KR20220097974A - 무선 주파수 (rf) 전력 램핑을 사용한 플라즈마 강화된 원자층 증착 (ald) - Google Patents

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제레미 데이비드 필즈
프랭크 로렌 파스콸레
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

램핑 RF (radio-frequency) 전력을 갖는 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 를 사용하여 박막들을 증착하기 위한 방법들 및 장치들이 본 명세서에 제공된다. 실시 예들은 저 RF 전력 설정들에서 최초 스크리닝 층들의 형성 후 PEALD 사이클들의 RF 전력 설정을 증가시키는 단계를 수반한다

Description

무선 주파수 (RF) 전력 램핑을 사용한 플라즈마 강화된 원자층 증착 (ALD)
실리콘 옥사이드 막들을 포함하는 다양한 재료들의 막들은 다양한 적용 예들을 위한 반도체 프로세싱에 사용된다. 실리콘 옥사이드 막들은 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 와 같은 상이한 기법들을 사용하여 증착될 수도 있다. 기술이 발전함에 따라, 고품질 막들의 증착은 어려워지고 있다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제시하기 위한 목적이다. 본 배경기술 섹션에 기술된 범위까지, 현재 명명된 발명자들의 업적뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 선행 기술로서 명시적으로나 묵시적으로 인정되지 않는다.
참조로서 인용
PCT 출원 양식은 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출된다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 출원서에서 식별된 바의 이점 또는 우선권을 주장하는 출원 각각은 모든 목적을 위해 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된다.
간략하게, 특정한 실시 예들에서, 막을 증착하는 방법은 기판을 프로세스 챔버에 제공하는 단계, 제 1 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 사이클로 기판 위에 제 1 양의 재료를 증착하는 단계, 제 2 PEALD 사이클로 기판 위에 제 2 양의 재료를 증착하는 단계, 및 제 3 PEALD 사이클로 기판 위에 제 3 양의 재료를 증착하는 단계를 포함한다. 방법은 제 1 사이클의 일부로서, 전구체의 제 1 흡착된 층을 형성하도록 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하는 조건들 하에서 기판을 전구체에 노출하는 단계, 및 제 1 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 (generated) 제 1 플라즈마에 전구체의 제 1 흡착된 층을 노출하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 제 2 사이클의 일부로서, 전구체의 제 2 흡착된 층을 형성하도록 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하는 조건들 하에서 기판을 전구체에 노출하는 단계, 및 제 2 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 2 플라즈마에 전구체의 제 2 흡착된 층을 노출하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 제 2 플라즈마 전력 레벨은 제 1 플라즈마 전력 레벨보다 클 수도 있고 제 2 PEALD 사이클은 제 1 PEALD 사이클 후에 수행될 수도 있다. 방법은 제 3 사이클의 일부로서, 전구체의 제 3 흡착된 층을 형성하도록 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하는 조건들 하에서 기판을 전구체에 노출하는 단계, 및 제 3 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 3 플라즈마에 전구체의 제 3 흡착된 층을 노출하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 제 3 플라즈마 전력 레벨은 제 2 플라즈마 전력 레벨보다 클 수도 있고 제 3 PEALD 사이클은 제 2 PEALD 사이클 후에 수행될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 기판은 300 ㎜ 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작을 수도 있고, 제 3 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 2.0 킬로와트보다 클 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 기판은 300 ㎜ 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작을 수도 있고, 그리고 제 3 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 클 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 제 2 플라즈마 전력 레벨의 1/2 이하일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 기판은 300 ㎜ 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작을 수도 있고, 그리고 제 1 사이클은 제 1 플라즈마 전력 레벨의 사용을 포함하여, 증착된 재료의 두께가 20
Figure pct00001
를 초과할 때까지 반복될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 방법은 제 4 PEALD 사이클로 기판 위에 제 4 양의 재료를 증착하는 단계를 더 포함하고, 제 4 사이클은 전구체의 제 4 흡착된 층을 형성하도록 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하는 조건들 하에서 기판을 전구체에 노출하는 단계, 및 제 4 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 4 플라즈마에 전구체의 제 4 흡착된 층을 노출하는 단계를 더 포함하고, 제 4 플라즈마 전력 레벨은 제 3 플라즈마 전력 레벨보다 클 수도 있고, 제 4 PEALD 사이클은 제 3 PEALD 사이클 후에 수행될 수도 있다. 제 4 사이클을 수반하는 일부 실시 예들에서, 기판은 300 ㎜ 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작을 수도 있고, 그리고 제 4 플라즈마 전력 레벨은 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 클 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 기판 위에 증착된 재료는 실리콘 옥사이드일 수도 있다.
특정한 실시 예들에서, 막을 증착하는 방법은 프로세스 챔버 내에 기판을 수용하는 단계 및 복수의 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 사이클들로 기판 위에 재료를 증착하는 단계를 포함할 수도 있고, 사이클 각각은 전구체의 흡착된 층을 형성하도록 전구체로 하여금 기판의 표면 상에 흡착하게 하는 조건들 하에서 기판을 전구체에 노출하는 단계, 및 가변 전력 설정 (variable power setting) 을 갖는 RF (radio-frequency) 생성기를 사용하여 제공된 플라즈마에 흡착된 층을 노출하는 단계를 포함한다. 방법은 제 1 PEALD 사이클 동안 제 1 전력 레벨로, 제 2 PEALD 사이클 동안 제 2 전력 레벨로, 그리고 제 3 PEALD 사이클 동안 제 3 전력 레벨로 RF 생성기의 가변 전력 설정을 설정함으로써 복수의 PEALD 사이클들로 기판 위에 재료를 증착하는 단계를 포함할 수도 있고, 제 3 전력 레벨은 제 2 전력 레벨보다 클 수도 있고, 제 2 전력 레벨은 제 1 전력 레벨보다 클 수도 있고, 제 3 PEALD 사이클은 제 2 PEALD 사이클 후에 발생하고 (occur), 제 2 PEALD는 사이클은 제 1 PEALD 사이클 후에 발생한다.
일부 실시 예들에서, 기판은 단일 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작을 수도 있고, 제 3 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 2.0 킬로와트보다 클 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 기판은 단일 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작을 수도 있고, 제 3 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 클 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 제 3 플라즈마 전력 레벨의 1/2 이하일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 기판은 단일 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작을 수도 있고, 그리고 제 1 사이클은 제 1 플라즈마 전력 레벨의 사용을 포함하여, 증착된 재료의 두께가 20
Figure pct00002
를 초과할 때까지 반복될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 복수의 PEALD 사이클들로 기판 위에 재료를 증착하는 단계는 제 4 PEALD 사이클 동안 제 4 전력 레벨로 RF 생성기의 가변 전력 설정을 설정하는 단계를 포함하고, 제 4 전력 레벨은 제 3 전력 레벨보다 클 수도 있고 제 4 PEALD는 제 3 PEALD 사이클 후에 발생한다. 일부 실시 예들에서, 기판은 단일 웨이퍼일 수도 있고, 제 1 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작을 수도 있고, 제 4 플라즈마 전력 레벨은 단일 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 클 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 기판 위에 증착된 재료는 실리콘 옥사이드일 수도 있다.
특정한 실시 예들에서, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치는 하나 이상의 프로세스 챔버들, 하나 이상의 프로세스 챔버들 및 연관된 플로우 제어 하드웨어 내로의 하나 이상의 가스 유입구들, 플라즈마 생성기; 및 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 갖는 제어기를 포함할 수도 있고, 적어도 하나의 프로세서 및 메모리는 서로 통신 가능하게 연결될 수도 있고, 적어도 하나의 프로세서는 적어도 플로우 제어 하드웨어와 동작 가능하게 연결될 수도 있고, 그리고 메모리는 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나의 챔버에 기판의 삽입을 유발하고, 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나에 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 제 1 세트의 실리콘-함유 전구체와 산화제의 교번하는 플로우들의 도입을 유발하고, 실리콘 옥사이드 재료를 형성하기 위해 제 1 세트 동안 산화제의 도입을 유발할 때 제 1 플라즈마 전력 레벨을 갖는 플라즈마의 생성을 유발하고, 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나의 챔버에 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 제 2 세트의 실리콘-함유 전구체와 산화제의 교번하는 플로우들의 도입을 유발하고, 실리콘 옥사이드 재료를 형성하기 위해 제 2 세트 동안 산화제를 도입할 때 제 2 플라즈마 전력 레벨을 갖는 플라즈마의 생성을 유발하고, 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나의 챔버에 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 제 3 세트의 실리콘-함유 전구체와 산화제의 교번하는 플로우들의 도입을 유발하고, 그리고 실리콘 옥사이드 재료를 형성하기 위해 제 3 세트 동안 산화제를 도입할 때 제 3 플라즈마 전력 레벨을 갖는 플라즈마의 생성을 유발하기 위해 플로우 제어 하드웨어를 적어도 제어하도록 적어도 하나의 프로세서를 제어하기 위한 컴퓨터 실행가능한 인스트럭션들을 저장할 수도 있으며, 제 3 플라즈마 전력 레벨은 제 1 플라즈마 전력 레벨보다 적어도 2 배 클 수도 있고 제 2 플라즈마 전력 레벨은 제 1 플라즈마 전력 레벨보다 크고 제 3 플라즈마 전력 레벨보다 낮을 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나의 챔버는 전력 공급된 샤워헤드 및 기판을 홀딩하기 위한 접지된 페데스탈을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나의 챔버는 기판을 홀딩하기 위한 전력 공급된 페데스탈 및 접지된 샤워헤드를 포함할 수도 있다.
도 1a는 특정한 개시된 실시 예들에 따른, 다양한 플라즈마 전력 레벨들에서 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 프로세스들을 사용하여 증착된 막들의 습식 에칭 레이트를 도시하는 그래프이다.
도 1b는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 다양한 플라즈마 전력 레벨들에서 PEALD 프로세스들로부터 발생되는 (resulting from) 막에 대한 손상을 도시하는 그래프이다.
도 1c는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 다양한 수의 사이클들을 갖는 PEALD 프로세스들로부터 발생되는 막에 대한 손상을 도시하는 그래프이다.
도 1d는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 다양한 수의 사이클들을 갖는 PEALD 프로세스들로부터 발생되는 막의 두께를 도시하는 그래프이다.
도 1e는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 다양한 플라즈마 전력 레벨들 및 다양한 두께들의 스크리닝 층들 (screening layers) 을 갖는 PEALD 프로세스들로부터 발생되는 막에 대한 손상을 도시하는 그래프이다.
도 2a 및 도 2c는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 PEALD 사이클 수의 함수로서 RF 전력을 도시하는 도면들이다.
도 2b 및 도 2d는 특정한 개시된 실시 예들에 따른 도 2a 및 도 2c의 PEALD 프로세스들을 사용하여 형성된 막들의 변동들 (variations) 을 도시한다.
도 3은 특정한 개시된 실시 예들에 따라 수행된 방법들의 동작들을 도시하는 프로세스 흐름도이다.
도 4는 개시된 실시 예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 5은 개시된 실시 예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 툴의 개략도이다.
이하의 기술에서, 제시된 실시 예들의 완전한 이해를 제공하도록 여러 특정한 상세들이 제시된다. 개시된 실시 예들은 이들 특정한 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시 예들이 특정한 실시 예들과 함께 기술될 것이지만, 개시된 실시 예들을 제한하도록 의도되지는 않는다는 것을 이해할 것이다.
ALD는 순차적인 자기-제한 반응들 (sequential self-limiting reactions) 을 사용하여 재료의 박층들을 증착하는 기법이다. ALD 프로세스들은 사이클들에서 층 단위로 (by-layer basis) 막들을 증착하기 위해 표면-매개된 증착 반응들 (surface-mediated deposition reactions) 을 사용한다. 예로서, ALD 사이클은 다음의 동작들: (i) 전구체의 전달/흡착 (또한 "도즈"로 지칭됨), (ii) 챔버로부터 전구체의 퍼지 (purge), (iii) 제 2 반응 물질의 전달 및/또는 플라즈마 생성 (또한 "변환"으로 지칭됨), 및 (iv) 챔버로부터 부산물들 (byproducts) 의 퍼지를 포함할 수도 있다. 퍼지는 일부 경우들에서 선택 가능할 수도 있다. 부가적으로, 도즈가 변환 전에 수행될 필요가 없을 수도 있다; 일부 경우들에서, 제 2 반응 물질의 전달이 전구체를 전달하기 전에 수행될 수도 있다. 본 명세서에서 논의 목적들을 위해, ALD 사이클은 도즈, 퍼지, 변환 및 퍼지를 지칭할 것이지만, 다른 변동들이 또한 활용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
플라즈마가 단독으로 또는 제 2 반응 물질의 전달 동안 사용되는 경우, 프로세스는 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 로 지칭될 수도 있다. 기판의 표면 상에 막을 형성하기 위한 제 2 반응 물질과 흡착된 전구체 사이의 반응은 막 조성 (composition) 및 특성들, 예컨대 응력, 습식 에칭 레이트, 건식 에칭 레이트, 전기적 특성들 (예를 들어, 유전 상수, 브레이크다운 (breakdown) 전압 및 누설 전류), 불순물들의 혼입, 등에 영향을 미친다.
ALD 프로세스의 일 특정한 예에서, 표면 활성 사이트들 (sites) 의 집단 (population) 을 포함하는 기판 표면은 기판을 하우징하는 챔버에 제공된 도즈의 제 1 전구체, 예컨대, 실리콘-함유 전구체의 가스상 (gas phase) 분포에 노출된다. 이 제 1 전구체의 분자들은 기판 표면 상에 흡착된다. 분자들은 기판 상에 화학 흡착되고 그리고/또는 물리적 흡착될 수도 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 화합물이 기판 표면 상에 흡착될 때, 흡착된 층은 화합물뿐만 아니라 화합물의 유도체들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 실리콘-함유 전구체의 흡착 층은 실리콘-함유 전구체뿐만 아니라 실리콘-함유 전구체의 유도체들을 포함할 수 있다. 제 1 전구체 도즈 (dose) 후, 챔버는 거의 또는 오직 흡착된 종만이 남도록 가스상으로 남아 있는 제 1 전구체의 대부분 또는 전부를 제거하기 위해 배기될 수도 있다. 예를 들어, 챔버는 가스상의 제 1 전구체의 분압이 반응을 완화시키기에 충분히 낮도록 배기될 수 있다. 일부 구현 예들에서, 챔버는 완전히 배기되지 않을 수 있다. 일부 방법들에서, 제 2 반응 물질, 예컨대 산소-함유 가스가 챔버로 도입되어 이들 제 2 반응 물질 분자들 중 일부가 기판의 표면 상에 흡착된 제 1 전구체와 반응한다. 일부 프로세스들에서, 제 2 반응 물질은 흡착된 제 1 전구체와 즉시 반응한다. 일부 실시 예들에서, 제 2 반응 물질은 플라즈마와 같은 활성화 소스가 적용된 후에만 반응한다. 이러한 플라즈마 노출은 일시적으로 적용될 수도 있다. 이어서, 챔버는 바인딩되지 않은 (unbound) 제 2 반응 물질 분자들을 제거하도록 다시금 배기될 수도 있다. 상기 기술된 바와 같이, 일부 실시 예들에서 챔버는 완전히 배기되지 않을 수 있다. 상기 기술된 노출들은 기판이 시간적으로 분리된 노출들에서 노출 각각에 노출되는 시간적 ALD 프로세스의 일부일 수도 있다. 막 두께를 구축하기 위해 부가적인 ALD 사이클들이 사용될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, ALD 방법들은 플라즈마 활성화를 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 ALD 방법들 및 장치들은 2011년 4월 11일 출원된, 전체가 참조로서 본 명세서에 인용된, 명칭이 "PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION"인 미국 특허 출원 제13/084,399호 (현재 미국 특허 제8,728,956호) 에 일반적으로 기술된 컨포멀 막 증착 (conformal film deposition: CFD) 방법들일 수도 있다. 플라즈마 활성화는 기판이 하우징되는 챔버 내에서 반응성 종을 생성하도록 인 시츄 (in-situ), 즉, 챔버 내에서 플라즈마를 생성하고 흡착된 전구체들의 기판 표면을 반응성 종과 콘택트시킴으로써 수행될 수도 있다. 일부 경우들에서, 플라즈마 활성화는 리모트 영역 또는 생성기에서 플라즈마를 생성함으로써 수행될 수도 있고, 이어서 플라즈마로부터 반응성 종은 기판을 하우징하는 챔버로 전달되어 흡착된 전구체들의 표면과 반응성 종과 콘택트할 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, PEALD에 적합할 수도 있는 플라즈마 생성기는 용량 커플링된 플라즈마 생성기이다. 다양한 실시 예들에서, PEALD에 적합할 수도 있는 플라즈마 생성기는 유도 커플링된 플라즈마 생성기이다. 일부 ALD 및 PEALD 실시 예들이 본 명세서에 기술되지만, 다양한 개시된 실시 예들이 ALD 또는 PEALD 프로세스들에 적용 가능할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
개시된 실시 예들은 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 금속 옥사이드들, 금속 나이트라이드들, 금속 카바이드들, 다른 옥사이드들, 나이트라이드들, 카바이드들, 옥시나이트라이드들, 옥시카바이드들, 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 막들을 증착하도록 사용될 수 있다.
이하에 상세들이 더 기술되는 PEALD 프로세스들에 대한 중요한 고려 사항은 흡착된 층과 반응하는 플라즈마 (예를 들어, 반응성 이온들 및/또는 라디칼들) 를 생겨나게 하는 (produce) RF (radio-frequency) 생성기의 전력 레벨을 설정하는 것이다. 특히, 보다 높은 전력 설정들은 통상적으로 보다 높은 품질의 막들 (예를 들어, 보다 낮은 에칭 레이트 및 에칭 레이트에서 보다 적은 변동성과 같은 보다 높은 밀도 및/또는 보다 우수한 습식 에칭 특성을 갖는 막) 을 발생시킨다 (result in). 그러나, 보다 높은 RF 전력 설정들의 사용은 또한 아래에 놓인 구조체들 (underlying structures) 을 손상시키는 경향이 있다. 특히, RF 전력 설정들이 증가함에 따라, 플라즈마 내의 반응성 이온들이 아래에 놓인 구조체들 내로 침투하여 손상시키는 능력은 증가한다.
RF 전력과 습식 에칭 레이트 간의 관계의 예는 도 1a에 예시된다. 도 1a는 상이한 RF 전력 설정들을 활용하는 PEALD 프로세스들에서 다양한 실리콘 옥사이드 막들을 형성하고 (예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼 당 대략 3.0, 4.0, 4.5, 5.0, 및 5.5 킬로와트의 각각의 RF 전력 설정들로 형성된 제 1 막, 제 2 막, 제 3 막, 제 4 막, 및 제 5 막) 이어서 이들 막들의 습식 에칭 레이트를 식별하기 위해 습식 에칭함으로써 생기게 (create) 한다. 도 1a는 또한 RF 전력이 증가함에 따라 습식 에칭 레이트가 일반적으로 감소한다는 것을 보여 주고, 또한 RF 전력의 함수로서 습식 에칭 레이트의 변화 레이트가 상대적으로 고 RF 전력 설정들에서 상당히 낮다는 것을 보여 주는, 테스트 결과들에 피팅된 (fit) 곡선을 포함한다 (예를 들어, 습식 에칭 레이트는 300 ㎜ 웨이퍼 당 4.0 킬로와트의 RF 전력 설정들과 300 ㎜ 웨이퍼 당 5.5 킬로와트의 RF 전력 설정들 사이에서 많이 가변하지 않는다).
RF 전력과 아래에 놓인 구조체들에 대한 손상 사이의 관계의 예는 도 1b에 예시된다. 도 1b는 공지된 최초 두께의 최초 실리콘 옥시카바이드 (SiCO) 막을 형성하고, 다양한 RF 전력 설정들에서 30 사이클의 PEALD 증착으로 그 위에 실리콘 다이옥사이드 (SiO2) 막을 증착하고, SiO2 막을 에칭하고, 그리고 이어서 그 최초 두께에 대한 최초 SiCO 막의 두께의 모든 변화를 측정함으로써 생긴다 (create). 도 1b는 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트, 1 킬로와트, 1.5 킬로와트, 및 2.5 킬로와트에서의 PEALD 증착 프로세스들 후 SiCO 막들의 옹스트롬 (
Figure pct00003
) 으로 측정된 두께 변화들을 예시한다. 도 1b는 또한 테스트 결과들에 피팅된 곡선을 포함한다. 도 1b가 도시하는 바와 같이, 아래에 놓인 구조체들에 대한 손상의 양은 일반적으로 RF 전력 설정들의 증가와 함께 증가한다.
도 1c는 아래에 놓인 구조체들에 대한 손상과 저전력 PEALD 사이클들의 수 (예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트로 설정된 RF 전력을 갖는 PEALD 사이클들) 사이의 관계의 예를 예시한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 대략 9.2
Figure pct00004
의 SiCO 막이 300 와트에서 30 PEALD 사이클들 후에 손실되는 한편, 대략 11.6
Figure pct00005
의 SiCO 막이 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트에서 120 PEALD 사이클들 후에 손실된다.
도 1d는 증착된 실리콘 다이옥사이드 (SiO2) 막의 평균 두께와 저전력 PEALD 사이클들의 수 (예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트로 설정된 RF 전력을 갖는 PEALD 사이클들) 사이의 관계의 예를 예시한다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 증착된 막의 두께는 PEALD 사이클들의 수에 따라 거의 선형으로 증가한다.
본 개시는 고전력 RF 설정들로부터 발생되는 손상으로부터 민감한 컴포넌트들을 보호하는 동안, 고전력 RF 설정들을 활용함으로써 막 품질을 개선할 수 있는 기법들을 포함한다. 이러한 기법 중 하나는 저전력 RF 설정들을 사용하여 스크리닝 층 (screening layer) 의 형성, 및 이어서 고전력 RF 설정들을 사용하여 고품질 막을 증착하는 것을 수반한다. 스크리닝 층은 고전력 RF PEALD 사이클들 동안 손상을 주는 이온들을 흡수, 편향, 또는 차단할 수 있어서, 아래에 놓인 구조체들에 과도한 손상없이 고품질 막의 형성을 허용한다. 다양한 실시 예들에서, ALD 프로세스는 단일 단계 변화로서가 아니라, 저전력 RF로부터 고전력 RF로 점진적으로 전이한다.
아래에 놓인 구조체들에 대한 손상을 감소시키는데 있어서 스크리닝 층의 유효성을 보여 주는 실험 결과들은 도 1e에 예시된다. 도 1e의 데이터 지점들은 300 ㎜ 웨이퍼 당 900 와트, 1.5 킬로와트, 및 2.4 킬로와트의 상대적으로 높은 RF 전력 설정들에서 30 사이클들의 PEALD 실리콘 다이옥사이드 막 증착 후 실리콘 옥시카바이드 막에 대한 손상의 양 (예를 들어, 최초 SiCO 막의 손실된 두께) 을 포함한다. 데이터 지점 (102) 은 900 와트에서 30 PEALD 사이클들 후 손상의 양을 도시하고 데이터 지점 (104) 은 900 와트에서 30 PEALD 사이클들 후 손상의 양을 보여 주지만 대략 42
Figure pct00006
두께의 스크리닝 층을 갖는다. 데이터 지점 (104) 은 1,500 와트에서 30 PEALD 사이클들 후 손상의 양을 도시하고 데이터 지점 (106) 은 1,500 와트에서 30 PEALD 사이클들 후 손상의 양을 도시하지만 대략 70
Figure pct00007
두께의 스크리닝 층을 갖는다. 데이터 지점 (106) 은 2,400 와트에서 30 PEALD 사이클들 후 손상의 양을 도시하고 데이터 지점 (108) 은 2,400 와트에서 30 PEALD 사이클들 후 손상의 양을 도시하지만 대략 70
Figure pct00008
두께의 스크리닝 층을 갖는다. 스크리닝 층들은 오버레이된 (overlaid) 고 RF 전력 층들과 동일한 재료들을 사용하여 증착되고 (즉, 스크리닝 층들은 또한 실리콘 옥시카바이드로부터 형성됨) 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트로 설정된 RF 전력으로 증착된다.
도 1e에 도시된 손상 측정 값들은 스크리닝 층들 자체의 증착으로부터 발생되는 (resulting from) 모든 손상을 포함한다. 도 1c 및 도 1d로부터, 스크리닝 층들만의 증착으로부터 발생되는 손상의 양이 추정될 수 있다. 특히 그리고 대략 70
Figure pct00009
의 스크리닝 층에 대해, 도 1d는 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트의 RF 전력 설정에서 대략 60 사이클들이 70
Figure pct00010
두께의 스크리닝 층을 형성하기에 충분하다는 것을 나타내고 (indicate), 도 1c는 이러한 층의 형성이 대략 10.0
Figure pct00011
의 손상을 발생시키는 것을 나타낸다. 도 1e에 도시된 바와 같이, 스크리닝 층을 갖는 실시 예들에서, 300 ㎜ 웨이퍼 당 2,400 와트의 최고 RF 전력 설정에서도 손상의 양은 단지 대략 15
Figure pct00012
이고, 이 중 대략 10.0
Figure pct00013
는 실제로 스크리닝 층의 형성으로부터 나온 것이다. 대조적으로, 스크리닝 층이 없는 실시 예들에서, 손상의 양은 2,400 와트 실시 예에서 22
Figure pct00014
만큼 높아진다 (그리고 스크리닝 층의 형성으로부터 손상없이). 따라서, 도 1e는 스크리닝 층이 손상을 감소시키는데 매우 효과적이라는 것을 예시한다.
RF 전력의 함수로서 막 품질 및 하부 층 손상에 대해 본 명세서에 기술된 문제들을 해결하도록 역할을 하는 일 실시 예는 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 제 1 스크리닝 층의 형성에 이어 제 2 최종 층의 형성을 포함한다. 특히, 도 2a는 ALD 사이클 수의 함수로서 RF 전력을 도시하는 한편, 도 2b는 도 2a에 따라 증착된 막들의 변동들을 도시한다. 일부 구성들에서, 저전력 (LP) 스크리닝 층은 300 ㎜ 웨이퍼 당 300 와트와 같은 저 RF 전력 설정을 사용하여 30 내지 50
Figure pct00015
의 두께를 달성하도록 충분한 수의 PEALD 사이클들로 형성된다. 이어서 고전력 (HP) 최종 층은 목표된 두께를 달성하기 위해 충분한 수의 PEALD 사이클들을 사용하여 그리고 300 ㎜ 웨이퍼 당 900 와트, 900 와트 내지 1.5 킬로와트, 1.5 킬로와트, 1.5 내지 2.4 킬로와트, 2.4 킬로와트, 2.4 킬로와트 초과, 약 4.0 킬로와트, 약 4.5 킬로와트, 약 5.0 킬로와트, 또는 약 5.5 킬로와트와 같은 상대적으로 고 RF 전력 설정을 사용하여 LP 스크리닝 층 위에 형성된다.
도 2a 및 도 2b의 이중 층 (bi-layer) 배열의 일 잠재적인 결점은, 일부 경우들에서 발생되는 (resulting) 막들의 에칭이 모든 고품질, HP 층의 제거를 발생시킬 (result in) 수 있고, 이에 따라 LP 스크리닝 층을 에칭에 노출한다는 것이다. LP 스크리닝 층이 상대적으로 낮은 품질이기 때문에 (예를 들어, 상대적으로 저 RF 전력 설정들을 사용하여 증착되었음), LP 스크리닝 층의 습식 에칭 레이트는 상대적으로 높고 가변적이다 (예를 들어, 도 1a 및 상기 연관된 논의 참조). LP 스크리닝 층의 높고 가변적인 습식 에칭 레이트 때문에, LP 스크리닝 층이 에칭에 노출되는 것은 바람직하지 않은 결과일 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, RF 전력 설정들은 도 2c 및 도 2d에 예시된 바와 같이 증가하는 품질을 갖는 일련의 층들을 제공하도록 PEALD 증착 동안 점진적으로 램핑 업 (ramped up) 될 수도 있다. 특히, 도 2c는 6 개의 별개의 (P1 내지 P6) RF 전력 레벨들을 사용한 층들의 증착을 예시하고 그리고 도 2d는 발생되는 막 층들의 밀도 또는 품질 변동을 예시한다. 도 2c 및 도 2d의 배열에서, 하부 층들 (예를 들어, 상대적으로 저 RF 전력 설정들로 증착된 층들) 은 보다 높은 RF 전력 설정들을 수반하는 나중 증착들로부터 손상을 차단하는 스크리닝 층들로서 역할한다. 도 2c 및 도 2d의 실시 예는 스크리닝 층들 (예를 들어, 이전에 증착된 층들) 의 두께가 증가함에 따라 가장 안전한 RF 전력 설정들 (예를 들어, 과도한 손상을 발생시키지 않는 최고 RF 전력 설정들) 이 증가한다는 것을 인식한다. 구체적인 예로서, 층 (200) 은 용인 가능한 문턱 값 아래로 손상을 유지하도록 결정된 제 1 RF 전력 레벨에서 증착될 수도 있고, 이어서 층 (202) 은 제 1 전력 레벨보다 높은 제 2 RF 전력 레벨에서 증착될 수도 있으며, 여기서 제 2 RF 전력 레벨은 층 (200) 의 스크리닝 특성들을 고려할 때 용인 가능한 문턱 값 아래로 손상을 유지하도록 결정된다. 유사하게, 층들 (204, 206, 208, 및 210) 은 점진적으로 보다 높은 RF 전력 레벨들로 증착될 수도 있고, 여기서 층 각각을 증착하는데 사용된 RF 전력 레벨은 각각의 아래에 놓인 층들의 스크리닝 특성들을 고려하는 동안 용인 가능한 문턱 값 아래로 손상을 유지하도록 선택된다. 일반적으로, 아래에 놓인 구조체들에 대한 용인 가능한 손상의 문턱 값은 현재 개시된 기법들을 사용하여 막을 증착하는 프로세스 엔지니어 또는 다른 사람 또는 엔티티에 의해 결정될 수도 있다. 예들로서, 아래에 놓인 구조체들에 대한 용인 가능한 손상의 문턱 값은 하나 이상의 RF 전력 레벨들에서 단일 PEALD 사이클 또는 PEALD 사이클들의 세트로부터 발생되는 손상의 양에 대해 규정될 수도 있고 또는 전체 막의 증착으로부터 발생되는 손상의 누적된 양에 대해 규정될 수도 있다 (예를 들어, 특정한 웨이퍼 상에 특정한 막을 증착하도록 수행된 PEALD 증착의 제 1 사이클 및 마지막 사이클을 포함함). 보다 구체적인 예 들로서, 누적 손상의 문턱 값 양 (예를 들어, 제거되는 하나 이상의 아래에 놓인 층들의 양) 은 6
Figure pct00016
, 8
Figure pct00017
, 10
Figure pct00018
, 12
Figure pct00019
, 14
Figure pct00020
, 16
Figure pct00021
, 18
Figure pct00022
, 또는 20
Figure pct00023
일 수도 있다. 사이클 당 손상의 문턱 값 양은 목표된 누적 문턱 값을 참조하여 결정될 수도 있다. 즉, 목표된 누적 문턱 값 레벨이 10
Figure pct00024
이면, 사이클 당 손상 문턱 값들은 모든 PEALD 사이클들에 걸쳐 10
Figure pct00025
의 누적 문턱 값 레벨을 나눔으로써 결정될 수도 있으며, 여기서 그 나누는 것은 이전 (earlier) 사이클들을 고려할 수도 있고, 아래에 놓인 층들 상에 또는 거의 상단 상에 형성되는 것 및 증착된 PEALD 층들로부터 상당한 스크리닝 결여는 상대적으로 저 RF 전력 설정들에서도 보다 높은 사이클 당 손상 레이트를 가질 가능성이 있다. 증착된 막의 상이한 영역들은 "층들"로 지칭되지만, 일부 실시 예들에서, 특히 ALD 프로세스가 저전력 RF로부터 고전력 RF로 점진적으로 전이한다면, 이들은 명확한 경계들에 의해 분리되지 않을 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 6 개의 별개의 RF 전력 설정들을 활용하는 실시 예를 예시하지만, 이는 단지 일 잠재적인 배열이다. 일반적으로, 임의의 목표된 수의 별개의 RF 전력 설정들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 별개의 RF 전력 설정은 PEALD 사이클 (또는 사이클들의 그룹) 각각에 대해 사용될 수도 있다. 즉, RF 전력 설정은 PEALD 증착의 사이클 각각 후 (또는 일부 수의 PEALD 사이클들 후) 램핑되거나 점진적으로 증가될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, RF 전력은 2 번만 램핑되고, 이는 ALD 막이 3 개의 별개의 RF 전력 설정들로 증착된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 별개의 RF 전력 설정들의 수를 증가시키는 것은 보다 낮은 품질의 하부 층(들)과 보다 높은 품질의 상부 층(들) 사이의 전이를 부드럽게할 수도 있다. 부가적으로, 별개의 RF 전력 설정들의 수를 증가시키는 것은 고품질 상부 층들을 유지하고 하부 층들로부터 충분한 스크리닝을 보장하면서 전체 두께를 감소시키는데 도움이 될 수도 있다.
일반적으로, 최저 RF 전력 설정은 설계 문턱 값을 초과하는 손상을 방지하도록 충분히 낮게 설정되고 최고 RF 전력 설정은 목표된 막 특성들을 제공하도록 충분히 높게 설정된다. 예들로서, 최저 RF 전력 설정에 대한 잠재적인 값들은 (300 ㎜ 웨이퍼 당 기준으로) 200 와트 미만, 200 내지 250 와트, 250 내지 300 와트, 300 내지 350 와트, 350 내지 400 와트, 400 내지 450 와트, 450 내지 500 와트, 500 내지 550 와트, 550 내지 600 와트, 또는 600 와트 초과이다. 유사하게, 예들로서, 최고 RF 전력 설정에 대한 잠재적인 값들은 (300 ㎜ 웨이퍼 당 기준으로) 2.0 킬로와트 미만, 2.0 내지 2.5 킬로와트, 2.5 내지 3.0 킬로와트, 3.0 내지 3.5 킬로와트, 3.5 내지 4.0 킬로와트, 4.0 내지 4.5 킬로와트, 4.5 내지 5.0 킬로와트, 5.0 내지 5.5 킬로와트, 5.5 내지 6.0 킬로와트, 6.0 킬로와트 초과이다. 최고 RF 전력 설정 및 최저 RF 전력 설정의 예들에 대해, "내지 (between)"는 범위 각각의 종점을 포함한다. 즉, "500 와트와 550 와트 사이"의 RF 전력 설정은 500 와트와 550 와트 사이의 모든 설정뿐만 아니라 500 와트 설정 및 550 와트 설정 모두를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 제 1 PEALD 사이클과 마지막 PEALD 사이클 사이 (예를 들어, 최저 RF 전력 설정과 최고 RF 전력 설정 사이) 의 RF 전력 설정의 최대 차 (difference) 에 한정 (restriction) 이 있을 수도 있고 그리고/또는 2 개의 연속적인 PEALD 사이클들 사이의 RF 전력 설정의 최대 변화에 한정이 있을 수도 있다. 예로서, 2 개의 연속적인 PEALD 사이클들 사이의 RF 전력 설정의 최대 변화는 웨이퍼 당 와트의 25% 증가일 수도 있다 (예를 들어, 사이클이 웨이퍼 당 1,000 와트로 수행된다면, 다음 사이클은 1,250 와트 이하로 제한될 수도 있다). 또 다른 예로서, 2 개의 연속적인 PEALD 사이클들 사이의 RF 전력 설정의 최대 변화는 웨이퍼 당 와트의 500 와트 증가일 수도 있다 (예를 들어, 사이클이 웨이퍼 당 1,000 와트로 수행된다면, 다음 사이클은 1,500 와트 이하로 제한될 수도 있다).
일부 실시 예들에서, 사이클 수의 함수로서 RF 전력 설정들을 자동으로 상승시키는 (raise) 제어 로직 (예를 들어, 소프트웨어) 이 제공될 수도 있다. 일부 경우들에서, 로직은 별개의 ALD 사이클 각각에 대해 미리 명시된 특정한 레벨의 전력을 인가한다. 일부 경우들에서, 로직은 프로세스 챔버 내의 조건들에 의해 적어도 부분적으로 결정되는 전력 레벨들을 인가한다. 특정한 실시 예들에서, 로직은 ALD 막 형성 프로세스의 과정에 걸쳐 단조적으로 증가하도록 RF 전력 설정들을 제어한다.
ALD 프로세스를 위한 RF 전력 설정들의 시퀀스를 결정하기 위해 다양한 방법들이 채용될 수도 있다. 예로서, 사용자는 RF 전력 설정 한계 (limit) 를 사이클 수의 함수로서 결정하도록 일련의 테스트들을 수행할 수도 있다 (예를 들어, 전력 설정이 문턱 값을 초과하는 손상을 발생시키지 않는 경우, PEALD 사이클 각각 또는 PEALD 사이클들의 그룹 각각에 대해 최고 RF 전력 설정). 이어서 사용자 또는 자동화된 시스템은 PEALD 사이클 수의 함수로서 (또는 막 두께와 같은 또 다른 관련 메트릭 (metric) 의 함수로서) 최대 RF 전력의 캘리브레이션 곡선을 생성할 수도 있다. 캘리브레이션 곡선은 수학적 표현에 의해 규정될 수도 있고 또는 별개의 ALD 사이클들에 대한 일련의 전력 값들일 수도 있다. 후자의 경우의 일 구현 예에서, 값들은 룩업 테이블로 제공된다. 일부 실시 예들에서, 캘리브레이션 곡선은 선형 표현의 형태를 취한다 (즉, 전력 = m (ALD 사이클 수) + b). 일부 실시 예들에서, 캘리브레이션 곡선은 3 차 다항식 함수의 형태를 취할 수도 있다 (예를 들어, RF 전력은 인자 A 곱하기 사이클 수 세제곱 더하기 인자 B 곱하기 사이클 수 제곱 더하기 인자 C 곱하기 사이클 수 더하기 인자 D). 제어 소프트웨어는 RF 전력 설정들이 PEALD 프로세스들 동안 캘리브레이션 곡선을 추적하도록, 예컨대 캘리브레이션 곡선으로 구성될 수도 있다.
도 3은 특정한 개시된 실시 예들에 따라 수행된 동작들을 도시하는 프로세스 흐름도이다. 도 3의 동작들은 하나 이상의 스테이션들을 갖는 프로세스 챔버에서 수행될 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 프로세스 챔버는 4 개의 스테이션들을 갖는다. 적합한 툴들은 이하의 장치 섹션에서 더 기술된다.
도 3의 동작들은 1 mTorr 내지 약 10 Torr, 또는 1 mTorr 내지 약 500 mTorr, 또는 약 1 Torr 내지 약 10 Torr의 챔버 압력에서 수행될 수도 있다. 도 3의 동작들은 약 -50 ℃ 내지 약 900 ℃, 또는 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃, 또는 약 200 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 400 ℃ 내지 550 ℃, 또는 약 400 ℃ 내지 약 600 ℃, 또는 약 400 ℃ 내지 약 700 ℃, 또는 약 400 ℃ 내지 약 800 ℃의 기판 온도에서 수행될 수도 있다. 기판 온도는 기판을 홀딩하는 페데스탈이 목표된 온도로 기판을 가열하도록 설정되는 온도로서 규정된다는 것이 이해될 것이다.
동작 (302) 에서, 기판이 프로세스 챔버에 제공된다. 기판은 그 위에 증착된 유전체, 도전, 또는 반도전 재료와 같은 하나 이상의 재료 층들을 갖는 웨이퍼들을 포함하는 실리콘 웨이퍼, 예를 들어, 200 ㎜ 웨이퍼, 300 ㎜ 웨이퍼, 또는 450 ㎜ 웨이퍼일 수도 있다. 아래 층들의 비제한적인 예들은 유전체 층들 및 전도 층들, 예를 들어, 실리콘 옥사이드들, 실리콘 나이트라이드들, 실리콘 카바이드들, 금속 옥사이드들, 금속 나이트라이드들, 금속 카바이드들, 반도체들 (예를 들어, 실리콘), 및 금속 층들을 포함한다.
기판은 다양한 실시 예들에서 패터닝될 수도 있다. 패턴은 임의의 목표된 치수들 및 종횡비들을 갖는 비아들 (vias), 홀들 (holes) 및 트렌치들 (trenches) 을 포함할 수도 있는 토포그래피를 포함할 수도 있다.
동작 (304) 에서, 기판은 전구체의 흡착된 층을 형성하기 위해 기판의 표면 상에 전구체를 흡착시키기에 충분한 지속 기간 동안 전구체에 노출된다.
전구체를 흡착시키기에 충분한 지속 기간은 사용된 전구체 및 전구체의 분압 (partial pressure) 에 따라 결정된다. 전구체를 흡착시키기에 충분한 지속 기간과 관련될 수도 있는 다른 프로세스 조건들은 기판 온도, 챔버 압력, 챔버 내 다른 가스들의 존재, 전구체 플로우 레이트, 선택된 전구체, 기판의 표면 화학 물질, 및 기판의 표면 토포그래피를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
다양한 실시 예들에서, 전구체는 아르곤과 같은 불활성 가스일 수도 있는 캐리어 가스를 사용하여 기판을 하우징하는 프로세스 챔버로 전달될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 캐리어 가스는 챔버 내로 흐르기 전에 방향 전환된다.
동작 (306) 에서, 프로세스 챔버는 선택 가능하게 (optionally) 퍼지된다. 기판을 하우징하는 프로세스 챔버는 기판 표면 상에 흡착되지 않은 전구체들을 제거하도록 퍼지될 수도 있다. 챔버를 퍼지하는 단계는 다른 동작들에서 사용된 캐리어 가스일 수 있거나 또는 상이한 가스일 수도 있는, 퍼지 가스 또는 스위프 (sweep) 가스를 흘리는 단계를 포함할 수도 있다. 예시적인 퍼지 가스들은 아르곤, 질소, 수소 및 헬륨을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 퍼지 가스는 불활성 가스이다. 예시적인 불활성 가스들은 아르곤, 질소 및 헬륨을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 퍼지는 챔버를 배기하는 것 (evacuating) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 퍼지 가스는 전구체를 챔버로 전달하도록 사용된 캐리어 가스와 동일하다. 일부 실시 예들에서, 동작 (306) 은 프로세스 챔버를 배기하기 위한 하나 이상의 배기 하위 페이즈들 (evacuation subphases) 을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 동작 (306) 은 일부 실시 예들에서 생략될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 동작 (306) 은 약 0.1 초 내지 약 2 초와 같은 임의의 적합한 지속 기간을 가질 수도 있다.
동작 (308) 에서, 기판은 흡착된 전구체를 막으로 변환하기 위해 플라즈마와 같은 제 2 반응 물질에 노출된다. PEALD의 경우들에서, 제 2 반응 물질, 예컨대 산소 함유 가스 또는 산화제를 이온들 및 라디칼들 및 제 1 전구체의 흡착된 층과 반응하는 다른 활성화된 종으로 활성화하도록 플라즈마가 제공된다. 예를 들어, 플라즈마는 산소 라디칼들 또는 이온들을 형성하도록 산소-함유 가스상 분자들을 직접적으로 또는 간접적으로 활성화할 수도 있다. 반응성 종은 RF 전력 (radio frequency plasma power) 에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수도 있는 특정한 플라즈마 에너지를 가질 수도 있다.
동작 (318) 에서, 기판은 특정한 RF 플라즈마 전력 (RF 전력) 에 직접적으로 또는 간접적으로 노출된다. 증착 동안 챔버 내에 존재하는 반응성 종의 양은 또한 플라즈마 전력 또는 플라즈마 시간을 변화시킴으로써 조절될 수도 있다. 그러나, PEALD 사이클들이 일 사이클로부터 또 다른 사이클로 조절되는 본 명세서에 기술된 다양한 실시 예들에서, 반응성 종의 양은 목표된 스크리닝 및 최종 층들을 생성하도록 RF 생성기의 RF 전력 설정들만을 변화시킴으로써 조절될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 다양한 실시 예들에서, 플라즈마는 플라즈마가 챔버 내에서 기판 표면 바로 위에 형성되도록 인 시츄 (in-situ) 플라즈마이다. ALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 2 개의 용량 커플링된 플레이트들을 사용하여 가스에 RF 필드 (field) 를 인가함으로써 생성될 수도 있다. 플라즈마는 반응성 종을 생성한다. 반응성 종은 전자들, 이온들, 라디칼들, 및 중성 종을 포함할 수도 있다. RF 필드에 의한 플레이트들 사이의 가스의 이온화는 플라즈마를 점화하고, 플라즈마 방전 영역에서 자유 전자들을 생기게 한다 (create). 이들 전자들은 RF 필드에 의해 가속화되고 가스상 반응 물질 분자들과 충돌할 수도 있다. 이들 전자들과 반응 물질 분자들의 충돌은 증착 프로세스에 참여하는 라디칼 종을 형성할 수도 있다. RF 필드는 임의의 적합한 전극들을 통해 커플링될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 다양한 실시 예들에서, 적어도 약 13.56 ㎒, 또는 적어도 약 27 ㎒, 또는 적어도 약 40 ㎒, 또는 적어도 약 60 ㎒의 주파수를 갖는 고 주파수 플라즈마가 사용된다. 일부 실시 예들에서, 마이크로파 기반 플라즈마가 사용될 수도 있다. 전극들의 비제한적인 예들은 프로세스 가스 분배 샤워헤드들 및 기판 지지 페데스탈들을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 페데스탈은 전력 공급된 페데스탈이고 챔버는 접지된 샤워헤드를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈은 접지되고 샤워헤드는 전력 공급된다. ALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 가스에 대한 RF 필드의 용량 커플링된 이외의 하나 이상의 적합한 방법들에 의해 형성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마는 챔버의 업스트림의 리모트 플라즈마 생성기에서 점화되고, 이어서 기판이 하우징되는 챔버로 전달되도록, 플라즈마는 리모트 플라즈마이다.
동작 (310) 에서, 프로세스 챔버는 전구체와 제 2 반응 물질 사이의 반응으로부터 모든 과잉 부산물들을 제거하도록 다시 선택 가능하게 퍼지된다. 동작 (310) 에 대한 프로세스 조건들은 동작 (306) 에 대해 상기 기술된 임의의 조건들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 챔버는 약 5 slm 내지 약 70 slm의 플로우 레이트로 흐르는 불활성 가스를 사용하여 퍼지된다.
동작 (304) 내지 동작 (310) 은 각각 PEALD의 일 사이클을 구성할 때마다, 다수 (multiple) 회 반복된다. 하나 이상의 PEALD 사이클들 (예를 들어, 동작들 (304 내지 310) 의 반복들 후에), 동작 (312) 가 수행될 수도 있고 RF 전력 설정이 증가될 (increase) 수도 있다. 동작 (312) 은 PEALD의 사이클 각각 후 또는 PEALD 사이클들의 세트 각각 후에 (예를 들어, 매 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100 PEALD 사이클들 후에) 수행될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, RF 전력 설정은 아래에 놓인 구조체들을 손상시키지 않은채 스크리닝 층의 형성을 인에이블링하도록 PEALD 증착의 최초 사이클(들) 동안 낮다 (예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼 당 대략 300 와트). 이어서, RF 전력 설정은 나중의 층들이 보다 높은 품질을 갖도록 (예를 들어, 보다 낮은 습식 에칭 레이트들) 점진적으로 상승된다 (목표된 만큼 많은 증분들로). RF 전력 설정의 증가 레이트는 증가된 RF 전력 설정으로부터의 잠재적 손상 가능성의 임의의 증가가 아래에 놓인 구조체들 (예를 들어, 최초 스크리닝 층(들) 아래에 놓인 구조체들) 에 대한 손상의 양이 문턱 값 미만으로 유지되도록 아래에 놓인 스크리닝 층들의 두께의 증가에 의해 충분히 오프셋되게 충분히 느리도록 선택될 수도 있으며, 여기서 문턱 값은 프로세스 엔지니어에 의해 결정될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, RF 전력 설정들의 램프는 아래에 놓인 구조체들에 대한 총 손상의 양을 제한하도록 구성될 수도 있다. 일부 다른 실시 예들에서, RF 전력 설정들의 램프는 PEALD 증착의 단일 사이클 또는 사이클들의 단일 세트로부터 아래에 놓인 구조체들에 대한 손상의 양을 제한하도록 구성될 수도 있다.
실리콘 옥사이드 막들이 본 명세서에 기술되지만, 특정한 개시된 실시 예들의 적용 예들은 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 실리콘 카복시나이트라이드, 실리콘 옥시카바이드, 및 폴리-실리콘을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다른 실리콘-함유 막들을 증착하기 위해 적용 가능할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
PEALD가 예로서 본 명세서에 기술되지만, 특정한 개시된 실시 예들은 열적 (thermal) 및 공간적 (spatial) ALD를 포함하는 모든 ALD 기법에 적용될 수 있고, 그리고 또한 RF 전력이 본 명세서에 기술되지만, 도즈, 퍼지, 변환 시간 및/또는 압력이 또한 조절될 수 있다.
장치
도 4는 저압 환경을 유지하기 위한 프로세스 챔버 바디 (402) 를 갖는 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 프로세스 스테이션 (400)의 실시 예의 개략적인 예시를 도시한다. 복수의 PEALD 프로세스 스테이션들 (400) 은 공통의 저압 프로세스 툴 환경 (tool environment) 에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 도 5는 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (processing tool) (500) 의 실시 예를 도시한다. 일부 실시 예들에서, 이하에 상세히 논의된 것들을 포함하는 PEALD 프로세스 스테이션 (400) 의 하나 이상의 하드웨어 파라미터들은 하나 이상의 제어기들 (450) 에 의해 프로그래밍 방식으로 조절될 수도 있다.
PEALD 프로세스 스테이션 (400) 은 샤워헤드 (406) 로 프로세스 가스들을 전달하기 위해 반응 물질 전달 시스템 (401a) 과 유체적으로 연통한다. 반응 물질 전달 시스템 (401a) 은 샤워헤드 (406) 로의 전달을 위해 실리콘 전구체 가스, 또는 제 2 반응 물질 가스 (예를 들어, 산소 및 아르곤) 와 같은 프로세스 가스들을 블렌딩 및/또는 컨디셔닝하기 위한 혼합 용기 (404) 를 포함한다. 하나 이상의 혼합 용기 유입구 밸브들 (420) 은 혼합 용기 (404) 로의 프로세스 가스들의 도입을 제어할 수도 있다. 아르곤 플라즈마는 또한 샤워헤드 (406) 로 전달될 수도 있고 또는 PEALD 프로세스 스테이션 (400) 에서 생성될 수도 있다.
예로서, 도 4의 실시 예는 혼합 용기 (404) 로 공급될 액체 반응 물질을 기화하기 위한 기화 지점 (403) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 기화 지점 (403) 은 가열된 기화기일 수도 있다. 이러한 기화기들 (vaporizers) 로부터 생겨난 (produced) 포화된 반응 물질 증기는 다운스트림의 전달 파이프에서 응결될 (condense) 수도 있다. 응결된 반응 물질에 대한 양립할 수 없는 가스들의 노출은 작은 입자들을 생기게 (create) 할 수도 있다. 이들 작은 입자들은 파이프를 막고, 밸브 동작을 방해하고, 기판 등을 오염시킬 수도 있다. 이들 문제들을 해결하기 위한 일부 접근법들은 잔류 반응 물질을 제거하도록 전달 파이프를 퍼지 (purge) 및/또는 배기하는 것을 포함한다. 그러나, 전달 파이프를 퍼지하는 것은 프로세스 스테이션 사이클 시간을 증가시킬 수도 있고, 프로세스 스테이션 쓰루풋을 저하시킨다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 기화 지점 (403) 다운스트림의 전달 파이프는 열 추적될 수도 있다. 일부 예들에서, 혼합 용기 (404) 는 또한 열 추적될 수도 있다. 일 비제한적인 예에서, 기화 지점 (403) 의 다운스트림 파이프는 혼합 용기 (404) 에서 대략 100 ℃로부터 대략 150 ℃로 연장하는 상승 온도 프로파일을 갖는다.
일부 실시 예들에서, 액체 전구체 또는 액체 반응 물질은 액체 주입기에서 기화될 수도 있다. 예를 들어, 액체 주입기는 혼합 용기의 업스트림에서 캐리어 가스 스트림 내로 액체 반응 물질의 펄스들을 주입할 수도 있다. 일 실시 예에서, 액체 주입기는 보다 높은 압력으로부터 보다 낮은 압력으로 액체를 플래싱 (flashing) 함으로써 반응 물질을 기화시킬 수도 있다. 또 다른 예에서, 액체 주입기는 가열된 전달 파이프에서 후속하여 기화되는 분산된 마이크로 액적들 (microdroplets) 로 액체를 원자화할 수도 있다. 작은 액적들은 큰 액적들보다 빠르게 기화될 수 있어, 액체 주입과 완전한 기화 사이의 지연을 감소시킨다. 보다 빠른 기화는 기화 지점 (403) 으로부터 다운스트림의 파이프의 길이를 감소시킬 수 있다. 일 시나리오에서, 액체 주입기는 혼합 용기 (404) 에 직접 장착될 수 있다. 또 다른 시나리오에서, 액체 주입기는 샤워헤드 (406) 에 직접 장착될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 기화 지점 (403) 의 업스트림의 액체 플로우 제어기 (liquid flow controller; LFC) 가 기화 및 PEALD 프로세스 스테이션 (400) 으로의 전달을 위해 액체의 질량 플로우 (mass flow) 를 제어하기 위해 제공될 수도 있다. 예를 들면, LFC는 LFC의 다운스트림에 위치된 열적 질량 플로우 미터 (mass flow meter; MFM) 를 포함할 수도 있다. LFC의 플런저 밸브 (plunger valve) 는 이어서 MFM과 전기 통신하는 PID (proportional-integral-derivative) 제어기에 의해 제공된 피드백 제어 신호들에 응답하여 조정될 수도 있다. 그러나, 피드백 제어를 사용하여 액체 플로우를 안정화하는데 1 초 이상 걸릴 수도 있다. 이는 액체 반응 물질을 도징하기 (dosing) 위한 시간을 연장할 수도 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, LFC는 피드백 제어 모드와 직접 제어 모드 사이에서 동적으로 스위칭될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이는 LFC 및 PID 제어기의 감지 튜브를 디스 에이블링함(disabling) 으로써 수행될 수도 있다.
샤워헤드 (406) 는 기판 (412) 을 향해 프로세스 가스들을 분배한다. 도 4에 도시된 실시 예에서, 기판 (412) 은 샤워헤드 (406) 아래에 위치되고 페데스탈 (408) 상에 놓인 것으로 도시된다. 샤워헤드 (406) 는 임의의 적합한 형상을 가질 수도 있고, 기판 (412) 에 프로세스 가스들을 분배하기 위한 임의의 적합한 수 및 배열의 포트들을 가질 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 페데스탈 (408) 은 기판 (412) 과 샤워헤드 (406) 사이의 볼륨에 기판 (412) 을 노출하도록 상승되거나 하강될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈 높이는 제어기 (450) 에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
또 다른 시나리오에서, 페데스탈 (408) 의 높이를 조정하는 것은 플라즈마가 점화되는 실시 예들에 있어서 플라즈마 밀도가 프로세스에서 플라즈마 활성화 사이클들 동안 가변되게 할 수도 있다. 프로세스 페이즈 (process phase) 의 종료에서, 페데스탈 (408) 은 페데스탈 (408) 로부터 기판 (412) 의 제거를 허용하도록 또 다른 기판 이송 페이즈 동안 하강될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 페데스탈 (408) 은 히터 (410) 를 통해 온도 제어될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈 (408) 은 개시된 실시 예들에 기술된 바와 같이 실리콘 나이트라이드 막들의 증착 동안 적어도 약 250 ℃, 또는 일부 실시 예들에서는 약 300 ℃ 미만, 예를 들어 약 250 ℃의 온도로 가열될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈은 약 -50 ℃ 내지 약 900 ℃, 또는 약 50 ℃ 내지 약 300 ℃, 예를 들어 약 200 ℃ 내지 약 275 ℃의 온도로 설정된다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈은 약 50 ℃ 내지 약 300 ℃의 온도로 설정된다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈은 약 200 ℃ 내지 약 275 ℃의 온도로 설정된다.
또한, 일부 실시 예들에서, PEALD 프로세스 스테이션 (400) 을 위한 압력 제어는 버터플라이 밸브 (418) 에 의해 제공될 수도 있다. 도 4의 실시 예에 도시된 바와 같이, 버터플라이 밸브 (418) 는 다운스트림 진공 펌프 (미도시) 에 의해 제공된 진공을 쓰로틀한다 (throttle). 그러나, 일부 실시 예들에서, PEALD 프로세스 스테이션 (400) 의 압력 제어는 또한 PEALD 프로세스 스테이션 (400) 에 도입된 하나 이상의 가스들의 플로우 레이트를 가변시킴으로써 조정될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 샤워헤드 (406) 의 위치는 기판 (412) 과 샤워헤드 (406) 사이의 볼륨을 가변시키도록 페데스탈 (408) 에 대해 조정될 수도 있다. 또한, 페데스탈 (408) 및/또는 샤워헤드 (406) 의 수직 위치는 본 개시의 범위 내에서 임의의 적합한 메커니즘에 의해 가변될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈 (408) 은 기판 (412) 의 배향을 회전시키기 위한 회전 축을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 이들 예시적인 조정들은 하나 이상의 제어기들 (450) 에 의해 프로그램적으로 수행될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
플라즈마가 상기 논의된 바와 같이 사용될 수 있는 일부 실시 예들에서, 샤워헤드 (406) 및 페데스탈 (408) 은 플라즈마에 전력을 공급하기 위해 무선 주파수 (RF) 전력 공급부 (414) 및 매칭 네트워크 (416) 와 전기적으로 통신할 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 페데스탈은 전력 공급된 페데스탈이고 챔버는 접지된 샤워헤드를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈은 접지되고 샤워헤드는 전력 공급된다. 변환 동안 RF 전력 공급부 (414) 에 의해 공급된 RF 전력은 제어기 (450) 를 사용하여 제어될 수도 있다 (예를 들어, 적어도 도 2a 내지 도 2d 및 도 3과 연결하여 기술된 바와 같이 RF 전력을 램핑 업하도록). 일부 실시 예들에서, 플라즈마 에너지는 플라즈마 전력 (예를 들어, RF 전력) 과 변환 지속 기간의 결합을 사용하여 조절된다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마 에너지는 프로세스 스테이션 압력, 가스 농도, RF 소스 전력, RF 소스 주파수, 및 플라즈마 전력 펄스 타이밍 중 하나 이상을 제어함으로써 제어될 수도 있다. 예를 들면, RF 전력 공급부 (414) 및 매칭 네트워크 (416) 는 목표된 조성 (composition) 의 라디칼 종을 갖는 플라즈마를 형성하도록 임의의 적합한 전력으로 동작될 수도 있다. 적합한 전력들의 예들은 상기에 포함된다. 유사하게, RF 전력 공급부 (414) 는 임의의 적합한 주파수의 RF 전력을 제공할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, RF 전력 공급부 (414) 는 고주파수 및 저주파수 RF 전력 소스들을 서로 독립적으로 제어하도록 구성될 수도 있다. 예시적인 저주파 RF 주파수들은 이에 제한되지 않지만, 0 ㎑ 내지 500 ㎑의 주파수들을 포함할 수도 있다. 예시적인 고주파 RF 주파수들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 1.8 ㎒ 내지 2.45 ㎓, 또는 약 13.56 ㎒ 초과, 또는 27 ㎒ 초과, 또는 40 ㎒ 초과, 또는 60 ㎒ 초과의 주파수들을 포함할 수도 있다. 임의의 적합한 파라미터들은 표면 반응들을 개시하도록 이산적으로 또는 연속적으로 조절될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 실시 예들에서, 플라즈마는 하나 이상의 플라즈마 모니터들에 의해 인-시츄로 모니터링될 수도 있다. 일 시나리오에서, 플라즈마 전력은 하나 이상의 전압, 전류 센서들 (예를 들어, VI 프로브들) 에 의해 모니터링될 수도 있다. 또 다른 시나리오에서, 플라즈마 밀도 및/또는 프로세스 가스 농도는 하나 이상의 광학 발광 분석기 센서들 (optical emission spectroscopy sensors; OES) 에 의해 측정될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들은 이러한 인-시츄 플라즈마 모니터들로부터의 측정들에 기초하여 프로그래밍 방식으로 조절될 수도 있다. 예를 들어, OES 센서는 플라즈마 전력의 프로그래밍적인 제어를 제공하기 위한 피드백 루프에서 사용될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마 및 다른 프로세스 특성들을 모니터링하기 위해 다른 모니터들이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 모니터들은 이에 제한되는 것은 아니지만, 적외선 (IR) 모니터들, 음향 모니터들, 및 압력 변환기들을 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 제어기 (450) 에 대한 인스트럭션들 (instructions) 은 입력부/전력부 제어 (input/output control; IOC) 시퀀싱 인스트럭션들을 통해 제공될 수도 있다. 일 예에서, 프로세스 페이즈에 대한 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 프로세스 레시피의 대응하는 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 경우들에서, 프로세스 레시피 페이즈들은 프로세스 페이즈에 대한 모든 인스트럭션들이 그 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 반응기 (reactor) 파라미터들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 레시피 페이즈 (recipe phase) 는 불활성 및/또는 반응 물질 가스 (예를 들어, 제 1 전구체) 의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, (아르곤과 같은) 캐리어 가스의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 제 1 전력 레벨 설정을 위한 인스트럭션들 및 제 1 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 2 의, 후속하는 레시피 페이즈는 불활성 가스 및/또는 반응 물질 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 제 2 RF 전력 레벨을 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 제 2 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수 있다. 제 3 레시피 페이즈는 제 2 반응 물질 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 제 2 반응 물질 가스의 플로우 지속 기간을 조절하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 제 3 RF 전력 레벨, 및 제 3 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션을 설정하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 4 의, 후속하는 레시피 페이즈는 불활성 가스 및/또는 반응 물질 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 제 4 RF 전력 레벨을 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 제 4 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수 있다. 이들 레시피 페이즈들은 개시된 실시 예들의 범위 내에서 임의의 적합한 방식으로 더 세분되고 그리고/또는 반복될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시 예들에서, 제어기 (450) 는 도 5의 시스템 제어기 (550) 에 대해 하기에 기술된 임의의 특징들을 포함할 수도 있다.
상기 기술된 바와 같이, 하나 이상의 프로세스 스테이션들이 멀티-스테이션 프로세싱 툴에 포함될 수도 있다. 도 5는 인바운드 로드 록 (inbound load lock) (502) 및 아웃바운드 로드 록 (outbound load lock) (504) 중 하나 또는 모두가 리모트 플라즈마 소스를 포함할 수도 있는, 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 실시 예의 개략도를 도시한다. 대기압의 로봇 (506) 은 포드 (pod) (508) 를 통해 로딩된 카세트로부터 대기 포트 (510) 를 통해 인바운드 로드 록 (502) 내로 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다. 웨이퍼는 로봇 (506) 에 의해 인바운드 로드 록 (502) 내의 페데스탈 (512) 상에 배치되고, 대기 포트 (atmospheric port) (510) 가 폐쇄되고, 로드 록은 펌핑 다운된다 (pumped down). 인바운드 로드 록 (502) 이 리모트 플라즈마 소스를 포함하는 경우, 웨이퍼는 프로세싱 챔버 (514) 로 도입되기 전에 로드 록에서 리모트 플라즈마 처리에 노출될 수도 있다. 또한, 웨이퍼는 또한, 예를 들어, 수분 및 흡착 가스들을 제거하기 위해, 인바운드 로드 록 (502) 내에서 가열될 수도 있다. 다음으로, 프로세싱 챔버 (514) 로의 챔버 이송 포트 (516) 가 개방되고, 또 다른 로봇 (미도시) 이 프로세싱을 위해 반응기 내에 도시된 제 1 스테이션의 페데스탈 상의 반응기 내로 웨이퍼를 배치한다. 도 5에 도시된 실시 예가 로드 록들을 포함하지만, 일부 실시 예들에서, 웨이퍼의 프로세스 스테이션으로의 직접적인 진입이 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도시된 프로세싱 챔버 (514) 는 도 5에 도시된 실시 예에서 1 내지 4로 넘버링된, 4 개의 프로세스 스테이션들을 포함한다. 스테이션 각각은 가열된 페데스탈 (스테이션 1에 대해 (518) 로 도시됨), 및 가스 라인 유입구들을 갖는다. 일부 실시 예들에서, 프로세스 스테이션 각각은 상이하거나 다수의 목적들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시 예들에서, 프로세스 스테이션은 ALD와 플라즈마-강화된 ALD 프로세스 모드 사이에서 스위칭 가능할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 프로세싱 챔버 (514) 는 ALD 및 플라즈마 강화된 ALD 프로세스 스테이션들의 하나 이상의 매칭된 쌍들을 포함할 수도 있다. 도시된 프로세싱 챔버 (514) 가 4 개의 스테이션들을 포함하지만, 본 개시에 따른 프로세싱 챔버는 임의의 적합한 수의 스테이션들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 일부 실시 예들에서, 프로세싱 챔버는 5 개 이상의 스테이션들을 가질 수도 있는 한편, 다른 실시 예들에서 프로세싱 챔버는 3 개 이하의 스테이션들을 가질 수도 있다.
본 개시의 RF 전력 설정들에 대한 다양한 참조들은 달리 나타내지 않는 한, 웨이퍼 당 RF 전력 설정들을 지칭하도록 일반적으로 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴의 다수의 프로세스 스테이션들을 수반하는 실시 예들에서, (예를 들어, 동시에 그리고/또는 순차적으로) 다수의 프로세스 스테이션들을 서비스하는 하나 이상의 RF 전력 소스들이 제공될 수도 있다. 단일 RF 전력 소스가 다수의 프로세스 스테이션들을 서비스하는 실시 예들에서, RF 전력 소스의 웨이퍼 당 전력 설정은 목표된 전력 레벨의 플라즈마가 동시에 제공되는 프로세스 스테이션들의 수로 곱해질 수도 있다. 즉, 본 개시가 300 와트의 RF 전력 설정을 기술할 때, RF 전력 설정은 300 와트의 웨이퍼 당 값을 반영한다는 것과, 멀티-스테이션 프로세싱 툴들에서 RF 전력 소스의 실제 RF 전력 설정은 스테이션들의 수에 의해 곱해진 웨이퍼 당 전력 설정일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
더욱이, 본 개시의 RF 전력 설정들에 대한 다양한 참조들은 달리 나타내지 않는 한, 일반적으로 300 ㎜ 웨이퍼와 함께 사용된 RF 전력 설정들을 참조하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 기술된 RF 전력 설정들은 300 ㎜ 웨이퍼와 다른 치수들을 갖는 기판들 또는 웨이퍼들 상에 재료를 증착할 때 조정될 수도 있다. 이러한 실시 예들에서, 프로세스 엔지니어, 기판 또는 웨이퍼 디자이너, 또는 다른 관련 당사자의 목표된 손상 문턱 값들 및 막 품질 목표들을 고려하면서, 도 1a 내지 도 1e의 실험들은 스크리닝 층(들)의 형성을 위한 저전력 설정들 및 고품질 층들의 형성을 위한 고전력 설정들 모두를 포함하는, 적절한 범위의 RF 전력 설정들을 식별하도록 (300 ㎜ 웨이퍼 이외의 치수들을 갖는) 기판 또는 웨이퍼로 반복될 수 있다.
도 5는 프로세싱 챔버 (514) 내에 웨이퍼들을 이송하기 위한 웨이퍼 핸들링 시스템 (590) 의 실시 예를 도시한다. 일부 실시 예들에서, 웨이퍼 핸들링 시스템 (590) 은 다양한 프로세스 스테이션들 사이에 그리고/또는 프로세스 스테이션과 로드 록 (load lock) 사이에 웨이퍼들을 이송할 수도 있다. 임의의 적합한 웨이퍼 핸들링 시스템이 채용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 비제한적인 예들은 웨이퍼 캐러셀들 (carousels) 및 웨이퍼 핸들링 로봇들을 포함한다. 도 5는 또한 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 프로세스 조건들 및 하드웨어 상태들을 제어하도록 채용된 시스템 제어기 (550) 의 실시 예를 도시한다. 시스템 제어기 (550) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 (556), 하나 이상의 대용량 저장 디바이스들 (554), 및 하나 이상의 프로세서들 (552) 을 포함할 수도 있다. 프로세서 (552) 는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결부들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 등을 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (550) 는 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 모든 액티비티들을 제어한다. 시스템 제어기 (550) 는 대용량 저장 디바이스 (554) 에 저장되고, 메모리 디바이스 (556) 내로 로딩되고, 프로세서 (552) 상에 실행되는 시스템 제어 소프트웨어 (558) 를 실행한다. 대안적으로, 제어 로직은 시스템 제어기 (550) 내에서 하드 코딩될 수도 있다.　 ASIC (Applications Specific Integrated Circuits), PLD (Programmable Logic Devices) (예를 들어, 필드-프로그래밍 가능한 게이트 어레이들, 또는 FPGA들) 등이 이들 목적들을 위해 사용될 수도 있다.　 이하의 논의에서, "소프트웨어" 또는 "코드"가 사용될 때마다, 기능적으로 유사한 하드 코딩된 로직이 그 대신 사용될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 타이밍, 가스들의 혼합물, 가스 플로우 레이트들, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 웨이퍼 온도, 타겟 전력 레벨들, RF 전력 레벨들, 기판 페데스탈, 척 및/또는 서셉터 (susceptor) 위치, 및 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (500) 에 의해 수행된 특정 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 (subroutines) 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하도록 사용된 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 임의의 적합한 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어 소프트웨어 (558) 는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 시퀀싱 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어기 (550) 와 연관된 대용량 저장 디바이스 (554) 및/또는 메모리 디바이스 (556) 상에 저장된 다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 프로그램, 프로세스 가스 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 플라즈마 제어 프로그램을 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 페데스탈 (518) 상으로 기판을 로딩하고 기판과 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용되는 프로세스 툴 컴포넌트들에 대한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다.
프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 (예를 들어, 본 명세서에 상술된 대로 요오드-함유 실리콘 전구체 가스들, 및 질소-함유 가스들, 캐리어 가스들 및 퍼지 가스들) 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 그리고 선택 가능하게, 프로세스 스테이션에서 압력을 안정화시키기 위해 증착 전에 하나 이상의 프로세스 스테이션들로 가스를 흐르게 하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 압력 제어 프로그램은 예를 들어, 프로세스 스테이션의 배기 시스템의 쓰로틀 밸브 (throttle valve), 프로세스 스테이션으로의 가스 플로우, 등을 조절함으로써 프로세스 스테이션 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
히터 제어 프로그램은 기판을 가열하도록 사용되는 가열 유닛으로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 히터 제어 프로그램은 기판으로의 열 이송 가스 (예컨대, 헬륨) 의 전달을 제어할 수도 있다.
플라즈마 제어 프로그램은 본 명세서의 실시 예들에 따라 하나 이상의 프로세스 스테이션들에서 프로세스 전극들에 인가된 RF 전력 레벨들을 설정하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
압력 제어 프로그램은 본 명세서의 실시 예들에 따라 반응 챔버 내의 압력을 유지하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (550) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 프로세스 조건들 및/또는 장치의 그래픽 소프트웨어 디스플레이들, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
일부 실시 예들에서, 시스템 제어기 (550) 에 의해 조정된 파라미터들은 프로세스 조건들과 관련될 수도 있다. 비제한적인 예들은 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, (RF 바이어스 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 (550) 의 아날로그 및/또는 디지털 입력 연결부들에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (500) 의 아날로그 및 디지털 출력 연결부들 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비제한적인 예들은 질량 플로우 제어기들 (mass flow controllers), (압력계들과 같은) 압력 센서들, 열전대들 (thermocouples), 등을 포함한다. 적절히 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들은 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다.
시스템 제어기 (550) 는 상기 기술된 증착 프로세스들을 구현하기 위한 프로그램 인스트럭션들을 제공할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 DC 전력 레벨, RF 바이어스 전력 레벨, 압력, 온도, 등과 같은 다양한 프로세스 파라미터들을 제어할 수도 있다. 인스트럭션들은 본 명세서에 기술된 다양한 실시 예들에 따라 막 스택들의 인-시츄 증착을 동작하도록 파라미터들을 제어할 수 있다.
시스템 제어기 (550) 는 통상적으로 장치가 개시된 실시 예들에 따른 방법을 수행하도록 인스트럭션들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 메모리 디바이스들 (556) 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다. 개시된 실시 예들에 따른 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함하는 머신-판독 가능 매체는 시스템 제어기 (550) 에 커플링될 수도 있다.
일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (550) 는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는, 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 전, 프로세싱 동안 및 프로세싱 후 그들의 동작을 제어하기 위해 전자 장치와 통합될 수도 있다. 전자 장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위 부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 프로세싱 조건들 및/또는 시스템의 타입에 따라, 시스템 제어기 (550) 는 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정들, 진공 설정들, 전력 설정들, 무선 주파수 (radio frequency; RF) 생성기 설정들, RF 매칭 회로 설정들, 주파수 설정들, 플로우 레이트 설정들, 유체 전달 설정들, 위치 설정 및 동작 설정, 툴 및 다른 이송 툴들 내외로의 웨이퍼 이송들 및/또는 특정 시스템에 연결되거나 특정 시스템과 인터페이싱된 (interface) 로드 록들을 포함하여, 본 명세서에 개시된 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 시스템 제어기 (550) 는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블링하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블링하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자 장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, DSPs (digital signal processors), ASICs (application specific integrated circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 시스템 제어기 (550) 로 또는 시스템으로 통신되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
시스템 제어기 (550) 는, 일부 구현 예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 일부일 수도 있다. 예를 들면, 시스템 제어기 (550) 는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 허용할 수 있는, 팹 (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 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 시스템 제어기 (550) 는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 수행될 프로세스의 타입 및 시스템 제어기 (550) 가 인터페이싱하거나 제어하도록 구성된 툴의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 기술된 바와 같이, 시스템 제어기 (550) 는 예를 들어, 함께 네트워킹되고 공통 목적, 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 향해 작업하는 (work) 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써와 같이, 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 결합하는 (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치된 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비제한적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, PEALD 챔버 또는 모듈, ALE 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상기 주지된 바와 같이, 툴에 의해 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라, 시스템 제어기 (550) 는 하나 이상의 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접한 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 전반에 위치된 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로 또는 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송에 사용되는 툴들과 통신할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 방법들을 수행하기 위한 적절한 장치는 2011년 4월 11일 출원된 명칭 "PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION"의 미국 특허 출원 제13/084,399호 (현재 미국 특허 제8,728,956호) 및 2011 년 4 월 11 일 출원된 명칭 "SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS"의 미국 특허 출원 제13/084,305호에서 더 논의되고 기술되며, 이들 출원 각각은 전체가 본 명세서에 인용된다.
상기 기술된 장치/프로세스는 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위한 리소그래피 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 설비에서 함께 사용되거나 작동될 (conduct) 것이다. 막의 리소그래피 패터닝은 통상적으로 다음의 단계들 중 일부 또는 전부를 포함하고, 단계 각각은 여러 (a number of) 가능한 툴들을 사용하여 인에이블링된다: (1) 스핀-온 또는 스프레이-온 툴을 사용하여, 워크 피스, 즉, 기판 상에 포토레지스트의 도포; (2) 핫 플레이트 또는 퍼니스 또는 UV 경화 (curing) 툴을 사용한 포토레지스트의 경화; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시 광선 또는 UV 광 또는 x- 선 광에 포토레지스트를 노출하는 단계; (4) 레지스트를 선택적으로 제거하고 따라서 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 단계; (5) 건식 또는 플라즈마 보조된 에칭 툴을 사용함으로써 아래에 놓인 막 또는 워크 피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 단계; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트리퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 단계를 포함한다.
결론
전술한 실시 예들이 이해의 명료성을 위해 일부 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 실시 예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 본 실시 예들은 예시적인 것이고 제한적인 것이 아닌 것으로 간주되어야 하고, 실시 예들은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않는다.

Claims (21)

  1. 막을 증착하는 방법에 있어서,
    프로세스 챔버에 기판을 제공하는 단계;
    제 1 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 사이클로 상기 기판 위에 제 1 양 (amount) 의 재료를 증착하는 단계로서, 상기 제 1 PEALD 사이클은,
    전구체의 제 1 흡착된 층을 형성하도록 상기 전구체로 하여금 상기 기판의 표면 상으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 상기 기판을 상기 전구체에 노출하는 단계, 및
    제 1 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 1 플라즈마에 상기 전구체의 상기 제 1 흡착된 층을 노출하는 단계를 포함하는, 상기 제 1 양의 재료를 증착하는 단계;
    제 2 PEALD 사이클로 상기 기판 위에 제 2 양의 상기 재료를 증착하는 단계로서, 상기 제 2 PEALD 사이클은,
    상기 전구체의 제 2 흡착된 층을 형성하도록 상기 전구체로 하여금 상기 기판의 상기 표면 상으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 상기 기판을 상기 전구체에 노출하는 단계, 및
    제 2 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 2 플라즈마에 상기 전구체의 상기 제 2 흡착된 층을 노출하는 단계로서, 상기 제 2 플라즈마 전력 레벨은 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨보다 크고, 그리고 상기 제 2 PEALD 사이클은 상기 제 1 PEALD 사이클 후에 수행되는, 상기 제 2 플라즈마에 노출하는 단계를 포함하는, 상기 제 2 양의 상기 재료를 증착하는 단계; 및
    제 3 PEALD 사이클로 상기 기판 위에 제 3 양의 상기 재료를 증착하는 단계로서, 상기 제 3 PEALD 사이클은,
    상기 전구체의 제 3 흡착된 층을 형성하도록 상기 전구체로 하여금 상기 기판의 상기 표면 상으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 상기 기판을 상기 전구체에 노출하는 단계, 및
    제 3 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 3 플라즈마에 상기 전구체의 상기 제 3 흡착된 층을 노출하는 단계로서, 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨은 상기 제 2 플라즈마 전력 레벨보다 크고, 그리고 상기 제 3 PEALD 사이클은 상기 제 2 PEALD 사이클 후에 수행되는, 상기 제 3 플라즈마에 노출하는 단계를 포함하는, 상기 제 3 양의 상기 재료를 증착하는 단계를 포함하는, 막 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 300 ㎜ 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작고, 그리고 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 2.0 킬로와트보다 큰, 막 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 300 ㎜ 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작고, 그리고 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 큰, 막 증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 제 2 플라즈마 전력 레벨의 1/2 이하인, 막 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 300 ㎜ 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트 미만이고, 그리고 상기 제 1 PEALD 사이클은 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨을 사용하는 것을 포함하여, 상기 증착된 재료의 두께가 20
    Figure pct00026
    를 초과할 때까지 반복되는, 막 증착 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 PEALD 사이클은 상기 제 2 PEALD 사이클이 수행되기 전에 적어도 20 회 반복되는, 막 증착 방법
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 4 PEALD 사이클로 상기 기판 위에 제 4 양의 상기 재료를 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 4 PEALD 사이클은,
    상기 전구체의 제 4 흡착된 층을 형성하도록 상기 전구체로 하여금 상기 기판의 상기 표면 상으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 상기 기판을 상기 전구체에 노출하는 단계; 및
    제 4 플라즈마 전력 레벨을 사용하여 생성된 제 4 플라즈마에 상기 전구체의 상기 제 4 흡착된 층을 노출하는 단계로서, 상기 제 4 플라즈마 전력 레벨은 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨보다 크고, 그리고 상기 제 4 PEALD 사이클은 상기 제 3 PEALD 사이클 후에 수행되는, 막 증착 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기판은 300 ㎜ 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 500 와트 미만이고, 그리고 상기 제 4 플라즈마 전력 레벨은 상기 300 ㎜ 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 큰, 막 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 재료는 실리콘 옥사이드를 포함하는, 막 증착 방법.
  10. 막을 증착하는 방법에 있어서,
    프로세스 챔버 내에 기판을 수용하는 단계; 및
    복수의 PEALD 사이클들로 상기 기판 위에 재료를 증착하는 단계를 포함하며, 사이클 각각은,
    전구체의 흡착된 층을 형성하도록 상기 전구체로 하여금 상기 기판의 표면 상으로 흡착하게 하는 조건들 하에서 상기 기판을 상기 전구체에 노출하는 단계, 및
    가변 전력 설정 (variable power setting) 을 갖는 RF (radio-frequency) 생성기를 사용하여 제공된 플라즈마에 상기 흡착된 층을 노출하는 단계를 포함하며,
    상기 복수의 PEALD 사이클들로 상기 기판 위에 상기 재료를 증착하는 단계는 상기 RF 생성기의 가변 전력 설정을 제 1 PEALD 사이클 동안 제 1 전력 레벨로, 제 2 PEALD 사이클 동안 제 2 전력 레벨로, 그리고 제 3 PEALD 사이클 동안 제 3 전력 레벨로 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 제 3 전력 레벨은 상기 제 2 전력 레벨보다 크고,
    상기 제 2 전력 레벨은 상기 제 1 전력 레벨보다 크고,
    상기 제 3 PEALD 사이클은 상기 제 2 PEALD 사이클 후에 발생하고 (occur),
    상기 제 2 PEALD 사이클은 상기 제 1 PEALD 사이클 후에 발생하는, 막 증착 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 단일 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작고, 그리고 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 2.0 킬로와트보다 큰, 막 증착 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 단일 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작고, 그리고 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 큰, 막 증착 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨의 1/2 이하인, 막 증착 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 단일 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 1.0 킬로와트보다 작고, 그리고 상기 제 1 PEALD 사이클은 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨을 사용하는 것을 포함하여, 상기 증착된 재료의 두께가 20
    Figure pct00027
    를 초과할 때까지 반복되는, 막 증착 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 PEALD 사이클은 상기 제 2 PEALD 사이클이 수행되기 전에 적어도 20 회 반복되는, 막 증착 방법.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 PEALD 사이클들로 상기 기판 위에 상기 재료를 증착하는 단계는 제 4 PEALD 사이클 동안 상기 RF 생성기의 상기 가변 전력 설정을 제 4 전력 레벨로 설정하는 단계를 포함하고, 상기 제 4 전력 레벨은 상기 제 3 전력 레벨보다 크고, 그리고 상기 제 4 PEALD 사이클은 상기 제 3 PEALD 사이클 후에 발생하는, 막 증착 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기판은 단일 웨이퍼를 포함하고, 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 500 와트보다 작고, 그리고 상기 제 4 플라즈마 전력 레벨은 상기 단일 웨이퍼에 대해 3.5 킬로와트보다 큰, 막 증착 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 재료는 실리콘 옥사이드를 포함하는, 막 증착 방법.
  19. 기판들을 프로세싱하는 장치에 있어서,
    하나 이상의 프로세스 챔버들;
    상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 및 연관된 플로우 제어 (flow control) 하드웨어 내로의 하나 이상의 가스 유입구들 (gas inlets);
    플라즈마 생성기; 및
    적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 갖는 제어기를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서 및 상기 메모리는 서로 통신 가능하게 연결되고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 적어도 상기 플로우 제어 하드웨어와 동작 가능하게 연결되고, 상기 메모리는,
    상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 적어도 하나의 챔버로 기판의 삽입을 유발하고;
    상기 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 상기 적어도 하나의 챔버 내로 제 1 세트의 실리콘-함유 전구체와 산화제의 교번하는 플로우들의 도입을 유발하고;
    실리콘 옥사이드 재료를 형성하도록 상기 제 1 세트 동안 상기 산화제의 도입을 유발할 때 제 1 플라즈마 전력 레벨을 갖는 플라즈마의 생성 (generation) 을 유발하고;
    상기 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 상기 적어도 하나의 챔버 내로 제 2 세트의 상기 실리콘-함유 전구체와 상기 산화제의 교번하는 플로우들의 도입을 유발하고;
    실리콘 옥사이드 재료를 형성하도록 상기 제 2 세트 동안 상기 산화제를 도입할 때 제 2 플라즈마 전력 레벨을 갖는 플라즈마의 생성을 유발하고;
    상기 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 상기 적어도 하나의 챔버 내로 제 3 세트의 상기 실리콘-함유 전구체와 상기 산화제의 교번하는 플로우들의 도입을 유발하고; 그리고
    실리콘 옥사이드 재료를 형성하도록 상기 제 2 세트 동안 상기 산화제를 도입할 때 제 3 플라즈마 전력 레벨을 갖는 플라즈마의 생성을 유발하기 위해, 적어도 상기 플로우 제어 하드웨어를 제어하도록 적어도 하나의 프로세서를 제어하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 인스트럭션들 (instructions) 을 저장하며, 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨은 제 1 플라즈마 전력 레벨보다 적어도 2 배 크고, 그리고 상기 제 2 플라즈마 전력은 레벨은 상기 제 1 플라즈마 전력 레벨보다 크고 상기 제 3 플라즈마 전력 레벨보다 낮은, 기판 프로세싱 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 상기 적어도 하나의 챔버는 전력 공급된 샤워헤드 및 상기 기판을 홀딩하기 위한 접지된 페데스탈을 포함하는, 기판 프로세싱 장치.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세스 챔버들 중 상기 적어도 하나의 챔버는 상기 기판을 홀딩하기 위한 전력 공급된 페데스탈 및 접지된 샤워헤드를 포함하는, 기판 프로세싱 장치.
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