KR20150053967A - 저비용의 유동 가능한 유전체 필름들 - Google Patents

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KR20150053967A
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아브히지트 바수 말릭
니틴 케이. 잉글
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키란 브이. 타다니
시아오린 첸
아브히쉑 듀브
징메이 리앙
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Abstract

유전체 층을 형성하는 방법이 설명된다. 방법은, 국부 플라즈마를 사용하는 화학 기상 증착에 의해서, 실리콘-함유 필름을 증착한다. 실리콘-함유 필름은 낮은 기판 온도에서의 증착 동안에 유동 가능하다. 실리콘 전구체(예를 들어, 실릴아민, 더 고차의 실란 또는 할로겐화 실란)가 기판 프로세싱 영역으로 전달되고 국부 플라즈마에서 여기된다. 제 2 플라즈마 증기 또는 가스는 기판 프로세싱 영역에서 실리콘 전구체와 결합되고, 암모니아, 질소(N2), 아르곤, 수소(H2) 및/또는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 이러한 증기/가스 결합들과 조합된, 본원에서 개시된 장비 구성들은, 상대적으로 낮은 전력을 사용하여 국부 플라즈마가 여기될 때 약 200℃ 또는 그 미만의 기판 온도들에서 유동 가능한 증착을 초래하는 것으로 발견되었다.

Description

저비용의 유동 가능한 유전체 필름들{LOW COST FLOWABLE DIELECTRIC FILMS}
관련 출원들의 상호 참조들
[0001] 본 출원은 "LOW COST FLOWABLE DIELECTRIC FILMS" 라는 명칭으로 2012년 9월 11일에 출원된, Chatterjee 외의, 미국 가 출원 제 61/699,495 호의 이익 향유를 주장하고, 상기 미국 가 출원은 모든 목적들을 위해 그 전체가 본원에 포함된다.
[0002] 반도체 디바이스 기하형태들은 몇십 년 전의 도입 이래로 크기가 크게 감소되어 왔다. 현대의 반도체 제조 장비는 45 nm, 32 nm, 및 28 nm 피쳐(feature) 크기들을 가지는 디바이스들을 일상적으로 생산하고, 그보다 훨씬 더 작은 기하형태들을 가지는 디바이스들을 제조하기 위해 새로운 장비가 개발되고 있고 구현되고 있다. 감소되는 피쳐 크기들은 감소된 공간적 치수들을 가지는 디바이스 상의 구조적 피쳐들을 초래한다. 디바이스 상의 갭들 및 트렌치들의 폭들은, 갭 깊이 대 갭 폭의 종횡비가 매우 커서 유전체 재료로 갭을 충진(fill)하는 것을 어렵게 만들게 되는 지점까지 좁아졌다. 유전체 재료를 증착(deposit)하는 것은 갭을 완전히 충진하기에 앞서서 상단부를 막아서, 갭의 중간부에 공극(void) 또는 이음매(seam)를 생성하는 경향을 가진다.
[0003] 수년간, 갭의 상단부가 유전체 재료로 막히는 것을 방지하기 위해, 또는 형성된 공극 또는 이음매를 "치유(heal)"하기 위해 많은 기술들이 개발되어왔다. 하나의 접근방식은, 회전하는 기판 표면(예를 들어, SOG 증착 기술들)에 액체 상(phase)으로 도포될 수 있는 매우 유동 가능한(highly flowable) 전구체 재료들로 시작되었다. 이러한 유동 가능한 전구체들은, 공극들 또는 약한 이음매들을 형성하지 않고 매우 작은 기판 갭들 내로 유동하고 이 갭들을 충진할 수 있다. 그러나, 이러한 매우 유동 가능한 재료들이 일단 증착되면, 그 재료들은 고체 유전체 재료로 경화되어야 한다.
[0004] 많은 경우들에서, 경화(hardening)는, 증착된 재료로부터 탄소 및 히드록실기들을 제거하여 실리콘 산화물과 같은 고체 유전체를 뒤에 남기기 위한 열처리를 포함한다. 불행하게도, 탄소와 히드록실 종을 제거하는 것(departing)은 종종, 경화된 유전체에 기공들(pores)을 뒤에 남기는데, 이러한 공극들은 최종 재료의 품질을 떨어뜨린다. 부가적으로, 유전체를 경화시키는 것은 또한, 용적을 축소시키는 경향을 가지고, 그러한 경향은 유전체와 주위 기판의 계면에 균열들 및 공간들을 남길 수 있다. 일부 경우들에서, 경화된 유전체의 용적이 40%만큼 또는 그 초과만큼 감소될 수 있다.
[0005] 패터닝된 기판 상의 피쳐들 내로 유동시키기 위해서, 스핀-온 유전체들(SOD)이 또한 이용되었다. 재료는, 실리콘, 질소 및 수소를 포함하는 실라잔-타입 필름으로부터 실리콘 산화물로 일반적으로 변환된다. 유전체 층들을 액체로서 도포하는 것은 매우 두꺼운 층들을 초래하고, 작은 갭들을 채우는 것을 어렵게 만든다.
[0006] 따라서, 기상 증착 기술들을 사용하여, 구조화된 기판들 상에 유전체 재료들을 형성하기 위한 새로운 증착 프로세스들 및 재료들에 대한 필요가 존재한다. 이러한 그리고 다른 요구들이 본 출원에서 다뤄진다.
[0007] 유전체 층을 형성하는 방법이 설명된다. 방법은, 국부(local) 플라즈마를 사용하는 화학 기상 증착에 의해서, 실리콘-함유 필름을 증착한다. 실리콘-함유 필름은 낮은 기판 온도에서의 증착 동안에 유동 가능하다. 실리콘 전구체(예를 들어, 실릴아민, 더 고차의(higher order) 실란 또는 할로겐화 실란)가 기판 프로세싱 영역으로 전달되고 국부 플라즈마에서 여기된다(excited). 제 2 플라즈마 증기(vapor) 또는 가스는 기판 프로세싱 영역에서 실리콘 전구체와 결합되고, 암모니아, 질소(N2), 아르곤, 수소(H2) 및/또는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 이러한 증기/가스 결합들과 조합된, 본원에서 개시된 장비 구성들은, 상대적으로 낮은 전력을 사용하여 국부 플라즈마가 여기될 때 약 200℃ 또는 그 미만의 기판 온도들에서 유동 가능한 증착을 초래하는 것으로 발견되었다. 프로세스는, 패터닝된 기판의 갭들을 충진하기 위해서, 필름이 고체화(solidify)되기 이전에, 증착 동안 유동 가능한 필름을 초래하는 천이 종(transient species)을 생성한다.
[0008] 본 발명의 실시예들은 패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법들을 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 영역 내로 실리콘 전구체를 유동시키는 단계를 포함한다. 방법들은 기판 프로세싱 영역 내로 플라즈마 증기/가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 방법들은, 약 0.3 W/㎠ 또는 그 미만의 플라즈마 전력 밀도를 인가함으로써, 기판 프로세싱 영역의 플라즈마를 타격(striking)하는 단계를 더 포함한다. 방법들은 패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 유전체 층은 탄소 또는 질소 중 하나 및 실리콘을 포함한다. 유전체 층은 증착 동안에 유동 가능하다.
[0009] 부가적인 실시예들 및 특징들이 이하의 설명에서 부분적으로 개진되고, 부분적으로는 명세서의 검토시 당업자에게 자명하게 될 것이며, 또는 발명의 실시에 의해서 학습될 수 있다. 발명의 특징들 및 장점들이, 명세서에서 설명되는 기구들, 조합들, 및 방법들에 의해서 실현되고 획득될 수 있다.
[0010] 본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조함으로써, 본 발명의 성질 및 장점들에 대한 추가적인 이해가 실현될 수 있으며, 상기 도면들에서는 유사한 컴포넌트들을 지칭하기 위해 수개의 도면들 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 사용된다. 일부 경우들에서, 다수의 유사한 컴포넌트들 중 하나를 나타내기 위해서, 서브레이블(sublabel)이 참조 번호와 연관되고 그리고 하이픈에 후속된다. 기존 서브레이블에 대한 상술 없이 참조 번호를 언급할 때, 이는 그러한 다수의 유사한 컴포넌트들 모두를 지칭하도록 의도된 것이다.
[0011] 도 1은 발명의 실시예들에 따른, 실리콘 산화물 필름을 제조하기 위해 선택된 단계들을 설명하는 흐름도이다.
[0012] 도 2는 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한다.
[0013] 도 3a는 발명의 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 도시한다.
[0014] 도 3b는 발명의 실시예들에 따른 가스 분배 샤워헤드를 도시한다.
[0015] 유전체 층을 형성하는 방법이 설명된다. 방법은, 국부 플라즈마를 사용하는 화학 기상 증착에 의해서, 실리콘-함유 필름을 증착한다. 실리콘-함유 필름은 낮은 기판 온도에서의 증착 동안에 유동 가능하다. 실리콘 전구체(예를 들어, 실릴아민, 더 고차의 실란 또는 할로겐화 실란)가 기판 프로세싱 영역으로 전달되고 국부 플라즈마에서 여기된다. 제 2 플라즈마 증기 또는 가스는 기판 프로세싱 영역에서 실리콘 전구체와 결합되고, 암모니아, 질소(N2), 아르곤, 수소(H2) 및/또는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 이러한 증기/가스 결합들과 조합된, 본원에서 개시된 장비 구성들은, 상대적으로 낮은 전력을 사용하여 국부 플라즈마가 여기될 때 약 200℃ 또는 그 미만의 기판 온도들에서 유동 가능한 증착을 초래하는 것으로 발견되었다. 프로세스는, 패터닝된 기판의 갭들을 충진하기 위해서, 필름이 고체화되기 이전에, 증착 동안 유동 가능한 필름을 초래하는 천이 종을 생성한다.
[0016] 플라즈마 화학 기상 증착 또는 플라즈마-강화형 화학 기상 증착(PECVD)을 수행하는 것은, 증착을 달성하기(effect) 위해서 기판 프로세싱 영역 내에서 "국부" 플라즈마를 적용하는 것을 수반한다. 본원에서 개시된 플라즈마 증기/가스와 함께 실리콘 전구체(예를 들어, TSA와 같은 실릴아민)를 유동시키는 것은, 실리콘, 질소, 수소를 포함하는 유전체 층을 생성하는 것으로, 본 발명자들에 의해 발견되었다. 필름은 증착 동안에 유동하는 것으로 발견되었고, 이는 반도체 프로세싱 동안에 사용되는 패터닝된 기판들 상의 일반적인(common) 갭들을 충진하는 것을 용이하게 한다. 실리콘 산화물 층을 형성하는 방법들 및 시스템들에 관한 부가적인 세부 사항들이 이제 설명될 것이다.
예시적인 실리콘 산화물 형성 프로세스
[0017] 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 유전체 필름들을 만드는 방법(100)의 선택된 단계들을 보여주는 흐름도이다. 예시적인 방법(100)은 기판 프로세싱 영역에 트리실릴아민을 제공하는 단계(102)를 포함한다. 방법은 기판 프로세싱 영역 내로 암모니아를 유동시키는 단계(104)를 더 포함한다. 본 발명의 실시예들에서는, 트리실릴아민 및 암모니아가 기판 프로세싱 영역 내에 동시에 유동될 수 있고, 진입 전에, 플라즈마에 의해서 여기되지 않을 수 있다. 기판 프로세싱 영역의 어느 한 쪽 측(side) 상의 용량성(capacitive) 플레이트들에 무선 주파수 전력을 인가하는 단계(106)에 의해서 플라즈마 여기가 제공된다. 예를 들어, 용량성 플레이트들이 기판 프로세싱 영역의 위와 아래에 포지셔닝될 수 있다. 암모니아와 트리실릴아민의 결합을 플라즈마 여기하는 것은, 패터닝된 기판 표면 상의 유동 가능한 유전체 층(실리콘, 질소, 수소를 포함함)의 형성을 초래한다.
[0018] 일반적으로 말해서, 트리실릴아민은 본원에서, 실릴아민을 함유하는 실리콘 전구체로서 지칭될 수 있지만, 실리콘 전구체는 또한, 탄소를 함유할 수 있다. 실리콘 전구체는 트리실릴아민, 디실릴아민 또는 모노실릴아민 중 하나를 함유할 수 있다. 실리콘 전구체는, 캐리어 가스에 의해서 운반되는 가스 또는 증기의 형태의 가스 상의 형태로 전달된다. 곧 상세히 논의되는 바와 같이, 탄소의 부재는 증착된 필름의 수축을 감소시킨다. 그러나, 개시된 실시예들에서, 실리콘 전구체 및 유전체 필름은 탄소를 함유한다. 실리콘 탄화물 및 실리콘 탄소 질화물은 일부 프로세스 흐름들에서 바람직하며, 그리고 본원에서 개시된 방법들을 사용하여 증착된 유동 가능한 유전체 층들의 정의의 범주 내에 있다. 그렇기는 하지만, 개시된 실시예들에서, 실리콘 전구체는 무-산소(oxygen-free) 및 무-탄소(carbon-free)일 수 있다. 산소의 부족은, 전구체들로부터 형성된 유동 가능한 유전체 층의 실라놀(Si-OH)기들의 더 낮은 또는 무시할만한 농도를 초래한다. 증착된 필름의 과다한 실라놀 부분들(moieties)은, 증착된 층으로부터 히드록실(-OH) 부분들을 제거하는 증착 후 단계들 동안에 증가된 다공성(porosity) 및 수축을 야기할 수 있다.
[0019] 실리콘 전구체들의 구체적인 예들은 H2N(SiH3), HN(SiH3)2, 및 N(SiH3)3 와 같은 실릴아민들을 포함할 수 있다. 실리콘 전구체는 또한, 더 고차의 실란일 수 있는데, 본원에서는 SinH2n+2 으로서 정의되고, n>=3 이다. 본 발명의 실시예들에서, 실리콘 전구체들은 또한, 할로겐화 실란들일 수 있고 그리고 염소화(chlorinated) 실란들일 수 있다. 본원에서 할로겐화 실란들은 SinH2n+2 으로서 정의되고, 개시된 실시예들에서 n>=1 또는 n>=2 이며, 수소 원자 중 적어도 하나는 제거되어 할로겐으로 대체된다. 개시된 실시예들에서, 실리콘 전구체는, 예를 들어, 헥사클로로디실란(Si2Cl6)이다. 상이한 실시예들에서, 실리콘 전구체의 유량들은 약 40sccm 또는 그 초과, 약 60sccm 또는 그 초과, 또는 약 100sccm 또는 그 초과일 수 있다. 본원에서 주어진 모든 유량들은 이중(dual) 챔버 기판 프로세싱 시스템에 관한 것이다. 단일 웨이퍼 시스템들은 이러한 유량들의 절반을 필요로 할 것이고, 다른 웨이퍼 크기들은 프로세싱된 지역에 의해서 스케일링되는(scaled) 유량들을 필요로 할 것이다. 실리콘 전구체는, 캐리어 가스들, 반응성 가스들, 또는 둘 모두로서 작용할 수 있는 부가적인 가스들과 혼합될 수 있다.
[0020] 플라즈마 증기/가스는 실리콘 전구체와 결합되어 기판 프로세싱 영역 내로 유동되거나, 실리콘 전구체와 플라즈마 증기/가스의 조합이 플라즈마에서 여기되는 경우에는, 기판 프로세싱 영역 내로 개별적으로 유동된다. 예시적인 플라즈마 증기/가스들은, 다른 가스들 중에서도, 암모니아, H2, N2, O2, H2O, O3, H2O2, N2O, NO, He, 및 Ar 을 포함한다. 플라즈마 증기/가스는 실리콘 탄화물 및 SiCN 필름들을 형성하기 위해서 탄소를 함유할 수 있고, 그러한 경우에 플라즈마 증기/가스는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 아세틸렌, 또는 다른 탄화수소를 포함할 수 있다. 플라즈마 증기/가스의 유량은, 개시된 실시예들에서, 약 25sccm 또는 그 초과, 약 40sccm 또는 그 초과, 또는 약 50sccm 또는 그 초과일 수 있다. 유동성(flowability)을 증가시키기 위해서, 실시예들에서, 산소의 소스들이 포함되지 않을 수 있다.
[0021] 예에서 설명된 바와 같이, 플라즈마는 13.56MHz 부근의 무선 주파수들을 사용하는 용량 결합 플라즈마(CCP) 구성을 사용하여 점화(ignited)될 수 있다. 그러나, 더 높은 및/또는 더 낮은 무선 주파수들(예를 들어, 마이크로파 영역에서의 2.4GHz, 또는 350kHz)과 같은 다른 주파수들 및 여기 소스들이 사용될 수 있다. 유도 결합 플라즈마(ICP)가 조합하여 사용될 수 있거나 또는 CCP를 대체할 수 있다. 플라즈마 전력이 상대적으로 낮아서 필름 형성에서 유동-유도 화학 천이들(flow-inducing chemical transients)의 형성을 야기한다. 300mm 기판에 대해, 전력은 10-350W 범위에 있을 수 있다. 전력 밀도는, 본 발명의 실시예들에서 패터닝된 기판 지역의 평방 센티미터당 약 0.3W 또는 그 미만, 평방 센티미터당 약 0.25W 또는 그 미만, 평방 센티미터당 약 0.2W 또는 그 미만, 또는 평방 센티미터당 약 0.15W 또는 그 미만일 수 있다. 개시된 실시예들에서, 한편으로는 유전체 층의 형성 동안에, 전력은 펄싱되는 대신 지속적일 수 있다. 개시된 실시예들에서, 플라즈마를 타격한다는 것은 (패터닝된 표면적의 평방 센티미터당) 0.025W 내지 0.30W의 플라즈마 전력을 기판 프로세싱 영역에 인가하는 것을 의미한다. 패터닝된 표면적은 패터닝된 피쳐들을 통과하는 단일 평면 상의(일반적으로 기판의 상단 표면 상의) 지역으로서 계산된다. 플라즈마 여기는 또한, 자외선(UV) 광을 기판 프로세싱 영역 내로 비추는(shining) 것에 의해서 달성될 수 있다.
[0022] 실리콘 전구체를 유동시키는 것은 유동 가능한 유전체 층의 형성 동안 내내 기판 프로세싱 영역에 실리콘 전구체의 지속적인 유동을 공급하는 것을 포함한다. 유사하게, 플라즈마를 타격하는 것은 유동 가능한 유전체 층의 형성 동안 플라즈마 전력을 지속적으로 인가하는 것을 포함한다. 실리콘 전구체 유동 또는 플라즈마 전력 중 어느 하나(그리고, 당연하게, 양쪽 모두)를 펄싱하는 것은, 본원에서 설명되는 바람직하게 유동 가능한 유전체 필름들 대신에 등각적인(conformal) 필름을 초래한다는 것이 발견되었다. 본 발명의 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 층의 형성 동안 내내 플라즈마 증기/가스의 유동이 또한 지속적이다.
[0023] 기판 프로세싱 영역에서, 실리콘 전구체와 플라즈마 증기/가스는 플라즈마에서 혼합되고 반응하여, 증착 기판 상에 유동 가능한 유전체 필름을 증착한다. 본 발명의 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 필름은 실리콘, 질소, 및 수소를 함유하고, 오직 이러한 원소들로만 이루어질 수 있다. 증착된 유전체 필름은, 통상적인 실리콘 질화물(Si3N4) 필름 증착 기술들과는 달리, 유동 가능한 특성들을 갖는다. 형성 동안의 유동 가능한 특성은 필름이 고체화 이전에 좁은 피쳐들 내로 유동할 수 있게 한다. 실리콘-질소-및-수소-함유 필름의 질소는 플라즈마 증기/가스와 실리콘 전구체 양쪽 모두로부터 기원할 수 있는데, 이는 실리콘 전구체와 질소 삼불화물 양쪽 모두 질소를 함유할 수 있기 때문이다.
[0024] 실리콘-함유 필름의 유동성은, 상기 설명된 바와 같이 저 강도의 국부 플라즈마가 존재할 때 본원에서 약술된 실리콘 전구체와 플라즈마 증기/가스들을 혼합하는 것으로부터 초래되는 여러 가지 성질들에 기인할 수 있다. 이러한 성질들은, 수소 및/또는 할로겐 종단(termination)을 가질 수 있는 단쇄형(short chained) 폴리실라잔 폴리머들의 존재를 포함할 수 있다. 필름의 형성 동안에 그리고 그 후에, 이러한 단쇄들이 성장하고 네트워킹되어 더 조밀한 유전체 재료를 형성한다. 예를 들어, 증착된 필름은 실라잔-타입, Si-NH-Si 백본(backbone)(즉, 무-탄소 Si-N-H 필름)을 가질 수 있다.
[0025] 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 영역에서 플라즈마에 공급되는 모든 전구체들이 무-탄소이고, 따라서 증착된 실리콘-질소-불소-및-수소 함유 필름이 또한 실질적으로 무-탄소이다. 물론, "무-탄소"는, 필름이 극소량의(trace amounts) 탄소 조차도 포함하지 않는다는(lack) 것을 반드시 의미하지는 않는다. 탄소 오염물질들(contaminants)이 전구체 재료들 내에 존재할 수 있고, 그러한 전구체 재료들은 증착된 실리콘-및-질소-함유 전구체 내로의 그들의 경로(their way)를 발견한다. 그러나, 이러한 탄소 불순물들의 양은, 탄소 부분을 가지는 실리콘 전구체(예를 들어, TEOS, TMDSO, 등)에서 발견될 수 있는 것보다 훨씬 더 적다.
[0026] 전술된 실리콘 질화물 대신에 실리콘 탄소 질화물(SiCN) 또는 실리콘 탄화물을 형성하기 위해서 실리콘 전구체와 플라즈마 증기/가스가 또한 선택될 수 있다. 모든 경우들에서, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 또는 SiCN은, 필름의 유동성을 보조할 수 있는 약간의 수소를 함유할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 필름은 실리콘, 탄소 및 수소로 이루어진다. 유동 가능한 유전체 필름은 또한, 실리콘 및 탄소로 이루어질 수 있다. 개시된 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 필름은 실리콘, 질소, 및 수소로 이루어진다. 유동 가능한 유전체 필름은 또한, 실리콘 및 질소로 이루어질 수 있다. 개시된 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 필름은 실리콘, 탄소, 질소 및 수소로 이루어진다. 유동 가능한 유전체 필름은 또한, 실리콘, 탄소 및 질소로 이루어질 수 있다.
[0027] 개시된 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 층의 증착 동안의 기판의 온도는 약 200℃ 또는 그 미만, 약 150℃ 또는 그 미만, 약 125℃ 또는 그 미만, 약 100℃ 또는 그 미만, 약 75℃ 또는 그 미만, 약 50℃ 또는 그 미만, 또는 약 30℃ 또는 그 미만일 수 있다. 예를 들어, 기판 온도는, 실릴아민 및 플라즈마 증기/가스로부터 실리콘-질소-수소화물 필름을 성장시키는 동안 150℃ 미만일 수 있다. 다른 예를 들어, 기판 온도는, 더 고차의 실란 및 플라즈마 증기/가스로부터 실리콘-질소-수소화물 필름을 성장시키는 동안 80℃ 미만일 수 있다. 또한 개시된 실시예에서, 기판 온도는, 임의의 차수의 할로겐화 실란 및 플라즈마 증기/가스로부터 실리콘-질소-수소화물 필름을 성장시키는 동안 150℃ 미만일 수 있다.
[0028] 개시된 실시예들에서, 증착 동안에 기판 프로세싱 영역의 압력은 약 5Torr 또는 그 초과, 약 10Torr 또는 그 초과, 약 15Torr 또는 그 초과, 또는 약 20Torr 또는 그 초과일 수 있다. 개시된 실시예들에서, 증착 동안에 기판 프로세싱 영역의 압력은 약 50Torr 또는 그 미만, 약 40Torr 또는 그 미만, 약 30Torr 또는 그 미만일 수 있다. 상한선들이 하한선들과 결합하여, 본 발명의 실시예들에 따른 부가적인 압력 범위들에 도달할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 유동 가능한 유전체 필름의 증착 레이트(rate)는 약 400Å/분 또는 그 초과, 약 500Å/분 또는 그 초과, 약 600Å/분 또는 그 초과, 또는 약 700Å/분 또는 그 초과일 수 있다. 고체화 이후에, 증착된 유전체 층의 두께는, 벌크 스핀-온 기술들(SOG, SOD)을 사용하여 가능한 것보다 훨씬 덜(less) 할 수 있다. 개시된 실시예들에서, 두께는 약 25nm 또는 그 미만, 약 20nm 또는 그 미만, 약 15nm 또는 그 미만, 또는 약 10nm 또는 그 미만일 수 있다. 이러한 두께들은, 증착된 필름의 유동 가능한 특성들이 감소된 후에, 패터닝된 기판의 주 평면에 수직으로 측정된다.
[0029] 필름을 경화하는 것(초기의 필름을 유동 가능하게 만들었지만 더이상 필요하지 않은 일부 컴포넌트들을 제거하는 것)을 돕는 선택적 단계들이 이제 설명된다. 유동 가능한 유전체 필름의 증착 이후에, 증착 기판은 휘발성 종을 제거하기 위해서, 상승된 온도에서 처리될 수 있다. 증착 기판은 경화 동안에 기판 프로세싱 영역 내에서 유지될 수 있거나, 또는 기판은 열 처리가 수행되는 다른 챔버로 이송될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 기판의 경화 온도는 약 600℃ 또는 그 미만, 약 400℃ 또는 그 미만, 약 300℃ 또는 그 미만, 약 250℃ 또는 그 미만, 약 200℃ 또는 그 미만, 또는 약 150℃ 또는 그 미만일 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 기판의 온도는 약 상온(25℃) 또는 그 초과, 약 50℃ 또는 그 초과, 약 100℃ 또는 그 초과, 약 150℃ 또는 그 초과, 또는 약 200 ℃ 또는 그 초과일 수 있다. 부가적으로 개시된 실시예들에 따라서, 상부 경계들 중 임의의 경계가 하부 경계들 중 임의의 경계와 결합되어, 기판 온도에 대한 부가적인 범위들을 형성할 수 있다.
[0030] 이미 논의된 바와 같이, 경화 동작은 증착 챔버에서 일어날 수 있거나, 또는 엑스-시츄(ex-situ) 경화 챔버로 기판이 이송될 수 있다. 어떠한 경우에도, 증착 동작 및 경화 동작은, 증착-경화-증착-경화 프로세스 시퀀스들을 형성하도록 반복될 수 있다. 경화 동작 동안에 플라즈마 처리가 기판 프로세싱 영역에 존재할 수 있고, 플라즈마는 유도 결합 플라즈마(ICP)이거나 용량 결합 플라즈마(CCP)일 수 있다. 개시된 실시예들에서 플라즈마는 고밀도 플라즈마(HDP)일 수 있다. 플라즈마 처리는, 무선 주파수(RF) 범위의 주파수로(예를 들어, 13.56MHz) 또는 마이크로파 주파수 범위(예를 들어, 2.4GHz)로 전력을 인가함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 플라즈마는 NH3, Ar, N2, Cl2, 또는 He와 같은 다양한 플라즈마 입력 가스들로부터 형성될 수 있다.
[0031] 패터닝된 기판은 기판 상에 형성된 디바이스 컴포넌트들(예를 들어, 트랜지스터들)의 구조 및 간격을 위한 복수의 갭들을 가질 수 있다. 갭들은, 1:1보다 상당히 큰(예를 들어, 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) 높이 대 폭(즉, H/W)의 종횡비(AR)를 정의하는 높이 및 폭을 가질 수 있다. 많은 경우들에서, 큰 AR은, 약 90 nm 내지 약 22 nm 또는 그 미만(예를 들어, 90 nm 미만, 65 nm, 50 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm, 등)의 범위의 작은 갭 폭들에 기인한다. 유동 가능한 유전체 층이 바람직한데, 이는, 스핀-온 글라스(SOG) 및 스핀-온 유전체(SOD)와 같은 스핀-온 기술들을 사용한 벌크 유동 가능한 필름들 또는 비-유동 가능한 필름들보다 더 쉽게 예시적인 좁은 갭들을 유동 가능한 유전체 층이 충진할 수 있기 때문이다. 유동 가능한 재료의 얇은 층들을 증착하는 것은, 갭이 완전히 충진되기 전에 갭의 상단부를 조급하게 막아서 갭의 중간에 공극을 남기게 될 가능성을 감소시킨다. 유동 가능한 증착 이후에 유전체 층이 고체화될 수 있다. 예시적인 실리콘 산화물 증착 시스템의 설명 동안에 부가적인 파라미터들이 도입될 수 있다.
예시적인 실리콘 산화물 증착 시스템
[0032] 본 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 증착 챔버들은, 다른 타입들의 챔버들 중에서, 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP-CVD) 챔버들, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 챔버들, 대기압-이하의 화학기상증착(sub-atmospheric chemical vapor deposition; SACVD) 챔버들, 및 열적 화학기상증착 챔버들을 포함할 수 있다. 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 CVD 시스템들의 구체적인 예들에는, 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc. 로부터 입수 가능한, CENTURA ULTIMA® HDP-CVD 챔버들/시스템들, 및 PRODUCER®PECVD 챔버들/시스템들이 포함된다.
[0033] 본 발명의 예시적인 방법들과 함께 사용될 수 있는 기판 프로세싱 챔버들의 예들은, "PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL"이라는 명칭으로 2006년 5월 30일에 출원된, Lubomirsky 외의, 본원과 양수인이 동일한 미국 가 특허 출원 제 60/803,499 호에 도시되고 설명된 챔버들을 포함할 수 있고, 상기 미국 가 특허 출원의 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본원에 포함된다. 부가적인 예시적 시스템들은 미국 특허 제 6,387,207 호 및 6,830,624 호에 도시되고 설명된 챔버들을 포함할 수 있고, 상기 미국 특허들 또한 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0034] 증착 시스템들의 실시예들이, 집적 회로 칩들을 생산하기 위한 더 대형의 제조 시스템들 내로 통합될 수 있다. 도 2는, 개시된 실시예들에 따른 증착, 베이킹, 및 경화 챔버들로 이루어진 하나의 그러한 시스템(1001)을 도시한다. 도면에서, FOUPs(front opening unified pods)(1002)의 쌍은, 웨이퍼 프로세싱 챔버들(1008a-f) 중 하나 내로 배치되기에 앞서서, 로봇 아암들(1004)에 의해서 수용되고 저압 유지 지역(1006) 내로 배치되는 기판들(예를 들어, 300 mm 직경 웨이퍼들)을 공급한다. 제 2 로봇 아암(1010)을 이용하여, 기판 웨이퍼들을 저압 유지 지역(1006)으로부터 프로세싱 챔버들(1008a-f)로 그리고 역으로 운송할 수 있다.
[0035] 프로세싱 챔버들(1008a-f)은, 기판 웨이퍼 상에서 유동 가능한 유전체 필름을 증착, 어닐링, 경화 및/또는 에칭하기 위한 하나 또는 둘 이상의 시스템 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 하나의 구성에서, 프로세싱 챔버의 2개의 쌍들(예를 들어, 1008c-d 및 1008e-f)을 이용하여, 유동 가능한 유전체 재료를 기판 상에 증착할 수 있고, 프로세싱 챔버들의 제 3 쌍(예를 들어, 1008a-b)을 이용하여 상기 증착된 유전체를 어닐링할 수 있다. 다른 구성에서, 프로세싱 챔버들의 동일한 2개의 쌍들(예를 들어, 1008c-d 및 1008e-f)이, 기판 상에 유동 가능한 유전체 필름을 증착도 하고 어닐링도 하도록 구성될 수 있는 한편, 챔버들의 제 3 쌍(예를 들어, 1008a-b)은, 상기 증착된 필름의 UV 또는 E-비임 경화를 위해서 이용될 수 있다. 또 다른 구성에서, 챔버들의 모든 3개의 쌍들(예를 들어, 1008a-f)이 기판 상에 유동 가능한 유전체 필름을 증착하고 경화시키도록 구성될 수 있다. 또 다른 구성에서, 프로세싱 챔버들의 2개의 쌍들(예를 들어, 1008c-d 및 1008e-f)이, 유동 가능한 유전체의 증착 및 UV 또는 E-비임 경화 모두를 위해서 이용될 수 있는 한편, 프로세싱 챔버들의 제 3 쌍(예를 들어, 1008a-b)이, 유전체 필름을 어닐링하기 위해서 이용될 수 있다. 상이한 실시예들에서, 제시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에 대해, 설명된 프로세스들 중 임의의 하나 또는 둘 이상이 실시될 수 있다.
[0036] 또한, 프로세스 챔버들(1008a-f) 중 하나 또는 둘 이상이 습식(wet) 처리 챔버로서 구성될 수 있다. 이러한 프로세스 챔버들은 유동 가능한 유전체 필름을 수분을 포함하는 대기 중에서 가열하는 것을 포함한다. 따라서, 증착된 유전체 필름 상에서 습식 및 건식 어닐링들 모두를 실시하기 위해서, 시스템(1001)의 실시예들이 습식 처리 챔버들(1008a-b) 및 어닐링 프로세싱 챔버들(1008c-d)을 포함할 수 있다.
[0037] 도 3a는 개시된 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(1101)이다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(1110)이 가스를 프로세싱할 수 있고, 이어서 가스는 가스 유입구 조립체(1111)를 통해서 이동한다. 2개의 구분된 가스 공급 채널들을 가스 유입구 조립체(1111) 내에서 볼 수 있다. 제 1 채널(1112)은 원격 플라즈마 시스템(RPS)(1110)을 통과하는 가스를 반송하는 한편, 제 2 채널(1113)은 RPS(1110)를 우회한다. 개시된 실시예들에서, 제 1 채널(1112)은 프로세스 가스를 위해서 이용될 수 있고, 제 2 채널(1113)은 처리 가스를 위해서 이용될 수 있다. 덮개(또는 전도성 상단부 부분)(1121) 및 천공형 구획부(샤워헤드(1153))가 절연 링(1124)을 사이에 두고 도시되어 있으며, 그러한 절연 링은 AC 전위가 샤워헤드(1153)에 대해서 상대적으로 덮개(1121)로 인가될 수 있게 한다. 프로세스 가스는 제 1 채널(1112)을 통해서 챔버 플라즈마 영역(1120) 내로 이동하고, RPS(1110)와 조합된 또는 단독의 챔버 플라즈마 영역(1120)에서 플라즈마에 의해서 여기될 수 있다. 챔버 플라즈마 영역(1120) 및/또는 RPS(1110)의 조합이 여기에서 원격 플라즈마 시스템으로 지칭될 수 있다. 천공형 구획부(또한 샤워헤드로도 지칭됨)(1153)는 챔버 플라즈마 영역(1120)을 샤워헤드(1153) 아래의 기판 프로세싱 영역(1170)으로부터 분리한다. 샤워헤드(1153)는, 챔버 플라즈마 영역(1120) 내에 존재하는 플라즈마가 기판 프로세싱 영역(1170) 내의 가스들을 직접적으로 여기시키는 것을 방지할 수 있게 하는 한편, 여기된 종들이 챔버 플라즈마 영역(1120)으로부터 기판 프로세싱 영역(1170) 내로 여전히 이동할 수 있게 허용한다.
[0038] 샤워헤드(1153)는 챔버 플라즈마 영역(1120)과 기판 프로세싱 영역(1170) 사이에 배치되고, 챔버 플라즈마 영역(1120) 내에서 생성된 플라즈마 유출물들(전구체들 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)이 플레이트의 두께를 가로지르는 복수의 관통-홀들(1156)을 통과할 수 있게 허용한다. 샤워헤드(1153)는 또한, 증기 또는 가스(이를테면, 실리콘-함유 전구체) 형태이고 그리고 작은 홀들(1155)을 통해서 기판 프로세싱 영역(1170) 내로 통과하지만, 챔버 플라즈마 영역(1120) 내로는 직접적으로 통과하지 않는 전구체로 충진될 수 있는 하나 또는 둘 이상의 중공형 용적들(1151)을 가진다. 이러한 개시된 실시예에서, 샤워헤드(1153)는 관통-홀들(1156)의 가장 작은 직경(1150)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 영역(1120)으로부터 기판 프로세싱 영역(1170)까지 침투하는 여기된 종들의 상당한 농도를 유지하기 위해서, 관통-홀들의 가장 작은 직경(1150)의 길이(1126)가, 샤워헤드(1153)를 통한 중간에(part way) 관통-홀들(1156)의 더 큰 직경 부분들을 형성하는 것에 의해서 제한될 수 있다. 개시된 실시예들에서, 관통-홀들(1156)의 가장 작은 직경(1150)의 길이가 관통-홀들(1156)의 가장 작은 직경과 동일한 정도(same order)의 크기 또는 그 미만일 수 있다.
[0039] 도시된 실시예에서, 샤워헤드(1153)는 암모니아와 실리콘 전구체와 같은 플라즈마 증기/가스를 함유하는 프로세스 가스들을 (관통-홀들(1156)을 통해서) 분배할 수 있다. 실시예들에서, 전구체들이 챔버 플라즈마 영역(1120)에서 여기되지 않을 수 있는데, 이는 오직 국부 플라즈마만이 필요하기 때문이다. 이 프로세스가 기판 프로세싱 영역(1170) 내에서 국부 플라즈마에 의한 여기를 수반하기 때문에, 전구체들 중 임의의 전구체가 관통 홀들(1156)을 통해서 또는 작은 홀들(1155)을 통해서 기판 프로세싱 영역(1170)으로 공급될 수 있음을 주목한다. 프로세스 가스들은 기판 프로세싱 영역(1170)에 진입하고, 여기에서 프로세스 가스들은 국부 플라즈마로 여기되어, 패터닝된 기판 상에 유동 가능한 유전체 층을 형성한다.
[0040] 실시예들에서, 관통-홀들(1156)의 수가 약 60개 내지 약 2000개일 수 있다. 관통-홀들(1156)이 다양한 형상들을 가질 수 있으나, 가장 용이하게는 둥글게 제조된다. 개시된 실시예들에서, 관통-홀들(1156)의 가장 작은 직경(1150)이 약 0.5　mm 내지 약 20　mm 또는 약 1　mm 내지 약 6　mm일 수 있다. 또한, 관통-홀들의 횡단면 형상을 선택하는데 있어서 자유(latitude)가 있으며, 이러한 관통-홀들은 원뿔형, 원통형, 또는 2개의 형상들의 조합으로 만들어질 수 있다. 상이한 실시예들에서, 기판 프로세싱 영역(1170) 내로 가스를 도입하기 위해서 이용되는 작은 홀들(1155)의 수가 약 100개 내지 약 5000개 또는 약 500개 내지 약 2000개일 수 있다. 작은 홀들(1155)의 직경이 약 0.1　mm 내지 약 2　mm일 수 있다.
[0041] 도 3b는 개시된 실시예들에 따른 프로세싱 챔버와 함께 이용하기 위한 샤워헤드(1153)의 저면도이다. 샤워헤드(1153)는 도 3a에 도시된 샤워헤드에 상응한다. 샤워헤드(1153)의 하단부 상에 더 큰 내측-직경(ID)을 갖고 상단부에서 더 작은 ID를 갖는 관통-홀들(1156)이 도시되어 있다. 여기에서 개시된 다른 실시예들보다 더 균일한 혼합을 제공하는데 도움이 되는 관통-홀들(1156) 중에서 조차도, 작은 홀들(1155)이 샤워헤드의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분포된다.
[0042] 샤워헤드(1153) 내의 관통-홀들(1156)을 통해서 도달하는 플라즈마 유출물들이, 중공형 용적들(1151)로부터 발원하고(originating) 작은 홀들(1155)을 통해서 도달하는 실리콘-함유 전구체와 결합될 때, 기판 프로세싱 영역(1170) 내의 받침대(미도시)에 의해서 지지되는 기판 상에서 예시적인 필름이 생성된다. 비록 기판 프로세싱 영역(1170)이 경화와 같은 다른 프로세스들을 위한 플라즈마를 지원하도록 구비될 수 있지만, 예시적인 필름의 성장 중에는 플라즈마가 존재하지 않는다.
[0043] 플라즈마는 샤워헤드(1153) 위의 챔버 플라즈마 영역(1120) 내에서 또는 샤워헤드(1153) 아래의 기판 프로세싱 영역(1170) 내에서 점화될 수 있다. 질소-및-수소-함유 가스의 유입 유동(inflow)으로부터 라디칼 질소 전구체를 생성하기 위해서, 플라즈마가 챔버 플라즈마 영역(1120) 내에 존재한다. 프로세싱 챔버의 전도성 상단부 부분(덮개(1121))과 샤워헤드(1153) 사이에, 전형적으로 무선 주파수(RF) 범위의 AC 전압이 인가되어, 증착 중에 챔버 플라즈마 영역(1120) 내에서 플라즈마를 점화한다. RF 전력 공급은 13.56 MHz의 높은 RF 주파수를 생성하지만, 또한, 다른 주파수들을 단독으로만 또는 13.56 MHz 주파수와 조합하여 생성할 수 있다.
[0044] 유전체 층의 형성 동안에 또는 기판 프로세싱 영역(1170)과 경계를 이루는 내부 표면들의 세정 중에 기판 프로세싱 영역(1170) 내에서 하단부 플라즈마가 턴 온될 때, 상단부 플라즈마가 낮은 전력으로 남아 있거나 전력이 공급되지 않고 남아 있을 수 있다. 기판 프로세싱 영역(1170) 내의 플라즈마는 샤워헤드(1153)와 받침대 또는 챔버의 하단부 사이에 AC 전압을 인가하는 것에 의해서 점화된다. 플라즈마가 존재하는 동안에, 세정 가스가 기판 프로세싱 영역(1170) 내로 도입될 수 있다.
[0045] 받침대는 열 교환 채널을 가질 수 있고, 기판의 온도를 제어하기 위해서, 열 교환 유체가 상기 열 교환 채널을 통해서 유동한다. 이러한 구성은, 비교적 낮은 온도들(실온(room temperature)으로부터 약 120 ℃ 까지)을 유지하기 위해서, 기판 온도가 냉각되거나 가열될 수 있게 한다. 열 교환 유체는 에틸렌 글리콜 및 물을 포함할 수 있다. 평행한 동심적 원들 형태의 2번의 완전한 회전들(turns)을 만들도록 구성된 매립형의 단일-루프 히터 요소를 이용하여 비교적 높은 온도들(약 120 ℃로부터 약 1100 ℃ 까지)을 달성하기 위해서, 받침대(바람직하게, 알루미늄, 세라믹, 또는 그 조합)의 웨이퍼 지지 플래터(platter)가 또한 저항식으로 가열될 수 있다. 히터 요소의 외측 부분이 지지 플래터의 둘레 근처에서 연장할 수 있을 것인 한편, 내측 부분은 더 작은 반경을 가지는 동심적인 원의 경로 상에서 연장한다. 히터 요소에 대한 배선이 받침대의 스템을 통과한다.
[0046] 기판 프로세싱 시스템은 시스템 제어기에 의해서 제어된다. 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 프로세서를 포함한다. 프로세서는 단일-기판 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디지털 입/출력 보드들, 인터페이스 보드들 및 스텝퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. CVD 시스템의 여러 가지 부분들이, 보드, 카드 케이지, 및 연결부 치수들 및 타입들을 정의하는 Versa Modular European(VME) 표준을 따른다. VME 표준은 또한, 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 가지는 것으로 버스 구조를 정의한다.
[0047] 시스템 제어기는 증착 시스템의 모든 활동들을 제어한다. 시스템 제어기는, 컴퓨터-판독가능 매체 내에 저장된 컴퓨터 프로그램인, 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 바람직하게, 상기 매체가 하드 디스크 드라이브이나, 그러한 매체가 또한 다른 종류들의 메모리일 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 특별한 프로세스의 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터 위치, 및 다른 매개변수들을 지시하는 명령들의 세트들을 포함한다. 예를 들어, 플로피 디스크 또는 다른 적합한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 또한 시스템 제어기로 지시하기 위해서 이용될 수 있다.
[0048] 기판 상에 필름 적층체(stack)를 증착하기 위한, 필름을 실리콘 산화물로 변환하기 위한 프로세스, 또는 챔버를 세정하기 위한 프로세스가, 시스템 제어기에 의해서 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품을 이용하여 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 코드가 임의의 통상적인 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란, 또는 다른 것들로 작성될 수 있다. 적합한 프로그램 코드가 통상적인 텍스트(text) 편집기를 이용하여 단일 파일, 또는 복수 파일들로 입력되고, 컴퓨터의 메모리 시스템과 같은 컴퓨터 이용가능 매체 내에 저장되거나 구현된다. 만약 입력된 코드 텍스트가 하이 레벨 언어라면, 코드가 컴파일링되고, 이어서 결과적인 컴파일러 코드가 미리 컴파일링된 Microsoft Windows® 라이브러리 루틴들의 목적 코드와 링크된다. 링크되고, 컴파일링된 목적 코드를 실행하기 위해서, 시스템 사용자가 목적 코드를 호출하여, 컴퓨터 시스템으로 하여금 코드를 메모리 내에 로딩하게 한다. 이어서, CPU가 코드를 판독하고 실행하여, 프로그램 내에서 식별된 과제들을 실시한다.
[0049] 사용자와 제어기 사이의 인터페이스는 평판 터치-감응형 모니터를 경유한다. 바람직한 실시예에서, 2개의 모니터들이 이용되고, 하나는 운영자들을 위해서 청정실 벽에 장착되고 다른 하나는 서비스 기술자들을 위해서 벽 뒤에 장착된다. 2개의 모니터들이 동일한 정보를 동시적으로 디스플레이할 수 있고, 그러한 경우에 한번에 하나 만이 입력을 수용한다. 특별한 스크린 또는 기능을 선택하기 위해서, 운영자는 터치-감응형 모니터의 지정 지역을 터치한다. 터치된 지역은 그 지역의 강조된 색채로 변화되거나, 새로운 메뉴 또는 스크린이 디스플레이되어, 운영자와 터치-감응형 모니터 사이의 통신을 확인한다. 키보드, 마우스, 또는 다른 포인팅 또는 통신 디바이스와 같은 다른 디바이스들이 터치-감응형 모니터 대신에 또는 그에 부가적으로 이용되어, 사용자가 시스템 제어기와 통신하게 허용할 수 있다.
[0050] 본원에서 사용되는 바와 같이, "기판"은, 층들이 위에 형성되거나 또는 형성되지 않은 지지 기판일 수 있다. 지지 기판은 다양한 도핑 농도들 및 프로파일들의 반도체 또는 절연체일 수 있고, 예를 들어, 집적 회로들의 제조에서 사용되는 타입의 반도체 기판일 수 있다. "실리콘 산화물"의 층은 질소, 수소, 탄소, 등과 같은 다른 원소 구성성분들의 적은 농도들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 산화물은 본질적으로 실리콘 및 산소로 이루어진다. "전구체"라는 용어는, 표면 상에 재료를 증착하거나 또는 표면으로부터 재료를 제거하기 위해 반응에 참여하는 임의의 프로세스 가스를 지칭하기 위해 사용된다. "여기된 상태"의 가스는, 가스 분자들의 적어도 일부가 진동적으로-여기된, 분리된 및/또는 이온화된 상태들에 있는 가스를 설명한다. 가스(또는 전구체)는 둘 또는 셋 이상의 가스들(또는 전구체들)의 조합일 수 있다. "라디칼 전구체"는, 표면으로부터 재료를 제거하거나 표면 상에 재료를 증착하기 위한 반응에 참여하는 플라즈마 유출물들(플라즈마를 빠져나가는 여기 상태의 가스)을 설명하기 위해서 이용된다. "라디칼-질소 전구체"는 질소를 포함하는 라디칼 전구체이고, "라디칼-수소 전구체"는 수소를 포함하는 라디칼 전구체이다. "불활성 가스"라는 문구는, 에칭할 때 또는 필름 내로 통합될 때 화학적 결합들을 형성하지 않는 임의의 가스를 지칭한다. 예시적인 불활성 가스들은 희가스들을 포함하지만, (전형적으로) 극소량이 필름 내에 포획될 때 화학적 결합들이 형성되지 않기만 한다면, 다른 가스들을 포함할 수 있다.
[0051] "트렌치"라는 용어는, 에칭된 기하형태가 큰 수평적 종횡비를 가진다는 것을 암시하지 않고 전반적으로 사용된 것이다. 표면의 위에서부터 볼 때, 트렌치들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들로 보일 수 있다. "비아"라는 용어는, 수직 전기 연결부를 형성하기 위해서 금속으로 충진될 수 있거나 충진되지 않을 수 있는 저 종횡비 트렌치를 지칭하기 위해서 사용된 것이다. 여기에서 사용된 바와 같이, 등각적인 층은 표면과 동일한 형상의 표면 상의 재료의 대체로 균일한 층을 지칭하고, 다시 말해서 커버된 표면 및 층의 표면은 대체로 평행하다. 당업자는, 증착된 재료가 아마도 100% 등각적일 수 없으며 그에 따라 "대체로"라는 용어가 수용가능한 공차들을 허용한다는 것을 이해할 것이다.
[0052] 수개의 실시예들을 설명하였지만, 당업자들은, 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도, 여러 가지 변경들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 부가적으로, 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 방지하기 위해서, 많은 수의 주지의 프로세스들 및 요소들을 설명하지 않았다. 따라서, 상기 설명은 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 할 것이다.
[0053] 수치들의 범위가 주어진 경우, 그러한 수치 범위의 상한들과 하한들 사이에 존재하는 각각의 값은, 달리 명백히 표시되어 있지 않는 한 하한의 단위의 소수점 이하 추가 한 자리까지(to the tenth) 또한 구체적으로 기재된 것으로 해석된다. 명시된 범위 내의 임의의 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 값과 그러한 명시된 범위내의 임의의 다른 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 다른 값 사이에 존재하는 각각의 소범위가 포함된다. 이러한 소범위의 상한들과 하한들은 독립적으로 그러한 범위에 포함되거나 그러한 범위에서 제외될 수 있고, 각각의 범위는, 상한과 하한 중 하나 또는 둘 모두가 그러한 소범위에 포함되든지 그러한 소범위에서 제외되든지 간에, 임의의 한계값이 명시된 범위에서 구체적으로 제외된 것이 아닌 한, 또한 본 발명에 포함된다. 명시된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그렇게 포함된 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
[0054] 본원 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an" 및 "the")은, 문맥에서 명백하게 달리 지시되어 있지 않는 한, 복수의 지시대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "프로세스(a process)"라는 언급은 복수의 그러한 프로세스들을 포함하며, "상기 전구체(the precursor)"라는 언급은 당업자에게 알려진 하나 또는 그 초과의 전구체들 및 그 등가물들에 대한 언급을 포함하며, 기타의 경우도 마찬가지이다.
[0055] 또한, "포함하는"("comprise," "comprising," "include," "including," 및 "includes")이라는 단어들은, 본 명세서 및 이하의 청구항들에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 또는 그 초과의 다른 특징들, 정수들, 컴포넌트들, 단계들, 작용들, 또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법으로서,
    상기 패터닝된 기판을 기판 프로세싱 영역 내로 이송하는 단계;
    상기 기판 프로세싱 영역 내로 실리콘 전구체를 유동시키는 단계;
    상기 기판 프로세싱 영역 내로 플라즈마 증기/가스를 유동시키는 단계 － 상기 플라즈마 증기/가스를 유동시키는 단계와 상기 실리콘 전구체를 유동시키는 단계는 동시적으로 일어남 －;
    패터닝된 기판 지역의 평방 센티미터당 약 0.3W 또는 그 미만의 플라즈마 전력을 인가하는 것에 의해서 상기 기판 프로세싱 영역의 플라즈마를 타격(strike)하는 단계; 및
    상기 패터닝된 기판 상에 상기 유전체 층을 형성하는 단계 － 상기 유전체 층은 질소 또는 탄소 중 하나 및 실리콘을 포함하고, 그리고 상기 유전체 층은 증착 동안에 유동 가능함 － 를 포함하고,
    상기 실리콘 전구체를 유동시키는 단계는 상기 유동 가능한 유전체 층의 형성 동안 내내 상기 기판 프로세싱 영역에 상기 실리콘 전구체의 지속적인 유동을 공급하는 것을 포함하고, 상기 플라즈마를 타격하는 단계는 상기 유동 가능한 유전체 층의 형성 동안 내내 플라즈마 전력을 지속적으로 인가하는 것을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 기판의 온도는, 상기 유동 가능한 유전체 층을 형성하는 동안 200℃ 미만인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 증기/가스는 암모니아, 수소(H2), 아르곤, 질소(N2), 탄화수소 또는 산소(O2) 중 하나를 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 트리실릴아민, 디실릴아민 또는 모노실릴아민 중 하나인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 셋 또는 그 초과의 실리콘 원자들을 포함하는 더 고차의 실란을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 전구체는 할로겐-치환된 실란을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 할로겐-치환된 실란은 헥사클로로디실란인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물 또는 SiCN 중 하나인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 실리콘, 질소, 및 수소로 이루어진,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 실리콘, 탄소, 질소, 및 수소로 이루어진,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 타격하는 단계는, 용량성(capacitive) 또는 유도성(inductive) 수단에 의해서 상기 기판 프로세싱 영역에 무선 주파수들(RF)을 인가하는 것을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 타격하는 단계는 상기 기판 프로세싱 영역에 자외선(UV) 광을 비추는 것을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 타격하는 단계는 (패터닝된 표면적의 평방 센티미터당) 0.025W 내지 0.30W의 플라즈마 전력을 상기 기판 프로세싱 영역에 인가하는 것을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 타격하는 단계는 상기 유전체 층을 형성하는 동안 내내 플라즈마 전력을 지속적으로 인가하는 것을 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 패터닝되고, 약 50nm 또는 그 미만의 폭을 갖는 트렌치를 갖는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 층을 형성하는 동작 이후에 상기 유전체 층을 고체화하는 단계를 더 포함하는,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 고체화 단계 이후의 상기 유전체 층의 두께는 상기 패터닝된 기판의 주 평면에 수직으로 약 25nm 또는 그 미만인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 전구체, 상기 플라즈마 증기/가스 및 상기 유전체 층은 각각 무-탄소인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 기판의 온도는 상기 유동 가능한 유전체 층을 형성하는 동안 100℃ 미만인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 패터닝된 기판의 온도는 상기 유동 가능한 유전체 층을 형성하는 동안 30℃ 미만인,
    패터닝된 기판 상에 유전체 층을 형성하는 방법.
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