KR20220157477A - 질화물 함유 막 제거를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
예시적인 식각 방법들은, 산소 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플라즈마를 타격하면서 산소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 처리 영역에 수납된 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 질화티타늄의 노출된 영역을 한정할 수 있다. 접촉은 질화티타늄 상에 산화된 표면을 생성할 수 있다. 방법들은, 할로겐 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플라즈마를 타격하면서 할로겐 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 2월 11일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEM AND METHODS FOR NITRIDE-CONTAINING FILM REMOVAL"인 미국 가출원 번호 17/173,329의 이익 및 그에 대한 우선권을 주장하며, 상기 미국 가출원의 내용은 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에 참조로 포함된다.
본 기술은 반도체 프로세스들 및 장비에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은 질화물 함유 구조들을 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, 산소 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플라즈마를 타격하면서 산소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 처리 영역에 수납된 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 질화티타늄의 노출된 영역을 한정할 수 있다. 접촉은 질화티타늄 상에 산화된 표면을 생성할 수 있다. 방법들은, 할로겐 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플라즈마를 타격하면서 할로겐 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 할로겐 함유 전구체는 플루오린 또는 염소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 산소 함유 전구체는 산소일 수 있다. 할로겐 함유 전구체는 삼플루오린화질소일 수 있거나 삼플루오린화질소를 포함할 수 있다. 방법들은 할로겐 함유 전구체와 함께 수소를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 수소의 유량은 할로겐 함유 전구체의 유량의 적어도 2배일 수 있다. 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 온도에서 수행될 수 있다. 기판을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 온도 미만의 제2 온도에서 수행될 수 있다. 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 처리 챔버에서 수행될 수 있다. 기판을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 처리 챔버와 분리된 제2 처리 챔버에서 수행될 수 있다. 반도체 처리 챔버 내의 압력은, 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 동안 약 5 Torr 이하로 유지될 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키기 전에 반도체 처리 챔버의 압력을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 식각 방법은 다수의 사이클들 동안 수행될 수 있다. 각각의 사이클에서 제거된 질화티타늄 상의 산화된 표면은 약 1 nm 이하일 수 있다. 식각 방법은 단일 처리 챔버에서 수행될 수 있다. 식각 방법은 약 300 ℃ 이하의 기판 온도를 유지하면서 수행될 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들은 식각 방법들을 포함할 수 있다. 방법들은, 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 수납된 기판을 산소 함유 전구체와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 질화티타늄의 노출된 영역을 한정할 수 있다. 접촉은, 약 1 nm 이하의 깊이로 제한된, 질화티타늄 상의 산화된 표면을 생성할 수 있다. 방법들은 산소 함유 전구체의 유동을 중단하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 할로겐 함유 전구체와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법들은 기판을 접촉시키기 전에 산소 함유 전구체 또는 할로겐 함유 전구체 중 하나 또는 둘 다의 플라즈마를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 할로겐 함유 전구체는 플루오린 또는 염소를 포함할 수 있다. 할로겐 함유 전구체는 삼플루오린화질소일 수 있거나 삼플루오린화질소를 포함할 수 있다. 방법은 할로겐 함유 전구체와 함께 수소를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 수소의 유량은 할로겐 함유 전구체의 유량의 적어도 2배일 수 있다. 기판을 산소 함유 전구체와 접촉시키는 단계는 제1 온도에서 수행될 수 있다. 기판을 할로겐 함유 전구체와 접촉시키는 단계는 제1 온도 미만의 제2 온도에서 수행될 수 있다. 반도체 처리 챔버 내의 압력은, 기판을 산소 함유 전구체와 접촉시키는 동안 약 5 Torr 이하로 유지될 수 있다. 식각 방법은, 질화티타늄 상의 산화된 표면을 할로겐 함유 전구체와 접촉시키기 전에 반도체 처리 챔버의 압력을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들은 식각 방법들을 포함할 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버에 산소 플라즈마 유출물들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 처리 영역에 수납된 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 기판은 질화티타늄의 노출된 영역을 한정할 수 있다. 접촉은 질화티타늄 상에 산화된 표면을 생성할 수 있다. 방법들은, 반도체 처리 챔버 내로의 산소 플라즈마 유출물들의 유동을 중단하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 처리 영역 내의 압력을 제1 압력으로부터 제2 압력으로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버에 할로겐 플라즈마 유출물들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 질화티타늄 상의 산화된 표면을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판을 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 온도에서 수행될 수 있고, 기판을 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 온도 미만의 제2 온도에서 수행될 수 있다. 제2 온도는 약 300 ℃ 이하일 수 있다.
그러한 기술은 종래의 시스템들 및 기법들에 비해 많은 이익들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 프로세스들은 기판 상의 다양한 물질들을 보호할 수 있는 정밀하게 제어되는 건식 식각이 수행되는 것을 허용할 수 있다. 추가적으로, 프로세스들은 기판 상의 다른 노출된 물질들에 대해 티타늄 함유 막들 또는 탄탈럼 함유 막들을 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 일부 실시예들에 따라 식각되는 물질들의 개략적인 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.
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 일부 실시예들에 따라 식각되는 물질들의 개략적인 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.
질화티타늄 및 질화탄탈럼을 선택적으로 식각하는 것은, 동적 랜덤 액세스 메모리, FinFET들, 및 많은 다른 디바이스들의 형성을 포함하는 다양한 디바이스 프로세스 흐름들에서 유익하다. 질화티타늄 또는 질화탄탈럼은, 라인 또는 비아의 형태의 전도체와 조합될 때 상당한 전도율을 유지하면서 확산을 억제하기 위해 장벽 층으로서 채용될 수 있다. 질화티타늄 또는 질화탄탈럼을 식각하기 위해 할로겐 전구체들 또는 플라즈마 생성물들을 활용하는 종래의 프로세스들은 전형적으로, 이러한 물질들을 이용한 질화티타늄 또는 질화탄탈럼의, 비교적 더 긴 기간들에 걸쳐 옹스트롬 수준 식각으로 제한될 수 있는 낮은 식각 속도에 의해 제한되어 왔다. 이는, 플라즈마 유출물들을 포함하는 할로겐 물질들의 증가된 체류 시간을 야기할 수 있고, 이는, 유지보수가 추구되는, 기판 상의 노출된 물질들과의 접촉을 증가시킬 수 있다. 본 기술은 식각 프로세스를 수행하기 전에 질화물의 부분들을 초기에 산화시키는 선택적 식각 프로세스를 수행함으로써 이러한 제한들을 극복하며, 선택적 식각 프로세스는 산화된 물질을 더 빨리 제거할 수 있다. 식각은 산화된 물질을 우선적으로 제거할 수 있고, 이는, 사이클마다, 산화된 질화티타늄 또는 질화탄탈럼의 양으로 실질적으로 제한될 수 있는 정밀하게 제어된 식각 프로세스를 용이하게 할 수 있다. 식각 프로세스는 유전체 물질들뿐만 아니라 기판 상의 금속들 및 다른 물질들에 대해 선택적일 수 있다. 추가적으로, 본 기술은 종래의 기법들보다 더 낮은 온도들에서의 제거를 용이하게 할 수 있고, 이는 프로세스가, 저 k 또는 다른 제한된 열 예산 물질들의 노출로 수행되는 것을 허용할 수 있다.
나머지 개시내용은 개시된 기술을 활용하는 특정 물질들 및 반도체 구조들을 일상적으로 식별할 것이지만, 시스템들, 방법들, 및 물질들이, 본 기술의 양상들로부터 이익을 얻을 수 있는 다수의 다른 구조들에 동등하게 적용가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이에 따라, 본 기술은 임의의 특정 프로세스들 또는 물질들과만 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(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, 원자 층 퇴적, 화학 기상 퇴적, 물리 기상 퇴적, 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 프로세스 챔버 시스템(200)의 단면도를 도시한다. 예를 들어 질화티타늄, 질화탄탈럼, 텅스텐, 규소, 폴리실리콘, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산탄화규소 등의 막 식각 동안, 프로세스 가스는 가스 유입구 조립체(205)를 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동될 수 있다. 원격 플라즈마 시스템(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, 원격 플라즈마 시스템(201)을 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, 최대 100 ℃ 또는 약 100 ℃ 내지 약 1100 ℃ 또는 1100 ℃ 초과를 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. 원격 플라즈마 시스템(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 위치되어, 용량성 결합된 플라즈마가 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 특징들의 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 속도가 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 특징들의 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 챔버 섹션(200)에서 사용하기 위한 가스 분배 조립체들, 예컨대, 샤워헤드(225)는 이중 채널 샤워헤드들로서 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, 식각, 연마, 세정, 또는 설명된 작동들 전에 수행될 수 있는 임의의 다른 작동들을 포함하는 하나 이상의 작동을 포함할 수 있다. 방법은, 본 기술의 실시예들에 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, 아래에 더 논의될 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 물질 및 피처가 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, 도 5a에 예시된 바와 같이, 질화티타늄 또는 탄탈럼 제거 작동이 수행될 수 있는 예시적인 구조들을 포함하는 임의의 개수의 반도체 구조 또는 기판(505)에 대해 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예시적인 반도체 구조들은 트렌치, 비아, 또는 하나 이상의 노출된 물질을 포함할 수 있는 다른 함몰된 피처들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 기판은 규소 또는 일부 다른 반도체 기판 물질뿐만 아니라 층간 유전체 물질들을 포함할 수 있으며, 이를 통해, 함몰부, 트렌치, 비아, 또는 격리 구조가 형성될 수 있다. 식각 프로세스 동안 임의의 시간에서의 노출된 물질들은 금속 물질들, 하나 이상의 유전체 물질, 접촉 물질, 트랜지스터 물질, 또는 반도체 프로세스들에서 사용될 수 있는 임의의 다른 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
예를 들어, 일반적인 층으로서 도시되지만, 도 5a는 기판(505) 또는 일부 다른 반도체 물질 위에 놓이는 질화티타늄(510)의 층을 예시할 수 있다. 나머지 개시내용은 질화티타늄을 언급할 것이지만, 본 기술의 실시예들에서 물질(510)은 또한 질화탄탈럼일 수 있고, 프로세스는 질화티타늄과 함께 또는 질화티타늄에 대안적으로 질화탄탈럼의 제거를 수반할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 기판(505)은 기판 상의 하나 이상의 다른 구조 위에 놓인 유전체 물질을 예시할 수 있고, 예시된 구조 아래에 임의의 개수의 물질이 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질들은 산화규소, 또는 패터닝이 발생할 수 있는 임의의 다른 산화물 또는 질화물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 언급된 구조는 제한적인 것으로 의도되지 않고, 티타늄 함유 물질들 또는 다른 금속 함유 물질들을 포함하는 다양한 다른 반도체 구조들 중 임의의 것이 유사하게 포함된다는 것을 이해해야 한다. 다른 예시적인 구조들은, 본 기술이, 티타늄 함유 물질들을 다른 노출된 물질들, 예컨대, 규소 함유 물질들, 및 다른 데서 논의된 다른 물질들 중 임의의 물질에 대해 선택적으로 제거할 수 있기 때문에, 반도체 제조에서 일반적이고 티타늄 함유 물질, 예컨대, 질화티타늄이 하나 이상의 다른 물질에 대해 제거되어야 하는 2차원 및 3차원 구조들을 포함할 수 있다. 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 미만의 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 제거는 이전에 설명된 바와 같은 종래의 기술들에 의해 발생할 수 있다.
실시예들에서, 노출된 티타늄 함유 물질을 제거하기 위해 방법(400)이 수행될 수 있지만, 본 기술의 실시예들에서, 임의의 개수의 질화물 또는 티타늄 함유 물질이 임의의 개수의 구조에서 제거될 수 있다. 방법들은 질화티타늄의 제거를 위한 특정 작동들을 포함할 수 있다. 나머지 개시내용은 질화티타늄을 일상적으로 논의할 것이지만, 다른 금속 질화물들이 본 기술의 일부 실시예들에 의해 유사하게 처리될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 방법들은, 다른 노출된 물질들, 예컨대, 유전체 물질, 예를 들어, 산화규소, 및 아래놓인 접촉 물질, 예컨대, 티타늄 또는 구조에 사용되는 일부 다른 전도성 물질에 대한 티타늄의 식각을 제어할 수 있는 다중 작동 식각 프로세스를 포함할 수 있다.
방법(400)은 설명된 기판을 수납하는 반도체 처리 챔버 내로 산소 함유 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산소 함유 전구체는 기판과 접촉하기 위해 직접 유동될 수 있지만, 일부 실시예들에서는, 선택적 작동(405)에서 산소 함유 전구체의 플라즈마가 형성될 수 있다. 산소 함유 전구체는 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역, 예컨대, 위에서 설명된 영역(215)을 통해 유동될 수 있고, 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 산소 함유 전구체의 플라즈마가 형성될 수 있다. 기판 수준 플라즈마가 생성될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 플라즈마는, 노출된 기판 물질들을 기판 수준 플라즈마로 인해 발생할 수 있는 이온 충격으로부터 보호할 수 있는 원격 플라즈마일 수 있다. 플라즈마 강화이든 아니든 간에, 작동(410)에서, 산소 함유 전구체 또는 산소 함유 전구체의 플라즈마 유출물들은 기판 처리 영역으로 전달될 수 있고, 여기서, 유출물들은 노출된 티타늄 함유 물질, 예컨대, 질화티타늄의 노출된 영역을 포함하는 반도체 기판과 접촉할 수 있다. 접촉은, 예컨대, 기판 상의 노출된 질화티타늄을 변환함으로써, 산화된 물질, 예컨대, 질화티타늄 또는 산질화티타늄 물질 상의 산화된 표면을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 산화에 후속하여, 플라즈마가 소화될 수 있고, 챔버가 퍼징될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 노출된 질화티타늄 물질과 접촉하기 위해 산소 물질 또는 산소 플라즈마 유출물들(515)이 유동될 수 있으며, 이는, 질화티타늄(510)의 노출된 표면을, 산소, 티타늄, 및 질소의 양상들을 포함할 수 있는 산화된 티타늄 물질(520)로 변환할 수 있다. 질소의 일부 부분은 또한, 아산화질소, 산화질소 또는 이산화질소로서 가스방출될 수 있다.
산화 작동에 후속하여, 산소 물질의 전달이 중단될 수 있고, 할로겐 함유 전구체가 처리 영역 내로 유동될 수 있다. 추가적으로, 아래에 더 논의될 바와 같이, 일부 실시예들에서, 기판은, 예컨대, 진공 하에서 기판을 유지할 수 있는 메인프레임 또는 플랫폼 상의 제2 처리 챔버로 이동될 수 있다. 일단 제2 처리 챔버에서, 할로겐 함유 전구체가 전달될 수 있다. 산소 함유 전구체와 유사하게, 할로겐 함유 전구체는 처리 영역에 직접 전달될 수 있거나, 선택적 작동(415)에서 플라즈마로 먼저 형성될 수 있다. 본 기술의 일부 실시예들에서, 플라즈마는 또한, 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역에서 생성될 수 있다. 식각제 전구체는, 특정 처리 조건들 하에서 휘발성일 수 있고, 기판으로부터 방출될 수 있는, 암모늄, 티타늄 및 할로겐을 포함하는 부산물들을 생성하기 위해 질화티타늄의 산화된 부분과 상호작용할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마가 강화되든 아니든 간에, 작동(420)에서, 할로겐 함유 전구체는 산화된 물질과 접촉할 수 있고, 이는 작동(425)에서, 질화티타늄 물질의 산화된 영역을 아래놓인 금속으로부터 식각 또는 제거할 수 있다. 도 5b에 예시된 바와 같이, 할로겐 함유 전구체 또는 플라즈마 유출물들(525)은 산화된 부분과 접촉하고 휘발성 부산물들(530)을 생성할 수 있고, 이는 산화된 물질을 질화티타늄 물질로부터 제거할 수 있다. 산화 및 식각 작동들을 분리함으로써, 그리고 전구체들 또는 플라즈마 유출물들의 상호작용을 제한하거나 방지함으로써, 산소의 침투 깊이에 기초하여 제어될 수 있는 산화된 부분들로만의 제거를 보장하는 제어된 제거 프로세스가 수행될 수 있다.
할로겐 함유 전구체 또는 플라즈마 유출물들이 중단될 수 있고, 그 다음, 프로세스는, 질화티타늄의 추가적인 층들을 추가적인 노출된 물질들에 대해 선택적으로 제거하기 위해 임의의 횟수의 사이클들로 반복될 수 있다. 플라즈마 전력 및 프로세스 조건들에 기초하여, 산화는 약 10 Å 이하의 질화티타늄의 깊이로 제한될 수 있고, 약 9 Å 이하, 약 8 Å 이하, 약 7 Å 이하, 약 6 Å 이하, 약 5 Å 이하, 약 4 Å 이하, 약 3 Å 이하, 약 2 Å 이하, 또는 그 미만의 깊이로 제한될 수 있다. 일단 산화물 층이 생성되면, 어떠한 추가의 산화도 발생하지 않을 수 있다. 그 다음, 이는 산화된 부분이 제거된 후에 후속 식각이 실질적으로 중단되는 것을 제한할 수 있고, 이는 질화티타늄이 제거되는 깊이에 대한 정밀한 제어를 제공할 수 있으며, 실질적으로 자기-제한적인 식각 프로세스로서 아래놓인 물질들을 손상시키지 않고서 제어된 박형화 및 제거를 허용할 수 있다. 이에 따라, 좁은 피처들뿐만 아니라 고종횡비 피처들, 및 그렇지 않으면 습식 식각 또는 반응성 이온 식각에 부적합할 수 있는 얇은 치수들로부터 질화티타늄을 제거하기 위해 본 기술의 양상들에 따른 기법들이 수행될 수 있다.
2단계 작동 각각 동안의 전구체들은 산소 함유 전구체들을 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서는 임의의 산소 함유 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비제한적인 산소 함유 전구체들은, 이원자 산소, 오존, 물, 알콜, 과산화수소, 아산화질소, 또는 임의의 다른 산소 함유 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 예시적인 할로겐 함유 전구체들은 플루오린 또는 염소 중 하나 이상뿐만 아니라, 임의의 다른 할로겐을 포함할 수 있다. 제1 전구체로서 활용될 수 있는 일부 예시적인 전구체들은, 플루오린화수소, 삼플루오린화질소, 또는 임의의 유기플루오라이드, 이원자 플루오린, 삼플루오린화브로민, 삼플루오린화염소, 육플루오린화황, 이플루오린화크세논, 삼염화붕소, 오염화텅스텐, 육염화텅스텐, 이원자 염소, 또는 임의의 다른 염소 함유 또는 플루오린 함유 전구체를 포함하는 할로겐화물들을 포함할 수 있다. 전구체들은 또한, 다양한 조합들로 함께 유동될 수 있다. 전구체들은 또한, 이원자 수소, 또는 수소 함유 전구체, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 임의의 개수의 추가적인 물질들을 포함하는 임의의 개수의 추가적인 전구체들 또는 캐리어 가스들과 함께 유동될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 전구체들은 선택도에 영향을 미칠 수 있는 부반응들 또는 다른 양상들을 제어하도록 제한될 수 있다.
처리 조건들은 본 기술에 따른 식각에 영향을 주고 식각을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 작동들이 수행되는 온도는 반응이 발생할 수 있는 정도에 영향을 미칠 수 있다. 질화티타늄 표면의 산화 동안, 상승된 온도는 반응을 용이하게 할 수 있고, 플라즈마가 없는 반응이 수행되는 것을 허용할 수 있으며, 이는 다른 노출된 물질들을 산소 라디칼들과의 상호작용 또는 충격으로부터 더 보호할 수 있다. 이에 따라, 본 기술의 일부 실시예들에서, 산소 전구체 또는 산소 플라즈마 유출물들과의 접촉 작동은 약 200 ℃ 이상의 기판, 페디스털 및/또는 챔버 온도들에서 수행될 수 있고, 기판 상의 물질들의 열 예산에 따라, 약 250 ℃ 이상, 약 300 ℃ 이상, 약 350 ℃ 이상, 약 400 ℃ 이상, 약 450 ℃ 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, 할로겐 전구체 또는 할로겐 플라즈마 유출물들과의 접촉 작동은 산소와의 접촉 작동과 동일하거나 상이한 온도에서 수행될 수 있다. 실시예들에서, 할로겐과의 접촉 작동은 또한, 예컨대, 활용되는 할로겐 전구체에 따라, 플라즈마 강화되거나 플라즈마가 없을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 실시예들에서, 상호작용은 기판의 온도를 낮춤으로써 제어될 수 있지만, 온도는 할로겐 접촉 작동 동안에도 더 높을 수 있다. 기판 지지부의 열 질량 때문에, 일부 실시예들에서, 할로겐 전구체 또는 플라즈마 유출물들과의 접촉 작동은 상이한 온도들이 사용되는 것을 허용하기 위해 별개의 처리 챔버에서 수행될 수 있다. 별개의 챔버는 여전히 동일한 플랫폼 상에 있을 수 있고, 이는 기판이 프로세스 전체에 걸쳐 진공 조건들로 유지되는 것을 허용할 수 있다. 산화 없이 할로겐 함유 물질들을 이용하여 질화티타늄을 제거하기 위한 많은 프로세스들에서, 온도는 300 ℃ 초과로 유지될 수 있거나, 반응이 진행되는 것이 중지될 수 있다. 그러나, 본 기술의 실시예들에 따른 제어된 산화를 수행함으로써, 접촉 작동 및 제거는 약 300 ℃ 이하의 온도들에서 수행될 수 있고, 약 290 ℃ 이하, 약 280 ℃ 이하, 약 270 ℃ 이하, 약 260 ℃ 이하, 약 250 ℃ 이하, 약 240 ℃ 이하, 약 230 ℃ 이하, 약 220 ℃ 이하, 약 210 ℃ 이하, 약 200 ℃ 이하, 또는 그 미만의 온도들에서 수행될 수 있다.
챔버 내의 압력은 또한, 수행되는 작동들에 영향을 미칠 수 있을뿐만 아니라 부산물들이 질화티타늄 표면으로부터 방출될 수 있는 온도에 영향을 미칠 수 있다. 플라즈마 강화 전구체들에 기초할 수 있는 산화를 용이하게 하기 위해, 처리 압력은 할로겐 함유 전구체를 활용하는 제2 제거 작동에서보다 더 낮을 수 있다. 제1 작동에서, 예컨대, 산소 전구체 또는 산소 플라즈마 유출물들의 사용 동안 더 낮은 압력을 유지함으로써, 기판 표면에서의 증가된 상호작용이 용이해질 수 있다. 방법의 제1 부분에서의 더 낮은 압력은 원자들 사이의 평균 자유 경로를 증가시킬 수 있고, 이는 막 표면에서의 상호작용 및 에너지를 증가시킬 수 있다. 방법의 제2 부분에서, 예컨대, 할로겐 전구체 또는 플라즈마 유출물들의 사용 동안 더 높은 압력을 활용함으로써, 식각 속도가 증가될 수 있고, 이는 처리 영역 내의 그리고 다른 노출된 물질들과 접촉하는 할로겐 물질들의 체류 시간을 제한함으로써 선택도를 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 일부 실시예들에서, 압력은 산화 동안, 예컨대, 작동들(405-410) 동안 약 5 Torr 미만으로 유지될 수 있고, 압력은 약 4 Torr 이하, 약 3 Torr 이하, 약 2 Torr 이하, 약 1 Torr 이하, 약 0.5 Torr 이하, 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 그 다음, 압력은 방법의 제2 부분 동안, 예컨대, 작동들(415-420) 동안 증가될 수 있고, 여기서 압력은 약 1 Torr 이상의 압력으로 유지될 수 있고, 약 2 Torr 이상, 약 3 Torr 이상, 약 4 Torr 이상, 약 5 Torr 이상, 약 6 Torr 이상, 약 7 Torr 이상, 약 8 Torr 이상, 약 9 Torr 이상, 약 10 Torr 이상, 또는 그 초과로 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.
작동들 중 하나 또는 양자 모두 동안 플라즈마 유출물들이 활용될 때, 플라즈마 전력은 약 500 W 미만으로 유지될 수 있다. 더 낮은 플라즈마 전력을 유지함으로써, 스퍼터링이 제어될 수 있고, 상호작용들은 표면 화학 반응들로 제한될 수 있으며, 이는 질화티타늄을 통한 산화 및/또는 식각의 정도를 더 잘 제한할 수 있다. 결과적으로, 일부 실시예들에서, 플라즈마 전력은 약 450 W 이하, 약 400 W 이하, 약 350 W 이하, 약 300 W 이하, 약 250 W 이하, 약 200 W 이하, 약 150 W 이하, 약 100 W 이하, 또는 그 미만으로 유지될 수 있다.
이전에 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 수소는 할로겐 전구체와 함께 전달될 수 있다. 수소를 포함함으로써, 플루오린 또는 염소로부터의 물질들의 식각 속도들이 감소되거나 억제될 수 있고, 이는 제거의 정도에 대한 추가의 제어를 제공할 수 있다. 추가적으로, 아래놓인 물질들이 플루오린 또는 염소 라디칼들과 접촉하여 적어도 부분적으로 식각될 수 있기 때문에, 예를 들어, 희석을 증가시키는 것은 아래놓인 물질들과의 반응을 더 억제할 수 있다. 노출된 물질들을 추가적으로 보호할 뿐만 아니라, 산화된 물질 아래에 놓인 질화티타늄을 보호하기 위해, 수소는 할로겐 함유 전구체의 유량보다 더 큰 유량으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 할로겐 함유 전구체가 삼플루오린화질소 또는 임의의 다른 할로겐 함유 물질일 수 있는 일부 실시예들에서, 수소 대 할로겐 물질의 유량 비율은 약 1.5:1 이상일 수 있고, 수소 대 할로겐 물질의 유량 비율은 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 10.0:1 이상, 또는 그 초과일 수 있다. 수소 라디칼들은 또한, 플루오린 및/또는 염소가, 산화된 물질과 상호작용하는 동안 다른 노출된 물질들을 부동태화하는 것을 도울 수 있다.
식각 프로세스에 추가의 제어를 추가하면, 일부 실시예들에서 할로겐 함유 전구체가 펄스화될 수 있고, 식각 프로세스 전체에 걸쳐 연속적으로, 또는 시간에 따라 일관되거나 변할 수 있는 일련의 펄스들로 전달될 수 있다. 펄스식 전달은, 할로겐 함유 전구체가 유동되는 제1 기간, 및 할로겐 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 속도가 증가할 수 있다.
본 기술의 실시예들에 따라 작동들을 수행함으로써, 질화티타늄은 다른 산화물들, 질화물들, 또는 노출된 금속 물질들을 포함하는 다른 물질들에 대해 선택적으로 식각될 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 금속들, 산화규소와 같은 규소 함유 물질들을 포함하는 유전체들, 또는 다른 물질들의 노출된 영역들에 대해 질화티타늄을 선택적으로 식각할 수 있다. 본 기술의 실시예들은 질화티타늄 또는 다른 금속 질화물들을 산화규소, 질화규소, 티타늄, 또는 다른 물질들 중 임의의 물질에 대해 적어도 약 100:1의 속도로 식각할 수 있고, 질화티타늄을 산화규소, 질화규소, 티타늄, 또는 이전에 언급된 다른 물질들 중 임의의 물질에 대해 약 200:1 이상, 약 300:1 이상, 또는 그 초과의 선택도로 식각할 수 있다. 예를 들어, 본 기술의 일부 실시예들에 따라 수행되는 식각은 산화규소, 질화규소, 티타늄, 또는 다른 물질들을 실질적으로 또는 본질적으로 유지하면서 질화티타늄을 식각할 수 있다. 본 기술의 실시예들에 따른 식각 작동들을 수행함으로써, 질화티타늄을 정밀하게 제거하기 위해 실질적으로 자기-제한적인 제거 작동들이 수행될 수 있고, 이는 열 예산 제약들을 보호하기 위해 종래의 제거보다 낮은 온도들에서 수행될 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)
- 식각 방법으로서,
산소 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플라즈마를 타격하면서 산소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계;
처리 영역에 수납된 기판을 상기 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계 - 상기 기판은 질화티타늄 또는 질화탄탈럼의 노출된 영역을 한정하고, 상기 접촉시키는 단계는 상기 질화티타늄 또는 질화탄탈럼 상에 산화된 표면을 생성함 -;
할로겐 플라즈마 유출물들을 생성하기 위해 플라즈마를 타격하면서 할로겐 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 원격 플라즈마 영역 내로 유동시키는 단계;
상기 질화티타늄 또는 질화탄탈럼 상의 상기 산화된 표면을 상기 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계; 및
상기 질화티타늄 또는 질화탄탈럼 상의 상기 산화된 표면을 제거하는 단계
를 포함하는, 식각 방법. - 제1항에 있어서,
상기 할로겐 함유 전구체는 플루오린 또는 염소를 포함하는, 식각 방법. - 제2항에 있어서,
상기 산소 함유 전구체는 산소이고, 상기 할로겐 함유 전구체는 삼플루오린화질소를 포함하고, 상기 방법은:
상기 할로겐 함유 전구체와 함께 수소를 유동시키는 단계를 더 포함하는, 식각 방법. - 제3항에 있어서,
상기 수소의 유량은 상기 할로겐 함유 전구체의 유량의 적어도 2배인, 식각 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판을 상기 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 온도에서 수행되고, 상기 기판을 상기 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 상기 제1 온도 미만의 제2 온도에서 수행되는, 식각 방법. - 제5항에 있어서,
상기 기판을 상기 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 처리 챔버에서 수행되고, 상기 기판을 상기 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 상기 제1 처리 챔버와 분리된 제2 처리 챔버에서 수행되는, 식각 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 처리 챔버 내의 압력은, 상기 기판을 상기 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 동안 약 5 Torr 이하로 유지되는, 식각 방법. - 제7항에 있어서,
상기 질화티타늄 상의 상기 산화된 표면을 상기 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키기 전에 상기 반도체 처리 챔버의 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 식각 방법. - 제1항에 있어서,
상기 식각 방법은 다수의 사이클들 동안 수행되는, 식각 방법. - 제9항에 있어서,
각각의 사이클에서 제거된, 상기 질화티타늄 또는 질화탄탈럼 상의 상기 산화된 표면은 약 1 nm 이하인, 식각 방법. - 제1항에 있어서,
상기 식각 방법은 단일 처리 챔버에서 수행되고, 상기 식각 방법은 약 300 ℃ 이하의 기판 온도를 유지하면서 수행되는, 식각 방법. - 식각 방법으로서,
반도체 처리 챔버의 처리 영역에 수납된 기판을 산소 함유 전구체와 접촉시키는 단계 - 상기 기판은 질화티타늄의 노출된 영역을 한정하고, 상기 접촉시키는 단계는, 약 1 nm 이하의 깊이로 제한된, 상기 질화티타늄 상의 산화된 표면을 생성함 -;
상기 산소 함유 전구체의 유동을 중단하는 단계;
상기 질화티타늄 상의 상기 산화된 표면을 할로겐 함유 전구체와 접촉시키는 단계; 및
상기 질화티타늄 상의 상기 산화된 표면을 제거하는 단계
를 포함하는, 식각 방법. - 제12항에 있어서,
상기 기판을 접촉시키기 전에 상기 산소 함유 전구체 또는 상기 할로겐 함유 전구체 중 하나 또는 둘 다의 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는, 식각 방법. - 제12항에 있어서,
상기 할로겐 함유 전구체는 플루오린 또는 염소를 포함하는, 식각 방법. - 제14항에 있어서,
상기 할로겐 함유 전구체는 삼플루오린화질소를 포함하고, 상기 방법은:
상기 할로겐 함유 전구체와 함께 수소를 유동시키는 단계를 더 포함하는, 식각 방법. - 제15항에 있어서,
상기 수소의 유량은 상기 할로겐 함유 전구체의 유량의 적어도 2배인, 식각 방법. - 제12항에 있어서,
상기 기판을 상기 산소 함유 전구체와 접촉시키는 단계는 제1 온도에서 수행되고, 상기 기판을 상기 할로겐 함유 전구체와 접촉시키는 단계는 상기 제1 온도 미만의 제2 온도에서 수행되는, 식각 방법. - 제17항에 있어서,
상기 반도체 처리 챔버 내의 압력은, 상기 기판을 상기 산소 함유 전구체와 접촉시키는 동안 약 5 Torr 이하로 유지되고, 상기 식각 방법은:
상기 질화티타늄 상의 상기 산화된 표면을 상기 할로겐 함유 전구체와 접촉시키기 전에 상기 반도체 처리 챔버의 압력을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 식각 방법. - 식각 방법으로서,
반도체 처리 챔버에 산소 플라즈마 유출물들을 생성하는 단계;
처리 영역에 수납된 기판을 상기 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계 - 상기 기판은 질화티타늄의 노출된 영역을 한정하고, 상기 접촉시키는 단계는 상기 질화티타늄 상에 산화된 표면을 생성함 -;
상기 반도체 처리 챔버 내로의 상기 산소 플라즈마 유출물들의 유동을 중단하는 단계;
상기 처리 영역 내의 압력을 제1 압력으로부터 제2 압력으로 증가시키는 단계;
상기 반도체 처리 챔버에 할로겐 플라즈마 유출물들을 생성하는 단계;
상기 질화티타늄 상의 상기 산화된 표면을 상기 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계; 및
상기 질화티타늄 상의 상기 산화된 표면을 제거하는 단계
를 포함하는, 식각 방법. - 제19항에 있어서,
상기 기판을 상기 산소 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 제1 온도에서 수행되고, 상기 기판을 상기 할로겐 플라즈마 유출물들과 접촉시키는 단계는 상기 제1 온도 미만의 제2 온도에서 수행되고, 상기 제2 온도는 약 300 ℃ 이하인, 식각 방법.
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