KR20210100535A - 탄소 재료를 포함한 구조체를 형성하는 방법, 이 방법을 사용하여 형성된 구조체, 및 이 구조체를 형성하기 위한 시스템 - Google Patents

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료 미야마
히로츠구 스기우라
요시유키 키쿠치
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

탄소 재료를 포함한 구조체를 형성하기 위한 방법 및 시스템, 그리고 본 방법 또는 시스템을 사용하여 형성된 구조체가 개시된다. 예시적인 방법은 플라즈마 점화를 위해 반응 챔버에 불활성 가스를 제공하는 단계, 탄소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료를 형성하되 초기 점성 탄소 재료가 탄소 재료로 되는 단계, 및 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하여 처리된 탄소 재료를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

탄소 재료를 포함한 구조체를 형성하는 방법, 이 방법을 사용하여 형성된 구조체, 및 이 구조체를 형성하기 위한 시스템{METHOD OF FORMING A STRUCTURE INCLUDING CARBON MATERIAL, STRUCTURE FORMED USING THE METHOD, AND SYSTEM FOR FORMING THE STRUCTURE}
본 개시는, 일반적으로 전자 소자의 제조에 사용하기에 적합한 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시는 탄소 재료 층을 포함한 구조체를 형성하는 방법, 이러한 층을 포함한 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자와 같은 소자 제조 중에 기판 표면 상의 피처(예, 트렌치 또는 갭)를 절연체 또는 유전체 재료로 충진하는 것이 자주 바람직하다. 피처를 충진하는 일부 기술은 유동성 탄소 재료 층의 증착을 포함한다.
피처를 충진하기 위해 탄소 재료를 사용하는 것이 일부 응용 분야에서 잘 작동할 수 있지만, 전통적인 증착 기술을 사용하여 피처를 충진하는 경우에, 특히 충진될 피처의 크기가 감소함에 따라 몇몇 단점을 갖는다. 예를 들어, 탄소 재료의 증착 동안에, 예컨대 플라즈마 공정을 포함한 기술적 증착 동안에, 공극은 증착된 재료 내에, 특히 갭 내에 형성될 수 있다. 이러한 공극은 증착된 재료를 리플로우한 후에도 심지어 남을 수 있다.
유동성 이외에, 탄소 재료가 다른 특성, 예컨대 원하는 경도 또는 탄성률 및/또는 다른 재료 층에 대한 식각 선택도를 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 소자 및 피처 크기가 계속 감소함에 따라, 종래의 탄소 함유 재료 증착 기술을 제조 공정에 적용하면서 원하는 충진 기능과 재료 특성을 얻는 것이 점점 어려워진다. 또한, 기판의 표면 상에 탄소 재료를 증착하려는 다양한 시도는 기판 표면 상에 바람직하지 않은 양의 입자로 이어졌다.
따라서, 구조체를 형성하기 위해 개선된 방법, 특히 갭을 탄소 함유 재료로 충진하기 위한 방법으로 탄소 재료 내에 공극 형성을 완화시키고/완화시키거나 원하는 탄소 재료의 특성을 제공하고/제공하거나 입자가 거의 없이 생성하는 것이 요구된다.
이 부분에서 진술된 문제점 및 해결책에 대한 임의의 논의를 포함하여 모든 논의는 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로 본 개시에 포함되었고, 그 논의의 일부 또는 전부가 본 발명이 이루어진 당시에 알려졌거나 달리 종래 기술을 구성하고 있음을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 된다.
본 개시의 다양한 구현예는, 전자 소자의 형성에 사용하기 적합한 구조체(본원에 가끔 막 구조로 지칭됨)를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전의 방법과 구조체의 결점을 해결하는 방식을 아래에서 보다 상세히 논의하는 동안, 일반적으로 본 개시의 예시적인 구현예는 탄소 재료를 포함한 구조체를 형성하는 개선된 방법, 탄소 재료를 포함한 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 구조체를 형성하기 위한 시스템을 제공한다. 본원에서 설명하는 방법은 기판 표면 상의 피처를 충진하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시의 다양한 구현예에 따라, 구조체를 형성하는 방법이 제공된다. 예시적인 방법은, 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계, 반응 챔버에 불활성 가스를 제공하는 단계, 반응 챔버에 탄소 전구체를 제공하는 단계, 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료(상기 초기 점성 탄소 재료가 탄소 재료로 됨)를 형성하기 위해 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계, 및 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하여 처리된 탄소 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 예시적인 방법은, 반응 챔버로의 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계와 선택적으로 플라즈마를 중지시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 탄소 재료 증착 사이클은, 탄소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료(상기 초기 점성 탄소 재료가 탄소 재료로 됨)를 형성하는 단계, 반응 챔버로의 탄소 전구체의 흐름을 중지하는 단계, 및 플라즈마를 중지하는 단계를 포함할 수 있다. 탄소 재료 증착 사이클은 n회 수행될 수 있으며, 여기서 n은, 활성화 종으로 탄소 재료를 처리하는 단계 이전에, 예를 들어 0 내지 50의 범위일 수 있다. 증착 및 처리 사이클은, 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클, 및 활성화 종으로 탄소 재료를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 증착 및 처리 사이클은 N 번 수행될 수 있고, 여기서 N은, 예를 들어 1 내지 약 50의 범위일 수 있다. 불활성 가스는 상기 N 번 증착 및 처리 사이클 동안에, 상기 불활성 가스가 상기 반응 챔버로 연속적으로 흐를 수 있다. 처리 단계는, 예를 들어 불활성 가스를 사용하여 수행될 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 질소, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함할 수 있다. 불활성 가스는, 각각의 탄소 재료 증착 사이클 및/또는 각각의 증착 및 처리 사이클 동안에 플라즈마를 점화하기 위해 사용될 수 있다. 본 개시의 예시에 따라, 탄소 재료 증착 사이클 동안에 탄소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계는, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 이전에 일어나고, 상기 단계 동안에 계속된다. 추가 예시에 따라, 탄소 재료 증착 사이클 동안에, 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계와 플라즈마를 중지시키는 단계는 실질적으로 동시에 일어나고; 대안적으로, 탄소 재료 증착 사이클 동안에 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계는 플라즈마를 중지시키는 단계 이전에 일어난다. 일부 예시에 따라, 탄소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계, 및 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계 동안에, 플라즈마가 상기 반응 챔버 내에 계속 형성된다. 추가 예시에 따라, 플라즈마는, 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클을 반복하는 동안에 상기 반응 챔버 내에 계속 형성된다. 또 다른 추가 예시에 따라, 플라즈마는, 적어도 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클 및 적어도 하나의 처리 단계 동안에 상기 반응 챔버 내에 계속 형성된다. 추가 예시에 따라, 탄소 재료 증착 사이클 중에, 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계 동안에, 플라즈마가 상기 반응 챔버 내에 계속 형성된다. 추가 예시에 따라, 플라즈마를 형성하기 위해 제공된 전력(예, RF 전력)은 탄소 전구체의 흐름을 중지시킨 이후(예, 단지 약 1.0초 이내에) 감소된다. 추가 예시에 따라, 플라즈마를 형성하기 위한 전력(예, RF 전력)이 증가되어 활성화 종으로 탄소 재료를 처리하는 단계를 수행한다. 이들 구현예의 다양한 양태에 따라, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 동안에 상기 불활성 가스와 상기 탄소 전구체 모두가 상기 반응 챔버로 흐른다. 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계 및 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 동안에, 상기 불활성 가스가 상기 반응 챔버로 계속 흐를 수 있다. 본 개시의 다양한 예시에 따라, 탄소 전구체의 화학식은 CxHyNz로 표시되며, 여기서 x는 2 이상의 자연수이고, y는 자연수이고, z는 0 또는 자연수이다. 탄소 전구체는 환형 구조 및/또는 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 화합물(예, 환형 화합물)을 포함할 수 있다. 추가 예시에 따라, 하나 이상의 단계는 100°C 이하의 온도에서 수행된다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라, 막 구조체는 본원에 설명된 방법에 따라 적어도 부분적으로 형성된다. 막 구조체는, 45 원자% 이상의 탄소를 포함하는, 처리된 탄소층을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 막 구조체는, 300 mm 웨이퍼 상에서 100 nm 이상의 층 두께를 갖는 상기 처리된 탄소 층의 표면 상에 50 nm 초과의 검출 가능한 크기가 50개 미만인 입자를 포함할 수 있다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라, 시스템은, 본원에 설명된 바와 같이 막 구조체을 형성하기 위해 또는 방법을 수행하기 위해 제공된다.
본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 제한되지 않으며, 이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다.
다음의 예시적인 도면과 연관하여 고려되는 경우에 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써, 본 개시의 예시적인 구현예에 대해 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 구현예에 따른 방법을 나타낸다.
도 2는 탄소 층을 포함한 구조체의 주사 투과 전자 현미경 이미지를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 예시적 구현예에 따라 다른 하나의 방법을 나타낸다.
도 4는 본 개시의 예시적 구현예에 따라 다른 하나의 방법을 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시적 구현예에 따라 다른 하나의 방법을 나타낸다.
도 6은 본 개시의 예시적 구현예에 따라 다른 하나의 방법을 나타낸다.
도 7은 본 개시의 예시적 구현예에 따라 다른 하나의 방법을 나타낸다.
도 8은 본 개시의 예시적 구현예에 따른 시스템을 나타낸다.
도면의 요소는 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 예시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 확장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되고 구체적으로 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다.
본 개시는 일반적으로, 재료를 증착하는 방법, (예를 들어, 막) 구조체를 형성하는 방법, 및 상기 방법을 사용하여 형성된 막 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 막 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다. 예로서, 본원에 기술된 방법은, 탄소(예, 유전체) 재료와 같은 재료를 이용해 기판 표면 상의 갭(예, 트렌치 또는 비아)과 같은 피처를 충진하기 위해 사용될 수 있다. 용어 갭과 오목부는 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
갭 충진 공정 동안에 공극 및/또는 이음매 형성을 완화시키기 위해, 증착된 탄소 재료는 초기에 흐를 수 있고 갭을 충진하기 위해 갭 내에서 흐를 수 있다. 본원에 설명된 예시적인 구조체는, 3D 교차점 메모리 소자에서의 셀 격리, 자기 정렬된 비아, 더미 게이트, 리버스 톤 패턴, PC RAM 격리, 절단된 하드 마스크, DRAM 스토리지 노드 접촉(SNC) 격리 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 지칭할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 샤워헤드, 다른 가스 분배 장치 등과 같은 가스 분배 어셈블리를 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 희귀 가스와 같은 밀폐 가스를 포함한다. 일부 경우에서, 예컨대 재료의 증착 맥락에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물을 지칭할 수 있고, 특히 막 매트릭스 또는 막의 주 골격을 구성하는 화합물을 지칭할 수 있는 반면, 용어 "반응물"은 일부 경우에서 전구체 이외의 화합물을 지칭할 수 있데, 이는 전구체를 활성화시키거나, 전구체를 개질하거나, 전구체의 반응을 촉진시키고, 반응물은 (O, H, N, C와 같은) 원소를 막 매트릭스에 제공할 수 있고, 예를 들어 전력(예, 무선 주파수(RF) 전력)이 인가되는 경우에 막 매트릭스의 일부가 될 수 있다. 일부 경우에서, 용어 전구체 및 반응물은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "불활성 가스"는 상당한 정도로 화학 반응에 참여하지 않고/않거나 예를 들어 전력(예, RF 전력)이 인가될 경우에 (예를 들어, 전구체의 중합화를 용이하게 하도록) 전구체를 여기시키는 가스를 지칭하나, 반응물과는 달리 상당한 정도로 막 매트릭스의 일부가 될 수 없다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 형성하기 위해 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 기판은 실리콘(예, 단결정 실리콘), 게르마늄과 같은 다른 IV족 재료, III-V족 또는 II-VI족 반도체와 같은 화합물 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 또한, 기판은, 기판의 층 또는 벌크 재료의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 다양한 피처, 예컨대 갭(예, 오목부 또는 비아), 라인 또는 돌출부, 예컨대 이들 사이에 형성된 갭을 갖는 라인 등을 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 피처는, 약 10 nm 내지 약 100 nm의 폭, 약 30 nm 내지 약 1,000 nm의 깊이 또는 높이, 및/또는 약 3.0 내지 100.0의 종횡비를 가질 수 있다.
일부 구현예에서, "막"은 두께 방향에 수직인 방향으로 연장되는 층을 지칭한다. 일부 구현예에서, "층"은 표면에 형성된 특정 두께를 갖는 재료를 지칭하거나, 막 또는 막이 아닌 구조체의 동의어일 수 있다. 막 또는 층은 특정 특성을 갖는 별개의 단일막 또는 층, 또는 다수의 막 또는 층으로 구성될 수 있고, 인접하는 막 또는 층 사이의 경계는 명확하거나 그렇지 않을 수 있으며, 물리적, 화학적, 및/또는 임의의 특성, 형성 공정 및 시퀀스, 및/또는 인접하는 막 또는 층의 기능 또는 목적에 기반하여 구축되거나 되지 않을 수 있다. 층 또는 막은 연속적일 수 있거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 또한, 단일 막 또는 층은 다수의 증착 사이클 및/또는 다수의 증착 및 처리 사이클을 사용하여 형성될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "탄소 층" 또는 "탄소 재료"는, 화학식이 탄소를 포함하는 것으로 나타낼 수 있는 층을 지칭할 수 있다. 탄소 재료를 포함하는 층은, 질소 및 수소 중 하나 이상과 같이 다른 원소를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "구조체"는 부분적으로 또는 완전히 제조된 소자 구조체를 지칭할 수 있다. 예로서, 구조체는 그 위에 형성된 하나 이상의 층 및/또는 피처를 갖는 기판일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "주기적 증착 공정"은 기상 증착 공정을 지칭하고, 여기서 증착 사이클은, 전형적으로 복수의 연속 증착 사이클은 공정 챔버에서 수행된다. 주기적 증착 공정은 주기적 화학 기상 증착(CVD) 및 원자층 증착 공정을 포함할 수 있다. 주기적 증착 공정은, 전구체, 반응물 및/또는 불활성 가스의 플라즈마 활성화를 포함하는 하나 이상의 사이클을 포함할 수 있다.
본 개시에서, "연속적으로"는, 진공 파괴가 없으며, 시간적으로 중단이 없고, 임의의 재료의 개입 단계가 없으며, 다음 단계로서 그 직후에 처리 조건의 변경이 없고, 또는 일부 구현예에서 그리고 문맥에 따라 두 개의 구조체 사이에 두 개의 구조체 이외의 분리된 물리적 또는 화학적 구조체가 개입하지 않음을 지칭할 수 있다.
유동성(예를 들어, 초기 유동성)은 다음과 같이 결정될 수 있다:
표 1
Figure pat00001
여기서 B/T는, 오목부를 충진하기 전에, 오목부가 형성되는 상부 표면 상에 증착된 막의 두께에 대한 오목부의 하부에 증착된 막의 두께의 비율을 지칭한다. 일반적으로, 유동성은 약 1 이하의 종횡비를 갖는 넓은 오목부를 사용하여 평가되는데, 일반적으로 오목부의 종횡비가 높아질수록 B/T 비율이 높아지기 때문이다. B/T 비는 일반적으로 오목부의 종횡비가 더 높을 경우에 더 높아진다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "유동성" 막 또는 재료는 양호한 유동성을 나타낸다.
아래에 더 상세하게 기재된 바와 같이, 막의 유동성은, 예를 들어 휘발성 탄화수소 전구체가 플라즈마에 의해 중합되고 기판의 표면 상에 증착하는 경우에 일시적으로 얻어질 수 있되, 상기 가스 전구체는 중합을 개시하도록 플라즈마 가스 방전에 의해 제공되는 에너지에 의해 활성화되거나 단편화된다. 최종 중합체 재료는 일시적으로 유동성 거동을 나타낼 수 있다. 증착 단계가 완료되고/완료되거나 짧은 시간(예, 약 3.0초) 후에, 막이 더 이상 흐르지 않을 수 있고, 오히려 고형화되고, 따라서 별도의 고형화 공정이 사용되지 않을 수 있다.
본 개시에서, 변수의 임의의 두 수치가 상기 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위는 끝점을 포함하거나 배제할 수 있다. 추가적으로, 표시된 변수의 임의의 값은 ("약"의 표시 여부에 관계없이) 정확한 값 또는 대략적인 값을 지칭할 수 있고 등가를 포함할 수 있으며, 일부 구현예에서는 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, 용어 "포함한", "의해 구성되는", 및 "갖는"은 일부 구현예에서 "통상적으로 또는 대략적으로 포함하는", "포함하는", "본질적으로 이루어지는", 또는 "이루어지는"을 독립적으로 지칭할 수 있다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미는 일부 구현예에서 보통이고 관습적인 의미를 반드시 배제하는 것은 아니다.
본 개시의 예시적인 구현예에 따른 방법은, 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계, 반응 챔버에 불활성 가스를 제공하는 단계, 반응 챔버에 탄소 전구체를 제공하는 단계, 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료(상기 초기 점성 탄소 재료가 탄소 재료로 됨)를 형성하는 단계, 및 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하여 처리된 탄소 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 반응 챔버로의 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계와 플라즈마를 중지시키는 단계를 또한 포함할 수 있다.
반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계 동안에, 기판은 기상 반응기의 반응 챔버 내에 제공된다. 본 개시의 예에 따라, 반응 챔버는 원자층 증착(ALD)(예 PEALD) 반응기 또는 화학 기상 증착(CVD)(예, PECVD) 반응기와 같은 주기적 증착 반응기의 일부를 형성할 수 있다. 본원에 설명된 방법의 다양한 단계는 단일 반응 챔버 내에 수행될 수 있거나 클러스터 툴의 반응 챔버와 같은 다수의 반응 챔버 내에서 수행될 수 있다.
반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계 동안에, 기판은 원하는 온도로 될 수 있고/있거나 반응 챔버는 후속 단계 동안에 원하는 압력, 예컨대 적절한 온도 및/또는 압력이 될 수 있다. 예로서, 반응 챔버 내에서 (예를 들어, 기판 또는 기판 지지부의) 온도는 약 100°C 이하일 수 있다. 반응 챔버 내 압력은 약 200 Pa 내지 약 1,250 Pa일 수 있다. 본 개시의 특정 예시에 따라, 기판은 오목부와 같은 하나 이상의 피처를 포함한다.
불활성 가스를 반응 챔버에 제공하는 단계 동안에, 하나 이상의 불활성 가스, 예컨대 아르곤, 헬륨, 질소, 또는 이들의 임의의 혼합물이 반응 챔버에 제공된다. 특정 예로서, 불활성 가스는 헬륨이거나 헬륨을 포함한다. 반응 챔버로의 불활성 가스의 유량은, 약 500 sccm 내지 약 8,000 sccm일 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 불활성 가스는 반응 챔버 내의 플라즈마를 점화하고, 반응 챔버로부터 반응물 및/또는 부산물을 퍼지하고/퍼지하거나, 반응 챔버로 전구체의 전달을 보조하기 위한 캐리어 가스로서 사용될 수 있다. 플라즈마를 점화하고 유지하기 위해 사용되는 전력은 약 50 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
탄소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계 동안에, 탄소 재료의 층을 형성하기 위한 전구체가 반응 챔버 내로 도입된다. 예시적인 전구체는, 화학식 CxHyNz로 표시된 화합물을 포함하고, 여기서 x는 2 이상의 자연수일 수 있고, y는 자연수일 수 있고, z는 0 또는 자연수일 수 있다. 예를 들어, x는 약 2 내지 약 15 범위일 수 있고, y는 4 내지 약 30 범위일 수 있고, z는 약 0 내지 약 10일 수 있다. 전구체는, 두 개 이상의 탄소 원자 및 하나 이상의 수소 원자를 갖는 사슬 또는 환형 분자를 포함할 수 있으며, 분자는 상기 화학식으로 표시된다. 특정 예시로서, 전구체는 하나 이상의 환형(예, 방향족) 구조 및/또는 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 화합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 2를 일시적으로 참조하면, 도 2(a)는 구조체(202)를 나타내고, 이는 내부에 형성된 갭(206, 208, 및 210)을 갖는 기판(204), 및 기판(204)의 표면(214) 위에 놓이는 탄소 층(212)을 포함한다. 도 2(b)는 구조체(216)를 나타내고, 이는 내부에 형성된 갭(220, 222, 및 224)을 갖는 기판(218), 및 기판(218)의 표면(228) 위에 놓이는 탄소 층(226)을 포함한다. 구조체(202 및 216)에 대한 증착 조건은, 구조체(202)를 형성하기 위해 사용된 전구체가 1,3,5, 트리메틸시클로헥산이고 구조체(216)를 형성하기 위해 사용된 전구체가 1,3,5, 트리메틸벤젠인 것을 제외하고는 동일하였고, 이는 적어도 하나의 탄소(예, 탄소-탄소) 이중 결합을 갖는 전구체를 사용하는 것이 오목부를 충진하면서 임의의 빈 공간 형성을 완화시키는 데 이로울 수 있음을 시사한다.
탄소 전구체 공급원으로부터 반응 챔버로의 탄소 전구체의 유량은 다른 공정 조건에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 유량은 약 100 sccm 내지 약 3,000 sccm일 수 있다. 유사하게, 탄소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 각각의 단계의 지속 시간은 다양한 고려 사항에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 지속 시간은 약 1.0초 내지 약 35.0초의 범위일 수 있다.
기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료를 형성하기 위해 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 동안에, 전구체는 여기 종을 사용하여 초기 점성 재료로 변환된다. 초기 점성 탄소 재료는, 예를 들어 여기된 종과의 추가 반응을 통해 탄소 재료가 될 수 있다. 탄소 재료는 고형분 또는 실질적으로 고형분일 수 있다.
반응 챔버로 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계 동안에, 반응 챔버로 탄소 전구체의 흐름이 정지된다. 일부 경우에, 전구체의 흐름은 감소될 수 있고 다양한 단계에 대해 완전히 차단되지 않을 수 있다.
플라즈마를 중지시키는 단계 동안에, 플라즈마가 꺼질 수 있다. 중지 단계는, 플라즈마를 생성하기 위해 사용된 전력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
탄소 재료를 활성화 종으로 처리하여 처리된 탄소 재료를 형성하는 단계는, 탄소 재료를 활성화 종에, 예를 들어 플라즈마를 사용하여 형성된 활성화 종에 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 처리 단계는, 불활성 가스를 반응 챔버에 제공하는 단계 동안에 제공된 불활성 가스와 같이, 불활성 가스로부터 종을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마를 형성하기 위해 사용되는 전력은 약 50 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
본 개시의 예시적인 양태에 따라, 플라즈마를 사용함으로써(예, 라디오 주파수 및/또는 마이크로파 플라즈마), 활성화 종이 형성된다. 직접식 플라즈마 및/또는 원격식 플라즈마가 활성화 종을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 불활성 가스는 반응 챔버로 연속적으로 흐를 수 있고, 활성화 종은 플라즈마를 형성하기 위해 사용되는 전력을 순환시킴으로써 주기적으로 형성될 수 있다. 탄소 재료를 처리하는 단계 동안에, 반응 챔버 내의 온도는 100℃ 이하일 수 있다. 처리를 위한 종의 형성 동안에 반응 챔버 내의 압력은 약 200 Pa 내지 약 1,250 Pa일 수 있다. 처리 단계를 위한 종의 형성은, 하나 이상의 상이한 단계 동안에 사용된 동일한 반응 챔버에서 형성될 수 있거나, 동일한 클러스터 툴의 다른 반응 챔버와 같이 별도의 반응 챔버일 수 있다.
본원에 기술된 다양한 방법의 단계는 중첩될 수 있고, 전술한 순서로 수행될 필요는 없다. 또한, 일부 경우에, 다양한 단계 또는 이의 일부가 다음 단계로 진행하는 방법에 앞서 한 번 이상 반복될 수 있다.
도1 및 도 3 내지 도 7은 본 개시의 예시적 구현예에 따른 방법에 대해 펄스 시간 순서 예시를 나타낸다. 도면은 불활성 가스, 탄소 전구체, 및 플라즈마 전력 펄스를 개략적으로 나타내고, 여기서 가스 및/또는 플라즈마 전력이 펄스 기간 동안에 반응기 시스템에 제공된다. 펄스의 폭은 반드시 각 펄스와 연관된 시간의 양을 나타내는 것은 아닐 수 있으며; 나타낸 펄스는 다양한 펄스의 상대적인 시작 시간을 예시할 수 있다. 유사하게, 높이는 반드시 특정 진폭 또는 값을 나타내는 것은 아닐 수 있지만, 상대적으로 높고 낮은 값을 나타낼 수 있다. 이들 예시는 단순히 예시적인 것이며, 본 개시의 범주 또는 청구범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 1은 방법(100)을 나타낸다. 방법(100)은 복수의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및 복수의 증착 및 처리 사이클(1, 2...N)을 포함한다. 이들 구현예의 예시에 따라, n 및 N은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있다.
방법(100)은 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및/또는 하나 이상의 증착 및 처리 사이클(12...N) 동안에 불활성 가스를 반응 챔버에 연속적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스는 펄스 기간(102) 동안에 반응 챔버에 제공되며, 이는 제1(i) 증착 사이클 이전에 시작되고 마지막(N) 증착 및 처리 사이클 이후에 종료된다. 펄스 주기는 단순히 펄스로서 지칭될 수 있다.
펄스 기간(102)이 개시된 후, 탄소 전구체가 펄스 기간(104) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(104)은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 35.0초의 범위일 수 있다. 각각의 펄스 기간(104)은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
반응 챔버로 탄소 전구체의 흐름이 시작된 후, 펄스 기간(106) 동안에 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 제공된다. 따라서, 나타낸 예시에서, 불활성 가스 및 탄소 전구체 둘 모두는 플라즈마가 점화/형성될 시 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(106)은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 각각의 펄스 기간(106)은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
본 예시에 나타낸 바와 같이, 펄스 기간(104) 및 펄스 기간(106)은 대략 또는 실질적으로 동일한 시간(예, 서로의 10, 5, 2, 1 또는 0.5% 이내)에서 중지할 수 있다. 일단 탄소 전구체가 반응 챔버로 흐르고 플라즈마 전력이 중지되면, 반응 챔버는 퍼지 기간 또는 펄스 기간(108) 동안에 퍼지될 수 있다. 펄스 기간(108)은, 예를 들어 약 5.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 각각의 펄스 기간(108)은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
단계(106) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
펄스 기간(108) 후, 플라즈마 전력은, 펄스 기간(110) 동안에 활성화 종으로 탄소 재료를 처리하기 위해 원하는 수준까지 증가될 수 있다. 반응 챔버 내의 전력 수준 및 압력은 전술한 바와 같을 수 있다. 펄스 기간(110)은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 각각의 펄스 기간(110)은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
펄스 기간(110) 동안에 활성화 종으로 탄소 재료를 처리하는 단계 이후, 반응 챔버는 펄스 기간(112) 동안에 퍼지될 수 있다. 펄스 기간(112)은, 예를 들어 약 10.0초 내지 약 70.0초의 범위일 수 있다. 각각의 펄스 기간(112)은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 다른 방법(300)을 나타낸다. 방법(100)과 유사하게, 방법(300)은 복수의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및 하나 이상의 증착 및 하나의 처리 단계 또는 사이클(1...N)을 포함한다. 이들 구현예의 예시에 따라, n은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있고, N은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있다.
방법(300)은, 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및/또는 하나 이상의 증착 및 하나의 처리 단계(1,2,3,4...N) 동안에 불활성 가스를 반응 챔버에 연속적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스는 펄스 기간(302) 동안에 반응 챔버에 제공되며, 이는 제1(i) 증착 사이클 이전에 시작되고 마지막(N) 증착 및 처리 사이클 후에 종료될 수 있다.
펄스 기간(302)이 개시된 후, 탄소 전구체가 펄스(304)를 위해 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(304)은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 5.0초의 범위일 수 있다.
반응 챔버로 탄소 전구체의 흐름이 시작된 후, 펄스 기간(306) 동안에 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 제공된다. 나타낸 예시에서, 탄소 전구체의 흐름은 플라즈마가 점화/형성되기 전에 중지된다. 이러한 방법이 일부 응용예에 적합할 수 있지만, 방법(300)은 100 nm 이상의 층 두께를 갖는 처리된 탄소 층의 표면 상에서, 300 mm 웨이퍼 상에 50 nm 초과의 검출 가능한 크기를 50개 초과하는 입자를 바람직하지 않게 많이 생성할 수 있다.
대조적으로, 도 1 및 도 4 내지 도 7은, 100 nm 이상의 층 두께를 갖는 처리된 탄소 층의 표면 상에서, 300 mm 웨이퍼 상에 50 nm 초과의 검출 가능한 크기를 비교적 낮게, 예를 들어 50, 40, 30, 10 또는 5개 미만의 입자를 갖는 탄소 재료를 증착하는 방법을 나타낸다. 본원에 설명된 바와 같은 구조체를 형성하는 방법 동안에 표면 상의 입자의 수를 감소시키는 하나의 기술은, 탄소 전구체 흐름이 중지되는 동안에 플라즈마 형성을 위한 전력을 유지하는 단계를 포함한다.
도 4는 본 개시의 예시에 따른 방법(400)을 나타낸다. 방법(400)은 복수의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및 하나 이상의 증착 및 하나의 처리 단계(1...N)를 포함한다. 이들 구현예의 예시에 따라, n은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있고, N은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있다.
방법(400)은, 1회 이상의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및/또는 1회 이상의 증착 및 1회의 처리 사이클(1...N) 동안에 불활성 가스를 반응 챔버에 연속적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스는 펄스 기간(402) 동안에 반응 챔버에 제공되며, 이는 제1(i) 증착 사이클 이전에 시작되고 마지막(N) 증착 및 처리 사이클 이후에 종료된다.
펄스(402)가 개시된 후, 펄스 기간(406) 동안에 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 제공된다. 불활성 가스는 플라즈마를 점화하기 위해 사용될 수 있다. 플라즈마는, 펄스 기간(406)이 지속하는 동안에 연속적일 수 있다. 펄스 기간(406)은, 예를 들어 약 3.0초 내지 약 3,600.0초의 범위일 수 있다. 펄스 기간(406) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
플라즈마가 형성되면, 탄소 전구체 펄스 기간(404)이 시작될 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스 및 탄소 전구체 모두는 펄스 기간(404) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(404)의 종료 시, 불활성 가스 펄스 및 플라즈마 전력 펄스는 계속된다. 이는, 방법(300) 동안에 형성될 수 있는 입자와 같이, 탄소 재료 증착 사이클 동안에 표면 상에 달리 형성되는 층 또는 기판의 표면 상의 입자의 감소를 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 펄스 기간(404)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 펄스 기간(404)은 처리 펄스(410) 전에 n회 수행될 수 있다.
반응 챔버는 펄스 기간(408) 동안에 퍼지될 수 있다. 이 시간 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력이 반응기 시스템에 연속적으로 공급될 수 있다. 유사하게, n회의 탄소 재료 증착 사이클 후, 반응 챔버는 펄스 기간(412) 동안에 퍼지될 수 있다. 그리고, 처리 단계(410) 이후, 즉 증착 및 처리 사이클 N 이후, 반응 챔버는 펄스 기간(414) 동안에 퍼지될 수 있다. 원하는 경우, 다음 증착 및 처리 사이클을 시작할 수 있다. 상기와 같이, 하나 이상의 펄스의 횟수는 동일하거나 다양할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시에 따른 다른 방법(500)을 나타낸다. 방법(500)은, 플라즈마 전력이 각각의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n)에 대해 펄스화되는 것을 제외하고는, 방법(400)과 유사하다.
방법(500)은, 1회 이상의 탄소 재료 증착 사이클(i, ii...n) 및/또는 1회 이상의 증착 및 1회의 처리 사이클(1, 2, 3, 4...N) 동안에 불활성 가스를 반응 챔버에 연속적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스는 펄스 기간(502) 동안에 반응 챔버에 제공되고, 이는 제1 증착 사이클 전에 시작되고 마지막(N) 증착 및 처리 사이클 후에 종료된다.
펄스 기간(502)이 개시된 후, 펄스 기간(506) 동안에 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 제공된다. 불활성 가스는 플라즈마를 점화하기 위해 사용될 수 있다. 나타낸 예시에서, 펄스 기간(506)은 탄소 전구체 흐름(펄스 기간(504))을 중지시킨 후 계속된다. 펄스 기간(506)은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 20.0초의 범위일 수 있다. 펄스 기간(506) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
플라즈마가 형성되면, 탄소 전구체 펄스 기간(504)이 시작될 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스 및 탄소 전구체 모두는 펄스 기간(504) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(504)의 종료 시, 불활성 가스 펄스 및 플라즈마 전력 펄스는 계속된다. 다시, 이는 탄소 재료 증착 사이클 동안에 기판의 표면 상에 달리 형성될 입자의 감소를 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 펄스 기간(504)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 펄스 기간(504) 및 펄스 기간(506)은 처리 펄스 기간(510) 전에 n회 수행될 수 있다.
처리 단계 동안에 불활성 가스 펄스 기간(502)은 계속되고, 플라즈마를 형성하기 위한 전력은 펄스 기간(510) 동안에 원하는 수준까지 다시 증가된다. 펄스 기간(510) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다. 펄스 기간(510)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다.
펄스 기간(504) 사이에서, 반응 챔버는 펄스 기간(508) 동안에 퍼지될 수 있다. 이러한 시간의 적어도 일부 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력이 반응기 시스템에 공급될 수 있다. 유사하게, n회의 탄소 재료 증착 사이클 후, 반응 챔버는 펄스 기간(512) 동안에 퍼지될 수 있다. 펄스 기간(512)의 적어도 일부 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력이 반응기 시스템에 공급될 수 있다. 처리 단계(510) 이후에, 즉 증착 및 처리 사이클 N 이후에, 반응 챔버는 펄스 기간(514) 동안에 퍼지될 수 있다. 원하는 경우, 다음 증착 및 처리 사이클을 시작할 수 있다. 상기와 같이, 사이클에 대한 하나 이상의 펄스 횟수는 동일하거나 변할 수 있다.
도 6은, 하나의 탄소 재료 증착 사이클(601)에 이어서 각각의 증착 및 처리 사이클(605)에 대한 처리 단계(603)를 갖는 방법(600)을 나타낸다.
방법(400 및 500)과 유사하게, 방법(600)은, 탄소 재료 증착 사이클(601) 및 증착 및 처리 사이클(605) 동안에 불활성 가스를 반응 챔버에 연속적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 1회 증착 단계 및 1회 처리는 N번 수행될 수 있다. N은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스는 펄스 기간(602) 동안에 반응 챔버에 제공되며, 이는 증착 사이클(601) 전에 시작되어 증착 및 처리 사이클(605) 후에 종료된다.
펄스 기간(602)이 개시된 후, 펄스 기간(606) 동안에 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 제공된다. 불활성 가스는 플라즈마를 점화하기 위해 사용될 수 있다. 나타낸 예시에서, 펄스 기간(606)은 탄소 전구체 흐름(펄스 기간(604))을 중지시킨 후 계속된다. 펄스 기간(606)은, 예를 들어 약 3.0초 내지 약 1,000.0초의 범위일 수 있다. 펄스 기간(604) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
플라즈마가 형성되면, 탄소 전구체 펄스 기간(604)이 시작될 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스 및 탄소 전구체 모두는 펄스 기간(604) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(604)의 종료 시, 불활성 가스 펄스 및 플라즈마 전력 펄스는 계속된다. 다시, 이는 탄소 재료 증착 사이클 동안에 기판의 표면 상에 달리 형성될 입자의 감소를 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 펄스 기간(604)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다.
처리 단계(603) 동안에, 불활성 가스 펄스 기간(602)가 계속되고, 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 다시 원하는 수준까지 증가된다. 펄스 기간(610) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다. 펄스 기간(610)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다.
펄스 기간(604) 후, 반응 챔버는 펄스 기간(608) 동안에 퍼지될 수 있다. 이 시간의 적어도 일부 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력은, 탄소 전구체의 흐름이 중지되는 동안에 전력이 공급되도록 반응기 시스템에 공급될 수 있다. 유사하게, 탄소 재료 증착 및 처리 사이클(605) 후, 반응 챔버는 펄스 기간(612) 동안에 퍼지될 수 있다. 펄스 기간(612)의 적어도 일부 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력이 반응기 시스템에 공급될 수 있다. 상기와 같이, 다양한 사이클 펄스에 대한 시간은 동일하거나 상이할 수 있다.
도 7은 본 개시의 추가 예시에 따른 방법(700)을 나타낸다. 방법(700)은 방법(100)과 유사할 수 있으며, 방법(700)은 추가적인 점화 및 전이 단계를 나타낸다. 본원에 기술된 방법 중 어느 하나는 점화 및/또는 전이 단계를 포함할 수 있다.
방법(100)과 유사하게, 방법(700)은 하나의 탄소 재료 증착 사이클(701) 및/또는 하나의 증착 및 처리 사이클(709) 동안에 불활성 가스를 반응 챔버에 연속적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 1회 증착 단계 및 1회 처리를 N번 수행한다. N은 약 1 내지 약 50의 범위일 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스는 펄스 기간(702) 동안에 반응 챔버에 제공되며, 이는 증착 사이클(701) 전에 시작되어 증착 및 처리 사이클(709) 후에 종료된다.
펄스 기간(702)이 개시된 후, 펄스 기간(706) 동안에 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 제공된다. 불활성 가스는 플라즈마를 점화하기 위해 사용될 수 있다. 나타낸 예시에서, 펄스 기간(706)은, 탄소 전구체 흐름(펄스 기간(704))을 중지시키는 것과 거의 동일한 시간 또는 그 후에 중지한다. 펄스 기간(706)은, 예를 들어 약 3.0초 내지 약 40.0초의 범위일 수 있다. 펄스 단계(706) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다.
플라즈마에 전력을 제공할 때에, 점화 기간(705)이 시작된다. 점화 기간(705)은, 플라즈마가 안정화될 때까지 및/또는 탄소 전구체 펄스 기간(704)이 개시될 때까지, 계속될 수 있다. 점화 기간(705)의 지속 시간은 약 2.0초 내지 약 10.0초 범위일 수 있다.
플라즈마가 형성되면, 탄소 전구체 펄스 기간(704)이 시작될 수 있다. 나타낸 예시에서, 불활성 가스 및 탄소 전구체 모두는 펄스 기간(704) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 펄스 기간(704) 및/또는 펄스 기간(706)의 종료 시, 불활성 가스는 전이 기간(707) 동안에 계속된다. 펄스 기간(704)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 점화 기간(705)의 지속 시간은 약 2.0초 내지 약 10.0초 범위일 수 있다.
전이 기간(707)의 종료 시점에서, 플라즈마에 대한 전력이 증가되어 다시 플라즈마를 형성한다. 처리 단계(703)(펄스 기간(710)) 동안에, 불활성 가스 펄스 기간(702)이 계속되고, 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 원하는 수준으로 유지된다. 펄스 기간(710) 동안에, (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 100 W 내지 약 800 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있다. 펄스 기간(710)의 지속 시간은, 예를 들어 약 1.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다.
펄스 기간(704) 후, 반응 챔버는 전이 기간(707) 동안에 퍼지될 수 있다. 이 시간의 적어도 일부 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력은, 탄소 전구체의 흐름이 중지되는 동안에 전력이 공급되도록 반응기 시스템에 공급될 수 있다. 유사하게, 탄소 재료 증착 사이클 및 처리 사이클(709) 후, 반응 챔버는 펄스 기간(712) 동안에 퍼지될 수 있다. 펄스 기간(712)의 적어도 일부 동안에, 플라즈마 형성을 위한 전력은 꺼질 수 있다. 상이한 사이클에 대한 펄스 각각의 지속 시간은 동일하거나 가변할 수 있다.
도 8은 본 개시의 예시적인 추가 구현예에 따른 반응기 시스템(800)을 나타낸다. 반응기 시스템(800)은, 본원에 설명된 하나 이상의 단계 또는 하위 단계를 수행하고/수행하거나 본원에 설명된 하나 이상의 구조체 또는 이의 부분을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
반응기 시스템(800)은, 반응 챔버(3)의 내부(11)(반응 구역)에서 서로 평행하게, 그리고 서로 마주하는 한 쌍의 전기 전도성 평판 전극(4, 2)을 포함한다. 예를 들어, 전원(25)에서 하나의 전극(예, 전극(4))으로 HRF 전력(예, 13.56 MHz 또는 27 MHz)을 인가하고 다른 전극(예, 전극(2))을 전기적으로 접지함으로써, 플라즈마는 반응 챔버(3) 내에서 여기될 수 있다. 온도 조절기가 하부 스테이지(2)(하부 전극)에 제공되고, 그 위에 배치된 기판(1)의 온도는 원하는 온도로 유지될 수 있다. 전극(4)은, 샤워 플레이트 같은 가스 분배 장치로서 기능할 수 있다. 반응물 가스, 희석 가스(존재하는 경우), 전구체 가스 및/또는 기타는 각각 가스 라인(20), 가스 라인(21), 및 가스 라인(22) 중 하나 이상과 샤워 플레이트(4)를 통해 반응 챔버(3) 내에 도입될 수 있다. 세 개의 가스 라인으로 나타냈지만, 반응기 시스템(800)은 임의 적절한 개수의 가스 라인을 포함할 수 있다.
반응 챔버(3)에 배기 라인(7)을 갖는 원형 덕트(13)가 제공되고, 이를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)에 있는 가스가 배기될 수 있다. 추가적으로, 반응 챔버(3) 아래에 배치된 이송 챔버(5)는, 이송 챔버(5)의 내부(이송 구역)(16)를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)로 밀봉 가스를 유입하기 위한 밀봉 가스 라인(24)을 구비하며, 반응 구역과 이송 구역을 분리하기 위한 분리 판(14)이 제공된다(웨이퍼가 이송 챔버(5)로 또는 이송 챔버로부터 이송되는 게이트 밸브는 본 도면에서 생략됨). 이송 챔버에는 배기 라인(6)이 또한 구비된다. 일부 구현예에서, 증착 및 처리 단계는 동일한 반응 공간에서 수행되어, 두 개 이상의(예, 모든) 단계는, 기판을 공기 또는 다른 산소 함유 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 수행될 수 있다.
일부 구현예에서, 불활성 또는 캐리어 가스의 반응 챔버(3)로의 연속적인 흐름은, 캐리어 가스 라인이 전구체 리저버(용기)를 갖는 우회 라인을 구비하고 메인 라인과 우회 라인이 스위칭되는, 유동-통과 시스템(FPS)을 이용하여 달성될 수 있고, 캐리어 가스만을 반응 챔버에 공급하고자 할 때에는 우회 라인이 닫히고, 반면 캐리어 가스와 전구체 가스 모두를 반응 챔버에 공급하고자 할 때에는 메인 라인이 닫히게 되어, 캐리어 가스는 우회 라인을 통해 흐르고 전구체 가스와 함께 용기로부터 흘러 나온다. 이 방식으로, 캐리어 가스는 반응 챔버 내로 연속해서 흐를 수 있고, 메인 라인과 우회 라인 사이를 스위칭함으로써, 실질적으로 반응 챔버의 압력 요동 없이, 전구체 가스를 펄스로 운반할 수 있다.
장치는, 본원에 설명된 하나 이상의 방법 단계를 수행하도록 달리 구성되거나 프로그래밍된 하나 이상의 제어기(들)(26)를 포함할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 유량 제어기 또는 밸브들과 통신한다.
일부 구현예에서, 듀얼 챔버 반응기(서로 근접하게 배치된 웨이퍼를 처리하기 위한 2개의 섹션 또는 컴파트먼트)가 사용될 수 있고, 반응물 가스 및 귀가스는 공유된 라인을 통해 공급될 수 있는 반면, 전구체 가스는 공유되지 않는 라인을 통해 공급된다.
위에 설명된 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 구조체를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    하나 이상의 오목부를 포함한 기판을 반응 챔버에 제공하는 단계;
    플라즈마 점화를 위해 불활성 가스를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계;
    탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계;
    상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료를 형성하는 단계로서, 상기 초기 점성 탄소 재료가 탄소 재료로 되는, 단계;
    상기 반응 챔버로 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지하는 단계;
    상기 플라즈마를 중지하는 단계; 및
    상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하여 처리된 탄소 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계;
    상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료를 형성하는 단계;
    상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계;
    상기 플라즈마를 중지하는 단계; 및
    상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계를 N번 수행하여 상기 하나 이상의 오목부를 충진하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, N은 약 1 내지 약 50의 범위인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 단계는, 상기 반응 챔버 내에 상기 불활성 가스를 사용하여 플라즈마를 점화하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 재료 증착 사이클 동안에, 상기 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계는, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 이전에 일어나고, 상기 단계 동안에 계속되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 재료 증착 사이클 동안에, 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계와 상기 플라즈마를 중지시키는 단계가 실질적으로 동시에 발생하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 재료 증착 사이클 동안에, 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계는, 상기 플라즈마를 중지시키는 단계 이전에 발생하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마를 형성하기 위해 제공된 RF 전력은, 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시킨 단계 이후에 감소되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계를 수행하기 위해, 플라즈마를 형성하기 위한 RF 전력이 증가하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 동안에, 상기 불활성 가스와 상기 탄소 전구체 모두가 상기 반응 챔버로 흐르는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계 및 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 동안에, 상기 불활성 가스가 상기 반응 챔버로 계속 흐르는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 증착 및 처리 사이클은,
    탄소 재료 증착 사이클을 1회 이상 수행하는 단계; 및 그 다음
    상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계를 포함하되,
    상기 증착 및 처리 사이클은 N회 증착 및 1회 처리 단계에 대해 여러 번 수행되고,
    상기 N회 증착 및 1회 처리 단계 동안에, 상기 불활성 가스가 상기 반응 챔버로 연속적으로 흐르는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 표면 상에 초기 점성 탄소 재료를 형성하는 단계, 및 상기 플라즈마를 중지시키는 단계는, 상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계 이전에 여러 번 반복되는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 재료 증착 사이클 중에, 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계 동안에, 플라즈마가 상기 반응 챔버 내에 계속 형성되는, 방법.
  15. 제1항에 있어서, 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계, 상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계, 및 상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계 동안에, 플라즈마가 상기 반응 챔버 내에 계속 형성되는, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 플라즈마는, 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클을 반복하는 동안에 상기 반응 챔버 내에 계속 형성되는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 플라즈마는, 적어도 하나 이상의 탄소 재료 증착 사이클 및 적어도 하나의 처리 단계 동안에 상기 반응 챔버 내에 계속 형성되는 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 재료 증착 사이클 중에, 상기 초기 점성 탄소 재료를 형성하기 위해 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계의 지속 시간은 약 1.0초 내지 약 30.0초인, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 증착 및 처리 사이클 중에, 상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계의 지속 시간은 약 1.0초 내지 약 30.0초인, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비활성 가스는 아르곤, 헬륨, 질소, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함하는, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 전구체의 화학식은 CxHyNz로 표시되고, 여기서 x는 2 이상의 자연수이고, y는 자연수이고, z는 0 또는 자연수인, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 전구체는, 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 환형 구조를 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계;
    상기 반응 챔버 내에 상기 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 표면 상에 상기 초기 점성 탄소 재료를 형성하는 단계;
    상기 탄소 전구체의 흐름을 중지시키는 단계;
    상기 플라즈마를 중지하는 단계; 및
    상기 탄소 재료를 활성화 종으로 처리하는 단계 동안에, 상기 반응 챔버 내의 온도는 100°C 이하인, 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 방법에 따라 형성된 막 구조체.
  25. 제24항에 있어서, 상기 처리된 탄소 층은 45 원자% 이상의 탄소를 포함하는, 막 구조체.
  26. 제25항에 있어서, 상기 구조체는, 300 mm 웨이퍼 상에서 100 nm 이상의 층 두께를 갖는 상기 처리된 탄소 층의 표면 상에 50 nm 초과의 검출 가능한 크기가 50개 미만인 입자를 포함하는, 막 구조체.
  27. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 단계를 수행하고/수행하거나 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 구조체를 형성하기 위한 시스템.
KR1020210010840A 2020-02-05 2021-01-26 탄소 재료를 포함한 구조체를 형성하는 방법, 이 방법을 사용하여 형성된 구조체, 및 이 구조체를 형성하기 위한 시스템 KR20210100535A (ko)

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