KR101689147B1 - 기존 구조에 대한 영향을 최소화하면서 실리콘에 산화물 박막을 성장시키는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 보조 저온 라디칼 산화(plasma assited low temperature radical oxidation)가 설명된다. 산화는 산화되는 실리콘에 추가하여 존재할 수 있는 금속 또는 금속 산화물에 선택적이다. 선택성은 주로 O2 가스에 대한 H2의 비인 공정 파라미터의 적합한 선택에 의해 달성된다. 공정 윈도우는 플라즈마로 H2O 스팀을 주입함으로써 확대될 수 있으며, 이에 의해, TiN 및 W가 있는 경우에 상대적으로 낮은 온도에서 실리콘 산화를 가능하게 한다. 선택적 산화는 원격 플라즈마를 가지며 기판으로 라디칼을 흐르게 하지만 이온이 기판에 도달하는 것을 차단하는 장치의 사용에 의해 개선된다.

Description

기존 구조에 대한 영향을 최소화하면서 실리콘에 산화물 박막을 성장시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GROWING THIN OXIDE FILMS ON SILICON WHILE MINIMIZING IMPACT ON EXISTING STRUCTURES}
본 발명은, 기존 구조에 대한 영향을 최소화하면서 실리콘에 산화물 박막을 성장시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
실리콘의 산화는 CMOS 제조에 기본적인 기술이며, 집적 회로의 시초까지 거슬러 올라간다. 실리콘 산화의 가장 일반적인 방법은 O2, H2O/H2, H2O/O2, O2/H2 또는 그 조합의 환경에서의 열처리에 의존한다. IC 제조에서 실리콘 산화 공정을 제공하는데 사용되는 하드웨어는 배치 가열로(batch thermal furnace) 및 RTP이다. 종래의 산화 시스템 및 공정에서, 실리콘 또는 폴리 실리콘에서의 산화물 성장을 위한 활성 에너지를 제공하기 위하여 고온(700℃ 이상)이 필요하다. 700℃ 이하의 온도에서, 실제적으로 고려해야하는 불충분한 산화물 성장이 발생한다.
개선된 집적 회로 제조는 실리콘 산화물 박막이 실리콘 또는 폴리 실리콘 구조에서 성장하는 다수의 공정 단계를 요구한다. 일부 애플리케이션에 대하여, 산화 공정은, 텅스텐을 포함하는 다른 재료가 산화되지 않도록 선택성이어야만 한다. 이러한 중요한 산화 단계는 DRAM 및 FLASH 메모리와 논리 소자에 대하여 사용된다. 종래에는, 고온(>700℃)에서 O2, H2O/H2 또는 H2O/O2 환경 중 어느 하나에서의 열처리가 이러한 산화 공정을 수행하는데 사용된다. 이것은 일반적으로 독일의 Mattson Thermal Products GmbH Dornstadt로부터 이용할 수 있는 ATMOS® 시스템과 같은 RTP 시스템으로 수행된다. 다른 단일 웨이퍼 대안은 저압 H2/O2 환경에서의 열처리에 의한 열적 '라디칼 산화(radical oxidation)'를 제안하였다. 소자 치수가 계속 축소함에 따라, 이러한 산화막을 성장시키기 위한 전술한 방법에서 많은 심각한 제한이 나타나기 시작했다. 종래의 공정들은 모두 700℃ 및 더욱 일반적으로는 대략 900℃를 넘는 고온을 요구한다. 고온은 공정을 실용적으로 만드는 산화물 성장 속도를 획득하는데 필수적이며, 일부 경우에, 산화물 품질을 위하여 요구된다. 고온 및 산화 환경의 조합에 노출되면, 많은 차세대 소자는 산화물 성장이 요구되는 공정 플로우에서의 시점에서 심각한 손상을 입을 것이다.
종래 기술에서, 산화에 직면한 다양한 문제는 다음의 예를 포함한다. FLASH 폴리 측벽 산화에 대하여, 터널 산화 침식(encroachment)은 동작 온도를 700℃ 이하로 제한한다. 또한, 도펀트 확산은 동작 온도를 750℃로 제한한다. STI(shallow trench isolation) 라이너 산화는 스트레스와 리키지를 감소하도록 컨포멀 산화(conformal oxidation)를 요구한다.
UV 포톤 강화(photon-enhanced) 산화뿐만 아니라 플라즈마 산화도 다수의 기술 저널 및 논문에서 설명된다. 이 주제는 또한 대학에서의 연구 분야가 되어왔다. 현재, 최첨단 IC 제조사는 이 분야에서 대부분의 연구를 수행한다. 근래, 다양한 설비 공급자가 다양한 플라즈마 산화 능력을 제공하는 하드웨어를 현장에서 시험해 왔다.
본 발명의 개요가 본 발명의 일부 양태 및 특징의 기본적인 이해를 제공하도록 포함된다. 이 개요는 본 발명에 대한 광범위한 개관이 아니며 따라서 본 발명의 요점 또는 중요한 요소를 특별히 식별하거나 본 발명의 범위를 설명하려고 의도되지 않는다. 그 유일한 목적은 본 발명의 일부 개념을 아래에서 제공되는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대한 서두로서 간략한 형태로 제공하는 것이다.
본 발명은 700℃으로부터 실온의 온도 범위에 대하여 반도체 웨이퍼 상에 실리콘, 폴리 실리콘 또는 다른 반도체 재료를 선택적 또는 비선택적으로 산화하는 방법을 설명한다. 산화는 공정에 노출된 웨이퍼 표면에 노출된 특정된 다른 재료를 선택적으로 산화시키지 않는 부분에서 공급 가스(feed gas) 또는 H, O 및/또는 OH 라디칼 및 이온을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 반응성 화학종의 가스 혼합물로부터 만들어진 플라즈마 소스 종류를 이용하여 수행된다. 이 공정들은 워크피스를 오염물에 노출시키지 않고 반도체 소자의 제조에 적합한 공정 가스 흐름, 압력 및 플라즈마 소스 파워의 상태에 대한 실질적인 윈도우 내에서 제어가능하다. 다른 실시예들은 플라즈마로 공급된 가스 혼합물의 한 구성으로서 H2O 스팀(steam)의 주입을 포함한다.
본 명세서에 포함되고 그 구성 부분을 이루는 첨부된 도면은 본 발명의 실시예들을 예시하고 발명에 대한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 역할을 한다. 도면들은 도해적인 방법으로 예시된 실시예들의 다양한 특징을 도시하도록 의도된다. 도면은 실제 실시예들의 모든 특징을 도시하거나 도시된 구성 요소의 상대적인 치수를 도시하도록 의도되지 않으며, 스케일에 맞게 작도된 것은 아니다.
본 발명의 다양한 다른 목적, 특징 및 수반하는 이점은, 이어지는 발명의 상세한 설명, 첨부된 특허청구범위 및 다음의 도면과 연계하여 고려될 때 더욱 양호하게 이해됨에 따라, 완전히 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리액터를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스팀이 함께 주입된 플라즈마 소스를 가능하게 하는 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치를 도시한다.
도 4는 텅스텐에 대한 실리콘의 플라즈마 보조 산화의 연구 결과의 그래프이다.
도 5는 텅스텐 플라즈마 산화에 대하여 획득된 결과를 도시한다.
도 6은 H2+O2 플라즈마에서 75% H2를 이용하여 텅스텐의 있을 때 선택적 실리콘 산화에 대한 결과를 도시한다.
도 7a 및 7c는 TiN에 대한 플라즈마 산화 시트 저항 결과를 도시하고, 도 7b 및 7d는 TiN에 대한 스팀 산화 시트 저항 결과를 도시한다.
도 8은 스팀 플라즈마 내에서 TIN에 대한 선택적 산화 공정 윈도우를 도시하고, 도 9는 스팀 플라즈마 내에서 W에 대한 선택적 산화 공정 윈도우를 도시한다.
도 10은 가변 UV 투광에 대한 회전하는 배플의 예를 도시한다.
도 11은 O2를 스팀에 추가한 효과를 도시하고, 도 12는 H2를 스팀에 추가한 효과를 도시한다.
도 13은 예를 들어 마이크로웨이브 소스(152)(다른 소스가 사용될 수 있지만)를 이용하고, 진공 처리 챔버(105)에 있는 웨이퍼(110)를 향하여 플라즈마 화학종의 드리프트를 가능하기 하기 위하여 도관(119)을 이용하여, 원격 챔버(132) 내에서 플라즈마가 생성되는 실시예를 도시한다.
도 14는 고온 상황에서 O2+H2 플라즈마 산화에 대한 온도 효과를 도시한다.
1. PALTROX를 수행하는 장치에 대한 실시예
본 발명은 이하 PALTROX라 하는 플라즈마 보조 저온 라디칼 산화(plasma assited low temperature radical oxidation)를 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온 플라즈마 강화 처리를 수행하는데 사용될 수 있는 장치는 캘리포니아주 프리몬트의 Mattson Technology로부터 이용할 수 있는 Suprema® 시스템에 기초한다. 기본 Suprema 시스템에 대한 설명은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따라 수정된 시스템에 대한 다른 문서 및 도면에서 찾을 수 있다.
시스템(100)은 2개의 웨이퍼(110)를 동시에 처리할 수 있는 주 처리 챔버 본체(105)를 포함한다. 스로틀 밸브(160)는 처리 영역에서의 가스압을 제어할 수 있다. 압력 범위는 50 mTorr 내지 5 Torr의 범위, 보통은 100 mTorr 내지 1 Torr의 범위에 대하여 제어될 수 있다. 각 기판(110) 아래에 배치된 서셉터(susceptor) 히터(115)는 처리하는 동안 기판을 일정한 온도로 유지시킨다. 서셉터 제어 온도는 실온으로부터 400℃까지의 범위의 값으로 설정될 수 있다.
플라즈마는 안테나와 플라즈마 사이의 용량성 결합을 감소시키도록 정전 실드(electrostatic shield)(165)를 채용한 유도 결합된 플라즈마 소스(ICP, inductively coupled plasma source)(125)에 의해 점화되고 유지된다. 소스 부하는, 본 예에서 13.6 MHz에서 동작하는 RF 파워 제너레이터(155)로 자동 매칭 네트워크(150)에 연결된다. 소스는 웨이퍼(110) 바로 위에 장착된 수정 실린더(quartz cylinder)(130) 내부에 플라즈마를 생성한다. 조성과 흐름 속도가 도면에 도시되지 않은 흐름 제어기에 의해 제어되는 처리 가스는 소스의 상부 플레이트의 중심에 위치한 가스 확산기(140)를 통해 그리고 샤워헤드(showerhead)(135)를 경유하여 가스 포트(145)로부터 소스에 들어간다. 플라즈마는 샤워헤드(135) 아래에 유지되고, 플라즈마 화학종은 서셉터 및 웨이퍼를 수용하는 처리 챔버(105)로부터 소스 부피를 분리하는 그리드 또는 배플(baffle) 구조(120)를 통해 하부에서 빠져나간다. RF 파워는 0 내지 3.0 kW로 조정될 수 있지만, 10 kW까지의 더 높은 파워도 이용될 수 있다.
ICP 소스는 소스 코일과 수정 억제(quartz confinement) 챔버의 벽 사이에서 슬롯이 형성된 정전 실드(165)를 포함한다. 정전 실드는 플라즈마를 통해 처리 모듈과 웨이퍼의 접지된 부품으로 흐를 수 있는 RF 변위 전류를 낮추는 플라즈마와 소스 사이의 용량성 결합을 줄이는 역할을 한다. 이 특징은 웨이퍼의 표면상에서 대전된 입자의 플럭스를 감소시키는 역할을 한다.
단일의 또는 여러 개의 그리드 또는 배플을 포함할 수 있는 그리드 또는 배플 구조(120)는 이온과 전자의 재결합을 용이하게 하는 장치 역할을 하여, 처리 영역에 들어가는 대전된 입자를 제한한다. 이 예에서, 그리드 구조(120)는 수정으로 이루어지지만, Al2O3, AlN, Y2O3, YAG 또는 이러한 재료 중 하나로 코팅된 적합한 금속을 포함하는 다른 재료도 작용할 수 있다. 일부 경우에, 알루미늄과 같은 도전 재료가 사용될 수 있다.
또한, 그리드 구조(120)는 보조 샤워헤드 기능을 하며, 웨이퍼(110) 위로 균일한 라디칼 플럭스를 제공하는데 도움을 준다. 홀(hole)의 배치와 크기는 웨이퍼 표면 위로의 흐름 분포를 조정하는데 사용될 수 있다. 또한, 그리드는 열 및 UV 방사 실드 역할을 하도록 설계될 수 있다. 이러한 구성에서, 열 실드로서의 기능은, 플라즈마 소스 벽이 플라즈마에 의해서만 가열되는 경우보더 더 뜨겁게 할 수 있는 공정에 대하여 가열될 때, 웨이퍼 및 받침대(pedestal)로부터의 IR 열방사를 상당히 감소시킨다. 더하여, 이는 처리되고 있는 기판에 입사하는 플라즈마 소스로부터의 UV를 감소시키는 방사 실드로서 설계될 수 있다. 이러한 UV 방사의 제어는 기판의 표면상에서 실리콘 및 다른 재료 모두에 대하여 산화 속도 및 균일도를 제어하는데 중요하다.
질량 유동 제어기(mass flow controller), 레귤레이터 및 밸브의 세트를 수용하는 가스 패널(미도시)은 퍼지(purge) 가스를 제공할 뿐만 아니라 ICP 소스 가스 포트에 소정의 가스 혼합물을 제공한다. 제공된 가스는 O2, O3, H2, D2, N2, Ar, He, Kr, NH3, H2O 또는 D2O를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
기계 제어기(미도시)는 시스템을 동작시키고 공정 방법에서와 같은 연속된 공정 단계들의 미리 정해진 세트를 수행한다. 또한, 기계 제어기는 연속 동작을 위하여 기판을 자동으로 로드 및 언로드한다.
다른 실시예에 따르면, 제조 모듈은 이러한 추가 특징을 포함한다. 세라믹 재료로 이루어진 서셉터 히터는 700℃를 초과하여 동작할 수 있다. 세라믹 재료는 강력한 환원 또는 산화 환경에 강하다. 세라믹 재료는, 다른 재료 또는 코팅이 고려될 수 있지만, AlN이다. 서셉터는 전기 콘택이 웨이퍼의 뒷쪽으로 이루어지는 능력을 갖는다. 전기 콘택은 DC 바이어스가 웨이퍼의 뒷면에 인가될 수 있는 방식으로 이루어진다. 이 바이어스 성능의 목적은 산화물을 통하여 산화물 실리콘 계면을 향하여 음으로 대전된 라디칼의 확산을 향상시키고 따라서 향상된 산화물 성장을 제공하도록 양의 전위로 기판을 배치하기 위한 것이다.
일 실시예에서, 처리 챔버의 벽의 안에는 오염물 최소화하는 재료가 대어진진다(lined). 이 목적에 공헌하는 라이너(liner)는 일부를 리스트하자면 수정, Al2O3, AlN, Y2O3, YAG를 포함하는 다수의 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 라이너는 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 적합한 재료로 이루어지고 전술한 재료 중 하나로 양극 처리되거나(anodized) 코팅될 수 있다.
전술한 바와 같이, 플라즈마 소스 환경으로부터 웨이퍼 환경을 분리하는 그리드 구조는 과도한 가열로부터 플라즈마 소스와 그 부품 모두를 보호하기 위한 열 실드 역할을 할 수 있다. 2 이상의 그리드는, 홀 분포 및 크기가 각 그리드에서 개별로 적합하게 선택될 수 있기 때문에 웨이퍼 표면의 라디칼의 수송에 악영향을 미치지 않으면서 실드 효과를 개선하도록 설치될 수 있으며, 원형 그리드에 대하여, 그 상대적인 배치는 소스로부터의 다소의 UV 방사가 통과하는 것을 허용하도록 가변된다. 수정이 최적인 것으로 밝혀졌지만, 다양한 재료가 그리드를 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, PALTROX 공정을 수행하는데 사용될 수 있는 장치는 Mattson Technology에 의해 개발된 LPA(Low Pressure Anneal) 모듈의 수정된 버전에 기초한다. 장치(300)는 도 3에 도시되며, 상부에 ICP 소스(325)를 갖는 진공 어닐(anneal) 처리 모듈(305)을 포함한다. 물론, 다른 종류의 플라즈마 소스가 ICP 소스를 단순히 교환함으로써 본 시스템과 함께 사용될 수 있다. 웨이퍼(310)는 텅스텐 할로겐 램프(370) 세트로 뒤쪽으로부터 직접 가열된다. 두꺼운 수정 윈도우(374)는 램프 방사의 투과가 웨이퍼를 가열하게 허용한다. 제어 시스템(76)은 웨이퍼 온도 측정 시스템의 출력을 설정점 온도와 비교하여, 온도의 폐루프 제어를 획득한다.
PALTROX 공정을 수행하기 위한 채용되는 도 3의 장치의 일부 구체적인 특징은 다음을 포함할 수 있다. 산화는 처리 영역(305)으로의 가스의 압력과 흐름을 제어할 수 있는 진공 처리 모듈 내에서 수행된다. 압력 범위는 50 mTorr 내지 760 Torr의 범위, 보통은 100 mTorr 내지 10 Torr의 범위에 대하여 제어될 수 있다. 높은 쪽 근처의 압력(760 Torr)은 일반적으로 포스트(post) 산화 어닐 특유의 것이지만, 고압 플라즈마 생성도 사용될 수 있기 때문에 어닐에 한정되지 않는다. 에너지는 텅스텐 할로겐 램프(370), 램프를 지지하고 냉각을 제공하는 반사기 램프 홀더(372), 램프 전력을 제어하기 위한 램프 전원(미도시) 및 제어 시스템(미도시)을 포함하는 램프 가열 시스템에 의해 제공된다. 챔버는 램프 시스템으로부터의 직접적인 방사가 웨이퍼와 웨이퍼 지지 구조를 가열하는 것을 허용하는 챔버의 하부에 장착된 윈도우(374)를 갖는다. 온도 제어 시스템(376)은 웨이퍼가 원하는 온도로 도약하여 원하는 온도에서 유지될 수 있도록 웨이퍼의 온도를 모니터하고 램프 전원 시스템을 제어한다. 평균잡아, 웨이퍼 온도 도약 속도는 대략 50℃/s이며 냉각 속도는 대략 25℃/s이다. 본 예에서, 가드 링(guard ring) 구조(378)가 가열 균일성을 개선하도록 제공된다. 웨이퍼 및 가드 링은 수정 지지부(380)에 의해 지지된다. 또한, 본 예에서, 회전 메카니즘(382)이 더 나은 균일성을 획득하도록 처리하는 동안 웨이퍼를 회전시키기 위하여 제공된다.
웨이퍼는 더욱 균일한 가열을 가능하게 하기 위하여 처리하는 동안 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼 회전 시스템 상에 놓인다. 처리 모듈 시스템의 상부는 플라즈마 산화를 수행하는 목적으로 라디칼을 생성하는 것에 대하여 이미 설명한 것과 유사한 ICP 플라즈마 소스를 포함한다. 질량 유동 제어기, 레귤레이터 및 밸브의 세트를 수용하는 가스 패널은 퍼지 가스를 제공할 뿐만 아니라 ICP 소스 가스 주입기에 소정의 가스 혼합물을 제공한다. 제공된 가스는 O2, H2, D2, N2, He, Ar, Kr, NH3, H2O 또는 D2O를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이 시스템은 '저온' 플라즈마 산화물을 형성하도록 웨이퍼가 600℃까지의 온도로 가열될 수 있게 한다. 1200℃까지의 더 높은 처리 온도도 이용할 수 있다.
비산화 환경에서의 이어지는 어닐 단계는 동일한 처리 시컨스 부분과 동일한 챔버에서 수행될 수 있다. 어닐링 온도는 1200℃까지일 수 있다. 이 특징은 이어지는 어닐 단계를 필요로 하는 공정에 대하여 이전 실시예에 비하여 중요한 이점을 가진다. 플라즈마 보조 처리 또는 이어지는 어닐링은 "소크(soak)" 공정 또는 "스파이크(spike) 공정"인 온도-시간 사이클로 수행될 수 있다. 아크 램프, 레이저, RF 또는 마이크로웨이브 에너지, 또는 에너지 입자 스트림과 같은 다른 열원도 사용될 수 있다.
라디칼 화학종을 생성하는 다른 수단이 사용될 수 있다. O2, H2, D2, N2, He, Ar, Kr, NH3, H2O 또는 D2O 가스로부터의 플라즈마 산화에 필요한 라디칼 화학종의 생산은 전술한 것이 아닌 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 다음은 라디칼 화학종이 생산될 수 있는 일부 수단의 리스트이다. 이 수단들은 전술한 수단 대신에 또는 그와 연계하여 사용될 수 있다. 전자 사이클로트론 공진기, 마이크로웨이브, 유도성 커플링 또는 플라즈마 제트를 이용하는 플라즈마 소스가 웨이퍼가 노출되는 가스에서 플라즈마를 생성하는 주요 수단으로서 채용될 수 있다. 플라즈마 소스는 웨이퍼 표면 상에 또는 그 근처에서 플라즈마를 생성하도록 처리 챔버 내에 배치될 수 있으며, 또는 웨이퍼가 소스로부터의 직접적인 플라즈마에 노출되지 않고 소스로부터 나오는 가스에만 노출되도록 웨이퍼부터의 업스트림에 배치될 수 있다. 플라즈마 제트의 경우에, 이러한 소스는 대기압에서 또는 그 근처에서 동작할 수 있다. 제트가 일반적으로 수 평방센티미터의 단면적으로 집중되기 때문에, 웨이퍼 표면 위에 또는 웨이퍼 표면과 접촉하여 플라즈마를 형성하도록 다중 소스가 처리 챔버 내에서 필요할 수 있다. 웨이퍼로부터의 업스트림에 배치된 단일 제트의 경우에, 플라즈마 제트 소스와 동일하거나 그보다 더 낮은 압력에서 챔버 부피로 흐를 수 있는 라디칼을 생산할 것이다. 또한, 라디칼은 화학 반응 또는 불안정한 화학종의 분해의 부산물로서 생성될 수 있다. 예를 들어, 오존 또는 화학 반응으로부터 발생하는 불꽃으로부터 생성될 수 있다. 이러한 웨이퍼로의 가스 화학종 흐름은 플라즈마 소스와 웨이퍼 사이에 끼워진 그리드 또는 배플에 의해 형성되거나 분포될 수 있다.
또한, 가스 분자 및 원자의 광 여기(photo excitatgion)가 원자외선(Far Ultra-Violet)(UV) 스펙트럼 (200nm-122nm, 6.2-10.2eV) 또는 중 자외선(Middle UV)(300nm-200nm, 4.13-6.2eV)를 이용하여 수행될 수 있다. 몇 가지 예를 들자면 엑시머(excimer) 램프, 수은 램프 및 다양한 레이저 소스(엑시머, 쿼드러플 펄스 YAG 등)를 포함하는 다양한 소스가 사용될 수 있다. 또한, 플라즈마 소스에 의해 처리 챔버 내에 생산된 플라즈마는 이 목적으로 적합한 UV 방사를 제공할 수 있다. 이러한 소스의 한 종류는 스펙트럼의 진공 UV 영역에서 단파장 방사를 생산할 것이다. 웨이퍼는 가스 환경에서 이 방사에 노출된다. 이 목적은 임의의 압력에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘 플라즈마 산화 공정이 플라즈마로의 스팀 주입을 가능하게 하는 장치 내에서 수행된다. 챔버는 플라즈마를 지속하기 위하여 예를 들어 H2, O2, Ar 등과 같은 다양한 가스를 주입하기 위한 조건과, 플라즈마로 스팀을 주입하기 위한 조건을 가진다. 이러한 장치의 예가 도 2에 도시된다. 다른 플라즈마 리액터가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 하지만, 도 2에서, 플라즈마 리액터(200)는 도 1에 도시된 것과 유사하다. 도 2에서, 205는 플라즈마 전구체 가스 공급을 나타내고, 215는 스팀 공급을 나타낸다. 스팀은 DI 물 공급부(230)로부터 스팀을 생성하는 스티머(225)에서 생성된다. 스팀은, 예를 들어 발열성 또는 촉매성 생성기에 의해 또는 고순도의 물을 끌이거나 거품을 일게 함으로써 생성될 수 있다. 스티머(225)는, 예를 들어, 캘리포니아주 샌디에고의 RASIRC로부터 이용가능한 RASIRC 스티머일 수 있다. 리액터로의 스팀 흐름은 밸브(240)에 의해 제어된다. 스팀 흐름과 가스 흐름을 제어함으로써, 스팀에 대한 가스 화학종의 비를 제어할 수 있다. 가스 흐름은, 각각 전구체 가스 소스(252), 질량 유동 제어기(254), 및 정지(shut off) 밸브(256)를 각각 포함하는 복수의 수송 채널을 이용하여 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 수송은 O2 및 H2를 포함하며, 그 각각은 0 흐름에서 원하는 비까지 조정될 수 있어, 스팀은 O2와만, H2와만, 또는 H2와 O2 모두와 혼합될 수 있다.
또한, 도 3의 장치는 플라즈마로 스팀 주입을 가능하게 될 수 있다. 처리 가스는 가스 소스(352), 질량 제어기(354) 및 정지 밸브(356)로부터 플라즈마로 공급된다. 스팀은 DI 물 공급부(330)로부터 스팀을 생성하는 스티머(325)에서 생성된다. 리액터로의 스팀 흐름은 밸브(340)에 의해 제어된다.
2. PLATROX - 플라즈마를 수행하기 위한 공정의 실시예
산화물 박막은, 예를 들어, 전술한 처리 리액터들 중 하나를 이용하여 실리콘 기판상에 성장될 수 있다. 아래에서 설명되는 다양한 방법에 따르면, 공정은 플라즈마에서 O, H 및 OH의 화학종을 적절하게 제어함으로써 수행된다. 명백하게, 다양한 변수가 다양한 구조에 대한 가장 넓은 공정 윈도우를 제공하는 조건을 찾기 위하여 조사되었다. 다른 것들 중에서, TiN 또는 텅스텐이 있는 경우에 실리콘 선택적 산화가 조사되었다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 산화 공정은 산화막의 손상이나 열화를 최소화하기 위하여 플라즈마에서 생산된 이온에 대한 기판의 노출을 제어하고 의도적으로 제한함으로써 개선된다. 종래의 플라즈마 챔버의 한계는 플라즈마로부터의 강력한 화학종이 웨이퍼의 표면에 도달한다는 것이다. 이러한 강력한 또는 대전된 화학종은, 성장된 산화물에서의 증가된 트랩된 전하(traped charge) 결함과 같은 열악한 전기적 특성을 가지는 낮은 품질의 산화물을 발생시킬 수 있다. 트랩된 전하 결합 더 낮은 장 세기(field strength)에서 유전체의 절연 파괴를 가져다 준다. 또한, 플라즈마는 성장된 산화물의 특성에 대하여 유해한 효과를 가질 수 있는 일부 진공 UV 방사를 생성한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, O, H 및 OH(또는 OD) 라디칼은 플라즈마로부터 흐르고, 기판에 근접하여 통과하여, 다른 것들 중에서도, 저온에서의 산화를 가능하게 한다. 또한, 이 방법은 개선된 선택적 산화를 가능하게 하고, 산화물은, 텅스텐이나 TiN, TaN 또는 WN과 같은 다른 재료와 같은 인접하게 노출된 재료를 산화시키지 않으면서 실리콘 또는 폴리실리콘 상에 성장된다. 일 예에서, 웨이퍼에 걸친 플라즈마로부터의 화학종 분포는 예를 들어 도 1에 도시된 배플(120)과 같은 그리드 또는 배플 구조를 이용하여 제어된다. 이 대신에, 이온이 기판에 도달하는 것을 방지하면서, 플라즈마가 기판으로부터 멀리 유지되고 라디칼이 기판 위로 흐르도록 향하는 원격 플라즈마 소스가 사용될 수 있다.
O, H 및 OH 라디칼을 이용하고 이온(예를 들어, O-, O+, H, H+, OH+, OH-, OD+, OD-)을 최소화하는 산화 공정은 컨포멀 산화물의 형성을 가능하게 한다. 기판을 플라즈마 이온에 노출시키는 종래 기술은 하부층에 잘 맞지 않는 열등한 산화물을 발생시킨다. 비적합성의 원인은 기판의 이온 충격에 의해 발생되는 표면 여기 처리 또는 지역적인 대전 효과일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판의 표면에 도달함에 따라, O 및 OH 라디칼의 일부는 음으로 대전된 산소 이온이 실리콘 산화물 내에 형성되게 한다. 따라서, 도 1의 파선에 도시된 바와 같이, DC 바이어스가 음이온을 공격하기 위하여 산화물에 걸쳐 전기장을 생성하도록 웨이퍼에 인가된다. 결과적으로, 산화막을 통한 산화물-실리콘 인터페이스로의 산소 이온의 플럭스는 강화되어, 더 높은 성장 속도를 가져다 준다. 기판으로의 DC 바이어스의 인가는, 산소 라디칼의 이온 화학종의 플럭스가 제어될 수 있다. 또한, 성장되고 있는 산화물층에 걸쳐 전기장을 유지하는 것을 도우며, 이는 이동하는 산소 음이온이 성장하는 막을 통해 확산하고 그 성장을 유지하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같은 플라즈마 챔버는 실리콘 또는 폴리실리콘의 플라즈마 보조 산화를 연구하고 또한 선택적 산화를 연구하는데 사용되었다. 더욱 구체적으로는, 플라즈마 보조 산화 처리에서의 다양한 변수의 효과가 수행되었다. 연구된 변수들 중에서, 처리 챔버의 가스압, RF 플라즈마 소스에 대한 파워, RF 바이어스에 대한 파워, 기판 온도, 및 O2 및/또는 H2의 상대적인 흐름이 있다.
도 4는 텅스텐과 실리콘의 플라즈마 보조 산화의 연구로부터의 결과 그래프이다. 수직축은 산화물층 두께를 나타내고, 가로축은 O2+H2 가스 혼합물에서의 H2의 부분 흐름을 나타낸다. 초기의 본래 산화막 두께는 12-13Å이다. 이러한 특정 작업에 대하여, 기판 온도는 300℃에 유지되고, 압력은 500mT에 유지되고, 소스 파워는 2500W에 유지되고, 각 각업은 200초 동안 수행되었다. 도 4는 최소량의 텅스텐 산화가 발생하는 동안 대략 60% H2 농도의 흐름에서 실리콘 산화가 최대인 것을 나타낸다. 도 4로부터 측정된 W 손실에 알맞은 다항식 곡선은 60% 이상의 H2 농도에서 0 W 산화 또는 텅스텐 산화물 환원을 나타내는 것으로 보인다. 결과적으로, 텅스텐이 있는 경우에 실리콘의 효과적인 선택적 산화를 위하여, H2 가스의 농도는 대략 60% 이상이어야 한다. 반면에, 85% 보다 큰 H2 가스 농도에 대하여, 산화물 성장은 더 낮은 품질로 될 수 있으며, 일부 포인트에서 실제로 정지할 것이다. 따라서, 텅스텐이 있는 경우에 실리콘의 효과적인 선택적 산화를 위하여, H2 가스의 농도는 95% 이하, 그리고 일부 경우에 심지어 85% 이하로 유지되어야만 한다. 이로부터, 텅스텐이 있는 경우에 실리콘을 산화하기 위하여, 특히 스팀이 없는 플라즈마에서, 유속에 의한 H2 가스의 농도는 대략 60% 이상 95% 이하에, 그리고 때때로 60% 이상 85% 이하에 유지되어야만 한다.
도 5는 파워가 일정한 동안 2가지 상이한 환경 상태로 다양한 시간에 대하여 300℃에서 수행된 텅스텐 플라즈마 산화에 대하여 얻어진 결과를 도시하며, 선택성 및 비선택성 (금속 산화) 처리를 도시한다. 도 5에서, 사각형 데이터 포인트는 3.0의 O2에 대한 H2의 흐름비로의 처리를 나타내고, (전체에 대한 H2 비율 = 75%), 삼각형 데이터 포인트는 H2 흐름이 없는 처리를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 75%의 H2/O2 비에서 발생되는 텅스텐 산화가 없는 동안, H2가 존재하지 않을 때 텅스텐 산화가 처리 시간에 따라 증가하고, 이는 도 3과 4에서 도시된 결과와 일치한다.
도 6은 O2 플라즈마에서 75% H2를 이용하여 텅스텐이 있는 경우의 선택적인 실리콘 산화를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 실리콘 산화가 시간에 따라 처리되는 동안, 전체 기간에 대하여 텅스텐 산화가 발생하지 않는다. 따라서, 텅스텐에 선택적인 실리콘의 효율적인 플라즈마 산화가 75%의 H2/O2 비로 수행될 수 있다.
3. 스팀을 포함하는 가스 혼합물로 주입된 플라즈마를 이용하여 PALTROX를 수행하는 공정의 실시예
다음은 하나 또는 여러 개의 금속 및 금속 질화물이 존재하는 경우에 실리콘의 선택적 산화를 수행하는 개선된 과정을 설명한다. Ti/TiN/WN 스택이 폴리-Si 및 W 게이트 사이의 배리어(barrier)로서 실험에 사용되었다고 보고되었다. 배리어 Ti/TiN/WN 또는 그 성분들의 어느 하나는 W 게이트와 함께 있을 수 있으며, 따라서, 이러한 배리어 재료와 W에 대한 공통의 공정 윈도우를 찾는 요구는 분명하다. 일반적으로, 이러한 재료 또는 실리사이드의 산화를 방지하기 위한 공정 윈도우는 중첩하지 않으며, 일부 경우에, 중첩이 존재하지 않을 수 있다. 본 발명자는 실온과 400℃ 사이의 공통 공정 윈도우를 갖는, H2 가스와 함께 플라즈마 소스로 주입된 스팀을 이용하여 TiN 및 W에 선택적인 실리콘 플라즈마 산화 공정을 발견하였다. 이것은 스팀이 없는 수소 및 산소 가스의 가스 혼합물에 대한 이전의 시험에 기초하여 기대되지 않았다. 400℃에서의 하나의 공정 조건 세트에서, 스팀에서 50% 이상 90% 이하의 H2의 윈도우는 TiN 및 W 모두가 있는 경우에 실리콘을 선택적으로 산화하는 것으로 발견되었다.
도 7a는 실리콘 산화에 유리한 조건인 400℃에서의 TiN에 대한 시트 저항 결과의 플라즈마 산화 변화를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, TIN 층은 매우 높은 H2 함유량을 제외하고 모든 조건에 대하여 산화된다. 이러한 높은 H2 함유량은 텅스텐이 있는 경우에 실리콘 산화에 대하여 바람직하지 않다. 반대로, 도 7a로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화가 텅스텐에 대한 감도에 유리한 H2/O2 비, 즉, 60% 이상 85% 이하에서 수행된다면, TiN 층은 산화될 것이고, 이는 장치의 성능에 해로울 수 있다.
도 7c는 25℃에서의 TiN에 대한 플라즈마 산화 시트 저항 결과를 도시한다. 온도를 강하하는 것은 TiN의 산화를 감소시키며 텅스텐에 우호적인 H2/O2 비에서 실리콘의 산화를 가능하게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 낮은 온도에서 형성되는 산화물의 품질은 낮으며, 이는 산화층의 특성에 악영향을 미친다. 따라서, 더 높은 온도에서 산화를 수행하는 것이 더욱 효과적이다.
도 7b는 실리콘 산화에 유리한 조건인 400℃에서의 TiN에 대한 증기 플라즈마 산화 시트 저항 결과를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 플라즈마에 스팀이 있는 것은 TiN이 있는 경우의 선택적 산화에 대한 공정 윈도우를 매우 넓게 한다. 도 7d는 역시 넓어진 공정 윈도우를 나타내는 25℃에서의 TiN에 대한 증기 플라즈마 산화 시트 저항 결과를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 60% 이상 85% 이하의 비를 이용하는 것은 TiN의 산화를 일으키지 않는다.
도 8은 스팀 플라즈마에서의 TiN에 대한 선택적인 산화 공정 윈도우를 도시하고, 도 9는 스팀 플라즈마에서의 W에 대한 선택적인 산화 공정 윈도우를 도시한다. 이 두 곡선의 비교는, 실리콘 산화에 유익한 온도인 400℃에서, H2O 스팀에서의 H2의 양이 대략 50% 이상 90% 이하에 있을 때, 공정 윈도우는 중첩한다는 것을 보여준다. 도 9는 400℃에서 스팀이 있기 때문에 텅스텐에 대한 공정 윈도가 극적으로 증가되었다는 것을 도시하는 것에 주목하라. 사실, 스팀 플라즈마가 사용될 때 H2가 아니라 O2가 스팀에 추가될 수 있다.
도 11은 스팀에 O2를 추가한 효과를 도시하고, 도 12는 스팀에 H2를 추가한 효과를 도시한다. 도 11이 O2를 H2O 스팀에 추가하는 것이 바람직하다는 것을 제시하지만, 다른 금속 또는 금속 질화물이 존재할 때, 산소를 추가하는 것은 이러한 금속 또는 질화물의 산화를 야기할 수 있기 때문에, 이것은 최적이지 않을 수 있다. 한편, 도 12는 H2를 추가하는 것은 실리콘의 산화 속도를 현저하게 변경시키지 않는 것을 도시하며, 이는 도 8 및 9에 도시된 바와 같은 선택적 산화에 대하여 더 양호하다.
5. UV 산화 강화를 위한 공정의 실시예
다음은, 기판의 UV 복사(radiation)를 이용하여 산화를 방지하면서 금속 및 금속 질화물의 있는 경우에 낮은 온도의 실리콘 산화물의 성장 속도를 개선하는 것에 대한 논의이다. 노출된 금속 또는 금속 질화물의 어떤 것도 산화시키지 않는 실리콘에서의 선택적인 라디칼 계의 저온 산화 성장은 수소/산소 가스 혼합물을 이용할 때 일반적으로 낮은 성장 속도와 작은 공정 윈도우를 가진다. 낮은 성장 속도의 한 원인은 이미 성장된 산화물 및 그 아래의 실리콘 사이의 계면에서 발생하는 실리콘 산화물의 성장에 필요한 반응을 활성화하는 것이 부족한 것이다. 이러한 성장 속도 강화 방법의 하나인 이온 충격(ion bombardment)은 실리콘 산화물과 노출된 금속/질화물 모두에 손상을 야기하는 바람직하지 않은 부작용을 갖는다. 우리는, UV 활성화가 형성된 층에 손상을 입히지 않으면서 실리콘 산화물의 성장 속도를 가속하는데 사용될 수 있다는 것을 제안한다. 우리는, 기판의 UV 투광과 함께, 수소 및 산소뿐만 아니라 물의 증기를 포함하는 혼합물을 사용하는 것이, 임의의 노출된 금속 또는 금속 질화물에 대한 산화를 피하기 위하여 공정 윈도우를 실질적으로 증가시키면서, 실리콘 상에서의 실리콘 산화물의 성장 속도를 상당히 개선한다. 산화물 성장 속도의 강화 정도가 채용된 특정 애플리케이션 또는 소자의 통합 스킴에 의존하여 변할 것이기 때문에, 다양한 정도의 UV 강화를 가지는 것은 대량 생산에 사용되는 IC 제조 설비에 대하여 유익한 것으로 증명될 수 있다.
확실하게 하기 위하여, 플라즈마 산화와 연계하여 UV 복사를 이용하는 것은 문헌에서 보고되었다. 그러나, 이전의 연구는 플라즈마 그 자체에서 분자 해리(molecular dissociation)를 강화하기 위하여 플라즈마의 UV 복사를 이용하였다. 이 연구에서, 우리는, 기판의 UV 조사(irradiation)는, 아마도 표면 산화물에서의 산소 음이온의 형성을 활성화함으로써, 산화물-실리콘 계면에서의 성장 메카니즘을 강화한다. 이것은 해리를 강화하기 위한 기상종(gas phase species)의 UV 투광에 전적으로 독립적이다.
UV 복사 강화는 상이한 방법으로 효율적으로 수행될 수 있다. 하나의 자연적인 방법은 공급 가스로부터의 라디칼 생성을 위하여 채용되는 플라즈마 소스에서 생성되는 UV를 이용하는 것이다. 어려운 점은 가스 혼합물 또는 소스 파워에 독립적으로 가변하는 이러한 UV 강도(intensity)를 만드는 것에 있다. 혼합물 또는 소스 파워를 변경하지 않으면서 UV를 가변시키는 한 방법은 배플(120)의 투명도를 가변시키는 것을 포함한다. 이것은, 예를 들어, 중첩의 정도가 화살표 A로 도시된 바와 같이 어느 하나를 회전시켜 제어될 수 있는 홀 패턴을 가지는 부분적으로 개방되거나 또는 부분적으로 투명한 배플의 쌍 또는 그리드(120A 및 120B)(도10)를 이용함으로써 수행될 수 있다.
도 13은 예를 들어 마이크로웨이브 소스(152)(다른 소스가 사용될 수 있지만)를 이용하고, 진공 처리 챔버(105)에 있는 웨이퍼(110)를 향한 플라즈마 화학종의 드리프트를 가능하게 하기 위하여 도관(conduit)(119)을 활용하여, 플라즈마가 원격의 챔버(132)에서 생성되는 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, UV 투과 윈도우(121)는 UV 소스(117)로부터의 UV 방사가 웨이퍼(110)를 투광할 수 있게 하도록 제공된다. 이것은 Si-Si 결합 파손의 확률을 증가시킬 수 있으며, 따라서, Si-O를 형성하도록 사용 가능한 Si 결합 위치를 증가시킨다.
또한, Ar, Kr, Xe 등과 같은 불활성 가스의 플라즈마로의 첨가는 불활성 가스 원자의 결과에 따른 이온화 및 여기로부터의 스펙트럼의 DUV 및 VUV 부분에서의 짧은 파장 방사의 생성에 대하여 사용될 수 있다. 라디칼 산화 화학종과 함께 결과에 따른 DUV 및 VUV 방사로의 공정 웨이퍼 표면의 노출은 추가적인 효과를 가져다 줄 수 있다.
6. 스팀 플라즈마 산화의 실시예
실리콘 질화물은 일반적으로 매우 높은 온도와 장시간을 요구하는 O2 또는 H2O에서의 종래의 열 산화에 의해 산화하기 어렵다. 산소 플라즈마에 의해 생성된 화학종을 포함하는 원자 산소에서 산화하는 것이 알려져 있다. 또한, 실리콘 질화물 및 다른 재료의 산화의 속도 및/또는 상대 속도도 변경시키면서, 플라즈마에 의해 활성화된 O2+H2 혼합물을 사용하는 것은 실리콘 질화물의 산화를 허용할 수 있다. 더하여, 플라즈마에서의 스팀의 사용(자체로, 또는 H2나 O2와 결합하여, 또는 불활성 가스와 같은 다른 가스와 함께)하는 것은 2가지 재료의 산화의 정도 또는 산화의 상대 속도를 제어하는데 최적화될 수 있다. 예를 들어, 스팀은 실리콘 또는 다른 재료에 비하여 실리콘 질화물의 산화 속도를 강화하거나 늦추는데 사용될 수 있다.
플라즈마 스팀은, 그 자체로 또는 H2나 O2와 결합하여, 또는 불활성 가스와 같은 다른 가스와 함께, 다양한 재료를 산화하는데 사용될 수 있다. 또한, 웨이퍼에 있을 수 있는 반도체 재료의 산화의 상대 속도에 대한 제어를 허용할 수 있다. 여기에서, 스팀은 임의의 2(또는 그 이상)개의 재료의 산화의 상대 속도를 강화하거나 늦추는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 재료는 트랜지스터의 채널 또는 소스/드레인 영역에 대하여 사용되는 것일 수 있다. 스팀을 가지고 있는 플라즈마에 의해 산화될 수 있는 재료는 순물질이거나 또는 합금일 수 있고, 전기 전도도 또는 격자 간격에 영향을 미치는 상이한 원자 화학종으로 도핑될 수 있다. 예들은 다음을 포함한다.
a. B, P, As, Sb, In, Ge, C, Sn, S, Se와 같은 다른 화학종의 원자로 도핑된 실리콘 영역의 산화;
b. SiGe 합금의 산화;
c. 새로운 종류의 트랜지스터를 형성하는데 사용되는 재료의 산화: 예를 들어, Ge; GaAs; InGaAs; In, Ga, P, As를 포함하는 합금; GaN; InGaN; III족 원소와 V족 원소를 포함하는 합금; SiC와 탄소 계열 반도체 소자;
d. 전술한 재료의 표면을 패시베이션하기 위한 산화;
e. 산화막을 형성하기 위한 산화;
f. 에칭에 의해 순차적으로 제거되는 영역을 형성하기 위한 산화;
g. 휘발성 화학종을 형성함으로써 재료를 직접 에칭하는 산화. 예를 들어, 탄소 계열 소자는 CO2 또는 CO 가스를 형성함으로써 에칭될 수 있다.
스팀을 사용하는 것은 트렌치와 같은 소자 특징부의 토포그라피(topography)를 제어하는 새로운 기회를 제공한다. 일부 경우에, 트렌치의 측벽과 같은 상이한 배향(orientation)을 갖는 표면의 균일한 산화를 갖는 등방성 산화가 바람직할 수 있다. 다른 경우에, 비균일 산화가 바람직할 수 있다. 스팀, 또는 스팀과 다른 가스의 조합을 이용함으로써, 플라즈마 산화 공정에서 등방성의 정도를 변경할 수 있다.
실리콘의 플라즈마 산화는 일반적으로 아레니우스형 온도 의존성(Arrhenius like dependence with temperature)을 따르지만, 플라즈마에 형성된 산소 라디칼의 존재에 기인하는 열 산화보다도 훨씬 더 낮은 활성 에너지를 갖는다. 이 연구에서, 수소 농도가 100%에 접근함에 따라 스팀 없는 산화 공정에서의 산화물 성장 속도는 0에서, 성장 속도가 턴오버하고 감소하기 시작하는 레벨 이상인 대략 25% 내지 50%로 증가된다. 실온 및 300℃ 사이의 공정 온도에 대하여, 산화물 성장 속도는 H2의 각 농도 레벨에서 온도가 높아짐에 따라 단조롭게 증가한다.
이 연구에서, 산화물 성장 속도가 온도에 대하여 단조롭게 계속 증가하지 않는 새로운 종류의 성질이 발견되었다. 도 14는 온도가 고온 상황에서 O2+H2 플라즈마 산화에 영향을 미치는 것을 도시한다. 산화 공정은 3개의 상이한 온도인, 300℃, 400℃ 및 500℃에서 수행되었다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이러한 온도 각각에서, 3개의 상이한 산화물 성장 속도 상황이 존재한다. 구역 1로 나타낸 제1 상황에서, 낮은 H2 농도에 대하여 산화물 성장은 증가한다; 구역 2로 나타낸 제2 상황에서, 중간 정도의 H2 농도에 대하여 성장 속도는 상대적으로 일정하게 유지한다; 그리고, 구역 3으로 나타낸 제3 상황에서, 성장 속도는 H2 농도 및 온도에 따라 실제로 감소한다. 이러한 새로운 결과는, 일정한 실리콘 산화물 성장을 유지하면서, 하나의 특정 공정에 영향을 미치기 위하여 수소 레벨을 가변하는 것이 필수적인 공정 제어에 대하여 중요할 수 있다.
본 발명은 모든 점에서 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도되는 특정 실시예에 관련하여 설명되었다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 많은 상이한 조합이 본 발명을 실시하는데 적합할 것이라는 것을 이해할 것이다. 더욱이, 본 발명의 다른 구현예는 여기에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시로부터 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 설명된 실시예의 다양한 양태 및/또는 구성 요소는 본 발명의 기술 분야에서 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 고려되며, 본 발명의 본질적인 범위나 기술적 사상은 다음의 특허청구범위에 의해 나타내어지는 것으로 의도된다.

Claims (9)

  1. 다른 재료가 있는 경우에 기판에서 실리콘을 선택적으로 산화하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 진공 처리 챔버에서 배치하는 단계;
    상기 기판으로부터 원격으로 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마가 상기 기판을 접촉하지 않게 하는 단계;
    상기 플라즈마로 H2 및 O2 가스를 주입하는 단계로서, H2 및 O2 흐름에 대한 H2 흐름의 비는 60% 이상 85% 이하인 단계;
    플라즈마 산화 공정에서의 등방성의 정도를 제어하도록 상기 플라즈마에 스팀을 주입하는 단계;
    상기 플라즈마로부터의 라디칼이 상기 기판에 도달하는 흐름 경로를 제공하는 단계;
    이온이 상기 기판에 도달하는 것을 방지하는 단계;
    UV 소스로 상기 기판을 투광하는 단계; 및
    상기 기판에 도달하는 플라즈마로부터의 UV 광의 투광량을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    실리콘의 선택적 산화 방법.
  2. 다른 재료가 있는 경우에 기판에서 실리콘을 선택적으로 산화하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 진공 처리 챔버에서 배치하는 단계;
    상기 기판으로부터 원격으로 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마가 상기 기판을 접촉하지 않게 하는 단계;
    상기 플라즈마로 H2 및 O2 가스를 주입하는 단계;
    플라즈마 산화 공정에서의 등방성의 정도를 제어하도록 상기 플라즈마에 스팀을 주입하는 단계;
    상기 플라즈마로부터의 라디칼이 상기 기판에 도달하는 흐름 경로를 제공하는 단계;
    이온이 상기 기판에 도달하는 것을 방지하는 단계;
    UV 소스로 상기 기판을 투광하는 단계; 및
    상기 기판에 도달하는 플라즈마로부터의 UV 광의 투광량을 제어하는 단계
    를 포함하고,
    플라즈마 산화 공정에서의 등방성의 정도를 제어하도록 상기 플라즈마에 스팀을 주입하는 단계는, 전체 가스 흐름에 대한 H2 흐름의 비가 50% 이상 90% 이하가 되는 양으로 H2를 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 전체 가스 흐름은 H2, O2 및 H2O의 흐름으로서 정의되는,
    실리콘의 선택적 산화 방법.
  3. 다른 재료가 있는 경우에 기판에서 실리콘을 선택적으로 산화하는 장치에 있어서,
    진공 인클로저;
    상기 진공 인클로저 내에 배치된 기판 받침대;
    플라즈마 생성 영역;
    상기 플라즈마 생성 영역으로부터 상기 진공 인클로저로의 라디칼 흐름을 가능하게 하는 도관;
    상기 플라즈마 생성 영역에 연결된 가스 소스;
    상기 플라즈마 생성 영역에 연결된 스팀 소스; 및
    상기 기판 받침대에 배치된 기판을 투광하도록 구성된 UV 소스
    를 포함하고,
    상기 UV 소스는 상기 기판에 도달하는 플라즈마로부터의 투광량을 제어하도록 상기 진공 인클로저와 상기 플라즈마 생성 영역 사이에 배치된 광학 배플을 포함하는,
    실리콘의 선택적 산화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진공 인클로저와 상기 플라즈마 생성 영역 사이에 배치된 배플을 더 포함하고,
    상기 배플은 이온이 상기 기판 받침대에 배치된 기판에 도달하는 것을 방지하는,
    실리콘의 선택적 산화 장치.
  5. 다른 재료가 있는 경우에 기판에서 실리콘을 선택적으로 산화하는 장치에 있어서,
    진공 인클로저;
    상기 진공 인클로저 내에 배치된 기판 받침대;
    RF 투과 벽, 상기 벽의 외부에 인접하게 제공된 유도 코일, 및 상기 유도 코일과 상기 벽의 외부 사이에 제공된 정전 실드를 포함하는 플라즈마 생성 영역;
    상기 플라즈마 생성 영역으로부터 상기 진공 인클로저로의 라디칼 흐름을 가능하게 하는 도관;
    상기 플라즈마 생성 영역에 연결된 가스 소스; 및
    상기 기판 받침대에 배치된 기판을 투광하도록 구성된 UV 소스
    를 포함하고,
    상기 UV 소스는 상기 기판에 도달하는 플라즈마로부터의 투광량을 제어하도록 상기 진공 인클로저와 상기 플라즈마 생성 영역 사이에 배치된 광학 배플을 포함하는,
    실리콘의 선택적 산화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 영역에 연결된 스팀 소스를 더 포함하는,
    실리콘의 선택적 산화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 진공 인클로저와 상기 플라즈마 생성 영역 사이에 배치된 배플을 포함하고,
    상기 배플은 이온이 상기 기판 받침대에 배치된 기판에 도달하는 것을 방지하는,
    실리콘의 선택적 산화 장치.
  8. 텅스텐이 있는 경우에 기판에서 실리콘을 선택적으로 산화하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 진공 처리 챔버에서 배치하는 단계;
    상기 기판으로부터 원격으로 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마로부터의 대전된 입자가 상기 기판을 도달하는 것을 방지하는 단계;
    H2 및 O2 가스를 상기 플라즈마로 주입하는 단계로서, 전체 가스 흐름에 대한 H2 흐름의 비가 60% 이상 85% 이하가 되는 양으로 O2 가스가 플라즈마 내로 주입되고, 상기 전체 가스 흐름은 H2 및 O2 흐름으로서 정의되는 단계;
    플라즈마 산화 공정에서의 등방성의 정도를 제어하도록 상기 플라즈마에 H2O 스팀을 주입하는 단계;
    상기 플라즈마로부터의 라디칼이 상기 기판에 도달하는 흐름 경로를 제공하는 단계;
    UV 소스로 상기 기판을 투광하는 단계; 및
    상기 기판에 도달하는 플라즈마로부터의 UV 광의 투광량을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    실리콘의 선택적 산화 방법.
  9. 텅스텐이 있는 경우에 기판에서 실리콘을 선택적으로 산화하는 방법에 있어서,
    상기 기판을 진공 처리 챔버에서 배치하는 단계;
    상기 기판으로부터 원격으로 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마로부터의 대전된 입자가 상기 기판을 도달하는 것을 방지하는 단계;
    H2 및 O2 가스를 상기 플라즈마로 주입하는 단계;
    플라즈마 산화 공정에서의 등방성의 정도를 제어하도록 상기 플라즈마에 H2O 스팀을 주입하는 단계;
    상기 플라즈마로부터의 라디칼이 상기 기판에 도달하는 흐름 경로를 제공하는 단계;
    UV 소스로 상기 기판을 투광하는 단계; 및
    상기 기판에 도달하는 플라즈마로부터의 UV 광의 투광량을 제어하는 단계
    를 포함하고,
    플라즈마 산화 공정에서의 등방성의 정도를 제어하도록 상기 플라즈마에 H2O 스팀을 주입하는 단계는, 전체 가스 흐름에 대한 H2 흐름의 비가 50% 이상 90% 이하가 되게 하는 양으로 H2O 스팀을 상기 플라즈마에 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 전체 가스 흐름은 H2, H2O 및 O2의 흐름으로서 정의되는,
    실리콘의 선택적 산화 방법.
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