KR20210127620A - 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템 - Google Patents

질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템 Download PDF

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KR20210127620A
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cyclic
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KR1020210042997A
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히로츠구 스기우라
요시유키 키쿠치
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

질소 함유 탄소 막을 형성하기 위한 방법 및 시스템, 그리고 본 방법 또는 시스템을 사용하여 형성된 구조체가 개시된다. 예시적인 방법은, 탄소-종결된 탄소-질소 결합을 갖는 전구체를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

Description

질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템{method of forming a nitrogen-containing carbon film and system for performing the method}
본 개시는, 일반적으로 전자 소자의 제조에 사용하기에 적합한 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시는 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법, 이러한 막을 포함한 구조체를 형성하는 방법, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다.
질소 함유 탄소 막은 전자 소자의 제조 동안에 다양한 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 질소 함유 탄소 막은 광학 막으로, 에칭 하드 마스크 막으로, 트렌치 패턴용 갭 충진 막 등으로 사용될 수 있다. 일부 응용의 경우, 에칭 저항성, 화학적 기계적 평탄화(CMP) 저항성 및/또는 열 안정성은 바람직하게 비교적 높을 수 있다. 질소 함유 탄소 막에 질소를 혼입시키면, 질소 함유 재료를 포함하지 않는 막과 비교하여, 에칭 저항성, CMP 저항성, 및/또는 열 안정성이 증가하는 것과 같이, 우수한 특성을 나타내는 탄소 함유 막이 생성될 수 있다.
일부 응용의 경우, 질소 함유 탄소 막은, 바람직하게는 플라즈마 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 플라즈마 공정을 사용하면, 열적 공정에 비해, 질소 함유 탄소 막의 막 증착 동안에 더 낮은 온도 및/또는 질소 함유 탄소 막의 증가된 증착 속도를 허용할 수 있다.
질소 함유 탄소 막을 형성하기 위한 전통적인 플라즈마 보조 공정은, 막 형성 후 탄소 막 상에 플라즈마 충돌을 포함하고, 막 형성 공정 동안에 N2 및 NH3을 기상으로 추가한다. 이러한 기술은 FTIR 분석으로 검증한 바와 같이, C-NH2 결합 종결부와 댕글링 결합을 일반적으로 초래한다. 이러한 기술은 일부 응용에 대해 잘 작용할 수 있지만, 다른 응용에서 질소 함유 탄소 막의 C-N-C 및 C-N=C와 같이 탄소로 종결된 탄소-질소 결합의 양을 갖거나 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함하면, 질소 함유 탄소 막의 원하는 화학적 특성(예, 에칭 및 CMP 저항성) 및 물리적 특성(예, 광학적)을 개선할 수 있다.
따라서, 특히나 C-N-C 및 C-N=C와 같이 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법에 대해, 질소 함유 탄소 막을 형성하는 개선된 방법이 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 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전 방법과 구조체의 문제점을 해결하는 방식은 이하에서 보다 상세히 논의되면서, 일반적으로 본 개시의 예시적 구현예는 질소 함유 탄소 막을 형성하기 위해, 향상된 전구체 및 기술을 포함한 개선된 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 구현예에 따라, 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법이 제공된다. 예시적인 방법은, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 상기 전구체를 사용하여 기판의 표면 상에 상기 질소 함유 막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 적합한 전구체는, 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 화합물, 예컨대 (1) (C-N-C)a 및/또는 (C-N=C)a1로 표시되는 하나 이상의 화합물(여기서, a 및 a1은 독립적으로 선택되고 1 이상임) 및 (2)C, H, O 및 N을 포함하는 환형 구조를 갖는 환형 화합물을 포함한다. 예시적인 환형 화합물은, 예를 들어 5 내지 7개의 원자를 포함한, 환형 골격을 포함할 수 있다. 상기 환형 골격은 질소를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 환형 골격은 C, O, 및 N 중 하나 이상, 예컨대 C 및 N 또는 O, C, 및 N으로 이루어질 수 있다. 환형 화합물은 C, H, O, 및 N으로 이루어질 수 있다. 상기 환형 화합물은 환형 골격 및 하나 이상의 원자(예, 수소 및/또는 산소), 기, 및/또는 상기 환형 골격에 부착된 측쇄를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 측쇄 중 적어도 하나는 CwHxNyOz를 포함할 수 있으며, 여기서 w, x, y 및 z는 각각 개별적으로 선택되고 각각은 자연수(제로 포함)이다. 예시적인 방법은, 상기 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예시적인 반응물은, 수소, 질소, 수소 및 질소를 포함한 화합물, 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함한다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라, 구조체는, 본원에 설명된 방법에 따라 질소 함유 탄소 막을 형성함으로써, 적어도 부분적으로 형성된다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라, 시스템은, 본원에 설명된 바와 같이 방법을 수행하고/수행하거나 구조체를 형성하기 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 예시적인 구현예에 따라 질소 함유 탄소 막을 포함한 구조체를 나타낸다.
도 2 및 도 3은, 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 분자를 나타낸다.
도 4는 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, 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법, 이러한 막을 포함한 구조체를 형성하는 방법, 상기 방법을 사용하여 형성된 막 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 막 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본원에 설명된 예시적인 방법은, 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 갖는 질소 함유 탄소 막을 형성하기 위해 사용되거나, 탄소로 종결된 탄소-질소 결합, 특히 C-N-C 또는 C-N=C의 수가 증가된 질소-함유 탄소 막을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 막은 광학적 특성, 증가된 (예를 들어, 건식) 에칭 저항성, 및/또는 증가된 CMP 저항성과 같은 원하는 특성을 나타낼 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, C-N-C 또는 C-N=C를 포함한 막은, C-N-C 또는 C-N=C 결합을 포함하는 하나 이상의 전구체를 사용함으로써 수득될 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) 또는 마이크로파 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 사이클을 사용하여 형성될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "질소 함유 탄소 층" 또는 "질소 함유 탄소 물질"은, 화학식이 탄소 및 질소를 포함하는 것으로 나타낼 수 있는 층을 지칭할 수 있다. 질소 함유 재료를 포함하는 층은, 산소 및 수소 중 하나 이상과 같이 다른 원소를 포함할 수 있다. 질소 함유 탄소 층은 바람직하게는 C-N-C 및 C-N=C 중 하나 이상을 포함한다.
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 또는 일부 구현예에서 그리고 문맥에 따라 두 개의 구조체 사이에 두 개의 구조체 이외의 분리된 물리적 또는 화학적 구조체가 개입하지 않음을 지칭할 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.
도 1은, 기판(102)과 기판 위에 증착된 질소 함유 막(104)을 포함한 구조체(100)를 나타낸다. 본 개시의 예시에 따라, 질소 함유 막(104)은 본원에 설명된 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 질소 함유 막(104)은 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모든 질소-탄소 결합은 탄소-질소 결합으로 종결될 수 있다.
본 개시의 예시적인 구현예에 따른 방법은, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 전구체를 사용하여 기판의 표면 상에 질소 함유 막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, 반응 챔버에 기판을 제공하는 단계, 및 일부 예시에 따라 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 형성 단계는, 열적으로 활성화되거나 플라즈마 활성화될 수 있다.
전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계 동안에, 하나 이상의 전구체가 기상 반응기의 반응 챔버 내로 흐른다. 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 중에, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계 이전, 또는 전구체를 반응 챔버에 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 400°C 이하이거나 550°C 내지 650°C일 수 있다. 본 개시의 특정 예시에 따라, 기판은 오목부와 같은 하나 이상의 특징부를 포함한다.
본 개시의 예시에 따라, 전구체는 하나 이상의 질소 원자가 탄소 원자에 결합되는 하나 이상의 화합물을 포함하되, 탄소 원자는 말단 원자이다.
도 2는, 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 분자/화합물(N-메틸 메탄이민 및 트리메틸아민)을 나타낸다. 이러한 화합물이 일부 응용 분야에 잘 작용할 수 있지만, 이러한 분자로 구성된 가스는 바람직하지 않은 냄새를 나타낼 수 있으므로, 일부 응용 분야에서는 바람직하게 회피할 수 있다.
도 3은, 본 개시의 예시에 따라 환형 골격(예, 화합물/구조체의 고리 부분)을 포함한 환형 구조 예시를 나타낸다. (예를 들어, 분자의 골격 내에서) 하나 이상의 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 환형 화합물을 사용하면, 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 선형 또는 비-환형 화합물에 비해 바람직할 수 있는데, 그 이유는 하나 이상의 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 포함한 골격을 갖는 환형 화합물이, 하나 이상의 탄소로 종결된 탄소-질소 결합을 갖는 선형 화합물만큼 불쾌한 냄새를 나타내지 않을 수 있기 때문이다. 본 개시의 추가 예시에 따라, 전구체는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 또는 아스타틴(At)과 같은 할로겐을 포함하지 않는다.
본 개시의 예시에 따라, 전구체의 화학식은 (1) (C-N-C)a 및/또는 (C-N=C)a1(여기서, a 및 a1은 독립적으로 선택되고 1 이상임) 및 (2)환형 화합물, 예컨대 C, H, O 및 N을 포함하는 환형 구조를 갖는 환형 화합물 중 하나 이상을 포함한다. a는 예를 들어 약 3 내지 약 6의 범위일 수 있다. a1은 약 3 내지 약 6의 범위일 수 있다.
본 개시의 예시에 따라, 환형 화합물의 환형 골격은 5 내지 7개의 원자를 포함할 수 있다. 환형 골격은 하나 이상의 질소를 포함할 수 있다. 환형 골격 내의 질소 원자는, 환형 골격 내의 탄소와 단일 결합 또는 이중 결합을 형성할 수 있다. 탄소 및/또는 질소 이외에, 환형 골격은 하나 이상의 산소 원자를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 환형 골격은 C, O, 및 N, 예를 들어 C 및 N 또는 C, N 및 O 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 추가의 예시에 따라, 환형 골격을 포함한 환형 화합물은 C, H, O 및 N, 예를 들어 C, H, 및 N 또는 C, H, N 및 O 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
환형 화합물은, 환형 골격에 부착된 하나 이상의 원자, 분자, 기, 및/또는 측쇄를 포함할 수 있다. 원자는, 예를 들어 N, C, O, 및 H를 포함할 수 있다. 분자 또는 기는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 다른 탄화수소기, 하이드록시기 등을 포함할 수 있다.
측쇄는, 화학식 CwHxNyOz로 표시되는 분자 또는 기를 포함할 수 있으며, 여기서 w, x, y 및 z는 각각 개별적으로 선택되고 각각 자연수이며, 수는 제로일 수 있다. X는 0 내지 9 또는 15의 범위일 수 있고, Y는 0 내지 3 또는 6의 범위일 수 있고, Z는 0 내지 3의 범위일 수 있다.
특정 예시로서, 전구체는 1,3,5-트리메틸헥사하이드로-1,3,5-트리아진; 1,3,5-트리아진; 2,4,6-트리메틸-s-트리아젠; 및 1-메틸-2-피롤리디논으로 이루어진 군 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
전구체는, 정상 온도 및 압력에서 가스, 액체, 또는 고체인 전구체일 수 있다. 액체 또는 고체 전구체의 경우에, 전구체의 가스 상태를 형성하기에 충분한 온도로 전구체를 가열할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시에 따른 방법은, 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 반응물은, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계 중에 또는 이와 중첩해서 반응 챔버에 흐를 수 있다. 일부 경우에, 반응물은 반응 챔버로 펄스화될 수 있다. 일부 경우에, 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법은 주기적 증착 공정을 포함하며, 전구체를 반응에 제공하는 단계와 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계는 퍼지 단계에 의해 분리될 수 있다. 퍼지 단계는 반응 챔버에 진공 및/또는 퍼지 가스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 구현예에 따라, 반응물은 H, N 및 C 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 포함한다. 일부 경우에, 화합물은 H, N 및 C 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 예시로서, 반응물은 수소, 질소, 수소 및 질소를 포함한 화합물(예, 암모니아, 히드라진 등), 및 탄화수소(예, H 및 C만을 포함함) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 개시의 추가 예시에 따라, 전구체가 질소를 포함할 수 있지만, 질소 함유 탄소 막 내의 질소의 양은, 전구체의 유량 대 반응물의 유량의 (예를 들어, 체적) 비율을 변화시킴으로써, 조정될 수 있다.
반응물과 전구체 중 하나 이상은, 플라즈마에 노출되어 활성화된 종을 생성할 수 있다. 플라즈마는, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 직접식 플라즈마을 사용하고/사용하거나 원격식 플라즈마를 사용하여 생성될 수 있다. 일부 경우에, 반응물은 플라즈마에 노출되어 활성화된 반응물 종을 생성할 수 있다. 일부 경우에, 전구체 및 반응물 둘 모두는 (예를 들어, 동시에 또는 중첩 기간 중에) 플라즈마에 노출된다. 활성된 종은, 연속 플라즈마 또는 펄스 플라즈마를 사용하여 형성될 수 있다. 일부 경우에, 불활성 가스는 반응 챔버로 연속적으로 흐를 수 있고, 활성화 종은 플라즈마를 형성하기 위해 사용되는 전력을 순환시킴으로써 주기적으로 형성될 수 있다.
플라즈마는, 예를 들어 용량 결합성 플라즈마(CCP) 및 유도 결합성 플라즈마(ICP), 또는 마이크로파 플라즈마와 같은 표면 플라즈마를 사용하여 형성될 수 있다.
플라즈마를 형성하거나 유지하기 위한 (예를 들어, 전극에 인가된) 전력은 약 50 W 내지 약 600 W 범위일 수 있다. 전력의 주파수는 약 10 kHz 내지 약 100 MHz 범위일 수 있다.
도 4는, 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 반응기 시스템(400)을 나타낸다. 반응기 시스템(400)은, 본원에 설명된 하나 이상의 단계 또는 하위 단계를 수행하고/수행하거나 본원에 설명된 하나 이상의 구조체 또는 이의 부분을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 반응기 시스템(400)은 본원에 개시된 방법에서 사용하기 위한 직접 플라즈마를 생성하는 데 사용될 수 있다.
반응기 시스템(400)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, 27 MHz, 마이크로파 주파수 등)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(400)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 (20)

  1. 질소 함유 탄소 막을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    전구체를 반응 챔버에 제공하되, 상기 전구체의 화학 조성식은,
    (C-N-C)a 및/또는 (C-N=C)a1(여기서, a 및 a1은 독립적으로 선택되고 1 이상인 정수임); 및
    C, H, O, 및 N을 포함한 환형 구조를 갖는 환형 화합물 중 하나 이상을 포함하는 단계; 및
    상기 전구체를 사용하여 기판의 표면 상에 상기 질소 함유 막을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환형 화합물은 5 내지 7개의 원자를 포함한 환형 골격을 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 환형 골격은 N을 포함하는, 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 환형 골격은 C, O 및 N 중 하나 이상으로 이루어지는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 화합물은 C, H, O 및 N 중 하나 이상으로 이루어지는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환형 화합물은 하나 이상의 측쇄를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 측쇄 중 적어도 하나의 화학식은 CwHxNyOz이고, 여기서 w, x, y 및 z는 각각 개별적으로 선택되고 각각은 자연수인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 1,3,5-트리메틸헥사하이드로-1,3,5-트리아진; 1,3,5-트리아진; 2,4,6-트리메틸-s-트리아젠; 및 1-메틸-2-피롤리디논으로 이루어진 군 중 하나 이상으로부터 선택되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 정상 온도 및 압력에서 액체 또는 고체인, 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 정상 온도 및 압력에서 가스인, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반응물은 H, N, 및 C 중 하나 이상을 포함한 화합물을 포함하는, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 반응물은 수소, 질소, 수소와 질소를 포함한 화합물, 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응물의 유량에 대한 상기 전구체의 유량의 비율을 변화시킴으로써, 상기 질소 함유 탄소 막 내의 질소의 양을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 함유 탄소 막을 형성하는 단계는 열적으로 활성화되는, 방법.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 함유 탄소 막을 형성하는 단계는 플라즈마 공정을 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 플라즈마 공정은 직접 플라즈마를 포함하는, 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 공정은, 용량 결합성 플라즈마, 유도 결합성 플라즈마, 및 마이크로파 플라즈마 중 하나 이상을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 포함한 구조체를 형성하는 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 시스템.
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