KR20160095631A - 기판 프로세싱 시스템들에서 하드마스크들로서 사용된 비정질 탄소 및 실리콘 막들의 금속 도핑 - Google Patents

기판 프로세싱 시스템들에서 하드마스크들로서 사용된 비정질 탄소 및 실리콘 막들의 금속 도핑 Download PDF

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시리쉬 레디
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막 또는 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 시스템들 및 방법들은, 프로세싱 챔버 내에 기판을 정렬시키는 단계; 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버에 탄화수소 전구체 가스 또는 실리콘 전구체 가스를 각각 공급하는 단계; 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계 또는 공급하는 단계 중 하나; 및 기판 상에 금속 도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막 또는 금속 도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 각각 증착하는 단계를 포함한다.

Description

기판 프로세싱 시스템들에서 하드마스크들로서 사용된 비정질 탄소 및 실리콘 막들의 금속 도핑{METAL DOPING OF AMORPHOUS CARBON AND SILICON FILMS USED AS HARDMASKS IN SUBSTRATE PROCESSING SYSTEMS}
본 개시는 기판 프로세싱 시스템들 및 방법들, 보다 구체적으로 기판들 상에 비정질 탄소 하드마스크 및 비정질 실리콘 하드마스크를 증착하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경 기술 설명은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제공하기 위한 것이다. 본 발명자들의 성과로서 본 배경 기술 섹션에 기술되는 정도의 성과뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
증착 및/또는 에칭을 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템들은 페데스탈을 가진 프로세싱 챔버를 포함한다. 반도체 웨이퍼와 같은 기판은 페데스탈 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어 CVD (chemical vapor deposition) 프로세스에서, 하나 이상의 전구체들을 포함한 가스 혼합물은 기판 상에 막을 증착하거나 기판을 에칭하도록 프로세싱 챔버 내로 도입될 수도 있다. 일부 기판 프로세싱 시스템들에서, 플라즈마는 화학 반응들을 활성화하도록 사용될 수도 있고 PECVD (plasma enhanced CVD) 로서 본 명세서에 지칭된다.
비정질 탄소 막 및 비정질 실리콘 막은 반도체 프로세싱 동안 고 종횡비 피처들을 에칭하기 위한 하드마스크들로서 사용될 수도 있다. 예를 들어 3-D 메모리 애플리케이션들에서, 하드마스크 막은 매우 에칭 선택적이어야 한다. 그 결과, 하드마스크 막은 보다 고 모듈러스, 보다 치밀하고, 보다 에칭-화학물질-저항성 결합 매트릭스들을 가져야 한다. 개방 프로세스 동안 하드마스크 막을 제거할 수 있는 것과 유전체 에칭 프로세스들에 하드마스크 막을 매우 선택적이게 하는 것 사이의 균형이 충돌한다.
금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법은 프로세싱 챔버 내에 기판을 배치하는 단계; 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버에 탄화수소 전구체 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계 또는 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하는 단계 중 하나; 및 기판 상에 금속 도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함한다. 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들이다. 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함한다. 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 탄화수소 전구체 가스는 CxHy를 포함하고, 여기서 x는 2 내지 10의 정수이고 y는 2 내지 24의 정수이다. 탄화수소 전구체 가스는 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 금속계 전구체 가스는 텅스텐 헥사플루오라이드를 포함하고, 탄화수소 전구체 가스는 메탄을 포함하고 그리고 캐리어 가스는 분자 수소를 포함한다.
금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법은 프로세싱 챔버 내에 기판을 배치하는 단계; 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버에 실리콘 전구체 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하는 단계; 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계 또는 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하는 단계 중 하나; 및 기판 상에 금속 도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함한다. 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들이다. 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함한다. 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 실리콘 전구체 가스는 실란 및 테트라에틸오소실리케이트 (tetraethylorthosilicate) 로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템은 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함하는 프로세싱 챔버를 포함한다. 가스 공급 시스템은 프로세싱 챔버에 프로세스 가스를 선택적으로 공급하도록 구성된다. 플라즈마 생성기는 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 선택적으로 공급하도록 구성된다. 제어기는 가스 공급 시스템 및 플라즈마 생성기를 제어하도록 구성되고, 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하고; 프로세싱 챔버에 탄화수소 전구체 가스를 공급하고; 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하고; 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하고; 그리고 기판 상에 금속 도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함한다. 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들이다. 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함한다. 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 탄화수소 전구체 가스는 CxHy를 포함하고, 여기서 x는 2 내지 10의 정수이고 y는 2 내지 24의 정수이다. 탄화수소 전구체 가스는 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 금속계 전구체 가스는 텅스텐 헥사플루오라이드를 포함하고, 탄화수소 전구체 가스는 메탄을 포함하고 그리고 캐리어 가스는 분자 수소를 포함한다.
금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템은 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함하는 프로세싱 챔버; 프로세싱 챔버에 프로세스 가스를 선택적으로 공급하도록 구성된 가스 공급 시스템; 프로세싱 챔버에 플라즈마를 선택적으로 공급하도록 구성된 플라즈마 생성기; 및 가스 공급 시스템 및 플라즈마 생성기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고, 제어기는, 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하고; 프로세싱 챔버에 실리콘 전구체 가스를 공급하고; 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하고; 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하고; 그리고 기판 상에 금속 도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하도록 구성된다.
다른 특징들에서, 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함한다. 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들이다. 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함한다. 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함한다. 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 실리콘 전구체 가스는 실란 및 테트라에틸오소실리케이트로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 개시의 적용 가능성의 추가의 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 분명해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 오직 예시의 목적들을 위해 의도된 것이고 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부한 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 또는 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크를 증착하기 위한 기판 프로세싱 챔버의 예를 예시하는 기능 블록도이다.
도 2는 본 개시에 따른, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크를 증착하기 위한 방법의 예를 예시하는 흐름도이다.
도 3은 본 개시에 따른, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크를 증착하기 위한 방법의 예를 예시하는 흐름도이다.
도면들에서, 참조 부호들은 유사하고 그리고/또는 동일한 엘리먼트들 (element) 을 식별하도록 재사용될 수도 있다.
비정질 탄소 막 및 비정질 실리콘 막은 고 종횡비 피처들을 에칭하기 위한 하드마스크들로서 사용된다. 3-D 메모리와 같은 일부 애플리케이션들에서, 하드마스크 막은 매우 에칭 선택적일 필요가 있다. 그 결과, 하드마스크 막은 단단하고 치밀해야 하고, 그리고 제거의 용이함과 에칭 선택도의 균형을 제공한다. 본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 유전체 에칭 화학물질들에 대한 에칭 선택도를 증가시키기 위해 비정질 탄소 하드마스크 막 또는 비정질 실리콘 하드마스크 막을 치밀화하도록 사용될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 시스템들 및 방법들은 금속계 도펀트들로 비정질 탄소 하드마스크 막 또는 비정질 실리콘 하드마스크 막을 도핑한다. 단지 예를 들면, 금속계 도펀트들은 금속 할라이드 전구체들에 의해 제공될 수도 있다. 일부 예들에서, 금속 할라이드 전구체들은 텅스텐 플루오라이드들 (WFa), 티타늄 클로라이드들 (TiClb), 텅스텐 클로라이드들 (WClc), 하프늄 클로라이드들 (HfCld), 탄탈륨 클로라이드들 (TaCle), 또는 다른 적합한 금속 할라이드 전구체들을 포함할 수도 있고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 0보다 큰 정수들이다. 상기 금속 할라이드 전구체 예들은 불소 및 염소를 포함하지만, 브롬 (Br) 또는 요오드 (I) 를 포함하는 다른 금속 할라이드 전구체들이 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 금속계 도펀트들은 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체, BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 또는 다른 적합한 금속 전구체들에 의해 제공될 수도 있다.
일부 예들에서, 비정질 탄소 또는 실리콘 전구체는 프로세싱 챔버 내에서 캐리어 가스에 첨가된다. 예를 들어, 비정질 탄소 전구체는 탄화수소 전구체를 포함할 수 있다. 탄화수소 전구체는 CxHy를 포함할 수도 있고, 여기서 x는 2 내지 10의 정수이고 y는 2 내지 24의 정수이다. 일부 예들에서, 탄화수소 전구체는 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔 (각각 CH4, C2H2, C2H4, C3H6, C4H10, C6H6, C6H12 및 C7H8) 을 포함할 수도 있다. 단지 예를 들면, 비정질 실리콘 전구체는 실란 전구체 또는 테트라에틸오소실리케이트 (TEOS)-유사 전구체를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 기술된 PECVD 프로세스는 보다 치밀하고 에칭 선택적인, 금속-도핑된 비정질 탄소 막 또는 금속-도핑된 비정질 실리콘 막을 증착한다.
본 명세서에 기술된 금속계 전구체들을 사용하여 도핑되는 비정질 탄소 하드마스크 막 또는 비정질 실리콘 하드마스크 막은 보다 고 교차 결합 (cross-linking) 에 기인하여, 각각 금속 카바이드 또는 금속 실리사이드를 포함하는 하드마스크 막을 생성한다. 보다 고 도핑 레벨들은 선택도를 증가시키지만 그 다음의 단계들의 비용을 증가시키는 경향이 있다. 따라서 도핑 레벨과 선택도는 균형이 유지된다. 발생한 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막 또는 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막은 반도체 하드마스크 애플리케이션들에 대해 제거 가능하게 유지되는 동안 보다 단단하고 보다 치밀하다.
이제 도 1을 참조하면, PECVD 증착 또는 에칭을 수행하기 위한 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 예가 도시된다. 전술한 예는 PECVD 시스템들에 관한 것이지만, 다른 플라즈마-기반 프로세스들이 사용될 수도 있다. 플라즈마 프로세스들의 다른 타입들은 원자 층 증착 프로세스, 유도 결합된 플라즈마 프로세스, 용량 결합된 플라즈마 프로세스, 마이크로파 플라즈마 CVD 프로세스, 리모트 PECVD (plasma enhanced CVD) 프로세스, 및 다른 유사한 프로세스를 포함한다.
기판 프로세싱 시스템 (100) 은 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다른 컴포넌트들 (components) 을 둘러싸고 RF 플라즈마를 포함하는 프로세싱 챔버 (102) 를 포함한다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 상부 전극 (104) 및, 하부 전극 (107) 을 포함하는 페데스탈 (106) 을 포함한다. 기판 (108) 은 상부 전극 (104) 과 하부 전극 (107) 사이의 페데스탈 (106) 상에 배치된다.
단지 예를 들면, 상부 전극 (104) 은 프로세스 가스들을 도입하고 프로세스 가스들을 분배하는 샤워헤드 (109) 를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 상부 전극 (104) 은 도전 플레이트를 포함할 수도 있고 프로세스 가스들은 또 다른 방식으로 도입될 수도 있다. 하부 전극 (107) 은 비도전성 페데스탈 내에 배치될 수도 있다. 대안적으로, 페데스탈 (106) 은 하부 전극 (107) 의 역할을 하는 도전성 플레이트를 포함하는 정전 척을 포함할 수도 있다.
RF 생성 시스템 (110) 은 RF 전압을 생성하고 RF 전압을 상부 전극 및 하부 전극 중 하나에 출력한다. 상부 전극 및 하부 전극 중 다른 하나는 DC 접지되거나, AC 접지되거나 플로팅할 (floating) 수도 있다. 단지 예를 들면, RF 생성 시스템 (110) 은 매칭 및 분배 네트워크 (112) 에 의해 상부 전극 (104) 또는 하부 전극 (107) 에 피드된 (feed) RF 전압을 생성하는 RF 전압 생성기 (111) 를 포함할 수도 있다.
가스 전달 시스템 (130) 의 예는 도 1에 도시된다. 가스 전달 시스템 (130) 은 하나 이상의 가스 소스들 (132-1, 132-2, ..., 및 132-N) (집합적으로 가스 소스들 (132)) 을 포함하고, 여기서 N은 0보다 큰 정수이다. 가스 소스들은 하나 이상의 전구체들 및 전구체들의 혼합물들을 공급한다. 기화된 전구체가 또한 사용될 수도 있다. 가스 소스들 (132) 은 밸브들 (134-1, 134-2, ..., 및 134-N) (집합적으로 밸브들 (134)) 및 질량 유량 제어기들 (136-1, 136-2, ..., 및 136-N) (집합적으로 질량 유량 제어기들 (136)) 에 의해 매니폴드 (140) 에 연결된다. 매니폴드 (140) 의 출력은 프로세싱 챔버 (102) 에 피드된다. 단지 예를 들면, 매니폴드 (140) 의 출력은 샤워헤드 (109) 에 피드된다.
히터 (142) 는 페데스탈 (106) 을 가열하도록 페데스탈 (106) 내에 배치된 히터 코일 (미도시) 에 연결될 수도 있다. 히터 (142) 는 페데스탈 (106) 및 기판 (108) 의 온도를 제어하도록 사용될 수도 있다. 밸브 (150) 및 펌프 (152) 는 프로세싱 챔버 (102) 로부터 반응물질들을 배출하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (160) 는 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 다양한 컴포넌트들을 제어하도록 사용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어기 (160) 는 프로세스 가스, 캐리어 가스 및 전구체 가스의 플로우, 플라즈마 스트라이킹 및 플라즈마 소화, 반응물질들의 제거, 챔버 파라미터들의 모니터링, 등을 제어하도록 사용될 수도 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 개시에 따른, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법 (200) 이 도시된다. 204에서, 기판은 PECVD 프로세싱 챔버와 같은 프로세싱 챔버 내에 배치된다. 208에서, 캐리어 가스가 프로세싱 챔버에 공급된다. 일부 예들에서, 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다.
216에서, 탄화수소 전구체는 프로세싱 챔버에 공급된다. 일부 예들에서, 탄화수소 전구체는 CxHy를 포함할 수도 있고, 여기서 x는 2 내지 10의 정수이고 y는 2 내지 24의 정수이다. 일부 예들에서, 탄화수소 전구체는 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠 또는 톨루엔을 포함할 수도 있다.
220에서, 금속계 전구체 또는 도펀트가 프로세싱 챔버에 공급된다. 일부 예들에서, 금속계 전구체는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, TaCle와 같은 금속 할라이드 전구체, 또는 다른 적합한 금속 할라이드 전구체들을 포함하고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 0보다 큰 정수들이다. 상기 금속 할라이드 전구체 예들이 불소 및 염소를 포함하지만, 브롬 (Br) 또는 요오드 (I) 를 포함한 다른 금속 할라이드 전구체들이 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 금속계 전구체는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체, BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 또는 다른 적합한 금속 전구체들에 의해 제공될 수도 있다.
222에서, 플라즈마는 프로세싱 챔버 내에서 생성되거나 프로세싱 챔버에 공급된다. 224에서, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막은 기판 상에 증착된다. 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막은 기판 프로세싱 동안 하드마스크로서 사용될 수도 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 개시에 따른, 금속-도핑된 비정질 실리콘 막을 증착하기 위한 방법 (250) 이 도시된다. 254에서, 기판은 PECVD 프로세싱 챔버와 같은 프로세싱 챔버 내에 배치된다. 258에서, 캐리어 가스가 프로세싱 챔버에 공급된다. 일부 예들에서, 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다.
266에서, 실리콘 전구체는 프로세싱 챔버에 공급된다. 단지 예를 들면, 비정질 실리콘 전구체는 실란 전구체 또는 테트라에틸오소실리케이트 (TEOS)-유사 전구체를 포함할 수도 있다.
270에서, 금속계 전구체 또는 도펀트는 프로세싱 챔버에 공급된다. 일부 예들에서, 금속계 전구체는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, TaCle와 같은 금속 할라이드 전구체, 또는 다른 적합한 금속 할라이드 전구체들을 포함하고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 0보다 큰 정수들이다. 상기 금속 할라이드 전구체 예들이 불소 및 염소를 포함하지만, 브롬 (Br) 또는 요오드 (I) 를 포함한 다른 금속 할라이드 전구체들이 사용될 수도 있다. 다른 예들에서, 금속계 전구체는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체, BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 또는 다른 적합한 금속 전구체들에 의해 제공될 수도 있다.
272에서, 플라즈마는 프로세싱 챔버 내에서 생성되거나 프로세싱 챔버에 공급된다. 274에서, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막은 기판 상에 증착된다. 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막은 기판 프로세싱 동안 하드마스크로서 사용될 수도 있다.
이하의 표는 본 개시에 따른, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크에 대한 탄화수소 전구체 가스, 캐리어 가스, 금속계 전구체 및 다른 프로세스 파라미터들의 예를 제시한다:
프로세스 파라미터 값
온도 400 ℃ 내지 500 ℃
압력 0.2 Torr 내지 9 Torr
WF6 250 sccm
CH4 2000 sccm
H2 500 sccm
고 주파수 전력 800 W 내지 2500 W
저 주파수 전력 1000 W 내지 2500 W
이 예에서, 프로세싱 챔버 온도는 400 ℃ 내지 500 ℃의 온도 범위 내에 있다. 프로세싱 챔버 진공 압력은 0.2 Torr 내지 9 Torr의 범위 내에 있다. 고 주파수 RF 전력은 800 W 내지 2500 W의 범위로 설정된다. 저 주파수 RF 전력은 1000 W 내지 2500 W의 범위로 설정된다. 캐리어 가스는 분자 수소이고, 금속계 전구체 가스는 텅스텐 테트라플루오라이드이고, 그리고 탄소 전구체는 메탄이다. 다른 전구체들은 유사하거나 상이한 프로세스 챔버 설정사항들을 사용할 수도 있다.
다른 예들에서, 프로세스 온도는 최대 650 ℃일 수도 있다. 다른 예들에서, 2 Torr 내지 7 Torr의 프로세스 압력 및 400 ℃ 내지 500 ℃의 프로세스 온도에서, WFa는 6 내지 75 sccm로 공급되고, CH4는 750 sccm로 공급되고, Ar 및 N2는 5000 sccm로 공급된다.
전술한 기술은 단순히 특성을 예시하는 것이고 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 애플리케이션, 또는 용도를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 특별한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들을 연구함으로써 명백해질 것이기 때문에 그렇게 제한되지 않아야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하도록 해석되지 않아야 한다. 방법 내에서 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리를 변경하지 않고 다른 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 구현예들에서, 제어기는 상술한 실례들의 일부일 수 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이러한 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 예를 들어 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 전달 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 전달들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스를 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고 인스트럭션들을 발행하고 동작을 제어하고 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 되는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (physical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (chemical vapor deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제조 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (36)

  1. 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법에 있어서,
    프로세싱 챔버 내에 기판을 배치하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 탄화수소 전구체 가스를 공급하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계 또는 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하는 단계 중 하나; 및
    상기 기판 상에 금속 도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하는 단계를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 프로세싱 챔버를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들인, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전구체 가스는 CxHy를 포함하고, 여기서 x는 2 내지 10의 정수이고 y는 2 내지 24의 정수인, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전구체 가스는 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 텅스텐 헥사플루오라이드를 포함하고, 상기 탄화수소 전구체 가스는 메탄을 포함하고 그리고 상기 캐리어 가스는 분자 수소를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  11. 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법에 있어서,
    프로세싱 챔버 내에 기판을 배치하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 실리콘 전구체 가스를 공급하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계 또는 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하는 단계 중 하나; 및
    상기 기판 상에 금속 도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하는 단계를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들인, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함하는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 실리콘 전구체 가스는 실란 및 테트라에틸오소실리케이트 (tetraethylorthosilicate) 로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 방법.
  19. 금속-도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템에 있어서,
    기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함하는 프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버에 프로세스 가스를 선택적으로 공급하도록 구성된 가스 공급 시스템;
    선택적으로 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하거나 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성기;
    상기 가스 공급 시스템 및 상기 플라즈마 생성기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하고;
    상기 프로세싱 챔버에 탄화수소 전구체 가스를 공급하고;
    상기 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하고;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하거나 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하도록 상기 플라즈마 생성기를 제어하고; 그리고
    상기 기판 상에 금속 도핑된 비정질 탄소 하드마스크 막을 증착하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들인, 기판 프로세싱 시스템.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전구체 가스는 CxHy를 포함하고, 여기서 x는 2 내지 10의 정수이고 y는 2 내지 24의 정수인, 기판 프로세싱 시스템.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄화수소 전구체 가스는 메탄, 아세틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  28. 제 19 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 텅스텐 헥사플루오라이드를 포함하고, 상기 탄화수소 전구체 가스는 메탄을 포함하고 그리고 상기 캐리어 가스는 분자 수소를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  29. 금속-도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하기 위한 기판 프로세싱 시스템에 있어서,
    기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함하는 프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버에 프로세스 가스를 선택적으로 공급하도록 구성된 가스 공급 시스템;
    선택적으로 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하거나 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성기; 및
    상기 가스 공급 시스템 및 상기 플라즈마 생성기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 프로세싱 챔버에 캐리어 가스를 공급하고;
    상기 프로세싱 챔버에 실리콘 전구체 가스를 공급하고;
    상기 프로세싱 챔버에 금속계 전구체 가스를 공급하고;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하거나 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 공급하도록 상기 플라즈마 생성기를 제어하고; 그리고
    상기 기판 상에 금속 도핑된 비정질 실리콘 하드마스크 막을 증착하도록 구성되는, 기판 프로세싱 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 PECVD 프로세싱 챔버를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 금속 할라이드 전구체 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 금속 할라이드 전구체 가스는 WFa, TiClb, WClc, HfCld, 및 TaCle로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 a, b, c, d 및 e는 1 이상의 정수들인, 기판 프로세싱 시스템.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 TDMAT (tetrakis(dimethylamino)titanium) 전구체 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 금속계 전구체 가스는 BTBMW (bis(tert-butylimido)-bis-(dimethylamido)tungsten) 전구체 가스를 포함하는, 기판 프로세싱 시스템.
  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 분자 수소 (H2), 아르곤 (Ar), 분자 질소 (N2), 헬륨 (He), 및/또는 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
  36. 제 29 항에 있어서,
    상기 실리콘 전구체 가스는 실란 및 테트라에틸오소실리케이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 기판 프로세싱 시스템.
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