KR20220127899A - 탄소 화합물 막 증착을 위한 방법들 및 장치 - Google Patents

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치웨이 리앙
스리니바스 디. 네마니
첸차우 크리스 잉
엘리 와이. 이에
에리카 첸
니틴 토마스 알렉스
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Abstract

기판 상에 탄소 화합물을 증착하기 위한 방법 및 장치는, 챔버 바디, 덮개(lid), 내부 체적, 펌핑 장치(pumping apparatus), 및 가스 전달 시스템을 갖는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)(ICP) 챔버, 및 ICP 챔버의 내부 체적 내에 배치된 기판을 지지하기 위한 페데스탈(pedestal)의 사용을 포함하고, 페데스탈은 상부 표면을 가지며 질화 알루미늄으로 형성된 상부 부분 ― 상부 부분은 기판을 지지하고, 매립된 가열 요소들로 기판을 가열하도록 구성됨 ― 및 상부 부분을 지지하고 상부 부분의 매립된 가열 요소들에 전력을 공급하기 위한 전극들을 수용하도록 구성된, 질화 알루미늄으로 형성된 튜브형(tube-like) 구조를 갖는 하부 부분을 갖고, 페데스탈은 탄소 화합물 막의 증착 동안 기판을 가열하도록 구성된다.

Description

탄소 화합물 막 증착을 위한 방법들 및 장치
[0001] 본 원리들의 실시예들은 일반적으로 반도체 처리를 위한 유도 결합 플라즈마 반응기 챔버들(inductively coupled plasma reactor chambers)에 관한 것이다.
[0002] 다이아몬드(diamond) 및 그래핀(graphene)과 같은 탄소 기반 막들의 대규모 성장은 막들의 우수한 기계적 및 전기적 특성들로 인해 많은 관심을 받고 있다. 다이아몬드 막은 극도의 경도, 높은 열전도도, 우수한 광학적 투명도, 및 높은 전기 저항률과 같은 다양한 우수한 특성들을 가지고 있어, 오랜 기간 동안 광학 코팅(coating) 분야들에서 사용되어 왔다. 다이아몬드 막은 또한 기존의 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 증착된 다른 비정질 탄소 막들과 비교하여 다이아몬드 막들의 우수한 에칭 선택성(etch selectivity)으로 인해 반도체 산업에서 하드 마스크(hard mask) 재료로서도 사용될 수 있다. 에칭 선택성은 다이아몬드 막의 매우 높은 sp3 탄소 비율로 인해 다른 비정질 탄소 막들보다 2 또는 3 배 더 높을 수 있다. 그래핀은, 얇은 두께 및 높은 전자 이동도로 인해, 차세대 반도체 디바이스들에 대한 기존의 금속 배리어 층들(barrier layers)을 대체하도록 사용될 수 있는데, 금속 라인들(metal lines)의 두께 및 치수들이 계속해서 수축됨에 따라 금속 라인들의 저항이 점점 더 높아지기 때문이다. 그래핀은 또한 예를 들어 스마트 시계 적용들과 같은 유연한 전자 제품들에 사용될 수 있는 높은 광학 투명도를 가지고 있다. 그러나, 본 발명자들은 균일한 탄소 화합물 막들을 제조하는 것이 극도로 어렵고 시간 소모적이어서, 이러한 막들의 광범위한 사용을 크게 감소시킨다는 것을 발견하였다.
[0003] 따라서, 본 발명자들은 기판들 상에 탄소 화합물 막들을 증착하기 위한 개선된 방법들 및 장치를 제공하였다.
[0004] 유도 결합 플라즈마 반응기들을 사용하여 탄소 화합물 막들의 향상된 증착을 위한 방법들 및 장치가 본 명세서에 제공된다.
[0005] 일부 실시예들에서, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치는 챔버 바디, 덮개(lid), 내부 체적, 펌핑 장치(pumping apparatus), 및 가스 전달 시스템을 갖는 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버; 및 ICP 챔버의 내부 체적 내에 배치된 기판을 지지하기 위한 페데스탈(pedestal)을 포함할 수 있고, 여기서 페데스탈은, 상부 표면을 가지며 질화 알루미늄으로 형성된 상부 부분 － 상부 부분은 기판을 지지하고, 매립된 가열 요소들로 기판을 가열하도록 구성됨 －, 및 상부 부분을 지지하고 상부 부분의 매립된 가열 요소들에 전력을 공급하기 위한 전극들을 수용하도록 구성된, 질화 알루미늄으로 형성된 튜브형(tube-like) 구조를 갖는 하부 부분을 갖고, 여기서 페데스탈은 탄소 화합물 막의 증착 동안 기판을 가열하도록 구성된다.
[0006] 일부 실시예들에서, 페데스탈이 기판을 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로 가열하도록 구성되고, 챔버 바디의 덮개는 평평하고, ICP 챔버는 덮개 위에 동축 상단 코일들(coaxial top coils)을 갖고, 챔버 바디의 덮개는 돔형(domed)이고, ICP 챔버는 상단 코일 및 측면 코일을 갖고, 펌핑 장치는 대략 2 mTorr 내지 대략 2 Torr의 압력을 유지하도록 구성되고, 매립된 가열 요소들은 대략 2 kW 내지 대략 4 kW에서 동작하도록 구성되고, 매립된 가열 요소들은 탄소 화합물 막의 균일한 증착을 제공하도록 구성된 내부 가열 구역 및 외부 가열 구역을 갖고, 내부 가열 구역에 공급되는 제1 전력은 외부 가열 구역에 공급되는 제2 전력보다 작고, 가스 전달 시스템은 상단 및 측면 노즐 가스 주입구로 구성되고, 페데스탈은 수직으로 회전하거나 또는 이동하도록 구성되고, 및/또는 하부 부분은 열 손실이 감소되도록 대략 0.05 인치 내지 대략 0.10 인치의 벽 두께를 갖는다.
[0007] 일부 실시예들에서, 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치는, ICP 챔버의 내부 체적 내에 배치되도록 구성되고, 탄소 화합물 막의 증착 동안 기판을 가열하도록 구성된 페데스탈을 포함하고, 페데스탈은, 상부 표면을 가지며 질화 알루미늄으로 형성된 상부 부분 ― 상부 부분은 기판을 지지하도록 구성되고, 상부 부분은 기판을 가열하기 위한 매립된 가열 요소들을 가짐 ―, 및 상부 부분을 지지하고, 매립된 가열 요소들에 전력을 공급하기 위한 전극들을 수용하도록 구성된, 질화 알루미늄으로 형성된 튜브형 구조를 갖는 하부 부분으로 구성된다.
[0008] 일부 실시예들에서, 매립된 가열 요소들이 기판을 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로 가열하도록 구성되고, 매립된 가열 요소들은 대략 2 kW 내지 대략 4 kW에서 동작하도록 구성되고, 매립된 가열 요소들은 탄소 화합물 막의 균일한 증착을 제공하도록 구성된 내부 가열 구역 및 외부 가열 구역을 갖고, 내부 가열 구역에 공급되는 제1 전력은 외부 가열 구역에 공급되는 제2 전력보다 작고, 페데스탈은 ICP 챔버에 포지셔닝될 때 탄소 화합물 막의 증착 동안 회전하도록 구성되고, 페데스탈은 ICP 챔버에 포지셔닝될 때 수직으로 이동하도록 구성되고, 및/또는 하부 부분은 열 손실이 감소되도록 대략 0.05 인치 내지 대략 0.10 인치의 벽 두께를 갖는다.
[0009] 일부 실시예들에서, 탄소 화합물 막을 증착하기 위한 방법은 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버에서, 매립된 가열 요소들을 갖는, 질화 알루미늄으로 형성된 페데스탈 상에 기판을 배치하는 단계, 매립된 가열 요소들에 대략 2 kW 내지 대략 4 kW의 전력을 공급함으로써 기판을 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로 가열하는 단계, 및 기판 상에 탄소 화합물 막을 증착하기 위해 ICP 챔버의 내부 처리 체적 내로 하나 이상의 가스들을 주입하면서 ICP 챔버에서 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0010] 일부 실시예들에서, 본 방법은 막 균일성을 증가시키기 위해 탄소 화합물 막의 증착 동안 페데스탈을 회전시키는 단계 및/또는 내부 가열 구역 및 외부 가열 구역을 갖는 매립된 가열 요소들을 사용하여 기판을 가열하는 단계를 더 포함할 수 있고, 내부 가열 구역 온도는 막 성장의 균일성을 증가시키도록 외부 가열 구역 온도보다 낮다.
[0011] 다른 및 추가 실시예들이 아래에 개시되어 있다.
[0012] 위에서 간략하게 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 원리들의 실시예들은 첨부된 도면들에 도시된 본 원리들의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 원리들의 전형적인 실시예들만을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 이 원리들이 다른 동등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0013] 도 1은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 탄소 화합물 막을 증착하기 위한, 평평한 덮개를 갖는 유도 결합 플라즈마 챔버의 개략적인 측면도를 도시한다.
[0014] 도 2는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 탄소 화합물 막을 증착하기 위한, 돔형 덮개를 갖는 유도 결합 플라즈마 챔버의 개략적인 측면도를 도시한다.
[0015] 도 3은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 유도 결합 플라즈마 챔버를 위한 이중 구역 가열을 갖는 페데스탈의 등각도를 도시한다.
[0016] 도 4는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 유도 결합 플라즈마 챔버를 이용하여 탄소 화합물 막을 증착하기 위한 방법이다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 한, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려지지 않으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 더 이상의 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다.
[0018] 탄소 화합물 막들을 증착하기 위한 방법들 및 장치는 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버에서 막 성장을 촉진하기 위해 페데스탈 형태의 기판 히터(heater)를 사용한다. 기판 히터는 또한 증착된 막의 균일성을 증가시키기 위해 증착 동안 회전될 수 있다. 본 원리들에 따른 ICP 챔버 증착 처리는, ICP가 높은 라디칼 밀도(radical density)를 갖고 더 낮은 온도에서 웨이퍼(wafer) 상에 탄소 화합물 막을 증착할 수 있기 때문에, 탄소 화합물들의 저온 증착에 적합하다. 높은 라디칼 밀도는 높은 화학 반응성을 선호하며, 낮은 온도는 웨이퍼의 디바이스 손상을 최소화할 수 있다. 탄화수소 및 수소와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 케미스트리들(chemistries)을 사용하는 ICP는 다이아몬드 및 그래핀 층들을 모두 성장시키기 위해 사용된다. ICP는 빠른 증착을 위한 고밀도 탄화수소 종을 제공할 뿐만 아니라, 낮은 공정 온도들에서 비정질 탄소 상(phase)을 에칭할 수 있는 고밀도 수소 라디칼들도 제공하여, 크게 감소된 공정 온도들에서 고품질 막들의 빠른 증착을 생성할 수 있다. 본 원리들의 방법들 및 장치는 ICP 화학 기상 증착(CVD)과 혁신적인 인-시튜 시드(in-situ seed) 및 인터페이스(interface) 제어들을 결합하여, 대량 제조에 적합한 유전체 및 금속 기판들 모두에 고품질 다이아몬드 및 그래핀 막들을 생성한다.
[0019] 현재, 고품질 다이아몬드 및 그래핀 막들은 일반적으로 섭씨 800 도 내지 섭씨 1000 도의 높은 성장 온도들을 사용하여 CVD 성장에 의해 증착되어야 한다. 그러나, 디바이스 웨이퍼들 상의 금속 라인들 및 로우 k(low k) 막들은 이러한 높은 온도들을 견딜 수 없기 때문에, 높은 온도들은 반도체 산업에서 사용되는 현재의 통합 공정 흐름과 양립될 수 없다. 또한, 고온 CVD에 의해 증착된 그래핀은 또한 두꺼운 금속 호일들(foils)로부터 이송될 필요가 있으며, 이는 불편하고 산업적 적용들에 적합하지 않다. 본 원리들의 방법들 및 장치는 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도의 저온 성장을 제공하여, 고품질의 균일한 탄소 화합물 막들을 유지하면서 고온 증착들로 인한 부정적인 영향들을 제거한다.
[0020] 본 원리들의 방법들 및 장치의 또 다른 이점은, 평평한 덮개 유형 ICP 챔버들 및 돔형 덮개 유형 ICP 챔버들이 모두 탄소 화합물 막 증착 공정들과 양립될 수 있다는 점이다. 본 원리들의 방법들 및 장치는 또한 단일 웨이퍼 반응기들 및 트윈(twin) 웨이퍼 반응기들과 함께 작동한다. 도 1은 일부 실시예들에 따라 탄소 화합물 막을 증착하기 위한, 평평한 덮개(112)를 갖는 ICP 챔버(100)의 개략적인 측면도를 도시한다. 평평한 덮개(112)는 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄 계열의 재료로 형성될 수 있다. ICP 챔버(100)는 증착이 일어나는 내부 처리 체적(104)을 둘러싸는 챔버 벽들(102)을 포함한다. ICP 챔버(100)는 또한 펌핑 시스템(106)을 포함하여, ICP 챔버(100) 내의 압력을 제어하고 기판이 처리되기 전에, 처리되는 동안 또는 처리된 후에 원하지 않는 가스들을 배출한다. 일부 실시예들에서, ICP 챔버(100)의 내부 처리 체적(104) 내의 압력은 대략 2 mTorr 내지 대략 500 mTorr로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, ICP 챔버(100)의 내부 처리 체적(104) 내의 압력은 대략 2 mTorr 내지 대략 2000 mTorr로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌핑 시스템(106)은 또한 ICP 챔버(100) 내의 압력을 유지하는 것을 돕기 위해 스로틀링 게이트 밸브(throttling gate valve)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌핑 시스템(106)은 또한 신속한 펌프 다운(fast pump down)을 위한 러핑 펌프(roughing pump) 및 더 높은 진공 압력들을 위한 터보분자 펌프(turbomolecular pump)를 포함할 수도 있다.
[0021] 가스 전달 시스템(108)은 노즐(110)을 통해 내부 처리 체적(104) 내로 공정 가스들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 가스 전달 시스템(108)은 샤워헤드들(showerheads), 가스 링들(gas rings), 및/또는 노즐들 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 공정 가스들은 메탄, 아세틸렌, 수소, 산소, 아르곤, 및/또는 헬륨 가스들 등을 기반으로 하는 가스들을 포함할 수 있다. 플라즈마는 내부 코일(114) 및 외부 코일(116)을 포함하는 이중 나선형 코일 안테나(antenna)를 갖는 상단 코일들을 사용하여 내부 처리 체적(104)에서 유도 결합된다. 플라즈마 결합 전력이, 단일 유닛 또는 다중 유닛들일 수 있는 플라즈마 결합 전력 공급기(118)에 의해 제공된다. 플라즈마 결합 전력 공급기(118)는 대략 3 kW 내지 대략 5 kW의 전력으로 대략 2 mHz 내지 대략 60 mHz의 주파수를 갖는 RF 전력을 제공한다. 공급된 RF 전력은 연속적이거나 또는 펄스형일 수 있다. 플라즈마 결합 전력 공급기(118)는 또한 임피던스들(impedances)을 조정하기 위해 플라즈마 결합 전력 공급기(118)와 상단 코일들 사이에 포지셔닝된 하나 이상의 RF 정합 네트워크들을 포함할 수 있다.
[0022] 페데스탈(120)은 상부 부분(122) 및 하부 부분(124)을 포함한다. 상부 부분(122)은 예를 들어 제1 매립된 히터(136) 및 제2 매립된 히터(138)에 의해 제공되는 하나 이상의 가열 구역들을 포함한다. 하나 이상의 가열 구역들은 하나 이상의 전력 공급기들에 연결된다. 도 1에 도시된 예에서, 제1 매립된 히터(136)는 제1 전극(140)을 통해 히터 전력 공급기(144)에 연결된다. 제2 매립된 히터(138)는 제2 전극(142)을 통해 히터 전력 공급기(144)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 히터 전력 공급기(144)는 제1 매립된 히터(136) 및 제2 매립된 히터(138) 각각에 대략 2 kW 내지 대략 4 kW를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 초과의 히터 전력 공급기가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 부분(122)은 또한 기판들이 페데스탈(120) 상으로 그리고 페데스탈로부터 들어 올려질 수 있도록 리프트 핀들(lift pins)(154)이 상부 부분을 통과하도록 할 수 있다(예를 들어, 도 3 참조). 페데스탈(120)에는 리프팅 조립체(128)에 의해 수직 운동(126)이 제공된다. 벨로우즈(bellows)(130)는 내부 처리 체적(104)의 밀봉을 깨뜨리지 않고 수직 운동(126)이 발생할 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 페데스탈(120)은 또한 페데스탈(120)에 회전 운동(132)을 제공하는 선택적인 회전 조립체(134)를 가질 수 있다. 회전 운동(132)은 기판의 처리 동안 더 균일한 막 증착을 제공하는 것을 보조한다.
[0023] ICP 챔버(100)는 또한 제어기(146)를 포함할 수 있다. 제어기(146)는 직접 제어를 사용하여, 또는 대안적으로 ICP 챔버(100)와 관련된 컴퓨터들(또는 제어기들)을 제어함으로써 ICP 챔버(100)의 동작을 제어한다. 동작 시, 제어기(146)는 ICP 챔버(100)의 성능을 최적화하기 위해 데이터 수집 및 피드백(feedback)을 가능하게 한다. 제어기(146)는 일반적으로 중앙 처리 장치(CPU)(148), 메모리(150), 및 지원 회로(152)를 포함한다. CPU(148)는 산업 환경에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 지원 회로(152)는 통상적으로 CPU(148)에 결합되고, 캐시(cache), 클록 회로들(clock circuits), 입력/출력 서브시스템들(subsystems), 전력 공급기들 등을 포함할 수 있다. 상술된 방법과 같은 소프트웨어 루틴들(Software routines)은 메모리(150)에 저장될 수 있고, CPU(148)에 의해 실행될 때, CPU(148)를 특정 목적의 컴퓨터(제어기(146))로 변환시킨다. 소프트웨어 루틴들은 또한 ICP 챔버(100)로부터 원격으로 위치된 제2 제어기(도시되지 않음)에 의해 저장되고 그리고/또는 실행될 수 있다.
[0024] 메모리(150)는, CPU(148)에 의해 실행될 때, 반도체 공정들 및 장비의 동작을 용이하게 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 형태이다. 메모리(150)의 명령들은 본 원리들의 장치를 구현하는 프로그램(program)과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드(code)는 다수의 다른 프로그래밍 언어들 중 임의의 하나를 따를 수 있다. 일 예에서, 본 개시는 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위해 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 양태들의 기능들을 정의한다. 예시적인 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 다음이 포함된다(그러나 이에 제한되지 않음): 정보가 영구적으로 저장되는 기입불가능한 저장 매체(예를 들어, CD-ROM 드라이브(drive)로 판독가능한 CD-ROM 디스크들(disks), 플래시 메모리(flash memory), ROM 칩들(ROM chips), 또는 임의의 유형의 솔리드 스테이트(solid-state) 비휘발성 반도체 메모리와 같은 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들); 및 변경 가능한 정보가 저장되는 기입가능한 저장 매체(예를 들어, 디스켓 드라이브 또는 하드 디스크 드라이브 내의 플로피 디스크들(floppy disks) 또는 임의의 유형의 솔리드 스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리). 이러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 본 명세서에 설명된 기판 가열 시스템의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독 가능 명령들을 보유할 때, 본 원리들의 양태들이다.
[0025] 도 2는 일부 실시예들에 따라 탄소 화합물 막을 증착하기 위한, 돔형 덮개(212)를 갖는 ICP 챔버(200)의 개략적인 측면도를 도시한다. 돔형 덮개(212)는 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄 기반 재료로 형성될 수 있다. ICP 챔버(200)는 증착이 일어나는 내부 처리 체적(204)을 둘러싸는 챔버 벽들(202)을 포함한다. ICP 챔버(200)는 또한 펌핑 시스템(206)을 포함하여, ICP 챔버(200) 내의 압력을 제어하고 기판이 처리되기 전에, 처리되는 동안 또는 처리된 후에 원하지 않는 가스들을 배출한다. 일부 실시예들에서, ICP 챔버(200)의 내부 처리 체적(204) 내의 압력은 대략 2 mTorr 내지 대략 500 mTorr로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, ICP 챔버(200)의 내부 처리 체적(204) 내의 압력은 대략 2 mTorr 내지 대략 2000 mTorr로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌핑 시스템(206)은 또한 ICP 챔버(200) 내의 압력을 유지하는 것을 돕기 위해 스로틀링 게이트 밸브를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌핑 시스템(206)은 또한 신속한 펌프 다운을 위한 러핑 펌프 및 고진공 압력들을 위한 터보분자 펌프를 포함할 수 있다.
[0026] 가스 전달 시스템(208)은 상단 노즐(210) 및 측면 노즐들(256)을 통해 내부 처리 체적(204) 내로 공정 가스들을 제공한다. 상단 노즐(210) 및 측면 노즐들(256)은 기판 상에 균일한 증착을 제공하는 것을 용이하게 하도록 조정될 수 있다. 노즐들은 알루미늄, 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 전달 시스템(208)은 샤워헤드들, 가스 링들, 및/또는 노즐들 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 공정 가스들은 메탄, 아세틸렌, 수소, 산소, 아르곤, 및/또는 헬륨 가스들 등을 기반으로 하는 가스들을 포함할 수 있다. 플라즈마는 상단 코일(214) 및 측면 코일(216)을 사용하여 유도 결합된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 결합 전력은 상단 코일 플라즈마 결합 전력 공급기(218) 및 측면 코일 플라즈마 결합 전력 공급기(258)에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상단 코일(214) 및 측면 코일(216)은 공통 플라즈마 결합 전력 공급기(도시되지 않음)에 의해 전력이 공급될 수 있다. 상단 코일 플라즈마 결합 전력 공급기(218) 및 측면 코일 플라즈마 결합 전력 공급기(258)는 대략 3 kW 내지 대략 20 kW의 전력으로 대략 2 mHz 내지 대략 60 mHz의 주파수를 갖는 RF 전력을 제공한다. 공급된 RF 전력은 연속적이거나 또는 펄스형일 수 있다. 상단 코일 플라즈마 결합 전력 공급기(218) 및 측면 코일 플라즈마 결합 전력 공급기(258)는 임피던스들을 조정하기 위해 전력 공급기들과 코일들 사이에 각각 포지셔닝된 RF 정합 네트워크들을 또한 포함할 수 있다.
[0027] 페데스탈(220)은 상부 부분(222) 및 하부 부분(224)을 포함한다. 상부 부분(222)은 예를 들어 제1 매립된 히터(236) 및 제2 매립된 히터(238)에 의해 제공되는 하나 이상의 가열 구역들을 포함한다. 하나 이상의 가열 구역들은 하나 이상의 전력 공급기들에 연결된다. 도 2에 도시된 예에서, 제1 매립된 히터(236)는 제1 전극(240)을 통해 히터 전력 공급기(244)에 연결된다. 제2 매립된 히터(238)는 제2 전극(242)을 통해 히터 전력 공급기(244)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 히터 전력 공급기(244)는 제1 매립된 히터(236) 및 제2 매립된 히터(238) 각각에 대략 2 kW 내지 대략 4 kW를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 부분(222)은 또한 기판들이 페데스탈(220) 상으로 그리고 페데스탈로부터 들어 올려질 수 있도록 리프트 핀들(254)이 상부 부분을 통과할 수 있게 할 수 있다(예를 들어, 도 3 참조). 페데스탈(220)에는 리프팅 조립체(228)에 의해 수직 운동(226)이 제공된다. 벨로우즈(230)는 내부 처리 체적(204)의 밀봉을 깨뜨리지 않고 수직 운동(226)이 발생할 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 페데스탈(220)은 또한 페데스탈(220)에 회전 운동(232)을 제공하는 선택적인 회전 조립체(234)를 가질 수 있다. 회전 운동(232)은 기판의 처리 동안 더 균일한 막 증착을 제공하는 것을 보조한다.
[0028] ICP 챔버(200)는 또한 제어기(246)를 포함할 수 있다. 제어기(246)는 직접 제어를 사용하여, 또는 대안적으로 ICP 챔버(200)와 관련된 컴퓨터들(또는 제어기들)을 제어함으로써 ICP 챔버(200)의 동작을 제어한다. 동작 시, 제어기(246)는 ICP 챔버(200)의 성능을 최적화하기 위해 데이터 수집 및 피드백을 가능하게 한다. 제어기(246)는 일반적으로 중앙 처리 장치(CPU)(248), 메모리(250), 및 지원 회로(252)를 포함한다. CPU(248)는 산업 환경에서 사용될 수 있는 범용 컴퓨터 프로세서의 임의의 형태일 수 있다. 지원 회로(252)는 통상적으로 CPU(248)에 결합되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급기들 등을 포함할 수 있다. 상술된 방법과 같은 소프트웨어 루틴들은 메모리(250)에 저장될 수 있고, CPU(248)에 의해 실행될 때, CPU(248)를 특정 목적의 컴퓨터(제어기(246))로 변환시킬 수 있다. 소프트웨어 루틴들은 또한 ICP 챔버(200)로부터 원격으로 위치된 제2 제어기(도시되지 않음)에 의해 저장되고 그리고/또는 실행될 수 있다.
[0029] 메모리(250)는, CPU(248)에 의해 실행될 때, 반도체 공정들 및 장비의 동작을 용이하게 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 형태이다. 메모리(250)의 명령들은 본 원리들의 장치를 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드는 다수의 다른 프로그래밍 언어들 중 하나를 따를 수 있다. 일 예에서, 본 개시는 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위해 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 양태들의 기능들을 정의한다. 예시적인 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에는 다음이 포함된다(그러나 이에 제한되지 않음): 정보가 영구적으로 저장되는 기입불가능한 저장 매체(예를 들어, CD-ROM 드라이브로 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 솔리드 스테이트 비휘발성 반도체 메모리와 같은 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들); 및 변경 가능한 정보가 저장되는 기입가능한 저장 매체(예를 들어, 디스켓 드라이브 또는 하드 디스크 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 임의의 유형의 솔리드 스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리). 이러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는, 본 명세서에 설명된 기판 가열 시스템의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독 가능 명령들을 보유할 때, 본 원리들의 양태들이다.
[0030] 도 3은 일부 실시예들에 따른 유도 결합 플라즈마 챔버를 위한 이중 구역 가열을 갖는 페데스탈(300)의 등각도를 도시한다. 페데스탈(300)은 기판을 지지하고 기판을 가열하도록 구성된 상부 부분(302)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상부 부분(302)은 페데스탈(300)이 수직 하향으로 이동할 때 상부 부분(302)으로부터 기판을 들어 올리기 위해 리프트 핀들(도시되지 않음, 도 1 및 도 2 참조)이 상부 부분(302)을 통과할 수 있게 하는 하나 이상의 관통 통로들(308)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상부 부분(302)은 하나 이상의 가열 구역들을 포함한다. 도 3의 예에서, 제1 가열 구역은 상부 부분(302)의 중앙에 포지셔닝된 제1 세트의 매립된 가열 요소들(310)에 의해 정의된다. 제1 세트의 매립된 가열 요소들(310)은 가열 전력 공급기(도시되지 않음, 도 1 및 도 2 참조)에 연결되도록 구성된 제1 전극(318)과 전기적으로 접촉한다. 제2 가열 구역은 상부 부분(302)의 주변부 부근에 포지셔닝된 제2 세트의 매립된 가열 요소들(312)에 의해 정의된다. 제2 세트의 매립된 가열 요소들(312)은 가열 전력 공급기(도시되지 않음, 도 1 및 도 2 참조)에 연결되도록 구성된 제2 전극(320)과 전기적으로 접촉한다. 일부 실시예들에서, 막 증착 동안, 제2 가열 구역은 ICP 챔버 내에서 발생하는 기판의 에지 냉각(edge cooling)을 보상하기 위해 제1 가열 구역에 비해 대략 75 % 내지 대략 125 % 더 높은 전력이 인가될 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 제2 가열 구역은 제1 가열 구역보다 더 높은 온도를 갖는다.
[0031] 상부 부분(302)은 질화 알루미늄 재료로 형성되고, 일부 실시예들에서, 대략 0.500 인치 내지 대략 0.750 인치의 두께(306)를 갖는다. 질화 알루미늄 재료는 높은 열 전도성을 가지며, 이중 가열 구역들과 함께 사용될 때, 상부 부분(302)이 기판을 균일한 온도로 가열할 수 있게 하여, 기판 표면 상의 막의 증가된 그리고 보다 균일한 성장을 허용한다. 질화 알루미늄 재료는 증착 공정 동안 사용되는 화학 물질들에도 저항성이 있다. 페데스탈(300)은 질화 알루미늄으로 형성된 튜브형 구조를 갖는 하부 부분(304)을 갖는다. 하부 부분(304)은 대략 0.05 인치 내지 대략 0.10 인치의 두께(316)를 갖는 벽들(314)을 갖는다. 본 발명자들은 벽들(314)의 두께(316)가 최소로 유지된다면, 하부 부분(304)을 통해 페데스탈(300)로부터의 열 손실이 극적으로 감소될 것이라는 것을 발견하였다. 하부 부분(304)의 튜브형 구조는 제1 전극 및 제2 전극이 하부 부분(304) 내에서 상부 부분(302)으로 라우팅되는(routed) 것을 허용하고, 제1 세트의 매립된 가열 요소들(310) 및 제2 세트의 매립된 가열 요소들(312)과 각각 연결시킨다.
[0032] 도 4는 일부 실시예들에 따른 ICP 챔버에서 탄소 화합물 막을 증착하기 위한 방법(400)이다. 블록(402)에서, 기판은 ICP 챔버 내에서 매립된 가열 요소들을 갖는, 질화 알루미늄으로 형성된 페데스탈 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 매립된 가열 요소들은 하나 이상의 가열 구역들을 형성할 수 있고, 예를 들어 ICP 챔버의 내부 처리 체적에서 가스 흐름에 의해 발생되는 에지 냉각 효과들이 있는 경우에도 기판의 균일한 가열을 제공하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 가열 구역들은 페데스탈의 상부 부분 내에서 중앙에 포지셔닝된 내부 가열 구역, 및 페데스탈의 상부 부분의 주변부에 근접하여 포지셔닝된 외부 가열 구역을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 외부 가열 구역은 기판의 주변부를 냉각시킬 수 있는 ICP 챔버 내부의 영향으로 인해 내부 가열 구역보다 더 높은 전력으로 가열될 수 있다. 블록(404)에서, 기판은 매립된 가열 요소들에 대략 2 kW 내지 대략 4 kW의 전력을 공급함으로써 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로, 매립된 가열 요소들에 의해 가열된다. 공급되는 전력은 상이한 가열 구역들 및/또는 ICP 챔버의 내부 온도들에 기반하여 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 매립된 가열 요소들에 의해 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 750 도로 가열된다. 일부 실시예들에서, 기판은 매립된 가열 요소들에 의해 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 700 도로 가열된다.
[0033] 블록(406)에서, 기판 상에 탄소 화합물 막을 증착하기 위해 하나 이상의 가스들을 ICP 챔버의 내부 처리 체적 내로 주입하면서, 플라즈마가 ICP 챔버에서 유도 결합된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 가스들은 메탄, 아세틸렌, 수소, 산소, 아르곤, 및/또는 헬륨 가스들 등을 기반으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 결합 전력은 대략 3 kW 내지 대략 20 kW의 전력으로 대략 2 mHz 내지 대략 60 mHz에서 동작하는 RF 연속 및/또는 펄싱 전력 소스일 수 있다. 이중 상단 코일들을 사용하는 일부 실시예들에서, 플라즈마 결합 전력은 대략 3 kW의 전력으로 대략 13.56 MHz에서 동작하는 RF 소스일 수 있다. 상단 및 측면 코일들을 사용하는 일부 실시예들에서, 상단 및 측면 코일들은 상단 코일 및 측면 코일에 제공되는 대략 10 kW의 전력으로 대략 2 mHz에서 동작하는 하나 이상의 RF 소스들에 의해 전력이 공급될 수 있다. 일부 실시예들에서, ICP 챔버는 탄소 화합물 막 증착 동안 대략 2 mTorr 내지 대략 500 mTorr의 압력으로 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, ICP 챔버는 탄소 화합물 막 증착 동안 대략 2 mTorr 내지 대략 2000 mTorr의 압력으로 동작될 수 있다. 기판의 가열은 기판 상의 증가된 탄소 화합물 막 성장을 촉진시킨다. 증착 공정은 대략 60 초 내지 대략 30 분 동안 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 페데스탈은 탄소 화합물 막 증착 공정들 동안 회전되어, 기판 상에서 더 균일한 증착이 발생한다.
[0034] 본 원리들에 따른 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예들은 또한 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되어 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체를 사용하여 저장된 명령들로서 구현될 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 기계에 의해 판독될 수 있는 형태로 정보를 저장하거나 또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다(예를 들어, 컴퓨팅 플랫폼(computing platform) 또는 하나 이상의 컴퓨팅 플랫폼들에서 실행되는 "가상 머신(virtual machine)"). 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체는 임의의 적절한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.
[0035] 전술한 내용은 본 원리들의 실시예들에 관한 것이지만, 그 기본 범위를 벗어나지 않고 본 원리들의 다른 및 추가의 실시예들이 고안될 수 있다.

Claims (20)

  1. 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치로서,
    챔버 바디(chamber body), 덮개(lid), 내부 체적, 펌핑 장치(pumping apparatus), 및 가스 전달 시스템을 갖는 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)(ICP) 챔버; 및
    상기 ICP 챔버의 상기 내부 체적 내에 배치된 기판을 지지하기 위한 페데스탈(pedestal)을 포함하며,
    상기 페데스탈은, 상부 표면을 가지며 질화 알루미늄으로 형성된 상부 부분 － 상기 상부 부분은 기판을 지지하고, 매립된 가열 요소들로 상기 기판을 가열하도록 구성됨 －, 및 상기 상부 부분을 지지하고 상기 상부 부분의 상기 매립된 가열 요소들에 전력을 공급하기 위한 전극들을 수용하도록 구성된, 질화 알루미늄으로 형성된 튜브형(tube-like) 구조를 갖는 하부 부분을 갖고, 상기 페데스탈은 탄소 화합물 막의 증착 동안 상기 기판을 가열하도록 구성되는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 기판을 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로 가열하도록 구성되는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 바디의 상기 덮개는 평평하고, 상기 ICP 챔버는 상기 덮개 위에 동축 상단 코일들(coaxial top coils)을 갖는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 바디의 상기 덮개는 돔형(domed)이고, 상기 ICP 챔버는 상단 코일 및 측면 코일을 갖는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑 장치는 대략 2 mTorr 내지 대략 2 Torr의 압력을 유지하도록 구성되는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 매립된 가열 요소들은 대략 2 kW 내지 대략 4 kW에서 동작하도록 구성되는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 매립된 가열 요소들은 상기 탄소 화합물 막의 균일한 증착을 제공하도록 구성된 내부 가열 구역 및 외부 가열 구역을 갖고, 상기 내부 가열 구역에 공급되는 제1 전력은 상기 외부 가열 구역에 공급되는 제2 전력보다 작은, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 전달 시스템은 상단 및 측면 노즐 가스 주입구로 구성되는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 페데스탈은 수직으로 회전하거나 또는 이동하도록 구성되는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 부분은 열 손실이 감소되도록 대략 0.05 인치 내지 대략 0.10 인치의 벽 두께를 갖는, 반도체 공정들에서 탄소 화합물 증착을 위한 장치.
  11. 유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치로서,
    상기 ICP 챔버의 내부 체적 내에 배치되도록 구성되고, 탄소 화합물 막의 증착 동안 상기 기판을 가열하도록 구성된 페데스탈을 포함하며,
    상기 페데스탈은,
    상부 표면을 가지며 질화 알루미늄으로 형성된 상부 부분 ― 상기 상부 부분은 상기 기판을 지지하도록 구성되고, 상기 상부 부분은 상기 기판을 가열하기 위한 매립된 가열 요소들을 가짐 ―; 및
    상기 상부 부분을 지지하고, 상기 매립된 가열 요소들에 전력을 공급하기 위한 전극들을 수용하도록 구성된, 질화 알루미늄으로 형성된 튜브형 구조를 갖는 하부 부분
    으로 구성되는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 매립된 가열 요소들은 상기 기판을 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로 가열하도록 구성되는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 매립된 가열 요소들은 대략 2 kW 내지 대략 4 kW에서 동작하도록 구성되는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 매립된 가열 요소들은 상기 탄소 화합물 막의 균일한 증착을 제공하도록 구성된 내부 가열 구역 및 외부 가열 구역을 갖는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 내부 가열 구역에 공급되는 제1 전력은 상기 외부 가열 구역에 공급되는 제2 전력보다 작은, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 ICP 챔버에 포지셔닝될 때 상기 탄소 화합물 막의 증착 동안 회전하도록 구성되는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 페데스탈은 상기 ICP 챔버에 포지셔닝될 때 수직으로 이동하도록 구성되는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 하부 부분은 열 손실이 감소되도록 대략 0.05 인치 내지 대략 0.10 인치의 벽 두께를 갖는, 유도 결합 플라즈마 챔버에서 기판을 가열하기 위한 장치.
  19. 탄소 화합물 막을 증착하기 위한 방법으로서,
    유도 결합 플라즈마(ICP) 챔버에서, 매립된 가열 요소들을 갖는, 질화 알루미늄으로 형성된 페데스탈 상에 기판을 배치하는 단계;
    상기 매립된 가열 요소들에 대략 2 kW 내지 대략 4 kW의 전력을 공급함으로써 상기 기판을 대략 섭씨 400 도 내지 대략 섭씨 800 도로 가열하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 탄소 화합물 막을 증착하기 위해 상기 ICP 챔버의 내부 처리 체적 내로 하나 이상의 가스들을 주입하면서, 상기 ICP 챔버에서 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는, 탄소 화합물 막을 증착하기 위한 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    막 균일성을 증가시키기 위해 상기 탄소 화합물 막의 증착 동안 상기 페데스탈을 회전시키는 단계; 또는
    내부 가열 구역 및 외부 가열 구역을 갖는 매립된 가열 요소들을 사용하여 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하며,
    내부 가열 구역 온도는 막 성장의 균일성을 증가시키도록 외부 가열 구역 온도보다 낮은, 탄소 화합물 막을 증착하기 위한 방법.
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