KR20130066636A - 실리콘 막들에 대한 선택적인 식각 - Google Patents
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Abstract
패터닝된 이종 실리콘-함유 구조체들을 식각하는 방법이 설명되고, 기존의 원격 플라즈마 식각들에 비하여 반대의 선택성을 갖는 원격 플라즈마 식각을 포함한다. 방법들은 거의 없는 실리콘 산화물을 제거하는 동안, 폴리실리콘을 형상추종적으로 트리밍하기 위해 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 적은 산소를 함유하는 실리콘-함유 막들은 많은 산소를 함유하는 실리콘-함유 막들보다 빠르게 제거된다. 다른 예시적인 애플리케이션들은 실리콘 산탄화물을 필수적으로 유지하면서 실리콘 탄질화물 막들의 트리밍을 포함한다. 이들과 같은 애플리케이션들은 여기에서 소개된 방법들에 의해 가능하게 되고, 새로운 공정 흐름들이 가능하게 된다. 이들 공정 흐름들은 다양한 더 미세한 선 폭 구조체들에 대해 바람직하게 되도록 기대된다. 여기에 포함된 방법들은 또한 실리콘-함유 막들을 더 큰 농도의 질소를 갖는 질소-및-실리콘-함유 막들보다 빠르게 식각하기 위해 사용될 수 있다.
Description
본 출원은 Jingchun Zhang 등에 의해 "SELECTIVE ETCH FOR SILICON FILMS"이라는 명칭으로 2011년 4월 18일 출원된 미국 특허 출원번호 제13/088,930호의 PCT 출원이고, Jingchun Zhang 등에 의해 "OXIDE DESELECTIVE ETCH"라는 명칭으로 2010년 5월 27일 출원된 미국 가출원번호 제61/348,920호에 관한 것이며, 이의 이익을 주장하고, 이들의 전체 개시물들은 모든 목적들을 위해 여기서는 참조로서 통합된다.
집적 회로들은 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 물질 층들을 생성하는 공정들에 의해 가능하게 된다. 기판 상에 패터닝된 물질의 생성은 노출된 물질의 제거를 위한 제어된 방법들을 요구한다. 화학적 식각은 포터레지스트에서의 패턴을 하부층들 안으로의 이송, 층들의 박막화(thinning) 또는 표면 상에 이미 존재하는 피쳐들의 수평 치수들의 박막화를 포함하는 다양한 목적들을 위해 사용된다. 종종 다른 도움, 예를 들면, 패턴 전사 공정이 진행되는 것보다 빠르게 하나의 물질을 식각하는 식각 공정을 갖는 것은 바람직하다. 이러한 식각 공정은 제 1 물질에 대해 선택적이라고 한다. 물질들, 회로들 및 공정들의 다양성의 결과, 식각 공정들은 다양한 물질들에 대하여 선택성으로 발전되어 왔다.
SiconiTM 식각은 H2, NF3 및 NH3 플라즈마 부산물들에 대한 기판의 동시 노출을 수반하는 원격 플라즈마 보조 건식 식각 공정이다. 수소 및 불소 종들의 원격 플라즈마 여기는 플라즈마 손상이 없는(plasma-damage-free) 기판 처리를 가능하게 한다. SiconiTM 식각은 실리콘 산화물 층들에 대하여 대체로 형상추종적 및 선택적이지만, 실리콘이 비정질, 결정질 또는 다결정질인지의 여부에 관계없이 실리콘을 용이하게 식각하지 못한다. 선택성은 얕은 트렌치 격리(shallow trench isolation; STI) 및 중간-층 유전체(inter-layer dielectric; ILD) 리세스 형성과 같은 애플리케이션들에 대해 장점을 제공한다. SiConiTM 공정은 기판 물질이 제거됨에 따라 기판의 표면상에서 성장하는 고체 부산물들을 생성한다. 고체 부산물들은 기판의 온도가 상승될 때 승화를 통하여 후속 제거된다.
현재까지, 원격 플라즈마 식각들(SiconiTM와 같은)은 실리콘 산화물에 대한 선택성에 제한되어 왔다. 원격 플라즈마 식각 공정들에 대한 가능한 선택성들의 범위를 확장하기 위한 방법들이 요구된다.
패터닝된 이종 실리콘-함유 구조체들을 식각하는 방법이 설명되고, 기존의 원격 플라즈마 식각들에 비하여 반대의 선택성(inverted selectivity)을 갖는 원격 플라즈마 식각을 포함한다. 방법들은 거의 없는 실리콘 산화물을 제거하는 동안, 폴리실리콘을 형상추종적으로 트리밍하기(trim) 위해 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 적은 산소를 함유하는 실리콘-함유 막들은 많은 산소를 함유하는 실리콘-함유 막들보다 빠르게 제거된다. 다른 예시적인 애플리케이션들은 실리콘 산탄화물(oxycarbide)을 필수적으로 유지하면서 실리콘 탄질화물(carbon nitride) 막들의 트리밍을 포함한다. 이들과 같은 애플리케이션들은 여기에서 소개된 방법들에 의해 가능하게 되고, 새로운 공정 흐름들이 가능하게 된다. 이들 공정 흐름들은 다양한 더 미세한 선 폭 구조체들에 대해 바람직하게 되도록 기대된다. 여기에 포함된 방법들은 또한 실리콘-함유 막들을 더 큰 농도의 질소를 갖는 질소-및-실리콘-함유 막들보다 빠르게 식각하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법들을 포함한다. 패터닝된 기판은 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역 및 상기 산소-및-실리콘-함유 영역보다 적은 산소를 포함하는 노출된 실리콘-함유 영역을 갖는다. 상기 방법은 플라즈마 유출물들(effluents)을 생성하기 위해 상기 제 1 플라즈마 영역에서 플라즈마를 형성하는 동안, 상기 기판 처리 영역에 유동적으로 결합된 원격 플라즈마 영역 안으로 불소-함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 플라즈마 유출물들을 상기 기판 처리 영역 안으로 유동시킴으로써 상기 실리콘-함유 영역을 상기 산소-및-실리콘-함유 영역보다 빠르게 식각하는 단계를 더 포함한다.
추가적인 실시예들 및 특징들이 후술하는 상세한 설명에서 일부가 개시되고, 일부는 명세서의 검토를 통하여 당업자에게 명확해질 것이거나, 개시된 실시예들의 실시에 의해 알게 될 수 있다. 개시된 실시예들의 특징들 및 장점들은 본 명세서에 기술된 수단들, 조합들, 및 방법들에 의해 실현되고 획득될 수 있다.
개시된 실시예들의 본질 및 장점들의 추가적인 이해는 명세서의 나머지 부분들과 도면들을 참조하여 실현될 수 있다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른 실리콘 선택적 식각 공정의 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 개시된 실시예들에 따른 실리콘 선택적 식각 공정 이전 및 이후의 개략도들이다.
도 3은 개시된 실시예들에 따른 실리콘 선택적 식각 동안 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 폴리실리콘의 식각률들을 표시한 그래프이다.
도 4는 개시된 실시예들에 따른 선택적 식각 공정의 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 실시예들에 따른 선택적 식각 공정 이전 및 이후의 개략도들이다.
도 6은 개시된 실시예들에 따른 선택적 식각 동안 실리콘 산탄화물 및 실리콘 탄질화물의 식각률들을 표시한 그래프이다.
도 7은 개시된 실시예들에 따른 식각 공정들을 수행하기 위한 처리 챔버의 단면도이다.
도 8은 개시된 실시예들에 따른 식각을 수행하기 위한 처리 시스템이다.
도 2a 및 도 2b는 개시된 실시예들에 따른 실리콘 선택적 식각 공정 이전 및 이후의 개략도들이다.
도 3은 개시된 실시예들에 따른 실리콘 선택적 식각 동안 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 폴리실리콘의 식각률들을 표시한 그래프이다.
도 4는 개시된 실시예들에 따른 선택적 식각 공정의 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 실시예들에 따른 선택적 식각 공정 이전 및 이후의 개략도들이다.
도 6은 개시된 실시예들에 따른 선택적 식각 동안 실리콘 산탄화물 및 실리콘 탄질화물의 식각률들을 표시한 그래프이다.
도 7은 개시된 실시예들에 따른 식각 공정들을 수행하기 위한 처리 챔버의 단면도이다.
도 8은 개시된 실시예들에 따른 식각을 수행하기 위한 처리 시스템이다.
첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 특징들은 동일한 참조 부호를 가질 수 있다. 또한, 동일한 타입의 다양한 컴포넌트들은 유사한 컴포넌트들을 구별하는 이하의 대시(dash) 및 제 2 부호에 의한 참조 부호에 의해 구별될 수 있다. 설명은, 단지 제 1 참조 부호만이 본 명세서에서 사용되는 경우, 제 2 참조 부호와는 무관하게 동일한 제 1 참조 부호를 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 하나에 대해 적용될 수 있다.
패터닝된 이종 실리콘-함유 구조체들을 식각하는 방법이 설명되고, 기존의 원격 플라즈마 식각들에 비하여 반대의 선택성을 갖는 원격 플라즈마 식각을 포함한다. 방법들은 거의 없는 실리콘 산화물을 제거하는 동안, 폴리실리콘을 형상추종적으로 트리밍하기 위해 사용될 수 있다. 보다 일반적으로, 적은 산소를 함유하는 실리콘-함유 막들은 많은 산소를 함유하는 실리콘-함유 막들보다 빠르게 제거된다. 다른 예시적인 애플리케이션들은 실리콘 산탄화물을 필수적으로 유지하면서 실리콘 탄질화물 막들의 트리밍을 포함한다. 이들과 같은 애플리케이션들은 여기에서 소개된 방법들에 의해 가능하게 되고, 새로운 공정 흐름들이 가능하게 된다. 이들 공정 흐름들은 다양한 더 미세한 선 폭 구조체들에 대해 바람직하게 되도록 기대된다. 여기에 포함된 방법들은 또한 실리콘-함유 막들을 더 큰 농도의 질소를 갖는 질소-및-실리콘-함유 막들보다 빠르게 식각하기 위해 사용될 수 있다.
SiconiTM 식각 공정은 원격 플라즈마 시스템(RPS)을 통하여 반응 영역 안으로 함께 유동하는 암모니아(NH3)의 수소 소스 및 질소 삼불화물(NF3)의 불소 소스를 이용하였다. 암모니아 및 질소 삼불화물의 유량들은 2개의 공정 가스들의 성분들을 효율적으로 이용하기 위해 수소의 원자 유량이 불소의 것에 대략 2배가 되도록 전형적으로 선택된다. 수소 및 불소의 존재는 상대적으로 낮은 기판 온도들에서 (NH4)2SiF6의 고체 부산물의 형성을 가능하게 한다. 고체 부산물들은 기판의 온도를 승화 온도 위로 상승시킴으로써 제거된다. SiconiTM 식각 공정들은 산화물 막들을 산소가 없는 막들보다 빠르게 제거한다. 본 발명자들은 선택성이 질소 삼불화물의 유동을 유지하면서 산소의 공급을 감소(또는 제거)함으로써 반전될 수 있음을 발견하였다.
본 발명을 더 잘 이해하고 인식하기 위해, 개시된 실시예들에 따른 산화물 비선택적인(deselective) 식각 공정의 흐름도 및 얕은 트렌치 격리(STI) 구조체인 도 1 및 도 2를 이제 참조한다. 제 1 동작 이전에, 갭이 폴리실리콘 흡착층(adlaver))(220-1) 및 하부 실리콘 기판(210)에 형성된다. 갭은 장치들(미도시)을 전기적으로 절연시키기 위해 실리콘 산화물(230)로 충진된다. 실리콘 산화물은 표면이 폴리실리콘의 상부와 대략 동일한 평면이고, 도 2에 도시된 구조를 달성하기 위해 실리콘 산화물이 폴리실리콘 아래로 다시 트리밍되도록 연마된다. 도 1의 공정은 기판이 처리 챔버 안으로 이송되는 경우 시작된다(동작 110). 실리콘 산화물(230) 및 폴리실리콘(220)의 영역들은 기판의 표면 상에 노출됨을 유의하라.
질소 삼불화물의 유동이 처리 영역에서 분리된 플라즈마 영역 안으로 개시된다(동작 120). 불소의 다른 소스들은 질소 삼불화물을 증가시키거나 대체하기 위해 사용될 수 있다. 실시예들에서, 불소-함유 전구체는 질소 삼불화물, 2원자 불소, 1원자 불소 및 불소-치환 탄화 수소들로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 전구체를 포함한다. 분리된 플라즈마 영역은 여기에서 원격 플라즈마 영역으로 지칭될 수 있고, 처리 챔버와 별개의 모듈 내에 있거나 처리 챔버 내의 격실일 수 있다. 암모니아의 유동은 이러한 동작 동안 원격 플라즈마 영역 안에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 수소-함유 전구체가 포함된 경우, 수소-함유 전구체는 원자 수소, 1원자 수소, 암모니아, 탄화 수소 및 불완전한 할로겐-치환 탄화 수소로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 전구체를 포함한다. 질소 삼불화물 및 선택적인 암모니아는 불소-대-수소 원자 유동비가 2:1, 5:1 또는 10:1 중 하나보다 크게 되도록 선택될 수 있다. 원격 플라즈마(플라즈마 유출물들)로부터의 생성물들은 처리 영역 안으로 유동되고, 패터닝된 기판 표면과 상호작용하게 된다(동작 125). 패터닝된 층은 개시된 실시예들에서 실리콘 산화물 갭필(230)이 보다 느리게 식각되면서, 폴리실리콘 흡착층이 형상추종적으로 트리밍되도록 선택적으로 식각된다(동작 130). 폴리실리콘의 식각률은 수소의 유동에 대한 불소의 유동의 비율에 따라 실리콘 산화물 갭필의 식각률의 5배 또는 10배보다 크다. 가스들의 유동들은 그 다음 정지되고(동작 135), 기판은 처리 영역으로부터 제거된다(동작 145). 폴리실리콘은 개시된 실시예들에서 1㎚ 내지 15㎚로 트리밍될 수 있다. 실리콘이 산화되어 실리콘에 대한 바람직한 식각 선택성을 방해하기 때문에, 원격 플라즈마 영역 안으로의 산소의 상당한 유동(및 그 결과 플라즈마 유출물 유동에서)의 포함은 권장되지 않는다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 플라즈마 영역 및 기판 처리 영역은 식각 공정 동안 산소가 없거나 산소가 필수적으로 없다.
도 3은 도 2의 폴리실리콘 흡착층(220)을 트리밍하기 위해 사용되는 것과 같은 트리밍된 식각 후에 식각량들의 그래프이다. SiconiTM 식각 공정은 불소와 비교하여 약 2배의 수소의 원자 농도를 가지며, 폴리실리콘보다 상당히 큰 속도로 실리콘 산화물 제거를 초래함을 유의하라. 불소에 대한 수소의 비율이 감소됨에 따라 선택성은 반전된다. 폴리실리콘 및 실리콘 산화물은, 동일한 비율의 수소 및 불소가 원격 플라즈마 영역으로 전달되는 경우, 대략 동일한 속도로 제거된다. 수소:불소 1:1의 비율 미만에서, 폴리실리콘의 식각률은 실리콘 산화물의 것을 초과한다. 실시예들에서, 원격 플라즈마 영역으로 유동되는 수소는 필수적으로 없고, 이는 10:1 폴리실리콘:실리콘 산화물보다 큰 식각 선택성을 초래한다. 실시예들에서, 기법들은 또한 폴리실리콘 흡착층 없이 실리콘 기판에서의 갭에 적용될 수 있고, 산화물 비선택적인 식각은 실리콘 산화물 갭필보다 큰 속도로 실리콘을 제거할 것이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 선택적인 식각은 얕은 트렌치 격리 애플리케이션과 관련하여 설명되었다. 다양한 다른 애플리케이션들은 이러한 실리콘 선택적인 식각으로 이익을 얻을 것이다. 예를 들면, 이러한 선택적인 식각은 실리콘 산화물과 같은 노출된 산소-함유 물질의 해로운 양을 제거하지 않고 핀FET 구조체의 핀을 트리밍하기 위해 사용될 수 있다. 핀FET는 그의 두께가 장치 성능에 큰 영향을 주는 단일 결정질 실리콘의 수직 돌출부를 포함한다. 단일 결정질 실리콘은, 여기에서 설명된 원격 플라즈마 선택적인 식각으로 처리되는 경우, 폴리실리콘과 유사한 속도로 식각한다. 여기에서 설명된 장치 구조들에 대한 매우 다양한 대안적인 기하형상들이 나타나도록 기대되며, 산화물 비선택적인 식각으로 이익을 얻을 것이다.
여기에서 설명된 원격 플라즈마 식각의 유용성은 패터닝된 실리콘 및 실리콘 산화물을 포함하는 시스템들에 제한되지 않는다. 도 4는 실리콘 탄질화물(SiCN)을 실리콘 산탄화물(SiOC)보다 빠르게 제거하는 선택적인 식각의 흐름도이다. 실시예들에서, SiCN은 실리콘, 탄소 및 질소로 필수적으로 구성된다. 유사하게, SiOC는 실리콘, 탄소 및 산소로 필수적으로 구성된다. 도 5a 및 도 5b는 선택적인 식각 이전 및 이후의 예시적인 애플리케이션의 개략도들이다. 예시적인 애플리케이션은 금속간 유전체 층의 형성을 수반한다. 하부 구리 층(550)은 상부 저-K 막(570)으로부터의 오염물질들의 확산을 방지하기 위해 그것 위에 형성되는 실리콘 탄질화물(SiCN)(560-1)을 갖는다. 적합한 SiCN 막(560-1)은 BlokTM이고, 적합한 저-K 막(570)은 Black Diamond 이며, 이들 각각은 캘리포니아의 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 구입가능하다. 저-K 막(570)은 SiCN(560-1)의 층 위에 형성되고, 도 5a에 도시된 트렌치를 형성하기 위해 산화물 선택적인 식각으로 패터닝된다. 트렌치는 나중에 상이한 금속 층들 사이의 도전성 링크를 형성하기 위한 물질로 충진될 것이다. 그러나, 저항 접촉(ohmic contact)이 이루어질 수 있기 전에, 유전체 SiCN이 먼저 제거되어야 한다.
도 4의 공정은 패터닝된 기판이 처리 챔버 안으로 이송되는 경우 시작된다(동작 410). 질소 삼불화물의 유동이 원격 플라즈마 영역 안으로 개시된다(동작 420). 원격 플라즈마 영역은, 도 1 및 도 2를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이, 수소가 필수적으로 없을 수 있거나, 더 적은 유동들의 수소를 가질 수 있다. 수소는 진공 시스템으로부터 완전하게 제거되는 것이 블가능하고, 수소가 "필수적으로 없는" 것은 합리적인 허용값을 수용하기 위해 사용된다. 플라즈마 유출물들은 처리 영역 안으로 유동되고, 패터닝된 기판 표면과 상호작용하도록 허용된다(동작 425). 패터닝된 기판은 실리콘 탄질화물 층이 실리콘 산탄화물에 대하여 우선적으로 제거되도록 선택적으로 식각된다(동작 430). 선택적인 식각은 금속의 후속 층이 새로이 노출된 탄소 표면을 접촉하게 하도록 SiCN의 일부가 트렌치의 바닥으로부터 제거될 때까지 계속된다. 전구체의 유동들은 정지되고(동작 435), 기판은 처리 영역으로부터 제거된다(동작 445). 선택적인 식각 다음의 SiCN 막(560-2)은 도 5b에 도시된다.
도 6은 개시된 실시예들에 따른 산화물 비선택적인 식각 동안 실리콘 산탄화물 및 실리콘 탄질화물의 식각률들을 표시하는 그래프이다. 곡선들은 기판 처리 영역에서 질소 삼불화물의 분압에 대한 식각률의 의존성을 도시한다. 앞서 나타낸 바와 같은 수소:불소 원자 유량에 의존에 더하여, 선택성은 패터닝된 기판의 부근에서의 질소 삼불화물의 농도에 더 의존한다. 더 낮은 분압들은 예시적인 애플리케이션에서 선호되는 SiOC에 비하여 SiCN의 선택성에서의 증가를 가능하게 한다. 질소 삼불화물 약 50 mTorr 분압 미만에서, SiCN 및 SiOC 양자의 식각률은 분압이 감소됨에 따라 감소된다. 감소의 속도는 SiCN을 식각하는 것에 대한 선택성이 감소되게 하는 SiOC에 대해 더 빠르다. 질소 삼불화물의 분압은 상이한 실시예들에서 50 mTorr, 30 mTorr 또는 20 mTorr 미만이다.
여기에서 설명된 산화물 비선택적인 식각은 산소가 필수적으로 없는 물질들을 산소-및-실리콘-함유 막들보다 빠르게 식각한다. 작은 양의 산소는 심지어 산소의 포함이 의도되지 않은 경우에도 종종 SiCN 및 폴리실리콘에 존재함은 주목할 만하다. 게다가, 기본 조성물을 결정하기 위해 사용되는 공통 측정 기법들은 샘플 준비 및 측정 동안 대기 오염에 기인한 산소의 존재를 많이 보고할(over-report) 수 있다. "산소가 필수적으로 없는" 또는 "산소가 없는"으로서 물질의 설명은 허용할 수 있는 허용값으로서 이들을 수용한다. 훨씬 더 일반적으로, 더 적은 산소를 갖는 실리콘-함유 막은 더 많은 산소를 갖는 실리콘-함유 막보다 빠르게 식각될 것이다. 실시예들에서, 실리콘-함유 막은 비정질, 결정질 또는 다결정질 중 하나의 형태의 실리콘으로 필수적으로 구성될 수 있다. 유사하게, 산소-및-실리콘-함유 막은 SiO2로 필수적으로 구성된다. 산화물 비선택적인 식각은 각각이 상이한 속도로 식각할 것이기 때문에, 이 둘 막들이 표면을 노출하는 한 여전히 유용성을 가질 수 있다. 노출된 실리콘-함유 영역의 식각률은 본 발명의 실시예들에서 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역의 식각률보다 5보다 큰 승인자(multiplicative factor)만큼 클 수 있다.
산화물 비선택적인 식각들이 이제까지 설명되어 왔다. 여기에서 설명된 방법들은 도 3에 도시된 실리콘 질화물보다 빠르게 실리콘을 선택적으로 식각하기 위해 사용될 수 있다. 선택성은 실리콘 산화물 위에 실리콘 식각 선택성에 대한 경우와 같이 표명되지 않는다. 차이는 다양한 공정 유동들에서 여전히 유용할 수 있다. 이러한 식각 공정들은 여기에서 산화물 비선택적인 식각들로 지칭될 수 있고, 산화물 비선택적인 식각들을 참조하여 설명된 실시예들과 동일한 공정 파라미터를 가질 수 있다. 유사하게, 본 발명의 실시예들에 따르면, 원격 플라즈마 영역 및 기판 처리 영역은 이러한 식각 공정들 동안, 각각 질소가 없을 수 있거나 필수적으로 없을 수 있다. 일반적으로 말하면, 실리콘-함유 물질들은 실리콘-함유 물질들보다 큰 질소 농도를 갖는 질소-및-실리콘-함유 물질에 비하여 선택적으로 식각될 수 있다. 노출된 실리콘-함유 영역의 식각률은 노출된 질소-및-실리콘-함유 물질의 식각률보다 본 발명의 실시예들에서 1.5보다 큰 승인자만큼 클 수 있다. 실리콘과 같은 실리콘-함유 막들은 또한 질소-산소-및-실리콘-함유 막들보다 빠르게 식각될 수 있다.
추가적인 산화물 비선택적 식각 공정 파라미터들은 예시적인 처리 시스템을 설명하는 중에서 개시된다.
예시적인 처리 시스템
도 7은 본 발명의 실시예들에서 수행될 수 있는 예시적인 처리 챔버(700)를 도시하는 부분 단면도이다. 일반적으로, 수소-함유 전구체 및 불소-함유 전구체는 하나 또는 둘 이상의 개구들(751)을 통하여 원격 플라즈마 영역(들)(761-763) 안으로 도입될 수 있고, 플라즈마 전원(746)에 의해 여기될 수 있다.
일 실시예에서, 처리 챔버(700)는 챔버 몸체(712), 리드 조립체(702), 및 지지 조립체(710)를 포함한다. 리드 조립체(702)는 챔버 몸체(712)의 상단에 배치되고, 지지 조립체(710)는 챔버 몸체(712) 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 처리 챔버(700) 및 관련된 하드웨어는 바람직하게는 하나 또는 둘 이상의 공정-호환되는 물질들(예를 들면, 알루미늄, 스테인리스 강, 등)로부터 형성된다.
챔버 몸체(712)는 처리 챔버(700)의 내부로의 접근을 제공하기 위해 그것의 측벽에 형성되는 슬릿 밸브 개구(760)를 포함한다. 슬릿 밸브 개구(760)는 웨이퍼 핸들링 로봇(미도시)에 의한 챔버 몸체(712)의 내부로의 접근을 가능하게 하기 위해 선택적으로 개방되고 폐쇄된다. 일 실시예에서, 웨이퍼는 근처의 이송 챔버 및/또는 로드락 챔보, 또는 클러스터 툴 내에 있는 다른 챔버에 대하여 슬롯 밸브 개구(760)를 통하여 처리 챔버(700) 안으로 및 밖으로 이송될 수 있다. 처리 챔버(700)를 포함할 수 있는 예시적인 클러스터 툴은 도 8에 도시된다.
하나 또는 둘 이상의 실시예에서, 챔버 몸체(712)는 챔버 몸체(712)를 통하여 열 이송 유체를 유동하기 위한 챔버 몸체 채널(713)을 포함한다. 열 이송 유체는 가열 유체 또는 냉각제일 수 있고, 처리 및 기판 이송 동안 챔버 몸체(712)의 온도를 제어하기 위해 사용된다. 챔버 몸체(712)의 가열은 챔버 벽들 상에 가스 또는 부산물들의 원하지 않는 응결을 방지하도록 도울 수 있다. 예시적인 열 이송 유체들은 물, 에틸렌 글리콜(glycol), 또는 이것의 혼합물을 포함한다. 예시적인 열 이송 유체는 또한 질소 가스를 포함할 수 있다. 지지 조립체(710)는 지지 조립체(710)를 통한 열 이송 유체를 유동하고 그에 의해 기판 온도에 영향을 미치기 위한 지지 조립체 채널(704)을 가질 수 있다.
챔버 몸체(712)는 지지 조립체(710)를 둘러싸는 라이너(733)를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 라이너(733)는 정비(servicing) 및 세정을 위하여 제거 가능하다. 라이너(733)는 알루미늄과 같은 금속 또는 세라믹 물질로 제조될 수 있다. 그러나, 라이너(733)는 임의의 공정-호환되는 물질일 수 있다. 라이너(733)는 그 위에 증착된 임의의 물질의 점착력을 증가시키기 위해 비드 블라스팅(bead blasted)될 수 있으며, 이에 의해 처리 챔버(700)의 오염을 초래하는 물질의 박리(flaking)를 방지할 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 라이너(733)는 하나 또는 둘 이상의 개구들(735) 및 그 안에 형성되며 진공 시스템과 유체 소통되는 펌핑 채널(729)을 포함한다. 개구(735)들은 펌핑 채널(729) 안으로 가스들에 대한 유동 통로를 제공하며, 이는 처리 챔버(700) 내의 가스들을 위한 배출구를 제공한다.
진공 시스템은 처리 챔버(700)를 통한 가스들의 유동을 조절하기 위해 진공 펌프(725) 및 드로틀 밸브(throttle valve)(727)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(725)는 챔버 몸체(712) 상에 배치된 진공 포트(731)에 연결되고, 그에 따라 라이너(733) 내에 형성된 펌핑 채널(729)과 유체 소통된다. 용어 "가스" 및 "가스들"은 다른 언급이 없으면 교환가능하게 사용되고, 하나 또는 둘 이상의 반응물들, 촉매들, 캐리어, 퍼지, 세정, 이들의 조합들뿐만 아니라, 챔버 몸체(712) 안으로 도입되는 임의의 다른 유체를 지칭한다. 용어 "전구체"는 표면으로부터 물질을 제거하거나 증착하기 위해 반응에 참여하는 임의의 공정 가스를 지칭하는데 사용된다.
개구들(735)은 펌핑 채널(729)이 챔버 몸체(712) 내의 처리 영역(740)과 유체 소통되게 한다. 처리 영역(740)은 리드 조립체(702)의 하면 및 지지 조립체(710)의 상면에 의해 형성되며, 라이너(733)에 의해 둘러싸인다. 개구들(735)은 균일한 크기를 가질 수 있고, 라이너(733) 주위에 균등하게 이격될 수 있다. 그러나, 임의의 수, 위치, 크기 또는 형상의 개구들이 사용될 수 있고, 각각의 그러한 설계 파라미터들은 아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 기판 수용면에 걸쳐 가스의 소정의 유동 패턴에 따라 변할 수 있다. 게다가, 개구들(735)의 크기, 수 및 위치는 처리 챔버(700)를 나가는 가스들의 균일한 유동을 달성하도록 구성된다. 또한, 개구 크기 및 위치는 챔버(700)로부터의 가스의 빠른 배기를 용이하게 하기 위해 빠른 또는 고 용량 펌핑을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 진공 포트(731)에 가까이 근접한 개구들(735)의 수 및 크기는 진공 포트(731)로부터 더 멀리 떨어져 위치된 개구들(735)의 크기보다 작을 수 있다.
가스 공급 패널(미도시)은 통상적으로 하나 또는 둘 이상의 개구들(751)을 통하여 처리 챔버(700)로 공정 가스(들)를 공급하기 위해 사용된다. 사용되는 특정 가스 또는 가스들은 챔버(700) 내에서 수행될 공정 또는 공정들에 의존한다. 예시적인 가스들은 하나 또는 둘 이상의 전구체들, 환원제들, 촉매들, 캐리어들, 퍼지, 세정, 또는 이들의 임의의 혼합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 통상적으로, 처리 챔버(700)로 도입되는 하나 또는 둘 이상의 가스들은 상측 플레이트(750)에서의 개구(들)(751)를 통하여 플라즈마 용적(761) 안으로 유동한다. 대안적으로 또는 결합하여, 처리 가스들은 더 직접적으로 개구(들)(752)를 통하여 처리 영역(740) 안으로 도입될 수 있다. 개구(들)(752)는 원격 플라즈마 여기를 건너뛰고, 플라즈마 여기를 요구하지 않는 가스들을 수반하는 공정들, 또는 가스들의 추가적인 여기로부터 이득을 얻지 않는 공정들에 대해 유용하다. 전자적으로 작동되는 밸브들 및/또는 유동 제어 메커니즘들(미도시)은 처리 챔버(700) 안으로의 가스 공급부로부터의 가스의 유동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 공정에 따라, 임의의 수의 가스들은 처리 챔버(700)로 전달될 수 있으며, 처리 챔버(700)에서, 또는 가스들이 처리 챔버(700)로 전달되기 이전에, 혼합될 수 있다.
리드 조립체(702)는 리드 조립체(702) 내에서 반응성 종의 플라즈마를 생성하기 위하여 전극(745)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전극(745)은 상부 플레이트(750)에 의해 지지되고, 알루미늄 산화물 또는 임의의 다른 절연 및 공정-호환되는 물질로 이루어진 전기적 절연 링(들)(747)을 삽입함으로써, 그것으로부터 전기적으로 절연된다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 전극(745)은 전원(746)에 결합되는 한편, 리드 조립체(702)의 나머지는 그라운드에 결합된다. 따라서, 하나 또는 둘 이상의 공정 가스들의 플라즈마는 전극(745)과 환형 장착 플랜지(722) 사이의 용적(761, 762 및/또는 763)들로 구성된 원격 플라즈마 영역에서 생성될 수 있다. 실시예들에서, 환형 장착 플랜지는 가스 전달 플레이트(720)를 포함하거나 이를 지지한다. 예를 들면, 플라즈마는 전극(745)과 차단 조립체(730)의 하나 또는 양쪽 차단 플레이트들 사이에서 생성되어 유지될 수 있다. 대안적으로, 차단 조립체(730)가 없는 경우, 플라즈마는 전극(745)과 가스 전달 플레이트(720) 사이에서 충돌되어 수용될 수 있다. 어느 하나의 실시예에서, 플라즈마는 리드 조립체(702) 내에서 잘 한정되거나 수용될 수 있다. 따라서, 챔버 몸체(712) 내에 배치된 기판에 직접 접촉하는 반응성 플라즈마가 없기 때문에, 플라즈마는 "원격 플라즈마"이다. 결과적으로, 플라즈마가 기판 표면으로부터 분리되기 때문에, 기판에 대한 플라즈마 손상은 방지될 수 있다.
매우 다양한 전원들(746)이 질소-함유 전구체(질소 삼불화물)를 활성화시킬 수 있다. 예를 들면, 무선 주파수(RF), 직류(DC), 또는 마이크로파(MW) 기반 전력 방전 기법들이 사용될 수 있다. 활성화는 또한 열 기반 기법, 가스 분해(breakdown) 기법, 고강도 광원(예를 들면, UV 에너지), 또는 엑스선(x-ray) 소스에 대한 노출에 의해 발생될 수 있다. 대안적으로, 원격 플라즈마 생성기와 같은 원격 활성화 소스는 그 다음 챔버(700) 안으로 전달되는 반응성 종의 플라즈마를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 원격 플라즈마 생성기들은 MKS Instruments, Inc. 및 Advanced Energy Industries, Inc.와 같은 판매사로부터 구입가능하다. 예시적인 처리 시스템에서, RF 전원은 전극(745)에 결합된다. 전원(746)을 이용하여 반응성 산소가 또한 생성될 경우, 고-전력 마이크로파 전원(746)이 유용하다.
공정 챔버 몸체(712) 및 기판의 온도들은 각각 챔버 몸체 채널(713) 및 지지 조립체 채널(704) 통하여 열 전달 매체를 각각으로 유동시킴으로써 제어될 수 있다. 지지 조립체 채널(704)은 열 에너지의 전달을 용이하게 하기 위해 지지 조립체(710) 내에 형성될 수 있다. 챔버 몸체(712) 및 지지 조립체(710)는 독립적으로 냉각되거나 가열될 수 있다. 예를 들면, 가열 유체는 하나를 통하여 유동될 수 있는 한편, 냉각 유체는 다른 하나를 통하여 유동된다.
다른 방법들이 기판 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 기판은 저항성 히터에 의해 지지 조립체(710)(또는 페디스털과 같은, 지지 조립체(710)의 일부)를 가열함으로써, 또는 어떤 다른 수단에 의해 가열될 수 있다. 다른 구성에서, 가스 전달 플레이트(720)는 기판보다 더 높은 온도로 유지될 수 있으며, 기판은 기판 온도를 상승시키기 위하여 들어 올려질 수 있다. 이러한 경우, 기판은 복사적으로 또는 가스 전달 플레이트(720)로부터 기판으로 열을 전도시키기 위해 가스를 이용함으로써 가열된다. 기판은 지지 조립체(710)를 상승시킴으로써, 또는 리프트 핀들을 이용함으로써, 들어 올려질 수 있다.
여기에서 설명된 식각 공정들 동안, 챔버 몸체(712)는, 상이한 실시예들에서, 대략 50℃ 내지 80℃, 55℃ 내지 75℃, 또는 60℃ 내지 70℃의 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 플라즈마 유출물들 및/또는 산화제들에 대한 노출 동안, 기판은, 상이한 실시예들에서, 약 100℃ 미만, 약 65℃ 미만, 약 15℃ 내지 약 50℃, 또는 약 22℃ 내지 약 40℃로 유지될 수 있다. 기판들은 또한, 산화물 비선택적 식각이 적어도 승화 단계이면 크게 의존하지 않기 때문에, 식각 동안 높은 온도에서 유지될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 기판은 70℃ 초과, 100℃ 초과 또는 130℃ 초과로 유지될 수 있다.
플라즈마 유출물들은 다양한 분자들, 분자 조각들 및 이온화된 종들을 포함한다. 산화물 비선택적 식각 동안, 플라즈마 유출물들은 산소가 부족하거나 작은 양의 산소를 갖는 노출된 실리콘-함유 물질과 쉽게 반응하는 불소기들(fluorine radicals)을 포함한다. 플라즈마 유출물들은 처리 영역(740)으로부터 진공 펌프(725)에 의해 제거되는 SiF 및 H2O 증기 생성물들을 형성하기 위해 무산소(oxygen-free) 실리콘-함유 층과 반응할 수 있다.
실시예들에서, 원격 플라즈마 영역 안으로 도입되는 수소는 거의 없다. 이러한 조건들 하에서, 기판 표면 상에 생성되는 고체 잔류물들은 거의 없고 승화 단계는 생략될 수 있다. 수소의 소스가 포함되는 경우, 기판이 플라즈마 유출물들에 노출될 때 형성되는 고체 잔류물 식각 부산물들을 승화시키기 위해 기판은 가열될 수 있다. 실시예들에서, 가스 전달 플레이트(720)는 가스 전달 플레이트(720) 내에 또는 부근에 가열 부재(770)를 통합함으로써 가열 가능하다. 기판은 기판과 가열된 가스 전달 플레이트 사이의 거리를 감소시킴으로써 가열될 수 있다. 가스 전달 플레이트(720)는 상이한 실시예들에서 약 100℃ 내지 150℃, 약 110℃ 내지 140℃ 또는 약 120℃ 내지 130℃로 가열될 수 있다. 기판과 가열된 가스 전달 플레이트 사이의 간격을 감소시킴으로써, 기판은 상이한 실시예들에서 약 75℃ 초과, 약 90℃ 초과, 약 100℃ 초과, 또는 약 115℃ 내지 약 150℃로 가열될 수 있다. 수소 소스가 불소 소스를 따라 유동되는 경우, 가스 전달 플레이트(720)로부터 기판으로 복사된 열은 기판의 산화물 부분들로부터의 고체 (NH4)2SiF6를 처리 영역(740)으로부터 멀리 펌핑될 수 있는 휘발성의 SiF4, NH3 및 HF 생성물들로 해리시키거나 승화시키기에 충분하게 되어야 한다.
질소 삼불화물(또는 다른 불소-함유 전구체)은 상이한 실시예들에서 약 25sccm 내지 약 200sccm, 약 50sccm 내지 약 150sccm, 또는 약 75sccm 내지 약 125sccm의 속도들로 원격 플라즈마 용적(761) 안으로 유동될 수 있다. 암모니아(또는 일반적으로 수소-함유 전구체들)는 상이한 실시예들에서 약 20sccm 또는 그 미만, 약 15sccm 또는 그 미만, 약 10sccm 또는 그 미만, 약 5sccm 또는 그 미만, 또는 약 2sccm 또는 그 미만의 속도들로 원격 플라즈마 용적(761) 안으로 유동될 수 있다.
원격 플라즈마 영역 안으로의 수소-함유 및 불소-함유 전구체들의 조합된 유량들은 전체적인 가스 혼합물의 부피로 0.05 % 내지 약 20 %를 차지할 수 있으며; 나머지는 캐리어 가스이다. 일 실시예에서, 퍼지 또는 캐리어 가스는 원격 플라즈마 영역 내의 압력을 안정화시키기 위해 반응성 가스들의 개시 전에, 원격 플라즈마 영역 안으로 먼저 개시된다.
플라즈마 유출물들의 생성은 리드 조립체(702)의 나머지에 대한 전극(745)에 플라즈마 전력을 인가함으로써, 용적들(761, 762 및/또는 763) 내에서 발생한다. 플라즈마 전력은 다양한 주파수들이거나 복수의 주파수들의 조합일 수 있다. 예시적인 처리 시스템에서, 플라즈마는 전극(745)으로 전달된 RF 전력에 의해 제공된다. RF 전력은 상이한 실시예들에서 약 1W 내지 약 1000W, 약 5W 내지 약 600W, 약 10W 내지 약 300W 또는 약 20W 내지 약 100W일 수 있다. 예시적인 처리 시스템에 인가된 RF 주파수는 상이한 실시예들에서 약 200㎑보다 작거나, 약 150㎑보다 작거나, 약 120㎑보다 작거나 또는 약 50㎑ 내지 약 90㎑일 수 있다.
처리 영역(740)은, 처리 영역(740) 안으로의 플라즈마 유출물들의 유동 동안, 다양한 압력들로 유지될 수 있다. 압력은 상이한 실시예들에서 약 500mTorr 내지 약 30Torr, 약 1Torr 내지 약 10Torr 또는 약 3Torr 내지 약 6Torr로 유지될 수 있다. 더 낮은 압력이 또한 처리 영역(740) 내에서 사용될 수 있다. 압력은 상이한 실시예들에서 약 500mTorr 또는 그 미만, 약 250mTorr 또는 그 미만, 약 100mTorr 또는 그 미만, 약 50mTorr 또는 그 미만 또는 약 20mTorr 또는 그 미만으로 유지될 수 있다.
식각 공정의 선택성은 플라즈마 유출물들을 기판 처리 영역 안으로 유동하기 전에 용적들(761-763)에서 생성된 대전된 종들을 중성화함으로써 향상될 수 있다. 중성 반응기들(reactive radicals)(분자 조각들)은 여전히 기판 처리 영역 안으로 통과되고, 선택성 식각 공정을 수행하기 위해 기판과 반응한다. 이 때문에, 샤워헤드에서의 홀들은 유출물들이 기판 처리 영역을 향하여 이동함에 따라 중성화 충돌들을 증가시키기 위해 좁혀질 수 있다. 독립 샤워헤드는 또한 기판 처리 영역 안으로의 이온들의 유동을 억제하기 위해 플라즈마 유출물들의 경로에 포함될 수 있다. 독립 샤워헤드는 이온 억제기(미도시)로서 지칭될 수 있다. 이러한 중성 (대전되지 않은) 종들은 여전히 홀들을 통하여 더 적은 반응성 캐리어 가스에 의해 이송되는 고 반응성 종들을 포함할 수 있다. 기판 처리 영역 안으로의 이온화된 유출물들의 유동은 분자 조각 단위로 중성 종들의 유동 아래로 감소될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 유동은 또한 중성 종들의 10% 미만일 수 있거나 필수적으로 제거될 수 있다. 기판 처리 영역 안으로 통과하는 이온 종들의 양의 제어는 하부 웨이퍼 기판에 접촉되는 가스 혼합물에 대한 감소된 제어를 제공하고, 식각 공정의 선택성의 제어를 증가시킨다.
이온 억제기 및/또는 샤워헤드에서의 복수의 홀들은 기판 처리 영역 안으로의 활성화된 가스(즉, 이온, 기(radical), 및/또는 중성 종들)의 통로를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 홀들의 종횡비(즉, 홀 길이에 대한 직경) 및/또는 홀들의 기하형상은 기판 처리 영역 안으로 통과하는 활성화된 가스에서의 이온-대전된 종들의 유동이 감소되도록 제어될 수 있다. 홀들은 원격 플라즈마 영역(용적들(761, 762 및/또는 763)을 향하는 테이퍼링된(tapered) 부분을 포함한다. 테이퍼는 홀들 안으로의 상당한 수의 유출물들이 기판 처리 영역으로 들어가기 이전에 중성화 충돌들을 겪게 하지만, 유출물들의 많은 비율이 강제로 기판 처리 영역으로 들어가기 이전에 중성화 충돌들을 겪게 하도록 기능할 수 있다. 조정 가능한 전기적 바이어스는 또한 억제기들을 통하여 이온 종들을 제어하기 위한 부가 수단으로서 이온 억제기 및/또는 샤워헤드로 인가될 수 있다.
하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 처리 챔버(700)는, 캘리포니아의 산타 클라라에 위치한 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 구입할 수 있는 ProducerTM GT, CenturaTM AP 및 EnduraTM 플랫폼들을 포함하는 다양한 멀티-처리 플랫폼들로 통합될 수 있다. 이러한 처리 플랫폼은 진공을 약화시키지 않고도 몇몇 처리 동작들을 수행할 수 있다.
도 8은 예시적인 멀티-챔버 처리 시스템(800)의 개략적인 평면도이다. 시스템(800)은 시스템(800) 안으로 및 밖으로 기판들을 이송하기 위한 하나 또는 둘 이상의 로드락 챔버들(802, 804)을 포함할 수 있다. 통상적으로 시스템(800)이 진공 하이기 때문에, 로드락 챔버들(802, 804)은 시스템(800) 안으로 도입된 기판들을 "펌핑 다운(pump down)"할 수 있다. 제 1 로봇(810)은 로드락 챔버들(802, 804)과 제 1 세트의 하나 또는 둘 이상의 기판 처리 챔버들(812, 814, 816, 818)(4개가 도시됨) 사이에서 기판들을 이송할 수 있다. 각각의 처리 챔버(812, 814, 816, 818)는 주기적 층 증착(CLD), 원자층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 식각, 예비-세정, 탈가스, 배향 및 다른 기판 공정들에 더하여, 여기에서 설명된 건식 식각 공정들을 포함하는 다수의 기판 처리 동작들을 수행하기 위해 구비될 수 있다.
제 1 로봇(810)은 또한 하나 또는 둘 이상의 이송 챔버들(822, 824)로/로부터 기판들을 이송할 수 있다. 이송 챔버들(822, 824)은 기판들이 시스템(800) 안으로 이송되게 하면서 초고진공 상태들을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 제 2 로봇(830)은 이송 챔버들(822, 824)과 제 2 세트의 하나 또는 둘 이상의 처리 챔버들(832, 834, 836, 838) 사이에서 기판들을 이송할 수 있다. 처리 챔버들(812, 814, 816, 818)들과 유사하게, 처리 챔버(832, 834, 836, 838)들은, 예를 들면, 주기적 층 증착(CLD), 원자층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 식각, 예비-세정, 탈가스 및 배향에 더하여, 여기에서 설명된 건식 식각 공정들을 포함하는 다양한 기판 처리 동작들을 수행하기 위해 구비될 수 있다. 임의의 기판 처리 챔버(812, 814, 816, 818, 832, 834, 836, 838)들은, 시스템(800)에 의해 수행될 특정한 공정이 필요하지 않은 경우, 시스템(800)으로부터 제거될 수 있다.
시스템 제어기(857)는 모터들, 밸브들, 유동 제어기들, 전력 공급부들 및 여기에서 설명된 공정 처리법들을 수행하기 위해 필요한 다른 기능들을 제어하기 위해 사용된다. 시스템 제어기(857)는 이동 가능한 기계적 조립체들의 위치를 결정 및 조정하기 위해 광학 센서들로부터의 피드백을 필요로 할 수 있다. 기계적 조립체들은 시스템 제어기(857)의 제어 하에서 모터들에 의해 이동되는 로봇, 드로틀 밸브들 및 서셉터들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 시스템 제어기(857)는 하드 디스크 드라이브(메모리), USB 포트들, 플로피 디스크 드라이브 및 프로세서를 포함한다. 시스템 제어기(857)는 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들 및 스텝퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. 처리 챔버(800)를 포함하는 멀티-챔버 처리 시스템(800)의 많은 부분들은 시스템 제어기(857)에 의해 제어된다. 시스템 제어기는 하드 디스크, 플로피 디스크 또는 플래시 메모리 썸 드라이브(flash memory thumb drive)와 같은 컴퓨터-판독가능한 매체 상에 저장되는 컴퓨터 프로그램의 형태로 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 다른 유형의 메모리가 또한 사용될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨, 서셉터 위치, 및 특정 공정의 다른 파라미터들을 지시하는 일련의 명령들을 포함한다.
기판상의 필름을 식각, 증착 또는 다른 방법으로 처리하기 위한 공정 또는 챔버를 세정하기 위한 공정은 제어기에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 물건을 이용하여 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드는 임의의 종래의 컴퓨터 판독가능한 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다: 예를 들면, 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 또는 그 밖의 것. 적합한 프로그램 코드는 종래의 문서 편집기를 이용하여 단일 파일, 또는 복수의 파일들에 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 이용가능 매체에서 저장되거나 실시된다. 입력된 코드 텍스트가 고급 언어인 경우, 코드는 컴파일되며, 그에 따른 컴파일러 코드는 그 다음 프리컴파일된 Microsoft Windows® 라이브러리 루틴들의 목적 코드(object code)와 링크된다. 링크되고 컴파일된 목적 코드를 실행하기 위해, 시스템 사용자는 목적 코드를 작동시키고, 컴퓨터 시스템이 메모리 내의 코드를 로딩하게 한다. CPU는 그 다음 프로그램내에서 식별된 태스크를 수행하기 위해 코드를 판독하고 실행한다.
사용자 및 제어기 사이의 인터페이스는 터치-감지 모니터를 통할 수 있고, 마우스 및 키보드를 또한 포함할 수 있다. 일 실시예에서 두 개의 모니터들이 사용되는데, 하나는 운전자들을 위해 청정실 벽에 장착되고, 다른 하나는 서비스 기술자들을 위해 벽 뒤에 장착된다. 두 개의 모니터들은 동일한 정보를 동시에 표시하는데, 이 경우, 단지 하나의 모니터만이 한 번에 입력을 수용하도록 구성된다. 특정한 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 운전자는 디스플레이 화면상의 지정된 영역을 손가락이나 마우스로 터치한다. 터치된 영역은 그것의 하이라이트 된 색을 변경하거나, 새로운 메뉴 또는 스크린이 표시되어, 운전자의 선택을 확인한다.
여기에서 사용된 바와 같이, "기판"은 그 위에 형성된 층들을 갖거나 갖지 않는 지지 기판일 수 있다. 지지 기판은 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 절연체 또는 반도체일 수 있고, 예를 들면, 집적 회로들의 제조에 사용되는 유형의 반도체 기판일 수 있다. "여기 상태"인 가스는 가스 분자들의 적어도 일부가 진동-여기, 해리 및/또는 이온화된 상태들인 가스를 설명한다. 가스는 둘 또는 그 초과의 가스들의 조합일 수 있다. "실리콘 산화물"은 대부분 SiO2이지만, 질소, 수소, 탄소 등과 같은 다른 기본 성분들의 농도들을 포함할 수 있다. 용어 "갭" 및 "트렌치"는 식각된 기하형상이 큰 수평 종횡비를 가짐을 암시하지 않고 전체에 걸쳐서 사용된다. 표면 위에서 보면, 이들 구조들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들로 보일 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, 형상추종 식각 공정은 일반적으로 표면과 동일한 형상으로 표면 상의 물질의 균일한 제거를 지칭하며, 즉, 식각된 층의 표면 및 예비-식각 표면은 일반적으로 평행하다. 당업자는 식각된 인터페이스가 100% 형상추종일 수 없을 것 같고, 그에 의해 용어 "일반적인"은 허용할 수 있는 허용값들을 고려함을 인식할 것이다.
몇몇 실시예들을 개시하였지만, 다양한 변형들, 대안적 구성들, 및 등가물들이 개시된 실시예의 사상을 벗어나지 않고 이용될 수 있음은 당업자들에 의해 인식될 것이다. 부가적으로, 많은 주지의 공정들 및 부재들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 함을 방지하기 위해 설명하지 않았다. 따라서, 상기 설명은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 이들 범위의 상한 및 하한 사이의 각각의 중간 값은, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 하한 단위의 1/10까지 또한 구체적으로 개시됨이 이해된다. 명시된 범위의 임의의 명시된 값 또는 중간 값과 그 명시된 범위의 임의의 다른 명시된 또는 중간 값 사이의 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 명시된 범위내의 임의의 구체적으로 배제된 임의의 한계들에 대해, 이들 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 상기 범위에 독립적으로 포함되거나 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 범위는 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, 예를 들면, "공정(a process)"에 대한 언급은 복수의 이러한 공정들을 포함하고, "유전체 물질(the dielectric material)"에 대한 언급은 하나 또는 둘 이상의 유전체 물질들 및 당업자에게 알려져 있는 유전체 물질의 등가들 등을 포함한다.
또한, 단어들 "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "구비하다(include)", "구비하는(includes)" 및 "구비하는(includes)"는, 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용되는 경우에, 명시된 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들이 하나 또는 둘 이상의 다른 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 단계들, 동작들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.
Claims (20)
- 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법으로서,
상기 패터닝된 기판은 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역 및 상기 산소-및-실리콘-함유 영역보다 적은 산소를 함유하는 노출된 실리콘-함유 영역을 갖고,
플라즈마 유출물들(effluents)을 생성하기 위해 상기 제 1 플라즈마 영역에서 플라즈마를 형성하는 동안, 상기 기판 처리 영역에 유체 결합된(fluidly coupled) 원격 플라즈마 영역 안으로 불소-함유 전구체를 유동시키는 단계; 및
상기 플라즈마 유출물들을 상기 기판 처리 영역 안으로 유동시킴으로써 상기 실리콘-함유 영역을 상기 산소-및-실리콘-함유 영역보다 빠르게 식각하는 단계를 포함하는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역의 식각률은 상기 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역의 식각률보다 5보다 큰 승인자(multiplicative factor)만큼 큰, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 근본적으로 산소가 없는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 근본적으로 실리콘으로 구성되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역은 근본적으로 SiO2로 구성되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 폴리실리콘이고, 상기 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역은 SiO2이며, 상기 폴리실리콘은 1㎚ 내지 15㎚로 트리밍되는(trimmed), 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 근본적으로 실리콘, 탄소 및 질소로 구성되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역은 근본적으로 실리콘, 탄소 및 산소로 구성되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 SiCN이고, 상기 노출된 산소-및-실리콘-함유 영역은 SiOC이며, 상기 SiCN은 SiOC에 형성된 트렌치의 바닥으로부터 제거되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 불소-함유 전구체는 질소 삼불화물, 2원자 불소, 1원자 불소 및 불소-치환 탄화 수소들로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 전구체를 포함하는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 유출물들은 5:1보다 큰 불소-대-수소의 원자비를 갖는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 영역의 식각 선택성을 증가시키기 위해 상기 기판 처리 영역 내의 상기 플라즈마 유출물들에서 존재하는 이온화된 종들이 근본적으로 없는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법으로서,
상기 패터닝된 기판은 노출된 질소-및-실리콘-함유 영역 및 상기 질소-및-실리콘-함유 영역보다 적은 질소를 함유하는 노출된 실리콘-함유 영역을 갖고,
플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 상기 제 1 플라즈마 영역에서 플라즈마를 형성하는 동안, 상기 기판 처리 영역에 유체 결합된 원격 플라즈마 영역 안으로 불소-함유 전구체를 유동시키는 단계; 및
상기 플라즈마 유출물들을 상기 기판 처리 영역 안으로 유동시킴으로써 상기 실리콘-함유 영역을 상기 질소-및-실리콘-함유 영역보다 빠르게 식각하는 단계를 포함하는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역의 식각률은 상기 노출된 질소-및-실리콘-함유 영역의 식각률보다 1.5보다 큰 승인자만큼 큰, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 근본적으로 질소가 없는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 노출된 실리콘-함유 영역은 근본적으로 실리콘으로 구성되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 노출된 질소-및-실리콘-함유 영역은 근본적으로 실리콘 질화물로 구성되는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 불소-함유 전구체는 질소 삼불화물, 2원자 불소, 1원자 불소 및 불소-치환 탄화 수소들로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 전구체를 포함하는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 불소-함유 전구체 및 상기 플라즈마 유출물들은 근본적으로 수소가 없는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 플라즈마 유출물들은 5:1보다 큰 불소-대-수소의 원자비를 갖는, 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 패터닝된 기판을 식각하는 방법.
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