KR102377376B1 - 실리콘 산화물 막들의 선택적 증착 - Google Patents

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Abstract

본원에서 설명된 실시예들은 일반적으로, 기판 상에 형성된 피처들을 충전하기 위한 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계를 포함하고, 패터닝된 피처는 증착 표면 및 하나 또는 그 초과의 측벽들을 포함할 수 있고, 하나 또는 그 초과의 측벽들은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 재료를 포함할 수 있다. 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어질 수 있고, 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킴으로써 형성될 수 있고, 실리콘 산화물 층은 기판의 증착 표면 상에 선택적으로 증착된다.

Description

실리콘 산화물 막들의 선택적 증착
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 표면 상에 막을 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스 기하학적 구조들은 수십 년 전에 그들이 도입된 이후로 사이즈가 급격히 감소되어 왔다. 현대의 반도체 제조 장비는 일상적으로, 45 nm, 32 nm, 및 28 nm의 피처 사이즈(feature size)들을 갖는 디바이스들을 생산하며, 새로운 장비는 훨씬 더 작은 기하학적 구조들을 갖는 디바이스들을 제조하도록 개발 및 구현되고 있다. 감소되는 디바이스 사이즈들은 형성된 디바이스 내의 피처들의 높이에 비해 감소된 종횡비들 또는 감소된 폭을 갖는 구조적 피처들을 초래한다. 피처들이 폭이 좁아짐에 따라, 갭-충전 및 패터닝은 더 까다로워진다.
[0003] 더 낮은 종횡비들을 갖는 피처들을 충전하는 것은 보이드(void)들의 위험성으로 인한 난제들을 제공한다. 증착되는 재료들이 피처들의 최하부뿐만 아니라 측벽들에 부착될 때, 보이드들이 발생하여, 피처가 완전히 충전되기 전에 피처에 걸쳐 성장한다. 이러한 보이드들은 집적 회로들의 감소된 신뢰성을 초래한다.
[0004] 다른 유전체 막들 상에서의 실리콘 산화물 막의 선택적 증착은 최하부로부터-상향으로의(bottom-up) 갭-충전 및 패터닝 애플리케이션들에 중요하다. 실리콘 산화물 막의 선택적 증착을 위한 하나의 효과적인 방법은, 대기압 미만(sub-atmospheric pressure)에서 기판 위에 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시키는 것을 포함한다. 이 방법을 사용하여 실리콘 산화물 막이 실리콘 표면 상에서 성장할 것이지만, 실리콘 산화물 막은 또한, 실리콘 질화물 또는 열적 실리콘 산화물 표면들 상에 또한 성장할 것이다.
[0005] 그러므로, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 층들을 통해 형성되는 패터닝된 반도체 구조들을 선택적으로 충전하는 개선된 방법들이 필요하다.
[0006] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 갭 충전을 위한 박막들의 증착 및 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 피처-충전 애플리케이션들을 위한 실리콘 산화물 막들의 선택적 증착에 관한 것이다.
[0007] 본원의 일 실시예는, 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법을 제공하며, 방법은, 기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계를 포함하고, 패터닝된 피처는 증착 표면 및 하나 또는 그 초과의 측벽들을 포함할 수 있고, 하나 또는 그 초과의 측벽들은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 재료를 포함할 수 있다. 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어질 수 있고, 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킴으로써 형성될 수 있고, 실리콘 산화물 층은 기판의 증착 표면 상에 선택적으로 증착된다.
[0008] 본원의 다른 실시예는, 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법을 제공하며, 방법은, 기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계를 포함하고, 패터닝된 피처는 증착 표면 및 하나 또는 그 초과의 측벽들을 포함할 수 있고, 하나 또는 그 초과의 측벽들은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 재료를 포함할 수 있다. 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어질 수 있고, 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킴으로써 형성될 수 있고, 실리콘 산화물 층은 기판의 증착 표면 상에 선택적으로 증착된다. 방법은, 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 식각하는 단계, 및 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시키는 것 및 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 식각하는 것을 1회 또는 그 초과의 횟수로 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0009] 본원의 다른 실시예는, 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법을 제공하며, 방법은, 기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계를 포함하고, 패터닝된 피처는 증착 표면 및 하나 또는 그 초과의 측벽들을 포함할 수 있고, 측벽들 각각은 베이스 및 캡을 가질 수 있다. 하나 또는 그 초과의 측벽들의 캡은 실리콘 질화물 재료를 포함할 수 있다. 캡의 표면적은 측벽의 표면적의 적어도 1/3을 포함할 수 있다. 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어질 수 있다. 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킴으로써 형성될 수 있고, 실리콘 산화물 층은 기판의 증착 표면 상에 선택적으로 증착된다.
[0010] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 일 실시예에 따른 프로세싱 챔버의 개략적 단면도이다.
[0012] 도 2a는 일 실시예에 따른, 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 방법의 블록 다이어그램이다.
[0013] 도 2b-2d는 도 2a와 함께 논의되는 블록들의 사용에 의해 기판의 표면 상에 형성된 피처의 측단면도들이다.
[0014] 도 3은 실리콘 기판 상에서의 습식 식각률을 실리콘 질화물 기판 상에서의 습식 식각률과 비교하는 히스토그램이다.
[0015] 도 4는 일 실시예에 따라 증착된 막의 개략적 단면도이다.
[0016] 도 5는 일 실시예에 따른, 실리콘 산화물의 선택적 증착을 위해 막을 방향성으로(directionally) 처리하기 위한 방법이다.
[0017] 도 6은 일 실시예에 따른 선택적 증착을 위한 패터닝된 피처들을 갖는 기판의 개략적 단면도이다.
[0018] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 예상된다.
[0019] 본원에서 설명된 실시예들은 일반적으로, 기판 상에 형성된 피처들을 충전하기 위한 방법을 제공한다. 특히, 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 기판 상의 유전체-함유 패터닝된 피처들 내에서의 실리콘 산화물 재료의 선택적 증착을 제공한다.
[0020] 도 1은 일 실시예에 따라 막들을 선택적으로 증착하는 데 사용하기 위한 프로세싱 챔버(100)의 개략적 단면도이다. 일 구성에서, 프로세싱 챔버(100)는 캘리포니아, 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 Producer GT 챔버를 포함할 수 있다. 일반적으로, 프로세싱 챔버(100)는 2개의 프로세싱 구역들(118, 120)을 포함한다. 챔버 바디(102)는 측벽(112), 내부 벽(114), 및 최하부 벽(116)을 포함하며, 이들은 프로세싱 구역들(118, 120)을 정의한다. 각각의 프로세싱 구역(118, 120)의 최하부 벽(116)은 적어도 2개의 통로들(122, 124)을 정의하며, 통로들(122, 124)을 통해 히터 페디스털(128)의 스템(126) 및 웨이퍼 리프트 핀 어셈블리의 막대(rod)(130)가 각각 배치된다.
[0021] 측벽(112) 및 내부 벽(114)은 2개의 원통형 환형 프로세싱 구역들(118, 120)을 정의한다. 프로세싱 구역들(118, 120)로부터 가스들을 배기하고 그리고 각각의 구역(118, 120) 내의 압력을 제어하기 위해, 원주형 펌핑 채널(125)이, 프로세싱 구역들(118, 120)을 정의하는 챔버 벽들에 형성된다. 각각의 프로세싱 구역(118, 120)의 펌핑 채널들(125)은 바람직하게, 공통 배기 채널(도시되지 않음) 및 배기 도관들(도시되지 않음)을 통해 공통 배기 펌프에 연결된다. 각각의 구역은 바람직하게, 펌프에 의해 선택된 압력까지 펌핑 다운되고, 연결된 배기 시스템은 각각의 구역 내의 압력의 균등화를 가능하게 한다. 동작 동안의 프로세싱 챔버 내의 압력은 200 Torr 내지 700 Torr일 수 있다.
[0022] 프로세싱 구역들(118, 120) 각각은 바람직하게, 가스들을 프로세싱 구역들(118, 120) 내로 전달하기 위해 챔버 덮개(104)를 통해 배치된 가스 분배 어셈블리(108)를 포함한다. 각각의 프로세싱 구역의 가스 분배 어셈블리(108)는 가스를 샤워헤드 어셈블리(142) 내로 전달하는 가스 유입 통로(140)를 포함한다. 가스 소스(도시되지 않음)는 가스 유입 통로(140)에 연결되고, 하나 또는 그 초과의 전구체 가스들(예컨대, TEOS, 오존, 암모니아) 및/또는 불활성 가스들(예컨대, 질소)을 샤워헤드 어셈블리(142)를 통해 프로세싱 구역들(118 및 120)로 전달하도록 구성된다. RF 피드스루는 샤워헤드 어셈블리(142)와 히터 페디스털(128) 간에 플라즈마의 발생을 가능하게 하기 위해 바이어스 전위를 샤워헤드 어셈블리(142)에 제공한다.
[0023] 히터 페디스털(128)은 스템(126)에 의해 각각의 프로세싱 구역(118, 120)에서 이동가능하게 배치되며, 스템(126)은 지지 플레이트의 하부면에 연결되고 챔버 바디(102)의 최하부를 통해 연장되고, 여기서 스템(126)은 드라이브 시스템(103)에 연결된다. 스템(126)은, 웨이퍼를 히터 페디스털(128) 상에 포지셔닝하거나 또는 프로세싱을 위해 웨이퍼를 히터 페디스털(128)로부터 제거하기 위해 히터 페디스털(128)을 이동시키도록 챔버(106) 내에서 상방향으로 그리고 하방향으로 이동한다.
[0024] 챔버 바디(102)는, 선택된 프로세스에 적절한 각각의 반응물 가스 및 세정 가스가 가스 분배 어셈블리(108)를 통해 챔버 내로 전달되도록 복수의 수직 가스 통로들을 정의한다. 챔버 벽에 형성된 가스 통로들을 가스 유입 라인들(139)에 연결하기 위해, 가스 유입 연결부들(141)이 챔버(106)의 최하부에 배치된다. 가스 유입 라인들(139)은 차례로, 가스 소스 라인들(도시되지 않음)에 연결되고, 각각의 프로세싱 구역(118, 120)으로의 가스의 전달을 위해 제어된다.
[0025] 본 개시내용의 프로세싱 챔버(100)를 위한 진공 제어 시스템은 프로세싱 챔버(100)의 다양한 구역들과 연통하는 복수의 진공 펌프들을 포함할 수 있으며, 각각의 구역은 그 자체의 설정점 압력을 갖는다. RF 에너지를 각각의 가스 분배 어셈블리(108)를 통해 각각의 프로세싱 구역(118, 120)에 전달하기 위해 RF 전력 전달 시스템이 사용된다.
[0026] 도 2a는 일 실시예에 따른, 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 방법의 블록 다이어그램(200)이다. 도 2b-2d는 도 2a와 함께 논의된 블록들을 따름으로써 기판(280)의 표면 상에 형성되는 피처의 측단면도들이다. 블록(210)에서, 실리콘 웨이퍼는 증착을 위한 준비에서 예비-세정된다. 베어(bare) 실리콘이 공기 중에서 산화되어 바람직하지 않은 자연 산화물 층(native oxide layer)을 형성하기 때문에, 일부 경우들에서 예비-세정이 필요할 수 있다. 양호한 결과를 보장하기 위해, 웨이퍼 표면은 습식 또는 건식 세정 처리를 사용하여 자연 산화물 층이 스트립핑되고 수소-종결 표면으로 대체될 수 있다.
[0027] 블록(220)에서, 실리콘-함유 층(282)이 실리콘 기판(280) 상에 증착된다. 실리콘-함유 층(282)은 예컨대, 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiN)을 포함할 수 있다. 이 실리콘-함유 층(282)은, 실리콘 전구체 및 산소 또는 질소 가스 또는 플라즈마를 프로세싱 챔버 내로 유동시킴으로써 증착될 수 있다.
[0028] 블록(230)에서, 실리콘-함유 층이 패터닝되어, 하나 또는 그 초과의 피처들(284)이 실리콘-함유 유전체 층(282)에 형성되는 것을 유발한다. 패터닝 프로세스는 예컨대, 포토레지스트를 적용하는 것, 실리콘-함유 층 상에 패턴을 형성하기 위해 포토레지스트를 노광 및 현상하는 것, 실리콘-함유 층의 노출된 부분들을 습식 또는 건식 식각하는 것, 포토레지스트를 제거하는 것, 및 추가의 프로세싱을 준비하기 위해, 패터닝된 표면들(예컨대, 도 2c의 아이템들(281, 283 및 285))을 세정하는 것을 포함할 수 있다. 당업자는, 패터닝 프로세스가 프로세스의 특정 컨디션들 및 목적들에 따라 변화할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
[0029] 실리콘-함유 층(282)이 실란 전구체를 사용하여 블록(220)에서 형성되는 경우, 결과적인 실리콘 산화물 층은 높은 레벨의 실리콘-수소 결합들을 가질 수 있다. 통상의 증착 프로세스는 모노실란(SiH4), 분자 산소(O2), 및 H2의 유동들을 전달하는 것을 포함할 수 있지만, 다른 전구체 가스들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 나중의 블록에서 수행되는, 실리콘-함유 층(282)에 형성된 패터닝된 피처들(284)로의 실리콘 산화물의 선택적 증착은, 자신의 노출된 표면에 수소 결합들을 거의 갖지 않거나 또는 전혀 갖지 않는 실리콘-함유 증착 유전체 층(282)에 적어도 부분적으로 의존한다. 그러므로, 실란-형성 실리콘-함유 층과 같은 수소 종결 표면을 갖는 임의의 실리콘 산화물 함유 층은, 블록(250) 동안 선택적으로 증착되는 실리콘 산화물 막의 증착이 이들 표면들(예컨대, 피처 측벽들 및 필드 구역) 상에서 성장하는 것을 방지하기 위해 추가로 처리될 필요가 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가의 처리는, 블록(220) 동안 형성된 실리콘-함유 층의 패터닝된 표면들을 블록(240) 동안 플라즈마에 노출시켜, 수소 종결 표면을 대체하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 블록(240)에서의 플라즈마 처리는, 형성된 실리콘-함유 층(예컨대, SiO2 층)으로부터 수소 결합들을 제거하기 위해, 실리콘-함유 층의 표면을 NH3 또는 N2를 함유하는 플라즈마에 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
[0030] 대안적으로, 블록(220)에서 증착된 실리콘-함유 층(282)은, SiO2 또는 SiN 층과 같은 유전체 층을 형성하기 위해 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 전구체를 사용하여 형성될 수 있다. TEOS 전구체를 사용하여 형성되는 실리콘-함유 층(282)은 자신의 표면 상에 상당히 더 적은 수소 결합들을 갖거나 또는 수소 결합들을 전혀 갖지 않을 것이며, 그러므로 블록(240)에서의 선택적 플라즈마 처리가 생략될 수 있는 것으로 여겨진다.
[0031] 블록(250)에서, 실리콘 산화물 층(286)이, 패터닝된 피처들(284)에 선택적으로 증착된다. 실리콘 산화물 층(286)은 TEOS 및 오존(O3)을 프로세싱 챔버 내로 유동시킴으로써 증착된다. 증착 프로세스는 열적 프로세스 또는 플라즈마-강화 프로세스일 수 있다. 열적 프로세스는, 대략 350 내지 500℃의 온도 범위 및 20 내지 620 Torr의 압력 범위에서 오존(O3) 및 TEOS를 사용하는 증착 프로세스를 사용하여 수행될 수 있다. 플라즈마-강화 프로세스에서, 제어된 플라즈마는 RF 전력 공급부로부터 인가된 RF 에너지에 의해 기판(280) 근처에 형성될 수 있다. TEOS(tetraethyl orthosilicate)는 대략 400 mg/minute 내지 2 g/minute의 레이트로 프로세싱 챔버 내로 유동할 수 있다. 오존은 대략 10 질량% 내지 18 질량%의 레이트로 프로세싱 챔버 내로 유동할 수 있다.
[0032] 피처들(284)의 높이가 피처들(284)의 폭보다 훨씬 더 클 수 있기 때문에, 피처들(284)이 최하부로부터 상향으로 충전된다는 것을 보장하는 것이 중요하다. 피처들(284)의 측벽들(283) 상에서 성장이 발생하는 경우, 보이드들 또는 시임(seam)들이 생성될 수 있으며, 이는 덜 균일하고 그에 따라 덜 신뢰적인 집적 회로를 초래한다. 예컨대, 도 7은 단순한 최하부로부터-상향으로의 성장보다는 피처(284)의 측벽들(283) 상의 성장으로부터 초래될 수 있는 보이드(350)를 예시한다.
[0033] 블록(250) 동안 수행된 선택적 증착 프로세스가, 피처(284)의 최하부(281) 상에서의 성장 컨디션 및 피처(284)의 측벽들(283) 상에서의 제한된 성장 또는 성장 없음의 컨디션을 생성함으로써, 보이드들 또는 시임들의 형성을 최소화하거나 방지할 수 있다는 것이 관찰되었다. 이 실시예에서, 선택적으로 증착되는 막이 형성되는 피처들(284)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 또는 이들의 조합으로 구성된다. 블록(220)에서 형성된 패터닝된 유전체 층(들)의 사후 프로세싱 또는 블록(220)에서 형성된 특정 타입의 패터닝된 실리콘 산화물 층(예컨대, TEOS계 층)의 사용으로 인해, 패터닝된 실리콘-함유 층의 표면은 더 적은 Si-H 결합들을 가질 것이며, 그에 따라, 선택적으로 증착되는 층의 성장의 개시를 촉진하기 위한 소수의 핵형성 사이트(nucleation site)들을 제공한다. 대조적으로, 증착 표면으로서 간주될 수 있는 피처(284)의 최하부(281)(도 2d)는 실리콘으로 구성될 수 있으며, 이는 높은 정도의 Si-H 결합들을 갖고, 그에 따라, 성장을 촉진하기 위한 많은 핵형성 사이트들을 제공한다. 그러므로, 블록(250)에서, TEOS 및 오존 프로세스는 피처(284)의 최하부(281) 상에 우선적으로 증착이 발생하도록 초래하며, 여기서 기판(280)은 실리콘으로 구성된다. TEOS 및 오존-형성 선택적 증착된 실리콘 산화물 층(286)(도 2d)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합으로 구성된 피처들(284)의 측벽들(283)에 잘 부착되지 않는다. 그러므로, TEOS 및 오존을 사용하여 선택적으로 증착되는 실리콘 산화물 층(286)이 형성되어 실리콘 기판(280)에 우선적으로 부착되어서, 측벽들(283)에 대한 상당한 성장 또는 부착 없이, 실리콘 산화물 층의 균일한, 최하부로부터-상향으로의 성장을 유발한다. 이 프로세스는 보이드들의 최소화를 유발한다.
[0034] 자신의 표면에서 Si-H 결합을 갖는 기판은 핵형성 사이트들을 제공할 것이며, 이는 기판 표면 상에서의 균일한 또는 컨포멀한(conformal) 성장을 가능하게 한다. 성장을 촉진하기 위한 Si-H 결합들이 없으면, 이러한 타입들의 표면들 상에 선택적으로 증착된 층의 임의의 성장은 불균일하거나 또는 아일랜드형(island-like)이 될 것이다. 성장이 기판(280) 상에서 우선적으로 발생하기 때문에, 성장은 기판(280)의 표면 상의 패터닝된 피처들(284)의 최하부(281)(즉, 증착 표면)에서 시작된다. 이는 최소의 보이딩을 가지면서 실리콘 산화물 층(286)이 균일하게 성장되게 한다. 이에 비해, 블록(250)에서 개시된 프로세스들에 의해 형성된 실리콘 산화물은, 예컨대, 실리콘 질화물 표면 또는 종래의 열적 실리콘 산화물 층의 표면 상에 균일하게 증착되지 않는다. 결과적으로, 실리콘 산화물 층(286)은 패터닝된 피처(284)의 최하부(281)로부터 선택적으로 성장하여, 최하부로부터-상향으로의 충전 프로세스의 사용에 의해 보이딩 감소를 유발한다.
[0035] 일부 실시예들에서, 블록(250) 동안 형성된 실리콘 산화물 층(286)은 바람직하지 않게, 피처들(284)(예컨대, 트렌치들)의 측벽들(283) 상에 부착 및 성장될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 블록(260)에서, 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 측벽들(283) 및 필드 구역(285) 상의 저품질의 그리고 얇은 형성된 층을 제거하기 위해, DHF(dilute hydrofluoric acid)를 사용하여 선택적으로 식각될 수 있다. 블록(260)에서의 이 선택적 식각 후에, 기판은 다시 블록(250)의 선택적 증착 프로세스를 겪을 수 있다. 이들 2개의 블록들은, 예컨대, 아래에서 논의되는 바와 같이, 질화물-캡핑된 피처들에서의 선택성을 개선하기 위해 주기적으로 반복될 수 있다.
[0036] 블록(250)에서의 실리콘 산화물 층의 선택적 증착 및 블록(260)에서의 선택적인 주기적 증착 및 식각 후에, 기판은 블록(270)에서 램프 또는 다른 열원을 사용하여 열적으로 프로세싱되는 것과 같이, 선택적으로 어닐링될 수 있다. 어닐 블록(270) 동안의 기판의 온도는 300℃ 내지 480℃일 수 있다. 기판은 건식 또는 습식 식각에 의해 선택적으로 식각될 수 있다.
[0037] 실리콘 산화물의 선택적 증착의 하나의 장점은, 블록(250) 동안 형성된 막의 습식 식각률의 상대적인 개선이다. 일반적으로, 더 높은 습식 식각률은 유전체 재료의 더 낮은 밀도 및/또는 더 높은 다공성을 표시할 수 있다. 그러므로, Si 표면 상의 SiN과 대조적으로 Si 표면 상의 SiOx의 훨씬 더 낮은 습식 식각률은 SiO 층의 향상된 균일성 및 그에 따른 더 높은 품질을 나타낸다. 도 3a 및 3b는 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 식각하는 것의 유효성(effectiveness)을 나타낸다. 도 3a에서, 실리콘-함유 층(310)이, 도 2a의 블록(220)에서와 같이 기판(300) 위에 증착된다. 실리콘-함유 층(310)은, 도 2a의 블록(230)에서와 같이 패터닝되어 피처들(320)을 형성한다. 이어서, 패터닝된 실리콘-함유 층(310) 상에 실리콘 질화물 캡들(330)이 제공된다. 이 블록에 대한 프로세스는 아래에서 더 상세하게 논의된다. 이어서, 실리콘 산화물 층(340)은, 도 2a의 블록(250)에서와 같이, 패터닝된 실리콘-함유 층(310)의 피처들(320)에 선택적으로 증착된다. 논의된 바와 같이, 피처들(320)에 형성된 실리콘 산화물 층(340)은, 실리콘 기판 및 형성 층 상에서의 선택적 실리콘 산화물의 우선적 성장 때문에, 고품질 층이다. 도 3b에서, 이어서 막이 식각되는데, 이는 100:1 DHF에 대한 노출에 의해 달성될 수 있다. DHF는, 실리콘 산화물 층(340)의 불충분한 품질 및 저밀도로 인해 실리콘 질화물 캡들(330)로부터 실리콘 산화물 층(340)을 우선적으로 식각하는 반면, 실리콘-함유 층(310) 근처의 피처들(320)에 존재하는 실리콘 산화물 층(340)은 그것의 개선된 재료 특성들로 인해 온전하게 유지된다.
[0038] 도 4는 실리콘 기판 상에서의 습식 식각률을 실리콘 질화물 기판 상에서의 습식 식각률과 비교하는 히스토그램이다. 도 4는 100:1 DHF 습식 식각 컨디션을 가정한다. 도 4에 도시된 바와 같이, SiN의 DHF 습식 식각률은 Si의 DHF 습식 식각률의 2배 초과이다. 그러므로, Si 표면 상의 SiN과 대조적으로 Si 표면 상의 SiO의 훨씬 더 낮은 습식 식각률은 SiO 층의 향상된 균일성 및 그에 따른 더 높은 품질을 나타낸다. 다시 말해, 선택적으로 성장된 막 층의 막 품질은, 질화물 또는 준비되지 않은 산화물 막 상에 형성된 선택적으로 성장된 막들의 부분들에 비해 높다.
[0039] 도 5a-5d는, 패터닝된 실리콘-함유 층(310)의 최상부 상에 실리콘 질화물 캡들(330)을 형성하기 위해, 일 실시예에 따라 실리콘 산화물의 선택적 증착을 위한 막을 방향성으로 처리하기 위한 방법을 나타낸다. 실리콘 질화물 캡들(330)의 장점은, 블록(250)과 함께 설명된 프로세스들 동안 피처들(320)의 측벽들 상에서의 SiO의 증착을 방지하여, 보이드들의 최소화 및 결과적인 막의 개선된 품질을 갖는 향상된 최하부로부터-상향으로의 피처 충전을 유발하는 것이다. 실리콘 질화물 캡들(330)을 증착하기 위한 하나의 방법은 질화물-함유 플라즈마로 기판을 방향성으로 처리하는 것이다. 이러한 질화물-함유 플라즈마의 예들은 NH3 또는 N2일 수 있다. 도 5a는 질화 프로세스(nitridation process)를 수행하기 전의 패터닝된 기판을 도시한다.
[0040] 도 5b에서, 플라즈마(510)는 패터닝된 실리콘-함유 층(310)에 일정 각도(an angle)로 지향된다. 패터닝된 실리콘-함유 층(310)은 인접한 피처의 하부 부분을 방향성 플라즈마 처리로부터 차단하여, 섀도잉 효과를 생성한다. 결과적으로, 각각의 피처(320)의 최상부 부분들만이 방향성 플라즈마 처리에 노출된다.
[0041] 도 5c에서, 플라즈마(510)는 패터닝된 실리콘-함유 층(310)에 다른 각도로 지향되거나 또는 충돌하는 빔에 대해 기판이 회전되어, 기판의 표면 상에서 균일한 질화 프로세스가 수행되는 것을 보장한다.
[0042] 따라서, 도 5d에서, 방향성 플라즈마 처리는, 피처들(320)이 있는 실리콘-함유 층(310)을 유발하며, 패터닝된 실리콘-함유 층(320)의 최상부 부분들은 질화된다. 실리콘 질화물보다는 실리콘 기판 상에서의 실리콘 산화물의 우선적 성장 때문에, 방향성으로 처리된 기판이 블록(250)에서 설명된 전구체 가스들에 노출될 때, 결과적인 실리콘 산화물 막이 실리콘 기판의 표면에서 시작하여 우선적으로 성장되어 피처들을 충전한다. 이러한 우선적 성장의 최하부로부터-상향으로의 성장은 측벽들로부터의 성장을 방지하고, 피처들(320)에서의 최소의 보이딩을 갖는 더 고품질의 막을 유발한다.
[0043] 일부 실시예들에서, 원하는 우선적 성장을 달성하기 위해, 질화물 캡들(330)의 표면적이 합계해서 피처들(320)의 전체 표면적의 적어도 대략 1/3이 되도록, 질화물 캡들(330)의 표면적이 기판(310) 상에 형성될 수 있다. 도 6은 이 실시예에 따른 선택적 증착에 대한 패터닝된 실리콘-함유 층(310) 및 피처들(320)을 갖는 기판(300)의 개략적 단면도이며, 여기서 질화물 캡들(330)은 합계해서 피처들(320)의 표면적의 적어도 대략 1/3이 되는 표면적을 갖는다.
[0044] 본 개시내용의 실시예들은, 대기압 미만(sub-atmospheric pressure)에서 TEOS 및 오존을 사용한 실리콘 산화물 막들의 선택적 증착에 의해 실리콘 산화물의 우선적인 최하부로부터-상향으로의 성장을 제공한다. 이 프로세스에 의해 증착되는 산화물 막은 베어(bare) 실리콘 표면 상에서 성장하고, 실리콘 질화물 및 열적 실리콘 산화물 표면 상에 어떠한 성장/아일랜드형 성장도 보이지 않는다. 실리콘 질화물보다는 실리콘 기판 상에서의 실리콘 산화물의 우선적 성장 때문에, 방향성으로 처리된 기판이 전구체 가스들에 노출될 때, 결과적인 실리콘 산화물 막이 실리콘 기판의 표면에서 시작하여 우선적으로 성장되어 피처들을 충전한다. 이러한 우선적 성장의 최하부로부터-상향으로의 성장은 측벽들로부터의 성장을 방지하고, 피처들에서의 최소의 보이딩을 갖는 더 고품질의 막을 유발한다.
[0045] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (19)

  1. 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법으로서,
    기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계, －
    상기 패터닝된 피처는 하나 또는 그 초과의 측벽들 및 상기 패터닝된 피처의 최하부의 증착 표면을 포함하고, 그리고 상기 측벽들 각각은 베이스 및 캡을 갖고, 상기 캡은 실리콘 질화물을 포함하고 그리고 상기 베이스는 실리콘 산화물을 포함하고, 그리고 상기 캡의 제1 표면적은 측벽의 표면적의 적어도 1/3이고 그리고 상기 베이스의 제2 표면적은 상기 측벽의 표면적의 적어도 일부이고,
    상기 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어지고, 그리고
    선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층이 상기 베이스 및 상기 캡에 인접하도록 상기 패터닝된 피처의 최하부로부터 상기 패터닝된 피처를 충전하기 위해, 상기 패터닝된 피처를 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존에 노출시킴으로써 상기 증착 표면 상에 형성됨 － 및
    상기 패터닝된 피처 내에 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을, 각자의 캡 각각에 대응하는 각각의 측벽의 부분들을 노출시키고 상기 측벽의 상기 베이스 부분을 노출되지 않게 남겨두는 깊이까지 식각하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착한 후에, 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 어닐링한 후에, 상기 실리콘 산화물 층을 습식 식각하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 TEOS(tetraethyl orthosilicate)는 400 mg/minute 내지 2 g/minute의 레이트로 프로세싱 챔버 내로 유동하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    동작 동안의 프로세싱 챔버 내의 압력은 200 Torr 내지 700 Torr인,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하기 전에, 상기 패터닝된 피처를 질소-함유 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처를 질소-함유 플라즈마에 노출시키는 단계는, 질소-함유 플라즈마로부터 형성된 이온 빔으로 상기 패터닝된 피처를 방향성으로(directionally) 처리하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  8. 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법으로서,
    기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 패터닝된 피처는 하나 또는 그 초과의 측벽들 및 상기 패터닝된 피처의 최하부의 증착 표면을 포함하고, 그리고 상기 측벽들 각각은 베이스 및 캡을 갖고, 상기 캡은 실리콘 질화물을 포함하고 그리고 상기 베이스는 실리콘 산화물을 포함하고,
    상기 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어지고, 그리고
    선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은,
    상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층이 상기 베이스 및 상기 캡에 인접하도록 상기 패터닝된 피처의 최하부로부터 상기 패터닝된 피처를 충전하기 위해, 상기 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킴으로써;
    각각의 베이스를 따르는 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은 온전하고 노출되지 않게 유지되도록 하면서 각각의 캡에 대응하는 각각의 측벽의 부분들이 노출되도록 각각의 캡으로부터 상기 패터닝된 피처 내의 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 우선적으로 식각하기 위해, 상기 패터닝된 피처를 충전한 후에, 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 식각함으로써; 그리고
    상기 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킨 후 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 식각하는 것을 반복함으로써,
    상기 증착 표면 상에 형성되는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착한 후에, 상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 어닐링한 후에, 상기 실리콘 산화물 층을 습식 식각하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 TEOS(tetraethyl orthosilicate)는 400 mg/minute 내지 2 g/minute의 레이트로 프로세싱 챔버 내로 유동하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    동작 동안의 프로세싱 챔버 내의 압력은 200 Torr 내지 700 Torr인,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 형성된 상기 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하기 전에, 상기 패터닝된 피처 위로 질소-함유 플라즈마를 유동시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 패터닝된 피처 위로 질소-함유 플라즈마를 유동시키는 단계는, 질소-함유 플라즈마로부터 형성된 이온 빔으로 상기 패터닝된 피처를 방향성으로 처리하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  15. 기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법으로서,
    기판의 표면 상에 형성된 패터닝된 피처 내에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 증착하는 단계 ― 상기 패터닝된 피처는 하나 또는 그 초과의 측벽들 및 상기 패터닝된 피처의 최하부의 증착 표면을 포함하고, 그리고 상기 측벽들 각각은 베이스 및 캡을 갖고,
    상기 하나 또는 그 초과의 측벽들 각각의 상기 캡은 실리콘 질화물을 포함하고 그리고 상기 베이스는 실리콘 산화물을 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 측벽들 각각의 상기 캡의 제1 표면적은 각각의 측벽의 표면적의 적어도 1/3이고 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 측벽들 각각의 상기 베이스의 제2 표면적은 각각의 측벽의 표면적의 적어도 일부이고,
    상기 증착 표면은 본질적으로 실리콘으로 이루어지고, 그리고
    선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층은, 상기 패터닝된 피처 위로 TEOS(tetraethyl orthosilicate) 및 오존을 유동시킴으로써 상기 증착 표면 상에 형성됨 ―;
    상기 패터닝된 피처 내에 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을, 각자의 캡 각각에 대응하는 각각의 측벽의 부분들을 노출시키고 상기 측벽의 상기 베이스 부분을 노출되지 않게 남겨두는 깊이까지 식각하는 단계; 및
    상기 선택적으로 증착된 실리콘 산화물 층을 어닐링하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  16. 제4 항에 있어서,
    상기 오존은 10 질량% 내지 18 질량%의 레이트로 상기 프로세싱 챔버 내로 유동하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  17. 제2 항에 있어서,
    상기 어닐링 단계 동안 온도는 300℃ 내지 480℃인,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 오존은 10 질량% 내지 18 질량%의 레이트로 상기 프로세싱 챔버 내로 유동하는,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
  19. 제9 항에 있어서,
    상기 어닐링 단계 동안 온도는 300℃ 내지 480℃인,
    기판 상에 실리콘 산화물 층을 선택적으로 형성하기 위한 방법.
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