KR20040096380A - 산화 금속막 증착 챔버의 세정 방법 및 이를 수행하기위한 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
챔버 내벽에 증착되어 있는 산화 금속막을 인시튜로 세정하는 방법 및 이를 수행하기 위한 원자층 적층 장치가 개시되어 있다. 내부 표면에 산화 금속막이 증착되어 있는 증착 챔버에서, 상기 산화 금속막이 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 부위에서의 플라즈마 시즈 포텐셜이 상대적으로 높아지도록 상기 증착 챔버 내에 제1 R.F 파워를 인가한다. 상기 증착 챔버 내에 상기 산화 금속막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입하여 상기 산화 금속막을 식각한다. 따라서, 증착 챔버 내벽에 불균일한 두께로 형성되어 있는 산화 금속막을 빠르게 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 증착 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 증착 챔버를 열거나 분리하지 않고 인시튜로 증착 챔버 내벽에 증착된 산화 금속막을 세정하는 방법 및 인시튜로 증착 챔버의 세정을 수행할 수 있는 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서 웨이퍼 상에 막을 형성하는 증착 공정은 고 진공이 요구되는 챔버 내에서 공정이 수행된다. 상기 증착 공정은 웨이퍼가 놓여있는 증착 챔버 내에 증착 가스들을 유입하고, 상기 증착 가스들의 반응에 의해 상기 웨이퍼의 표면에 막을 형성하는 공정이다.
상기 증착 공정을 수행할 때 상기 웨이퍼의 표면에만 막이 형성되기를 소망하지만, 실재로는 증착 챔버의 내벽 및 챔버 내의 각 파트들에까지 막이 증착된다.더구나, 상기 증착 챔버 내벽 및 파트들에 증착되는 막은 균일한 두께로 형성되지 않고, 각 영역별로 서로 다른 두께를 가지면서 형성된다.
반도체 장치의 제조를 위해 동일 챔버에서 계속적으로 증착 공정을 수행하는 경우, 상기 증착 챔버 내에는 원하지 않는 막들이 계속적으로 누적되면서 증착된다. 상기 증착 챔버 내에 증착되어 있는 막은 후속에 진행되는 새로운 웨이퍼들의 표면으로 낙하하여 공정 불량을 발생시킬 수 있다. 때문에, 이러한 공정 불량을 미연에 방지하기 위해, 상기 증착 챔버의 내부에 증착된 막들을 제거하기 위한 세정 공정이 주기적으로 수행되여야만 한다. 공정의 단순화를 위해, 상기 세정 공정은 증착 챔버를 열거나 분리하지 않은 상태에서 인시튜로 진행하고 있는 추세이다.
최근에는 반도체 장치를 제조할 시에 사용되는 박막의 종류가 매우 다양해지고 있고, 이로 인해 상기 증착 챔버 내에 증착하는 막 역시도 매우 다양해지고 있다. 예컨대, 고유전율을 갖는 절연막으로 산화 알루미늄막(Al2O3)과 같은 산화 금속막을 사용하고 있으며, 상기 산화 금속막을 형성할 시에 챔버 내에도 산화 알루미늄이 적층된다. 그런데, 상기 산화 알루미늄막은 경도가 매우 높으며 아노다이징 재질로 이용될 정도로 안정적이므로, 상기 산화 알루미늄막은 전통적으로 사용되고 있던 인시튜 챔버 세정 방법들에 의해 잘 식각되지 않는다. 따라서, 산화 알루미늄막 증착 챔버를 효과적으로 세정하기 위한 인시튜 세정 방법이 요구되고 있다.
종래의 상기 산화 알루미늄막의 식각 기술은 순수 알루미늄 상에 자연적으로 형성되는 얇은 두께의 산화 알루미늄막을 대상으로 한다. 구체적으로, 반도체 장치에서 알루미늄 배선 공정을 수행할 시에 기판 상에 알루미늄막을 형성하면, 상기 알루미늄막 표면에는 자연적으로 수 내지 수십 Å수준의 얇은 산화 알루미늄막이 형성된다. 따라서, 상기 알루미늄막을 식각하여 알루미늄 배선을 형성할 때는 일반적으로 상기 알루미늄과 상기 산화 알루미늄이 동시에 식각한다. 이 때, 식각 대상인 산화 알루미늄막은 웨이퍼 상에만 한정적으로 형성되어 있으며 두께도 매우 얇다.
그런데, 상기 산화 알루미늄막을 형성하기 위한 증착 챔버 내에는 챔버 내벽 전체에 걸쳐 불균일하게 수천 내지 수만㎚ 정도 두께의 산화 알루미늄막이 형성되어 있다. 그러므로, 한정된 영역에 얇은 두께로 형성되어 있는 산화 알루미늄막을 식각하는 종래의 식각 방법을 인시튜 챔버 세정 공정에 적용하는 경우 세정 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 상기 인시튜 챔버 세정 공정은 웨이퍼 상에 형성된 산화 알루미늄막을 식각하는 공정에 비해 매우 빠른 식각 속도를 가져야만 양산에 적용 이 가능하다.
종래의 증착 챔버 세정 방법 및 장치에 대한 일 예는 Ye 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,756,400호에 개시되어 있다. 상기 특허에 의하면, 증착 챔버 내에 흡착되어 있는 부산물들은 불소를 포함하는 적어도 하나의 가스와 염소를 포함하는 적어도 하나의 가스를 혼합한 플라즈마 반응 가스를 제공하고 상기 반응 가스에 플라즈마를 발생시켜 식각한다. 그러나, 상기 불소를 포함하는 가스는 상기 산화 알루미늄과 반응하여 상기 산화 알루미늄막의 상부면에 고체 상태의 AlF3를 형성시키기 때문에, 상기 산화 알루미늄막을 세정하는데는 효과적이지 못하다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 증착 챔버 내벽에 증착되어 있는 산화 금속막을 인시튜로 제거하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 증착 챔버 내벽에 증착되어 있는 산화 알루미늄막을 인시튜로 제거하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 챔버 내벽에 증착되어 있는 산화 금속막을 인시튜로 제거하도록 구성되는 원자층 적층 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 챔버 세정 시에 R.F파워에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 챔버 세정 시에 챔버내 압력에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 챔버 세정 시에 하부 플레이트의 온도에 따른 식각 균일도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 챔버 세정 시에 챔버 압력에 따른 식각 균일도를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 챔버 12 : 하부 플레이트
14 : 히터 16 : 세정 가스 공급 라인
20 : 상부 플레이트 24, 25 : 제1 플라즈마 형성부
26 : 제2 플라즈마 형성부 40 : 배기부
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
내부 표면에 산화 금속막이 증착되어 있는 증착 챔버에서, 상기 산화 금속막이 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 부위에서의 플라즈마 시즈 포텐셜이 상대적으로 높아지도록 상기 증착 챔버 내에 제1 R.F 파워를 인가하는 단계;
상기 증착 챔버 내에 상기 산화 금속막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입하여 상기 산화 금속막을 식각하는 단계를 수행하여 산화 금속막 증착 챔버를 세정한다.
상기한 제2 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
내부 표면에 산화 알루미늄막이 증착되어 있는 증착 챔버에서, 상기 산화 알루미늄막이 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 부위에서의 플라즈마 시즈 포텐셜이 상대적으로 높아지도록 상기 증착 챔버 내에 제1 R.F 파워를 인가하는 단계;
상기 증착 챔버 내에 상기 산화 알루미늄막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입하여 상기 산화 알루미늄막을 식각하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
상기한 제3 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
웨이퍼를 로딩하는 하부 플레이트, 가스들을 분사하는 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트와 상부 플레이트를 각각 연결하는 측벽으로 구성되어 증착 공정이 수행되는 공간을 한정하는 증착 챔버;
상기 증착 챔버의 외부에서 상기 상부 플레이트를 통해 증착 가스 또는 세정 가스를 상기 증착 챔버 내로 유입하기 위한 가스 공급 라인들;
상기 상부 플레이트에 제1 R.F 파워를 인가하여 상기 증착 챔버 내에 유입된 가스들을 플라즈마 상태로 여기하기 위한 제1 플라즈마 형성부; 및
상기 증착 챔버 내에서 발생하는 반응물을 외부로 펌핑하기 위한 배기부를 포함하는 원자층 적층 장치를 제공한다.
상기 제1 R.F 파워는 500W 내지 4000W 정도 범위에서 인가한다. 따라서, 상기 식각 가스를 높은 이온화 에너지를 갖는 플라즈마 상태로 여기되어, 상기 챔버 내벽에 증착되어 있는 산화 금속막이 빠른 속도로 제거된다.
또한, 상기 산화 금속막이 영역별로 균일한 두께로 증착되어 있지 않더라도, 상기 산화 금속막이 상기 챔버 내벽에 남아있지 않도록 제거할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
웨이퍼 상에 산화 알루미늄막을 형성하기 위한 원자층 적층 공정이 수행되는 증착 챔버(10)가 구비된다. 상기 증착 챔버(10)는 원통형을 가질 수 있다.
상기 증착 챔버(10)는 웨이퍼를 로딩하는 하부 플레이트(12)와 공정 가스들을 유입받아 상기 웨이퍼 상으로 분사하는 상부 플레이트(20) 및 상기 하부 플레이트(12)와 상부 플레이트(20)를 연결시키는 측벽(30)으로 이루어진다. 즉, 상기 하부 플레이트(12), 상부 플레이트(20) 및 측벽(30)에 의해 증착 공정이 수행되는 공간이 한정된다
상기 하부 플레이트(12)에는 웨이퍼의 온도를 조절하기 위한 히터(14)가 내장되거나 부착된다. 또한, 상기 하부 플레이트(12)는 외부 접지와 연결된다.
상기 상부 플레이트(20)는 저면에 다수의 동공(20a)이 형성되어 있는 샤워 헤드의 형태를 가진다. 또한, 상기 상부 플레이트(20)는 R.F 파워가 인가되도록 금속 재질로 형성된다.
상기 상부 플레이트(20)와 챔버의 측벽(30) 부분을 서로 절연시키기 위해 상기 상부 플레이트(20)의 가장자리 부위에는 제1 절연물(32)이 형성된다. 또한, 상기 하부 플레이트(12)와 챔버의 측벽(30) 부분을 서로 절연시키기 위해 상기 하부 플레이트(12)의 가장자리 부위에는 제2 절연물(34)이 형성된다. 그러나, 상기 제2 절연물(34)은 필요에 따라 형성하지 않을 수도 있으며, 이 때는 상기 하부 플레이트(12)와 챔버의 측벽(30) 부분이 전기적으로 연결된다.
상기 증착 챔버(10) 내에 증착 가스 또는 세정 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인들(16)이 구비된다. 상기 가스 공급 라인들(16)은 상기 상부 플레이트(20)와 연결되어 상기 증착 챔버(10) 내로 공정 가스를 공급한다.
상기 상부 플레이트(20)에 R.F 파워를 인가하여 상기 챔버 내에 유입된 가스들을 플라즈마 상태로 여기하기 위한 제1 플라즈마 형성부(24)가 구비된다. 상기 제1 플라즈마 형성부(24)는 상기 챔버(10) 외부에 구비되는 제1 R.F 파워 인가부(24a) 및 제1 R.F 파워 매치 박스(24b)로 구성될 수 있으며, 상기 제1 R.F 파워 인가부(24a) 및 제1 R.F 파워 매치 박스(24b)는 상기 상부 플레이트(20)와 연결된다.
상기 증착 챔버(10) 내에서 발생하는 반응물을 외부로 펌핑하기 위한 배기부(40)를 구비한다.
상기 도 1에 설명한 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치를 참조로 하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 챔버 세정 방법을 제공한다.
산화 알루미늄막이 내부 표면에 증착되어 있는 증착 챔버(10) 내에 500W 내지 4000W의 제1 R.F 파워를 인가한다.
구체적으로, 상기 제1 R.F파워는 상기 상부 플레이트(20)로 인가한다. 바람직하게는, 상기 제1 R.F파워는 약 1300W 내지 1800W 범위 내에서 인가한다.
상기 산화 알루미늄막의 식각율을 증가시키기 위해 충분히 높은 에너지를 갖는 플라즈마 상태가 요구된다. 때문에, 리모트 플라즈마 생성 등에 의한 세정 방법은 적절하지 않다. 따라서, 상기와 같이 챔버의 상부 플레이트에 제1 R.F파워를 인가하여야 한다.
그리고, 상기 하부 플레이트(12)와 챔버 측벽(30)은 접지시킨다.
상기 증착 챔버(10)내의 압력은 1torr 이하로 조절한다. 바람직하게는, 300mTorr 이하의 압력으로 조절한다.
그리고, 상기 증착 챔버(10) 내의 온도는 20℃ 내지 1000℃ 범위로 조절한다. 상기 증착 챔버의 세정 공정은 증착 공정이 수행된 이 후에 진행되는 것이 일반적이므로, 상기 증착 챔버 내의 온도는 증착 시의 온도와 유사한 범위에서 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 약 300 내지 500℃ 범위 내의 온도로 조절한다.
상기 공정 조건들을 만족하는 증착 챔버(10) 내에, 산화 알루미늄막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입한다.
상기 식각 가스는 예컨대, BCl3, CCl4또는 BBr3를 들 수 있다. 상기 가스들 중에서, 상기 산화 알루미늄막의 식각율이 가장 양호한 가스는 CCl4로 알려져 있다. 그러나, 상기 CCl4가스는 환경 오염 및 안전성 측면에서 부적절하여 사용에는 제한이 있다. 때문에, 상기 식각 가스로는 BCl3가 식각율 및 환경적 측면에서 가장 적절하다.
상기 BCl3가스는 10 내지 500sccm 의 유량으로 챔버 내에 유입한다. 바람직하게는 50 내지 100sccm의 유량으로 유입한다.
상기 식각 가스와 함께 상기 식각 가스를 케리어하고 챔버(10) 내에 반응 부산물을 감소시키기 위한 불활성 가스를 유입한다. 상기 불활성 가스는 10 내지 500sccm의 유량으로 유입한다.
표 1은 상기 설명한 공정 조건을 나타낸 것이다.
| 공정 조건 | 범위 |
| R.F 파워 | 500 내지 4000W |
| 챔버내 압력 | 1Torr 이하 |
| 챔버내 온도 | 20 내지 1000℃ |
| 식각 가스( BCl3) | 10 내지 500sccm |
| 불활성 가스(Ar) | 10 내지 500sccm |
상기 챔버(10) 내의 산화 알루미늄막의 식각율은 각 공정 조건에 따라 변화한다. 발명자의 다양한 실험 결과, 상기 제1 R.F 파워가 200W 정도 증가할 시에는 식각율은 약 100Å/min 정도가 증가된다. 상기 챔버(10) 내의 압력이 감소할수록 식각율은 증가된다. 또한, 상기 챔버(10) 내의 온도가 증가될수록 식각 균일도가 양호해지고 식각율도 증가된다.
상기 챔버(10) 내의 표면에 형성되어있는 산화 알루미늄막은, 상기 챔버(10) 내에서 웨이퍼 상에 산화 알루미늄막을 형성하는 공정이 반복 수행되면서 누적 증착된 것이다. 일반적으로, 상기 산화 알루미늄막은 공정 가스 유입 및 퍼지 공정을 반복적으로 수행하는 원자층 적층 방법으로 형성된다.
그런데, 상기 웨이퍼 상에 산화 알루미늄막을 형성하는 공정을 수행하는 중에 상기 챔버(10)의 내부 표면에 증착되는 산화 알루미늄막의 두께는 각 영역별로차이가 있다. 즉, 상기 산화 알루미늄막은 상기 챔버(10) 내에 유입된 공정 가스들이 머무르는 시간이 가장 긴 영역에서 가장 두껍게 형성된다.
특히, 원자층 적층 방법의 경우 공정 가스가 챔버(10) 내에 유입되는 시간이 10-1초 정도로 짧기 때문에, 각 영역에서 증착 가스가 머무르는 시간이 증착율에 지대한 영향을 준다. 상기 증착 가스가 머무르는 시간이 가장 긴 영역은 상기 증착 가스를 챔버(10) 내로 분사하는 부위인 상부 플레이트(20) 부위이다. 때문에, 상기 산화 알루미늄을 원자층 적층 방법에 의해 증착하는 경우, 웨이퍼 영역을 제외한다면 상기 상부 플레이트(20) 표면에 상기 산화 알루미늄막이 가장 두껍게 형성된다.
때문에, 상기 챔버(10)의 상부 플레이트(20) 부위에서의 식각율이 챔버 (10)내의 다른 부위의 식각율에 비해 높아야만 인시튜 세정이 완료된 후에 챔버(10) 내벽 전면에서 상기 산화 알루미늄이 완전히 제거될 수 있다.
이를 위해, 상기 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 챔버(10)의 상부 플레이트(20)에서만 제1 R.F 파워가 인가되고, 측벽(30) 및 하부 플레이트(12) 부위는 접지되어 있다. 상기 조건에서는, 상기 챔버(10)의 상부 플레이트(20) 부위는 챔버 내의 다른 부위에 비해 플라즈마 시스 포텐셜(plasma sheath potential)이 높다. 따라서, 상기 상부 플레이트(20) 부위에서 산화 알루미늄막이 상대적으로 빠르게 식각될 수 있다.
상기 제1 실시예에 의한 방법에 의하면, 500Å/min 이상의 식각율로 상기 챔버를 인시튜로 세정할 수 있으며, 식각 균일도도 양호하다. 실제로, 상기 제1 실시예에 의해 세정 조건을 최적화하는 경우 약 1032Å/min 정도의 식각율 및 5% 정도의 식각 균일도를 수득할 수 있었다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
이하에서 설명하는 제2 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치는, 웨이퍼를 로딩하기 위한 하부 플레이트(12)로 제2 R.F 파워를 인가하기 위한 제2 플라즈마 형성부(26)가 더 구비되는 것을 제외하고는 상기 설명한 제1 실시예의 원자층 적층 장치와 동일하다.
상기 제2 플라즈마 형성부(26)는 상기 챔버 외부에 구비되는 제2 R.F 파워 인가부(26a) 및 제2 R.F 파워 매치 박스(26b)로 구성될 수 있으며, 상기 제2 R.F 파워 인가부(26a) 및 제2 R.F 파워 매치 박스(26b)는 상기 하부 플레이트(12)와 연결된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
이하에서 설명하는 제2 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치는, 제1 플라즈마 형성부(24)가 상기 상부 플레이트(20) 및 하부 플레이트(12)에 선택적으로 연결되는 것을 제외하고는 상기 설명한 제1 실시예의 원자층 적층 장치와 동일하다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 플라즈마 형성부(24)는 상기 상부 플레이트(20) 및 하부 플레이트(12)에 선택적으로 R.F 파워를 인가하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 제1 플라즈마 형성부(24)는 챔버(10) 외부에 구비되는 제1 R.F 파워 인가부(24a)과 상기 제1 R.F 파워 인가부(24a)과 연결되어 상기 R.F 파워 레벨을 조정하는 제1 임피던스 매치 박스(24b)를 구비한다. 또한, 상기 상부 플레이트(20) 및 하부 플레이트(12)와 상기 제1 임피던스 매치 박스(24b)를 전기적으로 연결시키기위한 연결 단자(24c)가 상기 상부 플레이트(20) 및 하부 플레이트(12)에 각각 구비된다. 상기 연결 단자(24c)에는 상기 제1 임피던스 매치 박스(24b)가 상기 상부 플레이트(20) 또는 하부 플레이트(12)에 선택적으로 연결될 수 있도록하는 적어도 하나의 스위치 소자(24d)가 구비된다.
상기와 같이 장치를 구성함으로서, 하나의 플라즈마 형성부를 구비하면서도 상부 플레이트(20) 또는 하부 플레이트(12)에 선택적으로 R.F 파워를 인가할 수 있다. 때문에, 비용이 감소되고 장치의 크기도 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치의 개략적인 단면도이다.
이하에서 설명하는 제4 실시예에 따른 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치는, 제1 플라즈마 형성부(25)의 구성 요소가 변경되는 것을 제외하고는 상기 설명한 제1 실시예의 원자층 적층 장치와 동일하다.
구체적으로, 상기 제1 플라즈마 형성부(25)는 상기 챔버(10) 외부에 구비되는 R.F 파워 인가부(25a) 및 상기 R.F 파워 인가부(25b)와 연결되는 더블 임피던스 매치 박스(25b)로 구성된다. 그리고, 상기 더블 임피던스 매치 박스(25b)는 상부 플레이트(20) 및 하부 플레이트(12)에 각각 연결된다.
상기 더블 임피던스 매치 박스(25b)는 2개의 매칭 타겟을 컨트롤 할 수 있으므로, 하나의 플라즈마 형성부를 구비하면서도 상부 플레이트(20) 및 하부 플레이트(12)에 각각 R.F 파워를 인가할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 챔버 세정 방법을 설명한다.
제2 실시예에 따른 챔버 세정 방법은 도 2 및 4의 원자층 적층 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 따라서, 상기 도 2 및 4에 도시된 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치를 참조로 하여 설명한다.
산화 알루미늄막이 내부 표면에 증착되어 있는 증착 챔버(10) 내에 500W 내지 4000W 정도의 제1 R.F 파워 및 제2 R.F파워를 각각 인가한다.
상기 제1 R.F파워는 챔버의 상부 플레이트(20)로 인가하며, 상기 제2 R.F 파워는 챔버의 하부 플레이트(12)로 인가한다.
상기 제1 R.F 파워 및 제2 R.F 파워의 레벨은 상기 챔버(10) 내에서 각 영역별로 산화 알루미늄막이 형성되어 있는 두께를 고려하여 산화 알루미늄이 두껍게 형성되어 있는 영역에 상대적으로 높은 R.F 파워를 인가한다. 일반적으로, 원자층 적층 방법에 의해 막을 증착하는 증착 장치의 경우, 상기 상부 플레이트(20) 부위에는 상기 하부 플레이트(12) 부위에 비해 상기 산화 알루미늄막이 더 두껍게 형성되어 있으므로, 제1 R.F 파워는 상기 제2 R.F 파워보다 높거나 또는 같게 조정하는 것이 바람직하다.
상기 증착 챔버(10)의 압력 및 온도 조건은 실시예1 과 동일하다.
상기 공정 조건들을 만족하는 증착 챔버(10) 내에, 산화 알루미늄막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입한다. 그리고, 상기 식각 가스와 함께 상기 식각 가스를 케리어하고 챔버 내에서 반응 부산물을 감소시키기 위한 불활성 가스를 유입한다. 상기 식각 가스 및 불활성 가스의 유입 조건은 실시예1 과 동일하다.
제2 실시예의 방법에 따라 챔버를 세정하는 경우, 상기 제1 실시예의 방법에 비해 하부 플레이트 부위에 증착되어 있는 산화 알루미늄막의 식각율이 증가된다.
이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 챔버 세정 방법을 설명한다.
제2 실시예에 따른 챔버 세정 방법은 도 2 내지 4의 원자층 적층 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 따라서, 상기 도 2 내지 4에 도시된 산화 알루미늄막의 원자층 적층 장치를 참조로 하여 설명한다.
산화 알루미늄막이 내부 표면에 증착되어 있는 증착 챔버(10) 내에 500W 내지 4000W 정도의 제1 R.F 파워 및 제2 R.F파워를 교대로 인가한다. 상기 제1 R.F파워는 챔버의 상부 플레이트로 인가하며, 상기 제2 R.F 파워는 챔버의 하부 플레이트로 인가한다.
상기 증착 챔버(10)의 압력 및 온도 조건은 실시예1 과 동일하다.
상기 공정 조건들을 만족하는 증착 챔버 내로, 산화 알루미늄막을 식각하기위한 식각 가스를 유입한다. 그리고, 상기 식각 가스와 함께 상기 식각 가스를 케리어하고 챔버 내에서 반응 부산물을 감소시키기 위한 불활성 가스를 유입한다. 상기 식각 가스 및 불활성 가스의 유입 조건은 실시예1 과 동일하다.
제3 실시예의 방법에 따라 챔버를 세정하는 경우, 상기 제1 실시예의 방법에 비해 하부 플레이트 부위에 증착되어 있는 산화 알루미늄막의 식각율이 증가된다.
이하에서는, 실시예 1의 조건하에서 증착 챔버 내에 증착되어 있는 산화 알루미늄막을 세정하였을 때, 산화 알루미늄막의 식각율 및 식각 균일도 결과에 대해 설명한다. 즉, 이하의 세정 공정에서 상기 R.F파워는 상부 플레이트에만 가해진다.
도 5는 본 발명의 챔버 세정 시에 R.F파워에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.
도 5에서 X축은 상부 플레이트에 인가되는 R.F 파워이고, Y축은 증착 챔버에 증착되어 있는 산화 알루미늄막의 식각율이다. 상기 식각율은 상부 플레이트 부위에서 측정하였다.
챔버 세정 조건은 다음과 같다.
BCl3: 70sccm , Ar : 30sccm, 압력 : 183mTorr, 하부 플레이트 온도 : 42℃
그리고, R.F 파워는 1000W 및 1500W 로 나누어 각각 세정을 수행하였다.
도 5를 참조하면, 상기 R.F 파워가 증가됨에 따라 식각율이 증가하는 경향을 보인다. 상기 R.F파워가 약 200W 증가할 때 상기 식각율은 약 100Å/min 정도 증가된다.
도 6은 본 발명의 챔버 세정 시에 챔버내 압력에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.
도 6에서 X축은 챔버 내의 압력이고, Y축은 증착 챔버에 증착되어 있는 산화 알루미늄막의 식각율이다. 상기 식각율은 상부 플레이트 부위에서 측정하였다.
챔버 세정 조건은 다음과 같다.
R.F 파워 1500 W, BCl3: 70sccm , Ar : 30sccm, 하부 플레이트 온도 : 42℃
그리고, 챔버 내의 압력은 153mTorr 및 183mTorr 로 나누어 각각 세정을 수행하였다.
도 6을 참조하면, 상기 챔버 내의 압력이 감소될수록 식각율이 증가하는 경향을 보인다. 상기 챔버내 압력이 약 100W 증가할 때 상기 식각율은 약 70Å/min 정도 증가된다.
도 7은 본 발명의 챔버 세정 시에 하부 플레이트의 온도에 따른 식각 균일도를 나타내는 그래프이다. 도 8은 본 발명의 챔버 세정 시에 챔버 압력에 따른 식각 균일도를 나타내는 그래프이다. 도 7 및 도 8은 동일한 데이터에 근거한 그래프이다.
도 7에서 X축은 하부 플레이트의 온도이고, Y축은 증착 챔버에 증착되어 있는 산화 알루미늄막의 식각 균일도(etch uniformity, %)이다. 도 8에서 X축은 챔버 내의 압력이고, Y축은 증착 챔버에 증착되어 있는 산화 알루미늄막의 식각 균일도이다. 상기 식각 균일도는 상부 플레이트 부위에서 측정하였다.
식각 균일도는 다음과 같은 식에 의해 구해지며, 식각 균일도 값이 낮을수록 산화 알루미늄막이 식각된 후에 막이 균일하다.
식각 균일도 = (((최대 막의 두께 -최소 막의 두께 )/2)/평균 막의 두께)×100
상기 도7 및 도 8의 챔버 세정 조건은 다음과 같다.
R.F 파워 1500 W, BCl3: 70sccm , Ar : 30sccm, 챔버내 압력 : 153mTorr
하부 플레이트 온도는 42℃ 및 300℃로 나누어 수행하였다.
또한, R.F 파워 1500 W, BCl3: 70sccm , Ar : 30sccm, 챔버내 압력 : 183mTorr
이 때, 하부 플레이트 온도는 42℃ 및 300℃로 나누어 수행하였다.
도 7에서 도면부호 100은 챔버 압력이 153mTorr일 때의 식각 균일도이며, 도면 부호 102는 챔버 압력이 183mTorr일 때의 식각 균일도이다. 도 8에서 도면부호 104는 하부 플레이트 온도가 42℃일 때의 식각 균일도이며, 도면 부호 106은 하부 플레이트 온도가 42℃일 때의 식각 균일도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 하부 플레이트의 온도가 증가할수록 식각 균일도는 양호해진다. 그리고, 상기 하부 플레이트의 온도가 낮을 경우에는 상기 하부 플레이트의 온도가 높을 경우에 비해 상기 챔버 압력에 따른 식각 균일도의 변화폭이 크다. 따라서, 상기 하부 플레이트의 온도에 따른 식각 균일도의 변화를 고려하여 상기 챔버 내의 압력을 결정하여야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 증착 챔버를 열거나 분리하지 않은 상태에서 인시튜로 산화 금속막이 증착되어 있는 증착 챔버를 세정할 수 있다. 또한, 상기 증착 챔버의 내부에 침적된 산화 금속막은 빠르게 식각되어 증착 챔버 세정 시간을 단축할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (26)
- 내부 표면에 산화 금속막이 증착되어 있는 증착 챔버에서, 상기 산화 금속막이 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 부위에서의 플라즈마 시즈 포텐셜이 상대적으로 높아지도록 상기 증착 챔버 내에 제1 R.F 파워를 인가하는 단계;상기 증착 챔버 내에 상기 산화 금속막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입하여 상기 산화 금속막을 식각하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 R.F 파워는 500W 내지 4000W로 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착 챔버는 상부 플레이트, 하부 플레이트 및 측벽으로 구성되고, 상기 제1 R.F 파워는 상기 증착 챔버 상부에 해당하는 상부 플레이트로 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 증착 챔버의 측벽 및 하부 플레이트는 접지시키는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 증착 챔버의 측벽은 접지시키고, 상기 증착 챔버의 하부에 해당하는 하부 플레이트에는 제2 R.F 파워를 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 교대로 제1 및 제2 R.F 파워를 각각 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착 챔버 내의 압력은 1torr 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착 챔버 내의 온도는 20℃ 내지 1000℃ 범위 내의 온도로 조절하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착 챔버 내에 불활성 가스를 더 유입하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 증착 챔버는 원자층 적층 공정이 수행되는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화 금속막은 산화 알루미늄막을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 산화 알루미늄막을 식각하기 위한 식각 가스는 BCl3, CCl4및 BBr3로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 내부 표면에 산화 알루미늄막이 증착되어 있는 증착 챔버에서, 상기 산화 알루미늄막이 상대적으로 두껍게 형성되어 있는 부위에서의 플라즈마 시즈 포텐셜이 상대적으로 높아지도록 상기 증착 챔버 내에 제1 R.F 파워를 인가하는 단계;상기 증착 챔버 내에 상기 산화 알루미늄막을 식각하기 위한 식각 가스를 유입하여 상기 산화 알루미늄막을 식각하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 식각 가스는 BCl3, CCl4및 BBr3로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 BCl3가스는 10 내지 500sccm 의 유량으로 챔버 내에 유입하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 증착 챔버 내의 압력은 1Torr 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 증착 챔버 내의 온도는 20℃ 내지 1000℃ 범위 내의 온도로 조절하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 R.F 파워는 500W 내지 4000W로 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 증착 챔버는 상부 플레이트, 하부 플레이트 및 측벽으로 구성되고, 상기 제1 R.F 파워는 상기 증착 챔버 상부에 해당하는 상부 플레이트로 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 금속막 증착 챔버 세정 방법
- 제13항에 있어서, 상기 증착 챔버의 측벽 및 상기 하부 플레이트는 접지시키는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 증착 챔버의 측벽은 접지시키고, 상기 하부 플레이트는 제2 R.F 파워를 인가하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 증착 챔버 내에 불활성 가스를 더 유입하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 불활성 가스는 10 내지 500sccm의 유량으로 유입하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 증착 챔버는 원자층 적층 공정이 수행되는 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화 알루미늄 증착 챔버 세정 방법.
- 웨이퍼를 로딩하는 하부 플레이트, 가스들을 분사하는 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트와 상부 플레이트를 각각 연결하는 측벽으로 구성되어 증착 공정이 수행되는 공간을 한정하는 증착 챔버;상기 증착 챔버의 외부에서 상기 상부 플레이트를 통해 증착 가스 또는 세정 가스를 상기 증착 챔버 내로 유입하기 위한 가스 공급 라인들;상기 상부 플레이트에 제1 R.F 파워를 인가하여 상기 증착 챔버 내에 유입된 가스들을 플라즈마 상태로 여기하기 위한 제1 플라즈마 형성부; 및상기 증착 챔버 내에서 발생하는 반응물을 외부로 펌핑하기 위한 배기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층용 증착 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 하부 플레이트에 제2 R.F 파워를 인가하기 위한 제2플라즈마 형성부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원자층 적층용 증착 장치.
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