KR100247916B1 - Method of treating non-wlatile etch by-product - Google Patents
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Abstract
비휘발성 식각부산물의 처리방법이 개시되어 있다. 소정 물질의 식각에 의해 생성되는 비휘발성 식각부산물이 식각 챔버 내의 고체 표면에 안정적으로 흡착되도록 하기 위하여, 상기 식각 챔버 내의 고체 표면에 상기 비휘발성 식각부산물의 원자와 상기 식각 챔버 내의 고체 표면의 원자 모두와의 결합력이 큰 물질막을 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 식각부산물의 처리방법을 제공한다. 상기 물질막에 의하여 비휘발성 식각부산물과 챔버 내의 고체 표면과의 부착력이 개선되어 상기 식각부산물이 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들로 부터 이탈되지 않으므로 식각 챔버가 오염되는 것을 방지할 수 있다.A method of treating nonvolatile etch byproducts is disclosed. Both atoms of the non-volatile etch by-products and solid atoms in the etch chamber on the solid surface in the etch chamber so as to stably adsorb the non-volatile etch by-products generated by etching of the desired material. Provided is a method for treating a non-volatile etching by-product, characterized in that to form a material film having a high bonding strength with. The adhesion between the nonvolatile etch byproduct and the solid surface in the chamber may be improved by the material layer, thereby preventing the etch chamber from being contaminated from the inner wall or other parts of the etch chamber.
Description
본 발명은 비휘발성 식각부산물의 처리방법에 관한 것으로, 특히 고집적 메모리 소자에서 전극막 및 고유전막 등에 사용되고 있는 신물질을 식각할 때 생성되는 비휘발성 식각부산물이 식각챔버의 내벽이나 다른 부품들에 안정적으로 흡착되도록 하기 위한 물질막 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating non-volatile etching byproducts, in particular, the non-volatile etching by-products generated when etching new materials used in electrode films and high-k dielectric films in highly integrated memory devices stably on the inner wall or other parts of the etching chamber. It relates to a material film forming method for adsorption.
DRAM(Dynamic random access memory) 소자가 256Mb급 이상으로 고집적됨에 따라 셀 면적내에서 캐패시턴스를 증가시키기 위한 많은 방법들이 제안되고 있는데, 최근에는 유전율이 큰 페로브스카이트(Perovskite) 구조의 강유전체, 예컨대 PZT (PbZrTiO3)나 BST (BaSrTiO3) 계열을 유전막으로서 사용하는 방법이 주목받고 있다.As DRAM (Dynamic Random Access Memory) devices are highly integrated to 256 Mb or more, many methods for increasing capacitance in a cell area have been proposed. Recently, ferroelectrics having a high dielectric constant, Perovskite structure, such as PZT, have been proposed. Attention has been paid to using (PbZrTiO 3 ) or BST (BaSrTiO 3 ) series as the dielectric film.
한편, DRAM은 높은 집적도와 빠른 동작속도라는 장점을 가지지만, 셀의 축적용량에 축적된 정보전하가 누설전류에 의해 시간이 지나면서 감소하므로 이를 위해 리프레쉬(Refresh)라고 불리는 정보재생동작이 요구된다는 단점을 갖는다. 이에 반하여, EEPROM(Electrically erasable programmable read only memory), 플래쉬 메모리와 같은 불휘발성 메모리(Non-volatile memory; NVM)는 데이터의 저장 면에서는 장점을 가지나, 동작전압이 높거나 고집적화가 어렵거나 동작속도가 느리다는 단점을 갖는다. 이에 따라, 최근에는 강유전성이라는 물질의 물리적 특성을 이용하여 상기한 양쪽의 장점을 모두 살릴 수 있는, 즉 DRAM의 동작원리에 준하는 기본개념을 갖고 있으면서 DRAM과는 달리 리프레쉬가 필요없고 전기가 꺼져도 저장된 정보가 지워지지 않는 불활성 메모리소자인 강유전체 메모리소자(Ferroelectric random access memory; FRAM)의 개발이 활발히 시도되고 있다.On the other hand, DRAM has the advantages of high integration and fast operation speed, but since information charge accumulated in the cell's storage capacity decreases with time due to leakage current, an information regeneration operation called refresh is required for this purpose. Has disadvantages. In contrast, non-volatile memory (NVM), such as electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) and flash memory, has advantages in terms of data storage, but has high operating voltage, high integration, or high operating speed. It has the disadvantage of being slow. As a result, in recent years, the physical properties of ferroelectric materials can be used to take advantage of both of the above advantages, that is, they have a basic concept that conforms to the principles of DRAM operation, and unlike DRAM, do not require refreshing and stored information even when electricity is turned off. The development of ferroelectric random access memory (FRAM), which is an inert memory device that is not erased, has been actively attempted.
강유전체는 기존의 실리콘산화막, 실리콘질화막, 또는 산화탄탈륨(Ta2O5)막과는 달리 자발분극(Spontaneous polarization) 현상을 갖고, 유전상수가 벌크(bulk) 상태에서 보통 수백∼1,000 정도인 물질을 말한다. 이러한 강유전체를 유전막으로 사용하는 경우, 상기 강유전체를 500Å 이상의 후막(厚膜)으로 형성하여도 등가-산화막 두께(Equivalent oxide thickness)를 10Å 이하로 박막화할 수 있다는 장점이 있다.Unlike conventional silicon oxide film, silicon nitride film, or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) film, ferroelectric material has spontaneous polarization phenomenon and has a dielectric constant of about several hundred to 1,000 in bulk. Say. When the ferroelectric is used as a dielectric film, even when the ferroelectric is formed into a thick film of 500 GPa or more, an equivalent oxide thickness can be thinned to 10 GPa or less.
이러한 강유전체를 캐패시터의 고유전막으로 사용하기 위해서는 강유전체의 상하에 형성되는 전극 물질이 중요한데, 상기 PZT나 BST 계열의 강유전체를 사용할 때 전극을 구성하는 물질은, 『① 전극 위에서 페로브스카이트 구조의 형성이 가능할 것, ② 전극과 강유전체막과의 계면에 저유전체막이 생성되지 않아야 할 것, ③ 실리콘 또는 강유전체의 구성 원자들간에 상호확산이 일어나지 않을 것, ④ 전극의 패터닝이 용이해야 할 것.』 등의 조건들을 만족하여야 한다. 현재 BST 및 PZT의 전극물질로는 플라티늄(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir)등의 내열성 금속 및 산화루테늄(RuO2)이나 산화이리듐(IrO2) 등의 도전성 산화물이 연구되고 있는데, 이 중에서 플라티늄(Pt)이 가장 많이 사용되고 있다.In order to use the ferroelectric as a high dielectric film of a capacitor, an electrode material formed above and below the ferroelectric is important. When using the PZT or BST-based ferroelectric, the material constituting the electrode is “1. Formation of a perovskite structure on the electrode. It should be possible, ② The low dielectric film should not be formed at the interface between the electrode and the ferroelectric film, ③ The interdiffusion should not occur between the constituent atoms of silicon or ferroelectric, ④ The patterning of the electrode should be easy. The conditions of Currently, as electrode materials of BST and PZT, heat-resistant metals such as platinum (Pt), ruthenium (Ru) and iridium (Ir) and conductive oxides such as ruthenium oxide (RuO 2 ) or iridium oxide (IrO 2 ) are being studied. Of these, platinum (Pt) is most used.
도 1은 종래방법에 의한 Pt/BST 캐패시터 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a Pt / BST capacitor structure according to a conventional method.
도 1을 참조하면, 소자분리막(12)에 의해 활성영역이 정의된 반도체기판(10) 상에 게이트절연막(도시되지 않음), 게이트(14) 및 소오스/드레인(도시되지 않음)으로 이루어진 트랜지스터를 형성한 후, 그 결과물 전면에 산화막(SiO2)을 층간절연막(16)으로 형성한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 층간절연막(16)을 식각하여 기판(10)의 도전성 부위, 예컨대 트랜지스터의 소오스 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 상기 콘택홀을 도전물질, 예컨대 다결정실리콘으로 매립하여 콘택 플러그(18)를 형성한다. 다음에, 상기 결과물 상에 후속 공정에서 형성될 캐패시터 스토리지 노드를 구성하는 Pt와 상기 층간절연막(16)을 구성하는 SiO2와의 부착력을 증대시키기 위하여 타이타늄(Ti)을 스퍼터링에 의해 증착한 후, 계속해서 콘택 플러그(18)의 실리콘(Si)과 스토리지 노드의 Pt 간의 상호확산을 방지하기 위하여 타이타늄나이트라이드(TiN)를 스퍼터링에 의해 증착하여 Ti/TiN 층(20)을 형성한다. 이어서, 상기 Ti/TiN 층(20)이 형성된 결과물 상에 Pt를 RF 스터퍼링에 의해 증착한 후 사진식각 공정으로 이를 패터닝하여 스토리지 노드(22)를 형성한다. 이때, 상기 스토리지 노드(22) 하부의 Ti/TiN 층(20)도 함께 식각된다. 다음에, 상기 결과물 상에 BST를 증착하여 고유전막(24)을 형성한 후, 그 위에 Pt를 RF 스퍼터링에 의해 증착하여 셀 플레이트(26)를 형성한다.Referring to FIG. 1, a transistor including a gate insulating film (not shown), a gate 14, and a source / drain (not shown) is formed on a semiconductor substrate 10 having an active region defined by an isolation layer 12. After formation, an oxide film (SiO 2 ) is formed as the interlayer insulating film 16 on the entire surface of the resultant. Subsequently, the interlayer insulating layer 16 is etched by a photolithography process to form a contact hole for exposing a conductive portion of the substrate 10, for example, a source region of the transistor, and then filling the contact hole with a conductive material, for example, polysilicon. To form the contact plug 18. Next, after depositing titanium (Ti) by sputtering to increase the adhesion between Pt constituting a capacitor storage node to be formed in a subsequent process on the resultant and SiO 2 constituting the interlayer insulating film 16, and then continuing. In order to prevent interdiffusion between silicon (Si) of the contact plug 18 and Pt of the storage node, titanium nitride (TiN) is deposited by sputtering to form the Ti / TiN layer 20. Subsequently, Pt is deposited on the resultant on which the Ti / TiN layer 20 is formed by RF stuffing and then patterned by a photolithography process to form a storage node 22. At this time, the Ti / TiN layer 20 under the storage node 22 is also etched. Next, BST is deposited on the resultant to form a high dielectric film 24, and then Pt is deposited thereon by RF sputtering to form a cell plate 26.
상술한 바와 같이 DRAM이나 FRAM의 캐패시터에서 고유전막 및 전극막으로 사용되는 PZT, BST, Pt, Ir, Ru 등의 신물질을 식각할 때, 식각 경사도, 식각 중에 생성되는 비휘발성 잔류물이 패턴의 측벽에 퇴적하는 문제, 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들에 재증착(Redeposition)되는 식각부산물의 제거 및 처리 문제 등이 소자 개발에 주요한 장애 요소로 대두되고 있어 이를 해결하기 위한 연구가 진행 중에 있다.As described above, when etching a new material such as PZT, BST, Pt, Ir, or Ru used as a high-k dielectric and an electrode film in a capacitor of a DRAM or a FRAM, the etch gradient and nonvolatile residues generated during the etching are the sidewalls of the pattern. Problems such as deposition on the inside of the etching chamber and removal and processing of etching by-products that are redeposited on the inner wall of the etching chamber and other components are emerging as major obstacles to the device development.
지금까지는, 상기한 신물질들을 식각할 때 고밀도 플라즈마(High density plasma; HDP) 또는 자기 증대 반응성 이온 식각(Magnetically enhanced reactive ion etcher; MERIE) 방식의 플라즈마 소오스를 이용하였는데, 이들 경우에 공통적으로 비휘발성 식각부산물이 발생하여 식각 챔버의 내벽, 음극의 주위, 패턴의 측벽 등에 상기 비휘발성 식각부산물이 재증착되는 문제가 초래되었다. 특히, 식각 챔버의 내벽 (즉, 내부 측면)이나 챔버 내부의 부품들에 재증착된 비휘발성 식각부산물은 주로 식각된 막질의 원자 성분인 것으로 분석되고 있는데, 이 비휘발성 식각부산물이 챔버 내벽과의 부착력(Adhesion)이 좋지 않아서 식각 도중이나 후에 상기 내벽으로 부터 떨어져 나와 챔버의 내부를 오염시키고 있다. 또한, 상기 비휘발성 식각부산물이 웨이퍼 상에도 떨어져 낙성 입자(Particle)의 원인이 되고 있어, 공정 진행 측면에서 큰 문제로 대두되고 있다.Until now, a high density plasma (HDP) or magnetically enhanced reactive ion etcher (MERIE) type plasma source was used to etch the new materials, and in these cases, non-volatile etching is common. By-products were generated to cause redeposition of the nonvolatile etch byproducts on the inner wall of the etching chamber, the surroundings of the cathode, and the sidewalls of the pattern. In particular, non-volatile etch by-products redeposited on the inner wall of the etch chamber (ie, the inner side) or the components inside the chamber are analyzed to be mainly an atomic component of the etched film quality. Adhesion is not good and it comes off from the inner wall during and after etching and contaminates the inside of the chamber. In addition, the non-volatile etch by-products also fall on the wafer to cause falling particles, which is a major problem in terms of process progress.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비휘발성 식각부산물의 원자 성분과 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들과의 부착력을 양호하게 하여 상기 비휘발성 식각부산물의 이탈을 방지할 수 있는 비휘발성 식각부산물의 처리방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the adhesion between the atomic component of the non-volatile etching by-products and the inner wall or other components of the etching chamber to prevent the departure of the non-volatile etching by-products To provide a treatment method of.
도 1은 종래방법에 의한 Pt/BST 캐패시터 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a Pt / BST capacitor structure according to a conventional method.
도 2는 식각 챔버 내부에서, 비휘발성 식각부산물이 챔버의 내벽이나 각종 부품들의 표면에 부착되는 것을 설명하기 위한 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating that non-volatile etching by-products are attached to the inner wall of the chamber or the surface of various components in the etching chamber.
도 3은 고상의 엠브리오가 고체 기판 상에 핵생성되어 성장하는 것을 설명하기 위한 모식도.3 is a schematic diagram for explaining that the solid-state embryo nucleates and grows on a solid substrate.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉<Description of reference numerals for the main parts of the drawings>
10 ... 반도체기판 12 ... 소자분리막10 ... semiconductor substrate 12 ... device isolation film
14 ... 게이트 16 ... 층간절연막14 ... gate 16 ... interlayer insulating film
18 ... 콘택 플러그 20 ... Ti/TiN층18 ... contact plug 20 ... Ti / TiN layer
22 ... 스토리지 노드 24 ... 고유전막22 ... storage nodes 24 ... high-k dielectric
26 ... 셀 플레이트 28 ... 식각 챔버26 ... cell plate 28 ... etching chamber
30 ... 챔버 내벽 32 ... 클램프 링30 ... chamber inner wall 32 ... clamp ring
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
소정 물질의 식각에 의해 생성되는 비휘발성 식각부산물이 식각 챔버 내의 고체 표면에 안정적으로 흡착되도록 하기 위하여, 상기 식각 챔버 내의 고체 표면에 상기 비휘발성 식각부산물의 원자와 상기 식각 챔버 내의 고체 표면의 원자 모두와의 결합력이 큰 물질막을 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 식각부산물의 처리방법을 제공한다.Both atoms of the non-volatile etch by-products and solid atoms in the etch chamber on the solid surface in the etch chamber so as to stably adsorb the non-volatile etch by-products generated by etching of the desired material. Provided is a method for treating a non-volatile etching by-product, characterized in that to form a material film having a high bonding strength with.
바람직하게는, 상기 소정 물질은 플라티늄(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), PZT (PbZrTiO3), BST (BaSrTiO3) 등의 군에서 선택된 어느 하나이다.Preferably, the predetermined material is any one selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), PZT (PbZrTiO 3 ), BST (BaSrTiO 3 ), and the like.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 소정 물질을 식각하기 전에 상기 물질막을 구성하는 원자의 블랭크 웨이퍼(Blank wafer)를 스퍼터링에 의해 상기 식각 챔버의 고체 표면 상에 균일하게 증착함으로써 물질막을 형성할 수 있다. 상기 소정 물질이 플라티늄(Pt)인 경우, 상기 물질막은 알루미늄(Al)으로 이루어진 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, a material film is formed by uniformly depositing a blank wafer of atoms constituting the material film on the solid surface of the etching chamber by sputtering before etching the predetermined material. Can be. When the predetermined material is platinum (Pt), the material film is preferably made of aluminum (Al).
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 상기 소정 물질을 식각할 때 식각조건(Recipe)을 변경하여 상기 비휘발성 식각부산물의 원자와의 화합물로 이루어진 물질막을 형성한다. 상기 소정 물질이 플라티늄(Pt)인 경우, 식각조건의 염소(Cl2)/산소(O2)계 가스 화학제에서 산소(O2)의 분률을 바람직하게는 90% 이상 증가시켜서 PtOx의 상기 물질막을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 식각조건의 식각 온도를 60℃ 이상으로 증가시켜서 PtOx의 상기 물질막을 형성할 수도 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, when etching the predetermined material, an etching condition is changed to form a material film made of a compound with an atom of the nonvolatile etching byproduct. When the predetermined substance is platinum (Pt), the fraction of oxygen (O 2 ) in the chlorine (Cl 2 ) / oxygen (O 2 ) -based gas chemistries of etching conditions is preferably increased by 90% or more so that the substance of PtOx It is preferable to form a film. In addition, the etching temperature of the etching conditions may be increased to 60 ° C. or more to form the PtOx material film.
본 발명은 비휘발성 식각부산물의 원자 성분과 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들, 즉 식각 챔버 내의 고체 표면과의 부착력을 양호하게 하기 위하여, 상기 비휘발성 식각부산물이 챔버 내의 고체 표면에 흡착되기 이전에 그 표면에 안정적으로 부착 및 성장되며 그 표면 위에 원자 상태로 스퍼터링되어 막질을 형성하기에 유리하도록 한 물질막을 상기 챔버 내의 고체 표면에 형성한다.The present invention prior to adsorbing the non-volatile etch by-products to the solid surface in the chamber in order to improve the adhesion of the atomic components of the non-volatile etch by-products and the inner wall or other components of the etch chamber, that is, the solid surface in the etch chamber. A material film is formed on the solid surface in the chamber which is stably attached and grown on the surface and sputtered atomically on the surface to be advantageous for forming the film quality.
따라서, 본 발명에 의한 비휘발성 식각부산물의 처리방법에 의하면, 상기한 물질막에 의하여 비휘발성 식각부산물과 챔버 내의 고체 표면과의 부착력이 개선되어 상기 식각부산물이 안정적으로 성장된다. 이에 따라, 상기 비휘발성 식각부산물이 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들로 부터 이탈되지 않으므로 식각 챔버가 오염되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, according to the method for treating non-volatile etching by-products according to the present invention, the adhesion between the non-volatile etching by-products and the solid surface in the chamber is improved by the material film, thereby stably growing the etching by-products. Accordingly, since the non-volatile etching by-products are not separated from the inner wall or other parts of the etching chamber, it is possible to prevent the etching chamber from being contaminated.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 건식식각장치(28)의 식각 챔버(30) 내부에서, 웨이퍼에 대한 식각공정이 진행되는 동안 비휘발성 식각부산물(31)이 식각 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34)의 표면에 부착되는 것을 설명하기 위한 개략도이다. 상기 건식식각장치(28)는 식각챔버(30), 웨이퍼(미도시)가 로딩되며 고주파 전력이 인가되는 웨이퍼 홀더(32), 웨이퍼 홀더(32)에 로??되는 웨이퍼(미도시)를 고정하는 클램프 링(33, Clamp ring), 챔버(30)내로 가스를 공급하는 가스 배분판(34, Gas distribution plate)등을 개략적으로 도시하였다.FIG. 2 shows the inside walls of the etching chamber 30 and various components 32 and 33 during the etching process of the wafer in the etching chamber 30 of the dry etching apparatus 28. And schematic for explaining attachment to the surface of 34). The dry etching apparatus 28 fixes an etching chamber 30, a wafer holder 32 loaded with a wafer (not shown), and a wafer (not shown) loaded on the wafer holder 32, to which a high frequency power is applied. A clamp ring 33, a gas distribution plate 34 for supplying gas into the chamber 30, etc. are schematically illustrated.
PZT, BST, Pt, Ir, Ru 등의 신물질막이 형성된 웨이퍼(미도시)를 식각할 때 생성되는 식각부산물(31)은 화학반응을 주 메카니즘으로 하여 생성된 것이라기 보다는 물리적인 스퍼터링에 의해 생성된 것이다. 이와 같이 스퍼터링된 원자들은 식각 챔버(30) 내부의 진공 중을 비행하여 이동됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 식각 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34)의 표면에 부착된다.The etching by-product 31 generated when etching a wafer (not shown) on which a new material film such as PZT, BST, Pt, Ir, Ru, etc. is formed is produced by physical sputtering rather than generated by chemical reaction as a main mechanism. will be. The sputtered atoms are moved by flying in the vacuum inside the etching chamber 30, thereby attaching to the inner wall of the etching chamber 30 or the surface of the various components 32, 33, and 34, as shown in FIG. 2. do.
예를 들어, 상기 신물질막이 Pt막인 경우, Pt막을 식각하기 위해 아르곤(Ar), CF4, 염소(Cl2), 산소(O2) 등의 에천트 가스들이 식각 챔버(30) 속으로 도입된다. 이때, 스퍼터링된 원자 (Pt)들이 에천트 가스 (Ar)들과 충돌하여 식각 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34), 특히 웨이퍼 홀더(32)의 상부에 구비되는 클램프 링(33)이나 가스 배분판(34) 등에 도달하여 이들의 표면에 부착되게 된다. 만일 식각부산물(31)과 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34)과의 부착력이 불량하면, 원하는 막질을 형성한 후 상기 식각부산물(31)이 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34)로부터 탈리되어 막 또는 덩어리의 형태로 웨이퍼(미도시) 상이나 챔버(30) 내부에 떨어지게 된다.For example, when the new material film is a Pt film, etchant gases such as argon (Ar), CF 4 , chlorine (Cl 2 ), and oxygen (O 2 ) are introduced into the etching chamber 30 to etch the Pt film. . At this time, the sputtered atoms (Pt) collide with the etchant gases (Ar), the clamp is provided on the inner wall of the etching chamber 30 or the various components 32, 33 and 34, in particular the top of the wafer holder 32 The ring 33, the gas distribution plate 34, and the like reach and adhere to these surfaces. If the adhesion by-product of the etching by-product 31 and the inner wall of the chamber 30 or various components 32, 33 and 34 is poor, after forming the desired film quality, the etching by-product 31 is the inner wall of the chamber 30. However, it is detached from the various components 32, 33, and 34 to fall on the wafer (not shown) or inside the chamber 30 in the form of a film or agglomerates.
따라서, 식각부산물(31)과 식각 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34)과의 양호한 부착력을 확보하는 것이 중요한데, 이를 얻기 위해서는 원자간 결합에너지에 관련된 계면에너지를 고려하는 방법과, 챔버(30) 내부벽과 각종 부품들(32, 33 및 34)의 표면 거칠기(Surface roughness)를 증가시키는 방법 등이 있을 수 있다. 본 발명에서는 전자의 방법을 채택하여 식각부산물(31)이 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32,33 및 34) 상에 안정적으로 부착되도록 하였다.Therefore, it is important to secure good adhesion between the etch byproduct 31 and the inner wall of the etch chamber 30 or various components 32, 33, and 34. And a method of increasing the surface roughness of the inner wall of the chamber 30 and the various components 32, 33, and 34. In the present invention, the etching by-product 31 is stably attached to the inner wall of the chamber 30 or the various components 32, 33, and 34 by adopting the former method.
아직까지는 스퍼터링에 의해 생성된 식각부산물(31)이 챔버(30)의 내벽이나 각종 부품들(32, 33 및 34) 상에서 성장하는 메카니즘은 정확하게 규명되지 못하였으나, 일반적으로는 고체 표면에서의 이종성(Heterogeneous) 핵생성 이론을 적용하고 있다. 실제로, 타이타늄(Ti)을 스퍼터링하는 실험에 의하면, 스퍼터링 조건에 따라 초기의 핵생성 이후에 주상정 성장(Dendritic growth)이 일어나고, 결국에는 얇은 조각으로 벗겨져서(즉, flake-off 되어) 탈리된다.So far, the mechanism by which the etch byproduct 31 produced by sputtering grows on the inner wall of the chamber 30 or the various components 32, 33, and 34 has not been accurately identified, but in general, heterogeneity in solid surfaces ( Heterogeneous nucleation theory is applied. Indeed, in the experiment of sputtering titanium (Ti), dendritic growth occurs after the initial nucleation depending on the sputtering conditions, and eventually peeled off (ie, flake-off) and detached.
도 3은 고상의 엠브리오(Embryo)가 고체 기판 상에 핵생성되어 성장하는 것을 설명하기 위한 모식도로서, 습윤각가 작아질수록 막질이 안정적으로 성장하게 된다. 여기서,이다.FIG. 3 is a schematic view for explaining that the solid Embryo is nucleated and grown on a solid substrate. As the size becomes smaller, the film quality grows stably. here, to be.
본 발명에서는 이러한 원리를 이용하여 비휘발성 식각부산물과 식각 챔버의 내벽이나 각종 부품들과의 부착력을 개선시키기 위하여, 상기 비휘발성 식각부산물이 챔버 내의 고체 표면에 흡착되기 이전에 그 표면에 안정적으로 부착 및 성장되며 그 표면 위에 원자 상태로 스퍼터링되어 막질을 형성하기에 유리한 장소를 제공할 수 있는 물질막을 상기 챔버 내의 고체 표면에 균일하게 형성한다. 이때, 상기 물질막의 원자들은 그 상하 양쪽 막질의 원자들, 즉 비휘발성 식각부산물의 원자들과 챔버 내 고체 표면의 원자들 모두와 큰 결합력으로 접합되어야 한다.In the present invention, in order to improve the adhesion between the non-volatile etch by-products and the inner wall of the etching chamber or various components, the non-volatile etch by-products are stably attached to the surface before being adsorbed on the solid surface in the chamber. And a material film uniformly formed on the solid surface in the chamber that can be grown and sputtered atomically over the surface to provide an advantageous place to form a film. At this time, the atoms of the material film must be bonded to both the upper and lower film quality atoms, that is, the atoms of the non-volatile etching by-products and the atoms of the solid surface in the chamber with a large bonding force.
이하, 상기한 물질막을 형성하는 방법들을 설명하고자 한다.Hereinafter, methods of forming the material film will be described.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, PZT, BST, Pt, Ir, Ru 등의 신물질을 식각하기 전에, 형성하고자 하는 물질막을 구성하는 원자의 블랭크 웨이퍼(Blank wafer)를 스퍼터링에 의해 식각 챔버 내의 고체 표면 상에 균일하게 증착함으로써 물질막을 형성한다. 예를 들어, 상기 신물질이 Pt인 경우, 식각 챔버 내부의 표면은 Al2O3계통이므로 물질막으로 알루미늄(Al)막을 증착시키면 Al2O3/ Al/ Pt로 이루어진 안정된 막질을 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, before etching a new material such as PZT, BST, Pt, Ir, Ru, solids in the etching chamber by sputtering a blank wafer of atoms constituting the material film to be formed By depositing uniformly on the surface, a material film is formed. For example, when the new material is Pt, since the surface inside the etching chamber is an Al 2 O 3 system, depositing an aluminum (Al) film with a material film may form a stable film composed of Al 2 O 3 / Al / Pt. .
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, PZT, BST, Pt, Ir, Ru 등의 신물질을 식각할 때, 예컨대 연속적인 웨이퍼 처리를 실시할 경우에는 첫 번째 웨이퍼에서 신물질을 식각할 때, 식각조건을 변경하여 비휘발성 식각부산물의 원자에 불순물이 혼합된 화합물로 이루어진 물질막을 형성한다. 예를 들어, 상기 신물질이 Pt인 경우, 식각조건의 기존 가스 화학제에서, 예컨대 염소(Cl2)/산소(O2)계의 가스 화학제에서 O2의 분률을 90% 이상으로 증가시켜 얇은 PtOx의 물질막을 형성함으로써, Al2O3/ PtOx/ Pt의 안정된 막질을 형성한다.According to another preferred embodiment of the present invention, when etching a new material such as PZT, BST, Pt, Ir, Ru, etc., for example, when etching a new material in the first wafer when performing continuous wafer processing, the etching conditions The material film is formed of a compound in which impurities are mixed with atoms of the nonvolatile etching byproduct. For example, when the new material is Pt, in the existing gas chemicals under etching conditions, for example, in the chlorine (Cl 2 ) / oxygen (O 2 ) -based gas chemicals, the fraction of O 2 may be increased to 90% or more. By forming a material film of PtOx, a stable film quality of Al 2 O 3 / PtOx / Pt is formed.
또한, 식각조건에서 식각온도를 60℃ 이상으로 증가시켜 얇은 PtOx의 물질막을 형성함으로써, Al2O3/ PtOx/ Pt의 안정된 막질을 형성할 수도 있다.In addition, the etching temperature is increased to 60 ° C. or higher under etching conditions to form a thin PtOx material film, thereby forming a stable film quality of Al 2 O 3 / PtOx / Pt.
상술한 바와 같이 본 발명은, 비휘발성 식각부산물의 원자 성분과 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들, 즉 식각 챔버 내의 고체 표면과의 부착력을 양호하게 하기 위하여, 상기 비휘발성 식각부산물이 챔버 내의 고체 표면에 흡착되기 이전에 그 표면에 안정적으로 부착 및 성장되며 그 표면 위에 원자 상태로 스퍼터링되어 막질을 형성하기에 유리하도록 한 물질막을 상기 챔버 내의 고체 표면에 형성한다.As described above, the present invention provides the non-volatile etch by-products with a solid surface in the chamber in order to improve the adhesion between the atomic component of the non-volatile etch by-products and the inner wall or other components of the etch chamber, that is, the solid surface in the etch chamber. A material film is formed on the solid surface in the chamber that is stably attached to and grown on the surface prior to being adsorbed to, and sputtered atomically on the surface to favor film formation.
따라서, 본 발명에 의한 비휘발성 식각부산물의 처리방법에 의하면, 상기한 물질막에 의하여 비휘발성 식각부산물과 챔버 내의 고체 표면과의 부착력이 개선되어 상기 식각부산물이 안정적으로 안정적으로 성장된다. 이에 따라, 상기 비휘발성 식각부산물이 식각 챔버의 내벽이나 다른 부품들로 부터 이탈되지 않으므로 식각 챔버가 오염되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, according to the method for treating non-volatile etching by-products according to the present invention, the adhesion between the non-volatile etching by-products and the solid surface in the chamber is improved by the material film, thereby stably and stably growing the etching by-products. Accordingly, since the non-volatile etching by-products are not separated from the inner wall or other parts of the etching chamber, it is possible to prevent the etching chamber from being contaminated.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
Claims (7)
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