KR20230048108A - 저응력 붕소 함유 층들의 증착 - Google Patents

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릭 쿠스트라
보 치
아비짓 바수 말릭
카우시크 알라야발리
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Abstract

본 기술의 예들은 기판들 상에 붕소 함유 재료들을 형성하기 위한 반도체 처리 방법들을 포함한다. 예시적인 처리 방법들은 붕소 함유 전구체를 포함하는 증착 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에 증착 전구체로부터 플라즈마가 형성될 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에 배치된 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있고, 기판은 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 한다. 증착 직후의 붕소 함유 재료는 약 2nm 이하의 표면 거칠기 및 약 -500MPa 이하의 응력 레벨을 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 붕소 함유 재료의 층은 하드마스크로서 기능할 수 있다.

Description

저응력 붕소 함유 층들의 증착
[0001] 본 출원은 2020년 8월 7일자로 출원되고 발명의 명칭이 "DEPOSITION OF LOW-STRESS BORON-CONTAINING LAYERS"인 미국 특허 출원 제16/987,704호에 대해 우선권을 주장하며, 그 미국 특허 출원은 그 전체가 본 명세서에 인용에 의해 통합된다.
[0002] 본 기술은 반도체 처리를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은 저응력 붕소 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 형성하고 제거하기 위한 제어된 방법들을 요구한다. 디바이스 크기들이 계속 감소함에 따라, 막 특성들은 디바이스 성능에 더 큰 영향들을 초래할 수 있다. 재료들의 층들을 형성하는 데 사용되는 재료들은 생성되는 디바이스들의 동작 특성들에 영향을 미칠 수 있다. 재료 두께들이 계속 감소함에 따라, 막들의 증착 직후의(as-deposited) 특성들은 디바이스 성능에 더 큰 영향을 미칠 수 있다.
[0004] 따라서, 고품질 디바이스들 및 구조체들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들이 필요하다. 이들 및 다른 요구들이 본 기술에 의해 해결된다.
[0005] 본 기술의 실시예들은 기판들 상에 붕소 함유 재료들을 형성하기 위한 반도체 처리 방법들을 포함한다. 예시적인 처리 방법들은 붕소 함유 전구체를 포함하는 증착 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에서 증착 전구체로부터 플라즈마가 형성될 수 있다. 방법들은 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에 배치된 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있고, 기판은 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 한다.
[0006] 예시적인 실시예들에서, 붕소 함유 전구체는 붕소 탄화물, 붕소 질화물, 붕소 탄화물 질화물, 붕소 함유 실리콘, 붕소 함유 실리콘 산화물, 붕소 및 붕소 함유 실리콘 산화물, 및 붕소 함유 실리콘 질화물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 붕소 함유 전구체에 더하여, 증착 전구체는 붕소 함유 전구체, 실리콘 함유 전구체, 및 질소 함유 전구체 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 증착 전구체에 더하여, 불활성 전구체가 처리 영역에 전달될 수 있고, 불활성 전구체 대 증착 전구체의 유량 비율은 약 10:1 이상일 수 있다. 예시적인 불활성 전구체들은 헬륨 또는 아르곤을 포함할 수 있다. 추가의 실시예들에서, 반도체 처리 챔버는 기판 처리 영역 내의 약 100 mTorr 이하의 압력을 특징으로 할 수 있고, 형성되는 플라즈마는 2000 와트 초과의 바이어스 전력으로 형성되는 바이어스 플라즈마일 수 있다.
[0007] 반도체 처리 방법들의 추가적인 실시예들은 붕소 함유 전구체를 포함하는 증착 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 바이어스 전력이 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에 배치된 기판에 인가될 수 있고, 바이어스 전력은 약 3000 와트 이상이다. 플라즈마가 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에서 증착 전구체로 형성될 수 있고, 붕소 함유 재료가 기판 상에 증착될 수 있다.
[0008] 예시적인 실시예들에서, 바이어스 전력은 약 4000 와트 이상일 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 증착 전구체에 더하여 불활성 전구체가 처리 영역에 전달될 수 있고, 불활성 전구체 대 증착 전구체의 유량 비율은 약 10:1 이상일 수 있다. 기판은 붕소 함유 재료의 증착의 적어도 일부 동안 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 할 수 있다.
[0009] 반도체 처리 방법들의 더 추가적인 실시예들은 붕소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 방법들은 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에 붕소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계, 및 처리 영역 내에 배치된 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 붕소 함유 재료는 약 2nm 이하의 증착 직후의 표면 거칠기를 특징으로 할 수 있다.
[0010] 예시적인 실시예들에서, 증착 직후의 붕소 함유 재료는 약 -500MPa 이하의 응력 레벨을 특징으로 할 수 있다. 증착 직후의 붕소 함유 재료는 또한 탄소를 포함할 수 있고, 약 60% 이상의 탄소 원자들은 sp3 혼성 본드들을 갖는다. 추가의 예시적 실시예들에서, 붕소 함유 재료는 약 25 mol% 이하의 수소를 가질 수 있다. 예시적인 붕소 함유 재료들은 붕소 탄화물, 붕소 질화물, 붕소 탄화물 질화물, 붕소 함유 실리콘, 붕소 함유 실리콘 산화물, 붕소 및 붕소 함유 실리콘 산화물, 및 붕소 함유 실리콘 질화물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 불활성 전구체가 붕소 함유 전구체에 더하여 기판 처리 영역에 전달될 수 있고, 불활성 전구체 대 붕소 함유 전구체의 유량 비율은 약 10:1 이상일 수 있다. 바이어스 전력이 붕소 함유 재료의 증착 동안 기판에 인가될 수 있고, 바이어스 전력은 약 3000 와트 이상이다. 기판은 붕소 함유 재료의 증착 동안 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 할 수 있다.
[0011] 이러한 기술은 종래의 시스템들 및 기술들에 비해 다수의 이익들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 기술의 실시예들은 다른 기능들 중에서도, 하드마스크들로 매우 적합하게 만드는 낮은 표면 거칠기를 갖는 증착 직후의 붕소 함유 층들을 생성한다. 또한, 증착 직후의 붕소 함유 층들은 인접한 기판 피처들을 상당히 구부리거나 왜곡시키지 않는 낮은 응력을 갖는다. 이들 및 다른 실시예들은, 그들의 많은 이점들 및 특징들과 함께, 이하의 설명 및 첨부된 도면들과 관련하여 더 상세히 설명된다.
[0012] 개시된 기술의 본질 및 이점들의 추가의 이해는 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여 실현될 수 있다.
[0013] 도 1은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 처리 시스템의 평면도를 도시한다.
[0014] 도 2a는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 반도체 처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0015] 도 2b는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 추가의 예시적인 반도체 처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0016] 도 3은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 기판 지지체 및 정전 척의 개략적인 단면도를 도시한다.
[0017] 도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 반도체 처리 방법에서의 동작들을 도시한다.
[0018] 도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시적인 목적들을 위한 것이고, 실척대로 도시된 것으로 구체적으로 언급되지 않는 한 실척대로 도시된 것으로 간주되지 않아야 한다는 점이 이해되어야 한다. 추가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양태들 또는 정보를 포함하지 않을 수 있고, 예시적인 목적들을 위해 과장된 재료를 포함할 수 있다.
[0019] 첨부 도면들에서, 유사한 컴포넌트들 및/또는 피처들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 컴포넌트들은 참조 라벨 뒤에 유사한 컴포넌트들을 구별하는 문자를 후속시킴으로써 구별될 수 있다. 본 명세서에서 제1 참조 라벨만이 사용되는 경우, 설명은 문자에 관계없이 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트에 적용가능하다.
[0020] 본 기술은 낮은 거칠기 및 낮은 응력을 특징으로 하는 붕소 함유 층을 반도체 기판 상에 증착하기 위한 시스템들 및 프로세스 방법들을 포함한다. 이러한 시스템들 및 방법들의 실시예들은 표면 거칠기를 평활화하고 응력을 중화시키기 위해 더 적은 증착후 처리 동작들을 겪는, 낮은 거칠기 및 낮은 응력을 특징으로 하는 증착 직후의 붕소 함유 층을 형성하는 문제를 해결한다. 낮은 거칠기 및 낮은 응력을 특징으로 하는 붕소 함유 층들은 예를 들어 기판의 하부 재료들에서 고종횡비(HAR) 피처들의 에칭을 패터닝하기 위한 하드마스크들로서 점점 더 관심을 받고 있다.
[0021] 이러한 HAR 피처들의 예들은, 수백 개의 실리콘 함유 층을 통해 연장될 수 있고 약 70:1 이상의 종횡비들(즉, 높이 대 폭의 비율)을 특징으로 할 수 있는 3D NAND 메모리 셀들에서의 채널들 및 콘택들을 포함한다. 종래에 형성된 붕소 함유 하드마스크들은 하드마스크를 통해 실리콘 함유 층들을 에칭하기 위한 높은 선택도를 특징으로 하지만, 또한 에칭 동안 문제들을 유발하는 높은 표면 거칠기(예를 들어, 약 10nm 이상의 평균 표면 거칠기) 및 높은 응력(예를 들어, 약 -1000MPa 이하의 응력 레벨들, 여기서 더 큰 음의 응력 값은 재료에 의한 압축력의 더 큰 인가를 나타냄)을 특징으로 한다. 이러한 문제점들은 높은 표면 거칠기에 의해 야기되는 왜곡된 패터닝 및 불량한 임계 치수 균일성을 포함한다. 이들은 또한 하부 기판 스택의 만곡(bending) 및 휨(bowing), 및 마스크의 균열(fracturing)을 포함하며, 이들 모두는 하드마스크 층에서의 높은 응력에 의해 야기된다.
[0022] 종래의 시스템들 및 방법들은 증착후 하드마스크 트리트먼트 동작들, 예컨대 거친 표면을 평활화하기 위한 화학 기계적 폴리싱(CMP) 동작들 및 높은 응력을 중화시키기 위한 열 또는 플라즈마 어닐링 동작들을 수행함으로써 이러한 문제들을 해결한다. 추가의 종래의 시스템들 및 방법들은 더 중립적인 응력의 하드마스크 라미네이트를 형성하기 위해 결합되는 상쇄 인장 및 압축 응력들을 갖는 다수의 하드마스크 층들의 증착을 포함한다. 이러한 동작들은 붕소 함유 하드마스크의 종래의 형성에 복잡성, 시간 및 비용을 추가한다.
[0023] 기판 내의 그리고 기판 상의 디바이스 피처들의 패터닝 및 에칭 동안 하드마스크들로서 작용하는 붕소 함유 층들을 대체하거나 제거함으로써 표면 거칠기를 제거하고 응력을 완화하는 것은 문제가 있다. 붕소 함유 하드마스크들은 전형적으로 하부 기판 재료들과 상부 에너지 민감성 레지스트 층(예를 들어, 포토레지스트 층) 사이에 증착된다. 하드마스크는 에너지 민감성 레지스트 층에 생성되는 패턴에 따라 하부 기판 재료들에 피처들을 형성하는 데 사용되는 에천트들에 대한 선택적 저항을 제공한다. 하드마스크 내의 붕소는 에칭 동작 동안 하부 기판 피처를 온전하게 유지하도록 에칭 선택도를 더 향상시킨다. 하드마스크 층이 제거된 경우, 또는 붕소가 하드마스크로부터 제거된 경우, 에천트들은 온전하게 유지되도록 의도된 하부 기판 피처의 부분들을 공격할 가능성이 더 높아서, 피처들의 부식 및 가능한 파괴를 초래할 것이다.
[0024] 본 기술은, 다른 것들 중에서도, 낮은 거칠기 및 낮은 응력 중 적어도 하나를 특징으로 하는 붕소 함유 재료를 증착하기 위한 시스템들 및 프로세스 방법들을 제공함으로써 이러한 문제점들을 해결한다. 일부 실시예들에서, 증착 직후의 붕소 함유 재료는 다른 기능들 중에서도, 붕소 함유 하드마스크로서 작용할 수 있다. 시스템들 및 방법들의 실시예들은, 증착된 재료에서의 붕소 함유 결정들의 성장 속도를 느리게 하고, 증착된 재료들에서의 수소 혼입을 감소시키고, 증착된 재료들에서의 탄소 본딩을 개선하고, 증착된 재료에서의 응력의 양을 낮추기 위해 함께 작동하는 하나 이상의 프로세스 파라미터를 유지함으로써 붕소 함유 재료들을 증착한다. 아래에 설명되는 이러한 파라미터들 중 일부는 다른 프로세스 파라미터들 중에서도, 기판 온도, 증착 플라즈마를 형성하는 것을 돕는 붕소 함유 전구체들에 대한 불활성 전구체들의 유량 비율, 및 증착 플라즈마를 생성하는 데 사용되는 바이어스 전력을 포함한다.
[0025] 본 기술의 실시예들은, 증착된 붕소 함유 재료들에서의 붕소 함유 화합물들의 결정 성장을 억제하기 위한 시스템들 및 방법들을 포함한다. 증착 직후의 재료들에서의 결정들의 더 작은 평균 크기는 감소된 표면 거칠기를 초래할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템들 및 방법들은 또한 더 적은 양들의 수소를 특징으로 하는 붕소 함유 재료의 증착을 포함한다. 더 적은 수소 함량은 붕소 함유 결정들의 평균 크기의 감소에 기여할 수 있고, 감소된 표면 거칠기를 특징으로 하는 증착 직후의 붕소 함유 막을 형성할 수 있다. 추가의 실시예들에서, 시스템들 및 방법들은 붕소 및 탄소 함유 막의 증착을 포함하며, 증가된 수의 탄소 원자들은 sp3 혼성화를 특징으로 한다. sp3 혼성화를 특징으로 하는 증가된 수의 탄소 원자들은 붕소 함유 결정들의 평균 크기를 감소시키고, 감소된 표면 거칠기를 특징으로 하는 증착 직후의 붕소 및 탄소 함유 막을 형성할 수 있다. 따라서, 본 기술은 낮은 표면 거칠기 및 낮은 응력 중 적어도 하나를 특징으로 하는 증착 직후의 붕소 함유 층들의 형성을 위한 실시예들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이러한 시스템들 및 방법들은 층에서 표면 거칠기를 감소시키거나 응력을 중화시키기 위한 복잡하고 시간 소모적이고 비용이 많이 드는 증착후 트리트먼트 동작들 없이 낮은 거칠기, 낮은 응력의 붕소 함유 층, 예를 들어 하드마스크 층을 형성한다.
[0026] 나머지 개시내용은 개시된 기술을 이용하는 특정 증착 프로세스들을 일상적으로 식별할 것이지만, 시스템들 및 방법들은 설명된 챔버들 또는 임의의 다른 챔버 내에서 발생할 수 있는 바와 같은 다른 증착 및 트리트먼트 프로세스들에 동등하게 적용가능하다는 점이 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 본 기술은 다양한 화학 기상 증착 챔버들에서 구현될 수 있으며, 단지 이러한 특정 증착 프로세스들 또는 챔버들과 함께 사용하기 위한 것으로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시내용은 본 기술의 실시예들에 따른 이러한 시스템에 대한 추가적인 변형들 및 조정들이 설명되기 전에 본 기술의 일부 실시예들에 따른 프로세스 방법들을 수행하는 데 사용될 수 있는 하나의 가능한 시스템 및 챔버를 논의할 것이다.
[0027] 도 1은 실시예들에 따른 증착, 에칭, 베이킹, 및 경화 챔버들의 반도체 처리 시스템(100)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 전방 개방 통합 포드(front opening unified pod)(102)는 다양한 크기들의 기판들을 공급하고, 이 기판들은 로봇 암들(104)에 의해 수용되고, 탠덤 섹션들(109a-c) 내에 포지셔닝된 기판 처리 챔버들(108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에 저압 유지 영역(106) 내에 배치된다. 제2 로봇 암(110)은 기판 웨이퍼들을 유지 영역(106)으로부터 기판 처리 챔버들(108a-f)로 그리고 그 반대로 이송하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 기판 처리 챔버(108a-f)는 플라즈마 강화 화학 기상 증착, 원자 층 증착, 물리 기상 증착, 에칭, 사전 세정, 탈기, 배향, 및 어닐링, 애싱 등을 포함하는 다른 기판 프로세스들에 더하여 본 명세서에 설명된 반도체 재료들의 스택들의 형성을 포함하는 다수의 기판 처리 동작들을 수행하도록 구비될 수 있다.
[0028] 기판 처리 챔버들(108a-f)은 기판 상에 유전체 또는 다른 막을 증착, 어닐링, 경화 및/또는 에칭하기 위한 하나 이상의 시스템 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일 구성에서, 2쌍의 처리 챔버(예를 들어, 108c-d 및 108e-f)는 기판 상에 유전체 재료를 증착하기 위해 사용될 수 있고, 제3 쌍의 처리 챔버(예를 들어, 108a-b)는 증착된 유전체를 에칭하기 위해 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 3쌍의 챔버 전부(예를 들어, 108a-f)는 기판 상에 교대하는 유전체 막들의 스택들을 증착하도록 구성될 수 있다. 설명된 프로세스들 중 임의의 하나 이상의 프로세스는 상이한 실시예들에 도시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버들에서 수행될 수 있다. 유전체 막들을 위한 증착, 에칭, 어닐링, 및 경화 챔버들의 추가적인 구성들이 시스템(100)에 의해 고려된다는 점이 이해될 것이다.
[0029] 도 2a 및 도 2b는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 반도체 처리 시스템들(232 및 280)의 개략적인 단면도들을 도시한다. 도면들은 본 기술의 하나 이상의 양태를 포함하는 그리고/또는 본 기술의 실시예들에 따른 하나 이상의 동작을 수행하도록 특별히 구성될 수 있는 시스템들의 개요를 예시할 수 있다. 시스템들(232 및 280) 및 수행되는 방법들의 추가적인 상세들이 아래에 추가로 설명될 수 있다. 시스템들(232 및 280)은 본 기술의 일부 실시예들에 따라 붕소 함유 하드마스크들과 같은 붕소 함유 층들을 형성하기 위해 이용될 수 있지만, 방법들은 층 형성이 발생할 수 있는 임의의 시스템에서 유사하게 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
[0030] 이제 도 2a를 참조하면, 반도체 처리 시스템(232)은 기판 처리 영역(226)을 정의하는 최상부 벽(224), 측벽(201) 및 최하부 벽(222)을 포함할 수 있는 반도체 처리 챔버(200)를 포함한다. 가스 패널(230) 및 제어기(210)가 처리 챔버(200)에 결합될 수 있다. 기판 지지 조립체(246)가 프로세스 챔버(200)의 기판 처리 영역(226) 내에 제공될 수 있다.
[0031] 기판 지지 조립체(246)는 스템(stem)(260)에 의해 지지되는 정전 척(250)을 포함할 수 있다. 정전 척(250)은 알루미늄, 세라믹, 및 스테인리스 스틸과 같은 다른 적합한 재료들로 제조될 수 있다. 정전 척(250)은 변위 메커니즘(도시되지 않음)을 사용하여 프로세스 챔버(200) 내부에서 수직 방향으로 이동될 수 있다. 열전쌍과 같은 온도 센서(272)가 정전 척(250)의 온도를 모니터링하기 위해 정전 척(250)에 내장될 수 있다. 측정된 온도는 기판을 원하는 온도로 유지하기 위해 가열기 요소(270)에 공급되는 전력을 제어하기 위해 제어기(210)에 의해 사용될 수 있다.
[0032] 진공 펌프(202)가 프로세스 챔버(200)의 저부에 형성된 포트에 결합될 수 있다. 진공 펌프(202)는 프로세스 챔버(200)에서 원하는 가스 압력을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 진공 펌프(202)는 또한 프로세스의 처리 후 가스들 및 부산물들을 프로세스 챔버(200)로부터 배기한다.
[0033] 정전 척(250) 위에서 프로세스 챔버(200)의 최상부 상에 복수의 애퍼처(228)를 갖는 가스 분배 조립체(220)가 배치될 수 있다. 가스 분배 조립체(220)의 애퍼처들(228)은 프로세스 가스들을 프로세스 챔버(200) 내로 도입하기 위해 이용된다. 애퍼처들(228)은 상이한 프로세스 요건들에 대한 다양한 프로세스 가스들의 유동을 용이하게 하기 위해 상이한 크기들, 개수, 분포들, 형상, 설계, 및 직경들을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(220)는 처리 동안 다양한 가스들이 처리 볼륨(226)으로 유동하는 것을 허용하는 가스 패널(230)에 연결된다. 정전 척(250) 상에 포지셔닝된 기판(290)의 최상부 표면(291) 상의 재료의 증착을 초래하는 프로세스 가스들의 열 분해를 촉진하기 위해 가스 분배 조립체(220)를 빠져나가는 프로세스 가스 혼합물로부터 플라즈마가 형성된다.
[0034] 가스 분배 조립체(220) 및 정전 척(250)은 처리 볼륨(226) 내에 한 쌍의 이격된 전극들을 형성할 수 있다. 하나 이상의 RF 전원들(240)은 가스 분배 조립체(220)와 정전 척(250) 사이의 플라즈마의 생성을 용이하게 하기 위해 옵션인 정합 네트워크(238)를 통해 가스 분배 조립체(220)에 바이어스 전위를 제공한다. 대안적으로, RF 전원(240) 및 정합 네트워크(238)는 가스 분배 조립체(220), 정전 척(250)에 결합될 수 있거나, 가스 분배 조립체(220) 및 정전 척(250) 둘 다에 결합될 수 있거나, 프로세스 챔버(200) 외부에 배치된 안테나(도시되지 않음)에 결합될 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 생성되는 전력의 주파수들의 특정 예들은 다른 주파수들 중에서도, 350KHz, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 100MHz, 및 162MHz를 포함한다.
[0035] 제어기(210)는 프로세스 시퀀스를 제어하고 가스 패널(230)로부터의 가스 유동들을 조절하기 위해 이용되는 중앙 처리 유닛(CPU)(212), 메모리(216) 및 지원 회로(214)를 포함한다. CPU(212)는 산업 환경에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴들은 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장소와 같은 메모리(216)에 저장될 수 있다. 지원 회로(214)는 CPU(212)에 결합되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다. 제어기(210)와 기판 처리 시스템(232)의 다양한 컴포넌트들 사이의 양방향 통신은 신호 버스들(218)이라고 총괄적으로 지칭되는 다수의 신호 케이블들을 통해 핸들링되며, 그들 중 일부가 도 2a에 예시되어 있다.
[0036] 도 2b는 본 명세서에 설명된 실시예들의 실시를 위해 사용될 수 있는 다른 기판 처리 시스템(280)의 개략적인 단면도를 묘사한다. 기판 처리 시스템(280)은, 기판 처리 시스템(280)이 측벽(201)을 통해 가스 패널(230)로부터 기판(290)의 최상부 표면(291)을 가로질러 처리 가스들을 방사상으로 유동시키도록 구성된다는 점을 제외하고는, 도 2a의 기판 처리 시스템(232)과 유사하다. 추가로, 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.
[0037] 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, 정전 척(350)은 정전 척(350)의 상부 표면(392) 상에 지지되는 기판(390)의 온도를 제어하기에 적합한 가열기 요소(370)를 포함할 수 있다. 가열기 요소(370)는 정전 척(350)에 내장될 수 있다. 정전 척(350)은 가열기 전원(306)으로부터 가열기 요소(370)로 전류를 인가함으로써 저항성 가열될 수 있다. 가열기 전원(306)은 가열기 전원(306)을 RF 에너지로부터 보호하기 위해 RF 필터(316)를 통해 결합될 수 있다. 가열기 전원(306)으로부터 공급되는 전류는 가열기 요소(370)에 의해 생성되는 열을 제어하기 위해 제어기(310)에 의해 조절되고, 따라서 막 증착 동안 기판(390) 및 정전 척(350)을 실질적으로 일정한 온도로 유지한다. 공급되는 전류는 기판 상의 탄소 함유 막의 증착 동안 정전 척(350)의 온도를 약 20 ℃ 내지 약 350 ℃로 선택적으로 제어하도록 조절될 수 있다. 냉각 유닛(도시되지 않음)이 또한 기판(390)의 온도를 약 -50 ℃ 내지 약 20 ℃의 온도로 선택적으로 제어하기 위해 기판 지지 조립체(346)에 열적으로 결합될 수 있다.
[0038] 일부 실시예들에서, 정전 척(350)은 전도성 재료의 메시일 수 있는 척킹 전극(410)을 포함한다. 척킹 전극(410)은 정전 척(350)에 내장될 수 있다. 척킹 전극(410)은, 에너자이징될 때, 기판(390)을 정전 척(350)의 상부 표면(392)에 정전기적으로 클램핑하는 척킹 전원(412)에 결합된다.
[0039] 척킹 전극(310)은 단극성 또는 양극성 전극으로서 구성될 수 있거나, 다른 적합한 배열을 가질 수 있다. 척킹 전극(410)은 RF 필터(414)를 통해 척킹 전원(412)에 결합될 수 있고, 이 척킹 전원은 정전 척(350)의 상부 표면(392)에 기판(390)을 정전기적으로 고정하기 위해 직류(DC) 전력을 제공한다. RF 필터(414)는 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위해 이용되는 RF 전력이 전기 장비를 손상시키는 것을 방지한다. 정전 척(350)은 세라믹 재료, 예컨대 AlN 또는 Al2O3로 제조될 수 있다.
[0040] 전력 인가 시스템(420)이 기판 지지체 조립체(346)에 결합된다. 전력 인가 시스템(420)은 가열기 전원(306), 척킹 전원(412), 제1 무선 주파수(RF) 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)을 포함할 수 있다. 전력 인가 시스템(420)의 실시예들은 제어기(310), 및 제어기(310) 및 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440) 둘 다와 통신하는 센서 디바이스(450)를 추가로 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 처리 가스로부터의 플라즈마를 제어하는 데 이용될 수 있다.
[0041] 위에서 설명된 바와 같이, 정전 척(350)은 일 양태에서 기판(390)을 척킹하는 기능을 하면서 제1 RF 전극으로도 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, 플라즈마를 튜닝하기 위해 RF 전력을 인가할 수 있다. 제1 RF 전원(430)은 제2 RF 전극(460)에 결합될 수 있는 반면, 제2 RF 전원(440)은 척킹 전극(410)에 결합될 수 있다. 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)에 대해 각각 제1 정합 네트워크 및 제2 정합 네트워크가 제공될 수 있다. 제2 RF 전극(460)은 전도성 재료의 고체 금속 플레이트 또는 전도성 재료의 메시일 수 있다.
[0042] 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440)은 동일한 주파수 또는 상이한 주파수에서 전력을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 RF 전원(430) 및 제2 RF 전원(440) 중 하나 또는 둘 다는 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 독립적으로 전력을 생성할 수 있다. RF 전원들(430, 440)에 의해 독립적으로 생성되는 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 다로부터의 RF 전력은 플라즈마를 튜닝하기 위해 변경될 수 있다.
[0043] 도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 처리 방법(400)에서의 예시적인 동작들을 도시한다. 방법은 위에서 설명된 처리 시스템들(232 및 280)을 포함하는 다양한 처리 챔버들에서 수행될 수 있다. 방법(300)은, 프론트 엔드 처리, 증착, 에칭, 폴리싱, 세정, 또는 설명된 동작들 이전에 수행될 수 있는 임의의 다른 동작들을 포함하는, 언급된 방법 동작들의 개시 이전의 하나 이상의 동작들을 포함할 수 있다. 방법은 도면에 표시된 바와 같은 다수의 옵션인 동작들을 포함할 수 있으며, 이들은 본 기술에 따른 방법과 구체적으로 연관될 수 있거나 연관되지 않을 수 있다. 예를 들어, 동작들 중 다수는 반도체 프로세스의 더 넓은 범위를 제공하기 위해 설명되지만, 기술에 중요하지 않거나, 아래에 더 논의되는 바와 같이 대안적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
[0044] 방법(400)은 반도체 구조체를 현상하기 위한 옵션인 동작들을 특정 제조 동작에 관련시킬 수 있다. 일부 실시예들에서는 방법(400)이 기본 구조에 대해 수행될 수 있지만, 일부 실시예들에서는 방법이 다른 재료 형성 또는 제거 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 임의의 수의 증착, 마스킹, 또는 제거 동작들이 기판 상에 임의의 트랜지스터, 메모리, 또는 다른 구조적 양태들을 생성하기 위해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 상에 형성된 하나 이상의 구조체들은 약 500 ℃ 이하, 약 450 ℃ 이하, 약 400 ℃ 이하, 또는 그 미만의 열 버짓을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 방법(400) 및 임의의 후속 동작들은 구조적 열 버짓 이하인 온도들에서 수행될 수 있다. 기판은 반도체 처리 챔버의 처리 영역 내에 포지셔닝될 수 있는 기판 지지체 상에 배치될 수 있다. 하부 구조체들을 생성하기 위한 동작들은 방법(400)의 양태들이 수행될 수 있는 동일한 챔버 내에서 수행될 수 있고, 하나 이상의 동작들은 또한 방법(400)의 동작들이 수행될 수 있는 챔버와 유사한 플랫폼 상의 또는 다른 플랫폼들 상의 하나 이상의 챔버들 내에서 수행될 수 있다.
[0045] 일부 실시예들에서, 방법(400)은 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에 하나 이상의 붕소 함유 전구체들을 전달하는 단계(405)를 포함할 수 있다. 예시적인 붕소 함유 전구체들은 붕소 및 수소 함유 화합물들(예를 들어, 보란들), 예컨대 보란(BH3), 디보란(B2H6), 또는 다른 다중 중심 본딩된 붕소 및 수소 함유 화합물들을 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 붕소 함유 전구체들은 붕소 함유 탄화수소들(예를 들어, Bx-(CyHz) 화합물들)뿐만 아니라 다른 유기 붕소 화합물들과 같은 붕소 및 탄소 함유 화합물들뿐만 아니라, 붕소 함유 재료들을 생성하는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 붕소 함유 재료들을 포함할 수 있다.
[0046] 하나 이상의 붕소 함유 전구체들은 적어도 하나의 불활성 전구체와 조합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 전구체들은 기판 처리 영역으로의 그들의 전달 전에 붕소 함유 전구체들과 혼합되는 캐리어 가스로서 작용할 수 있고, 붕소 함유 전구체들을 기판 처리 영역 내로 운반하는 것을 도울 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 불활성 전구체들은 붕소 함유 전구체들로부터 독립적인 채널에 의해 전달될 수 있고, 2가지 유형의 전구체들은 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에서 조합될 수 있다. 더 추가적인 실시예들에서, 불활성 전구체들은 붕소 함유 전구체들을 위한 캐리어 가스들일 뿐만 아니라, 기판 처리 영역에 독립적으로 전달되는 불활성 전구체들일 수 있다. 예시적인 불활성 전구체들은 다른 불활성 전구체들 중에서도, 헬륨 및 아르곤을 포함한다.
[0047] 붕소 함유 전구체들에 대한 불활성 전구체들의 상대적인 유량들은 재료에서의 응력의 양 및 표면 거칠기를 포함하는 증착 직후의 붕소 함유 재료의 특성들에 영향을 미칠 수 있는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시예들에서, 불활성 전구체들 대 붕소 함유 전구체들의 유량 비율은 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 전구체들에 대한 예시적인 유량 범위들은 약 1000 sccm 이상을 포함할 수 있다. 불활성 전구체들에 대한 추가의 예시적인 유량 범위들은 약 1500 sccm 이상, 약 2000 sccm 이상, 약 2500 sccm 이상, 약 3000 sccm 이상, 약 3500 sccm 이상, 약 4000 sccm 이상, 약 4500 sccm 이상, 약 5000 sccm 이상 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 붕소 함유 전구체들에 대한 예시적인 유량 범위들은 약 50 sccm 이하를 포함할 수 있다. 추가적인 예시적인 유량 범위들은 약 100 sccm 이하, 약 75 sccm 이하, 약 40 sccm 이하, 약 30 sccm 이하, 약 20 sccm 이하, 약 10 sccm 이하, 약 5 sccm 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있다.
[0048] 기판 처리 영역에서의 과잉의 불활성 전구체들에서의 붕소 함유 전구체들의 희석은 더 높은 플라즈마 전력과 조합될 때 응력 레벨을 감소시키면서 기판 상에 증착 직후의 붕소 함유 재료 층을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 고도로 희석된 전구체들에 높은 플라즈마 전력이 제공될 때, 형성되는 막 내에 혼입되지 않고서, 증착되는 막 구조체를 수정하는 것을 용이하게 할 수 있는 더 많은 양의 라디칼 유출물들을 포함하는 증가된 플라즈마 밀도가 생성될 수 있다. 용량성 결합된 플라즈마에 바이어스를 인가하는 것과는 달리 바이어스 전력으로부터 플라즈마를 생성하는 것과 같이 바이어스 플라즈마를 형성함으로써, 그리고 더 높은 바이어스 전력을 이용함으로써, 증착 동안 증가된 이온 충격이 제공될 수 있다. 플라즈마를 형성하는 전구체들이 이러한 고전력 시나리오들에서 불활성 전구체들과의 더 높은 희석을 포함할 때, 형성 동안의 증가된 충격은 다른 효과들 중에서도, 붕소 함유 결정들의 성장 속도를 느리게 하고 수소 제거를 증가시킴으로써 증착된 막 구조체를 개선할 수 있다.
[0049] 일부 실시예들에서, 추가적인 전구체들이 붕소 함유 전구체들 및 불활성 전구체들과 함께 기판 처리 영역에 전달될 수 있다. 이러한 추가의 전구체들은 하나 이상의 탄화수소 함유 전구체들을 포함할 수 있다. 이들 실시예들에서, 기판 상에 증착된 붕소 함유 재료는 붕소 및 탄소 함유 재료로서 특성화될 수 있다. 예시적인 탄화수소 함유 전구체들은 아세틸렌(C2H2)을 포함할 수 있다. 추가적인 예시적인 탄화수소 함유 전구체들은 일반식 CxHy를 갖는 탄화수소 화합물들을 포함할 수 있고, 여기서 x는 1 내지 20의 범위를 갖고, y는 1 내지 20의 범위를 갖는다. 적합한 탄화수소 화합물들은 다른 탄화수소 화합물들 중에서도, 예를 들어 C3H6, CH4, C4H8, 1,3-디메틸아다만탄, 비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔(2,5-노르보나디엔), 아다만틴(C10H16), 노르보르넨(C7H10)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 탄소 대 수소 비율은 약 4:1 이하, 약 3:1 이하, 약 2:1 이하, 약 1:1 이하, 또는 그 미만으로 유지될 수 있고, 이는 막 형성 동안 수소 혼입을 제한하는 것을 더 용이하게 할 수 있다. 탄화수소 함유 전구체에 대한 예시적인 유량 범위들은 약 50 sccm 이하를 포함할 수 있다. 추가적인 예시적인 유량 범위들은 약 100 sccm 이하, 약 75 sccm 이하, 약 40 sccm 이하, 약 30 sccm 이하, 약 20 sccm 이하, 약 10 sccm 이하, 약 5 sccm 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있다.
[0050] 추가의 실시예들에서, 추가의 전구체들은 질소 함유 전구체들을 포함할 수 있다. 이들 실시예에서, 기판 상에 증착된 붕소 함유 재료는 붕소 질화물과 같은 붕소 및 질소 함유 재료로서 특성화될 수 있다. 탄소 함유 전구체가 또한 존재하는 경우, 기판 상에 증착된 붕소 함유 재료는 붕소, 탄소 및 질소 함유 재료로서 특성화될 수 있다. 예시적인 질소 함유 전구체들은 다른 질소 함유 전구체들 중에서도, 암모니아(NH3), 분자 질소(N2), 및 아산화질소(N2O)를 포함할 수 있다. 질소 함유 전구체들에 대한 예시적인 유량 범위들은 약 20 sccm 이하를 포함할 수 있다. 추가적인 예시적인 유량 범위들은 약 100 sccm 이하, 약 75 sccm 이하, 약 50 sccm 이하, 약 40 sccm 이하, 약 30 sccm 이하, 약 10 sccm 이하, 약 5 sccm 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있다.
[0051] 일부 실시예들에서, 수소 함유 전구체 또는 플라즈마가 또한 기판 처리 영역에 도입될 수 있다. 수소 가스(H2)와 같은 예시적인 수소 함유 전구체들은 다른 플라즈마 유출물들 및/또는 증착 재료와 혼합되고 반응하기 위해 기판에 전달되는 수소 라디칼들로 형성될 수 있다. 탄화수소 함유 전구체들이 또한 존재하는 일부 실시예들에서, 수소 라디칼들은 sp2 혼성화를 갖는 탄소들과 반응하여, 그들을 sp3 혼성 탄소들로 변환할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수소 라디칼들은 처리 챔버 외부에 포지셔닝된 원격 플라즈마 시스템(RPS) 내에서 생성되고 기판 처리 영역에 전달될 수 있다.
[0052] 본 기술의 실시예들에서, 전구체들은 챔버의 기판 처리 영역에 존재하는 기판을 갖는 기판 처리 챔버에 전달된다. 일부 실시예들에서, 기판은 기판 처리 영역 내의 기판 지지 조립체 상에 포지셔닝될 수 있고, 약 50 ℃ 이하의 온도로 유지될 수 있다. 추가의 실시예들에서, 기판 온도는 기판 처리 챔버 내의 기판 지지 조립체 내의 가열기 요소들에 의해 약 20 ℃에 이르기까지 유지될 수 있다. 추가의 실시예들에서, 기판 온도는 냉각 유체를 기판 지지 조립체에 전달하는 냉각 유닛에 의해 약 20 ℃ 이하로 유지될 수 있다. 추가적인 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.
[0053] 붕소 함유 재료의 증착 동안 기판의 온도를 약 50 ℃ 이하로 유지하는 것은 붕소 함유 전구체들의 희석 및 붕소 함유 증착 플라즈마를 생성하기 위한 더 높은 플라즈마 전력의 사용 중 적어도 하나와 조합될 때 낮은 거칠기, 낮은 응력의 층을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 위에서 언급된 바와 같이, 고도로 희석된 전구체들에 높은 플라즈마 전력이 제공될 때, 형성되는 막 내에 혼입되지 않고서, 증착되는 막 구조체를 수정하는 것을 용이하게 할 수 있는 더 많은 양의 라디칼 유출물들을 포함하는 증가된 플라즈마 밀도가 생성될 수 있다. 수정된 막 구조체는 표면 거칠기를 감소시키는 더 작은 붕소 함유 결정들 및 막 응력을 감소시키는 더 낮은 수소 함량을 특징으로 할 수 있다. 약 50 ℃ 이하의 기판 온도들에서의 막 형성은 붕소 함유 결정들의 성장 속도를 느리게 하고, 불활성 전구체들의 증가된 충격에 의해 균열되거나 더 크게 성장하는 것이 방지된 붕소 함유 결정들의 재성장을 느리게 할 수 있다. 추가로, 이러한 낮은 기판 온도들에서의 막 형성은 불활성 전구체들의 증가된 충격에 의해 생성되는 증착 조건들을 보완하는 더 적은 수소 함량을 갖는 재료들의 형성에 기여할 수 있다.
[0054] 기판 처리 영역에 제공되는 예시적인 기판들은 다른 베이스 기판 재료 중에서도, 결정질 실리콘(예를 들어, 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, 및 사파이어의 베이스 기판을 포함할 수 있다. 예시적인 기판들은 베이스 기판 상에 형성된 하나 이상의 재료 층을 더 포함할 수 있다. 이러한 하나 이상의 층은 전도성 재료(예를 들어, 금속 함유 층들), 반도체 재료(예를 들어, 비정질 실리콘 층들), 및 절연체 재료(예를 들어, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물)의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 베이스 기판, 및 3D NAND 메모리 구조체들과 같은 응용들을 위한 막 스택을 구성하는 재료들의 다수의 층들(예를 들어, 약 48개 이상의 층, 약 65개 이상의 층, 약 96개 이상의 층, 약 128개 이상의 층, 약 256개 이상의 층 또는 그 초과의 층)을 포함할 수 있다. 기판은 다른 유형들의 피처들 중에서도, 갭들, 비아들, 트렌치들, 스텝들과 같은 기판 피처들을 더 포함할 수 있다. 기판 피처들은 베이스 기판에 직접 형성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 기판 피처들은 기판의 일부를 구성하는 베이스 기판 상에 증착된 절연, 전도성 및/또는 반도체 재료들의 층들에 형성될 수 있다. 예시적인 기판들은 원형, 직사각형, 또는 정사각형과 같은 다양한 형상들을 취할 수 있고, 직경, 변 또는 대각선에서, 예를 들어 200 mm, 300 mm 또는 450 mm의 치수들을 가질 수 있다.
[0055] 일부 실시예들에서, 기판 처리 영역에 공급되는 전구체들은 기판 처리 챔버 내에 약 100 mTorr 이하의 처리 압력을 생성하고 유지할 수 있다. 추가적인 예시적인 처리 압력 범위들은 다른 압력 범위들 중에서도, 약 1 Torr 이하, 약 500 mTorr 이하, 약 50 mTorr 이하, 약 10 mTorr 이하, 약 5 mTorr 이하, 약 1 mTorr 이하, 약 0.1 mTorr 이하 또는 그 미만을 포함한다. 일부 실시예들에서 처리 압력을 낮춤으로써, 원자들 간의 평균 자유 경로를 증가시킴으로써 증가된 이온 충격이 발생할 수 있다. 이는 충돌들 사이의 이동 거리를 증가시킬 수 있고, 이는 막 표면에서의 에너지 및 충격을 증가시킬 수 있다. 이는 생성되는 막의 응력을 감소시키기 위해 형성되는 막 내에서의 개선된 탄소 본딩의 증가된 형성 및 수소의 감소를 더 용이하게 할 수 있다.
[0056] 방법(400)의 실시예들은 플라즈마 전력을 기판 처리 영역에 전달하는 단계(412)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 전력은 기판과 전기적으로 접촉하는 정전 척과 전기적으로 접촉하는 RF 전원에서 비롯되는 바이어스 전력으로서 전달될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 본 기술의 일부 실시예들은 증착 직후의 재료의 막 특성들을 개선하기 위해 더 높은 플라즈마 전력으로 바이어스 플라즈마를 생성할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 바이어스 플라즈마는 약 2000 W 이상, 약 2500 W 이상, 약 3000 W 이상, 약 3500 W 이상, 약 4000 W 이상, 약 4500 W 이상 또는 그 초과의 전달된 전력으로 생성될 수 있다. 증가된 불활성 전구체 전달과 함께 수행될 수 있는 플라즈마 전력의 증가에 의해, 증착된 재료들을 수정하여 탄소 본딩을 개선하고 수소 혼입을 감소시킬 수 있는 불활성 전구체로부터의 충격의 양이 생성될 수 있다. RF 전원은 예를 들어 약 350KHz 내지 약 162MHz(예를 들어, 350KHz, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 100MHz 또는 162MHz)의 주파수에서 전력을 생성할 수 있다.
[0057] 위의 도 3을 참조하면, 일부 실시예들에서, RF 바이어스 전력은 제2 RF 전원(440)으로부터 RF 전력을 공급받는 정전 척(350)에 의해 기판 처리 영역 내의 전구체들에 전달될 수 있다. 추가적인 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(예를 들어, 350KHz , 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 또는 100MHz)의 주파수에서 전력을 생성할 수 있다.
[0058] 일부 실시예들에서, 동작(412)은 막 응력을 조절하기 위해 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 10 와트 이상일 수 있고, 약 350KHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, 일부 실시예들에서, 제2 RF 바이어스 전력은 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 10 와트 이상의 전력으로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 동작(412) 동안 플라즈마를 생성하기 위해 RF 바이어스 전력 및 제2 RF 바이어스 전력 둘 다가 전구체들에 전달될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, RF 바이어스 전력은 척킹 전극(410)을 통해 기판에 전달될 수 있고, 제2 RF 바이어스 전력은 제2 RF 전극(460)을 통해 전달될 수 있다.
[0059] 방법(400)의 실시예들에서, 기판 처리 영역에 전달되는 플라즈마 전력은 동작(415)에서 기판 처리 영역에 공급되는 전구체들로부터 증착 플라즈마를 생성한다. 생성된 증착 플라즈마는 붕소 함유 성분들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 탄화수소 함유 성분들 및 질소 함유 성분들 중 하나 이상이 또한, 생성된 플라즈마에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 기판 처리 챔버의 기판 처리 영역에 또한 로케이팅되는 기판과 직접 접촉할 수 있다.
[0060] 동작(420)에서, 생성된 플라즈마는 기판 처리 챔버 내에서 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착한다. 일부 실시예들에서, 붕소 함유 재료는 약 700 Å/분 이하의 속도로 기판 상에 증착된다. 추가적인 예시적인 증착 속도 범위들은 약 600 Å/분 이하, 약 500 Å/분 이하, 약 400 Å/분 이하, 약 300 Å/분 이하, 약 200 Å/분 이하, 약 100 Å/분 이하 또는 그 미만을 포함한다. 증착된 재료의 양은 약 10 Å/분 이상의 평균 두께를 갖는 층일 수 있다. 추가적인 예시적인 평균 두께 범위들은 약 50 Å/분 이상, 약 100 Å/분 이상, 약 1000 Å/분 이상, 약 5000 Å/분 이상, 약 10,000 Å/분 이상, 약 20,000 Å/분 이상 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
[0061] 증착 직후의 재료에서의 붕소 혼입의 양은 임의의 백분율 혼입에 기초할 수 있다. 예를 들어, 증착 직후의 재료는 약 5% 이상의 붕소 혼입을 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서, 약 10% 이상의 붕소 혼입, 약 15% 이상의 붕소 혼입, 약 20% 이상의 붕소 혼입, 약 25% 이상의 붕소 혼입, 약 30% 이상의 붕소 혼입, 약 35% 이상의 붕소 혼입, 약 40% 이상의 붕소 혼입, 약 45% 이상의 붕소 혼입, 약 50% 이상의 붕소 혼입, 약 55% 이상의 붕소 혼입, 약 60% 이상의 붕소 혼입, 약 65% 이상의 붕소 혼입, 약 70% 이상의 붕소 혼입, 약 75% 이상의 붕소 혼입, 약 80% 이상의 붕소 혼입, 약 85% 이상의 붕소 혼입, 약 90% 이상의 붕소 혼입, 약 95% 이상의 붕소 혼입 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
[0062] 본 기술의 실시예들에서, 증착 직후의 붕소 함유 재료는 감소된 양의 수소를 특징으로 할 수 있다. 증착 직후의 붕소 함유 재료에서의 수소의 양에 대한 예시적인 범위들은 약 25 mol% 이하를 포함할 수 있다. 증착 직후의 재료에서의 수소의 양에 대한 추가적인 예시적인 범위들은 약 20 mol% 이하, 약 15 mol% 이하, 약 10 mol% 이하 또는 그 미만을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 재료 내의 감소된 양의 수소는 재료 내의 감소된 응력 레벨들에 기여할 수 있다.
[0063] 일부 실시예들에서, 증착 직후의 재료는 붕소에 더하여 탄소를 포함할 수 있다. 증착 직후의 재료 내의 탄소는 증착된 재료 내의 탄소 원자들의 약 60% 이상인 sp3 혼성 본딩을 특징으로 할 수 있다. sp3 혼성 탄소 원자들의 백분율에 대한 추가적인 예시적인 범위들은 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 65% 이상, 약 70% 이상, 및 약 80% 이상, 약 90% 이상 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 재료 내의 높은 백분율의 sp3 혼성 탄소는 더 낮은 백분율의 sp3 혼성 탄소들 및 더 높은 백분율의 sp2 혼성 탄소들을 갖는 붕소 및 탄소 함유 재료들에 비해 재료 내의 응력 레벨을 감소시킬 수 있다. sp3 혼성화에 의한 탄소 원자들의 증가된 양은 공유 원자가로 네트워킹된 탄소-탄소 단일 본드들의 수를 증가시키는 반면, sp2 혼성화는 더 많은 흑연 유사 탄소 특성들을 갖는 증착 직후의 층을 제공한다. 공유 원자가로 네트워킹된 탄소는 흑연 유사 탄소에 비해 탄소-탄소 본드 길이들 및 강도들의 더 등방성인 분포를 가지며, 여기서, 면내 본드들은 면 외부의 직교 본드들보다 더 짧고 더 강하다. 결과적으로, 증가된 수의 sp3 혼성 탄소들을 갖는 붕소 및 탄소 함유 층들은 더 많은 양의 sp2 혼성 탄소들을 함유하는 더 흑연 유사한 층들보다 더 낮은 응력으로 증착될 수 있다.
[0064] 일부 실시예들에서, 붕소 함유 재료는 낮은 거칠기로 증착될 수 있다. 평균 표면 거칠기에 대한 예시적인 범위들은 약 2nm 이하, 약 1.5nm 이하, 약 1.0nm 이하, 약 0.9nm 이하, 약 0.8nm 이하, 약 0.7nm 이하, 약 0.6nm 이하, 약 0.5nm 이하, 약 0.4nm 이하, 약 0.3nm 이하, 약 0.2nm 이하 또는 그 미만일 수 있다. 추가로, 거칠기는 일부 실시예들에서 막 두께에 관계없이 실질적으로 제어될 수 있다. 이는, 증착 직후의 막이 예시된 평균 거칠기 범위들 중 임의의 것을 특징으로 할 수 있기 때문에, 추가적인 화학 기계적 연마 동작들의 회피를 허용할 수 있다. 추가로, 증착 직후의 붕소 함유 층은 형성된 막 상의 최고 피크와 최저 피크 사이의 차이와 같은 낮은 거칠기 범위를 가질 수 있다. 증착 직후의 막에 걸친 예시적인 거칠기 범위들은 약 10nm 이하일 수 있고, 약 9nm 이하, 약 8nm 이하, 약 7nm 이하, 약 6nm 이하, 약 5nm 이하, 약 4nm 이하, 약 3nm 이하, 약 2nm 이하, 약 1nm 이하 또는 그 미만일 수 있다. 결과적으로, 개선된 재료들이 생성될 수 있고, 이는 종래의 재료들 및 프로세스들에 비해 막 및 마스크 이익들을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 순차적인 폴리싱 동작들의 수를 제한하거나 감소시킴으로써 제조 동작들을 잠재적으로 감소시킬 수 있다.
[0065] 추가 실시예에서, 붕소 함유 재료는 낮은 응력으로 증착될 수 있다. 낮은 응력의 재료들은 중립 응력(즉, 0MPa)에 더 가까운 내부 응력 레벨들을 특징으로 한다. 대조적으로, 높은 응력의 재료들은 0MPa보다 상당히 더 크거나(즉, 높은 양의(인장) 응력) 또는 0MPa보다 상당히 더 작은(즉, 높은 음의(압축) 응력) 내부 응력 레벨들을 특징으로 한다. 인장 응력으로서 특성화될 수 있는 높은 양의 응력은 인접한 기판 피처들에 대해 밖으로 미는 힘을 생성하는 재료의 팽창에 의해 야기될 수 있다. 압축 응력으로서 특성화될 수 있는 높은 음의 응력은 인접한 기판 피처들에 대해 안으로 당기는 힘을 생성하는 재료의 수축에 의해 야기될 수 있다. 즉, 더 높은 응력의 재료들은 0MPa보다 상당히 더 큰 절대값을 갖는 응력 레벨에 의해 특성화될 수 있다. 따라서, 재료가 "-1000MPa 초과의" 응력 레벨을 특징으로 할 때, 이는 응력 레벨의 절대 값을 지칭하고, -1500MPa, -2000MPa 등과 같은 레벨들을 포함한다. 유사하게, 재료가 "-1000MPa 미만의" 응력 레벨을 특징으로 할 때, 이는 중립 응력(즉, 0MPa)에 더 가까운 응력 레벨들을 지칭하고, -500MPa, -100MPa 등과 같은 레벨들을 포함하지만, 약 1000MPa 이상의 양의 값들로 확장되지는 않는다.
[0066] 증착 직후의 붕소 함유 재료의 실시예들은 약 -500MPa 이하, 또는 그 이상의 응력 레벨들을 특징으로 할 수 있다. 추가의 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. 이러한 낮은 응력의 붕소 함유 재료들은 다수의 적층된 막 층들 상에 증착될 수 있고, 막 층들 내에 깊은 고종횡비 채널들 및 콘택들을 패턴 에칭하기 위한 높은 선택도의 하드마스크들로서 기능할 수 있다. 붕소 함유 재료들에서의 낮은 응력은 막 스택들과 같은 하부 기판 피처들에 대해 이들이 휘고 균열되고 파손되게 할 수 있는 응력을 더 적게 생성한다.
[0067] 본 기술의 실시예들은 또한, 증착 직후의 붕소 함유 재료들의 추가적인 특성들에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 증착 직후의 붕소 함유 재료의 실시예들은 약 150GPa 이상의 영률을 특징으로 할 수 있고, 약 160GPa 이상, 약 170GPa 이상, 약 180GPa 이상, 약 190GPa 이상, 약 200GPa 이상 또는 그 초과의 영률을 특징으로 할 수 있다.
[0068] 방법(400)의 실시예들은 또한, 하드마스크 층 내에 붕소 함유 재료를 형성하는 옵션인 동작(425)을 포함할 수 있다. 동작은 하부 기판에서의 기판 피처들의 패터닝된 에칭을 위해 붕소 함유 하드마스크에 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증착 직후의 붕소 함유층에 개구들이 형성되어, 기판에 깊은(예를 들어, 약 1μm 이상의) 고종횡비(예를 들어, 약 50:1 이상의 AR) 채널 또는 콘택을 형성하는 건식 에칭(예를 들어, 플라즈마 에칭)에 하부 기판을 노출시킬 수 있다.
[0069] 방법(400)에서 설명된 실시예들은 증착 직후의 낮은 거칠기, 낮은 응력의 붕소 함유 재료를 형성할 수 있다. 이러한 붕소 함유 재료들은 증착된 재료의 막 층을 평활화하기 위한 추가적인 트리트먼트 동작들을 요구하지 않는 증착 직후의 낮은 거칠기를 특징으로 할 수 있다. 붕소 함유 재료들은 또한 증착된 층에서의 응력을 감소시키기 위한 추가적인 트리트먼트 동작들을 요구하지 않는 증착 직후의 낮은 응력을 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 붕소 함유 재료들은 예를 들어 하부 기판 피처들을 패턴 에칭하기 위한 하드마스크들로서 적합하게 하는 높은 광학적 투명성 및 높은 선택도를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 이러한 하드마스크들은 3D NAND 디바이스들과 같은 고종횡비(HAR) 기판 피처들의 패턴 에칭들에서 사용될 수 있다. 본 기술의 실시예들은 기판 상에 증착 직후의 상태의 붕소 함유 하드마스크들을 제공하는 것을 포함한다.
[0070] 이전의 설명에서는 설명의 목적으로 다수의 상세들이 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하도록 제시되었다. 그러나, 특정 실시예들은 이러한 상세들 중 일부 없이 또는 추가적인 상세들과 함께 실시될 수 있다는 것이 이 분야의 기술자들에게 명백할 것이다.
[0071] 여러 실시예들을 개시하였으며, 실시예들의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정들, 대안적인 구성들, 및 균등물들이 사용될 수도 있다는 것이 이 분야의 기술자들에 의해 인식될 것이다. 추가적으로, 본 기술을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 다수의 잘 알려진 프로세스들 및 요소들은 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
[0072] 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. 진술된 범위 내의 임의의 진술된 값들 또는 진술되지 않은 중간 값들과 그러한 진술된 범위 내의 임의의 다른 진술된 또는 중간 값 사이의 임의의 더 좁은 범위가 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. 진술된 범위가 한계값들 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 경우, 그러한 포함된 한계값들 중 어느 하나 또는 둘 다를 제외한 범위들도 포함된다.
[0073] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an", 및 "the")은 문맥이 명백하게 달리 표시하지 않는 한 복수의 참조들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "전구체"에 대한 참조는 복수의 그러한 전구체를 포함하고, "층"에 대한 참조는 이 분야의 기술자들에게 알려진 하나 이상의 층 및 그 균등물들에 대한 참조를 포함하며, 기타 등등이다.
[0074] 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 처리 방법으로서,
    붕소 함유 전구체를 포함하는 증착 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계;
    상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 상기 증착 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 배치된 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착하는 단계를 포함하고, 상기 기판은 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 하는,
    반도체 처리 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 방법은 불활성 전구체를 상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역에 전달하는 단계를 더 포함하고, 상기 불활성 전구체 대 상기 증착 전구체의 유량 비율은 약 10:1보다 큰,
    반도체 처리 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 불활성 전구체는 헬륨 또는 아르곤 중 적어도 하나를 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 처리 챔버는 약 100 mTorr 이하의 압력을 특징으로 하는,
    반도체 처리 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 증착 전구체는 붕소 함유 전구체를 더 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 증착 전구체는 실리콘 함유 전구체 또는 질소 함유 전구체 중 적어도 하나를 더 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 붕소 함유 재료는 붕소 탄화물, 붕소 질화물, 붕소 탄소 질화물, 붕소 함유 실리콘, 붕소 함유 실리콘 산화물, 붕소 및 붕소 함유 실리콘 산화물, 또는 붕소 함유 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 2000 와트보다 큰 바이어스 전력으로 형성된 바이어스 플라즈마인,
    반도체 처리 방법.
  9. 반도체 처리 방법으로서,
    붕소 함유 전구체를 포함하는 증착 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계;
    상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 배치된 기판에 바이어스 전력을 인가하는 단계 ― 상기 바이어스 전력은 약 3000 와트 이상임 ―;
    상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 상기 증착 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착하는 단계를 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 기판은 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 하는,
    반도체 처리 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 증착 전구체는 불활성 전구체를 더 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 불활성 전구체 대 상기 붕소 함유 전구체의 유량 비율은 약 10:1 이상인,
    반도체 처리 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 바이어스 전력은 약 4000 와트 이상인,
    반도체 처리 방법.
  14. 반도체 처리 방법으로서,
    붕소 함유 전구체를 반도체 처리 챔버의 처리 영역에 전달하는 단계;
    상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 상기 붕소 함유 전구체의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역 내에 배치된 기판 상에 붕소 함유 재료를 증착하는 단계를 포함하고, 상기 붕소 함유 재료는 약 2nm 이하의 증착 직후의 표면 거칠기를 특징으로 하는,
    반도체 처리 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 기판은 약 50 ℃ 이하의 온도를 특징으로 하는,
    반도체 처리 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 처리 방법은,
    불활성 전구체를 상기 반도체 처리 챔버의 상기 처리 영역에 전달하는 단계 ― 상기 불활성 전구체 대 상기 붕소 함유 전구체의 유량 비율은 약 10:1보다 큼 ―; 및
    상기 붕소 함유 재료의 증착 동안 상기 기판에 바이어스 전력을 인가하는 단계를 더 포함하고, 상기 바이어스 전력은 약 3000 와트 이상인,
    반도체 처리 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 붕소 함유 재료는 약 -500MPa 이하의 증착 직후의 응력을 특징으로 하는,
    반도체 처리 방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 붕소 함유 재료는 탄소 원자들을 더 포함하고, 상기 탄소 원자들의 약 60% 이상은 sp3 혼성 본드(hybridized bond)들을 갖는,
    반도체 처리 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 붕소 함유 재료는 약 25 mol% 이하의 수소를 포함하는,
    반도체 처리 방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 붕소 함유 재료는 붕소 탄화물, 붕소 질화물, 붕소 탄소 질화물, 붕소 함유 실리콘, 붕소 함유 실리콘 산화물, 붕소 및 붕소 함유 실리콘 산화물, 또는 붕소 함유 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함하는,
    반도체 처리 방법.
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