KR20120111738A - 융통성을 가진 질소／수소 비율을 이용하여 제조된 라디칼에 의한 유전체 필름의 성장 - Google Patents

융통성을 가진 질소／수소 비율을 이용하여 제조된 라디칼에 의한 유전체 필름의 성장 Download PDF

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KR20120111738A
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징메이 리앙
시아오린 첸
매튜 엘. 밀러
니틴 케이. 잉글
샨카르 벤카타라만
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

유전체 층의 형성 방법이 개시된다. 상기 방법은 실리콘 함유 전구체와 라디칼 질소 전구체를 혼합하는 단계; 및 유전체 층을 기판 상에 증착하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 라디칼 질소 전구체는 질소/수소 비율의 조절이 가능하도록 하기 위하여 수소(H2)와 질소(N2)를 플라즈마 속으로 유동시킴으로써 원격 플라즈마에서 형성된다. 처음에, 상기 유전체 층은 산소 함유 분위기에서 필름을 경화 및/또는 어닐링함으로써 실리콘 산소 함유층으로 변환될 수 있는 실리콘-및-질소 함유층이다.

Description

변동가능한 질소／수소 비율을 이용하여 제조된 라디칼에 의한 유전체 필름의 성장{DIELECTRIC FILM GROWTH WITH RADICALS PRODUCED USING FLEXIBLE NITROGEN／HYDROGEN RATIO}
본원은 "변동가능한 질소/수소 비율을 이용하여 제조된 라디칼에 의한 유전체 필름의 성장"이란 명칭으로 2010년 12월 16일자로 출원된 미국 특허 출원번호 제12/969,877호의 PCT 출원이며, "변동가능한 질소/수소 비율을 이용하여 제조된 라디칼에 의한 질화물 필름의 성장"이란 명칭으로 2009년 12월 30일자로 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/291,054호를 우선권 주장하고, 이는 모든 목적을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.
반도체 장치의 기하학적 구조는 수십년전 그들이 도입된 이래 그 크기가 현저히 감소되었다. 현대의 반도체 제조 설비는 45㎚, 32㎚ 및 28㎚의 배선폭(feature sizes)을 가진 장치들을 일상적으로 생산하며, 심지어 더 작은 기하학적 구조를 가진 장치를 제조하기 위해 새로운 설비가 개발 및 실행되고 있다. 이러한 배선폭의 감소는 공간 치수가 감소된 장치에 대해 구조적 특징(structural features)을 초래하게 된다. 상기 장치에서 갭과 트랜치의 폭들은 갭 깊이 대 그 폭의 종횡비가 유전체 재료로 당해 갭을 충진하기 어렵게 만들 정도로 커지는 수준까지 좁아졌다. 증착되는 유전체 재료는 갭이 완전히 충진되기 전에 상단에서 쉽게 막혀 갭의 중간에 공극(void)이나 시임(seam)을 형성하는 경향이 있다.
수년 간, 유전체 재료가 갭의 상단을 막지 않도록 하거나, 이미 형성된 공극이나 시임을 "치유(heal)"하기 위한 많은 기술들이 개발되었다. 회전하는 기판 표면에 대해 액상으로 도포될 수 있는 고 유동성의 전구체 재료를 이용한 하나의 접근법(예컨대, SOG 증착 기술)이 시작되었다. 이 유동성 전구체들은 공극 또는 약한 시임을 형성하지 않고 매우 작은 기판 갭들 속으로 흘러들어 충진할 수 있다. 그러나, 이러한 고 유동성의 재료들이 일단 증착되면, 이들은 고형 유전체 재료로 강화되어야 할 필요가 있다.
많은 경우에서, 강화 프로세스는 증착된 재료로부터 탄소와 수산기를 제거하기 위한 열처리를 포함하며, 실리콘 산화물과 같은 고형 유전체를 남기게 된다. 불행하게도, 상기 출발 탄소 및 수산기는 최종 재료의 품질을 저하시키는 기공(pores)을 강화된 유전체에 남긴다. 또한, 강화된 유전체는 체적이 수축하는 경향이 있고, 이는 유전체와 주변 기판의 인터페이스에 균열과 공간을 남길 수 있다. 일부 예에서, 강화된 유전체의 체적은 40% 또는 그 초과 만큼 감소할 수 있다.
따라서, 기판 갭 및 트랜치에 공극, 시임, 또는 이들 모두를 발생시키지 않고, 구조화된 기판 상에 유전체 재료를 형성하기 위한 새로운 증착 프로세스 및 재료에 대한 요구가 있다. 또한, 기공이 적고, 체적 감소가 적은 유동성 유전체 재료의 경화 방법 및 재료에 대한 요구가 있다. 여타 요구들이 본원에서 다루어진다.
유전체 층의 형성 방법이 개시된다. 상기 방법은 실리콘 함유 전구체와 라디칼 질소 전구체를 혼합하는 단계; 및 유전체 층을 기판 상에 증착하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 라디칼 질소 전구체는 질소/수소 비율의 조절이 가능하도록 하기 위하여 수소(H2)와 질소(N2)를 플라즈마 속으로 유동시킴으로써 원격 플라즈마에서 형성된다. 처음에, 상기 유전체 층은 산소 함유 분위기에서 필름을 경화 및/또는 어닐링함으로써 실리콘 산소 함유층으로 변환될 수 있는 실리콘-및-질소 함유층이다.
본 발명의 실시예는 기판 프로세싱 챔버의 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역에서 기판 상에 유전체 층을 형성하기 위한 방법을 포함한다. 상기 방법은 라디칼 질소 전구체를 생성하기 위해 질소-및-수소 함유 가스를 플라즈마 영역으로 유동시키는 단계를 포함한다. 상기 질소-및-수소 함유 가스는 플라즈마 영역으로의 질소:수소 원자 유동비를 선택함에 있어서 더 큰 변동성을 허용하는 수소(H2)와 질소(N2)를 포함한다. 상기 방법은 상기 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역에서 상기 라디칼 질소 전구체와 실리콘 함유 전구체를 결합하는 단계와 상기 기판 상에 상기 유전체 층을 증착하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 실시예와 특징들이 이하 상세한 설명에 일부 개시되어 있으며, 당업자들은 본 명세서를 검토함으로써 명료하게 이해할 수 있거나, 본 발명을 실시함으로써 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 특장점들은 본 명세서에 개시된 수단(instrumentalities), 조합 및 방법들에 의해 실현되거나 체득될 수 있을 것이다.
본 명세서의 나머지 부분들과 도면들을 참조하면, 본 발명의 본질과 장점을 더 이해할 수 있을 것이며, 수개의 도면에서 유사한 구성요소를 유사한 참조번호로 인용하였다. 몇몇 예에서, 다수의 유사한 구성요소중 하나를 표시하기 위해 유사한 참조번호와 연관된 서브라벨(sublabel)이 하이픈 다음에 이어진다. 기존 서브라벨에 대한 설명없이 참조번호를 인용하면, 이는 다중의 유사한 구성요소들을 모두 인용하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 산화물 필름을 제조하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 기판 갭에 실리콘 산화물 필름을 형성하기 위해 선택된 단계들을 나타낸 다른 흐름도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 프로세싱 시스템의 개략도이고,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 기판 프로세싱 챔버의 개략도이며,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 가스 프로세싱 챔버의 샤워헤드의 개략도이다.
유전체 층의 형성 방법이 개시된다. 상기 방법은 실리콘 함유 전구체와 라디칼 질소 전구체를 혼합하는 단계; 및 유전체 층을 기판 상에 증착하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 라디칼 질소 전구체는 질소/수소 비율의 조절이 가능하도록 하기 위하여 수소(H2)와 질소(N2)를 플라즈마 속으로 유동시킴으로써 원격 플라즈마에서 형성된다. 처음에, 상기 유전체 층은 산소 함유 분위기에서 필름을 경화 및/또는 어닐링함으로써 실리콘 산소 함유층으로 변환될 수 있는 실리콘-및-질소 함유층이다.
상기 라디칼 질소 전구체를 형성하기 위해 사용되는 질소의 농도를 증가시키면, 초기의 유동성은 저감되지만, 대체로 고품질(예컨대, 고밀도, 저수축율)의 필름을 제조하게 된다. 한편, 질소의 농도를 감소시키면, 증착시 초기의 유동성은 증가하나 필름의 품질이 훼손된다. 증착에 이어서, 상기 실리콘-및-질소 함유층은 실리콘 산화물로의 변환을 위하여 산소 함유 분위기에서 경화 및/또는 어닐링될 수 있다.
이하, 실리콘 산화물층을 형성하기 위한 시스템 및 방법에 대한 추가적인 세부사항에 대해 설명하기로 한다.
예시적 실리콘 산화물 형성 프로세스
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 산화물 필름의 제조 방법(100)에서 선택된 단계들을 나타낸 흐름도이다. 상기 방법(100)은 기판 프로세싱 영역에 탄소-프리 실리콘 함유 전구체를 제공하는 단계(102)를 포함한다. 상기 탄소-프리 실리콘 함유 전구체는, 다른 부류의 실리콘 함유 전구체들 중, 예컨대, 실리콘-및-질소 전구체, 실리콘-및-수소 전구체, 또는 실리콘-질소-및-수소 함유 전구체일 수 있다. 실리콘 전구체는 탄소-프리일 뿐만 아니라 산소-프리(oxygen-free)일 수 있다. 산소의 결핍은 상기 전구체들로부터 형성된 실리콘-및-질소층에서 실라놀(Si-OH)기의 농도를 낮추게 된다. 증착된 필름에서 과다한 실라놀 성분은 증착된 층으로부터 하이드록실(-OH) 부분(moieties)을 제거하는 증착후 단계에서 공극율과 수축율의 증대를 유발할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 실리콘 함유 전구체는 탄소-프리 실리콘 함유 전구체일 수 있으며, 또는 실리콘-및-질소 함유 전구체일 수 있다. 그러한 전구체들 중 특수한 예로서는, 다른 시릴-아민들 중 H2N(SiH3), HN(SiH3)2 및 N(SiH3)3와 같은 시릴-아민들이 포함될 수 있다. 탄소-프리 실리콘 함유 전구체들의 다른 예로서는 N(SiH2SiH3)3뿐만 아니라 더 긴 시릴 사슬이 포함된다. 실리콘 함유 전구체의 유량은 여러가지 실시예에서 약 200sccm 또는 그 이상, 약 300sccm 또는 그 이상, 또는 약 500sccm 또는 그 이상일 수 있다. 본 명세서에서 제시된 모든 유량은 이중 챔버 기판 프로세싱 시스템을 인용한다. 단일 웨이퍼 시스템은 이 유량들의 절반을 필요로 할 것이며, 다른 웨이퍼 크기는 프로세싱되는 영역에 비례한 유량을 필요로 할 것이다. 이 시릴-아민들은 캐리어 가스, 반응 가스 또는 이들 모두로서 작용할 수 있는 추가적인 가스들과 혼합될 수 있다. 추가적인 가스들의 예로서는, 다른 가스들 중, H2, N2, NH3, He 및 Ar이 포함될 수 있다. 또한, 탄소-프리 실리콘 함유 전구체의 예로서는 실란(SiH4) 단독, 또는 다른 실리콘 함유 가스(예컨대, N(SiH3)3), 수소 함유 가스(예컨대, H2), 및/또는 질소 함유 가스(예컨대, N2, NH3)와 혼합된 실란이 포함될 수도 있다. 또한, 탄소-프리 실리콘 함유 전구체는 디실란, 트리실란, 고차(higher-order)의 실란들, 및 염소화된 실란, 이들 단독 또는 서로 또는 전술한 탄소-프리 실리콘 함유 전구체들과의 결합을 포함할 수 있다. 탄소-프리 실리콘 함유 전구체는 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역에 진입하기 전에 플라즈마 영역(예컨대, 원격 플라즈마 영역)에서 여기되지 않는다. 대체로 말하면, 본 발명의 실시예에서, 약간의 탄소를 가진 실리콘 함유 전구체가 사용될 수 있다. 탄소의 존재는 유동성을 증대시킬 수 있지만, 완성된 필름의 수축률을 또한 악화시킨다. 일부 응용예들은 수축률로 인한 피해보다 유동성 때문에 더 유리할 수 있다. 실시예들에서, 실리콘 함유 전구체에 약간의 탄소가 존재할 수 있으며, 예시적 실리콘 함유 전구체는 N(SiH2CH3)3를 포함한다. 다양한 다른 탄소-질소-및-실리콘 함유 전구체가 적절할 수 있으며, 시릴 사슬 길이를 조절하고 실리콘 원자들 중 하나 또는 둘 이상을 탄소로 치환함으로써 얻어질 수 있다.
라디칼 질소 전구체를 형성하기 위해 플라즈마 영역에 질소(N2)와 수소(H2)가 전달된다(단계 (104)). 상기 라디칼 질소 전구체는 질소(N2)와 수소(H2)로부터 기판 프로세싱 영역의 외부의 플라즈마 영역에서 발생된 질소 라디칼 함유 전구체이다. 예컨대, H2와 N2를 함유한 안정된 질소 전구체 화합물이 프로세싱 챔버 외부의 원격 플라즈마 시스템(RPS) 또는 챔버 플라즈마 영역에서 활성화되어 라디칼 질소 전구체를 형성할 수 있으며, 그 후, 라디칼 질소 전구체는 기판 프로세싱 영역으로 운반된다(단계 (106)). 수소의 유량은 여러가지 실시예에서 약 500sccm 또는 그 이상, 약 1slm 또는 그 이상, 또는 약 1.5slm 또는 그 이상일 수 있는 반면, 질소(N2)의 유량은 여러가지 실시예에서 약 250sccm 또는 그 이상, 약 500sccm 또는 그 이상, 또는 약 700sccm 또는 그 이상일 수 있다. 챔버 플라즈마 영역에서 생성된 라디칼 질소 전구체는 ·N, ·NH, ·NH2 등 중 하나 또는 그 이상일 수 있으며, 플라즈마에서 형성된 이온화된 종들을 수반할 수도 있다. 상기 라디칼 질소 전구체는 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역으로 유입된다(단계 (106)).
챔버 플라즈마 영역을 채용한 실시예에서, 상기 라디칼 질소 전구체는 증착 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼) 상에 실리콘-및-질소층을 증착하기 위해 전구체들이 혼합되어 반응하는 증착 영역으로부터 구획된 기판 프로세싱 영역의 섹션에서 발생된다. 상기 라디칼 질소 전구체는 헬륨, 아르곤 등과 같은 캐리어 가스를 수반할 수도 있다. 상기 기판 프로세싱 영역은, 예컨대, 실리콘-및-질소 함유층의 성장시, 그리고 저온 오존 경화시, 본 명세서에서, "플라즈마-프리"라 칭할 수 있다. "플라즈마-프리"는 본질적으로 상기 영역에 플라즈마가 전혀 없다는 것을 의미하지는 않는다. 플라즈마 영역 내에서 생성되는 이온화된 종들은 격벽(샤워헤드)의 기공(개구)을 통과하지 않지만, 탄소-프리 실리콘 함유 전구체는 플라즈마 영역으로 인가되는 플라즈마 파워에 의해 실질적으로 여기되지 않는다. 챔버 플라즈마 영역의 플라즈마 경계들은 규정하기 어렵고, 샤워헤드의 개구를 통해 기판 프로세싱 영역으로 침투할 수 있다. 유도적으로 커플링된 플라즈마의 경우, 직접적으로 기판 프로세싱 영역 내에서 소량의 이온화가 이루어질 수 있다. 또한, 형성되는 필름의 유동성 특성을 제거하지 않고, 기판 프로세싱 영역에서 저밀도 플라즈마가 생성될 수 있다. 라디칼 질소 전구체의 생성시 챔버 플라즈마 영역 보다 훨씬 더 낮은 이온 밀도를 가진 플라즈마에 대한 모든 원인들은 본 명세서에 사용된 바와 같이 "플라즈마-프리"의 범위를 벗어나지 않는다.
기판 프로세싱 영역에서, 상기 탄소-프리 실리콘 함유 전구체와 상기 라디칼 질소 전구체는 혼합 반응하여 증착 기판 상에 실리콘-및-질소 함유 필름을 형성하게 된다(단계 (108)). 증착되는 실리콘-및-질소 함유 필름은 낮은 증착률을 초래하는 래시피 조합으로 균일하게(conformally) 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 증착되는 실리콘-및-질소 함유 필름은 통상의 실리콘 질화물(Si3N4) 필름 증착 기술과는 다른 유동성 특성을 갖는다. 형성물(formation)의 유동성 특성은 필름이 좁은 갭 트랜치 및 기판의 증착 표면 상의 다른 구조물로 흘러들어갈 수 있도록 한다.
유동성은 라디칼 질소 전구체와 탄소-프리 실리콘 함유 전구체의 혼합에 기인한 다양한 특성 때문일 수 있다. 이 특성들은 증착된 필름에서 의미있는 수소 성분 및/또는 단쇄형(short chained) 폴리실라잔 폴리머의 존재를 포함할 수 있다. 이러한 단쇄들이 성장하여 연결됨으로써, 필름 형성시 및 그 후에 더 치밀한 유전체 재료를 형성한다. 예를 들면, 증착된 필름은 실라잔 타입의 Si-NH-Si 백본(backbone)(즉, Si-N-H 필름)을 가질 수 있다. 실리콘 함유 전구체와 라디칼 질소 전구체들이 모두 탄소-프리인 경우, 증착되는 실리콘-및-질소 함유 필름도 실질적으로 탄소-프리이다. 물론, 본질적으로, "탄소-프리"는 필름이 소량의 탄소도 갖고 있지 않다라는 것을 의미하지는 않는다. 탄소 오염물은 상기 증착된 실리콘-및-질소 전구체 상태가 되는 전구체 재료에 존재할 수 있다. 그러나, 이러한 탄소 불순물의 양은 탄소 성분(예컨대, TEOS, TMDSO 등)을 가진 실리콘 함유 전구체에서 발견되는 것보다 훨씬 더 작다. 본 발명의 실시예들에서, 증착된 필름은 탄소-프리 Si-N-H 필름일 수 있다.
상기 실리콘-및-질소 함유층의 증착 후, 증착 기판은 오존 함유 분위기에서 경화 및/또는 어닐링될 수 있다(단계 (110)). 경화는 약 400℃ 또는 그 미만의 기판 온도로 오존 함유 분위기에서 이루어질 수 있다. 몇몇 조건(예컨대, 약 100℃ 내지 약 200℃의 기판 온도)하에서, 변환이 실질적으로 완료되는 것으로 밝혀졌으며, 이에 따라, 실시예에서 산소 함유 분위기에서 상대적으로 고온의 어닐링이 필요하지 않을 수 있다. 실리콘-및-질소 함유층의 경화에 이어서, 필름을 실리콘 산화물로 더 변환하기 위하여 산소 함유 분위기에서 기판을 어닐링하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 산소 함유 분위기는, 다른 산소 함유 가스들 중, 산소 분자(O2), 오존(O3), 수증기(H2O), 과산화수소(H2O2) 및 질소 산화물(NO,NO2 등)과 같은 하나 또는 그 이상의 산소 함유 가스를 포함할 수 있다. 상기 산소 함유 분위기는 산소 원자(O), 수산화물(OH) 등과 같은 라디칼 산소 및 하이드록실 종을 또한 포함할 수 있으며, 이들은 원격지에서 발생되어 기판 챔버로 전달될 수 있다. 산소 함유종의 이온이 존재할 수도 있다. 상기 기판의 산소 어닐링 온도는 약 500℃ 내지 약 1100℃일 수 있다. 플라즈마가 사용되는 경우, 플라즈마는 기판 프로세싱 영역에, 샤워헤드에 의해 분리된 별도의 영역에, 또는 원격 플라즈마 시스템(RPS)에 있을 수 있다.
경화 및 산소 어닐링 모두의 산소 함유 분위기는 실리콘-및-질소 함유 필름을 실리콘 산화물(SiO2) 필름으로 변환시키기 위한 산소를 제공한다. 전술한 바와 같이, 실리콘-및-질소 함유 필름에서의 산소의 결핍은 최종 실리콘 산화물 필름에 현저히 적은 기공이 형성되는 결과를 초래한다. 또한, 실리콘 산화물로의 변환시 필름의 체적 감소(즉, 수축)를 적게 하는 결과를 초래한다. 예컨대, 탄소 함유 실리콘 전구체와 라디칼 질소로부터 형성되는 실리콘-및-질소 탄소 층은 실리콘 산화물로 변환될 때 40체적% 또는 그 초과 만큼 수축할 수 있는 반면, 실질적으로 탄소-프리 실리콘-및-질소 필름은 약 17체적% 또는 그 미만만큼 수축할 수 있다. 통상적으로, 플라즈마 영역으로 질소의 유동을 유도하여 증가시킴으로써 질소:수소 원자 유동비를 증가시키면 수축률이 더 저감하게 된다. 여러 가지 실시예에서, 수축률은 약 17체적% 또는 그 미만, 약 16체적% 또는 그 미만, 약 15체적% 또는 그 미만, 또는 약 14체적% 또는 그 미만이 될 수 있다. 여러 가지 실시예에서, 질소:수소 원자 유동비는 약 1:3(1/3) 또는 그 초과, 약 1:2(1/2) 또는 그 초과, 약 2:3(2/3) 또는 그 초과, 또는 약 1:1 또는 그 초과일 수 있다. 여기서, n2:m2의 비율은, n2/d2가 n1/d1 이상(또는 그 이하)이면, n1:d1 비율 이상(또는 이하)이라 한다.
일반적으로, 본 명세서에서 개시하고 있는 각각의 예들에서 안정된 질소 전구체는 질소(N2)와 수소(H2)를 모두 포함하고 있는 질소-및-수소 함유 가스이다. 안정된 질소 전구체는 질소와 수소를 포함하지만, 원격 플라즈마 영역에 대하여 그리고 그로부터 유동되는 H:N 비율을 선택할 때, 유동성을 증대시키기 위해, 실시예들에서, 본질적으로 암모니아 및/또는 하이드라진이 전혀 없을 수 있다. 암모니아(NH3)와 하이드라진(N2H4)은 각각 일정한 질소 대 수소 원자비를 포함하며, 어느 하나(또는 모두)가 포함되면 가능한 H:N 비율의 범위를 제한하게 될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 실시예들에서, 질소-및-수소 함유 가스는 암모니아(NH3) 및/또는 하이드라진(N2H4)을 더 포함할 수 있다. 약간(또는 전부)의 암모니아/하이드라진 대신 질소(N2)와 수소(H2)의 사용은 질소:수소 원자 유동비를 선택할 때 추가적인 유동성을 제공한다. 위에서 언급한 비교적 높은 원자 질소:수소 비율은 증착후 프로세싱에서 필름 품질을 개선하고 수축률을 저감하는 것으로 선택한다. 그러한 실시예들은 광범위한 공정 흐름들에서 필름을 통합하는데 도움이 된다. 또한, 필름의 유동성을 저감하기 위하여, 질소:수소 비율을 1:3 미만으로 저감하는 것도 가능하다. 이는 매우 좁은 트랜치를 충진하기 위해 바람직할 수 있다. 여러 가지 실시예에서, 질소:수소 원자 유동비는 약 1:3(1/3) 미만, 약 1:4 또는 그 미만, 약 1:5 또는 그 미만, 또는 약 1:7 또는 그 미만일 수 있다. 질소 유동을 증대시키면 거의 감소하는 필름 수축률은, 통상적으로, 플라즈마 영역으로 전달되는 수소가 증가하면 증대된다. 안정된 질소 전구체는 유동성은 저감시키지만 산소 함량은 증대시키는 산소 소오스를 더 함유할 수 있으며, 이에 따라, 실리콘 산화물로의 변환을 용이하게 한다.
이하, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 기판 갭에 실리콘 산화물 필름을 형성하기 위한 방법(200)에서 선택된 단계들을 나타낸 다른 흐름도가 도시되어 있다. 상기 방법(200)은 갭을 포함한 기판을 기판 프로세싱 영역으로 전송하는 단계(작업 (202))를 포함할 수 있다. 상기 기판은 당해 기판 상에 형성된 장치 요소(예컨대, 트랜지스터)들의 구조와 간격을 위한 복수의 갭을 가질 수 있다. 상기 갭은 1:1 보다 훨씬 더 큰 높이 대 폭(즉, H/W)의 종횡비(AR)(예컨대, 5:1 또는 그 초과, 6:1 또는 그 초과, 7:1 또는 그 초과, 8:1 또는 그 초과, 9:1 또는 그 초과, 10:1 또는 그 초과, 11:1 또는 그 초과, 12:1 또는 그 초과, 등)를 규정하는 높이와 폭을 가질 수 있다. 많은 경우에서, 높은 종횡비는 약 90㎚ 내지 약 22㎚ 또는 그 미만의 범위인 작은 갭 폭(예컨대, 약 90㎚ 또는 그 미만, 65㎚ 또는 그 미만, 45㎚ 또는 그 미만, 32㎚ 또는 그 미만, 28㎚ 또는 그 미만, 22㎚ 또는 그 미만, 16㎚ 또는 그 미만 등)에 기인한다.
수소(H2)가 질소(N2)와 결합하고 챔버 플라즈마 영역에서 여기되어 라디칼 질소 전구체를 형성하게 된다(단계 (204)). 실시예들에서, 암모니아(NH3)는 챔버 플라즈마 영역으로 거의 전혀 유도되지 않으며, 이에 따라, 광범위한 질소:수소 원자 유동비가 선택가능하게 된다. H2 와 N2 의 결합은 챔버 플라즈마 영역에서 이루어지거나, 결합물이 그 영역으로 유입되기 전에 이루어질 수 있다. 어느 경우나, 플라즈마가 라디칼 질소 전구체를 생성하고, 이 전구체는 기판 프로세싱 영역으로부터 플라즈마 영역을 분리시키는 샤워헤드의 개구를 통해 유동한다. 상기 기판 프로세싱 영역에서 탄소-프리 실리콘 함유 전구체가 라디칼 질소 전구체와 혼합된다(작업 (206)). 상기 기판 상에 유동성 실리콘-및-질소 함유층이 증착된다(작업 (208)). 상기 층은 유동성이기 때문에, 충진 재료의 중앙 주변에 공극 또는 약한 시임을 형성하지 않고 높은 종횡비를 가진 갭을 충진할 수 있다. 예를 들어, 증착되는 유동성 재료는 갭이 완전히 충진되기 전에 갭의 상단을 미리 막아 갭의 중간에 공극을 남기는 경우가 거의 없다.
그 다음, 이미 증착된 실리콘-및-질소 함유층이 오존 함유 분위기에서 경화될 수 있고 및/또는 산소 함유 분위기에서 어닐링되어(작업 (210)), 실리콘-및-질소 함유층이 실리콘 산화물로 변환하도록 한다. 상기 실리콘 산화물 층을 치밀화하기 위해 더 높은 기판 온도의 불활성 분위기에서 추가적인 어닐링(미도시)이 실시될 수 있다. 산소 함유 분위기에서 이미 증착된 실리콘-및-질소 함유층의 경화와 어닐링은 기판 갭을 포함한 기판 상에 실리콘 산화물층을 형성한다(작업 (208)). 실시예에서, 상기 작업(208,210)의 프로세싱 매개변수는 도 1과 관련하여 설명한 동일한 범위를 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 실리콘 산화물층은 열처리 단계 전에 당해 층에 상당량의 탄소가 존재한 탄소 함유 전구체로 형성된 유사한 층보다 기공이 적고 체적 감소가 작다. 많은 경우에서, 체적 감소는 수축하는 실리콘 산화물로 인하여 갭에 형성되는 간격을 충진, 치유 또는 제거하기 위한 열처리후 단계들을 피할 정도로 충분히 작다(예컨대, 약 15체적% 또는 그 미만).
본 명세서에서 언급된 실리콘-및-질소 함유층 및 실리콘 산화물층은 프로세싱 시퀀스의 일부일 수 있다. 실리콘-및-질소 함유층은 전술한 산소 함유 분위기에서의 경화 및/또는 어닐링을 통해 실리콘 산화물층으로 변환될 수 있다. 이 문제와 관련하여, 용어 "유전체 층"은 본 명세서에서 실리콘-및-질소 함유층 또는 실리콘 산화물층 또는 임의의 중간층 중 어느 하나를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 응용예에 따라, 상기 중간층이 주어진 목적을 위해 충분할 수 있으며, 실리콘 산화물로의 완전한 변환이 불필요할 수 있다. 따라서, "유전체 층"은 이러한 모든 가능성을 포함한다. 유전체 층을 형성하는 프로세싱에 관한 추가적인 세부사항들이 예시적인 유전체 증착 시스템에 대해 설명하는 도중에 개시되어 있다.
예시적 실리콘 산화물 증착 시스템
본 발명의 실시예들을 실행할 수 있는 증착 챔버들은, 다른 유형의 챔버들 중에서, 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP-CVD) 챔버, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 챔버, 감압 화학기상증착(SACVD) 챔버, 및 열 화학기상증착 챔버를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들을 실행할 수 있는 CVD 시스템의 특수한 예들은, 칼리프, 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼사로부터 입수할 수 있는, CENTURA ULTIMA?HDP-CVD 챔버/시스템과 PRODUCER?PECVD 챔버/시스템을 포함한다.
본 발명의 예시적 방법들과 함께 사용될 수 있는 기판 프로세싱 챔버의 예는"유전체 갭충진을 위한 프로세스 챔버"란 명칭으로 2006년 5월 30일자로 출원되어 루보미르스키 등에 공동 양도된 미국 가특허 출원번호 제60/803,499호에 개시된 것들을 포함하고, 이의 전체 내용이 모든 목적을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다. 추가적인 예시적 시스템은 미국특허 제6,387,207호 및 제6,830,624호에 개시된 것들을 포함하고, 이들은 모든 목적을 위해 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.
증착 시스템의 실시예들은 집적 회로 칩을 생산하기 위한 대형 제조 시스템에 통합될 수 있다. 도 3은 개시된 실시예에 따른 증착, 베이킹(baking) 및 경화 챔버의 그러한 하나의 시스템(300)을 도시하고 있다. 도면에서, 한 쌍의 FOUPs(전면 개구 통합형 포트)(302)가 기판(예컨대, 300㎜ 직경의 웨이퍼)을 공급하고 있으며, 이 기판들을 로봇 암(304)이 받아서 웨이퍼 프로세싱 챔버(308a 내지 308f)들 중 하나에 위치되기 전에 저압 유지 영역(306)에 위치시킨다. 상기 유지 영역(306)으로부터 프로세싱 챔버(308a 내지 308f)로 그리고 그 역으로 기판 웨이퍼를 운반하기 위해 제 2 로봇 암(310)이 사용될 수 있다.
상기 프로세싱 챔버(308a 내지 308f)는 기판 웨이퍼 상에 유동성 유전체 필름을 증착, 어닐링, 경화 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 그 이상의 시스템 부품을 포함할 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 유동성 유전체 재료를 기판 상에 증착하기 위해 2쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308c와 308d, 및 308e와 308f)가 사용될 수 있으며, 증착된 유전체를 어닐링하기 위해 제 3 쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308a와 308b)가 사용될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 동일한 2쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308c와 308d, 및 308e와 308f)가 기판 상에서 유동성 유전체 필름의 증착과 어닐링 모두를 위해 사용될 수 있으며, 한편, 제 3 쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308a와 308b)는 증착된 필름의 자외선 또는 E-빔 경화를 위해 사용될 수 있다. 또 다른 구성에 있어서, 모든 3쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308a 내지 308f)가 기판 상에서 유동성 유전체 필름을 증착 및 경화하도록 구성될 수 있다. 또 다른 구성에 있어서, 2쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308c와 308d, 및 308e와 308f)가 유동성 유전체의 증착과 자외선 또는 E-빔 경화 모두를 위해 사용될 수 있으며, 한편, 제 3 쌍의 프로세싱 챔버(예컨대, 308a와 308b)는 유전체 필름의 어닐링을 위해 사용될 수 있다. 개시된 프로세스들 중 임의의 하나 또는 그 이상이 여러가지 실시예에서 나타낸 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 실시될 수 있다.
또한, 상기 프로세싱 챔버(308a 내지 308f) 중 하나 또는 그 이상이 습식 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이 프로세스 챔버들은 습기를 포함한 분위기에서 유동성 유전체 필름의 가열을 포함한다. 따라서, 상기 시스템(300)의 실시예들은 증착된 유전체 필름에 대한 습식 및 건식 어닐링을 모두 실시하기 위해 습식 처리 챔버(308a와 308b)와 어닐링 프로세싱 챔버(308c와 308d)를 포함할 수 있다.
도 4a는 개시된 실시예에 따른 기판 프로세싱 챔버(500)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(410)이 가스를 프로세스할 수 있으며, 그 다음, 상기 가스는 가스 입구 조립체(411)를 통해 이동하게 된다. 2개의 분리된 가스 공급 채널들을 가스 입구 조립체(411) 내에서 볼 수 있다. 제 1 채널(412)은 원격 플라즈마 시스템(RPS)(410)을 통과하는 가스를 운반하는 반면, 제 2 채널(413)은 RPS(410)를 바이패스한다. 개시된 실시예에서, 제 1 채널(412)은 프로세스 가스를 위해 사용될 수 있고, 제 2 채널(413)은 처리 가스를 위해 사용될 수 있다. 덮개(또는 전도성 상단부)(421)와 다공성 격벽(453)이 그들 사이의 절연링(424)과 함께 도시되어 있으며, 상기 절연링은 AC 전위가 다공성 격벽(453)에 대해 덮개(421)로 인가될 수 있도록 한다. 프로세스 가스는 제 1 채널(412)을 통해 챔버 플라즈마 영역(420)으로 이동하며, 챔버 플라즈마 영역(420) 내의 플라즈마에 의해 단독으로, 또는 RPS(410)와 조합하여 여기될 수 있다. 챔버 플라즈마 영역(420) 및/또는 RPS(410)의 조합을 본 명세서에서 원격 플라즈마 시스템이라 칭할 수 있다. ('샤워헤드'라고도 칭하는)상기 다공성 격벽(453)은 샤워헤드(453) 아래의 기판 프로세싱 영역(470)으로부터 챔버 플라즈마 영역(420)을 분리시킨다. 샤워헤드(453)는 챔버 플라즈마 영역(420)에 존재하는 플라즈마가 기판 프로세싱 영역(470)의 가스를 직접 여기시키지 않도록 하는 한편, 여기된 종들이 챔버 플라즈마 영역(420)으로부터 기판 프로세싱 영역(470)으로 이동할 수 있도록 한다.
샤워헤드(453)는 챔버 플라즈마 영역(420)과 기판 프로세싱 영역(470) 사이에 위치되며, 챔버 플라즈마 영역(420) 내부에 생성된 플라즈마 유출물(전구체 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)이 복수의 관통홀(456)을 통과할 수 있도록 하며, 상기 관통홀은 판의 두께를 횡단한다. 또한, 상기 샤워헤드(453)는 (실리콘 함유 전구체와 같이) 증기 또는 가스 형태의 전구체로 충진될 수 있는 하나 또는 그 이상의 빈 공간(451)을 갖고, 상기 전구체는 작은 홀(455)을 통해 기판 프로세싱 영역(470)으로 이동하나, 챔버 플라즈마 영역(420)으로는 직접 이동하지 않는다. 개시된 본 실시예에서, 샤워헤드(453)는 관통홀(456)의 최소 직경(450)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 영역(420)으로부터 기판 프로세싱 영역(470)으로 침투하는 여기된 종들의 중요한 농도를 유지하기 위해, 상기 관통홀의 최소 직경(450)의 길이(426)는 샤워헤드(453)에서 약간 떨어져 관통홀(456)의 더 큰 직경 부분을 형성함으로써 제한될 수 있다. 개시된 본 실시예에서, 상기 관통홀(456)의 최소 직경(450)의 길이는 관통홀(456)의 최소 직경과 동일하거나 그보다 작을 수 있다.
도시된 실시예에서, 샤워헤드(453)는 산소, 수소 및/또는 질소를 포함한 프로세스 가스 및/또는 챔버 플라즈마 영역(420)의 플라즈마에 의해 여기될 때 그러한 프로세스 가스들의 플라즈마 유출물을 (관통홀(456)을 통해) 분배할 수 있다. 실시예에서, RPS(410) 및/또는 챔버 플라즈마 영역(420)에서 여기되는 프로세스 가스는 미리 결정된 질소:수소 원자 유동비를 도출해내기 위하여 상대적인 유량을 가진 수소(H2)와 질소(N2)를 포함한다. 일반적으로, 제 1 채널(412)을 통해 RPS(410) 및/또는 챔버 플라즈마 영역(420)으로 유도되는 프로세스 가스는 산소(O2), 오존(O3), N2O, NO, NO2, NH3, 그리고 N2H4, 실란, 디실란, TSA 및 DSA를 포함하는 NxHy 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 프로세스 가스는 헬륨, 아르곤, 질소(N2) 등과 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 채널(413)은 프로세스 가스 및/또는 캐리어 가스, 및/또는 성장하거나 이미 증착된 필름으로부터 원하지 않는 성분을 제거하기 위해 사용되는 필름-경화 가스를 전달할 수 있다. 플라즈마 유출물은 프로세스 가스의 이온화되거나 중성의 유도체를 포함할 수 있으며, 유도된 프로세스 가스의 원자 성분을 인용하여 본 명세서에서는 라디칼 산소 전구체 및/또는 라디칼 질소 전구체라 칭할 수 있다.
실시예에서, 관통홀(456)의 수는 약 60 내지 약 2000개일 수 있다. 관통홀(456)은 다양한 형상을 가질 수 있으나, 가장 용이하게 원형으로 제조된다. 개시된 실시예에서, 관통홀(456)의 최소 직경(450)은 약 0.5㎜ 내지 약 20㎜ 이거나, 약 1㎜ 내지 약 6㎜일 수 있다. 또한, 관통홀의 단면 형상의 선택에 있어서 자유도가 있으며, 이는 원뿔형, 원통형 또는 이 두가지 형상의 조합으로 제조될 수 있다. 여러가지 실시예에서, 가스를 기판 프로세싱 영역(470)으로 유도하기 위해 사용되는 작은 홀(455)의 수는 약 100 내지 약 5000개 또는 약 500 내지 약 2000개일 수 있다. 상기 작은 홀(455)의 직경은 약 0.1㎜ 내지 약 2㎜일 수 있다.
도 4b는 개시된 실시예에 따른 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(453)의 저면도이다. 샤워헤드(453)는 도 4a에 도시된 샤워헤드와 대응한다. 관통홀(456)은 샤워헤드(453)의 바닥에서 더 큰 내경(ID)을 갖고 상단에서 더 작은 ID을 갖는 것으로 도시되어 있다. 본 명세서에 개시된 다른 실시예들 보다 더 균일한 혼합을 제공하도록 관통홀(456) 사이에서, 작은 홀(455)들이 샤워헤드의 표면에 실질적으로 균일하게 분포되어 있다.
관통홀(456)을 통해 샤워헤드(453)에 도달하는 플라즈마 유출물이 빈 공간(451)으로부터 연장된 작은 홀(455)들을 통해 도달하는 실리콘 함유 전구체와 결합될 때, 기판 프로세싱 영역(470) 내부의 페데스탈(미도시)에 의해 지지된 기판 상에 예시적 필름이 생성된다. 기판 프로세싱 영역(470)이 경화와 같은 다른 프로세스를 위해 플라즈마를 지원하도록 설비될 수 있으나, 상기 예시적 필름이 성장할 때는 플라즈마가 존재하지 않는다.
플라즈마는 샤워헤드(453) 위의 챔버 플라즈마 영역(420) 또는 샤워헤드(453) 아래의 기판 프로세싱 영역(470)에서 점화될 수 있다. 질소-및-수소 함유 가스의 유입으로부터 라디칼 질소 전구체를 생성하기 위한 플라즈마가 챔버 플라즈마 영역(420)에 존재한다. 증착시 챔버 플라즈마 영역(420)에서 플라즈마를 점화하기 위해, 샤워헤드(453)와 프로세싱 챔버의 전도성 상단부(421) 사이에 전형적으로 무선 주파수(RF) 범위의 AC 전압이 인가된다. RF 파워 서플라이는 13.56㎒의 높은 RF 주파수를 발생시키지만, 다른 주파수를 단독으로 발생시키거나, 13.56㎒ 주파수와 조합하여 발생시킬 수도 있다.
기판 프로세싱 영역(470)과 접한 내부 표면들을 세척하거나 필름을 경화시키기 위해 기판 프로세싱 영역(470)에서 하위 플라즈마가 점화될 때, 상위 플라즈마는 저전력 또는 무전력으로 남을 수 있다. 기판 프로세싱 영역(470)의 플라즈마는 샤워헤드(453)와 챔버의 페데스탈 또는 바닥 사이에 AC 전압을 인가함으로써 점화된다. 플라즈마가 존재할 때, 세척 가스가 기판 프로세싱 영역(470)으로 도입될 수 있다.
상기 페데스탈은 기판의 온도를 제어하기 위해 열교환 유체가 통해 흐르는 열교환 채널을 가질 수 있다. 이 구조는 기판 온도가 비교적 저온(실온 내지 약 120℃까지)으로 유지되도록 냉각 또는 가열될 수 있도록 한다. 상기 열교환 유체는 에틸렌 글리콜과 물을 포함할 수 있다. 상기 페데스탈(바람직하게, 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합)의 웨이퍼 지지 플래터(platter)는 평행한 동심원 형태로 2개의 완전 턴(turns)을 만들도록 구성된 내장식 단일 루프 또는 내장식 히터 요소를 사용하여 비교적 고온(약 120℃ 내지 약 1100℃)을 실현하기 위해 저항식으로 가열될 수 있다. 상기 히터 요소의 외부는 지지 플래터의 원주에 인접하여 연장될 수 있는 반면, 내부는 더 작은 반경을 가진 동심원의 경로 상으로 연장한다. 상기 히터 요소에 대한 배선은 페데스탈의 스템을 통과한다.
상기 기판 프로세싱 시스템은 시스템 컨트롤러에 의해 제어된다. 예시적 실시예에서, 상기 시스템 컨트롤러는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 단일 보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디자털 입력/출력 보드, 인터페이스 보드 및 스텝퍼 모터 컨트롤러 보드를 포함한다. CVD 시스템의 다양한 부품들은 보드, 카드 케이지 및 커넥터 치수 및 유형을 규정한 VME(Versa Modular European) 표준을 따른다. 또한, VME 표준은 16비트 데이타 버스와 24비트 어드레스 버스를 가진 버스 구조를 규정한다.
시스템 컨트롤러는 CVD 기계의 모든 활성도를 제어한다. 시스템 컨트롤러는 컴퓨터 판독가능한 매체 내에 저장된 컴퓨터 프로그램인 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 바람직하게, 상기 매체는 하드 디스크 드라이브이나, 다른 종류의 메모리일 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 타이밍, 가스 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨, 서셉터 위치, 및 특정 프로세스의 다른 변수를 명령하는 일군의 명령어를 포함한다. 예를 들어, 플로피 디스크 또는 다른 적합한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 장치 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램이 시스템 컨트롤러에 대해 지시하는데 사용될 수도 있다.
기판 상에 필름 스택을 적층하기 위한 프로세스 또는 챔버를 세척하기 위한 프로세스는 상기 시스템 컨트롤러에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품을 사용하여 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는 종래의 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어, 예를 들어 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 또는 기타 언어로 기록될 수 있다. 적합한 프로그램 코드가 종래의 텍스트 에디터를 사용하여 단일 파일 또는 다중 파일로 등록되며, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 사용가능한 매체에 저장된다. 등록된 코드 텍스트가 고차원 언어라면, 코드는 압축되고 그 결과적인 컴파일러 코드가 프리컴파일형 마이크로소프트 윈도우(등록 상표) 라이브러리 루틴의 목적 코드와 연결된다. 연결된, 컴파일 목적 코드를 실행하기 위해, 시스템 유저는 목적 코드를 호출하여 컴퓨터 시스템이 메모리에 코드를 로딩하게 한다. 그 후 CPU는 코드를 판독하고 실행하여 프로그램에서 확인된 임무를 수행한다.
사용자와 컨트롤러 사이의 인터페이스는 평판형 터치 감응형 모니터이다. 바람직한 실시예에서, 2개의 모니터가 사용되는데, 하나는 작업자를 위해서 클린룸 벽(clean room wall)에 장착되고 다른 하나는 서비스 기술자를 위해서 벽의 뒤에 장착된다. 상기 2개의 모니터는 동일한 정보를 동시에 디스플레이할 수 있지만, 그 경우, 단지 하나가 한번에 입력을 받아들인다. 특정의 스크린 또는 기능을 선택하기 위해서, 작업자는 터치 감응형 모니터의 지정된 부위를 터치한다. 터치된 부위는 그의 하이라이트된 색을 변화시키거나, 새로운 매뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 터치 감응형 모니터와 작업자 사이의 통신을 확인한다. 그 밖의 디바이스, 예컨대, 키보드, 마우스, 또는 다른 포인팅 또는 통신 장치가 터치 감응형 모니터 대신 또는 그에 추가로 사용되어 사용자가 시스템 컨트롤러와 통신할 수 있게 할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "기판"은 그 위에 층들이 형성되거나 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 상기 지지 기판은 절연체이거나, 다양한 도핑 농도 및 프로파일을 가진 반도체일 수 있으며, 예컨대, 집적 회로의 제조에 사용되는 유형의 반도체 기판일 수 있다. "실리콘 산화물"의 층은 질소, 수소, 탄소 등과 같은 다른 원소 성분의 소수의 농도를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 실리콘 산화물은 본질적으로 실리콘과 산소를 포함한다. "여기된 상태"의 가스는 가스 분자들중 적어도 일부가 진동 여기되거나, 분해되거나 및/또는 이온화된 상태의 가스를 나타낸다. 가스(또는 전구체)는 2개 또는 그 이상의 가스(또는 전구체)의 조합일 수 있다. 용어 "트랜치"는 에칭된 기하학적 구조가 본질적으로 큰 수평적 종횡비를 갖는다는 암시 없이 전체적으로 사용되었다. 표면 위에서 봤을 때, 트랜치들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형태를 나타낼 수 있다. 용어 "비아"는 수직한 전기적 접속을 형성하기 위해 금속으로 충진되거나 충진되지 않은 낮은 종횡비 트랜치를 인용하기 위해 사용되었다. 용어 "전구체"는 표면으로부터 재료를 제거하거나 증착하기 위해 반응에 참여하는 임의의 프로세스 가스(또는 증발된 액적)을 인용하기 위해 사용되었다.
몇 개의 실시예들을 개시함으로써, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 변형, 선택적 구성, 및 등가물들이 이용될 수 있다는 것을 당업자들은 인식할 것이다. 부가적으로, 공지된 프로세스들 및 부재들의 수는 본 발명이 불필요하게 불명료해지는 것을 방지하기 위해 개시되지 않았다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
값들이 범위가 제공될 때, 별다른 명확한 지시가 없다면, 이들 범위의 상한치 및 하한치 사이에서 각각 하한치 유니트의 10 정도의 중간 값이 특정하게 개시된다는 것이 이해될 것이다. 임의의 언급된 값 또는 언급된 범위에서의 중간 값과 임의의 다른 언급된 또는 언급된 범위에서의 중간 값 간에 각각의 작은 범위가 포함된다. 이들 작은 범위들의 상한치 및 하한치들은 상기 범위에 독립적으로 포함되거나 배제될 수 있으며, 작은 범위내에 제한치들중 하나 또는 둘다가 포함되거나 또는 둘다가 포함되지 않는 경우 각각의 범위는 본 발명의 범주내에 포함되며, 만약 상한치 또는 하한치가 상기 작은 범위 내에 포함되나, 상기 언급된 범위에는 포함되지 않는다면 그러한 상한치 또는 하한치는 본원 발명에 포함되지 않을 것이다. 언급된 범위가 제한치들 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 경우, 이들 포함된 제한치들중 하나 또는 둘다를 배제하는 범위가 포함된다.
본 명세서 및 첨부되는 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태의 "a" "an" 및 "상기(the)"는 문맥상 별다른 언급이 없다면 다수의 참조물들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "프로세스(a process)"라는 참조물은 다수의 이러한 프로세스들을 포함하며, "상기 전구체(the precursor)"란 참조물은 당업자에게 공지되고 알려진 하나 이상의 전구체들 및 등가물들에 대한 참조물을 포함한다.
또한, 본 명세서 및 하기 청구항들에서 사용되는 포함하는("comprise," "comprising," "include," "including," 및 "includes")은 언급된 피쳐들, 정수들, 부품들 또는 단계들의 존재를 특정하기 위한 것으로, 하나 이상의 다른 피쳐들, 정수들, 부품들, 단계들, 동작들 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 기판 프로세싱 챔버의 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역에서 기판 상에 유전체 층을 형성하기 위한 방법으로서,
    라디칼 질소 전구체를 생성하기 위해 질소-및-수소 함유 가스를 플라즈마 영역으로 유동시키는 단계이며, 상기 질소-및-수소 함유 가스는 플라즈마 영역으로의 질소:수소 원자 유동비를 선택함에 있어서 더 큰 변동성(flexibility)을 허용하는 수소(H2)와 질소(N2)를 포함하는, 유동 단계;
    상기 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역에서 상기 라디칼 질소 전구체와 실리콘 함유 전구체를 결합시키는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 유전체 층을 증착하는 단계;를 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 전구체는 탄소-프리 실리콘 함유 전구체인,
    유전체 층의 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 전구체는 실란, 디실란 또는 트리실란 중 적어도 하나를 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소:수소 원자 유동비는 필름 품질을 향상시키고 필름 수축을 저감하기 위해 1:3 보다 큰,
    유전체 층의 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소:수소 원자 유동비는 필름 유동성을 향상시키기 위해 1:3 미만인,
    유전체 층의 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소:수소 원자 유동비는 약 1:2 또는 그 초과인,
    유전체 층의 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소:수소 원자 유동비는 약 1:5 또는 그 미만인,
    유전체 층의 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소-및-수소 함유 가스는 암모니아를 본질적으로 포함하지 않는,
    유전체 층의 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소-및-수소 함유 가스는 하이드라진을 본질적으로 포함하지 않는,
    유전체 층의 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 전구체는 실리콘-및-질소 함유 전구체를 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 전구체는 탄소-질소-및-실리콘 함유 전구체를 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 전구체는 H2N(SiH3), HN(SiH3)2 또는 N(SiH3)3 중 적어도 하나를 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 탄소-프리 Si-N-H 층을 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    오존 함유 분위기에서 약 400℃ 또는 그 미만의 경화 온도로 기판의 온도를 유지함으로써, 상기 유전체 층을 경화하는 작업을 더 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    산소 함유 분위기에서 약 600℃ 또는 그 초과의 산소 어닐링 온도로 기판의 온도를 승온하는 단계를 더 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 산소 함유 분위기는 원자 산소, 오존 및 증기(H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 가스를 포함하는,
    유전체 층의 형성 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 패턴화되며, 약 50㎚ 또는 그 미만의 폭을 가진 트랜치를 갖는,
    유전체 층의 형성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 트랜치 내의 실리콘 산화물 층은 실질적으로 공극-프리인,
    유전체 층의 형성 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 영역이 원격 플라즈마 시스템에 있는,
    유전체 층의 형성 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 영역이 샤워헤드에 의해 플라즈마-프리 기판 프로세싱 영역으로부터 분리된 기판 프로세싱 챔버의 구획된 부분인,
    유전체 층의 형성 방법.
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