KR20180069700A - 개선된 플라즈마 강화 원자층 성막 - Google Patents

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Abstract

일례에 따르면, 프로세스는 기판에 대해 성막 프로세스의 제1의 복수의 층 성막 사이클을 수행하는 단계와, 제1의 복수의 층 성막 사이클을 수행한 후에 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하는 단계를 포함한다. 제1의 복수의 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행된다.

Description

개선된 플라즈마 강화 원자층 성막{IMPROVED PLASMA ENHANCED ATOMIC LAYER DEPOSITION}
반도체 집적 회로(Integrated Circuit; IC) 산업에서, IC 재료 및 디자인의 기술적 진보는 각 세대가 이전 세대보다 작고 복잡한 회로를 갖는 세대의 IC를 생산했다. IC 발전 과정에서, 기하학적 크기[즉, 제조 프로세스를 사용하여 생산될 수 있는 최소 구성요소(또는 라인)]는 감소된 반면, 기능 밀도(즉, 칩 면적당 상호 접속된 디바이스의 개수)는 일반적으로 증가했다. 이러한 축소 프로세스는 일반적으로 생산 효율성을 높이고 관련 비용을 낮춤으로써 이점을 제공한다. 그러한 축소는 IC 프로세싱 및 제조의 복잡성도 또한 증가시켰다.
반도체 디바이스 제조는 여러가지 상이한 프로세스를 포함한다. 그러한 한가지 프로세스는 원자층 성막(Atomic Layer Deposition; ALD) 프로세스는 성막 챔버 내에 위치 설정된 기판 상에 박막층을 형성하기 위해, 연속적으로 그리고 교호식으로 상이한 재료를 도포하는 단계를 수반한다. 특히, ALD 프로세스는 다수의 사이클을 수반한다. 각각의 사이클은 성막 프로세스 및 퍼지 프로세스를 수반한다. 한 세트의 사이클을 위한 성막 프로세스는 성막되는 상이한 타입의 재료들 사이에서 교호한다. 예컨대, 실리콘 질화물층을 형성하기 위해, 사이클의 성막 프로세스는 실리콘과 질소를 성막하는 것이 교호할 수 있다. 각 사이클의 퍼지 프로세스는 후속 사이클이 수행되기 전에 성막 챔버로부터 재료를 제거하는 데 사용된다.
한가지 타입의 ALD 프로세스는 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 프로세스이다. PEALD 프로세스의 경우, 각 사이클은 사후 플라즈마 퍼지 프로세스가 후속하는 플라즈마 처리 프로세스를 포함한다. 플라즈마 처리 프로세스는 ALD 프로세스의 품질을 향상시키는 여러 이점을 제공한다. 그러나, 플라즈마 처리 프로세스는 웨이퍼 내의 전하를 증가시킬 수 있다. 웨이퍼 상의 과도한 전하는 후속 프로세싱 단계에 불리하게 작용할 수 있다.
본 개시의 양태는 아래의 상세한 설명을 첨부도면과 함께 읽어볼 때에 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 업계에서의 기준 실무에 따르면, 다양한 피쳐들이 실척으로 도시되지 않는다. 사실상, 다양한 피쳐들의 치수는 설명의 명확성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른 층 성막 사이클 내의 다양한 단계를 보여주는 다이어그램.
도 2a는 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른 플라즈마 처리 프로세스의 사용 시에 변하는 층 성막 사이클을 보여주는 흐름도.
도 2b는 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른 플라즈마 처리 프로세스의 사용 시에 변하는 층 성막 사이클 세트를 보여주는 흐름도.
도 3은 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른 플라즈마 처리 프로세스 시에 변하는 층 성막 사이클을 보여주는 흐름도.
도 4는 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른 플라즈마 처리 프로세스 시에 변하는 층 성막 사이클을 보여주는 다이어그램.
도 5는 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른 플라즈마 처리 프로세스 시에 변하는 층 성막 사이클을 보여주는 다이어그램.
도 6은 여기에서 설명하는 원리의 일례에 따른, 사이클이 변하는 PEALD 프로세스를 수행하는 예시적인 시스템을 보여주는 다이어그램.
아래의 개시는 제공되는 보호 대상의 상이한 피쳐들을 구현하기 위한 여러 상이한 실시예들 또는 예들을 제시한다. 본 개시를 평이하게 하기 위해, 구성요소 및 배치의 특정예들이 아래에서 설명된다. 이들은 단순히 예일 뿐임은 물론이며, 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예컨대, 후속하는 설명에 있어서 제2 피쳐(feature) 위에 또는 제2 피쳐 상에 제1 피쳐의 형성은, 제1 및 제2 피쳐가 직접 접촉한 상태로 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 제1 피쳐와 제2 피쳐가 직접 접촉할 수 없도록 제1 피쳐와 제2 피쳐 사이에 다른 피쳐가 형성될 수 있는 실시예도 또한 포함할 수 있다. 또한, 본 개시는 다양한 예에 있어서 참조부호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간결성 및 명확성을 위한 것이며, 그 자체로 설명되는 다양한 실시예들 및/또는 구성들 간의 관계를 나타내는 것은 아니다.
더욱이, “아래(beneath)”, “밑(below)”, “하부(lower)”, “위(above)”, “상부(upper)” 등과 같은 공간적 상대 용어는 여기에서는 도면에 예시된 바와 같은 하나의 요소 또는 피쳐의 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)에 대한 관계를 기술하는 설명의 편의성을 위해 사용될 수 있다. 공간적인 상대 용어는 도면에 도시한 방위뿐만 아니라 사용 시 또는 공정 시에 디바이스의 상이한 방위를 포괄하는 것으로 의도된다. 장치는 달리 배향될 수 있고(90도 회전되거나 다른 방위로 배향됨), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 그에 따라 해석될 수 있다.
전술한 바와 같이, PEALD 프로세스는 웨이퍼 상에 과도한 전하를 형성할 수 있다. 이러한 과도한 전하는 후속 프로세싱 단계에 불리하게 작용할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 개시는 웨이퍼에 남겨지는 전하를 감소시키는 PEALD 방법에 관한 것이다. 일례로, 매 사이클 동안에 플라즈마 처리 프로세스를 수행하는 대신에, 플라즈마 처리 프로세스가 매 사이클에서 실시되지 않는다. 예컨대, 플라즈마 처리 프로세스는 단지 800 사이클 중 50회만 수행될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 몇몇 예에서는 플라즈마 처리후 퍼지 단계가 몇몇 사이클에 있어서 연장될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 층 성막 사이클 내에서의 다양한 단계를 보여주는 다이어그램이다. PEALD 성막 프로세스에서의 각 사이클은 기판(102) 상에 단일 모노층(104)을 형성한다. 모노층(104)은, 예컨대 기판 상에 박막을 형성하는 데 사용되는 2개의 재료 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 모노층은, 형성되는 박막이 실리콘 질화물 필름인 예에서 질소일 수 있다.
도 1a는 기판 상에 단일 모노층(104)을 성막하는 성막 프로세스(108)를 예시한다. 기판(102)은, 예컨대 실리콘 기판일 수 있다. 몇몇 예에서, 기판은 집적 회로의 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 박막 성막물은 소스/드레인 영역이나 게이트 디바이스와 같은 트랜지스터 소자 상에 성막될 수 있다. 박막은 포토리소그래피 프로세스에서 사용되는 하드 마스크와 같이 다양한 목적으로 사용될 수 있다.
각각의 성막 프로세스에 있어서, 기판(102)은 전구체 가스에 노출된다. 가스는 성막되는 재료를 포함한다. 예컨대, 질소가 기판(102) 표면에 성막되면, 전구체 가스는 질소를 포함한다. 성막 프로세스는 기판 표면 상의 모든 반응 부위가 소비될 때까지 계속된다. 이에 따라, 단지 단일 모노층만이 형성된다. 각각의 후속 사이클은 2개의 상이한 전구체를 사용하여 성막되는 2개의 상이한 타입의 재료들 사이에서 교호한다. 2개의 상이한 전구체는 이에 따라 동시에 동일한 챔버 내에 존재하지 않는다. 각각의 모노층(104)은 약 0.5 옹스트롬의 두께(106)를 가질 수 있다. 성막 프로세스(108)는 1초 미만의 기간 동안 적용될 수 있다. 일례에서, 성막 프로세스(108)는 약 0.3초 동안 적용될 수 있다.
도 1b는 성막후 퍼지 프로세스(110)를 예시한다. 성막후 퍼지 프로세스는 챔버로부터 관련 없는 전구체 가스를 제거한다. 각각의 층 성막 사이클은 상이한 성막 재료들 사이에서 교호하기 때문에, 각 사이클의 성막 프로세스(108)를 위한 전구체 가스는 후속 사이클이 수행되기 전에 제거된다. 몇몇 예에서, 성막후 퍼지 프로세스(110)는 대략 1초 동안 적용된다.
도 1c는 플라즈마 처리 프로세스(112)를 보여주는 다이어그램이다. 플라즈마 처리 프로세스(112)는 하전된 이온을 기판 표면으로 지향시키는 전자기장 인가를 수반한다. 플라즈마 처리 프로세스(112)는 성막된 모노층(104)을 치밀화하고 성막 프로세스의 질을 증가시키는 것을 지원할 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스(112)는 약 3 내지 4초의 시간 범위 내로 적용될 수 있다. 일례에서, 플라즈마 처리 프로세스는 3.3초 동안 적용될 수 있다.
도 1d는 처리후 퍼지 프로세스(114)를 보여주는 다이어그램이다. 성막후 퍼지 프로세스는, 다음 층 성막 사이클이 수행되기 전에 챔버로부터 이온화 가스를 제거한다. 성막후 퍼지 프로세스는 약 0.3초 동안 적용될 수 있다. 몇몇 경우, 성막후 퍼지 프로세스는 약 2 내지 5초 범위 내의 시간 동안 적용될 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명하겠지만, 몇몇 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스(112)와 처리후 퍼지 프로세스(114)를 포함할 수 있다. 그러나, 몇몇 층 성막 사이클은 그러한 프로세스를 포함하지 않을 수 있다. 추가로, 상이한 층 성막 사이클은 처리후 퍼지 프로세스를 적용하는 데 있어서 연장된 기간을 가질 수 있다.
도 2a는 PEALD 프로세스에서의 사이클 변화를 보여주는 흐름도(200)이다. 본 예에서는, 2개의 상이한 타입의 사이클이 있다. 제1 타입의 사이클은 층 성막 사이클(202)로 칭하겠다. 제2 타입의 사이클은 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)로 칭하겠다.
층 성막 사이클(202)은 성막 프로세스(204)와 성막후 퍼지 프로세스(206)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 성막 프로세스(204) 동안에 전구체 가스는 PEALD 프로세스 수행 툴의 챔버 내로 흐른다. 전구체 가스는 박막 성막 프로세스를 수행하는 데 사용되는 적어도 2개의 상이한 재료 중 어느 하나를 포함한다. 예컨대, 실리콘 질화물 필름이 형성되는 경우, 전구체 가스는 질소나 실리콘을 포함하지만, 이들 모두를 포함하지는 않는다. 후속 사이클은 상이한 타입의 전구체 가스들 사이에서 교호할 것이다. 성막후 퍼지 프로세스(206) 동안, 기존 성막 프로세스로부터의 전구체 가스가 챔버로부터 퍼지된다.
플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)은 성막 프로세스(210), 성막후 퍼지 프로세스(212), 플라즈마 처리 프로세스(214) 및 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스(216)를 포함한다. 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 성막 프로세스(210)는 층 성막 사이클(202)을 위한 성막 프로세스(204)와 유사할 수 있다. 이와 마찬가지로, 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 성막후 퍼지 프로세스(212)는 층 성막 사이클(202)을 위한 성막후 퍼지 프로세스(206)와 유사할 수 있다.
전술한 바와 같이, 플라즈마 처리 프로세스(214)는 가스를 하전된 이온을 지닌 챔버로 흐르게 하는 것을 수반한다. 이때, 전자기장이 인가되어 이온을 기판을 향해 지향시킨다. 플라즈마 처리 프로세스는 웨이퍼 상에 성막된 재료를 치밀화하고, 성막 프로세스가 저온에서 수행되는 것을 지원할 수 있다.
성막후 퍼지 프로세스(216)는, 다음 층 성막 사이클이 수행되기 전에 챔버로부터 이온화 가스를 제거한다. 성막후 퍼지 프로세스(216)는 이따금 약 0.3초 동안 적용될 수 있다. 몇몇 경우, 성막후 퍼지 프로세스(216)는 1초 미만의 시간 동안 적용될 수 있다. 다수의 사이클 전반에 걸쳐 전자기장을 온 및 오프로 함으로써 웨이퍼 상에 전하를 조성할 수 있다.
도 2b는 PEALD 성막 프로세스(220) 내에서의 층 성막 사이클(202)의 다양한 세트(222, 226, 230)와 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 세트(224, 228, 232)를 보여주는 다이어그램이다. 몇몇 예에서, PEALD 성막 프로세스(220)는 두께가 30 내지 50 나노미터 이내인 실리콘 질화물과 같은 재료의 박막을 생성하도록 구성된다. 몇몇 예에서, 각각의 층 성막 사이클(202)은 약 0.5 옹스트롬 두께의 재료층을 성막한다. 이에 따라, 성막 프로세스(220)에서의 총 사이클 횟수는 약 600 내지 1000회 범위 이내일 수 있다.
본 예에서, 층 성막 사이클(202)의 제1 세트(222)가 수행된다. 층 성막 사이클의 제1 세트(222)가 수행된 후, 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 제1 세트(224)가 수행된다. 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 각 세트는 1회 이상의 사이클을 포함할 수 있다. 이때, 프로세스는 반복될 수 있다. 구체적으로는, 층 성막 사이클(202)의 제2 세트(226)가 수행된 후, 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 제2 세트(228)가 수행될 수 있다. 이러한 프로세스는, 층 성막 사이클(208)의 제n 세트(230)가 수행되고, 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)의 제n 세트(232)가 수행될 때까지 계속될 수 있다.
특정 세트(222, 226, 230)에서 수행되는 층 성막 사이클(202)의 횟수는 층 성막 사이클(202)의 특정 세트(222, 226, 230)에 의해 형성되는 예정된 두께에 기초할 수 있다. 예컨대, 제1 세트(222) 내에서의 층 성막 사이클(202)의 횟수는 1 내지 4 나노미터 범위 내의 두께를 갖는 층을 형성하기에 충분할 수 있다. 몇몇 예에서, 제1 세트(222) 내에서의 층 성막 사이클(202)의 횟수는 2 내지 3 나노미터 범위 내의 두께를 갖는 층을 형성하기에 충분할 수 있다. 다른 범위도 또한 고려된다.
몇몇 예에서, 특정 세트(222, 226, 230)에서 수행되는 층 성막 사이클(202)의 횟수는 예정된 사이클 횟수에 기초할 수 있다. 예컨대, 한 세트 내의 층 성막 사이클(202)의 횟수는 20 내지 80 사이클 범위 내일 수 있다. 몇몇 예에서, 한 세트 내의 층 성막 사이클(202)의 횟수는 40 내지 60 사이클 범위 내일 수 있다. 사이클의 다른 횟수도 또한 고려된다.
몇몇 예에서, 각 세트(222, 226, 230) 내에서의 층 성막 사이클(202)의 횟수는 전체 성막 프로세스(220) 동안에 유사할 수 있다. 예컨대, 층 성막 사이클(202)의 각 세트는 40 사이클을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 전체 성막 프로세스(220)에 있어서의 층 성막 사이클의 세트(222, 226, 230)는 상이한 횟수의 사이클을 가질 수 있다. 예컨대, 층 성막 사이클(202)의 제1 세트(222)는 30 사이클을 포함할 수 있고, 층 성막 사이클의 제2 세트(226)는 45 사이클을 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)은 특별한 성막 프로세스(220)를 위한 사이클의 전체 총 시퀀스 내에서 무작위적으로 배치될 수 있다.
몇몇 예에서, 플라즈마 강화 층 성막 사이클 세트(224, 228, 232)에는 단지 하나의 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)이 있을 수 있다. 그러나, 몇몇 예에서 플라즈마 강화 층 성막 사이클 세트(224, 228, 232)는 복수 회의 사이클을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 세트(222)와 제2 세트(226) 사이의 하나의 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208) 대신에, 제1 세트(222)와 제2 세트(226) 사이에는 3회의 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)이 있을 수 있다. 다른 횟수의 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)도 또한 고려된다. 몇몇 예에서, 세트(224, 228, 232)에서의 플라즈마 강화 층 성막 사이클의 횟수는 상이한 횟수의 사이클을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 플라즈마 강화 층 성막 사이클 세트(224)는 2회의 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)을 포함할 수 있고, 제2 플라즈마 강화 층 성막 사이클 세트(228)는 4회의 플라즈마 강화 층 성막 사이클(208)을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 성막 프로세스의 층 성막 사이클의 총 횟수 대 플라즈마 강화 층 성막 사이클의 총 횟수의 비는 20:1 내 5:1 범위 내이다.
도 3은 PEALD 프로세스에서의 사이클 변화를 보여주는 흐름도(300)이다. 본 예에 따르면, 제1 타입의 층 성막 사이클(302)과 제2 타입의 층 성막 사이클(312)이 있다. 제1 타입의 층 성막 사이클(302)은 성막 프로세스(304), 성막후 퍼지 프로세스(306), 플라즈마 처리 프로세스(308) 및 처리후 퍼지 프로세스(310)를 포함한다. 처리후 퍼지 프로세스(310)는 제1 기간 동안 적용된다.
전술한 성막 단계와 유사하게, 성막 단계(304)는 PEALD 프로세스를 수행하는 툴의 챔버 내로 전구체 가스를 흐르게 하는 것을 포함한다. 전구체 가스는 박막 성막 프로세스를 수행하는 데 사용되는 적어도 2개의 상이한 재료 중 어느 하나를 포함한다. 예컨대, 실리콘 질화물 필름이 형성되는 경우, 전구체 가스는 질소나 실리콘을 포함하지만, 이들 모두를 포함하지는 않는다. 후속 사이클은 상이한 타입의 전구체 가스들 사이에서 교호할 것이다. 성막후 퍼지 프로세스 동안, 기존 성막 프로세스로부터의 전구체 가스가 챔버로부터 퍼지된다.
전술한 퍼지 프로세스와 유사하게, 퍼지 프로세스(306)는 챔버로부터 관련 없는 전구체 가스를 제거한다. 각각의 층 성막 사이클은 상이한 성막 재료들 사이에서 교호하기 때문에, 각 사이클의 성막 프로세스를 위한 전구체 가스는 후속 사이클이 수행되기 전에 제거된다. 몇몇 예에서, 성막후 퍼지 프로세스는 대략 1초 동안 적용된다.
전술한 플라즈마 처리 프로세스와 유사하게, 플라즈마 처리 프로세스(308)는 다음 층 성막 사이클이 수행되기 전에 챔버로부터 이온화 가스를 제거한다. 처리후 퍼지 프로세스(310)는 전술한 다른 퍼지 프로세스와 유사할 수 있다. 처리후 퍼지 프로세스(310)는 제1 기간 동안 적용될 수 있다. 일례에서, 시간은 1초 미만일 수 있다. 몇몇 예에서, 시간은 0.5초 미만일 수 있다. 몇몇 예에서, 시간은 약 0.3초 미만일 수 있다.
제2 타입의 층 성막 사이클(312)은 성막 프로세스(314), 성막후 퍼지 프로세스(316), 플라즈마 처리 프로세스(318) 및 처리후 퍼지 프로세스(320)를 포함한다. 처리후 퍼지 프로세스(320)는 제1 기간보다 긴 제2 기간 동안 수행된다.
전술한 성막 단계와 유사하게, 성막 프로세스(314)는 PEALD 프로세스를 수행하는 툴의 챔버 내로 전구체 가스를 흐르게 하는 것을 포함한다. 전구체 가스는 박막 성막 프로세스를 수행하는 데 사용되는 적어도 2개의 상이한 재료 중 어느 하나를 포함한다. 예컨대, 실리콘 질화물 필름이 형성되는 경우, 전구체 가스는 질소나 실리콘을 포함하지만, 이들 모두를 포함하지는 않는다. 후속 사이클은 상이한 타입의 전구체 가스들 사이에서 교호할 것이다. 성막후 퍼지 프로세스 동안, 기존 성막 프로세스로부터의 전구체 가스가 챔버로부터 퍼지된다.
전술한 퍼지 프로세스와 유사하게, 퍼지 프로세스(316)는 챔버로부터 관련 없는 전구체 가스를 제거한다. 각각의 층 성막 사이클은 상이한 성막 재료들 사이에서 교호하기 때문에, 각 사이클의 성막 프로세스를 위한 전구체 가스는 후속 사이클이 수행되기 전에 제거된다. 몇몇 예에서, 성막후 퍼지 프로세스는 대략 1초 동안 적용된다.
전술한 플라즈마 처리 프로세스와 유사하게, 플라즈마 처리 프로세스(318)는 다음 층 성막 사이클이 수행되기 전에 챔버로부터 이온화 가스를 제거한다. 처리후 퍼지 프로세스(320)는 제1 기간보다 긴 제2 기간 동안 적용될 수 있다. 일례에서, 제2 기간은 1초를 상회할 수 있다. 몇몇 예에서, 제2 기간은 2초를 상회할 수 있다. 몇몇 예에서, 제2 기간은 약 2 내지 5초 범위 이내일 수 있다. 가끔 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스의 길이를 연장시킴으로써, 전체 성막 프로세스 후의 웨이퍼 상의 전하가 감소될 수 있다. 이것은 보다 높은 품질의 디바이스와 보다 양호한 수율을 초래할 수 있다.
도 4는 PEALD 성막 프로세스(400)에서의 사이클 변화를 보여주는 다이어그램이다. 몇몇 예에서, PEALD 성막 프로세스(400)는 두께가 30 내지 50 나노미터 이내인 실리콘 질화물과 같은 재료의 박막을 생성하도록 구성된다. 몇몇 예에서, 각각의 층 성막 사이클(302)은 약 0.5 옹스트롬 두께의 재료층을 성막한다. 이에 따라, 성막 프로세스(400)에서의 총 사이클 횟수는 약 600 내지 1000회 범위 이내일 수 있다.
본 예에서, 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 제1 세트(402)가 수행된다. 제1 타입의 층 성막 사이클의 제1 세트(402)가 수행된 후, 제2 타입의 층 성막 사이클(312)의 제1 세트(404)가 수행된다. 이때, 프로세스는 반복될 수 있다. 구체적으로는, 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 제2 세트(406)가 수행될 수 있으며, 그 후 제2 타입의 층 성막 사이클(312)의 제2 세트(408)가 수행될 수 있다. 이러한 프로세스는, 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 제n 세트(410)가 수행되고, 제2 타입의 층 성막 사이클(312)의 제n 세트(423)가 수행될 때까지 계속될 수 있다.
특정 세트(402, 406, 410)에서 수행되는 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 횟수는 층 성막 사이클(302)의 특정 세트에 의해 형성되는 예정된 두께에 기초할 수 있다. 예컨대, 제1 세트(404)에서의 층 성막 사이클(302)의 횟수는 1 내지 4 나노미터 범위 내의 두께를 갖는 층을 형성하기에 충분할 수 있다. 몇몇 예에서, 제1 세트(404) 내에서의 층 성막 사이클(302)의 횟수는 2 내지 3 나노미터 범위 내의 두께를 갖는 층을 형성하기에 충분할 수 있다. 다른 범위도 또한 고려된다.
몇몇 예에서, 특정 세트(402, 406, 410)에서 수행되는 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 횟수는 예정된 사이클 횟수에 기초할 수 있다. 예컨대, 세트 내의 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 횟수는 20 내지 80 사이클 범위 내일 수 있다. 몇몇 예에서, 세트(402, 406, 410) 내의 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 횟수는 40 내지 60 사이클 범위 내일 수 있다. 몇몇 예에서, 세트(402, 406, 410)는 4회, 10회 또는 16회와 같은 적은 횟수의 사이클을 가질 수 있다. 사이클의 다른 횟수도 또한 고려된다.
몇몇 예에서, 각 세트(402, 406, 410)에서의 제1 타입 사이클(302)의 횟수는 전체 성막 프로세스(400) 전반에 걸쳐 유사할 수 있다. 예컨대, 층 성막 사이클(302)의 각 세트는 40 사이클을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 전체 성막 프로세스(400)에 있어서의 제1 타입 사이클의 세트(402, 406, 410)는 상이한 횟수의 사이클을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 타입의 층 성막 사이클(302)의 제1 세트(402)는 30회의 사이클을 포함할 수 있고, 제1 타입의 층 성막 사이클의 제2 세트(406)는 45회의 사이클을 포함할 수 있다. 즉, 제2 타입의 층 성막 사이클(312)의 세트(404, 408, 412)는 특별한 성막 프로세스(400)를 위한 사이클의 전체 총 시퀀스 내에서 무작위적으로 배치될 수 있다. 몇몇 예에서, 특정 성막 프로세스에 있어서의 제2 타입 사이클(312)의 총 횟수는 50회, 100회 또는 200회 중 어느 하나일 수 있다.
몇몇 예에서, 각 세트(404, 408, 412)에는 단지 하나의 제2 타입 사이클(312)만이 있을 수 있다. 그러나, 몇몇 예에서 제2 타입 사이클(312)의 세트(404, 408, 412)는 복수 회의 사이클을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 세트(404)의 1회의 제2 타입의 층 성막 사이클(312) 대신에, 제2 세트(408)에는 3회의 층 성막 사이클(312)이 있을 수 있다. 다른 횟수의 제2 타입의 층 성막 사이클(312)도 또한 고려된다. 몇몇 예에서, 각 세트(404, 408, 412)에서의 제2 타입의 층 성막 사이클(312)의 횟수는 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 타입의 층 성막 사이클(312)의 제1 세트(404)는 2회의 제2 타입의 층 성막 사이클(312)을 포함할 수 있고, 제2 세트(408)는 1회의 제2 타입의 층 성막 사이클(312)을 포함할 수 있다.
도 5는 플라즈마 처리의 이용 및 플라즈마 처리 시간에 있어서 상이한 층 성막 사이클을 보여주는 다이어그램이다. 이 예에는, 특정 성막 프로세스(500)에 있어서 3개의 상이한 타입의 층 성막 사이클이 존재한다. 구체적으로, 층 성막 사이클의 제1 타입(502)은 성막 프로세스와 성막후 퍼지 프로세스를 포함한다. 이에 따라, 층 성막 사이클의 제1 타입(502)은 플라즈마 처리 프로세스를 포함하지 않는다.
제2 타입의 층 성막 사이클(504)은 성막 프로세스, 성막후 퍼지 프로세스, 플라즈마 처리 프로세스 및 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스를 포함한다. 층 성막 사이클의 제2 타입에 있어서의 사후 플라즈마 퍼지 프로세스는 제1 기간 동안 적용된다. 제1 기간은 약 0.3초일 수 있다. 몇몇 예에서, 제1 기간은 0.1 내지 1초 범위 이내일 수 있다.
제3 타입의 층 성막 사이클(506)은 성막 프로세스, 성막후 퍼지 프로세스, 플라즈마 처리 프로세스 및 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스를 포함한다. 제3 타입의 층 성막 사이클에 있어서의 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스는 제2 기간 동안 적용된다. 제2 기간은 제1 기간보다 길다. 몇몇 예에서, 제2 기간은 1초를 상회할 수 있다. 몇몇 예에서, 제2 기간은 2초를 상회할 수 있다. 몇몇 예에서, 제2 기간은 2 내지 5초 범위 이내일 수 있다.
몇몇 예에서, 성막 프로세스는 예시한 바와 같이 제2 타입의 층 성막 사이클(504)의 세트와 제3 타입의 층 성막 사이클(506)의 세트가 교호하고, 각각의 제2 타입 사이클과 제3 타입 사이클 사이에 제1 타입의 층 성막 사이클(502)이 실시되는 것에 의해 진행될 수 있다. 다른 순서도 또한 고려된다.
도 6은 사이클이 변하는 PEALD 프로세스를 수행하는 예시적인 시스템(600)을 보여주는 다이어그램이다. 본 예에 따르면, 시스템(600)은 PEALD 제조 툴(601)과 제어 시스템(612)을 포함한다. PEALD 제조 툴(601)은 성막 챔버(610), 웨이퍼 스테이지(604) 및 플라즈마 툴(608)을 포함한다.
성막 챔버(610)는 웨이퍼 스테이지(604)와 플라즈마 툴을 유지하도록 구성된 공간이다. 성막 챔버(610)는, 전술한 성막 프로세스를 위해 챔버(610)에 다양한 전구체 가스를 제공하기 위해 가스 소스와 유체 연통될 수 있다. 전술한 퍼지 프로세스를 위해 챔버로부터 가스를 퍼지하기 위해 성막 챔버(610)는 또한 부압 또는 진공과 유체 연통될 수도 있다.
웨이퍼 스테이지(604)는 제조 프로세스 동안에 웨이퍼(606)를 유지하고 고정하도록 구성된다. 웨이퍼(606)는, 성막 프로세스 전에 로봇에 의해 웨이퍼 스테이지(604) 상에 배치될 수 있고, 성막 프로세스 후에 로봇에 의해 제거될 수 있다. 플라즈마 처리 툴(608)은 이온화 가스 내의 이온을 웨이퍼(606)로 지향시키도록 전자기장을 인가하기 위해 사용될 수 있다.
제어 시스템(612)은 PEALD 성막 프로세스에 수반되는 다양한 프로세스들을 시작 및 중단시키도록 제조 툴을 제어하고 안내한다. 제어 시스템(612)은 프로세서(614) 및 메모리(616)를 포함한다. 메모리(616)는 기계 판독 가능한 명령을 포함하며, 이 명령은 프로세스(614)에 의해 실행될 때에 제어 시스템(612)이 명령 신호를 제조 툴(601)에 보내도록 한다. 명령 신호는 제조 툴이 전술한 다양한 성막 프로세스 및 사이클을 수행하도록 명령할 수 있다.
일례에 따르면, 프로세스는 기판에 대해서 성막 프로세스의 제1의 복수 회의 층 성막 사이클을 수행하는 단계와, 제1의 복수 회의 층 성막 사이클을 수행한 후에 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하는 단계를 포함한다. 제1의 복수 회의 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행된다.
일례에 따르면, 성막 프로세스는 기판에 대해 제1의 복수 회의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하는 단계 - 제1 기간 동안 퍼지 프로세스를 수행하는 것을 포함함 - 와, 제1의 복수 회의 PEALD 사이클을 수행한 후에 전하 경감 층 성막 사이클을 수행하는 단계를 포함한다. 전하 경감 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스를 수행하는 단계와, 제1 기간보다 긴 제2 기간 동안 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스를 수행하는 단계를 포함한다.
시스템은 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 제조 툴과, 이 PEALD 제조 툴과 통신하는 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 프로세서와 기계 판독 가능한 명령을 지닌 메모리를 포함하며, 상기 명령은 프로세스에 의해 실행될 때에 PEALD 제조 툴이 기판에 대해 제1의 복수 회의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하고, 제1의 복수 회의 PEALD 사이클이 수행된 후에 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하도록 한다. 제1의 복수 회의 PEALD 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행된다.
앞의 설명은, 당업자가 본 개시의 양태를 보다 잘 이해할 수 있도록 다수의 실시예의 피쳐들을 약술한다. 당업자는, 여기에서 소개되는 실시예들의 동일한 목적을 이행하고/이행하거나 상기 실시예들의 동일한 이점을 달성하는 다른 프로세스 및 구조체를 구성 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시를 용이하게 사용할 수 있다는 점을 이해해야만 한다. 당업자는 또한, 그러한 등가의 구성은 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으며, 당업자가 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 변화, 교체 및 변경을 실시할 수 있다는 점을 이해해야만 한다.
<부기>
1. 방법으로서,
기판에 대해 성막 프로세스의 제1의 복수의 층 성막 사이클을 수행하는 단계; 및
제1의 복수의 층 성막 사이클을 수행한 후, 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하는 단계
를 포함하고, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행되는 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행한 후, 제2의 복수의 층 성막 사이클을 수행하는 단계를 더 포함하며, 제2의 복수의 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행되는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 20회 내지 80회 범위 내의 사이클 횟수를 포함하는 것인 방법.
4. 제1항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 두께가 1 내지 4 나노미터 범위 내인 필름을 형성하는 것인 방법.
5. 제1항에 있어서, 성막 프로세스의 층 성막 사이클의 총 횟수 대 성막 프로세스의 플라즈마 강화 층 성막 사이클의 총 횟수의 비는 20:1 내 5:1 범위 내인 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클 중 하나는
기판 상에 재료를 성막하는 단계; 및
챔버 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
7. 제6항에 있어서, 특정 횟수의 사이클 후, 연장된 퍼지 프로세스 시간으로 층 성막 사이클을 수행하는 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 연장된 퍼지 프로세스 시간은 약 2 내지 5초이고, 비연장 시간은 1초 미만인 것인 방법.
9. 제7항에 있어서, 특정 횟수는 2회, 5회 및 10회 중 어느 하나인 것인 방법.
10. 제1항에 있어서, 플라즈마 강화 층 성막 사이클은
기판 상에 재료를 성막하는 단계;
제1 챔버 퍼지 프로세스를 수행하는 단계;
플라즈마 처리 프로세스를 수행하는 단계; 및
제2 챔버 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
11. 성막 프로세스의 수행 방법으로서,
기판에 대해, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하는 단계로서, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클은 제1 기간 동안 퍼지 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하는 단계; 및
제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클을 수행한 후, 전하 경감 층 성막 사이클을 수행하는 단계로서,
플라즈마 처리 프로세스를 수행하는 단계; 및
제1 기간보다 긴 제2 기간 동안 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
를 포함하는, 전하 경감 층 성막 사이클을 수행하는 단계
를 포함하는 성막 프로세스의 수행 방법.
12. 제11항에 있어서, 제1 기간은 약 0.3초이고, 제2 기간은 약 2 내지 5초 범위 이내인 것인 성막 프로세스의 수행 방법.
13. 제11항에 있어서, 성막 프로세스에 있어서 전하 경감 층 성막 사이클의 총 횟수는 50회, 100회 및 200회 중 어느 하나인 것인 성막 프로세스의 수행 방법.
14. 제11항에 있어서, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클 각각은
기판 상에 재료를 성막하는 단계; 및
재료를 성막한 후, 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
를 더 포함하는 것인 성막 프로세스의 수행 방법.
15. 제11항에 있어서, 전하 경감 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스를 수행하기 전에,
기판 상에 재료를 성막하는 단계; 및
성막후 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
를 더 포함하는 것인 성막 프로세스의 수행 방법.
16. 제11항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 20회 내지 80회 범위 내의 사이클 횟수를 포함하는 것인 성막 프로세스의 수행 방법.
17. 제11항에 있어서, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클은 두께가 1 내지 4 나노미터 범위 내인 박막을 형성하는 것인 성막 프로세스의 수행 방법.
18. 시스템으로서,
플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 제조 툴; 및
PEALD 제조 툴과 통신하는 제어 시스템
을 포함하고, 제어 시스템은
프로세서; 및
기계 판독 가능한 명령을 갖는 메모리
를 포함하며, 상기 명령은 프로세서에 의해 실행될 때에 PEALD 제조 툴이,
기판에 대해, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하게 하고,
제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클을 수행한 후, 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하게 하며,
제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행되는 것인 시스템.
19. 제18항에 있어서, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클 각각에 대해, 제어 시스템은 또한 제조 툴이,
기판 상에 재료를 성막하게 하고,
퍼지 프로세스를 수행하게 하는 것인 시스템.
20. 제19항에 있어서, 제조 툴은 특정 횟수의 층 성막 사이클 후에 연장된 퍼지 프로세스 시간으로 사이클을 더 수행하는 것인 시스템.

Claims (10)

  1. 방법으로서,
    기판에 대해 성막 프로세스의 제1의 복수의 층 성막 사이클을 수행하는 단계; 및
    제1의 복수의 층 성막 사이클을 수행한 후, 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하는 단계
    를 포함하고, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행되는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행한 후, 제2의 복수의 층 성막 사이클을 수행하는 단계를 더 포함하며, 제2의 복수의 층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행되는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 20회 내지 80회 범위 내의 사이클 횟수를 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클은 두께가 1 내지 4 나노미터 범위 내인 필름을 형성하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 성막 프로세스의 층 성막 사이클의 총 횟수 대 성막 프로세스의 플라즈마 강화 층 성막 사이클의 총 횟수의 비는 20:1 내 5:1 범위 내인 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제1의 복수의 층 성막 사이클 중 하나는
    기판 상에 재료를 성막하는 단계; 및
    챔버 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
    를 포함하는 것인 방법.
  7. 성막 프로세스의 수행 방법으로서,
    기판에 대해, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD) 사이클을 수행하는 단계로서, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클은 제1 기간 동안 퍼지 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하는 단계; 및
    제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클을 수행한 후, 전하 경감 층 성막 사이클을 수행하는 단계로서,
    플라즈마 처리 프로세스를 수행하는 단계; 및
    제1 기간보다 긴 제2 기간 동안 플라즈마 처리후 퍼지 프로세스를 수행하는 단계
    를 포함하는, 전하 경감 층 성막 사이클을 수행하는 단계
    를 포함하는 성막 프로세스의 수행 방법.
  8. 시스템으로서,
    플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 제조 툴; 및
    PEALD 제조 툴과 통신하는 제어 시스템
    을 포함하고, 제어 시스템은
    프로세서; 및
    기계 판독 가능한 명령을 갖는 메모리
    를 포함하며, 상기 명령은 프로세서에 의해 실행될 때에 PEALD 제조 툴이,
    기판에 대해, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막(PEALD) 사이클을 수행하게 하고,
    제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클을 수행한 후, 플라즈마 처리 프로세스를 포함하는 플라즈마 강화 층 성막 사이클을 수행하게 하며,
    제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클은 플라즈마 처리 프로세스 없이 수행되는 것인 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제1의 복수의 플라즈마 강화 원자층 성막 사이클 각각에 대해, 제어 시스템은 또한 제조 툴이,
    기판 상에 재료를 성막하게 하고,
    퍼지 프로세스를 수행하게 하는 것인 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 제조 툴은 특정 횟수의 층 성막 사이클 후에 연장된 퍼지 프로세스 시간으로 사이클을 더 수행하는 것인 시스템.
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