KR102608048B1 - 프로세스 챔버 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 게이트 스택이 그 위에 형성된 기판은 프로세스 챔버 내에 배치될 수 있고, 수소 함유 플라즈마는 게이트 스택 내의 결함들을 치유하도록 게이트 스택을 트리트먼트하기 위해 이용될 수 있다. 수소 함유 플라즈마 트리트먼트의 결과로서, 게이트 스택은 더 낮은 누설 및 개선된 신뢰가능성을 갖는다. 수소 함유 플라즈마에 의해 발생되는 Hx + 이온들 및 H* 라디칼들로부터 프로세스 챔버를 보호하기 위해, 프로세스 챔버는 수소 함유 플라즈마 트리트먼트 전에, 내부에 기판을 배치하지 않고서, 플라즈마로 트리트먼트될 수 있다. 추가로, 유전체 재료로 이루어진 프로세스 챔버의 컴포넌트들은 플라즈마로부터 컴포넌트들을 보호하기 위해 이트륨 함유 산화물을 포함하는 세라믹 코팅으로 코팅될 수 있다.
Description
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 반도체 기판을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이고, 더 구체적으로는 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법에 관한 것이다.
집적 회로들(IC들)은 트랜지스터들, 커패시터들, 및 저항기들과 같은 다수의 디바이스, 예를 들어 수백만 개의 디바이스로 구성된다. 전계 효과 트랜지스터들(FET들)과 같은 트랜지스터들은 전형적으로 소스, 드레인, 및 게이트 스택을 포함한다. 게이트 스택은 일반적으로, 실리콘 기판과 같은 기판, 게이트 유전체, 및 게이트 유전체 상의 다결정질 실리콘과 같은 게이트 전극을 포함한다. 게이트 유전체 층은 실리콘 이산화물(SiO2), 또는 4.0을 초과하는 유전 상수를 갖는 하이-k 유전체 재료, 예컨대 SiON, SiN, 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 규산염(HfSiO2), 하프늄 실리콘 산화질화물(HfSiON), 지르코늄 산화물(ZrO2), 지르코늄 규산염(ZrSiO2), 바륨 스트론튬 티탄산염(BaSrTiO3 또는 BST), 티탄산 지르콘산 연(lead zirconate titanate)(Pb(ZrTi)O3 또는 PZT), 티타늄 질화물(TiN) 및 그와 유사한 것과 같은 유전체 재료들로 형성된다. 일부 경우들에서, 게이트 유전체는 실리콘 기판 상에 배치된 SiO2/HfO2/TiN 스택과 같은 유전체 층들의 스택을 포함한다. 그러나, 필름 스택은 다른 재료들로 형성된 층들을 포함할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
예를 들어 HfO2 층 내의 O 공동들(O vacancies)과 같이, 원자 공동들(atomic vacancies)과 같은 결함들은 유전체 층들 내에서 흔하다. 계면 결함들(interfacial defects)[예를 들어, 단글링 본드들(dangling bonds)]과 같은 다른 결함들은 또한 TiN/HfO2 또는 HfO2/SiO2와 같은 다양한 계면들에서 흔하다. 원자 공동들 및 계면 결함들은 누설, 열 불안정성, 이동성 불안정성, 및 과도 임계 전압(transient threshold voltage) 불안정성을 야기할 수 있다. 그러므로, 개선된 장치 및 방법이 필요하다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 방법은 질소 또는 산소를 함유하는 플라즈마로 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하는 단계; 기판을 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계 - 스택은 기판 상에 배치됨 - ; 및 기판 상에 퇴적된 스택을 플라즈마 트리트먼트하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 방법은 제1의 하나 이상의 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계; 제1의 하나 이상의 가스를 제1 플라즈마로 활성화(energizing)하는 단계; 기판을 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계 - 스택은 기판 상에 배치됨 - ; 제2의 하나 이상의 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계; 및 제2의 하나 이상의 가스를 제2 플라즈마로 활성화하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 방법은 제1의 하나 이상의 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계를 포함하고, 제1의 하나 이상의 가스는 O2, N2, NH3, Ar, H2 또는 이들의 조합을 포함한다. 방법은 제1의 하나 이상의 가스를 제1 플라즈마로 활성화하는 단계; 기판을 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계 - 스택은 기판 상에 배치됨 - ; 및 제2의 하나 이상의 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계를 포함하고, 제2의 하나 이상의 가스는 H2를 포함한다. 방법은 제2의 하나 이상의 가스를 제2 플라즈마로 활성화하는 단계를 더 포함한다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 도 1에 도시된 프로세스 챔버 내에 배치된 기판을 플라즈마 트리트먼트하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 3a - 도 3d는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 O2 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다.
도 4a - 도 4b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 RF 전력 및 압력이 라디칼 농도에 미치는 효과를 도시하는 차트들이다.
도 5a - 도 5b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 Ar 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다.
도 6a - 도 6d는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 Ar 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 도 1에 도시된 프로세스 챔버 내에 배치된 기판을 플라즈마 트리트먼트하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 3a - 도 3d는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 O2 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다.
도 4a - 도 4b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 RF 전력 및 압력이 라디칼 농도에 미치는 효과를 도시하는 차트들이다.
도 5a - 도 5b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 Ar 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다.
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이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 게이트 스택이 그 위에 형성된 기판은 프로세스 챔버 내에 배치될 수 있고, 수소 함유 플라즈마는 게이트 스택 내의 결함들을 치유하도록 게이트 스택을 트리트먼트하기 위해 이용될 수 있다. 수소 함유 플라즈마 트리트먼트의 결과로서, 게이트 스택은 더 낮은 누설 및 개선된 신뢰도를 갖는다. 수소 함유 플라즈마에 의해 발생되는 Hx + 이온들 및 H* 라디칼들로부터 프로세스 챔버를 보호하기 위해, 프로세스 챔버는 수소 함유 플라즈마 트리트먼트 전에, 내부에 기판을 배치하지 않고서, 플라즈마로 트리트먼트될 수 있다. 추가로, 유전체 재료로 이루어진 프로세스 챔버의 컴포넌트들은 플라즈마로부터 컴포넌트들을 보호하기 위해 이트륨 함유 산화물을 포함하는 세라믹 코팅으로 코팅될 수 있다.
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 유도 결합된 플라즈마(ICP) 프로세스 챔버와 같은 임의의 적절한 플라즈마 프로세스 챔버일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(100)는 챔버 벽(106), 챔버 리드(108), 및 챔버 벽(106) 내에 배치된 기판 지지 페디스털(104)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 챔버 벽(106)은 전기 접지(116)에 결합된다. 챔버 리드(108)는 석영과 같은 임의의 적절한 유전체로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 대해, 유전체 리드(108)는 상이한 형상(예를 들어, 돔 형상)을 취할 수 있다. 챔버 리드(108)를 H2 플라즈마로부터 보호하기 위해, 챔버 리드(108)는 이트륨 함유 산화물과 같은 세라믹 코팅으로 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 세라믹 코팅은 조성물 Y4Al2O9 및 고용체(solid solution) Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2 고용체)로 구성된 고성능 재료(HPM: high performance material)이다. 일 실시예에서, HPM 세라믹은 77% Y2O3, 15% ZrO2, 및 8% Al2O3를 함유한다. 다른 실시예에서, HPM 세라믹은 63% Y2O3, 23% ZrO2, 및 14% Al2O3를 함유한다. 또 다른 실시예에서, HPM 세라믹은 55% Y2O3, 20% ZrO2, 및 25% Al2O3를 함유한다. 상대적인 백분율들은 몰 비율들일 수 있다. 예를 들어, HPM 세라믹은 77 mol% Y2O3, 15 mol% ZrO2, 8 mol% Al2O3를 함유할 수 있다. HPM 재료에 대해, 이러한 세라믹 파우더들의 다른 분배들도 이용될 수 있다. 세라믹 코팅은 약 100 미크론 내지 약 300 미크론 범위, 예컨대 약 200 미크론의 두께를 가질 수 있다.
챔버 리드(108) 위에는, 적어도 하나의 유도 코일 요소(110)(2개의 동축 코일 요소가 도시되어 있음)를 포함하는 무선 주파수(RF) 안테나가 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유도 코일 요소들(110)은 챔버 벽(106)의 적어도 일부분 주위에 배치될 수 있다. 유도 코일 요소(110)의 한 단부는 제1 임피던스 정합 네트워크(112)를 통해 RF 전력 소스(114)에 결합될 수 있고, 다른 단부는 도시된 바와 같이 전기 접지(117)에 연결될 수 있다. 전력 소스(114)는 전형적으로 2 내지 160 MHz 범위의 튜닝가능한 주파수에서 10 킬로와트(kW)까지를 생성할 수 있고, 전형적인 동작 주파수는 13.56 MHz이다. 유도 코일 요소들(110)에 공급되는 RF 전력은 펄스화되거나(즉, 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭됨), 1 내지 100 kHz 범위의 주파수에서 전력 순환될 수 있다(즉, 전력 입력을 높은 레벨로부터 낮은 레벨로 변화시킴).
RF 안테나의 유도 코일 요소들(110)과 챔버 리드(108) 사이에는 차폐 전극(118)이 삽입될 수 있다. 대안적으로, 차폐 전극(118)은 도 1에 도시된 것과 같은 스위치(120)와 같이, 전기 접속을 이루거나 차단하기 위한 임의의 적절한 수단을 통해 전기 접지(119)에 대해 전기적으로 부동(floating) 또는 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 대해, 챔버(100) 내의 가스 혼합물이 플라즈마로 활성화되는 때를 결정하려는 노력으로, 검출기(122)가 챔버 벽(106)에 부착될 수 있다. 검출기(122)는 예를 들어 발생된 플라즈마에 연관된 하나 이상의 광 파장의 강도를 측정하기 위해, 여기된 가스들에 의해 방출되는 복사를 검출할 수 있거나 광 방출 분광검사(OES: optical emission spectroscopy)를 이용할 수 있다.
페디스털(104)은 제2 임피던스 정합 네트워크(124)를 통해 바이어싱 전력 소스(126)에 결합될 수 있다. 일반적으로, 바이어싱 전력 소스(126)는 RF 전력 소스(114)와 마찬가지로, 2 내지 160MHz 범위의 조정가능한 주파수, 및 0 내지 10kW의 전력을 갖는 RF 신호를 생성할 수 있다. 선택적으로, 바이어싱 전력 소스(126)는 직류 전류(DC) 또는 펄스화된 DC 소스일 수 있다.
동작 시에, 반도체 기판과 같은 기판(128)은 페디스털(104) 상에 배치될 수 있고, 프로세스 가스들은 가스 형태의 혼합물(gaseous mixture)(134)을 형성하려는 노력으로 진입 포트들(132)을 통해 가스 패널(130)로부터 공급될 수 있다. 진입 포트들(132)은 HPM과 같은 세라믹 코팅으로 코팅될 수 있다. 가스 형태의 혼합물(134)은 RF 전력 소스(114)로부터의 전력을 인가함으로써 프로세스 챔버(100) 내에서 플라즈마(136)로 활성화될 수 있다. 프로세스 챔버(100)의 내부의 압력은 스로틀 밸브(138) 및 진공 펌프(140)를 이용하여 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 챔버 벽(106)의 온도는 챔버 벽(106), 또는 챔버 벽(106) 내에 내장되거나(예를 들어, 가열 카트리지들 또는 코일들) 프로세스 챔버(100) 주위에 둘러지는[예를 들어, 가열기 랩(wrap) 또는 테이프] 가열 소자들을 통해 이어지는 액체 함유 도관들(liquid-containing conduits)(도시되지 않음)을 이용하여 제어될 수 있다.
기판(128)의 온도는 페디스털(104)의 온도를 안정화시키는 것에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 소스(142)로부터의 헬륨(He) 가스는 가스 도관(144)을 통해 기판(128) 아래의 페디스털 표면 내에 형성된 채널들(도시되지 않음)에 제공될 수 있다. 헬륨 가스는 페디스털(104)과 기판(128) 사이의 열 전달을 용이하게 할 수 있다. 처리 동안, 페디스털(104)은 페디스털(104)에 내장된 저항성 가열기, 또는 페디스털(104) 또는 그 위의 기판(128)을 대체로 겨냥하는 램프와 같은 가열 소자(도시되지 않음)에 의해 정상 상태 온도(steady state temperature)로 가열될 수 있고, 그러면 헬륨 가스는 기판(128)의 균일한 가열을 용이하게 할 수 있다. 그러한 열 제어를 이용하여, 기판(128)은 약 섭씨 20 내지 350도(℃)의 온도로 유지될 수 있다.
본 명세서에 설명된 것과 같은 프로세스 챔버(100)의 컴포넌트들의 제어를 허용하기 위해, 제어기(146)가 제공될 수 있다. 제어기(146)는 중앙 처리 유닛(CPU)(148), 메모리(150), 및 CPU(148)를 위한 지원 회로들(152)을 포함할 수 있다. 제어기(146)는 RF 전력 소스(114), 스위치(120), 검출기(122), 및 바이어싱 전력 소스(126)와 인터페이싱할 수 있다.
제어기(146)는 다양한 챔버 및 서브-프로세서를 제어하기 위해 산업용 세팅에서 이용될 수 있는 임의의 적절한 타입의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. CPU(148)의 메모리(150) 또는 다른 컴퓨터 판독가능한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소와 같은 임의의 쉽게 이용가능한 메모리 형태 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로들(152)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하려는 노력으로 CPU(148)에 연결될 수 있다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클럭 회로들, 입력/출력(I/O) 회로망 및 서브시스템들, 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 대해, 플라즈마를 활성화하고 유지하기 위해 본 명세서에 개시된 기술들은 소프트웨어 루틴으로서 메모리(150) 내에 저장될 수 있다. 또한, 소프트웨어 루틴은 CPU(148)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격 배치되어 있는 제2 CPU(도시되지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 프로세스 챔버(100) 내에 배치된 기판을 플라즈마 트리트먼트하기 위한 프로세스(200)를 도시한다. 본 명세서에서 이용되는 것과 같은 플라즈마 트리트먼트는 플라즈마에 의해 트리트먼트되도록 재료를 노출시키는 것을 지칭한다. 플라즈마는 용량 결합되거나 유도 결합될 수 있다. 플라즈마는 인-시튜로 형성될 수 있거나 원격일 수 있다. 블록(202)에서, 프로세스 챔버(100)(도 1)와 같은 프로세스 챔버는 기판이 H2 플라즈마로 트리트먼트되기 전에, 기판을 내부에 배치하지 않고서, 플라즈마로 트리트먼트된다. 기판을 챔버에 도입하기 전의 프로세스 챔버의 플라즈마 트리트먼트는 PEW(Plasma Every Wafer)로 지칭될 수 있다. 프로세스 챔버의 플라즈마 트리트먼트, 또는 PEW는 O2, N2, NH3, Ar, H2 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하는 것, 및 플라즈마를 형성하기 위해 하나 이상의 가스를 활성화하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, PEW는 산소, 질소, 수소, 암모니아, 수산화물, 및 이들의 조합의 라디칼들 및/또는 이온들을 함유하는 플라즈마를 프로세스 챔버 내로 도입하는 것을 포함할 수 있고, 플라즈마는 프로세스 챔버 외부의 원격 플라즈마 소스 내에서 형성된다. 일 실시예에서, NH3 및 Ar 가스들은 프로세스 챔버 내로 도입된다. 다른 실시예에서, O2 및 H2 가스들은 프로세스 챔버 내로 도입된다. 다른 실시예에서, O2 및 Ar 가스들은 프로세스 챔버 내로 도입된다. 다른 실시예에서, O2 가스가 프로세스 챔버 내로 도입된다. 또 다른 실시예에서, N2 가스가 프로세스 챔버 내로 도입된다. 전형적으로, 기판을 도입하기 전의 처리 챔버의 플라즈마 트리트먼트는 프로세스 챔버 내에서 산소 또는 질소를 함유하는 플라즈마를 도입하거나 형성하는 것을 수반한다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 가스는 RF 전력 소스(114)(도 1)와 같은 RF 전력 소스에 의해 활성화된다. RF 전력은 2% 내지 70% 듀티 사이클로 펄스화될 수 있고, 약 100W 내지 약 2500W 범위일 수 있다. RF 전력은 약 100W 내지 약 2500W 범위의 연속파일 수 있다. 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 플라즈마 트리트먼트 동안 약 10mT 내지 약 200mT 범위의 챔버 압력을 가질 수 있다. 페디스털(104)과 같은 기판 지지 페디스털의 온도일 수 있는 프로세스 온도는 20℃ 내지 약 500℃ 범위일 수 있다.
O*, OH* 또는 NH*와 같이, 프로세스 챔버 내부의 플라즈마로부터 발생되는 라디칼들은 수소 함유 플라즈마의 공격에 영향을 받기 쉬운 프로세스 챔버의 컴포넌트들의 표면들과 본딩될 수 있고, 수소 함유 플라즈마의 공격에 대해 저항성을 갖는 보호된 표면 본드들을 형성할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버 내부의 챔버 라이너는 양극화된 Al2O3로 이루어질 수 있고, 포화되지 않은 본드들을 갖는 일부 Al 원자들은 수소 함유 플라즈마로부터 발생된 H* 라디칼들 및 H3 + 이온들에 노출될 때 AlHx를 형성할 수 있다. AlHx는 챔버 라이너의 표면으로부터 에칭되어 제거될 수 있고, 기판 상의 오염물질이 될 수 있다. O*, OH*, 또는 NH* 라디칼들은 노출된 Al 원자들과 본딩됨으로써 표면을 복구할 수 있고, 새롭게 형성된 본드들은 수소 함유 플라즈마의 공격에 저항성을 갖는다. 마찬가지로, 석영으로 이루어진 프로세스 챔버 내부의 컴포넌트들은 수소 함유 플라즈마의 공격에 민감하고, 기판 상에 SiOx와 같은 오염물질들을 형성할 수 있다. 석영 컴포넌트들은 또한 양극화된 Al2O3 컴포넌트들과 마찬가지의 방식으로 O*, OH*, 또는 NH* 라디칼들에 의해 보호될 수 있다.
도 3a - 도 3d는 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 O2 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다. 라디칼들의 농도는 RF 전력에 의존할 수 있고, 그에 의해 더 높은 RF 전력(2000W)은 더 낮은 RF 전력(500W)에 비교하여 더 높은 농도의 라디칼들을 야기하게 된다. 라디칼들의 농도는 또한 압력에 의존할 수 있고, 그에 의해 더 낮은 압력(20mT)은 더 높은 압력(100mT)에 비교하여 더 높은 농도의 라디칼들을 야기하게 된다. 하나 이상의 가스가 H2 및 O2일 때, H2의 용적 백분율은 약 10% 내지 약 20% 범위일 수 있고, 다양한 라디칼들의 상이한 밀도들을 야기할 수 있다.
프로세스 챔버가 플라즈마로 트리트먼트된 후, 기판(128)(도 1)과 같은 기판은 블록(204)에 도시된 바와 같이 프로세스 챔버 내부에 배치된다. 기판은 그 위에 형성된 게이트 스택을 포함할 수 있다. 블록(206)에서, 기판 및 게이트 스택은 게이트 스택 내의 결함들을 치유하기 위해 수소 함유 플라즈마에 의해 트리트먼트될 수 있다. 기판의 수소 함유 플라즈마 트리트먼트는 H2 가스와 같은 수소 함유 가스, 또는 수소 함유 가스 및 Ar 가스와 같은 불활성 가스를 프로세스 챔버 내로 도입하는 것, 및 H2 가스 또는 H2/Ar 가스들을 활성화하여 수소 함유 플라즈마를 형성하는 것을 포함할 수 있다. Ar 가스는 프로세스 챔버의 서비스 수명을 개선하기 위해(수소 함유 플라즈마가 프로세스 챔버 내부의 컴포넌트들을 공격하는 것을 방지함), 그리고 H* 라디칼 농도들을 변조하기 위해, H2 가스에 첨가될 수 있다. 일부 실시예들에서, H2 가스 또는 H2/Ar 가스들은 RF 전력 소스(114)(도 1)와 같은 RF 전력 소스에 의해 활성화된다. RF 전력은 2% 내지 60% 듀티 사이클로 펄스화될 수 있고, 약 100W 내지 약 2500W 범위일 수 있다. RF 전력은 약 100W 내지 약 2500W 범위의 연속파일 수 있다. 프로세스 챔버는 기판의 수소 함유 플라즈마 트리트먼트 동안 약 10mT 내지 약 200mT 범위의 챔버 압력을 가질 수 있다. 페디스털(104)과 같은 기판 지지 페디스털의 온도일 수 있는 프로세스 온도는 20℃ 내지 약 500℃ 범위일 수 있다. 기판은 약 10 내지 360초 동안 수소 함유 플라즈마에 의해 트리트먼트될 수 있다. 일 실시예에서, 챔버 압력은 약 100mT이고, H2 가스는 약 25sccm(standard cubic centimeters per minute)에서 프로세스 챔버 내로 유동되고, Ar 가스는 약 975sccm에서 프로세스 챔버 내로 유동되고, RF 전력은 약 500W이고, 프로세스 온도는 약 400℃이고, 기판은 약 30 내지 90초 동안 수소 함유 플라즈마에 의해 트리트먼트된다. 기판이 수소 함유 플라즈마로 트리트먼트된 후, 기판은 프로세스 챔버로부터 제거될 수 있고, 다른 기판을 프로세스 챔버 내로 배치하기 전에, PEW가 프로세스 챔버에 대해 수행될 수 있다. 즉, 블록들(202-206)이 반복될 수 있다.
도 4a - 도 4b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 RF 전력 및 압력이 라디칼 농도에 미치는 효과를 도시하는 차트들이다. H* 라디칼들의 농도는 RF 전력에 의존할 수 있고, 그에 의해 더 높은 RF 전력(2000W)은 더 낮은 RF 전력(500W)에 비교하여 더 높은 농도의 라디칼들을 야기하게 된다. 라디칼들의 농도는 또한 압력에 의존할 수 있고, 그에 의해 더 높은 압력(200mT)에서는 H* 라디칼들의 재결합(recombination)이 두드러지게 된다. 약 60mT에서, H* 라디칼들의 농도가 가장 높다.
도 5a - 도 5b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 Ar 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 낮은 압력에서, H* 농도는 H2/Ar 가스 혼합물 내의 더 높은 H2 백분율과 함께 증가하고, 높은 압력에서, H* 농도는 H2/Ar 가스 혼합물 내의 더 높은 H2 백분율과 함께 감소된다.
도 6a - 도 6d는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따라 상이한 라디칼 밀도들을 야기하는 다양한 압력 및 RF 전력 세팅들에서 H2 및 Ar 가스 혼합물 내의 다양한 H2 백분율을 도시하는 차트들이다. 도 6a - 도 6d에 도시된 바와 같이, RF 전력이 증가할 때 H* 농도가 증가한다. 추가로, 더 낮은 압력(20mT)에서, H* 농도는 H2/Ar 가스 혼합물 내의 H2 가스의 더 높은 용적 백분율과 함께 증가한다. 그러나, 더 높은 압력(100mT)에서, H* 농도는 H2/Ar 가스 혼합물 내의 H2 가스의 더 낮은 용적 백분율과 함께 증가한다.
상술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (20)
- 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법으로서,
제1 가스 유동(flow)을 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계;
제1 플라즈마를 형성하기 위해 상기 제1 가스 유동을 활성화하는 단계;
기판을 상기 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계 - 상기 기판 상에 게이트 스택이 배치됨 - ;
제2 가스 유동을 상기 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계 - 상기 제2 가스 유동은 수소 가스로 구성됨 -; 및
제2 플라즈마를 형성하기 위해 상기 제2 가스 유동을 활성화하는 단계 - 상기 제2 플라즈마에 의한 공격에 대해 저항성을 갖는 보호된 표면 본드들을 형성하기 위해, 상기 제1 플라즈마 내의 라디칼들이 상기 프로세스 챔버의 컴포넌트들의 표면들과 본딩됨 -
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 질소 또는 산소를 함유하는 플라즈마를 포함하는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 가스 유동은 O2, N2 및 NH3 중 적어도 하나, 또는 O2, N2 및 NH3 중 적어도 하나와 Ar 및 H2 중 적어도 하나의 조합을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 게이트 스택을 상기 제2 플라즈마로 트리트먼트하는 단계를 더 포함하고,
상기 게이트 스택은 10 내지 360초 동안 트리트먼트되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 게이트 스택을 상기 제2 플라즈마로 트리트먼트하는 단계를 더 포함하고,
상기 게이트 스택은 30 내지 90초 동안 트리트먼트되는, 방법. - 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법으로서,
프로세스 챔버를 제1 플라즈마에 노출하는 단계;
기판을 상기 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계 - 상기 기판 상에 게이트 스택이 배치됨 - ; 및
상기 게이트 스택의 결함들을 치유하기 위해 상기 기판 상에 배치된 상기 게이트 스택을 플라즈마 트리트먼트하는 단계를 포함하고,
상기 게이트 스택을 플라즈마 트리트먼트하는 단계는:
제1 가스 유동을 상기 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계 - 상기 제1 가스 유동은 수소 가스 및 아르곤 가스로 구성됨 -; 및
제2 플라즈마를 형성하기 위해 상기 제1 가스 유동을 활성화하는 단계 - 상기 제2 플라즈마에 의한 공격에 대해 저항성을 갖는 보호된 표면 본드들을 형성하기 위해, 상기 제1 플라즈마 내의 라디칼들이 상기 프로세스 챔버의 컴포넌트들의 표면들과 본딩됨 -
를 포함하는 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 질소 또는 산소를 함유하는 플라즈마를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
질소 또는 산소를 함유하는 상기 플라즈마는, 상기 프로세스 챔버 내로 제2 가스 유동을 도입하는 것과 상기 제2 가스 유동을 활성화하는 것에 의해 형성되는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 제2 가스 유동은 O2, N2 및 NH3 중 적어도 하나, 또는 O2, N2 및 NH3 중 적어도 하나와 Ar 및 H2 중 적어도 하나의 조합을 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
질소 또는 산소를 함유하는 상기 플라즈마는 원격 플라즈마 소스에서 형성되는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 게이트 스택은 10 내지 360초 동안 트리트먼트되는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 게이트 스택은 30 내지 90초 동안 트리트먼트되는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 수소 가스는 25sccm(standard cubic centimeters per minute)에서 상기 프로세스 챔버 내로 유동되고, 상기 아르곤 가스는 975sccm에서 상기 프로세스 챔버 내로 유동되는, 방법. - 프로세스 챔버를 플라즈마 트리트먼트하기 위한 방법으로서,
제1 가스 유동을 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계;
제1 플라즈마를 형성하기 위해 상기 제1 가스 유동을 활성화하는 단계;
기판을 상기 프로세스 챔버 내에 배치하는 단계 - 상기 기판 상에 게이트 스택이 배치됨 - ;
제2 가스 유동을 상기 프로세스 챔버 내로 도입하는 단계 - 상기 제2 가스 유동은 수소 가스 및 아르곤 가스로 구성됨 -; 및
제2 플라즈마를 형성하기 위해 상기 제2 가스 유동을 활성화하는 단계 - 상기 제2 플라즈마에 의한 공격에 대해 저항성을 갖는 보호된 표면 본드들을 형성하기 위해, 상기 제1 플라즈마 내의 라디칼들이 상기 프로세스 챔버의 컴포넌트들의 표면들과 본딩됨 -
를 포함하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1 가스 유동은 O2, N2, NH3, Ar, H2 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 수소 가스는 25sccm(standard cubic centimeters per minute)에서 상기 프로세스 챔버 내로 유동되고, 상기 아르곤 가스는 975sccm에서 상기 프로세스 챔버 내로 유동되는, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제2 플라즈마는 상기 게이트 스택의 결함들을 치유하기 위해 상기 게이트 스택을 트리트먼트하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 게이트 스택은 10 내지 360초 동안 트리트먼트되는, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1 플라즈마는 질소 또는 산소를 함유하는 플라즈마를 포함하는, 방법. - 제19항에 있어서,
질소 또는 산소를 함유하는 상기 플라즈마는 원격 플라즈마 소스에서 형성되는, 방법.
Applications Claiming Priority (6)
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|---|---|---|---|
| US201562171921P | 2015-06-05 | 2015-06-05 | |
| US62/171,921 | 2015-06-05 | ||
| US201562175959P | 2015-06-15 | 2015-06-15 | |
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