KR101496644B1 - 증착으로부터 반응성 부위의 비활성화 - Google Patents

증착으로부터 반응성 부위의 비활성화 Download PDF

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Abstract

반응기 내의 노출된 표면에 바람직하지 않은 성장 또는 핵화를 방지하기 위한 혼합된 SAM의 형성에 관한 방법 및 구조가 기술된다. 혼합된 SAM(322)은 첫 번째 길이의 분자를 가지는 첫 번째 SAM 전구물질(334) 및 첫 번째 보다 더 짧은 두 번째 길이의 분자를 가지는 두 번째 SAM 전구물질(338)을 도입하여 핵화가 바람직하지 않은 표면(308)에 형성될 수 있다. 혼합된 SAM(322)이 제공될 수 있는 노출된 표면의 예는 반응기 표면 및 부도체 및 유전체 층과 같은 집적 회로 구조(800)의 선택 표면을 포함한다.

Description

증착으로부터 반응성 부위의 비활성화{Reactive site deactivation against vapor deposition}
본 출원은 일반적으로 선택된 표면, 가령 반응기 표면 또는 기판 상의 선택 표면에서 증착을 억제하는 것과 관련된다.
원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD)은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 물질의 박막을 형성하기 위한, 반도체 산업에서 공지인 공정이다. ALD는 증착의 한 유형으로, 여기서 순환(cycle)으로 수행되는 자기-포화(self-saturating) 표면 반응을 통해 막이 축적(built-up)된다. ALD 공정에서, 기체 전구물질이 기판에 교대로 그리고 반복적으로 공급되어 상기 기판 상에 물질의 박막을 형성한다. 한 반응물질이 웨이퍼 상에 자기-제한적(self-limiting) 공정으로 흡착된다. 이후의 반응물질 펄스(pulse)가 상기 흡착된 물질과 반응하여 바람직한 물질의 분자층을 형성한다. 상기 후속 펄스는 흡착된 층으로부터 리간드를 감소시키거나 게터링(getter)할 수 있고, 그러한 리간드를 치환하거나 다른 경우 원자를 부가(예컨대, 산화, 질화, 등)할 수 있다. 전형적인 ALD 반응에서, 순환당 하나의 분자 단일층만이 형성된다. 순환은 더 복잡할 수 있고 셋 이상의 반응물질을 순서대로 포함할 수 있다. ALD의 일부 알려진 장점은 저온 공정 및 거의 완벽한 정합성(conformality)이며, 이는 반도체 공정을 위해 ALD에 큰 흥미를 유발한다.
ALD 이외에도 기판 상에 물질의 박막을 형성하기 위한 다른 공정이 존재한다. 한 그러한 공정은 화학 증착(chemical vapor deposition, CVD)이며, 여기서 기판은 상기 기판에서 반응 및/또는 분해되어 박막을 형성하는 하나 이상의 휘발성 전구물질에 노출된다. ALD 및 CVD는 모두 노출된 표면에 민감할 수 있고; 전구물질 및 증착 조건에 따라, 증착 공정은 상이한 표면 상에 우수하거나 불량하게 핵을 형성할 수 있다.
변함없이, 공정 도중에, 증착은 증착이 바람직할 수 있는 표면 외의 노출된 표면 상에 일어난다. 예를 들어, 막 축적이 복수의 기판이 순서대로 가공되는 동안 반응기의 노출된 표면에 일어날 수 있다. 상기 막 축적은 반응기 표면으로부터 벗겨지거나 떨어져 나올 수 있고 기판 표면을 오염시킬 수 있다. 반응기 표면에 느슨하게 부착된 다량의 막 축적은 또한 반응물질 펄스에 노출되는 총 표면적을 증가시키고, 이를 통해 기판 표면을 포화하기 위해 요구되는 펄스 및 퍼징(purging) 시간을 증가시킨다. 또한, 막은 유전체(dielectric) 표면과 같은 반도체 소자 구조의 원치않는 면에 증착될 수 있고, 이는 추가적인 패터닝(patterning) 및 식각(etch) 단계를 필요로 한다.
최근에는, 반응기 표면 및 소자 구조 상의 원치 않는 막 증착의 양을 방지하거나 감소시키는 선택적 공정을 사용할 수 있다. 한 그러한 공정은 보호용 자기-조립 단층막(self-assembled monolayer, SAM)을 반응기 표면 상에 만드는 처리 공정을 이용하며, 2006년 11월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 제2007/0098894호에 기술되어 있다. 또다른 그러한 공정은 기판 표면에 선택성 증착을 야기하는 처리 공정을 이용하며, 2000년 8월 23일자로 출원된 미국 특허 제6,391,785호에 기술되어 있다.
반응기 표면 및 소자 구조의 선택 표면 상에, 증착 공정으로 인한 막 축적을 방지 또는 최소화하는 개선된 공정이 따라서 바람직하다.
막 증착이 바람직하지 않은 표면 위에 혼합된 자기-조립 단층막을 사용하는 방법 및 장치가 제공된다. 일부 양태에서, 한 방법은 노출된 표면을 제공하는 단계를 포함한다. 첫 번째 사슬 길이를 가지는 첫 번째 유기 전구물질이 공급되고 노출된 표면 위에 자기-조립 단층막을 흡착시킨다. 첫 번째 분자 사슬 길이보다 더 짧은 두 번째 분자 사슬 길이를 가지는 두 번째 유기 전구물질이 공급된다. 두 번째 유기 전구물질은 자기-조립 단층막이 흡착되지 않은 노출된 표면의 반응성 부위에 흡착되었다.
다른 양태에서, 증착 반응기를 이용한 가공 방법이 제공된다. 상기 방법은 첫 번째 유기 전구물질을 공급하여 반응기 표면의 부분 위에 자기-조립 단층막을 증착하는 단계 및 두 번째 유기 전구물질을 공급하여 자기-조립 단층막이 증착되지 않은 반응기 표면의 부분과 반응시키는 단계를 포함한다. 상기 두 번째 유기 전구물질은 첫 번째 유기 전구물질의 분자의 사슬보다 더 짧은 분자의 사슬을 포함한다.
다른 양태에서, 반도체 소자를 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 집적 회로 구조(integrated circuit structure)를 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 집적 회로 구조는 첫 번째 표면 및 첫 번째 표면과 상이한 두 번째 표면을 갖는다. 첫 번째 유기 전구물질이 반응 챔버 내로 도입되어, 두 번째 표면은 코팅하지 않으면서 첫 번째 표면의 부분을 자기-조립 단층막으로 코팅한다. 임의의 미반응된 첫 번째 유기 전구물질이 반응 챔버로부터 퍼징될 수 있다. 두 번째 유기 전구물질이 반응 챔버로 도입되어 첫 번째 유기 전구물질로 코팅되지 않은 첫 번째 표면의 반응성 부위와 반응한다. 임의의 미반응된 두 번째 유기 전구물질이 반응 챔버로부터 퍼징될 수 있다.
다른 양태에서, 집적된 막 구조가 제공된다. 상기 집적된 막 구조는 첫 번째 표면 및 첫 번째 노출된 표면과 상이한 인접한 두 번째 표면 및, 두 번째 표면에는 형성되지 않고 첫 번째 표면에 흡착된 혼합된 소수성 막을 포함하며, 상기 막은 다량의 두 번째 사슬 유기 분자가 산재되어 있는 다량의 첫 번째 사슬 유기 분자를 포함하고, 상기 두 번째 사슬 유기 분자는 첫 번째 사슬 유기 분자보다 더 짧다.
도 1A 및 1B는 ALD 전구물질에 노출된, 위에 덮인 이상적이고, 조밀하게-밀집된 자기-조립 단층막(SAM)을 가지는 층을 예시한다.
도 2A 및 2B는 ALD 전구물질에 노출된, 일부 점유되지 않는 반응성 부위가 있는 위에 덮인 자기-조립 단층막을 가지는 층을 예시한다.
도 3A은 일부 구체예에 따른 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자를 가지는 혼합된 자기-조립 단층막을 형성하고, 이후 증착하는 공정의 순서도이다.
도 3B는 일부 구체예에 따른 위에 덮인 혼합된 자기-조립 단층막을 가지는 층을 예시한다.
도 4A는 일부 구체예에 따른 반응기의 표면에 혼합된 자기-조립 단층막을 이용하여 순서대로 복수의 기판을 가공하기 위한 방법의 순서도이다.
도 4B는 일부 구체예에 따른 반응기의 표면에 혼합된 자기-조립 단층막을 이용하여 순서대로 복수의 기판을 가공하기 위한 대안적인 방법의 순서도이다.
도 5A는 일부 구체예에 따른 반응기의 표면에 혼합된 자기-조립 단층막을 형성하기 위한 방법의 순서도이다.
도 5B는 일부 구체예에 따른 반응기의 노출된 표면 상의 혼합된 자기-조립 단층막을 보수하기 위한 방법의 순서도이다.
도 6A는 일부 구체예에 따른 반응기를 예시한다.
도 6B는 일부 구체예에 따른 시즈닝(seasoning) 공정 및 수산화(hydroxylation) 공정에 노출된 후의 도6A의 반응기를 예시한다.
도 6C는 일부 구체예에 따른 자기-조립 단층막 전구물질에 노출된 후의 도 6B의 반응기를 예시한다.
도 6D는 일부 구체예에 따른 웨이퍼가 내부에 도입된 후의 도 6C의 반응기를 예시한다.
도 6E는 일부 구체예에 따른 웨이퍼 상에 증착 공정을 수행한 후의 도 6D의 반응기를 예시한다.
도 7은 일부 구체예에 따른 기판의 부분 상에 선택적으로 층을 증착하기 위한 방법의 순서도이다.
도 8A는 일부 구체예에 따른 노출된 부도체 및 반도체/금속 표면을 가지는 패터닝된 기판을 도식적으로 예시한다.
도 8B는 노출된 부도체 상에 선택적으로 비활성화 혼합된 자기-조립 단층막(SAM)을 형성한 후의 도 8A의 패터닝된 기판을 예시한다.
도 8C는 일부 구체예에 따른 SAM의 코팅 없이 노출된 반도체/금속 표면 상에 선택적 증착 공정을 수행한 후의 도 8B의 패터닝된 기판을 예시한다.
발명의 배경 단락에 언급된 바와 같이, 공정은 ALD와 같은 증착으로부터 특정한 표면(예컨대, 반응기 표면 및 부분적으로 제작된 집적 회로 구조의 표면)을 비활성화하여 처리되지 않은 표면 상에의 선택적인 증착을 가능하게 하기 위해 존재한다. 한 그러한 공정은 막 증착이 바람직하지 않은 노출된 표면 위에 조밀하게-밀집된, 자기-조립 단층막(SAM)을 형성하는 단계를 포함한다. SAM은 증기 또는 액체상 전구물질로부터 표면 상에 자발적으로 흡착되는(화학 흡착으로도 지칭됨) 분자의 비교적 규칙적인 집결체이다. 전형적인 SAM 분자는 말단 관능기, 탄화수소 사슬 및 헤드 기(head group)를 포함한다. 선택된 표면 위에 SAM을 형성하는 것을 통해, SAM은 특정 유형의 증기 전구물질을 사용하여, 다른 경우 이들 증착 전구물질과 반응할 수 있는 노출된 표면 상의 반응성 부위를 차단하는 것을 통해 노출된 표면 위의 막 성장을 방지할 수 있다. 그러한 선택적 비활성화는 ALD과 같은 흡착-유도 공정에 대하여 특히 효과적일 수 있지만, 또한 특정 유형의 CVD를 단념시킬 수 있다.
도 1A 및 1B는 ALD 전구물질(138)에 노출되는 위에 덮인 이상적인, 조밀하게-밀집된 SAM(122)을 가지는 표면(106)을 예시한다. 형성된 SAM(122)은 일반적으로 "순수한"데, 즉, 이것은 옥타데실트리클로로실란(ODTS)과 같은 단일 분자 물질로부터의 분자로 이루어진다. SAM을 형성하는 단량체는 액체 또는 증기 형태로 수송될 수 있다. 도 1A에 나타난 바와 같이, SAM 분자(134)는 이론적으로 이들이 표면(106) 위의 모든 반응성 부위를 점유하도록 조밀하게-밀집된다. ALD 공정 도중에, HfCl4, ZrCl4, TiCl4 또는 트리메틸 알루미늄(TMA)과 같은 ALD 전구물질이 반응기에 도입될 수 있다. 이들 전구물질은 반응기 벽 및 노출된 기판 표면을 비롯한 반응기 내 노출된 표면과 반응하려고 할 것이다. 그러나, 위에 덮인, 조밀하게-밀집된 SAM(122)을 가지는 이들 표면(106)에 있어서, 도 1A에 나타난 바와 같이 ALD 전구물질이 접근할 때, SAM(122)은 도 1B에 나타난 바와 같이 밑에 깔린 표면(106)의 반응성 부위를 차단함으로써 밑에 깔린 표면(106)이 ALD 전구물질과 반응하는 것을 방지할 수 있다. 반응성 부위를 차단하기 위해 SAM(122)을 이용함으로써, 비활성화된 SAM으로 덮인 다른 표면에의 막 증착은 방지 또는 최소화하면서, 특정한 노출된 표면에 막을 증착하여 증착 공정이 선택적이 되도록 하는 것이 가능하다. 한 예에서, 증착이 동일한 기판의 인접한 도체 표면에서 일어나는 동안, 기판 상의 부도체는 차단될 수 있다. 또다른 예에서, 증착이 반응기 내 처리되지 않은 기판에서 일어나는 동안 반응기 벽은 차단될 수 있다.
큰 유기 분자는 매우 안정하고 표면으로부터 쉽게 떨어지지 않는 자기-조립 단층막(SAM)을 반응기 표면에 형성할 수 있다. 또한, 큰 유기 꼬리(tail)는 바람직한 입체 장해(steric hindrance) 효과를 제공하고 ALD 반응물질이 반응기 표면에 도달하게 하지 않는다.
불행하게도, 단일 분자 물질로 구성된 순수한 차단 SAM의 분자는 표면(106) 상의 모든 반응성 부위를 거의 점유하지 않아서, SAM 밑에 깔린 표면(106)이 흔히 바람직하지 않게 증착 전구물질과 반응할 수 있는 노출된 반응성 부위를 가지도록, 예컨대, -OH 말단 부위(도 2A에 나타남)를 가지도록 한다. 이론에 구속되지 않고, 입체 장해가 다음 부작용을 가질 수 있는 것이 가능하다: 반응성 부위에 흡착된 SAM 분자는 자체적으로 완벽하게 배향된, 조밀하게-밀집된 분자를 형성하기보다, 흡착된 SAM 분자가 적절하게 배향될 수 없도록 서로 상호작용할 수 있고, 따라서 이들은 자체적으로 다른 SAM 분자가 이용가능한 반응성 부위로 흡착되는 것을 제한한다. 따라서, 증기 또는 액체상 SAM 화학물질에 노출된지 수 일 후 라도, 밑에 깔린 표면의 반응성 부위는 점유되지 않은 채 잔여하고, 이어지는 증착 도중에, 특히 불완전한 SAM 내 입체 장해에 의해 차단되지 않는 더 작은 증착 전구물질에 있어서 성장을 위한 핵형성 부위로서 작용할 수 있다.
도 2A 및 2B는 ALD 전구물질(138)에 노출되는 자기-조립 단층막(122)을 가지는 표면(106)을 예시한다. 도 2A에 나타난 바와 같이, 표면(106) 상에 SAM(122)을 증착한 이후라도, 표면(106)은 증착 도중에 ALD 전구물질(138)이 접근가능한 반응성 부위(144)로서 기능하는 노출된 자연 산화 히드록실 기를 갖는다. 도 2B에 나타난 바와 같이, HfCl4과 같은 ALD 전구물질(138)이 증착 공정 도중에 도입될 때, ALD 전구물질(138)은 노출된 반응성 부위(144)와 반응할 수 있고, 이는 바람직하지 않은 성장 또는 핵형성을 야기한다.
상기 문제를 해결하기 위해, 비활성화되어야 하는 표면의 반응성 부위를 차단하기 위해 균일한 분자 물질로부터의 분자로 이루어진 "순수한" SAM을 형성하는 것보다, 적어도 두 가지, 가령 하나는 긴-사슬 분자를 가지고 또다른 하나는 짧은-사슬 분자를 가지는 상이한 분자 물질로 이루어진 "혼합된" SAM을 가지는 것이 더욱 나음이 발견되었다. 혼합된 SAM의 사용은 다른 경우 증착 전구물질과 반응할 수 있는 이용가능한 반응성 부위의 더 많은 감소를 야기할 수 있다. 반응기 벽 또는 다른 부품을 비활성화하기 위한 특정한 적용에 있어서, 혼합된 SAM이 반응기 표면 상에 형성되면, 이는 핵형성을 늦추는 효과를 가지며 따라서, 막 축적의 벗겨짐 또는 떨어짐으로 인한 반응기 오염을 감소시키고 반응기 표면에 대한 제자리(in situ) 또는 제자리외(ex situ) 세정 단계의 빈도를 감소시킨다. 더욱이, 웨이퍼 처리량(throughput)이 증가될 수 있는데, 이는 반응기 벽에 축적된 증착을 제거하기 위한 세정 단계 사이에 더 많은 횟수의 런(run)이 수행될 수 있기 때문이다. 유리하게는, 혼합된 SAM이 선택된 표면(예컨대, 반응기 벽 또는 부분적으로 제작된 집적 회로 상의 부도체)에 형성되면, 이는 더 긴 ALD 반응 시간에 걸쳐 증착 선택성 증가의 효과를 가지며, 여기서 물질은 다른 표면에는(만약 존재한다면) 최소로 증착되면서 처리되지 않은 표면에 증착된다.
선택된 표면에 바람직하지 않은 성장 또는 핵형성을 방지하기 위해 혼합된 SAM의 형성에 관한 방법 및 구조가 기술된다. 일부 구체예에서, 혼합된 SAM은 바람직하지 않은 성장 또는 핵화로부터 밑에 깔린 표면을 보호하기 위해 밑에 깔린 표면 위에 형성된다. 상기 혼합된 SAM은 첫 번째 유기 사슬 분자 및 첫 번째보다 더 짧은 두 번째 유기 사슬 분자를 포함한다. 첫 번째 사슬 분자는 먼저 밑에 깔린 표면의 반응성 부위, 예컨대, M-OH 또는 -OH 말단 부위에 흡착되어, 바람직하지 않은 성장 또는 핵화로부터 보호를 위한 SAM을 형성할 수 있다. 일단 첫 번째 사슬 분자가 흡착되면, 두 번째 사슬 분자가 첫 번째 사슬 분자 중에 확산될 수 있고, 첫 번째 사슬 분자가 흡착되지 않은, 밑에 깔린 표면의 임의의 점유되지 않은 반응성 부위에 흡착되고 퀀칭(quench)될 수 있어서, 증착 전구물질에 접근가능한 밑에 깔린 표면의 반응성 부위의 수를 더욱 감소시키거나 제거한다. 첫 번째 사슬 분자 및 두 번째 사슬 분자는 함께 증착 전구물질이 밑에 깔린 표면과 반응하는 것을 차단하는 혼합된 SAM을 형성한다.
일부 구체예에서, 혼합된 SAM의 첫 번째-사슬 분자가 긴-사슬 분자를 포함하는 반면, 혼합된 SAM의 두 번째-사슬 분자는 짧은-사슬 분자를 포함한다. 본 출원의 목적을 위해, 용어 "긴-사슬 분자"는 8개 이상의 탄소 원자를 가지는 분자를 포함하는 반면, 용어 "짧은-사슬 분자"는 8개 미만의 탄소 원자를 가지는 분자를 포함한다. SAM 전구물질 또는 분자는 선형 또는 분지형 사슬일 수 있다.
도 3A은 일부 구체예에 따른 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자를 가지는 혼합된 자기-조립 단층막을 형성하기 위한 방법의 순서도이다. 상기 방법은 비활성화될 표면 위에 긴-사슬 분자를 가지는 자기-조립 단층막을 흡착시키는 단계(310), 그 이후 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 표면의 부분 위에 짧은-사슬 분자를 흡착시켜 혼합된 자기-조립 단층막을 형성하는 단계(320)를 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 표면은 반응기 벽을 포함하지만, 다른 구체예에서, 상기 표면은 부분적으로 제작된 집적 회로와 같은 기판 상의 표면을 포함한다. 분해된 반응 부품 또는 기판은 혼성 SAM을 위한 액체 전구물질로 침지되거나 분사될 수 있고; 대안적으로, 증기상 단량체가 ALD가 일어나는 반응기 내 제자리에서(in situ) 또는 분리된 설비에서 반응기 표면 또는 기판에 수송될 수 있다. 일부 구체예에서, 비활성화될 표면의 부분 위에 짧은-사슬 분자를 흡착하는 단계(320)는 반복될 수 있다. 짧은-사슬 분자의 흡착 이후에, 혼성 SAM이 처리된 표면(들)을 비활성화하는 증착 공정(예컨대, ALD 공정)이 수행될 수 있다(330).
도 3B은 일부 구체예에 따른 첫 번째-사슬 분자(334) 및 첫 번째 사슬 분자보다 더 짧은 두 번째-사슬 분자(338)로 형성된 위에 덮인 혼합된 자기-조립 단층막(322)을 가지는 표면(308)을 예시한다. 시즈닝 및 수산화와 같은 중간 처리와 함께 또는 없이, 혼합된 SAM(322)에 의해 바람직하지 않은 성장 또는 핵화로부터 보호되어야 하는 것으로 이해되는 표면(308)은 SiO2 표면과 같은 유전체 표면, 또는 금속 또는 반도체 표면과 같은 도체 표면을 포함할 수 있다. 그러나 전형적으로, SAM 전구물질은 유전체 또는 수산화된 표면에 가장 잘 흡착된다.
표면(308)의 반응성 부위의 대부분에 흡착되는 첫 번째-사슬 분자(334)는 옥타데실트리클로로실란((CH3)(CH2)17SiCl3 또는 ODTS), 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸트리클로로실란(FOTS), 트리콘틸트리클로로실란(TTS), FOMB(DMA), 옥틸트리클로로실란(CH3(CH2)7SiCl3), 운데실 트리클로로실란((CH3)(CH2)10-SiCl3)과 같은 유기 화합물, 및 다양한 다른 단량체 및 중합가능한 분자, 실릴화제, 알킬아미노실란 및 알킬클로로실란 물질을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 첫 번째-사슬 분자(334) 중에 확산되고 첫 번째-사슬 분자(338)가 흡착되지 않은 표면(308)의 잔여 반응성 부위에 흡착되는 두 번째-사슬 분자(338)는 트리클로로메틸실란(TCMS), 트리메틸클로로실란(TMCS), 트리메틸실란올(TMS)과 같은 더 짧은 사슬 유기 화합물 및 다른 할로알킬실란 및 할로알킬실란올을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
일부 구체예에서, SAM 전구물질은 X-R1-Sh 또는 X-R1-S-S-R2-Y, R1-S-R2, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 화학식을 가지는 다수의 분자를 포함할 수 있고, 여기서 R1 및 R2는 n개 탄소 원자의 사슬이고 X 및 Y는 화학적 기이다. 탄소 사슬은 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클릭 알킬, 아릴, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 부분을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, R1이 알킬 기 또는 아릴 기를 포함할 수 있는 반면, 다른 구체예에서, R1은 알킬 기 및 아릴 기를 포함할 수 있다. 탄소 원자의 수 n은 1 내지 30일 수 있다. 일부 구체예에서, 긴-사슬 분자에 대한 탄소 원자의 수 n은 8 개 이상이지만, 짧은-사슬 분자에 대한 n은 8개 미만이다. 한 구체예에서, 긴-사슬 분자에 대한 n은 12 개 이상이다. 한 구체예에서, 짧은-사슬 분자에 대한 n은 6 개 이하이다.
상기 물질 외에도 다른 SAM 전구물질이 2006년 11월 30일자로 출원되고, 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로 포함되는 미국 특허 출원 제11/565,478호(Attorney Docket No. ASMEX.418CP1)에서 확인되며, 하기 화학식(1)에 나타난 바와 같은 유기실란 가령 알킬디실라잔, 아릴디실라잔, 및 알킬아릴디실라잔, 뿐만 아니라 하기 화학식(2)에 나타난 바와 같은 알킬할로실란, 아릴할로실란, 및 알킬아릴할로실란을 포함한다.
(1)
Figure 112012059393477-pct00001
화학식(1)에서, R1 내지 R6는 각각 개별적으로 C1 내지 C6 알킬 또는 C6 내지 C10 아릴이다. 화학식(1)은 R1 내지 R6가 알킬인 알킬디실라잔, R1 내지 R6가 아릴인 아릴디실라잔, 및 R1 내지 R6중 적어도 하나가 알킬이고 R1 내지 R6중 적어도 하나가 아릴인 알킬아릴디실라잔을 포함한다.
(2)
Figure 112012059393477-pct00002
화학식(2)에서, R7 내지 R9은 각각 개별적으로 C1 내지 C20 알킬 및 C6 내지 C10 아릴로 이루어진 군에서 선택되고; 여기서 p, q, 및 r은 각각 0, 1, 2, 또는 3이고, 단, 1 ≤ p+q+r ≤ 3이며; 여기서 각각의 X는 할로겐 원자이다. 화학식(2)는 R7 내지 R9이 알킬인 알킬할로실란, R7 내지 R9이 아릴인 아릴할로실란, 및 R7 내지 R9 중 적어도 하나가 알킬이고 R7 내지 R9 중 적어도 하나가 아릴인 알킬아릴할로실란을 포함한다. 다른 SAM 전구물질은 또한 RSiOR'과 같은 알콕시실란을 포함할 수 있고, 여기서 R'=CH3, CH2CH3, 등이다.
첫 번째-사슬 분자 및 두 번째-사슬 분자의 조합은, 바람직하지 않게 증착 전구물질과 반응할 수 있는, 표면(308) 내 이용가능한 반응성 부위의 수를 효과적으로 차단 및 감소시키는 혼합 또는 혼성 SAM(322)를 형성하여, 비활성화된 표면(308)에서 증착의 핵화를 크게 늦춘다. 특정한 경우에, 표면-결합된 SAM 분자 꼬리의 이동이 발생할 수 있고, 이는 조립된 단층막의 간헐적인 "개방"을 야기하여 ALD 전구물질이 점유되지 않은 표면 부위로(예컨대 HfCl4가 -OH로) 더 쉽게 접근할 수 있게 한다.
특정 SAM 전구물질의 선택이 SAM이 이에 대해 비활성화될 증착을 위한 작동 조건을 기초로 할 수 있음을 당해 분야의 숙련가는 이해할 것이다. 예를 들어, 증착 공정이 400℃에서 일어나는 경우, 선택된 전구물질은 분해되거나 반응함 없이 그러한 조건을 견딜 수 있어야 한다. 또한, 특정 SAM 전구물질의 선택은 사용될 ALD 전구물질을 기초로 할 수 있고; SAM 전구물질은 SAM 상에 어떠한 증착도 존재하지 않도록 선택되어야 한다.
일부 구체예에서, 긴-사슬 및 짧은-사슬 분자를 가지는 혼합된 SAM은 고도로 소수성이다. "자기-조립"은 비활성화될 표면에 끌리는 친수성 말단 및 바깥을 향하는 소수성 말단을 가지는 전구물질 분자로부터 유발될 수 있다. 수득된 소수성 SAM은 밑에 깔린 층 위에 증착되는 경우 전형적인 ALD 전구물질 및 밑에 깔린 층 사이의 반응을 견디며, 높은 수 접촉각(water contact angle)을 특징으로 한다. 높은 수 접촉각을 얻기 위해서는, SAM의 밀집 밀도가 매우 높아야 한다. 수 접촉각이 긴 탄소 사슬을 가지는 SAM 전구물질의 사용에 의해 높아짐이 발견되었다. 또한 선택 표면 상의 ALD 막 증착을 방지하기 위해 SAM을 이용하는 경우, SAM 내 탄소 원자의 수가 증가할 때 처리된 표면에 증착된 ALD 막 두께의 동반 감소가 존재함이 발견되었고, 이를 통해 탄소 원자의 수가 더 많을 경우 더욱 조밀하게 밀집된 SAM이 제안된다.
따라서, 상대적으로 긴 사슬 분자가 ALD에 대한 비활성화에 효과적임이 연구를 통해 제안되었다. 따라서, 일부 구체예에서, 밑에 깔린 층에 흡착된 긴-사슬 분자를 가지는 첫 번째 SAM 전구물질은 8개 이상의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 12개 이상의 탄소 원자를 가진다. 상기 첫 번째 SAM 전구물질은 이후의 증착에 대하여 비활성화될 표면의 대부분에 걸쳐 흡착되고 상기 언급된 바와 같이 긴 사슬 SAM의 이익을 얻는다. 그 반면에, 긴-사슬 분자 중으로 확산되는 짧은-사슬 분자를 가지는 두 번째 SAM 전구물질은 8개 미만의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 6개 이하의 탄소 원자를 가진다. 그러한 SAM 전구물질을 이용하여, 고도로 소수성이고 100 도 이상, 일부 구체예에서는, 108 도를 넘는 수 접촉각을 갖는 혼합 또는 혼성된 SAM을 형성하는 것이 가능하다.
바람직한 구체예에서, 혼합된 SAM은 12개 이상의 탄소 원자를 가지는 분자 사슬 길이를 가지는 첫 번째 SAM 전구물질(가령 ODTS) 및 6개 이하의 탄소 원자를 가지는 분자 사슬 길이를 가지는 두 번째 SAM 전구물질(가령 TCMS)로 형성된다. 두 번째 SAM 전구물질이 오로지 첫 번째 SAM 전구물질의 틈새를 채우기 때문에, 대부분의 구체예에서 상기 두 번째 SAM 전구물질은 흡착된 혼성 또는 혼합된 단층막의 표면적 또는 몰비로 30% 미만, 바람직하게는 10 % 미만, 또는 전형적으로 5 % 미만을 나타낸다. 이들 백분율을 결정하는 목적을 위해, 표면적은 원자 규모의 반응기 표면을 가리키지 않는데, 왜냐하면 반응기 표면의 일부가 전구물질에 접근할 수 없을 수 있기 때문이다. 오히려 상기 백분율은 각각의 길고 짧은 전구물질로 표현되는 SAM 코팅의 백분율을 나타낸다. 대안적으로, 두 번째 전구물질은 비활성화될 반응 표면에 이용가능한 히드록실 부위의 10% 미만, 전형적으로는 5% 미만으로 나타날 수 있다.
혼합된 SAM을 이용하여, 다른 표면에의 물질 증착은 방지 또는 최소화하면서 특정한 노출된 표면에 물질을 증착하는 것이 가능하다. 일부 구체예에서, 혼합된 SAM은 증착 공정을 수행하기 전에 반응기 표면에 형성될 수 있고, 이를 통해 반응기 내로 로딩된 기판에 전면적인 또는 선택적인 증착을 발생시키면서도 증착 공정 도중의 바람직하지 않은 막 축적을 방지하고 반응기 오염을 감소시킨다. 다른 구체예에서, SAM은 패터닝된 기판(예컨대, 부분적으로 제작된 집적 회로)의 특정 표면에 형성될 수 있고, 이를 통해 선택적 증착 공정의 일부로서 다른 표면에의 증착은 방지하거나 최소화하면서 패터닝된 기판의 일부 표면에 증착을 가능하게 한다. SAM은 제자리 외(ex situ)에서, 예컨대, 부품 또는 기판을 액체를 이용하여 침지하거나 분사하여, 제자리 외(ex situ)에서 분리된 챔버에서 증착을 통해; 또는 제자리(in situ)에서 증착하여 반응기 또는 목적되는 기판 표면에 형성될 수 있다.
A. 반응기 표면에서 반응성 부위의 비활성화를 위한 혼합된 SAM
집적 회로 제작을 위해 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 증착 도중에 막 축적을 방지하거나 최소화하기 위해 반응기 표면에 혼합된 SAM을 사용하는 방법이 기술된다. 일부 구체예에서, 혼합된 SAM을 반응기 표면에 형성하고 하나 이상의 기판을 가공한 후에, 반응기는 추가적인 기판을 가공하기 전에 혼합된 SAM을 보수하기 위해 제자리(in situ) 보수를 거칠 수 있다. 다른 구체예에서, 반응기 표면에 혼합된 SAM을 형성하고 하나 이상의 기판을 가공한 후에, 반응기는 추가적인 기판을 가공하기 전에 증착 축적을 제거하고 임의로 혼합된 SAM을 대체하기 위해 제자리 외(ex situ) 박리(stripping) 공정을 거칠 수 있다. 제자리(in situ) 및 제자리 외(ex situ) 공정은 모두 전형적으로 제자리(in situ) 보수보다 낮은 빈도로 수행되는 제자리 외(ex situ) 세정(및 재-도포)과 함께 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 제자리(in situ) 보수 및/또는 제자리 외(ex situ) 박리 공정은 반복될 수 있다. 제자리(in situ) 보수는 또한 제외될 수 있다.
도 4A는 일부 구체예에 따른 반응기의 노출된 표면에 혼합된 자기-조립 단층막을 사용하여 하나 이상의 기판을 가공하는 방법의 순서도이다. 상기 방법은 반응기의 노출된 표면 위에 긴-사슬 분자를 가지는 SAM을 흡착시키는 단계(410); 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 반응기의 노출된 표면에 잔존하는 점유되지 않은 부위 위에 짧은-사슬 분자를 흡착시키는 단계(420); 기판을 반응기에 로딩하는 단계(430); 기판을 증착하여 가공하는 단계(440), 여기서 상기 반응기 표면은 혼합된 SAM에 의해 증착에 대하여 비활성화됨; 그리고 가공된 기판을 제거하는 단계(450)를 포함한다. 로딩/가공/제거 순환인 (430)/(450)/(460)는 X 회 반복될 수 있고, 그동안 혼합된 SAM 비활성화 층의 열화가 존재할 수 있다. 따라서, X개 기판이 가공된 후에, 도 제자리(in situ) 보수로서 4A에 나타난 혼합된 SAM을 임의로 보수(460)하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 순환적인 보수에도 불구하고, 결국에는 혼합된 SAM 상에 일부의 증착 축적이 존재할 수 있을 것이고, 이는 매 Y회 보수 후에 박리 또는 세정 공정(470)을 수행하는 것을 바람직하게 만든다. 박리 후에, 혼합된 단층막이 재도포될 수 있다. 임의의 반복되는 순환의 가공, 보수 및 박리를 비롯한 전체적인 공정은 순차적 공정 및 챔버 컨디셔닝 순환(chamber conditioning loop)으로 지칭될 수 있다.
웨이퍼 가공을 위한 반응기를 준비하기 위해, 긴-사슬 분자를 가지는 첫 번째 SAM 전구물질이 반응기의 노출된 표면 위에 공급되고 흡착된다(410). 첫 번째 SAM 전구물질은 제자리(in situ) 또는 제자리 외(ex situ)에서, 액체 또는 증기 형태일 수 있고, 일부 구체예에서, ODTS, FOTS 및 TTS와 같은 상기 기술된 긴-사슬 SAM 전구물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 첫 번째 SAM 전구물질은 ODTS의 액체 용액을 포함한다. 첫 번째 SAM 전구물질은 반응기 챔버 내 제자리(in situ)에서 증기 형태로, 상이한 챔버에서 또는 반응기 챔버 밖 제자리 외(ex situ)(예컨대, 반응기 챔버가 분해되는 경우 용액에 부품을 담금)에서 증기 형태로 도입될 수 있고, 이후의 증착 공정에 노출될 반응기의 표면에 접촉될 수 있다. 첫 번째 SAM 전구물질의 긴-사슬 분자는 사전에 수산화 공정을 거쳤을 수 있는 반응기의 노출된 표면에 흡착되고 SAM을 형성한다. 제자리(in situ)에서 사용을 위해, 특정한 시간 후에, 첫 번째 SAM 전구물질의 흐름이 중단되고 반응기에 남아있는 임의의 첫 번째 SAM 전구물질을 제거하기 위해 임의의 퍼징 공정이 수행될 수 있다. 액체 전구물질을 위해, 부품은 과량의 전구물질로 헹궈질 수 있다.
짧은-사슬 분자를 가지는 두 번째 SAM 전구물질은 이후 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 반응기 표면의 잔존하는 점유되지 않은 반응성 부위 위에 도입되고 흡착될 수 있다(420). 첫 번째 SAM 전구물질과 같이, 두 번째 SAM 전구물질은 액체 또는 증기 형태일 수 있고, TCMS 또는 TMS과 같은 상기 기술된 짧은-사슬 SAM 전구물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 두 번째 SAM 전구물질은 또한 반응기 챔버 내 제자리(in situ)로 또는 반응기 챔버 밖 제자리 외(ex situ) (예컨대, 반응기 챔버가 분해되는 경우)로 도입될 수 있고, 이후의 증착 공정에 노출될 반응기의 표면에 접촉될 수 있다. 전형적으로, 짧은-사슬 SAM 전구물질은 더욱 쉽게 휘발될 수 있어서, 긴-사슬 분자에서보다 제자리(in situ) 사용이 더 쉽다. 두 번째 SAM 전구물질의 짧은-사슬 분자는 긴-사슬 분자 중으로 확산되고, 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 부위에 흡착되어, 혼합된 SAM를 형성한다. 짧은-사슬 분자는, 다른 경우 단지 긴-사슬 분자를 사용한다면 이용가능할 수 있을 이용가능한 반응성 부위의 수 감소를 돕는다. 제자리(in situ) 사용을 위해, 특정한 시간 후에, 두 번째 SAM 전구물질의 흐름이 중단될 수 있고 반응기에 남아있는 임의의 두 번째 SAM 전구물질을 제거하기 위해 임의의 퍼징 공정이 수행될 수 있다. 액체 전구물질을 위해, 부품은 과량의 전구물질로 헹궈질 수 있다.
SAM 전구물질이 반응기에 증기 형태로 도입되는 일부 구체예에서, SAM 전구물질은 약 80 내지 400℃의 온도 및 약 0.01 내지 100 토르(Torr)의 압력으로 반응기에 도입될 수 있다. 일부 구체예에서, 첫 번째 SAM 전구물질이 약 10 sccm 내지 10 slm의 유량을 가지는 증기를 포함하는 반면, 다른 구체예에서, 첫 번째 SAM 전구물질은 약 50 sccm 내지 500 sccm의 유량을 가지는 액체를 포함한다. 일부 구체예에서, 두 번째 SAM 전구물질이 약 10 sccm 내지 10 slm의 유량을 가지는 증기를 포함하는 반면, 다른 구체예에서, 두 번째 SAM 전구물질은 약 50 sccm 내지 500 sccm의 유량을 가지는 액체를 포함한다. 다른 구체예에서, 첫 번째 또는 두 번째 SAM 전구물질의 흐름을 제공하는 대신에, 반응기의 부품을 액체조에 침지하여 SAM 분자를 그 위에 흡착시킬 수 있다.
혼합된 SAM을 형성한 후에, 기판은 반응기에 로딩될 수 있다(430). 일부 구체예에서, 반응기는 회분식(batch) 반응기일 수 있어서, 다수의 기판이 동시에 가공을 위해 반응기에 로딩될 수 있다(430).
기판(들)을 반응기에 로딩한(430) 후에, 기판(들)은 가공될 수 있다(440). 적절한 증착 공정은 화학적 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD)을 포함한다. ALD 공정에서, 기체 전구물질은 교대로 그리고 반복적으로 공급되어 기판 상에 물질의 박막을 형성한다. SAM의 소수성 표면과 반응하지 않는 흡착 유도된 전구물질(예컨대, 금속 할라이드 전구물질)을 도입하여 산화물, 금속 산화물, 및 고-k 유전체를 비롯한 다양한 유형의 물질이 증착될 수 있다. 반응기의 노출된 표면 상의 혼합된 SAM의 형성으로 인해, 반응기의 표면은 웨이퍼 공정 도중에 증착 전구물질과의 반응으로부터 보호되거나 비활성화된다. 혼합된 SAM은 따라서 다수의 기판 또는 다수의 회분으로의 순차적 증착으로부터 시간이 경과하면서 야기되는, 반응기 표면에서 막축적이 벗겨지거나 떨어짐으로 인한 반응기 내 오염의 양 감소를 돕는다. 반응기의 노출된 표면에서 전구물질 흡착량의 감소는 추가적으로 표면 제거(예컨대, 탈기)로 인한 펄스 중복의 감소로 인해 화학적 사용을 돕고 더 짧은 ALD 펄스/퍼징 순환 시간을 가능하게 한다.
기판 가공(440) 이후에, 가공된 기판(들)은 제거될 수 있다(450). 기판 제거(450) 후에, 일부 구체예에서, 하나 이상의 추가적인 기판(들)(또는 회분)은 공정(440)을 위해 차례대로 반응기에 로딩될 수 있다(430). 도 4A에 나타난 바와 같이, 기판(들)을 로딩하는 단계(430), 기판(들)을 가공하는 단계(440) 및 기판(들)을 제거하는 단계(450)는 노출된 표면에서 제자리(in situ) 보수를 수행하는 단계(460) 전에 X 회 반복될 수 있다.
혼합된 SAM의 신규한 용도로, 임의의 제자리(in situ) 보수(460)는 비활성화 SAM를 재생할 수 있고, 오로지 단일-전구물질 SAM만 사용하거나 어떠한 SAM도 사용하지 않는 종래의 증착 공정에 비해 제자리 외(ex situ) 세정을 더욱 지연시킴으로써 반응기 생산성을 증가시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 혼합된 SAM 층의 제자리(in situ) 보수는 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자(예컨대, 첫 번째 및 두 번째 SAM 전구물질) 모두, 또는 단지 짧은-사슬 분자 단독(예컨대, 두 번째 SAM 전구물질)에의 노출을 포함할 수 있고, 이는 본래 증착된 혼합된 SAM과 유사한 수준의 표면 비활성화 성능을, 그러나 훨씬 짧은 노출 시간으로 제공할 수 있다. 일부 구체예에서, 보수의 필요성은 단지 하루 한 회 내지 세 회, 더욱 바람직하게는 하루 한 회 내지 두 회 발생한다. 특정한 실시예에서, 개별적인 웨이퍼에의 20 Å 두께의 HfO2 막의 ALD 증착은 단일 웨이퍼 ALD 챔버에서 수행된다. 상기 시스템은 시간 당 약 15개 웨이퍼, 또는 대략 하루에 300개 웨이퍼를 가공할 수 있다. 혼합된 SAM의 도포는 제자리(in situ) 보수 공정 사이에 100-200개 웨이퍼를 지속적으로 가공할 수 있게 하고, 챔버 세정 또는 박리 공정을 훨씬 많이 지연시킬 수 있다.
제자리(in situ) 보수(460)의 목적은 반응기의 노출된 표면에 형성된 혼합된 SAM을 보수 또는 재생시켜 이의 바람직한 보호 또는 차단 특성을 유지시키는 것이다. 보수는 바람직할 수 있는데, 왜냐하면 혼합된 SAM의 부분이 시간이 지나면서 진공 조건 및 고온으로 인해 파괴 및/또는 제거되어, M-OH 또는 O-M-O 연결 부위를 비롯하여 이전에는 이용불가했던 반응성 부위의 노출을 야기할 수 있기 때문이다. 작고 드문 노출된 반응성 부위에도 불구하고, ALD 순환으로 형성되고, 혼합된 SAM의 효과성을 감소시킬 수 있는 추가적인 M-OH 기와 같은 응집된 막 축적이 다수의 증착 공정을 수행한 후에 혼합된 SAM 위에 발생할 수 있다. 제자리(in situ) 보수(460)는 일부 핵화가 시작된 이후라도 반응기 벽에 증착의 축적을 더욱 지연시킬 것이므로, 세정(470)의 빈도를 감소시키는 것으로 고려된다.
일부 구체예에서, 예컨대, 가령 혼합된 SAM이 손상되고 제거될 수 있거나, 더 큰 순환적 공정의 부분으로서 기판 가공 순환(430)-(450) 동안 증착이 시작된 경우, 제자리(in situ) 보수(460)는 SAM 전구물질 중 하나 또는 모두를 재도입하여 반응기의 표면에 흡착하는 단계를 포함한다. 일부 구체예에서, 상기 보수 단계가 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자 모두를 가지는 SAM 전구물질을 도입하는 단계를 포함하는 반면, 다른 구체예에서, 보수 단계는 단지 짧은-사슬 분자만을 가지는 SAM 전구물질을 도입하는 단계를 포함한다. 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자를 이용하거나, 단지 짧은-사슬 분자를 이용하는 그러한 제자리(in situ) 보수의 예가 도 5B의 순서도와 관련하여 추가로 기술된다.
도 4A를 계속 참고하여, 제자리(in situ) 보수 단계는 X 개의 기판을 가공한 후에, 가령 한 카세트(25개)의 웨이퍼의 런 내지 최대 하루 동안의 순차적 단일 웨이퍼 공정(예컨대, 100-200개 웨이퍼)의 런 후에 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, X개의 기판을 가공하는 단계 이후의 제자리(in situ) 보수 단계는 순환적으로 Y회 반복될 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 제자리(in situ) 보수(460) 공정을 비롯한 더 작은 순환이 1 내지 10 회 반복될 수 있다.
그러나, 혼합된 SAM을 사용한 비활성화는 주기적인 보수에도 불구하고, 제자리(in situ) 또는 제자리 외(ex situ) 박리(470)에 대한 필요성을 없애지 못할 것으로 예상된다. 오히려, 비활성화를 위해 단일 전구물질 SAM을 이용한 반응기에 비해 혼합된 SAM이 그러한 세정의 빈도를 지연시키거나 감소시킬 것으로 예상된다(예컨대, Mohith et al.의 미국 제7,118,779호를 참조). 세정을 수행해야 하는 빈도는 감소된다. 이는 특히 제자리 외(ex situ) 세정과 관련하여 유리한데, 왜냐하면 각각의 제자리 외(ex situ) 세정 동안, 반응기가 상당한 시간 동안 작동할 수 없기 때문이다. 박리(특히 제자리 외(ex situ) 박리)의 감소된 빈도는 따라서 더 높은 생산성을 제공한다.
반응기의 노출된 표면의 박리(470) 또는 세정 공정이 제자리(in situ) 보수(460) 공정이 사용되는가와 상관 없이, 특정 빈도와 함께 바람직할 것으로 보인다. 박리(470) 공정의 목적은 임의의 증착 축적을 반응기 표면으로부터 제거하는 것이다. 일부 구체예에서, 혼합된 SAM이 또한 반응기 표면으로부터 박리되고 신규한, 대체 SAM이 추가의 웨이퍼 가공을 위한 준비에서 제공될 것이다. 일부 구체예에서, 제자리 외(ex situ) 박리 공정은 반응기의 분해 단계 및 반응기 표면의 비드 블래스팅(bead blasting) 및 표준 화학 세정과 같은 전형적인 세정 공정의 수행 단계를 포함한다. 그러한 표준 세정은 비활성화 혼합된 SAM을 또한 제거할 수도 있다. 대안적으로, 플라즈마 에칭과 같은 분리된 SAM 제거 단계가 추가적으로 사용될 수 있다. 도 4A에 나타난 바와 같이, 박리 공정(470)은 Y 회의 제자리(in situ) 보수 실시 후에, 또는 X 곱하기 Y 회의 기판 가공 또는 회분 후에 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 반응성 부위를 차단하기 위해 반응기 표면에 혼합된 SAM의 사용을 통해, 주기적인 보수(460)와 함께 또는 없이 세정(470)이 매 10-30 주에 단 한 번 수행될 수 있다. 최근에, 각각의 웨이퍼에 5 - 50 Å의 HfO2를 증착하기 위해 단일 웨이퍼 반응기(예컨대, 아리조나, 피닉스의 ASM America, Inc.사에서 입수가능한 ASM 풀사(Pulsar)TM)를 이용하여, SAM의 이점 없이 세정이 약 매 3 주에 수행된다. 따라서, 세정(470)의 빈도는 비활성화가 없는 경우의 빈도에 비해 대략 3 - 10 배로 감소된다. 제자리 외(ex situ) 박리를 수행해야 하는 상기 감소된 빈도는 특히 유리한데, 왜냐하면 매번 제자리 외(ex situ) 보수가 수행될 때, 반응기는 분해되며 작동할 수 없고, 따라서, 제자리 외(ex situ) 보수를 수행하는 빈도가 낮을 수록, 생산성이 더 높기 때문이다. 숙련된 기술자는 도 4A가 순환 빈도의 예시 편의를 위해 보수 공정(460) 후에 박리(470)를 예시하는 반면, 실제로는 박리 공정(470) 전의 마지막 보수 단계가 제외될 수 있음이 더욱 가능함을 이해할 것이다(예컨대, 도 4B를 참조).
도 4B는 일부 구체예에 따른 혼합된 자기-조립 단층막을 반응기의 노출된 표면에 사용하여 하나 이상의 기판을 가공하기 위한 대안적 방법의 순서도이다. 도 4B의 순서도가 도 4A의 순서도와 같은 많은 동일한 공정 단계를 공유하지만, 도 4B의 순서도는 Z 회 반복될 수 있는 보수 공정과 함께 수행되는 별도로 임의적인 수산화 공정을 나열한다. 수산화 공정의 목적은 제자리(in situ) 보수의 일부로서 짧은-사슬 SAM 분자, 또는 긴 및 짧은-사슬 SAM 분자를 재도입하기 전에 -0H(예컨대, M-OH) 히드록실 기를 포함하는 최대 수의 반응성 부위를 가지는 노출된 표면을 제공하는 것이다. 수산화 공정은 노출된 표면을 향해 산소-함유 증기, 긴 수 펄스(long water pulse) 또는 다중 수 펄스를 도입시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 4B와 관련하여, 대표적인 공정이 기술된다. 임의의 반복되는 순환의 가공, 보수, 수산화 및 보수, 및 도 4B에 예시된 박리를 포함하는 전체 공정은 순차적 공정 및 챔버 컨디셔닝 순환으로 지칭될 수 있다. 반응기에서, 긴-사슬 분자(예컨대, ODTS)를 가지는 자기-조립 단층막이 반응기의 표면에 흡착될 수 있다(410). 짧은-사슬 분자(예컨대, TMCS)이 이후 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 반응기의 표면에 흡착될 수 있고(420), 이를 통해 반응기 상에 혼합된 SAM을 형성한다. 일단 혼합된 SAM이 형성되면, 많은 웨이퍼기 순차적으로 반응기에 로딩될 수 있고(430), 가공될 수 있고(440)(예컨대, HfCl4의 ALD 증착에 의해) 제거될 수 있다(450). X 개의 웨이퍼가 가공되고 제거된 후에, 제자리(in situ) 보수 공정(예컨대, 짧은-사슬 분자의 도입)이 도 4A에 관해 기술된 것과 유사하게 수행될 수 있다(460). 제자리(in situ) 보수(460) 후에, 하나 이상의 기판이 로딩되고 가공되고 제거될 수 있다. 기판 가공(430)-(450) 및 제자리(in situ) 보수의 순환은 SAM 코팅의 비활성화 또는 부동태화(passivating)를 유지하기 위해 더 복잡한 챔버 컨디셔닝 단계가 필요하기 전에 총 Y 회 반복될 수 있다.
그러한 더욱 복잡한 컨디셔닝의 한 예에서, 제자리(in situ) 보수 공정 만을 수행하는 대신에, 조합된 수산화 공정(예컨대, 산소-함유 증기를 도입) 이후 제자리(in situ) 보수 공정이 반응기의 노출된 표면에 수행될 수 있다(465). 제자리(in situ) 보수 전의 수산화 공정의 수행은 짧은-사슬 분자, 또는 긴 및 짧은-사슬 분자를 도입하기 전에 반응기 표면에 -OH(예컨대, M-OH) 히드록실 기를 포함하는 최대 수의 반응성 부위를 제공하는 것을 돕는다. 수산화 및 제자리(in situ) 보수(465)에 이어서, 하나 이상의 기판이 X 회 로딩되고 가공되고 제거될 수 있고(430)-(450), 이후 단순 제자리(in situ) 보수(460)될 수 있고, 이러한 순환이 수산화/보수 공정(465) 이전에 다시 Y 회 반복될 수 있다. 조합된 수산화/보수(465)를 포함하는 더 큰 순환은 총 Z 회 반복될 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 조합된 수산화 및 제자리(in situ) 보수(465)가 매 보수 단계에서 단순 제자리(in situ) 보수(460) 대신에 수행될 수 있음을 이해할 것이다.
더욱 복잡한 챔버 컨디셔닝의 또다른 예에서, 제자리(in situ) 보수 또는 수산화 및 제자리(in situ) 보수의 조합을 수행하는 것 대신에, 박리 공정이 하나 이상의 기판을 가공한 후에 반응기의 표면에 수행될 수 있다(470). 박리 공정은 제자리(in situ) 또는 제자리 외(ex situ)일 수 있고 반응기 표면 상의 임의의 증착 축적을 제거할 수 있다. 박리 공정을 수행한 후에, 하나 이상의 기판을 가공하기 위한 준비로서 혼합된 SAM이 다시 한번 반응기 표면에 증착될 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 박리 공정이 선택된 수의 제자리(in situ) 보수 및/또는 수산화 및 제자리(in situ) 보수 순환의 조합이 수행된 후에 수행될 수 있음(470)을 이해할 것이다. 유리하게도, 혼합된 SAM을 통해 제공된 비활성화가 박리 또는 챔버 세정 공정의 빈도를 크게 낮춘다.
한 예에서, 각각의 복수의 웨이퍼 상의 순차적인 20 Å 두께의 HfO2 막의 ALD 증착은 단일-웨이퍼 ALD 챔버 내에서 수행된다. 상기 시스템은 제자리(in situ) 보수를 필요로 하기 전에 대략 30-60개의 웨이퍼, 또는 대략 둘 또는 셋의 25-개 웨이퍼 카세트를 가공할 수 있고, 즉, 제자리(in situ) 보수(460) 수행 전의 X = 30-60이다. 제자리(in situ) 보수(460)는 하루 1 내지 3회 일어날 수 있다. 또한, 일부 경우에, 수산화 및 보수 공정(465)은 짧은-사슬 분자, 또는 긴 및 짧은-사슬 분자의 재도입 전에 수행될 수 있다. 수산화 및 보수 공정(465)은 수산화 공정이 없는 제자리(in situ) 보수(460)에 비해 더 적은 빈도로 수행될 수 있고, 따라서 수산화 공정은 매 2 내지 3일에 한 번 수행될 수 있고, 즉, 수산화 및 보수(465)를 수행하는 경우 사이의 Y = 2-9이다. Z는 수산화 및 보수(465)가 (더 자주 포함되는 웨이퍼를 가공(430)-(450)하는 순환 및 수산화 없는 보수(460)를 포함하여) 박리(470) 전에 수행되는 횟수를 나타낸다.
도 5A는 일부 구체예에 따른 혼합된 자기-조립 단층막을 반응기의 노출된 표면에 형성하기 위한 방법의 순서도이다. 단계의 전부 또는 일부가 제자리 외(ex situ)에서 수행될 수 있지만, 바람직하게는 모든 단계가 기판의 증착이 수행되는 동일 반응기 내 제자리(in situ)에서 수행되며, 반응기에서 표면 전반에 대한 균일한 열적 반응을 보장한다. 상기 방법은 시즈닝 층을 반응기의 노출된 표면에 형성하는 단계(510); 반응기의 노출된 표면에 수산화 공정을 수행하는 단계(520); 긴-사슬 분자를 가지는 자기-조립 단층막(SAM)을 반응기의 노출된 표면 위에 흡착시키는 단계(530); 짧은-사슬 분자를 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 반응기의 노출된 표면의 반응성 부위에 흡착시켜서 혼합된 자기-조립 단층막을 형성하는 단계(540); 및 임의로, 수산화 및 자기-조립 단층막 전구물질 흡착을 반복하는 단계(550)를 포함한다. 다른 구체예에서, 수산화 및 SAM 흡착 단계는 순차적이기 보다는 동시에 수행될 수 있다.
혼합된 SAM을 반응기의 노출된 표면에 형성하기 이전에, 시즈닝 층이 형성될 수 있다(510). 시즈닝 층은 예를 들어, 더 조밀한 SAM 층을 그 위에 증착되게 할 높은 -OH 표면 피복률을 가지는 층을 제공하여, 이후의 증착 공정을 위해 반응기를 준비하게 돕는다. 시즈닝 층은 혼합된 SAM의 비활성화의 형성을 촉진한다. 시즈닝 층은 기판에 이후 증착을 위해 사용될 동일한 전구물질을 반응기에 도입하여 형성될 수 있다. 예를 들어, HfO2를 기판에 증착시키도록 설계된 반응기를 위해, 어느 한 기판을 도입하기 전에, HCl4과 같은 하나 이상의 전구물질의 펄스가 반응기에 도입될 수 있고 H2O의 펄스와 교대로 노출된 반응기 표면을 코팅하여 HfO2를 형성할 수 있다.
반응기의 노출된 표면에 시즈닝 층을 임의로 형성한(520) 후에, 수산화 공정이 수행될 수 있다(520). 수산화 공정의 목적은 비활성화 SAM를 증착하기 전에 -OH (예컨대, M-OH) 히드록실 기를 포함하는 최대 수의 반응성 부위를 가지는 반응기의 표면을 제공하는 것이다. 수산화 공정은 오로지 비활성화 SAM가 형성될 표면에 수행되는 것을 필요로 한다. 시즈닝 공정과 같이, 수산화 공정은, 비록 비활성화 SAM이 흡착될 수 있는 이용가능한 반응성 부위의 수를 최대화하는 것이 권고되지만, 임의적이다. 일부 구체예에서, 수산화 공정은 오존 기체와 같은 산소-함유 증기, 긴 수 펄스 또는 다중 수 펄스를 반응기 표면에 도입하는 것을 포함한다. 다른 구체예에서, 수산화 공정은 수 플라즈마의 직접 또는 간접적인 도입, 금속-산화물-금속 연결을 개방하기 위한 수소 플라즈마의 도입, 또는 열 또는 플라즈마 방식 내에 다른 산화제의 도입을 포함한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 수산화 공정은 반응기 표면에 100 sccm 내지 10 slm의 O2유량으로 1 분 내지 1 시간의 기간동안 5-100 % 농도의 오존 기체의 흐름을 도입하는 것을 포함한다. 일부 구체예에서, 산소-함유 증기는 연속적으로 또는 다중 펄스로서 도입될 수 있다. 오존(또는 다른 산소원)으로부터의 산소 원자는 자연적으로 노출된 표면에 결합하여 -OH 표면 기를 형성하고, 상기 기는 이후의 SAM의 흡착에 대해 반응성 부위로서 기능하고 더 높은 밀도의 SAM 분자를 제공한다.
당해 분야의 숙련가는 SAM을 형성하기 전에 질소, 수소 및 할라이드 표면 기의 사용을 통해 추가적인 반응성 부위가 또한 반응기의 표면에 생성될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 구체예에서, 반응기 표면은 수소-내포 반응물질(예컨대, H2, HF, 등), 질소-내포 반응물질(예컨대, NH3, 히드라진, 등), 또는 할라이드-내포 반응물질(예컨대, NF3, CF4 또는 다른 클로로- 또는 플루오로카본, 등)에 노출된다. 추가로, 상기 목록은 배타적 목록이 아니며, 반응성 부위는 상이한 유형의 표면 기의 혼합물을 포함할 수 있다.
수산화 공정을 임의로 수행한(520) 후에, 긴-사슬 분자를 가지는 자기-조립 단층막이 반응기의 노출된 표면 위에 흡착될 수 있다(530). 자기-조립 단층막은 앞서 기술된 SAM 전구물질 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
혼합된 SAM을 형성하기 위해, 짧은-사슬 분자가 이후에 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 반응기의 노출된 표면 부위 위에 흡착될 수 있다(540). 혼합된 SAM은 반응기의 노출된 표면과의 반응으로부터 증착 전구물질을 방지 또는 차단하기 위해 사용되고, 이를 통해 웨이퍼 공정 도중에 반응기 표면 위의 원치 않는 막 축적량을 감소시킬 수 있다.
혼합된 SAM의 형성 이후에, 수산화 공정 및 SAM 전구물질 흡착이 임의로 반복될 수 있다(550). 수산화 공정 및 SAM 전구물질 흡착의 순환적 반복(550)은 반응기의 노출된 표면에서 차단된 반응성 부위의 수를 최대화하기 위해 일시적으로 차단되거나 숨겨진 반응성 부위와의 반응을 가능하게 할 수 있다. 일부 구체예에서, 수산화 공정의 반복은 앞서 수행된 동일한 수산화 공정의 수행을 포함하는 반면, 다른 구체예에서, 수산화 공정의 반복은 앞서 수행된 것과는 상이한 수산화 공정의 수행을 포함한다. 일부 구체예에서, SAM 전구물질 흡착의 반복은 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자 모두의 흡착을 포함하는 반면, 다른 구체예에서, 반복은 긴-사슬 분자 또는 짧은-사슬 분자 중 하나의 흡착을 포함한다.
도 5A의 처리 공정은 순환적인 처리 및 도 4A 또는 4B의 증착 공정에서 사용될 수 있다.
도 5B는 일부 구체예에 따른 반응기의 노출된 표면에서 혼합된 자기-조립 단층막을 보수하기 위한 방법의 순서도이다. 증기상 반응물질을 사용하는 제자리(in situ) 보수는 제자리 외(ex situ) 세정 사이의 시간을 연장시킬 수 있고 따라서 반응기 비가동 시간(downtime)을 최소화할 수 있다. 상기 방법은 반응기 표면에 혼합된 SAM을 이용하여 반응기에서 복수의 증착 런을 수행하는 단계(560); 반응기 표면에 시즈닝 층을 임의로 재형성하는 단계(570); 반응기 표면 또는 시즈닝 층에 수산화 공정을 수행하는 단계(580); 반응기 표면 또는 시즈닝 위에 짧은-사슬 분자를 흡착(585a)시키거나 반응기 표면 또는 시즈닝 층 위에 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자를 흡착시키는(585b) 단계; 및 수산화 및 SAM 전구물질 흡착을 임의로 반복하는 단계(590)를 포함한다.
많은 웨이퍼가 CVD 또는 ALD 조건 하에 가공되는, 반응기 표면에 형성된 혼합된 SAM을 가지는 반응기에서 복수의 증착 런을 수행한(560) 후에, 혼합된 SAM은 보수를 필요로 할 수 있다. 일부 구체예에서, 보수는 단계 585a 및 585b와 관련하여 논의될 SAM 전구물질 분자의 흡착 단계를 포함한다.
보수를 수행하기 이전에, 시즈닝 층이 반응기 표면에 임의로 재형성될 수 있다(570). 연장된 증착 런 후에, 상당한 축적이 이미 벽에 발생했고 더욱 완전하고 신뢰할 만한 기초가 비활성화 SAM을 재생하여 이후의 기판 가공에서 벽에의 추가적인 증착을 최소화하기 위해 요구되는 경우, 시즈닝 층을 재형성할 수 있다. 수산화 공정이 반응기 표면 상에 기존하는 SAM에, 또는 재형성된 경우에는 시즈닝 층에 수행될 수 있다(580).
수산화 공정을 수행한(580) 후에, 새로운 혼합된 SAM을 재생 또는 형성하는 보수 공정이 시작될 수 있다. 보수 공정은 짧은-사슬 분자만을 어느 한 임의적인 시즈닝 층을 비롯한 임의의 노출된 반응성 부위의 반응기 표면 위에 흡착하는 단계(585a), 또는 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자 모두를 반응기 표면(또는 임의의 시즈닝 층) 위에 흡착시키는 단계(585b) 중 하나를 포함할 수 있다. 585a 또는 585b 중 어느 한 흡착 공정을 수행하기 위해, SAM 전구물질이 반응기에 도입된다.
혼합된 SAM을 보수하기 위해 SAM 전구물질을 흡착시킨 후에, 수산화 공정 및 SAM 전구물질 흡착이 임의로 반복될 수 있다(590). 일부 구체예에서, SAM 전구물질 흡착의 반복(590)은 하나 이상의 SAM 전구물질을 주기적으로 반응기에 도입하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 짧은-사슬 분자를 가지는 SAM 전구물질은 상이한 시간동안 상이한 유량으로 혼합된 SAM이 보수될 때까지 반복적으로 도입될 수 있다.
일부 구체예에서, 혼합된 SAM을 보수(예컨대, 짧은 사슬 및 긴 사슬 전구물질로, 또는 짧은 사슬 전구물질 만으로)하는 대신에, 혼합된 SAM의 흡착된 분자는 제자리(in situ)에서 고의로, 예컨대, 오존, 산소, NxOy, 또는 산화 플라즈마 종(plasma species)의 사용에 의한 유기 SAM의 연소를 통해 파괴되거나 제거될 수 있다. 예를 들어, 보수보다 낮은 빈도로, 도 4A 또는 도 4B의 박리(470)는 제자리(in situ) 박리를 통할 수 있다. 혼합된 SAM을 제자리(in situ)에서 제거하여, 상기 기술된 공정은 유리하게 반복될 수 있다. 예를 들어, 제자리(in situ) 산화에 의해 전체 또는 부분적으로 일단 혼합된 SAM이 제거되면, 시즈닝 층이 반응기 표면에 증착될 수 있고, 이후 임의로 수산화 공정이 이어질 수 있다. 시즈닝 층 및 임의의 수산화 공정의 재-부가는 다시 한번 혼합된 SAM을 깨끗한 표면 위에 증착하기 위해 첫 번째 SAM 전구물질 및 두 번째 SAM 전구물질의 재도입을 가능하게 하고, 따라서 일부 경우에 제자리 외(ex situ) 보수에 대한 필요를 더욱 늦춘다. 반복될 수 있는 혼합된 SAM의 제자리(in situ) 제거를 이용하는 대표적인 순환은 다음과 같이 기술된다: 티타늄 반응기에, 시즈닝 층(예컨대, 알루미나의 시즈닝 층)을 도입하고, SAM(예컨대, 단일 또는 혼합된)을 증착하고, 복수의 웨이퍼를 가공하고, 보수를 수행(예컨대, 긴-사슬 분자 또는 짧은-사슬 분자를 재도입)하거나 제거(예컨대, 산화)하는 공정.
도 6A-6E는 표면에의 혼합된 SAM의 형성 및 이어지는 웨이퍼 가공을 거치는 반응기(600)의 모식도이다. 제자리(in situ) 비활성화에 대해 예시하고 있지만, 반응기가 액체 또는 증기 SAM 전구물질에 의해 제자리 외(ex situ)에서 분해되거나 표면처리될 수 있음이 이해될 것이다. 도 6A는 일부 구체예에 따른 반응기(600) 및 이의 특징을 예시한다. 반응기(600)는 주입구 포트(inlet port)(605), 배출구(outlet) 포트(608) 및 발열체(susceptor)(614)를 포함할 수 있다. 반응기(600)는 CVD 반응기 또는 ALD 반응기 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판(들)에 증착시킬 수 있는 임의의 다른 유형의 반응기일 수 있다. 반응기(600)는 단일-기판 가공기이거나 회분식-기판 가공기일 수 있다. 혼합된 SAM이 흡착될 수 있는 반응기 표면은 다음의 물질로 이루어질 수 있다(단, 이에 제한되지 않는다): 티타늄, 티타늄 합금, 티타늄 디옥사이드, 니켈, 니켈 합금, 스테인리스 스틸 및 알루미늄 옥사이드. 당해 분야의 숙련가는 반응기가 단지 도식적으로 나타나며 여러가지 다른 구성을 취할 수 있고 다른 성분 가령 가열기, 증발기 또는 기포발생기, 온도 제어를 위한 제어 시스템, 증착 전구물질의 유량의 제어기, 기체 분포 시스템, 등을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. ALD 반응기는 전형적으로 각각의 반응물질에 대해 하나씩 존재하여 이들이 반응할 수 있는 표면을 최소화하는, 둘 이상의 분리된 주입구(나타나지 않음)을 포함한다. 부가적으로, 온도 제어기는 전형적으로 반응기 내 목적되는 표면을(특히 발열체(614) 및 지지 기판) 전구물질의 응축 한계 위 그리고 이들의 분해 한계 아래로 유지하도록 프로그램되어 있다.
도 6B는 일부 구체예에 따른 시즈닝 공정 및 수산화 공정에 노출시킨 후의 도 6A의 반응기(600)를 예시한다. 시즈닝 공정 및 수산화 공정은, 반응 챔버(604), 주입구(605) 및 배출구(608)의 인접한 표면, 및 발열체(614)의 표면을 비롯한 반응기의 노출된 표면(600)을 덮는 수산화된 층(617)을 형성한다. 일부 구체예에서, HfO2 ALD와 같은 이후의 기판 가공을 위해 의도된 동일한 증착을 포함할 수 있는 시즈닝 공정 동안, 반응기는 약 200℃ 내지 500℃의 온도 및 약 0.1 내지 10 토르의 압력으로 유지된다. 일부 구체예에서, 오존 기체의 도입을 포함할 수 있는 수산화 공정 동안, 반응기는 100 내지 500℃의 온도 및 약 0.1 내지 50 토르의 압력으로 유지된다.
도 6C는 일부 구체예에 따른 SAM 전구물질에 노출 후의 도 6B의 반응기(600)를 예시한다. SAM 전구물질은 혼합 또는 혼성된 SAM(622)를 임의의 시즈닝 층 위에 형성하기 위해 긴-사슬 분자 및/또는 짧은-사슬 분자 모두를 포함한다. 일부 구체예에서, 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자가 반응기로 도입되는 단일 원료에 함께 혼합될 수 있는 반면, 바람직한 구체예에서, 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자는 순차적으로 도입되는데, 긴-사슬 분자는 첫 번째로 도입되어 긴-사슬 단량체의 장점을 최대화하는 SAM을 형성하고, 이후 긴-사슬 분자 사이로 짧은-사슬 분자가 상호확산(interdiffusion)되어 임의의 잔여하는 반응성 부위를 차단하고 혼합된 SAM(622)을 형성한다. 일부 구체예에서, 긴-사슬 분자를 가지는 첫 번째 SAM 전구물질을 특정 기간 동안 도입한 후에, 첫 번째 SAM 전구물질의 흐름은 중지될 수 있고 퍼징 공정이 짧은-사슬 분자를 가지는 두 번째 SAM 전구물질의 도입 전에 수행될 수 있다. 일부 구체예에서, 퍼징 공정은 N2, Ar, He, 등과 같은 불활성 기체를 도입하는 것을 포함한다. 혼합된 SAM(622)은 증착 전구물질이 반응기의 노출된 표면(600)에 흡착하거나 반응하는 것으로부터 방지되도록 돕는다.
SAM은 반응기 내부의 다양한 표면에 흡착된다. 일부 구체예에서, SAM은 다섯 개 분자 단층막보다 더 작은 두께를 갖는다. 도 6C에 나타난 바와 같이, 일부 구체예에서, 흡착된 SAM(622)은 주입구 포트(605) 및 배출구 포트(608)의 표면까지 연장되어 이들 부위에서의 막 축적을 또한 방지할 수 있다.
도 6D는 일부 구체예에 따라 웨이퍼(632)가 반응 챔버(604) 내로 도입된 후의 도 6C의 반응기(600)를 예시한다. 일단 웨이퍼가 반응기(600)에 도입되고 발열체(614)에 위치되면, 웨이퍼는 CVD 또는 ALD, 특히 흡착-유도 ALD와 같은 증착 공정을 사용하여 가공될 수 있다.
도 6E는 일부 구체예에 따른 웨이퍼(632)에 증착 공정을 수행한 후의 도 6D의 반응기(600)를 예시한다. 일부 구체예에서, 웨이퍼(632)는 표준 CVD 또는 ALD 공정 조건 하에 가공된다. 증착 공정은 웨이퍼(632)에 막(644)의 증착을 야기한다. 일부 구체예에서, 최소량의 막이 혼합된 SAM(622)에 증착될 것이지만, 웨이퍼당 SAM(622)에 증착된 양은 일반적으로 무시가능할 수 있다. 일부 구체예에서, 혼합된 SAM 코팅된 반응기 표면에서의 성장의 양은 웨이퍼 상의 성장의 약 1/100 내지 1/50일 수 있다. 한 예에서, 웨이퍼(632) 상에 20 Å 막이 증착받는 표면에 10 초 후 대략 0.2 Å가 혼합된 SAM 코팅된 반응기 표면에 증착된다. 일반적으로, 웨이퍼 상의 매 10 Å는 처리된 벽에 수 십분의 일 옹스트롬 또는 그 미만, 바람직하게는 약 0인 증착을 야기하여, 웨이퍼(632)에의 증착이 반응 챔버(604)의 처리된 벽에 비해 선택적이도록 한다. 웨이퍼(632)가 적절하게 준비된 경우(도 7-8C 및 해당 설명을 참조), 증착은 또한 다른 부분에 비해 웨이퍼 상의 부분에 선택적일 수 있다.
증착 공정을 수행한 후에, 웨이퍼(632)는 제거될 수 있고, 또다른 웨이퍼가 공정을 위해 제공될 수 있다. 상기 단계는 일련의 웨이퍼를 위한 증착 런이 완료될 때까지 반복될 수 있다. 일단 증착 런이 완료되면, 일부 구체예에서, 반응기는 보수될 수 있다(앞서 논의된 바와 같음). 다른 구체예에서, 증착 런이 완료된 후에, 혼합된 SAM은 가령 열 어닐링에 의해 제거될 수 있다.
따라서, 반응기 표면을 혼합된 SAM(622)으로 코팅하는 것을 통해, 제자리(in situ) 또는 제자리 외(ex situ) 공정으로 반응기 표면을 보수 또는 재생해야 하는 빈도는 줄이면서, 임의의 소정의 기판에 있어서 반응기 표면에 식별가능한 증착 없이, 막 물질이 주로 웨이퍼에 증착되도록 선택적이거나 측정가능한 증착을 얻는 것이 가능하다. 유리하게는, 혼합 또는 혼성된 SAM을 사용하는 본 명세서에 기술된 방법은 SAM을 이용하지 않거나 단일-전구물질 SAM만을 사용하는 방법에 비해, 세정이 필요하기 전에 연장된 증착 런(예컨대, 더 많은 수의 가공된 웨이퍼)을 가능하게 한다.
전술된 구체예 중 어느 하나에 있어서, SAM의 초기 형성 공정의 일부로서 비활성화 표면(긴-사슬 분자 만으로 또는 긴-사슬 및 짧은-사슬 분자 모두로부터 형성됨)을 형성하거나 비활성화된 표면의 재도포 도중에 또는 이의 보수를 위해, 긴-사슬 분자 및/또는 짧은-사슬 분자를 도입하는 경우, 특정 백분율의 분자가 적절하게 흡착될 수 없거나 비활성화 표면에 화학적으로 결합불가능할 수 있다. 그러한 분자는 자기-조립 단층막에 불완전함을 만들 수 있고 공정 동안 반응기 표면 상의 증착을 허용한다. 비활성화된 표면에 화학적으로 결합되지 않은 이들 분자는 화학적으로 흡착된 분자를 건드리지 않으면서 물리적으로 흡착된 분자의 제거를 돕기 위해 선택된 조건하에 화학 어트랙터(chemical attractor), 열 처리, 또는 진공 처리와 함께 액체 또는 증기 처리로 구성되는 "추출" 단계를 수행하여 제거될 수 있다. 추출 처리는 물리적으로 흡착된 분자의 표면을 효과적으로 세정하고 긴 및/또는 짧은 SAM 전구물질에 대한 이후의 노출을 위해 반응성 부위를 노출하고, 추출은 상기 전구물질 노출과 함께 순환될 수 있다.
B. 소자 구조 상의 반응성 부위 비활성화를 위한 혼합된 SAM 사용
기판 공정 동안 선택된 기판 표면에 물질 증착을 방지하거나 최소화하기 위해 소자 구조 상에 혼합된 SAM을 활용하는 방법이 기술된다. 혼합 또는 혼성된 SAM을 이용하여, 증착 공정(가령 CVD 또는 ALD 증착 공정) 동안 물질이 소자의 특정 표면에 증착되고 다른 표면에는 (만약 존재한다면) 최소로 증착되는 선택적 증착을 성취할 수 있다.
도 7은 일부 구체예에 따른 선택적 증착을 위한 방법의 순서도이다. 상기 방법은 노출된 도체 표면 및 노출된 부도체 표면을 가지는 기판을 제공하는 단계(710); 긴-사슬 분자를 가지는 자기-조립 단층막을 노출된 부도체 표면 위에 흡착시키는 단계(720); 짧은-사슬 분자를 긴-사슬 분자가 흡착되지 않은 노출된 부도체 표면 위에 흡착시키는 단계(730); 및 ALD 공정을 수행하여 상기와 같이 처리된 부도체 표면에 비해 노출된 도체 표면 위에 막을 선택적으로 증착하는 단계(740)를 포함한다.
먼저, 노출된 도체 표면 및 노출된 부도체 표면을 가지는 기판이 제공된다(710). 상기 기판은 부분적으로 제작된 집적 회로 구조일 수 있다. 도체 표면은 임의로 도핑된(doped) 금속 표면 및/또는 반도체 표면을 포함할 수 있다. 도체 표면에서 형성될 SAM에 의한 비활성화를 방지하기 위해 자연 산화막 또는 히드록실 기를 세정할 수 있다.
기판을 제공한(710) 후에, 긴-사슬 분자를 가지는 자기-조립 단층막이 노출된 부도체 표면 위에 흡착될 수 있다(720). 상기 기술된 SAM 전구물질, 가령 옥타데실트리클로로실란((CH3)(CH2)17SiCl3 또는 ODTS), 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸트리클로로실란(FOTS), 트리콘틸트리클로로실란(TTS), FOMB(DMA), 옥틸트리클로로실란(CH3(CH2)7SiCl3), 및 운데실 트리클로로실란((CH3)(CH2)10-SiCl3) 중 어느 하나가 긴-사슬 분자를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
자기-조립 단층막을 흡착시킨(720) 후에, 짧은-사슬 분자가 흡착된 긴-사슬 분자에 점유되지 않은 노출된 부도체 표면의 잔여 활성 부위 위에 흡착될 수 있고(730), 이를 통해 혼합된 SAM을 노출된 부도체 표면 위에 형성한다. TCMS 또는 TMS와 같은 상기 기술된 SAM 전구물질 중 어느 하나가 짧은-사슬 분자를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 혼합된 SAM은 부도체의 반응성 부위를 차단하여 도체 표면에 비해 부도체 위에 일어나는 증착의 양을 방지하거나 최소화하고, 이를 통해 이후의 증착에 대해 비활성화한다.
반응기 처리에서와 같이, SAM 형성은 제자리 외(ex situ)에서, 제자리(in situ)에서, 또는 상기 두 가지의 조합으로 수행될 수 있다. 전구물질은 액체 또는 증기 형태로 전달될 수 있다.
노출된 부도체 표면에 혼합된 SAM을 형성한 후에, SAM-처리된 부도체 표면에 비해 노출된 도체 표면 위에 선택적으로 막을 증착하기 위해 ALD 공정이 수행될 수 있다(740). 예컨대, 게이트전극 구조의 부품을 형성하기 위해, 도체 표면에 막이 증착되지만, 부도체 표면 위에는 혼합된 SAM의 차단 능력으로 인해 단지 최소량의 막(만약 존재한다면)이 증착된다. 바람직하게는, 혼합된 SAM의 완전성은 가공된 웨이퍼당 그 위에 어떠한 측정가능한 증착도 허용하지 않는다.
도 8A-8C는 부도체(806) 상에 혼합된 SAM의 형성 및 이후의 증착(예컨대, ALD) 공정을 거치는, 부도체(806) 및 반도체 및/또는 금속(808)을 포함하는 혼합된 표면을 가지는 기판(800)의 모식도이다. 따라서 기판(800)은 노출된 부도체(806) 및 반도체/금속 표면(808)을 가지는 패터닝된 기판이다. 부도체 표면(806) 및 반도체 및/또는 금속 표면(808)은 부분적으로 제작된 집적 회로 구조의 부분일 수 있다. 일부 구체예에서, 부도체 표면은 SiO2와 같은 유전체 막에 의해 형성된다.
도 8B은 혼합 또는 혼성된 자기-조립 단층막(822)을 노출된 부도체(806)에 형성한 후의 도 8A의 기판(800)을 예시한다. 혼합된 SAM은 패터닝된 기판(반도체 및/또는 금속(808))의 두 번째 표면에는 형성됨 없이, 풍부한 반응성 부위로 인해 패터닝된 기판(노출된 부도체(806))의 첫 번째 표면에 형성된다. 혼합된 자기-조립 단층막(822)은 상기 기술된 바와 같이 긴-사슬 분자를 가지는 첫 번째 SAM 전구물질 및 짧은-사슬 분자를 가지는 두 번째 SAM 전구물질을 부도체의 노출된 표면에 함께 또는 순차적으로 공급하여 형성될 수 있다. 일부 구체예에서, 부도체에 형성된 혼합된 SAM(822)의 평균 두께(예컨대, 긴 및 짧은 사슬 분자 모두의 평균 두께)는 약 20 내지 50 Å이다. 혼성 자기-조립 단층막(822)을 형성하기 위해 사용된 긴-사슬 분자 및 짧은-사슬 분자 중 일부가 또한 반도체 및/또는 금속 표면(808)에 흡착될 수 있지만, 흡착된 양(만약 존재한다면)은 최소이거나 무시할 수 있다.
도 8C는 일부 구체예에 따른 선택적 증착 공정을 노출된 반도체 및/또는 금속 표면(808)에 수행한 후의 도 8B의 기판(800)을 예시한다. 증착 공정은 막 층(851)을 반도체 및/또는 금속 표면(808)에 그리고 상대적으로 적게(또는 바람직하게는 아주 없이) 부도체(806)에 증착하는 CVD 또는 ALD 공정(가령 하기 기술된 HfO2 ALD 공정 중 하나)을 포함한다. 막 층(851)은 HfO2 또는 ZrO2의 막, 또는 선택적으로 반도체 및/또는 금속 표면(808) 위에 증착될 수 있지만 부도체 표면(806)에는 증착되지 않는 임의의 다른 막을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 막 층은 10 내지 50 Å, 또는 10 내지 30 Å일 수 있다. ALD를 위한 많은 금속 전구물질, 특히 금속 할라이드는 소수성 SAM 표면에 흡착되지 않을 것이며 따라서 증착은 그 위에 일어나지 않는다. 특정한 예에서, 반도체/금속 표면에 HfO2의 증착된 막 층의 두께는 약 1.0 내지 10.0 nm이지만, 혼합된 SAM(822) 상에는 어떠한 측정가능한 두께도 형성되지 않는다. 일부 구체예에서, 증착된 막 층(151)은 97 % 이상, 더욱 바람직하게는 99 % 이상의 두께 균일성을 가지며, 90 % 이상, 더욱 바람직하게는 98 % 이상의 단차 피복률을 가진다.
ALD의 더욱 자세한 구체적인 예가 이제 기술된다. 혼합된 SAM을 반응기 표면 및/또는 반응 챔버 내 부분적으로 제작된 집적 회로 구조의 표면에 제공한 후에, 하나 이상의 기판이 반응 챔버에 로딩될 수 있고 ALD 공정이 개시될 수 있다. 두 가지 반응물질 기체 및 퍼징 기체가 일련의 하프늄 옥사이드(HfO2) 단층막을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 반응물질 기체는 하프늄 클로라이드(HfCl4) 및 H2O를 포함할 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 다른 ALD 공정을 위한 반응물질 기체가 또한 TMA, ZrCl4, 알킬-아미드, 및 알콕사이드를 포함하지만 이에 제한되지 않는 소수성 SAM에 반하여 선택될 수 있음을 이해할 것이다. 퍼징 기체는 질소(N2)를 포함할 수 있다. 더욱 복잡한 공정은 기판에 형성될 원하는 단층막에 따라 반응물질 제거 단계(예컨대, 퍼징 펄스)에 의해 분리된 셋 이상의 반응물질을 사용할 수 있다.
ALD 공정은 기판 온도를 반응물질의 응축 온도 이상 및 열 분해 온도 이하로 설정하는 것으로 시작된다. 첫 번째 반응물질 펄스는 HfCl4를 반응 챔버로 도입하는 것으로 시작할 수 있다. 일단 반응 챔버 내로 들어가면, HfCl4는 부분적으로 제작된 집적 회로의 선택 표면에 화학적으로 흡착되고, 전형적으로 단층막 이외에는 어떤 것도 남기지 않는다. HfCl4이 원하는 표면에 흡착된 후에, HfCl4의 흐름은 중단될 수 있다. 불활성(예컨대, N2) 퍼징 기체가 이후 반응 챔버로 제공될 수 있고, 여기서 상기 기체는 부분적으로 제작된 집적 회로의 표면에 흡착되지 않은 임의 분량의 HfCl4를 제거하도록 설계된다.
일단 증착 챔버가 퍼징되면, 두 번째 반응물질 펄스는 H2O를 반응 챔버 내로 도입하여 시작할 수 있다. 일단 반응 챔버 내에 들어오면, H2O는 화학적으로 흡착된 -HfCl3 종과 반응하여 하프늄 옥사이드 HfO2 또는 -Hf(OH)3의 단층막을 부분적인 집적 회로의 선택 표면에 형성한다. HfO2의 형성 이후에, H2O의 흐름은 중단될 수 있다. N2 퍼징 기체가 이후 반응 챔버로 제공될 수 있고, 여기서 상기 기체는 부분적으로 제작된 집적 회로의 표면에 충분히 흡착되지 않은 임의 분량의 H2O를 제거하도록 설계된다. 상기 공정은 반복되어 부분적으로 제작된 집적 회로의 선택 표면에 HfO2의 복수의 단층막을 형성할 수 있다. 증착 온도에서 입체 장해 및 낮은 히드록실 기 피복률로 인해, 평균 증착 정도는 대부분의 ALD 공정에서 순환당 완전한 분자 단층막 미만이다.
대조적으로, 혼합된 SAM이 증착되어 있는 반응기 표면 및/또는 부분적으로 제작된 집적 회로 구조의 표면은 전반적인 ALD 공정이 선택적이게 되도록 하는 최소량(만약 존재한다면)의 물질 증착을 가질 것이다. 두 가지 전구물질로 형성된 혼합된 SAM은 밑에 깔린 표면에 ALD 전구물질의 흡착을 차단하고 방지하는 소수성 꼬리-말단을 포함한다. 따라서, HfCl4와 같은 ALD 전구물질은 위에 덮인 혼합된 SAM을 가지지 않는 노출된 표면에만 흡착될 것이다. SAM의 소수성 꼬리와 반응하지 않을 ALD 전구물질의 예는 물, 알코올, 및 -OH 관능기를 갖는 다른 분자, 금속 할라이드(예컨대, HFCl4, ZrCl4, TiCl4), 유기금속성 전구물질(예컨대, TMA, TEMAH) 및 다른 -OH 반응성 유기 및 무기 전구물질을 포함한다. 따라서, 수 반응성이고 SAM과 반응하지 않는 ALD 전구물질이 비활성화될 것이다.
본 발명에서 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변화가 만들어질 수 있음이 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 일부 구체예에서, 상기 기술된 많은 공정/세정 순환에서 특정 단계 또는 순환이 제외될 수 있고, 여전히 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 4A 및 4B와 관련하여, 짧은-사슬 분자를 흡착시키는 단계(420)를 제외시키는 것이 가능하며, 여전히 본 발명의 많은 이익을 얻을 수 있다. 단지 긴-사슬 분자만을 가지는 SAM 층의 흡착이라도 본 명세서에 기술된 제자리(in situ) 보수, 수산화 및 제자리(in situ) 보수의 조합, 및 제자리(in situ) 및 제자리 외(ex situ) 박리 공정으로부터 이익을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명이 이들이 첨부된 청구 범위 및 이의 동등한 범위 내에 있을 경우에 한해 본 발명의 변형 및 변화를 포괄함이 의도된다.

Claims (40)

  1. 가공 방법으로서,
    노출된 표면을 제공하는 단계;
    자기-조립 단층막(self-assembled monolayer)을 상기 노출된 표면 위에 흡착시키기 위해 첫 번째 분자 사슬 길이를 가지는 첫 번째 유기 전구물질을 공급하는 단계; 및
    자기-조립 단층막이 흡착되지 않은 상기 노출된 표면의 반응성 부위들(reactive sites)에 흡착시키기 위해 상기 첫 번째 분자 사슬 길이보다 더 짧은 두 번째 분자 사슬 길이를 가지는 두 번째 유기 전구물질을 공급하는 단계;를 포함하는 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노출된 표면은 반응 챔버의 표면인 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노출된 표면은 패터닝된 기판의 표면인 가공 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 노출된 표면은 집적 회로 구조의 절연성(insulating) 표면인 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 첫 번째 분자 사슬 길이는 8개 이상의 탄소 원자의 길이인 가공 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 두 번째 분자 사슬 길이는 8개 미만의 탄소 원자의 길이인 가공 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 첫 번째 분자 사슬 길이는 12개 이상의 탄소 원자의 길이이고 상기 두 번째 분자 사슬 길이는 6개 이하의 탄소 원자의 길이인 가공 방법.
  8. 제3항에 있어서, 반응 챔버 내 상기 패터닝된 기판 상에, 선택적 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정을 수행하는 단계를 더 포함하며,
    상기 선택적 ALD 공정 동안, 상기 자기-조립 단층막 상에, 그리고 상기 자기-조립 단층막이 흡착되지 않은 표면 상에 물질이 증착되며,
    상기 자기-조립 단층막 상에 증착된 상기 물질의 양은 상기 자기-조립 단층막이 흡착되지 않은 상기 표면 상에 층착된 상기 물질의 양의 10% 미만인 가공 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 자기-조립 단층막 상에 증착된 상기 물질의 양은 상기 자기-조립 단층막이 흡착되지 않은 상기 표면 상에 층착된 상기 물질의 양의 2% 미만인 가공 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 자기-조립 단층막은, 상기 패터닝된 기판의 두 번째 표면에는 상기 자기-조립 단층막의 형성 없이, 상기 패터닝된 기판의 첫 번째 표면에 형성되는 가공 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질을 도입하기 전에 상기 노출된 표면에 수산화 공정(hydroxylation process)을 수행하는 단계를 더 포함하는 가공 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 수산화 공정은 상기 노출된 표면을 오존 기체에 노출시키는 단계를 포함하는 가공 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 수산화 공정 및 상기 첫 번째 유기 전구물질 및 두 번째 유기 전구물질 중 적어도 하나를 도입하는 단계를 한 번 이상 반복하는 것을 더 포함하는 가공 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수산화 공정 및 상기 첫 번째 유기 전구물질 및 두 번째 유기 전구물질 중 적어도 하나의 도입 단계의 반복은 제자리(in situ) 보수 공정의 일부로서 매 2-3일에 한 번 일어나는 가공 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 노출된 기판 위에 흡착된 상기 자기-조립 단층막 및 첫 번째 분자 사슬 길이 및 두 번째 분자 사슬 길이를 제자리 외(ex situ)에서 주기적으로 박리하는(strip) 단계를 더 포함하는 가공 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제자리 외(ex situ)에서 주기적으로 박리하는 단계는 증착 런(run) 사이에 적어도 15주의 간격을 두고 수행되는 가공 방법.
  17. 제15항에 있어서, 제자리 외(ex situ)에서 주기적으로 박리하는 단계는 HfO2의 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)을 포함하는 증착 런 사이에 적어도 4주의 간격을 두고 수행되는 가공 방법.
  18. 제1항에 있어서, 첫 번째 유기 전구물질 및 두 번째 유기 전구물질은 동시에 공급되는 가공 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 두 번째 유기 전구물질을 공급하기 전에 상기 노출된 표면 위에 흡착되지 않은 미반응된 첫 번째 유기 전구물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 가공 방법.
  20. 제1항에 있어서, 반응성 부위에 흡착되지 않은 미반응된 두 번째 유기 전구물질을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 가공 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질 및 두 번째 유기 전구물질 중 적어도 하나를 공급한 후에 상기 노출된 표면으로부터 흡착되지 않은 분자들을 추출하는 단계를 더 포함하는 가공 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 흡착되지 않은 분자를 추출한 후에 상기 첫 번째 유기 전구물질 및 두 번째 유기 전구물질 중 적어도 하나를 재공급하는 단계를 더 포함하는 가공 방법.
  23. 증착 반응기를 이용한 가공 방법으로서,
    자기-조립 단층막을 반응기 표면의 부분들에 증착하기 위해 첫 번째 유기 전구물질을 공급하는 단계; 및
    상기 자기-조립 단층막이 증착되지 않은 상기 반응기 표면의 부분들과 반응시키기 위해 두 번째 유기 전구물질을 공급하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 두 번째 유기 전구물질 내 분자들의 사슬은 상기 첫 번째 유기 전구물질 내 분자들의 사슬보다 더 짧은 가공 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질 및 상기 두 번째 유기 전구물질은 동시에 도입되는 가공 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 반응기 내에 집적 회로 구조를 제공하는 단계, 및 하나 이상의 단층막이 상기 집적 회로 구조에 증착되지만 상기 반응기 표면의 상기 자기-조립 단층막에는 증착되지 않는, 상기 반응기에서 상기 집적 회로 구조에 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정을 수행하는 단계를 포함하는 가공 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질은 상기 반응기 내에 제자리(in situ)로 공급되는 가공 방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질은 상기 반응기의 외부에서 제자리 외(ex situ)로 도입되는 가공 방법.
  28. 제23항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질 및 두 번째 유기 전구물질을 공급한 후에 상기 반응기 표면의 부분들 위에서 상기 첫 번째 유기 전구물질의 반응된 분자들 및 상기 두 번째 유기 전구물질의 반응된 분자들을 오존, 산소, NxOy, 또는 다른 산화 플라즈마 종(plasma species)을 이용하여 제자리(in situ) 제거하는 것을 더 포함하는 가공 방법.
  29. 반도체 소자의 형성 방법으로서,
    첫 번째 표면 및 상기 첫 번째 표면과 상이한 두 번째 표면을 가지는 집적 회로 구조를 반응 챔버에 제공하는 단계;
    첫 번째 유기 전구물질을 상기 두 번째 표면은 코팅하지 않으면서 상기 첫 번째 표면의 부분들에 자기-조립 단층막을 코팅하기 위해 상기 반응 챔버에 도입하는 단계;
    상기 첫 번째 표면을 코팅하지 않은 미반응된 첫 번째 유기 전구물질을 상기 반응 챔버로부터 퍼징하는(purging) 단계;
    두 번째 유기 전구물질을 상기 첫 번째 유기 전구물질로 코팅되지 않은 상기 첫 번째 표면의 반응성 부위들과 반응시키기 위해 상기 반응 챔버에 도입하는 단계; 및
    반응성 부위들과 반응하지 않은 미반응된 두 번째 유기 전구물질을 상기 반응 챔버로부터 퍼징하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 형성 방법.
  30. 제29항에 있어서, 선택적 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정을 수행하는 것을 더 포함하며, 물질이 상기 두 번째 표면에 증착되지만 상기 자기-조립 단층막으로 코팅된 상기 첫 번째 표면에는 증착되지 않는 반도체 소자의 형성 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 자기-조립 단층막을 제거하기 위해 열 어닐링(thermal anneal)을 수행하는 것을 더 포함하는 반도체 소자의 형성 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 첫 번째 유기 전구물질은 옥타데실트리클로로실란(ODTS), 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸트리-클로로실란(FOTS) 및 테트라데실트리클로로실란(TTS)으로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 소자의 형성 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 두 번째 유기 전구물질은 트리클로로메틸실란(TCMS), 트리메틸클로로실란(TMCS) 및 FOMB(DMA)으로 이루어진 군에서 선택되는 반도체 소자의 형성 방법.
  34. 집적된 막 구조로서,
    첫 번째 노출된 표면 및 상기 첫 번째 노출된 표면과 상이하고 상기 첫 번째 노출된 표면에 인접한 두 번째 노출된 표면; 및
    상기 두 번째 노출된 표면에는 형성됨 없이 상기 첫 번째 노출된 표면에 흡착된, 혼합된 소수성 막(mixed hydrophobic film)을 포함하며, 상기 혼합된 소수성 막은 다수의 첫 번째 사슬 유기 분자들 및 다수의 두 번째 사슬 유기 분자들을 포함하고, 상기 두 번째 사슬 유기 분자들은 상기 첫 번째 사슬 유기 분자보다 더 짧은, 집적된 막 구조.
  35. 제34항에 있어서, 상기 첫 번째 노출된 표면은 유전체 물질(dielectric material)을 포함하고 상기 두 번째 노출된 표면은 반도체 물질을 포함하는 집적된 막 구조.
  36. 제34항에 있어서, 상기 혼합된 소수성 막은 100 도 이상의 수 접촉각(water contact angle)을 가지는 집적된 막 구조.
  37. 제34항에 있어서, 상기 두 번째 노출된 표면 상에 증착되고 상기 첫 번째 노출된 표면의 상기 혼합된 소수성 막 위에 증착된, 위에 덮인 원자층 증착(ALD) 막을 더 포함하며,
    상기 첫 번째 노출된 표면의 상기 혼합된 소수성 막 위에 증착된 상기 ALD 막의 양은 상기 두 번째 노출된 표면 상에 증착된 상기 ALD 막의 양의 10%보다 작은 것을 특징으로 하는 집적된 막 구조.
  38. 제37항에 있어서, 상기 두 번째 노출된 표면 상에서 상기 ALD 막은 10 Å 내지 30 Å의 두께를 갖는 집적된 막 구조.
  39. 제37항에 있어서, 상기 두 번째 노출된 표면 상에서 상기 ALD 막은 98 % 이상의 두께 균일성을 가지는 집적된 막 구조.
  40. 제37항에 있어서, 상기 두 번째 노출된 표면 상에서 상기 ALD 막은 98 % 이상의 단차 피복률(step coverage)을 가지는 집적된 막 구조.
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