KR20200074263A - 금속 표면들 상의 금속 산화물들의 ald를 위한 방법들 - Google Patents

금속 표면들 상의 금속 산화물들의 ald를 위한 방법들 Download PDF

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KR20200074263A
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바스카 죠티 부얀
마크 살리
데이비드 톰슨
리-췬 시아
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

금속 표면들 상에 금속 산화물 층들을 증착하기 위한 방법들이 설명된다. 방법들은, 금속-산소 결합들을 함유하지 않는 금속 전구체 및 알코올의 별개의 도즈들에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. 이들 방법들은 하부 금속 층을 산화시키지 않는다.

Description

금속 표면들 상의 금속 산화물들의 ALD를 위한 방법들
[0001] 본 출원은 2017년 11월 19일자로 출원된 미국 가출원 번호 제62/588,422호의 우선권을 주장하며, 그 미국 가출원의 전체 개시내용은 이로써 본원에 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본 개시내용의 실시예들은 박막들을 증착하는 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 계면 산화 없이 금속 표면들 상에 금속 산화물들을 증착하기 위한 방법들에 관한 것이다.
[0003] 박막들은 다수의 프로세스들을 위해 반도체 제조에서 광범위하게 사용된다. 예컨대, 금속 산화물들(예컨대, 알루미늄 산화물)의 박막들은 흔히, 스페이서 재료들 및 에칭 정지 층들로서 패터닝 프로세스들에서 사용된다. 이들 재료들은 더 고가의 EUV 리소그래피 기술들을 이용하지 않으면서 더 작은 디바이스 치수들을 가능하게 한다.
[0004] 기판 표면들 상에 금속 산화물들을 증착하기 위한 일반적인 기법들은 흔히, 기판 표면의 일부를 산화시키는 것을 수반한다. 특히 금속 표면들 상의 산화 프로세스는 디바이스 성능에 유해할 수 있다.
[0005] 따라서, 금속 표면을 산화시키지 않으면서 금속 표면들 상에 금속 산화물들을 증착하는 방법들이 본 기술 분야에 필요하다.
[0006] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 증착 방법들에 관한 것이다. 방법들은 제1 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 금속은 코발트, 구리, 니켈, 루테늄, 텅스텐, 또는 플래티넘 중 하나 이상을 포함한다. 기판은, 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 노출된다. 제2 금속은 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 니켈, 아연, 탄탈럼, 또는 티타늄 중 하나 이상을 포함하며, 제2 금속 전구체는 금속-산소 결합들을 실질적으로 포함하지 않는다. 방법들은 제1 금속 표면의 산화를 실질적으로 발생시키지 않는다.
[0007] 본 개시내용의 부가적인 실시예들은 증착 방법들에 관한 것이다. 방법들은 제1 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 금속은 코발트를 필수구성으로 포함한다. 기판은, 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 노출된다. 제2 금속 전구체는 TMA(trimethyl aluminum)를 필수구성으로 포함하며, 알코올은 IPA(isopropyl alcohol)를 필수구성으로 포함한다. 방법들은 제1 금속 표면의 산화를 실질적으로 발생시키지 않는다.
[0008] 본 개시내용의 추가적인 실시예들은 증착 방법들에 관한 것이다. 방법들은 제1 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 금속은 코발트를 필수구성으로 포함한다. 기판은 수소 플라즈마에 노출된다. 기판은, 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 노출된다. 제2 금속 전구체는 TMA(trimethyl aluminum)를 필수구성으로 포함하며, 알코올은 IPA(isopropyl alcohol)를 필수구성으로 포함한다. 기판은 약 350 ℃의 온도로 유지되며, 방법들은 제1 금속 표면의 산화를 실질적으로 발생시키지 않는다.
[0009] 본 개시내용의 여러 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시내용이 다음의 설명에서 제시되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부사항들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용은 다른 실시예들이 가능하고, 그리고 다양한 방식들로 실시 또는 수행될 수 있다.
[0010] 본 개시내용의 실시예들은 실질적으로 금속 표면의 산화 없이 금속 표면들 상에 금속 산화물 층들을 증착하기 위한 방법들을 제공한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "실질적으로 산화 없이"는 표면이 표면 원자들의 카운트(count)에 기반하여 5%, 2%, 1%, 또는 0.5% 미만의 산소를 함유함을 의미한다. 이론에 의해 구속됨 없이, 금속 표면의 산화는 하부 금속 재료의 저항률을 증가시킬 수 있고, 디바이스 고장 레이트를 증가시킬 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은 유리하게, 제1 금속 표면의 산화 없이 제2 금속 산화물 층의 증착을 제공한다.
[0011] 예컨대, 트리메틸 알루미늄 및 물을 활용하는, 코발트 상에 알루미늄 산화물을 증착하기 위한 방법은 코발트 층과 알루미늄 산화물 층 사이에 상당한 양의 코발트 산화물을 생성한다. 대조적으로, 개시되는 방법들은 코발트 층과 알루미늄 산화물 층 사이에 코발트 산화물 층을 생성하지 않으면서, 유사한 알루미늄 산화물 층을 증착한다.
[0012] 본원에서 사용되는 바와 같이, "기판 표면"은 막 프로세싱이 수행되는, 임의의 기판 부분, 또는 기판 상에 형성된 재료 표면 부분을 지칭한다. 예컨대, 프로세싱이 수행될 수 있는 기판 표면은, 애플리케이션에 따라, 재료들, 이를테면 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어, 및 임의의 다른 재료들, 이를테면 금속들, 금속 질화물들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 재료들을 포함한다. 기판들은 반도체 웨이퍼들을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 기판들은 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 히드록실화, 어닐링, UV 경화, e-빔 경화, 및/또는 베이킹하기 위한 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 기판 그 자체의 표면에 대해 직접적인 막 프로세싱에 부가하여, 본 발명에서, 개시되는 막 프로세싱 단계들 중 임의의 단계는 또한, 아래에서 더 상세히 개시되는 바와 같이 기판 상에 형성된 하층에 대해 수행될 수 있고, "기판 표면"이라는 용어는, 문맥상 표시되는 바와 같이, 그러한 하층을 포함하도록 의도된다. 따라서, 예컨대, 막/층 또는 부분적인 막/층이 기판 표면 상에 증착된 경우, 새롭게 증착된 막/층의 노출된 표면이 기판 표면이 된다. 기판들은, 200 mm 또는 300 mm 직경 웨이퍼들 뿐만 아니라 직사각형 또는 정사각형 판유리들과 같이, 다양한 치수들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 강성 불연속 재료를 포함한다.
[0013] 본원에서 사용되는 바와 같은 "원자 층 증착" 또는 "순환 증착"은, 기판 표면 상에 재료의 층을 증착하기 위한, 2개 이상의 반응성 화합물들의 순차적인 노출을 지칭한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 화합물", "반응성 가스", "반응성 종", "전구체", "프로세스 가스" 등과 같은 용어들은, 표면 반응(예컨대, 화학흡착, 산화, 환원) 시에, 기판 표면, 또는 기판 표면 상의 재료와 반응할 수 있는 종을 갖는 물질을 의미하기 위해 상호 교환가능하게 사용된다. 기판, 또는 기판의 일부는 프로세싱 챔버의 반응 구역 내로 도입되는 2개 이상의 반응성 화합물들에 순차적으로 노출된다. 시간-도메인 ALD 프로세스에서, 각각의 반응성 화합물에 대한 노출은, 각각의 화합물이 기판 표면 상에 접착하고 그리고/또는 반응한 후에 프로세싱 챔버로부터 퍼징(purge)될 수 있게 하기 위해, 일정 시간 지연만큼 분리된다. 공간적 ALD 프로세스에서, 기판 표면 또는 기판 표면 상의 재료의 상이한 부분들은, 기판 상의 임의의 주어진 포인트가 하나 초과의 반응성 화합물에 실질적으로 동시에 노출되지 않도록, 2개 이상의 반응성 화합물들에 동시에 노출된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로"라는 용어는, 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 확산으로 인해 기판의 작은 부분이 다수의 반응성 가스들에 동시에 노출될 수 있는 가능성이 있고 이 동시 노출은 의도된 것이 아님을 의미한다.
[0014] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 방법은 ALD(atomic layer deposition) 프로세스를 사용한다. 그러한 실시예들에서, 기판 표면은 개별적으로 또는 실질적으로 개별적으로 전구체들(또는 반응성 가스들)에 노출된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "개별적으로"는 금속 전구체와 알코올이 시간적으로, 공간적으로, 또는 이들 둘 모두로 분리됨을 의미한다. 본 명세서 전체에 걸쳐 본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 개별적으로"는, 시간 분리와 관련될 때, 전구체 노출과 공-반응물에 대한 노출이 약간 중첩될 수 있을 지라도, 전구체 노출의 지속기간의 대부분이 공-반응물에 대한 노출과 중첩되지 않음을 의미한다. 본 명세서 전체에 걸쳐 본원에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 개별적으로"는, 공간 분리와 관련될 때, 전구체 노출의 노출 영역과 공-반응물의 노출 영역이 약간 중첩될 수 있을 지라도, 전구체 노출의 노출 영역의 대부분이 공-반응물의 노출 영역과 중첩되지 않음을 의미한다.
[0015] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "전구체", "반응물", "반응성 가스" 등과 같은 용어들은, 기판 표면, 또는 기판 표면 상에 있는 종과 반응할 수 있는 임의의 가스성 종을 지칭하기 위해 상호 교환가능하게 사용된다.
[0016] 하나 이상의 실시예들에서, 방법은 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스를 사용하여 수행된다. ALD 프로세스는 자기-제한적 프로세스이며, 여기서, 이원(또는 더 고차) 반응을 사용하여 재료의 단일 층이 증착된다. 개별 ALD 반응은 이론적으로, 기판 표면 상의 모든 이용가능 활성 사이트(site)들이 반응될 때까지 계속 자기-제한적이다. ALD 프로세스들은 시간-도메인 또는 공간적 ALD에 의해 수행될 수 있다.
[0017] 시간-도메인 프로세스에서, 프로세싱 챔버 및 기판은 임의의 주어진 시간에서 단일 반응성 가스에 노출된다. 예시적인 시간-도메인 프로세스에서, 프로세싱 챔버는, 금속 전구체가 기판 상의 이용가능 사이트들과 완전히 반응할 수 있게 하기 위해, 일정 시간 동안 금속 전구체로 충전될 수 있다. 이어서, 프로세싱 챔버 내로 제2 반응성 가스를 유동시키고, 제2 반응성 가스가 기판 표면, 또는 기판 표면 상의 재료와 완전히 반응할 수 있게 하기 전에, 프로세싱 챔버로부터 전구체가 퍼징될 수 있다. 시간-도메인 프로세스는, 임의의 주어진 시간에 하나의 반응성 가스만이 프로세싱 챔버에 있는 것을 보장함으로써, 반응성 가스들의 혼합을 최소화한다. 임의의 반응성 가스 노출의 시작 시에, 반응성 종의 농도가 제로(zero)로부터 최종 미리 결정된 압력까지 이르게 되는 동안의 지연이 있다. 유사하게, 프로세스 챔버로부터 모든 반응성 종을 퍼징하는 동안의 지연이 있다.
[0018] 공간적 ALD 프로세스에서, 기판은 단일 프로세싱 챔버 내의 상이한 프로세스 구역들 사이에서 이동된다. 개별 프로세스 구역들 각각은 가스 커튼에 의해 인접 프로세스 구역들로부터 분리된다. 가스 커튼은 임의의 가스 상 반응들을 최소화하기 위해 반응성 가스들의 혼합을 방지하는 것을 돕는다. 상이한 프로세스 구역들을 통하는 기판의 이동은, 가스 상 반응들이 방지되면서, 기판이 상이한 반응성 가스들에 순차적으로 노출될 수 있게 한다.
[0019] 일부 실시예들에서, 제1 금속 층을 포함하는 기판은 제1 금속 표면을 갖는다. 제1 금속은 임의의 적합한 금속일 수 있다. 이상적으로, 제1 금속 표면은 제1 금속을 필수구성으로 포함한다. 실제로, 제1 금속 표면은 이의 표면 상에 제1 금속 이외의 원소들을 포함하는 다른 막들 또는 오염물들을 부가적으로 포함할 수 있다.
[0020] 일부 실시예들에서, 제1 금속은 코발트, 구리, 니켈, 루테늄, 텅스텐, 또는 플래티넘 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 순수한 금속이고, 단일 금속 종을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 금속 합금이고, 다수의 금속 종을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 코발트, 구리, 니켈, 루테늄, 텅스텐, 또는 플래티넘을 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 코발트를 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 구리를 필수구성으로 포함한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "~를 필수구성으로 포함함"은 명시된 재료가 약 95%, 98%, 99%, 또는 99.5% 이상의 명시된 종임을 의미한다.
[0021] 기판은 개시되는 방법들에 의한 프로세싱을 위해 제공된다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "제공됨"이라는 용어는 기판이 추가적인 프로세싱을 위한 포지션 또는 환경에 배치됨을 의미한다. 기판은, 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 노출된다. 일부 실시예들에서, 기판은 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 노출된다.
[0022] 제2 금속 전구체는 제2 금속 및 하나 이상의 리간드들을 포함한다. 제2 금속은 금속 산화물을 형성할 수 있는 임의의 적합한 금속일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 금속은 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 니켈, 아연, 탄탈럼, 또는 티타늄 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속은 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 니켈, 아연, 탄탈럼, 또는 티타늄을 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속은 알루미늄을 필수구성으로 포함한다.
[0023] 제2 금속 전구체의 리간드는 임의의 적합한 리간드일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 금속-산소 결합들을 실질적으로 함유하지 않는다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "금속-산소 결합들을 실질적으로 함유하지 않음"은 제2 금속 전구체가, 총 금속-리간드 결합 카운트에 의해 측정될 때, 2%, 1%, 또는 0.5% 미만의 금속-산소 결합들을 함유하는 금속-리간드 결합들을 가짐을 의미한다. 본 개시내용에서 사용되는 바와 같이, 리간드의 설명은 제2 금속 전구체의 금속 중심에 부착된 원소에 의해 주로 이루어진다. 따라서, 카보 리간드는 금속-탄소 결합을 나타낼 것이고; 아미노 리간드는 금속-질소 결합을 나타낼 것이고; 할라이드 리간드는 금속-할로겐 결합을 나타낼 것이다.
[0024] 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 적어도 하나의 카보 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 카보 리간드들만을 포함한다. 적어도 하나의 카보 리간드가 있는 실시예들에서, 각각의 카보 리간드는 독립적으로 1개 내지 6개의 탄소 원자들을 함유한다. 일부 실시예들에서, 카보 리간드는 메틸이다. 일부 실시예들에서, 카보 리간드는 에틸이다. 제2 금속 전구체가 적어도 하나의 카보 리간드를 포함하는 일부 실시예들에서, 개시되는 방법들은 실질적으로 탄소를 함유하지 않는 제2 금속 산화물 층을 제공한다.
[0025] 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 TMA(trimethyl aluminum)를 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 TEA(triethyl aluminum)를 필수구성으로 포함한다.
[0026] 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 적어도 하나의 아미노 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 아미노 리간드들만을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 적어도 하나의 할라이드 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 전구체는 할라이드 리간드들만을 포함한다.
[0027] 알코올은 일반식 R-OH이며, 여기서, R은 임의의 적합한 유기 치환기이다. 일부 실시예들에서, 알코올은 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 또는 10개의 탄소 원자들을 함유한다. 일부 실시예들에서, 유기 치환기는 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클로, 아릴, 선형(linear), 또는 분지형(branched) 중 하나 이상이다. 일부 실시예들에서, 유기 치환기는 탄소 이외의 원자들을 함유한다. 일부 실시예들에서, 알코올은 하나 초과의 히드록실기를 함유한다. 일부 실시예들에서, 알코올은 메탄올을 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 알코올은 에탄올을 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 알코올은 이소프로판올을 필수구성으로 포함한다. 일부 실시예들에서, 알코올은 t-부탄올을 필수구성으로 포함한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 알코올이 몰 기초로 95%, 98%, 99%, 또는 99.5% 초과의 명시된 알코올인 경우, 알코올은 명시된 알코올을 "필수구성으로 포함한다".
[0028] 본 개시내용의 실시예들에 따라 기판이 프로세싱되면서, 여러 조건들이 제어될 수 있다. 이들 조건들은 기판 온도, 제2 금속 전구체 및/또는 알코올의 유량, 펄스 지속기간 및/또는 온도, 및 챔버 압력을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음).
[0029] 증착 동안의 기판의 온도는, 예컨대 사용되는 전구체(들)에 따라, 임의의 적합한 온도일 수 있다. 프로세싱 동안, 기판은 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 기판 지지부의 온도를 변화시키는 것 및 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않는) 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도에 의해 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 이용되고 있는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)은 기판 온도를 국부적으로 변화시키도록 가열 또는 냉각된다. 일부 실시예들에서, 기판 온도를 대류에 의해 변화시키기 위해, 챔버 내에서 기판 표면에 인접하게 가열기/냉각기가 포지셔닝된다.
[0030] 일부 실시예들에서, 기판은 약 25 ℃, 또는 약 50 ℃, 또는 약 100 ℃, 또는 약 150 ℃, 또는 약 200 ℃, 또는 약 250 ℃, 또는 약 300 ℃, 또는 약 350 ℃, 또는 약 400 ℃, 또는 약 450 ℃, 또는 약 500 ℃ 이상의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판 온도는 약 600 ℃, 또는 약 550 ℃, 또는 약 500 ℃, 또는 약 450 ℃, 또는 약 400 ℃, 또는 약 350 ℃, 또는 약 300 ℃, 또는 약 250 ℃, 또는 약 200 ℃, 또는 약 150 ℃, 또는 약 100 ℃, 또는 약 50 ℃, 또는 약 25 ℃ 이하의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판 온도는 약 350 ℃의 온도로 유지된다.
[0031] 본원에서 사용되는 바와 같은 "펄스" 또는 "도즈(dose)"는 프로세스 챔버 내로 간헐적으로 또는 불-연속적으로 도입되는 소스 가스의 양을 지칭하도록 의도된다. 각각의 펄스 내의 특정 화합물의 양은 펄스의 지속기간에 따라 시간에 걸쳐 변화될 수 있다. 특정 프로세스 가스는 단일 화합물을 포함할 수 있거나, 또는 2개 이상의 화합물들의 혼합물/조합, 예컨대 아래에서 설명되는 프로세스 가스들을 포함할 수 있다.
[0032] 각각의 펄스/도즈에 대한 지속기간들은 가변적이고, 그리고, 예컨대, 프로세싱 챔버의 부피 용량 뿐만 아니라 프로세싱 챔버에 커플링된 진공 시스템의 능력들에 순응하도록 조정될 수 있다. 부가적으로, 프로세스 가스의 도즈 시간은, 프로세스 가스의 유량, 프로세스 가스의 온도, 제어 밸브의 타입, 이용되는 프로세스 챔버의 타입 뿐만 아니라, 프로세스 가스의 성분들이 기판 표면 상에 흡착하는 능력에 따라 변화될 수 있다. 도즈 시간들은 또한, 형성되는 층의 타입, 및 형성되는 디바이스의 기하형상에 기초하여 변화될 수 있다. 도즈 시간은, 실질적으로 기판의 전체 표면 상에 흡착/화학흡착하여 그 위에 프로세스 가스 성분의 층을 형성하기에 충분한 화합물의 부피를 제공할 정도로 충분히 길어야 한다.
[0033] 반응물들(예컨대, 제2 금속 전구체 및 알코올)은 하나 이상의 펄스들로 또는 연속적으로 제공될 수 있다. 반응물들의 유량은, 약 1 내지 약 5000 sccm의 범위, 또는 약 2 내지 약 4000 sccm의 범위, 또는 약 3 내지 약 3000 sccm의 범위, 또는 약 5 내지 약 2000 sccm의 범위의 유량들을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 임의의 적합한 유량일 수 있다. 반응물들은, 약 5 mTorr 내지 약 25 Torr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 20 Torr의 범위, 또는 약 5 Torr 내지 약 20 Torr의 범위, 또는 약 50 mTorr 내지 약 2000 mTorr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 1000 mTorr의 범위, 또는 약 200 mTorr 내지 약 500 mTorr의 범위의 압력을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 임의의 적합한 압력으로 제공될 수 있다.
[0034] 기판이 각각의 반응물에 노출되는 시간 기간은 반응물이 기판 표면의 상단에 적절한 핵형성 층을 형성할 수 있게 하는 데 필요한 임의의 적합한 시간의 양일 수 있다. 예컨대, 반응물들은 약 0.1초 내지 약 90초의 기간 동안 프로세스 챔버 내로 유동될 수 있다. 일부 시간-도메인 ALD 프로세스들에서, 반응물들은, 약 0.1초 내지 약 90초의 범위, 또는 약 0.5초 내지 약 60초의 범위, 또는 약 1초 내지 약 30초의 범위, 또는 약 2초 내지 약 25초의 범위, 또는 약 3초 내지 약 20초의 범위, 또는 약 4초 내지 약 15초의 범위, 또는 약 5초 내지 약 10초의 범위의 시간 동안, 기판 표면에 노출된다.
[0035] 일부 실시예들에서, 부가적으로, 불활성 가스가 반응물들과 동시에 프로세스 챔버에 제공될 수 있다. 불활성 가스는 반응물과 (예컨대, 희석 가스로서) 혼합될 수 있거나 또는 별개일 수 있고, 펄싱될 수 있거나 또는 일정한 유동일 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 약 1 내지 약 10000 sccm의 범위의 일정한 유동으로 프로세싱 챔버 내로 유동된다. 불활성 가스는 임의의 불활성 가스, 예컨대 이를테면, 아르곤, 헬륨, 네온, 이들의 조합 등일 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 반응물들은 프로세스 챔버 내로 유동하기 전에 아르곤과 혼합된다.
[0036] 전술한 바에 부가하여, 반응물들에 기판을 노출시키는 동안, 부가적인 프로세스 파라미터들이 조절될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 약 0.2 내지 약 100 Torr, 또는 약 0.3 내지 약 90 Torr의 범위, 또는 약 0.5 내지 약 80 Torr의 범위, 또는 약 1 내지 약 50 Torr의 범위의 압력으로 유지될 수 있다.
[0037] 일부 실시예들에서, (특히 시간-도메인 ALD에서의) 프로세스 챔버는 불활성 가스를 사용하여 퍼징될 수 있다(이는 공간적 ALD 프로세스들에서는 필요하지 않을 수 있는데, 이는 공간적 ALD 프로세스들에는 반응성 가스들을 분리하는 가스 커튼이 있기 때문임). 불활성 가스는 임의의 불활성 가스, 예컨대 이를테면, 아르곤, 헬륨, 네온 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 반응물들에 대한 기판의 노출 동안 프로세스 챔버에 제공된 불활성 가스와 동일할 수 있거나, 또는 대안적으로는 상이할 수 있다. 불활성 가스가 동일한 실시예들에서, 프로세스 챔버로부터 제1 프로세스 가스를 우회시켜서, 불활성 가스가 프로세스 챔버를 통해 유동할 수 있게 하여, 프로세스 챔버로부터 임의의 과도한 제1 프로세스 가스 성분들 또는 반응 부산물들을 퍼징함으로써, 퍼지가 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 위에서 설명된, 제2 금속 전구체에 관하여 사용된 유량과 동일한 유량으로 제공될 수 있거나, 또는 일부 실시예들에서, 유량은 증가 또는 감소될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 불활성 가스는, 프로세스 챔버를 퍼징하기 위해, 약 0 내지 약 10000 sccm의 유량으로 프로세스 챔버에 제공될 수 있다. 공간적 ALD에서, 퍼지 가스 커튼들이 반응물들의 유동들 사이에 유지되고, 프로세스 챔버의 퍼징이 필요하지 않을 수 있다. 공간적 ALD 프로세스의 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버, 또는 프로세스 챔버의 구역은 불활성 가스로 퍼징될 수 있다.
[0038] 불활성 가스의 유동은, 제1 및 제2 프로세스 가스들의 원하지 않는 가스 상 반응들을 방지하기 위해, 프로세스 챔버로부터 임의의 과도한 제1 프로세스 가스 성분들 및/또는 과도한 반응 부산물들을 제거하는 것을 가능하게 할 수 있다.
[0039] 본원에서 설명되는 프로세싱 방법의 일반적인 실시예가 반응성 가스들의 2개의 펄스들만을 포함하지만, 이는 단지 예시적인 것일 뿐이고, 반응성 가스들의 부가적인 펄스들이 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
[0040] 증착 동안의 프로세싱 챔버 압력은 약 50 mTorr 내지 750 Torr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 400 Torr의 범위, 또는 약 1 Torr 내지 약 100 Torr의 범위, 또는 약 2 Torr 내지 약 10 Torr의 범위일 수 있다.
[0041] 형성되는 제2 금속 산화물 층은 임의의 적합한 막일 수 있다. 일부 실시예들에서, 형성되는 막은 MOx에 따라 하나 이상의 종을 포함하는 비정질 또는 결정질 막이며, 여기서, 화학식은 화학량론적이지 않고 원자 조성을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 산화물은 화학량론적이다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 막은 화학량론비를 초과하는 제2 금속 대 산소의 비율을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 산화물은 화학량론적이다. 일부 실시예들에서, 제2 금속 막은 화학량론비 미만의 제2 금속 대 산소의 비율을 갖는다.
[0042] 원하는 두께까지 제2 금속 산화물 층의 증착이 완료될 시에, 방법은 일반적으로 종료되고, 기판은 임의의 추가적인 프로세싱을 위해 진행할 수 있다.
[0043] 일부 실시예들에서, 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해 기판을 노출시키기 전에, 기판이 세정된다. 일부 실시예들에서, 기판을 세정하는 것은 수소 플라즈마에 기판을 노출시키는 것을 포함한다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "수소 플라즈마"라는 용어는 분자 수소(즉, H2)를 갖는 플라즈마를 지칭한다. 일부 실시예들에서, 수소 플라즈마는 몰 기초로 약 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 98%, 또는 99% 이상의 H2이다.
[0044] 원자 층 증착 타입 챔버들에서, 기판은, 공간적으로 분리된 프로세스들 또는 시간적으로 분리된 프로세스들 중 어느 하나에서, 제1 및 제2 전구체들에 노출될 수 있다. 시간적 ALD는 종래의 프로세스이며, 여기서, 제1 전구체가 챔버 내로 유동하여 표면과 반응한다. 제1 전구체는 제2 전구체가 유동하기 전에 챔버로부터 퍼징된다. 공간적 ALD에서, 제1 및 제2 전구체들 둘 모두는 챔버로 동시에 유동되지만, 전구체들의 혼합을 방지하는, 유동들 사이의 구역이 존재하도록 공간적으로 분리된다. 공간적 ALD에서, 기판이 가스 분배 플레이트에 대하여 이동되거나, 또는 그 반대이다.
[0045] 방법들의 부분들 중 하나 이상이 하나의 챔버에서 발생하는 실시예들에서, 프로세스는 공간적 ALD 프로세스일 수 있다. 위에서 설명된 케미스트리(chemistry)들 중 하나 이상이 양립가능하지 않을 수 있다고 하더라도(즉, 기판 표면 상의 반응 이외의 반응 및/또는 챔버 상의 증착을 초래할 수 있다고 하더라도), 공간적 분리는 시약들이 가스 상으로 서로 노출되지 않는 것을 보장한다. 예컨대, 시간적 ALD는 증착 챔버를 퍼징하는 것을 수반한다. 그러나, 실제로는, 부가적인 시약을 챔버 내에 유동시키기 전에, 챔버 밖으로 모든 과도한 시약을 퍼징하는 것이 종종 가능하지 않다. 따라서, 챔버 내의 임의의 잔여 시약이 반응할 수 있다. 공간적 분리에 의해, 과도한 시약이 퍼징될 필요가 없으며, 교차-오염이 제한된다. 게다가, 챔버를 퍼징하기 위해 많은 시간이 걸릴 수 있고, 그에 따라, 퍼지 단계를 제거함으로써 처리량이 증가될 수 있다.
[0046] 본 명세서의 전체에 걸친 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예들", 또는 "실시예"에 대한 언급은, 그 실시예에 관하여 설명되는 특정한 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 전체에 걸친 다양한 위치들에서의 "하나 이상의 실시예들에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서", 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들은 반드시 본 개시내용의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 피처들, 구조들, 재료들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
[0047] 본원의 개시내용이 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들이 단지, 본 개시내용의 애플리케이션들 및 원리들을 예시할 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 개시내용의 방법 및 장치에 대해 다양한 변형들 및 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 개시내용이 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 있는 변형들 및 변화들을 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 증착 방법으로서,
    제1 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계 ― 상기 제1 금속은 코발트, 구리, 니켈, 루테늄, 텅스텐, 또는 플래티넘 중 하나 이상을 포함함 ―; 및
    상기 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 금속은 알루미늄, 하프늄, 지르코늄, 니켈, 아연, 탄탈럼, 또는 티타늄 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 금속 전구체는 금속-산소 결합들을 실질적으로 포함하지 않고,
    상기 방법은 상기 제1 금속 표면의 산화를 실질적으로 발생시키지 않는,
    증착 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 금속은 코발트를 필수구성으로 포함하는,
    증착 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 금속은 구리를 필수구성으로 포함하는,
    증착 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속은 알루미늄을 필수구성으로 포함하는,
    증착 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 전구체는 적어도 하나의 카보 리간드(carbo ligand)를 포함하는,
    증착 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 카보 리간드는 1개 내지 6개의 탄소 원자들을 함유하는,
    증착 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 금속 전구체는 카보 리간드들만을 포함하는,
    증착 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 금속 산화물 층은 탄소를 실질적으로 함유하지 않는,
    증착 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 전구체는 적어도 하나의 아미노 리간드를 포함하는,
    증착 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 전구체는 적어도 하나의 할라이드 리간드를 포함하는,
    증착 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 알코올은 1개 내지 10개의 탄소 원자들을 함유하는,
    증착 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 알코올은 이소프로필 알코올을 필수구성으로 포함하는,
    증착 방법.
  13. 증착 방법으로서,
    제1 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계 ― 상기 제1 금속은 코발트를 필수구성으로 포함함 ―; 및
    상기 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 금속 전구체는 트리메틸 알루미늄을 필수구성으로 포함하고, 상기 알코올은 이소프로필 알코올을 필수구성으로 포함하고,
    상기 방법은 상기 제1 금속 표면의 산화를 실질적으로 발생시키지 않는,
    증착 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 기판은 약 100 ℃ 이상의 온도로 유지되는,
    증착 방법.
  15. 증착 방법으로서,
    제1 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계 ― 상기 제1 금속은 코발트를 필수구성으로 포함함 ―;
    수소 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계; 및
    상기 제1 금속 표면 상에 제2 금속 산화물 층을 형성하기 위해, 제2 금속 전구체 및 알코올에 개별적으로 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 금속 전구체는 트리메틸 알루미늄을 필수구성으로 포함하고, 상기 알코올은 이소프로필 알코올을 필수구성으로 포함하고,
    상기 기판은 약 350 ℃의 온도로 유지되고,
    상기 방법은 상기 제1 금속 표면의 산화를 실질적으로 발생시키지 않는,
    증착 방법.
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