KR20220114621A - Ald 생산성을 위한 컨디셔닝 처리 - Google Patents

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KR20220114621A
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크리스티나 엘. 엥글러
루 천
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

프로세스 키트 수명을 증가시키기 위해 프로세스 키트를 컨디셔닝하기 위한 증착 방법들 및 장치가 기술된다. 프로세스 키트로부터의 미립자 오염을 감소시키도록 질화물 막을 컨디셔닝하기 위해, 프로세스 키트 상에 형성된 질화물 막은 질소 및 수소 라디칼들을 포함하는 컨디셔닝 프로세스에 노출된다.

Description

ALD 생산성을 위한 컨디셔닝 처리
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 프로세스 챔버 컴포넌트들을 컨디셔닝하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용의 실시예들은 개선된 생산성을 갖는 질화물 증착을 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다.
[0002] 일부 타입들의 질화물 막들을 증착하기 위해 사용되는 ALD(atomic layer deposition) 프로세스 챔버들은 빈번한 세정들 및 유지보수를 필요로 한다. 프로세스 키트 상의 증착 재료(예를 들어, 증착 챔버에서 사용되는 소모성 부품들)의 특성들로 인해, 낮은 MWBC(mean wafer between cleaning)가 존재한다. 프로세스 키트는 프로세싱 동안 반응성 화학물질들에 접촉하는 탈착식 부품들인 증착 챔버의 엘리먼트들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 챔버 샤워헤드(showerhead)들, 펌핑 라이너(pumping liner)들, 펌프 차폐부들 등이다.
[0003] 프로세싱 동안, ALD 탄탈 질화물(TaN)이 프로세스 키트뿐만 아니라 웨이퍼 상에 증착된다. 웨이퍼 온도와 프로세스 키트 온도들은 상이하며, 웨이퍼 온도는 프로세스 키트보다 더 높다. 적어도 부분적으로 온도 차이들로 인해, 프로세스 키트 상에 증착되는 TaN은 웨이퍼 상에 증착되는 막과 상이하다. 프로세스 키트 상의 TaN은 밀도가 낮고, 높은 레벨들의 불순물들을 갖는다. 형성된 TaN은 분말형이고, 입자 문제들을 야기한다. 프로세스 키트로부터 ALD TaN을 세정할 수 있는 인-시튜 세정 프로세스들이 알려져 있지 않아서, 세정들 및 유지보수를 위한 긴 장비 작동불능시간(downtime)들을 필요로한다.
[0004] 추가적으로, 플라즈마 기반 프로세스들은 챔버 바디 상의 플라즈마-유도 응력 축적으로 인해 증가되는 미립자 오염에 취약하다. 플라즈마 프로세스에서의 프로세스 키트의 입자 수명은 열 프로세스 챔버에서의 프로세스 키트의 입자 수명의 약 20%이다.
[0005] 따라서, 질화물 증착 프로세스들을 위해 MWBC(mean wafer between cleaning)을 연장하기 위한 방법들 및 장치가 필요하다.
[0006] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 컨디셔닝된 질화물 막을 형성하기 위해, 질소 및 수소 라디칼들을 포함하는 컨디셔닝 프로세스에, 질화물 막을 상부에 갖는 프로세스 챔버의 프로세스 키트를 노출시키는 단계를 포함하는 증착 방법들에 관한 것이다. 프로세스 챔버 내에서 복수의 웨이퍼들 상에 질화물 층이 증착된다.
[0007] 본 개시내용의 추가적인 실시예들은, 프로세스 챔버 내에서 웨이퍼들 상에 탄탈 질화물(TaN)을 증착하고 프로세스 키트 상에 질화물 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버 내에서 복수의 웨이퍼들을 프로세싱하는 단계를 포함하는 증착 방법들에 관한 것이다. 질화물 막은 9 g/㎤ 미만의 밀도를 갖는다. 컨디셔닝 프로세스를 사용하여 복수의 웨이퍼들을 프로세싱한 후에, 프로세스 키트가 컨디셔닝된다. 컨디셔닝 프로세스는, 질화물 막의 밀도를 9 g/㎤ 초과로 증가시키고 압축 응력을 갖는 질화물 막을 생성하기 위해, 프로세스 키트를 질소 및 수소 라디칼들에 노출시키는 단계를 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 추가적인 실시예들은, 프로세싱 챔버의 제어기에 의해 실행되는 경우, 프로세싱 챔버가 질화물 막을 증착하기 위해 증착 프로세스 조건에 기판을 노출시키는 동작; 및 프로세스 챔버의 프로세스 키트를 컨디셔닝 프로세스에 노출시키는 동작을 수행하게 하는 명령들을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 통상적인 실시예들을 예시하는 것이므로, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 표현을 도시한다.
[0011] 도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 프로세스 방법의 흐름도를 예시한다.
[0012] 도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 컨디셔닝 프로세스 전의 도 1의 영역(155)의 확대도를 도시한다.
[0013] 도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 컨디셔닝 프로세스 후의 도 3a의 도면을 도시한다.
[0014] 본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시내용은 다음의 설명에서 제시되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부사항들로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 개시는 다른 구현예들이 가능하고, 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다.
[0015] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은 프로세스가 그 위에서 작용하는 표면 또는 표면의 일부를 지칭한다. 또한, 문맥상 명확하게 달리 표시되지 않는 한, 기판에 대한 언급이 기판의 일부만을 또한 지칭할 수 있다는 것이 당업자에 의해 또한 이해될 것이다. 추가적으로, 기판 상에 증착하는 것에 대한 언급은 베어(bare) 기판, 및 하나 이상의 막들 또는 피처(feature)들이 상부에 증착 또는 형성된 기판 둘 모두를 의미할 수 있다.
[0016] 본원에서 사용되는 "기판"은, 제작 프로세스 동안 막 프로세싱이 그 위에 수행되는 임의의 기판 또는 기판 상에 형성된 재료 표면을 지칭한다. 예를 들어, 프로세싱이 그 위에서 수행될 수 있는 기판 표면은 적용에 따라, 실리콘, 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘(strained silicon), 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator; SOI), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 비정질 실리콘, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소화물, 유리, 사파이어와 같은 재료들, 및 금속들, 금속 질화물들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 재료들과 같은 임의의 다른 재료들을 포함한다. 기판들은 반도체 웨이퍼들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 기판들은 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 수산화, 어닐링, UV 경화, e-빔 경화, 및/또는 베이킹하기 위한 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 기판 자체의 표면 상에서의 직접적인 막 프로세싱 이외에, 본 개시내용에서, 개시된 임의의 막 프로세싱 단계들은 또한 하기에 보다 상세히 개시되는 바와 같이 기판 상에 형성된 하부층 상에서 수행될 수 있으며, 용어 "기판 표면"은 문맥에서 지시하는 바와 같은 이러한 하부층을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 예를 들어, 막/층 또는 부분 막/층이 기판 표면 상에 증착된 경우, 새로이 증착된 막/층의 노출된 표면은 기판 표면이 된다.
[0017] 본 개시내용의 실시예들은, 프로세스 키트 상에 형성된 막의 막 특성들을 개선하기 위해 컨디셔닝 처리를 사용하는 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 챔버 샤워헤드, 펌핑 라이너, 챔버 아이솔레이터, 또는 에지 링 중 하나 이상 상에서의 컨디셔닝 처리를 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게는, 증착 동안 프로세스 키트 상에서의 막의 접착을 개선하는 방법들을 제공한다. 하나 이상의 실시예들은 유리하게, 프로세스 키트 상에 형성된 막으로부터의 입자 오염을 감소시키는 방법들을 제공한다. 일부 실시예들은 유리하게, 질화물 증착 프로세스를 위해 MWBC(mean-wafer-between-clean)를 연장하는 방법들을 제공한다.
[0018] 본 개시내용의 일부 실시예들은, 막 조성을 변화시킴으로써, 프로세스 키트 상에 증착된 막을 조밀화하기 위해, 혼합 암모니아, 수소, 및 아르곤 플라즈마 처리를 사용하여 챔버 바디를 컨디셔닝한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트 상에 증착된 막은 막의 밀도를 증가시키도록 처리된다. 일부 실시예들에서, 처리 프로세스는 막 재료가 더 중립적인 막-응력을 갖게 한다. 일부 실시예들은, 시간이 지남에 따라 프로세스 키트에 대한 접착이 개선되도록, 프로세스 키트 상에 증착되는 재료의 막 특성들을 개선한다. 일부 실시예들에서, 접착은, 박리, 응력을 받는 막들로부터의 균열, 및/또는 샤워헤드 박리로 인한, 시간의 경과에 따라 챔버 내의 입자 형성을 낮춤으로써 개선된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트의 입자 수명을 증가시키도록 프로세스 입자 성능이 개선된다. 일부 실시예들에서, 입자 성능은 > 32 nm의 입자 애더들(particle adders)에 의해 정의된다. 일부 실시예들에서, 입자 성능은 사이즈가 32 nm보다 큰 5개 미만의 입자 애더들(프로세스가 웨이퍼 상에 부가하는 입자들)의 범위이다. 일부 실시예들에서, 입자들은, 예를 들어 광-산란을 사용하는 표면 검사 시스템을 사용하여 측정된다. 일부 실시예들에서, 입자들은 이미지 분석에 기반하여 입자 사이즈를 결정하기 위해 SEM(scanning electron microscope)을 사용하여 측정된다. 일부 실시예들에서, 입자 맵 및 빈 사이즈들은, 웨이퍼 표면 상의 결함들을 나타내는 표면 토포그래피 수차들을 광학적으로 측정함으로써 결정된다. 더 작은 입자 사이즈들에서, 측정된 입자는 프로세스에 의해 부가되는 입자가 아닌 웨이퍼 결함일 수 있으며, SEM은, 다른 기술로부터 결함 맵을 수신하기 전에 또는 그 후에, 웨이퍼들의 최상부를 뷰잉하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, SEM 이미지들은 하나 이상의 배율들로 결함 맵 상의 위치들에서 취해지고, 입자들의 존재, 정확한 빈 사이즈, 입자 모폴로지(morphology) 및/또는 입자 조성에 대해 검토된다.
[0019] 일부 실시예들에서, 다양한 전력들, 프로세스 가스 유동 비율들 및/또는 처리 시간들에서의 암모니아(NH3)/수소(H2)/아르곤(Ar) 플라즈마 처리는 막 밀도 및/또는 입자 성능을 개선한다. 프로세스 키트 상에 증착된 ALD 질화물 막(예를 들어, TaN)의 질화는 인장성의 저밀도의 느슨한 막을 더 고밀도이고 더 응력-중립적인 막으로 변화시킨다. 달리 특정되지 않는 한, 당업자는, "탄탈 질화물"과 같은 용어들 또는 "TaN"과 같은 화학식들의 사용이 언급된 재료의 원소 성분들을 식별하고, 성분들의 임의의 특정 화학량론적 관계를 시사하지 않는다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, TaN은, 달리 특정되지 않는 한, 탄탈 및 질소 원자들을 갖는 막을 지칭한다. 특정 화학량론적 값들을 사용하는 예에서, TaN을 포함하는 저밀도의 인장 막은 더 고밀도의 더 응력-중립적인 Ta3N5로 개질된다.
[0020] 증착 동안 프로세스 키트 상에 증착되는 막들은 통상적으로, 높은 불순물들을 가지고, 입자 문제들을 야기할 수 있는 분말형 재료를 형성하여, 생산 중에 챔버에 대한 MWBC를 감소시킨다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 프로세스 키트에 부착된 막을 유지하는 것을 돕기 위해, 키트 수명 동안 프로세스 키트 상에 증착된 막 특성들을 주기적으로 개질시키고, 입자 문제들을 일으키는 결함들이 발생할 가능성이 적도록 막을 더 조밀하고/하거나 더 응력-중립적이게 만든다.
[0021] 도 1은 프로세스 챔버(100)를 도시하며, 도 2는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 프로세스 방법(200)을 도시한다. 도 1에 도시된 프로세스 챔버(100)는 챔버 바디(110), 샤워헤드(120)(또는 다른 가스 분배 플레이트), 구속 링(125)(생략될 수 있음), 페데스탈(130)(또는 다른 기판 지지체), 및 웨이퍼(140)를 포함한다. 도 1의 프로세스 키트(150)는 페데스탈(130) 및 구속 링(125)을 포함한다. 질화물 막(160)을 상부에 갖는 프로세스 키트(150)는, 컨디셔닝된 질화물 막(165)을 형성하기 위해 컨디셔닝 프로세스(210)에 노출된다. 일부 실시예들의 컨디셔닝 프로세스는 질소 라디칼들 및 수소 라디칼들을 포함한다. 방법(200)은 증착 프로세스(220)를 추가로 포함하며, 증착 프로세스(220)에서, 프로세스 챔버(100) 내에서 복수의 웨이퍼들(140) 상에 질화물 층(170)이 증착된다. 일부 실시예들의 복수의 웨이퍼들(140)은 개별적으로 프로세싱된다. 일부 실시예들에서, 증착은 한 번에 하나 초과의 웨이퍼 상에서 일어난다.
[0022] 질화물 층(170)이 웨이퍼(140) 표면 상에 형성되는 증착 프로세스(220) 동안, 일부 재료는 질화물 막(160)으로서 프로세스 키트(150)(예를 들어, 샤워헤드(120) 및/또는 구속 링(125)) 상에 증착된다. 프로세스 키트(150) 상에 형성되는 질화물 막(160)은 웨이퍼(140) 상에 형성되는 질화물 층(170)과 상이한 특성들을 갖는다. 임의의 특정 동작 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 질화물 막(160)과 질화물 층(170) 사이의 특성들의 차이들은, 특히, 웨이퍼(140)와 프로세스 키트(150) 사이의 온도 차이들로 인한 것이다.
[0023] 도 3a는 컨디셔닝 프로세스(210) 전의 영역(155)의 확대도를 예시하며, 도 3b는 컨디셔닝 프로세스(210) 후의 도 3a의 도면을 예시한다. 도 3a에서, 프로세스 키트(150) 상에 형성된 질화물 막(160)은 비교적 낮은 밀도를 가지고, 인장 응력을 받는다. 일부 실시예들에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 컨디셔닝 프로세스(210)는 컨디셔닝된 질화물 막(165)을 형성하기 위해 질화물 막(160)의 밀도를 증가시킨다. 컨디셔닝된 질화물 막(165)은 또한, 조밀화된 질화물 막으로 지칭될 수 있다.
[0024] 일부 실시예들에서, 질화물 막(160)은 하나 이상의 웨이퍼 상에 질화물 층을 형성하기 위해 질화물 증착 프로세스 동안 프로세스 키트(150) 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, 질화물 층은, CVD(chemical vapor deposition) 또는 원자 층 증착 중 하나 이상에 의해 증착된다. 일부 실시예들에서, 질화물 층 및 질화물 막은 원자 층 증착에 의해 증착된다. 일부 실시예들에서, 질화물 층은 복수의 웨이퍼들 상에 동시에 또는 순차적으로 증착된다.
[0025] 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(150) 상에 증착된 질화물 막(160)은 탄탈 질화물(TaN), 티탄 질화물(TiN), 망간 질화물(MnN), 텅스텐 질화물(WN), 루테늄 탄탈 질화물(RuTaN) 또는 니오븀 질화물(NbN) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(150) 상에 증착된 질화물 막(160)은 탄탈 질화물(TaN)을 포함하거나 탄탈 질화물(TaN)을 필수적 요소로 하여 구성된다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "를 필수적 요소로 하여 구성된다"라는 용어는, 막의 조성이, 원자 기준으로, 언급된 원소들의 합의 90%, 92.5%, 95%, 98%, 99% 또는 99% 이상임을 의미한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(150) 상에 증착된 질화물 막(160)은 티탄 질화물을 포함하거나 티탄 질화물을 필수적 요소로 하여 구성된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(150) 상에 증착된 질화물 막(160)은 니오븀 질화물을 포함하거나 니오븀 질화물을 필수적 요소로 하여 구성된다.
[0026] 일부 실시예들에서, 질화물 막(160)은 인장 응력 하에서 비교적 낮은 밀도를 갖는 탄탈 질화물을 포함한다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "비교적 낮은 밀도"라는 용어는, 컨디셔닝 프로세스 이전의 탄탈 질화물 막의 밀도가, 8 g/㎤, 7.5 g/㎤, 7 g/㎤, 6.5 g/㎤, 6 g/㎤, 5.5 g/㎤ 또는 5 g/㎤ 이하인 것을 의미한다.
[0027] 일부 실시예들에서, 프로세스 키트 상에 형성된 탄탈 질화물 막은, 컨디셔닝 프로세스 전에, 5 g/㎤ 내지 6.5 g/㎤의 범위의 밀도를 갖는다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 프로세스 전에 프로세스 키트 상에 형성되는 질화물 막(160)은 인장 응력을 갖는 탄탈 질화물을 포함한다. 일부 실시예들에서, (XRF에 의해 측정되는) 알려진 두께를 갖는 증착된 막의 차동 응력을 측정하기 위해, 엘립소메트리가 사용된다. 처리 전의 ALD TaN 막들은 인장 응력이 100 MPa 내지 1500 MPa의 범위에 있는 매우 인장력이 있다. 일부 실시예들에서, 처리 후에, ALD Ta3N5 막은 더 응력 중립적/압축적이다. 일부 실시예들에서, 처리된 막의 응력은 0 내지 -500 MPa의 범위이다. 일부 실시예들에서, 엘립소메트리는 막 증착 전후에 웨이퍼의 곡률 반경을 측정하는 데 사용된다. 곡률 델타는 알려진 막 두께를 갖는 막 응력을 계산하는 데 사용된다.
[0028] 컨디셔닝 프로세스(210)는 질화물 막(160)을 컨디셔닝된 질화물 막(165)으로 변화시킨다. 일부 실시예들의 컨디셔닝된 질화물 막(165)은 9 g/㎤, 9.5 g/㎤ 또는 10 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝된 질화물 막(165)은 9 g/㎤ 내지 10.5 g/㎤의 범위, 또는 9.5 g/㎤ 내지 10 g/㎤의 밀도를 갖는 탄탈 질화물을 포함한다.
[0029] 일부 실시예들에서, 컨디셔닝된 질화물 막은 압축 응력을 갖는다. 일부 실시예들에서, 압축 응력은, 엘립소메트리에 의해 측정하는 경우, 약 0 내지 약 -500 MPa의 범위이다.
[0030] 일부 실시예들의 컨디셔닝 프로세스는 질소 라디칼들 및 수소 라디칼들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 질소 라디칼들 및 수소 라디칼들은 핫 와이어(hot wire)를 가로질러 컨디셔닝 가스를 통과시킴으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 질소 라디칼들 및 수소 라디칼들은 컨디셔닝 가스로부터 생성된 플라즈마 내에서 형성된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 직접 플라즈마이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 원격 플라즈마이다.
[0031] 일부 실시예들의 컨디셔닝 가스는 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 질소(N2), 수소(H2), 또는 아르곤(Ar) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들의 컨디셔닝 가스는, 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 질소(N2), 수소(H2), 또는 아르곤(Ar) 중 하나 이상을 포함하며, 단, 질소(N2), 수소(H2) 또는 아르곤(Ar) 각각은 질소 및 수소 라디칼들을 제공하기 위해 적어도 하나의 추가적인 가스성 종과 함께 사용된다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 암모니아 수소 화합물(아잔)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 디아잔(히드라진), 트리아잔(N3H5), 디아젠(N2H2), 또는 트리아젠(N3H3) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 질소 원자들 및 수소 원자들 둘 모두를 갖는 적어도 하나의 종을 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 암모니아(NH3)를 포함하거나, 암모니아(NH3)를 필수적 요소로 하여 구성된다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "를 필수적 요소로 하여 구성된다"라는 용어는, 컨디셔닝 가스 내의 활성 종이 분자 기준으로 명시된 종들의 95%, 98%, 99% 또는 99.5% 이상이거나, 불활성 또는 희석 종을 카운팅 하지 않으면서, 명시된 종의 합임을 의미한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 히드라진(N2H4)을 포함하거나, 히드라진(N2H4)을 필수적 요소로 하여 구성된다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 암모니아 및 수소(H2)를 포함하거나, 암모니아 및 수소(H2)를 필수적 요소로 하여 구성된다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 수소(H2) 및 질소(N2)를 포함하거나, 수소(H2) 및 질소(N2)를 필수적 요소로 하여 구성된다.
[0032] 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 암모니아(NH3), 수소(H2), 및 아르곤(Ar)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 암모니아(NH3), 수소(H2), 및 아르곤(Ar)을 필수적 요소로 하여 구성된다. 일부 실시예들의 암모니아:수소:아르곤(NH3:H2:Ar)의 비는 0.9 내지 1.1 NH3:0.9 내지 1.1 H2:0.9 내지 1.1 Ar의 범위이다. 일부 실시예들에서, 암모니아:수소:아르곤(NH3:H2:Ar)의 비는 약 1:1:1이다. 일부 실시예들에서, 암모니아:수소:아르곤(NH3:H2:Ar)의 비는 1 내지 20 NH3:1 내지 20 H2:1 Ar의 범위, 또는 1 내지 10:1 내지 10:1의 범위, 또는 10:10:0.1 내지 10 Ar의 범위이다. 일부 실시예들에서, 암모니아(NH3) 및 수소(H2)의 양은 상대적으로 ±10 % 이내이며, 아르곤(Ar)은 프로세스 챔버에 충분한 반응성 종을 제공하기 위한 임의의 적절한 양의 희석제이다.
[0033] 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 약 2 MHz 내지 100 MHz, 13.56 MHz 내지 60 MHz, 13.56 MHz 내지 40 MHz의 범위의 주파수를 갖는 플라즈마를 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 약 0.5 torr 내지 약 25 torr의 범위, 또는 약 1 torr 내지 15 torr의 범위, 또는 약 1.5 torr 내지 약 10 torr의 범위의 압력을 갖는 플라즈마를 포함한다. 일부 실시예들에서, 컨디셔닝 가스는 플라즈마를 포함하며, 컨디셔닝 프로세스는 5분 이하 동안 수행된다.
[0034] 도 2를 참조하면, 컨디셔닝 프로세스(210) 후에, 하나 이상의 웨이퍼들(기판들) 상에 질화물 층이 증착된다(220). 프로세스 키트(150)를 재-컨디셔닝하기 전에 증착되는 웨이퍼들의 수는, 예를 들어, 사용되는 컨디셔닝 프로세스 파라미터들, 증착 파라미터들, 및 질화물 층 조성에 의존한다. 일부 실시예들의 컨디셔닝 프로세스(210)를 사용한 재-컨디셔닝 사이의 웨이퍼들의 수는 5개 내지 50개의 웨이퍼들의 범위이다. 일부 실시예들에서, 방법(200) 이후에, 컨디셔닝 프로세스(210)가 수행되지 않은 프로세스 키트에 비해 프로세스 키트(150)의 수명을 적어도 5배 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트의 수명은 세정 또는 예방 유지보수 사이에 프로세싱될 수 있는 웨이퍼들의 수로서 정의된다. 임의의 제공된 프로세스에 대해, 통상적인 기준 수명은 <1K 내지 10K의 범위이다.
[0035] 방법의 일부 실시예들은 프로세스 키트(150)를 시즈닝(season)하기 위한 시즈닝 프로세스(seasoning process)(205)로 시작한다. 일부 실시예들의 시즈닝 프로세스(205)는, 사용을 위한 프로세스 키트(150)를 준비하기 위해, 컨디셔닝 프로세스(210)가 후속되는 증착 프로세스(220)를 사용한다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트(150)는 증착 챔버 내에 설치되기 전에 시즈닝 프로세스(205)를 거친다. 일부 실시예들에서, 시즈닝 프로세스(205)는, 증착 프로세스의 형태 다음에 컨디셔닝 프로세스의 형태를 포함한다. 일부 실시예들에서, 시즈닝 프로세스는 증착 프로세스의 형태를 포함하며, 방법(200)은, 시즈닝 프로세스를 컨디셔닝하고 완료하기 위한 다음 절차로서 컨디셔닝 프로세스(210)로 이동한다. 시즈닝 프로세스가 컨디셔닝 프로세스의 형태를 포함하는 일부 실시예들에서, 시즈닝 프로세스(205) 후에, 방법(200)은 선택적인 경로(222)를 따라 증착 프로세스(220)로 진행한다.
[0036] 도 1을 참조하면, 본 개시내용의 추가적인 실시예들은 본원에 기술되는 방법들을 실행하기 위한 프로세스 챔버들(100)에 관한 것이다. 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 기판을 프로세싱하는 데 사용될 수 있는 챔버(100)를 예시한다. 프로세스 챔버(100)는 챔버(100)의 다양한 컴포넌트들을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어기(190)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 챔버(100)를 제어하기 위해 별개의 프로세서들 각각에 주 제어 프로세서가 커플링된 상태로, 프로세스 챔버(100)에 하나 초과의 프로세서가 연결된다. 제어기(190)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서, 마이크로제어기, 마이크로프로세서 등 중 하나일 수 있다.
[0037] 일부 실시예들에서, 제어기(190)는 프로세서(192)(또한 CPU로 지칭됨), 프로세서(192)에 커플링된 메모리(194), 프로세서(192)에 커플링된 입력/출력 디바이스들(196), 및 상이한 전자 컴포넌트들 사이의 통신을 위한 지원 회로들(198)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 메모리(194)는 일시적 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리) 또는 비-일시적인 메모리(예를 들어, 저장소) 중 하나 이상을 포함한다.
[0038] 프로세서의 메모리(194) 또는 컴퓨터-판독가능 매체는, RAM(random access memory), ROM(read-only memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장소와 같은 용이하게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 메모리(194)는, 시스템의 파라미터들 및 컴포넌트들을 제어하도록 프로세서(192)에 의해 동작가능한 명령 세트를 보유할 수 있다. 지원 회로들(198)은 기존 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 프로세서(192)에 커플링된다. 회로들은, 예를 들어, 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로, 서브시스템들 등을 포함할 수 있다.
[0039] 프로세스들은 일반적으로, 프로세서에 의해 실행될 때 프로세스 챔버가 본 개시내용의 프로세스들을 수행하게 하는 소프트웨어 루틴으로서 메모리에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한, 프로세서에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격으로 위치된 제2 CPU(도시되지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다. 본 개시내용의 방법 중 일부 또는 전부는 또한 하드웨어에서 수행될 수 있다. 이와 같이, 프로세스는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 컴퓨터 시스템을 이용하여 하드웨어로, 예를 들어 주문형 집적 회로 또는 다른 타입의 하드웨어 구현으로서, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어 루틴은, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세스들이 수행되도록 챔버 동작을 제어하는 특수 목적 컴퓨터(제어기)로 범용 컴퓨터를 변환시킨다.
[0040] 일부 실시예들에서, 제어기(190)는 방법을 수행하기 위해 개별 프로세스들 또는 서브-프로세스들을 실행하기 위한 하나 이상의 구성들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제어기(190)는 방법들의 기능들을 수행하기 위해 중간 컴포넌트들에 연결되어 중간 컴포넌트들을 동작시키도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들의 제어기(190)는 가스 밸브들, 액추에이터들, 모터들, 슬릿 밸브들, 진공 제어부 등 중 하나 이상을 제어하기 위해 연결되어 구성된다.
[0041] 일부 실시예들의 제어기(190)는 질화물 막을 증착하기 위해 기판을 증착 프로세스 조건에 노출시키기 위한 구성; 프로세스 챔버의 프로세스 키트를 컨디셔닝 프로세스에 노출시키기 위한 구성으로부터 선택된 하나 이상의 구성들을 갖는다. 프로세싱 챔버의 제어기에 의해 실행되는 경우, 프로세싱 챔버가 질화물 막을 증착하기 위해 증착 프로세스 조건에 기판을 노출시키는 동작; 및 프로세스 챔버의 프로세스 키트를 컨디셔닝 프로세스에 노출시키는 동작을 수행하게 하는 명령들을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
[0042] 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예들" 또는 "실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 기술된 특정 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치들에서의 "하나 이상의 실시예들에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들은 반드시 본 개시내용의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특성들, 구조들, 재료들, 또는 특징들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
[0043] 본 명세서의 개시내용이 특정 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 당업자들은 기술된 실시예들이 단지 본 개시내용의 원리들 및 애플리케이션들을 예시할 뿐이라는 것을 이해할 것이다. 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구항들 및 이들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 증착 방법으로서,
    컨디셔닝된 질화물 막을 형성하기 위해, 질소 및 수소 라디칼들을 포함하는 컨디셔닝 프로세스에 질화물 막을 상부에 갖는 프로세스 챔버의 프로세스 키트를 노출시키는 단계; 및
    상기 프로세스 챔버 내에서 복수의 웨이퍼들 상에 질화물 층을 증착하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨디셔닝 프로세스가 상기 프로세스 키트 상의 상기 질화물 막의 밀도를 증가시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컨디셔닝된 질화물 막이 9.5 g/㎤ 내지 10 g/㎤의 범위의 밀도를 갖는 탄탈 질화물(TaN)을 포함하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 컨디셔닝된 질화물 막이 압축 응력을 갖는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 웨이퍼들 상의 상기 질화물 층이 원자 층 증착에 의해 증착되는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 프로세스 키트 상의 상기 질화물 막이 웨이퍼 상의 상기 질화물 층의 증착 동안 형성되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 질화물 막이 탄탈 질화물(TaN), 티탄 질화물(TiN), 루테늄 탄탈 질화물(RuTaN), 망간 질화물(MnN), 텅스텐 질화물(WN) 또는 니오븀 질화물(NbN) 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 컨디셔닝 프로세스가 컨디셔닝 가스로부터 형성되는 플라즈마를 포함하며, 상기 컨디셔닝 가스는 질소 및 수소 원자들을 갖는 적어도 하나의 플라즈마 종을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 컨디셔닝 가스가 암모니아(NH3), 히드라진(N2H4), 질소(N2), 수소(H2), 또는 아르곤(Ar) 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 컨디셔닝 가스가 암모니아, 수소, 및 아르곤을 필수적 요소로 하여 구성되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 암모니아, 수소 및 아르곤의 비(NH3:H2:Ar)가 0.9 내지 1.1:0.9 내지 1.1:0.9 내지 1.1의 범위인 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 플라즈마가 13.56 내지 40 MHz 범위의 주파수를 갖는 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 플라즈마가 1.5 내지 10 torr 범위의 압력을 갖는 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 컨디셔닝 프로세스가 5분 이하 동안 수행되는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 복수의 웨이퍼들이, 상기 컨디셔닝 프로세스에 대한 추가적인 노출 전에 5 내지 50개의 범위인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 키트의 수명이 상기 컨디셔닝 프로세스가 없는 프로세스에 비해 적어도 5배만큼 증가되는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 키트가 샤워헤드(showerhead), 펌핑 라이너(pumping liner), 또는 에지 링(edge ring) 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  18. 증착 방법으로서,
    상기 프로세스 챔버 내에서 웨이퍼들 상에 탄탈 질화물(TaN)을 증착하고 프로세스 키트 상에 질화물 막을 증착하기 위해 프로세스 챔버 내에서 복수의 웨이퍼들을 프로세싱하는 단계 ― 상기 질화물 막은 9 g/㎤ 미만의 밀도를 가짐 ―; 및
    컨디셔닝 프로세스를 사용하여 상기 복수의 웨이퍼들을 프로세싱한 후에 상기 프로세스 키트를 컨디셔닝하는 단계 ― 상기 컨디셔닝 프로세스는 상기 질화물 막의 밀도를 9 g/㎤ 초과로 증가시키고 압축 응력을 갖는 질화물 막을 생성하기 위해, 상기 프로세스 키트를 질소 및 수소 라디칼들에 노출시킴을 포함함 ―를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 웨이퍼들이 5 내지 50개의 범위인 방법.
  20. 프로세싱 챔버의 제어기에 의해 실행될 때, 상기 프로세싱 챔버가
    질화물 막을 증착하기 위해 기판을 증착 프로세스 조건에 노출시키는 동작; 및
    상기 프로세스 챔버의 프로세스 키트를 컨디셔닝 프로세스에 노출시키는 동작을 수행하게 하는,
    명령들을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
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