KR102655396B1 - 고품질 얇은 필름들을 형성하기 위한 사이클식 순차 프로세스들 - Google Patents
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- 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
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
사이클식 증착 및 경화 프로세스를 위한 방법들이 설명된다. 본원에서 설명되는 구현예들은, 기판 상에 형성된 피처들을 충전하기 위한 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스를 제공한다. 피처들은, 기판 상에 형성된 집적 회로들의 피처들의 전기 절연을 보장하기 위해 충전된다. 본원에서 설명되는 프로세스들은, 기판 상에 형성된 피처들에 생성된 보이드들 또는 이음매들을 감소시키는 데에 효과적인 유동 가능 필름 증착 프로세스들을 사용한다. 그러나, 유동 가능 필름들을 사용하는 종래의 갭-충전 방법들은 전형적으로, 바람직하지 않은 물리적 및 전기적 특성들을 갖는 유전체 재료들을 포함한다. 특히, 종래의 유동 가능 필름들에서는, 필름 밀도가 균일하지 않고, 필름 유전 상수가 필름 두께에 걸쳐서 변화하며, 필름 안정성이 이상적이지 않고, 필름 굴절률이 일관되지 않으며, DHF(dilute hydrofluoric acid)에 대한 내성이 이상적이지 않다. 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스들은 본원에서 설명되는 문제들을 다루어, 더 높은 품질 및 증가된 수명을 갖는 필름들을 생성한다.
Description
[0001] 본 개시물의 구현예들은 일반적으로, 필름을 반도체 기판 상에 형성하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스의 기하학적 구조들(semiconductor device geometries)은, 반도체 디바이스가 수십 년 전에 도입된 이래 크기가 극적으로 감소되어왔다. 현대의 반도체 제조 장비는 일상적으로, 45 nm, 32 nm, 및 28 nm의 피처 사이즈(feature size)들을 갖는 디바이스들을 생산하며, 한층 더 작은 기하형상들을 갖는 디바이스들을 제조하기 위해 새로운 장비가 개발 및 구현되고 있다. 감소하는 디바이스 사이즈들은, 형성된 디바이스 내에 감소된 폭을 갖는 구조적인 피처들을 초래한다. 피처들이 폭이 협소하기 때문에, 유전체 재료로 피처들을 충전(filling)하는 것이 더욱 난제가 되고 있다. 유전체 재료 증착 프로세스들은, 피처를 완전히 충전하지 않고, 기판 상에 형성된 피처에 이음매들(seams) 또는 보이드들(voids)을 생성하는 경향이 있다. 진보된 갭 충전 애플리케이션들은, 피처에서의 보이드들 또는 이음매들의 형성을 방지하면서 평탄화된 유전체 필름을 형성하기 위해, 유동 가능 화학 기상 증착 프로세스들을 채용한다.
[0003] 갭 충전 애플리케이션들을 위한 전형적인 프로세스는, 낮은 온도들에서의 벌크 필름 증착 단계, 벌크 필름 증착 이후의 필름 조성물 변환(composition conversion)을 위한 열 또는 비(non)-열 경화 프로세스, 및 높은(elevated) 온도들에서의 최종 치밀화(densification) 프로세스를 수반한다. 벌크 필름 처리 및 치밀화 프로세스들 동안에, 경화 작용은 필름이, 상이한 재료 특성들을 갖는 영역들을 형성하게 할 수 있는데, 이는 보통, 필름 품질의 변화들로 이어진다.
[0004] 특히, 피처들이 벌크 충전될 때, 경화는 피처에 걸쳐 형성된 증착된 층의 표면 근처에서 먼저 교차-결합(cross-linking) 및 치밀화를 초래한다. 보통 "크러스팅(crusting)"으로 불리우는 이러한 표면 현상은 자외선 광이 피처들 내로 더 깊게 투과하는 것을 방지하며, 따라서, 증착된 재료 층 전반에 걸친 완전한 교차-결합 및 치밀화를 방지한다. 증착된 층의 상이한 지역들에서 "경화"의 변화는 증착된 층의 광학적, 물리적, 및 전기적 특성들의 구배(gradient), 예컨대, 증착된 층의 두께에 걸친 유전 상수의 구배를 생성하며, 이는 디바이스의 전기적 성능 및 디바이스 수율에 영향을 미칠 수 있다.
[0005] 또한, 새로운 더 작은 전기 디바이스들의 배치는, 진보된 노드들에서 유전체 재료들의 증착을 위한 열 예산(thermal budget)을 감소시킨다. 전형적인 벌크 필름 증착은, 섭씨 300도 내지 섭씨 1100도의 범위일 수 있는 온도들에서의 최종 치밀화 프로세스를 필요로 한다. 그러한 높은 온도들은, 이러한 진보된 노드들에서 사용되는 III-V족 화합물들 및 셀레늄 게르마늄(SixGey)과 같은 진보된 재료들을 손상시킬 수 있다.
[0006] 그러므로, 진보된 노드들에서 사용되는 유전체 층들을 증착시키고 형성하기 위한 개선된 방법들에 대한 필요가 존재한다.
[0007] 본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 갭 충전을 위한 얇은 필름들의 증착 및 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 구현예들은, 얇은 필름들의 사이클식 순차 증착(cyclic sequential deposition) 및 경화에 관한 것이다. 일 구현예에서, 얇은 필름의 사이클식 순차 증착 및 경화의 방법이 제공된다. 방법은, 낮은 온도에서 필름의 얇은 층을 증착시키는 단계, 증착된 필름을 자외선 광 하에서 경화시키는 단계, 및 기판을 최종 치밀화 프로세스에 노출시키기 전에 시퀀스를 다수 회 반복하는 단계를 포함한다.
[0008] 일 구현예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 방법은, 두께를 갖는 제 1 유동 가능 필름을 기판의 피처에 형성하는 단계 ― 두께는 피처의 높이 미만이고, 제 1 유동 가능 필름을 형성하는 단계는 제 1 유동 가능 필름을 피처에 증착시키는 것을 포함함 ―; 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 단계; 기판을 자외선 광에 노출시키는 단계; 및 제 1 유동 가능 필름 위에 제 2 유동 가능 필름의 하나 또는 그 초과의 층들을 형성하기 위해, 제 1 유동 가능 필름을 형성하는 프로세스를 반복하는 단계 ― 제 1 유동 가능 필름, 및 제 2 유동 가능 필름의 하나 또는 그 초과의 층들은 함께, 피처의 높이와 동일하거나 그보다 더 큰 필름 두께를 가짐 ― 를 포함할 수 있다.
[0009] 다른 구현예에서, 기판의 피처를 충전하기 위한 방법은, 두께를 갖는 유동 가능 유전체 필름을 적어도 하나의 피처에 형성하는 단계 ― 두께는 피처의 높이 미만이고, 유동 가능 유전체 필름의 형성은 실리콘 전구체를, 기판이 배치되는 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 제공하는 것을 포함함 ―; 플라즈마를 형성하는 단계; 및 플라즈마에 노출되었던 가스의 적어도 일부를 기판 프로세싱 영역 내에 도입하는 단계; 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 단계; 기판을 자외선 광에 노출시키는 단계; 및 유동 가능 필름 위에 유동 가능 필름의 부가적인 층들을 형성하기 위해, 전술한 단계들을 반복하는 단계 ― 여러 층들은 함께, 적어도 하나의 피처의 높이와 동일하거나 그보다 더 큰 필름 두께를 갖는 유동 가능 필름 스택을 형성함 ― 를 포함할 수 있다.
[0010] 다른 구현예에서, 층을 형성하는 방법이 제공되고, 이 방법은 제 1 기판 프로세싱 챔버 내에 배치된 패터닝된 기판 위에 비(non)-산소 함유 전구체를 유동시키는 단계; 두께를 갖는 필름을 패터닝된 기판 위에 증착시키는 단계 ― 두께는 기판 상의 피처의 깊이 미만임 ―; 패터닝된 기판을 플라즈마에 노출시키는 단계; 패터닝된 기판을, 자외선 광 소스가 장착된 제 2 기판 프로세싱 챔버 내로 이송하는 단계; 패터닝된 기판을, 자외선 광 소스에 의해 제공되는 자외선 광에 노출시키는 단계; 및 유동 가능 필름의 부가적인 층들을 유동 가능 필름 위에 형성하기 위해, 전술한 단계들을 반복하는 단계 ― 여러 층들은 함께, 적어도 하나의 피처의 높이와 동일한 또는 그보다 더 큰 필름 두께 및 균일한 밀도를 갖는 유동 가능 필름 스택을 형성함 ― 를 포함한다.
[0011] 다른 구현예에서, 프로세싱 시스템은, 제 1 챔버와 연결된 실리콘 함유 전구체 소스를 포함하는 제 1 챔버; 및 플라즈마 소스; 자외선 광의 소스를 포함하는 제 2 챔버; 및 방법을 수행하기 위한 컴퓨터-실행 가능 명령들을 갖는 메모리를 포함할 수 있고, 방법은, 두께를 갖는 유동 가능 필름을 적어도 하나의 피처에 형성하는 단계 ― 두께는 피처의 높이 미만이고, 유동 가능 필름을 형성하는 프로세스는 유동 가능 필름을 피처에 증착시키는 것을 포함함 ―; 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 단계; 기판을 자외선 광 소스로부터의 자외선 광에 노출시키는 단계; 및 형성된 유동 가능 필름 위에 유동 가능 필름의 부가적인 층들을 형성하기 위해, 유동 가능 필름을 형성하는 프로세스를 반복하는 단계 ― 형성된 유동 가능 필름 및 하나 또는 그 초과의 부가적인 층들 각각은 유사한 두께를 가지고, 형성된 유동 가능 필름 및 하나 또는 그 초과의 부가적인 층들은 함께, 적어도 하나의 피처의 높이와 동일한 또는 그보다 더 큰 필름 두께를 가짐 ― 를 포함한다.
[0012] 본 디바이스들 및 방법들의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 디바이스들 및 방법들의 보다 구체적인 설명이 구현예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구현예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 디바이스들 및 방법들의 단지 전형적인 구현예들을 도시하는 것이므로 본 디바이스들 및 방법들의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 디바이스들 및 방법들이, 다른 균등하게 유효한 구현예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0013] 도 1은, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예를 도시하는 흐름도이다.
[0014] 도 2는, 본원에서 설명되는 구현예에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 일 구현예의 개략적인 평면도이다.
[0015] 도 3a-3e는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 충전되는 트렌치의 일련의 개략적인 단면도들이다.
[0016] 도 4는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 충전되는 피처의 개략적인 단면도이다.
[0017] 도 5a 및 5b는, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 프로세스에 의해 증착된 얇은 필름(5a) 및 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스의 일 구현예에 의해 증착된 얇은 필름(5b)의 시각적 표현들이다.
[0018] 도 6은, 종래의 벌크 충전 증착되고 경화된 필름에 걸친, 깊이에 따른 굴절률과, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법들의 일 구현예에 의해 증착된 필름의, 깊이에 따른 굴절률을 비교한 그래프이다.
[0019] 도 7은, 종래의 벌크 충전 증착되고 경화된 필름에 걸친, 깊이에 따른 흡광 계수(extinction coefficient)와, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법들의 일 구현예에 의해 증착된 필름의, 깊이에 따른 흡광 계수를 비교한 그래프이다.
[0020] 도 8은, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 방법에 의해 증착된 필름의 경우의 7일 후의 필름 안정성(film stability)과, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름의 경우의 7일 후의 필름 안정성을 비교한 그래프이다.
[0021] 도 9는, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름과 비교한, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 방법에 의해 증착된 필름들의 경우의 표면으로부터 다양한 깊이들에서의 WERR(wet etch rate ratio)의 그래픽적 표현이다.
[0022] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 구현예의 엘리먼트들 및 피처들(features)이, 추가적인 언급 없이 다른 구현예들에 유익하게 통합될 수 있다는 점이 고려된다.
[0013] 도 1은, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예를 도시하는 흐름도이다.
[0014] 도 2는, 본원에서 설명되는 구현예에 따른, 기판 프로세싱 시스템의 일 구현예의 개략적인 평면도이다.
[0015] 도 3a-3e는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 충전되는 트렌치의 일련의 개략적인 단면도들이다.
[0016] 도 4는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 충전되는 피처의 개략적인 단면도이다.
[0017] 도 5a 및 5b는, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 프로세스에 의해 증착된 얇은 필름(5a) 및 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스의 일 구현예에 의해 증착된 얇은 필름(5b)의 시각적 표현들이다.
[0018] 도 6은, 종래의 벌크 충전 증착되고 경화된 필름에 걸친, 깊이에 따른 굴절률과, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법들의 일 구현예에 의해 증착된 필름의, 깊이에 따른 굴절률을 비교한 그래프이다.
[0019] 도 7은, 종래의 벌크 충전 증착되고 경화된 필름에 걸친, 깊이에 따른 흡광 계수(extinction coefficient)와, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법들의 일 구현예에 의해 증착된 필름의, 깊이에 따른 흡광 계수를 비교한 그래프이다.
[0020] 도 8은, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 방법에 의해 증착된 필름의 경우의 7일 후의 필름 안정성(film stability)과, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름의 경우의 7일 후의 필름 안정성을 비교한 그래프이다.
[0021] 도 9는, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름과 비교한, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 방법에 의해 증착된 필름들의 경우의 표면으로부터 다양한 깊이들에서의 WERR(wet etch rate ratio)의 그래픽적 표현이다.
[0022] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 구현예의 엘리먼트들 및 피처들(features)이, 추가적인 언급 없이 다른 구현예들에 유익하게 통합될 수 있다는 점이 고려된다.
[0023] 본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 개선된 광학적, 물리적, 및 전기적 특성들을 갖는 층을 집적 회로 디바이스 내에 형성하기 위한 사이클식 증착 및 경화 프로세스를 제공한다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 구현예들은, 기판 상에 형성된 피처들을 충전하기 위한 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스를 제공한다. 피처들은, 기판 상에 형성된 집적 회로들의 피처들의 전기 절연을 보장하기 위해 충전된다. 본원에서 설명되는 프로세스들은, 기판 상에 형성된 피처들에 생성된 보이드들 또는 이음매들을 감소시키는 데에 효과적인 유동 가능 필름 증착 프로세스들을 사용할 수 있다. 그러나, 유동 가능 필름들을 사용하는 종래의 갭-충전 방법들은 전형적으로, 바람직하지 않은 물리적 및 전기적 특성들을 갖는 유전체 재료들을 생성한다. 특히, 종래의 유동 가능 필름들에서는, 필름 밀도가 균일하지 않고, 필름 유전 상수가 필름 두께에 걸쳐서 변화하며, 필름 안정성이 이상적이지 않고, 필름 굴절률이 일관되지 않으며, 세정 프로세스들 동안 DHF(dilute hydrofluoric acid)에 대한 내성이 이상적이지 않다. 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스들은, 개선된 재료 특성들, 개선된 디바이스 수율, 및 증가된 사용 가능한 수명을 갖는 더 높은 품질의 필름들을 생성하기 위해 이러한 문제들을 다룬다.
[0024] 몇몇 구현예들에서, 증착되는 층에 걸친 물리적 특성들 및 전기적 특성들의 변화를 방지하기 위해 사이클식 순차 프로세스를 사용하여, 얇은 유동 가능 필름 층이, 피처들이 내부에 형성되어 있는 기판 위에 증착된다. 유동 가능 필름의 얇은 층을 증착시킨 이후에, 기판을 경화 프로세스에 대해 준비시키기 위해, 기판은 선택적으로 플라즈마, 라디칼 함유 가스, 가스 또는 이들의 조합에서 사전-소킹된다(pre-soaked). 그런 다음에 기판은 경화 프로세스에 노출되며, 이는 자외선 광의 소스를 사용하여 수행될 수 있고, 이는 얇은 층에서 교차-결합을 초래한다. 그런 다음에 프로세스는 피처들이 충전될 때까지 사이클식으로 반복된다. 기판 상에 형성된 피처들을 충전시키기 위한 필름의 순차적인 레이어링(layering)은, 기판 상에 형성된 피처들 내의 유전 상수 값, 밀도, 및 교차-결합의 증진된 균일성을 초래하여, 기판 상에 형성된 반도체 디바이스들의 기능성 및 성능을 증진시킨다.
[0025] 도 1은, 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스를 사용하여 유전체 층을 형성하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 블록(102)에서, 피처들을 포함하는 기판이 프로세스 챔버의 기판 프로세싱 영역 내에 포지셔닝된다. 기판은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 함유 기판, 또는 III-V 화합물 함유 기판, 또는 다른 유용한 반도체 기판 재료일 수 있다. 기판 상에 형성된 피처들은 트렌치들, 비아들, 갭들, 스페이서들(spacers), 다른 격리 피처들을 포함할 수 있다. 통상적인 피처-충전 애플리케이션에서, 필름은 피처들을 유전체 재료로 충전하기 위해 기판의 표면에 걸쳐서 유동된다. 크기 면에서 반도체 기하형상들(geometries)이 축소됨에 따라 기판 상의 피처들의 공간 치수들이 축소되기 때문에, 피처들의 폭은, 심지어 피처들의 깊이가 동일하게 유지되거나 증가할 때에도 축소된다. 유전체 재료는 피처를 완전하게 충전하기 전에 정상부에서 핀치-오프(pinching-off) 또는 막힘(clogging)을 일으키기 쉽기 때문에, 피처들의 증가하는 깊이-대-폭 비율은, 종래의 유전체 재료들로 피처들을 충전하는 데에 난제들을 생성한다. 이는, 피처들에서 유전체 재료의 표면 아래에 보이드들 또는 이음매들을 생성하며, 보이드들 또는 이음매들은 반도체 제품의 무결성을 손상시킨다. 본원에서 개시되는 방법들은 이러한 필요를 다룬다.
[0026] 블록(104)에서, 기판 상에 형성된 피처들 위에 유전체 층을 증착시키기 위해, 하나 또는 그 초과의 전구체들이 증착 챔버의 기판 프로세싱 영역 내로 도입된다. 몇몇 구현예들에서, 하나 또는 그 초과의 전구체들은 유전체 재료 형성 전구체들, 예컨대, 실리콘 함유 전구체이다. 유전체 재료 전구체들의 예들은, 실란(silane), 디실란(disilane), 메틸실란(methylsilane), 디메틸실란(dimethylsilane), 트리메틸실란(trimethylsilane), 테트라메틸실란(tetramethylsilane), TEOS(tetraethoxysilane), TES(triethoxysilane), OMCTS(octamethylcyclotetrasiloxane), TMDSO(tetramethyl-disiloxane), TMCTS(tetra-methylcyclotetrasiloxane), TMDDSO(tetramethyl-diethoxy-disiloxane), DMDMS(dimethyl-dimethoxy-silane), 또는 이들의 조합들을 포함하는 실리콘-함유 전구체들이다. 실리콘 질화물의 증착을 위한 부가적인 전구체들은 SixNyHz-함유 전구체들, 예컨대, 실릴-아민(silyl-amine) 및 그의 유도체들(derivatives) ― 유도체들은 TSA(trisilylamine) 및 DSA(disilylamine)를 포함함 ―, SixNyHzOzz-함유 전구체들, SixNyHzClzz-함유 전구체들, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 유전체 재료 전구체는 프로세싱 챔버 내에 약 1sccm 내지 약 5000sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 프로세싱 전구체들은 프로세싱 챔버 내에 약 1sccm 내지 약 1000sccm의 유량으로 공급될 수 있다.
[0027] 하나 또는 그 초과의 전구체들은 또한, 수소-함유 화합물들, 산소-함유 화합물들, 질소-함유 화합물들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있는 프로세싱 전구체들을 포함할 수 있다. 적합한 프로세싱 전구체들의 예들은, H2, H2/N2 혼합물, NH3, NH4OH, O3, O2, H2O2, N2, N2H4 증기를 포함하는 NxHy 화합물들, NO, N2O, NO2, 수증기, 또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 화합물들 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 프로세싱 전구체들은, N* 및/또는 H* 및/또는 O*-함유 라디칼들 또는 플라즈마, 예컨대, NH3, NH2 *, NH*, N*, H*, O*, N*O*, 또는 이들의 조합들을 포함하기 위해, 예컨대 RPS 유닛에서 플라즈마 여기될 수 있다. 프로세스 전구체들은 대안적으로, 본원에서 설명되는 전구체들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 몇몇 구성들에서, 프로세스 챔버로 전달되는 하나 또는 그 초과의 전구체들은, 약 0.1 내지 약 100의, 유전체 재료 전구체 대 프로세싱 전구체 비율을 포함하는 가스 혼합물을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 불활성 가스들이 또한, 프로세스 챔버에 제공되는 가스 혼합물에 포함될 수 있다. 불활성 가스는 Ar, He, Xe 등과 같은 희가스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 불활성 가스는 프로세싱 챔버 내에 약 1sccm 내지 약 50000sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 프로세싱 동안, 챔버의 프로세싱 영역에서의 프로세스 압력은 약 0.10Torr 내지 약 10Torr에서, 예컨대, 약 0.1Torr 내지 약 1Torr, 예컨대, 약 0.5Torr 내지 약 0.7Torr에서 유지될 수 있다.
[0028] 일 구현예에서, 증착 프로세스 동안의 기판 온도는 미리 결정된 범위에서 유지된다. 일 구현예에서, 기판 상에 형성되는 유전체 재료가, 기판 상에 형성된 피처들 내에서 형성되게 유동 가능하도록 허용하기 위해, 기판 온도는 섭씨 약 200도 미만, 예컨대, 섭씨 100도 미만에서 유지된다. 일 구현예에서, 프로세스 챔버의 기판 온도는 약 상온 내지 섭씨 약 200도, 예컨대, 섭씨 약 100도 미만, 예컨대, 섭씨 약 30도 내지 섭씨 약 80도의 범위에서 유지된다.
[0029] 몇몇 구현예들에서, 증착 동안 플라즈마를 유지하기 위해 RF 전력이 인가된다. 약 100kHz 내지 약 100MHz, 예컨대, 약 350kHz 또는 약 13.56MHz의 RF 전력이 제공된다. 대안적으로, 최대 약 27MHz 내지 약 200MHz의 주파수를 제공하기 위해 VHF 전력이 활용될 수 있다. 일 구현예에서, 약 1000와트 내지 약 10000와트의 RF 전력이 공급될 수 있다.
[0030] 블록(104)에서 수행되는 프로세스의 일 예에서, 실리콘-함유 전구체가 프로세싱 챔버에 제공될 수 있고, 기판이 프로세싱 챔버에서 유지되는 동안 RF 플라즈마가 형성된다. 전구체 가스는 탄소-함유 전구체일 수 있다.
[0031] 블록(106)에서, 최소 두께의 얇은 필름 층이 기판 상에 증착된다. 최소 두께는, 필름이 유동하는 것을 허용하기에 충분하며, 층이 피처의 오직 제 1 부분만을 충전하기에 충분히 얇다. 그런 다음에, 전구체 유동이 정지되고, 잔류 가스들이 프로세스 챔버의 기판 프로세싱 영역으로부터 제거된다. 이러한 애플리케이션에 적합한 필름들은 특히, 실리콘 산화물들(SiOx), 실리콘 질화물들(SiNx), 실리콘 탄화물들(SiCx), 실리콘 탄소 질화물들(SixCyNz), 또는 폴리실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 유동 가능 필름들은 점성이 있기 때문에, 유동 가능 필름들은 기판의 표면의 완전한 커버리지를 보장하기 위해 특정 두께여야만 한다. 증착된 필름의 각각의 층은 필름의 유동성(flowability)을 보장하기 위한 최소 두께를 가져야만 한다. 일 구현예에서, 층의 두께는 50옹스트롬 내지 150옹스트롬이다. 당업자는, 층의 두께가, 피처들의 크기 및 증착되는 필름의 본성을 포함하여 여러 인자들에 의존한다는 점을 이해할 것이다.
[0032] 블록(108)에서, 플라즈마는 기판 프로세싱 영역 내로 선택적으로 도입된다. 몇몇 경우들에서, 플라즈마는 산소 함유 플라즈마일 수 있다. 산화물 필름들이 자외선 광선들에 대해 투명하기 때문에, 산화물 필름이, 아래 놓인 필름 층의 정상부 내에 증착된 후에, 자외선 광선들은 여전히, 증착된 필름 층을 투과하여 아래 놓인 필름 층에 도달할 수 있다.
[0033] 블록(110)에서, 기판은 기판 프로세싱 영역으로부터 경화 챔버로 이송된다. 이송 단계 동안, 불활성 환경이 유지되며 기판은 바람직하지 않은 오염 물질들에 노출되지 않는다. 진공 조건들의 보존은, 각각의 사이클의 이러한 스테이지에서 얇은 필름 층의 바람직하지 않은 산화를 방지하는 데에 유용하다고 여겨진다. 산화는, 결과물 유전체 필름의 접착 특성들 또는 전기적 특성들에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
[0034] 블록(112)에서, 기판은 경화 챔버의 광 소스로부터의 저온 자외선 광에 노출된다. 자외선 광은 200-450와트 램프로부터 전달될 수 있으며, 100nm 내지 250nm의 파장을 가질 수 있다. 노출은 1분의 지속 시간을 가질 수 있다. 그러나, 당업자는, UV광의 와트수 및 파장 그리고 광에 대한 노출의 지속 시간이, 증착되는 필름의 본성 및 두께에 의존할 것이라는 점을 이해할 것이다.
[0035] 다시 블록(102)으로 돌아와서, 기판은 증착 유형 프로세스 챔버의 기판 프로세싱 영역으로 복귀될 수 있다. 이송 단계 동안, 불활성 환경이, 기판이 오염 물질들에 노출되지 않는 레벨에서 유지된다. 재차, 진공 조건들의 보존은, 각각의 사이클의 이러한 스테이지에서 얇은 필름 층의 바람직하지 않은 산화를 방지하는 데에 유용하다. 이는, 부가적인 층의 증착, 플라즈마에 의한 사전처리, 및 UV에 의한 경화의 전체 사이클을 재시작하며, 그 이후에 사이클은 다시 시작한다. 사이클은, 원하는 개수의 층들이 증착되고 경화될 때까지 반복된다. 일 구현예에서, 사이클은 기판 상에 20개의 층들이 증착되도록 20회 반복된다. 당업자는, 사이클들의 횟수가, 피처들의 깊이, 필름 층들의 두께, 및 다른 인자들에 따라 변할 것이라는 점을 이해할 것이다.
[0036] 사이클이 원하는 횟수 동안 반복된 이후에, 블록(114)에서, 레이어링된 증착된 필름이 열 치밀화를 위해 처리된다. 산화물 필름의 경우, 열 치밀화는 노 어닐링 프로세스(furnace anneal process)를 사용하여 수행된다.
[0037] 도 2는, 일 구현예에 따라 필름 층들을 증착시키고 경화시키기 위한 기판 프로세싱 시스템(200)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전방 개방 통합 포드들(front opening unified pods; 202)의 쌍은, 기판 프로세싱 챔버들(208a-208f) 중 하나 내로 배치되기 전에 로봇 아암들(204)에 의해서 수용되고 저압 홀딩 지역(206) 내로 배치되는 기판들을 공급한다. 제 2 로봇 아암(210)은, 기판들을 홀딩 지역(206)으로부터 기판 프로세싱 챔버들(208a-208f)로 그리고 기판 프로세싱 챔버들(208a-208f)로부터 운송하기 위해 사용될 수 있다.
[0038] 기판 프로세싱 챔버들(208a-208f)은, 기판 상에 형성된 피처들에 유동 가능 필름, 예컨대, SiO, SiN, SiC, SiCN, 폴리실리콘, 또는 다른 필름을 증착, 어닐링, 경화 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 그 초과의 시스템 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 구성에서, 프로세싱 챔버의 2개의 쌍들(예컨대, 208c-208d 및 208e-208f)은, 유동 가능 필름을 피처들에 증착시키고 필름을 사전-소킹하기 위해 사용될 수 있고, 프로세싱 챔버들의 제 3 쌍(예컨대, 208a-208b)은, 증착된 필름을 처리하기 위해, 예컨대, UV 처리를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기판 프로세싱 시스템의 사용은, 일정한 진공 환경 내에서의 전체 방법의 실행을 허용한다. 증착 및 경화 프로세스를 수행하기 위한 집적된 진공 시스템의 사용은, 사이클식 프로세스가 진행되는 동안 얇은 필름 층의 원치 않는 산화를 회피한다.
[0039] 도 3a-3e는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 충전되는 피처의 일련의 개략적인 단면도들이다. 도 3a는, 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스의 개시 이전의 피처(310)의 개략적인 단면도를 도시한다. 기판(300)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 함유 기판, III-V 화합물 함유 기판, 또는 다른 적합한 기판일 수 있다. 기판(300)은 트렌치, 비아, 갭, 또는 다른 격리 피처와 같은 적어도 하나의 피처(310)를 갖는다. 기판(300)은 증착 프로세싱 시퀀스 동안 기판 지지부(320) 상에 배치된다.
[0040] 도 3b에서, 제 1 재료 층(330)이 기판(300) 상에 배치된다. 제 1 재료 층(330)은 SiOx, SiNx, SiCx, SixCyNz, 폴리실리콘, 또는 다른 필름과 같은 실리콘-함유 층일 수 있다. 재료 층은 전구체, 증기 및/또는 가스를, 기판 지지부(320) 및 기판(300)이 배치된 기판 프로세싱 영역 내로 유동시키는 것에 의해 배치될 수 있다. 전구체, 증기, 또는 가스는, 상기 논의된 바와 같이, 탄소가 없는(carbon-free) 실리콘 전구체, 예컨대, 실리콘 및 질소 전구체, 또는 실리콘 및 수소 전구체, 또는 실리콘, 질소, 및 수소 함유 전구체, 또는 탄소-함유 전구체를 포함하여, 다른 전구체일 수 있다.
[0041] 제 1 재료 층의 증착 동안의 기판의 온도는 100℃ 미만일 수 있다. 당업자는, 필름의 증착 동안 기판의 온도가, 사용되는 플라즈마 증기 또는 가스 및 실리콘 전구체에 따라 변할 수 있다는 점을 이해할 것이다.
[0042] 제 1 재료 층(330)은 두께(L1)를 갖는다. 피처 자체는 F의 깊이를 갖는다. 두께(L1)는 적어도 최소 두께이며, 이 최소 두께는 필름이 유동하는 것을 허용하기에 충분하고, 층이 기판 상의 하나 또는 그 초과의 피처들(310)의 오직 제 1 부분만을 충전하기에 충분히 얇다. 즉, 두께(L1)는 깊이(F)보다 작다. 피처 깊이(F)보다 작은 재료 층 두께(L1)를 제공하는 것은, UV 경화 단계 동안에 층에서 더 양호한 광 투과를 허용할 것이고 그러므로 더 균일한 필름 특성들로 이어질 것이다. 예컨대, 재료 층은 50Å 내지 150Å, 예컨대, 100Å의 두께를 가질 수 있다. 본원에서 논의되는 바와 같이, 더 얇은 층들은 유전체 필름의 광학 및 전기적 특성들의 균일성을 촉진시키는 경향이 있기 때문에, 더 얇은 층들이 더 높은 품질의 필름들을 제공할 것으로 여겨진다. 그러나, 더 두꺼운 층들은 처리량을 증가시킬 것이지만, 상기 논의된 벌크 충전 증착 프로세스들의 문제들의 위험이 있다. 최소 두께를 갖는 제 1 재료 층(330)이 기판 상에 그리고 하나 또는 그 초과의 피처들(310) 내에 증착된 후에, 전구체 및 가스의 유동이 정지되고 남은 전구체 및 가스는 기판 프로세싱 영역 밖으로 펌핑된다.
[0043] 그런 다음에, 경화를 위해 제 1 재료 층(330)을 준비시키기 위해, 제 1 재료 층(330)이 산소 함유 플라즈마에 의해 사전-처리된다. 산소 함유 플라즈마는, 원자 산소(O), 분자 산소(O2), 오존(O3), 수소 산화물들(예컨대, H2O, H2O2), 및 질소 산화물들(예컨대, NO, NO2, N2O), 또는 다른 산소-함유 플라즈마 종 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 산소 함유 플라즈마는 또한, 산소 함유 종 또는 라디칼 산소 및 수산기 종, 예컨대, 원자 산소(O), 수산화물(OH), 및 다른 종의 이온들을 포함할 수 있다.
[0044] 도 3c에서, 기판(300) 및 제 1 재료 층(330)은 저온 자외선 광(340)에 노출된다. 자외선 광에 대한 노출은, 기판 프로세싱 영역으로부터 분리된 경화 챔버에서 일어날 수 있다. 자외선 광에 대한 노출 동안에, 기판은 100℃ 또는 그 미만의 온도에서 유지되는 기판 지지부 또는 페데스탈 상에 배치될 수 있다. 자외선 광(340)에 대한 노출은 제 1 재료 층(330)에서 교차-결합을 초래한다. 자외선 광(340)에 대한 노출 이후에, 기판이 이전에 기판 프로세싱 영역으로부터 경화 영역으로 이동되었다면, 그러면 기판은 기판 프로세싱 영역으로 복귀된다.
[0045] 도 3d에서, 두께(L2)를 갖는 제 2 재료 층(350)이 앞서 증착되고 경화된 제 1 재료 층(330)의 정상부 상에 증착된다. 몇몇 구현예들에서, 제 2 재료 층(350)은, 제 1 재료 층(330)을 증착시키는 데에 사용된 동일한 전구체 및 가스를 사용하여 증착될 수 있다. 제 2 재료 층(350)의 두께(L2)는 제 1 재료 층(330)의 두께(L1)와 동일하거나 또는 그 미만이거나 또는 그 초과일 수 있다. 이하에서 논의되는 이유들 때문에, 제 2 재료 층 두께(L2)가 제 1 재료 층 두께(L1)보다 더 큰 것이 바람직할 수 있다. 제 2 재료 층(350)의 증착 이후, 경화를 위해 제 2 재료 층(350)을 준비시키기 위해, 제 2 재료 층(350)은, 상기 설명된 프로세스에 따라 산소 함유 플라즈마에 의해 사전-처리된다.
[0046] 도 3e에서, 기판(300) 및 제 2 재료 층(350) 및 제 1 재료 층(330)은 상기 설명된 프로세스에 따라 저온 자외선 광(340)에 다시 노출된다. 자외선 광에 대한 노출은, 기판 프로세싱 영역으로부터 분리된 경화 챔버에서 다시 일어날 수 있다. 자외선 광(340)에 대한 노출은 제 2 재료 층(350)에서 교차-결합을 초래한다. 자외선 광에 대한 노출은 또한, 제 2 재료 층(350) 아래에 배치된 제 1 재료 층(330)에서의 추가적인 교차-결합을 초래할 수 있다. 계속된 교차-결합이 이전에 증착된 층들에서 일어날 수 있기 때문에, 교차-결합과 같은 재료 특성들이, 증착된 필름의 깊이에 걸쳐서 변할 수 있는 구배가 초래될 수 있다. 자외선 광에 대한 노출 시에 아래 놓인 층들의 이러한 계속된 교차-결합을 조정하기 위해, 각각의 연속적으로 증착되는 재료 층은 그 아래에 증착된 재료 층보다 더 큰 두께를 가질 수 있다. 그러나, 각각의 증착된 재료 층은, 증착된 레이어링된 필름 스택의 재료 특성들의 균일성을 개선하기 위해, 유동 가능 필름이 적절하게 유동하는 것을 허용하도록 요구되는 최소 두께를 가져야 한다. 또한, 연속적으로 증착된 각각의 재료 층은, 그 아래에 증착된 층들이, 여러번의 UV 경화 프로세스에 노출되는 것으로부터 차폐할 수 있다. 이러한 차폐 효과를 개선하기 위해, 연속적으로 증착된 각각의 재료 층은, 이전에-증착된 층들의 과도한 경화를 방지하도록, 그 아래에 증착된 층의 두께보다 더 큰 두께를 가질 수 있다.
[0047] 자외선 광(340)에 대한 노출 이후에, 기판이 이전에 기판 프로세싱 영역으로부터 경화 영역으로 이동되었다면, 그러면 기판은 기판 프로세싱 영역으로 복귀되며, 여기서 부가적인 재료 층들이 증착되고, 사전-처리되며, 그런 다음에 경화를 위해 경화 챔버로 복귀될 수 있다. 도 3a-3e는 오직 2개의 증착된 재료 층들(330 및 350)만을 도시하지만, 프로세스는 여러 번 반복되어, 적어도 피처들이 완전히 충전될 때까지 많은 재료 층들이 증착될 수 있다. 프로세스의 결과는, 개선된 물리적, 전기적, 및 재료 특성 균일성을 갖고 따라서 더 높은 품질의 필름인 다중-레이어링된 증착된 필름이다.
[0048] 도 4는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 충전되는 피처의 개략적인 단면도이다. 도 4는, 적어도, 기판 상에 형성된 피처들을 완전히 충전하기 위해 필요에 따라, 도 1에 예시된 단계들의 반복으로부터 초래될 수 있는 얇은 필름의 개략도이다. 기판(300) 및 기판의 하나 또는 그 초과의 피처들(310)은, 적어도 피처들(310)이 완전하게 충전된 충분한 사이클들을 통해, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법(100)의 단계들에 노출되었다. 그러므로, 도 4에는 오직 4개의 재료 층들(330, 350, 360, 370)만이 도시되었지만, 당업자는 더 많은 층들이 또한 증착될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 재료 층들(330, 350, 360, 370)은 유사한 두께를 갖는 것으로 보이지만, 재료 층들(330, 350, 360, 370)은 대안적으로, 각각의 재료 층이, 유동 가능 필름이 유동하도록 허용하는 데에 필요한 적어도 최소 두께를 갖는 한, 다양한 두께들을 가질 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 각각의 재료 층의 두께는 또한, 각각의 연속적인 재료 층이, 그 아래의 층 또는 층들을, 과도한 자외선 경화로부터 차폐하는 역할을 할 수 있도록 변할 수 있다. 이를 위해, 각각의 연속적인 재료 층은 그 아래의 층보다 더 두꺼울 수 있으며, 이로써, 재료 층(370)은 재료 층(360)보다 더 두껍다; 재료 층(360)은 재료 층(350)보다 더 두껍다; 재료 층(350)은 재료 층(330)보다 더 두껍다, 등등이다.
[0049] 도 5a 및 5b는, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 프로세스의 일 구현예에 의해 증착된 얇은 필름(도 5a) 및 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스의 일 구현예에 의해 증착된 얇은 필름(도 5b)의 시각적 표현들이다. 도 5a는, 벌크 충전 증착 및 경화 프로세스에 의해 생성된 필름의, 피처들 내에 나타나는 구배를 예시한다. 도 5a에 예시된 필름은 단일 단계에서 증착되었기 때문에, 경화 프로세스 동안 제공되는 자외선 광선들은 필름 내로 깊게 투과하지 않으며, 교차-결합 및 치밀화는 표면 근처에서 더 완전하게 일어난다. 도 5a의 화살표는 이러한 구배를 표시하며, 교차-결합 및 치밀화의 정도가, 필름의 깊이들에서 표면에 더 가까울수록 증가하는 것을 보여준다. 반면에, 도 5b는, 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스에 의해 제공되는 형성된 증착된 층 스택의 재료 특성들의 증진된 균일성을 도시한다. 필름이 얇은 층들에 증착되고 사이클식으로 경화되었기 때문에, 교차-결합은 깊이에 상관없이 더 일관된다. 도 5b는, 증착 및 경화의 10회 사이클들에 의해 제공되는 증진된 균일성을 예시하지만, 얇은 필름의 특정 필요들에 따라서, 증착 및 경화의 더 많은 또는 더 적은 사이클들이 존재할 수 있다.
[0050] 필름의 깊이 전반에 걸친 얇은 필름의 균일성은 필름 품질의 주요 지표이다. 이상적으로, 필름 전반에 걸쳐서 밀도가 높고 또한 균일할 것이다. 하나의 실험에서, 종래의 벌크 충전 증착 방법의 일 구현예에 의해 증착된 얇은 필름의 밀도가, 사이클식 순차 증착 방법의 일 구현예에 의해 증착된 얇은 필름의 밀도와 비교되었다. 경화 이전의 증착된 상태의(as deposited) 필름의 밀도는 1.3g/cc로 측정되었다. 단일-프로세스 벌크 충전 증착된 얇은 필름의 밀도는 1.6g/cc-1.7g/cc로 측정되었고, 증가된 밀도는, 오직 필름의 표면 18nm 내에서만 측정되었다. 사이클식 순차 증착된 얇은 필름의 밀도는 1.9g/cc-2.1g/cc로 증가되었고, 개선된 밀도는 필름 깊이에 걸쳐 균일하였다. 이러한 결과들은, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법에 의해 달성되는 개선되고 균일한 밀도를 입증한다.
[0051] 도 6은, 종래의 벌크 충전 증착되고 경화된 필름에 걸친, 깊이에 따른 굴절률과, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법들의 일 구현예에 의해 증착된 필름의, 깊이에 따른 굴절률을 비교한 그래프이다. 굴절률은 증착된 필름의 밀도의 지표이며, 이로써, 더 높은 굴절률은 더 높은 밀도의 필름을 나타낸다. 치밀화는 산화물 필름들과 같이 노 어닐링될 필름들의 경우에, 특히 필름 품질을 위해 중요하다. 필름이 노 어닐링될 때, 필름의 밀도가 증가하며, 이는 필름 층의 수축을 초래한다. 노 어닐링 프로세스 이전에 더 큰 치밀화를 받은 필름은, 제한된 수축 그리고 따라서 제한된 응력을 겪게 될 것이다. 따라서, 노 어닐링 단계 이전의 필름의 치밀화는 최종 필름의 특성들을 개선하는 데에 중요하다.
[0052] 도 6에서, 굴절율(n)은 벌크 충전 증착 방법을 사용하여 증착된 필름들의 경우의 필름 깊이에 걸쳐 테스트되었고, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 따라 증착된 필름들의 경우의 필름 깊이에 걸친 굴절률과 비교되었다. 필름 깊이 전반에 걸쳐, 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스에 의해 증착된 필름은 더 큰 굴절률, 형성된 층 스택을 통한 더 적은 굴절률 변화 그리고 따라서, 단일 증착 및 경화 프로세스에 의해 증착된 필름보다 더 큰 밀도 균일성을 보여준다. 이러한 경우, 굴절률은, 단일-프로세스 벌크 충전 증착 및 경화 프로세스, 및 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스에 관해, 250nm의 광 파장에 대해서 측정되었다. 단일 사이클 증착 및 경화 방법의 경우(즉, 도 6에서 "1x"로 표기됨), 필름의 바닥에서의 굴절률(약 1.9)은 필름의 표면에서의 굴절률(약 2.2)보다 훨씬 더 낮았다. 20회 사이클들의 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 경우(즉, 도 6에서 "사이클식"으로 표기됨), 굴절률은 필름 깊이에 걸쳐 매우 적게 변화되며, 이는 밀도의 더 큰 균일성 그리고 따라서 더 큰 필름 품질을 나타낸다. 또한, 굴절률은 표면에서보다(약 2.1) 필름의 바닥에서 심지어 더 높았다(2.3 초과). 더 깊은 층들이 더 많이 경화되어, 표면에서의 밀도와 비교하여, 더 깊은 깊이들에서, 증가된 밀도를 초래하기 때문에, 측정된 굴절률의 이러한 역효과 또는 상이한 형상이 관찰된다고 여겨진다.
[0053] 도 7은, 종래의 벌크 충전 증착되고 경화된 필름에 걸친, 깊이에 따른 흡광 계수(k)와, 본원에서 설명되는 사이클식 순차 증착 및 경화 방법들의 일 구현예에 의해 증착된 필름의, 깊이에 따른 흡광 계수를 비교한 그래프이다. 흡광 계수(k)는 필름에서의 교차-결합의 정도의 지표이며, 따라서, 더 높은 k 값은 더 큰 교차-결합을 나타낸다. 이러한 경우, 흡광 계수는, 단일-프로세스 벌크 충전 증착 및 경화 프로세스, 및 사이클식 순차 증착 및 경화 프로세스에 관해, 250nm의 광 파장에 대해서 측정되었다. 단일 사이클 증착 및 경화 방법의 경우(즉, 도 7에서 "1x"로 표기됨), 흡광 계수는 약 0.2에서부터, 0.3 미만까지의 범위이며, 필름 전반에 걸쳐서 더 낮았다. 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 경우(즉, 도 7에서 "사이클식"으로 표기됨), 흡광 계수는 약 0.4에서부터, 0.5 미만까지의 범위이며, 필름 전반에 걸쳐서 더 높았다. 또한, 사이클식 방법에 의해 증착된 필름은, 필름의 표면에서보다 바닥에서 더 높은 흡광 계수를 나타냈는데, 이는, 단일 증착 단계 프로세스에 의해 증착된 필름과는 반대이다. 더 깊은 층들이 더 많이 경화되어, 표면에서의 교차-결합의 정도와 비교하여, 사이클식으로 증착된 필름의 더 깊은 깊이들에서, 증가된 교차-결합을 초래하기 때문에, 측정된 흡광 계수의 이러한 역효과 또는 상이한 형상이 관찰된다고 여겨진다.
[0054] 도 8은, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름의 경우의 필름 안정성과, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름의 경우의 필름 안정성을 비교한 그래프이다. 시간에 따른 필름 안정성은 필름 품질의 중요한 지표이다. 더 높은 품질의 필름은 공기에 노출될 때 열화될 가능성이 더 적다. 도 8에 예시된 하나의 실험에서, 다양한 파장들에서의 광의 흡수를 측정하기 위해 FTIR(Fourier transform infrared) 분광법이 사용되었다. 측정들은, 종래의 벌크-충전 증착 방법에 의해 증착된 필름에 대해, 그리고 사이클식 순차 증착 방법에 의해 증착된 필름에 대해, 양자 모두 필름 증착 7일 후에 이루어졌다. 벌크-충전 증착된 필름은 실리콘 산화물(SiOx)과 상관된 파장에서 부가적인 피크를 가지며, 이는, 벌크-충전된 필름이 공기에 대한 노출 시에 열화되었음을 나타낸다. 반면에, 사이클식으로 증착된 필름은 실리콘 산화물(SiOx) 파장과 상관된 피크를 보여주지 않으며, 이는, 사이클식 증착이, 더 안정적이고 그리고 공기에 대한 노출 시에 열화될 가능성 더 적은 필름을 산출한다는 것을 나타낸다. 이러한 안정성은, 시간 및 공기 노출로 열화되거나 "노화(age)"되지 않는 필름들을 생성하기 위해, SiN, SiC, SiCN 및 폴리실리콘과 같은 비-산소 함유 유동 가능 필름들의 증착을 허용한다.
[0055] 도 9는, 사이클식 순차 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름과 비교한, 종래의 벌크 충전 증착 및 경화 방법의 일 구현예에 의해 증착된 필름들의 경우의 표면으로부터 다양한 깊이들에서의 WERR(wet etch rate ratio)의 그래픽적 표현이다. 더 낮은 WERR은 DHF(dilute hydrofluoric acid)에 대한 증가된 내성을 나타내며, 이는 더 높은 품질의 필름을 나타낸다. 이러한 실험은, 500℃에서의 열 치밀화 이후 얇은 필름들에 대해 100:1 DHF에 대한 WERR을 비교했다. 도 9에서, 위의 3개의 커브들은, 다양한 필름 깊이들에 따른, 벌크-충전 증착된 필름들의 3개의 구현예들의 WERR을 도시한다. 아래의 커브는, 사이클식으로 증착된 필름에 대한 WERR을 도시한다. 하나의 깊이에서, 사이클식으로 증착된 필름은 1.8의 WERR을 보여주며, 이는, 벌크 증착된 필름들 중 어떤 것의 WERR(약 3.2, 약 4.8, 및 약 6.0)보다도 극적으로 더 양호하다. 750℃에서의 열 치밀화 이후의 습식 에칭 레이트 비율을 측정한 다른 실험에서, 사이클식으로 증착된 필름의 WERR은 벌크 충전 증착된 필름과 비교하여 훨씬 더 낮았다.
[0056] 본원에서 설명되는 구현예들이 실시될 수 있는 특정 장치가 제한되지는 않지만, 캘리포니아주 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.에 의해 판매되는 Producer® Eterna™ FVCD™ 시스템, Producer® Onyx™ 시스템, 및 Producer® Nanocure™ 시스템에서 구현예들을 실시하는 것이 특히 유익하다. 부가적으로, 다른 제조업자들로부터 입수 가능한 FCVD 시스템들이 또한, 본원에서 설명되는 구현예들로부터 이익을 향유할 수 있다.
[0057] 이러한 프로세스는 또한, 원자 층 증착 리소그래피에서 트렌치들의 균일성을 달성하는 데에 사용될 수 있다. 본원의 특정 구현예들이 CVD 및 ALD와 관련하여 논의되었지만, 본원에서 설명되는 방법들은, 필름 두께 및 균일성이 중요한 고려 사항들인 모든 애플리케이션들에 적용 가능하다는 점이 또한 이해되어야 한다.
[0058] 전술한 내용은 본 디바이스들 및 방법들의 구현예들에 관한 것이지만, 본 디바이스들 및 방법들의 다른 그리고 추가적인 구현예들은, 이들의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 이들의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.
Claims (15)
- 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
두께를 갖는 제 1 유동 가능(flowable) 필름을 기판의 피처(feature)에 형성하는 단계 ― 상기 두께는 상기 피처의 높이 미만이며, 상기 제 1 유동 가능 필름을 형성하는 단계는,
상기 제 1 유동 가능 필름을 상기 피처에 증착시키는 것;
상기 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 것; 및
상기 기판을 자외선 광에 노출시키는 것;을 포함함 ―;
제 2 유동 가능 필름의 하나 또는 그 초과의 층들을 상기 제 1 유동 가능 필름 위에 형성하기 위해, 상기 제 1 유동 가능 필름을 형성하는 단계를 반복하는 단계 ― 상기 제 1 유동 가능 필름을 형성하는 단계를 반복할 때, 상기 제 1 유동 가능 필름, 및 상기 제 2 유동 가능 필름의 하나 또는 그 초과의 층들의 각각의 두께는 프로세스가 반복될 때마다 증가하고, 상기 제 1 유동 가능 필름, 및 상기 제 2 유동 가능 필름의 하나 또는 그 초과의 층들은 함께, 상기 피처의 높이와 동일하거나 그보다 더 큰 필름 두께를 가짐 ―; 및
상기 제 1 유동 가능 필름 및 상기 제 2 유동 가능 필름을 형성한 후 어닐링 프로세스에서 상기 제 1 유동 가능 필름 및 상기 제 2 유동 가능 필름을 어닐링하는 단계를 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유동 가능 필름을 증착시키는 것은,
실리콘 함유 전구체를, 상기 기판이 배치되는 기판 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역에 제공하는 것;
플라즈마 활성화된 가스를 형성하기 위해, 가스를 원격 플라즈마 시스템에 제공하는 것;
상기 플라즈마 활성화된 가스의 적어도 일부를 상기 프로세싱 영역 내에 도입하는 것; 및
상기 제 1 유동 가능 필름을 상기 피처에 형성하기 위해, 상기 플라즈마 활성화된 가스 및 상기 실리콘 함유 전구체를 반응시키는 것을 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 것은, 상기 기판을 질소 함유 플라즈마에 노출시키는 것을 더 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 것은, 상기 기판을 탄소 함유 플라즈마에 노출시키는 것을 더 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판을 자외선 광에 노출시키는 것은, 상기 기판이 자외선 광에 노출되는 동안 상기 기판을, 섭씨 100도 아래에서 유지되는 페데스탈 상에 포지셔닝하는 것을 더 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 방법. - 삭제
- 삭제
- 기판의 피처를 충전하기 위한 방법으로서,
두께를 갖는 제 1 유동 가능 유전체 필름을 피처에 형성하는 단계 ― 상기 두께는 상기 피처의 높이 미만이며, 상기 제 1 유동 가능 유전체 필름을 형성하는 단계는,
실리콘 전구체를, 상기 기판이 배치되는 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 영역에 제공하는 것;
플라즈마를 형성하는 것; 및
상기 플라즈마에 노출된 가스의 적어도 일부를 상기 기판 프로세싱 영역 내에 도입하는 것을 포함함 ―;
상기 기판을 산소 함유 플라즈마에 노출시키는 단계;
상기 기판을 자외선 광에 노출시키는 단계;
상기 제 1 유동 가능 유전체 필름 위에 유동 가능 유전체 필름의 부가적인 층들을 형성하기 위해, 상기 제 1 유동 가능 유전체 필름을 형성하는 단계를 반복하는 단계 ― 상기 제 1 유동 가능 필름을 형성하는 단계를 반복할 때, 상기 유동 가능 유전체 필름의 부가적인 층들의 각각의 두께는 프로세스가 반복될 때마다 증가하고, 상기 제 1 유동 가능 유전체 필름, 및 상기 유동 가능 유전체 필름의 부가적인 층들은 함께 필름 스택을 형성하고, 상기 필름 스택의 두께는 상기 피처의 높이와 동일하거나 그보다 더 큼 ―; 및
상기 유동 가능 유전체 필름의 부가적인 층들을 형성한 후 어닐링 프로세스에서 상기 필름 스택을 어닐링하는 단계를 포함하는,
기판의 피처를 충전하기 위한 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 필름 스택은 균일한 밀도를 갖는,
기판의 피처를 충전하기 위한 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 유동 가능 유전체 필름을 형성하는 단계를 반복할 때, 상기 유동 가능 유전체 필름의 부가적인 층들 각각의 두께는, 프로세스의 각각의 반복에 대해 증가하는,
기판의 피처를 충전하기 위한 방법. - 층을 형성하는 방법으로서,
비(non)-산소 함유 전구체를, 제 1 기판 프로세싱 챔버 내에 배치된 패터닝된 기판 위에 유동시키는 단계;
상기 전구체의 적어도 일부를, 두께를 갖는 제 1 층으로서, 상기 패터닝된 기판 위에 증착시키는 단계 ― 상기 두께는 상기 기판 상의 피처의 깊이 미만임 ―;
상기 패터닝된 기판을 플라즈마에 노출시키는 단계;
상기 패터닝된 기판을, 자외선 광 소스가 장착된 제 2 기판 프로세싱 챔버 내로 이송하는 단계;
상기 패터닝된 기판을, 상기 자외선 광 소스에 의해 제공되는 자외선 광에 노출시키는 단계;
제 1 층 위에 부가적인 층들을 형성하기 위해, 제 1 층을 형성하는 단계를 반복하는 단계 ― 상기 제 1 층을 형성하는 단계의 각각의 연속적인 반복에 대해, 상기 제 1 층 및 상기 부가적인 층들의 각각의 두께는, 이전 반복에서의 층의 두께보다 더 크고, 상기 제 1 층 및 상기 부가적인 층들은 함께, 피처의 높이와 동일하거나 그보다 더 큰 필름 두께 및 균일한 밀도를 갖는 필름 스택을 형성함 ―; 및
어닐링 프로세스에서 상기 필름 스택을 어닐링하는 단계를 포함하는,
층을 형성하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 방법은 연속적인 진공 하에서 수행되는,
층을 형성하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 플라즈마는 산소 함유 플라즈마, 질소 함유 플라즈마, 또는 탄소 함유 플라즈마인,
층을 형성하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 패터닝된 기판을 상기 자외선 광에 노출시키는 동안, 상기 패터닝된 기판은 섭씨 100도 아래에서 유지되는 페데스탈 상에 배치되는,
층을 형성하는 방법. - 삭제
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| E601 | Decision to refuse application | ||
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| GRNT | Written decision to grant |