KR-20260062059-A - METHOD AND SYSTEM FOR FORMING A SILICON-CONTAINING LAYER AND STRUCTURE FORMED USING SAME

Abstract

기판의 표면상에 실리콘 함유 층을 형성하기 위한 방법이 개시된다. 예시적인 방법은 산소 함유 반응물을 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 하나 이상의 증착 사이클을 수행하는 단계를 포함하되, 각각의 증착 사이클은 실리콘 전구체 펄스 주기 동안 실리콘 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 실리콘 함유 층을 형성하기 위해 플라즈마 전력 주기 동안 펄스형 플라즈마 전력을 제공하는 단계를 포함한다.

Inventors

• 요시다 다카시
• 츠지야 마오
• 아다치 와타루
• 가마 트리가게마
• 오타 사토미
• 루오호 미코

Assignees

• 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251024

Priority Date

20241028

Claims (20)

1. 기판 표면 상에 실리콘 함유 층을 형성하기 위한 방법으로서, 상기 방법은, a) 기판을 반응 챔버 내에 제공하는 단계; b) 산소 함유 반응물을 상기 반응 챔버 내로 제공하는 단계; 및 c) 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계로서, 각 증착 사이클은 실리콘 전구체 펄스 주기 동안 실리콘 전구체를 반응 챔버 내에 제공하며, 상기 실리콘 전구체는 적어도 하나의 실리콘 원자 및 적어도 하나의 알콕시기를 포함하는 단계; 및 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 전력 주기 동안에 플라즈마 펄스를 제공하는 단계 를 포함하는, 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계 를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 산소 함유 반응물은 산소(O 2 ), 아산화질소(N 2 O), 이산화탄소(CO 2 ), 물(H 2 O), 오존(O 3 ), 및 이산화질소(N 2 O) 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 추가로 d) 무산소 반응물을 상기 반응 챔버 내로 제공하는 단계; 및 e) 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계로서, 각 증착 사이클은 실리콘 전구체 펄스 주기 동안 실리콘 전구체를 반응 챔버 내에 선택적으로 제공하며, 상기 실리콘 전구체는 적어도 하나의 실리콘 원자 및 적어도 하나의 알콕시기를 포함하는 단계; 및 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 전력 주기 동안에 플라즈마 펄스를 제공하는 단계 를 포함하는, 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계 를 포함하는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 무산소 반응물은 아르곤(Ar), 수소(H 2 ), 헬륨(He) 및 질소(N 2 ) 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는 Si-C x H 2x -Si 결합을 추가로 포함하되, x는 1 내지 3일 수 있는, 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 전구체는, 1,2-비스(트리에톡시실릴)에탄(BTESE), 디메톡시메틸비닐실란(DMOMVS), 1,2-비스(메틸디에톡시실릴)에탄(BMDESE), (3-메톡시프로필)트리메톡시실란(MPTMS), 비스(트리에톡시실릴)메탄(BTESM), 비스(메틸디메톡시실릴)메탄(BMDMSM), 1,1,3,3,5,5-헥사에톡시-1,3,5-트리실라시클로헥산, 테트라에톡시실란(TEOS), (트리에톡시실릴)메틸메타크릴레이트, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리에톡시실란, n-헥실트리에톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-데실트리에톡시실란, n-도데실트리에톡시실란, 트리에톡시(2,4,4,-트리메틸펜틸)실란, 페닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸트리에톡시실란, 3-(메타크릴옥시)프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, N1-(3-(트리에톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민, 1-(트리에톡시실릴)-2-(디에톡시메틸실릴)-에탄, 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]아민, 3-(1,3-디메틸부틸리덴)아미노프로필-트리에톡시실란, (디에틸아미노메틸)트리에톡시실란, N-[3-(트리에톡시실릴)프로필]-4,5-디하이드로이미다졸, N-((트리에톡시실릴)메틸)아닐린, 3-이소시아나토프로필트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, (클로로메틸)트리에톡시실란 및 3-클로로프로필트리에톡시실란으로 이루어진 목록으로부터 선택되는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 갭을 포함하고, 상기 실리콘 함유 층은 상기 갭 내에 형성되어 상기 갭을 적어도 부분적으로 충진하는, 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유 층은 실리콘 옥시카바이드 또는 실리콘 옥사이드를 포함하는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유 층의 스텝 커버리지는 50 내지 200%인, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유 층은 스페이서를 형성하는, 방법.
11. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 반응물 중 적어도 하나는 상기 하나 이상의 증착 사이클 중 하나의 증착 사이클 동안 상기 반응 챔버에 연속적으로 제공되는, 방법.
12. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 실리콘 전구체 펄스 주기는 상기 플라즈마 전력 주기 전에 중지되는, 방법.
13. 제1항에 있어서, 단계 b) 및 c)는, 반복될 수 있는 서브 사이클 A를 형성하는, 방법.
14. 제3항에 있어서, 단계 d) 및 e)는, 반복될 수 있는 서브 사이클 B를 형성하는, 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 슈퍼 사이클은 서브 사이클 A 및 서브 사이클 B로 구성되고, 서브 사이클 B 대 서브 사이클 A 및 서브 사이클 B의 합의 비는 0 내지 100%의 범위인, 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 단계 b) 내지 e) 중 어느 한 단계 후에 적어도 하나의 퍼지 단계를 추가로 포함하는, 방법.
17. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 플라즈마는 원격식 플라즈마 유닛으로 발생되는, 방법.
18. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 플라즈마는 직접식 플라즈마 유닛으로 발생되는, 방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 방법은, 단계 (c)에서 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 전력 주기 동안 플라즈마 펄스를 제공하면서 수소를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법에 따라 형성된 구조체.

Description

실리콘-함유 층을 형성하기 위한 방법 및 시스템, 및 이를 사용하여 형성된 구조{METHOD AND SYSTEM FOR FORMING A SILICON-CONTAINING LAYER AND STRUCTURE FORMED USING SAME} 본 개시는, 일반적으로 전자 소자를 형성하기에 적합한 구조체를 형성하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시는 실리콘을 포함한 층을 형성하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 집적 회로와 같은 전자 소자를 제조하는 중에 재료의 막 또는 층은 기판의 표면 상에 종종 증착된다. 이러한 막은 원하는 구조를 형성하기 위해 패터닝되고 에칭될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 막은 기판의 표면 상의 갭 또는 리세스, 예컨대 비아, 트렌치, 또는 핀 사이의 공간을 충진하도록 증착될 수 있다. 갭을 충진하는 경우에, 통상적인 막의 증착 공정은 갭 내의 공극의 형성을 포함하는 단점이 있을 수 있다. 갭을 증착 재료로 완전히 충진하기 전에 증착 재료가 갭의 상단 근처에 수축부를 형성하는 경우, 공극이 형성될 수 있다. 이러한 공극은 집적 회로(IC)상의 소자의 소자 분리뿐만 아니라 IC의 전반적인 구조적 무결성을 손상시킬 수 있다. 갭 충진 중에 공극 형성을 방지하려면 불행히도 갭 상에 종종 크기 제약을 줄 수 있으며, 이는 IC의 소자 패킹 밀도를 제한할 수 있다. 공극 형성은 갭 깊이를 감소시킴 및/또는 갭 측벽을 점점 가늘게 함으로써 완화될 수 있어서, 갭의 개구는 갭의 하단보다 상단에서 더 넓을 수 있다. 갭 깊이를 줄이는 트레이드 오프는 소자 분리의 효과성을 감소시킬 수 있는 반면에, 점점 가늘게 한 측벽을 갖는 갭의 더 큰 상단 개구도 IC 면적을 추가적으로 소모할 수 있다. 이러한 문제는 소자 치수를 감소시키려 하는 경우, 점점 문제가 될 수 있다. 또한, 비교적 높은 품질의 막, 예를 들어 불산 및/또는 인산에서 비교적 높은 에칭 속도를 갖는 막을 형성하는 것을 일반적으로 요구할 수 있다. 따라서, 고품질 막을 형성 및/또는 갭을 충진하기 위한 개선된 방법 및 장치가 요구된다. 본 발명의 내용은 선정된 개념을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이들 개념은, 이하에서 본 개시의 예시적인 구현예의 상세한 설명에서 더 상세히 설명된다. 본 발명의 내용은 청구된 대상의 주된 특징 또는 필수적인 특징을 확인하려는 의도가 아니며, 청구된 대상의 범주를 제한하기 위해 사용하려는 의도 또한 아니다. 본 개시의 다양한 구현예는 실리콘 함유 층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 실리콘 함유 층은 반도체 소자 및 다른 전자 소자와 같이, 소자의 형성에 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 실리콘 함유 층은 전자 소자의 형성 동안 스페이서 또는 갭필 재료의 형성에 매우 적합할 수 있다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전 방법과 시스템의 문제점을 해결하는 방식은 이하에서 보다 상세히 논의되면서, 일반적으로 본 개시의 다양한 구현예는 원하는 특성, 예컨대 비교적 낮은 에칭 속도 및 비교적 낮은 유전 상수를 갖는 실리콘 함유 층을 형성하는 개선된 방법을 제공한다. 본 개시의 예시에 따라, 실리콘 함유 층을 형성하는 방법이 개시된다. 상기 방법은, 예를 들어 다중 패터닝(예, 스페이서 한정 이중 패터닝) 기술을 사용하여 전자 소자를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 방법은, 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계, 산소 함유 반응물을 상기 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 하나 이상의 증착 사이클을 수행하여 시리콘 함유 층을 형성하는 단계를 포함하되, 각각의 증착 사이클은, 실리콘 펄스 주기 동안 실리콘 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 전력 주기 동안 플라즈마 펄스를 제공하는 단계를 포함한다. 실리콘 전구체는 적어도 하나의 실리콘 원자 및 적어도 하나의 알콕시기를 포함한다. 일부 구현예에서, 산소 함유 반응물은 산소(O2), 아산화질소(N2O), 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 오존(O3), 및 이산화질소(N2O) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 구현예에서, 수소는 플라즈마 펄스를 제공하면서 반응 챔버에 추가로 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 방법은, 무산소 반응물을 반응 챔버 내에 제공하는 단계 및 복수의 증착 사이클을 실행하는 단계를 추가로 포함하되, 각각의 증착 사이클은, 실리콘 전구체 펄스 주기 동안 실리콘 전구체를 반응 챔버 내에 선택적으로 제공하는 단계로서, 상기 실리콘 전구체는 적어도 하나의 실리콘 원자 및 적어도 하나의 알콕시기를 포함하는 단계; 및 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 전력 주기 동안 플라즈마 펄스를 제공하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 무산소 반응물은 아르곤(Ar), 수소(H2), 헬륨(He) 및 질소(N2) 중 하나 이상을 포함한다. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 Si-CxH2x-Si 결합을 추가로 포함하되, x는 1 내지 3일 수 있다. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체는 1,2-비스(트리에톡시실릴)에탄(BTESE), ), 디메톡시메틸비닐실란(DMOMVS), 1,2-비스(메틸디에톡시실릴)에탄(BMDESE), (3-메톡시프로필)트리메톡시실란(MPTMS), 비스(트리에톡시실릴)메탄(BTESM), 비스(메틸디메톡시실릴)메탄(BMDMSM), 1,1,3,3,5,5-헥사에톡시-1,3,5-트리실라시클로헥산, 테트라에톡시실란(TEOS), 및 (트리에톡시실릴)메틸메타크릴레이트로 이루어진 목록으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 상기 실리콘 전구체는 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리에톡시실란, n-헥실트리에톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-데실트리에톡시실란, n-도데실트리에톡시실란, 트리에톡시(2,4,4,-트리메틸펜틸)실란, 페닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸트리에톡시실란, 3-(메타크릴옥시)프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, N1-(3-(트리에톡시실릴)프로필)에탄-1,2-디아민, 1-(트리에톡시실릴)-2-(디에톡시메틸실릴)-에탄, 비스[3-(트리에톡시실릴)프로필]아민, 3-(1,3-디메틸부틸리덴)아미노프로필-트리에톡시실란, (디에틸아미노메틸)트리에톡시실란, N-[3-(트리에톡시실릴)프로필]-4,5-디하이드로이미다졸, N-((트리에톡시실릴)메틸)아닐린, 3-이소시아나토프로필트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, (클로로메틸)트리에톡시실란 및 3-클로로프로필트리에톡시실란으로 이루어진 목록으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 기판은 갭을 포함하고, 실리콘 함유 층은 갭 내에 형성되어 갭을 적어도 부분적으로 충진한다. 일부 구현예에서, 실리콘 함유 층은 실리콘 옥시카바이드 또는 실리콘 옥사이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 실리콘 함유 층의 스텝 커버리지는 50 내지 200%이다. 일부 구현예에서, 실리콘 함유 층은 스페이서를 형성한다. 일부 구현예에서, 반응물 중 적어도 하나는 하나 이상의 증착 사이클 중 하나의 증착 사이클 동안 반응 챔버 내에 연속적으로 제공된다. 일부 구현예에서, 실리콘 전구체 펄스 주기는 플라즈마 전력 주기 전에 중지된다. 일부 구현예에서, 산소 함유 반응물을 반응 챔버 내에 제공하는 단계, 및 하나 이상의 증착 사이클을 수행하여 실리콘 함유 층을 형성하는 단계는 반복될 수 있는 서브 사이클 A를 형성한다. 일부 구현예에서, 무산소 반응물을 반응 챔버 내에 제공하는 단계, 및 선택적으로 하나 이상의 증착 사이클을 수행하여 실리콘 함유 층을 형성하는 단계는 반복될 수 있는 서브 사이클 B를 형성한다. 일부 구현예에서, 슈퍼 사이클은 서브 사이클 A 및 서브 사이클 B로 이루어지고, 서브 사이클 B 대 서브 사이클 A 및 서브 사이클 B의 합의 비는 0 내지 100%의 범위이다. 일부 구현예에서, 상기 방법은, 산소 함유 반응물을 반응 챔버 내에 제공하는 단계, 하나 이상의 증착 사이클을 수행함으로써 실리콘 함유 층을 형성하는 단계, 무산소 반응물을 반응 챔버 내에 제공하는 단계, 및 선택적으로 하나 이상의 증착 사이클을 수행함으로써 실리콘 함유 층을 형성하는 단계 중 어느 하나 이후에 적어도 하나의 퍼지 단계를 추가로 포함한다. 본 개시의 추가 구현예에 따라, 구조체가 제공된다. 본원에서 설명되는 바와 같은 방법에 따라 형성된 층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 구조체는 본원에 설명된 방법을 사용하여 형성된 스페이서를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 구조체는 본원에 설명된 방법을 사용하여 충진된 갭을 포함할 수 있다. 본 개시의 다른 추가 예시에 따라, 본원에 설명된 방법을 수행하도록 및/또는 소자 구조체를 형성하도록 구성된 반도체 처리 장치가 제공된다. 이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해질 것이며; 본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 한정되지 않는다. 본 개시의 예시적인 구현예에 대한 더 완전한 이해는 다음의 예시적인 도면과 관련하여 고려되는 경우 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 도출될 수 있다. 도 1은 본 개시의 구현예 중 적어도 하나에 따라 재료를 갭 내에 증착하는 방법을 나타낸다. 도 2는 본 개시의 구현예 중 적어도 하나에 따라 재료를 갭 내에 증착하는 방법을 나타낸다. 도 3a는 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 공정 시퀀스를 나타낸다. 도 3b는 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 공정 시퀀스를 나타낸다. 도 4는 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 공정 시퀀스를 나타낸다. 도 5a는 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 갭을 충진하기에 적절한 PEALD(플라즈마 강화 원자층 증착) 장치의 개략적인 표시를 나타낸다. 도 5b는 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 사용할 수 있는 유동 통과 시스템(FPS)을 이용한 전구체 공급 시스템의 개략적인 표시를 나타낸다. 도면의 요소는 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 비례에 맞게 도시되지는 않았음이 이해되어야 한