KR100753158B1 - 공정 챔버의 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
공정 챔버의 세정 방법을 제공한다. 이 방법은 TiCl4 가스를 포함하는 제 1 세정 가스를 이용하여 공정 챔버의 내벽으로부터 TiAlN막을 제거하는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 종래 기술에 따른 TiAlN 증착 시스템의 운용 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 TiAlN 증착 시스템의 운용 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TiAlN 증착 시스템의 운용 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
본 발명은 반도체 장치의 제조를 위한 박막 증착 설비의 세정 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 것처럼, 반도체 장치의 제조 공정은 기판 상에 물질막을 증착한 후 이를 패터닝하는 단계를 포함한다. 이때, 물질막의 증착은 (외부 대기와의 접촉이 차단된) 공정 챔버의 내부에서 이루어지며, 증착 방법에 따라, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 및 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD)으로 분류될 수 있다.
한편, 대부분의 증착 기술에서, 물질막은 반도체기판의 상부에만 선택적으로 형성되지는 않고, 공정 챔버의 내벽에도 증착된다. 물질막의 이러한 의도되지 않은 증착은 상기 반도체 장치의 불량을 초래하는 파티클의 원천(source)이 되거나, 증착 시스템의 오동작을 초래하는 원인이 될 수 있기 때문에, 공정 챔버의 내벽으로부터 상기 물질막을 제거하기 위한 세정 공정이 주기적으로 실시돼야 한다.
상기 공정 챔버의 세정은, 상기 물질막의 종류에 따라, 건식 또는 습식의 방법으로 실시될 수 있다. 건식 세정은 상기 공정 챔버의 내부로 세정 가스를 공급하는 단계 및 상기 세정 가스와 상기 물질막의 반응으로부터 생성되는 반응 가스를 상기 공정 챔버로부터 배출시키는 단계를 포함한다. 이때, 건식 세정과 증착 사이의 주요한 차이는 단지 공정 챔버로 공급되는 가스의 종류에서의 차이라는 점에서, 챔버의 건식 세정은, 복잡한 준비 과정없이, 물질막의 증착 단계 이후 곧장 실시될 수 있다.
하지만, 반도체 장치의 제조에 사용되는 물질들 중에는, 이러한 건식 세정을 통해 공정 챔버를 세정하기 어려운 것들도 있다. 예를 들면, (피램(PRAM)의 하부 전극 또는 확산방지막 등으로 사용되는) TiAlN막은 통상적으로 ClF3 가스를 사용하여 제거되지만, 아래 화학 반응식으로부터 알 수 있는 것처럼, TiAlN과 ClF3은 공정 챔버의 외부로 배출되기 어려운 고체 상태의 AlF3를 생성시킨다.
이에 따라, TiAlN막의 증착 시스템의 경우, 공정 챔버의 세정을 위해서는, 고체 상태의 AlF3를 제거하기 위한 습식 세정 단계가 필요하다. 도 1은 TiAlN 증착 챔버를 세정하는 종래의 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 공정 챔버 내에 반도체 웨이퍼를 로딩한 후(S10), 상기 공정 챔버 내에 공정 가스를 공급하여 상기 반도체 웨이퍼 상에 TiAlN 막을 형성한다(S20). 상기 TiAlN 막이 형성된 반도체 웨이퍼는 후속 공정의 진행을 위해 상기 공정 챔버로부터 언로딩된다(S30).
종래 기술에 따르면, 상기 TiAlN 막의 증착 단계(S20)가 소정 횟수(n)로 반복된 후, 상기 공정 챔버 내벽의 TiAlN 막을 제거하기 위한 세정 공정을 실시한다(S40). 종래 기술에 따른 세정 공정(S40)은 상기 공정 챔버를 분해하는 단계(S41), 세정액(cleaning solution)을 이용하여 분해된 공정 챔버로부터 상기 TiAlN 막을 제거하는 단계(S42) 및 세정된 공정 챔버를 조립하는 단계(S43)를 포함한다.
하지만, 이러한 공정 챔버의 분해/조립은 장비의 수명을 단축시키는 문제를 초래한다. 이에 더하여, 이처럼 공정 챔버를 분해하고 조립하는 단계를 포함하는 종래의 세정 공정(S40)을 위해서는, 증착 시스템의 가동이 중단돼야 하며, 이러한 가동 중단은 상기 증착 시스템의 생산성을 현저하게 저하시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 TiAlN의 증착을 위한 공정 챔버 를 건식으로 세정할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 TiCl4를 포함하는 세정 가스를 이용하여, TiAlN 막이 형성된 공정 챔버를 건식 세정하는 단계를 포함하는 공정 챔버의 세정 방법을 제공한다. 이 방법은 공정 챔버 내에 반도체 웨이퍼를 로딩하고, 상기 반도체 웨이퍼 상에 TiAlN막을 형성하고, 상기 TiAlN막이 형성된 반도체 웨이퍼를 상기 공정 챔버로부터 언로딩한 후, 상기 공정 챔버 내에 TiCl4 가스를 포함하는 제 1 세정 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내벽에 부착된 TiAlN막을 제거하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 TiAlN막을 형성하는 단계는 상기 공정 챔버 내에 TiCl4, TMA(tetra-methyl-aluminum) 및 암모니아(NH3)을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 TiAlN막을 제거하는 단계는 상기 제 1 세정 가스에 포함된 TiCl4 가스와 상기 TiAlN막의 반응을 통해 생성되는 AlCl3 가스를 상기 공정 챔버의 외부로 배출하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 TiAlN막을 제거하는 단계는 상기 TiCl4 가스를 10초 내지 10분 동안 1sccm 내지 10slm의 유량으로 공급하는 단계를 포함하며, 상기 공정 챔버 내부의 온도 및 압력은 각각 400 내지 550℃ 및 0.1 내지 100 torr일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 TiAlN막을 제거하는 단계에서 사용되는 상기 제 1 세정 가스는 암모니아(NH3) 가스를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 공정 챔버의 내벽에 부착된 TiAlN막은 상기 TiCl4 가스 및 상기 암모니아(NH3) 가스와 반응함으로써, 상기 공정 챔버의 외부로 배출될 수 있는 가스 상태의 AlCl3, 수소(H2), TiCl4 및 염산(HCl)과 상기 공정 챔버의 내벽에 부착되는 고체 상태의 TiN막으로 분해된다.
이에 더하여, 상기 TiAlN막을 제거하는 단계는 상기 제 1 세정 가스와 상기 TiAlN막의 반응으로부터 생성되는 가스 상태의 AlCl3, 수소(H2), TiCl4 및 염산(HCl)을 상기 공정 챔버의 외부로 배출시키는 단계 및 상기 공정 챔버 내에 염소를 포함하는 제 2 세정 가스를 공급하여 상기 공정 챔버의 내벽에 부착된 상기 TiN막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 2 세정 가스는 ClF3 가스 및 Cl2 중의 한가지일 수 있다.
상기 제 2 세정 가스가 ClF3 가스일 경우, 상기 공정 챔버의 내벽에 부착되는 TiN막은 상기 ClF3 가스와 반응함으로써, 상기 공정 챔버의 외부로 배출될 수 있는, 가스 상태의 TiF4, ClF, F2 및 N2로 분해된다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 TiAlN 증착 시스템의 운용 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 공정 챔버 내에 반도체 웨이퍼를 로딩한 후(S100), 상기 공정 챔버 내에 공정 가스를 공급하여 상기 반도체 웨이퍼 상에 TiAlN 막을 형성한다(S110). 본 발명에 따르면, 상기 TiAlN막을 형성하는 단계(S110)는, 대략 450 내 지 500℃의 온도로 가열된 공정 챔버의 내부에, 공정 가스로서 TiCl4, TMA(tetra-methyl-aluminum) 및 암모니아(NH3)를 공급하는 단계를 포함한다.
이어서, 상기 TiAlN 막이 형성된 반도체 웨이퍼를 상기 공정 챔버로부터 언로딩한다(S120). 한편, 상술한 것처럼, 상기 공정 가스들의 반응을 통해 생성되는 TiAlN막은 상기 반도체 웨이퍼의 상부면 뿐만이 아니라 상기 공정 챔버의 내벽에도 형성될 수 있다. 상기 공정 챔버의 내벽에 형성된 이러한 TiAlN막을 제거하기 위하여, 상기 공정 챔버 내부로 제 1 세정 가스를 공급하는 제 1 세정 단계를 실시한다(S130).
본 발명에 따르면, 상기 제 1 세정 가스는 TiCl4를 포함한다. 이 경우, 상기 TiCl4는 상기 공정 챔버의 내벽에 형성된 TiAlN 막과 반응하여, 상기 공정 챔버의 외부로 용이하게 배출될 수 있는 AlCl3 가스를 생성한다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 세정 단계에서, 상기 TiCl4 가스는 대략 10초 내지 10분 동안 1sccm 내지 10slm의 유량으로 상기 공정 챔버의 내부로 공급될 수 있다. 상기 제 1 세정 단계의 바람직한 공정 시간은 20초 내지 30초이고, 상기 TiCl4 가스의 바람직한 유량은 20sccm 내지 1slm이다. 또한, 상기 제 1 세정 단계에서, 상기 공정 챔버 내부의 온도 및 압력은 각각 20℃ 내지 600℃ 및 0.1 torr 내지 100 torr의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 세정 단계는 400℃ 내지 550℃의 온도 및 1 torr 내지 5 torr의 압력에서 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 세정 가스는, 상기 TiCl4 가스에 더하여, 암모니아(NH3) 가스를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 TiCl4 및 암모니아(NH3)는 상기 공정 챔버의 내벽에 형성된 TiAlN 막과 반응하여, 아래 반응식 2에 표현된 것처럼, 가스 상태의 AlCl3, 수소(H2), 염산(HCl) 및 TiCl4 및 고체 상태의 TiN막을 생성한다.
이때, 상기 AlCl3, 수소(H2), 염산(HCl) 및 TiCl4는 가스 상태이므로, 용이하게 상기 공정 챔버의 외부로 배출될 수 있지만, 상기 TiN막은 고체 상태이므로 상기 공정 챔버의 내벽에 잔존한다. 하지만, 상기 TiN막은, 상기 TiAlN 막에 비해, 반도체 장치의 불량을 초래할 가능성이 작다. 이에 더하여, 본 발명에 따르면, 상기 TiN막은 후술할 제 2 세정 가스를 사용하는 제 2 세정 단계에서 용이하게 제거될 수 있다(S140). 결과적으로, 상기 TiAlN 막은 습식 세정의 단계없이 건식 세정의 단계들을 통해 상기 공정 챔버로부터 제거될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 세정 단계(S140)는 염소를 포함하는 제 2 세정 가스를 사용하여 상기 공정 챔버의 내벽에 형성된 TiN막을 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 제 2 세정 가스는 ClF3 또는 Cl2일 수 있다. 상기 제 2 세 정 가스로 ClF3를 사용하는 경우, 상기 TiN막과의 반응은, 아래 반응식 3에 표현된 것처럼, 가스 상태의 TiF4, ClF, F2 및 N2를 생성한다. 이처럼 반응의 결과물들이 기체 상태이기 때문에, 상기 TiN막은 ClF3 가스에 의해 상기 공정 챔버로부터 용이하게 제거될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착 시스템의 생산성 향상을 위해, 상기 제 1 세정 단계(S130)를 소정의 회수 n번 반복하여 실시한 후에, 상기 제 2 세정 단계(S140)를 실시할 수 있다. 이때, 상기 제 1 세정 단계(S130)의 반복 횟수 n은 1 또는 1보다 큰 정수이며, 바람직하게는 1 내지 10000 사이에서 선택된 정수일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 증착 시스템의 생산성 향상을 위해, 상기 제 1 세정 단계(S130) 역시, 상기 TiAlN 막을 증착하는 단계(S110)를 소정의 회수 m번 반복한 후, 실시될 수 있다. 이때, 상기 TiAlN 막을 증착하는 단계(S110)의 반복 횟수 m은 1 또는 1 보다 큰 정수이며, 바람직하게는 1 내지 10000 사이에서 선택된 정수일 수 있다.
본 발명에 따르면, TiCl4 가스를 사용하여 TiAlN의 증착을 위한 공정 챔버를 세정한다. 이에 따라, 공정 챔버 내벽에 형성된 TiAlN막은 습식 세정의 단계없이 제거될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 단지 건식 세정의 단계들만으로, 상기 공정 챔버의 내벽에 형성된 TiAlN막을 제거할 수 있다. 그 결과, 습식 세정 단계를 요구하는 종래 기술과 달리, 공정 챔버를 분해/조립할 필요가 없다. 이런 점에서, 종래 기술에서의 기술적 문제들(즉, 시스템의 생산성 감소 및 수명 단축)은 본 발명에 따른 세정 방법을 통해 최소화될 수 있다.
Claims (11)
- 공정 챔버 내에 반도체 웨이퍼를 로딩하는 단계;상기 반도체 웨이퍼 상에 TiAlN막을 형성하는 단계;상기 TiAlN막이 형성된 반도체 웨이퍼를 상기 공정 챔버로부터 언로딩하는 단계; 및상기 공정 챔버 내에 TiCl4 가스 및 암모니아(NH3) 가스를 포함하는 제 1 세정 가스를 공급하여, 상기 공정 챔버의 내벽에 부착된 TiAlN막을 제거하는 단계를 포함하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 TiAlN막을 형성하는 단계는 상기 공정 챔버 내에 TiCl4, TMA(tetra-methyl-aluminum) 및 암모니아(NH3)을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 공정 챔버의 내벽에 부착된 TiAlN막은 상기 TiCl4 가스 및 상기 암모니아(NH3) 가스와 반응함으로써, 상기 공정 챔버의 외부로 배출될 수 있는 가스 상태의 AlCl3, 수소(H2), TiCl4 및 염산(HCl)과 상기 공정 챔버의 내벽에 부착되는 고체 상태의 TiN막으로 분해되는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 TiAlN막을 제거하는 단계는상기 제 1 세정 가스와 상기 TiAlN막의 반응으로부터 생성되는 가스 상태의 AlCl3, 수소(H2), TiCl4 및 염산(HCl)을 상기 공정 챔버의 외부로 배출시키는 단계; 및상기 공정 챔버 내에 염소를 포함하는 제 2 세정 가스를 공급하여, 상기 공 정 챔버의 내벽에 부착된 상기 TiN막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 세정 가스는 ClF3 가스 및 Cl2 중의 한가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 공정 챔버의 내벽에 부착되는 TiN막은 상기 ClF3 가스와 반응함으로써, 상기 공정 챔버의 외부로 배출될 수 있는, 가스 상태의 TiF4, ClF, F2 및 N2로 분해되는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 세정 가스를 공급하는 단계는 상기 TiAlN막을 형성하는 단계를 n번 반복한 후 실시하고,상기 제 2 세정 가스를 공급하는 단계는 상기 제 1 세정 가스를 공급하는 단계를 m번 반복한 후 실시하되,상기 n은 1 또는 1보다 큰 정수이고, 상기 m은 1 또는 1보다 큰 정수로, 상기 n 및 상기 m은 각각 1 내지 1000 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 TiAlN막을 제거하는 단계는 상기 TiCl4 가스를 10초 내지 10분 동안 1sccm 내지 10slm의 유량으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 TiAlN막을 제거하는 단계는 상기 공정 챔버 내부의 온도 및 압력이 각각 400 내지 550℃ 및 0.1 내지 100 torr인 공정 조건에서 실시되는 것을 특징으로 하는 공정 챔버의 세정 방법.
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