KR20210065199A - 하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마 - Google Patents

하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마 Download PDF

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KR20210065199A
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리 허우
비제이 엠. 바니아프라
슈앙 멍
샤우밍 마
화 청
제이타 아난드 샤하이
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매슨 테크놀로지 인크
베이징 이타운 세미컨덕터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

피가공재 상에서 하드마스크(예, 붕소 도핑된 비정질 탄소 하드마스크) 제거 공정을 수행하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 제공된다. 일 예시적인 구현에서, 방법은 처리 챔버에서 피가공재 지지체 상의 피가공재를 지지하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 플라즈마 소스를 사용하여 플라즈마 챔버에서 공정 가스로부터 플라즈마를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버는 분리 격자에 의해 처리 챔버로부터 분리될 수 있다. 상기 방법은 피가공재로부터 하드마스크 층을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 피가공재 상에서 플라즈마 스트립 공정을 수행하기 위해 플라즈마에서 생성된 하나 이상의 라디칼에 피가공재를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 플라즈마 스트립 공정 동안 피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마
우선권 주장
본 출원은 2018년 10월 26일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제 61/750,908호(발명의 명칭: 하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마)의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참고문헌으로 편입된다.
본 출원은 2018년 12월 6일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제 62/776,116호(발명의 명칭: 하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마)의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참고문헌으로 편입된다.
본 출원은 2019년 3월 14일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제 62/818,260호(발명의 명칭: 하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마)의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참고문헌으로 편입된다.
본 출원은 2019년 7월 11일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제 62/872,873호(발명의 명칭: 하드마스크의 제거를 위한 수증기 기반 불소 함유 플라즈마)의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참고문헌으로 편입된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 피가공재를 처리하는 것에 관한 것이다.
플라즈마 스트립 공정(예를 들어, 건식 스트립 공정)은 피가공재 상에 패터닝된 하드마스크 및/또는 다른 재료를 제거하는 방법으로서 반도체 제조에 사용될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정은 하나 이상의 공정 가스로부터 생성된 플라즈마로부터 추출된 반응성 종(예를 들어, 라디칼)을 사용하여 피가공재의 표면으로부터 포토레지스트 및 다른 마스크 층을 에칭 및/또는 제거할 수 있다. 예를 들어, 일부 플라즈마 스트립 공정에 있어서, 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 플라즈마로부터의 중성 종들은 분리 격자(separation grid)를 통해 처리 챔버 내로 통과한다. 중성 종은 피가공재의 표면으로부터 하드마스크를 제거하기 위해 반도체 웨이퍼와 같은 피가공재에 노출될 수 있다.
본 발명의 구현들의 견지 및 장점은 다음의 설명에서 부분적으로 설명되거나, 또는 설명으로부터 학습될 수 있거나, 구현의 실시를 통해 학습될 수 있다.
일 예시적인 구현에서, 방법은 처리 챔버에서 피가공재 지지체 상에 피가공재를 지지하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 플라즈마 소스를 사용하여 플라즈마 챔버 내의 공정 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버는 분리 격자에 의해 처리 챔버로부터 분리될 수 있다. 상기 방법은 피가공재로부터 하드마스크 층을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 피가공재 상에서 플라즈마 스트립 공정을 수행하도록 플라즈마 내에서 생성된 하나 이상의 라디칼에 피가공재를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 플라즈마 스트립 공정 동안 피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 예시적인 견지들은 피가공재를 처리하기 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 구현들의 이들 및 다른 특징들, 견지들 및 이점들은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서의 일부에 편입되고 구성하는 첨부 도면들은 본 개시의 구현들을 예시하며, 설명과 함께, 관련된 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 관련된 구현들의 상세한 논의는 본 명세서에 기술되어 있으며, 이는 첨부된 도면들을 참조한다.
도 1은 고 종횡비(high aspect ratio) 구조체 상에서의 예시적인 하드마스크 제거 공정을 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 고 종횡비 구조체 상에서의 예시적인 하드마스크 제거 공정을 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적 구현들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적 구현들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적 구현들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 분리 격자에서 수증기의 예시적인 주입을 도시한다.
도 7은 본 발명의 예시적 구현들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 8은 본 발명의 예시적 구현들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 9는 고 종횡비 구조체 상에서의 예시적인 하드마스크 제거 공정을 도시한다.
도 10은 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 고 종횡비 구조체 상에서의 예시적인 하드마스크 제거 공정을 도시한다.
이하, 도면에 예시된, 구현, 하나 이상의 예들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 각 예는 본 발명을 한정하는 것이 아닌 구현들의 설명을 통해 제공된다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 구현들에 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 구현의 일부로서 도시되거나 설명된 특징들은 또 다른 구현을 이용하여 또 다른 구현을 산출하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 견지들은 이러한 수정들 및 변형들을 커버하도록 의도된다.
본 발명의 예시적인 구현들은 반도체 처리에서 피가공재로부터 하드마스크 층(예를 들어, 붕소 도핑된 비정질 탄소 하드마스크)을 제거하기 위한 공정들에 관한 것이다. 붕소 또는 금속 도핑된 비정질 탄소와 같은 다양한 재료들은 진보된 반도체 디바이스들을 제조하기 위해 고 종횡비 유전체 에칭 적용에서 하드마스크 층으로서 사용될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정은 에칭 공정을 수행한 후에 남아있는 하드마스크를 제거하는데 사용될 수 있다. 디바이스 피처(device features)들이 연속적으로 수축함에 따라, 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물 층들에 대한 하드마스크의 매우 높은 선택성이 포스트 에칭 하드마스크 제거를 위해 요구될 수 있다.
플라즈마 스트립 공정들에서 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물에 대한 하드마스크의 부적절한 선택성은 반도체 처리에서 고 종횡비 구조체로부터의 하드마스크 제거와 같은 피가공재 처리에서 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 도 1은 고 종횡비 구조체(50)에 대한 예시적인 하드마스크 제거 공정을 도시한다. 고 종횡비 구조체(50)는 실리콘 기판과 같은 기판(55) 상에 배치된 복수의 실리콘 질화물 층들(54) 및 실리콘 이산화물 층들(56)을 포함한다. 고 종횡비 구조체(50)는 임계 치수(CD)와 연관된다. 하드마스크(52)는 에칭 공정 후에 고 종횡비 구조체(50) 상에 남을 수 있다.
플라즈마 스트립 공정(60)은 하드마스크(52)를 제거하기 위해 고 종횡비 구조체(50) 상에서 수행될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정은 하드마스크(52)를 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 노출시켜 하드마스크(52)를 제거할 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 하드마스크(52)에 대한 플라즈마 스트립 공정의 선택성이 실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물에 비해 불량한 경우, 고 종횡비 구조체(50)는 톱니형 측벽을 초래할 수 있고, 임계 치수 CD 요건에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 예시적인 견지들은 하나 이상의 실리콘 질화물 층들 및 하나 이상의 실리콘 이산화물 층들을 갖는 고 종횡비 구조체로부터 하드마스크 층의 제거와 같은 하드마스크 층의 제거를 위해 개선된 선택성 및 더 빠른 애쉬 레이트를 갖는 플라즈마 스트립 공정에 관한 것이다. 일부 구현들에서, 수증기는 플라즈마 스트립 공정 동안 공정 가스로서 불소 함유 화학과 관련하여 사용될 수 있다. 물 분자들은 스트립 공정 동안 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물 제거를 감소시키기 위해 부동화제로서 작용할 수 있다.
수증기는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식으로 피가공재에 노출될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 수증기는 공정 가스의 일부로서 및/또는 공정 가스와 함께 도입될 수 있다. 공정 가스는 불소 함유 가스 및 다른 가스(예를 들어, 산소 가스, 수소 가스, 희석 가스 등)를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스(예를 들어, 유도 플라즈마 소스)는 공정 가스에서 플라즈마를 유도할 수 있다. 다른 예로서, 수증기는 처리 챔버로부터 플라즈마 챔버를 분리하는 분리 격자 아래의 처리 챔버로 플라즈마 후(post plasma) 전달될 수 있다. 또 다른 예로서, 수증기는 분리 격자에서 플라즈마 후, 예컨대 분리 격자의 격자 플레이트(grid plate)들 사이에 도입될 수 있다.
이러한 방식으로, 본 발명의 예시적인 견지들에 따른 하드마스크 제거 공정들은 다수의 기술적 효과들 및 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 견지들에 따른 하드마스크 제거 공정들은 피가공재 내의 실리콘 이산화물 층들 및 실리콘 질화물 층들에 대한 하드마스크 층의 개선된 선택성을 제공할 수 있다. 다른 예로서, 본 발명의 예시적인 견지들에 따른 하드마스크 제거 공정들은 약 1500 옹스트롬/분 초과와 같은 높은 애쉬 레이트를 제공할 수 있다.
본 발명의 견지들은 예시 및 설명의 목적으로 "피가공재(workpiece)" "웨이퍼(wafer)" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 언급된다. 당업자는 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여, 본 발명의 예시적인 견지들이 임의의 반도체 기판 또는 다른 적절한 기판과 관련하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 수치값과 관련하여 용어 "약"의 사용은 언급된 수치의 20퍼센트(20%) 내에 있는 것으로 의도된다. "페데스탈(pedestal)"은 피가공재를 지지하는데 사용될 수 있는 임의의 구조체를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 고 종횡비 구조체(50)를 갖는 피가공재를 위한 예시적인 하드마스크 제거 공정(70)의 개요를 도시한다. 고 종횡비 구조체(50)는 실리콘 기판과 같은 기판(55) 상에 배치된 복수의 실리콘 질화물 층(54) 및 복수의 실리콘 이산화물 층(56)을 포함한다. 고 종횡비 구조체(50)는 임계 치수(critical dimension)(CD)와 연관된다. 하드마스크(52)는 에칭 공정 후에 고 종횡비 구조체(50) 상에 남을 수 있다.
본 발명의 예시적인 견지들에 따른 플라즈마 스트립 공정(70)은 하드마스크(52)를 제거하기 위해 고 종횡비 구조체(50) 상에서 수행될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정(70)은 하드마스크(52)를 불소 함유 가스(예를 들어, CF4, CH2F2, CH3F)로부터 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종에 노출시켜 하드마스크(52)를 제거할 수 있다. 플라즈마 스트립 공정(70)은 실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물 층을 위한 부동화제로서 피가공재를 수증기에 노출시킬 수 있다.
실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물 층들의 패시베이션(Passivation)은 실리콘 질화물 및 실리콘 이산화물 층들에 대한 하드마스크 층(예를 들어, 붕소 도핑된 비정질 하드마스크 층)에 대한 플라즈마 스트립 공정(70)의 개선된 선택성을 유도한다. 플라즈마 스트립 공정(70)의 개선된 선택성으로 인해, 고 종횡비 구조체(50)는 매끄러운 측벽을 생성할 수 있어, 개선된 임계 치수(CD) 제어를 이끌 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적 구현들에 따른 하드마스크 제거 공정들을 수행하는데 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100)는 처리 챔버(110) 및 처리 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 처리 챔버(110)는, 반도체 웨이퍼와 같은, 처리될 피가공재(114)를 유지하도록 작동 가능한 피가공재 지지체 또는 페데스탈(112)을 포함한다. 이 예시에서는, 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 플라즈마 챔버(120)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 플라즈마가 생성되고, 원하는 종들은 분리 격자 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 피가공재(114)의 표면으로 채널링된다.
본 발명의 견지들은 예시 및 설명의 목적으로 유도 결합 플라즈마 소스를 참조하여 언급된다. 본 명세서에 제공된 개시사항들을 사용하여, 당업자는 임의의 플라즈마 소스(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스, 용량 결합된(capacitively coupled) 플라즈마 소스 등)가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
플라즈마 챔버(120)는 유전체 측벽(122) 및 천장(124)을 포함한다. 유전체 측벽(122), 천장(124), 및 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버 내부(125)를 정의(define)한다. 유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로부터 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 근처의 유전체 측벽(122)에 인접하게 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적절한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 발생기(134)에 결합된다. 공정 가스는 (예를 들어, 이하 상세하게 설명되는 바와 같이) 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부에 제공될 수 있다. 유도 코일(130)이 RF 전력 발생기(134)로부터 RF 전력을 공급받을 때, 플라즈마는 플라즈마 챔버(120)에서 생성될 수 있다. 특정 구현에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 유도 코일(130)의 플라즈마에 대한 용량 결합을 감소시키기 위해 선택적인 접지된 패러데이 차폐물(128)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버(120)를 처리 챔버(110)로부터 분리시킨다. 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버(120) 내의 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 필터링을 수행하여 필터링된 혼합물을 생성하는데 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 처리 챔버 내의 피가공재(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현들에서, 분리 격자(200)는 다중-플레이트 분리 격자일 수 있다. 예를 들어, 분리 격자(200)는 서로 평행한 관계로 이격된 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)는 거리에 의해 분리될 수 있다.
제1 격자 플레이트(210)는 복수의 구멍을 갖는 제1 격자 패턴을 가질 수 있다. 제2 격자 플레이트(220)는 복수의 구멍을 갖는 제2 격자 패턴을 가질 수 있다. 제1 격자 패턴은 제2 격자 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전된 입자들은 분리 격자 내의 각각의 격자 플레이트(210, 220)의 구멍들을 통해 이들의 경로 내의 벽들 상에 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼들)은 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220) 내의 구멍들을 통해 상대적으로 자유롭게 유동할 수 있다. 각각의 격자 플레이트(210 및 220)의 구멍들 및 두께의 크기는 하전된 입자들 및 중성 입자들 모두에 대한 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현에서, 제1 격자 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고 그리고/또는 제2 격자 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)로부터 제조될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 격자 플레이트(210) 및/또는 제2 격자 플레이트(220)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료들로 제조될 수 있다. 격자 플레이트가 금속 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조되는 경우에, 격자 플레이트는 접지될 수 있다. 일부 구현들에서, 격자 어셈블리는 단일 격자 플레이트를 갖는 단일 격자를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 장치(100)는, 예를 들어, 가스 분배 채널(151) 또는 다른 분배 시스템(예를 들어, 샤워헤드)을 통해 플라즈마 챔버(120)에 공정 가스를 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템(150)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템은 복수의 공급 가스 라인(159)을 포함할 수 있다. 공급 가스 라인(159)은 공정 가스로서 원하는 양의 가스를 플라즈마 챔버로 전달하기 위해 밸브 및/또는 질량 유동 제어기를 사용하여 제어될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 전달 시스템(150)은 불소 함유 가스(예를 들어, CF4, CH2F2, CH3F)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 산소 가스(예를 들어, 02)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 희석 가스(예를 들어, N2, Ar, He 또는 다른 불활성 가스)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 수소 가스(예를 들어, H2)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 견지들에 따르면, 장치(100)는 공정 가스의 일부로서 플라즈마 챔버(120)에 수증기(H20)의 전달을 위한 공급 가스 라인(157)을 포함할 수 있다. 제어 밸브 및/또는 질량 유동 제어기(158)는 플라즈마 챔버(120)로의 공정 가스의 일부로서 수증기의 유량을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 수증기는 플라즈마 스트립 공정 동안 피가공재 상의 실리콘 이산화물 층, 실리콘 질화물 층, 및 다른 층에 대한 부동화제로서 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 견지들에 따른 일 예시적인 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은, 예를 들어, 도 3의 플라즈마 처리 장치(100)를 참조하여 설명될 것이다. 방법(300)은 임의의 적절한 플라즈마 처리 장치에서 실시될 수 있다. 도 4는 예시 및 설명의 목적을 위해 특정 순서로 수행되는 단계들을 도시한다. 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여, 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식으로, 여기에 설명된 방법들 중 임의의 방법의 다양한 단계들이 생략되거나, 확장되거나, 동시에 수행되거나, 재배열되거나, 그리고/또는 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 단계들(도시되지 않음)이 수행될 수 있다.
(302)에서, 방법은 피가공재 상의 층을 에칭하기 위해 에칭 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 에칭 공정은 방법(300)의 나머지에 대해 별개의 처리 장치에서 수행될 수 있거나 동일한 처리 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 에칭 공정은 피가공재 상의 층의 적어도 일부를 제거할 수 있다.
(304)에서, 방법은 플라즈마 처리 장치의 처리 챔버 내에 피가공재를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 처리 챔버는 (예를 들어, 분리 격자 어셈블리에 의해 분리된) 플라즈마 챔버로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 방법은 도 3의 처리 챔버(110)내의 피가공재 지지체(112) 상에 피가공재(114)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(306)에서, 방법은, 예를 들어, 피가공재로부터 하드마스크 층을 제거하기 위해 플라즈마 스트립 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 스트립 공정은, 예를 들어, 플라즈마 챔버(120) 내의 공정 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 분리 격자 어셈블리(200)로 이온들을 필터링하는 단계, 및 중성 라디칼들이 분리 격자 어셈블리(200)를 통과하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 중성 라디칼들은 피가공재로부터 하드마스크를 적어도 부분적으로 제거하기 위해 피가공재(114)에 노출될 수 있다.
(306)에서 플라즈마 스트립 공정 동안 사용되는 공정 가스는 불소 함유 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 CF4를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 공정 가스는 CH2F2를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 공정 가스는 CH3F를 포함할 수 있다. 다른 불소 함유 가스가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
다른 적절한 가스들이 공정 가스에 포함될 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 02 가스를 포함할 수 있다. 공정 가스는 H2 가스를 포함할 수 있다. 공정 가스는 질소 가스 N2 및/또는 He, Ar 또는 다른 불활성 가스와 같은 불활성 가스와 같은 희석 가스를 포함할 수 있다.
단계(308)에서, 방법은 피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 수증기는 실리콘 질화물 층 및 실리콘 이산화물 층에 대한 하드마스크 층을 위한 스트립 공정의 선택성을 향상시킬 수 있다. 수증기는 공정 가스의 일부로서 그리고/또는 이와 함께 도입될 수 있다. 예를 들어, 공급 가스 라인(157)은 공급 가스를 플라즈마 챔버(120)에 도입할 수 있다. 수증기를 부동화제로서 도입하는 다른 적합한 방법이 아래에서 상세히 설명될 것이다.
도 4의 (310)에서, 방법은 처리 챔버로부터 피가공재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 피가공재(114)는 처리 챔버(110) 내의 피가공재 지지체(112)로부터 제거될 수 있다. 그 후, 플라즈마 처리 장치는 추가적인 피가공재들의 향후의 처리를 위해 컨디셔닝될 수 있다.
부동화제로서 수증기를 도입하기 위한 다른 적합한 방법은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 도 3과 유사한 플라즈마 처리 장치(100)를 도시한다. 그러나, 도 5의 장치(100)는 처리 챔버(110) 내로 수증기를 전달하도록 배열된 수증기 공급 라인(157)을 포함한다. 보다 구체적으로, 수증기 공급 라인(157)은 분리 격자(200)와 피가공재(114) 사이의 위치에서와 같이, 분리 격자(200) 아래의 위치에 수증기를 제공하도록 배열된 수증기 분배 포트(170)에 결합될 수 있다. 제어 밸브 및/또는 질량 유동 제어기(158)는 처리 챔버 내로 수증기의 흐름속도를 제어할 수 있다. 온도 조절 시스템(예를 들어, 하나 이상의 열원(heat source))은 수증기로부터 초래되는 응축을 감소시키기 위해 공급 라인(157)의 하나 이상의 부분 또는 전부의 온도를 조절하는데 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 플라즈마 처리 장치 내로의 수증기의 예시적인 도입을 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 6은 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 수증기 포스트 플라즈마의 주입을 위한 예시적인 분리 격자(200)를 도시한다. 분리 격자(200)는 평행 관계로 배치된 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)를 포함한다. 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)는 이온/UV 필터링을 제공할 수 있다.
제1 격자 플레이트(210)는 복수의 구멍을 갖는 제1 격자 패턴을 가질 수 있다. 제2 격자 플레이트(220)는 복수의 구멍을 갖는 제2 격자 패턴을 가질 수 있다. 제1 격자 패턴은 제2 격자 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 플라즈마로부터의 종(215)은 분리 격자(200)에 노출될 수 있다. 하전된 입자들(예를 들어, 이온들)은 분리 격자(200) 내의 각각의 격자 플레이트(210, 220)의 구멍들을 통해 이들의 경로에서 벽들 상에서 재결합할 수 있다. 중성 종들은 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220) 내의 구멍들을 통해 상대적으로 자유롭게 유동할 수 있다.
제2 격자 플레이트(220)에 이어서, 수증기 주입 소스(230)는 수증기(232)를 분리 격자(200)를 통과하는 종에 도입하도록 구성될 수 있다. 수증기의 주입으로부터 생성된 물 분자들을 포함하는 혼합물(225)은 처리 챔버에서 피가공재에 대한 노출을 위해 제3 격자 플레이트(235)를 통해 통과할 수 있다.
본 실시예는 예시 목적으로 3개의 격자 플레이트를 갖는 분리 격자를 참조하여 언급된다. 당업자는 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여, 더 많거나 더 적은 격자 플레이트가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 수증기는 분리 격자 내의 임의의 지점에서 및/또는 처리 챔버 내의 분리 격자 이후에 종들과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 수증기 주입 소스(230)는 제1 격자 플레이트(210)와 제2 격자 플레이트(220) 사이에 위치될 수 있다.
본 발명의 예시적 견지들에 따른 플라즈마 스트립 공정들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실시될 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적 구현들에 따른 공정들을 실시하는데 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치(500)를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(500)는 도 3의 플라즈마 처리 장치(100)와 유사하다.
보다 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(500)는 처리 챔버(110) 및 처리 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 처리 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 피가공재(114)를 유지하도록 작동 가능한 기판 홀더 또는 페데스탈(112)을 포함한다. 이 예시적인 예에서, 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 플라즈마 챔버(120)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 발생되며, 그리고 원하는 종들은 분리 격자 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 기판(114)의 표면으로 채널링된다.
플라즈마 챔버(120)는 유전체 측벽(122) 및 천장(124)을 포함한다. 유전체 측벽(122), 천장(124), 및 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버 내부(125)를 정의한다. 유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 근처의 유전체 측벽(122)에 인접하게 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적절한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 발생기(134)에 결합된다. 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부로 공정 가스(예, 불활성 가스)가 제공될 수 있다. 유도 코일(130)이 RF 전력 발생기(134)로부터 RF 전력을 공급받을 때, 플라즈마는 플라즈마 챔버(120)에서 생성될 수 있다. 특정 구현에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 유도 코일(130)의 플라즈마에 대한 용량 결합을 감소시키기 위해 선택적인 접지된 패러데이 차폐물(128)을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버(120)를 처리 챔버(110)로부터 분리시킨다. 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버(120) 내의 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 필터링을 수행하여 필터링된 혼합물을 생성하는데 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 처리 챔버 내의 피가공재(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현들에서, 분리 격자(200)는 다중-플레이트 분리 격자일 수 있다. 예를 들어, 분리 격자(200)는 서로 평행 관계로 이격된 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)는 거리에 의해 분리될 수 있다.
제1 격자 플레이트(210)는 복수의 구멍을 갖는 제1 격자 패턴을 가질 수 있다. 제2 격자 플레이트(220)는 복수의 구멍을 갖는 제2 격자 패턴을 가질 수 있다. 제1 격자 패턴은 제2 격자 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전된 입자들은 분리 격자 내의 각각의 격자 플레이트(210, 220)의 구멍들을 통해 그들의 경로 내의 벽들 상에 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼들)은 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220) 내의 구멍들을 통해 상대적으로 자유롭게 유동할 수 있다. 각각의 격자 플레이트(210 및 220)의 구멍들 및 두께의 크기는 하전 및 중성 입자들 모두에 대한 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 격자 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고, 그리고/또는 제2 격자 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)로부터 제조될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 격자 플레이트(210) 및/또는 제2 격자 플레이트(220)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료들로 제조될 수 있다. 격자 플레이트가 금속 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조되는 경우에, 격자 플레이트는 접지될 수 있다.
도 7의 예시적인 플라즈마 처리 장치(500)는 플라즈마 챔버(120)에서 제1 플라즈마(502)(예를 들어, 원격 플라즈마) 및 처리 챔버(110)에서 제2 플라즈마(504)(예를 들어, 직접 플라즈마)를 생성하도록 작동 가능하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원격 플라즈마(remote plasma)"는 분리 격자에 의해 피가공재로부터 분리된 플라즈마 챔버에서와 같이, 원크피스로부터 원격적으로 생성된 플라즈마를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "직접 플라즈마(direct plasma)"는 피가공재를 지지하도록 작동 가능한 페데스탈을 갖는 처리 챔버에서 생성된 플라즈마와 같이, 피가공재에 직접 노출되는 플라즈마를 지칭한다.
보다 구체적으로, 도 7의 플라즈마 처리 장치(500)는 페데스탈(112)에 바이어스 전극(510)을 갖는 바이어스 소스를 포함한다. 바이어스 전극(510)은 적절한 매칭 네트워크(512)를 통해 RF 전력 생성기(514)에 커플링될 수 있다. 바이어스 전극(510)이 RF 에너지로 에너지 공급받을 때, 제2 플라즈마(504)는 피가공재(114)로의 직접적인 노출을 위해 처리 챔버(110) 내의 혼합물로부터 생성될 수 있다. 처리 챔버(110)는 처리 챔버(110)로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배출 포트(516)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 장치(100)는, 예를 들어, 가스 분배 채널(151) 또는 다른 분배 시스템(예를 들어, 샤워헤드)을 통해 플라즈마 챔버(120)에 공정 가스를 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템(150)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템은 복수의 공급 가스 라인들(159)을 포함할 수 있다. 공정 가스는 샤워헤드로서 작용하는 분리 격자(200)를 통해 처리 챔버(110)로 전달될 수 있다.
공급 가스 라인(159)은 공정 가스로서 원하는 양의 가스를 플라즈마 챔버로 전달하기 위해 밸브 및/또는 질량 유동 제어기를 사용하여 제어될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 가스 전달 시스템(150)은 불소 함유 가스(예를 들어, CF4, CH2F2, CH3F)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 산소 가스(예를 들어, 02)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 희석 가스(예를 들어, N2, Ar, He, 또는 다른 불활성 가스)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 수소 가스(예를 들어, H2)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 견지들에 따르면, 장치(500)는 공정 가스의 일부로서 플라즈마 챔버(120)에 수증기(H20)의 전달을 위한 공급 가스 라인(157)을 포함할 수 있다. 제어 밸브 및/또는 질량 유동 제어기(158)는 플라즈마 챔버(120)로의 공정 가스의 일부로서 수증기의 흐름속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 수증기는 플라즈마 스트립 공정 동안 피가공재 상의 실리콘 이산화물 층, 실리콘 질화물 층, 및 다른 층에 대한 부동화제로서 사용될 수 있다.
수증기는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 방식으로 도 6의 장치(500)에서 부동화제로서 도입될 수 있다. 예를 들어, 수증기는 분리 격자(200) 아래의 위치와 같은 처리 챔버 내의 위치에 도입될 수 있다. 다른 예로서, 수증기는 분리 격자의 격자 플레이트들(210 및 220) 사이에 도입될 수 있다.
도 8은 도 3 및 도 7과 유사한 처리 챔버(600)를 도시한다. 보다 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(600)는 처리 챔버(110) 및 처리 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 처리 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 피가공재(114)를 유지하도록 작동 가능한 기판 홀더 또는 페데스탈(112)을 포함한다. 이 예시적인 예에서, 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 플라즈마 챔버(120)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 플라즈마가 생성되고, 원하는 종들은 분리 격자 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 기판(114)의 표면으로 채널링된다.
플라즈마 챔버(120)는 유전체 측벽(122) 및 천장(124)을 포함한다. 유전체 측벽(122), 천장(124), 및 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버 내부(125)를 정의한다. 유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 근처의 유전체 측벽(122)에 인접하여 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적절한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 발생기(134)에 결합된다. 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부로 공정 가스(예를 들어, 불활성 가스)가 제공될 수 있다. 유도 코일(130)이 RF 전력 발생기(134)로부터 RF 전력을 공급받을 때, 플라즈마는 플라즈마 챔버(120)에서 생성될 수 있다. 특정 구현에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 유도 코일(130)의 플라즈마에 대한 용량 결합을 감소시키기 위해, 선택적인 접지된 패러데이 차폐물(128)을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버(120)를 처리 챔버(110)로부터 분리시킨다. 분리 격자(200)는 플라즈마 챔버(120) 내의 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 필터링을 수행하여 필터링된 혼합물을 생성하는데 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 처리 챔버 내의 피가공재(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현들에서, 분리 격자(200)는 다중-플레이트 분리 격자일 수 있다. 예를 들어, 분리 격자(200)는 서로 평행 관계로 이격된 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220)는 거리에 의해 분리될 수 있다.
제1 격자 플레이트(210)는 복수의 구멍을 갖는 제1 격자 패턴을 가질 수 있다. 제2 격자 플레이트(220)는 복수의 구멍을 갖는 제2 격자 패턴을 가질 수 있다. 제1 격자 패턴은 제2 격자 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전된 입자들은 분리 격자 내의 각각의 격자 플레이트(210, 220)의 구멍들을 통해 그들의 경로 내의 벽들 상에 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼들)은 제1 격자 플레이트(210) 및 제2 격자 플레이트(220) 내의 구멍들을 통해 상대적으로 자유롭게 유동할 수 있다. 각각의 격자 플레이트(210 및 220)의 구멍들 및 두께의 크기는 하전 및 중성 입자들 모두에 대한 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현들에서, 제1 격자 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고, 그리고/또는 제2 격자 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)로부터 제조될 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 격자 플레이트(210) 및/또는 제2 격자 플레이트(220)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료들로 제조될 수 있다. 격자 플레이트가 금속 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조되는 경우에, 격자 플레이트는 접지될 수 있다.
도 8의 예시적인 플라즈마 처리 장치(600)는 플라즈마 챔버(120)에서 제1 플라즈마(602)(예를 들어, 원격 플라즈마) 및 처리 챔버(110)에서 제2 플라즈마(604)(예를 들어, 직접 플라즈마)를 생성하도록 작동 가능하다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(600)는 원격 플라즈마 챔버(120)와 연관된 수직 측벽(122)으로부터 연장되는 경사진(angled) 유전체 측벽(622)을 포함할 수 있다. 경사진 유전체 측벽(622)은 처리 챔버(110)의 일부를 형성할 수 있다.
제2 유도성 플라즈마 소스(635)는 유전체 측벽(622)에 근접하여 위치될 수 있다. 제2 유도성 플라즈마 소스(635)는 적절한 매칭 네트워크(612)를 통해 RF 발전기(614)에 커플링된 유도 코일(610)을 포함할 수 있다. 유도 코일(610)은 RF 에너지로 에너지 공급받을 때, 처리 챔버(110) 내의 혼합물로부터 직접 플라즈마(604)를 유도할 수 있다. 패러데이 쉴드(628)는 유도 코일(610)과 측벽(622) 사이에 배치될 수 있다.
페데스탈(112)은 수직 방향(V)로 이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 페데스탈(112)은 페데스탈(112)과 분리 격자 어셈블리(200) 사이의 거리를 조정하도록 구성될 수 있는 수직 리프트(616)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 페데스탈(112)은 원격 플라즈마(602)를 사용하여 처리하기 위한 제1 수직 위치에 위치될 수 있다. 페데스탈(112)은 직접 플라즈마(604)를 사용하여 처리하기 위한 제2 수직 위치에 위치될 수 있다. 제1 수직 위치는 제2 수직 위치에 대해 분리 격자 어셈블리(200)에 더 가까울 수 있다.
도 8의 플라즈마 처리 장치(600)는 페데스탈(112) 내의 바이어스 전극(510)을 갖는 바이어스 소스를 포함한다. 바이어스 전극(510)은 적절한 매칭 네트워크(512)를 통해 RF 전력 발전기(514)에 커플링될 수 있다. 처리 챔버(110)는 처리 챔버(110)로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배출 포트(516)를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 장치(100)는, 예를 들어, 가스 분배 채널(151) 또는 다른 분배 시스템(예를 들어, 샤워헤드)을 통해 플라즈마 챔버(120)에 공정 가스를 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템(150)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템은 복수의 공급 가스 라인들(159)을 포함할 수 있다. 공정 가스는 샤워헤드로서 작용하는 분리 격자(200)를 통해 처리 챔버(110)로 전달될 수 있다.
공급 가스 라인(159)은 공정 가스로서 원하는 양의 가스를 플라즈마 챔버로 전달하기 위해 밸브 및/또는 질량 유동 제어기를 사용하여 제어될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 전달 시스템(150)은 불소 함유 가스(예를 들어, CF4, CH2F2, CH3F)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 산소 가스(예를 들어, 02)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 희석 가스(예를 들어, N2, Ar, He, 또는 다른 불활성 가스)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템(150)은 수소 가스(예를 들어, H2)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 견지들에 따르면, 장치(600)는 공정 가스의 일부로서 플라즈마 챔버(120)에 수증기(H20)의 전달을 위한 공급 가스 라인(157)을 포함할 수 있다. 제어 밸브 및/또는 질량 유동 제어기(158)는 플라즈마 챔버(120)로의 공정 가스의 일부로서 수증기의 흐름속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 수증기는 플라즈마 스트립 공정 동안 피가공재 상의 실리콘 이산화물 층, 실리콘 질화물 층, 및 다른 층에 대한 부동화제로서 사용될 수 있다.
수증기는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 방식으로 도 8의 장치(600)에서 부동화제로서 도입될 수 있다. 예를 들어, 수증기는 분리 격자(200) 아래의 위치와 같은 처리 챔버 내의 위치에 도입될 수 있다. 다른 예로서, 수증기는 분리 격자의 격자 플레이트들(210 및 220) 사이에 도입될 수 있다.
일부 구현들에서, 본 명세서에 개시된 플라즈마 처리 장치 중 하나 이상은 수증기에 대한 전달 경로를 따라 물 응축을 감소시키기 위한 요소들을 포함할 수 있다. 예시적인 요소는, 예를 들어, 수증기 공급 라인 내의 수증기 소스의 하류에 위치된 가열된 질량 유동 제어기 및/또는 밸브를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 요소는 수증기 소스로부터 챔버로 수증기 공급 라인을 가열하도록 작동 가능한 열 트레이스를 포함할 수 있다. 열 트레이스는 챔버 및/또는 수증기 소스보다 높은 공급 가스 라인 온도를 유지하도록 제어될 수 있다.
일부 구현들에서, 수증기 소스는 공급 가스 라인 길이를 감소시키고 잠재적인 응축 영역을 감소시키기 위해 챔버에 근접하여 위치될 수 있다. 예시적인 구현에서, 상기 장치는 수증기 공급 라인 및/또는 챔버 내의 수증기의 압력을 감소시키기 위해 수증기 공급 라인의 하류에 희석 가스(예를 들어, N2 또는 Ar, He 등과 같은 불활성 가스)를 도입하도록 구성될 수 있다.
일부 구현들에서, 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 챔버 및/또는 처리 챔버 내의 응축을 감소시키기 위해 비-수냉식 플라즈마 챔버 및/또는 비-수냉식 처리 챔버 바디를 포함할 수 있다. 대신에, 응축을 감소시키도록 상승된 챔버 벽 온도를 유지하기 위해 챔버 벽(들)의 채널들에서 순환하도록 열 유체와 함께 열 교환기가 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 챔버(들)를 배기하기 위해 사용되는 펌프는 챔버(들) 내의 수증기의 체류 시간을 감소시키도록 작동될 수 있다.
부동화제로서 수증기를 이용한 플라즈마 스트립 공정에 대한 예시적인 공정 파라미터를 설명한다.
실시예 1
공정 가스: H20(수증기)+CF+02
희석 가스: N2 및/또는 Ar 및/또는 He
공정 압력: 약 300 mTorr 내지 약 4000 mTorr
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 약 600W 내지 약 5000W
피가공재 온도: 약 25℃ 내지 약 400℃
공정 기간: 약 30초 내지 약 1200초
공정 가스에 대한 가스 흐름속도:
H20(수증기): 약 400 sccm 내지 약 1000 sccm
CF4: 약 150 sccm 내지 약 500 sccm
02: 약 300 sccm 내지 약 750 sccm
희석 가스: 약 0 sccm 내지 약 1000 sccm
실시예 2
공정 가스: H20(수증기)+CF4+02+H2
희석 가스: N2 및/또는 Ar 및/또는 He
공정 압력: 약 300 mTorr 내지 약 4000 mTorr
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 약 600W 내지 약 5000W
피가공재 온도: 약 25℃ 내지 약 400℃
공정 기간: 약 30초 내지 약 1200초
공정 가스에 대한 가스 흐름속도:
H20(수증기): 약 400 sccm 내지 약 1000 sccm
CF4: 약 150 sccm 내지 약 500 sccm
02: 약 300 sccm 내지 약 750 sccm
H2: 약 100 sccm 내지 약 300 sccm
희석 가스: 약 0 sccm 내지 약 1000 sccm
실시예 3
공정 가스: H20(수증기)+CF4+02+N2
희석 가스: N2 및/또는 Ar 및/또는 He
공정 압력: 약 300 mTorr 내지 약 4000 mTorr
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 약 600W 내지 약 5000W
피가공재 공정 온도: 약 25℃ 내지 약 400℃
공정 기간: 약 30초 내지 약 1200초
공정 가스에 대한 가스 흐름속도:
H20(수증기): 약 400 sccm 내지 약 1000 sccm
CF4: 약 150 sccm 내지 약 500 sccm
02: 약 300 sccm 내지 약 750 sccm
N2: 약 400 sccm 내지 약 1000 sccm
희석 가스: 약 0 sccm 내지 약 1000 sccm
실시예 4
공정 가스: H20(수증기)+CH2F2+02+N2
희석 가스: N2 및/또는 Ar 및/또는 He
공정 압력: 약 300 mTorr 내지 약 4000 mTorr
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 약 600W 내지 약 5000W
피가공재 공정 온도: 약 25℃ 내지 약 400℃
공정 기간: 약 30초 내지 약 1200초
공정 가스에 대한 가스 흐름속도:
H20(수증기): 약 150 sccm 내지 약 350 sccm
CH2F2: 약 650 sccm 내지 약 850 sccm
02: 약 500 sccm 내지 약 700 sccm
N2: 약 400 sccm 내지 약 600 sccm
희석 가스: 약 400 sccm 내지 약 600 sccm
실시예 5
공정 가스: H20(수증기)+CH3F+02+N2
희석 가스: N2 및/또는 Ar 및/또는 He
공정 압력: 약 300 mTorr 내지 약 4000 mTorr
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 약 600W 내지 약 5000W
피가공재 공정 온도: 약 25℃ 내지 약 400℃
공정 기간: 약 30초 내지 약 1200초
공정 가스에 대한 가스 흐름속도:
H20(수증기): 약 150 sccm 내지 약 350 sccm
CH3F: 약 650 sccm 내지 약 850 sccm
02: 약 1000 sccm 내지 약 1400 sccm
N2: 약 400 sccm 내지 약 600 sccm
희석 가스: 약 400 sccm 내지 약 600 sccm
붕소 비정질 탄소 하드마스크 층(BACL)에 대한 예시적인 선택성 및 애쉬 레이트는 CF4 함유 공정(실시예 1)으로부터 발생하며, CH2F2 함유 공정이 하기 표 1에 제공된다:
항목 CF4 함유 공정 CH2F2 함유 공정
애쉬 레이트(옹스트롬/분) > 2500 > 2500
선택성: BACL/산화물 층 무한(Infinite) 무한
선택성: BACL/질화물 층 > 5000 무한
선택성: BACL/폴리실리콘 > 1000 > 250
본 발명의 예시적인 견지들은 또한 반도체 처리에서 피가공재로부터 티타늄 질화물(TiN) 하드마스크 층을 제거하기 위한 공정들에 관한 것일 수 있다. TiN과 같은 다양한 재료들은 진보된 반도체 디바이스들을 제조하기 위해 하드마스크로서 유전체 에칭을 위해 널리 사용된다. 플라즈마 스트립 공정은 건식 에칭 공정 후에 TiN 하드마스크를 제거하는데 사용될 수 있다. 디바이스 피처들이 연속적으로 수축함에 따라, 텅스텐, 산화물, 및/또는 다른 질화물 층들에 비해 TiN에 대한 매우 높은 하드마스크 선택성은 하부 구조체들에 손상을 야기하지 않고 효과적인 포스트 에칭 하드마스크 제거를 위해 요구된다.
플라즈마 스트립 공정들에서 텅스텐 및 다른 하부 금속 층들, 산화물, 또는 질화물 층들에 대한 하드마스크의 부적절한 선택성은, 하부 기판 구조체들에 대한 부적절한 하드마스크 제거 또는 손상과 같이, 피가공재 처리에서 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 하드마스크 제거 동안, TiN 하드마스크에 대한 부적절한 선택성은 하부 산화물, 질화물, 및 텅스텐 층들을 손상시켜 증가된 저항을 야기하며, 이는 유해한 디바이스 성능을 초래할 수 있다. 하드마스크 층들을 제거하기 위한 종래의 플라즈마 스트리핑 방법들은 산화물 층 및 질화물 층 손실과 함께 텅스텐 층들 또는 다른 금속 층들의 산화를 초래할 수 있다.
도 9는 고 종횡비 구조체(700)에 대한 예시적인 하드마스크 제거 공정을 도시한다. 고 종횡비 구조체(700)는 텅스텐 기판과 같은 기판(708) 상에 배치된 복수의 산화물 층(702) 및 적어도 하나의 실리콘 질화물 층(704)을 포함한다. 하드마스크(710)는 에칭 공정 후에 고 종횡비 구조체(700) 상에 남아있을 수 있다.
플라즈마 스트립 공정(715)은 하드마스크(710)를 제거하기 위해 고 종횡비 구조체(700) 상에서 수행될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정은 하드마스크(710)를 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종들에 노출시켜 하드마스크(710)를 제거할 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 하드마스크(710)에 대한 플라즈마 스트립 공정의 선택성이 기판(708)에 대해 열악한 경우, 플라즈마 스트립 공정(715)은 기판(708)의 적어도 일부의 손상 및/또는 제거를 초래할 수 있고, 고 종횡비 구조체(700)의 성능에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 또한, 플라즈마 스트립 공정(715)은 산화물 층(702) 및 실리콘 질화물 층(704)을 손상시킬 수 있고, 산화물 및 질화물 층 손실을 초래할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 견지들에 따른 플라즈마 스트립 공정(720)은 하드마스크(710)를 제거하기 위해 고 종횡비 구조체(700) 상에서 수행될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정(720)은 하드마스크(710)를 제거하기 위해 불소 함유 가스(예를 들어, CF4, CH2F2, CH3F)로부터 플라즈마 챔버에서 생성된 하나 이상의 종들에 하드마스크(710)를 노출시킬 수 있다. 플라즈마 스트립 공정(720)은 기판 층(708)(예를 들어, 텅스텐 층)에 대한 하드마스크(710)(예를 들어, TiN 하드마스크 층)에 대한 선택성을 크게 개선하기 위해 부동화제로서 피가공재를 수증기에 노출시킬 수 있다. 플라즈마 스트립 공정(720)의 개선된 선택성으로 인해, 고 종횡비 구조체(700)는 텅스텐 기판을 산화, 제거, 또는 기능적으로 손상시키지 않는 하드마스크 제거를 이끌 수 있어, 제조된 디바이스의 기능 및 성능을 향상시킬 수 있다. 부가적으로, 플라즈마 스트립 공정(720)은 산화물 층들 및 질화물 층에 대한 손상 및 재료 손실을 감소시키고, 따라서 고 종횡비 구조체(700)에 대한 매끄러운 측벽을 획득한다.
도 3, 5, 6, 7 및 8은 본 발명의 예시적 구현들에 따른 플라즈마 스트립 공정(720)을 수행하는데 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다. 도 4는 본 발명의 예시적인 견지들에 따른 티타늄 질화물 하드마스크를 제거하는 일 예시적인 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 본 발명의 예시적인 구현들에 따라 플라즈마 스트립 공정을 수행하기 위해 임의의 적절한 플라즈마 처리 장치에서 실시될 수 있다.
TiN 하드마스크 층을 제거하기 위한 선택성을 증가시키기 위해 수증기를 이용한 플라즈마 스트립 공정에 대한 예시적인 공정 파라미터가 실시예 1 내지 5에 기재되어 있다.
수증기 및 불소 함유 플라즈마 스트립 공정으로부터 TiN 하드마스크 층 제거를 위한 예시적인 선택성은 하기 표 2에 제공된다:
실행
번호 		ALD TiN
H2O를 이용한 프리-플라즈마 스트립 공정		 ALD TiN
H2O를 이용한 포스트-플라즈마 스트립 공정		 델타
1 122.39 1.08 121.31
2 122.1 1.12 120.98
3 122.47 1.09 121.38
4 122.47 7.1 115.37
5 122.64 1.13 121.51
평균 120.11
SD 2.376443
수증기 및 불소 함유 플라즈마 스트립 공정에 대한 노출로부터 텅스텐 기판 층에 대한 예시적인 선택성은 하기 표 3에 제공된다:
막(Film) Pre-RS (ohm) Pos-RS (ohm) %델타
ALD W 3.34097 3.340753 -0.0065
PVD W 1.04314 1.04399 0.081418
표 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 구현들에 따른 플라즈마 스트립 공정은 100 보다 매우 큰 TiN에 대한 선택성을 달성할 수 있다. 이러한 TiN에 대한 선택성과 함께, 텅스텐 산화가 제어될 수 있고, 산화물 및 실리콘 질화물 층은 매끄러운 측벽 구성을 유지할 수 있다.
본 발명은 특정 예시적인 구현들과 관련하여 상세히 기술되었지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 이러한 구현들에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 생성할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 제한되는 것이 아니라 예시적인 것이며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 대한 이러한 변경, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (24)

  1. 처리 챔버에서 피가공재 지지체 상에 피가공재를 지지하는 단계로서, 피가공재는 하드마스크 층을 포함하는, 단계;
    플라즈마 소스를 사용하여 플라즈마 챔버 내의 공정 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계로서, 공정 가스는 불소 함유 가스를 포함하는, 단계;
    피가공재로부터 하드마스크 층을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 피가공재 상에서 플라즈마 스트립 공정을 수행하도록 플라즈마 내에서 생성된 하나 이상의 라디칼에 피가공재를 노출시키는 단계; 및
    플라즈마 스트립 공정 동안 피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계
    를 포함하는, 피가공재 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    피가공재는 하나 이상의 실리콘 이산화물 층 및 하나 이상의 실리콘 질화물 층을 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    플라즈마 챔버는 분리 격자에 의해 처리 챔버로부터 분리되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계는 공정 가스의 일부로서 플라즈마 챔버 내로 수증기를 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    불소 함유 가스는 CF4를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    불소 함유 가스는 CH2F2를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    불소 함유 가스는 CH3F를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    공정 가스는 산소 가스를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    공정 가스는 질소 가스를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    공정 가스는 수소 가스를 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    하드마스크는 붕소 도핑된 비정질 하드마스크인, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    하드마스크는 티타늄 질화물 하드마스크인, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    피가공재는 기판 층을 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    기판 층은 텅스텐을 포함하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    플라즈마 스트립 공정은 공정 기간 동안 실시되고, 공정 기간은 약 30초 내지 약 1200초의 범위인, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    플라즈마 스트립 공정은 처리 챔버 내의 공정 압력에서 수행되고, 공정 압력은 약 300 mT 내지 약 4000 mT의 범위인, 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    플라즈마 스트립은 유도 결합 플라즈마 소스에 대한 소스 전력에서 수행되고, 소스 전력은 약 600W 내지 약 5000W의 범위인, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    플라즈마 스트립 공정은 공정 온도에서 피가공재를 가지고 수행되고, 공정 온도는 약 25℃ 내지 약 400℃의 범위인, 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계는 처리 챔버 내로 수증기를 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제3항에 있어서,
    피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계는 분리 격자 아래의 위치에서 처리 챔버 내로 수증기를 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제3항에 있어서,
    피가공재를 부동화제로서 수증기에 노출시키는 단계는 분리 격자의 제1 격자 플레이트와 제2 격자 플레이트 사이의 위치에서 처리 챔버 내로 수증기를 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    플라즈마 스트립 공정의 애쉬 레이트(ash rate)는 약 1500 옹스트롬/분 이상인, 방법.
  23. 플라즈마 처리 동안 피가공재를 지지하도록 구성된 피가공재 지지체를 갖는 처리 챔버;
    분리 격자에 의해 처리 챔버로부터 분리된 플라즈마 챔버;
    플라즈마 챔버 내의 공정 가스에서 플라즈마를 유도하도록 구성된 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)로서, 여기서 플라즈마에서 생성된 라디칼은 플라즈마 처리 동안 피가공재에 대한 노출을 위해 분리 격자를 통해 통과하는, 유도 결합 플라즈마 소스;
    플라즈마 챔버, 분리 격자, 및 처리 챔버 중 하나 이상에 수증기를 전달하도록 작동 가능한 수증기 공급 라인
    을 포함하며,
    여기서 수증기 공급 라인은 수증기 공급 라인으로부터 수증기의 전달 경로를 따라 응축을 감소시키도록 구성된 온도 조절 시스템을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    온도 조절 시스템은 열원을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
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