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KR20050069986A - 실리콘 산화물 및 산질화물의 저온 증착 - Google Patents

실리콘 산화물 및 산질화물의 저온 증착 Download PDF

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KR20050069986A
KR20050069986A KR1020057002825A KR20057002825A KR20050069986A KR 20050069986 A KR20050069986 A KR 20050069986A KR 1020057002825 A KR1020057002825 A KR 1020057002825A KR 20057002825 A KR20057002825 A KR 20057002825A KR 20050069986 A KR20050069986 A KR 20050069986A
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KR
South Korea
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deposition
silicon
ozone
substrate
injecting
Prior art date
Application number
KR1020057002825A
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English (en)
Inventor
요시히데 센자키
상-인 이
상-규 이
Original Assignee
에비자 테크놀로지, 인크.
주식회사 아이피에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 에비자 테크놀로지, 인크., 주식회사 아이피에스 filed Critical 에비자 테크놀로지, 인크.
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Abstract

본 발명은 실리콘 유기 전구체 및 오존으로부터 유도된 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 산질화물을 형성하는 저온(즉 450℃이하) 화학적 기상 증착(CVD) 및 저온 원자층 증착(ALD)에 관한 것이다. 본 발명의 프로세스는 우수한 스텝 커버리지를 제공한다. 본 발명은 높은 k 및 낮은 k 유전체를 증착하는데도 사용될 수 있다.

Description

실리콘 산화물 및 산질화물의 저온 증착{LOW TERMPERATURE DEPOSITION OF SILICON OXIDES AND OXYNITRIEDS}
본 출원은 "Low Temperature Depoisition of Silicon Oxides and Oxynitrides"이란 명칭으로 2002년 8월 18일자에 출원된 미국 가출원 번호 60/404,363호의 우선권을 청구한다.
본 발명은 반도체 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 실리콘 유기 전구체 및 오존으로 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 산질화물을 형성하기 위한 저온 화학적 기상 증착(CVD) 및 저온 원자층 증착(ALD) 프로세스에 관한 것이다.
CVD는 공지된 증착 프로세스이다. CVD에서는, 가스들이 가스 상태로 반응하여 기판 표면상에 막을 증착하거나 또는 가스들이 기판 표면상에서 직접적으로 반응하는 증착 챔버내에서 2개 이상의 반응 가스가 서로 혼합된다. CVD에 의한 증착은 증착되는 막의 원하는 두께에 따라 특정 시간 기간 동안 이루어진다. 특정 시간은 챔버속으로의 반응물 유량의 함수이기 때문에, 요구되는 시간은 챔버마다 변할 수 있다.
ALD 또한 공지된 프로세스이다. 종래의 ALD 증착 사이클에서는, 각각의 반응 가스가 챔버 속으로 순차적으로 주입되어, 가스상(gas phase)간의 상호혼합이 발생되지 않는다. 제 1 반응물(즉, 전구체)의 단층은 기판 표면상에 물리적- 또는 화학적으로 흡착된다. 다음 과잉의 제 1 반응물은 불활성 퍼지 가스 및/또는 펌핑에 의해 배기된다. 다음 제 2 반응물이 증착 챔버에 주입되어 제 1 반응물과 반응하여 자기-제한(self-limiting) 표면 반응을 통해 원하는 막의 단층이 형성된다. 자기-제한 반응은 일단 초기에 흡수된 제 1 반응물이 제 2 반응물과 완전히 반응하면 중단된다. 다음 과잉의 제 2 반응물은 불활성 퍼지 가스 및/또는 펌핑에 의해 배기된다. 필요에 따라 증착 사이클을 반복함으로써 원하는 막 두께가 얻어진다. 막 두께는 증착 사이클의 수를 간단히 계산함으로써 정확한 원자층(즉, 옴스트롱 스케일)으로 제어될 수 있다.
게이트 및 캐패시터 분야에서 실리콘 산화물(SiOx) 및 실리콘 산질화물(SiOxNy)을 사용하는 것은 공지되어 있다. 이러한 막들을 적용하는, CVD 기술을 포함하는 현재의 기술들은 집적회로(IC)에서의 라인폭 치수가 감소됨에 따라 점점 부적합해져가고 있다.
예를 들어, 산소 가스 또는 수증기와 반응되는 실리콘 유기 전구체로부터 실리콘 산화물층을 증착하기 위해 CVD를 사용하는 것은 공지되어 있다. 그러나, 이러한 CVD 프로세스는, BTBAS(bis(tertiary-butylamino)silane)과 Et2SiH2(diethylsilane)가 400 ℃에서 산소 가스(O2)와 반응하더라도, 통상적으로는 600℃ 이상의 온도를 요구한다. 이러한 높은 온도는 텅스텐과 같은 콘택 금속의 산화를 야기시켜, 라인 저항을 증가시킨다. 또한, 이러한 높은 온도는 금속의 촉매 작용으로 장치 구조물내에 텅스텐 휘스커와 같이 원치않는 휘스커를 형성한다. 따라서, 낮은 온도를 사용하는 증착 프로세스가 요구된다.
또다른 실시예에서, 전금속 유전체(PMD) 분야에서는, 인 도핑 유리(PSG) 또는 비도핑 실리케이트 유리(NSG)를 300 내지 550 ℃의 온도에서 증착하기 위해 고밀도 플라즈마(HDP) CVD를 사용하는 것이 공지되었다. 그러나, HDP CVD는 약 3:1의 종횡비에 대해 그의 갭충진 능력이 제한된다. 종횡비는 트렌치 깊이 대 트렌치 폭의 비이다; 종횡비가 높을수록 충진은 어렵다. 반도체 장치내의 금속 피쳐들 사이에 갭, 또는 보이드의 존재는 포획된 물, 미세한 균열 및 단락을 숨기게 할 수 있다. 따라서, 큰 갭 충진 능력을 나타내는 증착 프로세스가 요구된다.
도 1은 본 발명의 CVD 프로세스를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 ALD 프로세스를 나타내는 도면.
저온(즉, 약 450 ℃ 이하) 증착 프로세스는 스페이서 및 전금속 유전체 분야를 위한 실리콘 산화물 및 실리콘 산질화물층을 증착하기 위해 제공된다. CVD 및 ALD 프로세스일 수 있는 이러한 프로세스는 산화체로서 실리콘 유기 전구체 및, 선택적으로, 질소 소스가 조합된 오존을 사용한다. 저온 증착 프로세스는 6:1 이상의 높은 종횡비를 제공하며, 양호한 스텝 커버리지 및 갭-충진 능력을 제공한다.
본 발명의 일면에서, 기판상에 실리콘 산화물층을 증착하는 CVD 프로세스는, (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; 및 (ii) 증착 영역에 오존을 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 본 발명의 일면에서, 상기 단계들은 동시적으로 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 전구체와 오존은 반응하여 기판상에 실리콘 산화물층을 형성한다.
본 발명의 또다른 면에서, 기판상에 실리콘 산질화물을 증착하는 CVD 프로세스는, (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; 증착 영역에 오존을 주입하는 단계; 및 (iii) 증착 영역에 암모니아(NH3)와 같은 질소 소스를 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 다시, 상기 단계들은 동시적으로 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 전구체, 오존 및 질소 소스가 반응하여 기판상에 실리콘 산질화물층이 형성된다.
본 발명의 또다른 면에서, 기판 상에 실리콘 산화물층을 증착하는 ALD 프로세스는 (i)기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 증착 영역을 정화시키는 단계; 및 (iii) 증착 영역속에 오존을 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 본 발명의 상기 일면에서, 상기 단계들은 순차적으로 수행된다. 상기 사이클은 하나의 실리콘 산화물 단층을 증착한다. 상기 사이클은, 각각의 사이클이 증착 영역의 추가적인 정화단계에 의해 구별되는한 원하는 막 두께를 달성하도록 필요한 회수만큼 반복될 수 있다.
본 발명의 또다른 면에서, 기판상에 실리콘 산질화물층을 증착하는 ALD 프로세스는, (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 증착 영역을 정화시키는 단계; 및 (iii) 증착 영역에 오존과 질소 소스, 예를 들어, 암모니아(NH3)를 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 상기 단계들은 순차적으로 수행된다. 오존과 질소의 주입은 임의의 순서로, 개별적으로 또는 동시적으로 수행될 수 있으며, 선택적으로 증착 챔버를 정화시키는 단계에 의해 구별될 수 있다. 상기 사이클은 하나의 실리콘 산질화물 단층을 증착한다. 상기 사이클은, 각각의 사이클이 증착 영역의 추가적인 정화단계에 의해 구별되는한 원하는 막 두께를 달성하도록 필요한 회수만큼 반복될 수 있다.
본 발명의 다른 면 및 장점은 첨부도면을 참조로 이하 상세한 설명에서 명확해질 것이다.
본 발명은 저온, 즉, 약 450℃ 이하의 온도에서 기판상에 실리콘 산화물 및 실리콘 산질화물막을 증착하면서, 동시에 우수한 스텝 커버리지 특성을 유지하는CVD 및 ALD 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 오존과 함께 금속 실리콘 유기 전구체를 이용한다. 본 발명의 증착 방법은 높은-k 및 낮은-k 유전체 모두를 증착하는데 이용될 수 있다.
코팅되는 기판은 사용되는 프로세싱 온도에 적합한 금속성 또는 친수성 표면을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 적절한 재료를 당업자들은 쉽게 알 수 있을 것이다. 적절한 기판으로는 실리콘, 세라믹, 금속, 플라스틱, 유리 및 유기 중합체를 포함한다. 바람직한 기판으로는 실리콘, 텅스텐 및 알루미늄을 포함한다. 기판은 기판 표면의 화학적 구성 및/또는 특성이 서서히 제거 또는 표준화되도록 예비처리될 수 있다. 기판의 선택은 특정한 적용분야에 따라 좌우된다.
실리콘 유기 전구체는 휘발될 수 있는 임의의 분자를 포함하며 그의 구조물내에 반응성 산소(예를 들어, 오존) 및/또는 반응성 질소(예를 들어, 암모니아)를 함유하는 화합물에 의해 실리콘 원자로부터 분리될 수 있는 하나 이상의 실리콘 원자 및 하나 이상의 유기 이탈기(leaving group) 또는 리간드를 포함한다. 바람직하게, 실리콘 유기 전구체는 반응성 산소 및/또는 반응성 질소를 함유한 화합물에 의해 실리콘 원자로부터 분리될 수 있는 하나 이상의 실리콘 원자 및 하나 이상의 유기 이탈기만으로 이루어진다. 보다 바람직하게, 실리콘 유기 전구체는 실온 또는 대략 실온에서, 예를 들어, 바람직하게 실온의 100 ℃이내 보다 바람직하게는 실온의 50 ℃ 이내의 온도에서 휘발하는 액체이다. 적절한 실리콘 유기 전구체에 대해 당업자들은 알 수 있을 것이다. 적절한 실리콘 유기 전구체의 바람직한 실시예로는, TMDSO(tetramethyldisiloxane), HMDSO(hexamethyldisiloxane), HMDSN(hexamethyldisilazane) 및 TEMASi(silicon tetrakis(ethylmethyamide)), 알킬아미노실란, 알킬아미노디실란, 알킬실란, 알킬옥시실란, 알킬실라놀, 및 알킬옥실라놀을 포함하나, 제한되지는 않는다. 일 실시예에서, 실리콘 전구체는 아미노실란 또는 실리콘 알킬아미드이다. 이들 화합물은 매우 불안정하며 낮은 온도에서 오존과 쉽게 반응하는 Si-N 결합을 갖는다. 전구체 가스 흐름비는 1sccm 내지 1000 sccm 범위일 수 있다. 바람직하게, 전구체 가스 흐름비는 10 내지 500sccm의 범위이다.
오존 가스는 물(H2O) 또는 산소 가스(O2)와 같은 종래의 산화제를 사용하여 얻어지는 것보다 낮은 온도에서 실리콘 유기 전구체의 산화를 가능케한다. 오존과 전구체의 산화는 약 450℃ 이하 및 약 200℃의 낮은 온도에서 양호한 결과를 제공한다. 바람직한 온도 범위는 300℃ 내지 400℃ 사이이다. 물 대신 오존 사용에 따른 또다른 장점으로는 막내의 수산기(hydroxyl) 결합 및 상기 수산기 결합에 의해 야기되는 고정/트랩된 전하의 소거 및 탄소 감소가 포함된다. 바람직한 실시예에서는 오존만이 사용된다. 바람직한 또다른 실시예에서, 오존은 산소와의 혼합물로 사용된다. 오존 가스 흐름은 10 내지 2000sccm 범위일 수 있다. 바람직하게, 오존 가스는 100 내지 2000sccm 범위로 흐른다. 바람직하게, 증착 영역으로 주입되는 오존 농도는 10 내지 400 g/m3, 보다 바람직하게 150 내지 300 g/m3이다. 특정 실시예로서, 높은 종횡비 트렌치에 대해 뛰어난 스텝 커버리지 및 균일성을 갖는 SiO2막은 5Torr의 압력에서 400℃에서 TEMASi 및 오존을 사용하여 증착된다. 전구체 가스 흐름은 약 30sccm이며 오존 농도는 250 g/m3이다.
요구되는 막이 산질화물인 경우, 질소 소스가 부가적으로 사용될 수 있다. 질소 소스는 휘발될 수 있으며, 그의 구조물내에 반응성 질소를 함유하는 임의의 화합물일 수 있다. 적절한 질소 소스로는, 원자 질소, 질소 가스, 암모니아, 히드라진, 알킬히드라진, 알킬아민 등을 포함하나, 제한되는 것은 아니다. 암모니아가 바람직하다. 질소 소스는 10 내지 2000sccm 범위의 속도로 증착 챔버속으로 흐른다. 바람직하게, 질소 소스 가스는 100 내지 2000sccm 범위의 속도로 흐른다.
다수의 실시예에서, 균일성을 개선시키기 위해 하나 이상의 반응 가스(예를 들어, 전구체, 오존, 질소 소스)와 함께 희석 가스가 사용된다. 희석 가스는 임의의 비반응성 가스일 수 있다. 적절한 희석 가스는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논 가스를 포함한다. 질소 가스 및 아르곤 가스는 비용면에서 바람직하다. 일반적으로 희석 가스는 1sccm 내지 1000sccm의 범위로 흐른다.
일부 CVD 실시예 및 모든 ALD 실시예에서, 증착 챔버속으로 하나 이상의 반응 가스의 주입은 정화단계에 의해 구별된다. 상기 정화는 저압 또는 진공 펌프에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 상기 정화는 증착 챔버속으로 불활성 정화 가스를 펄싱함으로써 수행될 수 있다. 적절한 정화 가스로는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논 가스를 포함한다. 선택적으로, 펌핑과 정화 가스의 조합이 사용될 수 있다.
모든 경우에서, 압력은 원하는 범위내에 있어야 하기 때문에, 상기 언급된 가스 흐름은 챔버의 크기 및 펌핑 능력에 따라 좌우된다. 요구되는 프로세스 압력은 증착 방법에 따라 좌우되나 전형적으로는 1 mTorr 내지 760Torr, 바람직하게 0.5-7.0Torr 범위에 있다.
본 발명의 일면에서, 기판상에 실리콘 산화물을 증착하는 CVD 프로세스는, (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; 및 (ii) 증착 영역에 오존을 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 본 발명의 상기 면에서, 상기 단계들은 동시적으로 또는 순차적으로 수행된다. 전구체와 오존은 반응하여 기판상에 실리콘 산화물층을 형성한다. 바람직하게, 증착 영역은 0.5 내지 2.0 Torr 범위의 압력 및 400 ℃ 이하의 온도로 유지된다.
이러한 증착 프로세스는 하기의 식으로 표시될 수 있다 :
Si 전구체 + O3 →SiO2 + 부산물 (1)
예를 들어, 증착 프로세스는 하나 이상의 하기식으로 표시될 수 있다 :
Si(NR1R2)4 + O3 → SiO2 + 부산물 (2)
Si(NR1R2)4-wLw + O3 → SiO2 + 부산물 (3)
여기서, R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, w는 1,2,3 또는 4이고, L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택된다. 선택적으로, 증착 프로세스는 하나 이상의 하기 식으로 표시될 수 있다 :
Si2(NR1R2)6 + O3 → SiO2 + 부산물 (4)
Si2(NR1R2)6-zLz + O3 → SiO2 + 부산물 (5)
여기서, R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, z는 1,2,3,4,5 또는 6이고, L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택된다.
본 발명의 또다른 면에서, 기판상에 실리콘 산질화물을 증착하는 CVD 프로세스는, (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 증착 영역에 오존을 주입하는 단계; 및 (iii) 증착 영역에 질소 소스를 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 다시 한번, 상기 단계들은 동시적으로 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 전구체, 오존 및 질소 소스가 반응하여 기판 상에 실리콘 산질화물층을 형성한다. 바람직하게, 증착 영역은 0.5 내지 2.0Torr 범위의 압력 및 400℃ 이하의 온도로 유지된다.
이러한 증착 프로세스는 하기의 식으로 표시될 수 있다:
Si 전구체 + 질소 소스 + O3 →SiOxNy + 부산물 (6)
예를 들어, 증착 프로세스는 하나 이상의 하기 식으로 표시될 수 있다 :
Si(NR1R2)4 + NH3 + O3 → SiOxNy + 부산물 (7)
Si(NR1R2)4-wLw + NH3 + O3 → SiOxNy + 부산물 (8)
여기서, R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, w는 1,2,3 또는 4이고, L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택된다. 선택적으로, 증착 프로세스는 하나 이상의 하기 식으로 표시될 수 있다 :
Si2(NR1R2)6 + NH3 + O3 → SiOxNy + 부산물 (9)
Si2(NR1R2)6-zLz + NH3 + O3 → SiOxNy + 부산물 (10)
여기서, R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, z는 1,2,3,4,5 또는 6이고, L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택된다. 오존과 질소 소스 가스는 동시에 또는 개별적으로 주입될 수 있다. 바람직하게, 오존과 질소 소스 가스는 혼합물로서 주입된다.
저압 저온 CVD 프로세스로 막을 증착하는 상기 언급된 방법이 도 1에 도시된다. 도 1에서, 실리콘 웨이퍼(100)는 챔버 베이스 압력 부근에서 이루어지는 전달로 증착 챔버(101)속에 장착된다. 증착 챔버(101)에서, 웨이퍼(100)는 히터(102)에 의해 증착 온도로 가열된다. 본 실시예에서, 프로세스 압력은 챔버(101) 속으로 불활성 희석 가스 흐름(103)을 주입함으로써 설정된다. 다음, 실리콘 유기 전구체(104)와 오존 산화제(105)(및 또한 SiOxNy가 증착된다면 NH3) 가스 흐름이 반도체 및 박막 산업에서 이용되는 종래의 가스 전달 방법을 이용하여 챔버속으로 주입된다. 타겟막 두께를 달성하기 위해 요구되는 적정 시간 후에, 실리콘 전구체와 산화제/NH3 가스 흐름은 중단되고 남아있는 반응물을 갖는 챔버를 정화시키기 위해 희석 불활성 가스 흐름이 조절된다. 적절한 정화 시간후에, 웨이퍼는 프로세스 챔버로부터 다시 카세트로 전달된다.
본 발명의 또다른 면에서, 기판상에 실리콘 산화물층을 증착하는 ALD 프로세스는, (i)기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii)증착 영역을 정화시키는 단계; 및 (iii) 증착 영역에 오존을 주입하여 기판상에 실리콘 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 본 발명의 면에서, 상기 단계들은 순차적으로 수행된다. 상기 사이클은 하나의 실리콘 산화물 단층을 증착한다. 상기 사이클은, 각각의 사이클이 증착 영역의 추가적인 정화단계에 의해 구별되는한 원하는 막 두께를 달성하도록 필요한 회수만큼 반복될 수 있다. 프로세스의 모든 식은 상기 식 1-5에 도시된 것과 동일하다. 그러나, 단층 성장을 보증하기 위해 정화에 의해 구별되는 다단계로 반응이 나뉠 수 있다.
본 발명의 또다른 면에서, 기판상에 실리콘 산질화물층을 증착하는 ALD 프로세스는, (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 증착 영역을 정화시키는 단계; 및 (iii) 증착 영역에 오존 및 질소 소스를 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함한다. 상기 단계들은 순차적으로 수행된다. 오존과 질소의 주입은 증착 챔버의 정화 단계에 의해 선택적으로 구별되는 임의의 순서로 개별적으로 또는 동시적으로 수행될 수 있다. 상기 사이클은 하나의 실리콘 산질화물 단층을 증착한다. 상기 사이클은, 각각의 사이클이 증착 영역의 추가적인 정화단계에 의해 구별되는한 원하는 막 두께를 달성하도록 필요한 회수만큼 반복될 수 있다. 프로세스에 대한 모든 식은 상기 식 6-10에 도시된 것과 동일하다. 그러나, 단층 성장을 보장하기 위해 정화에 의해 구별되는 다단계로 반응이 나뉠 수 있다.
ALD는 종래의 CVD를 능가하는 몇가지 장점을 갖는다. 첫째, ALD는 낮은 온도에서도 수행될 수 있다. 둘째, ALD는 컨포멀한 초박막을 형성할 수 있다. 사실, ALD는 원자 스케일로 막 두께를 제어하여 "나노-엔지니어" 컴플렉스 박막에 사용될 수 있다. 셋째, ALD는 비평면형 기판상의 박막의 컨포멀한 커버리지를 제공한다. 그러나, ALD를 위한 프로세스 시간은 사이클당 요구되는 펄스의 수 증가로 인해 상당히 길다.
ALD에 의한 막증착을 위해 상기 언급된 방법이 도 2에 단계 시퀀스로 도시된다. 도 2에서, 챔버의 가스 배기 후에, 웨이퍼(200)는 증착 영역(201)으로 전달되어 웨이퍼를 증착 온도로 가열하는 웨이퍼 히터(202)상에 위치된다. 증착 온도는 100℃ 내지 550℃ 범위이나, 바람직한 범위는 약 450℃ 이하이며 보다 바람직한 범위는 300 ℃ 내지 400 ℃이다. 정상 흐름(steady flow)의 희석 가스(203)가 증착 영역(201)속에 주입된다. 상기 가스는 Ar, He, Ne, Ze, N2 또는 다른 비반응성 가스일 수 있다. 압력은 프로세스 압력으로 설정된다. 프로세스 압력은 100mTorr 내지 10Torr일 수 있으며, 바람직하게는 200mTorr 내지 1.5Torr이다. 정상 상태 압력이 달성된 이후 및 웨이퍼(200)의 표면으로부터 임의의 잔류 가스를 제거하기 위한 적절한 시간 이후, ALD 증착이 시작된다. 먼저, 실리콘 유기 전구체 증기(vapor) 흐름(204)의 펄스가 적절한 밸브를 개방시킴으로써 증착 영역으로 주입된다. 증기 흐름 속도는 1 내지 1000sccm일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 100sccm 이다. 증기는 Ar, N2, He, Ne 또는 Xe와 같은 비반응성 가스로 희석될 수 있다. 희석 흐름 속도는 100sccm 내지 1000sccm일 수 있다. 전구체 펄스 시간은 0.01s 내지 10s이며 바람직하게는 0.05s 내지 2s이다. 전구체 펄스의 마지막에, 증착 영역(201)으로의 전구체 기상 흐름이 종결된다. 증착 영역으로의 기상 전달 라인은 비반응성 가스(203)로 적정 시간 동안 정화된다. 정화 단계 동안, 비반응성 가스(203)는 증기 전달 라인을 통해 챔버로 흐른다. 비반응성 가스는 Ar, He, Ne, Ze 또는 N2일 수 있다. 정화 가스 흐름은 바람직하게 전구체 펄스 단계 동안 라인을 통한 반응 가스 흐름과 동일하다. 증기 정화 시간은 0.1s 내지 10s일 수 있으나, 바람직하게는 0.5s 내지 5s이다. 증기 정화 마지막에, 반응 가스 흐름은 적절한 밸브(미도시)를 동작시킴으로써 증착 영역(201)으로 향한다. 반응 가스는 SiO2의 증착 및 SiOxNy의 증착을 위한 오존(205)이며, 오존(205)과 암모니아(206)의 조합일 수도 있다. 전체 반응 가스 흐름은 100 내지 2000sccm일 수 있으며, 바람직하게는 200 내지 1000sccm이다. 오존 농도는 150 내지 300 g/m3이며, 바람직하게는 대략 200 g/m3이다. SiOxNy의 증착을 위해, 산화제와 암모니아의 비는 원하는 조성 및 온도에 따라 0.2 내지 10이다. 반응물 펄스 시간은 0.1s 내지 10s이나 바람직하게는 0.5s 내지 3s이다. 반응물 펄스가 완료된 후에, 반응 영역(201)으로의 반응물 전달 라인은 비반응성 가스(203) 흐름을 통해 정화된다. 비반응성 가스는 He, Ne, Ar, Xe 또는 N2일 수 있다. 바람직하게 정화 흐름은 반응물 펄스 동안 반응물 전달 라인을 통한 전체 흐름과 동일하다. 반응물 펄스 이후, 다음 전구체 펄스가 이루어지며 상기 시퀀스는 원하는 막 두께를 얻기 위해 필요한 회수만큼 반복된다.
상기 시퀀스는 정화 가스 사용에 부가하여 하나 이상의 정화단계 동안 펌핑 포함에 의해 변경될 수 있다. 또한 상기 시퀀스는 정화 가스 대신 하나 이상의 정화 단계동안 펌핑 사용에 의해 변경될 수 있다.
본 방법은 도핑 및 비도핑 SiOx 및 SiOxNy 형성을 위해 이용될 수 있다. 진접회로(IC) 제조에서 본 방법의 적용 분야로는, 전금속 유전체(PMD), 얕은 트렌치 절연(STI) 스페이서, 금속 실리케이트 게이트 유전체, 및 낮은 k-유전체 제조를 포함하나 제한되지는 않는다.
본 발명이 상세하게 개시되었으며 특히, 특허증에 보호받고자 하는 것을 첨부된 청구항에 개시하였다.

Claims (27)

  1. 기판상에 실리콘 산화물을 증착하는 방법으로서,
    기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체와 오존을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증착은 화학적 기상 증착으로 수행되며, 상기 증착은 (i) 기판이 위치되는 증착 영역으로 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; 및 (ii) 상기 증착 영역에 오존을 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계들은 동시적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 단계들은 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 증착은 원자층 증착에 의해 수행되며, 상기 증착은 (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 상기 증착 영역을 정화시키는 단계; 및 (iii) 상기 증착 영역에 오존을 주입하는 단계로 이루어진 순차적인 단계들을 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 유기 전구체는 TMDSO(tetramethyldisiloxane),HMDSO(hexamethyldisiloxane),HMDSN(hexamethyldisilazane) 및 TEMASi(silicon tetrakis(ethylmethyamide)), 알킬실란, 알킬아미노실란, 알킬아미노디실란, 알킬옥시실란, 알킬실라놀, 및 알킬옥실라놀로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 유기 전구체는 화학식 Si(NR1R2)4-wLw을 가지며, 상기 R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, 상기 w는 1,2,3 또는 4이고, 상기 L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 유기 전구체는 화학식 Si2(NR1R2)6-zLz 을 가지며, 상기 R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, 상기 z는 1,2,3,4,5 또는 6이고, 상기 L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 증착 영역은 1mTorr 내지 760Torr 범위의 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 증착은 200℃ 내지 400℃ 사이의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 오존은 상기 증착 영역에 주입되며 10 내지 400 g/m3 범위의 오존 농도로 제공되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 세라믹, 금속, 플라스틱, 유리 및 유기 중합체 기판인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
  13. 기판 상에 실리콘 산질화물을 증착하는 방법으로서,
    기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체, 오존 및 질소 소스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 증착은 화학적 기상 증착에 의해 수행되며, 상기 증착은 (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 상기 증착 영역에 오존을 주입하는 단계; 및 (iii) 상기 증착 영역에 질소 소스를 주입하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 단계들은 동시적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 단계들은 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 증착은 원자층 증착에 의해 수행되며, 상기 증착은 (i) 기판이 위치되는 증착 영역에 실리콘 유기 전구체를 주입하는 단계; (ii) 상기 증착 영역을 정화시키는 단계; 및 (iii) 상기 증착 영역에 오존과 질소 소스를 주입하는 단계로 이루어진 순차적인 단계들을 포함하는 적어도 하나의 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 오존과 질소 소스는 임의의 순서로 개별적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 오존과 질소 소스는 동시적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 실리콘 유기 전구체는 TMDSO(tetramethyldisiloxane),HMDSO(hexamethyldisiloxane),HMDSN(hexamethyldisilazane) 및 TEMASi(silicon tetrakis(ethylmethyamide)), 알킬실란, 알킬아미노실란, 알킬아미노디실란, 알킬옥시실란, 알킬실라놀, 및 알킬옥실라놀로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 실리콘 유기 전구체는 화학식 Si(NR1R2)4-wLw을 가지며, 상기 R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, 상기 w는 1,2,3 또는 4이고, 상기 L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  22. 제 13 항에 있어서, 상기 실리콘 유기 전구체는 화학식 Si2(NR1R2)6-zLz 을 가지며, 상기 R1과 R2는, 독립적으로, 수소, C1-C6 알킬, C5-C6 고리형 알킬, 할로겐, 및 치환된 알킬 및 고리형 알킬로부터 선택되며, 상기 z는 1,2,3,4,5 또는 6이고, 상기 L은 수소 또는 할로겐으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  23. 제 13 항에 있어서, 상기 질소 소스는 원자 질소, 질소 가스, 암모니아, 히드라진, 알킬히드라진, 및 알킬아민으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  24. 제 13 항에 있어서, 상기 증착 영역은 1 mTorr 내지 760Torr 범위의 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  25. 제 13 항에 있어서, 상기 증착은 400℃ 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  26. 제 13 항에 있어서, 상기 오존은 상기 증착 영역에 주입되며 10 내지 400 g/m3 범위의 오존 농도로 제공되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산질화물 증착 방법.
  27. 제 13 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 세라믹, 금속, 플라스틱, 유리 및 유기 중합체 기판인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화물 증착 방법.
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