KR100914354B1 - Ｐｅｃｖｄ막에 대한 1차 웨이퍼 효과 제거 - Google Patents

Ｐｅｃｖｄ막에 대한 1차 웨이퍼 효과 제거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)에 대한 '1차 웨이퍼 효과'를 소거하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 시간 주기 동안 챔버가 유휴된 이후 챔버를 마련하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 유휴 시간 길이로 조절된 시즈닝 단계 및 가열 단계를 수반하는 세정 단계를 포함한다.

Description

ＰＥＣＶＤ막에 대한 1차 웨이퍼 효과 제거{ELIMINATION OF FIRST WAFER EFFECT FOR PECVD FILMS}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PECVD 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 '시동(start up)' 프로세스를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스플레이트를 가열하는 방법을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
100: PECVD 시스템 102 : 챔버 바디
103: 구동 시스템 104 : 챔버 리드
120 : 프로세싱 영역 127 : 챔버 라이너
128 : 히터 페데스탈 130 : 로드
146 : 페이스플레이트 147 : 냉각 채널
150 : 액체 전달 가스 소스 155: 열 차폐부
158 : 액체 소스 161 : 리프트 핀
본 발명의 실시예들은 전반적으로 화학적 기상 증착(CVD)을 이용하여 반도체 기판 상에 박막을 증착하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)에 대한 '1차 웨이퍼 효과(first wafer effect)'를 소거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 제조는 반도체 기판 상에 다층의 피쳐들(features)을 제조하는데 이용되는 일련의 프로세스를 포함한다. 프로세스 챔버는, 예를 들어, 기판 예비조정 챔버, 세정 챔버, 베이크 챔버, 냉각 챔버, 화학적 기상 증착 챔버, 물리적 기상 챔버, 에칭 챔버, 전기화학 도금 챔버 등을 포함할 수 있다. 성공적인 동작은 챔버들 사이에서 처리되는 기판 스트림(stream)을 요구하며 이는 기판 스트림의 각각에 대한 정상상태 성능을 수행한다.
반도체를 제조하는 동안, 산화물, 예를 들어 탄소 도핑 산화물과 같은 물질은 통상적으로 증착 챔버, 예를 들어 화학적 기상 증착(CVD) 챔버와 같은 프로세싱 챔버에서 기판 상에 증착된다. 통상적인 CVD 챔버에서, 기판은 CVD 챔버 속으로 유입된 하나 이상의 휘발성 전구체에 노출되며, 이들은 원하는 증착물이 생성되도록 기판 표면 상에서 반응 및/또는 분해된다. 때로는, 휘발성 부산물이 생성되어 CVD 챔버를 통한 가스 흐름에 의해 제거된다. 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)에서, 전구체의 화학 반응 속도를 강화시키기 위해 CVD 챔버에 플라즈마가 생성된다. PECVD 프로세싱은 반도체 제조에서 중요한 낮은 온도에서의 증착을 허용한다. 일반적으로 CVD 또는 PECVD 챔버의 정상상태 성능은, 예를 들어, 유량 을 제어하는 액체 흐름 측정기, 챔버내에 플라즈마를 생성하는 페이스플레이트(faceplate), 및 기판을 가열하고 지지하는 페데스탈과 같은 모든 하드웨어 부품들이 이상적인 성능을 수행할 것을 요구한다. 그러나 연장된 유휴 시간(idle time) 이후, CVD 챔버는 정상상태 성능에 도달하기 이전에 몇개 기판 상에서 증착 및 세정 프로세스가 연속적으로 수행될 것을 요구할 수 있다. 결과적으로, 몇개의 1차 기판 상에서 증착된 막 특성은 이상적인 것과는 상당한 차이가 있으며, 이는 '1차 웨이퍼 효과'로서 간주된다. 때로 정상상태에 도달하기 이전에 12개에 이르는 기판이 처리될 것이 요구된다.
'1차 웨이퍼 효과'는 몇가지 원인에 의한 것일 수 있다. 일반적으로 플라즈마를 생성하기 위해 바이어스 전위를 제공하는 무선 주파수(RF) 피드쓰로우를 갖는 페이스플레이트(faceplate)는 최초의 기판에 대해 상당히 낮은 온도를 갖고, 이에 의해 보다 낮은 증착 속도에 이르게 된다. 부가적으로, 긴 유휴 시간 이후, 액체 흐름 측정기(LFM) 교정 팩터는 5%까지 변형될 수 있으며, 이는 제 1 기판 동안 불안정한 전구체 공급 속도를 유도한다. 또한, 페이스플레이트는 불균일하게 가열되어 기판 표면에 대한 불균일한 증착을 야기한다.
기술 관련 시스템에서, '1차 웨이퍼 효과'는 유휴 시간 주기 이후 제 1 기판을 처리하기 이전에 '세정(Go-Clean)' 프로세스를 수행함으로써 감소된다. '세정' 프로세스는 일반적으로 플라즈마 가열 단계, 증착 단계, 세정 단계 및 시즌(season) 단계를 포함한다. '세정' 프로세스는 '1차 웨이퍼 효과'를 감소시키나, 통상적으로 정상상태에 도달하기 이전에 '세정'이후 4 내지 6개 기판을 처리한 다.
따라서, CVD 프로세스에서 '1차 웨이퍼 효과'를 감소 또는 소거시키기 위한 장치 및 방법의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 CVD 프로세스에서 '1차 웨이퍼 효과'를 감소 또는 소거하는 것이다.
본 발명은 전반적으로 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)에 대한 '1차 웨이퍼 효과'를 소거하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 챔버가 시간 주기 동안 유휴상태를 거친 후 챔버를 마련하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 제 1 활성종(active species)을 이용하여 챔버를 세정하는 단계, 제 1 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 제 1 가스 혼합물을 전달함으로써 챔버를 시즈닝하는 단계, 및 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하면서 가열 가스 가스를 전달함으로써 챔버를 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 유휴 시간 주기 이후 챔버를 마련하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 원격 플라즈마 소스로부터 생성된 활성종을 챔버로 전달하는 단계, 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 챔버로 가스 혼합물을 전달하는 단계, 및 챔버로 가열 가스를 전달하는 단계를 포함하며, 가스 혼합물은 전구체 가스, 산화 가스, 및 캐리어 가스를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 챔버의 기판 상에 막을 증착하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 챔버로 활성종을 전달함으로써 챔버를 세정하는 단계, 제 1 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 제 1 전구체를 포함하는 제 1 가스 혼합물을 챔버로 전달함으로써 챔버를 세정하는 단계, 무선 주파수 전력을 가열 가스에 인가하면서 가열 가스를 전달함으로써 챔버를 가열하는 단계, 및 제 2 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 제 1 전구체를 포함하는 제 2 가스 혼합물을 챔버로 전달함으로써 기판 상에 막을 증착하는 단계를 포함한다.
일부가 첨부된 도면에 도시되는 실시예를 참조로 상기 언급된 본 발명의 특징이 본 발명의 보다 상세한 설명, 상기 요약을 통해 이해될 수 있다. 그러나 첨부된 도면은 단지 본 발명의 통상적인 실시예로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니며, 등가의 유효 실시예들이 구현될 수 있다.
전반적으로 본 발명은 '1차 웨이퍼 효과'를 소거하는 장치 및 방법을 제공한다. PECVD에 대한 새로운 '시동(Start up)' 시퀀스가 개발되었다. 새로운 '시동'시퀀스는 유휴 시간의 길이로 조작되는 세정 단계, 시즈닝 단계 및 가열 단계를 포함한다. 새로운 '시동' 시퀀스는 보다 짧은 시간 및 보다 적은 에너지를 요구한다. 따라서, 본 발명은 액체 흐름 측정기에 대한 정상상태 성능을 얻는 장치 및 방법을 제공한다. 새로운 '시동' 시퀀스의 조합 및 본 발명의 LFM에 대한 정상상태 획득은 '1차 웨이퍼 효과'를 크게 감소시키거나 심지어 소거시킬 수 있다.
본 발명은 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수되는 PRODUCER
Figure 112007040701126-pat00001
SE CVD 시스템 또는 DXZ
Figure 112007040701126-pat00002
CVD 시스템의 변형을 참조로 하기에 개시된다. PRODUCER
Figure 112007040701126-pat00003
SE CVD 시스템(예를 들어, 200nm 또는 300nm)은 탄소 도핑 실리콘 산화물 및 다른 물질을 증착하기 위해 사용될 수 있는 2개의 절연된 프로세싱 영역을 포함하며 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 No. 5,855,681호 및 No.6,495,233호에 개시된다. DXZ
Figure 112007040701126-pat00004
CVD 챔버는 본 명세서에서 참조되는, 2002년 4월 2일자로 발행된 미국 특허 No.6,364,954호에 개시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PECVD 시스템(100)의 개략도를 나타낸다. 일반적으로 PECVD 시스템(100)은 힌지에 의해 챔버 바디(102)에 부착될 수 있는 챔버 리드(104)를 지지하는 챔버 바디(102)를 포함한다. 챔버 바디(102)는 프로세싱 영역(120)을 한정하는 측벽들(112) 및 바닥벽(115)을 포함한다. 챔버 리드(104)는 프로세싱 영역(120)으로 반응물 및 세정 가스를 전달하도록 배치된 하나 이상의 가스 분배 시스템(108)을 포함할 수 있다. 측벽들(112)에 형성되고 펌핑 시스템(164)에 결합된 원주형 펌핑 채널(125)은 프로세싱 영역(120)으로부터 가스를 배출하고 프로세싱 영역(120) 내부의 압력을 조절하도록 구성된다. 2개의 통로(122, 124)가 바닥벽(116)에 형성된다. 처리되는 기판을 지지하고 가열하는 히터 페데스탈(128)의 스템(stem)(126)은 통로(122)를 통과한다. 기판 리프트 핀(161)을 활성화시키도록 구성된 로드(130)는 통로(124)를 통과한다.
히터 페데스탈(128)은 스템(126)에 결합된 구동 시스템(103)에 의해 구동되는 프로세싱 영역(120)에 이동가능하게 배치된다. 히터 페데스탈(128)은 그 상부에 위치된 기판을 원하는 프로세스 온도로 가열하기 위해, 예를 들어 저항성 부재와 같은 가열 부재를 포함할 수 있다. 부가적으로, 히터 페데스탈(128)은 램프 어 셈블리와 같은 외부 가열 부재에 의해 가열될 수 있다. 구동 드라이브(103)는 프로세싱 영역(120) 내부에서 히터 페데스탈(128)을 하강 및 상승시키기 위해 선형 액추에이터, 또는 모터 및 감속 기어 어셈블리를 포함할 수 있다.
예를 들어 세라믹 등으로 형성된 챔버 라이너(127)가 프로세싱 영역(120)에 배치되어 부식 프로세싱 환경으로부터 측벽(122)을 보호한다. 챔버 라이너(127)는 측벽(112)에 형성된 레지(ledge)(129)에 의해 지지될 수 있다. 다수의 배출 포트(131)가 챔버 라이너(127) 상에 형성될 수 있다. 다수의 배출 포트(131)는 원주형 펌핑 채널(125)과 프로세싱 영역(120)을 접속하도록 구성된다.
반응물 및 세정 가스를 전달하도록 구성된 가스 분배 어셈블리(108)는 프로세싱 영역(120)으로 가스를 전달하기 위해 챔버 리드(104)를 통해 배치된다. 가스 분배 어셈블리(108)는 샤워헤드 어셈블리(142)로 가스를 전달하는 가스 주입 통로(140)를 포함한다. 샤워헤드 어셈블리(142)는 페이스플레이트(146)에 인접하게 배치된 블록커 플레이트(144)를 갖는 환형 베이스 플레이트(148)로 구성된다. 샤워헤드 어셈블리(142)에 결합된 RF(무선 주파수) 소스(165)는 샤워헤드 어셈블리(142)의 페이스플레이트(146)와 히터 페데스탈(128) 사이에서 플라즈마 생성이 용이하도록 샤워헤드 어셈블리(142)에 바이어스 전압을 제공한다. 일반적으로 RF 소스(165)는 고주파수의 무선 주파수(HFRF) 전력원, 예를 들어 13.56MHz RF 발생기 및 저주파수 무선 주파수(LFRF) 전력원, 예를 들어 300kHz RF 발생기를 포함한다. LFRF 전력원은 저주파수 생성 및 고정된 매칭 부재들 모두에 제공된다. HFRF 전력원은 고정 매칭을 사용하도록 설계되며 부하로 전달되는 전력을 조절하여, 포워드 및 반사 전력에 대한 문제를 소거한다.
냉각 채널(147)은 동작 동안 환형 베이스 플레이트(148)를 냉각시키기 위해 가스 분배 시스템(108)의 환형 베이스 플레이트(148)에 형성된다. 냉각 입구(145)는 물과 같은 냉각 유체를 냉각 채널(147)속으로 전달한다. 냉각 유체는 냉각 출구(149)를 통해 냉각 채널(147)로 배출된다.
또한 챔버 리드(104)는 하나 이상의 가스 입구(166)로부터 가스들을 전달하는 매칭 통로들 및 챔버 리드(104)의 상부에 위치된 가스 주입 매니폴드(167)에 대한 원격 플라즈마 소스(162)를 더 포함한다.
일반적으로 새로운 '시동' 시퀀스에서의 세정 단계는 원격 플라즈마 소스(162)와 같이, 프로세싱 챔버 부근에 위치된 원격 플라즈마 소스로부터 생성된 플라즈마를 사용하여 수행된다. 원격 플라즈마 소스(162)는 내부 표면으로부터 증착된 물질을 제거하기 위해 프로세싱 영역(120)에 활성화된 종들을 공급하도록 구성된다. 원격 플라즈마 소스(162)는 일반적으로 전구체 소스(163), 캐리어 가스 소스(168) 및 전력원(129)에 접속된다. 동작 동안, 전구체 가스는 원하는 유량으로 전구체 소스(163)로부터 원격 플라즈마 소스(162)로 흐른다. 전력원(169)은 무선 주파수 또는 마이크로파 전력을 제공하여 가스 주입 매니폴드(167) 및 가스 분배 어셈블리(108)를 통해 프로세싱 영역(120)으로 유입되는 활성종이 형성되도록 원격 플라즈마 소스(162)에서 전구체 가스를 활성화시킨다. 아르곤, 질소, 헬륨, 수소 또는 산소와 같은 캐리어 가스는 원격 플라즈마 소스(162) 및 프로세싱 영역(120)으로 유입되어 활성화된 종의 수송을 보조하고/보조하거나 세정 프로세스를 보조하고 또는 프로세싱 영역(120)에서 플라즈마의 초기화 및/또는 안정화를 도울 수 있다. 일 실시예에서, 전력원(169)은 예를 들어, 400KHz 내지 13.56MHz의 광범위한 무선 주파수 전력을 제공한다. 반응성 가스는 상업적으로 이용되는 할로겐 및 할로겐 화합물을 포함하는 광범위한 옵션에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 반응성 가스는 제거되는 증착 물질에 따라, 예를 들어, NF3, CF4, SF6, C2F6, CCl4, C2Cl6 등과 같이, 염소, 불소 또는 이들의 화합물을 포함할 수 있다. 일반적으로 원격 플라즈마 소스(162)는 통상적으로 라디칼의 수명이 짧기 때문에 프로세싱 영역(120)에 가깝게 위치된다.
하나 이상의 프로세싱 가스는 가스 주입 매니폴드(167)를 통해 프로세싱 영역에 전달될 수 있다. 통상적으로, 기판 상에 원하는 물질층을 증착하기 위해 프로세싱 챔버의 프로세싱 영역으로 전달되는 전구체로부터 가스 또는 증기를 형성하는 3가지 방법이 있다. 제 1 방법은 전구체가 앰플(ampoule)에서 고체에서 가스(또는 증기)로 상을 변화시키도록 제어된 프로세스를 이용하여 고체 형태의 전구체를 기화시키는 승화 프로세스이다. 제 2 방법은 증발 프로세스에 의해 전구체 가스를 생성하는 것으로, 캐리어 가스는 온도 제어 액체 전구체를 통해 거품을 내게 되며 캐리어 가스는 전구체 가스를 멀리 전달한다. 제 3 방법에서, 전구체 가스는 액체 전구체를 기화기로 전달하는 액체 전달 시스템에서 생성되며, 액체 전구체는 기화기로 전달된 추가 에너지에 의해 액체에서 가스로 상태가 변한다. PECVD 시스템은 일반적으로 하나 이상의 전구체 전달 시스템을 포함한다.
도 1은 시스템의 유휴 시간에 작용될 수 있는 액체 흐름 측정기(153)를 갖춘 액체 전달 가스 소스(150)를 개략적으로 나타낸다. 일반적으로 액체 전달 가스 소스(150)는 앰플 가스 소스(157) 및 앰플(154)에 접속된 액체 소스(158)를 포함한다. 액체 소스(158)는 앰플(154)에 액체 전구체를 제공한다. 앰플 가스 소스(157)는 앰플(154)에 가스를 제공하여 흐르는 전구체의 양을 측정하는 액체 흐름 측정기(153)로 앰플(154)의 액체 전구체를 펌핑한다. 액체 흐름 측정기(153)는 프로세스 동안 프로세싱 영역(120)에 공급된 전구체 가스의 유량을 검출하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 액체 흐름 측정기(153)는 정량 펌프(metering pump)일 수 있다. 일 실시예에서, 열 차폐부(155)는 액체 흐름 측정기(153) 부근에 배치될 수 있다. 열 차폐부(155)는 액체 흐름 측정기(153)의 대기 온도를 안정화시키기 위해 액체 흐름 측정기(153)에 대한 가열 장벽으로서 작용한다. 액체 전구체는 액체 흐름 측정기(153)로부터 전구체 가스의 액체 전구체를 기화시키고 전구체 가스를 용기(151)로 전달하는 기화기(159)로 흐른다. 용기(151)는 가스 입구(166)를 통해 가스 입력 매니폴드(167)와 접속된다. 액체 전달 가스 소스(150)는 일반적으로 폐쇄 환경에서 동작하며, 질소와 같은 순환 가스는 제어된 온도를 유지하고 가스 누설의 위험이 감소되도록 일정하게 흐를 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 순환 가스는 순환 가스 소스(160)로부터 액체 전달 가스 소스(150)로 흘러 배출구(156)로부터 액체 전달 가스 소스를 배출할 수 있다.
PECVD 시스템(100)은 캐리어 가스 및/또는 전구체 가스를 제공하도록 구성된 하나 이상의 가스 소스(172)를 더 포함할 수 있다.
PECVD 시스템(100)은 예를 들어, 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물, 트리메틸실란(TMS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물, 테트라에톡시실란(TEOS)로부터 증착된 실리콘 산화물막, 실란(SiH4)로부터의 실리콘 산화물막, 디에톡시메틸실란 및 알파 페르피넨으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물막 및 실리콘 탄화물막과 같은 상이한 막들을 기판 상에 증착하도록 구성될 수 있다.
도 1의 PECVD 시스템(100)과 같은 PECVD 시스템이 잠시 동안 유휴될 때, 본 발명의 새로운 '시동' 시퀀스는 PECVD 시스템에서 수행되어 PECVD 시스템이 유휴 기간 이후 처리되는 제 1 기판에 대한 정상상태에 도달하도록 '1차 웨이퍼 효과'를 최소화 또는 소거할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 '시동' 프로세스(200)를 나타낸다. 일반적으로 '시동' 프로세스(200)는 액체 흐름 측정기의 정상상태가 얻어지는 단계(205)를 포함한다. 단계(205)는 챔버 세정 프로세스가 수행되는 단계(210)로 이어진다. 단계(210)는 챔버 시즈닝 프로세스가 수행되는 단계(220)로 이어진다. 단계(220)는 페이스플레이트가 가열되는 단계(230)로 이어진다. 단계(230) 이후, 챔버는 정상상태에 도달하고 제 1 기판이 단계(240)에서 처리될 수 있다. 단계들(205, 210, 220, 230)이 상세히 개시된다.
단계(205)에서, 액체 흐름 측정기의 정상상태가 얻어진다. 도 1의 액체 흐름 측정기(153)와 같은 액체 흐름 측정기의 성능은 대기 온도에 의해 영향을 받는 다. 대기 온도는 열을 생성하고 액체 흐름 측정기에 열을 방사하는 액체 주입 밸브 및 액체 주입 밸브용 히터 재킷과 같은 액체 흐름 측정기 부근의 부품에 의해 영향을 받는다. 긴 유휴 시간 주기 이후, 액체 흐름 측정기 부근의 부품들은 정상상태 온도로부터 냉각되어, 액체 흐름 측정기가 감소된 온도에 동작하게 한다. 결과적으로, 액체 흐름 측정기의 교정 팩터가 변해 액체 전구체의 비-정확한 측정이 야기된다.
일 실시예에서, 유휴 액체 흐름 측정기의 정상상태는 주어진 시간량 동안 액체 흐름 측정기를 통해 액체 전구체를 흘려보냄으로써 달성될 수 있다. 이 프로세스는 '액체 흐름 측정기의 시즈닝'이라 불린다. 주어진 시간량은 수행되는 프로세스 및 액체 흐름 측정기의 크기에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 큰 액체 흐름 측정기가 정상상태에 도달하는데는 오랜 시간이 소요된다. 약 150℃에서 수행되는 증착 프로세스에 대한 OMCTS를 측정하는 액체 흐름 측정기에 대해, 주어진 시간량은 약 2 분 내지 약 5분이다.
부가적으로, 도 1의 열 차폐부(155)와 같은 열 차폐부는 액체 흐름 측정기의 정상상태를 안정화시키도록 배치된다. 또한, 액체 흐름 측정기 부근의 배기 압력을 유지함으로써 온도 변화가 방지되고 액체 흐름 측정기의 정상상태가 조장된다. 일 실시예에서, 예를 들어 배출구(156)에서의 압력과 같은, 배기 압력은 액체 흐름 측정기 부근에서의 온도 변동을 방지하는 값으로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 배기 압력은 웨이퍼의 약 0.5인치 보다 크게 유지된다.
단계(210)에서, 챔버 세정 프로세스는 챔버 내부 표면을 세정하도록 수행된 다. 통상적으로 이전의 증착 및/또는 시즈닝은 증착 챔버의 부품들 및 챔버 벽 상에 소정 물질의 증착을 야기한다. 챔버 벽 및 부품들 상에 증착된 물질은 기판에서 기판으로의 증착 속도 및 하나의 기판상에서의 증착 균일성에 영향을 미친다. 챔버 벽 및 부품상에 증착되는 물질은 챔버 벽 및 부품들로부터 떨어져 반도체 장치를 손상 또는 파손시킬 수 있는 오염 입자를 생성한다. CVD 챔버는 세정 가스를 사용하여 주기적으로 세정되어 챔버 및 부품상에 증착된 물질의 효과를 감소시킨다. 또한 오염을 감소시키고 기판 대 기판 또는 기판 균일성을 개선시키도록 유휴 시간 주기 이후 챔버 세정 프로세스를 수행하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 세정 프로세스는 원격 플라즈마 소스에서 여기된 세정 가스가 챔버로 흐름으로써 수행될 수 있다. 세정 가스는 증착 프로세스에 이용된 전구체 가스와 챔버 벽과 부품들 상에 형성된 증착 물질을 결합시키기는 능력을 기초로 선택된 할로겐 함유 화합물이다. 일반적으로 여기된 세정 가스는 전구체가스 및 증착 물질로 휘발성 부산물을 생성하여 챔버로부터 배출된다. 일 실시예에서, 세정 가스는 NF3이다. 세정 가스의 선택은 세정 조건에 따라 결정된다. 사용될 수 있는 세정 가스는 F2, CF4, C3F8, SF6, C2F6, CCl4 및 C2Cl6를 포함한다. 세정 시간은 제거되는 증착 물질의 두께에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 본 세정 프로세스에서의 세정 시간은 시즈닝 시간 및 유휴 시간 이전에 수행되는 증착 프로세스의 두께에 의해 결정될 수 있다.
단계(220)에서, 챔버 시즈닝 프로세스가 수행된다. 일반적으로 시즈닝 프로세스는 순차적인 프로세스 레시피를 따라 챔버의 프로세싱 영역을 한정하는 내부 표면을 코팅하도록 시즈닝막을 증착하는 단계를 포함한다. 본 발명에서, 시즈닝 프로세스는 단계(210)의 세정 부산물이 챔버 밖으로 배출된 이후 수행된다. 시즈닝 프로세스는 내부에 남아있는 오염물을 밀봉하고 이후의 프로세스 동안 오염 레벨을 감소시키기 위해 챔버 상의 부품들 상에 막을 증착하는 것이다. 부가적으로, 시즈닝막은 챔버 내부를 수반되는 플라즈마 가열 프로세스에 의해 이루질 수 있는 손상으로부터의 보호를 제공한다. 헬륨 가열과 같은 플라즈마 가열 프로세스는 시즈닝막 없이 히터 페데스탈(도 1의 히터 페데스탈(128)) 상에서 수행되며, 플라즈마는 균일한 드리프트 및 막내 입자 발생을 야기시키는 것으로 공지된 암흑 잔류물(dark residue)을 형성하는 AlF를 히터 페데스탈로부터 페이스플레이트(도 1의 페이스플레이트(146))에 스퍼터링한다.
일 실시예에서, 시즈닝막은 시즈닝 프로세스 이후 챔버에서 수행되는 증착 프로세스에 사용되는 가스 혼합물과 동일한 가스 혼합물을 사용하여 챔버 내부 표면상에 증착된다. 시즈닝 프로세스 동안, 전구체 가스, 산화 가스 및 캐리어 가스는 챔버로 주입되며 무선 주파수 소스는 전구체 가스를 활성화시키고 증착이 가능하도록 무선 주파수 에너지를 제공한다. 시즈닝에 대한 상세한 설명은 "Oxide-like Seasoning for Dielectric Low K Films"란 명칭의 미국 특허 출원 공개 No. US 2005/0227499호로서 2005년 10월 13일 공개된, 2004년 4월 2일자 출원된 미국 특허 10/816,606호에 개시되며, 이는 본 명세서에서 참조된다.
단계(230)에서, 가열 프로세스는 챔버의 페이스플레이트에서 수행된다. PECVD 동안, 막 증착용 플라즈마가 도 1의 페이스플레이트(146)와 같은 페이스플레이트와 도 1의 히터 페데스탈(128)과 같은 히터 페데스탈 사이에 생성된다. 페이스플레이트의 온도는 증착 두께 및 균일성에 영향을 미친다. 따라서, '1차 웨이퍼 효과'가 소거 또는 감소되도록 페이스플레이트를 정상상태 온도로 유도하는 것이 요구된다. 페이스플레이트의 온도는 챔버가 유휴상태에 있는 동안 하강된다. 연장된 유휴 시간 이후, 페이스플레이트는 냉각될 수 있다. 가열 프로세스는 페이스플레이트를 가열하여 페이스플레이트를 정상상태로 유도한다. 일 실시예에서, 가열 프로세스는 챔버에 플라즈마를 인가함으로써 수행될 수 있다. 플라즈마는 헬륨, 아르곤, 질소, 산소 또는 이들의 조합물과 같은 적절한 가스를 챔버에 공급하고, 가스에 무선 주파수를 인가함으로써 생성될 수 있다.
일반적으로 PECVD 챔버가 유휴상태인 동안 온도가 하강되는 정도는 유휴 시간의 길이와 관련된다. 본 발명의 가열 시간은 과도한 가열 또는 부족한 가열을 방지하도록 유휴 시간 길이를 조작한다. 부가적으로, 페이스플레이트 구조(geometry)로 인해, 페이스플레이트에 대한 온도 프로파일은 정상상태에서 균일하지 않다. 사실상, 정상상태에서, 페이스플레이트의 에지는 페이스플레이트의 중심부 보다 낮은 온도를 갖는다. 예를 들어, 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물 증착 프로세스에서, 페이스플레이트의 에지 온도는 약 90℃이며 페이스플레이트 중심부의 온도는 정상상태에서 약 150℃이다. 증착 프로세스 동안, 페이스플레이트의 정상상태는 챔버를 가열하는 플라즈마 강화 증착 및 챔버를 냉각하는 정화/세정 프로세스의 선택적 작동을 포함하는 정상 스트 림(steady stream)에서의 기판 증착에 의해 얻어진다. 본 발명의 일 실시예에서, 가열 프로세스는 연속적인 증착에서 가열-냉각 효과가 모방되도록 플라즈마 가열 및 정화 프로세스를 가동시킴으로써 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단계(230)의 일 실시예를 나타낸다. 단계(230)는 증착 동안 가열-냉각 효과 및 유휴 시간 길이를 조작한다.
단계(231)에서, 페이스플레이트를 정상상태로 유도하기 위해 필요한 가열 및 냉각 주기의 수(number)(n)는 유휴 시간의 길이에 따라 결정된다.
단계(232)에서, 주기 카운터(i)는 제로로 설정된다.
단계(233)에서, 가열 프로세스는 페이스플레이트에서 수행된다. 일 실시예에서, 가열 프로세스는 헬륨과 같은 가열 가스를 챔버로 흘려보내고 페이스플레이트를 가열하기 위해 가열 가스로부터 인시튜 플라즈마를 생성함으로써 수행된다.
단계(234)에서, 냉각 프로세스는 챔버 정화에 의해 수행된다. 일 실시예에서, 정화 프로세스는 무선 주파수 소스를 간단히 차단하고 가열 가스 흐름을 유지함으로써 수행된다.
단계(235)에서, 주기 카운터(i)는 1씩 증가한다.
단계(236)에서, 주기 카운터(i)는 요구되는 가열 및 냉각 주기의 수(n)와 비교된다. 주기 카운터(i)가 수(n) 보다 작은 경우, 단계들(233, 234, 235)은 반복된다. 주기 카운터(i)가 수(n) 보다 작지 않다면, 프로세스는 종료된다.
본 발명의 '시동' 시퀀스는 적용가능한 PECVD 프로세싱 챔버들에 적용될 수 있다. '시동' 시퀀스는 예를 들어, 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)으로부터 의 탄소 도핑 실리콘 산화물, 트리메틸실란(TMS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물, 테트라에톡시실란(TEOS)로부터 증착된 실리콘 산화물막, 실란(SiH4)로부터의 실리콘 산화물막, 디에톡시메틸실란 및 알파 테르피넨으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물막, 및 실리콘 탄화물막과 같은 상이한 막들을 기판 상에 증착하는 동안 '1차 웨이퍼 효과'를 소거 또는 감소시키는데 적합하다.
예
본 발명의 '시동' 시퀀스는 도 1의 PECVD 시스템(100)과 유사한 2개의 프로세싱 챔버를 포함하는 PRODUCER
Figure 112007040701126-pat00005
SE 트윈 챔버를 사용하여 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물을 증착하는 PECVD 증착 프로세스를 위해 수행된다. PRODUCER
Figure 112007040701126-pat00006
SE 트윈 챔버에 대한 상세한 설명은 미국 특허 No. 5,855,681호 및 No.6,495,233호에 개시되며, 이들은 본 명세서에서 참조된다. 탄소 도핑 실리콘 산화물막은 약 150℃의 챔버 온도에서 기판 상에 증착된다.
액체 흐름 측정기 시즈닝
시간 주기 동안의 챔버 유휴 이후, OMCTS가 약 적어도 2분 동안 차단되는 무선 주파수 소스로 시스템에 주입된다. 특히, OMCTS는 약 2분 내지 약 5분 동안 시스템을 통해 주입된다.
챔버 세정
세정 프로세스는 챔버에서 수행된다. 세정 시간은 시즈닝 시간의 약 3배이다. 본 예에서, OMCTS 시즈닝은 유휴 이전에 약 10초 지속된다. 세정 시간은 약 30초이다. 세정 프로세스는 약 6 Torr 및 350℃의 챔버 온도에서 수행된다. 원격 플라즈마 소스는 원격 플라즈마 생성을 위해 턴온된다. 페이스플레이트와 히터 페데스탈 간의 간격은 약 200mils이다. 유입 프로세싱 가스 및 유량은,
NF3, 양쪽 챔버에 대해 1350sccm(각각의 챔버에 대해 675sccm);
헬륨, 양쪽 챔버에 대해 9000sccm(각각의 챔버에 대해 4500sccm)
이 이용된다.
챔버 시즈닝
시즈닝층은 약 5 Torr 및 350℃의 챔버 온도에서 수행된다. 페이스플레이트와 히터 페데스탈 간의 간격은 약 300mils 내지 약 500mils 이다. 시즈닝 시간은 10초이다. 300kHz의 저주파수 무선주파수(LFRF) 전력원은 약 120와트 내지 약 200와트에서 턴온된다. 13.56MHz의 고주파수 무선주파수(HFRF) 전력원은 약 700와트 내지 약 1000와트에서 턴온된다. HFRF 전력원은 LFRF 전력원이 턴온된 이후 약 0.5초 턴온된다. 유입 프로세싱 가스 및 유량은
OMCTS, 양쪽 챔버에 대해 900sccm(각각의 챔버에 대해 450sccm);
산소, 양쪽 챔버에 대해 900sccm(각각의 챔버에 대해 450sccm);
헬륨, 양쪽 챔버에 대해 1000sccm(각각의 챔버에 대해 500sccm)
이 이용된다.
페이스플레이트 가열
헬륨 가열 및 헬륨 정화의 3 주기가 챔버에서 수행된다.
헬륨 가열은 약 3-6 Torr 및 350℃ 챔버 온도에서 수행된다. 페이스플레이트와 히터 페데스탈 간의 간격은 약 200mils이다. 가열 시간은 약 30초이다. 13.56MHz의 고주파수 무선주파수(HFRF) 전력원은 약 1000와트에서 턴온된다. 유입 프로세싱 가스 및 유량은,
헬륨, 양쪽 챔버에 대해 1500sccm(각각의 챔버에 대해 750sccm)
이 이용된다.
헬륨 정화는 약 3-6 Torr 및 350℃ 챔버 온도에서 수행된다. 페이스플레이트와 히터 페데스탈 간의 간격은 약 200mils 이다. 정화 시간은 약 10초이다. 고주파수 무선주파수(HFRF) 전력원은 턴오프된다. 유입 프로세싱 가스 및 유량은,
헬륨, 양쪽 챔버에 대해 1500sccm(각각의 챔버에 대해 750sccm)
이 이용된다.
액체 흐름 측정기 시즈닝을 배제된 본 예에서 '시동' 시퀀스에 대한 전체 시간은 약 160초이다. '1차 웨이퍼 효과'는 차후 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물에서 소거된다.
지금까지 본 발명의 실시예에 대해 개시되었지만, 본 발명의 또다른 실시예 및 추가 실시예들이 본 발명의 범주내에서 고안될 수 있고, 상기 범주는 하기 특허청구범위에서 결정된다.
본 발명에 따라 CVD 프로세스에서 '1차 웨이퍼 효과'를 감소 또는 소거된다.

Claims (20)

  1. 시간 주기 동안 챔버가 유휴(idle)된 이후 챔버를 마련하는 방법으로서,
    제 1 활성종을 이용하여 챔버를 세정하는 단계;
    내부 표면에 있는 시즈닝 막을 증착하기 위하여 제 1 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 제 1 가스 혼합물을 전달함으로써 상기 챔버를 시즈닝하는 단계; 및
    기판을 처리하기 이전에, 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하면서 가열 가스를 전달함으로써 상기 챔버의 페이스플레이트를 가열하는 단계
    를 포함하는 챔버 마련 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버를 세정하기 이전에, 주어진 시간 주기 동안 액체 흐름 측정기를 통해 액체 전구체를 유입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 가스의 전달은, 상기 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하면서 상기 가열 가스를 전달하는 단계 및 상기 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하지 않고 상기 가열 가스를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열 가스의 전달은, 무선 주파수 전력을 이용한 가열 가스 전달 및 무선 주파수 전력을 이용하지 않은 가열 가스 전달을 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시간 주기의 길이에 따라 반복 단계의 수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 활성종은 원격 플라즈마 소스를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 혼합물은 이후의 증착 프로세스에 사용되는 전구체 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  9. 유휴 시간 주기 이후 챔버를 마련하는 방법으로서,
    원격 플라즈마 소스로부터 생성된 활성종을 상기 챔버로 전달하는 단계;
    전구체 가스, 산화 가스 및 캐리어 가스를 포함하는 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 상기 챔버에 가스 혼합물을 전달하는 단계; 및
    기판을 처리하기 이전에, 상기 챔버의 페이스플레이트를 가열하기 위하여 상기 챔버로 가열 가스를 전달하는 단계
    를 포함하는 챔버 마련 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 활성종은 할로겐 함유 가스로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전구체 가스는 순차적인 증착 프로세스에 이용되는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열 가스를 전달하는 단계는, 상기 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하면서 가열 가스를 전달하는 단계 및 상기 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하지 않으면서 가열 가스를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔 버 마련 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열 가스를 전달하는 단계는, 무선 주파수 전력을 이용한 가열 가스 전달 및 무선 주파수 전력을 이용하지 않은 가열 가스 전달을 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 유휴 시간 주기의 길이에 따라 반복 단계의 수를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 마련 방법.
  15. 챔버의 기판 상에 막을 증착하는 방법으로서,
    활성종을 챔버로 전달함으로써 챔버를 세정하는 단계;
    제 1 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 상기 챔버에 제 1 전구체를 포함하는 제 1 가스 혼합물을 전달함으로써 챔버를 시즈닝하는 단계;
    상기 기판을 처리하기 이전에, 가열 가스에 무선 주파수 전력을 인가하면서 가열 가스를 전달함으로써 챔버의 페이스플레이트를 가열하는 단계; 및
    제 2 가스 혼합물에 무선 주파수 전력을 인가하면서 제 1 전구체를 포함하는 제 2 가스 혼합물을 상기 챔버로 전달함으로써 상기 기판 상에 막을 증착하는 단계
    를 포함하는 막 증착 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 챔버를 가열하는 단계는 상기 가열 가스에 인가되는 무선 주파수 전력을 주기적으로 턴온 및 턴오프하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 증착 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 챔버를 가열하는 단계는 상기 챔버의 유휴 시간에 따라 가열 시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 증착 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 활성종은 할로겐 함유 가스로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 막 증착 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 챔버를 세정하기 이전에 액체 흐름 측정기를 통해 제 1 전구체를 유입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 증착 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 막은 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)으로부터의 탄소 도핑 실리 콘 산화물, 트리메틸실란(TMS)으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물, 테트라에톡시실란(TEOS)로부터 증착된 실리콘 산화물막, 실란(SiH4)로부터의 실리콘 산화물막, 디에톡시메틸실란 및 알파 페르피넨으로부터의 탄소 도핑 실리콘 산화물막 및 실리콘 탄화물막중 하나인 것을 특징으로 하는 막 증착 방법.
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