KR20160099635A - 유전체막들의 증착 - Google Patents

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아브히지트 바수 말릭
닝리 리우
지안후아 초우
주안 카를로스 로카-알바레즈
무컨드 스리니바산
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

하나 이상의 유기규소 및/또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들일 수 있는 하나 이상의 전구체 가스들, 예를 들어, 하나 이상의 규소-함유 가스들은 가공 챔버에 도입되고, 라디칼들에 노출된다. 본원에 기술된 기술들을 이용하여 증착된 유전체막들은 규소를 함유할 수 있다. 증착된 막들은 적은 결함들, 낮은 수축, 및 높은 에치 선택성, 기계적 안정성, 및 열 안정성을 나타낼 수 있다. 일부 구체예들에서, 증착된 막은 수소 부재일 수 있다. 증착 조건들은 매우 온화할 수 있으며, 이에 따라, UV 방사선 및 이온 충격으로부터의 기판 및 증착시 막들에 대한 손상이 최소화되거나 존재하지 않는다.

Description

유전체막들의 증착{DEPOSITION OF DIELECTRIC FILMS}
본원에 기술된 구체예들은 일반적으로, 유전체막들의 개발, 및 더욱 상세하게, 규소-함유 유전체막들의 개발, 및 수소-부재 유전체막들, 예를 들어, 규소-함유 수소-부재 유전체막들의 개발에 관한 것이다.
무손상(damage-free) 조건들 하에서, 유전체막들, 예를 들어, 비정질 규소-함유 유전체막들의 형성은 차세대 전자 소자를 개발하기 위해 요망된다. 비정질 규소-함유 유전체막들을 증착시키기 위한 현재의 기술들은 증착된 막을 손상 효과들(damaging effects), 예를 들어, 하전된-입자 충격 및 고-에너지 자외선 조사에 노출시킨다. 소자 구성요소들의 크기가 감소함에 따라, 이러한 것들은 이러한 손상 효과들에 점점 더욱 민감하게 된다.
이에 따라, 무손상 조건들 하에서 유전체막들을 형성시키는 방법들이 요망될 수 있다.
또한, 수소-부재 유전체막들, 예를 들어, 수소-부재 규소-함유 유전체막들의 형성은 차세대 전자 소자들을 개발하기 위해 중요한 과제이다. 플라즈마 강화 화학적 증기 증착(PECVD) 증착은 유전체막들을 형성시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 비정질 규소-함유 유전체막들을 증착시키기 위한 현재의 PECVD 기술들은 높은 수소 함량, 예를 들어, 약 15 원자%(atomic percent) 또는 그 초과의 수소를 함유한 막들을 야기시킨다. 높은 수소 함량은 거의, 규소-수소 결합들의 형태로서, 이는 유전체막들에 결함들을 형성시킨다. 또한, 높은 수소 함량은 낮은 에치 선택성, 낮은 열적 및 기계적 성능 및 성질들, 및 높은 수축을 갖는 막들을 야기시킨다.
이에 따라, 수소-부재 유전체막들, 예를 들어, 수소-부재 규소-함유 유전체막들을 형성시키는 방법이 당해 분야에 요구되고 있다.
본원에 기술된 구체예들은 무손상 조건들 하에서 유전체막들을 형성시키는 방법을 포함한다. 본 방법은 가공 챔버에 하나 이상의 전구체 가스들을 도입하는 것을 포함한다. 전구체 가스들은 규소-함유 전구체 가스들, 예를 들어, 유기규소 및/또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들일 수 있다. 아르곤 및 헬륨 중 하나 이상이 또한, 가공 챔버에 도입되며, 하나 이상의 전구체 가스들은 라디칼들에 노출된다. 라디칼들은 수소 라디칼들, 하이드록실 라디칼들, 질소 라디칼들, NH 라디칼들, 및/또는 산소 라디칼들일 수 있다.
본원에 기술된 구체예들에 따라 형성된 막들은 현재 사용되는 규소-함유 유전체막들을 형성하는 기술들과 비교하여, 현저하게 보다 적은 막 손상 효과들, 예를 들어, 하전된-입자 충격 및 고-에너지 자외선 조사에 노출될 수 있다. 막-손상 효과의 감소는, 차세대 소자들이 특히 이러한 효과들에 대해 민감하기 때문에 중요하다.
본원에 기술된 다른 구체예들은 가공 챔버에 하나 이상의 전구체 가스들, 예를 들어, 규소-함유 전구체 가스들, 예를 들어, 유기규소 및/또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들을 도입하고, 하나 이상의 전구체 가스들을 원격으로 형성된 원자 수소를 함유한 플라즈마에 노출시킴으로써 수소-부재 유전 물질(즉, 3 원자% 이하의 수소 함량)을 형성한다. 다른 구체예에서, 사전-형성된 수소-함유 막들은 사전-형성된 수소-함유 막의 수소 함량을 감소시키기 위해 원격으로 형성된 원자 수소를 함유한 플라즈마로 처리될 수 있다. 원격으로 형성된 원자 수소를 함유한 플라즈마는 적어도 하나의 수소-함유 가스, 예를 들어, 수소 및 암모니아, 및 아르곤, 헬륨, 질소, 및 산소 중 적어도 하나를 함유한 가스 혼합물로부터 발생될 수 있다.
본원에 기술된 구체예들에 따라 형성된 수소-부재 유전체막들은 현재 사용되는 규소-함유 유전체막들을 형성시키는 기술들과 비교하여, 현저하게 더욱 감소된 결함들, 현저하게 더욱 양호한 에치 선택성, 기계적 안정성, 열 안정성, 및 현저하게 더욱 낮은 수축을 나타낸다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 구체예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구체예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 구체예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 구체예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 일 구체예에 따른, 유전체막, 예를 들어, 규소-함유 유전체막을 형성시키기에 적합한 가공 챔버의 개략적 단면도이다.
도 2는 수소-부재 유전체막, 예를 들어, 수소-부재 규소-함유 유전체막을 형성시키기에 적합한 예시적인 가공 시스템의 개략적 단면도이다.
다양한 구체예들의 설명들은 예시적인 목적들을 위해 제시되고, 완전하거나 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 다수의 개질예들 및 변형예들은 기술된 구체예들의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본원에 기술된 용어(terminology)는 구체예들의 원리들, 시장(marketplace)에서 발견되는 기술들에 비해 실제적인 적용들 또는 기술적 개선들을 최상으로 설명하거나, 다른 당업자들이 본원에 기술된 구체예들을 이해할 수 있게 하기 위해 선택되었다.
본원에 기술된 구체예들은 일반적으로, 유전체막들, 예를 들어, 규소-함유 유전체막들을 형성시키는 방법을 제공한다. 더욱 상세하게, 전구체 가스들은 가공 챔버에 도입되고, 이후에, 유전 물질을 형성시키기 위해 라디칼들에 노출된다. 전구체 가스들은 규소를 함유할 수 있다. 예를 들어, 전구체 가스들은 하나 이상의 유기규소들 또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트들일 수 있다. 라디칼들은 수소 라디칼들, 하이드록실 라디칼들, 질소 라디칼들, NH 라디칼들, 산소 라디칼들, 및 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 가공 챔버는, 예를 들어, 라디칼 공급원을 함유하거나 라디칼 공급원에 연결된 진공 시일링된 챔버일 수 있다. 라디칼 공급원은 예를 들어, 원격 플라즈마 공급원, 또는 고온 와이어 화학적 증기 증착(HW-CVD) 챔버의 필라멘트일 수 있다. 원격 플라즈마 공급원은 가공 챔버에 연결된 영역을 지칭하는데, 여기서, 플라즈마가 발생되고, 증착이 일어나는 가공 챔버의 영역으로부터 공간적으로 분리된다. 발생된 라디칼들과 접촉하는 가공 챔버의 적어도 하나의 표면은 증착 표면에서 라디칼 플럭스(radical flux)를 최대화하기 위해 발생된 라디칼들과 실질적으로 비반응성인 물질들 중 적어도 일부로 이루어질 수 있다.
본원에 기술된 방법들은 하기와 같은 장점들을 제공한다. 라디칼 공급원의 사용은 막-손상 효과들이 실질적으로 또는 완전히 존재하지 않는, 성장 조건들, 예를 들어, 하전된-입자 충격 및 고-에너지 자외선 조사를 형성시키며, 이는 종종 통상적인 기술들에서 일어나며, 차세대 소자들에서는 특히 일어나기 쉽다. 추가적으로, 발생된 라디칼들은 전구체들의 Si-H, C-H, 및 N-H 결합들로부터 수소를 추출하여, 제공된 온도에서, 통상적인 기술들에 비해 더욱 낮은 수소 함량을 갖는 막들의 증착을 가능하게 한다. 본원에 기술된 방법들을 사용하여 형성된 규소-함유 유전체막들은, 현재 사용되는 규소-함유 유전체막들을 형성시키는 방법들과 비교하여, 현저하게 보다 적은 결함들, 현저하게 보다 낮은 수축, 및 현저하게 보다 양호한 에치 선택성, 기계적 안정성, 및 열 안정성을 나타낸다. 또한, 본원에 기술된 방법들에 따라 증착된 막들은 통상적인 플라즈마 강화 화학적 증기 증착(PECVD) 기술들에 비해 보다 큰 콘포말성(conformality)을 제공한다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 개선된 콘포말성이 매우 깊은 트랜치(trench)들의 바닥까지 연장하게 하기 위해 플라즈마 시스(plasma sheath)의 두께에 의해 제한되는 플라즈마의 불능(inability)에 관한 것으로 사료된다. 라디칼들은 깊은 트렌치들에서 훨씬 더욱 빠르게 전구체들로 확산하고 이러한 것들과 반응할 수 있다. 상술된 장점들은 예시적인 것으로서, 제한되지 않는다. 본 발명의 모든 구체예들이 본 발명의 모든 장점들을 가지거나 본 발명의 모든 목적들을 충족시키는 것은 필수적인 것은 아니다.
도 1은 본원에 기술된 방법들을 실행하기에 적합한 하나의 가공 챔버의 개략적 단면도이다. 다수의 다른 가공 챔버들은 기술된 구체예들을 실행시키기 위해 사용될 수 있다. 일 구체예에서, 가공 챔버(100)는 챔버 바디(112), 뚜껑 어셈블리(140), 및 지지 어셈블리(118)를 포함한다. 뚜껑 어셈블리(140)는 챔버 바디(112)의 상부 단부에 배치되며, 지지 어셈블리(118)는 챔버 바디(112) 내에 적어도 일부 배치된다. 가공 챔버(100)는 라디칼 공급원(150)에 연결된다.
챔버 바디(112)는 가공 챔버(100)의 내부로의 접근을 제공하기 위해 이의 측벽에 형성된 슬릿 밸브 개구(160)를 포함한다. 슬릿 밸브 개구(160)는 챔버 바디(112)의 내부로의 접근을 가능하게 하기 위해 선택적으로 개방되고 닫혀진다. 챔버 바디(112)는 지지 어셈블리(118)를 둘러싸는 라이너(120)를 포함할 수 있다. 라이너(120)는 하나 이상의 애퍼처(aperture)들(125) 및 진공 시스템과 유체 소통하는 여기에 형성된 펌핑 채널(129)을 포함할 수 있다. 애퍼처들(125)은 펌핑 채널(129)로의 가스들에 대한 흐름 경로를 제공하며, 이는 가공 챔버(100) 내에 가스들에 대한 출구(egress)를 제공한다.
진공 시스템은 진공 펌프(130), 및 가공 챔버(100)를 통해 가스들의 흐름을 조절하기 위한 쓰로틀 밸브(throttle valve)(132)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(130)는 챔버 바디(112) 상에 그리고 이에 따라 라이너(120) 내에 형성된 펌핑 채널(129)과 유체 소통하게 배치된 진공 포트(131)에 연결된다. 애퍼처들(125)은 펌핑 채널(129)을 챔버 바디(112) 내의 가공 구역(141)과 유체 소통하게 하게 할 수 있다. 가공 구역(141)은 가스 분배판(170)의 하부 표면 및 지지 어셈블리(118)의 상부 표면에 의해 한정되고, 라이너(120)에 의해 둘러싸여진다.
지지 어셈블리(118)는 챔버 바디(112) 내에서 가공하기 위한 기판(미도시됨)을 지지하기 위해 지지 부재(190)를 포함할 수 있다. 기판은 예를 들어, 300 mm와 같은 임의 표준 웨이퍼 크기일 수 있다. 대안적으로, 기판은 300 mm 보다 클 수 있다. 지지 부재(190)는 챔버 바디(112)의 바닥 표면에 형성된 중심-위치 개구(114)를 통해 연장하는 샤프트(shaft)(187)를 통해 리프트 메카니즘(lift mechanism)(183)에 연결될 수 있다. 리프트 메카니즘(183)은 샤프트(187) 둘레로부터 진공 누출을 방지하는 벨로우(bellow)(188)들에 의해 챔버 바디(112)에 신축적으로 시일링될 수 있다. 리프트 메카니즘(183)은 지지 부재(190)가 챔버 바디(112) 내에서 공정 위치와 하부 이송 위치 사이에서 수직으로 이동될 수 있게 한다. 이송 위치는 챔버 바디(112)의 측벽에 형성된 슬릿 밸브(slit valve)(160)의 개구에서 약간 아래에 있다. 작동 동안에, 기판과 가스 분배판(170) 사이의 간격은 기판 표면에서 라디칼 플럭스(radical flux)를 최대화하기 위해 최소화될 수 있다. 예를 들어, 간격은 약 100 mil 내지 약 5,000 mil일 수 있다. 지지 부재(190)는 또한, 가열기(미도시됨)를 포함할 수 있다.
뚜껑 어셈블리(140)는 라디칼 공급원(150), 라디칼 도관(157), 상부판(145), 뚜껑 림(178), 라디칼 공동(135), 및 가스 분배판(170)을 포함한다. 라디칼들은 라디칼 공급원(150)에서 발생되고, 이후에 라디칼 도관(157)을 통해 라디칼 공동(135)으로 이동하며, 여기서, 라디칼들은 이후에 가스 분배판(170)을 통해 그리고 가공 구역(141)으로 진행한다.
임의적으로, 이온 필터(195)는 라디칼 공동(135)에 배치될 수 있다. 이온 필터(195)는 라디칼 발생을 최대화하고 증착된 막에 대한 손상을 방지하기 위해 플라즈마에서 발생된 이온들, 전자들, 및 자외선 방사선을 제거한다. 이온 필터(195)는 또한, 관통하는 라디칼들의 수를 조절할 수 있다. 또한, 임의적으로, 라디칼들과 접촉하는 챔버 및 챔버 구성요소 표면들은 적어도 일부, 라디칼들에 대해 실질적으로 비반응성인 물질을 포함할 수 있다. 발생된 라디칼들을 소비하지 않음으로써, 코팅은 기판에 대한 라디칼 플럭스를 증가시킨다.
라디칼 공급원(150)은 뚜껑 어셈블리(140)의 상부에 정위되고, 한 단부가 라디칼 도관(157)에 그리고 다른 단부가 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(154)(단지 하나가 도시됨)에 연결된다. 하나 이상의 공정 가스들은 라디칼-형성 가스들일 수 있는데, 이는 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(154)을 통해 라디칼 공급원(150)을 진입할 수 있다. 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(154)은 다른 단부 상에서 하나 이상의 업스트림 가스 공급원들 및/또는 다른 가스 전달 구성요소들, 예를 들어, 가스 혼합기들에 연결된다. 예를 들어, 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(154)은 제2 단부에서, 라디칼 공급원(150)에서 라디칼들을 발생시키기 위해 사용될 수 있는, 수소, 산소, H2O, 질소, 아르곤, 헬륨, 및/또는 암모니아의 업스트림 공급원들에 연결될 수 있다. 라디칼 공급원(150)은 (도시된 바와 같이) 라디칼 도관(157)에 직접적으로 연결될 수 있거나 제2 라디칼 도관 또는 다른 적합한 수단을 통해 간접적으로 연결될 수 있다.
라디칼 공급원(150)은 규소-함유 유전체막들과 같은 유전체막들을 증착시키기 위해 사용되는 라디칼들을 발생시킨다. 라디칼 공급원(150)은 예를 들어, 원격 플라즈마 공급원일 수 있다. 원격 플라즈마 공급원은 용량성 결합 플라즈마(CCP) 공급원, 유도 결합 플라즈마(ICP) 공급원, 마이크로파 유도(MW) 플라즈마 공급원, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 챔버, 또는 고밀도 플라즈마(HDP) 챔버일 수 있다. 상이한 챔버 구성을 이용하는 대안적인 구체예에서, 라디칼 공급원은 고온 와이어 화학적 증기 증착(HW-CVD) 챔버의 필라멘트일 수 있다. MW 및 ECR 공급원들은 통상적인 플라즈마 공급원들 중에서 가장 높은 H2 해리 효능을 갖는다. ICP 공급원들은 보다 낮은 해리 효능을 갖는데, 이는 고품질의 막들의 증착을 더욱 어렵게 만든다. 라디칼 공급원(150)에서 발생되는 라디칼들은 라디칼 도관(157)으로 이동한다.
라디칼 도관(157)은 한 단부 상에서 라디칼 공급원(150)에 연결되고, 다른 단부 상에서 라디칼 공동(135)에 연결된다. 라디칼 도관(157)은 라디칼 도관 지지 부재(155) 내에 배치되고 이에 의해 지지된다. 라디칼 도관 지지 부재(155)는 상부판(145) 상에 탑재되며, 상부판(145)은 뚜껑 림(178) 상에 얹혀 있다.
라디칼 도관(157)은 적어도 일부, 라디칼들에 실질적으로 비반응성인 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 라디칼 도관(157)은 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유한 세라믹들; 또는 플라스틱들로 이루어질 수 있다. 적합한 SiO2 물질의 예시적인 예는 석영이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 라디칼 도관(157)은 작동 시에 라디칼들과 접촉하는 표면 상에 코팅을 가질 수 있다. 코팅은 또한, 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유한 세라믹들; 또는 플라스틱들을 포함할 수 있다. 코팅이 사용되는 경우에, 코팅의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm일 수 있다. 코팅은 분무 코팅 공정을 이용하여 적용될 수 있다.
라디칼 공동(135)은 라디칼 도관(157) 아래에 정위되고 여기에 연결된다. 라디칼 공동(135)은 천장, 측벽들, 및 가스 분배판(170)에 의해 제한된다. 임의적으로, 라디칼 공동(135)은 라이너(143)를 포함할 수 있다. 라이너(143)는 측벽들 및/또는 천장을 덮을 수 있다. 천장, 측벽들, 라이너(143)의 표면들, 및 가스 분배판(170)의 상부 표면을 포함하는, 라디칼들과 접촉하는 라디칼 공동(135)의 표면들은 라디칼들에 실질적으로 비반응성인 물질로 이루어질 수 있거나 이러한 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 표면들은 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유하는 세라믹들; 또는 플라스틱들로 이루어질 수 있거나, 이로 코팅될 수 있다. 적합한 SiO2 물질의 예시적인 예는 석영이다. 코팅이 사용되는 경우에, 코팅의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm일 수 있다.
가스 분배판(170)은 라디칼 공동(135)과 가공 구역(141) 사이에 정위된다. 가스 분배판(170)은 이중 채널 샤워 헤드일 수 있다. 가스 분배판(170)은 가스 분배판(170) 내에 적어도 일부 형성되는 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(174)(단지 하나가 도시됨)을 포함할 수 있다. 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(174)은 이의 제1 단부에서 가스 분배판(170)의 복수의 애퍼처들(172) 중 적어도 일부와 유체 소통하고, 이의 제2 단부에서, 하나 이상의 가스 공급원들 및/또는 다른 가스 전달 구성요소들, 예를 들어, 가스 혼합기들에 연결된다. 예를 들어, 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(174)은 제2 단부에서, 가공 구역(141)에 유전체막들을 형성시키기 위해 선택되는 하나 이상의 전구체 가스들의 공급원들에 연결될 수 있다.
가스 분배판(170)은 복수의 애퍼처들(172)을 포함할 수 있다. 애퍼처들(172)은 이를 통해 가스들의 흐름을 분배하는 통로들이다. 애퍼처들(172)은 가공 구역(141)에 대한 제어된, 및 균일한 흐름 분배를 제공하기 위해 사이징되고 가스 분배판(170) 주변에 정위될 수 있다. 애퍼처들(172)은 흐르는 가스들의 속도 프로파일을 늦추고 재지향시킬 뿐만 아니라 기판의 표면을 가로질러 가스의 균일한 분포를 제공하기 위해 가스의 흐름을 균일하게 분배함으로써 기판 표면 상에 가스(들)이 직접적으로 충돌하는 것을 방지한다. 애퍼처들(172)은 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(154)로부터의 제1의 하나 이상의 가스들 및 라디칼 공급원(150)에 의해 발생된 라디칼들이 애퍼처들의 제1 세트를 통해 진행할 수 있고 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(174)로부터의 제2의 하나 이상의 가스들이 애퍼처들의 제2 세트를 통해 진행할 수 있고 제1의 하나 이상의 가스들 및 라디칼들 및 제2의 하나 이상의 가스들이 애퍼처들 내에 배치되어 있는 동안 서로 소통하지 않도록 구성된다.
가스 분배판(170)의 애퍼처들(172)을 둘러싸는 표면들 및 바닥 표면은 또한, 라디칼들에 실질적으로 비반응성인 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 코팅은 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유한 세라믹들; 또는 플라스틱들을 포함할 수 있다. 적합한 SiO2 물질의 예시적인 예는 석영이다. 코팅 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm일 수 있다.
유전체막들, 예를 들어, 규소-함유 유전체막들을 형성시키는 방법은 하기와 같이 기술된다. 적어도 하나의 라디칼-형성 가스 및 임의적으로 하나 이상의 운반 가스들은 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(154)로부터 가공 챔버(100)의 라디칼 공급원(150)으로 도입된다. 적어도 하나의 전구체 가스는 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(174)로부터 가공 구역(141)으로 진입된다. 라디칼들은 라디칼 공급원(150)에서 발생되고, 유전체막을 증착시키기 위해 가공 구역들(141)에 도입된다. 라디칼들은, 요망되는 두께의 막이 얻어질 때까지 공급된다.
라디칼 공급원(150)에 도입될 수 있는 라디칼-형성 가스들은 H2, H2O, N2, O2, NH3, 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 예를 들어, 라디칼-형성 가스는 H2 및 N2의 혼합물일 수 있다. 대안적으로, 라디칼-형성 가스는 H2 및 O2의 혼합물일 수 있다. 다른 구체예에서, 라디칼-형성 가스는 H2, N2, 및 O2의 혼합물일 수 있다. 다른 대안적인 구체예에서, 라디칼-형성 가스들의 혼합물을 NH3 및 H2를 포함할 수 있다. 라디칼들은 수소 라디칼들, 하이드록실 라디칼들, 질소 라디칼들, NH 라디칼들, 산소 라디칼들, 및 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 수소 라디칼들은 H2, H2 및 NH3의 혼합물, H2 및 O2의 혼합물, H2 및 H2O의 혼합물, 및/또는 H2 및 N2의 혼합물로부터 발생될 수 있다. 하이드록실 라디칼들은 H2O, O2 및 H2의 혼합물, 및/또는 H2 및 H2O의 혼합물로부터 발생될 수 있다. 질소 라디칼들은 H2 및 N2의 혼합물로부터 발생될 수 있다. 질소 및 NH 라디칼들은 NH3 및/또는 NH3 및 H2의 혼합물로부터 발생될 수 있다. 산소 라디칼들은 O2 및/또는 H2 및 O2의 혼합물로부터 발생될 수 있다. 임의적으로, 운반 가스들은 라디칼-형성 가스들과 함께 포함될 수 있다. 예시적인 운반 가스들은 아르곤 및 헬륨을 포함한다.
가공 구역(141)에 도입될 수 있는 하나 이상의 전구체 가스들은 하나 이상의 규소-함유 가스들을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 전구체 가스들은 유기규소, 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들, 또는 디실록산을 포함할 수 있다. 유기규소 가스들은 적어도 하나의 탄소-규소 결합을 갖는 유기 화합물들의 가스들을 포함한다. 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들은 SiO4 4 - 이온에 부착된 4개의 알킬 기들로 이루어진 가스들을 포함한다. 보다 특히, 하나 이상의 전구체 가스들은 (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄 ((Me)3SiCH2SiH(Me)2); 헥사메틸디실란 ((Me)3SiSi(Me)3); 트리메틸실란 ((Me)3SiH); 테트라메틸실란 ((Me)4Si); 테트라에톡시실란 ((EtO)4Si); 테트라메톡시실란 ((MeO)4Si); 테트라키스-(트리메틸실릴)실란 ((Me3Si)4Si); (디메틸아미노)디메틸실란 ((Me2N)SiHMe2); 디메틸디에톡시실란 ((EtO)2Si(Me)2); 디메틸디메톡시실란 ((MeO)2Si(Me)2); 메틸트리메톡시실란 ((MeO)3Si(Me)); 비스(메톡시디메틸) 디실록산 (((Me)2Si(OMe))2O); 트리스(디메틸아미노)실란 ((Me2N)3SiH); 비스(디메틸아미노)메틸실란 ((Me2N)2CH3SiH); 디실록산 ((SiH3)2O); 및 이들의 조합들일 수 있다.
가공 챔버(100)를 사용하는 증착 동안 가공 조건들 및 라디칼 발생 조건들은 하기와 같을 수 있다. 가공 챔버(100)의 온도는 약 100℃ 내지 800℃, 예를 들어, 약 100℃ 내지 300℃에서 유지될 수 있다. 가공 챔버(100)의 압력은 약 10 mTorr 내지 약 20 Torr, 예를 들어 약 0.5 Torr 내지 약 8 Torr에서 유지될 수 있다. 적어도 하나의 규소-함유 전구체 가스는 가공 구역(141)에 300 mm 기판에 대해 약 0.1 sccm 내지 약 10,000 sccm 범위의 유량으로 도입될 수 있다. 라디칼-형성 가스들은 라디칼 공급원(150)에 300 mm 기판에 대해 약 1 sccm 내지 약 50,000 sccm 범위의 유량으로 도입될 수 있다. 사용되는 경우에, 운반 가스들의 유량은 300 mm 기판에 대해 약 1 sccm 내지 약 50,000 sccm의 범위일 수 있다. 라디칼들은 라디칼 공급원(150)에 의해 발생될 수 있다. 예를 들어, 라디칼 공급원(150)이 용량성 결합 원격 플라즈마 공급원인 경우에, 라디칼들은 300 mm 기판에 대해 약 50W 내지 약 10,000W의 RF 전력, 예를 들어, 약 2,000 W 내지 약 15,000 W의 RF 전력으로부터 발생될 수 있다.
가공 챔버(100)를 이용한 300 mm 기판 상의 유전체막의 증착의 예시적인 예에서, 트리실릴아민은 가공 구역(141)에 30 sccm의 유량으로 도입된다. 라디칼 공급원(150)에 도입된 라디칼-형성 가스들은 수소 및 암모니아를 포함하는데, 이는 각각 5000 sccm 및 500 sccm의 유량으로 도입된다. 아르곤은 라디칼 공급원(150)에 운반 가스로서 5000 sccm의 유량으로 도입된다. 가공 챔버(100)의 온도 및 압력은 각각 200℃ 및 1 Torr이다. 라디칼 공급원(150)은 용량성 결합 원격 플라즈마 공급원이며, 라디칼들은 10,000 W의 RF 전력으로부터 발생될 수 있다. 간격은 1000 mil이다. 증착은 60초 동안 수행되며, 얻어진 유전체 층은 1000Å의 두께를 갖는다.
얻어진 유전체막들은 규소-함유 유전체막들을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, SiC, SiCN, SiO2, SiOCN, SiON 및 SiN으로 이루어진 막들이 증착될 수 있다. 막들의 조성은 전구체 가스들의 조성에 의존적이다. SiC 막들은 예를 들어, (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, 헥사메틸디실란, 및/또는 트리메틸실란을 사용함으로써 증착될 수 있다. SiCN 막들은 예를 들어, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 및/또는 (디메틸아미노)디메틸실란을 사용함으로써 증착될 수 있다. SiO2는 예를 들어, 디실록산을 사용함으로써 증착될 수 있다. SiOCN 막들은 예를 들어, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 및/또는 (디메틸아미노)디메틸실란을 사용함으로써 형성될 수 있다. SiON 막들은 예를 들어, 디실록산 또는 트리실릴아민을 사용함으로써 형성될 수 있다. SiN 막들은 예를 들어, 트리실릴아민을 사용함으로써 증착될 수 있다. 얻어진 막들은 비정질일 수 있다.
다른 구체예에서, Si-H, C-H, 및/또는 N-H 결합들을 함유한 물질은 가공 챔버, 예를 들어, 가공 챔버(100) 내측에 배치된다. 이후에, 물질은 Si-H, C-H, 및 N-H 결합들의 수를 감소시키기 위해, 실질적으로 상술된 바와 같이 발생된, 라디칼들, 예를 들어, 수소 라디칼들로 처리될 수 있다.
요약하면, 규소-함유 전구체 가스들은 가공 챔버에 도입되고, 이후에 유전 물질을 형성시키기 위해 라디칼들에 노출된다. 라디칼들은 막-손상 효과들이 존재하지 않는 환경에서 유전체막을 생성시키고, 전구체들의 Si-H 결합들로부터 수소를 추출한다. 본원에 기술된 방법들에 따라 형성된 유전체막들은 통상적인 방법들을 이용하여 형성된 막들과 비교하여, 현저하게 보다 적은 결함들, 현저하게 보다 낮은 수축 및 현저하게 보다 양호한 에치 선택성, 기계적 안정성, 및 열 안정성을 나타낸다.
수소-부재 유전체막들
본원에 기술된 다른 구체예들은 일반적으로, 수소-부재 규소-함유 유전체막들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 수소-부재 유전체막들을 형성시키기는 방법들을 제공한다. 더욱 상세하게, 전구체 가스들은 가공 챔버에 도입되고, 이후에, 수소-부재 유전 물질을 형성시키기 위해 원자 수소를 함유한 플라즈마에 노출된다. 수소 라디칼들이 본원에서 논의되어 있지만, 본원에 기술된 기술들에 따라 발생되는, 다른 라디칼들, 예를 들어, 하이드록실 라디칼들 및 NH 라디칼들이 또한, 수소-부재 유전 물질들을 형성할 것이다. 가공 챔버는 예를 들어, 챔버에 결합된 원격 플라즈마 공급원을 갖는 PECVD 챔버일 수 있다. 원격 플라즈마 공급원은 플라즈마가 형성되고 증착이 일어나는 가공 챔버의 영역으로부터 공간적으로 분리된 가공 챔버에 연결된 영역을 지칭한다. 전구체 가스들은 규소를 함유할 수 있다. 예를 들어, 전구체 가스들은 하나 이상의 유기규소들 또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트들일 수 있다. 원자 수소-함유 플라즈마는, 예를 들어, 수소로부터, 예를 들어, 수소, 및 산소, 질소 및 암모니아 중 하나 이상의 혼합물로부터 생성된 원격으로 형성된 플라즈마일 수 있다. 플라즈마를 발생시키기 위해 사용되는 플라즈마 공급원은 예를 들어, 유도 결합 플라즈마, 용량성 결합 플라즈마, 글로 방전, 케스케이드 아크(cascaded arc), 웨이브 가열(wave heated), 아크 방전, 코로나 방전, 또는 유전 배리어 방전일 수 있다. 원격으로 형성된 수소-함유 플라즈마의 사용은 전구체들의 Si-H 결합들로부터 수소를 추출하는 잘-조절된 라디칼들을 생성시킨다. 원격으로 형성된 수소-함유 플라즈마는 하전된-입자 충격 및 직접 플라즈마 CVD에서 종종 일어나는 고-에너지 자외선 조사와 같은 막-손상 효과들이 존재하지 않는 잘-보존된 성장 조건들을 형성시킨다.
본원에 기술된 방법들을 이용하여 형성된 유전체막들은 수소-부재이다. 용어 수소-부재는 본원에서, 3 원자% 이하의 수소 함량을 갖는 것을 의미하기 위해 사용된다. 본원에 기술된 방법들을 이용하여 형성된 규소-함유 유전체막들은 현재 사용되는 규소-함유 유전체막들을 형성시키는 방법과 비교하여, 현저하게 보다 적은 결함들, 현저하게 보다 낮은 수축, 및 현저하게 보다 양호한 에치 선택성, 기계적 안정성 및 열 안정성을 나타낸다.
도 2는 수소-부재 규소-함유 유전체막과 같은, 수소-부재 유전체막을 형성시키기 위해 적합한 예시적인 가공 시스템(200)의 개략적 단면도이다. 일 구체예에서, 가공 챔버(200)는 챔버 바디(212), 뚜껑 어셈블리(400), 및 지지 어셈블리(300)를 포함한다. 뚜껑 어셈블리(400)는 챔버 바디(212)의 상부 단부에 배치되며, 지지 어셈블리(300)는 챔버 바디(212) 내에 적어도 일부 배치된다. 가공 챔버(200)는 원격 플라즈마 공급원에 연결된다. 기술된 발명의 양태들을 실행시키기 위해 적합한 하나의 가공 챔버는 Applied Materials(Santa Clara, California)로부터 입수 가능한 FrontierTM 가공 챔버이다. 다른 제조업체들로부터 입수 가능한 다른 가공 챔버들은 또한, 본 발명을 실행시키기 위해 구성될 수 있다.
챔버 바디(212)는 가공 챔버(200)의 내부로의 접근을 제공하기 위해 이의 측벽에 형성된 슬릿 밸브 개구(260)를 포함한다. 슬릿 밸브 개구(260)는 챔버 바디(212)의 내부로의 접근을 가능하게 하기 위해 선택적으로 개방되고 닫혀진다. 챔버 바디(212)는 지지 어셈블리(300)를 둘러싸는 라이너(233)를 포함할 수 있다. 라이너(233)는 하나 이상의 애퍼처들(235), 및 진공 시스템과 유체 소통하는, 여기에 형성된 펌핑 채널(229)을 포함할 수 있다. 애퍼처들(235)은 펌핑 채널(229)로의 가스들에 대한 흐름 경로를 제공하는데, 이는 가공 챔버(200) 내에 가스들에 대한 출구를 제공한다.
진공 시스템은 가공 챔버(200)를 통해 가스들의 흐름을 조절하기 위해 쓰로틀 밸브(227) 및 진공 펌프(225)를 포함할 수 있다. 진공 펌프(225)는 챔버 바디(212) 상에 배치된 진공 포트(231)에 연결되며, 이에 따라, 라이너(233) 내에 형성된 펌핑 채널(229)과 유체 소통된다. 애퍼처들(235)는 챔버 바디(212) 내의 가공 구역(240)과 펌핑 채널(229)이 유체 소통하게 한다. 가공 구역(240)은 뚜껑 어셈블리(400)의 하부 표면 및 지지 어셈블리(300)의 상부 표면에 의해 한정되고, 라이너(233)에 의해 둘러싸여진다.
지지 어셈블리(300)는 챔버 바디(212) 내에서의 가공을 위한 기판(미도시됨)을 지지하기 위해 지지 부재(310)를 포함할 수 있다. 지지 부재(310)는 챔버 바디(212)의 바닥 표면에 형성된 중심-위치된 개구(214)를 통해 연장하는 샤프트(314)를 통해 리프트 메카니즘(330)에 연결될 수 있다. 리프트 메카니즘(330)은 샤프트(314) 둘레로부터 진공 누출을 방지하는 벨로우들(333)에 의해 챔버 바디(212)에 신축적으로 시일링될 수 있다. 리프트 메카니즘(330)은 챔버 바디(212) 내에서 지지 부재(310)를 공정 위치와 하부의 이송 위치 사이에서 수직으로 이동되게 한다. 이송 위치는 챔버 바디(212)의 측벽에 형성된 슬릿 밸브(260)의 개구 보다 약간 아래에 있다. 하기에서 논의되는 바와 같이, 뚜껑 림(490)이 가열될 수 있기 때문에, 분배판(470) 쪽으로의 기판의 상승은 기판을 가열시킬 수 있다. 온도를 조절하는 능력은 가공 구역(240) 내에서의 화학적 반응성을 조절하는 능력을 제공한다. 지지 부재(310)는 또한, 가열기(미도시됨)를 함유할 수 있다.
뚜껑 어셈블리(400)는 이들 사이에 플라즈마 용적 또는 공동을 형성시키기도록 구성된 적어도 두 개의 적층된 구성요소들을 포함한다. 하나 이상의 구체예들에서, 뚜껑 어셈블리(400)는 제2 전극(450) 위에 수직으로 배치되어 이들 사이에 플라즈마 공동(425)을 한정하는 제1 전극(410)을 포함한다. 제1 전극(410)은 전력 공급원(415), 예를 들어, RF 전원 장치에 연결되며, 제2 전극(450)은 대지(ground)에 연결되어 두 개의 전극들(410, 450) 사이에 커패시턴스를 형성시킨다.
뚜겅 어셈블리(400)는 제1 전극(410)의 상부 섹션(413) 내에 적어도 일부 형성된 하나 이상의 제1 가스 유입구들(412)(단지 하나가 도시됨)을 포함할 수 있다. 플라즈마-형성 가스들일 수 있는 하나 이상의 공정 가스들은 하나 이상의 제1 가스 유입구들(412)을 통해 뚜껑 어셈블리(400)로 진입한다. 하나 이상의 제1 가스 유입구들(412)은 이의 제1 단부에서 플라즈마 공동(425)과 유체 소통하고, 이의 제2 단부에에서 하나 이상의 업스트림 가스 공급원들 및/또는 다른 가스 전달 구성요소들, 예를 들어, 가스 혼합기들에 연결된다. 예를 들어, 하나 이상의 제1 가스 유입구들(412)은 제2 단부에서, 플라즈마 공동(425)에서 플라즈마를 형성시키기 위해 사용될 수 있는 수소, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨 및 암모니아의 업스트림 공급원들에 연결될 수 있다.
제1 전극(410)은 플라즈마 공동(425)을 하우징하는 연장 섹션(420)을 갖는다. 연장 섹션(420)은 상술된 바와 같은 하나 이상의 제1 가스 유입구들(412)과 유체 소통한다. 하나 이상의 구체예들에서, 연장 섹션(420)은 이의 상부 부분(420A)에서 이의 하부 부분(420B)으로 점진적으로 증가하는 내부 표면 또는 직경(430)을 갖는 환형 부재이다. 이와 같이, 제1 전극(410)과 제2 전극(450) 간의 거리는 가변적이다. 그러한 가변하는 거리는 플라즈마 공동(425) 내에서 발생되는 플라즈마의 형성 및 안정성을 조절하는데 도움을 주고, 플라즈마 공동(425) 내에 전력 수준에 직접적으로 관련된다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 두 개의 전극들(410, 450) 간의 거리의 변화는 플라즈마가 전체 플라즈마 공동(425) 전반이 아닌 경우에, 플라즈마 공동(425)의 일부 부분 내에서 플라즈마를 지속시키는데 필수적인 전력 수준을 발견할 수 있게 한다. 이에 따라, 플라즈마 공동(425) 내에서의 플라즈마는 압력에 덜 의존적이어서, 보다 넓은 작동 윈도우 내에서 플라즈마를 발생시키고 유지시킬 수 있다. 이와 같이, 보다 반복 가능하고 신뢰성 있는 플라즈마는 뚜껑 어셈블리(400) 내에 형성될 수 있다.
제2 전극(450)은 상부판(460), 분배판(470), 차단판(480), 및 선택성 조정 디바이스(selectivity modulation device)(495)를 포함한다. 상부판(460), 분배판(470), 선택성 조정 디바이스(495), 및 차단판(480)은 적층되고, 뚜껑 림(490) 상에 배치되며, 이는 챔버 바디(212)에 연결된다. 상부판(460)은 플라즈마 공동(425)으로부터 가스를 이를 통해 흐르게 하기 위해 플라즈마 공동(425) 아래에 형성된 복수의 가스 통로들 또는 애퍼처들(465)을 포함할 수 있다. 뚜껑 림(490)은 열 전달 매질을 하우징하기 위해 엠베딩된 채널 또는 통로(492)를 포함할 수 있다. 열 전달 매질은 공정 요건들에 따라, 가열, 냉각, 또는 둘 모두를 위해 사용될 수 있다.
분배판(470)은 이중 채널 샤워 헤드일 수 있고, 차단판(480)과 가공 구역(240) 사이에 배치된다. 분배판(470)은 분배판(470) 내에 적어도 일부 형성된 하나 이상의 제2 가스 유입구들(414)(단지 하나가 도시됨)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 가스 유입구들(414)은 이의 제1 단부에서 분배판(470)의 복수의 애퍼처들(475) 중 적어도 일부와 유체 소통하고, 이의 제2 단부에서 하나 이상의 가스 공급원들 및/또는 다른 가스 전달 구성요소들, 예를 들어, 가스 혼합기들에 연결된다. 예를 들어, 하나 이상의 제2 가스 유입구들(414)은 제2 단부에서, 가공 구역(240)에서 규소-함유 수소-부재 유전체막들과 같은, 수소-부재 유전체막들을 형성시키기 위해 선택된 하나 이상의 전구체 가스들의 공급원들에 연결될 수 있다.
분배판(470)은 이를 통해 가스들의 흐름을 분배하기 위해 복수의 애퍼처들(475) 또는 통로들을 포함할 수 있다. 애퍼처들(475)은 가공될 기판이 위치되는 챔버 바디(212)에 조절되고 균일한 흐름 분포를 제공하기 위해 분배판(470) 둘레에 사이징되고 정위될 수 있다. 애퍼처들(475)은 흐르는 가스들의 속도 프로파일을 늦추고 재-지향시킬 뿐만 아니라, 기판의 표면을 가로질러 가스의 균일한 분포를 제공하기 위해 가스의 흐름을 균일하게 분포시킴으로써 가스(들)이 직접적으로 기판 표면 상에 충돌하는 것을 방지한다. 애퍼처들(475)은, 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(412)이 애퍼처들(475)의 제1 세트를 통해 진공할 수 있고 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(414)로부터의 제2의 하나 이상의 가스들이 애퍼처들(475)의 제2 세트를 통해 진행할 수 있고 제1의 하나 이상의 가스들 및 제2의 하나 이상의 가스들이 분배판(470)의 애퍼처들(475) 내에 배치되어 있는 동안 서로 소통되지 않도록 구성된다.
차단판(480)은 상부판(460)과 선택성 조정 디바이스(495) 사이에 배치될 수 있다. 차단판(480)은 상부판(460)과의 양호한 열적 및 전기적 접촉을 만들 것이다. 차단판(480)은 상부판(460) 내지 분배판(470)에 복수의 가스 통로들을 제공하기 위해 복수의 애퍼처들(485)을 포함한다. 애퍼처들(485)은 가스들의 조절되고 균일한 흐름 분포를 분배판(470)으로 제공하기 위해 차단판(480) 둘레에 사이징되고 정위될 수 있다.
선택성 조정 디바이스(495)는 차단판(480)과 분배판(470) 사이에 배치될 수 있다. 선택성 조정 디바이스(495)는 라디칼들의 형성을 최대화하기 위해 플라즈마에서 이온들 및 전자들을 제거한다. 선택성 조정 디바이스(495)는 통과하는 라디칼들의 양을 조절함으로써 필터로서 기능한다. 선택성 조정 디바이스(495)는 또한, 전자들, 이온들, 및 자외선 방사선을 트랩핑할 수 있고, 플라즈마가 웨이퍼에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게, 플라즈마 공동(425)은 지지 어셈블리(300) 위에 중심을 갖는다. 플라주마 공동(425) 내에서의 플라즈마의 제한, 및 제한된 플라즈마의 중심 위치는 챔버 바디(212)로의 해리된 가스(들)의 균일하고 반복 가능한 분포를 가능하게 한다. 특히, 플라즈마 볼륨(425)에서 배출되는 가스는 상부판(460)의 애퍼처들(465)을 통해 차단판(480)의 상부 표면으로 흐른다. 차단판(480)의 애퍼처들(485)은 가스를 선택성 조정 디바이스(495)를 통해 그리고 분배판(470)의 뒷면으로 분배시키고, 여기서, 가스는 챔버 바디(212) 내에 기판(미도시됨)을 접촉시키기 전에 분배판(470)의 애퍼처들(475)을 통해 추가로 분배된다. 중심에 위치된 플라즈마 공동(425) 내에서의 플라즈마의 제한 및 제1 전극(410)과 제2 전극(450) 사이의 가변적인 거리가 뚜껑 어셈블리(400) 내에 안정하고 신뢰성 있는 플라즈마를 발생시키는 것으로 사료된다.
하나 이상의 제1 가스 유입구들(412)을 통해 가공 챔버(200)에 도입되는 플라즈마-형성 가스들은 적어도 하나의 수소-함유 가스, 및 산소, 질소, 헬륨, 아르곤 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수소-함유 가스는 예를 들어, 수소, 염화수소, 암모니아, 또는 수소를 함유한 임의의 다른 가스일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마-형성 가스는 수소, 산소, 질소 및 암모니아의 혼합물일 수 있다. 다른 구체예에서, 플라즈마-형성 가스는 수소, 산소 및 질소의 혼합물일 수 있다.
하나 이상의 전구체 가스들은 하나 이상의 제2 가스 유입구들(414)을 통해 가공 챔버(200)에 도입된다. 전구체 가스들은 하나 이상의 규소-함유 가스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전구체 가스들은 유기규소 또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들을 포함할 수 있다. 유기규소 가스들은 적어도 하나의 탄소-규소 결합을 갖는 유기 화합물들의 가스들을 포함한다. 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들은 SiO4 4 - 이온에 부착된 4개의 알킬 기들로 이루어진 가스들을 포함한다. 보다 특히, 하나 이상의 전구체 가스들은 (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, (Me)3SiCH2SiH(Me)2; 헥사메틸 디실란, (Me)3SiSi(Me)3; 트리메틸실란, (Me)3SiH; 테트라메틸실란, (Me)4Si; 테트라에톡시실란 (EtO)4Si; 테트라메톡시실란, (MeO)4Si; 테트라키스(트리메틸실릴)실란 (Me3Si)3Si-SiMe3; (디메틸아미노) 디메틸실란, Me2NSiHMe2; 디메틸 디에톡시 실란, (Me)2(EtO)2Si; 디메틸 디메톡시 실란, (Me)2(MeO)2Si; 메틸 트리메톡시 실란, (Me)(MeO)3Si; 및 비스(메톡시디메틸)디실록산, [(Me)2(OMe)Si]2O일 수 있다.
수소-부재 규소-함유 유전체막들과 같은 수소-부재 유전체막들을 형성시키는 방법은 하기 단계들을 포함한다. 적어도 하나의 플라즈마-형성 가스는 제1의 하나 이상의 가스 유입구들(412)을 통해 뚜껑 어셈블리(400)의 플라즈마 공동(425)으로 공급된다. 예를 들어, 수소, 및 산소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나가 공급될 수 있다. 적어도 하나의 전구체 가스는 제2의 하나 이상의 가스 유입구들(414) 및 분배판(470)을 통해 그리고 가공 구역(240)으로 공급된다. 예를 들어, 헥사메틸 디실란은 가공 구역(240)에 공급될 수 있다. RF 전력 공급원(415)은 PECVD 공정을 수행하는 플라즈마를 생산하고 유지시키기 위해 제1 전극(410)에 전압을 공급한다. 플라즈마-형성 가스들 및 전구체 가스들이 공급되며, 플라즈마는 요망되는 두께의 막이 얻어질 때까지 유지된다.
얻어진 수소-부재 유전체막들은 규소-함유 유전체막들을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, SiO2, SiOCN, SiON, SiC, SiCN, 또는 SiN으로 이루어진 막들이 증착될 수 있다. 막들의 조성은 전구체 가스들 및 플라즈마-형성 가스들의 조성에 의존적이다.
임의적으로, 규소-함유, 수소-부재 유전체막들은 증착 동안 또는 후-처리 단계로서, 고온 바이어스 처리(high temperature bias treatment)로 수행될 수 있다. 고온 바이어스 처리는 수소 함량을 추가로 감소시킬 수 있다.
다른 구체예에서, Si-H 결합들을 함유한 물질은 가공 챔버, 예를 들어, 가공 챔버(200) 내측에 배치된다. 이후에, 물질은 Si-H 결합들의 수를 감소시키기 위해 상술된 바와 같이 실질적으로 형성되는 수소-함유 플라즈마로 처리될 수 있다.
요약하면, 규소-함유 전구체 가스들은 가공 챔버에 도입되고, 이후에 수소-부재 유전 물질을 형성시키기 위해 원자 수소를 함유한 원격으로 형성된 플라즈마에 노출된다. 원격으로 형성된 수소-함유 플라즈마의 사용은 전구체들의 Si-H 결합들로부터 수소를 추출하는 잘 조절된 라디칼들을 생성시킨다. 원격으로 형성된 수소-함유 플라즈마는 종종 직접 플라즈마 CVD에서 일어나는 고-에너지 자외선 조사 및 하전된-입자 충격과 같은, 막-손상 효과들이 존재하지 않는 잘 보존된 성장 조건들을 형성시킨다.
본원에 기술된 방법들을 이용하여 형성된 유전체막들은 낮은 수소 함량을 갖는 막들을 형성시킨다. 낮은 수소 함량은 높은 수소 함량 막들과 비교하여, 현저하게 보다 적은 결함들, 현저하게 보다 낮은 수축, 및 현저하게 보다 양호한 에치 선택성, 기계적 안정성, 및 열 안정성을 나타내는, 유전체막들을 야기시킨다.
일 구체예에서, 수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 가공 챔버에 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 도입하고, 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 원자 수소를 포함하는 원격으로 형성된 플라즈마에 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 유기규소 또는 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스들인 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 (디메틸실릴)(트리메틸실릴) 메탄, 헥사메틸 디실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라키스(트리메틸실릴) 실란, (디메틸아미노) 디메틸실란, 디메틸 디에톡시 실란, 디메틸 디메톡시 실란, 메틸 트리메톡시 실란, 및 디메톡시 테트라메틸 디실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 수소, 및 산소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물로부터 형성되는 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 수소, 산소, 질소 및 암모니아로부터 형성된 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 규소-함유 전구체들을 고온 바이어스 처리에 노출시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 규소-함유 전구체 가스들로부터 형성된 막을 고온 바이어스 처리에 노출시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 수소, 및 산소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물로부터 형성된 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 수소, 산소, 질소 및 암모니아로부터 형성된 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 규소-함유 전구체들을 고온 바이어스 치료에 노출시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
수소-부재 유전체막을 형성시키는 방법은 수소, 및 산소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물로부터 형성된 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
Si-H 결합들을 포함하는 막을 처리하는 방법은 가공 챔버에 Si-H 결합들을 포함하는 막을 도입하고, 막을 원자 수소를 포함하는 원격으로 형성된 플라즈마에 노출시키는 것을 포함할 수 있다.
Si-H 결합들을 포함하는 막을 처리하는 방법은 수소, 및 수소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물로부터 형성된 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
Si-H 결합들을 포함하는 막을 처리하는 방법은 수소, 산소, 질소 및 암모니아로부터 형성된 원격으로 형성된 플라즈마를 추가로 포함할 수 있다.
Si-H 결합들을 포함하는 막을 처리하는 방법은 막을 고온 바이어스 처리에 노출시키는 것을 추가로 포함할 수 있다.
상기한 것들이 본 발명의 구체예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 구체예들 및 추가 구체예들은 이의 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 이의 범위는 하기 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 가공 챔버(processing chamber);
    가공 챔버에 연결된 규소-함유 전구체 가스 공급원으로서, 가공 챔버의 가공 구역에 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 도입하도록 구성된 규소-함유 전구체 가스 공급원;
    가공 챔버에 연결되거나 가공 챔버 내에 포함된 라디칼 공급원; 및
    라디칼 공급원에 연결되고 라디칼 공급원에 헬륨 또는 아르곤을 도입하도록 구성된 헬륨 또는 아르곤 공급원을 포함하는 장치로서,
    가공 챔버가 라디칼들에 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 노출시키도록 구성되는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 라디칼들이 수소 라디칼들, 하이드록실 라디칼들, 질소 라디칼들, NH 라디칼들, 및 산소 라디칼들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 라디칼 종들을 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들이 유기규소 가스, 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스, (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, 헥사메틸디실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라키스(트리메틸실릴)실란, (디메틸아미노)디메틸실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메톡시테트라메틸디실록산, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 또는 디실록산을 포함하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 라디칼들이 질소 라디칼들, 수소 라디칼들, 및 NH 라디칼들을 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 라디칼들이 원격 용량성 결합 플라즈마 공급원(remote capacitively coupled plasma source), 원격 유도 결합 플라즈마 공급원(remote inductively coupled plasma source), 또는 HW-CVD 챔버에 의해 발생되는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 라디칼들과 접촉하는 가공 챔버의 하나 이상의 표면이 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; 또는 Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유한 세라믹들을 포함하는 장치.
  7. 가공 챔버에 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 도입하는 단계;
    가공 챔버에 아르곤 및 헬륨 중 하나 이상을 도입하는 단계; 및
    하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 라디칼들에 노출시키는 단계를 포함하는, 유전체막(dielectric film)을 형성시키는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 라디칼들이 수소 라디칼들, 하이드록실 라디칼들, 질소 라디칼들, NH 라디칼들, 및 산소 라디칼들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 라디칼 종들을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들이 유기규소 가스, 테트라알킬 오르쏘실리케이트 가스, (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, 헥사메틸디실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라키스(트리메틸실릴)실란, (디메틸아미노)디메틸실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메톡시테트라메틸디실록산, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 또는 디실록산을 포함하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 라디칼들이 원격 용량성 결합 플라즈마 공급원, 원격 유도 결합 플라즈마 공급원, 또는 HW-CVD 챔버에서 발생되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 라디칼들과 접촉하는 가공 챔버의 하나 이상의 표면이 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; 또는 Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유한 세라믹들을 포함하는 방법.
  12. 제8항에 있어서, 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들 중 하나 이상이 (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, 헥사메틸디실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라키스(트리메틸실릴)실란, (디메틸아미노)디메틸실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메톡시테트라메틸디실록산, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 및 디실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  13. 제8항에 있어서, 라디칼들과 접촉하는 가공 챔버의 하나 이상의 표면이 양극산화된 Al2O3; 사파이어; AlN; SiO2; Y2O3; MgO; 또는 Al2O3, 사파이어, AlN, Y2O3, MgO 중 하나 이상을 함유한 세라믹들을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들 중 하나 이상이 (디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, 헥사메틸디실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라키스(트리메틸실릴)실란, (디메틸아미노)디메틸실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메톡시테트라메틸디실록산, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 및 디실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  15. 가공 챔버에 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 도입하는 단계로서, 하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들이 ((디메틸실릴)(트리메틸실릴)메탄, 헥사메틸디실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라키스(트리메틸실릴)실란, (디메틸아미노)디메틸실란, 디메틸디에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 디메톡시테트라메틸디실록산, 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(디메틸아미노)메틸실란, 및 디실록산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단계;
    가공 챔버에 아르곤 및 헬륨 중 하나 이상을 도입하는 단계; 및
    하나 이상의 규소-함유 전구체 가스들을 라디칼들에 노출시키는 단계로서, 라디칼들이 수소 라디칼들, 하이드록실 라디칼들, 질소 라디칼들, NH 라디칼들, 및 산소 라디칼들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 라디칼 종들을 포함하며, 라디칼들이 원격 용량성 결합 플라즈마 공급원, 원격 유도 결합 플라즈마 공급원, 또는 HW-CVD 챔버에서 발생되는 단계를 포함하는, 유전체막을 형성시키는 방법.
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