KR100421572B1 - 화학적 기상 증착 챔버를 비활성화하는 방법 - Google Patents

화학적 기상 증착 챔버를 비활성화하는 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마-강화 Ti-CVD 막들을 증착하는데 이용되는 처리 챔버가, 습식 (wet) 세척(10) 또는 본래 장소에서의 화학적 세척(20)이후, 또는 각각의 연속적인 증착 시퀀스(40) 이후, 효율적으로 컨디션닝 및 비활성화될 수 있는 방법이 기술된다. 이러한 기술은 최소의 컨디셔닝 웨이퍼들로 최소 시간에 저항률, 균일성 및 증착률과 같은 막 특성들을 복원하도록 예컨대 Ti-PECVD 처리와 같은 CVD 처리를 가능하게 하여, 그에 따라 시스템 생산성을 개선한다. 이러한 기술은 또한, 연속되는 동작 동안 시스템의 안정성을 유지시킨다. 이러한 것은 챔버의 본래 장소에서의 세척 사이에 수천 웨이퍼들의 처리를 가능하게 한다. 챔버 세척 직후 및 웨이퍼들 상의 Ti-CVD 처리 수행 전에, 상기 방법은 반응기 구성요소들을 가열하도록 반응기 가스를 갖는 플라즈마를 형성하고(16,34), 반응기 구성요소들 상에 코팅 물질을 증착하도록 반응물을 포함하는 코팅 물질을 부가하며(18), 웨이퍼 코팅 처리(40)의 재개에 앞서 반응 부분상의 코팅을 안정화하도록 챔버에 산화 또는 환원 가스를 도입하는(20) 단계들을 포함한다. 웨이퍼의 Ti-CVD 에서의 연속적 동작(40) 동안, 상기 방법은 필요한 반응기 구성요소들을 가열하도록 플라즈마를 형성하는 Ar 및 H2가스들의 혼합물을 도입하고(43), 가열된 반응기 구성요소들 상에 Ti를 증착하도록 TiCl4를 도입하여 화학적으로 환원하며(44), Ti 막을 안정화하는데 요구되는 기간 동안 챔버에 산화 또는 환원 가스를 도입한다(50). 바람직하게, N2및 NH3가 도입되며, 웨이퍼 비활성화 및 반응기 안정화가 동시에 수행된다. 반응기 만의 안정화, 및 일부 경우에서는 웨이퍼의 안정화에도 NH3, H2O, O2또는 다른 가스를 사용할 수도 있다.

Description

화학적 기상 증착 챔버를 비활성화하는 방법{Method of passivating a CVD chamber}
화학 증기 증착(CVD)법, 특히 플라즈마 강화 화학 증기 증착(PECVD)법은 반도체 제조에 있어서 기판에 티타늄(Ti) 또는 티타늄 코팅막을 적용할 때 그 사용이 증가 추세에 있는 처리가다. 하나의 그와 같은 Ti-PECVD 처리는 적어도 이론적으로는 반도체 웨이퍼 상에 티타늄을 특징부, 특히 높은 종횡비의 특징부와 접촉해서 증착시키는데 있어서 유용하다. 본 발명을 실시하는 중에 접촉 레벨 야금술을 조사하는데 있어서, 본 출원인은 그와 같은 처리를 제조에 적용할 때 기본적인 막 속성 및 증착 특성만큼이나 중요한 처리 균일성, 처리 반복성 및 처리 안정성의 이슈들이 필요하다는 결정을 내렸다.
하나의 그와 같은 이슈는 CVD법이 수행되는 반응기의 챔버에 대한 세척 방법론이다. 그와 같은 반응기들은 누적된 반응물, 반작용 생성품 및 생성품에 의한 반작용을 반응기의 표면으로부터 제거되도록 처리되어야 한다. Ti-CVD법에서 반응기를 사용하는 중에 이러한 표면 상에 모이는 물질들은 챔버의 껍질 및 오염 물질이며, 처리되는 웨이퍼들의 표면을 오염시키는 다량의 입자들을 생기게 하여 웨이퍼 상에서의 중요한 처리 반응에 간섭하게 된다. 또한, 반응기의 표면 상에 이러한 물질이 누적되면, 처리 파라미터들의 장기간의 표류(long term drifts)를 야기하여 불안정하고 예측할 수 없는 처리 수행 및 저하된 처리 결과를 가져온다. 게다가, Ti-CVD법에서 이용가능한 다양한 CVD 반응기들은 처리 중에 웨이퍼를 지지하는 니켈 합금 서셉터들(nikel alloy susceptors)을 구비한다. 실리콘 웨이퍼는 상기 니켈 합금 서셉터를 세척한 후 상기 서셉터에 고착되려는 경향을 크게 갖는다.
Ti-PECVD 법에서 사용되는 CVD 반응기의 표면 상태가, 예를 들어 증착 동안 누적되는 증착물을 제거하기 위해 반응기를 세척하는 것에 의해 변화될 때, 챔버 형태의 조절 후에만 안정화시키는 증착 처리에서 변화가 일어난다. 반응기 조절에서 그와 같은 변화가 일어나 후, 발산해야만 하는 약간의 반응기 동작 시간이 존재한다든지 또는 처리 안정화 전에 반응기에서 처리되어야만 하는 몇몇 웨이퍼가 존재하는 것은 출원인의 경험적 관찰이다. 출원인은, 이 효과가 상기 반응기 상태에서의 변화, 부분적으로는 역 방사율을 변화시키는 표면 상의 막 증착, 접착 특성, 전도성, 또는 처리된 웨이퍼 상의 결과에 직접적인 영향을 끼치는 다른 특성에 기인한 것으로 믿고 있다. 특히 제조 환경에 있어서, 처리를 위한 챔버 내에 웨이퍼를 도입하기 전에 처리 후의 반응기의 초기 콘디셔닝에 걸리는 시간이나 반응기의 다른 콘디셔닝 변화를 최소화하는 것이 바람직하다.
증착 챔버들은 통상적으로 다음의 두 가지 방법 즉 1) 시스템을 공기 중에 노출시킴이 없이 그리고 상기 챔버의 임의 부품을 냉각시키지 않고서도 반응기 표면을 세척할 수 있는 본래 장소 세척법(In Situ cleaning), 및 2) 반응기 구성요소의 냉각, 시스템의 개방 및 상기 반응기 구성요소를 물이나 다른 화학 재료로 닦아내거나(wiping) 문지르는(scrubbing) 것을 일반적으로 수반하는 습식 세척법 중 한 가지 방법으로 세척된다. 이러한 방법들 모두에 있어서, 출원인은, 세척 공정을 수행한 후 기본적인 수행(baseline performance)을 안정화시키기 위해 처리는 다시 회복되어야만 한다는 것, 즉 상기 챔버가 원상태로 돌아와야만 한다는 것을 알고 있다.
Ti-PECVD 처리는 플라즈마 환경에서 행해진 환원 반응(reduction reaction)에서 TiCl4및 H2를 사용하여 금속 Ti를 주요 반응 생성물로서 형성하고 HCl를 생성물에 의한 주요 반응물로서 형성한다. 이 환원 반응 동안, TiClX(X＜4)와 같은 다른 물질이 생성물에 의해 형성될 수 있다. 금속 Ti를 함께 이 생성물은 챔버 기하학 및 반응 챔버 표면 상의 온도 분포와 관련되는 정도까지 반응기 표면 위에 증착될 수 있다. 예를 들어 뜨거운 합금 표면과 같은 뜨거운 금속 표면은 TiCl4에 직접 노출될 때, 처리 수행에 악영향을 끼칠 수 있는 금속 염화물을 표면 위에 형성하는 경향이 있다. 본 출원의 양수인의 PHOENIXTM시스템에 있어서, 예를 들어 그와 같은 바람직하지 않은 증착이 발생될 수 있는 그와 같은 반응기 표면은 기판-지지 서셉터의 표면이며, 상기 처리 가스의 표면은 샤워헤드(showerhead)를 분산시키며, 반응기 벽의 제한된 영역은 물의 면 근처 및 아래에 위치한다. 증착물의 성분(composition)은 그것이 증착되는 표면의 온도와 관련되어 있고 또한 그와 같은 표면에서의 다양한 반응 종(species), 반응물(reactants), 반응 생성물 (reaction products) 및 생성물에 의한 반응(reaction by-products)의 농도와 관련되어 있다.
예를 들어, Ti-PECVD 처리의 연속적인 동작 동안, 막들을 견디는 Ti는 상기 반응기의 내부 표면 상에 누적된다. 이들 막의 성분은 뜨거운 표면 상의 Ti 과잉(Ti rich)으로부터 반응기의 차가운 표면 상의 Cl 과잉(Cl rich)까지의 범위에 있다. 이들 막은 본질적으로 불안정하다. 상기 Ti 과잉 막은 챔버 내에 제공된 잔여의 물 및 산소에 노출될 때 과도하게 산화된다. 이 산화가 종래 기술에서는 잘 제어되지 않는 처리였기 때문에, 바람직하지 않은 것으로 간주되었다. 이 Ti 과잉 막의 산화 동안, 그 물리적 특성이 전기적 전도에서 전기적 절연으로 변화되어, 결과적으로 불안정하게 되고 그렇지 않으면 코팅 수행의 처리 동안 챔버 내의 플라즈마 및 특성들 변화시킨다. 한편, Cl 과잉 막은 비교적 높은 증기압을 가지고 있어서 챔버 내에 TiClX(X＜4)의 제어되지 않는 배경이 생기고 만다. 이들 TiClx종은 증착 반응에 기여하게 되고 결과적으로 불안정한 처리 특성이 되고 만다.
티타늄을 형성하는 동안 상기 벽들 및 다른 반응기 표면 상에 증착되는 물질은 TiO2에 기초한 막을 형성하기 위해 제공될 때 잔여의 물 및 O2와 반응하여 흡습성(hygroscopic) 및 용해성(deliquescent) 물질이다. 그와 같은 Ti 막의 게터링 (gettering) 성질들은 잘 알려져 있다. TiO2막은 화학적으로 안정하고 전기적으로 비전도성의 특성을 갖는다. 그 내부 구성요소들(components)에서 티타늄 과잉 코팅(titanium rich coating )을 갖는 반응기를 세척하기 위해 개방해야 하는 경우, 이 반응은 가속되어 생성품 및 열에 의한 에어본 반응(airborne reaction)을 생성하는데, 이것은 제어되어야 하는 위험이다.
반도체 웨이퍼에 증착되는 티타늄 막은 통상적으로 비활성화 처리를 수반하는데, 이 처리에 의해 질화 티타늄과 같은 안정된 물질의 비활성화 층이 티타늄 막의 표면 위에 증착된다. Ti 증착 처리가 CVD 법의 하나인 경우, 티타늄과 암모니아의 반응에 의한 전용의 반응기 내에 TiN 막이 형성된다. 상기 Ti 의 형성 및 TiN 막의 적층은 전송 모듈(transfer module)과 접속된 TiN-CVD 반응기 및 Ti-CVD 반응기를 갖는 다중 반응기 기구(multiple reactor tool)에서 실시되며, 상기 모듈을 통해 웨이퍼들이 Ti-CVD 모듈에서 TiN-CVD 모듈로 전송되면서 연속적으로 처리된다.
미국 제5728629호에는 CVD법에 의해 기판 상에 박막들을 형성하는 처리에 대해 기재되어 있으며, 이 처리에서는 기판 처리 단계들에서 비활성화가스가 유입되어 기판에 인접하는 부재들 위에 형성된 막들의 표면을 비활성화 처리한다. 비활성화(passivation)는 비활성 상태로 만드는 것을 의미하며 이것은 흡수성 가스 및 산화성 가스에 의해 행해진다. 안정된 흡수성 가스는 비활성 가스와 NH3또는 SiH2Cl2의 혼합물이며, 반면에 안정된 산화성 가스는 비활성 가스와 O2, NO 또는 NO2의 혼합물이다. 비활성화 가스가 반응 챔버 내로 유입됨과 동시에 플라즈마 방전이 발생될 수 있다.
독일 제3709066호에는 CVD 박막 형성 처리에 대해 기재되어 있으며, 이처리에서는 반응 챔버의 내부 표면이 화학 증기 증착법에 의해 금속 질화물 막으로 코팅되며, 이 증착법은 암모니아 및 WF6를 사용해서 행해져서 W2N이 증착된다. 상기 금속 질화물 막에 의해 금속이 상기 내부 표면 상에 증착되는 것을 더 방지한다.
상기 반응기의 세척을 행한 후 특히 티타늄의 PECVD법을 위해 사용된 반응기의 상태를 보다 효과적인 상태로 만들 필요가 있다.
본 발명은 티타늄 코팅을 적용하는 방법에 의한, 특히 플라즈마 강화 화학 증기 증착(PECVD)법에 의한 반도체 기판 처리에 관한 것이다. 본 발명은 특히 그와 같은 처리에서 사용된 CVD 반응기들의 세척 및 안정화와, 그와 같은 세척 후의 그와 같은 반응기들의 비활성화(passivating) 및 조절, 및 반도체 기판의 Ti-PECVD 처리에 있어서 반응기들을 연속해서 사용하는 동안 상기 반응기들을 안정된 상태에서 유지하는 것에 관한 것이다.
도 1은 습식 CVD 챔버 세척 처리에서 본 발명의 원리들을 구체화하는 방법의 츠름도.
도 2는 본래 장소(in situ) CVD 챔버에서 본 발명의 원리들을 구체화하는 방법의 도 1과 비슷한 흐름도.
도 3은 연속적인 CVD 처리와 기판의 비활성화에서 본 발명의 원리들을 구체화하는 방법의 도 1및 2와 비슷한 흐름도.
도 4는 도 1-3의 처리들의 양호한 안정화 단계를 더 자세히 도시한 흐름도.
본 발명의 주목적은 Ti-PECVD 장치에서 안정된 처리 수행을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 반도체 제조 동작하에서 연속적인 동작 동안 반응기를 안정된 상태로 유지하고 Ti-PECVD 처리의 안정된 수행을 유지하는 Ti-CVD 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응기 상태가 변화된 후, 특히 습식 세척법이나 본래 장소의 세척법과 같은 내부 반응기 표면의 세척에 의해 야기된 반응기 상태의 변화 후에 Ti-PECVD 처리를 위한 PECVD 반응기의 브레이크 인(break-in) 상태 및 안정화를 위해 제공된 것이며, 이 경우 반응기는 세척 동작 동안 개방된 상태나 있거나 밀폐된 상태에 있게 된다.
본 발명의 또 다른 목적은 반응기 브레이크 인 및 반응기 및 처리 회복 및 처리 안정화를 촉진하는 본래 장소 PECVD 반응기 세척 처리를 제공하는 것이다.
본 발명의 특정한 관점은 내부 반응기 표면의 산화, 환원/비활성화에 의해 챔버를 안정화시키는 것이며, 웨이퍼 표면을 비휘발성으로 되게 하는 Ti-함유 종(species)의 제어되지 않는 소스를 제거하는 것에 부분적으로 근거한다.
본 발명의 다른 목적은 특히 반응기가 티타늄의 PECVD법에 사용되는 경우, 반응기를 세척한 후 반응기를 보다 효과적인 상태로 만드는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연속적인 Ti-CVD 처리 및 TiN-CVD 처리의 수행에 요구되는 효율성을 향상시키고 상기 수행에 필요한 장비를 감소시키는 것이다.
본 발명의 원리에 따라, 반응기 상태의 변화가 발생할 때 Ti-PECVD 반응기에 안정화된 티타늄 내성막이 제공된다. 그와 같은 반응기 상태의 변화는 반응기 구성요소 위에 Ti 내성막 증착물이 형성되어 웨이퍼에 대해 Ti-PECVD 처리를 수행하기 위해, 예를 들어 반응기 구성요소의 표면으로부터 티타늄 내성 증착물을 제거하는 내부 반응기 구성요소의 세척에 의해 야기되는 것뿐만 아니라 상기 반응기를 사용함으로써 야기되는 것을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에 따라, 반응기 구성요소 상의 Ti 내성막의 특성이나 내용물이 변화된 후 Ti-PECVD 반응기에서 Ti 내성막의 제어된 산화 또는 환원/비활성화가 실시된다. 본 발명의 어떤 실시예에서, 반응물, 반응생성물, 반응 부산물 또는 관련된 물질들의 제어된 증착, 상기 챔버의 세척 후에 챔버에 공급된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 챔버의 세척 후 회복의 초기 단계에서 상기 챔버에 하나 이상의 제어된 산화제 또는 환원제의 제어된 존재가 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 반응기 구성요소들의 표면 상에 형성된 막들은, 상기 반응기에서 Ti-PECVD 처리의 수행 후, 그와 같은 처리의 수행 동안 상기 구성요소들 상에 증착될 수 있는 막들을 안정된 상태로 유지하는 제어 방식으로, 산화 또는 환원되거나 비활성화된다. 양호하게, 이 제어된 산화 또는 환원 및 비활성화는, 하나의 기판으로의 모든 Ti-PECVD 증착 후 또는 일련의 기판으로의 선택된 수의 Ti-PECVD 증착 후에 적어도 실시된다.
본 발명의 양호한 일실시예에서, 반응기는 대기에 개방되고 습식 세척되어 반응기 구성요소의 표면 상에 누적된 Ti 내성막들을 제거한다. 상기 반응기는 그런 다음 밀폐되고 반응기 안은 진공 상태로 된다. 그런 다음, 반응기 구성요소는 아르곤 및 수소 가스의 혼합물로 챔버에 형성된 플라즈마에 한동안 노출된다. 특히 가스 유입 시스템은 양호하게 샤워헤드(showerhead)의 형태로 1 내지 5 분 동안 H2/Ar 플라즈마에 노출된다. 상기 플라즈마에 대한 상기 샤워헤드 및 다른 구성요소들의 노출에 의해 구성요소 표면으로부터 오염물질이 제거된다.
양호하게, 반응기 구성요소를 Ti 내성막으로 프리-코팅(pre-coat)하기 위해, 챔버 내에 웨이퍼가 없는 상기 반응기는 Ti-PECVD 처리의 단계들로 진행된다. 서셉터를 니켈 합금과 같은 금속으로 만드는 경우, 상기 서셉터의 표면에서의 그와 같은 프리-코팅의 형성은 뜨거운 서셉터에 실리콘 웨이퍼가 고착되는 것을 방지한다. 양호하게, 상기 샤워헤드는 Ti-PECVD 반응기 또는 처리 동안 약 425 ℃ 보다 양호하게 높은 온도에서 가열된다. 상기 샤워헤드를 가열하면, 초기의 Ti-PECVD 처리가 H2/Ar 플라즈마 세척 후 즉시 반응기에서 실시될 때 증착되는 Ti 내성막의 부착을 향상시키는 효과가 있다.
반응기 구성요소의 프리-코팅 후, 상기 반응기로 TiCl4이 유입되기 전에 상기 반응기에 H2/Ar 플라즈마를 형성함으로써 반응기의 고속 처리 브레이크 인이 달성된다. H2/Ar 플라즈마를 먼저 형성하는 이점은 TiCl4가스에 대한 뜨거운 금속 표면의 직접적인 노출이 방지된다는 것이다.
본 발명의 특정한 실시예에 따라, 막의 질화 처리 또는 비활성화 처리에 의한, Ti 내성막의 제어된 산화 처리 또는 환원 처리는 반응기 구성요소 상에서 Ti 내성막의 특성 또는 내용물의 변화 후 Ti-PECVD 반응기에서 실시된다. 본 발명의 특정 실시예에서, 반응제의 제어된 증착물, 반응 생성물, 반응 부산물 또는 관련 물질은 챔버의 세척 후 챔버 내에 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에서 하나이상의 산화제 또는 환원제의 제어된 존재가 챔버의 세척 후에 회복의 초기단계에서 챔버 내에 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 반응기 구성요소의 표면 상에 형성된 막들은, 반응기에서 Ti-PECVD 처리의 수행 후 그와 같은 처리의 수행 동안 상기 구성요소들 상에 증착될 수 있는 막을 안정화시키기 위해 제어된 방식으로 산화 또는 환원된다. 양호하게, 제어된 산화 또는 환원 및 비활성화는, 하나의 기판으로의 모든 Ti-CVD 증착 후 또는 일련의 기판으로의 선택된 수의 Ti-CVD 증착 후에 적어도 실시된다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에서, 상기 반응기는 대기에 개방됨이 없이 본래 장소 세척법으로 세척된다. 그와 같은 세척은, 플라즈마를 종종 형성하는 불소 또는 염소를 함유하는 가스들을 챔버 내에 유입시킴으로써 통상적으로 행해진다. 그와 같은 가스들의 예로는, 니트로젠 트리플루오라이드(NF3), 트리플루 오로-클로로라인 (ClF3) 또는 클로로라인(Cl2)이 있다. 본래 장소 세척 처리는 반응기 구성요소의 표면 상에 누적된 Ti 내성막 및 다른 오염 물질을 제거하기 위해 실시된다. 그와 같은 본래 장소 세척법을 실시한 후, 모든 그와 같은 세척용 가스 및 반응 생성물을 챔버에서 제거한다. 상기 세척법은 후술된 습식 세척 처리에서와 같이, 예를 들어 아르곤, 질소 및 암모니아 가스의 혼합물로 형성된 플라즈마에 대해 상기 반응기 구성요소를 한동안 노출시키는 단계를 포함한다. 이 플라즈마 세척법은 불소 및 염소를 함유하는 종을 챔버로부터 제거하기 위해 1 내지 10 분 동안 또는 필요한 대로 실시된다. 그런 다음 상기 반응기 챔버는 적어도 5분 동안 펌프 세척된다.
그런 다음 위에서 언급한 다음의 습식 세척 처리에서 행해지는 바와 같이, 반응기 구성요소를 Ti 내성막으로 프리-코팅(pre-coat)하기 위해, 챔버 내에 웨이퍼가 없는 상기 반응기는 Ti-PECVD 처리의 단계들로 양호하게 진행된다. 또한, 상기 반응기 구성요소의 프리-코팅 후에, TiCl4가 상기 반응기에 유입되기 전에 H2/Ar 플라즈마를 상기 반응기에 형성함으로써 상기 반응기의 고속 처리 브레이크 인이 달성된다. 상기 H2/Ar 플라즈마를 먼저 형성하는 이점은 TiCl4에 대한 뜨거운 금속 표면의 직접적인 노출이 방지된다는 것이다.
본 발명의 다른 양호한 실시예에서, Ti-PECVD 처리 및 반응기는 웨이퍼들에 개개의 증착을 수행한 후 안정화 단계들을 실시함으로써 반응기의 동작 및 처리의 수행 동안 안정된 상태를 유지한다. 복합적으로 변화될 수 있고 반응기를 일정하게 변화시킬 수 있는 Ti-PECVD 처리의 연속적인 동작 동안 반응기 구성요소 위에 누적되고 상태들을 처리하는 Ti 내성막들은, 유사한 Ti-PECVD 처리 동안 챔버에 웨이퍼의 새로운 엔트리가 유입되기 전에 개별의 증착을 웨이퍼에 실시한 후, 선택된 수의 증착을 실시한 후, 또는 양호하게는 Ti-PECVD 처리의 각각의 수행을 웨이퍼 상에 실시한 후 제어된 방식으로 적당하게 막을 산화 또는 환원하고 막을 비활성화함으로써 안정화된다.
안정화 단계들은 반응기 표면 위에 새로 증착된 막들과의 산화 반응을 형성하기 위해 예를 들어 산소(O2) 또는 물 증기(H2O)와 같은 제어된 가스량을 도입하는 단계와, 환원 반응을 형성하기 위해 예를 들어 질소(H2), 암모니아(NH3), 실란(SiH4), 메탄(CH4), 또는 디보란(B2H6)와 같은 제어된 가스량을 도입하는 단계를 포함한다. 상기 가스는 챔버 내에서 흐름을 야기한다. 상기 가스와 함께 플라즈마를 형성하여 반응을 향상시킬 수도 있다. 특히 NH3는 안정화 처리에서 양호하며 아르곤과 함께 챔버 내로 유입되어, 가열된 샤워헤드 및 서셉터와 함께 RF 플라즈마를 에너지화시킨다. 웨이퍼의 각각의 Ti-PECVD 처리 후의 안정화 단계는 통상적으로 상태에 따라 10 내지 60 초 동안의 범위에 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 비활성화 단계는 각각의 Ti 증착 후에 상기 반응기 내에서 수행된다. 상기 비활성화 단계는 상기 Ti 막이 증착된 웨이퍼가 상기 챔버로부터 제거되기 전에 수행되며, 그래서 후속 Ti 비활성화 단계는 상기 비활성화 단계가 상기 반응기 구성요소상에 증착된 Ti 막상에서 수행되는 것과 동시에 상기 웨이퍼 상에 증착된 Ti 막상에서 수행된다. TiN 막의 형성에 의해 상기 웨이퍼의 비활성화가 요구되는 곳에서, 다음의 Ti 증착반응, NH3가 Ti-PECVD 반응기 챔버로 도입되고 상기 웨이퍼 및 반응기 구성요소들상의 Ti 막에 대해 TiN막을 형성하기 위해, 플라즈마 강화 처리에서 양호하게, 반응한다. 양호하게 또한, 수소-아르곤 플라즈마는 상기 반응기 샤워헤드의 온도가 적어도 425 ℃에 있으며, 상기 서셉터 온도가 약 630 ℃에 있으며, 상기 웨이퍼가 590 ℃에 있고 상기 반응기의 벽이 100 ℃와 200 ℃사이에 있을 때 도입되는 NH3와 함께 상기 반응기 내에서 형성된다.
대안의 비활성화 가스들은 상기 챔버 비활성화 처리를 위해 사용될 수 있다. 그와 같은 가스들이 상기 웨이퍼의 처리와 호환되지 않을 때, 상기 웨이퍼는 상기 챔버로부터 제거될 수 있고 상기 비활성화는 상기 챔버 내에서 웨이퍼 존재없이 수행된다. 그와 같은 경우들에서, 상기 챔버 내에 축적되는 박이 가벼운 곳에서, 상기 챔버의 비활성화는 일련의 몇몇 웨이퍼들상의 Ti 퇴적 후에 간격을 두고 수행될수 있다.
특히 양호한 특정 처리 파라미터들은 아래에 기술된 예들과 특정 실시예들에서 자세히 설명된다.
제어된 방식으로 수행된 챔버 내의 반응기 구성요소들상에 증착된 재료의 안정화와 함께, 상기 반응기 표면은 그렇지 않으면 요구되는 것보다 더 짧은 매우 짧은 시간에서 반응기 내에서 조건을 갖춘 상태에 도달하며, Ti-PECVD 처리들의 수행 동안 처리 조건들의 변화는 회피된다. 안정화는 상기 챔버 내의 잔여 수증기와의 반응으로인해 그자체로 놓여진다면 천천히 발생할 수 있지만, 반면에 상기 처리 동안의 산화 또는 환원제 및 비활성화 시약의 제어된 사용은 상기 막을 빠르게 그리고 반복가능한 방식으로 안정화시킨다. 특히, 반응기 표면상의 코팅에 기초한 안정화된 TiClx를 형성하기 위해 필요한 시간은 제어되며 상당히 환원된다. 더욱이, 상기 반응기의 연속 동작의 각각의 증착 후의 상기 쌓인 막의 안정화는 상기 처리가 수천의 웨이퍼들의 처리에 대해 안정하게 한다. 상기 방법은 빈번한 본래 장소 세척 및 본래 장소 세척으로부터의 회복에 의존하는 방법들에 대해 양호하다.
특히 예를들어 Ti-CVD와 같은 증착의 온셋으로부터, NF3를 사용하는 것과 같은 습식 세척 또는 화학 세척 후에, 재료는 불안정한 동작 또는 대안으로 긴 브레이크-인 기간을 위한 필요를 피하는 동안 챔버 벽에 증착되고 완전히 절연성이며 화학적으로 안정된 막으로 산화되고 또는 환원/질화 된다. 통상적으로, 다음의 반응기 세척, 안정화는 5개의 웨이퍼보다 적은 통상적으로 1개의 웨이퍼의 CVD 처리를 위해 걸리는 시간에 비교할만한 시간 동안 발생하는데, 여기서 미리 약 75개의 검사 웨이퍼들이 웨이퍼들의 상업적 생산 처리를 시작하기 전에 필요하다. 긴 중지시간 후에서도, 예를들어, 상기 장비의 오버나이트 중단 후에, 브레이크-인 시간이 0개의 웨이퍼들로 통상적으로 줄어든다.
또한, 개별적 웨이퍼들의 처리 후에 수행되는 본 발명의 안정화 단계없이, 불안정이 상기 반응기의 연속동작을 통해서 유지된다. 상기 상업 처리에서의 웨이퍼들로의 증착들사이의 반응기 구성요소들에 증착된 코팅의 그와 같은 비활성화는 처리 및 반응기 안정화를 향상시킨다. 웨이퍼로의 각각의 증착이 반응기 구성요소들로의 부가적인 금속 티타늄의 증착을 가져오는 Ti-CVD의 경우에서, 상기 반응기 구성요소들상의 티타늄상의 비활성화 막의 형성은 NH3플라즈마가 웨이퍼로의 Ti-CVD의 각각의 연속적인 처리 사이의 NH3플라즈마를 가지고, 약 10 내지 60 초, 통상적으로는 30초의 처리에 의해 수행될 수 있다. 이것은 일관적인 증착률 뿐아니라 저항률과 막두께 균일성과 같은 일관적인 막성질들을 유지한다.
상기 설명된 개념들은 다른 금속 유기 CVD 처리들을 위한 유용성을 가지고 있으며, 특히 탄탈륨과 같은 티타늄에 부가한 반응성 경계 재료들을 적용하여 사용된 것들에 대한 유용성을 갖고 있다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적들은 본 발명의 양호한 실시예들의 다음의 상세한 기술로 부터 쉽게 분명해질 것이다.
본 발명의 양호한 실시예들은 본 명세서에 참조로서 통합된 미국 특허 제 5,370,739 호에 발표된 것과 같은 CVD 내에서, 화학 기상 증착(CVD)에 의한, 특히 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(PECVD)에 의한 반도체 웨이퍼들의 처리를 포함한다. 본 발명의 응용을 위한 특히 관심있는 처리는 H2와의 반응으로 TiCl4의 환원에 의한 실리콘 웨이퍼 상에서의 티타늄(Ti)의 증착을 위한 반응을 포함하며, 이것은 부산물로 HCl가스를 생성한다. CVD 반응기에서의 그와 같은 반응의 수행에서, Ti은 x < 4 인 다른 TiClx화합물처럼 반응기 구성요소 표면들에 증착할 것이다. 상기 증착물은 상기 반응기 구성요소 표면들에 쌓아지며, 주기적으로 세척되지 않으면 상기 챔버들에서 처리되고 있는 웨이퍼들을 벗겨지게 하거나 오염시킨다.
그와 같은 반응기 챔버의 세척은 축적된 반응물들, 반응 생성물, 및 반응 부산물을 반응기 표면으로부터 제거하기 위해 주기적으로 수행된다. 상기 반응기 세척은 원래장소에서 상기 시스템을 공기중에 개방시키지 않고 양호하게 상기 챔버의 임의의 부분을 냉각시키지 않거나, 상기 반응기 구성요소를 냉각시키고, 상기 시스템을 개방시키고, 상기 반응기 구성요소들을 그것들로부터 퇴적물들을 제거하기 위해 물 또는 다른 화학물질로 닦거나 문질러서 수행되는 습식 세척을 하여 이루어진다. 세척은 상기 퇴적물들을 제거하여 상기 CVD 반응기 내의 표면의 조건을 변화시킨다. 상기 조건의 변화는 상기 반응기 내에서 수행된 퇴적 처리들에 영향을 주어 그것들이 바로 전의 세척했던 것보다 바로 다음의 세척을 약간 다르게 수행하게 할 수 있다. 처리 수행에서의 그와 같은 변화들은 적어도 막이 반응기 구성요소상에 퇴적되고 안정화될 때까지 웨이퍼들 상에서 수행된 코팅들의 일관성과 품질에 역으로 영향을 준다. 도 1 및 2에서 윤곽이 그려진 본 발명의 실시예와 함께, 상기 영향들은 웨이퍼로의 더이상의 증착을 사용하기 전에 반대로 된다.
도 1에 도시된 본 발명의 하나의 양호한 실시예는 Ti-PECVD 반응기를 위한 습식 세척 회복(recovery) 및 브레이크-인 방법(10)이다. 상기 습식 회복 처리 (10)에서, 반응기는 중지되고, 개방되며 종래의 습식 세척 처리(12)를 받게된다. 상기 습식 세척 처리(12)를 따르면, 상기 반응기는 그에의해 상기 반응기가 닫혀지고, 깨끗이 되며, 진공으로 펌핑되는 표준 단계들(14)에 있게된다. 그다음에, 수소 및 아르곤 가스의 혼합물이 상기 반응기로 도입되고, H2/Ar 플라즈마가 형성되는 단계(16)가 수행된다. 상기 플라즈마는 약 1 내지 5분 동안, 또는 임의의 남아있는 오염물질이 상기 샤워헤드(showerhead) 및 다른 가까운 구성요소로부터 제거될 때까지와 상기 샤워헤드가 플라즈마에 의해 적어도 425 ℃로 가열될 때까지 동작된다. 상기 플라즈마 세척 및 가열 단계(16) 동안, 상기 반응기에서의 압력은 약 150 - 450 sccm의 유속(flow rate)으로 도입된 아르곤과(표준 온도 및 압력에서 측정된다면 분당 입방 센티미터) 750 - 5000 sccm으로 도입된 수소와 함께 약 2 내지 10 Torr(266.64 내지 1333.22 N/㎡)에서 유지된다. 상기 플라즈마는 450 kHz에서 250 - 750 watt의 RF 전력으로 에너지를 얻는다. 통상적으로 내부 저항 히터와 같은 가열 시스템이 장치된 상기 반응기의 서셉터(susceptor)는 또한 웨이퍼 지지 표면을 약 590 ℃로 할 온도로 가열되며, 이것은 통상적으로 저항기 히터가 약 630 ℃로 가열될 것을 요구한다. 통상적으로 히터 요소들이 구비된 상기 반응기의 벽은 약 100 ℃내지 200 ℃사이에서 유지된다.
상기 오염물질들이 상기 플라즈마에 의해 제거되고 상기 구성요소들이 상기 적절한 온도들로 될 때, Ti-PECVD 처리(18)는 상기 서셉터 상에 존재하는 웨이퍼 없이 상기 반응기의 챔버 내에서 행해진다. 상기 처리의 러닝(running)은, Ti을 함유하는 막으로, 상기 서셉터, 상기 샤워헤드, 상기 반응기의 벽, 및 내부 반응기 구성요소들의 다른 표면들을 코팅한다. 상기 증착은 상기 Ti 증착 반응을 위해 TiCl4가스를 도입하기 전에 Ar/H2플라즈마를 먼저 시작하여 수행된다. 상기 플라즈마의 개시는 존재한다면 니켈 합금 서셉터와 같은 뜨거운 금속 표면들이 해로운 금속 염화물을 형성하는 것을 방지한다. 상기 Ti 증착 처리는 TiCl4가 약 2.5 - 7.5 sccm의 유속으로 도입되고, 수소가 약 750 - 5000 sccm의 유속으로 도입되고, 아르곤이 약 150 - 450 sccm의 유속으로 도입되어, 약 2 내지 10 Torr(266.64 내지 1333.22 N/㎡)에서 유지된 반응기 내의 압력으로 수행된다. 상기 플라즈마는 450 kHz에서 약 250 - 750 와트의 RF 전압으로 에너지를 얻는다. 상기 반응기의 서셉터는 웨이퍼 지지 표면을 약 590 ℃로 하는 온도에서 유지되고, 이것은 통상적으로 저항기 히터가 약 630 ℃로 가열될 것을 필요로 한다. 상기 샤워 헤드는 적어도 약 425 ℃에서 유지되며, 상기 반응기의 벽은 약 100 ℃ 내지 200 ℃사이에서 유지된다. 상기 서셉터가 니켈과 같은 금속으로 만들어지지 않는다면, 상기 서셉터 상에 증착을 촉진하는 것은 필요하지 않다.
상기 챔버의 Ti-PECVD 프리-코팅(18)을 따르면, 안정화 또는 비활성화 단계(20)는 챔버 구성요소 상에 퇴적된 Ti 과잉막상에서 수행된다. 상기 습식 세척 및 브레이크-인 방법(10)과 함께, 상기 반응기 세척은 상기 챔버에 제공된 산화제 또는 환원제의 제어된 도입을 통하고 증착된 Ti 막의 제어된 반응을 통해 안정화된 티타늄 막의 증착이 수반된다. 단계(20)의 안정화 처리(50)는 아래의 도 4의 논의와 연결하여 더 자세히 기술된다. 상기 반응기가 방법(10)에 따라 세척되면, 웨이퍼들의 연속적인 처리가 상기 챔버 내에서 양호하게 아래 도 3과 연결되어 기술된 방법에 의해 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라 본래 장소(in situ) 세척 및 브레이크-인 방법(30)을 도시한다. 상기 방법(30)에서 상기 반응기는 실(seal)되며 진공상태에 있고, 제거된 웨이퍼와 함께 종래의 본래 장소 세척 처리(32)하에 있게 되는데, 여기서 NF3, ClF3, 또는 Cl3와 같은 세척 가스가 통상적으로 플라즈마와 함께 상기 증착된 막들을 상기 반응기 표면으로부터 제거하기 위해 사용된다. 상기 인-시투 세척 처리(32)를 따르면, 임의의 남아있는 세척 가스들과 오염물질들을 상기 반응기로부터 제거하기 위해 상기 반응기는 약 1 내지 10분 동안 형성된 NH3/H2/Ar 플라즈마를 발생시키는 단계(34)하에 있게 된다. 그다음에 상기 반응기는 일련의(36) 펌프 세척(purging) 싸이클, 양호하게는 숫자에서 적어도 5개하에 있고, 여기서 상기 반응기 챔버는 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스의 약 5 내지 20 Torr(666.61 내지 2666.44 N/㎡ )로 압력을 가하게 되고, 그다음에 1 Torr (133.32 N/㎡)이하로 펌핑이 된다. 그다음에, 필요하면, H2/Ar 플라즈마가 상기 습식 세척 처리(10)와 연결되어 기술된 플라즈마 세척 및 가열 단계(16)에서처럼 적어도 425 ℃ 로 상기 샤워헤드를 가열하기 위해 사용된다. 상기 반응기에서의 압력은 아르곤이 약 150 - 450 sccm의 유속으로 도입되고, 수소가 750 - 5000sccm으로 도입되면서 약 2 내지 10 Torr(266.64 내지 1333.22 N/㎡)에서 유지된다. 상기 플라즈마는 450 kHz에서 250 - 750 watt의 RF 전력으로 에너지가 공급된다. 상기 반응기의 서셉터는 그 웨이퍼 지지 표면에 약 590 ℃를 주는 온도로 유지되며, 상기 반응기의 벽은 약 100 ℃ 내지 200 ℃사이에서 유지되고, 상기 샤워헤드는 적어도 약 425 ℃에서 유지된다. 그다음에, 상기 반응기는 웨이퍼가 챔버 내에 없는 채로, 상술된 바와같이 상기 Ti-PECVD 처리 단계(18)하에 있게 되고, 단계(20)의 안정화 처리(50)는 챔버 구성요소들 상에 증착되었던 Ti과잉막상에서 수행된다. 상기 반응기가 방법(30)에 따라 세척되었을때, 웨이퍼들의 연속적인 처리는 양호하게 아래 도 3에 연결되어 기술된 방법에 의해 상기 챔버 내에서 수행될 수 있다.
웨이퍼들의 Ti-PECVD를 위한 반응기의 연속 동작은 양호하게 도 3에 도시된 방법(40)에 따라서 수행된다. 상기 연속된 웨이퍼 처리 방법(40)에서, Ti-PECVD로 처리할 필요가 있는 새로운 웨이퍼가 상기 반응기 챔버 내로 로딩된다(단계41). 그와 같은 웨이퍼는 통상적으로 그위에 부분적으로 형성된 반도체 장치들을 갖는 실리콘 반도체 웨이퍼일 수 있고, 대개 위쪽 절연층은 도전성 접점들을 노출시키며 상기 접점들이 전기적으로 연결되는 텅스텐과 같은 재료의 위쪽 도전성 금속층의 적용 전에 티타늄의 층으로 코팅될 작고 높은 종횡비의 개구(hole)들의 패턴을 갖는다. 그다음에 Ti-PECVD 처리(42)가 상기 웨이퍼 상에서 수행된다.
상기 Ti-PECVD 처리(42)는 처음에 상기 챔버 내에서 H2/Ar 플라즈마를 시작하고(단계 43) TiCl4의 도입과(단계44) Ti-PECVD(단계45)에 의한 티타늄 환원 반응의 수행이 뒤따르는 것이 양호하게 수행된다. 상기 Ti-PECVD 단계(45)는 약 2 내지 10 Torr(266.64 내지 1333.22 N/㎡ ), TiCl4가 약 2.5 - 7.5 sccm, 수소가 약 750 - 5000 sccm, 아르곤이 약 150 - 450 sccm, 플라즈마로의 450 kHz에서의 약 250 - 750 watt의 RF 전력, 약 590 ℃의 웨이퍼 온도, 적어도 425 ℃의 샤워헤드 온도, 및 약 100 ℃- 200 ℃의 반응기 벽 온도의 조건하에서 양호하게 수행된다. 상기 Ti-PECVD 단계(45)가 완료되면, 안정화 단계(46)이 상기 웨이퍼상에 Ti 코팅을 비활성화하는 것과 상기 반응기 구성요소들의 표면상에 Ti 증착을 안정화시키는 것 둘다를 포함하는 반응기 내에서 수행된다. 양호한 비활성화 또는 안정화 단계 (46)는 TiN층을 상기 웨이퍼 또는 상기 반응기 구성요소들상의 Ti막에 대해 형성시키기 위해 NH3플라즈마로 양호하게 수행된 것이지만, 이것은 아래 도 4에 연결되어 기술된 바와 같은 대안의 처리들을 포함할 수 있다. Ti막을 상기 반응기 구성요소들상에서 안정화시키기 위해 그와 같은 단계들을 위해 필요한 비활성화 시간은 TiN막을 상기 웨이퍼상에 형성하기 위해 필요한 비활성화 시간보다 작다는 것이 발견되었으며, 그래서 상기 웨이퍼의 TiN 처리에 적합한 TiN 처리 시간은 상기 챔버를 비활성화하는데 사용될 수도 있다. 상기 비활성화 단계(46)는 아래 도 4와 연결되어 기술된 비활성화 처리에 따라 진행한다. 상기 비활성화 단계(46)가 완료될 때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 전체적인 Ti-PECVD 처리는 완료되며, 상기 처리된 웨이퍼는 상기 챔버로부터 제거된다(단계47). 이때, 상기 챔버가 세척의 필요가 없고, 더욱이 웨이퍼들이 Ti-PECVD에 의해 처리될 필요가 있다면, 상기 처리(40)는 상기 반응기 챔버로 로딩되는 새로운 웨이퍼와 함께 반복된다. 그렇지 않다며, 반응기 세척은 도 1 또는 2의 방법들(10 또는 30)에 따라 수행될 수 있다. 상기 연속적인 웨이퍼 코팅 동작 동안 수천개의 웨이퍼들이 본래 장소 세척이 필요하기 전에 처리될 수 있다.
상기 안정화 처리(50)는 단계(20)에 의해 세척한 후에 빈(empty) 챔버를 안정화시키는 처리 또는 단계(46)에 포함된것과 같은 웨이퍼로의 증착 후에 웨이퍼를 비활성화하고 챔버의 표면들을 안정화시키는 처리에 대해 실질적으로 같을 수 있다. 그와 같은 안정화 처리의 부(sub)단계들은, 상기 챔버 내의 웨이퍼가 있거나 또는 없는 티타늄의 모든 증착 후에, 안정화 가스, H2가스, 및 아르곤을 플라즈마의 적용없이 도입하는 단계(51)를 포함하는 것과 같이 도 4에 자세히 도시되어 있다. 상기 안정화 가스는 산화가스, 환원 가스, 또는 그렇지 않으면 웨이퍼상에 또는 챔버의 구성요소들상에 막들을 비활성화하는 가스일 수 있다. (51)의 단계는 약 10 - 1000 sccm의 유속에서의 안정화 가스의, 약 500 - 5000 sccm의 유속에서의 H2의, 및 50 - 500 sccm의 유속에서의 아르곤의 흐름을 포함한다. 상기 처리(50)는 약 250 - 750 watt RF에서 에너지를 받은 플라즈마를 이용한 선택 단계(53)도 포함한다. 상기 처리는 또한 상기 챔버의 구성요소들의 온도를 포함된 상기 반응물들의 반응을 위한 적절한 온도에서 유지하는 단계 (54)도 포함한다. 마지막으로, 상기 처리(50)는 상기 Ti 막들의 안정화 반응들 및 비활성화가 발생하기에 충분한 시간 동안 상기 조건들하에서 상기 챔버를 중지상태로 하게 허용하는 (55)의 단계를 포함한다.
안정화 가스의 선택은 몇가지 가능한 비활성화 반응들 중 임의의 것의 선택에 의존하는데, 이것은 산화반응 또는 환원 반응일 수 있다. 산화 반응은 산소(O2) 또는 물(H2O)과 같은 산화제를 이용할 수 있고,
TiClx+ yO = TiClxOy및 TiClx+ yH2O = TiOy+ HCl 의 산화반응을 포함할 수 있다. 환원 반응은 수소(H2), 질소(N2), 암모니아(NH3), 실레인(SiH4), 메탄(CH4), 및 디-보레인(B2H6)와 같은 환원제를 이용할 수 있고 다음의 환원 반응들을 포함할 수 있다.
TiClx+ H2= Ti + HCl
Ti + N2= TiN
TiClx+ NH3= TiN + HCl(고온)
TiClx+ yNH3= (TiClx)(NH3)y(저온)
TiClx+ SiH4= TiSi2+ HCl
TiClx+ CH4= TiC2+ HCl
및
TiClx+ B2H6= TiB + HCl
상기 반응에서, 아르곤은 캐리어 가스로 사용될 수 있다.
양호한 실시예에서, NH3안정화 가스는 TiClx+ NH3= TiN + HCl의 안정화 반응을 생성할 조건하에서 사용된다. 그와 같은 반응에 대해, 양호한 처리 조건들은 다음과 같다.
가스 흐름 부단계(51):
총 압력 2 - 10 Torr (266.64 - 1333.22 N/㎡ )
아르곤 유속 150 - 450 sccm
질소 유속 0 - 5000 sccm
암모니아 유속 500 - 5000 sccm
플라즈마 부단계(53):
플라즈마 전력 250 - 750 Watts
플라즈마 전력 주파수 450 kHz
온도 유지 부단계(54):
웨이퍼 온도 590 ℃
서셉터 온도 630 ℃
샤워헤드 온도 >425 ℃
챔버 벽 온도 100 - 200 ℃
및, 안정화 시간 부단계:
안정화 단계 시간 약 10 - 60 초(Ti-PECVD 처리 조건들에 의존함)
다른 안정화 반응들이 사용되는 곳에서, 안정화 처리 조건들은 당업자에 의해 상기 선택된 안정화 반응으로 웨이퍼상에 티타늄 막의 비활성화를 위해 결정할 수 있는 바와 같은 조건들일 수 있다. 그러나, 상기 챔버를 위한 안정화는 처리되고 있는 웨이퍼의 제조와 호환되는 반응인 것이 양호하다. 그렇지 않다면, 그다음에 상기 챔버의 안정화는 웨이퍼의 안정화로부터 분리되고 챔버 내에 웨이퍼가 없는 처리에서 수행된다. 이것은 상기 챔버상의 안정화 처리의 연속적인 수행 및 상기 웨이퍼상의 안정화 처리의 수행을 포함한다. 일반적으로, 상기 챔버 및 웨이퍼의 안정화를 위한 서로다른 안정화 반응들의 사용은 반대로 처리량을 받아들일 수 없는 정도까지 영향을 준다. 이것은 또한 상기 챔버의 비활성화가, 같은 처리가 사용되었을 때에도, 상기 웨이퍼상의 비활성화 처리의 수행을 위해 너무 길게 걸릴 경우일 수 있다. 어떤 이유에 대해서도, 상기 처리들이 상기 웨이퍼 또는 상기 챔버상에서 연속적으로 수행될 곳에서, 상기 챔버가 웨이퍼 상으로의 모든 증착 후에 안정화될 필요는 없지만 증착의 모든 2, 3, 또는 다른 수의 증착들 후에 안정화될 수 있는 곳에서, 상기 처리는 가장 실용적일 수 있으며, 그것을 위해 본 발명의 원리들이 이용될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시는 다음의 U.S 특허 및 출원인의 양수인의 출원을 참조하여 향상될 수 있고, 이것은 여기의 참조문헌들에 의해 명백히 통합된다: 미국 특허 제 5,665,640 호, 제 5,667,243 호와 제 5,593,511 호 와 특허출원번호 08/253,978 호.

Claims (30)

  1. 챔버에 지지된 기판들 상에 티타늄을 플라즈마 강화 화학 증기 증착(PECVD)시키기 위해 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법에 있어서,
    TiClX가 상기 챔버의 구성요소들 상에 증착되고 상기 구성요소들의 표면을 코팅하는 동안, 반응기에서 티타늄의 플라즈마 강화 화학 증기 증착을 수반하는 단계; 및
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 증착된 물질이 TiClX코팅된 표면을 충분히 안정화시킬 수 있는 시간 동안 상기 챔버의 구성요소들의 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 증착된 물질이 상기 표면 위의 TiClX를 충분히 안정화시킬 수 있는 시간 동안 상기 챔버의 구성요소들의 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 상기 챔버의 기판 위에 티타늄을 증착한 후와 상기 챔버의 Ti-PECVD 처리를 위해 상기 챔버 내로 다른 기판을 도입하기 전에 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 증착된 물질이 상기 표면 위의 TiClX를 충분히 안정화시킬 수 있는 시간 동안 상기 챔버의 구성요소들의 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 챔버에 있는 복수의 기판들 각각 위에 티타늄을 각각 증착한 다음에 수행되며, 또한 상기 챔버에 있는 복수의 기판들 각각 위에 티타늄을 각각 증착한 후와 상기 챔버에 있는 Ti-PECVD 처리를 위해 상기 챔버 내로 각각 복수의 다음 기판을 도입하기 전에 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 증착된 물질이 상기 표면 위의 TiClX를 충분히 안정화시킬 수 있는 시간 동안 상기 챔버의 구성요소들의 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 상기 챔버의 기판 위에 티타늄을 증착한 후와 상기 챔버로부터 기판을 제거하기 전에 수행되며,
    상기 방법은 또한 제거 전에 상기 챔버의 기판을 비활성화하는 단계를 추가로 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판을 비활성화하는 단계는 산화 가스 또는 환원 가스에 대해 상기 챔버의 구성요소들의 TiClX코팅된 표면을 노출시킴과 동시에, 동일한 산화 가스 또는 환원 가스에 대해 상기 기판 위의 티타늄-함유 막을 노출시킴으로써 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하는 단계는 암모니아 가스를 상기 챔버 내로 도입하는 단계, 및 상기 표면 위에 TiClX의 안정된 질화 혼합물을 형성하도록 그 위에 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 암모니아 가스를 상기 챔버 내로 도입하고 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 약 2 내지 10 Torr(266.64 내지 1333.22 N/m2) 의 압력에서, 약 500 내지 5000 sccm 의 암모니아 유속(flow rate), 약 150 내지 450 sccm 의 아르곤 유속, 및 450 kHz RF 에서의 약 250 내지 750 Watts 의 플라즈마 전력으로, 적어도 10초 동안 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 약 2 내지 10 Torr 의 압력에서, 약 10 내지 5000 sccm 의 산화 가스 또는 환원 가스의 유속, 약 500 내지 5000 sccm 의 수소 유속, 약 50 내지 500 sccm 의 아르곤 유속, 및 약 250 내지 750 Watts RF 에서의 플라즈마 전력으로, 적어도 10초 동안 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 적어도 425℃ 의 온도로 유지되는 챔버 내의 가스 도입 샤워헤드(showerhead)로 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계는 적어도 100℃ 의 온도에서 유지된 상기 반응기 내의 티타늄 함유 표면들에서 수행되는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하는 단계는 NH3, H2, N2, O2, H2O, SIH4, B2H6및 CH4로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스를 도입하는 단계를 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    아르곤 및 수소 가스 혼합물을 진공압 수준에서 상기 챔버 내로 도입하는 단계와;
    티타늄 함유 반응물 가스가 상기 챔버 내로 도입되기 전에, 상기 챔버에서 상기 가스들을 갖는 반응기 구성요소들의 표면에 인접한 플라즈마를 생성하는 단계와;
    티타늄 함유 반응물 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 챔버 내의 티타늄 함유 막의 증착을 발생시키도록 상기 가스를 화학적으로 환원하는 단계를 추가로 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 구성요소들의 표면들의 세척을 수반하는 단계를 포함하며, Ti-CVD 처리를 위해 기판을 상기 챔버 내로 도입하기 전에,
    상기 티타늄 함유 반응물 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 반응기의 가열된 구성요소들 위에 티타늄 함유 막을 증착하도록 상기 가스를 화학적으로 환원하는 단계; 및
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하는 단계와, 상기 증착된 물질이 TiClX코팅된 표면을 충분히 안정화시킬 수 있는 시간 동안 상기 챔버의 구성요소들의 TiClX코팅된 표면을 노출시키는 단계를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 챔버의 구성요소들의 표면들의 세척을 수반하는 단계를 포함하며, 티타늄 함유 반응물 가스가 상기 챔버 내로 도입되는 단계 및 상기 반응기의 가열된 구성요소들 위에 TiClX코팅를 증착시키기 위해 상기 가스를 화학적으로 환원하는 단계 전에,
    아르곤 및 수소 가스 혼합물을 진공압 수준에서 상기 챔버 내로 도입하는 단계와;
    상기 챔버에서 상기 가스들을 갖는 반응기 구성요소들의 표면에 인접한 플라즈마를 생성하고, 그의 반응기 구성요소의 온도를 상승시키는 단계를 추가로 포함하는 PECVD 처리 챔버의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  15. 기판의 표면 위로의 코팅 물질의 화학적 기상 증착에 이용하기 위한 반응기의 CVD 처리 챔버를 세척하는 방법에 있어서,
    세척 전에 상기 챔버에 존재하는 처리 조건들에 영향을 미치는 상태에 있는 사전 증착된 코팅 물질을 상기 반응기의 구성요소들의 표면으로부터 제거하도록 상기 챔버를 세척하는 단계와;
    진공압 수준에서 불활성 및 반응물 가스들의 혼합물을 챔버 내로 도입하는 단계와;
    상기 챔버 내의 가스들로 플라즈마를 생성하고, 반응기 구성요소의 온도를 상승시키는 단계와;
    반응물 가스를 포함하는 코팅 물질을 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 챔버 내의 가열된 구성요소들의 표면들 위에 코팅 물질 막을 증착하도록 상기 물질을 화학적으로 반응시키는 단계; 및
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 반응기의 구성요소들의 표면으로부터 상기 사전 증착된 코팅 물질을 세척하기 전에 상기 챔버에 존재하는 상태에 대한 처리 조건들의 영향을 복원하도록 상기 증착된 코팅 물질 막을 안정화시키기 위한 충분한 시간 동안 구성요소들의 표면 위에 코팅 물질 막을 접촉시키는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 세척 단계는 상기 반응기의 챔버의 구성요소들을 개방하고 또한 습식 세척하는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 세척 단계는 상기 챔버 폐쇄 상태로 진공하에서 상기 반응기의 챔버의 구성요소들을 본래 위치에서(in situ) 세척하는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 세척 단계는 상기 반응기의 구성요소들의 표면으로부터 사전 증착된 티타늄 혼합물을 제거하도록 상기 챔버를 세척하는 단계를 포함하고;
    상기 혼합물 도입 단계는 진공압 수준에서 아르곤 및 수소 가스들의 혼합물을 상기 챔버 내로 도입하는 단계를 포함하며;
    상기 플라즈마 생성 단계는 상기 아르곤 및 수소 가스들의 혼합물에 플라즈마를 생성시키고, 반응기 구성요소의 온도를 상승시키는 단계를 포함하며;
    상기 코팅 물질 도입 단계는 TiCl4가스를 챔버 내의 아르곤 및 수소 가스들의 혼합물에 사전 형성된 플라즈마 내로 도입하며, TiClX(X＜4)가 상기 챔버 내의 구성요소들의 표면 위에 증착되는 동안 티타늄 막 증착 작용이 상기 챔버 내에 발생하도록 상기 TiCl4가스를 수소 가스로 화학적으로 환원하는 단계를 포함하고;
    상기 산화 가스 및 환원 가스 도입 단계는 산화 가스 또는 환원 가스를 TiCl4의 증착 다음에 상기 챔버 내로 도입하고, 안정된 상태로 변화시킴으로써 증착된 TiClX(X＜4)를 충분히 안정화시킬 수 있는 시간 동안 상기 구성요소들의 표면 위에 상기 TiClX(X＜4)를 접촉시키는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 단계는 상기 챔버 내의 샤워헤드의 온도를 적어도 425℃ 의 온도로 상승시키는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 증착된 막을 안정화하기에 충분한 기간 동안 상기 구성요소들의 표면 위에 상기 막을 접촉시키는 단계 이후에,
    기판을 상기 챔버 내로 도입하는 단계와;
    TiCl4가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 기판의 표면 위에 티타늄 막을 증착시키도록 상기 수소 가스로 상기 가스를 화학적으로 환원시키는 단계를 추가로 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 기판 위에 티타늄을 증착한 후에,
    산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 다시 도입하고, 상기 증착된 막을 안정화하기에 충분한 기간 동안 상기 반응기의 구성요소들의 표면 위에 상기 막을 접촉시키는 단계와;
    상기 챔버를 추가로 세척하기 전에, 또 다른 기판을 상기 챔버 내로 도입하고, 그 위에 상기 코팅 물질 막을 증착하도록 CVD 처리를 수행함으로써 상기 기판을 처리하는 단계를 추가로 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 기판 도입 단계 후에,
    상기 챔버로부터 상기 기판을 제거하기 전에, 산화 가스 또는 환원 가스를 상기 챔버 내로 다시 도입하고, 상기 기판의 표면 위에 증착된 막을 안정화하기에 충분한 기간 동안 상기 기판 표면 위의 막을 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 산화 가스 또는 환원 가스를 다시 도입하는 단계는 암모니아 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 티타늄 및 질소 함유 막을 형성함으로써 상기 기판의 표면 위에 증착된 막을 안정화하기에 충분한 기간 동안 상기 기판의 표면 위의 막을 접촉시키는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  24. 기판의 표면 위에 티타늄 막을 증착하고, 증착된 티타늄 막을 비활성화하는 방법에 있어서,
    아르곤 및 수소 가스들의 혼합물을 진공 챔버 내로 도입하는 단계와;
    TiCl4가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 기판의 표면 위에 티타늄 막을 증착시키고 상기 챔버 내의 반응기 구성요소들의 표면 위에 TiClX를 증착시키도록 상기 가스를 수소 가스로 화학적 환원시키는 단계와;
    상기 챔버 내에 여전히 존재하는 기판으로, 상기 비활성화 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 기판 위에 증착된 티타늄 함유 막들을 안정화시키기에 충분한 시간 동안 상기 기판의 표면 위에 상기 티타늄 막을 접촉시키는 단계; 및
    안정화 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 구성요소들의 표면 위에 상기 TiClX를 안정화시키는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 안정화는, 비활성화 및 안정화 가스를 상기 챔버 내로 도입하고, 상기 기판의 표면 위의 티타늄 막과 상기 기판 위의 증착된 티타늄 막을 비활성화하고 상기 구성요소들의 표면 위의 TiClX를 안정화시키기에 충분한 시간 동안 상기 반응기 구성요소들의 표면 위의 TiClX를 접촉시킴으로써, 상기 챔버 내에 여전히 존재하는 기판에 의해 수행되는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 아르곤 및 수소 가스들의 혼합물을 진공 챔버 내로 도입하는 단계는 상기 혼합물에 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 샤워헤드를 적어도 425℃ 의 온도로 유지시키고, 상기 반응기에 티타늄을 증착시키며, 상기 안정화 가스를 증착된 막과 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  28. 챔버에 지지될 때 기판들 위에 금속 함유 물질을 플라즈마 강화 화학 증기 증착시키기 위해 CVD 반응기의 안정성을 유지시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 반응기 챔버의 기판 위에 상기 물질의 플라즈마 강화 화학 증기 증착을 수반하는 단계와;
    상기 반응기 챔버로부터 상기 기판을 제거하고 상기 반응기 챔버 내로 다른 기판을 도입하기 전에, 상기 기판 위에 증착된 물질을 비활성화하기 위해 안정화 가스를 상기 챔버 내로 도입하며, 동시에, 플라즈마 강화 화학 증기 증착이 반복될 때 상기 반응기 챔버의 구성요소들의 표면 위에 증착된 물질의 혼합물이 증착될 추가의 불안정한 휘발성 혼합물들 위로 비휘발성 막을 형성하도록 충분히 안정화될 수 있는 기간 동안 상기 안정화 가스에 대해 상기 물질의 불안정한 휘발성 혼합물들로 코팅된 반응기 챔버의 구성요소들의 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 CVD 반응기의 안정성을 유지시키기 위한 방법.
  29. 제 18 항에 있어서,
    상기 산화 가스 및 환원 가스 도입 단계는 NH3가스를 상기 챔버 내로 도입하고, TiNClx로 변화시킬 수 있는 충분한 시간 동안 상기 구성요소들의 표면 위에 상기 TiClX(X＜4)를 접촉시키는 단계를 포함하는 CVD 처리 챔버 세척 방법.
  30. 삭제
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