KR101489326B1 - 기판의 처리 방법 - Google Patents

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배근희
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Abstract

플라즈마를 이용한 기판의 처리 방법이 제공된다. 이에 따르면, 챔버 내에 기판을 로딩한다. 상기 챔버 내에서 제 1 플라즈마 모드로 상기 기판을 1차 처리한다. 상기 챔버 내에서 제 2 플라즈마 모드로 상기 기판을 2차 처리한다. 상기 제 1 플라즈마 모드 및 상기 제 2 플라즈마 모드 가운데 적어도 하나는 상기 기판에 발생하는 플라즈마 대전 손상을 줄이기 위해서 상기 챔버 내에 유도되는 플라즈마의 온 및 오프를 반복하는 시간 변조 모드이고, 상기 시간 변조 모드는 상기 챔버 내에 플라즈마를 유도하기 위해 상기 기판 위의 상부 전극에 공급된 상부 RF 파워 및 상기 기판 아래의 하부 전극에 공급된 바닥 RF 파워를 동시에 주기적으로 온(on) 및 오프(off)시켜 수행한다.

Description

기판의 처리 방법{Method of processing a substrate}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 장치를 이용한 기판의 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에 있어서 집적도 및 고성능의 요구가 증가되고 있고, 이에 따라 디자인 룰(design rule) 및 반도체 소자 내의 적층된 막들의 치수를 감소하려는 노력이 계속되고 있다. 특히, 디자인 룰의 감소로 인해서 갭필 능력을 높이기 위해서 고밀도 플라즈마(high density plasma; HDP)를 이용한 반도체 처리 장치 적용이 증가되고 있다.
하지만, 고밀도 플라즈마는 반도체 소자에 손상을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 플라즈마에 의한 손상을 감소시킬 수 있는 기판의 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 기판의 처리 방법이 제공된다. 챔버 내에 기판을 로딩한다. 상기 챔버 내에서 제 1 플라즈마 모드로 상기 기판을 1차 처리한다. 상기 챔버 내에서 제 2 플라즈마 모드로 상기 기판을 2차 처리한다. 상기 제 1 플라즈마 모드 및 상기 제 2 플라즈마 모드 가운데 적어도 하나는 상기 기판에 발생하는 플라즈마 대전 손상을 줄이기 위해서 상기 챔버 내에 유도되는 플라즈마의 온 및 오프를 반복하는 시간 변조 모드(time modulation mode)일 수 있다. 상기 시간 변조 모드는 상기 챔버 내에 플라즈마를 유도하기 위해 상기 기판 위의 상부 전극에 공급된 상부 RF 파워 및 상기 기판 아래의 하부 전극에 공급된 바닥 RF 파워를 동시에 주기적으로 온(on) 및 오프(off)시켜 수행한다.
삭제
상기 처리 방법의 다른 예에 있어서, 상기 시간 변조 모드는 상기 플라즈마를 유도하기 위한 적어도 하나의 공정 기체의 주입을 주기적으로 온 및 오프시켜 조절할 수 있다.
상기 처리 방법의 또 다른 예에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 모드 및 상기 제 2 플라즈마 모드는 모두 상기 시간 변조 모드이거나, 또는 상기 제 1 플라즈마 모드는 플라즈마를 연속적으로 온 시키는 연속 동작 모드(continuous working mode)이고 상기 제 2 플라즈마 모드는 상기 시간 변조 모드일 수 있다.
상기 처리 방법의 또 다른 예에 있어서, 상기 챔버 내에서 제 3 플라즈마 모드로 상기 기판을 3차 처리하는 단계가 더 제공될 수 있다. 나아가, 상기 제 3 플라즈마 모드는 플라즈마를 연속적으로 온 시키는 연속 동작 모드일 수 있다. 상기 제 1 플라즈마 모드, 상기 제 2 플라즈마 모드 및 상기 제 3 플라즈마 모드는 모두 상기 시간 변조 모드일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따른 기판의 처리 방법이 제공된다. HDP-CVD용 챔버 내에 기판을 로딩한다. 상기 HDP-CVD용 챔버 내에서 시간 변조 모드의 플라즈마를 이용하여 상기 기판 상에 물질막을 증착한다. 상기 HDP-CVD용 챔버 내에서 상기 물질막을 증착하는 단계 전에, 연속 동작 모드로 플라즈마를 안정화시키는 단계를 포함한다.
상기 시간 변조 모드의 플라즈마는 상기 기판에 발생하는 플라즈마 대전 손상을 줄이기 위해서 상기 챔버 내에 유도되는 플라즈마의 온 및 오프를 반복하여 얻는다. 상기 시간 변조 모드는 상기 챔버 내에 플라즈마를 유도하기 위해 상기 기판 위의 상부 전극에 공급된 상부 RF 파워 및 상기 기판 아래의 하부 전극에 공급된 바닥 RF 파워를 동시에 주기적으로 온 및 오프시켜 수행한다.
본 발명의 실시예들에 따른 기판의 처리 방법에 따르면, 시간 변조 모드의 플라즈마를 이용하여 플라즈마에 의한 손상을 없애거나 또는 최소화하면서 기판을 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 처리 방법에 따르면, 시간 변조 모드의 플라즈마와 연속 동작 모드의 플라즈마를 적절하게 혼용함으로써, 반사파 발생을 억제할 수 있고 그리고/또는 우수한 모서리 도포성을 확보하면서도 플라즈마에 의한 손상을 없애거나 최소화할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 처리 장치(100)를 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 반도체 처리 장치(100)는 외부로부터 밀폐되고, 공정을 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버(110)를 포함한다. 예를 들어, 반도체 처리 장치(100)는 고밀도 플라즈마 화학기상증착(high density plasma chemical vapor deposition, HDP-CVD) 장치일 수 있다. 하지만, 이 실시예가 이러한 예에 제한되는 것은 아니며, 예컨대 반도체 처리 장치(100)는 플라즈마 강화(plasma enhanced; PE) CVD 장치이거나 또는 플라즈마 식각 장치일 수도 있다.
예를 들어, 챔버(110)는 상부 챔버(120)와 하부 챔버(130)로 구성될 수 있다. 상부 챔버(120)는, 예를 들어 석영(quartz)으로 형성될 수 있고, 아래쪽이 개방된 반구형의 돔(dome) 형상을 가질 수 있다. 상부 챔버(120)의 외측 벽에는 상부 챔버(120)를 감싸도록 상부 전극(122)이 배치될 수 있다. HDP-CVD 장치의 경우, 상부 전극(122)에는 약 100KHz 내지 13.56 MHz의 전력이 공급될 수 있다. 상부 전극(122)은 덮개(124)에 의해 외부와 차단되어 보호받을 수 있다.
하부 챔버(130)는 기판 지지부(132)와 구동부(134)를 포함하고, 또한 하부 챔버(130)의 측벽에는 반입창(136)이 있다. 반입창(136)을 통하여 기판(W)이 반입되어 기판 지지부(132) 상에 실장되고, 구동부에 의하여 플라즈마 처리를 위한 위치로 이동하여 배치된다. 예를 들어, 기판(W)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator) 기판, 실리콘-온-사파 이어(silicon-on-sapphire) 기판, 또는 갈륨-비소(gallium-arsenide) 기판일 수 있다. 기판 지지부(132)는, 예를 들어 정전기력에 의해 기판(W)을 흡착하여 고정하는 정전척(electrostatic chuck, ESC)일 수 도 있고 또는 기판(W)을 클램프로 고정시키는 클램프 형일 수도 있다.
구동부(134)는 기판 지지부(132)를 챔버(110) 내에서 상하로 이동시킨다. 즉, 기판(W)이 챔버(110)에 반입창(136)을 통하여 반입되거나 또는 반출되는 경우에는, 기판 지지부(132)는 하부 챔버(130)에 형성된 반입창(136)보다 아래에 위치하며, 증착공정이 수행되는 동안에는 상부 챔버(120) 내에 형성된 플라즈마와 일정한 거리를 유지하기 위하여 상승한다.
챔버(110)는 가스 공급 노즐(140)을 포함하며, 공정 가스는 가스 공급 노즐(140)을 통하여 챔버(110) 내로 공급된다. 챔버(110)는 상부 챔버(120)와 하부 챔버(130) 사이에 부착되어 공정 가스의 유출을 방지하는 가스판(gas plate, 142)을 포함한다. 하부 챔버(130)의 하측에 설치된 배기구(144)는 외부의 배기관(146)과 연결된다. 배기관(146)은 배기관(146)은 진공펌프(미도시)와 연결되고, 이에 따라 공정 중에 발생하는 부산물을 외부로 배출할 수 있고, 또한 상기 진공펌프는 공정 중의 챔버(110) 내부의 진공도를 일정한 값으로 유지한다.
이하에서는, 반도체 처리 장치(100)의 예로써 HDP-CVD 장치의 작동 방법에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다. 챔버(110)의 가스 공급 노즐(140)을 통하여 공정 가스가 유입된다. 유입되는 공정 가스는 형성하는 물질막의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어, 실리콘 산화막 및/또는 질화막의 경우에는 SiH4, H2, NH3, 및 /또는 N2의 혼합가스가 이용될 수 있다. 또는, 비정질 실리콘막의 증착에는 SiH4, 및/또는 H2가 사용될 수 있다. 또한, 전자 이동도를 증가시키기 위하여 예를 들어 인(P)과 같은 불순물을 도핑하여 불순물 비정질 실리콘막을 형성하는 경우에는, 상술한 비정질 실리콘용 반응 가스에 PH3가 첨가될 수 있다. 챔버(110) 내부로 유입된 공정 가스는 챔버(110) 내에 형성된 플라즈마에 의하여 분해되어 라디칼(radical)들을 형성하고, 가스 이온과 라디칼들이 재결합하여 기판(W) 상에서 물질막이 형성된다.
예를 들어, 플라즈마는 다음과 같은 단계를 거쳐서 형성될 수 있다.
고주파 발생기(10)는 제어부(20)의 제어에 따라 고주파 신호를 발생한다. 일반적으로, 이러한 고주파 신호는 임피던스(impedence)를, 예를 들어, 50 오옴(ohm)에 맞추어 생성되며, 챔버(110)의 임피던스를 고주파 발생기(10)에서 발생한 고주파 신호의 임피던스와 일치하도록 조정되어야 하며, 예를 들어 50 오옴으로 일정하게 유지하여야 한다. 상기 고주파 신호의 임피던스들이 일치하지 않는 경우에는, 고주파 발생기(10)로 역류하는 반사 전력(reflect power)이 발생할 수가 있다. 따라서, 상기 임피던스들을 일치시키기 위하여, 챔버(110)의 저항을 보정하는 매칭 박스(matching box, 30a, 30b)를 이용하고, 이에 따라 고주파 신호를 최대 효율로서 챔버(110)에 공급한다.
제어부(20)는 공정 가스 공급부(40)를 제어하여, 챔버(110) 내에 공정 가스를 공급한다. 공정 가스는 고주파 신호로부터 에너지를 제공받아 챔버(110) 내에 플라즈마를 형성할 수 있다. 플라즈마 상태의 공정 가스는 기판(W) 상에 물질막을 형성하거나 또는 기판(W) 상의 물질막을 식각할 수 있다. 제어부(20)의 제어 신호에 따라 공정 가스 공급부(40)가 상기 공정 가스를 챔버(110) 내에 공급할 수 있다.
하지만, 이러한 HDP-CVD 장치에 있어서, 증착과 식각을 동시에 수행하기 위해서는 매우 높은 밀도의 플라즈마(1012/cm3 이상)와 낮은 압력(10 mTorr 이하)이 사용될 수 있다. 이에 따라 높은 RF(radio frequency) 전력을 인가하는 유도결합 플라즈마를 이용하여야 한다. 이와 같이 생성된 저압 고밀도의 플라즈마는 플라즈마 대전에 의한 손상(plasma induced damage, PID)을 야기할 우려가 있다.
이러한 PID는 다음과 같은 두 가지 유형으로 구분될 수 있다. 첫번째 유형은 절연막 증착 공정 초기에 나타나는 PID이다. 예를 들어 절연막 증착 초기에 비균일 증착으로 인하여 금속 배선의 상부 측벽 보다 하부 측벽에 절연막이 얇게 증착될 수 있고, 이에 따라 하부 측벽에 축적된 양전하는 상기 절연막을 관통하고, 또한 더 나아가 상기 금속 배선과 연결된 게이트 산화막을 관통하여 FN 터널링 현상을 야기하게 된다. 결과적으로, 이러한 양전하의 FN 터널링은 상기 게이트 산화막을 열화시킨다. 이러한 PID는 상기 절연막이 일정 두께, 예를 들어 15 nm 이상으로 증착되기 전까지는 지속되며, 특히 종횡비가 큰 경우에는 더 큰 영향을 미치게 된다.
두번째 유형은 상기 절연막의 밴드 갭 에너지보다 높은 에너지를 가지는 진공 자외선(vacuum ultra-violet, VUV)가 입사하면, 광전도(photo-conduction)을 야기하고 이에 따라 PID가 발생할 수 있다. 특히, He을 이용하는 경우 상기 광전도 에 의한 PID의 영향이 두드러진다.
이러한 PID를 줄이기 위해서, 시간 변조 모드의 플라즈마가 이용될 수 있다. 시간 변조 모드의 플라즈마는 전체적으로 사용되거나 또는 연속 동작 모드의 플라즈마와 결합하여 사용될 수도 있다. 연속 동작 모드의 플라즈마는 고주파 발생기(10)로부터 상부 전극(122) 또는 기판 지지부(132)에 연속적으로 온 된 파워를 공급하여 챔버(110) 내에 생성될 수 있다. 시간 변조 모드의 경우, 플라즈마는 온(0n) 및 오프(off)를 반복할 수 있다. 예를 들어, 고주파 발생기(10)에서 주기적으로 온 및 오프를 반복하는 RF 파워를 공급함으로써 시간 변조 모드의 플라즈마를 챔버(110) 내에 형성할 수 있다.
RF 파워가 온 된 경우, 챔버(110)의 내부에는 플라즈마가 형성되고 챔버(110)의 내부의 온도는 고온, 예를 들어 600℃ 내지 800℃의 수준까지 상승할 수 있다. RF 파워가 오프되면, 챔버(110)의 내부의 온도는 저온, 예를 들어 250℃의 수준까지 하강할 수 있다. 이 경우, 챔버(110)의 벽체 온도는 75℃ 정도일 수 있다. 이와 같은 시간 변조 모드의 플라즈마는 상부 전극(122)에 인가되는 상부 RF 파워를 주기적으로 온/오프하여 형성하거나 또는 이와 동시에 하부 전극으로 기능하는 기판 지지부(132)에 인가되는 바닥 RF 전력을 주기적으로 온/오프하여 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 시간 변조 모드의 플라즈마에 있어서 공정변수를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 이러한 공정변수는 플라즈마의 세기(P), 플라즈마의 인가 시간 간격들(T1, T2, T3,..., Tn-1, Tn), 플라즈마의 휴지 시간 간격들(R1, R2,..., Rn-1, Rn), 및 플라즈마의 총 인가 시간(Tn)을 포함할 수 있다. 이러한 플라즈마의 인가 시간 간격들(T1, T2, T3,..., Tn-1, Tn)은 동일하거나, 시간에 따라 증가하거나 또는 시간에 따라 감소할 수 있다. 예시적으로, 이러한 플라즈마의 인가 시간 간격들(T1, T2, T3,..., Tn-1, Tn)은 0.1초 내지 10분의 범위에 포함될 수 있다. 또한, 이러한 플라즈마의 휴지 시간 간격들(R1, R2,..., Rn-1, Rn)은 동일하거나, 시간에 따라 증가하거나 또는 시간에 따라 감소할 수 있다. 이러한 플라즈마의 휴지 시간 간격들(R1, R2,..., Rn-1, Rn)은 0.001초 내지 10분의 범위에 포함될 수 있다. 또한, 필요한 경우 플라즈마를 인가하기 시작하는 시점이나 종료하는 시점에서 일정한 시간 간격, 즉 초기 인가 시간 간격(Tini) 및 말기 인가 시간 간격(Tini)으로 플라즈마를 연속적으로 인가할 수 있다. 초기 인가 시간 간격(Tini) 및 말기 인가 시간 간격(Tini)의 크기는 상기 목표 층의 특성에 따라 변화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 펄스형 파워를 통한 시간 변조 모드의 플라즈마에 대한 특성을 나타낸다.
도 1 및 도 7을 같이 참조하면, 플라즈마 생성을 위한 파워는 주기적으로 온/오프를 반복하는 펄스형으로 제공될 수 있다. 고주파 발생기(10)에 의하여 파워가 온(ON)이 되면 플라즈마를 형성하기 위한 공정가스 내의 전자 온도는 초기에 지연시간을 가지면서 포화 값으로 상승한다. 상기 플라즈마 내의 양이온 농도는 상기 전자 온도와 유사한 거동을 보이며, 반면 상기 플라즈마 내의 음이온 농도는 나타 나지 않을 수 있다. 이에 따라 챔버(110) 내에 플라즈마가 온 된다.
이어서 파워가 오프(off)되면, 상기 전자 온도는 지수 함수적으로 하강하며, 이와 상응하게 상기 양이온 농도가 하강한다. 하지만, 양이온 농도의 감쇄 정도는 전자 온도의 감쇄 정도에 비해서 작으며, 이에 따라서 음이온이 생성하기 시작하여, 그 농도가 증가된다. 이렇게 생성된 음이온들에 의해서 챔버(110) 내에 이극성(ambipolar) 확산이 약해지며, 시쓰(sheath)가 붕괴되고 전하-업(charge-up) 중성화가 일어날 수 있다. 이에 따라, 플라즈마가 오프되고 PID의 영향이 최소화 될 수 있다.
다시 파워가 온/오프를 반복하면, 플라즈마는 상술한 바와 같이 주기적으로 온/오프 된다. 따라서, 시간 변조 모드의 플라즈마가 제공될 수 있다. 이러한 시간 변조 모드의 플라즈마를 이용하면, 플라즈마를 주기적으로 오프시킴으로써 PID의 영향을 없애거나 또는 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 처리 장치(100a)를 보여준다. 반도체 처리 장치(100a)는 도 1의 반도체 처리 장치(100)에 일부 구성을 부가한 것이고, 따라서 중복된 설명은 생략된다.
도 2를 참조하면, 공정 가스 공급부(40)는 가스 공급 노즐(140)에 공급되는 공정 기체의 공급을 조절할 수 있는 고속 가스 퍼핑 밸브(high speed gas puffing valve, 148)를 더 포함할 수 있다. 고속 가스 퍼핑 밸브(148)를 주기적으로 온 및 오프 시킴으로써, 시간 변조 모드의 플라즈마를 챔버(110) 내에 제공할 수 있다. 따라서, 반도체 처리 장치(100a)는 HDP-CVD 장치, PE-CVD 장치 또는 플라즈마 식각 장치에서 시간 변조 모드의 플라즈마를 제공하기 위해서 이용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 펄스형 공정 기체를 통한 시간 변조 모드의 플라즈마에 대한 특성을 보여준다.
도 2 및 도 8을 같이 참조하면, 고속 가스 퍼핑 밸브(148)를 이용하여 공정가스는 주입(ON)과 중단(OFF)을 반복하는 펄스형으로 주입된다. 고주파 발생기(10)에 파워가 공급된 상태에서, 공정 가스가 주입되면(ON), 챔버(110) 내의 가스 압력이 증가하면서 챔버(110) 내에 양이온 농도가 증가한다. 이에 따라, 챔버(110) 내에 플라즈마가 온(ON) 된다. 공정 가스의 주입이 중단되면(OFF), 챔버(110) 내의 압력은 지수적으로 감소하게 되고, 양이온 농도는 선형적으로 감소된다. 이 구간에서 플라즈마는 온 상태를 유지할 수 있고, 모서리 도포성이 좋은 조건으로 공정이 진행될 수 있다.
이후 챔버(110) 내의 압력이 더 낮아지면, 챔버(110) 내의 양이온 농도가 지수적으로 감소하면서 플라즈마가 오프(OFF)된다. 이에 따라, 기판(W) 내의 전하의 중성화가 이루어질 수 있고, 플라즈마 손상이 없어지거나 최소화될 수 있다.
이러한 펄스형 공정 가스 주입 방법은 펄스형 RF 파워를 공급하기 어려운 조건에서 시간 변조 모드의 플라즈마를 생성할 수 있다. 나아가, 챔버(110) 내의 압력 구배에 따라 공정 가스의 드리프트(drift) 운동이 증가할 수 있고, 이에 따라 대면저의 기판(W) 처리에 있어서 균일도 향상을 도모할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 처리 방법을 보여주는 순서도이다. 이 실시예에 따른 기판의 처리 방법은 도 1 및 도 2의 반도체 처리 장치들(100, 100a)을 참조하여 예시적으로 하기에 설명된다.
도 1 내지 도 3을 같이 참조하면, 챔버(110) 내에 기판(W)을 로딩한다(S10). 예를 들어, 챔버(110)는 HDP-CVD용일 수 있다. 하지만, 이 실시예가 이러한 예에 제한되는 것이며, 예컨대 챔버(110)는 PE(plasma enhanced)-CVD용이거나 또는 식각용으로 이용될 수도 있다.
이어서, 제 1 플라즈마 모드로 기판(W)을 1차 처리할 수 있다(S20). 예를 들어, 제 1 플라즈마 모드는 도 6 내지 도 8에서 설명한 바와 같은 시간 변조 모드이거나 또는 연속 동작 모드일 수 있다. 이 단계에서, 기판 상에 물질막이 형성되거나 또는 물질막 증착 없이 플라즈마가 안정화되면서 기판이 전처리될 수 있다. 예를 들어, 물질막은 절연물, 예컨대 산화물, 질화물 또는 저유전율 절연물일 수 있다.
예를 들어, 챔버 내에 높은 반사파가 발생하는 경우, 제 1 플라즈마 모드는 연속 동작 모드일 수 있다. 이 경우, 플라즈마는 반사파가 안전 수준으로 관리 가능한 압력 조건으로 최소 시간 동안 유지될 수 있고, 이에 따라 기판(W)에 미치는 PID의 영향을 최소화할 수 있다. 하지만, 챔버 내에 높은 반사파가 발생할 우려가 없는 경우에는 제 1 플라즈마 모드는 시간 변조 모드일 수 있고, 이에 따라 기판(W)에 미치는 PID의 영향은 거의 무시되거나 또는 최소화될 수 있다.
이어서, 제 2 플라즈마 모드로 기판(W)을 2차 처리할 수 있다(S30). 이 단계 에서 기판(W) 상에 물질막이 실질적으로 증착되거나 또는 물질막이 실질적으로 식각될 수 있다. 제 2 플라즈마 모드는 도 6 내지 도 8에서 설명한 바와 같은 시간 변조 모드일 수 있다.
예를 들어, 챔버(110)의 공정 압력을 높게 유지하여 반사파가 크게 발생하지 않는 경우에는, 제 1 플라즈마 모드 및 제 2 플라즈마 모드는 함께 시간 변조 모드일 수 있다. 이에 따라, 기판(W)에 미치는 PID의 영향은 거의 무시되거나 또는 최소화될 수 있다. 다른 예로, 챔버(110)의 공정 압력이 낮아서 초기에 반사파가 발생하는 경우에는, 제 1 플라즈마 모드는 연속 동작 모드이고 제 2 플라즈마 모드는 시간 변조 모드일 수 있다. 제 2 플라즈마 모드는 남은 공정에 전체적으로 적용되거나 또는 적어도 기판(W)에 PID가 발생하지 않을 수준의 두께까지 진행할 수 있다.
선택적으로(optionally), 제 3 플라즈마 모드로 기판(W)을 3차 처리할 수도 있다. 예를 들어, HDP-CVD에 의한 증착 공정에서 공정 막판에 모서리 도포성이 문제되는 경우, 제 3 플라즈마 모드는 다시 연속 동작 모드일 수 있다. 제 3 플라즈마 모드에서 공정 압력은 제 2 플라즈마 모드의 공정 압력보다 작고, 따라서 모서리 도포성이 높은 조건으로 물질막의 증착이 진행될 수 있다. 이 경우, 물질막이 이미 충분한 두께로 형성되어 있으므로, 기판(W)에 PID가 발생될 우려가 거의 없다. 하지만, 모서리 도포성이 크게 문제되는 않는 경우에 3차 처리 단계가 생략되고, 2차 처리 단계로 공정이 종료될 수도 있다.
이어서, 챔버(110)로부터 기판(W)을 언로딩할 수 있다(S50).
전술한 기판의 처리 방법에 따르면, 기판(W)에 반사파가 발생하는 경우 또는 발생하지 않는 경우 모두에 걸쳐서 기판(W)에 미치는 PID의 영향을 거의 없애거나 또는 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판의 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, HDP-CVD 챔버 내에 기판을 로딩할 수 있다(S110). 이어서, 시간 변조 모드로 기판 상에 물질막을 증착할 수 있다(S120). 이에 따르면, 시간 변조 모드의 플라즈마를 증착 공정 전체에 걸쳐서 이용함으로써, 기판에 미치는 PID의 영향을 거의 없애거나 또는 최소화 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판의 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 챔버 내에 기판을 로딩할 수 있다(S210). 이어서, 연속 동작 모드로 플라즈마를 안정화할 수 있다(S220). 이러한 안정화 단계에서 기판 상에는 물질막이 실질적으로 거의 증착되지 않을 수 있다.
이어서, 시간 변조 모드의 플라즈마로 기판을 처리할 수 있다(S230). 이 단계에서, PID의 영향을 최소화하면서 기판 상에 물질막으로 실질적으로 증착될 수 있다.
이어서, 연속 동작 모드의 플라즈마로 기판을 처리할 수 있다(S240). 이 단계에서는 공정 압력을 낮추어 모서리 도포성을 높이면서, 기판 상에 물질막이 형성될 수 있다. 이어서, 챔버로부터 기판을 언로딩할 수 있다.
이 실시예에 따른 기판의 처리 방법에 의하면, 연속 동작 모드의 플라즈마와 시간 변조 모드의 플라즈마를 적절하게 혼용하여 기판 처리의 신뢰성을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판의 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판의 처리 방법을 보여주는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 시간 변조 모드의 플라즈마에 있어서 공정변수를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 펄스형 파워를 통한 시간 변조 모드의 플라즈마에 대한 특성을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 펄스형 공정 기체를 통한 시간 변조 모드의 플라즈마에 대한 특성을 보여준다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 반도체 처리 장치, 10: 고주파 발생기, 20: 제어부,
30a: 매칭 박스, 40: 공정 가스 공급부, 110: 챔버, 120: 상부 챔버,
122: 상부 전극, 124: 덮개, 130: 하부 챔버, 132: 기판 지지부,
134: 구동부, 136: 반입창, 140: 가스 공급 노즐, 142: 가스판,
144: 배기구, 146: 배기관, 148; 고속 가스 퍼핑 밸브

Claims (18)

  1. 챔버 내에 기판을 로딩하는 단계;
    상기 챔버 내에서 제 1 플라즈마 모드로 상기 기판을 1차 처리하는 단계; 및
    상기 챔버 내에서 제 2 플라즈마 모드로 상기 기판을 2차 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 플라즈마 모드 및 상기 제 2 플라즈마 모드 가운데 적어도 하나는 상기 기판에 발생하는 플라즈마 대전 손상을 줄이기 위해서 상기 챔버 내에 유도되는 플라즈마의 온 및 오프를 반복하는 시간 변조 모드이고,
    상기 시간 변조 모드는 상기 챔버 내에 플라즈마를 유도하기 위해 상기 기판 위의 상부 전극에 공급된 상부 RF 파워 및 상기 기판 아래의 하부 전극에 공급된 바닥 RF 파워를 동시에 주기적으로 온 및 오프시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 시간 변조 모드는 상기 플라즈마를 유도하기 위한 적어도 하나의 공정 기체의 주입을 주기적으로 온 및 오프시켜 조절하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 모드 및 상기 제 2 플라즈마 모드는 모두 상기 시간 변조 모드인 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 모드는 플라즈마를 연속적으로 온 시키는 연속 동작 모드이고, 상기 제 2 플라즈마 모드는 상기 시간 변조 모드인 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내에서 제 3 플라즈마 모드로 상기 기판을 3차 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 3 플라즈마 모드는 플라즈마를 연속적으로 온 시키는 연속 동작 모드인 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 플라즈마 모드, 상기 제 2 플라즈마 모드 및 상기 제 3 플라즈마 모드는 모두 상기 시간 변조 모드인 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. HDP-CVD용 챔버 내에 기판을 로딩하는 단계; 및
    상기 HDP-CVD용 챔버 내에서 시간 변조 모드의 플라즈마를 이용하여 상기 기판 상에 물질막을 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 HDP-CVD용 챔버 내에서 상기 물질막을 증착하는 단계 전에, 연속 동작 모드로 플라즈마를 안정화시키는 단계를 포함하되,
    상기 시간 변조 모드의 플라즈마는 상기 기판에 발생하는 플라즈마 대전 손상을 줄이기 위해서 상기 챔버 내에 유도되는 플라즈마의 온 및 오프를 반복하여 얻고,
    상기 시간 변조 모드는 상기 챔버 내에 플라즈마를 유도하기 위해 상기 기판 위의 상부 전극에 공급된 상부 RF 파워 및 상기 기판 아래의 하부 전극에 공급된 바닥 RF 파워를 동시에 주기적으로 온 및 오프시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  18. 삭제
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