KR20230036161A - 금속 막들의 촉매화된 증착 - Google Patents

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Abstract

고순도를 갖는 금속 막을 증착하는 방법들이 논의된다. 일부 실시예들은, 알킬 할라이드 및 금속 전구체를 포함하는 열적 ALD 프로세스를 활용한다. 일부 실시예들은, 유전체 표면에 대해 금속 표면 상에 고순도를 갖는 금속 막을 선택적으로 증착한다. 일부 실시예들은, 금속 표면에 대해 유전체 표면 상에 고순도를 갖는 금속 막을 선택적으로 증착한다. 일부 실시예들은, 원자 기준으로 99 % 초과의 금속 원자들을 갖는 금속 막을 증착한다.

Description

금속 막들의 촉매화된 증착{CATALYZED DEPOSITION OF METAL FILMS}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 금속 막들을 증착하기 위한 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 금속 막들을 증착하기 위한 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 금속 막들의 선택적 증착에 관한 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 플라즈마 및/또는 열 노출 조건들의 사용을 통해 증착 위치 및/또는 증착률을 제어한다.
반도체 산업은, 자율 주행 차량들, 가상 현실, 및 향후의 모바일 디바이스들과 같은 첨단 산업들에서 모바일 및 고성능 시스템들에 대한 필요성에 의해 주도되는 지속적인 디바이스 소형화를 위해 계속 노력하고 있다. 이러한 위업을 달성하기 위해서는, 마이크로전자 디바이스들에서의 피쳐들의 급격한 감소에서 직면하는 고유한 공학적, 화학적 및 물리적 문제들을 피하기 위해 새로운 고성능 물질들이 필요하다.
통합을 위해 새로운 제안된 물질은 루테늄인데, 그 이유는, 그의 높은 용융점(높은 전류 밀도들을 견디는 능력), 특출한 밀도, 및 전류 전도 능력 때문이다. 루테늄 및 루테늄 함유 박막들은 매력적인 물질 및 전도성 특성들을 갖는다. 루테늄 막들은, 반도체 및 마이크로전자 디바이스들의 전단부로부터 후단부 부분들에 이르는 범위의 응용들에 대해 제안되었다.
루테늄의 박막들은, 박막 증착 기법들, 이를테면, 화학 기상 증착(CVD) 및 원자 층 증착(ALD)을 사용하여 이상적으로 증착될 것인데, 그 이유는, 높은 처리량 및 정밀한 방식으로 물질을 증착하는 그들의 고유한 능력 때문이다.
그렇지만, 증착된 루테늄 막들은 종종 벌크 루테늄 물질들과 상이하다. 루테늄 막들을 고순도(>99 원자%의 Ru)로, 특히, 갭 충전 물질로서 증착함에 있어 특정 난제가 존재한다. 산소 반응물들을 활용하는 이전 해법들은 벌크 물질들보다 큰 거칠기를 갖는 막들을 생성했다. 유사하게, 수소 반응물들은, 제거를 위한 후속 어닐링 단계를 요구하는 더 큰 불순물들을 생성했다. 마지막으로, 플라즈마 증착 프로세스들은, 이음부(seam)를 생성함이 없이 그리고 잠재적으로는 하부 기판을 손상시킴이 없이 갭 충전 물질들을 증착할 수 없었다.
따라서, 갭 충전부로서 고순도의 형상추종적 루테늄 막들을 증착하기 위한 방법들 및 물질들에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 이음부들 또는 공극들 없이 갭 충전부로서 루테늄 막들을 증착하기 위한 방법들 및 물질들에 대한 필요성이 존재한다.
부가적으로, 반도체 디바이스들의 설계가 진화함에 따라, 반도체 산업에서의 정밀 물질 제조는 원자 규모 치수들의 시대에 접어들었다. 원자 규모에서, 수십 개의 원자만으로 성패가 결정되므로, 오차에 대한 여유가 거의 없다. 이러한 전례 없는 난제는 원자 수준 정밀도를 갖는 새로운 물질 처리 기법들을 요구한다. 그러나, 원자 규모 디바이스 제조에서 요구되는 프로세스 흐름의 복잡도가 증가하는 것은 처리량을 현저하게 낮추고 제조 비용을 증가시킬 수 있다.
선택적 증착 기술들은, 반도체 막 패터닝에서 화학적으로 선택적인 원자 층 정밀도에 대한 잠재성을 제공한다. 선택적 증착은 또한, 리소그래피 또는 다른 프로세스들을 제거함으로써 더 간단한 프로세스 흐름들에 대한 잠재성을 제공한다.
물질들의 선택적 증착은 다양한 방식들로 달성될 수 있다. 예를 들면, 일부 프로세스들은, 표면들에 대해 그들의 표면 화학물질에 기반한 고유한 선택도를 가질 수 있다. 이러한 프로세스들은 상당히 드물고, 일반적으로는, 금속들 및 유전체들과 같이 극단적으로 상이한 표면 에너지들을 갖는 표면들을 가질 필요가 있다.
따라서, 유전체 표면들에 대해 금속성 표면들 상에, 또는 그 반대로, 금속 막들을 선택적 증착하는 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
추가로, 현재의 디바이스들은 메모리 및 로직 응용들에 텅스텐 막들을 사용한다. 텅스텐 막들의 증착은, 형성되는 디바이스의 열 예산에 의해 제한될 수 있는 비교적 높은 온도들에서 빈번하게 수행된다. 텅스텐 막들은 종종, 플루오린 함유 화합물들을 사용하여 증착된다. 플루오린은 일반적으로 증착 프로세스에서 바람직하지 않은데, 그 이유는, 반응들 및 악영향들이 있을 수 있기 때문이다. 플루오린이 하부 층들과 반응하는 것을 방지하기 위해, 비교적 두꺼운 장벽 층이 사용된다. 장벽 층 증착은 열 예산 및 처리량을 감소시킨다.
따라서, 플루오린을 사용하지 않고/거나 낮은 온도들에서 증착될 수 있는 전도성 물질들에 대한 필요성이 관련 기술분야에 존재한다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는 금속 증착 방법에 관한 것이다. 금속 막을 형성하기 위해 기판이 금속 전구체 및 알킬 할라이드에 순차적으로 노출된다. 기판은 증착 온도로 유지된다. 금속 전구체는 증착 온도를 초과하는 분해 온도를 갖는다. 알킬 할라이드는 탄소 및 할로겐을 포함한다. 할로겐은 브로민 또는 아이오딘을 포함한다.
본 개시내용의 부가적인 실시예들은, 제1 유전체 표면 상에 제1 금속 막을 선택적으로 증착하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 제1 유전체 표면 및 제2 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 제2 금속 표면을 차단하기 위해 기판이 차단 화합물에 노출된다. 차단 화합물은 R'≡R"의 화학식을 가지며, 여기서, R' 및 R"은 알킬 또는 다른 탄소질 기이다. 기판이 증착 온도로 유지되는 동안 기판은 제1 금속 전구체 및 알킬 할라이드에 순차적으로 노출된다. 알킬 할라이드는 탄소 및 할로겐 원자들을 포함한다. 할로겐 원자들은 브로민 또는 아이오딘을 포함하고, 증착 온도는 알킬 할라이드의 분해 온도와 제1 금속 전구체의 분해 온도 사이의 온도이다.
본 개시내용의 추가적인 실시예들은, 제2 금속 표면 상에 제1 금속 막을 선택적으로 증착하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 제1 유전체 표면 및 제2 금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판이 증착 온도로 유지되는 동안 기판은 제1 금속 전구체 및 알킬 할라이드에 순차적으로 노출된다. 알킬 할라이드는 탄소 및 할로겐 원자들을 포함한다. 할로겐 원자들은 브로민 또는 아이오딘을 포함한다. 금속 전구체 및 알킬 할라이드 둘 모두는 증착 온도를 초과하는 분해 온도를 갖는다.
본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 유의되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리 플랫폼의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치(batch) 처리 챔버의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 부분 사시도를 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 개략도를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 배치 처리 챔버에서 사용하기 위한 쐐기 형상 가스 분배 조립체의 일부분의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 2-펄스 주기적 증착 기법을 사용한 금속 층의 형성을 위한 예시적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른, 루테늄 층의 형성을 위한 예시적인 프로세스 시퀀스를 예시한다.
도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 기판의 단면도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리 동안의 예시적인 기판을 예시한다.
첨부된 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 특징들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은, 참조 라벨에 후속하는 대시기호 및 유사한 구성요소들 사이를 구별하는 제2 라벨에 의해 구별될 수 있다. 본 명세서에서 오직 제1 참조 라벨만이 사용되는 경우, 그 설명은, 제2 참조 라벨과는 무관하게 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 임의의 구성요소에 적용가능하다.
본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시내용은 하기의 설명에서 기술되는 구성 또는 프로세스 루틴들의 세부사항들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 개시내용은 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식들로 실시되거나 수행되는 것이 가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "기판", "기판 표면" 등은, 그 상에서 처리가 수행되는, 임의의 기판 또는 기판 상에 형성된 물질 표면을 지칭한다. 예컨대, 처리가 수행될 수 있는 기판 표면은, 응용에 따라, 규소, 산화규소, 응력가해진 규소(strained silicon), 절연체상 규소(SOI; silicon on insulator), 탄소 도핑된 산화규소들, 질화규소, 도핑된 규소, 게르마늄, 갈륨 비소화물, 유리, 사파이어와 같은 물질들, 및 임의의 다른 물질들, 이를테면 금속들, 금속 질화물들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 물질들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 기판들은, 비-제한적으로, 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은, 기판 표면을 연마, 식각, 환원, 산화, 히드록실화(또는, 화학적 작용성을 부여하기 위해 표적 화학적 모이어티들을 다른 방식으로 생성하거나 그라프팅함), 어닐링, 및/또는 베이킹하기 위해 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 본 개시내용에서, 기판 자체의 표면 상에 직접적으로 처리를 하는 것에 부가하여, 개시되는 막 처리 단계들 중 임의의 막 처리 단계는 또한, 아래에서 더 상세히 개시되는 바와 같이, 기판 상에 형성된 하부층 상에 수행될 수 있으며, "기판 표면"이라는 용어는 맥락이 나타내는 바에 따라 그러한 하부층을 포함하도록 의도된다. 따라서, 예컨대, 막/층 또는 부분적인 막/층이 기판 표면 상에 증착된 경우, 새롭게 증착된 막/층의 노출된 표면이 기판 표면이 된다. 주어진 기판 표면이 무엇을 포함하는지는, 사용되는 특정 화학물질뿐만 아니라 어떤 물질들이 증착될 것인지에 의존할 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "원자 층 증착" 또는 "주기적 증착"은, 기판 표면 상에 물질의 층을 증착하기 위한, 2개 이상의 반응성 화합물의 순차적 노출을 지칭한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 화합물", "반응성 가스", "반응성 종", "전구체", "프로세스 가스 등의 용어들은, 표면 반응(예컨대, 화학 흡착, 산화, 환원)에서 기판 표면 또는 기판 표면 상의 물질과 반응할 수 있는 종들을 갖는 물질을 의미하도록 상호교환가능하게 사용된다. 기판 또는 기판의 부분이, 처리 챔버의 반응 구역 내에 도입되는 2개 이상의 반응성 화합물에 개별적으로 노출된다. 시간-도메인 ALD 프로세스에서, 각각의 반응성 화합물에 대한 노출은, 시간 지연에 의해 분리되어 각각의 화합물이 기판 표면 상에 부착되고/거나 그와 반응된 다음 처리 챔버로부터 퍼징되는 것이 허용된다. 이러한 반응성 화합물들은 기판에 순차적으로 노출된다고 일컬어진다. 공간적 ALD 프로세스에서, 기판 표면의 상이한 부분들 또는 기판 표면 상의 물질은, 기판 상의 임의의 주어진 지점이 하나 초과의 반응성 화합물에 실질적으로 동시에 노출되지 않도록 2개 이상의 반응성 화합물에 동시에 노출된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로"라는 용어는, 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 바와 같이, 기판의 작은 부분이 확산으로 인해 다수의 반응성 가스들에 동시에 노출될 수도 있는 가능성이 존재하고, 그 동시의 노출은 의도치 않은 것임을 의미한다.
시간-도메인 ALD 프로세스의 일 양상에서, 제1 반응성 가스(즉, 제1 전구체 또는 화합물 A)가 반응 구역 내로 펄싱되고 이어서 제1 시간 지연이 후속된다. 다음으로, 제2 전구체 또는 화합물 B가 반응 구역 내로 펄싱되고 이어서 제2 지연이 후속된다. 각각의 시간 지연 동안, 아르곤과 같은 퍼지 가스가 처리 챔버 내로 도입되어 반응 구역을 퍼징하거나, 그렇지 않으면, 임의의 잔류 반응성 화합물 또는 반응 부산물들을 반응 구역으로부터 제거한다. 대안적으로, 퍼지 가스는, 반응성 화합물들의 펄스들 사이의 시간 지연 동안 퍼지 가스만이 유동하도록, 증착 프로세스 전체에 결쳐 연속적으로 유동할 수 있다. 반응성 화합물들은, 원하는 막 또는 막 두께가 기판 표면 상에 형성될 때까지 교번적으로 펄싱된다. 어느 시나리오에서든, 화합물 A, 퍼지 가스, 화합물 B, 및 퍼지 가스를 펄싱하는 ALD 프로세스가 한 사이클이다. 사이클은, 화합물 A 또는 화합물 B로 시작되어 미리 결정된 두께를 갖는 막이 달성될 때까지 사이클의 개개의 순서가 계속될 수 있다.
공간적 ALD 프로세스의 실시예에서, 제1 반응성 가스 및 제2 반응성 가스(예컨대, 금속 전구체 가스)는 동시에 반응 구역으로 전달되지만, 불활성 가스 커튼 및/또는 진공 커튼에 의해 분리된다. 기판은, 기판 상의 임의의 주어진 지점이 제1 반응성 가스 및 제2 반응성 가스에 노출되도록 가스 전달 장치에 대해 이동된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "전구체", "반응물", "반응성 가스" 등의 용어들은, 기판 표면과 반응할 수 있는 임의의 가스상 종을 지칭하기 위해 상호교환가능하게 사용된다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 상이한 화학물질들 또는 플라즈마 가스들의 도입에 사용될 수 있는 다수의 가스 포트들을 갖는 반응 챔버를 사용하는 프로세스들에 관한 것이다. 공간적으로, 이러한 가스 포트들(채널들로 또한 지칭됨)은, 원치 않는 가스 상 반응들을 피하기 위해, 상이한 가스 포트들로부터의 가스들의 혼합을 최소화하거나 제거하는 가스 커튼을 생성하기 위한 불활성 퍼징 가스들 및/또는 진공 펌핑 홀들에 의해 분리된다. 이러한 상이한 공간적으로 분리된 포트들을 통해 이동하는 웨이퍼들에, 상이한 화학적 환경 또는 플라즈마 환경에 대한 순차적인 여러 번의 표면 노출들이 이루어짐으로써, 공간적 ALD 모드 또는 표면 식각 프로세스에서 층단위 막 성장이 발생한다. 일부 실시예들에서, 처리 챔버는 가스 분배 구성요소들 상에 모듈식 아키텍쳐들을 가지며, 각각의 모듈식 구성요소는, 예컨대, 가스 유동 및/또는 RF 노출을 제어함에 있어 유연성을 제공하도록 파라미터(예컨대, RF 또는 가스 유동)를 독립적으로 제어한다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 고순도 금속 막을 증착하기 위한 방법들을 제공한다. 다양한 실시예들의 방법들은, 순수한 또는 거의 순수한 금속 막들을 제공하기 위해 원자 층 증착(ALD)을 사용한다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들이 루테늄의 증착을 언급하지만, 본 개시내용의 원리들은 금속에 관계없이 고도로 순수한 금속 막들의 증착을 가능하게 하는 것으로 생각된다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 유전체 표면에 대해 금속 표면 상에 금속 막들을 선택적으로 증착하는 방법들을 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 금속 표면에 대해 유전체 표면 상에 금속 막들을 선택적으로 증착하는 방법들을 제공한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "다른 표면에 대해 하나의 표면 상에 막을 선택적으로 증착하는" 등의 용어는, 막의 제1 양이 제1 표면 상에 증착되고 막의 제2 양이 제2 표면 상에 증착되는 것을 의미하며, 여기서, 막의 제2 양은 막의 제1 양 미만이거나, 제2 표면 상에 어떠한 막도 증착되지 않는다.
이와 관련하여 사용되는 "대해(국제 출원 명세서에서의 over)"라는 용어는, 다른 표면의 최상부 상의 하나의 표면의 물리적 배향을 의미하지 않으며, 오히려, 다른 표면에 대한 하나의 표면과의 화학 반응의 열역학적 또는 동역학적 특성들의 관계를 의미한다. 예컨대, 유전체 표면에 대해 금속 표면 상에 금속 막을 선택적으로 증착한다는 것은, 금속 막이 금속 표면 상에 증착되고 유전체 표면 상에는 더 적은 금속 막이 증착되거나 어떠한 금속 막도 증착되지 않는 것; 또는 금속 표면 상에서의 금속 막의 형성이 유전체 표면 상에서의 금속 막의 형성과 비교해 열역학적으로 또는 동역학적으로 유리하다는 것을 의미한다.
증착 프로세스의 선택도는 일반적으로 성장률의 배수로서 표현된다. 예컨대, 하나의 표면이 상이한 표면보다 25 배 빠르게 성장(또는 그 표면 상에 증착)되는 경우, 프로세스는 25:1의 선택도를 갖는 것으로 설명될 것이다. 이와 관련하여, 더 높은 비들은 더 선택적인 프로세스들을 표시한다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 고순도를 갖는 금속 막들을 증착하기 위한 방법들을 제공한다. 그에 따라서, 이러한 고도로 순수한 막들은 그들의 연관된 벌크 금속성 물질들과 유사한 특성들을 나타낸다. 예컨대, 본 개시내용의 일부 실시예들은, 통상적인 산소 또는 수소 반응물 프로세스들에 의해 증착되는 루테늄 막들보다 더 평활하고 더 낮은 저항을 갖는 루테늄 막들을 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 갭들을 이음부 없이 형상추종적으로 충전하는 금속 막들을 제공한다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 유전체 표면들에 대해 금속성 표면들 상에 고순도를 갖는 금속 막들을 선택적으로 증착하는 것을 제공한다. 예컨대, 유전체들에 대해 구리 상에 금속(예컨대, 루테늄)을 선택적으로 증착하는 것은 유리하게, 부가적인 식각 또는 리소그래피 단계들 없이 구리 캡핑 층들을 제공한다. 부가적으로, 선택적 증착은 또한, 최하부 및 유전체 측벽들에서 금속 접촉부들을 갖는 트렌치들에 대한 상향식 갭 충전을 가능하게 할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 금속성 표면들에 대해 유전체 표면들 상에 고순도를 갖는 금속 막들을 선택적으로 증착하는 것을 제공한다. 예컨대, 유전체들 위에 금속들을 선택적으로 증착하는 것은, 장벽들, 또는 후단부 응용들에서의 다른 유전체들 상의 금속 층들을 제공한다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 본원에 개시되는 바와 같은 처리 플랫폼 상에서 수행되는 공간적 ALD 프로세스를 활용한다. 도면들을 참조하면, 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리 플랫폼(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 실시예는 단지 하나의 가능한 구성을 나타낼 뿐이며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 처리 플랫폼(100)은 상이한 수의 프로세스 챔버, 버퍼 챔버, 및 로봇 구성을 갖는다.
처리 플랫폼(100)은, 복수의 측부들(111, 112, 113, 114, 115, 116)을 갖는 중앙 이송 스테이션(110)을 포함한다. 도시된 중앙 이송 스테이션(110)은, 제1 측부(111), 제2 측부(112), 제3 측부(113), 제4 측부(114), 제5 측부(115), 및 제6 측부(116)를 갖는다. 6개의 측부가 도시되지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들은, 예컨대, 처리 플랫폼(100)의 전체 구성에 따라, 중앙 이송 스테이션(110)에 대해 임의의 적합한 수의 측부가 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이송 스테이션(110)은 내부에 위치하는 로봇(117)을 갖는다. 로봇(117)은, 처리 동안 웨이퍼를 이동시킬 수 있는 임의의 적합한 로봇일 수 있다. 일부 실시예들에서, 로봇(117)은 제1 암(118) 및 제2 암(119)을 갖는다. 제1 암(118) 및 제2 암(119)은 다른 암과 독립적으로 이동될 수 있다. 제1 암(118) 및 제2 암(119)은 x-y 평면에서 그리고/또는 z 축을 따라 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 로봇(117)은 제3 암 또는 제4 암(도시되지 않음)을 포함한다. 암들 각각은 다른 암들과 독립적으로 이동할 수 있다.
제1 배치 처리 챔버(120)는 중앙 이송 스테이션(110)의 제1 측부(111)에 연결될 수 있다. 제1 배치 처리 챔버(120)는 배치 시간 동안 x개의 웨이퍼를 한 번에 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 배치 처리 챔버(120)는 약 4개(x=4) 내지 약 12개(x=12)의 범위의 웨이퍼를 동시에 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 배치 처리 챔버(120)는 6개(x=6)의 웨이퍼를 동시에 처리하도록 구성된다. 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 제1 배치 처리 챔버(120)가 개별 웨이퍼의 적재/하적 사이에 다수의 웨이퍼들을 처리할 수 있는 동안, 각각의 웨이퍼는 임의의 주어진 시간에 상이한 프로세스 조건들을 겪을 수 있다. 예컨대, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 공간적 원자 층 증착 챔버는, 웨이퍼가 구역들 각각을 통해 이동될 때 프로세스가 완료되도록, 상이한 처리 구역들에서 상이한 프로세스 조건들에 웨이퍼들을 노출시킨다.
도 2는, 주입기들 또는 주입기 조립체로 또한 지칭되는 가스 분배 조립체(220) 및 서셉터 조립체(240)를 포함하는 처리 챔버(200)의 단면을 도시한다. 가스 분배 조립체(220)는, 처리 챔버에서 사용되는 임의의 유형의 가스 전달 디바이스이다. 가스 분배 조립체(220)는, 서셉터 조립체(240)에 대면하는 전방 표면(221)을 포함한다. 전방 표면(221)은, 서셉터 조립체(240)를 향해 가스들의 유동을 전달하기 위해 임의의 수의 또는 다양한 개구들을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(220)는 또한, 도시된 실시예들에서는 실질적으로 원형인 외측 둘레 가장자리(224)를 포함한다.
사용되는 가스 분배 조립체(220)의 특정 유형은, 사용되는 특정 프로세스에 따라 다를 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은, 서셉터와 가스 분배 조립체 사이의 갭이 제어되는 임의의 유형의 처리 시스템과 함께 사용될 수 있다. 다양한 유형들의 가스 분배 조립체들(예컨대, 샤워헤드들)이 이용될 수 있지만, 본 개시내용의 실시예들은 특히, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들을 갖는 공간적 가스 분배 조립체들에 유용할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 평행"이라는 용어는, 가스 채널들의 세장형 축(elongate axis)이 동일한 일반적인 방향으로 연장된다는 것을 의미한다. 가스 채널들의 평행도에 약간의 불완전성들이 존재할 수 있다. 이원 반응에서, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들은, 적어도 하나의 제1 반응성 가스(A) 채널, 적어도 하나의 제2 반응성 가스(B) 채널, 적어도 하나의 퍼지 가스(P) 채널 및/또는 적어도 하나의 진공(V) 채널을 포함할 수 있다. 제1 반응성 가스(A) 채널(들), 제2 반응성 가스(B) 채널(들) 및 퍼지 가스(P) 채널(들)로부터 유동하는 가스들은 웨이퍼의 최상부 표면을 향해 지향된다. 가스 유동 중 일부는, 웨이퍼의 표면을 거쳐 수평으로 이동하여, 퍼지 가스(P) 채널(들)을 통해 프로세스 구역 밖으로 이동한다. 가스 분배 조립체의 일 단부로부터 다른 단부로 이동하는 기판은, 프로세스 가스들 각각에 차례로 노출되어, 기판 표면 상에 층을 형성할 것이다.
일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체(220)는, 단일 주입기 유닛으로 구성되는 강성의 고정식 몸체이다. 하나 이상의 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분배 조립체(220)는 복수의 개별 구획들(예컨대, 주입기 유닛들(222))로 구성된다. 설명되는 본 개시내용의 다양한 실시예들과 함께 단일 조각 몸체 또는 다중-구획 몸체가 사용될 수 있다.
서셉터 조립체(240)는 가스 분배 조립체(220) 아래에 위치된다. 서셉터 조립체(240)는, 최상부 표면(241), 및 최상부 표면(241)에 있는 적어도 하나의 함몰부(242)를 포함한다. 서셉터 조립체(240)는 또한 최하부 표면(243) 및 가장자리(244)를 갖는다. 적어도 하나의 함몰부(242)는, 처리되는 기판들(60)의 형상 및 크기에 따라 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 함몰부(242)는 웨이퍼의 최하부를 지지하기 위한 평평한 최하부를 갖지만, 함몰부의 최하부는 다를 수 있다. 일부 실시예들에서, 함몰부는 함몰부의 외측 둘레 가장자리 주위에 계단 구역들을 가지며, 이 계단 구역들은 웨이퍼의 외측 둘레 가장자리를 지지하도록 크기가 정해진다. 계단들에 의해 지지되는 웨이퍼의 외측 둘레 가장자리의 양은, 예컨대, 웨이퍼의 두께 및 웨이퍼의 후면측 상에 이미 존재하는 피쳐들의 존재에 따라 다를 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(240)의 최상부 표면(241)에 있는 함몰부(242)는, 함몰부(242)에서 지지되는 기판(60)이 서셉터(240)의 최상부 표면(241)과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 최상부 표면(61)을 갖도록 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면 상에 있는"이라는 용어는, 웨이퍼의 최상부 표면과 서셉터 조립체의 최상부 표면이 ±0.2 mm 내에서 동일 평면 상에 있다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 최상부 표면들은, 0.5 mm, ±0.4 mm, ±0.35 mm, ±0.30 mm, ±0.25 mm, ±0.20 mm, ±0.15 mm, ±0.10 mm, 또는 ±0.05 mm 내에서 동일 평면 상에 있다.
도 2의 서셉터 조립체(240)는, 서셉터 조립체(240)를 상승, 하강, 및 회전시킬 수 있는 지지 포스트(260)를 포함한다. 서셉터 조립체는, 지지 포스트(260)의 중심 내에 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 구성요소들을 포함할 수 있다. 지지 포스트(260)는, 서셉터 조립체(240)와 가스 분배 조립체(220) 사이의 갭을 증가시키거나 감소시켜 서셉터 조립체(240)를 적절한 위치로 이동시키는 주요 수단일 수 있다. 서셉터 조립체(240)는 또한, 서셉터 조립체(240)와 가스 분배 조립체(220) 사이에 미리 결정된 갭(270)을 생성하기 위해 서셉터 조립체(240)에 대해 미세-조정들을 행할 수 있는 정밀 조정 액추에이터들(262)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 갭(270) 거리는, 약 0.1 mm 내지 약 5.0 mm의 범위, 또는 약 0.1 mm 내지 약 3.0 mm의 범위, 또는 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.8 mm의 범위, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.7 mm의 범위, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1.6 mm의 범위, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm의 범위, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1.4 mm의 범위, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.3 mm의 범위, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm의 범위, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm의 범위 내에 있거나, 약 1 mm이다.
도면들에 도시된 처리 챔버(200)는, 서셉터 조립체(240)가 복수의 기판들(60)을 유지할 수 있는 캐러셀-유형 챔버이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분배 조립체(220)는 복수의 별개의 주입기 유닛들(222)을 포함할 수 있고, 각각의 주입기 유닛(222)은, 웨이퍼가 주입기 유닛 아래로 이동됨에 따라, 웨이퍼 상에 막을 증착할 수 있다. 2개의 파이-형상 주입기 유닛(222)이, 서셉터 조립체(240) 위에서 서셉터 조립체(240)의 대략적으로 대향하는 측들 상에 위치된 것으로 도시된다. 이러한 수의 주입기 유닛들(222)은 단지 예시적인 목적들을 위해 도시된다. 더 많거나 더 적은 주입기 유닛(222)이 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 서셉터 조립체(240)의 형상을 추종하는 형상을 형성하기 위한 충분한 수의 파이-형상 주입기 유닛(222)이 존재한다. 일부 실시예들에서, 개별 파이-형상 주입기 유닛들(222) 각각은, 다른 주입기 유닛들(222) 중 어느 것에도 영향을 미치지 않으면서 독립적으로 이동, 제거, 및/또는 교체될 수 있다. 예컨대, 로봇이 기판들(60)을 적재/하적하기 위해서 서셉터 조립체(240)와 가스 분배 조립체(220) 사이의 구역에 접근하는 것을 허용하기 위해, 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
웨이퍼들이 동일한 프로세스 흐름을 경험하도록 다수의 웨이퍼들을 동시에 처리하기 위해, 다수의 가스 주입기들을 갖는 처리 챔버들이 사용될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(200)는 4개의 가스 주입기 조립체 및 4개의 기판(60)을 갖는다. 처리의 착수 시에, 기판들(60)은 가스 분배 조립체들(220) 사이에 위치할 수 있다. 서셉터 조립체(240)를 45°만큼 회전시키는 것(17)은, 가스 분배 조립체들(220) 아래의 점선 원에 의해 예시된 바와 같이, 가스 분배 조립체들(220) 사이에 있는 각각의 기판(60)이, 막 증착을 위해 가스 분배 조립체(220)로 이동되는 것을 초래할 것이다. 부가적인 45° 회전은 기판들(60)을 가스 분배 조립체들(220)로부터 멀어지게 이동시킬 것이다. 기판들(60) 및 가스 분배 조립체들(220)의 수는 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 존재하는 가스 분배 조립체들과 동일한 수의 처리되는 웨이퍼들이 존재한다. 하나 이상의 실시예에서, 처리되는 웨이퍼들의 수는, 가스 분배 조립체들의 수의 분율 또는 정수배이다. 예컨대, 4개의 가스 분배 조립체가 존재하는 경우, 처리되는 4x개의 웨이퍼가 존재하며, 여기서, x는 1 이상의 정수 값이다. 예시적인 실시예에서, 가스 분배 조립체(220)는 가스 커튼들에 의해 분리되는 8개의 프로세스 구역을 포함하며, 서셉터 조립체(240)는 6개의 웨이퍼를 유지할 수 있다.
도 4에 도시된 처리 챔버(200)는 단지 하나의 가능한 구성을 나타낼 뿐이며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 여기서, 처리 챔버(200)는 복수의 가스 분배 조립체들(220)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 처리 챔버(200) 주위에 균등하게 이격된 4개의 가스 분배 조립체(220)(주입기 조립체로 또한 지칭됨)가 존재한다. 도시된 처리 챔버(200)는 팔각형이지만, 이는 하나의 가능한 형상이고, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다는 것을 관련 기술분야의 통상의 기술자들은 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 조립체들(220)은 사다리꼴이지만, 단일 원형 구성요소이거나 또는 도 3에 도시된 것과 같이 복수의 파이-형상 세그먼트들로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 로드 록 챔버(280), 또는 버퍼 스테이션과 같은 보조 챔버를 포함한다. 이러한 챔버(280)는, 예컨대 기판들(기판들(60)로 또한 지칭됨)이 처리 챔버(200)에 적재되는 것/처리 챔버(200)로부터 하적되는 것을 허용하기 위해, 처리 챔버(200)의 측부에 연결된다. 기판을 서셉터 상으로 이동시키기 위해, 웨이퍼 로봇이 챔버(280)에 위치할 수 있다.
캐러셀(예컨대, 서셉터 조립체(240))의 회전은 연속적이거나 단속적(불연속적)일 수 있다. 연속적인 처리에서, 웨이퍼들은, 웨이퍼들이 주입기들 각각에 차례로 노출되도록 끊임없이 회전한다. 불연속적인 처리에서, 웨이퍼들은 주입기 구역으로 이동되어 정지될 수 있으며, 그런 다음, 주입기들 사이의 구역(84)으로 이동되어 정지될 수 있다. 예컨대, 캐러셀은, 웨이퍼들이 주입기를 거쳐 주입기-간 구역으로부터 이동하고(또는, 주입기에 인접해서 정지함) 캐러셀이 다시 일시정지될 수 있는 다음 주입기-간 구역으로 이동하도록 회전할 수 있다. 주입기들 사이에서 일시정지되는 것은, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 처리 루틴들(예컨대, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
도 5는, 주입기 유닛으로 지칭될 수 있는 가스 분배 조립체(220)의 일 구획 또는 일부분을 도시한다. 주입기 유닛들(222)은 개별적으로 또는 다른 주입기 유닛들과 조합되어 사용될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5의 주입기 유닛들(222) 4개가 조합되어, 단일 가스 분배 조립체(220)를 형성한다. (명확성을 위해, 4개의 주입기 유닛을 분리하는 선들은 도시되지 않는다.) 도 5의 주입기 유닛(222)이, 퍼지 가스 포트들(255) 및 진공 포트들(245)에 부가하여, 제1 반응성 가스 포트(225) 및 제2 가스 포트(235) 둘 모두를 갖지만, 주입기 유닛(222)이 이러한 구성요소들 전부를 필요로 하지는 않는다.
도 5 및 도 6 둘 모두를 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 조립체(220)는, 복수의 구획들(또는 주입기 유닛들(222))을 포함할 수 있고, 각각의 구획은 동일하거나 상이하다. 가스 분배 조립체(220)는 처리 챔버 내에 위치하며, 가스 분배 조립체(220)의 전방 표면(221)에 있는 복수의 세장형 가스 포트들(225, 235, 245)을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들(225, 235, 245, 255)은, 가스 분배 조립체(220)의 내측 둘레 가장자리(223)에 인접한 영역으로부터 외측 둘레 가장자리(224)에 인접한 영역을 향해 연장된다. 도시된 복수의 가스 포트들은, 제1 반응성 가스 포트(225), 제2 가스 포트(235), 제1 반응성 가스 포트들 및 제2 반응성 가스 포트들 각각을 둘러싸는 진공 포트(245), 및 퍼지 가스 포트(255)를 포함한다.
도 5 또는 도 6에 도시된 실시예들을 참조하면, 포트들이 적어도 내측 둘레 구역 주위로부터 적어도 외측 둘레 구역 주위로 연장되는 것으로 언급되지만, 그 때, 포트들은 내측 구역으로부터 외측 구역으로 단지 방사상으로 연장되는 것 이상으로 연장될 수 있다. 포트들은, 진공 포트(245)가 반응성 가스 포트(225) 및 반응성 가스 포트(235)를 둘러쌈에 따라, 접선방향으로 연장될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서, 쐐기-형상 반응성 가스 포트들(225, 235)은, 내측 둘레 구역 및 외측 둘레 구역에 인접해 있는 것을 포함하는 모든 가장자리들 상에서 진공 포트(245)에 의해 둘러싸인다.
도 5를 참조하면, 기판이 경로(227)를 따라 이동함에 따라, 기판 표면의 각각의 부분은 다양한 반응성 가스들에 노출된다. 경로(227)를 따르기 위해, 기판은, 퍼지 가스 포트(255), 진공 포트(245), 제1 반응성 가스 포트(225), 진공 포트(245), 퍼지 가스 포트(255), 진공 포트(245), 제2 가스 포트(235) 및 진공 포트(245)에 노출되거나 또는 이들을 "만나게" 될 것이다. 따라서, 도 5에 도시된 경로(227)의 종단에서, 기판은 제1 반응성 가스 및 제2 반응성 가스에 노출되어 층을 형성한다. 도시된 주입기 유닛(222)은 사분원을 구성하지만, 더 크거나 더 작을 수 있다. 도 6에 도시된 가스 분배 조립체(220)는, 도 3의 주입기 유닛(222) 4개가 연속해서 연결되어 조합된 것으로 고려될 수 있다.
도 5의 주입기 유닛(222)은, 반응성 가스들을 분리하는 가스 커튼(250)을 도시한다. "가스 커튼"이라는 용어는, 반응성 가스들이 혼합되는 것을 분리하는, 가스 유동들 또는 진공의 임의의 조합을 설명하기 위해 사용된다. 도 5에 도시된 가스 커튼(250)은, 제1 반응성 가스 포트(225) 옆의 진공 포트(245)의 부분, 중간의 퍼지 가스 포트(255), 및 제2 가스 포트(235) 옆의 진공 포트(245)의 부분을 포함한다. 가스 유동과 진공의 이러한 조합은, 제1 반응성 가스와 제2 반응성 가스의 가스 상 반응들을 방지하거나 최소화하는 데 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 가스 분배 조립체(220)로부터의 가스 유동들 및 진공의 조합은, 복수의 프로세스 구역들(350)로의 분리를 형성한다. 프로세스 구역들은 개별 가스 포트들(225, 235) 주위에 개략적으로 정의되며, 350 사이에 가스 커튼(250)이 있다. 도 6에 도시된 실시예는 8개의 별개의 프로세스 구역(350)을 구성하며, 이들 사이에 8개의 별개의 가스 커튼(250)이 있다. 처리 챔버는 적어도 2개의 프로세스 구역을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 11개 또는 12개의 프로세스 구역이 존재한다.
처리 동안, 기판은 임의의 주어진 시간에 하나 초과의 프로세스 구역(350)에 노출될 수 있다. 그러나, 상이한 프로세스 구역들에 노출되는 부분들은 그 둘을 분리하는 가스 커튼을 가질 것이다. 예컨대, 기판의 선단 가장자리가, 제2 가스 포트(235)를 포함하는 프로세스 구역에 진입하는 경우, 기판의 중간 부분은 가스 커튼(250) 아래에 있을 것이고, 기판의 후단 가장자리는 제1 반응성 가스 포트(225)를 포함하는 프로세스 구역 내에 있을 것이다.
예컨대 로드 록 챔버(280)일 수 있는 (도 4에 도시된 바와 같은) 팩토리 인터페이스가 처리 챔버(200)에 연결된 것으로 도시된다. 기판(60)은, 기준 프레임을 제공하기 위해 가스 분배 조립체(220) 위에 겹쳐져 있는 것으로 도시된다. 기판(60)은 종종, 가스 분배 조립체(220)의 전방 표면(221) 근처에 유지되도록 서셉터 조립체 상에 놓일 수 있다. 기판(60)은, 팩토리 인터페이스를 통해, 처리 챔버(200) 내로, 기판 지지부 또는 서셉터 조립체(도 4 참조) 상에 적재된다. 기판(60)은 프로세스 구역 내에 위치되는 것으로 도시될 수 있는데, 그 이유는, 기판이 제1 반응성 가스 포트(225)에 인접하게 그리고 2개의 가스 커튼(250a, 250b) 사이에 위치되기 때문이다. 경로(227)를 따라 기판(60)을 회전시키는 것은, 기판을 처리 챔버(200) 주위로 반시계방향으로 이동시킬 것이다. 따라서, 기판(60)은 제1 프로세스 구역(350a) 내지 제8 프로세스 구역(350h)(이들 사이의 모든 프로세스 구역들을 포함함)에 노출될 것이다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 복수의 프로세스 구역들(350a-350h)을 갖는 처리 챔버(200)에 관한 것이며, 각각의 프로세스 구역은 가스 커튼(250)에 의해 인접 구역으로부터 분리된다. 예컨대, 처리 챔버는 도 6에 도시된다. 처리 챔버 내의 가스 커튼들 및 프로세스 구역들의 수는, 가스 유동들의 배열에 따른 임의의 적합한 수일 수 있다. 도 6에 도시된 실시예는 8개의 가스 커튼(250) 및 8개의 프로세스 구역(350a-350h)을 갖는다.
다시 도 1을 참조하면, 처리 플랫폼(100)은, 중앙 이송 스테이션(110)의 제2 측부(112)에 연결되는 처리 챔버(140)를 포함한다. 일부 실시예들의 처리 챔버(140)는, 제1 배치 처리 챔버(120)에서의 처리 전 및/또는 후에 웨이퍼들을 처리하기 위한 프로세스에 웨이퍼들을 노출시키도록 구성된다. 일부 실시예들의 처리 챔버(140)는 어닐링 챔버를 포함한다. 어닐링 챔버는 노 어닐링 챔버 또는 급속 열 어닐링 챔버일 수 있거나, 미리 결정된 온도 및 압력으로 웨이퍼를 유지하고 챔버로의 가스의 유동을 제공하도록 구성되는 상이한 챔버일 수 있다.
일부 실시예들에서, 처리 플랫폼은, 중앙 이송 스테이션(110)의 제3 측부(113)에 연결되는 제2 배치 처리 챔버(130)를 더 포함한다. 제2 배치 처리 챔버(130)는, 제1 배치 처리 챔버(120)와 유사하게 구성될 수 있거나, 상이한 프로세스를 수행하도록 또는 상이한 수의 기판들을 처리하도록 구성될 수 있다.
제2 배치 처리 챔버(130)는 제1 배치 처리 챔버(120)와 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 배치 처리 챔버(120) 및 제2 배치 처리 챔버(130)는, x(제1 배치 처리 챔버(120) 내의 웨이퍼 수)와 y(제2 배치 처리 챔버(130) 내의 웨이퍼 수)가 동일하고 제1 배치 시간과 (제2 배치 처리 챔버(130)의) 제2 배치 시간이 동일하도록, 동일한 배치 시간에 동일한 수의 웨이퍼로 동일한 프로세스를 수행하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 배치 처리 챔버(120) 및 제2 배치 처리 챔버(130)는 상이한 수의 웨이퍼(x는 y와 동일하지 않음), 상이한 배치 시간들 중 하나 이상을, 또는 둘 모두를 갖도록 구성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 처리 플랫폼(100)은, 중앙 이송 스테이션(110)의 제4 측부(114)에 연결되는 제2 처리 챔버(150)를 포함한다. 제2 처리 챔버(150)는, 처리 챔버(140)와 동일하거나 상이할 수 있다.
처리 플랫폼(100)은 로봇(117)에 연결되는 제어기(195)를 포함할 수 있다(연결은 도시되지 않음). 제어기(195)는 로봇(117)의 제1 암(118)으로 처리 챔버(140)와 제1 배치 처리 챔버(120) 사이에서 웨이퍼들을 이동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(195)는 또한 로봇(117)의 제2 암(119)으로 제2 처리 챔버(150)와 제2 배치 처리 챔버(130) 사이에서 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 제어기(195)는, 처리 챔버(200)의 서셉터 조립체(240) 및 가스 분배 조립체(220)에 연결된다. 제어기(195)는, 서셉터 조립체(240)를 중심 축을 중심으로 회전(17)시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 또한, 가스 포트들(225, 235, 245, 255)에서의 가스 유동들을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 반응성 가스 포트(225)는 금속 전구체의 유동을 제공한다. 일부 실시예들에서, 제2 반응성 가스 포트(235)는 반응물의 유동을 제공한다. 일부 실시예들에서, 다른 가스 포트들(라벨링되지 않음)은 플라즈마의 유동을 제공할 수 있다. 제1 반응성 가스 포트(225), 제2 반응성 가스 포트(235), 및 다른 반응성 가스 포트들(라벨링되지 않음)은 임의의 처리 순서로 배열될 수 있다.
처리 플랫폼(100)은 또한, 중앙 이송 스테이션(110)의 제5 측부(115)에 연결되는 제1 버퍼 스테이션(151) 및/또는 중앙 이송 스테이션(110)의 제6 측부(116)에 연결되는 제2 버퍼 스테이션(152)을 포함할 수 있다. 제1 버퍼 스테이션(151) 및 제2 버퍼 스테이션(152)은 동일하거나 상이한 기능들을 수행할 수 있다. 예컨대, 버퍼 스테이션들은, 처리되고 원래의 카세트로 복귀되는 웨이퍼들의 카세트를 유지할 수 있거나, 제1 버퍼 스테이션(151)은, 처리 후에 제2 버퍼 스테이션(152)으로 이동되는 처리되지 않은 웨이퍼들을 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 버퍼 스테이션들 중 하나 이상은 처리 전 및/또는 후에 웨이퍼들을 전처리, 예열 또는 세정하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 제어기(195)는 로봇(117)의 제1 암(118)을 사용하여 처리 챔버(140) 및 제1 배치 처리 챔버(120) 중 하나 이상과 제1 버퍼 스테이션(151) 사이에서 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제어기(195)는 로봇(117)의 제2 암(119)을 사용하여 제2 처리 챔버(150) 또는 제2 배치 처리 챔버(130) 중 하나 이상과 제2 버퍼 스테이션(152) 사이에서 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다.
처리 플랫폼(100)은 또한, 중앙 이송 스테이션(110)과 처리 챔버들 중 임의의 처리 챔버 사이에 하나 이상의 슬릿 밸브(160)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 처리 챔버들(120, 130, 140, 150) 각각과 중앙 이송 스테이션(110) 사이에 슬릿 밸브(160)가 존재한다. 슬릿 밸브들(160)은 개방 및 폐쇄되어 처리 챔버 내의 환경을 중앙 이송 스테이션(110) 내의 환경으로부터 격리시킬 수 있다. 예컨대, 처리 챔버가 처리 동안 플라즈마를 생성할 것인 경우, 표유(stray) 플라즈마가 이송 스테이션의 로봇을 손상시키는 것을 방지하기 위해 그 처리 챔버에 대한 슬릿 밸브를 폐쇄하는 것이 도움이 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 처리 챔버들은 중앙 이송 스테이션(110)으로부터 용이하게 제거가능하지 않다. 처리 챔버들 중 임의의 처리 챔버에 대해 유지보수가 수행되는 것을 허용하기 위해, 처리 챔버들 각각은 처리 챔버들의 측부들 상에 복수의 접근 도어들(170)을 더 포함할 수 있다. 접근 도어들(170)은 중앙 이송 스테이션(110)으로부터 처리 챔버를 제거하지 않고도 처리 챔버에 대한 수동 접근을 허용한다. 도시된 실시예에서, 처리 챔버 각각의, 이송 스테이션에 연결된 측부를 제외한 각각의 측부는, 접근 도어(170)를 갖는다. 그렇게 많은 접근 도어들(170)을 포함시키는 것은, 이용된 처리 챔버들의 구성을 복잡하게 할 수 있는데, 그 이유는, 챔버들 내의 하드웨어가 도어들을 통해 접근가능하도록 구성될 필요가 있을 것이기 때문이다.
일부 실시예들의 처리 플랫폼은 중앙 이송 스테이션(110)에 연결된 용수 박스(180)를 포함한다. 용수 박스(180)는 냉각제를 처리 챔버들 중 임의의 처리 챔버 또는 모든 처리 챔버들에 제공하도록 구성될 수 있다. "용수" 박스로 지칭되지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들은 임의의 냉각제가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 실시예들에서, 처리 플랫폼(100)의 크기는 단일 전력 커넥터(190)를 통해 전력을 수용하기 위한 연결을 허용한다. 단일 전력 커넥터(190)는 처리 챔버들 각각 및 중앙 이송 스테이션(110)에 전력을 제공하도록 처리 플랫폼(100)에 부착된다.
처리 플랫폼(100)은 웨이퍼들 또는 웨이퍼들의 카세트들이 처리 플랫폼(100) 내에 적재되는 것을 허용하도록 팩토리 인터페이스(102)에 연결될 수 있다. 팩토리 인터페이스(102) 내의 로봇(103)은 웨이퍼들 또는 카세트들을 버퍼 스테이션들(151, 152) 안팎으로 이동시킬 수 있다. 웨이퍼들 또는 카세트들은 처리 플랫폼(100) 내에서 중앙 이송 스테이션(110)의 로봇(117)에 의해 이동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 팩토리 인터페이스(102)는 다른 클러스터 툴의 이송 스테이션이다.
일부 실시예들에서, 처리 플랫폼(100) 또는 제1 배치 처리 챔버(120)는 제어기에 연결된다. 제어기는 동일한 제어기(195) 또는 상이한 제어기일 수 있다. 제어기는 서셉터 조립체 및 제1 배치 처리 챔버(120)의 가스 분배 조립체에 결합될 수 있고, 하나 이상의 구성을 갖는다. 구성들은, 서셉터 조립체를 중심 축을 중심으로 회전시키기 위한 제1 구성, 프로세스 구역으로의 금속 전구체의 유동을 제공하기 위한 제2 구성, 프로세스 구역으로의 반응물의 유동을 제공하기 위한 제3 구성, 프로세스 구역 내에 플라즈마를 제공하기 위한 제4 구성을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 상에 금속 막을 형성하기 위한 일반화된 방법을 도시한다. 방법(700)은 일반적으로 702에서 시작되며, 여기서, 금속 막이 상부에 형성될 기판이 처리 챔버 내에 제공되고 배치된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "기판 표면"은 상부에 층이 형성될 수 있는 임의의 기판 표면을 지칭한다. 기판 표면은, 기판 표면에 형성된 하나 이상의 피쳐, 기판 표면 상에 형성된 하나 이상의 층, 및 이들의 조합들을 가질 수 있다. 기판(또는 기판 표면)은, 금속 막의 증착 전에, 예컨대, 연마, 식각, 환원, 산화, 할로겐화, 히드록실화, 어닐링, 베이킹 등에 의해 전처리될 수 있다.
기판은, 상부에 증착된 물질을 가질 수 있는 임의의 기판, 이를테면, 규소 기판, 예컨대, III-V족 화합물 기판, 규소 게르마늄(SiGe) 기판, epi-기판, 절연체상 규소(SOI) 기판, 디스플레이 기판, 이를테면, 액정 디스플레이 (LCD), 플라즈마 디스플레이, 전계발광(EL) 램프 디스플레이, 태양광 어레이, 태양 전지판, 발광 다이오드(LED) 기판, 반도체 웨이퍼 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 막이 적어도 부분적으로 상부에 형성될 수 있도록, 하나 이상의 부가적인 층이 기판 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 금속, 질화물, 산화물 등 또는 이들의 조합물들을 포함하는 층이 기판 상에 배치될 수 있고, 그러한 층 또는 층들 상에 형성된 금속 막을 가질 수 있다.
703에서, 기판은 임의적으로 차단 화합물에 노출된다. 이러한 프로세스 단계는 아래에서 더 완전히 설명되고, 금속 표면 및 유전체 표면 둘 모두를 포함하는 기판에 대한 증착 프로세스의 선택도를 제어하는 데 유용할 수 있다.
704에서, 금속 막이 기판 상에 형성된다. 금속 막은 주기적 증착 프로세스, 이를테면, 원자 층 증착(ALD) 등을 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 주기적 증착 프로세스를 통해 금속 막을 형성하는 것은 일반적으로, 기판을 2개 이상의 프로세스 가스에 별개로 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 시간-도메인 ALD 실시예들에서, 프로세스 가스들 각각에 대한 노출은, 프로세스 가스들의 성분들이 기판 표면 상에 접착되고/거나 기판 표면 상에서 반응하는 것을 허용하도록 시간 지연/일시정지에 의해 분리된다. 대안적으로 또는 그와 조합하여, 일부 실시예들에서는, 프로세스 가스들에 대한 기판의 노출 전 및/또는 후에 퍼지가 수행될 수 있으며, 여기서, 퍼지를 수행하기 위해 불활성 가스가 사용된다. 예컨대, 제1 프로세스 가스가 프로세스 챔버에 제공되고 이어서 불활성 가스를 이용한 퍼지가 후속될 수 있다. 다음으로, 제2 프로세스 가스가 프로세스 챔버에 제공되고 이어서 불활성 가스를 이용한 퍼지가 후속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 프로세스 챔버에 연속적으로 제공될 수 있고, 제1 프로세스 가스가 프로세스 챔버 내로 투여(dose) 또는 펄싱되고 이어서 프로세스 챔버 내로의 제2 프로세스 가스의 투여 또는 펄스가 후속될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 지연 또는 일시정지는, 제1 프로세스 가스 및 제2 프로세스 가스의 투여 사이에 발생할 수 있어서, 불활성 가스의 연속적인 유동이 프로세스 가스들의 투여들 사이에 프로세스 챔버를 퍼징할 수 있게 된다.
공간적 ALD 실시예들에서, 프로세스 가스들 각각에 대한 노출은 기판의 상이한 부분들에 대해 동시에 발생하며, 이에 따라, (2개의 반응성 가스만이 사용되는 경우) 기판의 하나의 부분이 제1 반응성 가스에 노출되는 동안 기판의 상이한 부분이 제2 반응성 가스에 노출된다. 기판은, 기판 상의 각각의 지점이 제1 및 제2 반응성 가스들 둘 모두에 순차적으로 노출되도록 가스 전달 시스템에 대해 이동된다. 시간-도메인 ALD 또는 공간적 ALD 프로세스의 임의의 실시예에서, 미리 결정된 층 두께가 기판 표면 상에 형성될 때까지 시퀀스가 반복될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "펄스" 및 "펄싱" 또는"투여"는, 프로세스 챔버 내로 간헐적으로 또는 비-연속적으로 도입되는 일정 양의 소스 가스를 지칭하도록 의도된다. 각각의 펄스 내의 특정 화합물의 양은, 펄스의 지속기간에 따라 시간 경과에 따라서 변할 수 있다. 특정 프로세스 가스는 단일 화합물 또는 2개 이상의 화합물의 혼합물/조합물, 예컨대, 아래에 설명된 프로세스 가스들을 포함할 수 있다.
각각의 펄스/투여에 대한 지속기간들은 가변적이고, 예컨대, 처리 챔버의 용적 용량뿐만 아니라 그에 결합된 진공 시스템의 능력들을 수용하도록 조정될 수 있다. 부가적으로, 프로세스 가스의 투여 시간은 프로세스 가스의 유량, 프로세스 가스의 온도, 제어 밸브의 유형, 이용되는 프로세스 챔버의 유형뿐만 아니라, 기판 표면 상에 흡착되기 위한 프로세스 가스의 성분들의 능력에 따라 변할 수 있다. 투여 시간들은 또한, 형성되는 층의 유형 및 형성되는 디바이스의 기하학적 구조에 기반하여 변할 수 있다. 투여 시간은, 실질적으로 기판의 전체 표면 상에 흡착/화학 흡착되기에 충분한 화합물의 용적을 제공하고 기판 상에 프로세스 가스 성분의 층을 형성할 만큼 충분히 길어야 한다.
704에서 금속 막을 형성하는 프로세스는, 기판을 제1 반응성 가스에 노출시킴으로써 시작될 수 있다. 제1 반응성 가스는 알킬 할라이드를 포함하고, 706에 도시된 바와 같이, 제1 시간 기간 동안 기판에 노출된다.
알킬 할라이드는, 나중의 반응을 위해 기판 상에 할로겐의 층을 흡착시키는 임의의 적합한 반응물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 알킬 할라이드는 탄소 및 할로겐을 포함한다. 일부 실시예들에서, 할로겐은 브로민 또는 아이오딘을 포함한다. 일부 실시예들에서, 할로겐은 금속 막에 불용성이다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 금속 막에 불용성인 할로겐은, 원자 기준으로 금속 막의 약 2 % 이하, 약 1 % 이하, 또는 약 0.5 % 이하를 포함한다. 일부 실시예들에서, 알킬 할라이드는 화학식 R-X를 가지며, 여기서, R은 알킬, 알케닐, 아릴, 또는 다른 탄소질 기이다. 일부 실시예들에서, R은 1개 내지 2개, 1개 내지 4개, 또는 1개 내지 6개의 탄소 원자를 포함한다. 일부 실시예들에서, 알킬 할라이드는, 아이오도에탄(H5C2I) 또는 디아이오도메탄(CH2I2)으로 본질적으로 이루어지거나 그를 포함한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, 언급된 종들로 본질적으로 이루어지는 알킬 할라이드는, 임의의 불활성 희석 가스들을 제외하고는, 몰 기준으로 95 %, 98 %, 99 %, 또는 99.5 % 초과의 언급된 종들을 포함한다.
알킬 할라이드는 알킬 할라이드 함유 가스로서 처리 챔버에 전달된다. 알킬 할라이드 함유 가스는 하나 이상의 펄스로 또는 연속적으로 제공될 수 있다. 알킬 할라이드 함유 가스의 유량은, 약 1 내지 약 5000 sccm의 범위, 또는 약 2 내지 약 4000 sccm의 범위, 또는 약 3 내지 약 3000 sccm의 범위, 또는 약 5 내지 약 2000 sccm의 범위 내에 있는 유량들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 유량일 수 있다. 알킬 할라이드 함유 가스는, 약 5 mTorr 내지 약 25 Torr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 20 Torr의 범위, 또는 약 5 Torr 내지 약 20 Torr의 범위, 또는 약 50 mTorr 내지 약 2000 mTorr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 1000 mTorr의 범위, 또는 약 200 mTorr 내지 약 500 mTorr의 범위 내의 압력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 압력으로 제공될 수 있다.
기판이 알킬 할라이드 함유 가스에 노출되는 시간 기간은, 알킬 할라이드가 기판 표면(들) 맨 위에 적절한 흡착 층을 형성하는 것을 허용하는 데 필요한 임의의 적합한 시간량일 수 있다. 예컨대, 프로세스 가스는 약 0.1 초 내지 약 90 초의 기간 동안 프로세스 챔버 내로 유동될 수 있다. 일부 시간-도메인 ALD 프로세스들에서, 알킬 할라이드 함유 가스는, 약 0.1 sec 내지 약 90 sec의 범위, 또는 약 0.5 sec 내지 약 60 sec의 범위, 또는 약 1 sec 내지 약 30 sec의 범위, 또는 약 2 sec 내지 약 25 sec의 범위, 또는 약 3 sec 내지 약 20 sec의 범위, 또는 약 4 sec 내지 약 15 sec의 범위, 또는 약 5 sec 내지 약 10 sec의 범위 내의 시간 동안 기판 표면에 노출된다.
일부 실시예들에서, 불활성 가스가 알킬 할라이드 함유 가스와 동시에 프로세스 챔버에 부가적으로 제공될 수 있다. 불활성 가스는 (예컨대, 희석 가스로서) 알킬 할라이드 함유 가스와 혼합되거나 별개로 제공될 수 있고, 펄싱되거나 일정한 유동을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 약 1 내지 약 10000 sccm의 범위 내의 일정한 유동으로 처리 챔버 내로 유동된다. 불활성 가스는, 예컨대, 아르곤, 헬륨, 네온, 이들의 조합물들과 같은 임의의 불활성 가스일 수 있다.
증착 동안의 기판의 온도는, 예컨대, 기판 지지부 또는 서셉터의 온도를 설정함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은, 약 0 ℃ 내지 약 600 ℃의 범위, 또는 약 25 ℃ 내지 약 500 ℃의 범위, 또는 약 50 ℃ 내지 약 450 ℃의 범위, 또는 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃의 범위, 또는 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃의 범위, 또는 약 250 ℃ 내지 약 350 ℃의 범위 내의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은 금속 전구체의 분해 온도 미만의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은 알킬 할라이드의 분해 온도 미만의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은, 알킬 할라이드의 분해 온도와 금속 전구체의 분해 온도 사이의 온도로 유지된다.
하나 이상의 실시예에서, 기판은, 약 400 ℃ 이하, 또는 약 350 ℃ 이하, 또는 약 300 ℃ 미만의 온도로 유지된다. 하나 이상의 실시예에서, 기판은, 약 250 ℃ 이상, 또는 약 300 ℃ 이상, 또는 약 350 ℃ 초과의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은 약 280 ℃의 온도로 유지된다.
전술한 것에 부가하여, 기판을 알킬 할라이드 함유 가스에 노출시키면서 부가적인 프로세스 파라미터들이 조절될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 약 0.2 내지 약 100 Torr, 또는 약 0.3 내지 약 90 Torr의 범위, 또는 약 0.5 내지 약 80 Torr의 범위, 또는 약 1 내지 약 50 Torr의 범위 내의 압력으로 유지될 수 있다.
다음으로, 708에서, (특히, 시간-도메인 ALD에서의) 프로세스 챔버는 불활성 가스를 사용하여 퍼징될 수 있다. (이는, 반응성 가스들을 분리하는 가스 커튼들이 존재하기 때문에 공간적 ALD 프로세스들에서는 필요하지 않을 수 있다.) 불활성 가스는, 예컨대, 아르곤, 헬륨, 네온 등과 같은 임의의 불활성 가스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는, 706에서 알킬 할라이드 함유 가스에 대한 기판의 노출 동안 프로세스 챔버에 제공된 불활성 가스와 동일할 수 있거나, 대안적으로, 그와 상이할 수 있다. 불활성 가스가 동일한 실시예들에서, 퍼지는, 프로세스 챔버로부터 제1 프로세스 가스를 전환(divert)시키고, 불활성 가스가 프로세스 챔버를 통해 유동하는 것을 허용하여, 프로세스 챔버에서 임의의 과잉의 제1 프로세스 가스 성분들 또는 반응 부산물들을 퍼징함으로써 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는, 위에 설명된, 제1 프로세스 가스와 함께 사용되는 동일한 유량으로 제공될 수 있거나, 일부 실시예들에서, 유량은 증가되거나 감소될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 프로세스 챔버를 퍼징하기 위해 약 0 내지 약 10000 sccm의 유량으로 프로세스 챔버에 제공될 수 있다. 공간적 ALD에서, 퍼지 가스 커튼들이 반응성 가스들의 유동들 사이에 유지되고, 프로세스 챔버를 퍼징하는 것은 필요하지 않을 수 있다. 공간적 ALD 프로세스의 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버 또는 프로세스 챔버의 구역은 불활성 가스로 퍼징될 수 있다.
불활성 가스의 유동은, 제1 및 제2 프로세스 가스들의 원치 않는 가스 상 반응들을 방지하기 위해, 임의의 과잉의 제1 프로세스 가스 성분들 및/또는 과잉의 반응 부산물들을 프로세스 챔버로부터 제거하는 것을 용이하게 할 수 있다.
다음으로, 710에서, 기판은 제2 시간 기간 동안 제2 프로세스 가스에 노출된다. 제2 프로세스 가스는, 기판 표면 상의 흡착된 할로겐의 층과 반응하여 금속 막을 증착하는 금속 전구체를 포함한다. 제2 반응성 가스는 또한 금속 전구체 가스로 지칭될 수 있다.
금속 전구체는, 기판 상의 흡착된 할로겐 층과 반응하기 위한 임의의 적합한 전구체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는, 금속 중심 및 하나 이상의 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 중심은 하나 이상의 금속 원자를 포함한다. 달리 언급하면, 일부 실시예들에서, 금속 전구체는, 이량체, 삼량체, 또는 사량체 중 하나 이상이다.
금속 전구체는, 증착 온도를 초과하는 분해 온도를 갖는 임의의 적합한 전구체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 산소 또는 질소 원자들을 실질적으로 포함하지 않는다. 그에 따라서, 이러한 실시예들에서, 금속 전구체는, 카르보닐, 옥소, 아민, 또는 이민 리간드들을 포함하지 않는다. 이러한 파라미터들 내에서, 금속 전구체에 대한 리간드들의 수 및 리간드들의 유형들은, 예컨대, 금속 원자의 산화 상태에 기반하여 변할 수 있다. 금속 전구체는 동종리간드성(homoleptic) 또는 이종리간드성(heteroleptic)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는, 임의적으로 알킬 치환된 시클로펜타디엔(Cp) 고리를 포함하는 적어도 하나의 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는, 임의적으로 알킬 치환된 벤젠 고리를 포함하는 적어도 하나의 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 적어도 하나의 p-시멘 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는, 열린 또는 닫힌 디엔을 포함하는 적어도 하나의 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 적어도 하나의 1,3-부타디엔 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 적어도 1,5-헥사디엔 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 적어도 하나의 방향족 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 방향족 리간드는 벤젠 고리를 포함한다. 일부 실시예들에서, 벤젠 고리는, 1개 내지 6개의 범위 내의 탄소 원자를 포함하는 적어도 하나의 유기 치환체를 포함한다. 일부 실시예들에서, 방향족 리간드는 적어도 하나의 에틸벤젠 리간드를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 비스(에틸벤젠)몰리브데넘으로 본질적으로 이루어지거나 그를 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 p-시멘 루테늄 1,5-헥사디엔으로 본질적으로 이루어지거나 그를 포함한다.
금속 전구체의 금속은 증착된 금속 막의 금속에 대응한다. 일부 실시예들에서, 금속은, 몰리브데넘, 루테늄, 코발트, 구리, 백금, 니켈, 또는 텅스텐으로부터 선택된다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체의 금속은 0의 산화 상태를 갖는다. 달리 언급하면, 일부 실시예들에서, 금속 전구체는 0가 금속 착물을 포함한다.
기판을 금속 전구체 가스에 노출시키면서 부가적인 프로세스 파라미터들이 조절될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버는, 약 0.2 내지 약 100 Torr, 또는 약 0.3 내지 약 90 Torr의 범위, 또는 약 0.5 내지 약 80 Torr의 범위, 또는 약 1 내지 약 50 Torr의 범위 내의 압력으로 유지될 수 있다.
금속 전구체는 금속 전구체 가스로서 처리 챔버에 전달된다. 금속 전구체 가스는 하나 이상의 펄스로 또는 연속적으로 제공될 수 있다. 금속 전구체 가스의 유량은, 약 1 내지 약 5000 sccm의 범위, 또는 약 2 내지 약 4000 sccm의 범위, 또는 약 3 내지 약 3000 sccm의 범위, 또는 약 5 내지 약 2000 sccm의 범위 내에 있는 유량들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 유량일 수 있다. 금속 전구체 가스는, 약 5 mTorr 내지 약 25 Torr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 20 Torr의 범위, 또는 약 5 Torr 내지 약 20 Torr의 범위, 또는 약 50 mTorr 내지 약 2000 mTorr의 범위, 또는 약 100 mTorr 내지 약 1000 mTorr의 범위, 또는 약 200 mTorr 내지 약 500 mTorr의 범위 내의 압력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 압력으로 제공될 수 있다.
기판이 금속 전구체 가스에 노출되는 시간 기간은, 금속 전구체가 기판 표면 상의 흡착된 할로겐과 반응하는 것을 허용하는 데 필요한 임의의 적합한 시간량일 수 있다. 예컨대, 프로세스 가스는 약 0.1 초 내지 약 90 초의 기간 동안 프로세스 챔버 내로 유동될 수 있다. 일부 시간-도메인 ALD 프로세스들에서, 금속 전구체 가스는, 약 0.1 sec 내지 약 90 sec의 범위, 또는 약 0.5 sec 내지 약 60 sec의 범위, 또는 약 1 sec 내지 약 30 sec의 범위, 또는 약 2 sec 내지 약 25 sec의 범위, 또는 약 3 sec 내지 약 20 sec의 범위, 또는 약 4 sec 내지 약 15 sec의 범위, 또는 약 5 sec 내지 약 10 sec의 범위 내의 시간 동안 기판 표면에 노출된다.
일부 실시예들에서, 불활성 가스가 금속 전구체 가스와 동시에 프로세스 챔버에 부가적으로 제공될 수 있다. 불활성 가스는 (예컨대, 희석 가스로서) 금속 전구체 가스와 혼합되거나 별개로 제공될 수 있고, 펄싱되거나 일정한 유동을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 약 1 내지 약 10000 sccm의 범위 내의 일정한 유동으로 처리 챔버 내로 유동된다. 불활성 가스는, 예컨대, 아르곤, 헬륨, 네온, 이들의 조합물들과 같은 임의의 불활성 가스일 수 있다.
다음으로, 712에서, 프로세스 챔버는 불활성 가스를 사용하여 퍼징될 수 있다. 불활성 가스는, 예컨대, 아르곤, 헬륨, 네온 등과 같은 임의의 불활성 가스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는, 이전 프로세스 루틴들 동안 프로세스 챔버에 제공된 불활성 가스와 동일할 수 있거나, 대안적으로, 그와 상이할 수 있다. 불활성 가스가 동일한 실시예들에서, 퍼지는, 프로세스 챔버로부터 제2 프로세스 가스를 전환시키고, 불활성 가스가 프로세스 챔버를 통해 유동하는 것을 허용하여, 프로세스 챔버에서 임의의 과잉의 제2 프로세스 가스 성분들 또는 반응 부산물들을 퍼징함으로써 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는, 위에 설명된, 제2 프로세스 가스와 함께 사용되는 동일한 유량으로 제공될 수 있거나, 일부 실시예들에서, 유량은 증가되거나 감소될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 프로세스 챔버를 퍼징하기 위해 0 초과 내지 약 10000 sccm의 유량으로 프로세스 챔버에 제공될 수 있다.
도 7에 도시된 처리 방법의 일반적인 실시예가 반응성 가스들의 2개의 펄스만을 포함하지만, 이는 단지 예시적이고, 반응성 가스들의 부가적인 펄스들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 방법은, 산소 함유 반응성 가스의 사용 없이 수행된다. 704의 서브 프로세스들은 사이클을 포함한다. 사이클은, 반응성 가스들이 처리 챔버의 퍼지에 의해 분리되는 한 임의의 순서로 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 약 0.2 Å/사이클 이상, 약 0.3 Å/사이클 이상, 약 0.4 Å/사이클 이상, 약 0.5 Å/사이클 이상, 약 0.6 Å/사이클 이상, 약 0.7 Å/사이클 이상, 약 0.8 Å/사이클 이상, 약 0.9 Å/사이클 이상, 약 1.0 Å/사이클 이상, 또는 약 1.2 Å/사이클 이상의 증착률로 증착된다.
증착 프로세스는, 플라즈마 반응물들의 사용 없이 열적 프로세스로서 수행된다. 달리 언급하면, 일부 실시예들에서, 방법은 플라즈마 없이 수행된다.
다음으로, 714에서, 금속 막이 미리 결정된 두께를 달성했는지 여부가 결정된다. 미리 결정된 두께까 달성되지 않은 경우, 방법(700)은 704로 돌아가 미리 결정된 두께에 도달할 때까지 금속 막을 형성하는 것을 계속한다. 일단 미리 결정된 두께에 도달하면, 방법(700)은 종료되거나 임의적인 추가적인 처리(예컨대, 다른 금속 막의 벌크 증착)를 위해 716으로 진행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 약 10 Å 내지 약 10,000 Å, 또는 일부 실시예들에서는 약 10 Å 내지 약 1000 Å, 또는 일부 실시예들에서는 약 50 Å 내지 약 5,000 Å의 총 층 두께를 형성하도록 증착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 금속 층은, 약 75 원자% 이상의 몰리브데넘, 또는 약 80 원자% 이상의 몰리브데넘, 또는 약 85 원자% 이상의 몰리브데넘, 또는 약 90 원자% 이상의 몰리브데넘, 또는 약 95 원자% 이상의 몰리브데넘을 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 층은, 약 10 원자% 이하의 산소, 또는 약 9 원자% 이하의 산소, 또는 약 8 원자% 이하의 산소, 또는 약 7 원자% 이하의 산소, 또는 약 6 원자% 이하의 산소, 또는 약 5 원자% 이하의 산소, 또는 약 4 원자% 이하의 산소, 또는 약 3 원자% 이하의 산소를 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 층은, 약 0.02 내지 약 5 원자%의 범위 내의 아이오딘, 또는 약 1 원자% 이하의 아이오딘을 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 층은, 약 20 원자% 이하의 탄소, 또는 약 15 원자% 이하의 탄소, 또는 약 10 원자% 이하의 탄소, 또는 약 5 원자% 이하의 탄소를 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 층은, 약 90 원자% 이상의 몰리브데넘, 약 3 원자% 이하의 산소, 약 1 원자% 이하의 아이오딘, 및 약 10 원자% 이하의 탄소를 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 층은, 약 40 μohm-cm 이하, 또는 약 35 μohm-cm 이하, 또는 약 30 μohm-cm 이하, 또는 약 25 μohm-cm 이하, 또는 약 20 μohm-cm 이하의 비저항을 갖는다. 일부 실시예들에서, 금속 층은 몰리브데넘을 포함하고, 약 40 μohm-cm 이하, 또는 약 35 μohm-cm 이하, 또는 약 30 μohm-cm 이하, 또는 약 25 μohm-cm 이하, 또는 약 20 μohm-cm 이하의 비저항을 갖는다.
일부 실시예들에서, 금속 막은 금속 막을 어닐링함으로써 추가로 처리된다. 이론에 의해 얽매임이 없이, Ar 또는 H2 분위기 하에서, 고온에서 막을 어닐링하는 것은, 금속 막 중의 탄소 및 할로겐 불순물들을 감소시키는 것으로 여겨진다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 탄소 및/또는 할로겐 불순물들의 원자 농도를 감소시키기 위해, 아르곤 또는 수소 가스(H2)를 포함하는 분위기 하에서 어닐링된다.
일부 실시예들에 의해 증착되는 금속 막은, 알려져 있는 산소 기반 증착 프로세스들에 의해 증착되는 막들보다 평활하다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 금속 막의 두께의 약 10 % 이하, 약 8 % 이하, 약 5 % 이하, 또는 약 2 % 이하의 표면 거칠기를 갖는다.
금속 막의 순도는 높다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 원자 기준으로 탄소가 약 2 % 이하, 약 1 % 이하, 또는 약 0.5 % 이하인 탄소 함량을 갖는다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 원자 기준으로 할로겐이 약 1 % 이하 또는 약 0.5 % 이하인 할로겐 함량을 갖는다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 원자 기준으로 금속 원자들이 약 95 % 이상, 약 97 % 이상, 약 99 % 이상, 약 99.5 % 이상, 또는 약 99.9 % 이상인 순도를 갖는다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 제1 유전체 표면에 대해 제2 금속 표면 상에 제1 금속 막을 선택적으로 증착한다. 이러한 방법들은, 제공되는 기판이 제1 유전체 표면 및 제2 금속 표면을 포함한다는 것을 제외하고는, 위에 설명된 바와 같은 방법(700)과 유사하다. (금속 막의) 제1 금속 및 (기판 표면의) 제2 금속은 동일한 금속일 수 있거나 상이한 금속들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 몰리브데넘, 루테늄, 코발트, 구리, 백금, 니켈, 또는 텅스텐인 한편, 제2 금속은 텅스텐, 코발트, 또는 구리이다.
제1 유전체 표면은 임의의 적합한 유전체 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질은 질소 또는 산소 원자들을 포함한다. 이론에 의해 얽매임이 없이, 이러한 물질들은 알킬 할라이드와 반응하고 할로겐이 기판 표면 상에 흡착되는 것을 방지하여 금속 전구체와의 반응을 촉진하는(catalyze) 것으로 여겨진다. 그에 따라서, 금속 막은 유전체 표면 상에 형성된다 하더라도 거의 형성되지 않는다.
일부 실시예들에서, 증착 온도는 알킬 할라이드의 분해 온도 미만이다. 또한, 이론에 의해 얽매임이 없이, 알킬 할라이드가 분해되는 경우, 할로겐은 (조성에 관계없이) 모든 표면들 상의 금속 전구체와의 반응에 이용가능하며, 이는, 유전체 표면을 포함하는 모든 기판 표면들 상의 금속 막 증착으로 이어질 것으로 여겨진다. 일부 실시예들에서, 증착 온도는 알킬 할라이드의 분해 온도 이상이다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 제2 금속 표면에 대해 제1 유전체 표면 상에 제1 금속 막을 선택적으로 증착한다. 이러한 방법들은, 제공되는 기판이 제1 유전체 표면 및 제2 금속 표면을 포함하고 기판이 703에서 차단 화합물에 노출된다는 것을 제외하고는, 위에 설명된 바와 같은 방법(700)과 유사하다.
703에서, 적어도 제2 금속 표면 및 제1 유전체 표면을 포함하는 기판이 차단 화합물에 노출된다. 차단 화합물은, 제2 금속 표면 상의 증착을 차단하기 위한 임의의 적합한 화합물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 차단 화합물은, 2개의 탄소 원자 사이의 적어도 하나의 삼중 결합을 포함한다. 달리 언급하면, 일부 실시예들에서, 차단 화합물은 알킨을 포함한다. 일부 실시예들에서, 차단 화합물은 R'≡R"의 화학식을 갖는다. 일부 실시예들에서, R' 및 R"는 동일하다. 일부 실시예들에서, R' 및/또는 R"는 알킬 또는 다른 탄소질 기이다. 일부 실시예들에서, 차단 화합물은 4개 - 12개의 탄소 원자를 포함한다. 일부 실시예들에서, R' 및/또는 R"는 선형이다. 일부 실시예들에서, R' 및/또는 R"는 분지형이다. 일부 실시예들에서, 차단 화합물은 3-헥신을 포함한다.
(금속 막의) 제1 금속 및 (기판 표면의) 제2 금속은 동일한 금속일 수 있거나 상이한 금속들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 금속은 몰리브데넘, 루테늄, 코발트, 구리, 백금, 니켈, 또는 텅스텐인 한편, 제2 금속은 텅스텐, 코발트, 또는 구리이다.
제1 유전체 표면은 임의의 적합한 유전체 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질은 질소 또는 산소 원자들을 포함한다.
앞서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 증착 온도는 알킬 할라이드의 분해 온도 이상이다. 일부 실시예들에서, 증착 온도는, 약 250 ℃ 이상, 약 260 ℃ 이상, 약 270 ℃ 이상, 약 280 ℃ 이상, 약 290 ℃ 이상, 또는 약 300 ℃ 이상이다. 일부 실시예들에서, 증착 온도는, 약 250 ℃ 내지 약 450 ℃의 범위 또는 약 300 ℃ 내지 약 400 ℃의 범위 내에 있다. 일부 실시예들에서, 증착 온도는 약 350 ℃이다.
앞서 언급된 바와 같이, 이론에 의해 얽매임이 없이, 이러한 물질들은 알킬 할라이드와 반응하고 할로겐이 기판 표면 상에 흡착되는 것을 방지하여 금속 전구체와의 반응을 촉진하는 것으로 여겨진다. 그에 따라서, 금속 막은 유전체 표면 상에 형성된다 하더라도 거의 형성되지 않는다.
그러나, 증착 온도가 알킬 할라이드의 분해 온도를 초과할 때, 할로겐 원자들이 전체 기판 표면 상에 증착되며, 그에 의해, 유전체 표면 상의 증착이 허용된다. 일부 실시예들에서, 금속 표면은, 금속 막이 금속 표면 상에 형성될 수 있게 한다 하더라도 거의 형성되지 않게 하도록 차단 화합물에 의해 차단된다. 그에 따라서, 금속 막의 증착은 금속 표면에 대해 유전체 표면에 선택적이다.
일반적인 관점에서, 고도로 순수한 금속 막들의 증착은 다음과 같이 이해될 수 있다. 증착 온도로 유지된 기판이 알킬 할라이드(R-X)에 노출되어 기판 상에 R 및 X를 흡착시키며, 여기서, R은 탄소질 기이고 X는 할로겐이다. R은 R-R 또는 R-의 형태로 탈착되어 X를 기판 상에 흡착된 채로 남긴다. 기판은 금속 전구체(M-L)에 노출되며, 여기서, M은 금속이고 L은 리간드이다. M-L은 흡착된 X와 반응하여 기판 표면 상에 M-X를 형성함으로써 L을 유리시킨다. M-X는 기판 상의 다른 M-X 모이어티들과 반응하여 M-M을 형성한다. 이러한 반응은 X-X 또는 X-를 생성할 수 있다. X-X는 탈착 및 퍼징될 수 있다. X-는 M-L과 추가로 반응하도록 표면 상에 남을 수 있다.
본 발명자들에 따르면, 이러한 일반적인 메커니즘은 몇몇 전제들에 의존한다. 첫째, X는 M에 가용성이 아니다. 이론에 의해 얽매임이 없이, X의 불용성이 부여하는 것은, X가 최종 금속 막 내에 인식가능한 양으로 발견되지 않을 것이라는 것이다. 이러한 전제를 무시하는 것이 가능하지만(예컨대, M에 가용성인 할로겐을 활용함), M에 가용성인 할로겐(X)을 사용하는 것은 더 낮은 순도를 갖는 금속 막들을 제공하는 것으로 여겨진다. 둘째, 결합 강도의 관점에서, M-L은 M-X보다 약하고, M-X는 M-M보다 약하다. 또한, 이론에 의해 얽매임이 없이, 이러한 열역학적 관계들은, 위에 식별된 반응들이 열역학적으로 유리한 것을 보장한다. 마지막으로, M-L은 증착 온도에서 열적으로 안정하다. 달리 언급하면, 금속 전구체의 열 분해 온도가 증착 온도보다 높다. 여기서의 이론은, 금속 전구체가 분해되는 경우, 증착된 막이, 전형적으로 탄소 불순물들로 보이는 상당한 양의 전구체 리간드(L)를 함유할 것임을 언급한다.
본 발명자들은 놀랍게도, 금속 전구체들, 알킬 할라이드들, 및 위의 요건들 전부를 충족하는 프로세스 조건들을 포함하는 프로세스들이 고도로 순수한 금속 막들을 증착한다는 것을 발견하였다.
부가적으로, 본 발명자들은 놀랍게도, 증착 온도가 알킬 할라이드의 열 분해 온도 미만인 경우, 증착 프로세스가 차단 층의 사용을 요구하지 않고도 유전체 표면들에 대해 금속 표면들에 선택적이라는 것을 발견하였다.
추가로, 본 발명자들은 놀랍게도, 증착 온도가 알킬 할라이드의 열 분해 온도 이상인 경우, 증착 프로세스가, 금속 표면을 소량의 알킨 차단 화합물에 노출시킴으로써 선택적으로 이루어질 수 있다는 것을 발견하였다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 고종횡비 구조들을 포함하는 기판들 상에 형상추종적 금속 막들을 증착하는 방법들을 제공한다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "형상추종적"이라는 용어는, 금속 막의 두께가 기판 표면에 걸쳐 균일하다는 것을 의미한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 형상추종적"이라는 용어는, 금속 막의 두께가, 평균 막 두께에 대하여 약 10 %, 5 %, 2 %, 1 % 또는 0.5 %를 초과하는 만큼 변하지 않는다는 것을 의미한다. 달리 언급하면, 실질적으로 형상추종적인 막은, 약 90 %, 95 %, 98 %, 99 %, 또는 99.5 % 초과의 형상추종성을 갖는다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는, 몰리브데넘 전도성 층을 포함하는 메모리 디바이스들에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 몰리브데넘 전도성 층은, 약 90 at.% 이상의 몰리브데넘, 약 3 at.% 이하의 산소, 약 1 at.% 이하의 아이오딘 및 약 10 at.% 이하의 탄소를 포함하고, 비저항이 약 40 μohm-cm 이하이다.
일부 실시예들에서, 몰리브데넘 전도성 층은 장벽 층 상에 형성된다. 일부 실시예들의 장벽 층은, 약 10 Å, 20 Å, 30 Å, 40 Å, 또는 50 Å 이하의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 몰리브데넘 전도성 층은 중간 장벽 층 없이 기판 상에 형성된다.
위의 개시내용은, 반응물들의 순차적 펄스에 의한 금속 막들의 증착에 관한 것이다. 다음의 개시내용은, 동시적 또는 일정한 유동 프로세스에 의한 금속 막들의 증착에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 순차적 펄스 방법들은 ALD 방법들이다. 일부 실시예들에서, 동시적 또는 일정한 유동 방법들은 CVD 방법들이다. 프로세스 단계들이 상이하지만, 반응물들 및 프로세스 파라미터들 중 많은 것들이 유사하다.
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 기판 상에 금속 막을 형성하기 위한 일반화된 방법(800)을 도시한다. 도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리를 위한 예시적인 기판을 도시한다. 방법(800)은 일반적으로 810에서 시작되며, 여기서, 금속 막이 상부에 형성될 기판(900)이 처리 챔버 내에 제공되고 배치된다.
도 9를 참조하면, 예시적인 기판(900)이 도시된다. 일부 실시예들에서, 기판(900)은, 적어도 하나의 피쳐(910)가 있는 기판 표면(905)을 갖는다. 피쳐(910)는 측벽(912, 914) 및 최하부(916)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질(920)은 측벽(912, 914)을 형성하고, 금속성 물질(930)은 최하부(16)를 형성한다.
일부 실시예들에서, 기판(900)은 사전-처리 단계들을 겪을 수 있다. 815에서, 기판은 임의적으로, 기판 표면 상에 형성된 하나 이상의 층을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 금속 질화물 라이너가 피쳐(910)에 증착된다. 일부 실시예들에서, 금속 질화물 라이너는 질화티타늄을 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 질화물 라이너는 약 15 Å 내지 약 40 Å의 범위 내의 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 금속 질화물 라이너는 약 20 Å 또는 약 30 Å의 두께를 갖는다.
일부 실시예들에서, 시드 층이 기판 표면 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 시드 층은 형상추종적 층이다. 일부 실시예들에서, 시드 층은 연속적이다. 일부 실시예들에서, 시드 층의 두께는, 약 1 nm 내지 약 5 nm의 범위 또는 약 1 nm 내지 약 4 nm의 범위 내에 있다. 일부 실시예들에서, 시드 층은, 알려져 있는 원자 층 증착 방법에 의해 증착되는 루테늄 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 시드 층은, 루테늄 전구체 노출 및 알킬 할라이드 노출과 중간 퍼지들을 포함하는 ALD 사이클에 의해 증착된다. 일부 실시예들에서, 시드 층은, 루테늄 전구체 노출 및 암모니아 플라즈마 노출과 중간 퍼지들을 포함하는 ALD 사이클에 의해 증착된다,
820에서, 기판은 임의적으로 차단 화합물에 노출된다. 이러한 프로세스 단계는 아래에서 더 완전히 설명되고, 금속 표면 및 유전체 표면 둘 모두를 포함하는 기판에 대한 증착 프로세스의 선택도를 제어하는 데 유용할 수 있다.
830에서, 금속 막이 기판 상에 형성된다. 830에서 금속 막을 형성하는 프로세스는, 기판을 촉매성 가스로 침지시킴으로써 시작될 수 있다. 촉매성 가스는 알킬 할라이드를 포함하고, 840에 도시된 바와 같이, 제1 시간 기간 동안 기판에 노출된다.
알킬 할라이드는, 나중의 반응을 위해 기판 상에 층을 흡착시키는 임의의 적합한 반응물일 수 있다. 달리 언급하면, 기판을 알킬 할라이드에 침지시키는 것은 활성화된 기판 표면을 형성한다. 알킬 할라이드는 위에서 그리고 본원의 다른 곳에서 설명된다.
알킬 할라이드는 하나 이상의 펄스로 또는 연속적으로 처리 챔버에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 알킬 할라이드는 불활성 캐리어 가스와 함께 제공되며, 알킬 할라이드 함유 가스로 지칭된다. 알킬 할라이드 또는 알킬 할라이드 함유 가스의 유량 및 압력은 임의의 적합한 값들일 수 있다. 알킬 할라이드 함유 가스에 대해 본원의 다른 곳에서 개시된 예시적인 유량들 및 압력들이 또한 본 실시예에서 적용가능하다.
기판이 알킬 할라이드에 침지되는 시간 기간은, 알킬 할라이드가 기판 표면(들) 상에 적절한 흡착 층을 형성하는 것을 허용하는 데 필요한 임의의 적합한 시간량일 수 있다. 예컨대, 알킬 할라이드는, 약 3 초 초과 또는 약 5 초 초과의 기간 동안 기판을 침지시키도록 허용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 침지 기간은 약 3 초 내지 약 60 초의 범위 내일 수 있다.
일부 실시예들에서, 불활성 가스가 알킬 할라이드 함유 가스와 동시에 프로세스 챔버에 부가적으로 제공될 수 있다. 불활성 가스는 (예컨대, 희석 가스로서) 알킬 할라이드와 혼합되거나 별개로 제공될 수 있고, 펄싱되거나 일정한 유동을 가질 수 있다. 불활성 가스는, 예컨대, 아르곤, 헬륨, 네온, 이들의 조합물들과 같은 임의의 불활성 가스일 수 있다.
다음으로, 850에서, 기판은 제2 시간 기간 동안 제2 프로세스 가스에 노출된다. 제2 프로세스 가스는, 기판 표면 상의 흡착된 알킬 할라이드 또는 할로겐의 층과 반응하여 금속 막을 증착하는 금속 전구체를 포함한다. 제2 반응성 가스는 또한 금속 전구체 가스로 지칭될 수 있다.
금속 전구체는, 기판 상의 흡착된 알킬 할라이드 층 또는 할로겐 층과 반응하기 위한 임의의 적합한 전구체일 수 있다. 적합한 금속 전구체들은 본원의 다른 곳에서 설명된다.
금속 전구체는 금속 전구체 가스로서 처리 챔버에 전달된다. 금속 전구체 가스는 하나 이상의 펄스로 또는 연속적으로 제공될 수 있다. 금속 전구체 가스의 유량 및 압력은 임의의 적합한 유량 및 압력일 수 있다. 유량 및 압력에 대한 예시적인 값들은 본원의 다른 곳에서 논의된다.
기판이 금속 전구체 가스에 노출되는 시간 기간은, 금속 전구체가 기판 표면 상의 흡착된 할로겐과 반응하는 것을 허용하는 데 필요한 임의의 적합한 시간량일 수 있다. 예컨대, 프로세스 가스는 약 60 초 이상의 기간 동안 프로세스 챔버 내로 유동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체에 대한 노출 기간은 약 100 초, 약 200 초, 약 300 초, 약 400 초, 또는 약 500초이다.
금속 전구체에 대한 노출 동안의 기판의 온도는, 예컨대, 기판 지지부 또는 서셉터의 온도를 설정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 온도는 또한 증착 온도로 지칭된다. 일부 실시예들에서, 기판은 금속 전구체의 분해 온도 미만의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은 알킬 할라이드의 분해 온도 미만의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은, 알킬 할라이드의 분해 온도와 금속 전구체의 분해 온도 사이의 온도로 유지된다.
하나 이상의 실시예에서, 기판은, 약 400 ℃ 이하, 또는 약 350 ℃ 이하, 또는 약 300 ℃ 이하, 약 250 ℃ 이하, 또는 약 200 ℃ 이하의 온도로 유지된다. 하나 이상의 실시예에서, 기판은, 약 150 ℃ 이상, 또는 약 200℃ 이상, 또는 약 250 ℃ 이상, 또는 약 300 ℃ 이상, 또는 약 350 ℃ 이상의 온도로 유지된다. 일부 실시예들에서, 기판은 약 225 ℃ 또는 약 280 ℃의 온도로 유지된다.
증착 프로세스는, 플라즈마 반응물들의 사용 없이 열적 프로세스로서 수행된다. 달리 언급하면, 방법은 플라즈마 없이 수행된다.
다음으로, 860에서, 금속 막이 미리 결정된 두께를 달성했는지 여부가 결정된다. 미리 결정된 두께까 달성되지 않은 경우, 방법(800)은 850으로 돌아가 미리 결정된 두께에 도달할 때까지 기판을 금속 전구체에 노출시키는 것을 계속한다. 일단 미리 결정된 두께에 도달하면, 방법(800)은 종료되거나 임의적인 추가적인 처리를 위해 870으로 진행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 막은, 약 10 Å 내지 약 10,000 Å, 또는 일부 실시예들에서는 약 20 Å 내지 약 1000 Å, 또는 일부 실시예들에서는 약 50 Å 내지 약 200 Å의 총 층 두께를 형성하도록 증착될 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들은, 제1 유전체 표면에 대해 금속 표면 상에 금속 막을 선택적으로 증착한다. 이러한 방법들은 위에 설명된 바와 같은 방법(800)과 유사하다. 제공되는 기판은 유전체 표면 및 금속 표면을 포함한다. 일부 실시예들에서, 도 9에 도시된 바와 같은 기판이 피쳐(910)의 최하부(916)에서 금속 표면 상에 상향식 갭 충전부를 선택적으로 형성하도록 처리된다.
금속 막의 금속 및 기판 표면의 금속은 동일한 금속일 수 있거나 상이한 금속들일 수 있다. 유전체 표면은 임의의 적합한 유전체 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질은 질소 또는 산소 원자들을 포함한다. 이론에 의해 얽매임이 없이, 이러한 물질들은 알킬 할라이드와 반응하고 할로겐이 기판 표면 상에 흡착되는 것을 방지하여 금속 전구체와의 반응을 촉진하는 것으로 여겨진다. 그에 따라서, 금속 막은 유전체 표면 상에 형성된다 하더라도 거의 형성되지 않는다.
일부 실시예들에서, 증착 온도는 알킬 할라이드의 분해 온도 미만이다. 또한, 이론에 의해 얽매임이 없이, 알킬 할라이드가 분해되는 경우, 할로겐은 (조성에 관계없이) 모든 표면들 상의 금속 전구체와의 반응에 이용가능하며, 이는, 유전체 표면을 포함하는 모든 기판 표면들 상의 금속 막 증착으로 이어질 것으로 여겨진다. 일부 실시예들에서, 증착 온도는 알킬 할라이드의 분해 온도 이상이다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 금속 막의 증착을 제어하기 위한 방법들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 증착률이 제어된다. 일부 실시예들에서, 증착의 위치가 제어된다.
다양한 실시예들의 방법들은, 금속 막들을 형성하기 위해 원자 층 증착(ALD) 또는 화학 기상 증착(CVD)의 방법들을 사용한다. 위의 개시내용은, 도 7과 관련하여 예시적인 ALD 프로세스를 그리고 도 8과 관련하여 예시적인 CVD 프로세스를 설명한다.
앞서 언급된 바와 같이, 도 7 및 도 8에 도시된 일반화된 증착 프로세스들은 플라즈마 반응물들의 사용 없이 열적 프로세스들로서 수행된다. 플라즈마들 및 다른 부가적인 반응물들의 사용 및 효과가 아래에서 추가로 논의된다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 기판 피쳐들 또는 다른 구조들 내에 금속 막들을 증착하는 방법들을 제공한다. 예시적인 피쳐들 또는 구조들은 트렌치들 및 비아들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 표적 피쳐 외부 및 피쳐 개구 근처에서의 막 증착을 감소시키기 위한 증착 제어 방법들을 제공한다. 이론에 의해 얽매임이 없이, 이러한 영역들에서의 증착을 감소시키는 것은, 표적 피쳐 내의 더 빠른 갭 충전을 허용하고, 피쳐 개구 근처의 막힘 및 피쳐 내의 공극들 또는 이음부들의 형성을 감소시키는 것으로 여겨진다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 위의 개시내용의 범위를 제한함이 없이, 위에 설명된 ALD 및 CVD 프로세스들 둘 모두는 금속 막을 증착하기 위해 알킬 할라이드 및 금속 전구체를 활용한다. 이론에 의해 얽매임이 없이, 알킬 할라이드는 금속 막의 증착에서 촉매로서 기능하는 것으로 여겨진다. 그에 따라서, 특히 CVD 프로세스에 의해 입증된 바와 같이, 알킬 할라이드에 대한 기판 표면의 단일 노출이 사용되어 10 nm 초과의 두께의 금속 막을 증착할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 기판 표면의 미리 결정된 영역들에서 촉매의 활성을 감소시키기 위한 증착 제어 방법들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 촉매의 활성이 감소된다. 일부 실시예들에서, 촉매의 활성이 제거된다.
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리 동안의 예시적인 기판(400)이 도시된다. 도 10a 내지 도 10d에 예시된 기판(1000)은 설명을 위해 간략화된다. 위에 언급된 바와 같이 그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 본 개시내용의 기판들은 도 10a 내지 도 10d에 도시되지 않은 피쳐들 또는 구조들을 포함한다.
도 10a에서, 기판(1000)은 기판 표면(1010)을 포함한다. 도 4b에서, 기판 표면(1010)은 활성화된 표면(1020)을 형성하기 위해 알킬 할라이드에 노출된다. 위에 설명된 바와 같이, 알킬 할라이드(1040)는 기판 표면(1010)에 흡착되어 활성화된 기판 표면(1020)을 형성한다.
도 10c에서, 비활성화된 표면(1030)을 형성하기 위해, 활성화된 표면(1020)의 미리 결정된 영역이 비활성화 처리에 노출된다. 도 10b 및 도 10c에 도시된 알킬 할라이드(1040)가 원형 또는 난형으로 도시되지만, 어떠한 특정 분자 형상이 전달되도록 의도된 것은 아니다. 유사하게, 도 10b 및 도 10c에 도시된 원형 형상들과 도 10c에 도시된 난형 형상들 사이의 차이는 단지 기판 표면들 상의 알킬 할라이드의 활성 및/또는 상대 농도를 전달하도록 의도된다.
도 10d에서, 기판(1000)은 금속 막(1050)을 형성하기 위해 금속 전구체에 노출된다. 도 10d에 도시된 바와 같이, 활성화된 표면(1020) 상의 금속 막(1050)의 두께(T1)는 비활성화된 표면(1030) 상의 금속 막(1050)의 두께(T2)보다 크다.
일부 실시예들에서, 비활성화 처리는 활성화된 표면(1020) 상의 알킬 할라이드의 농도를 감소시킨다. 일부 실시예들에서, 비활성화 처리는 활성화된 표면(1020) 상의 알킬 할라이드의 촉매 활성을 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 도 10a 내지 도 10d와 관련하여 위에 설명된 방법은, 알킬 할라이드에 대한 노출 전에 비활성화 처리를 포함하도록 수정된다. 이와 관련하여, 비활성화 처리는, 알킬 할라이드에 대한 노출 전에 기판 표면(1010)의 미리 결정된 영역을 "초활성화"하는 것으로 이해될 수 있다. 알킬 할라이드에 대한 노출 시, "초활성화된" 표면은, 비활성화 처리에 노출되지 않은 표면보다 높은 농도 또는 활성의 알킬 할라이드를 형성한다. 표면들 사이의 농도 및/또는 활성에서의 차이가 증착을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면들은, 도 10c 내지 도 10d와 관련하여 위에 설명된 바와 같이 추가로 비활성화될 수 있다.
두께(T1)는 두께(T2)보다 크다. 그에 따라서, 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 기판 표면의 미리 결정된 영역들에서의 증착의 양을 제어하기 위한 증착 제어 방법들을 제공한다.
일부 실시예들에서, T1:T2의 비는, 약 1:1 이상, 약 2:1 이상, 약 3:1 이상, 약 4:1 이상, 약 5:1 이상, 또는 약 10:1 이상이다. 일부 실시예들에서, 비활성화된 표면(1030) 상에서는 금속의 증착이 거의 내지 전혀 발생하지 않는다. 달리 언급하면, 일부 실시예들에서, 두께(T2)는 약 0이다. 달리 언급하면, 비활성화된 표면(1030) 상에 증착되는 금속 막(1050)의 양은 본질적으로 전혀 없다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "본질적으로 전혀 없다"는 것은, 비활성화된 표면 상의 금속 막이 비활성화된 표면의 5 % 미만, 2 % 미만, 1 % 미만, 또는 0.5 % 미만을 덮는다는 것을 의미한다.
활성화된 표면(1020) 및 비활성화된 표면(1030) 상에 증착되는 금속 막(1050)의 두께들은, 활성화된 표면(1020) 및 비활성화된 표면(1030) 상의 증착률들에 정비례한다. 그에 따라서, 본 개시내용의 일부 실시예들은 유리하게, 기판 표면의 미리 결정된 영역들에서의 증착률을 제어하기 위한 증착 제어 방법들을 제공한다.
일부 실시예들에서, 전체 기판 표면이 비활성화 처리에 노출된다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 전체 기판 상의 증착의 양을 제어하는 데 사용될 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들은, 전체 기판 상의 증착률을 제어하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도시되진 않지만, 기판(1000)은 하나 이상의 피쳐를 포함한다. 일부 실시예들에서, 비활성화된 표면(1030)은 하나 이상의 피쳐 외부의 표면이다. 일부 실시예들에서, 비활성화된 표면(1030)은 하나 이상의 피쳐의 측벽의 최상부 근처의 표면이다.
이론에 의해 얽매임이 없이, 기판 피쳐들 근처의 표면 및 그 피쳐들의 측벽들의 최상부 표면들은, 매우 근접한 다수의 노출된 면들로 인해 더 고도로 활성화되는 것으로(더 많은 증착을 나타내는 것으로) 여겨진다. 이러한 표면들 상의 더 많은 증착은, 충분한 양의 막이 피쳐 내부에 형성되기 전에 피쳐가 폐쇄될 가능성을 증가시킨다. 피쳐들이 폐쇄될 때, 이음부 또는 공극이 종종 형성된다. 그에 따라서, 일부 실시예들에서, 비활성화된 표면(1030)은 하나 이상의 피쳐의 최상부 근처의 표면이다. 추가로, 일부 실시예들에서, 비활성화된 표면(1030)은 기판 피쳐 근처의 표면이다. 일부 실시예들에서, 피쳐 내에 증착된 금속 막은 감소된 이음부들 또는 공극들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 피쳐 내에 증착된 금속 막은 실질적으로 이음부 또는 공극들을 갖지 않는다. 이와 관련하여 사용되는 바와 같이, "실질적으로 이음부가 없음"이라는 용어는, 측벽들 사이의 막에 형성된 임의의 갭이 측벽의 단면적의 약 1 % 미만이라는 것을 의미한다.
일부 실시예들에서, 기판의 미리 결정된 영역들이 플라즈마의 사용 없이 수소 가스에 노출된다.
일부 실시예들에서, 수소 가스 펄스가 위에 설명된 ALD 증착 사이클에 도입된다. 달리 언급하면, 기판은, 알킬 할라이드, 퍼지, 수소 가스, 퍼지, 금속 전구체, 퍼지의 펄스 시퀀스에 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은, 금속 전구체에 대한 노출 후에, 부가적인 수소 가스 펄스에 노출되고 이어서 퍼지가 후속된다. 일부 실시예들에서, 기판은, 알킬 할라이드에 대한 노출 후에, 부가적인 수소 가스 펄스에 노출되고 이어서 퍼지가 후속된다. 일부 실시예들에서, 금속 전구체 및/또는 알킬 할라이드에 대한 각각의 노출 사이의 퍼지 단계는 모든 사이클들이 아닌 일부 사이클들에서 수행된다.
일부 실시예들에서, 수소 가스 노출이 위에 설명된 CVD 증착 사이클에 도입된다. 달리 언급하면, 기판은 알킬 할라이드로 침지되고, 수소 가스에 노출되고, 금속 전구체에 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은, 금속 전구체에 대한 노출 전에 수소 가스에 노출된다. 일부 실시예들에서, 수소 가스 및 금속 전구체는 동시에 유동된다.
일부 실시예들에서, 기판의 미리 결정된 영역들이, 수소(H2), 암모니아(NH3), 또는 아르곤(Ar) 중 하나 이상을 포함하는 플라즈마에 노출된다. 일부 실시예들에서, 표면을 비활성화하는 데 사용되는 플라즈마는 저전력 플라즈마이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는, 약 50 W 내지 약 500 W의 범위, 약 50 W 내지 약 300 W의 범위, 약 50 W 내지 약 200 W의 범위, 또는 약 50 W 내지 약 100 W의 범위 내의 전력을 갖는다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 노출 시간은, 약 30 초 이하, 약 20 초 이하, 약 15 초 이하, 약 10 초 이하, 약 5 초 이하, 또는 약 2 초 이하이다.
일부 실시예들에서, 플라즈마는 전도성으로 결합된 플라즈마(CCP; conductively coupled plasma)이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 유도성으로 결합된 플라즈마(ICP; inductively coupled plasma)이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 처리 환경 내에서 생성되는 직접 플라즈마이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 처리 환경 외부에서 생성되는 원격 플라즈마이다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 펄스가 위에 설명된 ALD 증착 사이클에 도입된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 펄스는 ALD 증착 사이클과 관련하여 위에 설명된 수소 가스 펄스를 대체한다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 펄스가 위에 설명된 CVD 증착 사이클에 도입된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 펄스는 CVD 증착 사이클과 관련하여 위에 설명된 수소 가스 노출을 대체한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조, 물질, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치들에서의 "하나 이상의 실시예에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 문구들의 출현들이 반드시 본 개시내용의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징들, 구조들, 물질들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본원에서의 개시내용이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 본 개시내용의 원리들 및 응용들을 예시하는 것임이 이해되어야 한다. 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구항들 및 그 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

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  1. 제1항에 있어서,
    금속 증착 방법.
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