KR20210009443A - 탄소 갭필 막들 - Google Patents

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KR20210009443A
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시시 지앙
에스와라난드 벤카타수브라마니안
프라밋 만나
아비짓 말릭
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 기판 상에 유동성 탄소 층들을 형성하기 위한 방법들이 설명된다. 기판 상에 유동성 탄소 막을 형성하기 위해, 본원에서 설명되는 바와 같이, 탄소-함유 전구체에 로컬 여기(이를테면, PECVD 내의 플라즈마)가 인가될 수 있다. 원격 여기 방법이 또한, 안정적인 전구체를 여기시켜서, 기판 프로세싱 구역 내의 여기되지 않은 탄소-함유 전구체와 추후에 결합되는 라디칼 전구체를 생성함으로써, 유동성 탄소 막들을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 선택적인 증착-후 플라즈마 노출이 또한, 증착 후에, 유동성 막을 경화 또는 응고시킬 수 있다. 본원에서 설명되는 유동성 막들을 사용하여 공기 갭들을 형성하기 위한 방법들이 또한 설명된다.

Description

탄소 갭필 막들
[0001] 본 개시내용은 일반적으로, 박막들을 증착하는 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은, 유동성 탄소 막들로 좁은 트렌치(trench)들을 충전(fill)하고, 선택적으로 유동성 막들을 경화시키기 위한 프로세스들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 회로 엘리먼트들의 소형화는 상업적 규모로 45 nm, 32 nm, 28 nm, 및 심지어 20 nm의 피처(feature) 사이즈들이 제작되는 지점에 도달하였다. 치수들이 계속해서 더 작아짐에 따라, 다양한 재료들로 회로 엘리먼트들 사이의 갭을 충전하는 것과 같은 프로세스 단계들에 대한 새로운 난제들이 발생된다. 엘리먼트들 사이의 폭이 계속해서 축소됨에 따라, 대개, 엘리먼트들 사이의 갭이 더 높아지고 더 좁아지며, 그에 따라, 갭필(gapfill) 재료가 걸리게 되어 공극(void)들 및 약한 심(seam)들이 생성되지 않게 하면서, 갭을 충전하는 것이 더 어렵게 된다. 종래의 CVD(chemical vapor deposition) 기법들에서는, 대개, 갭이 완전히 충전되기 전에, 갭의 최상부에서 재료가 과도하게 성장된다. 이는 증착 재료가 과도한 성장에 의해 조기에 차단된 갭에 공극 또는 심을 생성할 수 있으며, 이 문제는 때때로 브레드로핑(breadloafing)으로 지칭된다.
[0003] 브레드로핑 문제에 대한 하나의 솔루션은, 초기-유동성 막(nascently-flowable film)을 형성하기 위해, 무-플라즈마 기판 프로세싱 구역에서 결합되는 플라즈마-여기된 전구체 및 갭필 전구체를 사용하는 것이었다. 증착-직후(as-deposited) 유동성은, 이 화학 기상 증착 기법을 사용하여, 막이 심 또는 공극 없이 갭들을 충전할 수 있게 한다. 그러한 화학 기상 증착은 SOG(spin-on glass) 또는 SOD(spin-on dielectric) 프로세스들보다 더 양호한 갭필 특성들을 생성하는 것으로 밝혀졌다. CVD에 의해 증착되는 유동성 막들의 증착이 더 적은 브레드로핑 문제들을 갖지만, 그러한 기법들은 여전히 일부 종류들의 재료에 대해 이용가능하지 않다.
[0004] 유동성 CVD 기법들이 다른 갭필 재료들로 높고 좁은(즉, 높은 종횡비) 갭들을 충전하는 데 있어서 상당한 돌파구를 나타내지만, 고도로 순수한 탄소-계 재료들로 그러한 갭들을 심이 없이 충전할 수 있는 기법들이 여전히 필요하다. 이전의 탄소-계 갭필 막들은 상당한 양의 산소 및 실리콘을 함유하였다. 이들 원소들은 탄소-계 갭필 막들의 특성들을 상당히 변경한다.
[0005] 따라서, 산소 또는 실리콘 없이 탄소 갭필 막들을 증착하기 위한 전구체들 및 방법들이 필요하다.
[0006] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 유동성 탄소 막 증착 방법에 관한 것이다. 방법은 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 탄소-함유 전구체를 포함하는 반응성 플라즈마가 형성된다. 탄소-함유 전구체는 실질적으로 산소를 포함하지 않는다. 반응성 플라즈마는 실질적으로 산소를 포함하지 않는다. 기판 상에 유동성 탄소 막을 증착하기 위해, 반응성 플라즈마에 기판이 노출된다. 유동성 탄소 막은 실질적으로 실리콘도 산소도 포함하지 않는다.
[0007] 본 개시내용의 부가적인 실시예들은 유동성 탄소 막 증착 방법에 관한 것이다. 방법은 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 기판 표면을 갖고, 기판 표면은 그 기판 표면 상에 적어도 하나의 피처를 갖는다. 적어도 하나의 피처는 기판 표면으로부터 최하부 표면까지 일정 깊이만큼 연장된다. 적어도 하나의 피처는, 제1 측벽과 제2 측벽에 의해 정의된, 기판 표면에서의 개구 폭을 갖는다. 적어도 하나의 피처는 약 10:1 이상의 깊이 대 개구 폭의 비를 갖는다. 기판 프로세싱 구역 내에 제1 플라즈마가 형성된다. 제1 플라즈마는 탄소-함유 전구체 및 제1 플라즈마 가스를 포함한다. 탄소-함유 전구체는 실질적으로 산소를 포함하지 않고, 제1 플라즈마는 실질적으로 산소를 포함하지 않는다. 적어도 하나의 피처에 유동성 탄소 막을 증착하기 위해, 제1 플라즈마에 기판이 노출된다. 적어도 하나의 피처에 증착된 유동성 탄소 막은 실질적으로 심을 갖지 않고, 유동성 탄소 막은 실질적으로 실리콘도 산소도 포함하지 않는다. 유동성 탄소 막을 경화시키기 위해, 제2 플라즈마에 유동성 탄소 막이 노출된다. 제2 플라즈마는 제2 플라즈마 가스를 여기시킴으로써 생성된다. 방법은 진공을 파괴(break)시키지 않으면서 단일 챔버에서 수행된다. 기판은 방법 전체에 걸쳐 대략 동일한 온도로 유지된다.
[0008] 본 개시내용의 추가적인 실시예들은 기판 피처에 공기 갭을 형성하는 방법에 관한 것이다. 방법은 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 기판 표면을 갖고, 기판 표면은 그 기판 표면 상에 적어도 하나의 피처를 갖는다. 적어도 하나의 피처는 기판 표면으로부터 최하부 표면까지 일정 깊이만큼 연장된다. 적어도 하나의 피처는, 제1 측벽과 제2 측벽에 의해 정의된, 기판 표면에서의 개구 폭을 갖는다. 적어도 하나의 피처는 약 10:1 이상의 깊이 대 개구 폭의 비를 갖는다. 적어도 하나의 피처의 제1 부분에 유동성 탄소 막이 증착된다. 플라즈마를 형성하기 위해 탄소-함유 전구체를 여기시키는 것을 포함하는 프로세스에 의해, 유동성 탄소 막이 증착된다. 탄소-함유 전구체는 실질적으로 산소를 포함하지 않는다. 플라즈마는 실질적으로 산소를 포함하지 않는다. 적어도 하나의 피처에 유동성 탄소 막을 증착하기 위해, 플라즈마에 기판이 노출된다. 적어도 하나의 피처에 증착된 유동성 탄소 막은 실질적으로 심을 갖지 않고, 유동성 탄소 막은 실질적으로 실리콘도 산소도 포함하지 않는다. 적어도 하나의 피처의 제2 부분에서 유동성 탄소 막 상에 재료가 증착된다. 적어도 하나의 피처의 제1 부분에 공기 갭을 형성하기 위해, 적어도 하나의 피처의 제1 부분으로부터 유동성 탄소 막이 제거된다.
[0009] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 기판 상에 유동성 탄소 층을 형성하는 방법에서 선택된 단계들을 예시하는 흐름도이다.
[0011] 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 기판 프로세싱 시스템을 도시한다.
[0012] 도 3a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버를 도시한다.
[0013] 도 3b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 가스 분배 샤워헤드를 도시한다.
[0014] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 상호 교환가능하게 사용되고, 이들 둘 모두는 프로세스가 작용하는 표면 또는 표면의 일부를 지칭한다. 또한, 문맥상 명확하게 달리 표시되지 않는 한, 기판에 대한 지칭은 또한, 기판의 일부만을 지칭할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 부가적으로, 기판 상의 증착에 대한 지칭은 베어(bare) 기판, 및 하나 이상의 막들 또는 피처들이 상부에 증착 또는 형성된 기판 둘 모두를 의미할 수 있다.
[0015] 본원에서 사용되는 바와 같은 "기판"은 제작 프로세스 동안 막 프로세싱이 수행되는 임의의 기판 또는 기판 상에 형성된 재료 표면을 지칭한다. 예컨대, 프로세싱이 수행될 수 있는 기판 표면은, 애플리케이션에 따라, 재료들, 이를테면 실리콘, 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘(strained silicon), SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 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(이에 제한되지는 않음). 기판들은 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 수산화(또는 화학 기능성을 부여하기 위해 표적 화학 모이어티(target chemical moiety)들을 다른 방식으로 생성 또는 그래프팅(graft)하는 것), 어닐링, 및/또는 베이킹하기 위해 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 기판의 표면 자체에 대한 직접적인 막 프로세싱에 부가하여, 본 개시내용에서, 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. 주어진 기판 표면이 포함하는 것은 어떤 막들이 증착될지 뿐만 아니라 사용되는 특정 케미스트리(chemistry)에 따라 좌우될 것이다.
[0016] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 가스", "전구체", "반응물" 등이라는 용어들은 기판 표면과 반응하는 종을 포함하는 가스를 의미하기 위해 상호 교환가능하게 사용된다. 예컨대, 제1 "반응성 가스"는 단순히 기판의 표면 상에 흡착될 수 있고, 제2 반응성 가스와의 추가적인 화학 반응을 위해 이용가능할 수 있다.
[0017] 본원에서 사용되는 바와 같은 "약"이라는 용어는 대략 또는 거의를 의미하고, 수치 값 또는 범위가 제시되는 문맥에서, 수치 값의 ±15% 이하의 변동을 의미한다. 예컨대, ±14%, ±10%, ±5%, ±2%, 또는 ±1%만큼 다른 값은 약의 정의를 만족시킬 것이다.
[0018] 본 개시내용의 실시예들은, 반도체 기판 상에 유동성 탄소 층들을 형성하고, 선택적으로, 유동성 탄소 층들을 경화 또는 응고시키기 위한 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용 및 첨부된 청구항들 전체에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 탄소 층 및 탄소 막은 동일한 재료를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 추가로 설명되는 바와 같이, 기판 상에 유동성 탄소 막을 형성하기 위해, 실질적으로 산소 원자들을 포함하지 않는 탄소-함유 전구체로부터 반응성 플라즈마가 형성될 수 있다. 원격 여기 방법이 또한, 안정적인 전구체를 여기시켜서, 기판 프로세싱 구역에 반응성 플라즈마를 형성하기 위해 여기되지 않은 탄소-함유 전구체와 추후에 결합되는 라디칼 전구체를 생성함으로써, 유동성 탄소 막들을 생성하는 것으로 밝혀졌다.
[0019] 로컬(local) 여기의 경우, 탄소-함유 전구체를 여기시키기 위해 로컬 플라즈마가 사용될 수 있다. 본 발명자들은, 여기 구역을 하우징하는 동일한 기판 프로세싱 구역에서 기판 상에 유동성 탄소 막을 형성하기 위해, 이들 기법들이 수정될 수 있는 것으로 결정하였다. 일부 실시예들에서, 프로세스는, 전구체들이 기판으로 이동하기 전에, 전구체의 적절한 재결합 및 탈-여기(de-excitation)를 가능하게 한다. 재결합 및 탈-여기는 반응물 유동으로부터 이온화된 종을 제거하고, 그리고 응고 또는 경화 전에 초기(nascent) 막이 유동할 수 있게 한다. 이어지는 논의에서 제공되는 유량들, 전구체들, 및 프로세스 파라미터들은 로컬 플라즈마 기법과 원격 플라즈마 기법 둘 모두에 적용된다.
[0020] 예시적인 원격 플라즈마 CVD 프로세스에서, 유동성 탄소 막의 탄소 성분들은, 기판 프로세싱 구역 외부에 형성된 원격 플라즈마에서 형성된 라디칼 전구체에 의해 여기된 탄소-함유 전구체로부터 유래할 수 있다. 라디칼 전구체는 암모니아, 아르곤, 수소, 헬륨 등으로 형성될 수 있다. 라디칼 전구체는 실질적으로 산소 원자들을 포함하지 않는다. 탄소-함유 전구체와 안정적인 전구체/라디칼 전구체 둘 모두가 실질적으로 산소 원자들을 포함하지 않기 때문에, 반응성 플라즈마는 실질적으로 산소 원자들을 포함하지 않는다. 원격 플라즈마는 원격 플라즈마 시스템일 수 있거나, 또는 동일한 기판 프로세싱 시스템 내에 있지만 샤워헤드에 의해 기판 프로세싱 구역으로부터 분리된 구획일 수 있다. 라디칼 전구체는, 낮은 증착 온도들에서 탄소-함유 전구체와 결합될 때, 유동성 탄소 막을 형성하기 위해, 부분적으로 활성화된다. 높은 종횡비 갭들로 구조화된, 기판의 부분들에서, 유동성 탄소 재료가 실질적으로 심이 없이 그 갭들 내에 증착될 수 있다.
[0021] 본 발명을 더 잘 이해하고 인식하기 위해, 이제 도 1이 참조되며, 도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 기판 상에 유동성 탄소 층을 형성하는 방법에서 선택된 단계들을 도시하는 흐름도이다. 방법은 화학 기상 증착 챔버의 기판 프로세싱 구역에 탄소-함유 전구체를 제공하는 단계(102)를 포함한다. 탄소-함유 전구체는 유동성 탄소 층을 형성하는 데 사용되는 탄소를 제공한다.
[0022] 본 발명의 실시예들에서, 탄소-함유 전구체들은 탄화수소들을 포함하고 탄화수소들로 구성된다. 탄소-함유 전구체는 탄소, 수소, 및 선택적으로는 질소로 구성된다. 개시되는 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 산소도 불소(또는 다른 할로겐 원자들)도 갖지 않는다. 예시적인 탄소-함유 전구체들은 알칸들, 알켄들, 알킨들, 아민들, 이민들, 및 니트릴들을 포함한다.
[0023] 예시적인 탄소-함유 전구체들은, 특히, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 프로판, 프로펜, 프로핀, 부탄, 부텐, 부틴, 헥산, 헥센, 헥신, 헵탄, 헵텐, 헵틴, 옥탄, 옥텐, 옥틴, 및 더 긴 사슬 탄화수소들을 포함한다. 탄소-함유 전구체는, 시클로프로판, 시클로헥산, 시클로헥센, 또는 시클로헵탄을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 고리식 탄화수소일 수 있다. 탄소-함유 전구체는 방향족 탄화수소일 수 있다. 예시적인 탄소-함유 전구체들은 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 아닐린, 및 피리딘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 프로펜, 아세틸렌, 또는 메탄을 필수구성으로 포함한다.
[0024] 일반적으로 말하면, 탄소-함유 전구체는 탄소 및 수소를 포함할 수 있지만, 또한 질소도 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 탄소-함유 전구체의 반응성 성분은 탄소 및 수소를 필수구성으로 포함한다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "~를 필수구성으로 포함함"이라는 용어는, 원자 기준으로, 대상 반응성 가스의 조성의 약 95%, 98%, 99%, 또는 99.5% 이상이 명시된 원소들(합산됨)이라는 것을 의미한다. 탄소-함유 전구체는 탄소, 수소, 및 질소로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 4개 내지 12개, 4개 내지 10개, 4개 내지 8개, 6개 내지 12개, 6개 내지 10개, 8개 내지 12개, 또는 4개, 6개, 8개 또는 12개 이상의 탄소 원자들을 포함한다.
[0025] 일부 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 적어도 하나의 불포화 결합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 불포화 결합은 탄소-탄소 불포화 결합이다. 일부 실시예들에서, 불포화 결합은 탄소-질소 불포화 결합이다. 일부 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 비닐 작용기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 에텐, 프로펜, 이소부틸렌, 부타디엔, 및 스티렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시예들에서, 불포화 결합은 말단 불포화 결합(terminal unsaturated bond)이다. 일부 실시예들에서, 탄소-함유 전구체는 방향족 또는 비-방향족의 고리 구조를 포함한다.
[0026] 안정적인 전구체가 원격 플라즈마 구역 내로 유동되어, 라디칼 전구체가 생성된다(동작(104)). 라디칼 전구체는 샤워헤드를 통해 기판 프로세싱 구역 내로 유동되었으며(동작(106)), 여기서, 라디칼 전구체가 탄소-함유 전구체와 결합하여 반응성 플라즈마를 형성한다(동작(108)). 탄소-함유 전구체는 플라즈마를 통해 유동되지 않았고, 라디칼 전구체에 의해서만 여기된다. 여기되지 않은 탄소-함유 전구체와 라디칼 전구체는 유동성 탄소 층을 형성하는 방식으로 결합하는 것(동작(110))으로 밝혀졌다.
[0027] 일반적으로, 안정적인 전구체는 산소도 실리콘도 함유하지 않는 임의의 적합한 가스를 포함할 수 있다. 예시적인 안정적인 전구체들은 노블 가스(noble gas)들(예컨대, Ne, Kr, Ar, Xe, He), NH3, 및 H2를 포함한다. 개시되는 실시예들에서, 안정적인 전구체(그리고 그에 따른 라디칼 전구체)의 유량은 약 300 sccm 이상, 약 500 sccm 이상, 또는 약 700 sccm 이상일 수 있다. 개시되는 실시예들에서, 탄소-함유 전구체의 유량은 약 100 sccm 이상, 약 200 sccm 이상, 약 250 sccm 이상, 약 275 sccm 이상, 약 300 sccm 이상, 약 350 sccm 이상, 약 400 sccm 이상 등, 또는 그 초과일 수 있다.
[0028] 유동성 탄소 층을 형성 및 증착하는 데 사용되는 반도체 기판은 패터닝된 반도체 기판일 수 있고, 그리고 반도체 기판 상에 형성된 디바이스 컴포넌트들(예컨대, 트랜지스터들)의 간격 및 구조를 위한 복수의 갭들 또는 피처들을 가질 수 있다. 갭들은, 1:1보다 상당히 더 큰(예컨대, 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상 등) 높이 대 폭(즉, H/W)의 AR(aspect ratio)을 정의하는, 높이 및 폭을 가질 수 있다. 다수의 경우들에서, 높은 AR은 약 90 nm 내지 약 22 nm 이하(예컨대, 90 nm, 65 nm, 50 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm 미만 등)의 범위의 작은 갭 폭들로 인한 것이다. 탄소 층이 초기에 유동가능하기 때문에, 탄소 층은, 충전 재료의 중심 주위에 공극들 또는 약한 심들을 생성하지 않으면서, 높은 종횡비들을 갖는 갭들을 충전할 수 있다. 예컨대, 증착되는 유동성 재료는 갭이 완전히 충전되기 전에 갭의 최상부를 조기에 "막거나(clog)" 또는 덮어서 갭의 중간에 공극 또는 심을 남길 가능성이 더 적다.
[0029] 기판은 최상부 표면을 갖는다. 적어도 하나의 피처는 최상부 표면에 개구를 형성한다. 피처는 최상부 표면으로부터 최하부 표면까지 일정 깊이만큼 연장된다. 피처는 제1 측벽 및 제2 측벽을 가지며, 제1 측벽과 제2 측벽은 피처의 개구 폭을 정의한다. 측벽들과 최하부에 의해 형성된 개방 영역은 또한 갭으로 지칭된다.
[0030] 특정 실시예들에서, 피처는 트렌치이다. 피처들은 임의의 적합한 종횡비(피처의 깊이 대 피처의 폭의 비)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 종횡비는 약 5:1, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 30:1, 35:1, 또는 40:1 이상이다.
[0031] 본 발명의 실시예들에서, 원자 농도로 측정될 때, 탄소 층은 적어도 70%의 탄소, 적어도 75%의 탄소, 적어도 80%의 탄소, 및 적어도 85%의 탄소를 함유할 수 있다. 일반적으로 말하면, 탄소 층은 탄소 및 수소를 포함할 수 있지만, 또한 질소 또는 다른 원소들도 포함할 수 있다. 탄소 층은 실리콘도 산소도 실질적으로 포함하지 않는다. 특정 실시예들에서, 무-실리콘 탄소-함유 층은 탄소 및 수소로 구성될 수 있다. 탄소 층은 탄소, 수소, 및 질소로 구성될 수 있다.
[0032] 인정적인 전구체는, 라디칼 전구체를 형성하기 위해, 증착 챔버 외부 또는 내부에 포지셔닝된 RPS(remote plasma system)에서 형성된 플라즈마에 의해 에너자이징(energize)될 수 있다. 안정적인 전구체는 원격 플라즈마에 노출될 수 있으며, 여기서, 안정적인 전구체는 플라즈마 유출물들(라디칼 전구체로 또한 알려져 있음)로 해리, 라디칼화(radicalize), 및/또는 다른 방식으로 변환된다. 이어서, 라디칼 전구체가 기판 프로세싱 구역에 도입되어, 개별적으로 도입된 탄소-함유 전구체와 처음으로 혼합되어, 반응성 플라즈마가 형성된다. 탄소-함유 전구체를 플라즈마에 의해 직접적으로 여기시키는 것이 아니라 라디칼 전구체와의 접촉에 의해 여기시키는 것은 고유한 증착 매개체들을 형성한다. 이들 매개체들은 플라즈마가 탄소-함유 전구체를 직접적으로 여기시킨 경우에는 존재하지 않을 것이다. 이들 증착 매개체들은, 종래의 탄소 층 증착 기법들과 달리, 탄소 층이 초기에 유동가능할 수 있게 하는 더 긴 탄소 사슬들을 함유할 수 있다. 형성 동안의 유동성 성질은 층이 응고 또는 경화되기 전에 좁은 피처들 내로 유동할 수 있게 한다.
[0033] 외부 플라즈마 구역에 대안적으로(또는 부가하여), 안정적인 전구체는 증착 챔버 내부의 플라즈마 구역에서 여기될 수 있다. 이 플라즈마 구역은 기판 프로세싱 구역으로부터 파티셔닝(partition)될 수 있다. 기판 프로세싱 구역에서, 전구체들이 혼합 및 반응되어, 기판의 노출된 표면들 상에 유동성 탄소 층이 증착된다. 플라즈마 구역의 위치와 관계없이, 기판 프로세싱 구역은 증착 프로세스 동안 "무-플라즈마" 구역으로서 설명될 수 있다. "무-플라즈마"는 반드시 구역에 플라즈마가 없는 것을 의미하지 않는다는 것이 유의되어야 한다. 챔버 플라즈마 구역 내의 플라즈마의 경계들은 정의하기 어렵고, 그리고 플라즈마가 기판 프로세싱 구역으로 전구체들을 운송하는 데 사용되고 있는 경우, 예컨대 샤워헤드의 애퍼처(aperture)들을 통해, 기판 프로세싱 구역을 침범할 수 있다. 유도성-커플링 플라즈마가 증착 챔버 내에 포함되는 경우, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 증착 동안, 기판 프로세싱 구역에서, 심지어, 소량의 이온화가 개시될 수 있다. 라디칼 전구체의 생성 동안 챔버 플라즈마 구역보다 훨씬 더 낮은 이온 밀도를 갖는 플라즈마에 대한 모든 원인들은 본원에서 사용되는 바와 같은 "무-플라즈마"의 범위로부터 벗어나지 않는다.
[0034] 탄소 층은 기판 상에 형성되고, 증착 동안 초기에 유동가능하다. 유동성의 원인은 탄소에 부가하여 막에 수소가 있는 것과 관련될 수 있다. 수소는 막에 C-H 결합들로서 존재하는 것으로 생각되며, 이는 초기 유동성을 보조할 수 있다. 탄소 층의 증착 동안, 기판 프로세싱 구역의 반응 구역 내의 온도는 낮을 수 있고(예컨대, 100 ℃ 미만), 총 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 약 10 Torr(예컨대, 약 1 Torr 내지 약 10 Torr 등)일 수 있다. 온도는 기판을 지지하는 온도 제어식 페데스탈에 의해 부분적으로 제어될 수 있다. 페데스탈은 냉각/가열 유닛에 열적으로 커플링될 수 있으며, 그 냉각/가열 유닛은 페데스탈 및 기판 온도를 예컨대 약 -100 ℃ 내지 약 100 ℃로 조정한다. 유동성은 높은 기판 온도에 의존하지 않고, 그에 따라, 초기-유동성 탄소 층은 비교적 낮은 온도 기판들 상에서도 갭들을 충전할 수 있다. 탄소 층의 형성 동안, 기판 온도는 약 100 ℃ 이하, 약 50 ℃ 이하, 약 25 ℃ 이하, 또는 약 0 ℃ 이하일 수 있다.
[0035] 초기-유동성 탄소 층은 노출된 평면 표면들 상에 증착될 수 있을 뿐만 아니라 갭들 내에 증착될 수 있다. 개시되는 실시예들에서, 패터닝된 기판 상의 개방 영역 상에서 측정될 때, 증착 두께는 약 50 Å 이상, 약 100 Å 이상, 약 150 Å 이상, 약 200 Å 이상, 약 300 Å 이상, 또는 약 400 Å일 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 증착 두께는 약 2000 Å 이하, 약 1500 Å 이하, 약 1000 Å 이하, 약 800 Å 이하, 약 600 Å 이하, 또는 약 500 Å일 수 있다. 부가적인 개시되는 실시예들은 이들 상한들 중 하나와 하한들 중 하나를 조합함으로써 획득될 수 있다.
[0036] 유동성 탄소 층이 원하는 두께에 도달할 때, 증착 챔버로부터 프로세스 유출물들이 제거될 수 있다. 이들 프로세스 유출물들은 임의의 반응되지 않은 라디칼 전구체 및 탄소-함유 전구체, 희석 및/또는 캐리어 가스들, 및 기판 상에 증착되지 않은 반응 생성물들을 포함할 수 있다. 프로세스 유출물들은, 증착 챔버를 진공배기시킴으로써, 그리고/또는 증착 구역에서 유출물들을 비-증착 가스들로 대체함으로써 제거될 수 있다.
[0037] 이전에 언급된 바와 같이, 원격 플라즈마 여기 대신에 로컬 여기가 사용될 수 있다. 탄소-함유 전구체를 여기시키기 위해, 로컬 플라즈마가 또한 사용될 수 있다. 개시되는 실시예들에서, 로컬 플라즈마 세기를 약 100 와트 미만, 약 50 와트 미만, 약 40 와트 미만, 약 30 와트 미만, 또는 약 20 와트 미만까지 감소시킴으로써, PE-CVD가 또한 유동성 탄소 막을 형성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 로컬 플라즈마는 3 와트 초과 또는 5 와트 초과일 수 있다. 부가적인 실시예들을 형성하기 위해, 상한들 중 임의의 상한이 하한들 중 임의의 하한과 조합될 수 있다. 예컨대 가스 분배 샤워헤드와 페데스탈/기판 사이에 용량성-커플링 전력에 의해 RF 에너지를 인가함으로써, 플라즈마가 발생될 수 있다. 그러한 낮은 전력들은 전형적으로, 플라즈마 불안정성 및 이전에 바람직하지 않게 낮은 막 성장 레이트들로 인해, 종래 기술 시스템들에서 사용되지 않는다. 유동성 탄소 막들을 형성하기 위해, 본원에서 설명되는 모든 실시예들에서, 낮은 기판 온도들(이전에 약술된 바와 같음)이 요구된다. 더 높은 프로세스 압력들이 또한, 탈-여기를 돕고, 유동성 막을 촉진하며, 본 발명의 실시예들에서, 기판 프로세싱 구역은 0.1 Torr 내지 10 Torr의 압력으로 유지될 수 있다. PE-CVD의 경우, 가스 공급 샤워헤드와 기판 면 사이의 분리는 종래 기술 프로세스들에 대해 바람직하지 않은 것으로 간주되는 간격까지 증가될 수 있다. 개시되는 실시예들에서, 약 300 mil, 약 400 mil, 약 500 mil, 약 750 mil, 약 1000 mil, 약 1500 mil, 약 2000 mil, 약 5000 mil, 약 7500 mil, 약 10000 mil, 또는 약 12000 mil 이상의 더 큰 가스 공급부 대 기판 면 간격들이 유동성 탄소 막들을 생성하는 것으로 밝혀졌다.
[0038] 일부 예시적인 하드웨어를 설명하는 과정에서, 부가적인 프로세스 파라미터들이 도입될 것이다. 본 발명의 실시예들을 구현할 수 있는 증착 챔버들은, 다른 타입들의 챔버들 중에서도, HDP-CVD(high-density plasma chemical vapor deposition) 챔버들, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 챔버들, SACVD(sub-atmospheric chemical vapor deposition) 챔버들, 및 열 화학 기상 증착 챔버들을 포함할 수 있다.
[0039] 증착 시스템들의 실시예들이 집적 회로 칩들을 생성하기 위해 더 큰 제작 시스템들 내에 통합될 수 있다. 도 2는 개시되는 실시예들에 따른, 하나의 그러한 증착 시스템(1001) 및 다른 프로세싱 챔버들을 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 FOUP(front opening unified pod)들(1002)은 기판들(예컨대, 300 mm 직경 웨이퍼들)을 공급하며, 그 기판들은 로봇 암들(1004)에 의해 수용되고, 그리고 웨이퍼 프로세싱 챔버들(1008a 내지 1008f) 중 하나 내에 배치되기 전에, 저압 홀딩 영역(1006) 내에 배치된다. 제2 로봇 암(1010)은 기판 웨이퍼들을 홀딩 영역(1006)으로부터 프로세싱 챔버들(1008a 내지 1008f)로 그리고 그 반대로 운송하기 위해 사용될 수 있다. 프로세싱 챔버들(1008a 내지 1008f)은 기판 웨이퍼 상에 유동성 유전체 막을 증착하기 위한 하나 이상의 시스템 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 구성에서, 모든 3개의 쌍들의 챔버들(예컨대, 1008a 내지 1008f)은 기판 상에 유동성 유전체 막을 증착하도록 구성될 수 있다. 설명되는 프로세스들 중 임의의 하나 이상의 프로세스들은 상이한 실시예들에서 도시된 제작 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 수행될 수 있다.
[0040] 도 3a는 개시되는 실시예들에 따른 기판 프로세싱 챔버(1101)이다. RPS(remote plasma system)(1110)는 가스를 프로세싱할 수 있으며, 이어서, 그 가스는 가스 유입구 조립체(1111)를 통해 이동한다. 가스 유입구 조립체(1111) 내에 2개의 별개의 가스 공급 채널들이 보인다. 제1 채널(1112)은 RPS(remote plasma system)(1110)를 통과하는 가스를 운반하는 한편, 제2 채널(1113)은 RPS(1110)를 우회한다. 개시되는 실시예들에서, 제1 채널(1112)은 프로세스 가스를 위해 사용될 수 있고, 제2 채널(1113)은 처리 가스를 위해 사용될 수 있다. 덮개(또는 전도성 최상부 부분)(1121)와 샤워헤드(1153)는 절연 링(1124)을 사이에 둔 상태로 도시되며, 절연 링(1124)은 AC 전위가 샤워헤드(1153)에 대해 덮개(1121)에 인가될 수 있게 한다. 프로세스 가스는 제1 채널(1112)을 통해 챔버 플라즈마 구역(1120) 내로 이동하고, 그리고 챔버 플라즈마 구역(1120) 내의 플라즈마에 의해 단독으로 또는 RPS(1110)와 조합하여 여기될 수 있다. 챔버 플라즈마 구역(1120) 및/또는 RPS(1110)의 조합은 본원에서 원격 플라즈마 시스템으로 지칭될 수 있다. 천공된 파티션(샤워헤드로 또한 지칭됨)(1153)은 샤워헤드(1153) 아래의 기판 프로세싱 구역(1170)으로부터 챔버 플라즈마 구역(1120)을 분리한다. 샤워헤드(1153)는, 여기된 종이 여전히 챔버 플라즈마 구역(1120)으로부터 기판 프로세싱 구역(1170) 내로 이동할 수 있게 하면서, 챔버 플라즈마 구역(1120)에 존재하는 플라즈마가 기판 프로세싱 구역(1170) 내의 가스들을 직접적으로 여기시키는 것을 방지할 수 있게 한다.
[0041] 샤워헤드(1153)는 챔버 플라즈마 구역(1120)과 기판 프로세싱 구역(1170) 사이에 포지셔닝되고, 그리고 챔버 플라즈마 구역(1120) 내에서 생성된 플라즈마 유출물들(전구체들 또는 다른 가스들의 여기된 유도체들)이 플레이트의 두께를 가로지르는 복수의 관통-홀들(1156)을 통과할 수 있게 한다. 샤워헤드(1153)는 또한, 하나 이상의 중공 볼륨들(1151)을 가지며, 하나 이상의 중공 볼륨들(1151)은 증기 또는 가스 형태의 전구체(이를테면, 무-실리콘 탄소-함유 전구체)로 충전될 수 있고, 그리고 작은 홀들(1155)을 통해 기판 프로세싱 구역(1170) 내로 통해 있을 수 있지만, 챔버 플라즈마 구역(1120) 내로는 직접적으로 통해 있지 않을 수 있다. 이 개시되는 실시예에서, 샤워헤드(1153)는 관통-홀들(1156)의 최소 직경(1150)의 길이보다 더 두껍다. 챔버 플라즈마 구역(1120)으로부터 기판 프로세싱 구역(1170)으로 침투하는 여기된 종의 상당한 농도를 유지하기 위해, 샤워헤드(1153)를 통과하는 도중에 관통-홀들(1156)의 더 큰 직경 부분들을 형성함으로써, 관통-홀들의 최소 직경(1150)의 길이(1126)가 제한될 수 있다. 개시되는 실시예들에서, 관통-홀들(1156)의 최소 직경(1150)의 길이는 관통-홀들(1156)의 최소 직경 또는 그 미만과 대략 동일한 크기일 수 있다.
[0042] 도시된 실시예에서, 샤워헤드(1153)는, 산소, 수소, 및/또는 질소를 함유하는 프로세스 가스들, 및/또는 이러한 프로세스 가스들의 플라즈마 유출물들(챔버 플라즈마 구역(1120) 내의 플라즈마에 의한 여기 시)을 (관통-홀들(1156)을 통해) 분배할 수 있다. 실시예들에서, 제1 채널(1112)을 통해 챔버 플라즈마 구역(1120) 및/또는 RPS(1110) 내에 도입되는 프로세스 가스는 NH3, NxHy(N2H4를 포함함), 또는 캐리어 가스(이를테면, 헬륨 아르곤, 질소(N2) 등) 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 제2 채널(1113)이 또한, 프로세스 가스 및/또는 캐리어 가스를 전달할 수 있다. 플라즈마 유출물들은 프로세스 가스의 이온화된 또는 중성 유도체들을 포함할 수 있고, 본원에서, 라디칼 전구체, 또는 심지어, 도입되는 프로세스 가스의 원자 성분들을 나타내는 라디칼-질소 전구체로 또한 지칭될 수 있다.
[0043] 실시예들에서, 관통-홀들(1156)의 개수는 약 60개 내지 약 2000개일 수 있다. 관통-홀들(1156)은 다양한 형상들을 가질 수 있지만, 원형으로 제조되는 것이 가장 용이하다. 개시되는 실시예들에서, 관통-홀들(1156)의 최소 직경(1150)은 약 0.5 mm 내지 약 20 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 6 mm일 수 있다. 원뿔형, 원통형, 또는 이 2개의 형상들의 조합으로 제조될 수 있는, 관통-홀들의 단면 형상을 선정하는 데 있어서 또한 자유도(latitude)가 있다. 상이한 실시예들에서, 기판 프로세싱 구역(1170) 내로 가스를 도입하는 데 사용되는 작은 홀들(1155)의 개수는 약 100개 내지 약 5000개, 또는 약 500개 내지 약 2000개일 수 있다. 작은 홀들(1155)의 직경은 약 0.1 mm 내지 약 2 mm일 수 있다.
[0044] 도 3b는 개시되는 실시예들에 따른, 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(1153)의 저면도이다. 샤워헤드(1153)는 도 3a에 도시된 샤워헤드와 대응한다. 관통-홀들(1156)은 샤워헤드(1153)의 최하부 상에서 더 큰 ID(inner-diameter)를 갖고, 최상부에서 더 작은 ID를 갖는 것으로 도시된다. 작은 홀들(1155)은 샤워헤드의 표면에 걸쳐 심지어 관통-홀들(1156) 사이에서도 실질적으로 균일하게 분배되며, 이는 본원에서 설명되는 다른 실시예들보다 더 균일한 혼합을 제공하는 것을 돕는다.
[0045] 샤워헤드(1153) 내의 관통-홀들(1156)을 통해 도달하는 플라즈마 유출물들이, 중공 볼륨(1151)로부터 유래하는 작은 홀들(1155)을 통해 도달하는 탄소-함유 전구체와 결합할 때, 기판 프로세싱 구역(1170) 내에서 페데스탈(미도시)에 의해 지지된 기판 상에 예시적인 막이 생성된다. 기판 프로세싱 구역(1170)은 플라즈마를 지원하도록 장비될 수 있다. 개시되는 실시예들에서, 일부 탄소 막들을 형성할 때, 증착 동안, 기판 프로세싱 구역(1170)에 마일드(mild) 플라즈마가 존재하지만, 다른 예시적인 막들의 성장 동안, 플라즈마가 존재하지 않는다.
[0046] 플라즈마는 샤워헤드(1153) 위의 챔버 플라즈마 구역(1120), 또는 샤워헤드(1153) 아래의 기판 프로세싱 구역(1170)에서 점화될 수 있다. 프로세스 가스 유입물로부터 라디칼 전구체를 생성하기 위해, 챔버 플라즈마 구역(1120)에 플라즈마가 존재한다. 증착 동안 챔버 플라즈마 구역(1120)에서 플라즈마를 점화시키기 위해, 전형적으로는 RF(radio frequency) 범위의 AC 전압이 프로세싱 챔버의 전도성 최상부 부분(1121)과 샤워헤드(1153) 사이에 인가된다. RF 전력 공급부는 13.56 MHz의 고 RF 주파수를 생성하지만, 또한, 다른 주파수들을 단독으로 또는 13.56 MHz 주파수와 조합하여 생성한다.
[0047] 유동성 막의 증착 동안, 일부 실시예들의 플라즈마 전력은 약 10 W 내지 약 200 W, 약 10 W 내지 약 100W, 약 10 W 내지 약 50W, 약 50 W 내지 약 200W, 약 50W 내지 약 100 W, 약 100 W 내지 약 200W의 범위일 수 있다. 선택적인 증착-후 경화 프로세스 동안, 플라즈마 전력은 약 100 W 내지 약 500 W, 약 100 W 내지 약 400 W, 약 100 W 내지 약 300 W, 약 100 W 내지 약 200 W, 약 200 W 내지 약 500 W, 약 200 W 내지 약 400 W, 약 200 W 내지 약 300 W, 약 300 W 내지 약 500 W, 약 300 W 내지 약 400 W, 또는 약 400 W 내지 약 500 W의 범위이다.
[0048] 기판 프로세싱 구역(1170)과 접하는 내부 표면들을 세정하기 위해 또는 증착 동안 기판 프로세싱 구역(1170) 내의 최하부 플라즈마가 턴 온될 때, 최상부 플라즈마는 낮은 전력 상태로 또는 전력이 없는 상태로 유지될 수 있다. 기판 프로세싱 구역(1170) 내의 플라즈마는 챔버의 최하부 또는 페데스탈과 샤워헤드(1153) 사이에 AC 전압을 인가함으로써 점화된다. 플라즈마가 존재하는 동안, 기판 프로세싱 구역(1170) 내에 세정 가스가 도입될 수 있다.
[0049] 페데스탈은 열 교환 채널을 가질 수 있으며, 그 열 교환 채널을 통해 열 교환 유체가 유동하여 기판의 온도를 제어한다. 이 구성은 비교적 낮은 온도들(실온 내지 약 120 ℃)을 유지하기 위해 기판 온도가 냉각 또는 가열될 수 있게 한다. 열 교환 유체는 에틸렌 글리콜 및 물을 포함할 수 있다. (바람직하게는 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합인) 페데스탈의 웨이퍼 지지 플래터(platter)는 또한, 평행한 동심원들의 형태로 완전히 2회 회전되도록 구성된, 매립된 단일-루프 매립형 가열기 엘리먼트를 사용하여, 비교적 높은 온도들(약 120 ℃ 내지 약 1100 ℃)을 달성하기 위해 저항적으로 가열될 수 있다. 가열기 엘리먼트의 외측 부분은 지지 플래터의 둘레에 인접하게 이어질 수 있는 한편, 내측 부분은 더 작은 반경을 갖는 동심원의 경로를 따라 이어진다. 가열기 엘리먼트에 대한 와이어링(wiring)은 페데스탈의 스템(stem)을 통과한다.
[0050] 기판 프로세싱 시스템은 시스템 제어기에 의해 제어된다. 예시적인 실시예에서, 시스템 제어기는 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브, 및 프로세서를 포함한다. 프로세서는 SBC(single-board computer), 아날로그 및 디지털 입력/출력 보드들, 인터페이스 보드들, 및 스테퍼 모터 제어기 보드들을 포함한다. CVD 시스템의 다양한 부품들은, 보드, 카드 케이지(card cage), 및 커넥터 치수들 및 타입들을 정의하는 VME(Versa Modular European) 표준을 준수한다. VME 표준은 또한, 버스 구조를 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 갖는 것으로 정의한다.
[0051] 시스템 제어기는 증착 시스템의 모든 액티비티(activity)들을 제어한다. 시스템 제어기는 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 매체는 하드 디스크 드라이브 또는 다른 종류들의 메모리일 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 특정 프로세스의 타이밍, 가스들의 혼합, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 서셉터(susceptor) 포지션, 및 다른 파라미터들을 지시하는 명령들의 세트를 포함한다. 예컨대 플로피 디스크 또는 또 다른 적절한 드라이브를 포함하는 다른 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 시스템 제어기에게 명령하기 위해 또한 사용될 수 있다.
[0052] 제어기는, 프로세스 시퀀스를 제어하고 가스 패널로부터의 가스 유동들을 조절하는 데 활용되는, CPU(central processing unit), 메모리, 및 하나 이상의 지원 회로들을 포함한다. CPU는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴들은 메모리, 이를테면, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 스토리지(storage)에 저장될 수 있다. 지원 회로는 CPU에 통상적으로 커플링되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다.
[0053] 메모리는 일시적 메모리(예컨대, 랜덤 액세스 메모리)와 비-일시적 메모리(예컨대, 스토리지) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서의 메모리 또는 컴퓨터-판독가능 매체는 쉽게 이용가능한 메모리, 이를테면, RAM(random access memory), ROM(read-only memory), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지 중 하나 이상일 수 있다. 메모리는 시스템의 컴포넌트들 및 파라미터들을 제어하기 위해 프로세서에 의해 동작가능한 명령 세트를 보유할 수 있다.
[0054] 프로세스들은 일반적으로, 프로세서에 의해 실행될 때 프로세스 챔버로 하여금 본 개시내용의 프로세스들을 수행하게 하는 소프트웨어 루틴으로서 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 소프트웨어 루틴은 프로세서에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격으로 위치된 제2 프로세서(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다. 본 개시내용의 방법 중 일부 또는 전부가 또한 하드웨어로 수행될 수 있다. 따라서, 프로세스는 소프트웨어로 구현되어 컴퓨터 시스템을 사용하여 실행될 수 있거나, 예컨대 애플리케이션 특정 집적 회로(application specific integrated circuit) 또는 다른 타입의 하드웨어 구현으로서 하드웨어로 구현될 수 있거나, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 루틴은, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세스들이 수행되도록 챔버 동작을 제어하는 특정 목적 컴퓨터(제어기)로 범용 컴퓨터를 변환시킨다.
[0055] 일부 실시예들의 제어기는 프로그래밍된 기능을 수행하기 위해 하드웨어와 상호작용하도록 구성된다. 예컨대, 제어기는 하나 이상의 밸브들, 모터들, 액추에이터들, 전력 공급부들 등을 제어하도록 구성될 수 있다.
[0056] 도 1을 참조하면, 112에서, 초기-유동성 탄소 막이, 증착 후에, 선택적으로 경화 또는 응고될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유동성 탄소 막은 심이 없이 기판 피처 내에 증착된 후에 경화된다.
[0057] 유동성 탄소 막은 제2 플라즈마에 대한 노출에 의해 경화된다. 제2 플라즈마는 제2 플라즈마 가스의 여기에 의해 형성된다. 일부 실시예들에서, 제2 플라즈마 가스는 H2, Ar, He, 또는 N2 중 하나 이상을 포함한다.
[0058] 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 유동성 탄소 막이 증착된 챔버와 동일한 챔버에서 유동성 막이 경화되는 것을 제공하여, 상이한 챔버들을 수반하는 프로세스에 비해 증가된 처리량을 제공한다. 일부 실시예들에서, 전체 방법(증착 및 경화)은 진공을 파괴시키지 않으면서 단일 챔버에서 수행된다. 일부 실시예들에서, (유동성 탄소 막을 증착하는) 반응성 플라즈마 및 (탄소 막을 경화시키는) 제2 플라즈마에 기판을 노출시키는 동안, 기판은 대략 동일한 온도로 유지된다.
[0059] 일부 프로세스 파라미터들은 증착 프로세스와 경화 프로세스 사이에 동일하게 유지될 수 있지만, 다른 프로세스 파라미터들은 2개의 프로세스들 사이에서 개별적으로 제어될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버의 압력은 증착 동안 약 1 Torr 내지 약 10 Torr의 범위로 유지될 수 있지만, 경화 동안 약 3 mTorr 내지 약 2 Torr의 범위까지 하강될 수 있다.
[0060] 경화 프로세스 동안 활용되는 플라즈마는 유도성 커플링 플라즈마 또는 전도성 커플링 플라즈마일 수 있다. 일부 실시예들에서, 다른 곳에서 논의된 바와 같이, 플라즈마 전력은 약 100 W 내지 약 500 W의 범위, 또는 이 범위의 하위 범위이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 주파수는 약 400 kHz 내지 약 40 MHz의 범위일 수 있다.
[0061] 본 개시내용의 일부 실시예들은 본원에서 개시되는 유동성 탄소 막들을 사용하여 기판 피처들 내에 공기 갭들을 형성하기 위한 방법들을 제공한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 공기 갭은 기판 피처 내에 생성되는 의도적인 공극이다.
[0062] 일부 실시예들에서, 본원에서 개시되는 실시예들에 의해, 피처의 제1 부분에 유동성 탄소 막이 증착되고, 피처의 제2 부분에서 유동성 탄소 막 상에 부가적인 재료가 증착된다. 부가적인 재료의 증착 후에, 유동성 탄소 막이 제거된다. 일부 실시예들에서, 유동성 탄소 막은 산소를 필수구성으로 포함하는 플라즈마에 기판을 노출시키는 것에 의해 또는 UV 처리에 의해 제거될 수 있다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 산소를 필수구성으로 포함하는 플라즈마는 여기된 산소 종 및 이온들을 포함하고, 임의의 적합한 재료(예컨대, 산소 가스, 오존)로부터 생성될 수 있다.
[0063] 증착 및 경화 프로세스들과 유사하게, 공기 갭 형성에 대해 요구되는 프로세스는 진공을 파괴시키지 않으면서 단일 챔버에서 통합 및 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 공기 갭을 형성하는 방법 전체에 걸쳐 대략 동일한 온도로 유지된다.
[0064] 일부 실시예들에서, 유동성 막은 위에서 개시된 바와 같이 경화된다. 일부 실시예들에서, 유동성 탄소 막은 부가적인 재료의 증착 전에 경화된다. 일부 실시예들에서, 유동성 탄소 막은 부가적인 재료의 증착 후에 경화된다. 유동성 막이 경화되는 실시예들의 경우, 피처의 제1 부분으로부터 경화된 막을 제거함으로써 공기 갭이 형성된다.
[0065] "갭"이라는 용어는 에칭된 기하형상이 큰 수평 종횡비를 갖는다는 암시 없이 전체에 걸쳐 사용된다. 표면 위에서 볼 때, 트렌치들은 원형, 타원형, 다각형, 직사각형, 또는 다양한 다른 형상들로 보일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 등각(conformal) 층은, 표면과 형상이 동일한, 그 표면 상의 일반적으로 균일한 재료 층을 지칭하며, 즉, 층의 표면과 덮여 있는 표면이 일반적으로 평행하다. 당업자는 증착된 재료가 100% 등각적일 수 없을 가능성이 높다고 인식할 것이고, 그에 따라, "일반적으로"라는 용어는 허용가능한 허용오차들을 가능하게 한다.
[0066] 여러 실시예들이 설명되었지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 수정들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 부가적으로, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위해, 다수의 잘-알려진 프로세스들 및 엘리먼트들은 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
[0067] 본 명세서 전체에 걸친 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예들", 또는 "실시예"에 대한 지칭은, 그 실시예에 관하여 설명되는 특정한 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 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.
[0068] 본원에서 본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들이 단지, 본 발명의 적용들 및 원리들을 예시할 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명이 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계;
    탄소-함유 전구체를 포함하는 반응성 플라즈마를 형성하는 단계 ― 상기 탄소-함유 전구체는 실질적으로 산소를 포함하지 않고, 상기 반응성 플라즈마는 실질적으로 산소를 포함하지 않음 ―; 및
    상기 기판 상에 유동성 탄소 막을 증착하기 위해, 상기 반응성 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 유동성 탄소 막은 실질적으로 실리콘도 산소도 포함하지 않는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 기판 표면을 갖고, 상기 기판 표면은 상기 기판 표면 상에 적어도 하나의 피처(feature)를 갖고, 상기 적어도 하나의 피처는 상기 기판 표면으로부터 최하부 표면까지 일정 깊이만큼 연장되고, 상기 적어도 하나의 피처는, 제1 측벽과 제2 측벽에 의해 정의된, 상기 기판 표면에서의 개구 폭을 갖고, 상기 유동성 탄소 막은 상기 적어도 하나의 피처에 증착되고, 상기 적어도 하나의 피처는 약 10:1 이상의 상기 깊이 대 상기 개구 폭의 비를 갖는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 피처에 증착된 상기 유동성 탄소 막은 실질적으로 심(seam)을 갖지 않는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 전구체는 프로펜, 아세틸렌, 또는 메탄을 필수구성으로 포함하는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 전구체는 적어도 하나의 불포화 결합을 포함하는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 전구체는 에텐, 프로펜, 이소부틸렌, 부타디엔, 및 스티렌으로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 불포화 결합은 말단 불포화 결합(terminal unsaturated bond)인,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 유동성 탄소 막을 경화시키기 위해, 제2 플라즈마에 상기 유동성 탄소 막을 노출시키는 단계를 더 포함하는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 방법은 진공을 파괴(break)시키지 않으면서 단일 챔버에서 수행되는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 약 -100 ℃ 내지 약 25 ℃의 범위의 온도로 유지되는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  11. 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계 ― 상기 기판은 기판 표면을 갖고, 상기 기판 표면은 상기 기판 표면 상에 적어도 하나의 피처를 갖고, 상기 적어도 하나의 피처는 상기 기판 표면으로부터 최하부 표면까지 일정 깊이만큼 연장되고, 상기 적어도 하나의 피처는, 제1 측벽과 제2 측벽에 의해 정의된, 상기 기판 표면에서의 개구 폭을 갖고, 상기 적어도 하나의 피처는 약 10:1 이상의 상기 깊이 대 상기 개구 폭의 비를 가짐 ―;
    상기 기판 프로세싱 구역 내에 제1 플라즈마를 형성하는 단계 ― 상기 제1 플라즈마는 탄소-함유 전구체 및 제1 플라즈마 가스를 포함하고, 상기 탄소-함유 전구체는 실질적으로 산소를 포함하지 않고, 상기 제1 플라즈마는 실질적으로 산소를 포함하지 않음 ―;
    상기 적어도 하나의 피처에 유동성 탄소 막을 증착하기 위해, 상기 제1 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계 ― 상기 적어도 하나의 피처에 증착된 상기 유동성 탄소 막은 실질적으로 심을 갖지 않고, 상기 유동성 탄소 막은 실질적으로 실리콘도 산소도 포함하지 않음 ―; 및
    상기 유동성 탄소 막을 경화시키기 위해, 제2 플라즈마에 상기 유동성 탄소 막을 노출시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 제2 플라즈마는 제2 플라즈마 가스를 여기시킴으로써 생성되고,
    상기 방법은 진공을 파괴시키지 않으면서 단일 챔버에서 수행되고, 상기 기판은 상기 방법 전체에 걸쳐 대략 동일한 온도로 유지되는,
    유동성 탄소 막 증착 방법.
  12. 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계 ― 상기 기판은 기판 표면을 갖고, 상기 기판 표면은 상기 기판 표면 상에 적어도 하나의 피처를 갖고, 상기 적어도 하나의 피처는 상기 기판 표면으로부터 최하부 표면까지 일정 깊이만큼 연장되고, 상기 적어도 하나의 피처는, 제1 측벽과 제2 측벽에 의해 정의된, 상기 기판 표면에서의 개구 폭을 갖고, 상기 적어도 하나의 피처는 약 10:1 이상의 상기 깊이 대 상기 개구 폭의 비를 가짐 ―;
    프로세스에 의해 상기 적어도 하나의 피처의 제1 부분에 유동성 탄소 막을 증착하는 단계 ― 상기 프로세스는,
    플라즈마를 형성하기 위해 탄소-함유 전구체를 여기시키는 것 ― 상기 탄소-함유 전구체는 실질적으로 산소를 포함하지 않고, 상기 플라즈마는 실질적으로 산소를 포함하지 않음 ―, 및
    상기 적어도 하나의 피처에 유동성 탄소 막을 증착하기 위해, 상기 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 것
    을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 피처에 증착된 상기 유동성 탄소 막은 실질적으로 심을 갖지 않고, 상기 유동성 탄소 막은 실질적으로 실리콘도 산소도 포함하지 않음 ―;
    상기 적어도 하나의 피처의 제2 부분에서 상기 유동성 탄소 막 상에 재료를 증착하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 피처의 상기 제1 부분에 공기 갭을 형성하기 위해, 상기 적어도 하나의 피처의 상기 제1 부분으로부터 상기 유동성 탄소 막을 제거하는 단계
    를 포함하는,
    기판 피처에 공기 갭을 형성하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 유동성 탄소 막은 산소를 필수구성으로 포함하는 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 것에 의해 또는 UV 처리에 의해 제거되는,
    기판 피처에 공기 갭을 형성하는 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 방법은 진공을 파괴시키지 않으면서 단일 챔버에서 수행되고, 상기 기판은 상기 방법 전체에 걸쳐 대략 동일한 온도로 유지되는,
    기판 피처에 공기 갭을 형성하는 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 유동성 탄소 막을 경화시키기 위해, 제2 플라즈마에 상기 유동성 탄소 막을 노출시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 플라즈마는 제2 플라즈마 가스를 여기시킴으로써 생성되는,
    기판 피처에 공기 갭을 형성하는 방법.
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