KR20220069897A - 갭 충진에서 증착 및 에칭을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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마틴 이. 프리본
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치는 샤워헤드 및 페데스탈을 포함하는 프로세스 챔버; 하나 이상의 RF 생성기들; 및 하나 이상의 RF 생성기들에 동작하게 커플링된 하나 이상의 필터들을 포함하고, 통합된 장치는, (1) 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드로서, 증착 모드의 하나 이상의 필터들은 저주파수 신호들을 샤워헤드로 선택적으로 방지하고 고주파수 신호들을 샤워헤드로 선택적으로 통과시키는, 증착 모드와 (2) 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드로서, 에칭 모드의 하나 이상의 필터들은 페데스탈로 고주파수 신호들 및 저주파수 신호들을 선택적으로 통과시키는, 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성된다.

Description

갭 충진에서 증착 및 에칭을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPOSITION AND ETCH IN GAP FILL}
집적 회로들의 제조는 많은 다양한 프로세싱 단계들을 포함한다. 빈번하게 채용되는 동작들 중 하나는 반도체 웨이퍼들 위 또는 내로 패터닝된 피처들 내의 갭 내로 유전체 막의 증착이다. 이러한 재료를 증착하는 목적들 중 하나는 갭 내에 보이드-프리 (void-free), 심-프리 (seam-free) 충진물을 형성하는 것이다.
HDP (high density plasma), SACVD (sub-atmospheric chemical vapor deposition), 및 LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) 와 같은 증착 방법들이 갭 충진을 위해 사용되지만, 이들 방법들은 목표된 충진 능력 및 컨포멀성 (conformality) 을 달성하지 않는다. 유동성 (flowable) CVD (chemical vapor deposition) 및 SOD (spin-on dielectric) 방법들은 목표된 충진을 달성할 수 있지만, 매우 다공성 막들을 증착하는 경향이 있을 수 있다. 또한, 이들 방법들은 많은 추가 프로세싱 단계들을 필요로 하기 때문에, 통합하기 특히 어렵고 비용이 많이 든다. ALD (atomic layer deposition) 프로세스들은 또한 개선된 컨포멀성을 위해 갭 충진에 사용되지만, 이들 프로세스들은, 특히 큰 갭들에 대해, 긴 프로세싱 시간들 및 저 쓰루풋에 시달린다. 게다가, ALD 프로세스들의 컨포멀한 특성은 갭들의 종횡비들이 연속적인 사이클들에 따라 상승한다는 것을 의미한다. 따라서, 갭의 상단부는 하단부보다 신속하게 충진할 수도 있고, 갭 내로 전구체 재료들의 추가 확산을 방지한다. 보이드들이 고 종횡비 갭들의 중간에 형성될 수도 있도록 면적들이 팽창할 수 있다.
일부 경우들에서, 후속하는 증착 동작들 사이에 구별된 에칭 동작들을 필요로 하는, 증착-에칭-증착 프로세스들을 포함하여, 멀티-스텝 증착 프로세스들이 사용된다. 에칭은 갭 내 보이드 형성을 개선하거나 방지하도록 이루어질 수도 있다. 구체적으로, 에칭 단계는 갭 충진이 수직 기울기 대신 포지티브 테이퍼된 기울기로 후속하는 층을 증착함으로써 발생할 수 있도록 테이퍼된 포지티브 기울기 프로파일을 생성하는 이방성 에칭일 수 있다. 이는 갭 내 보이드 형성의 발생을 최소화할 수 있다. 보이드들은 고 저항, 오염, 충진된 재료들의 손실을 야기할 수도 있고, 그렇지 않으면 집적 회로들의 성능을 열화시킬 수도 있다.
본 개시는 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위한 통합된 장치에 관한 것이다. 통합된 장치는 프로세스 챔버를 포함하고, 프로세스 챔버는 샤워헤드 및 페데스탈을 포함한다. 통합된 장치는 LFRF (low-frequency radio-frequency) 생성기, HFRF (high-frequency radio-frequency) 생성기, 및 LFRF 생성기 및 HFRF 생성기 중 하나 또는 양자에 동작하게 커플링된 하나 이상의 스위치들을 더 포함한다. 하나 이상의 스위치들은, (1) 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드로서, 증착 모드의 하나 이상의 스위치들은 적어도 HFRF 생성기를 샤워헤드에 커플링하는, 증착 모드와 (2) 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드로서, 에칭 모드의 하나 이상의 스위치들은 HFRF 생성기 및 LFRF 생성기를 페데스탈에 커플링하고 샤워헤드를 접지하는, 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성된다.
일부 구현예들에서, 프로세스 챔버는 CCP (capacitively-coupled plasma) 반응기이고, 그리고 샤워헤드는 상단 전극을 포함하고 그리고 페데스탈은 하단 전극을 포함한다. 일부 구현예들에서, 증착 모드의 하나 이상의 스위치들은 HFRF 생성기 및 LFRF 생성기를 샤워헤드에 커플링하고 그리고 페데스탈을 접지한다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스위치들은, LFRF 생성기 및 HFRF 생성기를 증착 모드의 샤워헤드에 전기적으로 접속하도록 구성된 제 1 스테이션 릴레이 스위치; 및 LFRF 생성기 및 HFRF 생성기를 에칭 모드의 페데스탈에 전기적으로 접속하도록 구성된 제 2 스테이션 릴레이 스위치를 포함한다. 일부 구현예들에서, 제 1 스테이션 릴레이 스위치는 LFRF 생성기 및 HFRF 생성기를 샤워헤드에 전기적으로 접속하기 위해 제 1 위치로 스위칭하고 그리고 샤워헤드를 접지하도록 제 2 위치로 스위칭하도록 구성되고, 그리고 제 2 스테이션 릴레이 스위치는 LFRF 생성기 및 HFRF 생성기를 페데스탈에 전기적으로 접속하기 위해 제 1 위치로 스위칭하고 그리고 페데스탈을 접지하도록 제 2 위치로 스위칭하도록 구성되고, 제 1 스테이션 릴레이 스위치의 제 1 위치는 제 2 스테이션 릴레이 스위치의 제 2 위치와 동기화되고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치의 제 1 위치는 제 1 스테이션 릴레이 스위치의 제 2 위치와 동기화된다. 일부 구현예들에서, LFRF 생성기는 제 1 집적 회로 기판의 일부이고, 그리고 HFRF 생성기는 제 2 집적 회로 기판의 일부이다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스위치들은 HFRF 생성기에 동작하게 커플링되고, 그리고 HFRF 생성기로부터 증착 모드의 샤워헤드로 전력을 전달하는 것과 HFRF 생성기로부터 에칭 모드의 페데스탈로 전력을 전달하는 것 사이에서 스위칭하도록 구성된 스위치를 포함한다.
본 개시는 또한 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하는 통합된 장치에 관한 것이다. 통합된 장치는 프로세스 챔버를 포함하고, 프로세스 챔버는 샤워헤드 및 페데스탈을 포함한다. 통합된 장치는 집적 회로 기판을 더 포함하고, 집적 회로 기판은 하나 이상의 HF/LF RF 생성기들을 포함한다. 통합된 장치는 하나 이상의 HF/LF RF 생성기들에 동작하게 커플링된 하나 이상의 스위치들을 더 포함하고, 하나 이상의 스위치들은, (1) 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드로서, 증착 모드의 하나 이상의 스위치들은 HF/LF RF 생성기들 중 적어도 하나를 샤워헤드에 커플링하는, 증착 모드와 (2) 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드로서, 에칭 모드의 하나 이상의 스위치들은 HF/LF RF 생성기들 중 적어도 하나를 페데스탈에 커플링하는, 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성된다.
일부 구현예들에서, 프로세스 챔버는 CCP 반응기이고, 그리고 샤워헤드는 상단 전극을 포함하고, 그리고 페데스탈은 하단 전극을 포함한다. 일부 구현예들에서, 집적 회로 기판은 단일 HF/LF RF 생성기를 포함한다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스위치들은, HF/LF RF 생성기들 중 하나를 증착 모드의 샤워헤드에 전기적으로 접속하도록 구성된 제 1 스테이션 릴레이 스위치; 및 HF/LF RF 생성기들 중 하나를 에칭 모드의 페데스탈에 전기적으로 접속하도록 구성된 제 2 스테이션 릴레이 스위치를 포함한다. 일부 구현예들에서, 제 1 스테이션 릴레이 스위치는 HF/LF RF 생성기들 중 하나를 증착 모드의 샤워헤드에 전기적으로 접속하기 위해 제 1 위치로 스위칭하고 그리고 샤워헤드를 접지하도록 제 2 위치로 스위칭하도록 구성되고, 그리고 제 2 스테이션 릴레이 스위치는 HF/LF RF 생성기들 중 하나를 에칭 모드의 페데스탈에 전기적으로 접속하기 위해 제 1 위치로 스위칭하고 그리고 페데스탈을 접지하도록 제 2 위치로 스위칭하도록 구성되고, 제 1 스테이션 릴레이 스위치의 제 1 위치는 제 2 스테이션 릴레이 스위치의 제 2 위치와 동기화되고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치의 제 1 위치는 제 1 스테이션 릴레이 스위치의 제 2 위치와 동기화된다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스위치들은, HF/LF RF 생성기들 중 하나가 샤워헤드에 동작하게 커플링될 때 증착 모드의 페데스탈을 접지하기 위한 페데스탈 접지 릴레이 스위치; 및 HF/LF RF 생성기들 중 하나가 페데스탈에 동작하게 커플링될 때 에칭 모드의 샤워헤드를 접지하기 위한 샤워헤드 접지 릴레이 스위치를 더 포함한다.
본 개시는 또한 웨이퍼의 하나 이상의 갭들을 충진하는 방법에 관한 것이다. 방법은 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 페데스탈 상에 웨이퍼를 제공하는 단계로서, 웨이퍼는 각각 약 5:1보다 큰 깊이 대 폭 종횡비를 갖는 하나 이상의 갭들을 갖는, 웨이퍼를 제공하는 단계; 플라즈마 프로세싱 챔버에서, ALD를 통해 하나 이상의 갭들 내에 제 1 유전체 층을 증착하는 단계; 플라즈마 프로세싱 챔버에서, 기울기 제어를 사용하여 제 1 유전체 층을 이방성으로 에칭하는 단계; 및 플라즈마 프로세싱 챔버에서, ALD를 통해 하나 이상의 갭들 내의 제 1 유전체 층 위에 제 2 유전체 층을 증착하는 단계를 포함한다.
일부 구현예들에서, 제 1 유전체 층을 증착하는 동안, 기울기 제어를 사용하여 제 1 유전체 층을 이방성으로 에칭하는 동안, 그리고 제 2 유전체 층을 증착하는 동안 웨이퍼 온도는 약 80 ℃ 내지 약 400 ℃이다. 일부 구현예들에서, 제 1 유전체 층을 증착하는 동안, 기울기 제어를 사용하여 제 1 유전체 층을 이방성으로 에칭하는 동안, 그리고 제 2 유전체 층을 증착하는 동안 압력은 약 0.3 내지 약 1.0 Torr이다. 일부 구현예들에서, 방법은 기울기 제어를 사용하여 제 1 유전체층을 이방성으로 에칭하기 전에 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 페데스탈에 저주파수 전력 및 고주파수 전력을 인가하고 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 샤워헤드를 접지하도록 스위칭하는 단계; 및 제 2 유전체 층을 증착하기 전에 플라즈마 프로세싱 챔버 내 샤워헤드에 고주파수 전력을 인가하고 플라즈마 프로세싱 챔버 내 페데스탈을 접지하도록 스위칭하는 단계를 더 포함한다.
이들 및 다른 실시예들은 도면들을 참조하여 이하에 더 기술된다.
도 1a 내지 도 1c는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스의 다양한 페이즈들에서 갭을 갖는 웨이퍼의 예시적인 단면도들을 도시한다.
도 2는 종래의 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스에서 증착 프로세스들을 수행하기 위한 예시적인 장치의 개략적인 예시를 도시한다.
도 3은 예시적인 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 개략적인 예시를 도시한다.
도 4a는 증착 프로세스들을 수행하기 위한 CCP (capacitively-coupled plasma) 반응기를 포함하는 예시적인 장치의 개략적인 예시를 도시한다.
도 4b는 에칭 프로세스들을 수행하기 위한 CCP 반응기를 포함하는 예시적인 장치의 개략적인 예시를 도시한다.
도 5는 일부 구현예들에 따라 증착 모드와 에칭 모드 사이를 스위칭하도록 구성된 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함하는 예시적인 통합된 장치의 개략적인 예시를 도시한다.
도 6은 일부 구현예들에 따라 증착 모드와 에칭 모드 사이를 스위칭하기 위한 예시적인 스킴의 블록도를 도시한다.
도 7은 일부 구현예들에 따라 증착 모드와 에칭 모드 사이를 스위칭하기 위한 대안적인 예시적인 스킴의 블록도를 도시한다.
도 8은 일부 구현예들에 따라 증착 모드와 에칭 모드 사이를 스위칭하도록 구성된 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함하는 예시적인 통합된 장치의 개략적인 예시를 도시한다.
도 9a는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스들을 수행하기 위한 예시적인 종래의 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 개략적인 예시를 도시한다.
도 9b는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스들을 수행하기 위한 개시된 통합된 장치를 포함하는 예시적인 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 개략적인 예시를 도시한다.
도 10은 웨이퍼 상의 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스를 수행하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도입
이하의 기술에서, 다수의 구체적인 상세들이 제시된 개념들의 전체적인 이해를 제공하기 위해 언급된다. 제시된 개념들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 동작들은 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 일부 개념들이 구체적인 실시예들에 관하여 기술되지만, 이들 실시예들이 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 출원에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로" 는 상호교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로" 가 그 위에서의 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 많은 단계 동안 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업에서 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 이하의 상세한 설명은 본 발명이 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 발명은 이렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 부가하여, 본 발명의 장점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들, 자기 기록 매체, 자기 기록 센서들, 미러들, 광학 엘리먼트들, 마이크로-기계 디바이스들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
반도체 산업계에서 회로 밀도들이 상승함에 따라, 웨이퍼의 갭들 또는 트렌치들의 폭이 감소되어, 종횡비들을 상승시키고 보이드들을 남기지 않고 갭들 또는 트렌치들을 충진하기 점점 더 어렵게 한다. 갭이 완전히 충진되지 않을 때 보이드들의 형성은 완성된 디바이스의 동작에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
증착-에칭-증착 시퀀스들은 갭 충진 시 보이드들의 존재를 개선하거나 제거하도록 채용된다. 증착-에칭-증착 시퀀스들에 사용되는 일반적인 증착 기법들은 ALD, CVD, PECVD, 및 HDP-CVD이다. 증착 단계는 에칭 단계, 예컨대 HDP 애플리케이션들에서 스퍼터 에칭 또는 ALD 애플리케이션들에서 RIE (reactive ion etch) 에 이어질 수도 있다. 에칭 단계는 테이퍼된 포지티브 기울기 프로파일을 생성하는 이방성 에칭 단계일 수도 있다. 그 결과, 갭 내부로부터보다 갭의 개구부 근방에서 보다 많은 재료가 제거될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스의 다양한 페이즈들에서 갭을 갖는 웨이퍼의 예시적인 단면들을 도시한다. 도 1a는 갭 (102) 을 포함하는 비평면형 웨이퍼 (100) 의 단면을 도시한다. 갭 폭은 다양한 실시예들에 따라 가변할 수 있고, 약 5 Å 내지 약 50 ㎛의 범위일 수도 있다. 깊이 대 폭 종횡비들은 약 2:1 초과, 또는 약 5:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 심지어 약 30:1 초과일 수 있다. 갭 (102) 은 임의의 적합한 증착 기법, 예컨대 ALD, CVD, PECVD, 및 HDP-CVD를 사용하여 박막 (104) 으로 커버될 수 있다. 일부 실시예들에서, 박막 (104) 은 갭 (102) 과 컨포멀하거나 거의 컨포멀할 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 박막 (104) 은 갭 (102) 의 상단 근방에 재차 들어간 부분 (106) 을 포함한다.
도 1b에서, 이방성 에칭이 박막 (104) 에 적용된다. 박막 (104) 의 재차 들어간 부분 (106) 은 박막 (104) 의 상부 영역 (104a) 이 하부 영역 (104b) 보다 얇도록 이방성 에칭에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 이방성 에칭은 활성 에칭 종에 대한 대량 이송 제한들 및/또는 수명 제한들을 부과함으로써 달성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 갭 (102) 의 상단부에서 선택적인 에칭은 갭 (102) 이 하단부에서보다 상단부에서 보다 넓도록 갭 (102) 의 측벽 각도를 또한 조정할 수도 있다. 이는 후속 증착 페이즈들에서 브레드 로핑 효과들 (bread loafing effects) 을 더 감소시킬 수도 있다.
도 1c에서, 후속 증착 단계가 갭 (102) 을 충진하거나 거의 충진하도록 적용된다. 일부 구현예들에서, 갭 (102) 은 복수의 증착-에칭-증착 시퀀스들 후에 증착될 수도 있다. 갭 (102) 은 보이드들이 없을 수도 있다 (free). 갭 (102) 은 임의의 적합한 증착 기법, 예컨대 ALD, CVD, PECVD, HDP-CVD, 등을 사용하여 충진될 수 있다.
일반적인 갭 충진 프로세스들은 HDP-CVD 시스템들을 채용할 수도 있다. HDP-CVD 시스템들은 표준 시스템들은 CCP-CVD 시스템들의 밀도보다 적어도 대략 두 자릿수 클 수 있는 플라즈마를 형성한다. HDP-CVD 시스템들은 통상적으로 ICP (inductively-coupled plasma) 시스템들이다. 증착 및 에칭을 달성하기 위해 ICP 반응기를 갖는 예시적인 HDP-CVD 시스템은 California, Fremont의 Lam Research Corporation로부터 입수가능한 Speed™ 시스템이다. 일부 HDP-CVD 기법들은 막 증착과 동시에 일어날 수 있는 고밀도 플라즈마에 의한 스퍼터링을 촉진한다. 그 결과, 증착 및 에칭은 HDP 증착 프로세스들의 스퍼터링 컴포넌트가 특정한 피처들, 예컨대 모서리들 또는 상승된 표면들의 증착을 늦추기 때문에, 동시에 일어난다고 할 수 있고, 따라서 개선된 갭 충진에 기여한다. 그러나, 이러한 HDP-CVD 기법들에서 스퍼터링은 갭의 측벽들 상에 원치 않은 재증착을 야기할 수도 있다. 일부 HDP-CVD 기법들은 별도의 증착 단계 및 에칭 단계를 채용할 수도 있다. 에칭 단계 동안, 재료는 이방성 스퍼터링 에칭에 의해 컨포멀하지 않게 제거될 수도 있다. 모서리들의 재료는 갭의 측벽들을 따라 짧은 거리들에 걸쳐 제거될 수도 있다. 그러나, 이러한 이방성 스퍼터링 에칭은 갭 충진을 방해할 수 있는 재증착 커스프들을 발생시킬 수 있다. HDP-CVD 기법들이 단일 챔버 또는 장치 내에서 갭 충진 프로세스들을 수행할 수도 있지만, HDP-CVD 기법들로부터 증착된 막은 컨포멀하지 않고 단일 챔버 또는 장치 내에서 수행될 증착-에칭-증착 시퀀스들의 적용을 실제로 제한할 수도 있다.
갭 충진을 수행시 HDP-CVD 기법들의 제한들이 주어지면, ALD 프로세스들은 개선된 컨포멀성을 제공하도록 사용될 수도 있다. CVD 프로세스들과 반대로, ALD 프로세스들은 층 단위 (layer-by-layer basis) 상에 막들을 증착하도록 표면-매개 증착 반응들을 사용한다. 일부 구현예들에서, ALD 프로세스들은 CCP 시스템 내, 예컨대 도 2에 예시된 CCP 시스템 내에서 수행될 수도 있다. CCP 시스템은 플라즈마를 생성하도록 고주파수 RF 전력을 공급할 수도 있다. 이러한 CCP 시스템의 예는 California, Fremont의 Lam Research Corporation로부터 입수가능한 Vector™ 시스템이다.
도 2는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스에서 증착 프로세스들을 수행하기 위한 예시적인 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 장치 (200) 는 장치 (200) 의 다른 컴포넌트들을 둘러싸고 플라즈마를 담도록 역할을 하는 프로세스 챔버 (224) 를 포함한다. 프로세스 챔버 (224) 는 프로세스 챔버 (224) 내로 프로세스 가스들을 전달하기 위한 샤워헤드 (214) 를 포함한다. HFRF (high-frequency radio-frequency) 생성기 (204) 는, 샤워헤드 (214) 에 연결된 임피던스 매칭 네트워크 (206) 에 연결될 수도 있다. LFRF (low-frequency radio-frequency) 생성기 (202) 는 샤워헤드 (214) 에 연결하기 위해 임피던스 매칭 네트워크 (206) 에 연결될 수도 있다. 임피던스 매칭 네트워크 (206) 에 의해 공급된 전력 및 주파수는 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하기 충분하다. 통상적인 프로세스들에서, HFRF 생성기 (204) 에 의해 생성된 주파수는 약 2 내지 60 ㎒, 예컨대 13.56 ㎒ 또는 27 ㎒이다. LFRF 생성기 (202) 에 의해 생성된 주파수는 약 250 내지 400 ㎑, 예컨대 350 ㎑ 또는 400 ㎑이다.
프로세스 챔버 (224) 는 웨이퍼 지지부 또는 페데스탈 (218) 을 더 포함한다. 페데스탈 (218) 은 웨이퍼 (216) 를 지지할 수 있다. 페데스탈 (218) 은 프로세싱 동안 및 프로세싱 사이에 웨이퍼 (216) 를 홀딩하기 위한 척, 포크, 및/또는 리프트 핀들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 척은 정전 척일 수도 있다.
프로세스 가스들은 유입부 (212) 를 통해 도입된다. 하나 이상의 소스 가스 라인들 (210) 은 매니폴드 (208) 에 연결될 수 있다. 프로세스 가스들은 미리 혼합되거나 미리 혼합되지 않을 수도 있다. 증착, 에칭 및 다른 플라즈마 처리 동작들 동안 정확한 가스들이 전달된다는 것을 보장하도록 적절한 밸브 및 질량 유량 메커니즘들이 채용된다. 프로세스 가스들은 유출부 (222) 를 통해 프로세스 챔버 (224) 를 나갈 수도 있다. 진공 펌프 (226) 는 통상적으로 프로세스 가스들을 인출할 수 있고, 프로세스 챔버 (224) 내에서 적절히 저압을 유지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 장치 (200) 는 샤워헤드 (214) 가 접지된 블록 (220) 과 함께 작용하는 전극인 커패시터 타입 시스템이다. 즉, 장치 (200) 는 CCP 시스템이고 프로세스 챔버 (224) 의 상단, 즉 샤워헤드 (214) 에 고주파수 RF 전력을 공급할 수도 있다. 프로세스 챔버 (224) 의 하단부, 즉 페데스탈 (218) 및 블록 (220) 은 접지된다.
증착-에칭-증착 시퀀스들을 수행하기 위한 하나 이상의 장치들, 예컨대 장치 (200) 는 멀티-스테이션 프로세싱 툴에서 수행될 수도 있다. 도 3은 예시적인 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 개략적인 예시를 도시한다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (300) 은 인바운드 로드 록 (302) 및 아웃바운드 로드 록 (304) 을 포함할 수도 있고, 인바운드 로드 록 및 아웃바운드 로드 록 중 하나 또는 양자는 플라즈마 소스를 포함할 수도 있다. 대기압에서, 로봇 (306) 은 대기 포트 (310) 를 통해 인바운드 로드 록 (302) 으로 로딩된 카세트로부터 포드 (308) 를 통해 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다. 웨이퍼는 로봇 (306) 에 의해 인바운드 로드 록 (302) 내의 페데스탈 (312) 상에 위치되고, 대기 포트 (310) 는 닫히고, 로드 록 (302) 은 펌프다운된다. 인바운드 로드 록 (302) 이 플라즈마 소스를 포함하면, 웨이퍼는 프로세스 챔버 (314) 로 도입되기 전에 인바운드 로드 록 (302) 내에서 플라즈마 처리에 노출될 수도 있다. 또한, 웨이퍼는 예를 들어, 수분 및 흡착된 가스들을 제거하기 위해, 인바운드 로드 록 (302) 내에서 히팅될 수도 있다. 다음에 프로세스 챔버 (314) 로의 챔버 이송 포트 (316) 가 개방되고, 또 다른 로봇 (미도시) 이 프로세싱을 위해 웨이퍼를 반응기 내에 도시된 제 1 스테이션의 페데스탈 상의 반응기 내에 배치한다. 도 3에 도시된 실시예가 로드 록들을 포함하지만, 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션 내로의 웨이퍼의 직접적인 진입이 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도시된 프로세스 챔버 (314) 는 도 3에 도시된 실시예에서 1 내지 4로 번호가 붙여진, 4 개의 프로세스 스테이션들을 포함한다. 스테이션 각각은 히팅된 페데스탈 (스테이션 1에 대해 318로 도시됨), 및 가스 라인 유입부들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션 각각이 상이한 목적 또는 복수의 목적들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션은 ALD와 PECVD 모드 사이에서 스위칭할 수도 있다. 본 개시에 따라 이하에 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 프로세스 스테이션은 증착 모드와 에칭 모드 사이에서 스위칭가능한 CCP 반응기를 포함할 수도 있다. 도시된 프로세스 챔버 (314) 는 4 개의 스테이션들을 포함하지만, 본 개시에 따른 프로세스 챔버 (314) 는 임의의 적합한 수의 스테이션들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버 (314) 는 5 개 이상의 스테이션들을 가질 수도 있는 반면, 다른 실시예들에서 프로세싱 챔버는 3 개 이하의 스테이션들을 가질 수도 있다.
도 3은 또한 프로세스 챔버 (314) 내에서 웨이퍼들을 이송하기 위한 웨이퍼 핸들링 시스템 (390) 을 도시한다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 핸들링 시스템 (390) 은 다양한 프로세스 스테이션들 사이 그리고/또는 프로세스 스테이션과 로드 록 사이에서 웨이퍼들을 이송할 수도 있다. 임의의 적합한 웨이퍼 핸들링 시스템들이 채용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 비-제한적인 예들은 웨이퍼 캐로절들 (carousels) 및 웨이퍼 핸들링 로봇들을 포함한다. 도 3은 또한 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (300) 의 프로세스 조건들 및 하드웨어 상태들을 제어하도록 채용된 시스템 제어기 (350) 를 도시한다. 시스템 제어기 (350) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 (356), 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들 (354), 및 하나 이상의 프로세서들 (352) 을 포함할 수도 있다. 프로세서 (352) 는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부 및/또는 디지털 입력/출력 연결부, 스텝퍼 모터 제어 보드들, 등을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (350) 는 멀티-스테이션 프로세스 툴 (300) 의 모든 액티비티들을 제어한다. 시스템 제어기 (350) 는 대용량 저장 장치 (354) 에 저장되고 메모리 디바이스 (356) 내로 로딩되어 프로세서 (352) 상에서 실행되는 시스템 제어 소프트웨어 (358) 를 실행한다. 시스템 제어 소프트웨어 (358) 는 타이밍, 가스의 혼합물, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 퍼지 조건들 및 타이밍, 웨이퍼 온도, RF 전력 레벨들, RF 주파수들, 웨이퍼 및/또는 페데스탈 위치, 증착 및 에칭 모드 스위칭, 멀티-스테이션 프로세스 툴 (300) 에 의해서 수행되는 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (358) 는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 개시된 방법들에 따라 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하는데 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들이 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (358) 는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어 소프트웨어 (358) 는 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 시퀀싱 (sequencing) 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, ALD 프로세스의 페이즈 각각은 시스템 제어기 (350) 에 의한 실행을 위해 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 이에 더하여, 증착 모드로부터 에칭 모드로의 스위칭은 시스템 제어기 (350) 에 의한 실행을 위해 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. ALD 프로세스를 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 ALD 레시피 페이즈에 포함될 수도 있고, 이방성 에칭 프로세스를 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 대응하는 에칭 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 구현예들에서, ALD 레시피 페이즈 및 에칭 레시피 페이즈는 순차적으로 구성될 수도 있다.
시스템 제어기 (350) 와 연관된 대용량 저장 디바이스 (354) 및/또는 메모리 디바이스 (356) 에 저장된 다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 실시예들에서 채용될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 웨이퍼 포지셔닝 프로그램, 프로세스 가스 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 플라즈마 제어 프로그램을 포함한다.
웨이퍼 포지셔닝 프로그램은 페데스탈 (318) 상에 기판을 로딩하고 웨이퍼와 프로세스 툴 (300) 의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용된 프로세스 툴 컴포넌트들에 대한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다.
프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드 및 선택가능하게 프로세스 스테이션 내 압력을 안정화시키기 위해 하나 이상의 프로세스 스테이션들 내로 가스를 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 압력 제어 프로그램은 예를 들어, 프로세스 스테이션의 배기 시스템의 쓰로틀 밸브, 프로세스 스테이션 내로의 가스 플로우, 등을 조절함으로써, 프로세스 스테이션 내 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
히터 제어 프로그램은 웨이퍼를 히팅하기 위해 사용된 히팅 유닛으로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 히터 제어 프로그램은 웨이퍼로의 (헬륨과 같은) 열 전달 가스 (heat transfer gas) 의 전달을 제어할 수도 있다.
플라즈마 제어 프로그램은 하나 이상의 프로세스 스테이션들 내의 프로세스 전극들에 인가된 RF 전력 레벨들을 설정하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (350) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들 등의 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기 (350) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들과 관련될 수도 있다. 비제한적인 예들은 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 증착 및 에칭 모드, 웨이퍼 온도, 압력, (RF 전력 레벨들과 같은) 플라즈마 조건들, 등을 포함한다. 이들 파라미터들은 사용자 인터페이스를 활용하여 입력될 수도 있는, 레시피의 형태로 사용자에게 제공될 수도 있다.
프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 다양한 프로세스 툴 센서들로부터 시스템 제어기 (350) 의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 멀티-스테이션 프로세스 툴 (300) 의 아날로그 출력 연결부 및/또는 디지털 출력 연결부 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비제한적인 예들은 질량 유량 제어기들, (압력계들 (manometers) 과 같은) 압력 센서들, 열전대들 (thermocouple), 등을 포함한다. 적절하게 프로그램된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터를 사용할 수도 있다.
시스템 제어기 (350) 는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스들을 포함하여, 개시된 프로세스들을 구현하기 위한 프로그램 인스트럭션들을 제공할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 DC 전력 레벨, RF 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, 압력, 웨이퍼 온도, 등과 같은 다양한 프로세스 파라미터들을 제어할 수도 있다. 인스트럭션들은 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들에 따른 증착-에칭-증착 시퀀스들을 동작시키기 위한 파라미터들을 제어할 수도 있다.
증착 모드 및 에칭 모드
통상적으로, CCP 반응기에서의 증착은 특정한 하드웨어 구성들에서 발생할 수도 있고, CCP 반응기에서의 에칭은 상이한 하드웨어 구성들에서 발생할 수도 있다. 구체적으로, CCP 반응기에서의 ALD는 특정한 RF 하드웨어 구성들에 따라 최적화될 수도 있고, CCP 반응기에서의 에칭은 상이한 RF 하드웨어 구성들에 따라 최적화될 수도 있다. 도 4a 및 도 4b는 CCP 반응기에서 증착 및 에칭을 수행하기 위한 상이한 RF 하드웨어 구성들을 도시한다. 도 4a에서, 웨이퍼는 증착 동안 접지된 전극 상에 지지되고, 상단 전극은 전력이 공급된다. 도 4b에서, 웨이퍼는 에칭 동안 전력이 공급된 전극 상에 지지되고 상단 전극은 접지된다.
도 4a는 증착 프로세스들을 수행하기 위한 CCP 반응기를 포함하는 예시적인 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 장치 (400a) 는 PECVD 또는 ALD를 수행할 수 있는 CCP 반응기 (424) 를 포함한다. CCP 반응기 (424) 는 상단 전극으로 역할을 하는 샤워헤드 (414) 및 하단 전극으로 역할을 하는 페데스탈 (418) 을 포함한다. 페데스탈 (418) 은 샤워헤드 (414) 아래에 그리고 반대편에 있고, 프로세싱될 웨이퍼 (416) 를 지지할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 웨이퍼 (416) 가 평면형이 아니도록, 웨이퍼 (416) 는 하나 이상의 피처들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼 (416) 는 하나 이상의 갭들 또는 복수의 갭들을 가질 수도 있다. 일부 실시예들에서, 페데스탈 (418) 은 상승되거나 하강될 수도 있다. 프로세스 가스들은 가스 유입부 (412) 를 통해 샤워헤드 (414) 로 도입되고, 샤워헤드 (414) 는 프로세스 가스들을 CCP 반응기 (424) 내로 그리고 웨이퍼 (416) 를 향해 분배한다. RF 전력 공급부 (402) 는 샤워헤드 (414) 와 웨이퍼 (416) 사이의 볼륨에서 플라즈마 (430a) 를 생성하기 위한 샤워헤드 (414) 에 전기적으로 접속될 수도 있다. 도 4a의 하드웨어 구성의 플라즈마 (430a) 는 증착을 위해 최적화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 에너지는 챔버 압력, 가스 농도, 가스 혼합물, RF 소스 전력, RF 소스 주파수, 듀티 사이클, 펄스 주파수, 등 중 하나 이상을 제어함으로써 제어될 수 있다.
도 4a는 RF 전력 공급부 (402) 가 샤워헤드 (414) 에 전기적으로 접속된 HFRF 생성기일 수 있고, 페데스탈 (418) 이 접지되는 증착을 위한 예시적인 RF 하드웨어 구성을 예시한다. 도 4a의 RF 하드웨어 구성은 일반적으로 웨이퍼 (416) 에 걸쳐 불충분한 전압 강하가 생성될 수 있기 때문에 충분한 에칭 레이트들을 제공할 수 없다. 그러나, 도 4a의 RF 하드웨어 구성은 ALD 애플리케이션에서 중요할 수 있는, 고속 주파수 튜닝할 수 있다.
고속 주파수 튜닝은 도 4a의 RF 하드웨어 구성에서 임피던스 매칭으로 하여금 신속하게 발생하게 한다. 임피던스 매칭은 전력 이송을 최적화하고 부하로부터 반사를 최소화기 위해 대응하는 신호 소스의 출력 임피던스 또는 전기 부하의 입력 임피던스를 설계 실무이다. 플라즈마 프로세싱 맥락에서, 임피던스 매칭은 송신선 (예를 들어, RF 케이블들) 내로 플라즈마 방전부로부터 반사된 전력을 최소화하고, 그리고 RF 전력 공급부 (402) 로부터 플라즈마 방전부로 이송된 전력을 최대화하도록 사용된다. 이에 더하여, RF 전력 공급부 (402) 가 매칭되지 않는다면, 반사된 전력이 소스 (RF 전력 공급부 (402)) 와 부하 (플라즈마 (430a)) 간의 송신선 상에 정재파를 구축하고, 이는 추가 전력 소모를 야기하고 주파수 종속 손실을 유발할 수 있다. 일부 구현예들에서, 임피던스 매칭 네트워크 (미도시) 는 RF 전력 공급부 (402) 에 커플링될 수 있다. 임피던스 매칭 네트워크는 RF 전력 공급부 (402) 의 소스 임피던스와 매칭하도록 플라즈마 (430a) 로부터 제시된 부하 임피던스를 변환할 수 있다. 통상적으로, 임피던스 매칭 네트워크는 플라즈마 임피던스와 매칭하도록 RF 전력 공급부 (402) 의 임피던스를 튜닝하기 위한 하나 이상의 커패시터들 또는 인덕터들을 구비할 수 있다. 그러나, 커패시터들 또는 인덕터들을 사용하여 임피던스를 튜닝하는 것은 긴 프로세스일 수 있고, 짧은 플라즈마 온 시간들을 필요로 하는 애플리케이션들에서 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, ALD 윈도우에서 동작하도록, 프로세스들은 약 0.5 초 이하로 일어날 수 있다. 커패시터들 또는 인덕터들을 사용하여 임피던스를 매칭하는 대신, 임피던스 매칭은 RF 전력 공급부 (402) 의 주파수를 단순히 스위칭함으로써 일어날 수 있다. 예시를 위해, RF 전력 공급부 (402) 의 임피던스가 50 Ω에서 플라즈마 임피던스를 매칭해야 하고, 이어서 RF 전력 공급부 (402) 는 13.56 ㎒에서의 동작으로부터 13.8 ㎒로 신속하게 스위칭할 수 있다. 이러한 종류의 고속 주파수 튜닝은 도 4b에 예시된 바와 같은, 다른 RF 하드웨어 구성들에서 가능하지 않을 수도 있다.
도 4b는 에칭 프로세스들을 수행하기 위한 CCP 반응기를 포함하는 예시적인 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 장치 (400b) 는 플라즈마 에칭을 수행할 수 있는 CCP 반응기 (424) 를 포함한다. 도 4a의 장치 (400a) 와 같이, 도 4b의 장치 (400b) 는 샤워헤드 (414), 페데스탈 (418), 웨이퍼 (416), 및 가스 유입부 (412) 를 포함한다. RF 전력 공급부 (404, 406) 는 웨이퍼 (416) 에 걸쳐 전압 강하를 인가하기 위해 페데스탈 (418) 에 전기적으로 접속될 수도 있다. RF 전력 공급부 (404, 406) 는 LFRF 생성기 (404) 및 HFRF 생성기 (406) 양자를 포함할 수도 있다. 플라즈마 (430b) 는 샤워헤드 (414) 와 웨이퍼 (416) 사이의 볼륨에서 생성될 수도 있다. 도 4b의 하드웨어 구성의 플라즈마 (430b) 는 에칭을 위해 최적화될 수도 있다.
도 4b는 LFRF 생성기 (404) 및 HFRF 생성기 (406) 가 페데스탈 (418) 에 전기적으로 접속될 수 있고, 샤워헤드 (414) 가 접지되는, 에칭을 위한 예시적인 RF 하드웨어 구성을 예시한다. 일부 구현예들에서, LFRF 생성기 (404) 는 약 2 ㎐ 내지 약 1000 ㎑, 예컨대 400 ㎑의 저주파수 RF 신호를 제공할 수 있다. 일부 구현예들에서, HFRF 생성기 (406) 는 약 1 ㎒ 내지 약 100 ㎒, 예컨대 13.56 ㎒의 고주파수 RF 신호를 제공할 수 있다. 차단 커패시터 (432) 는 페데스탈 (418) 과 LFRF 생성기 (404) 및 HFRF 생성기 (406) 양자 사이에 위치될 수 있다. 고주파수 신호 및 저주파수 신호 양자를 혼합하면, 차단 커패시터 (432) 가 페데스탈 (418) 에 앞서는 필터로서 역할을 할 수 있다. 도 4b의 RF 구성은 고속 주파수 튜닝할 수 없다. 이는 주파수 튜닝에 필수적인 고속 응답을 방지할 RF 경로의 컴포넌트들의 수에 부분적으로 기인한다. 따라서, ALD 프로세스들은 일반적으로 도 4b에서 페데스탈 (418) 이 바이어싱되는 조건들에서 동작할 수 없다. 그러나, 도 4a의 RF 구성과 달리, 도 4b의 RF 구성은 웨이퍼 (416) 에 걸친 고 전압 강하를 제공할 수 있다.
증착-에칭-증착 통합된 장치
일 프로세스에 대해 최적화되지만 다른 프로세스에 대해서는 최적화되지 않은 RF 하드웨어 구성에서 증착 및 에칭을 수행하는 대신, 그리고 증착-에칭-증착 시퀀스들을 구현하기 위해 일 장치로부터 또 다른 장치로 웨이퍼를 일정하게 이송하는 대신, 본 개시는 증착 및 에칭 양자에 대해 최적화되고, 단일 장치에서 증착-에칭-증착 시퀀스들을 통합하는, 통합된 장치를 제공한다. 통합된 장치는 상이한 하드웨어 컴포넌트들, 예컨대 릴레이 스위치들, DO (digital output) 비트 스위치들, 집적 회로 기판들 (예를 들어, 스플리터 보드들), RF 생성기들, 동축 케이블들, 스위치박스들, RF 필터들, 매칭 유닛들, 등의 조합을 사용하여 증착 모드 및 에칭 모드 양자에 대해 최적화되는 RF 하드웨어 구성을 제공할 수 있다.
도 5는 일부 구현예들에 따른 증착 모드와 에칭 모드 간을 스위칭하도록 구성된 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함하는 예시적인 통합된 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 통합된 장치 (500) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (524) 를 포함하고, 플라즈마 프로세싱 챔버 (524) 는 프로세스 가스들을 전달하기 위한 샤워헤드 (514) 및 웨이퍼를 지지하기 위한 페데스탈 (518) 을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (524) 는 CCP 반응기일 수 있고, 샤워헤드 (514) 는 상단 전극을 포함하고, 페데스탈 (518) 은 하단 전극을 포함한다. 통합된 장치 (500) 는 샤워헤드 (514) 및 페데스탈 (518) 로 RF 전력을 공급하기 위한 복수의 전력 소스들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 통합된 장치 (500) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 를 포함할 수 있다. LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 는 하나 이상의 스위치들 (564, 568) 을 통해 샤워헤드 (514) 또는 페데스탈 (518) 에 동작하게 커플링될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 서로 "동작하게 커플링된" 컴포넌트들은 전기적으로 접속되거나 그렇지 않으면 제어 디바이스 (예를 들어, 스위치, 시스템 제어기, 등) 의 동작들에 따라 서로 커플링된 컴포넌트들을 지칭한다. 통합된 장치 (500) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 중 하나 또는 양자에 동작하게 커플링된 하나 이상의 스위치들 (564, 568) 을 포함할 수 있다. 스위치들 (564, 568) 은 (1) 증착 모드의 스위치들 (564, 568) 이 적어도 HFRF 생성기 (502) 를 샤워헤드 (514) 에 커플링하는, 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드와 (2) 에칭 모드의 스위치들 (564, 568) 이 HFRF 생성기 (504) 및 LFRF 생성기 (502) 를 페데스탈 (518) 에 커플링하고 샤워헤드 (514) 를 접지하는, 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성될 수도 있다. HFRF 생성기 (502) 가 증착 모드의 샤워헤드 (514) 에 커플링될 때, HFRF 생성기 (502) 는 RF 전력을 샤워헤드 (514) 로 전달할 수 있다. HFRF 생성기 (502) 및 LFRF 생성기 (504) 는 에칭 모드의 페데스탈 (518) 에 커플링될 때, HFRF 생성기 (502) 및 LFRF 생성기 (504) 는 RF 전력을 페데스탈 (518) 로 전달할 수 있다.
도 5에서, 스위치들 (564, 568) 은 필터들로 대체될 수 있고, 필터들은 (1) 고주파수 신호들을 샤워헤드 (514) 로 선택적으로 통과시키는, 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드와 (2) 샤워헤드 (514) 를 접지하는 동안 고주파수 신호들 및 저주파수 신호들 중 하나 또는 양자를 페데스탈 (518) 로 선택적으로 통과시키는, 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드 사이에서 스위칭할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 스위치들 (564, 568) 은 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 를 증착 모드의 샤워헤드 (514) 에 커플링하도록 구성된 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (564) 를 포함한다. 제 1 위치에서, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (564) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 를 샤워헤드 (514) 에 전기적으로 접속한다. 즉, 샤워헤드 (514) 는 증착 모드에서 전력이 공급된다. 제 2 위치에서, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (564) 는, 샤워헤드 (514) 가 전기적으로 접지되도록 전기적으로 접지된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 스위치들 (564, 568) 은 HFRF 생성기 (502) 및 LFRF 생성기 (504) 를 에칭 모드의 페데스탈 (518) 에 커플링하도록 구성된 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (568) 를 포함한다. 제 1 위치에서, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (568) 는 HFRF 생성기 (502) 및 LFRF 생성기 (504) 를 페데스탈 (518) 에 전기적으로 접속한다. 즉, 페데스탈 (518) 은 에칭 모드에서 바이어싱된다. 제 2 위치에서, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (568) 는, 페데스탈 (518) 이 전기적으로 접지되도록 전기적으로 접지된다.
일부 구현예들에서, 통합된 장치 (500) 는 LFRF 생성기 (504) 에 커플링된 저주파수 매칭 유닛 (505) (또는 저주파수 임피던스 매칭 네트워크 (505)) 을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통합된 장치 (500) 는 HFRF 생성기 (502) 에 커플링된 고주파수 매칭 유닛 (503) (또는 고주파수 임피던스 매칭 네트워크 (503)) 을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 통합된 장치 (500) 는 고주파수 신호 또는 저주파수 신호를 선택적으로 통과시키기 위한 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있다. 통합된 장치 (500) 는 저주파수 매칭 유닛 (505) 에 커플링된 저역 통과 필터 (554), 및 고주파수 매칭 유닛 (503) 에 커플링된 고역 통과 필터 (552) 를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 저역 통과 필터 (554) 및 고역 통과 필터 (552) 각각은 하나 이상의 커패시터들 및 인덕터들을 포함한다. 저역 통과 필터 (554) 는 고주파수 신호들이 LFRF 생성기 (504) 로 돌아가는 것을 방지할 수 있고, 고역 통과 필터 (552) 는 저주파수 신호들이 HFRF 생성기 (502) 로 돌아가는 것을 방지할 수 있다. 일부 구현예들에서, 저역 통과 필터 (554) 및 고역 통과 필터 (552) 각각은 플라즈마 프로세싱 챔버 (524) 만이 아니라 복수의 플라즈마 프로세싱 챔버들을 위한 RF 필터들로서 역할을 할 수 있다. 일부 구현예들에서, 차단 필터 (532) 는 고주파수 신호들 또는 저주파수 신호들을 선택적으로 차단하기 위해 LFRF 생성기 (504) 와 페데스탈 (518) 및 샤워헤드 (514) 양자 사이에 삽입될 수 있다. 차단 필터 (532) 는 도 4b의 RF 하드웨어 구성의 차단 커패시터 (432) 와 유사하게 기능할 수 있다.
도 5에서, 통합된 장치 (500) 는 증착 모드와 에칭 모드 사이에서 선택적으로 스위칭가능하다. 특정한 실시예들에 따른 증착 모드에서, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (564) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 가 샤워헤드 (514) 에 전기적으로 접속되도록 제 1 위치로 스위칭되고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (568) 는 페데스탈 (518) 이 접지되도록 제 2 위치에 동시에 스위칭된다. 이러한 구성은 ALD에 대해 활용될 수도 있다. 대안적인 구현예들에 따른 증착 모드에서, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (564) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 가 샤워헤드 (514) 에 전기적으로 접속되도록 제 1 위치로 스위칭되고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (568) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 가 페데스탈 (518) 에 전기적으로 접속되도록 제 1 위치로 동시에 스위칭된다. 일부 구현예들에서, 차단 필터 (532) 는 저주파수 신호들이 샤워헤드 (514) 에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 특정한 구현예들에 따른 에칭 모드에서, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (568) 는 LFRF 생성기 (504) 및 HFRF 생성기 (502) 가 페데스탈 (518) 에 전기적으로 접속되도록 제 1 위치로 스위칭되고, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (564) 는 샤워헤드 (514) 가 접지되도록 제 2 위치로 동시에 스위칭된다. 일부 구현예들에서, 차단 필터 (532) 는 저주파수 신호들 또는 고주파수 신호들이 페데스탈 (518) 에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 일부 구현예들에서, 저주파수 신호들 및 고주파수 신호들 양자는 에칭 모드의 페데스탈 (518) 을 바이어싱하도록 사용될 수 있다.
도 5의 RF 하드웨어 구성은 증착-에칭-증착 시퀀스들이 단일 통합된 장치 (500) 에서 수행될 수 있도록 스위치들 (564, 568) 을 사용하여 증착 모드 및 에칭 모드를 최적화할 수도 있다. 부가적으로, 도 5의 RF 하드웨어 구성은 HFRF 생성기 (502) 및 LFRF 생성기 (504) 양자를 수용하도록 복수의 집적 회로 기판들 (예를 들어, 스플리터 보드들) 을 활용할 수도 있다. 스플리터 보드는 신호로 하여금 일 플라즈마 프로세싱 챔버, 예컨대 플라즈마 프로세싱 챔버 (524) 뿐만 아니라, 복수의 플라즈마 프로세싱 챔버들로 분배되게 한다. 스플리터 보드 각각은 복수의 채널들을 갖는 복수의 스테이션들을 포함할 수 있다. 일 스플리터 보드는 LFRF 생성기 (504), 저주파수 매칭 유닛 (505), 및 저역 통과 필터 (554) 를 포함할 수 있고, 또 다른 스플리터 보드는 HFRF 생성기 (502), 고주파수 매칭 유닛 (503), 및 고역 통과 필터 (552) 를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 스위치들 (564, 568) 은 적어도 400만, 적어도 2000만, 또는 적어도 2500만 사이클들의 릴레이 스위치들일 수도 있다.
도 6은 일부 구현예들에 따라 증착 모드와 에칭 모드 사이를 스위칭하기 위한 예시적인 스킴의 블록도를 도시한다. 도 5에 도시된 RF 하드웨어 구성과 같이, 통합된 장치 (600) 는 샤워헤드 (614), 페데스탈 (618), HFRF 생성기 (602), LFRF 생성기 (604), 및 복수의 집적 회로 기판들 (623, 633) (예를 들어, 스플리터 보드들) 을 포함할 수 있다. HFRF 생성기 (602) 및 LFRF 생성기 (604) 는 샤워헤드 (614) 및 페데스탈 (618) 에 동작하게 커플링될 수도 있다. 통합된 장치 (600) 는 HFRF 생성기 (602) 에 동작하게 커플링된 스위치 (625) 를 포함한다. 스위치 (625) 는 (1) 스위치 (625) 가 HFRF 생성기 (602) 를 샤워헤드 (614) 에 커플링하는, 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드와 (2) 스위치 (625) 가 적어도 LFRF 생성기 (604) 및 HFRF 생성기 (602) 를 페데스탈 (618) 에 커플링하고 샤워헤드 (614) 를 접지하는 에칭 프로세스를 수행하기 위한 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성될 수도 있다.
도 6에서, 통합된 장치 (600) 는 제 1 집적 회로 기판 (623) 및 증착 모드와 연관된 제 1 고주파수 매칭 유닛 (603) 을 포함할 수 있다. 증착 모드에서, HFRF 생성기 (602) 는, HFRF 생성기 (602), 제 1 고주파수 매칭 유닛 (603), 및 제 1 집적 회로 기판 (623) 이 샤워헤드 (614) 와 전기적으로 접속하도록 스위치 (625) 를 통해 샤워헤드 (614) 에 전기적으로 접속된다. HFRF 생성기 (602) 및 제 1 고주파수 매칭 유닛 (603) 은 증착 모드의 샤워헤드 (614) 로 전력을 전달할 수 있다. 일부 구현예들에서, 페데스탈 (618) 은 증착 모드에서 접지된다.
도 6에서, 통합된 장치 (600) 는 제 2 집적 회로 기판 (633) 및 저주파수 매칭 유닛 (605) 뿐만 아니라 에칭 모드와 연관된 제 2 고주파수 매칭 유닛 (613) 을 포함할 수 있다. 에칭 모드에서, LFRF 생성기 (604) 는 페데스탈 (618) 에 전기적으로 접속되고, HFRF 생성기 (602) 는 스위치 (625) 를 통해 페데스탈 (618) 에 전기적으로 접속된다. 즉, HFRF 생성기 (602), 제 2 고주파수 매칭 유닛 (613), LFRF 생성기 (604), 저주파수 매칭 유닛 (605), 및 제 2 집적 회로 기판 (633) 은 페데스탈 (618) 과 전기적으로 접속한다. HFRF 생성기 (602) 및 제 2 고주파수 매칭 유닛 (613) 뿐만 아니라 LFRF 생성기 (604) 및 저주파수 매칭 유닛 (605) 은 에칭 모드의 페데스탈 (618) 로 전력을 전달한다. 일부 구현예들에서, 샤워헤드 (614) 는 에칭 모드에서 접지된다.
일부 구현예들에서, 스위치 (625) 는 HFRF 생성기 (602) 로부터 증착 모드의 샤워헤드 (614) 로 전력을 전달하는 것과 HFRF 생성기 (602) 로부터 에칭 모드의 페데스탈 (618) 로 전력을 전달하는 것 사이를 스위칭하도록 구성된 HFRF 스위칭박스이다. 증착 모드에서, HFRF 생성기 (602) 만이 제 1 집적 회로 기판 (623) 을 통해 샤워헤드 (614) 에 커플링된다. 에칭 모드에서, HFRF 생성기 (602) 및 LFRF 생성기 (604) 양자는 제 2 집적 회로 기판 (633) 을 통해 페데스탈 (618) 에 커플링된다. 일부 구현예들에서, 제 1 집적 회로 기판 (623) 및 제 2 집적 회로 기판 (633) 은 동기화된 릴레이 제어부 (635) 를 통해 통신하게 커플링되고, 동기화된 릴레이 제어부 (635) 는 스위치 (625) 에 통신하게 커플링된다. 동기화된 릴레이 제어부 (635) 는 증착 모드와 에칭 모드 사이의 스위칭을 동기화하도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 집적 회로 기판 (623) 이 HFRF 생성기 (602) 로부터 증착 모드의 샤워헤드 (614) 로 전력을 전달한다면, 이어서 동기화된 릴레이 제어부 (635) 는 페데스탈 (618) 로 전력을 전달하지 않도록 제 2 집적 회로 기판 (633) 에 동시에 통신할 수 있다. 또는, 제 2 집적 회로 기판 (633) 은 HFRF 생성기 (602) 및 LFRF 생성기 (604) 로부터 에칭 모드의 페데스탈 (618) 로 전력을 전달하고, 이어서 동기화된 릴레이 제어부 (635) 는 샤워헤드 (614) 로 전력을 전달하지 않도록 제 1 집적 회로 기판 (623) 에 동시에 통신할 수 있다.
도 5 및 도 6의 RF 하드웨어 구성들이 샤워헤드 및/또는 페데스탈에 전력을 공급하기 위한 HFRF 생성기, LFRF 생성기, 및 별도의 집적 회로 기판들을 활용하지만, 일부 RF 하드웨어 구성들은 단일 전력 공급원으로서 HFRF 생성기 및 LFRF 생성기를 함께 혼합할 수도 있고, 샤워헤드 및/또는 페데스탈에 전력을 공급하기 위한 단일 집적 회로 기판을 활용할 수도 있다. 일부 구현예들에서, HFRF 생성기 및 LFRF 생성기는 단일 집적 회로 기판의 일부일 수도 있다. 단일 집적 회로 기판은 일 모드의 샤워헤드로 고주파수 신호들 및/또는 저주파수 신호들을 전달할 수 있고, 또 다른 모드의 페데스탈로 고주파수 신호들 및/또는 저주파수 신호들을 전달할 수 있다. 단일 집적 회로 기판은 복수의 채널들을 갖는 복수의 스테이션들을 포함할 수 있다.
도 7은 일부 구현예들에 따라 증착 모드와 에칭 모드 간을 스위칭하기 위한 대안적인 예시적인 스킴의 블록도를 도시한다. 통합된 장치 (700) 는 집적 회로 기판 (710), 샤워헤드 (714), 및 페데스탈 (718) 을 포함할 수 있다. 샤워헤드 (714) 및 페데스탈 (718) 은 웨이퍼 상에서 증착-에칭-증착 시퀀스들을 수행하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버 (미도시) 일 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 CCP 반응기일 수 있고, 샤워헤드 (714) 는 상단 전극을 포함하고 페데스탈 (718) 은 하단 전극을 포함한다. 집적 회로 기판 (710) 은 하나 이상의 HF/LF RF 생성기들 (704, 708) 및 하나 이상의 스위치들 (764, 768) 을 포함할 수 있고, 하나 이상의 스위치들 (764, 768) 은 (1) 증착 모드의 하나 이상의 스위치들 (764, 768) 이 HF/LF 생성기 (704) 를 샤워헤드 (714) 에 커플링하는, 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드와 (2) 에칭 모드의 하나 이상의 스위치들 (764, 768) 이 HF/LF 생성기 (708) 를 페데스탈 (718) 에 커플링하는, 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드 사이를 스위칭하도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 도 7에 도시된 HF/LF RF 생성기(들) (704, 708) 는 단일 HF/LF RF 생성기일 수 있다. 단일 HF/LF RF 생성기는 고주파수 신호들 및 저주파수 신호들 양자를 전달할 수 있다. 동일한 HF/LF RF 생성기는 샤워헤드 (714) 또는 페데스탈 (718) 에 전력을 전달하도록 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 집적 회로 기판 (710) 은 복수의 스테이션들에 전력을 공급하기 위해 복수의 채널들을 갖출 수 있다 (outfitted). 스테이션들 중 하나에 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (764) 가 있을 수 있고, 다른 스테이션들 중 하나에 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 가 있을 수 있다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (764) 는 증착 모드의 샤워헤드 (714) 에 제 1 HF/LF RF 생성기 (704) 를 커플링하도록 구성된다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (764) 가 제 1 위치에 있을 때, 통합된 장치 (700) 는 증착 모드에 있고 제 1 HF/LF RF 생성기 (704) 는 샤워헤드 (714) 를 전력을 공급하도록 샤워헤드 (714) 에 전기적으로 접속된다. HF/LF RF 생성기 (704) 로부터의 신호는 제 1 인덕터 (774) 를 통해 샤워헤드 (714) 로 통과된다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (764) 가 제 2 위치에 있을 때, 샤워헤드 (714) 는 접지된다. 일부 구현예들에서, 샤워헤드 (714) 가 리턴 경로의 인덕턴스를 보상하도록 접지될 때 제 1 커패시터 (734) 가 제공된다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 는 에칭 모드의 페데스탈 (718) 에 제 2 HF/LF RF 생성기 (708) 를 커플링하도록 구성된다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 가 제 1 위치에 있을 때, 통합된 장치 (700) 는 에칭 모드에 있고 제 2 HF/LF RF 생성기 (708) 는 페데스탈 (718) 을 바이어싱하도록 페데스탈 (718) 에 전기적으로 접속된다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 로부터의 신호는 페데스탈 (718) 로 제 2 인덕터 (778) 를 통과한다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 가 제 2 위치에 있을 때, 페데스탈 (718) 은 접지된다. 일부 구현예들에서, 제 2 커패시터 (738) 는 페데스탈 (718) 이 리턴 경로의 인덕턴스를 보상하도록 접지될 때 제공된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 집적 회로 기판 (710) 은 모드들 간의 스위칭을 동기화하도록 구성된 스위치 (735), 예컨대 DO (digital output) 비트 스위치를 포함한다. 스위치 (735) 는 제 1 릴레이 (744) 및 제 2 릴레이 (748) 에 커플링될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제 1 릴레이 (744) 및 제 2 릴레이 (748) 각각은 고전압 진공 릴레이일 수 있다. 스위치 (735) 가 증착 모드에 있을 때, 제 1 릴레이 (744) 는 개방 위치에 있을 수 있고, 제 2 릴레이 (748) 는 폐쇄된 위치에 있을 수 있다. 스위치가 에칭 모드에 있을 때, 제 1 릴레이 (744) 는 폐쇄된 위치에 있을 수 있고 제 2 릴레이 (748) 는 개방 위치에 있을 수 있다. 제 1 릴레이 (744) 가 개방되고 제 2 릴레이 (748) 가 폐쇄될 때, 샤워헤드 (714) 에 전력이 공급되고 페데스탈 (718) 이 접지되도록, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (764) 는 제 1 위치에 있고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 는 제 2 위치에 있다. 제 1 릴레이 (744) 가 폐쇄되고 제 2 릴레이 (748) 가 개방될 때, 페데스탈 (718) 에 전력이 공급되고 샤워헤드 (714) 가 접지되도록, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (764) 는 제 2 위치에 있고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (768) 는 제 1 위치에 있다. 도 7의 이러한 구성은 HF/LF RF 생성기(들) (704, 708) 로 하여금 증착 모드의 샤워헤드 (714) 에 전력을 공급하고 페데스탈 (718) 을 접지하게 하고, HF/LF RF 생성기(들) (704, 708) 로 하여금 에칭 모드의 페데스탈 (718) 에 전력을 공급하고 샤워헤드 (714) 를 접지하게 한다.
도 7의 샤워헤드 (714) 는 샤워헤드 (714) 와 제 1 인덕터 (774) 사이에 위치된 동축 케이블 (미도시) 을 통해 접지될 수도 있다. 도 7의 페데스탈 (718) 은 또한 페데스탈 (718) 과 제 2 인덕터 (778) 사이에 위치된 동축 케이블을 통해 접지될 수도 있다. 그러나, 인덕터 및 동축 케이블을 통해 접지하는 것은 전기적 접지로의 보다 긴 리턴 경로를 생성한다. 이는 보다 큰 전압으로 하여금 샤워헤드 (714) 또는 페데스탈 (718) 상에 구축되게 하고, 이는 전극들 간 전압을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이는 에칭 모드로 하여금, 예를 들어, 전극들 간의 전압이 변화되지만 페데스탈 (718) 이 바이어싱된다면, 보다 덜 효과적이 되게 할 수 있다.
인덕터 및 동축 케이블을 통해 접지하는 대신, 일부 RF 하드웨어 구성들은 플라즈마 프로세싱 챔버에 대해 국부적인 샤워헤드 및 페데스탈을 접지할 수도 있다. 도 8은 일부 구현예들에 따른 증착 모드와 에칭 모드 간을 스위칭하도록 구성된 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함하는 예시적인 통합된 장치의 개략적인 예시를 도시한다. 통합된 장치 (800) 는 집적 회로 기판 (810) 및 플라즈마 프로세싱 챔버 (824) 를 포함하고, 플라즈마 프로세싱 챔버 (824) 는 샤워헤드 (814) 및 페데스탈 (818) 을 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (824) 는 CCP 반응기일 수도 있고, 샤워헤드 (814) 는 상단 전극을 포함하고, 페데스탈 (818) 은 하단 전극을 포함한다. CCP 반응기는 웨이퍼 상에서 증착-에칭-증착 시퀀스들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 집적 회로 기판 (810) 은 하나 이상의 HF/LF RF 생성기들 (804, 808) 및 하나 이상의 스위치들 (864, 868) 을 포함할 수 있다. 통합된 장치 (800) 는 부가적인 스위치들 (884, 888) 을 더 포함할 수 있다. 스위치들 (864, 868, 884, 888) 은 (1) 증착 모드의 스위치들 (864, 868, 884, 888) 이 HF/LF RF 생성기 (804) 를 샤워헤드 (814) 에 커플링하고, 페데스탈 (818) 을 접지하는, 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드와 (2) 에칭 모드의 스위치들 (864, 868, 884, 888) 이 HF/LF RF 생성기 (808) 를 페데스탈 (818) 에 커플링하고, 샤워헤드 (814) 를 접지하는, 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드 사이를 스위칭하도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 도 8에 도시된 HF/LF RF 생성기(들) (804, 808) 는 단일 HF/LF RF 생성기일 수 있다. 단일 HF/LF RF 생성기는 고주파수 신호들 및 저주파수 신호들 양자를 전달할 수 있다. 동일한 HF/LF RF 생성기가 샤워헤드 (814) 또는 페데스탈 (818) 에 전력을 공급하도록 사용될 수 있다.
일부 구현예들에서, 집적 회로 기판 (810) 은 복수의 스테이션들에 전력을 공급하기 위한 복수의 채널들을 갖출 수 있다. 스테이션들 중 하나에 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 가 있을 수 있고, 다른 스테이션들 중 하나에 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 가 있을 수 있다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 는 제 1 HF/LF RF 생성기 (804) 를 증착 모드의 샤워헤드 (814) 에 커플링하도록 구성된다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 가 제 1 위치에 있을 때, 통합된 장치 (800) 는 증착 모드이고, 제 1 HF/LF RF 생성기 (804) 는 샤워헤드 (814) 에 전력을 공급하도록 샤워헤드 (814) 에 전기적으로 접속된다. HF/LF RF 생성기 (804) 로부터의 신호는 샤워헤드 (814) 로 제 1 인덕터 (874) 를 통과한다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 가 제 2 위치에 있을 때, 샤워헤드 (814) 는 접지된다. 그러나, 제 1 인덕터 (874) 및 제 1 동축 케이블 (854) 을 통해 접지하는 대신, 샤워헤드 (814) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (824) 에 대해 국부적으로 접지된다. 샤워헤드 접지 릴레이 스위치 (884) 는 샤워헤드 (814) 에 국부적으로 제공되고, 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 과 연관된 제 1 스테이션에 커플링된다. 이는 리턴 경로의 인덕턴스를 감소시키고 보상 커패시터들에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 는 제 2 HF/LF RF 생성기 (808) 를 에칭 모드의 페데스탈 (818) 에 커플링하도록 구성된다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 가 제 1 위치에 있을 때, 통합된 장치 (800) 는 에칭 모드에 있고 제 2 HF/LF RF 생성기 (808) 는 페데스탈 (818) 에 바이어싱하도록 페데스탈 (818) 에 전기적으로 접속된다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 로부터의 신호는 페데스탈 (818) 로 제 2 인덕터 (878) 를 통과한다. 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 이 제 2 위치에 있을 때, 페데스탈 (818) 은 접지된다. 그러나, 제 2 인덕터 (878) 및 제 2 동축 케이블 (858) 을 통해 접지하는 대신, 페데스탈 (818) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (824) 에 대해 국부적으로 접지된다. 페데스탈 접지 릴레이 스위치 (888) 는 페데스탈 (818) 에 국부적으로 위치되고, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 와 연관된 제 2 스테이션에 커플링된다. 이는 리턴 경로의 인덕턴스를 감소시키고 보상 커패시터들에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 일부 구현예들에서, 전극들을 국부적으로 접지하는 것은 에칭 모드에서 에칭 프로세스를 개선할 수 있다. 그러나, 도 8의 에칭 스테이션은 하나 대신 2 개의 스위치들, 예컨대 제 1 스테이션에서 릴레이 스위치들 (864, 884) 그리고 제 2 스테이션에서 릴레이 스위치들 (868, 888) 을 갖춘다.
집적 회로 기판 (810) (예를 들어, 스플리터 보드) 은 복수의 스테이션들을 포함할 수 있고, 스테이션 각각은 전력 온/오프를 스위칭할 수 있다. 집적 회로 기판 (810) 은 스테이션들 중 하나에서 DO 비트 스위치 (미도시) 를 포함할 수 있고, DO 비트 스위치는 모드들 간의 스위칭을 동기화하도록 구성된다. 따라서, 모든 4 개의 릴레이 스위치들 (864, 868, 884, 888) 이 동기화될 수 있다. 예를 들어, DO 비트 스위치가 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 와 연관된 제 1 스테이션에 제공된다면, 그리고 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 가 제 1 위치로 스위칭된다면 (예를 들어, 턴온), 그러면 샤워헤드 (814) 는 전력 공급되고 페데스탈 (818) 은 접지된다. 구체적으로, 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 가 제 2 위치로 스위칭되고 (예를 들어, 턴오프), 페데스탈 접지 릴레이 스위치 (888) 는 페데스탈 (818) 을 국부적으로 접지한다. 제 1 스테이션 릴레이 스위치 (864) 가 제 2 위치로 스위칭되면 (예를 들어, 턴오프), 그러면 페데스탈 (818) 은 전력 공급되고 샤워헤드 (814) 는 접지된다. 구체적으로 제 2 스테이션 릴레이 스위치 (868) 는 제 1 위치로 스위칭되고 (예를 들어, 턴온), 샤워헤드 접지 릴레이 스위치 (884) 는 샤워헤드 (814) 를 국부적으로 접지한다. 도 8의 이러한 구성은 HF/LF RF 생성기(들) (804, 808) 로 하여금 샤워헤드 (814) 에 전력 공급하게 하고, 증착 모드의 페데스탈 (818) 을 접지하게 하거나, HF/LF RF 생성기(들) (804, 808) 로 하여금 페데스탈 (818) 에 전력 공급하게 하고, 에칭 모드의 샤워헤드 (814) 를 접지하게 한다.
도 5 내지 도 8에 기술된 통합된 장치들의 전술한 RF 하드웨어 구성들은 종래의 툴들보다 증착-에칭-증착 시퀀스들을 수행하기 위해 보다 단순하고 보다 유연한 툴 솔루션을 제공할 수 있다. 도 9a는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스들을 수행하는 예시적인 종래 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 개략적인 예시를 도시한다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900a) 은 카세트로부터 포드 (908) 를 통해 로드 록 내로 그리고 궁극적으로 4 개의 프로세스 챔버들 (911, 912, 913, 914) 중 일 챔버 내로 로딩된 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된 로봇 (906) 을 포함하지만, 보다 많거나 보다 적은 프로세스 챔버들이 있을 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900a) 은 도 3의 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (300) 과 같이 유사한 피처들을 포함할 수 있다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900a) 에서, 3 개의 프로세스 챔버들 (911, 912, 913) 은 증착 프로세스들, 예컨대 ALD를 수행하도록 구성될 수도 있고, 프로세스 챔버들 중 일 챔버 (914) 는 에칭 프로세스를 수행하도록 구성될 수도 있다.
도 9b는 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스들을 수행하는 개시된 통합된 장치를 포함하는 예시적인 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 개략적인 예시를 도시한다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900b) 은 카세트로부터 포드 (908) 를 통해 로드 록 내로 그리고 궁극적으로 3 개의 프로세스 챔버들 (921a, 921b, 921c) 중 일 챔버 내로 로딩된 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된 로봇 (906) 을 포함하지만, 보다 많거나 보다 적은 프로세스 챔버들이 있을 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900b) 은 도 3의 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (300) 과 같이 유사한 피처들을 포함할 수 있다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900b) 에서, 프로세스 챔버들 (921a, 921b, 921c) 각각은 증착 프로세스 및 에칭 프로세스 양자를 수행하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버들 (921a, 921b, 921c) 각각은 도 5 내지 도 8에 도시된 특정한 RF 하드웨어 구성을 갖는 통합된 장치를 포함할 수도 있다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900b) 은 증착 프로세스들을 위해 고속 주파수 튜닝, 에칭 프로세스들을 위해 고 에칭 레이트들, 에칭 프로세스들을 위해 테이퍼된 에칭 프로파일들, 및 동일한 챔버 내에서 갭 충진을 위해 복수의 증착-에칭-증착 시퀀스들을 수행함으로써 개선된 가요성을 제공할 수도 있다.
멀티-스테이션 프로세싱 툴 (900b) 은 시스템 제어기 (미도시), 예컨대 도 3의 시스템 제어기 (350) 를 포함할 수도 있다. 시스템 제어기는 증착 모드와 에칭 모드 간의 스위칭 동작들을 포함한 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 제공하도록 구성될 수도 있다. 시스템 제어기는 통합된 장치의 일부일 수도 있는, 시스템의 일부일 수도 있다. 시스템 제어기는 도 5 내지 도 8에 상기 기술된 임의의 RF 하드웨어 구성들을 사용하여, 증착 모드 및 에칭 모드에서 동작하기 위한 프로그램 인스트럭션들을 제공할 수도 있다. 시스템 제어기는 RF 전력 레벨들, RF 주파수들, 듀티 사이클, 웨이퍼 온도, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 웨이퍼 및/또는 페데스탈 위치, 타이밍, 가스들의 혼합물, 가스 플로우 레이트들, 퍼지 조건들 및 타이밍, 증착 모드 및 에칭 모드 스위칭, 등을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다.
일반적으로 말하면, 시스템 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 시스템 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
시스템 제어기는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 시스템 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 시스템 제어기는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 시스템 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 시스템 제어기는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 시스템 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다. 시스템 제어기는 이하에 기술된 하나 이상의 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성될 수도 있다.
프로세스 조건들
도 10은 웨이퍼 상에서 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스를 수행하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 예시하는 흐름도를 도시한다. 프로세스 (1000) 의 동작들은 상이한 순서들, 그리고/또는 상이한, 보다 적거나, 부가적인 동작들과 함께 수행될 수도 있다. 상기 기술된 바와 같은 시스템 제어기는 하나 이상의 이하의 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성될 수도 있다.
증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 위한 도 5 내지 도 9b에 제공된 통합된 툴 솔루션을 사용하여, 증착-에칭-증착 갭 충진 프로세스들은 동일한 플라즈마 프로세싱 챔버 전체에서 수행될 수 있다. 게다가, 에칭 프로세스들을 수행하기 위한 프로세스 조건들은 증착 프로세스들을 수행하기 위한 프로세스 조건들과 호환가능할 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세스 조건들, 예컨대 웨이퍼 온도, 챔버 압력, 주파수, 및 RF 전력은 증착 프로세스들과 호환가능하게 조정될 수도 있지만, 여전히 증착-에칭-증착 시퀀스에서 효과적인 이방성 에칭을 제공할 수도 있다.
프로세스 (1000) 는, 웨이퍼가 플라즈마 프로세싱 챔버에 제공되는 블록 1005에서 시작될 수 있고, 웨이퍼는 각각 약 5:1보다 큰 깊이 대 폭 종횡비를 갖는 하나 이상의 갭들을 갖는다. 웨이퍼는 집적 회로들의 생산시 사용될 때 반도체 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼가 비평면형이도록 웨이퍼는 하나 이상의 피처들을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 피처들은 하나 이상의 갭들, 트렌치들, 또는 리세스들을 포함할 수 있다. 갭 충진 프로세스는 하나 이상의 갭들을 갖는 웨이퍼 상에서 수행될 수 있다. 웨이퍼의 갭 폭은 다양한 실시예들에 따라 가변할 수 있고, 약 5 Å 내지 약 50 ㎛, 또는 약 100 Å 내지 약 1 ㎛의 범위일 수도 있다. 깊이 대 폭 종횡비들의 예들은 약 2:1 초과, 또는 약 5:1 초과, 또는 약 10:1 초과, 또는 약 30:1 초과, 또는 약 50:1 초과, 또는 약 100:1 초과일 수 있다. 더욱이, 플라즈마 프로세싱 챔버는 프로세스 가스들을 전달하기 위한 샤워헤드 및 웨이퍼를 지지하기 위한 페데스탈을 포함하는 CCP 반응기일 수 있고, 샤워헤드는 상단 전극을 포함하고 페데스탈은 하단 전극을 포함한다.
프로세스 (1000) 의 블록 1010에서, 제 1 유전체 층은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 ALD를 통해 하나 이상의 갭들 내에 증착될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제 1 유전체 층은 유전체 옥사이드, 예컨대 실리콘 다이옥사이드 (SiO2) 일 수 있다. ALD를 사용하여, 제 1 유전체 층의 컨포멀한 막은 비평면형 웨이퍼 상에 증착될 수 있다. ALD를 통한 제 1 유전체 층의 증착 동안, 플라즈마 프로세싱 챔버는 적어도 샤워헤드가 RF 생성기에 의해 전력 공급되는 증착 모드에 있을 수 있다. 일부 구현예들에서, 페데스탈은 제 1 유전체 층의 증착 동안 접지될 수 있다. 일부 구현예들에서, RF 생성기는 고속 주파수 튜닝할 수도 있다.
프로세스 (1000) 의 블록 1015에서, 제 1 유전체 층은 플라즈마 프로세싱 챔버에서 기울기 제어를 사용하여 이방성으로 에칭된다. 이방성 에칭은 제 1 유전체 층의 막이 증착될 때 테이퍼된 포지티브 기울기를 생성한다. 이방성 에칭은 갭의 내부 및 하단부 근방보다 갭의 상단부 근방에서 보다 많은 유전체 재료를 선택적으로 제거할 수 있다. 이 기술의 목적을 위해, "갭의 상단부 근방" 또는 "개구부 근방"은 필드 영역으로부터 측정된 갭 깊이의 약 0 내지 10 ％에 대응하는 (즉, 갭의 측벽을 따라) 갭 내 영역 또는 근사한 위치로 규정된다. 특정한 실시예들에서, 개구부 근방 또는 갭의 상단부 근방 영역은 개구부 또는 갭의 상단부에서의 영역에 대응한다. 게다가, "갭의 내부 및 하단부 근방" 또는 "갭 내부"는 갭의 상단부 상의 필드 영역으로부터 갭 깊이의 약 20 내지 60 ％에 대응하는 갭 내 영역 또는 근사한 위치로서 규정된다. 통상적으로, 특정한 파라미터들 (예를 들어, 두께) 에 대한 값들이 "개구부 근방" 또는 "갭 내부"로 특정될 때, 이들 값들은 이들 위치들/영역들 내에서 취해진 측정치 또는 복수의 측정치들의 평균을 나타낸다. 이방성 에칭은 갭의 내부 및 하단부 근방보다 갭의 상단부 근방에 기울어진 프로파일을 생성하도록 기울기 제어를 사용하여 수행된다. 일부 구현예들에서, 이방성 에칭을 위한 에천트는 불소계 에천트, 예컨대 질소 트리플루오라이드 (NF3) 를 포함할 수 있다.
블록 1015에서 수행된 이방성 에칭 단계는 블록 1010에서 수행된 증착 단계와 동일한 플라즈마 프로세싱 챔버에서 발생할 수 있다. 일부 실시예들에서, 블록 1015에서 플라즈마 프로세싱 챔버는 에칭 모드에 있을 수 있고, 페데스탈은 RF 생성기에 의해 전력 공급되고, 샤워헤드는 접지된다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스위치들은 증착 모드의 샤워헤드에 전력 공급하는 것으로부터 에칭 모드의 페데스탈에 전력 공급하는 것으로 RF 생성기를 스위칭하기 위해 활용될 수도 있다. 예를 들어, 프로세스 (1000) 는 제 1 유전체 층을 이방성으로 에칭하기 전에 저주파수 전력 및 고주파수 전력을 플라즈마 프로세싱 챔버의 페데스탈에 인가하고 플라즈마 프로세싱 챔버의 샤워헤드를 접지하도록 스위칭하는 것을 더 포함할 수 있다.
블록 1010에서의 증착 모드를 위한 프로세스 조건들은 블록 1015에서의 에칭 모드를 위한 프로세스 조건들과 호환가능할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 에칭 프로세스 및 증착 프로세스 양자 동안 웨이퍼 온도는 50 ℃ 내지 650 ℃, 또는 100 ℃보다 높고, 또는 200 ℃보다 높고, 또는 300 ℃보다 높고, 또는 심지어 400 ℃보다 높을 수도 있다. 이러한 웨이퍼 온도 범위들은 블록 1010, 1015, 및 1020에서 적용될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 에칭 프로세스 및 증착 프로세스 양자에 대한 챔버 압력은 0.1 Torr 내지 10 Torr, 또는 0.3 Torr 내지 1 Torr일 수 있다. 이러한 챔버 압력들은 블록 1010, 1015, 및 1020에서 적용될 수도 있다. 일부 구현예들에서, LFRF 생성기는 약 400 ㎑의 RF 주파수를 제공할 수 있고, HFRF 생성기는 약 13.56 ㎒의 RF 주파수를 제공할 수 있다. 이러한 주파수들은 블록 1010, 1015, 및 1020에서 적용될 수도 있다. 생성된 저주파수 전력은 약 1500 W 내지 약 6000 W일 수 있고, 생성된 고주파수 전력은 약 0 W 내지 약 5000 W일 수 있다. 이러한 RF 전력들은 블록 1010, 1015, 및 1020에서 적용될 수도 있다. 통상적인 에칭 프로세스들은 이러한 고 웨이퍼 온도들에서 동작하지 않고, 이렇게 큰 저주파수 전력들을 생성하기 위해 이러한 저주파수들에서 동작하지 않는다. 일부 구현예들에서, NF3의 농도는 에칭을 위해 약 1.0 내지 2.5 ％일 수도 있다. 통상적인 에칭 프로세스들은 또한 에칭을 위해 이렇게 소량의 NF3를 사용하지 않을 수도 있다. 표 1은 플로우 레이트, 압력, 고주파수 전력, 저주파수 전력, 및 NF3 농도의 면에서 웨이퍼 온도 범위들, 가스 혼합물들, 가스 농도들의 예시적인 세트를 제공한다.
13.56 ㎒ 400 ㎑
웨이퍼 온도 (℃) NF3 (sccm) He (sccm)
 Ar (sccm) O2 (sccm) 압력 (Torr) HF 전력 (W) LF 전력 (W) NF3 (％)
80 내지 400 250 2500 5000 2500 0.6 2000 3000 2.44
250 5000 5000 0 0.6 2000 3000 2.44
250 2500 5000 2500 0.6 0 3000 2.44
250 0 5000 5000 0.6 0 3000 2.44
125 0 2500 2500 0.3 0 3000 2.44
125 0 2500 2500 0.3 2000 3000 2.44
250 2500 5000 2500 0.6 2000 3000 2.44
50 2500 2500 0 0.3 1000 3000 0.99
125 2500 2500 0 0.3 1000 3000 2.44
50 2500 2500 0 1.0 1000 3000 0.99
125 2500 2500 0 1.0 1000 3000 2.44
50 2500 2500 0 0.3 700 1600 0.99
웨이퍼 온도 (℃) NF3 (sccm) He (sccm)
 Ar (sccm) N2 (sccm) 압력 (Torr) HF 전력 (W) LF 전력 (W) NF3(％)
80 내지 400 250 2500 5000 2500 0.6 2000 3000 2.44
250 2500 5000 2500 0.6 0 3000 2.44
250 0 5000 5000 0.6 0 3000 2.44
125 0 2500 2500 0.3 0 3000 2.44
125 0 2500 2500 0.3 2000 3000 2.44
250 2500 5000 2500 0.6 2000 3000 2.44
프로세스 (1000) 의 블록 1020에서, 제 2 유전체 층은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 ALD를 통해 제 1 유전체 층 위의 하나 이상의 갭들 내에 증착될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제 2 유전체 층은 SiO2와 같은 유전체 옥사이드일 수 있다. ALD를 사용하여, 제 2 유전체 층의 컨포멀한 막은 비평면형 웨이퍼 상에 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 유전체 층은 하나 이상의 갭들을 충진하고 폐쇄할 수 있다. 제 2 유전체 층의 증착 동안, 플라즈마 프로세싱 챔버는 적어도 샤워헤드가 RF 생성기에 의해 전력 공급되는 증착 모드에 있을 수 있다. 일부 구현예들에서, 페데스탈은 제 2 유전체 층의 증착 동안 접지될 수 있다. 제 2 유전체 층은 기울기 제어를 사용하는 이방성 에칭과 동일한 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 증착될 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세스 (1000) 는 제 2 유전체 층을 증착하기 전에 플라즈마 프로세싱 챔버 내 샤워헤드에 고주파수 전력을 인가하고 플라즈마 프로세싱 챔버 내 페데스탈을 접지하도록 스위칭하는 것을 더 포함할 수 있다.
리소그래피 패터닝
본 명세서에서 상기에 기술된 장치들/프로세스들은 예를 들어 반도체 디바이스들, 디스플레이, LED, 광전 패널 등의 제조 또는 제작을 위한 리소그래피 패터닝 툴 또는 프로세스와 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 이러한 툴들/프로세스들은 반드시 그러한 것은 아니지만 공통 제조 시설 내에서 함께 수행되거나 사용될 수 있다. 막의 리소그래피 패터닝은 통상적으로 각각 다수의 가능한 툴을 사용하여서 실현되는 다음의 단계들 중 몇몇 또는 모두를 포함하며, 이 단계들은 (1) 스핀 온 또는 스프레이 온 툴을 사용하여 워크피스, 즉, 기판과 같은 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계, (2) 고온 플레이트 또는 퍼니스 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계, (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 포토레지스트를 가시광선 또는 UV 또는 x 선 광에 노출시키는 단계, (4) 습식 벤치 (wet bench) 와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 이를 패터닝하도록 포토레지스트를 현상하는 단계, (5) 건식 또는 플라즈마-보조 에칭 툴을 사용하여 아래에 놓인 막 또는 워크피스에 레지스트 패턴을 전사하는 단계, 및 (6) RF 또는 마이크로웨이브 플라즈마 레지스트 스트립퍼 (stripper) 와 같은 툴을 사용하여 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예들
본 발명의 예시적인 실시예들 및 애플리케이션들이 본 명세서에 도시되고 기술되지만, 여전히 본 발명의 개념, 범위, 및 정신 내인 많은 변경들 및 수정들이 가능하고, 이들 변경들은 본 출원의 숙독 후에 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 제시된 실시예들은 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 하고, 본 발명은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치에 있어서,
    샤워헤드 및 페데스탈을 포함하는 프로세스 챔버;
    하나 이상의 RF 생성기들; 및
    상기 하나 이상의 RF 생성기들에 동작하게 커플링된 하나 이상의 필터들을 포함하고,
    통합된 장치는, (1) 증착 프로세스를 수행하는 증착 모드로서, 상기 증착 모드의 상기 하나 이상의 필터들은 저주파수 신호들을 상기 샤워헤드로 선택적으로 방지하고 고주파수 신호들을 상기 샤워헤드로 선택적으로 통과시키는, 상기 증착 모드와 (2) 에칭 프로세스를 수행하는 에칭 모드로서, 상기 에칭 모드의 상기 하나 이상의 필터들은 상기 페데스탈로 고주파수 신호들 및 저주파수 신호들을 선택적으로 통과시키는, 상기 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 CCP (capacitively-coupled plasma) 반응기이고, 그리고 상기 샤워헤드는 상단 전극을 포함하고 그리고 상기 페데스탈은 하단 전극을 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들에 동작하게 커플링된 하나 이상의 스위치들을 더 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증착 모드의 상기 하나 이상의 스위치들은 상기 샤워헤드에 상기 하나 이상의 RF 생성기들을 커플링하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에칭 모드의 상기 하나 이상의 스위치들은 상기 하나 이상의 RF 생성기들을 상기 페데스탈에 커플링하고 상기 샤워헤드는 접지하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들은 LFRF 생성기 및 HFRF 생성기를 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 스위치들은,
    상기 LFRF 생성기 및 상기 HFRF 생성기를 상기 증착 모드의 상기 샤워헤드에 전기적으로 접속하도록 구성된 제 1 스테이션 릴레이 스위치; 및
    상기 LFRF 생성기 및 상기 HFRF 생성기를 상기 에칭 모드의 상기 페데스탈에 전기적으로 접속하도록 구성된 제 2 스테이션 릴레이 스위치를 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  8. 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치에 있어서,
    샤워헤드 및 페데스탈을 포함하는 프로세스 챔버;
    하나 이상의 RF 생성기들; 및
    상기 하나 이상의 RF 생성기들에 동작하게 커플링된 시스템 제어기를 포함하고,
    상기 시스템 제어기는,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들을 증착 모드의 적어도 상기 샤워헤드에 커플링하고, 그리고
    상기 하나 이상의 RF 생성기들을 에칭 모드의 적어도 상기 페데스탈에 커플링하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성되는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는,
    상기 프로세스 챔버의 상기 페데스탈 상에 웨이퍼를 제공하는 동작으로서, 상기 웨이퍼는 제 1 유전체 층을 포함하는, 상기 웨이퍼 제공 동작;
    상기 하나 이상의 RF 생성기들이 상기 에칭 모드의 적어도 상기 페데스탈에 커플링될 때, 상기 프로세스 챔버에서, 상기 제 1 유전체 층을 이방성으로 에칭하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 RF 생성기들을 상기 증착 모드의 적어도 상기 샤워헤드에 커플링될 때, 상기 프로세스 챔버에서, ALD를 통해 상기 제 1 유전체 층 위에 제 2 유전체 층을 증착하는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버는 CCP 반응기이고, 그리고
    상기 샤워헤드는 상단 전극을 포함하고, 그리고 상기 페데스탈은 하단 전극을 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들에 동작하게 커플링된 하나 이상의 필터들을 더 포함하고,
    통합된 장치는, (1) 증착 프로세스를 수행하는 상기 증착 모드로서, 상기 증착 모드의 상기 하나 이상의 필터들은 상기 샤워헤드로 저주파수 신호들을 선택적으로 방지하고 상기 샤워헤드로 고주파수 신호들을 선택적으로 통과시키는, 상기 증착 모드와 (2) 에칭 프로세스를 수행하는 상기 에칭 모드로서, 상기 에칭 모드의 상기 하나 이상의 필터들은 상기 페데스탈로 고주파수 신호들 및 저주파수 신호들을 선택적으로 통과시키는, 상기 에칭 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들은 LFRF 생성기 및 HFRF 생성기를 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들을 상기 증착 모드의 적어도 상기 샤워헤드에 커플링하기 위한 인스트럭션들로 구성된 상기 시스템 제어기는 적어도 상기 HFRF 생성기를 상기 샤워헤드에 커플링하기 위한 인스트럭션들로 구성되고, 그리고
    상기 하나 이상의 RF 생성기들을 상기 에칭 모드의 적어도 상기 페데스탈에 커플링하기 위한 인스트럭션들로 구성된 상기 시스템 제어기는 상기 LFRF 생성기 및 상기 HFRF 생성기를 상기 페데스탈에 커플링하고 상기 샤워헤드를 접지하도록 구성되는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 각각 5:1보다 큰 깊이 대 폭 종횡비를 갖는 하나 이상의 갭들을 갖고, 상기 웨이퍼는 상기 하나 이상의 갭들 내에 상기 제 1 유전체 층을 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 RF 생성기들에 동작하게 커플링된 하나 이상의 스위치들을 더 포함하는, 증착 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행하기 위해 통합된 장치.
KR1020220059033A 2016-06-30 2022-05-13 갭 충진에서 증착 및 에칭을 위한 장치 및 방법 KR102580991B1 (ko)

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