KR102434504B1 - 토폴로지상 제한된 플라즈마-강화 순환 증착의 방법 - Google Patents
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
- C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
- C23C16/5096—Flat-bed apparatus
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- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
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- H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
- H01L21/02321—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer
- H01L21/02323—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen
- H01L21/02326—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment introduction of substances into an already existing insulating layer introduction of oxygen into a nitride layer, e.g. changing SiN to SiON
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- H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
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- H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
- H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
- H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
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- H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30604—Chemical etching
- H01L21/30608—Anisotropic liquid etching
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
일 구현예에서, 간격을 두고 템플릿에 배열된 수직 스페이서로 구성된 패턴을 템플릿에 전사하는 방법에 있어서, 이러한 방법은, 플라즈마-강화 순환 증착에 의해, 스페이서 엄브렐라 층으로서의 층을 실리콘 또는 금속 산화물로 이루어진 각각의 수직 스페이서 상면에만 실질적으로 증착하고, 수직 스페이서의 측벽 및 템플릿의 노출된 면에는 실질적으로 층이 증착되지 않는 단계를 포함하고, 이어서 스페이서 엄브렐라 층을 갖는 수직 스페이서를 사용하여 이방성 에칭에 의해, 수직 스페이서로 구성된 패턴을 템플릿에 전사하는 단계가 이어진다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2016년 11월 28일 출원된 미국 특허 가출원 62/426,804호에 대해 35 USC 119(e)에 따라 우선권의 이익을 주장하고, 이의 개시는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 플라즈마-강화 순환 증착(plasma-enhanced cyclic deposition)에 관한 것으로, 구체적으로는, 토폴로지 기반 선택적 증착(topology-enabling selective deposition) 또는 TESD로 지칭되는, 토폴로지상 제한된 플라즈마-강화 순환 증착(topologically restricted plasma-enhanced cyclic deposition)의 방법에 관한 것이고, 막은 트렌치 사이의 상면에 선택적으로 증착된다. 이러한 기술은 ALD로 간주되지 않고, 초기에는 플라즈마-강화 원자층 증착(PEALD) 장치를 이용하는 것으로 유래되었고, 따라서, 원래는 이러한 기술이 토폴로지 기반 선택적 ALD 또는 GESA로 지칭되었다. 발명자는 이러한 기술을 표현하기 위해 "GESA"를 사용하였고, 본 개시에서, 용어 "GESA"는 토폴로지 기반 선택적 증착을 지칭하기 위해 사용된다. 또한, 본 개시에서, 본 발명과 관련하여, 용어 "ALD" 또는 "PEALD"는, 원자층 증착 또는 플라즈마-강화 ALD를 지칭하기보다는, ALD 또는 PEALD에 적합한 장치에서의 순환 증착을 지칭한다.
유전체 막을 기판에 증착하는 방법으로서, 화학 증기 증착(CVD) 및 원자층 증착(ALD)이 일반적으로 알려져 있다. 당업자는 유전체 막을 형성하기 위해 플라즈마-강화 CVD(PECVD) 및 플라즈마-강화 ALD(PEALD)를 종종 사용한다. PEALD는 전구체의 화학 흡착을 이용하는 유전체 막의 증착 기술이며, PECVD와 비교하여, 기판의 리세스 패턴(recess pattern)에 증착하는 막의 스텝 커버리지(step coverage)를 향상시킬 수 있다. 그러나, 플라즈마로 대기 중에서 질화 또는 탄소 치환 반응이 수행되는, SiO 막 이외의 유전체 막을 리세스 패턴에 PEALD로 증착하는 경우에는, 측벽에 증착되는 막의 두께가 때때로 상면에 증착되는 막의 두께보다 상대적으로 작게 된다. 이러한 문제는, 상면 또는 바닥면과 비교하여 측면에서의 반응 속도를 방해하는 이온 충돌에 의해 야기될 수 있다. 특히, 질화는 산화와 비교하여 낮은 속도의 측벽 반응을 갖게 되어, 측벽에 얇은 막이 증착되고 측벽에 증착된 막이 악화되는 등의 문제가 야기된다. 전형적으로, 리세스 패턴에서 PEALD에 의한 막의 컨포멀리티(conformality)(상면에 증착된 막의 두께에 대한 측벽에 증착된 SiN 또는 SiN 막의 두께 비(백분율))는 60% 내지 90%의 범위에 있을 수 있다. 높은 컨포멀리티를 갖는 막을 증착하는 것이 장점은 있으나, 본 발명자는 실질적으로 0의 컨포멀리티를 갖는 막을 증착하는 것, 즉 리세스 패턴의 측벽에 실질적으로 막이 증착되지 않는 것이, 공정에서, 예를 들면, 스페이서 정의 이중 패터닝(SDDP)을 이용하는 패턴 전사 및 타켓 에칭 공정에서 매우 유리하고, 수직 스페이서 상면에만 실질적으로 증착된 하드 마스크로서 막을 사용함으로써, 임의의 가능한 우선적 에칭(preferential etch)(이는 특정한 결정 방향에서 종종 발생함) 및 공정 중 해상도의 손실을 효과적으로 막을 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명자는 PEALD에서 실질적으로 0의 컨포멀리티를 갖는 막을 증착하기 위한 연구를 수행하여 왔다.
종래 기술과 연관된 문제 및 해결책에 대한 임의의 논의는 단지 본 발명에 대한 맥락을 제공하기 위해서만 본 개시에 포함되었고, 그 논의의 일부 또는 전부가 본 발명이 이루어진 당시에 알려졌다는 것을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안된다.
일부 구현예는 간격을 두고 템플릿에 배열된 수직 스페이서로 구성된 패턴을 템플릿에 전사하는 방법을 제공하고, 상기 방법은, 플라즈마-강화 원자층 증착(PEALD)으로, 스페이서 엄브렐라 층(umbrella layer)으로서의 층을 실리콘 또는 금속 산화물로 이루어진 각각의 수직 스페이서 상면에만 실질적으로 증착하고, 수직 스페이서의 측벽 및 템플릿의 노출된 면에는 실질적으로 층이 증착되지 않는 단계를 포함하고, 이어서 스페이서 엄브렐라 층을 갖는 수직 스페이서를 사용하여 이방성 에칭에 의해, 수직 스페이서로 구성된 패턴을 템플릿에 전사하는 단계가 이어진다. 리세스 패턴의 측벽 및 바닥에는 실질적으로 층이 증착되지 않으면서 각각의 수직 스페이서의 상면에만 실질적으로 층이 증착되기 때문에, 이러한 층은 토폴로지상 제한된 층이고 스페이서 엄브렐라 층으로서의 역할을 효과적으로 수행할 수 있다. 측벽 및 바닥에 실질적으로 층이 증착되지 않기 때문에, 템플릿으로의 패턴 전사 전에 측벽 및 바닥으로부터 이러한 층을 제거하기 위한 추가적인 공정이 요구되지 않는다. 종래의 PEALD가 트렌치에 매우 컨포멀한 막을 증착하는 방법으로서 잘 알려져 있는 반면 PEALD는 종래의 PEALD와는 반대로, 컨포멀하지 않는, 즉 실질적으로 0인 컨포멀리티를 갖는 층을 증착하는 방법이므로, 상기 PEALD는 종래의 PEALD와는 다르다. 상기 PEALD는 토폴로지상 제한된 막을 증착하기 때문에, 상기 토폴로지상 제한된 PEALD는 토폴로지 기반 선택적 증착 또는 GESA로 지칭된다.
다른 구현예는 바닥 및 측벽으로 구성된 리세스 패턴을 갖는 기판의 상면에만, 플라즈마-강화 원자층 증착(PEALD)에 의해, 실질적으로 막을 증착하는 방법을 제공하며, 각각의 사이클은 다음을 포함한다: (i) RF 전력을 반응 공간에 인가하지 않고 전구체를 액체 상태로 함유하는 용기를 통해 캐리어 가스와 함께 전구체를 기판이 놓인 반응 공간에 공급하는 단계(상기 전구체는 수소 이외의 여러 원소들을 함유하고, 용기 내의 증기압은 약 30 mmHg 이상임); 및 (ii) 전구체를 공급하지 않고 반응 공간에 RF 전력을 인가하여, 토폴로지상 제한된 층을 기판의 상면에만 증착하고, 리세스 패턴의 측벽 및 바닥에는 실질적으로 층이 증착되지 않는 단계.
위에서 논의된 바와 같이, GESA가 토폴로지 기반 선택적 ALD를 나타내나, GESA는, 매우 컨포멀한 막을 리세스 패턴의 모든 면의 두께에 대해 거의 균일하게 증착 가능하도록 하는 종래의 ALD와 비교하여, 막을 선택적 그리고 실질적으로 리세스 패턴의 상면에만 증착 가능하도록 하기 때문에, 즉 실질적으로 막의 컨포멀리티(상면에서의 막 두께에 대한 측벽에서의 막 두께의 비)가 0이기 때문에, GESA는 본질적으로 ALD가 아니다. 또한, ALD와는 달리, GESA는 CVD 요소를 갖는다. 즉 사이클당 증착되는 서브층의 두께가 원자층의 두께보다 큰, 다시 말해, 자기-제한 흡착 공정을 통해 표면에 화학 흡착된 전구체의 두께보다 크다. 따라서, 본 개시에서, 용어 "GESA"가 사용되었으나, GESA는 ALD 공정을 지칭하지 않고, "토폴로지 기반 선택적 증착"(TESD)으로 지칭될 수도 있다. GESA는 위에서 설명된 구현예에 한정되지 않으며, 보다 일반적으로는, 예를 들면, [하나의 또는 복수의] 반도체 제조 층에서 바닥 및 측벽으로 구성된 리세스 패턴을 갖는 기판의 상면에 선택적으로 막이 증착되는, 토폴로지 기반 선택적 증착 방법에 의해 수행될 수 있고, 상기 방법은 순차적으로 다음을 포함한다: (i) 기판이 전극 사이에 놓인 반응 공간에 전구체를 공급하는 단계(상기 전구체는, 금속 또는 준금속(metalloid) 원자 이외에 질소를 포함하는 여러 원소를 함유함); (ii) 기판의 상면에 화학 흡착된 전구체의 양보다 많은 양의 전구체가 기판 상면 부근에 남아 있을 정도까지만 반응 공간의 퍼징을 수행하는 단계; 및 (iii) 실질적으로 H 및 O가 없는 플라즈마-발생 가스를 공급하면서 전극 사이에 RF 전력을 인가하여, 기판이 노출되는, 이온이 풍부한 이방성 플라즈마를 생성함으로써, 토폴로지상 제한된 층을 오직 실질적으로, 또는 선택적으로 그리고 주로, 기판의 상면에 증착하고, 리세스 패턴의 측벽 및 바닥에는 실질적으로 층이 없거나, 토폴로지상 제한된 층보다 실질적으로 얇게 증착되는 단계. GESA의 고유한 특징, 예를 들면, 매우 컨포멀하지 않은 성장은 본 개시에 개시된 것들과 같은 많은 반도체 제조 공정용으로 유용하여, 예를 들면 당업자는 이러한 유용한 응용을 이해할 것이고 본 개시를 기반으로 그리고 일상적인 실험을 통해 이러한 응용에서 GESA를 수행할 수 있을 것이다.
추가로, 일부 구현예에서, 이러한 방법은, 단계 (iii) 후에, 단계 (iii)에서 얻은 토폴로지상 제한된 층을 반응 공간에서 산소 플라즈마에 노출시켜, 질화물계, 질화물 함유 탄화물계, 또는 탄질화물 층인 토폴로지상 제한된 층을 산화물계 층으로 전환시키는 단계(v)를 더 포함한다. 위의 전환 공정과 조합하여, GESA의 응용은 다양한 반도체 제조 공정에 광범위하게 확장된다.
종래 기술을 너머 달성된 본 발명의 양태 및 장점들을 요약하기 위한 목적으로, 본 발명의 특정 목적 및 장점들이 본 개시에 설명된다. 물론, 모든 목적 및 장점들이 본 발명의 임의의 특별한 구현예에 따라 반드시 달성되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 예들 들면 당업자는 본 발명이 본원에 교시 또는 제시될 수 있는 다른 목적들 또는 장점들을 반드시 달성하지 않고, 본원에 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 여러 장점들을 달성 또는 최적화 하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 또 다른 양태, 특성, 및 장점들은 다음의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 이러한 그리고 기타 특징들은 바람직한 구현예의 도면을 참조하여 설명될 것이고, 이는 예시를 위해 의도된 것이며 본 발명을 한정하기 위함은 아니다. 도면은 예시의 목적으로 상당히 간략화되고, 반드시 스케일에 맞추어진 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 구현예에 사용할 수 있는 유전체 막을 증착하기 위한 PEALD(plasma-enhanced atomic layer deposition)의 개략적인 묘사이다.
도 1b는 본 발명의 구현예에 사용할 수 있는 유동-통과 시스템(flow-pass system, FPS)을 이용한 전구체 공급 시스템의 개략적인 묘사이다.
도 2는, 하나의 전구체를 이용한 본 발명의 구현예에 따른 한 사이클에서, 대기중보다 낮은 PEALD의 개략적인 공정 시퀀스를 나타내며, 회색의 셀은 온 상태(ON state)를 표현하고, 반면 흰색의 셀은 오프 상태(OFF state)를 표현하나, 각각의 셀들의 폭이 각각의 공정의 기간을 표현하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 GESA 막의 X-선 회절 프로파일을 보여 주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 7은 비교예에 따른 트렌치에 증착된 PEALD(불완전 GESA) 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따른 스페이서 정의 이중 패터닝(SDDP)을 이용한 패턴 전사 및 타켓 에칭(단계 (a) 내지 단계 (j))의 개략적인 묘사이다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따라, (a)에서는 CVD, (b)에서는 PEALD, (c)에서는 변형 PEALD(불완전 GESA), (d)에서는 GESA의 증착 프로파일의 개략적인 묘사이다.
도 10은 (a)에서의 실리콘/금속 질화물이 본 발명의 구현예에 따른 실리콘/금속 산화물로 전환되는, 산소 플라즈마에 의한 산화 공정의 개략적인 묘사이다.
도 11은 본 발명의 구현예에 따른 트렌치를 갖는 기판에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도12는 본 발명의 구현예에 따른 산소 플라즈마에 노출 시 도 11에 나타난 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 13은 본 발명의 구현예에 따라, 산소 플라즈마에 노출 전(GESA POR), 400 W의 RF 전력을 이용한 산소 플라즈마에 노출 시(TS-SiO 400 W), 그리고 100 W의 RF 전력을 이용한 산소 플라즈마에 노출 시(TS-SiO 100 W)의 GESA 막의 XPC 스펙트럼을 보여준다.
도 14는 더미 게이트 리세스(dummy gate recess)의 형성에서 GESA 막 응용의 개략적인 묘사이며, (a)는 GESA 막이 없는 문제를 보여 주고, (b)는 본 발명의 구현예에 따른 GESA 막에 의한 유리한 효과를 보여 준다.
도 1은 본 발명의 구현예에 사용할 수 있는 유전체 막을 증착하기 위한 PEALD(plasma-enhanced atomic layer deposition)의 개략적인 묘사이다.
도 1b는 본 발명의 구현예에 사용할 수 있는 유동-통과 시스템(flow-pass system, FPS)을 이용한 전구체 공급 시스템의 개략적인 묘사이다.
도 2는, 하나의 전구체를 이용한 본 발명의 구현예에 따른 한 사이클에서, 대기중보다 낮은 PEALD의 개략적인 공정 시퀀스를 나타내며, 회색의 셀은 온 상태(ON state)를 표현하고, 반면 흰색의 셀은 오프 상태(OFF state)를 표현하나, 각각의 셀들의 폭이 각각의 공정의 기간을 표현하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 GESA 막의 X-선 회절 프로파일을 보여 주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 구현예에 따른 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 구현예에 따른 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 7은 비교예에 따른 트렌치에 증착된 PEALD(불완전 GESA) 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 구현예에 따른 스페이서 정의 이중 패터닝(SDDP)을 이용한 패턴 전사 및 타켓 에칭(단계 (a) 내지 단계 (j))의 개략적인 묘사이다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따라, (a)에서는 CVD, (b)에서는 PEALD, (c)에서는 변형 PEALD(불완전 GESA), (d)에서는 GESA의 증착 프로파일의 개략적인 묘사이다.
도 10은 (a)에서의 실리콘/금속 질화물이 본 발명의 구현예에 따른 실리콘/금속 산화물로 전환되는, 산소 플라즈마에 의한 산화 공정의 개략적인 묘사이다.
도 11은 본 발명의 구현예에 따른 트렌치를 갖는 기판에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도12는 본 발명의 구현예에 따른 산소 플라즈마에 노출 시 도 11에 나타난 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다.
도 13은 본 발명의 구현예에 따라, 산소 플라즈마에 노출 전(GESA POR), 400 W의 RF 전력을 이용한 산소 플라즈마에 노출 시(TS-SiO 400 W), 그리고 100 W의 RF 전력을 이용한 산소 플라즈마에 노출 시(TS-SiO 100 W)의 GESA 막의 XPC 스펙트럼을 보여준다.
도 14는 더미 게이트 리세스(dummy gate recess)의 형성에서 GESA 막 응용의 개략적인 묘사이며, (a)는 GESA 막이 없는 문제를 보여 주고, (b)는 본 발명의 구현예에 따른 GESA 막에 의한 유리한 효과를 보여 준다.
본 개시에서, "가스"는 증기화된 고체 및/또는 액체를 포함할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 유사하게, 단수형 명사는, 맥락에 따라 하나의 종(species) 또는 여러 종들을 포함하는 하나의 속(genus)을 지칭한다. 본 개시에서, 샤워 헤드를 통해 공정 챔버로 유입되는 공정 가스는 실리콘-함유 전구체 및 첨가 가스로 구성되거나, 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다. 첨가 가스는, RF 전력이 첨가 가스에 인가될 때, 전구체를 질화 및/또는 탄화시키기 위한 반응물 가스 및 전구체를 여기시키기 위한 불활성 가스(예를 들면, 비활성 가스)를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 캐리어 가스 및/또는 희석 가스로서 반응 챔버에 투입될 수 있다. 본 개시에서, 전구체를 산화시키기 위한 반응물 가스는 사용되지 않는다. 또한, 일부 구현예에서, 반응물 가스는 사용되지 않고, 오직 비활성 가스(캐리어 가스 및/또는 희석 가스로서)가 사용된다. 전구체 및 첨가 가스는 혼합 가스로서 또는 개별적으로 반응 공간에 유입될 수 있다. 전구체는 희유 가스(rare gas)와 같은 캐리어 가스와 함께 유입될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 샤워 헤드를 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들면 반응 공간을 씰링하기 위해 사용될 수 있고, 희유 가스와 같은 씰 가스를 포함한다. 일부 구현예에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물을 일반적으로 지칭하고, 특히 막 매트릭스 또는 막의 주골격을 구성하는 화합물을 지칭하며, 반면 용어 "반응물"은 전구체 이외의 화합물을 지칭하는데, 이는 전구체를 활성화시키거나, 전구체를 개질하거나, 전구체의 반응을 촉진시키며, 이러한 반응물은 RF 전력이 인가될 때 원소(N, C와 같은)를 막 매트릭스에 제공할 수 있고, 막 매트릭스의 일부가 될 수 있다. 용어 "불활성 가스"는 RF 전력이 인가될 때 전구체를 여기시키는 가스를 지칭하나, 반응물과는 달리 막 매트릭스의 일부가 되지는 않는다.
일부 구현예에서, "막"은 실질적으로 핀홀 없이 두께 방향에 수직한 방향으로 연속적으로 연장되어 전체 타켓 또는 관심 표면을 커버하는 층, 또는 단순히 타켓 또는 관심 표면을 커버하는 층을 지칭한다. 일부 구현예에서, "층"은 표면에 형성된 특정 두께를 갖는 구조물을 지칭하거나, 막 또는 막이 아닌 구조물의 동의어를 지칭한다. 막 또는 층은 특정 특성을 갖는 별개의 단일막 또는 층, 또는 다수의 막들 또는 층들로 구성될 수 있고, 인접하는 막들 또는 층들 사이의 경계는 명확하거나 그렇지 않을 수 있으며, 물리적, 화학적, 및/또는 임의의 특성, 형성 공정 및 시퀀스, 및/또는 인접하는 막들 또는 층들의 기능 또는 목적에 기반하여 구축될 수 있다. 또한, 본 개시에서, 실행 가능한 범위는 일상적인 작업에 기초하여 결정될 수 있으므로 변수의 임의의 두 수치가 변수들의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 지시된 임의의 범위는 끝점을 포함하거나 배제할 수 있다. 추가적으로, 지시된 변수의 임의의 값은 ("약"으로 표시되는지의 여부에 관계없이) 정확한 값 또는 대략적인 값을 지칭할 수 있고 등가를 포함할 수 있으며, 일부 구현예에서는 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, 용어 "의해 구성되는" 및 "갖는"은 일부 구현예에서 "통상적으로 또는 대략적으로 포함하는", "포함하는", "본질적으로 이루어지는", 또는 "이루어지는"을 독립적으로 지칭한다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미들은 일부 구현예에서 반드시 보통의 그리고 관습적인 의미들을 배제하는 것은 아니다.
조건 및/또는 구조가 명시되지 않는 본 개시에서, 당업자는 일상적인 실험에 따라 본 개시의 관점으로 이러한 조건 및/또는 구조를 쉽게 제공할 수 있다.
개시된 모든 구현에들에서, 하나의 구현예에 사용된 임의의 요소는 이와 동등한 임의의 요소로 대체될 수 있으며, 의도된 목적을 위해, 본원에 명시적으로, 필연적으로, 또는 내재적으로 개시된 것들을 포함한다. 또한, 본 발명은 장치 및 방법에 동일하게 적용될 수 있다.
구현예는 바람직한 구현예에 대해 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 그러한 바람직한 구현예에 의해 한정되지 않는다.
일부 구현예에서, 간격을 두고 템플릿(전형적으로 스핀-온 또는 CVD 공정에 의해 준비되는 비정질 탄소(a-C)로 구성됨)에 배열된 수직 스페이서로 구성된 패턴을 템플릿에 전사하는 방법에 있어서, 상기 방법은: 플라즈마-강화 원자층 증착(PEALD)으로, 스페이서 엄브렐라 층으로서의 층을 실리콘 또는 금속 산화물(예를 들면, TiO2)로 이루어진 각각의 수직 스페이서 상면에만 실질적으로 증착하고, 수직 스페이서의 측벽 및 템플릿의 노출된 면에는 실질적으로 층이 증착되지 않는 단계; 이후, 수직 스페이서로 구성된 패턴을, 스페이서 엄브렐라 층을 갖는 수직 스페이서를 사용하여 이방성 에칭(예를 들면, 반응성 이온 에칭(RIE))에 의해, 템플릿에 전사하는 단계를 포함한다.
본 개시에서, "실직적으로 0(zero)"은 검출할 수 있는 양보다 적은 무형의 양, 타켓 또는 의도된 특성에 물질적으로 영향을 주지 않는 양, 또는 당업자에 의해 거의 0으로 인식되는 양, 예컨대, 10% 미만, 5% 미만, 1% 미만, 또는 일부 구현예에서 총합 또는 참조값에 대한 이들의 임의의 범위를 지칭할 수 있다. 예들 들면, 상면에 10 nm의 두께를 갖는 막이 증착되고 측벽에 실질적으로 막이 증착되지 않는 경우, 측벽에 증착된 막의 두께는 1 nm 미만, 0.5 nm 미만, 0.1 nm 미만, 또는 이들 사이의 임의의 범위일 수 있다. 본 개시에서, "실질적으로 얇은", "실질적으로 짧은" 등은 물질 차이 또는 당업자에 의해 인식되는 차이, 예컨대 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 또는 일부 구현예에서 이들의 임의의 범위를 지칭할 수 있다. 예들 들면, 상면에 10 nm의 두께를 갖는 막이 증착되고 측벽에 실질적으로 얇은 층이 증착되는 경우, 측벽에 증착된 막의 두께는 최대 7 nm, 최대 6 nm, 최대 5 nm, 최대 4 nm, 최대 3 nm, 최대 2 nm, 최대 1 nm, 또는 이들 사이의 임의의 범위일 수 있다. 또한, 예들 들면, 초과 가스, 반응되지 않은 가스, 및 부산물을 타켓 영역으로부터 충분히 제거하기 위해 1 초 동안 퍼징(purging)이 완료되는 경우, 실질적으로 짧은 퍼징이 수행되는데, 이러한 짧은 퍼징의 시간은 최대 0.7초, 최대 0.6초, 최대 0.5, 최대 0.4초, 최대 0.3초, 최대 0.2초, 최대 0.1초, 또는 이들 사이의 임의의 범위일 수 있다. 또한, 본 개시에서, "실질적으로 동일한", "실질적으로 균일한" 등은 무형의 차이 또는 당업자에 의해 인식되는 차이, 예컨대 10% 미만, 5% 미만, 1% 미만, 또는 일부 구현예에서 이들의 임의의 범위를 지칭할 수 있다.
하드 마스크로서의 스페이서 엄브렐라는 하부 템플릿에 비해 높은 에칭 선택도를 가지기 때문에, 수직 스페이서는 짧을 수 있고 따라서 템플릿에 패턴을 전사하기 위한 에칭 동안 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 수직 스페이서의 높이는 3 nm 내지 60 nm, 전형적으로는 약 5 nm 내지 약 40 nm의 범위이다. 일부 구현예에서, 스페이서 엄브렐라의 높이는 약 1 nm 내지 약 15 nm, 전형적으로는 약 3 nm 내지 약 8 nm 범위이다. 일부 구현예에서, 스페이서 엄브렐라는 비정질 실리콘 탄소 질화물로 구성된다. 일부 구현예에서, 템플릿은 비정질 탄소로 구성된다. 일부 구현예에서, 수직 스페이서는 스페이서 정의 이중 패터닝(SDDP)에 의해 생성된다.
일부 구현예에서, 토폴로지상 제한된 PEALD 또는 토폴로지 기반 선택적 PEALD(GESA)를 위해, 인접하는 스페이서들 사이의 각각의 간격은 소정의 거리보다 작아야 한다. 본 개시에서, 인접하는 수직 스페이스들 사이의 리세스 및 임의의 다른 리세스 패턴은 "트렌치"로 지칭된다. 즉, 트렌치는 수직 스페이서로 형성된 패턴을 포함하는 임의의 리세스 패턴이고, 일부 구현예에서, 약 20 nm 내지 약 100 nm의 폭(전형적으로 약 30 nm 내지 약 50 nm)(여기서, 트렌치의 길이가 실질적으로 폭과 동일할 때, 이는 홀/비아(via)로 지칭되며, 이들의 직경은 약 20 nm 내지 약 100 nm임), 약 30 nm 내지 약 100 nm의 깊이(전형적으로 약 40 nm 내지 약 60 nm), 그리고 약 2 내지 약 10의 종횡비(전형적으로 약 2 내지 약 5)를 갖는다. 트렌치의 적절한 치수는 공정 조건, 막 조성물, 의도된 용도 등에 따라 달라질 수 있다.
위에서, 트렌치의 폭이 너무 넓으면, GESA는 불완전하게 되며, 불완전한 GESA 막은 트렌치의 바닥면에 자연스럽게 증착을 시작할 수 있고, 따라서 이론적으로(본 발명을 제한하지 않는), CVD의 컨포멀하지 않는 증착 프로파일이 아래에 설명되는 바와 같이 표현될 수 있도록, 트렌치의 폭이 선택될 수 있다. 비제한적인 이론에서, CVD의 컨포멀하지 않은 증착이 표현될 수 있고 이방성 플라즈마가 적용되며 에칭/스퍼터링(sputtering) 프로파일이 표현될 수 있는 조건하에서, GESA는 완전해질 수 있다. GESA의 특정 조건하에서, 측벽 및 바닥면에 실질적으로 막이 증착되지 않도록, 위의 현상은 향상되고 촉진될 수 있다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따라, (a)에서는 CVD, (b)에서는 PEALD, (c)에서는 변형 PEALD(불완전 GESA), (d)에서는 GESA의 증착 프로파일의 개략적인 묘사이다. 트렌치가 좁으면, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 버섯 형상의 성장은 순환 CVD를 포함하는 CVD의 전형적인 증착 프로파일이 되며, 막(102)이 트렌치를 갖는 기판(101)에 증착될 때, 상면에 증착되는 상부는 두껍고, 측벽에 증착되는 측부는 상부보다 얇으며 트렌치의 바닥을 향해 얇아지고, 바닥면에 증착되는 바닥부는 얇거나 거의 검출되지 않거나 검출될 수 없다. 가스 상(phase)에서 여기되는 전구체의 반응종(reactive species)은 좁은 CVD에서 트렌치의 바닥에 충분히 도달하지 않는다. PEALD에서, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 컨포멀한 성장은 전형적인 증착 프로파일이 되며, 여기서 막(103)이 트렌치를 갖는 기판(101)에 증착될 때, 상면에 증착되는 상부, 측벽에 증착되는 측부, 및 바닥면에 증착되는 바닥부는 토폴로지상 컨포멀하다. CVD와는 달리 PEALD에서, 막은 표면 반응에 의해 형성되고, 여기서 전구체 분자는 트렌치의 모든 면에 흡수되어 포화되며, 흡착된 전구체 분자의 양은 포화 후 전구체 노출에 무관하다(즉 자기-제한(self-limiting) 흡착 반응 공정). 퍼징 후, 흡수된 전구체 분자는 반응물 가스에 노출되고, 이어서 플라즈마에 노출되어, 표면 반응이 야기되고 막을 형성한다. Ar 플라즈마와 같은 이방성 플라즈마가 사용될 때, 플라즈마는 트렌치의 측벽에 충분히 도달하지 못한다. 플라즈마 조성물은 복잡하고, 대전된(이온) 또는 중성의(원자 및 라디칼) 것들 중 서로 다른 종들로 구성되는 것으로 잘 알려져 있다. 플라즈마에서, 이온 종(species)은 높은 이방성 성장에 대한 원인이고 "이온 충격(ion bombardment)"이라 불리는 것에 대한 원인이다라고 보통 받아들여진다. 예를 들면, Ar 플라즈마는 아주 적은 라디칼을 갖는 이온들로 주로 구성되어, Ar 플라즈마 공정은 전형적으로 매우 불량한 컨포멀리티를 가지며 도 9의 (c)에 도시된 바와 같은 증착 프로파일을 제시하고(변형된 PEALD 또는 불완전한 GESA), 여기서 상면에 증착되는 상부는 두껍고, 측벽에 증착되는 측부는 얇거나 거의 검출되지 않거나 검출될 수 없으며, 바닥면에 증착되는 바닥부는 두껍다. 측벽에는, 충분하지 않은 이온 충격이 일어나고, 반면에 상면 및 바닥면에는 그 충격이 충분히 도달한다.
이에 반해, GESA의 증착 프로파일은 도 9의 (d)에 도시되고, 여기서 상면에 증착되는 상부는 두껍고, 측벽에 증착되는 측부와 바닥면에 증착되는 바닥부는 얇거나 거의 검출되지 않거나 검출될 수 없다. 비제한적인 이론에서, CVD의 컨포멀하지 않은 증착이 표현될 수 있고, 이방성 플라즈마가 적용되며, 에칭/스퍼터링 프로파일이 표현될 수 있는 곳에서, GESA가 일어난다. 즉, 예를 들면, 액체 형태로 전구체를 저장한 용기의 온도를 높임으로써, 포화를 위한 양보다 훨씬 많은 양(용량(dose)은 포화를 위한 것보다 적어도 한 차수 더 큰 크기임)의 전구체가 공급되는 정도까지 전구체의 증기압을 증가시키면, 퍼징이 모든 전구체 가스를 제거하기에 충분치 못하게 된다. 가스 상으로 존재하는 잔류 전구체 가스는 CVD-유사 증착을 야기할 수 있고, 여기서 버섯 프로파일이 더 표현된다. 또한, 잔류 전구체 가스는 이온(예를 들면, 플라즈마에 함유된 Ar 이온)의 평균 자유 행로를 낮출 수 있게 되어, 이온이 트렌치의 바닥면에 도달하는 것을 더 어렵게 만든다(트렌치 바닥에서의 적은 이온 충격). 평균 자유 행로는 다음과 같이 정의될 수 있다 (충돌당 평균 거리로 단순화됨):
여기서, d는 분자의 직경이고, n v는 단위 체적당 분자수이다. 즉, 이온의 평균 자유 행로는 체적당 분자수가 증가할수록 짧아진다. 전구체 분자의 직경은 Ar 이온보다 상당히 커서, 예를 들면, 구름처럼 맴도는 잔류 전구체 분자는 이온의 평균 자유 행로를 상당히 단축시킬 것이다. 또한, 공정 압력을 증가시킴으로써, n v가 증가되어 이온의 평균 자유 행로가 단축된다. 그 결과, GESA에서, 트렌치 바닥면에서의 막 형성은 효과적으로 억제되어, 트렌치 바닥면에 실질적으로 막이 증착되지 않고, 반면 트렌치 상면에서는 막 형성이 진행된다(상면 위의 잔류 전구체 분자는 막 형성에 기여할 수 있으며, 따라서 GESA에서 RF 전력 인가 기간을 연장하면 사이클당 성장률이 종래의 PEALD와는 다르게 증가될 수 있다). 잔류 전구체 분자를 기판 위에서 유지시키기 위해서, 유효 파라미터들 중 하나가 전구체의 부분압을 증가시킨다. 즉, 전구체 펄스의 기간을 연장시키기보다는 전구체의 증기압을 증가시킨다. 또한, 이방성 플라즈마의 사용은 위에서 설명된 트렌치의 측벽에 막이 증착되는 것을 방지한다.
추가적으로, 비제한적인 이론에서, 에칭/스퍼터링 효과가 GESA 증착 프로파일에 기여할 수 있다. Ar 이온이 스퍼터링에 사용될 수 있다는 것을 고려할 때, 플라즈마에 함유된 Ar은 증착된 막의 일부를 스퍼터링할 수 있다. 전형적인 GESA에서, 증착된 막의 성장률은 매우 낮으며(예를 들면, GESA 공정은 일반적으로 매우 낮은 성장률을 갖음, 예컨대 사이클당 0.06~0.1 옹스트롬), 스퍼터링이 이것에 기여할 수 있다. 또한, 이러한 스퍼터 효과는 낮은 밀도의 막(예를 들면, GESA 막은 50% 탄소 및 20% 수소, 또는 Si와 N 오염 물질을 갖는 저밀도(20% H2) a-C 막으로 구성됨)에 대해 더 표현될 수 있다. 일부 구현예에서, Ar 플라즈마 충격에 의한 스퍼터링은 다음의 방식으로 조작될 수 있다: (Dt-St) > (Db-Sb) ≥ (Ds-Ss), 여기서 Dt, Db, 및 Ds는 트렌치의 상면, 바닥면, 및 측벽에서의 증착률을 각각 나타내고, St, Sb, 및 Ss는 트렌치의 상면, 바닥면, 및 측벽에서의 스퍼터링률을 각각 나타낸다. 일부 구현예에서, Sb > Db이고, Ss > Ds이다. 또한, 전구체의 부산물과 Ar 플라즈마의 반응은 GESA 증착 프로파일에 기여할 수 있다. 예를 들면, Si, N, C, 및 H를 포함하는 전구체의 조성물에 의해, 일부 H 이온 및 라디칼이 플라즈마 노출 중 발생된다. GESA 막이 주로 a-C로 구성될 때, 이러한 탄소 막은 H 종(휘발성 생성물)의 공격에 매우 민감하다. 따라서, 상부-선택적 프로파일을 더 최적화하기 위해서, 일부 구현예에서는, 에칭 효과가 다음의 방식으로 조작될 수 있다: (Dt-Et) > (Db-Eb) ≥ (Ds-Es), 여기서 Dt, Db, 및 Ds는 트렌치의 상면, 바닥면, 및 측벽에서의 증착률을 각각 나타내고, Et, Eb, 및 Es는 트렌치의 상면, 바닥면, 및 측벽에서의 부산물에 의해 여기된 에칭률을 각각 나타낸다. 일부 구현예에서, Eb > Db이고, Es > Ds이다. 전구체의 용량(dose), 퍼징의 정도, 플라즈마의 기간, 공정 압력, 및 불활성 가스 흐름은 GESA 증착 프로파일을 최적화시키는 파라미터들 중 가장 중요한 것들이다.
일부 구현예에서, 막을 실질적으로 상면에만 증착하기 위해서(바닥면과 측벽에는 실질적으로 막이 없음), 트렌치의 상면에 증착되는 GESA 막의 두께는 트렌치 폭의 함수로 선택된다. 예를 들면, 트렌치의 폭(W)이 약 6 nm일 때, 상면에 증착되는 막의 두께(T)는 약 9 nm 미만, 전형적으로는 7 nm 이하일 수 있고, 반면 트렌치의 폭(W)이 약 3 nm일 때, 상면에 증착되는 막의 두께(T)는 약 18 nm 미만, 전형적으로는 약 14 nm 이하일 수 있으며, 여기서 T(nm) x W(nm)는 약 54 미만, 전형적으로는 42 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 일부 구현예는 바닥 및 측벽으로 구성된 리세스 패턴을 갖는 기판의 상면에만, 플라즈마-강화 원자층 증착(PEALD)에 의해, 실질적으로 막을 증착하는 방법을 제공하고, 각각의 사이클은 다음을 포함한다: (i) RF 전력을 반응 공간에 인가하지 않고 전구체를 액체 상태로 함유하는 용기를 통해 캐리어 가스와 함께 전구체를 기판이 놓인 반응 공간에 공급하는 단계(상기 전구체는 수소 이외의 여러 원소들을 함유하고, 용기 내의 증기압은 약 30 mmHg 이상임); 및 (ii) 전구체를 공급하지 않고 반응 공간에 RF 전력을 인가하여, 토폴로지상 제한된 층을 기판의 상면에만 증착하고, 리세스 패턴의 측벽 및 바닥에는 실질적으로 층이 증착되지 않는 단계.
일부 구현예에서, PEALD 사이클 전반에 걸쳐 어떠한 반응물도 반응 공간에 공급되지 않으며, 오직 캐리어 가스(바람직하게는 Ar)가 플라즈마 반응을 위해 사용된다. 전구체가 수소 이외의 여러 원소들을 함유하기 때문에, 어떠한 반응물도 GESA 막을 증착하기 위해 요구되지는 않는다. 일부 구현예에서, 이러한 전구체는 반응물이 사용되지 않기 때문에 그 분자에 수소 이외의 여러 원소를 함유하는 임의의 적합한 전구체이다. 일부 구현예에서, 전구체는 실리콘/금속, 질소, 탄소, 및 수소를 함유한다. 일부 구현예에서, 전구체는, 실리콘을 대신해서 또는 실리콘 이외에, Ti, Zr, Co, W, Ta, Hf, 및/또는 Nb와 같은 금속을 함유한다. 일부 구현예에서, 전구체는 알킬아미노실란이다. 일부 구현예에서, 알킬아미노실란은, 비스디에틸아미노실란(BDEAS), 비스디메틸아미노실란(BDMAS), 헥실에틸아미노실란(HEAD), 테트라에틸아미노실란(TEAS), 터트-부틸아미노실란(TBAS), 비스터트-부틸아미노실란(BTBAS), 비스메틸아미노디메틸아미노실란(BDMADMS), 헥사메틸디실라잔(HMDS), 트리메틸실릴디에틸아민(TMSDEA), 트리메틸실릴디메틸아민(TMSDMA), 트리메틸트리비닐시클로트리실라잔(TMTVCTS), 트리스트리메틸히드록시아민(TTMSHA), 비스디메틸아미노메틸실란(BDMAMS), 및 디메틸실릴디메틸아민(DMSDMA)으로 이루어진 군에서 선택된다. 전구체는 단일 전구체 또는 둘 이상의 전구체의 혼합물로 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 알킬아미노실란 전구체는 리저버(reservoir) 또는 용기(bottle)로부터 비정질 실리콘 탄소 질화물 층의 GESA를 위한 반응 챔버로 공급된다. 알킬아미노실란 전구체는 상온에서 전형적으로(그러나, 필연적이지 않음) 액체이고, 전구체의 기화가 반응 챔버의 상류에서 요구될 때, 전구체는 히터가 장착된 리저버 또는 용기에서 기화된다. 반응 챔버에 공급되는 전구체의 양은 리저버로부터 방출되는 전구체의 증기압에 기반하여 결정될 수 있고, 증기압은 리저버의 온도에 의해 결정된다. 일부 구현예에서, 비정질 실리콘 질화물 층의 GESA를 위한 리저버의 온도(예컨대, BDEAS 용으로는 예를 들면 약 70℃ 내지 약 100℃, 전형적으로는 80℃ 부근)는 실리콘 산화물 층의 PEALD를 위한 리저버의 온도(예컨대, BDEAS 용으로는 예를 들면 약 20℃ 내지 약 60℃)보다 높다. BDEAS의 포화 증기압은, 예를 들면, 70℃에서 30 mmHg이고, 따라서, GESA에 대해서는, 특정 용량의 전구체를 반응 공간에 공급하기 위해 30 mmHg 이상의 증기압(예를 들면, 35 mmHg 이상)이 요구될 수 있다. 예를 들면, 80℃에서 전구체의 용량은, 60℃에서의 전구체보다 예컨대 적어도 한 자릿수 높을 수 있다. 전구체의 화학 흡착이 종래의 ALD에서는 자기-제한 포화 흡착에 의해 제어되기 때문에, 전구체의 증기압이 GESA를 위한 중요한 공정 파라미터라는 점은 놀라운 일이다. GESA에 대해서, 비록 상면 상의 막의 두께가 용량에 의해 크게 영향을 받지 않지만, 전구체의 용량은 트렌치의 바닥면 및 측벽에서의 막의 형성을 차단하기 위해 충분히 높을 필요가 있다. 이러한 용량은 트렌치의 각각의 상면에서 전기장의 생성에 영향을 주게 되어, 트렌치의 바닥 및 측벽에서의 막의 증착을 억제하게 된다. 이러한 용량은 또한 용기 온도, 투입 시간, 캐리어 가스 흐름, 및 희석 가스 흐름에 의해 정의될 수 있다.
또한, 일부 구현예에서, RF 전력은 기판의 단위 면적(cm2)당 약 50 W 내지 약 1000 W로 반응 공간에 인가된다(전형적으로 약 75. W/cm2 내지 약 500 W/cm2). 일부 구현예에서, 비정질 실리콘 탄소 질화물 층의 GESA를 위한 RF 전력은 실리콘 산화물 층의 PEALD를 위한 것보다 높거나 등가이고, 예를 들면, 300-mm 기판에서 약 100 W 내지 약 500 W의 범위이다(상기 W 값은 기판의 단위 면적당 전력량으로 변환되어 다른 크기의 기판에 적용될 수 있음). RF 전력 인가 기간이 길어질 때, 사이클당 성장률(GPC)이 상당 부분 증가(50%를 초과하여)된다는 점은 또한 놀라운 일이며, 이는 단순 포화 흡착을 통하는 것 보다 많은 전구체 분자들이 기판 표면에 흡착됨을 시사하고, 더 길게 RF 전력을 인가하는 것이, 기판 위의 잔류 전구체 분자를 사용하는 CVD-유사 증착에 기여할 수 있으나, 이러한 이론이 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기의 관점에서, GESA는 전형적인 ALD의 기본 특성을 가지나, 전형적인 ALD와는 기본적으로 또는 화학적으로 다르다.
일부 구현예에서, 캐리어 가스는 PEALD 사이클을 통해 반응 챔버에 연속적으로 공급된다. 일부 구현예에서, PEALD 사이클 전반에 걸쳐 반응 공간에 희석 가스가 연속적으로 공급된다. 캐리어 가스 및 희석 가스로서, Ar, He, Ne, Kr, 및 Xe과 같은 비활성 가스가 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
본 개시에서, "연속적으로"는, 진공 파괴가 없으며, 타임라인(timeline)으로서의 중단이 없고, 임의의 물질의 개입 단계가 없으며, 다음 단계로서 그 직후에 처리 조건의 변경이 없고, 또는 일부 구현예에서는 두 개의 구조물 사이에 두 개의 구조물 이외의 분리된 물리적 또는 화학적 구조물이 개입하지 않음을 지칭한다.
일부 구현예에서, 사이클은 단계 (i) 이후 반응 챔버를 퍼징하고, 각각의 사이클에서 단계 (ii) 이후 반응 공간을 퍼징하는 것을 더 포함한다.
일부 구현예에서, GESA 층은 실리콘 산화물 또는 금속 산화물로 이루어진 하부 층에 증착된다. 일부 구현예에서, 하부 층으로서 SiO 층이 예를 들면 PEALD에 의해 트렌치를 갖는 기판에 증착된다(동일한 출원인에 의해 2015년 12월 21일 출원된 미국 출원 14/977,291호에 개시된 바와 같고, 이의 개시는 그 전체가 본원에 참조로 포함됨). 일부 구현예에서, SiO 층은 전구체로서 알킬아미노실란을 이용하여 증착되고, 이는 비정질 실리콘 탄소 질화물 층을 위한 GESA에 사용되는 것과 동일한 가스이다. 일부 구현예에서, 하부 층 및 GESA 층은 동일한 반응 챔버에서 연속적으로 증착된다.
일부 구현예에서, SiO 층이 80% 내지 100%의 컨포멀리티를 갖더라도, 실질적으로 0의 컨포멀리티를 가지고 SiO 층에 증착되는 GESA 층이 구현될 수 있으며, 이는 SiO 층 및 GESA 층이 동일한 반응 챔버에서 연속적으로 증착되더라도 구현될 수 있다. 이론적으로(본 발명을 제한하지 않는), 본 개시에서 설명된 공정 조건들을 조절하여 트렌치의 폭이 적절히 선택될 때, 트렌치의 바닥 및 측벽에서의 이온 충격이 억제될 수 있으며, CVD-유사 증착이 부분적으로 일어날 수 있고, 기판 위의 잔류 전구체 분자들은 플라즈마에 포함된 입사 이온들이 트렌치로 진입하는 것을 차단할 수 있고(예를 들면, 이온의 평균 자유 행로를 단축시키는 충분하지 않은 퍼징 및/또는 상승된 용기 온도에 의해), 또한 이방성 플라즈마는 트렌치의 측벽에서의 이온 충격을 낮출 수 있어서, 트렌치의 측벽 및 바닥면의 막 증착을 억제시킨다. GESA의 특정 조건하에서, 측벽 및 바닥면에 실질적으로 막이 증착되지 않도록, 위의 현상은 향상되고 촉진될 수 있다.
전형적으로 SiO 층이 사용되기는 하나, 하부 층은 다른 유전체 막(바람직하게는 GESA를 위한 전하의 증강(build up)을 촉진할 수 있는 물질로 구성된)일 수 있다. 이러한 유전체 막으로, 유전율이 약 1.9 내지 5.0, 전형적으로는 약 2.1 내지 3.0, 바람직하게는 2.5 미만인, SiC, SiCO, 임의의 도핑된 실리콘 글라스, 또는 유기 중합체 또는 실리콘계 중합체로 구성된 낮은-k 막이 포함되지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 유전체 막은, 플라즈마-강화 CVD, 열 CVD, 순환 CVD, 플라즈마-강화 ALD, 열 ALD, 라디칼-강화 ALD, 또는 임의의 다른 박막 증착 방법에 의해, 측벽 및 바닥면, 및/또는 평면을 포함하는 트렌치 또는 비아(via)에 형성된다. 전형적으로, 유전체 막의 두께는 약 50 nm 내지 약 500 nm의 범위이다(원하는 막 두께는 막의 응용 및 목적 등에 따라 적절하다고 여겨지는 것으로 선택될 수 있음).
구현예가 도면을 기준으로 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이러한 도면에 한정되지 않는다.
도 2는, 본 발명의 구현예에 따른 한 사이클에서 GESA의 개략적인 연속 공정 시퀀스를 나타내며, 회색의 셀은 온 상태를 표현하고, 반면 흰색의 셀은 오프 상태를 표현하나, 각각의 셀들의 폭이 각각의 공정의 기간을 표현하는 것은 아니다. 도 2에 도시된 시퀀스에서, RF 전력을 인가하지 않고 연속적으로 공급되는 캐리어 가스를 사용하여, 전구체가 반응 공간에 펄스로 공급된다("투입"). 희석 가스 또한 반응 공간에 연속적으로 공급된다. "투입" 후, 반응 공간은 퍼지되고("퍼지 1"), 여기서 전구체는 반응 공간에 투입되지 않으며, 반면 캐리어 가스 및 희석 가스는 RF 전력의 인가 없이 반응 공간에 연속적으로 공급되어, 화학 흡착되지 않은 전구체 및 초과 가스를 기판의 표면으로부터 제거한다. 이 후, 전구체의 공급 없이, 증착 사이클 전반에 걸쳐 연속적으로 흐르는 캐리어 가스 및 희석 가스에, RF 전력을 인-시츄에서 펄스("RF")로 인가함으로써, 증착용 플라즈마가 생성되어("RF"), 단일층(monolayer)을 형성한다. "RF" 후, 반응 공간은 퍼지되고("퍼지 2"), 여기서 반응 공간에 전구체를 공급하지 않고 RF 전력을 인가하지 않으며, 캐리어 가스 및 희석 가스가 반응 공간에 연속적으로 공급되어, 부산물 및 초과 가스를 기판의 표면으로부터 제거한다. 전구체가 간헐적으로 또는 펄스로 주입되는 일정한 스트림으로서 반응 공간에 진입하는 캐리어 가스의 연속적인 흐름에 의해, 또는 희석 가스의 연속적인 흐름에 의해, 퍼징이 효과적으로 수행되어 초과 가스 및 부산물을 층의 표면으로부터 신속하게 제거할 수 있어서, 다중 PEALD 사이클들이 효과적으로 이어질 수 있다.
GESA에서, ALD의 성질에 의해 전구체의 단일층이 트렌치의 상면, 측벽, 및 바닥면을 포함하는 모든 면에 형성되더라도, 플라즈마가 트렌치의 측벽 및 바닥면에 형성된 단일층의 일부에 도달하지 않기 때문에, 트렌치의 측벽 및 바닥면에는 실질적으로 막이 형성되지 않고, 단일층의 일부는 퍼징에 의해 제거된다.
도 2에서, 전구체는 캐리어 가스의 도움으로 제공된다. ALD는 자기-제한 흡착 반응 공정이므로, 증착된 전구체 분자들의 개수는 반응성 표면 사이트의 개수에 의해 결정되며 포화 후 전구체의 노출과는 무관하고, 전구체의 공급은 사이클마다 반응성 표면 사이트가 포화되도록 한다. 위에서 언급한 바와 같이, 각각의 증착 사이클의 각각의 펄스 또는 상(phase)은 바람직하게 자기-제한적이다. 과잉의 전구체가 각각의 상(phase)에 공급되어 민감한 구조 표면을 포화시킨다. 표면 포화는 모든 가능한 반응성 사이트들(예를 들면, 물리적 크기 또는 "입체 장애(steric hindrance)" 제한이 가해지는)의 전구체 점유를 보장한다. 일부 구현예에서, 완전한 포화를 달성하지 않고, 단일층 미만으로 기판 표면에 흡착되도록, 전구체의 펄스 시간이 감소될 수 있다.
캐리어 가스의 연속적인 흐름은, 캐리어 가스 라인이 전구체 리저버(용기)를 갖는 우회 라인(detour line)을 구비하고 메인 라인과 우회 라인이 스위칭되는, 유동-통과 시스템(FPS)을 이용하여 달성될 수 있고, 캐리어 가스만을 반응 챔버에 투입하고자 할 때에는 우회 라인이 닫히고, 반면 캐리어 가스와 전구체 가스 모두를 반응 챔버에 투입하고자 할 때에는 메인 라인이 닫히게 되어, 캐리어 가스는 우회 라인을 통해 흐르고 전구체 가스와 함께 용기로부터 흘러 나온다. 이러한 방식으로, 캐리어 가스는 반응 챔버 내로 연속해서 흐를 수 있고, 메인 라인과 우회 라인을 스위칭함으로써 전구체 가스를 펄스로 운반할 수 있다. 도 1b는 본 발명의 구현예에 따른 유동-통과 시스템(FPS)을 사용하는 전구체 공급 시스템을 도시한다(검은색 밸브는 밸브가 닫혔음을 표시함). 도 1b의 (a)에 나타난 바와 같이, 전구체를 반응 챔버(미도시)에 투입할 때, 우선, Ar(또는 He)과 같은 캐리어 가스가 밸브 b 및 c를 갖는 가스 라인을 통해 흐른 다음 용기(리저버)(20)로 진입한다. 캐리어 가스는 용기(20) 내부의 증기압에 대응하는 양으로 전구체 가스를 운반하면서 용기(20)로부터 흘러 나오고, 밸브 f 및 e를 갖는 가스 라인을 통해 흐른 다음 전구체와 함께 반응 챔버로 투입된다. 위에서, 밸브 a 및 d는 닫힌다. 캐리어 가스(비활성 가스)만을 반응 챔버에 공급할 때, 도 1b의 (b)에 나타난 바와 같이, 캐리어 가스는 용기(20)를 우회하면서 밸브를 갖는 가스 라인을 통해 흐른다. 위에서, 밸브 b, c, d, e, 및 f는 닫힌다.
당업자는 프로그램된, 그렇지 않으면 증착 및 본원의 다른 곳에서 설명되는 반응기(reactor) 세척 공정이 수행되도록 구성된, 하나 이상의 제어기(들)가 장치에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 흐름 제어기 또는 밸브들과 통신한다.
공정 사이클은, 예를 들면 도 1a에 도시된 장치를 포함하는 임의의 적합한 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 도 1a는, 본 발명의 일부 구현예에 사용될 수 있고 바람직하게는 아래에 설명되는 시퀀스를 수행하기 위해 프로그램된 제어와 협력하는 PEALD 장치의 개략도이다. 이 도면에서, 서로 마주하며 평행한 한 쌍의 전기 전도성 평판 전극(4, 2)을 반응 챔버(3)의 내부(반응 구역)(11)에 공급하고, HRF 전력(13.56 MHz 또는 27 MHz)(25)을 일측에 인가하고 타측(12)을 전기적으로 접지시킴으로써, 플라즈마가 전극들 사이에서 여기된다. 온도 조절기가 하부 스테이지(하부 전극)(2)에 제공되고, 그 위에 놓인 기판(1)의 온도는 주어진 온도로 일정하게 유지된다. 상부 전극(4)은 샤워 플레이트(shower plate)로서의 역할도 수행하며, 반응물 가스 및/또는 희석 가스, 그리고, 만약에 존재한다면, 전구체 가스가 각각의 가스 라인(21) 및 가스 라인(22)을 통해서 그리고 샤워 플레이트(4)를 통해서 반응 챔버(3)로 유입된다. 추가적으로, 반응 챔버(3)에는 배기 라인(7)을 갖는 원형 덕트(13)가 제공되고, 이를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)에 있는 가스가 배기된다. 추가적으로, 반응 챔버(3) 아래에 배치된 이송 챔버(5)는, 이송 챔버(5)의 내부(이송 구역)(16)를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)로 씰 가스를 유입하기 위한 씰 가스 라인(24)을 구비하며, 반응 구역과 이송 구역을 분리하기 위한 분리 판(14)이 제공된다(웨이퍼가 이송 챔버(5)로 또는 이송 챔버(5)로부터 이송되는 게이트 밸브는 본 도면에서 생략됨). 이송 챔버는 또한 배기 라인(6)을 구비한다. 일부 구현예에서, 다중-요소 막의 증착 및 표면 처리는 동일한 반응 공간에서 수행되어, 모든 단계들이 기판을 공기 또는 다른 산소-함유 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 수행될 수 있다.
일부 구현예에서, 도 1a에 묘사된 장치에서는, 도 1b에 도시된(앞에서 설명된) 불활성 기체의 흐름 및 전구체 가스의 흐름을 스위칭하는 시스템이, 반응 챔버의 압력을 변동시키지 않고 전구체 가스를 펄스로 유입하기 위해 사용될 수 있다.
당업자는 프로그램된, 그렇지 않으면 증착 및 본원의 다른 곳에서 설명되는 반응기(reactor) 세척 공정이 수행되도록 구성된, 하나 이상의 제어기(들)가 장치에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 흐름 제어기 또는 밸브들과 통신한다.
일부 구현예에서, 듀얼 챔버 반응기(서로 근접하게 배치된 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 두 개의 섹션 또는 컴파트먼트)가 사용될 수 있고, 반응물 가스 및 비활성 가스는 공유된 라인을 통해 공급될 수 있고, 반면 전구체 가스는 공유되지 않는 라인을 통해 공급된다.
일부 구현예에서, GESA 사이클은 아래의 표 1에 나타난 조건하에서 수행될 수 있다.
GESA를 위한 조건 | |
기판 온도 | 50 내지 600℃(바람직하게는 75 내지 300℃) |
벽 온도 | 50 내지 200℃(바람직하게는 75 내지 150℃) |
샤워 헤드 온도 | 50 내지 300℃(바람직하게는 100 내지 250℃) |
용기 온도 | 25 내지 100℃(바람직하게는 25 내지 80℃) |
용기 밸브 온도 | 30 내지 105℃(바람직하게는 30 내지 85℃) |
전극 갭(기판의 두께는 약 0.7 mm임) | 5 내지 50 mm(바람직하게는 8 내지 20 mm) |
압력 | 10 내지 2000 Pa(바람직하게는 100 내지 500 Pa) |
캐리어 가스의 유량(연속적) | 100 내지 5000 sccm(바람직하게는 1000. 내지 3000 sccm) |
전구체의 유량 | 캐리어 가스의 유량에 대응함 |
희석 가스의 유량(연속적) | 0 내지 15000 sccm(바람직하게는 0 내지 6000 sccm) |
300-mm 웨이퍼를 위한 RF 전력(13.56 MHz) | 50 내지 600 W(바람직하게는 275 내지 500W) |
"투입"의 기간 | 0.05 내지 10초 (바람직하게는 0.3 내지 1.5초) |
"퍼지 1"의 기간 | 0.05 내지 10초 (바람직하게는 0.1 내지 1초) |
"RF"의 기간 | 0.05 내지 10초 (바람직하게는 0.1 내지 1.5초) |
"퍼지 2"의 기간 | 0 내지 10초 (바람직하게는 0.1 내지 1초) |
한 사이클의 기간 | 0.3 내지 40초 (바람직하게는 0.5 내지 1.5초) |
사이클당 글로우(glow) 속도(nm/min) | 상면에서 0.003 내지 0.1(바람직하게는 0.006 내지 0.03) |
위에서 표시된 300-mm 웨이퍼용 RF 전력은 W/cm2(웨이퍼의 단위 면적당 전력량)으로 변환될 수 있고, 이는 200 mm 또는 450 mm와 같은 다른 직경을 갖는 웨이퍼에 적용할 수 있다.
일부 구현예에서, GESA 막의 두께는 약 3 nm 내지 약 30 nm, 전형적으로는 5 nm 내지 약 15 nm의 범위이다(원하는 막 두께는 막의 응용 및 목적 등에 따라, 그리고 트렌치의 두께에 따라 적절하다고 여겨지는 것으로 선택될 수 있음). 따라서, 일부 구현예에서, 이러한 사이클은 토폴로지상 제한된 층이 위에서 요구되는 두께에 도달할 때 까지만 반복된다.
GESA에 대해서, 전형적으로는 반응물 가스가 사용되지 않아서, 종래의 ALD와는 다르게, 전구체의 화학 흡착 후에, 어떠한 반응물도 화학 흡착되지 않으며, 일부 구현예에서는 오직 전구체 및 불활성 가스 플라즈마가 사용된다. 따라서, 엄밀히 말하자면, 위의 구현예에서, GESA가 PEALD 장치를 이용하여 수행되었더라도 GESA는 ALD가 아니다.
GESA 층은 스페이서 정의 이중 패터닝(SDDP)를 포함하는 다양한 응용에서 사용될 수 있다. 도 8은 본 발명의 구현예에 따른 SDDP를 이용한 패턴 전사 및 타켓 에칭의 개략적인 묘사이고, GESA 막은 패턴을 제1 템플릿에서 제2 템플릿으로 전사하기 위한 하드 마스크로서 사용된다. 반사 방지 층(ARL)(94)은, SDDP 공정에서 패턴 밀도를 증가시키기(예를 들면, 피치 감소) 위한 제1 템플릿으로서 사용된다. 에칭 하드 마스크(82)는 타켓 층(81)을 에칭하기 위한 제2 템플릿으로서 사용된다. 도 8의 단계 (a)에서, 반사 방지 층(94)(예를 들면 비정질 탄소로 구성된)에 포토리지스트 패턴(93)(예를 들면 노볼락(Novolacs)으로 구성된)이 형성되어, 패턴을 제1 템플릿(94)으로 전사하는 단계인 단계(b)에서 반사 방지 층(94)이 포토리지스트 패턴에 에칭된다. 단계 (c)에서, 금속 산화물 스페이서(95)(예를 들면 실리콘 산화물로 구성됨)가 개시된 구현예들 및 이에 등가인 것들 중 임의에 따라 증착되고, 이어서, 스페이서 반응성 이온 에칭(reactive ion etch, RIE) 단계인 단계 (d)에서 에칭한다. 반사 방지 층(94)의 물질(코어부(96)에서 포토리지스트 물질)을 벗겨냄으로써, 수직 스페이서(84)가 단계 (e)에서 형성된다. 금속 산화물 스페이서(95)는 높은 에칭 선택도를 갖기 때문에, 그 위에 스페이서를 형성하기 위한 반사 방치 층(94)(제1 템플릿)은 얇아질 수 있고, 금속 산화물 스페이서는 단계 (e)에서 수직 스페이서(84)(금속 산화물 스페이서)를 형성하기 위한 에칭 동안 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 반사 방지 층의 두께는 약 5 내지 50 nm(전형적으로는 10 내지 30 nm)이고, 금속 산화물 층의 두께는 약 5 내지 50 nm(전형적으로는 10 내지 20 nm)이다. 일부 구현예에서, GESA 막의 두께는 약 2 내지 15 nm(전형적으로는 3 내지 8 nm)이다. 단계 (f)에서, GESA 막(72)이 에칭-저항성 스페이서 엄브렐라로서 수직 스페이서(84)의 상부에 선택적으로 증착된다. 토폴로지상 제한된 PEALD는 막의 상부-선택적 증착을 가능하게 한다.
단계 (g)에서, 패턴은 GESA 막(72)을 갖는 수직 스페이서(84)로부터 제2 템플릿(82)으로의 에칭에 의해 전사되어 제2 수직 스페이서(74)를 형성하고, 단계 (h)에서, 제1 수직 스페이서(84)가 벗겨진다. 단계 (i)에서, 실리콘 기판(70)에 형성된 타켓 층(81)은 제2 수직 스페이서(74)를 사용하여 건식 에칭된다. 단계 (j)에서, 제2 수직 스페이서(74)가 벗겨진다. 위에서, 개시된 구현예들 및 이에 등가인 것들 중 임의에 따른 GESA 막을 에칭-저항 스페이서 엄브렐라(72)로 사용함으로써, 패턴은 효과적으로 그리고 정확하게 제1 템플릿(94)으로부터 제2 템플릿(82)으로 전사될 수 있다. 또한, GESA 막은 스페이서의 무결을 보존하는데 도움이 될 수 있고, 제2 템플릿으로의 패턴 전사 동안 해상도를 향상시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 반사 방지 층, 에칭 하드 마스크, 금속 산화물 층(스페이서), 및 타켓 층은 본원에 개시된 방법들 또는 이에 등가인 것들 중 어느 하나에 의해, 또는 펄스된 PECVD 또는 PEALD에 의해 증착될 수 있다.
GESA 막은 HF, HCl, 및 TMAH 습식 에칭뿐만 아니라 예를 들면 BCl3, BCl3/Ar, 건식 에칭에 저항적이어서, 단계 (g)에서 패턴을 제2 템플릿(82)에 전사할 때, GESA 막은 수직 스페이서(84)가 패턴을 유지하도록 돕는다. 반면, GESA 막은, 예를 들면, 산화물, 산화 및 HF를 교차하는 습식 에칭 화학적 성질의 조합(반도체 공정에서 일반적인), 또는 산소 및 CF4 기반의 건식 에칭에 민감하여, 단계 (h)에서, GESA 막은 금속 산화물 스페이서(84)와 함께 효과적으로 벗겨질 수 있다.
GESA는 위에서 설명된 구현예에 한정되지 않으며, 보다 일반적으로는, 예를 들면, 반도체 제조에서 바닥 및 측벽으로 구성된 리세스 패턴을 갖는 기판의 상면에 막이 선택적으로 증착되는, 토폴로지 기반 선택적 증착 방법에 의해 수행될 수 있고, 상기 방법은 순차적으로 다음을 포함한다: (i) 기판이 전극 사이에 놓인 반응 공간에 전구체를 공급하는 단계(상기 전구체는, 금속 또는 준금속(metalloid) 원자 이외에 질소를 포함하는 여러 원소를 함유함); (ii) 기판의 상면에 화학 흡착된 전구체의 양보다 많은 양의 전구체가 기판 상면 부근에 남아 있을 정도까지만 반응 공간의 퍼징을 수행하는 단계; 및 (iii) 실질적으로 H 및 O가 없는 플라즈마-발생 가스를 공급하면서 전극 사이에 RF 전력을 인가하여, 기판이 노출되는, 이온이 풍부한 이방성 플라즈마를 생성함으로써, 토폴로지상 제한된 층을 오직 실질적으로, 또는 선택적으로 그리고 주로, 기판의 상면에 증착하고, 리세스 패턴의 측벽 및 바닥에는 실질적으로 층이 없거나, 토폴로지상 제한된 층보다 실질적으로 얇은 층이 증착되는 단계. GESA의 고유한 특징, 예를 들면, 매우 컨포멀하지 않은 성장은 본 개시에 개시된 것들과 같은 많은 반도체 제조 공정용으로 유용하여, 예를 들면 당업자는 이러한 유용한 응용을 이해할 것이고 본 개시를 기반으로 그리고 일상적인 실험을 통해 이러한 응용에서 GESA를 수행할 수 있을 것이다. 본 발명의 추가적, 대안적, 또는 변형된 비제한적인 구현예가 아래에 상세하게 설명되고, 위에 개시된 임의의 구현예에서 설명된 임의의 요소/조건들은, 구현예에서 사용된 다른 요소들과 호환되고 일관되는 최대한의 정도까지, 임의의 조합으로 아래에 설명된 구현예에서 사용될 수 있다. 개시된 모든 구현예들에서, 하나의 구현예에 사용된 임의의 요소는 이와 동등한 임의의 다른 요소로 대체될 수 있으며, 이러한 변화가 모순되지 않는 한, 본원에 명시적으로, 필연적으로, 또는 내재적으로 개시된 것들을 포함한다.
일부 구현예에서, 실리콘을 함유하는 전구체뿐만 아니라 금속을 함유하는 전구체가 사용될 수 있다. 이러한 금속은 Ti, Zr, Hf, Ti, Ta, Nb, Si, Ge, Al, Co, W, Ru, Cu, Ni, V, Zn, 및 Pt로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소일 수 있으며, 예들 들면, 금속을 함유하는 이러한 전구체로, SiH4, Si2H6, GeH4, WF6, TiCl4, HFCl4, (CH3)3Al, (CH3CH2)2Zn, Cp2Ni, (EtCp)2Ru, Cp2Me2Zr, (MeCp)(Me)3Pt, Al(NMe2)3, Al2(NMe2)6, Hf(NMe2)4, Hf(NEtMe)4, Hf(NEt2)4, La[N(SiMe3)2]3, Ta(NMe2)5, Ta(NEt2)5, Ta(NtBu)(NEt2)3, Ti(NMe2)4, Ti(NEtMe)4, W(NtBu)2(NMe2)2, Zn[N(SiMe3)2]2, Zr(NMe2)4, Zr(NEtMe)4, Zr(NEt2)4, V(NEt2)4, Co(iPr-amd), Co(tBuEt-amd)2, Cu2(iPr2-amd)2, Ni(tBu2-amd)2, Cu2(sBu2-amd)2, Ti(iPr2-amd)3, V(Et2-amd)3, V(iPr2-amd)3, Hf(Me2-pmd)4, 및 Hf(Me2-bmd)4이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 본 개시에서 논의된 바와 같이, 다음의 두 특징들이, GESA에 의한 토폴로지상 제한된 증착 또는 상부 선택적 증착의 메커니즘에 기여한다:
a) 매우 컨포멀하지 않은 성장을 이끌어 내는 분명한 CVD 요소(예들 들면, 불안전한 또는 실질적으로 짧은 퍼징).
b) 실질적으로 라디칼이 없는(예를 들면, O2- 또는 H-함유 가스가 플라즈마-발생 가스로서 챔버를 통해 흐르지 않음) 높은 이방성 플라즈마, 이는 측벽에 실질적으로 얇은 막의 증착을 이끌어 냄(가능하다면(바람직하게는 없는) O 또는 H가 증착 막에 함유되면, O 또는 H 소스만이 전구체에 포함되어야 함).
GESA의 원리는 실리콘-함유 전구체뿐만 아니라, 아래에 도시된 바와 같이, Ti(NCH3)4와 같은 금속-함유 전구체에 적용될 수 있다.
ㆍ Ti(NCH3)4 + Ar 또는 He 플라즈마 → TiCN(토폴로지상 제한된)
또한, 본 개시에 개시된 증착 산화 후공정은 아래에 도시된 바와 같이 적용될 수 있다.
ㆍTiCN(토폴로지상 제한된) + O2 플라즈마(후 증착) → TiO(토폴로지상 제한된)
일부 구현예에서, 토폴로지상 제한된 층은 SiCN, SiN, TiCN, TiN, TaCN, 또는 TaN으로 구성된다.
일부 구현예에서, 증착 단계 전반에 걸쳐 반응 공간에 플라즈마-발생 가스 이외에 어떠한 반응물도 공급되지 않는다.
일부 구현예에서, 단계 (i)에서, 전극 사이에 RF 전력을 인가하지 않고 전구체를 반응 공간에 공급하며, 상기 방법은 단계 (ii) 직후에 반응 챔버를 퍼징하는 단계 (iv)를 더 포함하되, 단계 (i) 내지 (iv)는 토폴로지상 제한된 층의 두께가 1 nm 내지 100 nm에 도달할 때까지만 반복된다.
일부 구현예에서, 플라즈마-발생 가스는 실질적으로 H 및 O(예컨대 NH3, CO2 등)가 없으나, Ar, He, 및/또는 N2로 구성되며, 이는 이러한 가스가 이온이 풍부하고 라디칼이 빈약한 이방성 플라즈마를 생성할 수 있기 때문이다. 동일한 이유로, 원격 플라즈마는 적절하지 않는데, 원격 플라즈마가 주로 라디칼을 함유하기 때문이다. 이온이 풍부하고 라디칼이 빈약한 플라즈마는 플라즈마-발생 가스로부터 유래된 라디칼보다 많은 이온을 함유하는 플라즈마로 정의될 수 있으며, 예들 들면, 라디칼에 대한 이온의 비는 1이상이고, 이는 발광 분광 분석법(optical emission spectrometry, OES)을 이용하여 결정될 수 있다. 예들 들면, OES 스펙트럼에서, 391 nm에서의 하나의 피크는 N2 + 이온을 나타내고, 601 nm에서의 다른 피크는 N2* 중성을 나타내며, 이러한 비는 OES 이온(391 nm)/중성(601 nm)의 비로 정의될 수 있다. 이러한 비는 챔버 압력 및 N2/He 가스 혼합물의 함수로 가변될 수 있고, 압력이 10 밀리토르 미만일 때 그리고, 예들 들면, 가스 혼합물에 헬륨이 풍부할 때(헬륨이 질소보다 많음), 플라즈마는 더욱 이온성이 된다.
GESA의 효과적인 응용으로서, 일부 구현예에서, 리세스 패턴은, 간격을 두고 템플릿에 배열된 포토리지스트 라인 또는 수직 스페이서로 구성된 패턴이고, 단계 (iii)에서, 토폴로지상 제한된 층은 각각의 포토리지스트 라인 또는 각각의 수직 스페이서의 상면에만 엄브렐라 층으로서 실질적으로 증착되되, 포토리지스트 라인 또는 수직 스페이서의 측벽, 및 템플릿의 노출된 면에는 실질적으로 층이 없으며, 이후, 포토리지스트 라인 또는 수직 스페이서로 구성된 패턴을, 엄브렐라 층을 갖는 포토리지스트 라인 또는 수직 스페이서를 사용하여 이방성 에칭에 의해, 템플릿으로 전사하는 단계가 이어진다. 즉, GESA 막은 앞에서 설명된 스페이서 엄브렐라 층뿐만 아니라 리지스트 엄브렐라 층으로서 사용될 수 있다. 예들 들면, 토폴로지상 제한된 층은 극자외선(extreme ultra violet, EUV)에 의해 형성된 포토리지스트 라인에 직접 증착된다. 반도체 소자의 소형화에 대응하기 위하여, 포토리소그래피용 광원의 감소는 예를 들면 아르곤 플로라이드 레이저(argon fluoride laser, ArF)로부터 EUV로의 변화를 진행시킨다. 그러나, EUV용 포토리지스트는 외견상으로 약하다. GESA 막이 EUV 포토리지스트를 강화시킬 수 있다. 또한, EUV 포토리지스트에 GESA 막을 증착함으로써, 포토리지스트의 높이는 증가될 수 있으며, 이는 패턴 전사 해상도를 증가시키는 결과를 가져온다. 일부 구현예에서, 리지스트 엄브렐라 층의 두께는 2 nm 내지 20 nm의 범위이다.
일부 구현예에서, EUV 포토리지스트에 GESA 막을 직접 증착하기 위해, GESA 막 증착용 Ar 플라즈마(또는 He 플라즈마)는 바람직하지 않을 수 있는데, 예들 들면 무거운 Ar 원자가 ArF 포토리지스트보다 취약한 EUV 포토리지스트에 손상을 가져다 줄 수 있기 때문이다. 이 경우에, Ar 플라즈마 대신 N2 플라즈마가 사용될 수 있어서, 예를 들면 아래에 도시된 바와 같이 실리콘 탄질화물 대신 실리콘 질화물을 증착한다.
ㆍ알킬아미노실란 + Ar 플라즈마 → SiCN(토폴로지상 제한된)
ㆍ알킬아미노실란 + N2 플라즈마 → SiN(토폴로지상 제한된)
GESA 막 증착용으로 Ar 플라즈마 대신 N2 플라즈마를 사용함으로써, 실질적으로 포토리지스트의 손상은 억제되거나 감소될 수 있다. N2 플라즈마를 사용하는 공정 조건은, Ar 캐리어 및 희석 가스가 비록 유량은 동일할 수 있지만 N2 캐리어 및 희석 가스로 교체된다는 것을 제외하고는, Ar 플라즈마를 사용하는 것들과 동일할 수 있다.
GESA의 다른 효과적인 응용으로써, 일부 구현예에서, 리세스 패턴은 핀펫(FinFET) 소자용 핀 구조체로 구성된 패턴이고, 단계 (iii)에서, 토폴로지상 제한된 층은 오직 실질적으로, 또는 선택적으로 그리고 주로, 실리콘 산화물 또는 금속 산화물로 이루어진 각각의 핀 구조체의 상면에 보호층으로서 증착되되, 핀 구조체의 측벽 및 기판의 노출된 면에는 실질적으로 층이 없거나 토폴로지상 제한된 층보다 실질적으로 얇은 층이 증착된다.
도 14는 더미 게이트 리세스(dummy gate recess)의 형성에서 GESA 막 응용의 개략적인 묘사이며, (a)는 GESA 막이 없는 문제를 보여 주고, (b)는 본 발명의 구현예에 따른 GESA 막에 의한 유리한 효과를 보여 준다. (a)에서, 게이트가 두 개의 접촉점, 즉, 핀(203)의 좌우측(미도시)을 만들도록 허용하는, 기판(201)의 상부에 얇은 실리콘 핀 역전 채널(inversion channel)을 형성하기 위해, 예들 들면 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 초기에 더미 게이트(207)가 2 nm의 두께를 갖는 SiO 라이너(205)로 커버된 핀(203)을 덮는다. 그 다음, 더미 게이트(207)는 에칭에 의해 제거되어 리세스를 형성하고, 핀 역전 채널을 형성한다. 그러나, (a)에 도시된 바와 같이, SiO 라이너로 커버된 핀(203)의 상부는 에칭에 의해 손상된다. 즉 채널의 특성이 저하된다. 그러나, 더미 게이트 리세스를 형성하기 위한 에칭 공정 동안, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, GESA 막(209)을 SiO 라이너로 커버된 핀(203)의 상부에 선택적으로 형성함으로써, SiO 라이너로 커버된 핀(203)의 상부가 효과적으로 보호될 수 있어서, 채널의 열화를 막는다.
위에서 설명된 바와 같이, 당업자는 GESA의 특징을 이해할 것이고, 일상적인 실험을 통해 본 개시를 기반으로, 패터닝과 연관해서 그리고 반도체 제조 공정으로, 특정한 특징의 상부를 선택적으로 보호하기 위한 GESA의 주된 기능을 활용함으로써, GESA를 다양한 응용에 적용할 수 있을 것이다.
추가로, 일부 구현예에서, 이러한 방법은, 단계 (iii) 후에(즉, 토폴로지상 제한적인 층을 증착한 이후), 단계 (iii)에서 얻은 토폴로지상 제한된 층을 반응 공간에서 산소 플라즈마에 노출시켜, 질화물계 층인 토폴로지상 제한된 층을 산화물계 층으로 전환시키는 단계(v)를 더 포함한다. 위의 전환 공정과 조합하여, GESA의 응용은 다양한 반도체 제조 공정에 광범위하게 확장된다. 예를 들면, GESA 막이 비희생막(non-sacrificial film)으로 사용될 때, SiCN 막으로서의 GESA 막은 매우 누수적이어서, 소자 성능에 해로운 영향을 주게 된다. 이를 실리콘 산화물 층으로 전환시킴으로써, 막의 품질이 상당 부분 향상될 수 있다. 반도체 제조 공정의 다른 예에서, GESA 막을 산화물 막으로 전환시킴으로써, 막의 건식 에칭률 선택도(etch rate selectivity)가 조절될 수 있고, 산화물 막과 함께 집적화가 용이하게 될 수 있다. 또 다른 예에서, 층을 제거하기 위해 HF 디핑에 의한 습식 에칭이 제조에서 요구될 때, 이러한 층을 구성하는 GESA 막을 산화물 층으로 전환시킴으로써, 습식 에칭이 효과적으로 수행될 수 있는데, SiCN 막으로서 GESA 막이 HF 에칭 용액에 의해 보통은 에칭되지 않기 때문이다.
도 10은 (a)에서의 실리콘/금속 질화물이 본 발명의 구현예에 따른 실리콘/금속 산화물로 전환되는, 산소 플라즈마에 의한 산화 공정의 개략적인 묘사이다. 본 구현예에서, GESA 막(105)은 (a)에 도시된 바와 같이 트렌치를 갖는 기판(101)의 상면에 선택적으로 증착되고, GESA 막(105)을 산소 플라즈마에 노출시킴으로써, (b)에 도시된 바와 같이 GESA 막을 상당 부분 에칭시키지 않고, GESA 막이 산화물계 막(106)으로 전환될 수 있다.
일부 구현예에서, 산화물계 하부 층에 형성된 토폴로지상 제한된 층의 두께는 단계 (v)에서 산소 플라즈마의 처리에 의해 감소된다.
일부 구현예에서, 토폴로지상 제한된 층은 산화물계 하부 층에 증착되되, 단계 (v)에서 토폴로지상 제한된 층은 완전히 산화물계 층으로 전환되어 토폴로지상 제한된 층과 하부 층 사이에서 검출 가능한 경계선이 실질적으로 존재하지 않는다. 이를 달성하기 위한 하나의 방식으로, 일부 구현예에서, 단계 (v)는 단계 (i) 내지 단계 (iii)의 기설정된 매 반복 횟수 이후에 수행된다. 상기에 의해(산소 플라즈마로의 순환적 노출), 일부 구현예에서, 토폴로지상 제한된 층의 총 두께는 단계 (v)에서 20 nm를 초과한다(바람직하게는 20 nm 내지 100 nm). 대안적으로, 일부 구현예에서, 단계 (v)는 단계 (i) 내지 단계 (iii)의 완료 후에 증착 후처리로서 수행된다. 상기에 의해(산소 플라즈마로의 단일 노출), 일부 구현예에서, 토폴로지상 제한된 층의 총 두께는 단계 (v)에서 2 nm 내지 20 nm의 범위이다(바람직하게는 5 nm 내지 15 nm). 토폴로지상 제한된 층의 두께가 20 nm를 초과하면, 플라즈마로의 일 회 노출에 대해서, 플라즈마에 의한 산화는 20 nm보다 깊은 영역에는 완전하게 발생되지 않을 수 있다.
일부 구현예에서, 질화물계 GESA 막의 산화물계 막으로의 전환이, 아래 표 1에 나타난 조건들하에서 산소 플라즈마를 사용하여 수행될 수 있다.
표 1a(수치는 근사치임)
다음 표는 GESA 공정 및 플라즈마 산화 공정의 조합 예를 보여준다:
표 1b(알킬아미노실란을 사용할 때)
표 1c(금속 알킬아미드를 사용할 때)
표 1d(금속 할로겐화물을 사용할 때)
표 1e(금속 알콕사이드를 사용할 때)
위의 표 1b 내지 1e에서, 캐리어 가스 및 희석 가스는 기호 *로 표시되며, 이는 이러한 가스들이 비록 필수적이진 않지만 이 가스들이 증착 공정에 사용되었는지를 의미한다. 금속 전구체가 초기에 기상 또는 높은 휘발성의 액체라면, 캐리어 가스는 요구되지 않고, 또한 캐리어 가스가 사용된다면 희석 가스는 불필요하게 될 것이다.
아래의 작용 실시예를 참조하여 본 발명을 더 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. 조건 및/또는 구조가 명시되지 않는 본 실시예에서, 당업자는 일상적인 실험에 따라 본 개시의 관점으로 이러한 조건 및/또는 구조를 쉽게 제공할 수 있다. 또한, 특정한 실시예에 적용된 수치들은 일부 구현예에서 적어도 ±50%의 범위로 수정될 수 있으며, 이러한 수치들은 근사치이다.
실시예
실시예
1
막의 특성을 결정하기 위해 도 2에 도시된 시퀀스를 이용하여, Si 기판(300 mm의 직경 및 0.7 mm의 두께를 갖는)의 평면에 GESA로 막을 형성하였고, 도 1a에 도시된 PEALD 장치 및 도 1b에 도시된 가스 공급 시스템(FPS)을 사용하여 아래의 표 2(공정 사이클)에 나타난 조건하에서 한 사이클을 수행하였다. 캐리어/희석 가스를 플라즈마-발생 가스로 사용하였다. 분석을 위해 서로 다른 두께를 갖는 다수의 막들을 증착하였다(표 3 참조). 증착된 막을 분석하였고, 아래의 표 3에 나타난 특성들을 제시하였다.
GESA를 위한 조건 | |
기판 온도 | 300℃ |
벽 온도 | 130℃ |
샤워 헤드 온도 | 150℃ |
용기 온도 | 80℃ |
용기 밸브 온도 | 85℃ |
전극 갭(기판의 두께는 약 0.7 mm임) | 9.3 mm |
압력 | 400 Pa |
캐리어 가스/희석 가스 | Ar |
캐리어 가스의 유량(연속적) | 2000 sccm |
전구체 | BDEAS |
희석 가스의 유량(연속적) | 2000 sccm |
전구체의 유량 | 캐리어 가스의 유량에 대응함 |
300-mm 웨이퍼를 위한 RF 전력(13.56 MHz) | 500 W |
"투입"의 기간 | 0.3초 |
"퍼지 1"의 기간 | 0.8초 |
"RF"의 기간 | 1.0초 |
"퍼지 2"의 기간 | 0.1초 |
한 사이클의 기간 | 2.2초 |
GPC (Å/사이클) | 0.08 |
위에서, GPC는 GESA에서 낮았고, 이는 본 개시에 설명된 에칭/스퍼터링 효과의 존재를 암시한다.
특성 | 데이터 | 비고 |
균일도(49 포인트 고/저 변동%) | 5.85% | 3.5 nm 두께에서 |
4.6% | 37 nm 두께에서 | |
633 nm에서 R.I | 2.06 | 18 nm 두께에서 |
1.92 | 3.5 nm 두께에서 | |
Dep 속도(nm/min) | 0.4 | |
1.5K에서 K-값 | 2.973 | |
2 MV/cm에서 J | 0.50 | |
10E-3A/cm2(THK 6 nm)에서 BV | ~3 | |
응력(Mpa) | ~691 | 35 nm 두께에서 |
기밀성 한계 | 1 nm | SiO2 상에서 HF에 대해 |
WER | 0 nm/초 | HF 0.5~2% |
밀도(질량과 XRR) | 1.74~1.79 g/cm3 | |
거칠기(XRR) | < 0.4 nm | 3.5 내지 37 nm 두께의 막에 대해 |
헤이즈 |
0.13 ppm | 3.5 내지 7 nm 두께에서 |
0.223 ppm | 18 nm 두께에서 |
표 3에서, "균일도(49 포인트 고/저 변동%)"는, 최고 두께와 최저 두께간 차이(%)로 표현되는, 기판의 49 포인트에서 측정된 막 두께의 균일도를 나타내고; "633 nm에서 R.I"는 633 nm 파장을 갖는 빛을 이용했을 때의 굴절률(reflective index)을 나타내며; "Dep 속도"는 사이클당 성장률을 나타내고; "1.5K에서 K-값"은 1.5 켈빈(Kelvin)에서의 유전 상수(dielectric constant)를 나타내며; "2 MV/cm에서 J"는 2 MV/cm에서의 누설 전류를 나타내고; "10E-3A/cm2(THK 6 nm)에서 BV"는 10E-3A/cm2에서의 항복 전압을 나타내며; "기밀성 한계"는, HF에 노출시 기밀성(hermeticity)을 나타내는 최소 두께를 나타내고(GESA로 코팅된 SiO 막의 HF 딥 이후 관측된 델타 두께에 따라 측정되고, 델타 두께가 0 nm이면 GESA 막은 기밀성이 있다고 간주됨); "헤이즈"는, 막 거칠기를 지시하는, 분광 광도계로 측정된 헤이즈 값(haze value)를 나타내며; "WER"은 0.5 내지 2% HF 용액(희석된 플루오르화 수소)을 이용한 습식 에칭률을 나타내고; "밀도"는 질량과 X선 반사 측정(X-ray reflectometry, XRR)을 이용하여 측정된 밀도를 나타내며; "거칠기"는 XRR을 이용하여 측정된 표면 거칠기를 나타낸다.
위에서, 18 nm의 두께를 갖는 막의 RI와 3.5 nm의 두께를 갖는 막의 RI는 약간 달랐다. 이는 자연 산화물(굴절률 1.4)의 하부 층의 기여에 의한 계측적 인공 산물일 것이다. 상기로부터 분명하듯이, GESA 막은 전기 누수성 물질이나, 1 nm의 기밀성(전형적으로는 1.5 mm 이하)을 가졌고, 이는 종래의 박막이 섬 성장 거동(island growth behavior)에 의해 2 내지 5 nm의 기밀성을 갖는다는 점에서 현저하게 낮은 것이다. 또한, GESA 막은 화학물에 대해 매우 높은 저항을 보였다(전형적으로, WER은 0 또는 실질적으로 0 nm/초임) GESA 막의 헤이즈 값과 거칠기는 막이 다소 매끄러웠다는 것을 시사하며(전형적으로 0.5 nm 미만의 표면 거칠기), 이는 대부분의 응용에 바람직하다. 토폴로지상 선택적 증착 능력 외에, GESA 막의 상기 구별되는 특징들 때문에, GESA 막은 아주 얇은 에칭 스톱과 같은 평면의 응용에 추후 사용될 수 있다는 것이 입증되었다.
또한, 막에 대해, 비행 시간 탄성 반동 검출 분석(Time-of-flight elastic recoil detection analysis, TOF-ERDA)에 의한 조성 분석을 하였다. 그 결과는 아래의 표 4에 나타난다. 표 4에 나타난 바와 같이, GESA 막은 SiCN으로 구성되었다.
TOF-ERDA | Si | N | C | O | H |
원자% | 13.8±1 | 10.3±1 | 53.8±2 | 1.2±0.3 | 20.8±4 |
또한, 막에 대해, X선 회절 분석기를 이용한 결정화도 분석을 하였다. 도 3은 GESA 막의 X선 회절 프로파일(2 θ/θ 방법)을 보여주는 그래프이고, 화살표로 표시된 두 개의 피크가 보이며, 이는 GESA 막이 비정질이었다는 것을 시사한다.
상기로부터 분명하듯이, GESA 막은 SiCN 비정질 막이었다. 비록 응용에 의존되지만, 비정질 물질에는 중요한 이점들이 있다. 예를 들면, 패터닝에서(스페이서 및 코어를 이용하는), 비정질 물질은 공정 중 임의의 가능한 우선적 에칭(특정한 결정학적 방향의 우선적 에칭은 결정질 물질에서 잘 알려진 현상임) 및 해상도의 손실을 피할 수 있다.
실시예
2
GESA의 특성을 결정하기 위해, 아래의 표 5에 나타난 것들을 제외한, 실시예 1에 사용된 조건하에서, GESA 막을 증착하였다.
투입(초) | 퍼지(초) | RF 온(초) | 퍼지(초) | GPC (Å/사이클) | |
실시예 1 GESA | 0.3 | 0.8 | 1 | 0.1 | 0.08 |
플라즈마 없음 | 0.3 | 0.8 | 0 | 0.1 | 0 |
긴 투입(X5) | 1.5 | 0.8 | 1 | 0.1 | 0.09 |
긴 플라즈마(X3) | 0.3 | 0.8 | 3 | 0.1 | 0.13 |
표 5에 나타난 바와 같이, "투입" 기간이 실시예 1에서보다 5배 더 길었음에도, 사이클당 성장률(grow rate per cycle, GPC)은 약간 증가하였으나 크게 다르지 않았는데, 이는 GESA에서, 전형적인 ALD와 유사하게, 전구체가 포화에 의해 기판 표면에 화학 흡착되었다는 것을 시사한다. "투입" 기간을 증가시켰음에도 불구하고, 화학 흡착된 분자들은 단일층보다 약간 두꺼운 두께를 갖는 원자층을 형성하였는데, 이는 전구체의 용량은 주로 전구체의 부분압에 의해 제어되고, 연장된 "투입" 기간은 막 형성에 작은 영향력을 가하기 때문이다. 그러나, RF 파워가 인가되지 않았을 때에는, 반응물이 사용되지 않았기 때문에 막은 형성되지 않았다. 반면, RF 전력 인가 기간이 실시예 1보다 3배 더 길었을 때, 놀랍게도, GPC는 상당 부분 증가하였고(50%를 초과하여), 이는 기판 위에 존재하는 잔류 전구체 가스를 이용하여 CVD-유사 증착에 기여할 수 있었던 보다 긴 RF 전력을 인가할 때(GESA는 종래의 PEALD에 전형적으로 사용되는 온도 보다 훨씬 높은 용기 온도(80°C)를 사용하였고, 이는 퍼징을 충분치 않게 만들었음), 단순 자기-제한 ALD 증착이라기보다는 CVD-유사 증착이 기판 표면에 일어났음을 시사하나, 이 이론은 본 발명을 제한하지 않는다. 따라서, GESA는 전형적인 ALD의 기본 특성을 지니나, 전형적인 ALD와는 기본적으로 또는 화학적으로 다르다.
실시예
3
대략 30 nm 폭의 좁은 트렌치 및 대략 75 nm 폭의 넓은 트렌치를 갖는, SiO2 막이 덮인 Si 기판(300 mm의 직경 및 0.7 mm의 두께를 가짐)에 막을 형성하였고, 이는 실시예 1에 사용된 조건하에서 GESA에 의해 대략 70 nm의 깊이를 가졌다. 기판 위에 약 13 nm의 두께로 PEALD에 의해 SiO2 막을 형성하였다.
도 4는 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여주는 주사형 투과 전자 현미경(scanning transmission electron microscope, STEM) 사진이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 좁은 트렌치를 덮은 SiO2 막(41)의 상면에 GESA 막(42)이 증착되었고, 반면 좁은 트렌치의 측벽 및 바닥(43)에는 GESA 막이 실질적으로 증착되지 않았다. 각각의 상면의 중앙에서 GESA 막의 두께(최고 높이)는 5.95 내지 6.6 nm였다(SiO2 막의 두께는 대략 12 nm 내지 13 nm였음).
도 5는 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여주는 STEM 사진이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 좁은 트렌치 및 넓은 트렌치를 덮은 SiO2 막(51)의 상면에 GESA 막(52)이 증착되었고, 반면 좁은 트렌치뿐만 아니라 넓은 트렌치의 측벽 및 바닥에는 GESA 막이 실질적으로 증착되지 않았다(각각의 상면의 중앙에서 GESA 막의 두께는 대략 7 nm였음).
도 6은 트렌치에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여주는 STEM 사진이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 좁은 트렌치 및 넓은 트렌치를 덮은 SiO2 막(61)의 상면에 GESA 막(62)이 증착되었고, 반면 좁은 트렌치뿐만 아니라 넓은 트렌치의 측벽 및 바닥에는 GESA 막이 실질적으로 증착되지 않았다. 각각의 상면의 중앙에서 GESA 막의 두께(최고 높이)는 8.3 내지 10.8 nm였다(SiO2 막의 두께는 대략 12 nm 내지 13 nm였음). 도 6에서 역 사다리꼴 형상을 갖는 트렌치의 바닥면에 약간 흐릿한(fuzzy) 이미지가 보이고, 반면 도 5에서는 이러한 흐릿한 이미지가 보이지 않는데, 이는 트렌치의 상면의 GESA 두께를 어느 정도 감소시킴으로써, 실질적으로 바닥면의 막 증착을 완전하게 억제할 수 있다는 것을 시사한다. 어떠한 경우에서도, 도 4, 5, 및 6은 측벽, 그리고 V 또는 U 형상의 바닥면에서 막이 증착되지 않았음을 보여준다. 비제한적인 이론에서, GESA는, 이온의 평균 자유 행로를 단축시키고 바닥에서의 이온 충격을 억제하는 데 기여한 기판 위의 잔류 전구체에 의해 일어났고, 측벽에서의 이온 충격을 억제했던 이방성 플라즈마 그리고 본 개시에서 설명된 에칭/스퍼터링 효과에 의해, CVD의 컨포멀하지 않은 증착 프로파일의 결과가 나타났다.
비교
실시예
용기 온도가 60℃였다는 것을 제외하고, 실시예 1의 조건하에서 막을 증착하였다. 도 7은 본 비교 실시예에 따른 트렌치에 증착된 PEALD 막의 단면도를 보여주는 STEM 사진이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 트렌치를 덮은 하부 층(71)의 상면뿐만 아니라, 역 사다리꼴의 형상을 갖는 트렌치의 하부 층(71)의 바닥면에, 막이 증착되었고, 측벽에서의 막 증착은 제한적으로 나타났으며(단지 약하게 그리고 부분적으로 증착된 막이 측벽에서 관측됨), 이는 GESA가 어느 정도로는 수행되었으나 완전한 GESA는 수행되지 않았음을 시사한다. 상면에 증착된 막(72) 및 바닥면에 증착된 막(73)은 실시예 1에서 상면에 증착된 막과 실질적으로 유사한 두께를 가졌다. 이는, 완전한 GESA를 수행하기 위해서 특정 포화 수증기압(BDEAS의 수증기압은 70℃에서 30 mmHg임), 즉 전구체의 특정 용량(dose)이 요구됨을 확인시켜 준다. 비제한적인 이론에서, 전구체의 부분압이 충분히 낮아 포화 후 완전히 퍼지되었을 때, 실질적으로 잔류 전구체 분자들이 기판 위에 남아있지 않게 되어, 플라즈마에 함유된 이온들의 평균 자유 행로를 단축시키므로, 이온 충격이 트렌치의 바닥에서 억제되지 않고 바닥에 막을 형성한다. 본 비교 실시예에서 측벽에 형성된 막은 얇았는데, 이는 아마 이방성 플라즈마인 Ar 플라즈마를 사용했기 때문이다.
실시예
4
도 2에 도시된 시퀀스를 이용하여, Si 기판(300 mm의 직경 및 0.7 mm의 두께를 갖고, SiO2 라이너 막으로 덮인)의 평면에 GESA로 막을 형성하였고, 도 1a에 도시된 PEALD 장치 및 도 1b에 도시된 가스 공급 시스템(FPS)을 사용하여 아래의 표 6(공정 사이클)에 나타난 조건하에서 한 사이클을 수행하였다. 캐리어/희석 가스를 플라즈마-발생 가스로 사용하였다. 기판 위에 약 13 nm의 두께로 PEALD에 의해 SiO2 막을 형성하였다.
GESA를 위한 조건 | |
기판 온도 | 300℃ |
벽 온도 | 120℃ |
샤워 헤드 온도 | 150℃ |
용기 온도 | 상온 |
용기 밸브 온도 | 상온 |
전극 갭(기판의 두께는 약 0.7 mm임) | 13 mm |
압력 | 300 Pa |
캐리어 가스/희석 가스 | Ar |
캐리어 가스의 유량(연속적) | 1000 sccm |
전구체 | BDEAS |
희석 가스의 유량(연속적) | 3000 sccm |
전구체의 유량 | 캐리어 가스의 유량에 대응함 |
300-mm 웨이퍼를 위한 RF 전력(13.56 MHz) | 100 W |
"투입"의 기간 | 0.2초 |
"퍼지 1"의 기간 | 0.4초 |
"RF"의 기간 | 1.5초 |
"퍼지 2"의 기간 | 0.1초 |
한 사이클의 기간 | 2.3초 |
GPC (Å/사이클) | 0.7 |
사이클 횟수 | 120 |
도 11은 트렌치를 갖는 기판에 증착된 GESA 막의 단면도를 보여주는 STEM 사진이다. 도 11에 나타난 바와 같이, 좁은 트렌치 및 넓은 트렌치를 덮은 SiO2 막(161)의 표면에 GESA 막(SiCN)(162)이 증착되었고, 반면 좁은 트렌치의 측벽 및 바닥에는 GESA 막이 실질적으로 증착되지 않았다. 반면에, SiO2 막(161)으로 덮인 트렌치의 각각의 상면, 그리고 넓은 트렌치의 바닥 및 U 형상의 바닥면에 GESA 막이 증착되었고, 바닥의 GESA 막은 상면의 GESA 막보다 얇았다. 트렌치의 바닥에 GESA 막의 증착을 효과적으로 억제시키기 위해서, 트렌치는 좁아질 필요가 있으며, 예를 들어 트렌치의 폭은 50 nm 미만이어야 한다(이 경우, 트렌치의 폭은 62 nm였음). 각각의 상면의 중앙에서 GESA 막의 두께(최고 높이)는 9.7 내지 11.2 nm였고(SiO2 막의 두께는 대략 9 nm 내지 10 nm였음), 각각의 상면의 중앙에서 GESA 막과 SiO2 막의 총 두께는 도 11에서 19.7 nm 내지 20.2 nm였다. 넓은 트렌치의 바닥면 및 U 형상의 바닥면에서 GESA 막의 두께는 각각 7 nm(SiO2 막의 두께는 대략 9.5 nm였음) 및 3 nm(SiO2 막의 두께는 대략 9 nm였음)였고, 바닥들에서 GESA 막과 SiO2 막의 총 두께는 도 11에서 각각 16.2 nm와 14.1 nm였다. 도 11은 측벽 및 V 형상의 바닥면에 실질적으로 GESA 막이 증착되지 않았음을 보여 준다.
다음으로, 위에서 설명된 것과 동일한 방식으로 얻은 GESA 막으로 덮인 트렌치를 갖는 기판을, 아래의 표 7에 나타난 조건하의 동일한 챔버에서 산소 플라즈마에 노출시켰다.
플라즈마 산화를 위한 조건 | |
기판 온도 | GESA 공정과 동일 |
압력 | 400 Pa |
반응물의 유량(연속적) | 500 sccm의 O2 |
희석 가스의 유량(연속적) | 2000 sccm의 Ar |
300-mm 웨이퍼를 위한 RF 전력 | 100 W; 주파수: 13.56 MHz |
기간 | 60초 |
산화 사이클당 증착 사이클의 횟수 | 40 |
도12는 산소 플라즈마에 노출 시 GESA 막의 단면도를 보여 주는 STEM 사진이다. 도 12에 나타난 바와 같이, GESA 막(SiCN)(162)과 SiO2 막(161) 사이의 구분 및 차이가 실질적으로 사라졌고, 통합된 단일 산화물 막(163)의 형성을 만들어 냈다. 즉 STEM으로는 이들 사이의 경계를 관측되지 않았는데, 이는 SiCN이 SiO(탄소가 없는)로 효과적으로 전환되었음을 시사한다(비록 이론상으로는, 이들 사이의 구분이, 전자 에너지 손실 분광법(electron energy loss spectroscopy, EELS)과 결부된 고해상도 투과 전자 현미경(high-resolution transmission electron microscopy, HR-TEM)을 사용하여 검출될 수 있음).
또한, 도 12에 나타난 바와 같이, GESA 막은, 플라즈마의 에칭/스퍼터링 효과로 GESA 막을 잘라 내거나 에칭하는 산소 플라즈마에 노출됨으로써, 어느 정도 에칭되었다(대략 50%, 전형적으로는 10% 내지 70%).
실시예
5 및 6
실시예 4와 실질적으로 유사한 방식으로, SiO 라이너로 덮인 기판에 GESA로 SiCN 막을 증착하였고, 이후 RF 전력이 실시예 5에서는 400 W 그리고 실시예 6에서는 100 W가 인가된다는 점을 제외하고 실시예 4와 실질적으로 유사한 방식으로, GESA 막으로 증착된 기판을 산소 플라즈마에 노출시켰다.
도 13은, 산소 플라즈마에 노출 전(GESA POR), 실시예 5에서 100 W의 RF 전력을 이용한 산소 플라즈마에 노출 시(TS-SiO 100 W), 그리고 실시예 6에서 400 W의 RF 전력을 이용한 산소 플라즈마에 노출 시(TS-SiO 400 W)에서, GESA 막의 XPC 스펙트럼을 보여준다(x 축은 결합 에너지 eV를 나타냄). 도 13에 도시된 바와 같이, 산소 플라즈마에 노출된 후, GESA 막(SiCN)은 SiO로 효과적으로 전환되었고, 100 W의 RF 전력 및 400 W의 RF 전력을 사용하여 얻은 두 개의 막들은, Si-O-Si 결합의 형성, 그리고 Si-N 결합 및 Si-H 결합의 분리를 분명하게 보여주었고, 이러한 경향은 RF 전력이 높아질 수록 더 분명해졌다. 또한, 각각의 막에 대해, 비행 시간 탄성 반동 검출 분석(TOF-ERDA)에 의한 조성 분석을 하였다. 그 결과는 아래의 표 8에 나타난다. 도 8에 도시된 바와 같이, GESA 막(SiCN)은 SiO 막으로 전환되었고, 탄소 및 질소가 검출되지 않았으며(즉 검출 가능한 수준 미만으로), 반면 높은 정도의 Si 및 O가 검출되었다.
|
원자% | ||||
Si | H | O | C | N | |
GESA SiO 100 W | 35 | 2.5 | 62.5 | 0 | 0 |
GESA SiO 400 W | 39.1 | 0.9 | 60 | 0 | 0 |
GESA | 13 | 32 | 5 | 37 | 13 |
또한, 에칭된 막을 분석하였고, 아래의 표 9에 나타난 습식 에칭 특성들을 제시하였다.
GESA_SiO_100 W | GESA_SiO_400 W | GESA_POR | |
WERR(TOX) | 7.9 | 2.1 | 0 |
"WERR (TOX)"은, 열 산화물 막의 습식 에칭률에 대한, 0.5 내지 2% HF 용액(희석된 플루오르화 수소)을 이용한 습식 에칭률을 나타낸다.
위에서 설명된 바와 같이, GESA-SiCN 막을 산소 플라즈마에 노출시킴으로써, 막은 SiO 막으로 전환될 수 있고, SiO 품질 및 특성은 산소 플라즈마의 세기에 따라 조정될 수 있다.
실시예
7
도 2에 도시된 시퀀스를 이용하여, 표면에 제공된 EUV 포토리지스트 패턴을 갖는 Si 기판(300 mm의 직경 및 0.7 mm의 두께를 갖는)에 GESA로 SiN 막을 형성하였고, 도 1a에 도시된 PEALD 장치 및 도 1b에 도시된 가스 공급 시스템(FPS)을 사용하여 아래의 표 10(공정 사이클)에 나타난 조건하에서 한 사이클을 수행하였다. 캐리어/희석 가스를 플라즈마-발생 가스로 사용하였다. EUV 포토리지스트 패턴을 EUV 레이저 리소그래피에 의해 형성하였고, 패턴은 대략 20 nm의 폭, 대략 35 nm의 높이, 대략 40 nm의 피치를 가졌다.
GESA를 위한 조건 | |
기판 온도 | 75℃ |
벽 온도 | 75℃ |
샤워 헤드 온도 | 75℃ |
용기 온도 | 30℃ |
용기 밸브 온도 | 35℃ |
전극 갭(기판의 두께는 약 0.7 mm임) | 16 mm |
압력 | 300 Pa |
캐리어 가스/희석 가스 | N2 |
캐리어 가스의 유량(연속적) | 550 sccm |
전구체 | BDEAS |
희석 가스의 유량(연속적) | 2000 sccm |
전구체의 유량 | 캐리어 가스의 유량에 대응함 |
300-mm 웨이퍼를 위한 RF 전력(13.56 MHz) | 50 W |
"투입"의 기간 | 0.2초 |
"퍼지 1"의 기간 | 0.1초 |
"RF"의 기간 | 1.5 초 |
"퍼지 2"의 기간 | 0.2초 |
한 사이클의 기간 | 2초 |
GPC (Å/사이클) | 1.6 |
사이클 횟수 | 60 |
포토리지스트 패턴에 N2 플라즈마를 이용하여 GESA에 의해 증착된 SiN 막의 단면도의 STEM 사진(미도시)은 GESA 막이 리지스트의 상면에 주로 증착되었음을 확인시켜 주고, GESA 막은 상면의 중앙에서 대략 7 nm의 두께(최대 두께), 트렌치의 하부면의 중앙에서 대략 3.7 nm의 두께(최대 두께), 측벽의 거의 중간 지점에서 대략 2.7 nm의 두께를 가졌고, 중앙에서 GESA 막과 리지스트의 총 높이는 대략 40 nm였고, 측벽의 거의 중간 지점에서 GESA 막과 리지스트의 총 폭은 대략 22 nm였다.
또한, 막에 대해, 비행 시간 탄성 반동 검출 분석(TOF-ERDA)에 의한 조성 분석을 하였다. 그 결과는 아래의 표 11에 나타난다. 표 4에 나타난 바와 같이, GESA 막은 SiCN으로 구성되었다.
|
원자% | ||||
Si | H | O | C | N | |
GESA-SiN | 30.8 | 18 | 0 | 0 | 51 |
GESA(POR) | 13 | 32 | 5 | 37 | 13 |
위에서, "GESA(POR)"는 아르곤 플라즈마를 이용한 보통의 GESA 막을 지칭한다. 표 11에 나타난 바와 같이, 아르곤 플라즈마 대신 질소 플라즈마를 이용함으로써, SiN 막이 효과적으로 증착되었다(검출 가능한 산소 및 탄소를 함유하지 않음).
위에서 설명된 바와 같이, 포토리지스트 막에 GESA 막을 직접 증착함으로써, 리지스트의 강도는 증가될 수 있고(특히 EUV 포토리지스트는 외견상으로 약함), 리지스트의 높이가 증가될 수 있어서, 패턴 전사 해상도가 향상될 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다수의 그리고 다양한 변형들이 만들어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 형태들은 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 한정하도록 의도된 것이 아니라는 것을 분명히 이해해야 한다.
Claims (20)
- 반도체 제조에서 바닥 및 측벽으로 구성된 리세스 패턴을 갖는 기판의 상면에 막이 선택적으로 증착되는, 토폴로지 기반 선택적 증착 방법으로서,
(i) 상기 기판이 전극 사이에 놓인 반응 공간에 전구체를 공급하는 단계(상기 전구체는, 금속 또는 준금속(metalloid) 원자 이외에 탄소 및/또는 할로겐화물을 포함하는 여러 원소를 함유함);
(ii) 상기 기판의 상면에 화학 흡착된 전구체의 양보다 많은 양의 전구체가 상기 기판의 상면 부근에 남아 있을 정도까지만, 상기 반응 공간의 퍼징을 수행하는 단계; 및
(iii) 실질적으로 H 및 O가 없는 플라즈마-발생 가스를 공급하면서 상기 전극 사이에 RF 전력을 인가하여, 상기 기판이 노출되는, 이온이 풍부한 이방성 플라즈마를 생성함으로써, 토폴로지상 제한된 층을 선택적으로 그리고 주로 상기 기판의 상면에 증착하고, 상기 리세스 패턴의 측벽 및 바닥에는 실질적으로 층이 없거나, 상기 토폴로지상 제한된 층보다 실질적으로 얇은 층이 증착되는 단계를 순차적으로 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 전구체는 실리콘 또는 금속, 탄소, 질소, 및 수소를 함유하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (i)에서, 상기 전극 사이에 RF 전력을 인가하지 않고 상기 전구체를 액체 상태로 함유하는 용기를 통해 캐리어 가스와 함께 상기 전구체를 상기 반응 공간에 공급하되, 상기 용기의 증기압은 약 30 mmHg 이상인, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 토폴로지상 제한된 층은 SiCN, SiN, TiCN, TiN, ZrCN, ZrN, HfCN, HfN, TaCN, TaN, NbCN, NbN, AlCN, AlN, CoCN, CoN, CuCN, CuN, WCN, WN, RuCN, RuN, NiCN, NiN LaCN, LaN, TiNCl, HFNCl, 또는 WFN으로 구성되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 증착 단계 전반에 걸쳐 상기 반응 공간에 상기 플라즈마-발생 가스 이외에 어떠한 반응물도 공급되지 않는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 리세스 패턴의 폭은 100 nm 미만인, 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (i)에서, 상기 전극 사이에 RF 전력을 인가하지 않고 상기 전구체를 상기 반응 공간에 공급하며, 상기 방법은 단계 (ii) 직후에 반응 챔버를 퍼징하는 단계 (iv)를 더 포함하되, 단계 (i) 내지 단계 (iv)는 상기 토폴로지상 제한된 층의 두께가 1 nm 내지 100 nm에 도달할 때까지만 반복되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 캐리어 가스 및/또는 희석 가스가 상기 반응 공간에 공급되며, 상기 캐리어 가스 및/또는 희석 가스는 Ar, He, 및/또는 N2인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 리세스 패턴은, 간격을 두고 템플릿에 배열된 포토리지스트 라인 또는 수직 스페이서로 구성된 패턴이고, 단계 (iii)에서,
상기 토폴로지상 제한된 층은 선택적으로 그리고 주로 각각의 포토리지스트 라인 또는 각각의 수직 스페이서의 상면에 엄브렐라 층으로서 증착되되, 상기 포토리지스트 라인 또는 상기 수직 스페이서의 측벽, 및 상기 템플릿의 노출된 면에는 실질적으로 층이 없거나 상기 토폴로지상 제한된 층보다 실질적으로 얇은 층이 증착되며, 이후, 상기 포토리지스트 라인 또는 상기 수직 스페이서로 구성된 상기 패턴을, 상기 엄브렐라 층을 갖는 상기 포토리지스트 라인 또는 상기 수직 스페이서를 사용하여 이방성 에칭에 의해, 상기 템플릿에 전사하는 단계가 이어지는, 방법. - 제9항에 있어서, 상기 토폴로지상 제한된 층은, 스페이서 정의 이중 패터닝(SDDP)에 의해 생성되는, 실리콘 산화물 또는 금속 산화물로 이루어진 상기 수직 스페이서에 증착되는, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 토폴로지상 제한된 층은, EUV 포토리소그래피에 의해 형성되는 상기 포토리지스트 라인에 증착되는, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 엄브렐라 층의 두께는 1 nm 내지 15 nm의 범위인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 리세스 패턴은 핀펫(FinFET) 소자용 핀 구조체로 구성된 패턴이고, 단계 (iii)에서,
상기 토폴로지상 제한된 층은 선택적으로 그리고 주로 실리콘 산화물 또는 금속 산화물로 이루어진 각각의 핀 구조체의 상면에 보호층으로서 증착되되, 상기 핀 구조체의 측벽 및 상기 기판의 노출된 면에는 실질적으로 층이 없거나 상기 토폴로지상 제한된 층보다 실질적으로 얇은 층이 증착되는, 방법. - 제1항에 있어서, 단계 (iii) 후에, 단계 (iii)에서 얻은 상기 토폴로지상 제한된 층을 상기 반응 공간에서 산소 플라즈마에 노출시켜, 질화물계 또는 탄질화물 층인 상기 토폴로지상 제한된 층을 산화물계 층으로 전환시키는 단계 (v)를 더 포함하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 토폴로지상 제한된 층은 산화물계 하부 층에 증착되되, 단계 (v)에서 상기 토폴로지상 제한된 층은 완전히 상기 산화물계 층으로 전환되어 상기 토폴로지상 제한된 층과 상기 하부 층 사이에서 검출 가능한 경계선이 실질적으로 존재하지 않는, 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 산화물계 하부 층에 형성된 상기 토폴로지상 제한된 층의 두께는 단계 (v)에서 상기 산소 플라즈마의 처리에 의해 감소되는, 방법.
- 제14항에 있어서, 단계 (v)는 단계 (i) 내지 단계 (iii)의 기설정된 매 반복 횟수 이후에 수행되는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 토폴로지상 제한된 층의 두께는 단계 (v)가 완료되었을 때 20 nm를 초과하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 단계 (v)는 단계 (i) 내지 단계 (iii)의 완료 후에 증착 후처리로서 수행되는, 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 토폴로지상 제한된 층의 두께는 단계 (v)에서 5 nm 내지 20 nm의 범위인, 방법.
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