KR20230044309A - 저-응력 탄소-함유 층들의 증착 - Google Patents

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후이위안 왕
릭 쿠스트라
보 치
아비짓 바수 말릭
카우시크 알라야발리
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 기술의 예들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 반도체 프로세싱 방법들을 포함하며, 여기서 기판은 약 50℃ 이하의 온도로 유지된다. 불활성 전구체 및 탄화수소-함유 전구체가 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역으로 유동될 수 있으며, 여기서 불활성 전구체 대 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상일 수 있다. 불활성 전구체 및 탄화수소-함유 전구체로부터 플라즈마가 생성될 수 있고, 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료가 기판 상에 증착될 수 있다. 탄소-함유 재료는 다이아몬드-유사 탄소를 포함할 수 있고, sp3 혼성화된 본드를 갖는 약 60% 이상의 탄소 원자들을 가질 수 있다.

Description

저-응력 탄소-함유 층들의 증착
[0001] 본 출원은, 2020년 8월 7일에 출원되고 발명의 명칭이 "DEPOSITION OF LOW-STRESS CARBON-CONTAINING LAYERS"인 미국 특허 출원 번호 제16/987,666호를 우선권으로 주장하며, 그리하여, 이 출원은 그 전체가 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본 기술은 반도체 프로세싱을 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 기술은 저-응력의 탄소-함유 층들 또는 반도체 기판들을 생성하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003] 집적 회로들은 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 재료 층들을 생성하는 프로세스들에 의해 가능하게 된다. 기판 상에 패터닝된 재료를 생성하는 것은 재료를 형성 및 제거하기 위한 제어되는 방법들을 요구한다. 디바이스 크기들이 계속 감소함에 따라, 막 특성들은 디바이스 성능에 대한 더 큰 영향으로 이어질 수 있다. 재료들의 층을 형성하는 데 사용되는 재료들은 생성된 디바이스의 동작 특성들에 영향을 미칠 수 있다. 재료 두께들이 계속 감소함에 따라, 막들의 증착-직후 특성들이 디바이스 성능에 더 큰 영향을 미칠 수 있다.
[0004] 따라서, 고 품질 디바이스들 및 구조들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들이 필요하다. 이들 및 다른 필요성들이 본 기술에 의해 해소된다.
[0005] 본 기술의 실시예들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 것을 포함할 수 있는 반도체 프로세싱 방법들을 포함하며, 여기서 기판은 약 50℃ 이하의 온도로 유지된다. 방법들은, 불활성 전구체 및 탄화수소-함유 전구체를 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내로 유동시키는 것을 더 포함할 수 있으며, 여기서 불활성 전구체 대 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상이다. 불활성 전구체 및 탄화수소-함유 전구체로부터 플라즈마가 생성될 수 있고, 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료가 기판 상에 증착될 수 있다.
[0006] 예시적인 실시예들에서, 탄화수소-함유 전구체는 약 50sccm(standard cubic centimeter per minute) 이하의 유량으로 유동될 수 있다. 예시적인 탄화수소-함유 전구체들은 다른 탄화수소들 중에서도, 아세틸렌을 포함할 수 있다. 불활성 전구체는 약 1000sccm 초과의 유량으로 유동될 수 있으며, 예시적인 불활성 전구체들은 헬륨 및 아르곤을 포함할 수 있다. 탄화수소-함유 전구체 및 불활성 전구체는 약 100mTorr 이하의 압력을 특징으로 하는 플라즈마를 형성하기 위해 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 함께 도입될 수 있다. 플라즈마로부터의 플라즈마 유출물들은 전원으로부터 기판에 바이어스 전력을 전달함으로써 기판을 향해 가속될 수 있다. 바이어스 전력은 2000와트보다 클 수 있다. 기판 표면 상의 증착-직후 탄소-함유 재료(as-deposited carbon-containing material)는 약 -500MPa 이하의 응력을 특징으로 할 수 있다.
[0007] 반도체 프로세싱 방법들의 부가적인 실시예들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 기판은 약 50℃ 이하의 온도로 유지된다. 바이어스 전력은 전원으로부터 기판으로 전달될 수 있으며, 여기서 바이어스 전력은 3000와트보다 크다. 방법들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에서 탄화수소-함유 전구체를 포함하는 증착 전구체로부터 플라즈마를 생성하는 것, 그리고 기판 상에 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료를 증착하는 것을 더 포함할 수 있다.
[0008] 예시적인 실시예들에서, 전원으로부터 기판으로 전달되는 바이어스 전력은 약 4000와트 이상일 수 있고, 약 13.56MHz 이하의 동작 주파수를 특징으로 할 수 있다. 증착 전구체는 탄화수소-함유 전구체와 결합된 불활성 전구체를 더 포함할 수 있다. 불활성 전구체의 유량은 탄화수소-함유 전구체의 유량보다 클 수 있고, 불활성 전구체 대 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상일 수 있다.
[0009] 반도체 프로세싱 방법들의 다른 부가적인 실시예들은 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에서 탄화수소-함유 전구체로부터 플라즈마를 생성하는 것, 그리고 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내 기판 상에 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 탄소-함유 재료는 약 -500MPa 이하인 증착-직후 응력을 특징으로 할 수 있다.
[0010] 예시적인 실시예들에서, 기판은 탄소-함유 재료의 증착 동안 약 50℃ 이하의 온도를 특징으로 할 수 있다. 플라즈마는 또한 헬륨 또는 아르곤 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 불활성 전구체로부터 생성될 수 있다. 불활성 전구체 대 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상일 수 있다. 증착-직후 탄소-함유 재료는 sp3 혼성화를 갖는 본드들을 갖는 약 60% 이상의 탄소 원자들 또는 약 25 mol% 이하의 수소를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 증착-직후 탄소-함유 재료는 다이아몬드-유사 탄소일 수 있다.
[0011] 그러한 기술은 종래의 시스템들 및 기법들에 비해 다수의 이익들을 제공할 수 있다. 예컨대, 본 기술의 실시예들은 인접 기판 피처들을 크게 구부리거나 왜곡하지 않는 저응력으로 증착-직후 탄소 하드마스크들을 생성한다. 부가적으로, 실시예들은 고-모듈러스(high-modulus) 및 고 균일성을 갖는 저-응력 다이아몬드-유사 탄소 층들을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들은, 이들의 이점들 및 특징들 중 다수와 함께, 아래의 설명 및 첨부 도면들과 함께 더 상세히 설명된다.
[0012] 개시되는 기술의 성질 및 이점들의 추가적인 이해는 본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조함으로써 실현될 수 있다.
[0013] 도 1은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 프로세싱 시스템의 평면도를 도시한다.
[0014] 도 2a는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 반도체 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0015] 도 2b는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 부가적인 예시적인 반도체 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0016] 도 3은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 기판 지지부 및 정전 척의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0017] 도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 반도체 프로세싱 방법에서의 동작들을 도시한다.
[0018] 도면들 중 몇몇 도면들은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시적인 목적들을 위한 것이며, 실척인 것으로 구체적으로 명시되지 않는 한, 실척인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지 않을 수 있고, 예시적인 목적들을 위해 과장된 자료를 포함할 수 있다.
[0019] 첨부된 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 컴포넌트들은, 유사한 컴포넌트들을 구별하는 문자를 참조 라벨에 뒤따르게 함으로써 구별될 수 있다. 본 명세서에서 제1 참조 라벨만이 사용된 경우, 설명은, 문자와 무관하게, 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 하나에 적용 가능하다.
[0020] 본 기술은 반도체 기판 상에 탄소-함유 재료들의 저-응력 층들을 증착하기 위한 시스템들 및 프로세스 방법들을 포함한다. 이러한 시스템들 및 방법들의 실시예들은 증가하는 깊이들 및 더 좁은 폭들의 기판 피처들 내 그리고 그 주위에 이러한 재료들을 형성하는 문제를 해소한다. 탄소-함유 하드마스크들과 같은 탄소-함유 재료들을 증착하는 종래의 시스템들 및 방법들은 상당한 양의 응력(예컨대, 약 -1000MPa 이하의 응력 레벨들, 여기서 응력 값이 더 음수일수록 재료에 의한 압축력이 더 많이 작용됨을 표현함)을 갖는 층을 생성한다. 이러한 고-응력 재료들은 이미 고응력을 특징으로 할 수 있는 표면 피처들 위해 증착되기 때문에, 추가 문제들이 발생할 수 있다. 예컨대, 하나의 예시적인 시나리오에서, 탄소 하드마스크 막들은 메모리 홀 형성, 접촉부 형성을 위한 스테어-스탭(stair step) 구조, 또는 다른 프로세싱을 용이하게 하기 위해 3D NAND 플레이스홀더 구조들 위에 형성될 수 있다. 3D NAND 스택 쌍들은 다수의 셀 재료 층 쌍들로부터의 고응력을 특징으로 할 수 있으며, 인입 기판은 이미 압축성 보잉(compressive bowing)을 나타낼 수 있다. 3D NAND 스택들이 쌍들로 증가함에 따라, 더 큰 스택들을 에칭하기 위해, 더 두꺼운 하드마스크들이 사용될 수 있다. 그러나 마스크 두께가 증가함에 따라, 증가된 응력은 구조가 구부러지게 하고, 마스크가 파손되게 하며, 궁극적으로 디바이스가 고장 나게 할 수 있다. 결과적으로, 다수의 종래의 마스크 재료들은 진보된 메모리 구조들에 대한 프로세싱을 수용할 수 없다.
[0021] 기판 내 그리고 기판 상의 디바이스 피처들의 패터닝 및 에칭 동안 하드마스크들로서 작용하는 탄소-함유 층들을 교체하거나 제거함으로써 응력을 완화하는 것은 문제의 여지가 있다. 탄소-함유 하드마스크들은 전형적으로 아래에 있는 기판 재료들과 위에 있는 에너지-민감성 레지스트 층(예컨대, 포토레지스트 층) 사이에 증착된다. 하드마스크는 에너지-민감성 레지스트 층에서 생성된 패턴에 따라 아래에 있는 기판 재료들에 피처들을 형성하는 데 사용되는 에천트들에 대한 선택적 저항을 제공한다. 하드마스크 층이 제거된 경우, 에천트들은 온전하게 유지되도록 의도된 기판 피처의 일부들을 공격하여, 피처들의 침식 및 가능하게는, 파괴를 초래할 것이다.
[0022] 본 기술은 특히, 다른 기능들 중에서도, 탄소-함유 하드마스크로서 작용할 수 있는 저-응력 탄소-함유 재료를 기판 상에 증착하기 위한 시스템들 및 프로세스 방법들을 제공함으로써 이러한 문제들을 해소한다. 시스템들 및 방법들의 실시예들은 수소 혼입을 감소시키고, 탄소 본딩 구조들을 개선하고, 막 응력을 낮추는 것과 함께, 동작하는 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 유지함으로써 저-응력 탄소-함유 재료들을 증착한다. 아래에 설명될 이러한 파라미터들 중 일부는 다른 프로세스 파라미터들 중에서도, 기판 온도, 증착 플라즈마 형성을 돕는 불활성 전구체들 대 탄화수소-함유 전구체의 유량비 및 증착 플라즈마를 생성하는 데 사용되는 바이어스 전력을 포함한다.
[0023] 본 기술은 더 적은 양의 수소를 갖는 재료 및 sp3 혼성화를 갖는 탄소 원자들의 증착을 개선할 수 있다. sp3 혼성화를 갖는 탄소 원자들의 증가된 양은 공유적으로 가교된(covalently crosslinked) 탄소-탄소 단일 본드들의 네트워크를 증가시키며, 이는 증착-직후 재료에 DLC(diamond-like-carbon) 층의 특성들을 부여할 수 있다. 대조적으로, sp2 혼성화를 갖는 탄소에 유리한 재료들은 증착-직후 층에 더 많은 흑연-유사-탄소 특성들을 부여할 수 있다. 다이아몬드-유사-탄소는 면내 본드(in-plane bond)들이 평면 외부의 직교 본드들보다 짧고 강한 흑연-유사-탄소에 비해 탄소-탄소 본드 길이들 및 강도들의 보다 등방성 분포를 갖는다. 결과적으로, 다이아몬드-유사-탄소 층들은 흑연-유사-탄소 층들보다 낮은 응력으로 증착된다. 따라서, 본 기술은 다른 피처들 중에서도, 인접 기판 피처들(예컨대, 막 스택들)의 구부러짐, 파손 및 고장을 야기하지 않고 깊고 좁은 기판 갭들에서 하드마스크들로서 기능할 수 있는 저-응력 탄소-함유 층들의 증착을 허용한다.
[0024] 나머지 개시내용은 개시되는 기술을 활용하는 특정 증착 프로세스들을 관례대로 확인할 것이지만, 시스템들 및 방법들이 설명되는 챔버들 또는 임의의 다른 챔버에서 발생할 수 있는 다른 증착 및 처리 프로세스들에 동일하게 적용 가능하다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 본 기술은 다양한 화학-기상-증착 챔버들에서 구현될 수 있으며, 이러한 특정 증착 프로세스들 또는 챔버들에만 사용하기 위한 것으로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시내용은 본 기술의 실시예들에 따라 이 시스템에 대한 부가적인 변동들 및 조정들이 설명되기 이전에 본 기술의 일부 실시예들에 따른 프로세스 방법들을 수행하는데 있어 사용될 수 있는 하나의 가능한 시스템 및 챔버를 논의할 것이다.
[0025] 도 1은 실시예들에 따른, 증착, 에칭, 베이킹, 및 경화 챔버들의 반도체 프로세싱 시스템(100)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 전방 개방 통합 포드(front opening unified pod)들(102)은 다양한 크기들의 기판들을 공급하며, 그 기판들은 로봇 암들(104)에 의해 수용되고, 그리고 탠덤 섹션들(109a-c)에 포지셔닝된 기판 프로세싱 챔버들(108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에, 저압 홀딩 영역(106) 내에 배치된다. 제2 로봇 암(110)은 기판 웨이퍼들을 홀딩 영역(106)으로부터 기판 프로세싱 챔버들(108a-f)로 그리고 그 반대로 운송하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 기판 프로세싱 챔버(108a-f)는 플라즈마 강화 화학 기상 증착, 원자층 증착, 물리적 기상 증착, 에칭, 사전-세정, 디개싱, 배향, 및 어닐링, 애싱 등을 포함하는 다른 기판 프로세스들 외에도, 본원에서 설명된 반도체 재료들의 스택들의 형성을 포함하는 다수의 기판 프로세싱 동작들을 수행하도록 장비될 수 있다.
[0026] 기판 프로세싱 챔버들(108a-f)은 기판 상에서 유전체 또는 다른 막을 증착, 어닐링, 경화, 및/또는 에칭하기 위한 하나 이상의 시스템 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일 구성에서, 2개의 쌍들의 프로세싱 챔버들(예컨대, 108c-d 및 108e-f)은 기판 상에 유전체 재료를 증착하는 데 사용될 수 있으며, 제3 쌍의 프로세싱 챔버들(예컨대, 108a-b)은 증착된 유전체를 에칭하는 데 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 3개의 모든 챔버 쌍들 예컨대, 108a-f는 기판 상에 교호하는 유전체 막들의 스택들을 증착하도록 구성될 수 있다. 설명되는 프로세스들 중 임의의 하나 이상은 상이한 실시예들에서 보여진 제조 시스템으로부터 분리된 챔버들에서 수행될 수 있다. 유전체 막들을 위한 증착, 에칭, 어닐링, 및 경화 챔버들의 부가적인 구성들이 시스템(100)에 의해 고려된다는 것이 인식될 것이다.
[0027] 도 2a 및 도 2b는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 반도체 프로세싱 시스템들(232 및 280)의 개략적 단면도들을 도시한다. 도면들은 본 기술의 하나 이상의 양상들을 통합하고 그리고/또는 본 기술의 실시예들에 따른 하나 이상의 동작들을 수행하도록 구체적으로 구성될 수 있는 시스템들의 개요를 예시할 수 있다. 시스템들(232, 280) 및 수행된 방법들의 부가적인 세부사항들은 아래에서 추가로 설명될 수 있다. 시스템들(232 및 280)은 본 기술의 일부 실시예들에 따라 탄소-함유 층, 이를테면, 탄소 하드마스크들을 형성하는 데 활용될 수 있지만, 방법은 층 형성이 일어날 수 있는 임의의 시스템에서 유사하게 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
[0028] 이제 도 2a를 참조하면, 반도체 프로세싱 시스템(232)은, 기판 프로세싱 구역(226)을 정의하는 최상부 벽(224), 측벽(201) 및 최하부 벽(222)을 포함할 수 있는 반도체 프로세싱 챔버(200)를 포함한다. 가스 패널(230) 및 제어기(210)는 프로세싱 챔버(200)에 커플링될 수 있다. 기판 지지 조립체(246)는 프로세스 챔버(200)의 기판 프로세싱 구역(226)에 제공될 수 있다.
[0029] 기판 지지 조립체(246)는 스템(stem)(260)에 의해 지지된 정전 척(250)을 포함할 수 있다. 정전 척(250)은 알루미늄, 세라믹, 및 다른 적합한 재료들 이를테면, 스테인리스 강으로 제조될 수 있다. 정전 척(250)은 변위 메커니즘(미도시)을 이용하여 프로세스 챔버(200) 내부에서 수직 방향으로 이동될 수 있다. 열전대와 같은 온도 센서(272)는 정전 척(250)의 온도를 모니터링하기 위해 정전 척(250)에 매립될 수 있다. 측정된 온도는, 기판을 원하는 온도로 유지하도록, 히터 엘리먼트(270)에 공급되는 전력을 제어하기 위해, 제어기(210)에 의해 사용될 수 있다.
[0030] 진공 펌프(202)가 프로세스 챔버(200)의 바닥에 형성된 포트에 커플링될 수 있다. 진공 펌프(202)는 프로세스 챔버(200)에서 원하는 가스 압력을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 진공 펌프(202)는 또한, 프로세스 챔버(200)로부터 프로세스의 부산물들 및 프로세싱-후 가스들을 진공배기시킨다.
[0031] 복수의 어퍼처들(228)을 갖는 가스 분배 조립체(220)는 정전 척(250) 위의 프로세스 챔버(200)의 상부에 배치될 수 있다. 가스 분배 조립체(220)의 어퍼처들(228)은 프로세싱 챔버(200) 내에 프로세스 가스들을 도입하기 위해 활용된다. 어퍼처들(228)은 상이한 프로세스 요건들을 위한 다양한 프로세스 가스들의 유동을 가능하게 하기 위해, 상이한 크기들, 개수, 분포들, 형상, 설계, 및 직경들을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(220)는 프로세싱 동안 다양한 가스들이 프로세싱 볼륨(226)에 유동되도록 허용하는 가스 패널(230)에 연결된다. 가스 분배 조립체(220)를 빠져나가는 프로세스 가스 혼합물로부터 플라즈마가 형성되어, 프로세스 가스들의 열 분해를 향상시킴으로써, 정전 척(250) 상에 포지셔닝된 기판(290)의 최상부 표면(291) 상에 재료가 증착되게 한다.
[0032] 가스 분배 조립체(220) 및 정전 척(250)은 프로세싱 볼륨(226)에서 한 쌍의 이격된 전극들을 형성할 수 있다. 하나 이상의 RF 전원들(240)은 가스 분배 조립체(220)와 정전 척(250) 사이에서 플라즈마의 생성을 용이하게 하기 위해 선택적인 매칭 네트워크(238)를 통해 바이어스 전위를 가스 분배 조립체(220)에 제공한다. 대안적으로, RF 전원(240) 및 매칭 네트워크(238)는 가스 분배 조립체(220) 또는 정전 척(250)에 커플링될 수 있거나, 또는 가스 분배 조립체(220) 및 정전 척(250) 둘 모두에 커플링될 수 있거나, 또는 프로세스 챔버(200) 외부에 배치된 안테나(미도시)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 전원(240)은 다른 주파수 범위들 중에서도, 약 100KHz 이상, 약 500KHz 이상, 약 1MHz 이상, 약 10MHz 이상, 약 20MHz 이상, 약 50MHz 이상, 약 100MHz 이상의 주파수에서 전력을 생성할 수 있다. RF 전원(240)에 의해 생성된 전력의 주파수들의 특정 예들은 다른 주파수들 중에서도, 350KHz, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 100MHz 및 162MHz를 포함한다.
[0033] 제어기(210)는, 프로세스 시퀀스를 제어하고 가스 패널(230)로부터의 가스 유동들을 조절하는 데 활용되는, CPU(central processing unit)(212), 메모리(216), 및 지원 회로(214)를 포함한다. CPU(212)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴들은 메모리(216), 이를테면 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장소에 저장될 수 있다. 지원 회로(214)는 CPU(212)에 커플링되고, 그리고 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다. 기판 프로세싱 시스템(232)의 다양한 컴포넌트들과 제어기(210) 사이의 양방향 통신들은, 신호 버스들(218)로서 총칭하여 지칭되는 다수의 신호 케이블들을 통해 핸들링되며, 이들 중 일부가 도 2a에 예시된다.
[0034] 도 2b는 본원에서 설명되는 실시예들의 실시를 위해 사용될 수 있는 다른 기판 프로세싱 시스템(280)의 개략적인 단면도를 묘사한다. 기판 프로세싱 시스템(280)은, 기판 프로세싱 시스템(280)이 측벽(201)을 통해 기판(290)의 최상부 표면(291)에 걸쳐 가스 패널(230)로부터 방사상으로 프로세싱 가스들을 유동시키도록 구성된다는 점을 제외하고는 도 2a의 기판 프로세싱 시스템(232)과 유사하다. 또한, 도 2a에 묘사된 가스 분배 조립체(220)는 전극(282)으로 대체된다. 전극(282)은 2차 전자 생성을 위해 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 전극(282)은 실리콘-함유 전극이다.
[0035] 도 3은 시스템들의 실시예들에서 사용될 수 있는 기판 지지 조립체(346)의 개략적인 단면도를 묘사한다. 기판 지지 조립체(346)는 정전 척(350)을 포함할 수 있고, 이 정전 척(350)은 정전 척(350)의 상부 표면(392) 상에 지지되는 기판(390)의 온도를 제어하기에 적합한 히터 엘리먼트(370)를 포함할 수 있다. 히터 엘리먼트(370)는 정전 척(350)에 매립될 수 있다. 정전 척(350)은, 히터 전원(306)으로부터 히터 엘리먼트(370)로 전류를 인가함으로써, 저항성으로 가열될 수 있다. 히터 전원(306)은 RF 필터(316)를 통해 커플링되어 RF 에너지로부터 히터 전원(306)을 보호한다. 히터 전원(306)으로부터 공급되는 전류는, 히터 엘리먼트(370)에 의해 생성되는 열을 제어함으로써 막 증착 동안 기판(390) 및 정전 척(350)을 실질적으로 일정한 온도로 유지하기 위해, 제어기(310)에 의해 조절된다. 공급되는 전류는 기판 상의 탄소-함유 막의 증착 동안 약 20℃ 내지 약 350℃에서 정전 척(350)의 온도를 선택적으로 제어하도록 조정될 수 있다. 냉각 유닛(미도시)은 또한 약 -50℃ 내지 약 20℃의 온도로 기판(390)의 온도를 선택적으로 제어하기 위해 기판 지지 조립체(346)에 열적으로 커플링될 수 있다.
[0036] 일부 실시예들에서, 정전 척(350)은 전도성 재료의 메시(mesh)일 수 있는 척킹 전극(410)을 포함한다. 척킹 전극(410)은 정전 척(350)에 매립될 수 있다. 척킹 전극(410)은 척킹 전원(412)에 커플링되어, 에너자이징(energize)되는 경우, 정전 척(350)의 상부 표면(392)에 기판(390)을 정전기적으로 클램핑한다.
[0037] 척킹 전극(310)은 단극성 또는 양극성 전극으로서 구성되거나 다른 적합한 어레인지먼트를 가질 수 있다. 척킹 전극(410)은 RF 필터(414)를 통해 척킹 전력 소스(412)에 커플링될 수 있으며, 그 척킹 전력 소스(412)는 정전 척(350)의 상부 표면(392)에 기판(390)을 정전기적으로 고정시키기 위해 DC(direct current) 전력을 제공한다. RF 필터(414)는 프로세스 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위해 활용되는 RF 전력이 전기 장비를 손상시키는 것을 방지한다. 정전 척(350)은 세라믹 재료, 이를테면 AlN 또는 Al2O3로 제조될 수 있다.
[0038] 전력 인가 시스템(420)이 기판 지지 조립체(346)에 커플링된다. 전력 인가 시스템(420)은 히터 전원(306), 척킹 전원(412), 제1 RF(radio frequency) 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)을 포함할 수 있다. 전력 인가 시스템(420)의 실시예들은 부가적으로 제어기(310), 및 제어기(310) 및 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440) 둘 모두와 통신하는 센서 디바이스(450)를 포함할 수 있다. 제어기(310)는 또한 기판(390) 상에 재료의 층을 증착하기 위해 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)으로부터의 RF 전력의 인가에 의해 프로세싱 가스로부터의 플라즈마를 제어하는 데 활용될 수 있다.
[0039] 위에서 설명된 바와 같이, 정전 척(350)은 제1 RF 전극으로서 또한 기능하면서, 일 양상에서 기판(390)을 척킹하도록 기능할 수 있는 척킹 전극(410)을 포함한다. 정전 척(350)은 또한 제2 RF 전극(460)을 포함할 수 있고, 척킹 전극(410)과 함께, RF 전력을 인가하여 플라즈마를 튜닝할 수 있다. 제1 RF 전원(430)은 제2 RF 전극(460)에 커플링될 수 있는 반면, 제2 RF 전원(440)은 척킹 전극(410)에 커플링될 수 있다. 제1 매칭 네트워크 및 제2 매칭 네트워크는 각각 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)에 대해 제공될 수 있다. 제2 RF 전극(460)은 전도성 재료의 중실 금속 플레이트 또는 전도성 재료의 메시일 수 있다.
[0040] 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)은 동일한 주파수 또는 상이한 주파수의 전력을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440) 중 하나 또는 둘 모두는 독립적으로 다른 주파수 범위들 중에서도, 약 100KHz 이상, 약 500KHz 이상, 약 1MHz 이상, 약 10MHz 이상, 약 20MHz 이상, 약 50MHz 이상, 약 100MHz 이상의 주파수에서 전력을 생성할 수 있다. RF 전원들(430, 440)에 의해 독립적으로 생성된 전력의 주파수들의 특정 예들은 다른 주파수들 중에서도, 350KHz, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 100MHz 및 162MHz를 포함한다. 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440) 중 하나 또는 둘 모두로부터의 RF 전력은 플라즈마를 튜닝하기 위해 변동될 수 있다.
[0041] 도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 프로세싱 방법(400)의 예시적인 동작들을 도시한다. 방법은 위에서 설명된 프로세싱 시스템들(232 및 280)을 포함하는 다양한 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 방법(300)은 언급된 방법 동작들의 개시 전에 하나 이상의 동작들을 포함할 수 있으며, 그 하나 이상의 동작들은 프론트 엔드 프로세싱, 증착, 에칭, 폴리싱, 세정, 또는 설명되는 동작들 전에 수행될 수 있는 임의의 다른 동작들을 포함한다. 방법은 도면에 표시된 바와 같은 다수의 선택적인 동작들을 포함할 수 있으며, 그 선택적인 동작들은 본 기술에 따른 방법과 구체적으로 연관될 수 있거나 또는 구체적으로 연관되지 않을 수 있다. 예컨대, 동작들 중 다수는 더 광범위한 범위의 반도체 프로세스를 제공하기 위해 설명되지만, 본 기술에 중요한 것은 아니거나, 또는 아래에서 추가로 논의될 바와 같은 대안적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
[0042] 방법(400)은 특정 제작 동작을 따라 반도체 구조를 제조하기 위한 선택적인 동작들을 수반할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법(400)이 베이스 구조 상에서 수행될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 방법은 다른 재료 형성 또는 제거 이후에 수행될 수 있다. 예컨대, 임의의 수의 증착, 마스킹 또는 제거 동작들은 기판 상에 임의의 트랜지스터, 메모리 또는 다른 구조적 양상들을 생성하기 위해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 상에 형성된 하나 이상의 구조들은 약 500℃ 이하, 약 450℃ 이하, 약 400℃ 이하, 또는 그 미만의 열 예산을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 방법(400) 및 임의의 후속 동작들은 구조적 열 예산 이하인 온도들에서 수행될 수 있다. 기판은 반도체 프로세싱 챔버의 프로세싱 구역 내에 포지셔닝될 수 있는 기판 지지부 상에 배치될 수 있다. 아래에 있는 구조들을 생성하기 위한 동작들은 방법(400)의 양상들이 수행될 수 있는 동일한 챔버에서 수행될 수 있고, 하나 이상의 동작들은 또한 방법(400)의 동작들이 수행될 수 있는 챔버와 유사한 플랫폼 또는 다른 플랫폼들 상의 하나 이상의 챔버들에서 수행될 수 있다.
[0043] 일부 실시예들에서, 방법(400)은 기판 프로세싱 챔버(405)의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 기판은 기판 프로세싱 챔버에서 약 50℃ 이하의 온도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 온도는 기판 프로세싱 챔버에서 기판 지지 조립체 내 히터 엘리먼트들에 의해 약 20℃ 아래로 조정 및 유지될 수 있다. 부가적인 실시예들에서, 기판 온도는 냉각 유체를 기판 지지 조립체에 전달하는 냉각 유닛에 의해 약 20℃ 이하로 조정 및 유지될 수 있다. 부가적인 기판 온도 범위들은 약 40℃ 이하, 약 30℃ 이하, 약 20℃ 이하, 약 10℃ 이하, 약 0℃ 이하, 약 -10℃ 이하, 약 -20℃ 이하, 약 -30℃ 이하 또는 그 미만을 포함한다.
[0044] 예시적인 기판 재료들은 다른 기판 재료들 중에서도, 결정질 실리콘(예컨대, Si<100> 또는 Si<111>), 실리콘 산화물, 스트레인드 실리콘(strained silicon), 실리콘 게르마늄, 도핑된 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘, 도핑된 또는 도핑되지 않은 실리콘 기판들 및 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 기판들, SOI(silicon on insulator), 탄소 도핑된 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물, 도핑된 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 유리, 사파이어를 포함할 수 있다. 기판은 다른 유형의 피처들 중에서도, 갭들, 비아들, 트렌치들, 스텝들과 같은 기판 피처들을 더 포함할 수 있다. 기판 피처들은 베이스 기판에 직접 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 기판 피처들은 방법(400) 동안 기판 프로세싱 구역에서 기판의 일부를 구성하는, 베이스 기판 상에 증착된 절연성, 전도성 및/또는 반도체 재료들의 층들에 형성될 수 있다. 예시적인 기판들은 원형, 직사각형 또는 정사각형과 같은 다양한 형상들을 취할 수 있고, 예컨대, 직경, 측면 또는 대각선에서 200mm, 300mm 또는 450mm의 치수들을 가질 수 있다.
[0045] 방법(400)은 기판(410)을 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내로 전구체들을 유동시키는 것을 더 포함할 수 있다. 전구체들은 불활성 전구체 및 탄화수소-함유 전구체를 포함할 수 있다. 불활성 전구체 대 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상일 수 있고, 약 20:1 이상, 약 30:1 이상, 약 40:1 이상, 약 50:1 이상, 또는 그 초과일 수 있다. 불활성 전구체에 대한 예시적인 유량 범위는 약 1000sccm 이상을 포함할 수 있다. 불활성 전구체에 대한 부가적인 예시적인 유량 범위들은 약 1500sccm 이상, 약 2000sccm 이상, 약 2500sccm 이상, 약 3000sccm 이상, 약 3500sccm 이상, 약 4000sccm 이상, 약 4500sccm 이상, 약 5000sccm 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 탄화수소-함유 전구체에 대한 예시적인 유량 범위들은 약 50sccm 이하를 포함할 수 있다. 부가적인 예시적인 유량 범위들은 약 100sccm 이하, 약 75sccm 이하, 약 40sccm 이하, 약 30sccm 이하, 약 20sccm 이하, 약 10sccm 이하, 약 5sccm 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있다.
[0046] 기판 프로세싱 구역에서 과량의 불활성 전구체에서의 탄화수소-함유 전구체의 희석은 더 높은 플라즈마 전력과 결합될 때 감소된 레벨의 응력으로 기판 상에 탄소-함유 재료의 증착-직후 층을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 예컨대, 고도로 희석된 전구체들에 높은 플라즈마 전력이 제공될 때, 층 내로 혼입되지 않고 증착-직후 층을 변형시키는 것을 용이하게 할 수 있는 더 많은 양의 라디칼 유출물들을 포함하는 증가된 플라즈마 밀도가 생성될 수 있다. 용량 결합 플라즈마(capacitively-coupled plasma)에 바이어스를 인가하는 대신에 바이어스 전력으로부터 플라즈마를 생성하는 것과 같이 바이어스 플라즈마를 형성함으로써, 그리고 높은 바이어스 전력을 활용함으로써, 증착 동안 증가된 이온 충격이 제공될 수 있다. 더 높은 플라즈마 전력이 인가됨에 따라 플라즈마를 형성하는 전구체들이 불활성 가스를 통한 더 높은 희석을 포함할 때, 고에너지 불활성 이온들에 의한 증착 재료들의 증가된 충격은 수소 제거 및 sp3 본딩을 갖는 탄소들의 수를 증가시킴으로써 증착-직후 재료에서 응력의 양을 감소시킬 수 있다.
[0047] 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱 구역에 공급되는 전구체들은 기판 프로세싱 챔버에서 약 100mTorr 이하의 프로세싱 압력을 생성 및 유지할 수 있다. 부가적인 예시적인 프로세싱 압력 범위들은 다른 압력 범위들 중에서도, 약 1Torr 이하, 약 500mTorr 이하, 약 50mTorr 이하, 약 10mTorr 이하, 약 5mTorr 이하, 약 1mTorr 이하, 또는 약 0.1mTorr 이하 또는 그 미만을 포함한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 압력을 낮춤으로써, 원자들 사이의 평균-자유-경로(mean-free-path)를 증가시킴으로써 증가된 이온 충격이 발생할 수 있다. 이는 충돌들 사이의 이동 거리를 증가시킬 수 있으며, 이는 증착 재료에서 충격의 에너지 및 주파수를 증가시킬 수 있다. 이는 추가로, 재료 내의 증가된 탄소 sp3 본딩 및 수소의 감소를 용이하게 하고, 증착-직후의 탄소-함유 층에서 응력의 레벨을 감소시킬 수 있다.
[0048] 예시적인 불활성 전구체들은 헬륨, 아르곤 및 네온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 임의의 수의 불활성 전구체들이 활용될 수 있지만, 헬륨을 활용함으로써, 층 내의 감소된 수소 및 질소 혼입이 유지되면서, 아르곤과 같은 더 큰 불활성 전구체들로부터의 스퍼터링 컴포넌트를 또한 감소시킬 수 있다. 예시적인 탄화수소-함유 전구체들은 아세틸렌(C2H2)을 포함할 수 있다. 부가적인 예시적인 탄화수소-함유 전구체들은 일반식 CxHy를 갖는 탄화수소 화합물들을 포함할 수 있으며, 여기서 x는 1 내지 20의 범위를 갖고 y는 1 내지 20의 범위를 갖는다. 적합한 탄화수소 화합물들은 다른 탄화수소 화합물들 중에서도, 예컨대, C3H6, CH4, C4H8, 1,3-디메틸아다만탄, 비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔(2,5-노르보르나디엔), 아다만틴(C10H16), 노르보르넨(C7H10)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 탄소 대 수소 비는 약 4:1 이하, 약 3:1 이하, 약 2:1 이하, 약 1:1 이하, 또는 그 미만으로 유지될 수 있으며, 이는 추가로, 탄소-함유 재료의 증착 동안 수소 혼입을 제한하는 것을 용이하게 할 수 있다.
[0049] 방법(400)은 기판 프로세싱 챔버(415)의 기판 프로세싱 구역에서 전구체들로부터 플라즈마를 생성하는 것을 더 포함할 수 있다. 플라즈마는 기판 프로세싱 구역에서 전구체들에 RF 바이어스 전력을 인가함으로써 생성될 수 있다. RF 바이어스 전력은 2000와트보다 클 수 있고, 약 350KHz 내지 약 162MHz(예컨대, 350KHz, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 100MHz 또는 162MHz)의 주파수를 특징으로 할 수 있다. 이전에 언급한 바와 같이, 본 기술의 일부 실시예들은 증착-직후 재료의 막 특성들을 개선하기 위해 더 높은 플라즈마 전력에서 바이어스 플라즈마를 생성할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서 바이어스 플라즈마는 약 2500W 이상, 약 3000W 이상, 약 3500W 이상, 약 4000W 이상, 약 4500W 이상 W 또는 그 초과의 전달된 전력에서 생성될 수 있다. 플라즈마 전력을 증가 ― 이는 증가된 불활성 전구체 전달과 함께 수행될 수 있음 ― 시킴으로써, 불활성 전구체로부터 일정량의 충격이 생성될 수 있으며, 이는 탄소 본딩을 개선하고 수소 혼입을 감소시키기 위해 증착된 재료를 변형시킬 수 있다. 위의 도 3을 참조하면, 일부 실시예들에서, RF 바이어스 전력은 제2 RF 전원(440)으로부터 RF 전력이 공급되는 정전 척(350)에 의해 기판 프로세싱 구역에서 전구체들로 전달될 수 있다. 부가적인 실시예들에서, RF 바이어스 전력은 또한 제2 RF 전극(460)에 바이어싱 전압을 공급하는 제1 RF 전원(430)과 전자 통신하는 제2 RF 전극(460)에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 공급될 수 있다. 제1 RF 전원(430)은 약 350KHz 내지 약 100MHz(예컨대, 350KHz, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz 또는 100MHz)의 주파수에서 전력을 생성할 수 있다.
[0050] 일부 실시예들에서, 동작(415)은 막 응력을 조절하도록 이온 밀도 및 이온 에너지를 독립적으로 제어하기 위해 정전 척에 제2 RF 바이어스 전력을 인가하는 것을 더 포함할 수 있다. 제2 RF 바이어스 전력은 약 10와트 이상일 수 있고, 약 350KHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, 일부 실시예들에서, 제2 RF 바이어스 전력이 척킹 전극(410)을 통해 기판(391)에 제공된다. 척킹 전극(410)은 척킹 전극(410)에 바이어싱 전압을 공급하는 제2 RF 전원(440)과 전자 통신할 수 있다. 제2 RF 바이어스 전력은 약 10와트 이상의 전력에서 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 바이어스 전력 및 제2 RF 바이어스 전력 둘 모두는 동작(415) 동안 플라즈마를 생성하기 위해 전구체들에 전달될 수 있다. 부가적인 실시예들에서, RF 바이어스 전력은 척킹 전극(410)을 통해 기판으로 전달될 수 있고, 제2 RF 바이어스 전력은 제2 RF 전극(460)을 통해 전달될 수 있다.
[0051] 생성된 플라즈마는 동작(420)에서, 기판 프로세싱 챔버에서 기판 상에 탄소-함유 재료를 증착한다. 증착된 재료의 양은 약 10Å 이상의 평균 두께를 갖는 층일 수 있다. 부가적인 예시적인 평균 두께 범위들은 약 50Å 이상, 약 100Å 이상, 약 1000Å 이상, 약 5000Å 이상, 약 10,000Å 이상, 약 20,000Å 이상 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
[0052] 탄소-함유 재료는 저응력으로 증착될 수 있다. 저응력 재료들은 중립 응력(즉, 0MPa)에 더 근접한 내부 응력 레벨들을 특징으로 한다. 대조적으로, 고응력 재료들은 0MPa보다 상당히 크거나(즉, 높은 양의 (인장) 응력) 또는 0MPa보다 훨씬 작은(즉, 높은 음의 (압축) 응력) 내부 응력 레벨들을 특징으로 한다. 인장 응력으로서 특징화될 수 있는 높은 양의 응력은 인접한 기판 피처들 상에 외향의 미는 힘(pushing force)을 생성하는 재료의 팽창에 의해 야기될 수 있다. 압축 응력으로서 특징화될 수 있는 높은 음의 응력은 인접한 기판 피처들에 내향의 당기는 힘(pulling force)을 생성하는 재료의 수축에 의해 야기될 수 있다. 즉, 더 높은-응력 재료들은 0MPa보다 상당히 큰 절대 값을 갖는 응력 레벨을 특징으로 할 수 있다. 따라서 재료가 "-1000MPa 보다 큰" 응력 레벨을 특징으로 할 때, 이는 응력 레벨의 절대 값을 지칭하며, -1500MPa, -2000MPa 등과 같은 레벨들을 포함한다. 유사하게, 재료가 "-1000MPa 미만"의 응력 레벨을 특징으로 할 때, 이는 중립 응력(즉, 0MPa)에 더 근접한 응력 레벨들을 지칭하며, -500MPa, -100MPa 등과 같은 레벨들을 포함하지만, 약 1000MPa 이상의 양의 값들로 확장되지 않는다.
[0053] 증착-직후 재료의 예시적인 응력 값들은 약 -500MPa 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있으며, 여기서 보다 음인 응력 값은 재료가 더 많은 응력을 갖는다는 것을 의미하고, 0MPa에 더 근접한 응력 값은 더 적은 응력을 갖는다. 부가적인 예시적인 응력 값 범위들은 약 -400MPa 이하, 약 -300MPa 이하, 약 -200MPa 이하, 약 -100MPa 이하, 약 -50MPa 이하, 및 약 -10MPa 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있다. 증착-직후 재료가 저응력 레벨들을 특징으로 하게 하는 원인에 대해 임의의 특정 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 재료 내 sp3 혼성화 탄소들의 더 높은 함량 및 재료 내 더 낮은 양의 수소가 저-응력의 탄소-함유 층들의 형성에 기여하는 것으로 여겨진다. 예컨대, 일부 실시예들에서, sp3 혼성화 탄소 원자들의 퍼센티지는 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 및 약 80% 이상, 약 90% 이상, 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 부가적으로, 일부 실시예들에서, 증착된 재료 내의 수소 혼입의 양은 약 30mol.% 이하로 유지될 수 있고, 약 25mol.% 이하, 약 20mol.% 이하, 약 15mol.% 이하, 약 10mol.% 이하, 또는 그 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 특성들은 본 기술의 실시예들에 따라 생성된 재료들 내의 감소된 압축 응력을 가능하게 할 수 있다.
[0054] 재료 내 sp3 혼성화 탄소들의 높은 함량은 다이아몬드-유사-탄소 재료가 되게 할 수 있다. 증착-직후 탄소-함유 재료의 부가적인 실시예들은 다른 유형들의 탄소-함유 재료들 중에서도, 비정질 탄소 재료 및 실리콘-함유 탄소를 포함한다.
[0055] 증착된 재료의 영률(Young’s modulus)은 또한 본 프로세싱 방법들의 실시예들에 의해 영향을 받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 증착-직후 재료들은 약 150GPa 이상의 모듈러스를 특징으로 할 수 있고, 약 160GPa 이상, 약 170GPa 이상, 약 180GPa 이상, 약 190GPa 이상, 약 200GPa 이상, 또는 그 초과의 모듈러스를 특징으로 할 수 있다.
[0056] 방법(400)은 선택적으로, 기판(425) 상에 형성된 증착-직후 탄소-함유 재료를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 처리 동작들의 실시예들은 다른 유형들의 처리들 중에서도, 탄소-함유 재료의 증착-직후 층을 폴리싱, 에칭, 패터닝 및 경화하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 탄소-함유 재료는 기판 상의 증착 동안 그리고/또는 증착-직후 수소 라디칼들에 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수소 라디칼들은 프로세싱 챔버 및 기판 프로세싱 구역 외부에 포지셔닝된 RPS(remote-plasma-system)에서 생성될 수 있다. RPS-생성 수소 라디칼들은 그 후 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역으로 전달되며, 여기서 RPS-생성 수소 라디칼들은 플라즈마 유출물들 및/또는 증착된 재료들과 혼합 및 반응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수소 라디칼들은 sp2 혼성화를 갖는 탄소들과 반응하고 이들을 부가적인 sp3 혼성화 탄소로 변환한다.
[0057] 방법(400)에 설명된 실시예는 예컨대, 반도체 디바이스들의 제조에서 하드마스크 층들로서 유용할 수 있는 저-응력의 탄소-함유 재료들을 형성한다. 증착-직후 층들의 저-응력은 인접한(예컨대, 아래에 있는) 기판 구조들 상에 과도한 응력 ― 이는 증가된 응력으로 인해 이러한 구조들이 추가로 왜곡되게 하거나 마스크 층이 파손되게 할 수 있음 ― 을 가하지 않고 이들이 증착되도록 허용한다. 탄소-함유 층들은 또한 이들을 하드마스크들로서 매우 적합하게 만드는 우수한 광학 및 에칭-선택성 성질들을 가질 수 있다.
[0058] 이전의 설명에서, 설명의 목적들을 위해, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해서 많은 세부사항들이 제시되었다. 그러나, 특정 실시예들이 이들 세부사항들 중 일부 없이 또는 추가적인 세부사항들과 함께 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.
[0059] 여러 실시예들을 개시하였지만, 실시예들의 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 수정들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것이 당업자들에 의해 인식될 것이다. 추가적으로, 본 기술을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해서, 다수의 잘 알려진 프로세스들 및 엘리먼트들은 설명되지 않았다. 이에 따라서, 위의 설명은 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
[0060] 값들의 범위가 주어진 경우, 그러한 값들의 범위의 상위 한계값과 하위 한계값 사이에 존재하는 각각의 값은, 문맥상 달리 명백히 표시되어 있지 않은 한 하위 한계값의 최소 자릿수의 단 단위 값의 10분의 1까지 또한 구체적으로 기재된 것으로 해석된다. 명시된 범위 내의 임의의 명시된 값들 또는 그 범위에 속하는 명시되지 않은 값들과 그러한 명시된 범위 내의 임의의 다른 명시된 값 또는 그 범위에 속하는 다른 값 사이에 존재하는 각각의 소범위가 포함된다. 이러한 소범위의 상위 한계값 및 하위 한계값은 독립적으로 그러한 범위에 포함되거나 그러한 범위에서 제외될 수 있고, 각각의 범위는, 상위 한계값과 하위 한계값 중 하나 또는 둘 모두가 그러한 소범위에 포함되든지, 둘 모두가 그러한 소범위에서 제외되는지 간에, 구체적으로 제외된 임의의 한계값이 명시된 범위에 있는 한, 또한 본 기술에 포함된다. 명시된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그렇게 포함된 한계값들 중 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
[0061] 본원에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 언급들을 포함한다. 따라서, 예컨대, "전구체"에 대한 언급은 복수의 그러한 전구체들을 포함하고, "층"에 대한 언급은 당업자들에게 알려진 하나 이상의 층들 및 이들의 등가물들에 대한 언급을 포함하는 식이다.
[0062] 또한, 본 명세서에서 그리고 다음의 청구항들에서 사용되는 경우, "포함한다(COMPRISE)", "포함하는(COMPRISING)", "함유한다(CONTAIN)", "함유하는(CONTAINING)", "포함한다(INCLUDE)", 그리고 "포함하는(INCLUDING)"이란 단어들은 진술된 특징들, 인티저(INTEGER)들, 컴포넌트들 또는 동작들의 존재를 특정하는 것으로 의도되지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징들, 인티저들, 컴포넌트들, 동작들, 액트들 또는 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 반도체 프로세싱 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계 ― 상기 기판은 약 50℃ 이하의 온도로 유지됨 ―;
    불활성 전구체 및 탄화수소-함유 전구체를 상기 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내로 유동시키는 단계 ― 상기 불활성 전구체 대 상기 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상임 ―;
    상기 불활성 전구체 및 상기 탄화수소-함유 전구체로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료를 증착하는 단계를 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 탄화수소-함유 전구체는 약 50sccm 이하의 유량으로 유동되는,
    반도체 프로세싱 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 불활성 전구체는 약 1000sccm 이상의 유량으로 유동되는,
    반도체 프로세싱 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 프로세싱 챔버는 약 100mTorr 이하의 압력으로 유지되는,
    반도체 프로세싱 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 재료는 약 10Å 이상의 평균 두께로 증착되는,
    반도체 프로세싱 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 탄화수소-함유 전구체는 아세틸렌을 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 불활성 전구체는 헬륨 또는 아르곤 중 적어도 하나를 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 2000와트 초과의 바이어스 전력에서 형성된 바이어스 플라즈마인,
    반도체 프로세싱 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 재료는 약 -500MPa 이하인 증착-직후 응력(as-deposited stress)을 특징으로 하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  10. 반도체 프로세싱 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에 기판을 제공하는 단계 ― 상기 기판은 약 50℃ 이하의 온도로 유지됨 ―;
    상기 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에서 탄화수소-함유 전구체를 포함하는 증착 전구체로부터 플라즈마를 생성하는 단계 ― 상기 플라즈마는 약 3000W 이상의 바이어스 전력에서 생성된 바이어스 플라즈마임 ―; 및
    상기 기판 상에 상기 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료를 증착하는 단계를 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 바이어스 전력은 약 4000와트 이상인,
    반도체 프로세싱 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 바이어스 전력은 약 13.56MHz 이하의 동작 주파수에서 전달되는,
    반도체 프로세싱 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 증착 전구체는 불활성 전구체를 더 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 불활성 전구체 대 상기 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상인,
    반도체 프로세싱 방법.
  15. 기판 프로세싱 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역에서 탄화수소-함유 전구체로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 기판 프로세싱 챔버의 기판 프로세싱 구역 내 기판 상에 상기 플라즈마로부터의 탄소-함유 재료를 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 탄소-함유 재료는 약 -500MPa 이하인 증착-직후 응력을 특징으로 하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 기판은 약 50℃ 이하의 온도에서 유지되는,
    반도체 프로세싱 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 또한 헬륨 또는 아르곤 중 적어도 하나를 포함하는 불활성 전구체로부터 생성되고,
    상기 불활성 전구체 대 상기 탄화수소-함유 전구체의 유량비는 약 10:1 이상인,
    반도체 프로세싱 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 재료는 sp3 혼성화된 본드(hybridized bond)를 갖는 약 60% 이상의 탄소 원자들을 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 재료는 약 25mol% 이하의 수소를 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 탄소-함유 재료는 다이아몬드-유사 탄소를 포함하는,
    반도체 프로세싱 방법.
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