KR101847593B1 - 유동가능한 ｃｖｄ 갭 충진을 위한 산화물­부화 라이너 층 - Google Patents

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Abstract

공극들의 감소된 부피 분율을 갖는 갭-충진 실리콘 산화물 층의 형성이 설명된다. 증착은, 산소-결핍된(poor) 많은-유동가능한 갭충진 층 이전에, 산소-부화된(rich) 적은-유동가능한 라이너 층의 형성을 포함한다. 그러나, 라이너 층은 갭충진 층과 동일한 챔버 내에서 증착된다. 라이너 층 및 갭충진 층 양자는 여기되지 않은(즉, 플라즈마 전력의 인가에 의해서 직접적으로 여기되지 않은) 실리콘-함유 전구체와 라디칼 성분을 조합함으로써 형성될 수 있다. 라이너 층은 갭충진 층 보다 많은 산소 함량을 가지고, 보다 등각적으로(conformally) 증착된다. 갭충진 층의 증착 속도(rate)는 라이너 층의 존재에 의해서 증가될 수 있다. 갭충진 층은 실리콘, 산소 및 질소를 포함할 수 있고, 상승된 온도에서 더 많은 산소 및 더 적은 질소를 포함하도록 전환될 수 있다. 갭충진 라이너의 존재는 갭충진 층 아래에 산소 공급원을 제공하여 전환 동안에 도입되는 가스 상의 산소를 증대시킨다.

Description

유동가능한 ＣＶＤ 갭 충진을 위한 산화물­부화 라이너 층{OXIDE­RICH LINER LAYER FOR FLOWABLE CVD GAPFILL}
관련 출원들에 대한 상호-참조들
본 출원은, Li 등에 의해 2011 6월 3일자로 출원되고 발명의 명칭이 "OXIDE-RICH LINER LAYER FOR FLOWABLE CVD GAPFILL" 인 미국 특허출원 제 13/153,016 호의 PCT 출원이고, Li 등에 의해 2010년 7월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 "OXIDE-RICH LINER LAYER FOR FLOWABLE CVD GAPFILL"인 미국 가특허출원 제 61/369,352 호와 관련되고 그 이익을 주장하며, 상기 출원들의 전체 개시 내용들이 모든 목적들을 위해서 본원에 인용에 의해 포함된다.
반도체 디바이스 기하형상들은 수십 년 전의 이들의 도입 이래로 극적으로 사이즈가 감소되어 왔다. 현대의 반도체 제조 장비는 일상적으로, 45 nm, 32 nm, 및 28 nm의 피쳐 사이즈들을 갖는 디바이스들을 생성하며, 훨씬 더 작은 기하형상들을 갖는 디바이스들을 제조하기 위해 새로운 장비가 개발 및 구현되고 있다. 감소하는 피쳐 사이즈들은 감소된 공간적인 치수들을 갖는 디바이스 상의 구조적인 피쳐들을 초래한다. 갭의 깊이 대 갭의 폭의 종횡비(aspect ratio)가 유전체 재료로 갭을 충진하는 것을 어렵게 하기에 충분히 높게 되는 포인트까지, 디바이스 상의 갭들 및 트렌치들의 폭들이 좁아진다. 갭이 완전히 충진되기 전에, 증착 유전체 재료가 상부에서 막히기 쉬워서, 갭의 중간에서 보이드(void) 또는 시임(seam)을 생성한다.
수년에 걸쳐, 유전체 재료가 갭의 상부를 막게 하는 것을 회피하거나, 형성된 보이드 또는 시임을 "치유(heal)" 위해, 많은 기술들이 개발되어 왔다. 하나의 접근법은 스피닝(spinning) 기판 표면에 액상으로 도포될 수 있는 매우 유동가능한 전구체 재료들로 시작되었다(예를 들어, SOG 증착 기술들). 이들 유동가능한 전구체들은, 보이드들 또는 약한 시임들을 형성하지 않으면서, 매우 작은 기판 갭들 내로 흐를 수 있고, 매우 작은 기판 갭들을 충진할 수 있다. 그러나, 이들 매우 유동가능한 재료들이 일단 증착되면, 이들은 고체 유전체 재료로 경화되어야만 한다.
많은 예시들에서, 경화 프로세스는, 증착된 재료로부터 탄소 및 히드록실 그룹들을 제거하여 실리콘 산화물과 같은 고체 유전체를 남기기 위한 열처리를 포함한다. 불행하게도, 빠져 나가는 탄소 및 히드록실 종들은 종종, 경화된 유전체 내에서 공극(pore)들을 남기며, 그 공극들은 최종 재료의 품질을 감소시킨다. 부가적으로, 경화되는 유전체는 또한, 부피에서 수축하는 경향이 있고, 이는, 유전체와 주변 기판의 인터페이스에서 균열(crack)들 및 공간들을 남길 수 있다. 몇몇 예시들에서, 경화된 유전체의 부피는 40 % 또는 그 초과 만큼 감소할 수 있다.
따라서, 기판 갭들 및 트렌치들에서 보이드들, 시임들, 또는 양자를 생성하지 않으면서, 구조화된 기판들 상에 유전체 재료들을 형성하기 위한 새로운 증착 프로세스들 및 재료들에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 더 적은 공극들 및 더 적은 수축을 갖는 유동가능한 유전체 재료들을 경화시킬 뿐만 아니라 여전히 발생하는 수축을 수용하는 재료들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 및 다른 필요성들이 본 출원에서 해결된다.
보이드들의 감소된 부피 분율(fraction)을 갖는 갭-충진 실리콘 산화물 층의 형성이 설명된다. 증착은, 산소-결핍된(poor) 많은-유동가능한 갭충진 층 전에, 산소-부화된(rich) 적은-유동가능한 라이너 층의 형성을 포함한다. 그러나, 라이너 층은 갭충진 층과 동일한 챔버 내에서 증착된다. 라이너 층 및 갭충진 층 양자는 여기되지 않은(즉, 플라즈마 전력(power)의 인가에 의해서 직접적으로 여기되지 않은) 실리콘-함유 전구체와 라디칼 성분을 조합함으로써 형성될 수 있다. 라이너 층은 갭충진 층 보다 많은 산소 함량을 갖고, 보다 등각적으로(conformally) 증착된다. 갭충진 층의 증착 속도(rate)는 라이너 층의 존재에 의해서 증가될 수 있다. 갭충진 층은 실리콘, 산소 및 질소를 포함할 수 있고, 상승된 온도에서 더 많은 산소 및 더 적은 질소를 포함하도록 전환(convert)될 수 있다. 갭충진 라이너의 존재는 갭충진 층 아래에 산소 공급원(source)을 제공하여 전환 동안에 도입되는 가스 상의 산소를 증대시킨다.
본원 발명의 실시예들은 트렌치를 포함하는 패터닝된 기판 상에 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법들을 포함한다. 방법들은 기판을 기판 프로세싱 챔버 내로 이송하는 단계, 및 그 후, 트렌치를 포함하는 기판 상에 산소-부화 라이너 층을 형성하는 단계를 포함한다. 방법들은 기판 상에 그리고 트렌치 내에 갭충진 유전체 층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 갭충진 유전체 층은 산소-부화 라이너 층 보다 더 낮은 산소 함량을 갖고, 갭충진 유전체 층은 형성 동안에 유동가능하다. 방법들은, 산소-부화 라이너 층으로부터 갭충진 유전체 층으로 산소의 일부를 이송하기 위해서, 상승된 온도에서 갭충진 유전체 층을 경화시키는 단계를 더 포함한다.
추가적인 실시예들 및 특징들은 후속하는 설명에서 부분적으로 기재되고, 명세서의 검토시에 당업자들에게 부분적으로 명백해질 것이거나 개시된 실시예들의 실시에 의해 습득될 수 있다. 개시된 실시예들의 특징들 및 이점들은 명세서에서 설명된 수단들, 조합들, 및 방법들에 의해 실현 및 달성될 수 있다.
보이드들의 감소된 부피 분율을 갖는 갭-충진 실리콘 산화물 층의 형성이 설명된다. 증착은, 산소-결핍된, 많은-유동가능한 갭충진 층 전에, 산소-부화된, 적은-유동가능한 라이너 층의 형성을 포함한다. 그러나, 라이너 층은 갭충진 층과 동일한 챔버 내에서 증착된다. 라이너 층 및 갭충진 층 양자는 여기되지 않은(즉, 플라즈마 전력의 인가에 의해서 직접적으로 여기되지 않은) 실리콘-함유 전구체와 라디칼 성분을 조합함으로써 형성될 수 있다. 라이너 층은 갭충진 층 보다 많은 산소 함량을 갖고, 보다 등각적으로 증착된다. 갭충진 층의 증착 속도는 라이너 층의 존재에 의해서 증가될 수 있다. 갭충진 층은 실리콘, 산소 및 질소를 포함할 수 있으며, 상승된 온도에서 더 많은 산소 및 더 적은 질소를 포함하도록 전환될 수 있다. 갭충진 라이너의 존재는 갭충진 층 아래에 산소 공급원을 제공하여 전환 동안에 도입되는 가스 상의 산소를 증대시킨다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른 감소된-보이드 실리콘 산화물 갭충진 유전체 층들을 제조하기 위한 선택된 단계들을 도시한 흐름도이다.
도 2는 개시된 실시예들에 다른 다중-층 유전체 필름의 단면도이다.
도 3a는 개시된 실시예들에 따른 산화물-부화 라이너 층이 없는 실리콘-산화물 갭충진의 단면도이다.
도 3b는 개시된 실시예들에 따른 산화물-부화 라이너 층이 있는 실리콘-산화물 갭충진의 단면도이다.
도 4는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 5a는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 도시한다.
도 5b는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 샤워헤드를 도시한다.
균열을 향한 감소된 경향을 갖는 갭-충진 실리콘 산화물 층의 형성이 설명된다. 증착은 트렌치들의 충진을 용이하게 하는 유동가능한 실리콘-함유 층의 형성을 포함한다. 높은 기판 온도에서의 후속 프로세싱은 종래 기술의 방법들을 따라서 형성된 유동가능한 필름들 보다 유전체 필름 내에서 적은 균열을 초래한다. 갭-충진 실리콘 산화물 층의 형성 이전에 증착된 압축성(compressive) 라이너 층이 설명되며, 그러한 압축성 라이너 층은 후속하여 증착되는 필름의 균열 경향을 감소시킨다. 유동가능한 실리콘-함유 층 이후에 증착된 압축성 캡핑(capping) 층이 또한 균열을 감소시키는 것으로 결정되었다. 압축성 라이너 층들 및 압축성 캡핑 층들은 균열을 감소시키기 위해 단독으로 또는 조합되어 이용될 수 있다. 부가적으로, 개시된 실시예들에서의 압축성 캡핑 층들은, 실리콘 질화물의 하부 층이 실리콘 산화물 층으로 변환될 수 있는 것으로 결정되었다.
후속하는 갭충진 층 보다 더 많은 산소 함량을 가지는 라이너 층의 포함은, 갭충진 층의 실리콘 산화물로의 변환 동안 사용하기 위해 다른 산소 공급원을 갭충진 층 아래에 제공한다. 유동가능한 필름들은 별개의 경화 단계로서의 또는 후속 프로세싱 동안에 갭-충진 필름을 포함하는 필름 스택(stack)을 가열하는 자연적인 부산물로서의 경화를 요구할 수 있다. 경화는 산소-함유 환경(environment) 내에서 달성될 수 있으며, 상기 환경으로부터 산소가 갭충진 층 내로 이동되고, 패터닝된 기판 상의 트렌치들 내로 갭충진 층이 유동할 수 있게 하는데 필수적이었던 성분들을 치환한다(displace). 이러한 성분들은, 갭충진 층이 트렌치를 충진하면, 제거될 수 있다. 경화는 이러한 성분들을 산소로 치환하고, 그들 중 일부는 이제 산화물-부화 라이너 층으로부터 갭충진 층 내로 확산된다.
본원 발명을 보다 잘 이해하고 인식하기 위해, 이제 도 1-3을 참조하며, 상기 도 1-3은 산화물-부화 라이너 층들을 이용하기 위한 선택된 단계들을 도시하는 흐름도 및 본원 발명의 실시예들에 따른 산화물-부화 라이너 층들을 포함하는 구조물들의 단면도들이다. 방법(100)은 기판 프로세싱 영역(102) 내로 트렌치를 가지는 패터닝된 기판을 이송하는 단계를 포함한다. 이러한 예에서, 실리콘 산화물 라이너 층이 패터닝된 기판(104) 상에 증착된다. 도 2는 기판(200)으로부터 점선(202)까지 성장된 산화물-부화 라이너를 도시한다. 도 3b는 패터닝된 기판(300) 내의 트렌치 상에서 점선(302)까지 성장된 산화물-부화 라이너를 도시한다. 라이너 층이 증착된 후에, 갭충진 유전체 층이 단계(106)-단계(110)에서 CVD에 의해서 성장된다. 갭충진 유전체 층은 보다 완전하게 트렌치를 충진하는 것을 용이하게 하기 위해 형성 동안에 유동가능하다. 갭충진 유전체 층(204, 304-2)이 도 2 및 3b의 각각에 도시되어 있다. 산화물-부화 라이너 층이 갭충진 유전체 층 보다 더 등각적이며, 일부 개시된 실시예들에서 일반적으로 등각적일 수 있다. 갭충진 유전체 층이 트렌치를 실질적으로 충진할 수 있다.
형성 동안에 유동가능한 갭충진 유전체 층들을 증착하기 위해서 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 도 1의 예에서, 실리콘 전구체가 기판(106)을 수용하는 기판 프로세싱 영역으로 도입된다. 다른 전구체는 "라디칼-질소" 전구체를 생성하기 위해서 원격 플라즈마 영역을 통과한 후에만 도입되고, 그 후, 그러한 전구체는 기판 프로세싱 영역(108) 내로 유동되고 실리콘 전구체와 조합된다. 실리콘-함유 전구체는 플라즈마 전력의 인가에 의해서 직접적으로 여기되지 않는다. 다시 말해서, 플라즈마 전력은 기판 프로세싱 영역 내에서 플라즈마를 여기시키도록 인가되지 않는다. 이러한 배열은 라이닝된 트렌치(110) 내로의 실리콘-및-질소-함유 층의 유동가능한 증착을 초래한다. 필름의 유동능력(flowability)은 증착이 진행됨에 따라 감쇄되고, 그러한 유동능력은 경화 동작 동안 본질적으로 제거된다. 경화 동작은 실리콘-및-질소-함유 층을 실리콘 산화물(112)로 전환하는 단계를 포함한다. 경화는 패터닝된 기판의 온도를 높이는 단계 및 갭충진 유전체 층을 산소-함유 환경에 노출시키는 단계를 포함한다. 산화물-부화 라이너 층의 산소 함량은 실리콘-및-질소-함유 갭충진 층의 산소 함량 보다 더 크다. 상승된 온도는 라이너 층으로부터 갭충진 층 내로 확산되도록 산화물을 유도하며, 그러한 확산은 갭충진 유전체 층 아래로부터의 부가적인 산소 공급원을 제공한다.
개시된 실시예들에서, 라디칼-성분 CVD가 이용되어, 산화물-부화 라이너 및 갭충진 층을 형성한다. 2가지 동작들은, 소유비용을 감소시키기 위해서, 스루풋을 증가시키기 위해서 그리고 인터페이스의 무결성(integrity)을 유지하기 위해서 동일한 기판 프로세싱 영역 내에서 수행된다. 갭충진 유전체 층 형성 동안에 유동능력을 보장하기 위해서, 실리콘-함유 전구체는 탄소 또는 질소를 포함할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 실리콘-함유 전구체는 탄소-프리(carbon-free) 실리콘-함유 전구체이며, 이는 경화 프로세스 동안에 갭충진 층이 더 적은 수축을 경험할 수 있게 한다. 탄소-프리 실리콘 전구체는, 예를 들어, 실리콘 전구체들의 다른 분류들 중에서도, 실리콘-및-질소 전구체, 실리콘-및-수소 전구체, 또는 실리콘-질소-및-수소 함유 전구체일 수 있다. 이들 전구체들의 특정 예들은, 다른 실릴(silyl)-아민들 중에서도, H2N(SiH3), HN(SiH3)2, 및 N(SiH3)3 과 같은 실릴-아민들을 포함할 수 있다. 이러한 실릴-아민들은 캐리어 가스들, 반응성 가스들, 또는 양자로서 작용할 수 있는 부가적인 가스들과 혼합될 수 있다. 이러한 부가적인 가스들의 예들은, 다른 가스들 중에서도, H2, N2, NH3, He, 및 Ar을 포함할 수 있다. 탄소-프리 실리콘 전구체들의 예들은 또한, 실란(SiH4)을 단독으로 포함하거나 다른 실리콘(예를 들어, N(SiH3)3), 수소(예를 들어, H2) 및/또는 질소(예를 들어, N2, NH3) 함유 가스들과 혼합된 실란(SiH4)을 포함할 수 있다. 실리콘-함유 전구체들은 또한 실란, 디실란 등과 같이 탄소 또는 질소를 가지지 않는 실리콘 화합물들을 포함할 수 있다. 만약 증착된 산화물 필름이 도핑된 산화물 필름이면, 다른 붕소 및 인의(phosphorous) 도펀트들 중에서도, TEB, TMB, B2H6, TEPO, PH3, P2H6, 및 TMP와 같은 도펀트 전구체들이 또한 이용될 수 있다.
질소가 라디칼 전구체 및 실리콘-함유 전구체 중 어느 하나 또는 양자에 포함될 수 있다. 질소가 라디칼 전구체 내에 존재할 때, 이것은 라디칼-질소 전구체로서 지칭될 수 있다. 라디칼-질소 전구체는 플라즈마 내에서 보다 안정된 질소-함유 전구체를 여기시킴으로써 생성되는 플라즈마 유출물들(effluents)을 포함한다. 예를 들어, NH3 및/또는 히드라진(N2H4)을 포함하는 비교적 안정된 질소-함유 전구체가 챔버 플라즈마 영역 내에서 또는 프로세싱 챔버 외부의 원격 플라즈마 시스템(RPS) 내에서 활성화되어 라디칼-질소 전구체를 형성할 수 있으며, 그 후, 상기 라디칼-질소 전구체는 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역으로 이송된다. 상이한 실시예들에서, 안정된 질소 전구체는 또한, NH3 & N2, NH3 & H2, NH3 & N2 & H2, 및 N2 & H2를 포함하는 혼합물일 수 있다. 또한, N2 및 H2를 갖는 혼합물들 내의 NH3 대신에 또는 NH3와 조합하여 히드라진이 사용될 수 있다. 상이한 실시예들에서, 안정된 질소 전구체의 유량은 약 200 sccm 또는 그 초과, 약 300 sccm 또는 그 초과, 약 500 sccm 또는 그 초과, 또는 약 700 sccm 또는 그 초과일 수 있다. 질소-함유 전구체들은 또한 N2O, NO, NO2 및 NH4OH를 포함할 수 있다. 생성된 라디칼-질소 전구체는 ·N, ·NH, ·NH2 등 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있고, 또한, 플라즈마에서 형성된 이온화된 종들을 수반할 수 있다. 다른 실시예들에서, 증착 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 상에 실리콘-및-질소 층을 증착하기 위해 전구체들이 혼합 및 반응되는 기판 프로세싱 영역으로부터 구획된(partition) 프로세싱 챔버의 섹션 내에서 라디칼-질소 전구체가 생성된다. 구획부는 샤워헤드로서 상호교환가능하게 지칭될 수 있다. 라디칼-질소 전구체가 또한 아르곤, 헬륨 등과 같은 캐리어 가스를 수반할 수 있다. 산소가 (O2 및/또는 O3의 형태로) 원격 플라즈마 영역 내로 동시에 전달되어, 이러한 기술을 이용하여 증착된 갭충진 층 또는 라이너 및 라디칼-질소 전구체 내의 산소 함량을 조정할 수 있다.
HDP-CVD와 같은 종래 기술의 갭충진 기술들을 이용하여 생성된 덜 유동가능한 필름들을 이용하여, 보이드들 또는 시임들을 형성하지 않고 트렌치들이 충진되기는 어려울 수 있다. 트렌치들은 1:1 보다 상당히 더 큰(예를 들어, 5:1 또는 그 초과, 6:1 또는 그 초과, 7:1 또는 그 초과, 8:1 또는 그 초과, 9:1 또는 그 초과, 10:1 또는 그 초과, 11:1 또는 그 초과, 12:1 또는 그 초과, 등) 높이 대 폭(즉, H/W)의 종횡비(AR)를 정의하는, 높이 및 폭을 가질 수 있다. 많은 예시들에서, 높은 AR은 약 90 nm 내지 약 22 nm 또는 그 미만의 범위(예를 들어, 약 90 nm, 65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm 등)의 작은 갭 폭들로 인한 것이다. 이러한 제한적인 기하형상들은 종래의 실리콘 질화물(Si3N4) 필름들의 증착에 의해서 완전하게 충진되지 않는다. 증착된 실리콘-및-질소 함유 필름은, 기판의 증착 표면 상의 좁은 갭들의 트렌치들 및 기타 구조물들 내로 그 필림이 유동되게 하는 유동가능한 특성들을 가진다. 층이 유동가능하기 때문에, 그 층은, 충진 재료의 중심 주위에 보이드들 또는 약한 시임들을 생성하지 않고, 고종횡비들을 가지는 갭들을 충진할 수 있다. 예를 들어, 증착되는 유동가능한 재료는, 갭이 완전히 충진되기 전에, 갭의 상단부를 조기에 막을 가능성이 적다. 이는 갭의 중간에 남아 있는 보이드들을 감소 또는 제거하는데 도움이 될 수 있다.
유동능력은, 적어도 부분적으로, 증착된 필름 내의 상당한 수소 성분으로 인한 것일 수 있다. 예를 들어, 증착된 필름은 실라잔-타입, Si-NH-Si 백본(backbone)(즉, Si-N-H 필름)을 가질 수 있다. 유동능력은 또한 실라잔 타입의 단쇄형(short chained) 폴리머들로부터 초래될 수 있다. 단쇄형 폴리머들의 형성 및 유동능력을 허용하는 질소는 라디칼 전구체 또는 실리콘-함유 전구체로부터 기원할 수 있다. 실리콘 전구체 및 라디칼-질소 전구체 양자가 탄소-프리인 경우에, 증착된 실리콘-및-질소 함유 필름이 또한 실질적으로 탄소-프리이다. 물론, "탄소-프리"는 반드시 필름에 극소량(trace amounts)의 탄소조차도 없다는 것을 의미하는 것은 아니다. 탄소 오염물들은, 증착된 실리콘-및-질소-함유 필름이 되는 전구체 재료들 내에서 존재할 수 있다. 그러나, 이러한 탄소 불순물들의 양은 탄소 부분(moiety)을 갖는 실리콘 전구체(예를 들어, TEOS, TMDSO 등)에서 발견될 것보다 훨씬 더 적다.
실리콘-및-질소 함유 층의 증착에 후속하여, 산소-함유 공기(atmosphere)에 증착 기판이 노출될 수 있다(112). 산소-함유 공기가 도입되는 경우에 반응 챔버에서 증착 기판이 유지될 수 있거나, 산소-함유 공기가 도입되는 상이한 챔버로 기판이 이송될 수 있다. 산소-함유 공기는, 다른 산소-함유 가스들 중에서도, 분자 산소(O2), 오존(O3), 수증기(H2O), 및 질소-산화물들(NO, NO2 등)과 같은 하나 또는 그 초과의 산소 함유 가스들을 포함할 수 있다. 산소-함유 공기는 또한, 원거리에서 생성될 수 있고 기판 챔버 내로 이송될 수 있는, 원자 산소(O), 수산화물들(OH) 등과 같은 라디칼 산소 및 히드록실 종들을 포함할 수 있다. 산소-함유 종들의 이온들이 또한 존재할 수 있다.
실리콘-및-질소 함유 필름을 실리콘 산화물(SiO2) 필름으로 전환하기 위해, 산소-함유 공기가 산소를 제공한다(112). 앞서 주지한 바와 같이, 실리콘-및-질소 함유 필름 내의 탄소의 부재는 최종 실리콘 산화물 필름에 형성된 상당히 더 적은 공극들을 초래한다. 증착으로부터 어닐링까지의 순수 수축은, 유동가능한 실리콘-및-산소-함유 필름을 초기에 증착하는 것과 대조적으로, 유동가능한 실리콘-및-질소-함유 필름을 증착하고 실리콘 산화물로 전환함으로써 감소된다. 전환 프로세스 동안에, 기판 온도는 약 25 ℃ 내지 약 1100 ℃ 범위일 수 있다(예를 들어, 약 200 ℃, 약 300 ℃, 약 400 ℃, 약 500 ℃, 약 600 ℃, 약 700 ℃, 약 800 ℃, 약 900 ℃, 약 1000 ℃, 등). 많은 경우들에서, 실리콘 산화물 수축의 결과로서 갭 내에 형성되는 시임들 또는 공간들을 충진, 치유 또는 다르게 해결하기 위한 사후 열처리 단계들을 피하기에 충분히 부피 감소가 작다(예를 들어, 약 15 부피% 또는 그 미만). 실시예에서, 전환이 2 부분들로 발생할 수 있다. 2 부분 전환은 산화를 개시하기 위한 저온 오존 경화(예를 들어, 200 ℃ 내지 약 400 ℃) 및 후속하여 산소-함유 환경 내에서의 고온 어닐링을 포함할 수 있다. 이러한 동작들 동안에, 갭충진 층을 보다 완전하게 전환시키기 위해서, 산화물-부화 라이너 층으로부터의 산소가 갭충진 실리콘-및-질소-함유 층 내로 확산된다. 그러나, 개시된 실시형태에서, 질소는 갭충진 층 내에 여전히 존재할 수 있을 것이고, 갭충진 재료는 본질적으로 실리콘 및 산소로 이루어진다.
도 1의 프로세스는, 실리콘-질소-함유 층을 먼저 증착하고 그 후, 상기 층을 실리콘 산화물로 전환함으로써, 실리콘 산화물이 형성되는 프로세스를 설명한다. 다른 실시예들에서, 증착되는 필름은 플라즈마에 의해서 직접적으로 여기되지 않은 실리콘-및-탄소-함유 전구체와 조합된 라디칼-산소 전구체에 의해서 생성된다. 그 후, 증착되는 필름은, 실리콘-및-질소-함유 필름을 포함하는 프로세스와 비교하여 후속 프로세싱 동안에 더 많은 수축을 경험할 수 있는 실리콘-산소-및-탄소-함유 필름일 것이다. 플라즈마를 통과하지 않는 예시적인 탄소-함유 전구체는 TMOS, TriMOS, TEOS, OMCTS, HMDS, TMCTR, TMCTS, OMTS, TMS, HMDSO 및/또는 TMDSO를 포함할 수 있다. 라디칼-산소 전구체는 플라즈마 내에서 산소-함유 전구체를 여기시킴으로써 생성된 플라즈마 유출물들을 포함하고, 예시적인 산소-함유 전구체들이 O2, O3, N2O, NO, NO2, H2O2, H2O 및 NH4OH를 포함할 수 있다. 갭충진 실리콘-산소-및-탄소-함유 층을 증착하기 전에 산화물-부화 라이너를 증착하는 것은, 표면 아래의(subsurface) 산소가 경화 동안에 제공되는 산소 공기로부터 산소를 증대시키게 한다.
개시된 실시예들에서, 실시예들은 상이한 온도들 및 공기들을 이용한 경화 이후 복수의 어닐링 스테이지들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스팀(H2O)을 포함하는 공기에서 더 낮은 제 1 온도로 제 1 가열 스테이지가 수행될 수 있는 한편, 실질적으로 수증기가 결핍된 건조 산소-함유 공기에서 더 높은 제 2 온도로 제 2 가열 스테이지가 수행될 수 있다. 비-산소 함유 공기(예를 들어, 건조 N2, He, Ar 등)에서 제 2 가열 스테이지가 또한 수행될 수 있다.
이제 본원에서 제시된 라이너 층들의 일반적인 성질들을 설명하는 것으로 향하면, 개시된 실시예들에 따른 산화물-부화 라이너 층들은, 후속하여 증착되는 유동가능한 필름이 나머지 갭 내로 유동되게 하기 위해, 목표 트렌치들의 폭의 절반 보다 더 얇다. 라이닝 층의 두께는, 상이한 실시예들에서, 약 100 Å 또는 그 미만, 약 70 Å 또는 그 미만, 약 50 Å 또는 그 미만, 약 30 Å 또는 그 미만일 수 있다. 그러나, 산화물-부화 라이닝 층들은 경화 동안 재분배하기 위한 산소를 저장한다. 그 결과, 두께는 갭충진 유전체 층 내의 산소 함량을 높이기 위해서 상당한 양들의 산소를 저장하기에 충분히 크게 제조되어야 한다. 산소 저장이 충분하다는 것을 보장하기 위해서, 산화물-부화 라이너 내의 산소의 농도가 충분히 커야만 한다.
산소-부화 라이너 층과 갭충진 층 사이의 인터페이스가 도 2(202) 및 3b(302)에서 점선으로서 도시되어 있다. 경화 및 어닐링 후에 인터페이스가 본질적으로 제거될 수 있는데, 이는, 재분배 시에, 산소 농도가 보다 균일(homogeneous)해지기 때문이다. 출원인들은, 실시예들에서, 단면적인 SEM을 이용하여, 인터페이스가 탐지될 수 없다는 것을 발견하였다. 점선들(202 및 302)은 회복(curation)이 없는 경우에 인터페이스가 존재할 곳을 보여준다. 도 3a는 라이너 층이 없는 유동가능한 CVD 갭충진 동작의 단면적인 SEM의 표현을 도시하고, 도 3b는 라이너 층과 동일한 증착을 도시한다. 산화물-부화 라이너 층이 없는 증착된 층(304-1)의 갭충진 영역 내에서 공극들을 볼 수 있다(301). 다른 한편으로, 공극들 또는 인터페이스를 도 3b의 증착된 층(304-2)의 갭충진 영역 내에서 볼 수 없다.
원격 플라즈마 영역 내로의 전구체들의 유량들을 조정함으로써, 산화물-부화 라이너의 산소 함량이 갭충진 층의 산소 함량 보다 더 크게 만들어질 수 있다. 산화물-부화 라이너 층의 형성 동안에 원격 플라즈마 영역 내로의 산소(O2) 대 암모니아(NH3)의 예시적인 유량 비율이 약 2:1(약 4:1의 원자-산소-대-질소 비율과 균등함)일 수 있다. 갭충진 층의 증착 동안에 O2:NH3 의 유량 비율이 약 1:5(약 2:5의 원자-산소-대-질소 비율과 균등함)일 수 있다. 이러한 비율들은 라이너 및 갭충진 층들 내에서 발견될 화학양론(stoichiometry)을 나타낸다. 개시된 실시예들에서, 라이너 원자-산소-대-질소 유량 비율은, 산화물-부화 라이너의 산소 함량이 갭충진 유전체 층의 산소 함량을 초과하도록, 갭충진 원자-산소-대-질소 유량 비율을 초과한다. 다른 실시예에서, 라이너 원자-산소-대-질소 유량 비율은 갭충진 원자-산소-대-질소 유량 비율을 5 초과의 배수 (multiplicative factor) 만큼 초과한다.
유동가능한 필름들의 성장 동안에, 챔버 플라즈마 영역 또는 기판 프로세싱 영역 중 어느 하나 내의 압력이 약 100 Torr 또는 그 미만, 약 50 Torr 또는 그 미만, 약 20 Torr 또는 그 미만, 약 10 Torr 또는 그 미만, 또는 약 5 Torr 또는 그 미만일 수 있다. 상이한 실시예들에서, 어느 하나의 영역들 또는 양자의 영역들 내의 압력이 약 0.25 Torr 또는 그 초과, 약 0.5 Torr 또는 그 초과, 약 1 Torr 또는 그 초과, 약 2 Torr 또는 그 초과, 또는 약 5 Torr 또는 그 초과일 수 있다. 압력들 상에서 하한들의 각각이 상한들 중 임의의 상한과 조합되어 개시된 실시예들에 따른 적합한 압력들의 부가적인 범위들을 형성할 수 있다. 개시된 실시예들에서, (라디칼-산소 및/또는 라디칼-질소 전구체들을 생산하기 위한) 유동가능한 필름들의 성장 동안에 챔버 플라즈마 영역 내에 존재하는 플라즈마 조건들이 약 3000 W 내지 약 15,000 W, 약 400 W 내지 약 10,000 W, 또는 약 5000 W 내지 약 8000 W의 RF 전력을 포함할 수 있다.
(상기 주어진 예들에서 질소 및/또는 탄소를 포함하는) 실리콘-함유 필름들의 증착 동안 비교적 낮은 온도에서 기판 온도가 유지되는 동안에, 유동가능한 필름 성장이 진행될 수 있다. 유동가능한 산화물 필름은, 증착 동안에 기판을 냉각시킴으로써 유지되는 낮은 온도에서 기판 표면 상에서 증착될 수 있다. 상이한 실시예들에서, 받침대는 받침대 샤프트 내부의 가열 및/또는 냉각 도관들을 포함할 수 있으며, 그러한 도관들은 받침대 및 기판의 온도를 약 -40℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 160℃, 약 100℃ 미만 또는 약 40℃ 미만으로 셋팅한다.
예시적인 기판 프로세싱 시스템
증착 시스템들의 실시예들은 집적 회로 칩들을 생성하기 위한 더 큰 제조 시스템들에 통합될 수 있다. 도 4는 개시된 실시예들에 따른 증착, 베이킹(bake), 및 경화 챔버들의 하나의 그러한 시스템(400)을 도시한다. 도면에서, FOUPs(front opening unified pods)(402)의 쌍은, 로봇 아암들(404)에 의해 수용되고, 웨이퍼 프로세싱 챔버들(408a-f) 중 하나 내로 배치되기 전에, 저압 홀딩 영역(406) 내로 배치되는 기판들(예를 들어, 300 mm 직경의 웨이퍼들)을 공급한다. 홀딩 영역(406)으로부터 프로세싱 챔버들(408a-f)로 기판 웨이퍼들을 이송하고, 그 반대로 이송하기 위해, 제 2 로봇 아암(410)이 사용될 수 있다.
프로세싱 챔버들(408a-f)은, 기판 웨이퍼 상에 유동가능한 유전체 필름을 증착, 어닐링, 경화, 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 그 초과의 시스템 성분들을 포함할 수 있다. 일 구성에서, 기판 상에 유동가능한 유전체 재료를 증착하기 위해 프로세싱 챔버의 2개의 쌍들(예를 들어, 408c-d 및 408e-f)이 사용될 수 있으며, 증착된 유전체를 어닐링하기 위해 프로세싱 챔버들의 제 3의 쌍(예를 들어, 408a-b)이 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 프로세싱 챔버들의 동일한 2개의 쌍들(예를 들어, 408c-d 및 408e-f)은 기판 상에 유동가능한 유전체 필름을 증착 및 어닐링 양자를 행하도록 구성될 수 있는 한편, 증착된 필름의 UV 또는 E-빔 경화를 위해 챔버들의 제 3의 쌍(예를 들어, 408a-b)이 사용될 수 있다. 또 다른 구성에서, 챔버들의 모든 3개의 쌍들(예를 들어, 408a-f)이 기판 상에 유동가능한 유전체 필름을 증착 및 경화시키도록 구성될 수 있다. 또 다른 구성에서, 유동가능한 유전체의 증착 및 UV 또는 E-빔 경화 양자를 위해 프로세싱 챔버들의 2개의 쌍들(예를 들어, 408c-d 및 408e-f)이 사용될 수 있는 한편, 유전체 필름을 어닐링하기 위해 프로세싱 챔버들의 제 3의 쌍(예를 들어, 408a-b)이 사용될 수 있다. 유동가능한 유전체 필름들을 위한 증착, 어닐링 및 경화 챔버들의 부가적인 구성들이 시스템(400)에 의해서 고려됨을 인식할 것이다.
부가적으로, 프로세스 챔버들(408a-f) 중 하나 또는 그 초과가 습식 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이들 프로세스 챔버들은 수분(moisture)을 포함하는 공기에서 유동가능한 유전체 필름을 가열하는 것을 포함한다. 따라서, 증착된 유전체 필름에 대한 습식 및 건식 어닐들 양자를 수행하기 위해, 시스템(400)의 실시예들은 습식 처리 챔버들(408a-b) 및 어닐 프로세싱 챔버들(408c-d)을 포함할 수 있다.
도 5a는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(500)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(510)은 가스를 프로세싱할 수 있으며, 그 후, 그 가스는 가스 유입구 조립체(511)를 통해 이동한다. 가스 유입구 조립체(511) 내에서, 2개의 별개의 가스 공급 채널들이 보인다. 제 1 채널(512)이 원격 플라즈마 시스템 RPS(510)을 통과하는 가스를 운반하는 한편, 제 2 채널(513)은 RPS(500)를 우회한다(bypass). 개시된 실시예들에서, 프로세스 가스에 대해 제 1 채널(502)이 사용될 수 있고, 처리 가스에 대해 제 2 채널(513)이 사용될 수 있다. 리드(또는 전도성 상단부 부분)(521) 및 천공된 구획부(553)는 그 사이에 절연 링(524)이 있는 것으로 도시되며, 절연 링(524)은, 천공된 구획부(553)에 대한 리드(521)에 AC 전위가 인가되게 한다. 프로세스 가스는 제 1 채널(512)을 통해 챔버 플라즈마 영역(520) 내로 이동하고, 챔버 플라즈마 영역(520) 단독에서 또는 RPS(510)와 조합하여 플라즈마에 의해 여기될 수 있다. 여기서, 챔버 플라즈마 영역(520) 및/또는 RPS(510)의 조합은 원격 플라즈마 시스템으로서 지칭될 수 있다. 천공된 구획부(또한 샤워헤드로서 지칭됨)(553)는 샤워헤드(553) 아래의 기판 프로세싱 영역(570)으로부터 챔버 플라즈마 영역(520)을 분리시킨다. 샤워헤드(553)는, 여기된 종들로 하여금 챔버 플라즈마 영역(520)으로부터 기판 프로세싱 영역(570) 내로 여전히 이동하게 하면서, 챔버 플라즈마 영역(520) 내에 존재하는 플라즈마로 하여금 기판 프로세싱 영역(570) 내의 가스들을 직접적으로 여기시키는 것을 회피하게 한다.
샤워헤드(553)는, 챔버 플라즈마 영역(520)과 기판 프로세싱 영역(570) 사이에 위치되고, 챔버 플라즈마 영역(520) 내에서 생성된 플라즈마 유출물(effluent)들(전구체들 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)로 하여금 플레이트의 두께를 횡단하는 복수의 관통 홀들(556)을 통과하게 한다. 샤워헤드(553)는 또한, (실리콘-함유 전구체와 같은) 증기 또는 가스의 형태의 전구체로 충진될 수 있고, 작은 홀들(555)을 거쳐 기판 프로세싱 영역(570) 내로 통해 있지만 직접 챔버 플라즈마 영역(520) 내로 통해 있지 않은 하나 또는 그 초과의 중공형(hollow) 부피들(551)을 갖는다. 이 개시된 실시예에서, 샤워헤드(553)는 관통-홀들(556)의 가장 작은 직경(550)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 영역(520)으로부터 기판 프로세싱 영역(570)으로 침투하는 여기된 종들의 상당한 농도를 유지하기 위해, 샤워헤드(553) 도중에 관통-홀들(556)의 더 큰 직경 부분들을 형성함으로써, 관통-홀들의 가장 작은 직경(550)의 길이(526)가 제한될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 관통-홀들(556)의 가장 작은 직경(550)의 길이는 관통-홀들(556)의 가장 작은 직경과 동일한 정도의 크기 또는 그 미만일 수 있다.
도시된 실시예에서, 샤워헤드(553)는, 챔버 플라즈마 영역(520) 내의 플라즈마에 의한 여기 시에, 산소, 수소, 및/또는 질소를 포함하는 프로세스 가스들, 및/또는 그러한 프로세스 가스들의 플라즈마 유출물들을 (관통 홀들(556)을 통해) 분배할 수 있다. 실시예들에서, 제 1 채널(512)을 통해 RPS(510) 및/또는 챔버 플라즈마 영역(520) 내로 도입된 프로세스 가스는, 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, N2H4를 포함하는 NxHy, 실란, 디실란, TSA, 및 DSA 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. RPS(510)를 통해서 유동하는 산소 대 질소의 비율은 산화물-부화 라이너 층의 증착 동안에 비교적 클 수 있으며, 갭충진 유전체 층의 증착 동안에 감소될 수 있다. 프로세스 가스는 또한, 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등과 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 제 2 채널(513)은 또한, 프로세스 가스 및/또는 캐리어 가스, 및/또는 성장하는 또는 증착된-그대로의(as-deposited) 필름으로부터 원하지 않는 성분을 제거하기 위해 사용되는 필름-경화 가스를 이송할 수 있다. 플라즈마 유출물들은, 프로세스 가스의 이온화된 또는 중성 유도체들을 포함할 수 있고, 또한, 여기서, 도입된 프로세스 가스의 원자 구성 요소들을 지칭하는, 라디칼-산소 전구체 및/또는 라디칼-질소 전구체로서 지칭될 수 있다.
실시예들에서, 관통-홀들(556)의 수는 약 60개 내지 약 2000개일 수 있다. 관통-홀들(556)은 다양한 형상들을 가질 수 있지만 원형(round)으로 가장 쉽게 제조된다. 개시된 실시예들에서, 관통-홀들(556)의 가장 작은 직경(550)은 약 0.5 mm 내지 약 20 mm 또는 약 1 mm 내지 약 6 mm일 수 있다. 또한, 관통-홀들의 단면 형상을 선택하는 것이 자유로우며, 관통-홀들의 단면 형상은 원뿔형, 실린더형, 또는 2개의 형상들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상이한 실시예들에서, 기판 프로세싱 영역(570) 내로 가스를 도입하기 위해 사용되는 작은 홀들(555)의 수는 약 100개 내지 약 5000개 또는 약 500개 내지 약 2000개일 수 있다. 작은 홀들(555)의 직경은 약 0.1 mm 내지 약 2 mm일 수 있다.
도 5b는 개시된 실시예들에 따른, 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(553)의 저면도이다. 샤워헤드(553)는 도 5a에서 도시된 샤워헤드에 대응한다. 샤워헤드(553)의 하단부 상에서 더 큰 내경(ID)을 갖고 상단부에서 더 작은 ID를 갖는 관통-홀들(556)이 도시된다. 관통-홀들(556) 사이에서도 샤워헤드의 표면 위에 실질적으로 균등하게 작은 홀들(555)이 분배되며, 이는, 여기서 설명된 다른 실시예들보다 더 균등한 혼합을 제공하는 것을 돕는다.
샤워헤드(553) 내의 관통-홀들(556)을 통해 도달한 플라즈마 유출물들이 중공형 부피들(551)로부터 유래한 작은 홀들(555)을 통해 도달한 실리콘-함유 전구체와 결합하는 경우에, 기판 프로세싱 영역(570) 내의 받침대(미도시)에 의해 지지되는 기판 상에 예시적인 필름이 생성된다. 기판 프로세싱 영역(570)이 경화와 같은 다른 프로세스들에 대해 플라즈마를 지원하도록 탑재될 수 있지만, 예시적인 필름의 성장 동안에 플라즈마가 존재하지 않는다.
샤워헤드(553) 위의 챔버 플라즈마 영역(520) 또는 샤워헤드(553) 아래의 기판 프로세싱 영역(570) 중 어느 하나에서, 플라즈마가 점화(ignite)될 수 있다. 증착 동안에 챔버 플라즈마 영역(520)에서 플라즈마를 점화하기 위해, 샤워헤드(553) 및 프로세싱 챔버의 전도성 상단부 부분(521) 사이에, 전형적으로 무선 주파수(RF) 범위 내의 AC 전압이 인가된다. 기판 프로세싱 영역(570)에 접하는 내부 표면들을 세정하거나 필름을 경화시키기 위해, 기판 프로세싱 영역(570)에서 하단부 플라즈마가 턴온되는 경우에, 상단부 플라즈마는 낮은 전력으로 유지되거나 전력을 갖지 않는다. 챔버의 받침대(pedestal) 또는 하단부와 샤워헤드(553) 사이에 AC 전압을 인가함으로써, 기판 프로세싱 영역(570)에서 플라즈마가 점화된다. 플라즈마가 존재하는 동안에, 기판 프로세싱 영역(570) 내로 세정 가스가 도입될 수 있다.
시스템 제어기에 의해 기판 프로세싱 시스템이 제어된다. 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 및 프로세서를 포함한다. 프로세서는 단일-보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들, 및 스텝퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. CVD 시스템의 다양한 부분들은, 보드, 카드 케이지, 및 커넥터 치수들 및 타입들을 정의하는 VME(Versa Modular European) 표준에 따른다. VME 표준은 또한, 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 갖는 것으로서 버스 구조를 정의한다.
시스템 제어기는 CVD 머신의 모든 활동(activity)들을 제어한다. 시스템 제어기는 시스템 제어 소프트웨어를 실행하며, 시스템 제어 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이다. 바람직하게는, 매체는 하드 디스크 드라이브이지만, 매체는 또한 다른 종류들의 메모리일 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특정한 프로세스의, 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터 위치, 및 다른 파라미터들을 지시하는 명령들의 세트들을 포함한다. 예를 들어 플로피 디스크 또는 다른 또 다른 적절한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 또한 시스템 제어기에 명령하기 위해 사용될 수 있다.
시스템 제어기에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 물건을 사용하여, 기판 상에 필름 스택을 증착하기 위한 프로세스 또는 챔버를 세정하기 위한 프로세스가 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는, 임의의 종래의 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 등으로 기록될 수 있다. 적합한 프로그램 코드는, 종래의 텍스트 편집기를 사용하여 단일 파일 또는 복수의 파일들로 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 사용가능 매체에 저장되거나 또는 임베딩된다. 입력된 코드 텍스트가 높은 레벨의 언어로 존재하면, 코드가 컴파일링되고, 그 후, 결과의 컴파일러 코드는 프리컴파일링된(precompiled) Microsoft Windows®라이브러리 루틴들의 오브젝트 코드(object code)와 링크된다. 링크된 컴파일링된 오브젝트 코드를 실행하기 위해, 시스템 사용자는 오브젝트 코드를 호출(invoke)하여, 컴퓨터 시스템이 메모리에 코드를 로딩하게 한다. 그 후, 프로그램에서 식별된 과제들(tasks)을 수행하기 위해, CPU는 코드를 판독 및 실행한다.
사용자와 제어기 사이의 인터페이스는 평면 터치-감응 모니터를 통한다. 바람직한 실시예에서, 2개의 모니터들이 사용되는데, 하나는 운영자들을 위해 세정 룸 벽에 장착되고, 다른 하나는 서비스 기술자들을 위해 벽 뒤에 장착된다. 2개의 모니터들은 동일한 정보를 동시에 디스플레이할 수 있으며, 그 경우에, 한번에 하나의 모니터만이 입력을 수용한다. 특정한 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 운영자는 터치-감응 모니터의 지정된 영역을 터치한다. 터치된 영역이 그 터치된 영역의 하이라이트된 컬러를 변화시키거나, 또는 새로운 메뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 운영자와 터치-감응 모니터 사이의 통신을 확인한다. 사용자로 하여금 시스템 제어기와 통신하게 하기 위해, 터치-감응 모니터 대신에 또는 터치-감응 모니터에 부가하여, 키보드, 마우스, 또는 다른 포인팅 또는 통신 디바이스와 같은 다른 디바이스들이 사용될 수 있다.
챔버 플라즈마 영역을 채용하는 실시예들에서, 여기된 플라즈마 유출물들이 증착 영역으로부터 구획된 기판 프로세싱 영역의 섹션 내에서 생성되며, 그러한 섹션에서 플라즈마 유출물들이 탄소-프리 실리콘-함유 전구체와 혼합 및 반응되어 실리콘-및-질소 층을 증착 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 상에 증착한다. 여기된 플라즈마 유출물들은 또한 불활성 가스들(예시적인 경우에, 아르곤)을 수반한다. 실시예들에서, 탄소-프리 실리콘-함유 전구체는 기판 플라즈마 영역에 진입하기 전에 플라즈마를 통과하지 않는다. 라디칼-질소 전구체는 원격 플라즈마 영역에서 생성되고, 기판 프로세싱 영역 내로 이동하며, 그러한 기판 프로세싱 영역에서, 라디칼-질소 전구체에 의해 실리콘-함유 전구체가 여기된다. 실시예들에서, 라디칼-질소 전구체에 의해서만 실리콘-함유 전구체가 여기된다. 실시예들에서, 라디칼-질소 전구체가 실리콘-함유 전구체에 지배적인(predominant) 여기를 제공하는 것을 보장하기 위해, 본질적으로, 원격 플라즈마 영역에만 플라즈마 전력이 인가될 수 있다. 본원에서, 기판 프로세싱 영역은 실리콘-및-질소-함유 층의 성장 동안에 그리고 저온 오존 경화 동안에 "플라즈마-프리"로서 설명될 수 있다. "플라즈마-프리"는 반드시 플라즈마가 없는 영역을 의미하는 것은 아니다. 플라즈마 영역 내에서 생성된 이온화된 종들 및 프리 전자들이 구획부(샤워헤드) 내의 공극들(개구들(apertures))을 통해 이동하지만, 탄소-프리 실리콘-함유 전구체는 플라즈마 영역에 인가된 플라즈마 전력에 의해 실질적으로 여기되지 않는다. 챔버 플라즈마 영역 내에서 플라즈마의 경계들은 정의하기 어렵고, 샤워헤드 내의 개구들을 통해 기판 프로세싱 영역을 침범할 수 있다. 유도-결합형 플라즈마의 경우에서, 기판 프로세싱 영역 내에서 직접적으로 소량의 이온화가 실시될 수 있다. 또한, 형성하는 필름의 바람직한 피쳐들을 제거하지 않으면서, 기판 프로세싱 영역에서 낮은 강도의 플라즈마가 생성될 수 있다. 여기된 플라즈마 유출물들의 생성 동안에 챔버 플라즈마 영역(또는 이 경우 원격 플라즈마 영역)보다 훨씬 더 낮은 강도의 이온 밀도를 갖는 플라즈마에 대한 모든 원인들은, 여기서 사용되는 바와 같은 "플라즈마-프리"의 범위로부터 벗어나지 않는다.
여기서 사용되는 바와 같이, "기판"은, 층들이 위에 형성되거나 또는 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 지지 기판은 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 절연체 또는 반도체일 수 있고, 예를 들어, 집적 회로들의 제조에서 사용되는 타입의 반도체 기판일 수 있다. "실리콘 산화물"의 층은 실리콘-및-산소-함유 재료에 대한 약칭으로서 사용되고, 실리콘-및-산소-함유 재료와 교환 가능하게 사용된다. 그 결과, 실리콘 산화물은 질소, 수소, 탄소 등과 같은 다른 원소 구성 요소들의 농도들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 실리콘 산화물은 본질적으로 실리콘 및 산소로 구성된다. "전구체"라는 용어는, 표면으로부터 재료를 제거하거나 또는 표면 상에 재료를 증착하기 위한 반응에 참여하는 임의의 프로세스 가스를 지칭하기 위해 사용된다. "여기된 상태"에 있는 가스는, 가스 분자들의 적어도 일부가 진동-여기된, 해리된, 및/또는 이온화된 상태들에 있는 가스를 설명한다. "가스"(또는 "전구체")는 2 또는 그 초과의 가스들(또는 "전구체들")의 조합일 수 있으며, 통상적으로 액체 또는 고체이지만 다른 "캐리어 가스들"과 함께 일시적으로 운반되는 물질들을 포함할 수 있다. "라디칼 전구체"는, 표면으로부터 재료를 제거하거나 표면 상에 재료를 증착하기 위한 반응에 참가하는 플라즈마 유출물들(플라즈마를 종료시키는(exit) 여기된 상태에 있는 가스)을 설명하기 위해 사용된다. "라디칼-질소 전구체"는 질소를 포함하는 라디칼 전구체이며, "라디칼-수소 전구체"는 수소를 포함하는 라디칼 전구체이다. "불활성 가스"라는 문구는 에칭시에 또는 필름으로 통합되는 경우에 화학적 결합들을 형성하지 않는 임의의 가스를 지칭한다. 예시적인 불활성 가스들은 영족 가스들(noble gases)을 포함하지만, (전형적으로) 필름 내에 소량이 포획되는 경우에 화학적 결합들이 형성되지 않는 한, 다른 가스들을 포함할 수 있다.
"트렌치"라는 용어는, 에칭된 기하형상이 큰 수평 종횡비를 갖는다는 암시 없이 명세서 전반에 걸쳐 사용된다. 표면 위에서 보면, 트렌치들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들을 나타낼 수 있다. "비아"라는 용어는, 수직한 전기 접속부를 형성하기 위해, 금속으로 충진될 수 있거나 충진되지 않을 수 있는 (위에서 부터 볼 때) 낮은 종횡비 트렌치를 지칭하기 위해 사용된다. 여기서 사용되는 바와 같이, 등각(conformal) 층은 표면과 동일한 형상인, 표면 상의 재료의 일반적으로 균일한 층을 지칭하며, 즉, 층의 표면 및 커버되는 표면이 일반적으로 평행하다. 당업자는, 증착된 재료가 거의 100% 등각적일 수 없고, 따라서 "일반적으로"라는 용어가 수용 가능한 허용 오차들을 허용한다는 것을 인식할 것이다.
여러 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 변형들, 대안적인 구성들, 및 등가들이 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 부가적으로, 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 복수의 잘-알려진 프로세스들 및 요소들이 설명되지 않았다. 따라서, 상기 설명이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로서 취해지지 않아야 한다.
수치들의 범위가 주어진 경우, 그러한 범위의 상한들과 하한들 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥이 달리 명백히 표시하지 않으면 하한의 단위의 소수점 이하 한 자리까지 구체적으로 또한 기재된 것으로 이해된다. 명시된 범위 내의 임의의 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 값과 그러한 명시된 범위내의 임의의 다른 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 값 사이의 각각의 소범위가 포함된다. 이러한 소범위들의 상한들과 하한들은 독립적으로 그러한 범위에 포함되거나 그러한 범위에서 제외될 수 있고, 각각의 범위는, 양자의 상한과 하한 중 하나 또는 양자가 그러한 소범위에 포함되든지 그러한 소범위에서 제외되든지 간에, 임의의 한계값이 명시된 범위에서 구체적으로 제외된 것이 아닌 한, 또한 본 발명에 포함된다. 명시된 범위가 한계값들 중 하나 또는 양자를 포함하는 경우, 그렇게 포함된 한계값들 중 하나 또는 양자를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
여기서 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수 형태들("a", "an", 및 "the")는, 문맥이 명확히 달리 기술하고 있지 않는 한, 복수의 언급 대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "프로세스"에 대한 언급은 복수의 그러한 프로세스들을 포함하고, "전구체"에 대한 언급은 하나 또는 그 초과의 전구체 및 당업자에게 알려져 있는 전구체의 균등물들에 대한 언급을 포함하고, 기타 등등의 경우도 마찬가지다.
또한, "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", "구비한다(include)", "구비하는(including)" 및 "구비한다(includes)"라는 단어들은, 본 명세서에서 및 이하의 청구항들에서 사용되는 경우에, 기술된 특징들, 정수들, 성분들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들이 하나 또는 그 초과의 다른 특징들, 정수들, 성분들, 단계들, 동작들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 트렌치를 포함하는 패터닝된 기판 상에 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법으로서:
    상기 기판을 기판 프로세싱 챔버 내로 이송하는 단계;
    상기 트렌치를 포함하는 상기 기판 상에 산소-부화(oxygen-rich) 라이너 층을 형성하는 단계;
    상기 산소-부화 라이너 층을 형성하는 단계 이후에, 상기 기판 상에 그리고 상기 트렌치 내에 갭충진(gapfill) 유전체 층을 형성하는 단계 － 상기 갭충진 유전체 층은 상기 산소-부화 라이너 층 보다 더 낮은 산소 함량을 가지고, 상기 갭충진 유전체 층은 형성 동안 유동가능함 －; 및
    상기 산소-부화 라이너 층으로부터 상기 갭충진 유전체 층으로 산소의 일부를 이송하기 위해서, 상승된(elevated) 온도에서 상기 갭충진 유전체 층을 경화시키는 단계를 포함하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소-부화 라이너 층이 상기 갭충진 유전체 층 보다 더 등각적인(conformal),
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭충진 유전체 층이 상기 트렌치를 실질적으로 충진하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭충진 유전체 층을 형성하는 단계는:
    플라즈마 유출물들을 형성하기 위해서 갭충진 플라즈마 전구체를 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계; 및
    상기 갭충진 유전체 층을 형성하기 위해서 기판 프로세싱 영역 내에서 상기 플라즈마 유출물들을 실리콘-함유 전구체의 유동(flow)과 조합하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘-함유 전구체는 플라즈마 전력의 인가에 의해서 직접적으로 여기되지 않고, 상기 갭충진 유전체 층은 실리콘-및-산소 함유 층인,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산소-부화 라이너 층을 형성하는 단계는:
    플라즈마 유출물들을 형성하기 위해서 라이너 플라즈마 전구체를 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계; 및
    상기 산소-부화 라이너 층을 형성하기 위해서 상기 기판 프로세싱 영역 내에서 상기 플라즈마 유출물들을 실리콘-함유 전구체의 유동과 조합하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘-함유 전구체는 플라즈마 전력의 인가에 의해서 직접적으로 여기되지 않고, 상기 갭충진 유전체 층은 실리콘-및-산소 함유 층인,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 갭충진 플라즈마 전구체를 유동시키는 동작은 갭충진 원자-산소-대-질소 유량 비율로 산소 및 질소를 상기 원격 플라즈마 영역으로 유동시키는 것을 포함하고,
    상기 갭충진 원자-산소-대-질소 유량 비율은 원자들의 수에 기초하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 라이너 플라즈마 전구체를 유동시키는 동작은 라이너 원자-산소-대-질소 유량 비율로 산소 및 질소를 상기 원격 플라즈마 영역으로 유동시키는 것을 포함하고,
    상기 라이너 원자-산소-대-질소 유량 비율은 원자들의 수에 기초하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 라이너 원자-산소-대-질소 유량 비율은, 상기 산소-부화 라이너 층의 산소 함량이 상기 갭충진 유전체 층의 산소 함량을 초과하도록, 상기 갭충진 원자-산소-대-질소 유량 비율을 초과하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 라이너 원자-산소-대-질소 유량 비율은 상기 갭충진 원자-산소-대-질소 유량 비율을 5 초과의 배수 (multiplicative factor) 만큼 초과하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 실리콘-함유 전구체는 실리콘-및-질소-함유 전구체를 포함하고, 상기 플라즈마 유출물들은 라디칼(radical)-질소 전구체를 포함하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘-및-질소-함유 전구체는 H2N(SiH3), HN(SiH3)2, 및 N(SiH3)3 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 플라즈마 전구체는 NH3, NH4OH, N2O, NO, NO2, N2 및 H2 중 적어도 하나를 포함하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 영역은 상기 기판 프로세싱 챔버 내에 존재하고, 샤워헤드(showerhead)에 의해서 상기 기판 프로세싱 챔버로부터 분리되는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭충진 유전체 층을 경화시키는 동작은 상기 갭충진 유전체 층을 상승된 온도에서 오존-함유 공기에 노출시키는 것을 포함하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 갭충진 유전체 층을 경화시키는 동작은 상기 상승된 온도 보다 더 큰 어닐링 온도에서 O2, O3, 및 H2O 중 적어도 하나를 포함하는 산소-함유 공기(atmosphere)에 상기 갭충진 유전체 층을 후속하여 노출시키는 단계를 더 포함하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 트렌치가 50 nm 또는 그 미만의 폭을 가지는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
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