KR20200143494A - 플라즈마 원자 층 증착을 제공하는 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 층을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 복수의 플라즈마 원자 층 증착 (Atomic Layer Deposition; ALD) 층들이 기판 위에 증착되고, 복수의 ALD 층들의 플라즈마 ALD 층 각각은 제 1 RF 전력으로 증착된다. 제 1 RF 전력보다 높은 제 2 RF 전력을 사용하여 치밀화 (densifying) 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하여, 복수의 플라즈마 ALD 층들이 치밀화되고, 복수의 플라즈마 ALD 층들 중 적어도 하나가 치밀화된다.

Description

플라즈마 원자 층 증착을 제공하는 방법
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 5월 8일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 15/974,500 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 반도체 디바이스들의 형성에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 층이 플라즈마 원자 층 증착에 의해 증착되는 반도체 디바이스들의 형성에 관한 것이다. 플라즈마 원자 층 증착은 복수의 사이클들을 제공하고, 사이클 각각은 박층을 증착한다.
본 개시의 목적에 따라 그리고 전술한 것을 달성하기 위해, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 복수의 플라즈마 원자 층 증착 (Atomic Layer Deposition; ALD) 층들이 기판 위에 증착되고, 복수의 ALD 층들의 플라즈마 ALD 층 각각은 제 1 RF 전력으로 증착된다. 제 1 RF 전력보다 높은 제 2 RF 전력을 사용하여 치밀화 (densifying) 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하여, 복수의 플라즈마 ALD 층들이 치밀화되고, 복수의 플라즈마 ALD 층들 중 적어도 하나가 치밀화된다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 본 개시의 상세한 기술 (description) 및 이하의 도면들과 함께 본 개시의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 보다 상세히 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부한 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 일 실시예의 고 레벨 플로우차트이다.
도 2는 일 실시예에서 사용될 수도 있는 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 3은 일 실시예의 실시에 사용될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따라 프로세싱된 스택의 개략적 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 일 실시예에 따라 프로세싱된 또 다른 스택의 개략적 단면도들이다.
도 6은 ALD 프로세스의 보다 상세한 플로우차트이다.
도 7은 치밀화 프로세스의 보다 상세한 플로우차트이다.
도 8은 또 다른 ALD 프로세스의 보다 상세한 플로우차트이다.
도 9는 표준 (regular) ALD, 10 사이클들의 소프트 ALD, 20 사이클들의 소프트 ALD, 및 30 사이클들의 소프트 ALD에 대한 옹스트롬 (Å) 으로 실리콘 옥사이드의 두께의 막대 그래프이다.
본 개시는 첨부한 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 일부 바람직한 실시예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
옥사이드 (실리콘 옥사이드 (SiO2)) 막 품질은 디바이스 성능 및 수율에 직접 영향을 미치기 때문에 특정한 적용예들에서 매우 중요하다. 특히 디바이스 사이즈가 축소되면서, 고밀도/품질을 갖는 nm 이하 (sub-nm) 옥사이드 막의 개발이 매우 중요해졌다. 종래의 프로세스들에서, 우수한 품질은 고 RF 전력 변환 플라즈마에 의해 달성된다. 그러나, 고 RF 전력 변환 플라즈마는 아래에 놓인 기판을 쉽게 손상시킬 수 있어서 불량한 디바이스 성능 및 수율을 발생시킨다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 1은 일 실시예의 고 레벨 플로우차트이다. 표준 RF 전력에서 플라즈마 ALD 증착의 플라즈마 침투 깊이가 결정된다 (단계 (104)). 복수의 플라즈마 ALD 층들은 표준 RF 전력보다 낮은 제 1 RF 전력으로 증착된다 (단계 (108)). 복수의 ALD 층들은 제 1 RF 전력보다 높은 제 2 RF 전력을 사용하여 치밀화 플라즈마를 생성함으로써 치밀화되고, 모든 복수의 ALD 층이 치밀화된다 (단계 (112)). 복수의 플라즈마 ALD 층들이 제 1 RF 전력보다 높은 제 3 RF 전력으로 증착된다 (단계 (116)).
예
도 2는 일 실시예에서 사용될 수도 있는 프로세스 챔버의 개략도이다. 하나 이상의 실시예들에서, 프로세스 챔버 (200) 가 가스 유입구를 제공하는 가스 분배 플레이트 (206) 및 챔버 벽 (252) 에 의해 인클로징된, 챔버 (249) 내에 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 을 포함한다. 챔버 (249) 내에서, 웨이퍼 (203) 가 기판 지지부인, ESC (208) 위에 배치된다. 에지 링 (209) 이 ESC (208) 를 둘러싼다. ESC 소스 (248) 가 ESC (208) 에 바이어스를 제공할 수도 있다. 가스 소스 (210) 가 가스 분배 플레이트 (206) 를 통해 챔버 (249) 에 연결된다. ESC 온도 제어기 (250) 가 ESC (208) 에 연결된다. RF 소스 (230) 가 이 실시예에서 ESC (208) 및 가스 분배 플레이트 (206) 인, 하부 전극 및/또는 상부 전극에 RF 전력을 제공한다. 일 예시적인 실시예에서, 400 ㎑ (kilohertz), 60 ㎒ (megahertz), 및 선택 가능하게 2 ㎒, 27 ㎒ 전력 소스들이 RF 소스 (230) 및 ESC 소스 (248) 를 구성한다. 이 실시예에서, 상부 전극은 접지된다. 이 실시예에서, 일 생성기가 주파수 각각에 제공된다. 다른 실시예들에서, 생성기들은 개별적인 RF 소스들 내에 있을 수도 있고, 또는 개별적인 RF 생성기들이 상이한 전극들에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 상부 전극은 상이한 RF 소스들에 연결된 내측 전극 및 외측 전극을 가질 수도 있다. RF 소스들 및 전극들의 다른 구성들이 다른 실시예들에서 사용될 수도 있다. 제어기 (235) 가 RF 소스 (230), ESC 소스 (248), 배기 펌프 (220), 및 가스 소스 (210) 에 제어 가능하게 연결된다. 이러한 챔버의 일 예는 CA, Fremont의 Lam Research Corporation에 의해 제작된 StrikerTM 옥사이드 시스템이다.
도 3은 실시예들에서 사용된 제어기 (235) 를 구현하기 적합한 컴퓨터 시스템 (300) 을 도시하는 고 레벨 블록도이다. 컴퓨터 시스템은 집적 회로, 인쇄 회로 보드, 및 소형 휴대용 디바이스로부터 대형 슈퍼 컴퓨터까지 범위의 많은 물리적 형태들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (300) 은 하나 이상의 프로세서들 (302) 을 포함하고, (그래픽, 텍스트, 및 다른 데이터를 디스플레이하기 위한) 전자 디스플레이 디바이스 (304), 메인 메모리 (306) (예를 들어, RAM (Random Access Memory)), 저장 디바이스 (308) (예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 이동식 저장 디바이스 (310) (예를 들어, 광학 디스크 드라이브), 사용자 인터페이스 디바이스들 (312) (예를 들어, 키보드들, 터치 스크린들, 키패드들, 마우스들 또는 다른 포인팅 디바이스들, 등), 및 통신 인터페이스 (314) (예를 들어, 무선 네트워크 인터페이스) 를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (314) 는 소프트웨어 및 데이터로 하여금 링크를 통해 컴퓨터 시스템 (300) 과 외부 디바이스들 사이에서 이송되게 한다. 시스템은 또한 전술한 디바이스들/모듈들이 연결되는 통신 인프라스트럭처 (316) (예를 들어, 통신 버스, 크로스-오버 바, 또는 네트워크) 를 포함할 수도 있다.
통신 인터페이스 (314) 를 통해 전달된 정보는 신호들을 반송하고, 전선 또는 케이블, 광섬유, 전화선, 휴대전화 링크, 무선 주파수 링크, 및/또는 다른 통신 채널들을 사용하여 구현될 수도 있는 통신 링크를 통해, 통신 인터페이스 (314) 에 의해 수신될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호들과 같은 신호들의 형태일 수도 있다. 이러한 통신 인터페이스를 사용하여, 하나 이상의 프로세서들 (302) 이 상기 기술된 방법 단계들을 수행하는 동안 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있고, 또는 네트워크에 정보를 출력할 수도 있다는 것이 고려된다. 또한, 방법 실시예들은 프로세서들 상에서만 실행될 수도 있거나, 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 프로세서들과 함께 인터넷과 같은 네트워크를 통해 실행될 수도 있다.
용어 "비일시적 컴퓨터 판독가능 매체"는 일반적으로 메인 메모리, 보조 메모리, 이동식 저장장치, 및 하드 디스크들, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM 및 다른 형태들의 영구 메모리와 같은 저장 디바이스들과 같은 매체를 지칭하도록 사용되고, 반송파들 또는 신호들과 같은 일시적 주제를 커버하는 것으로 해석되지 않는다. 컴퓨터 코드의 예들은 예컨대 컴파일러에 의해 생성된 머신 코드, 및 인터프리터 (interpreter) 를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 보다 고 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 반송파에 구현된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 송신되고, 프로세서에 의해 실행 가능한 인스트럭션들의 시퀀스를 나타내는 컴퓨터 코드일 수도 있다.
실시예 구현의 일 예에서, 표준 RF 전력에서 플라즈마 ALD 증착의 플라즈마 침투 깊이가 결정된다 (단계 (104)). 도 4는 플라즈마 ALD에 의해 증착된 복수의 고품질 실리콘 옥사이드 층들 (412) 아래에 배치된, 중간 층 (408) 아래에 배치된 웨이퍼 (404) 를 갖는 스택 (400) 의 일부의 단면도이다. 플라즈마 ALD 증착 동안, 실리콘 함유 전구체를 실리콘 옥사이드로 변환하기 위해 산소 함유 플라즈마가 형성된다. 산소 함유 플라즈마를 제공하기 위해 RF 전력이 제공된다. RF 전력은 복수의 실리콘 옥사이드 층들 (412) 이 고품질이도록 최적화된다. 산소 함유 플라즈마가 중간 층 (408) 에 손상을 유발한다는 것이 밝혀졌다. 이 예에서, 손상 두께는 약 20 Å으로 측정된다. 침투 깊이를 결정하기 위한 프로세스가 표준 RF 전력보다 낮은 제 1 RF 전력에서 ALD 층들의 증착을 위해 사용된 방법에 종속되기 때문에, 침투 깊이를 결정하기 위한 프로세스의 일 예는 나머지 프로세스가 상세히 기술된 후 기술될 것이다.
중간 층을 갖는 새 기판이 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 배치된다. 도 5a는 중간 층 (508) 아래에 배치된 웨이퍼 (504) 를 갖는 스택 (500) 의 일부의 단면도이다. 이 예에서, 중간 층 (508) 은 실리콘 나이트라이드이다. 다른 실시예들에서, 중간 층 (508) 은 폴리실리콘, 실리콘 옥시나이트라이드 (SiON) 와 같은 또 다른 재료, 탄소 하드마스크, 포토레지스트 또는 게르마늄-안티몬-텔루르 (GST) 층과 같은 금속 함유 층일 수도 있다.
복수의 플라즈마 ALD 층들이 소프트 ALD 실리콘 옥사이드 층들을 생성하는, 표준 RF 전력보다 낮은 제 1 RF 전력으로 증착된다 (단계 (108)). 도 6은 제 1 RF 전력을 갖는 복수의 플라즈마 ALD 층들을 제공하는 보다 상세한 플로우차트이다. 전구체의 층이 형성된다 (단계 (604)). 이 예에서, 실리콘 옥사이드를 증착하기 위해, 실란의 실리콘 함유 전구체, 예컨대 비스(디에틸아미노)실란 (BDEAS), 비스(tert-부틸아미노)실란 (BTBAS), 디이소프로필아미노실란 (DIPAS), 트리스(디메틸아미노)실란 (TDMAS) 또는 다른 실란들이 제공된다. 이 예에서, 실란은 중간 층 (508) 의 표면 상에 단층을 형성한다. 이 예에서, 실리콘 함유 전구체의 플라즈마 프로세싱 챔버 내로의 플로우가 중단되고, 산소 함유 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 흘림으로써 변환 가스가 제공된다 (단계 (608)). 이 예에서, 변환 가스는 적어도 하나의 산화제 및 아산화 질소 (N2O), 헬륨 (He), 산소 (O2) 및 아르곤 (Ar) 중 적어도 하나와 같은 인터들 (inters) 을 포함한다. 변환 가스는 플라즈마로 변환된다 (단계 (612)). 이 예에서, 보다 낮은 RF 전력이 변환 가스를 플라즈마로 변환하기 위해 사용된다. 이 예에서, 제공된 RF 전력은 가스 분배 플레이트 (206) 를 통해 인가된 500 내지 1000 W의 범위에 있다. 500 내지 1000 W 범위의 바이어스 RF 전력이 또한 ESC (208) 를 통해 인가될 수도 있다. 변환 가스로부터의 플라즈마는 실리콘 함유 전구체를 실리콘 옥사이드 층으로 변환하기 위해 실리콘 함유 전구체와 반응한다. 0.1 내지 1 초 후, 변환 가스의 플로우가 중단된다 (단계 (616)). 사이클은 손상 두께가 약 20 Å로 결정되었기 때문에, 약 20 Å의 두께를 갖는 실리콘 옥사이드 증착물이 증착될 때까지 반복되고, 따라서 치밀화에 의해 제공된 전력의 플라즈마는 약 20 Å를 침투한다.
도 5b는 복수의 플라즈마 ALD 층들 (512) 이 증착된 후 스택의 일부의 단면도이다. 증착 프로세스가 고품질 실리콘 옥사이드 층을 증착하기 위해 사용된 RF 전력보다 낮은 RF 전력을 갖기 때문에, 중간 층은 손상되지 않는다. RF 전력은 중간 층의 손상을 최소화하도록 최적화된다. 결과로서, RF 전력이 최고 품질 실리콘 옥사이드 증착을 제공하도록 최적화되는 대신 손상을 최소화하도록 최적화되기 때문에, 증착된 실리콘 옥사이드는 보다 낮은 품질 (즉, 보다 낮은 밀도) 이다. 이러한 보다 낮은 품질 실리콘 옥사이드 증착은 이러한 실리콘 옥사이드 증착으로부터 제작된 반도체 디바이스의 성능을 감소시킬 수도 있다.
복수의 ALD 층들은 제 1 RF 전력보다 높은 제 2 RF 전력을 사용하여 치밀화 플라즈마를 생성함으로써 치밀화되고, 모든 복수의 ALD 층들이 치밀화된다 (단계 (112)). 도 7은 복수의 ALD 층들을 치밀화하는 단계의 보다 상세한 플로우차트이다 (단계 (112)). 치밀화 가스가 프로세싱 챔버 내로 흐른다 (단계 (704)). 이 예에서, 치밀화 가스는 H2, N2, Ar, N2O, O2, 및 He 중 하나 이상을 포함한다. 치밀화 가스는 플라즈마로 변환된다 (단계 (708)). 이 예에서, 제공된 제 2 RF 전력은 가스 분배 플레이트 (206) 를 통해 인가된 2500 내지 5500 W의 범위에 있다. 2500 내지 5500 W 범위의 바이어스 RF 전력이 또한 ESC (208) 를 통해 인가될 수도 있다. 0.1 내지 1 초 후 치밀화 가스의 플로우가 중단된다 (단계 (712)). 이 예에서, 치밀화를 위한 RF 전력은 최적화된 실리콘 옥사이드 증착을 제공하기 위해 RF 전력과 대략 동일하다. 이러한 최적화된 실리콘 옥사이드 증착은 모든 복수의 층들이 중간 층 (508) 을 손상시키지 않고 치밀화되도록, 모든 복수의 층들에 도달하기 위해 플라즈마를 에너자이징하는 (energize) RF 전력을 제공한다. 치밀화는 중간 층 (508) 을 손상시키지 않고, ALD 층들 (512) 을 고품질 ALD 층들로 변환한다.
표준 ALD 실리콘 옥사이드 층들을 증착하기 위해, 복수의 플라즈마 ALD 층들이 제 1 RF 전력보다 높은 제 3 RF 전력으로 증착된다 (단계 (116)). 도 8은 제 1 RF 전력보다 높은 제 3 RF 전력을 갖는 복수의 플라즈마 ALD 층들을 제공하는 보다 상세한 플로우차트이다 (단계 (116)). 이 예에서, 실리콘 옥사이드를 증착하기 위해, 실란의 실리콘 함유 전구체, 예컨대 비스(디에틸아미노)실란 (BDEAS), 비스(tert-부틸아미노)실란 (BTBAS), 디이소프로필아미노실란 (DIPAS), 트리스(디메틸아미노)실란 (TDMAS) 또는 다른 실란들이 제공된다 (단계 (804)). 이 예에서, 실란은 이전에 증착된 ALD 층들의 표면 상에 단층을 형성한다. 이 예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 내로의 실리콘 함유 전구체의 플로우가 중단되고, 변환 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 내로 흘림으로써 변환 가스가 제공된다 (단계 (808)). 이 예에서, 변환 가스는 N2O, He, O2, 및 Ar을 포함한다. 변환 가스는 플라즈마로 변환된다 (단계 (812)). 이 예에서, 제 3 RF 전력은 변환 가스를 플라즈마로 변환하기 위해 사용된다. 이 예에서, 제공된 제 3 RF 전력은 가스 분배 플레이트 (206) 를 통해 인가된 500 내지 1000 W의 범위에 있다. 2500 내지 5500 W 범위의 바이어스 RF 전력이 또한 ESC (208) 를 통해 인가될 수도 있다. 변환 가스로부터의 플라즈마는 전구체 층을 실리콘 옥사이드로 변환하기 위해 실리콘 함유 전구체 층과 반응한다. 변환 가스의 플로우는 중단된다 (단계 (816)). 사이클은 실리콘 옥사이드 증착이 목표된 두께에 도달할 때까지 반복된다 (단계 (820)). 도 5c는 복수의 플라즈마 ALD 층들 (516) 이 제 3 RF 전력을 사용하여 증착된 후 스택의 일부의 단면도이다. 증착 프로세스가 제 1 RF 전력보다 높은 제 3 RF 전력을 갖기 때문에 고품질 실리콘 옥사이드 층이 증착된다. 제 3 RF 전력으로 증착된 ALD 층들 (516) 이 제 1 RF 전력으로 증착된 ALD 층들 (512) 위에 증착되기 때문에, 제 1 RF 전력으로 증착된 ALD 층들 (512) 은 중간 층 (508) 의 손상을 방지한다.
치밀화 RF가 너무 낮으면, ALD 층들의 일부가 치밀화되지 않을 것이고, 저품질 ALD 층들을 발생시켜 디바이스 결함들을 증가시킬 수도 있다. 치밀화 RF가 너무 높으면, 중간 층이 손상될 것이고, 이는 디바이스 결함들을 증가시킬 수도 있다. 치밀화 RF는 고품질 실리콘 옥사이드 증착을 제공하기 위해 필요한 레벨로 설정된다. 따라서 제 1 RF 전력을 사용하는 ALD 층들은 치밀화가 제공되기 전 특정한 두께로 증착되어야 한다. 두께가 너무 얇으면, 중간 층 (508) 은 손상될 것이다. 두께가 너무 두꺼우면, 모든 층들이 치밀화되지는 않을 것이다. 결과로서, 실시예들은 제 2 RF 전력을 갖는 플라즈마에 의해 유발된 침투 깊이를 측정하고, 이어서 침투 깊이와 동일한 두께로 제 1 RF 전력을 사용하여 복수의 ALD 층들을 제공한다.
일 실시예에서, 침투 깊이의 결정은 일련의 두께 및 누설 연구들을 포함한다. 먼저, ALD 막이 배어 (bare) Si 기판 상에 제 1 RF 전력보다 높은 제 3 RF 전력으로 증착되고, 누설 및 두께에 대한 측정이 이루어진다. 다음으로 ALD 막은 5, 10, 20, 및 30 사이클들에 대해 표준 RF 전력보다 낮은 제 1 RF 전력으로 증착되고 ALD 막을 치밀화하는 것에 이어 두께 및 누설 측정들로 이어진다. 플라즈마 침투가 소프트 층보다 크면, 두께는 기판에서 실리콘 옥사이드 형성으로 인해 목표된 플라즈마 침투 깊이에 비해 보다 클 것이다. 플라즈마 침투가 충분하지 않으면, 소프트 층들 중 일부가 치밀화 처리 동안 치밀화되지 않을 것이고, 발생하는 두께 및 누설은 목표된 플라즈마 침투 깊이에 비해 보다 클 것이다. 따라서, 플라즈마 침투 깊이는 두께 대 소프트 ALD 사이클 수로 플롯팅할 (plot) 때 최소로 존재한다. 도 9는 표준 (regular) ALD, 10 사이클들의 소프트 ALD, 20 사이클들의 소프트 ALD, 및 30 사이클들의 소프트 ALD에 대한 옹스트롬 (Å) 으로 실리콘 옥사이드의 두께의 막대 그래프이다. 이 예에서, 표준 ALD 실리콘 옥사이드 증착은 가장 두꺼운 실리콘 옥사이드 층을 제공한다. 10 사이클의 소프트 ALD 실리콘 옥사이드 증착은 가장 박형인 실리콘 옥사이드 층을 증착한다. 20 사이클의 소프트 ALD 실리콘 옥사이드 증착은 그 다음으로 가장 박형인 실리콘 옥사이드 층을 증착한다. 30 사이클의 소프트 ALD 실리콘 옥사이드 증착은 그 다음으로 가장 박형인 실리콘 옥사이드 층을 증착한다. 이 그래프로부터, 부가적인 사이클들로 실리콘 옥사이드 두께의 증가가 불충분한 플라즈마 침투로 인해 치밀화 프로세스에 의해 치밀화되지 않는 소프트 ALD 실리콘 옥사이드 증착 층에 기인하기 때문에, 플라즈마 침투는 약 10 개의 소프트 ALD 실리콘 옥사이드 증착의 층들이라는 것이 결정된다.
일부 실시예들에서, 치밀화 동안 제공된 제 2 RF 전력은 보다 낮은 전력 플라즈마 ALD 층들을 증착하는 동안 제공된 제 1 RF 전력의 적어도 3 배이다. 보다 바람직하게, 치밀화 동안 제공된 제 2 RF 전력은 보다 낮은 전력 플라즈마 ALD 층들을 증착하는 동안 제공된 제 1 RF 전력의 적어도 5 배이다. 일부 실시예들에서, 제 3 RF 전력은 제 1 RF 전력의 적어도 3 배이다. 보다 바람직하게, 제 3 RF 전력은 제 1 RF 전력의 적어도 5 배이다. 다양한 실시예들에서, 제 1 RF 전력은 약 500 내지 1000 W이다. 다양한 실시예들에서, 제 2 RF 전력 및 제 3 RF 전력은 제 1 RF 전력보다 500 W보다 크다.
다양한 실시예들에서, 중간 층은 중간 층이 상당한 손상을 갖기 전 문턱값 RF 예산을 갖는다. RF 노출은 중간 층이 RF 전력에 노출되는 시간 × RF 전력에 의해 측정될 것이다. 제 1 RF 전력으로 증착된 복수의 플라즈마 ALD 층들을 형성하기 위해 저 RF 전력을 제공함으로써, 중간 층은 문턱값 RF 예산 이하의 RF 노출을 갖는다. 치밀화가 보다 높은 RF 전력을 사용하지만, 치밀화 동안 생성된 플라즈마가 복수의 플라즈마 ALD 층들에 의해 중간 층에 도달하는 것이 방지되기 때문에, 치밀화는 RF 예산을 초과하는 RF 노출을 유발하지 않는다. 따라서, 치밀화는 제 1 RF로 ALD 층들의 형성 동안 사용된 RF 전력보다 6 배 이상 높은 RF 전력으로 수행될 수도 있고, 또한 보다 긴 기간 동안 RF를 제공할 수도 있다. 일부 실시예에서, 복수의 플라즈마 ALD 층들을 형성하도록 제 1 RF 전력을 제공하는 동안 RF 노출은 RF 예산과 대략 동일하도록 최적화된다.
다양한 실시예들에서 습식 에칭 레이트 비가 복수의 ALD 층들이 보다 낮은 품질 및 보다 낮은 밀도 증착을 발생시키는 보다 낮은 RF를 사용하여 형성되는지 또는 복수의 ALD 층들이 고품질 및 보다 높은 밀도 증착을 발생시키는 보다 높은 RF를 사용하여 형성되는지를 나타내도록 사용될 수도 있다. 고품질 ALD 층 증착은 5 미만의 습식 에칭 레이트를 갖는다. 보다 낮은 품질의 ALD 증착은 보다 높은 습식 에칭 레이트를 갖는다. 그러나, 치밀화 후, 치밀화된 ALD 증착은 5 미만의 습식 에칭 레이트를 갖는다.
다양한 실시예들에서, 치밀화 가스는 헬륨 (He) 또는 아르곤 (Ar) 과 같은 불활성 가스를 포함하는 가스일 수도 있다. 일 실시예에서, 치밀화 가스는 본질적으로 산소 (O2) 및 He로 구성될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 치밀화 가스는 본질적으로 O2 및 Ar으로 구성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 치밀화 가스는 본질적으로 O2, He, 및 Ar으로 구성될 수도 있다.
손상은 막이 증착되는 계면 층에서 변화될 모든 것으로 간주된다. 손상은 하층의 산화, 하층의 스퍼터링 (sputtering), 또는 하층의 화학적 에칭일 수 있다.
본 개시가 몇몇의 바람직한 실시예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되는 것이 의도된다.

Claims (19)

  1. 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법에 있어서,
    기판 위에 복수의 플라즈마 원자 층 증착 (Atomic Layer Deposition; ALD) 층들을 증착하는 단계로서, 상기 복수의 ALD 층들의 플라즈마 ALD 층 각각은 제 1 RF 전력으로 증착되는, 상기 증착하는 단계; 및
    상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 치밀화하는 (densifying) 단계로서, 상기 제 1 RF 전력보다 높은 제 2 RF 전력을 사용하여 치밀화 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 플라즈마 ALD 층들 중 적어도 하나는 치밀화되는, 상기 치밀화하는 단계를 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 치밀화하는 상기 단계는 상기 복수의 플라즈마 ALD 층들 모두를 치밀화하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 증착하는 상기 단계는 최소 5 개의 플라즈마 ALD 층들을 증착하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 증착하는 상기 단계는 적어도 10 개의 플라즈마 ALD 층들을 증착하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 치밀화하는 단계로부터의 이온들이 상기 기판에 도달하지 않는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 치밀화하는 단계로부터의 이온들이 상기 기판에 도달하지 않는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 전력보다 높은 제 3 RF 전력을 사용하여, 상기 치밀화된 복수의 플라즈마 ALD 층들 위에 복수의 플라즈마 ALD 층들을 제공하는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 전력보다 높은 상기 제 3 RF 전력을 사용하여, 상기 치밀화된 복수의 플라즈마 ALD 층들 위에 복수의 플라즈마 ALD 층들을 제공하는 단계는,
    전구체의 층을 형성하기 위해 전구체를 흘리는 단계;
    상기 전구체의 플로우를 중단하는 단계;
    변환 가스를 제공하는 단계;
    상기 변환 가스를 상기 전구체의 층을 변환하는 플라즈마로 형성하기 위해, 상기 제 3 RF 전력의 RF 전력을 제공하는 단계; 및
    상기 변환 가스의 플로우를 중단하는 단계를 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 전력은 약 500 내지 1000 W인, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 ALD 층들을 증착하는 단계는 약 10에서 50 Å 두께로 상기 복수의 ALD 층들을 증착하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 증착하는 단계는 복수의 실리콘 옥사이드 층들을 증착하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 증착하는 단계는 복수의 사이클들을 포함하고, 상기 사이클 각각은,
    전구체의 층을 형성하기 위해 전구체를 흘리는 단계;
    상기 전구체의 플로우를 중단하는 단계;
    변환 가스를 제공하는 단계;
    상기 변환 가스를 상기 전구체의 층을 변환하는 플라즈마로 형성하기 위해, 상기 제 1 RF 전력의 RF 전력을 제공하는 단계; 및
    상기 변환 가스의 플로우를 중단하는 단계를 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 사이클들은 적어도 5 회 반복되는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전구체 가스는 실란 함유 가스인, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 전력은 상기 제 1 RF 전력의 적어도 5 배인, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 전력에서 플라즈마 침투 깊이를 결정하는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 변환 가스는 N2O, He, O2, 또는 Ar 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 플라즈마 ALD 층들을 치밀화하는 상기 단계는,
    치밀화 가스를 제공하는 단계; 및
    상기 제 2 RF 전력의 RF 전력을 제공함으로써, 상기 치밀화 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 치밀화 가스는 H2, N2, Ar, N2O, O2, 또는 He 중 적어도 하나를 포함하는, 기판 상에 층을 증착하기 위한 방법.
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