KR20220154798A - 선택적 금속 화합물 제거를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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젠지앙 쿠이
안추안 왕
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

예시적인 식각 방법들은, 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 수소 함유 전구체는, 플루오린 함유 전구체의 유량에 대해 적어도 2:1의 유량으로 유동될 수 있다. 방법들은, 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 기판을 수납하는 기판 처리 영역 내로 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 규소 함유 물질 또는 금속의 노출된 영역을 포함할 수 있다. 방법들은 기판을 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 규소 함유 물질 또는 금속에 대해 선택적으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선택적 금속 화합물 제거를 위한 시스템들 및 방법들
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 11일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR SELECTIVE METAL COMPOUND REMOVAL"인 미국 정식 출원 번호 17/018,206의 이익 및 우선권을 주장하며, 이로써 상기 미국 정식 출원은 그 전체가 참조로 포함된다.
본 기술은 반도체 프로세스들 및 장비에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은 금속 함유 구조들을 다른 물질들에 대해 선택적으로 식각하는 것에 관한 것이다.
집적 회로들은, 복잡하게 패터닝된 물질 층들을 기판 표면들 상에 생성하는 프로세스들에 의해 가능해진다. 패터닝된 물질을 기판 상에 생성하는 것은, 노출된 물질의 제거를 위한 제어된 방법들을 필요로 한다. 포토레지스트의 패턴을 아래 놓인 층들 내에 전사하는 것, 층들을 박형화하는 것, 또는 표면 상에 이미 존재하는 피처들의 측방향 치수들을 박형화하는 것을 포함하는 다양한 목적들을 위해 화학적 식각이 사용된다. 종종, 하나의 물질을 다른 물질보다 더 빠르게 식각하여, 예를 들어, 패턴 전사 프로세스를 용이하게 하는 식각 프로세스를 갖는 것이 바람직하다. 그러한 식각 프로세스를 제1 물질에 대해 선택적이라고 한다. 물질들, 회로들, 및 프로세스들의 다양성의 결과로서, 다양한 물질들에 대하여 선택도를 갖는 식각 프로세스들이 개발되었다.
식각 프로세스들은 프로세스에 사용되는 물질들에 기초하여 습식 또는 건식으로 칭해질 수 있다. 예를 들어, 습식 식각은 다른 유전체들 및 물질들에 비해 일부 산화물 유전체들을 우선적으로 제거할 수 있다. 그러나, 습식 프로세스들은 일부 제약된 트렌치들에 침투하는데 어려움을 가질 수 있고, 또한, 때로는 나머지 물질을 변형시킬 수 있다. 기판 처리 영역 내에 형성된 국부 플라즈마들에서 생성되는 건식 식각들은, 더 제약된 트렌치들을 관통할 수 있고 섬세한 나머지 구조들의 더 적은 변형을 보여줄 수 있다. 그러나, 국부 플라즈마들은 방전 시에 전기 아크들의 생성을 통해 기판을 손상시킬 수 있다.
따라서, 고품질 디바이스들 및 구조들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들이 필요하다. 이러한 그리고 다른 필요들이 본 기술에 의해 해결된다.
예시적인 식각 방법들은, 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 수소 함유 전구체는, 플루오린 함유 전구체의 유량에 대해 적어도 2:1의 유량으로 유동될 수 있다. 방법들은, 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 기판을 수납하는 기판 처리 영역 내로 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 규소 함유 물질 또는 금속의 노출된 영역을 포함할 수 있다. 방법들은 기판을 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 규소 함유 물질 또는 금속에 대해 선택적으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 탄탈럼 또는 티타늄 물질은 탄탈럼 또는 티타늄 금속 또는 탄탈럼 또는 티타늄의 산화물 또는 질화물이거나 이를 포함할 수 있다. 금속은 텅스텐, 코발트, 또는 구리일 수 있다. 플라즈마 전력은 약 1,000 W 이하로 유지될 수 있다. 식각 방법은 약 150 ℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 식각 방법은 약 10 Torr 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 방법들은, 플루오린 함유 전구체를 유동시키기 전에 수행되는 전처리를 포함할 수 있다. 전처리는 기판을 산소, 수소, 수증기 또는 질소 중 하나 이상을 포함하는 플라즈마와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 식각 방법에 후속하여 수행되는 후처리를 포함할 수 있고, 후처리는 기판을 수소, 질소, 산소, 또는 수증기 중 하나 이상을 포함하는 플라즈마와 접촉시키는 단계를 포함한다. 방법들은 반도체 처리 챔버로부터 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버의 챔버 벽들로부터 잔류물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 잔류물을 제거하는 단계는 염소 함유 전구체 또는 플라즈마 유출물 또는 브롬 함유 전구체 또는 플라즈마 유출물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들은 식각 방법들을 포함할 수 있다. 방법들은 처리 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 산소, 수소, 또는 질소 중 하나 이상을 포함하는 처리 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 처리 플라즈마 유출물들을 반도체 처리 챔버의 기판 처리 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 기판 처리 영역에 수납된 기판을 처리 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 텅스텐, 코발트 또는 구리의 노출된 영역을 한정할 수 있다. 방법들은, 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 표면으로부터 탄소 함유 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 기판을 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 수소 함유 전구체는 플루오린 함유 전구체에 대해 약 2:1 이상의 레이트로 유동될 수 있다. 플루오린 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 동안의 플라즈마 전력은 약 1,000 W 이하로 유지될 수 있다. 식각 방법은 약 300 ℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 식각 방법은 약 10 Torr 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 방법들은 식각 방법에 후속하여 수행되는 후처리를 포함할 수 있다. 후처리는 수소를 포함하는 플라즈마와 기판을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버로부터 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버의 챔버 벽들로부터 잔류물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들은 식각 방법들을 포함할 수 있다. 방법들은, 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 수소 함유 전구체는, 플루오린 함유 전구체의 유량에 대해 적어도 2:1의 유량으로 유동될 수 있다. 방법들은, 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 기판을 수납하는 기판 처리 영역 내로 플라즈마 유출물들을 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 규소 함유 물질 또는 금속의 노출된 영역을 포함할 수 있다. 방법들은 기판을 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 규소 함유 물질 또는 금속에 대해 선택적으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 처리 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해, 수소를 포함하는 처리 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 기판을 처리 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 처리 플라즈마 유출물들은 기판 또는 반도체 처리 챔버 중 하나 이상으로부터 잔류 플루오린을 제거하도록 구성될 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버로부터 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 염소 함유 전구체로 반도체 처리 챔버의 챔버 벽들로부터 잔류물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
그러한 기술은 종래의 시스템들 및 기법들에 비해 많은 이익들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로세스들은 기판의 피처들을 보호할 수 있는 건식 식각이 수행되는 것을 허용할 수 있다. 추가적으로, 프로세스들은 기판 상의 다른 노출된 물질들에 대해 탄탈럼 및 티타늄 물질들을 선택적으로 제거할 수 있다. 이러한 실시예들 및 다른 실시예들은, 자신들의 많은 장점들 및 피처들과 함께, 이하의 설명 및 첨부 도면들과 함께 더 상세히 설명된다.
개시된 기술의 속성 및 장점들의 추가적인 이해는, 본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여 실현될 수 있다.
도 1은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 처리 시스템의 일 실시예의 상면도를 도시한다.
도 2a는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2b는, 본 기술의 일부 실시예들에 따른, 도 2a에 예시된 처리 챔버의 부분의 상세도를 도시한다.
도 3은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 샤워헤드의 저면도를 도시한다.
도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 방법의 예시적인 작동들을 도시한다.
도 5a-5b는 본 기술의 실시예들에 따라 처리되고 있는 기판들의 단면도들을 도시한다.
도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시적인 목적들을 위한 것이며, 축척을 고려했다고 구체적으로 언급되지 않는 한, 축척을 고려하지 않은 것임을 이해해야 한다. 추가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지 않을 수 있고, 예시의 목적들을 위해 추가적이거나 과장된 성분을 포함할 수 있다.
첨부 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 피처들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은, 유사한 구성요소들을 구별하는 문자를 참조 라벨 뒤에 둠으로써 구별될 수 있다. 제1 참조 라벨만이 본 명세서에 사용되는 경우, 본 설명은, 문자에 관계없이, 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 임의의 구성요소에 적용가능하다.
희석된 산들은, 기판들을 세정하고, 이러한 기판들로부터 물질들을 제거하기 위해 많은 상이한 반도체 프로세스들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 희석된 플루오린화수소산은 산화규소, 산화티타늄, 및 다른 물질들에 대한 효과적인 식각제일 수 있고, 이러한 물질들을 기판 표면들로부터 제거하는 데 사용될 수 있다. 식각 또는 세정 작동이 완료된 후에, 산은 웨이퍼 또는 기판 표면으로부터 건조될 수 있다. 희석 플루오린화수소산("DHF")을 사용하는 것은 "습식" 식각으로 칭해질 수 있고, 희석제는 종종 물이다. 기판에 전달되는 전구체들을 활용하는 추가적인 식각 프로세스들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 강화 프로세스들은 또한, 반응성 이온 식각을 포함하는 건식 식각을 수행하기 위해 플라즈마를 통해 전구체들을 강화함으로써 물질들을 선택적으로 식각할 수 있다.
수용액들 또는 수계 프로세스들을 사용하는 습식 식각제들이 특정 기판 구조들에 대해 효과적으로 작동할 수 있지만, 물은 다양한 조건들에서 난제들을 제기할 수 있다. 예를 들어, 식각 프로세스들 동안 물을 활용하는 것은, 금속 물질들을 포함하는 기판들 상에 배치될 때 문제들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 이후의 특정 제조 프로세스들, 예컨대, 갭들을 함몰시키는 것, 산화물 유전체를 제거하는 것, 또는 산소 함유 물질들을 제거하기 위한 다른 프로세스들은, 금속화의 소정의 양이 기판 상에 형성된 후에 수행될 수 있다. 식각 동안 일부 방식으로 물이 활용되는 경우, 전해질이 생성될 수 있고, 이는, 금속 물질과 접촉할 때, 유사하지 않은 금속들 사이에 갈바니 부식을 발생시킬 수 있고, 금속은 다양한 프로세스들에서 부식되거나 변위될 수 있다. 추가적으로, 물 희석제의 표면 장력 때문에, 미세 구조들에 따라 패턴 변형 및 붕괴가 발생할 수 있다. 수계 물질은 또한, 표면 장력 효과들로 인해 일부 고종횡비 피처들에 침투할 수 없을 수 있고, 피처 내에서의 운송을 느리게 할 수 있는, 형성될 수 있는 이온 용액의 전기 이중 층으로 인해 작은 공간들에서 식각 레이트들을 감소시킬 수 있다. 이는 노출 시간들을 연장시킬 수 있고, 다른 물질들에 비해 식각에 영향을 미칠 수 있다.
플라즈마 식각은 수계 식각과 연관된 문제들을 극복할 수 있지만, 추가적인 문제들이 발생할 수 있다. 예를 들어, 반응성 이온 식각 프로세스는 금속을 이온 활량에 노출시킬 수 있고, 이는 충격을 통해 구조를 손상시킬 수 있고, 전기적 특징들에 영향을 줄 수 있다. 본 기술은, 타겟 물질들의 제거를 용이하게 할 수 있는 반응을 수행하면서, 표면들에 대한 충격을 제한할 수 있는 건식 식각 프로세스를 수행함으로써 이러한 문제들을 극복한다. 추가적으로, 사용되는 물질들 및 조건들은 종래의 기법들에 비해 개선된 식각을 허용할 수 있다.
나머지 개시내용은 개시된 기술을 활용하는 특정 식각 프로세스들을 일상적으로 식별할 것이지만, 시스템들 및 방법들이, 설명된 챔버들에서 발생할 수 있는 바와 같은 퇴적 및 세정 프로세스들뿐만 아니라, 중간 및 후공정 처리(mid and back-end-of-line processing), 및 유지될 수 있거나 실질적으로 유지될 수 있는 다양한 노출된 물질들로 수행될 수 있는 다른 식각을 포함하는 다른 식각 기술에 동등하게 적용가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이에 따라, 본 기술은 오직 예시적인 식각 프로세스들 또는 챔버들과만 사용하기 위한 것으로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 게다가, 예시적인 챔버가 본 기술에 대한 토대를 제공하는 것으로 설명되지만, 본 기술은 설명된 작동들을 허용할 수 있는 사실상 임의의 반도체 처리 챔버에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1은, 실시예들에 따른 퇴적, 식각, 베이킹, 및 경화 챔버들의 처리 시스템(100)의 일 실시예의 상면도를 도시한다. 도면에서, 전방 개구부 통합 포드들(front opening unified pods)(FOUP들)(102)의 쌍이, 다양한 크기들의 기판들을 공급하며, 이 기판들은, 탠덤 섹션들(109a-c)에 위치된 기판 처리 챔버들(108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에, 로봇 암들(104)에 의해 수용되고 저압 유지 영역(106) 내에 배치된다. 제2 로봇 암(110)은, 기판 웨이퍼들을 유지 영역(106)으로부터 기판 처리 챔버들(108a-f)로 그리고 되돌려 운송하는 데 사용될 수 있다. 각각의 기판 처리 챔버(108a-f)는, 주기적 층 퇴적(CLD), 원자 층 퇴적(ALD), 화학 기상 퇴적(CVD), 물리 기상 퇴적(PVD), 식각, 사전 세정, 탈기, 배향, 및 다른 기판 프로세스들에 추가하여, 본원에 설명된 건식 식각 프로세스들을 포함하는 다수의 기판 처리 작동들을 수행하도록 구비될 수 있다.
기판 처리 챔버들(108a-f)은 유전체 막을 기판 웨이퍼 상에 퇴적, 어닐링, 경화 및/또는 식각하기 위한 하나 이상의 시스템 구성요소를 포함할 수 있다. 일 구성에서, 처리 챔버들의 2개의 쌍들(예를 들어, 108c-d 및 108e-f)은 기판 상에 유전체 물질을 퇴적시키는 데에 사용될 수 있고, 처리 챔버들의 제3 쌍(예를 들어, 108a-b)은 퇴적된 유전체를 식각하는 데 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 챔버들의 3개의 쌍들 전부(예를 들어, 108a-f)가 기판 상의 유전체 막을 식각하도록 구성될 수 있다. 설명되는 프로세스들 중 임의의 하나 이상의 프로세스는 상이한 실시예들에 도시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 수행될 수 있다. 유전체 막들을 위한 퇴적, 식각, 어닐링, 및 경화 챔버들의 추가적인 구성들이 시스템(100)에 의해 고려될 수 있음을 이해할 것이다.
도 2a는 구획된 플라즈마 생성 영역들을 처리 챔버 내에 갖는 예시적인 처리 시스템(200)의 단면도를 도시한다. 막, 예를 들어, 질화티타늄, 질화탄탈럼, 텅스텐, 규소, 폴리실리콘, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산탄화규소 등의 식각 동안, 프로세스 가스는 가스 유입구 조립체(205)를 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동될 수 있다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(201)이 시스템에 선택적으로 포함될 수 있고, 제1 가스를 처리할 수 있으며, 이 가스는 그 후 가스 유입구 조립체(205)를 통해 이동한다. 유입구 조립체(205)는 2개 이상의 별개의 가스 공급 채널들을 포함할 수 있고, 가스 공급 채널들에서 제2 채널(도시되지 않음)은, 포함된 경우, RPS(201)를 우회할 수 있다.
냉각 판(203), 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225), 및 페디스털(265) 또는 기판 지지부 - 기판 지지부는 기판 지지부 상에 배치된 기판(255)을 가짐 - 가 도시되며, 실시예들에 따라 각각 포함될 수 있다. 페디스털(265)은 열 교환 채널을 가질 수 있으며, 기판의 온도를 제어하기 위해 열 교환 채널을 통해 열 교환 유체가 유동하고, 열 교환 채널은 처리 작동들 동안 기판 또는 웨이퍼를 가열하고/거나 냉각하도록 작동될 수 있다. 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는, 페디스털(265)의 웨이퍼 지지 플래터는 또한, 비교적 높은 온도들, 예컨대, 약 100 ℃까지 또는 약 100 ℃ 내지 약 1100 ℃ 이상을 달성하기 위해, 내장된 저항성 가열기 요소를 사용하여 저항성 가열될 수 있다.
면판(217)은 피라미드형, 원뿔형, 또는 좁은 최상부 부분이 넓은 바닥 부분으로 확장되는 다른 유사한 구조일 수 있다. 면판(217)은 추가적으로, 도시된 바와 같이 평평할 수 있고, 프로세스 가스들을 분배하는 데에 사용되는 복수의 관통 채널들을 포함할 수 있다. RPS(201)의 사용에 따라, 플라즈마 생성 가스들 및/또는 플라즈마 여기된 종들은, 제1 플라즈마 영역(215) 내로의 더 균일한 전달을 위해 면판(217)의, 도 2b에 도시된 복수의 홀들을 통과할 수 있다.
예시적인 구성들은, 가스들/종들이 면판(217)의 홀들을 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동하도록, 면판(217)에 의해 제1 플라즈마 영역(215)으로부터 구획된 가스 공급 영역(258) 내로 개방된 가스 유입구 조립체(205)를 갖는 것을 포함할 수 있다. 구조적 및 작동적 피처들은 제1 플라즈마 영역(215)으로부터 다시 공급 영역(258), 가스 유입구 조립체(205) 및 유체 공급 시스템(210) 내로의 플라즈마의 상당한 역류를 방지하도록 선택될 수 있다. 면판(217), 또는 챔버의 전도성 최상부 부분, 및 샤워헤드(225)는 피처들 사이에 위치된 절연 링(220)을 갖는 것으로 도시되며, 절연 링은 AC 전위가 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223)에 대해서 면판(217)에 인가되는 것을 허용한다. 절연 링(220)은 면판(217)과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 사이에 배치되어, 용량성 결합된 플라즈마(CCP)가 제1 플라즈마 영역에 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 가스 유입구 조립체(205)를 통하는, 영역 내로의 유체의 유동에 영향을 미치기 위해 배플(도시되지 않음)이 제1 플라즈마 영역(215)에 추가적으로 위치되거나, 다른 방식으로 가스 유입구 조립체(205)와 결합될 수 있다.
이온 억제기(223)는, 이온성 대전된 종들이 제1 플라즈마 영역(215) 밖으로 이동하는 것을 억제하는 한편, 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종들이 이온 억제기(223)를 통과하여 억제기와 샤워헤드 사이의 활성화된 가스 전달 영역 내로 전달되는 것을 허용하도록 구성된 구조 전반에 걸쳐 복수의 애퍼처들을 한정하는 판 또는 다른 기하형상을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 이온 억제기(223)는 다양한 애퍼처 구성들을 갖는 천공된 판을 포함할 수 있다. 이러한 대전되지 않은 종들은, 덜 반응성인 캐리어 가스와 함께 애퍼처들을 통해 운송되는 고도의 반응성 종들을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 홀들을 통한 이온 종들의 이동이 감소될 수 있고, 일부 경우들에서는 완전히 억제될 수 있다. 이온 억제기(223)를 통과하는 이온 종들의 양을 제어하는 것은 유리하게, 아래 놓인 웨이퍼 기판과 접촉하게 되는 가스 혼합물에 대한 증가된 제어를 제공할 수 있고, 이는 차례로, 가스 혼합물의 퇴적 및/또는 식각 특성들의 제어를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물의 이온 농도의 조정들은 가스 혼합물의 식각 선택도, 예를 들어, SiNx:SiOx 식각 비율들, Si:SiOx 식각 비율들 등을 상당히 변경할 수 있다. 퇴적이 수행되는 대안적인 실시예들에서, 또한, 유전체 물질들에 대한 등각성-대-유동성 양식의 퇴적들의 균형이 변화될 수 있다.
이온 억제기(223)의 복수의 애퍼처들은, 이온 억제기(223)를 통해, 활성화된 가스, 즉, 이온, 라디칼, 및/또는 중성 종의 통과를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 홀들의 종횡비, 또는 홀 직경 대 길이, 및/또는 홀들의 기하형상은, 이온 억제기(223)를 통과하는 활성화된 가스의 이온성 대전된 종들의 유동이 감소되도록 제어될 수 있다. 이온 억제기(223)의 홀들은 플라즈마 여기 영역(215)을 향하는 점감 부분, 및 샤워헤드(225)를 향하는 원통형 부분을 포함할 수 있다. 원통형 부분은 샤워헤드(225)로 전달되는 이온 종들의 유동을 제어하기 위해 형상 및 치수가 결정될 수 있다. 조정가능한 전기 바이어스가 또한, 억제기를 통해 이온 종들의 유동을 제어하기 위한 추가적인 수단으로서 이온 억제기(223)에 인가될 수 있다.
이온 억제기(223)는 플라즈마 생성 영역으로부터 기판으로 이동하는 이온성 대전된 종들의 양을 감소시키거나 제거하도록 기능할 수 있다. 대전되지 않은 중성 및 라디칼 종들은 기판과 반응하기 위해 이온 억제기의 개구부들을 여전히 통과할 수 있다. 실시예들에서, 기판을 둘러싸는 반응 영역에서의 이온성 대전된 종들의 완전한 제거가 수행되지 않을 수 있다는 점을 주목해야 한다. 특정 경우들에서, 이온 종들은 식각 및/또는 퇴적 프로세스를 수행하기 위해 기판에 도달하도록 의도된다. 이러한 경우들에서, 이온 억제기는 반응 영역에서의 이온 종들의 농도를 프로세스를 보조하는 수준으로 제어하는 것을 도울 수 있다.
이온 억제기(223)와 조합된 샤워헤드(225)는, 여기된 종들이 챔버 플라즈마 영역(215)으로부터 기판 처리 영역(233) 내로 이동하는 것을 여전히 허용하면서, 제1 플라즈마 영역(215)에 존재하는 플라즈마가 기판 처리 영역(233)의 가스들을 직접 여기시키는 것을 회피하는 것을 허용할 수 있다. 이러한 방식으로, 챔버는, 플라즈마가, 식각되는 기판(255)과 접촉하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이는 생성된 플라즈마에 의해 직접 접촉된 경우에 손상되거나, 전위되거나, 다른 방식으로 휠 수 있는, 기판 상에 패터닝된 다양한 복잡한 구조들 및 막들을 유리하게 보호할 수 있다. 추가적으로, 플라즈마가 기판과 접촉하거나 기판 수준에 접근하는 것이 허용될 때, 산화물 종들이 식각되는 레이트가 증가할 수 있다. 이에 따라, 물질의 노출된 영역이 산화물인 경우, 이러한 물질은, 플라즈마를 기판으로부터 원격으로 유지함으로써 더 보호될 수 있다.
처리 시스템은 플라즈마를 제1 플라즈마 영역(215) 또는 처리 영역(233)에 생성하기 위해 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225), 및/또는 페디스털(265)에 전력을 제공하기 위해 처리 챔버와 전기적으로 결합된 전력 공급부(240)를 더 포함할 수 있다. 전력 공급부는, 수행되는 프로세스에 따라, 조정가능한 양의 전력을 챔버에 전달하도록 구성될 수 있다. 그러한 구성은 조정가능한 플라즈마가, 수행되는 프로세스들에 사용되는 것을 허용할 수 있다. 종종 활성 또는 비활성 기능성이 제공되는 원격 플라즈마 유닛과 달리, 조정가능한 플라즈마는 특정 양의 전력을 플라즈마 영역(215)에 전달하도록 구성될 수 있다. 이는 차례로, 이러한 전구체들에 의해 생성되는 식각 프로파일들을 향상시키기 위해 전구체들이 특정 방식들로 해리될 수 있도록, 특정 플라즈마 특성들의 발달을 허용할 수 있다.
플라즈마는 샤워헤드(225) 위의 챔버 플라즈마 영역(215)에서 또는 샤워헤드(225) 아래의 기판 처리 영역(233)에서 점화될 수 있다. 예를 들어, 플루오린 함유 전구체 또는 다른 전구체의 유입으로부터 라디칼 전구체들을 생성하기 위해, 플라즈마가 챔버 플라즈마 영역(215)에 존재할 수 있다. 퇴적 동안 챔버 플라즈마 영역(215)의 플라즈마를 점화하기 위해, 처리 챔버의 전도성 최상부 부분, 예컨대, 면판(217)과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 사이에 전형적인 무선 주파수(RF) 범위의 AC 전압이 인가될 수 있다. RF 전력 공급부는 13.56 MHz의 높은 RF 주파수를 생성할 수 있지만, 또한, 다른 주파수들을 단독으로 또는 13.56 MHz 주파수와 조합하여 생성할 수 있다.
도 2b는 면판(217)을 통한 처리 가스 분배에 영향을 미치는 피처들의 상세도(253)를 도시한다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 면판(217), 냉각 판(203), 및 가스 유입구 조립체(205)는 가스 공급 영역(258)을 한정하도록 교차하며, 프로세스 가스들이 가스 유입구(205)로부터 가스 공급 영역 내로 전달될 수 있다. 가스들은 가스 공급 영역(258)을 채울 수 있고, 면판(217)의 애퍼처들(259)을 통해 제1 플라즈마 영역(215)으로 유동할 수 있다. 애퍼처들(259)은, 프로세스 가스들이 처리 영역(233) 내로 유동할 수 있지만, 면판(217)을 횡단한 후에 가스 공급 영역(258) 내로의 역류가 부분적으로 또는 완전히 방지될 수 있도록, 유동을 실질적으로 단방향 방식으로 지향시키도록 구성될 수 있다.
처리 시스템(200)에서 사용하기 위한 가스 분배 조립체들, 예컨대, 샤워헤드(225)는 이중 채널 샤워헤드들(DCSH)로서 지칭될 수 있고, 도 3에 설명된 실시예들에서 추가적으로 상세히 설명된다. 이중 채널 샤워헤드는, 처리 영역 내에 전달되기 전에 챔버 구성요소들과의 그리고 서로 간의 제한된 상호작용을 제공하기 위해 처리 영역(233) 외부에서의 식각제들의 분리를 허용하는 식각 프로세스들을 제공할 수 있다.
샤워헤드(225)는 상부 판(214) 및 하부 판(216)을 포함할 수 있다. 판들은 판들 사이에 체적(218)을 한정하기 위해 서로 결합될 수 있다. 판들의 결합은 상부 판 및 하부 판을 통한 제1 유체 채널들(219) 및 하부 판(216)을 통한 제2 유체 채널들(221)을 제공하기 위한 것일 수 있다. 형성된 채널들은, 제2 유체 채널들(221)만을 통해 하부 판(216)을 통해 체적(218)으로부터의 유체 접근을 제공하도록 구성될 수 있고, 제1 유체 채널들(219)은 판들과 제2 유체 채널들(221) 사이의 체적(218)으로부터 유체적으로 격리될 수 있다. 체적(218)은 샤워헤드(225)의 측을 통해 유체적으로 접근가능할 수 있다.
도 3은 실시예들에 따른 처리 챔버와 사용하기 위한 샤워헤드(325)의 저면도이다. 샤워헤드(325)는 도 2a에 도시된 샤워헤드(225)에 대응할 수 있다. 제1 유체 채널들(219)의 모습을 보여주는 관통 홀들(365)은 샤워헤드(225)를 통한 전구체들의 유동을 제어하고 그에 영향을 미치기 위해 복수의 형상들 및 구성들을 가질 수 있다. 제2 유체 채널들(221)의 모습을 보여주는 작은 홀들(375)이 샤워헤드의 표면에 걸쳐, 심지어는 관통 홀들(365) 사이에도 실질적으로 균일하게 분포될 수 있고, 전구체들이 샤워헤드를 빠져나갈 때 다른 구성들보다 전구체들의 더 균일한 혼합을 제공하는 것을 도울 수 있다.
이전에 논의된 챔버는 식각 방법들을 포함하는 예시적인 방법들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 기술의 실시예들에 따른 방법(400)에서의 예시적인 작동들이 도시된다. 방법(400)은, 방법의 개시 전에, 전공정 처리(front end processing), 퇴적, 게이트 형성, 식각, 연마, 세정, 또는 설명된 작동들 전에 수행될 수 있는 임의의 다른 작동들을 포함하는 하나 이상의 작동을 포함할 수 있다. 방법은, 본 기술에 따른 방법들의 일부 실시예들과 구체적으로 연관될 수 있거나 연관되지 않을 수 있는 다수의 선택적 작동들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 작동들 중 다수는 수행되는 프로세스들의 더 넓은 범위를 제공하기 위해 설명되지만, 본 기술에 중요하지 않거나, 쉽게 이해될 바와 같은 대안적인 방법에 의해 수행될 수 있다. 방법(400)은 도 5a-5b에 개략적으로 도시된 작동들을 설명할 수 있고, 그 예시들은 방법(400)의 작동들과 함께 설명될 것이다. 도면들은 부분적인 개략도들만을 예시하고, 기판은 도면들에 예시된 바와 같은 다양한 특징들 및 양상들을 갖는 임의의 개수의 추가적인 물질들 및 피처들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
방법(400)은 반도체 구조를 특정 제조 작동으로 발달시키기 위한 선택적 작동들을 수반할 수 있거나 수반하지 않을 수 있다. 방법(400)이, 금속 물질 제거 작동이 수행될 수 있는 예시적인 구조들을 포함하는 임의의 개수의 반도체 구조에 대해 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예시적인 반도체 구조들은, 도 5a에 도시된 예시적인 구조(500)에 예시된 바와 같이, 트렌치, 비아, 또는 하나 이상의 노출된 물질을 포함할 수 있는 다른 함몰된 피처들을 포함할 수 있다. 구조는 하나 이상의 물질이 위치될 수 있는 기판(505)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 기판(505)은 규소 또는 일부 다른 반도체 기판 물질뿐만 아니라 층간 유전체 물질들을 포함할 수 있으며, 이를 통해, 함몰부, 트렌치, 비아, 또는 격리 구조가 형성될 수 있고, 또한, 하나 이상의 위에 놓인 물질을 포함할 수 있다. 노출된 물질들은, 예컨대, 게이트를 위한 금속 물질들, 유전체 물질, 접촉 물질, 트랜지스터 물질, 또는 반도체 프로세스들에서 사용될 수 있는 임의의 다른 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시적인 기판들은 위에 놓인 물질(515)을 통해 형성된 트렌치 내에 금속(510)을 포함할 수 있다. 금속(510)은 기판 내의 텅스텐, 코발트, 구리, 또는 일부 다른 물질 또는 금속일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 위에 놓인 물질(515)은, 규소 함유 물질, 예컨대, 산화규소, 산탄화규소, 산탄질화규소, 및 탄질화규소일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 층간 유전체들을 포함하는 유전체 물질들일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 물질은 약 3.0 이상, 또는 최대 약 4.0의 유전 상수를 특징으로 하는 산화규소일 수 있으며, 이는, 산화규소에 대한 식각 프로세스의 선택도를 개선할 수 있다. 추가적으로, 티타늄 또는 탄탈럼 물질(520)이, 위에 놓인 물질(515) 상에 포함될 수 있고, 제거를 위한 타겟일 수 있다. 물질은, 예를 들어, 산화티타늄, 질화티타늄, 산화탄탈럼, 질화탄탈럼, 또는 티타늄 또는 탄탈럼을 포함할 수 있는 임의의 다른 물질들일 수 있다. 탄탈럼 및/또는 티타늄 물질은, 금속(510) 및 위에 놓인 물질(515)을 포함하는 하나 이상의 다른 물질, 또는 탄탈럼 및/또는 티타늄 물질이 그에 대해 제거되어야 하는 다수의 다른 반도체 물질들 중 임의의 것에 대해 노출될 수 있다.
언급된 구조는 제한적인 것으로 의도되지 않고, 탄탈럼 및/또는 티타늄 물질들을 포함하는 다양한 다른 반도체 구조들 중 임의의 것이 유사하게 포함된다는 것을 이해해야 한다. 본 기술이, 위에서 언급된 각각의 물질을 포함하는 임의의 개수의 다른 물질들에 대해 탄탈럼 또는 티타늄 물질들을 선택적으로 제거할 수 있기 때문에, 다른 예시적인 구조들은 2차원 및 3차원 구조들을 포함할 수 있는데, 이러한 구조들은 반도체 제조에서 일반적이며, 구조 내에서 또는 구조 상에서 티타늄 함유 물질 및/또는 탄탈럼 함유 물질이 하나 이상의 다른 물질에 대해 제거되어야 한다. 추가적으로, 고종횡비 구조가 본 기술로부터 이익을 얻을 수 있지만, 본 기술은 더 낮은 종횡비들 및 임의의 다른 구조들에 동등하게 적용가능할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 물질들은 종래의 기술 또는 방법을 활용해서는 충분한 식각을 허용하지 않을 수 있는 더 큰 종횡비들을 특징으로 할 수 있지만, 본 기술에 따른 물질의 층들은 구조의 임의의 종횡비들 또는 높이 대 폭 비율을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 예시적인 구조의 임의의 층의 종횡비는 약 10:1 이상, 약 20:1 이상, 약 30:1 이상, 약 40:1 이상, 약 50:1 이상, 또는 그 초과일 수 있다. 추가적으로, 각각의 층은 약 100 nm 이하, 약 80 nm 이하, 약 60 nm 이하, 약 50 nm 이하, 약 40 nm 이하, 약 30 nm 이하, 약 20 nm 이하, 약 10 nm 이하, 약 5 nm 이하, 약 1 nm 이하, 또는 그 미만, 언급된 수치들 중 임의의 수치의 임의의 분율, 예컨대, 20.5 nm, 1.5 nm 등을 포함하는 감소된 폭 또는 두께를 특징으로 할 수 있다. 고종횡비들 및 최소 두께들의 이러한 조합은, 많은 종래의 식각 작동들을 방해할 수 있거나, 한정된 폭을 통한 수직 또는 수평 거리를 따라 층을 제거하기 위해 실질적으로 더 긴 식각 시간들을 요구할 수 있다. 게다가, 다른 노출된 층들에 대한 손상 또는 다른 노출된 층들의 제거가 종래의 기술들에 의해 또한 발생할 수 있다.
실시예들에서, 노출된 탄탈럼 또는 티타늄 함유 물질을 제거하기 위해 방법(400)이 수행될 수 있지만, 본 기술의 실시예들에서, 임의의 개수의 물질들이 임의의 개수의 구조들에서 제거될 수 있다. 방법들은 티타늄 및 탄탈럼 물질들의 제거를 위한 특정 작동들을 포함할 수 있고, 식각되거나 유지될 물질들을 준비하거나 처리하기 위한 하나 이상의 선택적 작동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 기판 구조는, 제거될 막, 예컨대, 티타늄 또는 탄탈럼 물질들 상에 이전의 처리 잔류물들을 가질 수 있다. 예를 들어, 이전 처리로부터의 잔류 포토레지스트 또는 부산물들이 티타늄 또는 탄탈럼 층 상에 놓여 있을 수 있다. 이러한 물질들은 제거될 물질에 대한 접근을 방지할 수 있거나, 깨끗한 표면과는 상이하게 식각제들과 상호작용할 수 있고, 이는 식각의 하나 이상의 양상을 방해할 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예들에서, 티타늄 또는 탄탈럼 물질 막 또는 물질의 선택적 전처리가 선택적 작동(405)에서 발생할 수 있다. 예시적인 전처리 작동들은, 예를 들어, 챔버(200)에서는 물론이고, 위에서 설명된 시스템(100) 상에 포함될 수 있는 임의의 개수의 챔버들에서도 수행될 수 있는, 열 처리, 습식 처리, 또는 플라즈마 처리를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 플라즈마 처리에서, 원격 또는 국부 플라즈마는 하나 이상의 방식으로 잔류물들과 상호작용하도록 의도된 전구체로부터 생성될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 처리 시스템(200)으로 도시된 것과 같은 챔버들을 활용하면, 하나 이상의 전구체로부터 원격 또는 국부 플라즈마가 생성될 수 있다. 예를 들어, 산소 함유 전구체, 수소 함유 전구체, 질소 함유 전구체, 헬륨 함유 전구체, 및/또는 일부 다른 전구체가 원격 플라즈마 영역 내로 또는 처리 영역 내로 유동될 수 있고, 여기서 플라즈마가 타격될 수 있다. 플라즈마 유출물들은 기판으로 유동될 수 있고, 잔류 물질, 예컨대, 탄소 물질 또는 다른 마스크 또는 레지스트 물질 잔류물과 접촉할 수 있다. 플라즈마 프로세스는 티타늄 또는 탄탈럼 물질을 노출시키기 위해 제거될 물질에 따라 물리적이거나 화학적일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 유출물들은, 예컨대, 스퍼터링 작동에 의해, 잔류물과 접촉하고 잔류물을 물리적으로 제거하도록 유동될 수 있거나, 전구체들은, 챔버로부터 제거될 수 있는 휘발성 부산물들을 생성하기 위해 잔류물들과 상호작용하도록 유동될 수 있다.
전처리에 사용되는 예시적인 전구체들은, 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 수소, 탄화수소, 수증기, 알콜, 과산화수소, 또는 수소를 포함할 수 있는 다른 물질들일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예시적인 산소 함유 전구체들은 분자 산소, 오존, 아산화질소, 산화질소, 또는 다른 산소 함유 물질들을 포함할 수 있다. 질소 가스가 또한 사용될 수 있거나, 수소, 산소, 및/또는 질소 중 하나 이상을 갖는 조합 전구체가 특정 잔류물들을 제거하는 데 활용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전구체들은, 노출된 금속을 산화시킬 가능성이 더 높을 수 있는 이원자 산소를 포함하지 않을 수 있다. 일단 잔류물 또는 부산물들이 제거되면, 깨끗한 티타늄 또는 탄탈럼 표면이 식각을 위해 노출될 수 있다.
방법(400)은, 작동(410)에서, 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 원격 플라즈마 영역은 처리 영역과 유체 결합될 수 있지만, 이는, 구조(500) 상의 노출된 구조들 또는 물질들을 손상시킬 수 있는 플라즈마를 기판 수준에 제한하기 위해 물리적으로 구획될 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 플라즈마 영역은 반도체 처리 챔버로의 유입구와 유체 결합된 원격 플라즈마 시스템("RPS") 유닛, 예컨대, 위에서 논의된 RPS(201)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 플라즈마 영역은 용량성 결합된 플라즈마("CCP") 영역, 예컨대, 면판(217)과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223)를 용량성 결합함으로써 형성된 제1 플라즈마 영역(215)을 포함할 수 있고, CCP 영역은 전극들, 예컨대, 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 중 하나에 의해 처리 영역으로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 방법(400)은, 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계, 및 작동(415)에서, 기판과 접촉하도록 플라즈마 유출물들을 처리 영역 내로 유동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 작동(420)에서, 도 5b에 예시된 바와 같이, 티타늄 또는 탄탈럼 물질(520)이 기판으로부터 제거될 수 있다. 실시예들에서, 티타늄 또는 탄탈럼 물질은 기판, 금속(510)뿐만 아니라 위에 놓인 물질(515)에 대해 선택적으로 제거될 수 있다.
특정 프로세스 조건들을 활용함으로써, 플라즈마 제거는 증대된 선택도를 갖는 건식 식각으로서 수행될 수 있다. 이에 따라, 좁은 피처들뿐만 아니라 고종횡비 피처들, 및 그렇지 않으면 습식 식각 또는 다른 노출된 물질들이 손상될 수 있는 다른 플라즈마 식각에 부적합할 수 있는 얇은 치수들로부터 탄탈럼 및 티타늄 물질들을 제거하기 위해 본 기술의 양상들에 따른 기법들이 수행될 수 있다. 선택적 작동이 잔류물들이 있는 기판 또는 챔버를 깨끗이 하기 위해 수행될 수 있고, 선택적 작동(425)에서 후처리를 포함할 수 있다. 후처리는 전처리와 유사한 작동들을 포함할 수 있고, 전처리에 대해 위에서 논의된 전구체들 또는 작동들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 후처리는 기판 또는 챔버로부터 잔류 플루오린을 제거할 수 있고, 수소 플라즈마를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 선택적 작동(430)에서, 처리 챔버로부터, 예컨대, 챔버 벽들 또는 챔버 구성요소들로부터 잔류 티타늄 또는 탄탈럼 물질들을 더 제거하기 위해 추가적인 후처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 이전 작동들이 완료되고 나면, 일부 실시예들에서, 기판은 처리 챔버로부터 제거될 수 있다. 기판이 제거되면, 원격으로 형성될 수 있는 플라즈마가 염소 함유 전구체로부터 생성될 수 있고, 이는 잔류 티타늄 또는 탄탈럼 플루오린화 물질들과의 상호작용을 허용할 수 있다. 하나의 비제한적인 예로서, 삼염화붕소가 사용될 수 있으며, 이는 유리하게, 다수의 휘발성 물질들을 생성하기 위해 해리될 수 있다. 본 기술을 제한하도록 의도되지 않으며 탄탈럼에 대해서 동일한 현상이 발생할 수 있음을 이해하는 예를 계속하면, 티타늄 식각 프로세스의 경우, 유출물 물질들은 사플루오린화티타늄을 포함할 수 있다. 프로세스 동안, 이러한 물질 중 일부가 챔버 측벽들 상에 퇴적될 수 있다. 염소 함유 플라즈마를 형성함으로써, 사플루오린화물보다 더 휘발성인 두가지 휘발성 부산물들이 생성될 수 있다. 예를 들어, 염소는 티타늄 또는 탄탈럼에 공여될 수 있는 반면, 붕소는 플루오린을 수용한다. 사염화티타늄 및 삼플루오린화붕소 둘 모두는 더 휘발성인 생성물들일 수 있고, 둘 모두는 챔버로부터 배기될 수 있다. 추가적으로, 위에서 논의된 임의의 온도를 포함하는 충분한 처리 온도들에서, 프로세스는 플라즈마를 타격하지 않고서 수행될 수 있고, 대신에, 열 반응이 수행될 수 있는 처리 영역 내로 처리 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다.
플루오린 함유 전구체는 원자 플루오린, 이원자 플루오린, 삼플루오린화질소, 사플루오린화탄소, 플루오린화수소, 이플루오린화크세논 및 반도체 처리에 사용되거나 유용한 다양한 다른 플루오린 함유 전구체들의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 전구체를 포함할 수 있다. 방법(600)에서 사용되는 예시적인 플루오린 함유 전구체는 삼플루오린화질소(NF3)를 포함할 수 있다. 플루오린의 다른 공급원들이 삼플루오린화질소와 함께 또는 그 대체물로서 사용될 수 있다. 수소 함유 전구체는 수소, 탄화수소, 물, 과산화수소, 또는 수소를 포함할 수 있는 다른 물질들을 포함할 수 있지만, 일부 실시예들에서, 식각 작동들에서 사용되는 전구체들은 산소가 없을 수 있다. 전구체들은 또한, 질소, 헬륨, 아르곤, 또는 다른 희귀, 불활성 또는 유용한 전구체들을 포함할 수 있는 임의의 개수의 캐리어 가스들을 포함할 수 있다.
비제한적인 예로서, 삼플루오린화질소가 플라즈마에서 쉽게 해리될 수 있고, 노출된 물질들 중 임의의 물질을 포함하는 다수의 물질들을 식각할 수 있지만, 일부 실시예들에서 수소 함유 전구체를 혼입함으로써, 처리 조건들 하에서, 식각 메커니즘이 조정될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 티타늄 또는 탄탈럼 물질은 티타늄 또는 탄탈럼의 산화물 또는 질화물일 수 있고, 이는 삼플루오린화질소로 식각될 수 있다. 예를 들어, 플루오린은 티타늄 또는 탄탈럼과 상호작용할 수 있고 휘발성 티타늄 또는 탄탈럼 부산물들을 생성할 수 있고, 잔류 질소 또는 산소는 가스방출될 수 있다. 많은 프로세스들에서, 위에서 언급된 바와 같은 금속들, 또는 규소 함유 물질들에 대해 유사한 프로세스가 발생할 수 있다. 그러나, 본 기술은 수소 함유 전구체의 혼입으로 이러한 물질들의 식각을 억제할 수 있다.
임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, 증가된 수소 농도가 플라즈마 유출물들에 포함될 때, 수소는 티타늄 또는 탄탈럼 물질들보다 더 많은 규소 및 금속 물질들과 상호작용할 수 있고, 이러한 물질들의 표면들을 종결시킬 수 있다. 예를 들어, 하나의 비제한적인 예로서, 수소는 질화규소 내에 결합될 수 있고, 수소 포화 막을 형성할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 이전에 언급된 금속들 중 임의의 금속, 예컨대, 텅스텐은 유효량의 수소 라디칼에 노출될 때 표면 결합 종단을 가질 수 있다. 이러한 효과는 물질 구조 내로의 플루오린 침투를 제한하거나 방지할 수 있고, 이는 물질의 식각을 제한하거나 방지할 수 있으며, 이는, 과잉 수소와 동일한 상호작용을 갖지 않을 수 있는 티타늄 또는 탄탈럼 물질들의 경우에는 발생하지 않을 수 있다.
달리 말하면, 일부 실시예들에서, 수소는 티타늄 및/또는 탄탈럼 식각을 유지하면서 규소 및 금속 식각을 억제할 수 있다. 그 다음, 이는, 임의의 다른 노출된 물질들에 대한, 티타늄 또는 탄탈럼 물질들의 식각의 선택도를 증가시킬 수 있다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 플루오린 전구체에 대한 수소 전구체의 유량 비율은 약 1.0:1 이상으로 유지될 수 있고, 약 1.5:1 이상, 약 2.0:1 이상, 약 2.5:1 이상, 약 3.0:1 이상, 약 3.5:1 이상, 약 4.0:1 이상, 약 4.5:1 이상, 약 5.0:1 이상, 약 10:1 이상, 또는 그 초과로 유지될 수 있다.
처리 조건들은 본 기술에 따른 식각에 영향을 주고 식각을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 식각 플라즈마는 플루오린 해리를 낮출 수 있고 식각 레이트들을 제어할 수 있는 더 낮은 플라즈마 전력에서 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 약 1,000 W 이하의 플라즈마 전력에서 생성될 수 있고, 약 900 W 이하, 약 800 W 이하, 약 700 W 이하, 약 600 W 이하, 약 500 W 이하, 약 400 W 이하, 약 300 W 이하, 약 200 W 이하, 또는 그 미만의 전력에서 생성될 수 있다. 추가적으로, 처리 온도가 약 200 ℃ 이상으로 증가함에 따라, 티타늄 또는 탄탈럼 물질의 식각 레이트는 부동태화된(passivated) 물질들에 비해 개선될 수 있는데, 이는 전구체의 해리, 및/또는 티타늄 또는 탄탈럼 물질들과의 반응의 활성화를 나타낼 수 있다. 온도가 계속 증가함에 따라, 티타늄 또는 탄탈럼 물질들과의 반응과 같이 해리가 더 용이하게 될 수 있다.
이에 따라, 본 기술의 일부 실시예들에서, 식각 방법들은 약 150 ℃ 이상의 기판, 페디스털, 및/또는 챔버 온도들에서 수행될 수 있고, 약 250 ℃ 이상, 약 250 ℃ 이상, 약 300 ℃ 이상, 약 350 ℃ 이상, 약 400 ℃ 이상, 약 450 ℃ 이상, 약 500 ℃ 이상, 또는 그 초과의 온도들에서 수행될 수 있다. 온도는 또한, 이러한 범위들 내의 임의의 온도, 이러한 범위들에 의해 포함되는 더 작은 범위들 내의 임의의 온도, 또는 이러한 범위들 중 임의의 범위 사이의 임의의 온도로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 열 예산을 생성할 수 있는 다수의 생성된 피처들을 가질 수 있는 기판들 상에서 수행될 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예들에서, 방법들은 약 800 ℃ 이하의 온도들에서 수행될 수 있고, 약 750 ℃ 이하, 약 700 ℃ 이하, 약 650 ℃ 이하, 약 600 ℃ 이하, 약 550 ℃ 이하, 약 500 ℃ 이하, 또는 그 미만의 온도들에서 수행될 수 있다.
챔버 내의 압력은 또한, 수행되는 작동들에 영향을 미칠 수 있을뿐만 아니라 할로겐이 전이 금속으로부터 해리될 수 있는 온도에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 일부 실시예들에서, 압력은, 약 50 Torr 미만, 약 40 Torr 이하, 약 30 Torr 이하, 약 25 Torr 이하, 약 20 Torr 이하, 약 15 Torr 이하, 약 10 Torr 이하, 약 9 Torr 이하, 약 8 Torr 이하, 약 7 Torr 이하, 약 6 Torr 이하, 약 5 Torr 이하, 약 4 Torr 이하, 약 3 Torr 이하, 약 2 Torr 이하, 약 1 Torr 이하, 약 0.1 Torr 이하, 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 압력은 또한, 이러한 범위들 내의 임의의 압력, 이러한 범위들에 의해 포함되는 더 작은 범위들 내의 임의의 압력, 또는 이러한 범위들 중 임의의 범위 사이의 임의의 압력으로 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 처리 압력은 약 1 Torr 내지 약 10 Torr로 유지될 수 있고, 이는 식각의 개시를 용이하게 할 수 있고 티타늄 또는 탄탈럼 물질들의 식각을 용이하게 할 수 있다. 추가적으로, 압력이 계속 증가함에 따라, 식각은 감소하기 시작하기 전의 지점까지 개선될 수 있고, 압력이 계속 증가함에 따라 결국 중지될 수 있으며, 여기서, 티타늄 또는 탄탈럼 물질 표면과의 상호작용들은 압력이 계속 증가함에 따라 억제될 수 있거나, 부산물 플루오린화물이, 식각되고 있는 막에 재도입될 수 있고, 제거를 더 제한한다. 이에 따라, 일부 실시예들에서, 처리 챔버 내의 압력은 일부 실시예들에서 약 10 Torr 이하로 유지될 수 있다.
식각 프로세스에 추가의 제어를 추가하면, 일부 실시예들에서 플루오린 함유 전구체가 펄스화될 수 있고, 식각 프로세스 전체에 걸쳐 연속적으로, 또는 시간에 따라 일관되거나 변할 수 있는 일련의 펄스들로 전달될 수 있다. 펄스식 전달은, 플루오린 함유 전구체가 유동되는 제1 기간, 및 플루오린 함유 전구체가 일시정지되거나 중단되는 제2 기간을 특징으로 할 수 있다. 임의의 펄스화 작동을 위한 기간들은 서로 유사하거나 어느 하나의 기간이 더 길게 상이할 수 있다. 실시예들에서, 전구체의 기간 또는 연속적인 유동은 약 1초 이상의 기간 동안 수행될 수 있고, 약 2초 이상, 약 3초 이상, 약 4초 이상, 약 5초 이상, 약 6초 이상, 약 7초 이상, 약 8초 이상, 약 9초 이상, 약 10초 이상, 약 11초 이상, 약 12초 이상, 약 13초 이상, 약 14초 이상, 약 15초 이상, 약 20초 이상, 약 30초 이상, 약 45초 이상, 약 60초 이상, 또는 그 초과일 수 있다. 시간들은 또한, 이러한 범위들 중 임의의 범위에 의해 포함되는 임의의 더 작은 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전구체의 전달이 더 긴 기간 동안 발생하기 때문에, 식각 레이트가 증가할 수 있다. 이러한 펄스들 동안, 일부 실시예들에서, 수소 전구체가 연속적으로 유동될 수 있다.
본 기술의 실시예들에 따라 작동들을 수행함으로써, 티타늄 함유 물질들 및/또는 탄탈럼 함유 물질들은 이전에 설명된 물질들 중 임의의 물질을 포함하는 다른 물질들에 대해 선택적으로 식각될 수 있다. 예를 들어, 본 기술은, 텅스텐, 코발트, 또는 구리를 포함하는 금속들, 또는 이전에 언급된 바와 같은 규소 함유 물질들을 포함하는 유전체들의 노출된 영역들에 대해 티타늄 또는 탄탈럼 물질들을 선택적으로 식각할 수 있다. 본 기술의 실시예들은 티타늄 함유 물질들 및/또는 탄탈럼 함유 물질들을 금속들 또는 규소 함유 물질들 중 임의의 것에 대해 적어도 약 20:1의 레이트로 식각할 수 있고, 티타늄 또는 탄탈럼 물질들을 언급된 다른 노출된 물질들에 대해 약 25:1 이상, 약 30:1 이상, 약 50:1 이상, 약 100:1 이상, 약 150:1 이상, 약 200:1 이상, 약 250:1 이상, 약 300:1 이상, 약 350:1 이상, 약 400:1 이상, 약 450:1 이상, 약 500:1 이상, 또는 그 초과의 선택도로 식각할 수 있다. 예를 들어, 본 기술의 일부 실시예들에 따라 수행되는 식각은, 위에 설명된 금속들 또는 규소 함유 물질들 중 임의의 것을 실질적으로 또는 본질적으로 유지하면서 티타늄 및/또는 탄탈럼 물질들을 식각할 수 있다.
앞의 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해 다수의 세부사항들이 열거되었다. 그러나, 특정 실시예들은 이러한 세부사항들 중 일부가 없이, 또는 추가적인 세부사항들과 함께 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
몇몇 실시예들을 개시하였지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들은, 실시예들의 사상으로부터 벗어나지 않고 다양한 수정들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 추가적으로, 본 기술을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해, 다수의 잘 알려진 프로세스들 및 요소들은 설명되지 않았다. 이에 따라, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 추가적으로, 방법들 또는 프로세스들은 순차적이거나 단계들로서 설명될 수 있지만, 작동들은 동시에 또는 나열된 것과 상이한 순서들로 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 맥락이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서 하한의 단위의 최소 분율(smallest fraction)까지, 각각의 중간 값이 또한 구체적으로 개시된다는 점을 이해해야 한다. 언급된 범위의 임의의 언급된 값들 또는 언급되지 않은 중간 값들과, 그 언급된 범위의 임의의 다른 언급된 값 또는 중간 값 사이의 임의의 더 좁은 범위가 포함된다. 그러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 그 범위에 독립적으로 포함되거나 제외될 수 있고, 더 작은 범위들에 그 한계치들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 포함되는, 또는 양쪽 모두가 포함되지 않는 각각의 범위는 또한, 언급된 범위의 임의의 구체적으로 제외된 한계치를 조건으로 하여 본 기술 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계치들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 포함하는 경우, 그러한 포함된 한계치들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
본원 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 맥락이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수 지시대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "전구체"에 대한 언급은 복수의 그러한 전구체들을 포함하고, "층"에 대한 언급은, 하나 이상의 층 및 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 그의 등가물들에 대한 언급을 포함하는 것 등이다.
또한, "포함"이라는 단어는, 본 명세서 및 이하의 청구항들에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 구성요소들, 또는 작동들의 존재를 명시하도록 의도되지만, 이는 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 구성요소들, 작동들, 작용들, 또는 군들의 추가 또는 존재를 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 식각 방법으로서,
    플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계 - 상기 수소 함유 전구체는 상기 플루오린 함유 전구체의 유량에 대해 적어도 2:1의 유량으로 유동됨 -;
    플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 상기 플루오린 함유 전구체 및 상기 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 플라즈마 유출물들을 기판을 수납하는 기판 처리 영역 내로 유동시키는 단계 - 상기 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 규소 함유 물질 또는 금속의 노출된 영역을 포함함 -;
    상기 기판을 상기 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계; 및
    상기 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 상기 규소 함유 물질 또는 상기 금속에 대해 선택적으로 제거하는 단계
    를 포함하는, 식각 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄탈럼 또는 티타늄 물질은 탄탈럼 또는 티타늄 금속, 또는 탄탈럼 또는 티타늄의 산화물 또는 질화물을 포함하는, 식각 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속은, 텅스텐, 코발트, 또는 구리를 포함하는, 식각 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    플라즈마 전력은 약 1,000 W 이하로 유지되는, 식각 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 식각 방법은 약 150 ℃ 이상의 온도에서 수행되는, 식각 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 식각 방법은 약 10 Torr 이하의 압력에서 수행되는, 식각 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플루오린 함유 전구체를 유동시키기 전에 수행되는 전처리를 더 포함하고, 상기 전처리는 상기 기판을 산소, 수소, 수증기, 또는 질소 중 하나 이상을 포함하는 플라즈마와 접촉시키는 단계를 포함하는, 식각 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 식각 방법에 후속하여 수행되는 후처리를 더 포함하고, 상기 후처리는 상기 기판을 수소, 질소, 산소, 또는 수증기 중 하나 이상을 포함하는 플라즈마와 접촉시키는 단계를 포함하는, 식각 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 상기 반도체 처리 챔버로부터 제거하는 단계, 및
    상기 반도체 처리 챔버의 챔버 벽들로부터 잔류물을 제거하는 단계
    를 더 포함하는, 식각 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 잔류물을 제거하는 단계는:
    염소 함유 전구체 또는 플라즈마 유출물 또는 브롬 함유 전구체 또는 플라즈마 유출물을 제공하는 단계를 포함하는, 식각 방법.
  11. 식각 방법으로서,
    처리 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 산소, 수소, 또는 질소 중 하나 이상을 포함하는 처리 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 처리 플라즈마 유출물들을 반도체 처리 챔버의 기판 처리 영역 내로 유동시키는 단계;
    상기 기판 처리 영역에 수납된 기판을 상기 처리 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계 - 상기 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 텅스텐, 코발트, 또는 구리의 노출된 영역을 한정함 -;
    상기 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 표면으로부터 탄소 함유 물질을 제거하는 단계;
    플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 기판을 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계; 및
    상기 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는, 식각 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수소 함유 전구체는, 상기 플루오린 함유 전구체에 대해 약 2:1 이상의 레이트로 유동되는, 식각 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 플루오린 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 동안의 플라즈마 전력은 약 1,000 W 이하로 유지되는, 식각 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 식각 방법은, 약 300 ℃ 이상의 온도에서 수행되는, 식각 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 식각 방법은 약 10 Torr 이하의 압력에서 수행되는, 식각 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 식각 방법에 후속하여 수행되는 후처리를 더 포함하고, 상기 후처리는 상기 기판을 수소를 포함하는 플라즈마와 접촉시키는 단계를 포함하는, 식각 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 기판을 상기 반도체 처리 챔버로부터 제거하는 단계, 및
    상기 반도체 처리 챔버의 챔버 벽들로부터 잔류물을 제거하는 단계
    를 더 포함하는, 식각 방법.
  18. 식각 방법으로서,
    플루오린 함유 전구체 및 수소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계 - 상기 수소 함유 전구체는 상기 플루오린 함유 전구체의 유량에 대해 적어도 2:1의 유량으로 유동됨 -;
    플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 상기 플루오린 함유 전구체 및 상기 수소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 플라즈마 유출물들을 기판을 수납하는 기판 처리 영역 내로 유동시키는 단계 - 상기 기판은 탄탈럼 또는 티타늄 물질의 노출된 영역 및 규소 함유 물질 또는 금속의 노출된 영역을 포함함 -;
    상기 기판을 상기 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계;
    상기 탄탈럼 또는 티타늄 물질을 상기 규소 함유 물질 또는 상기 금속에 대해 선택적으로 제거하는 단계;
    처리 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해, 수소를 포함하는 처리 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 상기 처리 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 식각 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 처리 플라즈마 유출물들은, 상기 기판 또는 상기 반도체 처리 챔버 중 하나 이상으로부터 잔류 플루오린을 제거하도록 구성되는, 식각 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 기판을 상기 반도체 처리 챔버로부터 제거하는 단계, 및
    염소 함유 전구체로 상기 반도체 처리 챔버의 챔버 벽들로부터 잔류물을 제거하는 단계
    를 더 포함하는, 식각 방법.
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