KR102602830B1 - Ald 및 ale에 의해 컨포멀한 막들의 증착 - Google Patents

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Abstract

ALD (atomic layer deposition) 동안 할로겐 함유 에천트를 사용하여 컨포멀한 막들을 증착하기 위한 방법들이 제공된다. 방법들은 기판을 제 1 전구체에 노출시키는 단계와 기판을 제 2 플라즈마-활성화된 반응물질에 노출시키는 단계 사이에 질소 트리플루오라이드와 같은 할로겐 함유 에천트에 기판을 노출시키는 단계를 수반한다. 증착될 수도 있는 컨포멀한 막들의 예들은 실리콘 함유 막들 및 금속 함유 막들을 포함한다. 관련된 장치들이 또한 제공된다.

Description

ALD 및 ALE에 의해 컨포멀한 막들의 증착{DEPOSITION OF CONFORMAL FILMS BY ALD AND ATOMIC LAYER ETCH}
반도체 디바이스들과 같은 디바이스들의 제조는 기판 상의 상승된 피처들 또는 리세스된 피처들 내 또는 위에 다양한 유전체 막들, 도전 막들, 또는 반도전성 막들의 증착을 수반할 수도 있다. 기판의 아래에 놓인 토포그래피에 컨포멀한 막들의 증착은, 특히 종횡비들의 상승 및 피처들의 임계 치수들의 감소로 어려울 수 있다.
디바이스 제조시 사용될 수도 있는 막의 일 예는 실리콘 나이트라이드 (SiN) 이다. 실리콘 나이트라이드 박막들은 고유한 물리적, 화학적, 그리고 기계적 속성들을 갖고 따라서 다양한 애플리케이션들에 사용된다. 반도체 디바이스들에 대해, 예를 들어, SiN 막들은 확산 배리어들, 게이트 절연체들, 측벽 스페이서들, 캡슐화 층들, 트랜지스터들 내의 변형된 막들, 등에 사용될 수도 있다. SiN 막들을 증착하는 종래의 방법들은 고 종횡비 피처들에서 SiN 막들을 증착하기 위해 사용될 때 오버행을 발생시킬 수도 있다. 디바이스 치수들이 점점 축소됨에 따라, 고 종횡비 피처들 내에 컨포멀한 SiN 막들 및 다른 타입들의 막들을 증착하는 것에 대한 요구가 증가한다.
기판들을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 제공된다. 일 양태는 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법들을 수반하고, 방법은: (a) 하나 이상의 피처들을 갖는 기판을 제공하는 단계로서, 피처 각각은 피처 개구를 포함하는, 기판을 제공하는 단계; (b) 실리콘 함유 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하여 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층을 형성하는 조건들 하에서 실리콘 함유 전구체에 기판을 노출시키는 단계; (c) 기판을 실리콘 함유 전구체에 노출시키는 단계 후에, 기판을 할로겐 함유 에천트에 노출시키는 단계; 및 (d) 피처 개구들에서 또는 피처 개구들 근방에서 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층을 선택적으로 에칭하고 실리콘 나이트라이드 막을 형성하도록 기판을 질소 함유 반응물질에 노출시키는 단계 및 플라즈마를 점화하는 단계를 포함한다.
상기 기판은, 할로겐 함유 에천트로 하여금 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층 상에 선택적으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 할로겐 함유 에천트에 노출된다. 할로겐 함유 에천트들의 예들은 질소 트리플루오라이드, 염소, 플루오로포름, 탄소 테트라플루오라이드, 및 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 CnF2n+2 또는 CnF2n의 화학식을 갖는 화합물이고, 여기서 n > 1이다.
일부 실시예들에서, 기판을 할로겐 함유 에천트에 노출시키는 단계 후에 챔버는 퍼지된다. 챔버는 아르곤, 헬륨, 질소, 및 수소와 같은 퍼지 가스를 흘림으로써 퍼지될 수도 있다.
실리콘 함유 전구체들의 예들은 실란, 디실란, 트리실란, 테트라실란, 트리실릴아민, 아미노실란들, 및 할로실란들이다. 질소 함유 반응물질들의 예들은 질소, 암모니아, 하이드라진, 및 아민들이다.
일부 실시예들에서, 방법은 단계 (a) 내지 (d) 를 반복하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 단계 (a) 내지 (d) 는 동일한 챔버에서 수행된다.
또 다른 양태는 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법을 수반하고, 방법은: 1 회 이상의 사이클들을 수행함으로써 막을 증착하는 단계를 포함하고, 일 사이클은, (a) 하나 이상의 피처들을 갖는 기판을 제공하는 단계로서, 피처 각각은 피처 개구를 포함하는, 기판을 제공하는 단계; (b) 제 1 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하여 제 1 전구체의 흡착된 층을 형성하는 조건들 하에서 제 1 전구체에 기판을 노출시키는 단계; (c) 기판을 제 1 전구체에 노출시키는 단계 후에, 기판을 할로겐 함유 에천트에 노출시키는 단계; 및 (d) 피처 개구들에서 또는 피처 개구들 근방에서 제 1 전구체의 흡착된 층을 선택적으로 에칭하고 막을 형성하도록 기판을 제 2 반응물질에 노출시키는 단계 및 플라즈마를 점화하는 단계를 포함한다.
상기 할로겐 함유 에천트들의 예들은 질소 트리플루오라이드, 염소, 플루오로포름, 탄소 테트라플루오라이드, 및 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 CnF2n +2 또는 CnF2n의 화학식을 갖는 화합물이고, 여기서 n > 1이다.
다양한 실시예들에서, 챔버는 단계 (d) 전에 퍼지된다. 막은 예를 들어, 유전체 막 또는 금속 막일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 옥사이드와 같은 실리콘 함유 막이다. 제 2 반응물질은 산화제 또는 환원제일 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 단계 (d) 는 매 n 사이클들마다 수행되고, 여기서 n은 1 이상의 정수이다.
또 다른 양태는 기판들을 프로세싱하기 위한 장치를 수반하고, 장치는: (a) 기판을 홀딩하기 위한 페데스탈을 포함하는 적어도 하나의 프로세스 챔버; (b) 진공으로 커플링하기 위한 적어도 하나의 유출부; (c) 하나 이상의 실리콘 함유 전구체 소스들 및 하나 이상의 할로겐 함유 에천트들에 커플링된 하나 이상의 프로세스 가스 유입부들; (d) RF (radio frequency) 생성기; 및 (e) 장치의 동작들을 제어하기 위한 제어기를 포함하고, 제어기는, (i) 실리콘 함유 전구체를 프로세스 챔버로 도입하고, (ii) 실리콘 함유 전구체를 도입한 후, 할로겐 함유 에천트를 프로세스 챔버로 도입하고, 그리고 (iii) 실리콘 나이트라이드 막을 형성하도록 질소 함유 반응물질을 프로세스 챔버로 도입하고 플라즈마를 점화시키기 위한 머신 판독가능 인스트럭션들을 포함한다.
상기 제어기는 또한 프로세스 챔버를 퍼지하기 위해 질소 함유 반응물질을 도입하기 전에 퍼지 가스를 도입하기 위한 머신 판독가능 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.
상기 할로겐 함유 에천트들의 예들은 질소 트리플루오라이드, 염소, 플루오로포름, 탄소 테트라플루오라이드, 및 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 CnF2n +2 또는 CnF2n의 화학식을 갖는 화합물이고, 여기서 n > 1이다.
또 다른 양태는 기판들을 프로세싱하기 위한 장치를 수반하고, 장치는: (a) 기판을 홀딩하기 위한 페데스탈을 포함하는 적어도 하나의 프로세스 챔버; (b) 진공으로 커플링하기 위한 적어도 하나의 유출부; (c) 하나 이상의 전구체 소스들 및 하나 이상의 할로겐 함유 에천트들에 커플링된 하나 이상의 프로세스 가스 유입부들; (d) RF 생성기; 및 (e) 장치의 동작들을 제어하기 위한 제어기를 포함하고, 제어기는, (i) 전구체를 프로세스 챔버로 도입하고, (ii) 전구체를 도입한 후, 할로겐 함유 에천트를 프로세스 챔버로 도입하고, 그리고 (iii) 막을 형성하도록 제 2 반응물질을 프로세스 챔버로 도입하고 플라즈마를 점화시키기 위한 머신 판독가능 인스트럭션들을 포함한다.
이들 및 다른 양태들은 도면들을 참조하여 이하에 더 기술된다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른, 방법을 위한 동작들을 도시하는 프로세스 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 개시된 실시예들에 따른, 막들을 증착하기 위한 메커니즘의 예의 개략적인 도면들이다.
도 3은 개시된 실시예들에 따른, 방법에서 예시적인 사이클들을 도시하는 타이밍 시퀀스도이다.
도 4는 개시된 실시예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 5는 개시된 실시예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 툴의 개략도이다.
도 6a는 피처들을 갖는 기판 상에 증착된 실리콘 나이트라이드 막의 이미지이다.
도 6b는 개시된 실시예들에 따라 수행된 실험에서 피처들을 갖는 기판 상에 증착된 실리콘 나이트라이드 막의 이미지이다.
이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들이 본 실시예들의 전체적인 이해를 제공하기 위해 언급된다. 개시된 실시예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 동작들은 개시된 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시예들이 구체적인 실시예들에 관하여 기술될 것이지만, 이는 개시된 실시예들을 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
이하에 기술된 구현예들은 웨이퍼 또는 다른 워크피스와 같은 기판 상의 재료의 증착을 기술한다. 워크피스는 다양한 사이즈들, 형상들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 명세서에 개시된 구현예들을 사용할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다. 프로세스들 및 장치들은 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제조에 이용될 수 있다.
일 예에서, 실리콘 나이트라이드는 반도체 디바이스 제조시, 확산 배리어들, 게이트 절연체들, 측벽 스페이서들, 및 캡슐화 층들로서 사용될 수도 있다. 특정한 애플리케이션에서, 실리콘 나이트라이드는 메모리 디바이스에서 메모리 캡슐화 층으로서 사용된다. 이러한 디바이스들에서, 가열될 때 상들 (phases) 이 변화하는 상 변화 층 상에 탄소 층이 증착될 수도 있다. 손상을 받는다면, 상 변화 층은 상들을 변화시키지 않을 수도 있다. 상 변화 층은 또한 광에 민감할 수도 있다. 상 변화 층에 대한 어떠한 손상도 방지하기 위해, 실리콘 나이트라이드 컨포멀 메모리 캡슐화 층이 상 변화 층 상에 증착될 수도 있다. 메모리 캡슐화 층은 다른 화합물들의 오염이 거의 없거나 전혀 없고, 디바이스를 손상시키는 것을 방지하기 위해 저온에서 증착된다. 컨포멀한 실리콘 나이트라이드 층들은 또한 다른 애플리케이션들에서 사용될 수도 있다.
ALE (atomic layer etch) 기법들과 ALD (atomic layer deposition) 를 통합함으로써 컨포멀한 막들을 증착하는 방법들이 본 명세서에 제공된다. 개시된 실시예들은 질소 함유 플라즈마와 반응하기에 충분히 반응성인 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층을 형성하는 실리콘 나이트라이드를 증착하는 방법들을 포함한다. 본 명세서에 제공된 예들은 실리콘 나이트라이드의 컨포멀한 증착을 기술하지만, 개시된 실시예들을 사용하여 다른 재료들이 증착될 수도 있다는 것이 이해될 것이라는 것을 주의한다. 예를 들어, 본 명세서에 제공된 방법들은 디바이스 제조시 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 도핑된 실리콘 함유 막들, 알루미늄 나이트라이드 및 티타늄 나이트라이드와 같은 금속 함유 막들 및 다른 컨포멀한 막들을 증착하기 위해 사용될 수도 있다.
증착된 막들은 컨포멀하다. 막들의 컨포멀성 (conformality) 은 단차 커버리지로 측정될 수도 있다. 단차 커버리지는 피처의 하단, 측벽, 또는 상단 상에 증착된 막의 평균 두께와 피처의 하단, 측벽, 또는 상단 상에 증착된 막의 평균 두께를 비교함으로써 계산될 수도 있다. 예를 들어, 단차 커버리지는 측벽 상에 증착된 막의 평균 두께를 피처의 상단에 증착된 막의 평균 두께로 나누고 백분율을 얻기 위해 100을 곱함으로써 계산될 수도 있다. 특정한 개시된 실시예들은 ALD 사이클 동안 플라즈마 분위기에서 기판을 전구체에 노출시키는 단계와 기판을 제 2 반응물질에 노출시키는 단계 사이에 기판을 에천트에 노출시킴으로써 기판 상에 컨포멀 층을 증착하는 단계를 수반한다.
본 명세서에 제공된 방법들은 일부 ALE 기법들을 ALD와 통합함으로써 막들의 증착을 수반한다. ALE는 순차적인 자기 제한 반응들을 사용하여 재료의 박층들을 제거하는 기법이다. 통상적으로, ALE 사이클은 반응층을 형성하기 위한 개질 동작, 및 이어서 이 개질된 층만을 제거하거나 에칭하기 위한 제거 동작을 포함한다. 예로서, ALE 사이클은 이하의 동작들: (i) 기판을 하우징하는 챔버로 반응물질 가스의 전달, (ii) 챔버로부터 반응물질 가스의 퍼지, (iii) 제거 가스 및 선택가능한 플라즈마의 전달, 및 (iv) 챔버의 퍼지를 포함할 수도 있다.
ALD는 순차적인 자기 제한 반응들을 사용하여 재료의 박층들을 증착하는 기법이다. 통상적으로, ALD 사이클은 기판 표면으로 적어도 하나의 반응물질을 전달하고 흡착시키고, 이어서 막의 부분적인 층을 형성하도록 흡착된 반응물질을 하나 이상의 반응물질들과 반응시키는 동작들을 포함한다. 예로서, 실리콘 나이트라이드 증착 사이클은 이하의 동작들: (i) 실리콘 함유 전구체의 전달/흡착, (ii) 챔버로부터 실리콘 함유 전구체의 퍼지, (iii) 질소 플라즈마의 전달, 및 (iv) 챔버로부터 플라즈마의 퍼지를 포함할 수도 있다. 다른 타입들의 막들이 다양한 전구체들 및 공반응물질들의 펄스들을 사용하여 증착될 수도 있다.
CVD (chemical vapor deposition) 기법과 달리, ALD 프로세스들은 층단위로 막들을 증착하도록 표면-매개 증착 반응들을 사용한다. ALD 프로세스의 일 예에서, 표면 활성 사이트들의 집단을 포함하는 기판 표면은, 기판을 하우징하는 챔버에 제공된 도즈 내의 실리콘 함유 전구체와 같은 제 1 전구체의 가스 상 분배에 노출된다. 이 제 1 전구체의 분자들은 기판 표면 상에 흡착되고, 제 1 전구체의 화학흡착 종 및/또는 물리흡착 분자들을 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 화합물이 기판 표면 상에 흡착될 때 흡착된 층은 화합물뿐만 아니라 화합물의 유도체들을 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층은 실리콘 함유 전구체뿐만 아니라 실리콘 함유 전구체의 유도체들을 포함할 수도 있다. 제 1 전구체 도즈 후에, 이어서 챔버는 주로 또는 흡착된 종만 남도록 가스 상으로 남아 있는 제 1 전구체의 대부분 또는 모두를 제거하도록 배기된다. 일부 구현예들에서, 챔버는 완전히 배기되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 반응기는 가스 상의 제 1 전구체의 분압이 반응을 완화시키기에 충분히 낮도록 배기될 수도 있다. 제 2 반응물질, 예컨대 질소 함유 반응물질이 챔버로 도입되어 제 2 반응물질의 분자들의 일부가 표면 상에 흡착된 제 1 전구체와 반응한다. 일부 프로세스에서, 제 2 전구체는 흡착된 제 1 전구체와 즉시 반응한다. 다른 실시예들에서, 제 2 반응물질은 활성화 소스가 적용된 직후에만 반응한다. 이어서 챔버는 결합되지 않은 제 2 반응물질 분자들을 제거하기 위해 다시 배기될 수도 있다. 상기 기술된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 챔버는 완전히 배기되지 않을 수도 있다. 부가적인 ALD 사이클들은 막 두께를 구축하기 위해 사용될 수도 있다.
특정한 실시예들에서, ALD 제 1 전구체 도즈는 기판 표면을 부분적으로 포화시킨다. 일부 실시예들에서, ALD 사이클의 도즈 페이즈는 표면을 고르게 포화시키기 위해 전구체가 기판과 콘택트하기 전에 종료된다. 통상적으로, 전구체 플로우는 이때 턴오프되거나 방향이 바뀌고, 퍼지 가스만 흐른다. 이 반-포화 (sub-saturation) 레짐에서 동작함으로써, ALD 프로세스는 사이클 시간을 감소시키고 쓰루풋을 증가시킨다. 그러나, 전구체 흡착이 포화 제한되지 않기 때문에, 흡착된 전구체 농도는 기판 표면에 걸쳐 약간씩 가변할 수도 있다. 반-포화 레짐에서 동작하는 ALD 프로세스들의 예들은 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된, 2013년 10월 23일 출원된 명칭이 "SUB-SATURATED ALD AND CONFORMAL FILM DEPOSITION"인 미국 특허 출원 제 14/061,587 호에 제공된다.
일부 구현예들에서, ALD 방법들은 플라즈마 활성화를 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 ALD 방법들 및 장치들은 CFD (conformal film deposition) 방법들일 수도 있고, 이는 각각 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된, 명칭이 2011년 4월 11일 출원된 명칭이 "PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION"인 미국 특허 출원 제 13/084,399 호 (현재 미국 특허 제 8,728,956 호), 및 2011년 4월 11일 출원된 명칭이 "SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS"인 미국 특허 출원 제 13/084,305 호에 대체적으로 기술된다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른 방법들을 수행하기 위한 동작들을 도시하는 프로세스 흐름도의 예이다. 본 명세서에 제공된 예들은 실리콘 나이트라이드 막들을 증착하는 맥락에서 개시된 실시예들을 기술하지만, 방법들은 또한 ALD에 의해 임의의 재료의 막들을 증착하도록 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 1의 동작 101에서, 기판은 단일 스테이션 또는 멀티스테이션 챔버의 프로세스 스테이션에 제공된다. 기판은, 예를 들어, 200-㎜ 웨이퍼, 300-㎜ 웨이퍼, 또는 450-㎜ 웨이퍼, 상부에 유전체, 도전성 또는 반도전성 재료가 증착된 하나 이상의 재료의 층들을 갖는 웨이퍼들을 포함하는, 실리콘 웨이퍼일 수도 있다. 기판들은 하나 이상의 좁고/좁거나 재차 들어간 개구들, 피처 내의 수축부들, 및 고 종횡비들을 특징으로 할 수도 있는, 비아 또는 콘택트 홀들과 같은 "피처들"을 가질 수도 있다. 피처는 상기 기술된 층들 중 하나 이상에 형성될 수도 있다. 피처의 일 예는 반도체 기판 또는 기판 상의 층의 홀 또는 비아이다. 또 다른 예는 기판 또는 층의 트렌치이다. 다양한 실시예들에서, 피처는 배리어 층 또는 접착 층과 같은 하부 층을 가질 수도 있다. 하부 층들의 비제한적인 예들은 유전체 층들 및 도전 층들, 예를 들어, 실리콘 옥사이드들, 실리콘 나이트라이드들, 실리콘 카바이드들, 금속 옥사이드들, 금속 나이트라이드들, 금속 카바이드들, 및 금속 층들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 적어도 약 2:1, 적어도 약 4:1, 적어도 약 6:1, 적어도 약 10:1, 또는 보다 높은 종횡비를 가질 수도 있다. 피처는 또한 개구와 가까운 치수, 예를 들어, 약 10 ㎚ 내지 500 ㎚, 예를 들어 약 25 ㎚ 내지 약 300 ㎚의 개구 직경 또는 선 폭을 가질 수도 있다. 개시된 방법들은 약 150 ㎚ 미만의 개구를 갖는 피처들을 갖는 기판들 상에서 수행될 수도 있다. 비아, 트렌치, 또는 다른 리세스된 피처는 충진되지 않은 피처 또는 피처로 지칭될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따라, 피처 프로파일들은 점진적으로 좁아지고/지거나 피처 개구에서 오버행을 포함할 수도 있다. 재차 들어간 프로파일은 피처의 하단, 폐쇄된 단부 또는 내부로부터 피처 개구로 좁아지는 프로파일들 중 하나이다. 재차 들어간 프로파일은 확산 배리어의 증착과 같은 이전의 막 증착 시 컨포멀하지 않은 막 단차 커버리지로 인해 패터닝 및/또는 오버행 동안 비대칭적인 에칭 운동들에 의해 생성될 수도 있다. 다양한 예들에서, 피처는 피처의 하단의 폭보다 피처의 상단에서 보다 좁은 폭의 개구를 가질 수도 있다.
도 1의 동작들 103 내지 115에서, 불활성 가스가 흐를 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 불활성 가스는 캐리어 가스로서 사용된다. 예시적인 캐리어 가스들은 아르곤, 헬륨, 및 네온을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캐리어 가스는 증착된 실리콘 나이트라이드 막 내로 수소가 거의 또는 전혀 포함되지 않도록 수소가 아니다. 일부 실시예들에서, 수소 함유 캐리어 가스가 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 캐리어 가스는 일부 동작들에서 퍼지 가스로서 사용된다. 일부 실시예들에서, 캐리어 가스는 방향이 바뀐다. 불활성 가스는 프로세스 챔버의 압력 및/또는 온도 제어, 액체 반응물질의 기화, 반응물질의 보다 신속한 전달을 돕도록 그리고/또는 프로세스 챔버로부터 프로세스 가스들을 제거 및/또는 프로세스 챔버 플럼빙을 위한 스윕핑 가스로서 제공될 수도 있다.
다양한 개시된 실시예들은 약 0.1 Torr 내지 약 20 Torr의 압력에서 수행될 수도 있다. 많은 실시예들에서, 개시된 방법들은 약 650 ℃ 미만, 또는 약 450 ℃ 미만, 또는 약 50 ℃ 내지 약 650 ℃, 예컨대 약 200 ℃의 기판 온도에서 수행될 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 페데스탈은 기판 온도를 제어하기 위해 약 450 ℃ 미만의 온도로 설정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 보다 높은 온도, 예컨대 약 250 ℃ 초과, 또는 450 ℃ 초과의 온도에서 수행된다.
도 1의 동작 103에서, 제 1 전구체가 기판 표면 상에 흡착하도록 기판이 제 1 전구체에 노출된다. 본 명세서에 기술된 예들이 제 1 전구체로서 실리콘 함유 전구체를 사용하지만, 제 1 전구체는 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 텅스텐 나이트라이드, 티타늄 나이트라이드, 티타늄 나이트라이드, 티타늄 옥사이드, 등의 막들과 같은 막들을 기판 상에 증착하기 위해 임의의 적합한 전구체일 수도 있다.
동작 103은 ALD 사이클의 일부일 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 일반적으로 ALD 사이클은 표면 증착 반응을 1회 수행하기 위해 사용된 동작들의 최소 세트이다. 일부 실시예들에서, 일 사이클의 결과는 기판 표면 상에 적어도 일부의 실리콘 나이트라이드 막층의 생성이다. 사이클은 반응 물질들 또는 부산물들 중 하나의 스윕핑 및/또는 증착될 때 부분적인 막의 처리와 같은 보조 동작들을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 사이클은 고유한 동작들의 시퀀스의 일 예를 포함한다. 상기 논의된 바와 같이, 일반적으로 사이클은 표면 증착 반응을 1회 수행하기 위해 사용된 동작들의 최소 세트이다. 일 사이클의 결과는 기판 표면 상에, 적어도 부분적인 막 층, 예를 들어, 부분적인 실리콘 나이트라이드 막 층의 생성이다.
동작 103 동안, 기판은, 흡착된 층을 형성하기 위해 제 1 전구체가 기판 상에 흡착하도록 제 1 전구체에 노출된다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 전구체는, 일단 활성 사이트들이 실리콘 함유 전구체에 의해 점유되면, 부가적인 실리콘 함유 전구체가 기판 표면 상에 거의 또는 전혀 흡착하지 않도록, 기판 표면 상에 자기 제한 방식으로 흡착된다. 예를 들어, 실리콘 함유 전구체들은 기판 표면의 약 60 ％ 상에 흡착될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 실리콘 함유 전구체가 챔버로 흐를 때, 실리콘 함유 전구체는 기판의 표면 상의 활성 사이트들 상에 흡착하여, 기판 상에 실리콘 함유 전구체의 박층을 형성한다. 다양한 실시예들에서, 이 층은 모노레이어보다 보다 작을 수도 있고, 약 0.2 Å 내지 약 0.4 Å의 두께를 가질 수도 있다. 본 명세서에 제공된 방법들은 약 450 ℃ 미만의 온도에서 수행될 수도 있다. 약 450 ℃보다 높은 프로세스 온도에서, 일부 실리콘 함유 전구체들은 실리콘 층을 형성하도록 분해될 수도 있다.
실리콘 함유 전구체는 실리콘 함유 막을 형성하기 위해 사용된 단일 시약 또는 시약들의 혼합물이고, 시약 또는 시약 혼합물은 적어도 하나의 실리콘 화합물을 함유한다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 전구체는, 예를 들어, 실란, 할로실란, 또는 아미노실란일 수도 있다. 그러나, 다양한 실시예들에서, 실리콘 함유 전구체는 할로겐-프리이다. 할로겐-프리 실란은 수소기 및/또는 탄소기를 포함할 수도 있지만, 할로겐은 함유하지 않는다.
개시된 실시예들에 따라 사용하기에 적합한 실리콘 함유 전구체들은 폴리실란들 (H3Si-(SiH2)n-SiH3) 을 포함하고, 여기서 n ≥ 0이다. 실란들의 예들은 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 및 유기실란들, 예컨대 메틸실란, 에틸실란, 이소프로필실란, t-부틸실란, 디메틸실란, 디에틸실란, 디-t-부틸실란, 아릴실란, sec-부틸실란, 덱실실란, 이소아밀실란, t-부틸디실란, 디-t-부틸디실란, 등이다.
할로실란은 적어도 하나의 할로겐기를 포함하고, 수소기들 및/또는 탄소기들을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 할로실란들의 예들은 요오드실란들, 브로모실란들, 클로로실란들 및 플루오로실란들이다. 할로실란들, 특히 플루오로실란들은 플라즈마가 스트라이킹될 때 실리콘 재료들을 에칭할 수 있는 반응성 할라이드 종을 형성할 수도 있지만, 할로실란이 일부 실시예들에서, 플라즈마가 스트라이킹될 때 챔버로 도입되지 않을 수도 있어서, 할로실란으로부터 반응성 할라이드 종의 형성이 완화될 수도 있다. 구체적인 클로로실란들은 테트라클로로실란, 트리클로로실란, 디클로로실란, 모노클로로실란, 클로로아릴실란, 클로로메틸실란, 디클로로메틸실란, 클로로디메틸실란, 클로로에틸실란, t-부틸클로로실란, 디-t-부틸클로로실란, 클로로이소프로필실란, 클로로-sec-부틸실란, t-부틸디메틸클로로실란, 덱실디메틸클로로실란, 등이다.
아미노실란은 실리콘 원자에 결합된 적어도 하나의 질소 원자를 포함하지만, 또한 수소들, 산소들, 할로겐들, 및 탄소들을 함유할 수도 있다. 아미노실란들의 예들은 모노-아미노실란, 디-아미노실란, 트리-아미노실란 및 테트라-아미노실란 (각각 H3Si(NH2)4, H2Si(NH2)2, HSi(NH2)3 및 Si(NH2)4) 뿐만 아니라, 치환된 모노-아미노실란, 디-아미노실란, 트리-아미노실란 및 테트라-아미노실란, 예를 들어, t-부틸아미노실란, 메틸아미노실란, tert-부틸실릴아민, BTBAS (bis(tertiarybutylamino)silane) (SiH2(NHC(CH3)3)2, tert-부틸 실릴카바메이트, SiH(CH3)-(N(CH3)2)2, SiHCl-(N(CH3)2)2, (Si(CH3)2NH)3 등이다. 아미노실란의 다른 예는 트리실릴아민 (N(SiH3)) 이다.
동작 103에서 실리콘 함유 전구체들 대신 사용될 수도 있는 다른 제 1 전구체들의 예들이 이하에 주어진다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 따른 방법의 다양한 스테이지들의 예들의 개략도이다. 도 2a 및 도 2b는 피처들의 상단에 또는 상단 근방일 수도 있는, 피처 개구들에서 또는 피처 개구들 근방에서 기판의 표면 상의 분자들의 예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 피처의 측벽들 또는 하단부를 따라 피처의 기판의 표면은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 화학적 메커니즘들을 나타낼 수도 있다. 도 2a 및 도 2b에 제공된 예들에서, 실리콘 함유 전구체는 디실란이고, 에천트는 질소 트리플루오라이드이고, 제 2 반응물질은 질소이다. 다른 실리콘 함유 전구체들, 에천트들, 및 제 2 반응물질들이 개시된 실시예들에서 사용될 수도 있고, 일부 실시예들에서, 도 2a 및 도 2b에 대하여 기술된 바와 같은 유사한 화학적 메커니즘들을 겪을 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2a의 201에서, 기판 (200) 은 디실란에 노출되어, 디실란 분자들 (211, 221, 및 231) 이 기판 (200) 의 표면 상에 흡착하여, 디실란의 흡착된 층을 형성한다.
다시 도 1을 참조하면, 동작 105에서, 프로세스 챔버는 기판의 표면 상에 흡착되지 않은 가스 상의 과잉 실리콘 함유 전구체를 제거하도록 선택가능하게 퍼지된다. 챔버를 퍼지하는 것은 퍼지 가스 또는 스윕핑 가스를 흘리는 것을 수반할 수도 있고, 퍼지 가스 또는 스윕핑 가스는 다른 동작들에서 사용된 캐리어 가스일 수도 있고 또는 상이한 가스일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 퍼지는 챔버를 배기하는 것을 수반할 수도 있다. 예시적인 퍼지 가스들은 아르곤, 질소, 수소, 및 헬륨을 포함한다. 일부 실시예들에서, 동작 105은 프로세스 챔버를 배기하기 위한 하나 이상의 배기 하위 페이즈들을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 동작 105는 일부 실시예들에서 생략될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 동작 105는 임의의 적합한 지속기간, 예컨대 약 0 초 내지 약 60 초, 예를 들어 약 0.01 초일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 퍼지 가스들의 플로우 레이트를 증가시키는 것은 동작 105의 지속기간을 감소시킬 수도 있다. 예를 들어, 퍼지 가스 플로우 레이트는 동작 105의 지속기간을 수정하기 위해 다양한 반응물질 열역학 특성들 및/또는 프로세스 챔버의 기하학적 특성들 및/또는 프로세스 챔버 플럼빙에 따라 조정될 수도 있다. 일 비제한적인 예에서, 퍼지 페이즈의 지속기간은 퍼지 가스 플로우 레이트를 조절함으로써 조정될 수도 있다. 이는 기판 쓰루풋을 개선할 수도 있는, 증착 사이클 시간을 감소시킬 수도 있다. 퍼지 후에, 실리콘 함유 전구체들은 기판 표면에 흡착된 채로 남는다.
동작 107에서, 기판은 할로겐 함유 에천트에 노출된다. 할로겐 함유 에천트는 임의의 할로겐 함유 화합물, 예컨대 불소 함유 화합물들 또는 염소 함유 화합물들일 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 질소 트리플루오라이드, 염소, 또는 탄소 함유 에천트, 또는 이들의 조합들이다. 일부 실시예들에서, 탄소 함유 에천트는 CHF3 또는 CnF2n +2 또는 CnF2n (n > 1) 의 화학식을 갖는 화합물, 예컨대 CF4이다. 일부 실시예들에서, ALD가 나이트라이드를 증착하기 위해 사용된다면, 염소 함유 에천트 화합물들은 회피될 수도 있다. 이는 염소 함유 에천트들은 대체로 나이트라이드들을 용이하게 에칭하지 못하기 때문이다.
동작 107을 수행하는 주파수는 증착된 ALD 층들로부터 관찰된 오버행의 양에 따를 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 동작 107은 ALD의 매 1 사이클 내지 매 50 사이클마다 수행된다. 일부 실시예들에서, 동작 107은 ALD의 매 사이클에서 수행된다. 일부 실시예들에서, 동작 107은 ALD의 매 50 사이클 이상의 사이클마다 수행된다. 동작 107은 비플라즈마 분위기에서 수행될 수도 있다. 플라즈마 분위기에서 동작 107을 수행하는 것은 많은 양의 반응성 할라이드 종을 생성할 수도 있어서, 기판 상에서 목표된 것보다 많이 에칭한다. 예를 들어, 반응성 할라이드 종은 기판의 표면 상에 흡착된 제 1 전구체의 대부분 또는 전부를 에칭할 수도 있어서, 쓰루풋을 감소시키고 증착 레이트를 감소시킨다.
특정한 이론에 매이지 않고, 할로겐 함유 화합물은 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층의 표면에 흡착한다고 여겨진다. 예를 들어, 도 2의 203에서, 질소 트리플루오라이드 분자들 (243) 이 챔버로 도입되어, 질소 트리플루오라이드 분자들 (243) 이 기판 (200) 상의 흡착된 디실란의 층 상에 흡착된다. 많은 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 기판 표면 대부분 또는 전부에 흡착하기에 충분한 지속기간 동안 챔버 내로 흐른다. 일부 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 피처 개구들에서 또는 근방에 선택적으로 흡착될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 할로겐 함유 에천트는 보다 많은 할로겐 함유 에천트가 수직 피처에 대해, 피처의 하단에서 또는 하단 근방에서보다 피처 개구 근방에서 흡착되도록 선택적으로 흡착될 수도 있다. 피처의 상단에서 또는 근방에서 선택적인 흡착을 용이하게 하기 위한 적절한 프로세스 조건들은 이하에 기술된다.
다시 도 1을 참조하면, 동작 109에서, 챔버는 잔여 에천트, 예컨대, 가스 상으로 남아 있고 제 1 전구체의 흡착된 층의 표면 상에 흡착되지 않은 에천트를 제거하기 위해 퍼지된다. 퍼지 조건들 및 방법들은 동작 105에 대해 상기 기술된 것들 중 임의의 하나일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 109는 후속하는 동작들에서 너무 많은 흡착된 제 1 전구체 층을 제거하는 것으로부터 잔여 에천트를 방지하도록 수행된다. 예를 들어, 플라즈마가 점화되는 동안 잔여 질소 트리플루오라이드 가스가 챔버 내에 존재한다면, 여기된 불소가 기판을 스트라이킹할 수도 있고, 따라서 증착보다 보다 많은 에칭이 수행되도록 기판의 표면을 에칭한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마가 점화되는 동안 가스 상의 잔여 에천트가 챔버 내에 있다면, 증착 효율성 및 증착 레이트가 느려질 수도 있다.
동작 111에서, 기판은 제 2 반응물질에 노출되고 플라즈마가 점화된다. 제 2 반응물질 플로우 및 플라즈마는 다양한 실시예들에서 동시에 턴온될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 반응물질 플로우는, 예를 들어, 제 2 반응물질 플로우로 하여금 안정화되게 하도록, 플라즈마를 턴온하기 전에 턴온될 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 제 2 반응물질은, 기판의 표면 상에 적어도 부분적인 실리콘 나이트라이드 막을 형성하기 위해 질소 함유 반응물질이다. 질소 함유 반응물질은 질소, 예를 들어, 암모니아, 하이드라진, 아민들 (탄소 베어링 아민들) 예컨대 메틸아민, 디메틸아민, 에틸아민, 이소프로필아민, t-부틸아민, 디-t-부틸아민, 사이클로프로필아민, sec-부틸아민, 사이클로부틸아민, 이소아밀아민, 2-메틸부탄-2-아민, 트리메틸아민, 디이소프로필아민, 디에틸이소프로필아민, 디-t-부틸하이드라진, 뿐만 아니라 방향족 함유 아민들 예컨대 아닐린들, 피리딘들, 및 벤질아민들 중 적어도 하나를 포함하는 반응물질 또는 반응물질들의 혼합물이다. 아민들은 1차, 2차, 3차 또는 4차 (예를 들어, 테트라알킬암모늄 화합물들) 이다. 질소 함유 반응물질은 질소 이외에 헤테로원자들을 함유할 수 있고, 예를 들어, 하이드록실아민, t-부틸옥시카르보닐 아민, 및 N-t-부틸 하이드록실아민은 질소 함유 반응물질들이다. 예시적인 질소 함유 반응물질들은 질소 가스, 암모니아, 및 아민들을 포함한다.
다른 실리콘 함유 재료들의 증착을 위해, 상이한 재료들의 막들을 증착하기 위해 다른 반응물질들이 제 2 반응물질로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 개시된 실시예들을 사용하여 실리콘 카바이드 막을 증착하기 위해, 제 2 반응물질은 탄소 함유 반응물질일 수도 있다. 예를 들어, 실리콘 옥사이드의 증착을 위해, 산화제 또는 산소 함유 화합물들이 사용될 수도 있다. 도핑된 막을 증착하기 위해, 도펀트는 또한 제 2 반응물질로서 첨가될 수도 있다. 용어 "제 2 반응물질"은 플라즈마가 ALD 사이클에서 점화될 때 챔버로 도입된 하나 이상의 가스들을 기술하기 위해 사용될 수도 있다는 것을 주의한다.
다양한 실시예들에서, 동작 111 동안 플라즈마 에너지는, 제 2 반응물질, 예컨대, 질소 함유 가스를 이온들 및 라디칼들 및 제 1 전구체의 흡착된 층과 반응하는 다른 활성화된 종으로 활성화하도록 제공된다. 예를 들어, 플라즈마는 질소 라디칼들 또는 이온들을 형성하도록 질소 함유 가스 상 분자들을 직접적으로 또는 간접적으로 활성화할 수도 있다. 플라즈마는 또한 흡착된 에천트를 여기할 수도 있고, 따라서 제 1 전구체를 에칭하고 기판으로부터 제 1 전구체를 제거할 수도 있는 여기된 에천트 종을 형성한다. 피처 프로파일을 맞추고 (tailor) 컨포멀성을 개선하기 위해 충분한 에천트가 여기되도록 챔버의 상태들이 모니터링될 수도 있다. 예를 들어, 플라즈마 조건들은, 피처의 측벽들에서 또는 측벽들 근방에서 또는 피처의 하단부를 향해 보다 적은 여기된 에천트를 형성하는 동안, 피처 개구들에서 또는 근방에서 우선적으로 에칭하도록 제어될 수도 있다. 피처의 상단에서 또는 근방에서 선택적인 흡착을 용이하게 하기 위한 적절한 프로세스 조건들은 이하에 기술된다.
다양한 실시예들에서, 플라즈마는, 플라즈마가 챔버 내에서 기판 표면 바로 위에 형성되도록 인-시츄 플라즈마이다. 인-시츄 플라즈마는 약 0.2122 W/㎠ 내지 약 2.122 W/㎠의 기판 면적 당 전력으로 점화될 수도 있다. 예를 들어, 4 개의 300 ㎜ 웨이퍼들을 프로세싱하는 챔버에 대해, 전력은 약 150 W 내지 약 6000 W, 또는 약 600 W 내지 약 6000 W, 또는 약 800 W 내지 약 4000 W의 범위일 수도 있다. 예를 들어, ALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 2 개의 용량 커플링된 플레이트들을 사용하여 가스에 RF 필드를 인가함으로써 생성될 수도 있다. RF 필드에 의한 플레이트들 간의 가스의 이온화는 플라즈마를 점화하고, 플라즈마 방전 영역에 자유 전자들을 생성한다. 이들 전자들은 RF 필드에 의해 가속되고 가스 상 반응물질 분자들과 충돌할 수도 있다. 이들 전자들과 반응물질 분자들의 충돌은 증착 프로세스에 참여하는 라디칼 종을 형성할 수도 있다. RF 필드는 임의의 적합한 전극들을 통해 커플링될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 다양한 실시예들에서, 적어도 약 13.56 ㎒, 또는 적어도 약 27 ㎒, 또는 적어도 약 40 ㎒, 또는 적어도 약 60 ㎒의 주파수를 갖는 고 주파수 플라즈마가 사용된다. 일부 실시예들에서, 마이크로파 기반 플라즈마가 사용될 수도 있다. 전극들의 비제한적인 예들은 프로세스 가스 분배 샤워헤드들 및 기판 지지 페데스탈들을 포함한다. ALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 가스로의 RF 필드의 용량성 커플링 이외의 하나 이상의 적합한 방법들에 의해 형성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 제 2 반응물질이 챔버의 리모트 플라즈마 생성기 업스트림에서 점화되고, 이어서 기판이 하우징된 챔버로 전달되도록, 리모트 플라즈마이다.
프로세스 조건들은 선택적인 에칭에 의해 컨포멀한 막들을 얻도록 주의깊게 설계된다. 적합한 에칭 온도, 에천트 플로우, 퍼지 동작들, 플라즈마 조건들, 및 에칭 압력의 조합이 목표된 컨포멀성을 달성하는 것을 도울 수 있다. 에칭 컨포멀성이 증착되는 막의 타입 각각에 대해 올바르게 튜닝되지 않으면, 이는 불량한 단차 커버리지를 갖는 컨포멀하지 않은 증착을 발생시킬 수 있다. 프로세스 조건들은 컨포멀하지 않은 에칭 (또한 선택적인 에칭으로 지칭됨) 이 수행되게 할 수도 있다.
보다 높은 온도들에서, 들어오는 에천트 종, 예컨대 불소 원자들은 피처 입구에서용이하게 반응하고 에칭하여, 보다 컨포멀하지 않은 에칭을 발생시키고, 보다 낮은 온도에서, 들어오는 에천트 종은 피처 내로 확산하고 더 에칭할 수 있고, 보다 컨포멀한 에칭을 발생시킨다. 동작 109 동작 보다 짧은 퍼지는 챔버 내 및 기판 상에 보다 많은 에천트를 남기고, 이는 보다 많은 에천트 종이 피처 내로 확산하고 더 에칭되게 한다. 동작 107에서 보다 짧은 에천트로의 노출은 피처 입구에서 반응하고 에칭하는 경향이 있을 것이고, 보다 컨포멀한 에칭을 발생시킨다. 일부 경우들에서, 에천트는 동작 107에서 흘러 할로겐 함유 에천트가 피처들의 상단에서 또는 근방에서 우선적으로 흡착하게 되고, 동작 111 동안, 플라즈마가 점화될 때, 피처들의 상단부는 피처의 측벽들보다 보다 많이 에칭된다. 보다 낮은 에천트 플로우 레이트는 기판 표면 상에 보다 적은 에천트 분자들이 흡착되게 할 것이다. 보다 높은 압력은 분자 불소를 형성하도록 불소 라디칼들과 같은 에천트 종의 보다 많은 재결합을 유발할 것이다. 분자 불소는 불소 라디칼들보다 보다 낮은 부착 계수를 갖고, 따라서 에칭 전에 피처 내로 보다 용이하게 확산하고, 보다 덜 컨포멀한 에칭을 야기한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 205 동안, 기판 (200) 은 플라즈마가 점화되는 동안 제 2 반응물질 (이 예에서, 질소) 에 노출되어, 다른 종, 이온들, 라디칼들 (예를 들어, 205에 도시된 바와 같이 ·N), 및 중성 종을 포함할 수도 있는 여기된 질소 종 (260) 을 생성한다. 제공된 예에서, 플라즈마는 또한 흡착된 질소 트리플루오라이드를 여기하여, 여기된 질소 ·N 및 여기된 불소 종 (250) (예를 들어, ·F) 으로 분해된다. 일부 불소 종 (250) 은 디실란의 실리콘 중심을 공격함으로써 흡착된 디실란과의 반응을 겪을 수도 있는 한편, 질소 트리플루오라이드 또는 질소로부터 여기된 질소 종 (260) 중 일부는 디실란의 실리콘 중심을 공격함으로써 흡착된 디실란과의 반응을 겪는다.
그 결과, 도 2b의 207에서, 여기된 불소는 기판 (200) 의 표면으로부터 디실란을 에칭하고 디실리콘 헥사플루오라이드 (217 및 227) 를 형성하도록 디실란과 반응하여 불소 (255) 는 이제 실리콘에 결합된다. 동시에, 여기된 질소는 기판의 표면 상에서 디실란과 반응하고, 표면 상에 적어도 부분적인 실리콘 나이트라이드 (237) 의 층을 형성하도록 Si-N 결합 (265) 형성될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 에칭 프로세스는 상이한 메커니즘을 겪을 수도 있고 207에 도시된 메커니즘은 가능한 메커니즘의 일예라는 것을 주의한다.
도 1을 다시 참조하면, 동작 113에서, 챔버는 에칭된 종 및 임의의 잔여 부산물들을 제거하도록 선택가능하게 퍼지된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 209에서, 챔버가 퍼지된 후, 부분적인 실리콘 나이트라이드 (237) 의 층이 기판 (200) 의 표면 상에 남는다. 흡착된 디실란 층이 201에서 보다 큰 표면적을 커버하더라도, 질소 트리플루오라이드 에천트로부터의 부분적인 에칭으로 인해 209에 도시된 바와 같이 부분적인 실리콘 나이트라이드의 층만이 증착된다는 것을 주의한다. 피처 개구들에서 또는 피처 개구들 근방에서 피처의 표면은, 에칭 사이클 동안 피처 또는 트렌치의 하단부 근방의 피처의 표면에서보다 보다 적은 분율의 부분적인 실리콘 나이트라이드 층을 증착할 수도 있다. 그 결과, 피처 개구들에서 또는 피처 개구들 근방에서의 증착은 맞춰질 수도 있고 전체 증착은 매우 컨포멀하다.
도 1의 동작 115에서, 막의 목표된 두께가 증착되었는지 결정된다. 그렇지 않다면, 동작들 103 내지 113이 목표된 두께의 막을 증착하도록 충분한 사이클들로 반복된다. 목표된 막 두께의 실리콘 나이트라이드를 증착하기 위해 임의의 적합한 수의 증착 사이클들이 ALD 프로세스에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 개시된 실시예들을 사용하여 기판 상에 막을 증착하기 위해 약 50 증착 사이클들이 수행될 수도 있다. 상기 주지된 바와 같이, 동작 107은 매 증착 사이클마다 수행될 수도 있거나 수행되지 않을 수도 있다.
도 3은 개시된 실시예들에 따른 예시적인 펄스들의 타이밍 시퀀스도이다. 도 3은 다양한 프로세스 파라미터들, 예컨대 캐리어 가스 플로우, 제 1 전구체 플로우, 에천트 플로우, 플라즈마 및 제 2 반응물질 플로우에 대한 예시적인 ALD 프로세스 (300) 의 페이즈들을 도시한다. 선들은 플로우 또는 플라즈마가 턴온 및 턴오프될 때를 적절히 나타낸다. 예시적인 프로세스 파라미터들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 불활성 및 반응물질 종에 대한 플로우 레이트들, 플라즈마 전력 및 주파수, 기판 온도, 및 프로세스 챔버 압력을 포함한다. 2 개의 증착 사이클들 (310A 및 310B) 이 도시된다. 증착 사이클 각각은 다양한 페이즈들을 포함한다. 예를 들어, 증착 사이클 (310A) 은 제 1 전구체 노출 페이즈 (320A), 퍼지 페이즈 (340A) (선택가능할 수도 있음), 에천트 페이즈 (350A), 퍼지 페이즈 (355A), 플라즈마를 사용한 제 2 반응물질 노출 페이즈 (360A), 및 또 다른 선택가능한 퍼지 페이즈 (380A) 를 포함한다. 유사하게, 증착 사이클 (310B) 은 제 1 전구체 노출 페이즈 (320B), 퍼지 페이즈 (340B) (선택가능할 수도 있음), 에천트 페이즈 (350B), 퍼지 페이즈 (355B), 플라즈마를 사용한 제 2 반응물질 노출 페이즈 (360B) 및 또 다른 선택가능한 퍼지 페이즈 (380B) 를 포함한다. 도시된 바와 같이, 예시적인 프로세스 (300) 에서, 캐리어 가스는 프로세스 내내 흐른다. 다양한 실시예들에서, 캐리어 가스는 퍼지 가스로서 사용된다. 일부 실시예들에서, 캐리어 가스는 퍼지 가스와 상이할 수도 있다는 것을 주의한다. 일부 실시예들에서, 캐리어 가스는 퍼지 페이즈들 (예를 들어, 340A, 355A, 380A, 340B, 355B, 및 380B) 동안 단순히 흐른다. 캐리어 가스는 도 1의 동작 105에 대해 상기 기술된 것들 중 어느 하나일 수도 있다.
제 1 전구체 노출 페이즈 (320A 및 320B) 에서, 제 1 전구체는 턴온되고, 에천트는 없고, 플라즈마는 없고, 그리고 제 2 반응물질은 없다. 이 페이즈는 도 1의 동작 103에 대응할 수도 있다. 도 1의 동작 105에 대응할 수도 있는, 퍼지 페이즈 (340A) 에서, 캐리어 가스는 흐르는 반면, 제 1 전구체, 에천트, 플라즈마 및 제 2 반응물질은 턴오프된다. 도 1의 동작 107에 대응할 수도 있는, 에천트 페이즈 (350) 에서, 에천트는 캐리어 가스와 함께 흐르는 반면, 제 1 전구체, 플라즈마 및 제 2 반응물질은 턴오프된다. 도 1의 동작 109에 대응할 수도 있는, 퍼지 페이즈 (355A) 에서, 캐리어 가스는 흐르는 반면, 제 1 전구체, 에천트, 플라즈마 및 제 2 반응물질은 턴 오프된다. 플라즈마를 사용한 제 2 반응물질 노출 페이즈 (360A) 에서, 제 2 반응물질은 캐리어 가스와 함께 흐르고, 제 1 전구체 및 에천트 플로우들이 턴오프되는 동안 플라즈마는 턴온된다. 도 1의 동작 113에 대응할 수도 있는, 퍼지 페이즈 (380A) 에서, 캐리어 가스는 흐르는 반면 제 1 전구체, 에천트, 플라즈마 및 제 2 반응물질이 턴오프된다. 예시적인 프로세스 (300) 에서, 증착된 막이 적절한 두께 또는 목표된 두께가 아니라고 도 1의 동작 115에서 결정되어, 증착 사이클이 반복된다 (310B로 도시됨).
일부 실시예들에서, 에천트 페이즈를 포함하는 증착 사이클은 에천트 페이즈를 포함하지 않는 많은 증착 사이클들이 수행된 후에만 수행될 수도 있다. 예를 들어, 에천트 페이즈를 포함하는 증착 사이클은 에천트 페이즈를 포함하지 않는 약 50 증착 사이클들 후에 수행될 수도 있다.
상기 주지된 바와 같이, 본 명세서에 제공된 예들이 실리콘 나이트라이드 막들을 증착하지만, 다른 재료들의 막들이 개시된 실시예들을 사용하여 증착될 수도 있다. 예를 들어, 증착된 막은 금속을 함유할 수도 있다. 형성될 수도 있는 금속 함유 막들의 예들은 알루미늄, 티타늄, 하프늄, 탄탈룸, 텅스텐, 망간, 스트론튬, 등의 옥사이드들 및 나이트라이드들 뿐만 아니라 원소적 금속 막들을 포함한다. 예시적인 전구체들은 금속 알킬아민들, 금속 알콕사이드들, 금속 알킬아미드들, 금속 할라이드들, 금속 ß-디케토네이트들, 금속 카르보닐들, 유기 금속들, 등을 포함할 수도 있다. 적절한 금속 함유 전구체들은 막 내로 통합되도록 목표된 금속을 포함할 것이다. 예를 들어, 탄탈룸 함유 층은 펜타키스(디메틸아미도)탄탈룸을 암모니아 또는 또 다른 환원제와 반응시킴으로써 증착될 수도 있다. 채용될 수도 있는 금속 함유 전구체들의 다른 예들은 트리메틸알루미늄 (trimethylaluminum), 테트라에톡시티타늄 (tetraethoxytitanium), 테트라키스-디메틸-아미도 티타늄 (tetrakis-dimethyl-amido titanium), 하프늄 테트라키스(에틸메틸아미드) (hafnium tetrakis(ethylmethylamide)), 비스(사이클로펜타디에닐)망간 (bis(cyclopentadienyl)manganese), 비스(n-프로필사이클로펜타디에닐)마그네슘 (bis(n-propylcyclopentadienyl)magnesium) 을 포함한다. 옥사이드들을 증착하기 위한 예시적인 제 2 반응물질들은 산소와 약 산화제들의 혼합물일 수도 있는 산화제들, 예컨대, 아산화질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 일산화질소, 이산화질소, 산화 황, 이산화 황, 산소 함유 탄화수소들 (예를 들어, CxHyOz) 및/또는 물을 포함한다. 다른 구현예들에서, 산화 반응물질은 전부 약 산화제일 수도 있다. 대안적으로, 산화 반응물질은 오존을 포함할 수도 있다.
장치
도 4는 저압 분위기를 유지하기 위한 프로세스 챔버 바디 (402) 를 갖는 ALD (atomic layer deposition) 프로세스 스테이션 (400) 의 실시예의 개략도를 도시한다. 복수의 ALD 프로세스 스테이션들 (400) 은 공동 저압 프로세스 툴 분위기에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 도 5는 멀티스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 실시예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 이하에 상세히 기술될 것들을 포함하는, ALD 프로세스 스테이션 (400) 의 하나 이상의 하드웨어 파라미터들은 하나 이상의 컴퓨터 제어기들 (450) 에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다.
ALD 프로세스 스테이션 (400) 은 프로세스 가스들을 분배 샤워헤드 (406) 로 전달하기 위한 반응물질 전달 시스템 (401a) 과 유체적으로 연통한다. 반응물질 전달 시스템 (401a) 은 샤워헤드 (406) 로 전달할 프로세스 가스들, 예컨대 할로겐 함유 에천트 가스, 또는 실리콘 함유 가스 또는 질소 함유 가스를 블렌딩 및/또는 컨디셔닝하기 위한 혼합 용기 (404) 를 포함한다. 하나 이상의 혼합 용기 유입 밸브들 (420) 은 혼합 용기 (404) 로의 프로세스 가스들의 도입을 제어할 수도 있다.
예로서, 도 4의 실시예는 혼합 용기 (404) 로 공급될 액체 반응물질을 기화하기 위한 기화 지점 (403) 을 포함한다. 일부 실시예들에서, 기화 지점 (403) 은 가열된 기화기일 수도 있다. 이러한 기화기들로부터 생성된 포화된 반응물질 증기는 다운스트림 전달 파이프에서 응결될 수도 있다. 양립할 수 없는 가스들의 응결된 반응물질로의 노출은 작은 입자들을 생성할 수도 있다. 이들 작은 입자들은 파이프를 막고 (clog), 밸브 동작을 지연시키고, 기판들을 오염시키는 등을 할 수도 있다. 이들 문제들을 해결하기 위한 일부 방법들은 잔여 반응물질을 제거하기 위해 전달 파이프를 퍼지 및/또는 배기하는 것을 수반한다. 그러나, 전달 파이프를 퍼지하는 것은 프로세스 스테이션 쓰루풋을 저하시키는, 프로세스 스테이션 사이클 시간을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 기화 지점 (403) 의 전달 파이핑 다운스트림에서 열 추적될 수도 있다. 일부 예들에서, 혼합 용기 (404) 가 또한 열 추적될 수도 있다. 비제한적인 일 예에서, 기화 지점 (403) 의 파이핑 다운스트림은 혼합 용기 (404) 에서 대략 100 ℃ 내지 대략 150 ℃로 연장하는 증가하는 온도 프로파일을 갖는다.
일부 실시예들에서, 액체 전구체 또는 액체 반응물질은 액체 주입기에서 기화될 수도 있다. 예를 들어, 액체 주입기는 액체 반응물질의 펄스들을 혼합 용기의 업스트림에서 캐리어 가스 스트림으로 주입할 수도 있다. 일 실시예에서, 액체 주입기는 보다 높은 압력으로부터 보다 낮은 압력으로 액체를 플래시함으로써 반응물질을 기화시킬 수도 있다. 또 다른 예에서, 액체 주입기는 가열된 전달 파이프에서 나중에 기화되는 분산된 마이크로드롭릿들로 액체를 원자화할 수도 있다. 보다 작은 드롭릿들이 보다 큰 드롭릿들보다 보다 고속으로 기화될 수 있어서, 액체 주입과 기화 완료 간의 지연을 감소시킨다. 보다 고속의 기화는 기화 지점 (403) 으로부터 파이핑 다운스트림의 길이를 감소시킬 수도 있다. 일 시나리오에서, 액체 주입기는 혼합 용기 (404) 에 바로 장착될 수도 있다. 또 다른 시나리오에서, 액체 주입기는 분배 샤워헤드 (406) 에 바로 장착될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 기화 지점 (403) 의 업스트림에, 액체 유량 제어기 (LFC) 가 기화 및 프로세스 스테이션 (400) 으로의 전달을 위해 액체의 질량 유량을 제어하기 위해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 액체 유량 제어기 (LFC) 는 LFC의 다운스트림에 위치된 열적 질량 유량 미터 (MFM) 를 포함할 수도 있다. 이어서 LFC의 플런저 밸브가 MFM과 전기적으로 통신하는 PID (proportional-integral-derivative) 제어기에 의해 제공된 피드백 제어 신호들에 응답하여 조정될 수도 있다. 그러나, 이는 피드백 제어를 사용하여 액체 플로우를 안정화시키기 위해 1 초 이상 걸릴 수도 있다. 이는 액체 반응물질을 도징하기 위한 시간을 연장할 수도 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, LFC는 피드백 제어 모드와 직접 제어 모드 사이에서 동적으로 전환될 수도 있다. 일부 실시예들에서, LFC 및 PID 제어기의 센스 튜브를 디스에이블함으로써 동적 전환이 수행될 수도 있다.
분배 샤워헤드 (406) 는 기판 (412) 을 향하여 프로세스 가스들을 분배한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 기판 (412) 은 분배 샤워헤드 (406) 아래에 위치되고, 페데스탈 (408) 상에 놓인 것으로 도시된다. 분배 샤워헤드 (406) 는 임의의 적합한 형상을 가질 수도 있고, 기판 (412) 으로 프로세스 가스들을 분배하기 위해 임의의 적합한 수 및 배열의 포트들을 가질 수도 있다.
일부 실시예들에서, 페데스탈 (408) 은, 기판 (412) 을 기판 (412) 과 분배 샤워헤드 (406) 사이의 볼륨에 노출시키기 위해 상승되거나 하강될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 페데스탈 높이는 적합한 컴퓨터 제어기 (450) 에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
또 다른 시나리오에서, 페데스탈 (408) 의 높이를 조정하는 것은 플라즈마 밀도로 하여금 증착 프로세스에 포함된 플라즈마 활성화 동안 가변되게 할 수도 있다. 프로세스 페이즈의 종료 시, 페데스탈 (408) 은 또다른 기판 이송 페이즈 동안 페데스탈 (408) 로부터 기판 (412) 의 제거를 허용하도록 하강될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 분배 샤워헤드 (406) 의 위치는 기판 (412) 과 분배 샤워헤드 (406) 사이의 볼륨을 가변시키기 위해 페데스탈 (408) 에 대해 조정될 수도 있다. 또한, 페데스탈 (408) 및/또는 분배 샤워헤드 (406) 의 수직 위치는 본 개시의 범위 내에 있는 임의의 적합한 메커니즘에 의해 가변될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 페데스탈 (408) 은 기판 (412) 의 배향을 회전시키기 위한 회전 축을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 이들 예시적인 조정들은 하나 이상의 적합한 컴퓨터 제어기들 (450) 에 의해 프로그램적으로 수행될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 논의된 바와 같이 플라즈마가 사용될 수도 있는 일부 실시예들에서, 분배 샤워헤드 (406) 및 페데스탈 (408) 은 플라즈마에 전력을 공급하기 위해 RF 전력 공급부 (414) 및 매칭 네트워크 (416) 와 전기적으로 통신한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 에너지는 프로세스 스테이션 압력, 가스 농도, RF 소스 전력, RF 소스 주파수, 및 플라즈마 전력 펄스 타이밍 중 하나 이상을 제어함으로써 제어될 수도 있다. 예를 들어, RF 전력 공급부 (414) 및 매칭 네트워크 (416) 는 목표된 조성의 라디컬 종을 갖는 플라즈마를 형성하기 위해 임의의 적합한 전력으로 동작될 수도 있다. 적합한 전력들의 예들은 상기에 포함되었다. 유사하게, RF 전력 공급부 (414) 는 임의의 적합한 주파수의 RF 전력을 제공할 수도 있다. 일부 실시예들에서, RF 전력 공급부 (414) 는 서로 독립적으로 고 주파수 및 저 주파수 RF 전력 소스들을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예시적인 저 주파수 RF 주파수들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 0 ㎑ 내지 500 ㎑의 주파수를 포함할 수도 있다. 예시적인 고 주파수 RF 주파수들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 1.8 ㎒ 내지 2.45 ㎓, 또는 약 13.56 ㎒ 초과, 또는 27 ㎒ 초과, 또는 40 ㎒ 초과, 또는 60 ㎒초과의 주파수들을 포함할 수도 있다. 표면 반응들을 위한 플라즈마 에너지를 제공하도록 임의의 적합한 파라미터들이 불연속적으로 또는 연속적으로 조절될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 플라즈마 조건들은, 플라즈마가 피처들의 측벽들 또는 하단부에서보다는 피처 개구들에서 또는 피처 개구들 근방에서 우선적으로 에칭하는 에천트들로부터 생성되도록 제어되고/되거나 유지될 수도 있다. 비제한적인 일 예에서, 플라즈마 전력은 연속적으로 전력이 공급되는 플라즈마들에 대해 기판 표면과의 이온 충돌을 감소시키기 위해 간헐적으로 펄싱될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 플라즈마는 하나 이상의 플라즈마 모니터들에 의해 인-시츄 모니터링될 수도 있다. 일 시나리오에서, 플라즈마 전력은 하나 이상의 전압, 전류 센서들 (예를 들어, VI 프로브들) 에 의해 모니터링될 수도 있다. 또 다른 시나리오에서, 플라즈마 밀도 및/또는 프로세스 가스 농도는 하나 이상의 OES (optical emission spectroscopy sensors) 에 의해 측정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들은 이러한 인-시츄 플라즈마 모니터들로부터의 측정치들에 기초하여 프로그램적으로 조정될 수도 있다. 예를 들어, OES 센서는 플라즈마 전력의 프로그램적인 제어를 제공하기 위해 피드백 루프에서 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 및 다른 프로세스 특성들을 모니터링하기 위해 다른 모니터들이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 모니터들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 적외선 (IR) 모니터들, 음향 모니터들, 및 압력 트랜스듀서들을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 제어기 (450) 에 대한 인스트럭션들은 IOC (input/output control) 시퀀싱 인스트럭션들을 통해 제공될 수도 있다. 일 예에서, 프로세스 페이즈를 위해 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 프로세스 레시피의 대응하는 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 경우들에서, 프로세스 레시피 페이즈들은 프로세스 페이즈를 위한 모든 인스트럭션들이 이 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 반응기 파라미터들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 레시피 단계는 불활성 및/또는 반응물질 가스 (예를 들어, 디실란과 같은 제 1 전구체) 의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 가스 (예컨대 아르곤) 의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 제 1 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 2, 후속하는 레시피 페이즈는 불활성 및/또는 반응물질 가스의 플로우 레이트를 조절하거나 중지시키기 위한 인스트럭션들, 및 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들 및 제 2 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 3 레시피 페이즈는 질소 트리플루오라이드와 같은 할로겐 함유 가스일 수도 있는 에천트 가스의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 캐리어 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들 및 제 3 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 4 레시피 페이즈는 에천트 가스의 플로우 레이트를 조절하거나 중지시키기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 제 4 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 5 레시피 페이즈는 질소와 같은 제 2 반응물질 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 및 제 4 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트력션들을 포함할 수도 있다. 이들 레시피 페이즈들은 더 세분화될 수도 있고/있거나 본 개시의 범위 내의 임의의 적합한 방식으로 반복될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 실시예들에서, 페데스탈 (408) 은 히터 (410) 를 통해 온도 제어될 수도 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션 (400) 을 위한 압력 제어가 버터플라이 밸브 (418) 에 의해 제공될 수도 있다. 도 4의 실시예에 도시된 바와 같이, 버터플라이 밸브 (418) 는 다운스트림 진공 펌프 (미도시) 에 의해 제공된 진공을 쓰로틀한다. 그러나, 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션 (400) 의 압력 제어는 또한 프로세스 스테이션 (400) 에 도입된 하나 이상의 가스들의 플로우 레이트를 가변시킴으로써 조정될 수도 있다.
상기 기술된 바와 같이, 하나 이상의 프로세스 스테이션들은 멀티스테이션 프로세싱 툴에 포함될 수도 있다. 도 5는 인바운드 로드록 (502) 및 아웃바운드 로드록 (504) 중 하나 또는 양자가 리모트 플라즈마 소스를 포함할 수도 있는, 인바운드 로드록 (502) 및 아웃바운드 로드록 (504) 을 갖는, 멀티스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 실시예의 개략도를 도시한다. 대기압에서 로봇 (506) 은, 카세트로부터 포드 (508) 를 통해 인바운드 로드록 (502) 으로 로딩된 웨이퍼들을 대기 포트 (510) 를 통해 이동시키도록 구성된다. 웨이퍼는 인바운드 로드록 (502) 내의 페데스탈 (512) 상에 로봇 (506) 에 의해 배치되고, 대기 포트 (510) 는 폐쇄되고, 로드록은 펌프 다운된다 (pump down). 인바운드 로드록 (502) 이 리모트 플라즈마 소스를 포함하면, 웨이퍼는 프로세싱 챔버 (514) 내로 도입되기 전에 로드록 내에서 리모트 플라즈마 처리에 노출될 수도 있다. 또한, 웨이퍼는 또한 예를 들어, 수분 및 흡착된 가스들을 제거하기 위해 인바운드 로드록 (502) 내에서 가열될 수도 있다. 다음에, 프로세싱 챔버 (514) 로의 챔버 이송 포트 (516) 가 개방되고, 또 다른 로봇 (미도시) 이 프로세싱을 위해 반응기 내에 도시된 제 1 스테이션의 페데스탈 상의 반응기 내로 웨이퍼를 배치한다. 도 5에 도시된 실시예는 로드록들을 포함하지만, 일부 실시예들에서, 웨이퍼의 프로세스 스테이션으로의 직접적인 진입이 제공될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
도시된 프로세싱 챔버 (514) 는 도 5에 도시된 실시예들에서 1 내지 4로 번호가 붙여진, 4 개의 프로세스 스테이션들을 포함한다. 스테이션 각각은 가열된 페데스탈 (스테이션 1에 대해 518로 도시됨), 및 가스선 유입부들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션 각각이 상이한 목적 또는 다수의 목적들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션은 ALD와 PEALD 프로세스 모드 사이에서 전환가능할 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버 (514) 는 ALD 및 PEALD 프로세스 스테이션들의 하나 이상의 매칭된 쌍들을 포함할 수도 있다. 도시된 프로세싱 챔버 (514) 는 4 개의 스테이션들을 포함하지만, 본 개시에 따른 프로세싱 챔버는 임의의 적합한 수의 스테이션들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 5 개 이상의 스테이션들을 갖는 반면, 다른 실시예들에서 프로세싱 챔버는 3 개 이하의 스테이션들을 가질 수도 있다.
도 5는 또한 프로세싱 챔버 (514) 내에서 웨이퍼들을 이송하기 위한 웨이퍼 처리 시스템 (590) 의 실시예를 도시한다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 처리 시스템 (590) 은 다양한 프로세스 스테이션들 사이 및/또는 프로세스 스테이션과 로드 록 사이에서 웨이퍼들을 이송할 수도 있다. 임의의 적합한 웨이퍼 처리 시스템이 채택될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 비제한적인 예들은 웨이퍼 캐로절들 (carousels) 및 웨이퍼 처리 로봇들을 포함한다. 도 5는 또한 프로세스 툴 (500) 의 프로세스 조건들 및 하드웨어 상태들을 제어하도록 채용된 시스템 제어기 (550) 의 실시예를 도시한다. 시스템 제어기 (550) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 (556), 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들 (554), 및 하나 이상의 프로세서들 (552) 을 포함할 수도 있다. 프로세서 (552) 는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부 및/또는 디지털 입력/출력 연결부, 스텝퍼 모터 제어 보드들, 등을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (550) 는 프로세스 툴 (500) 의 모든 액티비티들을 제어한다. 시스템 제어기 (550) 는 대용량 저장 디바이스 (554) 에 저장되고, 메모리 디바이스 (556) 로 로딩되고, 프로세서 (552) 상에서 실행되는 시스템 제어 소프트웨어 (558) 를 실행한다. 대안적으로, 제어 로직은 제어기 (550) 내에서 하드코딩될 수도 있다. ASIC, PLD (예를 들어, FPGA (field-progra㎜able gate array)), 등이 이 목적들을 위해 사용될 수도 있다. 이하의 논의에서, "소프트웨어" 또는 "코드"가 사용될 때마다, 기능적으로 유사한 하드코딩된 로직이 그 자리에 사용될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 타이밍, 가스들의 혼합, 가스 플로우 레이트들, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 웨이퍼 온도, 타깃 전력 레벨들, RF 전력 레벨들, 기판 페데스탈, 척 및/또는 서셉터 위치, 및 프로세스 툴 (500) 에서 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 구성요소 서브루틴들 또는 제어 객체들이 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 사용된 프로세스 툴 구성요소들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 시퀀싱 (sequencing) 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어기 (550) 와 연관된 대용량 저장 디바이스 (554) 및/또는 메모리 디바이스 (556) 에 저장된 다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 실시예들에서 채용될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 (positioning) 프로그램, 프로세스 가스 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 플라즈마 제어 프로그램을 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 페데스탈 (518) 상에 기판을 로딩하고 기판과 프로세스 툴 (500) 의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용된 프로세스 툴 컴포넌트들에 대한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다.
프로세스 가스 제어 프로그램은 프로세스 스테이션 내의 압력을 안정화시키기 위해 증착 전에 가스 조성 (예를 들어, 실리콘 함유 가스들, 질소 함유 가스들, 및 본 명세서에 기술된 바와 같은 할로겐 함유 에천트 가스들 및 퍼지 가스들) 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드 및 선택가능하게 하나 이상의 프로세스 스테이션들로 가스를 유동시키기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 압력 제어 프로그램은 예를 들어, 프로세스 스테이션의 배기 시스템의 쓰로틀 밸브, 프로세스 스테이션으로의 가스 플로우, 등을 조절함으로써 프로세스 스테이션 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
히터 제어 프로그램은 기판을 가열하기 위해 사용된 히팅 유닛으로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 히터 제어 프로그램은 기판으로의 (헬륨과 같은) 열 전달 가스 (heat transfer gas) 의 전달을 제어할 수도 있다.
플라즈마 제어 프로그램은 본 명세서의 실시예들에 따른, 하나 이상의 프로세스 스테이션들 내의 프로세스 전극들에 인가된 RF 전력 레벨들을 설정하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
압력 제어 프로그램은 본 명세서의 실시예들에 따른 반응 챔버 내에서 압력을 유지하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (550) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들 등의 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (550) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들과 관련될 수도 있다. 비제한적인 예들은 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, (RF 바이어스 전력 레벨들과 같은) 플라즈마 조건들, 압력, 온도 등을 포함한다. 이들 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는, 레시피의 형태로 사용자에게 제공될 수도 있다.
프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (550) 의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴 (500) 의 아날로그 출력 연결부 및/또는 디지털 출력 연결부 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비제한적인 예들은 질량 유량 제어기들, (압력계들 (manometers) 과 같은) 압력 센서들, 열전대들 (thermocouple), 등을 포함한다. 적절하게 프로그램된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터를 사용할 수도 있다.
시스템 제어기 (550) 는 상기 기술된 증착 프로세스들을 구현하기 위한 프로그램 인스트럭션들을 제공할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 DC 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, 압력, 온도, 등과 같은 다양한 프로세스 파라미터들을 제어할 수도 있다. 인스트럭션들은 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들에 따른 막 스택들의 인-시츄 증착을 동작시키기 위한 파라미터들을 제어할 수도 있다.
시스템 제어기 (550) 는, 통상적으로 장치가 개시된 실시예들에 따른 방법을 수행하도록 인스트럭션들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 것이다. 개시된 실시예들에 따른 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함하는 머신 판독가능 매체는 시스템 제어기 (550) 에 커플링될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (550) 는 상술한 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 시스템 제어기 (550) 는, 시스템의 프로세싱 조건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 시스템 제어기 (550) 는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 시스템 제어기 (550) 로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
시스템 제어기 (550) 는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 시스템 제어기 (550) 는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 시스템 제어기 (550) 는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 시스템 제어기 (550) 가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 시스템 제어기 (550) 는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 시스템 제어기 (550) 는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 방법들을 수행하기 위한 적절한 장치는 이는 각각 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된, 명칭이 2011년 4월 11일 출원된 명칭이 "PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION"인 미국 특허 출원 제 13/084,399 호 (현재 미국 특허 제 8,728,956 호), 및 2011년 4월 11일 출원된 명칭이 "SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS"인 미국 특허 출원 제 13/084,305 호에서 더 논의되고 기술된다.
본 명세서에 기술된 장치/프로세스는 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위한 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공동 제조 설비 내에서 함께 사용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 통상적으로, 단계들 각각이 다수의 가능한 툴들을 사용하여 인에이블되는, 이하의 단계들: (1) 스핀-온 (spin-on) 툴 또는 스프레이-온 (spray-on) 툴을 사용하여 워크피스, 즉, 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; (2) 핫 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출시키는 단계; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 단계; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 그 아래에 놓인 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 단계; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 단계의 일부 또는 전부를 포함한다.
실험
실험 1
종래의 ALD 프로세스에 의해 증착된 실리콘 나이트라이드 막과 개시된 실시예들에 의해 증착된 실리콘 나이트라이드 막들의 컨포멀성을 비교하는 실험이 수행되었다.
첫번째 시도에서, 기판은 ALD의 50 사이클들에 노출되었고, 사이클 각각은 기판을 디실란에 노출하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 기판을 질소에 노출하고 플라즈마를 점화하는 단계 및 챔버를 퍼지하는 단계를 수반한다. 피처들 위에 증착된 실리콘 나이트라이드 (610) 를 갖는 기판 (600) 의 이미지가 도 6a에 도시된다. 피처의 상단에서 막은 측벽들 상의 막보다 실질적으로 보다 두껍다는 것을 주의한다.
두번째 시도에서, 기판은 개시된 실시예들에 따른 ALD의 50 사이클들에 노출되었고, 기판을 디실란에 노출하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 기판을 질소 트리플루오라이드 (할로겐 함유 에천트) 에 노출하는 단계, 챔버를 퍼지하는 단계, 기판을 질소에 노출하고 플라즈마를 점화하는 단계 및 챔버를 퍼지하는 단계를 수반한다. 두 시도들에 사용된 퍼지 가스는 아르곤이다. 기판은 매 사이클마다 질소 트리플루오라이드에 노출되었다. 피처들 위에 증착된 실리콘 나이트라이드 (680) 를 갖는 기판 (600) 의 이미지가 도 6b에 도시된다. 도 6a와 비교할 때, 도 6b의 피처들의 상단의 막은 두께에 있어서 측벽들 상의 막과 보다 유사하다.
두 시도들에 대해, 실리콘 나이트라이드 막의 두께는 피처의 상단, 피처의 측벽의 상단 부분, 피처의 측벽의 하단 부분, 및 피처의 하단에서 측정되었다. 이들 다양한 컴포넌트들 간의 컨포멀성을 결정하기 위해 비율들이 계산되었다. 비율이 100 ％에 보다 가까울수록, 막은 보다 컨포멀하다. 결과들을 이하의 표 1에 나타냈다.
에천트 (NF3) 를 사용한 실리콘 나이트라이드 증착 및 에천트 (NF3) 를 사용하지 않은 실리콘 나이트라이드 증착
에천트 사용 에천트 사용하지 않음
증착된 두께 상단(Å) 86 98
측벽, 상단 (Å) 55 55
측벽, 하단 (Å) 29 23
하단 (Å) 113 36
비율 측벽 하단/상단 비율 33 ％ 23 ％
하단/상단 비율 131 ％ 37 ％
측벽 하단/측벽 상단 비율 52 ％ 29 ％
증착 레이트 상단 (Å/사이클) 0.43 0.49
측벽, 하단 (Å/사이클) 0.14 0.11
표 1에 나타낸 바와 같이, 에천트를 사용하여 증착된 막의 비율들이 에천트를 사용하지 않고 증착된 막의 비율보다 100 ％에 훨씬 보다 가깝다. 예를 들어, 에천트를 사용하여 증착된 막의 측벽 하단 대 측벽 상단 비율은 52 ％이고, 에천트를 사용하지 않고 증착된 막은 29 ％이다. 이들 결과들은, ALD 프로세스에 에천트 노출을 통합하는 것을 수반하는 개시된 실시예들을 사용하여 증착된 막에서 컨포멀성이 개선되었다는 것을 암시한다.
결론
전술한 실시예들이 이해의 명확성을 목적으로 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 예를 들어, 다양한 동작들이 특정한 순서로 도시되고 기술될 수도 있지만, 구현예들은 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 동작들이 다른 순서들로 수행되는 프로세스들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 동작들은 명세서 또는 청구항들에 언급되거나 도면들에 도시된 것과 다른 순서들로 수행될 수도 있고, 여전히 유리한 결과들을 달성할 수도 있다. 또한, 일부 구현예들에서, 다양한 동작들이 삭제될 수도 있고, 또는 하나 이상의 부가적인 동작들이 예시된 동작들에 부가하여 수행될 수 있다.
본 실시예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 주의해야 한다. 따라서, 본 실시예들은 예시적이고 제한하지 않는 것으로 간주되고, 실시예들은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    (a) 하나 이상의 피처들을 갖는 기판을 제공하는 단계로서, 피처 각각은 피처 개구를 포함하는, 상기 기판을 제공하는 단계;
    (b) 실리콘 함유 전구체로 하여금 상기 기판의 표면 상에 흡착하게 하여 상기 실리콘 함유 전구체의 흡착된 층을 형성하는 조건들 하에서 상기 실리콘 함유 전구체에 상기 기판을 노출시키는 단계;
    (c) 상기 기판을 상기 실리콘 함유 전구체에 노출시키는 단계 후에, 상기 기판을 할로겐 함유 에천트에 노출시키는 단계; 및
    (d) 상기 피처 개구들에서 또는 상기 피처 개구들 근방에서 상기 실리콘 함유 전구체의 상기 흡착된 층을 선택적으로 에칭하고 실리콘 나이트라이드 막을 형성하도록 상기 기판을 질소 함유 반응물질에 노출시키는 단계 및 플라즈마를 점화하는 단계를 포함하는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은, 할로겐 함유 에천트로 하여금 상기 실리콘 함유 전구체의 상기 흡착된 층 상에 선택적으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 상기 할로겐 함유 에천트에 노출되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 에천트는 질소 트리플루오라이드, 염소, 플루오로포름, 탄소 테트라플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 에천트는 CnF2n +2 또는 CnF2n의 화학식을 갖는 화합물을 포함하고, 여기서 n > 1인, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 기판을 상기 할로겐 함유 에천트에 노출시킨 후에 퍼지되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버는 아르곤, 헬륨, 질소, 및 수소로 구성된 그룹으로부터 선택된 퍼지 가스를 흘림으로써 퍼지되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 전구체는 실란, 디실란, 트리실란, 테트라실란, 트리실릴아민, 아미노실란들, 및 할로실란들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소 함유 반응물질은 질소, 암모니아, 하이드라진, 및 아민들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 내지 상기 단계 (d) 를 반복하는 단계를 더 포함하는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 내지 상기 단계 (d) 는 동일한 챔버 내에서 수행되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  11. 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    1 회 이상의 사이클들을 수행함으로써 막을 증착하는 단계를 포함하고,
    일 사이클은,
    (a) 하나 이상의 피처들을 갖는 기판을 제공하는 단계로서, 피처 각각은 피처 개구를 포함하는, 상기 기판을 제공하는 단계;
    (b) 제 1 전구체로 하여금 상기 기판의 표면 상에 흡착하게 하여 상기 제 1 전구체의 흡착된 층을 형성하는 조건들 하에서 상기 제 1 전구체에 상기 기판을 노출시키는 단계;
    (c) 상기 기판을 상기 제 1 전구체에 노출시키는 단계 후에, 상기 기판을 할로겐 함유 에천트에 노출시키는 단계; 및
    (d) 상기 피처 개구들에서 또는 상기 피처 개구들 근방에서 상기 제 1 전구체의 상기 흡착된 층을 선택적으로 에칭하고 막을 형성하도록 상기 기판을 제 2 반응물질에 노출시키는 단계 및 플라즈마를 점화하는 단계를 포함하는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 에천트는 질소 트리플루오라이드, 염소, 플루오로포름, 탄소 테트라플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 단계 (d) 전에 퍼지되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 막은 유전체 막 또는 금속 막인, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 막은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 및 실리콘 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  16. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 반응물질은 산화제 또는 환원제인, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  17. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 는 매 n 사이클들마다 수행되고, 여기서 n은 1 이상의 정수인, 챔버 내에서 기판들을 프로세싱하는 방법.
  18. 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는,
    (a) 기판을 홀딩하기 위한 페데스탈을 포함하는 적어도 하나의 프로세스 챔버;
    (b) 진공으로 커플링하기 위한 적어도 하나의 유출부;
    (c) 하나 이상의 실리콘 함유 전구체 소스들 및 하나 이상의 할로겐 함유 에천트들에 커플링된 하나 이상의 프로세스 가스 유입부들;
    (d) RF (radio frequency) 생성기; 및
    (e) 상기 장치의 동작들을 제어하기 위한 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    (i) 실리콘 함유 전구체를 프로세스 챔버로 도입하고,
    (ii) 상기 실리콘 함유 전구체를 도입한 후, 할로겐 함유 에천트를 상기 프로세스 챔버로 도입하고, 그리고
    (iii) 질소 함유 반응물질을 상기 프로세스 챔버로 도입하고 실리콘 나이트라이드 막을 형성하도록 플라즈마를 점화시키기 위한 머신 판독가능 인스트럭션들을 포함하는, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 프로세스 챔버를 퍼지하기 위해 상기 질소 함유 반응물질을 도입하기 전에 퍼지 가스를 도입하기 위한 머신 판독가능 인스트럭션들을 더 포함하는, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 에천트는 질소 트리플루오라이드, 염소, 플루오로포름, 탄소 테트라플루오라이드, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
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