KR102323168B1 - 리모트 원자층 증착을 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
시스템들과 방법들은, 전구체 가스를 프로세싱 챔버의 반응 체적 내로 도입함으로써, 기판 상에 막을 증착한다. 기판은 반응 체적 내에 배치된다. 미리 결정된 담금 기간 후에, 전구체 가스는 반응 체적으로부터 퍼지된다. 기판은 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 플라즈마 가스에 노출된다.
Description
본 발명은 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 리모트 원자층 증착을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
여기서 제공되는 배경 서술은 본 발명의 맥락을 개략적으로 제공하기 위한 것이다. 출원 시점에서 별도로 선행 기술로서의 자격을 얻을 수 없는 명세서의 양태들 (aspects) 뿐만 아니라, 이 배경 섹션에서 설명되는 범위까지, 현재 지명된 발명자들의 작품은 본 발명에 대하여 분명하게 또는 암시적으로 선행 기술로서 인정되지 않는다.
도 1은 열적 원자층 증착 (tALD ; thermal atomic layer deposition) 을 사용하여 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 막을 증착하기 위한 방법의 예시를 도시한다. 10에서, 전구체 (precursor) 는 반도체 웨이퍼와 같은 기판에 노출되도록 프로세싱 챔버의 반응 체적 (volume) 내로 도입된다. 14에서, 전구체는 반응 체적으로부터 퍼지된다 (purged). 16에서, 반응물 가스 (reactant gas) 는 반응 체적 내로 도입된다. 예를 들어, 반응물 가스는 암모니아일 수도 있다. 18에서, 반응물 가스는 퍼지된다.
기판 상의 결과적인 막 (resulting film) 은 절대적으로 낮은 k (ELK; extreme low k) 유전체 층 및 컨포멀 스텝 커버리지 (conformal step coverage) 에 무시할 수 있는 손상을 가진다. 그러나, 막은 빈약한 (poor) 막 밀도를 가지며, 통상적으로 8.8 g/㎤ 근방의 밀도를 가진다. 이것은 ELK 유전체 층으로부터의 습기 방출 (out-diffusion) 및 Cu 열 방출에서의 좋지 못한 배리어 (barrier) 성능을 야기한다.
대조적으로, 이온-유도된 (ion-induced) 원자층 증착 (iALD) 또는 플라즈마-강화된 (plasma-enhanced) 원자층 증착 (PEALD) 프로세스들은 도 1의 16에서 아르곤, 수소 및 암모니아의 조합으로 용량성-커플링된 (capacitively-coupled) 플라즈마 (CCP) 처리를 사용한다. 결과적인 막은 높은 막 밀도 (13 g/㎤) 및 우수한 스텝 커버리지를 가진다. 그러나, 막은 상당한 ELK 손상, 수율 손실 (yield loss), 및 원치 않는 탄소 불순물의 높은 함유량 (예를 들어, >20 원자%) 을 가진다.
기판 상에 막을 증착하는 방법은, 프로세싱 챔버의 반응 체적 (reaction volume) 내로 전구체 (precursor) 가스를 도입하는 단계로서, 기판은 상기 반응 체적 내에 배치되는, 상기 전구체 가스를 도입하는 단계; 미리 결정된 담금 기간 (soak period) 후, 상기 반응 체적으로부터 상기 전구체 가스를 퍼지 (purge) 하는 단계; 및 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 플라즈마 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 상기 방법은 듀얼 플리넘 샤워헤드 (dual plenum showerhead) 위에 플라즈마 돔 (dome) 을 배치시키는 단계; 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드에 근접한 상기 반응 체적 내의 페데스탈 (pedestal) 상에 상기 기판을 위치시키는 단계; 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드의 제 1 판 및 제 2 판 사이에 정의된 제 1 플리넘으로 상기 전구체 가스를 공급하는 단계로서, 상기 전구체 가스는 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드의 제 1 분배 홀들을 통해 상기 반응 체적으로 흐르는, 상기 제 1 플리넘으로 상기 전구체 가스를 공급하는 단계; 및 상기 플라즈마 돔의 제 2 플리넘으로 상기 플라즈마 가스를 공급하는 단계를 더 포함한다. 상기 제 2 플리넘은 상기 플라즈마 돔 및 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드 사이에 정의된다. 상기 플라즈마 가스는 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드의 제 2 분배 홀들을 통해 상기 반응 체적으로 흐른다.
다른 특징들에서, 상기 제 2 플리넘으로 프로세스 가스를 공급하는 단계; 상기 플라즈마 돔 주변에 코일들을 배치하는 단계; 및 상기 제 2 플리넘에서 상기 플라즈마 가스를 만들도록 상기 코일들에 전류를 공급하는 단계에 의해, 상기 제 2 플리넘에 상기 플라즈마 가스가 멀리서 (remotely) 생성된다.
다른 특징들에서, 상기 방법은, 상기 반응 체적으로부터 상기 플라즈마 가스를 퍼지하는 단계를 더 포함한다. 상기 전구체 가스는 탄탈룸, 질소 및 탄소 중 하나를 포함한다. 상기 플라즈마 가스는, 아르곤 그리고 수소 (Ar/H2), 질소 그리고 수소 (N2/H2), 질소 그리고 암모니아 (N2/NH3), 헬륨 그리고 수소 (He/H2) 및/또는 수소 (H2) 중 하나를 포함한다. 상기 플라즈마 가스는, 질소 그리고 수소 (N2/H2) 및 질소 그리고 암모니아 (N2/NH3) 중 하나를 포함한다.
다른 특징들에서, 상기 전구체 가스 및 상기 플라즈마 가스는, 별개의 경로들을 사용하여, 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드를 통하여 흐른다. 상기 방법은, 상기 플라즈마 가스를 사용하여 후 플라즈마 처리 (post plasma treatment) 를 수행하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 후 플라즈마 처리를 퍼지하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 상기 방법은, 상기 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 상기 플라즈마 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계 이전에, 반응물 가스 도스 (reactant gas dose) 를 상기 반응 체적 내에 도입하는 단계 및 상기 반응물 가스 도스를 퍼지하는 단계를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 상기 방법은, 상기 플라즈마 가스를 사용하여 후 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 후 플라즈마 처리를 퍼지하는 단계를 더 포함한다.
기판 상에 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템은, 반응 체적을 포함하는 프로세싱 챔버를 포함한다. 기판은 상기 반응 체적 내의 페데스탈 (pedestal) 상에 배치된다. 듀얼 플리넘 샤워헤드는, 상기 플라즈마 돔 및 상기 반응 체적 사이에 배치된다. 제 1 플리넘은 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드에 의해 정의되고 제 2 플리넘은 상기 플라즈마 돔 및 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드 사이에 정의된다. 플라즈마 가스는 상기 제 2 플리넘 내에 멀리 생성된다. 전구체 소스는 전구체 가스를 상기 제 1 플리넘으로 공급한다. 상기 전구체 가스는 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드의 제 1 분배 홀 (distribution hole) 들을 통해 상기 반응 체적으로 흐른다. 상기 플라즈마 가스는 상기 듀얼 플리넘 샤워헤드의 제 2 분배 홀들을 통해 상기 반응 체적으로 흐른다. 컨트롤러는, 상기 반응 체적 내로 상기 전구체 가스를 도입하도록 구성된다. 미리 결정된 기간 후에, 상기 반응 체적으로부터 상기 전구체 가스를 퍼지하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는, 상기 플라즈마 가스에 상기 기판을 노출시키도록 구성된다.
다른 특징들에서, 상기 컨트롤러는, 상기 플라즈마 가스를 상기 반응 체적으로부터 퍼지하도록 구성된다. 상기 전구체 가스는 탄탈룸, 질소 및 탄소 중 하나를 포함한다. 상기 플라즈마 가스는, 아르곤 그리고 수소 (Ar/H2), 질소 그리고 수소 (N2/H2), 질소 그리고 암모니아 (N2/NH3), 헬륨 그리고 수소 (He/H2) 및/또는 수소 (H2) 중 하나를 포함한다. 상기 플라즈마 가스는, 질소 그리고 수소 (N2/H2) 및 질소 그리고 암모니아 (N2/NH3) 중 하나를 포함한다. 상기 컨트롤러는 상기 플라즈마 가스를 사용하여 후 플라즈마 처리를 수행하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 상기 후 플라즈마 처리를 퍼지하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 상기 컨트롤러는 상기 플라즈마 가스에 상기 기판을 노출시키는 단계 이전에, 반응물 도스 (reactant dose) 를 상기 반응 체적 내에 도입하고, 상기 반응물 도스를 퍼지하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 상기 플라즈마 가스를 사용하여 후 플라즈마 처리를 수행하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 상기 후 플라즈마 처리를 퍼지하도록 구성된다.
본 발명의 적용가능성의 더 넓은 영역들은 발명의 상세한 설명, 특허청구범위들 및 도면로부터 명확해질 것이다. 발명의 상세한 설명 및 구체적인 실시예들은 설명의 목적들로만 의도되고, 본 발명의 범위를 제한하고자 의도되지 않는다.
본 발명은 발명의 상세한 설명 및 수반된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 선행 기술에 따른 열적 원자층 증착 (tALD) 를 수행하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 리모트 플라즈마 원자층 증착 (RPALD) 에 대한 반응 체적의 기능적인 블록 다이어그램들이다.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼-플리넘 샤워헤드의 일 실시예의 사시 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 듀얼-플리넘 샤워헤드의 일 실시예의 분해 사시 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 듀얼-플리넘 샤워헤드의 사시 쿼터 단면도 (quarter-section wiew) 를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 RPALD를 수행하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 RPALD를 수행하기 위한 다른 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 RPALD를 수행하기 위한 다른 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9는 플라즈마 가스 조성의 기능에 대한 에칭 레이트를 도시한 그래프이다.
도 10은 다양한 프로세스들의 기능에 대한, Cu 열적 확산을 통과하기 위한 최소 막 두께를 도시한 그래프이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 및/또는 동일한 구성요소들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
도 1은 선행 기술에 따른 열적 원자층 증착 (tALD) 를 수행하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 리모트 플라즈마 원자층 증착 (RPALD) 에 대한 반응 체적의 기능적인 블록 다이어그램들이다.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼-플리넘 샤워헤드의 일 실시예의 사시 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 듀얼-플리넘 샤워헤드의 일 실시예의 분해 사시 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 듀얼-플리넘 샤워헤드의 사시 쿼터 단면도 (quarter-section wiew) 를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 RPALD를 수행하기 위한 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 RPALD를 수행하기 위한 다른 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 RPALD를 수행하기 위한 다른 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9는 플라즈마 가스 조성의 기능에 대한 에칭 레이트를 도시한 그래프이다.
도 10은 다양한 프로세스들의 기능에 대한, Cu 열적 확산을 통과하기 위한 최소 막 두께를 도시한 그래프이다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 및/또는 동일한 구성요소들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
본 발명은, 리모트 플라즈마 소스가 플라즈마 도스 단계 (plasma dose step) 또는 후-플라즈마 처리 단계 (post-plasma treatment step) 에 사용되는, 질화 탄탈룸 (TaN ; tantalum nitride) 막 또는 다른 막과 같은 막을 증착하기 위해 리모트 플라즈마 원자층 증착 (RPALD ; remote plasma ALD) 을 사용하기 위한 시스템들 및 방법들을 기술한다. 일부 실시예들에서, 듀얼 플리넘 샤워헤드 (dual plenum showerhead) 가 전구체 가스 및 반응물 가스의 혼합을 막는다. 리모트 플라즈마 소스를 사용하면, 본 명세서에서 기술되는 시스템들 및 방법들은 막 밀도 (film density) 를 개선시키고, 더 적은 불순물들 (탄소, 산소) 을 가진 막을 생산한다. 시스템들 및 방법들은 또한 컨포멀 스텝 커버리지를 제공하고, 절대적으로 낮은 유전체 (ELK) 손상을 최소화한다.
본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 반응물로서 및/또는 후-플라즈마 처리로서 리모트 플라즈마 소스를 활용한다. 리모트 플라즈마 소스는 전구체 가스와의 반응에 수반되는 고밀도의 수소-함유 라디칼들을 생성한다. ELK 손상과 관련된 대부분의 이온들은 기판으로의 이송동안 필터링될 수도 있다. 어떤 실시예들에서는, 전구체 가스는 탄탈룸 (Ta), 질소 (N) 및 탄소 (C) 를 포함한다. 전구체 가스는 듀얼 플리넘 샤워헤드의 제 1 플리넘에 도입된다. 어떤 실시예들에서, 아르곤 그리고 수소 (Ar/H2), 질소 그리고 수소 (N2/H2), 질소 그리고 암모니아 (N2/NH3), 헬륨 그리고 수소 (He/H2) 및/또는 수소 (H2) 를 포함하는 프로세스 가스들은 리모트 플라즈마 소스를 생성하도록 플라즈마 돔 (dome) 에 공급된다.
어떤 실시예들에서, 듀얼 플리넘 샤워헤드는 멀리서 생성된 (remotely-generated) 플라즈마를 웨이퍼로 전달한다. 어떤 실시예들에서, N2/H2 및 N2/NH3 를 가진 가스 조성들이 원하는 막 특성들을 달성하기 위해 사용되지만, 이에 제한되는 것은 아니고 본 명세서에서 기술되는 것들과 같은 여타의 가스 조성들이 사용될 수 있다. 생성되는 수소 라디칼들의 비방향성 (non-directionality) 및 높은 밀도에 기인하여, 본 명세서에서 기술되는 시스템들 및 방법들이, 얇은, 연속적인 스텝 커버리지 및 최소화된 플라즈마 손상을 필요로 하는 다양한 작은 피쳐들 (features) 에 적용될 수 있다.
이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 적절한 기판 프로세싱 시스템 (50) 의 실시예들은, 반응 체적 (51) 및 이 반응 체적 (51) 에 인접하여 유체 연통하도록 배치된 플라즈마 돔 (52) 을 포함한다. 어떤 실시예들에서, 플라즈마 돔 (52) 은 석영 또는 여타의 적절한 재료로 만들어질 수도 있다. 복수의 전자석 코일들 (54) 이 플라즈마 돔 (52) 의 외부 표면 주변에 배치될 수도 있다. 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 는 플라즈마 돔 (52) 및 반응 체적 (51) 사이에 배치될 수도 있다. 기판 (58) 은 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 아래의 반응 체적 (51) 내에 페데스탈 (pedestal, 60) 상에 배치될 수도 있다.
프로세스 가스들 (62) 은 매쓰 플로우 컨트롤러 (mass flow controller, 63) 를 통해 플라즈마 돔 (52) 및 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 사이에 정의된 제 2 플리넘으로 공급된다. 디퓨져 (diffuser, 65) 는 프로세스 가스를 확산시키는데 사용될 수도 있다. 리모트 플라즈마 생성기 (82) 는 전자석 코일들 (54) 에 연결된다. 리모트 플라즈마 생성기 (82) 는 코일들 (54) 에 전류를 공급하기 위해 전류 소스를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스는 제 2 플리넘에 공급되고, 플라즈마 가스는, 리모트 플라즈마 생성기 (82) 가 플라즈마 돔 (52) 주위의 코일들 (54) 을 따라 전류를 흐르게 할 때 유도된 자기장 및 전기장에 의해 멀리서 생성된다. 대안적으로, 플라즈마 가스는 플라즈마 돔 (52) 의 외부에서 생성되고 플라즈마 돔 (52) 에 전달될 수도 있다.
도 2a에서, 캐리어 가스 (carrier gas, 72) 및 전구체 가스 (74) 는 매쓰 플로우 컨트롤러 (73) 및 밸브 (76) 를 통해 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 로 공급된다. 도 2b에서, 대안적인 배치가 도시되는데, 여기서 캐리어 가스 (72) 및 전구체 가스 (74) 는 매쓰 플로우 컨트롤러 (73) 및 복수의 밸브들 (85, 87 및 89) 을 통해 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 로 공급된다.
제 1 플리넘은 아래에서 추가적으로 설명될 것과 같이, 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 상측 및 하측 판들 사이에 정의된다. 밸브 (79) 및 펌프 (80) 는 반응 체적 (51) 으로부터 가스를 퍼지하는데 사용될 수도 있다.
듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 는 전구체 또는 플라즈마를 각기 반응 체적으로 전달한다. 다시 말하면, 전구체 가스는 전구체 소스로부터 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 제 1 플리넘으로 이동하고, 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 제 1 분배 홀들을 통해 반응 체적 (51) 으로 이동한다. 대조적으로, 플라즈마는 제 2 플리넘으로부터 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 제 2 세트의 분배 홀들을 통해 반응 체적 (51) 으로 흐른다. 컨트롤러 (90) 는 프로세스를 제어하는데 사용될 수도 있고, 밸브들 (76, 79), 매쓰 플로우 컨트롤러 (73), 펌프 (80) 및 리모트 플라즈마 생성기 (82) 에 연결될 수도 있다.
어떤 실시예들에서, 플라즈마 돔 (52) 및 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 는, 2012년 6월 22일에 출원된 공동 양도된 미국특허출원 제 13/531,254호 "Dual Plenum, Axi-Symmetric Showerhead with Edge-To-Center Gas Delivery"에 개시된 것과 유사한 방식으로 구현될 수도 있고, 상기 특허는 본 명세서에 전체적으로 참조로서 포함된다. 도 3 내지 도 5는 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 실시예의 상세들을 더 도시한다.
도 3은 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 위에 배치된 플라즈마 돔 (52) 을 나타낸다. 플라즈마 돔 (52) 및 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 사이의 영역은 제 2 플리넘을 정의한다. 플라즈마 돔 (52) 은, 플라즈마 돔 (52) 의 상부 부분에 위치된 프로세스 가스들 (62) (또는 플라즈마가 플라즈마 돔 (52) 으로부터 멀리서 생성된 경우의 플라즈마) 을 도입하기 위해 마운팅 위치 (mounting location, 104) 을 포함할 수 있다.
도 3은 또한 페데스탈 (60) 및 가드 링 (guard ring, 100) 을 나타내며, 이것들은 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 구성요소들은 아니고, 어떻게 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 가 기판 프로세싱 시스템 (50) 에서 기판 (58) (또는 페데스탈 (60)) 에 대해 위치될 수도 있는지 설명하기 위한 부가적인 맥락을 제공하기 위해 도시된다.
도 4는 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 의 상부 면판 (upper faceplate, 112) 및 하부 면판 (114) 을 나타낸다. 스크류와 같은 패쓰너 (fastener, 116) 들은 상부 면판 (112) 을 하부 면판 (114) 에 붙이도록 사용될 수도 있다. 패쓰너 (116) 들은 접속 판 (111) 으로 결합될 수도 있고, 접속 판 (111) 은 상부 면판 (112) 의 플랜지 (flange) 와 만난다. 듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 는 마운팅 링 (118) 에 안착될 수도 있다. 마운팅 링 (118) 은, 마운팅 링 (118) 이 가드 링 (108) 을 둘러싸며 아래로 슬라이드하도록 가드 링 (108) 의 직경보다 약간 큰 직경을 가질 수도 있다.
듀얼 플리넘 샤워헤드 (56) 는 알루미늄, 세라믹, 또는 반도체 프로세싱 환경에 호환될 수 있는 여타의 재료들과 같은 여타의 적합한 재료로 제조될 수도 있다. 상부 면판 (112) 및 하부 면판 (114) 은 함께 결속되도록 도시되었으나, 그들은 여타의 방법으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 상부 면판 (112) 및 하부 면판 (114) 은, 예를 들어 확산 본드 (diffusion bond) 또는 브레이징 (brazing) 으로 함께 본딩될 (bonded) 수도 있다.
도 5는 하부 면판 (114) 의 상부 표면에 얹혀 있는 상부 면판 (112) 의 하부 표면을 나타낸다. 상부 면판 (112) 및 하부 면판 (114) 사이의 갭 (gap) 은 가스 분배 채널 (136) 을 형성한다. 단지 예를 들어, 가스 분배 채널 (136) 은 환형일 수도 있다. 가스 공급 도입부들 (120) 은 가스 분배 채널 (136) 과 유체 연통된다. 면판 오링 (124) 은 가스 공급 도입부들 (120) 및 가스 분배 채널 (136) 로부터의 가스가 상부 면판 (112) 및 하부 면판 (114) 사이의 접합부 (interface) 를 통해 빠져나가는 것을 방지할 수도 있다.
도 5는 또한 면판 (112 및 114) 에 의해 형성되고, 중심축 (126) 에 대하여 실질적으로 방사 방향으로 확장될 수도 있는 제 1 채널들 (138) 을 나타낸다. 다른 실시예들은 비-방사 스포크 채널 (non-radial spoke channel) 들, 커빙 채널 (curving channel) 들, 핀휠 채널 (pinwheel channel) 들 또는 여타의 구성들과 같은 채널 모양들을 특징으로 할 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 제 1 채널 (138) 은, 면판들 (112 및 114) 의 외주에 대해 이격된 위치들로부터 면판들 (112 및 114) 의 중심축 (126) 을 향하여 대체적으로 확장된다.
제 2 채널들 (140) 은 면판 (112) 내에 형성되고, 중심축 (126) 에 대하여 실질적으로 원주 방향으로 확장될 수도 있다. 제 2 채널들 (140) 은 상이한 공칭 지름들 (nominal diameters) 을 가질 수도 있고, 그들이 면판 (112) 전체에 걸쳐 분배되도록 이격될 수도 있다. 도시된 제 2 채널들 (140) 은 360도 연장되는 동심의 환형 채널들이지만, 다른 실시예들은 다른 채널 경로 모양들을 특징으로 할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 환형 제 2 채널들 (140) 대신에, 중심축 (126) 을 중심으로 하는, 하나의 또는 복수의 나선형 제 2 채널들이 어떤 실시예들에서 사용될 수도 있다.
면판들 (112 및 114) 은 2개의 상이한 세트들의 가스 분배 홀들을 특징으로 할 수도 있고, 각각은 상이한 플리넘 체적을 배기시키도록 기능한다. 예를 들어, 면판들 (112 및 114) 은 제 1 가스 분배 홀들 (132) 및 제 2 가스 분배 홀들 (134) 을 포함할 수도 있다. 제 2 가스 분배 홀들 (134) 은 제 2 플리넘 체적 내의 가스가 반응 체적 (51) 쪽으로 빠져나가게 할 수도 있다.
제 1 플리넘은, 제 1 채널들 및 제 2 채널들에 의해 정의되는 체적에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수도 있다. 제 1 가스 분배 홀들 (132) 은 제 1 플리넘 내의 가스가 반응 체적 (51) 쪽으로 빠져나가게 할 수도 있다. 제 1 가스 분배 홀들 (132) 은 제 2 가스 분배 홀들 (134) 보다 더 작을 수도 있다. 제 2 가스 분배 홀들 (134) 은 또한 면판들 (112 및 114) 을 통해, 즉 상부 표면 (128) 으로부터 하부 표면 (130) 으로 완전히 연장될 수도 있다. 어떤 실시예들에서, 리모트 플라즈마는 제 2 플리넘에서 생성될 수도 있기 때문에, 반응 체적 (51) 으로 방출되는 자유 라디칼 (free radical) 들의 수를 증가시키는 것이 바람직할 수도 있다. 이에 따라, 제 2 가스 분배 홀들 (134) 은, 특정한 제약들 내에서 반응 체적 (51) 내로 통과하는 자유 라디칼들의 수를 가능한 범위 내에서 최소화하도록 구성되는 직경을 가질 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 도시한다. 204에서, 전구체 도스 (dose) 는 반응 체적 내로 도입된다. 206에서, 전구체 도스는 반응 체적으로부터 퍼지된다. 210에서, 플라즈마 도스는 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 반응 체적 내로 도입된다. 214에서, 플라즈마 도스는 선택적으로 퍼지된다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 도시한다. 230에서, 전구체 도스는 반응 체적 내로 도입된다. 236에서, 전구체 도스는 반응 체적으로부터 퍼지된다. 240에서, 반응물 도스는 반응 체적 내로 도입된다. 244에서, 반응물 도스는 반응 체적으로부터 퍼지된다. 248에서, 후-플라즈마 처리 단계는 리모트 플라즈마를 사용하여 수행된다. 252에서, 후 플라즈마 처리는 선택적으로 반응 체적으로부터 퍼지된다.
단지 예를 들어, 도 7을 기초로 한 방법은 전구체 도스, 퍼지, NH3 반응물 도스, 퍼지, 리모트 플라즈마 N2/NH3 또는 N2/H2 처리 및 그 후의 퍼지를 포함하는 후-플라즈마 처리에 이어지는 열적 반응을 포함할 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예를 도시한다. 270에서, 전구체 도스는 반응 체적 내로 도입된다. 276에서, 전구체 도스는 반응 체적으로부터 퍼지된다. 280에서, 플라즈마 도스 단계는 리모트 플라즈마를 사용하여 수행된다. 284에서, 플라즈마 도스는 선택적으로 반응 체적으로부터 퍼지된다. 288에서, 후-플라즈마 처리 단계는 리모트 플라즈마를 사용하여 수행된다. 292에서, 후 플라즈마 처리는 선택적으로 반응 체적으로부터 퍼지된다.
단지 예를 들어, 도 7을 기초로 한 방법은 2개의 다른 형태들의 리모트 플라즈마 가스 처리를 포함한다. 실시예는 전구체 도스, 퍼지, 리모트 플라즈마 N2/H2 도스 (또는 He/H2), 퍼지, 리모트 플라즈마 He/H2 (또는 N2/H2) 및 그 후의 퍼지를 포함한다.
이제 도 9 및 도 10을 참조하면, ELK 두께 손실, 성장율, 막 화학적 조성, 막 밀도, 및 RPALD TaN 프로세스의 Cu 열적 확산 배리어 테스트가 평가되어 iALD 및 tALD 프로세스들과 비교되었다. 이제 도 9를 참조하면, ELK 블랜킷 (blanket) 기판들 (k=2.4) 상의 에칭 테스트는, H2/N2 또는 NH3/N2 를 가진 리모트 플라즈마 소스가 Ar/H2 를 가진 용량성 커플링된 플라즈마와 비교하여 대략 5의 비율로 더 낮은 ELK 두께 손실을 가졌다는 것을 보여준다.
이제 아래의 표 1을 참조하면, 본 명세서에 설명된 RPALD 프로세스들은, 1Å/싸이클의 높은 성장률, 3 at.% 의 감소된 탄소 불순물을 가진 거의 화학량론의 (stoichiometric) TaN 조성 및 11.2 g/㎤ 의 개선된 막 밀도를 얻는 것이 기대된다. 높은 성장률은 수소 라디칼들 종료된 표면 (hydrogen radicals terminated surface) 상에 전구체 분자들의 개선된 화학 흡착 (chemisorptions) 에 기여될 수도 있다.
| 프로세스 | 성장률 (Å/싸이클) |
막 밀도 (g/㎤) |
화학 조성 (at.%) | |||
| Ta | N | C | O | |||
| iALD | 0.4 | 13 | 49 | 26 | 23 | 2 |
| RPALD | 1.0 | 11.2 | 48 | 47 | 3 | 2 |
| tALD | 0.65 | 8.8 | 48 | 41 | 9 | 2 |
이제 도 10을 참조하면, Cu 100Å 막이 캡핑층 (capping layer) 으로서 증착된 경우 플라즈마 가스가 보여진다. TaN 막의 Cu 열적 확산 배리어 성능은, 가스 분위기 (gas ambient) 의 형성 하에 오븐 내 30분, 400 ℃에서 상승되었다. RPALD TaN 프로세스는, Cu 열적 확산 배리어 테스트를 통과하기 위한 최소 막 두께는 tALD 및 iALD TaN의 중간인, 대략적으로 13Å 였다는 것을 보였다.
RPALD TaN은, 라디칼들의 비-방향성 분배에 기인하여, 작은 피쳐들 상에 얇은, 그리고 컨포멀한 스텝 커버리지를 제공한다. H2/N2 또는 NH3/N2를 가진 RPALD TaN 프로세스는, 최소화된 ELK 하층 손상 (underlayer damage) 과 함께 화학 조성 및 막 밀도와 같은 개선된 필름 속성들을 달성하였다.
앞서 기재한 명세서는 단지 현실적으로 도시되고, 발명, 그것의 어플리케이션 또는 사용들을 제한하고자 하도록 절대 의도되지 않는다. 본 발명의 폭넓은 교시들은 다양한 형태들로 시행될 수 있다. 따라서, 이 발명이 특정 실시예들을 포함하는 반면, 여타의 변형예들이 도면들, 명세서 및 후술할 청구범위들의 연구를 토대로 명백해질 것이기 때문에, 본 발명의 진정한 범위는 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 'A, B 및 C 중 적어도 하나'의 문구 (phrase) 는, 비-제한적인 로지컬한 (logical) '또는' (OR) 을 사용하여, 로지컬한 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하도록 해석되어야 한다. 방법 내의 1 이상의 단계들은 본 발명의 원리들을 변경하지 않는 범위 내에서 다른 순서로 (또는 동시에) 수행될 수도 있다는 점이 이해되어야만 한다.
이 어플리케이션에서, 이하에서의 정의들을 포함하여, 모듈이라는 용어는 회로라는 용어로 대체될 수도 있다. 모듈이라는 용어는, ASIC (Application Specific Integrated Circuit); 디지털, 아날로그, 또는 혼합된 아날로그/디지털 이산회로 (discrete circuit); 디지털, 아날로그, 또는 혼합된 아날로그/디지털 집적회로; 조합 논리회로 (combinational logic circuit); FPGA (field programmable gate array); 코드를 수행하는 (공유된, 전용의 또는 그룹) 프로세서; 프로세서에 의해 수행되는 코드를 저장하는 (공유된, 전용의 또는 그룹) 메모리; 설명된 기능을 제공하는 여타의 적절한 하드웨어 컴포넌트들; 또는 시스템-온-칩에서와 같은, 상술한 것들 중 일부 또는 전부의 조합을 포함하도록, 또는 이것들의 일부인 것으로 지칭될 수도 있다.
위에서 사용된 바와 같은, 코드라는 용어는 소프트웨어, 펌웨어, 및/또는 마이크로코드 (microcode) 를 포함할 수도 있고, 프로그램들, 루틴들 (routines), 함수들 (functions), 클래쓰들 (classes), 및/또는 오브젝트들 (objects) 로 지칭될 수도 있다. 공유된 프로세서라는 용어는 복수의 모듈들로부터 일부 또는 전부의 코드를 수행하는 단일의 프로세서를 포함한다. 그룹 프로세서라는 용어는 부가적인 프로세서들과 결합하여 1 이상의 모듈들로부터 일부 또는 전부의 코드를 수행하는 프로세서를 포함한다. 공유된 메모리라는 용어는 복수의 모듈들로부터 일부 또는 전부의 코드를 저장하는 단일 메모리를 포함한다. 그룹 메모리라는 용어는 부가적인 메모리들과 결합하여 1 이상의 모듈들로부터 일부 또는 전부의 코드를 저장하는 메모리를 포함한다. 메모리라는 용어는 컴퓨터-판독가능한 매체라는 용어의 서브세트 (subset) 일 수도 있다. 컴퓨터-판독가능한 매체라는 용어는 매체를 통해 전파하는 일시적인 (transitory) 전기적 및 전자기적인 신호를 포함하지 않고, 이에 따라 유형의 그리고 비-일시적인 것으로 고려된다. 비-일시적인 유형의 컴퓨터 판독가능한 매체의 비제한적인 예시들은 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 자기 저장장치, 및 광학 저장장치를 포함한다.
본 출원에서 설명되는 장치들 및 방법들은 부분적으로 도는 완전히 1 이상의 프로세서들에 의해 수행되는 1 이상의 컴퓨터 프로그램들에 의해 시행될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램들은 적어도 하나의 비-일시적인 유형의 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 프로세서-수행가능한 인스트럭션 (instruction) 들을 포함한다. 컴퓨터 프로그램들은 또한 저장된 데이터를 포함하거나 및/또는 저장된 데이터에 의존할 수도 있다.
Claims (20)
- 기판 상에 막을 증착하기 위한 시스템에 있어서,
리모트 플라즈마 소스에 커플링되도록 구성된 플라즈마 돔; 및
상기 플라즈마 돔과 프로세싱 챔버의 반응 체적 사이에 배치된 샤워헤드로서, 상기 샤워헤드는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고, 제 1 플리넘이 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 규정되고, 제 2 플리넘이 상기 상부 플레이트와 상기 플라즈마 돔 사이에 규정되는, 상기 샤워헤드를 포함하고,
상기 제 2 플리넘은 프로세스 가스 소스 및 상기 반응 체적과 유체 연통하지만 상기 제 1 플리넘과는 유체 연통하지 않도록 구성되고,
상기 제 1 플리넘은 상기 제 1 플리넘에 공급된 전구체 가스가 상기 반응 체적 내로 흐르도록 전구체 소스 및 상기 반응 체적과 유체 연통하도록 구성되고,
상기 리모트 플라즈마 소스 및 상기 프로세스 가스 소스에 의해 공급된 프로세스 가스를 사용하여 상기 제 2 플리넘 내에서 생성된 플라즈마는 상기 제 1 플리넘 내부의 상기 전구체 가스와 혼합하지 않고 상기 반응 체적 내로 흐르고, 그리고
상기 시스템은 (i) 상기 제 1 플리넘으로부터 상기 반응 체적으로 상기 전구체 가스를 공급하고, (ii) 상기 전구체 가스의 공급에 후속하는 미리 결정된 기간, 상기 반응 체적으로부터 상기 전구체 가스를 퍼지하고, 그리고 (iii) 제 2 플리넘으로부터 상기 반응 체적으로 상기 플라즈마를 공급하도록 구성되는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전구체 가스 및 상기 프로세스 가스의 공급을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 리모트 플라즈마 소스, 상기 전구체 소스, 및 상기 프로세스 가스 소스를 더 포함하는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 플레이트는 상기 제 1 플리넘과 상기 반응 체적 사이에 유체 연통을 제공하는 제 1 분배 홀들을 포함하는, 증착 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 상부 플레이트는 상기 제 2 플리넘과 상기 반응 체적 사이에 유체 연통을 제공하는 제 2 분배 홀들을 포함하는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 돔을 둘러싸는 코일을 더 포함하고, 상기 코일은 상기 플라즈마 돔 내에 상기 플라즈마를 생성하도록 상기 리모트 플라즈마 소스에 의해 에너자이징되도록 (energize) 구성되는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전구체 가스는 탄탈룸, 질소, 및 탄 소중 적어도 하나를 포함하는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기프로세스 가스는 아르곤과 수소, 질소와 수소, 질소와 암모니아, 헬륨과 수소, 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는, 증착 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 (i) 상기 반응 체적으로부터 상기 플라즈마를 퍼지하고, 그리고 (ii) 플라즈마 후처리 단계를 수행하도록 상기 반응 체적으로 플라즈마를 공급하도록 더 구성되는, 증착 시스템. - 리모트 플라즈마 소스에 커플링된 플라즈마 돔;
상기 플라즈마 돔과 프로세싱 챔버의 반응 체적 사이에 위치된 샤워헤드로서, 상기 샤워헤드는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고, 제 1 플리넘이 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 규정되고, 제 2 플리넘이 상기 상부 플레이트와 상기 플라즈마 돔 사이에 규정되고,
상기 제 2 플리넘은 프로세스 가스 소스 및 상기 반응 체적과 유체 연통하지만 상기 제 1 플리넘과는 유체 연통하지 않고,
상기 제 1 플리넘은 상기 제 1 플리넘에 공급된 전구체 가스가 상기 반응 체적 내로 흐르도록 전구체 소스 및 상기 반응 체적과 유체 연통하고, 그리고
상기 리모트 플라즈마 소스 및 상기 프로세스 가스 소스에 의해 공급된 프로세스 가스를 사용하여 상기 제 2 플리넘 내에서 생성되는 플라즈마는 상기 제 1 플리넘 내부의 상기 전구체 가스와 혼합하지 않고 상기 반응 체적 내로 흐르는, 상기 샤워헤드; 및
(i) 상기 제 1 플리넘으로부터 상기 반응 체적으로의 상기 전구체 가스의 공급을 제어하고, (ii) 상기 반응 체적으로의 상기 전구체 가스의 공급에 후속하는 미리 결정된 기간, 상기 반응 체적으로부터 상기 전구체 가스의 퍼지를 제어하고, 그리고 (iii) 상기 제 2 플리넘으로부터 상기 반응 체적으로의 상기 플라즈마의 공급을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 리모트 플라즈마 소스, 상기 전구체 소스, 및 상기 프로세스 가스 소스를 더 포함하는, 시스템. - 기판 상에 막을 증착하는 방법에 있어서,
샤워헤드 내에 규정된 제 1 플리넘으로부터 프로세싱 챔버의 반응 체적 내로 전구체 가스를 공급하는 단계;
미리 결정된 기간에 후속하여, 상기 반응 체적으로부터 상기 전구체 가스를 퍼지하는 단계;
상기 전구체 가스를 퍼지하는 것에 후속하여, 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 상기 샤워헤드 위에 규정된 제 2 플리넘 내에 플라즈마를 생성하는 단계; 및
상기 제 1 플리넘을 통과하지 않고 상기 제 2 플리넘으로부터 상기 반응 체적 내로 공급되는 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는, 증착 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 샤워헤드는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고, 상기 제 1 플리넘은 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 규정되고, 그리고 상기 제 2 플리넘은 상기 상부 플레이트와 플라즈마 돔 사이에 규정되는, 증착 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 전구체 가스를 공급하는 단계는 상기 샤워헤드의 상기 하부 플레이트 내의 제 1 분배 홀들을 통해 상기 전구체 가스를 공급하는 단계를 포함하는, 증착 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 플라즈마를 공급하는 단계는 상기 샤워헤드의 상기 상부 플레이트 내의제 2 분배 홀들을 통해 상기 플라즈마를 공급하는 단계를 포함하는, 증착 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 플라즈마를 생성하는 단계는 상기 샤워헤드 위의 플라즈마 돔의 코일에 전류를 공급하는 단계를 포함하는, 증착 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 전구체 가스는 탄탈룸, 질소, 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는, 증착 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 플라즈마를 생성하는 단계는 프로세스 가스를 상기 제 2 플리넘으로 공급하는 단계 및 상기 리모트 플라즈마 소스를 사용하여 상기 프로세스 가스를 에너자이징하는 단계를 포함하는, 증착 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 프로세스 가스는 아르곤과 수소, 질소와 수소, 질소와 암모니아, 헬륨과 수소, 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는, 증착 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 반응 체적으로부터 상기 플라즈마를 퍼지하고 상기 플라즈마를 퍼지하는 것에 후속하여 플라즈마 후 처리 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 증착 방법.
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