KR20170017827A - 산화물 에칭 선택성 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 기술의 실시예들은 기판을 에칭하는 방법을 포함할 수 있다. 이 방법은 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 불소 함유 전구체를 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 플라즈마 배출물은 혼합 영역 내로 유입될 수 있다. 이 방법은 수소-및-산소 함유 화합물을 플라즈마 영역 내로 먼저 통과시키지 않고 수소-및-산소 함유 화합물을 혼합 영역 내로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 이 방법은 수소-및-산소 함유 화합물과 플라즈마 배출물을 혼합 영역에서 반응시켜 반응 생성물들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 반응 생성물들은 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입될 수 있다. 이 방법은 기판 처리 영역에서 반응 생성물들을 이용해 기판을 에칭하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
Description
본 기술은 반도체 시스템들, 프로세스들, 및 장비에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은 반도체 재료들을 에칭하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
집적 회로들은 기판 표면들에 복잡하게 패터닝된 재료 층들을 생성하는 프로세스들에 의해 가능하게 된다. 기판에 패터닝된 재료를 생성하기 위해서는 노출된 재료의 제거를 위한 제어된 방법들이 요구된다. 포토레지스트 내의 패턴을 하부 층들에 전사하는 것, 층들을 시닝(thinning)하는 것, 또는 표면에 이미 존재하는 피처들의 측면 치수들을 시닝하는 것을 포함하는 다양한 목적을 위해 화학적 에칭이 이용된다. 흔히 하나의 재료를 다른 퍼실러테이팅(facilitating)보다 더 빠르게 에칭하는 에칭 프로세스, 예를 들어, 패턴 전사 프로세스를 갖는 것이 바람직하다. 그러한 에칭 프로세스는 제1 재료에 대해 선택적이라고 한다. 재료들, 회로들, 및 프로세스들의 다양성의 결과로, 다양한 재료들을 향하여 선택성을 갖는 에칭 프로세스들이 개발되었다.
기판 처리 영역 내에 형성된 국소 플라즈마들에서 생성된 건식 에칭들은 습식 에칭들보다 더 한정된 트렌치들을 관통할 수 있고 남아 있는 연약한 구조들의 더 적은 변형을 보일 수 있다.
그러나, 에칭 프로세스가 제2 재료에 비하여 제1 재료에 대해 선택적일 수 있다 하더라도, 제2 재료의 일부 원하지 않은 에칭이 여전히 발생할 수 있다.
따라서, 고품질 장치들 및 구조들을 생성하기 위해 이용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들이 요구되고 있다. 이러한 그리고 다른 요구들이 본 기술에 의해 다루어진다.
본 기술의 실시예들은 선택적 에칭을 위한 방법들 및 시스템들을 포함한다. 폴리실리콘 및 실리콘 질화물을 포함하는 재료들에 비하여 실리콘 산화물의 높은 에칭 선택성들이 달성된다. 복수의 개구를 정의하는 부가적인 파티션이 화합물들의 유동에 영향을 미치고 소정의 반응들을 향상시키거나 억제할 수 있다. 일부 경우에, 부가적인 파티션은 플라즈마 생성물과 수소-및-산소 함유 화합물의 혼합 및/또는 체류 시간을 증가시킬 수 있다. 플라즈마 생성물과 수소-및-산소 함유 화합물은 반응하여 에칭의 대상이 아닌 재료들을 에칭할 수 있는 화합물들의 농도를 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 파티션은 에칭의 대상인 실리콘 산화물 또는 다른 재료들을 에칭할 수 있는 다른 화합물들의 형성을 도울 수 있다. 그리고 파티션은 파티션이 없는 프로세스 또는 시스템에 비하여 에칭 선택성을 증가시킬 수 있다.
본 기술의 실시예들은 기판을 에칭하는 방법을 포함할 수 있다. 이 방법은 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 발생시키는(striking) 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 불소 함유 전구체를 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 플라즈마 배출물은 혼합 영역 내로 유입될 수 있다. 이 방법은 수소-및-산소 함유 화합물을 플라즈마 영역 내로 먼저 통과시키기 않고 수소-및-산소 함유 화합물을 혼합 영역 내로 도입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 이 방법은 수소-및-산소 함유 화합물과 플라즈마 배출물을 혼합 영역에서 반응시켜 반응 생성물들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 반응 생성물들은 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입될 수 있다. 이 방법은 기판 처리 영역에서 반응 생성물들을 이용해 기판을 에칭하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
실시예들은 기판 처리 시스템을 포함할 수 있다. 이 시스템은 제1 가스 유입구, 기판을 지지하도록 구성된 페디스털(pedestal), 샤워헤드, 파티션, 제2 가스 유입구, 및 전력 공급부를 포함할 수 있다. 샤워헤드는 복수의 개구를 정의하는 전기 도전성 판일 수 있다. 샤워헤드는 또한 제1 가스 유입구와 페디스털 사이에 위치할 수 있다. 파티션은 제2 복수의 개구를 정의할 수 있고 페디스털과 샤워헤드 사이에 위치할 수 있다. 제2 가스 유입구는 샤워헤드에 또는 샤워헤드와 파티션 사이에 위치할 수 있다. 제1 가스 유입구와 샤워헤드 사이에 플라즈마 영역이 정의될 수 있다. 샤워헤드와 파티션 사이에 실질적으로 플라즈마가 없는 영역이 정의될 수 있다. 파티션과 페디스털 사이에 기판 처리 영역이 정의될 수 있다. 전력 공급부는 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 발생시키도록 구성될 수 있다.
실시예들은 기판을 에칭하는 방법을 또한 포함할 수 있다. 이 방법은 제1 플라즈마 영역에서 제1 플라즈마 방전을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 제2 플라즈마 영역에서 제2 플라즈마 방전을 발생시키는 단계를 또한 포함할 수 있다. 이 방법은 불소 함유 전구체를 제1 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 배출물은 제2 플라즈마 영역 내로 유입될 수 있다. 제2 플라즈마 영역에서, 수소-및-산소 함유 화합물과 플라즈마 배출물이 반응하여 반응 생성물들을 형성할 수 있다. 수소-및-산소 함유 화합물은 제2 플라즈마 영역에 들어가기 전에 제1 플라즈마에 의해 여기되지 않을 수 있다. 이 방법은 반응 생성물들을 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 이 방법은 기판 처리 영역에서 반응 생성물들을 이용해 기판을 에칭하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
실시예들의 속성 및 이점들의 추가적인 이해는 도면들 및 본 명세서의 나머지 부분들을 참조하여 실현될 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 에칭 방법의 블록 흐름도를 보여준다.
도 2는 실시예들에 따른 기판 처리 시스템의 간이도를 보여준다.
도 3은 실시예들에 따른 에칭 방법의 블록 흐름도를 보여준다.
도 4는 실시예들에 따른 기판 처리 시스템의 간이도를 보여준다.
도 5는 실시예들에 따른 상이한 프로세스들에 대한 에칭 선택성들을 보여준다.
도 6은 실시예들에 따른 기판 처리 챔버의 개략 단면도를 보여준다.
도 7은 실시예들에 따른 기판 처리 챔버의 일부의 개략 단면도를 보여준다.
도 8은 실시예들에 따른 샤워헤드의 저면도를 보여준다.
도 9는 실시예들에 따른 예시적인 기판 처리 시스템의 상면도를 보여준다.
도 1은 실시예들에 따른 에칭 방법의 블록 흐름도를 보여준다.
도 2는 실시예들에 따른 기판 처리 시스템의 간이도를 보여준다.
도 3은 실시예들에 따른 에칭 방법의 블록 흐름도를 보여준다.
도 4는 실시예들에 따른 기판 처리 시스템의 간이도를 보여준다.
도 5는 실시예들에 따른 상이한 프로세스들에 대한 에칭 선택성들을 보여준다.
도 6은 실시예들에 따른 기판 처리 챔버의 개략 단면도를 보여준다.
도 7은 실시예들에 따른 기판 처리 챔버의 일부의 개략 단면도를 보여준다.
도 8은 실시예들에 따른 샤워헤드의 저면도를 보여준다.
도 9는 실시예들에 따른 예시적인 기판 처리 시스템의 상면도를 보여준다.
재료들을 에칭하는 종래의 방법들 및 시스템들은 반도체 구조들의 특징적인 치수들이 감소함에 따라 원하는 것보다 낮은 에칭 선택성들을 가질 수 있다. 일부 프로세스들에서, 저품질 산화물은 고품질 산화물보다 더 빠르게 에칭되어야 한다. 이 산화물 에칭 속도는 산화물 유형들 간에 선택성을 증가시키기 위하여 낮추어질 수 있다. 이 낮은 산화물 에칭 체제에서는, 산화물과 실리콘 또는 실리콘 질화물 간의 에칭 선택성이 감소할 수 있다. 실리콘 또는 실리콘 질화물의 원치 않은 에칭은, 특히 반도체 장치들이 작아질수록, 장치 성능에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
본 기술의 실시예들은, 종래의 방법들 및 시스템들에 비하여, 실리콘, 실리콘 질화물, 또는 다른 재료들에 대한 산화물의 에칭 선택성을 증가시킬 수 있다. 프로세스에서 부가적인 파티션은 에칭 프로세스에서 전구체들 및 화합물들의 유동 및 반응들을 변경한다. 파티션은 플라즈마 영역의 하류측에 그리고 수소-및-산소 함유 화합물의 도입의 하류측에 위치할 수 있다. 파티션은 실리콘 및 실리콘 질화물을 에칭할 수 있는 종들(예를 들어, 불소 라디칼들)의 농도를 감소시키는 한편, 실리콘 산화물을 에칭하는 종들(예를 들어, HF2 -)의 형성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 폴리실리콘, 실리콘 질화물, 및/또는 다른 재료들에 대한 산화물의 에칭 선택성들은 파티션이 없는 방법들 및 시스템들에 비하여 증가할 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 기판 에칭 방법(100)을 보여준다. 이 방법은 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 발생시키는 단계(블록 102)를 포함할 수 있다. 이 플라즈마 방전은 용량성 결합된 플라즈마 또는 유도성 결합된 플라즈마일 수 있다. 방법(100)은 또한 불소 함유 전구체를 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계(블록 104)를 포함할 수 있다. 불소 함유 전구체는 원자 불소, 이원자 불소, 질소 삼불화물, 탄소 오불화물, 수소 불화물, 및 크세논 이불화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전구체를 포함할 수 있다. 다른 가스들이 불소 함유 전구체와 함께 플라즈마 영역 내로 유입될 수 있다. 다른 가스들은, 예를 들어, 불활성 가스, 희가스(noble gas), 헬륨, 및/또는 아르곤을 포함할 수 있다. 질소 삼불화물을 보강하거나 대체하기 위해 다른 산소 공급원들이 이용될 수 있다. 일반적으로, 산소 함유 전구체가 플라즈마 영역 내로 유입되고 불소 함유 전구체는 실시예들에서 분자 산소(O2), 오존(O3), 이질소 산화물(N2O), 하이포질산염(N2O2) 또는 질소 이산화물(NO2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전구체를 포함한다. 플라즈마 배출물은 플라즈마 방전에 의해 여기되기 전에 존재하는 가스 내의 원자들, 분자들, 라디칼들, 및/또는 분자들의 이온들을 포함할 수 있다.
추가적으로, 방법(100)은 플라즈마 배출물을 혼합 영역 내로 유입시키는 단계(블록 106)를 포함할 수 있다. 플라즈마 배출물은 샤워헤드 내의 복수의 개구를 통하여 유입될 수 있다. 혼합 영역은 실질적으로 플라즈마가 없을 수 있다. "플라즈마가 없는(plasma-free)"은 반드시 영역에 플라즈마가 없다는 것을 의미하는 것은 아니다. 플라즈마 영역 내에 생성된 이온화된 종들 및 자유 전자들이 대단히 작은 농도로 샤워헤드 내의 개구들을 통하여 이동할 수 있다. 챔버 플라즈마 영역에서 플라즈마의 경계들은 샤워헤드 내의 개구들을 통하여 샤워헤드의 하류측의 영역들을 약간 침범할 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 에칭 프로세스들의 바람직한 특징들을 없애지 않고 샤워헤드의 하류측의 영역에 저강도 플라즈마가 생성될 수 있다. 여기된 플라즈마 배출물들의 생성 동안에 챔버 플라즈마 영역보다 훨씬 낮은 강도의 이온 밀도를 가진 플라즈마에 대한 모든 원인들은 본 명세서에 사용된 "플라즈마가 없는"의 범위를 벗어나지 않는다.
일부 실시예들에서, 방법(100)은 수소-및-산소 함유 화합물을 플라즈마 영역 내로 먼저 통과시키지 않고 수소-및-산소 함유 화합물을 혼합 영역 내로 도입하는 단계(블록 108)를 더 포함할 수 있다. 수소-및-산소 함유 화합물은 혼합 영역에 들어가기 전에 혼합 영역 외부의 어떤 플라즈마에 의해서도 여기 또는 이온화되지 않을 수 있다. 수소-및-산소 함유 화합물이 불소 함유 전구체와 동일한 가스 유입구에 도입되면, 수소-및-산소 함유 화합물은 해리하거나, 이온화하거나, 다른 반응들 또는 여기들을 겪을 수 있고, 이는 에칭 반응들에 영향을 미치고 프로세스 복잡성을 증가시킬 수 있다. 대신에, 수소-및-산소 함유 화합물은 해리하는 일 없이 그리고 불필요하게 프로세스 복잡성을 증가시키는 일 없이 화합물을 전달하기 위하여 플라즈마의 하류측에 유입될 수 있다. 수소-및-산소 함유 화합물은 수증기 또는 알코올을 포함할 수 있다. 알코올은 실시예들에서 메탄올, 에탄올, 및 이소프로필 알코올 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 수소-및-산소 함유 화합물은 O-H 결합을 포함할 수 있다.
추가적으로, 방법(100)은 수소-및-산소 함유 화합물과 플라즈마 배출물을 혼합 영역에서 반응시켜 반응 생성물들을 형성하는 단계(블록 110)를 포함할 수 있다. 혼합 영역에서의 반응은 불소 라디칼과 물 반응물들을 포함할 수 있다. 불소 라디칼과 물은 반응하여 HF2 - 및 OH-를 포함하는 생성물들을 형성할 수 있다. 이 반응 생성물들은 수소, 불소, 및/또는 산소 원자들의 조합들을 포함할 수 있다.
이 방법은 반응 생성물들을 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입시키는 단계(블록 112)를 더 포함할 수 있다. 기판 처리 영역은 실질적으로 또는 완전히 플라즈마가 없을 수 있다. 파티션 내의 복수의 개구 중 일부의 각각의 개구는 샤워헤드 내의 복수의 개구 중 가장 가까운 개구와 동심으로 정렬될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 동심으로 정렬될 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 복수의 개구 중 일부는 파티션 내의 개구들의 전체일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 어떤 특정한 이론에도 얽매이려는 의도 없이, 파티션은 플라즈마 배출물과 수소-및-산소 함유 화합물 간의 혼합을 향상시킨다고 생각된다. 구체적으로, 파티션은 F 라디칼들과 물 사이의 반응들을 증가시킬 수 있고 따라서 폴리실리콘, 실리콘 질화물, 또는 다른 재료들을 에칭할 수 있는 F 라디칼들을 감소시킬 수 있다.
방법(100)은 또한 기판 처리 영역에서 반응 생성물들을 이용해 기판을 에칭하는 단계(블록 114)를 포함할 수 있다. 기판은 그 상부에 패터닝된 층들이 있는 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 기판은 노출된 실리콘 산화물 부분 및 제2 노출 부분을 포함할 수 있다. 제2 노출 부분은 1 실리콘 원자 대 2 산소 원자와는 다른 조성 원자 비율을 가질 수 있다. 실리콘 산화물은 다음의 반응들을 포함하는 메커니즘에 의해 에칭될 수 있다:
반응 (1)은 실리콘 산화물의 표면이, 혼합 영역에서 형성되었을 수 있는, 수소 이온에 의해 양성자화되는 방법을 보여준다. 반응 (2)는 양자화된 표면이 HF2 -의 공격을 받아 불소화된 실리콘을 형성할 수 있는 방법을 보여준다. 실리콘이 3개 더 많은 불소 원자와 반응한 후에, SiF4가 형성되고 표면으로부터 제거된다. 부가적인 3개의 불소 원자는 불소 라디칼들 및/또는 HF2 -에서 유래할 수 있다.
실시예들에서, 제2 노출 부분은 폴리실리콘 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제1 노출 부분은 폴리실리콘 에칭보다 500배 초과의 더 빠른 에칭 속도로 에칭될 수 있다. 일부 경우에, 에칭 속도는 600배, 700배, 800배, 900배, 1,000배 초과 더 빠를 수 있다. 추가적으로, 제1 노출 부분은 실리콘 질화물 에칭보다 200배 초과의 더 빠른 에칭 속도로 에칭될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 질화물에 비하여 실리콘 산화물에 대한 에칭 속도는 250배, 300배, 350배, 또는 400배 초과 더 빠를 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 2개의 유형의 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하나의 유형의 실리콘 산화물은 다른 하나의 유형의 실리콘 산화물보다, 더 빠르게, 그러나 2배 미만으로 더 빠르게 에칭될 수 있다. 프로세스 온도들은 8℃ 내지 15℃를 포함하여, 0℃ 내지 100℃일 수 있다. 프로세스 압력들은 0.5 토르 내지 12 토르일 수 있다.
실시예들은 도 2에 도시된, 기판 처리 시스템(200)을 포함할 수 있다. 이 시스템은 제1 가스 유입구(202), 기판(206)을 지지하도록 구성된 페디스털(204), 샤워헤드(208), 파티션(210), 제2 가스 유입구(212), 및 전력 공급부(214)를 포함할 수 있다. 제1 가스 유입구(202)는 제1 가스 소스(203)로부터 가스를 수용하도록 구성될 수 있다. 파티션(210)은 샤워헤드(208)로부터, 예를 들어, 1,000 내지 1,500 밀(mil), 1,500 내지 2,000 밀, 2,000 내지 2,500 밀, 2,500 내지 3,000 밀, 3,000 내지 3,500 밀, 또는 3,500 내지 4,000 밀을 포함하여, 1,000 내지 4,000 밀 떨어져 배치될 수 있다. 페디스털(204)은 파티션(210)을 향하는 샤워헤드(208)의 표면으로부터 1,000 내지 4,000 밀에 배치될 수 있다. 예를 들어, 페디스털(204)은 파티션을 대향하는 샤워헤드(208)의 표면으로부터 1,000 내지 1,500 밀, 1,500 내지 2,000 밀, 2,000 내지 2,500 밀, 2,500 내지 3,000 밀, 3,000 내지 3,500 밀, 또는 3,500 내지 4,000 밀에 있을 수 있다. 파티션(210)은 원형일 수 있다. 파티션(210)은 유동 분배 플레이트 또는 분배 플레이트이라고 불릴 수 있다. 파티션(210)은 샤워헤드(208)와 페디스털(204) 사이의 임의의 거리에 위치할 수 있다. 실시예들에서, 파티션(210)은 샤워헤드(208)로부터 약 2,800 밀에 있고, 페디스털(204)은 샤워헤드(208)로부터 2,800 내지 4,000 밀에 위치할 수 있다.
샤워헤드(208)는 개구(216)를 포함하여, 복수의 개구를 정의하는 전기 도전성 판일 수 있다. 샤워헤드(208) 내의 복수의 개구의 각각의 개구는 원통형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 개구(216)는 원통형 부분과 테이퍼형(tapered) 부분 또는 부분들을 포함할 수 있다. 테이퍼형 부분은 페디스털로부터 멀어지며 또는 페디스털을 향하여 가늘어질 수 있다. 개구(216)는 2개의 테이퍼형 부분에 의해 경계 지어진 원통형 부분을 포함할 수 있다. 샤워헤드(208)는 또한 제1 가스 유입구(212)와 페디스털(204) 사이에 위치할 수 있다. 파티션(210)은 제2 복수의 개구를 정의할 수 있고 페디스털(204)과 샤워헤드(208) 사이에 위치할 수 있다. 파티션(210) 내의 복수의 개구의 각각의 개구는 원통형일 수 있다. 개구(218)는 파티션(210) 내의 하나의 개구의 예이다. 샤워헤드(208) 내의 복수의 개구의 각각의 개구의 직경은 파티션(210) 내의 복수의 개구의 각각의 개구의 직경과 같을 수 있다. 실시예들에서, 샤워헤드(208)와 파티션(210) 중 적어도 하나 내의 복수의 개구는 불균일한 분포의 구멍 크기들을 가질 수 있다. 샤워헤드(208)는 원형일 수 있고 파티션(210)과 동일한 직경을 가질 수 있다. 샤워헤드(208)는 파티션(210)의 직경의 10%, 20%, 30%, 40%, 또는 50% 내의 직경을 가질 수 있다.
제2 가스 유입구(212)는 샤워헤드(208)에 또는 샤워헤드(208)와 파티션(210) 사이에 위치할 수 있다. 제2 가스 유입구(212)는 제2 가스 소스(220)로부터의 가스를 샤워헤드(208) 내의 애퍼처들(222)에 전달할 수 있다. 애퍼처들(222)은 가스를 파티션(210)을 향하여 유도할 수 있고 개구(216)에서 플라즈마 배출물과 혼합할 가스를 유도하지는 않는다. 이런 방식으로, 샤워헤드(208)는 이중 채널 샤워헤드일 수 있다. 어떤 가스 유입구도 파티션(210)과 동일한 레벨에 위치하지 않을 수 있다. 제1 가스 유입구(202)와 샤워헤드(208) 사이에 플라즈마 영역(224)이 정의될 수 있다.
샤워헤드(208)와 파티션(210) 사이에 실질적으로 플라즈마가 없는 영역(226)이 정의될 수 있다. 파티션(210)과 페디스털(204) 사이에 기판 처리 영역(228)이 정의될 수 있다. 가스 유출구(230)를 포함하는 복수의 가스 유출구가 파티션(210)과 페디스털(204) 사이에 위치할 수 있다. 복수의 가스 유출구는 펌프(232)로 이어질 수 있다. 복수의 가스 유출구는 중심점을 중심으로 일정 반경에 배열될 수 있다. 중심점은 샤워헤드(208)의 중심과 파티션(210)의 중심을 통하는 라인 상에 위치할 수 있다. 복수의 가스 유출구는 중심점을 중심으로 일정 반경을 가진 원의 원주를 따라 균일하게 분포될 수 있다. 어떤 가스 유입구도 가스를 직접 기판 처리 영역 내로 전달하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 어떤 가스 유출구도 파티션(210)과 페디스털(204) 사이에 위치하지 않을 수 있다. 기판 처리 영역(228)에 가스 유출구가 없는 것은 유출구를 통한 가스 유동을 막기 위해 가스 유출구 위에 펌프 라이너가 설치되거나 시스템이 이 위치에 가스 유출구를 갖지 않은 결과일 수 있다. 유일한 가스 유출구는 파티션(210)과 반대편의 페디스털(204)의 측 상에 있을 수 있다. 가스를 복수의 가스 유출구를 통해 방사상으로 유출시키는 것이 아니라 페디스털 아래로 유출시키는 것은 에칭 균일성을 개선할 수 있다.
전력 공급부(214)는 플라즈마 영역(224)에 플라즈마 방전을 발생시키도록 구성될 수 있다. 전력 공급부(214)는 RF 전력 공급부일 수 있다. 용량성 결합된 플라즈마를 위한 전력 공급부(214)는, 예를 들어, 25 W 내지 500 W를 포함하여, 0 W 내지 2000 W에서 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 샤워헤드와 제1 가스 유입구 사이에 이온 억제기가 위치할 수 있다. 이온 억제기는 제3의 복수의 개구를 포함할 수 있다. 이온 억제기는 원형일 수 있고 샤워헤드와 동일한 직경을 가질 수 있다. 이온 억제기는 샤워헤드의 직경의 10%, 20%, 30%, 40%, 또는 50% 이내의 직경을 가질 수 있다. 제3의 복수의 개구는 불균일한 분포의 개구 직경들을 가질 수 있다. 이온 억제기의 가능한 예들이 아래에 더 상세히 설명된다. 이온 억제기, 샤워헤드, 및 파티션 중 임의의 2개 또는 3개가 동일한 패턴 또는 분포의 복수의 개구를 가질 수 있다. 실시예들에서, 이온 억제기, 샤워헤드, 및 파티션 중 임의의 2개 또는 3개가 상이한 패턴 또는 분포의 복수의 개구를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예들은 기판을 에칭하는 방법(300)을 또한 포함할 수 있다. 방법(300)은 제1 플라즈마 영역에서 제1 플라즈마 방전을 발생시키는 단계(블록 302)를 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 방전은 원격 플라즈마일 수 있다. 원격 플라즈마 소스는 0 kW 내지 10 kW의 전력을 가질 수 있다.
방법(300)은 제2 플라즈마 영역에서 제2 플라즈마 방전을 발생시키는 단계(블록 304)를 또한 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 방전은 기판과 동일한 챔버에 있을 수 있다. 제2 플라즈마는 용량성 결합된 플라즈마 또는 유도성 결합된 플라즈마일 수 있다. 제2 플라즈마 방전을 위한 전원은 0 W 내지 500 W에서 동작할 수 있다. 방법(300)은 불소 함유 전구체를 제1 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계(블록 306)를 더 포함할 수 있다. 방법(300)은 플라즈마 배출물을 제2 플라즈마 영역 내로 유입시키는 단계(블록 308)를 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 영역에서, 수소-및-산소 함유 화합물과 플라즈마 배출물이 반응하여 반응 생성물들을 형성할 수 있다(블록 310). 수소-및-산소 함유 화합물은 제2 플라즈마 영역에 들어가기 전에 제1 플라즈마에 의해 여기되지 않을 수 있다. 방법(300)은 반응 생성물들을 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입시키는 단계(블록 312)를 추가적으로 포함할 수 있다. 방법(300)은 기판 처리 영역에서 반응 생성물들을 이용해 기판을 에칭하는 단계(블록 314)를 또한 포함할 수 있다.
플라즈마 배출물이 제2 플라즈마 영역에 들어가기 전에 그리고 에칭 챔버에 들어간 후에 플라즈마 배출물은 전기적으로 접지된 샤워헤드 및/또는 이온 억제기 내의 복수의 개구를 통하여 유동하지 않을 수 있다. 제2 플라즈마 방전은 샤워헤드 또는 이온 억제기와의 전기적 연결에 의해 형성되지 않을 수 있다. 제2 플라즈마 영역은 본 명세서에 설명된 샤워헤드 또는 이온 억제기를 포함하지 않거나 또는 그에 의해 한정되지 않을 수 있다. 어떤 특정한 이론에도 얽매이려는 의도 없이, 원격 플라즈마 유닛은 제2 플라즈마 방전과 결합하여 플라즈마 배출물과 수소-및-산소 함유 화합물의 적절한 혼합 및 반응을 제공하여 다른 재료들에 비하여 산화물의 에칭 선택성을 증가시키는 것으로 여겨진다.
방법(300)을 구현하기 위해 사용되는 시스템은 도 4의 시스템(400)을 포함할 수 있다. 전반적으로, 도 4의 시스템(400)은 도 2의 시스템(200)과 유사하지만 원격 플라즈마 소스(RPS) 유닛(402)이 추가되고 샤워헤드가 생략되어 있다. 시스템(400)에서, 제1 가스 소스(404)는 RPS 유닛(402)에 가스를 전달한다. RPS 유닛(402)은 플라즈마 방전을 발생시키도록 구성되고 플라즈마 배출물들을 생성할 수 있다. 플라즈마 배출물들은 가스 유입구(406)를 따라 유동할 수 있다. 가스 유입구(406)는 실질적으로 플라즈마가 없을 수 있다.
플라즈마 배출물들은 제2 플라즈마 영역(408) 내로 유입될 수 있다. 제2 플라즈마 영역(408)은 가스 유입구(406)와 파티션(410) 사이에 있을 수 있다. 제2 플라즈마 영역은 플라즈마 방전을 포함할 수 있고, 이 플라스마 방전은 전력 공급부(412)로부터의 전력으로 지속될 수 있다. 전력 공급부(412)는 챔버와 파티션(410) 사이에 용량성 결합된 RF 전력 공급부일 수 있다. 제2 가스 유입구(414)는 제2 가스 소스(416)로부터의 가스를 전달할 수 있다. 제2 가스 소스(416)는 물 또는 또 다른 수소-및-산소 함유 화합물을 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 영역에서 형성된 반응 생성물들은 개구(418)와 같은, 파티션(410) 내의 복수의 개구를 통하여 유동할 수 있다. 그 후 반응 생성물들은 파티션(410)과 페디스털(422) 사이에 정의된, 기판 처리 영역(420)에 있을 수 있다. 기판 처리 영역(420)은 실질적으로 플라즈마가 없을 수 있다. 그렇다고 해도, 기판 처리 영역(420) 내의 가스는 기판(424)의 일부를 에칭할 수 있다.
시스템(200)과 마찬가지로, 시스템(400)은 펌프(428)로 이어지는 가스 유출구(426)를 포함할 수 있다. 가스 유출구(426)는 도 2의 가스 유출구(230)와 위치와 구성이 유사할 수 있다. 추가적으로, 시스템(400)은 기판 처리 영역(420)에 가스 유출구(426) 및 다른 유사한 가스 유출구들을 제외할 수 있다.
일반적으로 말해서, 본 명세서에 제시된 방법들은 폴리실리콘 및 실리콘 질화물만이 아니라 매우 다양한 재료들에 대하여 실리콘 산화물을 선택적으로 에칭하기 위해 이용될 수 있다. 이 방법들은 노출된 실리콘 산화물을, 티타늄, 티타늄 질화물, 티타늄 산화물, 티타늄 실리사이드, 하프늄, 하프늄 산화물, 하프늄 실리사이드, 탄탈, 탄탈 산화물, 탄탈 질화물, 탄탈 실리사이드, 코발트, 코발트 산화물, 코발트 실리사이드, 텅스텐, 텅스텐 산화물, 텅스텐 실리사이드, 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 탄소 질화물, C-H 필름, C-H-N 필름, 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 니켈, 니켈 산화물 또는 니켈 실리사이드보다 더 빠르게 에칭하기 위해 이용될 수 있다.
제2 노출 부분은 실시예들에 따라 질소, 하프늄, 티타늄, 코발트, 탄소, 탄탈, 텅스텐, 및 게르마늄으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 제2 노출 부분은 실시예들에서 실리콘, 탄탈, 탄탈 및 산소, 탄탈 및 실리콘, 탄탈 및 질소, 코발트, 코발트 및 산소, 코발트 및 실리콘, 텅스텐, 텅스텐 및 산소, 텅스텐 및 실리콘, 니켈, 니켈 및 산소, 니켈 및 실리콘, 실리콘 및 질소, 실리콘 및 산소 및 질소, 실리콘 및 탄소 및 질소, 실리콘 및 탄소, 탄소, 탄소 및 수소, 탄소 및 수소 및 질소, 실리콘 및 게르마늄, 게르마늄, 하프늄, 하프늄 및 산소, 하프늄 및 실리콘, 티타늄, 티타늄 및 산소, 티타늄 및 질소, 또는 티타늄 및 실리콘의 그룹에서 선택된 조성물로 구성되거나 또는 본질적으로 구성될 수 있다.
예시
분배 플레이트가 있는 에칭 방법들을 분배 플레이트가 없는 다른 프로세스들과 대조하여 에칭 선택성에 대해 테스트하였다. 다양한 방법들에 대한 결과들이 도 5에 도시되어 있다. 첫 번째 칼럼에 대한 결과들은 산화물을 에칭하기 위한 제어 레시피이다. 바(bar)들은 폴리실리콘에 대한 산화물의 에칭 선택성은 200보다 크고 저압 실리콘 질화물("LP SiN")에 대한 산화물의 에칭 선택성은 약 100인 것을 나타낸다. 도 5의 두 번째 칼럼은 상이한 이온 억제기를 포함하는, uSMD라고 하는 에칭 프로세스에 대한 결과들을 나타내고, 여기서 이온 억제기는 상이한 개구 분포 및/또는 개구 직경들을 갖는다. SMD는 이온 억제기인, 선택성 조절 디바이스(selectivity modulation device)를 상징한다. 세 번째 칼럼은 uSMD 개구 분포를 가진 샤워헤드 및 헬륨을 포함하는 레시피를 보여준다. 결과들은 폴리실리콘에 대한 산화물의 에칭 선택성은 약간 증가하고 저압 실리콘 질화물에 대한 산화물의 에칭 선택성은 거의 동일한 것을 보여준다. 그러나, 폴리실리콘의 느린 에칭 속도 및/또는 실험 정밀도의 결과로서, 세 번째 칼럼과 처음 2개의 칼럼 간의 선택성의 차이는 전형적인 제조 프로세스들에서 사용될 때의 차이로 해석되지 않는다. 처음 3개의 칼럼은 상이한 이온 억제기 구성 및 상이한 레시피가 에칭 선택성들에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 보여준다.
네 번째 칼럼은 추가적인 유동 분배 플레이트를 가진 챔버와 세 번째 칼럼의 레시피에 대한 에칭 선택성 결과들을 보여준다. 폴리실리콘에 대한 산화물의 에칭 선택성은 약 800을 초과하여 증가하였고, 저압 실리콘 질화물에 대한 산화물의 에칭 선택성은 300에 가까이 증가하였다. 다섯 번째 칼럼은 네 번째 칼럼의 조건들 및 페디스털과 유동 분배 플레이트 사이의 챔버 벽 상의 가스 유출구들을 커버하는 펌프 라이너 스커트를 포함한다. 다섯 번째 칼럼의 조건들에서의 에칭 선택성은 네 번째 칼럼의 에칭 선택성과 유사하여, 펌프 라이너 스커트가 에칭 선택성에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다.
도 5에는 고품질 산화물에 대한 산화물의 에칭 선택성들도 도시되어 있다. 산화물도 고품질 산화물도 열 산화물이 아니다. 고품질 산화물은 산화물보다 더 높은 밀도 및 산화물과는 상이한 표면 조건들을 가질 수 있다. 고품질 산화물에 대한 더 높은 어닐 온도는 고품질 산화물을 에칭하기 더 어렵게 만들 수 있다. 2개의 산화물 간의 에칭 선택성은 챔버 구성 및 레시피에 관계없이 거의 동일하다. 도 5는 산화물과 플라즈마 강화 실리콘 질화물("PE SiN") 간의 에칭 선택성도 보여주는데, 이것도 상이한 프로세스 조건들에 걸쳐 거의 동일하다. 플라즈마 강화 실리콘 질화물은 저압 실리콘 질화물보다 더 높은 수소 함량을 가질 수 있고, 그 결과 에칭 메커니즘은 폴리실리콘 또는 저압 실리콘 질화물 대신에 산화물과 유사할 수 있다. 따라서, 플라즈마 강화 실리콘 질화물에 대한 에칭의 선택성은 많이 증가하지 않을 수 있다. 이 결과들은 유동 분배 플레이트의 추가가 다른 에칭 선택성들에 부정적인 영향을 미치지 않는다는 것을 보여준다.
예시적인 처리 시스템들
도 6은 예시적인 기판 처리 챔버(1001)의 단면도를 보여주는 것으로, 그 처리 챔버 내에 파티션된 플라즈마 생성 영역이 있다. 필름 에칭 동안에, 프로세스 가스가 가스 유입구 어셈블리(1005)를 통하여 챔버 플라즈마 영역(1015) 내로 유입될 수 있다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(1002)이 시스템에 옵션으로 포함될 수 있고, 가스 유입구 어셈블리(1005)를 통하여 이동하는 제1 가스를 처리할 수 있다. 프로세스 가스는 챔버 플라즈마 영역(1015)에 들어가기 전에 RPS(1002) 내에서 여기될 수 있다. 그에 따라, 예를 들어, 위에 논의된 바와 같은 불소 함유 전구체가 실시예들에서 RPS(1002)를 통과하거나 RPS 유닛을 우회할 수 있다.
냉각 플레이트(1003), 페이스플레이트(faceplate)(1017), 이온 억제기(1023), 샤워헤드(1025), 및 그 위에 기판(1055)이 배치되어 있는 기판 지지체(1065)(페디스털이라고도 알려짐)가 도시되어 있고 실시예들에 따라 각각 포함될 수 있다. 페디스털(1065)은 열교환 채널을 가질 수 있고 이를 통하여 열교환 유체가 유동하여 기판의 온도를 제어한다. 이러한 구성은 기판(1055) 온도가 -20℃ 내지 200℃와 같은, 비교적 저온을 유지하도록 냉각 또는 가열되게 할 수 있다. 페디스털(1065)은, 내장된 가열기 요소를 이용하여, 100℃ 내지 1100℃와 같은, 비교적 고온으로 저항성으로 가열될 수도 있다.
예시적인 구성들은 가스들/종들이 페이스플레이트(1017) 내의 구멍들을 통하여 챔버 플라즈마 영역(1015) 내로 유입되도록 페이스플레이트(1017)에 의해 챔버 플라즈마 영역(1015)으로부터 파티션된 가스 공급 영역(1058) 내로 가스 유입구 어셈블리(1005)가 개방되는 것을 포함할 수 있다. 구조 및 동작 특징들은 챔버 플라즈마 영역(1015)으로부터의 플라스마의, 공급 영역(1058), 가스 유입구 어셈블리(1005), 및 유체 공급 시스템(1010) 내로의 상당한 역류를 방지하도록 선택될 수 있다. 구조 특징들은 플라즈마의 역류를 비활성화하도록 페이스플레이트(1017) 내의 애퍼처들의 치수들 및 단면 기하 형상들을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 동작 특징들은 샤워헤드(1025)를 통한 플라즈마의 단방향 유동을 유지하는 가스 공급 영역(1058)과 챔버 플라즈마 영역(1015) 간의 압력 차이를 유지하는 것을 포함할 수 있다. 페이스플레이트(1017), 즉 챔버의 도전성 상부 부분과, 샤워헤드(1025)는 그 피쳐들 사이에 위치하는 절연 링(1020)과 함께 도시되어 있는데, 이는 샤워헤드(1025) 및/또는 이온 억제기(1023)에 대하여 페이스플레이트(1017)에 AC 전위가 인가되도록 허용한다. 절연 링(1020)은 페이스플레이트(1017)와 샤워헤드(1025) 및/또는 이온 억제기(1023) 사이에 위치하여, 용량성 결합된 플라즈마(CCP)가 챔버 플라즈마 영역 내에 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다.
이온 억제기(1023) 내의 복수의 구멍들은 이온 억제기(1023)를 통한, 활성화된 가스, 즉, 이온, 라디칼, 및/또는 중성 종들의 통과를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구멍들의 종횡비, 즉 구멍 직경 대 길이, 및/또는 구멍들의 기하 형상은 이온 억제기(1023)를 통과하는 활성화된 가스 내의 이온성 대전된 종들의 유동이 감소되도록 제어될 수 있다. 이온 억제기(1023) 내의 구멍들은 챔버 플라즈마 영역(1015)을 마주보는 테이퍼형 부분, 및 샤워헤드(1025)를 마주보는 향하는 원통형 부분을 포함할 수 있다. 원통형 부분은 샤워헤드(1025)로 통과하는 이온 종들의 유동을 제어하도록 형상과 치수가 정해질 수 있다. 이온 억제기(1023)를 통한 이온 종들의 유동을 제어하기 위한 추가적인 수단으로서 조절 가능한 전기 바이어스가 억제기에 또한 인가될 수 있다. 이온 억제 요소(1023)는 플라즈마 생성 영역으로부터 기판으로 이동하는 이온성 대전된 종들의 양을 감소시키거나 제거하는 기능을 할 수 있다. 대전되지 않은 중성 종들 및 라디칼 종들은 기판과 반응하기 위해 이온 억제기 내의 개구들을 여전히 통과할 수 있다.
플라즈마 전력은 다양한 주파수들 또는 다수의 주파수들의 조합의 전력일 수 있다. 예시적인 처리 시스템에서 플라즈마는 이온 억제기(1023) 및/또는 샤워헤드(1025)에 대하여 페이스플레이트(1017)에 전달되는 RF 전력에 의해 제공될 수 있다. 그 RF 전력은 실시예들에서 약 10 와트 내지 약 5000 와트, 약 100 와트 내지 약 2000 와트, 약 200 와트 내지 약 1500 와트, 또는 200 와트 내지 약 1000 와트일 수 있다. 예시적인 처리 시스템에서 인가되는 RF 주파수는 실시예들에서 약 200 kHz 미만의 낮은 RF 주파수들, 약 10 MHz 내지 약 15 MHz의 높은 RF 주파수들, 또는 약 1 GHz 이상의 마이크로파 주파수들일 수 있다. 플라즈마 전력은 원격 플라즈마 영역 내에 용량성 결합(CCP) 또는 유도성 결합(ICP)될 수 있다.
가스는 샤워헤드(1025)로부터 혼합 영역(1070)으로 유동할 수 있다. 혼합 영역(1070)은 일측에서 유동 분배 플레이트(1072)에 의해 한정될 수 있다. 유동 분배 플레이트는 본 명세서에 설명된 임의의 파티션일 수 있고, 본 명세서의 임의의 파티션은 유동 분배 플레이트(1072)일 수 있다. 유동 분배 플레이트(1072)는 개구(1074)와 같은 복수의 개구를 가질 수 있다. 개구(1074)는 기판 처리 영역(1033)을 마주보는 테이퍼형 부분, 샤워헤드(1025)를 마주보는 테이퍼형 부분, 및/또는 원통형 부분을 포함할 수 있다. 테이퍼형 부분들은 그들이 마주보는 측을 향하여 또는 그로부터 멀어지며 가늘어질 수 있다.
전구체, 예를 들어 불소 함유 전구체 및 산소 함유 전구체가 본 명세서에 설명된 샤워헤드의 실시예들에 의해 기판 처리 영역(1033) 내로 유입될 수 있다. 챔버 플라즈마 영역(1015) 내의 프로세스 가스에서 파생된 여기된 종들이 이온 억제기(1023), 및/또는 샤워헤드(1025) 내의 애퍼처들을 통하여 이동하고 샤워헤드의 별도의 부분으로부터 기판 처리 영역(1033) 내로 유입되는 추가적인 전구체와 반응할 수 있다. 대안적으로, 모든 전구체 종들이 챔버 플라즈마 영역(1015)에서 여기되고 있다면, 샤워헤드의 별도의 부분을 통하여 어떤 추가적인 전구체도 유입되지 않을 수 있다. 원격 플라즈마 에칭 프로세스 동안에 기판 처리 영역(1033)에는 플라즈마가 거의 또는 전혀 존재하지 않을 수 있다. 전구체들의 여기된 파생물들이 기판 위의 및/또는 기판 상의 영역에서 결합하여 구조물들을 에칭하거나 기판으로부터 종들을 제거할 수 있다. 프로세스 가스들은 챔버 플라즈마 영역(1015)에서 여기될 수 있고 여기된 상태에서 샤워헤드(1025)를 통과하여 기판 처리 영역(1033)으로 전달될 수 있다. 플라즈마는 기판 처리 영역(1033)에서 생성될 수도 있지만, 플라즈마는 대안적으로 처리 영역에서 생성되지 않을 수도 있다. 일례에서, 프로세스 가스 또는 전구체들의 유일한 여기는 기판 처리 영역(1033)에서 서로 반응하도록 챔버 플라즈마 영역(1015)에서 프로세스 가스들을 여기시키는 것일 수 있다. 전술한 바와 같이, 이것은 기판(1055) 상의 패터닝된 구조물들을 보호하기 위한 것일 수 있다.
도 7은 페이스플레이트(1017)를 통한 프로세스 가스 분배에 영향을 미치는 특징들의 상세도를 보여준다. 처리 챔버 섹션(1001)에서 사용하기 위한 샤워헤드(1025)와 같은 가스 분배 어셈블리들은 이중 채널 샤워헤드들(DCSH)이라고 언급될 수 있고 본 명세서에서 도 6뿐만 아니라 도 8에서 설명된 실시예들에서 추가적으로 상세 설명된다. 이중 채널 샤워헤드는 처리 영역(1033) 외부의 에천트들이 처리 영역 내로 전달되기 전에 챔버 구성요소들과의 그리고 서로의 제한된 상호 작용을 제공하기 위해 에천트들의 분리를 가능하게 하는 에칭 프로세스들을 제공할 수 있다.
샤워헤드(1025)는 상부 플레이트(1014) 및 하부 플레이트(1016)를 포함할 수 있다. 이 플레이트들은 서로 결합되어 플레이트들 사이의 공간(volume)(1018)을 정의할 수 있다. 플레이트들의 결합은 상부 및 하부 플레이트들을 통하는 제1 유체 채널들(1019), 및 하부 플레이트(1016)를 통하는 제2 유체 채널들(1021)을 제공하기 위한 것일 수 있다. 형성된 채널들은 제2 유체 채널들(1021)만을 통해 하부 플레이트(1016)를 통하여 공간(1018)으로부터의 유체 접근을 제공하도록 구성될 수 있고, 제1 유체 채널들(1019)은 플레이트들과 제2 유체 채널들(1021) 사이의 공간(1018)으로부터 유동적으로 분리될 수 있다. 공간(1018)은 가스 분배 어셈블리(1025)의 측을 통하여 유동적으로 접근 가능할 수 있다. 도 6 내지 도 8의 예시적인 시스템은 이중 채널 샤워헤드를 포함하고 있지만, 기판 처리 영역(1033)에 앞서 유동적으로 분리된 제1 및 제2 전구체들을 유지하는 대안적인 분배 어셈블리들이 이용될 수도 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 천공된 플레이트 및 이 플레이트 아래의 튜브들이 이용될 수도 있지만, 다른 구성들이 감소된 효율로 동작할 수 있거나 또는 설명된 이중 채널 샤워헤드만큼 균일한 처리를 제공하지 않을 수 있다.
도시된 실시예에서, 샤워헤드(1025)는 챔버 플라즈마 영역(1015)에서 플라즈마에 의한 여기시에 플라즈마 배출물들을 포함하는 프로세스 가스들을 제1 유체 채널들(1019)을 통해 분배할 수 있다. 실시예들에서, RPS(1002) 및/또는 챔버 플라즈마 영역(1015) 내로 도입된 프로세스 가스는 불소, 예를 들어, NF3를 포함할 수 있다. 프로세스 가스는 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등과 같은 캐리어 가스를 또한 포함할 수 있다. 플라즈마 배출물들은 프로세스 가스의 이온화된 또는 중성 파생물들을 포함할 수 있고 도입된 프로세스 가스의 원자 성분을 나타내는 라디칼-불소 전구체라고 본 명세서에서 언급될 수도 있다. 수소-및-산소 함유 화합물이 제2 유체 채널들(1021)을 통하여 유동할 수 있다.
도 8은 실시예들에서 처리 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(1025)의 저면도이다. 샤워헤드(1025)는 도 6에 도시된 샤워헤드와 대응한다. 제1 유체 채널들(1019)의 뷰를 보여주는 관통 구멍들(through-holes)(1031)은 샤워헤드(1025)를 통한 전구체들의 유동을 제어하고 그 유동에 영향을 미치는 복수의 형상 및 구성을 가질 수 있다. 제2 유체 채널들(1021)의 뷰를 보여주는 작은 구멍들(1027)은 샤워헤드의 표면에 걸쳐, 심지어 관통 구멍들(1031) 사이에, 실질적으로 균등하게 분포될 수 있고, 이는 전구체들이 샤워헤드를 빠져나갈 때 다른 구성들보다 전구체들의 더욱 고른 혼합을 제공하는 데 도움이 될 수 있다.
챔버 플라즈마 영역(1015) 또는 RPS 내의 영역은 원격 플라즈마 영역이라고 언급될 수 있다. 실시예들에서, 라디칼-불소 전구체 및 라디칼-산소 전구체가 원격 플라즈마 영역에서 생성되고 기판 처리 영역 내로 이동하여 수소-및-산소 함유 전구체와 결합한다. 실시예들에서, 수소-및-산소 함유 전구체는 라디칼-불소 전구체 및 라디칼-산소 전구체에 의해서만 여기된다. 플라즈마 전력은 실시예들에서 본질적으로 원격 플라즈마 영역에만 인가되어, 라디칼-불소 전구체 및 라디칼-산소 전구체가 지배적인 여기를 제공하는 것을 보장할 수 있다.
건식 에칭 시스템들의 실시예들은 집적 회로 칩들을 생성하기 위한 더 큰 제조 시스템들에 통합될 수 있다. 도 9는 실시예들에서 퇴적, 에칭, 베이킹, 및 경화 챔버들의 하나의 그러한 처리 시스템(메인프레임)(1101)을 보여준다. 도면에서, 한 쌍의 FOUP들(front opening unified pods)(로드 락 챔버들(1102))이 다양한 사이즈의 기판들을 공급하는데, 이 기판들은 로봇 아암들(1104)에 의해 수용되고, 기판 처리 챔버들(1108a-f) 중 하나 내로 배치되기 전에 저압 홀딩 영역(1106) 내에 배치된다. 홀딩 영역(1106)으로부터 기판 처리 챔버들(1108a-f)로 그리고 그 역으로 기판 웨이퍼들을 수송하기 위해 제2 로봇 아암(1110)이 이용될 수 있다. 각각의 기판 처리 챔버(1108a-f)는, 주기적 층 퇴적(CLD), 원자 층 퇴적(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 에칭, 예비 세정(pre-clean), 탈기(degas), 배향, 및 다른 기판 프로세스들 이외에도 본 명세서에 설명된 건식 에칭 프로세스들을 포함하는 다수의 기판 처리 동작들을 수행하도록 갖추어질 수 있다.
질소 삼불화물(또는 또 다른 불소 함유 전구체)가 실시예들에서 약 1 sccm 내지 약 40 sccm, 약 3 sccm 내지 약 25 sccm 또는 약 5 sccm 내지 약 10 sccm의 유량으로 챔버 플라즈마 영역(1020) 내로 유입될 수 있다. 산소(또는 또 다른 산소 함유 전구체)가 실시예들에서 약 10 sccm 내지 약 400 sccm, 약 30 sccm 내지 약 250 sccm 또는 약 50 sccm 내지 약 150 sccm의 유량으로 챔버 플라즈마 영역(1020) 내로 유입될 수 있다. 수증기가 실시예들에 따라 약 5 sccm 내지 약 100 sccm, 약 10 sccm 내지 약 50 sccm 또는 약 15 sccm 내지 약 25 sccm의 유량으로 혼합 영역(1070) 내로 유입될 수 있다. 불소 함유 전구체에 대한 산소 함유 전구체의 유량 비율은 실시예들에 따라 4 초과, 6 초과 또는 10 초과일 수 있다. 불소 함유 전구체에 대한 산소 함유 전구체의 유량 비율은 실시예들에서 40 미만, 30 미만 또는 20 미만일 수 있다. 실시예들에 따라 상한들이 하한들과 조합될 수 있다.
샤워헤드는 기판 처리 영역 내로의 2개의 별개의 경로의 결과로서 이중 채널 샤워헤드라고 언급될 수 있다. 불소 함유 전구체 및 산소 함유 전구체는 이중 구역 샤워헤드 내의 관통 구멍들을 통하여 유동될 수 있고, 수증기는 이중 구역 샤워헤드 내의 별도의 구역들을 통과할 수 있다. 별도의 구역들은 전술한 바와 같이 혼합 영역 또는 기판 처리 영역 내로 개방되지만 원격 플라즈마 영역 내로는 개방되지 않는다.
기판 처리 영역 내로의 수증기 및 플라즈마 배출물들의 결합된 유량들은 전체 가스 혼합물의 용적에 의한 0.05% 내지 약 20%를 차지할 수 있으며, 나머지는 캐리어 가스들이다. 실시예들에서, 불소 함유 전구체 및 산소 함유 전구체가 원격 플라즈마 영역 내로 유동되지만, 플라즈마 배출물들은 동일한 용적 유동 비율(volumetric flow ratio)을 갖는다. 불소 함유 전구체의 경우, 원격 플라즈마 영역 내에서의 압력을 안정화시키기 위해, 불소 함유 가스 및 산소 함유 전구체의 개시 이전에, 퍼지 또는 캐리어 가스가 먼저 원격 플라즈마 영역 내로 개시될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 "기판"은 그 위에 형성된 층들이 있는 또는 없는 지지 기판일 수 있다. 패터닝된 기판은 절연체이거나, 또는 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 반도체일 수 있으며, 예를 들어, 집적 회로들의 제조에 이용되는 타입의 반도체 기판일 수 있다. 패터닝된 기판의 노출된 "실리콘 산화물"은 주로 SiO2이지만, 예를 들어, 질소, 수소, 및 탄소와 같은 다른 원소 성분들의 농도들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 방법들을 이용하여 에칭된 실리콘 산화물 부분들은 본질적으로 실리콘과 산소로 구성된다. 패터닝된 기판의 노출된 "실리콘 질화물"은 주로 Si3N4이지만, 예를 들어, 산소, 수소, 및 탄소와 같은 다른 원소 성분들의 농도들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 실리콘 질화물 부분들은 본질적으로 실리콘과 질소로 구성된다. 패터닝된 기판의 노출된 "하프늄 산화물"은 주로 하프늄과 산소이지만 하프늄과 산소 외의 원소들의 소량의 농도들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 하프늄 산화물 부분들은 본질적으로 하프늄과 산소로 구성된다. 패터닝된 기판의 노출된 "텅스텐"은 주로 텅스텐이지만 텅스텐 외의 원소들의 소량의 농도들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 텅스텐 부분들은 본질적으로 텅스텐으로 구성된다. 본 명세서에 설명된 모든 재료들에 유사한 정의들이 적용된다.
"전구체(precursor)"라는 용어는 표면으로부터 재료를 제거하거나 표면 상에 재료를 퇴적하기 위해 반응에 참여하는 임의의 프로세스 가스를 언급하기 위해 사용된다. "플라즈마 배출물들(plasma effluents)"은 챔버 플라즈마 영역으로부터 빠져나와 기판 처리 영역에 들어가는 가스를 묘사한다. 플라즈마 배출물들은, 가스 분자들 중 적어도 일부가 진동 여기된, 해리된 그리고/또는 이온화된 상태들에 있는 "여기된 상태"에 있다. "라디칼 전구체(radical precursor)"는 표면으로부터 재료를 제거하거나 표면 상에 재료를 퇴적하기 위해 반응에 참여하는 플라즈마 배출물들(플라즈마를 빠져나가는 여기된 상태의 가스)을 묘사하기 위해 사용된다. "라디칼-불소 전구체들"은 불소를 포함하지만 다른 원소 성분들을 포함할 수 있는 라디칼 전구체들을 묘사한다. "라디칼-산소 전구체들"은 산소를 포함하지만 다른 원소 성분들을 포함할 수 있는 라디칼 전구체들을 묘사한다. "비활성 가스"라는 문구는 에칭하거나 필름에 통합될 때 화학적 결합들을 형성하지 않는 임의의 가수를 언급한다. 예시적인 비활성 가스들은 희가스들을 포함하지만, (통상적으로) 미량(trace amounts)이 필름에 포획될 때 화학적 결합이 형성되지 않는 한 다른 가스들을 포함할 수 있다.
앞의 설명에서는, 설명의 목적상, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위하여 많은 상세 사항들이 기술되었다. 그러나, 어떤 실시예들은 이러한 상세 사항들 중 일부가 없이, 또는 추가적인 상세 사항들과 함께 실시될 수 있다는 점이 분 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
수개의 실시예가 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서 다양한 수정들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 이용될 수 있다고 인식할 것이다. 추가적으로, 다수의 잘 알려진 프로세스 및 구성요소는 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 설명되지 않았다. 추가적으로, 어떠한 특정한 실시예의 상세 사항들이 항상 그 실시예의 변형들에 존재하지 않을 수도 있거나 다른 실시예들에 추가될 수 있다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 그 문맥이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서, 하한의 단위의 1/10까지 각각의 중간 값(intervening value)이 또한 구체적으로 개시되는 것으로 이해된다. 언급된 범위 내에 임의의 언급된 값이나 중간 값과 그 언급된 범위 내의 임의의 다른 언급된 값이나 중간 값 사이에 각각의 더 작은 범위가 망라된다. 이러한 더 작은 범위들의 상한들 및 하한들은 그 범위 내에 독립적으로 포함되거나 제외될 수 있으며, 한계치들 중 어느 하나, 어느 쪽도 아니거나 또는 양자 모두가 더 작은 범위 내에 포함되는 각각의 범위도 본 발명 내에서 망라되며, 언급된 범위에서 임의의 구체적으로 제외되는 한계치의 대상이 된다. 언급된 범위가 한계치들 중 어느 하나 또는 양자 모두를 포함하는 경우, 그러한 포함된 한계치들 중 어느 하나 또는 양자 모두를 제외한 범위도 포함된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 단수 형태는 문맥이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 복수 지시대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "방법"의 언급은 복수의 그러한 방법을 포함하고, "플라즈마 배출물"의 언급은 하나 이상의 플라즈마 배출물 및 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 그의 동등물을 포함하다. 본 발명은 명확성 및 이해의 목적들을 위해 지금까지 설명되었다. 그러나, 특정 변경들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
Claims (17)
- 기판을 에칭하는 방법으로서,
플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 발생(striking)시키는 단계;
불소 함유 전구체를 상기 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계;
상기 플라즈마 배출물을 혼합 영역 내로 유입시키는 단계;
수소-및-산소 함유 화합물을 상기 플라즈마 영역 내로 먼저 통과시키지 않고 상기 수소-및-산소 함유 화합물을 상기 혼합 영역 내로 도입하는 단계;
상기 수소-및-산소 함유 화합물과 상기 플라즈마 배출물을 상기 혼합 영역에서 반응시켜 반응 생성물들을 형성하는 단계;
상기 반응 생성물들을 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입시키는 단계; 및
상기 기판 처리 영역에서 상기 반응 생성물들을 이용해 상기 기판을 에칭하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 개구는 제1의 복수의 개구이고,
상기 플라즈마 배출물을 혼합 영역 내로 유입시키는 단계는 상기 플라즈마 배출물을 샤워헤드 내의 제2의 복수의 개구를 통하여 유입시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판 처리 영역 및 상기 혼합 영역은 실질적으로 플라즈마가 없는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 수소-및-산소 함유 화합물은 수증기 또는 알코올을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 산화물을 포함하는 제1 노출 부분, 및 제2 노출 부분을 포함하고,
상기 제2 노출 부분은 폴리실리콘을 포함하고,
상기 제1 노출 부분은 상기 제2 노출 부분이 에칭되는 것보다 500배 초과의 더 빠른 에칭 속도로 에칭되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 산화물을 포함하는 제1 노출 부분, 및 제2 노출 부분을 포함하고,
상기 제2 노출 부분은 실리콘 질화물을 포함하고,
상기 제1 노출 부분은 상기 제2 노출 부분이 에칭되는 것보다 200배 초과의 더 빠른 에칭 속도로 에칭되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 생성물들은 HF2 -를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1의 복수의 개구 중 일부의 각각의 개구는 그 각각의 개구에 가장 가까운 상기 제2의 복수의 개구 중의 개구와 동심으로 정렬되지 않는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1의 복수의 개구 중 일부의 각각의 개구는 그 각각의 개구에 가장 가까운 상기 제2의 복수의 개구 중의 개구와 동심으로 정렬되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 수소-및-산소 함유 화합물을 상기 혼합 영역 내로 도입하는 단계는 상기 수소-및-산소 함유 화합물을 상기 제1의 복수의 개구를 통하여 유입시키지 않고 상기 수소-및-산소 함유 화합물을 도입하는 단계를 포함하는, 방법. - 기판 처리 시스템으로서,
제1 가스 유입구;
기판을 지지하도록 구성된 페디스털;
상기 제1 가스 유입구와 상기 페디스털 사이에 위치하는 샤워헤드 - 상기 샤워헤드는 제1의 복수의 개구를 정의하는 전기 전도성 플레이트를 포함함 -;
상기 페디스털과 상기 샤워헤드 사이에 위치하는 파티션 - 상기 파티션은 제2의 복수의 개구를 정의함 -;
상기 샤워헤드에 또는 상기 샤워헤드와 상기 파티션 사이에 위치하는 제2 가스 유입구;
상기 제1 가스 유입구와 상기 샤워헤드 사이에 정의된 플라즈마 영역;
상기 샤워헤드와 상기 파티션 사이에 정의된 실질적으로 플라즈마가 없는 영역;
상기 파티션과 상기 페디스털 사이에 정의된 기판 처리 영역; 및
상기 플라즈마 영역에서 플라즈마 방전을 발생시키도록 구성된 전력 공급부
를 포함하는 기판 처리 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 파티션과 상기 페디스털 사이에 위치하는 복수의 가스 유출구를 더 포함하고,
상기 복수의 가스 유출구는 중심점을 중심으로 소정 반경에 배열되고, 상기 중심점은 상기 샤워헤드의 중심과 상기 파티션의 중심을 통하여 연장되는 라인 상에 위치하고,
상기 복수의 가스 유출구는 상기 중심점을 중심으로 상기 반경을 가진 원의 원주를 따라 균일하게 분포되는, 기판 처리 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 파티션은 상기 샤워헤드로부터 약 2,500 내지 3,000 밀에 배치되는, 기판 처리 시스템. - 제11항에 있어서,
제3의 복수의 개구를 포함하는 이온 억제기를 더 포함하고, 상기 이온 억제기는 상기 샤워헤드와 상기 제1 가스 유입구 사이에 위치하는, 기판 처리 시스템. - 기판을 에칭하는 방법으로서,
제1 플라즈마 영역에서 제1 플라즈마 방전을 발생시키는 단계;
제2 플라즈마 영역에서 제2 플라즈마 방전을 발생시키는 단계;
불소 함유 전구체를 상기 제1 플라즈마 영역 내로 유입시켜 플라즈마 배출물을 형성하는 단계;
상기 플라즈마 배출물을 상기 제2 플라즈마 영역 내로 유입시키는 단계;
수소-및-산소 함유 화합물과 상기 플라즈마 배출물을 상기 제2 플라즈마 영역에서 반응시켜 반응 생성물들을 형성하는 단계 - 상기 수소-및-산소 함유 화합물은 상기 제2 플라즈마 영역에 들어가기 전에 상기 제1 플라즈마 방전에 의해 여기되지 않음 -;
상기 반응 생성물들을 파티션 내의 복수의 개구를 통하여 기판 처리 영역으로 유입시키는 단계; 및
상기 기판 처리 영역에서 상기 반응 생성물들을 이용해 상기 기판을 에칭하는 단계
를 포함하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 플라즈마 배출물이 상기 제2 플라즈마 영역에 들어가기 전에 상기 플라즈마 배출물은 전기적으로 접지된 샤워헤드 내의 복수의 개구를 통하여 유입되지 않는, 방법. - 제15항에 있어서,
상기 수소-및-산소 함유 화합물을 상기 제2 플라즈마 영역으로 유입시키는 단계를 더 포함하고,
상기 플라즈마 배출물 및 상기 수소-및-산소 함유 화합물은 상기 제2 플라즈마 영역에 들어가기 전에 동일한 개구를 통하여 유입되지 않는, 방법.
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