KR102068636B1 - 개선된 인트렌치 프로파일 - Google Patents

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Abstract

반도체 기판 내에 리세스(recess)를 식각하는 방법이 설명된다. 방법은 기판의 트렌치 내에 유전체 라이너 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 라이너 층은 제1 밀도를 갖는다. 방법은 또한, 라이너 층 상의 트렌치 내에 적어도 부분적으로 제2 유전체 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 유전체 층은 증착 후 초기에 유동가능(initially flowable)할 수 있고, 그리고 라이너의 제1 밀도 보다 적은 제2 밀도를 가질 수 있다. 방법은 기판을 건식 식각제(dry etchant)에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 식각제는 리세스를 형성하기 위해 제2 유전체 층 및 제1 라이너 층의 일부를 제거하고, 상기 건식 식각제는 불소-함유 화합물(fluorine-containing compound) 및 분자 수소(molecular hydrogen)를 포함하며, 그리고 제1 유전체 라이너 층을 제거하는 것 대 제2 유전체 층을 제거하는 것에 대한 식각 레이트 비율은 약 1:1.2 내지 약 1:1 이다.

Description

개선된 인트렌치 프로파일{IMPROVED INTRENCH PROFILE}
관련 출원들에 대한 상호-참조들
본 출원은, "IMPROVED INTRENCH PROFILE"이라는 명칭으로 2012년 9월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/624,724호의 PCT 출원이고, "IMPROVED INTRENCH PROFILE"이라는 명칭으로 2011년 9월 26일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/539,279호에 관한 것으로 이 가특허 출원을 우선권으로 주장하며, 이들 모두는 모든 목적들을 위해 그 전체 내용이 인용에 의해 본원에 포함된다.
반도체 프로세싱은 종종 많은 개별 제조 단계들을 포함한다. 현재 기술 상황에서, 회로 컴포넌트들은 일상적으로 나노미터 규모(nanometer scales)로 형성되고, 민감한(sensitive) 제조 기법들이 요구된다. 예를 들어, 얕은-트렌치-격리(shallow-trench-isolation, "STI") 게이트 형성을 위한 집적 방식(integration scheme)들을 이용하게 되면, 나노미터의 얇은 트렌치 내의 선택적 재료(selective material)의 존재 시에 희생 필름(sacrificial film)이 우선적으로 제거되어야 한다. 반도체 기술이 계속해서 발전함에 따라, 이러한 반도체 기판 트렌치들의 폭이 계속해서 축소됨으로써, 필름 제거를 더욱 더 어렵게 한다.
이러한 작은 폭의 트렌치들은 정교한 식각 기법들에 대한 필요성을 생성한다. 비록 다양한 식각 기법들을 이용할 수 있기는 하지만, 소수(few)의 기법들 만이 이러한 복잡한 디테일(intricate detail)을 위해 필요한 선택적 제거(selective removal)를 제공한다. 예를 들어, 불화수소 용액(hydrogen-fluoride solution)들을 이용한 습식 제거가 선택적 제거에 이용될 수 있다. 하지만, 이러한 습식 제거는 STI 리세싱(recessing)에 대해서는 이용될 수 없는데, 왜냐하면 프로세스 화학작용(process chemistry) 및 배쓰 수명(bath life)이 종종, 이러한 디테일드 식각(detailed etching)에 대해 충분히 제어될 수 없기 때문이다.
건식 식각 기법들이 이용가능하며, 선택적 제거를 제공하는 것으로 나타났다. 예를 들어, 암모니아 및 불소-함유 가스를 포함하는 건식 식각제 가스(dry etchant gas)들의 조합을 이용하는 SiconiTM 프로세스들이, 제거 동안에 재료 제거의 보다 양호한 제어를 위해 이용되어 왔다. 하지만, 건식 식각제 가스는 여전히, 상이한 품질의 산화물들을 상이한 레이트들로 선택적으로 식각한다. 비록 이러한 산화물 선택성(selectivity)이 반도체 프로세싱 동안에 종종 받아들여질 수 있기는 하지만, STI 리세싱에서, 미세한(minute) 선택성은 라이너 산화물(liner oxide)이 유동가능한 산화물(flowable oxide)과 함께 존재하는 STI 트렌치들 내에서 오목한(concave) 프로파일들을 야기할 수 있다. 이러한 약간의 오목함(concavity) 또는 메니스커스(meniscus)는, 집적 수동 디바이스 스케일링(passive device scaling) 및 트렌치들 사이의 제어 게이트 폴리실리콘 충진(control gate polysilicon fill)과 관련하여 집적 문제(integration issue)들을 잠재적으로 야기할 수 있다.
따라서, STI 리세스 생산에 있어서 개선된 인트렌치 프로파일들에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 필요성들 및 다른 필요성들이 본 발명에 의해 다루어진다.
본 기술은 반도체 기판 상에 식각된 트렌치 내로부터 상이한 품질들의 유전체 재료들을 제거하는 방법들을 제공한다. 이러한 제거는, 증착된 산화물의 품질에 둔감한(insensitive) 건식 식각제 가스들에 의해 수행될 수 있다. 이러한 둔감함으로 인해, 건식 식각제 가스들은 상이한 산화물들을 실질적으로 유사한 레이트들로 제거할 수 있다. 이러한 방식으로, 상이한 품질들의 다수의 산화물들을 포함하는 트렌치들은, 상이한 산화물들에 걸쳐서 트렌치 내의 프로파일이 균일하도록 식각될 수 있다.
반도체 기판들 내에 리세스(recess)들을 식각하는 방법들이 설명된다. 방법들은 기판의 트렌치 내에 유전체 라이너 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 라이너 층은 제1 밀도를 갖는다. 방법은 또한, 라이너 층 상의 트렌치 내에 적어도 부분적으로 제2 유전체 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 유전체 층은 증착 후 초기에 유동가능(initially flowable)할 수 있고, 그리고 제2 유전체 층은 라이너 층의 제1 밀도 보다 적은 제2 밀도를 가질 수 있다. 방법은 기판을 건식 식각제에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 식각제는 리세스를 형성하기 위해 제2 유전체 층 및 제1 라이너 층의 일부를 제거하며, 상기 건식 식각제는 불소-함유 화합물(fluorine-containing compound) 및 분자 수소(molecular hydrogen)를 포함한다. 제1 유전체 라이너 층을 제거하는 것 대 제2 유전체 층을 제거하는 것에 대한 식각 레이트 비율은 약 1:1.2 내지 약 1:1 이다.
본 발명의 실시예들은 또한, 반도체 기판 위의 선택적 재료의 부분(section)들 사이에 위치되는 유전체 재료를 식각하는 방법들을 포함한다. 선택적 재료들은, 이를 테면 플로팅 게이트들과 같은 구조들을 형성하는 데에 이용되는, 이를 테면 폴리실리콘 또는 다른 재료들과 같은 재료들을 포함할 수 있다. 이를 테면 폴리실리콘과 같은 선택적 재료들은, 다른 재료들을 제거하면서 선택적 재료를 가능한 많이 유지할 수 있는 제거 기법들을 필요로 할 수 있다. 다른 의미에서, 선택적 재료들은 희생 재료들과 대조적으로 특정 타입들의 습식 또는 부식성(corrosive) 식각 동안 우선적으로 제거될 수 있으며, 이에 따라, 선택적 재료들을 유지하는 제거 기법들이 이용될 수 있다. 방법들은 반도체 기판 위에 선택적 재료를 증착하는 단계를 포함한다. 방법들은 또한, 반도체 기판 및 선택적 재료 내에, 반도체 기판 위에서 서로로부터 격리되는 선택적 재료의 적어도 2개의 부분들을 생성하는 적어도 하나의 트렌치를 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적 재료의 격리되는 부분들 사이의 트렌치를 적어도 부분적으로 충진하기 위해, 유전체 재료가 증착될 수 있다. 이후, 기판은, 리세스를 형성하기 위해 선택적 재료의 격리된 부분들 사이의 유전체 층의 일부를 제거하는 건식 식각제 가스에 노출될 수 있다. 건식 식각제 가스는 불소-함유 화합물 및 분자 수소를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예들 및 특징들이 후술하는 설명에서 일부가 제시되어 있고, 그리고 명세서의 검토를 통해 당업자에게 명확해지게 될 것이며, 및/또는 개시된 실시예들의 실시에 의해 학습될 수 있을 것이다. 본 명세서에 설명되는 수단들, 조합들, 및 방법들을 이용하여, 개시된 실시예들의 특징들 및 장점들이 실현되고 획득될 수 있다.
명세서의 나머지 부분들과 도면들을 참조하여, 개시된 실시예들의 본질 및 장점들의 추가적인 이해가 실현될 수 있을 것이다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른 식각 프로세스의 플로우챠트를 도시한다.
도 2는 개시된 실시예들에 따른 식각 프로세스의 플로우챠트를 도시한다.
도 3a는 본 방법들에 따른 식각 프로세스가 수행된 기판의 단면도를 도시한다.
도 3b는 본 방법들에 따른 식각 프로세스가 수행된 기판의 단면도를 도시한다.
도 4a는 암모니아를 이용한 식각이 수행된 기판의 TEM 이미지를 도시한다.
도 4b는 본 방법들에 따른 식각 프로세스가 수행된 기판의 TEM 이미지를 도시한다.
첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피쳐들은 동일한 수치 참조 부호(numerical reference label)를 가질 수 있다. 또한, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은 참조 부호에 이어서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피쳐들을 구별하는 문자(letter)를 뒤따르게 함으로써 구별될 수 있다. 만일 본 명세서에서 1차(first) 수치 참조 부호만이 사용되는 경우, 문자 접미사와는 무관하게, 동일한 1차 수치 참조 부호를 갖는 유사한 컴포넌트들 및/또는 피쳐들 중 임의의 것에 대해 설명이 적용될 수 있다.
하기의 설명에서, 설명의 목적들로, 본 발명의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해 많은 상세사항들이 기술된다. 하지만, 특정 실시예들은 이러한 상세사항들 중 일부없이 실행될 수 있거나, 또는 부가적인 상세사항들을 가지면서 실행될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.
본 기술은 반도체 기판들 내에 리세스들을 식각하는 방법들을 제공하며, 여기에서는, 실질적으로 암모니아가 없는 건식 식각제가 이용된다. 최소 농도의 암모니아를 포함시킴으로써, 식각제 가스 내의 불소 라디칼들의 양이 높아질 수 있게 됨(enhanced)으로써, 산화물 품질에 덜 민감한 제거를 가능하게 할 수 있다. 건식 식각제는 불소-함유 가스 및 분자 수소를 포함할 수 있다.
반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법들이 설명된다. 방법들은 기판의 트렌치 내에 유전체 라이너 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 라이너 층은 제1 밀도를 갖는다. 방법들은 또한, 라이너 층 상의 트렌치 내에 적어도 부분적으로 제2 유전체 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 유전체 층은 증착 후 초기에 유동가능할 수 있고, 그리고 제2 유전체 층은 라이너 층의 제1 밀도 보다 적은 제2 밀도를 가질 수 있다. 방법들은 기판을 건식 식각제에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 식각제는 리세스를 형성하기 위해 제2 유전체 층 및 제1 라이너 층의 일부를 제거하며, 상기 건식 식각제는 불소-함유 화합물 및 분자 수소를 포함하며, 그리고 제1 유전체 라이너 층을 제거하는 것 대 제2 유전체 층을 제거하는 것에 대한 식각 레이트 비율은 약 1:1.2 내지 약 1:1 이다.
개시된 실시예들에 따른 식각 프로세스(100)를 도시하는 도 1을 참조하면, 반도체 기판 상에 유전체 라이너 층이 형성될 수 있다(110). 트렌치 내에 초기에 증착되는 유전체 라이너 층은, 실질적으로 컨포멀한(conformal) 라이너를 생성하도록 증착될 수 있다. 컨포멀리티(conformality)는, 증착된 필름 층이 수평 표면과 수직 표면 모두에서 균일한 두께를 갖거나, 또는 스텝 커버리지(step coverage)가 약 1과 같음을 나타낸다. 라이너는 또한, 패드 산화물들 및 플로팅 게이트들을 포함하는, 기판의 다른 층들 위에 형성될 수 있다. 이러한 라이너는, 더 낮은 품질(quality)의 유동가능한 유전체들을 통한 실리콘 내에서의 쇼트(shorting)를 막는 것을 돕는 바, 이러한 유전체들은 유동성(flowability)과 같은 이들의 보다 우수한 갭-충진 특성(gap-filling quality)들로 인해 갭을 충진하는 데에 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유전체 라이너 층은 덜-유동가능한(less-flowable) 또는 유동불가능한(non-flowable) 증착 기법에 의해 증착되며, 이러한 기법은 HDP-CVD일 수 있거나, 또는 다른 실시예들에서는, HARP와 같은 SACVD, 또는 플라즈마-인핸스드 TEOS 및 산소 또는 TEOS 및 오존과 같은 PECVD일 수 있다. 증착되는 유전체는 실리콘 산화물(이를 테면, 도핑되지 않은 실리카 유리(undoped silica glass)), 또는 도핑된 실리카(doped silica)(이를 테면, 포스포러스 실리케이트 유리(phosphorous silicate glass), 보로실리케이트 유리(borosilicate glass), 또는 보로포스포실리케이트 유리(borophosphosilicate glass))를 포함할 수 있다. 또 다른 유전체들은 실리콘 질화물 및 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.
HDP 증착은, 실리콘 산화물과 같은 HDP 품질 산화물에 의해 라이너 층을 생성하는데, 이는 제1 유전체 층이, 유동가능한 프로세스(flowable process)에 의해 증착되는 산화물 보다 더 높은 전체적인 품질 뿐 아니라 제1 밀도를 갖기 때문이다. HDP 필름은, 기판 표면 근처에 플라즈마를 생성하는 무선 주파수 에너지(radio frequency energy)를 종종 사용하여, 저압(low pressure) 또는 심지어 진공에서 반응 가스(reactant gas)들을 여기시킴으로써 생성된다. 플라즈마 에너지는 원소들을 고도로 반응성(highly reactive)이게 하며 그리고 고 밀도 및 고 품질 필름들을 생성한다. 다른 실시예들에서는, 라이너 산화물 층을 생성하기 위해 기판 상에서 열 프로세스(thermal process)가 수행될 수 있으며, 이러한 열 프로세스에서, 필름의 반응 및 형성을 유발하기 위해 기판을 높은 온도까지 가열함으로써 반응 가스들의 화학적 반응들이 야기된다.
제2 유전체 층이 증착될 수 있는데(115), 이러한 제2 유전체 층은, 예를 들어 스핀-온-글라스(spin-on-glass) 또는 유동가능한 CVD를 포함할 수 있는 유동가능한 증착 방법에 의해 생성된다. 몇몇 실시예들에서, 유동가능한 CVD는 유전체 라이너 층을 커버하고 기판 내의 트렌치를 충진하기 위해 이용된다. 유동가능한 산화물은, 전구체 가스들을 개별적으로 여기시킨 다음, 유동가능한 산화물을 생성하기 위해 이러한 전구체 가스들이 기판 바로 위의 프로세스 챔버의 영역에서 결합될 수 있게 허용함으로써 형성될 수 있으며, 상기 유동가능한 산화물은 트렌치의 상부(top)에서 시작한 다음 아래로 유동하여, 보이드(void)들 또는 시임(seam)들을 생성하지 않으면서 트렌치를 충진한다. 제2 유전체 층은 라이너 층의 제1 밀도 보다 적은 제2 밀도를 갖는다. 트렌치를 충진하는 것에 부가하여, 몇몇 실시예들에서, 유동가능한 산화물은 실리콘 질화물과 같은 패드 산화물 층들 사이를 부가적으로 충진할 수 있거나, 또는 예를 들어, 낸드 플래시(Nand flash)를 제조하는 것을 포함하는 상황들에 대해 폴리실리콘 플로팅 게이트들 사이를 부가적으로 충진할 수 있다.
증착 후 초기에 유동가능한 유전체 층들을 증착하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판을 하우징하는 기판 프로세싱 영역에 실리콘 전구체가 도입되는 유동가능한 CVD 프로세스가 사용될 수 있다. 다른 전구체가, 질소 전구체와 같은 라디칼 전구체를 생성하기 위해 원격 플라즈마 영역을 통과한 이후에만 도입되며, 이후 라디칼 전구체는 기판 프로세싱 영역 내로 유동되고 실리콘 전구체와 결합된다. 이러한 기법에서, 기판 프로세싱 영역 내에서 플라즈마 전력의 인가에 의해 실리콘-함유 전구체가 직접 여기되지는 않는다. 대신에, 플라즈마 전력은 단지 기판 프로세싱 영역 바깥의 전구체를 여기시킨다. 이러한 방식(arrangement)은 결과적으로, 라이닝된 트렌치 내로 실리콘-및-질소-함유 층의 유동가능한 증착을 초래한다. 증착이 진행됨에 따라 필름의 유동성은 감쇠되며, 유동성은 하기 설명되는 경화 동작 동안에 본질적으로 제거된다.
갭충진(gapfill) 유전체 층 형성 동안에 유동성을 보장하기 위해, 실리콘-함유 전구체는 탄소 및/또는 질소를 함유할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 실리콘-함유 전구체는, 갭충진 층이 경화 프로세스 동안에 수축(shrinkage)을 덜 겪을 수 있게 하는 무-탄소(carbon-free) 실리콘-함유 전구체일 수 있다. 무-탄소 실리콘 전구체는, 실리콘 전구체들의 다른 부류들 중에서도, 예를 들어, 실리콘-및-질소 전구체, 실리콘-및-수소 전구체, 또는 실리콘-질소-및-수소 함유 전구체일 수 있다. 이러한 전구체들의 구체적인 예들은, 다른 실릴-아민(silyl-amine)들 중에서도, H2N(SiH3), HN(SiH3)2, 및 N(SiH3)3과 같은 실릴-아민들을 포함할 수 있다. 이러한 실릴-아민들은, 캐리어 가스들, 반응성 가스들, 또는 둘 모두의 역할을 할 수 있는 부가적인 가스들과 혼합될 수 있다. 이러한 부가적인 가스들의 예들은, 다른 가스들 중에서도, H2, N2, NH3, He, 및 Ar을 포함할 수 있다. 무-탄소 실리콘 전구체들의 예들은 또한, 단독으로 또는 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 같은, 탄소 또는 질소를 갖지 않는 실리콘 화합물들을 포함할 수 있다. 증착된 산화물 필름이 도핑된 산화물 필름이면, 다른 붕소 및 인 도펀트들 중에서도, TEB, TMB, B2H6, TEPO, PH3, P2H6, 및 TMP와 같은 도펀트 전구체들이 또한 사용될 수 있다.
질소는 라디칼 전구체 및 실리콘-함유 전구체 둘 중 하나 또는 이 둘 모두에 포함될 수 있다. 질소가 라디칼 전구체 내에 존재할 때, 이는 라디칼-질소 전구체로 지칭될 수 있다. 라디칼-질소 전구체는, 플라즈마 내에서 더 안정적인(stable) 질소-함유 전구체를 여기시킴으로써 생성되는 플라즈마 배출물(effluent)들을 포함한다. 예를 들어, 라디칼-질소 전구체를 형성하기 위해, NH3 및/또는 히드라진(N2H4)을 함유하는 비교적 안정적인 질소-함유 전구체가 프로세싱 챔버 바깥의 원격 플라즈마 시스템(RPS) 또는 챔버 플라즈마 영역 내에서 활성화될 수 있고, 라디칼-질소 전구체는 이후 무-플라즈마(plasma-free) 기판 프로세싱 영역 내로 운반된다. 상이한 실시예들에서, 안정적인 질소 전구체는 또한 NH3 & N2, NH3 & H2, NH3 & N2 & H2, 및 N2 & H2를 포함하는 혼합물일 수 있다. 히드라진은 또한, N2 및 H2를 갖는 혼합물들에서 NH3 대신에 또는 NH3와 결합하여 사용될 수 있다. 상이한 실시예들에서, 안정적인 질소 전구체의 유량(flow rate)은 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
Figure 112014051015326-pct00001
등 중에서 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있고, 플라즈마 내에 형성된 이온화된 종을 또한 수반할 수 있다. 다른 실시예들에서, 라디칼-질소 전구체는 증착 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 상에 실리콘-및-질소 층을 증착하기 위해 전구체들이 혼합 및 반응하는 기판 프로세싱 영역으로부터 구획된(partitioned) 프로세싱 챔버의 한 부분(section)에서 발생된다. 구획(partition)은 기판 프로세싱 영역에 반응물들을 공급하는 샤워헤드 내에 포함될 수 있다. 라디칼-질소 전구체는 또한, 아르곤, 헬륨 등과 같은 캐리어 가스를 수반할 수 있다. 이러한 기법으로 증착된 라이너 또는 갭충진 층 및 라디칼-질소 전구체 내의 산소 함유량(amount of oxygen content)을 조정하기 위해 산소가 (O2 및/또는 O3의 형태로) 원격 플라즈마 영역 내로 동시에 전달될 수 있다.
유동성은, 증착된 필름 내의 상당한(significant) 수소 성분에 적어도 부분적으로 기인할 수 있다. 예를 들어, 증착된 필름은 실라잔-타입(silazane-type), Si-NH-Si 백본(즉, Si-N-H 필름)을 가질 수 있다. 유동성은 또한 실라잔 타입의 짧은 사슬(short chained) 폴리머들로 인한 것일 수 있다. 짧은 사슬 폴리머들의 형성 및 유동성을 가능하게 하는 질소는, 라디칼 전구체 또는 실리콘-함유 전구체로부터 비롯된 것일 수 있다. 실리콘 전구체 및 라디칼-질소 전구체 양자 모두가 무-탄소일 때, 증착된 실리콘-및-질소-함유 필름 또한 실질적으로 무-탄소이다. 물론, "무-탄소"가 반드시, 필름이 미량(trace amounts)의 탄소조차도 없음을 의미하는 것은 아니다. 탄소 오염물들은, 증착된 실리콘-및-질소-함유 필름 내에 도달하는 전구체 재료들 내에 존재할 수 있다. 그러나, 이러한 탄소 불순물들의 양은, 탄소 모이어티(moiety)를 갖는 실리콘 전구체(예를 들어, TEOS, TMDSO 등) 내에서 발견될 탄소 불순물들의 양 보다 훨씬 적다.
다른 실시예들에서, 제1 및 제2 유전체 층들은 둘 모두가 유동가능하거나 둘 모두가 유동가능하지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상이한 메커니즘들에 의해 유전체들이 증착되지만(예를 들어, 제1 유전체 층은 유동가능하지 않고, 제2 유전체 층은 유동가능함), 사용되는 반응물들에 의존하여 유사한 유전체 품질들을 갖는다. 또 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 유전체들이 동일한 메커니즘에 의해 증착되지만, 두 유전체들에 대한 상이한 반응 종(reactant species)의 사용으로 인해 상이한 품질들을 갖는다.
실리콘-함유 필름들의 증착 동안에 기판 온도가 비교적 낮은 온도로 유지되면서, 유동가능한 필름 성장이 진행될 수 있다. 증착 동안에 기판을 냉각함으로써 유지되는 낮은 온도에서, 유동가능한 산화물 필름이 기판 표면 상에 증착될 수 있다. 페디스털은, 상이한 실시예들에서, 페디스털 및 기판의 온도를 약 -40 ℃ 내지 약 1000 ℃, 약 100 ℃ 내지 약 600 ℃, 약 500 ℃ 미만, 또는 약 400 ℃ 또는 그 미만으로 설정하는 가열 및/또는 냉각 도관(conduit)들을 포함할 수 있다.
유동가능한 유전체가 기판 상에 증착된 이후, 후속적인 집적 수동 디바이스 제조 단계들에 대한 준비로, 초과의 유전체를 제거하기 위해 식각 프로세스가 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유전체 층들을 식각(120)하기 위해 건식 식각제 가스가 사용된다. 식각제는 제1 라이너 층과 제2 유전체 층 양자의 일부를 제거한다. 식각제에 포함되는 가스들은, 반도체 프로세싱 영역에 들어가기 전에 여기되도록 원격 플라즈마 영역을 통과하는 가스들을 포함할 수 있다. 식각제는 불소-함유 화합물 및 분자 수소를 포함할 수 있으며, 그리고 유전체 층들과 반응하여, 기판의 온도가 승화 온도를 초과하여 상승될 때 승화하는 고체 부산물(solid byproduct)들을 생성하며, 이에 의해 초과의 유전체를 제거한다. 제1 유전체 라이너 층을 제거하는 것 대 제2 유전체 층을 제거하는 것의 식각 레이트 비율은 약 1:2일 수 있거나, 다른 실시예들에서는, 약 1:1.5, 1:1.3, 1:1.2, 1:1.1, 또는 약 1:1일 수 있다. 식각 레이트 비율이 1:1과 같을 때, 별개의 유전체들이 동일한 레이트로 제거된다.
몇몇 실시예들에서, 건식 식각제 가스는 분자 수소와 함께 삼불화질소를 함유한다. 다른 실시예들에서, 건식 식각제 가스는 실질적으로 암모니아가 없다. 삼불화질소와 수소의 건식 식각제 가스 조합은, 암모니아를 포함하는 건식 식각제 가스 보다 산화물 품질에 대해 덜 선택적인 더 느린 반응을 생성할 수 있다. 암모니아의 부가는 반응 종(reactive species) 내에서의 불소의 농도를 감소시킬 수 있으며, 그에 의해 불화암모늄(ammonium fluoride) 및 암모늄 불화수소(ammonium hydrogen fluoride)를 생성할 수 있다. 이러한 생성물(product)들은, 예를 들어, HDP에 의해 증착되는 더 높은 밀도 및 더 높은 품질의 라이너 산화물 층 보다 더 빠른 레이트로, 더 낮은 밀도 및 더 낮은 품질의 유동가능한 유전체를 제거할 수 있다. 1:1에 더 가까운, HDP 산화물에 대한 선택비를 가짐으로써, 실질적으로 암모니아가 없는 건식 식각제 가스는, 암모니아를 포함하는 건식 식각제 가스 보다 덜 오목한 코너 프로파일을 갖는 리세스들을 생성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 실질적으로 암모니아가 없는 건식 식각제 가스는, 리세스의 측벽에 대하여 실질적으로 평평한(flat) 코너 프로파일을 생성한다.
유전체 필름 품질을 개선하기 위해, 유동가능한 유전체는 증착 후에 경화될 수 있다. 경화는 스팀과 같은 산화 환경들, 질소와 같은 비활성(inert) 환경들, 또는 다양한 실시예들의 다른 환경들에서 행해질 수 있다. 증착이 진행됨에 따라 필름의 유동성이 감쇠되며, 유동성은 경화 동작 중에 본질적으로 제거된다. 경화 동작은 실리콘-및-질소 함유 층을 실리콘 산화물로 변환하는 것을 수반할 수 있다. 경화는, 패터닝된 기판 온도를 상승시키는 것 및 갭충진 유전체 층을 산소 함유 환경에 노출시키는 것을 수반한다. 몇몇 실시예들에서, 높은 온도(elevated temperature)는 산화물이 라이너 층으로부터 갭충진 층 내로 확산되도록 유발하여, 갭충진 유전체 층 아래로부터 추가적인 산소 소스를 제공한다. 경화는 어닐(anneal)일 수 있고, 약 1000 ℃ 미만의 온도들에서 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 경화는 약 800℃ 미만, 600℃, 500℃, 400℃, 300℃, 또는 약 200℃ 미만에서 발생할 수 있다. 유동가능한 유전체를 이용하게 되면, 제조 프로세스들의 열 버짓(thermal budget)을 감소시킬 수 있으며, 그리고 몇몇 경우들에서, 프로세스들은 유동가능한 유전체를 유지하기 위해, 약 600℃ 미만, 500℃, 400℃, 300℃, 약 200℃, 또는 100℃ 미만에서 수행될 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 반도체 기판 위의 선택적 재료의 부분들 사이에 위치되는 유전체 재료를 식각하는 방법(200)이 설명된다. 방법은 반도체 기판 위에 선택적 재료를 증착하는 단계(210)를 포함한다. 선택적 재료는, 별개의 재료(separate material)가 제거되는 동안 유지될 것이 요구되는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 그리고 본 발명을 제한하는 것으로 의도하지 않으면서, 선택적 재료는 플래시 메모리 셀에서 플로팅 게이트로서 이용되는 폴리실리콘일 수 있다. 유전체와 같은 다른 재료가, 선택적 폴리실리콘과 함께, 기판 상에서 같은 장소에 배치될(co-located) 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 의도는 선택적 폴리실리콘을 유지하면서 유전체 재료를 제거하기 위한 것일 수 있다. 이러한 경우, 폴리실리콘의 제거를 제한하거나 폴리실리콘을 제거하지 않는 방식으로, 유전체가 제거될 수 있다. 이는, 유전체를 우선적으로 제거하는 특정의 식각 기법들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 산화물들 또는 질화물들과는 반응하지만 폴리실리콘과는 반응하지 않는 건식 식각제 가스들을 이용하게 되면, 선택적 재료를 유지하면서 유전체를 제거하는 방법을 제공한다. 다른 실시예들에서, 선택적 재료는 실리콘, 증착되는 금속, 유전체, 또는 기판 상에 증착될 수 있는 임의의 다른 재료이며, 여기에서는, 별개의 재료를 제거하는 동안 선택적 재료를 현저하게 덜 제거하고자 의도된다.
선택적 재료가 증착된 후, 선택적 재료를 통해서 그리고 일부 경우들에서는 반도체 기판을 통해서 트렌치들이 식각될 수 있다(215). 이러한 식각은, 식각되는 트렌치들에 의해 분리되는, 반도체 기판 위에 위치되는 선택적 재료의 격리된 부분들을 생성한다. 트렌치들은, 트렌치의 깊이가 트렌치의 폭 보다 상당히 더 클 수 있는 높은 종횡비(aspect ratio)들을 나타낼 수 있다. 예시적인 트렌치들은 약 2:1 또는 그 초과, 약 3:1 또는 그 초과, 약 5:1, 약 7:1, 또는 약 10:1 또는 그 초과 등등의 종횡비를 가질 수 있다.
방법들은 트렌치 내에 유전체 재료를 증착하는 단계(220)를 더 포함할 수 있다. 이러한 증착은 트렌치를 완전히 충진하고 선택적 재료를 커버하기에 충분한 유전체를 증착하는 것을 포함할 수 있거나, 또는 다른 실시예들에서, 이러한 증착은 트렌치를 부분적으로 충진할 수 있다. 유전체는 기판의 레벨을 지나서 증착될 수 있으며, 이에 따라 유전체는 선택적 재료의 격리된 부분들 사이를 적어도 부분적으로 충진한다. 트렌치들의 특성들에 의존하여, 유전체 재료는 유동가능한 또는 유동불가능한 방법에 의해 증착될 수 있다. 좁고 깊은 트렌치들을 이용하는 몇몇 실시예들에서는, 보이드들을 발생시키는(developing) 가능성을 제한하기 위해, 유동가능한 방식으로 유전체가 증착될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 필드 컴포넌트(field component)들 간의 개선된 절연을 위해, 더 높은 품질의 유전체가 이용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 스핀-온-글라스가 유전체 재료를 증착하기 위해 이용된다. 대안적인 실시예들에서, 유전체는 유동가능한 CVD에 의해 증착된다.
몇몇 실시예들에서, 트렌치를 충진하기 위해 다중(multiple) 유전체 증착들이 수행될 수 있다. 예를 들어, 유동가능한 유전체로 트렌치들이 충진되기 전에, 트렌치들 내에 라이너 층이 증착될 수 있다. 이러한 조합은, 유동가능한 유전체의 개선된 충진 특성들 뿐 아니라, 라이너 층으로부터의 개선된 절연의 이득들을 제공할 수 있다. 부가적인 예들은, 브레드-로우핑(bread-loafing) 및 보이드 형성을 최소화하기 위해 유전체의 증착 및 에치백(etch-back)을 모두 포함하는 일련의 단계들로 유전체를 증착하는 것을 포함한다. 트렌치 내에 초기 유전체 층이 증착될 수 있으며, 이후 트렌치의 상부(top)를 따라 유전체 빌드업(buildup)을 제거하기 위해 중간 식각 프로세스가 뒤따른다. 식각 이후, 유전체 재료의 이후의 증착에 의해 트렌치의 나머지 부분(remainder)이 충진될 수 있다.
유전체 층의 증착 이후 식각 프로세스(225)가 수행될 수 있다. 이러한 식각은, 리세스를 형성하기 위해 선택적 재료의 격리된 부분들 사이의 유전체 층의 일부를 제거하는 건식 식각제 가스에 기판을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 건식 식각제 가스는, 불소-함유 화합물 뿐만 아니라 분자 수소를 포함하는 가스들의 혼합물일 수 있다. 가스들은 기판이 상주하는 프로세싱 챔버 내로 개별적으로 유동될 수 있으며, 그리고 몇몇 실시예들에서, 건식 식각제 가스가 프로세스 챔버 내로 유동되기 전에, 이러한 건식 식각제 가스는 원격 플라즈마 소스에 의해 여기된다. 몇몇 실시예들에서, 건식 식각제 가스는 실질적으로 암모니아가 없으며, 이는 반응에 이용할 수 있는 더 많은 양의 불소 라디칼들에 의해 더 느린 반응을 제공할 수 있다. 실질적으로 암모니아가 없는 건식 식각제 가스의 이용은, 불화암모늄 및 암모늄 불화수소를 포함하는 생성물들로의 불소 라디칼들의 환원(reduction)의 방지로 인해, 실질적으로 평평한 코너 프로파일을 갖는 리세스를 생성할 수 있다. 건식 식각제 가스는, 불화암모늄 및 암모늄 불화수소를 포함하는 중간 화학물질(chemical)들의 형성에 의한 불소 라디칼들의 제거를 더 방지하기 위해, 암모니아가 완전히 없을 수 있다.
일부 증착들에 있어서, 유전체 층들은 선택적 재료의 레벨 상당히(well) 위에 증착되며, 중간 유전체 제거가 수행될 수 있다. 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing)과 같은 프로세스들이 초과의(excess) 유전체를 제거하기 위해 이용될 수 있다. 선택적 재료는 식각 중지 층(etch stop layer)으로서 이용될 수 있으며, 이러한 식각 중지 층은, 예를 들어 필드 게이트 폴리실리콘 또는 실리콘 질화물일 수 있다. 일단 유전체가 선택적 재료의 층까지 아래로 제거되면, 선택적 재료의 부분들 사이에 위치된 유전체를 제거하기 위해 건식 식각제가 이용될 수 있다.
선택적 재료의 부분들 사이에 위치되는 유전체는 선택적 재료의 유효 필드 높이(effective field height)에 기초하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 유전체는 약 200 내지 약 1200 옹스트롬 만큼 식각될 수 있다. 부가적인 예들은 약 400 내지 약 1000 옹스트롬, 약 600 내지 약 800 옹스트롬 등등 만큼 식각되는 유전체를 가질 수 있다. 선택적 재료의 다중(multiple) 부분들이 존재하고, 그리고 유전체가 제거되어야 하는, 이러한 부분들 사이의 다중 영역들이 존재하는 경우, 건식 식각제 가스는 약 10nm 미만의 셀간 편차(cell to cell variation)를 갖는 리세스들을 제공할 수 있다. 셀간의(intercell) 리세스 깊이들 간의 예시적인 유효 필드 높이 편차는 약 8nm 미만, 또는 약 6nm 미만 이다. 건식 식각제 가스는, 셀 리세스 깊이와 형상 간의 편차(deviation)들이 5% 미만인 경우 셀들 간에 식각 균일성을 제공할 수 있다. 셀 깊이와 형상 간의 차이들은 약 3% 미만, 약 2%, 약 1.5%, 약 1%, 약 0.5%, 약 0.1% 등등일 수 있다.
유전체가 선택적 재료의 부분들 사이로부터 제거된 이후의 리세스의 결과적인 프로파일은, 기판의 얕은 트렌치 격리 내의 나머지 유전체 재료에 의해 정의되는 바닥(floor)을 가질 수 있다. 바닥 프로파일(floor profile)은, 유전체 재료가 선택적 재료와 교차하는 위치까지 유전체에 걸쳐서 실질적으로 평평할 수 있다. 이러한 교차점(point of intersection)이 리세스의 코너를 정의할 수 있으며, 그리고 유전체 재료의 코너 프로파일은 선택적 재료와 거의 직각을 이룰 수 있다. 리세스를 정의하는, 유전체 재료 바닥과 선택적 재료 벽 사이에 직각이 형성될 때, 평평한 코너 프로파일이 형성되었다. 90o 초과의 또는 90o 미만의 각도가 형성될 수 있는데, 이 경우, 코너 프로파일은 실질적으로 평평할 수 있다. 유전체는 코너들 내에서 완전히 제거되지 않을 수 있으며, 이에 의해 리세스 코너에서 유전체의 약간의 오목함(slight concavity)을 생성한다. 이러한 오목함이 완전히 원형(circular)의 단면을 정의하지 못할 수도 있지만, 리세스 측부들 및 바닥에 의한 곡률 반경(radius of curvature)은 약 5nm 미만일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 곡률 반경은 약 3nm 미만, 2nm, 1nm, 5 옹스트롬, 3 옹스트롬, 2 옹스트롬, 또는 약 1 옹스트롬일 수 있으며, 이에 의해 실질적으로 평평한 코너 프로파일을 제공할 수 있다.
유전체 필름 품질을 개선하기 위해, 증착 이후에 그리고 식각 이전에, 유전체는 경화될 수 있다. 경화는 이전에 논의된 방법들 중 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다. 경화는 어닐(anneal)일 수 있으며, 약 1000℃ 미만의 온도들에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 경화는 약 800℃ 미만, 600℃, 500℃, 400℃, 300℃, 또는 약 200℃ 미만에서 일어날 수 있다. 유동가능한 유전체를 이용하게 되면, 제조 프로세스들의 열 버짓을 감소시킬 수 있으며, 그리고 몇몇 경우들에서, 프로세스들은 유동가능한 유전체를 유지하기 위해, 약 600℃ 미만, 500℃, 400℃, 300℃, 약 200℃, 또는 약 100℃ 미만에서 수행될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 플로팅 게이트들의 격리를 보장하기 위해, 터널 산화물로서 알려져있는 산화물 층이 반도체 기판과 선택적 재료 사이에 증착된다. 이러한 터널 산화물은 선택적 재료의 초기 증착 및 트렌치 형성 이전에 증착된다. 트렌치들 내에 그리고 선택 재료의 부분들 사이에 증착된 유전체는 터널 산화물의 레벨까지 아래로 식각될 수 있다. 대안적으로, 유전체 재료는 선택적 재료의 부분들 사이에서는 식각될 수 있지만, 터널 산화물의 레벨까지 아래로 식각되지 않는다.
유전체 재료가 선택적 재료의 부분들 사이로부터 식각된 후, 후속 제조가 일어날 수 있다. 선택적 층 위에 그리고 식각된 리세스들 내에 격리 층(isolation layer)이 증착될 수 있다. 이러한 격리 층은, 예를 들어, 이후 증착될 수 있는 제어 게이트와 플로팅 게이트들 사이에 라이너를 제공할 수 있다. 격리 층이 축적된(laid down) 후, 다른 재료, 이를 테면 금속, 유전체 또는 어떠한 다른 재료의 증착물(deposit)이 증착될 수 있다. 후속 재료는 폴리실리콘일 수 있으며, 이러한 폴리실리콘은 낸드 플래시 디바이스와 같은 플래시 메모리 셀에서 제어 게이트의 역할을 한다. 식각된 유전체 리세스의 실질적으로 평평한 코너 프로파일은, 예를 들어 폭이 몇 나노미터일 수 있는 트렌치들 내부에 후속 집적 수동 디바이스 층들이 충진될 수 있게 할 수 있다. 실질적으로 평평한 코너 프로파일 및/또는 더 양호한 셀 균일성을 갖는 리세스 내에 격리 층 및 후속 제어 게이트 층이 증착될 때, IPD 스케일링(scaling)을 위해 개선된 인터페이스들을 제공함으로써, 추가의 집적 문제들이 방지될 수 있다.
이제, 도 3a를 참조하면, 본 방법들에 따른 식각 프로세스가 수행된 기판(310)의 단면도가 도시된다. 터널 산화물(320)이 기판(310)과 선택적 재료(325) 사이에 증착된다. 선택적 재료(325)는 금속, 유전체 또는 산화물, 또는 어떠한 다른 재료일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 선택적 재료(325)는, 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘일 수 있다. 트렌치들(315)이 층들 내에 생성되며, 유전체 재료(319)로 충진된다. 유전체 재료는 증착 후 초기에 유동가능할 수 있으며, 그리고 증착 이후에 경화될 수 있다. 그런 다음, 유전체가 에치백되어(etched back), 코너들(335)을 갖는 리세스 셀들(330)을 형성할 수 있다. 식각 프로세스는 불소-함유 가스와 분자 수소의 건식 식각제 가스 혼합물을 이용할 수 있으며, 그리고 건식 식각제 가스는 실질적으로 암모니아가 없을 수 있다. 코너들(335)이 약간의 오목함을 나타내기는 하지만, 다른 실시예들은 유전체 바닥과 선택적 재료 벽들 간의 인터페이스들에서 평평한 또는 실질적으로 평평한 코너들을 가질 수 있으며, 그에 의해 직각의 교차점을 생성하는 리세스 셀들(330)을 정의할 수 있다. 도 3a의 단면도는, 형성된 리세스 셀들 내에서의 폴리실리콘과 같은 후속 재료 층의 증착을 포함하게 될, 반도체 디바이스를 프로세싱함에 있어서의 중간 단계일 수 있다. 이러한 후속 재료는, 선택적 재료 위에 그리고 리세스들 내에 격리 또는 라이너 층을 형성한 후에 증착될 수 있다. 유전체 층(319)은 라이너 층 뿐 아니라 부가적인 갭충진 유전체 층의 양자 모두를 포함할 수 있다.
도 3b에는, 본 방법들에 따른 식각 프로세스가 수행된 기판(310)의 단면도가 도시되어 있다. 기판(310)은, 트렌치들(315)을 형성하기 전에 증착되는 패드 층(340)을 갖는다. 트렌치 형성 이후, 유전체 라이너 재료(317)가 증착될 수 있다. 라이너(317)는, 예를 들어, HDP 증착에 의해 증착될 수 있다. 이후, 유전체 재료(319)가 트렌치(315) 내의 라이너 층(317) 위에 증착된다. 유전체 재료(319)는 증착 후 초기에 유동가능할 수 있으며, 그리고 증착 이후에 경화될 수 있다. 유전체 재료(319)는 유전체 라이너 층(317)의 품질 및/또는 밀도와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 라이너 층(317)은 유전체 재료(319) 보다 더 높은 품질로 이루어질 수 있다.
유전체(319)는 패드 산화물(340) 위로 연장할 수 있으며, 그리고 화학 기계적 연마와 같은 프로세스에 의해 이러한 패드 산화물의 층까지 아래로 초기에 제거될 수 있다. 유전체 재료(319) 및 유전체 라이너 층(317)을 제거하기 위해 건식 식각제 가스 혼합물이 이용되는 식각 프로세스가 수행될 수 있다. 이러한 건식 식각제 가스 혼합물은 불소-함유 가스 및 분자 수소를 포함할 수 있으며, 그리고 암모니아가 실질적으로 없을 수 있거나, 또는 암모니아가 완전히 없을 수 있다. 건식 식각제 가스는, 코너(335)를 포함하는 리세스(330)를 생성하기 위해 유전체 재료(319) 및 라이너 층(317)을 제거한다. 코너(335) 프로파일은 실질적으로 평평할 수 있는데, 이는 유전체 재료(319) 및 유전체 라이너(317)가 실질적으로 동일한 깊이로 제거됨을 나타낸다. 동등한 깊이로의 제거는 건식 식각제 가스가 산화물 품질에 대해 실질적으로 둔감함을 나타낸다.
예시들
암모니아를 갖는 그리고 암모니아를 갖지 않는 식각제 가스 혼합물을 이용하여 식각 선택비(etch selectivity) 간의 비교 예시들이 만들어졌다. 트렌치 상에서 식각들이 수행되었는데, 이러한 트렌치는 먼저 HDP 라이너 층으로 라이닝되었고, 이후 유동가능한 산화물로 충진되었다. 유전체들은, 삼불화질소 및 분자 수소를 함유하는 건식 식각제 가스 혼합물들에 노출되었다. 일 예에서, 건식 식각제 가스는 암모니아를 또한 함유하였지만, 비교 예시에서, 건식 식각제 가스는 실질적으로 암모니아가 없었다. 하기의 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 암모니아를 함유하는 건식 식각제 가스는, 실질적으로 암모니아가 없는 건식 식각제 가스가 제거하는 것 보다, HDP 산화물과 비교하여 유동가능한 산화물을 더 많이 제거한다.
건식 식각제 가스의 식각 깊이
HDP 산화물 식각
깊이(옴스트롬)		 유동가능한 산화물
식각 깊이(옹스트롬)		 HDP 산화물에 대한 유동가능한 산화물의 식각 선택비
암모니아를 함유하는 건식 식각제 가스 114 134 1.19
실질적으로 암모니아가 없는 건식 식각제 가스 114 123 1.09
도 4a 및 4b는 식각이 수행된 이후의 기판들의 비교 TEM 이미지들을 도시한다. 도 4a는 암모니아를 이용한 식각이 수행된 기판을 도시한다. 이미지 내에서 보여지는 코너 프로파일은 오목함을 도시하는데, 이는 유전체가 트렌치 내에서 균일하게 제거되지 않았음을 나타낸다. 하지만, 도 4b는, 실질적으로 암모니아가 없었던 건식 식각제 가스들에 의해 식각이 수행되었던 기판을 도시한다. 이미지 내에서 볼 수 있는 바와 같이, 코너 프로파일은 실질적으로 평평하며, 여기서 유전체 층은 질화물 패드와 교차하여, 거의 직각의 코너 프로파일을 생성한다. 평평한 코너 프로파일은 유전체가 트렌치 내에서 균일하게 제거되었음을 나타낸다.
몇몇 실시예들을 개시하였지만, 개시된 실시예들의 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 변형들, 대안적 구성들, 및 등가물들이 이용될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 아울러, 본 발명이 불필요하게 불명료해지는 것을 방지하기 위해서, 잘 알려져있는 많은 프로세스들 및 엘리먼트들은 설명하지 않았다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
개별적인 실시예들은 플로우차트, 플로우 다이어그램, 또는 블록 다이어그램으로서 도시되는 프로세스로서 설명될 수 있음이 주목된다. 플로우차트가 방법을 순차적인 프로세스로서 설명할 수 있기는 하지만, 많은 동작들은 병렬로 또는 동시에 수행될 수 있다. 또한, 동작들의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 프로세스의 동작들이 완료될 때 종료될 수 있지만, 도면에 포함되지 않았거나 논의되지 않은 부가적인 단계들을 가질 수 있다. 또한, 특정하게 설명된 임의의 프로세스 내의 모든 동작들이 모든 실시예들에서 발생할 수 있는 것은 아니다. 프로세스는 방법, 함수, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수 있다. 프로세스가 함수에 대응할 때, 프로세스의 종료는 호출 함수(calling function) 또는 주 함수(main function)로의 함수의 복귀(return)에 대응한다.
수치 범위가 주어진 경우, 그러한 수치 범위의 상한들과 하한들 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않은 한 하한의 단위의 최소 프랙션(smallest fraction)까지 또한 구체적으로 기재된 것으로 해석된다. 명시된 범위내의 임의의 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 값과 그러한 명시된 범위내의 임의의 다른 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 다른 값 사이에 존재하는 각각의 소범위가 포함된다. 이들 소범위의 상한들과 하한들은 독립적으로 그러한 범위에 포함되거나 그러한 범위에서 제외될 수 있고, 각각의 범위는, 상한과 하한 중 하나 또는 둘 모두가 그러한 소범위에 포함되든지 그러한 소범위에서 제외되는지 간에, 임의의 한계값이 명시된 범위에서 구체적으로 제외된 것이 아닌 한, 또한 본 발명에 포함된다. 명시된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그렇게 포함된 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
본 명세서 및 첨부되는 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들 "a" "an" 및 "the"는 문맥상 명백히 달리 지시되지 않는 한, 복수의 지시대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "유전체 재료(the dielectric material)"라는 언급은 복수의 그러한 재료들을 포함하고, "어플리케이션(application)"이라는 언급은 당업자들에게 알려진 하나 또는 그 초과의 어플리케이션들 및 그 등가물들에 대한 언급을 포함하며, 기타의 경우도 유사하다.
또한, "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "구비하다(include)", "구비하는(including)", 및 "구비하다(includes)"라는 단어들은, 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용되는 경우에, 명시된 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들이 하나 또는 그 초과의 다른 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 단계들, 동작들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (16)

  1. 반도체 기판 내에 리세스(recess)를 식각하는 방법으로서,
    상기 기판의 트렌치 내에 제1 유전체 라이너 층(dielectric liner layer)을 형성하는 단계 ― 상기 제1 유전체 라이너 층은 제1 밀도를 가짐 ― ;
    상기 제1 유전체 라이너 층 상의 상기 트렌치 내에 적어도 부분적으로 제2 유전체 층을 증착하는 단계 ― 상기 제2 유전체 층은 증착 후 초기에 유동가능(initially flowable)하고, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 유전체 라이너 층의 상기 제1 밀도 보다 작은 제2 밀도를 가짐 ― ; 및
    상기 기판을 건식 식각제(dry etchant)에 노출시키는 단계 ― 상기 건식 식각제는 상기 리세스를 형성하기 위해 상기 제2 유전체 층 및 상기 제1 유전체 라이너 층의 일부를 제거하고, 상기 건식 식각제는 불소-함유 화합물(fluorine-containing compound) 및 분자 수소(molecular hydrogen)를 포함하며, 그리고 상기 제1 유전체 라이너 층을 제거하는 것 대 상기 제2 유전체 층을 제거하는 것에 대한 식각 레이트 비율(etch rate ratio)은 1:1.2 내지 1:1 임 ―
    를 포함하는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 라이너 층은 고밀도 플라즈마로 형성되는(high-density plasma formed) 실리콘 산화물 층을 포함하는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 층은 FCVD에 의해 증착되는 실리콘 산화물 층을 포함하는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 건식 식각제는 암모니아가 없는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 리세스는 평평한(flat) 코너 프로파일을 갖는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 층이 증착된 후, 상기 제2 유전체 층을 경화시키는 단계를 더 포함하는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 라이너 층 및 상기 제2 유전체 층은 400℃ 또는 그 미만의 온도에서 증착 및 식각되는,
    반도체 기판 내에 리세스를 식각하는 방법.
  8. 반도체 기판 위의 선택적 재료의 부분(section)들 사이에 위치되는 유전체 재료를 식각하는 방법으로서,
    반도체 기판 위에 선택적 재료를 증착하는 단계;
    상기 선택적 재료 및 상기 반도체 기판 내에, 상기 반도체 기판 위에서 서로로부터 격리되는 상기 선택적 재료의 적어도 2개의 부분들을 생성하는 적어도 하나의 트렌치를 식각하는 단계;
    상기 트렌치 내에 라이너 층으로서 제1 유전체 층을 형성하는 단계;
    상기 트렌치 내에 제2 유전체 재료를 증착하는 단계 ― 상기 제2 유전체 재료는 상기 선택적 재료의 격리되는 부분들 사이를 적어도 부분적으로 충진함 ― ; 및
    상기 선택적 재료의 상기 격리되는 부분들의 최고 높이 아래에 리세스를 형성하기 위해 상기 선택적 재료의 상기 격리되는 부분들 사이의 상기 제2 유전체 재료 및 상기 제1 유전체 층의 일부를 제거하는 건식 식각제 가스에 상기 반도체 기판을 노출시키는 단계 ― 상기 건식 식각제 가스는 불소-함유 화합물 및 분자 수소를 포함하고, 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 재료는 400℃ 또는 그 미만의 온도에서 형성 및 식각됨 ―
    를 포함하는,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 건식 식각제 가스는 암모니아가 없는,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 선택적 재료는 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)인,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 선택적 재료를 증착하는 단계 이전에, 상기 반도체 기판 상에 터널 산화물을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 선택적 재료는 상기 터널 산화물 상에 증착되는,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 재료는 CVD에 의해 증착되는,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 리세스는 평평한 코너 프로파일을 갖는,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 재료가 증착된 후, 상기 제2 유전체 재료를 경화시키는 단계를 더 포함하는,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층을 제거하는 것 대 상기 제2 유전체 재료를 제거하는 것에 대한 식각 레이트 비율은 1:1.2 내지 1:1 인,
    유전체 재료를 식각하는 방법.
  16. 삭제
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