KR20210130247A - Method of Growing Thick Oxide Films at Low Temperature Thermal Oxide Quality - Google Patents

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커티스 레슈키스
요하네스 에프. 스벤버그
벤자민 콜롬보
스티븐 베르하베르베케
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에서 설명되는 구현들은 일반적으로, 반도체 기판 상에 로우-k 유전체 재료를 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 구현들은 고압 및 저온들에서 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법들에 관한 것이다. 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법은, 실리콘-함유 막이 상부에 형성된 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계를 포함한다. 방법은 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 더 포함한다. 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계, 및 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도로 유지하는 단계를 포함한다.Implementations described herein generally relate to methods for forming a low-k dielectric material on a semiconductor substrate. More specifically, implementations described herein relate to methods of forming a silicon oxide film at high pressures and low temperatures. A method of forming a silicon oxide film includes loading a substrate having a silicon-containing film formed thereon into a processing region of a high-pressure vessel. The method further includes forming a silicon oxide film on the silicon-containing film. The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film includes exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising an amine additive at a pressure greater than about 1 bar, and subjecting the high pressure vessel to a temperature of from about 100°C to about 550°C. including maintaining.

Description

저온의 열 산화물 품질에서 두꺼운 산화물 막들을 성장시키는 방법Method of Growing Thick Oxide Films at Low Temperature Thermal Oxide Quality

[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 기판 상에 로우-k(low-k) 유전체 재료를 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 첨가제를 포함하는 산화성 매질(oxidative medium)을 사용하여 고압 및 저온에서 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법들에 관한 것이다.[0001] Embodiments described herein generally relate to methods for forming low-k dielectric material on a semiconductor substrate. More specifically, the embodiments described herein relate to methods of forming a silicon oxide film at high pressure and low temperature using an oxidative medium including an additive.

[0002] 반도체 디바이스들, 이를테면, 메모리 디바이스들, 로직 디바이스들, 마이크로프로세서들 등의 형성은 반도체 기판들 위에 로우-k 유전체 막들을 증착하는 것을 수반한다. 로우-k 유전체 막은 디바이스를 제조하기 위한 회로를 만드는 데 사용된다. 현재의 건식 또는 습식 실리콘 산화 기법들은 대개 800℃ 초과의 온도들에서 수행된다. 그러나, 반도체 기판 상에 증착된 재료들은 800℃를 초과하는 온도들을 견디지 못할 수 있다. 결과적으로, 로우-k 유전체 막은 800℃의 열 버짓(thermal budget)보다 더 높은 온도에서 증착되지 않을 수 있고, 열 버짓 내에서 증착되는 막들은 대개 불량한 품질을 겪는다. 추가적으로, 현재의 건식 또는 습식 실리콘 산화 기법들은 100 옹스트롬 초과의 두께를 갖는 품질의 로우-k 유전체 막들을 증착할 수 없다.[0002] The formation of semiconductor devices, such as memory devices, logic devices, microprocessors, etc., involves depositing low-k dielectric films over semiconductor substrates. Low-k dielectric films are used to make circuits for manufacturing devices. Current dry or wet silicon oxidation techniques are usually performed at temperatures above 800°C. However, materials deposited on semiconductor substrates may not withstand temperatures in excess of 800°C. As a result, low-k dielectric films may not be deposited at temperatures higher than the thermal budget of 800° C., and films deposited within the thermal budget usually suffer from poor quality. Additionally, current dry or wet silicon oxidation techniques cannot deposit quality low-k dielectric films having a thickness greater than 100 angstroms.

[0003] 따라서, 열 버짓 목표들을 충족시키는 온도들에서 고품질 로우-k 유전체 막들을 증착하는 방법이 필요하다.[0003] Accordingly, there is a need for a method of depositing high quality low-k dielectric films at temperatures that meet thermal budget targets.

[0004] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 기판 상에 로우-k 유전체 재료를 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 고압 및 저온들에서 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법들에 관한 것이다. 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법은, 실리콘-함유 막이 상부에 형성된 기판을 고압 용기(high-pressure vessel)의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계를 포함한다. 방법은 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 더 포함한다. 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계, 및 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도로 유지하는 단계를 포함한다.[0004] Embodiments described herein generally relate to methods for forming a low-k dielectric material on a semiconductor substrate. More specifically, embodiments described herein relate to methods of forming a silicon oxide film at high pressures and low temperatures. A method of forming a silicon oxide film includes loading a substrate having a silicon-containing film formed thereon into a processing region of a high-pressure vessel. The method further includes forming a silicon oxide film on the silicon-containing film. The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film includes exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising an amine additive at a pressure greater than about 1 bar, and subjecting the high pressure vessel to a temperature of from about 100°C to about 550°C. including maintaining.

[0005] 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법은, 실리콘-함유 막이 상부에 증착된 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계, 및 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 포함한다. 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계, 및 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도로 유지하는 단계를 포함한다.[0005] A method of forming a silicon oxide film includes loading a substrate having a silicon-containing film deposited thereon into a processing region of a high-pressure vessel, and forming a silicon oxide film on the silicon-containing film. The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film includes exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising an amine additive at a pressure greater than about 1 bar, and subjecting the high pressure vessel to a temperature of from about 100°C to about 550°C. including maintaining.

[0006] 등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법은 복수의 비아들을 포함하는 기판 상에 실리콘-함유 막을 증착하는 단계를 포함한다. 실리콘-함유 막은 복수의 비아들 및 기판의 각각의 노출된 표면 상에 증착된다. 방법은, 실리콘-함유 막이 상부에 증착된 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계, 및 실리콘-함유 막 상에 등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 더 포함한다. 실리콘-함유 막 상에 등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는, 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계 ― 산화성 매질은 약 1,000 ppm 내지 약 20,000 ppm의 아민 첨가제를 포함함 ―, 및 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도 및 약 1 bar 내지 약 65 bar의 압력으로 유지하는 단계를 포함한다.[0006] A method of forming a conformal silicon oxide film includes depositing a silicon-containing film on a substrate including a plurality of vias. A silicon-containing film is deposited over the plurality of vias and each exposed surface of the substrate. The method further includes loading a substrate having a silicon-containing film deposited thereon into a processing region of a high-pressure vessel, and forming a conformal silicon oxide film on the silicon-containing film. Forming the conformal silicon oxide film on the silicon-containing film comprises exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising an amine additive, wherein the oxidizing medium comprises from about 1,000 ppm to about 20,000 ppm of an amine additive; and maintaining the high pressure vessel at a temperature of about 100° C. to about 550° C. and a pressure of about 1 bar to about 65 bar.

[0007] 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법은, 실리콘-함유 막이 상부에 증착된 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계, 및 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 포함한다. 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는, 암모니아를 포함하는 산화성 매질에 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계 ― 산화성 매질은, 스팀, 산소, 및 과산화물의 그룹으로부터 선택됨 ―, 및 고압 용기를 약 400℃ 내지 약 505℃의 온도 및 약 10 bar 초과의 압력으로 유지하는 단계를 포함한다. 실리콘 산화물 막은 약 100 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬의 균일한 두께를 갖는다.[0007] A method of forming a silicon oxide film includes loading a substrate having a silicon-containing film deposited thereon into a processing region of a high-pressure vessel, and forming a silicon oxide film on the silicon-containing film. Forming the silicon oxide film on the silicon-containing film comprises exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising ammonia, the oxidizing medium selected from the group of steam, oxygen, and peroxide, and subjecting a high pressure vessel to about maintaining a temperature of from 400° C. to about 505° C. and a pressure greater than about 10 bar. The silicon oxide film has a uniform thickness of from about 100 angstroms to about 400 angstroms.

[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0009] 도 1은 본원에서 설명되는 하나 이상의 구현들을 실시하는 데 사용될 수 있는 고압 용기의 일 예의 간략화된 정면 단면도를 묘사한다.
[0010] 도 2a는 본원에 개시된 실시예들에 따른, 실리콘-함유 막이 상부에 증착된 반도체 디바이스를 예시한다.
[0011] 도 2b - 도 2d는 본원에 개시된 실시예들에 따른, 등각성의 균일한 실리콘 산화물 막이 상부에 형성된 반도체 디바이스의 다양한 도면들을 예시한다.
[0012] 도 3은 일 실시예에 따른 등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0008] In such a way that the above-listed features of the present disclosure may be understood in detail, a more specific description of the present disclosure, briefly summarized above, may be made with reference to embodiments, some of which are appended It is illustrated in the drawings. It should be noted, however, that the appended drawings illustrate only exemplary embodiments and are not to be regarded as limiting the scope of the disclosure, but may admit to other equally effective embodiments.
1 depicts a simplified front cross-sectional view of an example of a high pressure vessel that may be used to practice one or more implementations described herein.
2A illustrates a semiconductor device having a silicon-containing film deposited thereon, in accordance with embodiments disclosed herein.
2B-2D illustrate various views of a semiconductor device having a conformal uniform silicon oxide film formed thereon, in accordance with embodiments disclosed herein.
3 is a flowchart illustrating a method of forming a conformal silicon oxide film according to one embodiment.
To facilitate understanding, like reference numbers have been used where possible to designate like elements that are common to the drawings. It is contemplated that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated into other embodiments without further recitation.

[0014] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 기판 상에 로우-k 유전체 재료를 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 고압 및 저온들에서 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법들에 관한 것이다. 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법은, 실리콘-함유 막이 상부에 형성된 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계를 포함한다. 방법은 실리콘 산화물 막을 실리콘-함유 막 상에 형성하는 단계를 더 포함한다. 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계, 및 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도로 유지하는 단계를 포함한다.[0014] Embodiments described herein generally relate to methods for forming a low-k dielectric material on a semiconductor substrate. More specifically, embodiments described herein relate to methods of forming a silicon oxide film at high pressures and low temperatures. A method of forming a silicon oxide film includes loading a substrate having a silicon-containing film formed thereon into a processing region of a high-pressure vessel. The method further includes forming a silicon oxide film on the silicon-containing film. The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film includes exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising an amine additive at a pressure greater than about 1 bar, and subjecting the high pressure vessel to a temperature of from about 100°C to about 550°C. including maintaining.

[0015] 본원에서 설명되는 구현들은 고압 산화 시스템을 사용하여 수행될 수 있는 고압 산화 프로세스를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 본원의 도 1에서 설명되는 장치 설명은 예시적인 것이며, 본원에서 설명되는 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 해석되거나 이해되지 않아야 한다.[0015] Implementations described herein will be described below with reference to a high pressure oxidation process that may be performed using a high pressure oxidation system. The device description set forth in FIG. 1 herein is exemplary and should not be construed or construed as limiting the scope of the embodiments described herein.

[0016] 도 1은 고압 어닐링 프로세스를 위한 고압 용기(100)의 간략화된 정면 단면도이다. 고압 용기(100)는, 프로세싱 영역(115)을 둘러싸는 내측 표면(113) 및 외측 표면(112)을 갖는 바디(110)를 갖는다. 일부 구현들에서, 이를테면, 도 1에서, 바디(110)는 환형 단면을 갖지만, 다른 구현들에서, 바디(110)의 단면은 직사각형 또는 임의의 폐쇄된 형상일 수 있다. 바디(110)의 외측 표면(112)은 스테인리스 강과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) CRS(corrosion resistant steel)로 제조될 수 있다. 일 구현에서, 바디(110)의 내측 표면(113)은 Hastelloy®과 같은(그러나 이에 제한되지 않음), 높은 내부식성을 보이는 니켈계 강철 합금들로 제조된다.1 is a simplified front cross-sectional view of a high pressure vessel 100 for a high pressure annealing process. The high pressure vessel 100 has a body 110 having an inner surface 113 and an outer surface 112 surrounding a processing region 115 . In some implementations, such as in FIG. 1 , the body 110 has an annular cross-section, although in other implementations, the cross-section of the body 110 may be rectangular or any closed shape. The outer surface 112 of the body 110 may be made of corrosion resistant steel (CRS), such as, but not limited to, stainless steel. In one implementation, the inner surface 113 of the body 110 is made of nickel-base steel alloys exhibiting high corrosion resistance, such as, but not limited to, Hastelloy ® .

[0017] 고압 용기(100)는 바디(110) 내의 프로세싱 영역(115)을 밀봉가능하게 둘러싸도록 구성된 도어(120)를 가져서, 프로세싱 영역(115)은 도어(120)가 개방될 때 액세스될 수 있다. 고압 밀봉부(122)는, 프로세싱을 위해 프로세싱 영역(115)을 밀봉하기 위해 도어(120)를 바디(110)에 대해 밀봉하는 데 활용된다. 고압 밀봉부(122)는 퍼플루오로엘라스토머와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 폴리머로 제조될 수 있다. 프로세싱 동안 고압 밀봉부(122)의 최대 안전-동작 온도 미만으로 고압 밀봉부(122)를 유지하기 위해, 냉각 채널(124)이 고압 밀봉부(122)에 인접하게 도어(120) 상에 배치된다. 고압 밀봉부(122)를 약 150℃ 내지 250℃의 온도로 유지하기 위해, 불활성, 유전체, 및/또는 고성능 열 전달 유체와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 냉각제가 냉각 채널(124) 내에서 순환될 수 있다. 냉각 채널(124) 내에서의 냉각제의 유동은, 온도 센서(116) 또는 유동 센서(미도시)로부터 수신된 피드백을 통해 제어기(180)에 의해 제어된다.[0017] The high pressure vessel 100 has a door 120 configured to sealably surround a processing region 115 within the body 110 , such that the processing region 115 can be accessed when the door 120 is opened. The high pressure seal 122 is utilized to seal the door 120 against the body 110 to seal the processing region 115 for processing. The high pressure seal 122 may be made of a polymer such as, but not limited to, a perfluoroelastomer. A cooling channel 124 is disposed on the door 120 adjacent the high pressure seal 122 to maintain the high pressure seal 122 below the maximum safe-operating temperature of the high pressure seal 122 during processing. . A coolant such as, but not limited to, an inert, dielectric, and/or high performance heat transfer fluid circulates within the cooling channel 124 to maintain the high pressure seal 122 at a temperature of about 150° C. to 250° C. can be The flow of coolant within the cooling channel 124 is controlled by the controller 180 via feedback received from a temperature sensor 116 or a flow sensor (not shown).

[0018] 고압 용기(100)는 바디(110)를 관통하는 포트(117)를 갖는다. 포트(117)는 포트(117)를 통하는 파이프(118)를 가지며, 파이프(118)는 가열기(119)에 커플링된다. 파이프(118)의 일 단부는 프로세싱 영역(115)에 연결된다. 파이프(118)의 다른 단부는 유입 도관(157) 및 배출 도관(161)으로 두 갈래로 나뉜다(bifurcate). 유입 도관(157)은 격리 밸브(155)를 통해 가스 패널(150)에 유동적으로 연결된다. 유입 도관(157)은 가열기(158)에 커플링된다. 배출 도관(161)은 격리 밸브(165)를 통해 응축기(160)에 유동적으로 연결된다. 배출 도관(161)은 가열기(162)에 커플링된다. 가열기들(119, 158, 및 162)은, 파이프(118), 유입 도관(157), 및 배출 도관(161)을 통해 유동하는 프로세싱 가스, 이를테면, 산화성 매질을 프로세싱 가스의 응축점 내지 약 250℃의 온도로 각각 유지하도록 구성된다. 가열기들(119, 158 및 162)은 전력 소스(145)에 의해 전력이 공급된다.[0018] The high pressure vessel 100 has a port 117 through the body 110 . Port 117 has a pipe 118 through port 117 , which is coupled to heater 119 . One end of the pipe 118 is connected to the processing region 115 . The other end of the pipe 118 bifurcates into an inlet conduit 157 and an outlet conduit 161 . The inlet conduit 157 is fluidly connected to the gas panel 150 via an isolation valve 155 . Inlet conduit 157 is coupled to heater 158 . The exhaust conduit 161 is fluidly connected to the condenser 160 through an isolation valve 165 . The exhaust conduit 161 is coupled to the heater 162 . Heaters 119 , 158 , and 162 provide a processing gas, such as an oxidizing medium, flowing through pipe 118 , inlet conduit 157 , and outlet conduit 161 to a condensing point of the processing gas to about 250° C. is configured to maintain each at a temperature of Heaters 119 , 158 and 162 are powered by a power source 145 .

[0019] 가스 패널(150)은, 파이프(118)를 통한 프로세싱 영역(115) 내로의 전달을 위해 압력 하의 프로세싱 가스, 이를테면, 산화성 매질을 유입 도관(157) 내로 제공하도록 구성된다. 산화성 매질은 아민 첨가제를 포함한다. 프로세싱 영역(115) 내로 도입된 프로세싱 가스의 압력은 바디(110)에 커플링된 압력 센서(114)에 의해 모니터링된다. 응축기(160)는 냉각 유체에 유동적으로 커플링되며, 파이프(118)를 통한 프로세싱 영역(115)으로부터의 제거 후에 배출 도관(161)을 통해 유동하는 가스상 생성물을 응축시키도록 구성된다. 응축기(160)는 가스상 생성물들을 가스상으로부터 액체상으로 변환시킨다. 펌프(170)가 응축기(160)에 유동적으로 연결되고, 액화된 생성물들을 응축기(160)로부터 펌핑 아웃한다. 가스 패널(150), 응축기(160), 및 펌프(170)의 동작은 제어기(180)에 의해 제어된다.[0019] The gas panel 150 is configured to provide a processing gas under pressure, such as an oxidizing medium, into the inlet conduit 157 for delivery through the pipe 118 into the processing region 115 . The oxidizing medium includes an amine additive. The pressure of the processing gas introduced into the processing region 115 is monitored by a pressure sensor 114 coupled to the body 110 . The condenser 160 is fluidly coupled to the cooling fluid and is configured to condense the gaseous product flowing through the exhaust conduit 161 after removal from the processing region 115 through the pipe 118 . Condenser 160 converts the gaseous products from the gaseous phase to the liquid phase. A pump 170 is fluidly connected to the condenser 160 and pumps out the liquefied products from the condenser 160 . The operation of the gas panel 150 , the condenser 160 , and the pump 170 is controlled by the controller 180 .

[0020] 격리 밸브들(155 및 165)은 한 번에 단지 한 유체만이 파이프(118)를 통해 프로세싱 영역(115) 내로 유동하는 것을 가능하게 하도록 구성된다. 격리 밸브(155)가 개방될 때, 격리 밸브(165)는 폐쇄되어서, 유입 도관(157)을 통해 유동하는 프로세싱 가스가 프로세싱 영역(115) 내로 진입하고, 응축기(160) 내로의 프로세싱 가스의 유동은 방지된다. 다른 한편으로는, 격리 밸브(165)가 개방될 때, 격리 밸브(155)는 폐쇄되어서, 가스상 생성물이 프로세싱 영역(115)으로부터 제거되고 배출 도관(161)을 통해 유동되고, 가스 패널(150) 내로의 가스상 생성물의 유동은 방지된다.[0020] Isolation valves 155 and 165 are configured to allow only one fluid to flow through pipe 118 into processing region 115 at a time. When the isolation valve 155 is opened, the isolation valve 165 is closed such that the processing gas flowing through the inlet conduit 157 enters the processing region 115 and the flow of the processing gas into the condenser 160 . is prevented On the other hand, when the isolation valve 165 is opened, the isolation valve 155 is closed so that the gaseous product is removed from the processing region 115 and flows through the exhaust conduit 161 , the gas panel 150 . The flow of gaseous products into it is prevented.

[0021] 하나 이상의 가열기들(140a, 140b)(집합적으로 140)은 바디(110) 상에 배치되며, 고압 용기(100) 내의 프로세싱 영역(115)을 가열하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 가열기들(140)은 도 1에 도시된 바와 같이 바디(110)의 외측 표면(112) 상에 배치되지만, 다른 구현들에서, 가열기들(140)은 바디(110)의 내측 표면(113) 상에 배치될 수 있다. 가열기들(140) 각각은, 저항성 코일, 램프, 세라믹 가열기, 그래파이트계 CFC(carbon fiber composite) 가열기, 스테인리스 강 가열기 또는 알루미늄 가열기일 수 있다. 가열기들(140)은 전력 소스(145)에 의해 전력이 공급된다. 가열기들(140)로의 전력은 온도 센서(116)로부터 수신된 피드백을 통해 제어기(180)에 의해 제어된다. 온도 센서(116)는 바디(110)에 커플링되고, 프로세싱 영역(115)의 온도를 모니터링한다.[0021] One or more heaters 140a , 140b (collectively 140 ) are disposed on body 110 and are configured to heat processing region 115 within high pressure vessel 100 . In some implementations, the heaters 140 are disposed on the outer surface 112 of the body 110 as shown in FIG. 1 , although in other implementations, the heaters 140 are disposed on the inside of the body 110 . It may be disposed on the surface 113 . Each of the heaters 140 may be a resistive coil, a lamp, a ceramic heater, a graphite-based carbon fiber composite (CFC) heater, a stainless steel heater, or an aluminum heater. The heaters 140 are powered by a power source 145 . Power to the heaters 140 is controlled by the controller 180 via feedback received from the temperature sensor 116 . A temperature sensor 116 is coupled to the body 110 and monitors the temperature of the processing region 115 .

[0022] 액추에이터(미도시)에 커플링된 카세트(130)가 프로세싱 영역(115) 내외로 이동된다. 카세트(130)는 최상부 표면(132), 최하부 표면(134), 및 벽(136)을 갖는다. 카세트(130)의 벽(136)은 복수의 기판 저장 슬롯들(138)을 갖는다. 각각의 기판 저장 슬롯(138)은 카세트(130)의 벽(136)을 따라 균등하게 이격된다. 각각의 기판 저장 슬롯(138)은 그 내부에 기판(135)을 홀딩하도록 구성된다. 카세트(130)는 기판들(135)을 홀딩하기 위한 50개만큼의 기판 저장 슬롯들(138)을 가질 수 있다. 카세트(130)는 고압 용기(100) 내외로 복수의 기판들(135)을 전달하는 것뿐만 아니라 프로세싱 영역(115) 내에서 복수의 기판들(135)을 프로세싱하기 위한 효과적인 운송수단을 제공한다.[0022] A cassette 130 coupled to an actuator (not shown) is moved into and out of the processing region 115 . Cassette 130 has a top surface 132 , a bottom surface 134 , and walls 136 . A wall 136 of the cassette 130 has a plurality of substrate storage slots 138 . Each substrate storage slot 138 is equally spaced along the wall 136 of the cassette 130 . Each substrate storage slot 138 is configured to hold a substrate 135 therein. Cassette 130 may have as many as 50 substrate storage slots 138 for holding substrates 135 . The cassette 130 provides an effective vehicle for processing the plurality of substrates 135 within the processing region 115 as well as for transferring the plurality of substrates 135 into and out of the high pressure vessel 100 .

[0023] 제어기(180)는 고압 용기(100)의 동작을 제어한다. 제어기(180)는, 가스 패널(150), 응축기(160), 펌프(170), 격리 밸브(155), 및 격리 밸브(165)뿐만 아니라 전력 소스(145)의 동작을 제어한다. 제어기(180)는 또한, 온도 센서(116), 압력 센서(114), 및 냉각 채널(124)에 통신가능하게 연결된다. 제어기(180)는 CPU(central processing unit)(182), 메모리(184), 및 지원 회로(186)를 포함한다. CPU(182)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 메모리(184)는 랜덤 액세스 메모리, 판독-전용 메모리, 플로피, 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장소일 수 있다. 지원 회로(186)는 통상적으로 CPU(182)에 커플링되며, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다.[0023] The controller 180 controls the operation of the high pressure vessel 100 . The controller 180 controls the operation of the gas panel 150 , the condenser 160 , the pump 170 , the isolation valve 155 , and the isolation valve 165 , as well as the power source 145 . Controller 180 is also communicatively coupled to temperature sensor 116 , pressure sensor 114 , and cooling channel 124 . The controller 180 includes a central processing unit (CPU) 182 , a memory 184 , and support circuitry 186 . The CPU 182 may be any type of general-purpose computer processor that may be used in an industrial setting. Memory 184 may be random access memory, read-only memory, floppy, or hard disk drive, or other form of digital storage. Support circuitry 186 is typically coupled to CPU 182 and may include cache, clock circuits, input/output systems, power supplies, and the like.

[0024] 고압 용기(100)는 550℃ 이하의 온도에서 복수의 기판들(135) 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법을 수행하기에 편리한 챔버를 제공한다. 가열기들(140)은, 고압 용기(100)를 예열하고 프로세싱 영역(115)을 약 550℃ 이하의 온도로 유지하기 위해 파워 온된다. 동시에, 가열기들(119, 158, 및 162)은, 파이프(118), 유입 도관(157), 및 배출 도관(161)을 각각 예열하기 위해 파워 온된다.[0024] The high-pressure vessel 100 provides a convenient chamber for performing a method of forming a silicon oxide film on a plurality of substrates 135 at a temperature of 550° C. or less. The heaters 140 are powered on to preheat the high pressure vessel 100 and maintain the processing region 115 at a temperature of about 550° C. or less. Simultaneously, heaters 119 , 158 , and 162 are powered on to preheat pipe 118 , inlet conduit 157 , and outlet conduit 161 , respectively.

[0025] 복수의 기판들(135)이 카세트(130) 상에 로딩된다. 고압 용기(100)의 도어(120)는 카세트(130)를 프로세싱 영역(115) 내로 이동시키기 위해 개방된다. 그런 다음, 도어(120)는 고압 용기(100)를 고압 용기로 전환시키기 위해 밀봉가능하게 폐쇄된다. 고압 밀봉부(122)는, 일단 도어(120)가 폐쇄되면 프로세싱 영역(115)으로부터 어떤 압력 누설도 없음을 보장한다.[0025] A plurality of substrates 135 are loaded on the cassette 130 . The door 120 of the high pressure vessel 100 is opened to move the cassette 130 into the processing region 115 . The door 120 is then sealably closed to convert the high pressure vessel 100 into a high pressure vessel. The high pressure seal 122 ensures that there is no pressure leakage from the processing region 115 once the door 120 is closed.

[0026] 프로세싱 가스(즉, 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질)는 가스 패널(150)에 의해 고압 용기(100) 내부의 프로세싱 영역(115) 내로 제공된다. 프로세싱 가스가 유입 도관(157) 및 파이프(118)를 통해 프로세싱 영역(115) 내로 유동하는 것을 가능하게 하기 위해, 제어기(180)에 의해 격리 밸브(155)가 턴 온된다. 프로세싱 가스는, 예컨대 약 500 sccm 내지 약 2000 sccm의 유량으로 유입된다. 이 때, 격리 밸브(165)는 오프 상태로 유지된다. 일부 구현들에서, 고압 용기(100) 내의 압력은 점진적으로 증가된다. 고압은, 특히 트렌치들의 더 깊은 부분들에서, 산소가 실리콘-함유 막 내로 주입되어 더 완전한 산화 상태가 되게 하는 데 효과적이다.[0026] A processing gas (ie, an oxidizing medium comprising an amine additive) is provided by a gas panel 150 into the processing region 115 inside the high pressure vessel 100 . Isolation valve 155 is turned on by controller 180 to allow processing gas to flow into processing region 115 through inlet conduit 157 and pipe 118 . The processing gas is introduced at a flow rate of, for example, about 500 seem to about 2000 seem. At this time, the isolation valve 165 is kept off. In some implementations, the pressure within the high pressure vessel 100 is gradually increased. The high pressure is effective, especially in the deeper portions of the trenches, for oxygen to be injected into the silicon-containing film to a more fully oxidized state.

[0027] 본원에서 설명되는 일부 구현들에서, 프로세싱 가스는 약 1 bar 내지 약 65 bar(예컨대, 약 35 bar 내지 약 65 bar; 또는 약 40 bar 내지 60 bar)의 압력 하에 아민 첨가제를 포함하는 스팀이다. 그러나, 다른 구현들에서, 오존, 산소, 과산화물, 또는 수산화물-함유 화합물과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 다른 산화성 매질들이 스팀과 함께 또는 스팀 대신에 사용될 수 있다. 산화성 매질에 첨가되는 아민 첨가제는 암모늄 또는 암모니아일 수 있다. 충분한 스팀이 가스 패널(150)에 의해 릴리즈되었을 때, 격리 밸브(155)는 제어기(180)에 의해 턴 오프된다.[0027] In some implementations described herein, the processing gas is steam comprising the amine additive under a pressure of from about 1 bar to about 65 bar (eg, from about 35 bar to about 65 bar; or from about 40 bar to 60 bar). However, in other implementations, other oxidizing media such as, but not limited to, ozone, oxygen, peroxides, or hydroxide-containing compounds may be used with or in place of steam. The amine additive added to the oxidizing medium may be ammonium or ammonia. When sufficient steam has been released by the gas panel 150 , the isolation valve 155 is turned off by the controller 180 .

[0028] 기판들(135)의 프로세싱 동안, 프로세싱 영역(115)뿐만 아니라 유입 도관(157), 배출 도관(161), 및 파이프(118)는, 프로세싱 가스가 가스상으로 유지되도록 하는 온도 및 압력으로 유지된다. 프로세싱 영역(115)뿐만 아니라 유입 도관(157), 배출 도관(161), 및 파이프(118)의 온도들은 적용된 압력에서 프로세싱 가스의 응축점(예컨대, 100℃)보다 더 높은 온도로 그러나 550℃ 이하로 유지된다. 프로세싱 영역(115)뿐만 아니라 유입 도관(157), 배출 도관(161), 및 파이프(118)는, 적용된 온도에서 프로세싱 가스의 응축 압력보다 더 낮은 압력으로 유지된다. 그에 따라, 프로세싱 가스가 선택된다. 본원에서 설명되는 구현에서, 고압 용기가 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도로 유지될 때, 약 1 bar 내지 약 65 bar의 압력 하의 스팀이 효과적인 프로세싱 가스이다. 이는 스팀이, 기판(135) 상에 증착된 실리콘 막에 유해한 물로 응축되지 않는 것을 보장한다.[0028] During processing of substrates 135 , inlet conduit 157 , outlet conduit 161 , and pipe 118 as well as processing region 115 are maintained at a temperature and pressure such that the processing gas remains in the gaseous phase. The temperatures of the processing region 115 as well as the inlet conduit 157 , the outlet conduit 161 , and the pipe 118 are at a temperature higher than the condensation point of the processing gas (eg, 100° C.) at the applied pressure, but no more than 550° C. is maintained as The processing region 115 as well as the inlet conduit 157 , the outlet conduit 161 , and the pipe 118 are maintained at a pressure lower than the condensing pressure of the processing gas at the applied temperature. Accordingly, the processing gas is selected. In the implementation described herein, steam under a pressure of about 1 bar to about 65 bar is an effective processing gas when the high pressure vessel is maintained at a temperature of about 100°C to about 550°C. This ensures that the steam does not condense into water harmful to the silicon film deposited on the substrate 135 .

[0029] 막의 습식 에칭 레이트 및 전기 누설 및 절연 파괴 특성들을 테스트함으로써 검증되는 바와 같이, 막이 목표된 밀도를 갖는 것으로 관찰될 때, 프로세싱은 완료된다. 그런 다음, 격리 밸브(165)는 프로세싱 가스를 프로세싱 영역(115)으로부터 파이프(118) 및 배출 도관(161)을 통해 응축기(160) 내로 유동시키기 위해 개방된다. 프로세싱 가스는 응축기(160)에서 액체상으로 응축된다. 그런 다음, 액화된 프로세싱 가스는 펌프(170)에 의해 제거된다. 액화된 프로세싱 가스가 완전히 제거될 때, 격리 밸브(165)는 폐쇄된다. 그런 다음, 가열기들(140, 119, 158, 및 162)은 파워 오프된다. 그런 다음, 고압 용기(100)의 도어(120)는 카세트(130)를 프로세싱 영역(115)으로부터 제거하기 위해 개방된다.[0029] When the film is observed to have the desired density, as verified by testing the film's wet etch rate and electrical leakage and dielectric breakdown properties, processing is complete. Isolation valve 165 is then opened to flow processing gas from processing region 115 through pipe 118 and exhaust conduit 161 into condenser 160 . The processing gas is condensed into the liquid phase in condenser 160 . The liquefied processing gas is then removed by pump 170 . When the liquefied processing gas is completely removed, the isolation valve 165 is closed. The heaters 140 , 119 , 158 , and 162 are then powered off. The door 120 of the high pressure vessel 100 is then opened to remove the cassette 130 from the processing region 115 .

[0030] 도 2a는 본원에서 설명되는 하나 이상의 구현들에 따른, 기판(202) 및 기판(202) 상에 증착된 실리콘-함유 막(208)을 포함하는 반도체 디바이스(200)를 예시한다. 기판(202)은, 도 1에 도시된 바와 같은 카세트(130) 상에 로딩될 때 기판들(135) 각각 대신에 사용될 수 있다. 하나 이상의 개구들 또는 비아들(204)이 기판(202)에 형성될 수 있다. 반도체 디바이스(200)에서 단지 하나의 비아(204)가 도시되지만, 복수의 비아들(204)이 포함될 수 있다. 그러한 실시예에서, 복수의 비아들의 각각의 비아(204)는 동일한 치수들을 가질 수 있는데, 이를테면, 약 10 ㎛의 깊이를 가질 수 있다. 추가적으로, 비아들(204)의 측부들(214) 및 최하부(216)는 패터닝될 수 있고, 도시된 바와 같이 평면형이 아닐 수 있다. 실리콘-함유 막(208)은 비아들(204) 및 기판(202)의 각각의 노출된 표면(즉, 최상부 표면(212), 측부들(214), 및 최하부(216)) 상에 증착될 수 있다. 실리콘-함유 막(208)은 ALD(atomic layer deposition)를 사용하여 증착될 수 있다. 실리콘-함유 막(208)은 실리콘 또는 실리콘 질화물로 구성될 수 있다.[0030] 2A illustrates a semiconductor device 200 including a substrate 202 and a silicon-containing film 208 deposited thereon, in accordance with one or more implementations described herein. The substrate 202 may be used in place of each of the substrates 135 when loaded onto the cassette 130 as shown in FIG. 1 . One or more openings or vias 204 may be formed in the substrate 202 . Although only one via 204 is shown in the semiconductor device 200 , multiple vias 204 may be included. In such an embodiment, each via 204 of the plurality of vias may have the same dimensions, such as a depth of about 10 μm. Additionally, sides 214 and bottom 216 of vias 204 may be patterned and may not be planar as shown. A silicon-containing film 208 may be deposited on the vias 204 and each exposed surface of the substrate 202 (ie, the top surface 212 , the sides 214 , and the bottom 216 ). have. The silicon-containing film 208 may be deposited using atomic layer deposition (ALD). The silicon-containing film 208 may be made of silicon or silicon nitride.

[0031] 기판(202)은, 반도체 디바이스들, 이를테면, 금속 접촉부들, 트렌치 격리부들, 게이트들, 비트라인들, 또는 임의의 다른 상호연결 피처들을 형성하는 데 사용되는 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 기판(202)은, 반도체 디바이스들을 제작하기 위해 활용되는, 하나 이상의 금속 층들, 하나 이상의 유전체 재료들, 반도체 재료, 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(202)은, 애플리케이션에 따라, 산화물 재료, 질화물 재료, 폴리실리콘 재료 등을 포함할 수 있다. 메모리 애플리케이션이 목표되는 일 구현에서, 기판(202)은, 폴리실리콘이 사이에 개재되어 있거나 또는 개재되어 있지 않으면서, 실리콘 기판 재료, 산화물 재료, 및 질화물 재료를 포함할 수 있다.[0031] Substrate 202 may include one or more materials used to form semiconductor devices, such as metal contacts, trench isolations, gates, bitlines, or any other interconnection features. The substrate 202 may include one or more metal layers, one or more dielectric materials, a semiconductor material, and combinations thereof, utilized to fabricate semiconductor devices. For example, the substrate 202 may include an oxide material, a nitride material, a polysilicon material, or the like, depending on the application. In one implementation targeted for memory applications, the substrate 202 may include a silicon substrate material, an oxide material, and a nitride material, with or without polysilicon interposed therebetween.

[0032] 다른 구현에서, 기판(202)은 기판의 표면 상에 증착된 복수의 교번적인 산화물 및 질화물 재료들(즉, 산화물-질화물-산화물(ONO))(미도시)을 포함할 수 있다. 다양한 구현들에서, 기판(202)은, 복수의 교번적인 산화물 및 질화물 재료들, 하나 이상의 산화물 또는 질화물 재료들, 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘 재료들, 비정질 실리콘과 교번하는 산화물들, 폴리실리콘과 교번하는 산화물들, 도핑된 실리콘과 교번하는 도핑되지 않은 실리콘, 도핑된 폴리실리콘과 교번하는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 또는 도핑된 비정질 실리콘과 교번하는 도핑되지 않은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 기판(202)은 막 프로세싱이 상부에서 수행되는 임의의 기판 또는 재료 표면일 수 있다. 예컨대, 기판(202)은, 재료, 이를테면, 결정질 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 스트레인드(strained) 실리콘, 실리콘 게르마늄, 텅스텐, 티타늄 질화물, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 웨이퍼들 및 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼들, SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물들, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어, 로우 k 유전체들, 및 이들의 조합들일 수 있다.[0032] In another implementation, the substrate 202 may include a plurality of alternating oxide and nitride materials (ie, oxide-nitride-oxide (ONO)) (not shown) deposited on a surface of the substrate. In various implementations, the substrate 202 comprises a plurality of alternating oxide and nitride materials, one or more oxide or nitride materials, polysilicon or amorphous silicon materials, oxides alternating with amorphous silicon, alternating with polysilicon. oxides, undoped silicon alternating with doped silicon, undoped polysilicon alternating with doped polysilicon, or undoped amorphous silicon alternating with doped amorphous silicon. Substrate 202 may be any substrate or material surface on which film processing is performed. For example, the substrate 202 may be made of a material such as crystalline silicon, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, strained silicon, silicon germanium, tungsten, titanium nitride, doped or undoped polysilicon, doped doped or undoped silicon wafers and patterned or unpatterned wafers, silicon on insulator (SOI), carbon doped silicon oxides, silicon nitrides, doped silicon, germanium, gallium arsenide, glass, sapphire, low k dielectrics, and combinations thereof.

[0033] 도 2b는 본원에서 설명되는 하나 이상의 구현들에 따른, 비아들(204)에 형성된 등각성 실리콘 산화물 막(206)을 갖는 반도체 디바이스(200)를 예시한다. 실리콘 산화물 막(206)은 550℃ 이하의 온도, 이를테면, 약 350℃ 내지 약 505℃의 온도에서 기판(202) 및 실리콘-포함 막(208) 상에 형성된다. 실리콘 산화물 막(206)은 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에서, 1 bar 이상, 이를테면, 약 35 bar 내지 약 65 bar의 압력에서 고압 어닐링을 사용하여 형성된다.[0033] 2B illustrates a semiconductor device 200 having a conformal silicon oxide film 206 formed in vias 204 , in accordance with one or more implementations described herein. The silicon oxide film 206 is formed on the substrate 202 and the silicon-comprising film 208 at a temperature of 550° C. or less, such as between about 350° C. and about 505° C. The silicon oxide film 206 is formed using high pressure annealing at a pressure of 1 bar or higher, such as about 35 bar to about 65 bar, in an oxidizing medium comprising an amine additive.

[0034] 산화성 매질은 스팀, 산소, 과산화물 등을 포함할 수 있고, 아민 첨가제는 암모늄(NH4) 또는 암모니아(NH3)를 포함할 수 있다. 산화성 매질은 약 1,000 ppm 내지 약 20,000 ppm, 이를테면, 약 7,000 ppm의 아민 첨가제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아민 첨가제로서 약 7,000 ppm의 NH3을 갖는 스팀이 산화성 매질로서 사용된다. 실리콘 질화물을 포함하는 막들을 반응시킬 때, 수소계 첨가제가 산화성 매질에 첨가될 수 있다. 수소계 첨가제는 막들을 포함하는 실리콘 질화물을 반응시킬 때 아민 첨가제에 추가하여 또는 아민 첨가제를 대신하여 첨가될 수 있다. 수소계 첨가제는 불활성 가스의 구성성분으로서 순수 수소(H2) 또는 미량의 수소를 포함할 수 있다. 산화성 매질에 첨가된 아민 및/또는 수소계 첨가제들은, 고온 급속 열 산화 막들과 비교하여 약 2배 내지 3배만큼 산화 레이트를 향상시킬 수 있다. 일 실시예에서, 실리콘 산화물 막(206)을 형성하는 데 사용되는 어닐링 프로세스는 약 1시간 동안 약 40 bar 내지 약 60 bar의 압력에서 수행된다.[0034] The oxidizing medium may include steam, oxygen, peroxide, and the like, and the amine additive may include ammonium (NH 4 ) or ammonia (NH 3 ). The oxidizing medium may include from about 1,000 ppm to about 20,000 ppm, such as about 7,000 ppm, of the amine additive. In one embodiment, steam with about 7,000 ppm NH 3 as the amine additive is used as the oxidizing medium. When reacting films comprising silicon nitride, a hydrogen-based additive may be added to the oxidizing medium. The hydrogen-based additive may be added in addition to or in place of the amine additive when reacting the silicon nitride comprising the films. The hydrogen-based additive may include pure hydrogen (H 2 ) or a trace amount of hydrogen as a component of the inert gas. Amine and/or hydrogen-based additives added to the oxidizing medium can improve the oxidation rate by about 2 to 3 times compared to high temperature rapid thermal oxidation films. In one embodiment, the annealing process used to form the silicon oxide film 206 is performed at a pressure of about 40 bar to about 60 bar for about 1 hour.

[0035] 실리콘-함유 막(208)은 기판(202)과 실리콘 산화물 막(206) 사이에 배치되지만, 실리콘-함유 막(208)은 실리콘 산화물 막(206)의 형성 후에 더 작은 두께를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 실리콘-함유 막(208)이 더 이상 실리콘 산화물 막(206)과 기판(202) 사이에 배치되지 않도록, 실리콘-함유 막(208)이 완전히 산화된다(즉, 실리콘 산화물 막(206)이 기판(202)과 접촉할 수 있음). 도시되지 않았지만, 실리콘 산화물 막(206) 및/또는 실리콘-함유 막(208)은 기판(202)의 표면(212) 상에 배치될 수 있다.[0035] The silicon-containing film 208 is disposed between the substrate 202 and the silicon oxide film 206 , but the silicon-containing film 208 may have a smaller thickness after formation of the silicon oxide film 206 . In one embodiment, the silicon-containing film 208 is completely oxidized (ie, the silicon oxide film 208 ) such that the silicon-containing film 208 is no longer disposed between the silicon oxide film 206 and the substrate 202 . 206 may be in contact with the substrate 202 ). Although not shown, the silicon oxide film 206 and/or the silicon-containing film 208 may be disposed on the surface 212 of the substrate 202 .

[0036] 도 2c는 2C-2C 라인으로 반도체 디바이스(200)의 최상부 부분을 자른 확대된 단면도를 예시한다. 2C-2C 라인은 반도체 디바이스(200)의 표면(212) 아래로 약 500 nm에 있을 수 있다. 도 2d는 2D-2D 라인으로 반도체 디바이스(200)의 최하부 부분을 자른 확대된 단면도를 예시한다. 2D-2D 라인은 반도체 디바이스(200)의 최하부(216) 위로 약 500 nm에 있을 수 있다. 도 2c의 최상부 부분의 실리콘 산화물 막(206)은 두께(210A)를 갖고, 도 2d의 최하부 부분의 실리콘 산화물 막(206)은 두께(210B)(총괄하여 210)를 갖는다.[0036] 2C illustrates an enlarged cross-sectional view of a top portion of semiconductor device 200 taken along line 2C-2C. The 2C-2C line may be about 500 nm below the surface 212 of the semiconductor device 200 . 2D illustrates an enlarged cross-sectional view of a lowermost portion of the semiconductor device 200 taken with a 2D-2D line. The 2D-2D line may be about 500 nm above the bottom 216 of the semiconductor device 200 . The silicon oxide film 206 in the uppermost portion of FIG. 2C has a thickness 210A, and the silicon oxide film 206 in the lowermost portion of FIG. 2D has a thickness 210B (collectively 210).

[0037] 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 막(206)의 최상부 부분의 두께(210A)는 실리콘 산화물 막(206)의 최하부 부분의 두께(210B)와 거의 동일하다. 실리콘 산화물 막(206)은 비아(204)의 최상부 및 최하부 부분들 둘 모두에서 거의 균일한 두께(210)를 가지며, 이는 실리콘 산화물 층(206)의 거의 100%의 등각성(즉, 최상부 부분의 두께(210A) 대 최하부 부분의 두께(210B)의 비)을 표시한다. 약 550℃ 미만의 온도 및 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 사용하여 형성된 실리콘 산화물 막(206)은 비아(204)의 측부들(214) 및 최하부(216)에 대해 약 90% 초과의 거의 균일한 등각성을 가질 수 있다. 실리콘 산화물 막(206)은 약 20 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬, 이를테면, 약 150 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬의 균일한 두께(210)를 갖는다.[0037] 2C and 2D , the thickness 210A of the uppermost portion of the silicon oxide film 206 is approximately equal to the thickness 210B of the lowermost portion of the silicon oxide film 206 . The silicon oxide film 206 has a substantially uniform thickness 210 at both the top and bottom portions of the via 204 , which is approximately 100% conformal to the silicon oxide layer 206 (ie, the top portion of the silicon oxide layer 206 ). the ratio of the thickness 210A to the thickness 210B of the lowermost portion). A silicon oxide film 206 formed using an oxidizing medium comprising an amine additive at a temperature of less than about 550° C. and a pressure of greater than 1 bar is about 90 for sides 214 and bottom 216 of via 204 . greater than % nearly uniform conformality. The silicon oxide film 206 has a uniform thickness 210 of from about 20 angstroms to about 400 angstroms, such as from about 150 angstroms to about 400 angstroms.

[0038] 도 3은 본원에서 설명되는 하나 이상의 구현들에 따라 기판 상에 실리콘 산화물 막을 형성하기 위한 방법(300)의 프로세스 흐름도를 묘사한다. 기판은 도 1에 묘사된 바와 같은 기판(135) 또는 도 2a - 도 2d에 묘사된 바와 같은 기판(202)일 수 있다. 명확성을 위해, 방법(300)은 도 2a - 도 2d의 반도체 디바이스(200)의 엘리먼트들을 참조하여 설명될 것이다.[0038] 3 depicts a process flow diagram of a method 300 for forming a silicon oxide film on a substrate in accordance with one or more implementations described herein. The substrate may be a substrate 135 as depicted in FIG. 1 or a substrate 202 as depicted in FIGS. 2A-2D . For clarity, the method 300 will be described with reference to elements of the semiconductor device 200 of FIGS. 2A-2D .

[0039] 방법(300)은, 동작(310)에서, (도 2a에 도시된 것처럼) 실리콘-함유 막(208)이 상부에 증착된 기판(202)을 고압 용기 내로 로딩함으로써 시작된다. 고압 용기는 도 1에 묘사된 고압 용기(100)일 수 있다. 기판(202)은 카세트, 이를테면, 도 1에 도시된 바와 같은 카세트(130)에 포지셔닝될 수 있다. 고압 용기에 기판(202)을 로딩하기 전에, 실리콘-함유 막(208)은 비아들(204) 및 기판(202)의 각각의 노출된 측부 또는 표면(212, 214, 216) 상에 증착된다. 실리콘-함유 막(208)은 ALD를 사용하여 증착될 수 있다. 실리콘-함유 막(208)은 실리콘 또는 실리콘 질화물로 구성될 수 있다. 기판(202)은 위의 도 2a - 도 2d에서 논의된 재료들 중 임의의 재료로 구성될 수 있다.[0039] The method 300 begins at operation 310 by loading a substrate 202 having a silicon-containing film 208 deposited thereon (as shown in FIG. 2A ) into a high pressure vessel. The high pressure vessel may be the high pressure vessel 100 depicted in FIG. 1 . The substrate 202 may be positioned in a cassette, such as a cassette 130 as shown in FIG. 1 . Prior to loading the substrate 202 into the high pressure vessel, a silicon-containing film 208 is deposited on the vias 204 and each exposed side or surface 212 , 214 , 216 of the substrate 202 . The silicon-containing film 208 may be deposited using ALD. The silicon-containing film 208 may be made of silicon or silicon nitride. The substrate 202 may be comprised of any of the materials discussed in FIGS. 2A-2D above.

[0040] 일 구현에서, 기판(202)의 표면(212)은 패터닝된 구조들, 예컨대, 도 2a - 도 2d에 도시된 것처럼, 내부에 트렌치들, 홀들, 또는 비아들(204)이 형성된 표면을 포함한다. 그러한 실시예에서, 실리콘-함유 막(208)은 비아들(204)의 측부들(214) 및 최하부(216) 상에 배치된다. 대안적으로, 기판(202)의 표면(212)은 실질적으로 평면형일 수 있다. 기판(202)은 또한, 실질적인 평면형 표면(212)을 가질 수 있으며, 그 실질적인 평면형 표면(212) 상에 또는 그 실질적인 평면형 표면(212) 내에 목표된 높이(elevation)로 구조가 형성된다. 기판(202)의 표면(212)은 트렌치들, 홀들, 비아들, 또는 융기부(elevation)들을 포함할 수 있지만, 표면(212)의 패턴들은 전체에 걸쳐 비아들로 지칭될 것이며, "비아"라는 용어는 제한적인 것으로 의도되지 않는다.[0040] In one implementation, the surface 212 of the substrate 202 includes a surface formed therein with patterned structures, such as trenches, holes, or vias 204, as shown in FIGS. 2A-2D . . In such an embodiment, the silicon-containing film 208 is disposed on the sides 214 and the bottom 216 of the vias 204 . Alternatively, the surface 212 of the substrate 202 may be substantially planar. The substrate 202 may also have a substantially planar surface 212 , wherein the structure is formed to a desired elevation on or within the substantially planar surface 212 . The surface 212 of the substrate 202 may include trenches, holes, vias, or elevations, although the patterns of the surface 212 will be referred to throughout as vias and are referred to as “vias”. The term is not intended to be limiting.

[0041] 동작(320)에서, 기판(202)은, 산화성 매질의 응축점(예컨대, 약 100℃) 내지 약 550℃의 목표 온도 및 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 그러한 산화성 매질에 노출된다. 일 구현에서, 목표 온도는 약 100℃ 내지 약 550℃(예컨대, 약 350℃ 내지 약 520℃; 또는 약 400℃ 내지 약 505℃)이다. 온도는 가열기들(140a, 140b)을 사용하여 목표 온도로 램핑될 수 있다. 온도를 램핑하는 것에 추가하여, 압력은 목표 압력으로 램핑될 수 있다. 일 구현에서, 압력은 약 1 bar 내지 약 65 bar(예컨대, 약 30 bar 내지 약 65 bar; 또는 약 40 bar 내지 약 60 bar)이다.[0041] In operation 320 , the substrate 202 is exposed to such an oxidizing medium comprising an amine additive at a target temperature of from the condensation point of the oxidizing medium (eg, about 100° C.) to about 550° C. and a pressure of greater than 1 bar. In one implementation, the target temperature is from about 100°C to about 550°C (eg, from about 350°C to about 520°C; or from about 400°C to about 505°C). The temperature may be ramped to a target temperature using heaters 140a and 140b. In addition to ramping the temperature, the pressure may be ramped to a target pressure. In one embodiment, the pressure is from about 1 bar to about 65 bar (eg, from about 30 bar to about 65 bar; or from about 40 bar to about 60 bar).

[0042] 일 구현에서, 산화성 매질은, 스팀, 오존, 산소, 수증기, 중수, 과산화물, 수산화물-함유 화합물, 산소 동위원소들(14, 15, 16, 17, 18 등) 및 수소 동위원소들(1, 2, 3), 또는 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 과산화물은 가스상의 과산화수소일 수 있다. 일부 구현들에서, 산화성 매질은 수증기 또는 증기 형태의 중수와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 수산화물 이온을 포함한다. 아민 첨가제는 암모늄 또는 암모니아로 구성될 수 있다. 산화성 매질은 약 1,000 ppm 내지 약 20,000 ppm, 이를테면, 약 7,000 ppm의 아민 첨가제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 아민 첨가제로서 약 7,000 ppm의 NH3을 갖는 스팀이 산화성 매질로서 사용된다. 실리콘 질화물을 포함하는 막들을 반응시킬 때, 수소계 첨가제가 산화성 매질에 첨가될 수 있다. 수소계 첨가제는 막들을 포함하는 실리콘 질화물을 반응시킬 때 아민 첨가제에 추가하여 또는 아민 첨가제를 대신하여 첨가될 수 있다. 수소계 첨가제는 불활성 가스의 구성성분으로서 순수 수소(H2) 또는 미량의 수소를 포함할 수 있다. 산화성 매질에 첨가된 아민 및/또는 수소계 첨가제들은, 고온 급속 열 산화 막들과 비교하여 약 2배 내지 3배만큼 산화 레이트를 향상시킬 수 있다.[0042] In one embodiment, the oxidizing medium comprises steam, ozone, oxygen, water vapor, heavy water, peroxides, hydroxide-containing compounds, oxygen isotopes (14, 15, 16, 17, 18, etc.) and hydrogen isotopes ( 1, 2, 3), or combinations thereof. The peroxide may be gaseous hydrogen peroxide. In some implementations, the oxidizing medium includes hydroxide ions, such as, but not limited to, water vapor or heavy water in vapor form. The amine additive may consist of ammonium or ammonia. The oxidizing medium may include from about 1,000 ppm to about 20,000 ppm, such as about 7,000 ppm, of the amine additive. In one embodiment, steam with about 7,000 ppm NH 3 as the amine additive is used as the oxidizing medium. When reacting films comprising silicon nitride, a hydrogen-based additive may be added to the oxidizing medium. The hydrogen-based additive may be added in addition to or in place of the amine additive when reacting the silicon nitride comprising the films. The hydrogen-based additive may include pure hydrogen (H 2 ) or a trace amount of hydrogen as a component of the inert gas. Amine and/or hydrogen-based additives added to the oxidizing medium can improve the oxidation rate by about 2 to 3 times compared to high temperature rapid thermal oxidation films.

[0043] 일부 구현들에서, 기판(202) 또는 복수의 기판들은 약 5 bar 내지 약 60 bar의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 스팀에 노출되며, 여기서 압력은 5 bar로부터 약 60 bar로 점진적으로 증가될 수 있다. 일부 구현들에서, 아민 첨가제를 포함하는 스팀은, 예컨대 약 500 sccm 내지 약 5,000 sccm(예컨대, 약 500 sccm 내지 약 5,000 sccm; 또는 약 500 sccm 내지 약 2,000 sccm)의 유량으로 고압 용기 내로 유입된다. 일 구현에서, 아민 첨가제를 포함하는 수증기가 고압 용기 내로 주입되고, 수증기는 고압 용기에서 가열될 때 아민 첨가제를 포함하는 스팀을 형성한다. 다른 구현에서, 아민 첨가제를 포함하는 물 또는 수증기가, 목표 온도로 가열되기 전에 고압 용기 내에 존재한다. 고압 용기 내에 존재하는 물 또는 수증기는, 고압 용기가 목표 온도로 가열될 때, 아민 첨가제를 포함하는 스팀을 형성한다.[0043] In some implementations, the substrate 202 or the plurality of substrates are exposed to steam comprising an amine additive at a pressure of about 5 bar to about 60 bar, wherein the pressure can be gradually increased from 5 bar to about 60 bar. . In some implementations, the steam comprising the amine additive is introduced into the high pressure vessel at a flow rate of, for example, from about 500 sccm to about 5,000 sccm (e.g., from about 500 sccm to about 5,000 sccm; or from about 500 sccm to about 2,000 sccm). In one embodiment, water vapor comprising the amine additive is injected into the high pressure vessel, and the water vapor forms steam comprising the amine additive when heated in the high pressure vessel. In another embodiment, water or water vapor comprising the amine additive is present in the high pressure vessel before being heated to the target temperature. Water or water vapor present in the high pressure vessel forms steam containing the amine additive when the high pressure vessel is heated to a target temperature.

[0044] 동작(330)에서, 실리콘 산화물 막(206)이 기판(202) 상에 형성된다. 실리콘 산화물 막(206)은 등각성의 또는 균일한 층으로서 형성된다. 실리콘 산화물 막(206)은 비아들(204)의 측부들(214) 및 최하부(216) 상에 그리고 기판(202)의 표면(212) 상에 균일하게 형성된다. 실리콘 산화물 막(206)은, 도 2a - 도 2d에 도시된 바와 같이, 비아(204)의 측부들(214) 및 최하부(216) 상에서 약 90% 초과의 등각성을 갖도록 증착될 수 있다. 실리콘 산화물 막(206)은 약 20 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬, 이를테면, 약 150 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬의 두께(210)를 가질 수 있다.[0044] In operation 330 , a silicon oxide film 206 is formed on the substrate 202 . The silicon oxide film 206 is formed as a conformal or uniform layer. A silicon oxide film 206 is uniformly formed on the sides 214 and bottom 216 of the vias 204 and on the surface 212 of the substrate 202 . The silicon oxide film 206 may be deposited with greater than about 90% conformality on the sides 214 and the bottom 216 of the via 204 , as shown in FIGS. 2A-2D . The silicon oxide film 206 may have a thickness 210 of from about 20 angstroms to about 400 angstroms, such as from about 150 angstroms to about 400 angstroms.

[0045] 동작(330)에서, 실리콘-함유 막(208)을 갖는 기판(202)이 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 노출되어 실리콘 산화물 막(206)이 형성될 때, 고압 용기는 산화성 매질의 응축점 내지 약 550℃의 온도로 유지된다. 약 40 bar 내지 약 60 bar의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 스팀이 사용되는 일 구현에서, 고압 용기의 온도는 약 400℃ 내지 약 505℃로 유지된다. 일부 구현들에서, 동작(330)의 기판(202) 상에 실리콘 산화물 막(206)을 형성하는 것은 약 5분 내지 약 150분, 이를테면, 약 30분 내지 약 120분의 시간-기간 동안 수행된다. 적어도 일 구현에서, 약 400℃ 내지 약 505℃의 온도 및 약 60 bar의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 약 120분 동안 활용하는 것은, 실리콘-함유 막(208)이 더 이상 기판(202)과 실리콘 산화물 층(206) 사이에 배치되지 않도록 실리콘-함유 막(208)을 완전히 산화시킨다.[0045] In operation 330 , when the substrate 202 having the silicon-containing film 208 is exposed to an oxidizing medium comprising an amine additive to form the silicon oxide film 206 , the high pressure vessel moves from the condensation point of the oxidizing medium to the high pressure vessel. maintained at a temperature of about 550°C. In one embodiment in which steam comprising the amine additive is used at a pressure of about 40 bar to about 60 bar, the temperature of the high pressure vessel is maintained at about 400°C to about 505°C. In some implementations, forming the silicon oxide film 206 on the substrate 202 of operation 330 is performed for a time-period of about 5 minutes to about 150 minutes, such as about 30 minutes to about 120 minutes. . In at least one implementation, utilizing an oxidizing medium comprising an amine additive at a temperature of about 400° C. to about 505° C. and a pressure of about 60 bar for about 120 minutes causes the silicon-containing film 208 to no longer form the substrate 202 . ) and the silicon-containing film 208 is completely oxidized so as not to be disposed between the silicon oxide layer 206 .

[0046] 고압 하에, 암모니아를 포함하는 스팀과 같은, 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질의 적용은, 산화성 매질로부터의 고농도의 산화 종이 실리콘-함유 막 내로 깊이 침투하여, 산화 종이 산화를 통해 더 많은 실리콘 산화물 막 재료를 생성할 수 있게 한다. 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 고압 용기 내부의 고압은 더 깊은 비아들 내로의 산화 종의 확산을 유도하는 것으로 여겨진다. 게다가, 스팀 내의 아민 첨가제의 존재는, 고온 급속 열 산화 막들과 비교하여, 목표 압력이 훨씬 더 빠른 레이트로 달성될 수 있게 하고, 산화 레이트를 2-3배 증가시키는 것으로 여겨진다.[0046] Under high pressure, application of an oxidizing medium containing an amine additive, such as steam containing ammonia, causes a high concentration of oxidized species from the oxidizing medium to penetrate deeply into the silicon-containing film, resulting in more silicon oxide film material through oxidation of the oxidized species. make it possible to create Without wishing to be bound by theory, it is believed that the high pressure inside the high pressure vessel induces diffusion of oxidizing species into deeper vias. Moreover, it is believed that the presence of the amine additive in the steam allows the target pressure to be achieved at a much faster rate and increases the oxidation rate by a factor of 2-3 compared to high temperature rapid thermal oxidation films.

[0047] 실리콘 산화물 막(206)의 품질은, 550℃ 미만의 온도 및 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 사용하여 형성된 실리콘 산화물 막(206)의 습식 에칭 레이트를, 아민 첨가제를 활용하지 않고 저압들에서 800℃를 초과하는 온도들에서 형성된 실리콘 산화물 막(즉, 고온 급속 열 산화 막들)의 습식 에칭 레이트와 비교함으로써 검증될 수 있다. 약 20 옹스트롬 초과의 두께를 갖는 실리콘 산화물 막(206) 및 동일한 두께를 갖는 고온 급속 열 산화 막 둘 모두에 대해 습식 에칭을 수행할 때, 습식 에칭 레이트는 막들 둘 모두에 대해 거의 동일하다. 일 실시예에서, 실리콘 산화물 막(206) 및 고온 급속 열 산화 막 둘 모두는 약 26 옹스트롬/분 내지 약 32 옹스트롬/분의 습식 에칭 레이트를 가졌다.[0047] The quality of the silicon oxide film 206 depends on the wet etch rate of the silicon oxide film 206 formed using an oxidizing medium comprising an amine additive at a temperature of less than 550° C. and a pressure of greater than 1 bar, without utilizing the amine additive. It can be verified by comparing the wet etch rate of a silicon oxide film (ie, high temperature rapid thermal oxidation films) formed at temperatures exceeding 800°C at low pressures. When performing wet etching on both the silicon oxide film 206 having a thickness greater than about 20 angstroms and the high temperature rapid thermal oxidation film having the same thickness, the wet etching rate is almost the same for both films. In one embodiment, both the silicon oxide film 206 and the high temperature rapid thermal oxidation film had a wet etch rate of about 26 angstroms/min to about 32 angstroms/min.

[0048] 추가적으로, 550℃ 미만의 온도 및 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 사용하여 형성된 실리콘 산화물 막(206)의 누설 및 용량성 등가 두께를 고온 급속 열 산화 막과 비교함으로써, 실리콘 산화물 막(206)의 품질이 추가로 검증될 수 있다. 약 20 옹스트롬 초과의 두께를 갖는 실리콘 산화물 막(206)의 누설을 동일한 두께를 갖는 고온 급속 열 산화 막의 누설과 비교할 때, 실리콘 산화물 막들 둘 모두는 열 추세선(thermal trend line) 또는 전압 누설 대 두께 그래프의 외삽 열 추세선을 따라 배치되었다. 이에 따라, 실리콘 산화물 막(206)의 누설 및 용량성 등가 두께는 고온 급속 열 산화 막과 거의 동일하거나 또는 이에 필적한다. 일 실시예에서, 실리콘 산화물 막(206) 및 고온 급속 열 산화 막 둘 모두는 약 0.22 V/옹스트롬 내지 약 0.25 V/옹스트롬의 누설 대 용량성 등가 두께를 가졌다.[0048] Additionally, by comparing the leakage and capacitive equivalent thickness of a silicon oxide film 206 formed using an oxidizing medium comprising an amine additive at a temperature of less than 550° C. and a pressure of greater than 1 bar with a high temperature rapid thermal oxidation film, silicon oxide The quality of the film 206 may be further verified. When comparing leakage of a silicon oxide film 206 having a thickness greater than about 20 angstroms with leakage of a high temperature rapid thermal oxide film having the same thickness, both silicon oxide films show a thermal trend line or voltage leakage versus thickness graph. The extrapolated columns of were placed along the trendline. Accordingly, the leakage and capacitive equivalent thickness of the silicon oxide film 206 is approximately equal to or comparable to that of the high temperature rapid thermal oxidation film. In one embodiment, both the silicon oxide film 206 and the high temperature rapid thermal oxidation film had a leakage to capacitive equivalent thickness of about 0.22 V/angstrom to about 0.25 V/angstrom.

[0049] 따라서, 550℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 수행되는 프로세스의 경우, 막 품질 개선의 달성은 더 낮은 압력에서 800℃ 이상에서 수행되는 프로세스와 실질적으로 유사하다. 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 활용하여 550℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 수행되는 프로세스는, 까다로운 또는 고르지 않은 구조를 갖는 기판들 상의 증착들을 포함하여, 실리콘 산화물 층이 균일하게 증착될 수 있게 한다.[0049] Thus, for a process performed at a relatively low temperature of 550° C. or lower, the achievement of film quality improvement is substantially similar to a process performed at 800° C. or higher at a lower pressure. The process performed at a relatively low temperature of 550° C. or less utilizing an oxidizing medium containing an amine additive allows the silicon oxide layer to be deposited uniformly, including depositions on substrates having a difficult or uneven structure.

[0050] 더욱이, 550℃ 미만의 온도 및 1 bar 초과의 압력에서 아민 및/또는 수소계 첨가제들을 포함하는 산화성 매질을 사용하여 실리콘 산화물 막들을 형성하는 것은, 실리콘 산화물 막이, 높은 품질을 유지하면서 고온 급속 열 산화 프로세스의 능력들보다 더 큰 두께를 달성할 수 있게 한다. 이에 따라, 실리콘 산화물 막을 증착하기 위해, 550℃ 미만의 온도 및 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 활용하는 것은, 고온 급속 열 산화 막과 동일한 품질 및 증가된 산화 레이트를 갖는 등각성의 또는 균일한 실리콘 산화물 막을 유발한다.[0050] Moreover, the formation of silicon oxide films using an oxidizing medium containing amine and/or hydrogen-based additives at a temperature of less than 550° C. and a pressure of greater than 1 bar is difficult for the silicon oxide film to undergo high temperature rapid thermal oxidation while maintaining high quality. It makes it possible to achieve thicknesses greater than the capabilities of the process. Thus, to deposit a silicon oxide film, utilizing an oxidizing medium comprising an amine additive at a temperature of less than 550° C. and a pressure of greater than 1 bar is conformal with the same quality and increased oxidation rate as a high temperature rapid thermal oxidation film. resulting in a thick or uniform silicon oxide film.

[0051] 게다가, 실리콘 산화물 막을 증착하기 위해, 약 550℃ 미만의 온도에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질을 활용하는 것은, 실리콘 산화물 막들을 형성하기 위한 프로세스 윈도우를 확장시키는데, 왜냐하면 프로세스 윈도우가 더 이상 약 800℃ 이상의 온도들로 한정되지 않기 때문이다. 프로세스 윈도우를 확장시키는 것은 실리콘 산화물 막들을 형성하는 데 사용되는 현재 툴들의 능력들을 증가시켜서, 전체 자원들을 더 적게 감소시킨다.[0051] Moreover, to deposit a silicon oxide film, utilizing an oxidizing medium comprising an amine additive at a temperature less than about 550 °C expands the process window for forming silicon oxide films, since the process window is no longer about 800 °C. This is because it is not limited to the above temperatures. Extending the process window increases the capabilities of current tools used to form silicon oxide films, reducing overall resources to a lesser extent.

[0052] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.[0052] While the foregoing relates to embodiments of the present disclosure, other and additional embodiments of the disclosure may be devised without departing from the basic scope of the disclosure, the scope of which is set forth in the following claims. is determined by

Claims (15)

실리콘 산화물 막을 형성하는 방법으로서,
실리콘-함유 막이 상부에 증착된 기판을 고압 용기(high-pressure vessel)의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계; 및
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는,
상기 실리콘-함유 막을 약 1 bar 초과의 압력에서 아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질(oxidative medium)에 노출시키는 단계; 및
상기 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도로 유지하는 단계를 포함하는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
A method of forming a silicon oxide film, comprising:
loading a substrate having a silicon-containing film deposited thereon into a processing region of a high-pressure vessel; and
forming a silicon oxide film on the silicon-containing film;
The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film,
exposing the silicon-containing film to an oxidative medium comprising an amine additive at a pressure greater than about 1 bar; and
maintaining the high pressure vessel at a temperature between about 100°C and about 550°C;
A method of forming a silicon oxide film.
제1 항에 있어서,
상기 아민 첨가제는 암모늄 또는 암모니아를 포함하고, 그리고 상기 산화성 매질은 약 1,000 ppm 내지 약 20,000 ppm의 상기 아민 첨가제를 포함하는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
According to claim 1,
wherein the amine additive comprises ammonium or ammonia, and the oxidizing medium comprises from about 1,000 ppm to about 20,000 ppm of the amine additive.
A method of forming a silicon oxide film.
제1 항에 있어서,
상기 산화성 매질은, 스팀, 과산화물, 산소, 오존, 수증기, 중수, 수산화물-함유 화합물, 산소 동위원소들, 수소 동위원소들, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
According to claim 1,
wherein the oxidizing medium is selected from the group consisting of steam, peroxides, oxygen, ozone, water vapor, heavy water, hydroxide-containing compounds, oxygen isotopes, hydrogen isotopes, and combinations thereof;
A method of forming a silicon oxide film.
제1 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 막은 실리콘 질화물 막이고, 그리고 상기 산화성 매질은 수소계 첨가제를 더 포함하는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
According to claim 1,
wherein the silicon-containing film is a silicon nitride film, and the oxidizing medium further comprises a hydrogen-based additive.
A method of forming a silicon oxide film.
제1 항에 있어서,
상기 실리콘 산화물 막은 약 20 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬의 균일한 두께를 갖고, 그리고 상기 온도는 약 400℃ 내지 약 505℃인,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
According to claim 1,
wherein the silicon oxide film has a uniform thickness of from about 20 angstroms to about 400 angstroms, and the temperature is from about 400 °C to about 505 °C;
A method of forming a silicon oxide film.
제1 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 5분 내지 약 150분의 시간-기간 동안 수행되는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
According to claim 1,
wherein the step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film is performed for a time-period of about 5 minutes to about 150 minutes.
A method of forming a silicon oxide film.
등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법으로서,
복수의 비아들을 포함하는 기판 상에 실리콘-함유 막을 증착하는 단계 ― 상기 실리콘-함유 막은 상기 복수의 비아들 및 상기 기판의 각각의 노출된 표면 상에 증착됨 ―;
상기 실리콘-함유 막이 상부에 증착된 상기 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계; 및
상기 실리콘-함유 막 상에 등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘-함유 막 상에 등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는,
아민 첨가제를 포함하는 산화성 매질에 상기 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계 ― 상기 산화성 매질은 약 1,000 ppm 내지 약 20,000 ppm의 상기 아민 첨가제를 포함함 ―; 및
상기 고압 용기를 약 100℃ 내지 약 550℃의 온도 및 약 1 bar 내지 약 65 bar의 압력으로 유지하는 단계를 포함하는,
등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
A method of forming a conformal silicon oxide film comprising:
depositing a silicon-containing film on a substrate comprising a plurality of vias, wherein the silicon-containing film is deposited on the plurality of vias and each exposed surface of the substrate;
loading the substrate on which the silicon-containing film is deposited into a processing region of a high pressure vessel; and
forming a conformal silicon oxide film on the silicon-containing film;
Forming a conformal silicon oxide film on the silicon-containing film comprises:
exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising an amine additive, wherein the oxidizing medium comprises from about 1,000 ppm to about 20,000 ppm of the amine additive; and
maintaining the high pressure vessel at a temperature of about 100° C. to about 550° C. and a pressure of about 1 bar to about 65 bar;
A method of forming a conformal silicon oxide film.
제7 항에 있어서,
상기 아민 첨가제는 암모늄 또는 암모니아를 포함하고, 그리고 상기 산화성 매질은 약 7,000 ppm의 상기 아민 첨가제를 포함하는,
등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
8. The method of claim 7,
wherein the amine additive comprises ammonium or ammonia, and the oxidizing medium comprises about 7,000 ppm of the amine additive.
A method of forming a conformal silicon oxide film.
제7 항에 있어서,
상기 산화성 매질은, 스팀, 과산화물, 산소, 오존, 수증기, 중수, 수산화물-함유 화합물, 산소 동위원소들, 수소 동위원소들, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 그리고 상기 실리콘-함유 막은 실리콘 또는 실리콘 질화물을 포함하는,
등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
8. The method of claim 7,
wherein the oxidizing medium is selected from the group consisting of steam, peroxide, oxygen, ozone, water vapor, heavy water, hydroxide-containing compounds, oxygen isotopes, hydrogen isotopes, and combinations thereof, and wherein the silicon-containing film comprises: containing silicon or silicon nitride;
A method of forming a conformal silicon oxide film.
제7 항에 있어서,
상기 산화성 매질은 스팀이고, 그리고 상기 아민 첨가제는 암모니아이고, 상기 실리콘-함유 막은 실리콘 질화물 막이고, 그리고 상기 산화성 매질은 수소계 첨가제를 더 포함하는,
등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
8. The method of claim 7,
wherein the oxidizing medium is steam, the amine additive is ammonia, the silicon-containing film is a silicon nitride film, and the oxidizing medium further comprises a hydrogen-based additive.
A method of forming a conformal silicon oxide film.
제7 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 400℃ 내지 약 505℃의 온도에서 약 5분 내지 약 150분의 시간-기간 동안 수행되고, 그리고 상기 등각성 실리콘 산화물 막은 약 20 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬의 균일한 두께를 갖는,
등각성 실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
8. The method of claim 7,
The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film is performed at a temperature of about 400° C. to about 505° C. for a time-period of about 5 minutes to about 150 minutes, and the conformal silicon oxide film is formed from about 20 angstroms to about 20 angstroms. having a uniform thickness of about 400 angstroms;
A method of forming a conformal silicon oxide film.
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법으로서,
실리콘-함유 막이 상부에 증착된 기판을 고압 용기의 프로세싱 영역 내로 로딩하는 단계; 및
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는,
암모니아를 포함하는 산화성 매질에 상기 실리콘-함유 막을 노출시키는 단계 ― 상기 산화성 매질은, 스팀, 산소, 및 과산화물의 그룹으로부터 선택됨 ―; 및
상기 고압 용기를 약 400℃ 내지 약 505℃의 온도 및 약 10 bar 초과의 압력으로 유지하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘 산화물 막은 약 100 옹스트롬 내지 약 400 옹스트롬의 균일한 두께를 갖는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
A method of forming a silicon oxide film, comprising:
loading a substrate having a silicon-containing film deposited thereon into a processing region of a high-pressure vessel; and
forming a silicon oxide film on the silicon-containing film;
The step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film,
exposing the silicon-containing film to an oxidizing medium comprising ammonia, wherein the oxidizing medium is selected from the group of steam, oxygen, and peroxide; and
maintaining the high pressure vessel at a temperature of from about 400° C. to about 505° C. and a pressure greater than about 10 bar;
wherein the silicon oxide film has a uniform thickness of about 100 angstroms to about 400 angstroms;
A method of forming a silicon oxide film.
제12 항에 있어서,
상기 산화성 매질은 약 1,000 ppm 내지 약 20,000 ppm의 상기 암모니아를 포함하는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the oxidizing medium comprises from about 1,000 ppm to about 20,000 ppm of the ammonia;
A method of forming a silicon oxide film.
제12 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 막은 실리콘 또는 실리콘 질화물을 포함하고, 그리고 상기 압력은 약 10 bar 내지 약 60 bar인,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the silicon-containing film comprises silicon or silicon nitride, and the pressure is from about 10 bar to about 60 bar;
A method of forming a silicon oxide film.
제12 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 막 상에 실리콘 산화물 막을 형성하는 단계는 약 5분 내지 약 120분의 시간-기간 동안 수행되는,
실리콘 산화물 막을 형성하는 방법.
13. The method of claim 12,
wherein the step of forming a silicon oxide film on the silicon-containing film is performed for a time-period of about 5 minutes to about 120 minutes.
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