KR102392620B1 - Low vapor pressure aerosol-assisted cvd - Google Patents

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닐레쉬 치만라오 바굴
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판의 표면 상에 막들을 프로세싱하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 시스템들은 하나 또는 그 초과의 전구체들의 응집 물질(condensed matter)(액체 또는 고체)로부터 액적들을 형성하는 에어로졸 생성기들을 보유한다. 캐리어 가스가 응집 물질을 통해 유동되고, 기판 프로세싱 구역에 배치된 기판을 향하여 액적(droplet)들을 푸시(push)한다. 에어로졸 생성기와 연결된 인라인 펌프가 또한, 기판을 향하여 액적들을 푸시하기 위해 사용될 수 있다. 액적들을 사이에서 통과시키도록 구성된 2개의 전도성 플레이트들 사이에 직류(DC) 전기장이 인가된다. 액적들의 사이즈는 DC 전기장의 인가에 의해 바람직하게 감소된다. DC 전기장을 통과한 후에, 액적들은 기판 프로세싱 구역 내로 통과되고, 막들을 증착 또는 에칭하기 위해 기판과 화학적으로 반응한다.Systems and methods for processing films on a surface of a substrate are described. Systems possess aerosol generators that form droplets from condensed matter (liquid or solid) of one or more precursors. A carrier gas flows through the condensed material and pushes the droplets toward the substrate disposed in the substrate processing region. An inline pump coupled to the aerosol generator may also be used to push the droplets towards the substrate. A direct current (DC) electric field is applied between two conductive plates configured to pass droplets therebetween. The size of the droplets is preferably reduced by application of a DC electric field. After passing through the DC electric field, the droplets are passed into the substrate processing region and chemically react with the substrate to deposit or etch films.

Description

저 증기압 에어로졸-보조 CVD{LOW VAPOR PRESSURE AEROSOL-ASSISTED CVD}LOW VAPOR PRESSURE AEROSOL-ASSISTED CVD

관련 출원들의 상호 참조CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

[0001] 본원은, 2015년 11월 16일자로 출원된 미국 가 특허 출원 번호 62/255,644 호에 대해 우선권을 주장하는, 2016년 2월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 15/045,081 호의 부분 계속 출원이다. 제 15/045,081 호 및 제 62/255,644 호의 개시들은 이로써, 모든 목적들에 대해 그 전체가 인용에 의해 포함된다.[0001] This application is a portion of U.S. Provisional Patent Application Serial No. 15/045,081, filed February 16, 2016, which claims priority to U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62/255,644, filed November 16, 2015 continue to apply The disclosures of Nos. 15/045,081 and 62/255,644 are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

분야Field

[0002] 본원에서 설명되는 실시예들은, 저 증기압 전구체들을 사용하는 화학 기상 증착에 관한 것이다.[0002] Embodiments described herein relate to chemical vapor deposition using low vapor pressure precursors.

[0003] 가스들의 화학 반응에 의해 기판 상에 막들을 형성하는 것은, 현대의 반도체 디바이스들의 제작에서의 주요한 단계들 중 하나이다. 이러한 증착 프로세스들은, 화학 기상 증착(CVD), 뿐만 아니라, 종래의 CVD 기법들과 조합되어 플라즈마를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 포함한다. CVD 및 PECVD 유전체 층들은 반도체 디바이스들에서 상이한 층들로서 사용될 수 있다. 예컨대, 유전체 층들은 디바이스에서 전도성 라인들 또는 배선(interconnect)들 사이의 금속간 유전체 층들로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 유전체 층들은 배리어 층들, 에칭 스톱(stop)들, 또는 스페이서들, 뿐만 아니라, 다른 층들로서 사용될 수 있다.[0003] Forming films on a substrate by a chemical reaction of gases is one of the major steps in the fabrication of modern semiconductor devices. These deposition processes include chemical vapor deposition (CVD), as well as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using plasma in combination with conventional CVD techniques. CVD and PECVD dielectric layers can be used as different layers in semiconductor devices. For example, dielectric layers may be used as intermetal dielectric layers between conductive lines or interconnects in a device. Alternatively, dielectric layers may be used as barrier layers, etch stops, or spacers, as well as other layers.

[0004] 화학 전구체들이 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내로 도입되었다. 기판이 기판 프로세싱 구역 내에 위치되고, 하나 또는 그 초과의 전구체들이 막을 증착하기 위해 기판 프로세싱 구역 내로 도입될 수 있다. 액체 전구체들이, 기판 프로세싱 구역 내로 증기를 운반하기 위해 액체를 통해 캐리어 가스를 "버블링(bubbling)"함으로써, 사용될 수 있다. 이러한 기법의 유효성은 액체의 증기압에 따라 좌우된다. 액체의 온도는 증기압을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 초음파 생성기가 또한, 기판 프로세싱 구역으로의 전구체들의 전달을 증가시키도록, 액적들을 생성하기 위해 사용되었지만, 액적 사이즈가 증착 균일성 및 갭충전 능력들에 대해 악영향을 미칠 수 있다.Chemical precursors were introduced into a substrate processing region of a substrate processing chamber. A substrate is positioned within a substrate processing region, and one or more precursors may be introduced into the substrate processing region to deposit a film. Liquid precursors may be used by “bubbling” a carrier gas through the liquid to transport the vapor into the substrate processing region. The effectiveness of this technique depends on the vapor pressure of the liquid. The temperature of the liquid may be increased to increase the vapor pressure. An ultrasonic generator has also been used to generate droplets, to increase delivery of precursors to the substrate processing region, but droplet size can adversely affect deposition uniformity and gapfill capabilities.

[0005] 저 증기압 전구체들을 활용할 수 있는 이용가능한 애플리케이션들을 확장하기 위해, 에어로졸(aerosol)-보조 CVD에서 액적 사이즈들을 감소시키기 위한 방법들이 요구된다.To expand the available applications that can utilize low vapor pressure precursors, methods for reducing droplet sizes in aerosol-assisted CVD are needed.

[0006] 기판의 표면 상의 막들을 프로세싱하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 시스템들은 하나 또는 그 초과의 전구체들의 응집 물질(액체 또는 고체)로부터 액적들을 형성하는 에어로졸 생성기들을 보유한다. 캐리어 가스가 응집 물질을 통해 유동되고, 기판 프로세싱 구역에 배치된 기판을 향하여 액적들을 푸시(push)한다. 에어로졸 생성기와 연결된 인라인 기계 펌프가 또한, 기판을 향하여 액적들을 푸시하기 위해 사용될 수 있다. 사이에서 액적들을 통과시키도록 구성된 2개의 전도성 플레이트들 사이에 직류(DC) 전기장이 인가된다. 액적들의 사이즈는 바람직하게, DC 전기장의 인가에 의해 감소된다. DC 전기장을 통과한 후에, 액적들은 기판 프로세싱 구역 내로 통과하고, 막들을 증착하거나 또는 에칭하기 위해 기판과 화학적으로 반응한다.Systems and methods are described for processing films on a surface of a substrate. Systems have aerosol generators that form droplets from an aggregated material (liquid or solid) of one or more precursors. A carrier gas flows through the condensed material and pushes the droplets toward the substrate disposed in the substrate processing region. An inline mechanical pump coupled to the aerosol generator may also be used to push the droplets towards the substrate. A direct current (DC) electric field is applied between two conductive plates configured to pass droplets therebetween. The size of the droplets is preferably reduced by application of a DC electric field. After passing through the DC electric field, the droplets pass into the substrate processing region and chemically react with the substrate to deposit or etch films.

[0007] 본원에서 개시되는 실시예들은 기판 상에 자기-조립 단분자층(self-assembled monolayer)을 형성하기 위한 장치를 포함한다. 장치는 가열된 캐리어 가스 공급부를 포함한다. 장치는, 가열된 캐리어 가스 공급부로부터 가열된 캐리어 가스를 수용하도록 구성되고, 응집 물질 전구체로부터 에어로졸 액적들을 생성하도록 구성된 에어로졸 생성기를 더 포함한다. 장치는, 에어로졸 액적들을 수용하도록 구성된 전구체 도관을 더 포함한다. 장치는 DC 전력 공급부를 더 포함한다. 장치는 상단 전극 및 바닥 전극을 더 포함한다. 상단 전극 및 바닥 전극은 평행하고, 에어로졸 액적들을 수용하도록 구성된 전기 갭을 형성한다. 상단 전극 및 바닥 전극은 DC 전력 공급부로부터 진공 전기 피드스루(feedthrough)들을 통해 차이 전압(differential voltage)으로 바이어싱된다. 차이 전압은 에어로졸 액적들의 사이즈를 감소시키기 위해 상단 전극과 바닥 전극 사이에 인가된다. 장치는 챔버 내의 기판 프로세싱 구역 내에 배치된 기판 페데스탈을 더 포함한다. 기판 페데스탈은 자기-조립 단분자층의 형성 동안에 기판을 지지하도록 구성된다.[0007] Embodiments disclosed herein include an apparatus for forming a self-assembled monolayer on a substrate. The apparatus includes a heated carrier gas supply. The apparatus further comprises an aerosol generator configured to receive the heated carrier gas from the heated carrier gas supply and configured to generate aerosol droplets from the aggregated material precursor. The device further comprises a precursor conduit configured to receive the aerosol droplets. The apparatus further includes a DC power supply. The device further includes a top electrode and a bottom electrode. The top and bottom electrodes are parallel and define an electrical gap configured to receive the aerosol droplets. The top electrode and bottom electrode are biased with a differential voltage from the DC power supply via vacuum electrical feedthroughs. A differential voltage is applied between the top and bottom electrodes to reduce the size of the aerosol droplets. The apparatus further includes a substrate pedestal disposed within a substrate processing region within the chamber. The substrate pedestal is configured to support the substrate during formation of the self-assembled monolayer.

[0008] 차이 전압은 500 V/cm 내지 20,000 V/cm의 크기를 갖는 전기장을 형성하도록 선택될 수 있다. 차이 전압은 100 볼트 내지 2 킬로볼트일 수 있다. 에어로졸 액적들은 3 nm 내지 75 nm의 직경을 가질 수 있다.[0008] The differential voltage may be selected to form an electric field having a magnitude of 500 V/cm to 20,000 V/cm. The differential voltage may be between 100 volts and 2 kilovolts. The aerosol droplets may have a diameter between 3 nm and 75 nm.

[0009] 본원에서 개시되는 실시예들은 기판 프로세싱 장치를 포함한다. 기판 프로세싱 장치는 기판 프로세싱 장치 내의 기판 프로세싱 구역 내에 배치된 기판 페데스탈을 포함한다. 기판 페데스탈은 막의 프로세싱 동안에 기판을 지지하도록 구성된다. 기판 프로세싱 장치는 캐리어 가스 공급부를 더 포함한다. 기판 프로세싱 장치는, 캐리어 가스 공급부로부터 캐리어 가스를 수용하도록 구성되고, 액체 전구체로부터 에어로졸 액적들을 생성하도록 구성된 에어로졸 생성기를 더 포함한다. 기판 프로세싱 장치는 캐리어 가스 공급부와 에어로졸 생성기 사이에서 캐리어 가스를 가열하기 위한 가열기를 더 포함한다. 기판 프로세싱 장치는 에어로졸 액적들의 생성을 촉진하도록 에어로졸 생성기에 부착된 압전 변환기를 더 포함한다. 기판 프로세싱 장치는 에어로졸 액적들을 수용하도록 구성된 전구체 도관을 더 포함한다. 기판 프로세싱 장치는 DC 전력 공급부를 더 포함한다. 기판 프로세싱 장치는 제 1 전극 및 제 2 전극을 더 포함한다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 서로에 대해 평행하고, 갭에 의해 분리된다. 갭은 에어로졸 액적들을 수용하고, DC 전력 공급부로부터 진공 전기 피드스루들을 통해 전압을 수용하도록 구성된다. 전압은, 에어로졸 액적들이 기판에 도달할 때까지, 에어로졸 액적들의 사이즈를 3 nm 내지 75 nm의 에어로졸 액적들의 사이즈로 감소시키고, 그러한 에어로졸 액적들의 사이즈를 유지하기 위해, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가된다.[0009] Embodiments disclosed herein include a substrate processing apparatus. The substrate processing apparatus includes a substrate pedestal disposed within a substrate processing region within the substrate processing apparatus. The substrate pedestal is configured to support the substrate during processing of the film. The substrate processing apparatus further includes a carrier gas supply. The substrate processing apparatus further comprises an aerosol generator configured to receive a carrier gas from the carrier gas supply and configured to generate aerosol droplets from the liquid precursor. The substrate processing apparatus further includes a heater for heating the carrier gas between the carrier gas supply and the aerosol generator. The substrate processing apparatus further includes a piezoelectric transducer attached to the aerosol generator to facilitate generation of the aerosol droplets. The substrate processing apparatus further includes a precursor conduit configured to receive the aerosol droplets. The substrate processing apparatus further includes a DC power supply. The substrate processing apparatus further includes a first electrode and a second electrode. The first electrode and the second electrode are parallel to each other and separated by a gap. The gap is configured to receive the aerosol droplets and receive a voltage through the vacuum electrical feedthroughs from the DC power supply. The voltage is applied between the first electrode and the second electrode to reduce the size of the aerosol droplets to a size of 3 nm to 75 nm, and to maintain the size of the aerosol droplets, until the aerosol droplets reach the substrate. is authorized to

[0010] 액체 전구체는, 옥틸포스폰 산(CH3(CH2)6CH2-P(O)(OH)2), 퍼플루오로옥틸포스폰 산(CF3(CF2)5CH2-CH2-P(O)(OH)2), 옥타데실포스폰 산(CH3(CH2)16CH2-P(O)(OH)2), 데실 포스폰 산, 메시틸 포스폰 산, 시클로헥실 포스폰 산, 헥실 포스폰 산, 또는 부틸 포스폰 산 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 수평일 수 있다. 기판은 제 1 전극 및 제 2 전극 양자 모두에 대해 평행할 수 있다. 기판은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치될 수 있다. 압전 변환기는 액체 전구체와 직접적으로 접촉할 수 있다. 액체 전구체는 용제에서 고체 전구체를 용해시킴으로써 형성될 수 있다. 기판은 제 1 전극 및 제 2 전극 양자 모두에 대해 수직일 수 있다. 기판 페데스탈은 전기 절연체일 수 있다.[0010] The liquid precursor is, octylphosphonic acid (CH 3 (CH 2 ) 6 CH 2 -P(O)(OH) 2 ), perfluorooctylphosphonic acid (CF 3 (CF 2 ) 5 CH 2 - CH 2 -P(O)(OH) 2 ), octadecylphosphonic acid (CH 3 (CH 2 ) 16 CH 2 -P(O)(OH) 2 ), decyl phosphonic acid, mesityl phosphonic acid, one or more of cyclohexyl phosphonic acid, hexyl phosphonic acid, or butyl phosphonic acid. The first electrode and the second electrode may be horizontal. The substrate may be parallel to both the first electrode and the second electrode. The substrate may be disposed between the first electrode and the second electrode. The piezoelectric transducer may be in direct contact with the liquid precursor. Liquid precursors can be formed by dissolving solid precursors in a solvent. The substrate may be perpendicular to both the first electrode and the second electrode. The substrate pedestal may be an electrical insulator.

[0011] 본원에서 개시되는 실시예들은 기판 상에 막을 형성하기 위한 기판 프로세싱 챔버들을 포함한다. 기판 프로세싱 챔버들은 캐리어 가스 공급부를 포함한다. 기판 프로세싱 챔버들은, 가열된 캐리어 가스 공급부로부터 가열된 캐리어 가스를 수용하도록 구성되고, 응집 물질 전구체로부터 에어로졸 액적들을 생성하도록 구성된 에어로졸 생성기를 더 포함한다. 기판 프로세싱 챔버들은 에어로졸 액적들을 수용하도록 구성된 전구체 도관을 더 포함한다. 기판 프로세싱 챔버들은 DC 전력 공급부를 더 포함한다. 기판 프로세싱 챔버들은 DC 전력 공급부로부터 DC 전압을 수용하도록 구성된 제 1 전극 및 제 2 전극을 더 포함한다. 제 1 전극 및 제 2 전극은 평행하고, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 갭을 형성한다. DC 전압은 에어로졸 액적들의 사이즈를 감소시키기 위해 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가된다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가되는 DC 전압은, 제 1 전극으로부터, 기판을 직접적으로 향하여 그리고 제 2 전극을 직접적으로 향하여 포인팅(pointing)되는 전기장을 형성한다. 기판 프로세싱 챔버들은 챔버 내의 기판 프로세싱 구역 내에 배치된 기판 페데스탈을 더 포함한다. 기판 페데스탈은 막의 프로세싱 동안에 기판을 지지하도록 구성된다.[0011] Embodiments disclosed herein include substrate processing chambers for forming a film on a substrate. The substrate processing chambers include a carrier gas supply. The substrate processing chambers further include an aerosol generator configured to receive the heated carrier gas from the heated carrier gas supply and configured to generate aerosol droplets from the aggregated material precursor. The substrate processing chambers further include a precursor conduit configured to receive the aerosol droplets. The substrate processing chambers further include a DC power supply. The substrate processing chambers further include a first electrode and a second electrode configured to receive a DC voltage from a DC power supply. The first electrode and the second electrode are parallel and form a gap between the first electrode and the second electrode. A DC voltage is applied between the first and second electrodes to reduce the size of the aerosol droplets. A DC voltage applied between the first electrode and the second electrode forms an electric field that is pointed from the first electrode directly towards the substrate and directly towards the second electrode. The substrate processing chambers further include a substrate pedestal disposed within a substrate processing region within the chamber. The substrate pedestal is configured to support the substrate during processing of the film.

[0012] 갭은, 에어로졸 액적들이 제 1 전극 또는 제 2 전극을 통과하지 않으면서, 전구체 도관으로부터 직접적으로 에어로졸 액적들을 수용하도록 구성될 수 있다. 갭은 제 1 전극 또는 제 2 전극에서의 하나 또는 그 초과의 개구들을 통해 에어로졸 액적들을 수용하도록 구성될 수 있다. 기판 페데스탈은 탄소 블록(carbon block)을 포함할 수 있다.[0012] The gap may be configured to receive aerosol droplets directly from the precursor conduit without the aerosol droplets passing through the first electrode or the second electrode. The gap may be configured to receive aerosol droplets through one or more openings in the first electrode or the second electrode. The substrate pedestal may include a carbon block.

[0013] 본 고안의 실시예들은 기판 상에 층을 형성하는 방법들을 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내에 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 방법들은 에어로졸 생성기 내에 액체 전구체를 배치하는 단계를 더 포함한다. 방법들은 에어로졸 액적들을 생성하기 위해, 에어로졸 생성기 내로 캐리어 가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은 에어로졸 액적들에 전기장을 인가하는 단계를 더 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 구역 내로 에어로졸 액적들을 유동시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은 에어로졸 액적들로부터 기판 상에 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.[0013] Embodiments of the present invention include methods of forming a layer on a substrate. The methods include placing a substrate within a substrate processing region of a substrate processing chamber. The methods further include placing the liquid precursor within the aerosol generator. The methods further include flowing a carrier gas into the aerosol generator to generate the aerosol droplets. The methods further include applying an electric field to the aerosol droplets. The methods further include flowing the aerosol droplets into the substrate processing region. The methods further include forming a layer on the substrate from the aerosol droplets.

[0014] 층은 II-VI 또는 III-V 반도체 중 하나일 수 있다. 층은, 붕소 질화물, 알루미늄 질화물, 갈륨 비소, 갈륨 인, 인듐 비소, 또는 안티몬화 인듐 중 하나일 수 있다. 층은 금속-산화물일 수 있고, 산소 및 금속 원소로 구성될 수 있다. 전기장은 기판을 향하여 포인팅되는 전기장을 갖는 DC 전기장일 수 있다. 방법들은 층 상에 단분자층을 형성하기 위해, 기판 프로세싱 구역 내로 제 2 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 층을 형성하는 동안의 기판 프로세싱 구역에서의 전자 온도는 0.5 eV 미만일 수 있다.[0014] The layer may be either a II-VI or III-V semiconductor. The layer may be one of boron nitride, aluminum nitride, gallium arsenide, gallium phosphorus, indium arsenide, or indium antimonide. The layer may be a metal-oxide and may be composed of oxygen and metal elements. The electric field may be a DC electric field with the electric field pointed towards the substrate. The methods may further include flowing a second precursor into the substrate processing region to form a monolayer on the layer. The electron temperature in the substrate processing region during layer formation may be less than 0.5 eV.

[0015] 본 고안의 실시예들은 기판 상의 층을 프로세싱하는 방법들을 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내에 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 방법들은 에어로졸 생성기 내에서 전구체 용액을 형성하기 위해, 용제 내에 고체 전구체를 용해시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은 에어로졸 액적들을 생성하기 위해, 에어로졸 생성기 내로 캐리어 가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은 에어로졸 액적들에 전기장을 인가하는 단계를 더 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 구역 내로 에어로졸 액적들을 유동시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은 에어로졸 액적들과의 화학 반응에 의해, 기판 상의 층을 에칭하는 단계를 더 포함한다.[0015] Embodiments of the present invention include methods of processing a layer on a substrate. The methods include placing a substrate within a substrate processing region of a substrate processing chamber. The methods further include dissolving the solid precursor in a solvent to form a precursor solution in the aerosol generator. The methods further include flowing a carrier gas into the aerosol generator to generate the aerosol droplets. The methods further include applying an electric field to the aerosol droplets. The methods further include flowing the aerosol droplets into the substrate processing region. The methods further include etching the layer on the substrate by chemical reaction with the aerosol droplets.

[0016] 층은 2개의 원소들만으로 구성될 수 있다. 층은 III 족 원소 및 V 족 원소로 구성될 수 있다. 층은 II 족 원소 및 VI 족 원소로 구성될 수 있다. 방법들은 층으로부터 하나의 단분자층을 제거하기 위해, 기판 프로세싱 구역 내로 제 2 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 전기장은 기판을 향하여 포인팅되는 전기장을 갖는 DC 전기장일 수 있다. 전기장은 500 V/cm 내지 20,000 V/cm의 크기를 가질 수 있다. 에어로졸 액적들은 3 nm 내지 75 nm의 직경을 가질 수 있다. 층을 에칭하는 동안의 기판 프로세싱 구역에서의 전자 온도는 0.5 eV 미만일 수 있다.[0016] A layer may consist of only two elements. The layer may be composed of a group III element and a group V element. The layer may be composed of a group II element and a group VI element. The methods may further include flowing a second precursor into the substrate processing region to remove one monolayer from the layer. The electric field may be a DC electric field with the electric field pointed towards the substrate. The electric field may have a size of 500 V/cm to 20,000 V/cm. The aerosol droplets may have a diameter between 3 nm and 75 nm. The electron temperature in the substrate processing region during etching the layer may be less than 0.5 eV.

[0017] 부가적인 실시예들 및 특징들이 하기의 설명에서 일부 제시되며, 일부는 개시되는 실시예들의 실시에 의해 학습될 수 있거나 또는 본 명세서의 검토 시에 당업자에게 명백하게 될 것이다. 개시되는 실시예들의 특징들 및 이점들은 본 명세서에서 설명되는 수단들(instrumentalities), 조합들, 및 방법들에 의해 실현 및 달성될 수 있다.[0017] Additional embodiments and features are set forth in part in the description that follows, some may be learned by practice of the disclosed embodiments, or will become apparent to those skilled in the art upon review of this specification. The features and advantages of the disclosed embodiments may be realized and attained by means of the instrumentalities, combinations, and methods described herein.

[0018] 본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조함으로써, 개시되는 실시예들의 성질 및 이점들의 추가적인 이해가 실현될 수 있다.
[0019] 도 1은, 실시예들에 따른 막 형성 프로세스의 흐름도.
[0020] 도 2는, 실시예들에 따른 막 형성 프로세스의 흐름도.
[0021] 도 3a는, 실시예들에 따른, 자기-조립 단분자층의 선택적인 증착 후의 패터닝된 기판의 측면도.
[0022] 도 3b는, 실시예들에 따른, 자기-조립 단분자층을 사용한 선택적인 증착 후의 패터닝된 기판의 측면도.
[0023] 도 3c는, 실시예들에 따른, 자기-조립 단분자층의 제거 후의 패터닝된 기판의 측면도.
[0024] 도 3d는, 본원에서 개시되는 실시예들을 이용하지 않은, 자기-조립 단분자층의 선택적인 증착 후의 패터닝된 기판의 측면도.
[0025] 도 4는, 실시예들에 따른, 자기-조립 단분자층을 갖는 그리고 갖지 않는 재료들에 대한 접촉각의 차트.
[0026] 도 5a는, 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시하는 도면.
[0027] 도 5b는, 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시하는 도면.
[0028] 도 5c는, 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시하는 도면.
[0029] 도 6은, 실시예들에 따른 방법들을 포함하는 증착 기법들의 개략적인 대조를 도시하는 도면.
[0030] 도 7은, 실시예들에 따른 예시적인 기판 프로세싱 시스템의 상면도를 도시하는 도면.
[0031] 첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처(feature)들은 동일한 참조 부호를 가질 수 있다. 추가로, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은, 참조 부호에 이어서, 대시, 및 유사한 컴포넌트들 사이를 구별하는 제 2 부호를 뒤따르게 함으로써, 구별될 수 있다. 명세서에서 제 1 참조 부호만이 사용되는 경우에, 설명은, 제 2 참조 부호에 관계없이, 동일한 제 1 참조 부호를 갖는 유사한 컴포넌트들 중 어느 하나에 적용가능하다.
[0018] A further understanding of the nature and advantages of the disclosed embodiments may be realized by reference to the remaining portions of this specification and reference to the drawings.
1 is a flowchart of a film formation process in accordance with embodiments;
2 is a flowchart of a film formation process in accordance with embodiments;
3A is a side view of a patterned substrate after selective deposition of a self-assembled monolayer, in accordance with embodiments;
[0022] FIG. 3B is a side view of a patterned substrate after selective deposition using a self-assembled monolayer, in accordance with embodiments;
[0023] FIG. 3C is a side view of a patterned substrate after removal of a self-assembled monolayer, in accordance with embodiments.
[0024] FIG. 3D is a side view of a patterned substrate after selective deposition of a self-assembled monolayer, not using embodiments disclosed herein;
4 is a chart of contact angles for materials with and without self-assembled monolayers, according to embodiments.
5A shows a schematic cross-sectional view of a substrate processing chamber in accordance with embodiments;
5B shows a schematic cross-sectional view of a substrate processing chamber in accordance with embodiments;
5C shows a schematic cross-sectional view of a substrate processing chamber in accordance with embodiments;
[0029] FIG. 6 shows a schematic contrast of deposition techniques including methods according to embodiments;
7 shows a top view of an exemplary substrate processing system in accordance with embodiments;
In the accompanying drawings, similar components and/or features may have the same reference numerals. Additionally, various components of the same type may be distinguished by having a reference sign followed by a dash, and a second sign that distinguishes between similar components. In the case where only the first reference sign is used in the specification, the description is applicable to any one of the similar components having the same first reference sign, irrespective of the second reference sign.

[0032] 기판의 표면 상의 막들을 프로세싱하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 시스템들은 하나 또는 그 초과의 전구체들의 응집 물질(액체 또는 고체)로부터 액적들을 형성하는 에어로졸 생성기들을 보유한다. 캐리어 가스가 응집 물질을 통해 유동되고, 기판 프로세싱 구역에 배치된 기판을 향하여 액적들을 푸시한다. 에어로졸 생성기와 연결된 인라인 기계 펌프가 또한, 기판을 향하여 액적들을 푸시하기 위해 사용될 수 있다. 사이에서 액적들을 통과시키도록 구성된 2개의 전도성 플레이트들 사이에 직류(DC) 전기장이 인가된다. 액적들의 사이즈는 바람직하게, DC 전기장의 인가에 의해 감소된다. DC 전기장을 통과한 후에, 액적들은 기판 프로세싱 구역 내로 통과하고, 막들을 증착하거나 또는 에칭하기 위해 기판과 화학적으로 반응한다.Systems and methods are described for processing films on a surface of a substrate. Systems have aerosol generators that form droplets from an aggregated material (liquid or solid) of one or more precursors. A carrier gas flows through the condensed material and pushes the droplets toward a substrate disposed in the substrate processing region. An inline mechanical pump coupled to the aerosol generator may also be used to push the droplets towards the substrate. A direct current (DC) electric field is applied between two conductive plates configured to pass droplets therebetween. The size of the droplets is preferably reduced by application of a DC electric field. After passing through the DC electric field, the droplets pass into the substrate processing region and chemically react with the substrate to deposit or etch films.

[0033] 예컨대, CVD, 원자 층 에칭(ALEt), 및 원자 층 증착(ALD) 챔버들에서 사용될 수 있는 이용가능한 화학 전구체들의 조(suite)를 확장하기 위한 요구가 존재한다. 저 증기압 고체 전구체들 및 고 비등점 액체 전구체들은 CVD, ALEt, 또는 ALD 챔버들 내로 증기 상으로 전달하기가 어려웠다. 이는 박막 재료 증착에 대한 전구체의 사용을 제한하였다. 프로세싱 챔버들 내로의 고체 및 저 증기압 액체들의 전달을 개선하는 것은 특히, 하나 초과의 원소를 함유하는 막들의 증착을 개선할 수 있다. 자기-조립 단분자층들(SAM)이 특히, 저 증기압 전구체들의 사용으로부터 이익을 얻을 수 있다. 반도체 막 형성 애플리케이션들은 액체 증착 프로세스들에 비해 건식 증착 프로세스들(증기 상)로부터 이익을 얻는다.[0033] A need exists to expand the suite of available chemical precursors that can be used, for example, in CVD, atomic layer etching (ALEt), and atomic layer deposition (ALD) chambers. Low vapor pressure solid precursors and high boiling point liquid precursors have been difficult to deliver in the vapor phase into CVD, ALEt, or ALD chambers. This has limited the use of precursors for thin film material deposition. Improving the delivery of solid and low vapor pressure liquids into processing chambers can improve deposition, in particular, of films containing more than one element. Self-assembled monolayers (SAM) may particularly benefit from the use of low vapor pressure precursors. Semiconductor film formation applications benefit from dry deposition processes (vapor phase) compared to liquid deposition processes.

[0034] 본원에서 설명되는 실시예들은 저 증기압을 갖는 액체 전구체 및/또는 고체 전구체를 수반할 수 있다. 액체들 및 고체들(또는 조합)은 일반적으로, 응집 물질로서 설명될 수 있다. 실시예들에 따르면, 응집 물질은, 지속적으로, 이웃하는 원자들/분자들에 의해 주어지는 힘들의 영향 하에 있는 원자들/분자들로 구성되고, 평균 자유 행로를 본질적으로 갖지 않거나, 또는 평균 자유 행로를 갖지 않는 물질로서 정의될 수 있다. 실시예들에서, 저 증기압을 갖는 고체 전구체가 단일 용제, 또는 양립가능한 용제들의 혼합물에서 용해될 수 있고, 그 조합이 응집 물질이라고 지칭될 수 있다. 에어로졸이 응집 물질로부터 형성되고, 초음파 가습기를 사용하여 형성될 수 있다. 초음파 가습기는 하나 또는 그 초과의 주파수들에서 동작될 수 있는 압전 변한기를 가질 수 있다. 초음파 가습기는, 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)과 같은 캐리어 가스를 사용하여 반응 챔버(기판 프로세싱 구역) 내로 운반되는 에어로졸 액적들을 생성할 수 있다. 캐리어 가스는 비활성일 수 있고, 응집 물질 또는 기판과 공유 화학 결합들을 형성하지 않을 수 있다. 에어로졸 생성기와 연결된 인라인 기계 펌프가 또한, 기판을 향하여 액적들을 푸시하기 위해 사용될 수 있다.[0034] Embodiments described herein may involve a liquid precursor and/or a solid precursor having a low vapor pressure. Liquids and solids (or a combination) may generally be described as agglomerated material. According to embodiments, the condensed material consists of atoms/molecules that are continuously under the influence of forces imparted by neighboring atoms/molecules and have essentially no mean free path, or mean free path. It can be defined as a material that does not have In embodiments, a solid precursor having a low vapor pressure may be dissolved in a single solvent, or a mixture of compatible solvents, the combination may be referred to as an agglomerated material. An aerosol is formed from the agglomerated material and may be formed using an ultrasonic humidifier. An ultrasonic humidifier may have a piezoelectric transducer that may be operated at one or more frequencies. An ultrasonic humidifier may use a carrier gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) to generate aerosol droplets that are transported into the reaction chamber (substrate processing region). The carrier gas may be inert and may not form covalent chemical bonds with the cohesive material or the substrate. An inline mechanical pump coupled to the aerosol generator may also be used to push the droplets towards the substrate.

[0035] 에어로졸 액적들은, 응집을 방지하고, 에어로졸 액적들이 기판 프로세싱 구역에 진입한 후에 기판과의 반응을 촉진하도록 가열되는 도관(들)을 통과할 수 있다. 기판 프로세싱 구역은 기판 프로세싱 챔버 내에 존재하고, 기판 프로세싱 구역 내로의 전구체들의 전달 전에 대기 가스들에 대해 진공배기되는(evacuated) 진공 챔버이다. 실시예들에서, 기판 프로세싱 구역은 외부 대기로부터 밀봉되고, 대기 가스들을 진공배기시키기 위해 대기압보다 훨씬 더 낮은 압력에서 동작될 수 있다. 응집 물질 전구체들은 에어로졸 액적들을 생성하기 위해 휘발될 필요는 없다. 응집 물질 전구체들은 용제, 또는 용제들의 혼합물에서 용해가능할 수 있고, 그로부터 에어로졸 액적들이 생성된다. 본원에서 설명되는 실시예들의 결과로서, 휘발성이 더 이상 필요하지 않기 때문에, 더 넓은 범위의 전구체들이 이제 사용될 수 있다. 기판 프로세싱 챔버는 또한, 전기장을 생성할 수 있는 2개의 전극들을 갖도록 구성될 수 있다. 전기장은 바람직하게, 에어로졸 액적들의 사이즈를 감소시키거나 또는 에어로졸 액적들의 작은 사이즈를 유지하는 것으로 발견되었다.[0035] The aerosol droplets may pass through a heated conduit(s) to prevent agglomeration and promote reaction with the substrate after the aerosol droplets enter the substrate processing region. A substrate processing region is a vacuum chamber that resides within the substrate processing chamber and is evacuated to atmospheric gases prior to delivery of precursors into the substrate processing region. In embodiments, the substrate processing region is sealed from the outside atmosphere and may be operated at a pressure much lower than atmospheric pressure to evacuate atmospheric gases. Agglomerated material precursors do not need to be volatilized to create aerosol droplets. The aggregated material precursors may be soluble in a solvent, or mixture of solvents, from which aerosol droplets are generated. As a result of the embodiments described herein, a wider range of precursors can now be used as volatility is no longer required. The substrate processing chamber may also be configured to have two electrodes capable of generating an electric field. The electric field has been found to preferably reduce the size of the aerosol droplets or maintain the small size of the aerosol droplets.

[0036] 본원에서 설명되는 실시예들을 더 잘 이해하고 인식하기 위해, 실시예들에 따른 막 형성 프로세스들(101 및 201)의 흐름도들인, 도 1 및 도 2가 이제 참조된다. 동시에, 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(1001)의 개략적인 단면도를 포함하는 도 5a가 참조될 것이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c, 또는 이들의 엘리먼트들의 조합들의 기판 프로세싱 챔버들 중 임의의 것이, 본원에서 설명되는 프로세스들(예컨대, 101 또는 102)을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 프로세스(101)에서, 동작(110)에서, 기판(1013)이 기판 프로세싱 챔버(1001)의 기판 프로세싱 구역 내로 전달된다. 기판(1013)은 기판 페데스탈(1014)에 의해 지지되며, 그러한 기판 페데스탈(1014)은, 기판 페데스탈(1014)을 통해, 열적으로 제어되는 액체를 통과시킴으로써, 저항성으로 가열될 수 있고 그리고/또는 냉각될 수 있다. 기판 페데스탈의 일부 및 기판(1013)의 전부가 기판 프로세싱 구역 내부에 있는 것으로 도시된다. 그 외에, 기판 프로세싱 구역은, 막 형성 동안에 챔버 바디(1006)의 온도를 유익하게 감소시키기 위해 포함될 수 있는 석영 하우징(1016) 및 석영 배플(baffle)(1012)에 의해 한정된다.[0036] To better understand and appreciate the embodiments described herein, reference is now made to FIGS. 1 and 2 , which are flowcharts of film formation processes 101 and 201 in accordance with embodiments. At the same time, reference will be made to FIG. 5A , which includes a schematic cross-sectional view of a substrate processing chamber 1001 in accordance with embodiments. Any of the substrate processing chambers of FIGS. 5A , 5B , 5C , or combinations of elements thereof may be used to perform the processes (eg, 101 or 102 ) described herein. In process 101 , in operation 110 , a substrate 1013 is transferred into a substrate processing region of a substrate processing chamber 1001 . The substrate 1013 is supported by a substrate pedestal 1014 , which may be resistively heated and/or cooled by passing a thermally controlled liquid through the substrate pedestal 1014 . can be A portion of the substrate pedestal and all of the substrate 1013 are shown within the substrate processing region. Additionally, the substrate processing region is defined by a quartz housing 1016 and a quartz baffle 1012 that may be included to beneficially reduce the temperature of the chamber body 1006 during film formation.

[0037] 동작(120)에서, 고체 전구체가 용제에서 용해되고, 압전 변환기(1004-1)를 갖는 에어로졸 생성기(1003-1)에 배치된다. 동작(130)에서, 캐리어 가스가 가열된 캐리어 가스 공급부(1002)에서 가열되고, 에어로졸 생성기(1003-1) 내로 유동된다. 압전 변환기(1004-1)가 변환기의 상단 및 바닥에 발진 전압(oscillating voltage)을 인가함으로써 진동되고, 에어로졸 생성기(1003-1)에서의 전구체 용액으로부터 에어로졸 액적들이 생성된다(동작(140)). 또한, 동작(140)에서, 에어로졸 액적들은 전구체 도관(1015-1)을 통해 유동하고, 상단 덮개(1005)를 통해 기판 프로세싱 챔버(1001)에 진입한다. 에어로졸 액적들은 또한, 기판(1013)을 하우징하는 기판 프로세싱 구역에 진입하기 전에, 상단 전극(1009)을 통해 유동하고, 그 후에, 바닥 전극(1010)을 통해 유동한다. 에어로졸 액적들이 2개의 전극들 사이를 통과하는 동안에, 상단 전극(1009) 및 바닥 전극(1010) 사이에 DC 전기장이 인가된다(동작(150)). 전기장은 전기장 구역(1011)에 인가되고, 상단 전극(1009)으로부터 바닥 전극(1010)을 향하여 포인팅된다. 절연체(1008)는 상단 전극(1009)과 바닥 전극(1010) 사이의 전기적인 분리를 유지하도록 구성된다. 실시예들에서, 챔버 바디(1006) 및 상단 덮개(1005)가 또한, 상단 전극(1009)과 바닥 전극(1010) 중 하나 또는 양자 모두로부터 전기적으로 절연될 수 있다. DC 전압 차이가 DC 전력 공급부(1007) 내에서 생성되고, 진공 양립가능 전기 피드스루들을 통해 기판 프로세싱 구역 내로 통과된다. 실시예들에서, 기판(1013)의 주 평면(major plane)에 대해 수직인 DC 전기장의 인가를 통해, 에어로졸 액적들의 작은 사이즈가 감소되거나 또는 유지된다. 상단 전극(1009) 및 바닥 전극(1010)은, 에어로졸 액적들이 이들 양자 모두를 통과하게 허용하는 구멍들을 갖지만, 그 외에는 평탄하고, 각각 기판(1013)의 주 평면에 대해 평행하다. 기판이 또한, 증착 동안에 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 동작(160)에서, 에어로졸 액적들로부터 기판(1013) 상에 막이 증착되고, 동작(170)에서, 기판이 기판 프로세싱 구역으로부터 제거된다.In operation 120 , a solid precursor is dissolved in a solvent and placed in an aerosol generator 1003 - 1 having a piezoelectric transducer 1004 - 1 . In operation 130 , a carrier gas is heated in the heated carrier gas supply 1002 and flowed into the aerosol generator 1003 - 1 . The piezoelectric transducer 1004 - 1 is vibrated by applying an oscillating voltage to the top and bottom of the transducer, and aerosol droplets are generated from the precursor solution in the aerosol generator 1003 - 1 (operation 140 ). Also, in operation 140 , aerosol droplets flow through precursor conduit 1015 - 1 and enter substrate processing chamber 1001 through top lid 1005 . Aerosol droplets also flow through the top electrode 1009 before entering the substrate processing region housing the substrate 1013 , and then through the bottom electrode 1010 . While the aerosol droplets pass between the two electrodes, a DC electric field is applied between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 (act 150 ). An electric field is applied to the electric field region 1011 and is pointed from the top electrode 1009 towards the bottom electrode 1010 . The insulator 1008 is configured to maintain electrical isolation between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 . In embodiments, the chamber body 1006 and the top lid 1005 may also be electrically isolated from one or both of the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 . A DC voltage differential is created within the DC power supply 1007 and passed through vacuum compatible electrical feedthroughs into the substrate processing region. In embodiments, the small size of the aerosol droplets is reduced or maintained through application of a DC electric field perpendicular to the major plane of the substrate 1013 . The top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 have apertures that allow aerosol droplets to pass through both, but are otherwise planar and each parallel to the major plane of the substrate 1013 . The substrate may also be electrically biased during deposition. At operation 160 , a film is deposited on the substrate 1013 from the aerosol droplets, and at operation 170 , the substrate is removed from the substrate processing region.

[0038] 에어로졸 생성기들(1003)은, 추가로, 작은 에어로졸 액적 사이즈들을 유지하기 위해, 기판 프로세싱 챔버(100) 가까이 위치될 수 있다. 에어로졸 생성기들(1003) 내의 볼륨은, 프로세싱될 기판의 면적에 대해 대략적으로 비례할 수 있다. 예컨대, 300 mm 기판에 대해 에어로졸 액적들을 생성하기 위해, 일 리터 에어로졸 생성기(1003)가 사용될 수 있다. 기판 프로세싱 챔버(1001)를 향하는 전구체 도관(1015-1) 내의 에어로졸 액적들의 유량을 제어하기 위해, 질량 유동 제어기가 사용될 수 있다. 전구체 도관(1015-1)은, 작은 에어로졸 액적 사이즈들을 유지하는 것을 또한 보조하는, 에어로졸 액적들의 상승된 온도(실온 초과)를 유지하기 위한 가열된 활성탄(activated charcoal)을 포함할 수 있다.Aerosol generators 1003 may further be located proximate the substrate processing chamber 100 to maintain small aerosol droplet sizes. The volume within the aerosol generators 1003 may be approximately proportional to the area of the substrate to be processed. For example, to generate aerosol droplets for a 300 mm substrate, a one liter aerosol generator 1003 may be used. A mass flow controller may be used to control the flow rate of aerosol droplets in the precursor conduit 1015 - 1 towards the substrate processing chamber 1001 . The precursor conduit 1015 - 1 may include activated charcoal to maintain an elevated temperature (above room temperature) of the aerosol droplets, which also aids in maintaining small aerosol droplet sizes.

[0039] 막 형성 프로세스(101)에 대해 고체 전구체가 사용되었다. 실시예들에서, 고체 또는 액체 전구체가 사용되었을 수 있고, 저 증기압 전구체들을 수용하는 것에서 기법의 유효성을 나타내기 위해, 고체 전구체가 예시되었다. 다음의 예에서, 액체 전구체가 사용되지만, 실시예들에서, 고체 전구체가 액체 전구체를 대체할 수 있다. 동작(210)에서, 기판이 기판 프로세싱 구역 내에 배치된다.A solid precursor was used for the film formation process 101 . In embodiments, a solid or liquid precursor may have been used, with a solid precursor being illustrated to demonstrate the effectiveness of the technique in receiving low vapor pressure precursors. In the examples that follow, a liquid precursor is used, but in embodiments, a solid precursor may be substituted for the liquid precursor. At operation 210 , a substrate is disposed within a substrate processing region.

[0040] 임베딩된(embedded) 변환기(1004-2)를 갖는 에어로졸 생성기(1003-2)에 액체 전구체가 배치된다. 캐리어 가스가 가열된 캐리어 가스 공급부(1002)에서 가열되고, 에어로졸 생성기(1003-2) 내로 유동된다. 변환기(1004-2)가 변환기의 상단 및 바닥에 발진 전압을 인가함으로써 진동되고, 에어로졸 생성기(1003-2)에서의 전구체 용액으로부터 에어로졸 액적들이 생성된다(동작(220)). 실시예들에 따르면, 액체 전구체는 또한, 제 1 예의 고체 전구체에 대한 경우에서와 같이, 용제 또는 양립가능한 용제들의 조합에서 용해될 수 있다. 그 후에, 에어로졸 액적들은 전구체 도관(1015-2)을 통해 유동하고, 상단 덮개(1005)를 통해 기판 프로세싱 챔버(1001)에 진입한다. 그 후에, 에어로졸 액적들은, 동작(230)에서, 기판(1013)을 하우징하는 기판 프로세싱 구역에 진입하기 전에, 상단 전극(1009)을 통해 그리고 바닥 전극(1010)을 통해 유동한다. 기판 프로세싱 구역에 진입하기 전에, 에어로졸 액적들이 2개의 전극들 사이를 통과하는 동안에, 상단 전극(1009) 및 바닥 전극(1010) 사이에 DC 전기장이 인가된다. 전기장은 전기장 구역(1011)에 인가되고, 상단 전극(1009)으로부터 바닥 전극(1010)을 향하여 포인팅된다. 절연체(1008)는 상단 전극(1009)과 바닥 전극(1010) 사이의 전기적인 분리를 유지하도록 구성된다. DC 전압 차이가 DC 전력 공급부(1007) 내에서 생성되고, 진공 양립가능 전기 피드스루들을 통해 기판 프로세싱 구역 내로 통과된다. 실시예들에서, 기판(1013)의 주 평면에 대해 수직인 DC 전기장의 인가를 통해, 에어로졸 액적들의 작은 사이즈가 감소되거나 또는 유지된다. 상단 전극(1009) 및 바닥 전극(1010)은, 에어로졸 액적들이 이들 양자 모두를 통과하게 허용하는 하나 또는 그 초과의 구멍들을 갖지만, 그 외에는 평탄하고, 각각 기판(1013)의 주 평면에 대해 평행하다. 실시예들에서, 페데스탈은 챔버 바디(1006), 상단 전극(1009), 및/또는 바닥 전극(1010)에 관하여 전기적으로 바이어싱될 수 있다.A liquid precursor is disposed in an aerosol generator 1003 - 2 having an embedded transducer 1004 - 2 . A carrier gas is heated in the heated carrier gas supply 1002 and flows into the aerosol generator 1003 - 2 . The transducer 1004-2 is vibrated by applying an oscillating voltage to the top and bottom of the transducer, and aerosol droplets are generated from the precursor solution in the aerosol generator 1003-2 (act 220). According to embodiments, the liquid precursor may also be dissolved in a solvent or a compatible combination of solvents, as is the case for the solid precursor of the first example. The aerosol droplets then flow through the precursor conduit 1015 - 2 and enter the substrate processing chamber 1001 through the top lid 1005 . The aerosol droplets then flow through the top electrode 1009 and through the bottom electrode 1010 before entering the substrate processing region housing the substrate 1013 in operation 230 . Before entering the substrate processing region, a DC electric field is applied between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 while the aerosol droplets pass between the two electrodes. An electric field is applied to the electric field region 1011 and is pointed from the top electrode 1009 towards the bottom electrode 1010 . The insulator 1008 is configured to maintain electrical isolation between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 . A DC voltage differential is created within the DC power supply 1007 and passed through vacuum compatible electrical feedthroughs into the substrate processing region. In embodiments, the small size of the aerosol droplets is reduced or maintained through application of a DC electric field perpendicular to the major plane of the substrate 1013 . The top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 have one or more apertures that allow aerosol droplets to pass through both, but are otherwise flat, each parallel to the major plane of the substrate 1013 . . In embodiments, the pedestal may be electrically biased with respect to the chamber body 1006 , the top electrode 1009 , and/or the bottom electrode 1010 .

[0041] 작은 에어로졸 액적들로부터 기판(1013) 상에 박막이 증착된다. 기판 프로세싱 구역은 반응되지 않은 에어로졸 액적들 및 반응 부산물들을 제거하기 위해 진공배기될 수 있다. 그 후에, 동작(250)에서, "원자" 층 증착 막(ALD)의 형성을 완료하기 위해, 별개의 화학적인 특성들을 갖는 제 2 전구체가 기판 프로세싱 구역 내로 유동된다(동작(240)). 목표 두께가 달성되지 않은 경우에, 프로세스는 반복될 수 있다(동작(260)). 목표 두께가 달성되면, 동작(270)에서, 기판 프로세싱 구역으로부터 기판이 제거된다. 일반적으로 말하자면, 전구체들은, 본 예에서와 같이, 순차적이고 교번하는 방식으로 기판 프로세싱 구역에 전달될 수 있거나, 또는 실시예들에 따라 전구체들은 동시에 반응기에 진입할 수 있다. 실시예들에서, 전구체들은, 기판 프로세싱 구역에 진입하기 전에, 서로 조합될 수 있다.A thin film is deposited on the substrate 1013 from small aerosol droplets. The substrate processing zone may be evacuated to remove unreacted aerosol droplets and reaction byproducts. Thereafter, in operation 250 , a second precursor having distinct chemical properties is flowed into the substrate processing region (operation 240 ) to complete the formation of the “atomic” layer deposited film (ALD). If the target thickness is not achieved, the process may be repeated (act 260). Once the target thickness is achieved, in operation 270 , the substrate is removed from the substrate processing region. Generally speaking, the precursors may be delivered to the substrate processing region in a sequential and alternating manner, as in this example, or according to embodiments, the precursors may enter the reactor simultaneously. In embodiments, the precursors may be combined with each other prior to entering the substrate processing region.

[0042] 본원에서 설명되는 장비 및 프로세스들의 이익들은 프로세싱 시간에서의 감소와 관련될 수 있다. 저 증기 전구체들을 사용하는 막 형성은, 유익한 막 두께를 획득하기 위해, 종종, 수 시간 및 심지어 수십 시간을 요구하는 것으로 발견되었다. 본원에서 설명되는 하드웨어 및 기법들은, 실시예들에 따라, 백배 이상 내지 천배 이상만큼, 막 에칭/형성 시간들을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 에칭/증착 시간들은, 5 초 내지 5 분, 또는 15 초 내지 2 분일 수 있다. 본원에서 설명되는 증기 에칭 또는 증기 증착 기법들은, 가스-표면 화학 반응들에 의해 반응들이 지배되는 "건식" 프로세스이다. 몇몇 종래 기술 프로세스는, 바람직한 에칭 또는 증착 레이트들을 획득하기 위해, 저 증기압 전구체를 함유하는 액체 용액 내에 패터닝된 기판을 침지하는 것을 수반한다. 본원에서, 전구체들은 가스-상으로 기판에 전달되고, 따라서, 프로세스들은 건식 프로세스들로서 설명될 수 있다. 본원에서 설명되는 건식 프로세스들은, 액체 프로세싱의 표면 장력의 결과로서 작은 선폭(linewidth)의 패터닝된 기판들에 대해 발생할 수 있는 손상을 피한다. 건식 프로세스들 및 장비의 이익은, 패턴 붕괴를 피하면서 고 에칭/증착 레이트들을 달성하는 것을 포함한다.[0042] Benefits of the equipment and processes described herein may relate to a reduction in processing time. Film formation using low vapor precursors has been found to often require hours and even tens of hours to obtain a beneficial film thickness. The hardware and techniques described herein may be used to reduce film etch/form times by a hundred fold or more to a thousand fold or more, depending on embodiments. In embodiments, the etch/deposition times may be between 5 seconds and 5 minutes, or between 15 seconds and 2 minutes. The vapor etching or vapor deposition techniques described herein are “dry” processes in which reactions are dominated by gas-surface chemical reactions. Some prior art processes involve immersing the patterned substrate in a liquid solution containing a low vapor pressure precursor to obtain desirable etch or deposition rates. Herein, the precursors are delivered to the substrate in the gas-phase, and thus the processes may be described as dry processes. The dry processes described herein avoid damage that may occur to small linewidth patterned substrates as a result of surface tension of liquid processing. A benefit of dry processes and equipment includes achieving high etch/deposition rates while avoiding pattern collapse.

[0043] 본원에서 설명되는 모든 실시예들에서, 전구체들은, 용제에서 용해된 것을 포함할 수 있는 응집 물질 상에 있다. 실시예들에서, 응집 물질 전구체의 증기압은, 용해 전에(또는 용제가 전혀 사용되지 않은 경우에), 제로(zero)일 수 있거나, 측정불가능하게 낮을 수 있거나, 10 Torr 미만일 수 있거나, 20 Torr 미만일 수 있거나, 또는 30 Torr 미만일 수 있다. 실시예들에 따르면, 응집 물질 전구체 및 적합한 용제를 함유하는 용액의 증기압은, 용해 후에, 10 Torr, 30 Torr 미만, 또는 50 Torr 미만일 수 있다. 예시적인 응집 물질 전구체들은, 원인이 되는 증착 애플리케이션을 소개한 후에 제시될 것이다.[0043] In all embodiments described herein, the precursors are on an aggregated material, which may include dissolved in a solvent. In embodiments, the vapor pressure of the aggregated material precursor, prior to dissolution (or if no solvent is used), may be zero, may be measurably low, may be less than 10 Torr, or may be less than 20 Torr. or less than 30 Torr. According to embodiments, the vapor pressure of the solution containing the aggregated material precursor and a suitable solvent may be less than 10 Torr, less than 30 Torr, or less than 50 Torr, after dissolution. Exemplary aggregated material precursors will be presented after introducing the underlying deposition application.

[0044] 본원에서 설명되는 하드웨어 및 기법들로부터 이익을 얻을 수 있는 예시적인 증착 애플리케이션은, 저 증기압 액체 전구체들의 사용을 수반할 수 있는, 자기-조립 단분자층들의 형성이다. 본원에서 설명되는 증착 프로세스들의 이익은, 미세하고 복잡하게 패터닝된 기판들 상의 극도로 등각적인(conformal) 증착 레이트이다. 깊은 갭들, 트렌치들, 또는 비아들은 종종, 특히 액적 사이즈들이 피처 사이즈들 또는 선폭들과 비교하여 큰 경우에, 트렌치 내의 깊은 부분들에 비하여 이들의 개구 근처에서 더 높은 증착 레이트를 나타낸다. 실시예들에 따르면, 본원에서 설명되는 방법들은, 0.5 nm 내지 20 nm, 1 nm 내지 10 nm, 또는 2 nm 내지 5 nm의 균일한 또는 비교적 균일한 두께를 갖는 등각적인 막들을 증착하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 방법들은, 패터닝된 기판 상의 복잡한 패터닝에도 불구하고, 균일한 에칭 레이트로 에칭하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 비아 또는 트렌치(피처들)의 폭들 및 깊이들은, 3 nm 내지 20 nm, 또는 5 nm 내지 10 nm일 수 있다. 본원에서 설명되는 모든 파라미터들은 에칭 및 증착 양자 모두에 대해 적용될 수 있지만, 예시적인 예들은 증착 프로세스들을 설명한다. 실시예들에서, (더 좁은 치수에서의) 비아 또는 트렌치의 폭은, 30 nm 미만, 20 nm 미만, 또는 10 nm 미만일 수 있다. 본원에서, 깊이들은 트렌치의 상단으로부터 바닥까지 측정된다. 본원에서, "상단", "위", 및 "상"은, 기판 평면으로부터 수직으로 먼, 그리고 수직 방향으로 기판의 주 평면으로부터 멀어지는, 부분들/방향들을 설명하기 위해 사용될 것이다. "수직의"는, "상단"을 향하는 "상" 방향으로 정렬된 아이템들을 설명하기 위해 사용될 것이다. 이제 의미들이 명확하게 될 다른 유사한 용어들이 사용될 수 있다.[0044] An exemplary deposition application that may benefit from the hardware and techniques described herein is the formation of self-assembled monolayers, which may involve the use of low vapor pressure liquid precursors. A benefit of the deposition processes described herein is an extremely conformal deposition rate on finely and intricately patterned substrates. Deep gaps, trenches, or vias often exhibit a higher deposition rate near their opening compared to deep portions within the trench, especially when droplet sizes are large compared to feature sizes or linewidths. According to embodiments, the methods described herein may be used to deposit conformal films having a uniform or relatively uniform thickness of 0.5 nm to 20 nm, 1 nm to 10 nm, or 2 nm to 5 nm. there is. Alternatively, the methods may be used to etch with a uniform etch rate despite complex patterning on a patterned substrate. In embodiments, the widths and depths of the via or trench (features) may be between 3 nm and 20 nm, or between 5 nm and 10 nm. Although all parameters described herein may apply for both etching and deposition, illustrative examples describe deposition processes. In embodiments, the width of the via or trench (in the narrower dimension) may be less than 30 nm, less than 20 nm, or less than 10 nm. Here, the depths are measured from the top of the trench to the bottom. As used herein, “top”, “above”, and “top” will be used to describe portions/directions that are vertically away from the substrate plane and vertically away from the major plane of the substrate. "Vertical" will be used to describe items that are aligned in an "up" direction towards "top". Other similar terms may now be used whose meanings will be clarified.

[0045] 예시적인 저 증기압 전구체들은, 자기-조립 단분자층들(SAM들)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 전구체들을 포함한다. 본원에서 설명되는 기법들은 아래에서 제시되는 것들보다 다수의 더 많은 것들에 대해 사용될 수 있지만, 예시적인 예들은 본원에서 개시되는 실시예들을 이해하는 것을 보조할 수 있다. 자기-조립 단분자층들을 증착하기 위해 사용되는 전구체들은, 자기-조립 단분자층들의 형성에 대해 도움이 되는 것으로 발견된, 헤드 모이어티들(head moieties)(HM)과 화학적으로 별개인 테일 모이어티들(tail moieties)(TM)을 가질 수 있다. 전구체들은 화학식 PO(OH)2를 갖는 HM을 포함하는 포스폰 산일 수 있다. 실시예들에 따르면, 저 증기압 응집 물질 전구체들은, 옥틸포스폰 산(CH3(CH2)6CH2-P(O)(OH)2), 퍼플루오로옥틸포스폰 산(CF3(CF2)5CH2-CH2-P(O)(OH)2), 옥타데실포스폰 산(CH3(CH2)16CH2-P(O)(OH)2), 데실 포스폰 산, 메시틸 포스폰 산, 시클로헥실 포스폰 산, 헥실 포스폰 산, 또는 부틸 포스폰 산 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.Exemplary low vapor pressure precursors include precursors that can be used to form self-assembled monolayers (SAMs). Although the techniques described herein may be used for many more than those presented below, illustrative examples may aid in understanding the embodiments disclosed herein. The precursors used to deposit the self-assembled monolayers have tail moieties chemically distinct from the head moieties (HM), which have been found to aid in the formation of self-assembled monolayers. moieties)(TM). The precursors may be phosphonic acids comprising HM having the formula PO(OH) 2 . According to embodiments, the low vapor pressure agglomeration material precursors are octylphosphonic acid (CH 3 (CH 2 ) 6 CH 2 -P(O)(OH) 2 ), perfluorooctylphosphonic acid (CF 3 (CF 3 ) 2 ) 5 CH 2 -CH 2 -P(O)(OH) 2 ), octadecylphosphonic acid (CH 3 (CH 2 ) 16 CH 2 -P(O)(OH) 2 ), decylphosphonic acid, one or more of mesityl phosphonic acid, cyclohexyl phosphonic acid, hexyl phosphonic acid, or butyl phosphonic acid.

[0046] 테일 모이어티(TM)는, 제 2 증착 전구체에 대한 후속 노출 동안에, 패터닝된 층 상의 막 형성을 방지할 수 있거나 또는 방해할 수 있다. 실시예들에 따르면, 포스폰 산 전구체의 테일 모이어티는, 사슬로 서로 공유 결합된, 5개 초과의 탄소 원자들, 6개 초과의 탄소 원자들, 또는 7개 초과의 탄소 원자들을 갖는 퍼플루오르화 알킬 기를 포함할 수 있다. 훨씬 더 작은 수소 원자들을 대신하는 더 큰 불소 원자들의 존재는 더 작은 탄소 사슬들에 대한 패터닝된 층의 핵형성을 방해하는 것으로 보인다. 실시예들에서, 포스폰 산 전구체의 테일 모이어티는, 사슬로 공유 결합된, 12개 초과의 탄소 원자들, 14개 초과의 탄소 원자들, 또는 16개 초과의 탄소 원자들을 갖는 알킬 기를 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, TM은 -CH2, C6H5, C6H4, C2H5, 또는 -CH2CH2CH3와 같은 선형 또는 방향족 탄화수소들을 포함할 수 있다.[0046] The tail moiety (TM) may prevent or interfere with film formation on the patterned layer during subsequent exposure to the second deposition precursor. According to embodiments, the tail moiety of the phosphonic acid precursor is a perfluorine having more than 5 carbon atoms, more than 6 carbon atoms, or more than 7 carbon atoms covalently bonded to each other in a chain. may contain an alkyl group. The presence of larger fluorine atoms replacing the much smaller hydrogen atoms appears to prevent nucleation of the patterned layer for smaller carbon chains. In embodiments, the tail moiety of the phosphonic acid precursor may comprise an alkyl group having more than 12 carbon atoms, more than 14 carbon atoms, or more than 16 carbon atoms, covalently linked in a chain. can According to embodiments, the TM may include linear or aromatic hydrocarbons such as —CH 2 , C 6 H 5 , C 6 H 4 , C 2 H 5 , or —CH 2 CH 2 CH 3 .

[0047] 자기-조립 단분자층(SAM)을 증착하기 위해 사용되는 전구체들은, 기판과 공유 결합하는 헤드 모이어티, 및 기판으로부터 멀어지도록 공유 결합으로부터 연장되는 테일 모이어티를 제공할 수 있다. 테일 모이어티는 사슬이라고 지칭되는 비교적 긴 공유-결합된 시퀀스를 포함한다. 실시예들에서, SAM은 300 ℃ 또는 350 ℃의 기판 온도들까지 안정적(분해 저항)일 수 있다. 화학 전구체 분자의 HM은 티올 기와 같은 황-함유 기를 함유할 수 있다. 실시예들에 따르면, 전구체는, 메테인싸이올(methanethiol)(CH3SH), 에테인싸이올(ethanethiol)(C2H5SH), 또는 부탄티올(butanethiol)(C4H9SH), N-알카네티올들{CH3(CH2)n-1SH, 여기에서, n은 8, 12, 16, 18, 20, 22, 또는 29} 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 실시예들에서, 전구체는, CF3 및 CF2 종단된 티올들, 예컨대, CF3(CF2)n(CH2)11)SH 및 CF3(CF2)9(CH2)nSH(여기에서, n은 2, 11, 또는 17), 및 (CF3(CH2)nSH)(여기에서, n은 9 내지 15) 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 실시예들에 따르면, 헤드 기는 질소 함유 기를 함유할 수 있다. 실시예들에서, 전구체는, 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES), (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS), 1,3 디아미노 프로판, 에틸렌디아민, 에틸렌디아민테트라아세트산, 디에틸아민, 및 메틸아민 중 하나 또는 그 초과일 수 있다.[0047] The precursors used to deposit a self-assembled monolayer (SAM) can provide a head moiety that covalently bonds with the substrate, and a tail moiety that extends from the covalent bond away from the substrate. The tail moiety comprises a relatively long covalently-linked sequence referred to as a chain. In embodiments, the SAM may be stable (decomposition resistance) up to substrate temperatures of 300 °C or 350 °C. The HM of the chemical precursor molecule may contain sulfur-containing groups such as thiol groups. According to embodiments, the precursor is methanethiol (CH 3 SH), ethanethiol (C 2 H 5 SH), or butanethiol (C 4 H 9 SH), N-alkanethiols {CH 3 (CH 2 ) n-1 SH, wherein n can be one or more of 8, 12, 16, 18, 20, 22, or 29}. In embodiments, the precursor comprises CF 3 and CF 2 terminated thiols, such as CF 3 (CF 2 ) n (CH 2 ) 11 )SH and CF 3 (CF 2 ) 9 (CH 2 ) n SH (here where n can be one or more of 2, 11, or 17), and (CF 3 (CH 2 ) n SH), wherein n is 9 to 15). According to embodiments, the head group may contain a nitrogen containing group. In embodiments, the precursor is 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS), 1,3 diamino propane, ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, di one or more of ethylamine, and methylamine.

[0048] SAM 위의 패터닝된 층 상으로의 막의 증착 레이트는, 자기-조립 단분자층에 의해 덮이지 않은 부분 위의 막의 증착 레이트보다 훨씬 더 작을 수 있다. SAM 위의 막의 증착 레이트는 SAM의 존재에 의해 감소될 수 있고, 증착 레이트는, SAM이 존재하지 않은 경우보다 훨씬 더 작을 수 있다. 실시예들에서, SAM-프리(free) 부분들 위의 증착 레이트는, SAM 부분들 위의 성장 레이트의 백배 초과, 백오십배 초과, 또는 이백배 초과일 수 있다. SAM 층의 존재 또는 부재는, 패터닝된 기판 상의 상이한 노출된 부분들에 대한 저 증기압 전구체의 친화도에서의 차이에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, SAM의 증착 레이트는, 노출된 금속 부분 위에서 쉽게 진행될 수 있지만, 패터닝된 기판의 노출된 유전체 부분 위에서는 그렇지 않을 수 있다. 금속 부분은 전기적으로 전도성일 수 있고, 다른 원소들이 존재하지 않는 경우에 응집 물질 상태로 전도성 재료를 형성하는 원소를 포함할 수 있거나 또는 그러한 원소로 구성될 수 있다. 실시예들에서, 노출된 금속 부분 상의 SAM 층의 증착 레이트는, 10, 15, 20, 또는 25의 승인자만큼, 노출된 유전체 부분 상의 증착 레이트를 초과할 수 있다.[0048] The deposition rate of the film onto the patterned layer over the SAM can be much less than the deposition rate of the film over portions not covered by the self-assembled monolayer. The deposition rate of the film over the SAM can be reduced by the presence of the SAM, and the deposition rate can be much lower than if the SAM was not present. In embodiments, the deposition rate over the SAM-free portions may be greater than one hundred times, greater than one hundred fifty times, or greater than two hundred times the growth rate on the SAM portions. The presence or absence of the SAM layer can be determined by the difference in the affinity of the low vapor pressure precursor for the different exposed portions on the patterned substrate. For example, the deposition rate of the SAM may readily proceed over exposed metal portions, but not over exposed dielectric portions of the patterned substrate. The metal portion may be electrically conductive and may comprise or consist of elements that form a conductive material in a state of agglomerated matter in the absence of other elements. In embodiments, the deposition rate of the SAM layer on the exposed metal portion may exceed the deposition rate on the exposed dielectric portion by a factor of 10, 15, 20, or 25.

[0049] 실시예들에서, 전구체들은 패터닝된 층의 2개 또는 그 초과의 화학적으로 별개인 부분들 모두 상에 증착될 수 있지만, 2개의 부분들 중 하나 상에서만 공유 결합들을 형성할 수 있다. 다른 부분 상에서, 전구체들은 물리 흡착(physisorption)에 의해 결합될 수 있고, 이는, 전구체들과 제 2 노출된 표면 부분 사이에 공유 결합들이 형성되지 않는 것을 의미한다. 이러한 시나리오에서, 화학 흡착된(공유 결합된) 전구체들은 머무르게 허용하면서, 물리 흡착된 전구체들은 쉽게 제거될 수 있다. 이는, 선택적으로-증착되는 SAM 층을 생성하기 위한 대안적인 방법이다.In embodiments, the precursors may be deposited on both or more chemically distinct portions of the patterned layer, but may form covalent bonds on only one of the two portions. On the other part, the precursors can be bound by physisorption, meaning that no covalent bonds are formed between the precursors and the second exposed surface part. In this scenario, the physisorbed precursors can be easily removed while allowing the chemisorbed (covalently bonded) precursors to stay. This is an alternative method for creating a selectively-deposited SAM layer.

[0050] 본원에서 성장되는 바와 같은 자기-조립 단분자층(SAM)은, 패터닝된 기판의 다른 부분들 상에는 증착되지 않으면서, 패터닝된 기판의 몇몇 부분들 상에 선택적으로 증착될 수 있다. 그 후에, SAM 코팅이 없는 구역들 상에서만 후속 증착이 진행될 수 있다. 본원에서 설명되는 방법들은, 리소그래피 패터닝을 수반하는 종래의 방법들과 비교하여, 비용 절감들 및 증가된 오버레이 정확도를 제공할 수 있다. SAM 선택적인 증착 후에, 후속 증착이 또한, 선택적인 증착이라고 지칭될 수 있지만, 선택적으로 증착된 SAM 층의 반전된 이미지이다. 후속하여 증착된 막은, 완성된 집적 회로의 기능에서 또는 추가적인 프로세싱에서, (SAM과 비교하여) 더 큰 유용성을 가질 수 있다. 도 3a, 도 3b, 및 도 3c는, 자기-조립 단분자층(310) 및 선택적으로 증착된 유전체(315-1)의 선택적인 증착 동안의 그리고 후의 포인트들에서의 패터닝된 기판의 측면도들이다. 도 3a에서, 자기-조립 단분자층(310)이, 패터닝된 기판(301) 내의 갭에서의 노출된 구리(305) 상에 증착되지만, 다른 노출된 부분들 상에는 증착되지 않는다. 노출된 구리(305)는 베어(bare) 상태일 수 있으며, 즉, 자기-조립 단분자층(310)과 구리(305)의 상단 사이에 라이너 층 또는 배리어 층을 갖지 않을 수 있다.[0050] A self-assembled monolayer (SAM) as grown herein may be selectively deposited on some portions of the patterned substrate without being deposited on other portions of the patterned substrate. After that, subsequent deposition can proceed only on areas without the SAM coating. The methods described herein can provide cost savings and increased overlay accuracy as compared to conventional methods involving lithographic patterning. After SAM selective deposition, subsequent deposition may also be referred to as selective deposition, but is an inverted image of the selectively deposited SAM layer. Subsequent deposited films may have greater utility (compared to SAM) in the function of a finished integrated circuit or in further processing. 3A, 3B, and 3C are side views of the patterned substrate at points during and after the selective deposition of the self-assembled monolayer 310 and selectively deposited dielectric 315-1. In FIG. 3A , a self-assembled monolayer 310 is deposited on the exposed copper 305 in the gap in the patterned substrate 301 , but not on the other exposed portions. The exposed copper 305 may be bare, ie, may have no liner layer or barrier layer between the self-assembled monolayer 310 and the top of the copper 305 .

[0051] 도 3b는, 자기-조립 단분자층을 갖지 않는 위치들, 즉, 본 예에서 구리가 아닌 위치들에서 형성된 선택적으로 증착된 유전체(315-1)를 도시한다. 도 3c에서 도시된 바와 같이, 자기-조립 단분자층(310)은, 패터닝된 기판(301)의 갭들에서의 인레이된(inlaid) 구리(305)를 제외한 모든 곳에, 선택적으로 증착된 유전체(315-1)를 남기도록 제거될 수 있다. 도 3d는, 본원에서 개시되는 실시예들을 이용하지 않은, 자기-조립 단분자층의 선택적인 증착 후의 패터닝된 기판의 측면도이다. 자기-조립 단분자층들을 형성하는 종래 기술의 방법들이, 도 3a 내지 도 3c의 프로세스 흐름을 이용하여 테스트되었으며, 인레이된 구리(305)의 부분들을 덮고, 완성된 디바이스들 내의 저항률을 증가시키거나 또는 완성된 디바이스들의 고장을 초래하는 선택적으로 증착된 유전체(315-2)를 생성하는 경향을 갖는다.3B shows a selectively deposited dielectric 315-1 formed at locations that do not have a self-assembled monolayer, ie, locations that are not copper in this example. As shown in FIG. 3C , self-assembled monolayer 310 is selectively deposited dielectric 315 - 1 everywhere except inlaid copper 305 in the gaps of patterned substrate 301 . ) can be removed to leave 3D is a side view of a patterned substrate after selective deposition of a self-assembled monolayer, not using embodiments disclosed herein. Prior art methods of forming self-assembled monolayers were tested using the process flow of FIGS. 3A-3C , covering portions of inlaid copper 305 , and increasing resistivity in finished devices or completed. It tends to create a selectively deposited dielectric 315-2 that causes failure of old devices.

[0052] 도 4는, 실시예들에 따른, 흡착된 자기-조립 단분자층을 갖지 않는 그리고 갖는 재료들에 대한 접촉각의 차트를 도시한다. 접촉각은, 탈이온수로 표면을 적시고, 다양한 재료들에 대하여 탈이온수에 의해 형성되는 각도를 관찰함으로써, 각각의 표면에 대해 측정되었다. 실리콘 산화물, 저-k 유전체, 구리, 및 티타늄 질화물이 접촉각을 측정하기 위해 규정되었고, 4개의 재료들은 좌측으로부터 우측으로 도시된다. 도 4에서의 각각의 점선 직사각형은 4개의 재료들 중 하나를 표현하고, 2개의 측정들을 포함하며: 하나의 측정은 베어 표면으로부터의 측정이고, 하나의 측정은 옥타데실포스폰 산(ODPA로서 표시됨)에 대한 노출 후의 측정이다. 구리만이, 옥타데실포스폰 산에 노출된 표면과 베어 표면 사이에서 통계적으로-상당한 차이를 나타낸다. 노출된 표면과 베어 표면 사이의 차이의 부재는, 실리콘 산화물, 저-k 유전체, 및 티타늄 질화물 각각 상으로의 옥타데실포스폰 산의 화학적인 흡착의 부재에 대한 근거이다. 실시예들에서, 자기-조립 단분자층은, 패터닝된 기판의 다른 부분 상에는 형성되지 않으면서, 패터닝된 기판의 몇몇 부분들(예컨대, 구리) 상에 형성될 수 있다. 실시예들에 따르면, 그 후에, SAM 코팅을 갖지 않은 구역들 상에만 후속 증착이 진행될 수 있다.[0052] FIG. 4 shows a chart of contact angle for materials without and with an adsorbed self-assembled monolayer, according to embodiments. The contact angle was measured for each surface by wetting the surface with deionized water and observing the angle formed by the deionized water for various materials. Silicon oxide, low-k dielectric, copper, and titanium nitride were defined to measure the contact angle, and four materials are shown from left to right. Each dashed rectangle in Figure 4 represents one of four materials and contains two measurements: one measurement from the bare surface and one measurement denoted as octadecylphosphonic acid (ODPA). ) after exposure to Only copper exhibits a statistically-significant difference between the bare surface and the surface exposed to octadecylphosphonic acid. The absence of differences between the exposed and bare surfaces is the basis for the absence of chemisorption of octadecylphosphonic acid onto silicon oxide, low-k dielectric, and titanium nitride, respectively. In embodiments, the self-assembling monolayer may be formed on some portions of the patterned substrate (eg, copper) without forming on other portions of the patterned substrate. According to embodiments, thereafter, subsequent deposition may proceed only on areas that do not have a SAM coating.

[0053] 실시예들에 따르면, 저 증기압 응집 물질 전구체를 용해시키기 위해 사용될 수 있는 예시적인 용제들은, 이소프로필 알코올(IPA), 1-부탄올, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 헥산, 시클로헥산, 테트라히드로푸란, 디메틸 술폭시드, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 디클로로메탄, 에틸 아세테이트, 및 클로로포름 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 용제는 방향족 탄화수소를 포함할 수 있거나, 탄소 및 수소를 포함할 수 있거나 또는 탄소 및 수소로 구성될 수 있거나, 또는 탄소, 수소 및 산소를 포함할 수 있거나 또는 탄소, 수소 및 산소로 구성될 수 있다.[0053] According to embodiments, exemplary solvents that may be used to dissolve the low vapor pressure agglomeration material precursor are isopropyl alcohol (IPA), 1-butanol, toluene, xylene, benzene, hexane, cyclohexane, tetrahydro one or more of furan, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, dichloromethane, ethyl acetate, and chloroform. In embodiments, the solvent may include an aromatic hydrocarbon, may include carbon and hydrogen, or may consist of carbon and hydrogen, or may include carbon, hydrogen and oxygen, or may include carbon, hydrogen and oxygen can be composed of

[0054] 도 5a는, 이전에 설명된 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는, 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다. 기판 온도는, 성장되는 막의 타입에 따라, 증착 동안에 실온 위로 상승될 수 있다. 본원에서 도입되는 건식 프로세스들은, 종래 기술의 액체 프로세스들보다 더 높은 온도들에서 프로세스들이 수행될 수 있게 한다. 작은 에어로졸 액적들이 석영 배플(1012)의 홀들에서 빠져나갈 수 있고, 그 후에, 기판이 100 ℃ 내지 800 ℃, 200 ℃ 내지 700 ℃, 300 ℃ 내지 600 ℃, 또는 400 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 유지되는 동안에, 기판(1013)에 접근할 수 있고, 기판(1013)과 접촉할 수 있다. 이러한 기판 온도들은 본원에서 설명되는 모든 증착 동작들에 대해 적용된다. 챔버 바디(1006) 및/또는 상단 덮개(1005)는, 석영 배플(1012)/석영 하우징(1016) 내부의 기판 프로세싱 구역과 챔버 바디(1006) 및 상단 덮개(1005) 외부의 대기 사이에서 진공 무결성을 유지하면서 비교적 높은 온도들(가능하게는, 최대 400 ℃)을 견딜 수 있는 스테인리스 스틸(예컨대, SST 304 또는 바람직하게는 SST 316)일 수 있다. 챔버 바디(1006), 상단 덮개(1005), 및 임의의 다른 컴포넌트들은, 기판 프로세싱 챔버(1001) 외부의 대기와 기판 프로세싱 구역 사이의 가스 격리를 보장하기 위해, 특정한 프로세스 환경과 양립가능한 O-링들로 밀봉될 수 있다.5A shows a schematic cross-sectional view of a substrate processing chamber according to embodiments, which may be used to perform previously described methods. The substrate temperature may be raised above room temperature during deposition, depending on the type of film being grown. The dry processes introduced herein allow processes to be performed at higher temperatures than prior art liquid processes. Small aerosol droplets may exit the holes of the quartz baffle 1012 , after which the substrate is maintained at a temperature of 100 °C to 800 °C, 200 °C to 700 °C, 300 °C to 600 °C, or 400 °C to 500 °C In the meantime, the substrate 1013 can be accessed and contacted with the substrate 1013 . These substrate temperatures apply for all deposition operations described herein. The chamber body 1006 and/or the top lid 1005 provides vacuum integrity between the substrate processing region inside the quartz baffle 1012/quartz housing 1016 and the atmosphere outside the chamber body 1006 and the top lid 1005 . may be stainless steel (eg SST 304 or preferably SST 316) capable of withstanding relatively high temperatures (possibly up to 400° C.) while maintaining The chamber body 1006 , the top lid 1005 , and any other components have O-rings compatible with the particular process environment to ensure gas isolation between the substrate processing region and the atmosphere outside the substrate processing chamber 1001 . can be sealed with

[0055] 챔버 바디(1006) 및/또는 상단 덮개(1005)는, 예컨대 스테인리스 스틸을 통해 머시닝되거나 또는 형성된 냉각제 채널들을 통해 냉각제를 유동시킴으로써 냉각될 수 있다. 냉각제 채널들은, 높은 온도들에 대한 노출로부터 O-링들을 보호하기 위해, O-링 연결들 근처에 제공될 수 있다. 챔버 바디(1006) 및/또는 상단 덮개(1006)의 온도들은, 석영 하우징(1016) 및 석영 배플(1012) 내(기판 프로세싱 구역)의 기저(base) 압력에서의 감소 또는 안전성을 위해, 막 형성 동안에 70 ℃ 미만으로 유지될 수 있다. 석영 배플(1012) 및 석영 하우징(1016)의 존재는 추가로, 챔버 바디(1006) 및/또는 상단 덮개(1005)의 동작 온도에서의 감소를 용이하게 할 수 있다. 석영 배플(1012)(예컨대, 개구들을 갖는 석영 부분), 상단 전극(1009), 및/또는 바닥 전극(1010)은 막 형성 동안에 100 ℃ 미만으로 유지될 수 있다. 기판 페데스탈(1014)은 이전에 제공된 기판(1013)의 바람직한 온도들로 가열될 수 있고, 프로세스를 보조하는 레벨로 기판(1013)의 온도를 유지할 수 있다. 기판 페데스탈(1014)은, 석영 배플(1012)의 바닥에 관하여 기판(1013)을 위치시키는 것에서 유연성(flexibility)을 제공하기 위해, 수직으로 조정가능할 수 있다. 열전대들이, 냉각제 유량 및/또는 온도의 피드백 제어를 제공하기 위해, 챔버 바디(1006) 및/또는 상단 덮개(1005)에 부착될 수 있거나 또는 챔버 바디(1006) 및/또는 상단 덮개(1005) 내에 임베딩될 수 있다. 열전대들은 또한, 상부 안전성 온도 세트 포인트가 초과되는 경우에, 전구체 유량을 중단(shut down)시키고, 또한, 기판 페데스탈(1014)로의 열을 중단시키기 위해 사용될 수 있다.The chamber body 1006 and/or the top lid 1005 may be cooled, for example, by flowing coolant through coolant channels formed or machined through stainless steel. Coolant channels may be provided near the O-ring connections to protect the O-rings from exposure to high temperatures. The temperatures of the chamber body 1006 and/or the top lid 1006 are adjusted to reduce or stabilize the base pressure in the quartz housing 1016 and the quartz baffle 1012 (substrate processing region) for film formation. It can be kept below 70 °C during the period. The presence of the quartz baffle 1012 and quartz housing 1016 may further facilitate a reduction in the operating temperature of the chamber body 1006 and/or top cover 1005 . The quartz baffle 1012 (eg, a quartz portion having openings), the top electrode 1009 , and/or the bottom electrode 1010 may be kept below 100° C. during film formation. The substrate pedestal 1014 may be heated to desired temperatures of the previously provided substrate 1013 and may maintain the temperature of the substrate 1013 at a level that assists the process. The substrate pedestal 1014 may be vertically adjustable to provide flexibility in positioning the substrate 1013 relative to the bottom of the quartz baffle 1012 . Thermocouples may be attached to or within the chamber body 1006 and/or top lid 1005 to provide feedback control of coolant flow rate and/or temperature. can be embedded. Thermocouples may also be used to shut down the precursor flow rate and also shut down heat to the substrate pedestal 1014 when the upper safe temperature set point is exceeded.

[0056] 실시예들에서, 본원에서 설명되는 증착 프로세스들 동안의 기판 프로세싱 구역에서의 압력은, 10 Torr 내지 750 Torr, 20 Torr 내지 700 Torr, 또는 100 Torr 내지 600 Torr일 수 있다. 실시예들에 따르면, 반응들은 기판 그 자체의 온도에 의해서만 여기되어 열적으로 진행될 수 있다. 증착 반응을 발생시키기 위해 기판의 온도에 의존하는 실시예들에서, "플라즈마-프리(plasma-free)"라는 용어는, 본원에서, 플라즈마 전력을 사용하지 않거나 또는 플라즈마 전력을 본질적으로 사용하지 않는 애플리케이션 동안의 기판 프로세싱 구역을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 기판 프로세싱 구역에서의 플라즈마의 부재는 개별적으로 또는 조합되어 사용될 수 있는 수개의 상보적인 방식들로 정량화될 것이다. 플라즈마 전력은 또한, 적절한 반응들이 진행될 수 있게 하기 위해, 작은 임계치 양들 미만으로 유지될 수 있다. 실시예들에서, 기판 프로세싱 구역에 인가되는 플라즈마 전력은, 100 와트 미만, 50 와트 미만, 30 와트 미만, 10 와트 미만일 수 있고, 0 와트일 수 있다.In embodiments, the pressure in the substrate processing region during the deposition processes described herein may be between 10 Torr and 750 Torr, between 20 Torr and 700 Torr, or between 100 Torr and 600 Torr. According to embodiments, the reactions may proceed thermally by being excited only by the temperature of the substrate itself. In embodiments that rely on the temperature of the substrate to generate the deposition reaction, the term “plasma-free” is used herein to refer to applications that do not use, or essentially do not use, plasma power. can be used to describe a region of substrate processing during The absence of plasma in the substrate processing region will be quantified in several complementary ways that may be used individually or in combination. Plasma power may also be maintained below small threshold amounts to allow proper reactions to proceed. In embodiments, the plasma power applied to the substrate processing region may be less than 100 watts, less than 50 watts, less than 30 watts, less than 10 watts, and may be 0 watts.

[0057] 임의의 국부적인 플라즈마의 부재(또는 크기의 감소)는 바람직하게, 증착 프로세스들을 더 등각적이게 만들고, 피처들을 변형시킬 가능성이 더 낮아지게 만든다. "플라즈마-프리"라는 용어는, 본원에서, 기판 프로세싱 구역에 플라즈마 전력을 인가하지 않거나 또는 본질적으로 인가하지 않는 동안의 기판 프로세싱 구역을 설명하기 위해 사용될 것이다. 다른 방식으로 말하자면, 실시예들에 따르면, 기판 프로세싱 구역에서의 전자 온도는, 0.5 eV 미만, 0.45 eV 미만, 0.4 eV 미만, 또는 0.35 eV 미만일 수 있다. 실시예들에서, 저 증기압 전구체는, 기판 프로세싱 구역에 진입하기 전에, 어떠한 원격 플라즈마에 의해서도 여기되지 않는다. 예컨대, 원격 플라즈마 구역 또는 개별적인 챔버 구역이 존재하고, 기판 프로세싱 구역을 향하여 에어로졸 액적들을 안내(conduct)하기 위해 사용되는 경우에, 임의의 원격 구역(들)은, 본원에서 정의되는 바와 같이, 플라즈마-프리일 수 있다.The absence of any localized plasma (or reduction in size) preferably makes the deposition processes more conformal and less likely to deform features. The term “plasma-free” will be used herein to describe a substrate processing region during which no plasma power is applied or essentially no plasma power is applied to the substrate processing region. Stated another way, according to embodiments, the electron temperature in the substrate processing region may be less than 0.5 eV, less than 0.45 eV, less than 0.4 eV, or less than 0.35 eV. In embodiments, the low vapor pressure precursor is not excited by any remote plasma prior to entering the substrate processing region. For example, where a remote plasma region or a separate chamber region exists and is used to conduct aerosol droplets towards a substrate processing region, any remote region(s), as defined herein, can be a plasma- can be free.

[0058] 상단 전극(1009)과 바닥 전극(1010) 사이에 갭(도 5a에서 전기장 구역(1011)으로서 도시됨)이 존재한다. 전기장 구역(1011)을 형성하는 갭은 상단 전극(1009)의 바닥 표면과 바닥 전극(1010)의 상단 표면 사이에서 측정된다. 실시예들에 따르면, 전기장 구역(1011)의 높이는, 0.5 mm 내지 10 mm, 또는 1 mm 내지 3 mm일 수 있다. 실시예들에서, 작은 에어로졸 액적 사이즈들을 유지하거나 또는 달성하기 위해 상단 전극(1009)과 바닥 전극(1010) 사이에 인가되는 전압은, 바닥 전극(1010)에 관하여 양의 전위로 상단 전극(1009)을 놓거나, 또는 상단 전극(1009)에 관하여 양의 전위로 바닥 전극(1010)을 놓는 DC 전압일 수 있다. 실시예들에 따르면, DC 전압 차이의 크기는, 100 볼트 내지 2 킬로볼트, 200 볼트 내지 1,000 볼트, 또는 500 볼트 내지 800 볼트일 수 있다. 실시예들에서, 상단 전극(1009)과 바닥 전극(1010) 사이의 DC 전기장은, 500 V/cm 내지 20,000 V/cm, 1,000 V/cm 내지 10,000 V/cm, 또는 2,000 V/cm 내지 7,000 V/cm의 크기를 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 작은 직경 액적들은, 에어로졸 액적들이 대전되지 않고 무-극성인 경우들에서도, DC 전기장의 인가에 의해, 감소되거나 또는 이들의 사이즈가 유지되는 것으로 발견되었다.There is a gap (shown as electric field region 1011 in FIG. 5A ) between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 . The gap forming the electric field region 1011 is measured between the bottom surface of the top electrode 1009 and the top surface of the bottom electrode 1010 . According to embodiments, the height of the electric field zone 1011 may be between 0.5 mm and 10 mm, or between 1 mm and 3 mm. In embodiments, the voltage applied between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 to maintain or achieve small aerosol droplet sizes is a positive potential with respect to the bottom electrode 1010 to the top electrode 1009 . or a DC voltage that puts the bottom electrode 1010 at a positive potential with respect to the top electrode 1009 . According to embodiments, the magnitude of the DC voltage difference may be 100 volts to 2 kilovolts, 200 volts to 1,000 volts, or 500 volts to 800 volts. In embodiments, the DC electric field between the top electrode 1009 and the bottom electrode 1010 is 500 V/cm to 20,000 V/cm, 1,000 V/cm to 10,000 V/cm, or 2,000 V/cm to 7,000 V It can have a size of /cm. According to embodiments, it has been found that small diameter droplets are reduced or their size maintained by application of a DC electric field, even in cases where the aerosol droplets are uncharged and non-polar.

[0059] 본원에서 설명되는 프로세스들 및 하드웨어의 부가적인 이익들이 이제 설명될 수 있다. 종래 기술의 에어로졸 액적들은 약 0.5 μm 내지 수 μm의 직경들을 가졌었다. 기판으로 전구체들을 전달하는 큰 직경의 액적들을 갖는 것으로부터 수개의 문제들이 발생된다. 실시예들에 따르면, 본원에서 형성되는 에어로졸 액적들은, 3 nm 내지 75 nm, 5 nm 내지 50 nm, 또는 10 nm 내지 25 nm의 직경을 가질 수 있다. 작은 에어로졸 액적 치수들은 패터닝된 기판 상의 더 작은 피처들 내로의 전구체 소스들의 침투를 용이하게 한다. 더 작은 사이즈들은 재료 갭충전(gapfill)을 향상시킬 수 있고, 갭들 내에 트래핑되는(trapped) 공극들이 더 적어지게 할 수 있다. 더 작은 사이즈들은 또한, 좁은 갭들에 침투하는 능력의 결과로서, 더 등각적인 증착을 가능하게 할 수 있다. 더 작은 사이즈를 갖는 에어로졸 액적들은 또한, 표면 대 볼륨 비율을 증가시키고, 이는, 저 증기압 전구체(그리고, 사용되는 경우, 용제)에 존재하는 원소들의 더 신속한 방출(release)을 가능하게 한다. 몇몇 원소들은 증착되는 막에서 바람직하지 않다. 본원에서 설명되는 더 작은 액적 사이즈들은, 바람직하지 않은 원소들(예컨대, 탄소 또는 수소)이 휘발성 종을 형성할 수 있게 하고, 그러한 휘발성 종은 증착 반응 동안에 표면으로부터 쉽게 떠난다. 부가적인 이익들은, 본원에서 설명되는 기법들을 사용하는 것에 의한, 결정립계들(grain boundaries)의 사이즈 및 수에서의 감소, 뿐만 아니라, 표면 거칠기의 감소를 포함한다.Additional benefits of the processes and hardware described herein may now be described. Prior art aerosol droplets have had diameters of about 0.5 μm to several μm. Several problems arise from having large diameter droplets that deliver precursors to the substrate. According to embodiments, the aerosol droplets formed herein may have a diameter of 3 nm to 75 nm, 5 nm to 50 nm, or 10 nm to 25 nm. Small aerosol droplet dimensions facilitate penetration of precursor sources into smaller features on the patterned substrate. Smaller sizes may improve material gapfill and may result in fewer voids trapped within the gaps. Smaller sizes may also allow for more conformal deposition, as a result of the ability to penetrate narrow gaps. Aerosol droplets with smaller sizes also increase the surface to volume ratio, which allows for faster release of elements present in the low vapor pressure precursor (and solvent, if used). Some elements are undesirable in the deposited film. The smaller droplet sizes described herein allow undesirable elements (eg, carbon or hydrogen) to form volatile species that readily leave the surface during the deposition reaction. Additional benefits include reduction in the size and number of grain boundaries, as well as reduction in surface roughness, by using the techniques described herein.

[0060] 에어로졸 생성기들(1003)에서 초음파 교반을 사용하여 작은 에어로졸 액적들이 발생될(initiated) 수 있다. 논의되는 바와 같이, 에어로졸 액적들의 사이즈는, 에어로졸 액적들이 기판 프로세싱 구역 내로 통과하기 전에 전기장 구역(1011)에 DC 전기장을 인가함으로써, 감소될 수 있다(또는 에어로졸 액적들의 성장이 억제될 수 있다). 입자 필터(1019)가, 전구체 도관들(1015)을 통해, 전기장 구역(1011)을 통해, 그리고 기판 프로세싱 구역 내로 통과하게 허용되는 에어로졸 액적들의 사이즈들을 추가로 감소시키기 위해, 에어로졸 생성기들(1003)로부터의 하류에 설치될 수 있다. 실시예들에 따르면, 입자 필터(1019)는, 0.3 μm 미만, 0.25 μm 미만, 또는 0.2 μm 미만의 직경을 갖는 에어로졸 액적들이 통과하게 허용할 수 있으면서, 그러한 사이즈 임계치들보다 더 큰 직경들을 갖는 액적들의 유동을 금지할 수 있거나 또는 억제할 수 있다. 필터는, 상단 전극(1009) 바로 위를 포함하여, 전구체 도관들(1015)을 따라 어느 곳에나 배치될 수 있다. 실시예들에서, 필터는 상단 전극(1009)에, 전기장 구역(1011)에, 바닥 전극(1010)에, 또는 심지어, 바닥 전극(1010)의 하류에 위치될 수 있다. 에어로졸 액적들의 사이즈들은 인-시튜(in-situ) 입자 사이즈 분석기들(예컨대, 응집 입자 카운터 또는 검출기)을 사용하여 측정될 수 있다.Small aerosol droplets may be initiated using ultrasonic agitation in aerosol generators 1003 . As discussed, the size of the aerosol droplets may be reduced (or growth of the aerosol droplets may be inhibited) by applying a DC electric field to the electric field region 1011 before the aerosol droplets pass into the substrate processing region. Aerosol generators 1003 to further reduce the sizes of aerosol droplets that the particle filter 1019 is allowed to pass through the precursor conduits 1015 , through the electric field region 1011 , and into the substrate processing region. It can be installed downstream from According to embodiments, the particle filter 1019 is capable of allowing aerosol droplets having a diameter of less than 0.3 μm, less than 0.25 μm, or less than 0.2 μm to pass through, while droplets having diameters greater than those size thresholds. may inhibit or inhibit their flow. The filter may be disposed anywhere along the precursor conduits 1015 , including directly above the top electrode 1009 . In embodiments, the filter may be located at the top electrode 1009 , at the electric field region 1011 , at the bottom electrode 1010 , or even downstream of the bottom electrode 1010 . The sizes of aerosol droplets can be measured using in-situ particle size analyzers (eg, an aggregated particle counter or detector).

[0061] 기판 프로세싱 챔버(1001) 내의 기판 프로세싱 구역은, 본원에서 설명되는 모든 증착 동작들 동안에, 기판 프로세싱 구역 내로 에어로졸 액적들을 도입하기 전에, 진공 펌프(1017)를 사용하여 진공배기될 수 있다. 몇몇 화학물질들은, 진공 펌프(1017)를 통과한 후에, 대기로 방출되기 전에, 추가적인 프로세싱을 요구할 수 있다. 스크러버(scrubber)(1018)가 프로세스 유출물들을 방출하기 전에, 프로세스 유출물들의 화학 성분들을 변형시키거나 또는 제거하기 위해, 진공 펌프(1017)로부터의 하류에 배치될 수 있다. 폐쇄-루프 배기 피드백 시스템이 기판 프로세싱 구역 내에서 바람직한 압력을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 기판 프로세싱 구역 내의 압력이 세트 포인트 압력을 초과하는 것으로 측정되는 경우(초과압력(overpressure) 상황)에서, 자동 밸브(미도시)가 진공 펌프(1017) 및 스크러버(1018)에 기판 프로세싱 구역을 개방하여, 기판 프로세싱 챔버(1001) 내부의 압력을 방출할 수 있다.The substrate processing region within the substrate processing chamber 1001 may be evacuated using a vacuum pump 1017 prior to introducing aerosol droplets into the substrate processing region during all deposition operations described herein. Some chemicals, after passing through the vacuum pump 1017 , may require additional processing before being released to the atmosphere. A scrubber 1018 may be disposed downstream from the vacuum pump 1017 to modify or remove chemical components of the process effluents prior to discharging them. A closed-loop exhaust feedback system may be used to maintain the desired pressure within the substrate processing region. When the pressure within the substrate processing region is measured to exceed the set point pressure (an overpressure situation), an automatic valve (not shown) opens the substrate processing region to the vacuum pump 1017 and scrubber 1018 to , to release the pressure inside the substrate processing chamber 1001 .

[0062] 본원에서 설명되는 장비 및 기법들은 금속들, 반도체들, 및 절연체들을 포함하는 다양한 층들을 에칭하거나 또는 형성하는데 유용할 수 있다. 실시예들에 따르면, 층들은 등각적일 수 있고, 유기 또는 무기 분자들로부터 형성된 자기-조립 단분자층(SAM)들일 수 있거나, 또는 원자 층 증착(ALD)될 수 있다. 순전히, 예시적인 예들로서, 이러한 기법들을 사용하여 에칭될 수 있거나 또는 증착될 수 있는 막들은 인듐 갈륨 비소, 인듐 갈륨 인, 갈륨 비소, 및 티타늄 산화물을 포함한다. 실시예들에서, 막들은 금속 산화물들, III-V 반도체들, 또는 II-VI 반도체들일 수 있다.[0062] The equipment and techniques described herein may be useful for etching or forming various layers including metals, semiconductors, and insulators. According to embodiments, the layers may be conformal, self-assembled monolayers (SAM) formed from organic or inorganic molecules, or may be atomic layer deposition (ALD). As purely illustrative examples, films that may be etched or deposited using these techniques include indium gallium arsenide, indium gallium phosphide, gallium arsenide, and titanium oxide. In embodiments, the films may be metal oxides, III-V semiconductors, or II-VI semiconductors.

[0063] 도 5a는, 기판 프로세싱 구역 내로 저 증기압 전구체들을 전달하기 위한 2개의 에어로졸 생성기들(1003-1 및 1003-2)을 도시한다. 2개 초과의 에어로졸 생성기들이 존재할 수 있고, 이들은, 단순히 가독성을 증가시키기 위해 도면에서 도시되지 않은 비-에어로졸 생성 소스들에 의해 강화될 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 생성기들 중 하나 또는 그 초과에서의 변환기들이, 도시된 하드웨어에 대해 비-에어로졸 생성 소스를 제공하기 위해 제외될 수 있다. 막 성장 동안에, 에어로졸 생성 소스들 중 하나 또는 그 초과는, 전자 수용체 또는 공여체로 도핑된 반도체를 성장시키는 경우에 유용할 수 있는 바와 같이, 막에 도펀트(들)를 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 본원에서 설명되는 기법들 및 하드웨어를 사용하여, n-타입 또는 p-타입 반도체(예컨대, 실리콘)가 형성될 수 있다.5A shows two aerosol generators 1003-1 and 1003-2 for delivering low vapor pressure precursors into a substrate processing region. There may be more than two aerosol generators, which may be powered by non-aerosol generating sources not shown in the figure simply to increase readability. Alternatively, transducers in one or more of the aerosol generators may be excluded to provide a non-aerosol generating source for the hardware shown. During film growth, one or more of the aerosol generating sources may be used to deliver dopant(s) to the film, as may be useful when growing a semiconductor doped with an electron acceptor or donor. In this manner, an n-type or p-type semiconductor (eg, silicon) may be formed using the techniques and hardware described herein.

[0064] 도 5b는, 이전에 설명된 방법들을 수행하기 위해 또한 사용될 수 있는, 실시예들에 따른, 다른 기판 프로세싱 챔버(1101)의 개략적인 단면도를 도시한다. 각각의 실시예의 피처들 및 엘리먼트들은, 추가적인 실시예들에 도달하기 위해, 다른 실시예의 몇몇 또는 모든 피처들 및 엘리먼트들에 부가될 수 있다. 기판(1113)이 증착을 위해 기판 프로세싱 챔버(1101)의 기판 프로세싱 구역 내에 배치된다. 기판(1113)은 바닥 전극(1114) 상에 지지된다. 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급부(1102)로부터 캐리어 가스 공급 밸브(1104)를 통해 그리고 에어로졸 생성기(1110) 내로 유동된다. RF 전력 공급부(1106)는, 에어로졸 생성기(1110)와 물리적으로 접촉하도록 배치된 압전 변환기(1108)에 교번하는 전기 신호(예컨대, 초음파)를 공급하도록 구성된다. 압전 변환기(1108)는 전구체의 응집 물질 소스(예컨대, 고체 또는 액체)를 기화시키고, 캐리어 가스 공급부(1102)로부터 발생되는 캐리어 가스는 에어로졸 생성기(1110)를 통해 유동하고, 기화된 전구체를 챔버 입구 밸브(1111)를 통해 기판 프로세싱 챔버(1101)의 기판 프로세싱 구역 내로 운반한다. 캐리어 가스는, 이전과 같이, 캐리어 가스 공급 밸브(1104)를 통과하고 에어로졸 생성기(1110)에 진입하기 전에, 가열될 수 있다.FIG. 5B shows a schematic cross-sectional view of another substrate processing chamber 1101 , according to embodiments, that may also be used to perform previously described methods. Features and elements of each embodiment may be added to some or all features and elements of another embodiment to arrive at further embodiments. A substrate 1113 is disposed within a substrate processing region of the substrate processing chamber 1101 for deposition. The substrate 1113 is supported on the bottom electrode 1114 . A carrier gas flows from the carrier gas supply 1102 through the carrier gas supply valve 1104 and into the aerosol generator 1110 . The RF power supply 1106 is configured to supply an alternating electrical signal (eg, ultrasound) to a piezoelectric transducer 1108 disposed in physical contact with the aerosol generator 1110 . The piezoelectric transducer 1108 vaporizes a source of condensed material (eg, solid or liquid) of the precursor, and the carrier gas generated from the carrier gas supply 1102 flows through the aerosol generator 1110 and directs the vaporized precursor to the chamber inlet. transported through a valve 1111 into the substrate processing region of the substrate processing chamber 1101 . The carrier gas may be heated, as before, before passing through the carrier gas supply valve 1104 and entering the aerosol generator 1110 .

[0065] 바닥 전극(1114)은 상단 전극(1112)에 대해 평행하고, 기화된 전구체 또는 에어로졸 액적들은 전극들 사이로부터 기판 프로세싱 구역 내로 전달된다. 도 5a는 전극들 중 하나를 통해 전달되는 에어로졸 액적들을 도시하였고, 도 5b는 전극을 통하는 유동이 필요하지 않은 구성을 도시한다. DC 전력 공급부(이번에는 도시되지 않음)가, 기판 프로세싱 구역에서, 기화된 전구체에서의 작은 액적 사이즈를 달성하거나 또는 유지하기 위해, 상단 전극(1112)과 바닥 전극(1114) 사이에 DC 전압을 인가하도록 구성된다. 전기장은 상단 전극(1112)으로부터 바닥 전극(1114)을 향하여 포인팅된다. 독립적으로 제어가능한 전압 레벨들을 보장하기 위해, 전기 절연체가 상단 전극(1112)과 바닥 전극(1114) 사이에 배치된다. 실시예들에서, DC 전력 공급부 내에서 생성된 DC 전압 차이가, 진공 피드스루들을 사용하거나, 또는 먼저 진공을 통과하지 않으면서 전극들에 직접적으로, 상단 전극(1112) 및 바닥 전극(1114)에 인가될 수 있다. 실시예들에서, 에어로졸 액적들의 작은 사이즈는, 기판(1113)에 대해 수직인 DC 전기장의 인가를 통해, 감소되거나 또는 유지된다. 실시예들에서, 상단 전극(1112) 및 바닥 전극(1114)은 평행하고, 각각 기판(1113)의 주 평면에 대해 평행하다. 기판은 증착 동안에 전기적으로 바이어싱될 수 있다. 에어로졸 액적들로부터 기판(1113) 상에 막이 증착된다. 진공 펌프(1118)를 사용하여, 반응되지 않은 전구체 또는 다른 프로세스 유출물들이 밖으로 펌핑될 수 있고, 스크러버(1120)가 환경 적합성을 증가시키기 위해 프로세스 유출물들을 화학적으로 변경하기 위해 사용될 수 있다.The bottom electrode 1114 is parallel to the top electrode 1112 , and vaporized precursor or aerosol droplets are delivered from between the electrodes into the substrate processing region. Figure 5a shows aerosol droplets delivered through one of the electrodes, and Figure 5b shows a configuration in which flow through the electrode is not required. A DC power supply (not shown at this time) applies a DC voltage between the top electrode 1112 and the bottom electrode 1114 to achieve or maintain a small droplet size in the vaporized precursor in the substrate processing region. is configured to The electric field is pointed from the top electrode 1112 towards the bottom electrode 1114 . To ensure independently controllable voltage levels, an electrical insulator is disposed between the top electrode 1112 and the bottom electrode 1114 . In embodiments, the DC voltage difference generated within the DC power supply is applied to the top electrode 1112 and the bottom electrode 1114 using vacuum feedthroughs, or directly to the electrodes without first passing through a vacuum. can be authorized In embodiments, the small size of the aerosol droplets is reduced or maintained through application of a DC electric field perpendicular to the substrate 1113 . In embodiments, the top electrode 1112 and the bottom electrode 1114 are parallel, each parallel to a major plane of the substrate 1113 . The substrate may be electrically biased during deposition. A film is deposited on the substrate 1113 from the aerosol droplets. Using a vacuum pump 1118, unreacted precursor or other process effluents may be pumped out, and a scrubber 1120 may be used to chemically modify the process effluents to increase environmental compatibility.

[0066] 가열기 코일(1116)이 상단 전극(1112) 및/또는 바닥 전극(1114) 상에 배치될 수 있다. 상단 전극(1112) 및/또는 바닥 전극(1114)을 가열하는 것은 기화된 전구체의 응집을 방해하고, 액적 사이즈를 추가로 감소시킨다. 기판 온도는, 성장되는 막의 타입에 따라, 증착 동안에 실온 위로 상승될 수 있다. 본원에서 도입되는 건식 프로세스들은 프로세스들이 종래 기술의 액체 프로세스들보다 더 높은 온도들에서 수행될 수 있게 한다. 실시예들에 따르면, 기판이 100 ℃ 내지 800 ℃, 200 ℃ 내지 700 ℃, 300 ℃ 내지 600 ℃, 또는 400 ℃ 내지 500 ℃의 온도로 유지되는 동안에, 기화된 전구체가 기판(1113)과 접촉한다. 프로세스 압력들이 또한 이전에 제공되었고, 간결성을 위해 여기에서 반복되지 않을 것이다. 실시예들에 따르면, 반응들은 기판 그 자체의 온도에 의해서만 여기되어 열적으로 진행될 수 있다. 기판 프로세싱 구역은, 이전에 정의가 제시된 플라즈마-프리로서 설명될 수 있다. 실시예들에 따르면, 상단 전극(1112)과 바닥 전극(1114) 사이의 갭은 1.0 mm 내지 10 mm, 또는 1.5 mm 내지 3 mm일 수 있다. 전압들, 전기장 강도들, 액적 사이즈들, 및 프로세스 이익들은 이전에 제시되었다.A heater coil 1116 may be disposed on the top electrode 1112 and/or the bottom electrode 1114 . Heating the top electrode 1112 and/or bottom electrode 1114 prevents agglomeration of the vaporized precursor and further reduces the droplet size. The substrate temperature may be raised above room temperature during deposition, depending on the type of film being grown. The dry processes introduced herein allow processes to be performed at higher temperatures than prior art liquid processes. According to embodiments, the vaporized precursor is in contact with the substrate 1113 while the substrate is maintained at a temperature of 100 °C to 800 °C, 200 °C to 700 °C, 300 °C to 600 °C, or 400 °C to 500 °C. . Process pressures have also been provided previously and will not be repeated here for the sake of brevity. According to embodiments, the reactions may proceed thermally by being excited only by the temperature of the substrate itself. The substrate processing region may be described as plasma-free, which has been previously defined. According to embodiments, a gap between the top electrode 1112 and the bottom electrode 1114 may be between 1.0 mm and 10 mm, or between 1.5 mm and 3 mm. Voltages, electric field strengths, droplet sizes, and process benefits have been presented previously.

[0067] 도 5c는, 이전에 설명된 방법들을 수행하기 위해 또한 사용될 수 있는, 실시예들에 따른, 다른 기판 프로세싱 챔버(1201)의 개략적인 단면도를 도시한다. 각각의 실시예의 피처들 및 엘리먼트들은, 추가적인 실시예들에 도달하기 위해, 다른 실시예의 몇몇 또는 모든 피처들 및 엘리먼트들에 부가될 수 있다. 기판(1215)이, 증착 전에, 기판 프로세싱 챔버(1201)의 기판 프로세싱 구역 내에 배치된다. 기판(1215)은 기판 페데스탈(1216) 상에 지지된다. 실시예들에서, 기판 페데스탈(1216)은 전기 절연체인 진공 양립가능한 재료일 수 있다. 기판 페데스탈(1216)은 추가로, 본원에서 설명되는 기판 온도들에서 진공 양립가능하도록 구성될 수 있다. 실시예들에서, 기판 페데스탈(1216)은 탄소 블록일 수 있고, 탄소를 포함할 수 있거나 또는 탄소로 구성될 수 있다. 캐리어 가스가 캐리어 가스 공급부(1202)로부터 에어로졸 생성기(1210) 내로 유동되고, 액체 전구체(1206)를 통해 버블링된다. RF 전력 공급부(미도시)는 에어로졸 생성기(1210) 내부에 배치된 압전 변환기(1204)에 교번하는 전기 신호(예컨대, 초음파)를 공급하도록 구성된다. 압전 변환기(1204)는, 기판 프로세싱 챔버(1201)의 기판 프로세싱 구역을 향하는 액체 전구체(1206) 재료의 에어로졸 액적들의 운반을 유익하게 촉진하도록 진동될 수 있다.FIG. 5C shows a schematic cross-sectional view of another substrate processing chamber 1201 , according to embodiments, which may also be used to perform previously described methods. Features and elements of each embodiment may be added to some or all features and elements of another embodiment to arrive at further embodiments. A substrate 1215 is placed in a substrate processing region of the substrate processing chamber 1201 prior to deposition. A substrate 1215 is supported on a substrate pedestal 1216 . In embodiments, substrate pedestal 1216 may be a vacuum compatible material that is an electrical insulator. The substrate pedestal 1216 may further be configured to be vacuum compatible at the substrate temperatures described herein. In embodiments, substrate pedestal 1216 may be a block of carbon and may include or consist of carbon. A carrier gas flows from the carrier gas supply 1202 into the aerosol generator 1210 and is bubbled through the liquid precursor 1206 . An RF power supply (not shown) is configured to supply an alternating electrical signal (eg, ultrasound) to a piezoelectric transducer 1204 disposed inside the aerosol generator 1210 . The piezoelectric transducer 1204 may be vibrated to beneficially facilitate delivery of aerosol droplets of liquid precursor 1206 material towards a substrate processing region of the substrate processing chamber 1201 .

[0068] 이러한 특정한 실시예들에서, 전극들은 수직으로 정렬된다. 제 1 전극(1214)은 다시, 제 2 전극(1218)에 대해 평행하고, 기화된 전구체 또는 에어로졸 액적들은 제 1 전극(1214)을 통해 전극들 사이의 기판 프로세싱 구역 내로 전달된다. 도 5a는 전극들 중 하나를 통해 전달되는 에어로졸 액적들을 도시하였고, 도 5c는 마찬가지로 그러한 특성을 갖는 구성을 도시한다. DC 전력 공급부(미도시)는, 기판 프로세싱 구역에서, 기화된 전구체에서의 작은 액적 사이즈를 달성하거나 또는 유지하기 위해, 제 1 전극(1214)과 제 2 전극(1218) 사이에 DC 전압을 인가하도록 구성된다. 전기장은 제 1 전극(1214)으로부터 제 2 전극(1218)을 향하여 포인팅된다. 제 1 전극(1214)과 제 2 전극(1218) 사이의 모든 직접적인 연결들은 전기적으로 절연된다. 실시예들에서, 입구 플레이트(1212)가 또한, 제 1 전극(1214)과 입구 플레이트(1212) 사이에 입구 절연체(1213)를 삽입함으로써, 제 1 전극(1214)으로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 유사하게, 출구 플레이트(1220)가, 제 1 전극(1218)과 출구 플레이트(1220) 사이에 출구 절연체(1219)를 삽입함으로써, 제 2 전극(1218)으로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 실시예들에서, DC 전력 공급부 내에서 생성된 DC 전압 차이가, 진공 피드스루들을 사용하거나, 또는 먼저 진공을 통과하지 않으면서 전극들에 직접적으로, 제 1 전극(1214) 및 제 2 전극(1218)에 인가될 수 있다. 실시예들에서, 에어로졸 액적들의 작은 사이즈는, 도 5a 및 도 5b에서 도시된 실시예들 각각과 대조적으로, 기판(1215)에 대해 평행한 DC 전기장의 인가를 통해, 감소되거나 또는 유지된다. 실시예들에서, 제 1 전극(1214) 및 제 2 전극(1218)은 평탄하고, 각각 기판(1215)의 주 평면에 대해 수직이다. 에어로졸 액적들로부터 기판(1215) 상에 막이 증착된다. 실시예들에 따르면, 반응되지 않은 전구체 또는 다른 프로세스 유출물들은 제 2 전극(1218), 출구 절연체(1219), 및 출구 플레이트(1220)를 통해 밖으로 펌핑될 수 있다. 프로세스 유출물들은 진공 펌프(1222)를 통해 밖으로 펌핑될 수 있다. 기판 온도들, 프로세스 압력들, 전기장 강도들, 액적 사이즈들, 및 프로세스 이익들은 이전에 제시되었다.[0068] In certain such embodiments, the electrodes are vertically aligned. The first electrode 1214 is again parallel to the second electrode 1218 , and vaporized precursor or aerosol droplets are delivered through the first electrode 1214 into the substrate processing region between the electrodes. FIG. 5a shows aerosol droplets delivered through one of the electrodes, and FIG. 5c likewise shows a configuration having such a property. A DC power supply (not shown) is configured to apply a DC voltage between the first electrode 1214 and the second electrode 1218 to achieve or maintain a small droplet size in the vaporized precursor in the substrate processing region. is composed The electric field is pointed from the first electrode 1214 towards the second electrode 1218 . All direct connections between the first electrode 1214 and the second electrode 1218 are electrically insulated. In embodiments, the inlet plate 1212 may also be electrically isolated from the first electrode 1214 by inserting an inlet insulator 1213 between the first electrode 1214 and the inlet plate 1212 . Similarly, outlet plate 1220 can be electrically isolated from second electrode 1218 by inserting outlet insulator 1219 between first electrode 1218 and outlet plate 1220 . In embodiments, the DC voltage difference created within the DC power supply is applied directly to the electrodes using vacuum feedthroughs, or without first passing through a vacuum, first 1214 and second 1218 electrodes. ) can be approved. In embodiments, the small size of the aerosol droplets is reduced or maintained through application of a DC electric field parallel to the substrate 1215 , in contrast to each of the embodiments shown in FIGS. 5A and 5B . In embodiments, first electrode 1214 and second electrode 1218 are planar, each perpendicular to a major plane of substrate 1215 . A film is deposited on the substrate 1215 from the aerosol droplets. According to embodiments, unreacted precursor or other process effluents may be pumped out through second electrode 1218 , outlet insulator 1219 , and outlet plate 1220 . Process effluents may be pumped out via vacuum pump 1222 . Substrate temperatures, process pressures, electric field strengths, droplet sizes, and process benefits have been presented previously.

[0069] 도 6은, 실시예들에 따른 방법들을 포함하는 증착 기법들의 개략적인 대조를 도시한다. 습식 스프레이 열분해, 건식 스프레이 열분해, 에어로졸-보조 CVD(본원에서의 방법들), 및 분말 스프레이 열분해가 각각 도 6에서 표현되고 비교된다. 습식 및 건식 스프레이 열분해, 에어로졸-보조 CVD(AACVD), 및 분말 스프레이 열분해 각각은, 큰 액적들(1511)을 형성하는 능력을 가질 수 있다. 큰 액적들(1511)은, 건식 스프레이 열분해, AACVD, 및 분말 스프레이 열분해의 경우들에서, 캐리어 유체(1512)로부터 분리될 수 있다. 액적들은, 전구체들(1531)을 기화시키기 위한 본원에서 설명되는 방법들 및 수단(instrumentation)의 양상들을 사용하여, 사이즈가 추가로 감소되고, 작은 사이즈가 유지된다. 박막(1541)의 바람직한 균일성은, 전구체 융합체(amalgamation)들의 사이즈들을 개별적인 분자 컴포넌트들에 이르기까지 감소시키고, 개별적인 분자 컴포넌트들을 포함함으로써 달성된다. 균일한 박막(1541)이 기판(1551) 상에 형성되지만, 습식 스프레이 열분해, 건식 스프레이 열분해, 및 분말 스프레이 열분해 각각에서 여전히 응집(clumping)이 관찰된다.6 shows a schematic contrast of deposition techniques including methods according to embodiments. Wet spray pyrolysis, dry spray pyrolysis, aerosol-assisted CVD (methods herein), and powder spray pyrolysis are each represented and compared in FIG. 6 . Wet and dry spray pyrolysis, aerosol-assisted CVD (AACVD), and powder spray pyrolysis each can have the ability to form large droplets 1511 . Large droplets 1511 may separate from carrier fluid 1512 in cases of dry spray pyrolysis, AACVD, and powder spray pyrolysis. The droplets are further reduced in size and remain small in size using aspects of the methods and instrumentation described herein for vaporizing precursors 1531 . Desirable uniformity of thin film 1541 is achieved by reducing the sizes of precursor amalgamations down to and including individual molecular components. A uniform thin film 1541 is formed on the substrate 1551 , but clumping is still observed in wet spray pyrolysis, dry spray pyrolysis, and powder spray pyrolysis, respectively.

[0070] 지금까지 논의된 예들은, 교번하는 노출 또는 연속적인 노출을 통해 기판 상에 막들을 증착하기 위해, 저 증기압 전구체들을 사용한다. 본원에서 설명되는 기법들은 또한, 저 증기압을 보유하는 에칭 전구체(에천트)에 대한 노출을 통한 교번하는 또는 연속적인 노출에 의해 에칭을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 저 증기압 에천트는 할로겐-함유 전구체, 불소-함유 전구체, 염소-함유 전구체, 또는 브롬-함유 전구체일 수 있다. 실시예들에 따르면, 저 증기압 에천트는 금속-및-할로겐-함유 전구체일 수 있고, 여기에서, 할로겐은 불소, 염소, 또는 브롬일 수 있다. 유사하게, 실시예들에서, 저 증기압 에천트는 할론(예컨대, 할로알칸)일 수 있다. 저 증기압 에천트는, 본원에서 제시되는 기법들에 의해 개선되는 저 증기압들과 연관되는, 본원에서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 긴 알킬 사슬을 보유할 수 있다.[0070] Examples discussed so far use low vapor pressure precursors to deposit films on a substrate via alternating exposure or successive exposure. The techniques described herein may also be used to perform etching by alternating or successive exposure through exposure to an etching precursor (etchant) having a low vapor pressure. In embodiments, the low vapor pressure etchant may be a halogen-containing precursor, a fluorine-containing precursor, a chlorine-containing precursor, or a bromine-containing precursor. According to embodiments, the low vapor pressure etchant may be a metal-and-halogen-containing precursor, wherein the halogen may be fluorine, chlorine, or bromine. Similarly, in embodiments, the low vapor pressure etchant may be a halon (eg, a haloalkane). A low vapor pressure etchant may possess a long alkyl chain, as described elsewhere herein, which is associated with lower vapor pressures improved by the techniques presented herein.

[0071] 실시예들에서, 본원에서 설명되는 프로세스들은 제 1 전구체 및 제 2 전구체에 대한 각각의 교번하는 노출 동안 단분자층의 제거를 수반할 수 있다. 실시예들에 따르면, 본원에서 설명되는 프로세스들은 제 1 전구체 및 제 2 전구체에 대한 각각의 교번하는 노출 동안 재료의 단분자층의 증착을 수반할 수 있다. 제 1 전구체 및 제 2 전구체는 양자 모두, 에어로졸 생성 기법들로 준비되는 저 증기압 전구체들일 수 있다. 대안적으로, 전구체들 중 하나는 에어로졸 생성 기법들을 사용하여 준비될 수 있는 저 증기압 전구체들일 수 있고, 다른 하나는 비교적 높은 증기압을 보유할 수 있고, 더 간단한 종래의 수단에 의해 기판 프로세싱 구역으로 전달될 수 있다.[0071] In embodiments, the processes described herein may involve removal of a monolayer during each alternating exposure to a first precursor and a second precursor. According to embodiments, the processes described herein may involve deposition of a monolayer of material during each alternating exposure to a first precursor and a second precursor. Both the first precursor and the second precursor may be low vapor pressure precursors prepared with aerosol generating techniques. Alternatively, one of the precursors may be low vapor pressure precursors that may be prepared using aerosol generating techniques and the other may have a relatively high vapor pressure and delivered to the substrate processing region by simpler conventional means. can be

[0072] 본원에서 설명되는 모든 실시예들에서, 저 증기압 응집 물질 전구체(예컨대, 고체 전구체 또는 액체 전구체)는 5 mgm(분당 밀리그램) 내지 500 mgm, 10 mgm 내지 300 mgm, 또는 25 mgm 내지 200 mgm의 유량으로 공급될 수 있다. 2개 또는 그 초과의 저 증기압 응집 물질 전구체가 사용될 수 있고, 그러한 경우에서, 각각의 저 증기압 응집 물질 전구체는 위에서 주어진 범위들 사이의 유량을 가질 수 있다. 원자 층 증착에 대한 경우일 수 있는 바와 같이, 다른 타입들의 전구체들이 또한 사용될 수 있다. 본원에서 설명되는 실시예들 중 임의의 실시예에서, 다른 전구체는 5 sccm 내지 2,000 sccm, 10 sccm 내지 1,000 sccm, 또는 25 sccm 내지 700 sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 본원에서 설명되는 에어로졸 액적 생성 방법들 및 하드웨어를 사용한 막 성정 레이트들은, 종래 기술의 에어로졸-보조 화학 기상 증착의 느린 증착 레이트와 대조적으로, 실시예들에서, 300 Å/min을 초과할 수 있거나, 500 Å/min을 초과할 수 있거나, 또는 1,000 Å/min을 초과할 수 있다.[0072] In all embodiments described herein, the low vapor pressure agglomerated material precursor (eg, solid precursor or liquid precursor) is 5 mgm (milligrams per minute) to 500 mgm, 10 mgm to 300 mgm, or 25 mgm to 200 mgm It can be supplied at a flow rate of Two or more low vapor pressure agglomerate precursors may be used, in which case each low vapor pressure aggregated material precursor may have a flow rate between the ranges given above. Other types of precursors may also be used, as may be the case for atomic layer deposition. In any of the embodiments described herein, the other precursor may be supplied at a flow rate of 5 sccm to 2,000 sccm, 10 sccm to 1,000 sccm, or 25 sccm to 700 sccm. Film formation rates using the aerosol droplet generation methods and hardware described herein, in contrast to the slow deposition rates of prior art aerosol-assisted chemical vapor deposition, may in embodiments exceed 300 Å/min, or may exceed 500 Å/min, or may exceed 1,000 Å/min.

[0073] 설명되는 실시예들 각각은, 원자 층 증착 프로세스들 동안의 순차적인 교번하는 노출들 사이에 진공배기 동작들을 보유할 수 있다. 일반적으로 말하자면, 본원에서 설명되는 모든 프로세스들의 증착 및 에칭 동작들은 대신에, 단순히, 교번하는 노출 증착 시퀀스들 동안에, 기판 프로세싱 구역 내로의 전구체들의 유동에서 중단을 가질 수 있다. 대안적으로, 기판 프로세싱 구역은, 패터닝된 기판 상의 노출된 재료들에 대해 본질적으로 화학 반응성을 나타내지 않는 가스를 사용하여 활성적으로 퍼징될(purged) 수 있다. 전구체 중단 또는 활성적인 퍼징 후에, 패터닝된 기판의/패터닝된 기판 상으로의 에칭/증착을 계속하기 위해, 다음 전구체가 기판 프로세싱 구역 내로 유동될 수 있다.Each of the described embodiments can retain evacuation operations between sequentially alternating exposures during atomic layer deposition processes. Generally speaking, the deposition and etching operations of all processes described herein may instead simply have an interruption in the flow of precursors into the substrate processing region during alternating exposure deposition sequences. Alternatively, the substrate processing region may be actively purged using a gas that is not inherently chemically reactive to exposed materials on the patterned substrate. After precursor cessation or active purging, the next precursor may be flowed into the substrate processing region to continue etching/deposition of/on the patterned substrate.

[0074] 금속은, 금속 원소만으로 구성된 고체로 전도성 재료를 형성하는 "금속 원소"를 포함할 수 있거나 또는 그러한 "금속 원소"로 구성될 수 있다. 실시예들에서, 하나의 금속 원소(또는 비교적 순수한 형태의 금속)로만 구성된 전도성 재료는 20 ℃에서 10-5 Ω-m 미만의 전도율을 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 전도성 재료는 다른 전도성 재료와 접합되는 경우에 옴 접촉들을 형성할 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같은 금속 구역은 금속 원소(들)로 구성될 수 있거나, 또는 또한 금속 질화물일 수 있고, 이는, 질소가, 전형적으로 금속 질화물이 전기 전도율을 유지하게 허용하는 낮은 전기 음성도를 갖기 때문이다. 실시예들에서, 금속 질화물은 금속 원소 및 질소를 포함할 수 있고, 금속 원소 및 질소로 구성될 수 있다. 텅스텐 및 텅스텐 질화물의 예시적인 경우에서, 금속은 텅스텐을 포함할 수 있거나 또는 텅스텐으로 구성될 수 있고, 금속 질화물은 텅스텐 및 질소를 포함할 수 있거나, 또는 텅스텐 및 질소로 구성될 수 있다.[0074] A metal may include or be composed of a “metal element” that forms a conductive material as a solid composed solely of a metal element. In embodiments, a conductive material composed of only one metallic element (or a metal in a relatively pure form) may have a conductivity of less than 10-5 Ω-m at 20°C. According to embodiments, a conductive material may form ohmic contacts when bonded with another conductive material. A metal region as described herein may be composed of a metal element(s), or may also be a metal nitride, which causes nitrogen, typically a low electronegativity, to allow the metal nitride to maintain electrical conductivity. because it has In embodiments, the metal nitride may include elemental metal and nitrogen, and may consist of elemental metal and nitrogen. In the exemplary case of tungsten and tungsten nitride, the metal may include or consist of tungsten, and the metal nitride may include tungsten and nitrogen, or may consist of tungsten and nitrogen.

[0075] 본원에서 설명되는 프로세스들의 이점 및 이익은, 기판 상의 재료들의 에칭 또는 증착의 등각적인 레이트에 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 등각적인 에칭, 등각적인 증착, 및 등각적인 막과 같은 용어들은, 표면의 형상과 무관하게, 패터닝된 표면의 윤곽들과 일치하는 막들 또는 제거 레이트들을 지칭한다. 제거 레이트 또는 증착된 층의 상단 및 바닥 표면들은 대체로 평행할 수 있다. 증착 프로세스가 100 % 등각적일 수는 없을 것이고, 따라서, "대체로"라는 용어는 용인가능한 허용오차들을 허용한다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 유사하게, 등각적인 층은 대체로 균일한 두께를 갖는 층을 지칭한다. 등각적인 층은 내측 표면과 동일한 형상의 외측 표면을 가질 수 있다.[0075] An advantage and benefit of the processes described herein lies in a conformal rate of etching or deposition of materials on a substrate. As used herein, terms such as conformal etch, conformal deposition, and conformal film refer to films or removal rates that conform to the contours of a patterned surface, regardless of the shape of the surface. The removal rate or top and bottom surfaces of the deposited layer may be generally parallel. One of ordinary skill in the art will recognize that the deposition process may not be 100% conformal, and thus, the term “usually” allows for acceptable tolerances. Similarly, a conformal layer refers to a layer having a generally uniform thickness. The conformal layer may have an outer surface of the same shape as the inner surface.

[0076] 기판 프로세싱 챔버들의 실시예들은, 집적 회로 칩들을 생성하기 위한 더 큰 제작 시스템들에 통합될 수 있다. 도 7은, 실시예들에서의 증착, 에칭, 베이킹, 및 경화 챔버들의 하나의 그러한 기판 프로세싱 시스템(메인프레임)(2101)을 도시한다. 도면에서, 전방 개방 통합 포드(front opening unified pod)들(로드 락 챔버들(2102))의 쌍이, 로봇식 암들(2104)에 의해 수용되고, 기판 프로세싱 챔버들(2108a 내지 2108f) 중 하나 내로 배치되기 전에 저압 홀딩 영역(2106) 내에 배치되는 다양한 사이즈들의 기판들을 공급한다. 제 2 로봇식 암(2110)은, 홀딩 영역(2106)으로부터 기판 프로세싱 챔버들(2108a 내지 2108f)로 그리고 그 역으로 기판 웨이퍼들을 운송하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 기판 프로세싱 챔버(2108a 내지 f)는, 순환 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 원자 층 에칭, 사전-세정, 탈기, 배향, 및 다른 기판 프로세스들에 부가하여, 본원에서 설명되는 건식 에칭 프로세스들을 포함하는 다수의 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 장비될 수 있다.Embodiments of substrate processing chambers may be incorporated into larger fabrication systems for producing integrated circuit chips. 7 shows one such substrate processing system (mainframe) 2101 of deposition, etch, bake, and cure chambers in embodiments. In the figure, a pair of front opening unified pods (load lock chambers 2102) are received by robotic arms 2104 and placed into one of substrate processing chambers 2108a - 2108f. Substrates of various sizes are supplied to be placed in the low pressure holding area 2106 before being used. The second robotic arm 2110 may be used to transport substrate wafers from the holding area 2106 to the substrate processing chambers 2108a - 2108f and back. Each of the substrate processing chambers 2108a - f is a cyclic layer deposition (CLD), atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), etching, atomic layer etching, pre-clean, In addition to degassing, orientation, and other substrate processes, it may be equipped to perform a number of substrate processing operations, including the dry etching processes described herein.

[0077] 본원에서 사용되는 바와 같이, "패터닝된 기판"은, 층들이 위에 형성된, 또는 층들이 위에 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 패터닝된 기판은, 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 반도체 또는 절연체일 수 있고, 예컨대, 집적 회로들의 제조에서 사용되는 타입의 반도체 기판일 수 있다. 패터닝된 기판의 노출된 "금속"은 주로 금속 원소이지만, 질소, 산소, 수소, 실리콘, 및 탄소와 같은 다른 원소 성분들의 소수 농도들을 포함할 수 있다. 노출된 "금속"은 금속 원소로 구성될 수 있거나, 또는 본질적으로 금속 원소로 구성될 수 있다. 패터닝된 기판의 노출된 "금속 질화물"은 주로 질소 및 금속 원소이지만, 산소, 수소, 실리콘, 및 탄소와 같은 다른 원소 성분들의 소수 농도들을 포함할 수 있다. 노출된 "금속 질화물"은 질소 및 금속 원소로 구성될 수 있거나, 또는 본질적으로 질소 및 금속 원소로 구성될 수 있다. 본원에서 설명되는 방법들에 따라 프로세싱될 수 있는 층들의 다른 예들은, 티타늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄-도핑된 실리콘 산화물, 및 하프늄 산화물을 포함한다.[0077] As used herein, a “patterned substrate” may be a support substrate with or without layers formed thereon. The patterned substrate may be a semiconductor or insulator of various doping concentrations and profiles, for example a semiconductor substrate of the type used in the manufacture of integrated circuits. The exposed “metal” of the patterned substrate is primarily a metallic element, but may include minor concentrations of other elemental constituents such as nitrogen, oxygen, hydrogen, silicon, and carbon. The exposed “metal” may consist of, or consist essentially of, a metallic element. The exposed “metal nitride” of the patterned substrate is primarily nitrogen and metallic elements, but may contain minor concentrations of other elemental constituents such as oxygen, hydrogen, silicon, and carbon. The exposed "metal nitride" may consist of nitrogen and metal elements, or may consist essentially of nitrogen and metal elements. Other examples of layers that may be processed according to the methods described herein include titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, titanium-doped silicon oxide, and hafnium oxide.

[0078] 패터닝된 기판의 노출된 "실리콘" 또는 "폴리실리콘"은 주로 Si이지만, 질소, 산소, 수소, 및 탄소와 같은 다른 원소 성분들의 소수 농도들을 포함할 수 있다. 노출된 "실리콘" 또는 "폴리실리콘"은 실리콘으로 구성될 수 있거나, 또는 본질적으로 실리콘으로 구성될 수 있다. 패터닝된 기판의 노출된 "실리콘 질화물"은 주로 실리콘 및 질소이지만, 산소, 수소, 및 탄소와 같은 다른 원소 성분들의 소수 농도들을 포함할 수 있다. "노출된 실리콘 질화물"은 실리콘 및 질소로 구성될 수 있거나, 또는 본질적으로 실리콘 및 질소로 구성될 수 있다. 패터닝된 기판의 노출된 "실리콘 산화물"은 주로 SiO2이지만, 다른 원소 성분들(예컨대, 질소, 수소, 탄소)의 소수 농도들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 본원에서 개시되는 방법들을 사용하여 에칭되는 실리콘 산화물 구역들은 본질적으로 실리콘 및 산소로 구성된다.The exposed “silicon” or “polysilicon” of the patterned substrate is primarily Si, but may contain minor concentrations of other elemental components such as nitrogen, oxygen, hydrogen, and carbon. Exposed “silicon” or “polysilicon” may consist of, or consist essentially of, silicon. The exposed “silicon nitride” of the patterned substrate is primarily silicon and nitrogen, but may contain minor concentrations of other elemental constituents such as oxygen, hydrogen, and carbon. "Exposed silicon nitride" may consist of silicon and nitrogen, or may consist essentially of silicon and nitrogen. The exposed “silicon oxide” of the patterned substrate is predominantly SiO2, but may contain minor concentrations of other elemental components (eg, nitrogen, hydrogen, carbon). In some embodiments, silicon oxide regions etched using the methods disclosed herein consist essentially of silicon and oxygen.

[0079] 본원에서 설명되는 캐리어 가스들은 비활성 가스들일 수 있다. "비활성 가스"라는 문구는, 층 내로 혼합되거나(incorporated) 또는 에칭하는 경우에, 화학 결합들을 형성하지 않는 임의의 가스를 지칭한다. 예시적인 비활성 가스들은 노블(noble) 가스들을 포함하지만, (전형적으로) 미량(trace amounts)이 층에 트래핑되는(trapped) 경우에 화학 결합들이 형성되지 않는 한 다른 가스들을 포함할 수 있다.[0079] The carrier gases described herein may be inert gases. The phrase “inert gas” refers to any gas that does not form chemical bonds when incorporated into or etching into a layer. Exemplary inert gases include noble gases, but may include other gases as long as no chemical bonds are formed when (typically) trace amounts are trapped in the layer.

[0080] 갭은 임의의 수평 종횡비를 갖는 에칭된 기하형상이다. 표면 위에서 보면, 갭들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들로 나타날 수 있다. "트렌치"는 긴 갭이다. 트렌치는, 종횡비가 모우트(moat)의 폭에 의해 제산된 모우트의 길이 또는 둘레인, 재료의 아일랜드(island) 주위의 모우트의 형상일 수 있다. "비아"는, 거의 유니티(unity)인, 위에서 볼 때, 수평 종횡비를 갖는 짧은 갭이다. 비아는 원형, 약간 타원형, 다각형, 또는 약간 직사각형으로 나타날 수 있다. 비아는 수직 전기 연결을 형성하기 위해 금속으로 충전될 수 있거나 또는 충전되지 않을 수 있다.[0080] A gap is an etched geometry having any horizontal aspect ratio. Viewed from above the surface, the gaps may appear as circular, oval, polygonal, rectangular, or various other shapes. A "trench" is a long gap. The trench may be in the shape of a moat around an island of material, wherein the aspect ratio is the length or perimeter of the moat divided by the width of the moat. A “via” is a short gap with a horizontal aspect ratio when viewed from above that is almost unity. Vias may appear as round, slightly oval, polygonal, or slightly rectangular. Vias may or may not be filled with metal to form vertical electrical connections.

[0081] 수개의 실시예들이 개시되었지만, 개시된 실시예들의 사상을 벗어나지 않고, 다양한 변형들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인지될 것이다. 부가적으로, 개시된 실시예들을 불필요하게 불명료히 하는 것을 방지하기 위해서, 다수의 잘 알려진 프로세스들 및 엘리먼트들은 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.While several embodiments have been disclosed, it will be appreciated by those skilled in the art that various modifications, alternative constructions, and equivalents may be used without departing from the spirit of the disclosed embodiments. Additionally, many well-known processes and elements have not been described in order to avoid unnecessarily obscuring the disclosed embodiments. Accordingly, the above description should not be taken as limiting the scope of the claims.

[0082] 수치 범위가 주어진 경우, 그러한 수치 범위의 상한들과 하한들 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않는 한 하한의 단위의 소수점 이하 추가 한 자리까지 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, 개시된 실시예들에 포함된다. 명시된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그렇게 포함된 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.[0082] Where a numerical range is given, each value present between the upper and lower limits of that numerical range is also specifically recited to one additional decimal place of the unit of the lower limit, unless the context clearly dictates otherwise. is interpreted as Each subrange between any specified value within a specified range or a value within that range and any other specified value within that specified range or other value within that specified range is included. The upper and lower limits of such subranges can independently be included in or excluded from such a range, and each range depends on whether one or both of the upper and lower limits are included in or excluded from such subrange. However, unless any limit is specifically excluded from the stated range, it is also encompassed by the disclosed embodiments. Where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of the limits so included are also included.

[0083] 본원 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않는 한 복수의 지시대상들을 포함한다. 따라서, 예컨대, "프로세스(a process)"라는 언급은 복수의 그러한 프로세스들을 포함하며, "상기 유전체 재료(the dielectric material)"라는 언급은 당업자에게 알려진 하나 또는 그 초과의 유전체 재료들 및 그 등가물들에 대한 언급을 포함하며, 기타의 경우도 유사하다.[0083] As used herein and in the appended claims, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to “a process” includes a plurality of such processes, and reference to “the dielectric material” includes reference to one or more dielectric materials and equivalents thereof known to those skilled in the art. Including a reference to , the other cases are similar.

[0084] 또한, 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용되는 경우에, 포함("comprise," "comprising," "include," "including," 및 "includes")이라는 단어들은, 언급된 피처들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 또는 그 초과의 다른 피처들, 정수들, 컴포넌트들, 단계들, 행위들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.[0084] Also, when used in this specification and the claims that follow, the words "comprise," "comprising," "include," "including," and "includes" refer to the mentioned features; Although intended to specify the presence of integers, components, or steps, they do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, components, steps, acts, or groups.

Claims (17)

기판 상에 층을 형성하기 위한 방법으로서,
상기 기판을 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역 내에 배치하는 단계;
액체 전구체를 에어로졸 생성기 내에 배치하는 단계;
에어로졸 액적들을 생성하기 위해 캐리어 가스를 상기 에어로졸 생성기 내로 유동시키는 단계;
상기 에어로졸 액적들을 상단 전극 내의 구멍들을 통해, 상기 상단 전극 아래의 전기장을 통해, 그리고 그 후 바닥 전극 내의 구멍들을 통해 아래로 통과시키는 단계 ― 상기 에어로졸 액적들은 대전되지 않음 ―;
상기 상단 전극과 상기 바닥 전극 사이에 전압을 인가함으로써 상기 에어로졸 액적들에 상기 전기장을 인가하는 단계;
상기 에어로졸 액적들을 상기 바닥 전극 내의 구멍들을 통하여 상기 기판 프로세싱 영역 내로 유동시키는 단계; 및
상기 에어로졸 액적들로부터 상기 기판 상의 층을 형성하는 단계
를 포함하는, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
A method for forming a layer on a substrate, comprising:
placing the substrate within a substrate processing region of a substrate processing chamber;
placing the liquid precursor into the aerosol generator;
flowing a carrier gas into the aerosol generator to generate aerosol droplets;
passing the aerosol droplets down through the holes in the top electrode, through the electric field under the top electrode, and then down through the holes in the bottom electrode, wherein the aerosol droplets are uncharged;
applying the electric field to the aerosol droplets by applying a voltage between the top electrode and the bottom electrode;
flowing the aerosol droplets through holes in the bottom electrode into the substrate processing region; and
forming a layer on the substrate from the aerosol droplets
A method for forming a layer on a substrate comprising:
제 1 항에 있어서,
상기 층은 자기-조립 단분자층들(SAM)인, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
wherein the layer is self-assembled monolayers (SAM).
제 2 항에 있어서,
상기 자기-조립 단분자층은 상기 기판의 노출된 유전체 부분들이 아닌 상기 기판의 노출된 구리 부분들 상에 선택적으로 형성되며, 상기 방법은 상기 자기-조립 단분자층에 의해 차단된 노출된 구리 부분들이 아닌 노출된 유전체 부분들 상에 선택적으로 증착된 유전체를 형성하는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
3. The method of claim 2,
The self-assembled monolayer is selectively formed on exposed copper portions of the substrate that are not exposed dielectric portions of the substrate, the method comprising exposed copper portions that are not shielded by the self-assembling monolayer. A method for forming a layer on a substrate, further comprising forming a selectively deposited dielectric over the dielectric portions.
제 3 항에 있어서,
상기 선택적으로 증착된 유전체는 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물, 또는 티타늄-도핑된 실리콘 산화물 중 하나인, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
4. The method of claim 3,
wherein the selectively deposited dielectric is one of silicon oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, or titanium-doped silicon oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 액체 전구체는 옥틸포스폰 산(CH3(CH2)6CH2-P(O)(OH)2), 퍼플루오로옥틸포스폰 산(CF3(CF2)5CH2-CH2-P(O)(OH)2), 옥타데실포스폰 산(CH3(CH2)16CH2-P(O)(OH)2), 데실 포스폰 산, 메시틸 포스폰 산, 시클로헥실 포스폰 산, 헥실 포스폰 산, 또는 부틸 포스폰 산 중 하나 또는 그 초과를 포함하는, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
The liquid precursor is octylphosphonic acid (CH 3 (CH 2 ) 6 CH 2 -P(O)(OH) 2 ), perfluorooctylphosphonic acid (CF 3 (CF 2 ) 5 CH 2 -CH 2 - P(O)(OH) 2 ), octadecylphosphonic acid (CH 3 (CH 2 ) 16 CH 2 -P(O)(OH) 2 ), decyl phosphonic acid, mesityl phosphonic acid, cyclohexyl phosphonic acid A method for forming a layer on a substrate comprising one or more of phonic acid, hexyl phosphonic acid, or butyl phosphonic acid.
제 1 항에 있어서,
상기 층은 II-VI 반도체 또는 III-V 반도체 중 하나인, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
wherein the layer is one of a II-VI semiconductor or a III-V semiconductor.
제 1 항에 있어서,
상기 층은 붕소 질화물, 알루미늄 질화물, 갈륨 비소, 갈륨 인, 인듐 비소, 또는 안티몬화 인듐 중 하나인, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
wherein the layer is one of boron nitride, aluminum nitride, gallium arsenide, gallium phosphorus, indium arsenide, or indium antimonide.
제 1 항에 있어서,
상기 층은 금속-산화물인, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
wherein the layer is a metal-oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 층은 산소 및 금속 원소로 구성되는,
기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
the layer is composed of oxygen and metal elements,
A method for forming a layer on a substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 전기장은 기판을 향하여 포인팅되는 전기장을 갖는 DC 전기장인,
기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
wherein the electric field is a DC electric field with an electric field pointed towards the substrate;
A method for forming a layer on a substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 층 상에 단분자층을 형성하기 위해 제 2 전구체를 상기 기판 프로세싱 영역 내로 유동시키는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 층을 형성하기 위한 방법.
The method of claim 1,
and flowing a second precursor into the substrate processing region to form a monolayer on the layer.
기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
상기 기판을 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역 내에 배치하는 단계;
에어로졸 생성기 내에 전구체 용액을 형성하기 위해 용제 내에 고체 전구체를 용해시키는 단계;
에어로졸 액적들을 생성하기 위해 캐리어 가스를 상기 에어로졸 생성기 내로 유동시키는 단계;
상기 에어로졸 액적들을 상단 전극 내의 구멍들을 통해, 상기 상단 전극 아래의 전기장을 통해, 그리고 그 후 바닥 전극 내의 구멍들을 통해 아래로 통과시키는 단계 ― 상기 에어로졸 액적들은 대전되지 않음 ―;
상기 상단 전극과 상기 바닥 전극 사이에 전압을 인가함으로써 상기 에어로졸 액적들에 상기 전기장을 인가하는 단계;
상기 에어로졸 액적들을 상기 바닥 전극 내의 구멍들을 통해 상기 기판 프로세싱 영역 내로 유동시키는 단계; 및
상기 에어로졸 액적들과의 화학 반응에 의해 상기 기판 상의 층을 에칭하는 단계
를 포함하는, 기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법.
A method for processing a layer on a substrate, comprising:
placing the substrate within a substrate processing region of a substrate processing chamber;
dissolving the solid precursor in a solvent to form a precursor solution in the aerosol generator;
flowing a carrier gas into the aerosol generator to generate aerosol droplets;
passing the aerosol droplets down through the holes in the top electrode, through the electric field under the top electrode, and then down through the holes in the bottom electrode, wherein the aerosol droplets are uncharged;
applying the electric field to the aerosol droplets by applying a voltage between the top electrode and the bottom electrode;
flowing the aerosol droplets through holes in the bottom electrode into the substrate processing region; and
etching the layer on the substrate by chemical reaction with the aerosol droplets;
A method for processing a layer on a substrate comprising:
제 12 항에 있어서,
상기 층은 두 개의 원소들로 구성되는, 기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the layer consists of two elements.
제 12 항에 있어서,
상기 층에서 하나의 단분자층을 제거하기 위해 제 2 전구체를 상기 기판 프로세싱 영역 내로 유동시키는 단계를 더 포함하는, 기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법.
13. The method of claim 12,
flowing a second precursor into the substrate processing region to remove one monolayer from the layer.
제 12 항에 있어서,
상기 전기장은 기판을 향하여 포인팅되는 전기장을 갖는 DC 전기장인, 기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the electric field is a DC electric field with an electric field pointed towards the substrate.
제 12 항에 있어서,
상기 전기장은 500 V/cm 내지 20,000 V/cm의 크기를 가지는, 기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the electric field has a magnitude of 500 V/cm to 20,000 V/cm.
제 12 항에 있어서,
상기 에어로졸 액적들은 3 nm 내지 75 nm의 직경을 가지는, 기판 상의 층을 프로세싱하기 위한 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the aerosol droplets have a diameter between 3 nm and 75 nm.
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