KR20180087424A - 플라즈마 소스의 이온/중성입자 비율을 제어하기 위한 기술들 - Google Patents

플라즈마 소스의 이온/중성입자 비율을 제어하기 위한 기술들 Download PDF

Info

Publication number
KR20180087424A
KR20180087424A KR1020187020160A KR20187020160A KR20180087424A KR 20180087424 A KR20180087424 A KR 20180087424A KR 1020187020160 A KR1020187020160 A KR 1020187020160A KR 20187020160 A KR20187020160 A KR 20187020160A KR 20180087424 A KR20180087424 A KR 20180087424A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
plasma source
deposition chamber
chamber
gas inlet
Prior art date
Application number
KR1020187020160A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102547753B1 (ko
Inventor
성-리앙 첸
존 하우탈라
슈롱 리앙
죠셉 올슨
Original Assignee
베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. filed Critical 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
Publication of KR20180087424A publication Critical patent/KR20180087424A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102547753B1 publication Critical patent/KR102547753B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221—Ion beam deposition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45559—Diffusion of reactive gas to substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

본 출원에 접근법들은 플라즈마 프로세싱 장치내 반응성 이온들 대 중성 종들의 비율을 증가시킨다. 대표적인 접근법들은 제 1 가스 유입구를 포함하는 플라즈마 소스 챔버, 플라즈마 소스 챔버에 결합된 증착 챔버로서, 증착 챔버내에 배치된 기판에 근접한 영역에 사용 지점(POU : point of use) 가스를 전달하기 위한 제 2 가스 유입구를 포함하는, 증착 챔버를 갖는 프로세싱 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 대표적인 접근법들은 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계 및 이온 빔이 기판에 전달될 때 기판에 충돌하기 위해 존재하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 기판에 근접한 영역에 증착 챔버내 압력을 변경하는 단계를 더 포함한다.

Description

플라즈마 소스의 이온/중성입자 비율을 제어하기 위한 기술들
본 실시예들은 기판 증착에 관한 것으로 보다 상세하게는, 플라즈마 소스에 존재하는 이온/중성입자(ion/neutral) 비율을 제어하기 위한 기술들에 관한 것이다.
반도체 디바이스들이 보다 적은 치수로 스케일링 됨에 따라, 기판들을 패턴화하기 위해 사용되는 포토레지스트 (레지스트) 피처(feature)들의 치수 및 형상들을 더 정확하게 정의하고 제어하기 위한 요구가 발생한다. 등도포성의, 균일한 유전체 필름들은 반도체 제조에서 많은 애플리케이션들을 가진다. 서브-마이크론 집적 회로들 (IC들)의 제조에서 몇몇 층들의 유전체 필름이 증착된다. 예를 들어, 네개의 이런 층들은 STI(shallow trench isolation), PMD(pre-metal dielectric), IMD(inter-metal dielectric) 및 ILD(interlayer dielectric)이다. 전체 네개의 이들 층들은 다양한 사이즈들의 피처들을 충전하는 실리콘 디옥사이드 필름들을 필요로 하고 웨이퍼를 가로질러 균일한 필름 두께들을 갖는다.
애플리케이션들 예컨대 자기 정렬된 도핑은 하드마스크로 캡핑(cap)된 IC 트렌치의 최상부 부분을 포함할 수 있어서 단지 핀의 바닥 부분만이 도펀트 소스에 노출된다. 다른 애플리케이션은 보이드/씸(void/seam) 프리 트렌치 절연을 달성하기 위해 바텀 업(bottom up) 필름 증착을 요구하는 갭 충전(gap fill)을 포함할 수 있다.
화학적 기상 증착 (CVD : Chemical vapor deposition)은 실리콘 디옥사이드 필름들을 증착하기 위한 한 가지 방법이다. 그러나, 디자인 규칙이 계속해서 축소됨에 따라, 피처들의 종횡비 (깊이 대 폭)가 증가하고 전통적인 CVD 기술들로는 이러한 높은 종횡비 피처들에서 보이드 없는 갭 충전을 더 이상 제공 할 수 없다. CVD에 대한 대안은 원자 층 증착 (ALD : atomic layer deposition)이다. ALD 방법들은 반응 가스들의 흡착을 자가-제한하는 단계(self-limiting)를 포함하고 높은 종횡비 피처들내 얇은, 등도포성의 유전체 필름들을 제공할 수 있다. ALD기반 유전체 증착 기술은 기판 표면상에 금속 함유 전구체를 흡착하는 단계를, 그런다음, 제 2 절차에서, 실리콘 옥사이드 전구체 가스를 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
그러나, 현재 박막 증착 방법들은 증착이 일어나는 곳에서 적절한 제어가 없다. 프로세스들 예컨대 LPCVD (낮은 압력 CVD) 및 ALD에 대하여, 필름 증착은 등도포성(conformal)이다. LPCVD는 표면상에 열 반응에 의존하고, ALD는 순차적인 화학적 노출을 통한 층 프로세스이다. 플라즈마 증강 화학적 기상 증착 (PECVD) 프로세스들에 대하여, 증착은 이온-유도 증착에 기인한 "빵-덩어리(bread-loaf)" 형상으로 귀결될 수 있다.
일부 접근법들에서, ALD는 기판 표면상에 전구체 가스들의 교호 펄싱(alternate pulsing) 및 전구체들의 후속 표면 반응에 의존한다. ALD는 또한 표면이 반응 프로세스 동안에 플라즈마에 의해 생성된 활성 종(active specie)들에 노출되는 플라즈마 환경 (PEALD : plasma environment)에서 달성될 수 있다. 그러나, 전형적인 ALD 화학물질은 어떠한 영역 선택성도 가지지 않는 자가-제한성이고, 영역 선택성은 증착의 등도포성 행위를 제공한다.
더욱이, 플라즈마 이온들은 필름 특성 수정에 영향을 미치지만, 그러나 표면 반응에 대하여 최소한의 제어를 가진다. 예를 들어, PECVD에서, 필름 형성은 주로 표면상에서의 라디칼 반응에 기인하는데, 여기서 방향성(directional) 이온 빔 증착을 달성하기 위해 반응 위치를 제어하는 것은 어렵다. 일부 종래 기술의 접근법들에서, 특정 위치에서 보다 높은 증착 속도를 향한 방향성 이온 충돌을 이용하는 가능성이 존재한다. 그러나, 플로우 방전(flow discharge)으로부터 생성된 작은 이온/중성입자 비율 때문에 충격은 최소이다.
전술한 견지에서, 이온들로부터 증착 또는 다른 유형의 화학물질로의 충격을 최대화하기 위해 플라즈마 소스를 빠져 나가는 중성 종들 (예를 들어, 중성 원자 및/또는 분자)의 양을 능동적으로 제어하는 기술이 필요하다. 구체적으로, 대표적인 접근법들은 제 1 가스 유입구를 포함하는 플라즈마 소스 챔버, 상기 플라즈마 소스 챔버에 결합된 증착 챔버로서, 상기 증착 챔버내에 배치된 기판에 근접한 영역에 사용 지점(POU : point of use) 가스를 전달하기 위한 제 2 가스 유입구를 포함하는, 상기 증착 챔버를 갖는 프로세싱 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 대표적인 접근법들은 상기 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계 및 상기 이온 빔이 상기 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하기 위해 존재하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 변경하는 단계를 더 포함한다. 이와 같이, 방향성 이온 빔 증착에 대하여, 상기 기판에 근접한 더 높은 압력은 바람직하게는 상기 이온 주입의 이온 에너지 충격을 최대화하기 위해 상기 기판들에 전달되는 중성입자들의 전체 양을 축소시킨다.
대표적인 방법은 제 1 가스 유입구를 포함하는 플라즈마 소스 챔버, 상기 플라즈마 소스 챔버에 결합된 증착 챔버로서, 상기 증착 챔버내에 배치된 기판에 근접한 영역에 사용 지점(POU : point of use) 가스를 전달하기 위한 제 2 가스 유입구를 포함하는, 상기 증착 챔버를 포함하는 프로세싱 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계 및 상기 이온 빔이 상기 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 변경하는 단계를 더 포함한다.
반응성 이온들 대 중성 종들의 비율을 증가시키기 위한 대표적인 방법은 이온 빔이 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하기 위해 존재하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 상기 기판에 근접한 영역에 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계를 포함하고, 상기 압력은 플라즈마 소스 챔버의 제 1 유입구의 가스 유량, 상기 증착 챔버의 적어도 하나의 가스 유입구의 가스 유량, 및 상기 기판과 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리 중 적어도 하나를 조절함으로써 증가된다. 상기 방법은 상기 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함한다.
반응성 이온들 대 중성 종들의 비율을 증가시키기 위한 다른 대표적인 방법은 이온 빔이 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하기 위해 존재하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 상기 기판에 근접한 영역에 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계를 포함하되, 상기 압력은 플라즈마 소스 챔버의 제 1 유입구의 가스 유량, 상기 증착 챔버의 적어도 하나의 가스 유입구의 가스 유량, 및 상기 기판과 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리, 증착 챔버 펌프의 펌프 속도 및 플라즈마 소스 챔버 펌프의 펌프 속도를 최적화함으로써 증가된다. 상기 방법은 상기 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함하고 상기 기판에 근접한 영역에 압력에 증가는 상기 이온 빔이 상기 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하는 반응성 이온들 대 중성 종들의 비율을 증가시키고, 상기 이온 빔은 상기 기판에 대하여 수직이 아닌 각도에서 상기 기판에 전달된다.
도 1는 본 개시의 실시예들에 따른 프로세싱 장치의 단면도이다
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 도 1의 프로세싱 장치에 존재하는 복수의 반응성 이온들 및 중성 종(neutral specie)들의 단면도이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따른 기판의 피처들의 세트 위에 필름 층을 형성하기 위한 접근법의 측 단면도이다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따른 기판의 피처들의 세트 위에 트렌치 재료(trench material)를 형성하기 위한 접근법의 측 단면도이다.
도 5은 본 개시의 실시예들에 따른 대표적인 방법을 예시하는 플로우 차트이다.
도면들은 반드시 축척에 맞지는 않다. 도면들은 단지 표현들이고, 본 개시의 특정 파라미터들을 나타내도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 대표적인 실시예들을 도시하도록 의도되어서 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 도면들에서, 같은 넘버링(numbering)은 같은 엘리먼트들을 나타낸다.
더욱이, 어떤 엘리먼트들 중 일부 도면들에 어떤 엘리먼트들은 예시의 명확성을 위하여 생략되거나 또는 축적에 맞지 않게 예시된다. 단면도들은 명확성을 위하여 "실제" 단면도에서 다른 식으로는 가시적인 어떤 백그라운드 라인들을 생략한 "슬라이스들(slices)", 또는 "근시안적인(near-sighted)" 단면도들의 형태일 수 있다. 더욱이, 명확성을 위하여, 일부 도면 번호들은 어떤 도면들에서 생략될 수 있다.
본 개시에 따른 방법들은 방법들의 실시예들이 도시된 첨부 도면들을 참조하여 이후에 보다 더 완벽하게 설명될 것이다. 방법들은 많은 상이한 형태들로 구현될 수도 있으며, 본 출원에 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 대신, 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 그리고 완벽하도록 하기 위해, 그리고 당업자들에게 본 시스템 및 방법의 범위를 충분히 전달되도록 하기 위해 제공된다.
편의 및 명확성의 목적을 위하여, 용어들 예컨대 "최상부(top)," "바닥(bottom)," "상단(upper)," "하단(lower)," "수직(vertical)," "수평(horizontal)," "측방(lateral)," 및 "길이 방향(longitudinal)"은 도면들에 나타나는 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 방위 및 기하학적 구조에 대하여 이들 컴포넌트들 및 그것들의 구성 파트들의 방위 및 상대적 배치를 설명하기 위해 본 출원에서 사용될 것이다. 용어는 구체적으로 언급된 워드들, 그것의 파생어들, 및 유사한 취지의 워드들을 포함할 것이다.
본 출원에서 사용되는, 워드 “a” 또는 “an”로 진행되고, 단수로 나열된 엘리먼트 또는 동작은 배제가 명백하게 언급될 때 까지는 복수 엘리먼트들 또는 동작들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 개시의 “일 실시예”에 대한 언급은 또한 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 추가의 실시예들이 또한 나열된 특징들에 통합될 수 있다.
본 출원에서 사용되는, 용어 "원자 층 증착" 또는 "ALD"는 기상 증착 프로세스(vapor deposition process)를 나타낼 수 있어서 이에 의해 증착 사이클들은, 바람직하게는 복수의 연속 증착 사이클들이 프로세스 챔버 (즉, 증착 챔버)에서 수행된다. 사이클들 동안, 전구체는 증착 표면 (예를 들어, 기판 어셈블리 표면 또는 이전 ALD 사이클로부터의 재료와 같은 앞서 증착된 하지의 표면)에 화학 흡착(chemisorb)되어, 추가 전구체와 쉽게 반응하지 않는 단일층(monolayer) 또는 서브 단일층을 형성 할 수 있다 (즉, 자가 제한 반응(self-limiting reaction)). 그 후에, 화학 흡착된 전구체를 증착 표면상의 원하는 재료로 변환시키는데 사용하기 위해, 반응물 (예를 들어, 다른 전구체 또는 반응 가스)이 프로세스 챔버 내로 도입 될 수 있다. 전형적으로, 이 반응물은 이미 화학 흡착된 전구체와 반응이 가능하다. 또한, 필요하다면, 프로세스 챔버로부터 과량의 전구체를 제거하고 및/또는 화학 흡착된 전구체의 변환 후에 프로세스 챔버로부터 과량의 반응물 및/또는 반응 부산물을 제거하는 사이클 동안, 퍼징 프로세스(purging process)들이 또한 이용 될 수 있다.
하나의 프로세스 CVD 프로세스와 비교하여, 더 긴 지속기간(duration) 멀티 사이클 ALD 프로세스는 자가-제한 층 성장에 의한 층 두께 및 조성물의 개선된 제어를 제공하고, 반응 성분들의 분리에 의한 유해 가스 상 반응을 최소화한다. ALD의 자가-제한 성질(self-limiting nature)은 불규칙한 지형을 갖는 표면을 포함하여 매우 다양한 반응성 표면들에 필름을 증착하는 방법을 제공하며, CVD 또는 기화 또는 물리적 기상 증착 (PVD 또는 스퍼터링)과 같은 다른 "시선 (line of sight)" 증착 방법들로 이용 가능한 것보다 더 나은 커버리지를 가진다. 이하에서 보다 상세하게 설명될 것처럼, ALD 프로세스는 방향성 이온 빔 활성화를 이용하여 추가로 증강된다.
이제 도 1로 가서, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 디바이스 (예를 들어, 반도체 디바이스)를 형성하기 위해 기판(104)으로 보내지는 이온 빔 (102) 내 반응성 이온들 대 중성 종들의 비율을 증가시키기 위한 접근법들 및 프로세싱 장치 (100)의 단면도가 도시된다. 프로세싱 장치 (100)는 빔라인 이온 주입기, 플라즈마 도핑 툴 (PLAD : plasma doping tool), 기판 (104)으로 이온들을 전달 및 생성하는 것이 가능한 플라즈마 시스 변경자 (plasma sheath modifier) 또는 다른 툴을 갖는 플라즈마 툴일 수 있다. 본 개시의 실시예들은 이러한 상황에 제한되지 않는다.
도면들 1-2에 도시된 바와 같이, 프로세싱 장치 (100)는 제 1 가스 유입구(gas inlet) (107)를 갖는 플라즈마 소스 챔버 (106), 및 이온 빔 (102) (예를 들어, 리본 빔)의 생성을 위해 플라즈마 소스 챔버 (106)에 결합된 증착 챔버 (108)를 포함한다. 증착 챔버 (108)는 이하에서 더 상세하게 설명될 것과 같이 증착 챔버 (108) 내에 배치된 기판 (104)에 인접한 영역 (130)에 제 1 및 제 2 사용 지점 (POU : point of use) 가스들 (116 및 118)을 개별적으로 전달하기 위한 제 2 가스 유입구 (110) 및 제 3 가스 유입구(112)를 포함한다. 증착 챔버 (108)은 증착 챔버 (108)내 가스 플로우 및 압력을 조절하기 위해 제 4 가스 유입구 (120) 및 증착 챔버 펌프 (122)를 더 포함한다. 추가로 도시된 바와 같이, 프로세싱 장치 (100)는 플라즈마 소스 챔버 (106)로부터 이온 빔 (102)을 추출하기 위해 사용되는 추출 전압을 생성하기 위한 RF 제너레이터 (124) 및 펄스화된 DC 서플라이 (126)를 포함한다. 증착 챔버(108)는 또한 거기에 전기적으로 결합된 바이어스 파워 서플라이 (128)을 또한 포함할 수 있다.
동작 중에, 프로세싱 장치 (100)는 이온 빔 (102)이 기판 (104)에 전달 될 때 기판 (104)에 충돌하는 반응성 이온들(132)의 양을 증가시키고 및/또는 중성 종들(136)(예를 들어, 중성 원자/분자)의 수를 감소시키기 위해 기판 (104)에 근접한 영역 (130)에 증착 챔버 (108)내의 압력 P서브를 변경하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 플라즈마 소스 챔버 (106)와 증착 챔버 (108) 사이의 압력 구배(pressure gradient)를 증가시킴으로써, 기판 (104)에 전달되는 중성 원자들/분자들 (136)의 전체 양은 축소될 수 있어서 경사진 이온 빔 충돌에 의해 제공되는 이온 에너지 충격을 최대화한다.
대표적인 실시예들에서, P서브와 P소스 사이의 이 증가된 압력 델타(delta)는 프로세싱 장치 (100)의 이하의 파라미터들 : 제 1 가스 유입구 (107)의 가스 유량(gas flow rate), 제 2 가스 유입구 (110)의 가스 유량, 제 3 가스 유입구 (112)의 가스 유량, 제 4 가스 유입구 (120)의 가스 유량, 및/또는 기판 (104)과 플라즈마 소스 챔버 (106) 사이의 거리 'z' 중 적어도 하나를 최적화함으로써/조정함으로써 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 제어 밸브들 (미도시)이 프로세싱 장치 (100)의 가스 유입구들의 다양한 가스 유량들을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 기판 (104)과 플라즈마 소스 챔버 (106) 사이의 거리 (z)는 축소될 수 있어서 P서브를 추가로 증가시킨다.
다양한 다른 실시예들에서, P서브는 증착 챔버 펌프 (122) 및/또는 플라즈마 소스 챔버 펌프 (138)의 펌핑 속도를 변경함으로써 P소스에 비하여 증가될 수 있다. 예를 들어, 만약 증착 챔버 펌프 (122)의 펌핑 속도가 감소되면, P서브는 증착 챔버 (108) 압력의 전체 증가 때문에 증가될 것이다. 또한, 증착 챔버 펌프 (122)의 펌핑 속도를 감소시키는 동안, 플라즈마 소스 챔버 펌프 (138)의 펌핑 속도를 증가시킴으로써, 증착 챔버 (108)에서의 압력은 플라즈마 소스 챔버 (106)보다 더 높을 것이다. 일부 실시예들에서, 압력 조절은 펌핑 전도도(pumping conductance)를 변화시키기 위한 쓰로틀 밸브(throttle valve) (미도시)를 이용함으로써 또한 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세싱 장치 (100)의 하나 이상의 컴포넌트들은 그것과 결합되거나 또는 다른 식으로 통신하는 제어기 (140)에 위해 자동으로 또는 반-자동으로 동작될 수 있다. 제어기(140)는 원하는 입력/출력 기능들을 수행하도록 프로그래밍된 범용 컴퓨터 또는 범용 컴퓨터들의 네트워크일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제어기는 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하고, 이온 빔과 함께 기판에 ㅔPOU 가스를 전달하고, 및 POU 가스 및 이온 빔이 기판에 전달될 때 기판에 충돌하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 기판에 근접한 영역에 증착 챔버내 압력을 변경하도록 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기 (140)는 P서브와 P소스 사이의 압력 구배의 표시를 수신하고, P서브를 증가시키기 위해 상기 설명된 파라미터들, 예컨대 가스 유입구들 1-4의 가스 유량, 증착 챔버 펌프 (122) 및/또는 플라즈마 소스 챔버 펌프 (138)의 펌핑 속도, 및/또는 기판 (104)과 플라즈마 소스 챔버 (106)의 출구 사이의 거리 'z' 중 하나 이상을 변경하기 위해 하나 이상의 센서들 (미도시)과 동작한다.
제어기(140)는 통신 디바이스들, 데이터 저장 디바이스들, 및 소프트웨어를 또한 포함할 수 있다. 유저 인터페이스 시스템은 터치 스크린들, 키보드들, 유저 포인팅 디바이스들, 디스플레이들, 프린터들, 등과 같은 디바이스들을 포함할 수 있어서 유저가 제어기(140)를 통해 플라즈마 도핑 장치를 모니터하고 및/또는 명령들 및/또는 데이터를 입력하는 것을 허용한다. 본 개시의 실시예들은 이러한 상황에 제한되지 않는다.
일 대표적인 실시예에서, 프로세싱 장치 (100)는 플라즈마 소스 챔버 내부에 플라즈마 (144)의 생성을 위해 제 1 가스 유입구 (107)를 통하여 플라즈마 소스 챔버 (106)로 비활성 플라즈마 가스 (142), 예컨대 Ar 또는 He를 전달한다. 한편, 제 2 가스 유입구 (110) 및 제 3 가스 유입구 (112) 개별적으로 전달 기판 (104)에 인접한 영역(130)에 제 1 및 제 2 POU 가스들 (116 및 118), 예컨대 SiH4 및 NH3을 개별적으로 전달한다. 이 실시예에서, 제 1 및 제 2 POU 가스들 (116) 및 (118)은 플라즈마 소스 챔버 (106)를 바이패스(bypass)하고 증착 챔버 (108)로 직접 주입된다. 구성된 대로, 기판 (104)에 근접한 P서브에서의 증가는 기판으로의 중성 원자들/분자들 (136)의 노출을 줄이고, 필름 층 (150) 성장은 반응성 이온들 (132)에 의해 전달되는 에너지를 갖는 가스 반응에 주로 의존하는 것으로 귀결된다. 이것은 경사진 이온 주입에 유익한데 왜냐하면 프로세스가 방향성을 가지지 않는 중성입자-지배 증착이라기 보다는 이온-활성화된 증착이기 때문이다.
다른 실시예들에서, 가스들의 전달은 교환될 수 있고, 이는 비활성 플라즈마 가스가 제 2 및/또는 제 3 가스 유입구들 (110 및 112)를 통하여 전달될 수 있고, 반응성 가스들은 제 1 가스 유입구 (107)를 통하여 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 이런 경우에, 기판 (104)에 근접한 압력 P서브가 더 높아지면서, 중성입자 표면 반응에 의한 필름 층 (150)의 성장은 제한될 것이고 기판 (104)상에 주입 또는 증착하기 위해 반응성 이온들 (132) (예를 들어, SiH3+, SiH+, NH2+, 등)에 주로 의존할 것이다. 다시, 이것은 경사진(angled) 이온 주입에 유익한데 왜냐하면 프로세스가 방향성이 없는 중성입자-지배 증착이라기 보다는 이온-활성화된 증착이기 때문이다.
도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 POU 가스들 (116) 및 (118)은 이온 빔 (102)과 함께 기판 (104)으로 전달된다. 다른 실시예에서, 이온 빔 (102) 및 반응 POU 가스들 (116,118)의 노출은 별개로 수행될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 이온 빔 (102)은 기판 위에 필름 층 (150)을 형성하기 위해 임의의 각도에서 예를 들어, 도면들 3-4에 도시된 바와 같이 기판(104)으로 보내진다.
대표적인 실시예들에서, 도 4 에 도시된 바와 같이, 이온 빔 (102)의 이온들은 기판 위에 필름 층을 형성하기 위해 피처들 (154)의 (예를 들어, 포토레지스트 패터닝 피처들, 기판 핀(fin)들, 등) 세트 중 하나 이상의 측벽 표면 (152)에 주입된다. 대표적인 실시예들에서, 이온 빔 (102)은 측벽 표면 (152)에 평행하지 않은 각도에서 기판 (104)쪽으로 보내지지만, 그러나, 다른 실시예들에서, 이온 빔 (102)은 기판 (104)의 표면 (156)에 실질적으로 수직인 각도에서 주입될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이온 빔 (102)은 유기 및 무기 재료들에 나노-스케일 하드마스크들의 형성을 방지하기 위해 측벽 표면 (152)에 대하여 대략 30° 입사 각에서(또는 측벽 표면 (152)에 법선인 평면에 관하여 대략 60°) 이온들을 주입한다. 다른 실시예들에서 주입 각도는 +/- 15° 만큼 변할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 이온 빔 (102)의 주입은 라인 에지 거칠기(roughness)를 개선하기 위해서 후속 플라즈마 에칭 프로세스 (미도시) 와 조합하여 수행한다.
대표적인 실시예들에서, 필름 층 (150)은 피처들 (154)의 세트상에 증착된 유기 또는 무기 재료이고, 증착은 증착 챔버 (108) (도 1)에서 일어날 수 있고, 측벽 표면 (152)상에 및/또는 피처들 (154)의 세트의 최상부에 주로 증착하도록 최적화될 수 있다. 특정 화학물질 및 프로세스 파라미터들이 선택될 수 있어서 증착은 플라즈마내에서 균일하게, 예를 들어, 이온 빔 (102)을 나타내는 화살표들의 방향에서 임의의 각도에서 양쪽에서 일어난다.
다른 실시예에서, 도면들 1 및 4를 참고로 하여, 프로세싱 장치 (100)는 디바이스 (168)의 기판 (166)에 형성된 트렌치 (164)의 측벽 표면 (162)의 일부분을 따라 트렌치 재료의 층 (160) (예를 들어, SiN)을 선택적으로 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 트렌치 (164)는 증착 챔버 (108)의 가스 유입구들 중 하나 이상을 통하여 기판 (166)에 전달되는 전구체(precursor)에 노출될 수 있다. 전구체는 트렌치 (164)의 측벽 표면들 (162)을 따라서 등도포성으로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 전구체는 단자(terminal) SiBr3 기(group)들을 형성하기 위해 트렌치 (164)의 표면들에 화학 흡착된 반응성 전구체 (예를 들어, SiBr4)일 수 있다.
전구체는 증착 챔버 (108)에 예를 들어, 직접 기화(direct vaporization), 증류와 같은 통상적인 기화 프로세스를 통해 액체 전구체 용액을 기화시킴으로써, 또는 불활성 가스 (예를 들어, N2, He, Ar 등)를 전구체 용액에 버블링(bubbling)시킴으로써 그리고 불활성 가스 더하기 전구체 혼합물을 전구체 기화 용액으로 제공함으로써 기화 형태(vapor form)로 증착 챔버(108)에 도입되는 전구체 애플리케이션일 수 있다. 불활성 가스와 버블링은 또한 전구체 용액에 존재하는 임의의 용존 산소를 제거할 수 있다.
이어서 캡핑 층(capping layer)은 예를 들어 전구체를 캡핑 화합물과 반응시킴으로써 트렌치 (164)의 측벽 표면들(162)의 세트를 따라 형성 될 수 있다. 캡핑 화합물은 화학 흡착된 전구체를 증착 표면상에 원하는 재료로 변화하는데 사용하기 위해 증착 챔버 (108)로 도입된 도 1의 POU 가스들 (116,118)과 같은 반응물 반응 가스(reactant reaction gas)일 수 있다. 전형적으로, 반응물은 이미 화학 흡착된 전구체와 반응이 가능하다. 일 비 제한적인 실시예, 캡핑 화합물은 에틸렌다이아민이고, NH 기(group)들은 전구체의 브롬과 반응하여 HBr를 방출하고 Si-NHCH2CH2NH-Si 링키지(linkage)들을 형성한다. 따라서, 캡핑 층을 갖는 캡핑 표면은 추가로 열적(thermal) ALD 성장을 방지한다. 더욱이, 캡핑 층은 열적 ALD 및/또는 저에너지 라디칼 기반 ALD에 상대적으로 반응하지 않고, 캡핑 화합물의 캡핑 분자를 분쇄하기 위해 고 에너지 이온에 반응하도록 구성된다.
도 4 에 추가로 도시된 바와 같이, 트렌치 재료 (160)를 형성하기 위해 이온 주입 (170)은 수행된다. 이온 주입 (170)은 이온들이 트렌치 (164)의 바닥 표면 (172)과 수직이 아니며 또한 측벽 표면 (162)과 평행하지 않은 임의의 각도에서 디바이스 (168)에 주입되도록 한다. 예를 들어, 이온들은 측벽 표면들 (162)에 법선인 평면에 대하여 60°의 각도에서 측벽 표면들 (162)로 주입될 수 있다. 다른 실시예들에서 주입 각도는 측벽 표면들(162)에 법선인 평면에 대하여 +/- 15° 만큼 변할 수 있다. 일부 실시 예에서, 이온들이 트렌치 (164)의 바닥 표면 (172) 및 측벽 표면 (162)의 하단 부분 (174)을 이온 주입하는 것을 방지하도록 선택된 각도에서 트렌치 (164)의 측벽 표면 (162)들로 이온들이 주입 될 수 있다.
일 실시예에서, 이온 주입 (170)은 반응성 사이트(reactvie site)를 생성하는 C-C 결합을 분해함으로써 캡핑 층의 단지 상부 섹션 (176)을 다시 활성화하기 위해 수행되는 고도의 방향성의 Ar 이온 처리이다. 결과적으로, 표면에 노출된 SiBr4는 활성화된 표면들 (최상부들 및 바닥들)과 반응하여 Si-Br 기들로 최상부들 및 바닥들을 마무리한다. 이는 트렌치 재료 층 (160)이 깊이 'D'로 캡핑 층의 활성화된 부분을 따라 형성 (즉, 성장) 되도록하여 도 4에 도시된 구조가 된다.
이제 도 5를 참조하여, 본 개시에 따른 반도체 디바이스를 패터닝하기 위한 대표적인 방법(180)을 예시하는 흐름도가 도시된다. 방법(180)은 도면들 1-4에 도시된 표현들과 함께 설명될 것이다.
방법 (180)은 블럭 (182)에 도시 된 바와 같이, 증착 챔버에 결합된 플라즈마 소스 챔버를 포함하는 프로세싱 장치를 제공하는 단계를 포함 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스 챔버는 제 1 가스 유입구를 포함하고, 증착 챔버는 제 2 가스 유입구 및 제 3 가스 유입구를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 2 및/또는 제 3 가스 유입구들은 증착 챔버 내에 배치 된 기판에 인접한 영역에 사용 지점 (POU : point of use) 가스를 전달한다.
방법 (180)은 블럭 (184)에 도시 된 바와 같이 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계를 더 포함 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온 빔은 플라즈마 소스 챔버내에서 생성된 플라즈마로부터 추출된다.
방법 (180)은 블럭 (186)에 도시된 바와 같이, 기판에 근접한 영역에서 증착 챔버 내의 압력을 변경하는 단계를 더 포함 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판에 충돌하는 반응성 이온들의 양을 증가시킴으로써 압력이 변경되고 POU 가스 및 이온 빔이 기판에 전달된다. 일부 실시예들에서, 증착 챔버와 플라즈마 소스 챔버 사이의 압력 구배가 증가되어 압력을 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 기판에 근접한 영역에서 증착 챔버 내의 압력은 제 1 유입구의 가스 유량, 제 2 유입구의 가스 유량, 제 3 가스 유입구의 가스 유량, 및 기판과 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리 중 적어도 하나를 조절함으로써 증가된다. 일부 실시예들에서, 기판에 근접한 영역에서 증착 챔버 내의 압력은 기판과 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리를 감소시킴으로써 증가된다. 일부 실시예들에서, 증착 챔버 펌프의 펌프 속도 및/또는 플라즈마 챔버 펌프의 펌프 속도를 조정함으로써 기판에 근접한 영역에 증착 챔버 내의 압력이 증가된다. 일부 실시예들에서, 제어기는 제 1 가스 유입구의 가스 유량(flow rate), 제 2 가스 유입구의 가스 유량 및 제 3 가스 유입구의 가스 유량, 증착 챔버 펌프의 펌프 속도 및 플라즈마 소스 챔버 펌프의 펌프 속도는 독립적으로 제어할 수 있다.
방법 (180)은 블럭 (188)에 도시된 바와 같이, 기판에 근접한 영역에서 증착 챔버 내의 압력 증가의 결과로서 중성 종들을 감소시키는 단계를 더 포함 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반응성 이온들 대 중성 종들의 비율은 압력 증가의 결과로서 증가된다.
방법 (180)은 블럭 (190)에 도시 된 바와 같이, POU 가스를 이온빔과 함께 기판에 전달하여 필름 층을 형성하는 단계를 더 포함 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온빔을 기판에 전달하는 단계는 경사진 이온 주입을 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이온은 트렌치의 측벽에 실질적으로 비평행하고 트렌치의 바닥 표면에 비평행한 각도로 기판에 주입된다.
비록 예시적인 방법 (180)이 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 상술되었지만, 본 개시는 특별히 언급되지 않는 한 이러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다. 일부 행위는 본 개시 내용에 따라 본 출원에 예시된 및/또는 설명된 것 이외에 다른 행위들 또는 다른 이벤트들과 동시에 및/또는 상이한 순서로 발생할 수 있다. 추가하여, 모든 예시된 행위들 또는 이벤트들이 본 개시에 따른 방법론을 구현하도록 요구되는 것은 아니다. 더욱이, 방법 (180)은 도시되지 않은 다른 구조들과 관련하여 뿐만 아니라 본 명세서에 예시되고 예시된 구조들의 형성 및/또는 프로세싱과 관련하여 구현 될 수 있다.
상기의 면에서, 적어도 이하의 장점들이 본 출원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 본 개시의 첫 번째 장점은 이온/중성입자 비율을 조정함으로써 표면 화학 반응들의 능동적인 제어를 제공하여 이온 주입 프로세스를 보다 "이온-유도되는 것(ion-driven)"으로 만드는 능력이다. 본원의 제 2 장점은 방향성 증착을 위해 개선된 프로파일 제어로 박막을 선택적으로 성장시키는 능력을 포함한다.
본 개시의 임의 실시예들이 본 출원에서 설명되었지만, 본 개시는 거기에 제한되지 않고, 따라서 본 개시는 당해 기술분야가 허용하고 상세한 설명이 비슷하게 이해될 수 있는 광범위한 범위에 있을 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 대신, 상기의 상세한 설명은 단지 특정 실시예들의 예증이다. 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 본 출원에 첨부된 청구항들의 범위 및 취지내의 다른 수정예들을 구상할 것이다.

Claims (15)

  1. 방법에 있어서,
    프로세싱 장치를 제공하는 단계로서, 상기 프로세싱 장치는 :
    제 1 가스 유입구를 포함하는 플라즈마 소스 챔버; 및
    상기 플라즈마 소스 챔버에 결합된 증착 챔버로서, 상기 증착 챔버내에 배치된 기판에 근접한 영역에 사용 지점(POU : point of use) 가스를 전달하기 위한 제 2 가스 유입구를 포함하는, 상기 증착 챔버;를 포함하는, 상기 프로세싱 장치를 제공하는 단계;
    상기 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계; 및
    상기 이온 빔이 상기 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하기 위해 존재하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 증착 챔버와 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 압력 구배(pressure gradient)를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 유입구의 가스 유량(gas flow rate), 상기 제 2 유입구의 가스 유량, 제 3 가스 유입구의 가스 유량, 및 상기 기판과 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 기판에 근접한 영역에서 상기 증착 챔버 내의 상기 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 기판과 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리를 감소시킴으로써 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 제어기를 이용하여, 상기 제 1 가스 유입구의 가스 유량, 상기 제 2 가스 유입구의 가스 유량, 및 상기 제 3 가스 유입구의 가스 유량을 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 제 2 가스 유입구 및 상기 제 3 가스 유입구를 통하여 상기 플라즈마 소스 챔버로 반응 가스(reaction gas)를 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 증착 챔버 펌프의 펌프 속도 또는 플라즈마 소스 챔버 펌프의 펌프 속도를 조절함으로써 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 가스 유입구를 통하여 상기 기판에 근접한 영역에 불활성 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 증가시킴으로써 상기 이온 빔의 중성 종(neutral specie)들을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 반응성 이온들의 양 대 상기 중성 종들의 비율을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 이온 빔을 이용하여 상기 기판상에 필름 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 반응성 이온들 대 중성 종들의 비율을 증가시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    이온 빔이 기판에 전달될 때 상기 기판에 충돌하기 위해 존재하는 반응성 이온들의 양을 증가시키기 위해 상기 기판에 근접한 영역에 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계로서, 상기 압력은 증착 챔버 펌프의 펌프 속도, 플라즈마 소스 챔버 펌프의 펌프 속도, 및 상기 기판과 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리 중 적어도 하나를 조절함으로써 증가되는, 상기 증가시키는 단계; 및
    상기 기판에 전달하기 위한 이온 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 증착 챔버와 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 압력 구배를 증가시킴으로써 상기 이온 빔이 상기 기판에 전달될 때 존재하는 중성 종들의 양을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 기판과 상기 플라즈마 소스 챔버 사이의 거리를 감소시킴으로써 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 플라즈마 소스 챔버의 제 1 가스 유입구의 가스 유량 또는 상기 증착 챔버의 적어도 하나의 가스 유입구의 가스 유량을 조절함으로써 상기 기판에 근접한 영역에 상기 증착 챔버내 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
KR1020187020160A 2015-12-21 2016-11-28 반응성 이온 대 중성 종의 비율을 증가시키기 위한 방법 KR102547753B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/976,675 2015-12-21
US14/976,675 US10113229B2 (en) 2015-12-21 2015-12-21 Techniques for controlling ion/neutral ratio of a plasma source
PCT/US2016/063840 WO2017112352A1 (en) 2015-12-21 2016-11-28 Techniques for controlling ion/neutral ratio of a plasma source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180087424A true KR20180087424A (ko) 2018-08-01
KR102547753B1 KR102547753B1 (ko) 2023-06-26

Family

ID=59067230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187020160A KR102547753B1 (ko) 2015-12-21 2016-11-28 반응성 이온 대 중성 종의 비율을 증가시키기 위한 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10113229B2 (ko)
JP (1) JP7030696B6 (ko)
KR (1) KR102547753B1 (ko)
CN (1) CN108475611B (ko)
TW (1) TWI709660B (ko)
WO (1) WO2017112352A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020022643A1 (ko) 2018-07-26 2020-01-30 주식회사 엘지화학 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102636427B1 (ko) * 2018-02-20 2024-02-13 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 기판 처리 방법 및 장치
JP7040478B2 (ja) * 2019-02-22 2022-03-23 株式会社Sumco クラスターイオンビーム生成方法及びクラスターイオンビーム照射方法
CN110797245B (zh) * 2019-10-28 2022-11-25 北京北方华创微电子装备有限公司 一种半导体加工设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140038393A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and system for ion-assisted processing
JP2014515061A (ja) * 2011-04-13 2014-06-26 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド イオンアシスト原子層堆積方法及び装置
US20140234554A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and system for plasma-assisted ion beam processing

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5888593A (en) * 1994-03-03 1999-03-30 Monsanto Company Ion beam process for deposition of highly wear-resistant optical coatings
JP2000502212A (ja) * 1995-12-15 2000-02-22 ワトキンズ―ジョンソン カンパニー 金属汚染物質を減らした絶縁膜の形成方法
KR101218114B1 (ko) 2005-08-04 2013-01-18 주성엔지니어링(주) 플라즈마 식각 장치
KR100737753B1 (ko) * 2005-12-29 2007-07-10 세메스 주식회사 기판을 처리하는 장치 및 방법
KR101515149B1 (ko) * 2007-12-03 2015-04-24 참엔지니어링(주) 플라즈마 차폐 어셈블리 및 이를 구비하는 플라즈마 처리장치
KR101108575B1 (ko) 2010-02-12 2012-01-30 국제엘렉트릭코리아 주식회사 기판 처리 장치 및 이를 이용한 갭필 방법
US8461554B1 (en) * 2011-12-07 2013-06-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method for charge neutralization during processing of a workpiece

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014515061A (ja) * 2011-04-13 2014-06-26 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド イオンアシスト原子層堆積方法及び装置
US20140038393A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and system for ion-assisted processing
US20140234554A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and system for plasma-assisted ion beam processing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020022643A1 (ko) 2018-07-26 2020-01-30 주식회사 엘지화학 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
TW201732073A (zh) 2017-09-16
JP7030696B2 (ja) 2022-03-07
TWI709660B (zh) 2020-11-11
JP7030696B6 (ja) 2023-12-18
US10113229B2 (en) 2018-10-30
JP2019507237A (ja) 2019-03-14
KR102547753B1 (ko) 2023-06-26
US20170178900A1 (en) 2017-06-22
CN108475611A (zh) 2018-08-31
WO2017112352A1 (en) 2017-06-29
CN108475611B (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10679848B2 (en) Selective atomic layer deposition with post-dose treatment
US10580690B2 (en) Staircase encapsulation in 3D NAND fabrication
US10043655B2 (en) Plasma activated conformal dielectric film deposition
US9230800B2 (en) Plasma activated conformal film deposition
KR102031377B1 (ko) 플라즈마 활성화된 등각 막 성막을 위한 전구체들
JP6199292B2 (ja) プラズマ活性化されるコンフォーマル誘電体膜
TW201903833A (zh) 具有原子層蝕刻重置之選擇性沉積
CN114667600A (zh) 钼填充
KR102547753B1 (ko) 반응성 이온 대 중성 종의 비율을 증가시키기 위한 방법
US20220238325A1 (en) In-situ control of film properties during atomic layer deposition
US20210017643A1 (en) Chamfer-less via integration scheme
US9520284B1 (en) Ion beam activated directional deposition
WO2020096722A1 (en) Nitride films with improved etch selectivity for 3d nand integration
US12040180B2 (en) Nitride films with improved etch selectivity for 3D NAND integration
KR20230148733A (ko) 유전체 표면들 상의 몰리브덴에 비-금속 혼입
WO2023205184A1 (en) Molybdenum integration and void-free fill

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant