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KR102307233B1 - 금속 산화물 후처리를 위한 방법들 - Google Patents

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KR102307233B1
KR102307233B1 KR1020207005814A KR20207005814A KR102307233B1 KR 102307233 B1 KR102307233 B1 KR 102307233B1 KR 1020207005814 A KR1020207005814 A KR 1020207005814A KR 20207005814 A KR20207005814 A KR 20207005814A KR 102307233 B1 KR102307233 B1 KR 102307233B1
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타츠야 이. 사토
웨이 리우
리-쿤 시아
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

산화제로서 물을 사용하는 원자 층 증착에 의해 금속 산화물 막을 형성하는 단계를 포함하는 방법들이 설명된다. 금속 산화물 막은, 금속 산화물 막의 습식 식각 속도를 낮추기 위해, He, H2 또는 O2 중 하나 이상을 포함하는 분리된 플라즈마에 노출된다.

Description

금속 산화물 후처리를 위한 방법들
본 개시내용은 일반적으로, 박막들을 증착시키는 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 증착 후 플라즈마 처리를 갖는 산화알루미늄 막들의 선택적 증착을 위한 프로세스들에 관한 것이다.
박막들은 반도체 제조에서 많은 프로세스들에 대해 널리 사용된다. 예를 들어, 박막들(예를 들어, 산화알루미늄)은 가장 비싼 EUV 리소그래피 기술을 채용하지 않고 더 작은 디바이스 치수들을 달성하기 위해 스페이서 물질들로서 다중 패터닝 프로세스들에 사용된다.
전통적인 제조 프로세스들은 3D 구조들(예를 들어, 핀들) 상의 등각 막 증착을 포함하고 층의 부분들을 제거하기 위해 습식 또는 건식 식각이 이어진다. 막의 제거가능성 또는 내식각성은 프로세스 균일성, 반복성 및 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 막 두께에 영향을 미치지 않고 막의 습식 또는 건식 식각 속도를 변경하는 것은 패터닝 응용들에 대한 더 큰 제어를 제공할 수 있다.
그러므로, 관련 기술분야에서는 막들의 습식 또는 건식 식각 속도들을 제어하는 프로세스들이 필요하다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는 산화제로서 물을 사용하여 ALD에 의해 기판 표면 상에 금속 산화물 막을 형성하는 단계를 포함하는 방법들에 관한 것이다. 금속 산화물 막은, 금속 산화물 막의 습식 식각 속도를 낮추기 위해, He, H2 또는 O2 중 하나 이상을 포함하는 분리된 플라즈마에 노출된다.
본 개시내용의 추가적인 실시예들은 알루미늄 전구체 및 물에 대한 순차적 노출에 의해 기판 표면 상에 산화알루미늄 막을 형성하는 단계를 포함하는 방법들에 관한 것이다. 산화알루미늄 막은 산소와 헬륨의 혼합물을 포함하는 분리된 플라즈마에 노출된다. 분리된 플라즈마는 공급원 전력을 갖고 바이어스를 갖지 않는다.
본 개시내용의 추가의 실시예들은 알루미늄 전구체 및 물에 대한 순차적 노출에 의해 기판 표면 상에 산화알루미늄 막을 형성하는 단계를 포함하는 방법들에 관한 것이다. 산화알루미늄 막은, 본질적으로 헬륨으로 구성되는 분리된 플라즈마에 노출된다. 분리된 플라즈마는 공급원 전력 및 바이어스 전력을 갖는다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리 플랫폼의 개략도를 도시하고;
도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 단면도를 도시하고;
도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 부분 사시도를 도시하고;
도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 개략도를 도시하고;
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버에서 사용하기 위한 쐐기 형상의 가스 분배 조립체의 일부의 개략도를 도시하고;
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 배치 처리 챔버의 개략도를 도시하고;
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 방법의 개략도를 도시한다.
첨부 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 피쳐들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은, 유사한 구성요소들을 구별하는 대시 및 제2 라벨을 참조 라벨 뒤에 둠으로써 구별될 수 있다. 제1 참조 라벨만이 본 명세서에 사용되는 경우, 본 설명은, 제2 참조 라벨에 관계없이, 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 임의의 구성요소에 적용가능하다.
본 개시내용의 여러 예시적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 개시내용은 이하의 설명에서 열거되는 구성 또는 프로세스 단계들의 세부사항들로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 개시내용은 다른 실시예들이 가능하고, 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "기판"은 임의의 기판 또는 기판 상에 형성된 물질 표면을 지칭하고 제조 프로세스 동안 그 위에서 막 처리가 수행된다. 예를 들어, 처리가 수행될 수 있는 기판 표면은, 응용에 따라, 물질들, 예컨대, 규소, 산화규소, 변형된 규소, 절연체상 규소(SOI), 탄소 도핑된 산화규소들, 비정질 규소, 도핑된 규소, 게르마늄, 비화갈륨, 유리, 사파이어, 및 임의의 다른 물질들, 예컨대, 금속들, 금속 질화물들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 물질들을 포함한다. 기판들은, 제한 없이, 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은 기판 표면을 연마, 식각, 환원, 산화, 히드록실화, 어닐링 및/또는 베이킹하기 위해 전처리 프로세스에 노출될 수 있다. 본 개시내용에서, 기판 자체의 표면 상의 직접적인 막 처리에 추가하여, 개시된 막 처리 단계들 중 임의의 단계는 또한, 아래에 더 상세히 개시되는 바와 같이 기판 상에 형성되는 하부 층 상에 수행될 수 있으며, "기판 표면"이라는 용어는 문맥이 나타내는 바와 같이 그러한 하부 층을 포함하도록 의도된다. 따라서, 예를 들어, 막/층 또는 부분적인 막/층이 기판 표면 상에 증착된 경우, 새롭게 증착된 막/층의 노출된 표면이 기판 표면이 된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "전구체", "반응물", "반응성 가스" 등의 용어들은 기판 표면과 반응할 수 있는 임의의 가스 종들을 지칭하는 데에 상호 교환가능하게 사용된다.
도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 처리 플랫폼(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 실시예는 단지 하나의 가능한 구성을 나타내며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 처리 플랫폼(100)은 상이한 개수의 프로세스 챔버들, 버퍼 챔버들 및 로봇 구성들을 갖는다.
처리 플랫폼(100)은 복수의 측들(111, 112, 113, 114, 115, 116)을 갖는 중앙 이송 스테이션(110)을 포함한다. 도시된 이송 스테이션(110)은 제1 측(111), 제2 측(112), 제3 측(113), 제4 측(114), 제5 측(115) 및 제6 측(116)을 갖는다. 6개의 측들이 도시되었지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 예를 들어, 처리 플랫폼(100)의 전체 구성에 따라 이송 스테이션(110)에 임의의 적합한 개수의 측들이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이송 스테이션(110)은 이송 스테이션에 위치된 로봇(117)을 갖는다. 로봇(117)은 처리 동안 웨이퍼를 이동시킬 수 있는 임의의 적합한 로봇일 수 있다. 일부 실시예들에서, 로봇(117)은 제1 암(118) 및 제2 암(119)을 갖는다. 제1 암(118) 및 제2 암(119)은 다른 암과 독립적으로 이동될 수 있다. 제1 암(118) 및 제2 암(119)은 x-y 평면에서 그리고/또는 z 축을 따라 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 로봇(117)은 제3 암 또는 제4 암(도시되지 않음)을 포함한다. 암들 각각은 다른 암들과 독립적으로 이동할 수 있다.
배치 처리 챔버(120)는 중앙 이송 스테이션(110)의 제1 측(111)에 연결될 수 있다. 배치 처리 챔버(120)는 배치 시간 동안 x개의 웨이퍼들을 동시에 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 배치 처리 챔버(120)는 약 4개(x=4) 내지 약 12개(x=12) 범위의 웨이퍼들을 동시에 처리하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 배치 처리 챔버(120)는 6개(x=6)의 웨이퍼를 동시에 처리하도록 구성된다. 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 배치 처리 챔버(120)가 개별 웨이퍼의 로딩/언로딩 사이에 다수의 웨이퍼들을 처리할 수 있는 동안에, 각각의 웨이퍼는 임의의 주어진 시간에, 상이한 프로세스 조건들을 겪을 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이, 공간적 원자 층 증착 챔버는, 웨이퍼들이 영역들 각각을 통해 이동될 때 프로세스가 완료되도록, 상이한 처리 영역들에서 상이한 프로세스 조건들에 웨이퍼들을 노출시킨다.
도 2는, 주입기들 또는 주입기 조립체로 또한 지칭되는 가스 분배 조립체(220), 및 서셉터 조립체(240)를 포함하는 처리 챔버(200)의 단면도를 도시한다. 가스 분배 조립체(220)는 처리 챔버에서 사용되는 임의의 유형의 가스 전달 디바이스이다. 가스 분배 조립체(220)는 서셉터 조립체(240)를 향하는 전방 표면(221)을 포함한다. 전방 표면(221)은 가스들의 유동을 서셉터 조립체(240) 쪽으로 전달하기 위해 임의의 개수 또는 다양한 개구부들을 가질 수 있다. 가스 분배 조립체(220)는 또한, 도시된 실시예들에서 실질적으로 둥근 외측 에지(224)를 포함한다.
사용되는 가스 분배 조립체(220)의 특정 유형은 사용되는 특정 프로세스에 따라 변할 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은, 서셉터와 가스 분배 조립체 사이의 갭이 제어되는 임의의 유형의 처리 시스템과 함께 사용될 수 있다. 다양한 유형들의 가스 분배 조립체들이 채용될 수 있지만(예를 들어, 샤워헤드들), 본 개시내용의 실시예들은, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들을 갖는 공간적 가스 분배 조립체들에 특히 유용할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 평행한"이라는 용어는, 가스 채널들의 세장 축(elongate axis)이, 동일한 일반 방향으로 연장되는 것을 의미한다. 가스 채널들의 평행성에는 약간의 결함들이 있을 수 있다. 이원 반응에서, 복수의 실질적으로 평행한 가스 채널들은 적어도 하나의 제1 반응성 가스 A 채널, 적어도 하나의 제2 반응성 가스 B 채널, 적어도 하나의 퍼지 가스 P 채널 및/또는 적어도 하나의 진공 V 채널을 포함할 수 있다. 제1 반응성 가스 A 채널(들), 제2 반응성 가스 B 채널(들) 및 퍼지 가스 P 채널(들)로부터 유동하는 가스들은 웨이퍼의 최상부 표면 쪽으로 지향된다. 가스 유동의 일부는 웨이퍼의 표면에 걸쳐 수평으로 그리고 퍼지 가스 P 채널(들)을 통해 프로세스 영역 밖으로 이동한다. 가스 분배 조립체의 일 단부로부터 다른 단부로 이동하는 기판은 프로세스 가스들 각각에 노출되어, 차례로, 기판 표면 상에 층을 형성할 것이다.
일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체(220)는 단일 주입기 유닛으로 이루어진 강성 고정 몸체이다. 하나 이상의 실시예에서, 가스 분배 조립체(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 개별 섹터들(예를 들어, 주입기 유닛들(222))로 구성된다. 단일편 몸체 또는 다중 섹터 몸체 중 어느 하나가, 설명된 본 개시내용의 다양한 실시예들과 함께 사용될 수 있다.
서셉터 조립체(240)는 가스 분배 조립체(220) 아래에 위치된다. 서셉터 조립체(240)는 최상부 표면(241) 및 최상부 표면(241)의 적어도 하나의 함몰부(242)를 포함한다. 서셉터 조립체(240)는 또한, 바닥 표면(243) 및 에지(244)를 갖는다. 함몰부(242)는 처리되고 있는 기판들(60)의 형상 및 크기에 따라 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 함몰부(242)는 웨이퍼의 바닥을 지지하기 위한 평평한 바닥을 갖지만; 함몰부의 바닥은 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 함몰부는 함몰부의 외측 둘레 에지 주위에 단차 영역들을 갖고, 단차 영역들은 웨이퍼의 외측 둘레 에지를 지지하도록 크기가 정해진다. 단차들에 의해 지지되는 웨이퍼의 외측 둘레 에지의 양은, 예를 들어, 웨이퍼의 두께 및 웨이퍼의 후면 상에 이미 존재하는 피쳐들의 존재에 따라 변할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터 조립체(240)의 최상부 표면(241)의 함몰부(242)는 함몰부(242)에 지지된 기판(60)이 서셉터(240)의 최상부 표면(241)과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 최상부 표면(61)을 갖도록 크기가 정해진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일 평면"이라는 용어는, 웨이퍼의 최상부 표면 및 서셉터 조립체의 최상부 표면이 ± 0.2 mm 내의 동일 평면이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 최상부 표면들은 0.5 mm, ± 0.4 mm, ± 0.35 mm, ± 0.30 mm, ± 0.25 mm, ± 0.20 mm, ± 0.15 mm, ± 0.10 mm 또는 ± 0.05 mm 내의 동일 평면이다.
도 2의 서셉터 조립체(240)는 서셉터 조립체(240)를 상승, 하강 및 회전시킬 수 있는 지지 기둥(260)을 포함한다. 서셉터 조립체는 지지 기둥(260)의 중심 내에 가열기, 또는 가스 라인들, 또는 전기 구성요소들을 포함할 수 있다. 지지 기둥(260)은 서셉터 조립체(240)와 가스 분배 조립체(220) 사이의 갭을 증가시키거나 감소시켜 서셉터 조립체(240)를 적절한 위치로 이동시키는 주요 수단일 수 있다. 서셉터 조립체(240)는 또한, 미리 결정된 갭(270)을 서셉터 조립체(240)와 가스 분배 조립체(220) 사이에 생성하기 위해 서셉터 조립체(240)에 미세 조정들을 행할 수 있는 미세 조정 액추에이터들(262)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 갭(270) 거리는 약 0.1 mm 내지 약 5.0 mm 범위, 또는 약 0.1 mm 내지 약 3.0 mm 범위, 또는 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm 범위, 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.8 mm 범위, 또는 약 0.3 mm 내지 약 1.7 mm 범위, 또는 약 0.4 mm 내지 약 1.6 mm 범위, 또는 약 0.5 mm 내지 약 1.5 mm 범위, 또는 약 0.6 mm 내지 약 1.4 mm 범위, 또는 약 0.7 mm 내지 약 1.3 mm 범위, 또는 약 0.8 mm 내지 약 1.2 mm 범위, 또는 약 0.9 mm 내지 약 1.1 mm 범위, 또는 약 1 mm이다.
도면들에 도시된 처리 챔버(200)는 서셉터 조립체(240)가 복수의 기판들(60)을 유지할 수 있는 캐러셀형 챔버이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분배 조립체(220)는 복수의 개별 주입기 유닛들(222)을 포함할 수 있고, 각각의 주입기 유닛(222)은 웨이퍼가 주입기 유닛 아래에서 이동될 때 웨이퍼 상에 막을 증착시킬 수 있다. 서셉터 조립체(240) 위에 그리고 서셉터 조립체(240)의 대략 대향하는 측들 상에 위치된 2개의 파이 형상의 주입기 유닛들(222)이 도시된다. 이러한 개수의 주입기 유닛들(222)은 단지 예시의 목적들만을 위해 도시된다. 더 많거나 더 적은 주입기 유닛들(222)이 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 서셉터 조립체(240)의 형상을 따르는 형상을 형성하기에 충분한 개수의 파이 형상의 주입기 유닛들(222)이 있다. 일부 실시예들에서, 개별적인 파이 형상의 주입기 유닛들(222) 각각은 다른 주입기 유닛들(222) 중 임의의 것에 영향을 미치지 않고서 독립적으로 이동, 제거 및/또는 대체될 수 있다. 예를 들어, 기판들(60)을 로딩/언로딩하기 위해 로봇이 서셉터 조립체(240)와 가스 분배 조립체(220) 사이의 영역에 접근하는 것을 허용하도록 하나의 세그먼트가 상승될 수 있다.
다수의 가스 주입기들을 갖는 처리 챔버들은 웨이퍼들이 동일한 프로세스 흐름을 경험하도록 다수의 웨이퍼들을 동시에 처리하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(200)는 4개의 가스 주입기 조립체들 및 4개의 기판들(60)을 갖는다. 처리의 시작에서, 기판들(60)은 가스 분배 조립체들(220) 사이에 위치될 수 있다. 서셉터 조립체(240)를 45°만큼 회전시키는 것(17)은, 가스 분배 조립체들(220) 아래의 점선 원으로 예시된 바와 같이, 가스 분배 조립체들(220) 사이에 있는 각각의 기판(60)이 막 증착을 위해 가스 분배 조립체(220)로 이동되게 할 것이다. 추가적인 45° 회전은 기판들(60)을 가스 분배 조립체들(220)로부터 벗어나게 이동시킬 것이다. 기판들(60) 및 가스 분배 조립체들(220)의 개수는 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 조립체들이 존재하는 것과 동일한 개수의 처리 중인 웨이퍼들이 존재한다. 하나 이상의 실시예에서, 처리 중인 웨이퍼들의 개수는 가스 분배 조립체들의 개수의 분수 또는 정수 배수이다. 예를 들어, 4개의 가스 분배 조립체들이 존재하는 경우, 처리 중인 웨이퍼는 4x개가 존재하고, 여기서 x는 1 이상의 정수 값이다. 예시적인 실시예에서, 가스 분배 조립체(220)는 가스 커튼들에 의해 분리된 8개의 프로세스 영역들을 포함하고, 서셉터 조립체(240)는 6개의 웨이퍼들을 유지할 수 있다.
도 4에 도시된 처리 챔버(200)는 단지 하나의 가능한 구성을 나타내며, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 여기서, 처리 챔버(200)는 복수의 가스 분배 조립체들(220)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 처리 챔버(200) 주위에 균일하게 이격된 4개의 가스 분배 조립체들(220)(또한, 주입기 조립체들로 불리움)이 존재한다. 도시된 처리 챔버(200)는 팔각형이지만; 관련 기술분야의 통상의 기술자들은 이는 하나의 가능한 형상이고 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 도시된 가스 분배 조립체들(220)은 사다리꼴이지만, 도 3에 도시된 것과 같이, 단일 원형 구성요소일 수 있거나 복수의 파이 형상의 세그먼트들로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예는 로드 록 챔버(280), 또는 버퍼 스테이션과 같은 보조 챔버를 포함한다. 이 챔버(280)는, 예를 들어, 기판들(또한, 기판들(60)로 지칭됨)이 챔버(200)로부터 로딩/언로딩되는 것을 허용하기 위해, 처리 챔버(200)의 측부에 연결된다. 웨이퍼 로봇은 기판을 서셉터 상으로 이동시키기 위해 챔버(280)에 위치될 수 있다.
캐러셀(예를 들어, 서셉터 조립체(240))의 회전은 연속적이거나 간헐적(불연속적)일 수 있다. 연속적인 처리에서, 웨이퍼들은 웨이퍼들이 주입기들 각각에 차례로 노출되도록 연속적으로 회전한다. 불연속적인 처리에서, 웨이퍼들은 주입기 영역으로 이동되고 정지되고, 그 다음, 주입기들 사이의 영역(84)으로 이동되고 정지될 수 있다. 예를 들어, 캐러셀은, 웨이퍼들이 주입기 간 영역으로부터 주입기를 가로질러(또는 주입기에 인접하여 정지하고) 다음 주입기 간 영역(여기서 캐러셀이 다시 일시정지할 수 있음) 상으로 이동하도록 회전할 수 있다. 주입기들 사이에서의 일시정지는 각각의 층 증착 사이의 추가적인 처리 단계들(예를 들어, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
도 5는 주입기 유닛(222)으로 지칭될 수 있는 가스 분배 조립체(220)의 섹터 또는 부분을 도시한다. 주입기 유닛들(222)은 개별적으로 또는 다른 주입기 유닛들과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 도 5의 주입기 유닛들(222) 중 4개가, 단일 가스 분배 조립체(220)를 형성하기 위해 조합된다. (4개의 주입기 유닛들을 분리하는 라인들은 명료성을 위해 도시되지 않는다.) 도 5의 주입기 유닛(222)은 퍼지 가스 포트들(255) 및 진공 포트들(245)에 추가하여 제1 반응성 가스 포트(225) 및 제2 가스 포트(235) 둘 모두를 갖지만, 주입기 유닛(222)은 이러한 구성요소들 모두를 필요로 하지는 않는다.
도 5 및 6 둘 모두를 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따른 가스 분배 조립체(220)는 각각의 섹터가 동일하거나 상이한 복수의 섹터들(또는 주입기 유닛들(222))을 포함할 수 있다. 가스 분배 조립체(220)는 처리 챔버 내에 위치되고, 가스 분배 조립체(220)의 전방 표면(221)에 복수의 세장형 가스 포트들(225, 235, 245)을 포함한다. 복수의 세장형 가스 포트들(225, 235, 245, 255)은 내측 둘레 에지(223)에 인접한 영역으로부터 가스 분배 조립체(220)의 외측 둘레 에지(224)에 인접한 영역을 향해 연장된다. 도시된 복수의 가스 포트들은, 제1 반응성 가스 포트(225), 제2 가스 포트(235), 제1 반응성 가스 포트들 및 제2 반응성 가스 포트들 각각을 둘러싸는 진공 포트(245) 및 퍼지 가스 포트(255)를 포함한다.
도 5 또는 6에 도시된 실시예들에 관하여, 포트들이 적어도 내측 둘레 영역 주위로부터 적어도 외측 둘레 영역 주위로 연장되는 것을 언급할 때, 그러나, 포트들은 단지 방사상으로 내측으로부터 외측 영역들까지보다 그 이상으로 연장될 수 있다. 포트들은 진공 포트(245)가 반응성 가스 포트(225) 및 반응성 가스 포트(235)를 둘러쌀 때 접선 방향으로 연장될 수 있다. 도 5 및 6에 도시된 실시예에서, 쐐기 형상의 반응성 가스 포트들(225, 235)은, 내측 둘레 영역 및 외측 둘레 영역에 인접한 것을 포함하여, 모든 에지들 상에서 진공 포트(245)에 의해 둘러싸인다.
도 5를 참조하면, 기판이 경로(227)를 따라 이동할 때, 기판 표면의 각각의 부분은 다양한 반응성 가스들에 노출된다. 경로(227)를 따르기 위해, 기판은 퍼지 가스 포트(255), 진공 포트(245), 제1 반응성 가스 포트(225), 진공 포트(245), 퍼지 가스 포트(255), 진공 포트(245), 제2 가스 포트(235) 및 진공 포트(245)에 노출되거나 이들을 "만나게" 될 것이다. 따라서, 도 5에 도시된 경로(227)의 끝에서, 기판은 층을 형성하기 위해 제1 반응성 가스(225) 및 제2 반응성 가스(235)에 노출되었다. 도시된 주입기 유닛(222)은 사분원을 만들지만, 더 크거나 더 작을 수 있다. 도 6에 도시된 가스 분배 조립체(220)는, 직렬로 연결된, 도 4의 주입기 유닛들(222) 중 4개의 주입기 유닛들의 조합으로 간주될 수 있다.
도 5의 주입기 유닛(222)은 반응성 가스들을 분리하는 가스 커튼(250)을 도시한다. "가스 커튼"이라는 용어는, 반응성 가스들을 혼합으로부터 분리시키는 가스 유동들 또는 진공의 임의의 조합을 설명하는 데에 사용된다. 도 5에 도시된 가스 커튼(250)은 제1 반응성 가스 포트(225) 옆의 진공 포트(245)의 부분, 중간의 퍼지 가스 포트(255) 및 제2 가스 포트(235) 옆의 진공 포트(245)의 부분을 포함한다. 가스 유동과 진공의 이러한 조합은 제1 반응성 가스 및 제2 반응성 가스의 가스 상 반응들을 방지하거나 최소화하는 데에 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 가스 분배 조립체(220)로부터의 가스 유동들 및 진공의 조합은 복수의 프로세스 영역들(350)로의 분리를 형성한다. 프로세스 영역들은, 350 사이의 가스 커튼(250)으로 개별 가스 포트들(225, 235) 주위에 대략 한정된다. 도 6에 도시된 실시예는, 8개의 개별 프로세스 영역들(350)과 그 사이의 8개의 개별 가스 커튼들(250)을 구성한다. 처리 챔버는 적어도 2개의 프로세스 영역들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 프로세스 영역들이 존재한다.
처리 동안, 기판은 임의의 주어진 시간에 하나 초과의 프로세스 영역(350)에 노출될 수 있다. 그러나, 상이한 프로세스 영역들에 노출되는 부분들은 그 둘을 분리하는 가스 커튼을 가질 것이다. 예를 들어, 기판의 선단 에지가, 제2 가스 포트(235)를 포함하는 프로세스 영역에 진입하면, 기판의 중간 부분은 가스 커튼(250) 아래에 있을 것이고 기판의 후단 에지는, 제1 반응성 가스 포트(225)를 포함하는 프로세스 영역에 있을 것이다.
예를 들어, 로드 록 챔버일 수 있는 팩토리 인터페이스(280)는 처리 챔버(200)에 연결된 것으로 도시된다. 기판(60)은 기준 프레임을 제공하기 위해 가스 분배 조립체(220) 위에 중첩되는 것으로 도시된다. 기판(60)은 종종, 가스 분배 플레이트(220)의 전방 표면(221) 근처에 유지되도록 서셉터 조립체 상에 놓일 수 있다. 기판(60)은 팩토리 인터페이스(280)를 통해 처리 챔버(200) 내에 기판 지지부 또는 서셉터 조립체 상에 로딩된다(도 4 참고). 기판(60)은 프로세스 영역 내에 위치된 것으로 도시될 수 있는데 이는 기판이 제1 반응성 가스 포트(225)에 인접하여 그리고 2개의 가스 커튼들(250a, 250b) 사이에 위치되기 때문이다. 기판(60)을 경로(227)를 따라 회전시키는 것은 기판을 처리 챔버(200) 주위에서 반시계 방향으로 이동시킬 것이다. 따라서, 기판(60)은 제1 프로세스 영역(350a)으로부터 제8 프로세스 영역(350h)에까지 그 사이의 모든 프로세스 영역들을 포함하여 노출될 것이다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 복수의 프로세스 영역들(350a-350h)을 갖는 처리 챔버(200)를 포함하는 처리 방법들에 관한 것이며, 각각의 프로세스 영역은 가스 커튼(250)에 의해 인접 영역으로부터 분리된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 처리 챔버. 처리 챔버 내의 가스 커튼들 및 프로세스 영역들의 개수는 가스 유동들의 배열에 따라 임의의 적합한 개수일 수 있다. 도 6에 도시된 실시예는 8개의 가스 커튼들(250) 및 8개의 프로세스 영역들(350a-350h)을 갖는다.
도 1을 다시 참조하면, 처리 플랫폼(100)은 중앙 이송 스테이션(110)의 제2 측(112)에 연결된 사전 세정 챔버(140)를 포함한다. 사전 세정 챔버(140)는 플라즈마 기반 식각을 포함하는 건식 식각 또는 희석된(1%) 플루오린화수소산을 포함하는 습식 식각 중 하나 이상에 웨이퍼들을 노출시키도록 구성된다. 예를 들어, 플라즈마 기반 식각 프로세스는 암모니아와 HF의 혼합물에 기판 표면을 노출시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 처리 플랫폼은 중앙 이송 스테이션(110)의 제3 측(113)에 연결된 제2 배치 처리 챔버(130)를 더 포함한다. 제2 배치 처리 챔버(130)는 배치 처리 챔버(120)와 유사하게 구성될 수 있거나, 상이한 프로세스를 수행하거나 상이한 개수의 기판들을 처리하도록 구성될 수 있다.
제2 배치 처리 챔버(130)는 제1 배치 처리 챔버(120)와 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 배치 처리 챔버(120) 및 제2 배치 처리 챔버(130)는, x와 y(제2 배치 처리 챔버(130)의 웨이퍼들의 개수)가 동일하고 제1 배치 시간과 (제2 배치 처리 챔버(130)의) 제2 배치 시간이 동일하도록, 동일한 배치 시간에 동일한 개수의 웨이퍼들로 동일한 프로세스를 수행하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제1 배치 처리 챔버(120) 및 제2 배치 처리 챔버(130)는 상이한 개수의 웨이퍼들(x는 y와 동일하지 않음), 상이한 배치 시간들 중 하나 이상을, 또는 둘 모두를 갖도록 구성된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 처리 플랫폼(100)은 중앙 이송 스테이션(110)의 제4 측(114)에 연결된 제2 사전 세정 챔버(150)를 포함한다. 제2 사전 세정 챔버(150)는 사전 세정 챔버(140)와 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 배치 처리 챔버들(120, 130)은 동일한 배치 시간(x=y)에 동일한 개수의 웨이퍼들을 처리하도록 구성되고, 제1 및 제2 단일 웨이퍼 처리 챔버들(140, 150)은 동일한 시간의 양(1/x=1/y)에 동일한 프로세스를 수행하도록 구성된다.
처리 플랫폼(100)은 로봇(117)에 연결된 제어기(195)를 포함할 수 있다(연결은 도시되지 않음). 제어기(195)는 로봇(117)의 제1 암(118)으로 사전 세정 챔버(140)와 제1 배치 처리 챔버(120) 간에 웨이퍼들을 이동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(195)는 또한, 로봇(117)의 제2 암(119)으로 제2 단일 웨이퍼 처리 챔버(150)와 제2 배치 처리 챔버(130) 간에 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다.
처리 플랫폼(100)은 또한, 중앙 이송 스테이션(110)의 제5 측(115)에 연결된 제1 버퍼 스테이션(151) 및/또는 중앙 이송 스테이션(110)의 제6 측(116)에 연결된 제2 버퍼 스테이션(152)을 포함할 수 있다. 제1 버퍼 스테이션(151) 및 제2 버퍼 스테이션(152)은 동일하거나 상이한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 버퍼 스테이션들은 처리되고 원래의 카세트로 복귀되는 웨이퍼들의 카세트를 유지할 수 있거나, 제1 버퍼 스테이션(151)은 처리 후에 제2 버퍼 스테이션(152)으로 이동되는 처리되지 않은 웨이퍼들을 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 버퍼 스테이션들 중 하나 이상은 처리 전에 및/또는 후에 웨이퍼들을 전처리, 예열 또는 세정하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 제어기(195)는 로봇(117)의 제1 암(118)을 사용하여 사전 세정 챔버(140) 및 제1 배치 처리 챔버(120) 중 하나 이상과 제1 버퍼 스테이션(151) 간에 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제어기(195)는 로봇(117)의 제2 암(119)을 사용하여 제2 단일 웨이퍼 처리 챔버(150) 또는 제2 배치 처리 챔버(130) 중 하나 이상과 제2 버퍼 스테이션(152) 간에 웨이퍼들을 이동시키도록 구성된다.
처리 플랫폼(100)은 또한, 중앙 이송 스테이션(110)과 처리 챔버들 중 임의의 챔버 사이에 하나 이상의 슬릿 밸브(160)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 처리 챔버들(120, 130, 140, 150) 각각과 중앙 이송 스테이션(110) 사이에 슬릿 밸브(160)가 존재한다. 슬릿 밸브들(160)은 처리 챔버 내의 환경을 중앙 이송 스테이션(110) 내의 환경으로부터 격리시키기 위해 개방되고 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 처리 챔버가 처리 동안 플라즈마를 생성할 것이라면, 표유 플라즈마가 이송 스테이션의 로봇을 손상시키는 것을 방지하기 위해 그 처리 챔버에 대한 슬릿 밸브를 폐쇄하는 것이 도움이 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 처리 챔버들은 중앙 이송 스테이션(110)으로부터 용이하게 제거가능하지 않다. 처리 챔버들 중 임의의 처리 챔버에 대해 유지보수가 수행되는 것을 허용하기 위해, 처리 챔버들 각각은 처리 챔버들의 측들 상에 복수의 접근 도어들(170)을 더 포함할 수 있다. 접근 도어들(170)은 중앙 이송 스테이션(110)으로부터 처리 챔버를 제거하지 않고 처리 챔버에 대한 수동 접근을 허용한다. 도시된 실시예에서, 각각의 처리 챔버의 각각의 측은, 이송 스테이션에 연결된 측을 제외하고, 접근 도어(170)를 갖는다. 그렇게 많은 접근 도어들(170)을 포함시키는 것은, 채용된 처리 챔버들의 구성을 복잡하게 할 수 있는데, 이는 챔버들 내의 하드웨어가 도어들을 통해 접근가능하도록 구성될 필요가 있을 것이기 때문이다.
일부 실시예들의 처리 플랫폼은 이송 챔버(110)에 연결된 물 상자(180)를 포함한다. 물 상자(180)는 냉각제를 처리 챔버들 중 임의의 처리 챔버 또는 모든 처리 챔버들에 제공하도록 구성될 수 있다. "물" 상자로 지칭되지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자는 임의의 냉각제가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
일부 실시예들에서, 처리 플랫폼(100)의 크기는 단일 전력 커넥터(190)를 통해 전력을 수용하기 위한 연결을 허용한다. 단일 전력 커넥터(190)는 중앙 이송 스테이션(110) 및 처리 챔버들 각각에 전력을 제공하기 위해 처리 플랫폼(100)에 부착된다.
처리 플랫폼(100)은 웨이퍼들 또는 웨이퍼들의 카세트들이 플랫폼(100) 내에 로딩되는 것을 허용하기 위해 팩토리 인터페이스(102)에 연결될 수 있다. 팩토리 인터페이스(102) 내의 로봇(103)은 웨이퍼들 또는 카세트들을 버퍼 스테이션들(151, 152) 안팎으로 이동할 수 있다. 웨이퍼들 또는 카세트들은 플랫폼(100) 내에서 중앙 이송 스테이션(110)의 로봇(117)에 의해 이동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 팩토리 인터페이스(102)는 다른 클러스터 툴의 이송 스테이션이다.
일부 실시예들에서, 제2 사전 세정 챔버(150)는 플라즈마 처리 챔버이다. 일부 실시예들의 플라즈마 처리 챔버는, 헬륨을 포함하는 분리된 플라즈마에 기판을 노출시킨다.
도 7을 참조하면, 일부 실시예들은 슬롯(382)을 갖는 플라즈마 조립체(380)를 사용한다. 플라즈마는 플라즈마 공동(384)에 형성되고, 슬롯(382)을 통해 기판 표면(300) 쪽으로 유동한다. 도 7에 도시된 도면은 슬롯(382)이 페이지 밖으로 연장되는 단면도이다. 플라즈마 공동(384)에 형성된 플라즈마가 유동하는 슬롯(382)은 에지들(386)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 플라즈마는 슬롯(382)의 에지들(386)에 인접하여 높은 이온 에너지 및 농도를 갖는다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예는 금속 산화물 막들을 형성하는 방법들에 관한 것이다. 금속 산화물 막은 통상의 기술자에게 알려진 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 적합한 방법들은 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에피택셜 성장 및 산화 성장을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 금속 산화물 막은, 기판이 금속 전구체 및 반응물에 순차적으로 노출되어 금속 산화물을 형성하는 원자 층 증착 프로세스에 의해 증착되거나 형성된다.
금속 산화물 막은, 수행 중인 프로세스 및 제조 중인 디바이스에 따라 임의의 적합한 금속 산화물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 금속 산화물 막은 저-k 유전체, 약 12 미만의 유전 상수들을 갖는 물질들 또는 고-k 유전체들이다. 일부 실시예들에서, 금속 산화물은 산화알루미늄을 포함한다. 일부 실시예들에서, 금속 산화물은 본질적으로 산화알루미늄으로 구성된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "본질적으로 산화알루미늄으로 구성"이라는 용어는 금속 산화물 막이 약 95%, 98% 또는 99% 이상의 알루미늄 및 산소 원자들이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 산화알루미늄 막은 원자 기준으로 약 2.5%, 2.4%, 2.3%, 2.2%, 2.1%, 2.0%, 1.9%, 1.8%, 1.7%, 1.6%, 1.5%, 1.4%, 1.3%, 1.2%, 1.1% 또는 1.0% 이하의 탄소를 포함한다. 일부 실시예들에서, 산화알루미늄 막은 원자 기준으로 약 0.5%, 0.4%, 0.3%, 0.2% 또는 0.1% 이하의 질소를 포함한다.
일부 실시예들에서, 금속 산화물 막은 알루미늄 전구체 및 산소 반응물에 대한 기판의 순차적 노출에 의해 형성된 산화알루미늄을 포함한다. 알루미늄 전구체는 산화알루미늄을 형성할 수 있는 임의의 적합한 화합물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 전구체는 트리알킬알루미늄 또는 할로겐화알루미늄을 포함한다. 일부 실시예들에서, 트리알킬알루미늄은 트리메틸알루미늄(TMA)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 알루미늄 전구체는 본질적으로 TMA로 구성된다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "본질적으로 TMA로 구성"이라는 용어는 알루미늄 전구체의 알루미늄 함유 반응성 성분이, 포함될 수 있는 희석제, 캐리어 또는 불활성 가스들의 양을 제외하고 중량 기준으로 약 95%, 98% 또는 99% 이상의 TMA라는 것을 의미한다.
산소 반응물은, 알루미늄 전구체에 대한 노출에 의해 생성되거나 형성되는 표면 종들과 반응할 수 있는 임의의 적합한 산소 반응물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 산소 반응물은 물, 산소, 오존, 과산화물, N2O, NO2 또는 NO 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 산소 반응물은 수증기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 산소 반응물은 본질적으로 수증기로 구성된다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "본질적으로 수증기로 구성"이라는 용어는, 산소 반응물의 산소 함유 반응성 종들이 몰 기준으로 약 95%, 98% 또는 99% 이상의 수증기라는 것을 의미한다.
금속 전구체 및 산소 반응물에 대한 순차적 노출들은, 금속 산화물 막이, 미리 결정된 두께로 또는 미리 결정된 횟수들의 주기들로 형성될 때까지 반복될 수 있다(각각의 주기는 금속 전구체 및 산소 반응물에 대한 1회 노출이다). 일부 실시예들에서, 증착 방법은 CVD 반응을 포함하고, 금속 전구체 및 산소 반응물은 가스 상으로 혼합되고, 금속 산화물 막은 미리 결정된 두께로 증착된다.
미리 결정된 두께로 형성 후에, 금속 산화물 막의 습식 식각 속도 및/또는 건식 식각 속도를 낮추기 위해, 금속 산화물 막은 분리된 플라즈마에 노출된다. 분리된 플라즈마는 (도 7의 것과 같은) 원격 플라즈마 공급원에 형성될 수 있고, 기판 상의 금속 산화물 막과 반응하기 위해 처리 챔버의 처리 영역 내로 유동되는 것이 허용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 He, H2 또는 O2 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 헬륨을 포함한다. 일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 본질적으로 헬륨으로 구성된다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "본질적으로 헬륨으로 구성"이라는 용어는, 플라즈마 종들이 원자 기준으로 약 95%, 98% 또는 99% 이상의 헬륨이라는 것을 의미한다.
일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 헬륨 및 산소를 포함한다. 일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 본질적으로 헬륨 및 산소로 구성된다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "본질적으로 헬륨 및 산소로 구성"이라는 용어는, 플라즈마 종들이 원자 기준으로 약 95%, 98% 또는 99% 이상의 헬륨 및 산소라는 것을 의미한다. 분리된 플라즈마의 헬륨 대 산소의 비율은 변화될 수 있다. 일부 실시예들에서, He:O2 비율은 약 1:10 내지 약 10:1의 범위, 또는 약 1:5 내지 약 5:1의 범위, 또는 약 1:2 내지 약 2:1의 범위, 또는 약 1:1이다.
일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 지향성 플라즈마이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 지향성 플라즈마라는 용어는, 플라즈마의 이온들 및/또는 라디칼들을 기판 쪽으로 이동하도록 구동하기 위해 바이어스가 기판 또는 기판 지지부에 인가되는 플라즈마 노출을 의미한다. 비지향성 플라즈마는 플라즈마 공급원에만 인가되는 공급원 전력(Ws)을 가질 수 있다. 지향성 플라즈마는 플라즈마 공급원에 인가되는 공급원 전력(Ws) 및 기판 또는 기판 지지부에 인가되는 바이어스 전력(Wb)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 비지향성 플라즈마이고 공급원 전력은 약 1000 W 내지 약 5000 W 범위, 또는 약 2000 W이다.
일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 지향성 플라즈마이고 공급원 전력은 약 100 W 내지 약 500 W의 범위, 또는 약 200 W 내지 약 400 W 범위, 또는 약 250 W이고, 바이어스 전력은 약 100 W 내지 약 500 W의 범위, 또는 약 150 W 내지 약 400 W 범위, 또는 약 200 W이다. 일부 실시예들에서, 방법은 공급원 전력을 포함하고 바이어스 전력을 포함하지 않는다. 이러한 방식으로 사용되는 바와 같이, "바이어스 전력을 포함하지 않는"이라는 용어는 기판 또는 기판 지지부에 인가되는 의도적인 바이어스가 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 방법은 공급원 전력 및 바이어스 전력을 포함한다.
금속 산화물 막 두께는 분리된 플라즈마에 대한 노출 전에, 미리 결정된 양으로 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마는 금속 산화물 막의 최종 두께의 증착 동안에 1회 초과로 금속 산화물 막에 노출된다. 일부 실시예들에서, 막을 증착시키기 위해 기판은 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 또는 100회 이하의 원자 층 증착 주기들 후에, 분리된 플라즈마에 노출된다.
일부 실시예들에서, 분리된 플라즈마에 대한 노출 후의 금속 산화물 막의 습식 식각 속도는 플라즈마 노출 전보다 더 낮다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 노출된 금속 산화물 막은, 매우 희석된 HF (1:1100 HF:H2O)에서 약 50 Å/분, 45 Å/분, 40 Å/분, 35 Å/분, 30 Å/분, 25 Å/분, 20 Å/분, 15 Å/분 또는 10 Å/분 이하의 습식 식각 속도를 갖는다. 일부 실시예들에서, 매우 희석된 HF에서의 습식 식각 속도는, 플라즈마에 대한 노출 이전에 막의 습식 식각 속도의 약 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% 또는 15% 이하이다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 노출된 금속 산화물 막은 70 ℃의 1:1:50 과산화수소:수산화암모늄:물의 혼합물에서 약 105 Å/분, 100 Å/분, 95 Å/분, 90 Å/분, 85 Å/분, 80 Å/분, 75 Å/분, 70 Å/분, 65 Å/분, 60 Å/분, 55 Å/분, 50 Å/분, 45 Å/분 또는 40 Å/분 이하의 습식 식각 속도를 갖는다. 일부 실시예들에서, 70 ℃의 1:1:50 과산화수소:수산화암모늄:물에서의 습식 식각 속도는, 플라즈마에 대한 노출 이전에 막의 습식 식각 속도의 약 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20% 또는 15% 이하이다.
예들
트리메틸알루미늄 및 물을 사용하는 원자 층 증착으로 산화알루미늄 막들을 증착시켰다. 그 다음, 산화알루미늄 막들은 분리된 플라즈마들을 겪었다. 산화알루미늄 막들의 두께의 변화가 측정되었고, 결과들은 표 1에 집계된다. 분리 플라즈마 처리는 막의 두께에 대해 거의 내지 전혀 영향을 미치지 않는다는 것을 관찰하였다.
Figure 112020020859875-pct00001
막 조성에 대한 플라즈마 처리의 영향은, 분리된 플라즈마 처리가 막 조성에 대해 거의 내지 전혀 영향을 미치지 않는다는 것을 보여주었다.
실온에서 매우 희석된 HF(1:1100 HF:H2O)를 사용하는 습식 식각 속도에 대한 플라즈마 처리의 영향이 측정되었고, 결과들이 표 2에 나타나 있다.
Figure 112020020859875-pct00002
또한, 70 ℃의 H2O2:NH4OH:H2O의 1:1:50 혼합물을 사용하여 막들을 식각하였고 결과들은 표 3에 나타나 있다.
Figure 112020020859875-pct00003
하나 이상의 실시예에 따르면, 기판은 층을 형성하기 이전에 및/또는 이후에 처리를 겪는다. 이러한 처리는 동일한 챔버에서 또는 하나 이상의 별개의 처리 챔버에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 추가의 처리를 위해 제1 챔버로부터 별개의 제2 챔버로 이동된다. 기판은 제1 챔버로부터 별개의 처리 챔버로 직접 이동될 수 있거나, 기판은 제1 챔버로부터 하나 이상의 이송 챔버로 이동된 다음, 별개의 처리 챔버로 이동될 수 있다. 이에 따라, 처리 장치는 이송 스테이션과 연통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터형 시스템" 등으로 지칭될 수 있다.
일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심 찾기 및 배향, 탈기, 어닐링, 증착 및/또는 식각을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈형 시스템이다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는 처리 챔버들과 로드 록 챔버들 사이에서 그리고 그들 간에 기판들을 왕복시킬 수 있는 로봇을 수납할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로, 진공 조건으로 유지되며, 기판들을 하나의 챔버로부터, 클러스터 툴의 전단부에 위치된 로드 록 챔버 및/또는 다른 챔버로 왕복시키기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 발명에 적응될 수 있는 2개의 잘 알려진 클러스터 툴들은 센츄라®(Centura®) 및 엔듀라®(Endura®)이며, 이 둘 모두는 캘리포니아주 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 입수가능하다. 그러나, 챔버들의 정확한 배열 및 조합은, 본원에 설명되는 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 수행할 목적들을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 처리 챔버들은, 주기적 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 식각, 사전 세정, 화학적 세정, 열 처리, 예컨대, RTP, 플라즈마 질화, 탈기, 배향, 히드록실화 및 다른 기판 프로세스들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 대기 불순물들에 의한 기판의 표면 오염은, 후속 막을 증착시키기 전에 산화 없이 회피될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 기판은 계속적으로 진공 또는 "로드 록" 조건들 하에 있고, 한 챔버로부터 다음 챔버로 이동될 때 주변 공기에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 하에서 "펌핑 다운"된다. 처리 챔버들 또는 이송 챔버들에 불활성 가스들이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 반응물들의 일부 또는 전부를 제거하기 위한 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버 및/또는 추가적인 처리 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스가 증착 챔버의 출구에 주입된다. 따라서, 불활성 가스의 유동은 챔버의 출구에 커튼을 형성한다.
기판은 단일 기판 증착 챔버들에서 처리될 수 있으며, 여기서, 다른 기판이 처리되기 전에 단일 기판이 로딩되고, 처리되고 언로딩된다. 기판은 또한, 다수의 기판이 챔버의 제1 부분 내로 개별적으로 로딩되고, 챔버를 통해 이동하고, 챔버의 제2 부분으로부터 언로딩되는, 컨베이어 시스템과 유사한 연속적인 방식으로 처리될 수 있다. 챔버 및 연관된 컨베이어 시스템의 형상은 직선 경로 또는 곡선 경로를 형성할 수 있다. 추가적으로, 처리 챔버는 캐러셀일 수 있고, 이 캐러셀에서, 다수의 기판들이 중심 축을 중심으로 이동되고 캐러셀 경로 전체에 걸쳐 증착, 식각, 어닐링, 세정 등의 프로세스들에 노출된다.
처리 동안, 기판은 가열되거나 냉각될 수 있다. 이러한 가열 또는 냉각은, 기판 지지부의 온도를 변화시키고 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것(그러나 이에 제한되지 않음)을 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는 기판 온도를 전도식으로 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 이상의 실시예에서, 채용되는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)은 기판 온도를 국부적으로 변화시키기 위해 가열되거나 냉각된다. 일부 실시예들에서, 가열기/냉각기는 기판 온도를 대류식으로 변화시키기 위해, 챔버 내에 기판 표면에 인접하여 위치된다.
기판은 또한, 처리 동안 회전되거나 고정식일 수 있다. 회전하는 기판은 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 회전될 수 있다. 예를 들어, 기판은 전체 프로세스에 걸쳐 회전될 수 있거나, 기판은 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출들 사이에서 적은 양만큼 회전될 수 있다. 처리 동안 기판을 (연속적으로 또는 단계들로) 회전시키는 것은, 예를 들어, 가스 유동 기하형상들에서의 국부적인 변동성의 영향을 최소화함으로써, 더 균일한 증착 또는 식각을 생성하는 것을 도울 수 있다.
본 명세서 전체에 걸친 "일 실시예", "특정 실시예들", "하나 이상의 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정 피쳐, 구조, 물질, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳들에서 "하나 이상의 실시예에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 구문들의 출현들은, 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 피쳐들, 구조들, 물질들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 발명이 본원에서 특정 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 실시예들은 본 발명의 원리들 및 응용들을 단지 예시하는 것임을 이해해야 한다. 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다양한 수정들 및 변형들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명이, 첨부된 청구항들 및 그들의 등가물들의 범위 내에 있는 수정들 및 변형들을 포함하는 것이 의도된다.

Claims (15)

  1. 방법으로서,
    산화제로서 물을 사용하여 ALD에 의해 기판 표면 상에 금속 산화물 막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속 산화물 막의 습식 식각 속도를 낮추기 위해, 상기 금속 산화물 막을, He, H2 또는 O2 중 하나 이상을 포함하는 분리된 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 분리된 플라즈마는 지향성 플라즈마이며,
    상기 지향성 플라즈마는, 에지들이 있는 슬롯을 갖는 플라즈마 조립체에 형성된 원격 플라즈마이고, 상기 슬롯을 통해 상기 플라즈마가 유동하고, 상기 플라즈마는 상기 슬롯의 다른 부분들보다 상기 슬롯의 에지들에 인접하여 더 높은 이온 에너지 및 농도를 갖는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    미리 결정된 두께의 막을 증착시키기 위해, 상기 금속 산화물 막을 반복적으로 형성하고 상기 금속 산화물 막을 상기 분리된 플라즈마에 순차적으로 노출시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 막은 산화알루미늄을 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산화알루미늄 막을 형성하는 단계는 상기 기판 표면을 알루미늄 전구체 및 산소 반응물에 순차적으로 노출시키는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄을 포함하고, 상기 산소 반응물은 물을 포함하는, 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 플라즈마는 본질적으로 헬륨 또는 헬륨과 산소의 조합으로 구성되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 막은, 실온의 1100:1 물:HF에서 또는 70 ℃의 1:1:50 과산화물:수산화암모늄:물의 혼합물에서 50 Å/분 미만의 습식 식각 속도를 갖는, 방법.
  10. 방법으로서,
    알루미늄 전구체 및 물에 대한 순차적 노출에 의해 기판 표면 상에 산화알루미늄 막을 형성하는 단계; 및
    산소와 헬륨의 혼합물을 포함하는 분리된 플라즈마에 상기 산화알루미늄 막을 노출시키는 단계 ― 상기 분리된 플라즈마는 공급원 전력을 갖고 바이어스를 갖지 않음 ― 를 포함하고,
    상기 분리된 플라즈마는, 에지들이 있는 슬롯을 갖는 플라즈마 조립체에 형성된 원격 플라즈마이고, 상기 슬롯을 통해 상기 플라즈마가 유동하고, 상기 플라즈마는 상기 슬롯의 다른 부분들보다 상기 슬롯의 에지들에 인접하여 더 높은 이온 에너지 및 농도를 갖는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체는 트리메틸알루미늄을 포함하고, 상기 분리된 플라즈마는 본질적으로 헬륨 및 산소로 구성되는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 산화알루미늄 막은, 실온의 1100:1 물:HF에서 30 Å/분 미만의 습식 식각 속도를 갖는, 방법.
  13. 방법으로서,
    알루미늄 전구체 및 물에 대한 순차적 노출에 의해 기판 표면 상에 산화알루미늄 막을 형성하는 단계; 및
    본질적으로 헬륨으로 구성되는 분리된 플라즈마에 상기 산화알루미늄 막을 노출시키는 단계 ― 상기 분리된 플라즈마는 공급원 전력 및 바이어스 전력을 가짐 ― 를 포함하고,
    상기 분리된 플라즈마는, 에지들이 있는 슬롯을 갖는 플라즈마 조립체에 형성된 원격 플라즈마이고, 상기 슬롯을 통해 상기 플라즈마가 유동하고, 상기 플라즈마는 상기 슬롯의 다른 부분들보다 상기 슬롯의 에지들에 인접하여 더 높은 이온 에너지 및 농도를 갖는, 방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 산화알루미늄 막은, 실온의 1100:1 물:HF에서 20 Å/분 미만 또는 70 ℃의 1:1:50 과산화물:수산화암모늄:물의 혼합물에서 75 Å/분 미만의 습식 식각 속도를 갖는, 방법.
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