KR20120043073A - 비-탄소 유동성 ｃｖｄ 프로세스들을 사용하는 실리콘 산화물의 형성 - Google Patents

비-탄소 유동성 ｃｖｄ 프로세스들을 사용하는 실리콘 산화물의 형성 Download PDF

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KR20120043073A
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징메이 리앙
니틴 케이. 잉글
샹카르 벤카타라만
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

실리콘 산화물 층을 형성하는 방법이 설명된다. 방법은, 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서를 라디칼 프리커서와 혼합하는 단계, 및 기판 상에 실리콘-및-질소 함유 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 그 후, 실리콘-및-질소 함유 층이 실리콘 산화물 층으로 전환된다.

Description

비-탄소 유동성 ＣＶＤ 프로세스들을 사용하는 실리콘 산화물의 형성{FORMATION OF SILICON OXIDE USING NON-CARBON FLOWABLE CVD PROCESSES}
본 출원은, 2010년 7월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "FORMATION OF SILICON OXIDE USING NON-CARBON FLOWABLE CVD PROCESSES"인 미국 특허 출원 제 12/840,768 호, 및 2009년 8월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "FORMATION OF SILICON OXIDE USING NON-CARBON FLOWABLE CVD PROCESSES"인 미국 가특허 출원 제 61/231,729 호의 이익을 주장하며, 위 출원들은 모든 목적들에 대해 여기에 참조로써 통합된다.
반도체 디바이스 기하 형상들은 수십년 전의 이들의 도입 이래로 극적으로 사이즈가 감소되어 왔다. 현대의 반도체 제조 장비는 일상적으로, 45 nm, 32 nm, 및 28 nm의 피쳐 사이즈들을 갖는 디바이스들을 생성하며, 한층 더 작은 기하 형상들을 갖는 디바이스들을 제조하기 위해 새로운 장비가 개발 및 구현되고 있다. 감소하는 피쳐 사이즈들은 디바이스 상에서 감소된 공간적인 치수들을 갖는 구조적인 피쳐들을 산출한다. 갭의 깊이 대 갭의 폭의 종횡비(aspect ratio)가 유전체 재료로 갭을 충진하는 것을 어렵게 하기에 충분히 높게 되는 포인트까지 디바이스 상의 갭들 및 트렌치들의 폭들이 좁아진다. 갭이 완전히 충진되기 전에, 증착 유전체 재료가 상부에서 막히기 쉬워서, 갭의 중간에서 보이드(void) 또는 심(seam)을 생성한다.
수년에 걸쳐, 유전체 재료가 갭의 상부를 막게 되는 것을 회피하거나, 또는 형성된 보이드 또는 심을 "메우기(heal)" 위해, 다수의 기술들이 개발되어 왔다. 하나의 접근법은 처음에, 스피닝(spinning) 기판 표면에 액상으로 적용될 수 있는 높은 유동성 프리커서 재료들이었다(예컨대, SOG 증착 기술들). 이들 유동성 프리커서들은, 보이드들 또는 미약한 심들을 형성하지 않으면서, 매우 작은 기판 갭들 내로 흐를 수 있고, 그 매우 작은 기판 갭들을 충진할 수 있다. 그러나, 이들 높은 유동성 재료들이 증착되면, 이들은 고체 유전체 재료로 경화되어야만 한다.
다수의 경우들에서, 경화 프로세스는, 실리콘 산화물과 같은 고체 유전체를 남기기 위해, 증착된 재료로부터 탄소 및 히드록실 그룹들을 제거하기 위한 가열 처리를 포함한다. 불행하게도, 떠나가는 탄소 및 히드록실 종들은 종종, 경화된 유전체 내에서 공극(pore)들을 남기며, 그 공극들은 최종 재료의 품질을 감소시킨다. 부가하여, 경화되는 유전체는 또한, 볼륨이 수축하려는 경향을 갖고, 이는, 유전체와 주위의 기판의 인터페이스에서 크랙(crack)들 및 공간들을 남길 수 있다. 몇몇 경우들에서, 경화된 유전체의 볼륨은 40 % 이상만큼 감소할 수 있다.
따라서, 기판 갭들 및 트렌치들에서 보이드들, 심들, 또는 양자 모두를 생성하지 않으면서, 구조화된 기판들 상에 유전체 재료들을 형성하기 위한 새로운 증착 프로세스들 및 재료들에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 공극들이 더 적고 볼륨의 감소가 더 낮게 유동성 유전체 재료들을 경화시키는 재료들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 이러한 및 다른 필요성들이 본 출원에서 해소된다.
종래의 SOG 기술들에 의해 생성되는 실리콘 산화물 층들보다 공극들이 더 적고 수축이 더 적게 유동성 재료들로부터 실리콘 산화물 층들을 형성하기 위한, 방법들, 재료들, 및 시스템들이 설명된다. 방법들은, 탄소-프리(free) 실리콘-및-질소 프리커서 및 라디칼 프리커서로부터 실리콘-및-질소 함유 막(예컨대, 실리콘-질소-수소(Si-N-H) 막)의 증착을 포함할 수 있다. 실리콘-및-질소 막이 탄소 없이 형성되기 때문에, 경화된 실리콘 산화물로의 막의 전환이 공극 형성이 더 적고 볼륨 수축이 더 적게 행해진다.
산소-함유 분위기(atmosphere)에서 실리콘-및-질소 막을 가열함으로써, 실리콘 산화물로의 실리콘-및-질소 막의 전환이 행해질 수 있다. 이 분위기에서의 산소-함유 가스들은, 다른 산소-함유 가스들 중에서도, 라디칼 원자 산소(O), 분자 산소(O2), 오존(O3), 및/또는 스팀(steam)(H20)을 포함할 수 있다. 가열 온도들, 시간들, 및 압력들은 실리콘-및-질소 막을 실리콘 산화물 막으로 산화시키기에 충분하다.
본 발명의 실시예들은, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법들을 포함한다. 방법들은, 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서를 라디칼 프리커서와 혼합하는 단계, 및 기판 상에 실리콘-및-질소 함유 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 그 후, 후속하는 경화 및/또는 어닐링 단계들을 통해, 실리콘-및-질소 함유 층이 실리콘 산화물 층으로 전환된다.
본 발명의 실시예들은, 볼륨 수축이 감소된 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법들을 더 포함할 수 있다. 방법들은, 적어도 하나의 갭을 포함하는 기판을 제공하는 단계, 및 기판 상에 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층을 실리콘 산화물 층으로 전환하기 위해, 산소-함유 분위기에서 기판이 가열될 수 있다. 실리콘 산화물 층은, 갭 내에 증착된 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층의 약 85 % 이상의 볼륨을 보유할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 실리콘 산화물 층을 형성하는 플라즈마 화학 기상 증착 방법들을 여전히 더 포함한다. 방법들은, 기판을 포함하는 반응 챔버에 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서 및 라디칼 프리커서를 도입하는 단계들을 포함할 수 있다. 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서 및 라디칼 프리커서를 포함하는 혼합물로부터 플라즈마가 형성될 수 있다. 플라즈마로부터 기판 상에 실리콘-및-질소 함유 층이 증착될 수 있고, 실리콘-및-질소 함유 층이 실리콘 산화물 층으로 전환될 수 있다.
부가적인 실시예들 및 특징들은 뒤따르는 설명에서 일부가 제시되고, 일부는 본 명세서의 검토 시에 당업자에게 명백하게 되거나 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 특징들 및 이점들은 본 명세서에서 설명된 수단들, 조합들, 및 방법들에 의해 실현 및 달성될 수 있다.
본 발명의 성질 및 이점들의 추가의 이해는, 유사한 컴포넌트들을 지칭하기 위해 여러 도면들 전반에 걸쳐 유사한 참조 번호들이 사용된 도면들 및 명세서의 나머지 부분들을 참조함으로써 실현될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 서브라벨(sublabel)이 참조 번호와 연관되고, 다수의 유사한 컴포넌트들 중 하나를 표시하기 위해 하이픈에 뒤따른다. 기존의 서브라벨에 대한 설명 없이 참조 번호를 참조하는 경우에, 모든 그러한 다수의 유사한 컴포넌트들을 지칭하도록 의도된다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 실리콘 산화물 막을 제조하기 위한 선택된 단계들을 예시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 기판 갭 내에 실리콘 산화물 막을 형성하기 위한 선택된 단계들을 예시하는 다른 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 실리콘 산화물 막을 제조하는 플라즈마 화학 기상 증착 방법에서의 선택된 단계들을 예시하는 다른 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버의 샤워헤드를 도시한다.
유동성 실리콘-및-질소 함유 층으로부터의 공극률 및 수축이 감소된 실리콘 산화물 층의 형성이 설명된다. 탄소 함유 성분(moiety)들이 결핍된 프리커서들로부터 실질적으로 탄소가 없게 유동성 실리콘-및-질소 함유 층이 형성될 수 있다. 실질적인 탄소 프리 실리콘-및-질소 함유 층이 실리콘 산화물 층으로 전환되는 경우에, 층 내의 탄소의 부재는, 처음의 실리콘-및-질소 함유 층과 비교하여 산화물 층의 더 적은 공극 형성 및 수축을 산출한다. 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법들 및 시스템들에 관한 부가적인 세부사항들이 이제 설명될 것이다.
예시적인 실리콘 산화물 형성 프로세스
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 실리콘 산화물 막들을 제조하는 방법들(100)에서의 선택된 단계들을 도시하는 흐름도이다. 방법(100)은 반응 챔버에 탄소-프리 실리콘 프리커서를 제공하는 단계(102)를 포함한다. 탄소-프리 실리콘 프리커서는 예컨대, 실리콘 프리커서들의 다른 종류들 중에서도, 실리콘-및-질소 프리커서, 실리콘-및-수소 프리커서, 또는 실리콘-질소-및 수소 함유 프리커서일 수 있다. 이들 프리커서들의 특정 예들은, 다른 실릴(silyl)-아민들 중에서도, H2N(SiH3), HN(SiH3)2, 및 N(SiH3)3과 같은 실릴-아민들을 포함할 수 있다. 캐리어 가스들, 반응성 가스들, 또는 이들 양자 모두로서 작용할 수 있는 부가적인 가스들과 이들 실릴-아민들이 혼합될 수 있다. 부가적인 가스들의 예들은, 다른 가스들 중에서도, H2, N2, NH3, He, 및 Ar을 포함할 수 있다. 탄소-프리 실리콘 프리커서들의 예들은 또한, 실란(SiH4)을 단일로 포함할 수 있거나, 또는 다른 실리콘-함유 가스들(예컨대, N(SiH3)3), 수소-함유 가스들(예컨대, H2) 및/또는 질소-함유 가스들(예컨대, N2, NH3)과 혼합된 실란(SiH4)을 포함할 수 있다. 탄소-프리 실리콘 프리커서들은 또한, 디실란, 트리실란, 고차(higher-order) 실란들, 및 염소화(chlorinated) 실란들을, 단일로, 또는 서로 조합하여, 또는 이전에 언급된 탄소-프리 실리콘 프리커서들과 조합하여 포함할 수 있다.
실리콘-프리커서는 탄소-프리에 부가하여 산소-프리일 수 있다. 산소의 결핍은 프리커서들로부터 형성된 실리콘-및-질소 층에서 더 낮은 농도의 실라놀(silanol)(Si-OH) 그룹들을 산출한다. 증착된 막 내의 과도한 실라놀 성분들은, 증착된 층으로부터 히드록실(-OH) 성분들을 제거하는 사후(post) 증착 단계들 동안에 공극률 및 수축을 증가시킬 수 있다.
또한, 반응 챔버에 라디칼-질소 프리커서가 제공된다(104). 라디칼-질소 프리커서는, 더 안정된 질소 프리커서로부터 반응 챔버 외부에서 생성되었던 질소-라디칼 함유 종들이다. 예컨대, 라디칼-질소 프리커서를 형성하기 위해, 반응 챔버 외부에서의 플라즈마 유닛에서 NH3 및/또는 히드라진(N2H4)과 같은 비교적 안정된 질소 프리커서가 활성화될 수 있으며, 그 후, 반응 챔버 내로 그 라디칼-질소 프리커서가 전달된다. 상이한 실시예들에서, 안정된 질소 프리커서는 또한, NH3 & N2, NH3 & H2, NH3 & N2 & H2, 및 N2 & H2를 포함하는 혼합물일 수 있다. 또한, N2 및 H2를 갖는 혼합물들에서 NH3 대신에 또는 NH3와 조합하여 히드라진이 사용될 수 있다. 생성된 라디칼-질소 프리커서는 ?N, ?NH, ?NH2 등 중 하나 이상일 수 있고, 또한, 플라즈마에서 형성된 이온화된 종들이 수반될 수 있다.
일반적으로 말하자면, 질소를 포함하지 않는 라디칼 프리커서가 또한, 실리콘-및-질소-함유 층이 형성되게 허용할 것이다. 라디칼 프리커서가 전술한 프리커서들에 의해 원격 플라즈마 구역에 공급된 질소를 포함하는 경우에, 라디칼 프리커서는 라디칼-질소 프리커서일 수 있다. 증착 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼) 상에 실리콘-및-질소 층을 증착하기 위해 프리커서들이 혼합 및 반응하는 증착 구역으로부터 파티셔닝(partition)된 반응 챔버의 섹션에서, 라디칼 프리커서가 생성된다. 라디칼 프리커서가 라디칼-질소 프리커서인 실시예에서, 안정된 질소 프리커서가 원격 플라즈마 구역 내로 흘려 보내지고, 플라즈마에 의해 여기된다. 또한, 안정된 질소 프리커서(및 라디칼-질소 프리커서)에 수소(H2), 질소(N2), 아르곤, 헬륨 등과 같은 캐리어 가스가 수반될 수 있다. 개시된 실시예들에서, (부가적인 불활성 캐리어 가스들을 갖거나 또는 갖지 않는) 본질적으로 질소(N2)로 구성된 입력 가스로부터 형성된 라디칼-질소 프리커서가 또한 유익한 막들을 생성하는 것으로 판명되었다. 실리콘-함유 프리커서가 질소를 포함하는 실시예들에서, 라디칼-질소 프리커서는 또한, 본질적으로 수소(H2)(및 선택적으로 불활성 캐리어 가스들)로 구성된 입력 가스로부터 형성된 라디칼 프리커서로 대체될 수 있다.
반응 챔버에서, 증착 기판 상에 실리콘-및-질소 함유 막을 증착하기 위해(106), 탄소-프리 실리콘 프리커서 및 라디칼-질소 프리커서가 혼합 및 반응한다. 실시예들에서, 증착된 실리콘-및-질소-함유 막은 몇몇 레시피 조합들에 따라 컨포멀하게(conformally) 증착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 증착된 실리콘-및-질소 함유 막은, 종래의 실리콘 질화물(Si3N4) 막 증착 기술들과 다르게, 유동성 특성들을 갖는다. 형성의 유동성 성질은, 막으로 하여금 기판의 증착 표면 상의 좁은 갭들, 트렌치들, 및 다른 구조물들 내로 흐르게 허용한다.
유동성은, 탄소-프리 실리콘 프리커서와 라디칼-질소 프리커서들을 혼합하는 것에서 기인하는 다양한 속성(property)들로 인한 것일 수 있다. 이들 속성들은 증착된 막에서 상당한 수소 컴포넌트를 포함할 수 있고, 그리고/또는 단쇄(short chained) 폴리실라잔 폴리머들의 존재를 포함할 수 있다. 막의 형성 동안에 그리고 후에, 더 밀도가 높은 유전체 재료를 형성하기 위해, 이들 단쇄들이 성장 및 네트워킹(network)한다. 예컨대, 증착된 막은 실라잔-형, Si-NH-Si 백본(backbone)(즉, Si-N-H 막)을 가질 수 있다. 실리콘 프리커서 및 라디칼-질소 프리커서 양자 모두가 탄소-프리인 경우에, 증착된 실리콘-및-질소 함유 막이 또한 실질적으로 탄소-프리이다. 당연히, "탄소-프리"는 반드시, 막에 극소량의 탄소조차도 결핍된 것을 의미하는 것은 아니다. 증착된 실리콘-및-질소 프리커서 상태가 되는 프리커서 재료들에서 탄소 오염물들이 존재할 수 있다. 그러나, 이들 탄소 불순물들의 양은 탄소 성분을 갖는 실리콘 프리커서(예컨대, TEOS, TMDSO 등)에서 발견되는 것보다 훨씬 더 적다.
실리콘-및-질소 함유 층의 증착에 이어서, 산소-함유 분위기에 증착 기판이 도입될 수 있다(108). 산소-함유 분위기가 도입되는 경우에 반응 챔버에서 증착 기판이 유지될 수 있거나, 또는 산소-함유 분위기가 도입되는 다른 챔버로 기판이 이송될 수 있다. 산소-함유 분위기는, 다른 산소-함유 가스들 중에서도, 분자 산소(O2), 오존(O3), 수증기(H2O), 및 질소-산화물들(NO, NO2 등)과 같은 하나 이상의 산소 함유 가스들을 포함할 수 있다. 산소-함유 분위기는 또한, 원거리에서 생성될 수 있고 기판 챔버 내로 전달될 수 있는, 라디칼 산소 및 히드록실 종들, 예컨대 원자 산소(O), 수산화물들(OH) 등을 포함할 수 있다. 산소-함유 종들의 이온들이 또한 존재할 수 있다.
실리콘-및-질소 함유 막을 실리콘 산화물(SiO2) 막으로 전환하기 위해(110), 산소-함유 분위기가 산소를 제공한다. 이전에 주의된 바와 같이, 실리콘-및-질소 함유 막 내의 탄소의 결핍은 최종 실리콘 산화물 막에 형성된 상당히 더 적은 공극들을 산출한다. 또한, 탄소의 결핍은 실리콘 산화물로의 전환 동안에 막의 더 적은 볼륨 감소(즉, 수축)를 산출한다. 예컨대, 탄소 함유 실리콘 프리커서들로부터 형성된 실리콘-질소-탄소 층이 실리콘 산화물로 전환될 때 40 부피% 이상만큼 수축될 수 있는 경우에, 실질적인 탄소-프리 실리콘-및-질소 막들은 약 15 부피% 이하만큼 수축될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른, 기판 갭 내에 실리콘 산화물 막을 형성하기 위한 방법들(200)에서의 선택된 단계들을 예시하는 다른 흐름도가 도시된다. 방법(200)은 갭을 포함하는 기판을 제공하는 것(202)을 포함할 수 있다. 기판은 기판 상에 형성된 디바이스 컴포넌트들(예컨대, 트랜지스터들)의 간격 및 구조를 위한 복수의 갭들을 가질 수 있다. 갭들은 1:1보다 상당히 더 큰(예컨대, 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상 등) 높이 대 폭(즉, H/W)의 종횡비(AR)를 정의하는, 높이 및 폭을 가질 수 있다. 다수의 경우들에서, 높은 AR은 약 90 nm 내지 약 22 nm 또는 그 이하의 범위(예컨대, 약 90 nm, 65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm 등)의 작은 갭 폭들로 인한 것이다.
기판 상에 유동성 실리콘-및-질소 함유 층이 증착될 수 있다(204). 층이 유동성이기 때문에, 층은 충진 재료의 중심 주위에서 보이드들 또는 미약한 심들을 생성하지 않으면서, 높은 종횡비들을 갖는 갭들을 충진할 수 있다. 예컨대, 유동성 재료를 증착하는 것은, 갭이 완전히 충진되기 전에 갭의 상부를 조기에 막아 갭의 중앙에서 보이드를 남길 가능성이 더 적다.
그 후, 산소-함유 분위기에서, 증착된 실리콘-및-질소 함유 층이 가열될 수 있다. 가열 온도는 실온으로부터 약 1100 ℃(예컨대, 상이한 실시예들에서, 200 ℃, 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃, 900 ℃, 또는 1000 ℃ 중 하나를 초과하는 온도)까지의 범위일 수 있다. 산소-함유 분위기는 원자 산소(O), 분자 산소(O2), 오존(O3), 및 이들의 혼합물들의 형태의 실질적으로 순수한 산소를 포함할 수 있다. 분위기는 또한, 산소 및 스팀(H2O)의 혼합물을 함유할 수 있다. 예컨대, 오존(O3) 및 스팀(H2O)을 함유하는 분위기에서, 증착된 실리콘-및-질소 층이 가열될 수 있다.
실시예들은 상이한 온도들 및 분위기들을 갖는 다수의 가열 스테이지들을 포함할 수 있다. 예컨대, 스팀(H2O)을 포함하는 분위기에서 더 낮은 제 1 온도로 제 1 가열 스테이지가 수행될 수 있는 한편, 실질적으로 수증기가 결핍된 건조 산소-함유 분위기에서 더 높은 제 2 온도로 제 2 가열 스테이지가 수행될 수 있다. 비-산소 함유 분위기(예컨대, 건조 N2, He, Ar 등)에서 제 3 가열 스테이지가 또한 실시될 수 있다.
산소-함유 분위기에서, 증착된 실리콘-및-질소 함유 층을 가열하는 것은, 기판 갭을 포함하는 기판 상에 실리콘 산화물 층을 형성한다(208). 위에서 주의된 바와 같이, 실리콘 산화물 층은, 가열 처리 단계 전에 층 내에 존재하는 상당한 양들의 탄소를 갖는 탄소-함유 프리커서들을 이용하여 형성된 유사한 층들보다 더 적은 공극들 및 더 적은 볼륨 감소를 갖는다. 다수의 경우들에서, 볼륨 감소는, 수축된 실리콘 산화물의 결과로서 갭 내에 형성된 공간들을 충진하거나, 메우거나, 또는 그렇지 않으면 제거하기 위한 사후 가열 처리 단계들을 회피하기에 충분히 적다(예컨대, 약 15 부피% 이하).
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 실리콘 산화물 막을 제조하는 플라즈마 화학 기상 증착 방법들(300)에서의 선택된 단계들을 예시하는 다른 흐름도이다. 방법(300)은, 플라즈마 화학 기상 증착 챔버 내로 탄소-프리 실리콘 프리커서 및 라디칼-질소 프리커서를 도입하는 단계(302)를 포함할 수 있다. 플라즈마 CVD 증착 챔버 외부에서, 예컨대 CVD 증착 챔버에 외부적으로 커플링된 원격 플라즈마 시스템을 통과하는 안정된 질소-함유 가스(예컨대, 암모니아, 분자 질소(N2), N2와 H2의 혼합물 등)로부터 라디칼-질소 프리커서가 생성될 수 있다.
플라즈마 CVD 챔버 내에서 실리콘 프리커서 및 라디칼-질소 프리커서로부터 플라즈마가 형성될 수 있다(304). 챔버 내에 또한 위치된 기판이 플라즈마에 노출될 수 있으며, 플라즈마는 기판 상에 실리콘-및-질소 함유 층을 증착시킨다(306). 증착된 층은, 층으로 하여금 실리콘 산화물 막의 종래의 PECVD 증착보다 보이드들 및 미약한 심들이 더 적게 기판의 갭들 및 다른 구조화된 엘리먼트들을 충진하게 허가하는 Si-NH-Si 백본을 갖는 유동성 실라잔형 재료를 포함할 수 있다.
실리콘-및-질소 함유 막의 증착에 이어서, 증착된 실리콘-및-질소 층을 실리콘 산화물 층으로 전환하기 위해, 플라즈마 CVD 챔버 내로 산소-함유 가스들이 도입될 수 있다. 산소-함유 가스들은, 다른 가스들 중에서도, 분자 산소, 오존, 및 수증기를 포함할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 산소-함유 가스들을 포함하는 혼합물로부터 플라즈마가 스트라이킹(strike)될 수 있는 한편, 다른 경우들에서, 가스들로부터 플라즈마가 형성되지 않는다.
CVD 챔버에 진입하는 산소-함유 가스는 챔버에 진입하기 전에 활성화(예컨대, 라디칼화(radicalize), 이온화 등)되었던 하나 이상의 화합물들을 포함할 수 있다. 예컨대, 산소-함유 가스는, 원격 플라즈마 소스를 통해 더 안정된 프리커서 화합물들에 노출시킴으로써 활성화된, 라디칼 산소 종들, 라디칼 히드록실 종들 등을 포함할 수 있다. 더 안정된 프리커서들은, 히드록실(OH) 라디칼들 및 이온들을 생성하는 수증기 및 과산화 수소(H2O2), 및 원자 산소(O) 라디칼들 및 이온들을 생성하는 분자 산소 및/또는 오존을 포함할 수 있다.
예시적인 실리콘 산화물 증착 시스템
본 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 증착 챔버들은, 챔버들의 다른 타입들 중에서도, 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 챔버들, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 챔버들, 대기-이하(sub-atmospheric) 화학 기상 증착(SACVD) 챔버들, 및 열적 화학 기상 증착 챔버들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 CVD 시스템들의 특정 예들은, 캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티리얼즈 사로부터 입수 가능한, CENTURA ULTIMA？ HDP-CVD 챔버들/시스템들 및 PRODUCER？ PECVD 챔버들/시스템들을 포함한다.
본 발명의 예시적인 방법들과 함께 사용될 수 있는 기판 프로세싱 챔버들의 예들은, 2006년 5월 30일자로 출원되고 발명의 명칭이 "PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL"인, Lubomirsky 등에 의한 공동 양도된 미국 가특허 출원 제 60/803,499 호에서 제시되고 설명된 것들을 포함할 수 있으며, 그 미국 가특허 출원의 전체 내용은 모든 목적들에 대해 여기서 참조로써 통합된다. 부가적인 예시적인 시스템들은, 미국 특허 제 6,387,207 호 및 제 6,830,624 호에서 제시되고 설명된 것들을 포함할 수 있으며, 그 미국 특허들이 또한 모든 목적들에 대해 여기서 참조로써 통합된다.
증착 시스템들의 실시예들은 집적 회로 칩들을 생성하기 위한 더 큰 제조 시스템들에 통합될 수 있다. 도 4는 개시된 실시예들에 따른 증착, 베이킹(bake), 및 경화 챔버들의 일 그러한 시스템(400)을 도시한다. 도면에서, FOUP들(front opening unified pods)(402)의 쌍은, 로봇 암들(404)에 의해 수용되고, 웨이퍼 프로세싱 챔버들(408a-f) 중 하나 내로 배치되기 전에, 저압 홀딩 영역(406) 내로 배치되는 기판들(예컨대, 300 mm 직경의 웨이퍼들)을 공급한다. 홀딩 영역(406)으로부터 프로세싱 챔버들(408a-f)로 기판 웨이퍼들을 전달하고, 역으로 전달하기 위해, 제 2 로봇 암(410)이 사용될 수 있다.
프로세싱 챔버들(408a-f)은, 기판 웨이퍼 상에 유동성 유전체 막을 증착, 어닐링, 경화, 및/또는 식각하기 위한 하나 이상의 시스템 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 구성에서, 기판 상에 유동성 유전체 재료를 증착하기 위해 프로세싱 챔버의 2개의 쌍들(예컨대, 408c-d 및 408e-f)이 사용될 수 있으며, 증착된 유전체를 어닐링하기 위해 프로세싱 챔버들의 제 3의 쌍(예컨대, 408a-b)이 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 프로세싱 챔버들의 동일한 2개의 쌍들(예컨대, 408c-d 및 408e-f)은 기판 상에 유동성 유전체 막을 증착 및 어닐링 양자 모두를 행하도록 구성될 수 있는 한편, 증착된 막의 UV 또는 E-빔 경화를 위해 챔버들의 제 3의 쌍(예컨대, 408a-b)이 사용될 수 있다. 또 다른 구성에서, 챔버들의 모든 3개의 쌍들(예컨대, 408a-f)이 기판 상에 유동성 유전체 막을 증착 및 경화시키도록 구성될 수 있다. 또 다른 구성에서, 유동성 유전체의 증착 및 UV 또는 E-빔 경화 양자 모두를 위해 프로세싱 챔버들의 2개의 쌍들(예컨대, 408c-d 및 408e-f)이 사용될 수 있는 한편, 유전체 막을 어닐링하기 위해 프로세싱 챔버들의 제 3의 쌍(예컨대, 408a-b)이 사용될 수 있다. 상이한 실시예들에서 제시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들) 상에서, 설명된 프로세스들 중 임의의 하나 이상이 수행될 수 있다.
부가하여, 프로세스 챔버들(408a-f) 중 하나 이상이 습식 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이들 프로세스 챔버들은 수분(moisture)을 포함하는 분위기에서 유동성 유전체 막을 가열하는 것을 포함한다. 따라서, 증착된 유전체 막에 대한 습식 및 건식 어닐들 양자 모두를 수행하기 위해, 시스템(400)의 실시예들은 습식 처리 챔버들(408a-b) 및 어닐 프로세싱 챔버들(408c-d)을 포함할 수 있다.
도 5a는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(500)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(510)은 가스를 프로세싱할 수 있으며, 그 후, 그 가스는 가스 유입구 어셈블리(511)를 통해 이동한다. 가스 유입구 어셈블리(511) 내에서, 2개의 별개의 가스 공급 채널들이 보인다. 제 1 채널(512)이 원격 플라즈마 시스템 RPS(510)을 통과하는 가스를 운반하는 한편, 제 2 채널(513)은 RPS(500)를 우회한다(bypass). 개시된 실시예들에서, 프로세스 가스에 대해 제 1 채널(512)이 사용될 수 있고, 처리 가스에 대해 제 2 채널(513)이 사용될 수 있다. 사이에 절연 링(524)이 있는 리드(또는 전도성 상부 부분)(521) 및 천공된 파티션(553)이 도시되며, 절연 링(524)은, 천공된 파티션(553)에 대한 리드(521)에 AC 전위가 인가되게 허용한다. 프로세스 가스는 제 1 채널(512)을 통해 챔버 플라즈마 구역(520) 내로 이동하고, 챔버 플라즈마 구역(520) 단일에서 또는 RPS(510)와 조합하여 플라즈마에 의해 여기될 수 있다. 여기서, 챔버 플라즈마 구역(520) 및/또는 RPS(510)의 조합은 원격 플라즈마 시스템이라고 지칭될 수 있다. 천공된 파티션(또한 샤워헤드라고 지칭됨)(553)은 샤워헤드(553) 아래의 기판 프로세싱 구역(570)으로부터 챔버 플라즈마 구역(520)을 분리시킨다. 샤워헤드(553)는, 여기된 종들로 하여금 챔버 플라즈마 구역(520)으로부터 기판 프로세싱 구역(570) 내로 이동하게 여전히 허용하면서, 챔버 플라즈마 구역(520) 내에 존재하는 플라즈마로 하여금 기판 프로세싱 구역(570) 내의 가스들을 직접적으로 여기시키는 것을 회피하게 허용한다.
샤워헤드(553)는, 챔버 플라즈마 구역(520)과 기판 프로세싱 구역(570) 사이에 위치되고, 챔버 플라즈마 구역(520) 내에서 생성된 플라즈마 유출물(effluent)들(프리커서들 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)로 하여금 플레이트의 두께를 횡단하는 복수의 스루 홀들(556)을 통과하게 허용한다. 샤워헤드(553)는 또한, (실리콘-함유 프리커서와 같은) 증기 또는 가스의 형태의 프리커서로 충진될 수 있고, 작은 홀들(555)을 거쳐 기판 프로세싱 구역(570) 내로 통해 있지만 직접 챔버 플라즈마 구역(520) 내로 통해 있지 않은 하나 이상의 홀로우(hollow) 볼륨들(551)을 갖는다. 이 개시된 실시예에서, 샤워헤드(553)는 스루-홀들(556)의 가장 작은 직경(550)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 구역(520)으로부터 기판 프로세싱 구역(570)으로 침투하는 여기된 종들의 상당한 농도를 유지하기 위해, 샤워헤드(553) 도중에 스루-홀들(556)의 더 큰 직경 부분들을 형성함으로써, 스루-홀들의 가장 작은 직경(550)의 길이(526)가 제한될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 스루-홀들(556)의 가장 작은 직경(550)의 길이는 스루-홀들(556)의 가장 작은 직경과 동일한 정도의 크기 또는 그 이하일 수 있다.
도시된 실시예에서, 샤워헤드(553)는, 챔버 플라즈마 구역(520) 내의 플라즈마에 의한 여기 시에, 산소, 수소, 및/또는 질소를 함유하는 프로세스 가스들, 및/또는 그러한 프로세스 가스들의 플라즈마 유출물들을 (스루 홀들(556)을 통해) 분배할 수 있다. 실시예들에서, 제 1 채널(512)을 통해 RPS(510) 및/또는 챔버 플라즈마 구역(520) 내로 도입된 프로세스 가스는, 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, N2H4를 포함하는 NxHy, 실란, 디실란, TSA, 및 DSA 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 프로세스 가스는 또한, 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등과 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 제 2 채널(513)은 또한, 프로세스 가스 및/또는 캐리어 가스, 및/또는 성장하는 또는 증착-직후(as-deposited) 막으로부터 원하지 않는 컴포넌트를 제거하기 위해 사용되는 막-경화 가스를 전달할 수 있다. 플라즈마 유출물들은, 프로세스 가스의 이온화된 또는 중성 유도체들을 포함할 수 있고, 또한, 여기서, 도입된 프로세스 가스의 원자 구성 요소들을 지칭하는, 라디칼-산소 프리커서 및/또는 라디칼-질소 프리커서라고 지칭될 수 있다.
실시예들에서, 스루-홀들(556)의 수는 약 60개 내지 약 2000개일 수 있다. 스루-홀들(556)은 다양한 형상들을 가질 수 있지만 원형으로 대부분 쉽게 이루어진다. 개시된 실시예들에서, 스루-홀들(556)의 가장 작은 직경(550)은 약 0.5 mm 내지 약 20 mm 또는 약 1 mm 내지 약 6 mm일 수 있다. 또한, 스루-홀들의 단면 형상을 선택하는 것에 있어서 자유로우며, 스루-홀들의 단면 형상은 원뿔형, 실린더형, 또는 2개의 형상들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상이한 실시예들에서, 기판 프로세싱 구역(570) 내로 가스를 도입하기 위해 사용되는 작은 홀들(555)의 수는 약 100개 내지 약 5000개 또는 약 500개 내지 약 2000개일 수 있다. 작은 홀들(555)의 직경은 약 0.1 mm 내지 약 2 mm일 수 있다.
도 5b는 개시된 실시예들에 따른, 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(553)의 저부도이다. 샤워헤드(553)는 도 5a에서 도시된 샤워헤드에 대응한다. 샤워헤드(553)의 저부 상에서 더 큰 내경(inner-diameter; ID)을 갖고 상부에서 더 작은 ID를 갖는 스루-홀들(556)이 도시된다. 스루-홀들(556) 사이에서도 샤워헤드의 표면에 실질적으로 균등하게 작은 홀들(555)이 분배되며, 이는, 여기서 개시된 다른 실시예들보다 더 균등한 혼합을 제공하는 것을 돕는다.
샤워헤드(553) 내의 스루-홀들(556)을 통해 도달한 플라즈마 유출물들이 홀로우 볼륨들(551)로부터 유래한 작은 홀들(555)을 통해 도달한 실리콘-함유 프리커서와 결합하는 경우에, 기판 프로세싱 구역(570) 내의 페디스털(미도시)에 의해 지지되는 기판 상에 예시적인 막이 생성된다. 기판 프로세싱 구역(570)이 경화와 같은 다른 프로세스들에 대해 플라즈마를 지원하도록 갖추어질 수 있지만, 예시적인 막의 성장 동안에 플라즈마가 존재하지 않는다.
샤워헤드(553) 위의 챔버 플라즈마 구역(520) 또는 샤워헤드(553) 아래의 기판 프로세싱 구역(570)에서, 플라즈마가 점화(ignite)될 수 있다. 질소-및-수소-함유 가스의 유입으로부터 라디칼-질소 프리커서를 생성하기 위해, 챔버 플라즈마 구역(520)에서 플라즈마가 존재한다. 증착 동안에 챔버 플라즈마 구역(520)에서 플라즈마를 점화하기 위해, 샤워헤드(553) 및 프로세싱 챔버의 전도성 상부 부분(521) 사이에, 전형적으로 무선 주파수(RF) 범위 내의 AC 전압이 인가된다. RF 전력 공급기는, 13.56 MHz의 높은 RF 주파수를 생성하지만, 또한, 다른 주파수들을 단일로 또는 13.56 MHz 주파수와 조합하여 생성할 수 있다.
기판 프로세싱 구역(570)에 접하는 내부 표면들을 세정하거나 또는 막을 경화시키기 위해, 기판 프로세싱 구역(570)에서 저부 플라즈마가 턴온되는 경우에, 상부 플라즈마는 낮은 전력으로 유지될 수 있거나 또는 전력을 갖지 않을 수 있다. 챔버의 페디스털(pedestal) 또는 저부와 샤워헤드(553) 사이에 AC 전압을 인가함으로써, 기판 프로세싱 구역(570)에서 플라즈마가 점화된다. 플라즈마가 존재하는 동안에, 기판 프로세싱 구역(570) 내로 세정 가스가 도입될 수 있다.
페디스털은 열 교환 채널을 가질 수 있으며, 기판의 온도를 제어하기 위해, 그 열 교환 채널을 통해 열 교환 유체가 흐른다. 이 구성은, 비교적 낮은 온도들(0 ℃ 내지 약 120 ℃)을 유지하기 위해, 기판 온도가 냉각되거나 또는 가열되게 허용한다. 열 교환 유체는 에틸렌 글리콜 및 물을 포함할 수 있다. 평행 동심원들의 형태로 2개의 완전한 턴(turn)들을 이루도록 구성된 임베딩된 단일-루프 임베딩된 히터 엘리먼트(embedded single-loop embedded heater element)를 사용하여, 비교적 높은 온도들(약 120 ℃ 내지 약 1100 ℃)을 달성하기 위해, 페디스털의 웨이퍼 지지 플래터(바람직하게는 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합)가 또한 저항성 가열될 수 있다. 히터 엘리먼트의 외측 부분은 지지 플래터의 주변에 인접하게 이어져 있을 수 있는 한편, 내측 부분은 더 작은 반경을 갖는 동심원의 경로 상에서 이어져 있다. 히터 엘리먼트에 대한 와이어링은 페디스털의 스템(stem)을 통과한다.
시스템 제어기에 의해 기판 프로세싱 시스템이 제어된다. 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 및 프로세서를 포함한다. 프로세서는 단일-보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들, 및 스테퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. CVD 시스템의 다양한 부분들은, 보드, 카드 케이지, 및 커넥터 치수들 및 타입들을 정의하는 VME(Versa Modular European) 표준에 따른다. VME 표준은 또한, 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 갖는 것으로서 버스 구조를 정의한다.
시스템 제어기는 CVD 머신의 모든 활동(activity)들을 제어한다. 시스템 제어기는 시스템 제어 소프트웨어를 실행하며, 시스템 제어 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이다. 바람직하게는, 매체는 하드 디스크 드라이브이지만, 매체는 또한 다른 종류들의 메모리일 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특정한 프로세스의, 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터 위치, 및 다른 파라미터들을 지시하는 명령들의 세트들을 포함한다. 예컨대 플로피 디스크 또는 다른 또 다른 적절한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 또한 시스템 제어기에 명령하기 위해 사용될 수 있다.
시스템 제어기에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 물건을 사용하여, 기판 상에 막 스택을 증착하기 위한 프로세스 또는 챔버를 세정하기 위한 프로세스가 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는, 임의의 종래의 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어: 예컨대, 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 등으로 기록될 수 있다. 적합한 프로그램 코드는, 종래의 텍스트 에디터를 사용하여 단일 파일 또는 다수의 파일들로 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 사용가능 매체에 저장되거나 또는 임베딩된다. 입력된 코드 텍스트가 고레벨 언어로 이루어진 경우에, 코드가 컴파일링되고, 그 후, 결과의 컴파일러 코드는 프리컴파일링된 Microsoft Windows？ 라이브러리 루틴들의 오브젝트 코드와 링크된다. 링크된 컴파일링된 오브젝트 코드를 실행하기 위해, 시스템 사용자는 오브젝트 코드를 인보크(invoke)하여, 컴퓨터 시스템이 메모리에서 코드를 로딩하게 한다. 그 후, 프로그램에서 식별된 태스크들을 수행하기 위해, CPU는 코드를 판독 및 실행한다.
사용자와 제어기 사이의 인터페이스는 평면 터치-감응 모니터를 통한다. 바람직한 실시예에서, 2개의 모니터들이 사용되는데, 오퍼레이터들을 위해 세정 룸 벽에 하나가 장착되고, 서비스 기술자들을 위해 벽 뒤에 다른 하나가 장착된다. 2개의 모니터들은 동일한 정보를 동시에 디스플레이할 수 있으며, 그 경우에, 한번에 하나의 모니터만이 입력을 수용한다. 특정한 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 오퍼레이터는 터치-감응 모니터의 지정된 영역을 터치한다. 터치된 영역이 그 터치된 영역의 하이라이트된 컬러를 변화시키거나, 또는 새로운 메뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 오퍼레이터와 터치-감응 모니터 사이의 통신을 확인한다. 사용자로 하여금 시스템 제어기와 통신하게 허용하기 위해, 터치-감응 모니터 대신에 또는 터치-감응 모니터에 부가하여, 키보드, 마우스, 또는 다른 포인팅 또는 통신 디바이스와 같은 다른 디바이스들이 사용될 수 있다.
챔버 플라즈마 구역 또는 RPS 내의 구역은 원격 플라즈마 구역이라고 지칭될 수 있다. 실시예들에서, 라디칼-질소 프리커서는 원격 플라즈마 구역에서 생성되고, 기판 프로세싱 구역 내로 이동하며, 기판 프로세싱 구역에서, 라디칼-질소 프리커서에 의해 탄소-프리 실리콘-함유 프리커서가 여기된다. 실시예들에서, 라디칼-질소 프리커서에 의해서만 탄소-프리 실리콘-함유 프리커서가 여기된다. 실시예들에서, 라디칼-질소 프리커서가 탄소-프리 실리콘-함유 프리커서에 지배적인(dominant) 여기를 제공하는 것을 보장하기 위해, 본질적으로, 원격 플라즈마 구역에만 플라즈마 전력이 인가될 수 있다.
챔버 플라즈마 구역을 채용하는 실시예들에서, 증착 구역으로부터 파티셔닝된, 기판 프로세싱 구역의 섹션에서, 여기된 플라즈마 유출물들이 생성된다. 여기서 기판 프로세싱 구역이라고 또한 알려져 있는 증착 구역은, 증착 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼) 상에 실리콘-및-질소 층을 증착하기 위해, 플라즈마 유출물들이 탄소-프리 실리콘-함유 프리커서와 혼합 및 반응하는 곳이다. 여기된 플라즈마 유출물들에는 불활성 가스들(예시적인 경우에서는 아르곤)이 또한 수반된다. 실시예들에서, 기판 플라즈마 구역에 진입하기 전에, 탄소-프리 실리콘-함유 프리커서가 플라즈마를 통과하지 않는다. 여기서, 기판 프로세싱 구역은 실리콘-및-질소-함유 층의 성장 동안에 "플라즈마-프리"로서 설명될 수 있다. "플라즈마-프리"는 반드시 플라즈마가 없는 구역을 의미하는 것은 아니다. 플라즈마 구역 내에서 생성된 이온화된 종들 및 프리 전자들이 파티션(샤워헤드) 내의 공극들(애퍼쳐(aperture)들)을 통해 이동하지만, 탄소-프리 실리콘-함유 프리커서가 플라즈마 구역에 인가된 플라즈마 전력에 의해 실질적으로 여기되지 않는다. 챔버 플라즈마 구역 내에서 플라즈마의 경계들은 한정하기 어렵고, 샤워헤드 내의 애퍼쳐들을 통해 기판 프로세싱 구역을 침범할 수 있다. 유도성-커플링된 플라즈마의 경우에서, 기판 프로세싱 구역 내에서 직접적으로 소량의 이온화가 실시될 수 있다. 또한, 형성하는 막의 바람직한 피쳐들을 제거하지 않으면서, 기판 프로세싱 구역에서 낮은 강도의 플라즈마가 생성될 수 있다. 여기된 플라즈마 유출물들의 생성 동안에 챔버 플라즈마 구역(또는 실제로는 원격 플라즈마 구역)보다 훨씬 더 낮은 강도의 이온 밀도를 갖는 플라즈마에 대한 모든 원인들은, 여기서 사용되는 "플라즈마-프리"의 범위로부터 벗어나지 않는다.
여기서 사용되는 바와 같이, "기판"은, 층들이 위에 형성되거나 또는 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 지지 기판은 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 절연체 또는 반도체일 수 있고, 예컨대, 집적 회로들의 제조에서 사용되는 타입의 반도체 기판일 수 있다. "실리콘 산화물"의 층은 실리콘-및-산소-함유 재료에 대한 약칭으로서 사용되고, 실리콘-및-산소-함유 재료와 교환 가능하게 사용된다. 따라서, 실리콘 산화물은 질소, 수소, 탄소 등과 같은 다른 원소 구성 요소들의 농도들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 실리콘 산화물은 본질적으로 실리콘 및 산소로 구성된다. "프리커서"라는 용어는, 기판으로부터 재료를 제거하거나 또는 기판 상에 재료를 증착하기 위한 반응에 어느 정도 참여하는 임의의 프로세스 가스를 지칭하기 위해 사용된다. "여기된 상태"에 있는 가스는, 가스 분자들의 적어도 일부가 진동-여기된, 해리된, 및/또는 이온화된 상태들에 있는 가스를 설명한다. 가스는 2개 이상의 가스들의 조합일 수 있다. "라디칼 프리커서"는, 표면으로부터 재료를 제거하거나 또는 표면 상에 재료를 증착하기 위한 반응에 참가하는 플라즈마 유출물들(플라즈마에 존재하는 여기된 상태에 있는 가스)을 설명하기 위해 사용된다. "라디칼-질소 프리커서"는 질소를 함유하는 라디칼 프리커서이다. "불활성 가스"라는 구는 막에 통합되는 경우에 화학적 본드들을 형성하지 않는 임의의 가스를 지칭한다. 예시적인 불활성 가스들은 노블(noble) 가스들을 포함하지만, (전형적으로) 막 내에 소량이 트랩되는 경우에 화학적 본드들이 형성되지 않는 한 다른 가스들을 포함할 수 있다.
"트렌치"라는 용어는, 식각된 기하 형상이 큰 수평 종횡비를 갖는다는 암시 없이 전반에 걸쳐 사용된다. 표면 위에서 보면, 트렌치들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들을 나타낼 수 있다. "비아"라는 용어는, 수직한 전기 접속부를 형성하기 위해, 금속으로 충진될 수 있거나 또는 충진되지 않을 수 있는 낮은 종횡비 트렌치를 지칭하기 위해 사용된다. 여기서 사용되는 바와 같이, 컴포멀(conformal) 층은 표면과 동일한 형상인, 표면 상의 재료의 일반적으로 균일한 층을 지칭하며, 즉, 층의 표면과 커버되는 표면이 일반적으로 평행하다. 당업자는, 증착된 재료가 거의 100% 컨포멀할 수 없고, 따라서 "일반적으로"라는 용어가 수용 가능한 허용 오차들을 허용하는 것을 인지할 것이다.
여러 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 변형들, 대안적인 구성들, 및 등가들이 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인지될 것이다. 부가적으로, 본 발명을 불필요하게 불명료히 하는 것을 회피하기 위해, 다수의 공지된 프로세스들 및 엘리먼트들이 설명되지 않았다. 따라서, 상기 설명이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로서 취해지지 않아야 한다.
값들의 범위가 제공되는 경우에, 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 중간 값은, 문맥이 명확히 다르게 지시하지 않는 한, 하한의 단위의 10분의 1까지 구체적으로 개시된다는 것이 또한 이해된다. 명시된 범위 내의 임의의 명시된 값 또는 중간 값과 그 명시된 범위 내의 임의의 다른 명시된 또는 중간 값 사이의 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 명시된 범위 내의 임의의 구체적으로 배제된 한계에 대해, 이들 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 독립적으로 범위 내에 포함될 수 있거나, 또는 배제될 수 있으며, 상한 및 하한 중 어느 하나가 더 작은 범위들 내에 포함되거나, 상한 및 하한 중 어느 하나도 더 작은 범위들 내에 포함되지 않거나, 또는 상한 및 하한 양자 모두가 더 작은 범위들 내에 포함되는, 각각의 범위가 또한 본 발명 내에 포함된다. 명시된 범위가 상한 및 하한 중 하나 또는 양자 모두를 포함하는 경우에, 이들 포함된 상한 및 하한 중 어느 하나 또는 양자 모두를 배제하는 범위들이 또한 포함된다.
여기서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", 및 "the"는, 문맥이 명확히 다르게 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상들을 포함한다. 따라서, 예컨대, "프로세스"에 대한 언급은 복수의 그러한 프로세스들을 포함하고, "프리커서"에 대한 언급은 하나 이상의 프리커서 및 당업자에게 알려져 있는 프리커서의 등가들 등에 대한 언급을 포함한다.
또한, "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "구비하다(include)", 및 "구비하는(includes)"이라는 단어들은, 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용되는 경우에, 명시된 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들이 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 단계들, 동작들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법으로서,
    탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서를 라디칼 프리커서와 혼합하는 단계;
    기판 상에 실리콘-및-질소 함유 층을 증착하는 단계; 및
    상기 실리콘-및-질소 함유 층을 상기 실리콘 산화물 층으로 전환하는 단계를 포함하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라디칼 프리커서는 라디칼-질소 프리커서인, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 라디칼 프리커서는 수소를 포함하지만 본질적으로 질소를 포함하지 않는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서는 실릴-아민(silyl-amine)을 포함하는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실릴-아민은 N(SiH3)3을 포함하는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 라디칼 프리커서는, 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 프리커서와 혼합되기 전에, 플라즈마를 사용하여, 질소-및-수소 함유 가스로부터 생성되는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 질소-및-수소 함유 가스는, 히드라진, 암모니아, N2, 및 H2로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스를 포함하는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘-및-질소 함유 층은, 산소-함유 분위기에 상기 실리콘-및-질소 함유 층을 노출시킴으로써, 상기 실리콘 산화물 층으로 전환되는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산소-함유 분위기는, 산소(O2), 오존(O3), 및 스팀(H2O)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스들을 포함하는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  10. 볼륨 수축이 감소된 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법으로서,
    적어도 하나의 갭을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층을 증착하는 단계; 및
    상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층을 상기 실리콘 산화물 층으로 전환하기 위해, 산소-함유 분위기에서 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하며,
    상기 실리콘 산화물 층은, 상기 갭 내에 증착된 상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층의 약 85 % 이상의 볼륨을 보유하는,
    실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층은, 라디칼 프리커서와 실리콘-및-질소 프리커서의 반응에 의해, 상기 기판 상에 증착되는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 실리콘-및-질소 프리커서는 N(SiH3)3을 포함하며, 상기 라디칼 프리커서는 플라즈마-활성화된 NH3으로부터 형성되는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄소-프리 실리콘-및-질소 함유 층은 Si-N-H 층을 포함하는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판 갭은 약 50 nm 이하의 폭을 갖는, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 갭 내의 상기 실리콘 산화물 층은 실질적으로 보이드-프리인, 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법.
KR1020127005951A 2009-08-06 2010-08-06 비-탄소 유동성 ｃｖｄ 프로세스들을 사용하는 실리콘 산화물의 형성 KR20120043073A (ko)

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