KR20000043040A - 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장비의 세정방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 HDP-CVD 장비의 세정 방법에 관한 것이다.

2. 발명이 이루고자하는 기술적 과제

HDP-CVD 장비를 구성하는 알루미나 물질의 화학 반응을 억제하여 웨이퍼에 작용하는 파티클의 발생을 억제하여 소자의 수율 및 신뢰성을 확보할 수 있는 HDP-CVD 장비의 세정 방법을 제공한다.

3. 발명의 해결 방법의 요지

HDP-CVD 장비에서 산화막을 증착한 후 챔버 내부에 쌓인 산화막을 제거하기 위해 NF₃가스와 산소 가스를 챔버 내부에 인입하여 챔버 내부를 구성하는 알루니마 돔 또는 알루미늄질화막 돔의 환원을 억제하므로써 AlF의 생성을 억제시킨다.

Description

고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장비의 세정 방법

본 발명은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(이하, HDP-CVD라 함) 장비의 세정 방법에 관한 것으로, 특히 HDP-CVD 장비에서 산화막을 증착한 후 챔버 내부에 쌓인 산화막을 제거하기 위해 NF₃가스와 산소 가스를 챔버 내부에 인입하여 챔버 내부를 구성하는 알루니마 돔의 환원을 억제하므로써 AlF의 생성을 억제할 수 있는 HDP-CVD 장비의 세정 방법에 관한 것이다.

HDP-CVD 챔버를 이용한 실리콘산화막 증착시 실리콘산화막은 웨이퍼 표면 뿐만 아니라 챔버(chamber)의 내부에도 증착된다. 이러한 증착 물질이 약 20㎛ 정도의 두께로 챔버에 증착되면 그 증착물이 챔버 내부의 표면으로부터 웨이퍼로 떨어져 파티클로 작용한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 산화막이 20㎛ 정도의 두께로 챔버 내부의 표면에 증착되기 전 챔버 내부에 증착된 산화막을 어느 시점, 예를 들어 13㎛ 정도의 두께로 증착되었을 때 세정 공정을 실시하여 챔버 내벽으로부터 식각해야 한다. 일반적인 세정 방법은 NF₃를 플라즈마 상태로 챔버에 인입하여 하기 [화학식 1]의 반응에 의해 증착된 산화막을 식각해 낸다.

SiO₂ ^*+ NF₃ ^*→ SiF₄↑ + O₂↑ + N₂↑

여기서, *는 활성 상태(activated state), 즉 플라즈마 상태를 의미.

한편, 증착 챔버는 증착막의 오염(contamination) 및 챔버 자체의 내구성 확보를 위해서 알루미늄을 산화시킨 알루미늄산화막(알루미나, Al₂O₃)을 돔 형태(챔버의 형태에 따라 다름)로 제조하여 챔버를 구성하고 있다. 그런데, 이러한 알루미나 돔은 식각을 위해서 인입한 NF₃가스와 플라즈마 상태에서 화학 반응을 일으켜 알루미나 물질의 환원을 일으킬 수 있다. 대표적인 반응은 [화학식 2]와 같다.

Al₂O₃ ^*+ NF₃ ^*→ AlF(solid) + O₂↑ + N₂↑

여기서, *는 활성 상태(activated state), 즉 플라즈마 상태를 의미.

상기와 같은 반응에 의해서 알루미나(11) 표면에 AlF(알루미늄 플루오라이드)를 생성한다. 그 대표적인 AlF 생성 사진을 도 1에 도시하였다. 도 1은 NF₃가스가 Al₂O₃를 환원시켜 AlF(12)가 생성된 예를 보여 준다. 본 도면은 고밀도 플라즈마 산화막을 5000장 증착한 후(두께 1㎛) 돔의 절단면을 찍은 사진이다.

또한, 이러한 알루미나의 환원 및 AlF 생성에 의한 파티클 발생 예를 도 2에 도시하였다. 도 2는 증착 후 발견된 디펙트의 모양을 보여주는 것으로, 챔버 내벽에서 떨어지는 디펙트의 전형적인 예이다. 도 3은 도 2의 디펙트에 대해서 EDAX 분석을 실시한 결과를 도시한 그래프이다. 실리콘 기판위의 산화막에서 일반적으로 관측되는 Si, O 이외에 강한 Al 피크를 볼 수 있으며, 산소 피크의 오른쪽 부분에 위치한 불소의 약한 피크도 볼 수 있다.

따라서, 본 발명은 HDP-CVD 장비를 구성하는 알루미나 물질의 화학 반응을 억제하여 웨이퍼에 작용하는 파티클의 발생을 억제할 수 있는 HDP-CVD 장비의 세정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 알루미나를 돔 형태로 구성하는 HDP-CVD 장비의 세정 방법에 있어서, 상기 HDP-CVD 장비를 이용하여 산화막을 증착한 후 상기 장비내에 증착된 산화막을 제거하기 위해 NF₃가스와 산소 가스를 챔버내에 인입하여 세정 공정을 실시하므로써 챔버 내부에 존재하는 알루미나 돔의 환원을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 알루미늄질화막을 돔 형태로 구성하는 HDP-CVD 장비의 세정 방법에 있어서, 상기 HDP-CVD 장비를 이용하여 산화막을 증착한 후 상기 장비내에 증착된 산화막을 제거하기 위해 NF₃가스와 질소 가스를 챔버내에 인입하여 세정 공정을 실시하므로써 챔버 내부에 존재하는 알루미늄질화막 돔의 환원을 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 대표적인 AlF 생성 사진.

도 2는 증착 후 발견된 디펙트의 모양을 설명하기 위한 사진.

도 3은 도 2의 디펙트에 대해서 EDAX 분석을 실시한 결과를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 챔버의 내부를 이루는 알루미나 돔

12 : 세정시 인입된 NF₃가스에 의해 알루미나가 환원되어 만들어진 AlF

본 발명에서는 HDP-CVD 장비를 사용하여 산화막을 증착한 후 챔버내에 증착된 산화막을 제거하기 위해 NF₃가스와 산소 가스를 챔버내에 인입하여 세정 공정을 실시하므로써 챔버 내부에 존재하는 알루미나 돔의 환원을 방지하여 증착중 발생할 수 있는 파티클의 생성을 억제한다. 이때, 산소 가스대신에 N₂O 가스를 이용할 수 있으며, 알루미나 대신에 알루미늄질화막 돔을 사용하는 챔버에서도 효과적으로 사용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 HDP-CVD 장비의 세정 방법을 이론적으로 설명하기 위해 상기에서 설명된 [화학식 2]를 예를 들어 설명한다.

상기 [화학식 2]의 반응으로 산소와 질소는 기화되어 외부로 배출되어야만 위의 반응은 계속적으로 일어나게 되어 AlF의 생성이 계속적으로 이루어진다. 이러한 상황에서, 생성물인 산소의 부분압(partial pressure, 챔버 내부에 존재하는 산소의 양)를 늘이면 AlF와 산소 및 질소가 생성되는 순반응은 억제된다. 왜냐하면, 위의 반응에 의해 생성되는 산소외에 인위적으로 산소를 추가할 경우에는 반응의 동적 열평형 상태에서의 산소의 농도가 위의 반응만에 기인한 열역학적인 평형 상태의 산소보다 많아지게 되어 열역학적으로 생성시킬 수 있는 산소의 양의 축소를 유발하게 되어 전체적인 순반응의 양이 감소된다.

이러한 반응에 의해 생성되는 산소외에 인위적으로 산소를 추가하였을 경우의 반응을 [화학식 3]에 표시하였다.

Al₂O₃ ^*+ NF₃ ^*→ AlF(solid) + O₂ ^‡+ N₂↑

여기서, ‡는 열평형 상태보다 고농도의 산소를 의미한다.

즉, 이미 챔버 내부에 상당량의 산소가 존재하기 때문에 순반응(알루미나의 환원과 AlF의 생성)은 이루어지지 못하고, 오히려 역반응 즉 AlF의 산화가 발생하게 되어 알루미나 돔의 환원은 일어나지 않아 AlF의 파티클은 억제된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 HDP-CVD 장비를 세정할 때 NF3 가스외에 산소 가스를 추가로 증착 챔버내에 인입하므로써 돔의 환원에 기인한 AlF의 생성이 억제되어 결과적으로 웨이퍼에 알루미늄성 파티클의 발생을 억제하여 전체적인 소자의 오율이 감소하게 된다. 따라서, 소자의 수율을 획기적으로 증진시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 내부에 알루미나를 돔 형태로 구성하는 HDP-CVD 장비의 세정 방법에 있어서,

   상기 HDP-CVD 장비를 이용하여 산화막을 증착한 후 상기 장비내에 증착된 산화막을 제거하기 위해 NF₃가스와 산소 가스를 챔버내에 인입하여 세정 공정을 실시하므로써 챔버 내부에 존재하는 알루미나 돔의 환원을 방지하는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장비의 세정 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 산소 가스 대신에 N₂O 가스를 이용하여 세정 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장비의 세정 방법.