KR102114000B1 - 차등 실리콘 산화물 에칭 - Google Patents

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Abstract

패터닝된 이종 구조들 상의 노출된 실리콘 산화물을 에칭하는 방법이 설명되며, 원격 플라즈마 에칭으로부터 생성된 기상 에칭을 포함한다. 원격 플라즈마는 불소-함유 전구체를 여기시킨다. 원격 플라즈마로부터의 플라즈마 배출물들은 기판 프로세싱 영역 내로 유동되며, 기판 프로세싱 영역에서 플라즈마 배출물들은 수증기와 결합한다. 이에 의해 생성된 반응물질들은, 상이한 실리콘 산화물의 2개의 분리된 영역들을 제거하기 위해서, 패터닝된 이종 구조들을 상이한 에칭 속도들로 에칭한다. 방법들은, 고 밀도의 실리콘 산화물을 더 적게 제거하면서 저밀도의 실리콘 산화물을 제거하는 데에 사용될 수 있다.

Description

차등 실리콘 산화물 에칭{DIFFERENTIAL SILICON OXIDE ETCH}
관련 출원들에 대한 상호 참조들
[0001] 본 출원은 "DIFFERENTIAL SILICON OXIDE ETCH" 라는 명칭으로 2012년 9월 17일에 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/701,964 호의 이익의 향유를 주장하고, 상기 미국 가 특허 출원은 이로써 모든 목적들을 위해서 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 물질 층들을 생성하는 프로세스들에 의하여, 집적 회로들이 가능하게 된다. 기판 상에 패터닝된 물질을 생성하는 것은 노출된 물질의 제거를 위한 제어된 방법들을 필요로 한다. 화학적인 에칭은, 포토레지스트의 패턴을 하부층들 내에 전사시키는 것, 층들을 박형화(thinning)하는 것 또는 표면 상에 이미 존재하는 피쳐들의 측방향 치수들을 박형화하는 것을 포함하는 다양한 목적들을 위해 사용된다. 예컨대 패턴 전사 프로세스가 진행하는 것을 돕도록, 하나의 물질을 다른 물질보다 더 빠르게 에칭하는 에칭 프로세스를 갖는 것이 종종 바람직하다. 이러한 에칭 프로세스를 제 1 물질에 대해 선택적이라고 한다. 물질들, 회로들 및 프로세스들의 다양성의 결과로서, 다양한 물질들에 대한 선택성(selectivity)을 갖는 에칭 프로세스들이 개발되었다.
[0003] 습식(wet) HF 에칭은 다른 유전체들 및 반도체들에 비해 실리콘 산화물을 우선적으로 제거한다. 하지만, 습식 프로세스들은 일부 속박된(constrained) 트렌치들을 관통할 수 없으며, 종종 남아있는(remaining) 물질을 변형시킨다. 로컬(local) 플라즈마들(기판 프로세싱 영역 내의 플라즈마들)에서 야기되는(produced) 건식(dry) 에칭들은 더 많은 속박된 트렌치들을 관통하고, 남아있는 정교한(delicate) 구조들의 더 적은 변형을 나타낼 수 있다. 하지만, 로컬 플라즈마들은 이들이 방전됨에 따라 전기 아크들(electric arcs)의 생성을 통하여 기판을 손상시킬 수 있다.
[0004] SiconiTM 에칭은 H2, NF3 및 NH3 플라즈마 부산물들에 대한 기판의 동시 노출을 수반하는 원격 플라즈마 지원(assisted) 건식 에칭 프로세스이다. 수소 및 불소 종의 원격 플라즈마 여기는 플라즈마 손상이 없는(plasma-damage-free) 기판 프로세싱을 가능하게 한다. SiconiTM 에칭은 주로 실리콘 산화물층들에 대해서 컨포멀하고(conformal) 선택적이지만, 실리콘이 비정질, 결정질, 또는 다결정질인지에 상관없이, 실리콘을 쉽게 에칭하지 않는다. 실리콘 질화물은 전형적으로 실리콘과 실리콘 산화물 사이의 속도(rate)로 에칭된다.
[0005] 신규한 프로세스 흐름들을 가능하게 하기 위해서 이러한 묶음(suite)의 선택성들을 점진적으로 확대하기 위한 방법들이 필요하다.
[0006] 패터닝된 이종(heterogeneous) 구조들 상의 노출된 실리콘 산화물을 에칭하는 방법이 설명되며, 원격 플라즈마 에칭으로부터 생성된 기상(gas phase) 에칭을 포함한다. 원격 플라즈마는 불소-함유 전구체를 여기시킨다. 원격 플라즈마로부터의 플라즈마 배출물들(effluents)은 기판 프로세싱 영역 내로 유동되며, 기판 프로세싱 영역에서 플라즈마 배출물들은 수증기와 결합한다. 이에 의해 생성된 반응물질들(reactants)은, 상이한 실리콘 산화물의 2개의 분리된(separate) 영역들을 제거하기 위해서, 패터닝된 이종 구조들을 상이한 에칭 속도들로 에칭한다. 방법들은, 고 밀도의 실리콘 산화물을 더 적게 제거하면서 저밀도의 실리콘 산화물을 제거하는 데에 사용될 수 있다.
[0007] 본 발명의 실시예들은, 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판들을 에칭하는 방법들을 포함한다. 패터닝된 기판들은 노출된 실리콘 산화물 영역을 갖는다. 이 방법들은, 플라즈마 배출물들을 생성하기 위해, 원격 플라즈마 영역에서 원격 플라즈마를 형성하면서, 기판 프로세싱 영역에 유체적으로 커플링된 원격 플라즈마 영역 내로 불소-함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함한다. 방법들은, 원격 플라즈마 영역을 통해 수증기를 먼저 통과시키지 않으면서, 기판 프로세싱 영역 내로 수증기를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 영역 내로 플라즈마 배출물들을 유동시킴으로써, 노출된 실리콘 산화물 영역들을 에칭하는 단계를 더 포함한다. 노출된 실리콘 산화물 영역들은 제 1 밀도를 갖는 제 1 실리콘 산화물 영역 및 제 2 밀도를 갖는 제 2 실리콘 산화물 영역을 포함한다. 제 1 밀도는 제 2 밀도 미만이다. 제 1 실리콘 산화물 영역은 제 1 에칭 속도로 에칭하고, 그리고 제 2 실리콘 산화물 영역은 제 1 에칭 속도 미만인 제 2 에칭 속도로 에칭한다.
[0008] 추가적인 실시예들 및 특징들이 후술하는 설명에서 일부가 제시되어 있고, 그리고 일부는 명세서의 검토를 통해 당업자에게 명확해질 것이며, 또는 개시된 실시예들의 실시에 의해 학습될 수 있을 것이다. 본 명세서에 설명된 수단들, 조합들, 및 방법들을 이용하여, 개시된 실시예들의 특징들 및 장점들이 실현되고 획득될 수 있다.
[0009] 본 명세서의 나머지 부분들과 도면들을 참조함으로써, 개시된 실시예들의 본질 및 장점들의 추가적인 이해가 실현될 수 있을 것이다.
[0010] 도 1은 개시된 실시예들에 따른 실리콘 산화물 선택적 에칭 프로세스의 흐름도이다.
[0011] 도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 나타낸다.
[0012] 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 샤워헤드를 나타낸다.
[0013] 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 나타낸다.
[0014] 첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피쳐들은 동일한 참조 부호(reference label)를 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 컴포넌트들은, 유사한 컴포넌트들을 구별하는 제 2 부호 및 대시를 참조 부호에 뒤따르게 함으로써, 구별될 수 있다. 만일 본 명세서에서 제 1 참조 부호만이 사용되는 경우, 제 2 참조 부호와는 무관하게, 동일한 제 1 참조 부호를 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트에 대해 설명이 적용될 수 있다.
[0015] 패터닝된 이종 구조들 상의 노출된 실리콘 산화물을 에칭하는 방법이 설명되며, 원격 플라즈마 에칭으로부터 생성되는 기상 에칭을 포함한다. 원격 플라즈마는 불소-함유 전구체를 여기시킨다. 원격 플라즈마로부터의 플라즈마 배출물들은 기판 프로세싱 영역 내로 유동되며, 기판 프로세싱 영역에서 플라즈마 배출물들은 수증기와 결합한다. 이에 의해 생성된 반응물질들은, 상이한 실리콘 산화물의 2개의 분리된 영역들을 제거하기 위해서, 패터닝된 이종 구조들을 상이한 에칭 속도들로 에칭한다. 방법들은, 고 밀도의 실리콘 산화물을 더 적게 제거하면서 저밀도의 실리콘 산화물을 제거하는 데에 사용될 수 있다.
[0016] 선택적인 원격 기상 에칭 프로세스들은 암모니아(NH3)의 수소 소스 및 삼불화질소(NF3)의 불소 소스를 이용하였으며, 이들은 원격 플라즈마 시스템(RPS)을 통해 반응 영역 내로 함께 유동된다. 전형적으로, 암모니아 및 삼불화질소의 유량들은, 이러한 2개의 프로세스 가스들의 성분들을 효율적으로 이용하기 위해 수소의 원자 유량이 불소의 원자 유량의 대략 두배가 되도록 선택된다. 수소 및 불소의 존재는 비교적 낮은 기판 온도들에서 (NH4)2SiF6의 고체 부산물들의 형성을 가능하게 한다. 이러한 고체 부산물들은 기판의 온도를 승화(sublimation) 온도보다 높게 올림으로써 제거된다. 원격 기상 에칭 프로세스들은, 예를 들어 실리콘보다 훨씬 더 빠르게 산화물 필름들을 제거한다. 하지만, 실리콘 산화물의 상이한 제조들(preparations) 간의 에칭 속도들 사이에는 매우 적은 차이만 있다. 본 발명자들은, 원격 플라즈마에서 불소-함유 전구체를 여기시키고, 원격 플라즈마 시스템을 통과하지 않은 수증기와 플라즈마 배출물들을 결합함으로써, 고밀도 실리콘 산화물에 대한 저밀도 실리콘 산화물의 선택성이 강화될 수 있다는 것을 발견하였다.
[0017] 본 발명을 더 잘 이해하고 인식하기 위해, 이제, 개시된 실시예들에 따른 실리콘 산화물 선택적 에칭 프로세스의 흐름도인 도 1을 참조한다. 제 1 동작 이전에, 기판은 패터닝되고 고밀도 실리콘 산화물이 패터닝된 기판 상에 증착된다. 그런 다음 저밀도 실리콘 산화물이 고밀도 실리콘 산화물 위에 증착되어, 예를 들어, 정교한 수직 피쳐를 위한 임시 희생 지지 구조로서 작용한다. 일단 저밀도 실리콘 산화물의 구조적 양태들이 더이상 필요하지 않으면, 본원에 설명된 에칭 프로세스를 이용하여, 고밀도 실리콘 산화물은 남겨두면서, 저밀도 실리콘 산화물은 제거될 수 있다.
[0018] 그런 다음, 패터닝된 기판은 프로세싱 영역으로 전달된다(동작 110). 프로세싱 영역으로부터 분리된 플라즈마 영역 내로의 삼불화질소의 유동이 시작된다(동작 120). 삼불화질소를 보강(augment)하거나 대체하기 위해 다른 불소 소스들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 불소-함유 전구체가 플라즈마 영역 내로 유동될 수 있고, 불소-함유 전구체는 원자 불소, 이원자 불소, 삼불화질소, 사불화 탄소, 불화수소 및 이불화제논으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 전구체를 포함한다. 분리된 플라즈마 영역은 본원에서 원격 플라즈마 영역으로서 지칭될 수 있으며, 프로세싱 챔버와 별개의 모듈 또는 프로세싱 챔버 내의 격실(compartment) 내에 있을 수 있다. 그런 다음, 원격 플라즈마 영역에서 형성된 플라즈마 배출물들이 기판 프로세싱 영역 내로 유동된다(동작 125). 수증기가 기판 프로세싱 영역 내로 동시에 유동되어(동작 130), 플라즈마 배출물들과 반응한다. 수증기는 원격 플라즈마 영역을 통과하지 않으며, 이에 따라 플라즈마 배출물들과의 상호작용에 의해서만 여기된다. 본 발명의 실시예들에서, 수증기는, 기판 프로세싱 영역에 들어가기 전에 어떠한 원격 플라즈마 영역도 통과하지 않는다.
[0019] 패터닝된 기판은, 저밀도 실리콘 산화물이 고밀도 실리콘 산화물보다 상당히 더 높은 속도로 제거되도록 선택적으로 에칭된다(동작 135). 이러한 능력은, 하나의 실리콘 산화물 영역(저밀도 실리콘 산화물)을 희생 컴포넌트로서 사용하는 동시에 또다른 실리콘 산화물 영역(고밀도 실리콘 산화물)은 노출되는 것을 가능하게 한다. 반응성 화학 종이 기판 프로세싱 영역으로부터 제거되고 그런 다음 기판이 프로세싱 영역으로부터 제거된다(동작 145).
[0020] 버퍼링된 산화물 에칭들(buffered oxide etches)과 같은 습식 에칭들이, 고밀도 실리콘 산화물에 비해 저밀도 실리콘 산화물을 선택적으로 제거하는 데에 또한 사용되었다. 본 발명자들은, 선택성이 약 6:1 또는 7:1(저밀도 SiO 에칭 속도:고밀도 SiO 에칭 속도)로 제한되었음을 발견하였다. 본원에 설명된 기상 건식 에칭 프로세스들을 사용할 때, 본 발명자들은, 40:1 및 심지어 50:1(저밀도 SiO 에칭 속도:고밀도 SiO 에칭 속도)의 선택성들이 가능하다는 것을 밝혀냈다(established). 본 발명의 실시예들에서, 저-밀도 실리콘 산화물 에칭 속도는 고-밀도 실리콘 산화물 에칭 속도를 약 8 또는 그 초과, 약 10 또는 그 초과, 약 15 또는 그 초과, 또는 약 25 또는 그 초과의 배수 인자(multiplicative factor)만큼 초과한다.
[0021] 저밀도 실리콘 산화물을 초래하는 예시적인 증착 기술들은 디클로로실란을 증착 전구체로서 사용하는 화학 기상 증착, 스핀-온 글라스(SOG) 또는 플라즈마-강화형 화학 기상 증착을 포함한다. 본 발명의 실시예들에서, 고밀도 실리콘 산화물은 열 산화물(실리콘을, 예를 들어, 고온에서 O2에 노출시킴), 디실란 전구체 노(furnace) 산화 또는 고-밀도 플라즈마 화학 기상 증착으로서 증착될 수 있다.
[0022] 오직 불소만 (원격으로 또는 로컬로) 수반하는 기상 에칭들은, 패터닝된 기판의 (고-밀도 실리콘 산화물로 만들어진) 다른 부분들을 거의 그대로 (nearly undisturbed) 남겨두면서 저-밀도 실리콘 산화물을 제거하기 위해 필요한 선택성을 갖지 않는다. 본원에 설명된 기상 에칭들은, 고체 잔류물을 생성하지 않는다는 점에서, 부가된 이익을 갖는다. 고체 잔류물의 제거는, 희생 저밀도 실리콘 산화물에 의해서 지지될 수 있는 정밀한 피쳐들을 건드리는 것을 회피한다. 고체 잔류물의 제거는 또한, 프로세스 흐름들을 간략화하고, 승화 단계를 제거함으로써 프로세싱 비용들을 감소시킨다. 본 발명의 실시예들에서, 불소-함유 전구체에는 수소가 없다. 원격 플라즈마 영역에 수소 전구체들이 포함되지 않는 경우, 플라즈마 배출물들에 또한, 수소가 없을 수 있다. 이는, 패터닝된 기판 상에 고체 부산물들의 생성 가능성이 없음을 보장한다.
[0023] 완전히 정확하거나(correct) 정확하지 않을 수도 있는 이론적인 메커니즘들에 청구항들의 적용 범위를 구속하는 것을 원하는 것은 아니지만, 가능한 메커니즘들의 일부 논의가 유익한 것으로 판명될 수 있다. 불소-함유 전구체를 원격 플라즈마 영역 내로 전달함으로써, 라디칼-불소(radical-fluorine) 전구체들이 생성된다. 본 출원인들은, 불소 이온들 및 원자들의 농도(concentration)가 생성되어 기판 프로세싱 영역 내로 전달된다고 가정한다. 수증기(H2O)는 불소와 반응하여, HF2 - 와 같은 덜 반응적인 종을 생성할 수 있는데, 이러한 종은 패터닝된 기판 표면으로부터 저밀도 실리콘 산화물은 여전히 쉽게 제거하지만, 고밀도 실리콘 산화물은 쉽게 제거하지 않는다. 고체 잔류 부산물들의 결여와 결합되는 선택성은, 이들 에칭 프로세스들을, 남아있는 정교한 구조들에 변형을 거의 야기하지 않으면서, 정교한 비-실리콘 산화물 물질들로부터 몰드들 및 다른 실리콘 산화물 지지 구조들을 제거하는 데에 꽤 적합하게 한다.
[0024] 개시된 실시예들에서, 에칭 동작 동안, 기판 프로세싱 영역의 압력은 약 0.1Torr 또는 그 초과 및 약 50Torr 또는 그 미만일 수 있다. 개시된 실시예들에서, 기판 프로세싱 영역 내의 압력은 또한, 약 40Torr 또는 그 미만 및 약 5Torr 또는 그 초과 또는 10Torr일 수 있다. 상한들 중 임의의 상한은 이러한 하한들 중 임의의 하한과 결합되어 본 발명의 부가적인 실시예들을 형성할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 에칭 동작 동안, 패터닝된 기판의 온도는 약 0℃ 또는 그 초과 및 약 100℃ 또는 그 미만일 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 에칭 동작 동안, 패터닝된 기판의 온도는 약 5℃ 또는 그 초과 및 약 40℃ 또는 그 미만일 수 있다.
[0025] 예시적인 프로세싱 챔버와 시스템을 설명하는 동안, 부가적인 수증기 및 원격으로-여기된-불소 에칭 프로세스 파라미터들이 개시된다.
예시적인 프로세싱 시스템
[0026] 본 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 프로세싱 챔버들은 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는, CENTURA® 및 PRODUCER® 시스템들과 같은 프로세싱 플랫폼들 내부에 포함될 수 있다. 본 발명의 예시적인 방법들과 함께 사용될 수 있는 기판 프로세싱 챔버들의 예들은, "PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL" 라는 명칭으로 2006년 5월 30일에 출원되었으며 본원과 양수인이 동일한, Lubomirsky 외의, 미국 가특허 출원 제 60/803,499 호에 도시되고 개시된 것들을 포함할 수 있고, 이의 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본원에 포함된다. 추가의 예시적인 시스템들은, 미국 특허 제 6,387,207 호 및 제 6,830,624 호에 도시되고 개시된 것들을 포함할 수 있고, 이들 또한 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0027] 도 2a는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(1001)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(1010)은 불소-함유 전구체를 프로세싱할 수 있으며, 이러한 불소-함유 전구체는 이후 가스 유입 조립체(gas inlet assembly)(1011)를 통해 이동한다. 2개의 분리된 가스 공급 채널들을 가스 유입 조립체(1011) 내에서 볼 수 있다. 제 1 채널(1012)은 원격 플라즈마 시스템(RPS)(1010)을 통과하는 가스를 운반하는 반면, 제 2 채널(1013)은 RPS(1010)를 바이패싱한다. 실시예들에서, 어느 채널이든 불소-함유 전구체를 위해 사용될 수 있다. 한편, 제 1 채널(1012)은 프로세스 가스를 위해 사용될 수 있고, 제 2 채널(1013)은 트리트먼트 가스(treatment gas)를 위해 사용될 수 있다. 덮개(1021)(예를 들어, 전도성 상단부 부분)와 천공된 격벽(perforated partition)(샤워헤드, 1053)이 이들 사이의 절연링(1024)과 함께 도시되어 있으며, 절연링은 AC 전위가 샤워헤드(1053)에 대해서 덮개(1021)에 인가될 수 있게 한다. AC 전위는 챔버 플라즈마 영역(1020)에서 플라즈마를 타격한다(strike). 프로세스 가스는 제 1 채널(1012)을 통해 챔버 플라즈마 영역(1020) 내로 이동할 수 있으며, 챔버 플라즈마 영역(1020)에서 플라즈마에 의해 단독으로, 또는 RPS(1010)와 조합하여 여기될 수 있다. 프로세스 가스(불소-함유 전구체)가 제 2 채널(1013)을 통해 유동하면, 챔버 플라즈마 영역(1020)만이 여기를 위해 사용된다. 챔버 플라즈마 영역(1020) 및/또는 RPS(1010)의 조합은 본 명세서에서 원격 플라즈마 시스템으로 지칭될 수 있다. (또한 '샤워헤드'라고도 지칭되는) 천공된 격벽(1053)은 챔버 플라즈마 영역(1020)을 샤워헤드(1053) 아래의 기판 프로세싱 영역(1070)으로부터 분리시킨다. 샤워헤드(1053)는 챔버 플라즈마 영역(1020) 내에 존재하는 플라즈마가 기판 프로세싱 영역(1070) 내의 가스들을 직접 여기시키지 않도록 하는 한편, 여기된 종이 챔버 플라즈마 영역(1020)으로부터 기판 프로세싱 영역(1070) 내로 여전히 이동할 수 있게 한다.
[0028] 샤워헤드(1053)는 챔버 플라즈마 영역(1020)과 기판 프로세싱 영역(1070) 사이에 위치되며, RPS(1010) 및/또는 챔버 플라즈마 영역(1020) 내에서 생성되는 플라즈마 배출물들(전구체들 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)로 하여금, 판(plate)의 두께를 횡단하는 복수의 관통-홀들(1056)을 통과할 수 있도록 허용한다. 또한, 샤워헤드(1053)는 하나 또는 그 초과의 빈 용적들(hollow volumes)(1051)을 가지며, 이러한 용적들은 증기 또는 가스 형태의 전구체(이를 테면, 실리콘-함유 전구체)로 충진될 수 있고, 작은 홀들(1055)을 통해 기판 프로세싱 영역(1070) 내로 통과하지만, 챔버 플라즈마 영역(1020) 내로는 직접 통과되지 않는다. 개시된 본 실시예에서, 샤워헤드(1053)는 관통-홀들(1056)의 최소 직경(1050)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 영역(1020)으로부터 기판 프로세싱 영역(1070)으로 침투(penetrate)하는 여기된 종의 상당한(significant) 농도를 유지하기 위해, 관통-홀들의 최소 직경(1050)의 길이(1026)는 샤워헤드(1053)를 관통하는 중간에 관통-홀들(1056)의 더 큰 직경 부분들을 형성함으로써 제한될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 관통-홀들(1056)의 최소 직경(1050)의 길이는 관통-홀들(1056)의 최소 직경과 동일한 자릿수(same order of magnitude)이거나 그보다 작을 수 있다.
[0029] 도시된 실시예에서, 샤워헤드(1053)는 산소, 수소 및/또는 질소를 포함하는 프로세스 가스들, 및/또는 챔버 플라즈마 영역(1020)에서 플라즈마에 의해 여기될 때 그러한 프로세스 가스들의 플라즈마 배출물을 (관통-홀들(1056)을 통해) 분배할 수 있다. 실시예들에서, 제 1 채널(1012)을 통해 챔버 플라즈마 영역(1020) 내로 및/또는 RPS(1010) 내로 유입되는 프로세스 가스는 불소(예컨대, CF4, NF3 또는 XeF2)를 포함할 수 있다. 또한, 프로세스 가스는 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등과 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 플라즈마 배출물들은, 프로세스 가스의 이온화된 또는 중성의 유도체들을 포함할 수 있으며, 유입된 프로세스 가스의 원자 성분에 관련되는 라디칼-불소 전구체로서 본 명세서에서 또한 지칭될 수 있다.
[0030] 실시예들에서, 관통-홀들(1056)의 개수는 약 60 내지 약 2000개일 수 있다. 관통-홀들(1056)은 다양한 형상들을 가질 수 있으나, 가장 용이하게는 원형으로 제조된다. 개시된 실시예들에서, 관통-홀들(1056)의 최소 직경(1050)은 약 0.5㎜ 내지 약 20㎜이거나, 약 1㎜ 내지 약 6㎜일 수 있다. 또한, 관통-홀들의 단면 형상을 자유롭게 선택할 수 있으며, 단면 형상은 원뿔형, 원통형 또는 이 두가지 형상들의 조합으로 제조될 수 있다. 기판 프로세싱 영역(1070) 내로 가스를 유입시키는 데에 사용되는 작은 홀들(1055)의 개수는, 상이한 실시예들에서, 약 100 내지 약 5000개이거나, 또는 약 500 내지 약 2000개일 수 있다. 작은 홀들(1055)의 직경은 약 0.1㎜ 내지 약 2㎜일 수 있다.
[0031] 도 2b는 개시된 실시예들에 따른 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(1053)의 저면도이다. 샤워헤드(1053)는 도 2a에 도시된 샤워헤드에 대응한다. 관통-홀들(1056)은 샤워헤드(1053)의 바닥에서 더 큰 내부 직경(ID)을 갖고 상단에서 더 작은 ID를 갖는 것으로 도시되어 있다. 작은 홀들(1055)이 샤워헤드의 표면에 걸쳐, 심지어는 관통-홀들(1056) 사이에서도 실질적으로 균일하게 분포됨으로써, 본 명세서에 설명되는 다른 실시예들보다 더 균일한 혼합을 제공하는 것을 돕는다. 수증기가 이중-구역 샤워헤드의 분리된 구역들을 통과하여 작은 홀들(1055)을 통해 기판 프로세싱 영역으로 들어가는 동안, 불소-함유 전구체는 이중-구역(dual-zone) 샤워헤드(1053)의 관통-홀들(1056)을 통해서 유동될 수 있다. 분리된 구역들은 기판 프로세싱 영역 내로는 개방되지만 원격 플라즈마 영역 내로는 개방되지 않는다.
[0032] 샤워헤드(1053) 내의 관통-홀들(1056)을 통해 도달하는 불소-함유 플라즈마 배출물들이, 빈 용적들(1051)로부터 비롯되는 작은 홀들(1055)을 통해 도달하는 수분과 결합할 때, 예시적인 패터닝된 기판은 기판 프로세싱 영역(1070) 내부의 페디스털(pedestal)(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 비록 기판 프로세싱 영역(1070)이 경화(curing)와 같은 다른 프로세스들을 위해 플라즈마를 지원하도록 설비될 수 있기는 하지만, 본 발명의 실시예들에서는, 패터닝된 기판을 에칭하는 동안 어떠한 플라즈마도 존재하지 않는다.
[0033] 플라즈마는 샤워헤드(1053) 위의 챔버 플라즈마 영역(1020) 또는 샤워헤드(1053) 아래의 기판 프로세싱 영역(1070) 중 어느 하나에서 점화될 수 있다. 불소-함유 전구체의 유입(inflow)으로부터 라디칼-불소 전구체들을 생성하기 위해 플라즈마가 챔버 플라즈마 영역(1020)에 존재한다. 증착 동안 챔버 플라즈마 영역(1020)에서 플라즈마를 점화하기 위해, 통상적으로 무선 주파수(RF) 범위의 AC 전압이 샤워헤드(1053)와 프로세싱 챔버의 전도성 상단부 부분(1021) 사이에 인가된다. RF 전력 공급부는 13.56㎒의 높은 RF 주파수를 발생시키지만, 또한 다른 주파수들을 단독으로 또는 13.56㎒ 주파수와 조합하여 발생시킬 수 있다.
[0034] 기판 프로세싱 영역(1070)과 접한 내부 표면들을 세정(clean)하기 위해 기판 프로세싱 영역(1070)에서 하위 플라즈마(bottom plasma)가 턴온(turn on)될 때, 상위 플라즈마(top plasma)는 저전력 또는 무전력으로 유지될 수 있다. 기판 프로세싱 영역(1070) 내의 플라즈마는, 샤워헤드(1053)와 챔버의 페디스털 또는 바닥 사이에 AC 전압을 인가함으로써 점화된다. 플라즈마가 존재하는 동안, 세정 가스(cleaning gas)가 기판 프로세싱 영역(1070) 내로 유입될 수 있다.
[0035] 페디스털은 열 교환 채널을 가질 수 있으며, 이러한 열 교환 채널을 통해 열 교환 유체가 유동하여 기판의 온도를 제어한다. 이러한 구성은 기판 온도가 비교적 저온들(실온 내지 약 120℃)로 유지되도록 냉각 또는 가열될 수 있도록 한다. 열 교환 유체는 에틸렌 글리콜과 물을 포함할 수 있다. 또한, 페디스털(바람직하게는, 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합)의 웨이퍼 지지 플래터(platter)는, 평행한 동심원들의 형태로 2개의 완전한 턴들(turns)을 만들도록 구성된 내장형의 단일 루프 내장식 히터 엘리먼트를 사용하여 비교적 고온들(약 120℃ 내지 약 1100℃)을 달성하기 위해 저항식으로 가열될 수 있다. 히터 엘리먼트의 외측 부분은 지지 플래터의 주변 근처에서 연장될 수 있는 반면, 내측 부분은 더 작은 반경을 가진 동심원의 경로 상에서 연장된다. 히터 엘리먼트에 대한 배선은 페디스털의 스템(stem)을 통과한다.
[0036] 기판 프로세싱 시스템은 시스템 제어기에 의해 제어된다. 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 프로세서를 포함한다. 프로세서는 싱글-보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디지털 입/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) 표준을 따른다. 이러한 VME 표준은 또한 버스 구조를 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 갖는 것으로서 정의한다.
[0037] 시스템 제어기는 에칭 챔버의 모든 활동들(activities)을 제어한다. 시스템 제어기는, 컴퓨터-판독가능한 매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램인 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 바람직하게는, 매체는 하드 디스크 드라이브이지만, 이러한 매체는 또한 다른 종류들의 메모리일 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특정 프로세스의, 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터 위치, 및 다른 파라미터들을 지시하는 명령어들의 세트들(sets)을 포함한다. 예를 들어, 플로피 디스크 또는 기타의 다른 적절한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 또한 시스템 제어기에게 명령하는 데에 이용될 수 있다.
[0038] 기판 상에 저-밀도 실리콘 산화물과 고-밀도 실리콘 산화물을 차등적으로(differentially) 에칭하기 위한 프로세스 또는 챔버를 세정하기 위한 프로세스는 시스템 제어기에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품을 사용하여 실시될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는 종래의 임의의 컴퓨터 판독가능한 프로그래밍 언어, 예를 들어 어셈블리 언어: C, C++, 파스칼, 포트란 또는 기타 언어들로 기록될 수 있다. 적합한 프로그램 코드가 통상의 텍스트 에디터를 사용하여 단일 파일 또는 다중 파일들에 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 사용가능한 매체에 저장되거나 구현된다. 입력된 코드 텍스트가 고수준 언어라면, 코드는 컴파일된 다음, 결과적인 컴파일러 코드가 프리컴파일형(precompiled) Microsoft Windows® 라이브러리 루틴들의 목적 코드와 링크된다. 링크되는 컴파일된 목적 코드를 실행하기 위해, 시스템 사용자는 목적 코드를 호출하여, 컴퓨터 시스템으로 하여금 메모리에 코드를 로딩하게 한다. 그런 다음, CPU는 코드를 판독하고 실행하여, 프로그램에서 식별되는 과제들을 수행한다.
[0039] 사용자와 제어기 사이의 인터페이스는 평판(flat-panel) 터치 감응형 모니터를 통해 이루어진다. 바람직한 실시예에서는, 2개의 모니터들이 사용되는데, 하나는 작업자들을 위해 클린룸 벽에 장착되고, 다른 하나는 서비스 기술자들을 위해 벽 뒤에 장착된다. 이러한 2개의 모니터들은 동일한 정보를 동시에 디스플레이할 수 있는데, 이 경우, 한번에 단지 하나의 모니터만이 입력을 받아들인다. 특정 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 작업자는 터치 감응형 모니터의 지정된 영역을 터치한다. 터치된 영역은 자신의 하이라이트된 색을 변화시키거나, 새로운 메뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 작업자와 터치 감응형 모니터 간의 통신을 확인한다. 터치 감응형 모니터 대신에 또는 터치 감응형 모니터에 부가하여, 다른 디바이스들, 이를 테면 키보드, 마우스, 또는 다른 포인팅 또는 통신 디바이스가 이용되어, 사용자가 시스템 제어기와 통신할 수 있게 한다.
[0040] 챔버 플라즈마 영역 또는 RPS 내의 영역은 원격 플라즈마 영역으로 지칭될 수 있다. 실시예들에서, 라디칼 전구체(예를 들어, 라디칼-불소 전구체)가 원격 플라즈마 영역에서 생성되고 기판 프로세싱 영역 내로 이동하여, 수증기와 결합한다. 실시예들에서, 수증기는 라디칼-불소 전구체(플라즈마 배출물들로도 알려진)에 의해서만 여기된다. 실시예들에서, 라디칼-불소 전구체가 수증기에 대해 우세한(dominant) 여기를 제공하는 것을 보장하기 위해, 플라즈마 전력은 본질적으로 챔버 플라즈마 영역에만 인가될 수 있다.
[0041] 챔버 플라즈마 영역을 사용하는 실시예들에서, 여기된 플라즈마 배출물들은 증착 영역으로부터 구획되는 기판 프로세싱 영역의 섹션에서 발생된다. 본 명세서에서 기판 프로세싱 영역으로 또한 알려져있는 증착 영역은, 패터닝된 기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼)을 에칭하기 위해 플라즈마 배출물들이 수증기와 혼합되고 반응하는 곳이다. 여기된 플라즈마 배출물들은 또한 비활성 가스들(예시적인 경우, 아르곤)을 수반할 수 있다. 실시예들에서, 수증기는 기판 플라즈마 영역에 들어가기 전에 플라즈마를 통과하지 않는다. 기판 프로세싱 영역은, 패터닝된 기판의 에칭 동작 동안, 본 명세서에서 "무-플라즈마(plasma-free)"인 것으로서 설명될 수 있다. "무-플라즈마"는 영역에 플라즈마가 없다는 것을 반드시 의미하지는 않는다. 플라즈마 영역 내에서 생성되는 이온화된 종 및 자유 전자들은 구획(샤워헤드)의 구멍들(개구들)을 통해 이동하지만, 수증기는 플라즈마 영역에 인가되는 플라즈마 전력에 의해 실질적으로 여기되지 않는다. 챔버 플라즈마 영역에서의 플라즈마의 경계들은 정의하기 어렵고, 샤워헤드의 개구들을 통해 기판 프로세싱 영역을 침범할 수 있다. 유도적으로-결합된 플라즈마의 경우, 소량의 이온화가 직접적으로 기판 프로세싱 영역 내에서 이루어질 수 있다. 또한, 형성하는 필름의 바람직한 특징들을 없애지 않으면서, 기판 프로세싱 영역에서 저 강도(intensity)의 플라즈마가 생성될 수 있다. 여기된 플라즈마 배출물들을 생성하는 동안 챔버 플라즈마 영역(또는, 그 점에 대해서는, 원격 플라즈마 영역)보다 훨씬 더 낮은 강도의 이온 밀도를 갖는 플라즈마에 대한 모든 원인들(causes)은 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "무-플라즈마"의 범위를 벗어나지 않는다.
[0042] 삼불화질소(또는 다른 불소-함유 전구체)는, 상이한 실시예들에서, 약 25sccm 내지 약 200sccm, 약 50sccm 내지 약 150sccm, 또는 약 75sccm 내지 약 125sccm의 속도들로 챔버 플라즈마 영역(1020) 내로 유동될 수 있다. 수증기는, 상이한 실시예들에서, 약 25sccm 내지 약 200sccm, 약 50sccm 내지 약 150sccm, 또는 약 75sccm 내지 약 125sccm의 속도들로 기판 프로세싱 영역(1070) 내로 유동될 수 있다.
[0043] 챔버 내로의 수증기 및 불소-함유 전구체의 조합된 유량들은 전체 가스 혼합물의 0.05용적% 내지 약 20용적%를 차지할 수 있으며, 나머지는 캐리어 가스들이다. 실시예들에서, 불소-함유 전구체가 원격 플라즈마 영역 내로 유동되지만, 플라즈마 배출물들은 동일한 용적 유동 비율을 갖는다. 불소-함유 전구체의 경우, 원격 플라즈마 영역 내의 압력을 안정화하기 위해, 불소-함유 가스의 개시 전에, 퍼지 가스 또는 캐리어 가스가 원격 플라즈마 영역 내로 먼저 개시될 수 있다.
[0044] 플라즈마 전력은 다양한 주파수들이거나 다중 주파수들의 조합일 수 있다. 예시적인 프로세싱 시스템에서, 플라즈마는 샤워헤드(1053)에 대하여 덮개(1021)에 전달되는 RF 전력에 의해 제공된다. 상이한 실시예들에서, RF 전력은 약 10 와트 내지 약 2000 와트, 약 100 와트 내지 약 2000 와트, 약 200 와트 내지 약 1500 와트, 또는 약 500 와트 내지 약 1000 와트일 수 있다. 상이한 실시예들에서, 예시적인 프로세싱 시스템에서 인가되는 RF 주파수는 약 200㎑ 미만의 낮은 RF 주파수들, 약 10㎒ 내지 약 15㎒의 높은 RF 주파수들, 또는 약 1㎓ 또는 그 초과의 극초단파(microwave) 주파수들일 수 있다. 플라즈마 전력은 원격 플라즈마 영역 내로 용량-결합(CCP)되거나 유도-결합(ICP)될 수 있다.
[0045] 수증기, 임의의 캐리어 가스들 및 플라즈마 배출물들이 기판 프로세싱 영역(1070) 내로 유동하는 동안, 기판 프로세싱 영역(1070)은 다양한 압력들로 유지될 수 있다. 상이한 실시예들에서, 압력은 약 500mTorr 내지 약 30Torr, 약 1Torr 내지 약 20Torr, 또는 약 5Torr 내지 약 15Torr로 유지될 수 있다.
[0046] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 기판 프로세싱 챔버(1001)는 캘리포니아, 산타 클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 ProducerTM GT, CenturaTM AP 및 EnduraTM 플랫폼들을 포함하는 다양한 멀티-프로세싱 플랫폼들 내에 통합될 수 있다. 이러한 프로세싱 플랫폼은 진공을 깨뜨리지 않으면서 여러개의 프로세싱 동작들을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 프로세싱 챔버들은, 다른 타입들의 챔버들 중에서도, 유전체 에칭 챔버들 또는 다양한 화학 기상 증착 챔버들을 포함할 수 있다.
[0047] 증착 시스템들의 실시예들은 집적 회로 칩들을 생산하기 위한 더 큰 제조 시스템들에 통합될 수 있다. 도 3은 개시된 실시예들에 따른 증착, 베이킹(baking) 및 경화 챔버들의 그러한 하나의 시스템(1101)을 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 FOUP들(front opening unified pods)(전면 개방형 통합 포드들)(1102)이 기판들(예컨대, 300㎜ 직경의 웨이퍼들)을 공급하며, 이러한 기판들은 로봇 암들(1104)에 의해 수용(receive)되고, 기판 프로세싱 챔버들(1108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에 저압의 홀딩 영역(1106) 내에 배치된다. 홀딩 영역(1106)으로부터 기판 프로세싱 챔버들(1108a-f)로 그리고 그 역으로 기판 웨이퍼들을 운반하기 위해, 제 2 로봇 암(1110)이 사용될 수 있다. 각각의 기판 프로세싱 챔버(1108a-f)는, 순환식 층 증착(cyclical layer deposition)(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 예비 세정(pre-clean), 탈기(degas), 배향 및 다른 기판 프로세스들에 부가하여, 본 명세서에 설명된 건식 에칭 프로세스들을 포함하는 다수의 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 갖춰질 수 있다.
[0048] 기판 프로세싱 챔버들(1108a-f)은 기판 웨이퍼 상에 유동성 유전체 필름을 증착, 어닐링, 경화 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 그 초과의 시스템 구성요소들을 포함할 수 있다. 하나의 구성에서, 기판 상에 유전체 물질을 증착하기 위해 2쌍의 프로세싱 챔버(예를 들어, 1108c-d 및 1108e-f)가 사용될 수 있으며, 증착된 유전체를 에칭하기 위해 제 3 쌍의 프로세싱 챔버들(예를 들어, 1108a-b)이 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 모든 3쌍의 챔버들(예를 들어, 1108a-f)은 기판 상의 유전체 필름을 에칭하도록 구성될 수 있다. 설명된 프로세스들 중 임의의 하나 또는 그 초과의 프로세스는, 상이한 실시예들에서, 도시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 실시될 수 있다.
[0049] 시스템 제어기(1157)는 모터들, 밸브들, 유동 제어기들, 전력 공급부들 및 본 명세서에 설명되는 프로세스 레시피들을 실시하기 위해 요구되는 다른 기능들을 제어하는 데에 사용된다. 기판 프로세싱 챔버들(1108a-f) 중 하나 또는 모두에 가스들을 유입하도록, 가스 핸들링 시스템(1155)이 또한 시스템 제어기(1157)에 의해 제어될 수 있다. 시스템 제어기(1157)는 가스 핸들링 시스템(1155) 및/또는 기판 프로세싱 챔버들(1108a-f) 내에서 이동가능한 기계 조립체들의 위치를 결정하고 조정하기 위하여 광학 센서들로부터의 피드백에 의존할 수 있다. 기계 조립체들은 시스템 제어기(1157)의 제어하에서 모터들에 의해 움직이는 서셉터들, 스로틀 밸브들 및 로봇을 포함할 수 있다.
[0050] 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기(1157)는 하드 디스크 드라이브(메모리), USB 포트들, 플로피 디스크 드라이브 및 프로세서를 포함한다. 시스템 제어기(1157)는 아날로그 및 디지털 입/출력 보드들, 인터페이스 보드들 및 스텝퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. 프로세싱 챔버들(1108a-f)을 포함하는 멀티-챔버 프로세싱 시스템(1101)의 다양한 부분들은 시스템 제어기(1157)에 의해 제어된다. 시스템 제어기는 하드 디스크, 플로피 디스크 또는 플래시 메모리 썸(thumb) 드라이브와 같은 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 형태의 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 다른 타입들의 메모리가 또한 사용될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특정 프로세스의, 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터 위치, 및 다른 파라미터들을 지시하는 명령어들의 세트들을 포함한다.
[0051] 기판 상에 필름을 에칭, 증착 또는 다른 처리를 하기 위한 프로세스 또는 챔버를 세정하기 위한 프로세스는, 제어기에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품을 사용하여 실시될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는 종래의 임의의 컴퓨터 판독가능한 프로그래밍 언어: 예를 들어 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 또는 기타 언어들로 기록될 수 있다. 적합한 프로그램 코드가 통상의 텍스트 에디터를 사용하여 단일 파일 또는 다중 파일들에 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 사용가능한 매체에 저장되거나 구현된다. 입력된 코드 텍스트가 고수준 언어라면, 코드는 컴파일된 다음, 결과적인 컴파일러 코드가 프리컴파일형 Microsoft Windows® 라이브러리 루틴들의 목적 코드와 링크된다. 링크되는 컴파일된 목적 코드를 실행하기 위해, 시스템 사용자는 목적 코드를 호출하여, 컴퓨터 시스템으로 하여금 메모리에 코드를 로딩하게 한다. 그런 다음, CPU는 코드를 판독하고 실행하여, 프로그램에서 식별되는 과제들을 수행한다.
[0052] 사용자와 제어기 사이의 인터페이스는 터치 감응형 모니터를 통해 이루어질 수 있고, 마우스와 키보드를 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서는, 2개의 모니터들이 사용되는데, 하나는 작업자들을 위해 클린룸 벽에 장착되고, 다른 하나는 서비스 기술자들을 위해 벽 뒤에 장착된다. 이러한 2개의 모니터들은 동일한 정보를 동시에 디스플레이할 수 있는데, 이 경우, 한번에 단지 하나의 모니터만이 입력을 받아들이도록 구성된다. 특정 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 작업자는 손가락 또는 마우스로 디스플레이 스크린 상의 지정된 영역을 터치한다. 터치된 영역은 자신의 하이라이트된 색을 변화시키거나, 새로운 메뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 작업자의 선택을 확인한다.
[0053] 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "기판"은 상부에 층들이 형성되거나 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 패터닝된 기판은 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 반도체 또는 절연체일 수 있으며, 예를 들어, 집적 회로들의 제조에 사용되는 타입의 반도체 기판일 수 있다. 패터닝된 기판의 노출된 "실리콘 산화물"은 주로 SiO2이지만, 질소, 수소, 탄소 등과 같은 다른 원소 성분들의 농도들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 방법들을 사용하여 에칭되는 실리콘 산화물 필름들은 본질적으로 실리콘과 산소로 이루어진다. 용어 "전구체"는 표면으로부터 물질을 제거하거나 표면 상에 물질을 증착하기 위해 반응에 참여하는 임의의 프로세스 가스를 나타내기 위해 사용된다. "플라즈마 배출물들"은 챔버 플라즈마 영역으로부터 빠져나와 기판 프로세싱 영역에 들어가는 가스를 설명한다. 플라즈마 배출물들은, 가스 분자들 중 적어도 일부가 진동 여기되거나, 해리되거나(dissociated) 및/또는 이온화된 상태인 "여기된 상태"에 있다. "라디칼 전구체"는 표면으로부터 물질을 제거하거나 표면 상에 물질을 증착하기 위해 반응에 참여하는 플라즈마 배출물들(플라즈마를 빠져나가는 여기된 상태의 가스)을 설명하는데 사용된다. "라디칼-불소 전구체"는 불소를 함유하는 라디칼 전구체이지만, 다른 원소 성분들을 함유할 수 있다. "비활성 가스"의 문구(phrase)는, 필름을 에칭하거나 필름 내에 포함될 때 화학적 결합들을 형성하지 않는 임의의 가스를 나타낸다. 예시적인 비활성 가스들은 영족 기체들(noble gases)을 포함하지만, (전형적으로) 소량(trace amounts)이 필름에 트랩핑(trapped) 때 화학적 결합들이 형성되지 않는 한 다른 가스들을 포함할 수 있다.
[0054] 용어들 "갭"과 "트렌치"는 에칭되는 기하형상(geometry)이 큰 수평적 종횡비를 갖는다는 암시 없이 전체적으로 사용되었다. 표면 위에서 봤을 때, 트렌치들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들을 나타낼 수 있다. 트렌치는 물질의 섬(island) 주위에 해자(moat) 형상(예를 들어, 실질적으로 원통형의 TiN 필러(pillar))일 수 있다. 용어 "비아(via)"는 수직의 전기적인 연결을 형성하기 위해 금속으로 충진되거나 또는 충진되지 않을 수 있는 (위에서 봤을 때) 낮은 종횡비 트렌치를 나타내기 위해 사용된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 컨포멀한(conformal) 에칭 프로세스는 표면과 동일한 형상으로 표면 상의 물질을 대체로 균일하게 제거하는 것을 나타내고, 즉, 에칭된 층의 표면과 에칭전 표면이 대체로 평행하다. 당업자라면, 에칭된 인터페이스가 아마도 100% 컨포멀할 수는 없으므로, 용어 "대체로"는 허용가능한 공차들을 허용한다는 것을 인식할 것이다.
[0055] 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.
[0056] 수치들의 범위가 제공되는 경우, 그러한 수치 범위의 상한들과 하한들 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않는 한 하한의 단위의 소수점 이하 추가 한 자리까지(to the tenth) 또한 구체적으로 기재된 것으로 해석된다. 명시된 범위 내의 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. 이러한 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 제외되든지 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.
[0057] 본원 및 첨부되는 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들("a" "an" 및 "the")은 문맥상 명백히 달리 지시되지 않는 한, 복수의 지시대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "프로세스(a process)"라는 언급은 복수의 이러한 프로세스들을 포함하며, "유전체 물질(the dielectric material)"이라는 언급은 당업자에게 알려진 하나 또는 그 초과의 유전체 물질들 및 그 등가물들에 대한 언급을 포함하며, 기타의 경우도 마찬가지이다.
[0058] 또한, "포함하는"("comprise," "comprising," "include," "including," 및 "includes")이라는 단어들은, 본 명세서 및 이하의 청구항들에서 사용되는 경우에, 언급된 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 또는 그 초과의 다른 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 단계들, 작용들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법 ― 상기 패터닝된 기판은 노출된 실리콘 산화물 영역들을 가짐 ―으로서,
    플라즈마 배출물들(plasma effluents)을 생성하기 위해, 원격 플라즈마 영역에서 원격 플라즈마를 형성하면서, 상기 기판 프로세싱 영역에 유체적으로(fluidly) 커플링된 상기 원격 플라즈마 영역 내로 불소-함유 전구체를 유동시키는 단계;
    상기 원격 플라즈마 영역을 통해 수증기(water vapor)를 먼저 통과시키지 않으면서, 상기 기판 프로세싱 영역 내로 상기 수증기를 유동시키는 단계; 및
    상기 기판 프로세싱 영역 내로 상기 플라즈마 배출물들을 유동시킴으로써, 상기 노출된 실리콘 산화물 영역을 에칭하는 단계 － 상기 노출된 실리콘 산화물 영역들은 제 1 밀도를 갖는 제 1 실리콘 산화물 영역 및 제 2 밀도를 갖는 제 2 실리콘 산화물 영역을 포함하고, 상기 제 1 밀도는 상기 제 2 밀도 미만이며, 상기 제 1 실리콘 산화물 영역은 제 1 에칭 속도로 에칭하고 상기 제 2 실리콘 산화물 영역은 상기 제 1 에칭 속도보다 느린 제 2 에칭 속도로 에칭함 －를 포함하고,
    상기 불소-함유 전구체 및 상기 플라즈마 배출물들은 수소가 없는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 산화물 영역은 디클로로실란을 전구체로서 사용하여 증착되는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실리콘 산화물 영역은 플라즈마-강화형 화학 기상 증착을 사용하여 증착되는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 실리콘 산화물 영역은 고-밀도 플라즈마 화학 기상 증착을 사용하여 증착되는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에칭 속도는 상기 제 2 에칭 속도를 8배 또는 그 초과의 배만큼 초과하는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에칭 속도는 상기 제 2 에칭 속도를 15배 또는 그 초과의 배만큼 초과하는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에칭 속도는 상기 제 2 에칭 속도를 25배 또는 그 초과의 배만큼 초과하는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 영역은 무-플라즈마(plasma-free)인,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수증기는 상기 기판 프로세싱 영역 외부에서 형성된 임의의 원격 플라즈마에 의해서 여기되지 않는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소-함유 전구체는 원자 불소, 이원자 불소, 삼불화질소, 사불화 탄소, 불화수소 및 이불화제논으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 전구체를 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소-함유 전구체는 이중-구역 샤워헤드의 관통-홀들을 통해 유동되고 상기 수증기는 상기 이중-구역 샤워헤드의 분리된 구역들을 통과하며, 상기 분리된 구역들은 상기 기판 프로세싱 영역 내로 개방되지만 상기 원격 플라즈마 영역 내로는 개방되지 않는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    에칭 동작 동안 상기 패터닝된 기판의 온도는 0℃ 또는 그 초과 및 100℃ 또는 그 미만인,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    에칭 동작 동안 상기 패터닝된 기판의 온도는 5℃ 또는 그 초과 및 40℃ 또는 그 미만인,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    에칭 동작 동안 상기 기판 프로세싱 영역 내의 압력은 50Torr 또는 그 미만 및 0.1Torr 또는 그 초과인,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    플라즈마 배출물들을 생성하기 위해서 상기 원격 플라즈마 영역에서 플라즈마를 형성하는 것은 10 와트 내지 2000 와트의 RF 전력을 상기 원격 플라즈마 영역에 인가하는 것을 포함하는,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 영역의 플라즈마는 용량-결합 플라즈마인,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에서, 패터닝된 기판을 에칭하는 방법.
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