KR101921336B1 - 융기 특징부 상에 고도의 형상적응 비정질 카본 필름의 증착 방법 - Google Patents

융기 특징부 상에 고도의 형상적응 비정질 카본 필름의 증착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 형성 방법을 제공한다. 상기 방법은 정상면 및 측벽면을 갖는 융기 특징을 포함하는 기판을 프로세스 챔버내 기판 홀더 상에 제공하는 단계, 및 탄화수소 가스, 산소 함유 가스 및 임의로 아르곤 또는 헬륨을 함유하는 프로세스 가스를 프로세스 챔버 안으로 유동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 프로세스 챔버 내에서 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 유지하는 단계, 마이크로파 플라즈마 공급원을 이용하여 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계, 및 기판을 플라즈마에 노출하여 융기 특징부의 표면 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

융기 특징부 상에 고도의 형상적응 비정질 카본 필름의 증착 방법{METHOD OF DEPOSITING HIGHLY CONFORMAL AMORPHOUS CARBON FILMS OVER RAISED FEATURES}
본 발명은 반도체 소자의 제작 방법, 더 구체적으로는 융기 특징부 상에 고도의 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서 진보된 소자에서 발견되는 융기 특징부 위에 형상적응 카본 필름의 저온 증착을 위한 새로운 방법이 필요하다. 카본 필름을 증착하기 위한 기존 방법은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 포함하는데, 이것은 카본 필름이 융기 특징부의 정상 및 융기 특징부 사이의 필드 영역에 우선적으로 증착하여 융기 특징부의 측벽에 카본 필름 증착이 거의 없다고 하는 융기 특징부 상의 불균일 증착(non-conformal deposition)이 문제이다.
본 발명의 실시양태는 기판 상의 융기 특징부 위에 고도의 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하기 위한 처리 방법을 제공한다. 한 실시예에서, 형상적응 카본 필름은 패턴화되어, 하지재층 또는 기판으로 특징부를 에칭하기 위한 하드 마스크로서 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따르면, 상기 방법은, 정상면 및 측벽면을 갖는 융기 특징부를 포함하는 기판을 프로세스 챔버내 기판 홀더 상에 제공하는 단계, 탄화수소 가스, 산소 함유 가스, 및 임의로 아르곤 또는 헬륨을 함유하는 프로세스 가스를 프로세스 챔버 안으로 유동시키는 단계, 프로세스 챔버 내에서 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 유지하는 단계, 및 마이크로파 플라즈마 공급원을 이용하여 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 기판을 플라즈마에 노출시켜 융기 특징부의 정상면 및 측벽면 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 것을 포함하며, 여기서 측벽면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께에 대한 정상면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께의 비(d(정상)/d(측벽))는 2 미만이다.
다른 실시양태에 따르면, 상기 방법은, 정상면 및 측벽면을 갖는 융기 특징부를 포함하는 기판을 프로세스 챔버내 기판 홀더 상에 제공하는 단계, 산소 함유 가스 및 임의로 아르곤 또는 헬륨의 연속 흐름 및 탄화수소 가스의 펄스 흐름을 함유하는 프로세스 가스를 유동시키는 단계, 프로세스 챔버 내에서 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 유지하는 단계, 및 기판에 면하는 방사형 슬롯 안테나(radial line slot antenna; RLSA)를 포함하는 마이크로파 플라즈마 공급원을 이용하여 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 탄화수소 가스는 플라즈마 여기에 의하여 깨지지 않는 탄소-탄소 삼중 화학 결합을 포함한다. 상기 방법은 또한 기판을 플라즈마에 노출하여 융기 특징부의 표면에 걸쳐 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 것을 포함하며, 여기서 측벽면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께에 대한 정상면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께의 비(d(정상)/d(측벽))는 2 미만이다.
도 1A 내지 1C는 본 발명의 실시양태에 따라 융기 특징부 상에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착한 후 패턴화된 카본 하드 마스크를 형성하는 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시양태에 따라 기판 상의 융기 특징부에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 방법의 흐름도이다.
도 3A 및 3B는 본 발명의 실시양태에 따라 기판 상의 융기 특징부에 형상적응 카본 필름을 증착하기 위한 가스의 흐름도이다.
도 4는 O2 가스 흐름의 함수로서 카본 필름 정합도(conformality)를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따라 기판에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하기 위한 방사형 슬롯 안테나(RLSA) 플라즈마 공급원을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 개략도이다.
도 6은 도 5에서 플라즈마 처리 시스템의 가스 공급 유닛의 평면도이다.
도 7은 도 5에서 플라즈마 처리 시스템의 안테나 부분의 부분 단면도이다.
본 발명의 예시 실시양태가 도시된 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시양태를 개시한다. 이어지는 설명은 개시 내용의 범위, 응용 가능성 또는 구성을 한정하려는 의도는 아니다. 오히려, 일부 예시 실시양태의 이어지는 설명은 본 발명의 예시 실시양태를 실시하기 위한 가능한 설명을 당업자에게 제공하는 것이다. 본 발명의 실시양태는 첨부된 특허청구범위에 개시된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에서 일탈하지 않는 한 상이한 형태들로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시양태는 기판 상의 융기 특징부 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하기 위한 처리 방법에 관한 것이다. 융기 특징부 위에 비정질 카본 필름을 증착하기 위한 종래의 플라즈마 증착법(예컨대, PECVD)은 불균일 증착 특성의 문제가 있다. 불균일 증착은 융기 특징부의 정상면 및 융기 특징부 사이의 면에 우선적으로 가시선(line-of-sight) 탄소 증착을 야기하고 융기 특징부의 측벽에 탄소 증착 감소를 야기한다.
도 1A 내지 1C는 본 발명의 실시양태에 따라 기판 상의 융기 특징부 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착한 후 패턴화된 카본 하드 마스크를 형성하는 것을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시양태에 따라 기판 상의 융기 특징부 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 방법의 흐름도(200)를 도시한 것이다.
202에서, 정상면(105) 및 측벽면(103)을 갖는 융기 특징부(106) 및 필드면(107)을 구비한 기판(104)을 포함하는 구조(100)가 프로세스 챔버내 기판 홀더 상에 제공된다. 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 프로세스 챔버는 도 5에 도시된 방사형 슬롯 안테나(RLSA) 플라즈마 공급원을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부일 수 있다. 기판(104)은 예컨대 규소(Si)를 함유할 수 있다. 융기 특징부(106)는 예컨대 Si를 함유할 수 있고 당업자에게 공지된 각종 리소그래피법 및 에칭법을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 융기 특징부(106)는 폭이 예컨대 100 nm 미만, 50 nm 미만, 30 nm 미만, 또는 2 nm 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 융기 특징부는 종횡비(높이/폭)가 예컨대 0.5 초과, 1 초과, 2 초과, 3 초과, 5 초과, 또는 10 초과일 수 있다.
204에서, 탄화수소 가스, 산소 함유 가스 및 임의로 아르곤 또는 헬륨을 함유하는 프로세스 가스는 프로세스 챔버로 유동된다. 탄화수소 가스는 일반식 CxHy를 가지며, C4H4, C4H6, C6H6, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시양태에 따르면, 탄화수소 가스는 탄소-탄소 삼중 결합(C≡C)을 함유하는 분자, 예컨대 C4H6(1-부틴 또는 2-부틴)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 탄소-탄소 삼중 화학 결합은 플라즈마 여기에 의하여 깨지지 않으므로 이것은 비정질 카본 필름으로의 등방성 증착의 정도를 증가시키는 것으로 생각된다. 산소 함유 가스는 O2, H2O, 또는 O2와 H2O를 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 가스는 C4H6 가스, O2, 및 임의로 아르곤 또는 헬륨을 함유하거나, C4H6 가스, O2, 및 임의로 아르곤 또는 헬륨으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 아르곤 또는 헬륨 가스의 유량은 100 분당 표준 입방 센티미터(sccm) 내지 500 sccm, 500 sccm 내지 1000 sccm, 1000 sccm 내지 2000 sccm, 2000 sccm 내지 3000 sccm, 3000 sccm 내지 4000 sccm, 또는 4000 sccm 초과일 수 있다. 일부 실시예에서, 탄화수소 가스의 유량은 10 sccm 내지 200 sccm, 예컨대 40 sccm 내지 60 sccm, 60 sccm 내지 80 sccm, 80 sccm 내지 100 sccm, 또는 100 sccm 초과일 수 있다. 일부 실시예에서, 산소 함유 가스의 유량은 10 sccm 내지 100 sccm, 예컨대 10 sccm 내지 40 sccm 또는 40 sccm 내지 100 sccm일 수 있다.
206에서, 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 프로세스 챔버내에서 유지한다. 본 발명자들은 300 mTorr 초과, 예컨대 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 이용하여 측벽면(103) 바닥 근처에서 비정질 카본 필름의 균열 형성을 방지할 수 있어 측벽면(103)에서 필름 증착율이 개선됨을 발견하였다. 또한, 탄소-탄소 삼중 결합을 함유하는 탄화수소 가스(예컨대, C4H6)의 경우, 프로세스 가스에 산소 함유 가스를 첨가하면 프로세스 챔버에서 플라즈마에 의한 탄화수소 라디칼의 형성이 증가된다고 추측된다. 프로세스 챔버에서 탄화수소 라디칼의 형성 증가는 필름 증착 공정의 등방성 특성을 증가시키므로 증착된 비정질 카본 필름의 정합성을 증가시킨다고 생각된다. 프로세스 챔버에서 프로세스 가스 압력은 배기 라인 및 진공 펌프에 연결된 압력 제어 밸브에 의하여 정확하게 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스 가스 압력은 1 Torr 내지 10 Torr, 1 Torr 내지 5 Torr, 2 Torr 내지 4 Torr, 1 Torr 내지 2 Torr, 2 Torr 내지 3 Torr, 3 Torr 내지 4 Torr, 4 Torr 내지 5 Torr, 또는 5 Torr 초과일 수 있다.
208에서, 플라즈마는 마이크로파 플라즈마 공급원을 이용하여 프로세스 챔버에서 프로세스 가스로부터 형성된다. 플라즈마 공급원은 프로세스 챔버에 위치된 RLSA 플라즈마 공급원을 포함할 수 있으며, 1000 W 내지 5000 W, 예컨대 1000 W 내지 2000 W, 2000 W 내지 3000 W, 3000 W 내지 4000 W, 또는 4000 W 내지 5000 W의 마이크로파 세기를 발생시킬 수 있다.
210에서는, 기판(104) 및 융기 특징부(106)를 플라즈마에 노출시켜 융기 특징부(106)의 표면에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착시킨다. 도 1B는 도 1A의 구조(100) 상에 증착된 형상적응 비정질 카본 필름(108)을 포함하는 구조(101)를 도시한다. 형상적응 비정질 카본 필름(108)은 기판(104)의 필드면(107) 상의 두께(113), 융기 특징부(106)의 측벽면(103) 상의 두께(111), 및 융기 특징부(106)의 정상면(105) 상의 두께(109)를 갖는다. 일부 실시예에서, 두께(109, 111, 113) 중 하나 이상은 5 nm 내지 100 nm, 예컨대 5 nm 내지 10 nm, 20 nm 내지 30 nm, 30 nm 내지 50 nm, 또는 50 nm 내지 100 nm일 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따르면, 두께(109 및 111)의 비(d(정상)/d(측벽))는 2 미만, 1.5 미만, 또는 1.3 미만, 예컨대 약 1.2이다.
도 1C는 도 1B에서의 구조(101)의 비등방성 에칭에 의하여 형성된 구조(102)를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 형상적응 비정질 카본 필름(108)은 비등방성 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 패턴화되며 패턴화된 비정질 카본 필름(110)은 하지 기판(104)으로 특징부를 에칭하기 위한 하드 마스크로서 이용될 수 있다. 그 후, 패턴화된 비정질 카본 필름(110)은 잘 알려진 애싱 공정을 이용하여 용이하게 제거될 수 있다.
도 3A 및 3B는 본 발명의 실시양태에 따라 기판 상의 융기부 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하기 위한 가스 흐름도를 도시한 것이다. 도 3A의 가스 흐름도는 각각 탄화수소 가스 및 산소 함유 가스의 일정한 또는 실질적으로 일정한 가스 흐름(402 및 404)을 포함한다. 도 3A에는 도시되어 있지 않지만, Ar 또는 He의 일정한 또는 실질적으로 일정한 가스 흐름이 이용될 수 있다. 필름 증착은 시간 t0에서 시작하여 시간 t1에서 종료된다. 예시적 증착 시간은 약 10초 내지 약 120초, 예컨대 약 10초 내지 약 30초, 약 30초 내지 약 60초, 또는 약 60초 내지 약 120초일 수 있다. 도 3B의 가스 흐름도는 산소 함유 가스의 일정한 또는 실질적으로 일정한 가스 흐름(414) 및 탄화수소 가스의 순차적인 펄스(412a1, 412a2, 412a3,…, 412an)를 포함한다. 일부 실시예에서, 탄화수소 가스의 펄스수는 약 10 내지 약 50, 약 50 내지 약 100, 약 100 내지 약 200, 또는 200 초과일 수 있다. 일부 실시예에서, 펄스 길이는 약 0.1초 내지 약 30초, 또는 약 1초 내지 약 20초일 수 있다.
도 4는 O2 가스 흐름의 함수로서 카본 필름 정합도를 도시한 것이다. 도 1A 및 1B를 다시 참조하면, 카본 필름 정합 값(conformality value)의 수준은 d(정상)/d(측벽)으로 표현되며, 여기서 1.0의 정합도는 융기 특징부(106)의 정상면(105) 및 융기 특징부(106)의 측벽면(103)에서 비정질 카본 필름(108)의 두께가 동일함을 나타낸다. 비정질 카본 필름의 두께는 약 10 nm 내지 약 20 nm이며 약 80 nm의 두께 및 높이를 갖는 융기 특징부 상에 증착되었다. 프로세스 가스는 C4H6, O2, 및 Ar로 이루어졌다. C4H6의 가스 유량은 약 80 sccm이었고, Ar의 가스 유량은 약 2500 sccm이었으며, O2의 가스 유량은 약 0 sccm 내지 약 90 sccm으로 변화되었다. 융기 특징부(106) 상에서 카본 필름 정합 값은 0 sccm의 O2 흐름에 대하여 2 초과, 낮은 O2 가스 흐름(30 sccm)에 대하여 1.5 초과, 중간 O2 가스 흐름(60 sccm)에서 약 1.2, 높은 O2 가스 흐름(90 sccm)에 대하여 2 초과 범위이다.
도 4에서, 낮은 및 높은 O2 가스 흐름에 대한 높은 카본 필름 정합 값은 융기 특징부 상에서 카본 필름 정합성이 불량함을 입증한다. 0 또는 낮은 O2 가스 흐름에서, 불량한 카본 필름 정합성은 탄화수소 가스의 산소 보조 분해의 수준이 낮기 때문인 것으로 생각된다. 높은 O2 가스 흐름에서, 불량한 카본 필름 정합성은 필름 증착 및 필름 에칭의 경쟁으로 인한 것으로 생각되며 이것이 비정질 카본 필름의 순수 증착율을 낮게 한다. 대조적으로, 중간 O2 가스 흐름은 높은 수준의 탄화수소 가스 분해 및 낮은 수준의 필름 에칭을 제공하므로 카본 필름 정합성이 우수해진다.
도 5는 본 발명의 일 실시양태에 따라 기판에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하기 위한 방사형 슬롯 안테나(RLSA) 플라즈마 공급원을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 개략도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 시스템(10)은 프로세스 챔버(20)(진공 챔버), 안테나 유닛(50)(RLSA), 및 기판 홀더(21)를 포함한다. 프로세스 챔버(20)의 내부는 플라즈마 가스 공급 유닛(30) 아래에 위치된 플라즈마 발생 영역(R1) 및 기판 홀더(21)측에 있는 플라즈마 확산 영역(R2)으로 대략 섹션화된다. 플라즈마 발생 영역(R1)에서 발생된 플라즈마는 수 전자 볼트(eV)의 전자 온도를 가질 수 있다. 플라즈마가 필름 형성 공정이 수행되는 플라즈마 확산 영역(R2)으로 확산될 때, 기판 홀더(21) 근처에서 플라즈마의 전자 온도는 약 2eV 미만의 값으로 떨어진다. 기판 홀더(21)는 프로세스 챔버(20)의 바닥부 중심에 위치되어 기판 장착을 위한 장착 유닛(W)의 역할을 한다. 기판 홀더(21) 내부에는, 절연 부재(21a), 냉각 재킷(21b), 및 이 도면에 도시되지 않은 기판 온도 제어를 위한 온도 제어 유닛이 제공된다.
프로세스 챔버(20)의 정상부는 단부가 개방되어 있다. 플라즈마 가스 공급 유닛(30)은 기판 홀더(21)에 대향 배치되며 O 링과 같은 이 도면에 도시되지 않은 밀봉 부재를 통해 프로세스 챔버(20)의 정상부에 부착된다. 유전체 윈도우로서도 기능할 수 있는 플라즈마 가스 공급 유닛(30)은 예컨대 산화알루미늄 또는 석영과 같은 재료로 제조되며 실질적으로 원반 형상을 갖는 그 평면 표면이 기판 홀더(21)에 면한다. 복수의 가스 공급구(31)가 플라즈마 가스 공급 유닛(30)의 평면 표면에 기판 홀더(21)에 대향하여 제공된다. 복수의 가스 공급구(31)는 가스 흐름 채널(32)을 통해 플라즈마 가스 공급 포트(33)와 연통한다. 플라즈마 가스 공급원(34 및 45)은 예컨대 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 크립톤(Kr) 가스 또는 기타 불활성 가스와 같은 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 공급 포트(33)에 제공한다. 이후 플라즈마 가스는 복수의 가스 공급구(31)를 통해 플라즈마 발생 영역(R1) 안으로 균일하게 공급된다.
플라즈마 처리 시스템(10)은 플라즈마 발생 영역(R1) 및 플라즈마 확산 영역(R2) 사이의 프로세스 챔버(20)의 중심에 실질적으로 위치되는 프로세스 가스 공급 유닛(40)을 더 포함한다. 프로세스 가스 공급 유닛(40)은 예컨대 마그네슘(Mg) 또는 스테인레스 스틸을 포함하는 알루미늄 합금과 같은 전도성 재료로 제조된다. 플라즈마 가스 공급 유닛(30)과 마찬가지로, 복수의 가스 공급구(41)가 프로세스 가스 공급 유닛(40)의 평면 표면에 제공된다. 프로세스 가스 공급 유닛(40)의 평면 표면은 기판 홀더(21)에 대향 배치되며 실질적으로 원반 형상을 가진다.
프로세스 챔버(20)는 프로세스 챔버(20)의 바닥부에 연결된 배기 라인(26), 배기 라인을 압력 제어 밸브(28)에 연결하는 진공 라인(27) 및 진공 펌프(29)를 더 포함한다. 압력 제어 밸브(28)는 프로세스 챔버(20)에서 소정 가스 압력을 달성하기 위하여 이용될 수 있다.
프로세스 가스 공급 유닛(40)의 평면도가 도 6에 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 샤워 플레이트라고도 불리는 격자형 가스 흐름 채널(42)이 프로세스 가스 공급 유닛(40)의 내부에 형성된다. 격자형 가스 흐름 채널(42)은 수직 방향으로 형성되는 복수의 가스 공급구(41)의 상단과 연통한다. 복수의 가스 공급구(41)의 하단은 마운팅 테이블(21)에 면하는 개구부이다. 앞의 경우와 마찬가지로, 복수의 가스 공급구(41)는 격자 패턴 가스 흐름 채널(42)을 통해 프로세스 가스 공급 포트(43)와 연통한다.
또한, 복수의 개구부(44)는 이것이 수직 방향으로 프로세스 가스 공급 유닛(40)을 통과하도록 프로세스 가스 공급 유닛(40)에 형성된다. 복수의 개구부(44)는 예컨대 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 또는 기타 불활성 가스와 같은 플라즈마 가스를 마운팅 테이블(21)측에 있는 플라즈마 확산 영역(R2)으로 통과시킨다. 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 개구부(44)는 인접 가스 흐름 채널(42) 사이에 형성된다.
프로세스 가스는 예컨대 두 별도의 프로세스 가스 공급원(46-47)으로부터 프로세스 가스 공급 포트(43)로 공급된다. 프로세스 가스 공급원(46-47)은 각각 탄화수소 가스(예컨대, C4H6) 및 산소 함유 가스(예컨대, O2)에 대응한다. 예컨대 Ar 가스와 같은 플라즈마 가스의 유량은 약 100 sccm 내지 약 4000 sccm 범위일 수 있다. 예컨대 O2와 같은 산소 함유 가스의 유량은 약 10 sccm 내지 약 100 sccm 범위일 수 있다. 예컨대 C4H6와 같은 탄화수소 가스의 유량은 약 20 sccm 내지 약 200 sccm 범위일 수 있다. 플라즈마 가스 및 프로세스 가스로서 사용될 수 있는 가스의 더 상세한 목록은 도 2와 관련하여 상기 개시되어 있다. 또한, 프로세스 챔버 압력 및 기판 온도를 포함하여 이용될 수 있는 공정 매개변수의 더 상세한 설명은 도 2와 관련하여 상기 개시되어 있다.
하나 이상의 플라즈마 가스, 탄화수소 가스 및 산소 함유 가스는 격자형 가스 흐름 채널(42)을 통해 흐르고 복수의 가스 공급구(41)를 통해 플라즈마 확산 영역(R2)으로 균일하게 공급된다. 플라즈마 처리 시스템(10)은 각각 플라즈마 가스, 탄화수소 가스 및 산소 함유 가스의 공급을 제어하기 위한 4개의 밸브(V1-V4) 및 4개의 유량 제어기(MFC1-MFC4)를 더 포함한다.
외부의 마이크로파 발생기(55)는 공축 도파관(54)을 통해 안테나 유닛(50)으로 예컨대 2.45 GHz와 같은 소정 주파수의 마이크로파 신호를 제공한다. 공축 도파관(54)은 내부 전도체(54B) 및 외부 전도체(54A)를 포함할 수 있다. 마이크로파 발생기(55)에서 유래하는 마이크로파 에너지는 플라즈마 가스 공급 유닛(30) 바로 아래에 플라즈마 발생 영역(R1)에서 전기장을 발생시키며, 이것은 프로세스 챔버(20) 내부에서 예컨대 Ar 가스, He 가스 또는 기타 불활성 가스와 같은 플라즈마 가스를 여기시킨다.
도 7은 안테나 유닛(50)(RLSA)의 부분 단면도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 안테나 유닛(50)은 플랫형 안테나 본체(51), 방사형 슬롯판(52) 및 마이크로파 신호의 파장을 짧게 하기 위한 유전체 판(53)을 포함할 수 있다. 플랫형 안테나 본체(51)는 단부가 개방된 바닥면을 갖는 원 형상을 가진다. 방사형 슬롯판(52)은 플랫형 안테나 본체(51)의 단부가 개방된 바닥면에 근접하도록 형성된다. 플랫형 안테나 본체(51) 및 방사형 슬롯판(52)은 플랫형 중공 원형 도파관과 전도성 재료로 제조된다.
복수의 슬롯(56)이 방사형 슬롯판(52)에 제공되어 원편광파를 발생시킨다. 복수의 슬롯(56)은 사이에 약간의 틈을 갖는 실질적으로 T자형 형태로, 동심원 패턴으로 또는 나선 패턴으로 원주 방향을 따라 배열된다. 슬롯(56a 및 56b)은 서로 수직이므로, 두 직교 편광 성분을 포함하는 원편광파가 평면파로서 방사형 슬롯판(52)으로부터 방사된다.
유전체 판(53)은 예컨대 산화알루미늄(Al2O3) 또는 질화규소(Si3N4)와 같은 저손실 유전 물질로 제조되어, 방사형 슬롯판(52) 및 플랫형 안테나 본체(51) 사이에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 방사형 슬롯판(52)은 도 5에 도시되지 않은 밀봉 부재를 이용하여 프로세스 챔버(20)에 장착되어, 방사형 슬롯판(52)이 덮개판(23)과 밀접하게 접촉한다. 덮개판(23)은 플라즈마 가스 공급 유닛(30)의 상면에 위치되고 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 마이크로파 투과성 유전 물질로 형성된다.
도 5를 참조하면, 외부의 고주파수 전원 소스(22)는 매칭 네크워크(25)를 통해 기판 홀더(21)에 전기적으로 연결된다. 외부의 고주파수 전원 소스(22)는 기판(W)에 인입되는 이온 에너지를 제어하기 위하여 예컨대 13.56 MHz와 같은 소정 주파수의 RF 바이어스 전력을 발생시킨다. 전원 소스(22)는 추가로 RF 바이어스 전력의 펄싱을 임의로 제공하기 위하여 구성되며 펄싱 주파수는 1Hz 초과, 예컨대 2Hz, 4Hz, 6Hz, 8Hz, 10Hz, 20Hz, 30Hz, 50Hz 또는 그 초과일 수 있다. 예시적인 RF 바이어스 전력은 약 100W 내지 약 200W, 약 200W 내지 약 300W, 약 300W 내지 약 400W 또는 약 400W 내지 약 500W일 수 있다. 당업자라면 전원 소스(22)의 전력 수준은 처리되는 기판의 크기와 관계가 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 300 mm Si 웨이퍼는 처리 동안 200 mm 웨이퍼보다 큰 전력 소모를 요한다. 플라즈마 처리 시스템(10)은 기판 홀더(21)에 약 -5kV 내지 약 +5kV의 DC 전압 바이어스를 임의로 공급할 수 있는 DC 전압 발생기(35)를 더 포함한다.
형상적응 비정질 카본 필름의 형성 동안, 예컨대 Ar 가스와 같은 플라즈마 가스는 플라즈마 가스 공급 유닛(30)을 이용하여 프로세스 챔버(20) 안으로 도입될 수 있다. 한편, 탄화수소 가스 및 산소 함유 가스 및 담체 가스로서 Ar은 프로세스 가스 공급 유닛(40)을 이용하여 프로세스 챔버(20) 안으로 도입될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 탄화수소 가스 및 산소 함유 가스는 또한 플라즈마 가스 공급 유닛(30)을 이용하여 프로세스 챔버(20) 안으로 도입될 수 있다.
융기 특징부 상에 형상적응 비정질 카본 필름의 증착을 위한 처리 방법을 제공하는 복수의 실시양태를 개시하였다. 본 발명의 실시양태의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이것은 총망라이거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하려는 의도는 아니다. 이 상세한 설명 및 이하의 특허청구범위는 설명의 목적으로만 이용되고 제한적으로 해석되어서는 안되는 용어를 포함한다. 예컨대, 본 명세서(특허청구범위 포함)에서 사용되는 "상의"라는 용어는 기판 "상의" 필름이 기판 바로 위에서 기판과 직접 접촉하고 있음을 요하지 않으며, 필름 및 기판 사이에 제2 필름 또는 다른 구조가 있을 수 있다.
해당 분야의 당업자는 상기 교시에 비추어 많은 변형 및 변경이 가능함을 이해할 수 있다. 당업자라면 도면에 도시된 다양한 부품에 대하여 다양한 등가의 조합 및 대체를 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 이 상세한 설명에 의하여 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정된다.

Claims (21)

  1. 반도체 소자의 형성 방법으로서,
    정상면 및 측벽면을 갖는 융기 특징부를 포함하는 기판을 프로세스 챔버내 기판 홀더 상에 제공하는 단계;
    탄화수소 가스 및 산소 함유 가스를 함유하는 프로세스 가스를 프로세스 챔버 안으로 유동시키는 단계로서, 프로세스 가스를 유동시키는 것은 산소 함유 가스의 연속 흐름 및 탄화수소 가스의 순차적인 펄스를 포함하는 탄화수소 가스의 흐름을 포함하는 것인 단계;
    프로세스 챔버 내에서 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 유지하는 단계;
    마이크로파 플라즈마 공급원을 이용하여 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    기판을 플라즈마에 노출하여 융기 특징부의 표면 위에 형상적응(conformal) 비정질 카본 필름을 증착하는 단계로서, 여기서, 측벽면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께에 대한 정상면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께의 비는 2 미만인 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 노출 동안 기판 홀더에 무선 주파수(RF) 바이어스 전력을 인가하는 단계를 추가로 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 프로세스 챔버 내에서 프로세스 가스의 프로세스 가스 압력이 1 Torr 내지 5 Torr인 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 기판 홀더의 온도를 200℃ 미만으로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 플라즈마 형성 단계는 기판에 면하는 방사형 슬롯 안테나(radial line slot antenna; RLSA)를 포함하는 마이크로파 플라즈마 공급원에 의하여 프로세스 가스를 여기하는 것을 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 탄화수소 가스는 플라즈마 여기에 의하여 깨지지 않는 탄소-탄소 삼중 화학 결합을 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 탄화수소 가스는 C4H4, C4H6, C6H6, 또는 이의 조합을 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 산소 함유 가스는 O2, H2O, 또는 O2와 H2O 둘다를 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 프로세스 가스는 C4H6 및 O2를 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 비는 1.4 미만인 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 형상적응 비정질 카본 필름을 에칭하여 패턴화된 하드 마스크를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 반도체 소자의 형성 방법으로서,
    정상면 및 측벽면을 갖는 융기 특징부를 포함하는 기판을 프로세스 챔버내 기판 홀더 상에 제공하는 단계;
    산소 함유 가스의 연속 흐름 및 탄화수소 가스의 순차적인 펄스를 포함하는 탄화수소 가스의 흐름을 함유하는 프로세스 가스를 프로세스 챔버 안으로 유동시키는 단계;
    프로세스 챔버 내에서 1 Torr 이상의 프로세스 가스 압력을 유지하는 단계;
    기판에 면하는 방사형 슬롯 안테나(RLSA)를 포함하는 마이크로파 플라즈마 공급원을 이용하여 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계로서, 여기서, 탄화수소 가스는 플라즈마 여기에 의하여 깨지지 않는 탄소-탄소 삼중 화학 결합을 포함하는 것인 단계 및
    기판을 플라즈마에 노출하여 융기 특징부의 표면 위에 형상적응 비정질 카본 필름을 증착하는 단계로서, 여기서, 측벽면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께에 대한 정상면 상의 형상적응 비정질 카본 필름의 두께의 비는 2 미만인 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 노출 동안 기판 홀더에 무선 주파수(RF) 바이어스 전력을 인가하는 단계를 추가로 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  16. 제14항에 있어서, 프로세스 챔버 내에서 프로세스 가스의 프로세스 가스 압력이 1 Torr 내지 5 Torr인 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  17. 제14항에 있어서, 기판 홀더의 온도를 200℃ 미만으로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  18. 제14항에 있어서, 산소 함유 가스는 O2, H2O, 또는 O2와 H2O 둘다를 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  19. 제14항에 있어서, 프로세스 가스는 C4H6 및 O2를 포함하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 비는 1.4 미만인 것인 반도체 소자의 형성 방법.
  21. 제1항에 있어서, 프로세스 가스는 아르곤, 헬륨, 또는 아르곤과 헬륨 둘다를 추가로 함유하는 것인 반도체 소자의 형성 방법.
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