KR20230080320A - 기판 표면 상의 리세스를 충진하고 내부에 공극을 형성하는 방법 - Google Patents

기판 표면 상의 리세스를 충진하고 내부에 공극을 형성하는 방법 Download PDF

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KR20230080320A
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Abstract

기판의 표면 상의 리세스를 충진하는 방법은, 증착 사이클을 기판 상에서 수행하는 단계; 증착된 재료가 리세스 내로 흐를 수 있게 하는 단계; 및 증착된 재료가 흐를 수 있게 하는 것에 반응하여 리세스 내에 공극을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 공극 크기는, 증착 단계가 반복되는 증착 반복 횟수 대 처리 사이클이 반복되는 처리 반복 횟수의 비율에 기초할 수 있다. 증착 사이클은 반응 챔버에 불활성 가스를 제공하는 단계; 증착 단계를 수행하는 단계; 및 처리 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 증착 단계는 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계; 및/또는 전구체로부터 증착된 재료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 처리 단계는 플라즈마 전력을 인가하여 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 및 증착된 재료를 처리하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

기판 표면의 리세스를 충전하고 그 안에 공극을 형성하는 방법{METHODS OF FILLING RECESSES ON SUBSTRATE SURFACES AND FORMING VOIDS THEREIN}
본 개시는, 일반적으로 전자 소자의 제조에 사용하기에 적합한 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시는, 구조체의 표면 상의 리세스를 충전하기 위해 사용될 수 있는 증착 재료 층을 포함한 구조체를 형성하는 방법, 이러한 층을 포함한 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자와 같은 소자 제조 중에 기판 표면 상의 피처 또는 리세스(예, 트렌치 또는 갭)를 절연체 또는 유전체 재료로 충전하는 것이 자주 바람직하다. 리세스를 충전하는 일부 기술은 유동성 재료, 예컨대 유동성 탄소 재료 또는 실리콘 카바이드 재료 층의 증착을 포함한다.
소자 및 피처 크기가 계속 감소함에 따라, 종래의 유동성 재료 증착 기술을 제조 공정에 적용하면서 원하는 충전 기능과 재료 특성을 얻는 것이 점점 어려워진다. 예를 들어, 소자, 구성 요소 및 리세스 크기가 감소함에 따라, 소자 특성은 소자 구성 요소 사이의 기생 정전 용량을 증가시키는 것을 겪을 수 있다. 따라서, 특히 기판 표면 상의 리세스를 재료로 충전하는 방법을 위해, 기생 정전 용량과 같은 단점을 완화하는, 구조체를 형성하기 위해 개선된 방법이 요구된다.
이 부분에서 진술된 문제점 및 해결책에 대한 임의의 논의를 포함하여 모든 논의는 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로 본 개시에 포함되었고, 그 논의의 일부 또는 전부가 본 발명이 이루어진 당시에 알려졌거나 달리 종래 기술을 구성하고 있음을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 된다.
본 개시의 다양한 구현예는, 전자 소자의 형성에 사용하기 적합한 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전의 방법과 구조체의 결점을 해결하는 방식을 아래에서 보다 상세히 논의하는 동안, 일반적으로 본 개시의 예시적인 구현예는 기판 표면 상의 리세스를 충전하기에 적합한 증착 재료를 포함한 구조체를 형성하고 내부에 공극을 형성하기 위해 개선된 방법, 증착된 재료를 포함한 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 구조체를 형성하기 위한 시스템을 제공한다.
본 개시의 다양한 구현예에 따라, 기판의 표면 상의 리세스를 충전하는 방법이 제공된다. 다양한 구현예에서, 상기 방법은 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계; 증착 사이클을 수행하는 단계; 증착된 재료가 기판 내의 리세스 내로 흐를 수 있게 하는 단계; 및 증착된 재료가 흐를 수 있게 하는 단계에 응답하여 리세스 내에 공극을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 공극의 상단부는 증착된 재료에 의해 정의될 수 있다. 공극 크기는, 증착 단계가 반복되는 증착 반복 횟수 대 처리 사이클이 반복되는 처리 반복 횟수의 비율에 기초할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 사이클은 반응 챔버에 불활성 가스를 제공하는 단계; 증착 단계를 수행하는 단계; 및 처리 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 단계는 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계; 및/또는 전구체로부터 증착된 재료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 처리 단계는 플라즈마 전력을 인가하여 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 및 증착된 재료를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착된 재료는 리세스 상단부에서 리세스 벽을 따라 리세스 내로 흐를 수 있다.
다양한 구현예에서, 증착 사이클은 증착된 재료를 처리하는 단계 이후 반응 챔버를 퍼지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 사이클은, 증착된 재료를 처리하는 단계 이후 증착된 재료에 대해 제2 처리 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 사이클은 제2 처리 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 이는 플라즈마 전력을 인가하여 플라즈마를 형성하는 단계 및 반응 챔버를 퍼지한 후 증착된 재료를 처리하는 단계를 포함한다. 다양한 구현예에서, 증착된 재료를 처리하는 단계는, 증착된 재료를 플라즈마로 처리하는 단계를 포함할 수 있고, 증착된 재료에 대한 제2 처리 단계를 수행하는 단계는, 증착된 재료를 산소 가스 또는 아르곤 가스 중 적어도 하나로 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 플라즈마 형성은, 증착된 재료를 처리하고 증착된 재료에 대한 제2 처리 단계를 수행하는 동안 일어난다. 다양한 구현예에서, 불활성 가스는 증착 단계 및 처리 단계 동안에 반응 챔버로 연속적으로 흐른다.
다양한 구현예에서, 증착 반복 횟수 대 처리 반복 횟수의 비율에 응답하여, 공극 크기는 감소할 수 있고, 공극 크기는, 증착 반복 횟수 대 처리 반복 횟수의 비율에 응답하여 증가할 수 있다.
다양한 구현예에서, 불활성 가스는 아르곤, 헬륨 또는 질소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 전구체는 실리콘 카바이드 전구체를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 실리콘 카바이드 전구체는 트리실릴아민을 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착된 재료를 처리하는 단계는, 증착된 재료를 플라즈마, 산소 가스, 또는 아르곤 가스 중 적어도 하나로 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 증착된 재료를 처리하는 단계는, 증착된 재료를 플라즈마로 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 사이클 동안, 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 중에 전구체를 제공할 수 있고, 전구체를 제공하는 동안 형성된 플라즈마는 제1 플라즈마 전력을 인가함으로써 형성될 수 있고, 증착된 재료를 처리하는 동안, 제2 플라즈마 전력을 인가함으로써 플라즈마가 형성될 수 있고, 제2 플라즈마 전력은 제1 플라즈마 전력보다 클 수 있다.
다양한 구현예에서, 증착 사이클 동안, 반응 챔버에 전구체를 제공하는 단계는, 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계 중에 발생할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 사이클 동안, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계는, 플라즈마 형성 단계가 시작된 후에 시작될 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 사이클 동안, 전구체를 제공하는 단계는, 플라즈마를 형성하는 단계가 정지하기 전에 정지할 수 있다.
다양한 구현예에서, 증착 반복 횟수 대 처리 반복 횟수의 비율은 리세스의 폭에 기초할 수 있고, 폭이 상대적으로 더 클수록, 증착 반복 수 대 처리 반복 수의 비율은 상대적으로 더 낮을 수 있고, 폭이 상대적으로 더 작을수록, 증착 반복 수 대 처리 반복 수의 비율은 상대적으로 더 높을 수 있다. 다양한 구현예에서, 처리 반복 횟수에 대한 증착 반복 횟수의 비율은 300 나노미터(nm) 미만인 리세스의 폭에 응답하여 약 1:1일 수 있다. 증착 반복 횟수 대 처리 반복 횟수의 비율은 300 나노미터 내지 1000 나노미터인 리세스의 폭에 응답하여 1:2 내지 1:6일 수 있다.
본 개시의 추가 예시적인 구현예에 따라, 시스템은, 본원에 설명된 바와 같이 방법을 수행하고/수행하거나 구조체를 형성하기 위해 제공된다.
본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 제한되지 않으며, 이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다.
다음의 예시적인 도면과 연관하여 고려되는 경우에 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써, 본 개시의 예시적인 구현예에 대해 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다. 도면 전체에 걸쳐 번호가 매겨지는 유사한 요소를 갖는 요소들은 동일한 것으로 의도된다.
도 1은 본 개시의 예시적 구현예에 따른 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 개시의 예시적 구현예에 따른 방법을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 예시적 구현예에 따른 구조체를 나타낸다.
도 4a-4d는 본 개시의 예시적인 구현예에 따라 그 위에 증착된 재료가 배치된 구조체를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시적 구현예에 따른 시간 순서를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 예시적 구현예에 따라 다른 시간 순서를 나타낸다.
도면의 요소는 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 예시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
본원의 다양한 구현예에 대한 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하며, 이는 다양한 구현예를 예시로서 보여준다. 이들 다양한 구현예는 당업자로 하여금 개시된 구현예를 실행시키도록 충분히 상세히 설명될 것이며, 다른 구현예가 실현될 수 있고, 개시된 구현예의 범주를 벗어나지 않는다면 논리적, 화학적, 및 기계적 변화가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본원의 상세한 설명은 단지 예시의 목적으로 제시되며, 제한하고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 방법 또는 공정 설명 중 어느 하나에 인용된 단계는 임의의 순서로 실행될 수 있고, 제시된 순서에 반드시 제한되지는 않는다. 또한, 단수에 대한 임의의 참조는 복수의 구현예를 포함하고, 하나 초과의 구성 요소 또는 단계에 대한 임의의 참조는 단수 구성 요소 또는 단계를 포함할 수 있다. 또한 부착, 고정, 결합, 연결 등에 대한 임의의 참조는 영구적, 제거 가능, 임시, 부분적, 전체 및/또는 임의의 다른 가능한 부착 옵션을 포함할 수 있다.
본 개시는 일반적으로, 재료를 증착하는 방법, 기판 표면 상의 리세스를 충전하는 방법, 구조체를 형성하는 방법, 및 상기 방법을 사용하여 형성된 구조체, 및 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다. 예시로서, 본원에 설명된 방법은, 탄소, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및/또는 실리콘 탄화물 재료를 이용해 기판 표면 상의 갭(예, 트렌치, 비아, 또는 돌출부 사이의 공간)과 같은 피처 또는 리세스를 충전하기 위해 사용될 수 있다. 용어 갭과 리세스는 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 다양한 구현예에서, 공극은 리세스 내에, 예를 들어 기판 상에 증착된 재료 내에 그리고 리세스 내에 형성될 수 있다.
소자 구성 요소 사이의 기생 정전 용량의 위험 또는 효과를 완화시키기 위해, 낮은 유전 상수를 갖는 재료가 기판 내의 리세스를 충전하는 데 사용될 수 있다. 전략은 가능한 한 1의 값에 가깝게 소자 구성 요소 사이의 상대적 유전 상수를 감소시키는 것을 포함하며, 이는 빈 공간(즉, 공기 또는 공극)의 값과 가깝거나 유사하다. 따라서, 기판 리세스 내의 증착된 재료 내에 공극을 형성하면, 소자 구성 요소 사이의 기생 정전 용량의 위험 또는 효과를 완화시킬 수 있다. 그러나, 리세스 내에 공극이 존재하면 기판 또는 소자 내에서, 예를 들어 열 어닐링 또는 패키징과 같은 다른 백엔드 공정 동안 기계적 안정성 문제가 발생할 수 있다(예, 공극은 열 분해 중에 내부 붕괴를 야기할 수 있거나, 내부 또는 외부 응력에 응답하여 균열이 공극 내에 개시될 수 있다). 따라서, 본원에서 논의된 방법 및 시스템은 충분한 기계적 강도 및 안정성을 달성하면서, 공극의 전기적 이점을 수용하기 위해 기판 리세스 내 공극의 크기를 제어할 수 있게 한다.
본원에 설명된 예시적인 방법과 구조체는, 3D 교차점 메모리 소자에서의 셀 격리, 자기 정렬된 비아, 더미 게이트, 리버스 톤 패턴, PC RAM 격리, 절단된 하드 마스크, DRAM 스토리지 노드 접촉(SNC) 격리 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 지칭할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 샤워헤드, 다른 가스 분배 장치 등과 같은 가스 분배 어셈블리를 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 희귀 가스와 같은 밀폐 가스를 포함한다. 일부 경우에서, 예컨대 재료의 증착 맥락에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물을 지칭할 수 있고, 특히 막 매트릭스 또는 막의 주 골격을 구성하는 화합물을 지칭할 수 있는 반면, 용어 "반응물"은 일부 경우에서 전구체 이외의 화합물을 지칭할 수 있데, 이는 전구체를 활성화시키거나, 전구체를 개질하거나, 전구체의 반응을 촉진시키고, 반응물은 (H와 같은) 원소를 막 매트릭스에 제공할 수 있고, 예를 들어 전력(예, 무선 주파수(RF) 전력)이 인가된다. 일부 경우에서, 용어 전구체 및 반응물은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "불활성 가스"는 상당한 정도로 화학 반응에 참여하지 않고/않거나 예를 들어 전력(예, RF 전력)이 인가될 경우에 (예를 들어, 전구체의 중합화를 용이하게 하도록) 전구체를 여기시키는 가스를 지칭하나, 반응물과는 달리 상당한 정도로 막 매트릭스의 일부가 될 수 없다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 형성하기 위해 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 기판은 실리콘(예, 단결정 실리콘), 게르마늄과 같은 다른 IV족 재료, III-V족 또는 II-VI족 반도체와 같은 화합물 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 또한, 기판은, 기판의 층 또는 벌크 재료의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 다양한 피처, 예컨대 리세스(예, 갭, 비아, 또는 돌출부 사이의 공간), 라인 등을 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 피처/리세스는, 약 10 나노미터(nm) 내지 약 300 나노미터, 또는 약 300 나노미터 내지 약 1000 나노미터의 폭, 약 30 나노미터 내지 약 1000 나노미터의 깊이 또는 높이, 및/또는 약 3 내지 100의 종횡비를 가질 수 있다.
일부 구현예에서, "막"은 두께 방향에 수직인 방향으로 연장되는 층을 지칭한다. 일부 구현예에서, "층"은 표면에 형성된 특정 두께를 갖는 재료를 지칭하거나, 막 또는 막이 아닌 구조체의 동의어일 수 있다. 막 또는 층은 특정 특성을 갖는 별개의 단일막 또는 층, 또는 다수의 막 또는 층으로 구성될 수 있고, 인접하는 막 또는 층 사이의 경계는 명확하거나 그렇지 않을 수 있으며, 물리적, 화학적, 및/또는 임의의 특성, 형성 공정 및 시퀀스, 및/또는 인접하는 막 또는 층의 기능 또는 목적에 기반하여 구축되거나 되지 않을 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "탄소 층" 또는 "탄소 재료"는, 화학식이 탄소를 포함하는 것으로 나타낼 수 있는 층을 지칭할 수 있다. 탄소 재료를 포함하는 층은, 질소 및 수소 중 하나 이상과 같이 다른 원소를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실리콘 카바이드 층" 또는 "실리콘 카바이드 재료"는, 화학식이 실리콘과 탄소를 포함하는 것으로 나타낼 수 있는 층을 지칭할 수 있다. 실리콘 카바이드 재료를 포함한 층은, 산소, 질소 및 수소 중 하나 이상과 같이 다른 원소를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "구조체"는 부분적으로 또는 완전히 제조된 소자 구조체를 지칭할 수 있다. 예로서, 구조체는 그 위에 형성된 하나 이상의 층 및/또는 피처를 갖는 기판일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
본 개시에서, "연속적으로"는, 진공 파괴가 없으며, 시간적으로 중단이 없고, 임의의 재료의 개입 단계가 없으며, 다음 단계로서 그 직후에 처리 조건의 변경이 없고, 또는 일부 구현예에서 그리고 문맥에 따라 두 개의 구조체 사이에 두 개의 구조체 이외의 분리된 물리적 또는 화학적 구조체가 개입하지 않음을 지칭할 수 있다.
본 개시에서, 변수의 임의의 두 수치가 상기 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위는 끝점을 포함하거나 배제할 수 있다. 추가적으로, 표시된 변수의 임의의 값은 ("약"의 표시 여부에 관계없이) 정확한 값 또는 대략적인 값을 지칭할 수 있고 등가를 포함할 수 있으며, 일부 구현예에서는 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, 용어 "포함한", "의해 구성되는", 및 "갖는"은 일부 구현예에서 "통상적으로 또는 대략적으로 포함하는", "포함하는", "본질적으로 이루어지는", 또는 "이루어지는"을 독립적으로 지칭할 수 있다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미는 일부 구현예에서 보통이고 관습적인 의미를 반드시 배제하는 것은 아니다.
이제 도면으로 돌아가면, 도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 반응기 시스템(100)을 나타낸다. 반응기 시스템(100)은, 본원에 설명된 하나 이상의 방법, 단계 또는 하위 단계를 수행하고/수행하거나 본원에 설명된 하나 이상의 구조체 또는 이의 부분을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
반응기 시스템(100)은, 반응 챔버(3)의 내부(11)(반응 구역)에서 서로 평행하게, 그리고 서로 마주하는 한 쌍의 전기 전도성 평판 전극(4, 2)을 포함한다(전극(2)은 서셉터일 수 있음). 예를 들어, 전원(25)에서 하나의 전극(예, 전극(4))으로 HRF 전력(예, 13.56 MHz 또는 27 MHz)을 인가하고 다른 전극(예, 전극(2))을 전기적으로 접지함으로써, 플라즈마는 반응 챔버(3) 내에서 여기될 수 있다. 온도 조절기가 하부 스테이지(2)(하부 전극 또는 서셉터)에 제공되고, 그 위에 배치된 기판(1)의 온도는 원하는 온도로 유지될 수 있다. 전극(4)은, 샤워헤드와 같은 가스 분배 장치로서 기능할 수 있다. 반응물 가스, 전구체 가스, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 불활성 가스 및/또는 기타는 공급원(27, 28, 및/또는 29)로부터 각각 가스 라인(20), 가스 라인(21), 및 가스 라인(22) 중 하나 이상과 샤워헤드(4)를 통해 반응 챔버(3) 내에 도입될 수 있다. 세 개의 가스 라인으로 나타냈지만, 반응기 시스템(100)은 임의 적절한 개수의 가스 라인을 포함할 수 있다.
반응 챔버(3)에 배기 라인(7)을 갖는 원형 덕트(13)가 제공되고, 이를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)에 있는 가스가 배기될 수 있다. 추가적으로, 반응 챔버(3) 아래에 배치된 이송 챔버(5)는, 이송 챔버(5)의 내부(이송 구역)(16)를 통해 반응 챔버(3)의 내부(11)로 밀봉 가스를 유입하기 위한 밀봉 가스 라인(24)을 구비하며, 반응 구역과 이송 구역을 분리하기 위한 분리 판(14)이 제공된다(웨이퍼가 이송 챔버(5)로 또는 이송 챔버로부터 이송되는 게이트 밸브는 본 도면에서 생략됨). 이송 챔버에는 배기 라인(6)이 또한 구비된다. 일부 구현예에서, 증착 및 처리 단계는 동일한 반응 공간에서 수행되어, 두 개 이상의(예, 모든) 단계는, 기판을 공기 또는 다른 산소 함유 대기에 노출시키지 않고 연속적으로 수행될 수 있다.
일부 구현예에서, 반응 챔버(3)로의 불활성 또는 캐리어 가스의 연속적인 흐름은 유동 통과 시스템(FPS)을 사용하여 수행될 수 있다. 다양한 구현예에서, 불활성 또는 캐리어 가스는 다른 가스와 별도로 또는 다른 가스(예, 전구체 가스)와 함께 반응 챔버(3)로 흐를 수 있다. 예를 들어, FPS에서, 캐리어 가스 라인은 전구체 리저버(용기)를 갖는 우회 라인을 구비할 수 있다. FPS의 메인 라인과 우회 라인이 스위칭될 수 있되, 캐리어 가스만을 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 우회 라인은 닫히고, 반면 캐리어 가스와 전구체 가스 모두를 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 메인 라인은 닫히게 되고 캐리어 가스는 우회 라인을 통해 흐르며 전구체 가스와 함께 용기로부터 흘러 나온다. 이 방식으로, 불활성 또는 캐리어 가스는 반응 챔버 내로 연속해서 흐를 수 있고, 메인 라인과 우회 라인 사이를 스위칭함으로써, 실질적으로 반응 챔버의 압력 요동 없이, 전구체 가스를 펄스로 운반할 수 있다.
장치는, 본원에 설명된 하나 이상의 방법 단계를 수행하도록 달리 구성되거나 프로그래밍된 하나 이상의 제어기(들)(26)를 포함할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 유량 제어기 또는 밸브들과 통신한다. 예로서, 제어기(26)는 본원에 설명된 방법의 가스 흐름, 가스 라인의 개폐, 증착, 노출 및/또는 증착후 처리 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
도 2를 추가로 참조하면, 도 2는 본 개시의 예시에 따른 방법(200)을 나타낸다. 방법(200)은, 예를 들어 반응기 시스템(100)을 사용하여, 예를 들어 기판 표면 상의 하나 이상의 리세스를 충전하기 위해 기판 상에 재료를 증착하는 데 사용될 수 있다.
방법(200)은 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계(205), 반응 챔버에 가스를 제공하는 단계(210), 증착 사이클을 수행하는 단계(220), 증착된 재료가 기판 리세스 내로 흐를 수 있게 하는 단계(230), 및 기판 리세스 내에 공극을 생성하는 단계(240)를 포함한다.
반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계(205) 동안에, 기판은 기상 반응기의 반응 챔버 내에 제공된다. 본 개시의 예에 따라, 반응 챔버는 원자층 증착(ALD)(예, PEALD) 반응기 또는 화학 기상 증착(CVD)(예, PECVD) 반응기와 같은 증착 반응기의 일부를 형성할 수 있다. 본원에 설명된 방법의 다양한 단계는 단일 반응 챔버 내에 (예를 들어, 연속적으로) 수행될 수 있거나 클러스터 툴의 반응 챔버와 같은 다수의 반응 챔버 내에서 수행될 수 있다.
단계(205) 동안에, 기판은 원하는 온도로 될 수 있고/있거나 원하는 압력, 예컨대 후속 단계에 적절한 온도 및/또는 압력이 될 수 있다. 예로서, 반응 챔버 내에서 (예를 들어, 기판 또는 기판 지지부의) 온도는 약 50℃ 내지 약 800℃일 수 있다. 반응 챔버 내 압력은 약 100 Pa 내지 약 1,300 Pa일 수 있다. 본 개시의 특정 예시에 따라, 기판은 리세스와 같은 하나 이상의 피처를 포함한다.
반응 챔버 내에서 기판을 처리하는 동안, 다양한 구현예에서, 가스가 반응 챔버에 제공(단계 210)될 수 있다. 가스는 임의의 적절한 가스, 예컨대 불활성 가스(예, 아르곤 가스, 헬륨 가스, 및/또는 질소 가스(N2)) 또는 수소 가스(H2)일 수 있다. 가스는 (예를 들어, 다수의 증착 사이클, 처리 단계 동안, 또는 기판의 전체 처리 동안) 반응 챔버에 연속적으로 제공될 수 있다. 반응 챔버로의 가스의 유량은, 약 500 sccm 내지 약 8,000 sccm일 수 있다. 가스는 반응 챔버 내의 플라즈마 점화 및/또는 유지를 용이하게 하고, 반응 챔버로부터 반응물 및/또는 부산물을 퍼지하고/퍼지하거나, 반응 챔버로 전구체의 전달을 보조하기 위한 캐리어 가스로서 사용될 수 있다.
다양한 구현예에서, 증착 사이클(220)이 기판 상에서 수행된다(단계 220). 다양한 구현예에서, 증착된 재료는 증착 사이클(220) 동안 기판의 표면에서 하나 이상의 리세스를 충전할 수 있다.
다양한 구현예에서, 증착 사이클(220)을 수행하는 단계는 증착 단계를 수행하는 단계(222) 및/또는 처리 단계를 수행하는 단계(224)를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 단계(222)는 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 전구체로부터 기판(1) 상에 증착된 재료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 전구체는 반응 챔버(3)와 유체 연통하는 전구체 공급원으로부터(예, 도 1의 공급원(27, 28, 및/또는 29)으로부터) 제공될 수 있다. 전구체는 실리콘 카바이드 전구체 및/또는 탄소 전구체와 같은 임의의 적절한 화합물을 포함할 수 있다. 전구체는 탄소 및 실리콘 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 예시에 따라, 전구체는 환형 구조 및/또는 카르보닐 작용기를 포함할 수 있다. 예시적인 환형 구조는 벤젠; 인덴; 시클로펜타디엔; 시클로헥산; 피롤; 푸란; 티오펜; 포스폴; 피라졸; 이미다졸; 옥사졸; 이소프로필; 티아졸; 인돌; 벤조푸란; 벤조티오펜; 이소인돌; 이소벤조푸란; 벤조포스포롤; 벤즈이미다졸; 벤조옥사졸; 벤조티아졸; 벤조이속사졸; 인다졸; 벤조이소티아졸; 벤조트리아졸; 퓨린; 피리딘; 포스피닌; 피리미딘; 피라진; 피리다진; 트리아진; 1,2,4,5-테트라진; 1,2,3,4-테트라진; 1,2,3,5-테트라진; 헥사진, 퀴놀린; 이소퀴놀린; 퀴녹살린; 퀴나졸린; 신놀린; 프리딘; 프탈라진; 아크리딘; 4aH-크산텐; 4aH-티오크산텐; 4aH-페녹사진; 4a, 10a-디히드로-10H-페노티아진; 및 카바졸로 이루어진 군으로부터 선택된 환형 구조를 포함한다. 예시적인 카르보닐기는 알데히드, 케톤, 카르복시산, 에스테르, 아미드, 에논, 아실 클로라이드, 및 산 무수물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본 개시의 추가 예시에 따라, 전구체는 하나 이상의 카르보닐기 및 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 아민기, 및 하이드록시기 중 하나 이상을 포함한다. 전구체는, 예를 들어 환형 구조에 부착된 1 내지 6 또는 1 내지 4개의 작용기를 포함할 수 있으며, 여기서 작용기 중 하나 이상은 카르보닐 작용기를 포함한다. 카르보닐기는, 예를 들어 C1-C6(예, C1-C3) 알칸, 알켄, 또는 알코올 작용기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서 실리콘 카바이드 전구체는, 화학식 SiaCbHcNd로 표현된 화합물을 포함살 수 있되, a는 자연수이고, b는 자연수이고, c는 자연수이고, d는 0 또는 자연수이다. 예를 들어, a는 1 내지 5의 범위, b는 1 내지 20의 범위, c는 1 내지 40의 범위, 및/또는 d는 0 내지 5의 범위일 수 있다. 실리콘 카바이드 전구체는, 하나 이상의 탄소 원자, 하나 이상의 실리콘 원자, 및 하나 이상의 수소 원자를 갖는 사슬 또는 환형 분자를 포함할 수 있으며, 예컨대 분자는 상기 화학식으로 표시된다. 특정 예시로서, 전구체는 하나 이상의 환형(예, 방향족) 구조 및/또는 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 화합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 실리콘 카바이드 전구체는 트리실릴아민(TSA), 헥사메틸디실란, 및/또는 디메틸디비닐실란(DMDVS)을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 예시에 따라, 실리콘 카바이드 전구체의 화학식은 다음 화학식으로 나타낼 수 있다:
Figure pat00001
여기서 R1 내지 R6은 (C1-C10) 알킬, 알켄, 또는 아릴기 및 H로부터 독립적으로 선택된다. 특정 예시로서, R1 내지 R6 각각은 다음의 화학식에 의해 예시된 바와 같은 메틸기를 포함할 수 있다:
Figure pat00002
본 개시의 다른 예시에 따라, 실리콘 카바이드 전구체의 화학식은 다음의 화학식으로 나타낼 수 있다:
Figure pat00003
여기서 R1 내지 R4는 (예를 들어, C1-C10) 알킬, 알켄, 또는 아릴기 및 H로부터 독립적으로 선택된다. 예를 들어, 화학식은 다음으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
다양한 구현예에서, 탄소 전구체는 알칸(예, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산 등), 알켄, 알킨, 화학식 C9H12를 갖는 화합물, 및/또는 임의의 다른 적절한 화합물을 포함할 수 있다.
기판(1) 상의 전구체로부터 형성된 증착 재료는 기판(1)의 표면과 함께 리세스 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 구조체(300)는 그 위에 형성된 돌출부(306-310)를 갖는 기판(304)을 포함할 수 있다. 증착 단계(222)로부터 증착된 재료는 기판(304), 돌출부(306-310) 상에 및 리세스(328) 내에 증착될 수 있다.
다양한 구현예에서, 처리 단계(224)는 플라즈마 전력 전극을 인가하는 단계(예, 도 1에 나타낸 바와 같음), 및 그로부터 활성 종을 형성하여 증착된 재료와 상호 작용하고 이를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 활성 종은, 예를 들어 직접식 플라즈마를 사용하여 형성될 수 있다. 플라즈마를 형성하기 위해 사용되는 전력은 약 10 W 내지 약 5000 W 범위일 수 있다. RF 전력의 주파수는 약 400 kHz 내지 약 100 MHz 범위일 수 있다. 플라즈마 처리 단계의 지속 시간은 약 5초 내지 약 3,000초 범위일 수 있다. 플라즈마 처리 단계 동안에, 반응 챔버 내의 온도는 약 50℃ 내지 약 800℃, 또는 약 30℃ 내지 약 700℃일 수 있다. 플라즈마 처리 동안 반응 챔버 내의 압력은 약 100 Pa 내지 약 1,300 Pa일 수 있다.
다양한 구현예에서, 증착된 재료는 기판의 리세스 내로 흐르도록 허용될 수 있다(단계 230). 증착된 재료는 증착 단계(222) 및/또는 처리 단계(224)에 응답하여, 기판 리세스 내로 흐를 수 있다(예, 증착된 재료는 증착 단계(222) 후, 처리 단계(224) 전, 및/또는 둘 중 하나 동안 기판 리세스 내로 흐를 수 있음). 증착된 재료의 유동성은, 증착 사이클(220)에서 증착 단계(222)가 반복되는 횟수("증착 반복 횟수") 대 처리 단계(224)가 반복되는 횟수("처리 반복 횟수")의 비율("반복 비율")에 기초하여 영향을 받거나 조절될 수 있다. 다양한 구현예에서, 반복 비율이 클수록, 증착된 재료는 유동성이 커지고, 점성이 덜하고, 그 반대도 마찬가지이다. 즉, 기판 상에 및/또는 기판 내의 리세스 내에 더 유동성 있는 증착 재료를 달성하기 위해, 증착 반복 횟수는 처리 반복 횟수에 비해 증가할 수 있거나, 또는 처리 반복 횟수는 증착 반복 횟수에 비해 감소할 수 있다(즉, 증착 단계(222)가 수행되는 횟수는 이후에 하나의 처리 단계(224)가 수행되는 것에 비해 증가하거나, 처리 단계(224)가 수행되는 횟수는 이전의 하나의 증착 단계(222)에 비해 감소함). 반대로, 기판 상에 및/또는 기판 내의 리세스 내에 덜 유동성 있는 증착 재료를 달성하기 위해, 증착 반복 횟수는 처리 반복 횟수에 비해 감소할 수 있거나, 또는 처리 반복 횟수는 증착 반복 횟수에 비해 증가할 수 있다(즉, 증착 단계(222)가 수행되는 횟수는 이후에 하나의 처리 단계(224)가 수행되는 것에 비해 감소하거나, 처리 단계(224)가 수행되는 횟수는 이전의 하나의 증착 단계(222)에 비해 증가함). 따라서, 증착 사이클(220)에서, 증착 단계(222) 및/또는 처리 단계(224)는 임의의 적절한 순서로 임의의 적절한 횟수로 반복되어 기판 상에서 증착된 재료의 원하는 유동성을 달성할 수 있다.
다양한 구현예에서, 공극은 기판 리세스 내에 형성될 수 있다(단계 240). 공극은 공기로 충전(즉, 그 안에 증착된 재료가 없음)될 수 있고, 증착된 재료에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 예를 들어, 기판 리세스 내의 공극의 상단부는 증착된 재료에 의해 한정될 수 있다. 공극 크기는 반복 비율에 의존하거나 기초할 수 있다. 따라서, 상대적으로 더 높은 반복 비율에 응답하여, 상대적으로 더 유동성(또는 덜 점성)으로 증착된 재료를 형성함으로써, 형성된 공극이 상대적으로 더 작을 수 있다. 상대적으로 더 낮은 반복 비율에 응답하여, 상대적으로 덜 유동성(또는 더 점성)으로 증착된 재료를 형성함으로써, 형성된 공극이 상대적으로 더 클 수 있다.
도 4a-4d를 추가로 참조하면, 구조체(400A-400D)는 그 위에 및/또는 그 안에 배치된 증착 재료(440)를 갖는 기판(404)을 포함할 수 있다. 구조체(400A-400D)는 돌출부(406-410)를 포함할 수 있으며, 리세스(428)는 그 사이에 배치된다. 방법(200)과 관련하여 논의된 바와 같이, 증착된 재료(440)는 증착 단계(222) 동안 기판(404) 상에 배치될 수 있고, 리세스(428) 내로 흐를 수 있다(단계 230).
증착된 재료(440)는 리세스 개구 또는 상단부를 통해 리세스(428) 내로 흐를 수 있다. 도시된 바와 같이, 예를 들어 공극(450C 및 450D)은 증착된 재료(440), 리세스 벽(429), 및/또는 기판(404)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 다양한 구현예에서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 증착된 재료(440)는 리세스 벽(429)을 따라 리세스(428) 내로 흐를 수 있으며, 이는 증착된 재료(440)가 리세스(428)의 바닥에 배치될 수 있게 한다. 따라서, 공극(450A 및 450B)은 증착된 재료(440)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고 한정될 수 있다.
리세스(428)에 형성될 공극의 원하는 크기에 따라, 이렇게 원하는 공극 크기를 달성하기 위해 반복 비율을 그에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 공극(450B)(상대적으로 더 많은 유동성 및 덜 점성인 증착 재료(440)로부터 형성된 상대적으로 더 작은 공극)을 생성하기 위한 반복 비율은, 공극(450A)(상대적으로 덜 유동성이고 더 점성인 증착 재료(440)로부터 형성된 상대적으로 더 큰 공극)을 생성하기 위한 반복 비율보다 상대적으로 더 클 수 있다. 다른 예시로서, 공극(450D)(상대적으로 더 많은 유동성 및 덜 점성인 증착 재료(440)로부터 형성된 상대적으로 더 작은 공극)을 생성하기 위한 반복 비율은, 공극(450C)(상대적으로 덜 유동성이고 더 점성인 증착 재료(440)로부터 형성된 상대적으로 더 큰 공극)을 생성하기 위한 반복 비율보다 상대적으로 더 클 수 있다. 즉, 리세스(428) 내에 상대적으로 작은 공극을 형성하기 위해, 처리 단계(224)가 발생하기 전에 증착 단계(222)를 다수의 횟수로 반복할 수 있거나, 증착 단계(222)가 발생한 후 처리 단계(224)를 상대적으로 더 적은 횟수로 수행할 수 있다. 리세스(428) 내에서 상대적으로 큰 공극을 형성하기 위해, 처리 단계(224)는 증착 단계(222) 이후에 더 많은 빈도로 수행될 수 있다(예, 매 증착 단계(222) 이후 다수의 처리 단계(224)).
유사한 라인을 따라, 다양한 구현예에서, 반복 비율은 기판 리세스의 폭(예, 도 3에 나타낸 리세스(328)의 폭(331)) 및/또는 기판 리세스의 종횡비(각각의 리세스의 폭:높이)에 기초하거나 이에 의존한다. 리세스 폭이 상대적으로 더 큰 것에 응답하여 원하는 공극 크기(예, 리세스 내의 공극 폭 및/또는 깊이)를 달성하기 위해, 반복 비율은, 상대적으로 더 작은 폭을 갖는 리세스에 대한 반복 비율보다 상대적으로 더 낮을 수 있다(예, 더 작은 폭 때문에, 증착된 재료의 더 적은 점도 및 더 많은 유동성이 리세스를 충분히 침투하여 원하는 공극 크기를 달성하는 데 필요할 수 있음). 예를 들어, 리세스 폭이 300 나노미터(nm) 미만인 것에 응답하여, 반복 비율은 1:1일 수 있다(즉, 하나의 증착 단계 및 하나의 처리 단계, 예를 들어 매 증착 단계 후에 하나의 처리 단계). 추가 예시로서, 리세스 폭이 300 나노미터 내지 1000 나노미터인 것에 응답하여, 반복 비율은 1:2 내지 1:6일 수 있다(즉, 하나의 증착 단계 대 두 처리 단계, 및 하나의 증착 단계 대 여섯 개의 처리 단계 사이의 비율, 예를 들어 매 증착 단계 다음에 둘 내지 여섯 개의 처리 단계 사이의 비율). 종횡비와 관련하여, 1:30 내지 1:9의 종횡비에 응답하여, 반복 비율은 1:2 내지 1:6일 수 있다.
이론에 구속되지 않는다면, 활성 종에 의한 처리는 증착된 재료(440)를 더 고형으로 만들 수 있고, 이에 따라 유동성을 감소시키고 점도를 증가시킨다. 따라서, 기판 리세스(428) 내에 더 작은 공극을 생성하기 위해, 처리 단계 이전에 더 많은 증착 단계(222)가 수행될 수 있거나, 증착 단계 후에 더 적은 처리 단계가 수행될 수 있어서, 증착된 재료(440)가 리세스(428) 내로 더 흐르게 하여, 내부에 더 많은 공간을 점유하고 상대적으로 더 작은 공극을 생성시킨다.
도 5 및 도 6은, 본 개시의 예시적 구현예에 따른 방법에 대해 펄스 시간 순서 예시를 나타낸다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에 나타낸 시간 순서가 방법(200)과 연관하여 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 활성 종(예, 플라즈마)을 생성하기 위한 가스, 무선 주파수(RF)(즉, 플라즈마 전력 펄스) 및 전구체를 개략적으로 나타내고, 추가적으로 도 6에서 처리 가스를 나타내고, 여기서 가스 및/또는 플라즈마 전력이 펄스 기간 동안 반응기 시스템 또는 반응 공간에 제공된다. 펄스의 폭은 반드시 각 펄스와 연관된 시간의 양을 나타내는 것은 아닐 수 있으며; 나타낸 펄스는 다양한 펄스의 상대적인 시작 및/또는 종료 시간을 예시할 수 있다. 유사하게, 높이는 반드시 특정 진폭 또는 값을 나타내는 것은 아닐 수 있지만, 상대적으로 높고 낮은 값을 나타낼 수 있다. 각각의 펄스 기간에 대한 공정 조건은, 방법(200)의 상응하는 단계와 연관하여 전술한 바와 같을 수 있다. 하기 예시는 단순히 예시적인 것이며, 본 개시의 범주 또는 청구범위를 제한하려는 것이 아니다.
도 5는, 본 개시의 예시에 따른 다른 시간 순서(500)를 나타낸다. 시간 순서(500)는 증착 단계, 처리 단계, 및/또는 퍼지 단계를 포한 복수의 증착 사이클을 포함한다. 이들 구현 예시에 따라, 증착 사이클의 수는 약 10 내지 약 1000의 범위일 수 있다.
도 5에 나타낸 예시에서, 가스(예, 불활성 또는 캐리어 가스)가 블록(505)으로 표시된 바와 같이 반응 공간에 제공될 수 있다. 다양한 구현예에서, 블록(505)에서 제공된 가스는 반응 챔버에 연속적으로 (예를 들어, 다수의 증착 사이클, 단계 및/또는 기판에 대한 전체 처리 기간에 걸쳐) 제공될 수 있다. 가스는, 헬륨 또는 수소 가스, 또는 본원에 설명된 임의의 다른 가스를 갖는, 임의의 적절한 가스를 포함할 수 있다.
활성 종(예, 플라즈마)을 형성하기 위한 전력은 펄스 기간(510) 동안 제공될 수 있다. 펄스 기간(510)은 약 5.0 내지 약 10초의 범위일 수 있고 동일하거나 상이할 수 있고/있거나 증착 사이클마다 다를 수 있다. 펄스 기간(510) 동안에 전력(예, 전극에 인가됨)은 약 100 W 내지 약 800 W의 범위일 수 있거나, 본원에서 달리 언급된 바와 같다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있거나, 본원에서 달리 언급된 바와 같다. 다양한 구현예에서, 플라즈마는 블록(505) 동안 반응 챔버에 제공된 가스에 의해 또는 그 결과로서 형성될 수 있다.
펄스 기간(510)이 개시된 후, 전구체가 펄스 기간(515) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 전구체는 본원에서 논의된 것과 같은 임의의 적절한 전구체일 수 있다. 펄스 기간(515)은 약 0.1 내지 약 0.5초의 범위일 수 있고 동일하거나 상이할 수 있고/있거나 증착 사이클마다 다를 수 있다. 나타낸 바와 같이, 펄스 기간(510 및 515)은 중첩할 수 있다. 예를 들어, 펄스 기간(515)은 펄스 기간(510) 이후에 시작할 수 있고/있거나 펄스 기간(515)은 펄스 기간(510) 정지 이전에 정지할 수 있다. 즉, 도 2의 방법(200)을 추가로 참조하면, 증착 사이클(220) 동안, 증착 단계(222)의 전구체를 제공하는 단계는 처리 단계(224)의 활성 종(예, 플라즈마)을 형성하는 동안 일어날 수 있다. 또한, 증착 단계(222)의 전구체를 제공하는 단계는 처리 단계(224)의 활성 종(예, 플라즈마)을 형성하는 단계 이후 시작될 수 있다. 또한, 처리 단계(224)의 활성 종(예, 플라즈마)을 형성하는 단계가 정지하기 전에, 증착 단계(222)의 전구체를 제공하는 단계가 정지할 수 있다.
시간 순서(500)에 나타낸 바와 같이, 증착 사이클(530)은 증착 단계(550)(예, 방법(200)의 증착 단계(222))를 포함할 수 있으며, 이 단계는 펄스 기간(515)을 포함하며, 이 동안 전구체가 반응 챔버에 제공된다. 재료는 증착 단계(550)에 반응하여 기판 상에 증착될 수 있고, 증착된 재료는 본원에서 논의된 바와 같이 기판 리세스 내로 흐를 수 있다. 증착 사이클(530)은, 증착 단계(550) 이후의 처리 단계(555)(예, 방법(200)의 증착 단계(224))를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 증착 사이클(530)의 반복 비율은 1:1일 수 있다(하나의 증착 단계(550)에 대해 하나의 처리 단계(555)). 처리 단계(555) 정지에 반응하여, 플라즈마 전력 펄스(510)가 정지할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 단계(550)(전구체를 제공함) 동안 펄스(510)로부터 형성된 플라즈마는, 제1 플라즈마 전력을 인가하는 것으로부터 형성될 수 있다. 처리 단계(555) 동안, 플라즈마는 제1 플라즈마 전력보다 큰 제2 플라즈마 전력을 인가함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 증착된 재료를 기판 상에서 처리하는 동안, 플라즈마 전력은 전구체의 인가 이전 또는 도중보다 더 높을 수 있다.
플라즈마 전력 정지에 응답하여, 퍼지 단계(560)가 수행될 수 있다(본원에서 논의된 방법(200)은 또 다른 증착 사이클을 준비하기 위해 반응 챔버로부터 전구체, 플라즈마, 또는 다른 화합물을 제거하기 위한 퍼지 단계를 포함할 수도 있음). 퍼지는 진공 펌프에 의해 추가로 보조될 수 있다. 퍼지 기간은, 예를 들어 약 5.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 각각의 퍼지 기간은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
도 6은, 본 개시의 예시에 따른 다른 시간 순서(600)를 나타낸다. 시간 순서(600)는 증착 단계, 처리 단계, 및/또는 퍼지 단계를 포한 복수의 증착 사이클을 포함한다. 이들 구현 예시에 따라, 증착 사이클의 수는 10 내지 약 1000의 범위일 수 있다.
도 6에 나타낸 예시에서, 가스(예, 불활성 또는 캐리어 가스)가 블록(605)으로 표시된 바와 같이 반응 공간에 제공될 수 있다. 다양한 구현예에서, 블록(605)에서 제공된 가스는 반응 챔버에 연속적으로 (예를 들어, 다수의 증착 사이클, 단계, 처리 단계 및/또는 기판에 대한 전체 처리 기간에 걸쳐 연속적으로) 제공될 수 있다. 가스는, 헬륨 또는 수소 가스, 또는 본원에 설명된 임의의 다른 가스를 갖는, 임의의 적절한 가스를 포함할 수 있다.
활성 종(예, 플라즈마)을 형성하기 위한 전력은 제1 펄스 기간(610) 및/또는 제2 펄스 기간(612) 동안 제공될 수 있다. 펄스 기간(610)은 약 2 내지 약 10초의 범위일 수 있고 동일하거나 상이할 수 있고/있거나 증착 사이클마다 다를 수 있다. 펄스 기간(612)은 약 0.1 내지 약 1초의 범위일 수 있고 동일하거나 상이할 수 있고/있거나 증착 사이클마다 다를 수 있다. 펄스 기간(610 및/또는 612) 동안에 전력(예, 전극에 인가됨)은 약 100 W 내지 약 800 W의 범위일 수 있거나, 본원에서 달리 언급된 바와 같다. 전력의 주파수는 약 2.0 MHz 내지 약 27.12 MHz 범위일 수 있거나, 본원에서 달리 언급된 바와 같다. 플라즈마는 블록(605) 동안 또는 본원에서 논의된 처리 가스에 대한 펄스 기간(620) 동안 반응 챔버에 제공된 가스에 의해 또는 그 결과로서 형성될 수 있다.
펄스 기간(610)이 개시된 후, 탄소 전구체가 펄스 기간(615) 동안에 반응 챔버에 제공된다. 전구체는 본원에서 논의된 것과 같은 임의의 적절한 전구체일 수 있다. 펄스 기간(615)은 약 0.1 내지 약 10초의 범위일 수 있고 동일하거나 상이할 수 있고/있거나 증착 사이클마다 다를 수 있다. 나타낸 바와 같이, 펄스 기간(610 및 615)은 중첩할 수 있다. 예를 들어, 펄스 기간(615)은 펄스 기간(610) 및/또는 펄스 기간(615) 이후에 시작될 수 있고, 펄스 기간(610) 정지하기 전에 정지할 수 있다. 즉, 도 2의 방법(200)을 추가로 참조하면, 증착 사이클(220) 동안, 증착 단계(222)의 전구체를 제공하는 단계는 처리 단계(224)의 활성 종(예, 플라즈마)을 형성하는 동안 일어날 수 있다. 또한, 증착 단계(222)의 전구체를 제공하는 단계는 처리 단계(224)의 활성 종(예, 플라즈마)을 형성하는 단계 이후 시작될 수 있다. 또한, 처리 단계(224)의 활성 종(예, 플라즈마)을 형성하는 단계가 정지하기 전에, 증착 단계(222)의 전구체를 제공하는 단계가 정지할 수 있다.
시간 순서(600)에 나타낸 바와 같이, 증착 사이클(630)은 증착 단계(650)(예, 방법(200)의 증착 단계(222))를 포함할 수 있으며, 이 단계는 펄스 기간(615)을 포함하며, 이 동안 전구체가 반응 챔버에 제공된다. 재료는 증착 단계(650)에 응답하여 기판 상에 증착될 수 있고, 증착된 재료는 본원에서 논의된 바와 같이 기판 리세스 내로 흐를 수 있다. 증착 사이클(630)은, 증착 단계(650) 이후의 처리 단계(655)(예, 방법(200)의 증착 단계(224))를 추가로 포함할 수 있다. 처리 단계(655) 정지에 응답하여, 플라즈마 전력 펄스(610)가 정지할 수 있다. 다양한 구현예에서, 증착 단계(650)(전구체를 제공함) 동안 펄스(610)로부터 형성된 플라즈마는, 제1 플라즈마 전력을 인가하는 것으로부터 형성될 수 있다. 처리 단계(655) 동안, 플라즈마는 제1 플라즈마 전력보다 큰 제2 플라즈마 전력을 인가함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 증착된 재료를 기판 상에서 처리하는 동안, 플라즈마 전력은 전구체의 인가 이전 또는 도중보다 더 높다.
플라즈마 전력 정지에 응답하여, 퍼지 단계(660)가 수행될 수 있다. 퍼지는 진공 펌프에 의해 추가로 보조될 수 있다. 퍼지 기간은, 예를 들어 약 5.0초 내지 약 30.0초의 범위일 수 있다. 각각의 퍼지 기간은 동일하거나 시간에 따라 달라질 수 있다.
퍼지 단계(660) 이후, 증착 사이클(630)은 제2 처리 단계(665)를 추가로 포함할 수 있다. 제2 처리 단계(665)의 경우, 제2 활성 종(예, 제2 플라즈마)을 형성하기 위한 전력이 제2 펄스 기간(612) 동안 제공될 수 있다. 처리 가스(예컨대, 산소 가스 또는 아르곤 가스)는 제2 처리 단계(665) 중에 펄스 기간(620) 동안 반응 챔버에 제공될 수 있다. 제2 플라즈마는 처리 가스로부터 형성될 수 있거나, 처리 가스는 제2 플라즈마의 형성에 기여하거나 이를 용이하게 할 수 있다. 제2 펄스 기간(612)으로부터 형성된 제2 플라즈마는, 증착 단계(650)로부터 증착된 재료를 처리할 수 있고/있거나, 증착된 재료는 산소 가스 또는 아르곤 가스에 의해 처리될 수 있다. 따라서, 증착 사이클(630)의 반복 비율은 1:2일 수 있다(하나의 증착 단계(650)에 대해 둘의 처리 단계(655 및 665)).
본원에서 논의된 바와 같이, 개시된 시스템 및 방법은 처리 단계의 수에 대한 증착 단계의 수에 기초하여, 증착된 재료를 리세스 내에서 흐르게 함으로써 기판 리세스 내에서 공극의 맞춤형 형성을 가능하게 한다. 예를 들어, 증착 사이클(630)은 더 작은 반복 비율(증착 사이클(530)보다 더 적은 증착 단계 대 처리 단계)을 포함하기 때문에, 시간 순서(500) 및 증착 사이클(530)은 시간 순서(600) 및 증착 사이클(630)보다 더 작은 빈 공간을 형성하도록 (또는 상대적으로 더 작은 리세스 폭으로 사용하기 위해) 구현될 수 있고, 따라서 더 점성이고 덜 유동성인 증착 재료를 생성할 수 있다. 따라서, 본원에서 논의된 시스템 및 방법은 증착된 재료로 적어도 부분적으로 충전된(예, 소자 또는 구조체 구성 요소 사이의 기생 정전 용량을 완화 또는 방지하는) 기판 리세스 내에서 공극의 전기적 이점을 수용하는 것을 용이하게 한다. 또한, 기판 리세스 내에 원하는 크기의 공극을 형성하는 능력에 의해, 공극에 의해 적어도 부분적으로 야기되는 기계적 고장의 위험이 완화될 수 있다. 따라서, 본 개시는, 원하는 전기적 이점 및 기계적 강도를 달성하는 공극 크기를 갖는 공극을 리세스 내에 형성하는 방법을 제공한다.
혜택, 다른 이점, 문제에 대한 해결책은 특정 구현예와 관련하여 본원에서 설명되었다. 또한, 본원에 포함된 다양한 도면에서 나타낸 연결선은, 다양한 요소 사이의 예시적인 기능 관계 및/또는 물리적 결합을 표시하려는 의도이다. 많은 대안적 또는 추가적인 기능 관계 또는 물리적 연결은 실질적인 시스템에 존재할 수 있음을 주목해야 한다. 그러나, 혜택, 이점, 문제점에 대한 해결책, 및 임의의 혜택, 이점, 또는 해결책을 발생시키거나 더욱 두드러지게 할 수 있는 임의의 요소는, 본 개시의 중요하거나, 필요하거나, 또는 필수적인 특징부 또는 요소로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 본 개시의 범주는 첨부된 청구범위 외의 어느 것에 의해 제한되도록 되어 있으며, 여기서 단수로 된 요소에 대한 언급은 명시적으로 언급되지 않는 한 "오직 하나만"을 의미하는 것이 아니라 오히려 "하나 이상"을 의미하도록 의도된다. 또한, "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 유사한 문구가 청구범위에서 사용되는 경우, 상기 문구는 A가 단독으로 일 구현예에 존재할 수 있고, B가 단독으로 일 구현예에 존재할 수 있고, C가 단독으로 일 구현예에 존재할 수 있거나, 또는 A, B 및 C의 임의의 조합이 일 구현예에, 예를 들어 A와 B, A와 C, B와 C, 또는 A와 B와 C가 존재할 수 있음을 의미하는 것으로 해석되도록 의도된다.
시스템, 방법 및 장치가 본원에 제공된다. 본원의 상세한 설명에서, "일 구현예", "하나의 구현예", "다양한 구현예" 등에 대한 언급은, 설명된 구현예가 특정 피처, 구조체 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 구현예가 반드시 특정 피처, 구조체 또는 특성을 포함할 필요는 없음을 나타낸다. 또한, 이러한 문구는 반드시 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 피처, 구조체 또는 특성이 구현예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되었는지 여부와 상관없이, 다른 구현예와 관련하여 이러한 피처, 구조체 또는 특징에 영향을 끼치는 것을 당업자가 알고 있음을 인정한다. 설명을 읽은 후, 대안적인 구현예에서 본 개시를 구현하는 방법이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판의 표면 상에 리세스를 충전하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 기판을 반응 챔버 내에 제공하는 단계;
    증착 사이클을 수행하는 단계로서, 상기 증착 사이클은,
    불활성 가스를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계; 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계와 상기 전구체로부터 증착된 재료를 형성하는 단계를 포함하는 증착단계를 수행하는 단계; 플라즈마 전력을 인가하여 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계와 상기 증착된 재료를 처리하는 단계를 포함하는 처리 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 증착 사이클을 수행하는 단계; 및
    상기 증착된 재료가 상기 리세스 내로 흐를 수 있게 하는 단계; 및
    상기 증착된 재료가 흐를 수 있게 하는 것에 응답하여 상기 리세스 내에 공극을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 공극의 상단부는 상기 증착된 재료에 의해 한정되고, 상기 공극의 공극 크기는 상기 증착 단계가 반복되는 증착 반복 횟수 대 상기 처리 사이클이 반복되는 처리 반복 횟수의 비율에 기초하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율에 응답하여, 상기 공극 크기는 감소하고, 상기 공극 크기는 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율에 응답하여 증가하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 증착된 재료는 리세스 상단부에서 상기 리세스의 리세스 벽을 따라 상기 리세스 내로 흐르는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증착 사이클은 상기 증착된 재료를 처리하는 단계 이후 상기 반응 챔버를 퍼지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 증착 사이클은 상기 증착된 재료를 처리하는 단계 이후 상기 증착된 재료에 대해 제2 처리 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 증착 사이클은 제2 처리 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제2 처리 단계는 상기 플라즈마 전력을 인가하여 상기 플라즈마를 형성하는 단계 및 상기 반응 챔버를 퍼지한 후 상기 증착된 재료를 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 증착된 재료를 처리하는 단계는 상기 증착된 재료를 상기 플라즈마로 처리하는 단계를 포함하고, 상기 증착된 재료에 대한 상기 제2 처리 단계를 수행하는 단계는 상기 증착된 재료를 산소 가스 또는 아르곤 가스 중 적어도 하나로 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전구체는 실리콘 카바이드 전구체를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 전구체는 트리실릴아민을 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 증착 사이클 동안에, 상기 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계는 상기 플라즈마를 상기 반응 챔버 내에 형성하는 단계 동안에 발생하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 증착 사이클 동안, 상기 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계는 상기 플라즈마를 형성하는 단계가 시작된 후에 시작되는, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 증착 사이클 동안, 상기 플라즈마를 형성하는 단계가 정지하기 전에 상기 전구체를 제공하는 단계가 정지하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 증착 단계 및 상기 처리 단계 동안에 상기 불활성 가스가 상기 반응 챔버로 연속적으로 흐르는, 방법.
  15. 제5항에 있어서, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는, 상기 증착된 재료를 처리하는 단계 및 상기 증착된 재료에 대한 제2 처리 단계를 수행하는 단계 동안 발생하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 증착된 재료를 처리하는 단계는 상기 증착된 재료를 상기 플라즈마, 산소 가스, 또는 아르곤 가스 중 적어도 하나로 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 증착된 재료를 처리하는 단계는 상기 증착된 재료를 상기 플라즈마로 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 증착 사이클 동안, 상기 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계는 상기 플라즈마를 상기 반응 챔버에서 형성하는 단계 동안에 발생하며, 상기 전구체를 제공하는 단계 동안 형성된 상기 플라즈마는 제1 플라즈마 전력을 인가함으로써 형성되고, 상기 증착된 재료를 처리하는 단계 동안, 상기 제2 플라즈마 전력을 인가함으로써 상기 플라즈마가 형성되고, 상기 제2 플라즈마 전력은 상기 제1 플라즈마 전력보다 큰, 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율은 상기 리세스의 폭에 기초하고, 상기 폭이 상대적으로 더 큰 것에 응답하여, 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율은 상대적으로 더 작고, 상기 폭이 상대적으로 더 작은 것에 응답하여, 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율은 상대적으로 더 높은, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율은 상기 리세스의 폭이 300 나노미터(nm) 미만인 것에 응답하여 약 1:1이고, 상기 증착 반복 횟수 대 상기 처리 반복 횟수의 비율은 상기 리세스의 폭이 300 나노미터 내지 1000 나노미터인 것에 응답하여 1:2 내지 1:6인, 방법.
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