KR20220143082A - 유동성 갭 충전 막을 위한 다단계 프로세스 - Google Patents

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막시밀리안 클레몬스
니콜라스 베키아리스
스리니바스 디. 네마니
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

일반적으로, 본 명세서에 설명된 예들은 기판 상에 증착된 유동성 갭 충전(gap-fill) 막에 대해 동일한 프로세싱 챔버(processing chamber)에서 다수의 프로세스들(processes)을 수행하기 위한 방법들 및 프로세싱 시스템들에 관한 것이다. 예에서, 반도체 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버 및 시스템 제어기를 포함한다. 시스템 제어기는 프로세서(processor) 및 메모리(memory)를 포함한다. 메모리는 명령들을 저장하고, 명령들은 프로세서에 의해 실행될 때, 시스템 제어기로 하여금, 유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행되는, 프로세싱 챔버 내에서의 제1 프로세스를 제어하게 하고, 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행되는, 프로세싱 챔버 내에서의 제2 프로세스를 제어하게 한다. 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 막의 결합들(bonds)을 안정화시키는 것을 포함한다. 제2 프로세스는 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함한다.

Description

유동성 갭 충전 막을 위한 다단계 프로세스
[0001] 본 명세서에 설명된 예들은 일반적으로 반도체 프로세싱(processing) 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 예를 들어 동일한 프로세싱 챔버(processing chamber)에서, 기판 상의 유동성 갭 충전(gap-fill) 막에 대해 다단계 프로세스(process)를 수행하는 것에 관한 것이다.
[0002] 나노미터(nanometer) 및 더 작은 피처들(features)을 안정적으로 생산하는 것은 반도체 디바이스들(devices)의 차세대 VLSI(very large scale integration) 및 ULSI(ultra large-scale integration)를 위한 기술 과제들 중 하나이다. 회로 기술의 한계들에 부딪힘에 따라, VLSI 및 ULSI 기술의 치수들이 축소되면서 프로세싱 능력들에 대한 추가 요구 사항들이 부과되었다. 집적 회로 컴포넌트들(components)의 치수들이 감소됨에 따라(예를 들어, 나노미터 치수들), 컴포넌트들을 제조하기 위해 사용되는 재료들 및 프로세스들은 일반적으로 만족스러운 수준들의 전기적 성능을 얻기 위해 신중하게 선택된다.
[0003] 집적 회로 컴포넌트들의 감소된 치수들은 컴포넌트들 사이의 점점 더 작은 갭들로 이어질 수 있다. 더 큰 치수들에서 유사한 갭들을 충전하는 데 적합했을 수 있는 일부 프로세스들은 더 작은 치수들에서 갭들을 충전하는 데 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 집적 회로의 디바이스들의 만족스러운 성능을 유지하면서 더 작은 치수들로 복잡한 디바이스들을 형성할 수 있는 프로세스 및 프로세싱 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
[0004] 예들은 반도체 프로세싱 시스템을 포함한다. 반도체 프로세싱 시스템은 프로세싱 챔버 및 시스템 제어기를 포함한다. 시스템 제어기는 프로세서 및 메모리를 포함한다. 메모리는 명령들을 저장하고, 명령들은 프로세서에 의해 실행될 때, 시스템 제어기로 하여금, 유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행되는, 프로세싱 챔버 내에서의 제1 프로세스를 제어하게 하고, 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행되는, 프로세싱 챔버 내에서의 제2 프로세스를 제어하게 한다. 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 막의 결합들(bonds)을 안정화시키는 것을 포함한다. 제2 프로세스는 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함한다.
[0005] 예들은 또한 반도체 프로세싱을 위한 방법을 포함한다. 유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판은 프로세싱 챔버 내로 이송된다. 프로세싱 챔버 내에서 기판 상의 막에 대해 제1 프로세스가 수행된다. 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 막의 결합들을 안정화시키는 것을 포함한다. 프로세싱 챔버 내에서 기판 상의 막에 대해 제2 프로세스가 수행된다. 제2 프로세스는 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함한다.
[0006] 예들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 컴퓨터 시스템으로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령들을 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 더 포함한다. 동작들은: 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버 내에서 제1 프로세스를 수행하도록 프로세싱 시스템을 제어하는 동작, 및 프로세싱 챔버 내에서 제2 프로세스를 수행하도록 프로세싱 시스템을 제어하는 동작을 포함한다. 제1 프로세스는 유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행된다. 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 막의 결합들을 안정화시키는 것을 포함한다. 제2 프로세스는 안정화된 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행된다. 제2 프로세스는 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함한다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략히 요약된 보다 구체적인 설명이 예들을 참조로 하여 이루어질 있는데, 그 예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 일부 예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은 일부 예들에 따른 다중 챔버 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도를 도시한다.
[0009] 도 2는 일부 예들에 따른 프로세싱을 위한 고압 환경 및 프로세싱을 위한 저압 환경을 생성하도록 구성된 다중 압력 프로세싱 챔버의 개략도를 도시한다.
[0010] 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6은 일부 예들에 따른 다중 압력 프로세싱 챔버의 각각의 예들을 도시한다.
[0011] 도 7은 일부 예들에 따른 반도체 프로세싱을 위한 방법의 흐름도이다.
[0012] 도 8, 도 9, 및 도 10은 일부 예들에 따른 도 7의 방법의 양태들을 예시하는 중간 반도체 구조들의 단면도들이다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다.
[0014] 일반적으로, 본 명세서에 설명된 예들은 기판 상에 증착된 유동성 갭 충전 막에 대해 동일한 프로세싱 챔버에서 다수의 프로세스들을 수행하기 위한 방법들 및 프로세싱 시스템들에 관한 것이다. 다중 프로세스는 유동성 프로세스에 의해 증착된 막의 결합들을 안정화하는 것 및 후속적으로 막을 고밀화하는 것을 포함할 수 있다.
[0015] 유동성 막에 대해 본 명세서에 설명된 예시적인 프로세스들을 수행하면 막의 품질을 개선할 수 있다. 유동성 막들은 일반적으로 갭들, 특히 높은 종횡비 갭들(예를 들어, 깊이 대 폭의 종횡비가 10:1보다 큼) 내로 유동할 수 있는 이들의 능력으로 인해 사용된다. 유동성 막들은 일반적으로 저밀도를 포함하여 열악한 품질을 갖는다. 핫 워터 딥(hot water dip)을 구현하는 프로세스들을 포함하여, 유동성 막들의 품질을 향상시키려는 이전의 시도들이 있었다. 이러한 프로세스들은 각각 상이한 프로세스를 구현하는 다중 도구들 또는 프로세싱 챔버들을 사용하여 구현되었다. 이러한 프로세스들에도 불구하고, 막의 품질이 열악한 상태로 유지될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 막의 습식 에칭율은 예를 들어 막 전체의 밀도의 불균일성 때문에 막의 에칭 깊이에 따라 변할 수 있다. 추가적으로, 습식 에칭율은, 변화하더라도, 비교적 높을 수 있으며, 이는 에칭율의 임의의 편차를 발생시켜 결과에 상당한 차이를 초래할 수 있다. 이로 인해 갭들에 남아 있는 막의 양들이 상이할 수 있다. 여기에 설명된 예들은 막의 밀도를 개선하는 것과 같이, 막의 품질을 개선시킬 수 있다. 개선된 밀도는, 보다 쉽게 제어될 수 있고 에칭율로부터의 편차들로 인한 결과들의 상당한 차이들에 덜 민감할 수 있는 보다 균일하고 낮은 에칭율을 달성할 수 있다. 또한, 이러한 이점들을 달성하기 위해 막에 더 적은 프로세싱이 수행될 수 있으며, 이는 프로세싱 및 큐 시간(queue time)을 더욱 감소시킬 수 있다. 감소된 프로세싱 및 큐 시간은 결과적으로 최종 제품을 제조하기 위한 비용을 절감시킬 수 있다. 추가적으로, 고품질 막은 일부 애플리케이션들에서 전기적 특성들을 개선시킬 수 있다. 이들 및/또는 다른 이점들은 다양한 예들에 따라 달성될 수 있다.
[0016] 다양한 상이한 예들이 아래에 설명된다. 일부 예들은 기판 상의 핀들(fins) 사이에 격리 구조들(예를 들어, STIs(shallow trench isolations))을 형성하는 맥락에서 본 명세서에서 설명된다. 이러한 프로세싱에 의해 형성된 격리 구조들은 예를 들어 핀 전계 효과 트랜지스터들(FinFETs)에서 구현될 수 있다. 이러한 예들은 다양한 양태들의 이해를 위해 제공된다. 다른 예들이 상이한 맥락들에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 예들은 임의의 하부 구조 상에 유동성 프로세스(예를 들어, 유동성 화학 기상 증착(FCVD) 또는 스핀-온(spin-on))에 의해 증착된 임의의 막으로 구현될 수 있다. 상이한 예들의 다수의 특징들이 프로세스 흐름 또는 시스템에서 함께 설명될 수 있지만, 다수의 특징들은 각각 별도로 또는 개별적으로 및/또는 상이한 프로세스 흐름 또는 상이한 시스템에서 구현될 수 있다. 추가적으로, 다양한 프로세스 흐름들이 순서대로 수행되는 것으로 설명되며; 다른 예들은 상이한 순서들로 및/또는 더 많은 또는 더 적은 동작들로 프로세스 흐름들을 구현할 수 있다.
[0017] 도 1은 일부 예들에 따른 다중 챔버 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 평면도를 도시한다. 일반적으로, 다중 챔버 기판 프로세싱 시스템은 고압 및 저압과 같은 상이한 환경들에서 프로세스들을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세싱 챔버를 포함한다.
[0018] 프로세싱 시스템(100)은 2 개의 이송 챔버들(102, 104); 이송 챔버들(102, 104)에 각각 위치결정된 이송 로봇들(106, 108); 이송 챔버들(102, 104) 중 각각의 이송 챔버들에 커플링(couple)되어 배치된 프로세싱 챔버들(110, 112, 114, 116, 118, 120); 제1 이송 챔버(102)에 커플링되어 배치된 2 개의 탈기 챔버들(122); 2 개의 이송 챔버들(102, 104) 각각에 커플링되고 그 사이에 배치된 통과 챔버들(pass-through chambers)(124); 및 제어기(126)를 포함한다. 프로세싱 시스템(100)은 로드록(load lock) 챔버들(128) 및 팩토리 인터페이스 모듈(factory interface module)(130)을 더 포함할 수 있다.
[0019] 제1 이송 챔버(102)는 인접한 프로세싱 챔버들(110, 112) 및 탈기 챔버들(122)과 인터페이스하는 중앙 진공 챔버이다. 제1 이송 챔버(102)는 프로세싱 챔버들(110, 112), 탈기 챔버들(122), 통과 챔버들(124), 및 2 개의 로드록 챔버들(128)과 커플링된다. 프로세싱 챔버들(110, 112) 및 탈기 챔버들(122) 각각은 각각의 챔버와 제1 이송 챔버(102) 사이에 배치된 격리 밸브(valve)를 갖는다. 통과 챔버들(124) 및 로드록 챔버들(128)은 또한 각각의 챔버(124, 128)와 제1 이송 챔버(102) 사이에 배치된 각각의 격리 밸브들을 갖는다. 각각의 격리 밸브는 각각의 챔버가 제1 이송 챔버(102)로부터 유체적으로 격리되고 이에 유체적으로 연결되도록 허용한다. 챔버의 격리 밸브는 각각의 챔버가 예를 들어, 제1 이송 챔버(102)와 상이한 압력 레벨에서 작동할 수 있게 하고, 각각의 챔버에 사용되거나 또는 도입되는 임의의 가스들이 제1 이송 챔버(102) 내로 도입되는 것을 방지한다. 각각의 로드록 챔버(128)는 외부 환경으로 개방되는 도어(door), 예를 들어 팩토리 인터페이스 모듈(130)로 개방되는 도어를 갖는다.
[0020] 제2 이송 챔버(104)는 인접한 프로세싱 챔버들(114, 116, 118, 120)과 인터페이스하는 중앙 진공 챔버이다. 제2 이송 챔버(104)는 프로세싱 챔버들(114, 116, 118, 120) 및 통과 챔버들(124)과 커플링된다. 프로세싱 챔버들(114, 116, 118, 120) 각각은 각각의 챔버와 제2 이송 챔버(104) 사이에 배치된 격리 밸브를 갖는다. 통과 챔버들(124)은 또한 각각의 챔버(124)와 제2 이송 챔버(104) 사이에 배치된 각각의 격리 밸브들을 갖는다. 각각의 격리 밸브는 각각의 챔버가 제2 이송 챔버(104)로부터 유체적으로 격리되도록 허용한다. 챔버의 격리 밸브는 각각의 챔버가 예를 들어, 제2 이송 챔버(104)와 상이한 압력 레벨에서 작동할 수 있게 하고, 각각의 챔버에 사용되거나 또는 도입되는 임의의 가스들이 제2 이송 챔버(104) 내로 도입되는 것을 방지한다.
[0021] 제1 이송 챔버(102) 및 제2 이송 챔버(104)는 냉각 또는 예열 챔버들을 포함할 수 있는 통과 챔버들(124)에 의해 분리된다. 통과 챔버들(124)은 또한 제1 이송 챔버(102) 및 제2 이송 챔버(104)가 상이한 압력들에서 작동할 때 기판 핸들링 동안 펌핑-다운(pump down)되거나 환기될 수 있다.
[0022] 도시되지 않았지만, 가스 및 압력 제어 시스템(예를 들어, 복수의 진공 펌프들을 포함함)이 각각의 이송 챔버(102, 104), 각각의 통과 챔버(124), 및 프로세싱 및 탈기 챔버들(110-122) 각각과 유체 연통하도록 배치되어, 각각의 챔버들의 압력들을 독립적으로 조절한다. 가스 및 압력 제어 시스템은 하나 이상의 가스 펌프들(예를 들어, 터보 펌프들(turbo pumps), 크라이오 펌프들(cryo-pumps), 러핑 펌프들(roughing pumps) 등), 가스 소스들(sources), 다양한 밸브들, 및 다양한 챔버들에 유체적으로 커플링된 도관들을 포함할 수 있다. 가스 및 압력 제어 시스템은 임의의 챔버를 목표 압력으로 유지할 수 있다.
[0023] 프로세싱 시스템(100)은 프로세싱 시스템(100)의 동작들, 프로세스들, 또는 기능들을 제어하도록 프로그래밍된 제어기(126)에 의해 자동화된다. 제어기(126)는 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 시스템(100)의 각각의 챔버들에 대한 개별 동작들을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기(126)는 프로세싱 시스템(100)의 챔버들(102-124)의 직접 제어를 사용하여 또는 챔버들(102-124)과 관련된 제어기들을 제어함으로써 프로세싱 시스템(100)의 동작을 제어할 수 있다. 작동 시, 제어기(126)는 프로세싱 시스템(100)의 성능을 조정하기 위해 각각의 챔버들로부터의 데이터 수집 및 피드백(feedback)을 가능하게 한다. 제어기(126)는 일반적으로 프로세서(132)(예를 들어, 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 또는 다른 프로세서), 메모리(134), 및 지원 회로들(136)을 포함할 수 있다. 프로세서(132)는 산업 설정에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(134)(예를 들어, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체)는 프로세서에 의해 액세스 가능하고, 랜덤 액세스 메모리(random access memory)(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크(floppy disk), 하드 디스크(hard disk), 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지(storage)와 같은 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로들(136)은 프로세서에 커플링될 수 있고, 캐시(cache), 클록 회로들(clock circuits), 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급기들 등을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 다양한 방법들은 일반적으로 예를 들어 소프트웨어 루틴(software routine)으로서 메모리(136)에 저장된 컴퓨터 명령 코드를 실행하는 프로세서(132)에 의해 프로세서(132)의 제어 하에 구현될 수 있다. 컴퓨터 명령 코드가 프로세서(132)에 의해 실행될 때, 프로세서(132)는 다양한 방법들에 따라 프로세스들을 수행하도록 챔버들을 제어하고, 그리고/또는 챔버들 내의 프로세스들을 제어한다.
[0024] 기판들(도시되지 않음)은 로드록 챔버들(128)을 통해 프로세싱 시스템(100) 내로 로딩된다. 예를 들어, 팩토리 인터페이스 모듈(130)이, 존재한다면, 인간 오퍼레이터(operator) 또는 자동화된 기판 핸들링 시스템으로부터 하나 이상의 기판들, 예를 들어 웨이퍼들, 웨이퍼들의 카세트들, 또는 웨이퍼들의 봉입된 포드들(pods)을 수용하는 역할을 할 것이다. 팩토리 인터페이스 모듈(130)은, 적용 가능한 경우, 기판들의 카세트들 또는 포드들을 개방할 수 있고, 기판들을 로드록 챔버들(128)로 또는 로드록 챔버들로부터 이동시킬 수 있다. 제1 이송 챔버(102)는 로드록 챔버들(128)로부터 기판들을 수용하고, 기판들은 통과 챔버들(124)을 통하는 식으로 이송 챔버들(102, 104) 전체에 걸쳐 이송될 수 있다. 다양한 챔버들(110-122)은 이송 챔버들(102, 104)로부터 기판들을 수용하고, 기판들을 프로세싱하고, 기판들이 이송 챔버들(102, 104)로 다시 이송될 수 있게 한다.
[0025] 정상 작동 시, 기판들이 로딩된 카세트는 팩토리 인터페이스 모듈(130)로부터 도어(door)를 통해 로드록 챔버(128)에 배치되고, 도어는 폐쇄된다. 그런 다음, 로드록 챔버(128)는 제1 이송 챔버(102)와 동일한 압력으로 배기되고, 로드록 챔버(128)와 제1 이송 챔버(102) 사이의 격리 밸브가 개방된다. 제1 이송 챔버(102)의 이송 로봇(106)이 해당 포지션으로 이동되고, 하나의 기판이 로드록 챔버(128)로부터 제거된다. 로드록 챔버(128)에는 바람직하게는, 하나의 기판이 카세트로부터 제거되도록 하기 위해 엘리베이터(elevator) 기구가 장착되고, 엘리베이터는 카세트 내의 웨이퍼들의 스택(stack)을 이동시켜, 다른 웨이퍼가 로봇 블레이드(robot blade) 상에 위치결정될 수 있도록 이송 평면에 이 다른 웨이퍼를 위치결정시킨다.
[0026] 그런 다음, 제1 이송 챔버(102) 내의 이송 로봇(106)은 기판이 프로세싱 챔버 포지션과 정렬되도록 기판과 함께 회전한다. 프로세싱 챔버는 임의의 독성 가스들이 플러싱되어, 이송 챔버와 동일한 압력 레벨이 되고, 프로세싱 챔버와 제1 이송 챔버(102) 사이의 격리 밸브가 개방된다. 그런 다음, 이송 로봇(106)은 웨이퍼를 프로세싱 챔버 내로 이동시키고, 여기서 웨이퍼는 이송 로봇(106)으로부터 들어 올려진다. 그런 다음, 이송 로봇(106)은 프로세싱 챔버로부터 후퇴되고, 격리 밸브는 폐쇄된다. 그런 다음, 프로세싱 챔버는 일련의 동작들을 거쳐 웨이퍼에 대해 지정된 프로세스를 실행한다. 완료되면, 프로세싱 챔버는 제1 이송 챔버(102)와 동일한 환경으로 돌아가고, 격리 밸브는 개방된다. 이송 로봇(106)은 프로세싱 챔버로부터 웨이퍼를 제거하고, 그런 다음, 다른 동작을 위해 웨이퍼를 다른 프로세싱 챔버로 이동시키거나 또는 웨이퍼를 제2 이송 챔버(104)로 이송하기 위해 통과 챔버(124)로 이동시키거나, 또는 웨이퍼들의 전체 카세트가 프로세싱되었을 때 프로세싱 시스템(100)으로부터 제거되도록 웨이퍼를 로드록 챔버(128)에서 교체한다.
[0027] 이송 로봇(106)이 기판을 통과 챔버(124)로 이동시키면, 제1 이송 챔버(102) 내의 이송 로봇(106)은 기판이 통과 챔버(124) 포지션과 정렬되도록 기판과 함께 회전한다. 통과 챔버(124)는 이송 챔버와 동일한 압력 레벨이 되고, 통과 챔버(124)와 제1 이송 챔버(102) 사이의 격리 밸브가 개방된다. 그런 다음, 이송 로봇(106)은 웨이퍼를 통과 챔버(124) 내로 이동시키고, 여기서 웨이퍼는 이송 로봇(106)으로부터 들어 올려진다. 그런 다음, 이송 로봇(106)은 통과 챔버(124)로부터 후퇴되고, 격리 밸브는 폐쇄된다. 그런 다음, 통과 챔버(124)는 제2 이송 챔버(104)와, 예를 들어 압력을 포함하여, 동일한 환경으로 될 수 있다. 통과 챔버(124)가 제2 이송 챔버(104)와 동일한 환경으로 되돌아갈 때, 통과 챔버(124)와 제2 이송 챔버(104) 사이의 격리 밸브가 개방된다. 이송 로봇(108)은 통과 챔버(124)로부터 웨이퍼를 제거하고, 격리 밸브는 폐쇄된다. 그런 다음, 이송 로봇(108)은, 다른 동작을 위해, 제2 이송 챔버(104)에 커플링된 다른 프로세싱 챔버로 기판을 이동시킨다. 이송 로봇(108)은 제1 이송 챔버(102)에 커플링된 프로세싱 챔버로 기판을 이동시키는 이송 로봇(108)과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 제2 이송 챔버(104)에 커플링된 다른 프로세싱 챔버로 기판을 이동시킬 수 있다.
[0028] 그런 다음, 이송 로봇(108)은 예를 들어, 기판이 통과 챔버(124)를 통해 제2 이송 챔버(104)에 수용되었던 동작들의 역순으로 제1 이송 챔버(102)로의 이송을 위해 기판을 통과 챔버(124)로 이동시킬 수 있다. 제1 이송 챔버(102)의 이송 로봇(106)은 다른 동작을 위해 기판을 다른 프로세싱 챔버로 이동시키거나 또는 웨이퍼들의 전체 카세트가 프로세싱되었을 때 프로세싱 시스템(100)으로부터 제거되도록 웨이퍼를 로드록 챔버(128)에서 교체할 수 있다. 이송 로봇들(106, 108)은 상이한 프로세싱 챔버들 사이에서 기판을 지지하고 이동시키는 로봇 아암들(arms)(107, 109)을 각각 포함한다.
[0029] 프로세싱 챔버들(110-120)은 임의의 적절한 프로세싱 챔버이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 프로세싱 챔버들(110-120) 중 하나 이상은 챔버 내의 예를 들어 상이한 압력들 등을 갖는 상이한 환경들을 사용하여 기판 상에서 프로세싱을 수행하도록 구성된 챔버이다. 다양한 예들이 아래에 설명되어 있다. 프로세싱 챔버들(110-120)을 위한 다른 예시적인 프로세싱 챔버들은 화학 기상 증착(CVD) 챔버, 원자층 증착(ALD) 챔버, 반응성 이온 에칭(RIE) 챔버, 급속 열 어닐링(RTA) 또는 급속 열 프로세싱(RTP) 챔버 등을 포함한다.
[0030] 다른 프로세싱 시스템들은 다른 구성들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 더 많은 또는 더 적은 프로세싱 챔버들이 이송 장치에 커플링될 수 있다. 예시된 예에서, 이송 장치는 이송 챔버들(102, 104) 및 통과 챔버들(124)을 포함한다. 다른 예들에서, 더 적은 또는 더 많은 이송 챔버들, 통과 챔버들, 및/또는 하나 이상의 홀딩 챔버들이 프로세싱 시스템에서 이송 장치로서 구현될 수 있다.
[0031] 도 2는 기판을 프로세싱하기 위한 고압 환경 및 기판을 프로세싱하기 위한 저압 환경을 생성하도록 구성된 다중 압력 프로세싱 챔버(200)의 개략도를 예시한다. 다중 압력 프로세싱 챔버(200)는 제1 챔버(202) 및 제2 챔버(204)를 포함한다. 제1 챔버(202)는 제2 챔버(204) 내에 배치되고 내부 챔버로 간주될 수 있고, 제2 챔버(204)는 외부 챔버로 간주될 수 있다. 또한, 다음 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제1 챔버(202)는 고압 프로세싱을 가능하게 하도록 구성될 수 있고, 고압 챔버로 또한 간주될 수 있다. 제1 챔버(202) 및 제2 챔버(204)는, 일부 경우들에서, 함께 유체적으로 커플링되고 저압 프로세싱을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 제1 챔버(202) 내의 압력은 제2 챔버(204) 내의 압력과 독립적으로 제어될 수 있다.
[0032] 제어된 다중 압력 프로세싱 챔버(200)는 가스 전달 시스템(206), 진공 프로세싱 시스템(208), 및 제어기(210)를 더 포함한다. 일부 예들에서, 가스 전달 시스템(206) 및 진공 프로세싱 시스템(208)은 도 1의 프로세싱 시스템(100)의 가스 및 압력 제어 시스템의 적어도 일부이다. 일부 예들에서, 프로세싱 시스템(100)의 제어기(126)는 제어기(210)이거나 또는 이를 포함할 수 있다.
[0033] 가스 전달 시스템(206)은 예를 들어 가스 유동 도관들에 의해 제1 챔버(202)에 유체적으로 커플링되고, 제1 챔버(202)를 가압 및 감압하도록 작동 가능하다. 제1 챔버(202)는, 가스 전달 시스템(206)으로부터 프로세스 가스를 수용하고 예를 들어 적어도 1 바의 압력에서 고압을 확립하는 고압 프로세싱 챔버이다. 프로세스 가스는 산소 가스(O2), 오존 가스(O3), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 증기(H2O), 암모니아 가스(NH3) 등, 또는 이들의 조합일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(206)은 다중 압력 프로세싱 챔버(200)에서 수행되는 상이한 프로세스들에 대해 상이한 프로세스 가스 조성들을 가질 수 있는 제1 챔버로 프로세스 가스들을 전달하기 위해 예를 들어 제어기(210)에 의해 제어 가능한 가스 패널, 도관들, 및 밸브들의 조합을 포함할 수 있다. 제1 챔버(202)를 가압하기 위해, 가스 전달 시스템(206)은 프로세스 가스를 제1 챔버(202) 내로 도입한다. 가스 전달 시스템(206)은 배기 시스템(212)을 포함하여, 제1 챔버(202)로부터 프로세스 가스를 배기함으로써, 제1 챔버(202)를 감압할 수 있다.
[0034] 일부 구현예들에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(200)는 원격 플라즈마 소스(RPS)(214)를 포함한다. 이러한 구현예들에서, RPS(214)는, 예를 들어, 가스 유동 도관들에 의해 가스 전달 시스템(206)에 유체적으로 커플링된다. RPS(214)는 제1 챔버(202)에 추가로 유체적으로 커플링된다. 가스 전달 시스템(206)으로부터 유동하는 프로세스 가스들은 RPS(214)의 플라즈마에서 점화될 수 있다. RPS(214)의 플라즈마로부터의 유출물들은 제1 챔버(202) 내로 유동할 수 있다. RPS(214)는 예를 들어 용량 커플링 플라즈마 소스 또는 유도 커플링 플라즈마 소스일 수 있다.
[0035] 진공 프로세싱 시스템(208)은 예를 들어, 가스 유동 도관들에 의해 제2 챔버(204)에 유체적으로 커플링되고, 제2 챔버(204)의 압력이 저압, 예를 들어, 진공 또는 거의 진공 압력이 되도록 제어하도록 작동 가능하다. 저압은 예를 들어 10 밀리토르 정도로 낮을 수 있다. 예를 들어, 진공 프로세싱 시스템(208)은 제2 챔버(204) 내의 압력을 거의 진공으로 낮춤으로써, 기판을 프로세싱하기 위한 적절한 저압 환경을 생성한다.
[0036] 밸브 조립체(216)는 제1 챔버(202)와 제2 챔버(204) 사이에 배치되고, 제1 챔버(202) 내의 압력을 제2 챔버(204) 내의 압력으로부터 격리시키도록 구성된다. 따라서, 제1 챔버(202) 내의 고압 환경은 제2 챔버(204) 내의 환경으로부터 분리되고 밀봉될 수 있다. 밸브 조립체(216)는 제1 챔버(202)를 제2 챔버(204)에 유체적으로 연결하고 그리고/또는 기판이 다중 압력 프로세싱 챔버(200)로부터 이송될 수 있게 하도록 개방될 수 있다.
[0037] 일부 구현예들에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(200)는, 다중 압력 프로세싱 챔버(200)에 연결되고 외부 환경에 연결되는 포어라인(foreline)(218)을 포함한다. 격리 밸브(220)는 포어라인(218)을 따라 배열되어 제2 챔버(204) 내의 압력을 외부 환경의 압력으로부터 격리시킨다. 격리 밸브(220)는, 제2 챔버(204) 내의 압력을 조정하고 제2 챔버(204) 내의 가스들을 방출하도록 작동될 수 있다. 격리 밸브(220)는 제2 챔버(204) 내의 압력을 조절하기 위해 진공 프로세싱 시스템(208)과 함께 작동될 수 있다.
[0038] 일반적으로, 기판은 다중 압력 프로세싱 챔버(200) 내의 제1 챔버(202) 내에 배치되는 동안 다수의 프로세스들에 의해 프로세싱될 수 있다. 예를 들어, 기판은 제1 챔버(202) 내의 페데스탈(도시되지 않음)로 이송될 수 있다. 제1 챔버(202) 내로의 기판의 이송은 일부 예들에서 밸브 조립체(216)를 통해 이루어질 수 있다. 기판이 제1 챔버(202)의 페데스탈 상에 배치되면, 밸브 조립체(216)는 제1 챔버(202)의 내부 체적을 제2 챔버(204)의 내부 체적과 유체적으로 커플링하여 개방된 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 진공 프로세싱 시스템(208)은 밸브 조립체(216)가 개방되어 있는 동안 제1 챔버(202) 및 제2 챔버(204) 내의 압력을 펌핑-다운할 수 있다. 따라서, 기판이 제1 챔버(202)의 페데스탈 상에 배치되는 동안 저압 프로세싱이 기판 상에서 수행될 수 있다. 저압 프로세싱은 가스 전달 시스템(206)으로부터, 진공 프로세싱 시스템(208)에 의해 배기될 수 있는 제1 챔버(202) 내로 프로세싱 가스를 유동시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 저압 프로세싱은 RPS(214)에서 점화된 플라즈마를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
[0039] 추가적으로, 기판이 제1 챔버(202)의 페데스탈 상에 배치되면, 밸브 조립체(216)는 제1 챔버(202)의 내부 체적을 제2 챔버(204)의 내부 체적으로부터 유체적으로 격리시키기 위해 폐쇄될 수 있다. 가스 전달 시스템(206)은 밸브 조립체(216)가 폐쇄된 상태에서 제1 챔버(202) 내에 고압을 생성할 수 있다. 따라서 고압 프로세싱은 기판이 제1 챔버(202)의 페데스탈 상에 배치되는 동안 기판 상에서 수행될 수 있다. 고압 프로세싱은 가스 전달 시스템(206)으로부터 제1 챔버(202) 내로 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 고압 프로세싱은 RPS(214)에서 점화된 플라즈마를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
[0040] 도 3 내지 도 6은 기판을 프로세싱하기 위한 다중 압력 프로세싱 챔버들의 다양한 예들을 도시한다. 이러한 다중 압력 프로세싱 챔버들의 챔버들의 압력은 도 2와 관련하여 설명된 것들과 유사한 시스템들을 사용하여 제어될 수 있다.
[0041] 도 3을 참조하면, 다중 압력 프로세싱 챔버(300)는 제1 챔버(302), 페데스탈(304), 제2 챔버(306), 및 제어기(예를 들어, 제어기(126))를 포함한다. 다음 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제1 챔버(302)는 제2 챔버(306) 내에 배치되고 내부 챔버로 간주될 수 있고, 제2 챔버(306)는 외부 챔버로 간주될 수 있다. 또한, 다음 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제1 챔버(302)는 고압 프로세싱을 가능하게 하도록 구성될 수 있고, 또한 고압 챔버로 간주될 수 있다. 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306)는, 일부 경우들에서, 함께 유체적으로 커플링되고 저압 프로세싱을 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
[0042] 다중 압력 프로세싱 챔버(300)는 진공 프로세싱 시스템(208)과 유사한 진공 프로세싱 시스템(도시되지 않음) 및 도 2와 관련하여 설명된 가스 전달 시스템(206)과 유사한 가스 전달 시스템(307)을 더 포함한다. 예를 들어, 가스 전달 시스템(307)은 입력 라인(307a) 및 배기 라인(307b)을 포함한다. 프로세스 가스는 입력 라인(307a)을 통해 제1 챔버(302) 내로 도입되고, 프로세스 가스는 배기 라인(307b)을 통해 제1 챔버(302)로부터 배기된다. 일부 예들에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(300)는 RPS로부터 플라즈마 유출물들을 제1 챔버(302) 내로 유동시키기 위해 입력 라인(307a)에 커플링될 수 있는 RPS를 포함할 수 있다.
[0043] 페데스탈(304)은 막이 프로세싱되는 기판(314)을 지지한다. 페데스탈(304)은 제1 챔버(302) 내에 위치결정되거나 또는 위치결정 가능하다. 일부 구현예들에서, 기판(314)은 페데스탈의 평평한 최상부 표면 상에 직접 안착된다. 일부 구현예들에서, 기판(314)은 페데스탈로부터 돌출하는 핀들(330) 상에 안착된다.
[0044] 다중 압력 프로세싱 챔버(300)는 내부 벽(320), 베이스(322), 및 외부 벽(324)을 포함한다. 제1 챔버(302)는 내부 벽(320) 및 베이스(322) 내의 체적에 의해 제공된다. 제2 챔버(306)는 내부 벽(320) 내부 및 내부 벽(320) 외부, 예를 들어 내부 벽(320)과 외부 벽(324) 사이의 체적에 의해 제공된다.
[0045] 다중 압력 프로세싱 챔버(300)는 제1 챔버(302)와 제2 챔버(306) 사이에 도 2의 밸브 조립체(216)의 기능성을 제공하는 밸브 조립체(316)를 더 포함하는데, 예를 들어, 이것은 제1 챔버(302)를 제2 챔버(306)로부터 격리하고 제1 챔버(302)와 제2 챔버(306)를 유체적으로 커플링하도록 작동될 수 있다. 예를 들어, 밸브 조립체(316)는 내부 벽(320), 베이스(322), 및 내부 벽(320)에 대해 베이스(322)를 이동시키는 액추에이터(323)를 포함한다. 액추에이터(323)는 베이스(322)가 수직으로, 예를 들어, 제1 챔버(302)를 정의하는 내부 벽들(320)로부터 멀어지거나 또는 이들을 향하여 이동하게 구동시키도록 제어될 수 있다. 벨로우즈(bellows)(328)는 베이스(322)가 수직으로 이동하는 것을 허용하면서 외부 대기로부터 제2 챔버(306)를 밀봉하기 위해 사용될 수 있다. 벨로우즈(328)는 베이스(322)의 최하부로부터, 외부 벽(324)에 의해 형성된 제2 챔버(306)의 플로어(floor)까지 연장될 수 있다.
[0046] 밸브 조립체(316)가 폐쇄 포지션에 있을 때, 베이스(322)는 내부 벽들(320)과 접촉하여 시일(seal)이 베이스(322)와 내부 벽들(320) 사이에 형성되어, 이에 따라 제1 챔버(302)로부터 제2 챔버(306)를 분리시킨다. 액추에이터(323)는 시일을 형성하기에 충분한 힘으로 내부 벽들(320)을 향해 베이스(322)를 구동하도록 작동된다. 시일은 제1 챔버(302)로부터의 가스가 제2 챔버(306) 내로 배기되는 것을 억제한다.
[0047] 밸브 조립체(316)가 개방 포지션에 있을 때, 베이스(322)는 내부 벽들(320)로부터 이격되어 있어서, 이에 따라 가스가 제1 챔버(302)와 제2 챔버(306) 사이에서 전도되는 것을 허용하고 또한 기판(314)에 접근하고 이를 다른 챔버로 이송하는 것을 허용한다.
[0048] 페데스탈(304)이 베이스(322) 상에 지지되기 때문에, 이에 따라 페데스탈(304)은 또한 내부 벽들(320)에 대해 이동 가능하다. 페데스탈(304)은 기판(314)이 이송 로봇에 의해 더 쉽게 접근 가능할 수 있도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 이송 로봇(106 또는 108)(도 1 참조)의 아암은 외부 벽(324)을 통해 구멍들(326)(예를 들어, 슬릿)을 통해 연장될 수 있다. 밸브 조립체(316)가 개방 포지션에 있을 때, 로봇 아암은 페데스탈(304) 상의 기판(314)에 접근하기 위해 내부 벽(320)과 베이스(322) 사이의 갭(gap)을 통과할 수 있다.
[0049] 일부 구현예들에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(300)는 기판(314)에 열을 가하도록 구성된 하나 이상의 가열 요소들(318)을 포함한다. 가열 요소들(318)로부터의 열은 예를 들어 기판(314)이 페데스탈(304) 상에 지지되고 프로세스 가스(사용되는 경우)가 제1 챔버(302) 내로 도입되었을 때 기판(314)을 어닐링하기에 충분할 수 있다. 가열 요소들(318)은 저항성 가열 요소들일 수 있다. 하나 이상의 가열 요소들(318)은 내부 벽들(320)에 의해 제공되는 제1 챔버(302)의 천장과 같이, 제1 챔버(302)를 정의하는 내부 벽들(320)에 위치결정될 수 있는데, 예를 들어 매립될 수 있다. 가열 요소들(318)은 내부 벽(320)을 가열하도록 작동 가능하여, 복사열이 기판(314)에 도달하게 한다. 기판(314)은 내부 벽(320)으로부터 기판(314)으로의 열의 전달을 개선하기 위해 천장에 매우 근접하게, 예를 들어 2 내지 10 mm로 페데스탈(304)에 의해 유지될 수 있다.
[0050] 하나 이상의 가열 요소들(318)은 다중 압력 프로세싱 챔버(300) 내의, 예를 들어 천장보다는 측벽들 내의 다른 위치들에 배열될 수 있다. 가열 요소(318)의 예는 개별 가열 코일을 포함한다. 내부 벽에 매립된 히터 대신에 또는 이에 추가하여, 복사 히터, 예를 들어 적외선 램프(lamp)가 제1 챔버(302) 외부에 위치결정될 수 있고, 내부 벽(320)의 창을 통해 적외선 복사를 지향시킬 수 있다. 전선들은 전압 소스와 같은 전기 소스(도시되지 않음)를 가열 요소에 연결하고, 하나 이상의 가열 요소들(318)을 제어기에 연결할 수 있다.
[0051] 제어기는 기판(314)을 프로세싱하기 위한 동작들을 제어하기 위해 진공 프로세싱 시스템, 가스 전달 시스템(307), 및 밸브 조립체(316)에 작동 가능하게 연결된다. 일부 구현예들에서, 제어기는 또한 다른 시스템들에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 일부 경우들에서, 도 1에 도시된 제어기(126)는 다중 압력 프로세싱 챔버(300)의 제어기이거나 또는 이를 포함한다.
[0052] 기판(314)을 프로세싱할 때, 제어기는 제2 챔버(306)를 통한 기판(314)의 이송을 준비하기 위해 제2 챔버(306)를 저압으로 감압하도록 진공 프로세싱 시스템을 작동시킬 수 있다. 기판(314)은 이송 로봇, 예를 들어, 이송 로봇들(106, 108) 중 하나에 의해 구멍(326) 및 제2 챔버(306)를 통해 이동되고, 제2 챔버(306)는 기판(314)의 오염이 억제될 수 있도록 저압에 있다.
[0053] 기판(314)은 프로세싱을 위해 페데스탈(304) 상으로 이송된다. 기판(314)을 페데스탈(304) 상으로 이송하기 위해, 제어기는 밸브 조립체(316)를 작동시켜 밸브 조립체(316)를 개방하여, 기판(314)이 제1 챔버(302) 내로 그리고 페데스탈(304) 상으로 이송될 수 있게 하는 개구를 제공할 수 있다. 제어기는 기판(314)을 제1 챔버(302) 내로 운반하고 기판(314)을 페데스탈(304) 상에 배치시키기 위해 이송 로봇을 작동시킬 수 있다.
[0054] 기판(314)이 페데스탈(304) 상으로 이송된 후, 제어기는 밸브 조립체가 저압 프로세싱을 위해 개방되거나 또는 고압 프로세싱을 위해 폐쇄되도록 작동시킬 수 있다. 고압 프로세싱 및 저압 프로세싱의 임의의 순서가 구현될 수 있다. 일부 예들에서, 기판은 저압 및 고압 프로세싱을 주기적으로 수행함으로써 프로세싱될 수 있다.
[0055] 밸브 조립체(316)가 폐쇄된 상태에서, 제1 챔버(302)의 내부 체적은 제2 챔버(306)의 내부 체적으로부터 격리된다. 밸브 조립체(316)가 폐쇄된 상태에서, 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306)의 압력들은 상이한 값들로 설정될 수 있다. 제어기는 제1 챔버(302)를 가압하고 기판(314)을 프로세싱하기 위해 제1 챔버(302) 내로 프로세스 가스를 도입하도록 가스 전달 시스템(307)을 작동시킬 수 있다. 프로세스 가스의 도입은 제1 챔버(302) 내의 압력을 예를 들어 1 바 이상으로 증가시킬 수 있다. 제1 챔버(302)에서의 프로세싱은 고압에서 이루어질 수 있다. 구현된다면, 플라즈마 유출물들은 고압 프로세싱 동안 기판(314)을 프로세싱하기 위해 RPS로부터 제1 챔버(302) 내로 도입될 수 있다.
[0056] 제어기는 밸브 조립체(316)를 작동시켜 밸브 조립체(316)를 개방함으로써, 이에 의해 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306)가 서로 유체 연통되게 할 수 있다. 밸브 조립체(316)가 개방된 상태에서, 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306)의 압력들은 동일할 수 있다. 제어기는 기판(314)을 프로세싱하기 위해 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306)를 저압으로 만들기 위해 진공 프로세싱 시스템을 작동시킬 수 있다. 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306) 내의 저압은 예를 들어 10 밀리토르 정도로 낮을 수 있다. 따라서, 제1 챔버(302) 및 제2 챔버(306)에서의 프로세싱은 낮은 압력에서 이루어질 수 있다. 제어기는 기판(314)을 프로세싱하기 위해 진공 프로세싱 시스템에 의해 배기될 수 있는 제1 챔버(302) 내로 프로세싱 가스를 도입하도록 가스 전달 시스템(307)을 작동시킬 수 있다. 구현된다면, 플라즈마 유출물들은 RPS로부터 제1 챔버(302) 내로 도입되어 저압 프로세싱 동안 기판(314)을 프로세싱할 수 있다.
[0057] 제1 챔버(302)에서 고압 프로세싱 후, 제어기는 밸브 조립체(316)가 개방되기 전에 제1 챔버(302)를 감압하도록 가스 전달 시스템(307)의 배기 시스템을 작동시킬 수 있다. 압력은 제1 챔버(302)와 제2 챔버(306) 사이의 압력 차이가 최소화될 수 있도록 낮은 압력으로 감소될 수 있다.
[0058] 추가적으로, (예를 들어, 밸브 조립체(316)가 개방 또는 폐쇄되고 그리고/또는 고압 또는 저압에서) 기판을 프로세싱하는 동안, 제어기는 상이한 프로세싱 동안 가열 요소들(318)을 동일한 또는 상이한 온도들에서 작동시킬 수 있다. 또한, 제어기는 가스 전달 시스템(307)을 작동시켜 임의의 프로세싱(예를 들어, 고압 프로세싱 또는 저압 프로세싱) 중에 임의의 적절한 가스를 유동시킬 수 있다.
[0059] 다중 압력 프로세싱 챔버(300)에서 기판(314)의 프로세싱이 완료되면, 기판(314)은 이송 로봇을 사용하여 제1 챔버(302)로부터 제거될 수 있다. 제1 챔버(302) 외부로 기판(314)의 이송을 준비하기 위해, 제어기는 밸브 조립체(316)가 개방되기 전에, 적절하다면, 제1 챔버(302)를 감압하도록 가스 전달 시스템(307)의 배기 시스템을 작동시킬 수 있다. 특히, 기판(314)이 제1 챔버(302) 외부로 이송되기 전에, 프로세스 가스는 제1 챔버(302) 내의 압력을 감소시키기 위해 제1 챔버(302)로부터 배기될 수 있다.
[0060] 기판(314)이 제1 챔버(302) 외부로 이송될 수 있도록 하기 위해, 제어기는 밸브 조립체(316)를 개방할 수 있다. 개방된 밸브 조립체(316)는 기판(314)이 제2 챔버(306) 내로 그리고 구멍(326)을 통해 이송되도록 이동되게 하는 개구를 제공한다. 특히, 개방된 밸브 조립체(316)는 기판(314)이 제2 챔버(306) 내로, 예를 들어, 제2 챔버(306)의 저압 환경 내로 직접 이송될 수 있게 한다. 그런 다음, 제어기는 기판(314)을 프로세싱 시스템, 예를 들어, 프로세싱 시스템(100)의 다른 챔버로 이송하기 위해 이송 로봇을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 기판(314)은 추가 프로세싱을 위해 적절한 프로세싱 챔버로, 또는 프로세싱 시스템으로부터 기판을 제거하기 위해 로드록 챔버로 이송된다.
[0061] 도 4를 참조하면, 다른 예에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(400)는 제1 챔버(402), 페데스탈(404), 제2 챔버(406), 및 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 제1 챔버(402)는 제2 챔버(406) 내에 배치되고, 내부 챔버로 간주될 수 있고, 제2 챔버(406)는 외부 챔버로 간주될 수 있다. 또한, 제1 챔버(402)는 고압 프로세싱을 가능하게 하도록 구성될 수 있고, 또한 고압 챔버로 간주될 수 있다. 제1 챔버(402) 및 제2 챔버(406)는 일부 경우들에서 함께 유체적으로 커플링되고, 저압 프로세싱을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 다중 압력 프로세싱 챔버(400)는 도 3과 관련하여 설명된 다중 압력 프로세싱 챔버(300)와 유사하며; 달리 명시되지 않는 한, 다양한 옵션들 및 구현예들이 또한 도 4의 예에도 적용 가능하다.
[0062] 예를 들어, 다중 압력 프로세싱 챔버(400)의 가스 전달 시스템 및 진공 프로세싱 시스템은 다중 압력 프로세싱 챔버(400)를 사용하여 프로세싱되는 기판(414)에 대한 저압 및 고압 환경들을 유지하기 위해 유사한 방식으로 작동된다. 제2 챔버(406)는 내부 벽들(420)과 외부 벽들(424) 사이의 체적에 의해 정의될 수 있다. 추가적으로, 기판(414)은 또한 제1 챔버(402) 내에서 프로세싱하기 위해 페데스탈(404) 상에 지지될 수 있다. 다시, 기판(414)은 페데스탈(404) 상에 직접 안착될 수 있거나, 또는 페데스탈을 통해 연장되는 리프트 핀들(lift pins)(430) 상에 안착될 수 있다.
[0063] 다중 압력 프로세싱 챔버(400)는 도 3의 다중 압력 프로세싱 챔버(300)와 몇 가지 점에서 상이하다. 먼저, 제1 챔버(402)를 정의하는 내부 벽들(420)은 제1 챔버(402)를 정의하는 베이스(422)에 대해 이동될 수 없다. 따라서, 페데스탈(404)은 내부 벽들(420) 및 베이스(422)에 대해 고정된다. 일부 예들에서, 페데스탈(404)은 제1 챔버(402)를 정의하는 베이스(422)에 고정된다.
[0064] 도 3의 예의 하나 이상의 가열 요소들(318)의 경우와 같이, 제1 챔버(402)의 내부 벽들(420)에 배열되는 대신에, 도 4에 도시된 예의 하나 이상의 가열 요소들(418)은 페데스탈(404) 내에 배열된다. 따라서 기판(414)은 페데스탈(404)과의 접촉을 통해 가열될 수 있다.
[0065] 다중 압력 프로세싱 챔버(400)는 도 3의 밸브 조립체(316)와 유사하게, 제1 챔버(402)를 제2 챔버(406)로부터 격리하는 제1 챔버(402)와 제2 챔버(406) 사이의 밸브 조립체(416)를 더 포함한다. 그러나, 밸브 조립체(316)와 대조적으로, 밸브 조립체(416)는 제1 챔버(402)를 정의하는 내부 벽들(420) 및 베이스(422)에 의해 형성되지 않고, 오히려 제1 챔버(402)의 내부 벽들(420)에 대해 이동 가능한 하나 이상의 구성요소들을 갖는 아암 조립체(425)를 포함한다.
[0066] 특히, 밸브 조립체(416)는 아암 조립체(425), 및 제1 챔버(402)와 제2 챔버(406)를 격리하고 유체적으로 연결하도록 구성된 밸브 도어(423)를 포함한다. 구멍(423a)은 내부 벽(420)을 관통하고, 제1 챔버(402)와 제2 챔버(406) 사이에 있다. 아암 조립체(425)의 아암(425b)은 내부 벽(420)을 통해 구멍(423a)에 위치결정되고, 밸브 도어(423)는 제1 챔버(402) 내에 위치결정된다. 밸브 도어(423)는 아암 조립체(425)의 나머지 부분으로부터 원위에 있는 포지션에서 아암(425b)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 아암(425b)은 외부 벽(424)을 통해 구멍(426)을 통해 추가로 연장되고, 아암 조립체(425)의 나머지는 제2 챔버(406)의 외부에 위치결정된다. 아암 조립체(425)는 제2 챔버(406)의 외부에도 또한 위치결정되는 아암 조립체(425)의 구동 샤프트(425a)에 연결된 액추에이터(428)에 의해 구동된다. 액추에이터(428)에 의해 구동되는 구동 샤프트(425a)의 움직임은 아암 조립체(425)에 의해 아암(425b)의 움직임으로 변환된다. 다른 예들에서, 아암 조립체(425)(예를 들어, 구동 샤프트(425a)를 포함함) 및 액추에이터(428)는 제2 챔버(406) 내에 위치결정될 수 있다.
[0067] 아암 조립체(425)는, 구멍(423a)을 통해 연장되고 밸브 도어(423)가 내부 벽들(420)과 시일을 형성하는 포지션으로 이동하도록 내부 벽(420)에 대해 이동 가능할 수 있다. 액추에이터(428)는 아암 조립체(425)의 구동 샤프트(425a)를 구동하며, 이는 구동 샤프트(425a)의 구동을 구멍(423a)이 내부 벽(420)을 통해 연장되는 일반적인 방향으로 내부 벽들(420)에 대한 아암(425b)의 이동으로 변환시킨다. 이 방향으로의 아암(425b)의 이동은 밸브 도어(423)가 내부 벽(420)과 맞물리게 하여(예를 들어, 아암(425b)이 후퇴될 때) 이에 의해 내부 벽(420)과 시일을 형성하고 제1 챔버(402)를 제2 챔버(406)로부터 격리시킬 수 있으며, 밸브 도어(423)가 내부 벽(420)으로부터 변위되게 하여(예를 들어, 아암(425b)이 연장될 때) 이에 의해 제1 챔버(402)와 제2 챔버(406)를 유체적으로 연결할 수 있다. 특히, 밸브 도어(423)는 내부 벽(420)의 인접한 내부 표면에 실질적으로 평행하게 연장되는 아암(425b)으로부터의 플랜지(flange)이거나 또는 이를 포함할 수 있다.
[0068] 밸브 조립체(316)와 같이, 밸브 조립체(416)는 개방 포지션과 폐쇄 포지션 사이에서 이동 가능하다. 밸브 조립체(416)가 폐쇄 포지션에 있을 때, 아암 조립체(425)의 아암(425b)은 밸브 도어(423)가 구멍(423a)을 덮고 내부 벽들(420) 중 하나와 접촉하도록 측방향으로 후퇴되어, 이에 의해 제1 챔버(402)를 제2 챔버(406)로부터 격리시키는 시일을 형성한다. 특히, 아암 조립체(425)의 아암(425b)은 밸브 도어(423)(예를 들어, 플랜지)가 제1 챔버(402)를 정의하는 내부 벽(420)의 내부 표면과 접촉하게 한다.
[0069] 밸브 조립체(416)가 개방 포지션에 있을 때, 아암 조립체(425)의 아암(425b)은 밸브 도어(423)가 내부 벽(420), 예를 들어 내부 벽(420)의 내부 표면으로부터 측방향으로 이격되도록 측방향으로 연장된다. 따라서 구멍(423a)은 제1 챔버(402)와 제2 챔버(406) 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 개구를 제공한다.
[0070] 제어기는 다중 압력 프로세싱 챔버(400)를 다중 압력 프로세싱 챔버(300)의 제어기와 관련하여 설명된 프로세스와 유사한 방식으로 작동시켜 기판(414)을 제1 챔버(402) 내로 그리고 외부로 이송하고 기판(414)을 프로세싱할 수 있다. 이 프로세스에서, 밸브 조립체(416)를 개방하고 폐쇄하기 위해, 제어기는 아암 조립체(425)를 구동하도록 액추에이터(428)를 작동시킬 수 있다.
[0071] 도 5를 참조하면, 추가 예에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(500)는 제1 챔버(502), 페데스탈(504), 제2 챔버(506), 및 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 다중 압력 프로세싱 챔버(500)는 도 4와 관련하여 설명된 다중 압력 프로세싱 챔버(400)와 유사하며; 달리 지정되지 않는 한, 다양한 옵션들 및 구현예들이 또한 이 예에도 적용될 수 있다.
[0072] 예를 들어, 다중 압력 프로세싱 챔버(500)의 가스 전달 시스템 및 진공 프로세싱 시스템은 다중 압력 프로세싱 챔버(500)를 사용하여 프로세싱되는 기판(도시되지 않음)에 대한 저압 및 고압 환경들을 유지하기 위해 유사한 방식으로 작동된다. 추가적으로, 기판은 또한 제1 챔버(502) 내에서 프로세싱하기 위해 페데스탈(504) 또는 리프트 핀들 상에 지지될 수 있다.
[0073] 다중 압력 프로세싱 챔버(500)는, 페데스탈(504)이 제1 챔버(502)를 정의하는 베이스(522)보다는 제1 챔버(502)를 정의하는 천장(521)에 장착된다는 점에서, 도 4의 다중 압력 프로세싱 챔버(400)와 상이하다. 페데스탈(504)과 마찬가지로, 페데스탈(504)은 벽들(520), 천장(521), 및 베이스(522)에 대해 고정된다. 추가적으로, 다중 압력 프로세싱 챔버(500)의 하나 이상의 가열 요소들(518)이 페데스탈(504) 내에 배열된다. 기판이 페데스탈(504) 상에 지지되도록 페데스탈(504) 상에 기판을 위치결정시키기 위해, 기판은 페데스탈(504)의 플레이트들(plates) 사이에 삽입된다. 하나 이상의 가열 요소들(518)은, 기판이 페데스탈(504)의 플레이트들에 의해 정의된 슬롯 내로 삽입될 때, 하나 이상의 가열 요소들(518)이 기판에 열을 균일하게 인가할 수 있도록 플레이트들에 대해 배열된다.
[0074] 도 6을 참조하면, 추가 예에서, 다중 압력 프로세싱 챔버(600)는 제1 챔버(602), 페데스탈(604), 제2 챔버(606), 및 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 다중 압력 프로세싱 챔버(600)는 도 4와 관련하여 설명된 다중 압력 프로세싱 챔버(400)와 유사하며; 달리 지정되지 않는 한, 다양한 옵션들 및 구현예들이 또한 이 예에도 적용될 수 있다.
[0075] 예를 들어, 다중 압력 프로세싱 챔버(600)의 가스 전달 시스템 및 진공 프로세싱 시스템은 다중 압력 프로세싱 챔버(600)를 사용하여 프로세싱되는 기판(614)에 대한 저압 및 고압 환경들을 유지하기 위해 유사한 방식으로 작동된다. 추가적으로, 기판(614)은 또한 제1 챔버(602) 내에서 프로세싱하기 위해 페데스탈(604) 상에 지지될 수 있다.
[0076] 다중 압력 프로세싱 챔버(600)는, 다중 압력 프로세싱 챔버(600)의 밸브 조립체(616)의 밸브 도어(623)가 내부 벽(620)의 구멍(623a)을 덮기 위해, 내부 벽(620)의 내부 측면보다는, 제1 챔버(602)를 정의하는 내부 벽(620)의 외부 표면과 접촉한다는 점에서, 도 4의 다중 압력 프로세싱 챔버(400)와 상이하다. 밸브 조립체(416)와 같이, 밸브 조립체(616)는 제1 챔버(602)를 제2 챔버(606)로부터 격리시키도록 작동한다. 밸브 조립체(616)는 제1 챔버(602)와 제2 챔버(606) 사이에 위치결정될 수 있다.
[0077] 밸브 조립체(616)는 아암 조립체(625), 및 제2 챔버(606)에 배치된 밸브 도어(623)를 포함한다. 구멍(623a)은 내부 벽(620)을 관통하고, 제1 챔버(602)와 제2 챔버(606) 사이에 있다. 밸브 도어(623)는 제1 챔버(602)의 외부에 위치결정된다. 아암 조립체(625)는 제1 챔버(602)의 외부 및 제2 챔버(606) 내에 위치결정된다. 아암 조립체(625)는 슬릿(626)을 통해 연장되지 않는다.
[0078] 아암 조립체(625)의 아암(625b)은 밸브 도어(623)가 내부 벽들(620)과 시일을 형성하는 포지션으로 이동될 수 있도록 내부 벽들(620)에 대해 이동 가능하다. 예를 들어, 다중 압력 프로세싱 챔버(600)는 아암 조립체(625)를 구동하도록 작동 가능한 액추에이터(628)를 포함한다. 액추에이터(628)는 내부 벽들(620)에 대해 아암 조립체(625)의 아암(625b)을 이동시키도록 구동하도록 구성된 아암 조립체(625)의 구동 샤프트(625a)에 커플링된다.
[0079] 밸브 조립체(316)와 같이, 밸브 조립체(616)는 개방 포지션과 폐쇄 포지션 사이에서 이동 가능하다. 예를 들어, 밸브 조립체(616)가 폐쇄 포지션에 있을 때, 아암 조립체(625)의 아암(625b)은 밸브 도어(623)가 구멍(623a)을 덮는 내부 벽(620)과 접촉하도록 측방향으로 연장되어, 이에 의해 제1 챔버(602)를 제2 챔버(606)로부터 격리시키기 위한 시일을 형성한다.
[0080] 밸브 조립체(616)가 개방 포지션에 있을 때, 아암 조립체(625)의 아암(625b)은 밸브 도어(623)가 구멍(623a)을 덮지 않는 내부 벽(620)과 접촉하지 않도록 측방향으로 후퇴된다. 따라서 구멍(623a)은 제1 챔버(602)와 제2 챔버(606) 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 개구를 제공한다.
[0081] 제어기는 다중 압력 프로세싱 챔버(300)의 제어기와 관련하여 설명된 프로세스와 유사한 방식으로 다중 압력 프로세싱 챔버(600)를 작동시킬 수 있다. 이 프로세스에서, 밸브 조립체(616)를 개방하고 폐쇄하기 위해, 제어기는 아암 조립체(625)의 아암(625b)을 구동하도록 액추에이터(628)를 작동시킬 수 있다.
[0082] 도 7은 일부 예들에 따른 반도체 프로세싱을 위한 방법(700)의 흐름도이다. 도 8 내지 도 10은 일부 예들에 따른 도 7의 방법(700)의 양태들을 예시하는 중간 반도체 구조들의 단면도이다. 여기에 설명된 예들은 기판 상의 핀들 사이에 격리 구조들(예를 들어, STIs(shallow trench isolations))을 형성하는 맥락에서 설명된다. 당업자는 다른 맥락들에 대한 본 명세서에 설명된 양태들의 다양한 적용들을 쉽게 이해할 것이며, 이러한 변형들은 다른 예들의 범위 내에서 고려된다.
[0083] 도 7의 블록(702)에 따르면, 유동성 막이 기판 상의 핀들 상에 그리고 핀들 사이에 증착된다. 도 8은 기판(802) 상의 핀들(804) 상에 그리고 핀들 사이에 증착된 유동성 막(808)의 단면도를 예시한다. 도 8의 구조를 얻기 위해, 기판(802)이 제공된다. 기판(802)은 벌크 기판, SOI(semiconductor-on-insulator) 기판 등과 같은 임의의 적절한 반도체 기판일 수 있다. 일부 예들에서, 기판(802)은 벌크 실리콘 웨이퍼이다. 기판 크기들의 예들은 특히 직경 200 mm, 직경 350 mm, 직경 400 mm, 및 직경 450 mm를 포함하다. 이 경우, 핀들(804)이 기판(802) 상에 형성된다. 핀들(804)은 각각의 핀(804)이 이웃하는 피처들 쌍(예를 들어, 트렌치들(806)) 사이에 정의되도록 기판(802) 내로 연장되는 트렌치들(806)과 같은 피처들을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 임의의 적절한 패터닝 프로세스를 구현하여 피처들을 형성할 수 있다. 패터닝 프로세스는 핀들(804) 사이의 타깃 피치(target pitch)를 달성하기 위해 SADP(self-aligned double patterning), LELE(lithography-etch-lithography-etch) 이중 패터닝 등과 같은 다중 패터닝 프로세스를 포함할 수 있다. 트렌치들(806)을 에칭하기 위한 예시적인 에칭 프로세스는 반응성 이온 에칭(RIE) 프로세스 등을 포함한다. 각각의 트렌치(806)는 높은 종횡비를 갖거나 또는 높은 종횡비를 형성할 수 있다. 종횡비는 트렌치(806)의 폭(812)에 대한 트렌치(806)의 깊이(810)의 비일 수 있다. 종횡비는 10:1 이상일 수 있다. 일부 예들에서, 확산 장벽 층과 같은 하나 이상의 층들이 핀들(804) 상에 형성되고, 깊이(810) 및 폭(812)은 최외측 층의 외부 표면으로부터 측정될 수 있다.
[0084] 그런 다음, 유동성 막(808)은 트렌치들(806) 내에 그리고 핀들(804) 상에 증착된다. 일부 예들에서, 유동성 막(808)은 FCVD 프로세스 또는 스핀-온에 의해 증착될 수 있다. 예를 들어, FCVD 프로세스에서, 유동성 막(808)은 고농도의 질소 및/또는 수소를 포함하는 실리콘 기반 유전체일 수 있다. 예를 들어, FCVD 프로세스에서, 전구체들은 H2N(SiH3), HN(SiH3)2, 및 N(SiH3)3과 같은 실릴-아민들, 실란(SiH4), 또는 트리실릴아민(N(SiH3)3), 수소(H2), 질소(N2) 및/또는 암모니아(NH3)와 같은 다른 가스들과 혼합될 수 있는 다른 유사한 전구체들일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 유동성 막(808)의 유동성은 유동성 막(808)이 예를 들어 높은 종횡비 갭들(예를 들어, 트렌치들(806)에 의해 형성될 수 있음)에서 우수한 갭 충전을 제공하도록 허용할 수 있다.
[0085] 블록(704)에 따르면, 상부에 증착된 유동성 막(808)을 갖는 기판(802)은 그 후 프로세싱 챔버로 이송된다. 프로세싱 챔버는 도 2 내지 도 7과 관련하여 위에서 설명된 임의의 것과 같은 다중 압력 프로세싱 챔버이다. 여기에서의 문맥에 대한 예로서, 블록(704)의 프로세싱 챔버는 도 3의 다중 압력 프로세싱 챔버(300)이다. 프로세싱 챔버는 도 1의 프로세싱 시스템(100)과 같은 프로세싱 시스템에 포함될 수 있다.
[0086] 예를 들어, 기판(802)은 전면 개방 통합 포드(FOUP)에 의해 팩토리 인터페이스 모듈(130)로 이송되고, 팩토리 인터페이스 모듈(130)에서, 기판(802)은 FOUP로부터 로드록 챔버(128)로 이송된다. 후속 이송들 및 프로세싱은, 예를 들어, 기판(802)을 프로세싱 시스템(100) 외부의 대기 주변 환경에 노출시키지 않고 그리고 프로세싱 시스템(100)의 이송 장치 내에서 유지되는 저압 또는 진공 환경을 파괴하지 않고, 프로세싱 시스템(100)에서 수행된다. 이송 로봇(106)은 기판(802)을 로드록 챔버(128)로부터 제1 이송 챔버(102) 내로 이송한다. 기판(802)은 그 후 다중 압력 프로세싱 챔버(300)가 제1 이송 챔버(102)에 커플링되는 경우 이송 로봇(106)에 의해 프로세싱 챔버(예를 들어, 다중 압력 프로세싱 챔버(300))로 이송될 수 있거나, 또는 다중 압력 프로세싱 챔버(300)가 제2 이송 챔버(104)에 커플링되는 경우 이송 로봇(106)에 의해 통과 챔버(124)로, 그리고 후속적으로 이송 로봇(108)에 의해 통과 챔버(124)로부터 다중 압력 프로세싱 챔버(300)로 이송될 수 있다. 일부 예들에서, 유동성 막(808)의 증착은 프로세싱 시스템 내의 프로세싱 챔버에서 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 예들에서, 기판(802)은 유동성 막(808)의 증착 전에 프로세싱 시스템(100)으로 이송될 수 있고, 후속적으로 프로세싱 시스템(100) 내에서 다중-압력 프로세싱 챔버(300)로 이송될 수 있다. 다중 압력 프로세싱 챔버(300)의 밸브 조립체(316)가 개방되고, 이송 챔버의 이송 로봇은 상술한 바와 같이 기판(802)을 페데스탈(304) 상으로 이송한다.
[0087] 블록(706)에 따르면, 블록(708)의 제1 프로세스에 이어지는 블록(710)의 제2 프로세스를 포함하는 프로세싱이 프로세싱 챔버에서 수행된다. 블록(710)의 제2 프로세스는 블록(708)의 제1 프로세스와 상이하다. 다른 예들에서 프로세싱 챔버에서 추가적인 프로세스가 수행될 수도 있다.
[0088] 일부 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스는 유동성 막에서 더 안정적인 결합들 및/또는 더 많은 결합들을 형성하고, 블록(710)의 제2 프로세스는 안정화된 막을 고밀화하고, 안정화된 막 내에 더 안정적인 결합들을 추가로 생성할 수 있다. 따라서, 블록(708)에서의 제1 프로세스는 유동성 막을 안정화시키는 것을 포함하고, 블록(710)에서의 제2 프로세스는 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함한다.
[0089] 일부 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스 및 블록(710)의 제2 프로세스는 동일한 또는 상이한 압력에서 이루어질 수 있다. 일부 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스는 블록(710)의 제2 프로세스의 압력보다 낮은 압력에서 이루어질 수 있다. 일부 예들에서, 블록(710)의 제2 프로세스는 블록(708)의 제1 프로세스가 수행되는 프로세싱 챔버 내의 압력보다 1000배 이상(예를 들어, 10000배 이상) 더 큰 프로세싱 챔버 내의 압력에서 수행된다. 일부 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스는 블록(710)의 제2 프로세스의 압력보다 더 큰 압력에서 이루어진다. 예들로서, 제1 프로세스는 10 밀리토르 내지 100 바 범위의 압력에서 수행될 수 있고, 제2 프로세스는 1 바보다 크거나 같은, 예를 들어 5 바보다 크거나 같은 압력에서 수행될 수 있다.
[0090] 일부 예들에서, 제1 프로세스 및 제2 프로세스가 수행되는 온도들은 동일하지만, 다른 예들에서는 온도들이 상이할 수 있다. 일부 예들에서, 블록(708)에서의 제1 프로세스의 온도는 블록(710)에서의 제2 프로세스의 온도보다 낮다. 예들로서, 블록(708)에서의 제1 프로세스의 온도는 300 ℃ 내지 1000 ℃의 범위에 있을 수 있고, 블록(710)에서의 프로세스의 온도는 300 ℃ 내지 1000 ℃의 범위에 있을 수 있으며, 이 온도는 블록(708)에서의 제1 프로세스의 온도와 같거나, 이보다 더 작거나, 또는 이보다 더 높을 수 있다. 예들로서, 블록(708)에서의 제1 프로세스의 온도는 100 ℃ 내지 300 ℃의 범위에 있을 수 있고, 블록(710)에서의 프로세스의 온도는 300 ℃ 내지 1000 ℃의 범위에 있을 수 있다.
[0091] 일부 예들에서, 블록(708)에서 제1 프로세스를 위해 유동되는 프로세스 가스 조성물(예를 들어, 단일 가스 또는 가스들의 혼합물일 수 있음)은 블록(710)에서 제2 프로세스를 위해 유동되는 프로세스 가스 조성물과 상이하다. 이하, 제1 프로세스 및 제2 프로세스에 대한 예들이 설명된다.
[0092] 일부 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스는 안정화 프로세스인 것에 추가하여 변환 프로세스이다. 변환 및 안정화 프로세스는 유동성 막(808)을 다른 유전체 조성을 갖도록 변환시킨다. 예를 들어, 변환 프로세스는 FCVD 프로세스에 의해 증착된 고농도의 질소 및/또는 수소를 포함하는 실리콘 기반 유전체를 실리콘 산화물로 변환시킬 수 있다. 변환 프로세스는 산화 프로세스일 수 있다.
[0093] 일부 예들에서, 산화 프로세스는 열 산화 프로세스 또는 플라즈마 산화 프로세스이다. 열 산화 프로세스에서, 산소 가스(O2), 오존 가스(O3), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 또는 이들의 조합과 같은 산소 함유 프로세스 가스가 프로세싱 챔버 내에서 유동될 수 있다. 산소 함유 프로세스 가스는 프로세싱 챔버 내로 연속적으로 유동될 수 있거나, 또는 원하는 압력이 달성될 때까지 프로세싱 챔버 내로 유동되고 중단될 수 있으며, 여기서 압력은 이후 산화 프로세스 동안 유지된다. 산소 함유 프로세스 가스의 유량은 예를 들어 약 5 sccm 내지 약 200 slm의 범위일 수 있다. 열 산화 프로세스 동안, 프로세싱 챔버 내의 압력은 10 밀리토르 내지 100 바의 압력으로 유지될 수 있다. 열 산화 프로세스는 약 300 ℃ 내지 약 1000 ℃ 범위와 같은 300 ℃ 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 플라즈마 산화 프로세스에서, 플라즈마는 산소 가스(O2), 오존 가스(O3), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO) 또는 이들의 조합과 같은 산소 함유 프로세스 가스를 사용하여 RPS에서 점화된다. 산소 함유 플라즈마 유출물은 프로세싱 챔버 내에서 유동된다. RPS의 RF 전원은 13.56 MHz와 같이 약 2 MHz 내지 약 40 MHz 범위의 주파수를 가질 수 있고, 약 50 W 내지 약 3000 W 범위의 전력을 가질 수 있다. 플라즈마 산화 프로세스에서 가스의 유동, 온도 및 압력은 열 산화에 대해 이전에 설명된 것과 같을 수 있다.
[0094] 일부 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스는 유동성 막의 조성에 크게 영향을 미치지 않는 안정화 프로세스이다. 예를 들어, 안정화 프로세스는 FCVD 프로세스에 의해 증착된 고농도의 질소 및/또는 수소를 포함하는 실리콘 기반 유전체의 조성을 실질적으로 유지할 수 있다.
[0095] 일부 예들에서, 안정화 프로세스는 열 프로세스 또는 플라즈마 프로세스이다. 열 프로세스에서, 암모니아 가스(NH3)와 같은 암모니아 함유 프로세스 가스는 프로세싱 챔버 내에서 유동될 수 있다. 암모니아 함유 프로세스 가스는 프로세싱 챔버 내로 연속적으로 유동될 수 있거나, 또는 원하는 압력이 달성될 때까지 프로세싱 챔버 내로 유동되고 중단될 수 있고, 여기서 압력은 이후 열 프로세스 동안 유지된다. 암모니아 함유 프로세스 가스의 유량은 예를 들어 약 5 sccm 내지 약 200 slm의 범위에 있을 수 있다. 열 프로세스 동안, 프로세싱 챔버 내의 압력은 10 밀리토르 내지 100 바의 압력으로 유지될 수 있다. 열 프로세스는 약 300 ℃ 내지 약 1000 ℃ 범위와 같이 300 ℃ 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 플라즈마 프로세스에서, 플라즈마는 암모니아 가스(NH3)와 같은 암모니아 함유 프로세스 가스를 사용하여 RPS에서 점화된다. 질소 함유 플라즈마 유출물들 및/또는 수소 함유 플라즈마 유출물들은 프로세싱 챔버 내에서 유동된다. RPS의 RF 전원은 13.56 MHz와 같이 약 2 MHz 내지 약 40 MHz 범위의 주파수를 가질 수 있고, 약 50 W 내지 약 3000 W 범위의 전력을 가질 수 있다. 플라즈마 프로세스에서의 가스의 유동, 온도 및 압력은 플라즈마 없이 안정화하기 위해 이전에 설명된 바와 같을 수 있다.
[0096] 블록(708)의 제1 프로세스는 밸브 조립체(316)가, 예를 들어, 제1 프로세스가 수행되는 압력에 따라 개방 또는 폐쇄 포지션에 유지되는 동안 다중 압력 프로세싱 챔버(300)에서 수행될 수 있다. 밸브 조립체(316)는 저압 프로세싱을 위해 개방된 상태로 유지될 수 있거나, 또는 고압 프로세싱을 위해 폐쇄될 수 있다. 산소 함유 프로세스 가스 또는 암모니아 함유 프로세스 가스는 가스 전달 시스템(307)을 통해 유동되고, 진공 프로세싱 시스템에 의해 제2 챔버(306)를 통해 배기될 수 있다. 가열 요소들(318)은 제1 프로세스 동안 제1 챔버(302) 내의 온도를 유지할 수 있다.
[0097] 일부 예들에서, 블록(710)의 제2 프로세스는 고밀화 프로세스이다. 고밀화 프로세스는 유동성 막(808)으로부터 안정화된 및/또는 변환된 유전체 재료의 밀도를 증가시킨다. 예를 들어, 고밀화 프로세스는 FCVD 프로세스에 의해 증착된 고농도의 질소 및/또는 수소를 포함하는 실리콘 기반 유전체로부터 변환된 실리콘 산화물의 밀도를 증가시킬 수 있다. 고밀화 프로세스는 안정화된 막을 다른 유전체 조성물(예를 들어, 실리콘 산화물)로 추가적으로 더 변환시킬 수 있다. 고밀화 프로세스는 Si-O-Si 결합들을 형성하는 반응들을 촉진시킬 수 있다. 고밀화 프로세스는 어닐링 프로세스일 수 있다.
[0098] 일부 예들에서, 어닐링 프로세스는 건식 어닐링 프로세스 또는 증기 어닐링 프로세스이다. 건식 어닐링 프로세스는 약 300 ℃ 내지 약 1000 ℃ 범위와 같이 300 ℃ 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 건식 어닐링 프로세스에서, 암모니아 가스(NH3), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO) 등과 같은 프로세스 가스가 프로세싱 챔버 내에서 유동될 수 있다. 프로세스 가스는 프로세싱 챔버 내로 연속적으로 유동될 수 있거나, 또는 원하는 압력이 달성될 때까지 프로세싱 챔버 내로 유동되고 중단될 수 있으며, 여기서 압력은 이후 건식 어닐링 프로세스 동안 유지된다. 프로세스 가스의 유량은 예를 들어 약 5 sccm 내지 약 200 slm의 범위일 수 있다. 건식 어닐링 프로세스는 추가적으로 프로세스 가스가 아산화질소(N2O) 및/또는 산화질소(NO)와 같은 산소 함유 가스를 포함할 때 막을 추가로 변환시키기 위한 산화 프로세스일 수 있다. 건식 어닐링 프로세스 동안, 프로세싱 챔버 내의 압력은 약 1 바 이상, 또는 보다 구체적으로 약 5 바 이상과 같은, 예를 들어, 바 정도의 고압에서 유지될 수 있다.
[0099] 증기 어닐링 프로세스는 약 350 ℃ 내지 약 1000 ℃ 범위와 같이 300 ℃ 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 증기 어닐링 프로세스에서, 암모니아 가스(NH3), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 또는 이들의 조합과 같은 다른 프로세스 가스가 있거나 또는 없는 상태로 증기(H2O)가 프로세싱 챔버 내에서 유동될 수 있다. 프로세스 가스가 있거나 또는 없는 증기는 프로세싱 챔버 내로 연속적으로 유동될 수 있거나, 또는 원하는 압력이 달성될 때까지 프로세싱 챔버 내로 유동되고 중단될 수 있으며, 여기서 압력은 이후 증기 어닐링 프로세스 동안 유지된다. 프로세스 가스가 있거나 또는 없는 증기의 유량은 예를 들어 약 5 sccm 내지 약 200 slm의 범위일 수 있다. 증기 어닐링 프로세스는 추가적으로 막을 더 변환시키기 위한 산화 프로세스일 수 있다. 증기 어닐링 프로세스 동안, 프로세싱 챔버 내의 압력은 약 1 바 이상, 또는 보다 구체적으로 약 5 바 이상과 같은, 예를 들어, 바 정도의 고압에서 유지될 수 있다.
[0100] 블록(710)의 제2 프로세스는, 예를 들어 제1 프로세스가 수행되는 압력에 따라, 밸브 조립체(316)가 개방 또는 폐쇄 포지션에 있는 동안, 다중 압력 프로세싱 챔버(300)에서 수행될 수 있다. 프로세스 가스(예를 들어, 증기를 포함함)는 고압을 확립하고 유지할 수 있는 가스 전달 시스템(307)을 통해 유동될 수 있다. 가열 요소들(318)은 제2 프로세스 동안 제1 챔버(302) 내의 온도를 유지할 수 있다.
[0101] 추가 예들에서, 블록(708)의 제1 프로세스는 안정화 프로세스에 추가하여 변환 프로세스이다. 변환 및 안정화 프로세스는 유동성 막(808)을 위에서 설명된 바와 같이 다른 유전체 조성을 갖도록 변환시킨다. 변환 프로세스는 산화 프로세스일 수 있다. 일부 예들에서, 산화 프로세스는 증기 산화 프로세스 또는 플라즈마 산화 프로세스이다. 증기 산화 프로세스에서, 증기(H2O)는 프로세싱 챔버 내에서 유동될 수 있다. 증기는 프로세싱 챔버 내로 연속적으로 유동될 수 있거나, 또는 원하는 압력이 달성될 때까지 프로세싱 챔버 내로 유동되고 중단될 수 있으며, 여기서 압력은 이후 증기 산화 프로세스 동안 유지된다. 증기의 유량은 예를 들어 약 5 sccm 내지 약 200 slm의 범위일 수 있다. 증기 산화 프로세스 동안, 프로세싱 챔버 내의 압력은 5 바 미만의 압력으로 유지될 수 있다. 증기 산화 동안의 압력은 블록(710)에서 제2 프로세스의 압력보다 낮다. 증기 프로세스는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃ 범위와 같이 100 ℃ 초과의 온도에서 수행될 수 있다. 증기 산화 동안의 온도는 블록(710)에서 제2 프로세스의 온도보다 낮다. 플라즈마 산화 프로세스에서, 플라즈마는 증기(H2O)를 사용하여 RPS에서 점화된다. 산소 함유 플라즈마 유출물들 및/또는 수소 함유 플라즈마 유출물들은 프로세싱 챔버 내에서 유동된다. RPS의 RF 전원은 13.56 MHz와 같이 약 2 MHz 내지 약 40 MHz 범위의 주파수를 가질 수 있고, 약 50 W 내지 약 3000 W 범위의 전력을 가질 수 있다. 플라즈마 산화 프로세스에서 증기의 유동, 온도 및 압력은 이전에 증기 산화에 대해 설명된 것과 같을 수 있다.
[0102] 하기 표 1은 일부 예들에 따른 프로세스들의 상이한 조합을 요약한다. 예는 표 1의 각 행에 포함되어 있다. 상이한 조합들이 구현될 수 있다. 예를 들어 제1 및 제2 프로세스들을 반복함으로써 추가 프로세스들이 수행될 수 있다.
Figure pct00001
[0103] 도 9는 변환된 그리고 고밀화된 막(814)의 단면도를 예시하고, 이 막은 기판(802) 상의 핀들(804) 상에서 및 핀들 사이에서, 유동성 막(808)으로부터 변환되었다. 일부 예들에서, 유동성 막(808)은 고농도의 질소 및/또는 수소를 포함하는 실리콘 기반 유전체로부터, 고밀화된 실리콘 이산화물로 변환된다. 이러한 예들에서, 변환된 그리고 고밀화된 막(814)은 원래 증착된 유동성 막(808)과 상이한 재료 조성인 고밀화된 실리콘 산화물이다.
[0104] 도 7의 블록(712)에 따르면, 블록(706)에서 프로세싱된 막은 에칭된다. 일부 예들에서, 블록(706)의 프로세싱 후에, 기판(802)은 프로세싱 챔버가 커플링되는 이송 챔버의 이송 로봇에 의해 프로세싱 챔버로부터 제거된다. 예를 들어, 기판(802)은 위에서 설명된 바와 같이 다중 압력 프로세싱 챔버(300)의 제1 챔버(302)로부터 제거될 수 있다. 기판(802)은 프로세싱 시스템(100) 내의 다른 프로세싱 챔버로 또는 다른 프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버로 이송될 수 있다. 에칭은 임의의 적절한 에칭 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 일부 예들에서, 에칭 프로세스는 습식 에칭이지만, 건식 에칭도 또한 구현될 수 있다. 또한, 습식 에칭은 묽은 불화수소산(dHF)을 사용할 수 있으며, 이는 실리콘 산화물에 선택적일 수 있다. 일부 예들에서, 100:1 dHF 용액이 실리콘 산화물의 변환되고 고밀화된 막을 에칭하기 위해 구현되었다. 블록(706)의 에칭의 에칭율은 더 균일하고 더 낮을 수 있으며, 이는 위에서 설명된 바와 같이 더 쉽게 제어될 수 있다.
[0105] 도 10은, 예를 들어, 변환되고 고밀화된 막(814)을 에칭한 후, 기판(802) 상의 핀들(804) 사이의 트렌치들(806)에서 변환되고 고밀화된 막(814)으로 형성된 격리 구조들(예를 들어, STIs)의 단면도를 예시한다. 에칭 프로세스의 결과로서, 핀들(804)은 이웃하는 격리 구조들 사이로부터 돌출된다. 격리 구조들의 최상부 표면들(예를 들어, 변환되고 고밀화된 막(814)의 최상부 표면)은 핀들(804)의 최상부 표면들로부터 임의의 깊이로 리세스될(recessed) 수 있고, 도 10의 예시는 단지 예일 뿐이다.
[0106] 그 사이에 격리 구조들을 갖는 핀들(804)은 그 후 임의의 적절한 디바이스 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 핀들(804)은 FinFETs를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 게이트 구조는 핀(804) 상에 그리고 핀에 대해 길이방향으로 수직으로 형성될 수 있다. 게이트 구조는 핀의 표면들을 따른 게이트 유전체(예를 들어, 하이-k(high-k) 게이트 유전체), 게이트 유전체 상의 하나 이상의 일-함수 튜닝(tuning) 층들, 및 일-함수 튜닝 층(들) 상의 금속 충전물을 포함할 수 있다. 게이트 구조는 게이트 구조 아래에 있는 각각의 핀(804)에 채널 영역을 정의할 수 있다. 소스/드레인(drain) 영역들(예를 들어, 에피택셜(epitaxial) 소스/드레인 영역들)은 채널 영역의 대향하는 측면들 상의 핀에 형성될 수 있다. 게이트 구조, 채널 영역, 및 소스/드레인 영역들이 함께 FinFET를 형성할 수 있다.
[0107] 전술한 바가 본 개시내용의 다양한 예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 반도체 프로세싱 시스템(processing system)으로서,
    프로세싱 챔버(chamber); 및
    프로세서(processor) 및 메모리(memory)를 포함하는 시스템 제어기를 포함하며,
    상기 메모리는 명령들을 저장하고, 상기 명령들은 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 시스템 제어기로 하여금,
    유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행되는, 상기 프로세싱 챔버 내에서의 제1 프로세스 ― 상기 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 상기 막의 결합들(bonds)을 안정화시키는 것을 포함함 ― 를 제어하게 하고, 그리고
    상기 막을 상부에 갖는 상기 기판 상에서 수행되는, 상기 프로세싱 챔버 내에서의 제2 프로세스 ― 상기 제2 프로세스는 상기 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함함 ― 를 제어하게 하는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 제1 압력에서 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 상기 제1 압력보다 큰 제2 압력에서 수행되는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 제1 프로세스 가스 조성물을 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 상기 제1 프로세스 가스 조성물과 상이한 제2 프로세스 가스 조성물을 유동시키는 것을 포함하여 수행되는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 제1 온도에서 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 수행되는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 상기 막을 상이한 조성으로 변환시키는 것을 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 산소, 오존, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 증기, 암모니아, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 암모니아를 포함하는 제1 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 증기, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 증기를 포함하는 제1 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 제1 압력 및 제1 온도에서 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 증기, 암모니아, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 제2 압력 및 제2 온도에서 수행되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 크고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은,
    반도체 프로세싱 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버에 유체적으로 커플링(couple)된 원격 플라즈마 소스(remote plasma source)를 더 포함하고,
    상기 명령들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 시스템 제어기로 하여금, 상기 제1 프로세스, 상기 제2 프로세스, 또는 상기 제1 프로세스 및 상기 제2 프로세스 둘 모두 동안 상기 원격 플라즈마 소스에서 플라즈마를 점화하게 하는,
    반도체 프로세싱 시스템.
  10. 반도체 프로세싱을 위한 방법으로서,
    유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판을 프로세싱 챔버 내로 이송하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 내에서, 상기 기판 상의 상기 막에 대해 제1 프로세스를 수행하는 단계 ― 상기 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 상기 막의 결합들을 안정화시키는 것을 포함함 ―; 및
    상기 프로세싱 챔버 내에서, 상기 기판 상의 상기 막에 대해 제2 프로세스를 수행하는 단계 ― 상기 제2 프로세스는 상기 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함함 ― 를 포함하는,
    방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 제1 압력에서 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 상기 제1 압력보다 큰 제2 압력에서 수행되는,
    방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스를 수행하는 단계는 제1 프로세스 가스 조성물을 유동시키는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 제2 프로세스를 수행하는 단계는 상기 제1 프로세스 가스 조성물과 상이한 제2 프로세스 가스 조성물을 유동시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스를 수행하는 단계는 상기 막을 상이한 조성으로 변환시키는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 산소, 오존, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 증기, 암모니아, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되는,
    방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 암모니아를 포함하는 제1 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 증기, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되는,
    방법.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 증기를 포함하는 제1 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 제1 압력 및 제1 온도에서 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 증기, 암모니아, 아산화질소, 산화질소, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 프로세스 가스를 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 제2 압력 및 제2 온도에서 수행되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 크고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높은,
    방법.
  17. 명령들을 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서,
    상기 명령들은, 프로세서에 의해 실행될 때, 컴퓨터 시스템으로 하여금 동작들을 수행하게 하며, 상기 동작들은,
    프로세싱 시스템의 프로세싱 챔버 내에서 제1 프로세스 ― 상기 제1 프로세스는 유동성 프로세스에 의해 증착된 막을 상부에 갖는 기판 상에서 수행되고, 상기 제1 프로세스는 안정화된 막을 형성하기 위해 상기 막의 결합들을 안정화시키는 것을 포함함 ― 를 수행하도록 상기 프로세싱 시스템을 제어하는 동작; 및
    상기 프로세싱 챔버 내에서 제2 프로세스 ― 상기 제2 프로세스는 상기 안정화된 막을 상부에 갖는 상기 기판 상에서 수행되고, 상기 제2 프로세스는 상기 안정화된 막을 고밀화하는 것을 포함함 ― 를 수행하도록 상기 프로세싱 시스템을 제어하는 동작을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 제1 프로세스 가스 조성물을 유동시키는 것을 포함하여 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 상기 제1 프로세스 가스 조성물과 상이한 제2 프로세스 가스 조성물을 유동시키는 것을 포함하여 수행되는,
    비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 제1 압력에서 수행되고, 그리고
    상기 제2 프로세스는 상기 제1 압력보다 큰 제2 압력에서 수행되는,
    비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 프로세스는 상기 막을 상이한 조성으로 변환시키는 것을 더 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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