KR20240016883A - 토포그래피 선택적 증착을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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티모시 블랑까르
르네 헨리퀴스 요제프 페르뷔르트
샤오렌 뎅
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

토포그래피 선택적 증착을 위한 방법 및 관련 시스템이 개시된다. 본원에 설명된 방법의 구현예는 갭의 원위 표면 상에 재료를 선택적으로 형성하나 갭의 측벽 및 근위 표면 중 적어도 하나 위에는 형성하지 않는 희생 갭 충진 유체를 사용하는 단계를 포함한다. 희생 갭 충진 유체에 의해 고품질 재료로 갭을 충진하는 방법이 추가로 설명된다.

Description

토포그래피 선택적 증착을 위한 방법들 및 시스템들{METHODS AND SYSTEMS FOR TOPOGRAPHY-SELECTIVE DEPOSITIONS}
본 개시는, 일반적으로 반도체 처리 방법 및 시스템 분야 그리고 집적 회로 제조 분야에 관한 것이다. 특히, 갭을 충전하기 위한 토포그래피 선택적 증착에 적절한 방법 및 시스템이 개시된다.
예를 들어, 상보성 금속-산화물-반도체(CMOS) 소자와 같은 반도체 소자의 스케일링은 집적 회로의 속도 및 밀도에 있어서 상당한 개선이 이루어졌다. 그러나, 종래의 소자 스케일링 기술은 미래의 기술 분기점에서 큰 도전에 직면해 있다.
예를 들어, 하나의 도전 과제는, 다른 것이 아닌, 토포그래피의 일 부분에 재료 층을 형성하는 증착을 얻기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 구조체의 근위부가 아닌, 구조체의 원위부에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 층을 형성하는 것이 바람직하다.
다른 하나의 도전 과제는 공극, 이음매 또는 핀홀을 갖지 않는 재료로 고 종횡비 구조체를 충전하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 유동성 갭 충전 접근법은 이러한 고 종횡비 구조체를 공극 없이 그리고 이음매 없이 충전할 수 있지만, 이러한 접근법은 고 종횡비 구조체에서 고품질 재료를 얻기 위해 열적 처리 또는 다른 처리를 필요로 할 수 있다. 등각성 증착 접근법은 고 종횡비 구조체를 부분적으로 충전할 수 있지만, 약한 스폿, 소위 이음매가 형성되고, 이는 화학 기계적 연마와 같은 추가의 처리 단계 동안 결함을 형성할 수 있다. 따라서, 공극, 이음매, 또는 핀홀을 갖지 않는 재료로 고 종횡비 구조체를 충전할 수 있는 방법 및 시스템이 여전히 필요하다.
이 부분에 진술된 문제점 및 해결책을 포함한 임의의 논의는, 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로만 본 개시에 포함되었다. 이러한 논의는 임의의 또는 모든 정보가 본 발명이 만들어졌거나 그렇지 않으면 선행 기술을 구성하는 시점에 알려진 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명의 내용은 개념의 선택을 단순화된 형태로 도입할 수 있으며, 이는 이하에서 더욱 상세히 설명될 수 있다. 이 발명의 내용은 청구된 주제의 주요 특징부 또는 필수 특징부를 반드시 식별하도록 의도되지 않으며, 청구된 주제의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본원에서는, 갭의 원위 표면 상에 재료 층을 형성하는 방법이 설명된다. 상기 방법은 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 근위 표면과 갭을 포함한다. 갭은 원위 표면과 측벽을 포함한다. 상기 방법은 근위 표면, 원위 표면, 및 측벽 위에 놓이는 재료 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은, 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계를 추가로 포함한다.
따라서, 보호되는 원위 재료 층 및 보호되지 않은 근위 재료 층이 형성된다. 보호되는 원위 재료 층은 원위 표면 위에 놓인다. 보호되는 원위 표면은 갭 충전 유체에 의해 덮인다. 보호되지 않은 재료 층은 측벽 및 근위 표면 위에 놓인다. 상기 방법은 갭 충전 유체에 대해 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계를 추가로 포함한다.
상기 방법은 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 따라서, 원위 층은 원위 표면 상에 형성된다.
일부 구현예에서, 다음 단계는 임의의 개입된 진공 파괴 없이 단일 진공 시스템에서 수행된다: 재료 층을 형성하는 단계, 갭 충전 유체로 갭을 부분적으로 충전하는 단계, 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계, 및 갭 충전 유체를 제거하는 단계.
갭의 원위 표면 상에 재료 층을 형성하는 방법에서, 갭의 원위 표면 상에 재료 층을 형성하는 단계는 복수의 횟수로 반복될 수 있다. 이는 적절하게는 재료 층으로 갭을 상향식 충전한다. 따라서, 갭을 충전하는 관련 방법이 본원에 추가로 설명된다. 상기 방법은 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 근위 표면과 갭을 포함한다. 갭은 원위 표면과 측벽을 포함한다.
상기 방법은 복수의 슈퍼 사이클을 실행하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 고체 충전 재료로 갭을 충전한다. 슈퍼 사이클은 근위 표면, 원위 표면, 및 측벽 위에 놓이는 재료 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 재료 층은 고체 충전 재료를 포함한다. 슈퍼 사이클은, 갭을 갭 충전 유체로 충전하는 단계를 추가로 포함한다. 따라서, 재료 층은 갭 충전 유체로 부분적으로 덮여 보호되는 원위 재료 층 및 보호되지 않은 근위 재료 층을 형성한다. 보호되는 원위 재료 층은 원위 표면 위에 놓인다. 보호되는 원위 표면은 갭 충전 유체에 의해 덮이고, 보호되지 않은 재료 층은 측벽 및 근위 표면 위에 놓인다. 슈퍼 사이클은 갭 충전 유체에 대해 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계를 추가로 포함한다. 슈퍼 사이클은 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 복수의 슈퍼 사이클은 임의의 개입된 진공 파괴 없이 단일 진공 시스템에서 순차적으로 수행된다.
일부 구현예에서, 재료 층은 고체 재료를 포함한다. 고체 재료는 전이 금속, 희토류 금속, 전이후 금속, 및 14족 원소로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 티타늄 산화물 및 티타늄 질화물 중 하나 이상을 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 14족 원소 산화물 및 14족 원소 질화물 중 하나 이상을 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 실리콘 탄질화물 중 하나 이상을 포함한다.
일부 구현예에서, 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계는 a. 보호되지 않은 근위 재료 층을 변환된 재료 층으로 변환하는 단계; 및 b. 갭 충전 유체에 대해 변환된 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 실리콘 질화물을 포함하고, 변환 단계는 산소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하고, 변환된 재료 층은 실리콘 산화물을 포함하고, 선택적 식각 단계는 기판을 불소 종에 노출시키는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 불소 종은 불소 라디칼을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층을 형성하는 단계는, 주기적인 증착 공정을 실행하는 단계를 포함한다. 주기적 증착 공정은 복수의 증착 사이클을 포함한다. 증착 사이클은 재료 층 전구체 펄스 및 재료 층 반응물 펄스를 포함한다. 재료 층 전구체 펄스는 기판을 재료 층 전구체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 재료 층 반응물 펄스는 기판을 재료 층 반응물과 접촉시키는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭을 갭 충전 유체로 부분 충전하는 단계는 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭을 갭 충전 유체로 부분 충전하는 단계는 갭 충전 유체 반응 공간에 포함된 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계를 포함한다. 갭 충전 유체 반응 공간은 샤워헤드 인젝터를 추가로 포함한다. 플라즈마는 기판과 샤워헤드 인젝터 사이에서 생성된다. 갭을 갭 충전 유체로 부분 충전하는 단계는, 갭 충전 유체 전구체를 반응 공간에 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 전구체는 탄화수소를 포함한다.
일부 구현예에서, 탄화수소는 방향족 탄화수소이다.
일부 구현예에서, 방향족 탄화수소는 톨루엔이다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 기판으로부터 제거하는 단계는 산소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하는 단계는 기판을 용매에 노출시키는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체로 갭을 부분 충전하는 단계는, 갭 내에 리플로우 가능한 재료를 형성하는 단계; 및 기판을 소정의 온도를 초과하는 온도로 어닐링함으로써, 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성하기 위해 리플로우 가능한 재료를 적어도 부분적으로 용융시키는 단계를 포함한다.
재료 층 증착 반응기, 갭 충전 유체 형성 반응기, 재료 층 식각 반응기, 갭 충전 유체 제거 반응기, 기판 이동 로봇, 및 제어기를 포함하는 반도체 처리 설비가 본원에서 추가로 설명된다. 제어기는 컴퓨터 판독 가능 명령을 수신하도록 배열되고, 명령을 수행하는 경우에, 반도체 처리 시설로 하여금 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행시킨다.
갭 충전 반응 챔버, 갭 충전 식각 챔버, 재료 층 증착 챔버, 재료 층 식각 챔버, 및 웨이퍼 전달 로봇을 포함한 기판 처리 시스템이 본원에 추가로 설명된다. 웨이퍼 전달 로봇은 임의의 개입된 진공 파괴 없이, 갭 충전 반응 챔버, 갭 충전 식각 챔버, 재료 층 증착 챔버, 및 재료 층 식각 챔버 사이에서 웨이퍼를 이동시키도록 배열된다. 갭 충전 반응 챔버는 웨이퍼 상에 갭 충전 유체를 형성하기 위해 배열된다. 갭 충전 식각 챔버는 웨이퍼로부터 갭 충전 유체를 제거하도록 배열된다. 재료 층 증착 챔버는 웨이퍼 상에 재료 층을 형성하기 위해 배열된다. 재료 층 식각 챔버는 웨이퍼로부터 재료 층을 부분적으로 제거하도록 배열된다. 기판 처리 시스템은, 기판 처리 시스템이 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 배열된 제어기를 추가로 포함한다.
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 본원에 개시된 방법의 일 구현예에서 공정 단계의 증분 결과를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본원에 개시된 방법의 일 구현예에서 공정 단계의 증분 결과를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본원에서 설명되는 대로 방법의 일 구현예의 흐름도를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 반도체 처리 시스템(400)의 일 구현예를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시적인 추가 구현예에 따른 시스템(500)을 나타낸다.
도 6은, 본원에 개시된 예시적인 방법에 따른 전구체 펄스, 예를 들어 갭 충전 전구체 펄스, 제1 전구체 펄스, 또는 제2 전구체 펄스의 구현예를 나타낸다.
도 7은 재료 층 또는 갭 충전 유체를 형성하기 위한 주기적 증착 공정과 같은 주기적 증착 공정의 일 구현예를 나타낸다.
도 8은 본원에 설명되는 대로 다른 서브 시스템(800)의 일 구현예에서의 개략도를 나타낸다.
도 9는 본원에 설명되는 대로 서브 시스템(900)의 다른 구현예에서의 개략도를 나타낸다.
도 10은 본원에 설명되는 대로 서브 시스템(1000)의 다른 구현예에서의 개략도를 나타낸다.
도 11은, 본 개시의 일부 구현예에 사용할 수 있는 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD) 장치의 개략적인 도면이다.
도 12는 실질적으로 탄소 및 수소로 이루어진 갭 충전 유체로 완전히 또는 부분적으로 충전된 갭의 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 13은 갭의 추가 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 14는 리플로우 접근법에 따라 갭을 충전하는 방법의 예시적인 구현예를 나타낸다.
도 15는 본 개시의 구현예에서 형성될 수 있는 재료 층의 세 개의 상이한 구현예를 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, 기화된 고체 및/또는 기화된 액체를 포함할 수 있고, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 가스 분배 어셈블리, 다른 가스 분배 장치 등을 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 귀가스와 같은 밀폐 가스를 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물, 및 특히 막 매트릭스 또는 막의 주 골격을 구성하는 화합물을 지칭할 수 있으며, 용어 "반응물"은 용어 전구체와 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 소자, 회로 또는 막을 형성하기 위해 사용될 수 있는 임의의 하부 재료 또는 재료들 또는 소자, 회로, 또는 막이 그 위에 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-V족 반도체 재료와 같은 다른 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 또한, 기판은, 기판의 층의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 다양한 특징부, 예컨대 갭, 돌출부 등을 포함할 수 있다. 예로서, 기판은 벌크 반도체 재료, 및 상기 벌크 반도체 재료의 적어도 일부분 위에 놓인 절연 또는 유전체 재료 층을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예시적인 기판은 벌크 반도체 재료, 및 벌크 반도체 재료의 적어도 일부분 위에 놓이는 전도성 층을 포함할 수 있다. 적절한 기판 지지부는 받침대, 서셉터 등을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "막" 및/또는 "층"은 본원에 개시된 방법에 의해 증착된 재료와 같이 임의의 연속적인 또는 비연속적인 구조 및 재료를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 막 및/또는 층은 이차원 재료, 삼차원 재료, 나노입자, 부분 또는 전체 분자층 또는 부분 또는 전체 원자층 또는 원자 및/또는 분자 클러스터를 포함할 수 있다. 막 또는 층은 기판의 표면 상에 및/또는 기판 내에 매립되고/매립되거나 그 기판 상에 제조된 소자에 매립된 복수의 분산 원자로 부분적으로 또는 전체적으로 이루어질 수 있다. 막 또는 층은 핀홀 및/또는 격리된 섬을 갖는 재료 또는 층을 포함할 수 있다. 막 또는 층은 적어도 부분적으로 연속적일 수 있다. 막 또는 층은 패터닝될 수 있고, 예를 들어 서브 분할될 수 있고, 복수의 반도체 소자에 포함될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "구조체"는 본원에 설명된 바와 같은 기판일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구조체는, 기판 위에 놓이는 하나 이상의 층, 예컨대 본원에서 설명된 방법에 따라 형성된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 소자 부분은 구조체이거나 구조체를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "증착 공정"은 기판 위에 층을 형성하기 위해 반응 챔버 내로 전구체(및/또는 반응물)를 도입하는 것을 지칭할 수 있다. "주기적 증착 공정"은 "증착 공정"의 예이다.
용어 "주기적 증착 공정"은 반응 챔버 내로 전구체(및/또는 반응물)를 순차적으로 도입시켜 기판 위에 층을 증착하는 것을 지칭할 수 있으며 원자층 증착(ALD) 및 주기적 화학 기상 증착(주기적 CVD), 및 ALD 성분과 주기적 CVD 성분을 포함한 하이브리드 주기적 증착 공정과 같은 처리 기술을 포함한다.
용어 "원자층 증착"은 기상 증착 공정을 지칭할 수 있고, 여기서 증착 사이클, 전형적으로 복수의 연속 증착 사이클은 공정 챔버에서 수행된다. 본원에서 사용된 용어 원자층 증착은, 전구체(들)/반응 가스(들), 및 퍼지(예, 불활성 캐리어) 가스(들)의 교번 펄스로 수행되는 경우, 화학 기상 원자층 증착, 원자층 에피택시(ALE), 분자 빔 에피택시(MBE), 가스 공급원 MBE, 또는 유기금속 MBE, 및 화학적 빔 에피택시와 같은 관련 용어들에 의해 지정된 공정을 포함하는 것을 또한 의미한다.
일반적으로, ALD 공정의 경우, 각각의 사이클 중에 전구체는 반응 챔버에 도입되고 증착 표면(예, 이전 ALD 사이클로부터 이전에 증착된 재료 또는 다른 재료를 포함할 수 있는 기판 표면)에 화학 흡착되고, 추가적인 전구체와 쉽게 반응하지 않는(즉, 자기 제한적 반응인) 단층 또는 서브 단층을 형성한다. 그 후, 증착 표면 상에서 화학 흡착된 전구체를 원하는 재료로 전환시키는 용도로, 반응물(예, 다른 전구체 또는 반응 가스)을 후속해서 공정 챔버에 도입시킬 수 있다. 반응물은 전구체와 더 반응할 수 있다. 하나 이상의 사이클 동안, 예를 들어 각 사이클의 각 단계 중에 퍼지 단계를 사용하여, 공정 챔버로부터 과잉의 전구체를 제거하고/제거하거나, 공정 챔버로부터 과잉의 반응물 및/또는 반응 부산물을 제거할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "퍼지"는 서로 반응하는 가스의 두 펄스 사이에서 불활성 또는 실질적으로 불활성인 가스가 반응 챔버에 제공되는 절차를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 퍼지, 또는 예를 들어 귀가스와 같은 불활성 가스를 이용한 퍼지는 전구체 펄스와 반응물 펄스 사이에 제공될 수 있어서, 전구체와 반응물 사이의 기상 상호 작용을 피하거나 적어도 최소화할 수 있다. 퍼지는 시간 또는 공간, 또는 둘 모두에 영향을 미칠 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어 시간적 퍼지의 경우, 퍼지 단계는, 예를 들어 반응 챔버에 제1 전구체를 제공하는 단계, 반응 챔버에 퍼지 가스를 제공하는 단계, 및 반응 챔버에 제2 전구체를 제공하는 단계의 시간적 순서로 사용될 수 있으며, 여기서 층이 증착되는 기판은 이동하지 않는다. 예를 들어, 공간적 퍼지의 경우, 퍼지 단계는 다음과 같은 형태: 기판을, 제1 전구체가 연속적으로 공급되는 제1 위치로부터 퍼지 가스 커튼을 통해 제2 전구체가 연속적으로 공급되는 제2 위치로 이동시키는 단계를 취할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "전구체"는, 가스가 될 수 있고, 본원에 설명된 증착 공정 주에 혼입될 수 있는 원소를 포함한 화학식으로 표시될 수 있는 가스 또는 재료를 포함한다. 용어 "전구체" 및 "반응물"은 상호 교환적으로 사용될 수 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, 임의로 정의된 의미는 일부 구현예에서 보통이고 관습적인 의미를 반드시 배제하는 것은 아니다.
기판에 포함된 갭 피처의 원위 표면 상에 원위 층을 형성하기 위해 사용될 수 있는 방법이 본원에 설명된다. 즉, 토포그래피 선택적 증착을 위한 방법 및 관련 시스템이 개시된다. 현재 설명된 방법의 구현예는 갭의 원위 표면 상에 재료를 선택적으로 형성하기 위한 희생 갭 충전 유체를 사용하는 단계를 포함하며, 갭의 측벽 및 근위 표면 중 적어도 하나 상에는 그렇지 않거나 실질적으로 그렇지 않다.
상기 방법은 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 근위 표면과 갭을 포함한다. 갭은 원위 표면과 측벽을 포함한다. 상기 방법은 재료 층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 재료 층은 근위 표면, 원위 표면 및 측벽 위에 놓인다. 일부 구현예에서, 재료 층은 등각성, 즉 기판 상에 형성되는 위치에 관계없이 동일한 두께를 갖는다. 일부 구현예에서, 재료 층은 원위에서 무거운, 즉 갭의 측벽 및 기판의 근위 표면에 비해 갭의 원위 단부 근처 또는 원위 단부에서 더 큰 두께를 갖는다. 일부 구현예에서, 재료층은 근위에서 무거운, 즉 갭의 측벽 및 갭의 원위 단부에 비해 기판의 근위 표면 근처 또는 위에 더 큰 두께를 갖는다.
상기 방법은, 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체로 갭을 부분적으로 충전하는 단계는, 갭을 갭 충전 유체로 완전히 충전한 다음 갭 충전 유체를 부분적으로 함몰시키는 단계를 포함할 수 있다. 오목부는 산소 플라즈마 또는 수소 플라즈마와 같은 플라즈마의 인가를 포함한 임의의 적절한 식각 단계로 수행될 수 있다.
대안적으로, 갭을 부분적으로 충전하는 단계는, 갭 내에 제한된 양의 갭 충전 유체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 습윤 층은 갭의 측벽 상에 그리고 갭 외부의 근위 표면 상에 형성될 수 있다. 이러한 습윤 층은 플라즈마 처리와 같은 적절한 처리에 의해 적절히 제거될 수 있다. 습윤 층을 제거하기에 적합한 플라즈마 처리는, 기판을 산소 플라즈마 또는 수소 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 갭 충전 유체는 유기 올리고머 및 무기 올리고머를 포함한 다양한 올리고머를 포함한다. 유기 올리고머는 수소 플라즈마 및 산소 플라즈마와 같은 적절한 플라즈마를 사용하여 적절히 함몰될 수 있다. 유기 올리고머는 올레핀 올리고머, 예컨대 톨루엔 올리고머, 및 폴리케톤 올리고머를 포함한다. 무기 올리고머는 폴립 올리고머, 폴리실록산 올리고머, 폴리실란 올리고머, 금속 할라이드 올리고머, 및 폴리카르보실록산 올리고머를 포함한다. 무기 올리고머는, 원격식 플라즈마와 같은 플라즈마에서 생성될 수 있는, 불소 라디칼과 같은 적절한 에천트를 사용하여 제거될 수 있다. 따라서, 보호되는 원위 재료 층 및 보호되지 않은 근위 재료 층이 형성된다. 보호되는 원위 재료 층은 원위 표면 위에 놓인다. 보호되는 원위 표면은 갭 충전 유체에 의해 덮인다. 보호되지 않은 재료 층은 측벽 및 근위 표면 위에 놓인다. 상기 방법은 갭 충전 유체에 대해 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계를 추가로 포함한다. 그 다음, 상기 방법은 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하는 단계를 포함한다. 따라서, 원위 층은 원위 표면 상에 형성된다. 원위 층은, 예를 들어 특정 갭 충전 유체와 같은 올리고머 물질과 비교했을 경우 매우 높은 품질을 가질 수 있다.
갭이 갭 충전 유체로 부분적으로 충전될 경우, 예를 들어 적어도 1 부피% 내지 최대 20 부피%, 또는 적어도 5 부피% 내지 최대 10 부피%, 또는 적어도 20 부피% 내지 최대 50 부피%, 또는 적어도 50 부피% 내지 최대 80%에 대해 갭이 충전될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 구현예에서, 갭은 갭 충전 유체로 갭을 완전히 충전된다. 이러한 구현예에서, 특정 과부하가 기판 상에 또한 형성될 수 있는데, 즉 갭을 완전히 충전하는 데 엄격하게 필요한 것보다 더 많은 갭 충전 유체가 기판 상에 형성될 수 있다. 유리하게는, 이러한 과충전은 갭 충전 단계의 종횡비 의존성을 감소시킬 수 있다. 즉, 과충전은, 갭이 상이한 종횡비를 갖는 경우에도 갭이 충전되는 균일성을 개선할 수 있다.
일부 구현예에서, 다음 단계는 임의의 개입된 진공 파괴 없이 단일 진공 시스템에서 수행된다: 재료 층을 형성하는 단계, 갭 충전 유체로 갭을 부분적으로 충전하는 단계, 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계, 및 갭 충전 유체를 제거하는 단계.
갭을 충전하기 위한 방법이 본원에 더 설명된다. 방법은, 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은 근위 표면 및 갭을 포함하며, 갭은 원위 표면 및 측벽을 포함한다.
상기 방법은 복수의 슈퍼 사이클을 실행하는 단계를 추가로 포함한다. 슈퍼 사이클은 재료 층을 형성하는 단계, 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계, 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계, 및 갭 충전 유체를 제거하는 단계를 포함한다. 따라서, 적절한 양의 슈퍼 사이클을 실행함으로써, 갭이 충전될 수 있다.
재료 층은, 형성되는 경우에 근위 표면, 원위 표면, 및 측벽 위에 놓이는 것으로 이해될 것이다. 재료 층은 고체 충전 재료를 포함하고, 갭은 해당 고체 충전 재료로 충전될 수 있음을 추가로 이해할 것이다.
갭이 갭 충전 유체로 부분적으로 충전될 경우, 갭 충전 유체는 갭의 원위부에서 끝난다. 임의의 특정 이론 또는 작동 모드에 얽매이지 않고자 하면, 표면 장력에 의해 갭 충전 유체가 갭의 원위부를 향해 당겨지는 것으로 여겨진다. 갭의 원위부는 기판의 표면으로부터 가장 멀리 제거되는 갭의 부분을 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 갭 충전 유체는 갭의 원위부에서 재료 층을 덮으며, 측벽 상에서 또는 근위 표면에서 실질적으로는 덮이지 않거나 덮이지 않는다. 그럼에도 불구하고, 소위 습윤 층인 소량의 갭 충전 유체가 측벽 상에 그리고 근위 표면 상에 형성되는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 보호되는 원위 재료 층 및 보호되지 않은 근위 재료 층이 형성된다. 보호되는 원위 재료 층은 원위 표면 위에 놓이고, 보호되는 원위 표면은 갭 충전 유체에 의해 덮인다. 보호되지 않은 재료 층은 측벽 및 근위 표면 위에 놓인다.
갭 충전 유체가 형성된 후, 보호되지 않은 근위 재료 층은 갭 충전 유체에 대해 선택적으로 식각될 수 있다. 갭 충전 유체가 형성된 후 측벽과 근위 표면 위에 습윤 층이 존재하는 구현예에서, 갭 충전 유체에 대해 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하기 전에 습윤 층이 유리하게 제거될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 갭 충전 유체가 탄화수소 올리고머를 포함하는 경우, 습윤 층은 산소 플라즈마에 의해 제거될 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들어 갭 충전 유체가 먼저 갭을 완전히 충전하고 갭 충전 유체의 후속 함몰화에 의해 형성될 경우에, 갭 충전 유체 형성 후에 습윤 층이 존재하지 않는다. 이러한 구현예에서, 습윤 층 제거 단계는 필요하지 않다.
갭 충전 유체가 보호되는 원위 재료 층을 덮고, 즉 보호하기 때문에, 보호되지 않은 근위 재료 층만이 제거되고 보호되는 원위 재료 층은 제거되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 일부 구현예에서, 심지어 원위 재료 층의 대부분이 갭 충전 유체에 의해 보호된다 하더라도 보호되는 원위 재료 층의 에지 영역이 식각될 수 있도록, 제한된 양의 언더커팅이 식각 중에 발생할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 갭 충전 유체의 제한된 양, 예를 들어 갭 충전 유체의 박막은 보호되지 않은 재료 층 위에 놓일 수 있고, 이러한 갭 충전 유체의 박막은 보호되지 않은 재료 층을 추가 식각 단계로부터 차폐하지 않거나 실질적으로 차폐하지 않을 정도로 충분히 얇다는 것을 이해할 것이다.
일부 구현예에서, 복수의 슈퍼 사이클은 임의의 개입된 진공 파괴 없이 단일 진공 시스템에서 순차적으로 수행된다.
일부 구현예에서, 재료 층은 고체 재료를 포함한다. 적절하게는, 고체 재료는 전이 금속, 희토류 금속, 전이후 금속, 및 14족 원소로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
전이 금속을 포함한 적합한 고체 재료는 Ti, Ta, Hf, V, Nb, Zr, Mo, Ru, Co, 및 W를 포함한다.
희토류 금속을 포함한 적합한 고체 재료는 Y, Er 및 La를 포함한다.
전이후 금속을 포함한 적합한 고체 재료는 Al, Sn, In, 및 Ga를 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 티타늄을 포함한다. 예를 들어, 고체 재료는 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 및 티타늄 질화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
고체 재료는 화학량론적일 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 즉, 일부 구현예에서, 고체 재료는 비화학량론적 재료일 수 있다. 예를 들어, 티타늄 산화물은 TiO, TiO2, Ti2O3, 또는 비화학량론적 티타늄 산화물을 지칭할 수 있다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 14족 원소 산화물 및 14족 원소 질화물 중 하나 이상을 포함한다.
적절한 14족 원소 산화물은 실리콘 산화물, 게르마늄 산화물, 및 주석 산화물을 포함한다.
적절한 14족 원소 질화물은 탄소 질화물, 실리콘 질화물, 게르마늄 질화물, 및 주석 질화물을 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 14족 원소 옥시카바이드를 포함한다. 적절한 14족 원소 옥시카바이드는 SiOC를 포함한다. SiOC는 실리콘, 산소 및 탄소를 포함한 비화학량론적 고체 재료를 지칭할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 실리콘을 포함한다. 예를 들어, 고체 재료는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 실리콘 탄질화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층은 스칸듐 산화물과 같은 d 블록 금속 산화물 또는 란타늄 산화물과 같은 희토류 금속 산화물을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층은 전이금속 산화물, 예컨대 하프늄 산화물을 포함한다. 일부 구현예에서, 하프늄 산화물은 하프늄 전구체 및 산소 반응물을 사용하는 ALD 공정을 사용하여 증착될 수 있다. 적절한 하프늄 전구체는 HfCl4와 같은 하프늄 할라이드 및 테트라키스(디메틸아미도)하프늄(IV)과 같은 알킬아미도 하프늄 전구체를 포함한다. 적절한 산소 반응물은 H2O를 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층은 실리콘 산화물을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층은 실리콘 질화물을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층을 형성하는 단계는, 주기적인 증착 공정을 실행하는 단계를 포함한다. 주기적 증착 공정은 복수의 증착 사이클을 포함한다. 증착 사이클은 재료 층 전구체 펄스 및 재료 층 반응물 펄스를 포함한다. 재료 층 전구체 펄스는 기판을 재료 층 전구체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 재료 층 반응물 펄스는 기판을 재료 층 반응물과 접촉시키는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층은 적어도 10% 내지 최대 500%, 적어도 10% 내지 최대 20%, 또는 적어도 20% 내지 최대 50%, 또는 적어도 50% 내지 최대 150%, 또는 적어도 150% 내지 최대 300%, 또는 적어도 300% 내지 최대 500%의 스텝 커버리지를 갖는다. 용어 "스텝 커버리지"는 갭의 원위 표면 상의 층의 성장 속도를 근위 표면 상의 해당 층의 성장 속도로 나누고 백분율로 표현한 것을 지칭할 수 있다. 갭 피처의 원위부는 기판의 표면으로부터 비교적 멀리 제거되는 갭의 일부를 지칭할 수 있고, 근위 표면은 갭 피처의 원위/하부/더 깊은 부분에 비해 기판의 표면에 더 가까운 갭 피처의 부분을 지칭할 수 있는 것으로 이해될 것이다.
원하는 두께를 갖는 재료 층은 소정의 양의 재료 층 증착 사이클을 실행함으로써 얻을 수 있다. 사이클의 총 수는, 특히 원하는 총 층 두께에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 층 및 제2 층 중 적어도 하나는 적어도 2회의 사이클 내지 최대 5회의 사이클, 또는 적어도 5회의 사이클 내지 최대 10회의 사이클, 또는 적어도 10회의 사이클 내지 최대 20회의 사이클, 또는 적어도 20회의 사이클 내지 최대 50회의 사이클, 또는 적어도 50회의 사이클 내지 최대 100회의 사이클, 또는 적어도 100회의 사이클 내지 최대 200회의 사이클, 또는 적어도 200회의 사이클 내지 최대 500회의 사이클, 또는 적어도 500회의 사이클 내지 최대 1000회의 사이클, 또는 적어도 1000회의 사이클로 내지 최대 2000회의 사이클, 또는 적어도 2000회의 사이클 내지 최대 5000회의 사이클, 또는 적어도 5000회의 사이클 내지 최대 10000회의 사이클을 사용하여 형성될 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층은 적어도 0.1 nm 내지 최대 5 nm, 또는 적어도 0.2 nm 내지 최대 5 nm, 또는 적어도 0.3 nm 내지 최대 4 nm, 또는 적어도 0.4 nm 내지 최대 3 nm, 또는 적어도 0.5 nm 내지 최대 2 nm, 또는 적어도 0.7 nm 내지 최대 1.5 nm, 또는 적어도 0.9 nm 내지 최대 1.0 nm, 또는 적어도 1.0 nm 내지 최대 2.0 nm, 또는 적어도 2.0 nm 내지 최대 5.0 nm, 또는 적어도 5.0 nm 내지 최대 10 nm, 또는 적어도 10 nm 내지 최대 20 nm, 또는 적어도 20 nm 내지 최대 50 nm의 두께를 가질 수 있다.
본원에 설명된 바와 같은 임의의 주기적 공정의 일부 구현예에서, 하나 이상의 후속 펄스가 퍼지 단계에 의해 분리될 수 있음을 이해해야 한다. 연속 펄스 사이에 퍼지 단계를 제공하면, 전구체 및/또는 반응물 사이의 기생 반응을 최소화할 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층 반응물은 산소 반응물을 포함한다. 산소 반응물은 O2, O3, H2O, H2O2, N2O, NO, NO2, 및 NO3으로부터 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층은 희토류 원소를 포함한다. 적절한 희토류 원소는 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료층 전구체는 d 블록 원소를 포함한다. 적절한 d 블록 원소는 스칸듐을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층 전구체는 알루미늄과 같은 전이후 금속을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층 전구체는 염소, 브롬 또는 요오드와 같은 할로겐을 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층 전구체는 탄소 함유 리간드를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭을 갭 충전 유체로 부분 충전하는 단계는 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭을 갭 충전 유체로 부분 충전하는 단계는 갭 충전 유체 반응 공간에 포함된 기판 지지부 상에 기판을 위치시키는 단계를 포함한다. 갭 충전 유체 반응 공간은 샤워헤드 인젝터를 포함한다. 플라즈마는 기판과 샤워헤드 인젝터 사이에 생성되고, 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계는 갭 충전 유체 전구체를 반응 공간에 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 이해해야 한다.
샤워헤드 인젝터는 전구체, 반응물, 및 활성 종 중 적어도 하나가 반응 공간에 제공될 수 있는 천공된 플레이트를 지칭할 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 전구체는 탄화수소를 포함한다. 적절한 탄화수소는 톨루엔 및 트리메틸벤젠과 같은 방향족 탄화수소를 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 전구체는 두 개 이상의 무수물 작용기를 포함한다. 적절한 갭 충전 유체 전구체는 1,2,4,5-벤젠테트라카르복시 무수물을 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 전구체는 카르보닐기 및 히드록실기 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체 전구체는 카르보닐기 및 히드록실기를 포함할 수 있다. 이러한 전구체의 예시는 2-히드록시-2-메틸프로피오페논을 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 헤테로시클릭 유기 화합물을 포함한다. 적절한 헤테로시클릭 유기 화합물은 피리딘을 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체 반응물은 두 개 이상의 아민 작용기를 포함한다. 적절한 갭 충전 반응물은 에틸렌디아민, 1,6-디아미노헥산, 1,4-페닐렌디아민, 및 4,4'-옥시다이아닐린을 포함한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 플라즈마는 간헐적으로 생성된다. 일부 구현예에서, 펄스화된 플라즈마, 예를 들어 펄스화된 RF 플라즈마가 반응 챔버에서 생성된다. 따라서, 방법은 복수의 사이클을 포함하며, 사이클은 플라즈마 온 펄스와 플라즈마 오프 펄스를 포함한다. 일부 구현예에서, 플라즈마 온 펄스는 적어도 0.7초 내지 최대 2.0초, 예를 들어 적어도 0.7초 내지 최대 1.5초 동안 지속된다. 일부 구현예에서, 플라즈마 오프 펄스는 적어도 0.7초 내지 최대 2.0초, 예를 들어 적어도 0.7초 내지 최대 1.5초 동안 지속된다. 일부 구현예에서, 플라즈마는 연속적으로 생성된다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체로 갭을 부분적으로 충전하는 단계는, 갭 충전 유체 충전 단계 및 갭 충전 유체 식각 단계의 순서를 포함한다. 예를 들어, 갭은 갭 충전 유체로 완전히 충전될 수 있고, 그 다음, 갭은, 예를 들어 직접식 산소 플라즈마와 같은 플라즈마 처리를 사용하여 부분적으로 제거될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 갭 충전 유체는 올리고머 화합물을 포함한다. 예를 들어, 올리고머 화합물은 C, O, H, N, Si, 및 S로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 탄소 및 수소로 이루어질 수 있다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 적어도 100 내지 최대 100 000 그램/몰, 예컨대 적어도 100 내지 최대 1000 그램/몰, 또는 적어도 1000 내지 최대 10000 그램/몰, 또는 적어도 10000 내지 최대 100000 그램/몰의 몰 질량을 갖는다.
적절한 갭 충전 유체는 폴리이미드, 폴리케톤 폴리비닐 톨루엔, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아라미드, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리아믹산, 및 폴리메틸 메타크릴레이트 및 이의 조합과 같은 탄소 함유 중합체를 포함한다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 복수의 이미드 작용기를 포함한다.
일부 구현예에서, 보호되지 않은 근위 재료 층은 적절한 에천트에 의해 갭 충전 유체에 대해 선택적으로 식각될 수 있다. 대안적으로, 일부 구현예에서, 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계는, 보호되지 않은 근위 재료 층을 변환된 재료 층으로 변환하는 제1 단계; 및 갭 충전 유체에 대해 변환된 재료 층을 선택적으로 식각하는 제2 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 고체 재료는 실리콘 질화물을 포함한다. 이러한 구현예에서, 변환 단계는 산소 플라즈마를 생성하는 단계를 적절히 포함할 수 있고, 변환된 재료층은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 선택적 식각 단계는 기판을 불소 종에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 불소 종은 불소 라디칼을 포함한다. 일부 구현예에서, 활성 종은 수용성 불소를 포함한다.
일부 구현예에서, 불소 종은 불소 라디칼을 포함한다. 일부 구현예에서, 불소 라디칼은 원격식 플라즈마에서 생성될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 미국 특허 US10695794B2에 설명된 바와 같은 방법 및 장치를 사용하여 형성될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 미국 특허 US7825040B1에 설명된 바와 같은 방법 및 장치를 사용하여 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 공개 번호 US2022119944A1, US20210249303A1, US2015056821A1, 및 US2014363983A1을 갖는 다음의 특허 출원 중 어느 하나에 설명된 바와 같은 방법 및 장치를 사용하여 형성될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 기판을 갭 충전 전구체에 노출시키는 단계, 및 기판을 갭 충전 반응물에 노출시키는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 기판은 갭 충전 전구체 및 갭 충전 반응물에 동시에 노출된다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 반응 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 플라즈마는 반응 챔버 내에서 또는 갭 충전 유체가 형성된 반응 챔버에 작동 가능하게 연결되는 별도의 플라즈마 챔버, 즉 원격식 플라즈마 유닛에서 생성될 수 있다. 플라즈마는 본원에 설명된 바와 같은 직접식 플라즈마 구성, 간접식 플라즈마 구성, 또는 원격식 플라즈마 구성으로 생성될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 형성하는 단계는 열적으로 수행된다. 예를 들어, 폴리이미드 갭 충전 유체는 열적으로 형성될 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층을 형성하고, 갭 충전 유체를 형성하고, 재료 층을 시각하고, 갭 충전 유체를 제거하는 단계는 모두 플라즈마가 없는 상태에서 수행된다. 즉, 재료 층을 형성하고, 갭 충전 유체를 형성하고, 재료 층을 식각하고, 갭 충전 유체를 제거하는 단계는 일부 구현예에서 열적으로 수행될 수 있다. 즉, 일부 구현예에서, 본원에 설명된 방법은 재료 형성 또는 식각 공정에 사용하기 위한 활성화 종을 형성하기 위한 플라즈마의 사용을 포함하지 않는다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 복수의 갭 충전 증착 사이클을 포함한 주기적 증착 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 갭 충전 증착 사이클은 갭 충전 전구체 펄스 및 갭 충전 반응물 펄스를 포함한다. 갭 충전 전구체 펄스는, 기판을 갭 충전 전구체에 노출시키는 단계를 포함한다. 갭 충전 반응물 펄스는, 기판을 갭 충전 반응물에 노출시키는 단계를 포함한다.
예시적인 구현예에서, 갭 충전 전구체는 1,2,4,5-벤젠테트라카르복시 무수물(PMDA)을 포함하고, 갭 충전 반응물은 1,6-디아미노헥산(DAH)을 포함한다. 이러한 전구체-반응물 쌍은 적어도 150℃ 내지 최대 200℃의 기판 온도 및 적어도 0.1 토르 내지 최대 50 토르의 반응 챔버 압력을 사용하여 폴리이미드 갭 충전 유체를 주기적으로 형성하기 위해 사용될 수 있다. 적절한 PMDA 펄스 시간은 적어도 100 ms 내지 최대 20000 ms를 포함한다. 적절한 DAH 펄스 시간은 적어도 50 ms 내지 최대 10000 ms를 포함한다. PMDA 펄스 다음에, 예를 들어 적어도 1000 내지 최대 30000 ms까지 지속될 수 있는 PMDA 퍼지가 이어질 수 있다. DAH 펄스 다음에, 예를 들어 적어도 1000 내지 최대 20000 ms까지 지속될 수 있는 DAH 퍼지가 이어질 수 있다.
물론, 다른 적절한 갭 충전 전구체 또는 반응물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1,4-페닐렌디아민은 대신에 갭 충전 반응물로서 사용될 수 있다.
유동성 폴리이미드 재료는 희석된 HCl 수용액 및 희석된 HF 수용액에 대해 우수한 식각 저항성을 가질 수 있다. 이러한 에천트는 다이폴 재료 및 금속 산화물과 같은 고-유전율 유전체를 식각할 수 있다. 따라서, 이러한 에천트는 다이폴 재료 및 폴리이미드 갭 충전 유체에 대한 고-유전율 유전체 중 적어도 하나를 선택적으로 식각하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체로 갭을 부분 충전하는 단계는, 갭 내에 리플로우 가능한 재료를 형성하는 단계; 및 기판을 소정의 온도를 초과하는 온도로 어닐링하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 소정의 온도는 융점일 수 있거나, 갭 충전 유체가 비뉴턴 유체 거동을 나타내는 경우, 연화 온도일 수 있다. 따라서, 리플로우 가능한 재료는 적어도 부분적으로 용융되어 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 갭 충전 유체를 형성한다.
일부 구현예에서, 리플로우 가능한 재료는 하나 이상의 공극을 포함한다. 실제로, 리플로우 가능한 재료는 그것이 형성되는 조건 하에서 유동성이 없을 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 따라서, 공극은 리플로우 가능한 재료의 증착 동안 형성될 수 있다. 리플로우 가능한 재료가 가열되는 경우, 이는 연화되거나, 용융되거나, 부분적으로 용융될 수 있어서, 재료가 갭 내로 재유동할 수 있고, 공동은 결과적으로 사라진다.
적절한 어닐링 처리는 질소 또는 귀가스를 함유한 대기에서의 어닐링을 포함한다. 적절한 어닐링 온도는 적어도 100℃ 내지 최대 500℃, 예컨대 적어도 200℃ 내지 최대 400℃, 또는 적어도 250℃ 내지 최대 350℃의 범위를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 기판으로부터 제거하는 단계는 산소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 갭 충전 유체는 직접식, 간접식 또는 원격식 산소 플라즈마에 의해 제거될 수 있다. 산소 플라즈마는, 산소를 포함한 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마를 지칭함을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 기판으로부터 제거하는 단계는 수소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 갭 충전 유체는 직접식, 간접식 또는 원격식 수소 플라즈마에 의해 제거될 수 있다. 수소 플라즈마는, 수소를 포함한 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마를 지칭함을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 갭 충전 유체를 기판으로부터 제거하는 단계는 질소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 갭 충전 유체는 직접식, 간접식 또는 원격식 질소 플라즈마에 의해 제거될 수 있다. 질소 플라즈마는, 질소를 포함한 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마를 지칭함을 이해해야 한다.
일부 구현예에서, 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하는 단계는 기판을 용매에 노출시키는 단계를 포함한다. 유리하게는, 용매에 의해 갭 충전 유체를 제거하면 재료 층의 손상을 방지하거나 실질적으로 회피할 수 있다. 또한, 이러한 단계는 특히 비용 효율적일 수 있다. 적절한 용매는 케톤, 예컨대 아세톤, 알킬 알코올, 예컨대 메탄올 및 에탄올, 알킬-치환된 방향족 화합물, 예컨대 톨루엔, 할로알칸, 예컨대 트리클로로메탄, 및 환형 알킬, 예컨대 헥산을 포함한다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 톨루엔 올리고머를 포함하고, 용매는 톨루엔을 포함한다.
임의의 특정 이론 또는 작동 방식에 얽매이지 않고자 하면, 갭 충전 유체, 특히 실질적으로 탄소 및 수소를 포함하는 갭 충전 유체는 적절한 용매에 쉽게 용해될 수 있도록 서로 약하게 결합되는 올리고머를 포함할 수 있는 것이 고려된다.
일부 구현예에서, 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하는 단계는, 갭 충전 유체의 증발 온도보다 높은 온도로 기판을 가열하는 단계를 포함한다.
적절하게는, 재료 층을 식각하는 단계는, 재료 층을 갭 충전 유체에 대해 선택적으로 그리고 하부 기판에 대해 선택적으로 식각하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 재료 층을 식각하는 단계는 습식 식각을 사용한다. 실제로, 본원에서 사용되는 바와 같이 유동성 재료는, 불산(HF) 수용액 및 염산(HCl) 수용액과 같은 산성 에천트 및 암모니아 용액, 즉 NH3(수용액)과 같은 염기성 에천트에 대해 낮은 습식 속도를 가질 수 있는 반면에, 본원에 설명되는 바와 같이 재료 층은 이러한 에천트에 노출되는 경우에 실질적인 식각 속도를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 에천트는 본원에서 설명된 방법에 따라 재료 층을 식각하기 위해 유리하게 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층을 식각하는 단계는 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 재료 층을 식각하는 단계는 NF3 원격식 플라즈마와 같은 NF3 플라즈마를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. NF3 플라즈마는, NF3를 포함한 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마를 지칭함을 이해해야 한다. NF3 원격t식 플라즈마 식각은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시카바이드, 및 티타늄 산화물과 같은 전이 금속 산화물을 포함하는 목록에서 선택된 재료를 포함하는 재료 층을 식각하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층은 증착 후 플라즈마 처리에 노출될 수 있다. 플라즈마 처리는 갭 충전 유체를 식각하기 전 또는 후에 수행될 수 있다. 본원에 설명된 방법이 주기적으로, 즉 갭 충전을 위해 수행되는 경우, 재료 층을 플라즈마 처리에 노출시키는 단계는, 각각의 증착 사이클 동안, 증착 사이클의 일부 동안, 또는 갭이 고체 재료로 충전된 후에 수행될 수 있다.
적절하게는, 재료 층은 직접식, 간접식 또는 원격식 플라즈마에 의해 처리될 수 있다. 적절한 플라즈마는 N2를 포함한 플라즈마 가스를 사용할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플라즈마 가스는 He를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 플라즈마 가스는 N2 및 He를 포함할 수 있다. 예를 들어, 재료 층은, 플라즈마 가스가 N2를 포함한 직접식 플라즈마를 사용하여 처리될 수 있다. 유리하게는, 이러한 플라즈마는 1.5 부피% HF 수용액과 같은 에천트에서 습식 식각 속도를 감소시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 재료 층을 플라즈마 처리에 노출시키는 단계는, 임의의 개입된 진공 파괴 없이, 갭 충전 유체의 제거 후에 수행된다.
재료 층 증착 반응기, 갭 충전 유체 형성 반응기, 재료 층 식각 반응기, 갭 충전 유체 제거 반응기, 기판 이동 로봇, 및 제어기를 포함하는 반도체 처리 설비가 본원에서 추가로 설명된다. 제어기는 컴퓨터 판독 가능 명령을 수신하도록 배열되고, 명령을 수행하는 경우에, 반도체 처리 시설로 하여금 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행시킨다.
기판 처리 시스템이 추가로 본원에 설명된다. 기판 처리 시스템은 갭 충전 반응 챔버, 갭 충전 식각 챔버, 재료 층 증착 챔버, 재료 층 식각 챔버, 및 웨이퍼 전달 로봇을 포함한다. 웨이퍼 전달 로봇은 임의의 개입된 진공 파괴 없이, 갭 충전 반응 챔버, 갭 충전 식각 챔버, 재료 층 증착 챔버, 및 재료 층 식각 챔버 사이에서 웨이퍼를 이동시키도록 배열된다. 갭 충전 반응 챔버는 웨이퍼 상에 갭 충전 유체를 형성하기 위해 배열된다. 갭 충전 식각 챔버는 웨이퍼로부터 갭 충전 유체를 제거하도록 배열된다. 재료 층 증착 챔버는 웨이퍼 상에 재료 층을 형성하기 위해 배열된다. 재료 층 식각 챔버는 웨이퍼로부터 재료 층을 부분적으로 제거하도록 배열된다. 기판 처리 시스템은, 기판 처리 시스템이 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 배열된 제어기를 추가로 포함한다.
도 1은 본원에 개시된 방법의 일 구현예에서 공정 단계의 증분 결과를 개략적으로 나타낸다.
특히, 도 1의 패널 a)는 기판(110)에 형성된 갭(105)을 포함한 구조체(100)를 나타낸다. 갭(105)은 원위부(106) 및 측벽(107)을 포함한다. 갭(105)의 외부에, 기판(110)은 근위 표면(111)을 포함한다.
도 1의 패널 b)는 기판의 위에 재료 층(120)이 형성되고, 근위 표면(111), 원위부(106) 및 측벽(107)을 덮는 방법을 나타낸다. 일부 구현예에서, 재료 층(120)은, 예를 들어 1.0, 2.0, 5.0, 또는 10.0%의 오차 범위 내에서 일정한 두께를 가질 수 있다. 적절하게는, 재료 층(120)은 플라즈마 강화 원자층 증착 공정과 같은 주기적 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
도 1의 패널 c)는 갭 충전 유체(130)가 갭(105)에 형성되는 방법을 나타낸다. 적절한 갭 충전 유체(130)는 탄소 및 수소 함유 올리고머를 포함하고, 예컨대 톨루엔과 같은 두 개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄화수소 전구체와 같은 탄화수소 전구체를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착을 사용하여 형성될 수 있다. 갭 충전 유체 형성 단계 후에, 갭 충전 유체의 더 많은 부분이, 측벽(107) 및 근위 표면(111) 상보다는 갭(105)의 바닥부, 즉 갭의 원위부(106) 상에 위치한다는 것을 이해할 것이다. 그럼에도 불구하고, 소위 습윤 층(131)인 소량의 갭 충전 유체가, 측벽(107) 및 근위 표면(111) 상에 존재할 수 있다. 더 많은 갭 충전 유체, 즉 더 높은 두께의 갭 충전 유체가, 측벽(107) 및 근위 표면(111)에 비해, 갭의 원위부(106) 상에 위치한다는 점에서는 미미하다.
도 1의 패널 d)는, 재료 층(120)이 어떻게 변형된 재료 층(125)으로 변환될 수 있는지 나타내며, 여기서 재료 층은 갭 충전 유체(130)에 의해, 즉 측벽(107) 상에서 그리고 근위 표면(111) 상에서 보호되지 않는다. 나타낸 바와 같이, 측벽(107) 및 근위 표면(111) 상의 습윤 층(131)은 변형 처리에 의해 제거되지만, 원위 표면(106)에서의 갭 충전 유체(130)의 더 두껍고/높은 양은 변형 처리에 의해 제거되지 않고, 그 원위 표면(106) 상에 위치한 재료 층(120)을 효율적으로 차폐하여 변형 처리에 의해 변형되지 않도록 한다.
도 1의 패널 e)는, 재료 층의 변형되지 않은 부분(120), 및 갭 충전 유체에 대해 개질된 재료 층을 선택적으로 식각한 후의 구조체(100)를 나타낸다. 이러한 식각 후, 원위 표면(160) 상의 재료 층(120)의 일부분만이 남아 있으며, 이는 갭 충전 유체(130)에 의해 식각으로부터 보호되면서, 재료 층(120)의 나머지 부분은 식각된다.
도 1의 패널 f)는 갭 충전 유체(130)가 기판(110) 및 재료 층의 나머지 부분(121)에 대해 선택적으로 제거된 후의 구조체(100)를 나타낸다. 재료 층(120)의 나머지 부분은 원위 층(121)을 형성한다.
도 2는 본원에 개시된 방법의 일 구현예에서 공정 단계의 증분 결과를 개략적으로 나타낸다. 도 2는 몇 가지 주요 양태를 제외하고는 도 1과 매우 유사하다.
특히, 도 2의 패널 a), b) 및 c)는 도 1의 패널 a), b) 및 c)와 각각 동일하다. 변형 처리는 도 2의 구현예에서 생략된다.
도 2의 패널 d)는 습윤 층의 제거 후의 구조체(100)를 나타낸다. 습윤 층은 습윤 층 제거 처리에 의해 적절히 제거될 수 있다. 습윤 층 제거 처리는, 예를 들어 기판을 직접식 산소 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 2의 패널 e)는, 갭 충전 유체에 대한 재료 층을 선택적으로 식각한 후의 구조체(100)를 나타낸다. 식각 동안, 한편으로 원위 표면(106) 상의 재료 층의 부분과 다른 한편으로 재료 층의 나머지 부분이 실질적으로 동일한 조성을 갖고 따라서 실질적으로 동일한 식각 속도를 갖는다 하더라도, 원위 표면(106) 상의 재료 층의 부분은 갭 충전 유체(130)에 의해 에천트로부터 보호되고, 따라서 식각되지 않는다. 이러한 식각 후, 원위 표면(160) 상의 재료 층(120)의 일부분만이 남아 있으며, 이는 갭 충전 유체(130)에 의해 식각으로부터 보호되면서, 재료 층(120)의 나머지 부분은 식각된다.
도 2의 패널 f)는 갭 충전 유체(130)가 기판(110) 및 재료 층의 나머지 부분(121)에 대해 선택적으로 제거된 후의 구조체(100)를 나타낸다. 재료 층(120)의 나머지 부분은 원위 층(121)을 형성한다.
일부 구현예에서, 재료 층(120)은 실리콘 질화물 층일 수 있다. 이러한 구현예에서, 갭 충전 유체는 올리고머 톨루엔과 같은 탄화수소 올리고머를 적절히 포함하거나, 이로 실질적으로 구성될 수 있다. 그 다음, 변형된 재료 층(125)을 형성하는 단계는 직접식 산소 플라즈마와 같은 플라즈마, 즉 산소를 포함한 플라즈마 가스를 사용하는 플라즈마를 생성하는 단계를 적절히 포함할 수 있다. 변형된 재료 층(125)을 식각하는 단계는, HF 수용액, 예를 들어 1.5 부피%의 HF 농도를 갖는 HF 수용액에서의 식각과 같이, 습식 식각을 실행하는 단계를 포함할 수 있다. 갭 충전 유체를 제거하는 단계는, 직접식 Ar/H2 또는 N2/H2 플라즈마와 같은 직접식 플라즈마, 즉 아르곤 및 H2, 또는 N2 및 H2를 포함한 플라즈마 가스를 사용하는 직접식 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
추가의 예시적인 구현예에서, 도 3을 참조한다. 도 3은 본원에서 설명되는 대로 방법의 일 구현예의 흐름도를 개략적으로 나타낸다. 이러한 기판은 기판 재료에 형성된 갭을 포함한다. 갭은 하부 및 상부를 포함한다.
도 3에 나타낸 구현예에 따른 방법은 시작(310) 및 재료 층을 형성하는 단계(320)를 포함한다. 재료 층은 등각성 증착 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 적절한 등각성 증착 기술은 원자층 증착(ALD)과 같은 주기적 증착 기술을 포함한다.
도 3에 나타낸 구현예에 따른 방법은 갭 충전 유체를 형성하는 단계(330)를 추가로 포함한다. 갭 충전 유체는 갭을 부분적으로 충전하도록 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 갭 충전 유체는 전체 갭과 같은 갭의 실질적인 부분을 충전하도록 형성될 수 있고, 그 다음, 이는 부분적으로 식각되어, 식각 후, 갭의 원위부만을 충전할 수 있다. 적절한 갭 충전 유체는 본원의 다른 곳에서 설명되며, 탄소 함유 올리고머를 포함한다. 따라서, 갭의 원위부 상의 재료 층은 갭 충전 유체에 의해 덮인다. 재료 층의 이 부분을 보호된 재료 층으로서 지칭한다. 따라서, 갭의 측벽 상의 재료 층은 갭 충전 유체에 의해 덮이지 않거나 실질적으로 덮이지 않는다. 재료 층의 이 부분을 보호되지 않은 재료 층으로서 지칭한다. 일부 구현예에서, 소량의 갭 충전 유체가 보호되지 않은 재료 층 상에 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 소량의 갭 충전 유체는 식각과 같은 화학적 처리에 대해 보호되지 않은 재료 층을 실질적으로 차폐하기에 불충분하다는 것을 이해할 것이다.
도 3에 나타낸 구현예에 따른 방법은, 갭 충전 유체에 대해 보호되지 않는 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계(340)를 추가로 포함한다. 갭 충전 유체는, 갭의 원위부에서 보호되는 재료 층을 보호한다. 따라서, 갭의 근위부 내의 보호되지 않은 재료 층은 식각 동안 식각되면서, 갭의 원위부 내의 보호되는 재료 층은 갭 충전 유체에 의해 보호되고 온전하게 유지된다. 이상적인 경우에, 모든 재료 층은 갭의 측벽으로부터 제거되고, 재료 층은 갭의 원위 표면 상에 존재하는 것으로 이해될 것이다. 이는 그럼에도 불구하고, 그리고 일부 구현예에서, 소량의 재료 층은 갭의 측벽의 최원위 단부 상에 남아있을 수 있고, 예를 들어, 갭의 측벽을 따라 갭의 원위부로부터, 제거 전에 갭 충전 유체의 두께와 동일한 일정 거리에 걸쳐, 연장될 수 있다. 실제로, 실제 갭 충전 유체는 유한하고 제로가 아닌 두께를 가지므로, 갭의 측벽 상에 존재하는 소량의 재료 층을 또한 보호할 수 있으며, 이는 결과적으로 식각에서 제거되지 않는다.
유리한 구현예에서, 갭 충전 유체는 먼저 갭을 완전히 충전하도록 형성되고, 그 다음 갭 충전 유체는 갭을 부분적으로만 충전하도록 부분적으로 함몰된다. 이는 유리하게는, 재료 층이 식각될 경우에 습윤 층이 존재하지 않는 것을 보장하고, 이러한 절차는 도 12에 나타낸 바와 같이 상이한 종횡비를 갖는 갭이 균일하게 충전되는 것을 보장하는 데 유리할 수 있다.
그 다음, 갭 충전 유체를 제거한다(350). 일부 구현예에서, 도 3의 구현예에 따른 방법은 공정의 이러한 지점에서 종료(380)할 수 있으며, 이 경우, 원위 층은 갭의 원위 표면 상에 선택적으로 형성되었고, 그 측벽 상에는 형성되지 않았다(또는 실질적으로 형성되지 않았음). 대안적으로, 도 3의 구현예에 따른 방법은 복수의 슈퍼 사이클(360)을 포함할 수 있다. 복수의 슈퍼 사이클(360)로부터의 사이클은, 재료 층 형성 단계(320), 갭 충전 유체 형성 단계(330), 재료 층 식각 단계(340), 및 갭 충전 유체 제거 단계(350)를 포함한다. 복수의 슈퍼 사이클(360)을 실행함으로써, 갭은 재료 층에 포함된 재료로 부분적으로 또는 전체적으로 충전될 수 있다.
도 4는 반도체 처리 시스템(400)의 일 구현예를 나타낸다. 기판 처리 시스템(400)은 갭 충전 반응 챔버(410)를 포함한다. 갭 충전 반응 챔버(410)는 기판 상에 갭 충전 유체를 형성하기 위해 배열된다. 기판 처리 시스템(400)은 갭 충전 식각 챔버(415)를 포함한다. 갭 충전 식각 챔버(415)는 기판으로부터 갭 충전 유체를 제거하도록 배열된다. 기판 처리 시스템(400)은 재료 층 반응 챔버(420)를 추가로 포함한다. 재료 층 반응 챔버(420)는 기판 상에 재료 층을 형성하기 위해 배열된다. 기판 처리 시스템(400)은 재료 층 식각 챔버(425)를 추가로 포함한다. 재료 층 식각 챔버(425)는 기판으로부터 재료 층을 적어도 부분적으로 제거하도록 배열된다. 기판 처리 시스템(400)은 웨이퍼 전달 로봇(430)을 추가로 포함한다. 웨이퍼 전달 로봇(430)은 임의의 개입된 진공 파괴 없이, 갭 충전 반응 챔버, 갭 충전 식각 챔버, 재료 층 반응 챔버, 및 재료 층 식각 챔버 사이에서 웨이퍼를 이동시키도록 배열된다. 기판 처리 시스템(400)은 제어기(440)를 추가로 포함한다. 제어기(440)는, 기판 처리 시스템이 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하도록 배열된다.
도 5는 본 개시의 예시적인 추가 구현예에 따른 시스템(500)을 나타낸다. 서브 시스템(500)은 본원에 설명된 방법의 일 구현예에서 재료 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
나타낸 예시에서, 서브 시스템(500)은 하나 이상의 반응 챔버(502), 재료 층 전구체 가스 공급원(504), 재료 층 반응물 가스 공급원(506), 퍼지 가스 공급원(508), 배기(510), 및 제어기(512)를 포함한다.
반응 챔버(502)는 임의의 적합한 반응 챔버, 예컨대 ALD 또는 CVD 반응 챔버를 포함할 수 있다.
재료 층 전구체 가스 공급원(504)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 전구체를 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어(예를 들어, 귀) 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 재료 층 반응물 가스 공급원(506)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 반응물을 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 퍼지 가스 공급원(508)은 본원에 설명된 바와 같이 하나 이상의 귀 가스를 포함할 수 있다. 세 개의 가스 공급원(504)-(508)으로 나타냈지만, 시스템(500)은 적절한 임의 개수의 가스 공급원을 포함할 수 있다. 가스 공급원(504)-(508)은 라인(514)-(518)을 통해 반응 챔버(502)에 결합될 수 있으며, 이들 각각은 흐름 제어기, 밸브, 히터 등을 포함할 수 있다.
배기(510)는 하나 이상의 진공 펌프를 포함할 수 있다.
제어기(512)는 밸브, 매니폴드, 히터, 펌프 및 시스템(500)에 포함된 다른 구성 요소를 선택적으로 작동시키기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함한다. 이러한 회로 및 구성 요소는, 전구체를 각각의 공급원(504)-(508)으로부터 도입하기 위해 작동한다. 제어기(512)는 가스 펄스 순서의 시점, 기판 및/또는 반응 챔버의 온도, 반응 챔버의 압력, 및 서브 시스템(500)의 적절한 작동을 제공하는데 다양한 기타 작동을 제어할 수 있다. 제어기(512)는, 반응 챔버(502) 내로 그리고 반응 챔버로부터의 전구체, 반응물 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 전기식 혹은 공압식으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(512)는, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 특정 작업을 수행하는 FPGA 또는 ASIC과 같은 모듈을 포함할 수 있다. 모듈은 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체에 탑재되도록 구성되고, 하나 이상의 공정을 실행하도록 유리하게 구성될 수 있다.
상이한 수 및 종류의 전구체 및 반응물 공급원 및 퍼지 가스 공급원을 포함하는 서브 시스템(500)의 다른 구성이 가능하다. 또한, 가스를 반응 챔버(502) 내로 선택적으로 공급하는 목적을 달성하는데 사용될 수 있는 밸브, 도관, 전구체 공급원, 퍼지 가스 공급원의 다수의 배열이 존재함을 이해할 것이다. 또한, 시스템을 개략적으로 표현하면서, 많은 구성 요소가 예시의 단순화를 위해 생략되었는데, 이러한 구성 요소는, 예를 들어 다양한 밸브, 매니폴드, 정화기, 히터, 용기, 벤트, 및/또는 바이패스를 포함할 수 있다.
서브 시스템(500)의 작동 중에, 반도체 웨이퍼(미도시)와 같은 기판은, 예를 들어 기판 핸들링 시스템에서 반응 챔버(502)로 이송된다. 일단 기판(들)이 반응 챔버(502)로 이송되면, 전구체, 반응물, 캐리어 가스, 및/또는 퍼지 가스와 같이, 가스 공급원(504)-(508)으로부터 하나 이상의 가스가 반응 챔버(502) 내로 유입된다.
도 6은, 본원에 개시된 예시적인 방법에 따른 전구체 펄스, 예를 들어 갭 충전 전구체 펄스, 제1 전구체 펄스, 또는 제2 전구체 펄스의 구현예를 나타낸다. 전구체 펄스가 시작(611)되고 전구체 서브-펄스(612)가 수행된다. 전구체 서브-펄스 다음에 전구체 서브-퍼지(613)가 이어진다. 그 다음, 전구체 서브-펄스(612)와 전구체 서브-퍼지(613)는 전구체 펄스가 종료(614)될 때까지 소정의 시간 동안에, 예를 들어 적어도 1 내지 최대 10회 반복된다(615).
도 7은 재료 층 또는 갭 충전 유체를 형성하기 위한 주기적 증착 공정과 같은 주기적 증착 공정의 일 구현예를 나타낸다. 상기 방법(700)은 기판을 제공함으로써 시작(711)된다. 그 다음, 복수의 증착 사이클(715)이 수행된다. 증착 사이클(715)은 전구체 펄스(712) 및 반응물 펄스(713)를 포함한다. 소정의 양의 증착 사이클(715)이 실행된 후, 방법은 종료(714)된다.
도 8은 본원에 설명되는 대로 다른 서브 시스템(800)의 일 구현예에서의 개략도를 나타낸다. 이는, 예를 들어, 재료 층 및 갭 충전 유체 중 하나 이상을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이는 갭 충전 유체 및 재료 층 중 하나 이상을 식각하기 위해 사용될 수 있다. 서브 시스템(800)은, 플라즈마(820)가 생성되는 반응 챔버(810)를 포함한다. 특히, 플라즈마(820)는 샤워헤드 인젝터(830)와 기판 지지부(840) 사이에서 생성된다. 이는 용량 결합형 플라즈마를 사용하는 직접식 플라즈마 구성이다.
나타낸 구성에서, 서브 시스템(800)은 두 개의 교류(AC) 전원을 포함한다: 고주파 전원(821) 및 저주파 전원(822). 나타낸 구성에서, 고주파 전원(821)은 무선 주파수(RF) 전력을 샤워헤드 인젝터에 공급하고, 저주파 전원(822)은 교류 신호를 기판 지지부(840)에 공급한다. 무선 주파수 전력이 제공될 수 있고, 예를 들어, 13.56 MHz 이상의 주파수에서, 예를 들어 적어도 100 kHz 내지 최대 50 MHz의 주파수에서, 또는 적어도 50 MHz 내지 최대 100 MHz의 주파수에서, 또는 적어도 100 MHz 내지 최대 200 MHz의 주파수에서, 또는 적어도 200 MHz 내지 최대 500 MHz의 주파수에서, 또는 적어도 500 MHz 내지 최대 1000 MHz의 주파수에서, 또는 적어도 1000 MHz 내지 최대 2000 MHz의 주파수에서 제공된다. 저주파 교류 신호는, 예를 들어 2 MHz 이하의 주파수, 예컨대 적어도 100 kHz 내지 최대 200 kHz의 주파수, 또는 적어도 200 kHz 내지 최대 500 kHz의 주파수, 또는 적어도 500 kHz 내지 최대 1000 kHz의 주파수, 또는 적어도 1000 kHz 내지 최대 2000 kHz의 주파수에서 제공될 수 있다. 전구체 및/또는 반응물을 포함한 공정 가스는, 가스 라인(860)을 통해 원뿔형 가스 분배기(850)에 제공된다. 그 다음, 공정 가스는 샤워헤드 인젝터(830) 내의 구멍(831)을 통해 반응 챔버(810)로 통과한다.
고주파 전원(821)은 샤워헤드 인젝터에 전기적으로 연결되는 것으로 나타나 있는 반면에, 저주파 전원(822)은 기판 지지부(840)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 9는 본원에 설명되는 대로 서브 시스템(900)의 다른 구현예에서의 개략도를 나타낸다. 이는, 예를 들어, 재료 층 및 갭 충전 유체 중 하나 이상을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이는 갭 충전 유체 및 재료 층 중 하나 이상을 식각하기 위해 사용될 수 있다. 도 9의 구성은 간접식 플라즈마 시스템으로서 설명될 수 있다. 서브 시스템(900)은, 플라즈마(920)가 생성되는 플라즈마 생성 공간(925)으로부터 분리된 반응 챔버(910)를 포함한다. 특히, 반응 챔버(910)는, 샤워헤드 인젝터에 의해 플라즈마 생성 공간(925)으로부터 분리되고, 플라즈마(920)는, 샤워헤드 인젝터(930)와 플라즈마 생성 공간 천장(926) 사이에서 생성된다.
나타낸 구성에서, 서브 시스템(900)은 세 개의 교류(AC) 전원: 고주파 전원(921) 및 두 개의 저주파 전원(922,923): 제1 저주파 전원(922) 및 제2 저주파 전원(923)을 포함한다. 나타낸 구성에서, 고주파 전원(921)은 무선 주파수(RF) 전력을 플라즈마 생성 공간 천장에 공급하고, 제1 저주파 전원(922)은 교류 신호를 샤워헤드 인젝터(930)에 공급하고, 제2 저주파 전원(923)은 교류 신호를 기판 지지부(940)에 공급한다. 기판(941)이 기판 지지부(940) 상에 제공된다. 무선 주파수 전력은, 예를 들어 13.56 MHz 이상의 주파수로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 저주파 전원(922,923)의 저주파 교류 신호는, 예를 들어 2 MHz 이하의 주파수로 제공될 수 있다.
전구체 및/또는 반응물을 포함한 공정 가스는, 플라즈마 생성 공간 천장(926)을 통과하는 가스 라인(960)을 통해, 플라즈마 생성 공간(925)으로 제공된다. 공정 가스로부터 생성된 플라즈마(925)에 의해 생성된 이온 및 라디칼과 같은 활성 종은, 샤워헤드 인젝터(930) 내의 구멍(931)을 통해 반응 챔버(910)로 통과한다.
도 10은 본원에 설명되는 대로 서브 시스템(1000)의 다른 구현예에서의 개략도를 나타낸다. 이는, 예를 들어, 재료 층 및 갭 충전 유체 중 하나 이상을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 도 10의 구성은 원격식 플라즈마 시스템으로서 설명될 수 있다. 서브 시스템(1000)은, 플라즈마(1020)가 생성되는 원격식 플라즈마 공급원(1025)에 작동 가능하게 연결된 반응 챔버(1010)를 포함한다. 임의 종류의 플라즈마 공급원은 원격식 플라즈마 공급원(1025)으로서, 예를 들어 유도성 결합 플라즈마, 용량성 결합 플라즈마, 또는 마이크로파 플라즈마로서 사용될 수 있다.
특히, 활성 종은, 활성 종 덕트(1060)를 통해 플라즈마 공급원(1025)으로부터 반응 챔버(1010)로, 샤워 플레이트 인젝터(1030) 내의 관통 구멍(1031)을 통해 원뿔형 분배기(1050)로, 반응 챔버(1010)로 제공된다. 따라서, 활성 종은 균일한 방식으로 반응 챔버에 제공될 수 있다.
나타낸 구성에서, 서브 시스템(1000)은 세 개의 교류(AC) 전원: 고주파 전원(1021) 및 두 개의 저주파 전원(1022,1023): 제1 저주파 전원(1022) 및 제2 저주파 전원(1023)을 포함한다. 나타낸 구성에서, 고주파 전원(1021)은 무선 주파수(RF) 전력을 플라즈마 생성 공간 천장에 공급하고, 제1 저주파 전원(1022)은 교류 신호를 샤워헤드 인젝터(1030)에 공급하고, 제2 저주파 전원(1023)은 교류 신호를 기판 지지부(1040)에 공급한다. 기판(1041)이 기판 지지부(1040) 상에 제공된다. 무선 주파수 전력은, 예를 들어 13.56 MHz 이상의 주파수로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 저주파 전원(1022,1023)의 저주파 교류 신호는, 예를 들어 2 MHz 이하의 주파수로 제공될 수 있다.
일부 구현예(미도시)에서, 추가적인 고주파수 전력 공급원이 기판 지지부에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 직접식 플라즈마가 반응 챔버에서 생성될 수 있다.
전구체 및/또는 반응물을 포함한 공정 가스는, 가스 라인(1060)에 의해 플라즈마 공급원(1025)에 제공된다. 공정 가스로부터 플라즈마(1025)에 의해 생성된 이온 및 라디칼과 같은 활성 종은, 반응 챔버(1010)로 안내된다.
현재 제공된 방법은, 도 11에 나타낸 반도체 처리 서브 시스템의 일 구현예에 포함시킨 임의의 적절한 장치에서 실행될 수 있다. 도 11은, 본 개시의 일부 구현예에 사용할 수 있는 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD) 장치의 개략적인 도면이다. 이 도면에서, 서로 마주하며 평행한 한 쌍의 전기 전도성 평판 전극(1102,1104)을 반응 챔버(1103)의 내부 (반응 구역)(1111)에 제공하고, RF 전력(예, 13.56 MHz 및/또는 27 MHz)을 전력 공급원(1125)으로부터 일측에 인가하고, 타측(1112)을 전기적으로 접지시킴으로써, 플라즈마가 전극들 사이에서 발생할 수 있다. 물론, 전구체가 반응 챔버에 제공되는 단계 동안 또는 후속 공정 단계 사이의 퍼지 동안에, 플라즈마를 생성하기 위한 반도체 처리 장치가 필요하지 않으며, 이들 단계 또는 퍼지 동안에 전극 중 어느 하나에 RF 전력이 인가될 필요가 없다. 온도 조절기는 하부 스테이지(1102), 즉 하부 전극에 제공될 수 있다. 기판(1101)이 그 위에 배치되고, 이의 온도는 주어진 온도에서 일정하게 유지된다. 상부 전극(1104)은 샤워 플레이트로서의 역할도 수행할 수 있고, 만약에 존재하면 플라즈마 가스, 반응물 가스 및/또는 희석 가스뿐만 아니라 전구체 가스가 각각의 가스 라인(1121) 및 다른 가스 라인(1122)을 통해서 그리고 샤워 플레이트(1104)를 통해서 반응 챔버(1103)로 유입될 수 있다. 추가적으로, 반응 챔버(1103)에는 배기 라인(1117)을 갖는 원형 덕트(1113)가 제공되고, 이를 통해 반응 챔버(1103)의 내부(1111)에 있는 가스가 배기된다. 추가적으로, 이송 챔버(1105)는 반응 챔버(1103) 아래에 배치되고, 이송 챔버(1105)의 내부(이송 구역)(416)를 통해 반응 챔버(1103)의 내부(1111)로 밀봉 가스를 유입하기 위한 가스 밀봉 라인(1124)을 구비하며, 반응 구역과 이송 구역을 분리하기 위한 분리 판(1114)이 제공된다.
웨이퍼가 이송 챔버(1105) 내로 또는 이송 챔버로부터 이송될 수 있는 게이트 밸브는 이 도면에서 생략됨을 유의하기 바란다. 이송 챔버에는 배기 라인(1106)이 또한 구비된다.
도 12는 실질적으로 탄소 및 수소로 이루어진 갭 충전 유체로 완전히 또는 부분적으로 충전된 갭의 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다. 갭 충전 유체는 펄스화된 플라즈마를 사용한 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정을 사용하여 형성하였고, 이는 시클로펜텐을 갭 충전 전구체로서 사용하고, 펄스화된 아르곤 플라즈마, 즉 온-오프 방식으로 작동되는 아르곤 플라즈마를 사용한다. a) 열은 특히 증착된 상태의 갭 충전 유체의 다양한 확대 레벨의 이미지를 나타낸다. b) 열은 짧은 시간 동안 산소/아곤 직접식 플라즈마에 노출된 후의 갭 충전 유체의 다양한 확대 레벨의 이미지를 나타낸다. c) 열은 중간 시간 동안 산소/아곤 직접식 플라즈마에 노출된 후의 갭 충전 유체의 다양한 확대 레벨의 이미지를 나타낸다. e) 열은 긴 시간 동안 산소/아곤 직접식 플라즈마에 노출된 후의 갭 충전 유체의 다양한 확대 레벨의 이미지를 나타낸다. 따라서, 갭 내의 갭 충전 유체의 양은, 먼저 갭을 갭 충전 유체로 완전히 충전한 다음에 갭 충전 유체를 부분적으로 식각함으로써 정확하게 제어될 수 있다.
도 13은 갭의 투과 전자 현미경 사진을 나타낸다. 특히, 패널 a)는 150℃의 온도에서 증착되었던 리플로우 가능한 재료를 포함한 갭을 나타낸다. 리플로우 가능한 재료는 공극을 포함한다. 패널 b)는 250℃의 온도에서 어닐링 후의 리플로우 가능한 재료를 포함한 갭을 나타낸다. He 플라즈마 및 2-히드록시-2-메틸프로피오페논을 갭 충전 전구체로서 사용하여 150℃에서 플라즈마 강화 화학 기상 증착을 사용하여 리플로우 가능한 재료를 형성하였다. 어닐링은 300 파스칼의 Ar 대기에서 30분 동안 수행하였다.
도 14는 리플로우 접근법에 따라 갭을 충전하는 방법의 예시적인 구현예를 나타낸다. 도 14는 두 개의 공정 흐름, 즉 공정 흐름 a) 및 공정 흐름 b)를 나타낸다. 공정 흐름 a)에서, 갭 충전 유체 식각 단계는 갭 충전 형성 단계를 바로 따른다. 이러한 구현예는, 갭 충전 유체(1410) 내에 공극이 형성되지 않는 경우에 적절하게 갭을 충전할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 공극(1420)이 갭 충전 유체 내에 형성될 경우, 공극은 결함(1430)의 형성을 야기할 수 있다. 공정 흐름 b)에서, 갭 충전 유체 식각 단계는 리플로우 어닐링에 의해 리플로우 가능한 재료 형성 단계로부터 분리된다. 리플로우 어닐링은 적절하게는 리플로우 가능한 재료의 리플로우를 초래하고 그로부터 공극을 제거하게 한다. 따라서, 후속 식각 동안, 결함이 형성되지 않는다.
도 15는 본 개시의 구현예에서 형성될 수 있는 재료 층의 세 개의 상이한 구현예를 나타낸다. 특히, 도 15의 패널 a)는 등각성인 재료 층(1501)의 구현예를 나타낸다. 즉, 이러한 재료 층(1501)은 기판 상에 형성되는 위치에 관계없이 동일한 두께를 갖는다. 도 15의 패널 b)는 근위에서 무거운 재료 층의 구현예를 나타낸다. 즉, 이 재료는 갭의 측벽 및 갭의 원위 단부에 비해 기판의 근위 표면 근처 또는 그 위에 더 큰 두께를 갖는다. 도 15의 패널 c)는 원위에서 무거운 재료 층(1503)의 구현예를 나타낸다. 즉, 이 재료 층(1503)은, 갭의 측벽 및 기판의 근위 표면에 비해 갭의 원위 단부 근처 또는 원위 단부에서 더 큰 두께를 갖는다.
예시적인 구현예에서, 본원에서 설명된 바와 같은 방법에 사용하기 위한 탄소 및 수소 함유 갭 충전 유체를 형성하는 특정 방법을 참조한다. 이 갭 충전 유체는 임의의 불포화 유기 화합물로 형성될 수 있다. 적합한 전구체는 특히 불포화 환형 탄화수소, 예컨대 톨루엔과 같은 벤젠 유도체를 포함한다. 이러한 갭 충전 유체의 형성 동안, 기판은 적어도 50℃ 내지 최대 150℃의 온도로 유지될 수 있고, 반응 챔버는 적어도 800 파스칼 내지 최대 3000 파스칼의 압력으로 유지될 수 있다. 용량 결합형 직접식 플라즈마는 300 mm 원형 기판에 대해 적어도 50 W 내지 최대 300 W의 플라즈마 전력을 사용하여 사용될 수 있다. 공정은, 기판 면적과 함께 플라즈마 전력을 스케일링함으로써, 다른 기판 크기로 쉽게 전달될 수 있음을 이해해야 한다. He 또는 Ar과 같은 귀가스가 플라즈마 가스로서 사용될 수 있고, 적어도 0.5 내지 최대 12 표준 리터/분(slm)의 유량으로 반응 챔버에 제공될 수 있다. 갭 충전 전구체는 기판의 온도보다 낮은 온도에서 유지되는 용기에 적절히 유지될 수 있다. 예를 들어, 갭 충전 전구체는 적어도 25 내지 최대 100℃의 온도로 유지될 수 있다.
추가의 예시적인 구현예에서, 본원에 설명된 바와 같은 방법에 사용하기 위한 갭 충전 유체를 형성하기 위한 방법을 참조한다. 특히, 상기 방법은 먼저 갭 내에 리플로우 가능한 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 리플로우 가능한 재료는 탄소 및 산소를 포함할 수 있고, 직접식 귀가스 플라즈마를 용량적으로 생성함으로써 형성될 수 있다. 2-히드록시-2-메틸프로피오페논을 포함한 리플루오 재료 전구체가 리플로우 가능한 재료 형성을 위해 플라즈마에 첨가될 수 있다. 리플로우 가능한 재료 형성 동안, 기판은 적어도 100℃ 내지 최대 250℃, 예를 들어 150℃의 온도에서 유지될 수 있다. 그 다음, 기판은 예를 들어 430℃의 온도에서 증착 온도보다 더 높은 온도에서 Ar과 같은 귀가스에 어닐링될 수 있다. 어닐링 동안, 기판은 300 파스칼의 압력과 같은 소정의 압력에서 대기 중에 존재할 수 있다. 적절한 어닐링 시간은, 예를 들어 적어도 1분 내지 최대 2시간으로 다양할 수 있다. 예를 들어, 어닐링 시간은 30분일 수 있다.
전술한 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이며, 이는 첨부된 청구범위 및 그의 법적 균등물에 의해 정의된다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 실제로, 본원에 나타내고 설명된 것들 이외에, 본 개시의 다양한 변형, 예컨대 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합이 본 설명으로부터 당업자에게 명백해질 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. - 근위 표면 및 갭을 포함한 기판을 제공하는 단계로서, 상기 갭은 원위 표면 및 측벽들을 포함하는, 상기 기판을 제공하는 단계;
    - 상기 근위 표면, 상기 원위 표면, 및 상기 측벽들 위에 놓이는 재료 층을 형성하는 단계;
    - 상기 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전함으로써, 보호되는 원위 재료 층 및 보호되지 않은 근위 재료 층을 형성하는 단계로서, 상기 보호되는 원위 재료 층은 상기 원위 표면 위에 놓이고, 상기 보호되는 원위 표면은 갭 충전 유체에 의해 덮이며, 상기 보호되지 않은 재료 층은 상기 측벽들 및 상기 근위 표면 위에 놓이는, 상기 갭을 부분적으로 충전하는 단계;
    - 상기 갭 충전 유체에 대해 상기 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계; 및
    - 상기 기판으로부터 상기 갭 충전 유체를 제거하는 단계;를 포함함으로써,
    상기 원위 표면 상에 원위 층을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    다음 단계들은 임의의 개입된 진공 파괴 없이 단일 진공 시스템에서 수행되는 방법: 상기 재료 층을 형성하는 단계, 상기 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계, 상기 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계, 및 상기 갭 충전 유체를 제거하는 단계.
  3. - 근위 표면 및 갭을 포함한 기판을 제공하는 단계로서, 상기 갭은 원위 표면 및 측벽들을 포함하는, 상기 기판을 제공하는 단계;
    - 복수의 슈퍼 사이클들을 실행하는 단계를 포함하되, 하나의 슈퍼 사이클은,
    - 상기 근위 표면, 상기 원위 표면, 및 상기 측벽들 위에 놓이는 재료 층을 형성하는 단계로서, 상기 재료 층은 고체 충전 재료를 포함하는, 상기 재료 층을 형성하는 단계;
    - 상기 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전함으로써, 상기 재료 층을 상기 갭 충전 유체로 부분적으로 덮어, 보호되는 원위 재료 층 및 보호되지 않은 근위 재료 층을 형성하는 단계로서, 상기 보호되는 원위 재료 층은 상기 원위 표면 위에 놓이고, 상기 보호되는 원위 표면은 갭 충전 유체에 의해 덮이며, 상기 보호되지 않은 재료 층은 상기 측벽들 및 상기 근위 표면 위에 놓이는, 상기 갭을 부분적으로 충전하는 단계;
    - 상기 갭 충전 유체에 대해 상기 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계; 및
    - 상기 기판으로부터 상기 갭 충전 유체를 제거하는 단계;를 포함함으로써,
    상기 갭을 고체 충전 재료로 충전하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 슈퍼 사이클들은 임의의 개입된 진공 파괴 없이, 단일 진공 시스템에서 순차적으로 수행되는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 층은 고체 재료를 포함하되, 상기 고체 재료는 전이 금속, 희토류 금속, 전이후 금속, 및 14족 원소로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고체 재료는 티타늄 산화물 및 티타늄 질화물 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고체 재료는 14족 원소 산화물 및 14족 원소 질화물 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고체 재료는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 실리콘 탄질화물 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호되지 않은 근위 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계는,
    a. 상기 보호되지 않은 근위 재료 층을 변환된 재료 층으로 변환하는 단계; 및
    b. 상기 갭 충전 유체에 대해 상기 변환된 재료 층을 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 고체 재료는 실리콘 질화물을 포함하고, 상기 변환 단계는 산소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 변환된 재료 층은 실리콘 산화물을 포함하고, 상기 선택적으로 식각한 단계는 상기 기판을 불소 종에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 불소 종은 불소 라디칼들을 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 층을 형성하는 단계는 주기적인 증착 공정을 실행하는 단계를 포함하되, 상기 주기적인 증착 공정은 복수의 증착 사이클들을 포함하고, 하나의 증착 사이클은 재료 층 전구체 펄스 및 재료 층 반응물 펄스를 포함하며, 상기 재료 층 전구체 펄스는 상기 기판을 재료 층 전구체와 접촉하는 단계를 포함하고, 상기 재료 층 반응물 펄스는 상기 기판을 재료 층 반응물과 접촉하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계는 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계는, 갭 충전 유체 반응 공간에 포함된 기판 지지부 상에 상기 기판을 위치시키는 단계를 포함하되, 상기 갭 충전 유체 반응 공간은 샤워헤드 인젝터를 추가로 포함하며,
    상기 플라즈마는 상기 기판과 상기 샤워헤드 인젝터 사이에서 생성되고, 그리고
    상기 갭을 갭 충전 유체로 부분 충전하는 단계는, 갭 충전 유체 전구체를 상기 반응 공간에 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 갭 충전 유체 전구체는 탄화수소를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄화수소는 방향족 탄화수소인 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방향족 탄화수소는 톨루엔인 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전 유체를 상기 기판으로부터 제거하는 단계는 산소 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭 충전 유체를 상기 기판으로부터 제거하는 단계는 상기 기판을 용매에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭을 갭 충전 유체로 부분적으로 충전하는 단계는,
    - 상기 갭 내에 리플로우 가능한 재료를 형성하는 단계; 및
    - 상기 기판을 소정의 온도를 초과하는 온도로 어닐링하는 단계를 포함함으로써,
    상기 리플로우 가능한 재료를 적어도 부분적으로 용융시켜 상기 갭을 적어도 부분적으로 충전하는 상기 갭 충전 유체를 형성하는 방법.
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