KR20130062937A - 수명이 짧은 종들을 위한 빌트-인 플라즈마 소스를 구비한 프로세스 챔버 리드 설계 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 일반적으로 물질들을 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마-강화 프로세스에서 물질을 증착하도록 구성된 기상 증착 챔버에 관한 것이다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버가 제공된다. 상기 챔버 본체는, 프로세스 공간을 정의하는 챔버 본체, 상기 프로세스 공간 내에 배치되고 하나 또는 그 초과의 기판들을 지지하도록 구성된 기판 지지체, 상기 기판 지지체 위에 배치되고, 플라즈마를 발생시키도록 구성된 플라즈마 공동을 가지며, 상기 프로세스 공간에 하나 또는 그 초과의 라디칼 종들을 제공하는 프로세스 덮개 조립체, 가스 분배 조립체에 커플링된 RF(무선 주파수) 파워 소스, 상기 프로세스 덮개 조립체와 커플링된 플라즈마 형성 가스 소스, 및 상기 프로세스 덮개 조립체와 커플링된 반응물 가스 소스를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 물질들을 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마-강화 프로세스에서 물질을 증착하도록 구성된 기상 증착 챔버에 관한 것이다.
반도체 프로세싱, 평판 디스플레이 프로세싱 또는 다른 전자 소자 프로세싱 분야에 있어서, 기상 증착 프로세스들이 기판들 상에 물질들을 증착하는데 있어서 중요한 역할을 하고 있다. 전자 소자들의 기하학적 구조들이 계속 축소되고 소자들의 밀도가 계속 증가함에 따라, 예컨대, 0.07㎛의 피처 사이즈와 10 또는 그 초과의 종횡비와 같이, 피처들의 크기와 종횡비가 더 공격적이 되고 있다. 따라서, 이 소자들을 형성하기 위해 물질들의 컨포멀한 증착이 점점 더 중요해지고 있다.
종래의 화학 기상 증착(CVD)는 0.15㎛에 이르기까지 소자 기하학적 구조들과 종횡비들에 대해서 효과적인 것으로 입증되었으나, 더 공격적인 소자 기학학적 구조들은 대안적인 증착 기술을 필요로 하고 있다. 상당한 주목을 받고 있는 하나의 기술은 원자 층 증착(ALD)이다. ALD 프로세스에서, 반응물 가스들이 기판을 수용하고 있는 증착 챔버로 순차적으로 유도된다. 일반적으로, 제 1 반응물이 증착 챔버 속으로 펄싱되어 기판 표면으로 흡수된다. 제 2 반응물이 증착 챔버 속으로 펄싱되며, 제 1 반응물과 반응하여 증착 물질을 형성한다. 통상적으로, 각각의 반응물 가스이 전달되는 사이에 퍼지 프로세스가 실시된다. 퍼지 프로세스는 캐리어 가스에 의한 연속 퍼지이거나, 반응물 가스들이 전달되는 사이에서의 펄스 퍼지일 수 있다. 열적으로 유도되는 ALD 프로세스들은 가장 일반적인 ALD 기술이며, 열을 사용하여 상기 두 반응물들 간에 화학 반응을 유발한다. 열적 ALD 프로세스들은 일부 물질들을 증착하는데 효과가 있으나, 흔히 저속의 증착 속도를 갖는다. 따라서, 제조 처리량이 용인할 수 없는 수준까지 영향을 받을 수 있다. 더 높은 증착 온도에서는 증착 속도가 증가할 수 있으나, 많은 화학 전구체들, 특히, 금속-유기 화합물들은 상승된 온도들에서 분해된다.
다양한 물질들을 형성하기 위해 플라즈마-강화 CVD(PE-CVE) 및 플라즈마-강화 ALD(PE-ALD)가 사용될 수 있다. PE-ALD 프로세스들의 일부 예들에서, 열적 ALD 프로세스와 동일한 화학 전구체들로부터 물질이 형성될 수 있으나, 더 높은 증착 속도와 더 낮은 온도에서 형성될 수 있다. 기술들의 몇가지 변형예들이 존재하지만, 일반적으로, PE-ALD 프로세스는 반응물 가스와 반응 플라즈마가 기판을 수용하고 있는 증착 챔버 속으로 순차적으로 유도됨을 정의하고 있다. 제 1 반응물 가스가 증착 챔버 속으로 펄싱되어 기판 표면으로 흡수된다. 그 후, 플라즈마 소스에 의해 일반적으로 공급되는 반응 플라즈마가 증착 챔버 속으로 펄싱되며, 제 1 반응물 가스와 반응하여 증착 물질을 형성한다. 열적 ALD 프로세스와 유사하게, 각각의 반응물들이 전달되는 사이에 퍼지 프로세스가 실시될 수 있다. PE-ALD 프로세스가 플라즈마 내에서 반응 라디칼들의 고도의 반응성으로 인해 열적 ALD 프로세스들의 단점들을 일부 극복하였음에도 불구하고, PE-ALD 프로세스는 많은 한계를 갖는다. PE-ALD 프로세스는 기판에 대한 플라즈마 손상(예컨대, 에칭)을 초래할 수 있고, 특정 화학 전구체들에 대해 부적합하며, 추가적인 하드웨어를 필요로 할 수 있다.
활성 반응종들을 발생시키기 위해 원격 플라즈마가 필요한 임의의 기판 제조 프로세스에 있어서, 프로세스 챔버와 함께 별도의 원격 플라즈마 유닛이 일반적으로 채용된다. 그러한 해법이 반응 라디칼들에 의한 소자들의 플라즈마 손상 위험 없이 기판으로부터 멀리 활성 반응종들을 발생시키는 역할을 잘하지만, 기판까지의 이동 거리를 따라 활성종들의 빠른 재결합으로 인하여, 기판 표면에 도달하는 활성종들의 양이 상당히 제한된다. 이용가능한 활성종들의 양을 증대시키기 위해 높은 플라즈마 파워를 인가하는 것이 가능하지만, 높은 플라즈마 파워는 일반적으로 플라즈마 유닛에 대한 하드웨어 손상을 초래하고, 이는 입자수가 많은 결함적 문제들로서 나타난다. 또한, 이용가능한 원격 플라즈마 소스(RPS) 유닛들은 통상적으로 유닛들의 유지 보수가 어렵게 설계되어 있다. 큰 결함을 가진 RPS를 수리하기 위한 공지의 실행가능한 방법은 유닛을 교체하는 것이다. 고출력 RPS 유닛들은 빈번한 교체가 필요할 수 있으며, 이는 결국 시스템 정지 시간과 운영 비용들을 증대시키는 원인이 된다.
따라서, PE-ALD 프로세스에 의한 것과 같이, 기상 증착 기술에 의해 기판 상에 물질을 증착하기 위한 장치 및 프로세스가 요구된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 물질들을 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마-강화 프로세스에서 물질을 증착하도록 구성된 기상 증착 챔버, 예컨대, PE-CVD 또는 PE-ALD 챔버에 관한 것이다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 기판들을 프로세싱하기 위한 챔버가 제공된다. 상기 챔버 본체는, 프로세스 공간을 정의하는 챔버 본체, 상기 프로세스 공간 내에 배치되고 하나 또는 그 초과의 기판들을 지지하도록 구성된 기판 지지체, 상기 기판 지지체 위에 배치되고, 플라즈마를 발생시키도록 구성된 플라즈마 공동을 가지며, 상기 프로세스 공간에 하나 또는 그 초과의 라디칼 종들을 제공하는 프로세스 덮개 조립체, 가스 분배 조립체에 커플링된 RF(무선 주파수) 파워 소스, 상기 프로세스 덮개 조립체와 커플링된 플라즈마 형성 가스 소스, 및 상기 프로세스 덮개 조립체와 커플링된 반응물 가스 소스를 포함한다.
다른 실시예에서, 프로세스 공간에 반응물 가스의 라디칼들을 제공하기 위한 프로세스 덮개 조립체가 제공된다. 상기 프로세스 덮개 조립체는, 복수의 제 1 통로들과 복수의 제 2 통로들을 가진 제 1 전극으로서, 상기 복수의 제 1 통로들은 플라즈마 함유 가스를 프로세스 공간으로 전달하기 위해 상기 제 1 전극의 제 1 표면과 상기 제 1 전극의 제 2 표면을 커플링하며, 상기 제 1 전극의 제 1 표면은 상기 프로세스 공간을 대면하고, 상기 복수의 제 2 통로들은 상기 프로세스 공간으로 반응물 가스를 전달하기 위해 상기 제 1 전극의 제 1 표면을 상기 제 1 전극의 제 2 표면과 커플링하는, 상기 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에 대해 실질적으로 평행하며 복수의 제 3 통로들을 가진 제 2 전극으로서, 상기 복수의 제 3 통로들은 플라즈마 형성 가스를 플라즈마 공동으로 전달하기 위해 상기 제 2 전극의 제 1 표면과 상기 제 2 전극의 제 2 표면을 커플링하며, 상기 플라즈마 공동은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 정의되고, 상기 제 2 전극의 제 1 표면은 상기 플라즈마 공동을 대면하는, 상기 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 주연부들 근처에서 상기 제 1 전극과 상기 2 전극 사이에 배치된 절연체를 포함하고, 상기 제 2 전극은 RF 파워 소스와 커플링하도록 되어 있고, 상기 제 1 전극은 접지와 커플링하도록 되어 있다.
본 발명의 전술한 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 첨부도면에 그 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 위에서 약술한 본 발명을 보다 구체적으로 설명하였다. 그러나, 첨부도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시하고 있을 뿐이며, 본 발명은 다른 동등한 효과를 가진 실시예들을 포함할 수 있으므로, 그 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 아니됨을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체의 일 실시예를 가진 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체의 다른 실시예를 가진 다른 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체를 위한 전극의 부분 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 전극의 저면도이다.
도 3c는 도 3a의 전극의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체를 위한 샤워헤드 조립체의 부분 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들은 가능한 한 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 일 실시예의 요소들과 특징들이 다른 언급 없이 다른 실시예들에서도 유리하게 통합될 수 있음을 고려하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체의 일 실시예를 가진 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체의 다른 실시예를 가진 다른 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체를 위한 전극의 부분 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 전극의 저면도이다.
도 3c는 도 3a의 전극의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체를 위한 샤워헤드 조립체의 부분 단면도이다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들은 가능한 한 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 일 실시예의 요소들과 특징들이 다른 언급 없이 다른 실시예들에서도 유리하게 통합될 수 있음을 고려하였다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 물질들을 증착하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마-강화 프로세스에서 물질을 증착하도록 구성된 기상 증착 챔버에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버의 프로세스 공간에 인접하여 활성 반응종들을 발생시키기 위한 빌트-인 플라즈마 소스를 가진 프로세스 챔버 덮개가 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버 덮개 조립체는, 프로세스 공간에 각각의 반응물 가스 또는 가스들과 플라즈마를 각각 전달하는 2개의 분리된 경로들과 함께, 활성 반응종들이 발생되는 플라즈마 공동을 형성하는 다수의 부품들을 포함한다. 프로세스 덮개 조립체에서 내부적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 능력은 RPS를 사용하는 시스템들에 비해 프로세스 챔버의 프로세스 공간에서 플라즈마 활성종들이 기판 표면에 도달하기 위해 이동하여야 하는 거리를 감소시킨다. 프로세스 공간에서 이용가능한 활성종들의 양이 현격히 증대되며, 이용가능한 활성종들을 증대시키기 위해 필요한 파워가 동시에 감소된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략도이다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버는 플라즈마로부터 발생되는 적어도 하나의 전구체로 금속 질화물 필름들을 형성하도록 되어 있다.
프로세스 챔버(100)는 챔버 본체(110), 상기 챔버 본체(110) 내에 배치된 기판 지지체(112), 및 상기 챔버 본체(110) 상에 배치된 프로세스 챔버 덮개 조립체(114)를 포함한다.
상기 기판 지지체(112)는 하나 또는 그 초과의 기판(116)들을 지지하도록 구성되며, 챔버 본체(110)와 프로세스 덮개 조립체(114)에 의해 정의된 프로세스 공간에서 전구체들에 대해 상기 하나 또는 그 초과의 기판(116)들을 노출되도록 한다. 일 실시예에서, 상기 기판 지지체(112)는 실시되고 있는 프로세스에 필요한 온도로 상기 하나 또는 그 초과의 기판(116)들을 가열하도록 된 히터(120)를 포함한다.
상기 프로세스 덮개 조립체(114)는 샤워헤드 조립체(122)를 포함하며, 상기 샤워헤드 조립체는 상기 샤워헤드 조립체(122) 상에 위치된 프로세스 덮개 조립체(114)의 온도를 제어하기 위한 워터 박스(140)를 구비하고 있다. 상기 샤워헤드 조립체(122)는 덮개판으로서의 기능도 하는 제 1 전극(124)과, 상기 제 1 전극(124)에 대해 실질적으로 평행하게 위치되어 플라즈마 공동 RF 전극으로서의 기능을 하는 제 2 전극(128)과, 상기 제 1 전극(124)과 상기 제 2 전극(128) 사이에 위치된 절연체(132)와, 상기 제 2 전극(128) 상에 위치된 차단판(136)을 포함한다. 상기 제 1 전극(124), 상기 절연체(132) 및 상기 제 2 전극(128)은 용량성 플라즈마(145)가 발생될 수 있는 플라즈마 공동(144)을 정의한다. 일 실시예에서, 상기 제 1 전극(124)은 RF(무선 주파수) 접지에 커플링되고, 상기 제 2 전극(128)은 RF 파워 소스(146)에 커플링되며, 상기 절연체(132)는 상기 제 1 전극(124)을 상기 제 2 전극(128)으로부터 전기적으로 절연시킨다.
상기 플라즈마 공동(144)에 하나 또는 그 초과의 플라즈마 형성 가스들을 제공하기 위해, 가스 입구(149A, 149B)들을 통해 상기 플라즈마 공동(144)과 제 1 가스 소스(148)가 커플링된다. 상기 용량성 플라즈마(145)는, RF 파워가 제 2 전극(128)에 인가될 때, 상기 플라즈마 공동(144)에서 발생될 수 있다. 플라즈마 형성 가스들을 플라즈마 공동으로 전달하고, 프로세스 챔버(100)에서 플라즈마 형성 가스들을 퍼징하기 위하여, 캐리어 가스들과 퍼지 가스들 같은 다른 가스들이 플라즈마 공동과 커플링될 수 있다.
상기 제 1 전극(124)은 프로세스 공간(118)에 인접한 제 1 표면(150) 또는 하면과, 플라즈마 공동(144)에 인접한 제 2 표면(152) 또는 상면을 포함하며, 이들 사이에는 복수의 제 1 통로(154)들이 형성되어 있다. 상기 복수의 제 1 통로(154)들은 프로세스 공간(118)을 플라즈마 공동(144)과 커플링하며, 플라즈마 공동(144)으로부터 프로세스 공간(118)으로 활성 반응종들을 전달하기 위한 도관을 제공한다. 상기 복수의 제 1 통로(154)들은 캐리어 가스들, 퍼지 가스들 및/또는 세척 가스들과 같은 다른 가스들을 프로세스 챔버(100)에 전달하기 위해 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 제 1 통로(154)들은 기판 지지체(112)의 표면적에 대응하는 제 1 전극(124)의 표면적을 가로질러 균일하게 분포된다. 상기 제 1 전극(124)은, 프로세스 공간(118)에 하나 또는 그 초과의 전구체들을 공급하기 위해, 가스 입구(159)를 통해 상기 프로세스 공간(118)을 제 2 가스 소스(158)와 커플링하는 복수의 제 2 통로(156)들을 또한 갖는다. 상기 복수의 제 2 통로(156)들도 캐리어 가스들, 퍼지 가스들 및/또는 세척 가스들과 같은 다른 가스들을 프로세스 챔버(100)에 전달하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극(124)은 금속 또는 금속 합금들과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 1 전극(124)은 평면 디스크이다. 일 실시예에서, 상기 제 1 전극(124)은 금속으로 형성된다. 예시적인 금속들은 알루미늄, 스틸, 스테인리스 스틸(예컨대, 니켈을 선택적으로 함유한 철-크롬 합금들), 철, 니켈, 크롬, 이들의 합금 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 제 2 전극(128)은 플라즈마 공동(144)에 인접한 제 1 표면(160) 또는 하면과, 상기 제 1 표면의 반대측에 있는 제 2 표면(162) 또는 상면을 포함하며, 상기 제 1 표면(160)과 상기 제 2 표면(162) 사이에는 제 1 가스 소스(148)로부터 플라즈마 공동(144)으로 하나 또는 그 초과의 플라즈마 형성 가스들을 제공하기 위해 복수의 제 3 통로(164)들이 형성되어 있다. 상기 복수의 제 3 통로(164)들도 캐리어 가스들, 퍼지 가스들 및/또는 세척 가스들과 같은 다른 가스들을 프로세스 챔버(100)에 전달하기 위해 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제 2 통로(156)들은 제 2 전극(128)의 제 1 표면(160)을 통해 제 2 전극(128)의 제 2 표면(128)까지 연장하며 플라즈마 공동(144)을 횡단한다.
일 실시예에서, 상기 제 2 전극(128)은 금속 또는 금속 합금들과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 2 전극(128)은 금속으로 형성된다. 예시적인 금속들은 알루미늄, 스틸, 스테인리스 스틸(예컨대, 니켈을 선택적으로 함유한 철-크롬 합금들), 철, 니켈, 크롬, 이들의 합금 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 2 전극(128)은 평면 디스크이다.
상기 절연체(132)는 제 1 전극(124)과 제 2 전극(128) 사이에 전기적 절연을 제공하며, 전기적으로 절연성인 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 절연체(132)는 세라믹 물질, 예컨대, 알루미늄 질화물(AlxNy) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)로 형성된다.
상기 차단판(136)은 제 2 전극(128) 상에 배치되며, 홈부(166)를 갖고, 상기 홈부는 상기 홈부(166)와 제 2 전극(128)의 제 2 표면(162)에 의해 정의되는 제 2 가스 영역(168)을 형성한다. 상기 제 2 가스 영역(168)은 프로세스 공간(118) 위에 위치되며, 상기 프로세스 공간(118)에 전구체 가스들을 제공하기 위해 상기 복수의 제 2 통로(156)들을 통해 상기 프로세스 공간과 커플링된다. 상기 차단판(136)은 제 1 표면(170) 또는 하면과 제 2 표면(172) 또는 상면을 포함하며, 상기 차단판(136)의 제 1 표면(170)과 상기 제 2 전극(128)의 제 2 표면(162) 사이에 상기 제 2 가스 영역(168)이 정의된다. 상기 차단판(136)의 제 1 표면(170)과 상기 차단판(136)의 제 2 표면(172)을 커플링하는 복수의 제 4 통로(178)들은 플라즈마 형성 가스를 상기 플라즈마 공동(144)으로 전달하는 상기 복수의 제 3 통로(164)들과 커플링된다.
일 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 전구체 가스들이 제 2 가스 소스(158)로부터 가스 입구(159)를 통해 제 2 가스 영역(168)으로 유입된 다음, 복수의 제 2 통로(156)들을 통해 프로세스 공간(118)으로 유입되고, 상기 프로세스 공간에서 하나 또는 그 초과의 기판(116)들의 표면을 향하여 전달된다. 일 실시예에서, 상기 차단판(136)은 프로세스 공간(118)으로 전구체 가스들의 균일한 전달을 돕도록 설계될 수 있는 다수의 판들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 워터 박스(140)는 상기 차단판(136) 상에 배치된다. 상기 워터 박스(140)는 홈부(174)를 가질 수 있으며, 상기 홈부는 상기 홈부(174)와 차단판(136)의 제 2 표면(172)에 의해 정의되는 제 1 가스 영역(176)을 형성한다. 상기 제 1 가스 영역(176)은 플라즈마 공동(144) 위에 위치되며, 상기 플라즈마 공동에 플라즈마 형성 가스들을 공급하기 위해 상기 복수의 제 3 통로(164)들을 통해 상기 플라즈마 공동(144)과 커플링된다. 상기 플라즈마 형성 가스는 가스 입구(149A, 149B)들을 통해 제 1 가스 소스(148)로부터 제 1 가스 영역(176)으로 유입되고, 상기 플라즈마 형성 가스는 복수의 제 3 통로(164)들을 통해 플라즈마 공동(144)으로 방사상으로 분배되며, 플라즈마 공동(144)에서 용량성 플라즈마(145)를 형성하기 위해 제 2 전극(128)에 RF 파워가 공급된다. 그리고, 용량성 플라즈마(145)에서 활성화된 종들이 복수의 제 1 통로(154)들을 통해 프로세스 공간(118)으로 전달된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제 1 통로(154)들은 상기 복수의 제 3 통로(164)들로부터 오프셋되어 있으며(예컨대, 가시선(line of sight)을 갖고 있지 않다), 이는 웨이퍼 표면으로 활성종들이 균일하게 분배되도록 돕는다. 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 상기 복수의 제 1 통로(154)들이 상기 복수의 제 3 통로(164)들과 일렬이 되거나 가시선 내에 있는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "가시선"은 두 지점들 사이의 직선 경로 또는 실질적으로 직선인 경로를 의미한다. 직선 경로 또는 실질적으로 직선인 경로는 적어도 두 지점들 사이에서 흐르는 가스 또는 플라즈마에 대해 막히지 않은 경로 또는 모호하지 않은 경로를 제공할 수 있다. 일반적으로, 막힌 경로 또는 모호한 경로는 가스의 통과는 허용하는 반면 플라즈마의 통과는 금지하거나 실질적으로 줄인다. 따라서, 가시선 경로는 가스 또는 플라즈마의 통과를 허용하는 반면, 두 지점들 사이에 가시선을 갖고 있지 않은 경로는 가스의 통과는 허용하는 반면 플라즈마의 통과는 금지하거나 실질적으로 줄인다.
상기 워터 박스(140)는 상기 프로세스 덮개 조립체(114)와 같은 프로세스 덮개 조립체로부터 열을 제거함으로써 프로세스 챔버(100)의 온도를 조절하기 위해 사용된다. 상기 워터 박스(140)는 샤워헤드 조립체(122)의 상부 위에 배치될 수 있다. 상기 워터 박스(140)는, 샤워헤드 조립체(122)로부터와 같이, 프로세스 덮개 조립체(144)로부터 열을 제거한다. 증착 프로세스에서, 초기 온도의 유체가 입구(미도시)를 통해 워터 박스(140) 속으로 유입된다. 유체는 통로(미도시)를 따라 이동하면서 열을 흡수한다. 더 높은 온도의 유체는 출구(미도시)를 통해 워터 박스(140)로부터 제거된다. 상기 워터 박스(140)는 알루미늄, 알루미늄 합금들(예컨대, 알루미늄 6061과 같은 알루미늄 마그네슘 실리콘 합금들), 알루미늄 도금 금속들, 스테인리스 스틸, 니켈, (INCONEL® 또는 HASTELLOY®와 같은) 니켈 합금들, 니켈 도금 알루미늄, 니켈 도금 금속, 크롬, 철, 이들의 합금들, 이들의 유도체들 또는 이들의 조합들과 같은 금속으로 형성되거나 이를 함유할 수 있다. 일 예에서, 상기 워터 박스(140)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되거나 이를 함유할 수 있다.
상기 워터 박스(140)는 증착 프로세스시 상기 워터 박스(140)에 유체를 공급하기 위한 유체 소스(179)에 연결될 수 있다. 상기 유체는 액체, 가스 또는 초임계 상태일 수 있으며, 시기적절한 방식으로 열을 흡수하거나 소산시킬 수 있다. 워터 박스(140)에서 사용될 수 있는 액체들은 물, 오일, 알코올, 글리콜, 글리콜 에테르, 다른 유기 용제들, 초임계 유체들(예컨대, CO2), 이들의 유도체들 또는 이들의 혼합물들을 포함한다. 가스들은 질소, 아르곤, 공기, 하이드로플루오로카본(HFCs)들 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 워터 박스(140)에는 물 또는 물/알코올 혼합물이 공급된다.
상기 프로세스 챔버(100)는 프로세스 공간(118)에서 소정의 압력 레벨을 얻기 위해 프로세스 공간(118)을 펌핑 아웃하도록 구성된 진공 펌프(180)를 더 포함한다. 프로세싱중, 상기 진공 펌프(180)는 플라즈마 공동(144) 대해 상대적으로 프로세스 공간(118)에 음압을 제공함으로써, 플라즈마 공동(144) 내의 종들이 프로세스 공간(118)으로 흐를 수 있도록 한다.
일부 실시예들에서, 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)들이 가스 입구(149A, 149B, 159)들 중 적어도 하나에 인접하여 배치된다. 상기 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)들은 가스 입구(149A, 149B, 159)들 근처에서의 아킹(arcing) 또는 기생 플라즈마의 형성을 줄이기 위해 상기 가스 입구(149A, 149B, 159)들에 인접하여 위치될 수 있다. 상기 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)들은 평행한 페라이트 경계들을 형성할 수 있으며, 이들은 상기 페라이트 경계에 대해 수직한 RF 전류들을 억제하고 상기 경계에 대해 평행한 자기장 성분들을 흡수한다.
상기 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)들은 프로세스 챔버(100)의 부분들 내에서 RF 전류의 흐름에 의해 생성되어 발생된 필드들(예컨대, 자기장들)이 우선적으로 흐르게 될 경로를 제공하기 위해 사용될 수 있는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 일 예에서, 상기 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)는 페라이트 물질로 형성되거나 페라이트 물질이 내장될 수 있다. 페라이트 물질들은, 다른 물질들의 산화물들과 아울러, 헤마타이트(Fe2O3) 또는 마그네타이트(Fe3O4)와 같은 철 산화물들로부터 유도된 비전도성 강자성 세라믹 화합물들을 포함할 수 있다. 페라이트 물질들은 니켈, 아연 및/또는 망간 화합물들을 더 함유할 수 있다. 예시적인 페라이트 물질들은 망간 페라이트들, 망간 아연 페라이트들, 니켈 아연 페라이트들 및 이들의 조합들을 포함한다.
상기 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)는 페라이트 경계에 대해 수직한 RF 전류들을 억제하고 상기 경계에 대해 평행한 자기장 성분들을 흡수하는 임의의 형상의 형태를 취할 수 있다. 상기 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)의 예시적인 형상들은 링들, 토로이드(toroids)들 및 코일들을 포함한다. 하나의 예시적 실시예에서, 상기 가스 입구(149B)는 알루미늄 튜브이고, 상기 페라이트 함유 요소(190B)는 니켈-아연 페라이트들을 함유한 복수의 토로이드 또는 도넛 형상의 페라이트 부재들을 포함한다. 다른 예시적 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 입구(149A, 149B, 159)들은 알루미늄 튜브이고, 각각의 알루미늄 튜브는 니켈-아연 페라이트들을 함유한 복수의 토로이드 또는 도넛 형상의 페라이트 부재들을 포함한 각각의 페라이트 함유 요소(190A, 190B, 190C)에 의해 둘러싸여 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체(214)의 다른 실시예를 가진 다른 프로세스 챔버(200)의 개략도이다. 상기 프로세스 챔버(200)는, 프로세스 챔버(100)의 제 2 전극(128)이 복수의 다중 원뿔형 공동(264)들을 가진 제 2 전극(228)으로 대체된 것을 제외하고, 도 1에 도시된 프로세스 챔버(100)와 유사하다. 제 1 전극(124)과 제 2 전극(228) 사이의 가변적인 거리와 함께, 상기 원뿔형 공동들은 더 넓은 플라즈마 점화 윈도우를 허용한다. 상기 원뿔형 공동(264)들 내에서 플라즈마가 효과적으로 개시될 수 있으며, 그 결과, 제 1 전극(124)과 제 2 전극(228) 사이에 있는 전체 플라즈마 공동에 걸쳐 균일한 플라즈마가 유지될 수 있다.
프로세스 덮개 조립체(214)는 샤워헤드 조립체(222)를 포함하며, 상기 샤워헤드 조립체 상에 워터 박스(140)가 위치되어 있다. 상기 샤워헤드 조립체(222)는 제 1 전극(124)과, 상기 제 1 전극(124)에 대해 실질적으로 평행하게 위치된 제 2 전극(228)과, 상기 제 1 전극(124)과 상기 제 2 전극(228) 사이에 위치된 절연체(132)와, 상기 제 2 전극(228) 상에 위치된 차단판(136)을 포함한다. 상기 제 1 전극(124), 상기 절연체(132) 및 상기 제 2 전극(228)은 용량성 플라즈마가 발생될 수 있는 플라즈마 공동(244)을 정의한다. 일 실시예에서, 상기 제 1 전극(124)은 RF(무선 주파수) 접지에 커플링되고, 상기 제 2 전극(228)은 RF 파워 소스(146)에 커플링되며, 상기 절연체(132)는 상기 제 1 전극(124)을 상기 제 2 전극(228)으로부터 전기적으로 절연시킨다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체(214)를 위한 제 2 전극(228)의 부분 단면도이다. 도 3b는 도 3a의 제 2 전극(228)의 저면도이고, 도 3c는 평면도이다. 상기 제 2 전극(228)은 플라즈마 공동(244)에 인접하여 배치된 제 1 표면(260) 또는 하면과, 상기 제 1 표면(260)의 반대측에 있는 제 2 표면(262) 또는 상면을 포함하며, 복수의 제 2 통로(256)들이 하나 또는 그 초과의 전구체들을 프로세스 공간으로 공급하고, 그들 사이에 형성된 복수의 제 3 통로(264)들이 가스 소스로부터 하나 또는 그 초과의 반응물 가스들을 플라즈마 공동(244)으로 제공한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 제 3 통로(264)들은 제 2 전극(228)에서 균일하게 분포될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 제 3 통로(264)들은, 상기 복수의 제 3 통로(264)들이 제 2 전극(228)의 제 2 표면(262)으로부터 제 2 전극(228)의 제 1 표면(260)으로 연장함에 따라 확장되는 직경을 가진 원뿔형 채널(272)에 커플링된 좁은 보어(270)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 원뿔형 채널(272)의 측벽들은 각도(α)를 형성한다. 일 실시예에서, 상기 각도(α)는 약 20°내지 약 30°이다.
일 실시예에서, 상기 복수의 제 2 통로(256)들은 제 2 전극(228)에서 균일하게 분포될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 제 2 통로(256)들은 제 1 표면(260)으로부터 연장하는 좁은 보어(258)를 포함하며, 상기 좁은 보어는 제 2 전극(228)의 제 2 표면(262)까지 연장하는 직선형 채널(259)에 커플링된다.
일 실시예에서, 상기 제 2 전극(228)은 금속 또는 금속 합금들과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 2 전극(228)은 금속으로 형성된다. 예시적인 금속들은 알루미늄, 스틸, 스테인리스 스틸(예컨대, 니켈을 선택적으로 함유한 철-크롬 합금들), 철, 니켈, 크롬, 이들의 합금 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 2 전극(228)은 평면 디스크이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 덮개 조립체를 위한 샤워헤드 조립체(422)의 부분 단면도이다. 상기 샤워헤드 조립체(442)는, 제 1 전극(424)이 프로세스 챔버(100, 200)들과 같은 프로세스 챔버의 프로세스 공간으로 활성종들을 전달하기 위해 복수의 제 3 통로(264)들의 "가시선" 내에 있거나 그와 정렬된 복수의 제 1 통로(454)들을 갖는다는 점을 제외하고, 상기 샤워헤드 조립체(222)와 유사하다. 복수의 제 1 통로(454)들이 복수의 제 3 통로(264)들과 정렬된 일부 실시예들에서, 더 많은 양의 반응종들이 더 낮은 파워 레벨을 사용하여 프로세스 공간으로 전달될 수 있다.
상기 제 1 전극(424)은 프로세스 공간(118)에 인접한 제 1 표면(450) 또는 하면과, 플라즈마 공동(244)에 인접한 제 2 표면(452) 또는 상면을 포함하며, 이들 사이에는 복수의 제 1 통로(454)들이 형성되어 있다. 상기 복수의 제 1 통로(454)들은 프로세스 공간(118)을 플라즈마 공동(244)과 커플링하며, 플라즈마 공동(244)으로부터 프로세스 공간(118)으로 활성 반응종들을 전달하기 위한 도관을 제공한다. 상기 복수의 제 1 통로(454)들은 캐리어 가스들, 퍼지 가스들 및/또는 세척 가스들과 같은 다른 가스들을 프로세스 챔버(100)에 전달하기 위해 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 복수의 제 1 통로(454)들은 기판 지지체(112)의 표면적에 대응하는 제 1 전극(424)의 표면적을 가로질러 균일하게 분포된다. 상기 제 1 전극(424)은 프로세스 공간(118)에 하나 또는 그 초과의 전구체들을 공급하기 위한 제 2 가스 소스와 상기 프로세스 공간(118)을 커플링하는 복수의 제 2 통로(456)들을 또한 갖는다. 상기 복수의 제 2 통로(456)들도 캐리어 가스들, 퍼지 가스들 및/또는 세척 가스들과 같은 다른 가스들을 프로세스 챔버(100)에 전달하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제 1 전극(424)은 금속 또는 금속 합금들과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 1 전극(424)은 평면 디스크이다. 일 실시예에서, 상기 제 1 전극(424)은 알루미늄, 스틸, 스테인리스 스틸(예컨대, 니켈을 선택적으로 함유한 철-크롬 합금들), 철, 니켈, 크롬, 이들의 합금 또는 이들의 조합들과 같은 금속으로 형성된다.
각각의 부품(예컨대, 제 1 전극(124, 424)들, 절연체(132), 제 2 전극(128, 228)들, 차단판(136)들, 워터 박스(140) 및 가스 분배 조립체)은, 150㎜ 직경, 200㎜ 직경, 300㎜ 직경 또는 그보다 더 큰 직경을 가진 웨이퍼와 같은 다양한 크기의 기판을 프로세싱하는 규모일 수 있다. 각각의 부품은 제 1 전극(124, 424)들 또는 덮개판 상에 위치되어, 예컨대, 클립들 및/또는 패스너들과 같이 당업계에 공지된 임의의 고정 수단들에 의해 고정될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 원자 층 증착(ALD) 또는 플라즈마-강화 ALD(PE-ALD)와 같은 기상 증착 프로세스에 의해 기판 상에 다양한 물질(예컨대, 티타늄 질화물)을 증착하기 위한 방법들을 제공한다. 일 양태에서, 상기 프로세스는 금속성 티타늄, 티타늄 질화물, 타타늄 실리콘 질화물 또는 이들의 유도체들과 같은 티타늄 물질을 형성할 때 개시 지연이 거의 또는 전혀 없으며, 고속의 증착 속도를 유지한다.
일 실시예에서, 본 명세서에 개시된 PE-ALD 프로세스들과 함께 사용될 수 있는 티타늄 전구체들은 테트라키스(디메틸아미노)티타늄(TDMAT), 테트라키스(디에틸아미노)티타늄(TDEAT), 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4) 및 이들의 유도체들을 포함한다. 본 명세서에 개시된 PE-ALD 프로세스들은 질소 전구체와 질소 플라즈마 또는 다른 이온화된 시약 플라즈마에 기판을 순차적으로 노출시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 타타늄 전구체와 플라즈마의 순차적인 펄스들을 제공하면서 시약 가스를 일정하게 유동시키는 단계를 포함하는 PE-ALD 프로세스에서, 티타늄 질화물 물질이 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 티타늄 전구체(예컨대, TDMAT)와 시약 플라즈마(예컨대 질소 플라즈마)의 순차적인 펄스들을 제공하는 다른 PE-ALD 프로세스에서, 티타늄 물질이 형성될 수 있다. 이들 양 실시예들에서, 시약은 일반적으로 프로세스 도중에 이온화된다. 상기 PE-ALD 프로세스는 플라즈마가 샤워헤드 조립체에서 내부적으로 발생됨을 정의함으로써, RPS를 사용하는 시스템들에 비해 플라즈마 활성종들이 기판 표면에 도달하기 위해 이동하여야 하는 거리를 현저히 감소시킨다. 프로세스 공간에서 이용가능한 활성종들의 양이 현격히 증대되며, 이용가능한 활성종들을 증대시키기 위해 필요한 파워가 동시에 감소된다. PE-ALD 프로세스들에서, 플라즈마는 극초단파(MW) 주파수 발생기, 무선 주파수(RF) 발생기 또는 펄스 DC 전류로부터 발생될 수 있다. 다른 실시예에서, 티타늄 전구체와 시약의 순차적인 펄스들을 제공하는 열적 ALD 프로세스에서 티타늄 물질이 형성될 수 있다. TDMAT를 함유한 프로세스 가스와 질소 플라즈마가 모두 샤워헤드 조립체(122, 222) 속으로 순착적으로 펄싱된다. 그 후, 기판은 프로세스 가스와 질소 플라즈마에 순착적으로 노출된다.
상기 프로세스 덮개 조립체(114 또는 214)는 본 명세서의 실시예들에 개시된 ALD 프로세스들에서 사용될 수 있으며, 본 명세서에 개시된 다양한 ALD 챔버 본체들에 커플링될 수 있다. 다른 ALD 챔버들도 본 명세서에 개시된 실시예들 중 일부에서 사용될 수 있으며, 캘리포니아주 산타 클라라에 소재한 어플라이드 머티어리얼 인코포레이티드로부터 입수할 수 있다. 본 명세서에 개시된 프로세스 덮개 조립체들과 함께 사용될 수 있는 ALD 챔버의 상세한 설명을 공동 양도된 미국 특허 번호 제 6,916,398 호 및 제 6,878,206 호, 그리고 2002년 10월 25일자로 출원되고 US 2003-0121608 으로서 발행되어 공동 양도된 미국 특허출원 번호 제 10/281,079 호에서 발견할 수 있으며, 이들은 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 통합되었다. 다른 실시예에서, 종래의 CVD 모드와 아울러 ALD 모드로 모두 작동하도록 구성된 챔버가 티타늄 물질들을 증착하기 위해 사용될 수 있으며, 공동 양도된 미국 특허 번호 제 7,204,886 호에 개시되어 있고, 이 특허는 인용에 의해 그 전체가 본 명세서에 통합되었다.
일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 ALD 프로세스들에서, 상기 증착 챔버는 약 0.01 Torr 내지 약 80 Torr, 바람직하게, 약 0.1 Torr 내지 약 10 Torr, 더욱 바람직하게, 약 0.5 Torr 내지 약 2 Torr 범위 내의 압력으로 가압될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 몇몇 ALD 프로세스들에서, 상기 챔버 또는 상기 기판은 약 500℃ 미만, 바람직하게, 약 200℃ 내지 약 400℃ 범위와 같은 약 400℃ 또는 그 미만, 더욱 바람직하게, 약 340℃ 내지 약 370℃, 예컨대, 약 360℃의 온도로 가열될 수 있다. 상기 플라즈마는 극초단파(MW) 발생기 또는 무선 주파수(RF) 발생기에 의해 발생될 수 있다. 예컨대, 상기 플라즈마 발생기는 약 200와트(W) 내지 약 40킬로와트(㎾), 바람직하게, 약 200㎾ 내지 약 10㎾, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 500W 내지 약 3㎾ 범위 내의 파워 출력을 갖도록 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판은 전체 ALD 사이클에 걸쳐 시약 가스에 노출될 수 있다. 상기 기판은, 티타늄 전구체 앰플에 캐리어 가스(예컨대, 질소 또는 아르곤)를 통과시킴으로써, 제 2 가스 소스(158)로부터 공급되는 티타늄 전구체 가스에 노출될 수 있다. 상기 앰플은 프로세스에서 사용되는 티타늄 전구체에 따라 가열될 수 있다. 일 예에서, TDMAT를 수용하고 있는 앰플은 약 25℃ 내지 약 80℃ 범위 내의 온도로 가열될 수 있다. 일반적으로, 상기 티타늄 전구체 가스는 약 100sccm 내지 약 2,000sccm, 바람직하게, 약 200sccm 내지 약 1,000sccm, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 300sccm 내지 약 700sccm 범위 내의 유속, 예컨대, 약 500sccm의 유속을 갖는다. 상기 티타늄 전구체 가스와 상기 시약 가스는 증착 가스를 형성하도록 조합될 수 있다. 일반적으로, 시약 가스는 약 100sccm 내지 약 3,000sccm, 바람직하게, 약 200sccm 내지 약 2,000sccm, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 500sccm 내지 약 1,500sccm 범위 내의 유속을 갖는다. 일 예에서, 시약 가스로서 유속이 약 1,500sccm인 질소 플라즈마가 사용된다. 상기 기판은 약 0.1초 내지 약 8초, 바람직하게, 약 1초 내지 약 5초, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 2초 내지 약 4초 범위 내의 기간 동안 시약 가스와 티타늄 전구체를 함유한 증착 가스 또는 티타늄 전구체 가스에 노출될 수 있다. 상기 티타늄 전구체로 이루어진 층이 상기 기판 상에 흡수되면, 상기 티타늄 전구체 가스의 흐름은 중단될 수 있다. 상기 티타늄 전구체의 층은 불연속층, 연속층 또는 심지어 다층들일 수 있다.
상기 기판과 챔버는, 티타늄 전구체 가스의 유동을 중단시킨 후, 퍼지 프로세스에 노출될 수 있다. 퍼지 프로세스에서, 상기 시약 가스의 유속은 선행 단계로부터 조절되거나 유지될 수 있다. 바람직하게, 상기 시약 가스의 유동은 선행 단계로부터 유지된다. 선택적으로, 퍼지 가스가 약 100sccm 내지 약 2,000sccm, 바람직하게, 약 200sccm 내지 약 1,000sccm, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 300sccm 내지 약 700sccm 범위 내의 유속으로, 예컨대, 약 500sccm으로 증착 챔버에 유입될 수 있다. 상기 퍼지 프로세스는 증착 챔버 내부에서 임의의 과다한 티타늄 전구체 및 다른 오염물질들을 제거한다. 상기 퍼지 프로세스는 약 0.1초 내지 약 8초, 바람직하게, 약 1초 내지 약 5초, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 2초 내지 약 4초 범위 내의 기간 동안 실시될 수 있다. 상기 캐리어 가스, 상기 퍼지 가스 및 상기 프로세스 가스는 질소, 수소, 암모니아, 아르곤, 네온, 헬륨 또는 이들의 조합들을 함유할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 캐리어 가스는 질소를 함유한다.
그 후, 플라즈마를 점화하기 전에, 상기 시약 가스의 유동이 유지되거나 조절될 수 있다. 프로세싱 도중, 질소 가스와 같은 질소 소스가 제 1 가스 소스(148)로부터 공급된다. 상기 질소 가스는 플라즈마 공동(144)으로 유입되며, 제 1 전극(124)과 제 2 전극(128) 사이에 인가되는 RF 파워에 의해 질소 가스의 플라즈마가 점화될 때, 상기 질소 가스는 분해된다. 그리고, 자유 질소 라디칼들(질소 원자들)이 복수의 제 1 통로(154)들을 통과하여 프로세스 공간(118)으로 흐른다.
기판은 약 0.1초 내지 약 20초, 바람직하게, 약 1초 내지 약 10초, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 2초 내지 약 8초 범위 내의 기간 동안 플라즈마에 노출될 수 있다. 그 후, 플라즈마 파워가 턴 오프된다. 일 예에서, 상기 시약은 암모니아 플라즈마, 질소 플라즈마, 수소 플라즈마 또는 조합된 플라즈마를 형성하도록 암모니아, 질소, 수소 또는 이들의 조합일 수 있다. 반응 플라즈마는 기판 상에 흡수된 티타늄 전구체와 반응하여 그 위에 티타늄 물질을 형성한다. 일 예에서, 상기 반응 플라즈마는 금속 티타늄을 형성하기 위한 환원제로서 사용된다. 그러나, 광범위한 조성들을 가진 티타늄 물질들을 형성하기 위해 다양한 반응물들이 사용될 수 있다.
상기 증착 챔버는 선행 단계로부터의 과다한 전구체들 또는 오염물질들을 제거하기 위해 제 2 퍼지 프로세스에 노출되었다. 상기 퍼지 프로세스에서, 상기 시약 가스의 유속은 선행 단계로부터 조절되거나 유지될 수 있다. 선택적 퍼지 가스가 약 100sccm 내지 약 2,000sccm, 바람직하게, 약 200sccm 내지 약 1,000sccm, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 300sccm 내지 약 700sccm 범위 내의 유속으로, 예컨대, 약 500sccm으로 증착 챔버에 유입될 수 있다. 상기 제 2 퍼지 프로세스는 약 0.1초 내지 약 8초, 바람직하게, 약 1초 내지 약 5초, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 2초 내지 약 4초 범위 내의 기간 동안 실시될 수 있다.
상기 기판 상에 미리 결정된 두께의 티타늄 물질이 증착될 때까지, 상기 ALD 사이클이 반복될 수 있다. 상기 티타늄 물질은 1,000Å 미만, 바람직하게, 500Å 미만, 그리고, 더욱 바람직하게, 약 10Å 내지 약 100Å, 예컨대, 30Å의 두께로 증착될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 프로세스들은 적어도 0.15Å/cycle, 바람직하게, 적어도 0.25Å/cycle, 더욱 바람직하게, 적어도 0.35Å/cycle 또는 그보다 더 빠른 속도로 타타늄 물질을 증착할 수 있다. 다른 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 프로세스들은 핵형성 지연과 관련된 종래 기술의 단점들을 극복한다. 티타늄 물질들을 증착하는 많은 실험들에서, 전부는 아닐지라도, 검출가능한 핵형성 지연이 없었다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 함께 금속 질화물 필름 형성에 대해 논의하였으나, 라디칼들이 필요한 다른 프로세스들도 본 명세서에 개시된 장치와 방법들을 사용하여 실시될 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 RPS를 사용하는 시스템들에 비해 프로세스 챔버의 프로세스 공간에서 플라즈마 활성종들이 기판 표면에 도달하기 위해 이동하여야 하는 거리를 감소시키는 프로세스 덮개 조립체에서 내부적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 능력을 제공한다. 상기 프로세스 공간에서 이용가능한 활성종들의 양이 현격히 증대되며, 이용가능한 활성종들을 증대시키기 위해 필요한 파워가 동시에 감소된다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이나, 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 다른 추가적인 실시예들이 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기된 특허청구범위에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버로서,
프로세스 공간(volume)을 정의하는 챔버 본체;
상기 프로세스 공간 내에 배치되고 하나 또는 그 초과의 기판들을 지지하도록 구성된 기판 지지체;
플라즈마를 발생시키도록 그리고 상기 프로세스 공간에 하나 또는 그 초과의 라디칼 종들을 제공하도록 구성된 플라즈마 공동을 가지며, 상기 기판 지지체 위에 배치된, 프로세스 덮개 조립체;
상기 프로세스 덮개 조립체에 커플링된 RF(무선 주파수) 파워 소스;
상기 프로세스 덮개 조립체와 커플링된 플라즈마 형성 가스 소스; 및
상기 프로세스 덮개 조립체와 커플링된 반응물 가스(reactant gas) 소스를 포함하는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세스 덮개 조립체는,
복수의 제 1 통로들과 복수의 제 2 통로들을 가진 제 1 전극으로서,
상기 복수의 제 1 통로들은 플라즈마 함유 가스를 상기 프로세스 공간으로 전달하기 위해 상기 제 1 전극의 제 1 표면과 상기 제 1 전극의 제 2 표면을 커플링하며, 상기 제 1 전극의 제 1 표면은 상기 프로세스 공간을 대면하고,
상기 복수의 제 2 통로들은 상기 프로세스 공간으로 반응물 가스를 전달하기 위해 상기 제 1 전극의 상기 제 1 표면을 상기 제 1 전극의 상기 제 2 표면과 커플링하는, 상기 제 1 전극;
상기 제 1 전극에 대해 실질적으로 평행하고 복수의 제 3 통로들을 가진 제 2 전극으로서, 상기 복수의 제 3 통로들은 플라즈마 형성 가스를 플라즈마 공동으로 전달하기 위해 상기 제 2 전극의 제 1 표면과 상기 제 2 전극의 제 2 표면을 커플링하고, 상기 제 2 전극의 상기 제 1 표면은 상기 플라즈마 공동을 대면하는, 상기 제 2 전극; 및
상기 제 2 전극과 상기 제 1 전극의 주연부들 근처에서 상기 제 1 전극과 상기 2 전극 사이에 배치된 절연체를 포함하고,
상기 플라즈마 공동은 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 절연체 사이에 정의되고, 상기 제 2 전극은 RF 파워 소스와 커플링하도록 적응되고, 상기 제 1 전극은 접지와 커플링하도록 적응되는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
상기 프로세스 덮개 조립체는,
상기 플라즈마 공동에 상기 플라즈마 형성 가스들을 공급하기 위해 상기 복수의 제 3 통로들을 통해 상기 플라즈마 공동과 커플링되고 상기 플라즈마 공동 위에 위치되는 제 1 가스 영역; 및
상기 프로세스 공간에 전구체 가스를 공급하기 위해 상기 제 1 가스 영역과 상기 플라즈마 공동 사이에 위치되고, 상기 복수의 제 2 통로들을 통해 상기 프로세스 공간과 커플링하도록 적응된 제 2 가스 영역을 갖는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 3 항에 있어서,
상기 프로세스 덮개 조립체는 상기 제 2 전극 상에 위치된 차단판을 더 포함하고, 상기 제 2 가스 영역은 상기 차단판과 상기 제 2 전극 사이에 정의되는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 4 항에 있어서,
상기 프로세스 덮개 조립체는 상기 차단판 상에 위치된 워터 박스(water box)를 더 포함하고, 상기 제 1 가스 영역은 상기 차단판과 상기 워터 박스 사이에 정의되는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 4 항에 있어서,
상기 차단판은 플라즈마 함유 가스를 상기 프로세스 공간으로 전달하기 위해 상기 복수의 제 3 통로들과 커플링하도록 상기 차단판의 제 1 표면을 상기 차단판의 제 2 표면과 커플링하는 복수의 제 4 통로들을 갖는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 전극의 제 1 표면을 상기 제 1 전극의 제 2 표면과 커플링하는 상기 복수의 제 3 통로들의 각각은, 상기 제 2 전극의 상기 제 2 표면을 향하여 개방된 보어(bore)에 연결된 상기 제 2 전극의 상기 제 1 표면을 향하여 개방된 원뿔형 채널에 의해 정의된,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 제 7 항에 있어서,
상기 원뿔형 채널은 약 20°내지 약 30°의 각도를 형성하는,
하나 또는 그 초과의 기판들을 플라즈마 강화 프로세싱하기 위한 챔버. - 프로세스 공간에 반응물 가스의 라디칼들을 제공하기 위한 프로세스 덮개 조립체로서,
복수의 제 1 통로들과 복수의 제 2 통로들을 가진 제 1 전극으로서,
상기 복수의 제 1 통로들은 플라즈마 함유 가스를 프로세스 공간으로 전달하기 위해 상기 제 1 전극의 제 1 표면과 상기 제 1 전극의 제 2 표면을 커플링하고, 상기 제 1 전극의 상기 제 1 표면은 프로세스 공간을 대면하도록 적응되고,
상기 복수의 제 2 통로들은 상기 프로세스 공간으로 전구체 가스를 전달하기 위해 상기 제 1 전극의 상기 제 1 표면을 상기 제 1 전극의 상기 제 2 표면과 커플링하는, 상기 제 1 전극; 및
상기 제 1 전극에 대해 실질적으로 평행하고 복수의 제 3 통로들을 가진 제 2 전극으로서, 상기 복수의 제 3 통로들은 플라즈마 형성 가스를 플라즈마 공동으로 전달하기 위해 상기 제 2 전극의 제 1 표면과 상기 제 2 전극의 제 2 표면을 커플링하는, 상기 제 2 전극을 포함하고,
상기 플라즈마 공동은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 정의되고, 상기 제 2 전극의 상기 제 1 표면은 상기 플라즈마 공동을 대면하고, 상기 제 2 전극은 RF 파워 소스와 커플링하도록 적응되고, 상기 제 1 전극은 접지와 커플링하도록 적응된,
프로세스 덮개 조립체. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 전극과 상기 제 1 전극의 주연부들 근처에서 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 절연체를 더 포함하고, 상기 절연체는 추가로 상기 플라즈마 공동을 정의하는,
프로세스 덮개 조립체. - 제 9 항에 있어서,
상기 프로세스 덮개 조립체는,
상기 플라즈마 공동에 플라즈마 형성 가스들을 공급하기 위해 상기 복수의 제 3 통로들을 통해 상기 플라즈마 공동과 커플링되고 상기 플라즈마 공동 위에 위치되는 제 1 가스 영역; 및
상기 프로세스 공간에 반응물 가스를 공급하기 위해 상기 제 1 가스 영역과 상기 플라즈마 공동 사이에 위치되고, 상기 복수의 제 2 통로들을 통해 상기 프로세스 공간과 커플링하도록 적응된 제 2 가스 영역을 갖는,
프로세스 덮개 조립체. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 2 전극 상에 위치된 차단판을 더 포함하고, 상기 제 2 가스 영역은 상기 차단판과 상기 제 2 전극 사이에 정의되는,
프로세스 덮개 조립체. - 제 12 항에 있어서,
상기 차단판 상에 위치된 워터 박스를 더 포함하고, 상기 제 1 가스 영역은 상기 차단판과 상기 워터 박스 사이에 정의되는,
프로세스 덮개 조립체. - 제 12 항에 있어서,
상기 차단판은 플라즈마 함유 가스를 상기 프로세스 공간으로 전달하기 위해 상기 복수의 제 3 통로들과 커플링되도록 상기 차단판의 제 1 표면을 상기 차단판의 제 2 표면과 커플링하는 복수의 제 4 통로들을 갖는,
프로세스 덮개 조립체. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전극의 제 2 표면과 상기 제 2 전극의 제 1 표면을 커플링하는 상기 복수의 제 3 통로들의 각각은, 상기 제 2 전극의 제 2 표면을 향하여 개방된 보어에 연결된 상기 제 2 전극의 상기 제 1 표면을 향하여 개방된 원뿔형 채널에 의해 정의된,
프로세스 덮개 조립체.
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