KR20170017779A - 알루미늄 및 질소 함유 물질의 선택적 퇴적 - Google Patents

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로에스트 데이비드 데
줄리앤 시에
치위 주
티모 아시카이넨
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판의 도전성인 제 1 표면 위에 Al 및 N을 함유하는 물질을 동일한 상기 기판의 유전체인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키기 위한 방법들이 제공된다. 일부 태양들에 있어서, 집적 회로 제조에 사용하기 위한 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막을 형성하는 방법들이 제공된다.

Description

알루미늄 및 질소 함유 물질의 선택적 퇴적 {SELECTIVE DEPOSITION OF ALUMINUM AND NITROGEN CONTAINING MATERIAL}
본 출원은 기판의 제 1 표면 위에 알루미늄 및 질소를 함유하는 물질을, 예를 들면 Al 및 N을 함유하는 박막을 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키는 것에 관한 것이다.
현재 집적 회로들은 다양한 물질들의 층들을 반도체 기판 위에 소정의 배열로 순차적으로 구성하는 정교한 공정에 의하여 제조된다.
반도체 기판 위에서의 물질들의 상기 소정의 배열은 기판의 전체 표면 위에 물질을 퇴적시킨 후, 마스크 층의 퇴적 및 그에 후속되는 선택적 식각 공정과 같이 상기 기판의 소정 면적들로부터 상기 물질을 제거함으로써 종종 달성된다.
특정 경우들에 있어서, 기판 위에 집적된 표면을 제조하는 데 수반되는 단계들의 수는 선택적 퇴적 공정을 이용함으로써 감소될 수 있다. 여기서 후속되는 처리가 불필요하거나 후속 처리의 필요를 감소시키면서 제 1 표면 위에서 물질이 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 여기서는 기판의 제 1 표면 위에서 상기 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적이 일어나도록 하기 위한 방법들이 개시된다.
일부 태양들에 있어서, 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질을 선택적으로 퇴적시키기 위한 공정들이 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판을 알루미늄을 포함하는 제 1 기상 전구체와 접촉시키는 단계 및 상기 기판을 질소를 포함하는 제 2 기상 전구체와 접촉시키는 단계를 포함하는 퇴적 사이클들을 하나 이상 포함하는 공정에서 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 유전체인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판을 알루미늄을 포함하는 제 1 기상 전구체와 접촉시키는 단계 및 상기 기판을 질소를 포함하는 제 2 기상 전구체와 접촉시키는 단계를 포함하는 퇴적 사이클들을 하나 이상 포함하는 공정에서 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 Si-O인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판을 알루미늄을 포함하는 제 1 기상 전구체와 접촉시키는 단계 및 상기 기판을 질소를 포함하는 제 2 기상 전구체와 접촉시키는 단계를 포함하는 퇴적 사이클들을 하나 이상 포함하는 공정에서 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 비도전성인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에서 동일한 상기 기판의 유전체인 제 2 표면에 대하여 약 50%보다 큰 선택도로 상대적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 구리, 티타늄 질화물, 텅스텐 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질은 알루미늄 질화물 박막이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 알루미늄 질화물 박막은 산소를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 상기 제 1 기상 전구체는 유기금속 알루미늄 화합물이다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 알루미늄 이외에는 어떤 금속도 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 R3Al의 화학식을 갖고, R은 각각 독립적으로 C1 내지 C4 알킬기들에서 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 할로겐화물은 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 하나의 염소 리간드 및 두 개의 알킬 리간드들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 적어도 하나의 수소 리간드 및 적어도 하나의 알킬 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 질소, 실리콘, 또는 산소를 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 알루미늄을 포함하는 기상의 상기 제 1 전구체는 트리에틸알루미늄 (triethylaluminum, TEA), 트리메틸알루미늄 (trimethylaluminum, TMA) 또는 트리-tert-부틸알루미늄 (tritertbutylaluminum, TTBA)을 포함하고, 질소를 포함하는 기상의 상기 제 2 전구체는 NH3를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 유전체인 상기 제 2 표면은 Si-O 본드들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 열적 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 적어도 2회의 연속되는 퇴적 사이클들에서 플라스마를 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 제 1 퇴적 사이클에 앞서 상기 기판을 전처리 반응물에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 반응물은 플라스마를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 제 1 퇴적 사이클에 앞서 상기 기판을 전처리 반응물에 노출시키는 단계는 약 2보다 더 큰 인수(factor)만큼 선택도를 향상시킨다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 적어도 하나의 퇴적 사이클 이후에 상기 기판을 플라스마에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 퇴적 사이클들을 10회보다 더 많이 수행한 후에 플라스마에 노출된다.
일부 실시예들에 있어서, 알루미늄 및 질소를 포함하는 상기 물질은 희석된 HF 내에서 SiO2에 대하여 식각 선택도를 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 비가 약 10:1보다 더 크고, 상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된, 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 두께는 약 5 nm보다 더 크다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 비가 약 10:1보다 더 크고, 상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된, 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 두께는 약 1 nm보다 더 크다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 비가 약 10:1보다 더 크고, 상기 공정은 약 1회 내지 약 25회 퇴적 사이클들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 비가 약 10:1보다 더 크고, 상기 공정은 약 1회 내지 약 150회 퇴적 사이클들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 약 1회 내지 약 25회의 퇴적 사이클들 이후에 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 유전체인 상기 제 2 표면 위에 약 0.1 nm 미만으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 퇴적된 상기 알루미늄 및 질소를 함유하는 물질의 습식 식각 속도와 SiO2의 습식 식각 속도의 비율은 약 1:5 미만이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 유전체인 상기 제 2 표면은 소스/드레인 영역 위에 가로 놓이고, 상기 공정은 상기 기판의 유전체인 상기 제 2 표면을 제거함으로써 상기 기판의 소스/드레인 영역을 노출시키는 단계, 및 상기 기판의 노출된 상기 소스/드레인 영역 위에 콘택을 형성하는 단계를 더 포함한다.
일부 태양들에 있어서, 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 유전체인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 AlN을 선택적으로 퇴적시키기 위한 공정들이 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 상기 기판을 기상의 트리-tert-부틸알루미늄 (tritertbutylaluminum, TTBA) 및 기상의 NH와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 퇴적 사이클들을 하나 이상 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, AlN이 상기 기판의 제 1 표면 위에서, 동일한 기판의 유전체인 제 2 표면에 대하여 약 50%보다 큰 선택도로 상대적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 유전체인 상기 제 2 표면은 Si-O 본드들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 열적 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 적어도 2회의 연속되는 퇴적 사이클들에서 플라스마를 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 제 1 퇴적 사이클에 앞서 상기 기판을 전처리 반응물에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 반응물은 플라스마를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 여기서 앞서 설명된 임의의 다른 실시예의 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
일부 태양들에 있어서, 자기-정렬된 콘택 형성물 내에 식각 정지막을 형성하기 위한 공정들이 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 공정은 소스/드레인 영역 위에 가로 놓이는 유전체인 제 2 표면 및 제 1 표면을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계, 상기 기판의 제 1 표면에 리세스를 형성하기 위하여 상기 기판의 제 1 표면의 일부를 제거하는 단계, 상기 제 1 표면 상에 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질을 선택적으로 퇴적시키는 단계, 상기 기판의 유전체인 상기 제 2 표면을 제거함으로써 상기 기판의 소스/드레인 영역을 노출시키는 단계, 및 상기 기판의 노출된 상기 소스/드레인 영역 위에 콘택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 구리, 티타늄 질화물, 텅스텐 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질은 알루미늄 질화물 박막이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 알루미늄 질화물 박막은 산소를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 공정은 여기서 앞서 설명된 임의의 다른 실시예의 특징들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
본 발명은 상세한 설명으로부터 그리고 첨부 도면들로부터 더 잘 이해될 것이며, 이들은 본 발명을 예시할 의도일 뿐이며 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 Al 및 N을 포함하는 물질을 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키기 위한 퇴적 공정의 흐름을 나타낸다.
도 2는 AlN를 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키기 위한 퇴적 공정의 흐름을 나타낸다.
도 3은 자기-정렬된 콘택 구조물들을 형성하기 위한 공정 흐름을 나타낸다.
도 4는 자기-정렬된 콘택 구조물들을 형성하기 위한 다른 공정 흐름을 나타낸다.
도 5는 TiN의 제 1 표면 위에서 SiO2의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 있어서 퇴적 사이클들의 수에 대한 퇴적된 물질 두께의 그래프이다.
도 6은 TiN의 제 1 표면 위에서 SiO2 및 자연 산화물의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 있어서 퇴적 사이클들의 수에 대한 퇴적된 물질 두께의 그래프이다.
도 7은 TiN의 제 1 표면 위에서 자연 산화물의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 있어서 퇴적 사이클들의 수에 대한 퇴적된 물질 두께의 그래프이다.
도 8은 TiN 또는 W의 제 1 표면 위에서 SiO2의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 있어서 퇴적 사이클들의 수에 대한 퇴적된 물질 두께의 그래프이다.
일부 상황들에 있어서는, 기판의 한 표면 위에 알루미늄 질화물(AlN)과 같이 알루미늄(Al)과 질소(N)를 포함하는 물질을 동일한 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, Al 및 N을 함유하는 물질의 선택적 퇴적은 캡핑 층들, 장벽 층들, 또는 콘택 식각 정지막과 같은 식각 정지막들을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판의 제 1 표면 위에 Al 및 N을 함유하는 물질이 동일한 기판의 유전체 표면과 같은 상이한 제 2 표면에 비하여 우선적으로 선택적 퇴적될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제 1 표면 및 그와 상이한 표면인 제 2 표면을 포함하는 기판이 제공되며, 복수의 퇴적 사이클들을 포함하는 ALD 타입의 공정을 이용하여 상기 제 1 표면 위에 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 여기서 각 사이클은 상기 기판을 기상의 제 1 전구체 및 기상의 제 2 전구체와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 선택적으로 퇴적된 상기 Al 및 N을 함유하는 물질은 AlN이다.
일부 실시예들에 있어서, AlN과 같이 알루미늄 및 질소를 함유하는 물질이, 도전성 표면과 유전체 표면을 모두 포함하는 기판의 금속 표면 위에 선택적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판의 도전성 제 1 표면 위에, 예컨대 Cu, W, 또는 TiN 표면 위에 AlN이 동일한 기판의 유전체인 제 2 표면, 예컨대 SiO2 표면 또는 로우-k 표면에 대하여 상대적으로 선택적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판의 도전성이 아닌 제 1 표면 위에, 예컨대 SiN 표면 위에 AlN이 동일한 기판의 유전체인 제 2 표면, 예컨대 SiO2 표면 또는 로우-k 표면에 대하여 상대적으로 선택적으로 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, Cu 표면 위에 AlN가 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, W 표면 위에 AlN가 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, TiN 표면 위에 AlN가 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, SiN 표면 위에 AlN가 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다.
ALD 타입 공정들
ALD 타입 공정들은 전구체 케미컬들의 제어되고 자기-제한적인 표면 반응들에 기초한다. 기상 반응들은 기판을 전구체들과 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시킴으로써 회피된다. 기상 반응물들은 예를 들면, 반응물 펄스들 사이에서 과량의 반응물들 및/또는 반응 부산물들을 반응 챔버로부터 제거함으로써 기판 표면 위에서 서로로부터 분리된다. 일부 실시예들에 있어서, 하나 이상의 기판 표면들은 둘 이상의 기상 전구체들 또는 반응물들과 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉된다. 기판 표면을 기상 반응물과 접촉시킨다는 것은 상기 반응물의 증기가 한정된 시간 동안 상기 기판 표면과 접촉함을 의미한다. 바꾸어 말하면, 상기 기판 표면이 한정된 시간 동안 각 기상 반응물에 노출되는 것으로 이해될 수 있다.
간단히 말해서, 적어도 제 1 표면 및 그와 상이한 표면인 제 2 표면을 포함하는 기판이 적절한 퇴적 온도로, 일반적으로는 하강된 압력에서 가열된다. 퇴적 온도들은 상기 반응물들의 열분해 온도보다 낮지만 반응물들의 응축을 방지하고 원하는 표면 반응들을 위한 활성화 에너지를 제공하기에 충분히 높은 온도로 일반적으로 유지된다. 물론 주어진 임의의 ALD 반응에 대하여 적절한 온도 윈도우(window)는 관련된 반응물 종들과 표면 종결에 의존할 것이다. 여기서 상기 온도는 사용되는 전구체들에 따라 달라지며, 약 500℃ 또는 그 미만인 것이 바람직하고, 약 250℃ 내지 약 500℃ 사이인 것이 바람직하고, 약 275℃ 내지 약 450℃ 사이인 것이 더욱 바람직하고, 약 300℃ 내지 약 425℃ 사이인 것이 더욱 바람직하고, 그리고 약 325℃ 내지 약 400℃ 사이인 것이 가장 바람직하다.
상기 기판의 표면은 기상의 제 1 반응물과 접촉된다. 일부 실시예들에 있어서, 기상의 제 1 반응물의 펄스가 상기 기판을 수용한 반응 공간으로 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판이 기상의 제 1 반응물을 수용한 반응 공간으로 이동된다. 상기 기판 표면 위에 상기 제 1 반응물의 모노레이어가 대략 하나보다 많지 않게 자기-제한적인 방식으로 흡착되도록 바람직하게 조건들이 선택된다. 적절한 접촉 시간들은 특정 환경들에 기초하여 통상의 기술자가 용이하게 결정할 수 있다. 과량의 제 1 반응물 및 반응 부산물들은, 만일 있다면, 예컨대 불활성 기체로 퍼지함으로써 또는 상기 기판을 상기 제 1 반응물의 존재로부터 제거함으로써 상기 기판 표면으로부터 제거된다.
퍼지(purge)는 진공 펌프로 챔버를 비워냄으로써 및/또는 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 기체로 반응기의 내부의 가스를 대체함으로써 기상의 전구체들 및/또는 기상의 부산물들을 상기 기판의 표면으로부터 제거하는 것을 의미한다. 통상의 퍼지 시간은 약 0.05초 내지 약 20초이고, 더욱 바람직하게는 약 1초 내지 약 10초이고, 더더욱 바람직하게는 약 1초 내지 약 2초이다. 그러나, 극히 높은 종횡비를 갖는 구조물들 또는 복잡한 표면 모폴로지를 갖는 다른 구조물들 위에 고도로 콘포말(conformal)한 스텝 커버리지가 필요한 경우와 같이 다른 퍼지 시간들도 필요하다면 사용될 수 있다.
상기 기판의 표면은 기상의 제 2 가스 반응물과 접촉된다. 일부 실시예들에 있어서, 가스상 제 2 반응물의 펄스는 상기 기판을 수용하는 반응 공간에 제공된다. 일부 실시예들에 있어서, 기판이 기상의 제 2 반응물을 수용한 반응 공간으로 이동된다. 과량의 제 2 반응물 및 상기 표면 반응의, 기체인 반응 부산물들은, 만일 있다면, 상기 기판 표면으로부터 제거된다. 상기 접촉시키는 단계 및 제거하는 단계는 상기 기판의 제 1 표면 위에 원하는 두께의 박막이 선택적으로 형성될 때까지 반복되며, 각 사이클은 분자 모노레이어(monolayer)를 대략 하나보다 많지 않게 잔존시킨다. 삼원계 물질들과 같이 더욱 복잡한 물질들을 형성하기 위하여 기판의 표면을 다른 반응물들과 교대적으로 및 순차적으로 접촉시키는 추가적인 단계들이 포함될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 각 사이클의 각 단계는 자기-제한적인 것이 바람직하다. 과량의 반응물 전구체들이 각 단계에서 공급되어 수용 가능한(susceptible) 구조물 표면들을 포화시킨다. 표면 포화는 (예를 들면 물리적인 크기 또는 "입체 장애" 제한들에 따라) 사용 가능한 모든 반응성 사이트들이 반응물로 점유되는 것을 보장하며, 따라서 우수한 스텝 커버리지를 보장한다. 통상 물질의 하나 미만의 분자층이 각 사이클에서 퇴적되나, 일부 실시예들에 있어서, 하나보다 많은 분자층이 사이클 동안 퇴적된다.
과량의 반응물들을 제거하는 단계는 반응 공간의 내용물의 일부를 비워내는 단계 및/또는 반응 공간을 헬륨, 질소, 또는 다른 불활성 가스로 퍼지하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 퍼지하는 단계는 상기 반응 공간으로의 불활성 캐리어 가스의 흐름을 계속하는 동안 상기 반응성 가스의 흐름을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판은 다양한 타입의 물질들을 포함할 수 있다. 집적 회로들을 제조할 때, 상기 기판은 통상적으로 다양한 화학적 및 물리적 물성들을 갖는 수많은 박막들을 포함한다. 예를 들면, 상기 기판은 유전체 층과 금속 층을 포함할 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 금속 카바이드를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 기판은 금속 표면 또는 금속성 표면과 같은 도전성 표면을 포함하는 제 1 표면을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 금속 질화물을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 하나 이상의 전이 금속들을 포함한다. 상기 전이 금속은 Ti, V, Cr, Mn, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir 및 Pt로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 전이 금속들은 Fe, Co, 및 Ni로 구성되는 군으로부터 선택된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 구리를 포함하는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 귀금속을 포함한다. 상기 귀금속은 Au, Pt, Ir, Pd, Os, Ag, Re, Rh, 및 Ru로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 Cu, W, TiN 또는 SiN 중의 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 둘 이상의 물질, 예컨대 TiN 및 SiN을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 금속 실리사이드, 예컨대 전이 금속 실리사이드를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 예컨대 전이 금속 카바이드 또는 탄소-함유 전이 금속 물질과 같이 전이 금속을 포함하는 금속성 막을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 Al을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 금속들의 합금 또는 금속성 물질들의 합금을 포함한다.
상기 제 2 표면은 유전체 표면, 예컨대 SiO2, GeO2, 또는 로우-k 표면인 것이 바람직하다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전체는 SiO2를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전체는 다공성 물질이다. 일부 실시예들에 있어서, 다공성의 상기 유전체는 서로 연결된 기공들을 포함하고, 한편 다른 실시예들에 있어서, 상기 기공들은 서로 연결되어 있지 않다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전체는 대략 4.0 미만의 유전 상수를 갖는 절연체로 정의되는 로우-k 물질을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 로우-k 물질의 유전 상수는 약 3.5 미만이고, 약 3.0 미만이고, 약 2.5 미만이고, 약 2.3 미만이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 Si-O 결합들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 예컨대 플라스마 처리에 의하여 비활성화된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 비-도전성 표면이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 대략 1 오옴·m보다 큰 비저항(resistivity)을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 Si-O 결합들을 포함하고 대략 1 오옴·m보다 작은 비저항을 갖는다. 상기 용어 유전체는 간편함을 위하여 다른 제 1 표면 즉, 상기 금속 또는 금속성 표면과 구별하기 위해 여기서 사용된다. 특정 실시예들과 관련하여 달리 표시되지 않는다면, 본 출원의 문맥에 있어서 상기 용어 유전체는 매우 높은 비저항을 갖는 모든 표면들을 가리키는 것으로 이해될 수 있다.
상기 ALD 타입 공정들에 채용된 전구체들은 기판 표면과 접촉되기 전까지 상기 전구체들이 기상일 수 있다면 표준 상태(실온 및 대기압)에서 고체, 액체, 또는 기체 물질들일 수 있다. 기판 표면을 기화된 전구체와 접촉시킨다는 것은 전구체의 증기가 제한된 시간 동안 상기 기판 표면과 접촉하는 것을 의미한다. 통상, 상기 접촉 시간은 약 0.05초 내지 약 10초이다. 그러나, 기판의 타입과 그의 표면적에 따라 상기 접촉 시간은 10초보다 훨씬 더 길 수 있다. 일부 경우들에 있어서는 접촉 시간이 분(分)의 단위(order)일 수 있다. 최적의 접촉 시간은 특정 환경들에 기초하여 통상의 기술자가 결정할 수 있다.
또한, 상기 전구체들의 질량 흐름 속도는 통상의 기술자에 의하여 결정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 금속 전구체들의 흐름 유속은 약 1 sccm 내지 약 1000 sccm 사이인 것이 바람직하고, 약 100 sccm 내지 약 500 sccm 사이인 것이 더욱 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니다.
반응 챔버 내의 압력은 통상 약 0.01 mbar 내지 약 20 mbar이고, 약 1 mbar 내지 약 10 mbar인 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 주어진 특정한 환경에 따라 통상의 기술자에 의하여 결정될 수 있는 바와 같이 일부 경우들에 있어서 상기 압력은 이러한 범위보다 더 높거나 더 낮을 것이다.
막의 퇴적을 개시하기 전, 상기 기판은 통상 적절한 성장 온도로 가열된다. 상기 성장 온도는 형성되는 박막의 타입, 전구체들의 물리적 성질들 등에 따라 변화한다. 상기 성장 온도들은 형성되는 박막의 각 유형을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명한다. 상기 성장 온도는, 비결정질의 박막이 형성되도록 퇴적되는 물질들에 대한 결정화 온도보다 낮거나, 또는 결정질의 박막이 형성되도록 결정화 온도보다 높을 수 있다. 바람직한 퇴적 온도는 반응물 전구체들, 압력, 흐름 속도, 반응기의 배열, 퇴적되는 박막의 결정화 온도, 및 기판 위에 퇴적될 물질의 성질을 포함한 기판의 조성과 같은 수많은 인자들에 의존하여 변화할 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 성장 온도는 통상의 기술자에 의하여 선택될 수 있다.
박막들을 성장시키기 위하여 사용될 수 있는 반응기들은 상기 퇴적을 위하여 사용될 수 있다. 그러한 반응기들은 상기 전구체들을 제공하기 위한 적절한 장비 및 수단들을 구비한 CVD 반응기들 뿐만 아니라 ALD 반응기들을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면 샤워헤드 반응기가 사용될 수 있다.
사용될 수 있는 적절한 반응기들의 예들은 애리조사주 피닉스의 ASM America, Inc. 및 네덜란드 알미어(Almere)의 ASM Europe B.V.로부터 입수 가능한 F-120ㄾ 반응기, F-450ㄾ 반응기, Pulsarㄾ 반응기들 - Pulsarㄾ 2000 및 Pulsarㄾ 3000과 같은 - EmerALDㄾ 반응기 및 Advanceㄾ 400 Series 반응기와 같은 상업적으로 입수 가능한 ALD 장비를 포함한다. 상업적으로 입수 가능한 다른 반응기들은 ASM Japan KK(일본, 동경)에서 나온 상표명 Eagleㄾ XP 및 XP8 제품을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 뱃치(batch) 반응기가 사용될 수 있다. 적절한 뱃치 반응기들은 ASM Europe B.V(네덜란드 알미어)로부터 ALDA400TM 및 A412TM의 상표명으로 상용으로 입수 가능한 반응기들을 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 A412TM와 같이, 처리하는 동안 보우트가 회전하는 수직형 뱃치 반응기가 사용된다. 따라서, 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼들은 처리되는 동안 회전한다. 뱃치 반응기가 사용되는 일부 실시예들에 있어서, 웨이퍼들간(wafer-to-wafer)의 균일도는 3%(1시그마) 미만이거나, 2% 미만이거나, 1% 미만이거나, 또는 0.5% 미만이다.
상기 성장 공정들은 클러스터 툴에 연결된 반응 공간 또는 반응기 내에서 선택적으로 수행될 수 있다. 클러스터 툴에서는 각 반응 공간이 한 종류의 공정에 전용되기 때문에 각 모듈에서의 반응 공간의 온도가 일정하게 유지될 수 있고, 각 런(run) 이전에 공정 온도까지 기판이 가열되는 반응기에 비하여 스루풋이 개선된다.
독립형(stand-alone) 반응기에 로드-락이 장착될 수 있다. 그러한 경우에 있어서, 각 런 사이에 반응 공간을 냉각시킬 필요가 없다.
바람직하게, Al 및 N을 함유하는 물질을 형성하기 위하여, 각 ALD 사이클은 적어도 두 개의 구별되는 시기(phase)를 포함한다. 상기 기판을 제 1 전구체와 접촉시키는 단계 및 그 이후에 과량의 제 1 전구체 및 반응 부산물들을 상기 기판 표면으로부터 제거하는 단계는 하나의 시기로 고려될 수 있으며, 제 1 시기, 제 1 전구체 시기, Al 시기, Al 전구체 시기, 제 1 Al 시기, 및/또는 제 1 Al 전구체 시기라고 지칭될 수 있다. 퇴적 사이클을 위하여 제 1 시기에서 상기 기판은 Al을 포함하는 제 1 전구체와 접촉된다. Al을 포함하는 상기 제 1 전구체는 상기 기판 표면 위에 대략 하나보다 많지 않은 모노레이어를 형성한다. 제 2 시기에서 상기 기판은 질소를 포함하는 제 2 전구체와 접촉되며, 흡착된 제 1 전구체를 Al 및 N 함유 물질로 전환할 수 있다. 상기 기판을 제 2 전구체와 접촉시키는 단계 및 그 이후에 과량의 제 2 전구체 및 반응 부산물들을 상기 기판 표면으로부터 제거하는 단계는 하나의 시기로 고려될 수 있으며, 제 2 시기, 제 2 전구체 시기, N 시기, N 전구체 시기, 제 1 N 시기, 및/또는 제 1 N 전구체 시기라고 지칭될 수 있다. 상기 전구체들 중 하나 이상은 N2, Ar, 또는 He과 같은 캐리어 가스의 도움으로 제공될 수 있다. 추가적인 시기들이 추가될 수 있으며, 최종 막의 조성을 조정하기 위하여 원하는 바에 따라 시기들을 생략할 수도 있다.
도 1을 참조하고 바람직한 실시예들에 따르면, 제 1 표면 및 그와 상이한 표면인 제 2 표면을 포함하는 기판의 제 1 표면 위에 Al 및 N을 함유하는 물질이 ALD 타입의 퇴적 공정(100)에 의하여 선택적으로 퇴적된다. 상기 ALD 타입의 퇴적 공정(100)은 다음 단계들을 포함하는 사이클을 적어도 하나 포함한다:
상기 기판을 Al을 포함하는 기상의 제 1 전구체와 접촉시키는 단계 (120);
과량의 제 1 전구체 및, 만일 있다면, 반응 부산물들을 상기 기판으로부터 제거하는 단계 (130);
상기 기판을 질소를 포함하는 기상의 제 2 전구체와 접촉시키는 단계 (140);
과량의 제 2 전구체 및 임의의 기체 부산물들을 상기 기판으로부터 제거하는 단계 (150); 및
원하는 두께의 Al 및 N을 함유하는 물질이 형성될 때까지 상기 접촉시키는 단계들 및 제거하는 단계들을 선택적으로 반복하는 단계(160).
일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 하나 이상의 표면들은 상기 퇴적 공정(100)을 시작하기에 앞서 전처리 공정을 거칠 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 상기 선택적 퇴적 공정(100)의 선택도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 퇴적 공정(100)을 시작하기에 앞선 전처리 공정은 하나의 표면 위에서 Al 및 N을 함유하는 물질의 하나 이상의 다른 표면들에 대한 상대적인 퇴적을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 퇴적 공정(100)을 시작하기에 앞선 전처리 공정은 하나의 표면 위에서 Al 및 N을 함유하는 물질의 하나 이상의 다른 표면들에 대한 상대적인 퇴적을 저해시킬 수 있다. 도 1에 있어서 이것은 단계 (110)으로 표시되며, 상기 기판은 Al 및 N 함유 물질의 퇴적에 앞서 전처리 반응물, 예컨대 플라스마에 노출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 상기 기판을 전처리 반응물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 반응물은 산소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 반응물은 산소 라디칼들, 원자 산소, 산소 플라스마, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 반응물은 질소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 반응물은 질소 라디칼들, 원자 질소, 질소 플라스마, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 반응물은 수소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 반응물은 수소 라디칼들, 원자 수소, 수소 플라스마, 또는 이들의 조합들을 포함한다.
산소 플라스마를 포함하는 전처리 반응물에 기판이 노출되는 전처리 공정을 이용하는 일부 실시예들에 있어서, O2는 예컨대 약 1 sccm 내지 약 2000 sccm, 더욱 바람직하게는 약 5 sccm 내지 약 1000 sccm, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 sccm 내지 약 500 sccm으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, O2는 약 300 sccm으로 제공될 수 있다. 질소 플라스마를 포함하는 전처리 반응물에 기판이 노출되는 전처리 공정을 이용하는 일부 실시예들에 있어서, N2는 예컨대 약 1 sccm 내지 약 5000 sccm, 더욱 바람직하게는 약 5 sccm 내지 약 2000 sccm, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 sccm 내지 약 500 sccm으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, N2는 약 300 sccm으로 제공될 수 있다. 수소 플라스마를 포함하는 전처리 반응물에 기판이 노출되는 전처리 공정을 이용하는 일부 실시예들에 있어서, H2는 예컨대 약 1 sccm 내지 약 2000 sccm, 더욱 바람직하게는 약 5 sccm 내지 약 1000 sccm, 그리고 가장 바람직하게는 약 10 sccm 내지 약 100 sccm으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, H2는 약 50 sccm으로 제공될 수 있다. 유사한 조건들이 다른 타입들의 플라스마에 대하여 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 전처리 온도에서 전처리 반응물에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 온도는 약 20ㅀC보다 더 높을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 온도는 약 20ㅀC와 약 500ㅀC 사이일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 약 50ㅀC와 약 450ㅀC 사이일 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 약 150ㅀC와 약 400ㅀC 사이일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 온도는 상기 퇴적 온도와 대략 같은 온도일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전처리 온도는 상기 퇴적 온도와 상이할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 약 2500 와트 미만의 파워에서, 예컨대 약 1 내지 약 1000 와트, 또는 약 1 내지 약 500 W, 또는 약 1 내지 약 200W 또는 그 미만의 파워에서 플라스마가 생성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 50W의 파워에서 생성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 100W의 파워에서 생성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 약 200초 미만의 시간 동안, 예컨대 약 180초 또는 그 미만, 또는 약 60초 또는 그 미만, 약 30초 또는 그 미만, 약 10초 또는 그 미만, 또는 약 3초 또는 그 미만의 시간 동안 제공된다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 반응기 내에서 생성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 상기 기판의 상부 위에서 또는 상기 기판의 근처 가까이에서 인 시투로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 상기 반응 챔버의 업스트림의 원격 플라스마 생성기에서 형성되고, 플라스마 생성물은 상기 기판과 접촉하기 위하여 상기 반응 챔버로 이송된다. 원격 플라스마의 경우에 있어서 상기 기판으로의 경로는 상기 기판에 도달하기 전에 이온의 생존을 최소화하고 전기적으로 중성인 종들을 최대화하도록 최적화될 수 있음은 통상의 기술자에 의하여 인식될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에 있어서, 처리된 상기 기판은 전처리 공정 이후에 그리고 선택적 퇴적 공정을 시작하기 이전에 주변 환경에 노출되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 처리된 상기 기판은 전처리 공정 이후에 그리고 선택적 퇴적 공정을 시작하기 이전에 공기에 노출되지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 상기 순차적인 선택적 퇴적 공정의 선택도를 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 제 1 표면 위에서 Al 및 N을 함유하는 물질의 상이한 표면인 제 2 표면에 대한 상대적인 선택적 퇴적을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 순차적인 선택적 퇴적 공정의 선택도를 약 2보다 더 큰 인수만큼, 또는 5보다 더 큰 인수만큼, 또는 약 10보다 더 큰 인수만큼 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 후속되는 퇴적 공정(100)과 동일한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 후속되는 퇴적 공정(100)과 상이한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 단계 (120)에서 상기 기판은 Al을 포함하는 제 1 전구체와 접촉된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 기상의 펄스 형태로 반응 챔버 내부로 인도되고 상기 기판의 표면과 접촉된다. 상기 전구체의 대략 하나 이하의 모노레이어가 상기 기판 표면에 자기-제한적인 방식으로 흡착되도록 조건들이 바람직하게 선택된다. 그러나, 일부 실시예들에 있어서, 상기 전구체의 하나보다 많은 모노레이어가 형성될 수 있도록 조건들이 선택될 수 있다.
상기 제 1 전구체 펄스는 바람직하게 가스 형태로 공급된다. 노출된 표면들을 포화시키기에 충분한 농도로 종들(species)을 워크피스(workpiece)로 이동시키기 위하여 상기 공정 조건들 하에서 상기 종들이 충분한 증기압을 보인다면 상기 제 1 전구체 가스는 본 설명의 목적상 "휘발성"인 것으로 고려된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 약 0.01초 내지 약 60초 동안, 약 0.02초 내지 약 30초 동안, 약 0.025초 내지 약 20초 동안, 약 0.05초 내지 약 5.0초 동안, 약 0.05초 내지 약 2.0초 동안, 또는 약 0.1초 내지 약 1.0초 동안 상기 기판과 접촉한다.
만일 상기 제 1 전구체가 상기 반응 챔버 내부로 인도되어 상기 기판 표면과 접촉하기 전에 증기 상태에 있다면 상기 ALD 타입 공정들에 채용된 상기 제 1 전구체는 표준 조건들 (실온 및 대기압) 하에서 고체, 액체, 또는 기체인 물질일 수 있다.
단계 (130)에서 과량의 제 1 전구체 및, 만일 있다면, 반응 부산물들은 예컨대 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스의 펄스로 퍼지함으로써 상기 기판 표면으로부터 제거된다. 상기 반응 챔버를 퍼지하는 것은 예컨대 진공 펌프로 챔버를 비워냄으로써 및/또는 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 기체로 반응기의 내부의 가스를 대체함으로써 기상의 전구체들 및/또는 기상의 부산물들을 상기 반응 챔버로부터 제거하는 것을 의미한다. 통상의 퍼지 시간은 약 0.05초 내지 약 20초이고, 더욱 바람직하게는 약 1초 내지 약 10초이고, 더더욱 바람직하게는 약 1초 내지 약 2초이다. 그러나, 극히 높은 종횡비를 갖는 구조물들 또는 복잡한 표면 모폴로지를 갖는 다른 구조물들 위에 층들을 퇴적시키는 요구되는 것과 같이, 필요하다면 다른 퍼지 시간들도 사용될 수 있다. 적절한 퍼지 시간들은 특정 환경들에 근거하여 통상의 기술자가 용이하게 결정할 수 있다.
그러나 다른 실시예들에 있어서, 과량의 제 1 전구체 및, 만일 있다면, 반응 부산물들을 제거하는 단계는 상기 제 1 전구체가 상기 기판과 더 이상 접촉하지 않도록 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 어떠한 전구체도 챔버의 다양한 부분들로부터 제거되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 제 1 전구체를 포함하는 상기 챔버의 일 부분으로부터 제 2 전구체를 포함하거나 어떠한 전구체도 전혀 포함하지 않는 상기 챔버의 다른 부분으로 이동된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 제 1 반응 챔버로부터 상이한 반응 챔버인 제 2 반응 챔버로 이동된다.
단계 (140)에서, 상기 기판은 N을 포함하는 기상의 제 2 전구체와 접촉된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 상기 챔버 내부로 펄스 공급되고, 여기서 상기 제 2 전구체는 상기 기판의 제 1 표면에 결합된 상기 제 1 전구체와 반응한다. 상기 반응은 Al 및 N을 함유하는 물질의, 대략 하나까지의 모노레이어를 상기 기판 위에 형성한다. 그러나 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질의 하나보다 많은 모노레이어가 상기 기판 위에 형성된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 질소 플라스마 또는 질소 라디칼들을 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에 있어서, 질소는 상기 반응 챔버 내에서 또는 상기 반응 챔버의 업스트림에서 에너지를 받을 수 있다(energized). 플라스마를 원하는 경우에, 상기 기판이 원하는 시간 동안 질소 플라스마에 노출된 후, 상기 플라스마 생성기가 턴오프 될 수 있으며 질소 전구체의 흐름 그 자체는 상기 반응 챔버로부터 과잉의 질소 플라스마 및 미반응 부산물들을 깨끗이 제거하기 위하여 사용되도록 에너지가 가해지지 않은 (un-energized) 제 2 전구체의 흐름은 일 형태의 퍼지 가스를 포함할 수 있다.
통상의 기술자는 임의의 수의 적합한 제 2 전구체들이 사용될 수 있음을 알 것이지만, 적절한 제 2 전구체들은 선행하여 퇴적된 또는 후속하여 퇴적되는 제 1 전구체의 리간드들과 선호적으로 반응하는 질소 함유 화합물들을 포함한다. 따라서, 적절한 제 2 전구체의 선택은 사용되는 특정 제 1 전구체 그리고 상기 제 1 전구체의 리간드들의 성질에 의존할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 약 0.01초 내지 약 60초 동안, 약 0.02초 내지 약 30초 동안, 약 0.025초 내지 약 20초 동안, 약 0.05초 내지 약 5.0초 동안, 약 0.05초 내지 약 2.0초 동안, 또는 약 0.1초 내지 약 1.0초 동안 상기 기판과 접촉한다. 그러나, 반응기의 타입, 기판의 타입 및 상기 기판의 표면적에 따라 상기 제 2 전구체의 접촉 시간은 10초보다도 더 길 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 접촉 시간들은 수 분 단위일 수 있다. 최적의 접촉 시간은 특정 환경들에 기반하여 통상의 기술자가 용이하게 결정할 수 있을 것이다.
상기 반응 챔버 내에서의 상기 제 2 전구체의 농도는 약 0.01 부피% 내지 약 99.0 부피%일 수 있다. 그리고 상기 제 2 전구체는 약 1 표준 cm3/분 내지 약 4000 표준 cm3/분의 유속으로 상기 반응 챔버를 통하여 흐를 수 있다.
단계 (150)에서, 과량의 제 2 전구체 및, 만일 있다면, 상기 표면 반응의 기상의 부산물들은 단계 (130)에 대하여 위에서 설명한 바와 같이 상기 기판으로부터 제거된다. 일부 실시예들에 있어서, 과량의 전구체 및 반응 부산물들은 불활성 기체의 도움으로 바람직하게 제거된다.
상기 접촉시키는 단계들 및 제거하는 단계들은, 각 사이클이 분자의 모노레이어를 대략 하나 이하로 남기면서 원하는 두께의 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에 형성될 때까지 단계 (160)에서 선택적으로 반복될 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 다양한 상기 전구체들 중 적어도 하나의 적어도 부분적인 분해를 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에 있어서, 각 퇴적 사이클에서 Al 및 N을 함유하는 물질의 하나보다 많은 분자층이 상기 기판 위에 형성되도록 조건들이 선택될 수 있다.
본 개시의 Al 및 N을 함유하는 물질의 ALD 공정들은 하나 이상의 사이클들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 적어도 약 5 사이클들의, 적어도 약 10 사이클들의, 또는 적어도 약 50 사이클들의 반복을 수반한다. 일부 실시예들에 있어서, 바람직한 두께의 박막을 형성하기 위하여 100 이하의 사이클들이 수행된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 표면 및/또는 Al 및 N을 함유하는 물질에 대하여 플라스마 처리 공정이 선택적으로 수행될 수 있다. 도 1에서, 이것은 단계 (170)으로 표시된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마 처리 공정은 하나보다 많은 퇴적 사이클이 수행된 이후에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 퇴적된 상기 Al 및 N을 함유하는 물질막이 연속적이거나 또는 폐쇄되기(closed) 전에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 대략 매 10회의 퇴적 사이클들마다의 이후에, 대략 매 20회의 퇴적 사이클들마다의 이후에, 또는 대략 매 50회의 퇴적 사이클들마다의 이후에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 적어도 2회의 연속적인 퇴적 사이클들은 플라스마 처리 공정 없이 수행된다. 일부 실시예들에 있어서, 적어도 5회 또는 10회의 퇴적 사이클들은 플라스마 처리 공정 없이 수행된다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 임의의 퇴적이 수행되기 전에 수행될 수 있다. 즉, 임의의 퇴적 사이클 이전에 수행된다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 퇴적 공정(100)과 동일한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 퇴적 공정(100)과 상이한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 반응기 내에서 형성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 상기 기판의 상부 위에서 또는 상기 기판의 근처 가까이에서 인 시투로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 상기 반응 챔버의 업스트림의 원격 플라스마 생성기에서 형성되고, 플라스마 생성물들은 상기 기판과 접촉하기 위하여 상기 반응 챔버로 이송된다. 원격 플라스마의 경우에 있어서 상기 기판으로의 경로는 상기 기판에 도달하기 전에 이온의 생존을 최소화하고 전기적으로 중성인 종들을 최대화하도록 최적화될 수 있음은 통상의 기술자에 의하여 인식될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 물질은 복수의 퇴적 사이클들을 이용하여 퇴적될 수 있으며, 상기 플라스마 처리는 예컨대 퇴적에 앞서, 또는 매 퇴적 사이클 이후에, 또는 퇴적되는 동안 소정의 간격을 두고, 또는 Al 및 N을 함유하는 물질을 원하는 두께로 퇴적시킨 이후를 포함하여 1회 이상 적용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 기판을 직접 플라스마에 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 기판을 원격 플라스마에 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 기판을 여기된 종들 또는 플라스마 방전 내에서 생성된 원자 종들에 노출시키는 단계를 포함하며, 그러나 이온들은, 있다고 하더라도, 상당한 양을 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 산소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 질소를 포함할 수 있다. 비록 플라스마 처리 공정이라고 지칭되지만, 일부 실시예들에 있어서, 플라스마를 포함하지 않는 반응성 산소 종들, 예컨대 오존이 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 수소를 포함할 수 있다.
전처리 공정 또는 플라스마 처리 공정을 이용하는 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 산소 플라스마를 포함하는 반응물에 노출된다. O2는 소스 가스로서, 예를 들면 약 1 sccm 내지 약 2000 sccm, 더욱 바람직하게는 약 5 sccm 내지 약 1000 sccm, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 sccm 내지 약 500 sccm 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, O2는 약 300 sccm으로 제공될 수 있다.
전처리 공정 또는 플라스마 처리 공정을 이용하는 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 질소 플라스마를 포함하는 반응물에 노출된다. N2는 소스 가스로서, 예를 들면 약 1 sccm 내지 약 5000 sccm, 더욱 바람직하게는 약 5 sccm 내지 약 2000 sccm, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 sccm 내지 약 500 sccm 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, N2는 약 300 sccm으로 제공될 수 있다.
전처리 공정 또는 플라스마 처리 공정을 이용하는 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 수소 플라스마를 포함하는 반응물에 노출된다. 일부 실시예들에 있어서, H2는 소스 가스로서, 예를 들면 약 1 sccm 내지 약 2000 sccm, 더욱 바람직하게는 약 5 sccm 내지 약 1000 sccm, 그리고 가장 바람직하게는 약 10 sccm 내지 약 100 sccm 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, H2는 약 50 sccm으로 제공될 수 있다. 다른 타입의 플라스마에 대하여 유사한 조건들이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 처리 온도에서 상기 기판을 반응물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 온도는 약 20ㅀC보다 더 높을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 처리 온도는 약 20ㅀC 내지 약 500ㅀC 사이, 더욱 바람직하게는 약 50ㅀC 내지 약 450ㅀC 사이, 더더욱 바람직하게는 약 150ㅀC 내지 약 400ㅀC 사이일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 온도는 상기 퇴적 온도 및/또는 상기 전처리 온도와 대략 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 온도는 상기 퇴적 온도 및/또는 상기 전처리 온도와 상이할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 약 2500 와트 미만의 파워에서, 예컨대 약 1 내지 약 1000 와트, 또는 약 1 내지 약 500 W, 또는 약 1 내지 약 200W 또는 그 미만의 파워에서 생성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 50W의 파워에서 생성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마는 100W의 파워에서 생성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마는 약 200초 미만의 시간 동안, 예컨대 약 180초 또는 그 미만, 또는 약 60초 또는 그 미만, 약 30초 또는 그 미만, 약 10초 또는 그 미만, 또는 약 3초 또는 그 미만의 시간 동안 제공된다.
일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정(170)은 전처리 공정(110)과 실질적으로 동일할 수 있다.
예시된 Al 및 N을 함유하는 물질의 퇴적 사이클은 상기 기판의 표면을 Al을 포함하는 기상의 제 1 전구체와 접촉시키는 단계로 시작하지만, 다른 실시예들에 있어서 상기 퇴적 사이클은 상기 기판의 표면을 질소를 포함하는 기상의 제 2 전구체와 접촉시키는 단계로 시작한다. 상기 기판 표면을 Al을 포함하는 기상의 제 1 전구체와 접촉시키는 단계와 질소를 포함하는 기상의 제 2 전구체와 접촉시키는 단계가 상기 퇴적 사이클에서 서로 바뀔 수 있음은 통상의 기술자에 의하여 이해될 것이다.
일부 실시예들에 있어서, 상이한 반응물들이 상기 기판의 표면과 원하는 순서로 원하는 시간 동안 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉하도록 상기 기판이 이동된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제거하는 단계들(130 및 150)은 수행되지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 챔버의 다양한 부분들로부터 반응물이 제거되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 제 1 전구체를 포함하는 상기 챔버의 일 부분으로부터 제 2 반응물을 포함하는 상기 챔버의 다른 부분으로 이동된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 제 1 반응 챔버로부터 상이한 반응 챔버인 제 2 반응 챔버로 이동된다.
통상의 기술자는 선택된 전구체들의 성질들에 근거하여 최적의 반응물 증기화 온도들을 결정할 수 있다. 통상의 기술자는 선택된 전구체들의 성질들 및 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질의 원하는 성질들에 기초한 일상적인 실험을 통하여 최적의 반응물 접촉 시간들을 결정할 수 있다.
상기 Al 및 N을 함유하는 물질들의 성장 속도는 반응 조건들에 의존하여 변화할 것이다. 뒤에서 설명되는 바와 같이, 초기의 실험들에서, 상기 성장 속도는 약 0.01 Å/사이클 내지 약 2.0 Å/사이클 사이에서 변화하였다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 성장 속도는 약 0.01 Å/사이클 내지 약 3.0 Å/사이클일 수 있고, 바람직하게는 약 0.1 Å/사이클 내지 약 2.5 Å/사이클일 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 0.3 Å/사이클 내지 약 2.0 Å/사이클일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 퇴적된 상기 Al 및 N을 함유하는 물질은 박막을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 퇴적된 상기 Al 및 N을 함유하는 물질은 AlN을 포함하고, 일부 실시예들에 있어서, 퇴적된 상기 Al 및 N을 함유하는 물질은 AlN이다. 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질들은 Al 및 N을 필수적으로 포함하여 구성되도록(consist essentially of) 형성된다. 일부 실시예들에 있어서, 예를 들면 알루미늄 산질화물들을 형성하기 위한 산소와 같이 상기 막 내에 다른 물질들을 포함시키거나 다른 물질들이 기여하도록 하기 위하여 추가적인 반응물들이 사용될 수 있다. 질소 외에 금속이 아닌 추가적인 원소들이 필요한 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질을 형성하기 위한 ALD 공정은 초기의 Al 및 N 시기들 외에 추가적인 시기들(phases)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 이들은 금속 알루미늄 산질화물들이 필요한 경우에 산화 시기를 포함할 수 있다. 산화 시기에서, 산소 또는 산소-함유 전구체가 반응 챔버 내에 제공되고 상기 기판 표면과 접촉하도록 허용된다. 상기 산소 시기는 하나 이상의 퇴적 사이클들의 일부일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제 2 금속 시기가 하나 이상의 퇴적 사이클들에 제공될 수 있다. 상기 산화 시기, 또는 다른 바람직한 시기가 상기 Al 시기 또는 상기 N 시기를 뒤따를 수 있지만, 그러나 어느 상황에서든, 일부 실시예들에 있어서 다음 시기를 진행하기 전에 과량의 산소 (또는 다른 반응물) 및 임의의 반응 부산물들을 상기 반응 공간으로부터 제거하는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에 있어서, 산소와 같은 추가적인 시기 또는 추가적인 금속 시기가 최종의 퇴적 사이클 이후에 또는 상기 퇴적 공정에서 간헐적으로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 기판의 제 1 표면 위로 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 것은 적어도 약 90%로 선택적이거나, 적어도 약 95%로 선택적이거나, 적어도 약 96%, 97%, 98%, 또는 99% 또는 이보다 더 크게 선택적이다. 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질의 퇴적은 상기 제 1 표면 위에서만 일어나고 상기 제 2 표면 위에서는 일어나지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 2 표면에 대한 상기 기판의 제 1 표면 상에서의 상대적인 퇴적은 적어도 약 80%로 선택적이며, 이는 일부 특정한 응용들에 대하여 충분히 선택적일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 2 표면에 대한 상기 기판의 제 1 표면 상에서의 상대적인 퇴적은 적어도 약 50%로 선택적이며, 이는 일부 특정한 응용들에 대하여 충분히 선택적일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 대하여 갖는 비율은 약 10:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 약 20:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 또는 약 40:1보다 더 크거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질의 두께가 약 5 nm보다 더 클 때, 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 대하여 갖는 비율은 약 10:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 약 20:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 또는 약 40:1보다 더 크거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질의 두께가 약 2.5 nm보다 더 클 때, 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 대하여 갖는 비율은 약 10:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 약 20:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 또는 약 40:1보다 더 크거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질의 두께가 약 1 nm보다 더 클 때, 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 대하여 갖는 비율은 약 10:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 약 20:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 또는 약 40:1보다 더 크거나 같을 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질의 퇴적 공정이 약 0 내지 약 25 퇴적 사이클들을, 약 0 내지 약 50 퇴적 사이클들을, 약 0 내지 약 100 퇴적 사이클들을, 또는 약 0 내지 약 150 퇴적 사이클들을 포함할 때 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 상기 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면 위에 퇴적된 Al 및 N을 함유하는 물질에 대하여 갖는 비율은 약 10:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 약 20:1보다 더 크거나 같을 수 있고, 또는 약 40:1보다 더 크거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질의 퇴적 공정이 약 0 내지 약 25 퇴적 사이클들을, 약 0 내지 약 50 퇴적 사이클들을, 약 0 내지 약 100 퇴적 사이클들을, 또는 약 0 내지 약 150 퇴적 사이클들을 포함할 때 약 0.1 nm 미만의 Al 및 N을 함유하는 물질이 상기 기판의 제 2 표면 위에 퇴적된다.
일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질은 SiO2에 대하여 상대적인 식각 선택도를 갖는다. 즉, Al 및 N을 함유하는 물질은 예를 들면 묽은 HF 내에서 SiO2의 식각 속도보다 낮은 식각 속도를 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질은 희석된 HF(0.5%)에 대하여 분당 약 2 nm 내지 3 nm의 열 산화물 제거 속도의 5분의 1 미만의 습식 식각 속도(wet etch rate, WER)를 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 물질의 습식 식각 속도는 열산화된 실리콘(SiO2, TOX)의 습식 식각 속도에 대하여 0.5% 희석된 HF(dHF) 내에서 약 0.2 미만이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 물질의 습식 식각 속도는 TOX의 습식 식각 속도에 대하여 0.5% dHF 내에서 약 0.1 미만이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 물질의 습식 식각 속도는 TOX의 습식 식각 속도에 대하여 0.5% dHF 내에서 약 0.05 미만이다.
이제 도 2를 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 제 1 표면 및 유전체인 제 2 표면을 포함하는 기판이 제공되고 AlN가 사이클릭 퇴적 공정(200)에 의하여 상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된다. 상기 사이클릭 퇴적 공정(200)은 다음 단계들을 포함하는 사이클을 적어도 하나 포함한다:
상기 기판을 기상의 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum, TMA)과 접촉시키는 단계 (220);
과량의 TMA 및, 만일 있다면, 반응 부산물들을 상기 표면으로부터 제거하는 단계 (230);
상기 기판을 기상의 NH3와 접촉시키는 단계 (240);
과량의 NH3 및 임의의 부산물들을 상기 표면으로부터 제거하는 단계 (250); 및
원하는 두께의 AlN 박막이 형성될 때까지 상기 접촉시키는 단계들 및 제거하는 단계들을 선택적으로 반복하는 단계 (260).
예시된 AlN의 퇴적 사이클은 상기 기판을 TMA와 접촉시키는 단계로 시작하지만, 다른 실시예들에 있어서 상기 퇴적 사이클은 상기 기판을 NH3와 접촉시키는 단계로 시작한다. 상기 기판 표면을 TMA와 접촉시키는 단계와 NH3와 접촉시키는 단계가 상기 퇴적 사이클에서 서로 바뀔 수 있음은 통상의 기술자에 의하여 이해될 것이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 하나 이상의 표면들은 상기 퇴적 공정을 시작하기에 앞서 전처리 공정을 거칠 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 상기 선택적 퇴적 공정(200)의 선택도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 퇴적 공정을 시작하기에 앞선 전처리 공정은 하나의 표면 위에서 AlN의 하나 이상의 다른 표면들에 대한 상대적인 퇴적을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 퇴적 공정을 시작하기에 앞선 전처리 공정은 하나의 표면 위에서 AlN의 하나 이상의 다른 표면들에 대한 상대적인 퇴적을 저해시킬 수 있다. 도 2에 있어서 이것은 단계 (210)으로 표시되며, 상기 기판은 Al 및 N 함유 물질의 퇴적에 앞서 전처리 반응물, 예컨대 플라스마에 노출될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 표면 및/또는 AlN 박막에 대하여 플라스마 처리 공정이 선택적으로 수행될 수 있다. 도 2에서, 이것은 단계 (270)으로 표시된다. 일부 실시예들에 있어서, 본 플라스마 처리 공정은 도 1과 관련하여 앞서 설명된 플라스마 처리 공정(170)과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마 처리 공정(270)은 상기 전처리 단계(210)와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마 처리 공정은 하나보다 많은 퇴적 사이클이 수행된 이후에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 퇴적된 상기 AlN 막이 연속적이거나 또는 폐쇄되기(closed) 전에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 대략 10회보다 많은 퇴적 사이클들 이후에, 대략 20회보다 많은 퇴적 사이클들 이후에, 또는 대략 50회보다 많은 퇴적 사이클들 이후에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 퇴적 공정(200)과 동일한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 퇴적 공정(200)과 상이한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제 1 표면 및 유전체인 제 2 표면을 포함하는 기판이 제공되고, Al 및 N을 함유하는 물질이 사이클릭 퇴적 공정에 의하여 상기 기판의 제 1 표면 위에 선택적으로 퇴적된다. 상기 사이클릭 퇴적 공정은 상기 기판을 기상의 제 1 전구체 및 기상의 제 2 전구체와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 사이클을 적어도 하나 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 Al을 포함할 수 있고 상기 제 2 전구체는 N을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 트리-tert-부틸알루미늄을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전구체는 NH3를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제 1 표면 및 유전체인 제 2 표면을 포함하는 기판이 제공되고, AlN가 사이클릭 퇴적 공정에 의하여 상기 기판의 제 1 표면 위에 선택적으로 퇴적된다. 상기 사이클릭 퇴적 공정은 상기 기판을 기상의 제 1 전구체 및 기상의 제 2 전구체와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 사이클을 적어도 하나 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 Al을 포함할 수 있고 상기 제 2 전구체는 N을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 트리-tert-부틸알루미늄을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전구체는 NH3를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 기판이 제공되고, AlN가 사이클릭 퇴적 공정에 의하여 상기 기판의 적어도 일부 위에 퇴적된다. 상기 사이클릭 퇴적 공정은 상기 기판을 기상의 제 1 전구체 및 기상의 제 2 전구체와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 사이클을 적어도 하나 포함하고, 상기 제 1 전구체는 트리-tert-부틸알루미늄을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전구체는 NH3를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 퇴적에 앞서 상기 기판은 전처리 공정을 거칠 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 상기 선택적 퇴적 공정의 선택도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 퇴적 공정을 시작하기에 앞선 전처리 공정은 하나의 표면 위에서 AlN의 하나 이상의 다른 표면들에 대한 상대적인 퇴적을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 퇴적 공정을 시작하기에 앞선 전처리 공정은 하나의 표면 위에서 AlN의 하나 이상의 다른 표면들에 대한 상대적인 퇴적을 저해시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전처리 공정은 AlN의 퇴적에 앞서 상기 기판을 전처리 반응물, 예컨대 플라스마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 표면 및/또는 AlN 박막에 대하여 플라스마 처리 공정이 선택적으로 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 본 플라스마 처리 공정은 도 1 및 도 2와 관련하여 위에서 설명된 플라스마 처리 공정들(170 및 270)과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마 처리 공정은 상기 전처리 공정과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라스마 처리 공정은 하나보다 많은 퇴적 사이클이 수행된 이후에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 퇴적된 상기 AlN 막이 연속적이거나 또는 폐쇄되기(closed) 전에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 대략 10회보다 적은 퇴적 사이클들 이후에, 대략 20회보다 적은 퇴적 사이클들 이후에, 또는 대략 50회보다 적은 퇴적 사이클들 이후에 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 퇴적 공정과 동일한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 플라스마 처리 공정은 상기 퇴적 공정과 상이한 반응 챔버 또는 반응기 내에서 수행될 수 있다.
제 1 전구체들
여기에 설명된 선택적 퇴적 공정에서 수많은 상이한 제 1 전구체들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 알루미늄을 포함하는 유기 금속 화합물이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 알킬 알루미늄 화합물이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 알루미늄 이외의 어떤 다른 금속도 포함하지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 R3Al의 화학식을 갖는 화합물이고, 여기서 R은 알킬기이다. R은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, 및 tert-부틸기의 리스트로부터 선택될 수 있다. 바람직하게 R은 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 및 tert-부틸기로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, R은 각각 독립적으로 C1 내지 C4 알킬기들에서 선택될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 Me3Al, Et3Al, 또는 tBu3Al을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 트리-tert-부틸알루미늄(tri-tert-butylaluminum, TTBA)이다. 위에서 언급한 바와 같이, 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum, TMA)이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 할로겐화물이 아니다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 적어도 하나의 리간드 내에 할로겐을 포함할 수 있지만 모든 리간드들 내에 포함하지는 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 하나의 염소 리간드 및 두 개의 알킬 리간드들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 AlCl3이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 적어도 하나의 리간드로서 수소를 포함할 수 있지만 모든 리간드로서 수소를 포함하지는 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 적어도 하나의 수소 리간드 및 적어도 하나의 알킬 리간드를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 질소를 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 실리콘을 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 산소를 포함하지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 전구체는 질소, 실리콘, 또는 산소를 포함하지 않는다.
제 2 전구체들
일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 질소-수소 결합을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 암모니아(NH3)이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 분자 질소이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 질소 함유 플라스마이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 질소 및 수소를 함유하는 플라스마와 같은 질소 함유 플라스마이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 활성화되거나 여기된 질소 종들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 전구체는 질소-함유 가스 펄스 내에 제공될 수 있으며, 상기 질소-함유 가스 펄스는 질소 반응물과 아르곤과 같은 불활성 가스의 혼합물일 수 있다.
종합
본 개시 내용의 Al 및 N을 함유하는 물질은 다양한 반도체 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, Al 및 N을 함유하는 물질은 자기-정렬된 콘택 형성 공정에서 식각 정지막으로서 예를 들면, 콘택 식각 정지막으로서 특히 유용할 수 있다. 자기-정렬된 소스/드레인 콘택들은 콘택 리소그래피에 있어서 오정렬 마진을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나 표준적인 자기-정렬된 콘택 공정은 다중의 금속 리세스 단계, SiN 충전 단계, 및 화학적-기계적 평탄화를 이용하는 SiN 연마 단계와 같은 추가적인 처리 단계들을 요구한다.
또한 표준적인 자기-정렬된 콘택 공정 내에서의 SiN 측벽 스페이서 및 식각 정지막의 축소는 앞으로 계속 증가하는 소자의 소형화로 인해 필요한데, 이러한 필요는 스페이서 또는 식각 정지막의 과식각에 기인한 콘택과 금속 게이트 사이의 단락의 위험을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 본 개시 내용의 Al 및 N을 함유하는 물질은 금속 리세스를 포함하지 않는 자기-정렬된 콘택 공정에서 식각 정지막으로서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 본 개시 내용의 Al 및 N을 함유하는 물질은 식각 내성이 있다. 도 3은 일부 실시예들에 따른 Al 및 N을 함유하는 물질 보호층, 캡핑층, 또는 식각 정지막을 포함하는 자기-정렬된 콘택 공정에 대한 공정 흐름을 나타낸다. 일부 실시예들에 있어서, 자기-정렬된 콘택을 형성하기 위한 공정(300)은 다음과 같이 진행된다:
단계 (301)에서 제 1 표면 및 소스/드레인 영역 위에 가로 놓이는 상이한 표면인 제 2 표면을 포함하는 반도체 기판이 제공되고;
단계 (302)에서 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막, 예컨대 AlN가 상기 기판의 제 1 표면 위에 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적되고;
단계 (303)에서 상기 제 2 표면이, 예를 들면 습식 식각 공정을 이용하여 제거되고; 및
단계 (304)에서 상기 기판의 소스/드레인 영역 위의 제거된 상기 제 2 표면의 자리에 콘택이 형성된다.
일부 실시예들에 따르면, 단계 (301)에서 반도체를 포함하는 기판이 제공된다. 상기 반도체 기판은 제 1 표면 및 상이한 표면인 제 2 표면을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 도전성 표면을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 하나 이상의 금속 질화물들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 도전성 게이트의 표면 및/또는 스페이서의 표면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 TiN 게이트 및 SiN 스페이서를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 2 표면은 유전체 표면이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전체는 SiO2를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 소스/드레인 영역에 가로 놓인 더미 콘택이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 SiO2 더미 콘택은 소스/드레인 영역의 직접 위에 놓인다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 반도체 기판에 대하여 게이트 연마를 통한 표준적 공정이 수행된다. 즉, 당 기술 분야에서 잘 알려진 바에 따라 소스, 게이트, 및 드레인을 형성하기 위하여 반도체 기판에 대하여 표준적인 대체 금속 게이트 (replaced metal gate) 공정 흐름이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 반도체 기판에 대하여 화학적-기계적 평탄화 공정이 수행될 수 있다.
단계 (302)에서 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막은 상기 기판의 제 1 표면 위에 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호 물질이 TiN 게이트 및 SiN 스페이서 위에 형성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호 물질이 TiN 게이트 및 SiN 스페이서의 직접 위에 형성된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 여기에 설명된 바에 따른 ALD 공정에 의하여 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 Al을 포함하는 제 1 전구체 및 N을 포함하는 제 2 전구체와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 AlN을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 AlN 박막을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 기판의 제 1 표면 위로 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층이 상기 기판의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 것은 적어도 약 90%로 선택적이거나, 적어도 약 95%로 선택적이거나, 적어도 약 96%, 97%, 98%, 또는 99% 또는 이보다 더 크게 선택적이다. 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질의 퇴적은 상기 제 1 표면 위에서만 일어나고 상기 제 2 표면 위에서는 일어나지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 2 표면에 대한 상기 기판의 제 1 표면 상에서의 상대적인 퇴적은 적어도 약 80%로 선택적이거나, 또는 적어도 약 50%로 선택적이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막은 특정 두께를 이루도록 상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된다. 적절한 두께들은 약 0.1 nm보다 크거나 같을 수 있고 약 10 nm보다 작거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 0.1 nm 내지 약 5 nm 사이일 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 1 nm 내지 약 5 nm 사이일 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 1 nm 내지 약 3 nm 사이일 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 2 nm 내지 약 3 nm 사이일 것이다. 적절한 두께들은 약 0.1 nm보다 크거나 같을 수 있고 약 10 nm보다 작거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 적절한 두께는 상기 기판 표면 위에 완전한 층을 달성하는 것(즉, 갭을 남기지 않는 것)일 것이다. 따라서, 완전한 층을 달성하는 실제적인 두께는 상기 Al 및 N을 함유하는 물질을 이루기 위하여 사용되는 전구체들의 타입에 의존할 수 있다.
단계 (303)에서 상기 기판의 제 2 표면은, 예를 들면 습식 식각 공정을 이용함으로써 제거된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 2 표면은 dHF로 식각함으로써 제거된다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 1 표면 및 제 2 표면은 dHF에 노출되고 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층이 그 하부에 놓인 게이트와 스페이서를 식각으로부터 보호하는 동안 상기 기판의 제 2 표면은 제거된다. 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 여기에 설명된 바와 같은 유전체인 상기 제 2 표면에 비하여 더 낮은 습식 식각 속도를 갖기 때문에 식각 정지막으로서 작용할 수 있다.
계속하여 도 3을 참조하면, 단계 (304)에서 이제는 제거된 상기 제 2 표면을 대신하여 상기 소스/드레인 영역 위에 콘택이 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 콘택은 상기 소스/드레인 영역의 직접 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 콘택은 티타늄 함유 물질, 예를 들면, Ti 또는 TiN 또는 실리사이드 물질을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면 콘택은 당 기술 분야에 알려진 임의의 방법에 따라 또는 미래에 개발될 방법에 따라 형성될 수 있다. 예를 들면 Ti 콘택은 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD)에 의하여 형성될 수 있고, TiN 콘택은 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)에 의하여 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 콘택 또는 콘택들을 형성한 후, 상기 기판에 대하여 추가적인 공정 또는 처리 단계들이 선택적으로 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 본 개시 내용의 Al 및 N을 함유하는 물질은 금속 리세스를 포함하지 않는 자기-정렬된 콘택 공정에서 식각 정지막으로서 사용될 수 있다. 도 4는 일부 실시예들에 따른 Al 및 N을 함유하는 물질 보호층 또는 식각 정지막을 포함하는 자기-정렬된 콘택 공정에 대한 공정 흐름을 나타낸다. 일부 실시예들에 있어서, 자기-정렬된 콘택을 형성하기 위한 공정(400)은 다음과 같이 진행된다:
단계 (401)에서 제 1 표면 및 소스/드레인 영역 위에 가로 놓이는 상이한 표면인 제 2 표면을 포함하는 반도체 기판이 제공되고;
단계 (402)에서 상기 제 1 표면의 일부가 제거되어 그 안에 리세스를 생성하고;
단계 (403)에서 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막, 예컨대 AlN가 상기 기판의 제 1 표면 위에 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적되고;
단계 (404)에서 상기 제 2 표면이, 예를 들면 습식 식각 공정을 이용하여 제거되고; 및 상기 기판의 소스/드레인 영역 위의 제거된 상기 제 2 표면의 자리에 콘택이 형성된다.
일부 실시예들에 따르면, 단계 (401)에서 반도체를 포함하는 기판이 제공된다. 상기 반도체 기판은 제 1 표면 및 상이한 표면인 제 2 표면을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 도전성 표면을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 하나 이상의 금속 질화물들을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 도전성 게이트의 표면 및/또는 스페이서의 표면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 표면은 TiN 게이트 및 SiN 스페이서를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 2 표면은 유전체 표면이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 유전체는 SiO2를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 2 표면은 소스/드레인 영역에 가로 놓인 더미 콘택이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 SiO2 더미 콘택은 소스/드레인 영역의 직접 위에 놓인다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 반도체 기판에 대하여 게이트 연마를 통한 표준적 공정이 수행된다. 즉, 당 기술 분야에서 잘 알려진 바에 따라 소스, 게이트, 및 드레인을 형성하기 위하여 반도체 기판에 대하여 표준적인 대체 금속 게이트 공정 흐름이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 반도체 기판에 대하여 화학적-기계적 평탄화 공정이 수행될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 단계 (402)에서, 상기 제 1 표면의 일부가 제거되어 그 안에 리세스를 생성한다. 일부 실시예들에 있어서, 제거되는 상기 제 1 표면의 일부는 금속 질화물이다. 일부 실시예들에 있어서, 제거되는 상기 제 1 표면의 일부는 SiN이다. 일부 실시예들에 있어서, 제거되는 상기 제 1 표면의 일부는 스페이서, 예를 들면 SiN 스페이서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 약 0.1 nm 내지 약 30 nm의 상기 제 1 표면의 일부가 제거되어 약 0.1 nm 내지 약 30 nm의 깊이를 갖는 리세스가 생성된다. 일부 실시예들에 있어서, 약 0.1 nm 내지 약 20 nm의 상기 제 1 표면의 일부가 제거되어 약 0.1 nm 내지 약 20 nm의 깊이를 갖는 리세스가 생성된다. 일부 실시예들에 있어서, 약 1 nm 내지 약 10 nm의 상기 제 1 표면의 일부가 제거되어 약 1 nm 내지 약 10 nm의 깊이를 갖는 리세스가 생성된다.
단계 (403)에서 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막은 상기 기판의 제 1 표면 위에 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호 물질이 TiN 게이트 및 SiN 스페이서 위에 형성된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호 물질이 TiN 게이트 및 SiN 스페이서의 직접 위에 형성된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 여기에 설명된 바에 따른 ALD 공정에 의하여 퇴적된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판은 Al을 포함하는 제 1 전구체 및 N을 포함하는 제 2 전구체와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 AlN을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 AlN 박막을 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 기판의 제 1 표면 위로 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층이 상기 기판의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 것은 적어도 약 90%로 선택적이거나, 적어도 약 95%로 선택적이거나, 적어도 약 96%, 97%, 98%, 또는 99% 또는 이보다 더 크게 선택적이다. 일부 실시예들에 있어서, Al 및 N을 함유하는 물질의 퇴적은 상기 제 1 표면 위에서만 일어나고 상기 제 2 표면 위에서는 일어나지 않는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 2 표면에 대한 상기 기판의 제 1 표면 상에서의 상대적인 퇴적은 적어도 약 80%로 선택적이거나, 또는 적어도 약 50%로 선택적이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층 또는 식각 정지막은 특정 두께를 이루도록 상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된다. 적절한 두께들은 약 0.1 nm보다 크거나 같을 수 있고 약 10 nm보다 작거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 0.1 nm 내지 약 5 nm 사이일 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 1 nm 내지 약 5 nm 사이일 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 1 nm 내지 약 3 nm 사이일 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 두께는 약 2 nm 내지 약 3 nm 사이일 것이다. 적절한 두께들은 약 0.1 nm보다 크거나 같을 수 있고 약 10 nm보다 작거나 같을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 적절한 두께는 상기 기판 표면 위에 완전한 층을 달성하는 것(즉, 갭을 남기지 않는 것)일 것이다. 따라서, 완전한 층을 달성하는 실제적인 두께는 상기 Al 및 N을 함유하는 물질을 이루기 위하여 사용되는 전구체들의 타입에 의존할 수 있다.
단계 (404)에서 상기 기판의 제 2 표면은, 예를 들면 습식 식각 공정을 이용함으로써 제거된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 2 표면은 dHF로 식각함으로써 제거된다. 예를 들면, 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판의 제 1 표면 및 제 2 표면은 dHF에 노출되고 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층이 그 하부에 놓인 게이트와 스페이서를 식각으로부터 보호하는 동안 상기 기판의 제 2 표면은 제거된다. 상기 Al 및 N을 함유하는 보호층은 여기에 설명된 바와 같은 유전체인 상기 제 2 표면에 비하여 더 낮은 습식 식각 속도를 갖기 때문에 식각 정지막으로서 작용할 수 있다. 그런 다음, 이제는 제거된 상기 제 2 표면을 대신하여 상기 소스/드레인 영역 위에 콘택이 형성된다. 일부 실시예들에 있어서, 콘택은 상기 소스/드레인 영역의 직접 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 콘택은 티타늄 함유 물질, 예를 들면, Ti 또는 TiN을 포함하거나 또는 실리사이드 물질을 포함한다. 일부 실시예들에 따르면 콘택은 당 기술 분야에 알려진 임의의 방법에 따라 또는 미래에 개발될 방법에 따라 형성될 수 있다. 예를 들면 Ti 콘택은 물리 기상 증착(PVD)에 의하여 형성될 수 있고, TiN 콘택은 원자층 증착(ALD)에 의하여 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 콘택 또는 콘택들을 형성한 후, 상기 기판에 대하여 추가적인 공정 또는 처리 단계들이 선택적으로 수행될 수 있다.
예 1
본 예에서 기판의 제 1 표면 위에 AlN이 상기 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적되었다. 본 예에서 상기 기판의 제 1 표면은 ALD에 의하여 퇴적된 TiN을 포함하였고, 상기 기판의 제 2 표면은 플라스마 강화 기상 증착(PEALD)에 의하여 퇴적된 SiO2를 포함하였다. 샘플 AlN 막들은 트리메틸알루미늄(TMA)을 제 1 전구체로서 이용하고 NH3를 제 2 전구체로서 이용하는 ALD에 의하여 선택적으로 퇴적되었다. 각 퇴적 사이클은 375ㅀC의 온도 및 2 Torr의 반응 챔버 압력에서 수행되었다. 각 퇴적 사이클은 0.5초의 제 1 전구체 펄스 및 2초의 제 2 전구체 펄스를 포함하였다. 각 TMA 펄스 이후에 상기 반응 챔버는 3초 동안 퍼지되었고, 각 NH3 펄스 이후에는 상기 반응 챔버가 2초 동안 퍼지되었다.
30 내지 70 퇴적 사이클들로 구성되는 ALD 공정을 이용하여 샘플들이 퇴적되었다. 도 5에 도시된 바와 같이, TiN인 제 1 표면 위에 퇴적된 물질의 두께들을 측정하여 SiO2인 제 2 표면 위에 퇴적된 물질의 두께들과 비교하였다. TiN인 제 1 표면 위에 퇴적된 물질의 두께와 SiO2인 제 2 표면 위에 퇴적된 물질의 두께의 비는 상기 퇴적 공정의 선택도를 정의한다. 도 5는 70회의 퇴적 사이클들로 구성된 ALD 공정에 있어서 상기 제 1 표면 위에 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 AlN의 비가 대략 8.5:1로서 약 89%의 선택도를 갖는 것을 보여준다.
예 2
본 예에서 기판의 제 1 표면 위에 AlN이 상기 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적되었다. 본 예에서 상기 기판의 제 1 표면은 ALD에 의하여 퇴적된 TiN을 포함하였고, 상기 기판의 제 2 표면은 PEALD에 의하여 퇴적된 SiO2를 포함하였다. 또한 ALD로 퇴적된 TiN을 포함하는 제 1 표면 위에 AlN이 실리콘 자연 산화물을 포함하는 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된 샘플이 제조되었다. 샘플 AlN 막들은 트리메틸알루미늄(TMA)을 제 1 전구체로서 이용하고 NH3를 제 2 전구체로서 이용하는 ALD에 의하여 선택적으로 퇴적되었다. 각 퇴적 사이클은 375ㅀC의 온도 및 2 Torr의 반응 챔버 압력에서 수행되었다. 각 퇴적 사이클은 0.5초의 제 1 전구체 펄스 및 1초의 제 2 전구체 펄스를 포함하였다. 각 TMA 펄스 이후에 상기 반응 챔버는 3초 동안 퍼지되었고, 각 NH3 펄스 이후에는 상기 반응 챔버가 2초 동안 퍼지되었다.
70 내지 150 퇴적 사이클들로 구성되는 ALD 공정을 이용하여 샘플들이 퇴적되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, TiN인 제 1 표면 위에 퇴적된 물질의 두께들을 측정하여 SiO2인 제 2 표면 및 자연 산화물 표면 위에 퇴적된 물질의 두께들과 비교하였다. 도 6은 130회의 퇴적 사이클들로 구성된 ALD 공정에 있어서, 상기 제 1 표면 위에 PEALD SiO2인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 AlN의 비가 대략 43:1로서 약 98%의 선택도를 갖는 것을 보여준다. 110회의 퇴적 사이클들로 구성된 ALD 공정에 있어서, 상기 제 1 표면 위에 자연 산화물인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 AlN의 비는 대략 3:1이었으며 이는 약 75%의 선택도를 나타낸다.
예 3
본 예에서 기판의 제 1 표면 위에 AlN이 상기 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적되었다. 상기 기판의 제 1 표면은 ALD에 의하여 퇴적된 TiN을 포함하였고, 상기 기판의 제 2 표면은 실리콘 자연 산화물을 포함하였다. AlN을 퇴적시키기에 앞서, 상기 기판에 대하여 플라스마 처리 공정을 수행하였다. 상기 기판은 50W의 파워에서 생성된 플라스마에 10초 동안 직접 노출되었다. 상기 플라스마는 O2로부터 생성되었다.
샘플 AlN 막은 트리메틸알루미늄(TMA)을 제 1 전구체로서 이용하고 NH3를 제 2 전구체로서 이용하는 ALD 공정에 의하여 선택적으로 퇴적되었다. 각 퇴적 사이클은 375ㅀC의 온도 및 2 Torr의 반응 챔버 압력에서 수행되었다. 각 퇴적 사이클은 0.5초의 제 1 전구체 펄스 및 1초의 제 2 전구체 펄스를 포함하였다. 각 TMA 펄스 이후에 상기 반응 챔버는 3초 동안 퍼지되었고, 각 NH3 펄스 이후에는 상기 반응 챔버가 2초 동안 퍼지되었다. 상기 샘플은 110회의 퇴적 사이클들로 구성된 ALD 공정을 이용하여 퇴적되었다.
이제 도 7을 참조하면, 플라스마 처리된 TiN인 상기 제 1 표면 위에 퇴적된 물질의 두께를 측정하여 플라스마 처리된 자연 산화물인 상기 제 2 표면 위에 퇴적된 물질의 두께와 비교하였다. 또한 도 7은 예 2의 샘플들로부터 얻은 데이터도 보인다. TiN인 상기 제 1 표면 상에 110회의 퇴적 사이클들 후 퇴적된 물질의 두께를 플라스마 처리된 TiN인 상기 제 1 표면 상에 110회의 퇴적 사이클들 후 퇴적된 물질의 두께와 비교할 때, AlN 두께에 있어서의 상당한 변화는 관찰되지 않았다. 그러나, 자연 산화물인 상기 제 2 표면 상에 110회의 퇴적 사이클들 후 퇴적된 물질의 두께를 플라스마 처리된 자연 산화물인 상기 제 2 표면 상에 110회의 퇴적 사이클들 후 퇴적된 물질의 두께와 비교할 때, AlN 두께에 있어서의 상당한 감소가 관찰된다. 플라스마 처리 후, 상기 제 1 표면에 대하여 상대적으로 상기 제 2 표면 위에서는 근본적으로 퇴적이 관찰되지 않는다. 110회의 퇴적 사이클들로 구성되는 ALD 공정에 있어서, 플라스마 처리된 TiN인 상기 제 1 표면 위에, 플라스마 처리된 자연 산화물인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적된 AlN의 비가 대략 33:1이다. 이것은 플라스마 처리 없이 수행된 동일한 선택적 퇴적 공정과 비교하였을 때 선택도에 있어서 10배 이상 향상된 것이다.
상기 기판의 제 1 표면이 ALD에 의하여 퇴적된 TiN을 포함하고 상기 기판의 제 2 표면이 실리콘 자연 산화물을 포함하는 추가적인 샘플을 제조하였다. AlN의 퇴적에 앞서, 상기 기판들에 대하여 플라스마 처리 공정이 수행되었다. 상기 기판들은 50W 내지 300W의 파워에서 생성된 플라스마에 3초 내지 10초 동안 직접 노출되었다. 상기 플라스마는 O2로부터 생성되었다. 각 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 AlN의 두께들이 상기 제 2 표면 위에 퇴적된 물질의 두께들과 비교되었으며, 각 샘플에 대한 선택도를 계산하였다. 결과들은 아래의 표 1에 나타내었다.
O2 플라스마 파워 (와트) O2 직접 플라스마 노출 시간 (초) 사이클
횟수		 TiN 위에 퇴적된 AlN의 두께 (nm) 자연 산화물 위에 퇴적된 AlN의 두께(nm) 선택도
50 10 110 5.21 0.16 32.6
300 10 110 4.36 0.2 21.8
300 3 110 4.40 0.43 10.2
<직접 플라스마 처리 조건들을 변화시킨 ALD에 의하여 퇴적된 AlN의 선택도>
이들 결과들로부터, 직접 플라스마 전처리의 파워가 증가함에 따라 AlN 퇴적의 선택도가 감소하는 것이 관찰되는 한편, 직접 플라스마 노출의 지속 시간이 증가함에 따라 선택도도 증가하는 것으로 관찰되었다.
예 4
본 예에서 기판의 제 1 표면 위에 AlN이 상기 기판의 상이한 표면인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적되었다. 본 예에서 상기 기판의 제 1 표면은 ALD에 의하여 퇴적된 TiN을 포함하였고, 상기 기판의 제 2 표면은 PEALD에 의하여 퇴적된 SiO2를 포함하였다. ALD로 퇴적된 TiN을 포함하는 제 1 표면 위에 AlN이 PEALD에 의하여 퇴적된 SiO2를 포함하는 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적된 추가적인 샘플이 제조되었다. 샘플 AlN 막들은 트리메틸알루미늄(TMA)을 제 1 전구체로서 이용하고 NH3를 제 2 전구체로서 이용하는 ALD에 의하여 선택적으로 퇴적되었다. 각 퇴적 사이클은 390ㅀC의 온도 및 2 Torr의 반응 챔버 압력에서 수행되었다. 각 퇴적 사이클은 0.5초의 제 1 전구체 펄스 및 1초의 제 2 전구체 펄스를 포함하였다. 각 TMA 펄스 이후에 상기 반응 챔버는 5초 동안 퍼지되었고, 각 NH3 펄스 이후에는 상기 반응 챔버가 5초 동안 퍼지되었다.
70 내지 100 퇴적 사이클들로 구성되는 ALD 공정을 이용하여 샘플들이 퇴적되었다. 도 8에 도시된 바와 같이, TiN 및 W인 제 1 표면들 위에 퇴적된 물질의 두께들을 측정하여 SiO2인 제 2 표면 위에 퇴적된 물질의 두께들과 비교하였다. 도 8은 W 또는 TiN을 포함하는 제 1 표면 위에서 AlN의 퇴적이 SiO2 표면에 비하여 상대적으로 매우 높은 선택도를 갖는 것을 보여 준다.

Claims (30)

  1. 기판의 제 1 표면 위에 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질을 동일한 상기 기판의 Si-O 결합들을 포함하는 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 기판을 알루미늄을 포함하는 기상의 제 1 전구체와 접촉시키는 단계; 및
    상기 기판을 질소를 포함하는 기상의 제 2 전구체와 접촉시키는 단계;
    를 포함하는 퇴적 사이클을 하나 이상 포함하고,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 알루미늄 및 질소를 포함하는 상기 물질이, 동일한 상기 기판의 Si-O의 상기 제 2 표면에 대하여 약 50%보다 더 큰 선택도로 퇴적되는 선택적 퇴적 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 표면은 구리, 티타늄 질화물, 텅스텐, 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 및 질소를 포함하는 상기 물질이 알루미늄 질화물 박막인 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄 질화물 박막이 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 유기금속 알루미늄 화합물인 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 알루미늄 이외에는 어떠한 다른 금속도 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 R3Al의 화학식을 갖는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법(R은 각각 독립적으로 C1-C4 알킬기들로부터 선택될 수 있음).
  8. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 할로겐화물(halide)을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 하나의 염소 리간드 및 두 개의 알킬 리간드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 적어도 하나의 수소 리간드 및 적어도 하나의 알킬 리간드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 질소, 실리콘, 또는 산소를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄을 포함하는 상기 기상의 제 1 전구체가 트리-tert-부틸알루미늄 (tritertbutylaluminum, TTBA), 트리메틸알루미늄 (trimethylaluminum, TMA) 또는 트리에틸알루미늄 (triethylaluminum, TEA)을 포함하고, 질소를 포함하는 상기 기상의 제 2 전구체가 NH3를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 Si-O의 제 2 표면이 유전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 Si-O의 제 2 표면이 약 1 오옴·m보다 더 큰 비저항(resistivity)을 갖는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 열적 원자층 증착 (atomic layer deposition, ALD) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 적어도 2회의 연속적인 퇴적 사이클들에서 플라스마를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    첫 번째 퇴적 사이클에 앞서 상기 기판을 전처리 반응물에 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전처리 반응물이 플라스마를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 퇴적 사이클 이후에 상기 기판을 플라스마에 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 및 질소를 포함하는 상기 물질이 묽은 HF 내에서 SiO2에 대하여 상대적으로 식각 선택도를 갖는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 Si-O의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 비율이 약 10:1보다 더 크고,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 두께가 약 5 nm보다 더 큰 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 Si-O의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 비율이 약 10:1보다 더 크고,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 퇴적된 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 두께가 약 1 nm보다 더 큰 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 Si-O의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 비율이 약 10:1보다 더 크고,
    약 1회 내지 약 25회의 퇴적 사이클들을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  24. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 상기 기판의 제 1 표면 위에, 동일한 상기 기판의 Si-O의 제 2 표면에 대하여 상대적으로 퇴적되는 비율이 약 10:1보다 더 크고,
    약 1회 내지 약 150회의 퇴적 사이클들을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  25. 제 1 항에 있어서,
    약 1회 내지 약 25회의 퇴적 사이클들 이후에, 상기 기판의 Si-O의 상기 제 2 표면 위에 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질이 약 0.1 nm 미만으로 퇴적되는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  26. 제 1 항에 있어서,
    퇴적된 상기 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질의 습식 식각 속도와 SiO2의 습식 식각 속도의 비율이 약 1:5 미만인 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 Si-O 표면이 소스/드레인 영역 위에 가로 놓이고,
    상기 기판의 Si-O의 제 2 표면을 제거함으로써 상기 기판의 상기 소스/드레인 영역을 노출시키는 단계; 및
    상기 기판의 노출된 상기 소스/드레인 영역 위에 콘택을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 퇴적 방법.
  28. 기판의 제 1 표면 위에 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질을 동일한 상기 기판의 유전체인 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 기판을 알루미늄을 포함하는 기상의 제 1 전구체와 접촉시키는 단계; 및
    상기 기판을 질소를 포함하는 기상의 제 2 전구체와 접촉시키는 단계;
    를 포함하는 퇴적 사이클을 하나 이상 포함하고,
    상기 기판의 제 1 표면 위에 알루미늄 및 질소를 포함하는 상기 물질이, 동일한 상기 기판의 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 약 50%보다 더 큰 선택도로 퇴적되는 선택적 퇴적 방법.
  29. 기판 상으로의 AlN 퇴적 방법으로서,
    상기 기판을 기상의 트리-tert-부틸알루미늄 (tritertbutylaluminum, TTBA) 및 기상의 NH3와 교대적으로 그리고 순차적으로 접촉시키는 단계;
    를 포함하는 퇴적 사이클을 적어도 하나 포함하는 AlN 퇴적 방법.
  30. 자기-정렬된 콘택의 형성에 있어서 식각 정지막을 형성하는 방법으로서,
    제 1 표면 및 소스/드레인 영역 위에 가로놓이며 유전체인 제 2 표면을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제 1 표면에 리세스를 형성하기 위하여 상기 기판의 제 1 표면의 일부를 제거하는 단계;
    상기 제 1 표면 위에 알루미늄 및 질소를 포함하는 물질을 유전체인 상기 제 2 표면에 대하여 상대적으로 선택적 퇴적시키는 단계;
    상기 기판의 상기 소스/드레인 영역을 노출시키기 위하여 상기 기판의 유전체인 상기 제 2 표면을 제거하는 단계; 및
    상기 기판의 노출된 상기 소스/드레인 영역 위에 콘택을 형성하는 단계;
    를 포함하는 식각 정지막의 형성 방법.
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