KR20230136555A - 갭 충전 유체를 증착하기 위한 방법 그리고 이와 관련된 시스템 및 장치 - Google Patents

갭 충전 유체를 증착하기 위한 방법 그리고 이와 관련된 시스템 및 장치 Download PDF

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KR20230136555A
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process chamber
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substrate
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란짓 보루데
신야 요시모토
마코토 이가라시
조엘 로슈 구히트
파마르티 비스와나스
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판에 포함된 오목부를 갭 충전 유체로 적어도 부분적으로 충전하기 위한 방법 및 이와 관련된 시스템. 갭 충전 유체는 si-n 결합을 포함한다. 본 방법은 한편으로 질소 및 수소 함유 가스에 다른 한편으로는 진공 자외선 광에 기판을 노출하는 단계를 포함한다.

Description

갭 필링 유체를 침착하기 위한 방법 및 관련 시스템 및 장치{METHODS FOR DEPOSITING GAP-FILLING FLUIDS AND RELATED SYSTEMS AND DEVICES}
본 개시는, 일반적으로 전자 소자를 형성하기에 적합한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 갭, 트렌치 등에 증착된 재료를 개선하는 데 사용될 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자의 스케일링은 집적 회로의 속도 및 밀도를 상당히 개선시켰다. 그러나, 대규모 집적 회로 소자의 배선 피치를 소형화하면서, 높은 종횡비 트렌치(예, 3 이상의 종횡비를 갖는 트렌치)을 공극 없이 충전하는 것은 기존 증착 공정의 한계로 인해 점점 어려워진다. 따라서, 예를 들어 반도체 기판 상의 트렌치와 같은 고 종횡비 특징부를 효율적으로 충전하는 공정에 대한 필요성이 남아 있다.
이 부분에 진술된 문제점 및 해결책을 포함한 임의의 논의는, 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로만 본 개시에 포함되었다. 이러한 논의는 임의의 또는 모든 발명이 이전에 알려졌거나 그렇지 않으면 선행 기술을 구성하는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안된다.
본 개시의 다양한 구현예는 갭 충전 방법, 이러한 방법을 사용하여 형성된 구조체 및 소자, 그리고 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체 및/또는 소자를 형성하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 종래의 방법 및 시스템의 단점을 해결하는 방법은 아래에서 보다 상세히 논의된다.
특히, 갭 충전 유체를 경화하는 방법이 본원에 설명된다. 상기 방법은 갭을 구비한 기판을 공정 챔버 내에 도입하는 단계를 포함한다. 갭은 갭 충전 유체를 포함한다. 갭 충전 유체는 Si-N 결합을 포함한다. 상기 방법은 진공 자외선 및 분위기 가스에 기판을 동시에 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 분위기 가스는 질소 및 수소 함유 가스 또는 아르곤 함유 가스를 포함할 수 있다. 따라서, 갭 충전 유체는 경화되고 실리콘 질화물은 갭 내에 형성된다.
갭을 충전하는 방법이 본원에 더 설명된다. 상기 방법은 갭을 구비한 기판을 공정 시스템 내에 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 하나 이상의 사이클을 실행하는 단계를 포함한다. 사이클은 증착 단계 및 경화 단계를 포함한다. 증착 단계는 전구체를 제공하는 단계를 포함한다. 전구체는 실리콘, 질소 및 수소를 포함한다. 상기 방법은 반응물을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 반응물은 질소, 수소, 및 희가스 중 하나 이상을 포함한다. 상기 방법은 플라즈마를 생성하는 단계를 추가로 포함한다. 플라즈마는 전구체와 반응물로 하여금 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성시킨다. 갭 충전 유체는 Si-N 결합을 포함한다. 경화 단계는 진공 자외선 및 분위기 가스에 기판을 동시에 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 분위기 가스는 질소 및 수소 함유 가스 또는 아르곤 함유 가스를 포함할 수 있다. 따라서, 갭 충전 유체는 경화되고 실리콘 질화물은 갭 내에 형성된다.
일부 구현예에서, 본원에 설명된 방법은 복수의 사이클을 실행하는 단계를 포함한다. 따라서, 갭은 실리콘 질화물로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다.
일부 구현예에서, 질소 및 수소 함유 가스는 NH3를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 폴리실라잔을 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체는 실라잔을 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체는 다음 구조식을 갖는 화합물을 포함한다
.
R1, R2, 및 R3은 SiH3, SiH2X, SiH2XY, SiX2Y, 및 SiX3으로부터 독립적으로 선택되는 것을 이해할 것이다. X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐임을 추가로 이해해야 한다.
일부 구현예에서, R1, R2, 및 R3는 SiH3이다.
일부 구현예에서, 전구체는 다음 구조식을 갖는 화합물을 포함한다
.
R4, R5, R6, 및 R7은 H, SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3으로부터 독립적으로 선택되는 것을 이해할 것이다. X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐임을 추가로 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 전구체는 다음 구조식을 갖는 화합물을 포함한다
.
R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, 및 R20은 H, X, Y, NH2, SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3으로 이루어진 목록으로부터 독립적으로 선택되는 것을 이해할 것이다. 일부 구현예에서, X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐이다.
일부 구현예에서, 증착 단계 및 경화 단계는 임의의 개입된 진공 파괴 없이 동일한 공정 시스템에서 수행된다.
일부 구현예에서, 진공 자외선은 적어도 150 nm 내지 최대 200 nm의 파장을 갖는 전자기 복사선을 포함한다.
일부 구현예에서, 증착 단계는 제1 공정 챔버에서 수행되고, 경화 단계는 제2 공정 챔버에서 수행된다. 제1 공정 챔버 및 제2 공정 챔버는 동일한 공정 시스템에 포함된 상이한 공정 챔버인 것으로 이해될 것이다.
일부 구현예에서, 증착 공정은 최대 150℃의 온도에서 수행된다.
일부 구현예에서, 경화 단계는 증착 온도보다 최대 20℃ 높은 경화 온도에서 수행된다.
일부 구현예에서, 본원에 기설명된 바와 같은 방법은, 어닐링 온도에서 기판을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하되, 어닐링 온도는 증착 온도보다 높다.
처리 시스템이 추가로 본원에 설명된다. 처리 시스템은 제1 공정 챔버, 전구체 공급원, 전구체 라인, 암모니아 공급원, 암모니아 라인, 및 진공 자외선 광원을 포함한다. 전구체 공급원은 전구체를 포함한다. 전구체는 Si-N 결합을 포함한다. 전구체 라인은 전구체 공급원으로부터 제1 공정 챔버까지 전구체를 제공하도록 배열된다. 암모니아 라인은 암모니아 공급원으로부터 제1 공정 챔버까지 암모니아를 제공하도록 배열된다. 진공 자외선 광원은 진공 자외선 광을 발생시키도록 배열된다.
일부 구현예에서, 처리 시스템은 제2 공정 챔버 및 웨이퍼 핸들링 시스템을 추가로 포함한다. 이러한 구현예에서, 진공 자외선 광원은 제2 공정 챔버에 진공 자외선 광을 제공하기 위해 배열될 수 있고, 웨이퍼 핸들링 시스템은 제1 공정 챔버와 제2 공정 챔버 사이에 하나 이상의 웨이퍼를 이송하기 위해 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 처리 시스템은 제어기를 추가로 포함한다. 제어기는, 처리 시스템이 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 배열된다.
이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다. 본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예에 제한되지 않는다.
다음의 예시적인 도면과 연관하여 고려되는 경우에 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써, 본 개시의 구현예에 대해 더욱 완전한 이해를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 구조체를 증착하고/증착하거나 방법을 수행하기에 적절한 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD) 장치의 개략적인 표시이다.
도 2는 본 개시의 구현예 중 적어도 하나에 따라 사용할 수 있는 유동 통과 시스템(FPS)을 이용한 전구체 공급 시스템의 개략적인 표시를 나타낸다.
도 3은 갭 충전 유체를 형성하도록 작동 가능하거나 제어 가능한 직접식 플라즈마 시스템(300)의 구현예의 개략도를 나타낸다.
도 4는 갭 충전 유체를 형성하도록 작동 가능하거나 제어 가능한 간접식 플라즈마 시스템의 다른 구현예의 개략도를 나타낸다.
도 5는 갭 충전 유체를 형성하도록 작동 가능하거나 제어 가능한 원격식 플라즈마 시스템(500)의 구현예의 개략도를 나타낸다.
도 6은 본원에 설명된 갭 충전 유체를 경화하기 위한 방법의 구현 예시를 나타낸다.
도 7은 본원에 설명된 갭 충전 유체를 경화하기 위한 방법의 다른 구현 예시를 나타낸다.
도 8은 본원에 설명된 방법의 하나 이상의 구현예에서 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 펄스화 체계를 나타낸다.
도 9는 본원에 설명된 방법의 하나 이상의 구현예에서 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 예시적인 펄스화 체계를 나타낸다.
도 10은 본 개시의 일 구현예에 따른 예시적인 시스템의 레이아웃을 개략적으로 나타낸다.
도 11은 실험 결과를 나타낸다.
도 12는 본원에 설명된 갭 충전 유체를 경화하기 위한 방법의 다른 구현 예시를 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.
아래에 제공된 방법, 구조체, 소자 및 시스템의 예시적인 구현예의 설명은 단지 예시적인 것이고, 예시의 목적으로만 의도된 것이며, 다음의 설명은 본 개시의 범주 또는 청구 범위를 제한하고자 함이 아니다. 또한, 특징부를 기술한 다수 구현예를 인용하는 것이 추가적인 특징부를 갖는 다른 구현예 또는 명시된 특징부의 다른 조합을 포함한 다른 구현예를 배제하고자 함이 아니다. 예를 들어, 다양한 구현예가 예시적인 구현예로서 제시되고, 종속된 청구범위에 인용될 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 예시적인 구현예 또는 이의 구성 요소는 조합될 수 있거나 서로 분리되어 적용될 수 있다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력(NTP)에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 포함할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 가스 분배 어셈블리, 다중 포트 주입 시스템, 다른 가스 분배 장치 등을 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 희가스와 같은 밀폐 가스를 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물, 및 특히 막 매트릭스 또는 막의 메인 골격을 구성하는 화합물을 지칭할 수 있으며; 용어 "반응물"은 용어 전구체와 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "반응물"은 본원에 기술된 바와 같은 유동성 갭 충전 층을 형성하기 위해 전구체와 반응하고/반응하거나 상호 작용할 수 있는 가스를 지칭한다. 반응물은 전구체 올리고머화를 활성화시킬 수 있다. 반응물은 촉매일 수 있다. 반응물이, 형성된 갭 충전 유체에 반드시 혼입될 필요는 없지만, 반응물은 갭 충전 유체의 형성 중에 전구체와 상호 작용한다. 즉, 일부 구현예에서, 반응물은 갭 충전 유체에 혼입되는 반면, 다른 구현예에서, 반응물은 갭 충전 유체에 혼입되지 않는다. 가능한 반응물은, N2, H2, 및 NH3 그리고 여기된 상태, 플라즈마에 의해 유도된 이온 및/또는 라디칼과 같이 여기된 상태로 유도될 수 있는 희가스, 예컨대 He 및 Ar를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. "기판"은 연속적 또는 비연속적; 강성 또는 가요성; 고형 또는 다공성일 수 있다. 기판은 분말, 플레이트, 또는 피가공재와 같은 임의의 형태일 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "기판"은, 소자, 회로, 또는 막을 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, 또는 II-VI족 또는 III-V족과 같은 다른 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
다공성 기판은 중합체를 포함할 수 있다. 피가공재는 의료 장치(즉, 스텐트, 주사기 등), 장신구, 공구 장치, 배터리 제조용 부품(즉, 양극, 음극 또는 분리기) 또는 광전지 셀의 부품을 포함할 수 있다.　
연속 기판은 증착 공정이 발생하는 공정 챔버의 경계를 넘어 연장될 수 있고, 공정이 기판의 끝에 도달할 때까지 계속되도록 공정 챔버를 통해 이동할 수 있다. 연속 기판은 임의의 적절한 형태로 연속 기판의 제조 및 출력을 허용하는 연속 기판 공급 시스템으로부터 공급될 수 있다. 연속 기판의 비제한적인 예시는 시트, 부직포 필름, 롤, 호일, 웹, 가요성 재료, 연속 필라멘트 또는 섬유(즉, 세라믹 섬유 또는 중합체 섬유)의 다발을 포함할 수 있다. 연속 기판은 비연속 기판이 장착되는 캐리어 또는 시트를 포함할 수도 있다.
또한, 본 개시에서, 변수의 임의의 두 수치가 상기 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위는 끝점을 포함하거나 배제할 수 있다. 추가적으로, 지시된 변수의 임의의 값은 ("약"으로 표시되는지의 여부에 관계없이) 정확한 값 또는 대략적인 값을 지칭할 수 있고 등가를 포함할 수 있으며, 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 지칭한다. 본 개시에서, 임의의 정의된 의미는 일부 구현예에서 반드시 보통의 그리고 관습적인 의미를 배제하는 것은 아니다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는"은, 청구범위를 실행할 수 없게 하는 한, 특정 특징부가 포함되나 다른 특징부의 존재를 배제하지 않음을 나타낸다. 일부 구현예에서, 용어 "포함하는"은 "구성하는"을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "구성하는"은 상기 표현을 따르는 것 외에는 장치/방법/제품에 더 이상의 특징부가 존재하지 않음을 나타낸다. 용어 "구성하는"이 화학 화합물, 물질 또는 조성물을 지칭하는 데 사용되는 경우에, 이는 화학 화합물, 물질 또는 조성물이 열거된 성분만을 함유함을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 화학 화합물, 물질, 또는 물질의 조성물은, 일부 구현예에서, 열거된 성분과는 별도로, 미량 원소 또는 불순물로서 다른 성분을 포함할 수 있다.
기판 내의 갭은 기판 내의 패터닝된 오목부(recess), 트렌치, 구멍, 또는 비아를 지칭할 수 있다. 오목부는, 인접하는 돌출 구조체 사이의 특징부를 지칭할 수 있고, 임의의 다른 오목부 패턴은 "트렌치"로 지칭될 수 있다. 즉, 트렌치는 홀/비아를 포함한 임의의 오목부 패턴을 지칭할 수 있다. 일부 구현예에서, 트렌치는 약 5 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 30 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 10 nm 내지 약 20 nm, 또는 약 20 nm 내지 약 30 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 150 nm의 폭을 가질 수 있다. 트렌치가 그의 폭과 실질적으로 동일한 길이를 갖는 경우, 이는 홀 또는 비아로서 지칭될 수 있다. 홀 또는 비아는 일반적으로 약 20 nm 내지 약 100 nm의 폭을 갖는다. 일부 구현예에서, 트렌치는 약 30 nm 내지 약 100 nm, 통상적으로 약 40 nm 내지 약 60 nm의 깊이를 갖는다. 일부 구현예에서, 트렌치는 약 2 내지 약 10, 그리고 통상적으로 약 2 내지 약 5의 종횡비를 갖는다. 트렌치의 치수는 공정 조건, 막 조성물, 의도된 용도 등에 따라 달라질 수 있다.
일부 구현예에서, 갭은 적어도 5 nm 내지 최대 500 nm, 또는 적어도 10 nm 내지 최대 250 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 200 nm, 또는 적어도 50 nm 내지 최대 150 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 150 nm의 깊이를 갖는다.
일부 구현예에서, 상기 갭은 적어도 10 nm 내지 최대 10 000 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 5 000 nm, 또는 적어도 40 nm 내지 최대 2 500 nm, 또는 적어도 80 nm 내지 최대 1000 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 500 nm, 적어도 150 nm 내지 최대 400 nm, 또는 적어도 200 nm 내지 최대 300 nm의 폭을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 갭은 적어도 10 nm 내지 최대 10 000 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 5 000 nm, 또는 적어도 40 nm 내지 최대 2 500 nm, 또는 적어도 80 nm 내지 최대 1000 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 500 nm, 적어도 150 nm 내지 최대 400 nm, 또는 적어도 200 nm 내지 최대 300 nm의 길이를 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 용어 "갭 충전 유체"는 또한 "유동성 갭 충전"으로도 지칭되며, 기판 상에 증착되는 조건 하에서 액체이고 가교 결합과 고체 막 형성 능력을 갖는 올리고머를 지칭할 수 있다.
설명된 바와 같은 방법은 갭 충전 유체로 갭을 충전한 다음 경화되는 데 유용할 수 있다. 갭 충전 유체는, 3D 교차점 메모리 소자에서의 셀 분리, 자기 정렬 비아, 더미 게이트, 리버스 톤 패터닝, PC RAM 분리, 절단된 하드 마스크, 및 DRAM 스토리지 노드 콘택(SNC) 분리를 포함하되 이에 제한되지 않는 반도체 소자에 다양하게 적용될 수 있다.
따라서 갭 충전 유체를 경화하는 방법이 본원에 설명된다. 상기 방법은 공정 챔버 내에 기판을 도입하는 단계를 포함한다. 기판에는 갭이 제공된다. 갭은 갭 충전 유체를 포함한다. 갭 충전 유체는 Si-N 결합을 포함한다. 상기 방법은 진공 자외선 및 분위기 가스에 기판을 동시에 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 분위기 가스는 질소 및 수소 함유 가스 또는 아르곤 함유 가스를 포함한다. 따라서, 갭 충전 유체는 경화되어 실리콘 질화물을 갭에 형성한다. 실리콘 질화물은 실질적으로 실리콘 및 질소로 이루어진 결정질 또는 비정질 세라믹을 지칭할 수 있음을 이해할 것이다. 선택적으로, 실리콘 질화물은 수소를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 실리콘 질화물은 가교 결합된 폴리실라잔으로 실질적으로 이루어진 재료를 지칭한다.
갭 충전 유체를 경화하는 방법은, 갭을 충전하는 방법의 맥락에서 적절히 실행될 수 있다. 따라서, 갭을 충전하는 방법이 본원에 더 설명된다. 상기 방법은 갭을 구비한 기판을 공정 시스템 내에 도입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 하나 이상의 사이클을 실행하는 단계를 추가로 포함한다. 사이클은 증착 단계 및 경화 단계를 포함한다. 증착 단계는 전구체를 제공하는 단계를 포함한다. 전구체는 실리콘, 질소 및 수소를 포함한다. 증착 단계는 반응물을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 반응물은 질소, 수소, 및 희가스 중 하나 이상을 포함한다. 증착 단계는 플라즈마를 생성하는 단계를 추가로 포함한다. 플라즈마는 전구체와 반응물로 하여금 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성시킨다. 플라즈마는 기판을 포함한 공정 챔버에서 생성될 수 있음을 이해해야 한다. 플라즈마는 기판과 직접 접촉할 수 있고, 즉, 직접식 플라즈마 구성으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 플라즈마는 메시 플레이트 또는 천공된 플레이트와 같은 다공성 장벽을 사용하여 기판으로부터 분리될 수 있다. 플라즈마는, 기판을 포함하는 공정 챔버에 작동 가능하게 연결되는 원격 위치에서 생성될 수도 있고, 활성 종은, 기판이 이들 활성 종에 노출될 수 있도록 원격 위치로부터 공정 챔버에 제공될 수 있다. 따라서 이렇게 형성된 갭 충전 유체는 실리콘-질소 결합을 포함한다. 경화 단계는 진공 자외선 및 분위기 가스에 기판을 동시에 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 분위기 가스는 질소 및 수소 함유 가스 또는 아르곤 함유 가스를 포함한다. 따라서, 갭 충전 유체는 경화되고 실리콘 질화물은 갭 내에 형성된다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 실리콘 질화물로 갭을 완전히 충전하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 방법은, 공극의 형성 없이 갭을 실리콘 질화물로 충전하는 단계를 포함한다. 즉, 일부 구현예에서, 본 방법에 따른 증착은, 갭이, 실리콘 질화물로 완전히 충전되고 충전된 갭에 실질적으로 공극이 형성되지 않을 때까지, 계속된다. 공극의 존재는 형성된 재료를 주사 터널 전자 현미경에서 연구함으로써 관찰될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 직접식 플라즈마를 사용하여 형성될 수 있고, 그런 다음 경화될 수 있다. 따라서, 갭을 충전하는 방법이 본원에 더 설명된다. 본원에 설명된 방법은 갭을 구비한 기판을 공정 시스템 내에 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 하나 이상의 사이클을 실행하는 단계를 추가로 포함한다. 사이클은 증착 단계 및 경화 단계를 포함한다. 증착 단계는 기판을 전구체에 노출시키는 단계를 포함한다. 전구체는 실리콘, 질소 및 수소를 포함한다. 증착 단계는 기판을 반응물에 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 반응물은 질소, 수소, 및 희가스 중 하나 이상을 포함한다. 증착 단계는 플라즈마를 생성하는 단계를 추가로 포함한다. 따라서, 전구체와 반응물은 플라즈마의 존재 하에 반응하여 갭 충전 유체를 형성한다. 갭 충전 유체는, 갭을 적어도 부분적으로 충전하고 Si-N 결합을 포함한다. 일부 구현예에서, 충전 능력은, 예를 들어 특정 파라미터 범위 내에서 중합될 수 있는 휘발성 전구체로 충전된 챔버 내에 희 가스, N2 및/또는 NH3 플라즈마를 제공함으로써 기상으로 점성 물질을 형성함으로써 달성될 수 있다. 선택적으로, 기상은 전구체, 희 가스, N2 및/또는 NH3과 별개인 추가 가스, 예를 들어 H2를 포함한다. 경화 단계는 진공 자외선 및 분위기 가스에 기판을 동시에 노출시키는 단계를 추가로 포함한다. 분위기 가스는 질소 및 수소 함유 가스 또는 아르곤 함유 가스를 포함한다. 따라서, 갭 충전 유체는 경화되고 실리콘 질화물은 갭 내에 형성된다.
일부 구현예에서, 플라즈마는 한편으로는 공정 챔버 내에 위치한 샤워헤드 전구체 인젝터와 다른 한편으로는 기판 사이에서 생성된, 직접식 용량 결합형 RF 플라즈마이다. 일부 구현예에서, 적어도 10 W 내지 최대 300 W의 플라즈마 전력이 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 20 W 내지 최대 150 W의 플라즈마 전력이 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 30 W 내지 최대 100 W의 플라즈마 전력이 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 35 W 내지 최대 75 W의 플라즈마 전력이 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 적어도 40 W 내지 최대 50 W의 플라즈마 전력이 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용된다. 이들 전력은 300 mm 웨이퍼의 특별한 경우에 대해 제공됨을 이해해야 한다. 이들은 W/cm2 단위로 쉽게 변환되어 상이한 웨이퍼 크기에 대한 동등한 RF 전력 값을 얻을 수 있다.
적절하게는, 직접식 플라즈마 구성에서, 공정 챔버는 기판 지지부 및 샤워헤드 인젝터를 포함할 수 있다. 기판 지지부 및 샤워헤드 인젝터는 병렬식으로 배열될 수 있고 전극 갭에 의해 분리될 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 5 mm 내지 최대 30 mm의 전극 갭, 예를 들어 적어도 5 mm 내지 최대 10 mm의 전극 갭, 또는 적어도 10 mm 내지 최대 20 mm의 전극 갭, 또는 적어도 20 mm 내지 최대 30 mm의 전극 갭이 사용된다.
일부 구현예에서, 본원에 설명된 방법은 기판과 직접 접촉하지 않는 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 구성은 간접식 플라즈마 및 원격식 플라즈마 구성을 포함하며, 본원의 다른 곳에서 더 상세히 설명된다.
일부 구현예에서, 방법은 복수의 사이클을 실행하는 단계를 포함한다. 따라서, 갭은 실리콘 질화물로 적어도 부분적으로 충전된다. 일부 구현예에서, 갭은 실리콘 질화물로 완전히 충전된다.
일부 구현예에서, 질소 및 수소 함유 가스는 암모니아(NH3)를 포함한다. 일부 구현예에서, 질소 및 수소 함유 가스는 히드라진(N2H2)을 포함한다. 일부 구현예에서, 질소 및 수소 함유 가스는 암모니아 및 히드라진 중 적어도 하나로 실질적으로 구성된다. 따라서, 질소 및 수소는 하나의 동일한 화합물에 포함될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 질소 및 수소 함유 가스는 Ar 또는 He와 같은 하나 이상의 희가스와 같은 추가 가스를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
일부 구현예에서, 경화 단계는 증착 온도보다 최대 20℃ 높은 경화 온도에서 수행된다.
유동성 막은, 휘발성 전구체가 플라즈마에 의해 중합되고 기판의 표면 상에 증착되는 경우에 일시적으로 얻어질 수 있되, 가스 전구체(예, 단량체)는 중합을 개시하도록 플라즈마 가스 방전에 의해 제공되는 에너지에 의해 활성화되거나 단편화되고, 최종 재료가 기판의 표면 상에 증착되는 경우에 재료는 일시적으로 유동성 거동을 나타낸다.
갭 충전 유체는 점성 재료, 즉 기판 상에 형성되는 점성 상으로서 설명될 수 있음을 이해해야 한다. 갭 충전 유체는 기판 상의 트렌치 내에서 흐를 수 있다. 적합한 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 결과적으로, 점성 재료는 상향식으로 트렌치를 이음매 없이 충전한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 실리콘, 질소, 수소, 및 선택적으로 하나 이상의 할로겐으로 구성된다. 즉, 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 실리콘, 질소 및 수소로 구성되는 반면, 다른 구현예에서, 갭 충전 유체는 실리콘, 질소, 수소 및 하나 이상의 할로겐으로 구성된다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 폴리실라잔을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 갭 충전 유체는 폴리실라잔 올리고머를 포함한다. 폴리실라잔 올리고머는 분지형 또는 선형일 수 있다. 적절하게는, 폴리실라잔 올리고머는 복수의 올리고머 종을 포함하고, 즉, 갭 충전 유체는 분지형 및 선형 모두의 다양하게 상이한 올리고머를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 폴리실라잔 올리고머는, 다양한 형태를 가질 수 있는 복수의 상이한 거대 분자를 포함한다.
본원에 형성된 갭 충전 유체는 수소를 포함한다. 일부 구현예에서, 본원에서 형성되는 갭 충전 유체는, 적어도 3% 내지 최대 30% H, 또는 적어도 5% 내지 최대 20% H, 또는 적어도 10% 내지 최대 15% H를 포함하며, 모든 백분율은 원자%로 주어진다. 따라서, 예를 들어, 갭 충전 유체가 SiN으로 지칭되는 경우, 용어 "SiN"은 SiN:H, 즉 수소를 포함하는 SiN, 예를 들어, 최대 30 원자%의 수소를 포함하도록 의도된다.
적합한 전구체는 실리콘, 질소, 및 수소로 이루어진 전구체, 및 선택적으로 하나 이상의 할로겐을 포함한다. 즉, 적합한 전구체는 실리콘 원자, 질소 원자, 수소 원자, 및 선택적으로 하나 이상의 할로겐과는 다른 원자를 함유하지 않는 화합물을 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체는 탄소, 할로겐, 또는 칼코겐을 함유하지 않는다. 일부 구현예에서, 전구체는 탄소 또는 칼코겐을 함유하지 않는다. 일부 구현예에서, 전구체는 탄소를 함유하지 않는다. 일부 구현예에서, 전구체는 칼코겐을 함유하지 않는다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전구체는 어떠한 탄소, 염소 또는 산소도 함유하지 않는다.
유리하게는, 전구체는 실리콘, 질소 및 수소 이외의 원자를 함유하지 않는다. 즉, 일부 구현예에서, 전구체는 실리콘, 질소, 및 수소로 구성된다.
일부 구현예에서, 전구체는 실라잔을 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체는 다음 구조식을 갖는 화합물을 포함한다
R1, R2, 및 R3은 SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3으로부터 독립적으로 선택되고, X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐이라는 것을 이해할 것이다. 일부 구현예에서, R1, R2, 및 R3는 SiH3이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 불소, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 목록으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 불소이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 염소이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 브롬이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 요오드이다. 일부 구현예에서, R1, R2, 및 R3 중 적어도 하나는 SiH3이다. 일부 구현예에서, 전구체는 트리실릴아민을 포함한다. 트리실릴아민이 전구체로서 사용될 경우, 반응물은 N2, NH3, Ar, 및 He로 이루어진 목록으로부터 적절히 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 전구체는 다음 구조식을 갖는 화합물을 포함한다
R4, R5, R6, 및 R7은 H, SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3으로부터 독립적으로 선택되는 것을 이해할 것이다. X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐임을 추가로 이해해야 한다. 일부 구현예에서, R4, R5, R6, 및 R7는 SiH3이다. 일부 구현예에서, R4, R5, R6, 및 R7는 H이고, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 불소, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 목록으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 불소이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 염소이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 브롬이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 요오드이다. 일부 구현예에서, R4, R5, R6, 및 R7 중 적어도 하나는 SiH3이다. 일부 구현예에서, R4 및 R7은 SiH3이고, R5 및 R6은 H이다. 일부 구현예에서, R4, R5, R6, 및 R7은 H이다.
일부 구현예에서, 전구체는 시클로실라잔을 포함한다. 시클로실라잔 전구체를 사용하는 갭 충전 층은, 특히 양호한 측방향 유동성, 즉 특히 측방향 공간에서의 양호한 유동성을 갖는 층을 제공한다. 적절하게는, 시클로실라잔은 실리콘, 질소, 수소, 및 선택적으로 염소와 같은 할로겐만을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 시클로실라잔은 시클로트리실라잔 고리, 시클로테트라실라잔 고리, 및 시클로펜타실라잔 고리로 이루어진 군으로부터 선택된 링 구조를 포함한다.
일부 구현예에서, 전구체는 다음 구조식을 갖는 화합물을 포함한다
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R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, 및 R20은 H, X, Y, NH2, SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3으로 이루어진 목록으로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐인 것으로 이해될 것이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 불소, 염소, 브롬 및 요오드로 이루어진 목록으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 불소이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 염소이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 브롬이다. 일부 구현예에서, 제1 할로겐 및/또는 제2 할로겐은 요오드이다. 일부 구현예에서, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, 및 R20 중 적어도 하나는 H이다. 일부 구현예에서, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, 및 R20은 H이다.
일부 구현예에서, 전구체는 실리콘, 질소 및 수소로 구성되고, 갭 충전 유체는 실리콘, 질소 및 수소로 구성된다. 일부 구현예에서, 전구체는 하나 이상의 할로겐을 추가로 포함하고, 갭 충전 유체는 하나 이상의 할로겐을 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 전구체는 실리콘, 질소, 수소, 및 하나 이상의 할로겐으로 구성되고, 갭 충전 유체는 실리콘, 질소, 수소, 및 하나 이상의 할로겐으로 구성된다. 갭 충전 유체가 특정 성분으로 구성되는 경우에, 일부 구현예에서, 다른 성분은, 예를 들어 오염물로서, 소량의 양으로 여전히 존재할 수 있음을 이해해야 한다.
반응물이, 증착되는 갭 충전 유체에 반드시 포함되는 것은 아님을 이해해야 한다. 따라서, 일부 구현예에서, 반응물은 갭 충전 유체에 혼입되는 반면, 다른 구현예에서, 반응물은 갭 충전 유체에 혼입되지 않는다. 아르곤과 같은 희 가스가 반응물로서 사용되는 경우에, 희 가스는 갭 충전 유체 내에 실질적으로 혼입되지 않는다.
일부 구현예에서, 반응물은 질소, 수소, 암모니아, 히드라진, 하나 이상의 희 가스, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
일부 구현예에서, 반응물은 암모니아 및 히드라진 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 구현예에서, 반응물은 희 가스를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 희 가스는 He, Ne, Ar, 및 Kr로 이루어진 목록으로부터 선택된다.
일부 구현예에서, 희 가스는 Ar이다.
일부 구현예에서, 전구체 및 반응물은 동시에 제공된다. 예를 들어, 전구체 및 반응물은 공정 챔버에 동시에 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 반응물은 캐리어 가스이다. 캐리어 가스는 전구체를 공정 챔버에 운반하거나 비말동반하는 가스를 지칭함을 이해해야 한다. 예시적인 캐리어 가스는 아르곤과 같은 희가스를 포함한다. 예시적인 캐리어 가스 유량은 적어도 0.1 slm 내지 최대 10 slm, 또는 적어도 0.1 slm 내지 최대 0.2 slm, 또는 적어도 0.2 slm 내지 최대 0.5 slm, 또는 적어도 0.5 slm 내지 최대 1.0 slm, 또는 적어도 1.0 slm 내지 최대 2.0 slm, 또는 적어도 2.0 slm 내지 최대 5.0 slm, 또는 적어도 5.0 slm 내지 최대 10.0 slm, 또는 적어도 0.1 slm 내지 최대 2 slm이다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 동안 반응 공간에 공급된 모든 가스는, 전구체, 반응물, 선택적인 캐리어 가스, 예컨대 N2, Ar, 및/또는 He, 및 선택적인 플라즈마 점화 가스(Ar, He, N2, 및/또는 H2일 수 있거나 이를 포함할 수 있음) 및 선택적인 도펀트 전구체이다. 다시 말해, 이들 구현예에서, 열거된 가스보다 공정 챔버에 다른 가스가 제공되지 않는다. 일부 구현예에서, 캐리어 가스 및/또는 플라즈마 점화 가스는 반응물로서 기능한다. 일부 구현예에서, 전구체는 실리콘, 질소 및 수소로 이루어진다.
일부 구현예에서, 반응물은 질소 및 암모니아를 포함하고, 전구체 이외의 가스는 없으며, 반응물은 증착 단계 동안 공정 챔버 내로 도입된다.
일부 구현예에서, 반응물은 He 또는 Ar과 같은 희 가스를 포함하고, 전구체 이외의 가스는 없으며, 반응물은 증착 단계 동안 공정 챔버 내로 도입된다.
일부 구현예에서, 증착 단계 및 경화 단계는 임의의 개입된 진공 파괴 없이 동일한 공정 시스템에서 수행된다.
일부 구현예에서, 증착 단계는 제1 공정 챔버에서 수행되고, 경화 단계는 제2 공정 챔버에서 수행된다. 제1 공정 챔버 및 제2 공정 챔버는 동일한 공정 시스템에 포함된 상이한 공정 챔버인 것으로 이해될 것이다.
일부 구현예에서, 진공 자외선은 적어도 140 nm 내지 최대 200 nm의 파장을 갖는 전자기 복사선을 포함한다. 예를 들어, 진공 자외선(VUV) 복사선은 적어도 10 nm 내지 최대 200 nm, 또는 적어도 10 nm 내지 최대 50 nm, 또는 적어도 50 nm 내지 최대 100 nm, 또는 적어도 100 nm 내지 최대 150 nm, 또는 적어도 150 nm 내지 최대 200 nm의 파장에서 피크 세기를 가질 수 있다. 예를 들어, (SiH3)2NSiH2N(SiH3)2가 실리콘 전구체로서 사용되고 NH3이 질소 및 수소 함유 가스로서 사용되는 경우, 130 내지 200 nm의 파장을 갖는 VUV 광, 예컨대 140 nm 내지 190 nm의 파장을 갖는 VUV 광, 또는 150 nm 내지 180 nm의 파장을 갖는 VUV 광이 바람직하게 사용된다.
일부 구현예에서, 휘발성 전구체는, 플라즈마 제공 동안에 전구체의 부분 압력, 웨이퍼 온도, 및 공정 챔버 내 총 압력에 의해 주로 정의되는 특정 파라미터 범위 내에서 중합된다. "전구체 부분 압력"을 조절하기 위해서 간접 공정 놉(희석 가스 흐름)이 종종 전구체 부분 압력을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 전구체 부분 압력의 절대 수치는 증착된 막의 유동성을 제어하기 위해 요구되지 않을 수 있는 대신에, 전구체의 유량 대 잔여 가스의 유량의 비율, 및 기준 온도에서의 반응 공간의 총 압력 및 총 압력을 실제 제어 파라미터로서 사용할 수 있다. 전술한 바에도 불구하고, 일부 구현예에서, 갭충전 유체 형성 동안, 공정 챔버는 적어도 600 Pa 내지 최대 10000 Pa의 압력으로 유지된다. 예를 들어, 공정 챔버 내의 압력은 적어도 600 Pa 내지 최대 1200 Pa의 압력, 또는 적어도 1200 Pa 내지 최대 2500 Pa의 압력, 또는 적어도 2500 Pa 내지 최대 5000 Pa의 압력, 또는 적어도 5000 Pa 내지 최대 10000 Pa의 압력으로 유지될 수 있다.
일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 -25℃ 내지 최대 200℃의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 -25℃ 내지 최대 0℃의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 0℃ 내지 최대 25℃의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 25℃ 내지 최대 50℃의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 50℃ 내지 최대 75℃의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 75℃ 내지 최대 150℃의 온도에서 실행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 150℃ 내지 최대 200℃의 온도에서 실행된다. 이는 현재 제공된 갭 충전 유체의 갭 충전 특성을 향상시킨다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 적어도 70℃ 내지 최대 90℃의 온도, 또는 적어도 80℃ 내지 최대 100℃의 온도에서 수행된다. 일부 구현예에서, 증착 단계는 최대 150℃의 증착 온도에서 수행된다.
전구체 공급원은, 전구체 수용기, 예를 들어 전구체 캐니스터, 전구체 용기 등을 포함할 수 있고, 하나 이상의 가스 라인은 선택적으로 전구체 수용기를 공정 챔버에 작동 가능하게 연결한다. 따라서, 전구체 수용기는 공정 챔버의 온도보다 적어도 5℃ 내지 최대 50℃ 더 낮은 온도에서, 또는 공정 챔버의 온도보다 적어도 5℃ 내지 최대 10℃ 낮은 온도에서, 또는 공정 챔버의 온도보다 적어도 10℃ 내지 최대 20℃ 낮은 온도에서, 또는 공정 챔버의 온도보다 적어도 30℃ 내지 최대 40℃ 낮은 온도에서, 또는 공정 챔버의 온도보다 적어도 40℃ 내지 최대 50℃ 더 낮은 온도에서 적절히 유지될 수 있다. 가스 라인은, 전구체 수용기의 온도와 공정 챔버 사이의 온도에서 적절히 유지될 수 있다. 예를 들어, 가스 라인은, 공정 챔버의 온도보다 적어도 5℃ 내지 최대 50℃, 또는 적어도 5℃ 내지 최대 10℃, 또는 적어도 10℃ 내지 최대 20℃, 또는 적어도 30℃ 내지 최대 40℃, 또는 적어도 40℃ 내지 최대 50℃ 낮은 온도로 유지될 수 있다. 일부 구현예에서, 가스 라인과 공정 챔버는 전구체 수용기의 온도보다 높은 실질적으로 동일한 온도로 유지된다.
본원에서 사용되는 바와 같은 플라즈마는, 원격식, 간접식, 또는 직접식이든, 용량 결합식 또는 유도 결합식이든지, 플라즈마 주파수로 작동하는 교류에 의해 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 40 kHz 내지 최대 2.45 GHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 40 kHz 내지 최대 80 kHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 80 kHz 내지 최대 160 kHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 160 kHz 내지 최대 320 kHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 320 kHz 내지 최대 640 kHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 640 kHz 내지 최대 1280 kHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 1280 kHz 내지 최대 2500 kHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 2.5 MHz 내지 최대 5 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 5 MHz 내지 최대 50 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 5 MHz 내지 최대 10 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 10 MHz 내지 최대 20 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 20 MHz 내지 최대 30 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 30 MHz 내지 최대 40 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 40 MHz 내지 최대 50 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 50 MHz 내지 최대 100 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 100 MHz 내지 최대 200 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 200 MHz 내지 최대 500 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 500 MHz 내지 최대 1000 MHz의 플라즈마 주파수가 사용되고, 또는 적어도 1 GHz 내지 최대 2.45 GHz의 플라즈마 주파수가 사용된다. 예시적인 구현예에서, 플라즈마는 용량성 RF 플라즈마이고, RF 전력은 13.56 MHz의 주파수로 제공된다.
일부 구현예에서, 증착 단계는 전구체 및 반응물을 동시에 도입하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 본 방법은 무선 주파수(RF) 플라즈마에 갭 충전 유체를 노출시키는 단계, 예를 들어 15 MHz 이하의 플라즈마 주파수를 사용하는 단계를 포함하고, 펄스화된 전구체 흐름 및 펄스화된 RF 플라즈마를 이용한 주기적 증착 공정을 사용한다. 전구체 펄스 및 플라즈마 펄스는 퍼지 가스 펄스에 의해 분리될 수 있다. 일부 구현예에서, 퍼지 단계의 지속 시간과 퍼지 가스의 유량은, 모든 전구체가 퍼지 단계가 완료된 후 공정 챔버로부터 제거되지 않았음을 보장하기에 충분히 낮도록 선택된다. 즉, 퍼지 단계 및 그 안에 사용된 퍼지 가스 유량의 지속 시간은, 전체 공정 챔버가 퍼지 단계 동안 배기되지 않도록 충분히 낮을 수 있다. 바람직하게는, 반응물은 퍼지 가스로서 사용된다. 이러한 구현예에서, 막 증착의 유동성에 대한 원하는 양태는, 1) 중합화가 진행되기 위한 전체 RF-온 기간 동안 충분히 높은 부분 압력; 2) 너무 길지 않은 RF 기간 동안에 (RF-온 기간 및 RF 전력에 의해 정의된) 반응을 활성화시키기에 충분한 에너지; 3) 유동성 상의 용융점 위와 비등점 아래에서 중합화/사슬 성장을 위한 온도 및 압력; 4) 갭 충전 유체가 고형화 되기 전에 예를 들어 사슬 성장 전에 갭을 충전하기에 충분한 시간을 갖도록 충분히 낮은 레벨에서 선택된 중합 사슬 성장을 위한 온도 및 압력을 포함한다.
일부 구현예에서, 본 방법은 전구체를 반응 공간에 간헐적으로 제공하고, 플라즈마를 연속적으로 인가하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 본 방법은 전구체를 반응 공간에 간헐적으로 제공하고, 플라즈마를 간헐적으로 인가하는 단계를 포함한다. 따라서, 후자의 구현예는 전구체 펄스 및 플라즈마 펄스를 반응 공간에 순차적으로 인가하는 것을 특징으로 한다.
일부 구현예에서, 본 방법은 전구체를 반응 공간에 연속적으로 제공하는 단계, 및 증착 단계 전반에 걸쳐, 예를 들어 RF 전력의 인가를 통해 플라즈마를 연속적으로 또는 주기적으로 인가하는 단계를 포함한다. 플라즈마는 연속적이거나 펄스화될 수 있고, 직접식이거나 원격식일 수 있다.
일부 구현예에서, 증착 단계는, 전구체를 공정 챔버에 연속적으로 제공하는 단계, 반응물을 공정 챔버에 연속적으로 제공하는 단계, 및 플라즈마를 공정 챔버에 연속적으로 제공하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 증착 단계는 교번하는 전구체 및 플라즈마 펄스를 사용한다.
일부 구현예에서, 펄스화된 플라즈마, 예를 들어 펄스화된 RF 플라즈마가 증착 단계 동안 사용된다. 일부 구현예에서, RF 전력 인가 기간(즉, 반응기 내의 반응물이 플라즈마에 노출되는 기간)은 적어도 0.7초 내지 최대 2.0초, 예를 들어 적어도 0.7초 내지 최대 1.5초의 범위이다.
일부 구현예에서, 증착 단계는 하나 이상의 증착 사이클을 포함한다. 증착 사이클은, 전구체 펄스, 선택적인 전구체 퍼지, 플라즈마 펄스, 및 선택적인 플라즈마후 퍼지의 순서를 포함하고, 이는 연속적으로 반복된다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스의 지속 시간, 즉 전구체 공급 시간은 적어도 0.25초 내지 최대 4.0초, 또는 적어도 0.5초 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 1.0초 내지 최대 1.5초이다.
일부 구현예에서, 전구체 펄스 직후의 퍼지 단계의 지속시간, 즉 전구체 퍼지 시간은 적어도 0.025초 내지 최대 2.0초, 또는 적어도 0.05초 내지 최대 0.8초, 또는 적어도 0.1초 내지 최대 0.4초, 또는 적어도 0.2초 내지 최대 0.3초이다. 이러한 타이밍은, N2 및/또는 NH3이 반응물로서 사용되는 경우, 및 Ar과 같은 희가스가 반응물로서 사용되는 경우 모두에 적용될 수 있다.
일부 구현예에서, 본원에 설명된 바와 같은 방법은, 어닐링 온도에서 기판을 어닐링하는 단계를 포함하되, 어닐링 온도는 증착 온도보다 높다. 바람직하게는, 진공은 갭 충전 유체의 형성과 어닐링 사이에 파괴되지 않는다. 어닐링은, 갭 충전 유체가 형성되는 공정 챔버와 동일한 공정 챔버에서 수행되거나, 갭 충전 유체가 형성되는 공정 챔버와 동일한 시스템에 위치하는 상이한 공정 챔버에서 수행될 수 있다. 어닐링은, 모든 갭 충전 유체가 증착된 후, 후속 증착 사이클 사이에서, 모든 갭이 아니라 일부의 충전 유체가 증착된 후, 경화 단계 전에, 또는 경화 단계 후에 수행될 수 있다. 적절한 어닐링 시간은, 적어도 10.0초 내지 최대 10.0분, 예를 들어 적어도 20.0초 내지 최대 5.0분, 예를 들어 적어도 40.0초 내지 최대 2.5분을 포함한다. 적절하게는, 어닐링은, N2, He, Ar 및 H2 로 이루어진 목록으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함한 가스 혼합물에서 수행된다. 일부 구현예에서, 어닐링은 N2와 같은 질소 함유 가스를 포함한 분위기에서 수행된다. 일부 구현예에서, 어닐링은 적어도 200℃의 온도, 또는 적어도 250℃의 온도, 또는 적어도 300℃의 온도, 적어도 350℃의 온도, 또는 적어도 400℃의 온도, 또는 적어도 450℃의 온도에서 수행된다. 일부 구현예에서, 어닐링은 적어도 100℃ 내지 550℃의 온도, 또는 적어도 100℃ 내지 375℃의 온도, 또는 적어도 375℃ 내지 550℃의 온도에서 수행된다.
제1 공정 챔버, 전구체 공급원, 전구체 라인, 암모니아 공급원, 암모니아 라인, 및 진공 자외선 광원을 포함하는 처리 시스템이 본원에 추가로 설명된다. 전구체 공급원은 전구체를 포함한다. 전구체는 본원에 설명된 임의의 전구체일 수 있고, Si-N 결합을 포함한다. 전구체 라인은 전구체 공급원으로부터 제1 공정 챔버까지 전구체를 제공하도록 배열된다. 암모니아 라인은 암모니아 공급원으로부터 제1 공정 챔버까지 암모니아를 제공하도록 배열된다. 진공 자외선 광원은 진공 자외선 광을 발생시키도록 배열된다.
일부 구현예에서, 시스템은 제2 공정 챔버 및 웨이퍼 핸들링 시스템을 포함한다. 이러한 구현예에서, 진공 자외선 광원은 제2 공정 챔버에 진공 자외선 광을 제공하기 위해 적절하게 배열될 수 있고, 웨이퍼 핸들링 시스템은 제1 공정 챔버와 제2 공정 챔버 사이에 하나 이상의 웨이퍼를 이송하기 위해 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템은 제어기를 추가로 포함한다. 제어기는, 처리 시스템이 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 배열된다.
예시적인 구현예에서, 갭 충전 유체는 (SiH3)2NSiH2N(SiH3)2, 즉 하기 구조식을 갖는 화합물의 직접식 플라즈마 중합을 사용하여 형성된다:
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본 발명 또는 개시가 임의의 특정 이론 또는 작동 방식에 의해 제한되지 않는다면, 직접식 플라즈마 중합은 올리고머 실라잔 및/또는 폴리실라잔 함유 갭 충전 유체의 형성을 초래하는 것으로 여겨진다. 갭 충전 유체가 형성된 후, 갭 충전 유체는 진공 자외선 광에 노출된다. 따라서, 갭 충전 유체의 습식 식각 속도 비는 적어도 40.3에서 10.6으로 개선된다. 또한, 고온(400℃)에서 어닐링 시의 막 수축은 7.1%에서 4.1%로 개선된다. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 측정은 미경화 및 경화된 갭 충전 유체를 비교할 때 Si-H 및 Si-N 피크 파라미터의 유의한 변화를 나타낸다. 이는, 갭 충전 유체가 가교 결합 및 추가 중합 반응 중 적어도 하나와 같은 화학적 변화를 겪는 것을 나타내며, 이는, 갭 충전 유체의 특성의 전반적인 개선과 상관된다.
본원에 보고된 바와 같은 습식 식각 속도 비율(WERR)은 희석된 불산(dHF 1:100)에 샘플을 침지하고, 전자 현미경에서 층 두께를 측정하고, 단결정질 실리콘 웨이퍼 상에서 열적으로 성장된 실리콘 산화물의 것과 샘플 식각 속도를 비교하여 얻음을 이해해야 한다. 즉, 습식 식각 속도 비율은, 샘플 층의 습식 식각 속도를 측정하고, 동일한 에천트에서 열 실리콘 산화물 기준의 습식 식각 속도를 측정하고, 샘플에 대해 얻은 습식 식각 속도를 기준에 대해 얻은 것으로 나눔으로써, 얻는다.
도 11은 실험 결과를 나타낸다. 모든 실험 결과는 먼저 갭 충전 유체를 형성함으로써 얻고, 이는 (SiH3)2NSiH2N(SiH3)2를 실리콘 전구체로서 용량 결합형 직접식 플라즈마 셋업에서 사용하고 90℃의 기판 온도, 50초의 공정 시간, 및 Ar 및 N2를 포함한 플라즈마 가스를 사용하였다. 모든 샘플에 대해, 갭 충전 형성 단계 및 후속 VUV 노출 단계는, 임의의 개입된 진공 파괴 없이 동일한 진공 시스템에 포함된 상이한 공정 챔버에서 발생하였다. 172 nm에서 피크 세기를 갖는 광을 사용하여 VUV 노출을 수행하고, 25 mW/cm2의 출력 밀도를 10분 동안 사용하였다. VUV 노출 동안, VUV 공정 챔버를 300 Pa의 압력으로 유지시키고, 100℃의 기판 온도를 사용하였다.
특히, 도 11의 패널 a)는 본원에 기설명된 방법에 따라 처리된 샘플의 주사 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다. 갭 충전 유체 형성 후, 샘플을 암모니아(NH3) 및 진공 자외선(VUV) 광에 동시에 노출시켰다. 이를 통해, 경화된 갭 충전 유체는 희석된 불산(22.5℃에서 H2O 중 1 부피%의 HF)에서의 습식 식각 속도 비율이 >36.45, 환원 N2 대기에서 120 Pa의 압력으로 30분 동안 400℃에서 어닐링 시 단지 4.5%의 수축률, 1.667의 굴절 지수, 1.650 nm/s의 증착 속도(D/R), 및 기판 상의 블랭킷 층에 대한 5개 상이한 위치에서의 평균 측정 값으로 엘립소미터에 의해 측정된 바와 같이 경화된 갭 충전 유체의 평균 두께 82.5 nm를 가졌다. 도 11의 패널 b)는 갭 충전 유체 형성 후 Ar 및 VUV 광에 동시에 노출시킨 비교 샘플의 주사 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다. 이를 통해, 경화된 갭 충전 유체는 습식 식각 속도 비율 >22.88, 전술한 바와 같은 어닐링 시 수축률 2.5%, 굴절 지수 1.650, 0.948 nm/s의 D/R, 및 47.4 nm의 경화된 갭 충전 유체의 평균 두께를 가졌다. 도 11의 패널 c)는 갭 충전 유체 형성 후 H2 및 VUV 광에 동시에 노출시킨 비교 샘플의 주사 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다. 이를 통해, 경화된 갭 충전 유체는 습식 식각 속도 비율 >27.23, 수축률 0%, 굴절 지수 1.666, 0.990 nm/s의 D/R, 및 49.5 nm의 경화된 갭 충전 유체의 평균 두께를 가졌다. 유리하게는, VUV 광 및 NH3 노출을 사용하여 경화된 갭 충전 유체는, 동일한 처리 시간 동안 더 낮은 습식 식각 속도 비율, 더 적은 공극 형성, 어닐링 시 더 낮은 수축률, 및 더 높은 두께의 경화된 갭 충전 유체를 갖는다.
도 11의 패널 d)는 여러 샘플에 대한 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 스펙트럼을 나타낸다. 특히, 스펙트럼 i는 경화 없이 증착시 상태의 갭 충전 유체에 대한 FTIR 스펙트럼을 나타내고; 스펙트럼 ii는 동시에 Ar 및 VUV 노출에 의해 경화된 갭 충전 유체에 대한 FTIR 스펙트럼을 나타내고; 스펙트럼 iii은 동시에 N2 및 VUV 노출에 의해 경화된 갭 충전 유체에 대한 FTIR 스펙트럼을 나타내고; 스펙트럼 iv는 동시에 H2 및 VUV 노출에 의해 경화된 갭 충전 유체에 대한 FTIR 스펙트럼을 나타내고; 스펙트럼 v는 동시에 NH3 및 VUV 노출에 의해 경화된 갭 충전 유체에 대한 FTIR 스펙트럼을 나타낸다. FTIR 측정은 NH3 및 VUV 노출 시 갭 충전 유체로부터 H 및/또는 Si 제거를 나타내며, 이는 SiH3 기의 가능한 손실을 나타낸다. 또한, 측정값은 NH3 및 VUV 노출 시 갭 충전 유체의 질화, 즉 중합을 나타낸다.
모든 샘플에 대해, 습식 식각 속도 비율을 엘립소미터 측정법을 사용하여 측정하였다. 모든 샘플에 대해, 120Pa의 압력에서 30분 동안 환원 N2 대기에서 400℃에서 어닐링 후 두께 측정을 사용하여 수축률을 측정하였고, 굴절 지수는 엘립소미터 측정법을 사용하여 측정하였고, D/R은 증착 시간을 고려한 두께 측정을 사용하여 측정하였고, 경화된 갭 충전 유체의 평균 두께는 관심 있는 블랭킷 막을 포함한 기판 상의 다섯 개의 상이한 위치에 대한 엘립소미터 측정법을 사용하여 측정하였다.
동시에 NH3 및 VUV 노출로 여전히 공동이 형성되었지만, 갭 충전 유체의 더 큰 부분을 다른 경화 접근법과 비교하면 동시에 NH3 및 VUV 노출을 사용하여 하나의 경화 시퀀스로 경화시켰음을 이해할 것이다. 따라서, 현재 개시된 방법은, 주기적 증착-경화 모드에서 수행될 경우에 공극이 없는 실리콘 질화물 갭 충전 형성을 초래하고, 여기서 "실리콘 질화물"은 결정질 또는 비정질 실리콘 질화물, 또는 가교 결합된 폴리실라잔 수지, 또는 중간 재료를 지칭하는 것이 예상된다. 유리하게는, 본 개시의 방법을 사용하여 형성된 "실리콘 질화물"은 매우 낮거나 무시할 만한 탄소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 방법을 사용하여 형성된 실리콘 질화물의 탄소 함량은 1 원자% 미만, 또는 0.1 원자% 미만, 또는 0.01 원자% 미만, 또는 10-4 원자% 미만, 또는 10-8 원자% 미만일 수 있다.
추가 실험 결과에 따라, 도면에 나타내지 않았지만, 모든 실험 결과는 먼저 갭 충전 유체를 형성함으로써 얻고, 이는 (SiH3)2NSiH2N(SiH3)2를 실리콘 전구체로서 용량 결합형 직접식 플라즈마 셋업에서 사용하고 90℃의 기판 온도, 50초의 공정 시간, 및 Ar 및 N2를 포함한 플라즈마 가스를 사용하였다. 모든 샘플에 대해, 갭 충전 형성 단계 및 후속 VUV 노출 단계는, 임의의 개입된 진공 파괴 없이 동일한 진공 시스템에 포함된 상이한 공정 챔버에서 발생하였다. 172 nm에서 피크 세기를 갖는 광을 사용하여 VUV 노출을 수행하고, 125 mW/cm2의 출력 밀도를 6분 동안 사용하였다. VUV 노출 동안, VUV 공정 챔버를 아르곤 분위기에서, 1200 Pa의 압력으로 유지시키고, 80℃의 기판 온도를 사용하였다.
갭 충전 유체는 도 1에 나타낸 바와 같은 반응기를 포함하는 임의의 적절한 장치에 형성될 수 있다. 도 1은, 본 발명의 일부 구현예에 이용될 수 있고 바람직하게는 아래에 설명되는 순서를 수행하기 위해 프로그램된 제어와 협력하는 플라즈마 강화 주기적 증착용 장치의 개략도이다. 이 도면에서, 서로 마주하며 평행한 한 쌍의 전기 전도성 평판 전극(2,4)을 공정 챔버(3)의 내부 (반응 구역)(11)에 제공하고, RF 전력(예, 13.56 MHz 및/또는 27 MHz)을 전력 공급원(25)으로부터 일측에 인가하고 타측(12)을 전기적으로 접지시킴으로써, 플라즈마가 전극들 사이에서 여기된다. 온도 조절기는 하부 스테이지(2), 즉 하부 전극에 제공될 수 있다. 기판(1)이 그 위에 배치되고, 이의 온도는 주어진 온도에서 일정하게 유지된다. 상부 전극(4)은 샤워 플레이트로서의 역할도 수행할 수 있고, 만약에 존재하면 반응물 가스 및/또는 희석 가스뿐만 아니라 전구체 가스가 각각의 가스 라인(21) 및 가스 라인(22)을 통해서 그리고 샤워 플레이트(4)를 통해서 공정 챔버(3)로 유입될 수 있다. 추가적으로, 공정 챔버(3)에는 배기 라인(17)을 갖는 원형 덕트(13)가 제공되고, 이를 통해 공정 챔버(3)의 내부(11)에 있는 가스가 배기된다. 추가적으로, 이송 챔버(5)는 공정 챔버(3) 아래에 배치되고, 이송 챔버(5)의 내부(이송 구역)(16)를 통해 공정 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) 내로 또는 이송 챔버로부터 이송될 수 있는 게이트 밸브는 이 도면에서 생략됨을 유의하기 바란다. 이송 챔버에는 배기 라인(6)이 또한 구비된다.
일부 구현예에서, 도 1에 도시된 장치에서는, 도 2에 도시된 불활성 가스의 흐름 및 전구체 가스의 흐름을 스위칭하는 시스템이, 공정 챔버의 압력을 요동시키지 않고 전구체 가스를 펄스로 유입하기 위해 사용될 수 있다.
실제로, 캐리어 가스의 연속적인 흐름은 유동 통과 시스템(FPS)을 이용하여 달성될 수 있되, 캐리어 가스 라인은 전구체 리저버(용기)를 갖는 우회 라인을 구비하고, 메인 라인과 우회 라인이 스위칭되며, 캐리어 가스만을 공정 챔버에 공급하고자 하는 경우에 우회 라인은 닫히고, 반면 캐리어 가스와 전구체 가스 모두를 반응 챔버에 공급하고자 하는 경우에 공정 라인은 닫히게 되고 캐리어 가스는 우회 라인을 통해 흐르며 전구체 가스와 함께 용기로부터 흘러 나온다. 이러한 방식으로, 캐리어 가스는 공정 챔버 내로 연속해서 흐를 수 있고, 메인 라인과 우회 라인을 스위칭함으로써 전구체 가스를 펄스로 이송할 수 있다. 도 2는 본 발명의 구현예에 따른 유동 통과 시스템(FPS)을 사용하는 전구체 공급 시스템을 나타낸다(검은색 밸브는 밸브가 닫혔음을 표시함). 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전구체를 공정 챔버(미도시)에 공급하는 경우에 우선, Ar(또는 He)과 같은 캐리어 가스가 밸브(b 및 c)를 갖는 가스 라인을 통해 흐른 다음 용기(리저버)(20)로 진입한다. 캐리어 가스는 용기(20) 내부의 증기압에 대응하는 양으로 전구체 가스를 운반하면서 용기(20)로부터 흘러 나오고, 밸브(f 및 e)를 갖는 가스 라인을 통해 흐른 다음 전구체와 함께 공정 챔버에 공급된다. 위에서, 밸브(a) 및 밸브(d)는 닫힌다. 캐리어 가스(희가스, 예컨대 He 또는 Ar일 수 있음)만을 공정 챔버에 공급할 때, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 캐리어 가스는 용기(20)를 우회하면서 밸브를 갖는 가스 라인을 통해 흐른다. 위에서, 밸브(b, c, d, e, 및 f)는 닫힌다.
언급한 바와 같이, 당업자는 프로그램된, 그렇지 않으면 본원의 다른 곳에서 설명되는 증착 공정이 수행되도록 구성된, 하나 이상의 제어기(들)(미도시)가 장치에 포함된다는 것을 이해할 것이다. 제어기(들)는, 당업자가 이해하는 바와 같이, 다양한 전력원, 가열 시스템, 펌프, 로보틱스, 및 반응기의 가스 유량 제어기 또는 밸브들과 통신한다. 제어기(들)는 밸브, 매니폴드, 히터, 펌프 및 시스템에 포함된 다른 구성 요소를 선택적으로 작동시키기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함한다. 이러한 회로 및 구성 요소는, 전구체, 반응물, 선택적으로 퍼지 가스를 각각의 공급원(예, 용기(20))으로부터 도입하기 위해 작동한다. 제어기는 가스 공급 순서의 시점, 기판 및/또는 공정 챔버(3)의 온도, 공정 챔버(3)의 압력, 및 시스템의 적절한 작동을 제공하는데 다양한 기타 작동을 제어할 수 있다. 제어기(들)는, 공정 챔버(3) 내로 그리고 공정 챔버로부터의 전구체, 반응물 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 전기식 혹은 공압식으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(들)는, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 특정 작업을 수행하는 FPGA 또는 ASIC과 같은 모듈을 포함할 수 있다. 제어기가 특정 작업을 수행하기 위한 소프트웨어 구성 요소를 포함하는 경우, 제어기는 그러한 특정 작업을 수행하도록 프로그래밍되는 것으로 이해될 것이다. 모듈은 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체, 즉 메모리에 탑재되도록 구성되고, 하나 이상의 공정을 실행하도록 유리하게 구성될 수 있다.
임의로, 이중 챔버 반응기가 사용될 수 있다. 이중 챔버 반응기는 서로 가깝게 배치된 웨이퍼를 처리하기 위한 2개의 섹션 또는 구획부를 포함한다. 이러한 이중 챔버 반응기에서, 반응물 가스 및 희가스는 공유 라인을 통해 공급될 수 있고 전구체 함유 가스는 공유되지 않은 라인에 의해 제공된다. 예시적인 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 두 개의 구획부 중 하나에서 일어나고, 경화 단계는 다른 공정 챔버에서 일어난다. 이는, 예를 들어 갭 충전 유체 형성 및 경화가 상이한 온도에서 발생하는 경우에, 처리량을 유리하게 개선할 수 있다.
도 3은 갭 충전 유체를 형성하도록 작동 가능하거나 제어 가능한 직접식 플라즈마 시스템(300)의 구현예의 개략도를 나타낸다. 시스템(300)은, 플라즈마(320)가 생성되는 공정 챔버(310)를 포함한다. 특히, 플라즈마(320)는 샤워헤드 인젝터(330)와, 기판 또는 웨이퍼(341)를 지지하는 기판 지지체(340) 사이에서 생성된다.
나타낸 구성에서, 시스템(300)은 두 개의 교류(AC) 전원을 포함한다: 고주파 전원(321) 및 저주파 전원(322). 나타낸 구성에서, 고주파 전원(321)은 무선 주파수(RF) 전력을 샤워헤드 인젝터에 공급하고, 저주파 전원(322)은 교류 신호를 기판 지지부(340)에 공급한다. 무선 주파수 전력은, 예를 들어 13.56 MHz 이상의 주파수로 제공될 수 있다. 저주파 교류 신호는, 예를 들어 2 MHz 이하의 주파수로 제공될 수 있다.
전구체 및/또는 반응물을 포함한 공정 가스는, 가스 라인(360)을 통해 원뿔형 가스 분배기(350)에 제공될 수 있다. 그 다음, 공정 가스는 샤워헤드 인젝터(330) 내의 관통 구멍(331)을 통해 반응 챔버(310)로 통과한다. 고주파 전원(321)은 샤워헤드 인젝터에 전기적으로 연결되는 것으로 나타나 있는 반면에, 저주파 전원(322)은 기판 지지부(340)에 전기적으로 연결되는 것으로 나타나 있고, 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 일부 구현예(미도시)에서, 고주파 전원과 저주파 전원 둘 다는 샤워헤드 인젝터에 전기적으로 연결될 수 있거나, 고주파 전원과 저주파 전원 둘 다는 기판 지지체에 전기적으로 연결될 수 있거나; 고주파 전원은 기판 지지체에 전기적으로 연결될 수 있고, 저주파 전원은 샤워헤드 인젝터에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4는 갭 충전 유체를 형성하도록 작동 가능하거나 제어 가능한 간접식 플라즈마 시스템(400)의 다른 구현예의 개략도를 나타낸다. 시스템(400)은, 플라즈마(420)가 생성되는 플라즈마 생성 공간(425)으로부터 분리된 공정 챔버(410)를 포함한다. 특히, 공정 챔버(410)는, 샤워헤드 인젝터(430)에 의해 플라즈마 생성 공간(425)으로부터 분리되고, 플라즈마(420)는, 샤워헤드 인젝터(430)와 플라즈마 생성 공간 천장(426) 사이에서 생성된다.
나타낸 구성에서, 시스템(400)은 세 개의 교류(AC) 전원: 고주파 전원(421) 및 두 개의 저주파 전원(422), (423)(즉, 제1 저주파 전원(422) 및 제2 저주파 전원(423))을 포함한다. 나타낸 구성에서, 고주파 전원(421)은 무선 주파수(RF) 전력을 플라즈마 생성 공간 천장에 공급하고, 제1 저주파 전원(422)은 교류 신호를 샤워헤드 인젝터(430)에 공급하고, 제2 저주파 전원(423)은 교류 신호를 기판 지지부(440)에 공급한다. 기판(441)이 기판 지지부(440) 상에 제공된다. 무선 주파수 전력은, 예를 들어 13.56 MHz 이상의 주파수로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 저주파 전원(422, 423)의 저주파 교류 신호는, 예를 들어 2 MHz 이하의 주파수로 제공될 수 있다.
전구체 및/또는 반응물을 포함한 공정 가스는, 플라즈마 생성 공간 천장(426)을 통과하는 가스 라인(460)을 통해, 플라즈마 생성 공간(425)으로 제공된다. 공정 가스로부터 생성된 플라즈마(420)에 의해 생성된 이온 및 라디칼과 같은 활성 종은, 샤워헤드 인젝터(430) 내의 구멍(431)을 통해 공정 챔버(410)로 통과한다.
도 5는 갭 충전 유체를 형성하도록 작동 가능하거나 제어 가능한 원격식 플라즈마 시스템(500)의 구현예의 개략도를 나타낸다. 시스템(500)은, 플라즈마(520)가 생성되는 원격식 플라즈마 공급원(525)에 작동 가능하게 연결된 공정 챔버(510)를 포함한다. 임의 종류의 플라즈마 공급원은 원격식 플라즈마 공급원(525)으로서, 예를 들어 유도성 결합 플라즈마, 용량성 결합 플라즈마, 또는 마이크로파 플라즈마로서 사용될 수 있다. 특히, 활성 종은, 활성 종 덕트(560)를 통해 플라즈마 공급원(525)으로부터 공정 챔버(510)로, 샤워 플레이트 인젝터(530) 내의 관통 구멍(531)을 통해 원뿔형 분배기(550)로, 공정 챔버(510)로 제공된다. 따라서, 활성 종은 균일한 방식으로 공정 챔버에 제공될 수 있다.
나타낸 구성에서, 시스템(500)은 세 개의 교류(AC) 전원을 포함한다: 고주파 전원(521) 및 두 개의 저주파 전원(522, 523)(예, 제1 저주파 전원(522) 및 제2 저주파 전원(523)). 나타낸 구성에서, 고주파 전원(521)은 무선 주파수(RF) 전력을 플라즈마 생성 공간 천장에 공급하고, 제1 저주파 전원(522)은 교류 신호를 샤워헤드 인젝터(530)에 공급하고, 제2 저주파 전원(523)은 교류 신호를 기판 지지부(540)에 공급한다. 기판(541)이 기판 지지부(540) 상에 제공된다. 무선 주파수 전력은, 예를 들어 10 MHz 이상의 주파수로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 저주파 전원(522, 523)의 저주파 교류 신호는, 예를 들어 2 MHz 이하의 주파수로 제공될 수 있다. 일부 구현예(미도시)에서, 추가적인 고주파 전원이 기판 지지체에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 직접식 플라즈마가 공정 챔버에서 생성될 수 있다. 전구체 및/또는 반응물을 포함한 공정 가스는, 가스 라인(560)에 의해 플라즈마 공급원(525)에 제공된다. 공정 가스로부터 플라즈마(520)에 의해 생성된 이온 및 라디칼과 같은 활성 종은, 공정 챔버(510)로 안내된다.
도 6은 본원에 설명된 갭 충전 유체를 경화하기 위한 방법(600)의 구현 예시를 나타낸다. 방법(600)은, 기판을 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 기판에는 갭이 제공된다. 갭은 갭 충전 유체를 포함한다. 갭 충전 유체는 실리콘-질소(Si-N) 결합을 포함한다. 그 다음, 방법은 갭 충전 유체를 경화시키는 단계(620)를 포함한다. 갭 충전 유체를 경화시키는 단계(620)는, 기판을 진공 자외선 광 및 암모니아와 같은 질소 및 수소 함유 가스에 동시에 노출시키는 단계(621,622)를 포함한다. 그 다음, 본 예시적인 구현예에 따른 방법(600)은 종료된다.
도 7은 본원에 설명된 대로 갭 충전 유체의 경화 방법(700)의 다른 구현 예시를 나타낸다. 방법(700)은, 기판을 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 그 다음 하나 이상의 사이클을 실행하는 단계(750)를 포함한다. 사이클(750)은 갭 충전 유체를 형성하는 단계(720) 및 갭 충전 유체를 경화하는 단계(730)를 포함한다. 즉, 상기 방법은 갭 충전 유체를 형성하는 단계(720) 및 갭 충전 유체를 경화하는 단계(730)를 포함하고, 이들 단계(720,730)는 선택적으로 한 번 이상 반복될 수 있다(750). 갭 충전 유체를 형성하는 단계(720)는 전구체를 제공하고, 반응물을 제공하고, 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 전구체는 실리콘, 질소 및 수소를 포함한다. 반응물은 질소, 수소, 및 희가스를 포함한다. 플라즈마는 전구체 및 반응물이 반응하게 한다. 따라서, 갭 충전이 형성된다. 갭 충전 유체는 갭을 적어도 부분적으로 충전한다. 갭 충전 유체는 Si-N 결합을 포함한다. 갭 충전 유체를 경화시키는 단계(730)는, 기판을 진공 자외선 광 그리고 질소 및 수소 함유 가스에 동시에 노출시키는 단계(731,732)를 포함한다.
선택적으로, 하나 이상의 사이클(750)이 실행될 수 있는데, 즉, 선택적으로 갭 충전 유체를 형성 및 경화하는 단계(720,730)가 한 번 이상 반복될 수 있다(750). 이는, 예를 들어, 특히 낮은 습식 식각 속도 비율을 갖는 실리콘 질화물로 갭을 충전하는 데 유용할 수 있다. 갭이 적절한 양의 재료로 충전되었을 경우, 방법은 종료된다(760).
도 8은 본원에 설명된 방법의 하나 이상의 구현예에서 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 펄스화 체계를 나타낸다. 이들 구현예 각각에서, 플라즈마가 생성되고, 예를 들어 직접식, 간접식 또는 원격식 구성으로 사용될 수 있다. 플라즈마는 연속적으로 또는 펄스 방식으로 작동될 수 있다. 특히, 도 8은 세 개의 패널, 패널 a), b)와 c)를 포함한다. 도 8의 패널 a)는 전구체 및 반응물이 공정 챔버에 연속적으로 제공되는, 즉 전구체 또는 반응물 흐름의 펄스화가 없는 흐름 체계를 나타낸다. 열적 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방법 모두는 이러한 연속적인 전구체 또는 반응물 제공물을 사용할 수 있다. 도 8의 패널 b)는 전구체 흐름이 펄스화되고 반응물 흐름이 연속적인 흐름 체계를 나타낸다. 도 8의 패널 c)는 전구체 흐름이 연속적이고 반응물 흐름이 펄스화된 펄스화 체계를 나타낸다. 도 8의 패널 b) 및 c)의 흐름 체계는 라이너를 형성하는 펄스형 열 증착 접근법 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 접근법에 사용될 수 있다.
도 9는 본원에 설명된 방법의 하나 이상의 구현예에서 갭 충전 유체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 다른 예시적인 펄스화 체계를 나타낸다. 특히, 기판은 각각 중첩되지 않는 전구체 펄스 및 반응물 펄스에서 전구체 및 반응물에 노출된다. 선택적으로, 전구체 펄스 및 반응물 펄스는 퍼지에 의해 분리된다. 일부 구현예(미도시)에서, 전구체 및 반응물 펄스는 부분적으로 중첩된다. 플라즈마는 복수의 플라즈마 펄스로 생성되고, 예를 들어, 직접식, 간접식 또는 원격식 구성으로 사용될 수 있다. 플라즈마 펄스 동안, 기판은 이온 또는 라디칼과 같은 플라즈마 생성 활성 종에 노출된다. 일부 구현예에서, 플라즈마 펄스는 전구체 펄스와 플라즈마 펄스 중 적어도 하나와 적어도 부분적으로 중첩된다. 나타낸 구현예에서, 플라즈마 펄스는 반응물 펄스와 중첩되며, 즉, 플라즈마는 반응물이 제공되는 동시에 생성된다.
도 10은 본 개시의 일 구현예에 따른 예시적인 시스템(1000)의 레이아웃을 개략적으로 나타낸다. 시스템(1000)은 갭 충전 챔버(1010)를 포함한다. 갭 충전 챔버(1010)는 갭 충전 유체를 형성하기 위해 배열된다. 갭 충전 챔버의 예시적인 구현예는 도 1, 3, 4 및 5에 나타나 있다. 시스템(1000)은 VUV 챔버(1020)를 추가로 포함한다. VUV 챔버(1020)는 기판을 진공 자외선 광에 노출시키도록 배열되는 진공 자외선 광원을 포함한다. 시스템(1000)은 어닐링 챔버(1030)를 추가로 포함한다. 어닐링 챔버(1030)는 기판을 열처리하도록 배열된다. 어닐링 챔버(1030)는 하나 이상의 가열 요소를 포함한다. 적절한 가열 요소는 기판 지지부에 포함된 저항 히터 및 적외선 광원을 포함한다. 시스템(1000)은 로드 록(1040)을 추가로 포함한다. 로드 록(1040)은 기판을 시스템 내로 도입하고, 기판을 시스템 밖으로 꺼내는 데 적절히 사용될 수 있다. 시스템(1000)은 기판 이송 챔버(1050)를 추가로 포함한다. 기판 이송 챔버(1050)는 로드 록(1040), 갭 충전 챔버(1010), VUV 챔버(1020), 및 어닐링 챔버(1030) 사이에서 기판을 이송하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 기판 이송 챔버(1050)는 생략된다. 이러한 구현예에서, 기판은 갭 충전 챔버(1010), VUV 챔버(1020), 및 어닐링 챔버(1030) 사이에서 직접 이송될 수 있다.
일부 구현예에서, 어닐링 챔버(1030)는 생략된다. 이러한 구현예에서, 엑시츄 어닐링은 갭을 충전하는 데 사용되는 재료의 품질을 더욱 개선하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 어닐링은 완전히 생략될 수 있고, 이와 같은 VUV 처리는 갭 충전 유체를 고품질 재료로 변환하는 데 사용될 수 있다.
도 12는 본원에 설명된 대로 갭 충전 유체의 경화 방법(1200)의 다른 구현 예시를 나타낸다. 방법(1200)은, 기판을 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다. 방법은 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계(1250)를 포함한다. 사이클(1250)은 갭 충전 유체를 형성하는 단계(1220) 및 갭 충전 유체를 경화하는 단계(1230)를 포함한다. 즉, 상기 방법은 갭 충전 유체를 형성하는 단계(1220) 및 갭 충전 유체를 경화하는 단계(1230)를 포함하고, 이들 단계(1220,1230)는 한 번 이상 반복된다(1250). 갭 충전 유체를 형성하는 단계(1220)는 전구체를 제공하고, 반응물을 제공하고, 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 전구체는 실리콘, 질소 및 수소를 포함한다. 반응물은 질소, 수소, 및 희가스를 포함한다. 플라즈마는 전구체 및 반응물이 반응하게 한다. 따라서, 갭 충전 유체가 형성된다. 갭 충전 유체는 갭을 적어도 부분적으로 충전한다. 갭 충전 유체를 경화시키는 단계(1230)는, 기판을 진공 자외선 광 및 암모니아와 같은 질소 및 수소 함유 가스에 동시에 노출시키는 단계를 포함한다. 복수의 사이클(1250)이 실행된 후, 기판은 본원에 설명된 바와 같은 어닐링을 사용하여 어닐링된다. 선택적으로, 복수의 사이클을 수해하는 단계(1250) 및 어닐링 단계(1240)의 수행은 한 번 이상 반복되어, 복수의 슈퍼 사이클(1270)을 형성한다. 갭이 적절한 양의 재료로 충전되었을 경우, 방법은 종료된다(1260).
특정 구현예 및 실시예가 논의되었지만, 당업자는 청구범위의 범주가 구체적으로 개시된 구현예 내지 대안적인 구현예 및/또는 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물 너머로 연장됨을 이해할 것이다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.
조건 및/또는 구조가 명시되지 않는 본 개시에서, 당업자는 일상적인 실험에 따라 본 개시의 관점으로 이러한 조건 및/또는 구조를 쉽게 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 갭 충전 유체를 경화하는 방법으로서, 상기 방법은,
    갭을 구비한 기판을 공정 챔버 내에 도입하는 단계로서, 상기 갭은 갭 충전 유체를 포함하고, 상기 갭 충전 유체는 Si-N 결합을 포함하는 단계; 및
    진공 자외선 및 분위기 가스에 상기 기판을 동시에 노출시키는 단계를 포함하고,
    이에 의해, 상기 갭 충전 유체를 경화하고 실리콘 질화물을 상기 갭 내에 형성하는, 방법.
  2. 갭을 충전하는 방법으로서,
    갭을 구비한 기판을 공정 시스템 내에 도입하는 단계;
    증착 단계 및 경화 단계를 포함하는 하나 이상의 사이클을 실행하는 단계를 포함하되, 상기 증착 사이클은,
    실리콘, 질소 및 수소를 포함한 전구체를 제공하는 단계;
    질소, 수소, 및 희가스 중 하나 이상을 포함한 반응물을 제공하는 단계; 및
    플라즈마를 생성하는 단계로서, 이에 의해 상기 플라즈마는 상기 전구체와 상기 반응물이 상기 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성시키며, 상기 갭 충전 유체는 Si-N 결합을 포함하는 단계를 포함하고,
    상기 경화 단계는,
    상기 기판을 진공 자외선 및 분위기 가스에 동시에 노출시킴으로써, 상기 갭 충전 유체를 경화시키고 상기 갭 내에 실리콘 질화물을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 분위기 가스는 질소 및 수소 함유 가스 또는 아르곤 함유 가스인, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방법은 복수의 사이클을 실행하는 단계를 포함함으로써, 상기 갭을 실리콘 질화물로 적어도 부분적으로 충전하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 및 수소 함유 가스는 NH3를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭 충전 유체는 폴리실라잔을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 실라잔을 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 다음 구조식에 따른 화합물을 포함하는 방법:
    ,
    R1, R2, 및 R3은 SiH3, SiH2X, SiH2XY, SiX2Y, 및 SiX3로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 X는 제1 할로겐이고, 여기서 Y는 제2 할로겐이다.
  8. 제7항에 있어서, R1, R2, 및 R3은 SiH3인, 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 다음 구조식에 따른 화합물을 포함하는 방법:

    R4, R5, R6, 및 R7은 H, SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 X는 제1 할로겐이고, 여기서 Y는 제2 할로겐이다.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 다음 구조식에 따른 화합물을 포함하는 방법:

    R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, 및 R20은 H, X, Y, NH2, SiH3, SiH2X, SiHXY, SiX2Y, 및 SiX3로 이루어진 목록으로부터 독립적으로 선택되고, 여기서 X는 제1 할로겐이고, Y는 제2 할로겐이다.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착 단계 및 상기 경화 단계는 개입된 진공 파괴 없이 상기 동일한 공정 시스템에서 수행되는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 자외선은 적어도 150 nm 내지 최대 200 nm의 파장을 갖는 전자기 복사선을 포함하는, 방법.
  13. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착 단계는 제1 공정 챔버에서 수행되고, 상기 경화 단계는 제2 공정 챔버에서 수행되고, 상기 제1 공정 챔버 및 상기 제2 공정 챔버는 상기 동일한 공정 시스템에 포함된 상이한 공정 챔버인, 방법.
  14. 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착 단계는 최대 150℃의 증착 온도에서 수행되는, 방법.
  15. 제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화 단계는 상기 증착 온도보다 최대 20℃ 더 높은 경화 온도에서 수행되는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 어닐링 온도에서 상기 기판을 어닐링하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 어닐링 온도는 상기 증착 온도보다 높은, 방법.
  17. 제1 공정 챔버, 전구체 공급원, 전구체 라인, 암모니아 공급원, 암모니아 라인, 및 진공 자외선 광원을 포함하는 처리 시스템으로서,
    - 상기 전구체 공급원은 Si-N 결합을 포함한 전구체를 포함하고,
    - 상기 전구체 라인은 상기 전구체 공급원으로부터 상기 제1 공정 챔버까지 상기 전구체를 제공하도록 배열되고,
    - 상기 암모니아 라인은 상기 암모니아 공급원으로부터 상기 제1 공정 챔버까지 암모니아를 제공하도록 배열되고,
    - 상기 진공 자외선 광원은 진공 자외선 광을 발생시키도록 배열되는, 처리시스템.
  18. 제17항에 있어서, 제2 공정 챔버, 및 웨이퍼 핸들링 시스템을 추가로 포함하고, 상기 진공 자외선 광원은 상기 제2 공정 챔버에 진공 자외선 광을 제공하기 위해 배열되고, 상기 웨이퍼 핸들링 시스템은 상기 제1 공정 챔버와 상기 제2 공정 챔버 사이에서 하나 이상의 웨이퍼를 이송하기 위해 배열되는, 처리 시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 제어기를 추가로 포함하되, 상기 제어기는 상기 처리 시스템이 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행시키도록 배열되는, 처리 시스템.
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