KR20210087544A - 원자 층 증착 또는 화학 기상 증착을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

원자 층 증착 또는 화학 기상 증착을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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아드리엔 라부아
조셉 알. 아벨
더글러스 월터 애그뉴
이안 존 커틴
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

프로세스 챔버, 전구체 가스 소스, 반응 물질 가스 소스, 억제제 가스 소스, 패시베이션 가스 소스, 가스, 스위칭 매니폴드, 및 제어기를 포함하는 장치가 제공된다. 제 1 위치의 스위칭 매니폴드는 억제제 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 2 위치의 스위칭 매니폴드는 전구체 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 3 위치의 스위칭 매니폴드는 반응 물질 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 4 위치의 스위칭 매니폴드는 패시베이션 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 그리고 스위칭 매니폴드는 가스 유입구가 가스 소스들 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지한다.

Description

원자 층 증착 또는 화학 기상 증착을 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 11월 30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 62/773,377 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 반도체 디바이스들의 형성에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 원자 층 증착 또는 화학 기상 증착을 사용하는 반도체 디바이스들의 형성에 관한 것이다.
전술한 바를 달성하기 위해 그리고 본 개시의 목적에 따라, 프로세스 챔버, 전구체 가스 소스, 반응 물질 가스 소스, 억제제 가스 소스, 패시베이션 가스 소스, 프로세스 챔버와 유체로 연결되는 가스 유입구, 스위칭 매니폴드, 및 스위칭 매니폴드에 제어 가능하게 연결된 제어기를 포함하는 장치가 제공된다. 제 1 위치의 스위칭 매니폴드는 억제제 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 2 위치의 스위칭 매니폴드는 전구체 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 3 위치의 스위칭 매니폴드는 반응 물질 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 4 위치의 스위칭 매니폴드는 패시베이션 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 그리고 스위칭 매니폴드는 가스 유입구가 전구체 가스 소스, 반응 물질 가스 소스, 패시베이션 가스 소스, 및 억제제 가스 소스 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지한다.
또 다른 현상에서, 기판의 피처들을 충진하기 위한 방법이 제공된다. 억제제 층이 피처들의 선택된 깊이로 선택적으로 증착된다. 원자 층 증착 프로세스 또는 화학 기상 증착 프로세스가 피처들 내에 증착 층을 증착하고, 증착 층은 억제제 층이 증착되는 피처들의 부분들 상에서 선택적으로 억제된다.
또 다른 현상에서, 프로세스 챔버, 화학 기상 증착 가스 소스, 억제제 가스 소스, 패시베이션 가스 소스, 프로세스 챔버와 유체로 연결된 가스 유입구, 스위칭 매니폴드, 및 스위칭 매니폴드에 제어 가능하게 연결된 제어기를 포함하는 장치가 제공된다. 제 1 위치의 스위칭 매니폴드는 억제제 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 2 위치의 스위칭 매니폴드는 화학 기상 증착 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 3 위치의 스위칭 매니폴드는 패시베이션 가스 소스와 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 그리고 스위칭 매니폴드는 가스 유입구가 화학 기상 증착 가스 소스, 패시베이션 가스 소스, 및 억제제 가스 소스 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지한다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 본 개시의 상세한 기술 (description) 및 이하의 도면들과 함께 본 개시의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 보다 상세히 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 ALD (Atomic Layer Deposition) 시스템의 실시 예의 개략도이다.
도 2는 일 실시 예의 실시에 사용될 수도 있는 컴퓨터 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된, ALD 시스템을 사용하는 실시 예의 플로우차트이다.
도 4a 내지 도 4f는 일 실시 예에 따라 프로세싱된 스택의 일부의 개략적 단면도들이다.
도 5는 억제제 층을 증착하는 단계의 보다 상세한 플로우차트이다.
도 6은 CVD (Chemical Vapor Deposition) 시스템의 실시 예의 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된, CVD 시스템을 사용하는 프로세스의 고 레벨 플로우차트이다.
본 개시는 첨부한 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 일부 바람직한 실시 예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
도 1은 원자 층 증착 (Atomic Layer Deposition; ALD) 시스템 (100) 의 실시 예의 개략도이다. ALD 시스템 (100) 은 프로세스 챔버 (104) 를 포함한다. 프로세스 챔버 (104) 내에 기판 지지부 (108) 가 있다. 샤워헤드 (112) 가 기판 지지부 (108) 위에 위치된다. 가스 유입구 (116) 가 스위칭 매니폴드 (120) 에 샤워헤드 (112) 를 연결한다. 스위칭 매니폴드 (120) 는 전구체 가스 소스 (124), 반응 물질 가스 소스 (128), 억제제 가스 소스 (132), 퍼지 가스 소스 (136), 및 패시베이션 가스 소스 (138) 에 연결된다. 스위칭 매니폴드 (120) 는 하나 이상의 밸브들에 연결된 하나 이상의 매니폴드들을 포함할 수도 있다. 배기 시스템 (140) 이 프로세스 챔버 (104) 로부터 배기 가스를 벤팅하고 (vent) 챔버 압력을 제어하도록 프로세스 챔버 (104) 와 유체로 연결된다. 고주파수 (HF) 무선 주파수 RF 소스 (144) 가 매칭 네트워크 (148) 를 통해 기판 지지부 (108) 에 전기적으로 접속된다. 저주파수 (LF) RF 소스 (152) 가 매칭 네트워크 (148) 를 통해 기판 지지부 (108) 에 전기적으로 접속된다. 제어기 (156) 가 스위칭 매니폴드 (120), 배기 시스템 (140), HF RF 소스 (144), 및 LF RF 소스 (152) 에 제어 가능하게 연결된다. 기판 (160) 이 기판 지지부 (108) 상에 배치된다. 이러한 챔버의 일 예는 CA, Fremont 소재의 Lam Research Corporation에 의해 제작된 StrikerTM 옥사이드 시스템이다.
도 2는 실시 예들에 사용된 제어기 (156) 를 구현하기에 적합한 컴퓨터 시스템 (200) 을 도시하는 고 레벨 블록도이다. 컴퓨터 시스템 (200) 은 집적 회로, 인쇄 회로 기판, 및 소형 휴대용 디바이스로부터 대형 슈퍼 컴퓨터까지 범위의 많은 물리적 형태들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (200) 은 하나 이상의 프로세서들 (202) 을 포함하고, (그래픽, 텍스트, 및 다른 데이터를 디스플레이하기 위한) 전자 디스플레이 디바이스 (204), 메인 메모리 (206) (예를 들어, RAM (Random Access Memory)), 저장 디바이스 (208) (예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 이동식 저장 디바이스 (210) (예를 들어, 광학 디스크 드라이브), 사용자 인터페이스 디바이스들 (212) (예를 들어, 키보드들, 터치 스크린들, 키패드들, 마우스들 또는 다른 포인팅 디바이스들, 등), 및 통신 인터페이스 (214) (예를 들어, 무선 네트워크 인터페이스) 를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (214) 는 소프트웨어 및 데이터로 하여금 링크를 통해 컴퓨터 시스템 (200) 과 외부 디바이스들 사이에서 이송되게 한다. 시스템은 또한 전술한 디바이스들/모듈들이 연결되는 통신 인프라스트럭처 (216) (예를 들어, 통신 버스, 크로스-오버 바, 또는 네트워크) 를 포함할 수도 있다.
통신 인터페이스 (214) 를 통해 전달된 정보는 신호들을 반송하고, 전선 또는 케이블, 광섬유, 전화선, 휴대전화 링크, 무선 주파수 링크, 및/또는 다른 통신 채널들을 사용하여 구현될 수도 있는 통신 링크를 통해, 통신 인터페이스 (214) 에 의해 수신될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호들과 같은 신호들의 형태일 수도 있다. 이러한 통신 인터페이스를 사용하여, 하나 이상의 프로세서들 (202) 이 상기 기술된 방법 단계들을 수행하는 동안 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있고, 또는 네트워크에 정보를 출력할 수도 있다는 것이 고려된다. 또한, 방법 실시 예들은 프로세서들 상에서만 실행될 수도 있거나, 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 프로세서들과 함께 인터넷과 같은 네트워크를 통해 실행될 수도 있다.
용어 "비일시적 컴퓨터 판독가능 매체"는 일반적으로 메인 메모리, 보조 메모리, 이동식 저장장치, 및 저장 디바이스들, 예컨대 하드 디스크들, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM 및 다른 형태들의 영구 메모리와 같은 매체를 지칭하도록 사용되고, 반송파들 또는 신호들과 같은 일시적 주제를 커버하는 것으로 해석되지 않는다. 컴퓨터 코드의 예들은 예컨대 컴파일러에 의해 생성된 머신 코드, 및 인터프리터 (interpreter) 를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 보다 고 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 또한 반송파에 구현된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 송신되고, 프로세서에 의해 실행 가능한 인스트럭션들의 시퀀스를 나타내는 컴퓨터 코드일 수도 있다.
도 3은 ALD 시스템 (100) 을 사용하는 프로세스의 고 레벨 플로우차트이다. 프로세스는 ICE (Inhibition Controled Enhancement) 로 불릴 수도 있다. 일 실시 예에서, 갭 충진 (gap fill) 이 기판 지지부 (108) 상의 기판 (160) 에 제공된다. 도 4a는 스택 (400) 아래의 기판 (160) 의 일부의 확대된 단면도이다. 기판 (160) 위의 층 (404) 이 하나 이상의 피처들 (408) 을 갖는다. 도면들은 축척대로 그려지지 않을 수도 있다. 이 실시 예에서, 피처들은 50:1보다 큰 깊이 대 최대 폭의 비를 갖는 고 종횡비 피처들이다. 이 예에서, 피처들 (408) 은 넥 (neck) (412) 을 갖고, 피처들 (408) 은 좁아진다. 이에 더하여, 피처들 (408) 이 가장 넓은 위치 (416) 에서 피처들 (408) 은 보우된다 (bow). 컨포멀한 (conformal) 증착은 보우의 위치 (416) 가 충진되기 전에 넥 (412) 을 폐쇄할 것이고, 피처들이 충진될 때 보이드를 형성한다.
이 실시 예에서, 억제제 증착 프로세스 (단계 304) 가 제공된다. 도 5는 억제제 증착 프로세스 단계 (단계 304) 의 보다 상세한 플로우차트이다. 억제제 가스가 제공된다 (단계 504). 억제제 가스는 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 이 예에서, 스위칭 매니폴드 (120) 는 제 1 위치에 배치된다. 스위칭 매니폴드 (120) 의 제 1 위치에서, 억제제 가스 소스 (132) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결된다. 억제제 가스는 억제제 가스 소스 (132) 로부터 가스 유입구 (116) 를 통해 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 제 1 위치에서, 전구체 가스 소스 (124), 반응 물질 가스 소스 (128), 퍼지 가스 소스 (136), 및 패시베이션 가스 소스 (138) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되지 않는다. 이 예에서, 억제제 가스는 5 sccm 내지 1000 sccm의 요오드이다. 억제제 가스는 억제제 플라즈마로 형성된다 (단계 508). 이 예에서, 먼저 13.56 ㎒의 주파수 및 250 내지 6500 W의 전력으로 고주파수 여기 (excitation) 전력이 제공된다. 바이어스가 제공된다 (단계 512). 이 예에서, 제 1 저주파수 바이어스 전력이 400 ㎑의 주파수 및 0 내지 5000 W의 전력으로 제공된다. 0.05 내지 500 초 후 억제제 증착 프로세스는 중단된다.
도 4b는 억제제 층 (420) 을 형성하기 위해 억제제가 도포된 후 기판 (160) 및 스택 (400) 의 일부의 확대된 단면도이다. 억제제 층 (420) 은 핀칭 (pinching) 및 보이드 형성을 방지하기 위해 넥 (412) 과 같이 증착물이 눌려지는 (depress) 영역들에 대부분 증착된다. 고주파수 여기 전력 및 저주파수 바이어스는 억제제 층이 피처들 (408) 의 목표된 부분 상에 증착되도록 선택된 깊이에서 억제제 층 (420) 을 선택적으로 증착하기 위한 튜닝 노브 (knob) 로서 사용될 수도 있다. 이에 더하여, 억제제를 도포하기 위한 시간의 길이는 부가적인 튜닝 노브로서 사용될 수도 있다.
억제제 층 (420) 이 증착된 후, 원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 가 제공된다. 이 예에서, 원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 는 전구체 증착 프로세스 (단계 312), 제 1 퍼지 (단계 314), 반응 물질 도포 프로세스 (단계 316), 및 제 2 퍼지 (318) 를 포함한다. 이 예에서, 전구체 증착 프로세스 (단계 312) 동안 스위칭 매니폴드 (120) 는 제 2 위치에 배치된다. 스위칭 매니폴드 (120) 의 제 2 위치에서, 전구체 가스 소스 (124) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결된다. 전구체 가스는 전구체 가스 소스 (124) 로부터 가스 유입구 (116) 를 통해 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 제 2 위치에서, 억제제 가스 소스 (132), 반응 물질 가스 소스 (128), 및 퍼지 가스 소스 (136) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되지 않는다. 이 예에서, 전구체 가스는 100 sccm 내지 1000 sccm의 C6H19N3Si와 같은 실리콘 함유 전구체이다. 이 예에서, 전구체 가스는 플라즈마로 형성되지 않는다. 따라서, 13.56 ㎒의 주파수 및 500 W보다 작은 전력으로 제 2 고주파수 전력이 제공된다. 이 예에서, 이 전력은 0 W이고, 따라서 고주파수 전력은 제공되지 않는다. 이 예에서, 저 바이어스가 제공되거나 바이어스가 제공되지 않는다. 그 결과, 제 2 저주파수 바이어스 전력이 400 ㎑의 주파수 및 500 W보다 작은 전력으로 제공된다. 0.05 내지 10 초 후 전구체의 도포가 중단된다. 이 예에서, 전구체 가스의 플로우가 중단된다.
전구체 가스의 플로우가 중단될 때, 퍼지 가스 소스 (136) 가 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되도록 일 위치에 스위칭 매니폴드 (120) 를 배치시킴으로써, 전구체 가스의 제 1 퍼지 (단계 314) 가 제공된다. 퍼지 가스는 퍼지 가스 소스 (136) 로부터 가스 유입구 (116) 를 통해 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 억제제 가스 소스 (132), 반응 물질 가스 소스 (128), 및 전구체 가스 소스 (124) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되지 않는다. 이 예에서, 퍼지 가스는 Ar일 수도 있다.
전구체 가스가 제 1 퍼지 (단계 314) 를 제공함으로써 퍼지된 후, 반응 물질 도포 (단계 316) 가 제공된다. 반응 물질 가스는 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 이 예에서, 스위칭 매니폴드 (120) 는 제 3 위치에 배치된다. 스위칭 매니폴드 (120) 의 제 3 위치에서, 반응 물질 가스 소스 (128) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결된다. 반응 물질 가스는 반응 물질 가스 소스 (128) 로부터 가스 유입구 (116) 를 통해 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 제 3 위치에서, 전구체 가스 소스 (124), 억제제 가스 소스 (132), 및 퍼지 가스 소스 (136) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되지 않는다. 이 예에서, 반응 물질 가스는 250 sccm 내지 20000 sccm의 산소 (O2) 의 산화 가스이다. 반응 물질 가스는 플라즈마로 형성된다. 이 예에서, 13.56 ㎒의 주파수 및 125 내지 6500 W의 전력으로 제 3 고주파수 여기 전력이 제공된다. 바이어스가 제공된다 (단계 512). 이 예에서, 제 3 저주파수 바이어스 전력이 400 ㎑의 주파수 및 25 내지 5000 W의 전력으로 제공된다. 0.05 내지 140 초 후 반응 물질 가스의 도포가 중단된다.
반응 물질 가스의 플로우가 중단될 때, 반응 물질 가스를 퍼지하기 위해 제 2 퍼지 가스가 제공된다 (단계 318). 제 2 퍼지 가스는 제 1 퍼지 가스와 동일할 수도 있고, 또는 상이한 퍼지 가스일 수도 있다. 제 2 퍼지 가스가 제 1 퍼지 가스와 동일하다면, 제 2 퍼지 가스는 퍼지 가스 소스 (136) 가 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되도록 일 위치에 스위칭 매니폴드 (120) 를 배치시킴으로써 제공된다. 제 2 퍼지 가스는 퍼지 가스 소스 (136) 로부터 가스 유입구 (116) 를 통해 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 억제제 가스 소스 (132), 반응 물질 가스 소스 (128), 및 전구체 가스 소스 (124) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되지 않는다. 제 2 퍼지 가스가 제 1 퍼지 가스와 상이하다면, 스위칭 매니폴드는 또 다른 퍼지 가스 소스가 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되도록 일 위치에 배치된다.
원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 는 하나 이상의 사이클들 동안 수행될 수도 있다. 이 예에서, 원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 는 1 내지 60 사이클 동안 수행된다. 도 4c는 원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 가 완료된 후 기판 (160) 및 스택 (400) 의 일부의 확대된 단면도이다. 원자 층 증착물 (424) 은 이해를 용이하게 하기 위해 실제 사이즈보다 크게 도시된다. 도시된 바와 같이, 원자 층 증착물 (424) 은 억제제 층 (420) 이 증착된 곳에 전혀 증착되지 않거나 거의 증착되지 않는다. 억제제 층 (420) 은 억제제 층 (420) 이 증착되는 피처들의 부분들 상의 원자 층 증착을 선택적으로 억제한다.
이 예에서, 갭 충진이 완료되지 않아서, 프로세스가 반복된다 (단계 324). 패시베이션 프로세스 (단계 328) 가 남아 있는 억제제 층 (420) 을 제거하기 위해 제공된다. 이 예에서, 스위칭 매니폴드 (120) 는 제 4 위치에 배치된다. 스위칭 매니폴드 (120) 의 제 4 위치에서, 패시베이션 가스 소스 (138) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결된다. 패시베이션 가스는 패시베이션 가스 소스 (138) 로부터 가스 유입구 (116) 를 통해 프로세스 챔버 (104) 내로 흐른다. 제 4 위치에서, 전구체 가스 소스 (124), 반응 물질 가스 소스 (128), 억제제 가스 소스 (132), 및 퍼지 가스 소스 (136) 는 가스 유입구 (116) 와 유체로 연결되지 않는다. 일 실시 예에서, 패시베이션 가스는 산소를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 패시베이션 가스는 O2, H2, 또는 He 또는 Ar과 같은 비활성 기체 (noble gas) 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 패시베이션 가스는 플라즈마로 형성된다. 이 예에서, 제 4 고주파수 여기 전력은 13.56 ㎒의 주파수 및 250 내지 6500 W의 전력으로 제공된다. 바이어스가 제공된다. 이 예에서, 제 4 저주파수 바이어스 전력은 400 ㎑의 주파수 및 0 내지 5000 W의 전력으로 제공된다. 이어서 패시베이션 프로세스가 중단된다. 패시베이션 프로세스는 원자 층 증착 (424) 에 대해 남아 있는 억제제 증착을 선택적으로 제거한다.
새로운 억제제 층이 또 다른 억제제 증착 프로세스 (단계 304) 를 제공함으로써 증착된다. 억제제 증착 프로세스는 상이한 HF RF 전력 및 LF RF 전력을 사용하여 반복된다. 도 4d는 억제제 증착 프로세스 (단계 304) 가 완료된 후 기판 (160) 및 스택 (400) 의 일부의 확대된 단면도이다. 이 예에서, HF 전력 및 LF 전력은 억제제 층 (428) 이 이전 억제제 층 (420) 만큼 멀리 피처들 (408) 내로 연장하지 않도록 조정된다. 이는 원자 층 증착물로 하여금 피처들 (408) 위로 더 증착되게 한다.
ALD 프로세스 (단계 308) 가 반복된다. 도 4e는 원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 가 완료된 후 기판 (160) 및 스택 (400) 의 일부의 확대된 단면도이다. 원자 층 증착물 (424) 은 피처들 (408) 위로 더 연장한다.
일부 실시 예들에서, 억제제 증착 프로세스 (단계 304) 및 원자 층 증착 프로세스 (단계 308) 및 패시베이션 프로세스 (단계 328) 의 사이클은 1 내지 2000 회 반복된다. 도 4f는 갭 충진 프로세스가 완료된 후 기판 (160) 및 스택의 일부의 확대된 단면도이다. 이 실시 예에서, 억제제 증착의 사용 및 LF RF 신호 전력과 HF RF 신호 전력의 튜닝은 갭 충진에서 보이드들을 방지하는 것을 돕는다. 부가적인 프로세스들이 스택 (400) 상에서 수행될 수도 있다.
스위칭 매니폴드 (120) 는 억제제 가스, 전구체 가스, 퍼지 가스, 및 반응 물질 가스 중 임의의 두 가지가 동시에 흐르는 것을 방지한다. 억제제 가스 소스 (132) 및 전구체 가스 및 반응 물질 가스와 별도로 억제제 가스를 제공하는 스위칭 매니폴드 (120) 를 제공하는 것은 억제제 증착을 허용한다. 다양한 실시 예들에서, 억제제 가스는 요오드, 염소, 질소 트리플루오라이드 (NF3), 설포닐 할라이드들 (sulfonyl halides), 디올들 (즉, 에탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로판디올, 등), 디아민들 (즉, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 등), 아세틸렌 또는 에틸렌, 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2), 피리딘, 피페리딘, 피롤, 피리미딘, 이미다졸, 또는 벤젠일 수도 있다. 이에 더하여, 저주파수 RF 및 고주파수 RF 구성은 증착이 억제되는 것이 목표되는 피처들의 영역들에 억제제 증착이 증착되도록, 억제제 증착의 위치의 튜닝을 허용한다. 스위칭 매니폴드 (120) 는 가스 유입구 (116) 가 전구체 가스 소스 (124), 반응 물질 가스 소스 (128), 패시베이션 가스 소스 (138), 퍼지 가스 소스 (136), 및 억제제 가스 소스 (132) 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지한다. 이 실시 예에서, 스위칭 매니폴드 (120) 가 제 5 위치에 배치될 때, 제 5 위치는 퍼지 가스 소스 (136) 와 가스 유입구 (116) 사이에 유체 연결을 제공하고, 가스 유입구 (116) 가 전구체 가스 소스 (124), 반응 물질 가스 소스 (128), 패시베이션 가스 소스 (138), 및 억제제 가스 소스 (132) 와 유체로 연결되는 것을 방지한다.
샤워헤드 (112) 를 접지하고 HF RF 전력 및 LF RF 전력을 기판 지지부 (108) 에 제공함으로써, 억제제 증착 위치의 제어가 개선된다는 것을 알게 되었다. 이론에 얽매이지 않고, 기판 지지부 상의 상승된 바이어스가 억제제 층 (420) 의 보다 깊은 증착을 유발한다고 여겨진다. 이들 실시 예들에서 저주파수는 100 ㎑ 내지 1 ㎒의 범위이다. 고주파수는 10 ㎒ 내지 100 ㎒의 범위이다. 따라서, 선택적인 바이어스가 억제제 층 (420) 의 깊이의 선택적인 증착을 제어하도록 사용될 수도 있다.
복수의 원자 층 증착 사이클들에 사용될 수도 있는 억제제 층 (420) 을 제공하고 새로운 억제제 층 (428) 을 제공하기 전에 남아 있는 억제제 층 (420) 을 제거하기 위해 패시베이션 프로세스를 사용하는 것은, 개선된 튜닝 프로세스를 제공한다. 따라서, 전구체 가스를 제공하는 것, 퍼지 가스를 제공하는 것, 반응 물질 가스를 제공하는 것 및 억제제 가스를 제공하는 것으로부터 별도로 패시베이션 가스를 제공하는 것은 개선된 ALD 프로세스를 제공한다.
상기 실시 예에서, 실리콘 옥사이드와 같은 유전체 재료가 갭 충진 프로세스에서 증착된다. 다른 실시 예들에서, 금속 옥사이드들과 같은 다른 재료들이 갭 충진 프로세스에서 증착된다.
일 실시 예에서, 억제제 증착이 제공되는 곳과 상이한 피처들의 영역들 상에서 가속화된 증착을 가능하게 하도록 ACE (Acceleration Controlled Enhancement) 가 제공될 수도 있다. 가속 증착은 가속 증착이 증착되는 영역들에서 증착을 가속화할 것이다.
도 6은 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 시스템 (600) 의 실시 예의 개략도이다. CVD 시스템 (600) 은 프로세스 챔버 (604) 를 포함한다. 프로세스 챔버 (604) 내에 기판 지지부 (608) 가 있다. 샤워헤드 (612) 가 기판 지지부 (608) 위에 위치된다. 샤워헤드 (612) 는 접지된다. 가스 유입구 (616) 가 스위칭 매니폴드 (620) 에 샤워헤드 (612) 를 연결한다. 스위칭 매니폴드 (620) 는 CVD 가스 소스 (624), 억제제 가스 소스 (632), 및 패시베이션 가스 소스 (638) 에 연결된다. CVD 가스 소스 (624) 는 CVD 프로세스를 위해 사용된 하나 이상의 가스 소스들을 포함할 수도 있다. 스위칭 매니폴드 (620) 는 하나 이상의 밸브들에 연결된 하나 이상의 매니폴드들을 포함할 수도 있다. 배기 시스템 (640) 이 프로세스 챔버 (604) 로부터 배기 가스를 벤팅하고 챔버 압력을 제어하도록 프로세스 챔버 (604) 와 유체로 연결된다. 고주파수 (HF) 무선 주파수 RF 소스 (644) 가 매칭 네트워크 (648) 를 통해 기판 지지부 (608) 에 전기적으로 접속된다. 이 실시 예에서, HF RF 소스 (644) 는 10 ㎒ 내지 100 ㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF 신호를 기판 지지부 (608) 에 제공한다. 저주파수 (LF) RF 소스 (652) 가 매칭 네트워크 (648) 를 통해 기판 지지부 (608) 에 전기적으로 접속된다. 이 실시 예에서, LF 소스 (652) 는 100 ㎑ 내지 1 ㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF 신호를 제공한다. 제어기 (656) 가 스위칭 매니폴드 (620), 배기 시스템 (640), HF RF 소스 (644), 및 LF RF 소스 (652) 에 제어 가능하게 연결된다. 기판 (660) 이 기판 지지부 (608) 상에 배치된다.
도 7은 CVD 시스템 (600) 을 사용하는 프로세스의 고 레벨 플로우차트이다. 프로세스는 ICE (Inhibition Controled Enhancement) 로 불릴 수도 있다. 일 실시 예에서, 갭 충진이 기판 지지부 (608) 상의 기판 (660) 에 제공된다. 억제제 증착 (단계 704) 이 제공된다. 이 예에서, 억제제 층은 피처들의 가장 좁은 부분들에 증착된다. 화학 기상 증착이 화학 기상 증착 층을 증착한다 (단계 708). 이 실시 예에서, 억제제 증착은 화학 기상 증착 층으로 하여금 억제제 층이 없는 피처들의 영역들 상에서보다 억제제 층을 갖는 피처들의 영역들 상에 보다 적게 선택적으로 증착하게 한다.
피처들이 완전히 충진되지 않으면, 프로세스가 반복될 수도 있다 (단계 724). 이 실시 예에서, 패시베이션 단계 (단계 728) 가 남아 있는 억제제 층을 제거하기 위해 사용된다. 또 다른 억제제 층을 증착하기 위해 또 다른 억제제 증착 (단계 704) 이 제공된다. 피처들을 계속 충진하도록 또 다른 CVD 프로세스 (단계 708) 가 제공되고, CVD 프로세스는 억제제 층을 갖는 영역들 상의 하부에 선택적으로 증착된다.
제 1 위치의 스위칭 매니폴드 (620) 는 억제제 가스 소스 (632) 와 가스 유입구 (616) 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 2 위치의 스위칭 매니폴드 (620) 는 화학 기상 증착 가스 소스 (624) 와 가스 유입구 (616) 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 3 위치의 스위칭 매니폴드는 패시베이션 가스 소스 (638) 와 가스 유입구 (616) 사이에 유체 연결을 제공하고, 그리고 스위칭 매니폴드 (620) 는 가스 유입구 (616) 가 화학 기상 증착 가스 소스 (624), 패시베이션 가스 소스 (638), 및 억제제 가스 소스 (632) 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지한다.
이 실시 예에서, 제어기 (656) 는 적어도 하나의 프로세서 및 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 복수의 사이클들을 제공하기 위한 컴퓨터 코드를 포함하고, 사이클 각각은 제 1 위치에 스위칭 매니폴드 (620) 를 배치하는 단계를 포함하는 억제제 증착을 제공하는 단계, 및 제 2 위치에 스위칭 매니폴드 (620) 를 배치하는 단계를 포함하는 화학 기상 증착을 제공하는 단계, 및 제 3 위치에 스위칭 매니폴드 (620) 를 배치하는 단계를 포함하는 패시베이션을 제공하는 단계를 포함한다. 이 실시 예에서, 제어기 (656) 는 고주파수 RF 소스 (644) 및 저주파수 RF 소스 (652) 에 제어 가능하게 연결된다. 컴퓨터 판독 가능 매체는: 스위칭 매니폴드 (620) 가 제 1 위치에 배치될 때 제 1 고주파수 여기 전력 및 제 1 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드, 스위칭 매니폴드 (620) 가 제 2 위치에 배치될 때 제 2 고주파수 여기 전력 및 제 2 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드, 및 스위칭 매니폴드 (620) 가 제 3 위치에 배치될 때 제 3 고주파수 여기 전력 및 제 3 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함한다. 이 실시 예에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 스위칭 매니폴드 (620) 가 제 1 위치에 배치될 때 제 1 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하고, 제 1 고주파수 여기 전력은 250 W보다 크다.
본 개시가 몇몇의 바람직한 실시 예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되는 것이 의도된다.

Claims (22)

  1. 프로세스 챔버;
    전구체 가스 소스;
    반응 물질 가스 소스;
    억제제 가스 소스;
    패시베이션 가스 소스;
    상기 프로세스 챔버와 유체로 연결되는 가스 유입구;
    스위칭 매니폴드로서, 제 1 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 상기 억제제 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 2 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 상기 전구체 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 3 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 반응 물질 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 4 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 상기 패시베이션 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 그리고 상기 스위칭 매니폴드는 상기 가스 유입구가 상기 전구체 가스 소스, 상기 반응 물질 가스 소스, 상기 패시베이션 가스 소스, 및 상기 억제제 가스 소스 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지하는, 상기 스위칭 매니폴드; 및
    상기 스위칭 매니폴드에 제어 가능하게 연결된 제어기를 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내의 기판 지지부; 및
    상기 가스 유입구와 유체로 연결되는 상기 프로세스 챔버 내의 샤워헤드를 더 포함하는, 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 기판 지지부 위에 배치되고 접지되는, 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판 지지부에 전기적으로 접속된 저주파수 RF 소스로서, 상기 저주파수 RF 소스는 100 ㎑ 내지 1 ㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF 신호를 상기 기판 지지부에 제공하는, 상기 저주파수 RF 소스; 및
    상기 기판 지지부에 전기적으로 접속된 고주파수 RF 소스로서, 상기 고주파수 RF 소스는 10 ㎒ 내지 100 ㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF 신호를 상기 기판 지지부에 제공하는, 상기 고주파수 RF 소스를 더 포함하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하고,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체는,
    복수의 사이클들을 제공하기 위한 컴퓨터 코드로서, 사이클 각각은,
    상기 제 1 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계를 포함하는, 억제제 증착을 제공하는 단계; 및
    적어도 하나의 원자 층 증착 사이클을 제공하는 단계로서,
    상기 제 2 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계; 및
    상기 제 3 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계를 포함하는, 상기 원자 층 증착 사이클 제공 단계를 포함하는, 상기 컴퓨터 코드를 포함하는, 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 고주파수 RF 소스 및 상기 저주파수 RF 소스에 제어 가능하게 연결되고, 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는,
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 1 위치에 배치될 때 제 1 고주파수 여기 (excitation) 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 1 위치에 배치될 때 제 1 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 2 위치에 배치될 때 제 2 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 2 위치에 배치될 때 제 2 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 3 위치에 배치될 때 제 3 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드; 및
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 3 위치에 배치될 때 제 3 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하는, 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파수 여기 전력은 500 W보다 작고 상기 제 2 저주파수 바이어스 전력은 500 W보다 작고, 상기 제 3 고주파수 여기 전력은 125 W보다 크고 상기 제 3 저주파수 바이어스 전력은 25 W보다 큰, 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파수 여기 전력은 250 W보다 큰, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    복수의 사이클들을 제공하기 위한 상기 컴퓨터 코드는 제 4 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계를 더 포함하고, 그리고 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 4 위치에 배치될 때 제 4 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하고, 상기 제 4 고주파수 여기 전력은 250 W보다 큰, 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전구체 가스 소스는 실리콘 함유 전구체를 제공하고 상기 반응 물질 가스 소스는 산화 가스를 제공하는, 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 매니폴드와 유체로 연결되는 퍼지 가스 소스를 더 포함하고, 상기 제 1 위치, 상기 제 2 위치, 상기 제 3 위치, 및 상기 제 4 위치에서, 상기 스위칭 매니폴드는 상기 퍼지 가스 소스가 상기 가스 유입구와 유체로 연결되는 것을 방지하고, 그리고 상기 스위칭 매니폴드는 제 5 위치를 갖고, 상기 제 5 위치는 상기 퍼지 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고 상기 가스 유입구가 상기 전구체 가스 소스, 상기 반응 물질 가스 소스, 상기 패시베이션 가스 소스, 및 상기 억제제 가스 소스와 유체로 연결되는 것을 방지하는, 장치.
  12. 기판 내의 피처들을 충진하기 위한 방법에 있어서,
    a) 피처들의 선택된 깊이로 억제제 층을 선택적으로 증착하는 단계; 및
    b) 상기 피처들 내에 증착 층을 증착하기 위해 원자 층 증착 프로세스 또는 화학 기상 증착 프로세스를 제공하는 단계로서, 상기 증착 층은 상기 억제제 층이 증착되는 상기 피처들의 부분들 상에서 선택적으로 억제되는, 상기 원자 층 증착 프로세스 또는 화학 기상 증착 프로세스 제공 단계를 포함하는, 피처 충진 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 a) 및 상기 단계 b) 를 반복하는 단계를 더 포함하는, 피처 충진 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 b) 이후에 c) 패시베이션 프로세스를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 패시베이션 프로세스는 남아 있는 억제제 층을 제거하고 이어서 상기 단계 a) 및 상기 단계 b) 를 반복하는, 피처 충진 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 억제제 층을 선택적으로 증착하는 단계는,
    억제제 가스를 흘리는 단계;
    상기 억제제 가스를 억제제 플라즈마로 변환하는 단계; 및
    상기 억제제 가스의 플로우를 중단시키는 단계를 포함하는, 피처 충진 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 억제제 층을 선택적으로 증착하는 단계는 선택적인 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는, 피처 충진 방법.
  17. 프로세스 챔버;
    화학 기상 증착 가스 소스;
    억제제 가스 소스;
    패시베이션 가스 소스;
    상기 프로세스 챔버와 유체로 연결되는 가스 유입구;
    스위칭 매니폴드로서, 제 1 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 상기 억제제 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 2 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 상기 화학 기상 증착 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 제 3 위치의 상기 스위칭 매니폴드는 상기 패시베이션 가스 소스와 상기 가스 유입구 사이에 유체 연결을 제공하고, 그리고 상기 스위칭 매니폴드는 상기 가스 유입구가 상기 화학 기상 증착 가스 소스, 상기 패시베이션 가스 소스, 및 상기 억제제 가스 소스 중 적어도 2 개와 동시에 유체로 연결되는 것을 방지하는, 상기 스위칭 매니폴드; 및
    상기 스위칭 매니폴드에 제어 가능하게 연결된 제어기를 포함하는, 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내의 기판 지지부; 및
    상기 가스 유입구와 유체로 연결되는 상기 프로세스 챔버 내의 샤워헤드를 더 포함하는, 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 기판 지지부 위에 배치되고, 그리고 상기 샤워헤드는 접지되는, 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기판 지지부에 전기적으로 접속된 저주파수 RF 소스로서, 상기 저주파수 RF 소스는 100 ㎑ 내지 1 ㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF 신호를 상기 기판 지지부에 제공하는, 상기 저주파수 RF 소스; 및
    상기 기판 지지부에 전기적으로 접속된 고주파수 RF 소스로서, 상기 고주파수 RF 소스는 10 ㎒ 내지 100 ㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF 신호를 상기 기판 지지부에 제공하는, 상기 고주파수 RF 소스를 더 포함하는, 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하고,
    상기 컴퓨터 판독 가능 매체는,
    복수의 사이클들을 제공하기 위한 컴퓨터 코드로서, 사이클 각각은,
    상기 제 1 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계를 포함하는, 억제제 증착을 제공하는 단계;
    상기 제 2 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계를 포함하는, 화학 기상 증착을 제공하는 단계; 및
    상기 제 3 위치에 상기 스위칭 매니폴드를 배치하는 단계를 포함하는, 패시베이션을 제공하는 단계를 포함하는, 상기 컴퓨터 코드를 포함하는, 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 고주파수 RF 소스 및 상기 저주파수 RF 소스에 제어 가능하게 연결되고, 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는,
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 1 위치에 배치될 때 제 1 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 1 위치에 배치될 때 제 1 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 2 위치에 배치될 때 제 2 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 2 위치에 배치될 때 제 2 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드;
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 3 위치에 배치될 때 제 3 고주파수 여기 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드; 및
    상기 스위칭 매니폴드가 상기 제 3 위치에 배치될 때 제 3 저주파수 바이어스 전력을 제공하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하는, 장치.
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