KR101573299B1 - 유동성 유전 장치 및 프로세스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 외부 챔버 압력과 상이한 내부 챔버 압력을 지지할 수 있는 내부를 가지는 프로세싱 챔버를 포함할 수 있는 기판 프로세싱 시스템을 기재하고 있다. 상기 시스템은 상기 프로세싱 챔버의 내부 밖의 플라즈마를 발생시키도록 실행될 수 있는 원격 플라즈마 시스템을 또한 포함할 수 있다. 추가로, 상기 시스템은 상기 원격 플라즈마 시스템으로부터 상기 프로세싱 챔버의 내부로 제 1 프로세스 가스를 전달하도록 실행될 수 있는 제 1 프로세스 가스 채널 및 상기 원격 플라즈마 시스템에 의해 처리되지 않은 제 2 프로세스 가스를 전달하도록 실행될 수 있는 제 2 프로세스 가스 채널을 포함할 수 있다. 상기 제 2 프로세스 가스 채널은 상기 프로세싱 챔버의 내부로 열려 있는 그리고 상기 제 1 프로세스 가스 채널에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸인 원위 말단을 가진다.

Description

유동성 유전 장치 및 프로세스{FLOWABLE DIELECTRIC EQUIPMENT AND PROCESSES}
관련된 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2008년 5월 9일에 출원된 미국 가특허 출원 제 61/052,080호의 이익을 주장한다. 이 출원은 또한 명칭이 "PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL"인 2007년 5월 29일에 출원된 미국 특허 출원 제 11/754,858호와 관련된다. 두 출원 모두의 전체 내용은 모든 목적을 위해 참조로서 본원에 통합된다.
기술 분야
본 출원은 박막 및 코팅의 증착, 패턴화 및 처리에서 사용되는 장치, 방법 및 물질을 포함하는 제조 기술 해결안에 관한 것이며, 대표적인 예들은 (비제한적으로) 반도체 및 유전물질 및 장치, 실리콘-기반 웨이퍼 및 평면 패널 디스플레이(예를 들어 TFT)를 포함하는 어플리케이션을 포함한다.
종래의 반도체 프로세싱 시스템은 하나 또는 그 초과의 프로세싱 챔버를 포함하고 이들 사이에서 기판을 이동시키기 위한 수단을 포함한다. 기판은, 기판을 픽업하기 위해 연장되고, 철회하며, 이후 상이한 목적지 챔버에 기판을 위치시키기 위해 다시 연장될 수 있는 로봇 팔에 의해 챔버들 사이에서 전달될 수 있다. 도 1은 기판 프로세싱 챔버의 개략도를 보여준다. 각 챔버는 받침대 샤프트(105) 및 받침대(110) 또는 프로세싱을 위한 기판(115)을 지지하는 어떤 균등한 방식을 가진다.
받침대는 기판을 가열시키도록 구성된 프로세싱 챔버 내의 히터 플레이트일 수 있다. 기판은 로봇 팔이 기판을 놓았을 때부터 로봇 팔이 기판을 픽업하기 위해서 돌아올 때까지 기계적 수단, 차압 수단 또는 정전기적 수단에 의해 받침대에 지지될 수 있다. 리프트 핀은 종종 로봇 작업 중 웨이퍼를 들어올리기 위해 사용된다.
하나 또는 그 초과의 반도체 제조 프로세스 단계가 챔버 내에서 수행될 수 있고, 예를 들면 기판을 어닐링하거나 기판상의 필름을 증착 또는 에칭하는 것이다. 유전 필름은 일부 프로세싱 단계 중 복잡한 토폴로지(complex topologies)로 증착된다. 때로는 플라즈마 기술을 사용하는 다양한 화학 증착 기술을 포함하여, 좁은 갭으로 유전체를 증착시키기 위한 많은 기술이 개발되었다. 고밀도 플라즈마(HDP)-CVD는 유입 반응물의 수직 충돌 궤도와 이와 동시에 이루어지는 스퍼터링 활동으로 인한 많은 기하학적 형태를 채우기 위해 사용되었다. 그러나 일부 매우 좁은 갭은 초기 충격에 따른 이동성의 부족에 부분적으로 기인한 공극(void)을 계속적으로 형성했다. 증착 후 물질을 리플로우 함으로써 공극을 채울 수 있지만, 유전체가 높은 리플로우 온도를 가진다면(SiO2와 같이), 리플로우 프로세스는 또한 웨이퍼의 열 비용(thermal budget)의 무시할 수 없는 부분을 소비할 수 있다.
높은 표면 이동성으로 인해서, 유동성 물질 예컨대 스핀온 글라스(SOG)는 HDP-CVD에 의해 불완전하게 채워졌던 일부 갭들을 채우는데 유용하였다. SOG는 액체로서 도포되고 용매를 제거하기 위해서 도포후에 경화되고, 이로써 고체 유리 필름으로 물질을 전환시킨다. 갭-필링(gapfill) 및 평탄화 능력은 점도가 낮은 경우에 SOG에 대해 향상된다. 안타깝게도, 낮은 점도 물질은 경화 중에 상당하게 수축될 수 있다. 상당한 필름 수축은, 특히 두꺼운 필름에 대하여 높은 막 응력 및 박리 문제를 제공한다.
두 개의 컴포넌트의 전달 경로를 분리하는 것은, 기판 표면상의 증착 중에 유동성 필름을 만들 수 있다. 도 1은 분리된 전달 채널(125 및 135)을 가진 기판 프로세싱 시스템의 개략도이다. 유기-실란 전구체는 일 채널을 통해 전달될 수 있고, 산화 전구체는 다른 채널을 통해 전달될 수 있다. 산화 전구체는 원격 플라즈마(145)에 의해 여기 될 수 있다. 두 개의 컴포넌트의 혼합 영역(120)은, 더욱 일반적 전달 경로를 활용하는 대안적 프로세스보다 기판(115)에 더 가까이 발생된다. 필름이 표면 위로 부어지지 않고 성장되기 때문에, 점도를 줄이기 위해 필요한 유기 컴포넌트들이 프로세스 중에 증발될 수 있고, 이는 경화와 관련된 수축을 감소시킨다. 이 방식으로 필름을 성장시키는 것은 흡수된 종이 이동가능한 상태로 유지되는 가용 시간을 제한하며, 이는 불균일한 필름의 증착을 초래할 수 있는 하나의 제약(constraint)이 된다. 배플(140)은 반응 영역에서 전구체들을 더욱 균등하게 분배하기 위해 사용될 수 있다.
갭필 능력 및 증착 균일성은 높은 유기 성분과 관련된 높은 표면 이동성 측면에서 이익이 된다. 유기 성분의 일부는 증착 후에도 남아 있을 수 있고 그리고 경화 단계가 이용될 수 있다. 경화는 받침대에 매립된 저항성 히터로 받침대(110) 및 기판(115)의 온도를 올림으로써 실시될 수 있다.
개시된 실시예는 프로세싱 챔버 및 상기 챔버 안에 부분적으로 또는 전체적으로 배치된 기판 지지 어셈블리를 가지는 기판 프로세싱 시스템을 포함한다. 두 개의 가스(또는 가스들의 두 조합)는 상이한 경로에 의해 상기 기판 프로세싱 챔버로 전달된다. 프로세스 가스는 프로세싱 챔버로 전달될 수 있고, 제 1 플라즈마 영역 내의 플라즈마에서 여기 될 수 있고, 제 2 플라즈마 영역으로 샤워헤드를 통해 통과될 수 있으며, 이곳에서 실리콘-함유 가스와 상호작용하고 기판의 표면상에 필름을 형성한다. 플라즈마는 제 1 플라즈마 영역 또는 제 2 플라즈마 영역에서 점화(ignite) 될 수 있다.
배향을 임의로 선택하면서, 프로세스 가스는 상부 플라즈마 전극을 형성하는 프로세싱 챔버의 상부를 통해 유입될 수 있다. 샤워헤드는 중간 플라즈마 전극을 형성하고, 프로세싱 챔버의 하부 및/또는 받침대는 하부 전극을 형성한다. 중간 전극은 상부 또는 하부 전극을 실제로 매치(match)시키도록 선택될 수 있으며, 이로써 플라즈마의 위치를 결정한다. 증착 중, 플라즈마는 상부 및 중간 전극으로 점화되어서 제 1 플라즈마 영역에 플라즈마를 형성한다. 중간 전극의 전위는 상부 전극과 실제로 매치시키기 위해 선택될 수 있으며, 그에 따라 제 2 플라즈마 영역에 플라즈마를 형성시킨다. 제 2 플라즈마 영역 내의 플라즈마는 증착된 필름을 경화시키는 것을 도울 수 있지만, 또한 챔버를 세척하기 위해 사용될 수 있다. 세척 공정 중, 제 2 플라즈마 영역에 존재하는 가스는 플루오린을 함유할 수 있다.
개시된 실시예에서, 프로세스 가스는 산소, 수소 및/또는 질소(예를 들어 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, NxHy 예컨대 N2H4, 실란, 디실란, TSA, DSA,...)를 함유하고, 샤워헤드를 통과한 후에, 제 2 플라즈마 영역으로 유입된 실리콘-함유 전구체(예를 들어 실란, 디실란, TSA, DSA, TEOS, OMCTS, TMDSO,...)와 혼합된다. 반응물의 조합은 기판상의 필름의 필름을 형성한다. 필름은 실리콘 옥사이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘 옥시카바이드 또는 실리콘 옥시니트라이드일 수 있다.
추가적으로 개시된 실시예에서, 처리 가스가 유입될 수 있다(예를 들어 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NxHy 예컨대 N2H4, H2, N2, NH3, 및 수증기). 처리 가스는 프로세싱 챔버의 상부로부터 유입될 수 있고 제 1 플라즈마 영역에서 여기될 수 있다. 대안적으로, 가스는 제 1 플라즈마 영역으로 들어가기 전에 원격 플라즈마에 의해 여기될 수 있다. 이 가스는 필름 성장에 크게 기여하지 않지만, 성장되는 동안 또는 성장 후에, 필름의 수소, 탄소 및 불소 성분을 줄이는데 사용될 수 있다. 수소 및 질소 라디칼은 성장 필름의 바람직하지 않은 컴포넌트의 감소를 유도한다. 처리 가스의 여기된 유도체는, 성장 격자로부터 탄소 및 다른 원자를 포획(scavenging)함으로써 필름을 보조하고, 경화 중에 나타나는 수축 및 사후의 막 응력(film stress)을 줄인다.
추가적인 실시예에서, 프로세싱 챔버의 내부로부터 잔여 불소를 제거하기 위해, 처리 가스는 챔버 유지 과정(클리닝 및/또는 시즈닝) 후에, 제 1 플라즈마 영역 내의 플라즈마 또는 원격 플라즈마에서 여기된 후 제 2 플라즈마 영역으로 샤워헤드를 통해 전달된다.
두 개의 플라즈마는 다양한 주파수일 수 있지만, 일반적으로 라디오 주파수(RF) 범위 내에 있을 것이다. 플라즈마는 유도 커플링 또는 용량 커플링될 수 있다. 샤워헤드를 포함하는 챔버의 모든 부품은 부품 내에 만들어진 채널을 통해 물 또는 다른 냉각제를 흐르게 함으로써 냉각될 수 있다.
추가적인 실시예 및 특징부들은, 부분적으로는 하기의 상세한 설명에 기재되어 있고, 부분적으로는 명세서를 검토함으로써 당업자에 명백할 것이고, 또는 개시된 실시예의 실시에 의해서도 습득될 수 있다. 개시된 실시예의 특징 및 이점은 본 명세서에 기재된 수단, 조합 및 방법에 의해 실현되고 달성될 수 있다.
개시된 실시예의 본질 및 이점의 추가적인 이해는, 남아 있는 명세서 부분 및 도면을 참조함으로써 실현될 수 있다.
도 1은 별개의 산화 및 유기-실란 전구체로 필름을 성장시키기 위한 증착 챔버 내 종래 기술의 프로세싱 영역의 개략도이다.
도 2는 개시된 실시예에 따른 구획된 플라즈마 생성 영역을 가진 프로세스 챔버의 사시도이다.
도 3a는 개시된 실시예에 따른 전기 스위치 박스의 개략도이다.
도 3b는 개시된 실시예에 따른 전기 스위치 박스의 개략도이다.
도 4a는 개시된 실시예에 따른 구획된 플라즈마 생성 영역들을 가지는 프로세스 챔버의 단면도이다.
도 4b는 개시된 실시예에 따른 구획된 플라즈마 생성 영역들을 가지는 프로세스 챔버의 단면도이다.
도 5는 개시된 가스 인렛 및 제 1 플라즈마 영역의 확대 사시도이다.
도 6a는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 듀얼-소스 리드의 사시도이다.
도 6b는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 듀얼-소스 리드의 단면도이다.
도 7a는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 듀얼-소스 리드의 단면도이다.
도 7b는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 샤워헤드의 저면도이다.
도 8은 개시된 실시예에 따른 기판 프로세싱 시스템이다.
도 9는 개시된 실시예에 따른 기판 프로세싱 챔버이다.
도 10은 개시된 실시예에 따른 증착 프로세스의 흐름도이다.
도 11은 개시된 실시예에 따른 필름 경화 프로세스의 흐름도이다.
도 12는 개시된 실시예에 따른 챔버 클리닝 프로세스의 흐름도이다.
첨부된 도면에서, 유사한 컴포넌트 및/또는 특징부들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 참조 라벨이 명세서에서 사용되는 경우에, 이 설명은 동일한 참조 라벨을 가지는 유사한 구성들 중 임의의 구성에 적용될 수 있다.
개시된 실시예는, 챔버 내에 부분적으로 또는 전체적으로 배치된 프로세싱 챔버 및 기판 지지 어셈블리를 가지는 기판 프로세싱 시스템을 포함한다. 둘 이상의 가스(또는 가스들의 두 조합)는 상이한 경로에 의해 기판 프로세싱 챔버로 전달된다. 프로세스 가스는 프로세싱 챔버로 전달되고, 플라즈마에서 여기되고, 샤워헤드를 통해 제 2 플라즈마 영역으로 통과할 수 있으며, 여기서 실리콘-함유 가스와 상호작용하고 기판의 표면상에 필름을 형성한다. 플라즈마는 제 1 플라즈마 영역 또는 제 2 플라즈마 영역에서 점화될 수 있다.
도 2는 다중 가스 전구체 사이의 분리를 유지시키는 구획된 플라즈마 생성 영역들을 가지는 프로세스 챔버의 사시도이다. 산소, 수소 및/또는 질소 (예를 들어 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, NxHy 예컨대 N2H4, 실란, 디실란, TSA, DSA, ... )를 함유하는 프로세스 가스는 제 1 플라즈마 영역(215)으로 가스 인렛(inlet) 어셈블리(225)를 통해 유입될 수 있다. 제 1 플라즈마 영역(215)은 프로세스 가스로부터 형성된 플라즈마를 함유할 수 있다. 프로세스 가스는 또한 제 1 플라즈마 영역(215)으로 들어가기 전에 원격 플라즈마 시스템(RPS)(220)에서 여기될 수 있다. 제 1 플라즈마 영역(215) 아래에 샤워헤드(210)가 있으며, 이는 제 1 플라즈마 영역(215) 및 제 2 플라즈마 영역(242) 사이의 구멍난 파티션(본원에서 샤워헤드로 지칭됨)이다. 실시예에서, 제 1 플라즈마 영역(215) 내의 플라즈마는, 또한 전도성일 수 있는 샤워헤드(210)와 리드(204) 사이에 AC 파워, 가능하게는 RF 파워를 인가함으로써 생성된다.
제 1 플라즈마 영역 내의 플라즈마의 형성을 가능하게 하기 위해, 전기적 절연 고리(205)가 리드(204)와 샤워헤드(210) 사이에 위치하여, RF 파워가 리드(204)와 샤워헤드(210) 사이에 인가되도록 할 수 있다. 전기적 절연 고리(205)는 세라믹으로 만들어질 수 있고, 스파킹(spark)을 피하기 위해 높은 파괴 전압(breakdown voltage)을 가질 수 있다.
제 2 플라즈마 영역(242)은 샤워헤드(210) 내의 홀(hole)을 통해 제 1 플라즈마 영역(215)으로부터 여기된 가스를 수용할 수 있다. 제 2 플라즈마 영역(242)은 프로세싱 챔버(200)의 측면(side; 235)으로부터 연장되는 튜브(230)로부터 가스 및/또는 증기를 또한 수용할 수 있다. 제 1 플라즈마 영역(215)으로부터의 가스 및 튜브(230)로부터의 가스는 기판(255)을 프로세싱하도록 제 2 플라즈마 영역(242)에서 혼합된다. 프로세스 가스를 여기시키기 위해 제 1 플라즈마 영역(215) 내에 플라즈마를 점화하는 것은, 도 1의 RPS(145)와 배플(140)에만 의존하는 방법보다, 기판 프로세싱 영역(제 2 플라즈마 영역(242))으로 흐르는 여기된 종의 더욱 균일한 분배를 제공할 수 있다. 개시된 실시예에서, 제 2 플라즈마 영역(242)에는 플라즈마가 없다.
기판(255)을 프로세싱하는 것은, 기판이 제 2 플라즈마 영역(242) 내에 위치된 받침대(265)에 의해 지지되는 동안, 기판(255)의 표면상에 필름을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 프로세싱 챔버(200)의 측면(235)은 튜브(230)로 가스를 분배시키는, 가스 분배 채널을 포함할 수 있다. 실시예에서, 실리콘-함유 전구체는 튜브(230)들을 통해 그리고 각 튜브(230) 말단의 구멍 및/또는 튜브(230)의 길이에 따라 있는 구멍을 통해, 가스 분배 채널로부터 전달된다.
가스 인렛(225)으로부터 제 1 플라즈마 영역(215)으로 들어가는 가스의 경로는, 배플(도시되지 않음, 그러나 도 1의 배플(140)과 유사)에 의해 간섭될 수 있음에 유의하여야 하고, 이때의 배플의 목적은 제 1 플라즈마 영역(215) 내에서 가스를 더욱 균일하게 분배하기 위한 것이다. 일부 개시된 실시예에서, 프로세스 가스는 산화 전구체(이는 산소(O2), 오존(O3),...를 함유할 수 있음)이고, 샤워헤드 내 홀들을 통해 흐른 후, 프로세스 가스는 제 2 플라즈마 영역으로 더욱 직접적으로 유입된 실리콘-함유 전구체(예를 들어 실란, 디실란, TSA, DSA, TEOS, OMCTS, TMDSO, ... )와 혼합될 수 있다. 반응물의 조합은 기판(255) 상에 실리콘 옥사이드(SiO2)의 필름을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 프로세스 가스는 질소(NH3, NxHy 예컨대 N2H4, TSA, DSA, N2O, NO, NO2,... )를 함유하며, 이는 실리콘-함유 전구체와 혼합되는 경우, 실리콘 니트라이드, 실리콘 옥시니트라이드 또는 낮은-K 유전체를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
개시된 실시예에서, 기판 프로세싱 시스템은 또한, 샤워헤드(210)와 받침대(265) 사이에 RF 파워를 인가함으로써, 플라즈마가 제 2 플라즈마 영역(242)에서 점화되도록 구성된다. 기판(255)이 존재하는 경우에, RF 파워는 샤워헤드(210)와 기판(255) 사이에 인가될 수 있다. 절연 스페이서(240)는 샤워헤드(210)와 챔버 바디(280) 사이에 설치되어 샤워헤드(210)가 기판(255)과는 상이한 전위를 유지하도록 한다. 받침대(265)는 받침대 샤프트(270)에 의해 지지된다. 기판(255)은 슬릿 밸브(slit valve; 275)를 통해 프로세스 챔버(200)로 전달될 수 있고, 받침대(265)로 하강하기 전에 리프트 핀(260)에 의해 지지가 될 수 있다.
상기의 설명에서, 제 1 플라즈마 영역(215) 및 제 2 플라즈마 영역(242) 내의 플라즈마는 평행 플레이트 사이에 RF 파워를 인가함으로써 의해 생성된다. 대안적인 실시예에서, 두가지 플라즈마 모두 또는 각각은 유도적으로 생성될 수 있으며, 이 경우에, 두 개의 플레이트는 전도되지 않을 것이다. 컨덕팅 코일은 두 개의 전기적으로 절연된 플레이트 내 및/또는 그 영역을 둘러싸는 프로세싱 챔버의 전기적으로 절연된 벽 내에 매립될 수 있다. 플라즈마가 용량 커플링(capacitively coupled)(CCP)되거나 유도 커플링(ICP) 되는지에 무관하게, 플라즈마에 노출된 챔버의 부분은 그 부분 내의 냉각 유체 채널을 통해 물을 흐르게 함으로써 냉각될 수 있다. 샤워 헤드(210), 리드(204) 및 벽(205)은 개시된 실시예에서 물로 냉각된다. 유도 커플링된 플라즈마가 사용되는 경우에, 챔버는 제 1 플라즈마 영역 및 제 2 플라즈마 영역 양쪽에서 동시에 플라즈마로 (더욱 쉽게) 작동될 수 있다. 이 능력은 챔버 클리닝을 촉진하는데 유용할 수 있다.
도 3a-b는 제 1 플라즈마 영역 또는 제 2 플라즈마 영역 중 하나에 플라즈마를 야기할 수 있는 전기 스위치(300)의 전기 개략도이다. 도 3a 및 3b에서, 전기 스위치(300)는 수정된 DPDT(double-pole double-throw)이다. 전기 스위치(300)는 두 위치 중 하나에 있을 수 있다. 제 1 위치는 도 3a에 도시되어 있고 제 2 위치는 도 3b에 도시되어 있다. 왼쪽의 두 연결(302, 304)은 프로세싱 챔버로의 전기 인풋이고, 오른쪽 두 연결(310, 312)은 프로세싱 챔버 상의 컴포넌트로의 아웃풋 연결이다. 전기 스위치(300)는 프로세싱 챔버 상에 또는 그 근처에 물리적으로 위치될 수 있지만, 또한 프로세싱 챔버에서 먼 위치에 있을 수 있다. 전기 스위치(300)는 수동으로 및/또는 자동으로 작동될 수 있다. 자동 작업은 두 개의 컨택트(306, 308)의 상태를 변화시키기 위해 하나 또는 그 초과의 릴레이의 사용을 포함할 수 있다. 개시된 실시예에서 전기 스위치(300)는 표준 DPDT 스위치로부터 변경될 수 있으며, 이점에서 정확하게 하나의 전기 아웃풋(312)은 두 개의 콘택트(306, 308) 각각에 의해 접촉될 수 있고, 남아 있는 아웃풋은 단지 하나의 콘택트(306)에 의해서만 접촉될 수 있다.
제 1 위치(도 3a)는 플라즈마가 제 1 플라즈마 영역에서 생성되도록 할 수 있고, 제 2 플라즈마 영역에는 거의 또는 전혀 플라즈마를 야기시키지 않는다. 챔버 바디, 받침대 및 기판(존재한다면)은 대부분 기판 프로세싱 시스템에서 전형적으로 접지 전위에 있다. 개시된 실시예에서, 받침대는 전기 스위치(300) 위치에 무관하게 전기 접지(335)에 있다. 도 3a는 리드(370)에 RF 파워(325)를 인가하고 샤워헤드(375)를 접지(335)하는(다시 말해 O볼트를 인가하는) 스위치 위치를 보여준다. 이 스위치 위치는 기판 표면상의 필름의 증착에 대응될 수 있다.
제 2 위치(도 3b)는 플라즈마가 제 2 플라즈마 영역에서 생성되도록 할 수 있다. 도 3b는 샤워헤드(375)에 RF 파워(325)를 인가하고, 리드(370)가 부유(float) 되도록 하는 스위치 위치를 보여준다. 전기 부유 리드(370)는 제 1 플라즈마 영역에 존재하는 플라즈마를 거의 또는 전혀 야기시키지 않는다. 이 스위치 위치는 개시된 실시예의 증착 후의 필름의 처리 또는 챔버 클리닝 과정에 상응할 수 있다.
RF 소스에 의한 AC 주파수 아웃풋에 적당한 두 개의 임피던스 매칭 서킷(360, 365) 및 리드(370) 및 샤워헤드(375)의 측면이 도 3a 및 3b에 도시되어 있다. 임피던스 매칭 서킷(360, 365)은 RF 소스로 회귀하는 리플렉트된 파워를 감소시킴으로써 RF 소스의 파워 요건을 줄일 수 있다. 다시, 주파수는 일부 공개된 실시예에서 라디오 주파수 스펙트럼 밖에 있을 수 있다.
도 4a-b는 본원에 기재된 실시예에 따른 구획된 플라즈마 생성 영역들을 가지는 프로세스 챔버의 단면도이다. 필름 증착 (실리콘 옥사이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘 옥시니트라이드 또는 실리콘 옥시카바이드) 중, 프로세스 가스는 가스 인렛 어셈블리(405)를 통해 제 1 플라즈마 영역(415)으로 흐를 수 있다. 프로세스 가스는 제 1 플라즈마 영역(415)으로 들어가기 전에 원격 플라즈마 시스템 (RPS)(400)에서 여기될 수 있다. 리드(412) 및 샤워헤드(425)는 개시된 실시예에 따라 도시되어 있다. 리드(412)는 인가된 AC 전압 소스와 함께 도시되고, 샤워헤드는, 도 3a에서의 전기 스위치의 제 1 위치와 일치하게 접지(ground)된다. 절연 고리(420)는, 용량 커플링된 플라즈마(CCP)가 제 1 플라즈마 영역에서 형성되도록 할 수 있는, 리드(412)와 샤워헤드(425) 사이에 위치된다.
실리콘-함유 전구체는 프로세싱 챔버의 측면(435)으로부터 연장되는 튜브(430)를 통해 제 2 플라즈마 영역(433)으로 흐를 수 있다. 프로세스 가스로부터의 얻어진 여기된 종은 샤워헤드(425) 내 홀들을 통해 이동되고, 제 2 플라즈마 영역(433)을 통해 흐르는 실리콘-함유 전구체와 반응한다. 다른 실시예에서, 샤워헤드(425)에서의 홀들의 직경은 12mm 미만일 수 있고, 0.25mm 내지 8mm일 수 있고, 0.5mm 내지 6mm일 수 있다. 샤워헤드의 두께는 꽤 다양할 수 있지만, 홀들의 직경의 길이는 홀들의 직경과 유사 또는 그 미만일 수 있고, 제 2 플라즈마 영역(433) 내의 프로세스 가스로부터 얻어진 여기된 종의 밀도를 증가시킨다. 스위치의 위치(도 3a) 때문에 제 2 플라즈마 영역에 플라즈마가 거의 또는 전혀 존재하지 않는다. 프로세스 가스 및 실리콘-함유 전구체의 여기된 파생물은 기판 위의 영역에서 혼합되고, 때때로 기판상에서 혼합되어 기판상에 유동성 필름을 형성한다. 필름이 성장하면서, 보다 최근에 더해진 물질은 아래에 있는 물질보다 보다 높은 이동성을 가진다. 유기 성분이 증발에 의해 감소하면서 유동성이 감소된다. 이 기술을 사용하여, 증착이 완료된 후 필름 내에 종래의 밀도의 유기 성분을 남기지 않고, 갭이 유동성 필름에 의해 채워질 수 있다. 경화 단계는 여전히 증착된 필름으로부터 유기 성분을 추가로 줄이거나 제거하도록 사용될 수 있다.
제 1 플라즈마 영역(415)에서만 또는 원격 플라즈마 시스템(RPS)과 결합하여 프로세스 가스를 여기시키는 것은 여러 이점을 제공한다. 프로세스 가스로부터 얻어진 여기된 종의 농도는 제 1 플라즈마 영역(415) 내의 플라즈마 때문에 제 2 플라즈마 영역(433) 내에서 증가될 수 있다. 이 증가는 제 1 플라즈마 영역(415)에서의 플라즈마의 위치로 인한 결과일 수 있다. 제 2 플라즈마 영역(433)은 원격 플라즈마 시스템(RPS)(400)보다 제 1 플라즈마 영역(415)으로 더 가까이 위치되어서, 여기된 종들이 다른 가스 분자들, 챔버의 벽 그리고 샤워헤드의 표면과의 충돌을 통해서 여기된 상태를 벗어나는 시간을 덜 남긴다.
프로세스 가스로부터 얻어진 여기된 종의 농도의 균일성은 제 2 플라즈마 영역(433) 내에서 증가될 수 있다. 이는 제 2 플라즈마 영역(433)의 모양에 보다 유사한, 제 1 플라즈마 영역(415)의 모양으로 인한 결과일 수 있다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(400)에서 생성된 여기된 종은 샤워헤드(425)의 중심 근처의 홀을 통과하는 종에 비해 샤워헤드(425)의 가장자리 근처의 홀을 통과하기 위해 더 긴 거리를 이동한다. 더 긴 거리는 여기된 종의 감소된 여기를 야기하고, 예를 들어, 기판의 가장자리 근처에 더 늦은 성장 속도를 야기할 수 있다. 제 1 플라즈마 영역(415)에서 프로세스 가스를 여기시키는 것은 이 변동을 감소시킨다.
프로세스 가스 및 실리콘-함유 전구체에 추가하여, 다양한 목적을 위해 다양한 시간에서 유입되는 다른 가스들이 존재할 수 있다. 처리 가스가 챔버 벽, 기판, 증착된 필름 및/또는 증착 중 필름으로부터 원하지 않는 종을 제거하기 위해 유입될 수 있다. 처리 가스는 H2, H2/N2 혼합물, NH3, NH4OH, O3, O2, H2O2 및 수증기의 군으로부터의 가스들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 처리 가스는 플라즈마에서 여기될 수 있고, 이후 증착된 필름으로부터 잔여 유기 성분을 감소시키거나 줄이기 위해 사용될 수 있다. 다른 개시된 실시예에서, 처리 가스는 플라즈마 없이 사용될 수 있다. 처리 가스가 수증기를 포함하는 경우에, 그 전달은 질량유량계(MFM) 및 분사밸브(injection valve)를 사용함으로써 또는 상업적으로 입수가능한 수증기 발생기에 의해 달성될 수 있다.
도 4b는, 도 3b에 도시된 스위치 위치와 일치하는 제 2 플라즈마 영역(433)에 플라즈마를 가진 프로세스 챔버의 단면도이다. 플라즈마는 프로세싱 챔버의 측면(435)으로부터 연장하는 튜브(430)를 통해 전달된 처리 가스를 여기시키기 위해 제 2 플라즈마 영역(433)에서 사용될 수 있다. 스위치의 위치(도 3b) 때문에 제 1 플라즈마 영역(415)에는 플라즈마가 거의 또는 전혀 존재하지 않는다. 처리 가스로부터 얻어진 여기된 종은 기판(455) 상의 필름과 반응하고 증착된 필름으로부터 유기 화합물을 제거한다. 본원에서 이 프로세스는 필름을 처리하거나 경화시키는 것으로 지칭될 수 있다.
일부 기재된 실시예에서, 제 2 플라즈마 영역(433)에서의 튜브(430)는 알루미늄 니트라이드 또는 알루미늄 옥사이드와 같은 절연 물질을 포함한다. 절연 물질은 일부 기판 프로세싱 챔버 구조에 대한 스파킹의 위험을 줄인다.
처리 가스는 또한 가스 인렛 어셈블리(405)를 통해 제 1 플라즈마 영역(415)으로 유입될 수 있다. 개시된 실시예에서, 처리 가스는 가스 인렛 어셈블리(405)만을 통해 또는 제 2 플라즈마 영역(433)의 벽(435)으로부터 연장되는 튜브(430)를 통한 처리 가스의 흐름과 함께 유입될 수 있다. 증착된 필름을 처리하기 위해 제 1 플라즈마 영역(415)을 통해, 이후 샤워헤드(430)를 통해 흐르는 처리 가스는 제 1 플라즈마 영역(415)의 플라즈마에서 또는 대안적으로 제 2 플라즈마 영역(433)의 플라즈마에서 여기될 수 있다.
기판(455)을 처리하거나 경화시키는 것에 추가하여, 처리 가스는 제 2 플라즈마 영역(433)의 내부 표면(예를 들어 벽(435), 샤워헤드(425), 받침대(465) 및 튜브(430))을 세척하기 위해 플라즈마가 존재하는 제 2 플라즈마 영역(433)으로 흐를 수 있다. 유사하게, 처리 가스는 제 1 플라즈마 영역(415)의 내부 표면(예를 들어 리드(412), 벽(420) 및 샤워헤드(425))를 세척하기 위해 플라즈마가 존재하는 제 1 플라즈마 영역(415)으로 흐를 수 있다. 개시된 실시예에서, 처리 가스는 제 2 플라즈마 영역(433)의 내부 표면으로부터 잔여 불소를 제거하기 위해 제 2 플라즈마 영역 보수 과정(세척 및/또는 시즌) 후에, (플라즈마가 존재하는) 제 2 플라즈마 영역(433)으로 흐른다. 동일한 과정의 별개의 단계(가능하게는 순차적 단계) 또는 별개의 과정의 일부로서, 처리 가스는 제 1 플라즈마 영역(415)의 내부 표면으로부터 잔여 불소를 제거하기 위해 제 1 플라즈마 영역 유지보수 과정(세척 및/또는 시즌) 후, (플라즈마가 존재하는) 제 1 플라즈마 영역(415)으로 흐른다. 일반적으로, 두 영역은 동시에 세척 또는 시즈닝의 필요가 있을 것이고, 처리 가스는 기판 프로세싱이 재개하기 전에 순차적으로 각 영역을 처리할 수 있다.
앞서 언급된 처리 가스 프로세스는 증착 단계와는 별개의 프로세스 단계에서 처리 가스를 사용한다. 처리 가스는 또한 성장하는 필름으로부터 유기 성분을 제거하기 위해 증착 중에 사용될 수도 있다. 도 5는 가스 인렛 어셈블리(503) 및 제 1 플라즈마 영역(515)의 확대 사시도를 보여준다. 가스 인렛 어셈블리(503)는 두 개의 별개의 가스 흐름 채널(505, 510)을 보여주면서 더욱 상세히 도시되어 있다. 일 실시예에서, 프로세스 가스는 외부 채널(505)을 통해 제 1 플라즈마 영역(515)으로 흐르게 된다. 프로세스 가스는 RPS(500)에 의해 여기되거나 또는 여기되지 않을 수 있다. 처리 가스는 RPS(500)에 의해 여기 되지 않고 내부 채널(510)로부터 제 1 플라즈마 영역(515)으로 흐를 수 있다. 외부 채널(505) 및 내부 채널(510)의 위치는, 두 개의 채널 중 하나만이 RPS(500)을 통해 흐르게 하는 다양한 물리적 구성(예를 들어, 개시된 실시예에서 RPS 여기된 가스가 내부 채널을 통해 흐를 수 있음)으로 배열될 수 있다.
프로세스 가스 및 처리 가스 둘 모두는 제 1 플라즈마 영역(515) 내의 플라즈마에서 여기될 수 있고 순차적으로 샤워헤드(520)의 홀들을 통해 제 2 플라즈마 영역으로 흐른다. 처리 가스의 목적은 증착 중 필름으로부터 원하지 않는 컴포넌트(일반적으로 유기 성분)을 제거하기 위한 것이다. 도 5에 도시된 물리적 구성에서, 내부 채널(510)로부터의 가스는 필름 성장에 크게 기여할 수 없지만, 성장하는 필름으로부터 불소, 수소 및/또는 탄소를 포착하기 위해 사용될 수 있다.
도 6a는, 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 챔버-탑 어셈블리의 사시도이고, 도 6b는 이의 단면도이다. 가스 인렛 어셈블리(601)는 제 1 플라즈마 영역(611)으로 가스를 유입시킨다. 두 개의 별개의 가스 공급 채널은 가스 인렛 어셈블리(601) 내에 보인다. 제 1 채널(602)은 원격 플라즈마 시스템 RPS(600)을 통과하는 가스를 나르며, 한편 제 2 채널(603)은 RPS(600)를 우회한다. 개시된 실시예에서, 제 1 채널(602)은 프로세스 가스를 위해 사용될 수 있고 제 2 채널(603)은 처리 가스를 위해 사용될 수 있다. 리드(605) 및 샤워헤드(615)는 그 사이에 절연 고리(610)를 가지는 것으로 도시되어 있으며, 이는, 샤워헤드(615)에 대하여 상대적인(relative to) AC 전위가 리드(605)에 인가될 수 있도록 한다. 기판 프로세싱 챔버(625)의 측면은 가스 분배 채널을 가지는 것으로 도시되어 있으며, 튜브는 이로부터 방사상 내측으로 포인팅(pointing)하면서 장착될 수 있다. 튜브는 도 6a-b의 도면에 도시되어 있지 않다.
도 6a-b의 샤워헤드(615)는 개시된 실시예에서 홀의 가장 작은 직경(617)의 길이보다 더 두껍다. 제 1 플라즈마 영역(611)으로부터 제 2 플라즈마 영역(630)으로 관통하는 여기된 종의 상당한 농도를 유지하기 위해, 홀의 가장 작은 직경(617)의 길이(618)는, 샤워 헤드(615)를 통해 보다 큰 홀(619) 부분(part)을 형성함으로써 제한될 수 있다. 홀의 가장 작은 직경(617)의 길이는 개시된 실시예에서 홀의 가장 작은 직경(617) 또는 그 미만과 동일한 정도의 크기(order of magnitude)일 수 있다.
도 7a는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 듀얼-소스 리드의 또 다른 단면도이다. 가스 인렛 어셈블리(701)는 제 1 플라즈마 영역(711)으로 가스를 유입시킨다. 두 개의 별개의 가스 공급 채널이 가스 인렛 어셈블리(701) 내에 보인다. 제 1 채널(702)은 원격 플라즈마 시스템 RPS(700)을 통과하는 가스를 나르고, 한편 제 2 채널(703)은 RPS(700)를 우회한다. 개시된 실시예에서, 제 1 채널(702)은 프로세스 가스를 위해 사용될 수 있고 제 2 채널(703)은 처리 가스를 위해 사용될 수 있다. 리드(705) 및 샤워헤드(715)는 그 사이에 절연 고리(710)를 가지는 것으로 도시되어 있으며, 이는 샤워헤드(715)에 대하여 상대적인 AC 전위가 리드(705)에 인가될 수 있도록 한다.
도 7a의 샤워헤드(715)는 여기된 가스의 유도체(예컨대 프로세스 가스)가 제 1 플라즈마 영역(711)으로부터 제 2 플라즈마 영역(730)으로 이동하도록, 도 6a-b에서의 것들과 유사한 관통-홀을 가진다. 샤워헤드(715)는 또한 증기 또는 가스(예컨대 실리콘-함유 전구체)로 채워질 수 있는 그리고 제 1 플라즈마 영역(711)이 아닌 제 2 플라즈마 영역(730)으로 작은 홀(755)을 경유하여 통할 수 있는 하나 또는 그 초과의 속 빈 체적부(751)을 가진다. 속 빈 체적부(751) 및 작은 홀(755)은 제 2 플라즈마 영역(730)으로 실리콘-함유 전구체를 유입시키기 위해 튜브를 대신하여 사용될 수 있다. 샤워헤드(715)는 본원에 개시된 실시예의 관통-홀들의 가장 작은 직경(717)의 길이보다 더 두껍다. 제 1 플라즈마 영역(711)으로부터 제 2 플라즈마 영역(730)으로 관통하는 여기된 종의 상당한 농도를 유지하기 위해, 관통-홀의 가장 작은 직경(717)의 길이(718)는 샤워헤드(715)를 통해 보다 큰 홀(719) 부분을 형성함으로써 제한될 수 있다. 관통 홀의 가장 작은 직경(717)의 길이는 개시된 실시예에서의 관통-홀의 가장 작은 직경(617) 또는 그 미만과 동일한 정도의 크기(order of magnitude)일 수 있다.
실시예에서, 관통-홀의 수는 약 60 내지 약 2000일 수 있다. 관통-홀은 다양한 모양을 가질 수 있지만, 대부분 쉽게 제조되는 라운드 형태를 가진다. 관통 홀의 가장 작은 직경은 개시된 실시예에서 약 0.5mm 내지 약 20mm 또는 약 1mm 내지 약 6mm 일 수 있다. 관통 홀의 단면 모양을 선택함에 있어서 자유(latitude)가 있으며, 이는 원뿔형, 실린더형 또는 두 모양의 조합일 수 있다. 제 2 플라즈마 영역(730)으로 가스를 유입시키기 위해 사용되는 작은 홀(755)의 수는 다른 실시예에서, 약 100 내지 약 5000 또는 약 500 내지 약 2000일 수 있다. 작은 홀의 직경은 약 0.1mm 내지 약 2mm일 수 있다.
도 7b는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와의 사용을 위한 샤워헤드(715)의 저면도이다. 샤워헤드(715)는 도 7a에 도시된 샤워헤드와 대응한다. 관통-홀(719)은 샤워헤드(715)의 하부에 더 큰 내부 직경(ID)을 가지고 상부에는 더 작은 ID를 가진다. 작은 홀(755)은 샤워헤드의 표면 위에서, 심지어 관통-홀(719)들 사이에서도 실질적으로 균일하게 분배되어 있어, 본원에 기재된 다른 실시예보다 훨씬 균등한 혼합을 제공하는 것을 돕는다.
예시적 기판 프로세싱 시 스템
증착 시스템의 실시예는 집적 회로 칩을 생산하기 위한 더 큰 제조 시스템으로 통합될 수 있다. 도 8은 개시된 실시예에 따른 증착, 베이킹 및 경화 챔버로 구성된 하나의 이러한 시스템(800)을 보여준다. 도면에서, 한 쌍의 FOUPs(front opening unified pods)(802)는, 로봇 팔(804)에 의해 수용되고 웨이퍼 프로세싱 챔버(808a-f) 중 하나로 배치되기 전에 낮은 압력 홀딩 영역(806)으로 배치되는 기판(예를 들어, 300mm 직경 웨이퍼)을 제공한다. 제 2 로봇 팔(810)은 홀딩 영역(806)으로부터 프로세싱 챔버(808a-f)로 기판 웨이퍼를 전달 및 그 역으로 전달하기 위해 사용될 수 있다.
프로세싱 챔버(808a-f)는 기판 웨이퍼 상에 유동성 유전체 필름을 증착시키고, 어닐링시키며, 경화 및/또는 에칭시키기 위한 하나 또는 그 초과의 시스템 컴포넌트을 포함할 수 있다. 일 구성에서, 두 쌍의 프로세싱 챔버(예를 들어, 808c-d 및 808e-f)는 기판상에 유동성 유전체 물질을 증착시키기 위해 사용될 수 있고, 제3의 프로세싱 챔버 쌍(예를 들어, 808a-b)은 증착된 유전체를 어닐링하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 구성에서, 동일한 두 쌍의 프로세싱 챔버(예를 들어, 808c-d 및 808e-f)는 기판상에 유동성 유전체 필름을 증착시키고 어닐링시키기 위해 구성될 수 있으며, 한편 제3의 챔버 쌍(예를 들어, 808a-b)은 증착된 필름의 UV 또는 E-빔 경화를 위해 사용될 수 있다. 또 다른 구성에서, 모든 세 쌍의 챔버(예를 들어, 808a-f)는 기판상에 유동성 유전체 필름을 증착시키고 경화시키기 위해 구성될 수 있다. 또 다른 구성에서, 두 쌍의 프로세싱 챔버(예를 들어, 808c-d 및 808e-f)는 유동성 유전체의 증착과 UV 또는 E-빔 경화 둘 모두를 위해 사용될 수 있으며, 한편, 제3의 프로세싱 챔버 쌍(예를 들어 808a-b)은 유전체 필름을 어닐링하기 위해 사용될 수 있다. 유동성 유전체 필름을 위한 증착, 어닐링 및 경화 챔버들의 추가적인 구성이 시스템(800)에 의해 고려될 수 있음이 인식될 것이다.
추가로, 프로세스 챔버(808a-f)의 하나 또는 그 초과는 습식 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이 프로세스 챔버는 습기를 포함하는 분위기에서 유동성 유전체 필름을 가열하는 것을 포함한다. 따라서, 시스템(800)의 실시예는 증착된 유전체 필름상에 습식 및 건식 어닐링 둘 모두를 수행하기 위해 어닐 프로세싱 챔버(808c-d) 및 습식 처리 챔버(808a-b)를 포함할 수 있다.
도 9는 개시된 실시예에 따른 기판 프로세싱 챔버(950)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(948)은 가스를 프로세스 할 수 있고, 이는 이후 가스 인렛 어셈블리(954)를 통해 이동한다. 더욱 구체적으로, 가스는 채널(956)을 통해 제 1 플라즈마 영역(983)으로 이동한다. 제 1 플라즈마 영역(983) 아래에, 구멍난 파티션(샤워헤드)(952)이 있어서, 제 1 플라즈마 영역(983) 및 샤워헤드(952) 아래의 제 2 플라즈마 영역(985) 사이에 일부 물리적 분리를 유지할 수 있다. 샤워헤드는 제 1 플라즈마 영역(983)에 존재하는 플라즈마가 제 2 플라즈마 영역(985)의 가스를 직접 여기 시키는 것을 피하도록 하며, 한편 여기된 종이 여전히 제 1 플라즈마 영역(983)으로부터 제 2 플라즈마 영역(985)으로 이동하도록 허용한다.
샤워헤드(952)는 기판 프로세싱 챔버(950)의 제 2 플라즈마 영역(985)의 내부로 방사형으로 돌출되어 있는 측면 노즐(또는 튜브)(953) 위에 위치한다. 샤워헤드(952)는 플레이트의 두께를 가로지르는 복수의 홀을 통해 전구체를 분배시킨다. 샤워헤드(952)는 예를 들어, 약 10 내지 10000 홀(예를 들어, 200 홀)을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 샤워헤드(952)는 산소, 수소 및/또는 질소를 포함하는 프로세스 가스 또는 이러한 프로세스 가스의 유도체를 함유하는 프로세스 가스를 제 1 플라즈마 영역(983)에서의 플라즈마에 의한 여기 시 분배시킬 수 있다. 실시예에서, 프로세스 가스는 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, NxHy 예컨대 N2H4, 실란, 디실란, TSA 및 DSA 중 하나 또는 그 초과를 함유할 수 있다.
튜브(953)는 (제 2 플라즈마 영역(985)의 중심에 가장 가까운) 말단에 홀을 가질 수 있고 및/또는 튜브(953)의 길이를 따라 또는 그 주위에 분배된 홀들을 가질 수 있다. 홀들은 제 2 플라즈마 영역으로 실리콘-함유 전구체를 유입시키기 위해 사용될 수 있다. 샤워헤드(952)의 홀들을 통해 도착하는 프로세스 가스 및 이의 여기된 유도체가 튜브(953)를 통해 도착하는 실리콘-함유 전구체와 혼합되는 경우에, 제 2 플라즈마 영역(985)의 받침대(986)에 의해 지지된 기판 상에 필름이 형성된다.
탑 인렛(954)은, 샤워헤드(952) 위의 제 1 플라즈마 영역(983)으로 들어갈 때까지 둘 또는 그 초과의 전구체의 혼합 및 반응을 방지하는 둘 또는 그 초과의 독립적 전구체(예를 들어, 가스) 흐름 채널(956 및 958)을 가질 수 있다. 제 1 흐름 채널(956)은 인렛(954)의 중심을 두르는 환형 모양을 가질 수 있다. 이 채널은, 채널(956) 아래로 그리고 샤워헤드(952) 위의 제 1 플라즈마 영역(983)으로 흐르는 반응성 종 전구체를 발생시키는 원격 플라즈마 시스템 (RPS)(948)에 커플링될 수 있다. 제 2 흐름 채널(958)은 실린더형 모양일 수 있고 제 1 플라즈마 영역(983)으로 제 2 전구체를 흐르도록 하기 위해 사용될 수 있다. 이 흐름 채널은 반응성 종 발생 유닛을 우회하는 전구체 및/또는 캐리어 가스 소스로 시작될 수 있다. 제 1 및 제 2 전구체는 그 다음에 혼합되고 제 2 플라즈마 영역으로 플레이트(952)의 홀들을 통해 흐른다.
샤워헤드(952) 및 탑 인렛(954)은 기판 프로세싱 챔버(950) 내 제 2 플라즈마 영역(985)으로 프로세스 가스를 전달시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 흐름 채널(956)은 원자 산소(그라운드 또는 전기적으로 여기된 상태), 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, NxHy 예컨대 N2H4, 실란, 디실란, TSA 및 DSA 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 프로세스 가스를 전달할 수 있다. 이 프로세스 가스는 또한 캐리어 가스 예컨대 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등을 포함한다. 제 2 채널(958)은 또한 프로세스 가스, 캐리어 가스, 및/또는 성장하는 또는 증착된 필름으로부터 원치 않는 컴포넌트을 제거하는데 사용되는 처리 가스를 전달할 수 있다.
용량 커플링된 플라즈마(CCP)를 위해, 전기 절연체(976)(예를 들어 세라믹 고리)는 전압 차이가 있도록, 프로세싱 챔버의 전도 탑 부분(982)과 샤워헤드 사이에 위치한다. 전기 절연체(976)의 존재는 제 1 플라즈마 영역(983) 내부에 RF 파워 소스에 의해 플라즈마가 만들어질 수 있음을 보증한다. 유사하게, 세라믹 고리는 또한 플라즈마가 제 2 플라즈마 영역(985)에 만들어지도록 샤워헤드(952)와 받침대(986)(도 9에 도시되지 않음) 사이에 위치될 수 있다. 이는 튜브(953)의 수직 위치에 의존하여 그리고 이들이 스파킹을 일으킬 수 있는 금속 성분을 가지는지에 따라 튜브(953) 위 또는 아래에 위치될 수 있다.
플라즈마는 샤워헤드 위의 제 1 플라즈마 영역(983) 또는 샤워헤드와 측면 노즐(953) 아래의 제 2 플라즈마 영역(985)에서 점화될 수 있다. 전형적으로 라디오 주파수(RF) 범위에 있는 AC 전압은 증착 중, 제 1 플라즈마 영역(983) 내 플라즈마를 점화시키기 위해 프로세싱 챔버의 전도 탑 부분(982)과 샤워헤드(952) 사이에 인가된다. 제 2 플라즈마 영역(985)을 경계 짓는 내부 표면을 세척하거나 필름을 경화시키도록 하부 플라즈마(985)가 턴온(turn on)되는 경우에, 탑 플라즈마는 낮은 파워로 또는 전혀 파워 없이 유지된다. 제 2 플라즈마 영역(985) 내 플라즈마는 샤워헤드(952)와 받침대(986)(또는 챔버의 아래) 사이에 AC 전압을 인가함으로써 점화된다.
본원에서 사용된 "여기 상태"의 가스는, 가스 분자의 일부 또는 전부가 진동-여기된, 해리된 및/또는 이온화된 상태에 있는, 가스를 지칭한다. 가스는 둘 또는 그 초과의 가스의 조합일 수 있다.
개시된 실시예는, 증착, 에칭, 경화 및/또는 세척 프로세스와 관련될 수 있는 방법을 포함한다. 도 10은 개시된 실시예에 따른 증착 프로세스의 흐름도이다. 둘 이상의 구획으로 나눠진 기판 프로세싱 챔버는 본원에 기재된 방법을 수행하기 위해 사용된다. 기판 프로세싱 챔버는 제 1 플라즈마 영역 및 제 2 플라즈마 영역을 가질 수 있다. 제 1 플라즈마 영역 및 제 2 플라즈마 영역 둘 모두는, 영역들 내에 점화된 플라즈마를 가질 수 있다.
도 10에 도시된 프로세스는 기판 프로세싱 챔버로의 기판 전달(단계 1005)로 시작된다. 이 기판은 제 2 플라즈마 영역에 위치되며, 이 후에, 제 1 플라즈마 영역으로 프로세스 가스가 흐를 수 있다(단계 1010). 처리 가스는 또한 제 1 플라즈마 영역 또는 제 2 플라즈마 영역으로 유입될 수 있다(단계는 도시되지 않음). 플라즈마는 그 다음에 제 2 플라즈마 영역에서는 아니지만, 제 1 플라즈마 영역에서 점화될 수 있다(단계 1015). 실리콘-함유 전구체는 제 2 플라즈마 영역(1020)으로 흐른다. 단계(1010, 1015 및 1020)의 타이밍 및 순서는 본 발명의 취지를 벗어남 없이 조정될 수 있다. 플라즈마가 개시되고 전구체가 흐르면, 필름이 기판 상에 성장된다(1025). 필름이 미리 정해진 두께로 성장되거나 또는 미리 정해진 시간만큼 성장(1025)된 후, 플라즈마 및 가스 흐름은 정지되고(1030) 기판은 기판 프로세싱 챔버로부터 제거될 수 있다(1035). 기판이 제거되기 전에, 필름은 다음에 기재되는 프로세스에서 경화될 수 있다.
도 11은 개시된 실시예에 따른 필름 경화 프로세스의 흐름도이다. 이 프로세스의 시작(1100)은 도 10에 도시된 방법으로 기판이 제거(1035)되기 직전일 수 있다. 이 프로세스는 프로세싱 챔버의 제 2 플라즈마 영역으로의 기판에 의해 시작될 수 있다(1100). 이 경우에, 기판은 또 다른 프로세싱 챔버에서 프로세싱되었을 수도 있다. 처리 가스(이전에 기재된 가능한 가스)는 제 1 플라즈마 영역으로 흐르고(1110), 플라즈마는 제 1 플라즈마 영역에서 개시된다(1115)(다시 타이밍/순서는 조절될 수 있다). 필름에 바람직하지 않은 성분은 그 다음에 제거된다(1125). 일부 개시된 실시예에서, 이 바람직하지 않은 성분은 유기성분이고 이 프로세스는 기판상의 필름을 경화 또는 강화(hardening)(1125) 하는 것을 포함한다. 이 필름은 이 프로세스 중 수축될 수 있다. 이 가스 및 플라즈마의 흐름은 정지되고(1130) 이 기판은 기판 프로세싱 챔버로부터 제거될 수 있다(1135).
도 12는 개시된 실시예에 따른 챔버 클리닝 프로세스의 흐름도이다. 이 프로세스의 시작(1200)은, 예방적 유지보수(preventative maintenance: PM) 과정 또는 계획적이지 않은 이벤트 후 종종 발생되는, 챔버의 세척 또는 시즈닝 후에 발생될 수 있다. 기판 프로세싱 챔버가 제 1 플라즈마 영역과 제 2 플라즈마 영역에서 플라즈마를 동시에 지지할 수 없는 두 구획을 가지기 때문에, 두 영역을 세척하기 위해 순차적 프로세스가 요구될 것이다. 처리 가스(이전에 기재된 가능한 가스)는 제 1 플라즈마 영역으로 흐르고(1210), 플라즈마는 제 1 플라즈마 영역에서 개시된다(1215)(다시 타이밍/순서는 조절될 수 있다). 제 1 플라즈마 영역 내의 내부 표면은, 처리 가스의 흐름 및 플라즈마가 정지(1230)되기 전에 세척된다(1225). 이 프로세스는 제 2 플라즈마 영역에 대해 반복된다. 이 처리 가스는 제 2 플라즈마 영역으로 흐르고(1235), 플라즈마는 여기서 개시된다(1240). 제 2 플라즈마 영역의 내부 표면이 세척(1245)되고, 처리 가스 흐름 및 플라즈마가 정지된다(1250). 내부 표면 세척 과정은 기판 프로세싱 챔버의 내부 표면으로부터 불소를 세척하기 위해 수행될 수 있고 뿐만 아니라 고장 수리 및 유지 보수 과정으로부터 남은 다른 오염원을 세척하기 위해 수행될 수 있다.
여러 실시예로 개시되어 있지만, 당업자는, 여러 변경, 대안적 구조 및 상응 형태가 본 발명의 취지를 벗어남 없이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 추가로, 많은 알려진 프로세스 및 요소들은 본 발명을 불필요하게 왜곡시키는 것을 피하기 위해 기재되어 있지 않다. 따라서, 상기 기재는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 받아들여져서는 안된다.
값들의 범위가 제공되는 경우에, 상기 범위의 상한과 하한 사이에서, 달리 명백히 언급하지 않는다면 하한의 단위의 1/10로 각 사이 값은 또한 명확하게 기재되어 있다. 언급된 범위 내의 임의의 언급된 값 또는 사이 값과 상기 언급된 값 내 임의의 다른 언급된 값 또는 사이 값 사이의 각각의 더 작은 범위도 포함된다. 이 더 작은 범위의 상한과 하한은 독립적으로 이 범위에 포함되거나 배제될 수 있고, 두 한계 모두 또는 각각이 이 더 작은 범위에 포함되거나 어느 것도 포함되지 않는 각 범위도 또한 본 발명에 포함되고, 상기 언급된 범위에 임의의 명확하게 배제된 한계에 있다. 상기 언급된 범위가 하나 또는 둘 모두의 한계를 포함하는 경우에, 이 포함된 한계의 하나 또는 둘 모두를 배제하는 범위도 또한 포함된다.
본원에서 그리고 첨부된 청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는, 달리 명백하게 언급하지 않는다면 복수를 포함한다. 따라서, 예를 들어, "일 프로세스"는 복수의 이러한 프로세스들을 포함하고, "상기 모터"는 하나 또는 그 초과의 모터들을 포함하며, 당업자는 이와 같은 방식으로 이해할 수 있다.
또한, 표현 "포함한다", "포함하는", "함유한다" "함유하는"은 이 명세서에서 그리고 하기 청구범위에 사용되는 경우에 언급된 특징부, 정수, 컴포넌트 또는 단계의 존재를 특정하는 것이고, 그러나 이들은 다른 특징부, 정수, 컴포넌트, 단계, 활동 또는 군의 하나 또는 그 초과의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.

Claims (25)

  1. 기판 프로세싱 시스템으로서:
    외부 챔버 압력과 상이할 수 있는 내부 챔버 압력을 유지할 수 있는 내부를 가지는 프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 받침대;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 프로세싱 챔버의 상부(top)에 있는 제 1 전도 표면;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 기판 받침대 및 상기 프로세싱 챔버의 하부(bottom) 중 적어도 하나에 있는 제 2 전도 표면;
    상부 영역 내의 제 1 플라스마 영역과 하부 영역 내의 제 2 플라스마 영역을 획정하기 위해 상기 제 1 전도 표면과 상기 제 2 전도 표면 사이에 위치되는 샤워헤드로서,
    상기 제 1 플라스마 영역은 상기 샤워헤드와 상기 제 1 전도 표면 사이에 위치하고,
    상기 제 2 플라스마 영역은 상기 샤워헤드와 상기 제 2 전도 표면 사이에 위치하고,
    상기 샤워헤드는 전기 전도 물질을 포함하고 그리고 전기 스위치로 전기 연결이 되지 않는 경우에 상기 제 1 전도 표면으로부터 전기 절연되고,
    상기 샤워헤드는 전기 스위치로 전기 연결이 되지 않는 경우에 상기 제 2 전도 표면으로부터 전기 절연되는, 샤워 헤드; 및
    상기 프로세싱 챔버 위에 위치하는 가스 인렛(inlet) 어셈블리로서,
    상기 가스 인렛 어셈블리는:
    프로세스 가스를 상기 프로세싱 챔버 내로 안내(conducting)하기 위하여 인렛 포트(inlet port) 내에 있는 외부 채널;
    상기 제 1 플라스마 영역으로 여기 상태(excited state)에 있는 반응물들을 포함하는 가스를 공급하도록 상기 제 1 플라스마 영역에 유체가 소통될 수 있게 커플링되어(fluidly coupled) 있고 상기 프로세싱 챔버의 외부에 있는 원격 플라즈마 시스템; 및
    처리 가스를 안내하기 위해 상기 인렛 포트 내에 있는 상기 외부 채널의 내측에 있는 내부 채널로서, 상기 내부 채널은, 상기 처리 가스가 상기 프로세스 가스를 여기하기 위한 상기 원격 플라즈마 시스템을 우회하면서 상기 프로세싱 챔버에 들어가도록 하는, 내부 채널을 포함하고,
    상기 프로세스 가스는 상기 인렛 포트에 있는 상기 외부 채널을 통하여 유입되고, 상기 처리 가스는 상기 인렛 포트에 있는 상기 내부 채널을 통하여 유입되는, 가스 인렛 어셈블리를 포함하고,
    상기 기판은 상기 제 2 플라스마 영역 내에서 프로세싱되는,
    기판 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 복수의 관통-홀들을 포함하는 상부 판 및 큰 홀들과 작은 홀들을 포함하는 하부 판을 포함하고, 상기 상부 판과 상기 하부 판은 상기 판들 사이에 체적부를 획정하고,
    상기 판들 사이에 획정된 상기 체적부로부터 유체적으로 분리된 유체 채널들이 형성되도록, 상기 하부 판의 상기 큰 홀들은 상기 상부 판의 상기 관통-홀들과 유체가 소통될 수 있게 커플링되어 있고,
    상기 샤워헤드는, 상기 상부 및 하부 판들 사이의 상기 체적부로 전달되어 상기 하부 판의 상기 작은 홀들을 통과하여 기판 프로세싱 영역으로 가는 가스를 수용하도록 구성되는,
    기판 프로세싱 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 실리콘-함유 전구체들을 상기 제 2 플라스마 영역으로 유입하기 위해, 상기 제 2 플라스마 영역으로 통하되 상기 제 1 플라스마 영역으로는 통하지 않는, 하나 또는 복수의 속 빈 체적부를 포함하는,
    기판 프로세싱 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 시스템에서 생성된 여기된 종(excited species)은 상기 샤워헤드의 가장자리 근처의 홀을 통과하는,
    기판 프로세싱 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플라스마 영역에서 상기 프로세스 가스와 상기 처리 가스 둘 다 전자적 상태(electronic states)의 변화가 없도록, 상기 샤워헤드와 상기 제 1 전도 표면 사이에 전기 연결이 이루어지는,
    기판 프로세싱 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 플라스마 영역에서 상기 프로세스 가스와 상기 처리 가스 둘 다 전자적 상태의 변화가 없도록, 상기 샤워헤드와 상기 제 2 전도 표면 사이에 전기 연결이 이루어지는,
    기판 프로세싱 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 스위치는 상기 프로세싱 챔버 외부에 위치한,
    기판 프로세싱 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전도 표면은 전기 접지에 유지되고, 상기 전기 스위치가 둘 이상의 가능한 위치들을 가지며,
    상기 전기 스위치의 제 1 위치는 라디오 주파수 파워 서플라이를 상기 제 1 전도 표면에 그리고 전기 접지를 상기 샤워헤드에 연결시켜 상기 제 1 플라스마 영역에 제 1 플라스마를 생성하고;
    상기 전기 스위치의 제 2 위치는 상기 라디오 주파수 파워 서플라이를 상기 샤워헤드에, 그리고 전기 접지(electrical ground)를 상기 제 2 전도 표면에 연결시켜 상기 제 2 플라스마 영역에 제 2 플라스마를 생성하는,
    기판 프로세싱 시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 시스템은,
    상기 프로세싱 챔버에 커플링된 펌핑 시스템으로서, 프로세스 가스로부터 제조되는 필름의 수소, 탄소 및 불소 성분(content)을 줄이고 성장 중인 필름으로부터 탄소를 제거하고 상기 프로세싱 챔버의 내부로부터 잔여 불소를 제거하도록 구성되는, 펌핑 시스템을 포함하는,
    기판 프로세싱 시스템.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플라스마 영역 및 상기 제 2 플라스마 영역의 플라스마들은 용량성으로 커플링된,
    기판 프로세싱 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 인렛 어셈블리가, O2, O3, N2O, NO, NO2, NH3, NH4OH, NxHy, 실란, 디실란, TSA, DSA, H2, N2, H2O2 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버에 공급하도록 작동될 수 있는 유체 공급 시스템에 유체가 소통될 수 있게 커플링된,
    기판 프로세싱 시스템.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 받침대는 상기 제 2 플라스마 영역의 일부를 점유하는,
    기판 프로세싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는, 상기 제 2 플라스마 영역으로 프로세스 가스를 전달하도록 작동될 수 있고 그리고 상기 제 2 플라스마 영역 내에서 상기 기판 받침대 위에 위치한, 하나 또는 복수의 노즐들을 포함하는,
    기판 프로세싱 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 또는 복수의 노즐들은 탄소 및 실리콘 함유 전구체를 상기 프로세싱 챔버에 공급하도록 작동가능한 유체 공급 시스템에 유체가 소통될 수 있게 커플링된,
    기판 프로세싱 시스템.
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