KR100485743B1 - 반도체 생산 설비용 세정 가스 - Google Patents
반도체 생산 설비용 세정 가스Info
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Abstract
본 발명은 (1) SF6, 및 F2와 NF3 중 하나 또는 둘모두를 비활성 가스와 특정 비율로 혼합하여 얻어진 반도체 생산 설비용 세정 가스; (2) SF6, 및 F2와 NF3
중 하나 또는 둘모두를 비활성 가스 및 산소-함유 가스와 특정 비율로 혼합하여 얻어진 반도체 생산 설비용 세정 가스; (3) 이러한 가스를 이용하여 반도체 생산 설비를 세정하는 방법; 및 (4) 세정 가스를 이용하는 세정 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법에 관한 것이다. 에칭율이 높은 본 발명의 반도체 생산 설비용 세정 가스를 이용함으로써, 효율적인 세정과 우수한 비용대 성능 비율을 지닌 반도체 생산 설비의 생산을 달성할 수 있다.
Description
(관련 출원들의 상호 참조)
본 출원은 35 U.S.C. 111(a)조의 규정에 기초하고 있으며, 35 U.S.C. 119(e)(1)조에 따라 35 U.S.C. 111(b)의 규정하에 2000년 9월 7일자에 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/230,811과 2000년 12월 27일자에 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/261,265의 출원일의 이점을 주장하고 있다.
(기술분야)
본 발명은 반도체 생산 설비용 세정 가스에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 본 발명은 반도체 또는 TFT 액정 장치의 생산을 위한 막-형성 설비 또는 에칭 설비에서 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 텅스텐 등의 막 형성 또는 에칭시에 축적되는 불필요한 침착물을 제거하기 위한 세정 가스, 세정 가스를 이용하는 세정방법, 및 세정 가스를 이용하는 세정 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법에 관한 것이다.
반도체 또는 TFT 액정 장치의 생산을 위한 막-형성 설비 또는 에칭 설비에서, 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 텅스텐 등의 막-형성 또는 에칭시에 축적되는 침착물은 입자성 오염물질을 생성하고 우수한 막의 형성을 방해하기 때문에 이러한 침착물은 때에 따라서 제거되어야 한다.
지금까지, 반도체 생산 설비에서 침착물은 NF3, CF4 및 C2F6와 같은 불소형 에칭 가스로부터 여기된 플라즈마를 이용하여 침착물을 에칭시키는 방법에 의해 제거되었다. 그러나, NF3를 이용하는 방법은 NF3가 값이 비싸다는 점에서 문제가 있고, CF4 및 C2F6와 같은 과불화탄소를 이용하는 방법은 에칭율이 낮고 세정 효율이 낮다는 점에서 문제점을 가진다.
JP-A-8-60368(본원에서 사용된 용어 "JP-A"는 "심사되지 않고 공개된 일본 특허 출원을 의미함)은 F2, ClF3, BrF3 및 BrF5 중에서 적어도 한가지 가스를 1 내지 50 용적%의 양으로 CF4 또는 C2F6와 혼합하는 세정 가스의 이용방법에 관해 기재하고 있다. 또한, JP-A-10-72672는 비활성 담체 가스를 이용하여 희석된 F2를 세정 가스로 이용하는 방법에 관해 기재하고 있다. 그러나, 이들 방법은 세정 가스로서 NF3를 이용하는 방법보다 에칭율이 낮고 세정 효율이 낮다는 점에서 문제점을 가진다.
JP-A-3-146681은 세정용 혼합 가스 조성물에 관해 기재하고 있으며, 여기서는 F2, Cl2 및 할로겐 플루오라이드 중에서 적어도 한가지 가스를 0.05 내지 20 용적%의 양으로 NF3와 혼합하여 에칭율을 개선시킨다. 또한, ClF3와 같은 할로겐 플루오라이드를 이용하는 무(無)플라즈마 세정방법이 공지되어 있다. 그러나, 할로겐 플루오라이드는 매우 값이 비싸고 반응성이 매우 크기 때문에 우수한 세정 효율에도 불구하고 취급을 위해 각별한 주의를 필요로 한다. 또한, 할로겐 플루오라이드는 반도체 생산 설비 내부의 설비 자재를 손상시킬 수 있기 때문에 불리하게도 이의 효용이 CVD 장치와 같은 몇몇 장치에만 한정된다.
즉, 통상적으로 알려진 세정 가스는 하기의 문제점들을 가진다:
(1) 높은 세정 효율을 지닌 세정 가스는 값이 비싸고;
(2) 몇몇 장치를 제외하고는 이러한 세정 가스를 사용할 수 없다.
값싼 세정 가스는 에칭율과 세정 효율 모두가 낮다는 점에서 문제가 있다.
본 발명은 이러한 여건하에 발명되었다. 따라서, 본 발명의 일 목적은 높은 에칭율, 높은 세정 효율 및 우수한 비용대 성능 비율을 보장하는 세정 가스 및 세정 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 일 목적은 반도체 장치를 생산하는 방법을 제공한다.
(발명의 요약기재)
상술된 문제점들을 해결하기 위해 폭넓은 조사를 한 결과, 본 발명자는 SF6,및 F2와 NF3 중 어느 하나 또는 둘모두를 비활성 가스와 특정 비율로 혼합하여 얻어진 세정 가스가 에칭율 측면에서 놀랄만큼 개선되고 세정 효율이 높아짐을 밝혀내었다. 또한, 본 발명자는 산소-함유 가스를 특정 비율로 함유하고 있는 세정 가스를 이용함으로써 세정 효율이 추가로 개선됨을 밝혀내었다.
본 발명은 하기 (1) 내지 (22)에 기재된 반도체 생산 설비를 세정하는 세정 가스, 하기 (23) 내지 (32)에 기재된 세정방법, 및 하기 (33) 및 (36)에 기재된 반도체 장치의 생산방법에 관한 것이다.
(1) 비활성 가스, 및 SF6, F2 및 NF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 두가지 가스(F2와 NF3만의 조합물을 배제함)를 포함하고, 상기 가스의 혼합비는 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.1 내지 1.5이고 비활성 가스가 0.1 내지 30인 반도체 생산 설비에서 침착물을 제거하기 위한 세정 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.(2) SF6, F2 및 비활성 가스를 포함하는, 상기 (1)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
삭제
(3) SF6, NF3 및 비활성 가스를 포함하는, 상기 (1)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(4) SF6, F2, NF3 및 비활성 가스를 포함하는, 상기 (1)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(5) 비활성 가스가 He, Ne, Ar, Xe, Kr 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(6) 비활성 가스가 He, Ar 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인, 상기 (5)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(7) 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.01 내지 5이고 비활성 가스가 0.01 내지 500인, 상기 (1)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(8) 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.1 내지 1.5이고 비활성 가스가 0.1 내지 30인, 상기 (7)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(9) 과불화탄소, 수소화불화탄소, 과불화에테르 및 수소화불화에테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스를 함유하는, 상기 (1)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(10) 과불화탄소와 수소화불화탄소 각각이 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지고 과불화에테르와 수소화불화에테르 각각이 2 내지 4개의 탄소 원자를 가지는, 상기 (9)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(11) 산소-함유 가스, 비활성 가스, 및 SF6, F2 및 NF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 두가지 가스(F2와 NF3만의 조합물을 배제함)를 포함하는, 반도체 생산 설비에서 침착물을 제거하기 위한 세정 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(12) 비활성 가스, 산소-함유 가스, SF6 및 F2를 포함하는, 상기 (11)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(13) 산소-함유 가스, 비활성 가스, SF6 및 NF3를 포함하는, 상기 (11)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(14) 산소-함유 가스, 비활성 가스, SF6, F2 및 NF3를 포함하는, 상기 (11)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(15) 산소-함유 가스가 O2, O3, N2O, NO, NO2, CO 및 CO2
로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인, 상기 (11) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(16) 산소-함유 가스가 O2 및/또는 N2O인, 상기 (15)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(17) 비활성 가스가 He, Ne, Ar, Xe, Kr 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인, 상기 (11) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(18) 비활성 가스가 He, Ar 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인, 상기 (17)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(19) 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.01 내지 5이고 산소-함유 가스가 0.01 내지 5이며 비활성 가스가 0.01 내지 500인, 상기 (11)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(20) 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.1 내지 1.5이고 산소-함유 가스가 0.1 내지 1.5이며 비활성 가스가 0.1 내지 30인, 상기 (19)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(21) 과불화탄소, 수소화불화탄소, 과불화에테르 및 수소화불화에테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스를 함유하는, 상기 (11)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(22) 과불화탄소와 수소화불화탄소 각각이 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지고 과불화에테르와 수소화불화에테르 각각이 2 내지 4개의 탄소 원자를 가지는, 상기 (21)에 기재된 반도체 생산 설비용 세정 가스.
(23) 상기 (1) 내지 (10)중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 50 내지 500℃의 온도 범위에서 여기시켜 플라즈마를 생성하고 반도체 생산 설비내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는 반도체 생산 설비의 세정방법.(24) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고 반도체 생산 설비내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는, 상기 (23)에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
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(25) 플라즈마에 대한 여기원이 극초단파인, 상기 (24)에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(26) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 50 내지 500℃의 온도 범위에서 이용하는, 상기 (23) 내지 (25) 중 어느 하나에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(27) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 무플라즈마 시스템에서 200 내지 500℃의 온도 범위에서 이용하는, 상기 (23)에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(28) 상기 (11) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스의 이용을 포함하는, 반도체 생산 설비의 세정방법.
(29) 상기 (11) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고 반도체 생산 설비내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는, 상기 (28)에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(30) 플라즈마에 대한 여기원이 극초단파인, 상기 (29)에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(31) 상기 (11) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 50 내지 500℃의 온도 범위에서 이용하는, 상기 (28) 내지 (30) 중 어느 하나에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(32) 상기 (11) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 무플라즈마 시스템에서 200 내지 500℃의 온도 범위에서 이용하는, 상기 (28)에 기재된 반도체 생산 설비의 세정방법.
(33) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 세정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고, 반도체 장치내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는 세정 단계와, 상기 세정 단계로부터 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 분해 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법.
(34) 플루오로화합물이 HF, SiF4, SF6, SF4, SOF2, SO2
F2 및 WF6로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 화합물인, 상기 (33)에 기재된 반도체 장치의 생산방법.
(35) 비활성 가스, 산소-함유 가스, 및 SF6, F2 및 NF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 두가지 가스(F2와 NF3만의 조합물을 배제함)를 함유하는 세정 가스를 이용하는 세정 단계와, 세정 단계에서 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 분해 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법.
(36) 플루오로화합물이 HF, SiF4, SF6, SF4, SOF2, SO2
F2 및 WF6로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 화합물인, 상기 (35)에 기재된 반도체 장치의 생산방법.
도 1은 본 발명의 세정 가스를 이용하는 에칭 설비의 개략도이다.
본 발명은 "비활성 가스, SF6, 및 F2와 NF3 중 하나 또는 둘모두를 포함하는, 반도체 생산 설비에서 침착물을 제거하기 위한 세정 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스"(제 1 세정 가스의 발명), "비활성 가스, 산소-함유 가스, SF6, 및 F2
와 NF3 중 하나 또는 둘모두를 포함하는, 반도체 생산 설비에서 침착물을 제거하기 위한 세정 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스"(제 2 세정 가스의 발명), "상술된 세정 가스의 이용을 포함하는 반도체 생산 설비의 세정방법" 및 "상기 세정 가스를 이용하는 세정 단계와 세정 단계에서 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 분해 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법"을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 기재하고 있다.
본 발명의 반도체 생산 설비용 제 1 세정 가스는 하기 세가지 조합물 중 어느 한가지 조합물과 함께 비활성 가스를 포함한다:
SF6 및 F2,
SF6 및 NF3, 또는
SF6, F2 및 NF3.
(이하, 세정 가스에서 비활성 가스를 제외한 성분들을 "활성 가스"라 칭한다.)
비활성 가스는 He, Ne, Ar, Xe, Kr 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스이다. 이들 중에서, 비활성 가스는 바람직하게는 He, Ar 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인데, 그 이유는 세정 가스가 높은 에칭율과 우수한 비용대 성능 비율을 나타낼 수 있기 때문이다.
본 발명의 세정 가스에서 가스 성분들의 혼합 비율에 특별한 제한은 없지만, 나머지 가스 성분들(NF3, F2 또는 NF3+F2)의 비율은 보통 0.01 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 1.5이고, 비활성 가스는 0.01 내지 500, 바람직하게는 0.1 내지 300, 좀더 바람직하게는 0.1 내지 30이며, 이는 용적비 측면에서 활성 가스 성분들 중 SF6를 1로 가정한 경우이다. 반도체 생산 설비 또는 액정 장치의 생산 공정에서 사용할 경우, 가스가 다량의 활성 가스 성분들을 함유함이 바람직하다. 그러나, 이들 가스가 사용시에 플라즈마에서 더 활성화되면, 플라즈마 분위기 중에서 설비 자재에 손상을 일으킬 수 있다. 한편, 첨가되는 양이 너무 적으면, 효과는 불리하게도 낮다. 이들 가스는 반도체 생산 설비 내부에서 또는 반도체 생산 설비로 통하는 파이프라인에서 혼합되거나 가스 실린더에서 미리 혼합될 수 있다.
본 발명의 반도체 생산 설비용 세정 가스에서, 특히 낮은 에너지 수준에서 해리되어 활성종을 생성할 수 있는 F2 및/또는 NF3 가스를 혼합할 경우, 발생된 효과는 통상적으로 이용되는 세정 가스 또는 에칭 가스, 예를 들어 CF4 또는 C2F6
에 의한 효과를 능가한다. 낮은 에너지 수준에서 생성된 활성종이 체인-반응식으로 해리되지 않은 분자에 작용하여 해리를 촉진하기 때문에 혼합에 의해 상승 효과가 발생할 것으로 기대된다.
본 발명의 세정 가스는 비활성 가스, SF6, 및 F2와 NF3 중 하나 또는 둘모두를 포함하는 혼합 가스에 과불화탄소, 수소화불화탄소, 과불화에테르 및 수소화불화에테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스를 함유할 수 있다. 과불화탄소와 수소화불화탄소 각각은 1 내지 4개의 탄소 원자를 지닌 화합물이다. 포화 과불화탄소 화합물의 예는 CF4, C2F6 및 C3F8을 포함하고, 불포화 과불화탄소 화합물의 예는 C2F4, C3F6 및 C4F6를 포함하며, 수소화불화탄소의 예는 CHF3와 C2H2F4를 포함한다. 과불화에테르와 수소화불화에테르 각각은 2 내지 4개의 탄소 원자를 지닌 화합물이다. 과불화에테르의 예는 CF3OCF3와 CF3OCF2CF
3를 포함하고, 수소화불화에테르의 예는 CHF2OCHF2와 CHF2OCH2CF3를 포함한다. 용적비의 측면에서 SF6, F2, NF3 및 비활성 가스를 포함하는 혼합 가스를 1로 가정할 경우, 과불화탄소와 같은 가스의 혼합비는 0.01 내지 1, 바람직하게는 0.01 내지 0.5, 좀더 바람직하게는 0.01 내지 0.2이다.
본 발명의 반도체 생산 설비용 제 2 세정 가스는 비활성 가스, 산소-함유 가스, 및 하기 세가지 조합물 중 어느 한가지 조합물을 포함한다:
SF6 및 F2,
SF6 및 NF3, 또는
SF6, F2 및 NF3.
(이하, 세정 가스에서 비활성 가스와 산소-함유 가스를 제외한 성분들을 "활성 가스"라 칭한다.)
산소-함유 가스는 O2, O3, N2O, NO, NO2, CO 및 CO2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스이다. 특히, 산소-함유 가스가 O2 및/또는 N2O인 경우가 바람직한데, 그 이유는 세정 가스의 에칭율이 증가하여 비용대 성능 비율이 개선되기 때문이다.
비활성 가스는 He, Ne, Ar, Xe, Kr 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스이다. 이들 중, 비활성 가스는 바람직하게는 He, Ar 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인데 그 이유는 세정 가스가 높은 에칭율과 우수한 비용대 성능 비율을 나타낼 수 있기 때문이다.
F2 및/또는 NF3와 조합된 SF6, 산소-함유 가스 및 비활성 가스를 포함하는 본 발명의 세정 가스에서 가스 성분들의 혼합비에 특별한 제한은 없다. 그러나, 비율은 일반적으로
F2 및/또는 NF3가 보통 0.01 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 1.5이고,
산소-함유 가스가 0.01 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 1.5이며,
비활성 가스가 0.01 내지 500, 바람직하게는 0.1 내지 300, 좀더 바람직하게는 0.1 내지 30이며, 이는 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정한 경우이다. 반도체 생산 설비 또는 액정 장치의 제조에서 세정 가스를 위해 사용될 경우, 산소-함유 가스, SF6, F2 및 NF3는 활성이고, 바람직하게는 다량으로 함유된다. 그러나, 이들 가스가 사용시에 플라즈마에서 더 활성화되면, 플라즈마 대기에서 설비 자재를 손상시킬 수 있다. 한편, 첨가되는 양이 너무 적으면, 효과는 불리하게도 낮다. 이러한 가스를 반도체 생산 설비 내부 또는 반도체 생산 설비로 통하는 파이프라인에서 혼합하거나 가스 실린더에서 미리 혼합할 수 있다.
본 발명의 세정 가스는 산소-함유 가스, 비활성 가스, 및 F2 및/또는 NF3와 조합된 SF6를 포함하는 혼합 가스에서 과불화탄소, 수소화불화탄소, 과불화에테르 및 수소화불화에테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스를 함유할 수 있다. 과불화탄소와 수소화불화탄소 각각은 1 내지 4개의 탄소 원자를 지닌 화합물이다. 포화 과불화탄소 화합물의 예는 CF4, C2F6 및 C3F
8을 포함하고, 불포화 과불화탄소 화합물의 예는 C2F4, C3F6 및 C4F6
를 포함하며, 수소화불화탄소의 예는 CHF3와 C2H2F4를 포함한다. 과불화에테르와 수소화불화에테르 각각은 2 내지 4개의 탄소 원자를 지닌 화합물이다. 과불화에테르의 예는 CF3OCF3와 CF3OCF
2CF3를 포함하고, 수소화불화에테르의 예는 CHF2OCHF2와 CHF2OCH2CF3
를 포함한다. 용적비의 측면에서 산소-함유 가스, 비활성 가스, 및 F2 및/또는 NF3와 조합된 SF6를 포함하는 혼합 가스를 1로 가정한 경우, 과불화탄소와 같은 가스의 혼합비는 0.01 내지 1, 바람직하게는 0.01 내지 0.5, 좀더 바람직하게는 0.01 내지 0.2이다.
산소-함유 가스, 비활성 가스, 및 F2 및/또는 NF3와 조합된 SF6를 포함하는 본 발명에 따른 반도체 생산 설비용 세정 가스는
(1) 낮은 에너지 수준에서 해리되어 활성종을 생성하는 F2 및/또는 NF3, 및
(2) 활성종을 생성하고 유지하는데 효과적인 산소 원자를 함유함으로써, CF4 및 C2F6와 같은 통상적인 세정 가스에 의해 제공된 효과보다 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 혼합 가스의 일 성분으로 F2 및/또는 NF3를 함유함으로써 수반되는 효과가 기대되며 그 이유는 낮은 에너지 수준에서 생성되는 활성종이 체인-반응식으로 해리되지 않은 분자에 작용하여 해리를 촉진하기 때문이다. 혼합 가스의 일 성분으로 산소를 함유함으로써 수반되는 효과가 기대되며 그 이유는 산소가 활성종의 활성 유지를 돕고 리바인딩에 의해 야기된 불활성화를 차단하기 때문이다.
본 발명의 세정 가스를 이용하여 반도체 생산 설비를 세정할 경우, 가스를 플라즈마 조건 또는 무플라즈마 조건하에 사용할 수 있다.
가스를 플라즈마 조건하에 사용할 경우, 플라즈마가 본 발명의 세정 가스로부터 여기된다면 여기원에 특별한 제한은 없지만, 극초단파 여기원이 바람직하며 그 이유는 우수한 세정 효율을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 플라즈마를 생성할 수 있다면 본 발명의 세정 가스가 사용되는 온도와 압력에 특별한 제한은 없지만, 온도 범위는 바람직하게는 50 내지 500℃이고 압력 범위는 바람직하게는 1 내지 500 Pa이다.
무플라즈마 조건인 경우, 세정 가스를 챔버 안으로 도입하고, 챔버의 내부 압력을 바람직하게는 1 내지 67 Pa로 설정하며 챔버 내부와 세정 가스의 적어도 일부분 또는 챔버 내부와 세정 가스 중 하나를 200 내지 500℃에서 가열하여 세정 가스로부터 반응성을 지닌 유리 불소를 생성한다. 그 다음에, 침착물을 에칭시켜 이를 챔버 또는 침착물이 축적되는 다른 영역으로부터 제거함으로써 반도체 생산 설비를 세정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 세정 가스를 이용하는 에칭 설비의 일례를 도시한 도이다. 세정 가스를 세정 가스 유입구(6)로부터 일정한 온도로 설정된 챔버(1)에 도입시키고, 이 시점에, 가스를 극초단파 플라즈마 여기원(4)에 의해 여기시켜 플라즈마를 생성한다. 샘플 스테이지(3)상에서 실리콘 웨이퍼(2)의 에칭 후 얻어진 가스를 건조 펌프(5)를 이용하여 방출시켜 내부에 함유된 가스의 종류에 따라 분해제를 이용하여 이를 무해하게 만든다. 또한, 에칭 후 축적된 침착물을 에칭과 동일한 작업을 반복하여 효율적으로 제거하고 이렇게 함으로써 챔버를 효율적으로 세정할 수 있다.
이하 본 발명의 반도체 장치의 생산방법을 기재하고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 반도체 생산 설비의 세정을 효율적으로 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명의 세정 가스를 이용하는 세정 단계에서 방출되는 가스는 세정 가스로서 이용된 SF6, F2 및 NF3 이외에 HF, SiF4
, SF4, SOF2, SO2F2 및 WF6와 같은 플루오로화합물을 함유한다. SF6, F2 및 NF3를 포함하는 이러한 화합물을 그대로 대기중으로 방출시키면, 이는 지구 온난화에 엄청나게 영향을 미치거나 분해에 의해 산 가스를 생성시키기 때문에, 각 화합물은 충분히 무해하도록 만들어져야 한다. 반도체 장치의 생산방법에서, 본 발명은 반도체 생산 설비를 세정하는 세정 단계와 세정 단계에서 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법을 제공한다.
반도체 생산 설비를 세정하는 단계를 앞서 기술된 방법을 이용하여 효율적으로 수행할 수 있다. 세정 단계에서 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 단계에서 이용되는 방법에 특별한 제한은 없고 배기 가스에 함유된 화합물의 종류에 따라 분해제를 적절히 선택할 수 있다. 그러나, 수소 플루오라이드, SOx 등은 바람직하게는 금속 플루오라이드 또는 설페이트 형태로 고정되고 탄소는 바람직하게는 탄소를 이산화탄소로 완전히 분해한 후에 방출된다.
(본 발명 수행을 위한 최상의 방식)
본 발명을 하기 실시예와 비교 실시예를 참조하여 보다 상세히 기재하고 있지만, 본 발명을 이들 실시예에 한정시키지 않는다.
실시예 1-3
도 1에 도시된 시험 장치에서 장치 내부 압력을 300 Pa로 조절했다. 표 1에 도시된 조성을 지닌 세정 가스를 2.45 GHz 및 500 W의 극초단파 플라즈마 여기원에 의해 여기시킨 다음 시험 장치안으로 도입시켜 시험 장치에 놓인 실리콘 웨이퍼를 에칭시켰다. 에칭율을 에칭 후 실리콘 웨이퍼의 용적 손실로부터 측정했으며 결과를 표 1에 나타내고 있다.
| 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| SF6 | F2 | He | ||
| 1 | 1 | 1 | 200 | 200 |
| 2 | 1 | 0.5 | 170 | 180 |
| 3 | 1 | 1.5 | 250 | 190 |
실시예 4-6
도 1에 도시된 시험 장치에서 장치 내부 압력을 300 Pa로 조절했다. 표 2에 도시된 조성을 지닌 세정 가스를 2.45 GHz 및 500 W의 극초단파 플라즈마 여기원에 의해 여기시킨 다음 시험 장치안으로 도입시켜 시험 장치에 놓인 실리콘 웨이퍼를 에칭시켰다. 에칭율을 에칭 후 실리콘 웨이퍼의 용적 손실로부터 측정했으며 결과를 표 2에 나타내고 있다.
| 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| SF6 | NF3 | He | ||
| 4 | 1 | 1 | 200 | 200 |
| 5 | 1 | 0.5 | 170 | 180 |
| 6 | 1 | 1.5 | 250 | 190 |
비교 실시예 1-5
각 세정 가스의 에칭율을 실시예 1-6에서와 동일한 방식으로 측정하되, 세정 가스를 표 3에 도시된 조성을 지닌 가스로 교체했다.
| 비교 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | |
| 사용된 가스 | 혼합비 | ||
| 1 | NF3/He | 1/100 | 190 |
| 2 | SF6/He | 1/100 | 70 |
| 3 | F2/He | 1/100 | 170 |
| 4 | CF4/He | 1/100 | 17 |
| 5 | C2F6/He | 1/100 | 6 |
표 3에 도시된 He와 혼합된 세정 가스 중에서, NF3를 이용할 경우 에칭율이 가장 높았다.
비교 실시예 6-8
실시예 1-6에서와 동일한 방식으로 에칭율을 측정하되, 세정 가스를 표 4에 도시된 조성을 지닌 각각의 가스로 교체했다.
| 비교 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| NF3 | F2 | He | ||
| 6 | 1 | 1 | 200 | 175 |
| 7 | 1 | 0.5 | 170 | 170 |
| 8 | 1 | 1.5 | 250 | 170 |
비교 실시예 6-8에 도시된 혼합 가스의 모든 에칭율은 실시예 1-6에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율보다 낮았다.
비교 실시예 9-11
실시예 1-6에서와 동일한 방식으로 에칭율을 측정하되, 세정 가스를 표 5에 도시된 조성을 지닌 각각의 가스로 교체했다.
| 비교 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| CF4 | F2 | He | ||
| 9 | 1 | 1 | 200 | 140 |
| 10 | 1 | 0.5 | 170 | 120 |
| 11 | 1 | 1.5 | 250 | 155 |
비교 실시예 9-11에 도시된 혼합 가스의 모든 에칭율은 실시예 1-6에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율보다 낮았다.
비교 실시예 12-14
실시예 1-6에서와 동일한 방식으로 에칭율을 측정하되, 세정 가스를 표 6에 도시된 조성을 지닌 각각의 가스로 교체했다.
| 비교 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| C2F6 | F2 | He | ||
| 12 | 1 | 1 | 200 | 50 |
| 13 | 1 | 0.5 | 170 | 30 |
| 14 | 1 | 1.5 | 250 | 100 |
비교 실시예 12-14에 도시된 혼합 가스의 모든 에칭율은 실시예 1-6에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율보다 낮았다.
비교 실시예 15
실시예 1-6에서와 동일한 방식으로 에칭율을 측정하되, 세정 가스를 표 7에 도시된 조성을 지닌 가스로 교체했다.
| 비교 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | |
| 사용된 가스 | 혼합비 | ||
| 15 | NF3/He | 1/10 | 1,900 |
NF3의 농도를 비교 실시예 1에 비해 10배로 증가시킬 때, 에칭율도 10배 높아짐을 알 수 있다.
실시예 7
본 발명의 세정 가스의 에칭율을 실시예 1-3에서와 동일한 방식으로 측정하되, 세정 가스를 표 8에 도시된 조성을 지닌 가스로 교체했다.
| 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| SF6 | F2 | He | ||
| 7 | 1 | 1 | 20 | 2,200 |
실시예 7에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율은 비교 실시예 15에 도시된 NF3의 에칭율보다 우수했다.
실시예 8
본 발명의 세정 가스의 에칭율을 실시예 4-6에서와 동일한 방식으로 측정하되, 세정 가스를 표 9에 도시된 조성을 지닌 가스로 교체했다.
| 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | ||
| SF6 | NF3 | He | ||
| 8 | 1 | 1 | 20 | 2,200 |
실시예 8에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율은 비교 실시예 15에 도시된 NF3의 에칭율보다 우수했다.
실시예 9-11
도 1에 도시된 시험 장치에서 장치 내부 압력을 300 Pa로 조절했다. 표 10에 도시된 조성을 지닌 세정 가스를 2.45 GHz 및 500 W의 극초단파 플라즈마 여기원에 의해 여기시킨 다음 시험 장치에 도입시켜 시험 장치내에 놓인 실리콘 웨이퍼를 에칭시켰다. 에칭 후 실리콘 웨이퍼의 용적 손실로부터 에칭율을 측정하고 그 결과를 표 10에 나타내고 있다.
| 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | |||
| SF6 | F2 | O2 | He | ||
| 9 | 1 | 1 | 0.5 | 200 | 300 |
| 10 | 1 | 0.5 | 0.5 | 170 | 260 |
| 11 | 1 | 1.5 | 0.5 | 250 | 290 |
비교 실시예 16-18
본 발명의 세정 가스의 에칭율을 실시예 9-11에서와 동일한 방식으로 측정하되, 세정 가스를 표 11에 도시된 조성을 지닌 가스로 교체했다.
| 비교 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | |||
| NF3 | F2 | O2 | He | ||
| 16 | 1 | 1 | 0.5 | 200 | 170 |
| 17 | 1 | 0.5 | 0.5 | 170 | 160 |
| 18 | 1 | 1.5 | 0.5 | 250 | 160 |
비교 실시예 16-18에 도시된 혼합 가스의 모든 에칭율은 실시예 9-11에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율보다 낮았다.
실시예 12
본 발명의 세정 가스의 에칭율을 실시예 9-11에서와 동일한 방식으로 측정하되, 세정 가스를 표 12에 도시된 조성을 지닌 가스로 교체했다.
| 실시예 | 사용된 가스 및 혼합비 (용적비) | 에칭율(nm/분) | |||
| SF6 | F2 | O2 | He | ||
| 12 | 1 | 1 | 0.5 | 20 | 3,000 |
실시예 12에 도시된 본 발명의 세정 가스의 에칭율은 비교 실시예 15에 도시된 NF3의 에칭율보다 우수했다.
실시예 13
실리콘 웨이퍼 대신에, 비정질 실리콘, 실리콘 나이트라이드 등의 축적된 침착물을 지닌 석영 조각을 세정에 이용했다. 실시예 1에 사용된 세정 가스를 2.45 GHz 및 500 W의 극초단파 플라즈마 여기원에 의해 여기시킨 다음 300 Pa의 내부 압력으로 조절된 시험 장치의 챔버에 도입시켜 석영 조각을 세정한 다음 꺼내왔다. 그 결과, 침착물이 완전히 제거되었음을 확인했다.
실시예 14
실리콘 웨이퍼 대신에, 비정질 실리콘, 실리콘 나이트라이드 등의 축적된 침착물을 지닌 석영 조각을 세정에 이용했다. 실시예 4에 이용된 세정 가스를 2.45 GHz 및 500 W의 극초단파 플라즈마 여기원에 의해 여기시키고 300 Pa의 내부 압력으로 조절된 시험 장치의 챔버에 도입시켜 석영 조각을 세정한 다음 꺼내왔다. 그 결과, 침착물이 완전히 제거되었음을 확인했다.
실시예 15
실리콘 웨이퍼 대신에, 비정질 실리콘, 실리콘 나이트라이드 등의 축적된 침착물을 지닌 석영 조각을 세정에 이용했다. 실시예 9에 이용된 세정 가스를 2.45 GHz 및 500 W의 극초단파 플라즈마 여기원에 의해 여기시키고 300 Pa의 내부 압력으로 조절된 시험 장치의 챔버에 도입시켜 석영 조각을 세정한 다음 꺼내왔다. 그 결과, 침착물이 완전히 제거되었음을 확인했다.
본 발명의 반도체 생산 설비용 세정 가스는 에칭율이 높아, 효율적인 세정과 우수한 비용대 성능 비율을 보장해준다. 본 발명의 반도체 생산 설비의 세정방법에 따르면, 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드, 텅스텐 따위의 막-형성 또는 에칭시에 축적되는 반도체 또는 TFT 액정 요소 생산을 위한 막-형성 설비 또는 에칭 설비에서 불필요한 침착물을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명의 세정 가스를 이용하는 세정 단계와 분해 단계를 포함하는 방법을 이용하여 세정 단계에서 방출되는 플루오로화합물-함유 배기 가스를 무해하게 만듦으로써, 반도체 장치를 효율적으로 생산할 수 있다.
Claims (36)
- 비활성 가스, 및 SF6, F2 및 NF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 두가지 가스(F2와 NF3만의 조합물을 배제함)를 포함하고, 상기 가스의 혼합비는 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.1 내지 1.5이고 비활성 가스가 0.1 내지 30인 반도체 생산 설비에서 침착물을 제거하기 위한 세정 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 1 항에 있어서, SF6, F2 및 비활성 가스를 포함하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 1 항에 있어서, SF6, NF3 및 비활성 가스를 포함하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 1 항에 있어서, SF6, F2, NF3 및 비활성 가스를 포함하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 비활성 가스가 He, Ne, Ar, Xe, Kr 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 5 항에 있어서, 비활성 가스가 He, Ar 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 과불화탄소, 수소화불화탄소, 과불화에테르 및 수소화불화에테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스를 더 함유하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 9 항에 있어서, 과불화탄소와 수소화불화탄소 각각이 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지고 과불화에테르와 수소화불화에테르 각각이 2 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 산소-함유 가스, 비활성 가스, 및 SF6, F2 및 NF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 두가지 가스(F2와 NF3만의 조합물을 배제함)를 포함하는, 반도체 생산 설비에서 침착물을 제거하기 위한 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항에 있어서, 산소-함유 가스, 비활성 가스, SF6 및 F2를 포함하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항에 있어서, 산소-함유 가스, 비활성 가스, SF6 및 NF3를 포함하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항에 있어서, 산소-함유 가스, 비활성 가스, SF6, F2 및 NF3를 포함하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 산소-함유 가스가 O2, O3, N2O, NO, NO2, CO 및 CO2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 15 항에 있어서, 산소-함유 가스가 O2 및/또는 N2O인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 비활성 가스가 He, Ne, Ar, Xe, Kr 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 17 항에 있어서, 비활성 가스가 He, Ar 및 N2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항에 있어서, 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.01 내지 5이고, 산소-함유 가스가 0.01 내지 5이며 비활성 가스가 0.01 내지 500인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 19 항에 있어서, 용적비의 측면에서 SF6를 1로 가정할 경우, F2 및/또는 NF3가 0.1 내지 1.5이고, 산소-함유 가스가 0.1 내지 1.5이며 비활성 가스가 0.1 내지 30인 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 11 항에 있어서, 과불화탄소, 수소화불화탄소, 과불화에테르 및 수소화불화에테르로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 가스를 더 함유하는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 21 항에 있어서, 과불화탄소와 수소화불화탄소 각각이 1 내지 4개의 탄소 원자를 가지고 과불화에테르와 수소화불화에테르 각각이 2 내지 4개의 탄소 원자를 가지는 반도체 생산 설비용 세정 가스.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 세정 가스를 50 내지 500℃의 온도 범위에서 여기시켜 플라즈마를 생성하고, 반도체 생산 설비내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는 반도체 생산 설비의 세정방법.
- 삭제
- 제 23 항에 있어서, 플라즈마에 대한 여기원이 극초단파인 반도체 생산 설비의 세정방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 세정 가스의 이용을 포함하는 반도체 생산 설비의 세정방법.
- 제 28 항에 있어서, 세정 가스를 50 내지 500℃의 온도 범위에서 여기시켜 플라즈마를 생성하고 반도체 생산 설비내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는 반도체 생산 설비의 세정방법.
- 제 29 항에 있어서, 플라즈마에 대한 여기원이 극초단파인 반도체 생산 설비의 세정방법.
- 삭제
- 제 28 항에 있어서, 세정 가스를 무플라즈마 시스템에서 200 내지 500℃의 온도 범위에서 이용하는 반도체 생산 설비의 세정방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 세정 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고, 반도체 장치내의 침착물을 플라즈마에서 제거하는 세정 단계와, 상기 세정 단계로부터 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 분해 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법.
- 제 33 항에 있어서, 플루오로화합물이 HF, SiF4, SF6, SF4, SOF2, SO2F2 및 WF6로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 화합물인 반도체 장치의 생산방법.
- 비활성 가스, 산소-함유 가스, 및 SF6, NF3 및 F2로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 두가지 가스(F2와 NF3만의 조합물을 배제함)를 함유하는 세정 가스를 이용하는 세정 단계와, 세정 단계에서 방출된 플루오로화합물-함유 가스를 분해하는 분해 단계를 포함하는 반도체 장치의 생산방법.
- 제 35 항에 있어서, 플루오로화합물이 HF, SiF4, SF6, SF4, SOF2, SO2F2 및 WF6로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 한가지 화합물인 반도체 장치의 생산방법.
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