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KR20210109046A - 질화규소를 증착하는 방법들 - Google Patents

질화규소를 증착하는 방법들 Download PDF

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KR20210109046A
KR20210109046A KR1020217026584A KR20217026584A KR20210109046A KR 20210109046 A KR20210109046 A KR 20210109046A KR 1020217026584 A KR1020217026584 A KR 1020217026584A KR 20217026584 A KR20217026584 A KR 20217026584A KR 20210109046 A KR20210109046 A KR 20210109046A
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plasma
silicon
substrate
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락말 씨. 칼루타레이지
마크 제이. 샐리
프라켓 프라카쉬 자
징메이 리앙
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에 기술되고 논의되는 실시예들은 기상 증착에 의해, 예를 들어, 유동성 화학 기상 증착(FCVD)에 의해 질화규소 물질들을 증착하는 방법들뿐만 아니라 이러한 증착 공정들을 위해 신규한 규소-질소 전구체들을 사용하는 방법들을 제공한다. 질화규소 물질들은 갭 충전 적용들, 예를 들어, 기판 표면들에 형성된 트렌치들을 충전하기 위해 기판들 상에 증착된다. 하나 이상의 실시예들에서, 질화규소 막을 증착하는 방법은 처리 챔버에 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들을 도입하는 단계, 처리 챔버 내에 플라즈마를 생성시키는 단계, 및 플라즈마에서 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다.

Description

질화규소를 증착하는 방법들
분야
[0001] 본 실시예들은 일반적으로 박막들을 증착하는 방법들에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기상 증착에 의해 질화규소 물질들을 증착하는 방법에 관한 것이다.
관련 출원의 설명
[0002] 기판 표면 상에 박막들의 증착은 반도체 처리, 확산 배리어 코팅들 및 자기 읽기/쓰기 헤드들을 위한 유전체들을 포함하는 다양한 산업들에서 중요한 공정이다. 특히, 반도체 산업에서, 소형화는 고종횡 구조물들 상에 컨포말한(conformal) 코팅들을 생성시키기 위해 높은 수준의 박막 증착 제어로부터 혜택을 얻는다. 마이크로전자 디바이스들의 소형화로 인해, 이러한 디바이스들의 피쳐(feature)들은 점점 좁아져서, 트렌치에 보이드(void)들 및 불량한 품질의 막들 없이 막들을 증착시키는 데 점점 더 어렵게 된다. 비교적 제어되고 컨포멀한 증착을 갖는 박막들을 증착하는 하나의 방법은 화학 기상 증착(CVD)이다. CVD 공정은 기판을 하나 이상의 전구체들에 노출시키는 것을 포함하는데, 이러한 전구체들은 반응하여 기판 상에 막을 증착시킨다. 유동성 화학 기상 증착(FCVD)은 특히, 갭 충전 적용들을 위해 유동 가능한 막들을 증착시킬 수 있는 CVD의 한 타입이다.
[0003] 질화규소를 함유한 유동 가능한 막들은 갭 충전 적용들을 위해 사용된다. 현재, 이러한 유동 가능한 막들은 대개 트리실릴아민(TSA, (H3Si)3N)과 같은 전구체로부터 생성된다. TSA는 약 0.33의 N/Si 원자 비율을 갖는다. 이러한 원자 비율은 통상적으로, TSA로부터 형성된 증착된 질화규소 막들에서 보존된다. 그러나, 증착된 질화규소 막들에 대해 더 큰 N/Si 원자 비율을 갖는 것이 바람직하다. 추가적인 후처리들은 질화규소 막들에서의 질소 함량을 증가시키기 위해 이용될 수 있지만, 제작 공정에 대한 추가적인 시간 및 비용을 추가한다. 또한, 후처리는 고종횡비 트렌치들에 대해 중요한, 막의 침투 깊이에 한계를 가지고, 이에 따라, 막 전반에 걸쳐 막 균일성의 품질을 감소시킨다.
[0004] 이에 따라, 상업적으로 실행 가능하고 유동성 특성들을 나타낼 뿐만 아니라 비교적 높은 N/Si 원자 비율(예를 들어, 0.33 초과)을 함유하는 화학 전구체들을 사용하는 증착 방법들이 필요하다.
[0005] 본원에 기술되고 논의되는 실시예들은 기상 증착에 의해 질화규소 물질들을 증착하는 방법들을 제공한다. 질화규소 물질들은 기판 표면들에 형성된 트렌치들을 채우는 것과 같은, 갭 충전 적용들을 위해 기판들 상에 증착된다. 하나 이상의 실시예들에서, 질화규소 막을 증착하는 방법은 처리 챔버에 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들을 도입하는 단계, 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키는 단계, 및 플라즈마에서 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 규소-질소 전구체들은 하기 화학식들 중 하나 이상, 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있으며:
Figure pct00001
[0006] 상기 식에서, 각 R은 H, 알킬, 아릴, 아미노, 실릴, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 이들의 이성질체들, 또는 이들의 염들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성한다.
[0007] 일부 실시예들에서, 질화규소 막을 증착하는 방법은 처리 챔버 내에서 기판을 하나 이상의 규소-질소 전구체들, 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들, 및 플라즈마에 노출시켜 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 규소-질소 전구체들은 상기에 나타낸 화학식들 중 하나 이상을 가질 수 있다.
[0008] 다른 실시예들에서, 질화규소 막을 증착하는 방법은 처리 챔버에 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들을 도입하는 단계, 및 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 플라즈마와 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 기판에 형성된 트렌치를 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계, 및 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 트렌치에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 규소-질소 전구체들은 상기에 나타낸 화학식들 중 하나 이상을 가질 수 있지만, 또한, 여기서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, SiHx, N=C=S, N=C=O, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하며; 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며; x는 1, 2, 또는 3의 정수이다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은 하나 이상의 실시예들에 따라 질화규소 막을 증착하는 방법의 순서도를 도시한 것이다.
[0011] 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 언급이 없이도 다른 실시예들에 유리하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0012] 본원에 기술되고 논의되는 실시예들은 기상 증착에 의해 질화규소 물질들을 증착하는 방법들을 제공한다. 질화규소 물질들은 기판 표면들에서 형성된 트렌치들을 채우는 것과 같은, 갭 충전 적용들을 위해 기판들 상에 증착된다. 하나 이상의 실시예들에서, 질화규소 막을 증착하는 방법은 처리 챔버에 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들을 도입하는 단계, 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키는 단계, 및 플라즈마에서 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다.
[0013] 고품질 유동 가능한 막들은 유동성 화학 기상 증착(FCVD) 공정에서 본원에 기술되고 논의된 규소-질소 전구체들 중 하나 이상을 사용하여 얻어질 수 있다. 이러한 규소-질소 전구체들은 플라즈마들로부터 발생된 라디칼들의 형태의 공반응물들과 함께 사용된다. 막들은 묽은 불화수소산(DHF)에서 낮은 습식 에칭율(WER) 및 낮은 수축율들의 유리한 효과를 갖는다. 이러한 결과들은 규소-질소 전구체들로서 실라잔 화합물들을 사용하는 실시예들에 대해 특히 놀라운 것이다. 이러한 막들의 우수한 특징들로 인해, 막들은 갭-충전 적용들에 특히 적합하다. 특히, 막들의 유동성은 갭들의 충전을 가능하게 한다.
[0014] 하나 이상의 실시예들에서, 규소-질소 전구체는 CVD 챔버로 기화되며, 공반응물들(예를 들어, 단지 NH3 또는 NH3/O2)은 원격 플라즈마 소스(remote plasma source; RPS)를 통해 챔버로 전달되며, 이는 공반응물들로서 플라즈마 활성 종들을 발생시킬 것이다. 다른 실시예들에서, 플라즈마는 인-시튜 플라즈마(in-situ plasma), 직접 플라즈마, 및/또는 마이크로파 플라즈마에 의해 점화되거나, 발생되거나, 달리 생성될 수 있다. 일부 예들에서, 플라즈마-활성화된 공반응물은 RPS에 의해 활성화되고, 이후에, 처리 챔버 내에 도입되고, 규소-질소 전구체와 합쳐져서 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시킨다. 다른 예들에서, 플라즈마-활성화된 공반응물은 비-활성 형태로 처리 챔버 내에 도입되고, 이후에, 처리 챔버 내에 플라즈마를 생성시키기 위해 규소-질소 전구체와 합쳐지기 전 또는 합쳐지는 동안에 처리 챔버 내에서 활성 형태이다. 플라즈마-활성화된 공반응물, 또는 2차 공정 가스는 아르곤, 헬륨, 질소(N2), 수소(H2), 또는 이들의 임의의 조합물일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 플라즈마-활성화된 공반응물 분자들 또는 라디칼들은 고 에너지들을 가지고, 가스상의 규소-질소 전구체 분자들과 반응하여 유동 가능한 질화규소 폴리머들을 형성한다. 이러한 유동 가능한 질화규소 폴리머들은 기판 상에 증착하고, 유동 가능한 질화규소 폴리머들이 트렌치들을 통해 흐르고 갭을 채우기에 충분한 유동성을 갖는다. 이후에, 유동 가능한 질화규소 물질의 막들은 추가로 처리되어 고체 질화규소 물질을 생성시킨다. 추가적인 처리는 경화(예를 들어, O3 및/또는 UV), 열적 어닐링(예를 들어, 스팀 또는 NH3), 플라즈마 어닐링 공정, 및/또는 UV 어닐링 공정일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다.
[0015] 일부 실시예들에서, 직접 플라즈마는 유동 가능한 폴리머들을 발생시키거나, 형성시키거나, 달리 생성하기 위해 사용된다. 규소-질소 전구체는 이후에, CVD 챔버로 기화될 수 있으며, 공반응물들(예를 들어, N2, H2, Ar, He, NH3, O2, 또는 단일 공반응물의 임의의 조합을 가짐)은 플라즈마가 작용되는 동안 챔버로 전달된다. 일부 실시예들에서, 유동 가능한 질화규소 물질은 기화된 규소-질소 전구체가 처리 챔버 내로 흐르며 플라즈마가 공반응물과 함께 또는 이의 없이 작용되도록 직접 플라즈마로부터 증착된다.
[0016] 하나 이상의 실시예들에서, 질화규소 막을 증착하는 방법은 처리 챔버에 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들를 도입하는 단계, 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키는 단계, 및 플라즈마에서 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 일부 예들에서, 기판 표면은 플라즈마-활성화된 공반응물에 노출되어 유동 가능한 질화규소 물질을 함유한 중간 막을 제공한다. 이후에, 중간 막은 UV 경화에 노출되어 경화된 중간 막을 제공할 수 있으며, 후속하여, 경화된 중간 막은 어닐링되어 질화규소 물질을 함유한 고체 막을 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 본 방법은 FCVD 공정이다.
[0017] 규소-질소 전구체는 실라잔, 또는 규소 및 질소의 공급원을 포함하는 다른 타입의 화합물들일 수 있다. 규소-질소 전구체들은 기판 표면에 노출하기 위해 처리 챔버에서 기화된다. 하나 이상의 실시예들에서, 규소-질소 전구체는 실라잔 전구체이고, 규소 및 질소를 함유한 막들을 증착하거나 달리 형성하기 위해 사용된다.
[0018] 약 0.33의 N/Si 원자 비율을 갖는 공지된 규소 전구체 트리실릴아민(TSA, (H3Si)3N)과는 달리, 본원에 기술되고 논의된 규소-질소 전구체들은 TSA보다 훨씬 더 큰 비율의 규소 및 질소의 공급원들을 제공한다. 규소-질소 전구체는 0.5 이상, 예를 들어, 0.5 초과, 약 0.6, 약 0.67, 약 0.75, 약 8, 약 9, 또는 약 1 내지 약 1.2, 약 1.5, 약 2, 약 2.5, 약 3, 약 3.5, 약 4, 약 5.5, 약 5, 약 6, 약 8, 또는 그 이상의 N/Si 원자 비율을 갖는다. 예를 들어, 규소-질소 전구체는 0.5 초과 내지 약 8, 0.5 초과 내지 약 6, 0.5 초과 내지 약 5, 0.5 초과 내지 약 4, 0.5 초과 내지 약 3, 0.5 초과 내지 약 2, 0.5 초과 내지 약 1.5, 0.5 초과 내지 약 1, 약 0.67 내지 약 8, 약 0.67 내지 약 6, 약 0.67 내지 약 5, 약 0.67 내지 약 4, 약 0.67 내지 약 3, 약 0.67 내지 약 2, 약 0.67 내지 약 1.5, 약 0.67 내지 약 1, 약 1 내지 약 8, 약 1 내지 약 6, 약 1 내지 약 5, 약 1 내지 약 4, 약 1 내지 약 3, 약 1 내지 약 2, 약 1 내지 약 1.5, 약 2 내지 약 8, 약 2 내지 약 6, 약 2 내지 약 5, 약 2 내지 약 4, 또는 약 2 내지 약 3의 N/Si 원자 비율을 갖는다.
[0019] 규소-질소 전구체들은 하기 화학식들 중 하나 이상, 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다:
Figure pct00002
[0020] 상기 식에서, 각 R은 H, 알킬, 아릴, 아미노, 실릴, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 이들의 이성질체들, 또는 이들의 염들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기 또는 바이사이클릭 기를 형성한다. 예시적인 알킬 기들은 메틸(Me, CH3), 에틸(Et, C2H5), 프로필(Pr, C3H7), 부틸(Bu, C4H9), 펜틸(C5H11), 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 또는 그 이상, 또는 이들의 이성질체들일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 달리 기술하지 않는 한, 본원에서 사용되는 프로필 기들은 노르말 프로필(nPr) 및/또는 이소프로필(iPr)일 수 있으며, 부틸 기들은 노르말 부틸(nBu), 2차 부틸(sBu), 및/또는 3차 부틸(tBu)일 수 있다.
[0021] 일부 실시예들에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, SiHx, N=C=S, N=C=O, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하며, 여기서, x는 1, 2, 또는 3의 정수이다. R이 NR'2인 경우, 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 일부 예들에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택될 수 있으며, 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택된다.
[0022] 하나 이상의 예들에서, 규소-질소 전구체는 하기 화학식들을 가질 수 있다:
Figure pct00003
[0023] 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7(nPr 및/또는 iPr), C4H9(nBu, sBu, 및/또는 tBu), NR'2, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며, 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택된다. 예를 들어, 규소-질소 전구체는 하기 화학식들 중 하나 이상,
Figure pct00004
[0024] 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다.
[0025] 하나 이상의 예들에서, 규소-질소 전구체는 하기 화학식들을 가질 수 있다:
Figure pct00005
[0026] 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택된다. 일부 예들에서, 각 R은 독립적으로 CH3, nPr, iPr, 또는 tBu일 수 있다.
[0027] 하나 이상의 예들에서, 규소-질소 전구체는 하기 화학식들 중 하나 이상:
Figure pct00006
[0028] 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있다. 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 페닐(Ph, C6H5), 아릴(Ar), CH2-Ph, CH2-Ar, 이들의 치환체들, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택될 수 있다.
[0029] 일부 예들에서, 규소-질소 전구체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00007
[0030] 상기 식에서, 각 R은 iPr, tBu, CH2-Ph, CH2-Ar, 이들의 치환체들, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택된다.
[0031] 다른 예들에서, 규소-질소 전구체는 하기 화학식을 가질 수 있다:
Figure pct00008
[0032] 상기 식에서, 각 R은 CH3, Ar(예를 들어, Ph), 이들의 치환체들, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택된다.
[0033] 하나 이상의 실시예들에서, 본 방법은 또한, 기판에 형성된 트렌치를 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계, 및 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시켜 트렌치에서 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함한다. 다른 실시예들에서, 본 방법은 또한, 기판 상에 또는 트렌치에 층으로서 유동 가능한 질화규소 물질을 증착하는 단계, 및 이후에, 유동 가능한 질화규소 물질을 함유한 층을 처리하여 고체 질화규소 물질을 함유한 층을 생성시키는 단계를 포함한다. 유동 가능한 질화규소 물질의 층을 증착하고 유동 가능한 질화규소 물질의 층을 처리하는 공정은 서로 층층이 순차적으로 형성된 고체 질화규소 물질의 복수의 층들을 생성시키기 위해 반복될 수 있으며, 이는 전체 질화규소 막을 구성한다.
[0034] 도 1은 하나 이상의 실시예들에 따른, 질화규소 막을 증착하는 방법(100)의 순서도를 도시한 것이다.
[0035] 110에서, 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들은 처리 챔버 내에 도입되거나 달리 배치된다. 플라즈마는 처리 챔버 내에서 발생, 점화, 활성화, 형성, 및/또는 달리 생성된다. 일부 예들에서, 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들은 이를 테면, RPS에 의해 원격으로 활성화된다. 활성화된 직후에, 플라즈마-활성화된 공반응물은 처리 챔버 내에 도입되고, 하나 이상의 규소-질소 전구체들과 합쳐져서 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시킨다. 다른 예들에서, 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들은 비-활성 또는 가스상 형태로 처리 챔버 내에 도입된다. 직후에, 처리 챔버에서, 플라즈마-활성화된 공반응물들은 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키기 위해 하나 이상의 규소-질소 전구체들과 합쳐지기 전 및/또는 동안에 처리 챔버 내에서 활성적이다.
[0036] 120에서, 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물은 플라즈마에서 함께 반응하여 처리 챔버 내에서 기판 상에 증착되거나 달리 배치된 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시킨다. 유동 가능한 질화규소 물질은 기판 상에 층으로서 증착되거나 달리 생성되어, 예를 들어, 기판 또는 이의 막들 상에 형성된 하나 이상의 트렌치들을 적어도 일부 또는 완전히 채울 수 있다.
[0037] 130에서, 유동 가능한 질화규소 물질은 하나 이상의 처리 공정들에 의해 처리되어 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시킨다.
[0038] 유동 가능한 질화규소 물질의 각 층 및/또는 고체 질화규소 물질의 각 층은 독립적으로 약 5 Å, 약 8 Å, 약 10 Å, 약 12 Å, 약 15 Å, 약 18 Å, 약 20 Å, 약 22 Å, 또는 약 25 Å 내지 약 28 Å, 약 30 Å, 약 35 Å, 약 40 Å, 약 45 Å, 약 50 Å, 또는 약 60 Å의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 유동 가능한 질화규소 물질의 각 층 및/또는 고체 질화규소 물질의 각 층은 독립적으로 약 5 Å 내지 약 50 Å, 약 10 Å 내지 약 50 Å, 약 15 Å 내지 약 50 Å, 약 20 Å 내지 약 50 Å, 약 25 Å 내지 약 50 Å, 약 30 Å 내지 약 50 Å, 약 35 Å 내지 약 50 Å, 약 40 Å 내지 약 50 Å, 약 5 Å 내지 약 40 Å, 약 10 Å 내지 약 40 Å, 약 15 Å 내지 약 40 Å, 약 20 Å 내지 약 40 Å, 약 25 Å 내지 약 40 Å, 약 30 Å 내지 약 40 Å, 약 35 Å 내지 약 40 Å, 약 5 Å 내지 약 30 Å, 약 10 Å 내지 약 30 Å, 약 15 Å 내지 약 30 Å, 약 20 Å 내지 약 30 Å, 또는 약 25 Å 내지 약 30 Å의 두께를 가질 수 있다.
[0039] 140에서, 전체 질화규소 막과 같은 고체 질화규소 물질의 원하는 두께가 달성되지 않는 경우에, 110, 120, 및 130은 원하는 두께가 달성될 때까지 반복된다. 고체 질화규소 물질의 원하는 두께가 달성된 직후에, 본 방법은 완료되거나 끝나고, 150에서 정지될 수 있다.
[0040] 하나 이상의 실시예들에서, 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키거나 증착하고, 트렌치를 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우고, 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시켜 트렌치에서 고체 질화규소 물질을 생성시키는 공정 사이클은 1회 또는 여러 번 순차적으로 반복될 수 있다. 질화규소 막은 결국 서로 층층이 순차적으로 형성된 고체 질화규소 물질의 복수의 층들을 함유한다. 고체 질화규소 물질의 층들의 양은 공정 사이클이 수행되는 회수량(1회 또는 반복)을 나타낸다.
[0041] 일부 실시예들에서, 공정 사이클은 갭 및/또는 트렌치를 완전히 또는 일부 채우기 위해 1회 수행될 수 있거나, 대안적으로, 공정 사이클은 적어도 1회, 2회, 3회, 4회, 또는 5회 내지 6회, 8회, 10회, 약 12회, 약 15회, 약 18회, 약 20회, 또는 더 큰 횟수로 반복된다. 예를 들어, 공정 사이클은 적어도 1회 내지 약 20회, 2회 내지 약 20회, 3회 내지 약 20회, 4회 내지 약 20회, 5회 내지 약 20회, 6회 내지 약 20회, 8회 내지 약 20회, 10회 내지 약 20회, 약 15회 내지 약 20회, 적어도 1회 내지 약 10회, 2회 내지 약 10회, 3회 내지 약 10회, 4회 내지 약 10회, 5회 내지 약 10회, 6회 내지 약 10회, 8회 내지 약 10회, 적어도 1회 내지 5회, 2회 내지 5회, 3회 내지 5회, 또는 4회 내지 5회 반복된다.
[0042] 고체 질화규소 물질의 1개, 2개, 또는 복수의 층들을 함유한 질화규소 막은 약 5 Å, 약 10 Å, 약 15 A, 약 20 Å, 약 25 A, 약 30 Å, 약 50 Å, 약 75 A, 약 80 Å, 또는 약 100 Å 내지 약 120 Å, 약 150 Å, 약 175 A, 약 200 Å, 약 250 Å, 약 300 Å, 약 400 Å, 약 500 Å, 약 600 Å, 약 800 Å, 또는 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 고체 질화규소 물질의 하나 이상의 층들을 함유한 질화규소 막은 약 10 Å 내지 약 800 Å, 약 10 Å 내지 약 500 Å, 약 10 Å 내지 약 800 Å, 약 10 Å 내지 약 300 Å, 약 10 Å 내지 약 250 Å, 약 10 Å 내지 약 200 Å, 약 10 Å 내지 약 150 Å, 약 10 Å 내지 약 100 Å, 약 10 Å 내지 약 80 Å, 약 10 Å 내지 약 50 Å, 약 50 Å 내지 약 800 Å, 약 50 Å 내지 약 500 Å, 약 50 Å 내지 약 800 Å, 약 50 Å 내지 약 300 Å, 약 50 Å 내지 약 250 Å, 약 50 Å 내지 약 200 Å, 약 50 Å 내지 약 150 Å, 약 50 Å 내지 약 100 Å, 약 50 Å 내지 약 80 Å, 약 100 Å 내지 약 800 Å, 약 100 Å 내지 약 500 Å, 약 100 Å 내지 약 800 Å, 약 100 Å 내지 약 300 Å, 약 100 Å 내지 약 250 Å, 약 100 Å 내지 약 200 Å, 약 100 Å 내지 약 150 Å, 또는 약 100 Å 내지 약 120 Å의 두께를 가질 수 있다.
[0043] 상기에서 논의된 바와 같이, 규소-질소 전구체 및/또는 기판 표면은 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들에 노출된다. 일부 실시예들에서, 공반응물들은 암모니아(NH3), 산소(O2), 또는 암모니아와 산소의 조합물 또는 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 공반응물은 또한, 질소(N2), 수소(H2), 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 임의의 조합물 중 하나 이상을 함유할 수 있다. 플라즈마-활성화된 공반응물들은 또한, 사용되는 공반응물에 따라, 질소 및/또는 산소를 막으로 전달할 것이다. 일부 예들에서, 공반응물은 암모니아와 산소의 혼합물을 함유하며, 다른 예들에서, 공반응물은 단지 암모니아만을 함유한다.
[0044] 일부 공정들에서, 플라즈마의 사용은 종을, 표면 반응들이 유리하게 되고 가능성이 높아지게 되는 여기 상태로 촉진시키에 충분한 에너지를 제공한다. 공반응물들은 원격 플라즈마 또는 직접 플라즈마를 통해 기화된 규소-질소 전구체를 함유한 CVD 챔버로 전달되며, 이러한 플라즈마는 공반응물들로서 플라즈마 활성종을 발생시키고 유동 가능한 질화규소 물질들 또는 폴리머들을 생성시킬 것이다. 공정 내에 플라즈마를 도입하는 것은 연속적이거나 펄스화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전구체들(또는 반응성 가스들) 및 플라즈마의 순차적 펄스들은 층을 처리하기 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, 시약들은 직접적으로(예를 들어, 처리 영역 내에서) 또는 원격으로(예를 들어, 처리 영역 외측에서) 이온화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 원격 이온화는, 이온들 또는 다른 에너지 또는 발광 종이 질화규소 물질을 함유한 증착 막과 직접적으로 접촉하지 않도록, 증착 챔버의 업스트림에서 일어날 수 있다. 일부 플라즈마-강화 공정들에서, 플라즈마는 예를 들어, 원격 플라즈마 발생기 또는 RPS에 의해, 처리 챔버로부터 외부에서 발생된다. 플라즈마는 임의의 적합한 플라즈마 발생 공정 또는 당업자에게 공지된 기술을 통해 발생될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 마이크로파(MW) 주파수 발생기 또는 무선 주파수(RF) 발생기 중 하나 이상에 의해 발생될 수 있다. 플라즈마의 주파수는 사용되는 특정 반응성 종에 따라 조정될 수 있다. 적합한 주파수들은 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 및/또는 100 MHz를 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
[0045] 일부 실시예들에서, 기판은 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물에 연속적으로 동시에, 또는 적절한 경우에 실질적으로 동시에 노출될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "실질적으로 동시에"는 하나의 구성요소의 흐름의 대부분이 다른 구성요소의 흐름과 중첩하지만, 그들이 함께 흐르지 않는 일부 시간이 존재할 수 있음을 의미한다. 대안적인 실시예들에서, 기판 표면을 둘 이상의 전구체들과 접촉시키는 것은 순차적으로 또는 실질적으로 순차적으로 일어난다. 본원에서 사용되는 "실질적으로 순차적으로"는 하나의 구성요소의 흐름의 대부분이 다른 구성요소의 흐름과 동시에 일어나지 않지만, 일부 중첩이 존재할 수 있음을 의미한다.
[0046] 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 "기판"은 임의의 기판 또는 제작 공정 동안 막 처리가 수행되는, 기판 상에 형성된 물질 표면을 지칭한다. 예를 들어, 처리가 수행될 수 있는 기판 표면은 적용에 따라, 규소, 산화규소, 스트레인드 규소(strained silicon), 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator; SOI), 탄소 도핑된 산화규소들, 질화규소, 도핑된 규소, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드, 유리, 사파이어와 같은 물질들, 및 금속들, 질화금속들, 금속 합금들, 및 다른 전도성 물질들과 같은 임의의 다른 물질들을 포함한다. 기판들은 비제한적으로, 반도체 웨이퍼들을 포함한다. 기판들은 기판 표면을 폴리싱, 에칭, 환원, 산화, 하이드록실화, 어닐링 및/또는 베이킹하기 위해 전처리 공정에 노출될 수 있다. 기판은 노드 디바이스 구조들(예를 들어, 32 nm, 22 nm, 또는 20 nm 이하)을 포함할 수 있고, 트랜지스터 절연(transistor isolation), 다양한 집적 및 희생 스페이서들, 및 측벽 스페이서 이중 패턴화(sidewall spacer double patterning; SSDP) 리소그래피를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 기판은 적어도 하나의 갭을 포함한다. 기판은 기판 상에 형성된 디바이스 구성요소들(예를 들어, 트랜지스터들)의 간격 및 구조를 위한 복수의 갭들을 가질 수 있다. 갭들은 1:1보다 훨씬 더 큰(예를 들어, 5:1 이상, 6:1 이상, 7:1 이상, 8:1 이상, 9:1 이상, 10:1 이상, 11:1 이상, 12:1 이상), 높이 대 폭(예를 들어, H/W)의 종횡비(AR)를 규정하는 높이 및 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 높은 AR은 약 90 nm 내지 약 22 nm 이하의 범위(예를 들어, 약 90 nm, 65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 또는 16 nm)인 작은 갭 폭으로 인한 것이다.
[0047] 기판 표면 자체의 직접적인 막 처리에 추가하여, 본원에 기술되고 논의된 실시예들에서, 개시된 막 처리 중 임의의 단계는 또한, 하기에서 더욱 상세히 개시된 바와 같이 기판 상에 형성된 하부층 상에서 수행될 수 있으며, 용어 "기판 표면"은 문맥이 명시하는 것과 같이 이러한 하부층을 포함하도록 의도된다.
[0048] 상술된 반응들 중 임의의 반응의 하나 이상의 실시예들에서, 증착 반응을 위한 반응 조건들은 막 전구체들 및 기판 표면의 특성들을 기초로 하여 선택될 것이다. 증착은 대기압에서 수행될 수 있지만, 또한, 감압(대기압 미만)에서 수행될 수 있다. 기판 온도는 표면 반응들 또는 화학적 전구체들(예를 들어, 하나 이상의 규소-질소 전구체들 및/또는 하나 이상의 플라즈마-활성화된 공반응물들) 및/또는 유동 가능한 질화규소 물질의 처리들을 위한 충분한 에너지를 제공하기 위해 유지된다. 특정 온도는 특정 기판, 막 전구체들, 및 압력에 따라 달라진다. 특정 기판, 화학적 전구체들, 및 다른 부수물들의 특성들은 당해 분야에 공지된 방법들을 이용하여 평가될 수 있으며, 이에 따라 반응을 위한 적절한 온도 및 압력을 선택할 수 있다. 일부 실시예들에서, 처리 챔버(예를 들어, 기상 증착 챔버) 내의 압력은 6 Torr 미만, 예를 들어, 약 5 Torr, 약 4 Torr, 약 3 Torr, 약 2.6 Torr, 약 2 Torr, 또는 약 1.6 Torr이다. 하나 이상의 실시예들에서, 증착은 약 200℃ 미만, 예를 들어, 약 0℃, 약 25℃, 약 35℃, 약 50℃, 또는 약 75℃ 내지 약 100℃, 약 125℃, 약 150℃, 약 175℃, 약 190℃, 또는 약 195℃의 온도에서 수행된다.
[0049] 기판이 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물에 노출된 후 증착된 막은 유동 가능한 질화규소 물질("중간 막"으로도 지칭됨)을 함유한다. 일반적으로, 증착 직후 막들은 더 적은 네트워크들 및 더 많은 댕글링 결합들(dangling bonds), 예를 들어, Si--H, Si--OH, 및 N--H를 갖는 비교적 밀도가 낮은 막들이다. 결과적으로, 유동 가능한 질화규소 물질을 함유한 중간 막의 WER은 대개 비교적 높은 값을 갖는다. 낮은 WER/밀집 막들을 얻기 위해, 중간 막은 고밀도 막을 얻기 위해 추가 처리들로 처리된다. 이러한 처리들 동안에, 나머지 반응성 결합들(예를 들어, SiH, NH)은 서로 또는 유입 분자들(예를 들어, O3, 물, NH3)과 반응하여 더 많은 네트워크들을 갖는 막을 형성한다. 이에 따라, 산소를 제거하여 타겟화된 막을 달성하기 위해, 중간 막은 추가 경화 및 어닐링 공정들로 처리된다.
[0050] 하나 이상의 실시예들에서, 경화시키는 것은 유동 가능한 질화규소 물질을 함유한 중간 막을 오존 및/또는 자외선(UV) 방사선에 노출시키는 것을 포함한다. 추가 실시예들에서, 중간 막은 고체 질화규소 물질을 함유한 막을 얻기 위해 오존 및 UV 경화에 노출된다. 다른 실시예들에서, 중간 막은 고체 질화규소 물질을 함유한 막을 얻기 위해 오로지 UV 경화에만 노출된다. 하나 이상의 실시예들은 또한, 어닐 공정(anneal process)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 어닐링은 스팀 어닐링을 포함한다. 다른 실시예들에서, 어닐링은 암모니아 어닐링을 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 유동 가능한 질화규소 물질을 함유한 중간 막은, 고체 질화규소 물질을 함유한 막을 발생시키거나 달리 생성하기 위해, UV에 의해 경화되고, 이후에, 암모니아 어닐링된다.
[0051] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 기판은 고체 또는 유동 가능한 질화규소 물질을 함유한 하나 이상의 막들을 형성하기 전 및/또는 후에 처리된다. 이러한 처리는 동일한 챔버에서 또는 하나 이상의 별도의 처리 챔버들에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 제1 챔버로부터 추가 처리를 위한 별도의 제2 챔버로 이동된다. 기판은 제1 챔버로부터 별도의 처리 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 기판은 제1 챔버로부터 하나 이상의 이송 챔버들로 이동되고, 이후에, 원하는 별도의 처리 챔버로 이동될 수 있다. 이에 따라, 처리 장비는 이송 스테이션과 소통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 부류의 장비는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터형 시스템(clustered system)", 등으로 지칭될 수 있다.
[0052] 일반적으로, 클러스터 툴은 기판 중심-발견 및 배향, 탈기, 어닐링, 증착 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함한 모듈형 시스템이다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제1 챔버 및 중심 이송 챔버를 포함한다. 중심 이송 챔버는 처리 챔버들 및 로드 록 챔버들 사이에서 기판들을 왕복시킬 수 있는 로보트(robot)를 하우징할 수 있다. 이송 챔버는 통상적으로 진공 조건에서 유지되고, 기판들을 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 및/또는 클러스터 툴의 전면 단부에 포지셔닝된 로드 록 챔버로 왕복하기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 하나 이상의 실시예들에서, 본원에 기술되고 논의된 방법들을 수행하기 위해 이용될 수 있는 FCVD 챔버 또는 시스템은 Applied Materials, Inc.(Santa Clara, CA)에서 상업적으로 입수 가능한, Producer® Eterna FCVD® 시스템 또는 챔버이다. 본원에 기술되고 논의된 실시예들에 대해 적응될 수 있는 2가지 클러스터 툴들은 Applied Materials, Inc.(Santa Clara, CA)에서 상업적으로 입수 가능한, Centura® 챔버 또는 시스템 및 Endura® 챔버 또는 시스템이다. 그러나, 챔버들의 정확한 배열 및 결합은 본원에 기술된 바와 같은 공정의 특정 단계들을 수행하는 목적들을 위해 변경될 수 있다. 이용될 수 있는 다른 처리 챔버들은 사이클릭 층 증착(CLD), 원자층 증착(ALD), 플라즈마-강화-ALD(PE-ALD), 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마-강화-CVD(PE-CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 사전-세정, 화학적 세정, 열처리, 예를 들어, RTP, 플라즈마 질화, 탈기, 배향, 하이드록실화 및 다른 기판 공정들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 클러스터 툴에 대해 챔버내에서 공정들을 수행함으로써, 대기 불순물들로의 기판의 표면 오염은 후속 막을 증착하기 전에 산화 없이 방지될 수 있다.
[0053] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 기판은 연속적으로 진공 또는 "로드 록(load lock)" 조건들 하에 있고, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동될 때 주변 공기에 노출되지 않는다. 이에 따라, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 하에서 "펌핑-다운(pumped down)"된다. 불활성 가스들은 처리 챔버들 또는 이송 챔버들에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 기판의 표면 상에 층을 형성시킨 후 반응물들 중 일부 또는 모두를 제거하기 위해 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 퍼지 가스는, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버 및/또는 추가 처리 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해 증착 챔버의 배출구에서 주입된다. 이에 따라, 불활성 가스의 흐름은 챔버의 배출구에서 커튼(curtain)을 형성한다.
[0054] 기판은 단일 기판 증착 챔버들에서 처리될 수 있으며, 여기서, 단일 기판이 로딩되고, 처리되고, 다른 기판이 처리되기 전에 언로딩된다. 기판은 또한, 컨베이어 시스템과 같이, 연속 방식으로 처리될 수 있으며, 여기서, 다수의 기판이 챔버의 제1 부분 내에 개별적으로 로딩되고, 챔버를 통해 이동되고, 챔버의 제2 부분으로부터 언로딩된다. 챔버 및 관련된 컨베이어 시스템의 형상은 직선 경로 또는 곡선 경로를 형성할 수 있다. 추가적으로, 처리 챔버는, 다수의 기판들이 중심축에 대해 이동되고 캐러셀(carousel) 경로 전반에 걸쳐 증착, 에칭, 어닐링, 세정, 또는 다른 공정들에 노출되는 캐러셀일 수 있다.
[0055] 처리 동안, 기판은 가열되거나 냉각될 수 있다. 이러한 가열 또는 냉각은 기판 지지체의 온도를 변경시키고 가열되거나 냉각된 가스들을 기판 표면으로 흘려 보내는 것을 포함하는(그러나, 이로 제한되지 않음) 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지체는 기판 온도를 대류적으로 변화시도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 사용되는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)은 기판 온도를 국부적으로 변화시키기 위해 가열되거나 냉각된다. 일부 실시예들에서, 가열기/냉각기는 기판 온도를 대류적으로 변화시키기 위해 챔버 내에 기판 표면에 인접하게 포지셔닝된다.
[0056] 기판은 또한, 처리 동안 정지되거나 회전될 수 있다. 회전하는 기판은 연속적으로 또는 개별 단계별로 회전될 수 있다. 예를 들어, 기판은 전체 공정 전반에 걸쳐 회전될 수 있거나, 기판은 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출들 사이에 작은 양만큼 회전될 수 있다. 처리 동안 기판을 (연속적으로 또는 단계별로) 회전시키는 것은 예를 들어, 가스 흐름 기하학적 구조들의 국부적 변동성의 효과를 최소화함으로써 더욱 균일한 증착 또는 에칭을 생성시키는 데 도움이 될 수 있다.
[0057] 기판 및 챔버는 전구체, 보조-시약, 또는 다른 가스들 또는 시약들의 흐름을 중지시킨 후에 퍼지 단계에 노출될 수 있다. 본원에 기술된 양태들 중 임의의 양태의 하나 이상의 실시예들에서, 퍼지 가스는, 전구체들 중 임의의 전구체가 기판 표면에 흐르고/노출된 후에, 흐를 수 있다. 퍼지 가스는 약 10 sccm 내지 약 2,000 sccm, 예를 들어, 약 50 sccm 내지 약 1,000 sccm, 및 특정 예에서, 약 100 sccm 내지 약 500 sccm의 범위, 예를 들어, 약 200 sccm 내의 유량으로 처리 챔버 내에 투여될 수 있다. 퍼지 단계는 처리 챔버 내에서 임의의 과량의 전구체, 부산물들 및 다른 오염물들을 제거한다. 퍼지 단계는 약 0.1초 내지 약 8초, 예를 들어, 약 1초 내지 약 5초의 범위, 및 특정 예에서, 약 4초 내의 기간 동안 수행될 수 있다. 캐리어 가스, 퍼지 가스, 증착 가스, 및/또는 다른 공정 가스는 질소, 수소, 아르곤, 네온, 헬륨, 또는 이들의 임의의 조합물 또는 혼합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일 예에서, 캐리어 가스는 질소를 함유한다.
[0058] 본 개시내용의 실시예들은 또한, 하기 단락들 1 내지 20 중 임의의 하나 이상에 관한 것이다:
[0059] 1. 질화규소 막을 증착하는 방법으로서, 처리 챔버에 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 도입하는 단계; 처리 챔버 내에 플라즈마를 생성시키는 단계; 플라즈마에서 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계; 및 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함하며, 여기서, 규소-질소 전구체는
Figure pct00009
[0060] 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 식에서, 각 R은 H, 알킬, 아릴, 아미노, 실릴, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 이들의 이성질체들, 또는 이들의 염들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하는, 방법.
[0061] 2. 질화규소 막을 증착하는 방법으로서, 처리 챔버 내에서 기판을 규소-질소 전구체, 플라즈마-활성화된 공반응물, 및 플라즈마에 노출시켜 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계; 및 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함하며, 여기서, 규소-질소 전구체는
Figure pct00010
[0062] 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 식에서, 각 R은 H, 알킬, 아릴, 아미노, 실릴, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 이들의 이성질체들, 또는 이들의 염들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하는, 방법.
[0063] 3. 질화규소 막을 증착하는 방법으로서, 처리 챔버에 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 도입하는 단계; 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 플라즈마와 반응시켜 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계; 기판에 형성된 트렌치를 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계; 및 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 트렌치에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함하며, 여기서, 규소-질소 전구체는
Figure pct00011
[0064] 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, SiHx, N=C=S, N=C=O, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하며; 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며; x는 1, 2, 또는 3의 정수인, 방법.
[0065] 4. 단락들 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 각 R이 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, SiHx, N=C=S, N=C=O, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들이 사이클릭 기를 형성하기 위해 연결되며; 각 R'가 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며; x가 1, 2, 또는 3의 정수인, 방법.
[0066] 5. 단락들 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가
Figure pct00012
이며,
[0067] 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며; 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
[0068] 6. 단락들 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가
Figure pct00013
,
[0069] 또는 이들의 임의의 조합인, 방법.
[0070] 7. 단락들 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가
Figure pct00014
이며,
[0071] 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며; 각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
[0072] 8. 단락들 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 각 R이 CH3, nPr, iPr, 또는 tBu로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
[0073] 9. 단락들 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가
Figure pct00015
,
[0074] 또는 이들의 임의의 조합이며, 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, Ph, CH2-Ph, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
[0075] 10. 단락들 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가
Figure pct00016
이며,
[0076] 상기 식에서, 각 R은 iPr, tBu, 또는 CH2-Ph로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
[0077] 11. 단락들 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가
Figure pct00017
이며,
[0078] 상기 식에서, 각 R은 CH3 또는 Ph로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
[0079] 12. 단락들 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 플라즈마-활성화된 공반응물이 암모니아, 산소(O2), 또는 암모니아와 산소의 조합물을 포함하는, 방법.
[0080] 13. 단락들 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 플라즈마-활성화된 공반응물이 아르곤, 헬륨, 질소(N2), 수소(H2), 또는 이들의 임의의 조합물을 추가로 포함하는, 방법.
[0081] 14. 단락들 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 규소-질소 전구체가 약 0.67 내지 약 5의 N/Si 원자 비율을 갖는, 방법.
[0082] 15. 단락들 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 기판에 형성된 트렌치를 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계; 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시켜 트렌치에서 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
[0083] 16. 단락들 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 트렌치에 고체 질화규소 물질을 생성시키기 위해 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시킬 때, 유동 가능한 질화규소 물질이 약 10 Å 내지 약 500 Å의 두께를 갖는, 방법.
[0084] 17. 단락들 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 트렌치를 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계 및 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시켜 트렌치에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 적어도 1회 내지 약 20회 순차적으로 반복하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
[0085] 18. 단락들 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 질화규소 막이 서로 층층이 순차적으로 형성된 고체 질화규소 물질의 복수의 층들을 포함하며, 질화규소 막이 약 50 Å 내지 약 500 Å의 두께를 갖는, 방법.
[0086] 19. 단락들 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 층으로서 증착하는 단계; 유동 가능한 질화규소 물질을 포함하는 층을 처리하여 고체 질화규소 물질의 층을 생성시키는 단계; 및 증착 및 처리를 반복하여 서로 층층이 순차적으로 형성된 고체 질화규소 물질의 복수의 층들을 포함하는 질화규소 막을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
[0087] 20. 단락들 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계가 유동 가능한 질화규소 물질을 열적 어닐링 공정, 플라즈마 어닐링 공정, 또는 UV 어닐링 공정에 노출시키는 것을 추가로 포함하는, 방법.
[0088] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다. 임의의 우선권 문헌들 및/또는 테스팅 절차들을 이들이 본 문서와 불일치하지 않는 정도까지 포함하여, 본원에서 설명된 모든 문헌들이 인용에 의해 본원에 포함된다. 전술된 일반적인 설명 및 특정 실시예들로부터 자명한 바와 같이, 본 개시내용의 형태들이 예시 및 설명되었지만, 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용이 이에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 마찬가지로, "포함하는"이라는 용어는 미국 법률의 목적들에 있어서 "구비하는"이라는 용어와 동의어로 간주된다. 마찬가지로, "포함하는"이라는 전이구(transitional phrase)가 콤포지션(composition), 엘리먼트, 또는 엘리먼트들의 그룹에 후행되는 경우마다, 우리는 또한, 콤포지션, 엘리먼트, 또는 엘리먼트들의 기재에 후행하는 "~를 필수구성으로 포함하는", "~로 구성되는", "~로 구성된 그룹으로부터 선택되는", 또는 "~인"이라는 전이구들을 갖는 콤포지션 또는 엘리먼트들의 그룹에 대해서도 동일하다고 고려하고, 그 반대도 마찬가지라고 고려한다는 것이 이해된다.
[0089] 소정의 실시예들 및 특징들은 수치 상한들의 세트 및 수치 하한들의 세트를 사용하여 설명되었다. 달리 표시되지 않는 한, 임의의 2개의 값들의 조합, 예컨대 임의의 하위 값과 임의의 상위 값의 조합, 임의의 2개의 하위 값들의 조합, 및/또는 임의의 2개의 상위 값들의 조합을 포함하는 범위들이 고려된다는 것이 인지되어야 한다. 아래의 하나 이상의 청구항들에서 소정의 하한들, 상한들 및 범위들이 나타난다.

Claims (15)

  1. 질화규소 막을 증착하는 방법으로서,
    처리 챔버에 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 도입하는 단계;
    상기 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키는 단계;
    상기 플라즈마에서 상기 규소-질소 전구체 및 상기 플라즈마-활성화된 공반응물을 반응시켜 상기 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계; 및
    상기 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 상기 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함하며,
    상기 규소-질소 전구체는
    Figure pct00018
    및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 식에서, 각 R은 H, 알킬, 아릴, 아미노, 실릴, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 이들의 이성질체들, 또는 이들의 염들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    각 R이 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, SiHx, N=C=S, N=C=O, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하며;
    각 R'가 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며;
    x가 1, 2, 또는 3의 정수인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 규소-질소 전구체가
    Figure pct00019
    이며,
    상기 식에서,
    각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며;
    각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 규소-질소 전구체가
    Figure pct00020
    또는 이들의 임의의 조합인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 규소-질소 전구체가
    Figure pct00021
    이며,
    상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며;
    각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 규소-질소 전구체가
    Figure pct00022
    또는 이들의 임의의 조합이며,
    상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, Ph, CH2-Ph, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 규소-질소 전구체가
    Figure pct00023
    이며,
    상기 식에서, 각 R은 iPr, tBu, 또는 CH2-Ph로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 규소-질소 전구체가
    Figure pct00024
    이며,
    상기 식에서, 각 R은 CH3 또는 Ph로부터 독립적으로 선택되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마-활성화된 공반응물이 암모니아, 산소(O2), 또는 암모니아와 산소의 조합물을 포함하며, 상기 플라즈마-활성화된 공반응물이 아르곤, 헬륨, 질소(N2), 수소(H2), 또는 이들의 임의의 조합물을 추가로 포함하며, 상기 규소-질소 전구체가 약 0.67 내지 약 5의 N/Si 원자 비율을 갖는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 트렌치를 상기 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계; 및
    상기 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시켜 상기 트렌치에서 상기 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 트렌치에서 상기 고체 질화규소 물질을 생성시키기 위해 상기 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시킬 때, 상기 유동 가능한 질화규소 물질이 약 10 Å 내지 약 500 Å의 두께를 갖는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 트렌치를 상기 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계 및 상기 유동 가능한 질화규소 물질을 경화시켜 상기 트렌치에 상기 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 적어도 1회 내지 약 20회 순차적으로 반복하는 것을 추가로 포함하며, 상기 질화규소 막은 서로 층층이 순차적으로 형성된 상기 고체 질화규소 물질의 복수의 층들을 포함하며, 상기 질화규소 막은 약 50 Å 내지 약 500 Å의 두께를 갖는, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 층으로서 상기 유동 가능한 질화규소 물질을 증착하는 단계;
    상기 유동 가능한 질화규소 물질을 포함하는 상기 층을 처리하여 상기 고체 질화규소 물질의 층을 생성시키는 단계; 및
    상기 증착 및 처리 단계를 반복하여 서로 층층이 순차적으로 형성된 상기 고체 질화규소 물질의 복수의 층들을 포함하는 상기 질화규소 막을 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 질화규소 막을 증착하는 방법으로서,
    처리 챔버 내에서 기판을 규소-질소 전구체, 플라즈마-활성화된 공반응물, 및 플라즈마에 노출시켜 상기 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계; 및
    상기 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 상기 기판 상에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함하며,
    상기 규소-질소 전구체는
    Figure pct00025
    및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 식에서, 각 R은 H, 알킬, 아릴, 아미노, 실릴, 이소시아네이트, 이소티오시아네이트, 이들의 이성질체들, 또는 이들의 염들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하는, 방법.
  15. 질화규소 막을 증착하는 방법으로서,
    처리 챔버에 규소-질소 전구체 및 플라즈마-활성화된 공반응물을 도입하는 단계;
    상기 규소-질소 전구체 및 상기 플라즈마-활성화된 공반응물을 플라즈마와 반응시켜 상기 처리 챔버 내에서 기판 상에 유동 가능한 질화규소 물질을 생성시키는 단계;
    상기 기판에 형성된 트렌치를 상기 유동 가능한 질화규소 물질로 적어도 일부 채우는 단계; 및
    상기 유동 가능한 질화규소 물질을 처리하여 상기 트렌치에 고체 질화규소 물질을 생성시키는 단계를 포함하며,
    상기 규소-질소 전구체는
    Figure pct00026
    및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 식에서, 각 R은 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, NR'2, SiHx, N=C=S, N=C=O, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되거나, 임의의 2개의 R 기들은 연결되어 사이클릭 기를 형성하며;
    각 R'는 H, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, 또는 이들의 이성질체들로부터 독립적으로 선택되며;
    x는 1, 2, 또는 3의 정수인, 방법.
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