KR101046071B1 - 유전 필름의 원자 층 증착을 위해서 화학물질을 광 여기시키는 방법 및 장치 - Google Patents

유전 필름의 원자 층 증착을 위해서 화학물질을 광 여기시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 물질을 증착시키는 방법을 제공하며, 더욱 특히, 본 발명의 구체예는 광 여기 기술을 이용하여 배리어층, 시드층, 전도성 물질, 및 유전 물질을 증착시키는 화학 증착 공정 및 원자 층 증착 공정에 관한 것이다. 본 발명의 구체예는 일반적으로 균일하게 증착된 물질을 제공하도록 보조된 공정이 수행될 수 있는 보조된 공정을 위한 방법 및 그러한 방법을 수행하는 장치를 제공한다.

Description

유전 필름의 원자 층 증착을 위해서 화학물질을 광 여기시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PHOTO-EXCITATION OF CHEMICALS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION OF DIELECTRIC FILM}
본 발명의 구체예는 일반적으로 물질을 증착시키는 방법에 관한 것이며, 더욱 특히, 본 발명의 구체예는 배리어 층, 시드 층, 전도성 물질 및 유전 물질을 증착시키기 위한 광 여기 기술을 이용하는 화학증착 공정 및 원자 층 증착 공정에 관한 것이다.
기판 제조 공정은 종종 두 가지의 관련된 중요한 인자인 장치 수율 및 소유비용(cost of ownership: COO)에 의해서 평가된다. COO는 많은 인자에 의해서 영향을 받지만, 시간당 가공되는 기판의 수, 즉, 제조 공정의 출력 및 물질을 가공하는 비용에 크게 영향을 받는다. 배치 공정은 출력을 증가시키고자 하는 시도에 적절한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 증가된 수의 기판 전체에 걸쳐서 가공 조건을 균일하게 하는 것이 과제이다.
또한, 플라즈마 보조된 ALD 또는 CVD 공정, UV 보조된 (광-보조된) ALD 또는 CVD 공정, 및 공정 영역에 제공된 이온에 의해서 직접적으로 보조되는 ALD 또는 CVD 공정이 일부 증착 공정에 유익한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, UV 및 플라즈 마 보조된 공정은 장치 스케일 해결방법으로서 65nm이하 적용의 요구가 증가되고 있는 고-k 유전체를 위한 양호한 필름 성질을 제공하는 것으로 입증되었다. 플라즈마 보조된 ALD 또는 CVD는 또한 유사한 열 보조된 공정에 비해서 열적 비용 및 공정 시간 요건을 감소시키는 것으로 입증되었다.
증가된 수의 기판에 전체에 걸쳐서 균일한 공정 조건을 제공하는 것은 추가의 보조 처리가 플라즈마 보조된 ALD 또는 CVD 공정, UV 보조된 (광-보조된) ALD 또는 CVD 공정, 및 공정 영역에 제공된 이온에 의해서 직접적으로 보조되는 ALD 또는 CVD 공정을 위해서 상기된 바와 같은 공정에 추가되는 경우에 더욱 더 과제이다.
플라즈마 보조된 ALD 공정은 원격 플라즈마 생성방법을 이용하여 기판을 배치 챔버 내의 균일한 플라즈마 조건에 노출시키고자 하는 공정이다. 플라즈마는 전달 시스템, 예컨대, 배치 툴(batch tool)의 가스 전달 시스템을 통해서 도입된다. 그러나, 이러한 공정은 플라즈마가 공정 영역에 유입되기 전에 이완(relaxation)될 수 있다.
따라서, UV 보조에 의해서 배치 툴내의 ALD 또는 CVD 공정 동안 물질을 균일하게 및 효과적으로 증착시키는 방법이 요구되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 일반적으로 물질을 증착시키는 방법을 제공하고 있으며, 더욱 특히, 본 발명의 구체예는 배리어 층, 시드 층, 전도성 물질 및 유전 물질을 증착시키기 위한 광 여기 기술을 이용하는 화학증착 공정 및 원자 층 증착 공정에 관한 것이다. 본 발명의 구체예는 일반적으로 보조된 공정 방법 및 장치로서 보조된 공정이 균일하게 증착된 물질을 제공하도록 수행될 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 한 가지 구체예에 따르면, 기판상에 금속 니트라이드를 형성시키는 방법이 제공된다. 그러한 방법은 기판을 공정 챔버에 정위시키고, 기판을 금속 함유 전구체 및 질소 함유 전구체를 포함하는 증착 가스에 노출시키고, 증착 가스를 공정 챔버내의 UV-광원으로부터 유도된 에너지 빔에 노출시키고, 금속 니트라이드를 기판상에 증착시킴을 포함한다. 한 가지 구체예에서, 기판은 금속 니트라이드를 증착시키기 전에 전처리 공정 동안 에너지 빔에 노출되거나, 기판은 금속 니트라이드를 증착시킨 후에 후처리 공정 동안 에너지 빔에 노출된다.
또 다른 구체예에 따르면, 금속 옥사이드를 기판상에 형성시키는 방법이 제공된다. 그러한 방법은 기판을 공정 챔버내에 정위시키고, 기판을 금속 함유 전구체 및 산소 함유 전구체를 포함하는 증착 가스에 노출시키고, 증착 가스를 공정 챔버내의 UV-광원으로부터 유도된 에너지 빔에 노출시키고, 금속 옥사이드를 기판상에 증착시킴을 포함한다. 한 가지 구체예에서, 기판은 금속 옥사이드를 증착시키기 전에 전처리 공정 동안 에너지 빔에 노출된다. 한 가지 구체예에서, 기판은 금속 옥사이드를 증착시킨 후에 후처리 공정 동안 에너지 빔에 노출된다.
또 다른 구체예에 따르면, 금속층을 기판상에 형성시키는 방법이 제공된다. 그러한 방법은 기판을 공정 챔버내에 정위시키고, 기판을 금속 함유 전구체 및 환원 가스를 포함하는 증착 가스에 노출시키고, 증착 가스를 공정 챔버내의 UV-광원으로부터 유도된 에너지 빔에 노출시키고, 금속층을 기판상에 증착시킴을 포함한다. 한 가지 구체예에서, 기판은 금속 층을 증착시키기 전에 전처리 공정 동안 에너지 빔에 노출된다. 한 가지 구체예에서, 기판은 금속 층을 증착시킨 후에 후처리 공정 동안 에너지 빔에 노출된다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 상기된 특징이 더 상세히 이해될 수 있게 하기 위해서, 상기 간단히 요약된 본 발명의 더욱 특별한 설명이 구체예를 참조로 하여 설명되고 있으며, 이들중 일부는 첨부된 도면에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 구체예를 단지 예시하고 있는 것이며, 그로 인해서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안돼며, 본 발명은 다른 동일한 효과적인 구체예를 인정할 수 있음을 주지해야 한다.
도 1은 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 예시적인 배치 공정 챔버의 측단면도를 예시하고 있다.
도 2는 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 배치 공정 챔버의 추가의 구체예의 평면 단면도를 예시하고 있다.
도 3은 공정 영역 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 배치 공정 챔버의 구체예의 측단면도를 예시하고 있다.
도 4는 공정 영역 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 배치 공정 챔버의 또 다른 구체예의 측단면도를 예시하고 있다.
도 5는 인젝터 어셈블리(injector assembly) 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 예시적인 배치 공정 챔버의 측단면도를 예시하고 있다.
도 6은 인젝터 어셈블리 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 예시적인 배치 공정 챔버의 또 다른 구체예의 측단면도를 예시하고 있다.
도 7은 인젝터 어셈블리 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 예시적인 배치 공정 챔버의 또 다른 구체예의 측단면도를 예시하고 있다.
도 8은 인젝터 어셈블리 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 예시적인 배치 공정 챔버의 또 다른 구체예의 측단면도를 예시하고 있다.
도 9는 인젝터 어셈블리 내의 공정 가스의 화학종을 여기시키는 어셈블리를 포함한 본 발명의 예시적인 배치 공정 챔버를 위한 인젝터 어셈블리의 또 다른 구체예의 측단면도를 예시하고 있다.
도 10은 본원에서 구체예에 의해서 기재된 배리어 물질(barrier material)을 증착시키는 공정의 흐름도이다.
도 11은 본원에서 구체예에 의해서 기재된 유전 물질(dielectric material)을 증착시키는 공정의 흐름도이다.
도 12는 본원에서 구체예에 의해서 기재된 전도성 물질(conductive material)을 증착시키는 공정의 흐름도이다.
도 13은 본원에서 구체예에 의해서 기재된 시드층(seed layer)을 증착시키는 공정의 흐름도이다.
도 14a 내지 14d는 집적회로 제조 시퀀스(integrated circuit fabrication sequence)의 개략적인 단면도를 예시하고 있다.
상세한 설명
본 발명은 일반적으로는 생성된 이온에 의해서 공정을 보조하는 어셈블리에 의해서 반도체 기판을 배치로 가공하는 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 한 가지 구체예에서, 배치 공정 챔버 하우징내에 정위되는 여기 어셈블리가 구비된 배치 공정 챔버가 제공된다. 본원에 기재된 한 가지 구체예에 유용할 수 있는 배치 공정 챔버의 예는 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 입수할 수 있는 플렉스타®(FLEXSTAR®) 시스템이다.
일반적으로, 공정 가스중의 여기된 화학종은 생성되어서 본원에 기재된 ALD 또는 CVD 공정을 보조할 수 있다. 이들 화학종은 플라즈마 보조, UV 보조(광 보조), 이온 보조(예를 들어, 이온 공급원에 의해서 생성된 이온), 또는 이의 조합에 의해서 여기될 수 있다. 이들 화학종은 이온이 배치 공정 챔버의 공정 영역에 도달하기 전에 여기 상태의 이완을 피하기 위해서 챔버 하우징내의 공정 영역에서 또는 그에 인접해서 여기된다.
본원에 기재된 "기판"은 이로 한정되는 것은 아니지만, 반도체 웨이퍼, 반도체 워크피스(semiconductor workpiece), 및 그 밖의 워크피스, 예컨대, 광학 플랭크(optical plank), 및 메모리 디스크 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체예는 물질이 본원에서 기재된 방법에 의해서 증착되는 어떠한 일반적으로 평탄한 워크피스에 적용될 수 있다.
"수직 방향" 및 "수평 방향"은 상대적인 방향을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 수평방향은 수직 방향에 실질적으로 직각인 것이며 그 역이 또한 그러한 것으로 이해되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 기재된 구체예 및 특징은, 수직 방향으로 일컬어지는 차원이 수평으로 배향되고, 동시에, 수평 방향으로 일컬어지는 차원이 수직으로 배향되게 그 전체가 회전할 수 있음이 본 발명의 범위내에 있다.
본원에 기재된 구체예에 유용한 ALD 또는 CVD 공정을 위한 배치 공정 챔버는 2005년 10월 13일자로 출원된 발명의 명칭 "가스 주입 및 배출을 위한 대면 포켓을 지니는 반응 챔버(Reaction Chamber with Opposing Pockets for Gas Injection and Exhaust)의 공동 양도된 미국특허출원 일련번호 제11/249,555호에 기재되어 있으며, 본원에서는 상기 출원을 챔버, 가열 시스템, 가스 전달 시스템 및 배출 시스템에 대한 추가의 설명을 제공하기 위한 참조로 통합한다.
하드웨어
도 1은 내부 챔버(101)(예, 석영 챔버)를 포함하며 주입 및 배출이 제어되는 배치 공정 챔버의 한 가지 구체예를 예시하고 있다. 전형적으로, 주입 어셈블리(150) 및 배출 어셈블리(170)는 온도 제어되어 공정 가스의 응축을 피한다. 도 1은 배치 공정 챔버(100)의 측단면도이다. 배치 공정 챔버(100)은 일반적으로는 기판 보우트(substrate boat: 120)에 적층된 기판(121)의 배치를 수용하도록 형상화된 공정 영역(117)를 형성하는 내부 챔버(101)을 함유한다. 기판은 다양한 증착 공정, 예컨대, ALD 공정 또는 CVD 공정에 의해서 가공되도록 공정 영역에 제공된다. 일반적으로는 하나 이상의 히터 블록(도시되지 않음)이 내부 챔버(101) 주변에 배열되고 공정 영역(117)에 제공된 기판(121)을 가열하도록 구성된다. 한 가지 구체예에서, 내부 챔버(101)는 예를 들어 석영 챔버일 수 있다. 외부 챔버(113)가 일반적으로는 내부 챔버(101) 주위에 배치된다. 외부 챔버의 냉각 유지시키기 위해서, 하나 이상의 단열제(도시되지 않음)가 외부 챔버(113)와 어떠한 히터 사이에 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 구체예에서 사용될 수 있는 히터 블록과 단열제의 예는 도 2의 구체예에서 도시되어 있다. 도 2는 하나 이상의 히터 블록(211)을 도시하고 있으며, 이러한 히터 블록은 내부 챔버(201) 주위에 배열되어 있고 공정 영역에 제공된 기판을 가열하도록 구성되어 있다. 외부 챔버(213)는 일반적으로는 내부 챔버(201) 주위에 배치된다. 한 가지 구체예에서, 내부 챔버(201)는, 예를 들어, 석영 챔버일 수 있다. 도 2에서, 외부 챔버를 냉각 유지시키기 위해서, 단열제(212)가 외부 챔버(213)과 어떠한 히터 사이에 제공된다.
도 1은 내부 챔버(101)로서, 일반적으로 바닥에 개구를 지니는 챔버 보디, 챔버 보디의 한측에 형성된 인젝터 포켓(injector pocket), 인젝터 포켓의 반대측상의 챔버 보디에 형성된 배출 포켓을 함유하는 내부 챔버(101), 예를 들어, 석영 챔버를 도시하고 있다. 내부 챔버(101)는 기판 보우트(120)의 모양과 유사한 실린더 모양이다. 따라서, 공정 영역(117)이 작게 유지될 수 있다. 감소된 공정 영역은 배치 당 공정 가스의 양을 감소시키고, 배치 공정 동안의 체류 시간을 단축시킨다.
한 가지 구체예에서, 배출 포켓(103) 및 인젝터 포켓(104)는 내부 챔버(101)의 챔버 보디상에 밀링된 슬롯(slot)과 적절한 위치에서 용접될 수 있다. 한 가지 구체예에 따르면, 인젝터 포켓 및 배출 포켓은 한 단부는 챔버 보디상에 용접되어 있고 한 단부는 개방되어 있는 평탄화된 석영 튜브이다. 인젝터 포켓(104)과 배출 포켓(103)은 인젝터 어셈블리(150)와 배출 어셈블리(170)를 하우징하도록 형상화되어 있다. 상기 참조된 2005년 10월 13일자로 출원된 발명의 명칭 "가스 주입 및 배출을 위한 대면 포켓을 지니는 반응 챔버(Reaction Chamber with Opposing Pockets for Gas Injection and Exhaust)의 미국특허출원 일련 번호 제11/249,555호에 보다 상세히 기재된 바와 같이, 인젝터 어셈블리(150) 및 배출 어셈블리(170)는 전형적으로는 온도 조절될 수 있다. 또한, 내부 (석영) 챔버를 지지하는 지지 플레이트는 내부 챔버(101)의 바닥 개구 밑에 정위된 로드 락(load lock)에 더 연결되어 있다. 기판 보우트(120)는 로드 락을 통해서 로딩(loading)되고 언로딩될 수 있다. 기판 보우트(120)은 내부 챔버의 바닥에 있는 개구를 통해서 공정 영역(117)과 로드 락 사이에서 수직으로 병진할 수 있다.
본원에 기재된 배치 공정 챔버내에서 및 공정 동안 사용될 수 있는 기판 보우트의 예는 2005년 4월 31일자 출원된 발명의 명칭 "배치 증착 툴 및 압축 보우트(Batch Deposition Tool and Compressed Boat)"의 미국특허출원 일련번호 제11/216,969호에 상세히 기재되어 있으며, 본원에서는 상기 출원을 참조로 통합한다. 배치 공정에서 사용되는 기판 보우트를 로딩 및 언로딩하는 방법 및 장치의 예는 2005년 9월 30일자 출원된 발명의 명칭 "배치 웨이퍼 핸들링 시스템(Batch Wafer Handling System)"의 미국특허출원 일련번호 제11/242,301호에 상세히 기재되어 있으며, 본원에서는 상기 출원을 참조로 통합한다.
히터 블록(heater block)은 일반적으로는 인젝터 포켓(104)과 배출 포켓(103) 근처를 제외하고는 내부 챔버(101)의 외부 주변 둘레로 감겨져 있다. 또 다른 구체예(도시되지 않음)에 따르면, 히터 블록(211)은 또한 인젝터 포켓(104) 및/또는 배출 포켓(103)의 둘레로 감겨질 수 있다. 기판(121)은 내부 챔버(101)을 통해서 히터 블록에 의해서 적절한 온도로 가열된다. 히터는 기판의 균일한 가열이 달성되도록 조절된다. 한 가지 구체예에서, 배치 공정에서의 기판(121)의 점들은 동일한 설정점 온도 ± 1℃에 이른다. 배치 공정 챔버(100)의 형상은 배치 공정에서의 온도 균일성을 향상시킨다. 예를 들어, 내부 챔버(101)의 실린더 모양은 내부 챔버로부터 고르게 떨어진 기판(121)의 에지를 생성시킨다. 또한, 히터는 다중 조절 가능 부위를 지녀서 영역 사이의 온도 변화를 조절할 수 있다. 히터 블록은 다중 수직대로 배열된 내성 히터로 제조될 수 있다. 한 예로, 히터 블록은 세라믹 내성 히터일 수 있다.
도 1은 인젝터 포켓(104)이 공정 영역(117)과 소통관계에 있는 주입 공간을 한정하는 챔버 보디의 일측상에 용접될 수 있음을 예시하고 있다. 주입 공간은 전형적으로는 기판 보우트가 공정 위치에 있는 경우 기판 보우트(120)의 전체 높이를 따라서 연장된다. 따라서, 인젝터 포켓내에 배치된 인젝터 어셈블리(150)는 공정 가스의 수평 흐름을 모든 기판(121)에 제공할 수 있다.
인젝터 포켓(104)의 벽을 고정하도록 리세스(recess)가 형성된다. 인젝터 어셈블리는, 예를 들어, 밀봉부(154)에 의해서, 단열되어 있다. o-링 또는 그 밖의 적합한 엘리먼트(element)일 수 있는 밀봉부(154)는 진공 밀봉시켜서 내부 챔버(101)의 압력을 조절한다. 인젝터 어셈블리의 단열은 인젝터의 온도가 독립적으로 제어되도록 요구될 수 있다.
공정 영역(117) 및 인젝터 공간이 일반적으로 공정 동안 진공 상태로 유지되기 때문에, 내부 챔버(101)와 챔버 (113) 사이의 외부 공간이 또한 진공화된다. 외부 공간을 감압하에 유지시키면 내부 챔버(101)상의 압력 생성된 스트레스를 감소시킬 수 있다. 추가의 진공 밀봉, 예컨데, o-링이 챔버(100)의 적절한 부품들 사이에 배치되어, 공정 영역(117)의 압력을 조절하고, 내부 챔버(101)에 가해진 진공/압력 스트레스를 조절하고, 공정 영역만으로 향하는 주입된 공정 가스의 가스 흐름을 조절할 수 있다. 또한, 하나 이상의 진공 펌프가 직접적으로 또는 추가의 배출 플레넘(plenum)(도시되지 않음)을 통해서 내부 챔버에 연결되어서 내부 챔버(101)내의 압력을 조절할 수 있다.
배치 공정 챔버내의 다양한 구성요소의 온도는 독립적으로 조절될 수 있는데, 증착 공정이 배치 공정 챔버에서 수행되어야 하는 경우에 특히 그러하다. 인젝터 어셈블리의 온도가 너무 낮으면, 주입된 가스는 응축되고 인젝터 어셈블리의 표면상에 유지되며, 이는 입자를 생성시키고 챔버 공정에 영향을 준다. 인젝터 어셈블이의 온도가 가스 상 분해 및/또는 표면 분해가 발생될 만큼 높으면, 인젝터 어셈블리내의 경로들이 "막힐(clog)" 수 있다. 배치 공정 챔버의 인젝터 어셈블리는 주입되는 가스의 분해 온도 보다 낮은 온도 및 가스의 응축 온도보다 높은 온도로 가열된다. 인젝터 어셈블리의 온도는 일반적으로 공정 영역내의 공정 온도와 상이하다. 한 예로, 기판은 약 600℃까지 가열될 수 있지만, 인젝터 어셈블리의 온도는 원자층 증착 공정 동안 약 80℃이다. 따라서, 인젝터 어셈블리의 온도는 독립적으로 조절된다.
도 1은 배출 포켓(103)이 공정 영역(117)과 소통관계에 있는 배출 공간을 한정하는 챔버 보디의 일측상에 용접될 수 있음을 예시하고 있다. 배출 공간은 전형적으로는 기판 보우트가 공정 위치에 있는 경우 기판 보우트(120)의 전체 높이를 따라서 연장되어, 배출 포켓내에 배치된 배출 어셈블리(150)가 공정 가스의 수평 흐름을 모든 기판(121)에 제공할 수 있게 한다.
배출 포켓(103)의 벽을 고정하도록 리세스(recess)가 형성된다. 인젝터 어셈블리는, 예를 들어, 밀봉부(174)에 의해서, 단열되어 있다. o-링 또는 그 밖의 적합한 엘리먼트일 수 있는 밀봉부(174)는 진공 밀봉시켜서 내부 챔버(101)의 압력을 조절할 수 있다. 배출 어셈블리의 단열은 배출기의 온도가 독립적으로 제어되도록 요구될 수 있다.
공정 영역(117) 및 배출 공간이 일반적으로 공정 동안 진공 상태로 유지되기 때문에, 내부 챔버(101)와 챔버 (113) 사이의 외부 공간이 또한 진공화된다. 외부 공간을 진공하에 유지시키면 내부 챔버(101)상의 압력 생성된 스트레스를 감소시킬 수 있다. 추가의 진공 밀봉, 예컨데, o-링이 챔버(100)의 적절한 부품들 사이에 배치되어, 공정 영역(117)의 압력을 조절하고, 내부 챔버(101)에 가해진 진공/압력 스트레스를 조절하고, 공정 영역만으로 향하는 주입된 공정 가스의 가스 흐름을 조절할 수 있다. 또한, 하나 이상의 진공 펌프가 직접적으로 또는 추가의 배출 플레넘(plenum)(도시되지 않음)을 통해서 내부 챔버에 연결되어서 내부 챔버(101)내의 압력을 조절할 수 있다.
배치 공정 챔버내의 다양한 구성요소의 온도는 독립적으로 조절될 수 있는데, 증착 공정이 배치 공정 챔버에서 수행되어야 하는 경우에 특히 그러하다. 한편, 배출 어셈블리의 온도는 공정 챔버의 온도 보다 낮게 유지되어 배출 어셈블리에서 증착 반응이 발생되지 않게 하는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 배출 어셈블리를 통과하는 공정 가스가 응축되어 표면상에 유지되어 입자 오염이 유발되지 않게 배출 에셈블리를 가열하는 것이 바람직하다. 배출 어셈블리상의 반응 부산물의 증착이 발생되면, 배출 어셈블리상의 상승된 온도는 양호하게 유착되는 증착이 되게 할 수 있다. 따라서, 배출 어셈블리는 공정 영역에서 독립적으로 가열될 수 있다.
도 1은 추가적으로 가스 공급원(159)가 제공됨을 예시하고 있다. 가스 공급원(159)은 전구체 가스 또는 증착 가스, 처리 가스, 캐리어 가스 및 퍼지 가스와 같은 공정 가스를 밸브(158) 및 유입 채널(156)을 통해서 인젝터 어셈블리의 수직 채널(155)내로 공급된다. 수직 채널(155)은 또한 플레넘(155) 또는 공동(155)으로 표시될 수 있다. 공정 가스는 인젝터 어셈블이의 개구(153)를 통해서 공정 영역(117)에 유입된다. 플레이트 및 개구가 페이스플레이트(152)를 형성하여 기판 보우트(120)내의 기판(121) 전체에 걸쳐서 가스를 균일하게 분배시킨다.
일반적으로, 공정 가스로서 사용될 수 있는 캐리어 가스 및 퍼지 가스는 N2, H2, Ar, He, 및 이의 조합물 등을 포함한다. 전처리 단계 동안, H2, NH3, B2H6, Si2H4, SiH6, H2O, HF, HCl, O2, O3, H2O2 또는 그 밖의 공지된 가스가 공정 가스로서 사용될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 증착 가스 또는 전구체 가스는 하프늄 전구체, 실리콘 전구체 또는 이의 조합물을 함유할 수 있다.
예시적인 하프늄 전구체는 리간드, 예컨대, 할라이드, 알킬 아미노, 시클로펜타디에닐, 알킬, 알콕시드, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 함유하는 하프늄 화합물을 포함한다. 하프늄-함유 물질을 증착시키는데 유용한 하프늄 전구체는 HfCl4, (Et2N)4Hf, (Me2N)4Hf, (MeEtN)4Hf, (tBuC5H4)2HfCl2, (C5H5)2HfCl2, (EtC5H4)2HfCl2, (Me5C5)2HfCl2, (Me5C5)HfCl3, (iPrC5H4)2HfCl2, (iPrC5H4)HfCl3, (tBuC5H4)2HfMe2, (acac)4Hf, (hfac)4Hf, (tfac)4Hf, (thd)4Hf, (NO3)4Hf, (tBuO)4Hf, (iPrO)4Hf, (EtO)4Hf, (MeO)4Hf, 또는 이의 유도체를 포함한다. 예시적인 실리콘 전구체는 SiH4, Si2H6, TDMAS, 트리스-DMAS, TEOA, DCS, Si2Cl6, BTBAS 또는 이의 유도체를 포함한다.
본원에서 기재된 증기 증착 공정 동안 사용되는 또 다른 금속 전구체는 ZrCl4, Cp2Zr, (Me2N)4Zr, (Et2N)4Zr, TaF5, TaCl5, (tBuO)5Ta, (Me2N)5Ta, (Et2N)5Ta, (Me2N)3Ta(NtBu), (Et2N)3Ta(NtBu), TiCl4, TiI4, (iPrO)4Ti, (Me2N)4Ti, (Et2N)4Ti, AlCl3, Me3Al, Me2AlH, (AMD)3La, ((Me3Si)(tBu)N)3La, ((Me3Si)2N)3La, (tBu2N)3La, (iPr2N)3La, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함한다.
도 1이 단지 하나의 가스 공급원을 도시하고 있지만, 당업자라면 다수의 가스 공급원, 예를 들어, 첫 번째 전구체를 위한 하나의 가스 공급원, 두 번째 전구체를 위한 하나의 가스 공급원, 및 캐리어 및 퍼지 가스를 위한 하나의 가스 공급원이 배치 공정 챔버(100)에 결합될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다. 상이한 가스로부터의 가스 흐름은 공정의 위한 바람직한 요구에 따라서 차단 또는 공급될 수 있다. 그러므로, 3- 또는 4-웨이 밸브가 사용되어 상이한 가스를 유입 채널(156)에 공급할 수 있다. 대안적으로, 둘, 셋, 또는 그 이상의 유입 채널(156)이 주입 어셈블리(150)를 가로질러 수평으로 밀링될 수 있으며, 몇개의 수직 채널(155)이 제공되어 상이한 공정 가스를 공정 영역에 주입할 수 있다.
예를 들어, 인젝터 어셈블리(250)는 도 2에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 유입 채널, 예를 들어, 세 개의 유입 채널(256)를 지니고 있다. 한 가지 구체예에서, 세개의 유입 채널(256) 각각은 공정 영역(117)에 서로 독립적으로 공정 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 각각의 유입 채널(256)은 수직 채널(255)에 연결된다. 수직 채널(255)은 또한 공동(cavity: 255) 또는 플레넘(plenum: 255)로 표현될 수 있다. 수직 채널(255)은 다수의 고르게 분포된 수평 구멍(253)에 추가로 연결되고 인젝터 어셈블리(250)의 중심부상에서 수직 페이스플레이트를 형성한다.
인젝터 어셈블리(150)로부터 내부 챔버(101)의 반대편 단부상에서, 배출 포켓(103)이 챔버(101)에 제공된다. 배출 포켓은 배출 어셈블리(170)을 수용한다. 배출 포트(176)가 중심 부분 근처의 배출 어셈블리(170)를 가로질러 수평으로 형성된다. 배출 포트(176)는 중심부분에 형성된 수직 격막(175)에 개방되어 있다. 수직 격막(175)은 공정 영역(117)으로 개방되는 다수의 수평 슬롯(173)에 추가로 연결되어 있다. 공정 영역(117)이 밸브(178)를 통해서 진공 펌프(179)에 의해서 펌핑되는 경우, 공정 가스는 우선 공정 영역(117)으로부터 다수의 수평 슬롯(173)을 통해서 수직 격막(175)으로 흐른다. 공정 가스는 이어서 배출 포트(176)를 통해서 배출 시스템내로 흐른다. 한 가지 특징으로, 수평 슬롯(173)은 특정의 수평 슬롯(173)과 배출 포트(176) 사이의 거리에 따라서 그 크기가 다양하여 상부로부터 하부로 기판 보우트(120)을 가로지른 고른 흐름을 유도할 수 있다.
상기된 바와 같은 공정 가스, 예컨대, 전구체 가스, 증착 가스, 처리 가스, 퍼지 또는 캐리어 가스는 인젝터 어셈블리 및 배출 어셈블리에 의해서 공정 영역(117)로 및 그로부터 전달된다. 기판 보우트(120)에 수직으로 정렬된 각각의 기판(121)을 가로지른 균일한 가스 흐름뿐만 아니라 모든 기판을 가로지른 균일한 가스 흐름이 바람직하다. 그러나, 비-균일성이 웨이퍼 에지에서의 가스 흐름의 불규칙성에 의해서 발생될 수 있다. 이들 불규칙성은 인젝터와 기판 보우트 사이에 디퓨저(diffuser: 160)를 제공함으로써 방지될 수 있다. 디퓨저(160)는 가스 흐름이 기판의 에지상으로 직접 충격되는 것을 방지할 수 있다. 디퓨저(160)은 V-형일 수 있으며, 유입구로부터의 가스를 기판을 따라 접선방향으로 유도할 수 있다.
디퓨저는 다양한 모양 및 위치에 제공될 수 있다. 일반적으로 디퓨저는 인젝터 어셈블리의 페이스플레이트와 기판 보우트 사이에 제공될 수 있다. 따라서, 디퓨저는 기판 어셈블리에 통합될 수 있고/거나 내부 챔버(101)의 인젝터 포켓에 정위될 수 있다. 챔버 및 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 디퓨저의 다양한 구체예가 본원의 우선권과 동일자로 출원된 발명의 명칭 "디퓨저 플레이트와 인젝터 어셈블리를 지니는 배치 공정 챔버(Batch Processing Chamber with Diffuser Plate and Injector Assembly)"의 미국출원(미국특허출원 제11/381,966호)에 보다 상세히 기재되어 있으며, 본원에서는 상기 출원을 참조로 통합한다.
향상된 균일성을 지니는 가스 흐름은 전구체 가스 또는 캐리어 또는 퍼지 가스와 같은 공정 가스의 이온화된 화학종을 함유한다. 가스 스름의 균일성은 또한 플라즈마 보조된 공정, UV 보조된 공정 또는 이온 보조된 공정을 제공하는데 사용되는 이온화된 화학종의 균일성을 향상시킨다. 일반적으로, 플라즈마, UV, 이온 생성에 의한 공정 보조는 유도된 가스를 여기시키는데 특징이 있거나, 유도된 가스를 이온화시키는데 특징이 있을 수 있다. 공정 가스 흐름을 공정 영역(117)에 제공하는 구성요소는 각각의 기판을 가로질러 및 기판 보우트내의 기판을 가로질러 균일하게 증착된 물질을 형성하도록 구성된다.
플라즈마 보조된 배치 공정은 이전에는 원격 플라즈마 공급원으로 수행되었다. 그러나, 원격 플라즈마는 공정 영역과 관련하여 더 먼 거리에서 생성된다. 따라서, 플라즈마가 공정 영역에 유입됨에 따라서, 플라즈마 내의 여기된 화학종의 수가 이미 상당히 감소된다. 원격 플라즈마 공급원은 플라즈마가 공정 영역에 유입되기 전에 플라즈마의 이완을 초래한다.
본 발명은 일반적으로 배치 툴내의 반도체 기판을 가공하는 방법 및 장치로서, 기판의 플라즈마 보조된 가공을 위한 플라즈마가 공정 영역에 또는 공정 영역에 가깝게 또는 근접되게 제공된다. 공정영역에 가깝게 또는 근접되게 제공된다는 말은 공정 영역에 직접 이웃해서 또는 적어도 내부 챔버, 인젝터 포켓, 또는 인젝터 어셈블리 내에서 플라즈마가 생성되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1에 예시된 구체예는 플라즈마를 생성시키는 파워 공급원(180)을 포함하며, 그러한 파워 공급원은 디퓨저(160) 및 인젝터 어셈블리(150)의 페이스플레이트(152)에 결합된다. 플라즈마는 디퓨저(160)과 인젝터 어셈블리(150)의 페이스플레이트(152) 사이에 생성된다. 인젝터 페이스(injector face)가 애노드(anode)로 사용되고, 디퓨저가 캐소드(cathode)로 사용되어 그 사이에 플라즈마를 생성시킨다. 플라즈마를 생성하도록 가해진 파워는 바람직하게 적용되도록 조절될 수 있으며, 공정 영역내로 흐르는 공정 가스중의 특정의 화학종을 이온화시키는데 필요한 에너지에 의존할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 파워는 현재 수행되는 공정 단계에 따라서 다양할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 보조된 ALD 공정의 경우, 상이한 파워가 첫 번째 전구체의 가스 흐름 동안, 첫 번째 전구체의 제거를 위한 퍼징 또는 펌핑 동안, 두 번째 전구체의 가스 흐름 동안 및 두 번째 전구체를 제거하기 위해서 퍼징 또는 펌핑하는 동안 가해질 수 있다. 대안적으로, 일부 공정 단계는 유사한 플라즈마 파워에서 수행되거나 플라즈마 보조 없이 수행될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 단계는 동일한 파워로 수행되거나 파워 없이 수행될 수 있지만, 전구체가 공정 영역에 제공되는 경우에는 첫 번째 및 두 번째 전구체를 위한 플라즈마 파워가 각각 적용된다.
상기된 바와 같이, 배리어 밀봉부(154)가 인젝터 포켓(104)과 인젝터 어셈블리(150) 사이에 배치되고, 배리어 밀봉부(174)가 배출 포켓(103)과 배출 어셈블리(170) 사이에 배치된다. 따라서, 공정 화학물질은 배치 공정 챔버내의 어떠한 바람직하지 않은 부위에 유입되는 것이 방지된다. 또한, 석영 챔버를 위한 진공 밀봉이 밀봉부(154,174)에 의해서 제공될 수 있다. 추가적으로, O-링 등의 형태로 제공될 수 있는 밀봉부는 챔버내의 상이한 구성요소들을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이러한 절연은 파워 공급원(180)에 의해서 제공된 파워가 증가함에 따라 관련이 더 증가한다. 전극, 예를 들어, 인젝터 어셈블리에 가해진 더 높은 전압은 인젝터 어셈블리의 향상된 전기 절연을 요구할 수 있다.
도 1에 도시된 구체예에 따르면, 플라즈마는 인젝터 어셈블리(150)의 페이스와 디퓨저(160) 사이에 한정될 수 있다. 따라서, 플라즈마에 대한 기판의 직접적인 노출을 피할 수 있다. 이러한 구성은 기판의 표면에 대한 플라즈마 손상을 방지하기 위해서 요구될 수 있다. 따라서, 디퓨저는 기판을 플라즈마로부터 차폐한다.
도 1에 참조되고 있는 본원에 기재된 구체예에서, 플라즈마는 수평방향으로 생성된다. 그러한 플라즈마는 디퓨저(160)와 인젝터 어셈블리(150)의 수직 방향을 따라 연장된다. 따라서, 수평 플라즈마는 공정 영역(117)의 수직 방향을 따라 연장된다. 기판 보우트(120)내의 기판(121)은 기판의 전체 스택(stack)을 따라 플라즈마에 노출된다. 앞서 설명한 균일한 가스 흐름은 웨이퍼를 가로지른 플라즈마의 이온화된 화학종의 균일한 분포를 제공한다.
도 2는 내부 챔버(201)를 지니며 주입 및 배출이 조절되는 배치 공정 챔버의 추가의 구체예를 예시하고 있다. 전형적으로는, 인젝터 어셈블리(250)와 배출 어셈블리(270)는 공정 가스의 응축을 피하도록 온도 조절된다. 도 2는 배치 공정 챔버(200)의 평면 단면도이다. 배치 공정 챔버(200)는 일반적으로는 기판 보우트(220)에 적층된 기판의 배치를 수용하도록 구성된 공정 영역(217)을 한정하는 내부 챔버(201)를 포함한다. 기판은 공정 영역에 제공되어 다양한 증착 공정, 예컨대, ALD 공정 또는 CVD 공정에 의해서 가공된다. 일반적으로, 내부 챔버 주위에 배열되며 기판을 가열하도록 구성되는 하나 이상의 히터 블록(211)이 공정 영역에 제공된다. 외부 챔버(213)는 일반적으로는 내부 챔버(201) 둘레에 배치된다. 도 2에서, 단열제(212)가 외부 챔버가 냉각 유지되도록 외부 챔버(213)과 어떠한 히터 사이에 제공된다.
내부 챔버(201), 예를 들어, 석영 챔버는 일반적으로는 바닥에 개구가 있는 챔버 보디, 챔버 보디의 한측에 형성된 인젝터 포켓, 인젝터 포켓의 반대측상의 챔버 보디상에 형성된 배출 포켓을 포함한다. 내부 챔버(201)는 기판 보우트(220)의 모양과 유사한 실린더 모양이다. 따라서, 공정 영역(117)이 비교적 작게 유지될 수 있다. 감소된 공정 영역은 배치 당 공정 가스의 양을 감소시키고, 배치 공정 동안의 체류 시간을 단축시킨다.
배출 포켓(203) 및 인젝터 포켓(204)은 챔버 보디상에 밀링된 슬롯(slot)과 적절한 위치에서 용접될 수 있다. 대안적인 구체예에 따르면, 배출 포켓은 공정 영역을 수직 격막(275)과 연결시키는 수직으로 정렬된 튜브의 형태로 제공될 수 있다. 한 가지 구체예에 따르면, 인젝터 포켓(204)과 배출 포켓(203)은 한 단부는 챔버 보디상에 용접되어 있고 한 단부는 개방되어 있는 평탄화된 석영 튜브이다. 인젝터 포켓(204)와 배출 포켓(203)은 인젝터 어셈블리(250)와 배출 어셈블리(270)를 하우징하도록 형상화되어 있다. 인젝터 어셈블리(250)와 배출 어셈블리(270)는 전형적으로는 온도 조절된다.
도 2에 예시된 구체예는 플라즈마를 생성시키는 파워 공급원(280)을 포함하며, 그러한 파워 공급원은 디퓨저(260) 및 인젝터 어셈블리(250)의 페이스플레이트(252)에 결합된다. 플라즈마는 디퓨저(260)과 인젝터 어셈블리의 페이스 사이에 생성된다. 인젝터 페이스(injector face)가 애노드(anode)로 사용되고, 디퓨저가 캐소드(cathode)로 사용되어 그 사이에 플라즈마를 생성시킨다. 플라즈마를 생성하도록 가해진 파워는 바람직하게 적용되도록 조절될 수 있으며, 공정 영역내로 흐르는 공정 가스중의 특정의 화학종을 이온화시키는데 필요한 에너지에 의존할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 파워는 현재 수행되는 공정 단계에 따라서 다양할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 보조된 ALD 공정의 경우, 상이한 파워가 첫 번째 전구체의 가스 흐름 동안, 첫 번째 전구체를 제거하기 위한 퍼징 또는 펌핑 동안, 두 번째 전구체의 가스 흐름 동안 및 두 번째 전구체를 제거하기 위해서 퍼징 또는 펌핑하는 동안 가해질 수 있다.
대안적으로, 일부 공정 단계는 유사한 플라즈마 파워에서 수행되거나 플라즈마 보조 없이 수행될 수 있다. 예를 들어, 퍼지 단계는 동일한 파워로 수행되거나 파워 없이 수행될 수 있지만, 첫 번째 및 두 번째 전구체를 위한 플라즈마 파워 각각이 각각의 전구체 가스의 주입 동안 적용된다.
도 2에 도시된 한 가지 구체예에서, 플라즈마는 인젝터 어셈블리(250)의 페이스와 디퓨저(260) 사이에 한정될 수 있다. 따라서, 플라즈마에 대한 기판의 직접적인 노출을 피할 수 있다. 이러한 구성은 기판의 표면에 대한 플라즈마 손상을 방지하기 위해서 요구될 수 있다. 따라서, 디퓨저는 기판을 플라즈마로부터 차폐한다.
도 2에 참조되고 있는 본원에 기재된 구체예에서, 수평 방향의 플라즈마가 생성된다. 그러한 플라즈마는 디퓨저와 인젝터 어셈블리의 수직 방향을 따라 연장된다. 따라서, 수평 플라즈마는 공정 영역(117)의 수직 방향을 따라 연장된다. 기판 보우트(220)내의 기판은 기판의 전체 스택(stack)을 따라 플라즈마에 노출된다. 앞서 설명한 균일한 가스 흐름은 웨이퍼를 가로지른 플라즈마의 이온화된 화학종의 균일한 분포를 제공한다.
배치 공정 챔버(200)는 외부 챔버(213), 단열제(212)에 의해서 외부 챔버로부터 분리되는 히터 블록(211)을 포함한다. 인젝터 포켓(204)과 배출 포켓(203) 또는 배출 튜브를 포함하는 내부 챔버(201)은 공정 영역에 위치한 기판 보우트(220)을 둘러싸고 있다. 인젝터 어셈블리(250)는 세개의 유입 채널(256)을 지닌다. 공정 가스가 그러한 채널들을 통해서 수직 채널(255)에 제공되고 인젝터 어셈블리(250)의 페이스에 있는 개구(253)를 통해서 공정 위치에 유입된다. 배출 어셈블리(270)는 배출 포트(176), 수직 격막(275)와 수평 슬롯(273)을 포함한다.
추가로, v-모양 디퓨저(260)이 도시되어 있다. 도 1과 유사하게, 파워 공급원이 인젝터 어셈블리를 통해서 인젝터 페이스와 디퓨저에 연결되어 인젝터 페이스와 디퓨저 사이에 플라즈마를 생성시킨다. 도 2는 추가로 디퓨저와 인젝터 페이스 사이의 갭에 플라즈마를 한정하는 전도성 메쉬(conductive mesh: 261)를 예시하고 있다. 디퓨저는 추가적으로 투과성으로 제조되어 플라즈마를 한정하고 에너지 생성 입자로부터의 기판의 보호를 향상시킬 수 있다. 투과성 디퓨저는 웨이퍼를 가로지른 가스 흐름의 균일성을 향상시킬 수 있다. 투과성 디퓨저의 경우에, 디퓨저는 메쉬의 형태로 제공될 수 있다. 또 다른 구체예(도시되지 않음)에 따르면, 메쉬(261)와 투과성 메쉬 디퓨저(260)는 하나의 유닛으로 제공되어 캐소드를 제공하고 이러한 캐소드와 애노드로 작용하는 인젝터 어셈블리의 페이스 사이에 플라즈마를 한정할 수 있다. 요구되는 경우의 플라즈마의 한정은 인젝터 어셈블리와 메쉬 또는 디퓨저 사이의 갭을 최소화하거나 생략함으로써 개선될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이웃하는 엘리먼트가 플라즈마 점화 및 유지를 위한 애노드와 캐소드를 형성하는 경우에 절연될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
전도성 및 투과성 메쉬, 디퓨저 및 인젝터 어셈블리의 페이스는 기판이 기판 보우트에서 서로 적층되는 방향을 따라 연장된다. 본원에 개시된 구체예에서, 이러한 방향은 수직 방향이다. 기판은 수직으로 적층된다. 플라즈마가 공정 영역의 전체 높이를 따라 공정 영역에 인접하여 생성되기 때문에, 다른 한편으로는, 공정 영역내의 균일한 플라즈마 보조된 공정 조건을 제공하는 것이 가능하다. 한편, 플라즈마는 공정 영역에 인접하여 생성되기 때문에, 여기된 화학종이 공정 영역내의 기판과 접촉될 때까지 여기의 어떠한 이완이 거의 발생되지 않는다.
도 3은 플라즈마 보조된 ALD 공정, 플라즈마 보조된 CVD 공정 또는 다른 플라즈마 보조된 공정이 수행될 수 있는 배치 공정 챔버(300)의 또 다른 구체예를 예시하고 있다. 도 3내에서, 도 1의 구체예에서와 동일한 엘리먼트는 동일한 참조 번호로 표시되고 있다. 대안적으로, 이들 엘리먼트는 도 2에 도시된 구체예에서와 동일할 수 있다. 간단한 설명을 위해서 이들 엘리먼트 및 그와 관련된 목적 또는 용도에 대한 반복 설명은 생략된다.
파워 서플라이(380)가 인젝터 어셈블리(350)와 배출 어셈블리(370)에 연결되어 인젝터 어셈블리의 페이스와 배출 어셈블리의 반대 포트 사이에 플라즈마를 생성시킨다.
플라즈마는 기판의 표면과 평행하게 수평으로 생성된다. 플라즈마는 내부 챔버(101)의 공정 영역(117)을 따라 연장된다. 배출 포트가 캐소드로 사용되고 인젝터 어셈블리의 페이스가 애노드로 사용될 수 있다. 애노드와 캐소드 사이의 증가된 거리를 고려하면, 캐소드와 애노드 사이의 파워 서플라이에 의해서 제공된 전압은 공정 가스의 화학종에 작용하는 동일한 전기장을 제공하기 위해서 증가되어야 한다. 증가된 포텐셜 차이에 의해서, 하전된 구성요소가 추가로 주변 구성요소로부터 전기적으로 절연되는 것이 필요할 수 있다. 도 3에서, 이러한 절연은 내부 챔버의 인젝터 어셈블리(350)와 인젝터 포켓 사이의 증가된 갭에 의해서 처리되고 있다. 추가로, 배출 어셈블리(370)의 갭이 증가된다. 밀봉부(354 및 374)가 또한 추가의 전기적인 절연을 위해서 그 크기가 증가된다. 석영 챔버의 경우에, 인젝터 어셈블리의 페이스와 배출 어셈블리의 포트 사이의 절연이 비-전도성 내부 챔버에 의해서 부분적으로 제공될 수 있지만, 공정 영역을 가로지러 플라즈마를 생성시킬 만큼의 충분히 높은 전위는 배치 공정 챔버(300)내의 구성요소들의 추가적인 절연을 요할 수 있다.
플라즈마 보조된 공정을 수행하는 옵션을 제공하는 배치 공정 챔버(400)의 추가의 구체예가 도 4에 도시되어 있다. 도 4내에서, 도 1의 구체예 또는 다른 앞선 구체예에서와 동이한 엘리먼트는 동일한 참조 번호로 표시된다. 대안적으로, 이들 엘레먼트는 도 2에 도시된 구체예에서와 동일할 수 있다. 간단한 설명을 위해서 이들 엘리먼트 및 그와 관련된 목적 또는 용도에 대한 반복 설명은 생략된다.
도 4 내에서, 도 3의 챔버(300)와 비교하면, 전극(470)이 내부 챔버(101)에 정위된다. 전극(470) 또는 전극들(470)은 배출 어셈블리에 인접된 챔버 공동내에 배치되는 로드(rod)의 형태로 제공될 수 있다. 파워 서플라이(480)가 전극(470) 및 인젝터 어셈블리(350)에 연결된다. 인젝터 어셈블리의 페이스플레이트가 전극으로 작용한다. 도 4에 도시된 구체예내에서, 플라즈마는 기판 보우트내의 기판의 기판 표면과 평행하게 수평으로 생성된다. 생성된 플라즈마는 공정 영역을 가로질러 연장되고 기판에 노출된다.
도 4는 플라즈마 생성을 위한 전극으로 3개의 로드(470)를 도시하고 있다. 대안적으로 하나 또는 두 개의 수직 로드가 또한 전극으로 사용될 수 있다. 추가로, 4 개 이상의 로드가 전극으로 사용될 수 있다. 전극의 수 및 배열은 기판을 가로 질러 균일한 플라즈마를 제공하고 공정 가스의 가스 흐름의 균일성을 교란시키지 않도록 조절되어야 한다.
또 다른 구체예(도시되지 않음)에 따르면, 로드는 또한 인젝터 어셈블리의 페이스와 기판 보우트 사이에 정위될 수 있다. 따라서, 도 1과 비교되는 플라즈마 생성이 발생될 수 있다. 플라즈마는 내부 챔버(101), 예를 들어, 석영 챔버내의 기판 보우트에 인접해서 생성된다. 플라즈마는 인젝터 어셈블리의 수직으로 연장되는 페이스와 수직으로 연장되는 로드 세트 사이에서 수평으로 생성된다. 따라서, 플라즈마에 대한 기판의 직접적인 노출이 감소될 수 있다. 그러나, 플라즈마에 의해서 여기되는 공정 가스의 화학종은 기판 표면과 접촉되기 전에 이완될 시간이 거의 없다. 추가의 대안적인 구체예(도시되지 않음)로서, 전극이 또한 내부 챔버(101)내의 다른 위치에 배치될 수 있다.
도 5 및 도 6은 추가의 구체예를 예시하고 있다. 도 1의 구체예 또는 다른 앞선 구체예에서와 동일한 엘리먼트는 동일한 참조 번호로 표시된다. 대안적으로, 이들 엘리먼트는 도 2에 도시된 구체예에서와 동일할 수 있다. 간단한 설명을 위해서 이들 엘리먼트 및 그와 관련된 목적 또는 용도에 대한 반복 설명은 생략된다.
도 5 및 도 6의 구체예의 경우에, 플라즈마는 인젝터 어셈블리내에서 생성될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 플라즈마는 인젝터 어셈블리 내부의 수직 채널에서 생성될 수 있다. 또한, 수직 채널은 플레넘 또는 공동으로 표시될 수 있다.
도 5는 배치 공정 챔버(500)를 도시하고 있다. 인젝터 어셈블리(550)는 절연 부품(559)에 의해서 서로 절연된 수직 로드(553)를 포함한다. 대안적으로, 인젝터(550)은 절연 재료로 형성될 수 있다. 플라즈마 파워 공급원(580)이 상부 로드(553)과 하부 로드(553)에 연결된다. 한 가지 구체예에 따르면, 상부 로드는 애노드일 수 있고, 하부 로드는 캐소드일 수 있지만, 또 다른 구체예에서, 상부 로드는 캐소드일 수 있고, 하부 로드는 애노드일 수 있다. 로드는 플라즈마의 생성을 위한 전극을 형성한다. 생성된 플라즈마는 수직으로 연장되는 채널(555)에 한정된다. 플라즈마는 수직으로 생성되며, 공정 가스의 여기된 화학종은 인젝터 어셈블리의 페이스플레이트에 있는 개구를 통해서 수평으로 공정 영역에 유입된다.
대안적인 구체예에 따르면, 인젝터의 페이스플레이트는 전도성 재료로 제조되어 수직 채널내에 플라즈마의 한정을 향상시킬 수 있다. 도 5와 관련하여 기재된 구체예는 도 5에 도시되고 도 1 및 도 2와 관련하여 보다 상세히 기재된 디퓨저(160)를 임의로 포함한다.
도 6에 도시된 구체예는 또한 인젝터 어셈블리(650)의 수직 채널에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 생성 엘리먼트를 포함한다. 플라즈마는 수직 채널의 벽들 사이에서 생성된다. 하나의 벽은 개구(153)를 포함하는 페이스플레이트(152)이다. 다른 벽은 전극(652)이며, 인젝터 어셈블리(650)의 보디(651)에 제공된다. 전극(652)은 페이스플레이트(152)와 대면하고 있는 수직 채널의 벽을 형성한다. 파워 서플라이(680)에 연결된 두 전극은 절연 엘리먼트(659)에 의해서 분리되어 있다.
대안적인 구체예(도시되지 않음)에 따르면, 인젝터 어셈블리의 보디(651)는 전극중 하나를 형성하여 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 인젝터는 전도성 재료로 형성되고 별도의 전극(652)이 요구되지 않을 수 있다. 이러한 구체예에 따르면, 반대 전극을 형성하는 페이스플레이트가 또한 절연 엘리먼트(659)에 의해서 보디(651)에 연결될 수 있다. 도 6과 관련하여 기재된 구체예는 도 5에 도시되고 도 1 및 도 2와 관련하여 보다 상세히 기재된 디퓨저(160)을 임의로 포함한다.
도 1 내지 도 6과 관련하여 본원에서 기재된 구체예는 플라즈마 보조된 공정, 예를 들어, ALD 또는 CVD공정 동안 사용될 수 있는 배치 공정 챔버를 예시하고 있다. 그러한 챔버에서, 플라즈마 보조는 플라즈마 챔버내에, 및 공정 영역에 또는 그러한 공정 영역에 근접되게 공정 가스의 이온화된 화학종을 제공한다. 공정 영역에 또는 공정 영역에 근접되게 플라즈마가 존재하는 것은 여기된 상태의 이완을 감소시킨다. 플라즈마 보조는 공정 가스의 이온화된 화학종을 기판 표면에 제공하기 때문에, 플라즈마 보조된 공정은 공정 가스의 여기된 화학종을 기본으로 하는 공정의 한 가지 형태로 여겨질 수 있다.
이하에서는, 여기 화학종이 보조하는 또 다른 형태의 공정 및 챔버의 각각의 구체예가 기재될 것이다. 공정, 예컨대, ALD 공정 또는 CVD 공정은 UV 방사선에 의해서 보조된다. UV 광은 공정 가스의 화학종을 여기시키고/거나 이온화시키거나, O3 농도를 요구된 수준으로 유지시키기 위해서 이용될 수 있다. 공정 가스의 화학종의 여기를 고려하면, 즉, 전자가 더 높은 여기 수준으로 여기되는 것을 고려하면, 배치 공정 동안의 UV 보조는 또한 여기된 화학종에 의해서 보조되는 한 가지 공정 형태인 것으로 여겨진다.
공정 가스를 UV 광으로 조사(irradiation)하면, 공정 가스의 화학종이 그라운드 상태 위로 여기된다. 여기는 UV 광의 파장에 의존한다. 파장은 126 nm 내지 400nm 범위일 수 있다. 여기된 화학종은 전구체 또는 반응물의 표면 반응을 개시시키거나 향상시킴으로써 ALD 또는 CVD 공정을 보조한다. 그러한 향상은 노출 시간을 감소시키고, 그로 인해서, 출력을 증가시킨다. 추가적으로, 필름 품질이 전구체의 보다 완전한 반응으로 인해서 향상될 수 있다.
UV 보조된 필름 성장 공정의 경우에, 여기된 화학종의 이완 시간은 공정 가스가 공정 영역에 도달하는 시간에 의해서 원격 여기된 공정 가스가 이완되는 범위일 수 있다. 예를 들어, 원격 위치에서 여기된 경우, O3 농도는 증착 챔버의 공정 영역에 도달하는 시간까지 감소할 수 있다. O3 농도는 챔버 내부의 O3를 활성화시킴으로써 더 높게 유지될 수 있다.
UV 보조가 있는 배치 공정 챔버(700)의 구체예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7내에서, 도 1의 구체예 또는 다른 앞선 구체예에서와 동이한 엘리먼트는 동일한 참조 번호로 표시된다. 대안적으로, 이들 엘레먼트는 도 2에 도시된 구체예에서와 동일할 수 있다. 간단한 설명을 위해서 이들 엘리먼트 및 그와 관련된 목적 또는 용도에 대한 반복 설명은 생략된다.
도 7은 인젝터 어셈블리(750)의 수직 채널(755)의 내부에 UV 광을 수직으로 조하는 구체예를 예시하고 있다. UV 공급원(790)이 수직 채널(755)의 상단부에 제공되고, 다른 UV 공급원이 수직 채널의 하단부에 제공된다. 각각의 공급원은 수직 채널을 향한 램프(792)와 창(window: 793)을 포함한다. 창 재료는 UV 파장에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들어, 석영 창이 약 180nm 내지 220nm에 이르는 파장의 경우에 사용될 수 있다. 사파이어, 마그네슘 플루오라이드 또는 칼슘 플루오라이드 창이 더 짧은 파장의 경우에 창(793)으로 사용될 수 있다.
UV 광은 수직 채널(755)을 따라 수직으로 연장되며, 공정 가스의 화학종이 공정 영역에 유입되기 전에 인젝터 어셈블리내에서 여기시킨다. 도 7에서 도시된 구체예내에서, Hg 또는 Xe로 충전된 중수소 램프 또는 아크 램프(arc lamp)와 같은 UV 램프가 사용될 수 있다. 수직 채널에서 여기된 공정 가스의 화학종은 인젝터 어셈블리, 배출 어셈블리 및 임의로 디퓨저에 의해서 생성된 균일한 기체 흐름에 균일하게 제공된다. 기체 흐름에 대해서는 도 1과 관련하여 보다 상세히 기재되어 있다.
도 8은 인젝터 어셈블리(850)가 있는 배치 공정 챔버(800)의 또 다른 구체예를 도시하고 있다. 그러한 구체예는 UV 보조된 공정의 경우에 사용될 수 있다. 도 8내에서, 도 1의 구체예 또는 다른 앞선 구체예에서와 동이한 엘리먼트는 동일한 참조 번호로 표시된다. 대안적으로, 이들 엘레먼트는 도 2에 도시된 구체예에서와 동일할 수 있다. 간단한 설명을 위해서 이들 엘리먼트 및 그와 관련된 목적 또는 용도에 대한 반복 설명은 생략된다.
도 8은 인젝터 어셈블리가 UV 광을 페이스플레이트의 개구(153)을 통해서 수평으로 및 기판 보우트에 적층된 기판들의 기판 표면에 평행하게 비추는 것을 예시하고 있다. UV 광은 수직 채널(855)내의 희가스(noble gas)로 글로우 방전(glow discharge)을 유발(striking)시킴으로써 수직 채널(855)에서 생성된다. 페이스플레이트의 인젝터 페이스(852)는 애노드로 구성된다. 인젝터의 보디(851)는 절연체(859)에 의해서 애노드로부터 전기적으로 절연되어 있다. 수직 채널(855)은 할로우 캐소드(hollow cathode)로서 작용한다.
도 2와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 인젝터 어셈블리는 다수의 수직 채널을 지닐 수 있다. 수직 채널들중 단 하나 또는 다수의 수직 채널이 할로우 캐소드로서 사용되어 챔버내에 UV 광을 제공할 수 있다.
인젝터내의 전기장이 글로우 방전을 유발시키기에 너무 작은 경우에, 팁(tip: 854)이 인젝터 내에 설치될 수 있다. 그리하여, 팁 근처의 전기장의 세기가 증가되고 글로우 방전이 더 작은 전압으로 개시될 수 있다. 또 다른 구체예(도시되지 않음)에 따르면, 충분한 파워가 파원 공급원(88)에 의해서 제공되어 수직 채널에 글로우 방전을 유발시키는 경우에, 팁(854)이 생략될 수 있다.
도 9는 인젝터 어셈블리의 또 다른 구체예를 도시하고 있다. 도 8에 도시된 구체예와 비교하여, 별도의 전도성 엘리먼트(950)가 수직 채널(955)의 후단부에 캐소드로서 제공된다. 캐소드(950)는 다수의 작은 공동이 제공된다. 이들 공동은 1mm 내지 12mm 범위의 작은 직경의 실린더 형태이고, 추가의 할로우 캐소드의 어레이로서 제공된다. 그리하여, 수직 채널(955) 및/또는 캐소드 재료중의 가스에 상응하는 파장의 UV 광을 제공하는 할로우 캐소드 효과가 다중화될 수 있다. 그 결과, 기판이 가공되는 수직 채널(955)와 공정 영역에서의 광자 밀도가 증가할 수 있다. 할로우 캐소드와 페이스플레이트 구멍 사이의 정렬은 공정 영역으로의 전송이 최적화되게 한다.
팁(954)이 할로우 캐소드에 제공될 수 있다. 그러한 팁은 팁의 작은 굴곡으로 인해서 전기장 세기를 증가시키고 저전압 수준에서의 글로우 방전 유발을 향상시키기 위해서 이용될 수 있다.
또 다른 구체예(도시되지 않음)에 따르면, 글로우 방전은 또한 디퓨저와 페이스플레이트의 한쪽에 있는 인젝터의 페이스 사이에서 생성될 수 있다. 그에 의해서, 디퓨저는 애노드로서 제공되고 인젝터의 페이스가 캐소드이다.
글로우 방전이 UV 생산을 위한 인젝터의 플레넘에 함유되는 모든 구체예의 경우에, 차동 펌핑(differential pumping)이 이용될 수 있다(도시되지 않음). 일부 예에서, 기판에서의 공정 압력은 UV 생성에 사용된 글로우 방전에 의해서 요구된 압력 보다 낮을 수 있다. 이러한 경우, 글로우 방전을 위해 사용된 가스는 공정 챔버로부터 전환된다.
글로우 방전이 UV 생산을 위한 인젝터의 플레넘에 함유되는 모든 구체예의 경우에, UV 투명 막(UV transparent membrane)이 인젝터 페이스플레이트의 반응기 측에 고정될 수 있다(도시되지 않음). 일부 예에서, 기판에서의 공정 압력은 UV 생성에 사용된 글로우 방전에 의해서 요구된 압력 보다 높을 수 있다. 이러한 경우, 공정으로부터의 가스는 글로우 방전을 위해 사용된 가스로부터 배리어에 의해서 분리된다. 배리어가 UV에 투명하기 때문에, UV가 기판으로 전송된다. 배리어는 UV 전송을 향상시키도록 얇지만, 약 10토르(Torr)의 공정 압력을 견디기에 충분히 두껍다.
일반적으로, UV 보조된 배치 공정 챔버의 경우에, 광자 에너지인 UV 방사선의 파장은 할로우 캐소드에 사용되는 가스를 기준으로 선택될 수 있다. 여기된 상태의 재조합을 기초로 한 전형적인 희가스 및 상응하는 조사된 광자 에너지는 He (예를 들어, 21.22 eV, 40.82 eV, 40.38 eV), Ne (예를 들어, 16.85 eV, 16.67 eV, 26.9 eV) 또는 Ar (예를 들어, 11.83 eV, 11.63 eV, 13.48 eV, 13.30 eV)이다. 중수소 램프로부터의 광역 스펙트럼 UV, 다른 UV 공급원(예를 들어, 수은 램프) 뿐만 아니라 더 부드러운 UV 방사선이 또한 적용될 수 있다.
UV 보조된 배치 공정 챔버의 경우에, 실리콘 카바이드(SiC)로 형성된 기판을 지니는 서셉터(susceptor)가 UV 광을 반사하도록 형성될 수 있다. 서셉터 프로파일 및 조도(roughness)는 기판 표면상에 UV 광을 반사식으로 집중되도록 조절될 수 있다. 그에 의해서, UV 방사선에 의한 공정 가스 화학종의 여기(excitation) 위치는 기판 표면에 좀더 가깝워질 수 있다. 내부 챔버(101)의 실린더형 기하구조는 여입사각(glancing angle)에 유리하며, 그러한 여입사각을 위한 UV 반사성이 표준 입사에 비해서 향상된다. 인젝터 수직 채널내의 글로우 방전에 의해서, UV 방사선이 글로우 방전을 위한 적절한 조건을 지니는 어떠한 공정 단계 동안 제공될 수 있다. 상기된 바와 같이, 가스 분할, 배리어 또는 그 밖의 기구가 제공되면, 인젝터의 플레넘 및 공정 영역에서의 조건은 변화될 수 있다. 그에 의해서, 글로우 방전을 위한 적절한 조건이 챔버의 부품들에 제공될 수 있다. 적절한 공정 조건은 글로우 방전을 위해서 요구되는 가스의 주입을 포함할 수 있다. Ar로부터의 11.63 eV 및 11.83 eV 광자의 경우에, 글로우 방전을 위한 최적의 압력은 0.45 토르이고, SiC에 대한 반사율은 표준 입사에서 및 π/4 입사에서 0.4이다.
UV 보조를 요하는 CVD 공정의 경우에, 예상된 의무 사이클은 연속적이다. ALD 공정의 경우에, UV 보조가 필름 성질 및/또는 출력을 위해서 요구되는 몇가지 예가 존재한다. UV 보조는 광자 에너지가 전구체 분자와 표면 결합 부위 사이의 반응을 개시시키기 위해서 요구될 수 있는 하나 또는 모든 전구체 노출을 위해 요구될 수 있다. UV 보조는 ALD 사이클의 마지막에 사이클-퍼징 단계 동안 표면 반응을 완료시켜서 반응 부산물의 혼입이 최소화되게 요구될 수 있다.
이하 구체예는 도 8 및 도 9를 참조로 하면서 기재될 것이다. 상기된 바와 같이, UV 보조된 공정에 수직으로 연장되는 애노드와 수직으로 연장되는 할로우 캐소드가 제공될 수 있으며, 여기서, 애노드 및 캐소드는 애노드가 웨이퍼 스택을 고정하고 있는 기판 보우트에 더 가깝게 배열된다.
플라즈마 보조된 공정 및 할로우 캐소드 효과와 관련한 상기된 구체예는 또한 이온 보조된 ALD 또는 CVD 배치 공정 챔버를 위해서 이용될 수 있다. 따라서, 한 가지 구체예에 따르면, 디퓨저는 캐소드일 수 있고 인젝터 페이스는 애노드일 수 있다. 또 다른 구체예에 따르면, 수직 채널의 인젝터 페이스 측(수직 채널의 페이스플레이트 측)은 캐소드일 수 있으며, 인젝터 어셈블리의 보디를 향해서 위치된 인젝터의 반대측은 애노드일 수 있다. 일반적으로, 파워 서플라이(980)는 이온이 공정 영역에 제공되게 분극된 앞선 구체예의 각각의 구성요소에 연결된다. 공정 가스의 화학종의 이온화를 고려하면, 배치 공정 동안의 이온 생성 보조는 또한 여기된 화학종에 의해서 보조된 공정의 한 가지 형태인 것으로 여겨질 수 있다. 추가로, 디퓨저는 할로우 캐소드 효과를 제공하도록 변화될 수 있다.
글로우 방전에서 생성된 이온은 이어서 공정 영역을 향해서 가속된다. 이온 및 중성입자는 캐소드 내에 제공된 개구를 통해서 캐소드를 통과할 수 있다. 따라서, 이온 및 중성입자가 공정 영역에 유입되고 이온의 에너지 또는 모멘텀(momentum)에 의해서 공정을 보조할 수 있다. 이온 및 중성입자의 운동 에너지는 약 600eV일 수 있다. 임의적으로 감속 그리드(retarding grid)가 사용되어 이온 에너지를 감소시킬 수 있다. 감속 그리드는 가해진 전위를 지니는 메쉬의 형태로 제공될 수 있다. 전위는 이온을 감속시킨다. 감속된 이온은 감속 그리드내의 개구를 통해서 통과한다. 따라서, 인젝터와 웨이퍼 보우트 사이에 설치된 하전된 그리드가 에너지 및 모멘텀을 요구된 수준으로 저하시킬 수 있다.
플라즈마 보조된 공정, UV 보조된 공정 또는 이온 보조된 공정에 관한 구체예의 경우에, 인젝터 어셈블리와 배출 어셈블리의 엘리먼트에 의해서 형성된 전극은 접지되지만, 다른 전극은 바이아스된다. 인젝터 또는 배출 어셈블리의 엘리먼트가 플라즈마 생성, UV 생성, 또는 이온 생성을 위한 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 일반적으로, 애노드 또는 캐소드중 어느 하나는 접지될 수 있음을 이해해야 한다.
물질을 증착시키는 공정
도 10 내지 도 13은 본원에서 구체예에 의해서 기재된 UV 보조된 광여기photoexcitation)에 의해서 물질을 증착시키는 공정(1000, 1100, 1200, 및 1300)의 공정도를 예시하고 있다. 공정(1000, 1100, 1200, 및 1300)은 본원에서 예로 설명되거나, 다른 적합한 챔버 및 장치로 설명된 바와 같은 공정 챔버(600)에서 수행될 수 있다. 한 가지 그러한 적합한 챔버가 발명의 명칭이 "기판을 처리하는 방법 및 광여기에 의한 필름(METHOD FOR TREATING SUBSTRATES AND FILMS WITH PHOTOEXCITATION)"인 2005년 6월 21일자 출원된 공동-계류중인 미국특허 출원 제11/157,567호에 기재되어 있으며, 본원에서의 상기 특허출원을 본원 명세서와 배치되는 않는 범위로 참조로 통합한다. 본원에서 기재된 공정은 배리어 물질(도 10), 예컨대, Ta 및 TaN, 유전물질(도 11), 예컨대, RuO2, IrO2, Ir2O3, ZrO2, HfO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, RhO2, PdO, OsO, PtO, VO, V2O5, V2O3, V6O11, Ba(Sr)TiO3 (BST), Pb(ZrTi)O3 (PZT), SrBi2Ta2O9 (SBT), Ln2O3, 및 이들의 실리케이트, 전도성 물질(도 12), 예컨대, WN, TiN, 및 Cu, 및 시드 층 물질(도 13), 예컨대, Ru, Ir, W, Ta, TaN, Rh, 및 Pt을 증착시키는데 이용될 수 있다. 본원에 기재된 전구체 및 공정을 이용함으로써 증착될 수 있는 그 밖의 물질은 니트라이드, 예컨대, 붕소 니트라이드, 하프늄 니트라이드, 알루미늄 니트라이드, 및 지르코늄 니트라이드, 및 금속 보라이드, 예컨대, 마그네슘 보라이드, 바나듐 보라이드, 하프늄 보라이드, 티타늄 보라이드, 텅스텐 보라이드, 및 탄탈 보라이드를 포함한다. 그러한 물질은 기판상에 층으로 증착되어 집적회로와 같은 전자 부품을 형성시킬 수 있다.
배리어 물질
도 10은 본원에서 구체예로 기재된 배리어 물질을 증착시키는 공정(1000)의 흐름도를 도시하고 있다. 기판은 공정 챔버(단계 1010)내에 정위되고, 임의로 전처리 공정(단계 1020)에 노출되고, 소정의 온도로 가열(단계 1030)될 수 있다. 이어서, 배리어 물질이 기판상에 증착(단계 1040)될 수 있다. 기판은 임으로 증착 후 처리 공정(단계 1050)에 노출될 수 있으며, 공정 챔버는 임의로 챔버 세정 공정(단계 1060)에 노출될 수 있다.
기판은 단계 1010 동안 공정 챔버내에 정위될 수 있다. 공정 챔버는 단일 웨이퍼 챔버 또는 다수 웨이퍼 또는 기판(예, 25, 50, 100, 또는 그 이상)을 함유하는 배치 챔버일 수 있다. 기판은 고정된 위치에 유지될 수 있지만, 바람직하게는 지지 페데스탈에 의해서 회전한다. 임의로, 기판은 공정(1000)의 하나 이상의 공정 단계 동안 색인될 수 있다.
도 7에 도시된 공정 챔버(600)가 공정(1000) 동안 사용되어 본원에 예로 기재된 바와 같은 기판상에 배리어 물질을 증착시킬 수 있다. 한 가지 예로, 기판(121)은 공정 챔버(600)내의 기판 지지 페데스탈상에서 약 120rpm(분당 회전수)까지의 속도로 회전할 수 있다. 대안적으로, 기판(121)은 증착 공정 동안 기판 지지 페데스탈상에 정위되고 회전하지 않을 수 있다.
한 가지 구체예에서, 기판(121)은 임으로 단계 1020 동안 하나 이상의 전처리 공정에 노출될 수 있다. 기판 표면은 전처리 공정 동안 제거되는 본래의 옥사이드를 함유할 수 있다. 기판은 단계 1040 동안 배리어 물질을 증착시키기 전에 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성되는 에너지 빔으로 전처리되어 기판 표면으로부터 본래의 옥사이드가 제거될 수 있다. 공정 가스가 전처리 공정 동안 기판에 노출될 수 있다. 공정 가스는 아르곤, 질소, 헬륨, 수소, 포밍 가스(forming gas) 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 전처리 공정은 약 2 분 내지 약 10분 범위 내의 시간 동안 지속되어 광 여기 공정 동안 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 또한, 기판(121)은 단계 1020 동안 약 100℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 600℃, 더욱 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 가열되어 공정 1000동안 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다.
기판(121)이 단계 1020 동안 램프(792)에 의해서 생성된 에너지 빔에 노출될 수 있는 예가 제공된다. 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV, 예를 들어, 약 3.0eV 내지 약 9.84eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 제공한다. 또 다른 예에서, 램프(792)는 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선의 에너지 빔을 제공한다. 램프(792)는 옥사이드를 제거하기에 충분한 시간 동안 에너지를 제공할 수 있다. 에너지 제공 시간은 창(793)의 크기 및 기하학적구조 및 기판 회전 속도를 기초로 하여 선택된다. 한 가지 구체예에서, 램프(792)는 약 2분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 에너지를 제공하여 광 여기 공정 동안 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 한 가지 예에서, 기판(121)은 약 100℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 단계 1020 동안 가열될 수 있다. 또 다른 예에서, 기판(121)은 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 단계 1020 동안 가열될 수 있으면서, 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 약 2분 내지 약 5분 범위내의 시간 동안 제공하여 본래의 옥사이드 제거를 촉진한다. 한 가지 예로, 에너지 빔은 약 3분 동안 약 3.2eV 내지 약 4.5eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1020에서 전처리 공정 동안 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 에너지 전달 가스는 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 아르곤 브로마이드, 아르곤 클로라이드, 크립톤 브로마이드, 크립톤 클로라이드, 크립톤 플루오라이드, 제논 플루오라이드(예, XeF2), 제논 클로라이드, 제논 브로마이드, 불소, 염소, 브롬, 이의 엑시머, 이의 라디칼, 이의 유도체 또는 이의 조합물일 수 있다. 일부 구체예에서, 공정 가스는 또한 적어도 하나의 에너지 전달 가스 외에 질소 가스(N2), 수소 가스(H2), 포밍 가스(예, N2/H2 또는 Ar/H2)를 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 단계 1020 동안 공정 가스를 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공함으로써 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 에너지 전달 가스는 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)으로부터 제공될 수 있다. 기판(121)에 비한 램프(792)에 대한 공정 가스의 근접은 에너지 전달 가스를 용이하게 여기시킨다. 에너지 전달 가스는 탈-여기(de-excitation)되고 기판에 가깝게 이동함에 따라서, 에너지가 기판(121)의 표면에 충분히 전달되어 본래의 옥사이드의 제거를 촉진시킨다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1020에서 전처리 공정 동안 유기 증기를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 한 가지 예로, 기판은 시클릭 방향족 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 시클릭 방향족 탄화수소는 UV 방사선의 존재하에 있을 수 있다. 전처리 공정 동안 유용한 모노시클릭 방향족 탄화수소 및 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 퀴논, 히드록시퀴논(하이드로퀴논), 안트라센, 나프탈렌, 페난트라센, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함한다. 또 다른 예에서, 기판은 다른 탄화수소, 예컨대, 에틸렌, 아세틸렌(에틴), 프로필렌, 알킬 유도체, 할로겐화된 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한 불포화 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 또 다른 예에서, 유기 증기는 단계 1020 에서의 전처리 공정 동안 알칸 화합물을 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선이 단계 1020동안 램프에 의해서 생성될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 본래의 옥사이드내의 산소원자와 반응함으로써 UV 방사선의 존재하에 본래의 옥사이드를 제거할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드는 기판을 퀴논 또는 히드록시퀴논에 노출시킴으로써 유도체 생성물이 형성되면서 제거될 수 있다. 유도체 생성물은 진공 펌프 공정에 의해서 공정 챔버로부터 제거될 수 있다.
단계 1030에서, 기판(121)은 전처리 공정 동안 또는 그러한 공정에 이어서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 기판(121)은 단계 1040에서 배리어 물질을 증착시키기 전에 가열된다. 기판은 기판 지지체내의 내장형 가열 엘리먼트, 에너지 빔(예, UV-광원), 또는 이의 조합에 의해서 가열될 수 있다. 일반적으로, 기판은 소정의 온도를 얻기에 충분한 시간 동안, 예컨대, 약 15초 내지 약 30분, 바람직하게는 약 30초 내지 약 20분, 더욱 바람직하게는 약 1 분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 가열된다. 한 가지 구체예에서, 기판은 약 200℃ 내지 1,000℃, 바람직하게는 약 400℃ 내지 약 850℃, 더욱 바람직하게는 약 550℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 기판은 약 550℃미만, 바람직하게는 약 450℃ 미만의 온도로 가열될 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)내에서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 소정의 온도는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내일 수 있다. 기판(121)은 가열 엘리먼트, 예를 들어, 히터 블록(211)에 파워 공급원으로부터의 파워를 가함으로써 가열될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 배리어 물질이 단계 1040에서 증착 공정 동안 기판상에 증착된다. 배리어 물질은 기판상의, 예를 들어, 하나 이상의 티탄(Ti)층, 티탄 니트라이드(TiN)층, 탄탈(Ta)층, 탄탈 니트라이드(TaNx)층, 텅스텐(W)층, 또는 텅스텐 니트라이드(WNx)층, 및 그외의 물질층을 포함할 수 있다. 배리어 층 물질은 기판을 증착 공정 동안 하나 이상의 증착 가스에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 한 가지 예에서, 증착 공정은 탄탈 전구체, 티타늄 전구체 또는 텅스텐 전구체 및 질소 전구체 또는 텅스텐 전구체와 질소 전구체 둘 모두를 함유하는 전구체를 함유할 수 있는 증착 가스를 지니는 CVD 공정이다. CVD 기술을 이용함으로써, 하나 이상의 배리어층이 상기된 전구체를 열적으로 분해시킴으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 증착 공정은 둘 이상의 증착 가스를 지니는 ALD 공정이어서, 기판이 탄탈 전구체, 티타늄 전구체 또는 텅스텐 전구체 및 질소 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 증착 공정은 열적 공정, 라디칼 공정, 또는 이의 조합일 수 있다. 예를 들어, 기판은 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성된 에너지 빔의 존재하에서 공정 가스에 노출될 수 있다.
질소(N2) 가스는 니트라이드 기재 배리어 층, 예컨대, TiNx, TaNx 또는 WNx가 형성되어야 하는 경우에 공정 챔버에 제공된다. N2 가스 유속은 약 100sccm 내지 약 2000sccm 범위일 수 있다. 단계 1040에서 배리어 물질을 형성시키는 적합한 질소 전구체의 예는 암모니아 (NH3), 하이드라진 (N2H4), 유기 아민, 유기 하이드라진, 유기 디아진(예, 메틸디아진 ((H3C)NNH)), 실릴아지드, 실릴하이드라진, 수소 아지드(HN3), 수소 시아니드(HCN), 원자 질소(N), 질소(N2), 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한다. 질소 전구체로서의 유기 아민은 RxNH3-x를 포함하며, 여기서, 각각의 R은 독립적으로 알킬기 또는 아릴기이고, x는 1, 2 또는 3이다. 유기 아민의 예는 트리메틸아민 ((CH3)3N), 디메틸아민 ((CH3)2NH), 메틸아민 ((CH3)NH2)), 트리에틸아민 ((CH3CH2)3N), 디에틸아민 ((CH3CH2)2NH), 에틸아민 ((CH3CH2)NH2)), 3차부틸아민 (((CH3)3C)NH2), 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한다. 질소 전구체로서의 유기 하이드라진은 RxN2H4-x를 포함하며, 각각의 R은 독립적으로 알킬기 또는 아릴기이고, x는 1, 2, 3 또는 4이다. 유기 하이드라진의 예는 메틸하이드라진 ((CH3)N2H3), 디메틸하이드라진 ((CH3)2N2H2), 에틸하이드라진 ((CH3CH2)N2H3), 디에틸하이드라진 ((CH3CH2)2N2H2), 3차부틸하이드라진 (((CH3)3C)N2H3), 디-3차부틸하이드라진 (((CH3)3C)2N2H2), 이의 라디칼, 이의 플라즈마, 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한다.
텅스텐 전구체는 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6) 및 텅스텐 카르보닐 (W(CO)6)로부터 선택될 수 있다. 탄탈-함유 전구체는, 예를 들어, 탄탈 펜타클로라이드 (TaCl5), 펜타키스(디에틸아미도) 탄탈 (PDEAT) (Ta(Net2)5), 펜타키스 (에틸메틸아미도) 탄탈 (PEMAT) (Ta(N(Et)(Me))5), 및 펜타키스(디메틸아미도) 탄탈 (PDMAT) (Ta(Nme2)5), 및 그 밖의 전구체의 군으로부터 선택될 수 있다. 티타늄-함유 전구체는, 예를 들어, 티타늄 테트라클로라이드 (TiCl4), 테트라키스(디에틸아미도) 티타늄 (TDEAT) (Ti(Net2)4), 테트라키스 (에틸메틸아미도) 티타늄 (TEMAT) (Ti(N(Et)(Me))4), 및 테트라키스(디메틸아미도) 티타늄 (TDMAT) (Ti(NMe2)4), 및 그 밖의 전구체의 군으로부터 선택될 수 있다.
적합한 환원 가스는 통상의 환원제, 예를 들어, 수소(예, H2 또는 원자-H), 암모니아 (NH3), 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 트리실란 (Si3H8), 테트라실란 (Si4H10), 디메틸실란 (SiC2H8), 메틸 실란 (SiCH6), 에틸실란 (SiC2H8), 클로로실란 (ClSiH3), 디클로로실란 (Cl2SiH2), 헥사클로로디실란 (Si2Cl6), 보란 (BH3), 디보란 (B2H6), 트리보란, 테트라보란, 펜타보란, 알킬보란, 예컨대, 트리에틸보란 (Et3B), 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함할 수 있다.
한 가지 예에서, 배리어 물질은 단계 1040에서 증착 공정 동안 공정 챔버(600)내에서 기판(121)에 증착될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 기판(121)은 CVD 공정 동안 텅스텐 전구체, 티타늄-함유 전구체, 또는 탄탈-함유 전구체 및 질소 전구체를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 전구체는 일반적으로 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)로부터 내부 챔버(101)로 제공된다.
한 가지 구체예에서, 전구체는 단계 1040에서 공정 챔버(600)내로 도입되거나, 유입 채널(156)에 의해서 기판(121)에 동시에, 예컨대, 통상의 CVD 공정 동안 또는 연속적으로, 예컨대, ALD 공정 동안 노출될 수 있다. ALD 공정은 기판(121)을 둘 이상의 증착 가스에 노출시켜서, 기판이 텅스텐 함유 전구체, 티타늄-함유 전구체, 또는 탄탈-함유 전구체와 같은 첫 번째 전구체 및 질소 전구체와 같은 두 번째 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 텅스텐 층을 증착시키는 경우에, 첫 번째 전구체는 텅스텐-함유 전구체, 예컨대, WF6이고 두 번째 전구체는 환원 가스, 예컨대, B2H6인 것이 고려된다. 하나의 유입 채널(156)이 도시되고 있지만, 첫 번째 및 두 번째 전구체가 별도의 가스 라인으로 공정 챔버(600)에 제공되는 것이 고려된다. 온도가 각각의 가스 라인에 대해서 조절될 수 있다.
변형(예, UV 방사선 공급원을 통합)될 수 있는 CVD 및 ALD 공정 및 장치, 및 배리어 물질을 증착시키는데 유용할 수 있는 화학 전구체에 대한 설명이 2004년 12월 21일자 허여되고 발명의 명칭이 "금속 옥사이드 게이트 전극을 위한 텅스텐 니트라이드의 사이클 증착(CYCLICAL DEPOSITION OF TUNGSTEN NITRIDE FOR METAL OXIDE GATE ELECTRODE)"인 공동 양도된 미국특허 제6,833,161호, 2005년 10월 4일자 허여되고 발명의 명칭이 "탄탈 니트라이드 층의 형성(FORMATION OF TANTALUM NITRIDE LAYER)"인 미국특허 제6,951,804호, 2006년 5월 23일자 허여되고 발명의 명칭이 " 구리 금속화를 위한 ALD 탄탈 니트라이드 통합(INTEGRATION OF ALD TANTALUM NITRIDE FOR COPPER METALLIZATION)"인 미국특허 제7,049,226호, 2003년 8월 19일자 허여되고 발명의 명칭이 "구리 상호결합 배리어 층 구조체 및 이의 제조방법(COPPER INTERCONNECT BARRIER LAYER STRUCTURE AND FORMATION METHOD)"인 미국특허 제6,607,976호, 2005년 6월 28일자 허여되고 발명의 명칭이 "티타늄 및 티타늄 니트라이드 층의 통합(INTEGRATION OF TITANIUM AND TITANIUM NITRIDE LAYERS)"인 미국특허 제6,911,391호, 및 2003년 6월 12일자 공개되고 발명의 명칭이 "내화성 금속 실리콘 니트라이드의 사이클 증착(CYCLICAL DEPOSITION OF REFRACTORY METAL SILICON NITRIDE)"인 미국특허 공보 제2003-0108674호, 및 2006년 1월 12일자 공개되고 발명의 명칭이 "원자 층 증착 기술을 이용한 텅스텐 층 증착 방법(METHODS FOR DEPOSITING TUNGSTEN LAYERS EMPLOYING ATOMIC LAYER DEPOSITION TECHNIQUES)"인 미국특허 공보 제2006-0009034호에 개시되어 있으며, 본원에서는 상기 특허 및 특허공보 전체를 참조로 통합한다.
예를 들어, 티타늄 함유 전구체 및 질소 전구체가 공정 챔버에서 조합되는 경우, 티타늄-함유 물질, 예컨대, 티타늄 니트라이드가 기판 표면상에 형성된다. 증착된 티타늄 니트라이드 물질은 양호한 필름 성질, 예컨대, 반사지수 및 습식 에칭율을 나타낸다. 한 가지 구체예에서, 티타늄 니르라이드 물질은 약 10 Å/min 내지 약 500 Å/min 범위내의 속도로 증착될 수 있으며, 약 10Å 내지 약 1,000Å 범위내의 두께로 증착될 수 있다.
캐리어 가스가 단계 1040 동안 제공되어 질소 전구체 및 티타늄 전구체의 부분압을 조절할 수 있다. 단일 웨이퍼 공정 챔버의 전체 내압은 약 100 mTorr 내지 약 740 Torr, 바람직하게는, 약 250 mTorr 내지 약 100 Torr, 더욱 바람직하게는, 약 500 mTorr 내지 약 50 Torr 범위내의 압력일 수 있다. 한 가지 예에서, 공정 챔버의 내압은 약 10 Torr 이하, 바람직하게는 약 5 Torr 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 Torr 이하의 압력으로 유지된다. 일부 구체예에서, 캐리어 가스가 제공되어 질소 전구체 또는 실리콘 전구체의 부분압을 배치 공정 시스템을 위한 약 100mTorr 내지약 1 Torr 범위내로 조절할 수 있다. 적합한 캐리어 가스의 예는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 포밍 가스 또는 이의 조합물을 포함한다.
기판, 첫 번째 전구체, 및/또는 두 번째 전구체가 단계 1040에서의 증착 공정 동안 광 여기에 의해서 생성된 에너지 빔 또는 에너지 플럭스(flux)에 노출될 수 있다. 에너지 빔의 사용은 유리하게는 증착 속도를 증가시키고, 배리어 물질내의 원자의 표면 확산 또는 이동성을 개선시켜서 유입되는 반응성 화학종에 대한 활성 부위를 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 빔은 약 3.0 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 에너지이다. 또한, 에너지 빔은 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지닐 수 있다.
한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 첫 번째 전구체 또는 질소 전구체중 하나 이상의 여기 에너지를 공급한다. 높은 증착율 및 낮은 증착 온도는 최소의 수반된 부반응이 있으면서 조율 가능한 성질을 지닌 필름을 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 4.5 eV 내지 약 9.84 eV 범위 내의 광자 에너지를 지닐 수 있다.
또 다른 구체예에서, 배리어 물질(단계 1040에서 형성됨)을 함유하는 기판이 단계 1050 동안 증착 후 처리 공정에 노출된다. 증착 후 처리 공정은 증착 후의 기판 표면 에너지를 증가시키고, 유리하게는 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거(예컨대, 수소 함량을 감소시킴으로써)하고/거나 증착된 필름을 어닐링한다. 증착된 물질로부터 수소 농도를 낮추면 유리하게는 필름의 인장응력이 증가된다. 하나 이상의 램프(예, 램프(790))이 대안적으로 사용되어 에너지 전달 가스에 에너지를 가할 수 있고, 이러한 에너지 전달 가스는 기판에 노출되어 증착 후의 기판의 표면 에너지를 증가시키고 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거한다.
임의적으로, 단계 1050에서, 에너지 전달 가스가 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공될 수 있다. 적합한 에너지 전달 가스의 예는 질소, 수소, 헬륨, 아르곤, 및 이의 조합물을 포함한다. 기판(121)이 단계 1050 동안 에너지 빔 또는 에너지 플럭스로 처리되는 예가 제공된다. 한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 단계 1050 동안 기판의 표면 에너지를 공급한다. 배리어 물질을 어닐링하는 또 다른 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 3.53 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다. 또한 램프(790)는 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 에너지 빔을 제공할 수 있다. 일반적으로, 램프(790)는 약 1 분 내지 약 10분 범위의 시간 동안 에너지를 가하여 광 여기에 의한 증착 후 처리를 촉진시킬 수 있다.
한 가지 예에서, 휘발 화합물 또는 오염물이 약 3.2 eV 내지 약 4.5 eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 램프(790)에 의해서 생성된 에너지 빔을 기판에 노출시켜 공정 챔버(600)내의 라디칼을 해리시킴으로써 증착된 필름으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 엑시머(excimer) 램프, 예컨대, XeBr* (283 nm/4.41 eV), Br2* (289 nm/4.29 eV), XeCl* (308 nm/4.03 eV), I2* (342 nm/3.63 eV), XeF* (351 nm/3.53 eV)가 선택되어 N-H 결합을 해리시켜서 TiN, TaN, 및 WN 네트워크로부터 수소를 제거할 수 있다. 기판의 회전 속도는 앞선 증착 단계에 비해서 단계 1050에서 회전 속도를 증가시킴으로써 변화될 수 있다는 것이 고려된다.
또 다른 구체예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)로부터 제거될 수 있으며, 공정 챔버(600)는 이어서 단계 1060 동안의 챔버 세정 공정에 노출될 수 있다. 공정 챔버는 광 여기된 세정제를 사용함으로써 세정될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 세정제는 불소를 포함한다. 세정제가 램프(790)를 사용함으로써 공정 챔버(600)내에서 광 여기될 수 있는 예가 제공되고 있다.
공정 챔버(600)는 챔버 세정 공정 동안 세정되어 증착 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버 세정 공정은 공정 챔버(600)의 표면에 함유된 오염물 또는 창(793)에 함유된 오염물을 제거하여 창(793)을 통해서 이동하는 에너지 빔 또는 플럭스의 전송 손실을 최소화하고 가스 및 표면에 전달되는 에너지를 최대화하는데 이용될 수 있다. 창(793)은 공정 챔버(600) 보다 더 자주 세정될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(600)는 일정한 수의 기판을 가공한 후에 세정될 수 있지만, 창(793)은 각각의 기판 가공 후에 세정된다. 적합한 세정제는, 예를 들어, H2, HX (여기서, X=F, Cl, Br, 또는 I), NX3 (여기서, X=F 또는 Cl), 할로겐간 화합물, 예컨대, XFn (여기서, X=Cl, Br, I 및 n = 1, 3, 5, 7) 및 이의 할로겐화된 할로겐간 화합물 및 불활성 가스 할라이드, 예컨대, XeF2, XeF4, XeF6, 및 KrF2를 포함한다.
단계 1040 동안 증착된 배리어 물질의 원소 조성은 화학 전구체의 농도 또는 유속을 조절함으로써 미리 결정될 수 있다. 필름 성질은 배리어 물질내의 Ta, Ti, W, H, 및 N2의 상대적인 농도를 조절함으로써 특정의 적용을 위해서 조절될 수 있다. 한 가지 구체예에서, Ta, Ti, W, H, 및 N2의 원소 조성은 증착 공정 동안 또는 그에 이어서 UV 에너지의 범위를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 필름 성질은 습식 에칭율, 건식 에칭율, 응력, 유전상수, 등을 포한한다. 예를 들어, 수소 함량을 감소시킴으로써, 증착된 물질이 높은 인장 응력을 지닐 수 있다. 또 다른 구체예에서, 탄소 함량을 감소시킴으로써, 증착된 물질이 낮은 전기 저항을 지닐 수 있다.
본원에 기재된 공정 1000 동안 증착된 배리어 물질이 몇가지 물리적인 성질로 인해서 전자 부품/장치 전체에 걸쳐서 사용될 수 있다. 배리어 성질은 다른 물질 또는 엘리먼트들 사이에서, 배리어 물질이 그들 사이, 예컨대, 게이트 물질과 전극 사이 또는 저유전상수의 다공성 물질과 구리 사에에 위치하는 경우에, 이온 확산을 억제한다. 한 가지 구체예에서, 배리어 물질은 공정 1000 동안 기판상에 층으로 증착되어 전자 부품, 예컨대, 집적회로(도 14)를 형성시킬 수 있다.
유전 물질
도 11은 본원의 구체예에 의해서 기재된 바와 같은 유전 물질을 증착하는 공정 1100의 흐름도를 도시하고 있다. 기판은 공정챔버에 정위(단계 1110)되고, 임의로 전처리 공정에 노출(단계 1120)되고, 소정의 온도로 가열(단계 1130)될 수 있다. 이어서, 유전 물질이 기판상에 증착(단계 1140)될 수 있다. 기판은 임으로 증착 후 처리 공정(단계 1150)에 노출될 수 있으며, 공정 챔버는 임의로 챔버 세정 공정(단계 1160)에 노출될 수 있다.
기판은 단계 1110 동안 공정 챔버내에 정위될 수 있다. 공정 챔버는 단일 웨이퍼 챔버 또는 다수 웨이퍼 또는 기판(예, 25, 50, 100, 또는 그 이상)을 함유하는 배치 챔버일 수 있다. 기판은 고정된 위치에 유지될 수 있지만, 바람직하게는 지지 페데스탈에 의해서 회전한다. 임의로, 기판은 공정(1100)의 하나 이상의 공정 단계 동안 색인될 수 있다.
도 7에 도시된 공정 챔버(600)가 공정 1100 동안 사용되어 본원에 예로 기재된 바와 같은 기판상에 유전 물질을 증착시킬 수 있다. 한 가지 예로, 기판(121)은 공정 챔버(600)내의 기판 지지 페데스탈상에서 약 120rpm(분당 회전수)까지의 속도로 회전할 수 있다. 대안적으로, 기판(121)은 증착 공정 동안 기판 지지 페데스탈상에 정위되고 회전하지 않을 수 있다.
한 가지 구체예에서, 기판(121)은 임으로 단계 1120 동안 하나 이상의 전처리 공정에 노출될 수 있다. 기판 표면은 전처리 공정 동안 제거되는 본래의 옥사이드를 함유할 수 있다. 기판(121)은 단계 1140 동안 유전 물질을 증착시키기 전에 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성되는 에너지 빔으로 전처리되어 기판 표면으로부터 본래의 옥사이드가 제거될 수 있다. 공정 가스가 전처리 공정 동안 기판에 노출될 수 있다. 공정 가스는 아르곤, 질소, 헬륨, 수소, 포밍 가스(forming gas) 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 전처리 공정은 약 2 분 내지 약 10분 범위 내의 시간 동안 지속되어 광 여기 공정 동안의 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 또한, 기판(121)은 단계 1120 동안 약 100℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 600℃, 더욱 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 가열되어 공정 1100동안의 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다.
기판(121)이 단계 1120 동안 램프(792)에 의해서 생성된 에너지 빔에 노출될 수 있는 예가 제공된다. 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV, 예를 들어, 약 3.0eV 내지 약 9.84eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 제공한다. 또 다른 예에서, 램프(792)는 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선의 에너지 빔을 제공한다. 램프(792)는 옥사이드를 제거하기에 충분한 시간 동안 에너지를 제공할 수 있다. 에너지 제공 시간은 창(793)의 크기 및 기하학적구조 및 기판 회전 속도를 기초로 하여 선택된다. 한 가지 구체예에서, 램프(792)는 약 2분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 에너지를 제공하여 광 여기 공정 동안 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 한 가지 예에서, 기판(121)은 약 100℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 단계 1120 동안 가열될 수 있다. 또 다른 예에서, 기판(121)은 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 단계 1120 동안 가열될 수 있으면서, 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 약 2분 내지 약 5분 범위내의 시간 동안 제공하여 본래의 옥사이드 제거를 촉진한다. 한 가지 예로, 에너지 빔은 약 3분 동안 약 3.2eV 내지 약 4.5eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1120에서 전처리 공정 동안 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 에너지 전달 가스는 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 아르곤 브로마이드, 아르곤 클로라이드, 크립톤 브로마이드, 크립톤 클로라이드, 크립톤 플루오라이드, 제논 플루오라이드(예, XeF2), 제논 클로라이드, 제논 브로마이드, 불소, 염소, 브롬, 이의 엑시머(excimer), 이의 라디칼, 이의 유도체 또는 이의 조합물일 수 있다. 일부 구체예에서, 공정 가스는 또한 적어도 하나의 에너지 전달 가스 외에 질소 가스(N2), 수소 가스(H2), 포밍 가스(예, N2/H2 또는 Ar/H2)를 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 단계 1120 동안 공정 가스를 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공함으로써 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 에너지 전달 가스는 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)으로부터 제공될 수 있다. 기판(121)에 비한 램프(792)에 대한 공정 가스의 근접은 에너지 전달 가스를 용이하게 여기시킨다. 에너지 전달 가스는 탈-여기(de-excitation)되고 기판에 가깝게 이동함에 따라서, 에너지가 기판(121)의 표면에 충분히 전달되어 본래의 옥사이드의 제거를 촉진시킨다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1120에서 전처리 공정 동안 유기 증기를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 한 가지 예로, 기판은 시클릭 방향족 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 시클릭 방향족 탄화수소는 UV 방사선의 존재하에 있을 수 있다. 전처리 공정 동안 유용한 모노시클릭 방향족 탄화수소 및 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 퀴논, 히드록시퀴논(하이드로퀴논), 안트라센, 나프탈렌, 페난트라센, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함한다. 또 다른 예에서, 기판은 다른 탄화수소, 예컨대, 에틸렌, 아세틸렌(에틴), 프로필렌, 알킬 유도체, 할로겐화된 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한 불포화 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 또 다른 예에서, 유기 증기는 단계 1120 에서의 전처리 공정 동안 알칸 화합물을 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선이 단계 1120 동안 램프에 의해서 생성될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 본래의 옥사이드내의 산소원자와 반응함으로써 UV 방사선의 존재하에 본래의 옥사이드를 제거할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드는 기판을 퀴논 또는 히드록시퀴논에 노출시킴으로써 유도체 생성물이 형성되면서 제거될 수 있다. 유도체 생성물은 진공 펌프 공정에 의해서 공정 챔버로부터 제거될 수 있다.
단계 1130에서, 기판(121)은 전처리 공정 동안 또는 그러한 공정에 이어서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 기판(121)은 단계 1140에서 배리어 물질을 증착시키기 전에 가열된다. 기판은 기판 지지체내의 내장형 가열 엘리먼트, 에너지 빔(예, UV-광원), 또는 이의 조합에 의해서 가열될 수 있다. 일반적으로, 기판은 소정의 온도를 얻기에 충분한 시간 동안, 예컨대, 약 15초 내지 약 30분, 바람직하게는 약 30초 내지 약 20분, 더욱 바람직하게는 약 1 분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 가열된다. 한 가지 구체예에서, 기판은 약 200℃ 내지 1,000℃, 바람직하게는 약 400℃ 내지 약 850℃, 더욱 바람직하게는 약 550℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 기판은 약 550℃ 미만, 바람직하게는 약 450℃ 미만의 온도로 가열될 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)내에서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 소정의 온도는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내일 수 있다. 기판(121)은 가열 엘리먼트, 예를 들어, 히터 블록(211)에 파워 공급원으로부터의 파워를 가함으로써 가열될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 유전 물질이 단계 1140에서 증착 공정 동안 기판상에 증착된다. 유전 물질은 기판을 증착 공정 동안 하나 이상의 증착 가스에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 한 가지 예에서, 증착 공정은 첫 번째 전구체 및 산소 전구체 또는 첫 번째 전구체와 산소 전구체 둘 모두를 함유하는 전구체를 함유할 수 있는 증착 가스를 지닌 CVD 공정이다. 대안적으로, 증착 공정은 둘 이상의 증착 가스를 지니는 ALD 공정이어서, 기판이 첫 번째 전구체와 산소 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 증착 공정은 열적 공정, 라디칼 공정, 또는 이의 조합일 수 있다. 예를 들어, 기판은 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성된 에너지 빔의 존재하에서 공정 가스에 노출될 수 있다.
유전 물질은 산소 및 하나 이상의 금속, 예컨대, 하프늄, 지르코늄, 티타늄, 탄탈, 란탄, 루테늄, 알루미늄 또는 이의 조합물을 함유한다. 유전 물질은 하프늄-함유 물질, 예컨대, 하프늄 옥사이드 (HfOx 또는 HfO2), 하프늄 옥시니트라이드 (HfOxNy), 하프늄 알루미네이트 (HfAlxOy), 하프늄 란탄 옥사이드 (HfLaxOy), 지르코늄-함유 물질, 예컨대, 지르코늄 옥사이드 (ZrOx 또는 ZrO2), 지르코늄 옥시니트라이드 (ZrOxNy), 지르코늄 알루미네이트 (ZrAlxOy), 지르코늄 란탄 옥사이드 (ZrLaxOy), 그 밖의 알루미늄-함유 물질 또는 란탄-함유 물질, 예컨대, 알루미늄 옥사이드 (Al2O3 또는 AlOx), 알루미늄 옥시니트라이드 (AlOxNy), 란탄 알루미늄 옥사이드 (LaAlxOy), 란탄 옥사이드 (LaOx 또는 La2O3), 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함하는 조성물을 지닐 수 있다. 그 밖의 유전 물질은 티타늄 옥사이드(TiOx 또는 TiO2), 티타늄 옥시니트라이드 (TiOxNy), 탄탈 옥사이드 (TaOx 또는 Ta2O5) 및 탄탈 옥시니트라이드 (TaOxNy)를 포함할 수 있다. 유용한 유전 물질인 라미네이트 필름(Laminate film)은 HfO2/Al2O3, La2O3/Al2O3 및 HfO2/La2O3/Al2O3를 포함한다. 유전 물질은 또한, 예를 들어, 다른 유전 물질중에서도 RuO2, IrO2, Ir2O3, ZrO2, HfO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, Ba(Sr)TiO3 (BST), Pb(ZrTi)O3 (PZT), SrBi2Ta2O9 (SBT), RhO2, PdO, OsO, PtO, VO, V2O5, V2O3, 또는 V6O11를 포함할 수 있다.
단계 1140 동안 유전 물질을 형성시키기에 적합한 산소 전구체의 예는 원자 산소(O), 산소 (O2), 오존 (O3), 물 (H2O), 과산화수소 (H2O2), 유기 과산화물, 알코올, 니트로스 옥사이드(N2O), 니트릭 옥사이드(NO), 니트로겐 디옥사이드(NO2), 디니트로겐 펜톡사이드(N2O5), 이의 플라즈마, 이의 라디칼, 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 함유할 수 있다. 한 가지 구체예에서, 산소 전구체는 오존과 물을 조합시킴으로써 형성되어 강한 산화제를 제공할 수 있다. 산소 전구체는 일반적으로는 강한 산화력을 지니는 히드록실 라디칼(OH)를 함유한다. 오존 농도는 물의 농도와 관련하여 변화될 수 있다. 오존 대 물의 몰비는 약 0.01 내지 약 30, 바람직하게는 약 0.03 내지 약 3, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1 범위내일 수 있다. 한 가지 예에서, UV 공급원으로부터 유도된 에너지 빔은 산소 또는 산소/물 혼합물에 노출되어 오존을 함유하는 산소 전구체를 형성시킬 수 있다. 또 다른 구체예에서, 광 여기 동안의 챔버내의 에너지 전달 가스 및/또는 대기는 산소 및/또는 오존을 포함한다.
예시적인 하프늄 전구체는 리간드, 예컨대, 할라이드, 알킬아미노, 시클로펜타디에닐, 알킬, 알콕시드, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 함유하는 하프늄 화합물을 포함한다. 하프늄 전구체로서 유용한 하프늄 할라이드 화합물은 HfCl4, HfI4, 및 HfBr4를 포함할 수 있다. 하프늄 전구체로서 유용한 하프늄 알킬아미노 화합물은 (RR'N)4Hf를 포함하며, 여기서, R 또는 R'는 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이다. 하프늄-함유 물질을 증착시키기에 유용한 하프늄 전구체는 (Et2N)4Hf, (Me2N)4Hf, (MeEtN)4Hf, (tBuC5H4)2HfCl2, (C5H5)2HfCl2, (EtC5H4)2HfCl2, (Me5C5)2HfCl2, (Me5C5)HfCl3, (iPrC5H4)2HfCl2, (iPrC5H4)HfCl3, (tBuC5H4)2HfMe2, (acac)4Hf, (hfac)4Hf, (tfac)4Hf, (thd)4Hf, (NO3)4Hf, (tBuO)4Hf, (iPrO)4Hf, (EtO)4Hf, (MeO)4Hf 또는 이의 유도체를 포함한다. 바람직하게는, 본원에서의 증착 공정 동안에 사용된 하프늄 전구체는 HfCl4, (Et2N)4Hf 또는 (Me2N)4Hf를 포함한다.
대안적인 구체예에서, 다양한 금속 옥사이드 또는 금속 옥시니트라이드가 WVG 시스템으로부터 유도된 산화 가스 함유 수증기로 금속 전구체를 연속적으로 펄스시킴(pulsing)으로서 형성될 수 있다. 본원에서 개시된 ALD 공정은 하프늄 전구체를 금속 전구체로 대체하여 추가의 유전 물질, 예컨대, 하프늄 알루미네이트, 티타늄 알루미네이트, 티타늄 옥시니트라이드, 지르코늄 옥사이드, 지르코늄 옥시니트라이드, 지르코늄 알루미네이트, 탄탈 옥사이드, 탄탈 옥시니트라이드, 티타늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 옥시니트라이드, 란탄 옥사이드, 란탄 옥시니트라이드, 란탄 알루미네이트, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 형성시킴으로써 변경될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 둘 이상의 ALD 공정이 동시에 수행되어 또 다른 상부에 하나의 층을 증착시킨다. 예를 들어, 조합된 공정은 첫 번째 유전 물질을 형성시키기 위한 첫 번째 ALD 공정 및 두 번째 유전 물질을 형성시키기 위한 두 번째 ALD 공정을 포함한다. 조합된 공정은 다양한 하프늄-함유 물질, 예를 들어, 하프늄 알루미늄 실리케이트 또는 하프늄 알루미늄 실리콘 옥시니트라이드를 생성시키는데 이용될 수 있다. 한 가지 예에서, 유전 스택 물질은 기판상에 첫 번째 하프늄-함유 물질을 증착시키고, 후속하여 그 위에 두 번째 하프늄-함유 물질을 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 첫 번째 및 두 번째 하프늄-함유 물질은 하나의 층이 하프늄 옥사이드를 함유할 수 있고 다른 층이 하프늄 실리케리트를 함유할 수 있게 조성이 다양할 수 있다. 한 가지 특징으로, 하부 층은 실리콘을 함유한다. 본원에 기재된 ALD 공정 동안 사용된 대안적인 금속 전구체는 ZrCl4, Cp2Zr, (Me2N)4Zr, (Et2N)4Zr, TaF5, TaCl5, (tBuO)5Ta, (Me2N)5Ta, (Et2N)5Ta, (Me2N)3Ta(NtBu), (Et2N)3Ta(NtBu), TiCl4, TiI4, (iPrO)4Ti, (Me2N)4Ti, (Et2N)4Ti, AlCl3, Me3Al, Me2AlH, (AMD)3La, ((Me3Si)(tBu)N)3La, ((Me3Si)2N)3La, (tBu2N)3La, (iPr2N)3La, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함한다.
탄탈-함유 전구체는, 예를 들어, 다른 전구체 중에서도, 탄탈 펜타클로라이드 (TaCl5), 펜타키스(디에틸아미도) 탄탈 (PDEAT) (Ta(Net2)5), 펜타키스 (에틸메틸아미도) 탄탈 (PEMAT) (Ta(N(Et)(Me))5), 및 펜타키스(디메틸아미도) 탄탈 (PDMAT) (Ta(Nme2)5)의 군으로부터 선택될 수 있다. 티타늄-함유 전구체는, 예를 들어, 다른 전구체 중에서도, 티타늄 테트라클로라이드 (TiCl4), 테트라키스(디에틸아미도) 티타늄 (TDEAT) (Ti(Net2)4), 테트라키스 (에틸메틸아미도) 티타늄 (TEMAT) (Ti(N(Et)(Me))4), 및 테트라키스(디메틸아미도) 티타늄 (TDMAT) (Ti(NMe2)4)의 군으로부터 선택될 수 있다.
적합한 로듐 전구체는 예를 들어, 하기 로듐 화합물을 포함한다: 2,4-펜탄디오네이토로듐(I)디카르보닐 (C5H7Rh(CO)2), 트리스(2,4-펜탄디오네이토)로듐, 즉, 로듐(III)아세틸아세토네이트 (Rh(C5H7O2)3), 및 트리스(트리플루오로-2,4-펜탄디오네이토)로듐.
적합한 이리듐 전구체는, 예를 들어, 하기 이리듐 화합물을 포함한다: (메틸시클로펜타디에닐)(1,5-시클로옥타디엔)이리듐(I)([(CH3)C5H4](C8H12)Ir) 및 트리스알릴이리듐 ((C3H5)3Ir).
적합한 팔라듐 전구체는, 예를 들어, 하기 팔라듐 화합물을 포함한다: Pd(thd)2 및 비스(1,1,1,5,5,5-헥사플루오로-2,4-펜탄디오네이토)팔라듐 (Pd(CF3COCHCOCF3)2).
적합한 백금 전구체는, 예를 들어, 하기 백금 화합물을 포함한다: 백금(II)헥사플루오로아세틸아세토네이트(Pt(CF3COCHCOCF3)2), (트리메틸)메틸시클로펜타디에닐백금(IV)((CH3)3(CH3C5H4)Pt), 및 알릴시클로펜타디에닐백금 ((C3H5)(C5H5)Pt).
적합한 저산화 상태 오스뮴 옥사이드 전구체는, 예를 들어, 하기 오스뮴 화합물을 포함한다: 비스(시클로펜타디에닐)오스뮴((C5H5)2Os), 비스(펜타메틸시클로펜타디에닐)오스뮴 ([(CH3)5C5]2Os), 및 오스뮴(VIII)옥사이드 (OsO4).
적합한 바나듐 전구체는, 예를 들어, VCl4, VOCl, V(CO)6 및 VOCl3을 포함한다.
한 가지 예에서, 유전 물질은 단계 1140에서의 증착 공정 동안 공정 챔버(600)내에서 기판(121)에 증착될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 기판(121)은 CVD 공정 동안 유전 물질 전구체 및 산소 전구체를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 전구체는 일반적으로 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)로부터 내부 챔버(101)로 제공된다.
한 가지 구체예에서, 전구체는 단계 1140에서 공정 챔버내로 도입되거나, 유입 채널(156)에 의해서 기판(121)에 동시에, 예컨대, 통상의 CVD 공정 동안 또는 연속적으로, 예컨대, ALD 공정 동안 노출될 수 있다. ALD 공정은 기판을 둘 이상의 증착 가스에 노출시켜서, 기판이 첫 번째 전구체와 두 번째 전구체, 예컨대, 산소 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 하나의 유입 채널(156)이 도시되고 있지만, 첫 번째 및 두 번째 전구체가 별도의 가스 라인으로 공정 챔버(600)에 제공되는 것이 고려된다. 온도가 각각의 가스 라인에 대해서 조절될 수 있다.
변형(예, UV 방사선 공급원을 통합)될 수 있는 CVD 및 ALD 공정 및 장치, 및 유전 물질을 증착시키는데 유용할 수 있는 화학 전구체에 대한 설명이 2005년 2월 22일자 허여되고 발명의 명칭이 "게이트 유전체를 형성시키는 시스템 및 방법(SYSTEM AND METHOD FOR FORMING A GATE DIELECTRIC)"인 공동 양도된 미국특허 제6,858,547호, 2002년 9월 19일자 허여되고 발명의 명칭이 "직접적인 산화를 이용한 ALD 금속 옥사이드 증착 공정(ALD METAL OXIDE DEPOSITION PROCESS USING DIRECT OXIDATION)"인 미국특허 제7,067,439호, 2003년 9월 16일자 허여되고 발명의 명칭이 "Al2O3의 원자 층 증착(LAD)을 위한 공정 조건 및 전구체(PROCESS CONDITIONS AND PRECURSORS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION (ALD) OF Al2O3)"인 미국특허 제6,620,670호, 2003년 12월 18일자 공개되고 발명의 명칭이 "고유전상수 물질의 핵생성을 향상시키기 위한 표면 전처리 방법(SURFACE PRE- TREATMENT FOR ENHANCEMENT OF NUCLEATION OF HIGH DIELECTRIC CONSTANT MATERIALS)"인 미국특허 공보 제2003-0232501호, 2003년 12월 8일자 공개되고 발명의 명칭이 "하프늄 함유 고-K 물질의 원자 층 증착을 위한 장치 및 방법(APPARATUSES AND METHODS FOR ATOMIC LAYER DEPOSITION OF HAFNIUM-CONTAINING HIGH-K MATERIALS)"인 미국특허 공보 제2005-0271813호, 2006년 1월 26일자 공개되고 발명의 명칭이 "하프늄-함유 물질의 플라즈마 처리(PLASMA TREATMENT OF HAFNIUM-CONTAINING MATERIALS)"인 미국특허 공보 제2006-0019033호, 2006년 3월 23일자 공개되고 발명의 명칭이 "트리스(디메틸아미노)실란에 의한 하프늄 실리케이트 물질의 기상 증창방법(VAPOR DEPOSITION OF HAFNIUM SILICATE MATERIALS WITH TRIS(DIMETHYLAMINO)SILANE)"인 미국특허 공보 제2006-0062917호에 추가로 개시되어 있으며, 본원에서는 상기 특허 및 특허공보의 모든 내용을 참조로 통합한다.
첫 번째 전구체로서, 예를 들어, 하프늄 전구체 및 산소 전구체가 공정 챔버에서 혼합되고, 하프늄-함유 물질, 예컨대, 하프늄 옥사이드 물질이 기판 표면상에 형성된다. 증착된 하프늄 옥사이드 물질은 양호한 필름 성질, 예컨대, 반사지수 및 습식 에칭율을 나타낸다. 한 가지 구체예에서, 하프늄 옥사이드 물질은 약 10 Å/min 내지 약 500 Å/min 범위내의 속도로 증착될 수 있으며, 약 10Å 내지 약 1,000Å 범위내의 두께로 증착될 수 있다. 하프늄 옥사이드 물질은 산소:하프늄 원자비(Y/X)는 약 2 이하인 HfxOy, 예를 들어 HfO2와 같은 화학식을 지닐 수 있다. 한 가지 구체예에서, 본원에서 기재된 바와 같이 형성된 물질은 낮은 수소 함량을 나타내고, 소량의 도핑된 탄소를 포함하며, PMOS 장치에서 붕소 보유를 향상시킨다.
캐리어 가스가 단계 1140 동안 제공되어 산소 전구체 및 하프늄 전구체의 부분압을 조절할 수 있다. 단일 웨이퍼 공정 챔버의 전체 내압은 약 100 mTorr 내지 약 740 Torr, 바람직하게는, 약 250 mTorr 내지 약 100 Torr, 더욱 바람직하게는, 약 500 mTorr 내지 약 50 Torr 범위내의 압력일 수 있다. 한 가지 예에서, 공정 챔버의 내압은 약 10 Torr 이하, 바람직하게는 약 5 Torr 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 Torr 이하의 압력으로 유지된다. 일부 구체예에서, 캐리어 가스가 제공되어 산소 전구체 또는 하프늄 전구체의 부분압을 배치 공정 시스템을 위한 약 100mTorr 내지약 1 Torr 범위내로 조절할 수 있다. 적합한 캐리어 가스의 예는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 포밍 가스 또는 이의 조합물을 포함한다.
기판, 하프늄 전구체, 및/또는 산소 전구체가 단계 1140에서의 증착 공정 동안 광 여기에 의해서 생성된 에너지 빔 또는 에너지 플럭스(flux)에 노출될 수 있다. 에너지 빔의 사용은 유리하게는 증착 속도를 증가시키고, 하프늄 옥사이드 물질내의 원자의 표면 확산 또는 이동성을 개선시켜서 유입되는 반응성 화학종에 대한 활성 부위를 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 빔은 약 3.0 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 에너지이다. 또한, 에너지 빔은 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지닐 수 있다.
한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 하프늄 전구체 또는 산소 전구체중 하나 이상의 여기 에너지를 공급한다. 높은 증착율 및 낮은 증착 온도는 최소의 수반된 부반응이 있으면서 조율 가능한 성질을 지닌 필름을 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 4.5 eV 내지 약 9.84 eV 범위 내의 광자 에너지를 지닐 수 있다. 기판 표면 및 공정 가스가 또한 램프(790)에 의해서 여기될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 유전 물질(단계 1140에서 형성됨)을 함유하는 기판이 단계 1150 동안 증착 후 처리 공정에 노출된다. 증착 후 처리 공정은 증착 후의 기판 표면 에너지를 증가시키고, 유리하게는 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거(예컨대, 수소 함량을 감소시킴으로써)하고/거나 증착된 필름을 어닐링한다. 증착된 물질로부터 수소 농도를 낮추면 유리하게는 필름의 인장응력이 증가된다. 하나 이상의 램프(예, 램프(790))이 대안적으로 사용되어 에너지 전달 가스에 에너지를 가할 수 있고, 이러한 에너지 전달 가스는 기판에 노출되어 증착 후의 기판의 표면 에너지를 증가시키고 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거한다.
임의적으로, 단계 1150에서, 에너지 전달 가스가 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공될 수 있다. 적합한 에너지 전달 가스의 예는 질소, 수소, 헬륨, 아르곤, 및 이의 조합물을 포함한다. 기판(121)이 단계 1150 동안 에너지 빔 또는 에너지 플럭스로 처리되는 예가 제공된다. 한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 단계 1150 동안 기판의 표면 에너지를 공급한다. 배리어 물질을 어닐링하는 또 다른 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 3.53 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다. 또한 램프(790)는 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 에너지 빔을 제공할 수 있다. 일반적으로, 램프(790)는 약 1 분 내지 약 10분 범위의 시간 동안 에너지를 가하여 광 여기에 의한 증착 후 처리를 촉진시킬 수 있다.
한 가지 예에서, 휘발 화합물 또는 오염물이 약 3.2 eV 내지 약 4.5 eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 램프(790)에 의해서 생성된 에너지 빔을 기판에 노출시켜 공정 챔버(600)내의 하프늄 전구체 및 산소 전구체를 해리시킴으로써 증착된 필름 표면으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 엑시머 램프, 예컨대, XeBr* (283 nm/4.41 eV), Br2* (289 nm/4.29 eV), XeCl* (308 nm/4.03 eV), I2* (342 nm/3.63 eV), XeF* (351 nm/3.53 eV)가 선택되어 HfO2 네트워크로부터 수소를 제거할 수 있다. 기판의 회전 속도는 앞선 증착 단계에 비해서 단계 1150에서 회전 속도를 증가시킴으로써 변화될 수 있다는 것이 고려된다.
또 다른 구체예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)로부터 제거될 수 있으며, 공정 챔버(600)는 이어서 단계 1160 동안의 챔버 세정 공정에 노출될 수 있다. 공정 챔버는 광 여기된 세정제를 사용함으로써 세정될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 세정제는 불소를 포함한다.
공정 챔버(600)는 챔버 세정 공정 동안 세정되어 증착 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버 세정 공정은 공정 챔버(600)의 표면에 함유된 오염물 또는 창(793)에 함유된 오염물을 제거하여 창(793)을 통해서 이동하는 에너지 빔 또는 플럭스의 전송 손실을 최소화하고 가스 및 표면에 전달되는 에너지를 최대화하는데 이용될 수 있다. 창(793)은 공정 챔버(600) 보다 더 자주 세정될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(600)는 일정한 수의 기판을 가공한 후에 세정될 수 있지만, 창(793)은 각각의 기판 가공 후에 세정된다. 적합한 세정제는, 예를 들어, H2, HX (여기서, X=F, Cl, Br, 또는 I), NX3 (여기서, X=F 또는 Cl), 할로겐간 화합물, 예컨대, XFn (여기서, X=Cl, Br, I 및 n = 1, 3, 5, 7) 및 이의 할로겐화된 할로겐간 화합물 및 불활성 가스 할라이드, 예컨대, XeF2, XeF4, XeF6, 및 KrF2를 포함한다.
단계 1140 동안 증착된 유전 물질의 원소 조성은 화학 전구체, 즉, 첫 번째 전구체 및 산소 전구체의 농도 또는 유속을 조절함으로써 미리 결정될 수 있다. 필름 성질은 유전 물질내의 유전체 전구체 및 산소 전구체의 상대적인 농도를 조절함으로써 특정의 적용을 위해서 조절될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 유전체 전구체 및 산소 전구체의 원소 조성은 증착 공정 동안 또는 그에 이어서 UV 에너지의 범위를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 필름 성질은 습식 에칭율, 건식 에칭율, 응력, 유전상수, 등을 포한한다. 예를 들어, 수소 함량을 감소시킴으로써, 증착된 물질이 높은 인장 응력(tensile stress)을 지닐 수 있다. 또 다른 구체예에서, 탄소 함량을 감소시킴으로써, 증착된 물질이 낮은 전기 저항을 지닐 수 있다.
본원에 기재된 공정 1100 동안 증착된 유전 물질이 몇가지 물리적인 성질로 인해서 전자 부품/장치 전체에 걸쳐서 사용될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 유전 물질은 공정 1100 동안 기판상에 층으로 증착되어 전자 부품, 예컨대, 집적회로(도 14)를 형성시킬 수 있다.
전도성 물질
도 12는 본원의 구체예에 의해서 기재된 바와 같은 전도성 물질을 증착하는 공정 1200의 흐름도를 도시하고 있다. 기판은 공정챔버에 정위(단계 1210)되고, 임의로 전처리 공정에 노출(단계 1220)되고, 소정의 온도로 가열(단계 1230)될 수 있다. 이어서, 전도성 물질이 기판상에 증착(단계 1240)될 수 있다. 기판은 임으로 증착 후 처리 공정(단계 1250)에 노출될 수 있으며, 공정 챔버는 임의로 챔버 세정 공정(단계 1260)에 노출될 수 있다.
기판은 단계 1210 동안 공정 챔버내에 정위될 수 있다. 공정 챔버는 단일 웨이퍼 챔버 또는 다수 웨이퍼 또는 기판(예, 25, 50, 100, 또는 그 이상)을 함유하는 배치 챔버일 수 있다. 기판은 고정된 위치에 유지될 수 있지만, 바람직하게는 지지 페데스탈에 의해서 회전한다. 임의로, 기판은 공정(1200)의 하나 이상의 공정 단계 동안 색인될 수 있다.
도 7에 도시된 공정 챔버(600)가 공정(1200) 동안 사용되어 본원에 예로 기재된 바와 같은 기판상에 전도성 물질을 증착시킬 수 있다. 한 가지 예로, 기판(121)은 공정 챔버(600)내의 기판 지지 페데스탈상에서 약 120rpm(분당 회전수)까지의 속도로 회전할 수 있다. 대안적으로, 기판(121)은 증착 공정 동안 기판 지지 페데스탈상에 정위되고 회전하지 않을 수 있다.
한 가지 구체예에서, 기판(121)은 임으로 단계 1220 동안 하나 이상의 전처리 공정에 노출될 수 있다. 기판 표면은 전처리 공정 동안 제거되는 본래의 옥사이드를 함유할 수 있다. 기판(121)은 단계 1240 동안 전도성 물질을 증착시키기 전에 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성되는 에너지 빔으로 전처리되어 기판 표면으로부터 본래의 옥사이드가 제거될 수 있다. 공정 가스가 전처리 공정 동안 기판에 노출될 수 있다. 공정 가스는 아르곤, 질소, 헬륨, 수소, 포밍 가스(forming gas) 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 전처리 공정은 약 2 분 내지 약 10분 범위 내의 시간 동안 지속되어 광 여기 공정 동안의 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 또한, 기판(121)은 단계 1220 동안 약 100℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 600℃, 더욱 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 가열되어 공정 1200동안의 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다.
기판(121)이 단계 1220 동안 램프(792)에 의해서 생성된 에너지 빔에 노출될 수 있는 예가 제공된다. 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV, 예를 들어, 약 3.0eV 내지 약 9.84eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 제공한다. 또 다른 예에서, 램프(792)는 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선의 에너지 빔을 제공한다. 램프(792)는 옥사이드를 제거하기에 충분한 시간 동안 에너지를 제공할 수 있다. 에너지 제공 시간은 창(793)의 크기 및 기하학적구조 및 기판 회전 속도를 기초로 하여 선택된다. 한 가지 구체예에서, 램프(792)는 약 2분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 에너지를 제공하여 광 여기 공정 동안 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 한 가지 예에서, 기판(121)은 약 100℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 단계 1220 동안 가열될 수 있다. 또 다른 예에서, 기판(121)은 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 단계 1220 동안 가열될 수 있으면서, 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 약 2분 내지 약 5분 범위내의 시간 동안 제공하여 본래의 옥사이드 제거를 촉진한다. 한 가지 예로, 에너지 빔은 약 3분 동안 약 3.2eV 내지 약 4.5eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1220에서 전처리 공정 동안 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 에너지 전달 가스는 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 아르곤 브로마이드, 아르곤 클로라이드, 크립톤 브로마이드, 크립톤 클로라이드, 크립톤 플루오라이드, 제논 플루오라이드(예, XeF2), 제논 클로라이드, 제논 브로마이드, 불소, 염소, 브롬, 이의 엑시머(excimer), 이의 라디칼, 이의 유도체 또는 이의 조합물일 수 있다. 일부 구체예에서, 공정 가스는 또한 적어도 하나의 에너지 전달 가스 외에 질소 가스(N2), 수소 가스(H2), 포밍 가스(예, N2/H2 또는 Ar/H2)를 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 단계 1220 동안 공정 가스를 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공함으로써 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 에너지 전달 가스는 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)으로부터 제공될 수 있다. 기판(121)에 비한 램프(792)에 대한 공정 가스의 근접은 에너지 전달 가스를 용이하게 여기시킨다. 에너지 전달 가스는 탈-여기(de-excitation)되고 기판에 가깝게 이동함에 따라서, 에너지가 기판(121)의 표면에 충분히 전달되어 본래의 옥사이드의 제거를 촉진시킨다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1220에서 전처리 공정 동안 유기 증기를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 한 가지 예로, 기판은 시클릭 방향족 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 시클릭 방향족 탄화수소는 UV 방사선의 존재하에 있을 수 있다. 전처리 공정 동안 유용한 모노시클릭 방향족 탄화수소 및 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 퀴논, 히드록시퀴논(하이드로퀴논), 안트라센, 나프탈렌, 페난트라센, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함한다. 또 다른 예에서, 기판은 다른 탄화수소, 예컨대, 에틸렌, 아세틸렌(에틴), 프로필렌, 알킬 유도체, 할로겐화된 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한 불포화 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 또 다른 예에서, 유기 증기는 단계 1220에서의 전처리 공정 동안 알칸 화합물을 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선이 단계 1220 동안 램프에 의해서 생성될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 본래의 옥사이드내의 산소원자와 반응함으로써 UV 방사선의 존재하에 본래의 옥사이드를 제거할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드는 기판을 퀴논 또는 히드록시퀴논에 노출시킴으로써 유도체 생성물이 형성되면서 제거될 수 있다. 유도체 생성물은 진공 펌프 공정에 의해서 공정 챔버로부터 제거될 수 있다.
단계 1230에서, 기판(121)은 전처리 공정 동안 또는 그러한 공정에 이어서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 기판(121)은 단계 1240에서 유전 물질을 증착시키기 전에 가열된다. 기판은 기판 지지체내의 내장형 가열 엘리먼트, 에너지 빔(예, UV-광원), 또는 이의 조합에 의해서 가열될 수 있다. 일반적으로, 기판은 소정의 온도를 얻기에 충분한 시간 동안, 예컨대, 약 15초 내지 약 30분, 바람직하게는 약 30초 내지 약 20분, 더욱 바람직하게는 약 1 분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 가열된다. 한 가지 구체예에서, 기판은 약 200℃ 내지 1,000℃, 바람직하게는 약 400℃ 내지 약 850℃, 더욱 바람직하게는 약 550℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 기판은 약 550℃ 미만, 바람직하게는 약 450℃ 미만의 온도로 가열될 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)내에서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 소정의 온도는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내일 수 있다. 기판(121)은 가열 엘리먼트, 예를 들어, 히터 블록(211)에 파워 공급원으로부터의 파워를 가함으로써 가열될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 전도성 물질이 단계 1240에서 증착 공정 동안 기판상에 증착된다. 전도성 물질은 기판을 증착 공정 동안 하나 이상의 증착 가스에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 한 가지 예에서, 증착 공정은 금속 전구체, 예를 들어, 텅스텐, 티타늄 또는 이의 조합물 및 질소 전구체 또는 금속 전구체와 질소 전구체 둘 모두를 함유하는 전구체를 함유할 수 있는 증착 가스를 지닌 CVD 공정이다. 대안적으로, 증착 공정은 둘 이상의 증착 가스를 지니는 ALD 공정이어서, 기판이 금속 전구체와 질소 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 증착 공정은 열적 공정, 라디칼 공정, 또는 이의 조합일 수 있다. 예를 들어, 기판은 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성된 에너지 빔의 존재하에서 공정 가스에 노출될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 전도선 물질은 하나 이상의 금속, 예컨대, 텅스텐, 티타늄, 또는 이의 조합물을 함유한다. 전도성 물질은 텅스텐-함유 물질, 예컨대, 텅스텐 니트라이드(WN), 티타늄 함유 물질, 예컨대, 티타늄 니트라이드 (TiN), 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함하는 조성물을 지닐 수 있다. 다른 전도성 물질은 다른 물질 중에서도 텅스텐 및 알루미늄을 포함할 수 있다.
단계 1240에서 전도성 물질을 형성시키는 적합한 질소 전구체의 예는 암모니아 (NH3), 하이드라진 (N2H4), 유기 아민, 유기 하이드라진, 유기 디아진(예, 메틸디아진 ((H3C)NNH)), 실릴아지드, 실릴하이드라진, 수소 아지드(HN3), 수소 시아니드(HCN), 원자 질소(N), 질소(N2), 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한다. 질소 전구체로서의 유기 아민은 RxNH3-x를 포함하며, 여기서, 각각의 R은 독립적으로 알킬기 또는 아릴기이고, x는 1, 2 또는 3이다. 유기 아민의 예는 트리메틸아민 ((CH3)3N), 디메틸아민 ((CH3)2NH), 메틸아민 ((CH3)NH2)), 트리에틸아민 ((CH3CH2)3N), 디에틸아민 ((CH3CH2)2NH), 에틸아민 ((CH3CH2)NH2)), 3차부틸아민 (((CH3)3C)NH2), 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한다. 질소 전구체로서의 유기 하이드라진은 RxN2H4-x를 포함하며, 각각의 R은 독립적으로 알킬기 또는 아릴기이고, x는 1, 2, 3 또는 4이다. 유기 하이드라진의 예는 메틸하이드라진 ((CH3)N2H3), 디메틸하이드라진 ((CH3)2N2H2), 에틸하이드라진 ((CH3CH2)N2H3), 디에틸하이드라진 ((CH3CH2)2N2H2), 3차부틸하이드라진 (((CH3)3C)N2H3), 디-3차부틸하이드라진 (((CH3)3C)2N2H2), 이의 라디칼, 이의 플라즈마, 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한다.
예시적인 텅스텐 전구체는 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6) 및 텅스텐 카르보닐 (W(CO)6)로부터 선택될 수 있다. 티타늄-함유 전구체는, 예를 들어, 다른 전구체 중에서도, 티타늄 테트라클로라이드 (TiCl4), 테트라키스(디에틸아미도) 티타늄 (TDEAT) (Ti(Net2)4), 테트라키스 (에틸메틸아미도) 티타늄 (TEMAT) (Ti(N(Et)(Me))4), 및 테트라키스(디메틸아미도) 티타늄 (TDMAT) (Ti(NMe2)4)의 군으로부터 선택될 수 있다.
적합한 환원 가스는 통상의 환원제, 예를 들어, 수소(예, H2 또는 원자-H), 암모니아 (NH3), 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 트리실란 (Si3H8), 테트라실란 (Si4H10), 디메틸실란 (SiC2H8), 메틸 실란 (SiCH6), 에틸실란 (SiC2H8), 클로로실란 (ClSiH3), 디클로로실란 (Cl2SiH2), 헥사클로로디실란 (Si2Cl6), 보란 (BH3), 디보란 (B2H6), 트리보란, 테트라보란, 펜타보란, 알킬보란, 예컨대, 트리에틸보란 (Et3B), 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함할 수 있다.
한 가지 예에서, 전도성 물질은 단계 1240에서 증착 공정 동안 공정 챔버(600)내에서 기판(121)에 증착될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 기판(121)은 CVD 공정 동안 전도성 물질 전구체, 예컨대, 텅스텐 전구체 또는 티타늄-함유 전구체 및 질소 전구체를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 전구체는 일반적으로 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)로부터 내부 챔버(101)로 제공된다.
한 가지 구체예에서, 전구체는 단계 1240에서 공정 챔버(600)내로 도입되거나, 유입 채널(156)에 의해서 기판(121)에 동시에, 예컨대, 통상의 CVD 공정 동안 또는 연속적으로, 예컨대, ALD 공정 동안 노출될 수 있다. ALD 공정은 기판(121)을 둘 이상의 증착 가스에 노출시켜서, 기판이 첫 번째 전구체, 예컨대, 텅스텐 함유 전구체 또는 티타늄-함유 전구체, 및 두 번째 전구체, 예컨대, 질소 함유 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 하나의 유입 채널(156)이 도시되고 있지만, 첫 번째 및 두 번째 전구체가 별도의 가스 라인으로 공정 챔버(600)에 제공되는 것이 고려된다. 온도가 각각의 가스 라인에 대해서 조절될 수 있다.
변형(예, UV 방사선 공급원을 통합)될 수 있는 CVD 및 ALD 공정 및 장치, 및 전도성 물질을 증착시키는데 유용할 수 있는 화학 전구체에 대한 설명이 2004년 11월 2일자 허여되고 발명의 명칭이 "촉매 향상에 의한 얇은 필름을 성장시키는 방법(METHOD FOR GROWING THIN FILMS BY CATALYTIC ENHANCEMENT)"인 공동 양도된 미극특허 제6,811,814호, 2003년 9월 16일자 허여되고 발명의 명칭이 "반도체 공정을 위한 공급원 시약으로서의 구리 II B-디케토네이트의 질소 유사체(NITROGEN ANALOGS OF COPPER II B-DIKETONATES AS SOURCE REAGENTS FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING)"인 미국특허 제6,620,956호, 2004년 5월 25일자 허여되고 발명의 명칭이 "PVD, CVD 또는 ALD에 의한 신규의 스퍼터 증착을 이용한 배리어의 형성방법(FORMATION USING NOVEL SPUTTER DEPOSITION METHOD WITH PVD, CVD, OR ALD)"인 미국특허 제6,740,585호, 2004년 1월 15일자 공개되고 발명의 명칭이 "구리 필름의 증착방법(DEPOSITION OF COPPER FILMS)"인 미국특허 출원공보 제2004-0009665호, 2005년 10월 6일자 공개되고 발명의 명칭이 "구리 필름 증착을 위한 희금속층 형성방법(NOBLE METAL LAYER FORMATION FOR COPPER FILM DEPOSITION)"인 미국특허 출원공보 제2005-0220998호, 2004년 6월 3일자 공개되고 발명의 명칭이 "구리 필름 증착을 위한 루테늄 층 형성방법(RUTHENIUM LAYER FORMATION FOR COPPER FILM DEPOSITION)인 미국특허 출원공보 제2004-0105934호, 2004년 12월 12일자 공개되고 발명의 명칭이 "구리 필름 증착을 위한 루테늄 층 형성방법(RUTHENIUM LAYER FORMATION FOR COPPER FILM DEPOSITION)"인 미국특허 출원공보 제2004-0241321호에 추가로 개시되어 있으며, 본원에서는 상기특허 및 특허출원의 전체를 참조로서 통합한다.
첫 번째 전구체로서, 예를 들어, 텅스텐 전구체 및 질소 전구체가 공정 챔버에서 혼합되고, 텅스텐-함유 물질, 예컨대, 텅스텐 니트라이드 물질이 기판 표면상에 형성된다. 증착된 텅스텐 니트라이드 물질은 양호한 필름 성질, 예컨대, 반사지수 및 습식 에칭율을 나타낸다. 한 가지 구체예에서, 텅스텐 니트라이드 물질은 약 10 Å/min 내지 약 500 Å/min 범위내의 속도로 증착될 수 있으며, 약 10Å 내지 약 1,000Å 범위내의 두께로 증착될 수 있다.
캐리어 가스가 단계 1240 동안 제공되어 텅스텐 전구체 및 질소 전구체의 부분압을 조절할 수 있다. 단일 웨이퍼 공정 챔버의 전체 내압은 약 100 mTorr 내지 약 740 Torr, 바람직하게는, 약 250 mTorr 내지 약 100 Torr, 더욱 바람직하게는, 약 500 mTorr 내지 약 50 Torr 범위내의 압력일 수 있다. 한 가지 예에서, 공정 챔버의 내압은 약 10 Torr 이하, 바람직하게는 약 5 Torr 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 Torr 이하의 압력으로 유지된다. 일부 구체예에서, 캐리어 가스가 제공되어 질소 전구체 또는 텅스텐 전구체의 부분압을 배치 공정 시스템을 위한 약 100mTorr 내지약 1 Torr 범위내로 조절할 수 있다. 적합한 캐리어 가스의 예는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 포밍 가스 또는 이의 조합물을 포함한다.
기판, 텅스텐 전구체, 및/또는 질소 전구체가 단계 1240에서의 증착 공정 동안 광 여기에 의해서 생성된 에너지 빔 또는 에너지 플럭스에 노출될 수 있다. 에너지 빔의 사용은 유리하게는 증착 속도를 증가시키고, 텅스텐 니트라이드 물질내의 원자의 표면 확산 또는 이동성을 개선시켜서 유입되는 반응성 화학종에 대한 활성 부위를 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 빔은 약 3.0 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 에너지이다. 또한, 에너지 빔은 약 126nm 내지 약 450nm 범위내의 파장을 지닐 수 있다.
한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 텅스텐 전구체 또는 질소 전구체중 하나 이상의 여기 에너지를 공급한다. 높은 증착율 및 낮은 증착 온도는 최소의 수반된 부반응이 있으면서 조율 가능한 성질을 지닌 필름을 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 4.5 eV 내지 약 9.84 eV 범위 내의 광자 에너지를 지닐 수 있다. 기판 표면 및 공정 가스가 또한 램프(790)에 의해서 여기될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 전도성 물질(단계 1240에서 형성됨)을 함유하는 기판이 단계 1250 동안 증착 후 처리 공정에 노출된다. 증착 후 처리 공정은 증착 후의 기판 표면 에너지를 증가시키고, 유리하게는 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거(예컨대, 수소 함량을 감소시킴으로써)하고/거나 증착된 필름을 어닐링한다. 증착된 물질로부터 수소 농도를 낮추면 유리하게는 필름의 인장응력이 증가된다. 하나 이상의 램프(예, 램프(790))이 대안적으로 사용되어 에너지 전달 가스에 에너지를 가할 수 있고, 이러한 에너지 전달 가스는 기판에 노출되어 증착 후의 기판의 표면 에너지를 증가시키고 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거한다.
임의적으로, 단계 1250에서, 에너지 전달 가스가 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공될 수 있다. 적합한 에너지 전달 가스의 예는 질소, 수소, 헬륨, 아르곤, 및 이의 조합물을 포함한다. 기판(121)이 단계 1250 동안 에너지 빔 또는 에너지 플럭스로 처리되는 예가 제공된다. 한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 단계 1250 동안 기판(121)의 표면 에너지를 공급한다. 전도성 물질을 어닐링하는 또 다른 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 3.53 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다. 또한, 램프(790)는 약 126nm 내지 약 351nm 범위내의 파장을 지니는 에너지 빔을 제공할 수 있다. 일반적으로, 램프(790)는 약 1 분 내지 약 10분 범위의 시간 동안 에너지를 가하여 광 여기에 의한 증착 후 처리를 촉진시킬 수 있다.
한 가지 예에서, 휘발 화합물 또는 오염물이 약 3.2 eV 내지 약 4.5 eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 램프(790)에 의해서 생성된 에너지 빔을 기판에 노출시켜 공정 챔버(600)내의 텅스텐 전구체 또는 티타늄 전구체 및 질소 전구체를 해리시킴으로써 증착된 필름 표면으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 엑시머(excimer) 램프, 예컨대, XeBr* (283 nm/4.41 eV), Br2* (289 nm/4.29 eV), XeCl* (308 nm/4.03 eV), I2* (342 nm/3.63 eV), XeF* (351 nm/3.53 eV)가 선택되어 TiN 또는 WN 네트워크로부터 수소를 제거할 수 있다. 기판의 회전 속도는 앞선 증착 단계에 비해서 단계 1250에서 회전 속도를 증가시킴으로써 변화될 수 있다는 것이 고려된다.
또 다른 구체예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)로부터 제거될 수 있으며, 공정 챔버(600)는 이어서 단계 1260 동안의 챔버 세정 공정에 노출될 수 있다. 공정 챔버는 광 여기된 세정제를 사용함으로써 세정될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 세정제는 불소를 포함한다.
공정 챔버(600)는 챔버 세정 공정 동안 세정되어 증착 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버 세정 공정은 공정 챔버(600)의 표면에 함유된 오염물 또는 창(793)에 함유된 오염물을 제거하여 창(793)을 통해서 이동하는 에너지 빔 또는 플럭스의 전송 손실을 최소화하고 가스 및 표면에 전달되는 에너지를 최대화하는데 이용될 수 있다. 창(793)은 공정 챔버(600) 보다 더 자주 세정될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(600)는 일정한 수의 기판을 가공한 후에 세정될 수 있지만, 창(793)은 각각의 기판 가공 후에 세정된다. 적합한 세정제는, 예를 들어, H2, HX (여기서, X=F, Cl, Br, 또는 I), NX3 (여기서, X=F 또는 Cl), 할로겐간 화합물, 예컨대, XFn (여기서, X=Cl, Br, I 및 n = 1, 3, 5, 7) 및 이의 할로겐화된 할로겐간 화합물 및 불활성 가스 할라이드, 예컨대, XeF2, XeF4, XeF6, 및 KrF2를 포함한다.
단계 1240 동안 증착된 전도성 물질의 원소 조성은 화학 전구체, 즉, 금속 전구체 및 질소 전구체의 농도 또는 유속을 조절함으로써 미리 결정될 수 있다. 필름 성질은 전도성 물질내의 금속 전구체 및 질소 전구체의 상대적인 농도를 조절함으로써 특정의 적용을 위해서 조절될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 금속 전구체의 원소 조성은 증착 공정 동안 또는 그에 이어서 UV 에너지의 범위를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 필름 성질은 습식 에칭율, 건식 에칭율, 응력, 유전상수, 등을 포한한다.
본원에 기재된 공정 1200을 이용함으로써 증착된 전도성 물질이 몇가지 물리적인 성질로 인해서 전자 부품/장치 전체에 걸쳐서 사용될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 전도성 물질은 공정 1200 동안 기판상에 층으로 증착되어 전자 부품, 예컨대, 집적회로(도 14)를 형성시킬 수 있다.
전도성 층 및 물질을 형성시키는데 사용될 수 있는 장치 및 공정이 공동 양도된 2003년 5월 22일자 출원되고 US 제2005-0220998호로 공개된 미국특허출원 일련번호 제10/443,648호, 2003년 8월 4일자 출원되고 US 2004-0105934호로서 공개된 미국특허출원 일련번호 제10/634,662호, 2004년 3월 26일자 출원되고 US 2004-0241321호로서 공개된 미국특허출원 일련번호 제10/811,230호, 2005년 9월 6일자 출원된 미국특허출원 일련번호 제60/714580호, 및 공동 양도된 미국특허 제6,936,538호, 제6,620,723호, 제6,551,929호, 제6,855,368호, 제6,797,340호, 제6,951,804호, 제6,939,801호, 제6,972,267호, 제6,596,643호, 제6,849,545호, 제6,607,976호, 제6,702,027호, 제6,916,398호, 제6,878,206호, 및 제6,936,906호에 추가로 개시되어 있으며, 본원에서는 상기 특허출원 및 특허의 전체를 참조로 통합한다.
시드 물질
도 12는 본원의 구체예에 의해서 기재된 바와 같은 시드 물질을 증착하는 공정 1300의 흐름도를 도시하고 있다. 기판은 공정챔버에 정위(단계 1310)되고, 임의로 전처리 공정에 노출(단계 1320)되고, 소정의 온도로 가열(단계 1330)될 수 있다. 이어서, 시드 물질이 기판상에 증착(단계 1340)될 수 있다. 기판은 임으로 증착 후 처리 공정(단계 1350)에 노출될 수 있으며, 공정 챔버는 임의로 챔버 세정 공정(단계 1360)에 노출될 수 있다.
기판은 단계 1310 동안 공정 챔버내에 정위될 수 있다. 공정 챔버는 단일 웨이퍼 챔버 또는 다수 웨이퍼 또는 기판(예, 25, 50, 100, 또는 그 이상)을 함유하는 배치 챔버일 수 있다. 기판은 고정된 위치에 유지될 수 있지만, 바람직하게는 지지 페데스탈에 의해서 회전한다. 임의로, 기판은 공정(1300)의 하나 이상의 공정 단계 동안 색인될 수 있다.
도 7에 도시된 공정 챔버(600)가 공정(1300) 동안 사용되어 본원에 예로 기재된 바와 같은 기판상에 시드 물질을 증착시킬 수 있다. 한 가지 예로, 기판(121)은 공정 챔버(600)내의 기판 지지 페데스탈상에서 약 120rpm(분당 회전수)까지의 속도로 회전할 수 있다. 대안적으로, 기판(121)은 증착 공정 동안 기판 지지 페데스탈상에 정위되고 회전하지 않을 수 있다.
한 가지 구체예에서, 기판(121)은 임으로 단계 1320 동안 하나 이상의 전처리 공정에 노출될 수 있다. 기판 표면은 전처리 공정 동안 제거되는 본래의 옥사이드를 함유할 수 있다. 기판(121)은 단계 1340 동안 시드 물질을 증착시키기 전에 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성되는 에너지 빔으로 전처리되어 기판 표면으로부터 본래의 옥사이드가 제거될 수 있다. 공정 가스가 전처리 공정 동안 기판에 노출될 수 있다. 공정 가스는 아르곤, 질소, 헬륨, 수소, 포밍 가스(forming gas) 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 전처리 공정은 약 2 분 내지 약 10분 범위 내의 시간 동안 지속되어 광 여기 공정 동안의 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 또한, 기판(121)은 단계 1320 동안 약 100℃ 내지 약 800℃, 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 600℃, 더욱 더 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 가열되어 공정 1300동안의 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다.
기판(121)이 단계 1320 동안 램프(792)에 의해서 생성된 에너지 빔에 노출될 수 있는 예가 제공된다. 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV, 예를 들어, 약 3.0eV 내지 약 9.84eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 제공한다. 또 다른 예에서, 램프(792)는 약 123nm 내지 약 500nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선의 에너지 빔을 제공한다. 램프(792)는 옥사이드를 제거하기에 충분한 시간 동안 에너지를 제공할 수 있다. 한 가지 구체예에서, 램프(792)는 약 2분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 에너지를 제공하여 광 여기 공정 동안 본래의 옥사이드 제거를 촉진시킬 수 있다. 한 가지 예에서, 기판(121)은 약 100℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 단계 1320 동안 가열될 수 있다. 또 다른 예에서, 기판(121)은 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내의 온도로 단계 1320 동안 가열될 수 있으면서, 램프(792)는 약 2eV 내지 약 10eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 에너지 빔을 약 2분 내지 약 5분 범위내의 시간 동안 제공하여 본래의 옥사이드 제거를 촉진한다. 한 가지 예로, 에너지 빔은 약 3분 동안 약 3.2eV 내지 약 4.5eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1320에서 전처리 공정 동안 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 에너지 전달 가스는 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 아르곤 브로마이드, 아르곤 클로라이드, 크립톤 브로마이드, 크립톤 클로라이드, 크립톤 플루오라이드, 제논 플루오라이드(예, XeF2), 제논 클로라이드, 제논 브로마이드, 불소, 염소, 브롬, 이의 엑시머(excimer), 이의 라디칼, 이의 유도체 또는 이의 조합물일 수 있다. 일부 구체예에서, 공정 가스는 또한 적어도 하나의 에너지 전달 가스 외에 질소 가스(N2), 수소 가스(H2), 포밍 가스(예, N2/H2 또는 Ar/H2)를 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 단계 1320 동안 공정 가스를 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공함으로써 에너지 전달 가스를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 에너지 전달 가스는 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)으로부터 제공될 수 있다. 기판(121)에 비한 램프(792)에 대한 공정 가스의 근접은 에너지 전달 가스를 용이하게 여기시킨다. 에너지 전달 가스는 탈-여기(de-excitation)되고 기판에 가깝게 이동함에 따라서, 에너지가 기판(121)의 표면에 충분히 전달되어 본래의 옥사이드의 제거를 촉진시킨다.
또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드 제거는 단계 1320에서 전처리 공정 동안 유기 증기를 함유하는 공정 가스의 존재하의 광 여기 공정에 의해서 증가될 수 있다. 한 가지 예로, 기판은 시클릭 방향족 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 시클릭 방향족 탄화수소는 UV 방사선의 존재하에 있을 수 있다. 전처리 공정 동안 유용한 모노시클릭 방향족 탄화수소 및 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 퀴논, 히드록시퀴논(하이드로퀴논), 안트라센, 나프탈렌, 페난트라센, 이의 유도체 또는 이의 조합물을 포함한다. 또 다른 예에서, 기판은 다른 탄화수소, 예컨대, 에틸렌, 아세틸렌(에틴), 프로필렌, 알킬 유도체, 할로겐화된 유도체, 또는 이의 조합물을 포함한 불포화 탄화수소를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 또 다른 예에서, 유기 증기는 단계 1320에서의 전처리 공정 동안 알칸 화합물을 함유할 수 있다.
한 가지 예에서, 약 126nm 내지 약 351nm 범위내의 파장을 지니는 UV 방사선이 단계 1320 동안 램프에 의해서 생성될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 폴리시클릭 방향족 탄화수소는 본래의 옥사이드내의 산소원자와 반응함으로써 UV 방사선의 존재하에 본래의 옥사이드를 제거할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 본래의 옥사이드는 기판을 퀴논 또는 히드록시퀴논에 노출시킴으로써 유도체 생성물이 형성되면서 제거될 수 있다. 유도체 생성물은 진공 펌프 공정에 의해서 공정 챔버로부터 제거될 수 있다.
단계 1330에서, 기판(121)은 전처리 공정 동안 또는 그러한 공정에 이어서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 기판(121)은 단계 1340에서 시드 물질을 증착시키기 전에 가열된다. 기판은 기판 지지체내의 내장형 가열 엘리먼트, 에너지 빔(예, UV-광원), 또는 이의 조합에 의해서 가열될 수 있다. 일반적으로, 기판은 소정의 온도를 얻기에 충분한 시간 동안, 예컨대, 약 15초 내지 약 30분, 바람직하게는 약 30초 내지 약 20분, 더욱 바람직하게는 약 1 분 내지 약 10분 범위내의 시간 동안 가열된다. 한 가지 구체예에서, 기판은 약 200℃ 내지 1,000℃, 바람직하게는 약 400℃ 내지 약 850℃, 더욱 바람직하게는 약 550℃ 내지 약 800℃ 범위내의 온도로 가열될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 기판은 약 550℃ 미만, 바람직하게는 약 450℃ 미만의 온도로 가열될 수 있다.
한 가지 예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)내에서 소정의 온도로 가열될 수 있다. 소정의 온도는 약 300℃ 내지 약 500℃ 범위내일 수 있다. 기판(121)은 가열 엘리먼트, 예를 들어, 히터 블록(211)에 파워 공급원으로부터의 파워를 가함으로써 가열될 수 있다.
한 가지 구체예에서, 시드 물질이 단계 1340에서 증착 공정 동안 기판상에 증착된다. 시드 물질은 기판을 증착 공정 동안 하나 이상의 증착 가스에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 한 가지 예에서, 증착 공정은 첫 번째 전구체 및 두 번째 전구체 또는 첫 번째 전구체와 두 번째 전구체 둘 모두를 함유하는 전구체를 함유할 수 있는 증착 가스를 지닌 CVD 공정이다. 대안적으로, 증착 공정은 둘 이상의 증착 가스를 지니는 ALD 공정이어서, 기판이 첫 번째 전구체 및 두 번째 전구체에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 증착 공정은 열적 공정, 라디칼 공정, 또는 이의 조합일 수 있다. 예를 들어, 기판은 직접적인 광 여기 시스템에 의해서 생성된 에너지 빔의 존재하에서 공정 가스에 노출될 수 있다.
시드 물질은 하나 이상의 금속, 예컨대, 루테늄, 이리듐, 텅스텐, 탄탈, 백금, 구리 또는 이의 조합물을 함유한다. 시드 물질은 또한 탄탈-함유 물질, 예컨대, 탄탈 니트라이드(TaN)을 포함하는 조성물을 지닐 수 있다.
단계 1340에서 시드층을 형성시키기에 적합한 루테늄 함유 전구체의 예는 하나 이상의 개방 사슬 디에닐 리간드를 함유하는 루테노센 화합물 및 루테늄 화합물을 포함할 수 있다. 루테노센 화합물은 하나 이상의 시클로펜틸 리간드, 예컨대, x는 0 내지 5이고 R은 독립적으로 수소 또는 알킬기인 RxC5H5-x를 포함하며, 비스(시클로펜타디에닐)루테늄 화합물, 비스(알킬시클로펜타디에닐)루테늄 화합물, 비스(디알킬시클로펜타디에닐)루테늄 화합물 및 이의 유도체를 포함하며, 여기서, 알킬기는 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이다. 비스(시클로펜타디에닐)루테늄 화합물은 화학식(RxC5H5-x)2Ru를 지니며, 여기서, x는 0 내지 5이고, R은 독립적으로, 수소 또는 알킬, 예컨대, 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이다.
하나 이상의 개방 사슬 디에닐 리간드를 함유하는 루테늄 화합물은 리간드, 예컨대, CH2CRCHCRCH2를 함유하며, 여기서, R은 독립적으로 알킬기 또는 수소이다. 일부 예에서, 루테늄-함유 전구체는 두개의 개방-사슬 디에닐 리간드, 예컨대, 펜타디에닐 또는 헵타디에닐을 지닐 수 있으며, 비스(펜타디에닐)루테늄 화합물, 비스(알킬펜타디에닐)루테늄 화합물 및 비스(디알킬펜타디에닐)루테늄 화합물을 포함한다. 비스(펜타디에닐)루테늄) 화합물은 화학식(CH2CRCHCRCH2)2Ru를 지니며, 여기서, R은 독립적으로 알킬기 또는 수소이다. 일반적으로, R은 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸이다. 또한, 루테늄-함유 전구체는 하나의 개방-사슬 디에닐 리간드 및 시클로펜타디에닐 리간드 둘 모두를 지닐 수 있다.
따라서, 본원에서 기재된 증착 공정 동안 유용한 루테늄-함유 전구체의 예는 비스(시클로펜타디에닐)루테늄 (Cp2Ru), 비스(메틸시클로펜타디에닐)루테늄, 비스(에틸시클로펜타디에닐)루테늄, 비스(펜타메틸시클로펜타디에닐)루테늄, 비스(2,4-디메틸펜타디에닐)루테늄, 비스(2,4-디에틸펜타디에닐)루테늄, 비스(2,4-디이소프로필펜타디에닐)루테늄, 비스(2,4-디-3차-부틸펜타디에닐)루테늄, 비스(메틸펜타디에닐)루테늄, 비스(에틸펜타디에닐)루테늄, 비스(이소프로필펜타디에닐)루테늄, 비스(3차-부틸펜타디에닐)루테늄, 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함한다. 일부 구체예에서, 그 밖의 루테늄-함유 화합물은 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)루테늄, 디카르보닐 펜타디에닐 루테늄, 루테늄 아세틸 아세토네이트, (2,4-디메틸펜타디에닐)루테늄(시클로펜타디에닐), 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)루테늄(1,5-시클로옥타디엔), (2,4-디메틸펜타디에닐)루테늄(메틸시클로펜타디에닐), (1,5-시클로옥타디엔)루테늄(시클로펜타디에닐), (1,5-시클로옥타디엔)루테늄(메틸시클로펜타디에닐), (1,5-시클로옥타디엔)루테늄(에틸시클로펜타디에닐), (2,4-디메틸펜타디에닐)루테늄(에틸시클로펜타디에닐), (2,4-디메틸펜타디에닐)루테늄(이소프로필시클로펜타디에닐), 비스(N,N-디메틸 1,3-테트라메틸 디이미네이토)루테늄(1,5-시클로옥타디엔), 비스(N,N-디메틸 1,3-디메틸 디이미네이토)루테늄(1,5-시클로옥타디엔), 비스(알릴)루테늄(1,5-시클로옥타디엔), (η6-C6H6)루테늄(1,3-시클로헥사디엔), 비스(1,1-디메틸-2-아미노에톡실레이토)루테늄(1,5-시클로옥타디엔), 비스(1,1-디메틸-2-아미노에틸아미네이토)루테늄(1,5-시클로옥타디엔), 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함한다.
그 밖의 귀금속-함유 화합물이 루테늄-함유 전구체 대체물로서 사용되어 이들 각각의 귀금속층을 증착시킬 수 있으며, 예를 들어 그러한 화합물은 팔라듐, 백금, 코발트, 니켈 및 로듐을 함유하는 전구체이다. 팔라듐-함유 전구체에는, 예를 들어, 비스(알릴)팔라듐, 비스(2-메틸알릴)팔라듐, 및 (시클로펜타디에닐)(알릴)팔라듐, 이의 유도체 및 이의 조합물이 포함된다. 적합한 백금-함유 전구체는 디메틸(시클로옥타디엔)백금, 트리메틸(시클로펜타디에닐)백금, 트리메틸(메틸시클로펜타디에닐)백금, 시클로펜타디에닐(알릴)백금, 메틸(카르보닐)시클로펜타디에닐백금, 트리메틸(아세틸아세토네이토)백금, 비스(아세틸아세토네이토)백금, 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함한다. 적합한-코발트-함유 전구체는 비스(시클로펜타디에닐)코발트, (시클로펜타디에닐)(시클로헥사디에닐)코발트, 시클로펜타디에닐(1,3-헥사디에닐)코발트, (시클로부타디에닐)(시클로펜타디에닐)코발트, 비스(메틸시클로펜타디에닐)코발트, (시클로펜타디에닐)(5-메틸시클로펜타디에닐)코발트, 비스(에틸렌) (펜타메틸시클로펜타디에닐)코발트, 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함한다. 적합한 니켈-함유 전구체는 비스(메틸시클로펜타디에닐) 니켈을 포함하며 적합한 로듐-함유 전구체는 비스(카르보닐)(시클로펜타디에닐)로듐, 비스(카르보닐)(에틸시클로펜타디에닐)로듐, 비스(카르보닐)(메틸시클로펜타디에닐)로듐, 비스(프로필렌)로듐, 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함한다.
적합한 환원 가스는 통상의 환원제, 예를 들어, 수소(예, H2 또는 원자-H), 암모니아 (NH3), 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 트리실란 (Si3H8), 테트라실란 (Si4H10), 디메틸실란 (SiC2H8), 메틸 실란 (SiCH6), 에틸실란 (SiC2H8), 클로로실란 (ClSiH3), 디클로로실란 (Cl2SiH2), 헥사클로로디실란 (Si2Cl6), 보란 (BH3), 디보란 (B2H6), 트리보란, 테트라보란, 펜타보란, 알킬보란, 예컨대, 트리에틸보란 (Et3B), 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함할 수 있다.
또한, 환원 가스는 환원제로 사용된 산소-함유 가스, 예컨대, 산소(예, O2), 니트로스 옥사이드(N2O), 니트릭 옥사이드 (NO), 니트로겐 디옥사이드(NO2), 이의 유도체 및 이의 조합물을 포함할 수 있다. 또한, 통상의 환원제가 산소-함유 환원제와 조합되어 환원 가스를 형성시킬 수 있다. 본 발명의 구체예에 사용되는 산소-함유 가스가 화학분야에서 산화제로 통상적으로 사용된다. 그러나, 귀금속(예 Ru)을 함유하는 유기 금속 화합물상의 리간드가 귀금속 보다 더 산소-함유 환원제에 일반적으로 더 민감하다. 따라서, 리간드가 금속 센터로부터 일반적으로 산화되면서, 금속 이온이 산화되어 원소성 금속을 형성한다. 한 가지 예에서, 환원 가스는 환원제로서 공기 함유 주변 산소이다. 공기는 시이브(sieve)상에서 건조되어 주변의 물을 환원시킬 수 있다.
적합한 텅스텐-함유 화합물은 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6), 텅스텐 헥사클로라이드 (WCl6), 텅스텐 헥사카르보닐 (W(CO)6), 비스(시클로펜타디에닐)텅스텐 디클로라이드 (Cp2WCl2) 및 메시틸렌 텅스텐 트리카르보닐 (C9H12W(CO)3) 뿐만 아니라 이의 유도체를 포함한다. 적합한 환원 화합물은 실란 화합물 보란 화합물 및 수소를 포함하낟. 실란 화합물은 실란, 디실란, 트리실란, 테트라실란, 클로로실란, 디클로로실란, 테트라클로로실란, 헥사클로로디실란, 메틸실란 및 그 밖의 알킬실란 및 이의 유도체를 포함하며, 보란 화합물은 보란, 디보란, 트리보란, 테트라보란, 펜타보란, 트리에틸보란 및 그 밖의 알킬보란 및 이의 유도체를 포함한다. 바람직한 환원 화합물 및 흡수성(soak) 화합물은 실란, 디실란, 디보란, 수소 및 이의 조합물을 포함한다.
한 가지 예에서, 시드 층은 단계 1340에서 증착 공정 동안 공정 챔버(600)내에서 기판(121)에 증착될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 기판(121)은 CVD 공정 동안 시드층 전구체, 예컨대, Cp2Ru 및 시약, 예컨대, B2H6를 함유하는 공정 가스에 노출될 수 있다. 전구체는 일반적으로 흐름 조절 링을 통해서 가스 판넬로부터 챔버 보디(651)의 내부 공간으로 제공된다. 전구체는 일반적으로 페이스플레이트(152)를 통해서 가스 공급원(159)로부터 내부 챔버(101)로 제공된다.
한 가지 구체예에서, 전구체는 단계 1340에서 공정 챔버(600)내로 도입되거나, 유입 채널(156)에 의해서 기판(121)에 동시에, 예컨대, 통상의 CVD 공정 동안 또는 연속적으로, 예컨대, ALD 공정 동안 노출될 수 있다. ALD 공정은 기판(121)을 둘 이상의 증착 가스에 노출시켜서, 기판이 첫 번째 전구체, 예컨대, Cp2Ru 및 두 번째 전구체, 예컨대, B2H6에 연속적으로 노출되게 할 수 있다. 하나의 유입 채널(156)이 도시되고 있지만, 첫 번째 및 두 번째 전구체가 별도의 가스 라인으로 공정 챔버(600)에 제공되는 것이 고려된다. 온도가 각각의 가스 라인에 대해서 조절될 수 있다.
변형(예, UV 방사선 공급원을 통합)될 수 있는 CVD 및 ALD 공정 및 장치, 및 시드 물질을 증착시키는데 유용할 수 있는 화학 전구체에 대한 설명이 2006년 6월 15일자 공개되고 발명의 명칭이 "텅스텐 필름 증착을 위한 기층으로서의 루테늄(RUTHENIUM AS AN UNDERLAYER FOR 텅스텐 FILM DEPOSITION)"인 공동 양도된 미국특허출원 공보 제2006-0128150호에 추가로 상세히 개시되어 있으며, 본원에서는 상기 출원의 전체를 참조로 통합한다.
첫 번째 전구체로서, 예를 들어, 루테늄 함유 전구체, 예컨대, Cp2Ru 및 환원제, 예컨대, B2H6가 공정 챔버에서 조합되며, 루테늄이 기판 표면상에서 형성된다.
캐리어 가스가 단계 1340 동안 제공되어 첫 번째 전구체 및 두 번째 전구체의 부분압을 조절할 수 있다. 단일 웨이퍼 공정 챔버의 전체 내압은 약 100 mTorr 내지 약 740 Torr, 바람직하게는, 약 250 mTorr 내지 약 100 Torr, 더욱 바람직하게는, 약 500 mTorr 내지 약 50 Torr 범위내의 압력일 수 있다. 한 가지 예에서, 공정 챔버의 내압은 약 10 Torr 이하, 바람직하게는 약 5 Torr 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 Torr 이하의 압력으로 유지된다. 일부 구체예에서, 캐리어 가스가 제공되어 첫 번째 전구체 또는 두 번째 전구체의 부분압을 배치 공정 시스템을 위한 약 100mTorr 내지약 1 Torr 범위내로 조절할 수 있다. 적합한 캐리어 가스의 예는 질소, 수소, 아르곤, 헬륨, 포밍 가스 또는 이의 조합물을 포함한다.
기판, 첫 번째 전구체, 및/또는 두 번째 전구체가 단계 1340에서의 증착 공정 동안 광 여기에 의해서 생성된 에너지 빔 또는 에너지 플럭스에 노출될 수 있다. 에너지 빔의 사용은 유리하게는 증착 속도를 증가시키고, 루테늄 물질내의 원자의 표면 확산 또는 이동성을 개선시켜서 유입되는 반응성 화학종에 대한 활성 부위를 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 빔은 약 3.0 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 에너지이다. 또한, 에너지 빔은 약 126nm 내지 약 450nm 범위내의 파장을 지닐 수 있다.
한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 전구체들중 하나 이상의 여기 에너지를 공급한다. 높은 증착율 및 낮은 증착 온도는 최소의 수반된 부반응이 있으면서 조율 가능한 성질을 지닌 시드층을 생성시킨다. 한 가지 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 4.5 eV 내지 약 9.84 eV 범위 내의 광자 에너지를 지닐 수 있다. 기판 표면 및 공정 가스가 또한 램프(790)에 의해서 여기될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 시드층(단계 1340에서 형성됨)을 함유하는 기판이 단계 1350 동안 증착 후 처리 공정에 노출된다. 증착 후 처리 공정은 증착 후의 기판 표면 에너지를 증가시키고, 유리하게는 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거(예컨대, 수소 함량을 감소시킴으로써)하고/거나 증착된 필름을 어닐링한다. 증착된 물질로부터 수소 농도를 낮추면 유리하게는 필름의 인장응력이 증가된다. 하나 이상의 램프(예, 램프(790))가 대안적으로 사용되어 에너지 전달 가스에 에너지를 가할 수 있고, 이러한 에너지 전달 가스는 기판에 노출되어 증착 후의 기판의 표면 에너지를 증가시키고 휘발물 및/또는 그 밖의 필름 오염물을 제거한다.
임의적으로, 단계 1350에서, 에너지 전달 가스가 공정 챔버(600)의 내부 챔버(101)에 제공될 수 있다. 적합한 에너지 전달 가스의 예는 질소, 수소, 헬륨, 아르곤, 및 이의 조합물을 포함한다. 기판(121)이 단계 1350 동안 에너지 빔 또는 에너지 플럭스로 처리되는 예가 제공된다. 한 가지 예에서, 램프(792)는 에너지 빔을 제공하여 단계 1350 동안 기판(121)의 표면 에너지를 공급한다. 시드 물질을 어닐링하는 또 다른 구체예에서, 에너지 빔 또는 플럭스는 약 3.53 eV 내지 약 9.84 eV 범위내의 광자 에너지를 지닌다. 또한, 램프(790)는 약 126nm 내지 약 351nm 범위내의 파장을 지니는 에너지 빔을 제공할 수 있다. 일반적으로, 램프(790)는 약 1 분 내지 약 10분 범위의 시간 동안 에너지를 가하여 광 여기에 의한 증착 후 처리를 촉진시킬 수 있다.
한 가지 예에서, 휘발 화합물 또는 오염물이 약 3.2 eV 내지 약 4.5 eV 범위내의 광자 에너지를 지니는 램프(790)에 의해서 생성된 에너지 빔을 기판에 노출시켜 공정 챔버(600)내의 텅스텐 전구체 또는 티타늄 전구체 및 질소 전구체를 해리시킴으로써 증착된 필름 표면으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 엑시머(excimer) 램프, 예컨대, XeBr* (283 nm/4.41 eV), Br2* (289 nm/4.29 eV), XeCl* (308 nm/4.03 eV), I2* (342 nm/3.63 eV), XeF* (351 nm/3.53 eV)가 선택되어 시드층으로부터 수소를 제거할 수 있다. 기판의 회전 속도는 앞선 증착 단계에 비해서 단계 1350에서 회전 속도를 증가시킴으로써 변화될 수 있다는 것이 고려된다.
또 다른 구체예에서, 기판(121)은 공정 챔버(600)로부터 제거될 수 있으며, 공정 챔버(600)는 이어서 단계 1360 동안의 챔버 세정 공정에 노출될 수 있다. 공정 챔버는 광 여기된 세정제를 사용함으로써 세정될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 세정제는 불소를 포함한다.
공정 챔버(600)는 챔버 세정 공정 동안 세정되어 증착 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버 세정 공정은 공정 챔버(600)의 표면에 함유된 오염물 또는 창(793)에 함유된 오염물을 제거하여 창(793)을 통해서 이동하는 에너지 빔 또는 플럭스의 전송 손실을 최소화하고 가스 및 표면에 전달되는 에너지를 최대화하는데 이용될 수 있다. 창(793)은 공정 챔버(600) 보다 더 자주 세정될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(600)는 일정한 수의 기판을 가공한 후에 세정될 수 있지만, 창(793)은 각각의 기판 가공 후에 세정된다.
본원에 기재된 공정 1300을 이용함으로써 증착된 시드층이 몇가지 물리적인 성질로 인해서 전자 부품/장치 전체에 걸쳐서 사용될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 시드층은 공정 1300 동안 기판상에 층으로 증착되어 전자 부품, 예컨대, 집적회로(도 14)를 형성시킬 수 있다.
ALD 증착의 경우에, 반응성 가스와 함께 또는 그러한 가스 없이 UV 어닐링 처리하는 것이 상기된 공정과 함께 수행될 수 있다. 이러한 UV-어닐링 처리는 일반적으로는 30℃ 내지 1000℃ 범위의 온도에서, 123nm 내지 500nm의 UV 에너지를 사용함으로써 수행된다. 이러한 어닐링 처리는 퍼지 사이클 동안, 각각의 사이클이 완료된 후에, 간헐적인 사이클들 후에, 요구된 두께를 위한 모든 사이클이 완료된 후에, 및 공정 작동의 완료 후에 수행될 수 있다. 산소 및 오존을 사용하는 경우에, 이러한 공정은 필름내의 산소 함량을 향상시키고, 고-K 옥사이드, 니트라이드 및 옥시니트라이드의 층 사이의 화학양론을 유지시키는 것을 돕고, 탄소 및 그 밖의 불순물을 제거하고, 필름을 조밀하게 하고, 누출 전류를 감소시킨다.
도 14a 내지 도 14d는 집적회로 제조 시퀀스의 개략적인 단면도를 예시하고 있다. 도 14a는 위에 형성된 금속 접촉층(1404)과 유전층(1402)을 지니는 기판의 단면도를 예시하고 있다. 기판(1400)은 반도체 물질, 예컨대, 실리콘, 게르마늄, 또는 갈륨 아르제니드를 포함할 수 있다. 유전층(1402)은 절연 물질, 예컨대, 실리콘 디옥사이드, 실리콘 니트라이드, SOI, 실리콘 옥시니트라이드 및/또는 탄소 도핑된 실리콘 옥사이드, 예컨대, SiOxCy, 예를 들어, 미국 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 블랙 다이아몬드™(BLACK DIAMOND™) 저-k 유전체를 포함할 수 있다. 금속 접촉층(1404)은 전도성 물질, 예를 들어, 텅스텐, 구리, 알루미늄 및 이의 합금을 포함한다. 바이아(via) 또는 구멍(1403)이 유전층(1402)에 형성되어 금속 접촉층(1404)상에 개구를 제공할 수 있다. 구멍(1403)은 통상의 리소그라피(lithography) 및 에칭 기술을 이용함으로써 유전층(1402)에 형성될 수 있다.
배리어층(1406)이 유전층(1402)상에 뿐만 아니라 구멍(1403)내에 형성될 수 있다. 배리어층(1406)은 하나 이상의 배리어 물질, 예컨대, 탄탈, 탄탈 니트라이드, 탄탈 실리콘 니트라이드, 티타늄, 티타늄 니트라이드, 티타늄 실리콘 니트라이드, 텅스텐 니트라이드, 실리콘 니트라이드, 루테늄 니트라이드, 이의 유도체, 이의 합금, 및 이의 조합물을 포함할 수 있다. 배리어층(1406)은 적합한 증착 공정, 예컨대, ALD, CVD, PVD 또는 무전해 증착을 이용함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄탈 니트라이드는 탄탈-함유 화합물 또는 탄탈 전구체 (예, PDMAT) 및 질소-함유 화합물 또는 질소 전구체 (예, 암모니아)가 반응하는 CVD 공정 또는 ALD 공정을 이용함으로써 증착될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 탄탈 및/또는 탄탈 니트라이드는 2002년 10월 25일자 출원되고 공동 양도된 미국특허출원 일련번호 제10/281,079호에서 기재된 바와 같은 ALD에 의해서 배리어층(1406)으로 증착되며, 본원에서는 상기 특허출원의 전체내용을 참조로 통합한다. 한 가지 예에서, Ta/TaN 이중층이 배리어층(1406)으로 증착될 수 있으며, 여기서, 이러한 이중층은 탄탈층과 탄탈 니트라이드층이 ALD, CVD 및/또는 PVD 공정에 의해서 독립적으로 증착되는 층이다.
층(1408), 예를 들어 루테늄층이 배리어층(1406)상에 ALD, CVD 또는 PVD 공정, 바람직하게는 ALD 공정에 의해서 증착될 수 있다. 핵형성층(nucleation layer: 1410), 예를 들어, 텅스텐 핵형성층이 도 14c에 도시된 바와 같이 층(1408)상에 형성될 수 있다. 핵형성층(1410)은 통상의 증착 기술, 예컨대, ALD, CVD 또는 PVD를 이용함으로써 증착될 수 있다. 바람직하게는, 핵형성층(1410)이 ALD 공정에 의해서, 예컨대, 텅스텐-함유 전구체 및 환원제를 대안적으로 흡수시킴으로써 증착될 수 있다. 벌크층(bulk layer: 1412), 예를 들어, 텅스텐 벌크층이 핵형성층(1410)의 상부에 형성될 수 있다.
상기된 설명은 본 발명의 구체예에 관한 것이며, 본 발명의 그 밖의 및 추가의 구체예가 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 유도될 수 있고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서 결정된다.

Claims (16)

  1. 다수의 기판을 가공하는 배치 챔버(bacth chamber)로서,
    공정 영역을 포함하는 챔버 하우징(chamber housing),
    수직으로 적층된 기판의 배치를 고정하는 공정 영역내의 기판 보우트(substrate boat),
    공정 영역에 도입되는 공정 가스의 화학종을 여기시키며 챔버 하우징내에 정위되는 여기 어셈블리(excitation assembly)를 포함하며,
    여기 어셈블리가 애노드 유닛과 공정 영역에 도입된 공정 가스를 확산시키기도록 구성되는 캐소드 유닛을 포함하고, 애노드 유닛 또는 캐소드 유닛이 기판 보우트의 수직 방향을 따라 연장되는 배치 챔버.
  2. 제 1항에 있어서, 공정 영역을 포함하는 내부 챔버를 추가로 포함하며, 여기 어셈블리가 내부 챔버내에 정위되는 배치 챔버.
  3. 제 1항에 있어서, 여기 어셈블리가 공정 영역에 인접되게 정위되는 배치 챔버.
  4. 제 1항에 있어서, 공정 가스를 공정 영역에 도입하기 위한 인젝터 어셈블리를 추가로 포함하며, 여기 어셈블리가 인젝터 어셈블리내에 정위되는 배치 챔버.
  5. 제 1항에 있어서, 공정 가스를 위한 인젝터 어셈블리(injector assembly)와 배출 어셈블리를 추가로 포함하며, 여기 어셈블리가 인젝터 어셈블리와 배출 어셈블리 사이에서 공정 가스의 화학종을 여기시키도록 구성되는 배치 챔버.
  6. 제 1항에 있어서, 애노드 유닛과 캐소드 유닛이 기판 보우트의 수직 방향을 따라 여기된 화학종을 제공하도록 형성되는 배치 챔버.
  7. 제 6항에 있어서, 애노드 유닛이 공정 영역을 따라 실질적으로 수직으로 연장되고, 캐소드 유닛이 공정 영역을 따라 실질적으로 수직으로 연장되는 배치 챔버.
  8. 제 1항에 있어서, 캐소드 유닛이 애노드 유닛에 대해서 수평으로 변위되는 배치 챔버.
  9. 제 1항에 있어서, 여기 어셈블리가 플라즈마 공급원, UV 광원, 및 이온 공급원을 포함하는 군으로부터 선택되는 배치 챔버.
  10. 제 1항에 있어서, 여기 어셈블리가 할로우 캐소드 글로우 하전 UV 광원(hollow cathode glow charge UV source)인 배치 챔버.
  11. 공정 영역을 포함하는 챔버 하우징,
    수직으로 적층된 기판의 배치를 고정하는 공정 영역내의 기판 보우트,
    공정 영역에 도입되는 공정 가스의 화학종을 여기시키며 챔버 하우징내에 정위되는 여기 어셈블리, 및
    공정 가스를 공정 영역에 도입하기 위한 인젝터 어셈블리를 포함하고,
    여기 어셈블리가 애노드 유닛과 캐소드 유닛을 포함하며, 애노드 유닛 또는 캐소드 유닛이 기판 보우트의 수직 방향을 따라 연장되고, 애노드 유닛이 인젝터 어셈블리의 페이스플레이트(faceplate)인 다수의 기판을 가공하는 배치 챔버.
  12. 공정 영역을 포함하는 챔버 하우징,
    수직으로 적층된 기판의 배치를 고정하는 공정 영역내의 기판 보우트,
    공정 영역에 도입되는 공정 가스의 화학종을 여기시키며 챔버 하우징내에 정위되는 여기 어셈블리, 및
    공정 가스를 공정 영역에 주입하기 위한 인젝터 어셈블리를 포함하고,
    여기 어셈블리가 애노드 유닛과 캐소드 유닛을 포함하며, 애노드 유닛 또는 캐소드 유닛이 기판 보우트의 수직 방향을 따라 연장되고, 캐소드 유닛이 인젝터 어셈블리의 페이스플레이트인 다수의 기판을 가공하는 배치 챔버.
  13. 삭제
  14. 제 1항에 있어서, 공정 가스를 위한 인젝터 어셈블리를 추가로 포함하고, 인젝터 어셈블리와 디퓨저(diffuser)가 그들 사이에 플라즈마를 한정하도록 정위되는 배치 챔버.
  15. 공정 영역을 포함하는 챔버 하우징,
    수직으로 적층된 기판의 배치를 고정하는 공정 영역내의 기판 보우트,
    공정 영역에 도입되는 공정 가스의 화학종을 여기시키며 챔버 하우징내에 정위되는 여기 어셈블리, 및
    공정 가스를 위한 인젝터 어셈블리를 포함하고,
    여기 어셈블리가 애노드 유닛과 캐소드 유닛을 포함하며, 애노드 유닛 또는 캐소드 유닛이 기판 보우트의 수직 방향을 따라 연장되고, 캐소드 유닛이 인젝터 어셈블리와 기판 보우트 사이에 배치된 메쉬(mesh)이고, 인젝터 어셈블리와 메쉬가 그들 사이에 플라즈마를 한정하도록 정위되는 다수의 기판을 가공하는 배치 챔버.
  16. 공정 영역을 포함하는 챔버 하우징,
    수직으로 적층된 기판의 배치를 고정하는 공정 영역내의 기판 보우트, 및
    공정 영역에 도입되는 공정 가스의 화학종을 여기시키며 챔버 하우징내에 정위되는 여기 어셈블리를 포함하고,
    여기 어셈블리가 애노드 유닛과 캐소드 유닛을 포함하며, 애노드 유닛 또는 캐소드 유닛이 기판 보우트의 수직 방향을 따라 연장되고, 여기 어셈블리가 할로우 캐소드 글로우 하전 UV 광원인 다수의 기판을 가공하는 배치 챔버.
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