KR20220124668A - Peald 프로세스 및 열적 ald 프로세스에 의해 형성된 나이트라이드 막 - Google Patents

Peald 프로세스 및 열적 ald 프로세스에 의해 형성된 나이트라이드 막 Download PDF

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KR20220124668A
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제임스 사무엘 심즈
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

단일의 반응기 내에서 하나 이상의 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 사이클들 및 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 사용하여 나이트라이드 막을 증착하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 열적 ALD 사이클들의 수는 PEALD 사이클들의 수 이상일 수 있다. 열적 ALD 사이클들과 PEALD 사이클들의 통합은 나이트라이드 막의 특성들의 보다 우수한 미세-튜닝을 허용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 나이트라이드 막은 실리콘 나이트라이드 막이다. 실리콘 나이트라이드 막은 보다 큰 굴절률을 가진 보다 실리콘-풍부 막을 허용하게 미세-튜닝될 수 있다. 일부 구현예들에서, PEALD 사이클들과 열적 ALD 사이클들은 동일한 웨이퍼 온도로 유지될 수 있다.

Description

PEALD 프로세스 및 열적 ALD 프로세스에 의해 형성된 나이트라이드 막{NITRIDE FILM FORMED BY PLASMA-ENHANCED AND THERMAL ATOMIC LAYER DEPOSITION PROCESS}
본 개시는 일반적으로 웨이퍼 상의 나이트라이드 막의 증착, 보다 구체적으로 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 프로세스들과 열적 ALD 프로세스들의 혼합 사이클에 의한 웨이퍼 상의 나이트라이드 막의 증착에 관한 것이다.
반도체 산업에서 디바이스 및 피처들의 사이즈가 계속해서 축소됨에 따라, 그리고 또한 3-D 디바이스 구조체들이 IC (integrated circuit) 설계에서 보다 주요해짐에 따라, 박형 컨포멀한 막들 (편평하지 않을지라도, 하부 구조체의 형상에 비해 균일한 두께를 갖는 재료의 막들) 을 증착하는 능력은 계속해서 중요해질 것이다. ALD는 단일 사이클의 ALD이 단일의 재료 박층만을 증착한다는 사실에 기인하여 컨포멀한 막들의 증착에 잘 맞는 막 형성 기법이고, 두께는 막-형성 화학 반응 자체 전에 웨이퍼 표면 상에 흡착할 수도 있는 하나 이상의 전구체 반응물질들의 양에 의해 제한된다 (즉, 흡착-제한된 층을 형성함). 이어서 복수의 "ALD 사이클들"이 목표된 두께의 막을 구축하도록 사용될 수도 있고, 그리고 층 각각이 얇고 컨포멀하기 때문에, 발생되는 막은 하부 디바이스 구조체의 형상을 대체로 따른다.
반도체 디바이스 제조는 나이트라이드 막들의 증착을 수반할 수도 있다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드 박막들은 특유의 물리적 특성, 화학적 특성, 그리고 기계적 특성을 갖고 따라서 다양한 애플리케이션들에서 사용된다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드 막들은 확산 배리어들, 게이트 절연체들, 측벽 스페이서들, 캡슐화 층들, 트랜지스터들 내의 스트레인된 (strained) 막들, 등에 사용될 수도 있다. IC 설계에서 실리콘 나이트라이드 막들의 역할에 기인하여, 실리콘 나이트라이드 막들이 저 습식 에칭 레이트 또는 저 건식 에칭 레이트를 갖는 것이 종종 바람직하다. 그러나, ALD를 통한 이러한 에칭-내성이 있는 실리콘 나이트라이드 막들의 형성은 통상적인 열 예산 한계 내에서 달성하기 어렵다.
이 개시는 웨이퍼 상에서 복수의 혼합된 모드 ALD (atomic layer deposition) 사이클들을 적용하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 혼합된 모드 ALD 사이클 각각은 하나 이상의 PEALD (plasma-enhanced atomic layer deposition) 사이클들 및 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 포함하고, PEALD 사이클 각각과 열적 ALD 사이클 각각은 질소-함유 반응물질을 웨이퍼 상의 나이트라이드 층으로 변환한다.
일부 구현예들에서, 복수의 혼합된 모드 ALD 사이클들을 적용하는 단계는 하나 이상의 PEALD 사이클들을 적용하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 PEALD 사이클들을 적용하는 단계는: 증기상의 실리콘-함유 전구체의 제 1 도즈를 웨이퍼로 도입하는 것; 웨이퍼를 질소-함유 반응물질의 플라즈마에 노출시키는 것; 및 질소-함유 반응물질을 웨이퍼 상의 나이트라이드 층으로 변환하는 것을 포함하고, 나이트라이드 층은 실리콘 나이트라이드 층이다. 일부 구현예들에서, 복수의 혼합된 모드 ALD 사이클들을 적용하는 단계는 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 적용하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 적용하는 단계는: 증기상의 실리콘-함유 전구체의 제 2 도즈를 웨이퍼로 도입하는 것; 상승된 온도에서 웨이퍼를 질소-함유 반응물질에 노출시키는 것; 및 상승된 온도에서 질소-함유 반응물질을 나이트라이드 층으로 변환하는 것을 포함하고, 나이트라이드 층은 실리콘 나이트라이드 층이다. 일부 구현예들에서, 상승된 온도는 적어도 500 ℃ 이상이다. 일부 구현예들에서, 웨이퍼는 질소-함유 반응물질의 플라즈마에 대한 웨이퍼의 노출 동안 상승된 온도로 유지된다. 일부 구현예들에서 실리콘 나이트라이드 층의 실리콘 대 질소 농도비는 1.2:1 내지 1.8:1이다. 일부 구현예들에서, 실리콘 나이트라이드 층은 약 2.0 내지 약 2.5의 굴절률을 갖는다. 일부 구현예들에서, 혼합된 모드 ALD 사이클 각각에서 하나 이상의 열적 ALD 사이클들의 수는 하나 이상의 PEALD 사이클들의 수 이상이다.
이 개시는 또한 나이트라이드 막을 제작하는 방법에 관한 것이다. 방법은 웨이퍼를 프로세스 챔버 내로 제공하는 단계, 질소-함유 반응물질의 플라즈마 변환을 통해 웨이퍼 상에 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착하도록 하나 이상의 PEALD 사이클들을 적용하는 단계, 하나 이상의 PEALD 사이클들 전 또는 후에, 질소-함유 반응물질의 열적 변환을 통해 웨이퍼 상에 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착하도록 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 적용하는 단계, 및 하나 이상의 나이트라이드 층들로부터 나이트라이드 막을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예들에서, 열적 ALD 사이클들의 수는 PEALD 사이클들의 수 이상이다. 일부 구현예들에서, 500 ℃ 이상의 온도는 하나 이상의 PEALD 사이클들의 적용 및 하나 이상의 열적 ALD 사이클들의 적용 동안 유지된다. 일부 구현예들에서, 질소-함유 반응물질의 열적 변환 시간은 질소-함유 반응물질의 플라즈마 변환 시간보다 길다. 일부 구현예들에서, 나이트라이드 막은 실리콘 나이트라이드 막이다. 일부 구현예들에서, 실리콘 나이트라이드 막은 약 2.0 내지 약 2.5의 굴절률을 갖는다. 일부 구현예들에서, 실리콘 나이트라이드 막의 실리콘 대 질소 농도비는 1.2:1 내지 1.8:1이다.
이들 및 다른 실시예들은 도면들을 참조하여 이하에 더 기술된다.
도 1은 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 복수의 ALD 사이클들을 도시한 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다.
도 2는 실리콘-함유 전구체의 플로우 레이트의 함수로서 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률에 대한 데이터를 도시한 그래프를 예시한다.
도 3은 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 CVD 노 (furnace) 반응기의 개략도를 도시한다.
도 4는 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클을 도시한 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다.
도 5는 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 6은 일 PEALD 사이클당 열적 ALD 사이클들의 수의 함수로서 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률에 대한 데이터를 도시한 그래프를 예시한다.
도 7a는 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클을 통해 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 7b는 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클을 통해 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 단일-스테이션 모듈의 개략도이다.
도 8은 개시된 구현예들을 수행하기 위한 예시적인 프로세스 툴의 개략도이다.
서론
다음의 기술에서, 제시된 개념들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 상세들이 언급된다. 제시된 개념들은 이들 구체적인 상세들 일부 또는 전부가 없이도 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 기술된 개념들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다. 일부 개념들이 구체적인 실시예들과 함께 기술될 것이지만, 이는 이들 실시예들을 한정하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 개시에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"는 상호교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 그 위의 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업에서 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 다음의 상세한 설명은 본 개시가 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 개시는 이로 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 개시의 장점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.
ALD / PEALD
ALD는 순차적인 자기-제한적 반응들을 사용하여 재료의 박층들을 증착하는 기법이다. 통상적으로, ALD 사이클은 적어도 하나의 반응물질을 기판 표면에 전달 및 흡착하고, 이어서 부분적인 막층을 형성하기 위해서 흡착된 반응물질을 하나 이상의 반응물질들과 반응시키기 위한 동작들을 포함한다. 예로서, 실리콘 나이트라이드 증착 사이클은 다음의 동작들: (i) 실리콘-함유 전구체의 전달/흡착, (ii) 챔버로부터 실리콘-함유 전구체의 퍼지, (iii) 질소-함유 반응물질의 플라즈마의 전달, 및 (iv) 챔버로부터 플라즈마의 퍼지를 포함할 수도 있다. 다른 타입들의 막들이 다양한 전구체들 및 공-반응물질들의 펄스들을 사용하여 증착될 수도 있다.
CVD 기법과 달리, ALD 프로세스들은 층 단위 (layer-by-layer basis) 로 막들을 증착하도록 표면-매개 증착 반응들을 사용한다. ALD 프로세스의 일 예에서, 표면 활성 사이트들의 집단을 포함하는, 웨이퍼 표면은 웨이퍼를 하우징하는 챔버에 제공된 도즈 (dose) 의, 실리콘-함유 전구체와 같은, 제 1 전구체의 가스상 분포에 노출된다. 이 제 1 전구체의 분자들은 웨이퍼 표면 상에 흡착되고, 제 1 전구체의 화학 흡착된 종 및/또는 물리 흡착된 분자들을 포함한다. 화합물이 본 명세서에 기술된 바와 같이 웨이퍼 표면 상에 흡착될 때, 흡착된 층은 화합물뿐만 아니라 화합물의 유도체들을 포함할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 실리콘-함유 전구체의 흡착된 층은 실리콘-함유 전구체뿐만 아니라 실리콘-함유 전구체의 유도체들을 포함할 수도 있다. 제 1 전구체 도즈 후에, 이어서 챔버는 거의 또는 흡착된 종만이 남아 있도록 가스상으로 남아 있는 제 1 전구체의 대부분 또는 전부를 제거하도록 배기된다. 일부 구현예들에서, 챔버는 완전히 배기되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 가스상의 제 1 전구체의 분압이 반응을 감소시키기에 충분히 낮도록 챔버가 배기될 수도 있다. 제 2 반응물질, 예컨대 질소-함유 반응물질은, 이들 분자들 중 일부가 표면 상에 흡착된 제 1 전구체와 반응하도록 챔버로 도입된다. 일부 프로세스들에서, 제 2 전구체는 흡착된 제 1 전구체와 즉시 반응한다. 다른 구현예들에서, 제 2 반응물질은 활성화 소스가 일시적으로 적용된 후에만 반응한다. 이어서 챔버는 결합되지 않은 (unbound) 제 2 반응물질 분자들을 제거하도록 다시 배기될 수도 있다. 상기에 기술된 바와 같이, 일부 구현예들에서 챔버는 완전히 배기되지 않을 수도 있다. 부가적인 ALD 사이클들이 막 두께를 구축하도록 사용될 수도 있다.
일부 구현예들에서, ALD 방법들은 플라즈마 활성화를 포함한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 ALD 방법들 및 장치들은 전체가 참조로서 본 명세서에 인용되는, 2011년 4월 11일 출원되고 발명의 명칭이 "PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION"인 미국 특허 출원 번호 제 13/084,399 호 (현재 미국 특허 번호 제 8,728,956 호), 및 2011년 4월 11일 출원되고 발명의 명칭이 "SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS"인 미국 특허 출원 번호 제 13/084,305 호에 일반적으로 기술된 CFD (conformal film deposition) 방법들일 수도 있다.
도 1은 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 복수의 ALD 사이클들을 도시한 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다. 도 1은 다양한 프로세스 파라미터들, 예컨대, 캐리어 가스 또는 퍼지 가스 플로우, 플라즈마, 실리콘-함유 전구체 플로우, 및 질소-함유 반응물질 플로우에 대한, 통상적인 ALD 프로세스 100의 페이즈들을 도시한다. 도 1의 ALD 사이클들 각각은 PEALD 사이클을 나타낼 수도 있다. 라인들은 플로우가 턴 온되고 (turned on) 턴 오프될 (turned off) 때, 또는 플라즈마가 턴 온되고 턴 오프될 때를 나타낸다. 예시적인 프로세스 파라미터들은 이로 제한되지 않지만, 불활성 종 및 반응물질 종에 대한 플로우 레이트들, 플라즈마 전력 및 주파수, 웨이퍼 온도, 및 프로세스 챔버 압력을 포함한다.
임의의 적합한 수의 증착 사이클들이 실리콘 나이트라이드의 목표된 막 두께를 증착하도록 ALD 프로세스에 포함될 수도 있다. 도 1의 타이밍 시퀀스는 2 개의 증착 사이클들, 110A 및 110B로 도 1의 다양한 동작들을 도시한다. 예를 들어, 증착 사이클 110A 동안, 웨이퍼는 도즈 페이즈 157A 동안 실리콘-함유 전구체에 노출되고, 그리고 증착 사이클 110B 동안, 웨이퍼는 도즈 페이즈 157B 동안 실리콘-함유 전구체에 노출된다. 일부 구현예들에서, 실리콘-함유 전구체는 실란, 예컨대, 할로겐화 실란이다. 도즈 페이즈들 157A 및 157B 동안, 플라즈마가 턴 오프되고, 질소-함유 반응물질이 웨이퍼로 흐르지 않고, 그리고 캐리어 가스, 예컨대 아르곤이 계속해서 흐른다. 일부 구현예들에서, 플로우 레이트 및 웨이퍼 표면적에 따라, 웨이퍼는 약 0.1 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.2 초 내지 약 6 초의 시간 동안 실리콘-함유 전구체에 노출될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 일단 활성 사이트들이 실리콘-함유 전구체에 의해 점유된다면, 부가적인 실리콘-함유 전구체가 웨이퍼 표면 상에 거의 또는 전혀 흡착되지 못하는 자기-제한적 방식으로 실리콘-함유 전구체가 기판 표면 상에 흡착한다. 예를 들어, 실리콘-함유 전구체들은 적어도 60 ％의 웨이퍼 표면 상에 흡착될 수도 있다. 실리콘-함유 전구체가 웨이퍼의 표면 상의 활성 사이트들 상에 흡착할 때, 실리콘-함유 전구체의 박층이 표면 상에 형성된다. 다양한 구현예들에서, 이 층은 모노레이어 (monolayer) 미만일 수도 있고, 약 0.1 Å 내지 약 0.5 Å의 두께를 가질 수도 있다. CVD 또는 CVD-유사 프로세스와 달리, 실리콘-함유 전구체는 실리콘 층을 형성하기 위해 분해되지 않는다.
퍼지 페이즈들 159A 및 159B에서, 프로세스 챔버는 웨이퍼의 표면 상에 흡착하지 않은 증기상의 과잉의 실리콘-함유 전구체를 제거하도록 선택 가능하게 퍼지된다. 퍼지는 다른 동작들에서 사용되는 캐리어 가스 또는 상이한 가스일 수도 있는 스윕핑 (sweep) 가스를 수반할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 퍼지는 프로세스 챔버를 배기하는 것을 수반할 수도 있다. 퍼지 페이즈들 159A 및 159B 동안, 실리콘-함유 전구체 플로우가 턴 오프되고, 플라즈마가 점화되지 않고, 그리고 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버로 공급되지 않는다. 캐리어 가스, 예컨대 아르곤은 프로세스 챔버로부터 모든 과잉의 실리콘-함유 전구체를 퍼지하도록 계속해서 흐른다. 일부 구현예들에서, 퍼지 페이즈들 159A 및 159B는 프로세스 챔버를 배기하기 위한 하나 이상의 배기 서브페이즈들을 각각 포함할 수도 있다. 대안적으로, 퍼지 페이즈 159A 및 159B 각각은 일부 구현예들에서 생략될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 퍼지 페이즈 159A 및 159B 각각은 약 0 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.01 초와 같은 임의의 적합한 지속기간을 가질 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스윕핑 가스들의 플로우 레이트를 증가시키는 것은 퍼지 페이즈 159A 및 159B 각각의 지속기간을 감소시킬 수도 있다. 예를 들어, 퍼지 페이즈 159A 및 159B 각각의 지속기간을 수정하기 위해 퍼지 가스 플로우 레이트는 다양한 반응물질 열역학적 특성들 및/또는 프로세스 챔버 및/또는 프로세스 챔버 배관의 기하학적 특성들에 따라 조정될 수도 있다. 일 비제한적인 예에서, 스윕핑 페이즈의 지속기간은 스윕핑 가스 플로우 레이트를 조절함으로써 조정될 수도 있다. 이는 증착 사이클 시간을 감소시킬 수도 있고, 웨이퍼 쓰루풋을 개선할 수도 있다. 퍼지 후에, 실리콘-함유 전구체들은 웨이퍼 표면 상에 흡착된 채로 남는다.
플라즈마는 플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B 동안 점화될 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B 동안 질소 플라즈마에 노출될 수도 있다. 따라서, 질소-함유 반응물질의 플로우 및 플라즈마 모두는 플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B 동안 턴 온된다. 일부 구현예들에서, 질소-함유 반응물질의 플로우는 플라즈마를 턴 온하기 전에 턴 온될 수도 있다. 실리콘-함유 전구체의 플로우는 플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B 동안 턴 오프되고, 불활성 가스는 계속해서 흐른다. 웨이퍼는 약 0.1 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.1 초 내지 약 6 초의 지속기간 동안 질소-함유 반응물질의 플라즈마에 노출될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B는 플라즈마가 웨이퍼 표면 상에 흡착된 모든 전구체들과 상호작용하여, 웨이퍼 표면 최상단에 연속적인 막을 형성하는 시간을 초과하는 지속기간을 가질 수도 있다.
다양한 구현예들에서, 플라즈마는 플라즈마가 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 표면 바로 위에 형성되는 인-시츄 (in-situ) 플라즈마이다. 예를 들어, ALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 2 개의 용량-결합된 플레이트들을 사용하여 가스에 RF (radio frequency) 장을 인가함으로써 생성될 수도 있다. 증착 프로세스에 참여하는 가스의 이온들, 라디칼들, 및 다른 활성 종이 형성될 수도 있다. RF 장이 임의의 적합한 전극들을 통해 커플링될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 전극들의 비제한적인 예들은 프로세스 가스 분배 샤워헤드들 및 웨이퍼 지지 페데스탈들을 포함한다. ALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 가스에 RF 장을 용량 결합하는 것 이외에 하나 이상의 적합한 방법들에 의해 형성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 구현예들에서, 플라즈마는 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버의 업스트림의 리모트 플라즈마 생성기 내에서 점화되고, 이어서 웨이퍼가 하우징되는 프로세스 챔버로 전달되는 리모트 플라즈마이다. 일부 구현예들에서, 용량-결합된 플라즈마들 대신 유도-결합된 플라즈마들과 같은 다른 타입들의 플라즈마가 사용될 수도 있다.
플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B 동안, RF 장은 질소-함유 반응물질을 실리콘-함유 전구체의 흡착된 층과 반응하는 이온들 및 라디칼들로 활성화시키도록 제공된다. 특정한 이론에 매이지 않고, 보다 높은 주파수 플라즈마들은, 라디칼들과 실리콘-함유 전구체 사이의 보다 높은 반응성에 기인하여 실리콘 나이트라이드의 증착을 개선할 수 있는 라디칼들을 이온들보다 많이 생성할 수도 있다. 다양한 구현예들에서, 적어도 약 13.56 ㎒, 또는 적어도 약 27 ㎒, 또는 적어도 약 40 ㎒, 또는 적어도 약 60 ㎒의 주파수를 가진 고 주파수 플라즈마가 사용된다. 일단 질소-함유 반응물질이 플라즈마를 형성하도록 활성화된다면, 질소-함유 반응물질의 라디칼들 및 이온들은 웨이퍼의 표면 상에 흡착된 실리콘-함유 전구체와 반응하여, 실리콘 나이트라이드의 박막을 형성한다.
다음에, 플라즈마가 소화되고 프로세스 챔버가 퍼지 페이즈들 163A 및 163B 동안 퍼지된다. 실리콘-함유 전구체 플로우가 턴 오프되고, 플라즈마가 점화되지 않고, 그리고 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버로 공급되지 않는다. 퍼지는 캐리어 가스 또는 임의의 다른 불활성 가스를 흘림으로써 수행될 수도 있다.
동작들 157A, 159A, 161A, 및 163A를 수행하는 것은 또한 실리콘 도즈 절반-사이클로서 지칭될 수 있는, 사이클, 예컨대, 증착 사이클 110A를 구성할 수도 있다. 동작들 157B, 159B, 161B, 및 163B를 수행하는 것은 또한 나이트라이드 변환 절반-사이클로서 지칭될 수 있는, 또 다른 사이클, 예컨대, 증착 사이클 110B를 구성할 수도 있다. 2 개의 절반-사이클들 110A 및 110B를 함께 더하면 전체 사이클을 이룰 수 있다. 동작들의 도즈 시간 및 노출 시간들에 따라, 전체 사이클 (또는 2 개의 절반-사이클들) 각각은 약 0.05 Å 내지 약 2 Å의 두께를 가진 실리콘 나이트라이드 막 층을 증착할 수도 있다. 사이클들은 실리콘 나이트라이드의 목표된 막 두께가 달성될 때까지 반복될 수도 있다.
3D 메모리 구조체들, 예컨대, 수직 NAND 플래쉬 메모리 구조체들은 상대적으로 고 종횡비들을 가진 피처들을 가질 수도 있다. 상대적으로 고 종횡비들을 가진 수직 구성은 3D 메모리 구조체들이 상당히 보다 큰 밀도로 형성되게 허용한다. 실리콘 나이트라이드의 하나 이상의 층들은 3D 메모리 구조체들 내에 전하 트랩 층들로서 증착될 수도 있다. 3D 메모리 구조체 내의 전하 트랩 층은 전압이 인가될 때 전하들을 "트랩핑"할 수도 있고, 프로그램에 영향을 줄 수도 있고 그리고 3D 메모리 구조체의 스텝들을 소거할 수도 있다. 따라서, 전하 트랩 층은 3D 메모리 구조체의 프로그래밍을 제어할시 활성일 수도 있다.
일부 예들에서, 전하 트랩 층은 실리콘 나이트라이드 막이다. 실리콘 나이트라이드 막은 화학식 SixNyHz를 가질 수 있고, 여기서 SixNyHz의 화학량론 제어는 3D 메모리 구조체의 기록 소거 특성들을 튜닝할시 중요할 수 있다. 화학량론을 제어함으로써, 밴드 갭의 디펙트 레벨들은 막의 전하 트랩핑 능력들을 최적화하도록 튜닝될 수 있다. SixNyHz 화학량론을 위한 일 측정 대용물은 굴절률일 수 있다.
이에 더하여, 3D 메모리 구조체 내의 실리콘 나이트라이드 막은 하나 이상의 에칭 동작들에 노출될 수도 있거나 그렇지 않으면 취약할 수도 있다. 따라서, 실리콘 나이트라이드 막이 강건하고 저 WER (wet etch rate) 및/또는 저 DER (dry etch rate) 을 갖는 것과 같이 에칭-내성이 있는 것이 바람직하다. 실리콘 나이트라이드 막은 복수의 프로세싱 후 동작들, 예컨대, 복수의 에칭 동작들을 겪을 수도 있고, 그래서 WER 및 DER은 실리콘 나이트라이드 막으로 하여금 이러한 프로세싱 후 동작들 하에서 강건하게 인에이블할 수도 있다. 이에 더하여, 실리콘 나이트라이드 층은 고 종횡비 피처들을 가진 3D 메모리 구조체 내에 증착된다. 고 종횡비 피처들은 5:1 초과, 또는 10:1 초과, 또는 20:1 초과, 또는 100:1 초과의 깊이 대 폭 종횡비를 가진 피처들을 포함할 수도 있다. 따라서, 실리콘 나이트라이드 층이 고 종횡비 피처들 내에서 컨포멀하게 증착되는 것이 바람직하다. CVD 및 PECVD 프로세스들과 대조적으로, ALD 프로세스들은 고 종횡비 피처들의 상대적으로 우수한 컨포멀성을 보장할 수 있다.
일반적으로, PEALD 프로세스들은 꽤 짧은 ALD 사이클 시간 내에 저 WER 및 매우 컨포멀한 실리콘 나이트라이드 막들을 증착할 수 있다. 그러나, 플라즈마 노출 단계들, 예컨대, 도 1의 플라즈마 노출 페이즈들 161A 및 161B 동안, 플라즈마 노출 단계는 통상적으로 질소-함유 반응물질의 활성 종을 사용하여 모든 또는 거의 모든 이용 가능한 표면 리간드들을 포화시킨다. 예를 들어, 암모니아 (NH3) 플라즈마는 NH 또는 NH2 라디칼들을 사용하여 모든 또는 거의 모든 이용 가능한 표면 리간드들을 포화시킬 수도 있다. 따라서, NH3 플라즈마는 NH 또는 NH2 라디칼들을 사용하여 실리콘-함유 전구체의 모든 흡착된 종을 포화시키고, 이들 일련의 자기-제한적 반응들은 실리콘 나이트라이드 막을 구축한다. 질소-함유 반응물질의 활성 종을 사용하는 모든 또는 거의 모든 이용 가능한 표면 리간드들의 포화는 웨이퍼 표면으로 하여금 "질화되게" 한다. 이는 근본적으로 실리콘 나이트라이드 막 내에 포함되는 실리콘의 양을 제한할 수 있다. 결국 이는 실리콘 나이트라이드 막 내의 실리콘 대 질소 농도비의 제어를 제한할 수 있다. 질소-함유 반응물질의 활성 종으로 이용 가능한 표면 리간드들의 보다 많은 질화 또는 포화는 보다 질소-풍부 실리콘 나이트라이드 막을 발생시킨다.
막의 굴절률은 막의 화학적 함량의 마커 또는 지표로서 기능할 수 있다. 구체적으로, 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률은 실리콘 나이트라이드 막이 보다 실리콘-풍부인지 또는 보다 질소-풍부인지 여부를 나타낼 수 있다. 굴절률은 또한 실리콘 나이트라이드 막의 다른 특성들, 예컨대 실리콘 나이트라이드 막의 밀도, WER, DER, 및 전하 트랩 층으로서 전하들을 트랩핑하는 능력에 관하여 나타낼 수도 있다. 보다 높은 굴절률은 증가된 실리콘 농도, 밀도, WER, DER, 전하 트랩 층으로서 전하들을 트랩핑하는 능력을 나타낼 수도 있다. 실리콘 나이트라이드 막 내에 전하들을 트랩핑하는 능력이 증가하면, 실리콘 나이트라이드 막은 수직 NAND 플래쉬 메모리 구조체 내에서 효과적으로 토글 (toggle) 온/오프할 수 있다.
PEALD 프로세스들은 보다 질소-풍부 실리콘 나이트라이드 막을 획득할 수도 있다. 그러나, 보다 실리콘-풍부 실리콘 나이트라이드 막을 획득하는 것은 PEALD 프로세스들에서 달성하기 어려울 수도 있다. 도 2는 실리콘-함유 전구체의 플로우 레이트의 함수로서 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률에 대한 데이터를 도시한 그래프를 예시한다. PEALD 프로세스들을 사용하여, 도 2의 그래프는 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률이 도즈 페이즈들 동안 실리콘-함유 전구체의 플로우 레이트에 따라 얼마나 증가하는지를 도시한다. 실리콘-함유 전구체의 도즈 페이즈들은 도 1의 도즈 페이즈들 157A 및 157B와 유사할 수 있다. 그러나, 보다 많은 실리콘-함유 전구체가 도즈 페이즈들 동안 공급될지라도, 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률은 한계에 도달한다. 일부 구현예들에서, 종래의 PEALD 프로세스들은 2.0 초과의 굴절률, 또는 약 2.0 내지 약 2.5의 굴절률, 또는 약 2.0 내지 약 2.1의 굴절률을 가진 실리콘 나이트라이드 막들을 획득할 수 없다. 이는 종래의 PEALD 프로세스들을 사용하여 실리콘 대 질소 농도비가 한계에 도달할뿐만 아니라, 밀도, WER, DER, 전하 트랩 층 내에 전하들을 트랩핑하는 능력과 같은 다른 특성들도 또한 한계에 도달한다는 것을 의미한다.
CVD 노 반응기
2.0 초과의 굴절률을 가진 실리콘 나이트라이드 막들을 증착하는 종래의 방법들은 CVD 노 반응기들을 사용하여 달성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, CVD 노 반응기는 LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) 노 반응기이다. 일부 CVD 노 반응기들은 보다 균일한 온도 분포들 및 감소된 대류 효과들의 장점을 가진 고온 벽 시스템들일 수 있다.
도 3은 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 CVD 노 반응기의 개략도를 도시한다. CVD 노 반응기 (300) 는 CVD 노 반응기 (300) 의 벽 (302) 을 둘러싼 복수의 가열기들 (310) 을 포함할 수 있다. 복수의 가열기들 (310) 은 CVD 노 반응기 (300) 를 따라 축방향 온도의 일부 제어를 허용하는 복수의 가열 존들을 제공할 수 있다. 일부 구현예들에서, CVD 노 반응기 (300) 의 온도 범위는 약 300 ℃ 내지 약 1150 ℃이도록 제어된다. 도 3의 CVD 노 반응기 (300) 의 구현예는 고온 벽 시스템이다.
CVD 노 반응기 (300) 는 서로 위에 스택된 복수의 웨이퍼들 (306) 을 포함할 수 있다. 웨이퍼들 (306) 각각은 웨이퍼 지지부 (304) 에 의해 지지될 수도 있고 중력에 의해 홀딩될 수도 있다. CVD 노 반응기 (300) 의 수직 방향을 따라 웨이퍼-대-웨이퍼 간격은 균일할 수 있다. 이는 수십 또는 수백 개의 웨이퍼들 (306) 이 CVD 노 반응기 (300) 를 통해 단일 실행시 배치 프로세싱되게 한다.
반응물질 가스들 (330) 이 CVD 노 반응기 (300) 에 진입하고 가스 유입부 (322) 를 통해 흐른다. 반응물질 가스들 (330) 은 대류에 의해 CVD 노 반응기 (300) 를 통해 순환하고, 확산에 의해 웨이퍼들 (306) 를 향하여 흐른다. 웨이퍼들 (306) 각각 상에 실리콘 나이트라이드 막들을 증착하기 위해, CVD 노 반응기 (300) 는 저압으로 감소될 수 있고 바람직한 증착 온도, 예컨대, 약 630 ℃ 초과의 온도, 또는 약 630 ℃ 내지 약 800 ℃, 또는 약 650 ℃로 가열될 수 있다. 가스 반응물질들 (330) 은 가스 유입부 (322) 를 통해 전달되고 웨이퍼들 (306) 각각을 향해 확산하는 DCS (dichlorosilane) 및 NH3일 수 있다. 과잉의 가스 반응물질들 (330) 은 가스 유출부 (324) 를 통해 CVD 노 반응기 (300) 를 나갈 수도 있다. DCS 및 NH3은 2.0 초과의 굴절률을 가진 실리콘 나이트라이드 막들을 포함하여, 실리콘 나이트라이드 막을 형성하도록 고온들 하에서 반응할 것이다. 고온은 고 밀도 및 저 WER을 달성하기 위해서 열적 NH3 변환을 구동한다. 증착 온도는 바람직한 밀도, 충분히 낮은 WER, 및 충분한 쓰루풋을 달성하기 위해 높은 상태 (예를 들어, 약 630 ℃ 초과) 로 유지되어야 하고, 이는 전체 열 예산에 부담을 줄 수 있다.
CVD 노 반응기 (300) 는 전체 열 예산의 한계에 이르는 것을 겪을 뿐만 아니라, CVD 노 반응기 (300) 는 화학적 공핍 효과들도 겪는다. 복수의 웨이퍼들 (306) 이 웨이퍼들 (306) 각각 사이에 상대적으로 작은 갭들을 갖고 스택되기 때문에, 반응물질 가스들 (330) 은 갭들을 통해 확산해야 한다. 웨이퍼들 (306) 사이의 간격은, 보다 적은 반응물질 가스들 (330) 이 웨이퍼 (306) 각각의 에지보다 웨이퍼 (306) 각각의 중심에 증착될 수도 있도록 확산을 억제할 수도 있다. 이는 웨이퍼 (306) 각각의 중심으로부터 에지로 화학적 공핍을 발생시키고, 실리콘 나이트라이드 막의 두께는 웨이퍼 (306) 각각의 중심보다 에지에서 보다 두껍다. 이에 더하여, 화학적 공핍 효과가 또한 CVD 노 반응기 (300) 의 높이에 걸쳐 보일 수 있고, 상단으로부터 하단으로 두께 변동들이 발생한다. 화학적 공핍 효과들은 웨이퍼 (306) 각각의 고 종횡비 피처들에 걸쳐를 포함하여, 웨이퍼 (306) 각각 상의 실리콘 나이트라이드 막들의 컨포멀성을 저하시킬 수 있다. 화학적 공핍의 효과들을 감소시키기 위해, 웨이퍼들 (306) 사이의 간격이 증가될 수 있고 보다 적은 웨이퍼들 (306) 이 CVD 노 반응기 (300) 에 제공될 수 있지만, 이는 쓰루풋에 부정적으로 영향을 줄 수 있다.
혼합된 모드 ALD 프로세스
본 개시는 단일의 반응기 내에서 PEALD 프로세스들과 열적 ALD 프로세스들의 조합을 사용하여 웨이퍼 상에 나이트라이드 막을 증착하는 방법에 관한 것이다. PEALD 프로세스들의 사이클들과 열적 ALD 프로세스들의 사이클들은 고 쓰루풋, 단일-웨이퍼 반응기 내에서 나이트라이드 막을 증착하도록 혼합될 수 있다. PEALD 프로세스들은 저 증착 온도들, 모든 웨이퍼에 걸친 고 컨포멀성, 및 고 쓰루풋의 엄격한 웨이퍼-대-웨이퍼 제어를 인에이블한다. 열적 ALD 프로세스들은 굴절률, 상이한 원소들의 상대적인 농도, 밀도, WER, DER, 및 전하 트랩 층 내에 전하들을 트랩핑하는 능력과 같은 특성들을 포함하여, 나이트라이드 막의 재료 특성들의 보다 큰 튜닝을 인에이블한다. PEALD 프로세스들 및 열적 ALD 프로세스들은 단일의 반응기 내에서 유사한 웨이퍼 온도들로 동작할 수 있다. 일부 구현예들에서, 웨이퍼 온도는 PEALD 사이클들 및 열적 ALD 사이클들 모두 동안 약 500 ℃ 내지 약 630 ℃의 온도로 유지될 수 있다. PEALD 사이클들 및 열적 ALD 사이클들은 PEALD 사이클들 단독으로 달성되지 못할 수도 있는 나이트라이드 막의 특성들의 정밀-튜닝을 허용하도록 순차적으로 그리고 반복적으로 수행될 수 있다.
일부 구현예들에서, 나이트라이드 막은 실리콘 나이트라이드 막이다. 혼합된 모드 ALD 프로세스에서 PEALD 사이클들과 열적 ALD 사이클들을 조합함으로써, 실리콘 나이트라이드 막의 특성들은 PEALD 프로세스들이 다른 경우에 달성하지 못할 수도 있는 방식으로 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드 막은 약 2.0 초과, 또는 약 2.0 내지 약 2.5, 또는 약 2.0 내지 약 2.1의 굴절률을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 실리콘 나이트라이드 막의 실리콘 대 질소 농도비는 1.2:1 내지 1.8:1이다. 예를 들어, 실리콘 나이트라이드 막의 실리콘 대 질소 농도의 화학량적 비, 1.33:1은 혼합된 모드 ALD 프로세스를 사용하여 달성될 수 있다. 일반적으로 보다 큰 화학량적 비의 실리콘 나이트라이드는 디펙트들이 보다 없다. 실리콘 나이트라이드 막의 개선된 특성들은 종래의 PEALD 프로세스들과 비교하여 혼합된 모드 ALD 프로세스를 사용하여 달성될 수 있다. 더욱이, 혼합된 모드 ALD 프로세스는 화학적 공핍 효과들 및 높은 증착 온도들을 그만큼 겪지 않고, 높은 증착 온도들은 CVD 노 반응기의 열 예산을 제한할 수 있다.
웨이퍼는 임의의 반도체 웨이퍼, 부분적인 집적 회로, 인쇄 회로 기판, 또는 다른 적합한 워크피스를 포함할 수 있다. 프로세스 조건들은 웨이퍼 사이즈에 따라 가변할 수도 있다. 통상적으로, 많은 제조 설비들이 200-㎜ 웨이퍼들, 300-㎜, 또는 450-㎜ 웨이퍼들을 위해 구성된다. 본 명세서에 기술된 개시된 구현예들은 임의의 적합한 웨이퍼 사이즈, 예컨대, 300-㎜ 및 450-㎜ 웨이퍼 기술들을 동작시키도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 나이트라이드 막은 복수의 피처들을 가진 웨이퍼 상에 증착되고, 여기서 피처들 각각은 약 10:1 초과, 약 20:1 초과, 또는 약 100:1 초과의 깊이 대 폭 종횡비를 갖는다. 일부 구현예들에서, 피처들은 3D 메모리 구조체, 예컨대, 수직 NAND 플래쉬 메모리 구조체의 일부일 수도 있다.
도 4는 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클을 도시한 예시적인 타이밍 시퀀스도를 예시한다. 도 4는 PEALD 사이클 410A 및 열적 ALD 사이클 410B의 페이즈들을 도시한다. 도 4는 PEALD 사이클 410A 및 열적 ALD 사이클 410B에 걸쳐, 다양한 프로세스 파라미터들, 예컨대, 캐리어 가스 또는 퍼지 가스 플로우, 플라즈마, 실리콘-함유 전구체 플로우, 및 질소-함유 반응물질 플로우를 도시한다. 라인들은 플로우가 턴 온되고 턴 오프될 때, 또는 플라즈마가 턴 온되고 턴 오프될 때를 나타낸다. 예시적인 프로세스 파라미터들은 이로 제한되지 않지만, 불활성 종 및 반응물질 종에 대한 플로우 레이트들, 플라즈마 전력 및 주파수, 웨이퍼 온도, 및 프로세스 챔버 압력을 포함한다.
도 5는 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도를 도시한다. 도 5의 프로세스 500의 동작들은 상이한 순서들로 그리고/또는 상이한, 보다 적은, 또는 부가적인 동작들로 수행될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 프로세스 500의 동작들은 도 7a에 도시된 프로세스 챔버, 도 7b에 도시된 단일-스테이션 모듈, 및/또는 도 8에 도시된 프로세스 툴에 의해 수행될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 프로세스 500의 동작들은 적어도 부분적으로, 하나 이상의 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된 소프트웨어에 따라 구현될 수도 있다. 도 4 및 도 5는 이하에 함께 기술될 것이다.
프로세스 500의 블록 510에서, 웨이퍼가 프로세스 챔버 내로 제공된다. 웨이퍼는 상부에 증착된 유전체, 도전성, 또는 반도전성 재료와 같은 재료의 하나 이상의 층들을 가진 웨이퍼들을 포함하여, 200-㎜, 300-㎜, 또는 450-㎜ 웨이퍼와 같은 실리콘 웨이퍼일 수도 있다. 웨이퍼는 피처 내의 하나 이상의 좁은 그리고/또는 재차 들어간 개구부들, 및 고 종횡비들을 특징으로 할 수도 있는, "피처들" 예컨대, 비아들, 트렌치들, 리세스들, 또는 홀들을 가질 수도 있다. 피처는 하나 이상의 상기에 기술된 층들 내에 형성될 수도 있다. 피처의 일 예는 반도체 웨이퍼 또는 웨이퍼 상의 층 내의 홀 또는 비아이다. 또 다른 예는 웨이퍼 또는 층 내의 트렌치이다. 일부 구현예들에서, 피처는 하층, 예컨대, 배리어 층 또는 접착 층을 가질 수도 있다. 하층들의 비제한적인 예들은 유전체 층들 및 도전성 층들, 예컨대, 실리콘 옥사이드들, 실리콘 나이트라이드들, 실리콘 카바이드들, 금속 옥사이드들, 금속 나이트라이드들, 금속 카바이드들, 및 금속 층들을 포함한다.
일부 구현예들에서, 피처는 적어도 약 2:1, 적어도 약 5:1, 적어도 약 10:1, 적어도 약 20:1, 적어도 약 100:1, 또는 그 이상의 깊이 대 폭 종횡비를 가질 수도 있다. 피처는 또한 약 10 ㎚ 내지 500 ㎚, 예를 들어 약 25 ㎚ 내지 약 300 ㎚의 개구부 근방의 치수, 예컨대, 개구부 직경 또는 라인 폭을 가질 수도 있다. 개시된 방법들은 약 150 ㎚ 미만의 개구부를 가진 피처들을 가진 웨이퍼들 상에서 수행될 수도 있다. 피처 비아 또는 트렌치는 충진되지 않은 피처 또는 피처로서 지칭될 수도 있다. 피처는 피처의 하단부, 폐쇄된 단부, 또는 내부로부터 피처 개구부로 좁아지는 재차 들어간 프로파일을 가질 수도 있다.
프로세스 500의 블록 520에서, 하나 이상의 PEALD 사이클들은 질소-함유 반응물질의 플라즈마 변환을 통해 웨이퍼 상에 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착하도록 적용된다. 임의의 적합한 수의 PEALD 사이클들이 열적 ALD 사이클들을 적용하기 전 또는 열적 ALD 사이클들을 적용한 후에 블록 520에서 적용될 수도 있다. 따라서, 프로세스 500의 블록 520과 블록 530은 스위칭될 수도 있다. 도 4에서, PEALD 사이클 410A 각각은 도즈 페이즈 457A, 퍼지 페이즈 459A, 플라즈마 노출 페이즈 461A, 및 퍼지 페이즈 463A를 포함하여, 일련의 페이즈들로 나눠질 수 있다.
도즈 페이즈 457A 동안, 실리콘-함유 전구체의 제 1 도즈가 증기상으로 웨이퍼로 도입된다. 도즈 페이즈 457A 동안, 플라즈마가 턴 오프되고, 질소-함유 반응물질이 웨이퍼로 흐르지 않고, 그리고 캐리어 가스, 예컨대, 아르곤이 계속해서 흐른다. 일부 구현예들에서, 플로우 레이트 및 웨이퍼 표면적에 따라, 웨이퍼는 약 0.1 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.2 초 내지 약 10 초, 또는 약 2 초 내지 약 10 초의 시간 동안 실리콘-함유 전구체에 노출된다. 일부 구현예들에서, 실리콘-함유 전구체는 약 20 sccm 내지 약 5,000 sccm, 예컨대, 약 1,000 sccm 내지 약 4,000 sccm의 플로우 레이트로 전달될 수 있다. 일부 구현예들에서, 실리콘-함유 전구체는 할로겐화 실란을 포함한다.
웨이퍼가 실리콘-함유 전구체에 노출될 때, 실리콘-함유 전구체는 웨이퍼의 표면 상에 흡착되어, 실리콘-함유 전구체의 흡착된 층을 형성한다. 일부 구현예들에서, 일단 활성 사이트들이 실리콘-함유 전구체에 의해 점유된다면, 부가적인 실리콘-함유 전구체가 웨이퍼 표면 상에 거의 또는 전혀 흡착되지 않는 자기-제한적 방식으로 실리콘-함유 전구체가 웨이퍼 표면 상에 흡착한다. 예를 들어, 실리콘-함유 전구체들은 적어도 약 60 ％의 웨이퍼 표면 상에 흡착될 수도 있다. 실리콘-함유 전구체가 웨이퍼의 표면 상의 활성 사이트들 상에 흡착할 때, 실리콘-함유 전구체의 박층이 표면 상에 형성된다. 다양한 구현예들에서, 이 층은 모노레이어 미만일 수도 있고, 약 0.1 Å 내지 약 0.5 Å의 두께를 가질 수도 있다.
실리콘-함유 전구체는 실리콘-함유 막을 생성하도록 사용된 시약 또는 시약들의 혼합물이고, 시약 또는 시약 혼합물은 적어도 하나의 실리콘 화합물을 포함한다. 일부 구현예들에서, 실리콘-함유 전구체는 예를 들어, 실란, 할로실란, 또는 아미노실란일 수도 있다.　 할로겐-프리 실란은 수소기 및/또는 탄소기를 함유하지만 할로겐을 함유하지 않는다. 할로겐-프리 실란들의 예들은 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 및 유기 실란들, 예컨대, 메틸실란, 에틸실란, 이소프로필실란, t-부틸실란, 디메틸실란, 디에틸실란, 디-t-부틸실란, 알릴실란, sec-부틸실란, 덱실실란, 이소아밀실란, t-부틸디실란, 디-t-부틸디실란, 등이다. 할로실란은 적어도 하나의 할로겐기를 함유하고 수소기 및/또는 탄소기를 함유하거나 함유하지 않을 수 있다. 할로실란들의 예들은 요오드실란들, 브로모실란들, 클로로실란들 및 플루오로실란들이다. 할로실란들, 특히 플루오로 실란들은 실리콘 재료들을 에칭할 수 있는 반응성 할라이드 종들을 형성할 수도 있지만, 본 명세서에서 기술된 특정 구현예들에서, 실리콘-함유 전구체는 플라즈마가 스트라이킹될 때에 존재하지 않는다. 특정한 클로로실란들은 헥사클로로디실란 (Si2Cl6), 테트라클로로실란 (SiCl4), 트리클로로실란 (HSiCl3), 디클로로실란 (H2SiCl2), 모노클로로실란 (ClSiH3), 클로로알릴실란, 클로로메틸실란, 디클로메틸실란, 클로로디메틸실란, 클로로에틸실란, t-부틸클로로실란, 디-t-부틸클로로실란, 클로로이소프로필실란, 클로로-sec-부틸실란, t-부틸디메틸클로로실란, 덱실디메틸클로로실란 등이다. 아미노실란은 실리콘 원자에 결합된 적어도 하나의 질소 원자를 포함하지만, 또한 수소들, 산소들, 할로겐들 및 탄소들을 함유할 수도 있다. 아미노실란들의 예들은 모노-아미노실란, 디-아미노실란, 트리-아미노실란 및 테트라-아미노실란 (각각 H3Si(NH2)4, H2Si(NH2)2, HSi(NH2)3 및 Si(NH2)4), 및 치환된 모노-아미노실란, 디-아미노실란, 트리-아미노실란 및 테트라-아미노실란, 예를 들어, t-부틸아미노실란, 메틸아미노실란, tert-부틸실란아민, BTBAS (bis(tertiarybutylamino)silane) (SiH2(NHC(CH3)3)2), tert-부틸 실릴카바메이트, SiH(CH3)-(N(CH3)2)2, SiHCl-(N(CH3)2)2, (Si(CH3)2NH)3 등이다. 아미노실란의 추가의 예는 트리실릴아민 (N(SiH3)3) 이다.
일부 구현예들에서, PEALD 사이클 410A는 퍼지 페이즈 459A를 포함할 수도 있다. 퍼지 페이즈 459A에서, 프로세스 챔버는 웨이퍼의 표면 상에 흡착하지 않은 증기상의 과잉의 실리콘-함유 전구체를 제거하도록 선택 가능하게 퍼지된다. 퍼지는 다른 동작들에서 사용되는 캐리어 가스 또는 상이한 가스일 수도 있는 스윕핑 가스를 수반할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 퍼지는 프로세스 챔버를 배기하는 것을 수반할 수도 있다. 퍼지 페이즈 459A 동안, 실리콘-함유 전구체 플로우가 턴 오프되고, 플라즈마가 점화되지 않고, 그리고 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버로 공급되지 않는다. 캐리어 가스, 예컨대 아르곤은 프로세스 챔버로부터 모든 과잉의 실리콘-함유 전구체를 퍼지하도록 계속해서 흐른다. 일부 구현예들에서, 퍼지 페이즈 459A는 프로세스 챔버를 배기하기 위한 하나 이상의 배기 서브페이즈들을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 퍼지 페이즈 459A는 일부 구현예들에서 생략될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 퍼지 페이즈 459A는 약 0 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.1 내지 약 20 초, 또는 약 2 초 내지 약 10 초와 같은 임의의 적합한 지속기간을 가질 수도 있다. 일부 구현예들에서, 퍼지 페이즈 459A 동안 캐리어 가스의 플로우 레이트는 약 250 sccm 내지 약 10,000 sccm, 또는 약 2,000 sccm 내지 약 6,000 sccm일 수 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 스윕핑 가스들의 플로우 레이트를 증가시키는 것은 퍼지 페이즈 459A의 지속기간을 감소시킬 수도 있다. 예를 들어, 퍼지 페이즈 459A의 지속기간을 수정하기 위해 퍼지 가스 플로우 레이트는 다양한 반응물질 열역학적 특성들 및/또는 프로세스 챔버 및/또는 프로세스 챔버 배관의 기하학적 특성들에 따라 조정될 수도 있다. 일 비제한적인 예에서, 스윕핑 페이즈의 지속기간은 스윕핑 가스 플로우 레이트를 조절함으로써 조정될 수도 있다. 이는 증착 사이클 시간을 감소시킬 수도 있고, 웨이퍼 쓰루풋을 개선할 수도 있다. 퍼지 후에, 실리콘-함유 전구체들은 웨이퍼 표면 상에 흡착된 채로 남는다.
일부 구현예들에서, PEALD 사이클은 질소-함유 반응물질의 플라즈마에 웨이퍼를 노출시키는 것을 포함한다. 플라즈마는 플라즈마 노출 페이즈 461A 동안 점화될 수도 있다. 따라서, 질소-함유 반응물질의 플로우 및 플라즈마 모두는 플라즈마 노출 페이즈 461A 동안 턴 온된다. 일부 구현예들에서, 질소-함유 반응물질의 플로우는 플라즈마를 턴 온하기 전에 턴 온될 수도 있다. 실리콘-함유 전구체의 플로우가 플라즈마 노출 페이즈 461A 동안 턴 오프되고, 불활성 가스는 계속해서 흐른다. 일부 구현예들에서, 웨이퍼는 약 0.1 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.5 초 내지 약 10 초의 지속기간 동안 질소-함유 반응물질의 플라즈마에 노출될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 질소-함유 반응물질은 아민 또는 암모니아를 포함한다.
질소-함유 반응물질은, 적어도 하나의 질소, 예를 들어, 암모니아, 하이드라진 (hydrazine), 메틸아민, 디메틸아민, 에틸아민, 이소프로필아민, t-부틸아민, 디-t-부틸아민, 사이클로프로필아민, sec-부틸아민, 사이클로부틸아민, 이소아밀아민, 2-메틸부탄-2-아민, 트리메틸아민, 디이소프로필아민, 디에틸이소프로필아민, 디-t-부틸하이드라진과 같은, 아민들 (예를 들어, 탄소 베어링 아민들 (amines bearing carbon)), 뿐만 아니라 아닐린들, 피리딘들, 및 벤질아민들과 같은 방향족 함유 아민들을 포함한다. 아민들은 1차, 2차, 3차 또는 4차 (예를 들어, 테트라알킬암모늄 화합물들) 일 수도 있다. 질소-함유 반응물질은 질소 이외의 헤테로원자들 (heteroatoms) 을 함유할 수 있고, 예를 들어, 히드록실아민, t-부틸옥시카르보닐 아민 및 N-t-부틸 히드록실아민은 질소-함유 반응물질들이다.
플라즈마는 프로세스 챔버 내에서 점화된 플라즈마 (즉, 인-시츄 플라즈마) 또는 리모트로 생성되고 프로세스 챔버로 전달된 플라즈마를 지칭할 수 있다. PEALD 프로세스들을 위한 플라즈마들은 용량 결합 또는 다른 적합한 방법들, 예컨대 유도 결합에 의해 형성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 플라즈마는 질소-함유 반응물질의 이온들, 라디칼들, 및 다른 활성 종을 포함할 수도 있다. 예를 들어, NH3 분자들이 NH3의 다양한 이온들, 라디칼들, 및 다른 활성 종을 형성하도록 NH3 플라즈마에서 해리될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 NH2 및 NH의 라디칼들을 포함할 수 있다. 플라즈마가 점화될 때 다른 반응물질들 및 다른 시약들이 프로세스 챔버 내에 존재할 수도 있다.
플라즈마 노출 페이즈 461A 동안, RF 장은 질소-함유 반응물질을 실리콘-함유 전구체의 흡착된 층과 반응하는 이온들, 라디칼들, 및 다른 활성 종으로 활성화시키도록 제공될 수 있다. 특정한 이론에 매이지 않고, 보다 높은 주파수 플라즈마들은, 라디칼들과 실리콘-함유 전구체 사이의 보다 높은 반응성에 기인하여 실리콘 나이트라이드의 증착을 개선할 수 있는 라디칼들을 이온들보다 많이 생성할 수도 있다. 다양한 구현예들에서, 적어도 약 13.56 ㎒, 또는 적어도 약 27 ㎒, 또는 적어도 약 40 ㎒, 또는 적어도 약 60 ㎒의 주파수를 가진 고 주파수 플라즈마가 사용된다. 일단 질소-함유 반응물질이 플라즈마를 형성하도록 활성화된다면, 질소-함유 반응물질의 이온들, 라디칼들 및 다른 활성 종은 웨이퍼의 표면 상에 흡착된 실리콘-함유 전구체와 반응하여, 실리콘 나이트라이드의 박막을 형성한다. 즉, 질소-함유 반응물질은 플라즈마 변환을 통해 실리콘 나이트라이드의 박막으로 변환될 수 있다.
다음에, 플라즈마가 소화되고 프로세스 챔버가 퍼지 페이즈 463A 동안 퍼지된다. 실리콘-함유 전구체 플로우가 턴 오프되고, 플라즈마가 점화되지 않고, 그리고 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버로 공급되지 않는다. 퍼지는 캐리어 가스 또는 임의의 다른 불활성 가스를 흘림으로써 수행될 수도 있다. 퍼지 페이즈 463A는 퍼지 페이즈 459A와 유사할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 도즈 페이즈 457A, 퍼지 페이즈 459A, 플라즈마 노출 페이즈 461A, 및 퍼지 페이즈 463A 각각은 상승된 온도로 유지될 수 있다. 상승된 온도는 웨이퍼 지지부 또는 페데스탈을 통해 웨이퍼에 인가될 수 있다. 일부 구현예들에서, 상승된 온도는 적어도 약 500 ℃ 이상이거나, 약 500 ℃ 내지 약 630 ℃이다. 도즈 페이즈 457A는 실리콘-함유 전구체를 열적으로 변환하도록 기능할 수 있는 한편, 플라즈마 노출 페이즈 461A는 플라즈마를 통해 질소-함유 반응물질을 변환하도록 기능할 수 있다. 상승된 온도는 PEALD 사이클 410A 내내 유지될 수 있고, 여기서 상승된 온도는 CVD 노 반응기 내에서 실리콘 나이트라이드의 박막을 증착하기 위한 온도 미만이다.
다시 도 5를 참조하면, 프로세스 500의 블록 530에서, 하나 이상의 열적 ALD 사이클들은 질소-함유 반응물질의 열적 변환을 통해 웨이퍼 상에 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착하도록 적용된다. 질소-함유 반응물질은 하나 이상의 열적 ALD 사이클들 동안 하나 이상의 나이트라이드 층들로 적어도 부분적으로 변환될 수 있다. 일부 구현예들에서, 열적 ALD 사이클들의 수는 PEALD 사이클들의 수 이상이다. 임의의 적합한 수의 열적 ALD 사이클들은 PEALD 사이클들을 적용하기 전 또는 PEALD 사이클들을 적용한 후에 블록 530에서 적용될 수도 있다. 블록들 520 및 530은 동시라기보다는 순차적으로 수행된다. 일부 구현예들에서 블록 520은 블록 530 전에 순차적으로 수행될 수도 있다. 일부 다른 구현예들에서 블록 530은 블록 520 전에 순차적으로 수행될 수도 있다. 그러므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 블록 520과 블록 530을 수행하기 위한 순서가 스위칭될 수도 있다. 도 4에서, 열적 ALD 사이클 410B 각각은 도즈 페이즈 457B, 퍼지 페이즈 459B, 열적 변환 페이즈 461B, 및 퍼지 페이즈 463B를 포함하여, 일련의 페이즈들로 나눠질 수 있다.
도즈 페이즈 457B 동안, 실리콘-함유 전구체의 제 2 도즈가 증기상으로 웨이퍼로 도입된다. 도즈 페이즈 457B 동안, 플라즈마가 턴 오프되고, 질소-함유 반응물질이 웨이퍼로 흐르지 않고, 그리고 캐리어 가스, 예컨대, 아르곤이 계속해서 흐른다. 일부 구현예들에서, 플로우 레이트 및 웨이퍼 표면적에 따라, 웨이퍼는 약 0.1 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.5 초 내지 약 30 초, 또는 약 2 초 내지 약 10 초의 시간 동안 실리콘-함유 전구체에 노출된다. 일부 구현예들에서, 실리콘-함유 전구체는 약 20 sccm 내지 약 5,000 sccm, 예컨대, 약 1,000 sccm 내지 약 4,000 sccm의 플로우 레이트로 전달될 수 있다. 실리콘-함유 전구체가 웨이퍼의 표면 상에 흡착하여, 실리콘-함유 전구체의 흡착된 층을 형성한다. 일부 구현예들에서, 도즈 페이즈 461B의 실리콘-함유 전구체는 도즈 페이즈 461A에서 도입된 실리콘-함유 전구체와 동일할 수 있다. 그러나, 일부 구현예들에서, 도즈 페이즈 461B의 실리콘-함유 전구체는 도즈 페이즈 461A에서 도입된 실리콘-함유 전구체와 상이할 수 있다.
일부 구현예들에서, 열적 ALD 사이클 410B는 퍼지 페이즈 459B를 포함할 수도 있다. 퍼지 페이즈 459B는 PEALD 사이클 410A의 퍼지 페이즈 459A와 유사한 특성들을 가질 수도 있다. 퍼지 페이즈 459B에서, 프로세스 챔버는 웨이퍼의 표면 상에 흡착하지 않은 증기상의 과잉의 실리콘-함유 전구체를 제거하도록 선택 가능하게 퍼지된다. 퍼지는 다른 동작들에서 사용되는 캐리어 가스 또는 상이한 가스일 수도 있는 스윕핑 가스를 수반할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 퍼지는 프로세스 챔버를 배기하는 것을 수반할 수도 있다. 퍼지 페이즈 459B 동안, 실리콘-함유 전구체 플로우가 턴 오프되고, 플라즈마가 점화되지 않고, 그리고 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버로 공급되지 않는다. 캐리어 가스, 예컨대 아르곤은 프로세스 챔버로부터 모든 과잉의 실리콘-함유 전구체를 퍼지하도록 계속해서 흐른다. 퍼지 페이즈 459B는 약 0 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.1 내지 약 20 초, 또는 약 2 초 내지 약 10 초와 같은 임의의 적합한 지속기간을 가질 수도 있다. 일부 구현예들에서, 퍼지 페이즈 459B 동안 캐리어 가스의 플로우 레이트는 약 250 sccm 내지 약 10,000 sccm, 또는 약 2,000 sccm 내지 약 6,000 sccm일 수 있다. 퍼지 후에, 실리콘-함유 전구체들은 웨이퍼 표면 상에 흡착된 채로 남는다.
일부 구현예들에서, 열적 ALD 사이클 410B는 상승된 온도로 질소-함유 반응물질에 웨이퍼를 노출시키는 것을 포함한다. 상승된 온도는 웨이퍼 지지부 또는 페데스탈을 통해 웨이퍼에 인가될 수 있다. 상승된 온도에서, 질소-함유 전구체는 해리 반응을 겪을 수 있고, 해리된 종은 실리콘 나이트라이드 층을 형성하도록, 웨이퍼의 표면 상에 흡착된 실리콘-함유 전구체와 반응할 수 있다. 상승된 온도의 열은 안정한 박막을 형성하도록 흡착된 반응물질들이 표면 화학 반응을 겪게 열역학적으로 구동할 수 있다. 따라서, 열적 ALD 사이클 410B는 질소-함유 반응물질과 흡착된 실리콘-함유 전구체를 반응시키기 위한 열적 변환 페이즈 461B를 포함한다. 일부 구현예들에서, 열적 변환 페이즈 461B의 질소-함유 반응물질은 플라즈마 노출 페이즈 461A의 질소-함유 반응물질과 동일하다. 그러나, 일부 구현예들에서, 열적 변환 페이즈 461B의 질소-함유 반응물질은 플라즈마 노출 페이즈 461A의 질소-함유 반응물질과 상이하다.
열적 변환 페이즈 461B 동안, 플라즈마가 점화되지 않는다. 질소-함유 반응물질의 플로우가 열적 변환 페이즈 461B 동안 턴 온된다. 실리콘-함유 전구체의 플로우가 열적 변환 페이즈 461B 동안 턴 오프되고, 불활성 가스는 계속해서 흐른다.
일부 구현예들에서, 열적 변환 페이즈 461B의 지속기간은 약 0.1 초 내지 약 60 초, 또는 약 0.5 초 내지 약 10 초일 수 있다. 일부 구현예들에서, 열적 변환 페이즈 461B의 지속기간은 플라즈마 노출 페이즈 461A의 지속기간보다 길다.
일부 구현예들에서, 열적 변환 페이즈 461B 동안 상승된 온도는 웨이퍼를 약 500 ℃ 이상, 또는 약 500 ℃ 내지 약 630 ℃의 온도로 가열할 수 있다. 질소-함유 반응물질의 열적 변환을 위한 상승된 온도는 CVD 노 반응기에서 사용된 상승된 온도 미만일 수 있고, 이는 전체 열 예산을 감소시킬 수 있다. 상승된 온도는 열적 ALD 사이클 410B 내내 유지될 수 있다. 웨이퍼의 상승된 온도는 웨이퍼 지지부 또는 페데스탈을 가열함으로써 달성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로세스 챔버의 나머지는 가열되지 않는다. 그와 같이, 프로세스 챔버의 벽들은 웨이퍼 및 웨이퍼 지지부보다 저온으로 남을 수 있다. 일부 구현예들에서, 열적 변환 페이즈 461B 동안 상승된 온도는 플라즈마 노출 페이즈 461A 동안의 온도와 동일할 수 있다.
통상적으로, 나이트라이드 층을 형성하도록 화학 반응을 열역학적으로 구동하는 동역학은 상대적으로 느리다. 열적 ALD를 사용하여 질소-함유 반응물질을 변환하는데 적합하지 않은 동역학 때문에, 나이트라이드 층을 형성하기 위해 열적 ALD를 사용하는 것은 바람직하지 않다. 열적 ALD는 다른 타입들의 층들, 예컨대, 옥사이드 층들을 증착하기 위해 보다 흔히 사용된다. 그러나, 열적 ALD 사이클 410B가 PEALD 사이클 410A와 함께 사용될 때, 혼합된 ALD 모드들은 열적 ALD의 보다 느린 동역학에 의해 실질적으로 제한되지 않고 나이트라이드 층을 형성할 수도 있다.
일부 구현예들에서 열적 변환 페이즈 461B 동안, 질소-함유 반응물질은 흡착된 실리콘-함유 전구체와 반응하도록 분해된다. 예를 들어, NH3 분자들은 실리콘과 반응하도록 분해될 수 있다. 일부 구현예들에서, NH3 분자들은 열적 변환 페이즈 461B 동안 실리콘과 반응하도록 분해될 수 있고, 반면에 NH3 분자들은 플라즈마 노출 페이즈 461A 동안 NH2 및 NH의 라디칼들로 해리될 수 있다.
임의의 특정한 이론에 매이지 않고, 플라즈마 노출 페이즈 461A는 웨이퍼 표면을 신속하게 포화시키고 흡착된 실리콘-함유 전구체들과 반응하는 보다 반응성 종으로 질소-함유 반응물질을 해리할 수 있다. 열적 변환 페이즈 461B는 보다 긴 시간 기간 동안 질소-함유 반응물질을 보다 적은 반응성 종으로 해리할 수 있고, 반응성 종은 이어서 흡착된 실리콘-함유 전구체들과 반응한다. 예로서, 질소-함유 반응물질이 NH3라면, 그러면 다음의 반응: Si-H + N-H → SiN + H2를 위해 활성화 에너지 배리어를 극복하기에 충분한 에너지를 가진 보다 적은 분자들이 있을 수도 있다. 열적 변환의 시간을 가변함으로써, 막 내의 질소 함유량이 제어될 수 있다. 열적 변환 페이즈 461B는 플라즈마 노출 페이즈 461A보다 실리콘이 보다 풍부한 실리콘 나이트라이드 막들을 야기할 수 있다. 그러나, 플라즈마 노출 페이즈 461A는 열적 변환 페이즈 461B보다 질소가 보다 풍부한 실리콘 나이트라이드 막들을 야기할 수 있다.
열적 변환 페이즈 461B 후에, 프로세스 챔버가 퍼지 페이즈 463B 동안 퍼지된다. 실리콘-함유 전구체 플로우가 턴 오프되고, 플라즈마가 점화되지 않고, 그리고 질소-함유 반응물질이 프로세스 챔버로 공급되지 않는다. 퍼지는 캐리어 가스 또는 임의의 다른 불활성 가스를 흘림으로써 수행될 수도 있다. 퍼지 페이즈 463B는 퍼지 페이즈 463A와 유사할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 일부 구현예들에서, 블록들 520 및 530이 1 회 이상 반복될 수도 있다. 블록 520은 일련의 PEALD 사이클들을 나타낼 수도 있고 블록 530은 일련의 열적 ALD 사이클들을 나타낼 수도 있고, 블록 520 및 블록 530은 보다 큰 혼합된 모드 ALD 사이클의 일부일 수도 있다. 혼합된 모드 ALD 사이클 각각은 목표된 두께의 나이트라이드 막을 달성하도록 특정한 회수로 반복될 수 있다.
프로세스 500의 블록 540에서, 나이트라이드 막은 하나 이상의 나이트라이드 층들로부터 형성된다. 하나 이상의 PEALD 사이클들이 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착함에 따라 그리고 하나 이상의 열적 ALD 사이클들도 또한 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착함에 따라, 나이트라이드 막이 형성될 수 있다. PEALD 사이클들로부터의 하나 이상의 나이트라이드 층들은 열적 ALD 사이클들로부터의 하나 이상의 나이트라이드 층들보다 질소가 풍부할 수 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 열적 ALD 사이클들의 수는 하나 이상의 PEALD 사이클들의 수 이상이다. 하나 이상의 PEALD 사이클들 및 하나 이상의 열적 ALD 사이클들은 동일한 프로세스 챔버 내에서 임의의 시퀀스로 수행될 수 있고, 반복될 수 있다.
동작들 457A, 459A, 461A, 및 463A를 수행하는 것은 PEALD 사이클 410A를 구성할 수도 있다. 동작들 457B, 459B, 461B, 및 463B를 수행하는 것은 열적 ALD 사이클 410B를 구성할 수도 있다. 동작들의 도즈 시간 및 노출 시간들에 따라, 사이클 각각은 약 0.05 Å 내지 약 2 Å의 두께를 갖는 실리콘 나이트라이드 층을 증착할 수도 있다. 전술한 사이클들이 혼합될 수도 있고 그리고 실리콘 나이트라이드의 목표된 막 두께가 달성될 때까지 반복될 수도 있다.
일부 구현예들에서, X 회의 PEALD 사이클들 410A가 혼합된 모드 ALD 사이클에서 수행될 수도 있고, 그리고 Y 회의 열적 ALD 사이클들 410B가 혼합된 모드 ALD 사이클에서 수행될 수도 있다. 혼합된 모드 ALD 사이클을 형성하도록 X 회의 PEALD 사이클들 410A가 Y 회의 열적 ALD 사이클들 410B와 결합될 수도 있다. 박막의 목표된 두께가 달성될 때까지 혼합된 모드 ALD 사이클은 Z 회 반복될 수 있다. 일부 구현예들에서, 통상적인 증착 레이트는 혼합된 모드 ALD 사이클당 약 2 Å 내지 혼합된 모드 ALD 사이클당 약 10 Å, 예컨대, 혼합된 모드 ALD 사이클당 약 6.6 Å이다. 혼합된 모드 ALD 사이클은 지배적인 (overarching) 혼합된 모드 ALD 사이클 내에 포함된 X 회의 PEALD 사이클들 410A와 Y 회의 열적 ALD 사이클들 410B의 본질적으로 2 개의 네스팅된 (nested) 루프들이다. 일부 구현예들에서, 혼합된 모드 ALD 사이클 각각에서 열적 ALD 사이클들 410A의 수는 PEALD 사이클들 410B의 수 이상이다.
일부 구현예들에서, X 및 Y의 값들은 박막 내 원소들의 농도비에 영향을 줄 수도 있다. 예를 들어, X 및 Y의 값들은 실리콘 나이트라이드 막 내의 실리콘 대 질소 농도비에 영향을 줄 수도 있어서, 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률에 영향을 준다. 혼합된 모드 ALD 사이클에서 X 및 Y의 값들을 조정함으로써, 박막의 특성들의 정밀-튜닝이, 특성들 예컨대, 원소들의 농도비, 굴절률, 밀도, WER, DER, 전하 트랩 층 내에 전하들을 트랩핑하는 능력, 등의 정밀-튜닝을 포함하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 혼합된 모드 ALD 사이클의 보다 큰 수의 열적 ALD 사이클들이 보다 실리콘-풍부 박막을 위해 튜닝될 수 있고, 반면에 혼합된 모드 ALD 사이클의 보다 큰 수의 PEALD 사이클들이 보다 질소-풍부 박막을 위해 튜닝될 수 있다.
도 6은 일 PEALD 사이클당 열적 ALD 사이클들의 수의 함수로서 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률에 대한 데이터를 도시한 그래프를 예시한다. 그래프는 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률이 혼합된 모드 ALD 사이클 각각에서 열적 ALD 사이클들 대 PEALD 사이클들의 비를 증가시킴으로써 얼마나 튜닝될 수 있는지를 도시한다. 그래프에서, 혼합된 모드 ALD 사이클 각각에서 열적 ALD 사이클들 대 PEALD 사이클들의 5:1 비는 2.05의 굴절률을 산출한다. 혼합된 모드 ALD 사이클 각각에서 열적 ALD 사이클들 대 PEALD 사이클들의 10:1 비는 2.20 초과의 굴절률을 산출한다. 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률이 2.0의 한계에 도달하는 도 2의 그래프와 대조적으로, 도 6의 그래프의 실리콘 나이트라이드 막의 굴절률은 2.0을 넘어 계속해서 증가한다. 굴절률의 증가는 실리콘 대 질소 농도비의 증가를 반영한다. 수직 NAND 플래쉬 메모리 구조체들을 수반한 구현예들에서, 이 비의 제어는 프로그램을 최적화하고 전압들을 소거할 수 있다.
혼합된 모드 ALD 프로세스는 종래의 PEALD 프로세스들 및 CVD 프로세스들에 비해 복수의 이점들을 제공할 수 있다. 혼합된 모드 ALD 프로세스는 원소들의 농도비, 굴절률, 밀도, WER, DER, 전하 트랩 층 내에 전하들을 트랩핑하는 능력, 등과 같은 특성들을 포함하여, 종래의 PEALD 프로세스들에 비해 증착된 박막의 특성들의 보다 정밀-튜닝을 허용한다. PEALD 프로세스들은 플라즈마 노출 페이즈 동안 이용 가능한 리간드 사이트들의 포화에 의해 제한될 수 있다. 혼합된 모드 ALD 프로세스는 쓰루풋, 컨포멀성, 및 전체 열 예산을 상당히 절충하지 않고 특성들의 정밀-튜닝을 허용하도록 열적 ALD 사이클들을 포함한다. PEALD 사이클들과 열적 ALD 사이클들을 합함으로써, 혼합된 모드 ALD 사이클은 빨라질 수 있고 저 WER 및 고 컨포멀성 (즉, 단차 커버리지) 을 가진 박막을 제공할 수 있다. 일부 구현예들에서, 박막은 100:1 희석된 HF에서 분당 10 Å 미만, 또는 100:1 희석된 HF에서 분당 5 Å 미만인 WER을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 증착된 박막은 80 ％ 초과, 90 ％ 초과, 또는 95 ％ 초과의 단차 커버리지를 가질 수 있다. 이러한 고 단차 커버리지는 심지어 고 종횡비 피처들에서 달성될 수 있다.
혼합된 모드 ALD 프로세스에서 X 및 Y의 값들을 조정함으로써 박막의 특성들을 정밀-튜닝하는 것에 더하여, 각각의 네스팅된 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클에 대한 프로세스 조건들은 박막의 특성들에 영향을 주도록 조정될 수 있다. 표 1은 PEALD 사이클들과 열적 ALD 사이클들의 혼합을 사용하여 실리콘 나이트라이드 막을 증착하기 위한 프로세스 조건들의 예 및 적합한 범위들을 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 많은 프로세스 조건들이 동일한 프로세스 챔버 내에서 PEALD 및 열적 ALD 사이클들에서 유지될 수 있다. 프로세스 조건들, 예컨대, 웨이퍼 온도, 도즈 압력, 변환 압력, 실리콘-함유 전구체의 플로우 레이트, 및 질소-함유 반응물질의 플로우 레이트는 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클에 걸쳐 동일할 수 있다. 그러나, 표 1에 나타낸 예시적인 프로세스 조건들은 열적 ALD 사이클을 위한 프로세스 조건들이 실리콘-함유 전구체를 위한 보다 긴 도즈 시간을 갖고, 플라즈마 전력을 갖지 않고, 질소-함유 반응물질을 변환하기 위한 보다 긴 변환 시간을 가질 수 있다는 것을 나타낸다.
파라미터 PEALD 열적 ALD 범위
웨이퍼 온도 (℃) 565 565 500 내지 630
실리콘-함유 전구체의 도즈 플로우 레이트 (sccm) 3,300 3,300 20 내지 5,000
도즈 시간(s) 6 10 0.1 내지 30
도즈 압력 (Torr) 7 7 0.5 내지 20
펌프 시간 (s) 8 8 0.1 내지 20
퍼지 플로우 (sccm) 4,500 4,500 250 내지 10,000
퍼지 시간 (s) 6 6 0.1 내지 20
질소-함유 반응물질의 플로우 레이트 (sccm) 1,650 1,650 10 내지 10,000
플라즈마 전력 (W) 175 0 25 내지 1,500
변환 압력 (Torr) 2 2 0.5 내지 20
변환 시간 (s) 2 2.7 0.1 내지 60
펌프 시간 (s) 1 1 0.1 내지 20
퍼지 플로우 (sccm) 4,500 4,500 250 내지 10,000
퍼지 시간 (s) 2 2 0.1 내지 20
장치
도 7a는 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클을 통해 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 장치의 개략도이다. 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 은 저압 분위기를 유지하기 위한 프로세스 챔버 (702) 를 포함한다. 복수의 장치들 또는 프로세스 스테이션들 (700a) 은 공통 저압 프로세스 툴 분위기에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 도 8은 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (800) 의 구현예를 도시한다. 일부 구현예들에서, 이하에 상세히 논의된 것들을 포함하는 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 의 하나 이상의 하드웨어 파라미터들은 하나 이상의 시스템 제어기들 (750) 에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다. 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 은 웨이퍼 (712) 상에 나이트라이드 막을 증착하도록, 하나 이상의 PEALD 사이클들 및 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 포함한, 상기에 기술된 혼합된 모드 ALD 사이클을 수행할 수 있다.
장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 은 프로세스 가스들을 분배 샤워헤드 (706) 로 전달하기 위한 반응물질 전달 시스템 (701a) 과 유체적으로 연통한다. 반응물질 전달 시스템 (701a) 은 샤워헤드 (706) 로의 전달을 위해, 증기상의 실리콘-함유 전구체 가스와 같은 프로세스 가스들을 블렌딩 그리고/또는 컨디셔닝하기 위한 혼합 용기 (704) 를 포함한다. 일부 구현예들에서, 반응물질 전달 시스템은 샤워헤드 (706) 로의 전달을 위해, 질소-함유 반응물질 (예를 들어, 암모니아) 을 블렌딩 그리고/또는 컨디셔닝하기 위한 혼합 용기 (704) 를 포함한다. 하나 이상의 혼합 용기 유입부 밸브들 (720) 은 혼합 용기 (704) 로의 프로세스 가스들의 도입을 제어할 수도 있다. 질소-함유 반응물질의 플라즈마가 또한 샤워헤드 (706) 로 전달될 수도 있거나 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 내에서 생성될 수도 있다.
예로서, 도 7a의 구현예는 혼합 용기 (704) 로 공급될 액체 반응물질을 기화하기 위한 기화 지점 (703) 을 포함한다. 일부 구현예들에서, 기화 지점 (703) 은 가열된 기화기일 수도 있다. 이러한 기화기들로부터 생성된 포화된 반응물질 증기는 다운스트림 전달 파이프에서 응결될 수도 있다. 양립할 수 없는 가스들의 응결된 반응물질로의 노출은 작은 입자들을 생성할 수도 있다. 이들 작은 입자들은 파이프를 막고 (clog), 밸브 동작을 지연시키고, 기판들을 오염시키는 등을 할 수도 있다. 이들 문제들을 해결하기 위한 일부 방법들은 잔여 반응물질을 제거하기 위해 전달 파이프를 퍼지 및/또는 배기하는 것을 수반한다. 그러나, 전달 파이프를 퍼지하는 것은 프로세스 스테이션 쓰루풋을 저하시키는, 프로세스 스테이션 사이클 시간을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 일부 구현예들에서, 기화 지점 (703) 의 전달 배관 다운스트림에서 열 추적될 수도 있다. 일부 예들에서, 혼합 용기 (704) 가 또한 열 추적될 수도 있다. 비제한적인 일 예에서, 기화 지점 (703) 의 배관 다운스트림은 혼합 용기 (704) 에서 대략 100 ℃ 내지 대략 150 ℃로 연장하는 증가하는 온도 프로파일을 갖는다.
일부 구현예들에서, 액체 전구체 또는 액체 반응물질은 액체 주입기에서 기화될 수도 있다. 예를 들어, 액체 주입기는 액체 반응물질의 펄스들을 혼합 용기 (704) 의 업스트림에서 캐리어 가스 스트림으로 주입할 수도 있다. 일 구현예에서, 액체 주입기는 보다 높은 압력으로부터 보다 낮은 압력으로 액체를 플래시함으로써 반응물질을 기화시킬 수도 있다. 또 다른 예에서, 액체 주입기는 가열된 전달 파이프에서 나중에 기화되는 분산된 마이크로드롭릿들로 액체를 원자화할 수도 있다. 보다 작은 드롭릿들이 보다 큰 드롭릿들보다 보다 고속으로 기화될 수 있어서, 액체 주입과 기화 완료 간의 지연을 감소시킨다. 보다 고속의 기화는 기화 지점 (703) 으로부터 배관 다운스트림의 길이를 감소시킬 수도 있다. 일 시나리오에서, 액체 주입기는 혼합 용기 (704) 에 바로 장착될 수도 있다. 또 다른 시나리오에서, 액체 주입기는 분배 샤워헤드 (706) 에 바로 장착될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 기화 지점 (703) 의 업스트림에, 액체 유량 제어기 (LFC) 가 기화 및 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 으로의 전달을 위해 액체의 질량 유량을 제어하기 위해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 액체 유량 제어기 (LFC) 는 LFC의 다운스트림에 위치된 열적 질량 유량 미터 (MFM) 를 포함할 수도 있다. 이어서 LFC의 플런저 밸브가 MFM과 전기적으로 통신하는 PID (proportional-integral-derivative) 제어기에 의해 제공된 피드백 제어 신호들에 응답하여 조정될 수도 있다. 그러나, 이는 피드백 제어를 사용하여 액체 플로우를 안정화시키기 위해 1 초 이상 걸릴 수도 있다. 이는 액체 반응물질을 도징하기 위한 시간을 연장할 수도 있다. 따라서, 일부 구현예들에서, LFC는 피드백 제어 모드와 직접 제어 모드 사이에서 동적으로 전환될 수도 있다. 일부 구현예들에서, LFC 및 PID 제어기의 센스 튜브를 디스에이블함으로써 동적 전환이 수행될 수도 있다.
샤워헤드 (706) 는 웨이퍼 (712) 를 향하여 프로세스 가스들을 분배한다. 도 7a에 도시된 구현예에서, 웨이퍼 (712) 는 샤워헤드 (706) 아래에 위치되고, 페데스탈 (708) 상에 놓인 것으로 도시된다. 샤워헤드 (706) 는 임의의 적합한 형상을 가질 수도 있고, 웨이퍼 (712) 로 프로세스 가스들을 분배하기 위해 임의의 적합한 수 및 배열의 포트들을 가질 수도 있다.
일부 구현예들에서, 페데스탈 (708) 은, 웨이퍼 (712) 를 웨이퍼 (712) 와 샤워헤드 (706) 사이의 볼륨에 노출시키기 위해 상승되거나 하강될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 페데스탈 높이는 적합한 시스템 제어기 (750) 에 의해 프로그램적으로 조정될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
또 다른 시나리오에서, 페데스탈 (708) 의 높이를 조정하는 것은 플라즈마 밀도로 하여금 프로세스에 포함된 플라즈마 활성화 사이클들 동안 가변되게 할 수도 있다. 프로세싱 페이즈의 종료 시, 페데스탈 (708) 은 또 다른 웨이퍼 이송 페이즈 동안 페데스탈 (708) 로부터 웨이퍼 (712) 의 제거를 허용하도록 하강될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 페데스탈 (708) 은 가열기 (710) 를 통해 온도 제어될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 페데스탈 (708) 은 개시된 구현예들에서 기술된 바와 같이 실리콘 나이트라이드 막들의 증착 동안 약 650 ℃ 미만, 예컨대, 약 500 ℃ 내지 약 630 ℃의 온도로 가열될 수도 있다. 또한, 일부 구현예들에서, 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 을 위한 압력 제어는 버터플라이 밸브 (718) 에 의해 제공될 수도 있다. 도 7a의 구현예에 도시된 바와 같이, 버터플라이 밸브 (718) 는 다운스트림 진공 펌프 (미도시) 에 의해 제공된 진공을 쓰로틀링한다. 그러나, 일부 구현예들에서, 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 의 압력 제어는 또한 장치 또는 프로세스 스테이션 (700a) 로 도입된 하나 이상의 가스들의 플로우 레이트를 가변함으로써 조정될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 샤워헤드 (706) 의 위치는 웨이퍼 (712) 와 샤워헤드 (706) 사이의 볼륨을 가변시키기 위해 페데스탈 (708) 에 대해 조정될 수도 있다. 또한, 페데스탈 (708) 및/또는 샤워헤드 (706) 의 수직 위치는 본 개시의 범위 내에 있는 임의의 적합한 메커니즘에 의해 가변될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 구현예들에서, 페데스탈 (708) 은 웨이퍼 (712) 의 배향을 회전시키기 위한 회전 축을 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 이들 예시적인 조정들은 하나 이상의 적합한 시스템 제어기들 (750) 에 의해 프로그램적으로 수행될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 논의된 바와 같이 플라즈마가 사용될 수도 있는 일부 구현예들에서, 샤워헤드 (706) 및 페데스탈 (708) 은 플라즈마에 전력을 공급하기 위해 RF 전력 공급부 (714) 및 매칭 네트워크 (716) 와 전기적으로 통신한다. 일부 구현예들에서, 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 들어, RF 전력 공급부 (714) 및 매칭 네트워크 (716) 는 목표된 조성의 라디컬 종을 갖는 플라즈마를 형성하기 위해 임의의 적합한 전력으로 동작될 수도 있다. 적합한 전력들의 예들은 상기에 포함되었다. 유사하게, RF 전력 공급부 (714) 는 임의의 적합한 주파수의 RF 전력을 제공할 수도 있다. 일부 구현예들에서, RF 전력 공급부 (714) 는 서로 독립적으로 고 주파수 및 저 주파수 RF 전력 소스들을 제어하도록 구성될 수도 있다. 예시적인 저 주파수 RF 주파수들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 0 ㎑ 내지 500 ㎑의 주파수를 포함할 수도 있다. 예시적인 고 주파수 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. 표면 반응들을 위한 플라즈마 에너지를 제공하도록 임의의 적합한 파라미터들이 불연속적으로 또는 연속적으로 조절될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 구현예들에서, 플라즈마는 하나 이상의 플라즈마 모니터들에 의해 인-시츄 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 OES (optical emission spectroscopy sensors) 에 의해 측정될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 플라즈마 파라미터들은 이러한 인-시츄 플라즈마 모니터들로부터의 측정치들에 기초하여 프로그램적으로 조정될 수도 있다. 예를 들어, OES 센서는 플라즈마 전력의 프로그램적인 제어를 제공하기 위해 피드백 루프에서 사용될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 플라즈마 및 다른 프로세스 특성들을 모니터링하기 위해 다른 모니터들이 사용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 모니터들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 적외선 (IR) 모니터들, 음향 모니터들, 및 압력 트랜스듀서들을 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 제어기 (750) 에 대한 인스트럭션들은 IOC (input/output control) 시퀀싱 인스트럭션들을 통해 제공될 수도 있다. 일 예에서, 프로세스 페이즈를 위해 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 프로세스 레시피의 대응하는 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 일부 경우들에서, 프로세스 레시피 페이즈들은 프로세스 페이즈를 위한 모든 인스트럭션들이 이 프로세스 페이즈와 동시에 실행되도록 순차적으로 배열될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 반응기 파라미터들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 레시피 페이즈는 불활성 및/또는 전구체 가스 (예를 들어, 실리콘-함유 전구체) 의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 가스 (예컨대, 아르곤) 의 플로우 레이트를 설정하기 위한 인스트럭션들, 및 제 1 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 2, 후속하는 레시피 페이즈는 불활성 및/또는 전구체 가스의 플로우 레이트를 조절하거나 중지시키기 위한 인스트럭션들, 캐리어 가스 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 및 제 2 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 3 레시피 페이즈는 암모니아와 같은 질소-함유 반응물질 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들 및 제 3 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제 4, 후속하는 레시피 페이즈는 불활성 및/또는 반응물질 가스의 플로우 레이트를 조절하거나 중지시키기 위한 인스트럭션들, 캐리어 또는 퍼지 가스의 플로우 레이트를 조절하기 위한 인스트럭션들, 및 제 4 레시피 페이즈에 대한 시간 지연 인스트력션들을 포함할 수도 있다. 일부 구현예들에서, 제 4 레시피 페이즈는 질소-함유 반응물질의 플라즈마를 점화하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 이들 레시피 페이즈들은 더 세분화될 수도 있고/있거나 개시된 구현예들의 범위 내의 임의의 적합한 방식으로 반복될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 구현예들에서, 제어기 (750) 는 도 8의 시스템 제어기 (850) 에 대해 이하에 기술된 피처들 중 임의의 피처들을 포함할 수도 있다.
도 7b는 PEALD 사이클 및 열적 ALD 사이클을 통해 나이트라이드 막을 증착하기 위한 예시적인 단일-스테이션 모듈의 개략도이다. 도 7a의 장치 (700a) 와 유사하게, 단일-스테이션 모듈 (700b) 은 페데스탈 (708) 맞은편에 샤워헤드 (706) 를 포함할 수 있다. 페데스탈 (708) 은 웨이퍼 (712) 를 지지할 수 있고, 웨이퍼 (712) 는 복수의 피처들 (미도시) 을 포함할 수 있다. 페데스탈 (708) 은 웨이퍼 (712) 의 프로세싱 동안 상승된 온도로 가열될 수 있다. 샤워헤드 (706) 는 프로세스 가스들이 단일-스테이션 모듈 (700b) 의 프로세스 챔버 (702) 내로 공급될 수 있는 복수의 쓰루-홀들 (722) 을 포함할 수 있다. 프로세스 가스들은 실리콘-함유 전구체 및/또는 질소-함유 반응물질을 포함할 수 있다. 단일-스테이션 모듈 (700b) 은 웨이퍼 (712) 상에 나이트라이드 막을 증착하도록, 하나 이상의 PEALD 사이클들 및 하나 이상의 열적 ALD 사이클들을 포함한, 상기에 기술된 혼합된 모드 ALD 사이클을 수행할 수 있다.
상기에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 프로세스 스테이션들이 멀티-스테이션 프로세싱 툴 내에 포함될 수도 있다. 도 8은 로드록들 (821) 을 가진 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (800) 의 구현예의 개략도를 도시한다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (800) 은 이송 모듈 (803) 을 포함한다. 이송 모듈 (803) 은 다양한 모듈들 사이에서 프로세싱될 웨이퍼들이 이동될 때 프로세싱될 웨이퍼들의 오염 위험을 최소화하기 위해 클린 (clean), 가압된 분위기를 제공한다. 본 명세서에 기술된 구현예들에 따라, 원한다면 PEALD ALD 및 열적 ALD를 포함한 ALD를 수행할 수 있는 멀티-스테이션 반응기 (809) 가 이송 모듈 (803) 상에 장착된다. 멀티-스테이션 반응기 (809) 는 이들 동작들을 수행할 수도 있는 복수의 스테이션들 (811, 813, 815, 및 817) 을 포함할 수도 있다. 스테이션들 중 일부는 가열된 페데스탈 또는 웨이퍼 지지부, 하나 이상의 가스 유입부들 또는 샤워헤드 또는 분산 플레이트를 포함할 수도 있다. 도시된 멀티-스테이션 반응기 (809) 가 4 개의 스테이션들을 포함하지만, 본 개시를 따른 반응기는 임의의 적합한 수의 스테이션들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 반응기는 5 개 이상의 스테이션들을 가질 수도 있지만, 다른 구현예들에서 반응기는 3 개 또는 그 보다 적은 스테이션들을 가질 수도 있다.
또한 플라즈마 또는 화학적 (비-플라즈마) 선-세정을 수행할 수 있는 하나 이상의 단일 또는 멀티-스테이션 모듈들 (807) 이 이송 모듈 (803) 상에 장착될 수도 있다. 모듈은 또한 다양한 처리들을 위해 사용될 수도 있다. 멀티-스테이션 프로세싱 툴 (800) 은 또한 하나 이상의 웨이퍼 소스 모듈들 (801) 을 포함하고, 웨이퍼들은 프로세싱 전후에 저장된다. 대기 이송 챔버 (819) 내의 대기 로봇 (atmospheric robot) (미도시) 은 먼저 소스 모듈들 (801) 로부터 로드록들 (821) 로 웨이퍼들을 제거할 수도 있다. 이송 모듈 (803) 내의 웨이퍼 이송 디바이스 (일반적으로 로봇 암 유닛) 은 로드록들 (821) 로부터 이송 모듈 (803) 상에 장착된 모듈들로 그리고 모듈들 사이에서 웨이퍼들을 이동시킨다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (850) 는 프로세스 툴 (800) 의 모든 액티비티들을 제어한다. 시스템 제어기 (850) 는 대용량 저장 디바이스에 저장되고, 메모리 디바이스로 로딩되고, 프로세서 상에서 실행되는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 대안적으로, 제어 로직은 제어기 (850) 내에서 하드코딩될 수도 있다. ASIC, PLD (예를 들어, FPGA (field-progra㎜able gate array)), 등이 이 목적들을 위해 사용될 수도 있다. 이하의 논의에서, "소프트웨어" 또는 "코드"가 사용될 때마다, 기능적으로 유사한 하드코딩된 로직이 그 자리에 사용될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 타이밍, 가스들의 혼합, 가스 플로우 레이트들, 챔버 및/또는 스테이션 압력, 챔버 및/또는 스테이션 온도, 웨이퍼 온도, 타깃 전력 레벨들, RF 전력 레벨들, 웨이퍼 페데스탈, 척 및/또는 서셉터 위치, 및 프로세스 툴 (800) 에서 수행된 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 구성요소 서브루틴들 또는 제어 객체들이 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하기 위해 사용된 프로세스 툴 구성요소들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 시퀀싱 (sequencing) 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어기 (850) 와 연관된 대용량 저장 디바이스 및/또는 메모리 디바이스에 저장된 다른 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 프로그램들이 일부 구현예들에서 채용될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 웨이퍼 포지셔닝 (positioning) 프로그램, 프로세스 가스 제어 프로그램, 압력 제어 프로그램, 히터 제어 프로그램, 및 플라즈마 제어 프로그램을 포함한다.
웨이퍼 포지셔닝 프로그램은 웨이퍼 페데스탈 상에 기판을 로딩하고 웨이퍼와 프로세스 툴 (800) 의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용된 프로세스 툴 컴포넌트들에 대한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다.
프로세스 가스 제어 프로그램은 프로세스 스테이션 내의 압력을 안정화시키기 위해 증착 전에 가스 조성 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같은 실리콘-함유 전구체 가스들, 및 질소-함유 반응물질 가스들, 캐리어 가스들, 및 퍼지 가스들) 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드 및 선택 가능하게 하나 이상의 프로세스 스테이션들로 가스를 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 압력 제어 프로그램은 예를 들어, 프로세스 스테이션의 배기 시스템의 쓰로틀 밸브, 프로세스 스테이션으로의 가스 플로우, 등을 조절함으로써 프로세스 스테이션 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
가열기 제어 프로그램은 웨이퍼를 가열하기 위해 사용된 가열 유닛으로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 가열기 제어 프로그램은 웨이퍼로의 (헬륨과 같은) 열 전달 가스 (heat transfer gas) 의 전달을 제어할 수도 있다.
플라즈마 제어 프로그램은 본 명세서의 구현예들에 따른, 하나 이상의 프로세스 스테이션들 내의 프로세스 전극들에 인가된 RF 전력 레벨들을 설정하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
압력 제어 프로그램은 본 명세서의 구현예들에 따른 프로세스 챔버 내에서 압력을 유지하기 위한 코드를 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (850) 와 연관된 사용자 인터페이스가 있을 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽적인 소프트웨어 디스플레이, 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들 등의 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (850) 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, 압력, 온도 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 (850) 의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 툴 (800) 의 아날로그 출력 연결부 및/또는 디지털 출력 연결부 상에 출력될 수도 있다. 모니터링될 수도 있는 프로세스 툴 센서들의 비제한적인 예들은 질량 유량 제어기들, (압력계들 (manometers) 과 같은) 압력 센서들, 열전대들 (thermocouple), 등을 포함한다. 적절하게 프로그램된 피드백 및 제어 알고리즘들이 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터를 사용할 수도 있다.
시스템 제어기 (850) 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 구현예들에 따른 막 스택들의 인-시츄 증착을 동작시키기 위한 파라미터들을 제어할 수도 있다.
시스템 제어기 (850) 는, 통상적으로 장치가 개시된 구현예들에 따른 방법을 수행하도록 인스트럭션들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들 및 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 것이다. 개시된 구현예들에 따른 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함하는 머신 판독가능 매체는 시스템 제어기 (850) 에 커플링될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 시스템 제어기 (850) 는 상술한 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은, 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 전자장치들은 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부품들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 시스템 제어기 (850) 는, 시스템의 프로세싱 조건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, RF 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴들 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그램될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 시스템 제어기 (850) 는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASIC (application specific integrated circuit) 으로서 규정되는 칩들 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 시스템 제어기 (850) 로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 구현예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 산화물들, 실리콘, 이산화 실리콘, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
시스템 제어기 (850) 는, 일부 구현예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 이와 달리 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 시스템 제어기 (850) 는 웨이퍼 프로세싱의 리모트 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 리모트 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 리모트 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해서 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 리모트 컴퓨터는 차후에 리모트 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 시스템 제어기 (850) 는 하나 이상의 동작들 동안에 수행될 프로세스 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정한, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 이 파라미터들은 시스템 제어기 (850) 가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성된 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 시스템 제어기 (850) 는 예를 들어 서로 네트워킹되어서 함께 공통 목적을 위해서, 예를 들어 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들을 위해서 협력하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는, (예를 들어, 플랫폼 레벨에서 또는 리모트 컴퓨터의 일부로서) 리모트로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 수 있다.
비한정적으로, 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, ALD (atomic layer deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (atomic layer etch) 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.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 시스템 제어기 (850) 는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.
리소그래픽 패터닝
본 명세서의 상기에 기술된 장치들/프로세스들은 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위한 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공동 제조 설비 내에서 함께 사용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 통상적으로, 단계들 각각이 다수의 가능한 툴들을 사용하여 인에이블되는, 이하의 단계들: (1) 스핀-온 (spin-on) 툴 또는 스프레이-온 (spray-on) 툴을 사용하여 워크피스, 즉, 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; (2) 고온 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 단계; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출시키는 단계; (3) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 단계; (8) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 그 아래에 놓인 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 단계; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 단계의 일부 또는 전부를 포함한다.
다른 실시예들
이 발명의 예시적인 실시예들 및 애플리케이션들이 도시되고 본 명세서에 기술되지만, 많은 변동들 및 수정들이 본 발명의 개념, 범위, 및 정신 내에서 가능하고, 이들 변동들은 이 출원의 정독 후 당업자에게 분명해질 것이다. 따라서, 본 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로서 간주되고, 본 발명은 본 명세서에 주어진 상세들에 제한되지 않지만, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 웨이퍼 상에 나이트라이드 막을 제작하는 방법에 있어서,
    제 1 질소-함유 반응물질의 플라즈마 변환을 통해 웨이퍼 상에 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착하도록 프로세스 챔버 내의 상기 웨이퍼를 하나 이상의 PEALD (plasma-enhanced atomic layer) 사이클들에 노출시키는 단계; 및
    제 2 질소-함유 반응물질의 열적 변환을 통해 상기 웨이퍼 상에 하나 이상의 부가적인 나이트라이드 층들을 증착하도록 상기 프로세스 챔버 내의 상기 웨이퍼를 하나 이상의 열적 ALD (thermal atomic layer deposition) 사이클들에 노출시키는 단계로서, 상기 하나 이상의 나이트라이드 층들 및 상기 하나 이상의 부가적인 나이트라이드 층들은 2.0 초과의 굴절률을 갖는 나이트라이드 막을 형성하는, 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출시키는 단계를 포함하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키는 단계는 상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출시키는 단계 전에 발생하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키는 단계는 상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출시키는 단계 후에 발생하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들의 수는 상기 나이트라이드 막을 형성하기 위한 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들의 수 이상인, 나이트라이드 막 제작 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키는 단계는,
    실리콘-함유 전구체를 상기 웨이퍼로 도입하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 나이트라이드 층들을 형성하기 위해 상기 실리콘-함유 전구체와 상기 제 1 질소-함유 반응물질 사이의 반응을 구동하도록 상기 웨이퍼를 상기 제 1 질소-함유 반응물질 및 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출시키는 단계는,
    실리콘-함유 전구체를 상기 웨이퍼로 도입하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 부가적인 나이트라이드 층들을 형성하기 위해 상기 실리콘-함유 전구체와 상기 제 2 질소-함유 반응물질 사이의 반응을 구동하도록 상기 웨이퍼를 상기 제 2 질소-함유 반응물질 및 상승된 온도에 노출시키는 단계를 포함하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상승된 온도는 500 ℃내지 630 ℃인, 나이트라이드 막 제작 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 질소-함유 반응물질은 상기 제 2 질소-함유 반응물질과 동일한, 나이트라이드 막 제작 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나이트라이드 막은 실리콘 나이트라이드 막을 포함하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키는 단계 및 상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출시키는 단계는 상기 웨이퍼를 혼합된 모드 ALD 사이클에 노출시키는 단계를 구성하고,
    상기 방법은,
    목표된 두께를 갖는 상기 나이트라이드 막을 형성하기 위해 상기 프로세스 챔버 내의 상기 웨이퍼를 복수의 혼합된 모드 ALD 사이클들에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 나이트라이드 막 제작 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼 온도, 도즈 압력, 도즈 시간, 변환 압력, 도즈 전구체의 플로우 레이트, 반응물질의 플로우 레이트, 또는 변환 시간 중 적어도 하나의 프로세스 조건들은 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에서 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들과 상이한, 나이트라이드 막 제작 방법.
  12. 웨이퍼 상에 나이트라이드 막을 제작하기 위한 장치에 있어서,
    프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 있고 웨이퍼를 홀딩하도록 구성된 페데스탈;
    상기 프로세스 챔버 내로 프로세스 가스들의 전달을 위한 샤워헤드;
    상기 프로세스 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성된 RF 전력 소스; 및
    제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    제 1 질소-함유 반응물질의 플라즈마 변환을 통해 상기 웨이퍼 상에 하나 이상의 나이트라이드 층들을 증착하도록 상기 프로세스 챔버 내의 상기 웨이퍼를 하나 이상의 PEALD (plasma-enhanced atomic layer) 사이클들에 노출시키는 동작; 및
    제 2 질소-함유 반응물질의 열적 변환을 통해 상기 웨이퍼 상에 하나 이상의 부가적인 나이트라이드 층들을 증착하도록 상기 프로세스 챔버 내의 상기 웨이퍼를 하나 이상의 열적 ALD (thermal atomic layer deposition) 사이클들에 노출시키는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 구성되고, 상기 하나 이상의 나이트라이드 층들 및 상기 하나 이상의 부가적인 나이트라이드 층들은 나이트라이드 막을 형성하는, 나이트라이드 막 제작 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 나이트라이드 막은 2.0 초과의 굴절률을 갖는, 나이트라이드 막 제작 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    PEALD 사이클 각각은 제 1 도즈 페이즈 및 플라즈마 변환 페이즈를 포함하고 열적 ALD 사이클 각각은 제 2 도즈 페이즈 및 열적 변환 페이즈를 포함하고, 상기 제 2 도즈 페이즈는 상기 제 1 도즈 페이즈보다 보다 길고 상기 열적 변환 페이즈는 상기 플라즈마 변환 단계보다 보다 긴, 나이트라이드 막 제작 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들의 수는 상기 나이트라이드 막을 형성하기 위한 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들의 수 이상인, 나이트라이드 막 제작 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 질소-함유 반응물질은 상기 제 2 질소-함유 반응물질과 동일한, 나이트라이드 막 제작 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키기 위한 인스트럭션들 및 상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출시키기 위한 인스트럭션들은 상기 웨이퍼를 혼합된 모드 ALD 사이클에 노출시키기 위한 인스트럭션들을 구성하고,
    상기 제어기는,
    목표된 두께를 갖는 상기 나이트라이드 막을 형성하도록 상기 프로세스 챔버 내의 상기 웨이퍼를 복수의 혼합된 모드 ALD 사이클들에 노출시키는 동작을 수행하기 위한 인스트럭션들로 더 구성되는, 나이트라이드 막 제작 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 페데스탈에 열적으로 커플링된 하나 이상의 히터들을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 히터들은 상기 제 2 질소-함유 반응물질의 열적 변환 동안 상기 페데스탈을 500 ℃ 내지 630 ℃의 온도로 유지하는, 나이트라이드 막 제작 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 웨이퍼가 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출되기 전에 상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키기 위한 인스트럭션들로 구성되는, 나이트라이드 막 제작 장치.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 웨이퍼가 상기 하나 이상의 열적 ALD 사이클들에 노출된 후에 상기 웨이퍼를 상기 하나 이상의 PEALD 사이클들에 노출시키기 위한 인스트럭션들로 구성되는, 나이트라이드 막 제작 장치.
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