KR20220102569A - 갭 충진 유체를 증착하기 위한 방법 그리고 이와 관련된 시스템 및 장치 - Google Patents

갭 충진 유체를 증착하기 위한 방법 그리고 이와 관련된 시스템 및 장치 Download PDF

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KR20220102569A
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gap
pulse
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티모시 블랑까르
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판을 포함한 구조체를 제조하기 위한 방법 및 시스템. 기판은 복수의 오목부를 포함한다. 오목부는 갭 충진 유체로 적어도 부분적으로 충진된다. 갭 충진 유체는 Si-H 결합을 포함한다.

Description

갭-필링 유체들을 증착하기 위한 방법들 및 관련 시스템들 및 장치들{METHODS FOR DEPOSITING GAP-FILLING FLUIDS AND RELATED SYSTEMS AND DEVICES}
본 개시는, 일반적으로 전자 소자를 형성하기에 적합한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 갭, 트렌치 등에 재료를 플라즈마 보조 장치에 의해 증착하는 데 사용될 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
비정질 실리콘은 다른 막(예, 실리콘 산화물, 비정질 탄소 등)과 관련하여 양호한 식각 선택도를 제공할 수 있기 때문에, 희생 층으로서 반도체 제조 공정에 널리 사용되어 왔다. 반도체 제조에서 임계 치수(CD)가 감소함에 따라, 고 종횡비 갭을 충전하는 방법은 고급 반도체 소자 제조에 점점 더 중요해진다.
예를 들어, 현재의 금속 대체 게이트 공정은, 퍼니스 폴리-실리콘 또는 비정질 실리콘 더미 게이트를 포함한다. 이음매는 공정의 성질로 인해 Si 더미 게이트의 중간에 형성된다. 이러한 이음매는 사후 처리 중에 개방되어 구조 고장을 야기할 수 있다. 비정질 실리콘(a-Si)의 종래의 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)은 좁은 트렌치의 상부에 "버섯 형상" 막을 형성한다. 이는, 플라즈마가 깊은 트렌치 내로 침투할 수 없음에 의해 야기된다. 그 결과, 좁은 트렌치가 상부로부터 좁아져 트렌치의 하부에 빈 공간을 형성한다. 따라서, 공극 형성 없이 고 종횡비 구조를 충전하는 방법이 필요하다.
이 부분에 진술된 문제점 및 해결책을 포함한 임의의 논의는, 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로만 본 개시에 포함되었다. 이러한 논의는 임의의 또는 모든 발명이 이전에 알려졌거나 그렇지 않으면 선행 기술을 구성하는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
본 개시의 다양한 구현예는 갭 충전 방법, 이러한 방법을 사용하여 형성된 구조체 및 소자, 그리고 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체 및/또는 소자를 형성하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 종래의 방법 및 시스템의 단점을 해결하는 방법은 아래에서 보다 상세히 논의된다.
갭을 충전하는 방법이 본원에 더 설명된다. 방법은 반응 챔버 내에 기판을 도입하는 단계를 포함한다. 기판에는 갭이 제공된다. 방법은 실리콘 전구체를 반응 챔버 내로 도입하는 단계를 포함한다. 실리콘 전구체는 실리콘과 할로겐을 포함한다. 상기 방법은 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계 및 반응 챔버 내에 반응물을 도입하는 단계를 추가로 포함한다. 반응물은 불활성 가스를 포함한다. 갭 충전 유체는 실리콘과 수소를 포함한다. 실리콘 전구체와 반응물은 플라즈마의 존재 하에 반응하여, 갭을 적어도 부분적으로 충전하는, 갭 충전 유체를 형성한다. 따라서, 갭 충전 유체가 기판 상에 증착된다.
갭을 충전하는 다른 방법이 본원에 추가로 개시된다. 방법은 반응 챔버 내에 기판을 도입하는 단계를 포함한다. 기판에는 갭이 제공된다. 상기 방법은 주기적 증착 공정을 실행함으로써 갭 충전 유체를 증착하는 단계를 추가로 포함한다. 주기적 증착 공정은 복수의 증착 사이클을 포함한다. 증착 사이클은 전구체 펄스와 플라즈마 펄스를 포함한다. 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 적어도 부분적으로 분리되는, 즉 시간적으로 및/또는 공간적으로 적어도 부분적으로 중첩되지 않는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 연속적으로 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 반응 챔버의 상이한 부분에서 수행될 수 있다. 전구체 펄스는 실리콘 전구체를 반응 챔버 내로 도입하는 단계를 포함한다. 실리콘 전구체는 실리콘과 할로겐을 포함한다. 플라즈마 펄스는 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계 및 반응 챔버 내로 반응물을 도입하는 단계를 포함한다. 반응물은 불활성 가스를 포함한다. 실리콘 전구체와 반응물은 플라즈마의 존재 하에 반응하여, 갭을 적어도 부분적으로 충전하는, 갭 충전 유체를 형성한다. 갭 충전 유체는 실리콘과 수소를 포함한다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 SinH2n+2-mXm의 화학식을 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 X는 할로겐이고, n은 적어도 1 내지 최대 3이고, m은 적어도 1 내지 최대 2n+2이다.
일부 구현예에서, 할로겐은 요오드를 포함한다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 SiI2H2을 포함한다.
일부 구현예에서, 반응물은 불활성 가스 및/또는 H2를 포함한다.
일부 구현예에서, 주기적 증착 공정은 적어도 -25°C 내지 최대 150°C의 온도에서 수행된다.
일부 구현예에서, 주기적 증착 공정은 적어도 500 Pa의 압력에서 수행된다.
일부 구현예에서, 상기 불활성 가스는 He, Ne, Ar, 및 Kr로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 상기 불활성 가스는 Ar이다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 사이클 내 퍼지에 의해 분리된다.
일부 구현예에서, 후속 사이클은 사이클 간 퍼지에 의해 분리된다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 적어도 부분적으로 중첩된다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 실질적으로 실리콘, 수소, 및 하나 이상의 할로겐으로 구성된다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체, 불활성 가스, 및 H 이외의 가스는 실리콘 전구체 펄스 동안 및 플라즈마 펄스 동안에 반응 챔버 내로 도입되지 않는다.
일부 구현예에서, 사이클 내 퍼지 동안 및 사이클 간 퍼지 동안에, 불활성 가스 또는 H 이외의 가스는 반응 챔버 내에 도입되지 않는다.
일부 구현예에서, 기판은 반도체 기판을 포함한다.
일부 구현예에서, 방법은 하나 이상의 슈퍼 사이클을 포함하고, 슈퍼 사이클은 갭 충전 유체를 증착하는 단계 및 경화 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 할로겐을 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 증착한 다음에 갭 충전 유체를 경화시킨다.
일부 구현예에서, 방법은 갭 충전 유체 상에 캡 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 상에 캡 층을 형성하는 단계는 주기적 공정을 포함한다. 주기적 공정은 복수의 사이클을 포함한다. 사이클은 캡 층 전구체 펄스와 캡 층 플라즈마 펄스를 포함한다. 캡 층 전구체 펄스는, 캡 층 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 캡 층 플라즈마 펄스는, 캡 층 반응물을 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 캡 층 플라즈마 펄스는, 반응 챔버에서 캡 층 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 상에 캡 층을 형성하는 단계는, 반응 챔버 내에 캡 층 플라즈마를 생성하면서 캡 층 전구체와 캡 층 반응물을 반응 챔버에 동시에 제공하는 단계를 포함한다.
반응 챔버, 무선 주파수 전력 공급원, 가스 주입 시스템, 전구체 가스 공급원, 반응물 가스 공급원, 배기, 및 제어기를 포함하는 시스템이 본원에 추가로 설명된다. 반응 챔버는 기판 지지부와 상부 전극을 포함한다. 기판 지지부는 하부 전극을 포함한다. 무선 주파수 전력 공급원은 무선 주파수 전력 파형을 생성하도록 배열된다. 가스 주입 시스템은 반응 챔버에 유체 결합된다. 전구체 가스 공급원은, 실리콘 전구체와 선택적으로 캐리어 가스를 반응 챔버 내에 도입하기 위해 배열된다. 반응물 가스 공급원은, 반응 챔버 내에 반응물을 도입하도록 배열된다. 제어기는, 시스템이 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 배열된다.
이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다. 본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예에 제한되지 않는다.
다음의 예시적인 도면과 연관하여 고려되는 경우에 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써, 본 개시의 구현예에 대해 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 구조체를 증착하고/증착하거나 방법을 수행하기에 적절한 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD) 장치의 개략적인 표시이다.
도 2는 본 개시의 구현예 중 적어도 하나에 따라 사용할 수 있는 유동 통과 시스템(FPS)을 이용한 전구체 공급 시스템의 개략적인 표시를 나타낸다.
도 3은 예시적인 갭 충전 유체 증착 공정의 증착 사이클 순서를 나타낸다.
도 4는 갭을 충전하기 위한 방법의 일 구현예의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본원에 개시된 대로 방법의 일 구현예의 개략도를 나타낸다.
도 6은 본원에 개시된 대로 방법의 일 구현예의 개략도를 나타낸다.
도면의 구성 요소들은 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 예시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
아래에 제공된 방법, 구조체, 소자 및 시스템의 예시적인 구현예의 설명은 단지 예시적인 것이고, 예시의 목적으로만 의도된 것이며, 다음의 설명은 본 개시의 범주 또는 청구 범위를 제한하고자 함이 아니다. 또한, 특징부를 기술한 다수 구현예를 인용하는 것이 추가적인 특징부를 갖는 다른 구현예 또는 명시된 특징부의 다른 조합을 포함한 다른 구현예를 배제하고자 함이 아니다. 예를 들어, 다양한 구현예가 예시적인 구현예로서 제시되고, 종속된 청구범위에 인용될 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 예시적인 구현예 또는 이의 구성 요소는 조합될 수 있거나 서로 분리되어 적용될 수 있다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력(NTP)에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 포함할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 가스 분배 어셈블리, 다중 포트 주입 시스템, 다른 가스 분배 장치 등을 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 희귀 가스와 같은 밀폐 가스를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "희귀 가스" 및 "불활성 가스"는 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 일부 경우에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물, 및 특히 막 매트릭스 또는 막의 메인 골격을 구성하는 화합물을 지칭할 수 있으며; 용어 "반응물"은 용어 전구체와 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "반응물"은 본원에 기술된 바와 같은 유동성 갭 충전 층을 형성하기 위해 전구체와 반응하고/반응하거나 상호 작용할 수 있는 가스를 지칭한다. 반응물은 전구체 올리고머화를 활성화시킬 수 있다. 반응물은 촉매일 수 있다. 반응물이, 형성된 갭 충전 유체에 반드시 혼입될 필요는 없지만, 반응물은 갭 충전 유체의 형성 중에 전구체와 상호 작용한다. 즉, 일부 구현예에서, 반응물은 갭 충전 유체에 혼입되는 반면, 다른 구현예에서, 반응물은 갭 충전 유체에 혼입되지 않는다. 가능한 반응물은, 여기된 상태, 특히 He과 Ar뿐만 아니라 H2와 같은 다른 가스와 같은 플라즈마에 의해 유도된 이온 및/또는 라디칼과 같이 여기된 상태로 유도될 수 있는 불활성 가스를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "반응물"에 대한 대안적인 표현은 "반응물", "가스 혼합물", "하나 이상의 추가 가스", 및 "하나 이상의 추가 가스를 포함하는 가스 혼합물"을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "기판"은, 소자, 회로, 또는 막을 형성하기 위해 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 기판은 실리콘(예, 단결정 실리콘), 게르마늄과 같은 다른 IV족 재료, 또는 II-VI족 또는 III-V족과 같은 다른 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "증착" 등과 같은 용어는 중간 유동성 상을 통해, 기상에서 고상 변화로의 상 변화를 지칭할 수 있음을 이해할 것이다. 실제로, 용어 "증착"의 의미는 기상에서 액상으로의 상 변화를 포함할 수 있고, 기체 반응물이 액체, 액체 유사 또는 고형화 유체를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 따라서, 용어 "증착"의 의미는 응축 또는 형성과 같은 유사한 용어를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 변수의 임의의 두 수치가 상기 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위는 끝점을 포함하거나 배제할 수 있다. 추가적으로, 지시된 변수의 임의의 값은 ("약"으로 표시되는지의 여부에 관계없이) 정확한 값 또는 대략적인 값을 지칭할 수 있고 등가를 포함할 수 있으며, 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, 용어 "포함한", "의해 구성되는", 및 "갖는"은 일부 구현예에서 "통상적으로 또는 대략적으로 포함하는", "포함하는", "본질적으로 이루어지는", 또는 "이루어지는"을 독립적으로 지칭한다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미는 일부 구현예에서 반드시 보통의 그리고 관습적인 의미를 배제하는 것은 아니다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는"은, 청구범위를 실행할 수 없게 하는 한, 특정 특징부가 포함되나 다른 특징부의 존재를 배제하지 않음을 나타낸다. 일부 구현예에서, 용어 "포함하는"은 "구성하는"을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "구성하는"은 상기 표현을 따르는 것 외에는 장치/방법/제품에 더 이상의 특징부가 존재하지 않음을 나타낸다. 용어 "구성하는"이 화학 화합물, 물질 또는 조성물을 지칭하는 데 사용되는 경우에, 이는 화학 화합물, 물질 또는 조성물이 열거된 성분만을 함유함을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 화학 화합물, 물질, 또는 물질의 조성물은, 일부 구현예에서, 열거된 성분과는 별도로, 미량 원소 또는 불순물로서 다른 성분을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "갭 충전 유체"는 또한 "유동성 갭 충전"으로도 지칭되며, 기판 상에 증착되는 조건 하에서 액체이고 가교 결합과 고체 막 형성 능력을 갖는 올리고머를 지칭할 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "충전 능력"은 실질적으로 공극(예, 직경으로 대략 5 nm 이상의 크기를 갖지 않는 공극)과 이음매(예, 대략 5 nm 이상의 길이를 갖지 않는 이음매) 없이 갭을 실질적으로 충전하는 능력을 지칭할 수 있되, 이음매/공극 없이 층의 상향식 성장이 관찰된다. 일부 구현예에서, 갭의 하단에서의 성장은, 갭의 측벽 및 갭을 갖는 상단 표면에서의 성장보다 적어도 약 1.5배 더 빠를 수 있다. 충전 능력을 갖는 막을 "유동성 막" 또는 "점성 막"으로 지칭할 수 있다. 막의 유동성 또는 점성 거동은 흔히 트렌치의 바닥에서 오목한 표면으로서 종종 나타난다.
본 개시에서, 인접하는 돌출 구조체 사이의 오목부 및 임의의 다른 오목부 패턴은 "트렌치"로 지칭될 수 있다. 즉, 트렌치는 홀/비아를 포함한 임의의 오목부 패턴을 지칭할 수 있다. 일부 구현예에서, 트렌치는 약 5 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 20 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 150 nm의 폭을 가질 수 있다. 트렌치가 그의 폭과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 경우, 이는 홀 또는 비아로서 지칭될 수 있다. 홀 또는 비아는 일반적으로 약 20 nm 내지 약 100 nm의 폭을 갖는다. 일부 구현예에서, 트렌치는 약 30 nm 내지 약 100 nm, 통상적으로 약 40 nm 내지 약 60 nm의 깊이를 갖는다. 일부 구현예에서, 트렌치는 약 2 내지 약 10, 그리고 통상적으로 약 2 내지 약 5의 종횡비를 갖는다. 트렌치의 치수는 공정 조건, 막 조성물, 의도된 용도 등에 따라 달라질 수 있다.
본 개시에서 특정 공정 조건이 제공되는 경우, 이들은 1 리터의 반응 챔버 부피 및 300 mm 웨이퍼에 대해 제공된다. 당업자는 이들 값이 다른 반응 챔버 부피와 웨이퍼 크기로 쉽게 연장될 수 있음을 이해한다.
실리콘과 수소를 포함한 갭 충전 유체에 의해, 갭을 충전하는 방법이 본원에 설명된다. 기판 내의 갭은 기판 내의 패터닝된 오목부 또는 트렌치를 지칭할 수 있다. 또한, 현재 설명된 방법에 의해 생성된 갭 충전 유체, 이러한 방법으로부터 생성된 막, 및 이러한 막을 포함하는 구조체가 제공된다. 일부 구현예에서, 충전 능력은, 예를 들어 특정 파라미터 범위 내에서 중합될 수 있는 휘발성 전구체로 충전된 챔버 내에 불활성 가스와 수소를 포함한 플라즈마 또는 불활성 가스 플라즈마를 제공함으로써 기상으로 점성 물질을 형성함으로써 달성될 수 있다. 갭 충전 유체는, 3D 교차점 메모리 소자에서의 셀 분리, 자기 정렬 비아, 더미 게이트, 리버스 톤 패터닝, PC RAM 분리, 절단된 하드 마스크, 및 DRAM 스토리지 노드 콘택(SNC) 분리를 포함하되 이에 제한되지 않는 다양한 반도체 소자의 제조 공정 동안에 사용될 수 있다.
특히, 현재 설명된 방법은 기판을 반응 챔버 내에 도입하는 단계를 포함한다. 기판에는 갭이 제공된다. 방법은, 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성하는 단계를 포함한다. 갭 충전 유체를 형성하는 단계는, 실리콘 전구체를 반응 챔버에 연속적으로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 대안적으로, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는, 반응 챔버에서 플라즈마를 연속적으로 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이럼에도 불구하고, 일부 구현예에서, 실리콘 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계 및 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계 중 적어도 하나는 간헐적으로, 즉 펄스로 발생할 수 있다. 일부 구현예에서, 반응물은 반응 챔버에 연속적으로 제공되는 반면, 실리콘 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계 및 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계는, 교대하는 사이클로 수행된다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 갭 충전 유체로 갭을 완전히 충전하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 방법은, 공극 또는 이음매의 형성 없이 갭을 갭 충전 유체로 충전하는 단계를 포함한다. 즉, 일부 구현예에서, 본 방법에 따른 증착은, 갭이, 충전 능력을 갖는 막으로 완전히 충전되고 충전된 갭에 실질적으로 공극 또는 이음매가 형성되지 않을 때까지, 계속된다. 공극 또는 이음매의 존재는 형성된 재료를 주사 터널 전자 현미경에서 연구함으로써 관찰될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭은 적어도 5 nm 내지 최대 500 nm, 또는 적어도 10 nm 내지 최대 250 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 200 nm, 또는 적어도 50 nm 내지 최대 150 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 150 nm의 깊이를 갖는다.
일부 구현예에서, 상기 갭은 적어도 10 nm 내지 최대 10 000 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 5 000 nm, 또는 적어도 40 nm 내지 최대 2 500 nm, 또는 적어도 80 nm 내지 최대 1000 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 500 nm, 적어도 150 nm 내지 최대 400 nm, 또는 적어도 200 nm 내지 최대 300 nm의 폭을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 갭은 적어도 10 nm 내지 최대 10 000 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 5 000 nm, 또는 적어도 40 nm 내지 최대 2 500 nm, 또는 적어도 80 nm 내지 최대 1000 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 500 nm, 적어도 150 nm 내지 최대 400 nm, 또는 적어도 200 nm 내지 최대 300 nm의 길이를 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 폭의 적어도 1.0 내지 최대 10.0배와 동일한 거리만큼 특정 갭 내로 연장된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 폭의 적어도 1.5 내지 최대 9.0배와 동일한 거리만큼 특정 갭 내로 연장된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 폭의 적어도 2.0 내지 최대 8.0배와 동일한 거리만큼 특정 갭 내로 연장된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 폭의 적어도 3.0 내지 최대 6.0배와 동일한 거리만큼 특정 갭 내로 연장된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 폭의 적어도 4.0 내지 최대 6.0배와 동일한 거리만큼 특정 갭 내로 연장된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 폭의 약 5.0배와 동일한 거리만큼 특정 갭 내로 연장된다. 즉, 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 갭의 바닥으로부터 전술한 거리 중 임의의 하나까지 갭을 충전한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는, 실리콘 전구체를 반응 챔버 내로 도입하는 단계; 플라즈마를 반응 챔버 내에 생성하는 단계; 및 반응물을 반응 챔버 내로 도입하는 단계를 포함한다. 따라서, 실리콘 전구체와 반응물은 플라즈마의 존재 하에 반응하여, 갭을 적어도 부분적으로 충전하는, 갭 충전 유체를 형성한다. 최종 갭 충전 유체는 실리콘과 수소를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 반응 챔버에 연속적으로 제공된다. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 반응 챔버에 연속적으로 제공되고, 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계, 및 반응 챔버에 반응물을 제공하는 단계 중 적어도 하나는 간헐적으로 수행된다.
일부 구현예에서, 반응물은 반응 챔버에 연속적으로 제공된다. 일부 구현예에서, 반응물은 반응 챔버에 연속적으로 제공되고, 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계, 및 반응 챔버에 전구체를 제공하는 단계 중 적어도 하나는 간헐적으로 수행된다.
일부 구현예에서, 플라즈마는 반응 챔버에 연속적으로 생성된다. 일부 구현예에서, 플라즈마는 반응 챔버에 연속적으로 생성되고, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 반응물을 반응 챔버에 제공하는 단계 중 적어도 하나는 간헐적으로 수행된다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하면서 실리콘 전구체와 반응물 이외의 가스는 반응 챔버 내로 도입되지 않는다.
일부 구현예에서, 본 방법은 전구체를 반응 공간에 간헐적으로 제공하고, 플라즈마를 연속적으로 인가하는 단계를 포함한다. 따라서, 일부 구현예에서, 플라즈마 펄스 대신에 연속 플라즈마가 사용된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 전구체를 반응 공간에 간헐적으로 제공하고, 플라즈마를 간헐적으로 인가하는 단계를 포함한다. 따라서, 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 반응 챔버에 연속적으로 제공되는 반면, 플라즈마는 간헐적으로 생성된다.
일부 구현예에서, 본 방법은 전구체와 반응물을 반응 챔버에 연속적으로 제공하는 단계, 및 예를 들어 RF 전력의 인가를 통해 반응 챔버에서 플라즈마를 연속적으로 생성하면서 갭 충전 유체를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 펄스화된 플라즈마, 예를 들어 펄스화된 RF 플라즈마가 반응 챔버에서 생성된다. 따라서, 방법은 복수의 사이클을 포함하며, 사이클은 플라즈마 온 펄스와 플라즈마 오프 펄스를 포함한다. 일부 구현예에서, 플라즈마 온 펄스는 적어도 0.7초 내지 최대 2.0초, 예를 들어 적어도 0.7초 내지 최대 1.5초 동안 지속된다. 일부 구현예에서, 플라즈마 오프 펄스는 적어도 0.7초 내지 최대 2.0초, 예를 들어 적어도 0.7초 내지 최대 1.5초 동안 지속된다.
일부 구현예에서, 반응물은 캐리어 가스로서, 즉 전구체를 동반시키는 가스로서 및/또는 추가 가스로서, 반응 챔버에 공급된다. 일부 구현예에서, 캐리어 가스는 적어도 0.2 내지 최대 2.0 slpm, 또는 적어도 0.3 내지 최대 1.5 slpm, 또는 적어도 0.4 내지 최대 1.0 slpm, 또는 적어도 0.5 내지 최대 0.7 slpm의 유량으로 제공된다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 주기적 증착 공정을 실행하는 단계를 포함한다. 주기적 증착 공정은 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계를 포함한다. 증착 사이클은 전구체 펄스와 플라즈마 펄스를 포함한다. 전구체 펄스는 실리콘 전구체를 반응 챔버 내로 도입하는 단계를 포함한다. 플라즈마 펄스는 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계 및 반응 챔버 내로 반응물을 도입하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 플라즈마 펄스는, 반응물이 반응 챔버 내에 도입되는 동안에 플라즈마가 생성되는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플라즈마 펄스는 반응물 도입 단계 후 플라즈마 제공 단계를 포함할 수 있다. 반응물 도입 단계 동안에, 반응물은 반응 챔버에 제공된다. 플라즈마 제공 단계 동안에, 플라즈마는 반응 챔버에서 생성된다. 따라서, 전구체와 반응물은 플라즈마의 존재 하에 반응하여 적어도 어느 정도까지 갭을 충전하는 갭 충전 유체를 형성한다. 갭 충전 유체는 실리콘과 수소를 포함한다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 할로겐을 추가로 포함한다. 원하는 경우, 적절한 양의 갭 충전 유체가 갭 내에 증착될 때까지 증착 사이클을 한 번 이상 반복할 수 있다.
일부 구현예에서, 갭은 갭 충전 유체로 갭을 완전히 충전된다. 갭 충전 유체는 점성 재료, 즉 기판 상에 증착되는 점성 상으로서 설명될 수 있음을 이해해야 한다. 갭 충전 유체는 기판 상의 트렌치 내에서 흐를 수 있다. 적합한 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 결과적으로, 점성 재료는 상향식으로 트렌치를 이음매 없이 충전한다.
일부 구현예에서, 갭을 충전하기 위한 방법은, 적어도 10회 내지 최대 30000회의 증착 사이클, 또는 적어도 10회 내지 최대 3000회의 증착 사이클, 또는 적어도 10회 내지 최대 1000회의 증착 사이클, 또는 적어도 10회 내지 최대 500회의 증착 사이클, 또는 적어도 20회 내지 최대 200회의 증착 사이클, 또는 적어도 50회 내지 최대 150회의 증착 사이클, 또는 적어도 75회 내지 최대 125회의 증착 사이클, 예를 들어 100회 증착 사이클을 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 적어도 부분적으로 중첩된다. 즉, 일부 구현예에서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 적어도 부분적으로 동시에 발생한다. 이러한 구현예에서, 주기적 증착 공정은 사이클 내 퍼지를 함유하지 않는다. 일부 구현예에서, 주기적 증착 공정은 사이클 내 퍼지를 함유하지 않는다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체, 불활성 가스, 및 H 이외의 가스는 실리콘 전구체 펄스 동안 및 플라즈마 펄스 동안에 반응 챔버 내로 도입되지 않는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그리고 일부 구현예에서, 사이클 내 퍼지 동안 및 사이클 간 퍼지 동안 중 적어도 하나에, 불활성 가스 또는 H 이외의 가스는 반응 챔버 내에 도입되지 않는다.
일부 구현예에서, 반응 챔버는 전구체 펄스와 플라즈마 펄스 사이에서 퍼지되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 일부 구현예에서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 사이클 내 퍼지에 의해 분리될 수 있다. 이 경우, 사이클 내 퍼지는, 반응 챔버 내의 전구체 농도를 상당한 정도로 희석하지 않도록, 충분히 짧게 유지된다는 것을 유의한다. 즉, 퍼지 단계의 지속 시간과 퍼지 가스의 유량은, 모든 전구체가 퍼지 단계가 완료된 후 반응 챔버로부터 제거되지 않았음을 보장하기에 충분히 낮도록 선택된다. 즉, 퍼지 단계 및 그 안에 사용된 퍼지 가스 유량의 지속 시간은, 전체 반응 챔버가 퍼지 단계 동안 배기되지 않도록 충분히 낮을 수 있다. 일부 구현예에서, 반응물은 퍼지 가스로서 사용된다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스의 지속 시간, 즉 전구체 공급 시간은 적어도 0.25초 내지 최대 4.0초, 또는 적어도 0.5초 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 1.0초 내지 최대 1.5초이다.
일부 구현예에서, 사이클 내 퍼지의 지속시간은 적어도 0.025초 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 0.05초 내지 최대 0.8초, 또는 적어도 0.1초 내지 최대 0.4초, 또는 적어도 0.2초 내지 최대 0.3초이다.
일부 구현예에서, RF 온 시간, 즉 RF 전력이 플라즈마 펄스 동안에 제공되는 시간인 플라즈마 펄스의 지속 시간은, 적어도 0.5초 내지 최대 4.0초, 또는 적어도 0.7초 내지 최대 3.0초, 또는 적어도 1.0초 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 1.25초 내지 최대 1.75초, 또는 약 1.5초이다.
일부 구현예에서, 사이클 간 퍼지는 적어도 0.1초 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 0.1초 내지 최대 1.5초, 예를 들어 1.0초의 지속시간을 갖는다.
실리콘 전구체는 실리콘과 할로겐을 포함한다. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 SinH2n+2-mXm의 화학식을 가지며, 여기서 X는 할로겐이고, n은 적어도 1 내지 최대 3이고, m은 적어도 1 내지 최대 2n+2이다. 3. 일부 구현예에서, 할로겐은 F, Cl, Br, 및 I로부터 선택된다. 즉, 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 할로겐화 실란이다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 SinH2n+2-mIm의 화학식을 가지며, 여기서 n은 적어도 1 내지 최대 3이고, m은 적어도 1 내지 최대 2n+2이다. 5. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 SiI2H2를 포함한다. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 SiI2H2로 이루어진다.
일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 실리콘, 수소, 및 하나 이상의 할로겐으로 실질적으로 이루어지거나 구성된다. 실리콘 전구체가 특정 성분으로 구성되는 경우에, 일부 구현예에서, 다른 성분은, 예를 들어 오염물로서, 소량의 양으로 여전히 존재할 수 있음을 이해해야 한다.
반응물은 불활성 가스를 포함한다. 적절하게는, 불활성 가스는 He, Ne, Ar, 및 Kr로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, 불활성 가스는 본질적으로 Ar로 구성된다. 일부 구현예에서, 반응물은 불활성 가스 및/또는 H2를 포함한다. 아르곤과 같은 불활성 가스가 반응물로서 사용되는 경우에, 불활성 가스는 갭 충전 유체 내에 실질적으로 혼입되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 그럼에도 불구하고, 반응물이 H2를 포함하는 경우에, 반응물에 포함된 수소는 갭 충전 유체에 혼입될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭을 충전하기 위해 본 방법을 통해 반응 공간에 공급된 모든 가스는, 전구체, 반응물, 선택적인 캐리어 가스, 예컨대 Ar, 및/또는 He, 및 선택적인 플라즈마 점화 가스(Ar, He, 및/또는 H2일 수 있거나 이를 포함할 수 있음) 및 선택적인 도펀트 전구체이다. 다시 말해, 이들 구현예에서, 열거된 가스보다 반응 챔버에 다른 가스가 제공되지 않는다. 일부 구현예에서, 캐리어 가스 및/또는 플라즈마 점화 가스는 반응물로서 기능한다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스는 불활성 가스를 포함한 캐리어 가스에 의해 실리콘 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함하고, 플라즈마 펄스는 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 플라즈마 펄스 동안에 반응 챔버 내부 또는 외부로 가스가 흐르지 않는다. 이러한 구현예에서, 전구체 펄스와 플라즈마 펄스는 퍼지에 의해 분리되지 않는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 일부 구현예에서, 반응물은 캐리어 가스이다. 캐리어 가스는 전구체를 반응 챔버에 운반하거나 비말동반하는 가스를 지칭함을 이해해야 한다. 예시적인 캐리어 가스는 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함한다. 예시적인 캐리어 가스 유량은 적어도 0.1 slm 내지 최대 10 slm, 또는 적어도 0.1 slm 내지 최대 0.2 slm, 또는 적어도 0.2 slm 내지 최대 0.5 slm, 또는 적어도 0.5 slm 내지 최대 1.0 slm, 또는 적어도 1.0 slm 내지 최대 2.0 slm, 또는 적어도 2.0 slm 내지 최대 5.0 slm, 또는 적어도 5.0 slm 내지 최대 10.0 slm, 또는 적어도 0.1 slm 내지 최대 2 slm이다. 이들 예시적인 캐리어 가스 유량은 기판이 300 mm 웨이퍼인 경우에 제공된다. 다른 웨이퍼 크기에 대한 유량은 이들 유량으로부터 간단하게 유도될 수 있다.
일부 구현예에서, 플라즈마 펄스는, 반응 챔버에서 RF 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 적어도 10 W 내지 최대 500 W의 플라즈마 전력이 플라즈마 펄스 동안에 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 20 W 내지 최대 150 W의 플라즈마 전력이 플라즈마 펄스 동안에 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 30 W 내지 최대 100 W의 플라즈마 전력이 플라즈마 펄스 동안에 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 35 W 내지 최대 75 W의 플라즈마 전력이 플라즈마 펄스 동안에 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 40 W 내지 최대 50 W의 플라즈마 전력이 플라즈마 펄스 동안에 사용된다.
일부 구현예에서, 방법은 기판이 사이에 위치하는 두 개의 전극을 포함하는 시스템에서 실행된다. 전극은, 전극 갭이라 불리는 소정의 거리에서 평행하게 위치한다. 일부 구현예에서, 전극 갭은, 적어도 5 mm 내지 최대 30 mm, 또는 적어도 5 mm 내지 최대 10 mm, 또는 적어도 10 mm 내지 최대 20 mm, 또는 적어도 20 mm 내지 최대 30 mm이다.
일부 구현예에서, 적어도 40 kHz 내지 최대 2.45 GHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 40 kHz 내지 최대 80 kHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 80 kHz 내지 최대 160 kHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 160 kHz 내지 최대 320 kHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 320 kHz 내지 최대 640 kHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 640 kHz 내지 최대 1280 kHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 1280 kHz 내지 최대 2500 kHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 2.5 MHz 내지 최대 5 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 5 MHz 내지 최대 50 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 5 MHz 내지 최대 10 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 10 MHz 내지 최대 20 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 20 MHz 내지 최대 30 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 30 MHz 내지 최대 40 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 40 MHz 내지 최대 50 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 50 MHz 내지 최대 100 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 100 MHz 내지 최대 200 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 200 MHz 내지 최대 500 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 500 MHz 내지 최대 1000 MHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용되고, 또는 적어도 1 GHz 내지 최대 2.45 GHz의 플라즈마 주파수가 플라즈마 펄스 동안에 사용된다. 예시적인 구현예에서, 플라즈마는 RF 플라즈마이고, RF 전력은 13.56 MHz의 주파수로 제공된다.
일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 -25°C 내지 최대 200°C의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 -25°C 내지 최대 0°C의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 0°C 내지 최대 25°C의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 25°C 내지 최대 50°C의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 50°C 내지 최대 75°C의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 75°C 내지 최대 150°C의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 150°C 내지 최대 200°C의 온도에서 실행된다. 이는 현재 제공된 갭 충전 유체의 갭 충전 특성을 향상시킨다. 일부 구현예에서, 반응 챔버는 적어도 70°C 내지 최대 90°C의 온도에 있다.
일부 구현예에서, 휘발성 전구체는, 플라즈마 제공 동안에 전구체의 부분 압력, 웨이퍼 온도, 및 반응 챔버 내 총 압력에 의해 주로 정의되는 특정 파라미터 범위 내에서 중합된다. "전구체 부분 압력"을 조절하기 위해서 간접 공정 파라미터(희석 가스 흐름)이 종종 전구체 부분 압력을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 전구체 부분 압력의 절대 수치는 증착된 막의 유동성을 제어하기 위해 요구되지 않을 수 있는 대신에, 전구체의 유량 대 잔여 가스의 유량의 비율, 및 기준 온도에서의 반응 공간의 총 압력 및 총 압력을 실제 제어 파라미터로서 사용할 수 있다. 전술한 바에도 불구하고, 일부 구현예에서, 반응 챔버는 적어도 600 Pa 내지 최대 10000 Pa의 압력으로 유지된다. 예를 들어, 반응 챔버 내의 압력은 적어도 600 Pa 내지 최대 1200 Pa의 압력, 또는 적어도 1200 Pa 내지 최대 2500 Pa의 압력, 또는 적어도 2500 Pa 내지 최대 5000 Pa의 압력, 또는 적어도 5000 Pa 내지 최대 10000 Pa의 압력으로 유지될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 500 Pa의 압력, 바람직하게는 적어도 700 Pa의 압력에서 실행된다. 보다 바람직하게는, 본 방법은 적어도 900 Pa의 압력에서 실행된다. 이는 현재 제공된 갭 충전 유체의 갭 충전 특성을 향상시킨다.
일부 구현예에서, 반응 챔버는 적어도 500 Pa 내지 최대 1500 Pa의 압력으로 유지되고, 반응 챔버는 적어도 50°C 내지 최대 150°C의 온도로 유지된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 500 Pa 내지 최대 10 000 Pa의 압력 및 적어도 50°C 내지 최대 200°C의 온도에서 수행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 700 Pa의 압력 및 적어도 50°C 내지 최대 150°C의 온도에서 수행된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 적어도 900 Pa의 압력 및 적어도 50°C 내지 최대 75°C의 온도에서 수행된다.
일부 구현예에서, 방법은, 전구체 수용기, 예를 들어 전구체 캐니스터, 전구체 병 등을 포함하는 전구체 공급원; 및 전구체 수용기를 반응 챔버에 작동 가능하게 연결시키는 하나 이상의 가스 라인을 포함한 시스템을 사용하여 실행된다. 이러한 구현예에서, 전구체 수용기는 반응 챔버의 온도보다 적어도 5°C 내지 최대 50°C 더 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 5°C 내지 최대 10°C 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 10°C 내지 최대 20°C 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 30°C 내지 최대 40°C 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 40°C 내지 최대 50°C 더 낮은 온도에서 적절히 유지될 수 있다. 가스 라인은, 전구체 수용기의 온도와 반응 챔버 사이의 온도에서 적절히 유지될 수 있다. 예를 들어, 가스 라인은, 반응 챔버의 온도보다 적어도 5°C 내지 최대 50°C, 또는 적어도 5°C 내지 최대 10°C, 또는 적어도 10°C 내지 최대 20°C, 또는 적어도 30°C 내지 최대 40°C, 또는 적어도 40°C 내지 최대 50°C 낮은 온도로 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 가스 라인 및 반응 챔버의 적어도 일부는 전구체 수용기의 온도보다 높은 실질적으로 동일한 온도로 유지된다.
일부 구현예에서, 기판은, 갭 충전 유체가 형성되는 동안에 반응 챔버 내의 서셉터 상에 놓이고, 서셉터 온도는 적어도 50°C 내지 최대 100°C, 또는 적어도 60°C 내지 최대 80°C, 또는 적어도 65°C 내지 최대 75°C이다.
유동성 막은, 휘발성 전구체가 플라즈마에 의해 중합되고 기판의 표면 상에 증착되는 경우에 일시적으로 얻어질 수 있되, 가스 전구체(예, 단량체)는 중합을 개시하도록 플라즈마 가스 방전에 의해 제공되는 에너지에 의해 활성화되거나 단편화되고, 최종 재료가 기판의 표면 상에 증착되는 경우에 재료는 일시적으로 유동성 거동을 나타낸다. 예시적인 구현예에 따라 증착 단계가 완료되는 경우, 유동성 막은 더 이상 흐르지 못하지만, 고형화되어서 별도의 고형화 공정을 요구하지 않는다. 다른 구현예에서, 유동성 막은 증착 후에 치밀화되고/치밀화되거나 고형화된다. 유동성 막을 치밀화하고/치밀화하거나 고형화하는 것은 경화 단계("경화"라고도 함)에 의해 수행될 수 있다.
따라서, 일부 구현예에서, 상기 방법은 갭 충전 유체를 경화시키는 단계를 포함한다. 이 단계는 갭 충전 유체의 열 저항을 증가시킨다. 즉, 이는 상승된 온도에서 변형 및/또는 질량 손실에 대한 갭 충전 유체의 저항을 증가시킨다. 추가적으로 또는 대안적으로, 경화 단계는 갭 충전 유체를 고형화시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 증착된 후에 경화된다. 임의로, 갭 충전 유체는 갭 충전 유체가 증착된 후에 그리고 경화 단계 이전에 어닐링을 거친다. 적절한 어닐링 시간은, 적어도 10.0초 내지 최대 10.0분, 예를 들어 적어도 20.0초 내지 최대 5.0분, 예를 들어 적어도 40.0초 내지 최대 2.5분을 포함한다. 적절하게는, 어닐링은, N2, He, Ar 및 H2 로 이루어진 목록으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함한 가스 혼합물에서 수행된다. 일부 구현예에서, 어닐링은 적어도 200°C의 온도, 또는 적어도 250°C의 온도, 또는 적어도 300°C의 온도, 또는 적어도 350°C의 온도, 또는 적어도 400°C의 온도에서, 또는 적어도 450°C의 온도에서 수행된다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 증착 동안에, 예를 들어 주기적으로 교대하는 증착 펄스와 경화 펄스에 의해 경화될 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 본원에 설명된 바와 같은 방법은 하나 이상의 슈퍼 사이클을 포함한다. 슈퍼 사이클은 주기적 증착 공정을 실행하는 단계 및 경화 단계를 포함한다. 슈퍼 사이클이 여러 번 반복되는 경우에, 결과적으로 주기적 공정이다. 본 개시의 방법이 단지 하나의 슈퍼 사이클을 포함하는 경우, 갭 충전 유체가 먼저 증착되고, 그 후에 경화되는 공정이 최종 결과이다.
일부 구현예에서, 경화 단계는, 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하고 따라서 기판을 직접 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함한다. 적절한 직접식 플라즈마는 불활성 가스 플라즈마를 포함한다. 직접식 플라즈마가 사용되는 경우에, 갭 충전 유체의 얇은 층이 효율적으로 경화되어, 얇은 고품질 층을 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 특히 경화된 갭 충전 유체의 더 두꺼운 층이 요구되는 경우에, 갭을 충전하는 방법은, 갭 충전 유체 증착 단계 및 직접식 플라즈마 처리를 이용하는 경화 단계가 교번하는 복수의 사이클을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 갭을 충전하는 공정은 복수의 사이클을 포함하고, 갭 충전 유체 증착과 플라즈마 처리 단계, 또한 펄스로도 지칭되는 단계가 교번한다. 이러한 주기적 공정은, 갭 충전 유체의 더 많은 부분이 경화되는 이점을 갖는다: 직접식 플라즈마는 약 2 내지 7 nm의 침투 깊이를 가질 수 있어서, 증착후 직접식 플라즈마 처리는 갭 충전 유체의 상단 층만을 경화시키도록 한다. 역으로, 교번하는 증착 및 플라즈마 단계는, 낮은 침투 깊이를 갖는 직접식 플라즈마와 같은 경화 기술을 사용할 때에도, 더 큰 부분, 또는 심지어 갭 충전 유체의 전체를 경화시킨다.
적절한 플라즈마 처리는 H2 플라즈마, He 플라즈마, H2/He 플라즈마, Ar 플라즈마, Ar/H2 플라즈마, 및 Ar/He/H2 플라즈마를 포함한다. H2 플라즈마는 플라즈마 가스로서 H2를 사용하는 플라즈마를 지칭함을 이해해야 한다. H2/He 플라즈마는 플라즈마 가스로서 H2와 He의 혼합물을 사용하는 플라즈마를 지칭함을 이해해야 한다. 다른 플라즈마가 유사하게 정의된다는 것을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 경화 단계는 원격식 플라즈마, 예를 들어 원격식 불활성 가스 플라즈마를 제공하는 단계, 및 라디칼, 이온 및 UV선 중 적어도 하나와 같은 하나 이상의 여기된 종에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 경화 단계는, 갭이 갭 충전 유체로 충전된 후 간접식 플라즈마를 사용하는 단계를 포함한다. 간접식 플라즈마는 직접식 플라즈마보다 더 큰 침투 깊이를 가질 수 있으므로, 주기적 증착 및 경화 단계에 대한 필요성을 배제한다. 따라서, 간접식 플라즈마 경화가 증착 후에 적용될 수 있다.
일부 구현예에서, 경화 단계는, 원격식 플라즈마 공급원을 제공하는 단계, 및 하나 이상의 메시 플레이트를 원격식 플라즈마 공급원과 기판 사이에 위치시키는 단계를 포함한다. 따라서, 기판은 원격식 플라즈마 공급원에 의해 생성된 라디칼에 노출될 수 있다. 라디칼은 침투 깊이를 특징으로 하고, 이는 직접식 플라즈마에 의해 제공되는 침투 깊이보다 상당히 높고, 예를 들어 현재 제공된 방법에 의해 충전될 갭의 크기보다 상당히 높다. 결과적으로, 원격식 플라즈마 처리는, 모든 갭 충전 유체가 증착된 후에 유리하게 한 번 적용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 원격식 플라즈마 경화는 또한, 직접식 플라즈마를 사용하는 작동 단계와 유사하게, 교번하는 플라즈마 경화 및 갭 충전 유체 증착 단계에 의해 주기적으로 인가될 수 있다. 원격식 플라즈마의 큰 침투 깊이는, 이들이 갭 충전 유체를 효율적으로 경화시킬 수 있는 이점을 갖는다. 일부 구현예에서, 원격식 플라즈마에 사용되는 플라즈마 가스는 불활성 가스, 예를 들어 He 및 Ar로 이루어진 목록으로부터 선택된 불활성 가스를 포함한다.
경화 단계는, 미경화 상태에 비해 갭 충전 유체의 수소 농도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 수소 농도는 0.01 원자 퍼센트 내지 최대 0.1 원자 퍼센트, 또는 0.1 원자 퍼센트 내지 최대 0.2 원자 퍼센트, 또는 적어도 0.2 원자 퍼센트 내지 최대 0.5 원자 퍼센트, 또는 0.5 원자 퍼센트 내지 최대 1.0 원자 퍼센트, 또는 적어도 1.0 원자 퍼센트 내지 최대 2.0 원자 퍼센트, 또는 2.0 원자 퍼센트 내지 최대 5.0 원자 퍼센트, 또는 적어도 5.0 원자 퍼센트 내지 최대 10.0 원자 퍼센트 정도 감소된다.
일부 구현예에서, 경화 단계는 갭 충전 유체를 마이크로 펄스 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함한다. 마이크로 펄스형 플라즈마의 적용은, 증착시 갭 충전 유체가 수소를 포함하기 때문에 특히 유리할 수 있다. 마이크로 펄스형 플라즈마는, 급속히 이어지는 복수의 온-오프 마이크로 펄스의 인가를 포함한 플라즈마 처리이다. 마이크로 펄스형 플라즈마는, 예를 들어 귀 가스를 플라즈마 가스로서 사용할 수 있다. 300 mm 웨이퍼가 기판으로 사용되는 경우에, 예를 들어 적어도 5.0 slm, 또는 적어도 5.0 slm 내지 최대 7.0 slm, 또는 적어도 7.0 slm 내지 최대 10.0 slm의 플라즈마 가스 유량이 마이크로 펄스형 플라즈마 동안에 유지된다. 예를 들어, 마이크로 펄스형 플라즈마 내의 온 마이크로 펄스는 적어도 1.0 μs 내지 최대 1.0초, 또는 적어도 2.0 μs 내지 최대 0.50초, 또는 적어도 5.0 μs 내지 최대 250 ms, 또는 적어도 10.0 μs 내지 최대 100.0 ms, 또는 적어도 25.0 μs 내지 최대 50.0 ms, 또는 적어도 50.0 μs 내지 최대 25.0 ms, 또는 적어도 100.0 μs 내지 최대 10.0 ms, 또는 적어도 250.0 μs 내지 최대 5.0 ms, 또는 적어도 0.50 ms 내지 최대 2.5초 동안 지속될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 펄스형 플라즈마 내의 오프 마이크로 펄스는 적어도 1.0 μs 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 2.0 μs 내지 최대 1.0초, 또는 적어도 5.0 μs 내지 최대 500 ms, 또는 적어도 10.0 μs 내지 최대 250.0 ms, 또는 적어도 25.0 μs 내지 최대 100.0 ms, 또는 적어도 50.0 μs 내지 최대 50.0 ms, 또는 적어도 100.0 μs 내지 최대 25.0 ms, 또는 적어도 200.0 μs 내지 최대 10.0 ms, 또는 적어도 500.0 μs 내지 최대 5.0 ms, 또는 적어도 1.0 ms 내지 최대 2.0초 동안 지속될 수 있다. 마이크로 펄스형 플라즈마는 주기적으로, 즉 주기적 증착 처리에서 플라즈마 펄스로서 및/또는 증착후 처리로서 사용될 수 있다. 즉, 갭을 충전하는 공정은, 갭 충전 유체 증착 및 마이크로 펄스형 플라즈마의 교번 사이클을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 모든 갭 충전 유체가 증착된 후에, 기판은 마이크로 펄스형 플라즈마 증착후 처리를 거칠 수 있다.
일부 구현예에서, 기판은 마이크로 펄스형 플라즈마를 거치는 반면, 플라즈마 가스는 미리 결정된 임계값보다 높은 유량으로 반응 챔버에 제공된다. 마이크로 펄스형 플라즈마와 이들 높은 유량의 조합은, 증착된 갭 충전 유체의 플라즈마-유도 가교 결합 동안에 방출된 휘발성 부산물의 재증착을 최소화한다. 일부 구현예에서, 마이크로 펄스형 플라즈마 처리 동안에 플라즈마 가스의 유량은, 적어도 5.0 slm(분당 표준 리터), 바람직하게는 적어도 10.0 slm이다. 당업자는, 이러한 유량이 반응 챔버 부피 및 기판 크기에 따라 달라지고, 본원에서 300 mm 웨이퍼 및 1 리터의 반응 챔버 부피에 대해 제공된 값은, 다른 기판 크기 및/또는 반응기 부피로 쉽게 변환될 수 있음을 이해한다. 일부 구현예에서, 마이크로 펄스형 플라즈마 처리 동안에 불활성 가스가 플라즈마 가스로서 사용된다. 일부 구현예에서, 상기 불활성 가스는 He과 Ar으로 이루어진 목록으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 상기 경화 단계는 자외선(UV) 광의 사용을 포함한다. 즉, 경화 단계는, 갭 충전 유체를 포함하여 기판을 UV선에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. UV 광을 사용하는 이러한 경화 단계를 UV 경화라고 할 수 있다.
일부 구현예에서, UV 경화는 증착후 처리로서 사용된다. 즉, 일부 구현예에서, 본 방법은 갭 충전 유체를 증착하는 단계를 포함할 수 있고, 모든 갭 충전 유체가 증착된 후에 갭 충전 유체에 UV 경화를 수행한다.
일부 구현예에서, 본 방법은 복수의 사이클을 포함한 주기적 공정을 포함하며, 사이클 각각은 갭 충전 유체 증착 단계 및 UV 경화 단계를 포함한다. UV 경화 단계는 퍼지 단계에 의해 분리될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 후속 사이클은 퍼지 단계에 의해 분리될 수 있다. 적절한 퍼지 단계는 본원의 다른 곳에서 설명된다.
예시적인 구현예에서, 예시적인 경화 단계가 설명된다. 경화 단계는 20초 동안 연속적인 직접식 플라즈마를 사용할 수 있다. 갭 충전 유체 증착 단계 및 직접식 플라즈마 경화 단계는 주기적으로 수행될 수 있고, 즉 갭 충전 유체 증착 단계 및 경화 단계가 교대로 실행될 수 있다. 이는, 갭 충전 유체의 전부 또는 적어도 많은 부분을 효율적으로 경화시킬 수 있다. 300 mm 기판 상의 갭에서 갭 충전 유체를 경화시키기 위해, 각각의 직접식 플라즈마 경화 단계는, 예를 들어 200 W의 RF 전력 및 600 Pa의 작동 압력에서 20초의 He 플라즈마를 특징으로 할 수 있다. 반응기 부피는 약 1 리터이고, He 유량은 2 slm이다.
추가 구현 예시로서, 다른 예시적인 경화 단계가 논의된다. 경화 단계는, 갭 충전 유체를 마이크로 펄스형 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 예시에서, 증착후 마이크로 펄스형 플라즈마 경화 처리가 또한 가능하지만, 경화 단계는 주기적으로 수행될 수 있는데, 즉 갭 충전 유체 증착과 마이크로 펄스형 RF 플라즈마의 교번 사이클이 사용된다. 주기적 갭 충전 유체 증착과 플라즈마 단계의 인가는, 갭 충전 유체의 전부 또는 적어도 많은 부분을 효율적으로 경화시킬 수 있다. 300 mm 기판 상의 갭에서 갭을 충전하는 경화를 위해, 각각의 직접식 경화 단계는, 0.1초의 플라즈마 온 시간 및 0.5초의 플라즈마 오프 시간을 포함한 200개의 마이크로펄스를 포함할 수 있다. 경화 단계는 400 Pa에서 He 플라즈마를 사용할 수 있다. 제공된 RF 전력은 200 W일 수 있다. 10 slm의 He 흐름이 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 방법은 갭 충전 유체 상에 캡 층을 증착하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 본 방법은 경화된 갭 충전 유체 상에 캡 층을 증착하는 단계를 추가로 포함한다. 캡 층을 증착하는 방법은 본원의 다른 곳에서 더 상세히 설명된다.
시스템이 추가로 본원에 설명된다. 시스템은, 반응 챔버, 무선 주파수 전력 공급원, 가스 주입 시스템, 전구체 가스 공급원, 반응물 가스 공급원, 배기, 및 제어기를 포함한다. 반응 챔버는 기판 지지부와 상부 전극을 포함한다. 기판 지지부는 하부 전극을 포함한다. 무선 주파수 전력 공급원은 무선 주파수 전력 파형을 생성하도록 배열된다. 가스 주입 시스템은 반응 챔버와 유체 연결된다. 전구체 가스 공급원은, 실리콘 전구체를 반응 챔버 내에 도입하기 위해 배열된다. 선택적으로, 실리콘 전구체는 캐리어 가스에 의해 반응 챔버에 도입된다. 반응물 가스 공급원은, 반응 챔버 내에 반응물을 도입하도록 배열된다. 배기구는 반응 생성물과 미사용 반응물을 반응 챔버로부터 제거하기 위해 적절히 배열된다. 제어기는, 본원에 설명된 방법이 수행되도록 프로그래밍되거나 달리 구성된다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 시스템의 가스 흐름 제어기 또는 밸브들과 통신한다.
일부 구현예에서, 방법은, 전구체 공급원은, 전구체 수용기, 예를 들어 전구체 캐니스터, 전구체 병 등을 포함하고, 하나 이상의 가스 라인은 전구체 수용기를 반응 챔버에 작동 가능하게 연결한다. 이러한 구현예에서, 전구체 수용기는 반응 챔버의 온도보다 적어도 5°C 내지 최대 50°C 더 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 5°C 내지 최대 10°C 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 10°C 내지 최대 20°C 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 30°C 내지 최대 40°C 낮은 온도에서, 또는 반응 챔버의 온도보다 적어도 40°C 내지 최대 50°C 더 낮은 온도에서 적절히 유지될 수 있다. 가스 라인은, 전구체 수용기의 온도와 반응 챔버 사이의 온도에서 적절히 유지될 수 있다. 예를 들어, 가스 라인은, 반응 챔버의 온도보다 적어도 5°C 내지 최대 50°C, 또는 적어도 5°C 내지 최대 10°C, 또는 적어도 10°C 내지 최대 20°C, 또는 적어도 30°C 내지 최대 40°C, 또는 적어도 40°C 내지 최대 50°C 낮은 온도로 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 가스 라인과 반응 챔버는 전구체 수용기의 온도보다 높은 실질적으로 동일한 온도로 유지된다.
일부 구현예에서, 가스 주입 시스템은, 전구체를 하나 이상의 반응 챔버에 운반하기 위한 캐리어 가스를 사용하는 전구체 전달 시스템을 포함한다. 일부 구현예에서, 캐리어 가스의 연속적인 흐름은 유동 통과 시스템을 사용하여 수행된다. 유동 통과 시스템에서, 캐리어 가스 라인은 전구체 리저버(용기)를 갖는 우회 라인을 구비하고, 메인 라인과 우회 라인이 스위칭되되, 캐리어 가스만을 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 우회 라인은 닫히고, 반면 캐리어 가스와 전구체 가스 모두를 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 메인 라인은 닫히게 되고 캐리어 가스는 우회 라인을 통해 흐르며 전구체 가스와 함께 용기로부터 흘러 나온다. 이러한 방식으로, 캐리어 가스는 반응 챔버 내로 연속해서 흐를 수 있고, 메인 라인과 우회 라인을 스위칭함으로써 전구체 가스를 펄스로 이송할 수 있다.
현재 제공된 방법은 도 1에 나타낸 반응기에 포함된 임의의 적절한 장치에서 실행될 수 있다. 유사하게, 현재 제공된 구조체는 도 1에 나타낸 반응기를 포함하여 임의의 적절한 장치에 제조될 수 있다. 도 1은, 본 발명의 일부 구현예에 이용될 수 있고 바람직하게는 아래에 설명되는 순서를 수행하기 위해 프로그램된 제어와 협력하는 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD) 장치의 개략도이다. 이 도면에서, 서로 마주하며 평행한 한 쌍의 전기 전도성 평판 전극(2,4)을 반응 챔버(3)의 내부 (반응 구역)(11)에 제공하고, RF 전력(예, 13.56 MHz 및/또는 27 MHz)을 전력 공급원(25)으로부터 일측에 인가하고 타측(12)을 전기적으로 접지시킴으로써, 플라즈마가 전극들 사이에서 여기된다. 온도 조절기는 하부 스테이지(2), 즉 하부 전극에 제공될 수 있다. 기판(1)이 그 위에 배치되고, 이의 온도는 주어진 온도에서 일정하게 유지된다. 상부 전극(4)은 샤워 플레이트로서의 역할도 수행할 수 있고, 만약에 존재하면 반응물 가스 및/또는 희석 가스뿐만 아니라 전구체 가스가 각각의 가스 라인(21) 및 가스 라인(22)을 통해서 그리고 샤워 플레이트(4)를 통해서 반응 챔버(3)로 유입될 수 있다. 추가적으로, 반응 챔버(3)에는 배기 라인(17)을 갖는 원형 덕트(13)가 제공되고, 이를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)에 있는 가스가 배기된다. 추가적으로, 이송 챔버(5)는 반응 챔버(3) 아래에 배치되고, 이송 챔버(5)의 내부(이송 구역)(16)를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)로 밀봉 가스를 유입하기 위한 밀봉 가스 라인(24)을 구비하며, 반응 구역과 이송 구역을 분리하기 위한 분리 판(14)이 제공된다. 웨이퍼가 이송 챔버(5) 내로 또는 이송 챔버로부터 이송될 수 있는 게이트 밸브는 이 도면에서 생략됨을 유의하기 바란다. 이송 챔버에는 배기 라인(6)이 또한 구비된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 증착하는 단계와 갭 충전 유체를 경화시키는 단계는 하나의 동일한 반응 챔버에서 수행된다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 증착하는 단계와 갭 충전 유체를 경화시키는 단계는 하나의 동일한 시스템에 포함된 별도의 반응 챔버에서 수행된다.
일부 구현예에서, 도 2에 나타낸 비활성 가스의 흐름 및 전구체 가스의 흐름을 스위칭하는 시스템이, 반응 챔버의 압력을 변동시키지 않고 전구체 가스를 펄스로 유입하기 위해 도 1에 따른 장치에서 이용될 수 있다.
실제로, 캐리어 가스의 연속적인 흐름은 유동 통과 시스템(FPS)을 이용하여 달성될 수 있되, 캐리어 가스 라인은 전구체 리저버(용기)를 갖는 우회 라인을 구비하고, 메인 라인과 우회 라인이 스위칭되며, 캐리어 가스만을 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 우회 라인은 닫히고, 반면 캐리어 가스와 전구체 가스 모두를 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 메인 라인은 닫히게 되고 캐리어 가스는 우회 라인을 통해 흐르며 전구체 가스와 함께 용기로부터 흘러 나온다. 이러한 방식으로, 캐리어 가스는 반응 챔버 내로 연속해서 흐를 수 있고, 메인 라인과 우회 라인을 스위칭함으로써 전구체 가스를 펄스로 이송할 수 있다.
도 2는 본원에 설명된 시스템이 구현예에서 사용될 수 있는 유동 통과 시스템(FPS)을 사용하는 전구체 공급 시스템을 나타낸다(검은색 밸브는 밸브가 닫혔음을 표시함). 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전구체를 반응 챔버(미도시)에 공급하는 경우에 우선, Ar(또는 He)과 같은 캐리어 가스가 밸브(b 및 c)를 갖는 가스 라인을 통해 흐른 다음 용기(리저버)(20)로 진입한다. 캐리어 가스는 용기(20) 내부의 증기압에 대응하는 양으로 전구체 가스를 운반하면서 용기(20)로부터 흘러 나오고, 밸브(f 및 e)를 갖는 가스 라인을 통해 흐른 다음 전구체와 함께 반응 챔버에 공급된다. 위에서, 밸브(a) 및 밸브(d)는 닫힌다. 캐리어 가스(불활성 가스, 예컨대 He 또는 Ar일 수 있음)만을 반응 챔버에 공급할 때, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 캐리어 가스는 용기(20)를 우회하면서 밸브를 갖는 가스 라인을 통해 흐른다. 위에서, 밸브(b, c, d, e, 및 f)는 닫힌다.
당업자는 프로그램된, 그렇지 않으면 본원의 다른 곳에서 설명되는 증착 공정이 수행되도록 구성된, 하나 이상의 제어기(들)(미도시)가 장치에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 유량 제어기 또는 밸브들과 통신한다. 제어기(들)는 밸브, 매니폴드, 히터, 펌프 및 시스템에 포함된 다른 구성 요소를 선택적으로 작동시키기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함한다. 이러한 회로 및 구성 요소는, 전구체, 반응물, 선택적으로 퍼지 가스를 각각의 공급원(예, 병(20))으로부터 도입하기 위해 작동한다. 제어기는 가스 공급 순서의 시점, 기판 및/또는 반응 챔버(3)의 온도, 반응 챔버(3)의 압력, 및 시스템의 적절한 작동을 제공하는데 다양한 기타 작동을 제어할 수 있다. 제어기(들)는, 반응 챔버(3) 내로 그리고 반응 챔버로부터의 전구체, 반응물 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 전기식 혹은 공압식으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(들)는, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 특정 작업을 수행하는 FPGA 또는 ASIC과 같은 모듈을 포함할 수 있다. 제어기가 특정 작업을 수행하기 위한 소프트웨어 구성 요소를 포함하는 경우, 제어기는 그러한 특정 작업을 수행하도록 프로그래밍되는 것으로 이해될 것이다. 모듈은 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체, 즉 메모리에 탑재되도록 구성되고, 하나 이상의 공정을 실행하도록 유리하게 구성될 수 있다.
임의로, 이중 챔버 반응기가 사용될 수 있다. 이중 챔버 반응기는 서로 가깝게 배치된 웨이퍼를 처리하기 위한 2개의 섹션 또는 구획부를 포함한다. 이러한 이중 챔버 반응기에서, 반응물 가스 및 불활성 가스는 공유 라인을 통해 공급될 수 있고 전구체 함유 가스는 공유되지 않은 라인에 의해 제공된다. 예시적인 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 두 개의 구획부 중 하나에서 일어나고, 경화 단계는 다른 반응 챔버에서 일어난다. 이는 유리하게는 처리량을 개선할 수 있는데, 예를 들어 갭 충전 유체 형성 및 경화가 상이한 온도에서 발생하는 경우에, 갭 충전 유체 형성은 하나의 반응 챔버에서 수행될 수 있고, 경화는 인접한 반응 챔버에서 수행될 수 있다.
도 3은 예시적인 갭 충전 유체 증착 공정의 증착 사이클 순서를 나타낸다. 상기 공정은 반응물로서 아르곤으로 이루어진 가스 혼합물을 사용한다. 반응물은 일정한 유량으로 반응 챔버에 연속적으로 제공될 수 있다. 전구체 펄스와 플라즈마 펄스, 즉 RF 온 펄스는 순차적으로 인가될 수 있고, 퍼지 펄스에 의해 분리될 수 있다. 사이클은 여러 번 반복될 수 있다. 따라서, 실리콘 함유 재료가 갭 내에 증착된다. 사이클은 원하는 양의 실리콘 함유 재료가 갭 내에 증착될 때까지 임의의 횟수로 반복될 수 있다.
도 4는 갭을 충전하기 위한 방법의 일 구현예의 개략도를 나타낸다. 방법은 기판을 반응 챔버에 제공한 후에 시작(411)되고, 실리콘 전구체가 반응 챔버에 제공되는 전구체 펄스(412)를 포함한다. 선택적으로, 그 다음 반응 챔버를 퍼지한다(413). 방법은, 그 다음 기판을 플라즈마 처리를 거치게 하는 플라즈마 펄스(414)를 포함한다. 선택적으로, 반응 챔버는 그 다음 사이클 간 퍼지(415)를 사용하여 퍼지된다. 퍼지(413,415) 동안, 반응 챔버 내에서 플라즈마가 생성되지 않음을 이해해야 한다. 선택적으로, 전구체 펄스(412)로부터 플라즈마 펄스(414)까지의 단계는 한 번 이상 반복된다(417). 선택적으로, 후속하는 사이클은 사이클 간 퍼지(415)에 의해 분리된다. 따라서, 실리콘 함유 재료가 갭 내에 증착된다. 원하는 양의 실리콘 함유 재료가 갭 내에 증착되었을 경우, 방법은 종료된다(416).
도 5는 본원에 개시된 대로 방법의 일 구현예의 개략도를 나타낸다. 방법은, 기판이 반응 챔버에 제공된 이후에 시작(511)된다. 방법은, 기판 상에 갭 충전 유체를 증착하는 단계(512)를 포함한다. 선택적으로, 반응 챔버는 증착후 퍼지(513)에 의해 퍼지된다. 그 다음, 방법은 갭 충전 유체를 경화시키는 단계(514)를 포함한다. 선택적으로, 반응 챔버는 경화후 퍼지(515)에 의해 퍼지된다. 선택적으로, 기판 상에 갭 충전 유체를 증착하는 단계(512)로부터 갭 충전 유체를 경화하는 단계(514)까지의 단계는, 한 번 이상 반복된다(517). 선택적으로, 후속 사이클은 경화후 퍼지(515)에 의해 분리된다. 생성된 증착-경화 사이클은, 경화된 갭 충전 유체의 원하는 두께가 기판 상에 증착될 때까지 반복될 수 있다.
도 6은 본원에 개시된 바와 같은 방법의 개략도를 나타낸다. 방법은, 기판이 반응 챔버에 제공된 이후에 시작(611)된다. 방법은, 기판 상에 갭 충전 유체를 증착하는 단계(612)를 포함한다. 그 다음, 선택적으로 갭 충전 유체는 증착후 경화(613)에 의해 경화된다. 그 다음, 방법은, 갭 충전 유체 상에 캡 층을 증착하는 단계(614)를 포함한다. 캡 층이 증착된 후, 방법은 종료된다(615). 캡 층은, 예를 들어 추가 처리 단계에 사용되는 화학물질에 대해 및/또는 대기 중 공기에 의한 산화에 대해, 하부 갭 충전 유체를 유리하게 보호할 수 있다.
일부 구현예에서, 캡 층을 형성하는 단계(614)는, 복수의 사이클, 예를 들어 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 또는 10000 사이클을 포함하는 주기적 증착 공정을 포함한다. 사이클은 캡 층 전구체 펄스와 캡 층 플라즈마 펄스의 순서를 포함한다. 선택적으로, 캡 층 전구체 펄스와 캡 층 플라즈마 펄스는 사이클 내 퍼지에 의해 분리된다. 선택적으로, 후속하는 사이클은 사이클 간 퍼지에 의해 분리된다. 캡 층 전구체 펄스는, 캡 층 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 캡 층 플라즈마 펄스는, 캡 층 반응물을 반응 챔버에 제공하는 단계 및 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 캡 층은 실리콘 질화물을 포함한다. 적합한 캡 층 전구체는 할로실란과 같은 실리콘 함유 화합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 캡 층 전구체는 클로로실란, 브로모실란, 및 요오드실란으로부터 선택된 할로실란을 포함한다. 일부 구현예에서, 캡 층 전구체는 디요오드실란을 포함한다. 일부 구현예에서, 캡 층 반응물은 질소 함유 가스 또는 가스 혼합물을 포함한다. 적합한 반응물은 N2, N2와 H2의 혼합물, 및 NH3를 포함한다.
일부 구현예에서, 캡 층을 형성하는 단계(614)는, 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하면서 캡 층 전구체 및 캡 층 반응물을 반응 챔버에 동시에 제공하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 캡 층은 실리콘 질화물을 포함하며, 이 경우 캡 층 전구체는 실란과 같이 실리콘 함유 화합물을 적절히 포함한다. 이러한 구현예에서, 캡 층 전구체는 모노실란, 디실란, 및 트리실란으로부터 선택된 화합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 캡 층 전구체는 모노실란을 포함한다. 적합한 반응물은 N2 및 NH3와 같은 가스 혼합물 또는 질소 함유 가스를 포함한다.
일부 구현예에서, 캡 층은 실리콘 카바이드를 포함하고, 캡 층을 형성하는 단계(614)는, 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하면서 캡 층 전구체 및 캡 층 반응물을 반응 챔버에 동시에 제공하는 단계를 포함한다. 이러한 구현예에서, 적합한 캡 층 전구체는 탄소 및 알킬-치환된 실란, 즉 알킬실란과 같은 실리콘 함유 화합물을 포함한다. 적절한 알킬실란은 헥사메틸실란을 포함한다. 적합한 캡 층 반응물은 불활성 가스 및 불활성 가스를 포함하는 가스 혼합물, 예를 들어 불활성 가스와 수소를 포함한 가스 혼합물을 포함한다. 적절한 캡 층 반응물은 Ar과 H2를 포함한다.
특정 구현예 및 실시예가 논의되었지만, 당업자는 청구범위의 범주가 구체적으로 개시된 구현예 내지 대안적인 구현예 및/또는 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물 너머로 연장됨을 이해할 것이다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.
조건 및/또는 구조가 명시되지 않는 본 개시에서, 당업자는 일상적인 실험에 따라 본 개시의 관점으로 이러한 조건 및/또는 구조를 쉽게 제공할 수 있다.

Claims (24)

  1. 갭을 충전하는 방법으로서,
    갭을 구비한 기판을 반응 챔버 내에 도입하는 단계; 및
    실리콘과 할로겐을 포함한 실리콘 전구체를 상기 반응 챔버 내로 도입함으로써, 상기 기판 상에 갭 충전 유체를 증착하는 단계;
    상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    불활성 가스를 포함한 반응물을 상기 반응 챔버 내로 도입하는 단계;를 포함하고,
    이에 의해 상기 실리콘 전구체와 상기 반응물이 상기 플라즈마의 존재 하에 반응하여 상기 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성하고, 상기 갭 충전 유체는 실리콘과 수소를 포함하는, 방법.
  2. 갭을 충전하는 방법으로서,
    갭을 구비한 기판을 반응 챔버 내에 도입하는 단계; 및
    복수의 증착 사이클을 포함한 주기적 증착 공정을 실행함으로써 갭 충전 유체를 증착하는 단계로서, 상기 증착 사이클은 전구체 펄스와 플라즈마 펄스를 포함하는, 상기 증착하는 단계;를 포함하며,
    상기 전구체 펄스는 실리콘과 할로겐을 포함한 실리콘 전구체를 상기 반응 챔버 내로 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 플라즈마 펄스는 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계 및 불활성 가스를 포함한 반응물을 상기 반응 챔버 내로 도입하는 단계를 포함하고,
    이에 의해 상기 실리콘 전구체와 상기 반응물은 상기 플라즈마의 존재 하에 반응하여, 상기 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성하고, 상기 갭 충전 유체는 실리콘과 수소를 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 SinH2n+2-mXm의 일반 조성식을 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 X는 할로겐이고, n은 적어도 1 내지 최대 3이고, m은 적어도 1 내지 최대 2n+2인, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 할로겐은 요오드를 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 SiI2H2를 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응물은 불활성 가스 및 H2를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주기적 증착 공정은 적어도 -25°C 내지 최대 150°C의 온도에서 수행되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주기적 증착 공정은 적어도 500 Pa의 압력에서 수행되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 He, Ne, Ar, 및 Kr으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Ar인, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체 펄스와 상기 플라즈마 펄스는 사이클 내(intra-cycle) 퍼지에 의해 분리되는, 방법.
  12. 제1항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 후속 사이클들은 사이클 간(inter-cycle) 퍼지에 의해 분리되는, 방법.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체 펄스와 상기 플라즈마 펄스는 적어도 부분적으로 중첩되는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 실리콘, 수소, 및 하나 이상의 할로겐으로 실질적으로 구성되는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체, 상기 불활성 가스, 및 H 이외의 가스는 상기 실리콘 전구체 펄스 동안 및 상기 플라즈마 펄스 동안에 상기 반응 챔버 내로 도입되지 않는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 불활성 가스 또는 H 이외의 가스는 상기 사이클 내 퍼지 동안 및 상기 사이클 간 퍼지 동안에 상기 반응 챔버 내로 도입되지 않는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 반도체를 포함하는, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 하나 이상의 슈퍼 사이클을 포함하고, 상기 슈퍼 사이클은 상기 갭 충전 유체를 증착하는 단계 및 경화 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭 충전 유체는 상기 할로겐을 더 포함하는, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭 충전 유체를 증착하는 단계는 상기 갭 충전 유체를 경화하는 단계가 이어지는, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭 충전 유체 상에 캡 층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭 충전 유체 상에 캡 층을 형성하는 단계는 복수의 사이클을 포함한 주기적 공정을 포함하고, 상기 사이클은 캡 층 전구체 펄스 및 캡 층 플라즈마 펄스를 포함하며, 상기 캡 층 전구체 펄스는 캡 층 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함하고, 상기 캡 층 플라즈마 펄스는 캡 층 반응물을 상기 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함하고, 상기 캡 층 플라즈마 펄스는 상기 반응 챔버 내에 캡 층 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제11항에 있어서, 상기 갭 충전 유체 상에 캡 층을 형성하는 단계는 상기 반응 챔버 내에 캡 층 플라즈마를 생성하면서 상기 반응 챔버로 캡 층 전구체 및 캡 층 반응물을 동시에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 시스템으로서,
    - 하부 전극을 포함한 기판 지지부, 및 상부 전극을 포함하는 반응 챔버;
    - 무선 주파수 전력 파형을 생성하도록 배열되는 무선 주파수 전력 공급원;
    - 상기 반응 챔버에 유체 결합되는 가스 주입 시스템;
    - 실리콘 전구체 및 선택적으로 캐리어 가스를 상기 반응 챔버 내에 도입하기 위한 전구체 가스 공급원;
    - 상기 반응 챔버 내에 반응물을 도입하기 위한 반응물 가스 공급원;
    - 배기부; 및
    - 상기 시스템이 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 배열된 제어기를 포함하는, 시스템.
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