상에서 유동성 유전체 필름을 증착 및 경화하도록 구성될 수 있다. 또 다른 구성에 있어서, 2쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408c와 408d, 및 408e와 408f)가 유동성 유전체의 증착 및 자외선 또는 E-빔 경화 모두 하도록 구성될 수 있으며, 한편, 제 3 쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 408a와 408b)들은 유전체 필름의 어닐링을 위해 사용될 수 있다. 개시된 프로세스들 중 임의의 하나 또는 그 초과의 프로세스가 여러가지 실시예들에 나타낸 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 실시될 수 있다.
또한, 상기 프로세싱 챔버(408a 내지 408f)들 중 하나 또는 그 초과의 챔버가 습식 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이 프로세스 챔버들은 습기를 포함한 분위기에서 유동성 유전체 필름의 가열을 포함한다. 따라서, 상기 시스템(400)의 실시예들은 증착된 유전체 필름에 대한 습식 및 건식 어닐링을 모두 실시하기 위해 습식 처리 챔버(408a와 408b)들과 어닐링 프로세싱 챔버(408c와 408d)들을 포함할 수 있다.
도 5a는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(500)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(510)이 가스를 프로세스할 수 있으며, 그 다음, 상기 가스는 가스 입구 조립체(511)를 통해 이동하게 된다. 2개의 분리된 가스 공급 채널들을 가스 입구 조립체(511) 내에서 볼 수 있다. 제 1 채널(512)은 원격 플라즈마 시스템(RPS(510))을 통과하는 가스를 운반하는 반면, 제 2 채널(513)은 RPS(500)를 바이패스한다. 개시된 실시예들에서, 제 1 채널(512)은 프로세스 가스를 위해 사용될 수 있고, 제 2 채널(513)은 처리 가스를 위해 사용될 수 있다. 덮개(또는 전도성 상단부)(521)와 다공성 격벽(553)이 그들 사이의 절연링(524)과 함께 도시되어 있으며, 상기 절연링은 AC 전위가 다공성 격벽(553)에 대해 덮개(521)로 인가될 수 있도록 한다. 프로세스 가스는 제 1 채널(512)을 통해 챔버 플라즈마 영역(520)으로 이동하며, 챔버 플라즈마 영역(520) 내의 플라즈마에 의해 단독으로, 또는 RPS(510)와 조합하여 여기될 수 있다. 챔버 플라즈마 영역(520) 및/또는 RPS(510)의 조합을 본 명세서에서 원격 플라즈마 시스템이라 칭할 수 있다. ('샤워헤드'라고도 칭하는)상기 다공성 격벽은 샤워헤드(553) 아래의 기판 프로세싱 영역(570)으로부터 챔버 플라즈마 영역(520)을 분리시킨다. 샤워헤드(553)는 챔버 플라즈마 영역(520)에 존재하는 플라즈마가 기판 프로세싱 영역(570)의 가스들을 직접 여기시키지 않도록 하는 한편, 여기된 종들이 챔버 플라즈마 영역(520)으로부터 기판 프로세싱 영역(570)으로 이동할 수 있도록 한다.
기판 프로세싱 영역에 부착된 배기 시스템의 펌핑 속도는, 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름들의 증착을 용이하게 하기 위하여, 기판 프로세싱 영역의 압력을 200mTorr, 150mTorr, 100mTorr, 75mTorr 또는 50mTorr 중 하나의 미만으로 유지하도록 선택되고 구성된다.
샤워헤드(553)는 챔버 플라즈마 영역(520)과 기판 프로세싱 영역(570) 사이에 위치되며, 챔버 플라즈마 영역(520) 내부에 생성된 플라즈마 유출물(전구체들 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)들이 복수의 관통홀(556)들을 통과할 수 있도록 하며, 상기 관통홀은 판의 두께를 횡단한다. 또한, 상기 샤워헤드(553)는 (실리콘-함유 전구체와 같이) 증기 또는 가스 형태의 전구체로 충진될 수 있는 하나 또는 그 초과의 빈 공간(551)들을 갖고, 상기 전구체는 작은 홀(555)들을 통해 기판 프로세싱 영역(570)으로 이동하나, 챔버 플라즈마 영역(520)으로는 직접 이동하지 않는다. 개시된 본 실시예에서, 샤워헤드(553)는 관통홀(556)들의 최소 직경(550)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 영역(520)으로부터 기판 프로세싱 영역(570)으로 침투하는 여기된 종들의 중요한 농도를 유지하기 위해, 상기 관통홀들의 최소 직경(550)의 길이(526)는 샤워헤드(553)에서 약간 떨어져 관통홀(556)들의 더 큰 직경 부분들을 형성함으로써 제한될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 상기 관통홀(556)들의 최소 직경(550)의 길이는 관통홀(556)들의 최소 직경과 동일하거나 그보다 작을 수 있다.
도시된 실시예에서, 샤워헤드(553)은 산소, 수소 및/또는 질소를 포함한 프로세스 가스들 및/또는 챔버 플라즈마 영역(520)의 플라즈마에 의해 여기될 때 그러한 프로세스 가스들의 플라즈마 유출물들을 (관통홀(556)들을 통해) 분배할 수 있다. 실시예들에서, 제 1 채널(512)을 통해 RPS(510) 및/또는 챔버 플라즈마 영역(520)으로 유도되는 프로세스 가스는 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, 및 N2H4, 실란, 디실란, TSA 및 DSA를 포함하는 NxHy 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프로세스 가스는 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등과 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 채널(513)은 프로세스 가스 및/또는 캐리어 가스, 및/또는 성장하거나 이미 증착된 필름으로부터 원하지 않는 성분을 제거하기 위해 사용되는 필름-경화 가스를 전달할 수 있다. 플라즈마 유출물들은 프로세스 가스의 이온화되거나 중성의 유도체들을 포함할 수 있으며, 유도된 프로세스 가스의 원자 성분들을 인용하여 본 명세서에서는 라디칼-산소 전구체 및/또는 라디칼-질소 전구체라 칭할 수 있다.
실시예들에서, 관통홀(556)들의 갯수는 약 60 내지 약 2000개일 수 있다. 관통홀(556)들은 다양한 형상을 가질 수 있으나, 가장 용이하게 원형으로 제조된다. 개시된 실시예들에서, 관통홀(556)들의 최소 직경(550)은 약 0.5㎜ 내지 약 20㎜ 이거나, 약 1㎜ 내지 약 6㎜일 수 있다. 또한, 관통홀들의 단면 형상의 선택에 있어서 자유도가 있으며, 이는 원뿔형, 원통형 또는 이 두가지 형상의 조합으로 제조될 수 있다. 여러가지 실시예들에서, 가스를 기판 프로세싱 영역(570)으로 유도하기 위해 사용되는 작은 홀(555)들의 수는 약 100 내지 약 5000개 또는 약 500 내지 약 2000개일 수 있다. 상기 작은 홀(555)들의 직경은 약 0.1㎜ 내지 약 2㎜일 수 있다.
도 5b는 개시된 실시예들에 따른 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(553)의 저면도이다. 샤워헤드(553)는 도 5a에 도시된 샤워헤드와 대응한다. 관통홀(556)들은 샤워헤드(553)의 바닥에서 더 큰 내경(ID)을 갖고 상단에서 더 작은 ID을 갖는 것으로 도시되어 있다. 본 명세서에 개시된 다른 실시예들 보다 더 균일한 혼합을 제공하도록 관통홀(556)들 사이에서, 작은 홀(555)들이 샤워헤드의 표면에 실질적으로 균일하게 분포되어 있다.
샤워헤드(553)의 관통홀(556)들을 통해 도달하는 플라즈마 유출물들이 빈 공간(551)으로부터 연장된 작은 홀(555)들을 통해 도달하는 실리콘-함유 전구체와 조합될 때, 기판 프로세싱 영역(570) 내부의 페데스탈(미도시)에 의해 지지된 기판 상에 예시적 필름이 생성된다. 기판 프로세싱 영역(570)이 경화와 같은 다른 프로세스들을 위해 플라즈마를 지원하도록 설비될 수 있으나, 상기 예시적 필름이 성장할 때 플라즈마는 존재하지 않는다.
플라즈마는 샤워헤드(553) 위의 챔버 플라즈마 영역(520) 또는 샤워헤드(553) 아래의 기판 프로세싱 영역(570)에서 점화될 수 있다. 질소-및-수소-함유 가스의 유입으로부터 라디칼 질소 전구체를 생성하기 위한 플라즈마가 챔버 플라즈마 영역(520)에 존재한다. 증착시 챔버 플라즈마 영역(520)에서 플라즈마를 점화하기 위해, 샤워헤드(553)와 프로세싱 챔버의 전도성 상단부(521) 사이에 무선 주파수(RF) 범위의 AC 전압이 전형적으로 인가된다. RF 파워 서플라이는 13.56㎒의 높은 RF 주파수를 발생시키지만, 다른 주파수를 단독으로 발생시키거나, 13.56㎒ 주파수와 조합하여 발생시킬 수도 있다.
기판 프로세싱 영역(570)과 접한 내부 표면들을 세척하거나 필름을 경화시키기 위해 기판 프로세싱 영역(570)에서 하위 플라즈마가 점화될 때, 상위 플라즈마는 저전력 또는 무전력으로 남을 수 있다. 기판 프로세싱 영역(570)의 플라즈마는 샤워헤드(553)와 챔버의 페데스탈 또는 바닥 사이에 AC 전압을 인가함으로써 점화된다. 플라즈마가 존재할 때, 세척 가스가 기판 프로세싱 영역(570)으로 도입될 수 있다.
상기 페데스탈은 기판의 온도를 제어하기 위해 열교환 유체가 통해 흐르는 열교환 채널을 가질 수 있다. 이 구조는 기판 온도가 비교적 저온(0℃ 내지 약 120℃까지)들로 유지되도록 냉각 또는 가열될 수 있도록 한다. 상기 열교환 유체는 에틸렌 글리콜과 물을 포함할 수 있다. 상기 페데스탈(바람직하게, 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합)의 웨이퍼 지지 플래터(platter)는 평행한 동심원들 형태로 2개의 완전 턴(turns)을 만들도록 구성된 내장식 단일 루프 또는 내장식 히터 요소를 사용하여 비교적 고온(약 120℃ 내지 약 1100℃)들을 실현하기 위해 저항식으로 가열될 수 있다. 상기 히터 요소의 외부는 지지 플래터의 원주에 인접하여 연장될 수 있는 반면, 내부는 더 작은 반경을 가진 동심원의 경로 상으로 연장한다. 상기 히터 요소에 대한 배선은 페데스탈의 스템을 통과한다.
상기 기판 프로세싱 시스템은 시스템 컨트롤러에 의해 제어된다. 예시적 실시예에서, 상기 시스템 컨트롤러는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 단일 보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디자털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들 및 스텝퍼 모터 컨트롤러 보드들을 포함한다. CVD 시스템의 다양한 부품들은 보드, 카드 케이지 및 커넥터 치수들 및 유형들을 규정한 VME(Versa Modular European) 표준을 따른다. 또한, VME 표준은 16비트 데이타 버스와 24비트 어드레스 버스를 가진 버스 구조를 규정한다.
시스템 컨트롤러는 CVD 기계의 모든 활성도들을 제어한다. 시스템 컨트롤러는 컴퓨터 판독가능한 매체 내에 저장된 컴퓨터 프로그램인 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 바람직하게, 상기 매체는 하드 디스크 드라이브이나, 다른 종류의 메모리일 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터 위치, 및 특정 프로세스의 다른 변수들을 명령하는 일군의 명령어들을 포함한다. 예를 들어, 플로피 디스크 또는 다른 적합한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 장치들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 시스템 컨트롤러에 대해 지시하는데 사용될 수도 있다.
기판 상에 필름 스택을 적층하기 위한 프로세스 또는 챔버를 세척하기 위한 프로세스가 상기 시스템 컨트롤러에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품을 사용하여 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어, 예를 들어 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 또는 기타 언어로 기록될 수 있다. 적합한 프로그램 코드가 종래의 텍스트 에디터를 사용하여 단일 파일 또는 다중 파일로 등록되며, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 사용가능한 매체에 저장되거나 내장된다. 등록된 코드 텍스트가 고차원 언어라면, 코드는 압축되고 그 결과적인 컴파일러 코드가 프리컴파일형 마이크로소프트 윈도우(등록 상표) 라이브러리 루틴들의 목적 코드와 연결된다. 연결된, 컴파일 목적 코드를 실행하기 위해, 시스템 유저는 목적 코드를 호출하여 컴퓨터 시스템이 메모리에 코드를 로딩하게 한다. 그 후 CPU는 코드를 판독하고 실행하여 프로그램에서 확인된 임무를 수행한다.
사용자와 컨트롤러 사이의 인터페이스는 평판형 터치 감응형 모니터이다. 바람직한 실시예에서, 2개의 모니터들이 사용되는데, 하나는 작업자들을 위해서 클린룸 벽(clean room wall)에 장착되고 다른 하나는 서비스 기술자들을 위해서 벽의 뒤에 장착된다. 상기 2개의 모니터들은 동일한 정보를 동시에 디스플레이할 수 있지만, 그 경우, 단지 하나가 한번에 입력을 받아들인다. 특정의 스크린 또는 기능을 선택하기 위해서, 작업자는 터치 감응형 모니터의 지정된 부위를 터치한다. 터치된 부위는 그의 하이라이트된 색을 변화시키거나, 새로운 매뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 터치 감응형 모니터와 작업자 사이의 통신을 확인한다. 그 밖의 디바이스, 예컨대, 키보드, 마우스, 또는 다른 포인팅 또는 통신 장치가 터치 감응형 모니터 대신 또는 그에 추가로 사용되어 사용자가 시스템 컨트롤러와 통신할 수 있게 할 수 있다.
챔버 플라즈마 영역 또는 RPS의 영역을 원격 플라즈마 영역이라 칭할 수 있다. 실시예들에서, 라디칼 질소 전구체는 원격 플라즈마 영역에서 생성되어 기판 프로세싱 영역으로 이동하며, 상기 기판 프로세싱 영역에서 상기 라디칼 질소 전구체에 의해 탄소-프리 실리콘-함유 전구체가 여기된다. 실시예들에서, 상기 탄소-프리 실리콘-함유 전구체는 라디칼 질소 전구체에 의해서만 여기된다. 실시예들에서, 라디칼 질소 전구체가 탄소-프리 실리콘-함유 전구체에 주된 여기를 제공하도록 보장하기 위해, 플라즈마 파워가 본질적으로 원격 플라즈마 영역에만 인가된다.
상기 기판 프로세싱 영역은, 실리콘-및-질소-함유 층의 성장시와 아울러, 다른 프로세싱 단계들 중 일부에서, 본 명세서에서, "플라즈마-프리"라 칭할 수 있다. "플라즈마-프리"는 본질적으로 상기 영역에 플라즈마가 전혀 없다는 것을 의미하지는 않는다. 플라즈마 영역 내에서 생성된 이온화된 종들이 기판 프로세싱 영역으로 이동할 수 있으나, 탄소-프리 실리콘-함유 전구체는 플라즈마 영역에 인가된 플라즈마 파워에 의해 실질적으로 여기되지 않는다. 챔버 플라즈마 영역의 플라즈마 경계들은 규정하기 어렵고, 샤워헤드의 개구들을 통해 기판 프로세싱 영역으로 침투할 수 있다. 유도적으로 커플링된 플라즈마의 경우, 예컨대, 직접적으로 기판 프로세싱 영역 내에서 소량의 이온화가 이루어질 수 있다. 또한, 형성되는 필름의 유동성 특성을 제거하지 않고, 기판 프로세싱 영역에서 저밀도 플라즈마가 생성될 수 있다. 라디칼 질소 전구체의 생성시 챔버 플라즈마 영역 보다 훨씬 더 낮은 강도를 가진 플라즈마에 대한 모든 원인들은 본 명세서에 사용된 바와 같이 "플라즈마-프리"의 범위를 벗어나지 않는다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "기판"은 그 위에 층들이 형성되거나 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 상기 지지 기판은 절연체이거나, 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들을 가진 반도체일 수 있으며, 예컨대, 집적 회로들의 제조에 사용되는 유형의 반도체 기판일 수 있다. "실리콘 산화물"의 층은 실리콘-및-산소-함유 재료의 약칭으로서 상호 교대로 사용되었다. 따라서, 실리콘 산화물은 질소, 수소, 탄소 등과 같은 다른 원소 성분들의 농도들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 실리콘 산화물은 본질적으로 실리콘과 산소를 포함한다. 용어 "전구체"는 표면으로부터 재료를 제거하거나 증착하기 위해 반응에 참여하는 임의의 프로세스 가스를 인용하기 위해 사용되었다. "여기된 상태"의 가스는 가스 분자들 중 적어도 일부가 진동 여기되거나, 분해되거나 및/또는 이온화된 상태의 가스를 나타낸다. 가스는 2개 또는 그 초과의 가스들의 조합일 수 있다. 용어 "트랜치"또는 "갭"은 에칭된 기하학적 구조가 본질적으로 큰 수평적 종횡비를 갖는다는 암시 없이 전체적으로 사용되었다. 표면 위에서 봤을 때, 트랜치들과 갭들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형태를 나타낼 수 있다.
개시된 몇 개의 실시예들로, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 다양한 변형들, 대안적 구성들, 및 등가물들이 이용될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 부가적으로, 공지된 프로세스들 및 부재들의 갯수는 본 발명이 불필요하게 불명료해지는 것을 방지하기 위해 개시되지 않았다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
값들이 범위가 제공될 때, 별다른 명확한 지시가 없다면, 이들 범위의 상한치 및 하한치 사이에서 각각 하한치 유니트의 10 정도의 중간 값이 특정하게 개시되었다는 것이 이해될 것이다. 임의의 언급된 값 또는 언급된 범위에서의 중간 값과 임의의 다른 언급된 또는 언급된 범위에서의 중간 값 간에 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 이들 더 작은 범위들의 상한치 및 하한치들은 상기 범위에 독립적으로 포함되거나 배제될 수 있으며, 작은 범위 내에 제한치들 중 하나 또는 둘 모두가 포함되거나 또는 둘 모두가 포함되지 않는 경우, 각각의 범위가 본 발명의 범주내에 포함되며, 언급된 범위에서 임의의 특정하게 배제된 한계치로 처리된다. 언급된 범위가 한계치들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 이들 포함된 한계치들 중 하나 또는 둘 모두를 배제하는 범위가 포함된다.
본 명세서 및 첨부되는 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태의 "a" "an" 및 "상기(the)"는 문맥상 별다른 언급이 없다면 다수의 참조물들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "프로세스(a process)"라는 참조물은 복수의 이러한 프로세스들을 포함하며, "상기 전구체(the precursor)"란 참조물은 당업자에게 공지되고 알려진 하나 또는 그 초과의 전구체들 및 등가물들에 대한 참조물을 포함한다.
또한, 본 명세서 및 하기 청구항들에서 사용되는 포함하는("comprise," "comprising," "include," "including," 및 "includes")은 언급된 피쳐들, 정수들, 부품들 또는 단계들의 존재를 특정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 초과의 다른 피쳐들, 정수들, 부품들, 단계들, 동작들 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.
Claims (22)
- 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서 패턴화된 기판 상에 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법으로서,
탄소-프리 실리콘-및-질소-함유 전구체를 라디칼-질소 전구체와 혼합하는 단계이며, 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소-함유 전구체는 상기 라디칼-질소 전구체와의 접촉에 의해 대부분 여기되는, 혼합 단계; 및
상기 패턴화된 기판 상에 컨포멀 층 두께를 가진 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 증착하는 단계;를 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름의 증착중에 상기 기판 프로세싱 영역 내의 컨포멀 증착 압력은 약 200mTorr 또는 그 미만인,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 필름의 증착중에 상기 기판의 컨포멀 증착 온도는 약 200℃ 또는 그 미만인,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨포멀 층의 두께는 약 20㎚ 또는 그 미만인,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘-및-질소 함유 층을 오존에 노출시킴으로써, 상기 실리콘-및-질소 함유 층을 실리콘-및-산소 함유 층으로 변환하는 단계를 더 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 탄소-프리 실리콘-및-질소-함유 전구체는 실릴-아민을 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 실릴-아민은 N(SiH3)3를 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 라디칼-질소 전구체는 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 전구체와 혼합되기 전에 플라즈마를 사용하여 질소-및-수소 함유 가스로부터 발생되는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 질소-및-수소 함유 가스는 암모니아, N2 및 H2로 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층은 탄소-프리 Si-N-H 층을 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층은 상기 실리콘-및-질소 함유 층을 산소-함유 분위기에 노출시킴으로써 상기 실리콘 산화물 층으로 변환되는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 산소-함유 분위기는 산소, 오존 및 증기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 가스들을 포함하는,
컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 형성하는 방법. - 부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법으로서,
갭을 포함한 기판을 전송하는 단계;
상기 기판 상에 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층을 증착하는 단계이며, 상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층은 등각성을 갖는, 증착 단계; 및
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층 위에 유동성 실리콘-및-질소-함유 층을 증착하는 단계이며, 상기 실리콘-함유 층은 상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층과 상기 유동성 실리콘-및-질소-함유 층을 모두 포함하는, 증착 단계;를 포함하는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 층을 산소 함량을 높이기 위해 산소-함유 분위기에서 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 실리콘-함유 층은 갭에 증착된 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층의 약 85% 또는 그 초과의 체적을 보유하는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층의 등각성은 약 80% 또는 그보다 더 큰,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소-함유 층은 실리콘-및-질소 함유 전구체와 라디칼-질소 전구체의 반응에 의해 상기 기판 상에 증착되며, 상기 라디칼-질소 전구체는 상기 실리콘-및-질소 전구체에 주된 여기를 제공하는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 실리콘-및-질소-함유 전구체는 N(SiH3)3를 포함하며, 상기 라디칼-질소 전구체는 플라즈마-활성화된 NH3로부터 형성되는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 산소-함유 분위기는 O2, O3, 또는 H2O 중 적어도 하나를 포함하는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 갭의 실리콘-함유 층은 실질적으로 공극-프리인,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 실리콘-및-질소 함유 층은 Si-N-H 층을 포함하는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 컨포멀 실리콘-및-질소 함유 층은 Si-N-H 층을 포함하는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 기판 갭은 약 50㎚ 또는 그 미만의 폭을 갖는,
부피 수축이 적은 실리콘-함유 층을 형성하는 방법.
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