KR102332767B1 - 자기-제한적 원자 열 식각 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

반도체 기판을 식각하는 시스템들 및 방법들은, 반도체 공정처리 챔버의 기판 공정처리 구역 내로 산소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판 공정처리 구역은 반도체 기판을 수납할 수 있고, 반도체 기판은 노출된 금속 함유 물질을 포함할 수 있다. 방법들은 기판 공정처리 구역 내로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 소정의 양의 금속 함유 물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

Description

자기-제한적 원자 열 식각 시스템들 및 방법들
본 기술은 반도체 시스템들, 공정들, 및 장비에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은, 원자 층 식각 공정을 활용하여 금속 함유 물질들을 선택적으로 식각하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
집적 회로들은 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 물질 층들을 생성하는 공정들에 의해 가능해진다. 기판 상에 패터닝된 물질을 생성하는 것은, 노출된 물질의 제거를 위한 제어된 방법들을 요구한다. 포토레지스트에서의 패턴을 하부 층들로 전사하고, 층들을 박형화하고, 표면 상에 이미 존재하는 피쳐들의 측방향 치수들을 박형화하는 것을 포함하는 다양한 목적들을 위해 화학적 식각이 사용된다. 종종, 하나의 물질을 다른 물질보다 빠르게 식각하여, 예컨대, 패턴 전사 공정을 용이하게 하는 식각 공정을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 식각 공정은 제1 물질에 대해 선택적이라고 일컬어진다. 물질들, 회로들 및 공정들의 다양성의 결과로서, 식각 공정들은 다양한 물질들에 대한 선택성을 갖게 개발되어 왔다.
식각 공정들은 공정에서 사용되는 물질들에 기반하여 습식 또는 건식으로 지칭될 수 있다. 습식 HF 식각은 다른 유전체들 및 물질들에 비해 산화규소를 우선적으로 제거한다. 그러나, 습식 공정들은 일부 제약된 트렌치들에 침투하는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 또한, 때로는 잔여 물질을 변형시킬 수도 있다. 기판 공정처리 구역 내에 형성되는 국부적 플라즈마들에서 야기되는 건식 식각들은, 더 제약된 트렌치들에 침투할 수 있고, 민감한 잔여 구조들의 더 적은 변형을 나타낼 수 있다. 그러나, 국부적 플라즈마들은 그들이 방전될 때 전기 아크들을 생성하는 것을 통해 기판을 손상시킬 수 있다. 부가적으로, 플라즈마 유출물들은 챔버 구성요소들을 손상시킬 수 있고, 이는 교체 또는 처리를 요구할 수 있다.
따라서, 고품질 디바이스들 및 구조들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 그리고 다른 필요성들이 본 기술에 의해 다루어진다.
본 기술은 반도체 기판을 식각하는 시스템들 및 방법들을 포함한다. 예시적인 방법들은, 반도체 공정처리 챔버의 기판 공정처리 구역 내로 산소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판 공정처리 구역은 반도체 기판을 수납할 수 있고, 반도체 기판은 노출된 금속 함유 물질을 포함할 수 있다. 방법들은 기판 공정처리 구역 내로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 소정의 양의 금속 함유 물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 산소 함유 전구체는, 개질된(modified) 금속 함유 물질을 생성하기 위해 금속 함유 물질과 반응하도록 구성될 수 있다. 질소 함유 전구체는, 휘발성 착물(volatile complex)을 생성하기 위해, 개질된 금속 함유 물질과 반응하도록 구성될 수 있다. 산소 함유 전구체는 물 또는 라디칼 산소를 포함할 수 있고, 질소 함유 전구체는 아민을 포함할 수 있다. 예컨대, 아민은 실시예들에서 디에틸아민, 프로필아민 또는 N-에틸메틸아민을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 산소 함유 전구체 및 질소 함유 전구체는 기판 공정처리 구역 내로 순차적으로 유동될 수 있다. 방법들은 또한, 산소 함유 전구체를 유동시키는 것에 후속하여 질소 함유 전구체를 유동시키기 전에 제1 시간 기간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 시간 기간은 약 5 초 내지 약 30 초일 수 있다. 방법들은 또한, 질소 함유 전구체를 유동시키는 것에 후속하여 제2 시간 기간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 시간 기간은 약 10 초 내지 약 60 초일 수 있다. 산소 함유 전구체 및 질소 함유 전구체에는 할로겐이 없을 수 있고, 실시예들에서, 활용되는 모든 전구체들에 할로겐이 없을 수 있다. 방법은 또한 일부 실시예들에서 플라즈마가 없는 공정을 포함할 수 있다. 예시적인 방법들은 약 100 ℃ 내지 약 225 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 산소 함유 전구체를 유동시키는 것 및 질소 함유 전구체를 유동시키는 것은 적어도 하나의 부가적인 사이클로 반복될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 함유 물질은 질화티타늄을 포함할 수 있다.
본 기술은 또한 반도체 기판을 식각하는 방법들을 포함한다. 방법들은 반도체 공정처리 챔버의 원격 플라즈마 구역에서 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 반도체 기판을 수납하는 기판 공정처리 구역 내로 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반도체 기판은 노출된 금속 함유 물질을 포함할 수 있다. 기판 공정처리 구역은 원격 플라즈마 구역과 유체적으로(fluidly) 결합될 수 있다. 방법들은 약 1 초 또는 그 초과의 제1 시간 기간 동안 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 또한, 기판 공정처리 구역 내로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 약 1 초 또는 그 초과의 제2 시간 기간 동안 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법들은 또한, 소정의 양의 금속 함유 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법들은 기판 공정처리 구역 내로 부가적인 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 예시적인 방법들은, 기판 공정처리 구역 내로 플라즈마 유출물들을 유동시키고 질소 함유 전구체를 유동시키는 사이클마다 적어도 약 0.2 Å을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 질소 함유 전구체는, 물-메틸아민 용액, 물-에틸아민 용액, 디에틸아민, 프로필아민, 디프로필아민, 물-디에틸아민 용액, 및 N-에틸메틸아민으로 이루어진 전구체들의 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 유출물들은 약 500 W 또는 그 미만의 플라즈마 전력으로 생성될 수 있다.
그러한 기술은, 종래의 시스템들 및 기법들에 비해 많은 이익들을 제공할 수 있다. 예컨대, 특정 금속 함유 물질들을 선택적으로 제거하는 것은 다른 노출된 구조들이 유지될 수 있게 할 수 있으며, 이는 디바이스 무결성을 개선할 수 있다. 부가적으로, 활용되는 물질들은 이전에 용이하게 제거될 수 없었던 물질들의 선택적 제거를 허용할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들은, 이 실시예들의 많은 이점들 및 특징들과 함께, 아래의 설명 및 첨부된 도면들과 함께 더 상세히 설명된다.
본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여, 개시된 기술의 속성 및 이점들의 추가적인 이해가 실현될 수 있다.
도 1은 본 기술에 따른 예시적인 공정처리 시스템의 상부 평면도를 도시한다.
도 2는 본 기술에 따른 예시적인 공정처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 본 기술에 따라 반도체 기판을 선택적으로 식각하는 방법에서의 선택된 동작들을 도시한다.
도 4a 내지 도 4b는 본 기술의 실시예들에 따라 선택된 동작들이 수행되고 있는 기판 물질들의 단면도들을 예시한다.
도 5는 본 기술의 실시예들에 따른 다양한 물질들의 식각량들을 예시하는 도표를 도시한다.
도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시의 목적들을 위한 것이며, 실측인 것으로 구체적으로 언급되지 않는 한 실측인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지는 않을 수 있으며, 예시의 목적들을 위해 부가적이거나 과장된 물질을 포함할 수 있다.
첨부된 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 특징들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은, 유사한 구성요소들 사이를 구별하는, 참조 라벨에 후속하는 문자에 의해 구별될 수 있다. 본 명세서에서 오직 제1 참조 라벨만이 사용되는 경우, 그 설명은, 문자와는 무관하게 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 임의의 구성요소에 적용가능하다.
본 기술은 반도체 기판들로부터 물질 층들을 제거하는 것에 관한 것이다. 백-엔드-오브-라인(back-end-of-line) 공정처리와 같은 공정처리 동안, 하부 구조들을 노출시키도록 물질들이 제거될 수 있다. 하부 구조들은 제조 공정 전반에 걸쳐 형성된 다수의 물질들을 포함할 수 있으며, 이들은 물질 제거 동안 노출될 수 있다. 예컨대, 질화티타늄과 같은 하드 마스크 물질들이 제거되어 하부 피쳐들이 노출될 수 있으며, 하부 피쳐들은, 노출된 구리, 탄소 함유 물질들, 산화물 함유 물질들, 질화물 함유 물질들, 낮은 유전상수(low-k) 유전체들 및 다른 물질들을 포함할 수 있다. 하드 마스크 물질의 제거는, 하부 물질들과 또한 반응할 수 있는 식각제들에 하부 물질들을 노출시킬 수 있다. 피쳐 크기들이 계속해서 감소하고 종횡비들이 계속 증가함에 따라, 제거를 위해 특정 물질들에 맞춤조정될 수 있는 습식 식각제들이 더 이상 실현가능하지 않을 수 있다. 기판들에 적용되는 식각제들의 표면 장력은 민감한 피쳐들을 변형시키거나 붕괴시킬 수 있으며, 이는 디바이스 장애를 야기할 수 있다.
특정 물질들을 제거하려 시도하기 위해 건식 식각제 공정들이 개발되었다. 이러한 공정들은 원자 층 식각을 포함할 수 있으며, 이는, 한 번에 얇은 물질 층들을 제거하기 위해 전구체들을 순차적으로 적용하는 것과 같은 일부 방식들에서 원자 층 증착과 유사할 수 있다. 종래의 원자 층 식각은 제1 전구체를 활용하여 표면 물질을 개질하고, 제2 물질을 활용하여, 개질된 물질을 스퍼터링하거나 식각할 수 있다. 그러나, 이러한 종래의 공정들은 모든 물질들에 대해 적합하지는 않을 수 있고, 하부 구조들을 손상시킬 수 있다. 예컨대, 피쳐 크기들이 감소됨에 따라, 임의의 특정 물질의 양은, 대안적인 물질들을 제거하도록 의도된 동작들 동안의 제거를 허용하기에는 너무 얇아지거나 좁아질 수 있다. 특히, 백-엔드-오브-라인 동작들의 경우, 의도된 물질들 이외의, 식각제들과 접촉할 때 제거될 수 있는 많은 상이한 물질들이 단일 시간에 노출될 수 있다. 많은 종래의 공정들은 할로겐 함유 식각제들을 활용하며, 이러한 식각제들은, 의도된 층들 이외의 많은 노출된 물질들을 식각할 수 있거나 의도된 대상들보다 다른 노출된 물질들을 더 빠르게 식각할 수도 있다. 부가적으로, 플라즈마 기반 동작들은 유효 플라즈마 전력들에서 노출된 표면들 또는 하부 물질들을 스퍼터링하고 손상시킬 수 있다.
본 기술은 기판 상의 다른 노출된 물질들보다 특정 물질들을 선택적으로 제거할 수 있는 주기적 원자 층 식각 공정을 활용함으로써 이러한 결점들을 극복한다. 예컨대, 본 기술은 다른 노출된 물질들보다 질화티타늄 및 질화탄탈럼을 선택적으로 제거하여 하드 마스크 및 다른 물질 층들의 선택적 제거를 허용할 수 있다. 일부 실시예들은, 다른 물질 층들을 실질적으로 또는 본질적으로 유지하면서 특정 물질들을 선택적으로 제거할 수 있는, 할로겐이 없는 그리고 플라즈마가 없는 공정을 활용함으로써 이러한 결과들을 생성한다. 부가적으로, 일부 실시예들은, 식각제 전구체들을 생성하는 데 있어 이전에 이용된 것보다 더 낮은 플라즈마 전력을 활용함으로써 이러한 결과들을 생성할 수 있다. 개시된 원자 층 식각 공정들을 활용함으로써, 단층들과 같은 얇은 물질 층들이 개별 사이클 동안 제거될 수 있게 하도록 자기-제한적 제거가 수행될 수 있다.
나머지 개시내용은 특정 반도체 구조들을 관례대로 식별할 것이지만, 본 기술은 백-엔드-오브-라인 하드 마스크 제거로 그와 같이 제한되지 않을 수 있다. 예컨대, 본 기술 전반에 걸쳐 논의되는 선택적 제거 기법들은 논의된 물질들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 반도체 디바이스들의 다양한 고종횡비 피쳐들에 대해 수행될 수 있다. 기법들은 부가적인 식각 및 제거 동작들을 배제할 수 있고, 제거될 수 있지만 다른 물질 제거 후에 특정 두께로 유지되어야 하는 물질들의 과-증착을 배제할 수 있다. 따라서, 본 기술은 본원에서 논의된 것들 이상의 임의의 수의 반도체 및 산업 공정들에서 적용될 수 있는 바와 같은 선택적 식각을 포함한다. 본 발명의 구조들이 형성될 수 있는 하나의 예시적인 시스템을 식별한 후, 본 개시내용은 특정 구조들뿐만 아니라 원자 층 식각 기법을 활용하여 개별 물질들의 선택적 제거를 수행하는 방법들을 논의할 것이다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른, 증착, 식각, 베이킹, 및 경화 챔버들의 공정처리 시스템(100)의 일 실시예의 상부 평면도를 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 전방 개방 통합 포드(FOUP)들(102)이 다양한 크기들의 기판들을 공급하며, 기판들은, 로봇 팔들(104)에 의해 수용되어, 탠덤 구역들(109a-c)에 위치된 기판 공정처리 챔버들(108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에 저압 유지 영역(106) 내에 배치된다. 제2 로봇 팔(110)은 기판 웨이퍼들을 유지 영역(106)으로부터 기판 공정처리 챔버들(108a-f)로 그리고 그로부터 다시 이송하는 데 사용될 수 있다. 각각의 기판 공정처리 챔버(108a-f)는, 주기적 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 식각, 사전 세정, 탈기, 배향, 다른 기판 공정들에 더하여 본원에서 설명된 식각 공정들을 포함하는 다수의 기판 공정처리 동작들을 수행하도록 갖추어질 수 있다.
기판 공정처리 챔버들(108a-f)은, 기판 웨이퍼 상에 물질 막들을 증착, 어닐링, 경화, 및/또는 식각하기 위한 하나 이상의 시스템 구성요소를 포함할 수 있다. 일 구성에서, 두 쌍의 공정처리 챔버들(예컨대, 108c-d 및 108e-f)은 기판 상에 유전체 물질을 증착하는 데 사용될 수 있고, 제3 쌍의 공정처리 챔버들(108a-b)은 증착된 유전체를 식각하는 데 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 세 쌍의 챔버들(예컨대, 108a-f) 모두가 기판 상의 물질을 식각하도록 구성될 수 있다. 아래에 설명되는 공정들 중 임의의 하나 이상의 공정은 상이한 실시예들에 도시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 수행될 수 있다. 유전체 막들을 위한 증착, 식각, 어닐링, 및 경화 챔버들의 부가적인 구성들이 시스템(100)에 의해 고려된다는 것이 인식될 것이다. 많은 챔버들이 공정처리 시스템(100)에서 활용될 수 있고, 전구체, 환경, 또는 제어 특징들을 공유하는 2개의 유사한 챔버를 포함할 수 있는 탠덤 챔버들로서 포함될 수 있다.
도 2는 본 기술의 동작들에서 활용될 수 있는 예시적인 공정처리 챔버(200)의 단면 개략도를 도시한다. 챔버(200)는, 예컨대, 이전에 논의된 시스템(100)의 공정처리 챔버 구역들(108) 중 하나 이상에서 사용될 수 있다. 챔버(200)는 전구체들을 전달하고 열적 가열을 통해 전구체들을 활성화할 수 있거나, 플라즈마 생성을 활용할 수 있다. 원격 플라즈마 시스템("RPS")(210)은 가스를 공정처리할 수 있으며, 그러한 가스는 이어서, 가스 유입구 조립체(211)를 통해 이동한다. 가스 유입구 조립체(211) 내에 2개의 별개의 가스 공급 채널이 존재할 수 있다. 제1 채널(212)은 RPS(210)를 통과하는 가스를 운반하는 한편, 제2 채널(213)은 RPS(210)를 우회할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 제1 채널(212)은 공정 가스에 대해 사용될 수 있고, 제2 채널(213)은 처리 가스에 대해 사용될 수 있다. 덮개 또는 전도성 상단 부분(221) 및 천공된 구획, 이를테면 샤워헤드(253)는 그들 사이에 절연 링(224)을 갖는 것으로 도시되며, 절연 링(224)은 AC 전위가 샤워헤드(253)에 대해 덮개(221)에 인가되게 할 수 있다. 공정 가스는 제1 채널(212)을 통해 챔버 플라즈마 구역(220) 내로 이동할 수 있고, 단독으로 또는 RPS(210)와 조합되어, 챔버 플라즈마 구역(220) 내의 플라즈마에 의해 여기될 수 있다. 챔버 플라즈마 구역(220) 및/또는 RPS(210)의 조합은 본원에서 원격 플라즈마 시스템으로 지칭될 수 있다. 천공된 구획은 또는 샤워헤드(253)는 샤워헤드(253) 아래의 기판 공정처리 구역(270)으로부터 챔버 플라즈마 구역(220)을 분리시킬 수 있다. 샤워헤드(253)는 챔버 플라즈마 구역(220)에 존재하는 플라즈마가 기판 공정처리 구역(270)에서 가스들을 직접 여기시키는 것을 피할 수 있게 하면서, 여기된 종들이 여전히 챔버 플라즈마 구역(220)으로부터 기판 공정처리 구역(270) 내로 이동할 수 있게 할 수 있다.
샤워헤드(253)는 챔버 플라즈마 구역(220)과 기판 공정처리 구역(270) 사이에 위치될 수 있고, 플라즈마 유출물들 또는 전구체들의 여기된 유도체들 또는 챔버 플라즈마 구역(220) 내에 생성된 다른 가스들이, 샤워헤드에 포함된 평판 또는 평판들의 두께를 가로지르는 복수의 관통 홀들(256)을 통과할 수 있게 할 수 있다. 전구체들 및/또는 플라즈마 유도체들은, 기판 지지부(275) 상에 위치된 기판(280) 상에 증착될 수 있는 막들을 생성하기 위해 공정처리 구역(270)에서 결합될 수 있다. 샤워헤드(253)는 또한, 증기 또는 가스의 형태로 전구체로 채워질 수 있고 기판 공정처리 구역(270) 내로 작은 홀들(255)을 통과하지만 챔버 플라즈마 구역(220) 내로는 직접 통과하지 못하는 하나 이상의 중공 체적(251)을 가질 수 있다. 샤워헤드(253)는, 개시된 실시예들에서 관통 홀들(256)의 최소 직경(250)의 길이보다 더 두꺼울 수 있다. 상당한 농도의 여기된 종들이 챔버 플라즈마 구역(220)으로부터 기판 공정처리 구역(270)으로 침투하는 것을 유지하기 위해, 관통 홀들의 최소 직경(250)의 길이(226)는 샤워헤드(253)를 통해 부분적으로 관통 홀들(256)의 더 큰 직경 부분들을 형성함으로써 제한될 수 있다. 관통 홀들(256)의 최소 직경(250)의 길이는 개시된 실시예들에서 관통 홀들(256)의 최소 직경과 동일한 자릿수이거나 그 미만일 수 있다.
도시된 실시예에서, 샤워헤드(253)는, 관통 홀들(256)을 통해, 플라즈마 증기/가스뿐만 아니라 여기되지 않은 전구체들을 함유하는 공정 가스들을 분배할 수 있다. 부가적으로, 샤워헤드(253)는, 더 작은 홀들(255)을 통해, 플라즈마 구역(220)과 별개로 유지되는 부가적인 전구체들을 분배할 수 있다. 공정 가스 또는 가스들은, 전구체들이 공정처리 구역(270)에 별개로 진입할 때까지 샤워헤드(253)를 통해 유체적으로 분리되어 유지될 수 있다. 전구체들은, 전구체들이 일단 공정처리 구역에 진입하면 서로 접촉하여 반응할 수 있거나, 원자 층 공정처리를 수행하기 위해 순차적으로 제공되어 전달들 사이에서 퍼징될 수 있다.
챔버(200)는, 물질들을 증착 또는 식각하거나 본 기술과 관련하여 논의된 동작들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 챔버(200)는 또한 수행되는 동작들에서 플라즈마 형성 없이 활용될 수 있고, 대신, 챔버 내로 전달된 전구체들을 열적으로 활성화시킬 수 있거나 전구체들이 화학적으로 서로 반응할 수 있게 할 수 있다. 챔버(200)는, 본 기술과 함께 활용될 수 있는 예시적인 챔버로서만 포함된다. 본 기술의 동작들은 챔버(200) 또는 임의의 수의 다른 증착, 식각, 또는 반응성 챔버들에서 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3을 참조하면, 금속 함유 물질을 선택적으로 식각하는 방법(300)에서의 선택된 동작들이 도시되며, 이러한 동작들 중 하나 이상은, 예컨대, 이전에 설명된 바와 같은 챔버(200)에서 또는 상이한 챔버들에서 수행될 수 있다. 방법(300)은, 방법의 개시 전에, 프론트-엔드 공정처리, 증착, 식각, 연마, 세정, 또는 설명된 동작들 전에 수행될 수 있는 임의의 다른 동작들을 포함하는 하나 이상의 동작을 포함할 수 있다. 임의의 크기의 반도체 웨이퍼일 수 있는 공정처리된 기판은 방법(300)을 위해 챔버 내에 위치될 수 있다. 실시예들에서, 방법(300)의 동작들은 수행되는 동작들에 따라 다수의 챔버들에서 수행될 수 있다. 부가적으로, 실시예들에서, 전체 방법(300)은, 대기열 시간들, 오염 문제들, 및 진공 깨뜨림을 감소시키기 위해 단일 챔버에서 수행될 수 있다. 통상의 기술자들에 의해 용이하게 인식될 바와 같이, 방법(300)과 관련하여 논의된 것들에 대한 후속 동작들이 또한 동일한 챔버에서 또는 상이한 챔버들에서 수행될 수 있다.
방법(300)은, 동작(305)에서, 반도체 공정처리 챔버의 기판 공정처리 구역 내로 산소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 반도체 기판은 금속 함유 물질의 하나 이상의 노출된 구역을 포함할 수 있고, 실시예들에서 적어도 하나의 다른 노출된 물질을 포함할 수 있지만, 금속 함유 물질을 포함하는 다수의 물질들이 기판 상에 노출될 수 있다. 방법(300)은 임의적으로, 동작(310)에서, 공정 유지를 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는, 산소 함유 전구체들이 금속 함유 물질과 상호작용하거나 반응할 시간을 허용할 수 있다. 유지는 제1 시간 기간 동안 수행될 수 있다.
방법은 부가적으로, 동작(315)에서, 기판 공정처리 구역 내로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 질소 함유 전구체는, 이를테면 순차적 방식으로, 산소 함유 전구체의 유동에 후속하여 유동될 수 있고, 질소 함유 전구체는 제1 시간 기간의 공정 유지에 후속하여 유동될 수 있다. 제2 공정 유지는 임의적으로, 질소 함유 전구체를 유동시키는 것에 후속하여 동작(320)에서 수행될 수 있다. 제2 공정 유지는, 제2 시간 기간 동안 수행되어, 질소 함유 전구체가 금속 함유 물질과 반응하거나 상호작용할 수 있게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 특정 동작들은 다수의 사이클들로 반복될 수 있다. 예컨대, 동작들(305, 310, 315, 또는 320) 중 하나 이상이 다수 회 반복될 수 있다. 동작(325)에서, 소정의 양의 금속 함유 물질이 반도체 기판으로부터 제거될 수 있다. 과잉 전구체를 불활성 전구체로 퍼징하거나 과잉 전구체 또는 제거된 금속 함유 물질을 공정처리 구역 또는 챔버로부터 펌핑하는 것과 같은 부가적인 동작들이 또한 포함될 수 있다.
이전에 논의된 바와 같이, 본 기술은 반도체 기판으로부터 물질의 원자 층 제거를 수행할 수 있다. 유동된 제1 전구체는 금속 함유 물질의 표면 층과 상호작용하여 개질된 금속 함유 물질을 생성할 수 있다. 비-제한적인 일 예에서, 산소 함유 전구체는 하드 마스크 물질, 이를테면 질화티타늄과 반응하여 소정의 양의 금속 함유 물질을 산화시킬 수 있다. 이러한 개질은 금속 함유 물질의 표면 수준에서만 발생할 수 있거나, 금속 함유 물질 내의 제어된 깊이까지 발생할 수 있다. 예컨대, 금속 함유 물질은, 금속 함유 물질의 제1 깊이까지 개질, 이를테면 산화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 함유 물질은 10 nm 초과로, 약 10 nm로, 또는 10 nm 미만으로 개질될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 함유 물질은 약 9 nm 또는 그 미만, 약 8 nm 또는 그 미만, 약 7 nm 또는 그 미만, 약 6 nm 또는 그 미만, 약 5 nm 또는 그 미만, 약 4 nm 또는 그 미만, 약 3 nm 또는 그 미만, 약 2 nm 또는 그 미만, 약 1 nm 또는 그 미만, 약 9 Å 또는 그 미만, 약 8 Å 또는 그 미만, 약 7 Å 또는 그 미만, 약 6 Å 또는 그 미만, 약 5 Å 또는 그 미만, 약 4 Å 또는 그 미만, 약 3 Å 또는 그 미만, 약 2 Å 또는 그 미만, 약 1 Å 또는 그 미만, 약 0.9 Å 또는 그 미만, 약 0.8 Å 또는 그 미만, 약 0.7 Å 또는 그 미만, 약 0.6 Å 또는 그 미만, 약 0.5 Å 또는 그 미만, 약 0.4 Å 또는 그 미만, 약 0.3 Å 또는 그 미만, 약 0.2 Å 또는 그 미만, 약 0.1 Å 또는 그 미만으로 개질될 수 있고, 구조의 단일 층 또는 단층에서만 개질될 수 있다. 예컨대, 실시예들에서, 금속 함유 물질의 상단 단층만이 개질될 수 있다.
산소 함유 물질은, 일부 실시예들에서, 질소 함유 전구체의 도입 전에 공정처리 구역으로부터 퍼징될 수 있다. 퍼징은, 예컨대, 기판 공정처리 구역으로부터 미반응 전구체들을 제거하는, 챔버의 펌핑 시스템에 의해 발생할 수 있다. 또한, 산소-함유 전구체는 활용되는 산소 함유 전구체의 양을 제한하도록 또는 산소 함유 전구체와 금속 함유 물질 간의 상호작용의 양을 제한 또는 제어하도록 챔버 내로 펄싱될 수 있다. 실시예들에서, 후속하여, 질소 함유 전구체가 기판 공정처리 구역 내로 유동되어, 개질된 금속 함유 물질과 상호작용할 수 있다. 질소 함유 전구체는, 금속 함유 물질의 개질되지 않은 부분들과 상호작용이 제한되거나 어떠한 상호작용도 하지 않으면서 금속 함유 물질의 개질된 부분들과 반응할 수 있다.
질소 함유 전구체는 개질된 금속 함유 물질의 착물을 생성할 수 있고, 실시예들에서, 이러한 착물은 휘발성일 수 있다. 휘발성 물질은 금속 함유 물질의 표면으로부터 탈착될 수 있으며, 이는 위에서 논의된 물질 제거를 생성할 수 있다. 제거량은 산소 함유 전구체와 같은 제1 전구체에 의해 생성되는 개질된 물질의 양에 의해 결정될 수 있다. 질소 함유 전구체와 같은 제2 전구체는 개질된 물질과 우선적으로 또는 배타적으로 반응하여, 제거될 수 있는 휘발성 착물을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 방법(300)은 자기-제한적 제거를 제공할 수 있으며, 여기서, 개질된 물질은 기판의 표면으로부터 또는 금속 함유 물질의 표면으로부터 제거될 수 있지만, 개질되지 않은 물질은 유지된다. 일단 개질된 물질이 표면으로부터 제거되면, 질소 함유 전구체로부터 어떠한 추가적인 반응도 발생하지 않을 수 있다.
산소 함유 전구체는 산소를 포함하는 임의의 물질일 수 있거나 그러한 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 산소, 물, 오존, 질소-및-산소 함유 전구체들, 및 화학적 구조에서 산소를 포함할 수 있는 다른 물질들을 포함할 수 있다. 산소 함유 전구체는 기판으로의 전달 전에 플라즈마를 통해 유동될 수 있고, 대안적인 실시예들에서, 산소 함유 전구체는 기판으로의 전달 전에 플라즈마를 통해 유동되지 않을 수 있다. 예컨대, 플라즈마는 산소와 같은 산소 함유 전구체로부터 형성될 수 있고, 플라즈마 유출물들은 금속 함유 물질들과의 상호작용을 위해 기판으로 유동될 수 있다. 다른 실시예들에서, 물 또는 수증기와 같은 산소 함유 전구체가 금속 함유 물질과 상호작용하기 위해 기판으로 직접 유동될 수 있다.
질소 함유 전구체는 임의의 질소 함유 물질일 수 있고, 일부 실시예들에서, 질소 함유 전구체는 아민일 수 있거나 아민을 포함할 수 있다. 아민은 산화된 금속 함유 물질과 반응하여, 휘발성 착물일 수 있는 착물을 생성할 수 있다. 아래에 논의된 공정 조건들에 기반하여, 휘발성 착물은 금속 함유 물질의 표면으로부터 탈착되고 챔버로부터 제거될 수 있다. 예시적 아민들은 하나 이상의 아민을 단독으로 포함할 수 있거나, 또는 수성 아민들의 하나 이상의 용액을 포함할 수 있다. 예컨대, 본 기술에 적합한 아민들은 1급 아민들, 2급 아민들, 3급 아민들, 또는 시클릭 아민들을 포함할 수 있다. 예시적인 아민들은 하나 이상의 알킬 모이어티, 아릴 모이어티, 방향족 모이어티, 또는 일부 다른 조합을 포함할 수 있다. 임의의 아민이 본 기술에서 사용될 수 있지만, 예시적인 아민들은 암모니아, 메틸아민, 디에틸아민, 프로필아민, 디프로필아민, N-에틸메틸아민, 또는 다른 아민들, 아닐린들, 및 질소 함유 물질들을 포함할 수 있다. 아닐린들은, 예컨대, 2-플루오로아닐린, 2-플루오로-6-(트리플루오로메틸)아닐린, 2-플루오로-3-(트리플루오로메틸)아닐린을 포함할 수 있는 임의의 할로겐화된 아닐린들을 포함할 수 있다. 부가적인 전구체들은 할로겐화된 규소 함유 전구체들을 포함하는 규소 함유 전구체들을 포함할 수 있다. 예컨대, 실시예들에서, 트리메틸(트리플루오로메틸)실란이 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 아민들의 수용액들이 또한 사용될 수 있고, 메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 또는 임의의 다른 아민 또는 질소 함유 물질의 수용액을 포함할 수 있다. 용액 내의 물의 양은 실시예들에서 약 10 % 내지 약 90 %일 수 있고, 실시예들에서 약 30 % 내지 약 60 %일 수 있다. 물 및 아민 둘 모두를 포함하는 용액들은 금속 함유 물질의 일부분을 식각하기 위해 공정처리 구역 내로 아민 용액을 유동시키는 단일 동작을 포함하도록 방법(300)을 조정할 수 있다.
산소 함유 전구체 및 질소 함유 전구체는 기판 공정처리 구역 내로 순차적으로 유동될 수 있고, 각각의 물질의 유동은 공정처리 챔버 내로의 펄싱된 전달일 수 있다. 각각의 펄스의 시간은 산소 함유 전구체와 질소 함유 전구체 간에 유사하거나 상이할 수 있고, 또한, 방법의 사이클들 간에 유사하거나 상이할 수 있다. 전구체들 중 임의의 전구체에 대한 펄스 시간은 실시예들에서 약 30 초 또는 그 미만일 수 있고, 실시예들에서, 약 20 초 또는 그 미만, 약 10 초 또는 그 미만, 약 8 초 또는 그 미만, 약 6 초 또는 그 미만, 약 4 초 또는 그 미만, 약 2 초 또는 그 미만, 약 1 초 또는 그 미만, 약 0.9 초 또는 그 미만, 약 0.8 초 또는 그 미만, 약 0.7 초 또는 그 미만, 약 0.6 초 또는 그 미만, 약 0.5 초 또는 그 미만, 약 0.4 초 또는 그 미만, 약 0.3 초 또는 그 미만, 약 0.2 초 또는 그 미만, 약 0.1 초 또는 그 미만, 또는 그 미만일 수 있다. 일부 실시예들은 각각의 사이클로 물질의 일 단층 또는 몇몇 단층들만을 제거하려 시도할 수 있기 때문에, 펄스 시간은 실시예들에서 약 0.1 초 내지 약 5 초일 수 있거나, 실시예들에서, 약 0.1 초 내지 약 2 초, 또는 약 0.1 초 내지 1 초일 수 있다.
유지 동작들이 수행되는 시간량이 또한 식각률 및 식각량에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 유지 시간이 더 길수록 더 많은 금속 함유 물질이 개질될 수 있다. 따라서, 실시예들에서, 유지 시간은 실시예들에서 약 1 초 또는 그 초과일 수 있고, 실시예들에서, 약 5 초 또는 그 초과, 약 10 초 또는 그 초과, 약 15 초 또는 그 초과, 약 20 초 또는 그 초과, 약 25 초 또는 그 초과, 약 30 초 또는 그 초과, 약 35 초 또는 그 초과, 약 40 초 또는 그 초과, 약 45 초 또는 그 초과, 약 50 초 또는 그 초과, 약 55 초 또는 그 초과, 약 60 초 또는 그 초과이거나 그보다 길 수 있다. 실시예들에서, 유지 시간은 활용되는 전구체의 양에 의해 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 유지 시간들 중 어느 하나 동안에 개질 또는 제거되는 물질의 양에서 플래토(plateau)가 발생할 수 있으며, 이는, 방법에서의 반쪽 반응들 또는 제거의 종료를 표시할 수 있다. 각각의 동작에 대해 유지되는 시간은, 방법에 대한 대기열 시간들에 대한 영향을 제한하기 위해, 그러한 플래토의 발생에 기반하여 상향 또는 하향 조정될 수 있다.
공정 조건들은 본 기술의 방법들의 하나 이상의 양상에 영향을 줄 수 있다. 온도는, 방법의 동작들을 야기하거나, 그의 효율을 증가시키거나, 또는 다른 방식으로 그에 기여하도록 조정될 수 있다. 방법(300)의 하나 이상의 동작은 약 80 ℃ 또는 그 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도는 약 90 ℃ 또는 그 초과, 약 100 ℃ 또는 그 초과, 약 110 ℃ 또는 그 초과, 약 120 ℃ 또는 그 초과, 약 130 ℃ 또는 그 초과, 약 140 ℃ 또는 그 초과, 약 150 ℃ 또는 그 초과, 약 160 ℃ 또는 그 초과, 약 170 ℃ 또는 그 초과, 약 180 ℃ 또는 그 초과, 약 190 ℃ 또는 그 초과, 약 200 ℃ 또는 그 초과, 약 210 ℃ 또는 그 초과, 약 220 ℃ 또는 그 초과, 약 230 ℃ 또는 그 초과, 약 240 ℃ 또는 그 초과, 약 250 ℃ 또는 그 초과, 약 260 ℃ 또는 그 초과, 약 270 ℃ 또는 그 초과, 약 280 ℃ 또는 그 초과, 약 290 ℃ 또는 그 초과, 약 300 ℃ 또는 그 초과, 약 310 ℃ 또는 그 초과, 약 320 ℃ 또는 그 초과, 약 330 ℃ 또는 그 초과, 약 340 ℃ 또는 그 초과, 약 350 ℃ 또는 그 초과이거나 그보다 더 높을 수 있다. 실시예들에서, 온도는, 이러한 범위들 중 하나에 포함된 임의의 온도, 또는 이러한 범위들 또는 언급된 온도들 중 임의의 것에 의해 포함되는 더 작은 범위일 수 있다.
실시예들에서 약 100 ℃ 또는 그 초과의 온도를 유지함으로써, 반응들 중 하나 이상을 개시하기 위한 부가적인 에너지원들이 필요하지 않을 수 있다. 부가적으로, 약 100 ℃ 초과의 온도들은, 개질된 또는 산화된 금속 함유 물질 사이에 형성된 착물이 금속 함유 물질의 표면으로부터 탈착될 수 있게 할 수 있다. 질소 함유 전구체와 개질된 또는 산화된 금속 함유 물질의 접촉 시에, 휘발성 착물이 동시에 형성 및 탈착될 수 있고, 이어서 공정처리 구역 또는 챔버로부터 제거될 수 있다.
압력을 포함하는 부가적인 챔버 조건들이 금속 함유 물질의 식각률과 같은 수행되는 동작들에 영향을 주도록 조정될 수 있다. 실시예들에서, 챔버 내의 압력은 약 50 mTorr 내지 약 10 Torr로 유지될 수 있다. 압력은 또한, 약 5 Torr 또는 그 미만, 약 3 Torr 또는 그 미만, 약 2 Torr 또는 그 미만, 약 1 Torr 또는 그 미만, 약 900 mTorr 또는 그 미만, 약 800 mTorr 또는 그 미만, 약 700 mTorr 또는 그 미만, 약 600 mTorr 또는 그 미만, 약 500 mTorr 또는 그 미만, 약 400 mTorr 또는 그 미만, 약 300 mTorr 또는 그 미만, 약 200 mTorr 또는 그 미만, 약 100 mTorr 또는 그 미만, 약 90 mTorr 또는 그 미만, 약 80 mTorr 또는 그 미만, 약 70 mTorr 또는 그 미만, 약 60 mTorr 또는 그 미만, 약 50 mTorr 또는 그 미만, 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예들에서, 압력은 약 100 mTorr 내지 약 1 Torr로 유지될 수 있고, 약 100 mTorr 내지 약 800 mTorr, 약 100 mTorr 내지 약 600 mTorr, 또는 약 200 mTorr 내지 약 400 mTorr로 유지될 수 있다.
압력은 전구체들 중 임의의 전구체의 펄스 시간에 기반하여 조정될 수 있다. 예컨대, 전구체의 펄스 시간을 증가시키는 것은 챔버 내의 압력을 증가시킬 수 있다. 압력은, 챔버를 펌핑함으로써 물질의 펄스에 후속하여 감소될 수 있거나, 증가된 압력으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 수증기의 펄스 시간을 증가시킴으로써, 전체 식각 시간은 영향을 받지 않을 수 있다. 그러나, 공정처리 구역 내의 펄스 시간 및 압력을 증가시키는 것은 금속 함유 물질 상에 형성되는 산화물 층의 두께를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 산소 함유 전구체 펄스 시간을 약 0.5 초로부터 약 2 초까지 증가시키고 압력이 약 400 mTorr로부터 약 800 mTorr까지 증가될 수 있게 하는 것은 산화물 두께를 2 nm 넘게 증가시킬 수 있고, 두께를 3 nm 넘게 또는 그보다 많이 증가시킬 수 있다.
질소 함유 전구체의 양은 공정의 식각률에 영향을 줄 수 있고, 금속 함유 물질 상에 형성되는 산화물 두께에 의존할 수 있다. 예컨대, 질소 함유 전구체의 펄스는 특정 양의 개질된 금속 함유 물질만을 제거할 수 있다. 그러나, 부가적인 질소 함유 전구체를 공정처리 구역 내로 유동시킴으로써, 질소 함유 전구체의 제1 펄스로 완전히 제거되지 않은 잔류 개질된 물질이 존재하는 경우, 추가적인 양의 개질된 금속 함유 물질이 제거될 수 있다. 따라서, 공정 대기열 시간들은, 금속 함유 물질을 더 큰 깊이까지 개질하고 그런 다음 개질된 금속 함유 물질의 층들을 순차적으로 식각 및 제거하기 위해 질소 함유 전구체 전달의 다수의 사이클들을 수행함으로써 감소될 수 있다. 따라서, 산소 함유 전구체를 공정처리 챔버 내로 유동시키고 제1 시간 기간 동안 유지를 수행하는 모든 각각의 동작에 대해, 질소 함유 전구체를 유동시키는 다수의 동작들이 수행될 수 있다.
질소 함유 전구체를 유동시키는 각각의 동작은, 질소 함유 전구체를 유동시키는 것 및 제2 시간 기간 동안 유지를 수행하는 것 둘 모두가 수행될 수 있도록 위에 논의된 바와 같이 유지를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산소 함유 전구체를 공정처리 구역 내로 유동시키는 각각의 동작에 대해, 질소 함유 전구체를 유동시키는 동작은 1 회 이상 반복될 수 있고, 금속 함유 물질에 대한 산화와 같은 개질의 깊이에 따라 적어도 2 회, 적어도 3 회, 적어도 4 회, 적어도 5 회, 적어도 6 회, 적어도 7 회, 적어도 8 회, 적어도 9 회, 적어도 10 회, 적어도 11 회, 적어도 12 회, 적어도 13 회, 적어도 14 회, 적어도 15 회 또는 그보다 많은 횟수로 반복될 수 있다.
임의의 수반되는 유지 기간과 함께 산소 함유 전구체를 유동시키는 것 및 질소 함유 전구체를 유동시키는 것 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는 방법(300)의 임의의 동작의 총 사이클 수는 금속 함유 물질의 원하는 식각 깊이에 기반할 수 있다. 예컨대, 방법(300)의 각각의 사이클은 특정 양의 금속 함유 물질을 식각할 수 있고, 사이클마다 적어도 약 0.05 Å을 식각할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법(300)은 사이클마다 적어도 약 0.08 Å을 식각할 수 있고, 사이클마다 적어도 약 0.1 Å, 사이클마다 적어도 약 0.12 Å, 사이클마다 적어도 약 0.14 Å, 사이클마다 적어도 약 0.16 Å, 사이클마다 적어도 약 0.18 Å, 사이클마다 적어도 약 0.2 Å, 사이클마다 적어도 약 0.22 Å, 사이클마다 적어도 약 0.24 Å, 사이클마다 적어도 약 0.26 Å, 사이클마다 적어도 약 0.28 Å, 사이클마다 적어도 약 0.3 Å, 사이클마다 적어도 약 0.32 Å, 사이클마다 적어도 약 0.34 Å, 사이클마다 적어도 약 0.36 Å, 사이클마다 적어도 약 0.38 Å, 사이클마다 적어도 약 0.4 Å, 사이클마다 적어도 약 0.42 Å, 사이클마다 적어도 약 0.44 Å, 사이클마다 적어도 약 0.46 Å, 사이클마다 적어도 약 0.48 Å, 사이클마다 적어도 약 0.5 Å 또는 그 초과를 식각할 수 있다.
산소 함유 전구체의 각각의 펄스마다 질소 함유 전구체의 다수의 펄스들이 공정처리 구역 내로 유동되는 실시예들에서, 질소 함유 전구체의 사이클마다 식각되는 물질의 양은 위에 언급된 식각률들 중 임의의 식각률일 수 있다. 원자 층 증착은 기판 상에 형성된 물질들 중 임의의 물질을 증착하도록 수행될 수 있고, 일반적으로, 더 형상추종적인 물질 층을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 증착되는 물질 및 공정 조건들에 따라, 성장률은 전구체들의 사이클마다 약 0.35 Å일 수 있다. 본 기술은 대응하는 성장률들과 유사하거나 그보다 큰 식각률을 특징으로 하는 금속 함유 물질들의 원자 층 식각을 수행할 수 있는 것으로 나타났다.
다른 증착 방법들이 또한 상이한 식각률들을 생성할 수 있다. 예컨대, 물리 기상 증착은 원자 층 증착으로 형성된 물질들에 대한 식각률들보다 작은 식각률들을 생성할 수 있다. 물리 기상 증착은 종종 원자 층 증착보다 더 높은 품질 또는 더 조밀한 막을 생성하기 때문에, 방법(300)의 사이클마다 제거되는 물질의 양은 그러한 막들에 대해 더 낮을 수 있다. 따라서, 수행되는 방법(300)의 사이클 수는 제거될 막의 품질에 따라 더 클 수 있다. 수행되는 방법(300)의 전체 사이클 수는 제거될 금속 함유 물질의 깊이와 관련될 수 있지만, 실시예들에서 약 5 사이클 또는 그보다 많을 수 있다. 부가적으로, 방법(300)의 양상들은, 제거될 물질의 양에 따라, 적어도 약 10 사이클, 적어도 약 20 사이클, 적어도 약 50 사이클, 적어도 약 75 사이클, 적어도 약 100 사이클, 적어도 약 150 사이클, 적어도 약 200 사이클, 적어도 약 250 사이클, 적어도 약 300 사이클, 적어도 약 350 사이클, 적어도 약 400 사이클, 적어도 약 450 사이클, 적어도 약 500 사이클, 적어도 약 550 사이클, 적어도 약 600 사이클, 적어도 약 650 사이클, 적어도 약 700 사이클, 적어도 약 750 사이클, 적어도 약 800 사이클, 적어도 약 850 사이클, 적어도 약 900 사이클, 적어도 약 950 사이클, 적어도 약 1000 사이클, 또는 그보다 많은 사이클로 반복될 수 있다. 유동 및/또는 유지 동작들 둘 모두가 사이클마다 반복될 수 있거나, 실시예들에서, 특정 동작들이 사이클마다 반복될 수 있다. 예컨대, 산소 함유 전구체를 유동시키는 각각의 사이클마다, 질소 함유 전구체를 유동시키는 것이 적어도 10 회 반복될 수 있고, 그에 따라, 산소 함유 전구체를 유동시키는 총 50 사이클 동안, 질소 함유 전구체를 유동시키는 것은 약 총 500 사이클이 반복될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 기술은 자기-제한적일 수 있는 원자 층 식각을 이용하여 하나 이상의 금속 함유 물질을 제거하기 위한, 할로겐이 없는 그리고 플라즈마가 없는 공정을 제공할 수 있다. 실시예들에서, 방법(300)에서 사용되는 전구체들 중 하나 또는 둘 모두, 또는 그 전부에 할로겐이 없을 수 있으며, 이는, 기판 표면 상의 다른 노출된 물질들에 대한 금속 함유 물질들의 더 선택적인 식각을 허용할 수 있다. 부가적으로, 방법(300)은 플라즈마가 없는 환경에서 수행될 수 있고, 실시예들에서 어떠한 플라즈마 전구체도 수반하지 않을 수 있다. 라디칼 전구체들은, 막 조성과 관계없이 표면 상의 물질들을 스퍼터링하거나 다른 방식으로 식각할 수 있는 물리적 방식으로, 노출된 물질들과 상호작용할 수 있다. 공정처리 구역 및 챔버 내의 플라즈마 유출물들을 최소화하거나 제거함으로써, 기판 상의 다른 물질들보다 금속 함유 물질의 선택적 식각을 허용할 수 있는 화학적-기반 식각이 수행될 수 있다.
실시예들에서, 플라즈마 전구체들은, 기판 상의 노출된 물질들, 및 식각 공정 동안 유지될 물질들에 대해 허용가능할 수 있는 식각량에 따라 하나 이상의 동작에서 활용될 수 있다. 일부 물질들은 식각되도록 의도된 금속 함유 물질에 대한 제거량을 수용할 수 있는 증가된 두께로 이전 동작들에서 형성 또는 증착될 수 있다. 플라즈마 유출물들은 공정처리 챔버 외부에서 또는 공정처리 챔버 내에서 생성될 수 있다. 원격 플라즈마 유닛은 공정처리 챔버와 유체적으로 결합될 수 있고, 라디칼 유출물들을 기판에 제공할 수 있다. 공정처리 챔버 내에서, 플라즈마는 기판 수준에서 형성될 수 있거나, 기판 공정처리 구역과 물리적으로 별개이지만 유체적으로 결합되는 챔버의 구역에서 생성될 수 있다. 기판으로부터 원격으로 플라즈마를 생성함으로써, 플라즈마 입자들로부터 성분을 스퍼터링하는 것이 제한될 수 있다. 예컨대, 플라즈마는, 플라즈마 유출물들을 기판 공정처리 구역 내로 유동시키기 전에 기판 공정처리 구역의 업스트림에 형성된 용량성 결합, 유도성 결합, 마이크로파, 또는 다른 플라즈마로 생성될 수 있다.
하나 이상의 전구체는 전구체들로 유동될 수 있는 캐리어 가스들을 포함하는 플라즈마 공정을 통해 여기될 수 있다. 일부 실시예들에서, 산소 함유 전구체는, 플라즈마가 형성되어 라디칼 유출물들을 생성할 수 있는 원격 플라즈마 구역 내로 유동될 수 있다. 플라즈마 유출물들은, 이를테면 앞서 논의된 바와 같은 면판 또는 샤워헤드를 통해 기판 공정처리 구역에 제공될 수 있고, 금속 함유 물질의 노출된 구역들을 포함하는 기판과 상호작용할 수 있다. 플라즈마 유출물들은 금속 함유 물질을 산화시키거나 산화시키는 것을 도울 수 있다. 플라즈마는 실시예들에서 산소와 같은 임의의 산소 함유 전구체로부터 형성될 수 있고, 수증기 또는 다른 산소 함유 전구체들과 함께 또는 그들에 대해 대안적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 산소 함유 플라즈마 유출물들은 단독으로 사용될 수 있거나 앞서 논의된 바와 같이 물 펄스와 함께 사용될 수 있다. 기판 공정처리 구역에 물 펄스가 제공될 수 있고, 그런 다음, 산소 함유 플라즈마 유출물들이 공정처리 구역에 전달되어 기판 표면들과 추가로 상호작용할 수 있다.
언급된 바와 같이, 플라즈마 전구체들은 기판의 표면 상의 임의의 노출된 물질들과 상호작용할 수 있고, 따라서, 부가적인 물질 제거가 제한될 수 있는 실시예들에서, 플라즈마가 없이 공정이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서 사용되는 플라즈마는 또한 저전력 플라즈마일 수 있고, 약 1000 W 미만일 수 있다. 부가적으로, 산소 함유 전구체에 인가되는 플라즈마 전력은, 실시예들에서, 약 900 W 또는 그 미만, 약 800 W 또는 그 미만, 약 700 W 또는 그 미만, 약 600 W 또는 그 미만, 약 500 W 또는 그 미만, 약 400 W 또는 그 미만, 약 300 W 또는 그 미만, 약 200 W 또는 그 미만, 약 100 W 또는 그 미만, 또는 그보다 적을 수 있다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 백-엔드-오브-라인 하드 마스크 제거를 포함할 수 있는, 본 기술의 실시예들에 따라 선택된 동작들이 수행되는 기판 물질들의 단면도들이 도시된다. 기판들은 산화물, 질화물, 폴리규소, 구리, 블랙 다이아몬드, 낮은 유전상수 유전체 또는 통상의 기술자에 의해 이해될 다른 물질들의 계층상 구역들을 포함할 수 있다. 도 4a에 예시된 간략화된 개략도는, 기판(405)의 구역들 상에 형성된 금속 함유 물질(410a)을 갖는 기판(405)을 포함한다. 예시되지는 않지만, 기판은 금속 함유 물질(410a)과 같은 하드 마스크 물질의 노출된 구역들과 함께 위에 논의된 바와 같은 많은 상이한 물질들의 노출된 구역들을 포함할 수 있다. 금속 함유 물질은, 예컨대, 패터닝 공정에 후속하는 제거를 위한 잔류 물질일 수 있다. 제거는 본 기술에 따라 수행될 수 있고, 이는, 다른 노출된 물질들에 대한 영향 없이 또는 제한된 영향으로 금속 함유 물질의 식각을 허용할 수 있다.
제거 공정은 금속 함유 물질(410a)을 산소 함유 전구체, 이를테면 수증기 또는 일부 다른 산소 함유 물질에 노출시키는 것을 수반할 수 있다. 산소 함유 전구체는 실시예들에서 금속 함유 물질(410a)을 최대 약 0.1 Å 또는 약 0.1 Å일 수 있는 깊이까지, 그리고 약 0.12 Å 또는 그 초과, 약 0.14 Å 또는 그 초과, 약 0.16 Å 또는 그 초과, 약 0.18 Å 또는 그 초과, 약 0.2 Å 또는 그 초과, 약 0.22 Å 또는 그 초과, 약 0.24 Å 또는 그 초과, 약 0.26 Å 또는 그 초과, 약 0.28 Å 또는 그 초과, 약 0.3 Å 또는 그 초과, 약 0.32 Å 또는 그 초과, 약 0.34 Å 또는 그 초과, 약 0.36 Å 또는 그 초과, 약 0.38 Å 또는 그 초과, 약 0.4 Å 또는 그 초과, 또는 그 초과일 수 있는 깊이까지, 그리고 이러한 열거된 수치들 중 임의의 2개의 수치 사이의 임의의 범위 또는 이러한 범위들 중 임의의 범위에 의해 포함되는 더 작은 범위 내에 있을 수 있는 깊이까지 개질하거나 산화시킬 수 있다.
상호작용을 위한 충분한 시간을 허용하기 위해, 산소 함유 전구체는 위에서 논의된 바와 같은 시간 기간 동안 기판 공정처리 구역 내에서 유지될 수 있다. 실시예들에서, 잔여 또는 미반응 산소 함유 전구체는 챔버로부터 퍼징될 수 있다. 후속하여, 앞서 논의된 바와 같은 아민과 같은 질소 함유 전구체가 공정처리 구역에 전달될 수 있으며, 여기서, 그러한 질소 함유 전구체는 금속 함유 물질(410a)의 개질된 또는 산화된 부분과 상호작용하거나 반응할 수 있다. 이러한 상호작용은 공정처리 온도들에서 기판 및 금속 함유 물질의 표면으로부터 탈착되는 휘발성 착물을 생성할 수 있고, 챔버의 공정처리 구역으로부터 퍼징될 수 있다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 금속 함유 물질(410b)이 감소되는 한편 기판(405)은 실질적으로 또는 본질적으로 어떠한 상호작용도 없을 수 있는 제한된 개질을 갖는다. 공정은 부가적인 금속 함유 물질을 제거하기 위해 앞서 논의된 바와 같이 다수의 사이클들 동안 반복될 수 있으며, 실시예들에서, 모든 금속 함유 물질을 제거할 수 있다.
도 5는, 금속 함유 물질이 앞서 논의된 방법들의 동작들을 사용하여 제거될 수 있는 기판의 표면 상에 노출될 수 있는 다양한 물질들의 도표를 도시한다. 실시예들에서, 금속 함유 물질은 질화티타늄일 수 있고, 다른 질화물 또는 금속 함유 물질들이거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로, 노출된 물질들은 산화규소, 산화하프늄, 다른 금속 산화물들, 블랙 다이아몬드 또는 다른 낮은 유전상수 유전체들, 구리 또는 다른 금속들, 질화물 물질들, 이를테면 질화탄탈럼 등을 포함할 수 있다. 도표에 도시된 바와 같이, 본 기술에 따른 방법들은 이러한 다른 물질들에 대해 질화티타늄을 선택적으로 식각할 수 있다. 실시예들에서, 질화티타늄은 대부분의 다른 물질들에 대해 약 10:1 또는 그 초과의 선택도로 식각될 수 있고, 약 20:1 또는 그 초과, 약 30:1 또는 그 초과, 약 40:1 또는 그 초과, 약 50:1 또는 그 초과, 약 60:1 또는 그 초과, 약 70:1 또는 그 초과, 약 80:1 또는 그 초과, 약 90:1 또는 그 초과, 약 100:1 또는 그 초과, 또는 그 초과의 선택도로 식각될 수 있고, 일부 실시예들에서, 기판 상의 다른 물질들에 대해 실질적으로 또는 본질적으로 어떠한 손실도 없어서, 질화티타늄과 이러한 다른 물질들 사이의 완전한 선택성이 제공된다.
질화탄탈럼은 본 기술에 따른 원자 층 식각의 500 사이클에 걸쳐 질화티타늄에 대해 소정의 식각 손실량을 나타냈다. 본 기술에 따라 15 nm 초과의 질화티타늄이 식각되는 동안, 질화탄탈럼은 2 나노미터 미만의 제거를 나타냈다. 수행되는 사이클 수에 따라, 질화티타늄은, 약 5:1 또는 그 초과, 약 6:1 또는 그 초과, 약 7:1 또는 그 초과, 약 8:1 또는 그 초과, 약 9:1 또는 그 초과, 약 10:1 또는 그 초과, 약 12:1 또는 그 초과, 약 15:1 또는 그 초과, 또는 그 초과의 선택도로 질화탄탈럼에 대해 식각될 수 있다. 부가적으로, 질화탄탈럼은, 본 기술의 공정이 다른 물질들을 실질적으로 유지하면서 질화탄탈럼을 부가적으로 식각하기 때문에, 수행된 사이클 수에 따라 앞서 언급된 수치들 중 임의의 수치의 선택도로 다른 열거된 물질들에 대해 식각될 수 있다.
앞선 설명에서, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해서 다수의 세부사항들이 설명의 목적들을 위해 기재되었다. 그러나, 특정 실시예들은 이러한 세부사항들 중 일부가 없이, 또는 부가적인 세부사항들과 함께 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
수 개의 실시예들이 개시되었지만, 실시예들의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인지될 것이다. 부가적으로, 본 기술을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 다수의 잘 알려진 공정들 및 요소들은 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 맥락이 명확히 다르게 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서 하한의 단위의 최소 분율까지, 각각의 중간 값이 또한 특정적으로 개시된다는 것이 이해된다. 언급된 범위의 임의의 언급된 값들 또는 언급되지 않은 중간 값들과 그 언급된 범위의 임의의 다른 언급된 또는 중간 값 사이의 임의의 더 좁은 범위가 포함된다. 그러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 독립적으로 범위 내에 포함되거나 제외될 수 있고, 더 작은 범위들에 한계치들 중 어느 하나가 포함되거나, 한계치들 중 어느 한계치도 포함되지 않거나, 한계치들 둘 모두가 포함되는 각각의 범위가 또한 언급된 범위에서의 임의의 특정적으로 제외된 한계치를 조건으로 본 기술 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계치들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그 포함된 한계치들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
본원에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 맥락이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태들은 복수의 참조들을 또한 포함한다. 따라서, 예컨대, "층"에 대한 참조는 복수의 그러한 층들을 포함하고, "전구체"에 대한 참조는 하나 이상의 전구체 및 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 공지된 그의 등가물들 등에 대한 참조를 포함한다.
또한, "포함하다", "포함하는", "함유하다", "함유하는", "구비하다" 및 "구비하는"이라는 단어들이 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 구성요소들, 또는 동작들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징, 정수, 구성요소, 동작, 작용, 또는 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 반도체 기판을 식각하는 방법으로서,
    반도체 공정처리 챔버의 원격 플라즈마 구역에서 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들을 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판을 수납하는 기판 공정처리 구역 내로 상기 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계 ― 상기 반도체 기판은 노출된 금속 함유 물질을 포함함 ―;
    상기 기판 공정처리 구역 내 플라즈마가 없는 공정(plasma-free process)으로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계; 및
    소정의 양의 상기 금속 함유 물질을 제거하는 단계를 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소 함유 전구체는, 개질된 금속 함유 물질을 생성하기 위해 상기 금속 함유 물질과 반응하도록 구성되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 질소 함유 전구체는, 휘발성 착물을 생성하기 위해, 상기 개질된 금속 함유 물질과 반응하도록 구성되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질소 함유 전구체는 아민을 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아민은, 디에틸아민, 프로필아민, 또는 N-에틸메틸아민을 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산소 함유 전구체 및 상기 질소 함유 전구체는 상기 기판 공정처리 구역 내로 순차적으로 유동되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산소 함유 전구체를 유동시키는 단계에 후속하여 상기 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계 전에 제1 시간 기간 동안 유지하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 시간 기간은 약 5 초 내지 약 30 초인, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계에 후속하여 제2 시간 기간 동안 유지하는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 시간 기간은 약 10 초 내지 약 60 초인, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 질소 함유 전구체에는 할로겐이 없고, 상기 방법은 플라즈마가 없는 공정을 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 약 100 ℃ 내지 약 225 ℃의 온도에서 수행되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 산소 함유 전구체를 유동시키는 단계 및 상기 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계는 적어도 하나의 부가적인 사이클로 반복되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 금속 함유 물질은 질화티타늄을 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  15. 반도체 기판을 식각하는 방법으로서,
    반도체 공정처리 챔버의 원격 플라즈마 구역에서 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들을 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판을 수납하는 기판 공정처리 구역 내로 상기 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계 ― 상기 반도체 기판은 노출된 금속 함유 물질을 포함하고, 상기 기판 공정처리 구역은 상기 원격 플라즈마 구역과 유체적으로(fluidly) 결합되고, 상기 산소 함유 전구체는, 개질된 금속 함유 물질을 생성하기 위해 상기 금속 함유 물질과 반응하도록 구성됨 ―;
    약 1 초 또는 그 초과의 제1 시간 기간 동안 유지하는 단계;
    상기 기판 공정처리 구역 내 플라즈마가 없는 공정으로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계 ― 상기 질소 함유 전구체는, 휘발성 착물을 생성하기 위해, 상기 개질된 금속 함유 물질과 반응하도록 구성됨 ―;
    약 1 초 또는 그 초과의 제2 시간 기간 동안 유지하는 단계; 및
    소정의 양의 상기 금속 함유 물질을 제거하는 단계를 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판 공정처리 구역 내로 부가적인 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 기판 공정처리 구역 내로 상기 플라즈마 유출물들을 유동시키고 상기 질소 함유 전구체를 유동시키는 사이클마다 적어도 약 0.2 Å을 제거하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 질소 함유 전구체는 물-메틸아민 용액, 물-에틸아민 용액, 디에틸아민, 프로필아민, 디프로필아민, 물-디에틸아민 용액, 및 N-에틸메틸아민로 구성되는 전구체 그룹으로부터 선택되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 플라즈마 유출물들은 약 500 W 또는 그 미만의 플라즈마 전력으로 생성되는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
  20. 반도체 기판을 식각하는 방법으로서,
    반도체 공정처리 챔버의 원격 플라즈마 구역에서 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들을 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판을 수납하는 기판 공정처리 구역 내로 상기 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계 ― 상기 반도체 기판은 노출된 금속 함유 물질을 포함함 ―;
    상기 기판 공정처리 구역 내 플라즈마가 없는 공정으로 질소 함유 전구체를 유동시키는 단계; 및
    소정의 양의 상기 금속 함유 물질을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 산소 함유 전구체 및 상기 질소 함유 전구체에는 할로겐이 없고, 상기 방법은 플라즈마가 없는 공정을 포함하는, 반도체 기판을 식각하는 방법.
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