KR20220003470A - 불소 억제제를 사용하여 실리콘 질화물과 실리콘 산화물을 증착하는 방법 - Google Patents

불소 억제제를 사용하여 실리콘 질화물과 실리콘 산화물을 증착하는 방법 Download PDF

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다카시 미조구치
에이이치로 시바
신야 우에다
김선자
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판의 표면 상에 재료를 증착하는 방법들이 개시된다. 상기 방법들은 기판의 표면 상에 증착된 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물의 사이클 당 성장 속도를 감소시키기 위해 불소 반응물을 사용하는 것을 포함한다.

Description

불소 억제제를 사용한 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 증착 방법들{SILICON NITRIDE AND SILICON OXIDE DEPOSITION METHODS USING FLUORINE INHIBITOR}
본 개시는, 일반적으로 기판 표면 상에 재료를 증착하는 방법, 상기 방법을 사용하여 형성된 구조, 및 상기 재료를 증착하기 위한 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자와 같은 전자 소자의 형성 동안에, 기판의 표면 상의 갭(예, 트렌치, 비아, 또는 피처 사이의 공간)을 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물과 같은 절연 재료로 충진하는 것이 바람직할 수 있다. 원자층 증착(ALD)은 갭 위에 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물을 등각성 있게 증착하여 갭을 충진하는 데 사용될 수 있다.
일부 경우에, 플라즈마 강화 ALD(PEALD)와 같은 플라즈마 강화 공정은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물을 증착하는 데 사용될 수 있다. 플라즈마 강화 공정은 플라즈마를 사용하지 않는 방법에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 작동될 수 있고/있거나 상대적으로 높은 증착 속도를 나타낼 수 있다.
불행하게도, 고 종횡비 피처(예, 3 이상의 종횡비를 갖는 갭) 상에서 PEALD를 사용하여 증착된 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물은, 더 적은 재료가 피처의 바닥(예, 갭의 상단 또는 그 근처에서의 갭의 측부 표면에 비해 갭의 바닥 근처의 측부 표면 상 또는 바닥 표면 상)에 증착되기 때문에, 증착된 재료에 공동을 형성하는 경향이 있다. 증착된 재료의 나쁜 등각성 및/또는 바람직하지 않은 증착 프로파일은, 활성 종의 부족, 예컨대 라디칼의 부족에 기인할 수 있고, 이는 예를 들어 갭의 측벽에서 라디칼의 표면 재결합에 의해 발생할 수 있다.
PEALD로 증착된 재료의 저 등각성 및/또는 갭 충진 능력을 개선하기 위한 노력은 공정 파라미터 조정, 예컨대 RF 전력, 플라즈마 노출 시간, 압력 등에 집중되어 피처의 바닥에 증착된 재료의 양을 증가시키기 위해 피처의 바닥 근처에 적절한 활성 종, 예컨대 라디칼을 공급한다. 그러나, 라디칼의 재결합은 고유 현상이기 때문에 이러한 노력은 제한된다. 또한 최근 소자 제조 사양은 피처의 바닥 근처에서 낮은 플라즈마를 자주 요구한다. 이러한 응용에서, 피처의 바닥에서 활성 종 및/또는 활성 종 에너지를 증가시키는 단계를 포함한 종래 방법은 사용될 수 없다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 몇가지 기술이 제안되어 왔다. 예를 들어, Pore 등에 의한 미국 특허 번호 제9,887,082호는 갭을 충진하는 방법을 개시한다. 본 방법은, 기판 표면 상에 흡착된 종을 형성하기 위해 반응 챔버 내로 전구체를 제공하는 단계, 피처의 상부에 종을 형성하기 위해 질소를 포함한 질소 플라즈마에 흡착 종을 노출시키는 단계, 및 반응 챔버에 반응물 플라즈마를 제공하는 단계를 포함하되, 질소는 반응물에 대한 억제제로서 작용하여 기존 PEALD 기술과 비교해 갭의 상부에 재료가 덜 증착되는 결과를 갖는다. 이러한 기술은 전통적인 기술보다 더 적은 공극 또는 이음매를 갖는 실리콘 질화물을 초래할 수 있지만, 실리콘 질화물 내의 공극 및 이음매는 특히 더 높은 종횡비 갭에서 여전히 형성될 수 있다. 또한, 이러한 기술을 사용하여 증착된 실리콘 질화물의 습식 식각 속도는 일부 응용에서 바람직하지 않게 높을 수 있다.
따라서, 기판의 표면 상에 갭을 충진하기에 적합한 재료를 증착하기 위한 개선된 방법, 및 이러한 방법을 사용하여 형성된 구조가 요구된다. 종래 기술과 연관된 문제 및 해결책에 대한 임의의 논의는 단지 본 발명에 대한 맥락을 제공하기 위해서만 본 개시에 포함되었고, 그 논의의 일부 또는 전부가 본 발명이 이루어진 당시에 알려졌다는 것을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안된다.
본 개시의 다양한 구현예는, 기판 표면 상에 재료를 증착하기 위한 방법, 예를 들어 기판 표면 상에 갭을 충진하기에 적합한, 기판 표면 상의 피처 위에 재료를 증착하는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전 방법 및 시스템의 문제점을 해결하는 방식은 이하에서 보다 상세히 논의되면서, 일반적으로 본 개시의 다양한 구현예는 표면 상의 갭을 충진하기에 적합한 개선 방법을 제공하면서 종래 기술을 사용하여 일어날 수 있는 공극 또는 이음매 형성을 완화시킨다.
본 개시의 구현예에 따라, 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 하나 이상을 증착하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 불소 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 불소 반응물을 제공하는 단계, 실리콘 전구체 펄스 동안에 반응 챔버에 실리콘 전구체를 제공하는 단계, 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 제공하는 단계, 및 선택적으로 수소 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 수소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 수소가 제공되는 경우에, 수소는 별도로 반응 챔버에 도입될 수 있거나, 다른 반응물, 예를 들어 질소 반응물과 혼합될 수 있고, 동시에 질소 반응물과 함께 반응 챔버에 도입될 수 있다. 이들 구현예의 예시에 따라, 실리콘 전구체는 실란, 할로겐실란, 및 유기실란 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 질소 반응물은 질소(N2), N2O, 및 NO 중 하나 이상을 포함할 수 있고/있거나, 산소 반응물은, 예를 들어 O2를 포함할 수 있다. 불소 반응물은 NF3, CF4, C2F6, SF6, NH2F, C3F8, 및 F2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 수소 반응물은 수소(H2), NH3, N2H4, 및 N2H2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 반응물의 다양한 조합은 둘 이상의 방법 단계 동안에 반응 챔버에 연속적으로 공급될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 경우에, 둘 이상의 방법 단계가 시간 및 공간적으로 중첩될 수 있다. 일부 경우에, 둘 이상의 단계 순서가 지정될 수 있다. 일부 경우에, 둘 이상의 단계가 중첩되지 않도록 특정될 수 있다. 이러한 맥락에서, 중첩은 반응물이 동시에 (예를 들어, 중간 퍼지 없이) 동일한 반응 챔버 내로 진입하거나 그 안에 있는 것을 의미할 수 있다. 본 개시의 추가 예시에 따라, 반응물 중 하나 이상이 플라즈마에 노출되어 활성화된 종을 형성할 수 있다. 플라즈마는 직접식 또는 원격식 플라즈마일 수 있다. 본원에 설명된 방법은 표면 상의 갭을 충진하기에 적합한 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물을 형성하는 데 사용될 수 있고, 하드 마스크를 형성하는 데 적합한 방법 등일 수 있다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라 본원에 설명된 방법을 수행하도록 구성된 증착 장치가 제공된다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라, 소자 구조는 본원에 개시된 방법에 따라 증착된 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물을 포함한다.
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.
본 개시의 예시적인 실시예에 대한 더 완전한 이해는 다음의 예시적인 도면과 관련하여 고려될 때, 발명의 상세한 설명 및 청구 범위를 참조함으로써 도출될 수 있다.
도 1은 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 방법을 나타낸다.
도 2 내지 도 5는 본 개시의 구현예에 따라, 방법의 시간 순서를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 방법을 나타낸다.
도 7 및 도 8은 본 개시의 구현예에 따라, 방법의 시간 순서를 나타낸다.
도 9는 갭, 및 갭을 부분적으로 충진하는 층을 포함하는 구조를 나타내되, 상기 층은 갭의 바닥 근처에서 비교적 얇다.
도 10은 갭, 및 갭을 부분적으로 충진하는 층을 포함하는 구조를 나타내되, 상기 층은 본 개시의 구현예에 따라 갭의 바닥 근처에서 비교적 두껍다.
도 11은 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 갭 충진 방법 동안에 구조를 나타낸다.
도 12는 본 개시의 적어도 일 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 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않는 것으로 의도된다.
본 개시는, 일반적으로 기판 표면 상에 재료를 증착하는 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 증착 장치, 및 상기 방법을 사용하여 형성된 구조에 관한 것이다. 본원에서 설명하는 바와 같은 방법과 시스템은, 기판을 처리하여, 예를 들어 전자 소자를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 본원에 설명된 시스템과 방법은 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화물을 증착하는 데 사용될 수 있으며, 이는, 예를 들어 고 종횡비 피처 내 또는 그 사이에 갭을 충진하기 위한 고 종횡비 특징부를 포함할 수 있다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 포함할 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 구현예에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물을 일반적으로 지칭하고, 특히 막 매트릭스 또는 막의 주 골격을 구성하는 화합물을 지칭하는 반면, 용어 "반응물"은 전구체 이외의 화합물을 지칭하는데, 이는 전구체를 활성화시키거나, 전구체를 개질하거나, 전구체의 반응을 촉진시키며, 이러한 반응물은 RF 전력이 인가되는 경우에 (O, N, C와 같은) 원소를 막 매트릭스에 제공할 수 있고, 막 매트릭스의 일부가 될 수 있다. 용어 "불활성 가스"는 화학 반응에 참여하지 않고/않거나 RF 전력이 인가될 경우 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 층의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 다양한 토폴로지, 예컨대 오목부, 라인 등을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, "막"은 실질적으로 핀홀 없이 두께 방향에 수직한 방향으로 연속적으로 연장되어 전체 타켓 또는 관심 표면을 커버하는 층, 또는 단순히 타켓 또는 관심 표면을 커버하는 층을 지칭한다. 일부 구현예에서, "층"은 표면에 형성된 특정 두께를 갖는 구조물을 지칭하거나, 막 또는 막이 아닌 구조물의 동의어를 지칭한다. 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.
용어 "주기적 증착 공정" 또는 "순환 증착 공정"은 반응 챔버 내로 전구체(및/또는 반응물)를 순차적으로 도입시켜 기판 위에 층을 증착하는 것을 지칭할 수 있으며 원자층 증착(ALD) 및 주기적 화학 기상 증착(주기적 CVD), 및 ALD 성분과 주기적 CVD 성분을 포함한 하이브리드 주기적 증착 공정과 같은 처리 기술을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "원자층 증착"(ALD)은 기상 증착 공정을 지칭할 수 있고, 여기서 증착 사이클은, 바람직하게는 복수의 연속 증착 사이클은 공정 챔버에서 수행된다. 일반적으로, 각각의 사이클 중에 전구체는 도입되고, 증착 표면(예, 기판 표면, 또는 이전 ALD 사이클로부터의 재료와 같이 이전에 증착된 하부 표면)에 화학 흡착될 수 있고, 추가적인 전구체와 쉽게 반응하지 않는(즉, 자기 제한적 반응) 단층 또는 서브 단층을 형성한다. 그 후, 반응물(예, 다른 전구체 또는 반응 가스)을 후속해서 공정 챔버에 도입시켜 증착 표면 상에서 화학 흡착된 전구체를 원하는 재료로 전환시키는 데 사용한다. 일반적으로, 이러한 반응물은 전구체와 더 반응할 수 있다. 각각의 사이클 중에 공정 챔버로부터 과잉의 전구체를 제거하고/하거나, 화학 흡착된 전구체의 변환 후 공정 챔버로부터 과잉의 반응물 및/또는 반응 부산물을 제거하기 위해 퍼지 단계들이 더 활용될 수도 있다. 추가로, 본원에서 사용된 용어 "원자층 증착"은 전구체 조성(들), 반응 가스, 및 퍼지(예, 불활성 캐리어) 가스의 교번 펄스로 수행되는 경우, 화학 기상 원자층 증착, 원자층 에피택시(ALE), 분자 빔 에피택시(MBE), 가스 공급원 MBE, 또는 유기금속 MBE, 및 화학적 빔 에피택시와 같은 관련 용어들에 의해 지정된 공정을 포함하는 것을 또한 의미한다. PEALD는 ALD 공정을 지칭하고, 여기서 ALD 단계 중 하나 이상 동안에 플라즈마를 인가한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 실리콘 질화물은 실리콘 및 질소를 포함하는 재료를 지칭한다. 실리콘 질화물은 식 SixNy(예, Si3N4)로 나타낼 수 있다. 일부 경우에, 실리콘 질화물은 화학양론적 실리콘 질화물을 포함하지 않을 수 있다. 일부 경우에, 실리콘 질화물은 탄소, 산소, 수소 등과 같은 다른 원소를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 실리콘 산화물은 실리콘 및 산소를 포함하는 재료를 지칭한다. 실리콘 산화물은 조성식 SiOx(예, SiO2)로 나타낼 수 있다. 일부 경우에, 실리콘 산화물은 화학양론적 실리콘 산화물을 포함하지 않을 수 있다. 일부 경우에, 실리콘 산화물은 탄소, 질소, 수소 등과 같은 다른 원소를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 실리콘 질산화물은 실리콘, 산소 및 질소를 포함하는 재료를 지칭한다. 실리콘 질산화물은 조성식 SiOxNy로 나타낼 수 있다. 일부 경우에, 실리콘 산질화물은 탄소, 수소 등과 같은 다른 원소를 포함할 수 있다. 실리콘 산질화물은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 실행 가능한 범위는 일상적인 작업에 기초하여 결정될 수 있으므로 변수의 임의의 두 수치가 변수들의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 지시된 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 반드시 보통의 그리고 관습적인 의미를 배제하는 것은 아니다.
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 구현예에서는 두 개의 구조물 사이에 두 개의 구조물 이외의 분리된 물리적 또는 화학적 구조물이 개입하지 않는 것 중 하나 이상을 지칭할 수 있다.
이제 도면으로 돌아가면, 도 1은, 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 반응 챔버 내의 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 하나 이상을 증착하기에 적합한 방법(100)을 도시한다. 방법(100)은 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계(102), 불소 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 불소 반응물을 제공하는 단계(104), 실리콘 전구체 펄스 동안에 반응 챔버에 실리콘 전구체를 제공하는 단계(106), 및 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 제공하는 단계(108)를 포함한다. 나타낸 바와 같이, 방법(100)은 또한, 수소 반응물 펄스 동안에 반응물 챔버에 수소 반응물을 제공하는 단계(110)를 포함할 수 있다. 방법(100)은 PEALD와 같은 주기적(예, ALD) 공정을 포함할 수 있다.
단계(102)는 적어도 하나의 기판을 반응 챔버에 제공하고 상기 기판을 원하는 온도로 가져다 놓는 단계를 포함한다. 반응 챔버는 PEALD 반응 챔버를 포함할 수 있다. 단계(102) 중의 반응 챔버 내 온도는 후속 공정을 위한 온도, 예를 들어 약 -10°C 내지 약 1000°C 또는 약 75°C 내지 약 600°C로 가져다 놓을 수 있다. 유사하게, 반응 챔버 내 압력은 후속 공정을 위해 반응 챔버 내에서 감압을 제공하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버 내 압력은 5000 Pa 미만, 또는 2000 Pa 미만, 또는 1000 Pa 미만, 또는 약 0.0001 Pa 내지 101325 Pa, 또는 약 10 Pa 내지 약 13333 Pa 사이로 가져다 놓을 수 있다.
단계(104) 중에 기판 표면은 불소 반응물에 노출된다. 이 단계 동안에, 온도 및/또는 압력은 단계(102)와 연결하여 위에 설정될 것일 수 있다. 본 개시의 예시에 따라, 플라즈마는 불소 반응물을 반응 챔버에 제공하는 단계(104)의 적어도 일부 동안에 적용된다. 플라즈마는, 활성화된 불소 종이 반응 챔버에 도입되도록 하는 원격식 플라즈마, 또는 활성화된 불소 종이 반응 챔버 내에 형성되는 직접식 플라즈마일 수 있다. 본 개시의 예시에 따라, 활성화된 불소 종은 갭과 같은 피처의 상부 표면과 우선적으로 반응하여, 기판 표면과 반응하는 불소의 효과가 피처의 바닥에 비해 피처의 상부 근처에서 더 크도록 한다. 표면 상에 불소가 존재하면, 후속하여 증착된 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화물의 사이클당 인큐베이션을 증가시키고/증가시키거나 성장 속도를 감소시킨다.
단계(104) 동안에 활성화된 불소 종을 생성하는 전력은, 0 W 초과 내지 약 10000 W 또는 약 50W 내지 약 3000 W일 수 있다. 전력의 주파수는 약 430 kHz 내지 약 13.56 MHz일 수 있다.
본 개시의 예시에 따라, 반응 챔버 내의 온도는 비교적 낮을 수 있는데, 예를 들어, 25°C 미만 또는 550°C 미만이어서 단계(104) 동안에 재료의 에칭을 방지하거나 완화시킬 수 있다.
단계(104) 동안에 제공된 불소 반응물은, 임의의 적절한 불소 함유 반응물을 포함할 수 있다. 예시로서, 불소 반응물은 NF3, CF4, C2F6, SF6, NH2F, C3F8, 및 F2 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 불소 반응물은, 반응 챔버 및/또는 불활성 가스와 같은 캐리어 가스와 혼합된 원격식 플라즈마 유닛에 제공될 수 있다. 적절한 불활성 또는 캐리어 가스는, 예를 들어, N2, Ar, He, Ne, Xe를 포함한다.
단계(104) 중의 예시적인 불소 반응물의 유량은 약 1 sccm 내지 약 1000 sccm, 또는 약 2 sccm 내지 약 100 sccm일 수 있다. 단계(104) 중에 불소 반응물 흐름의 펄스 시간은 약 0.01초 내지 약 600초, 또는 약 1초 내지 약 300초일 수 있다.
본 개시의 예시에 따라, 단계(104)를 위한 공정 조건을 제어하여, 하부 재료의 에칭을 완화하고/완화하거나 불소 반응물에 의해 영향을 받는 영역을 제어할 수 있다. 예를 들어, 후속하여 형성된 재료의 성장 속도가 피처의 나머지 부분에 비해 피처의 상부 영역(예, 상부 25% 또는 상부 10%)에서 더 낮도록, 공정 조건이 선택될 수 있다. 또한, 수소 반응물이 사용되는 경우에, 수소 반응물은 피처의 하부/나머지 부분에서 성장을 촉진할 수 있다.
단계(106) 동안에, 실리콘 전구체 펄스 동안에 반응 챔버에 실리콘 전구체가 제공된다. 반응 챔버 내 압력 및 온도는 단계(102)와 연결되어 전술된 것일 수 있다. 일부 경우에, 단계(106) 중의 기판, 가스 분배 시스템(예, 샤워헤드), 및/또는 반응 챔버 벽 온도는, 예를 들어, 단계(106) 및 단계(108 및 110) 중의 증착을 용이하게 하기 위해, 단계(104) 중의 기판, 가스 분배 시스템, 및/또는 반응 챔버 벽 온도보다 높을 수 있다. 본 개시의 예시에 따라, 플라즈마는 단계(106) 동안에 제공되지 않는다.
단계(106) 중에 제공된 실리콘 전구체는 실란, 할로겐실란, 및 유기실란 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예시적인 할로겐실란은 디클로로실란, 디요오드실란, 헥사클로로디실란, 옥타클로로트리실란, 디브로모실란, 트리브로모실란, 트리클로로실란(HSiCl3), 클로로실란(H3SiCl), 실리콘 테트라클로라이드(SiCl4), 브로모실란(H3SiBr), 트리요오드실란(HSiI3), 요오드실란(H3SiI), 디요오드실란(H2Si2I4), H4Si2I2, 및 H5Si2I 중 하나 이상을 포함한다. 예시적인 유기실란은 아미노실란 및 헤테로실란 중 하나 이상을 포함한다. 특정 예시로서, 실리콘 전구체는 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(터트-부틸아미노)실란, 디(세크-부틸아미노)실란, 트리실릴아민, 네오펜타실란, 비스(다이메틸아미노)실란, (디메틸아미노)실란(DMAS), 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS), 비스(에틸메틸아미노)실란(BEMAS), 테트라키스(디메틸아미노)실란(TKDMAS), 트리메틸실란(SiH(CH3)3), 테트라메틸실란(Si(CH3)4), 실란, 테트라(에톡시)실란(TEOS, Si(OC2H5)4), 트리스(터트-부톡시)실란올(TBOS), 트리스(터트-펜톡시)실란올(TPSOL), 및 디메틸디클로로실란(Si(OC2H5)4, Si(CH3)2(OCH3)2) 중 하나 이상을 포함한다.
단계(106) 중의 예시적인 실리콘 전구체 유량은 약 1 sccm 내지 약 500 sccm, 또는 약 3 sccm 내지 약 100 sccm일 수 있다. 단계(106) 중에 실리콘 전구체 흐름의 펄스 시간은 0.1초 내지 약 10초, 또는 약 0.2초 내지 약 3초일 수 있다.
단계(108) 중에 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 제공한다. 단계(108) 중에 반응 챔버 내 압력 및 온도는, 단계(104 또는 106) 중의 반응 챔버 내 압력 및 온도와 동일하거나 유사할 수 있다.
본 개시의 예시에 따라, 플라즈마는 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 반응 챔버에 제공하는 단계(108)의 적어도 일부 동안에 적용된다. 플라즈마는 원격식 플라즈마 또는 직접식 플라즈마일 수 있다. 단계(108) 동안에 플라즈마를 생성하는 전력은, 0 W 초과 내지 약 10000 W 또는 약 50W 내지 약 3000 W일 수 있다. 전력의 주파수는 약 400 kHz 내지 약 60 MHz 또는 약 13.56 MHz일 수 있다.
질소 반응물은 질소 함유 화합물, 예컨대 질소(N2), N2O, 및 NO 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 산소 반응물은 O2와 같은 산소 함유 화합물을 포함할 수 있다.
단계(108) 중의 예시적인 질소 반응물 유량은 약 100 sccm 내지 약 50000 sccm, 또는 약 5000 sccm 내지 약 30000 sccm일 수 있다. 단계(108) 중에 질소 반응물 흐름의 펄스 시간은 약 0.05초 내지 약 20초, 또는 약 0.1초 내지 약 10초일 수 있다. 단계(108) 중의 예시적인 산소 반응물 유량은 약 100 sccm 내지 약 50000 sccm, 또는 약 5000 sccm 내지 약 30000 sccm일 수 있다. 단계(108) 중에 산소 반응물 흐름의 펄스 시간은 약 0.05초 내지 약 20초, 또는 약 0.05초 내지 약 10초일 수 있다.
선택적인 단계(110) 중에, 수소 반응물을 수소 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 제공한다. 단계(110) 중의 반응 챔버 내 압력 및 온도는, 단계(104-108) 중의 임의 단계 및 특히 단계 (106, 108) 중에 반응 챔버 내 압력 및 온도와 동일하거나 유사할 수 있다.
본 개시의 예시에 따라, 플라즈마는 단계(110)의 적어도 일부 동안에 적용된다. 플라즈마는 원격식 플라즈마 또는 직접식 플라즈마일 수 있다. 단계(110) 동안에 플라즈마를 생성하는 전력은, 0 W 초과 내지 약 10000 W 또는 약 50 W 내지 약 3000 W 일 수 있다. 전력의 주파수는 약 400 kHz 내지 약 60 MHz 또는 약 13.56 MHz일 수 있다.
수소 반응물은, 예를 들어 수소(H2), NH3, N2H4, 및 N2H2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 단계(108) 중의 예시적인 수소 반응물 유량은 약 1 sccm 내지 약 5000 sccm, 또는 약 10 sccm 내지 약 500 sccm일 수 있다. 단계(108) 중에 수소 반응물 흐름의 펄스 시간은 약 0.1초 내지 약 15초, 또는 약 0.5초 내지 약 5초일 수 있다.
전술한 바와 같이, 활성화된 수소 및 불소 종의 사용은 피처의 상부와 비교하여, 피처의 하부에서 증착을 촉진할 수 있다. 이는 특히 할로겐실란 및/또는 아미노실란 실리콘 전구체에 대한 경우일 수 있다.
단계(106-110)는 증착 사이클로 간주될 수 있으며, 이는 1회 이상 반복될 수 있다(루프 112). 방법(100)은 단계(104-110)를 반복하는 루프(114)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 루프(114)는, 기판의 표면 상의 갭이 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 하나 이상으로 충진되고/충진되거나 원하는 막 두께에 도달할 때까지 여러 번 반복될 수 있다. 또한, 별도로 나타내지는 않았지만, 단계(104-110) 중 어느 하나는 다음 단계로 진행하기 전에 반복될 수 있다.
단계(106-110) 중 둘 이상은 동시에 수행될 수 있거나, 적어도 부분적으로 시간상 중첩될 수 있다. 예를 들어, 단계(106, 110)는 동시에 중첩되거나 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 단계(108 및 110)는 중첩될 수 있다. 또한, 이하에서 더욱 상세히 나타내는 바와 같이, 하나 이상의 단계, 예를 들어 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 반응 챔버에 제공하는 단계는, 실리콘 전구체를 제공하는 단계, 선택적으로 수소 반응물을 제공하는 단계, 및/또는 불소 반응물을 제공하는 단계 중에 연속적으로 수행될 수 있다.
또한, 달리 언급되지 않는 한, 방법(100)의 단계는 임의의 순서로 수행될 수 있다. 나타낸 예시에서, 단계(104)는 단계(106) 이전에 일어난다. 그러나, 아래에 나타낸 바와 같이, 방법은 하나 이상의 증착 사이클 후에 불소 반응물을 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예시에 따라, 수소 반응물을 제공하는 단계(110) 및 불소 반응물을 제공하는 단계(104)는 반응 챔버 내에서 중첩되지 않는다.
도 2는 기판의 표면 상에 실리콘 질화물을 형성하기 위한 방법, 예컨대 방법(100)의 시간 순서(200)를 나타낸다. 시간 순서(200)는 불소 처리 사이클(202) 및 증착 사이클(204)을 포함한다.
불소 처리 사이클(202)은, 퍼지 가스를 제공하는 단계, 질소 반응물을 제공하는 단계, 및 (예를 들어, 플라즈마 없이) 제1 기간(206) 및 (플라즈마와 함께) 제2 기간(208) 동안에 불소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 불소 처리 사이클(202)에 대한 조건은 단계(104 및 108)와 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다.
증착 사이클(204)은, 기간(210) 동안에 실리콘 전구체 및 질소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그런 다음, 반응 챔버는, 예를 들어 기간(212) 동안에 퍼지 가스 및 질소 반응물을 사용하여 퍼지될 수 있다. 질소 반응물이 계속 흐르는 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 전력이 기간(214) 동안 인가될 수 있다. 그 다음 반응 챔버는 펄스 기간(216) 동안에 퍼지될 수 있다. 가스 유량은 도 1과 관련하여 전술한 것일 수 있다.
시간 순서(200)는, 증착 사이클(204)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 시간 순서(200)는 도 1과 관련하여 전술한 대로, 불소 처리 사이클(202)과 증착 사이클(204)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 나타낸 예시에서, 별도의 수소 반응물은 방법(200) 동안에 제공되지 않는다.
도 3은, 수소 반응물을 이용하여 기판의 표면 상에 실리콘 질화물을 형성하기 위한 방법, 예컨대 방법(100)의 시간 순서(300)를 나타낸다. 시간 순서(300)는 불소 처리 사이클(302) 및 증착 사이클(304)를 포함한다.
불소 처리 사이클(302)은, 불소 처리 단계(202)와 관련하여 전술한 대로, 퍼지 가스를 제공하는 단계, 질소 반응물을 제공하는 단계, 및 (예를 들어, 플라즈마 없이) 제1 기간(306) 및 (플라즈마와 함께) 제2 기간(308) 동안에 불소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
증착 사이클(304)은, 기간(310) 동안에 실리콘 전구체 및 질소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 반응 챔버는, 예를 들어 기간(312) 동안에 퍼지 가스를 이용하여, 질소 반응물, 및 수소 반응물을 퍼지할 수 있다. 질소 반응물 및 수소 반응물이 계속 흐르는 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 전력이 질소 및 수소 활성화된 종을 생성하기 위한 기간(314) 동안에 인가될 수 있다. 그 다음 반응 챔버는 펄스 기간(316) 동안에 퍼지될 수 있다.
시간 순서(300)는, 증착 사이클(304)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 시간 순서(300)는 도 1과 관련하여 전술한 대로, 불소 처리 사이클(302)과 증착 사이클(304)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 기간(306-316) 동안에 다양한 가스 유량은 도 1과 관련하여 전술한 것일 수 있다.
도 4는, 추가적인 수소 반응물 없이 기판의 표면 상에 실리콘 산화물을 형성하기 위한 방법, 예컨대 방법(100)의 시간 순서(400)를 나타낸다. 시간 순서(400)는 시간 순서(200)와 유사하다(시간 순서(400)가 질소 반응물보다는 산소 반응물을 포함함). 시간 순서(400)는 불소 처리 사이클(402) 및 증착 사이클(404)를 포함한다.
불소 처리 사이클(402)은, 불소 처리 단계(202)와 관련하여 전술한 대로, 퍼지 가스를 제공하는 단계, 질소 반응물을 제공하는 단계, 및 (예를 들어, 플라즈마 없이) 제1 기간(406) 및 (플라즈마와 함께) 제2 기간(408) 동안에 불소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
증착 사이클(404)은, 기간(410) 동안에 실리콘 전구체 및 산소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그런 다음, 반응 챔버는, 예를 들어 기간(412) 동안에 퍼지 가스 및 산소 반응물을 사용하여 퍼지할 수 있다. 산소 반응물이 계속 흐르는 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 전력이 산소 활성화된 종을 생성하기 위한 기간(414) 동안에 인가될 수 있다. 그 다음 반응 챔버는 펄스 기간(416) 동안에 퍼지될 수 있다.
시간 순서(400)는, 증착 사이클(404)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 시간 순서(400)는 도 1과 관련하여 전술한 대로, 불소 처리 사이클(402)과 증착 사이클(404)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5는, 수소 반응물을 이용하여 기판의 표면 상에 실리콘 산화물을 형성하기 위한 방법, 예컨대 방법(100)의 시간 순서(500)를 나타낸다. 시간 순서(500)는 불소 처리 사이클(502) 및 증착 사이클(504)를 포함한다.
불소 처리 사이클(502)은, 불소 처리 단계(202)와 관련하여 전술한 대로, 퍼지 가스를 제공하는 단계, (예를 들어, 캐리어 가스를 이용하여) 산소 반응물을 제공하는 단계, 및 (예를 들어, 플라즈마 없이) 제1 기간(506) 및 (플라즈마와 함께) 제2 기간(508) 동안에 불소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
증착 사이클(504)은, 기간(510) 동안에 실리콘 전구체 및 산소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 반응 챔버는, 예를 들어 기간(512) 동안에 퍼지 가스를 사용하여, 산소 반응물, 및/또는 캐리어 가스, 및 수소 반응물을 퍼지할 수 있다. 산소 반응물 및 수소 반응물이 계속 흐르는 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 전력이 산소 및 수소 활성화된 종을 생성하기 위한 기간(514) 동안에 인가될 수 있다. 그 다음 반응 챔버는 펄스 기간(516) 동안에 퍼지될 수 있다.
시간 순서(500)는, 증착 사이클(504)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 시간 순서(500)는 도 1과 관련하여 전술한 대로, 불소 처리 사이클(502)과 증착 사이클(504)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6은, 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 반응 챔버 내의 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 하나 이상을 증착하기에 적합한 방법(600)을 도시한다. 방법(600)은 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계(602), 실리콘 전구체 펄스 동안에 반응 챔버에 실리콘 전구체를 제공하는 단계(604), 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 제공하는 단계(606), 불소 반응물 펄스 동안에 반응 챔버에 불소 반응물을 제공하는 단계(610)를 포함한다. 나타낸 바와 같이, 방법(600)은 또한, 수소 반응물 펄스 동안에 반응물 챔버에 수소 반응물을 제공하는 단계(608)를 포함할 수 있다. 단계(604-610)는 방법(100)의 각 단계와 동일하거나 유사할 수 있지만; 방법(600)에서, 단계(610)는 증착 사이클 이전이 아니라 오히려 단계(604-608)를 포함한 증착 사이클 이후에 수행된다.
방법(100)과 유사하게, 방법(600)은 단계(604-608)를 반복하는 단계(루프 612) 및/또는 단계(604-610)를 반복하는 단계(루프 614)를 포함할 수 있다.
도 7은 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 하나 이상을 형성하기 위한 방법(600)과 같은 방법의 시간 순서(700)를 나타낸다. 시간 순서(700)는 증착 사이클(702) 및 불소 처리 사이클(704)를 포함한다.
증착 사이클(702)은, 기간(706) 동안에 실리콘 전구체 및 반응물 및 수소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 반응 챔버는, 예를 들어 기간(708) 동안에 퍼지 가스를 이용하여, 반응물, 및 수소 반응물을 퍼지할 수 있다. 반응물 및 수소 반응물이 계속 흐르는 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 전력이 반응물 및 수소 활성화된 반응물 종을 생성하기 위한 기간(710) 동안에 인가될 수 있다. 선택적으로, 반응 챔버는 반응물 퍼지 기간 동안 퍼지될 수 있다(미도시).
불소 처리 사이클(704)은, 불소 처리 단계(202)와 관련하여 전술한 대로, 퍼지 가스 및 반응물(예, 수소 반응물 제외) 및 불소 반응물을 (예를 들어, 플라즈마 없이) 제1 기간(712) 및 (플라즈마와 함께) 제2 기간(714) 동안에 불소 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 반응 챔버는 불소 반응물 퍼지 기간(716) 동안에 퍼지될 수 있다.
시간 순서(700)는, 증착 사이클(702)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 시간 순서(700)는 도 6과 관련하여 전술한 대로, 증착 사이클(702)과 불소 처리 사이클(704)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
도 8은 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중 하나 이상을 형성하기 위한 방법(600)과 같은 방법의 다른 시간 순서(800)를 나타낸다. 시간 순서(800)는 증착 사이클(802), 수소 사이클(804), 및 불소 처리 사이클(806)를 포함한다.
나타낸 예시에서, 증착 사이클(802)은, 기간(808) 동안에 실리콘 전구체 및 반응물을 제공하는 단계를 포함한다. 그 다음, 반응 챔버는, 예를 들어 기간(810) 동안에 퍼지 가스 및 반응물을 사용하여 퍼지할 수 있다. 반응물이 계속 흐르는 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 전력이 반응물 활성화된 종을 생성하기 위한 기간(812) 동안에 인가될 수 있다. 그 다음, 반응 챔버는 반응물 퍼지 기간(814) 동안에 퍼지될 수 있다.
수소 사이클(804)은, 반응 챔버에 수소 반응물을 제공하는 단계 및 기간(816) 동안 플라즈마 유닛에 전력을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(804)에 대한 반응기 조건은 단계(608)와 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다.
불소 처리 사이클(806)은, 플라즈마가 인가되는 적어도 일부분 동안에, 퍼지 가스 및 반응물(예, 수소 반응물 제외) 및 불소 반응물을 기간(818) 동안에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 조건은 도 1 및 도 6과 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다. 그 다음, 반응 챔버는 불소 반응물 퍼지 기간 동안에 퍼지될 수 있다(별도로 나타내지 않음).
시간 순서(800)는, 예를 들어 단계(804 및 806)로 진행하기 전에, 증착 사이클(802)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 시간 순서(800)는 도 8과 관련하여 전술한 대로, 증착 사이클(802), 수소 사이클(816), 및/또는 불소 처리 사이클(818)을 여러 번 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
도 9는, 기판(906)의 표면 상에 형성된 갭(902 및 904)을 포함하는 구조(900)를 나타낸다. 구조(900)는 기판(906) 위에 놓이는 전통적인 방법에 따라 형성된 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 층(908)을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 층(908)은, 갭(902)의 바닥에서 층(908)의 두께보다 큰 두께 t1을 갭(902)의 상부 부근에서 갖는다. 전통적인 기술을 사용하여 갭(902)이 충진됨에 따라, 공극이 갭(902) 내에 형성될 수 있다.
도 10은, 기판(1006)의 표면 상에 형성된 갭(1002 및 1004)을 포함하는 구조(1000)를 나타낸다. 구조(1000)는 본원에 기술된 방법, 예를 들어 방법(100) 또는 방법(600)에 따라 형성된 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물(1008) 중 하나 이상을 포함한다. 나타낸 바와 같이, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물(1008) 중 하나 이상은, 갭(1002)의 바닥에서 층(1008)의 두께보다 작은 두께 t1을 갭(1002)의 상부 부근에서 갖는다. 도 11에 추가로 나타낸 바와 같이, 갭(1002)이 본원에 개시된 예시적인 방법을 사용하여 충진됨에 따라, 갭(1002) 내에 공극이 형성되지 않는다. 증착된 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산화물의 등각성은 100%를 초과하거나 심지어 200%를 초과할 수 있으며, 여기서 등각성(%) = 측면(바닥) 두께/측면(상부) 두께 * 100이다.
이제 도 12로 돌아가면, 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 반응기 시스템(1200)을 나타낸다. 반응기 시스템(1200)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(1200)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, 100 kHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 2.45 GHz, 또는 이들 사이의 임의의 값)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 온도, 예컨대 전술한 기판 온도로 유지될 수 있다. 전극(4)은, 샤워 플레이트 또는 샤워헤드와 같은 가스 분배 장치로서 기능할 수 있다. 전구체 가스, 산소 및/또는 질소 반응물 가스, 수소 반응물 가스, 불소 반응물 가스, 및 희석/캐리어 가스 등이 있는 경우, 가스 라인(23), 가스 라인(24), 가스 라인(25), 및 가스 라인(27) 중 하나 이상을 사용해 각각 공급원(21, 22, 20, 및 26)으로부터 그리고 샤워 플레이트(4)를 통해 반응 챔버(3) 내로 도입될 수 있다. 네 개의 가스 라인(23, 24, 25, 및 26)으로 나타냈지만, 반응기 시스템(1200)은 임의 적절한 개수의 가스 라인을 포함할 수 있다. 예로서, 공급원(21)은 실리콘 전구체 공급원에 해당할 수 있고, 공급원(22)은 산소 반응물 공급원 및 질소 반응물 공급원 중 하나 이상에 해당할 수 있고, 공급원(20)은 수소 반응물 공급원에 해당할 수 있고, 공급원(26)은 불소 반응물 공급원에 해당할 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(기판이 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/또는 불소 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, 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.
반응기 시스템(1200)은, 본원에 설명된 하나 이상의 방법 단계를 수행하도록 달리 구성되거나 프로그래밍된 하나 이상의 제어기(들)(26)를 포함할 수 있다. 제어기(들)(26)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 유량 제어기 또는 밸브들과 결합한다. 예로서, 제어기(26)는 하나 이상의 반응 챔버 중 적어도 하나로 실리콘 전구체, 질소 및/또는 산소 반응물, 선택적으로 수소 반응물, 및 불소 반응물의 가스 흐름을 제어하여 기판의 표면 상에 실리콘 질화물층과 실리콘 산화물층 중 하나 이상을 형성한다.
일부 구현예에서, 듀얼 챔버 반응기(서로 근접하게 배치된 기판을 공정 처리하기 위한 두 개의 섹션 또는 컴파트먼트)가 이용될 수 있고, 반응물 가스 및 귀가스는 공유된 라인을 통해 공급될 수 있는 반면에 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 요소(예, 단계)의 대안적인 유용한 조합과 같이, 본 개시의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 반응 챔버 내의 기판의 표면 상에 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 하나 이상을 증착하는 방법으로서, 상기 방법은,
    불소 반응물 펄스 동안에 상기 반응 챔버에 불소 반응물을 제공하는 단계;
    실리콘 전구체 펄스 동안에 상기 반응 챔버에 실리콘 전구체를 제공하는 단계;
    반응물 펄스 동안에 상기 반응 챔버에 질소 반응물 및 산소 반응물 중의 하나 이상을 제공하는 단계; 및
    수소 반응물 펄스 동안에 상기 반응 챔버에 수소 반응물을 선택적으로 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 실란, 할로겐실란, 및 유기실란 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 상기 할로겐실란을 포함하고, 상기 할로겐실란은 디클로로실란, 디요오드실란, 헥사클로로디실란, 옥타클로로트리실란, 디브로모실란, 트리브로모실란, 트리클로로실란(HSiCl3), 클로로실란(H3SiCl), 실리콘 테트라클로라이드(SiCl4), 브로모실란(H3SiBr), 트리요오드실란(HSiI3), 요오드실란(H3SiI), 디요오드실란(H2Si2I4), H4Si2I2, 및 H5Si2I 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 상기 유기실란을 포함하고 상기 유기실란은 아미노실란 및 헤테로실란 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 트리스(디메틸아미노)실란, 비스(터트-부틸아미노)실란, 디(세크-부틸아미노)실란, 트리실릴아민, 네오펜타실란, 비스(다이메틸아미노)실란, (디메틸아미노)실란(DMAS), 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS), 비스(에틸메틸아미노)실란(BEMAS), 테트라키스(디메틸아미노)실란(TKDMAS), 트리메틸실란(SiH(CH3)3), 테트라메틸실란(Si(Ch3)4), 실란, 테트라(에톡시)실란(TEOS, Si(OC2H5)4), 트리스(터트-부톡시)실란올(TBOS), 트리스(터트-펜톡시)실란올(TPSOL), 및 디메틸디클로로실란(Si(OC2H5)4, Si(CH3)2(OCH3)2) 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 반응물은 질소(N2), N2O, 및 NO 중의 하나 이상을 포함하고 및/또는 상기 산소 반응물은 O2를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 수소 반응물을 상기 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함하고, 상기 수소 반응물은 수소(H2), NH3, N2H4, 및 N2H2 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 반응물은 NF3, CF4, C2F6, SF6, NH2F, C3F8, 및 F2 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 반응물 및 산소 반응물 중 하나 이상을 상기 반응 챔버에 제공하는 단계는, 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계, 상기 수소 반응물을 선택적으로 제공하는 단계, 및 상기 불소 반응물을 제공하는 단계들 동안에 질소 반응물 및 산소 반응물 중의 하나 이상을 연속적으로 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 반응물 및 산소 반응물 중의 하나 이상을 제공하는 단계 및 상기 수소 반응물을 제공하는 단계는 상기 반응 챔버 내에서 중첩되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 반응물을 제공하는 단계 및 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계는 상기 반응 챔버 내에서 중첩되는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 반응물을 제공하는 단계는 상기 실리콘 전구체를 제공하는 단계보다 선행하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 반응물을 제공하는 단계 및 상기 불소 반응물을 제공하는 단계는 상기 반응 챔버 내에서 중첩되지 않는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 활성화된 질소 종 및 활성화된 산소 종 중의 하나 이상을 형성하기 위해 상기 질소 반응물 및 산소 반응물 중의 하나 이상을 제공하는 단계 동안에 플라즈마가 인가되는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 활성화된 수소 종을 형성하기 위해 수소 반응물을 제공하는 단계 동안에 플라즈마가 인가되는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 활성화된 불소 종을 형성하기 위해 상기 불소 반응물을 제공하는 단계 동안에 플라즈마가 인가되는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 반응물을 제공하는 단계 동안에 서셉터의 온도는 약 -20°C 내지 약 1000°C 또는 약 75°C 내지 약 600°C인, 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 불소 반응물을 제공하는 단계 동안에 활성화된 불소 종을 생성하기 위한 전력은 0 W 초과 내지 약 10000 W 또는 약 50W 내지 약 3000W인, 방법.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 반응물 펄스의 지속 시간은 약 0.01초 내지 약 600초 또는 약 1초 내지 약 300초인, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 반응물 펄스 동안에 상기 반응 챔버 내 압력은 약 0.0001 Pa 내지 약 101325 Pa, 또는 약 10 Pa 내지 약 13333 Pa인, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 기판의 표면 상의 갭을 상기 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 하나 이상으로 충진하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 중의 하나 이상으로 하드 마스크를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 형성된 구조.
  24. 시스템으로서,
    하나 이상의 반응 챔버들;
    실리콘 전구체 공급원;
    산소 반응물 공급원 및 질소 반응물 공급원 중의 하나 이상;
    선택적으로 수소 반응물 공급원;
    불소 반응물 공급원;
    플라즈마 전력 공급원;
    배기 공급원; 및
    제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 기판의 표면 상에 실리콘 질화물층과 실리콘 산화물층 중의 하나 이상을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 반응 챔버들 중의 적어도 하나 내로 실리콘 전구체, 질소 및/또는 산소 반응물, 선택적으로 수소 반응물, 및 불소 반응물의 가스 흐름을 제어하도록 구성되는, 시스템.
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